JP2001507095A

JP2001507095A - 極度の風及び衝撃に耐性の安全ガラス構造材

Info

Publication number: JP2001507095A
Application number: JP52889598A
Authority: JP
Inventors: シーメルペニング，ジユリア・シー; ホーランド，ジヨン・シー
Original assignee: ソリユテイア・インコーポレイテツド
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 2001-05-29
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: JP4397436B2; KR100450830B1; KR20000053352A; CN1242061A; WO1998028515A1; US5853828A; CN1113148C; TW351737B

Abstract

(57)【要約】極度の風及び衝撃の条件に耐性の安全ガラス構造材（２０）。特に安全ガラス構造材（２０）は、開口部を形成し且つ剛性外側溝（１）を規定するフレームと、開口部の内部に配置され可塑化ポリビニルブチラール（７）の中間層に接着された第一及び第二のガラス層（５，６）を含む貼合せガラスパネル（１０）とから成り、フレーム内部の剛性内側溝（８）が、前記貼合せガラスパネル（１０）の周囲を囲繞しており、パネル（１０）の縁端領域と前記剛性内側溝（８）との間の相対移動が全くまたは最小限にしか生じないセルフシール接着剤（９）によって前記貼合せガラスパネル（１０）に接着されており、前記剛性内側溝（８）は、剛性外側溝（１）の内部に嵌込まれ、極度の風及び衝撃条件に曝されたときにパネル（１０）をその縁端よりも内側に屈曲させ得る弾性材料（１１）によって剛性外側溝（１）に接着されている。本発明の安全ガラス構造材は、極度の悪天候条件下で建築物を無傷で維持するために居住用または営業用構造物に使用され得る。

Description

【発明の詳細な説明】極度の風及び衝撃に耐性の安全ガラス構造材発明の背景発明の分野本発明は、営業用または居住用の建築物に使用し得る極度の風及び衝撃の条件に耐性の貼合せ安全ガラス構造材に関する。より詳細には安全ガラス構造材は、従来の貼合せ安全ガラスパネル（即ち、ポリビニルブチラールの中間シートに接着された２枚のガラス）から成り、このガラスパネルの周囲が剛性フレームに嵌込まれ、ガラスパネルの縁端がフレームにしっかりと保持され、全体の構造が極度の風及び衝撃に耐える十分に堅固で頑丈な構造になっている。その結果として、台風のような極度の悪天候条件であっても安全ガラスが無傷で維持される。関連背景技術台風、竜巻などのような極度の悪天候条件は建築物の構造、特に、壊れ易いガラス窓に甚大な被害を与える。台風は巨大な大気の渦であり、時速１２０マイル以上の風が持続する。台風が上陸し通過するとき、台風圏内の建築物は、ゆっくりと方向を変える暴風に長時間曝される。台風時の持続的な風は数時間に及ぶこともあり、その間に建築物は極度の突風に周期的に襲われる。風は方向をゆっくり変えながら構造物の最も弱い部材を見つけだし、その進行に伴ってこのような部材を破損し、風によって運ばれる大量の破片を発生させる。台風のもつ苛酷で複雑な性質が建築物に特殊な問題を生じさせる。建築物の外側の屋根の周囲の風は、屋根を外側から引き剥がす傾向をもつ。更に、窓の開口部が破損して建築物の外装に穴が開いたりした場合、建築物に侵入した風は屋根や壁を外側に押し出す傾向がある。従って、建築物の外装に穴が開いてしまうと、建築物の屋根を吹き飛ばす作用をもつ力が事実上倍加される。風によって運ばれる破片が存在するとき、窓の開口部を無傷に維持することはいっそう難しい。シャッターを使用したりまたはガラスが破損後にも開口部に残るように設計することによって窓ガラスを保護する提案も試験された。しかしながらこの場合には、台風の通過に伴って風向きが変わり、内的圧力が外的圧力（吸引）に変わるような持続的な暴風に対してシャッターまたは破損ガラスが耐性でなければならない。台風条件下では、このような圧力変化の結果として窓の開口部を無傷で維持できない状態がしばしば発生する。今日までの既存の構造物は台風のような極度の悪天候条件に機能的に耐えられるようには設計されていなかった。米国特許第２，６３１，３４０号は、窓の開口部を密閉するように設計された雨戸構造を開示している。米国特許第５，３５５，６５１号は、フレームの長さ方向に間隔を置いて設けられた複数の開孔を有している溝形可撓性ストリップから成るフレームに窓用ガラス板を固定する取付装置を開示している。米国特許第４，３６４，２０９号は、窓枠の所定の位置にスナップ嵌めによって固定されガラス板の周囲を囲繞する窓用の嵌込みストリップを開示している。嵌込みストリップはガラス板を所定位置でしっかりと保持しており、また、修繕または交換の際のガラス板の取外しが容易である。建築物の窓の開口部を保護するためにシャッターを使用することは公知であるが、シャッターは建築物の建設費に付加コストを加算し、また、台風到着に先立つ適切な時期に閉鎖するために注意が必要である。更に、シャッターは大型の営業用建築物では普通は使用されない。例えば、米国特許第５，３４７，７７５号は、悪天候時に窓に使用されるハリケーンシャッターを開示している。フロリダ南部に甚大な被害を与えた１９９２年８月のアンドリュー台風以来、技術者、建築家、建設関係の公務員及びその他の建設業界の関係者らは、特殊設計要件として台風を考慮に入れ始めた。台風の場合には風が持続し且つ渦巻くという特性があり、これらの特性が、極度の強風に耐性でかつ風に運ばれた破片による衝撃に耐性の安全ガラス構造材の設計を要するという従来技術でこれまで考慮されていなかった新しい重要な課題を与える。発明の概要安全ガラスを含む窓構造材の新規な改良がここに達成され、台風のような極度の悪天候条件下における性能の改善が実現した。即ち、本発明の基本的な目的は、台風、竜巻などの極度の悪天候条件に機能的に耐えられる安全ガラス窓構造材を提供することである。これらの目的及びその他の目的は、居住用及び営業用建築物に、極度の風及び衝撃条件に耐性の安全ガラス構造材を配備することによって達成される。この安全ガラス構造材は、（ａ）開口部を形成し且つ剛性外側溝を規定するフレームと、（ｂ）開口部の内部に配置され可塑化ポリビニルブチラールの中間層に接着された第一及び第二のガラス層を含む貼合せガラスパネルと、から成り、（ｃ）フレーム内部の剛性内側溝が、当該貼合せガラスパネルの周囲を囲繞しており、パネルの縁端領域と当該剛性内側溝との間の相対移動が全くまたは最小限にしか生じないようにセルフシール接着剤によって当該貼合せガラスパネルに接着されており、（ｄ）当該剛性内側溝は、剛性外側溝の内部に嵌込まれ、極度の風及び衝撃条件に曝されたときにパネルをその縁端よりも内側に屈曲させ得るような弾性材料によって剛性外側溝に接着されている。図面の簡単な説明図は、本発明の安全ガラス構造材の１つの実施態様の断面図である。発明の詳細な説明次に図を参照すると、安全ガラス構造材２０は、Ｕ形断面をもつ外側溝１の形状の剛性構造フレームから成る。溝の側部部材２及び３と底部部材４とがガラスパネルを挿入し得る開口部を規定している。溝の形状は特に厳密に限定されることなく、種々の設置に適応するように所望に応じて変更し得る。貼合せ安全ガラスパネル１０の周囲縁端が剛性内側溝８に嵌込まれ、安全ガラス１０と剛性内側溝８との間の相対移動が最小限にしか生じないかまたは全く生じないようにセルフシール接着剤９によって溝８に接着されている。貼合せ安全ガラスパネル１０は、第一及び第二のガラス層５及び６を有しており、これらは同じでもよく異なっていてもよく、可塑化ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）の中間層シート７に接着され該シートを封入している。図示のように、（安全ガラスが挿入された）剛性内側溝８は剛性外側溝１の内面から離間しており、剛性内側溝８の外面と剛性外側溝１の内面との間の相対的屈曲運動を許容する弾性材料１１によって接着されている。強風によってまたは風に運ばれた破片の衝撃によって生じた安全ガラス構造材の屈曲は、ガラスを支持する内側溝８が内側溝と外側溝とを隔てる弾性材料１１に対して屈曲することによって吸収される。所望の場合、内側溝８及び外側溝１のガラスパネル１０の挿入領域またはその近傍に、水または他の成分が蓄積しないように流出させるために、ガラス表面からＵ形溝の側部部材の頂部に向かって角度を設ける適当な任意の材料を本発明の安全ガラス構造材の上記領域に配備してもよい。ガスケット、シリコーン、テープなどのような慣用の任意の材料を使用し得る。貼合せ安全ガラスパネルは、自動車のフロントガラスまたは建築構造物で典型的に使用される慣用の任意の貼合せ安全ガラスでよく、通常は可塑化ポリビニルブチラールの中間層に接着された２枚のガラスシートから成る。ポリビニルブチラール中間層は当業界で公知であり、これらの中間層及びその製造方法は米国特許第Ｒｅ．２０，４３０号及び米国特許第２，４９６，４８０号及び第３，２７１，２３５号に記載されている。これらの特許の記載内容は参照によって本発明に含まれるものとする。好ましくは、可塑化ポリビニルブチラールシートは約９０〜約６０ミルの厚みを有している。このような中間層はＭｏｎｓａｎｔｏＣｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯから商標Ｓａｆｌｅｘ（登録商標）シートとして、また、ＤｕＰｏｎｔＣｏｍｐａｎｙ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥからＢｕｔａｃｉｔｅ（登録商標）シートとして市販されている。貼合せ安全ガラスパネルの周囲を封入する剛性内側溝は、Ｃ形、Ｊ形またはＵ形の断面を有する剛性材料から成る。剛性内側溝の縁端は、斜めに切断されていてもよくまたは角形に切断されていてもよい。好ましくは、剛性内側溝はいかなる箇所でも重なり合っていてはならない。溝を規定する剛性内側溝の幅、壁の厚み及び壁の高さは所望に応じて変更し得る。剛性外側溝の寸法及び形状を特定寸法の開口部並びに特定寸法及び形状の剛性内側溝に適合するように調節する必要があることは当業者に明らかであろう。貼合せガラスパネルは、パネル縁端から測定して各ガラス面の周囲約０．５インチが溝に収容される十分な深さまで剛性内側溝に挿入される必要がある。剛性内側溝は、アルミニウム、スチール、ポリ塩化ビニル、ナイロンまたは他の強力プラスチックのような適当な任意の材料から形成され得る。アルミニウムの場合、アルミニウムの直材を所望の任意の形状及び寸法に曲げ加工できる。例えば、安全ガラス部材の周囲を被覆するように２つの半円形アルミニウム部材を接着してもよい。貼合せ安全ガラスパネルの周囲縁端はセルフシール接着剤によって剛性内側溝に接着されている。セルフシール接着剤は好ましくは、可撓性である、ガラス及び溝材料に対する接着性がよい、硬化すると硬質になる、などの特性を有している。好ましいセルフシール接着剤は、シリコーン、エポキシ、ポリウレタン、ポリビニルブチラール、ポリスルフィド、ブチルシーラント及び／またはガスケット及び貼合せ安全ガラスパネルの縁端の余剰ＰＶＢ中間層材料である。当業者に公知の他のセルフシール接着剤を使用してもよい。押出ＰＶＢシートの場合、貼合せ材料を構築するときに、ＰＶＢ中間層シートはガラスシートよりも大きいのが普通である。得られた貼合せ材料の縁端に余剰ＰＶＢが存在するとき、余剰ＰＶＢを含む貼合せパネルを剛性内側溝に挿入すると、この余剰ＰＶＢがセルフシール接着剤として機能するであろう。一般に、貼合せ材料を溝と共にオートクレーブで処理し、余剰ＰＶＢによって溝をガラスに貼合せる。あるいは、貼合せ材料の縁端の余剰ＰＢＶをガラスの縁端に揃えてトリミングし、オートクレーブ処理に先立って内側溝に充填し、貼合せ安全ガラスパネルを溝に接着するために使用してもよい。内側溝に嵌込まれた安全ガラスを次に、建築物フレームの外側溝に嵌込んで、工業的に適格な標準風荷重及び構造要件を満たす構造を形成する。本発明の安全ガラス構造材は任意の種類の建築物の任意の形状の開口部に使用できるが、典型的には窓、扉及び天窓のような建築物の開口部に使用される。構造フレームの剛性外側溝は、Ｃ形、Ｕ形、Ｊ形またはその組合せから成る断面を有する剛性材料から成る。剛性外側溝の幅、壁の厚み及び壁の高さは剛性内側溝を収容するように必要に応じて変更できること、及び、剛性内側溝のパラメーターは特定寸法の開口部に適合するように変更する必要があることは当業者に明らかであろう。剛性外側溝は、アルミニウム、ポリ塩化ビニル“ＰＶＣ”、木材のような適当な任意の材料またはその組合せまたはその複合材料（ビニル被覆ウッドクラッド窓）から形成され得る。剛性内側溝は、剛性外側溝にコーキングされた接着剤のような適当な任意の弾性材料によって剛性外側溝に接着され得る。適当な接着剤の例としては、嵌込み用テープ、シリコーンビード、エポキシ、ポリウレタン、ポリスルフィド、ブチル材料、押込ガスケット、汎用接着テープまたはその任意の組合せがある。安全ガラス構造材に使用されるガラスは、米国の標準及び試験方法“ＡＳＴＭ ”のフラットガラス標準規格（ＡＳＴＭＣ −１０３６−９０）及び建築用貼合せフラットガラスの標準規格（ＡＳＴＭＣ −１１７２−９１）を満たしていなければならない。ガラスの厚みは特定構造物の風荷重要件に依存する。ガラスの厚み及び風荷重要件は、焼きなましガラスの厚みを決定する標準試験（ＡＳＴＭＥ−１３００）及び規定荷重試験（米国土木工学標準“ＡＳＣＥ”７−８８）によって決定される。代表例は、熱強化ガラス、焼きなましガラス、完全焼き戻しガラス及び化学的焼き戻しガラスである。貼合せ安全ガラスで使用される第一及び第二のガラス層の各々は好ましくは約３／３２〜１／２インチの厚みを有している。台風によって生じる極度の強風条件下で、建築物の下部（例えば、３０フィート以下）の近くでは大ミサイル（飛翔物）が最も多いので、この種の破片の衝撃を受けても貫通されることなく存続できる窓の設計が重要である。また、約３０フィート及びそれよりも高い部分では、近隣の屋根から飛来する屋根の瓦礫及びその他の小破片が最も多い。これらのミサイルの衝撃によって窓が破損した場合、嵐が鎮静するまで割れたガラスが完全に開口部に残存しない限り、建築物の外装が弱体化する。しかしながら、台風によって発達するサイクル圧力は建築物の構造に更に損傷を加えるであろう。本文中に詳細に後述するように、本発明の構造材はこれらの条件下で存続し得る。台風に襲われ易い地域の壁張りに使用され得る製品の品質を評価する試験標準は開発されている。これらの試験標準は、壁装材、壁パネル、窓、扉、天窓、シャッター及び建築物外装の他の開口部の被覆に適用される。海岸地域に使用される試験標準の典型は、風に運ばれる破片に対する衝撃抵抗を測定するＳｏｕｔｈｅｒｎＢｕｉｌｄｉｎｇＣｏｄｅＣｏｎｇｒｅｓｓＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．（Ｂｉｒｍｉｎｇｈａｍ，Ａｌａｂａｍａ）（”ＳＢＣＣＩ”）標準である。典型的な試験では、建築物の高度に対する製品の位置に基づいて高速の大ミサイルまたは小ミサイルで製品を衝撃する。衝撃の後、台風の持続的乱風を表すサイクル圧力を製品に作用させ、典型的な台風条件を模倣して圧力の作用方向が内的作用から外的作用（吸引）に変化するように風向を変化させる。以下の実施例によって本発明がより十分に理解されよう。しかしながら、記載の特定の方法及び結果は本発明の単なる代表例であり、本発明がこれらの記載に全く限定されないことは当業者に容易に理解されよう。以下の実施例では安全ガラス構造材の各々に大ミサイル衝撃試験及びサイクル圧力負荷試験を行う。安全ガラス構造材の試験に使用した２つの試験方法を以下に概説する。大ミサイル衝撃試験各安全ガラス構造材の等しい２つの試験標本を大ミサイルで試験した。大ミサイルは、呼称寸法２インチ×４インチ、重量９ポンドの木片から構成した。圧縮空気によってミサイル砲からガラスに向けて大ミサイルを発射し、各試験標本の表面に５０フィート／秒の速度で衝突させた。各試験標本を２回衝撃した。初回は、円の中心を試験標本の中央に合わせて半径５インチの円の内部を衝撃し、２回目は、円の中心をいすれかの支持部材から６インチ離れた点に合わせて１つの隅の半径５インチの円の内部を衝撃した。各安全ガラス構造材の試験標本が連続してミサイル衝撃試験に合格したとき（即ち、ミサイルを通さないかまたは安全ガラス構造材に５インチ以上の貫通裂傷ができないとき）、これらの試験標本を以下のサイクル圧力負荷試験にかけた。サイクル圧力負荷試験サイクル圧力負荷試験では、大ミサイル衝撃試験に連続して合格した２つの試験標本に、表１に示すような順序の内部作用圧力（正圧）のサイクルを作用させ、次いでその逆の順序の外部作用圧力（負圧）のサイクルを作用させた。これらの圧力サイクル負荷は、構造の周囲に均一な圧力が作用するように試験標本に取り付けた機械的システムによって行った。各サイクルの持続時間を３秒とした。表１−サイクル風圧負荷注：ＰｍａｘはＡＳＣＥ７−８８に規定の最大設計負荷を表す。試験結果は合否基準である。各構造材の２つの試験標本が、２つの衝撃ミサイルを貫通させないことに成功し、次いでサイクル圧力負荷でも長さ５インチ以上、幅１／１６インチの通風性割れ目が形成されないという耐性を示したときは、構造材が試験に合格したと判定した。実施例１２枚の１／８インチ呼称のガラスの間に０．０９０インチのＳａｆｌｅｘ（登録商標）ＰＶＢ中間層を含む貼合せガラスパネルの全周囲を、璧厚１／１６インチのＣ形アルミニウム溝に接着した。溝には１／１６インチ〜１／８インチの中性硬化シリコーンビードをコーキングしておいた。このようにして溝に嵌込まれた貼合せガラスを次にフレーム中立の試験枠に配置した。フレーム中立の試験枠は１インチ×１インチ以下の脚をもつ１／４インチのＬ形部材から構成されていた。Ｌ形部材を２インチ×６インチの松材のフレームに、１．２５インチの１０号ネジで６インチ間隔で固定した。Ｌ形部材の配置間隔は、嵌込まれたガラス構造材の総厚み及び必要な嵌込み成分に基づいて決定した。ガラスパネルの内面に呼称１／８インチのシリコーンヒールビードを付加し、ガラスパネルの外面に発泡性両面接着剤の嵌込み用テープを付加して、試験サンプルをフレーム中立の試験枠に嵌込んだ。この構造は、衝撃試験及び７０ポンド／平方フィート（“ｐｓｆ”）のサイクル負荷試験の双方に合格した。実施例２１／８インチの壁厚をもつＣ形アルミニウム溝を貼合せガラスの縁端に接着した以外は実施例１と同じ手順で安全ガラス構造材を作製した。この構造は衝撃及び８０ｐｓｆのサイクル負荷の双方に合格した。実施例３０．０９０インチのＳａｆｌｅｘ（登録商標）ＰＶＢ中間層の一方の面に３／１６インチ呼称の熱強化ガラスを接着し、ＰＢＶの他方の面に１／８インチ呼称の焼きなましガラスを接着して貼合せカラスを形成した以外は実施例１と同じ手順で安全ガラス構造材を作製した。この構造は衝撃及び８０ｐｓｆのサイクル負荷の双方に合格した。実施例４０．０９０インチのＳａｆｌｅｘ（登録商標）ＰＶＢ中間層の一方の面に３／１６インチ呼称の熱強化ガラスを接着しＰＢＶの他方の面に３／１６インチ呼称の焼きなましガラスを接着して貼合せガラスを形成した以外は実施例１と同じ手順で安全ガラス構造材を作製した。この構造は衝撃及び８０ｐｓｆのサイクル負荷の双方に合格した。実施例５０．０９０インチのＳａｆ１ｅｘ（登録商標）ＰＶＢ中間層を２枚の１／８インチ呼称の焼きなましガラスの間に配置して貼合せガラスを形成した以外は実施例１と同じ手順で安全ガラス構造材を作製した。内側溝を使用せずに貼合せガラスを構造材の外側溝に直接接着した。この構造は衝撃試験に合格したが、６０ｐｓｆのサイクル負荷試験に合格しなかった。この安全ガラス構造材の試験中に、ガラスの縁端剥離として知られる現象が観察された（ガラスの縁端剥離はガラスがＰＶＢに接着しなくなったときに生じる）。衝撃試験によって生じたガラスの小粒子がサイクル負荷試験中にＰＶＢから剥離して、構造が破損した。実施例６貼合せガラスの代わりに１／４インチ呼称の完全焼戻しガラスを使用した以外は実施例１と同じ手順で安全ガラス構造材を作製した。この構造は衝撃試験に不合格であり、従ってサイクル負荷試験を行うことができなかった。実施例７１／４インチ呼称の完全焼戻しガラスを内側溝のない窓溝に直接接着した以外は実施例１と同じ手順で安全ガラス構造材を作製した。この構造は衝撃試験に不合格であり、従ってサイクル負荷試験を行うことができなかった。猛烈な台風に遭遇したときに典型的に生じる外界の風及び衝撃の条件をシミュレートして行った上記の性能データは、本発明の安全ガラス構造材の利点を劇的に示す。特に、本発明の安全ガラス構造材は、外側溝に安全ガラスと共に嵌込まれた内側溝を容易に屈曲させ得るので、建築物の開口部が無傷で維持される。更に、安全ガラス構造材は悪天候条件に曝される新しい建築物または古い建築物の構造フレームに容易に設置できる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年１２月１８日（１９９８．１２．１８）【補正内容】台風は巨大な大気の渦であり、時速１９３ｋｍ（１２０マイル）以上の風が持続する。台風が上陸し通過するとき、台風圏内の建築物は、ゆっくりと方向を変える暴風に長時間曝される。台風時の持続的な風は数時間に及ぶこともあり、その間に建築物は極度の突風に周期的に襲われる。風は方向をゆっくり変えながら構造物の最も弱い部材を見つけだし、その進行に伴ってこのような部材を破損し、風によって運ばれる大量の破片を発生させる。台風のもつ苛酷で複雑な性質が建築物に特殊な問題を生じさせる。建築物の外側の屋根の周囲の風は、屋根を外側から引き剥がす傾向をもつ。更に、窓の開口部が破損して建築物の外装に穴が開いたりした場合、建築物に侵入した風は屋根や壁を外側に押し出す傾向がある。従って、建築物の外装に穴が開いてしまうと、建築物の屋根を吹き飛ばす作用をもつ力が事実上倍加される。風によって運ばれる破片が存在するとき、窓の開口部を無傷に維持することはいっそう難しい。シャッターを使用したりまたはガラスが破損後にも開口部に残るように設計することによって窓ガラスを保護する提案も試験された。しかしながらこの場合には、台風の通過に伴って風向きが変わり、内的圧力が外的圧力（吸引）に変わるような持続的な暴風に対してシャッターまたは破損ガラスが耐性でなければならない。台風条件下では、このような圧力変化の結果として窓の開口部を無傷で維持できない状態がしばしば発生する。今日までの既存の構造物は台風のような極度の悪天候条件に機能的に耐えられるようには設計されていなかった。米国特許第２，６３１，３４０号は、窓の開口部を密閉するように設計された雨戸構造を開示している。米国特許第５，３５５，６５１号は、フレームの長さ方向に間隔を置いて設けられた複数の開孔を有している溝形可撓性ストリップから成るフレームに窓用ガラス板を固定する取付装置を開示している。米国特許第４，３６４，２０９号は、窓枠の所定の位置にスナップ嵌めによって固定されガラス板の周囲を囲繞する窓用の嵌込みストリップを開示している。嵌込みストリップはガラス板を所定位置でしっかりと保持しており、また、修繕または交換の際のガラス板の取外しが容易である。建築物の窓の開口部を保護するためにシャッターを使用することは公知であるが、シャッターは建築物の建設費に付加コストを加算し、また、台風到着に先立つ適切な時期に閉鎖するために注意が必要である。更に、シャッターは大型の営業用建築物では普通は使用されない。例えば、米国特許第５，３４７，７７５号は、悪天候時に窓に使用されるハリケーンシャッターを開示している。フロリダ南部に甚大な被害を与えた１９９２年８月のアンドリュー台風以来、技術者、建築家、建設関係の公務員及びその他の建設業界の関係者らは、特殊設計要件として台風を考慮に入れ始めた。台風の場合には風が持続し且つ渦巻くという特性があり、これらの特性が、極度の強風に耐性でかつ風に運ばれた破片による衝撃に耐性の安全ガラス構造材の設計を要するという従来技術でこれまで考慮されていなかった新しい重要な課題を与える。発明の概要安全ガラスを含む窓構造材の新規な改良がここに達成され、台風のような極度の悪天候条件下における性能の改善が実現した。即ち、本発明の基本的な目的は、台風、竜巻などの極度の悪天候条件に機能的に耐えられる安全ガラス窓構造材を提供することである。これらの目的及びその他の目的は、居住用及び営業用建築物に、極度の風及び衝撃条件に耐性の安全ガラス構造材を配備することによって達成される。この安全ガラス構造材は、（ａ）開口部を形成し且つ剛性外側溝を規定するフレームと、（ｂ）開口部の内部に配置され可塑化ポリビニルブチラールの中問層に接着された第一及び第二のガラス層を含む貼合せガラスパネルと、から成り、（ｃ）フレーム内部の剛性内側溝が、当該貼合せガラスパネルの周囲を囲繞しており、パネルの縁端領域と当該剛性内側溝との間の相対移動が全くまたは最小限にしか生じないようにセルフシール接着剤によって当該貼合せガラスパネルに接着されており、（ｄ）当該剛性内側溝は、剛性外側溝の内部に嵌込まれ、極度の風及び衝撃条件に曝されたときにパネルをその縁端よりも内側に屈曲させ得るような弾性材料によって剛性外側溝に接着されている。図面の簡単な説明図は、本発明の安全ガラス構造材の１つの実施態様の断面図である。発明の詳細な説明次に図を参照すると、安全ガラス構造材２０は、Ｕ形断面をもつ外側溝１の形状の剛性構造フレームから成る。溝の側部部材２及び３と底部部材４とがガラスパネルを挿入し得る開口部を規定している。溝の形状は特に厳密に限定されることなく、種々の設置に適応するように所望に応じて変更し得る。貼合せ安全ガラスパネル１０の周囲縁端が剛性内側溝８に嵌込まれ、安全ガラス１０と剛性内側溝８との間の相対移動が最小限にしか生じないかまたは全く生じないようにセルフシール接着剤９によって溝８に接着されている。貼合せ安全ガラスパネル１０は、第一及び第二のガラス層５及び６を有しており、これらは同じでもよく異なっていてもよく、可塑化ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）の中間層シート７に接着され該シートを封入している。図示のように、（安全ガラスが挿入された）剛性内側溝８は剛性外側溝１の内面から離間しており、剛性内側溝８の外面と剛性外側溝１の内面との間の相対的屈曲運動を許容する弾性材料１１によって接着されている。強風によってまたは風に運ばれた破片の衝撃によって生じた安全ガラス構造材の屈曲は、ガラスを支持する内側溝８が内側溝と外側溝とを隔てる弾性材料１１に対して屈曲することによって吸収される。所望の場合、内側溝８及び外側溝１のガラスパネル１０の挿入領域またはその近傍に、水または他の成分が蓄積しないように流出させるために、ガラス表面からＵ形溝の側部部材の頂部に向かって角度を設ける適当な任意の材料を本発明の安全ガラス構造材の上記領域に配備してもよい。ガスケット、シリコーン、テープなどのような慣用の任意の材料を使用し得る。貼合せ安全ガラスパネルは、自動車のフロントガラスまたは建築構造物で典型的に使用される慣用の任意の貼合せ安全ガラスでよく、通常は可塑化ポリビニルブチラールの中間層に接着された２枚のガラスシートから成る。ポリビニルブチラール中間層は当業界で公知であり、これらの中間層及びその製造方法は米国特許第Ｒｅ．２０，４３０号及び米国特許第２，４９６，４８０号及び第３，２７１，２３５号に記載されている。これらの特許の記載内容は参照によって本発明に含まれるものとする。好ましくは、可塑化ポリビニルブチラールシートは約２．２９〜１．５２ｍｍ（約９０〜約６０ミル）の厚みを有している。このような中間層はＭｏｎｓａｎｔｏＣｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯから商標Ｓａｆｌｅｘ（登録商標）シートとして、また、ＤｕＰｏｎｔＣｏｍｐａｎｙ,Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥからＢｕｔａｃｉｔｅ（登録商標）シートとして市販されている。貼合せ安全ガラスパネルの周囲を封入する剛性内側溝は、Ｃ形、Ｊ形またはＵ形の断面を有する剛性材料から成る。剛性内側溝の縁端は、斜めに切断されていてもよくまたは角形に切断されていてもよい。好ましくは、剛性内側溝はいかなる筒所でも重なり合っていてはならない。溝を規定する剛性内側溝の幅、璧の厚み及び璧の高さは所望に応じて変更し得る。剛性外側溝の寸法及び形状を特定寸法の開口部並びに特定寸法及び形状の剛性内側溝に適合するように調節する必要があることは当業者に明らかであろう。貼合せガラスパネルは、パネル縁端から測定して各ガラス面の周囲約１．２７ｃｍ（０．５インチ）が溝に収容される十分な深さまで剛性内側溝に挿入される必要がある。剛性内側溝は、アルミニウム、スチール、ポリ塩化ビニル、ナイロンまたは他の強力プラスチックのような適当な任意の材料から形成され得る。アルミニウムの場合、アルミニウムの直材を所望の任意の形状及び寸法に曲げ加工できる。例えば、安全ガラス部材の周囲を被覆するように２つの半円形アルミニウム部材を接着してもよい。貼合せ安全ガラスパネルの周囲縁端はセルフシール接着剤によって剛性内側溝に接着されている。セルフシール接着剤は好ましくは、可撓性である、ガラス及び溝材料に対する接着性がよい、硬化すると硬質になる、などの特性を有している。好ましいセルフシール接着剤は、シリコーン、エポキシ、ポリウレタン、ポリビニルブチラール、ポリスルフィド、ブチルシーラント及び／またはガスケット及び貼合せ安全ガラスパネルの縁端の余剰ＰＶＢ中間層材料である。当業者に公知の他のセルフシール接着剤を使用してもよい。押出ＰＶＢシートの場合、貼合せ材料を構築するときに、ＰＶＢ中間層シートはガラスシートよりも大きいのが普通である。得られた貼合せ材料の縁端に余剰ＰＶＢが存在するとき、余剰ＰＶＢを含む貼合せパネルを剛性内側溝に挿入すると、この余剰ＰＶＢがセルフシール接着剤として機能するであろう。一般に、貼合せ材料を溝と共にオートクレーブで処理し、余剰ＰＶＢによって溝をガラスに貼合せる。あるいは、貼合せ材料の縁端の余剰ＰＢＶをガラスの縁端に揃えてトリミングし、オートクレーブ処理に先立って内側溝に充填し、貼合せ安全ガラスパネルを溝に接着するために使用してもよい。内側溝に嵌込まれた安全ガラスを次に、建築物フレームの外側溝に嵌込んで、工業的に適格な標準風荷重及び構造要件を満たす構造を形成する。本発明の安全ガラス構造材は任意の種類の建築物の任意の形状の開口部に使用できるが、典型的には窓、扉及び天窓のような建築物の開口部に使用される。構造フレームの剛性外側溝は、Ｃ形、Ｕ形、Ｊ形またはその組合せから成る断面を有する剛性材料から成る。剛性外側溝の幅、璧の厚み及び璧の高さは剛性内側溝を収容するように必要に応じて変更できること、及び、剛性内側溝のパラメーターは特定寸法の開口部に適合するように変更する必要があることは当業者に明らかであろう。剛性外側溝は、アルミニウム、ポリ塩化ビニル“ＰＶＣ”、木材のような適当な任意の材料またはその組合せまたはその複合材料（ビニル被覆ウッドクラッド窓）から形成され得る。剛性内側溝は、剛性外側溝にコーキングされた接着剤のような適当な任意の弾性材料によって剛性外側溝に接着され得る。適当な接着剤の例としては、嵌込み用テープ、シリコーンビード、エポキシ、ポリウレタン、ポリスルフィド、ブチル材料、押込ガスケット、汎用接着テープまたはその任意の組合せがある。安全ガラス構造材に使用されるガラスは、米国の標準及び試験方法“ＡＳＴＭ ”のフラットガラス標準規格（ＡＳＴＭＣ−１０３６−９０）及び建築用貼合せフラットガラスの標準規格（ＡＳＴＭＣ−１１７２−９１）を満たしていなければならない。ガラスの厚みは特定構造物の風荷重要件に依存する。ガラスの厚み及び風荷重要件は、焼きなましガラスの厚みを決定する標準試験（ＡＳＴＭＥ−１３００）及び規定荷重試験（米国土木工学標準“ＡＳＣＥ”７−８８）によって決定される。代表例は、熱強化ガラス、焼きなましガラス、完全焼き戻しガラス及び化学的焼き戻しガラスである。貼合せ安全ガラスで使用される第一及び第二のガラス層の各々は好ましくは約０．２４〜１．２７ｃｍ（３／３２〜１／２インチ）の厚みを有している。台風によって生じる極度の強風条件下で、建築物の下部（例えば、９．１ｍ（３０フィート）以下）の近くでは大ミサイル（飛翔物）が最も多いので、この種の破片の衝撃を受けても貫通されることなく存続できる窓の設計が重要である。また、約９．１ｍ（３０フィート）及びそれよりも高い部分では、近隣の屋根から飛来する屋根の瓦礫及びその他の小破片が最も多い。これらのミサイルの衝撃によって窓が破損した場合、嵐が鎮静するまで割れたガラスか完全に開口部に残存しない限り、建築物の外装が弱体化する。しかしながら、台風によって発達するサイクル圧力は建築物の構造に更に損傷を加えるであろう。本文中に詳細に後述するように、本発明の構造材はこれらの条件下で存続し得る。台風に襲われ易い地域の璧張りに使用され得る製品の品質を評価する試験標準は開発されている。これらの試験標準は、壁装材、壁パネル、窓、扉、天窓、シャッター及び建築物外装の他の開口部の被覆に適用される。海岸地域に使用される試験標準の典型は、風に運ばれる破片に対する衝撃抵抗を測定するＳｏｕｔｈｅｒｎＢｕｉｌｄｉｎｇＣｏｄｅＣｏｎｇｒｅｓｓＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．（Ｂｉｒｍｉｎｇｈａｍ，Ａｌａｂａｍａ）（“ＳＢＣＣＩ”）標準である。典型的な試験では、建築物の高度に対する製品の位置に基づいて高速の大ミサイルまたは小ミサイルで製品を衝撃する。衝撃の後、台風の持続的乱風を表すサイクル圧力を製品に作用させ、典型的な台風条件を模倣して圧力の作用方向が内的作用から外的作用（吸引）に変化するように風向を変化させる。以下の実施例によって本発明がより十分に理解されよう。しかしながら、記載の特定の方法及び結果は本発明の単なる代表例であり、本発明がこれらの記載に全く限定されないことは当業者に容易に理解されよう。以下の実施例では安全ガラス構造材の各々に大ミサイル衝撃試験及びサイクル圧力負荷試験を行う。安全ガラス構造材の試験に使用した２つの試験方法を以下に概説する。大ミサイル衝撃試験各安全ガラス構造材の等しい２つの試験標本を大ミサイルで試験した。大ミサイルは、呼称寸法５．０８ｃｍ×１０．１６ｃｍ（２インチ×４インチ）、重量４．０８ｋｇ（９ポンド）の木片から構成した。圧縮空気によってミサイル砲からガラスに向けて大ミサイルを発射し、各試験標本の表面に１５．２４ｍ／秒（５０フィート／秒）の速度で衝突させた。各試験標本を２回衝撃した。初回は、円の中心を試験標本の中央に合わせて半径１２．７ｃｍ（５インチ）の円の内部を衝撃し、２回目は、円の中心をいすれかの支持部材から１５．２４ｃｍ（６インチ）離れた点に合わせて１つの隅の半径１２．７ｃｍ（５インチ）の円の内部を衝撃した。各安全ガラス構造材の試験標本が連続してミサイル衝撃試験に合格したとき（即ち、ミサイルを通さないかまたは安全ガラス構造材に１２．７ｃｍ（５インチ）以上の貫通裂傷ができないとき）、これらの試験標本を以下のサイクル圧力負荷試験にかけた。サイクル圧力負荷試験サイクル圧力負荷試験では、大ミサイル衝撃試験に連続して合格した２つの試験標本に、表１に示すような順序の内部作用圧力（正圧）のサイクルを作用させ、次いでその逆の順序の外部作用圧力（負圧）のサイクルを作用させた。これらの圧力サイクル負荷は、構造の周囲に均一な圧力が作用するように試験標本に取り付けた機械的システムによって行った。各サイクルの持続時間を３秒とした。表１−サイクル風圧負荷注：ＰｍａｘはＡＳＣＥ７−８８に規定の最大設計負荷を表す。試験結果は合否基準である。各構造材の２つの試験標本が、２つの衝撃ミサイルを貫通させないことに成功し、次いでサイクル圧力負荷でも長さ５インチ以上、幅０．１６ｃｍ（１／１６インチ）の通風性割れ目が形成されないという耐性を示したときは、構造材が試験に合格したと判定した。実施例１２枚の０．３２ｃｍ（１／８インチ）呼称のガラスの間に０．２３ｃｍ（０．０９０インチ）のＳａｆｌｅｘ（登録商標）ＰＶＢ中間層を含む貼合せガラスパネルの全周囲を、壁厚０．１６ｃｍ（１／１６インチ）のＣ形アルミニウム溝に接着した。溝には０．１６ｃｍ〜０．３２ｃｍ（１／１６インチ〜１／８インチ）の中性硬化シリコーンビードをコーキングしておいた。このようにして溝に嵌込まれた貼合せガラスを次にフレーム中立の試験枠に配置した。フレーム中立の試験枠は２．５４ｃｍ×２．５４ｃｍ（１インチ ×１インチ）以下の脚をもつ０．６４ｃｍ（１／４インチ）のＬ形部材から構成されていた。Ｌ形部材を５．０８ｃｍ×１５．２４ｃｍ（２インチ×６インチ）の松材のフレームに、３．１７ｃｍ（１．２５インチ）の１０号ネジで１５．２４ｃｍ（６インチ）間隔で固定した。Ｌ形部材の配置間隔は、嵌込まれたガラス構造材の総厚み及び必要な嵌込み成分に基づいて決定した。ガラスパネルの内面に呼称０．３２ｃｍ（１／８インチ）のシリコーンヒールビードを付加し、ガラスパネルの外面に発泡性両面接着剤の嵌込み用テープを付加して、試験サンプルをフレーム中立の試験枠に嵌込んだ。この構造は、衝撃試験及び３４２ｋｇ／ｍ²（７０ポンド／平方フィート（“ｐｓｆ”））のサイクル負荷試験の双方に合格した。実施例２０．３２ｃｍ（１／８インチ）の壁厚をもつＣ形アルミニウム溝を貼合せガラスの縁端に接着した以外は実施例１と同じ手順で安全ガラス構造材を作製した。この構造は衝撃及び３９０ｋｇ／ｍ²（８０ｐｓｆ）のサイクル負荷の双方に合格した。実施例３０．２３ｃｍ（０．０９０インチ）のＳａｆｌｅｘ（登録商標）ＰＶＢ中間層の一方の面に０．４８ｃｍ（３／１６インチ）呼称の熱強化ガラスを接着し、ＰＢＶの他方の面に０．３２ｃｍ（１／８インチ）呼称の焼きなましガラスを接着して貼合せガラスを形成した以外は実施例１と同じ手順で安全ガラス構造材を作製した。この構造は衝撃及び３９０ｋｇ／ｍ²（８０ｐｓｆ）のサイクル負荷の双方に合格した。実施例４０．２３ｃｍ（０．０９０インチ）のＳａｆｌｅｘ（登録商標）ＰＶＢ中間層の一方の面に０．４８ｃｍ（３／１６インチ）呼称の熱強化ガラスを接着しＰＢＶの他方の面に０．４８ｃｍ（３／１６インチ）呼称の焼きなましガラスを接着して貼合せガラスを形成した以外は実施例１と同じ手順で安全ガラス構造材を作製した。この構造は衝撃及び３９０ｋｇ／ｍ２（８０ｐｓｆ）のサイクル負荷の双方に合格した。実施例５０．２３ｃｍ（０．０９０インチ）のＳａｆｌｅｘ（登録商標）ＰＶＢ中間層を２枚の０．３２ｃｍ（１／８インチ）呼称の焼きなましガラスの間に配置して貼合せガラスを形成した以外は実施例１と同じ手順で安全ガラス構造材を作製した。内側溝を使用せずに貼合せガラスを構造材の外側溝に直接接着した。この構造は衝撃試験に合格したが、２９３ｋｇ／ｍ²（６０ｐｓｆ）のサイクル負荷試験に合格しなかった。この安全ガラス構造材の試験中に、ガラスの縁端剥離として知られる現象が観察された（ガラスの縁端剥離はガラスがＰＶＢに接着しなくなったときに生じる）。衝撃試験によって生じたガラスの小粒子がサイクル負荷試験中にＰＶＢから剥離して、構造が破損した。実施例６貼合せガラスの代わりに０．６４ｃｍ（１／４インチ）呼称の完全焼戻しガラスを使用した以外は実施例１と同じ手順で安全ガラス構造材を作製した。この構造は衝撃試験に不合格であり、従ってサイクル負荷試験を行うことができなかった。実施例７０．６４ｃｍ（１／４インチ）呼称の完全焼戻しガラスを内側溝のない窓溝に直接接着した以外は実施例１と同じ手順で安全ガラス構造材を作製した。この構造は衝撃試験に不合格であり、従ってサイクル負荷試験を行うことができなかった。猛烈な台風に遭遇したときに典型的に生じる外界の風及び衝撃の条件をシミュレートして行った上記の性能データは、本発明の安全ガラス構造材の利点を劇的に示す。特に、本発明の安全ガラス構造材は、外側溝に安全ガラスと共に嵌込まれた内側溝を容易に屈曲させ得るので、建築物の開口部が無傷で維持される。更に、安全ガラス構造材は悪天候条件に曝される新しい建築物または古い建築物の構造フレームに容易に設置できる。請求の範囲１．（ａ）開口部を形成し且つ剛性外側溝を規定するフレームと、（ｂ）開口部の内部に配置され可塑化ポリビニルブチラールの中間層に接着された第一及び第二のガラス層を含む貼合せガラスパネルとから成り、（ｃ）フレーム内部の剛性内側溝が、前記貼合せガラスパネルの周囲を囲繞しており、パネルの縁端領域と前記剛性内側溝との間の相対移動が全くまたは最小限にしか生じないようにセルフシール接着剤によって前記貼合せガラスパネルに接着されており、（ｄ）前記剛性内側溝は、剛性外側溝の内部に嵌込まれ、極度の風及び衝撃条件に曝されたときにパネルをその縁端よりも内側に屈曲させ得る弾性材料によって剛性外側溝に接着されていることを特徴とする極度の風及び衝撃の条件に耐性の安全ガラス構造材。２．前記剛性内側溝が、Ｃ形、Ｊ形及びＵ形から成るグループから選択された断面形を有することを特徴とする請求項１に記載の安全ガラス構造材。３．前記剛性内側溝が、アルミニウム、スチール及びポリ塩化ビニルナイロンから成るグループから選択された材料から製造されることを特徴とする請求項２に記載の安全ガラス構造材。４．剛性外側溝が、Ｃ形またはＵ形から成るグループから選択された断面形を有することを特徴とする請求項１に記載の安全ガラス構造材。５．前記剛性外側溝が、アルミニウム、ポリ塩化ビニル、木材またはその任意の組合せから成るグループから選択された材料から製造されることを特徴とする請求項４に記載の安全ガラス構造材。６．前記セルフシール接着剤が、シリコーン、エポキシ、ポリウレタン、ポリビニルブチラール、ポリスルフィド、ブチルシーラント及びガスケットから成るグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の安全ガラス構造材。７．前記弾性材料が接着剤であることを特徴とする請求項１に記載の安全ガラス構造材。８．前記接着剤が、嵌込み用テープ、シリコーン、エポキシ、ポリウレタン、ポリスルフィド、ブチル材料、押込ガスケットまたはその任意の組合せから成るグループから選択されることを特徴とする請求項７に記載の安全ガラス構造材。９．前記第一及び第二のガラス層が同じガラスまたは異なるガラスから成ることを特徴とする請求項１に記載の安全ガラス構造材。１０．前記第一及び第二のガラス層が、熱強化ガラス、焼きなましガラス、完全焼戻しガラス、及び、化学的焼戻しガラスから成るグループから選択されることを特徴とする請求項９に記載の安全ガラス構造材。１１．前記第一及び第二のガラス層の各々の厚みが約０．２４〜１．２７ｃｍ（３／３２〜１／２インチ）であることを特徴とする請求項１０に記載の安全ガラス構造材。１２．可塑化ポリビニルブチラールシートが２．２９〜約１．５２ｍｍ（９０〜約６０ミル）の厚みであることを特徴とする請求項１に記載の安全ガラス構造材。

Claims

【特許請求の範囲】１．（ａ）開口部を形成し且つ剛性外側溝を規定するフレームと、（ｂ）開口部の内部に配置され可塑化ポリビニルブチラールの中間層に接着された第一及び第二のガラス層を含む貼合せガラスパネルとから成り、（ｃ）フレーム内部の剛性内側溝が、前記貼合せガラスパネルの周囲を囲繞しており、パネルの縁端領域と前記剛性内側溝との間の相対移動が全くまたは最小限にしか生じないようにセルフシール接着剤によって前記貼合せガラスパネルに接着されており、（ｄ）前記剛性内側溝は、剛性外側溝の内部に嵌込まれ、極度の風及び衝撃条件に曝されたときにパネルをその縁端よりも内側に屈曲させ得る弾性材料によって剛性外側溝に接着されていることを特徴とする極度の風及び衝撃の条件に耐性の安全ガラス構造材。２．前記剛性内側溝が、Ｃ形、Ｊ形及びＵ形から成るグループから選択された断面形を有することを特徴とする請求項１に記載の安全ガラス構造材。３．前記剛性内側溝が、アルミニウム、スチール及びポリ塩化ビニルナイロンから成るグループから選択された材料から製造されることを特徴とする請求項２に記載の安全ガラス構造材。４．剛性外側溝が、Ｃ形またはＵ形から成るグループから選択された断面形を有することを特徴とする請求項１に記載の安全ガラス構造材。５．前記剛性外側溝が、アルミニウム、ポリ塩化ビニル、木材またはその任意の組合せから成るグループから選択された材料から製造されることを特徴とする請求項４に記載の安全ガラス構造材。６．前記セルフシール接着剤が、シリコーン、エポキシ、ポリウレタン、ポリビニルブチラール、ポリスルフィド、ブチルシーラント及びガスケットから成るグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の安全ガラス構造材。７．前記弾性材料が接着剤であることを特徴とする請求項１に記載の安全ガラス構造材。８．前記接着剤が、嵌込み用テープ、シリコーン、エポキシ、ポリウレタン、ポリスルフィド、ブチル材料、押込ガスケットまたはその任意の組合せから成るグループから選択されることを特徴とする請求項７に記載の安全ガラス構造材。９．前記第一及び第二のガラス層が同じガラスまたは異なるガラスから成ることを特徴とする請求項１に記載の安全ガラス構造材。１０．前記第一及び第二のガラス層が、熱強化ガラス、焼きなましガラス、完全焼戻しガラス、及び、化学的焼戻しガラスから成るグループから選択されることを特徴とする請求項９に記載の安全ガラス構造材。１１．前記第一及び第二のガラス層の各々の厚みが約３／３２〜１／２インチであることを特徴とする請求項１０に記載の安全ガラス構造材。１２．可塑化ポリビニルブチラールシートが約９０〜約６０ミルの厚みであることを特徴とする請求項１に記載の安全ガラス構造材。