JP2008024546A - 複層ガラス - Google Patents

Abstract

【課題】複層ガラスの遮音性能を高める。
【解決手段】板ガラスの周縁に配設したスペーサにより所定間隔を隔てて重ね合わされた少なくとも２枚の板ガラスと、板ガラス間に中空層を有し、板ガラス間に前記スペーサのすくなくとも１つと平行に配設された共鳴用部材とを備え、共鳴用部材、スペーサおよび２枚の板ガラスで囲まれた空隙部を有し、共鳴用部材には前記中空層と前記空隙部とを連通する複数個の貫通孔が設けられた複層ガラスであって、貫通孔の孔径が、０．５ｍｍ以上２ｍｍ未満である複層ガラス。
【選択図】図１

Description

本発明は、遮音性能を高めることにより建築物の窓用としてはもとより、車輌や船舶などの窓用としても好適に使用できる複層ガラスに関する。

複層ガラスにおける遮音性能の良否は、コインシデンス効果と共鳴透過現象との如何に依存するとされている。このうち、コインシデンス効果による遮音性能の低下は、使用する板ガラスの密度や縦弾性係数のほか、その時々の気温等にも関係するとされており、単板ガラスのみならず複層ガラスにも発生する共通の現象である。

一方、低音域での共鳴透過現象は、等間隔で隔置された２枚の板ガラスが共鳴すること
により発生する複層ガラスに特有の現象である。
従来より使用されている一般的な複層ガラスにおいては、スペーサの両側面と板ガラスとの間には一次シールが、２枚の板ガラス端縁とスペーサの外側面とを覆って二次シールが設けられている。

しかし、この構成では、複層ガラスの中空層の大きさ、該中空層に封入された気体の種類、板ガラスの厚さ、等の制限より、１６０〜５００Ｈｚの音域で共鳴透過現象による遮音性能の低下という不具合が生じやすい。
また、２枚の板ガラスの板厚が同一または近似である場合、コインシデンス効果を顕著に生じ、高音域から中音域にかけても遮音性能の低下という不具合が生じやすい。

上記欠点の対処法として、特開２００４−２０５９９２号公報においては、共鳴器を備えた複層ガラスが提案されている。しかし、この構成においても遮音性能が低下するという問題が完全に解決された訳ではない。

特開２００４−２０５９９２号公報

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、１６０〜５００Ｈｚの周波数帯での遮音性能改善量を最適化した共鳴器を設計し、ＪＩＳ Ａ ４７０６：２０００における遮音性能等級が共鳴器を持たないものに比べて１ランク向上する複層ガラスを提供することを目的とする。

本発明は、前述の課題を解決すべくなされたものであり、少なくとも２枚の板ガラスを、その周縁部にスペーサを配設して前記板ガラスの間に中空層ができる様に隔置し、かつ前記中空層内に前記スペーサの少なくとも１つと所定間隔をもって対抗して共鳴用部材を配設し、前記板ガラスと、共鳴用部材と、スペーサとによって画成された空隙部を形成するとともに、板ガラスの周縁部をシールしてなる複層ガラスであって、前記共鳴用部材には前記中空層と空隙部とを連通させる複数個の貫通孔が設けられており、前記貫通孔の孔径は０．５ｍｍ以上２ｍｍ未満であることを特徴とする複層ガラスを提供する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の複層ガラスであって、前記スペーサと前記共鳴用部材との有効空隙が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の複層ガラスであって、前記共鳴用部材の厚さが２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、貫通孔相互の間隔が１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の複層ガラスであって、前記板ガラスの厚さが２ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、板ガラス相互の間隔が４ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とする。

請求項５の発明は請求項１から４のいずれか１項に記載の複層ガラスであって、少なくとも１枚の板ガラスが合わせガラスであることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の複層ガラスであって、前記中空層に窒素ガス、六フッ化硫黄ガス、アルゴンガスまたはクリプトンガスが封入されたことを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の複層ガラスであって、共鳴器の共鳴周波数が１６０〜６３０Ｈｚであることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の複層ガラスであって、前記スペーサと前記共鳴用部材とが連結部材を介して一体化してなることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の複層ガラスであって、前記連結部材および／または前記共鳴用部材が透明部材であることを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の複層ガラスであって、前記貫通孔の少なくとも一方の開口部には音響抵抗材が配されてなることを特徴とする。

本発明によれば、２００〜５００Ｈｚの音域で共鳴透過現象による遮音性能の低下という不具合を著しく抑制し、ＪＩＳ Ａ ４７０６：２０００における遮音性能等級が共鳴器を持たないものに比べて１ランク向上する複層ガラスを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳説する。
図１は本発明に係わる複層ガラスの一例を示す概略図であり、図２は複層ガラスの部分（Ａ−Ａ）断面図、図３は共鳴用部材の部分上面図である。

図１および図２に示すように、複層ガラス１は、２枚の板ガラス２および２を、スペーサ３によって、板ガラス２、２とスペーサ３との間に一次シール８を介して所定の間隔に保持し、板ガラス２および２の周縁部内部とスペーサ３の外周面とで形成された凹部に二次シール９を配して周縁部がシールされている。

板ガラス２としては、建築用に一般的に使用されるソーダライムシリカガラス（例えば、旭硝子社製、商品名：ＡＳ）が代表的であるが、これに限られずその他の組成の板ガラスも使用できる。同様に、通常のソーダライムシリカガラス以外にも、強化ガラスや網入り板ガラス、合わせガラスも使用でき、片側の板ガラス２を合わせガラスとし、他方を通常のソーダライムシリカガラスとする等、種類や厚さの異なる板ガラスを組み合わせて使用することもできる。また、無機質の板ガラスのみならず有機質の板状体、例えばポリカーボネート、アクリル樹脂等も使用できる。なお、製造上および市場の観点から、板ガラスの厚さは２ｍｍ以上３０ｍｍ以下、板ガラス相互の間隔が４ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。

スペーサ３は、板ガラス２、２の相互の間隔が所定値に確保できれば材質、形状は限定されないが、図示のような断面矩形状が好ましい。なお、図示は省略したが、スペーサ３の中空部分に乾燥剤を充填し、かつ、スペーサ３の中空層側に貫通孔を所定間隔で複数個設けてもよい。

一次シール８としては主に耐透湿性および粘着力を発揮できる材質が好ましく、たとえば、ポリイソブチレンが好適に使用できる。二次シール９としては主に接着力を発揮できる材質が好ましく、たとえば、ポリスルフィド、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂が好適に使用できる。

なお、複層ガラス１としては、２枚の板ガラス２、２をその間に設けたスペーサ３で所定間隔を隔てて重ね合わせ、単一の中空層４を有する構成に限られるものではなく、３枚以上の板ガラス２、・・・、２を隣り合う板ガラス２、２間にスペーサ３を設けて所定間隔を隔てて重ね合わせ、複数の中空層４を有する構成であってもよい。

中空層４内にはスペーサ３に平行にスペーサ３と所定距離Ｈの間隔を隔てて板状の共鳴用部材５が配設され、共鳴用部材５、スペーサ３および２枚の板ガラス２、２で空隙部７が形成される。共鳴用部材５は矩形断面の角材または板材である。また、共鳴用部材５は板ガラス２の４辺全周に沿って設けてもよいし１辺にのみ沿って設けてもよい。共鳴用部材５は所定の厚さＬを有しており、また、共鳴用部材５には中空層４と空隙部７とを連通する直径ｄの複数個の貫通孔６が所定ピッチ間隔Ｐ毎に設けられている（図３参照）。

共鳴用部材５は、不図示の額縁より内側に露出するため、窓ガラスとしての透視性を妨げないために外観上透明材料で形成することが好ましい。また、所望の共鳴周波数、例えば１６０〜６３０Ｈｚを有する共鳴器が構成できれば、種々の寸法の共鳴用部材５を使用可能であるが、外観上や製造上の観点から厚さＬが２ｍｍ以上２０ｍｍ以下、孔ピッチ間隔Ｐが１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下程度とするのが好ましい。

優れた遮音性能を得るには、直径ｄは０．５ｍｍ以上２ｍｍ未満であることが好ましく、厚さＬが２ｍｍ以上１０ｍｍ未満では０．８以上１．５ｍｍ以下であることが特に好ましい。

また、スペーサ３と共鳴用部材５の間隔Ｈ（有効空隙）は、遮音性能と外観上の観点から１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることが好ましい。

共鳴用部材５の幅は、板ガラス２の相互の間隔Ｗと略等しく、図示しない接着剤等の固定手段により板ガラス２に固定されている。共鳴用部材５の材質としては、各種の材料が使用できるが、硬質樹脂、ゴム、金属材料、等が吸音性が少なくて好ましい。また、共鳴用部材５の表面、すなわち、共鳴用部材５の上下面および貫通孔６の周壁面は、平滑に仕上げてあることが、吸音性が少なくて好ましい。

図４は共鳴用部材とスペーサを一体とした複層ガラスの部分断面図である。
図示したように、共鳴用部材５は連結部材１０を介してスペーサ３の係合用突起部と嵌合して連結し、一体構造としてもよい。この場合、連結部材１０は共鳴用部材５とともに透明な材質を用いて形成することが複層ガラスとして好ましい。

スペーサ３上辺の両側端には水平片である係止部３ａが延設され、共鳴用部材５の下部両側端からは連結部材１０が垂設され、かつ、連結部材１０の下端部には、それぞれ２箇所に内向きの水平片が平行に延設され係合凹部１０ａを形成している。

したがって、両側の係止部３ａと係合凹部１０ａをそれぞれ嵌合することによりスペーサ３と共鳴用部材５とが一体化する。この構成であれば、スペーサ３を一次シール８および二次シール９を介して板ガラス２に固定するのみでよく、共鳴用部材５を別途板ガラス２に固定する必要がない。なお、連結部材１０はスペーサ３（共鳴用部材５）の全長に亘って設ける構成でも、スペーサ３（共鳴用部材５）の全長に対し局部的に所定間隔をおいて設ける構成でもよい。

この共鳴用部材５と空隙部７とにより、共鳴器が形成される。以下、この共鳴器の原理を説明する。

共鳴用部材５に中空層４側から音波が入射すると、特定の周波数で貫通孔６内の空気が激しく振動する。このとき、貫通孔６内の空気と、貫通孔６の周壁面との摩擦によって音響エネルギーが熱エネルギーに変換されて吸音効果が得られる。

所定の厚さＬの共鳴用部材５に連続的に貫通孔６が配されている構成は、ヘルムホルツ共鳴器が連続的に並んでいる構成と等価であると考えられる。この場合、該共鳴器は貫通孔６の数が多い程（ただし、貫通孔６の間隔は制限される）、その吸音効果は大きい。

このように、本発明の複層ガラスは、従来のヘルムホルツ共鳴器を持った複層ガラスに僅かの変更を加えるのみで、充分な遮音効果が得られるため、サッシや窓などの建築空間の他の部分に共鳴器を設ける必要はない。したがって、建築空間に全く変更を加えることなく、優れた遮音性能が得られる技術であり、人口密度の高い都市空間において極めて有益である。

本発明において、複層ガラスの構成によってｆｒ（共鳴器の共鳴周波数）が求められる。すなわち、気体の音速Ｃ、スペーサ３と共鳴用部材５との間隔Ｈ、共鳴用部材５の厚さＬ、貫通孔６の直径ｄ、貫通孔相互の間隔Ｐおよび板ガラス２、２の内のり寸法Ｗ等のパラメータを下記（１）式に代入することによりｆｒが算出される。

また一般に、複層ガラスの構成によってｆｒｍｄ（複層ガラスが持つ固有の共鳴透過周波数）が求められる。すなわち、気体中の音速Ｃ、気体の密度ρ、ガラスの面密度ｍおよび板ガラス２、２の内のり寸法Ｗ等のパラメータを下記（２）式に代入することによりｆｒｍｄが算出される。

このように、複層ガラスの構成における各値を任意に設定することにより、所望のｆ_ｒ（共鳴器の共鳴周波数）と、ｆ_ｒｍｄ（複層ガラスの共鳴透過周波数）とを合わせることができる。

本発明の他の実施の形態として、少なくとも１枚の板ガラス２が合わせガラスである複層ガラス１が挙げられる。このように、合わせガラスが使用されたり、板ガラスの外側にフィルムや樹脂等が接着された複層ガラス１は、安全面に優れ、複層ガラスとしての機能向上に寄与できる。

本発明のさらに他の実施の形態として、中空層４に六フッ化硫黄ガス、アルゴンガスまたはクリプトンガスを封入した複層ガラスが挙げられる。通常の複層ガラス１は、中空層４に乾燥空気または窒素ガスが封入される構成が一般的であるが、これの代わりに、断熱性能を上げることを主たる目的で上記ガスを封入すると、媒体間の音速の違いによる波動的エネルギー損失を生じ、遮音性能が向上する効果が得られる。

なお、窒素ガス、六フッ化硫黄ガス、アルゴンガス、クリプトンガスの０℃、１気圧での密度ρは、それぞれ、１．２５ｋｇ／ｍ^３、６．６ｋｇ／ｍ^３、１．７８ｋｇ／ｍ^３、３．７４ｋｇ／ｍ^３であり、音速Ｃは、それぞれ、３３７ｍ／秒、１３０ｍ／秒、３０８ｍ／秒、２１２ｍ／秒であり、その結果ｆｒｍｄ（８および４ｍｍのフロート板ガラス２枚を１０ｍｍの間隔を隔てて形成した複層ガラスの共鳴透過周波数）は、それぞれ、２１６Ｈｚ、１９２Ｈｚ、２３６Ｈｚ、２３５Ｈｚと算出される。

本発明のさらに他の実施の形態として、貫通孔の少なくとも一方の開口部には音響抵抗材（不図示）が配されてなる構成が挙げられる。このような構成であれば、音響抵抗材が貫通孔の前後での気体の摩擦運動を促進し、広い周波数範囲の吸音の効果が得られる。

なお、音響抵抗材とは、気体振動（空気振動）により自ら励振されやすい物質であり、たとえば、グラスウール、ロックウール等の繊維材、フィルム等の膜状材、等が挙げられる。

矩形で、縦１４８０ｍｍ、横１２３０ｍｍ、厚さ８および４ｍｍのフロート板ガラス２、２'（旭硝子社製、商品名：ＡＳ）各１枚を１０ｍｍの中空層を有するように、複層ガラスを製作し、図１に示すように共鳴用部材５を複層ガラス１の四端縁部分に設けた。共鳴用部材５の厚さＬは５ｍｍ、貫通孔６相互の間隔Ｐは前式（１）と（２）が１／３オクターブ・バンドずれる〔（１）＞（２）〕設計とし、共鳴用部材５の材質は、アクリル系樹脂を使用した。

貫通孔６の直径ｄを１、２ｍｍ（実施例１、比較例１）の２種類の共鳴用部材５を用意し、スペーサ３と共鳴用部材５との間隔Ｈ（有効空隙）を１５ｍｍとなるように取り付けて評価した。なお、この場合前記（２）式によるｆｒｍｄ（共鳴透過周波数）は２３８Ｈｚとなり、前記（１）式によるｆｒ（共鳴器の共鳴周波数）は３００Ｈｚとした。

また、貫通孔６の直径ｄを１、１．５、２、３、４ｍｍ（実施例２、３および比較例２、３、４）の５種類の共鳴用部材５を用意し、スペーサ３と共鳴用部材５との間隔Ｈ（有効空隙）を２０ｍｍとなるように取り付けて評価した。なお、この場合前記（２）式によるｆｒｍｄ（共鳴透過周波数）は２３８Ｈｚとなり、前記（１）式によるｆｒ（共鳴器の共鳴周波数）は３００Ｈｚとした。

テストの結果を表１に示す。図５はテスト結果を表すグラフであり、（ａ）は孔径と改善量の関係、（ｂ）は孔径とＴ−３不足量の関係を示すグラフである。

表１から分かる様に、１／３オクターブ・バンド中心周波数で１６０〜５００Ｈｚ（一部の周波数測定点を除き）において、比較例１〜４（直径が２、３、４ｍｍ）の場合に比べ、本発明の実施例１〜３（直径ｄが１、１．５ｍｍ）の場合には音響透過損失が高くなっており、共鳴器をもたない同構成の複層ガラスからの改善量も大きくなる傾向がある。また、ＪＩＳ等級Ｔ−３不足量も少なくなる傾向がある。

本テストの結果、ＪＩＳの遮音性能等級において間隔Ｈ１５ｍｍの場合、直径ｄが２ｍｍ（比較例１）ではＴ−２だが、直径ｄが１ｍｍ（実施例１）では１ランク上のＴ−３となっており、間隔Ｈ２０ｍｍの場合、直径ｄが２、３、４ｍｍ（比較例２、３、４）ではＴ−２だが、直径ｄが１、１．５ｍｍ（実施例２、３）では１ランク上のＴ−３となっている。

一般に、遮音性能評価基準としては、ＪＩＳ Ａ ４７０６（２０００年改正）の遮音等級線Ｔ−１〜４（２５〜４０等級）が用いられる。すなわち、図５、６に示す音響透過損失曲線が遮音等級線Ｔ−１〜４の各等級線を上回れば、その等級として評価される。遮音等級の判定基準としては、各周波数帯域の全測定点（１６点）全てが、該当する遮音等級線を上回ること、または、各周波数帯域で該当する遮音等級線を下回る値の合計が３ｄＢ以下の場合に、その遮音等級とされる。なお、複層ガラスの遮音性能として、一般に問題となるのは低音域であるので、８００Ｈｚ超の中音域から高音域にかけての帯域の特性は、あまり問題とならない。

本発明は、一般住宅、マンション、オフィスビル等の窓ガラスとして用いられる複層ガラスに有用であるだけでなく、電車等車両、船舶および航空機等のガラスにも有用である。

本発明に係わる複層ガラスの一例を示す概略図である。 複層ガラスの部分（Ａ−Ａ）断面図である。 共鳴用部材の部分上面図である。 共鳴用部材とスペーサを一体とした複層ガラスの部分断面図である。 テスト結果を表すグラフである。

符号の説明

１：複層ガラス
２：板ガラス
３：スペーサ
４：中空層
５：共鳴用部材
６：貫通孔
７：空隙部
８：一次シール
９：二次シール
１０：連結部材

Claims (10)

1. 少なくとも２枚の板ガラスを、その周縁部にスペーサを配設して前記板ガラスの間に中空層ができる様に隔置し、かつ前記中空層内に前記スペーサの少なくとも１つと所定間隔をもって対抗して共鳴用部材を配設し、前記板ガラスと、共鳴用部材と、スペーサとによって画成された空隙部を形成するとともに、板ガラスの周縁部をシールしてなる複層ガラスであって、前記共鳴用部材には前記中空層と空隙部とを連通させる複数個の貫通孔が設けられており、前記貫通孔の孔径は０．５ｍｍ以上２ｍｍ未満であることを特徴とする複層ガラス。
2. 前記スペーサと前記共鳴用部材との有効空隙が１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下である請求項１に記載の複層ガラス。
3. 前記共鳴用部材の厚さが２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、貫通孔相互の間隔が１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である請求項１または２に記載の複層ガラス。
4. 前記板ガラスの厚さが２ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、板ガラス相互の間隔が４ｍｍ以上３０ｍｍ以下である請求項１から３のいずれか１項に記載の複層ガラス。
5. 少なくとも１枚の板ガラスが合わせガラスである請求項１から４のいずれか１項に記載の複層ガラス。
6. 前記中空層に窒素ガス、六フッ化硫黄ガス、アルゴンガスまたはクリプトンガスが封入された請求項１〜５のいずれか１項に記載の複層ガラス。
7. 共鳴器の共鳴周波数が１６０〜６３０Ｈｚである請求項１〜６のいずれか１項に記載の複層ガラス。
8. 前記スペーサと前記共鳴用部材とが連結部材を介して一体化してなる請求項１〜７のいずれか１項に記載の複層ガラス。
9. 前記連結部材および／または前記共鳴用部材が透明材料である請求項１〜８のいずれか１項に記載の複層ガラス。
10. 前記貫通孔の少なくとも一方の開口部には音響抵抗材が配されてなる請求項１〜９のいずれか１項に記載の複層ガラス。
    

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