JP2020059639A - 複層ガラス - Google Patents

Abstract

【課題】３枚のガラス板を有していても、全体の厚みを小さくしつつ、遮音性能を高めることができる、複層ガラスを提供する。【解決手段】本発明に係る複層ガラスは、第１ガラス板１と、第１ガラス板と所定間隔をおいて対向するように配置された第２ガラス板２と、第２ガラス板と所定間隔をおいて対向するように配置された第３ガラス板３と、第１ガラス板及び第２ガラス板の周縁部の隙間、及び第２ガラス板及び第３ガラス板の周縁部の隙間をシールするシール部材４と、を備え、第１ガラス板の厚みをＧ１（ｍｍ）、第２ガラス板の厚みをＧ２（ｍｍ）、第３ガラス板の厚みをＧ３（ｍｍ）、第１ガラス板と第２ガラス板と間の空隙の厚みをＳ１（ｍｍ）、第２ガラス板と第３ガラス板と間の空隙の厚みをＳ２（ｍｍ）としたとき、Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３＜２８ｍｍ、及び１．５≦Ｇ３／Ｇ１≦３を充足する。【選択図】図１

Description

本発明は、複層ガラスに関する。

近年、建築物等の窓ガラスには、複層ガラスが多く採用されている。複層ガラスは、２以上のガラス板の間に内部空間を形成したものであり、これによって、室内の断熱性を高めることを目的としている。例えば、特許文献１に記載の複層ガラスでは、３枚のガラス板を用い、これらガラス板の間に２つの空隙層を設けて、これによって遮音性能を高めている。

特開２０１１−２３６０８３号公報

ところで、特許文献１の複層ガラスのようにガラス板の数が多くなると、遮音性能は高くなるものの、全体の重量が増したり、コストが高くなる等の問題がある。したがって、３枚のガラス板を有する複層ガラスであっても、できるだけ全体の厚みを小さくしつつ遮音性能を高めることが要望されていた。

本発明は、この問題を解決するためになされたのであり、３枚のガラス板を有していても、全体の厚みを小さくしつつ、遮音性能を高めることができる、複層ガラスを提供することを目的とする。

項１．第１面及び第２面を有する第１ガラス板と、
第３面及び第４面を有し、前記第３面が前記第１ガラス板の第２面と所定間隔をおいて対向するように配置された第２ガラス板と、
第５面及び第６面を有し、前記第５面が前記第２ガラス板の第４面と所定間隔をおいて対向するように配置された第３ガラス板と、
前記第１ガラス板及び第２ガラス板の周縁部の隙間、及び前記第２ガラス板及び第３ガラス板の周縁部の隙間をシールするシール部材と、
を備え、
前記第１ガラス板の厚みをＧ１（ｍｍ）、前記第２ガラス板の厚みをＧ２（ｍｍ）、前記第３ガラス板の厚みをＧ３（ｍｍ）、前記第１ガラス板と第２ガラス板と間の空隙の厚みをＳ１（ｍｍ）、前記第２ガラス板と第３ガラス板と間の空隙の厚みをＳ２（ｍｍ）としたとき、
Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３＜２８ｍｍ、及び
１．５≦Ｇ３／Ｇ１≦３を充足する、複層ガラス。

項２．２≦Ｓ２／Ｓ１≦５を充足する、項１に記載の複層ガラス。

項３．ＪＩＳ Ａ４７０６：２０００に準拠する遮音等級がＴ３以上である、項１または２に記載の複層ガラス。

項４．Ｓ１＋Ｓ２≦３６ｍｍを充足する、項１から３のいずれかに記載の複層ガラス。

項５．Ｓ１≧５ｍｍを充足する、項１から４のいずれかに記載の複層ガラス。

項６．Ｓ２≦２４ｍｍを充足する、項１から５のいずれかに記載の複層ガラス。

項７．Ｇ２≦４ｍｍを充足する、項１から６のいずれかに記載の複層ガラス。

項８．少なくとも前記第３面または第４面に積層されるＬｏｗ−Ｅ膜をさらに備えている、項１から７のいずれかに記載の複層ガラス。

項９．前記第３ガラス板が室外側に配置される、項１から８のいずれかに記載の複層ガラス。

本発明によれば、３枚のガラス板を有していても、全体の厚みを小さくしつつ、遮音性能を高めることができる。

本発明に係る複層ガラスの一例を示す断面図である。 実施例及び比較例に用いたシミュレーションのモデルの断面図である。 実施例１及び比較例１の遮音性能を示すグラフである。 実施例２及び比較例２の遮音性能を示すグラフである。 実施例３及び比較例３の遮音性能を示すグラフである。 実施例４〜７及び比較例４においてＳ２／Ｓ１を変化させたときの遮音性能を示すグラフである。 実施例８〜１０の遮音性能を示すグラフである。

＜１．複層ガラスの概要＞
以下、本発明に係る複層ガラスの一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る複層ガラスの断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る複層ガラスは、矩形状の３つのガラス板、つまり第１ガラス板１、第２ガラス板２、及び第３ガラス板３を有しており、これらが所定間隔をおいて、この順で配置されている。そして、第１ガラス板１及び第２ガラス板２の周縁部の隙間と、第２ガラス板及び第３ガラス板の周縁部の隙間には、シール材４が設けられている。これにより、第１ガラス板１と第２ガラス板２との間に密閉された第１空隙層５が形成され、第２ガラス板２と第３ガラス板３との間に密閉された第２空隙層６が形成される。

シール材４としては、シリコーンシーラント、ポリサルファイドシーラントなどの公知のシール材を用いることができる。また、各空隙層５，６において、シール材４の内側には、接着剤で固定されたスペーサ７が配置され、このスペーサによって隣接するガラス板の間の隙間の距離が維持される。スペーサ７は、ガラス板の４つの辺のうち、２つ以上に沿って配置されることが好ましい。また、スペーサ７の内部には、ゼオライトなどの公知の乾燥剤（図示省略）が充填されている。

以下では、説明の便宜のため、この複層ガラスの各部の寸法、部位などを以下のように規定する。また、本実施形態では、第１ガラス板１を屋内側、第３ガラス板３を屋外側に配置することとする。
・第１ガラス板１の厚み：Ｇ１（ｍｍ）
・第２ガラス板２の厚み：Ｇ２（ｍｍ）
・第３ガラス板３の厚み：Ｇ３（ｍｍ）
・第１空隙層４の厚み：Ｓ１（ｍｍ）
・第２空隙層５の厚み：Ｓ２（ｍｍ）
・第１ガラス板の屋内側の面：第１面
・第１ガラス板の屋外側の面：第２面
・第２ガラス板の屋内側の面：第３面
・第２ガラス板の屋外側の面：第４面
・第３ガラス板の屋内側の面：第５面
・第３ガラス板の屋外側の面：第６面

＜２．各ガラス板の材料及び厚み＞
第１〜第３ガラス板１〜３を構成する材料は、特には限定されず、公知のガラス板を用いることができる。例えば、熱線吸収ガラス、クリアガラス、グリーンガラス、ＵＶグリーンガラス、ソーダライムガラスなど種々のガラス板を用いることができる。

第１〜第３ガラス板１〜３の合計厚み（Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３）は、２８ｍｍ未満となっており、２０ｍｍ以下であることがさらに好ましく、１５ｍｍ以下であることが特に好ましい。すなわち、複層ガラス全体の厚みを抑えるため、３つのガラス板１〜３の合計厚みが小さく設定されている。また、ガラス板１〜３の厚みが小さくなることで、複層ガラスの重量を低減することができる。

また、各ガラス板１〜３の厚みは、０．１〜２０ｍｍの間で適宜設定することができるが、第１ガラス板１の厚みＧ１と第３ガラス板３の厚みＧ３との関係が、以下の式（１）を充足するように設定される。
１．５≦Ｇ３／Ｇ１≦３ （１）

上記式（１）を充足することで、第１ガラス板１と第３ガラス板３の共鳴透過周波数をずらすことができ、低周波数域での共鳴透過周波数の落ち込みを低減することができる。なお、Ｇ３／Ｇ１は、２．５以下であることが好ましい。この値が大きすぎると、例えば、第１ガラス板１を室内側に配置する場合、その厚みが薄くなりすぎて耐風圧強度が低下するおそれがある。

具体的な第１ガラス板１の厚みＧ１は、例えば、上述した合計厚みを考慮して、１．５〜１１ｍｍとすることが好ましく、２．５〜８ｍｍとすることがさらに好ましい。一方、第２ガラス板２の厚みＧ３は、例えば、上述した合計厚みを考慮して、２．５〜２０ｍｍとすることが好ましく、８〜１５ｍｍとすることがさらに好ましい。

また、第１及び第３ガラス板１，３の間に配置される第２ガラス板２の厚みＧ２は、本発明者により遮音性能に大きく寄与しないことが確認されたため、できるだけ薄くすることが好ましい。具体的には、厚みＧ２は、４．０ｍｍ以下であることが好ましく、２．０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

＜３．各空隙層の厚み＞
次に、各空隙層５，６の厚みについて説明する。第１空隙層５と第２空隙層６の合計厚み（Ｓ１＋Ｓ２）は、３６ｍｍ以下であることが好ましく、２７ｍｍ以下であることがさらに好ましい。また、第１空隙層５の厚みＳ１と第２空隙層６の厚みＳ２との関係が、以下の式（２）を充足することが好ましい。
２．０≦Ｓ２／Ｓ１≦５．０ （２）

すなわち、厚みが小さい第１ガラス板１側に配置される第１空隙層５の厚みを小さく、厚みが大きい第３ガラス板３側に配置される第２空隙層６の厚みを大きくすることが好ましい。

そして、厚みが小さい第１空隙層５の厚みＳ１の下限は、例えば、５ｍｍ以上であることが好ましく、１０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。これは、空隙層が薄いと断熱性能が低下するからである。例えば、断熱複層ガラスの規格であるＪＩＳ Ｒ３２０９の断熱性の区分３種（Ｕ３−２）を充足するには、上記のように、５ｍｍ以上にすることが好ましい。一方、厚みの大きい第２空隙層６の厚み２の上限については、例えば、２４ｍｍ以下であることが好ましい。これは、空隙層の厚みが２４ｍｍを超えても、対流の影響で断熱性能の向上が乏しいからであり、且つ複層ガラス全体の厚みを抑えるためである。

＜４．特徴＞
（１）上記式（１）を充足するように第１ガラス板１と第３ガラス板３の厚みが設定されているため、３つのガラス板１〜３の合計の厚みが小さく、２８ｍｍ未満であっても、低周波数域での共鳴透過周波数の落ち込みを抑えることができる。すなわち、本実施形態に係る複層ガラスによれば、複層ガラス全体の厚みを小さくしつつ、低周波数域での遮音性能を向上することができる。

（２）さらに、空隙層５，６の厚みＳ１，Ｓ２を、式（２）を充足するように設定すると、低周波数側での遮音性能の低下をより抑えることができる。

（３）厚みの大きい第３ガラス板３を屋外側に配置すると、外部からの飛来物との衝突によるガラスの破損を抑制することができる。

＜５．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。なお、以下の変形例は、適宜、組み合わせ可能である。

＜５−１＞
上記実施形態では、厚みの大きい第３ガラス板３を屋外側に配置しているが、これに限定されるものではなく、第１ガラス板１を屋外側に配置してもよい。この場合、空隙層の位置関係は変わらず、第１ガラス板１と第２ガラス板２との間の空隙層が第１空隙層Ｓ１となる。なお、音源が第１ガラス板１側及び第３ガラス板３側のいずれにあっても、複層ガラスとしての遮音性能は同じである。

＜５−２＞
第１〜第３ガラス板１〜３の少なくとも一つにＬｏｗ−Ｅ膜を積層することができる。Ｌｏｗ−Ｅ膜は公知のものを用いることができる。Ｌｏｗ−Ｅ膜を積層する面は、特には限定されないが、複層ガラスにおいて、外部と接触しない面に積層することが好ましい。すなわち、第２ガラス板２のいずれかの面、または第１ガラス板１の第１空隙層５側の面、または第３ガラス板３の第２空隙層６側の面とすることができ、これらの少なくとも１つの面にＬｏｗ−Ｅ膜を積層することができる。

＜５−３＞
シール材４及びスペーサ７の形状等は特には限定されず、種々の形態が可能である。また、スペーサ７とシール材４を一体的に形成することもできる。また、費用に応じて、屋外側のガラス板の周縁部にパテを設けることもできる。

以下、本発明の実施例について説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

以下では、上述した複層ガラスの各ガラス板の厚みＧ１〜Ｇ３、及び空隙層Ｓ１，Ｓ２の厚みを変化させたときの、遮音性能を検討した。

以下の検討では、音響解析ソフト「ＡＣＴＲＡＮ」を用い、シミュレーションにより複層ガラスの各部位の厚みの変化による音響透過損失（ＳＴＬ）を算出した。シミュレーションに用いたモデルは、図２に示すとおりである。すなわち、上記実施形態で示した３枚のガラス板を空隙を介して配置している。そして、第３ガラス板の周縁にパテを配置し、各ガラス板の間には、シール材及びスペーサを統合した弾性体を配置した。また、第１ガラス板側から音波を入射し、第３ガラス板側から音波を出射した。詳細な設定は、以下のとおりである。

（ガラス板）
・ガラスの物性種類：弾性体
・ヤング率：７．１６×１０¹⁰Ｐａ
・ポアソン比：０．２３
・密度：２，５００ｋｇｆ／ｍ³
・減衰率：０．０１〜０．２０

（パテ）
・パテの物性種類：弾性体
・ヤング率：４．９×１０⁶Ｐａ
・ポアソン比：０．４５
・密度：２，０００ｋｇｆ／ｍ³
・減衰率：０．０１

（シール材及びスペーサの統合体）
・統合体の寸法：ガラスと接触する部分の幅が１０ｍｍ
・統合体の物性種類：弾性体
・ヤング率：２．９４×１０⁷Ｐａ
・ポアソン比：０．４５
・密度：１，０００ｋｇｆ／ｍ³
・減衰率：０．２０

（空隙層）
・空気の物性種類：流体
・音速：３４０ｍ／ｓ
・密度：１．２２５ｋｇｆ／ｍ³

（境界条件）
・入射音波：ランダム拡散音源であり、１０方向から入射させた。

＜ガラス板の厚みに関する検討＞
以下のとおり、実施例１〜３及び比較例１〜３を準備し、周波数ごとの音響透過損失を算出した。

結果は、図３〜図５に示すとおりである。これら図３〜図５に記載の遮音等級線は、ＪＩＳ Ａ４７０６：２０００に準ずる。図３に示すように、実施例１と比較例１とでは複層ガラスの合計厚みは同じではあるが、比較例１が第１及び第３ガラス板の厚み、及び第１及び第２空隙層の厚みを同じにしているのに対し、実施例１は、これらの厚みを相違させている。その結果、実施例１は、比較例１よりも低周波域での遮音性能が高くなっている。そして、実施例１は、遮音等級が概ねＴ１より大きく、Ｔ２に近い性能を有しているなっている。したがって、合計厚みが同じでも、両側のガラス板の厚みの比を調整することで、特に低周波域での遮音性能が向上することが分かった。図４に示すように、実施例２は、複層ガラスの合計厚みが比較例２よりも１ｍｍ小さいが、実施例１及び比較例１と同様の傾向を示ししている。また、図５に示すように、実施例３と比較例３も同様の傾向を示している。但し、実施例１，２，３はこの順で複層ガラスの合計厚みが大きくなっているため、遮音性能もこの順で大きくなっている。すなわち、実施例２は、遮音等級が概ねＴ３以上となり、実施例３はＴ４以上となっている。

＜ガラス板の厚みと空隙層の厚みとの関係に関する検討＞
次に、ガラス板の厚みと空隙層の厚みとの関係について検討した。ここでは、実施例４〜１１及び比較例４，５を以下のとおり準備した。

そして、実施例４〜１１及び比較例４，５において、Ｓ２／Ｓ１を変化させ、１２５〜５００Ｈｚまでの合計の音響透過損失を算出した。結果は、図６に示すとおりである。図６に示す通り、第１ガラス板と第３ガラス板の厚みが相違する実施例４〜７は、合計厚みが同じではあるが、第１ガラス板と第３ガラス板の厚みが同じである比較例４と比べ遮音性能が高いことが分かる。また、Ｓ２／Ｓ１が大きくなるにしたがって、遮音性能が大きくなっていることが分かる。但し、Ｓ２／Ｓ１が４を超えると遮音性能の向上の度合いが低くなっている。また、空隙層の厚みが反対であるＳ２／Ｓ１＝２．０とＳ２／Ｓ１＝０．５とを比べると、Ｓ２／Ｓ１＝２．０が大きいことから、厚みの小さい第１空隙層を厚みの小さい第１ガラス板側に配置し、厚みの大きい第２空隙層を厚みの大きい第３ガラス板側に配置すると、遮音性能が高くなることが分かった。そして、図６の結果から、Ｓ２／Ｓ１は、上記式（２）で示した通り、２以上５以下であることが好ましい。

＜第２ガラス板の厚みと遮音性能との関係に関する検討＞
第２ガラス板の厚みＧ２を変化させた実施例１２〜１４を準備し、遮音性能を算出した。その他の寸法は以下の通りである。
・第１ガラス板の厚みＧ１：４ｍｍ
・第３ガラス板の厚みＧ３：１２ｍｍ
・第１空隙層の厚みＳ１：４ｍｍ
・第２空隙層の厚みＳ２：４ｍｍ

結果は、図７に示すとおりである。同図に示すように、第２ガラス板の厚みが異なる実施例８〜１０の遮音性能は概ね同じであった。したがって、第２ガラス板の厚みは遮音性能に余り寄与しないことが分かった。

１ 第１ガラス板
２ 第２ガラス板
３ 第３ガラス板
４ 第１空隙層
５ 第２空隙層

Claims (9)

1. 第１面及び第２面を有する第１ガラス板と、
   第３面及び第４面を有し、前記第３面が前記第１ガラス板の第２面と所定間隔をおいて対向するように配置された第２ガラス板と、
   第５面及び第６面を有し、前記第５面が前記第２ガラス板の第４面と所定間隔をおいて対向するように配置された第３ガラス板と、
   前記第１ガラス板及び第２ガラス板の周縁部の隙間、及び前記第２ガラス板及び第３ガラス板の周縁部の隙間をシールするシール部材と、
   を備え、
   前記第１ガラス板の厚みをＧ１（ｍｍ）、前記第２ガラス板の厚みをＧ２（ｍｍ）、前記第３ガラス板の厚みをＧ３（ｍｍ）、前記第１ガラス板と第２ガラス板と間の空隙の厚みをＳ１（ｍｍ）、前記第２ガラス板と第３ガラス板と間の空隙の厚みをＳ２（ｍｍ）としたとき、
   Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３＜２８ｍｍ、及び
   １．５≦Ｇ３／Ｇ１≦３を充足する、複層ガラス。
2. ２≦Ｓ２／Ｓ１≦５を充足する、請求項１に記載の複層ガラス。
3. ＪＩＳ Ａ４７０６：２０００に準拠する遮音等級がＴ３以上である、請求項１または２に記載の複層ガラス。
4. Ｓ１＋Ｓ２≦３６ｍｍを充足する、請求項１から３のいずれかに記載の複層ガラス。
5. Ｓ１≧５ｍｍを充足する、請求項１から４のいずれかに記載の複層ガラス。
6. Ｓ２≦２４ｍｍを充足する、請求項１から５のいずれかに記載の複層ガラス。
7. Ｇ２≦４ｍｍを充足する、請求項１から６のいずれかに記載の複層ガラス。
8. 少なくとも前記第３面または第４面に積層されるＬｏｗ−Ｅ膜をさらに備えている、請求項１から７のいずれかに記載の複層ガラス。
9. 前記第３ガラス板が室外側に配置される、請求項１から８のいずれかに記載の複層ガラス。