JP4116364B2 - 天窓 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物の屋根などに設置される採光用の天窓に関する。より詳細には、複数のガラスパネルから構成された、断熱性、耐熱割れ性及び安全性に優れた天窓に関する。
【０００２】
【従来の技術】
天窓は、屋根などに設置される採光用の窓であるが、断熱性の確保や結露の防止などのために、複数のガラスパネルから構成された複層ガラス構成を採用することが多い。近年は、建築デザインの多様化にともなって、天窓を配置する建築物が増加しており、様々な寸法や形状の天窓を設置したいというデザイン上の要求も高まってきている。しかも省エネルギーの観点からは、さらに断熱性の優れた天窓が望まれている。
【０００３】
近年の建築物は暖房が十分に施されて、断熱性も良好になっていることから、冬期でも室内温度は一定以上に保たれる。暖かい空気は室内上方に滞留しやすいことから、室内上部に配置される天窓の内側の室温はかなり高い温度になりやすい。一方、天窓の外側の温度は寒冷地では氷点下になることも多い。したがって、ガラス板の中央部の温度が日照によって上昇した際には、窓枠近傍のガラス板の温度が低いまま、一枚のガラス板の内部に大きな温度差が生じることがある。特に、晩秋や初冬の、日照エネルギーがある程度以上ありながら早朝の気温が低下する時期の午前中にこの温度差が大きくなりやすい。その結果、ガラス板中央部が周辺部に比べて膨張して発生する応力によってガラスパネルが損傷する、いわゆる、熱割れが発生しやすくなる。
【０００４】
天窓として複層ガラスを使用する場合には、内層ガラスを網入りガラスとする場合が多い。これは、破損時にガラスの破片が落下するのを防止するためであるとともに、これによって建築基準法における防火設備としての基準を満たすためでもある。しかしながら、網入りガラスは、金属とガラスの熱膨張率が相違し、またエッジをきれいに切断しにくいこともあって、そのエッジ部分の許容応力が小さく、通常のフロート板ガラスに比べて熱割れを起こしやすい。
【０００５】
特許第２８８６１０２号公報には、周囲が枠に装着された複層ガラスを有し、複層ガラスの内層ガラスを網入り又はワイヤ入りガラスとし、内層ガラスの周辺の全部又は一部において、枠によって遮光される部分から遮光されない部分にわたって、熱伝導性の良い材料でなる伝熱材を設けた天窓が記載されている。これにより、内層ガラスの中心部から周辺部への伝熱を容易にして両者の温度差を小さくして熱応力を低下させて熱割れを防止することができる旨記載されている。
【０００６】
特許第２９０１６７６号公報には、ポリエステルフィルムの表面に、酸化インジウムと銀を交互にスパッタ蒸着して積層した構成の複合フィルムが記載されている。当該複合フィルムのスパッタ蒸着層は、ファブリー・ペロ干渉フィルターを形成しており、可視光を透過させながら赤外線を反射することができる。そして当該複合フィルムを２枚の複層ガラスの中間の空間に配置した窓ガラスの構成も記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許第２８８６１０２号公報に記載された天窓では、内層ガラスの周辺部分にアルミニウムテープなどの伝熱材を設ける必要がある。そのため、採光面積が減少したり、美観を損ねたりすることになる。
【０００８】
また、特許第２９０１６７６号公報に記載された複層ガラスは、窓ガラスに使用することは記載されているものの、天窓に使用することについては記載されていない。したがって、安全面の要請から網入りガラスや耐熱強化ガラスを使用することについても記載されていない。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、断熱性、耐熱割れ性及び安全性に優れた天窓を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、２枚以上のガラスパネルがガス層を介して配置されてなる天窓であって、室内側ガラスパネルが樹脂製中間膜で複数のガラス板を接着した合わせガラスからなり、該合わせガラスを構成するガラス板が倍強度ガラスであり、室外側ガラスパネルが網入りガラスからなり、室内側ガラスパネルと室外側ガラスパネルとの間の内部空間に乾燥ガスが密封され、さらに熱線遮断層を有することを特徴とする天窓を提供することによって解決される。
【００１１】
本発明の天窓は、２枚以上のガラスパネルがガス層を介して配置される構成であることにより、断熱性に優れる。そして、室内側ガラスパネルを合わせガラスとし、室外側ガラスパネルを網入りガラス又は耐熱強化ガラスとすることを特徴とするものである。
【００１２】
室内側ガラスパネルは、室内の高温の空気と接触しながら、同時に低温の窓枠にも接触しているので、それに日照が加わるとガラスパネル内で大きな温度差を生じやすい。このような室内側ガラスパネルを構成するガラスを網入りでないガラスとすることで、熱膨張に対する許容応力を大きくすることができ、熱割れを効果的に防止することができる。また、室内側ガラスパネルを合わせガラスとすることで、破損時にガラスの破片が室内に落下することを防止でき、安全性を確保できる。
【００１３】
室外側ガラスパネルは、全面が概ね均一に外気に触れることから、ガラスパネル内で発生する温度差は、室内側ガラスパネルに比べれば小さく、発生する熱応力も小さい。従って、本発明の天窓では、熱割れの生じにくい室外側ガラスパネルに、エッジ部分での許容応力が小さい網入りガラスを使用することが好ましい。このように網入りガラスを室外側に配置することによって、室外側ガラスパネルが破損した時にもガラス片が落下するのを防止することができ、室内側ガラスパネルを合わせガラスにしたことと併せて、さらに安全性を向上させることができるものである。また、天窓を構成するガラスパネルの一部に網入りガラスを使用することで防火性が向上する。
【００１４】
室外側ガラスパネルの材料として網入りガラスを使用する代わりに耐熱強化ガラスを使用することも好ましい。耐熱強化ガラスを使用することによっても、網入りガラスと同様に防火性を確保でき、建築基準法における防火設備としての基準を満たすことができる。また、耐熱強化ガラスは極めて高強度であるから外部からの飛来物等に対しても破損しにくく、防犯上の効果も大きい。しかも網入りガラスとは異なり、ワイヤが存在しないので、より一層の開放感が得られて外部の視認性が向上し、デザインの自由度も向上する。
【００１５】
本発明の天窓は、好適にはガラスパネルの周縁が窓枠に固定され、室内側ガラスパネルと室外側ガラスパネルとの間の内部空間にガスが密封されたものである。当該内部空間にガス、特に乾燥ガスを封入することによって、結露を防止しながら、高い断熱性が確保される。密封された内部空間を形成するためにガラスパネルの周囲は窓枠に固定される。ところが、窓枠にはアルミニウムなどの熱伝導性の高い材料を使用することが多く、窓枠を介した熱伝導が避けられない。そのためにガラスパネルの周縁部から窓枠へ放熱されて当該周縁部が低温になりやすく、本発明のような構成の天窓とする必要性が大きい。
【００１６】
また、本発明の天窓は、さらに熱線遮断層を有することが好適である。こうすることによって断熱性をさらに向上させることができるから、省エネルギーの観点から好ましい。この場合には室内側ガラスパネル中央部の温度がさらに上昇しやすくなるので、室内側ガラスパネルの熱割れを防止できる本発明の構成とする必要性がさらに大きい。
【００１７】
前記熱線遮断層としては、プラスチックフィルム上に形成されたファブリー・ペロ干渉フィルターであることが、可視光線透過率と赤外線反射率が高くて好ましい。このような干渉フィルターはプラスチックフィルム上に形成することで、安価に提供される。また、熱線遮断層を有するプラスチックフィルムが室内側ガラスパネルと室外側ガラスパネルとの間の内部空間に配置されて、該内部空間を分割してなることが、断熱性が一段と向上して好ましい。これらの場合には、室内側ガラスパネル中央部の温度が特に上昇しやすくなるので、室内側ガラスパネルの熱割れを防止できる本発明の構成を採用する必要性が一段と大きくなる。
【００１８】
また、本発明の天窓においては、室内側ガラスパネルの合わせガラスを構成するガラス板が倍強度ガラスであることが好適である。ガラス板の圧縮応力が高いほど熱割れが起こりにくいものの、割れた破片が細片になったのでは落下する可能性が高いことから、圧縮応力を向上させながらも割れた際に細片にならない倍強度ガラスからなる合わせガラスを使用することが好適である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。図１は本発明の天窓の一例を示す部分破断斜視図である。図２は複層ガラスが垂直である場合の伝熱状況の模式図である。図３は複層ガラスが垂直である場合の伝熱状況の模式図である。
【００２０】
図１に示される天窓は、室内側ガラスパネル１と室外側ガラスパネル２とが窓枠３に固定されてなる。室内側ガラスパネル１と室外側ガラスパネル２との間には、ファブリー・ペロ干渉フィルターが形成されたプラスチックフィルム４が展張されていて、両ガラスパネル間の空間を区切ってガス層５，５’を形成している。ガラスパネル１，２とプラスチックフィルム４の間にはスペーサー６，６’が設けられ、両者が適当な間隔を保つようにされている。
【００２１】
室内側ガラスパネル１はガラス板７，７’が樹脂製中間膜８を介して積層されてなる合わせガラスである。また室外側ガラスパネル２は網入りガラスであり、ガラス板中に格子状にワイヤ９が含まれている。
【００２２】
板ガラスのエッジ部の許容応力の概略値は、板ガラスメーカーのカタログ記載値の例によれば、網入りガラスが１０ＭＰａ、フロート板ガラスが１８ＭＰａ、倍強度ガラスが３５ＭＰａ、強化ガラスが５０ＭＰａ程度であるとされている。したがって、本発明では熱応力の発生しやすい室内側を避けて、室外側に網入りガラスを配置するものである。室内側ガラスパネル１に使用するガラス板７，７’にフロート板ガラスを使用すれば、網入りガラスに比べると許容応力を倍近くにすることができる。また、使用環境が厳しい場合や、大面積の天窓とする場合には、ガラス板７，７’として倍強度ガラスを使用することがより好ましい。倍強度ガラスとは、その表面圧縮応力が通常２０〜６０ＭＰａの板ガラスであり、破損しても細片にならないものである。なお、板ガラスの表面圧縮応力は、ＪＩＳ Ｒ３２２２に準じて測定される値である。ガラス板７，７’として強化ガラスを使用すればさらに許容応力は増加するが、この場合には万一破損した場合に細片になるために、合わせガラスであっても破片落下のおそれがあり、その下方に生活空間あるという天窓の使用態様からは必ずしも好ましくない場合がある。
【００２３】
室内側ガラスパネル１に使用される合わせガラスは、ガラス板７，７’を樹脂製中間膜８で挟んだものである。樹脂製中間膜８の材質は柔軟で強靭であればよく、特に限定されないが、ポリビニルブチラール樹脂やエチレン−酢酸ビニル共重合体などが好適に使用される。このような合わせガラスとすることで、室内側ガラスパネル１自身が破損した時にガラス片が室内に落下することを防止できる。
【００２４】
また、室外側ガラスパネル２を網入りガラスとすることによって、天窓に外部からの飛来物が衝突した場合等に、当該飛来物や室外側ガラスパネル２の破片が室内側ガラスパネル１上に落下することを防止でき、安全性が向上する。また、網入りガラスを使用することによって、防火性が向上し、延焼防止のための建築基準法における防火設備としての基準も満足することができる。なお、室外側ガラスパネル２として耐熱強化ガラスを使用することもでき、その場合は、図１において網入りガラス板の代わりに耐熱強化ガラス板が配置されることになる。ここで、耐熱強化ガラスとしては、いわゆる超強化ガラスを使用することが好ましく、その表面圧縮応力値は、一般の強化ガラスの表面圧縮応力値の９０〜１３０ＭＰａより大きい値であり、通常１８０〜２５０ＭＰａである。
【００２５】
ファブリー・ペロ干渉フィルターが形成されたプラスチックフィルム４としては、例えば米国サウスウォール社の「ヒートミラー（登録商標）」などを使用することができる。当該「ヒートミラー」はポリエステルフィルム上に、酸化インジウムと銀の薄膜を繰返し積層してなるものであり、可視光を透過し赤外線を反射するものである。このような干渉フィルターを有するプラスチックフィルム４を設けることで天窓の断熱効果を向上させることができる。プラスチックフィルム４は室内側ガラスパネル１又は室外側ガラスパネル２に貼付する形で配置しても良いが、本実施例のように、両ガラスパネル１，２の間の空間を区切る形で配置することが、断熱効果が十分に発揮されて好ましい。
【００２６】
また、ファブリー・ペロ干渉フィルター以外の熱線遮断層を有することも可能である。本発明で使用される熱線遮断層は、熱線を反射するものであっても良いし熱線を吸収するものであっても良いが、熱線を吸収するものは日照により温度上昇して熱割れしやすいので、熱線を反射するものである方が好ましい。そのような層を室内側又は室外側のガラスパネル１，２上に設けることも可能であり、例えば、酸化スズ皮膜で被覆されたガラス板などをガラスパネル１，２の材料として使用しても良い。また、そのような層を有するプラスチックフィルムを室内側ガラスパネル１と室外側ガラスパネル２の間に展張して配置することも可能である。
【００２７】
本発明の天窓が熱線遮断層を有することが好ましい理由の一つには以下のような天窓の特殊性も挙げられる。すなわち、通常の窓では複層ガラスのガラス面が垂直であるのに対し、天窓の場合にはガラス面は傾斜しているか水平である。この傾斜は、以下に説明するように伝熱性に大きな影響を与える。図２に示されるように、室内側から暖められた空気は内側ガラス板１５内面に沿って上昇し、外側ガラス板１６内面に沿って下降し、ガス層１７中の空気は全体としての対流１８が発生する。しかしながら、空気の粘性のために速やかには対流しにくく、外側ガラス板１６を通じて放出される熱量はあまり大きくない。一方、図３に示されるように傾斜している場合には、細かい対流１９が多数発生して速やかに対流するので、ガス層１７を介した伝熱ロスが大きくなる。従って、このように配置される天窓の特殊事情からも、通常の窓とは異なり、断熱性の要求がより大きいものである。また、外光を生活空間内に直接採り入れるという天窓の本質的機能からも、可視光を十分に透過させながら、熱線をできるだけ遮断できることが好ましい。
【００２８】
窓枠３の材料は限定されず、金属、プラスチック、木材などを使用することができるが、通常アルミニウムなどの金属製のものが使用されることが多い。アルミニウムは最も広く使用される材料であるが、熱伝導性が高いために、室内側でも窓枠３の温度が外気温に近い温度になりやすい。したがって室内側のガラスパネル１内での温度差を生じやすくなる。
【００２９】
室内側ガラスパネル１、室外側ガラスパネル２及びプラスチックフィルム４が、適当な厚さのスペーサー６，６’を介して窓枠３に固定される。このとき、窓枠３とガラスパネル１，２との間にはセッティングブロック１０及びバックアップ材１１，１１’を配置して両者間の伝熱を抑制する。固定に際しては、内部にガスを封入してから、シーリング材１２を使用して密封する。封入されるガスは、結露を防ぐために乾燥されたガスであることが好ましく、乾燥剤１３がスペーサー６，６’内部に配置され、スペーサー６，６’に設けられた通気孔１４，１４’を通してガス層５，５’中の水分を吸収する。
【００３０】
封入されるガスは、空気であっても良いが、断熱性をより良好にするためには、希ガスを使用することが好ましく、アルゴンやクリプトンが好適なものとして例示される。また、特に遮音性が要求される場合には、六フッ化硫黄ガスを封入することが好ましい。セッティングブロック１０の材料としてはゴムなどが使用され、バックアップ材１１，１１’の材料としてはゴムや発泡ポリエチレンなどが使用される。シーリング材１２は柔軟で他の素材との密着性が良好であればよく、ウレタン系、シリコーン系又はポリサルファイド系などの樹脂が好適に使用される。天窓は日光の照射を受けやすいため、紫外線耐性の面からはシリコーン系樹脂が好適である。
【００３１】
本発明の天窓の面積は特に限定されるものではないが、面積が広くなるほど熱によってエッジ部分で発生する応力は大きくなるから、本発明の構成とする必要性が大きい。この点からは１ｍ^２以上の広い面積の天窓として好適に使用される。このような広い天窓は、より厳しい断熱効果や安全性も要求されるから、それらの点からも本発明の天窓が好適である。広い面積の天窓は開放感に優れ、デザインの自由度も向上するので、広く各種の建築物に使用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の天窓は、断熱性、耐熱割れ性及び安全性に優れる。本発明の天窓を提供することによって、各種建築物に使用可能な天窓を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の天窓の一例を示す部分破断斜視図である。
【図２】複層ガラスが垂直である場合の伝熱状況の模式図である。
【図３】複層ガラスが垂直である場合の伝熱状況の模式図である。
【符号の説明】
１ 室内側ガラスパネル
２ 室外側ガラスパネル
３ 窓枠
４ ファブリー・ペロ干渉フィルターが形成されたプラスチックフィルム
５，５’ ガス層
６，６’ スペーサー
７，７’ ガラス板
８ 樹脂製中間膜
９ ワイヤ
１０ セッティングブロック
１１，１１’ バックアップ材
１２ シーリング材
１３，１３’ 乾燥剤
１４，１４’ 通気孔
１５ 内側ガラス板
１６ 外側ガラス板
１７ ガス層
１８ 全体としての対流
１９ 細かい対流

Claims (5)

1. ２枚以上のガラスパネルがガス層を介して配置されてなる天窓であって、室内側ガラスパネルが樹脂製中間膜で複数のガラス板を接着した合わせガラスからなり、該合わせガラスを構成するガラス板が倍強度ガラスであり、室外側ガラスパネルが網入りガラスからなり、室内側ガラスパネルと室外側ガラスパネルとの間の内部空間に乾燥ガスが密封され、さらに熱線遮断層を有することを特徴とする天窓。
2. 前記ガラスパネルの周縁が金属製の窓枠に固定されてなる請求項１記載の天窓。
3. 前記熱線遮断層がプラスチックフィルム上に形成されたファブリー・ペロ干渉フィルターである請求項１又は２記載の天窓。
4. 熱線遮断層を有するプラスチックフィルムが室内側ガラスパネルと室外側ガラスパネルとの間の内部空間に配置されて、該内部空間を分割してなる請求項３記載の天窓。
5. 面積が１ｍ^２以上である請求項１〜４のいずれか記載の天窓。

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