JP4792987B2

JP4792987B2 - 枠体付きガラスパネル

Info

Publication number: JP4792987B2
Application number: JP2006010764A
Authority: JP
Inventors: 健一新井; 雅貴田原; 宏幸多門
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2026-01-19
Also published as: JP2007191910A

Description

本発明は、枠体付きガラスパネルに関する。

ガラス板と金属部材の接着方法には、大きく分けて２種類の方法がある。

一つは接着面積をごく少なくして接着力が強い接着剤を用いる接着方法であり、もう一つは、接着部を帯状に細長くして接着面積を確保し弾力性のある接着剤を用いる接着方法である。

前者は、例えば、接着部位でガラス板を吊る、またはガラス扉を有する家具のガラス扉のジョイント金具をポイント接着する際に用いる接着方法であり、エポキシ樹脂系接着剤またはアクリル樹脂系接着剤等の接着力が強いものを使用する。これら接着剤は硬化後の硬度が高い。後者は、例えば、窓ガラスにおいて、サッシ溝とガラス板の間にウェザーシール材を充填する際等に用いられ、シリコーン系接着剤等、柔軟で弾性のある接着剤を使用することが多い。

これら接着剤の両方の長所を併せ持つ接着力があり且つ柔軟性のある接着剤として、特許文献１〜３に加熱硬化型の熱硬化性シリコーンゴム接着剤組成物、即ち、熱硬化性シリコーンゴム接着剤が開示されている。これら熱硬化性シリコーンゴム接着剤組成物は、特許文献１、２に形状がシート状もしくはテープ状であると記載され、更に、特許文献３に、熱硬化性シリコーンゴム接着剤組成物形状がシート状もしくはテープ状である成型したシリコーン材とガラス板をした建築用窓ガラス構造体が開示されている。

一方、ガラス板と金属部材を帯状の接着剤で接着してガラス壁面やガラス構築物を構成する工法に、例えばリブガラス工法、ＳＧ工法等がある。リブガラス工法は複数のフェイスガラス板を突合させ、その突合せ部で直角方向にリブガラスをシリコーンシーラント等で固定し、フェイスガラスにかかる風荷重をリブガラスで支え大型のリブガラススクリーンを建設する工法である。ＳＧ工法は工場等でガラス板の支持辺に金属枠としてのアルミ枠等を予め接着加工し枠体付きガラスパネルとし、該枠体付きガラスパネルの枠体を、建設現場において、柱材や方立材に固定する工法である。簡単に言えば、リブガラス工法は金属枠を使わずガラス板同士を直接シリコーンシーラント等で突合せて接着し、シリコーンシーラントの接着強度とリブガラスの面内剛性によりリブガラススクリーンを建設するもの、ＳＧ工法はガラス板と金属部材の接着により、ガラススクリーンを建設するものである。尚、特許文献３はＳＧ工法のアルミ枠等の代わりにシリコーン定型ガスケットを用いたものである。

リブガラス工法、ＳＧ工法はともにガラス板同士もしくはガラス板と金属枠を接着しているものの、工法の制約や接着剤の接着強度および硬さの不足があり、ガラス板自体の有する剛性を生かしてガラス板自身を構造物として用いるものではない。ＳＧ工法においては、ガラス板は風荷重に耐えるのみであり、地震等の際はガラス板に力が加わらない様に、アルミ枠とガラスの接着部がその力を吸収するようにしている。

また、特許文献４において、建物の一部に粘弾性体よりなる制振部材を介して非構造部材である板材を設けたことを特徴とする制振壁構造が開示されている。具体的には、ガラス板材の周囲に金属部材を配した構造物である枠体付きガラスパネルにおいて、ガラス板材と金属部材とを粘弾性体を介して接着し、ガラス板材と金属部材との間に配した制振部材としての該粘弾性体がガラス板にかかる外力を減衰させることで、通常は非耐震壁である枠体付きガラスパネルを制振壁構造としたものである。
特開２００２−２９４２０２号公報特開２００２−２９４２０３号公報特開２００２−２９４９１０号公報特開２００２−３０９７９８号公報

このように従来のリブガラス工法、ＳＧ工法等におけるシーリング材、例えば、シリコーンシーラント等による、ガラス同士またはガラス板と金属部材との接合は、シーリング材が柔軟性であるため、ガラス板同士またはガラス板と金属部材を構造状完全に一体化したものではなく、言い換えれば枠体付きガラスパネルを、大きな荷重を受ける１個の構造物として利用される程に完全に接着一体化するものではなく、ガラス板自体の有する剛性を生かしてガラス板自身を構造物として用いるものではないという問題があった。

一方、エポキシ樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤は強力な接着力を有するが、接着する際に極めて硬くなり柔軟性に欠けるため、ガラス板と金属枠とを帯状の大きな接着面積となるように接着し枠体付きガラスパネルを作製すると、温度変化によるガラス板と金属枠の膨張差により接着部に亀裂が入る等して接着力が低下する、かといって多数のスポットで接着すると接着力に欠け、ガラス板と金属枠を構造状完全に一体化したものではなく、ガラス板自体の有する剛性を生かしてガラス板自身を構造物として用いるものではないという問題があった。

また、ガラス板材の周囲に金属部材を配した構造物である枠体付きガラスパネルにおいて、ガラス板材と金属部材とを粘弾性体を介して接着し、ガラス板材と金属部材との間に配した制振部材としての該粘弾性体がガラス板にかかる外力を減衰させることで、通常は非耐震壁である枠体付きガラスパネルを制振壁構造とすることは、外力の減衰には有効であるが、接着剤の変形を許す構造としており、ガラス板と金属枠を構造状完全に接着一体化するものではなく、ガラス板の自体の有する剛性を生かした構造物ではないという問題があった。

本発明は、前記の問題を解決し、ガラス板と金属枠を構造状完全に接着一体化する強力な接着力を有する接着剤により、ガラス板自体の有する剛性を生かした構造物として用いられる枠体付きガラスパネルを提供するものである。

本発明は、特許文献１〜３に記載の加熱硬化型の熱硬化性シリコーンゴム接着剤を用い、ガラス板と金属枠の接着部位が帯状になるように接着し完全にガラスと金属枠を一体化させた枠体付きガラスパネルを提供するものである。ガラス板と金属枠を構造状一体化したことで、ガラス板自体の持つ剛性を十分に生かし、ガラス板の端部への荷重の一点集中を避け、枠体付きガラスパネルを大きな荷重に耐える構造物とした。本発明の枠体付きガラスパネルは、他の部材との接合させる大きな荷重に耐える構造物として多目的な用途に使用される。

更に、本発明において、接着する部位の形状を具体化し、ガラスと金属の熱膨張係数の違いを考慮した接着面の幅、長さを考慮し優れた枠体付きガラスパネルを得た。

本来、ガラス板は構造物として使用するに可能な面内剛性を有しているが、実際には、ガラススクリーン等のガラス壁パネルに枠体付きガラスパネルを構造物として使用すると、荷重として面内に向く外力がガラス板の端部の一点に集中して作用し、そこを起点にひび割れ等の破壊が起こり易い。このように端部の一点に外力を集中させることに対し、ガラス板は脆弱である。よって、従来の工法において、枠体付きガラスパネルを大きな荷重に耐える構造物として利用することは避けており、ガラスを納めるサッシ枠等はガラス板の端部が地震力等の面内方向の外力からフリーになる構造になっている。

従って、枠体付きガラスパネルを大きな荷重に耐える構造物とするには、ガラス板の端部の限られた部位に荷重を集中して作用させないように、自重および外力等の荷重を均一に分散させてガラス板に伝えることが重要なポイントとなる。

即ち、本発明は、ガラス板の全周または部分周に金属枠が帯状の熱硬化性シリコーンゴム接着剤により接着されてなる建築用枠体付きガラスパネルであって、前記ガラス板の側面のみを接着し、前記ガラス板の端面側は、前記金属枠に対して間隔を空けフリーな構造とし、前記熱硬化性シリコーンゴム接着剤の接着強度と接着後のせん断剛性により、前記ガラス板と前記金属枠と構造上接着一体化させ、前記ガラス板自体の有する剛性を生かし、前記ガラス板自体を構造材として用いることを特徴とする建築用枠体付きガラスパネルである。

更に、本発明は、金属枠が断面コの字型もしくは断面Ｌ字型の長尺状でガラス板の周辺を包みこむように、帯状の熱硬化性シリコーンゴム接着剤により金属枠とガラス板の側面とが接着されてなることを特徴とする上記の枠体付きガラスパネルである。

更に、本発明は、帯状の熱硬化性シリコーンゴム接着剤によりガラス板に接着された金属部材がステンレス鋼ＳＵＳ３０４製であり、辺長方向に４００ｍｍ以上、６００ｍｍ以下毎に区切られて連結されており、帯状の熱硬化性シリコーンゴム接着剤の幅が５ｍｍ以上、３０ｍｍ以下であることを特徴とする上記の枠体付きガラスパネルである。

加熱硬化型の熱硬化性シリコーンゴム接着剤を用い、ガラス板と金属枠の接着部位が帯状になるように接着し完全にガラスと金属枠を一体化させた本発明の枠体付きガラスパネルにより、ガラス板と金属枠を構造状一体化させて、ガラス板自体の持つ剛性を十分に生かしガラス板の端部への荷重の一点集中を避けた、大きな荷重に耐え得る構造物としての枠体付きガラスパネルが得られた。本発明の枠体付きガラスパネルは、大きな荷重に耐える他の部材との接合させえる構造物して多目的な用途に使用される。

本発明において、熱硬化性シリコーンゴム接着剤は、ガラス板の端部と金属枠との間に構造物としての仲介を担っており、その接着強度と適度な剛性によりガラス板の端部に荷重を集中させることなく、金属枠から伝わる外力をガラス板面内に均一に分散して伝える。このような熱硬化性シリコーンゴム接着剤が特許文献１〜３に開示され、東レ・ダウコーニングシリコーンより、商品名、ＳＯＴＥＦＡとして市販されており、本発明の枠体付きガラスパネルに好適に使用される。

本発明の枠体付きガラスパネルに使用する熱硬化性シリコーンゴム接着剤の接着強度は被着体の界面で剥離離脱しない強度である必要があり、一方、せん断剛性は、従来のＳＧ工法で使用されている接着剤、超高モジュラスシリコーンの３倍以上、５倍以下、即ち、１．５ＭＰa以上、２．５ＭＰa以下の範囲のものが好適に使用される。せん断剛性が１．５ＭＰa未満であると、せん断剛性が低すぎて枠体付きガラスパネルを大きな荷重に耐える他の部材と接合させ得る構造物して使用し得ない。せん断剛性が２．５ＭＰaより大きいと、剛性が高すぎて、温度変化によるガラス板と金属枠の膨張差により接着部に亀裂が入る等して接着力が低下する。また、ガラス板の端部に荷重を集中させることなく、金属枠から伝わる外力をガラス板面内に均一に分散して伝えることが困難になる。

また、本発明の枠体付きガラスパネルに使用する帯状の熱硬化性シリコーンゴム接着剤の厚みは接着部位に働くせん断力に耐えるために、０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下の厚みで使用する。０．５ｍｍより薄いと、自重および金属枠から伝わる外力等の荷重をガラス板面内に均一に分散して伝えることが困難になる。１．５ｍｍより厚くなると、接着部が剥がれやすくなる。

本発明の枠体付きパネルにおけるガラス板と金属枠を帯状の熱硬化性シリコーンゴム接着剤を介在させて接着させる手順を図面により説明する。

図１および図２は、本発明の枠体付きガラスパネルの一例における接着部位を示す断面図である。

本発明の枠体付きガラスパネルにおいて、ガラス板Ｇと金属枠１の接着部の断面における金属枠１の形状は、ガラス板Ｇに対して対称な図１に示すようなコの字型、または図２に示すようなＬの字型とし、帯状の熱硬化性シリコーンゴム接着剤２により、ガラス板Ｇの側面を金属枠１の長手方向に接着する。設計荷重に対して必要な接着面積を、熱硬化性シリコーンゴム接着剤２の接着強度から算出し、接着部位の接着幅と長さ寸法を決める。

尚、図１および図２に示すように、ガラス板Ｇの端部に荷重を集中させることなく、金属枠１から伝わる外力をガラス板Ｇ面内に均一に分散して伝えるように、特に地震等における面内方向へ強力な外力に対してガラス板Ｇが容易に割れることなきよう、ガラス板Ｇの側面のみを接着し、端面側は金属枠１に対して間隔をあけフリーな構造にすることが望ましい。

図１、図２の接着部を持ついずれの枠体付きガラスパネルにおいても、ガラス板Ｇと金属枠１の間に熱硬化性シリコーンゴム接着剤２を介在させ圧着後に加熱硬化させる。この加熱硬化は、加圧加熱器であるオートクレーブを用いた加圧下で加熱温度１００〜１８０℃にて行う、また加熱硬化前に予めローラー等で圧着した後、バッチ式加熱炉または連続加熱炉で加圧を行わず加熱のみで接着を行う方法がある。

また、帯状の熱硬化性シリコーンゴム接着剤２を用いてガラス板Ｇと金属枠１を接着する際は、ガラスＧと金属枠１の熱膨張係数差によって生ずる熱硬化性シリコーンゴム接着剤２自体の残留歪みを考慮する必要がある。

具体的には、該熱硬化性シリコーンゴム接着剤２は加熱硬化させる際、１００℃以上、１８０℃以下に加温して、好ましくは１２０℃以上、１５０℃以下に加温して、一定時間、好ましくは、２０分〜４０分、該温度以上に保持し、加熱硬化させて接着を完了させる。加熱後に、枠体付きガラスパネルが室温に戻る際、接着部位の長さに比例して硬化した熱硬化性シリコーンゴム接着２による接着部位に残留歪みが残る。

図３は、本発明の枠体付きガラスの一例の斜視図である。

本発明の枠体付きパネルの金属枠１に、安価で建築用のステンレス鋼として一般的に用いられるＳＵＳ３０４を使用する場合は、熱硬化性シリコーンゴム接着剤２の残留歪みの影響を少なくするため、ガラススクリーンのガラス壁パネルとして用いる場合は、図３に示すように、ＳＵＳ材を４００ｍｍ以上、６００ｍｍ以下の長さ毎に使用し、これらを突きつけて繋ぐように接着し金属枠１とする。このときのＳＵＳ材繋ぎ目３は１．０ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下のクリアランスを設ければよい。建築用ステンレス鋼として一番汎用性のあるＳＵＳ３０４はガラスと比較して約２倍の熱膨張係数がある。ＳＵＳ３０４はＪＩＳ規格（ＪＩＳＧ４３０３）において、Ｃｒの含有率が１８．０ｗｔ％〜２０．０ｗｔ％、Ｎｉが８ｗｔ％〜１０．５ｗｔ％，残部の主成分がＦｅと定められたオーステナイト系ステンレス鋼である。

本発明の枠体付きガラスパネルに使用するガラス板Ｇの種類は、フロート法で製造した後、強化等の処理を行っていないフロートガラス板、フロートガラス板を軟化点近辺に加熱後に空冷して表面圧縮応力を発生させ破壊強度を向上させた強化ガラス板等が挙げられる。ガラス板Ｇに孔をあけてボルトで固定しガラススクリーン等の建造物を建設する方式と比較し、本発明の枠体付きガラスパネルを用いると、強化ガラス板のみでなくフロートガラス板を使って丈夫なガラススクリーン等が形成できること、ボルト孔等の加工や強化加工が不要なこと、外力がボルト固定等のようにガラス孔等へ集中しないこと等が利点である。

更に、本発明の枠体付きガラスパネルにはガラス板Ｇが破損したときに破片が飛び散りにくい合わせガラスの使用も容易である。帯状の熱硬化性シリコーンゴム接着剤２を用い、熱硬化性シリコーンゴム接着剤２の残留歪みの影響を少なくするため、ガラス板Ｇと辺長方向で４００ｍｍ以上、６００ｍｍ以下の長さ毎に区切られたＳＵ３０４製の金属枠１が接着される。

尚、図３においては、区切られた金属枠１が通し材４にビス止めされることで構造的に一体となっている。

本発明の枠体付きガラスパネルは、その強度を生かして建築物としては、大型のガラススクリーンとその方立て材、ガラス庇・屋根材、ビルの入り口等に設置されるガラス風除室等の建築用パネル用途に使用される。

ガラス板ＧとＳＵＳ３０４製の金属枠１を帯状の熱硬化性シリコーンゴム接着剤２で接着した枠体付きガラスパネルを用い、ビルの入り口等に設置される風除室を想定した実物大の試験体を作成して強度試験を行った。

具体的には、ガラス板Ｇには厚み、１５ｍｍ、大きさ、２０００ｍｍ×１０００ｍｍのフロートガラス板Ｇを用い、その周辺端部に５００ｍｍ毎に区切った短冊状のステンレス鋼ＳＵＳ３０４製の金属枠１を沿わせ、帯状の熱硬化性シリコーンゴム接着剤２（東レ・ダウコーニングシリコーン株式会社製、商品名ＳＯＴＥＦＡ）を用い、加熱してフロートガラス板とステンレス鋼ＳＵＳ３０４製金属枠を接着一体化した枠体付きガラスパネル４枚を用意した。

図４が本発明の枠体付きパネルを使用した試験体を下から見た平面図である。図５が本発明の枠体付きパネルを使用した試験体を側面から見た立面図である。

まず、図４に示すように、風除室の基礎床を想定したＨ鋼で組んだ正方形フレーム５をベースにして図示しないコンクリートスラブにアンカーボルトで固定した。その上に、図５に示すように、該４枚の枠体付きガラスパネルの四周を囲むように建て付け、下部足元はステンレス鋼ＳＵＳ３０４製の金属枠１の下端とベースの正方形フレーム５とボルトで接合し、枠体付きガラスパネル同士はコーナー部分で突き合わせたステンレス鋼ＳＵＳ３０４製の金属枠１の中間部を、アングルピースを仲介としてボルト接合した。さらに風除室の天井を想定したＨ鋼で組んだ正方形フレーム５´を該４枚の枠体付きガラスパネルの上部に水平に載せコーナー部ステンレス鋼ＳＵＳ３０４製の金属枠１の上端部とボルト接合し固定し試験体を完成した。

この試験体の上部正方形フレーム５´に想定した水平荷重を与えたところ、事前に金属枠１、ガラス板Ｇ、熱硬化性シリコーンゴム接着剤２の物性を入力し、それを前提に計算したＦＥＭ解析シミュレーション結果とほぼ合致する剛性を示し、この試験においてガラス板Ｇの面内剛性を生かすことを企図した本発明が実用に供し得ることを確認した。

本発明の枠体付きガラスパネルの一例における接着部位を示す断面図である。本発明の枠体付きガラスパネルの一例における接着部位を示す断面図である。本発明の枠体付きガラスの一例の斜視図である。本発明の枠体付きパネルを使用した試験体を下から見た平面図である。本発明の枠体付きパネルを使用した試験体を側面から見た立面図である。

符号の説明

Ｇガラス板
１金属枠
２熱硬化性シリコーンゴム接着剤
３隙間
４通し材
５、５´ 正方形フレーム

Claims

ガラス板の全周または部分周に金属枠が帯状の熱硬化性シリコーンゴム接着剤により接着されてなる建築用枠体付きガラスパネルであって、
前記ガラス板の側面のみを接着し、前記ガラス板の端面側は、前記金属枠に対して間隔を空けフリーな構造とし、
前記熱硬化性シリコーンゴム接着剤の接着強度と接着後のせん断剛性により、前記ガラス板と前記金属枠と構造上接着一体化させ、
前記ガラス板自体を構造材として用いることを特徴とする建築用枠体付きガラスパネル。
金属枠が断面コの字型もしくは断面Ｌ字型の長尺状でガラス板の周辺を包みこむように、帯状の熱硬化性シリコーンゴム接着剤により金属枠とガラス板の側面とが接着されてなることを特徴とする請求項１に記載の枠体付きガラスパネル。
帯状の熱硬化性シリコーンゴム接着剤によりガラス板に接着された金属部材がステンレス鋼ＳＵＳ３０４製であり、辺長方向に４００ｍｍ以上、６００ｍｍ以下毎に区切られて連結されており、帯状の熱硬化性シリコーンゴム接着剤の幅が５ｍｍ以上、３０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の枠体付きガラスパネル。