JP5310019B2 - 複層ガラス - Google Patents

Description

本発明は、断熱性能および遮音性能を有する複層ガラスに関する。特に、サッシに搭載可能な軽量且つ薄型の複層ガラスに関する。

通常、複層ガラスは、一対のガラス板の周縁部にアルミニウム製スペーサーをブチルゴム接着材で貼着して挟み込み、ブチルゴム接着材で一対のガラス板とアルミニウム製スペーサーを接着一体化させ、ガラス板とアルミニウム製スペーサーからなるコの字型凹部に、ポリサルファイド、またはシリコーンからなる封止材を充填し封止している。よって、複層ガラスにはガラス板とアルミニウム製スペーサーで囲まれた密閉された中空層が存在する。

複層ガラスは中空層があることで断熱性能が高まり、結露防止、室内側冷暖房の負荷軽減などの利点があり、ガラスサッシとして一般住宅用を主として広く使われるようになった。尚、ガラスサッシとは複層ガラス、合わせガラスまたは合わせ複層ガラス等を含むガラス板に予め枠が制作・調整されていて、固定窓、可動窓等の窓、開閉ドア等のドアへの取り付けに際して１個の構成材として扱うことができるものを言う。

また、一般住宅、特に集合住宅等、事務所ビル等においては、暑い夏や寒い冬に快適に過ごせるように、室内の温度調節が積極的に行われ、一方では温度調節の省エネルギー化、効率化が求められるようになってきた。窓は、断熱性を高めることにより外気の気温変動を遮断することが要求されるようになってきた。省エネルギー上、必要となるガラスの断熱性能は「住宅に関わるエネルギー使用の合理化に関する設計および施工の指針 Ｈ１１．３．３０改正 建設省告示第９９８号」において、日本国内の各地域の窓ガラスの好適な熱貫流率が記述されている。即ち、北海道（１・２地区）を中心とする寒冷地で建具としての窓ガラスの熱貫流率は２．０８Ｗ／ｍ^２・Ｋ以下、即ち、２．０８Ｗ・ｍ^−２・Ｋ^−１以下、東北、長野等、本州を中心とする寒冷地（３地区）で求められる窓ガラスの熱貫流率は３．０１Ｗ／ｍ^２・Ｋ以下、東京、名古屋、大阪、福岡等、本州の中部から南部に掛けての地区（４・５地区）で求められる窓ガラスの熱貫流率は４．００Ｗ／ｍ^２・Ｋ以下となっている。尚、ガラスの断熱性能の算定方法については「板ガラス類の熱抵抗及び建築における熱貫流率の算定方法」ＪＩＳ Ｒ ３１０７：１９９８に記述されている。

また、近年、一般住宅、特に集合住宅、道路の近く、鉄道沿線および空港の周辺の住宅、ビル、オーディオルーム、ピアノ室、図書館および美術館等においては、好まれざる音、または音楽や会話の伝達を阻害する音である騒音に対する関心が高まり、建物の床、壁、天井等には吸音材が埋め込まれ、ドアにも防音または遮音ドアが使用されるようになってきている。加えて、音が通過しやすい窓においても、断熱性能とともに防音性能を有することが求められる。よって、窓は、空気等の媒体の粗密波として伝わる縦波である音を減衰させることが要求されるようになってきた。

複層ガラスは断熱性能には優れるが、中空層を含めた同厚のガラス板に比較すると遮音性能は低い。このことは、密度の大きい物体ほど音を吸収減衰しやすく、また、固体抵抗により振動し難いので、ガラスの方が、気体であり分子が動き易い空気より、音の吸収減衰が大きいことによる。

また、コインシデンス効果とは、板状の材料において特有の周波数で透過損失が小さくなる、言い換えれば、遮音性能が低下する現象である。具体的には、音が板面に対し斜めに入射すると、板面上の位置によって音圧に位相差ができるため、板面にそって固有の屈曲強制振動を生じ、ある周波数で音の透過が大きくなり遮音性能が低下する現象である。

ガラス板においては、ガラス面に対し、縦弾性波である音波が斜めに入射した場合、コインシデンス効果によりガラス面に横波の振動波が発生し、共鳴により遮音性能を低下させ、コインシデンス限界周波数以上の周波数域で遮音性能の低下が起こる。尚、コインシデンスの現象の起きる最も低い周波数をコインシデンス限界周波数と言い、コインシデンス限界周波数とガラスの厚さの間には相関があり、ガラスが厚くなり曲げ剛性が大きくなると、コインシデンス限界周波数は低くなることが知られている。サッシの遮音において、このコインシデンス効果の発生を抑制しなければならない。

尚、コインシデンス限界周波数は、数１の式で表される。

また、サッシの遮音性能の規格は、「サッシ」ＪＩＳ Ａ４７０６：２０００に記載されている。即ち、ＪＩＳ Ａ４７０６：２０００において、サッシの遮音性は、遮音等級Ｔ−１等級、Ｔ−２等級、Ｔ−３等級、Ｔ−４等級に分けられる。サッシの片側から音を出し、反対側でサッシによる音の反射、吸収減衰による音圧レベルの減少を測ることで、サッシの音響透過損失を前記ＪＩＳ規格に定める各周波数で測定し、遮音等級Ｔ−１等級線、Ｔ−２等級線、Ｔ−３等級線、Ｔ−４等級線に準拠し、前記ＪＩＳに記載された条件に適合、即ち、合格したサッシを、各々遮音等級Ｔ−１等級、Ｔ−２等級、Ｔ−３等級、Ｔ−４等級とする。

通常、遮音性複層ガラスは、ガラス板を異厚構成とすることで前述の音の共振を防止し特定の波長を増幅させないこと、および音を原子・分子の運動エネルギーとしての熱エネルギーに変換することで音波を吸収する特殊ガスを封入することにより、遮音等級Ｔ−３等級に合格する遮音性能を実現している。

断熱性能、遮音性能を有する複層ガラスとして、特許文献１には、スペーサーを介して所定間隔を隔てて重ね合わされた３枚のガラス板からなり、該ガラス板間に中空層を有する複層ガラス１において、前記ガラス板の少なくとも１枚は表面に熱伝達を抑制する低放射膜をコーティングしたＬｏｗ−Ｅ（Ｌｏｗ-ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ)ガラスであり、前記各中空層のそれぞれに不活性ガスが封入されており、前記各板ガラスの各々の厚さはそれぞれ異なり、その少なくとも１枚は合わせガラスとした、幅広い音域での遮音性能がＪＩＳ Ａ４７０６：２０００のＴ−３（３５等級）をクリアできるとともに、一般住宅用外壁として好適な、断熱性にも優れる複層ガラスが開示されている。
特開２００５−６０１４１号公報

特許文献１に記載の複層ガラスは、ガラス板の少なくとも１枚は表面に熱伝達を抑制する低放射膜をコーティングしたＬｏｗ−Ｅガラスを使用し、前記各中空層のそれぞれに不活性ガス、実施例においてはアルゴンとクリプトンが封入されており、その効果として遮音等級Ｔ-３等級に合格し、熱貫流率が０．６５Ｗ／ｍ^２・Ｋ以上、１．１１Ｗ／ｍ^２・Ｋ以下となっている。しかしながら、Ｌｏｗ−Ｅガラスを用い、さらに各中空層のそれぞれにアルゴン、クリプトンを封入することは手間がかかり費用がかかる。また、アルゴン、クリプトン、キセノンは重いガスであるため、中空層に封入した際、断熱性能は高めるが遮音性能は高めない。

ヘリウムが封入された複層ガラスにおいては、ガラス板２枚と中空層を合わせた総厚１８ｍｍ以上、２４ｍｍ以下で、Ｔ−３等級に合格することは可能である。しかしながら熱伝達しやすいヘリウムのみを中空層に封入すると、窓ガラスの熱貫流率は４．６０Ｗ／ｍ^２・Ｋ程度に大きくなり、市場の中心となる東京、名古屋、大阪、福岡等、本州の中部から南部に掛けての地区（４・５地区）で求められる窓ガラスの熱貫流率は４．００Ｗ／ｍ^２・Ｋ以下に及ばない。

また、通常市販されているサッシ枠に適用されるガラス板の最大の厚さは、少なくとも２５．０ｍｍで、それより厚いと一般用複層ガラスサッシ枠では対応できずに特注となり、価格が上昇する。

本発明は、ガラス板部位と中空層部位を合わせた総厚が、２５．０ｍｍ以下であって、熱貫流率３．５０Ｗ／ｍ^２・Ｋ以下、サッシとした際に遮音等級Ｔ−３等級を満たす構造が簡便で作製が容易な断熱性能および遮音性能に優れた複層ガラスを提供することを目的とする。

３枚のガラス板を各々隔置して２つの中空層を有する複層ガラスにおいて、中空層に封入する一方のガスをヘリウムとし、もう一方のガスを空気とすると断熱性能および遮音性能がともに向上した。このことは、同温同圧で単位体積当りの質量が小さく遮音性能に優れたヘリウムを中空層に封入したことで、全可聴帯域における遮音性能が向上したことと、もう一方の中空層に断熱性能に優れた空気を封入したことにより、複層ガラスの熱貫流率が低くなったことによる。また、３層構成の複層ガラスは、各層間の界面の数が多いため、界面における反射により、屋外らの放射等による熱の伝達を抑制する効果がある。

即ち、本発明は、３枚のガラス板を各々隔置して２つの中空層を有する複層ガラスにおいて、２つの中空層の一方に空気、もう一方にヘリウムを封入したことを特徴とする複層ガラスである。

また、３枚のガラス板を各々隔置して２つの中空層を有する複層ガラスにおいて、より簡便な構造とするために、複層ガラスを構成する両側２枚のガラス板の厚さおよび２つの中空層の厚さが、内部のガラス板からみて各々等しく対称となる構造とし、両側２枚のガラス板と内部のガラス板の厚さが異なる構造とした。複層ガラスを構成する両側２枚のガラス板の厚さおよび２つの中空層の厚さが内部のガラス板からみて等しく対称となる構造としながら、両側２枚のガラス板の厚さと内部のガラス板の厚さを異ならせたことによって、コインシデンス効果が抑制され、また同温同圧で単位体積当りの質量が異なる種類のガスである空気とヘリウムを、２つの中空層に各々封入して用いたことによって、内部のガラス板からみて構造的に対称であるが音響的には非対称となり、共振が抑制された。

また、本発明は、複層ガラスを構成する両側２枚のガラス板の厚さおよび２つの中空層の厚さが、内部のガラス板からみて対称であり、両側２枚のガラス板と内部のガラス板の厚さが異なることを特徴とする上記の複層ガラスである。

本発明の複層ガラスにおいて、３枚のガラス板を各々隔置して２つの中空層を有する複層ガラスを用い、通常市販されているサッシ枠に搭載可能な２５．０ｍｍ以下となるように、中空層の厚さを４．０ｍｍ以下、両側２枚のガラス板と内部のガラス板の厚さの計を１７．０ｍｍ以下とした。

以上、上限を踏まえコインシデンス効果の発生により遮音性能が低下することを防止するために、内部のガラス板と両側のガラス板の厚さを異厚構造とし、その厚さが２．０ｍｍ以上異なるようにした。内部のガラス板と両側のガラス板の厚さの計を１２．０ｍｍ以上、１７．０ｍｍ以下とした。

このようにして、中空層に封入する一方のガスをヘリウムとし、もう一方のガスを空気とし、前述の複層ガラスの構成で、各々の中空層の厚さを３．０ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下、好ましくは３．５ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下とすることで、「板ガラス類の熱抵抗及び建築における熱貫流率の算定方法」ＪＩＳ Ｒ ３１０７：１９９８に準拠して算定した熱貫流率が３．５０Ｗ／ｍ^２・Ｋ以下であり、且つ「サッシ」ＪＩＳ Ａ４７０６：２０００に準拠する遮音等級Ｔ−３等級に合格し、断熱性能および遮音性能ともに優れ、ガラス板部位と中空層部位を合わせた総厚が２５．０ｍｍ以下の複層ガラスが得られた。

さらに、本発明は、３枚のガラス板を各々隔置して２つの中空層を有する複層ガラスにおいて、２つの中空層の一方に空気、もう一方にヘリウムを封入し、複層ガラスを構成する両側２枚のガラス板の厚さおよび２つの中空層の厚さが内部のガラス板からみて対称であり、内部のガラス板と両側２枚のガラス板の厚さが異なり、複層ガラスの総厚が１８．０ｍｍ以上、２５．０ｍｍ以下であり、熱貫流率が３．５０Ｗ／ｍ^２・Ｋ以下であり、サッシとした際に、ＪＩＳ Ａ４７０６：２０００に準拠する遮音等級Ｔ−３等級に合格することを特徴とする上記の複層ガラスである。

さらに、本発明は、３枚のガラス板を各々隔置して２つの中空層を有する複層ガラスにおいて、２つの中空層の一方に空気、もう一方にヘリウムを封入し、複層ガラスを構成する両側２枚のガラス板の厚さおよび２つの中空層の厚さが内部のガラス板からみて対称であり、両側２枚のガラス板と内部のガラス板の厚さが２．０ｍｍ以上異なり、内部のガラス板と両側２枚のガラス板の厚さの計が１２．０ｍｍ以上、１７．０ｍｍ以下であり、中空層の厚さが３．０ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下、ガラス板と中空層を合わせた複層ガラスの総厚が１８．０ｍｍ以上、２５．０ｍｍ以下であり、熱貫流率が３．５０Ｗ／ｍ^２・Ｋ以下であり、サッシとした際に、ＪＩＳ Ａ４７０６：２０００に準拠する遮音等級Ｔ−３等級に合格することを特徴とする上記の複層ガラスである。

また、本発明の複層ガラスにおいて、両側２枚のガラス板が各々内部のガラス板より薄い場合に比較して、両側２枚のガラス板が内部のガラス板より厚い方が、１０００Ｈｚ以下の低周波域において、音響透過損失が大きく、遮音性に優れる。

さらに、本発明は、両側２枚のガラス板が内部のガラス板より厚いことを特徴とする上記の複層ガラスである。

また、表面に熱伝達を抑制する低放射膜をコーティングしたＬｏｗ−Ｅガラスを用いることで、本発明の複層ガラスの熱貫流率はさらに低下し、３．００Ｗ／ｍ^２・Ｋ以下とすることが可能となる。低放射膜は、銀、酸化スズ等の金属酸化物薄膜を含む金属薄膜、またはこれらの多層膜であり、スパッタリング装置等でガラス表面に低放射膜を成膜することでＬｏｗ−Ｅガラスが得られる。Ｌｏｗ−Ｅガラスは熱伝達を抑制する。通常、複層ガラスにＬｏｗ−Ｅガラスを用いる際は、低放射膜のキズ付き防止および腐食等の変質防止のために中空層側に低放射膜を配設する。

また、本発明は、少なくとも１枚のガラス板に表面に低放射膜を設けてなるＬｏｗ−Ｅガラスを用い、中空層側に低放射膜を配設したことを特徴とする上記の複層ガラスである。

さらに、本発明は、上記の複層ガラスを取り付けてなることを特徴とする窓である。

さらに、本発明は、上記の複層ガラスを取り付けてなることを特徴とするドアである。

本発明の複層ガラスによって、ガラス板部位と中空層部位を合わせた総厚が２５．０ｍｍ以下であって、熱貫流率３．５０Ｗ／ｍ^２・Ｋ以下、且つサッシとした際に、遮音等級Ｔ−３等級を満たす、構造が簡便で作製が容易な断熱性能および遮音性能に優れた複層ガラスが提供された。

また、本発明の複層ガラスにおいて、Ｌｏｗ−Ｅガラスを用いることで、さらに断熱性能に優れた複層ガラスが提供された。

図１に、本発明の複層ガラスの一例の部分拡大断面図を示す。

図１に示すように、本発明の複層ガラスは、３枚のガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を各々隔置し、２つの中空層１、２を有する３枚のガラス板からなる複層ガラスであり、２つの中空層１、２に封入されたガスの一方が空気であり、他方がヘリウムである。

また、本発明の複層ガラスは、複層ガラスを構成する両側２枚のガラス板Ｇ１、Ｇ３の厚さおよび２つの中空層１、２の厚さが、内部のガラス板Ｇ２からみて等しく対称な構造である。尚、内部のガラスＧ２より両側２枚のガラスＧ１、Ｇ３が厚い方が遮音性能に優れる。

また、中空層１、２における吸音、反射を考慮しなければ、複層ガラスにおいて、コインシデンス効果の影響を受けないコインシデンス限界周波数より低周波数側の遮音性能は、質量則に従い、複層ガラスを構成するガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の総厚で決まる。即ち、図１に示す複層ガラスにおいて、複層ガラスを構成するガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の総厚で、コインシデンス域の影響を受けないコインシデンス限界周波数より低周波数側の遮音性能は決まる。

また、図１に示す複層ガラスにおいて、複層ガラスを構成するガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の厚さを変えて、コインシデンス限界周波数を異なった周波数とすれば、コインシデンス効果による遮音性能の低下を互いに解消することが可能となる。即ち、本発明の複層ガラスにおいて、両側２枚のガラスＧ１、Ｇ３の個々の厚さと内部のガラス板Ｇ２の厚さが異なる異厚構造とすることで、複層ガラスを構成するガラス板Ｇ１、Ｇ３とガラス板Ｇ２のコインシデンス限界周波数を異なる周波数とすれば、コインシデンス効果による遮音性能曲線の落ち込みを解消することができ、遮音性能が向上する。

本発明において、このことを考慮し、コインシデンス効果の発生により遮音性能が低下することを防止するために、３枚のガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を用いた複層ガラスにおいて、両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３と内部のガラス板Ｇ２の厚さが異なる異厚構造とした。

本発明において、熱貫流率が３．５０Ｗ／ｍ^２・Ｋ以下であり、サッシとした際にＪＩＳ Ａ４７０６：２０００に準拠する遮音等級Ｔ−３等級に合格するために、コインシデンス効果の発生により遮音性能が低下することを防止するために、３枚のガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３用いた複層ガラスにおいて、詳しくは、３枚のガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を各々隔置して、２つの中空層１、２を有する本発明の複層ガラスにおいて、２つの中空層１、２に異なる種類のガスとして空気およびヘリウムを封入し、両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３と内部のガラス板Ｇ２との厚さの計を１２．０ｍｍ以上、１７．０ｍｍ以下とし、両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３と内部のガラス板Ｇ２の厚さが２．０ｍｍ以上異なる異厚構造とし、空層１、２の厚さが各々３．０ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下とし、３枚のガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３と中空層１、２を合わせた複層ガラスの総厚を１８．０ｍｍ以上、２５．０ｍｍ以下とした。

両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３と内部のガラス板Ｇ２の厚さの計が１２．０ｍｍ未満、両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３と内部のガラス板Ｇ２の厚さの差異が２．０ｍｍ未満、空層１、２の厚さが各々３．０ｍｍ未満、３枚のガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３と中空層１、２を合わせた複層ガラスの総厚が１８．０ｍｍ未満であると、サッシとした際に、熱貫流率が３．５０Ｗ／ｍ^２・Ｋ以下、且つ、ＪＩＳ Ａ４７０６：２０００に準拠する遮音等級Ｔ−３等級に合格することを両立させることは難しい。

また、内部のガラス板Ｇ２と両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３の厚さの計が１７．０ｍｍより大きく、且つ空層１、２の厚さが４．０ｍｍより大きいと、３枚のガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３と中空層１、２を合わせた複層ガラスの総厚が２５．０ｍｍより大きくなる。

この際、両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３が内部のガラス板Ｇ２より薄い場合に比較して、両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３が内部のガラス板Ｇ２より厚い方が、１０００Ｈｚ以下の低周波数帯域において、音響透過損失が大きく、遮音性に優れる。

また、３層構成の複層ガラスは、界面３の数が多く、界面３における熱線反射および入射面４における熱線反射より、屋外からの太陽光の放射等による熱の伝達を抑制する効果がある。

また、本発明の複層ガラスの端部は、図１に示すように、３枚のガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の間に、乾燥剤５としてのゼオライト等を充填した中空部を有するアルミニウム製またはステンレス鋼製等のスペーサー６を挟み込み、スペーサー６の両側にブチルゴム接着材７を貼着し、スペーサー６を介して、３枚のガラスＧ１、Ｇ２、Ｇ３をブチルゴム接着材７で接着一体化し、３枚のガラスＧ１、Ｇ２、Ｇ３を隔置して密閉された中空層１、２を有する。尚、３枚のガラスＧ１、Ｇ２、Ｇ３とスペーサー６に囲まれた凹部８には、シリコーンシーラントまたはポリサルファイドシーラントを充填し、水分が浸入しないように水密性を向上させる。

本発明の遮音性複層ガラスにおいて、中空層１、２に封入した空気またヘリウムが抜けないためには、特に、中空層１、２のいずれかにに封入したヘリウムが抜けないためには、ヘリウムが透過し難く、ヘリウムに対してより封止性能が高いポリサルファイドシーラントを充填することが好ましい。最もヘリウムが透過しにくいのは凹部８にホットメルトブチルを充填した場合である。また、ポリサルファイドシーラントとシリコーンシーラントの二重構造としてもよい。この際、複層ガラス端部からのヘリウムの漏れを防ぐために凹部８の深さを５ｍｍ以上とし、スペーサーとシーラント層の厚みを合わせて１０ｍｍ以上とすることが好ましい。

また、３枚のガラス板を各々隔置して２つの中空層１、２を有する本発明の複層ガラスにおいて、複層ガラスを構成する３枚のガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の厚さを各々全て異なるものし、太さの異なるスペーサー６を使用し、中空層１、２の厚さを異なるものとすることは、材料の調達が煩雑であり、作製が難しい。

よって、本発明の複層ガラスにおいて、より簡便な構造とするために、両側２枚のガラス板Ｇ１、Ｇ３の厚さおよび２つの中空層１、２の厚さが、内部のガラス板Ｇ２からみて等しく対称となる構造とすることが好ましい。対称構造とすることによって、複層ガラスの材料の調達、作製が容易となる。

また、本発明の複層ガラスにおいて、複層ガラスを構成する両側２枚のガラス板Ｇ１、Ｇ３の厚さおよび２つの中空層１、２の厚さが、内部のガラス板Ｇ２からみて等しく対称となる構造としながら、同温同圧で単位体積当りの質量の異なる空気、ヘリウムを、各々２つの中空層１、２に各々封入して用いることによって、音響的には非対称となり、共鳴透過が抑制された。

本発明の複層ガラスの熱貫流率を低く抑えるには、中空層１、２のいずれかに熱を透過しにくい重いガスであるアルゴン（原子量、約４０ａｍｕ）、クリプトン（原子量、約８４ａｍｕ）、キセノン（原子量、約１３１ａｍｕ）を封入ことも考えられるが、これら希ガスは高価である。本発明の複層ガラスの中空層１、２のいずれかに封入するには、空気（平均分子量、２９ｇ/ｍｏｌ）が手に入り易く、本発明の複層ガラスに用いることが好ましい。

また、本発明の複層ガラスを用いたサッシに優れた遮音性能を得るには、空気、ガラス等を媒介とし振動させることで得られる粗密波である音を吸収減衰し、且つコインシデンス効果、共振、共鳴を抑制なければならない。そのために、例えば、複層ガラスの中空層１、２のいずれかにヘリウムを封入し、音の振動エネルギーをヘリウムの原子運動エネルギーに替えて熱エネルギーとして放散させることで、音を減衰吸収させる。

常温（２０℃）でガラスの弾性率は６０〜８０×１０^９Ｐａであり、密度は約２２００〜２６００ｋｇ／ｍ^３であり、ガラス中の音速は４０００〜５５００ｍ／ｓである。空気の弾性率は１４×１０^４Ｐａであり、密度は約１．２ｋｇ／ｍ^３であり、空気中の音速は３４１ｍ／ｓである。ヘリウムの弾性率は１７×１０^４Ｐａであり、密度は約０．１８ｋｇ／ｍ^３であり、ヘリウム中の音速は９７０ｍ／ｓである。ヘリウムは空気より密度が小さいが、弾性率は同程度であり、ガラスとの密度差によりガラス面で音はより反射され、反射された音はヘリウム分子（単原子分子）が軽いことにより、ヘリウム分子の熱エネルギーとして吸収される。尚、音は媒質が硬く、言い換えれば、硬さの尺度である弾性率が大きく、軽いほど、言い換えれば、密度が小さいほど、速く伝わる。音速は数２の式で表される。

このように、ヘリウムは音のエネルギーにより動きやすく、音のエネルギーを熱のエネルギーに変換させる効果が大きいことより、ヘリウムを本発明の複層ガラスの中空層１、２のいずれか一方に封入すると、サッシとした際に、音響透過損失が大きくなり、遮音性能を向上させる効果がある。

即ち、本発明の複層ガラスの前記構成において、中空層１、２のいずれか一方に空気を封入し、もう一方にヘリウムを封入し、中空層１、２の厚さを３．０ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下とすることで、「板ガラス類の熱抵抗及び建築における熱貫流率の算定方法」ＪＩＳ Ｒ ３１０７：１９９８に準拠して複層ガラスの熱貫流率が３．５０Ｗ／ｍ^２・Ｋ以下であり、サッシとした際に「サッシ」ＪＩＳ Ａ４７０６：２０００に準拠する遮音等級Ｔ−３等級に合格する複層ガラスが得られた。

中空層１、２の厚さが３．０ｍｍより薄いと、熱貫流率を３．５０Ｗ／ｍ^２・Ｋ以下、且つ遮音等級Ｔ−３等級を実現することが難しい。好ましくは、３．５ｍｍ以上である。複層ガラスの厚さを、通常市販されているサッシ枠に搭載可能な２５．０ｍｍ以下に抑えることを考慮すると、中空層１、２の厚さは好ましくは４．０ｍｍ以下である。

また、前述のように、本発明の複層ガラスを構成する３枚のガラス板の内の少なくても１枚に熱伝達を抑制する低放射膜をコーティングしたＬｏｗ−Ｅガラスを用いることで、具体的には、図１に示す界面３の少なくとも一つに熱伝達を抑制する低放射膜をコーティングすることで、本発明の複層ガラスの熱貫流率はさらに低下し２．５０Ｗ／ｍ^２・Ｋ以上、３．００Ｗ／ｍ^２・Ｋ以下とすることが可能となる。

尚、通常、複層ガラスは、ドアおよび窓のサッシに直付けまたは嵌め込み用に予め製作および調整されたサッシ枠に、直にまたはグレージングチャンネル等の取り付け部材である枠を介して取り付けられ、固定窓、可動窓等の窓、開閉ドア等のドアへの取り付けに際して１個の構成材として扱う。

本発明の複層ガラスに用いるガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３には、フロート法等で製造された後、何ら後処理がなされていない生板ガラス、製造後、風冷強化または化学強化等の強化処理がなされた強化ガラス等が使用され、着色ガラスでもよい。

（光学・熱的性能の評価）
「板ガラス類の透過率・反射率・放射率・日射取得率の試験方法」ＪＩＳ Ｒ ３１０６：１９９８に基づき、本発明の複層ガラスの光学特性、熱的性能を測定し、「板ガラス類の熱抵抗及び建築における熱貫流率の算定方法」ＪＩＳ Ｒ ３１０７：１９９８に基づき、熱貫流率の算定を行った。

また、複層ガラスの端面は、図１に示すように、ガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の間に、乾燥剤５としてのゼオライトを充填した中空部を有するアルミニウム製のスペーサー６を挟み込み、スペーサー６の両側にブチルゴム接着材７を貼着し、ガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を、スペーサー６を介してブチルゴム接着材７で接着一体化し、ガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を隔置した。尚、単板ガラスＧ１、Ｇ２、Ｇ３とスペーサー６に囲まれた深さ７ｍｍの凹部８には、ポリサルファイドシーラントを充填した。尚、空気は大気圧にて中空層１に封入し、ヘリウムは大気圧にて中空層２に封入した。

初めに、厚さの実測値が５．７ｍｍのガラス板Ｇ１（ＦＬ６）＋厚さ４．０ｍｍの空気封入中空層１（Ａ４）＋厚さの実測値が３．７ｍｍのガラス板Ｇ２（ＦＬ４）＋厚さ４．０ｍｍのヘリウム封入中空層２（Ｈｅ４）＋厚さの実測値が５．７ｍｍガラス板Ｇ３（ＦＬ６）の構成の総厚２３．１ｍｍの複層ガラス、即ち、ＦＬ６＋Ａ４＋ＦＬ４＋Ｈｅ４＋ＦＬ６（総厚、２３．１ｍｍ）の構成の本発明の複層ガラスの光学特性および熱的性能を測定した。

次いで、同様の構造で、内部のガラス板Ｇ２をＬｏｗ−Ｅガラスに替えた本発明の複層ガラスについても、光学特性および熱的性能を測定した。

厚さ４ｍｍのＬｏｗ−Ｅガラスには、セントラル硝子株式会社製の商品名ツインガードＥ（ＬＥＰ ＦＬ４）または商品名ツインガードＳ（ＳＬＥＰ ＦＬ４）を用いた。即ち、ＦＬ６（厚さの実測値５．７ｍｍ）＋Ａ４（厚さ４．０ｍｍの空気封入中空層）＋ＬＥＰ ＦＬ４（厚さの実測値３．７ｍｍ）＋Ｈｅ４（厚さ４．０ｍｍのヘリウム封入中空層）＋ＦＬ６（厚さの実測値５．７ｍｍ）の構成からなるＦＬ６＋Ａ４＋ＬＥＰ ＦＬ４＋Ｈｅ４＋ＦＬ６の総厚２３．１ｍｍの複層ガラス、またはＦＬ６（厚さの実測値５．７ｍｍ）＋Ａ４（厚さ４．０ｍｍの空気封入中空層）＋ＳＬＥＰ ＦＬ４（厚さの実測値３．７ｍｍ）＋Ｈｅ４（厚さ４．０ｍｍのヘリウム封入中空層）＋ＦＬ６（厚さの実測値５．７ｍｍ）の構成からなるＦＬ６＋Ａ４＋ＳＬＥＰ ＦＬ４＋Ｈｅ４＋ＦＬ６の総厚２３．１ｍｍの複層ガラスである。

尚、略号ＦＬはガラス原料をスズ浴上に熔融展開して連続製造したフロートガラスの意であり、略号後の数値は呼び厚さであり、単位はｍｍである。呼び厚さはＪＩＳ Ｒ ３２０２−１９９６により、表１に示す許容差となる。実施例に付いては、許容差において、下限側の厚さのガラス板を使用した。例えば、ＦＬ６の板ガラスは実測値５．７ｍｍの板ガラス、ＦＬ５の板ガラスは実測値４．７ｍｍの板ガラス、ＦＬ４の板ガラスは実測値３．７ｍｍの板ガラスおよびＦＬ３の板ガラスは実測値２．７ｍｍの板ガラスを使用した。

光学特性および熱的性能の測定結果を表２に示す。

品種・構成における略号Ａは空気、略号Ｈｅはヘリウムを意味し、その後の数値は中空層の厚さを表し、単位はｍｍである。

表２に示すように、ＦＬ６（厚さの実測値５．７ｍｍ）＋Ａ４（厚さ４．０ｍｍの空気封入中空層）＋ＦＬ４（厚さの実測値３．７ｍｍ）＋Ｈｅ４（厚さ４．０ｍｍのヘリウム封入中空層）＋ＦＬ６（厚さの実測値５．７ｍｍ）の構成のからなる、ＦＬ６＋Ａ４＋ＦＬ４＋Ｈｅ４＋ＦＬ６の総厚２３．１ｍｍ複層ガラスについて算定した熱貫流率は、３．１８Ｗ／ｍ^２・Ｋであり低い値であった。

内部のガラス板Ｇ２をＬｏｗ−ＥガラスであるツインガードＥに替えたＦＬ６＋Ａ４＋ＬＥＰ ＦＬ４＋Ｈｅ４＋ＦＬ６の構成の複層ガラスについて算定した熱貫流率は、２．７６Ｗ／ｍ^２であり低い値であった。内部のガラス板Ｇ２をＬｏｗ−ＥガラスであるツインガードＳに替えたＦＬ６＋Ａ４＋ＳＬＥＰ ＦＬ４＋Ｈｅ４＋ＦＬ６（総厚２３．１ｍｍ）の複層ガラスの熱貫流率は、さらに低い値であり、２．７３Ｗ／ｍ^２・Ｋであった。

表２に示すように、可視光透過率は、Ｌｏｗ−Ｅガラスを用いない場合の７２．６％から、ツインガードＥ（ＬＥＰＦＬ４）の使用により６１．８％、ツインガードＳ（ＳＬＥＰＦＬ４）の使用により６１．１％に低下する。しかしながら、日射透過率は、Ｌｏｗ−Ｅガラスを用いない場合の５６．６％から、ツインガードＥ（ＬＥＰ ＦＬ４）の使用により３８．５％、ツインガードＳ（ＳＬＥＰ ＦＬ４）の使用により３０．２％に減少し、Ｌｏｗ−Ｅガラスを用いたことで良好な遮熱性能となる。

次いで、ＦＬ５（厚さの実測値４．７ｍｍ）＋Ａ４（厚さ４．０ｍｍの空気封入中空層）＋ＦＬ３（厚さの実測値２．７ｍｍ）＋Ｈｅ４（厚さ４．０ｍｍのヘリウム封入中空層）＋ＦＬ５（厚さの実測値４．７ｍｍ）の構成のからなる、ＦＬ５＋Ａ４＋ＦＬ３＋Ｈｅ４＋ＦＬ５の総厚２０．１ｍｍの複層ガラス、およびＦＬ４（厚さの実測値３．７ｍｍ）＋Ａ４（厚さ４．０ｍｍの空気封入中空層）＋ＦＬ６（厚さの実測値５．７ｍｍ）＋Ｈｅ４（厚さ４．０ｍｍのヘリウム封入中空層）＋ＦＬ４（厚さの実測値３．７ｍｍ）の構成のからなる、ＦＬ４＋Ａ４＋ＦＬ６＋Ｈｅ４＋ＦＬ４の総厚２１．１ｍｍの複層ガラスについて、熱貫流率の算定を行った。

ＦＬ５（厚さの実測値４．７ｍｍ）＋Ａ４（厚さ４．０ｍｍの空気封入中空層）＋ＦＬ３（厚さの実測値２．７ｍｍ）＋Ｈｅ４（厚さ４．０ｍｍのヘリウム封入中空層）＋ＦＬ５（厚さの実測値４．７ｍｍ）の構成のからなる、ＦＬ５＋Ａ４＋ＦＬ３＋Ｈｅ４＋ＦＬ５の総厚２０．１ｍｍの複層ガラスについて算定した熱貫流率は、３．２１Ｗ／ｍ^２・Ｋであり低い値であった。

ＦＬ４（厚さの実測値３．７ｍｍ）＋Ａ４（厚さ４．０ｍｍの空気封入中空層）＋ＦＬ６（厚さの実測値５．７ｍｍ）＋Ｈｅ４（厚さ４．０ｍｍのヘリウム封入中空層）＋ＦＬ４（厚さの実測値３．７ｍｍ）の構成のからなる、ＦＬ４＋Ａ４＋ＦＬ６＋Ｈｅ４＋ＦＬ４の総厚２１．１ｍｍの複層ガラスについて算定した熱貫流率は、３．２０Ｗ／ｍ^２・Ｋであり低い値であった。

次いで、表３に、複層ガラスの中空層１、２の一方に空気を封入し、もう一方にヘリウムを封入した複層ガラスと、中空層１、２ともに空気を入れた複層ガラスと、中空層１、２ともにヘリウムを入れた複層ガラスの熱的性能の測定値を示す。

表３に示すように、図１に示す複層ガラスの中空層１、２の一方に空気を封入し、もう一方にヘリウムを封入した複層ガラスに比較して、中空層１、２ともに空気を入れた場合の方が熱貫流率は低い値となり、熱的性能は向上し、中空層１、２ともにヘリウムを入れた場合の方が熱貫流率は高い値となり、熱的性能は低下した。
（遮音性能の測定）
次いで、「サッシ」ＪＩＳ Ａ４７０６：２０００に準拠し、「実験室における音響透過損失の測定方法」ＪＩＳ Ａ １４１６による遮音性能試験を行った。その際、前記ＪＩＳに基づいて、規程の１／３オクターブ中心周波数における音響透過損失を測定した。尚、測定において音源はガラス板Ｇ１側におき、測定器はガラス板Ｇ３側に設置した。

「サッシ」ＪＩＳ Ａ４７０６：２０００に記載される遮音等級、「実験室における音響透過損失の測定方法」ＪＩＳ Ａ１４１６：２０００測定方法を説明する。

図２に、ＪＩＳ Ａ４７０６：２０００に記載される遮音等級線のグラフを示す。

尚、ＪＩＳ Ａ４７０６：２０００において、次のａ）またはｂ）のいずれかに適合する場合、図２に示す等級線で表される等級としている。
ａ）１２５Ｈｚ〜４０００Ｈｚの１６点における音響透過損失が、全て該当する遮音等級線を上回ることとする。尚、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以下の場合は、その遮音等級とする。
ｂ）全周波数帯域において、数３の式によって、音響透過損失を換算し、その換算値（６点）が該当する遮音等級線を上回ることとする。

但し、１２５Ｈｚは１６０Ｈｚと、４０００Ｈｚは３１５０Ｈｚと、各々二つの音響透過損失によって換算する。尚、換算値は整数で丸めることとし、換算値の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以下の場合は、その遮音等級とする。

図２に示すように、音響透過損失による遮音等級線において、５００Ｈｚ以上の遮音性能が、遮音等級Ｔ−３等級は３５ｄＢ以上であり、遮音等級Ｔ−４等級は４０ｄＢ以上である。遮音等級Ｔ−３等級に合格するには。音響透過損失が前述の等級線を実質的に上回る必要がある。尚、デシベル（ｄＢ）は音圧レベルの単位であり、音圧レベルは音による大気圧から圧力変動を対数で表した無次元量としデシベル（ｄＢ）を単位として表される。圧力変動は音圧レベル１０ｄＢで３．２倍変動する。音圧レベルはある音の音圧Ｐ（単位：Ｐａ）と人間の最小可聴音である基準音圧Ｐ０（２×１０^−５Ｐａ）との比の常用対数を２０倍したものとして定義され、ｄＢで表される。

「サッシ」ＪＩＳ Ａ４７０６：２０００に準拠し、「実験室における音響透過損失の測定方法」ＪＩＳ Ａ １４１６：２０００による遮音性試験を行い、複層ガラスの中空層へのヘリウム封入による遮音性能の向上効果を評価した。尚、遮音性試験はＪＩＳ Ａ １４１６：２０００に準拠して行った。詳しくは、ＪＩＳ Ａ １４１６：２０００に記載されるタイプＩ試験室（残響室）を使用し、２本の木製押縁（２５ｍｍ×２５ｍｍ）を用いて、複層ガラスの試験片を固定し、複層ガラスの設置を行い、ＪＩＳ Ａ １４１６：２０００に記載の方法で音響透過損失の測定を行った。音響透過損失の測定値が、前述のＪＩＳ Ａ４７０６：２０００に記載の判断基準、「ａ）１２５Ｈｚ〜４０００Ｈｚの１６点における音響透過損失が、全て該当する遮音等級線を上回ることとする。尚、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以下の場合は、その遮音等級とする。」「ｂ）全周波数帯域において、数１の式によって、音響透過損失を換算し、その換算値（６点）が該当する遮音等級線を上回ることとする。」に対し、遮音等級Ｔ−３等級について、ａ）、ｂ）いずれかの基準を満たした場合、遮音等級Ｔ−３等級に合格するとした。

このようにして、最初にＦＬ６＋Ａ４＋ＦＬ４＋Ｈｅ４＋ＦＬ６の構成の総厚２３．１ｍｍの本発明の前記複層ガラスの遮音性能の測定を行った。次いで、ＦＬ５＋Ａ４＋ＦＬ３＋Ｈｅ４＋ＦＬ５（総厚、２０．１ｍｍ）の本発明の前記複層ガラス、ＦＬ４＋Ａ４＋ＦＬ６＋Ｈｅ４＋ＦＬ４（総厚、２１．１ｍｍ）の本発明の前記複層ガラスの遮音性能を測定した。遮音性能の測定値を表４に示す。各々測定した複層ガラスの大きさは、１２３０ｍｍ×１４８０ｍｍで同様の大きさである。

尚、表４には示していないが、内部のガラス板Ｇ２にＬｏｗ−Ｅガラスを用いたＦＬ６＋Ａ４＋ＬＥＰ ＦＬ４＋Ｈｅ４＋ＦＬ６（総厚、２３．１ｍｍ）およびＦＬ６＋Ａ４＋ＳＬＥＰ ＦＬ４＋Ｈｅ４＋ＦＬ６（総厚、２３．１ｍｍ）についてはフロートガラスの表面に低放射膜である金属薄膜を成膜したのみなので、音響的減衰効果はなく、ＦＬ６＋Ａ４＋ＦＬ４＋Ｈｅ４＋ＦＬ６と同様の遮音性能の測定値であった。

次いで、表４に示した各々の複層ガラスの遮音性能の測定結果を遮音性能曲線のグラフとした。

図３は、ＦＬ６＋Ａ４＋ＦＬ４＋Ｈｅ４＋ＦＬ６（総厚、２３．１ｍｍ）の構成の複層ガラスの遮音性能曲線のグラフである。

図３のグラフに示すように、ＦＬ６＋Ａ４＋ＦＬ４＋Ｈｅ４＋ＦＬ６（総厚、２３．１ｍｍ）の構成の本発明の複層ガラスの遮音性能曲線はＴ−３等級線を上回り、ＦＬ６＋Ａ４＋ＦＬ４＋Ｈｅ４＋ＦＬ６（総厚、２３．１ｍｍ）の本発明の複層ガラスが、遮音等級Ｔ−３等級に合格することを示した。中空層２にヘリウムを封入したことによる効果である。

図４は、ＦＬ５＋Ａ４＋ＦＬ３＋Ｈｅ４＋ＦＬ５（総厚、２０．１ｍｍ）の構成の複層ガラスの遮音性能曲線のグラフである。

図４のグラフに示すように、ＦＬ５＋Ａ４＋ＦＬ３＋Ｈｅ４＋ＦＬ５（総厚、２０．１ｍｍ）の構成の本発明の複層ガラスの遮音性能曲線はＴ−３等級線を上回り、ＦＬ５＋Ａ４＋ＦＬ３＋Ｈｅ４＋ＦＬ５（総厚、２０．１ｍｍ）の本発明の複層ガラスが遮音Ｔ−３等級に合格することを示した。中空層２にヘリウムを封入したことによる効果である。

図５は、ＦＬ４＋Ａ４＋ＦＬ６＋Ｈｅ４＋ＦＬ４（総厚、２１．１ｍｍ）の構成の複層ガラスの遮音性能曲線のグラフである。

図５のグラフに示すように、ＦＬ４＋Ａ４＋ＦＬ６＋Ｈｅ４＋ＦＬ４（総厚、２１．１ｍｍ）の構成の複層ガラスの遮音性能曲線はＴ−３等級線を下回り、遮音等級Ｔ−３等級に合格しないことを示した。

このことは、この際、両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３が内部のガラス板Ｇ２より薄い場合、即ち、ＦＬ４＋Ａ４＋ＦＬ６＋Ｈｅ４＋ＦＬ４（総厚、２１．１ｍｍ）に比較して、両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３が内部のガラス板Ｇ２より厚い場合、即ち、ＦＬ５＋Ａ４＋ＦＬ３＋Ｈｅ４＋ＦＬ５（総厚、２０．１ｍｍ）の方が、１０００Ｈｚ以下の低周波域において、音響透過損失が大きく、遮音性に優れることによる。

本発明の複層ガラスの一例の部分拡大断面図を示す。 ＪＩＳ Ａ４７０６：２０００に記載される遮音等級線のグラフである。 ＦＬ６＋Ａ４＋ＦＬ４＋Ｈｅ４＋ＦＬ６（総厚、２３．１ｍｍ）の構成の複層ガラスの遮音性能曲線のグラフである。 ＦＬ５＋Ａ４＋ＦＬ３＋Ｈｅ４＋ＦＬ５（総厚、２０．１ｍｍ）の構成の複層ガラスの遮音性能曲線のグラフである。 ＦＬ４＋Ａ４＋ＦＬ６＋Ｈｅ４＋ＦＬ４（総厚、２１．１ｍｍ）の構成の複層ガラスの遮音性能曲線のグラフである。

Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３ ガラス板
１、２ 中空層
３ 界面
４ 入射面
５ 乾燥剤
６ スペーサー
７ ブチルゴム接着材
８ 凹部

Claims (7)

1. ３枚のガラス板を各々隔置して２つの中空層を有する複層ガラスにおいて、２つの中空層の一方に空気、もう一方にヘリウムを封入し、両側２枚のガラス板が内部のガラス板より厚いことを特徴とする複層ガラス。
2. 複層ガラスを構成する両側２枚のガラス板の厚さおよび２つの中空層の厚さが内部のガラス板からみて対称であり、両側２枚のガラス板と内部のガラス板の厚さが異なることを特徴とする請求項１に記載の複層ガラス。
3. ３枚のガラス板を各々隔置して２つの中空層を有する複層ガラスにおいて、２つの中空層の一方に空気、もう一方にヘリウムを封入し、複層ガラスを構成する両側２枚のガラス板の厚さおよび２つの中空層の厚さが内部のガラス板からみて対称であり、両側２枚のガラス板と内部のガラス板の厚さが異なり、複層ガラスの総厚が１８．０ｍｍ以上、２５．０ｍｍ以下であり、熱貫流率が３．５０Ｗ／ｍ^２・Ｋ以下であり、サッシとした際に、ＪＩＳ Ａ４７０６：２０００に準拠する遮音等級Ｔ−３等級に合格することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複層ガラス。
4. ３枚のガラス板を各々隔置して２つの中空層を有する複層ガラスにおいて、２つの中空層の一方に空気、もう一方にヘリウムを封入し、複層ガラスを構成する両側２枚のガラス板の厚さおよび２つの中空層の厚さが内部のガラス板からみて対称であり、両側２枚のガラス板と内部のガラス板の厚さが２．０ｍｍ以上異なり、内部のガラス板と両側２枚のガラス板の厚さの計が１２．０ｍｍ以上、１７．０ｍｍ以下であり、中空層の厚さが３．０ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下、ガラス板と中空層を合わせた複層ガラスの総厚が１８．０ｍｍ以上、２５．０ｍｍ以下であり、熱貫流率が３．５０Ｗ／ｍ^２・Ｋ以下であり、サッシとした際に、ＪＩＳ Ａ４７０６：２０００に準拠する遮音等級Ｔ−３等級に合格することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の複層ガラス。
5. 少なくとも１枚のガラス板に表面に低放射膜を設けてなるＬｏｗ−Ｅガラスを用い、中空層側に低放射膜を配設したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の複層ガラス。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の複層ガラスを取り付けてなることを特徴とする窓。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の複層ガラスを取り付けてなることを特徴とするドア。