JP6328109B2 - 耐貫通性合わせガラス - Google Patents

耐貫通性合わせガラス

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Description

本発明は、少なくとも3つの板ガラスを有し、板ガラスの1つがカバー板として攻撃側の方を向いており、かつ1つの板ガラスが攻撃側とは反対側で(abgewandt)終端板として形成されている耐貫通性合わせガラスに関する。
合わせガラスの形態の耐貫通性ガラスは、何十年も前から知られている。通常、これは多数の板ガラスから成り、これらはシートを介在させて互いに連結されている。これらの合わせガラスには数多くの変形例が用意されている。例えば、これらには、積層されたプラスチック中間層又は衝撃とは反対側で(beschussabgewandt)、破砕しにくいコーティング若しくは補強材が備え付けられる。部分的に、これらは衝撃とは反対側でプラスチック板でも終端をなす。試験規格(欧州規格EN 1063とも)により、個々の衝撃等級の中で“破砕損傷(Splitterabgang)”を伴う板と“破砕損傷”を伴わない板とが区別される。これらの様々な等級分けには、厚さの異なる合わせガラス又は様々なガラスデザインの使用が求められる。
建築領域において破砕が生じない合わせガラスの規格要求事項を満たすことができるように、高い合わせガラス厚さが定められていなければならない。殊に、単に貫通から保護する合わせガラスの場合より明らかに高いガラス厚さが必要とされる。軟弾頭弾に対して、“破砕損傷”を伴う板と“破砕損傷”を伴わない板との厚さの差は、それぞれの弾丸若しくは衝撃等級のうちで50%までである。これに基づいた厚さと重さの増大によって、合わせガラスの実際の使用は困難になるか若しくは妨げられる。殊に、ドア、ウインドウ及びフレームシステムのために特別な構造が部分的に必要とされる。高い重量に基づき、特殊な固定、例えば蝶番構造が必要とされる。
“破砕損傷”を伴わない合わせガラスの場合のかかる不所望の重量増大を阻止するために、衝撃とは反対側で、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート等からのプラスチック板が頻繁に積層若しくは付着させられる。かかる解決手段は、EP0157646又はDE102008043718に開示されている。
さらに、衝撃とは反対側で、破砕しにくいコーティングが合わせガラスに施与されている合わせガラスが知られている。かかる態様の変形例が、DE69227344に開示されている。施与されたプラスチック板も、破砕しにくいコーティングも機械的な影響を受けやすく、殊に耐擦傷性ではない。これらの洗浄は不十分にしか行えず、特殊な洗浄剤を用いてしか可能ではない。そのうえまた、これらは、例えばUV照射によって老化する恐れがある。これは、建築領域における使用にとって重大な欠点である。
先行技術からは、防護特性を高めるために、攻撃側の方を向いて化学的又は熱的に予め応力を付与されたガラスが使用されている合わせガラス系が知られている。この場合、これらのガラスは、突き入ってくる弾丸を砕くか又はこれを変形させるカバー膜を成す。そのとき、カバー板は、たしかに弾丸の力を削ぐが、しかしながら、裏側の破砕損傷は、この措置によって防がれることはできない。それゆえ、これらのガラスの場合、衝撃とは反対側でポリカーボネート板等も頻繁に用いられる。
本発明の課題は、僅かな質量で貫通及び破砕損傷から効果的に保護する耐貫通性合わせガラスを提供することである。
この課題は、請求項1の特徴により解決される。それに従って、合わせ膜を介在させて互いに連結されている少なくとも3つの板ガラスを有する耐貫通性合わせガラスが提案される。ここで、通常、合わせ膜は、柔軟(biegeschlaff)かつ寸法不安定性のシート及び/又はシーリングコンパウンドにより形成される。柔軟なシートとして、殊に、2mmより小さい膜厚を有するポリビニルブチラールシートが用いられる。時に、2mmより小さい膜厚を有する他の材料から成るシートも使用される。部分的に、2つの隣接する板ガラスを接合するために複数のシートも並置される。したがって、柔軟なシートは、力及びモーメントの負荷が僅かなために、低い弾性係数(<100MPa)及び大きな変形(破断伸び率>200%)の特性を有することを特徴としている。このような柔軟かつ寸法不安定性のシートは、個々の、複数の又はすべての板ガラスの破断後にも複合体がくっついたままであるという利点を有する。シーリングコンパウンドが特には適しており、なぜなら、これにより合わせガラスを簡単に製造することができるからである。例えば1mm以上の厚さの合わせ膜を用いて、個々の板ガラスは機械的に連結が解かれうる。
さらに、本発明によれば、終端板(Abschlussscheibe)は熱的又は化学的に予め応力を付与された板ガラスとして形成されていることが予定されている。したがって、この板ガラスは、攻撃側とは反対側で合わせガラスの終端をなす。
この合わせガラス構造の場合、弾丸が当たると、まず初めにカバー板が、そして場合によりカバー板に続く中間板が弾着のために砕かれる。その際、弾丸エネルギーは、砕かれたガラスに伝えられ、かつ突発的な曲げ荷重が生じ、これが予め応力を付与された終端板により取り込まれる。意想外にも、予め応力を付与したことに基づき、終端板の破断は起こらない。したがって、裏側の破砕損傷も発生しない。そのうえ、このように組み立てられた合わせガラスは、爆発作用に対しても十分に保護する。攻撃側の領域で圧力波が衝突すると、終端板に引張応力が生まれ、これは、終端板に予め応力を付与したことから材料の破断を生まずに効果的になくすことができる。
本発明の課題は、少なくとも3つの板ガラスを有し、板ガラスの1つがカバー板として攻撃側の方を向いており、かつ1つの板ガラスが攻撃側とは反対側で終端板として形成されており、ここで、カバー板と終端板との間には1つ以上の中間板が配置されており、板ガラスは、ポリカーボネート、ポリウレタン又はポリメチルメタクリレートから成らない合わせ膜によって互いに接合されている耐貫通性合わせガラスを用いても解決される。この態様の変形例の場合も、終端板は、熱的又は化学的に予め応力を付与された板ガラスとして形成されている。
意想外にも、耐貫通性合わせガラスにおいて通常用いられており、かつポリカーボネート、ポリウレタン又はポリメチルメタクリレートから成る合わせ膜を省くことで、裏側の破砕損傷を妨げることに関して好ましい効果をもたらすことができるとわかった。衝突する弾丸のエネルギーは、このような中間膜の影響を受けずに、終端板内へと、これが破断のリスクを伴わずに弾丸エネルギーを確実に削ぐことができる形でもたらされる。この解決手段でも、裏側の破砕損傷を伴わない耐貫通性合わせガラスが得られる。
合わせガラスに関する2つの上で述べた解決手段により、殊に、僅かな構成材重量で実現することができ、そのうえまた、攻撃側かつ裏側でもガラス材料が終端をなす建築用ガラスを作り出すことができる。それゆえ、これらは容易に洗浄可能であり、耐擦傷性かつ耐老化性である。費用のかかる支持構造は、僅かな構成材重量に基づき省くことができる。
カバー板及び中間板が終端板より大きい厚さを有する場合に、終端板の最適化された曲げ応力が生じることがわかった。
この合わせガラスの構造の場合、板ガラスは、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、ケイ酸アルミニウムガラス及び/又はアルミノケイ酸リチウムガラスにより形成されていてよい。したがって、市販の構成材を用いることができる。理想的には、すべての板ガラスは、ガラス材料、好ましくはホウケイ酸ガラスから成り、これは、この使用目的のために、かつ軟弾頭射撃の場合に特に適していることがわかった。殊に有利には、カバー板は、軟弾頭弾の衝突エネルギーを効果的に断つためにホウケイ酸ガラスから成る。
特に有利には、合わせ膜は、殊にポリビニルブチラールから成る1つ以上のシートにより形成されている。これらのシートは、オートクレーププロセスにおいて加工されることができ、かつ相接している板ガラスの確実な大面積の接合を生む。シートは、弾着後の砕かれたガラス構成材が実質的にばらばらにならないことを保証する。
弾着時に曲げ応力が終端板に確実に伝わることができるように、合わせ膜は、2mmより小さい、殊に1mmより小さい厚さを有しているべきである。2mmより小さい厚さは、裏側の破砕損傷に対する安全性を大いに確保する。そのうえ、これらは、衝突する弾丸のエネルギーを吸収するのに寄与する一種の弾性緩衝材を成す。1mmより小さい厚さでは、さらに信頼ができる動作値を得ることができる。
DIN EN 1063に準拠した規格要求事項を満たすために、終端板の曲げ強度は≧100N/mm2であるべきである。特に有利には、曲げ強度は、140N/mm2以上である。この場合、合わせガラスの一定の製造精度も確実に一致させられ、そして裏側の破砕損傷が常に防止される。化学的に予め応力を付与された板の使用により、明らかに高い強度を得ることができる。これは、構成材全体の僅かな重量にとって有利になるように、合わせガラスのその他の板の板厚さを減少させるために利用することができる。例えば、化学的に予め応力を付与されたガラスにより、500N/mm2から1100N/mm2の間の範囲のプレストレスが達成されうる。かかる化学的に予め応力を付与されたガラスが、本発明の範囲内で特に適している。
熱的に予め応力を付与された終端板を使用する場合、これを十分曲げ安定性にするために、これは4mmから10mmの間の範囲の厚さを有するべきである。ここで、10mm超の厚さは、条件付きでのみ、裏側の破砕損傷に対して改善された安定性をもたらす。しかし、これらは著しく構成材重量を高める。
化学的に予め応力を付与された終端板の場合、厚さは3mmから12mmの間にあるべきである。化学的に予め応力を付与された板は、これらがより高いプレストレスで作製されることができ、ひいてはより大きな曲げ応力も平均化することができるという利点を有する。それにより、前方に置かれる板ガラス膜をより僅かな厚さで仕上げることができ、これは構成材全体の重量に好ましい作用を及ぼす。
特に有利な本発明の1つの変形例では、熱的に予め応力を付与された終端板の場合、終端板の厚さ対終端板の曲げ強度の比は、1:15≦x≦50、好ましくは1:20≦x≦30の間の範囲で選択されるよう構成されている。化学的に予め応力を付与された終端板の場合、この比は、1:50≦x≦1:1000の間、好ましくは1:100≦x≦1:200の間の範囲の比で選択されているべきである。これらの終端板は、その重量及び曲げ強度に関して、前方に置かれる板ガラスが比較的僅かな厚さで仕上げられることができるように最適化されている。これによって、合わせガラスの構成材全体の重さは最適化されうる。
特に適していると判明したのは、以下の通り構成されている終端板のガラス組成である:
アルミノケイ酸ガラス(モル%での組成)
SiO2 63〜67.5
23 0.0〜7.0
Al23 10〜12.5
Na2O 8.5〜15.5
2O 0.0〜4.0
MgO 2.0〜9.0
CaO+SrO+ZnO 0〜2.5
TiO2+ZrO2 0.5〜1.5
CeO2 0.0〜0.5
As23+Sb23 0.0〜0.4
SnO2 0.05〜0.5
F 0〜1。
代替的に、以下の通り構成されている終端板のガラス組成も適している:
アルミノケイ酸ガラス(モル%での組成)
SiO2 60〜70
Al23 10〜13
23 0.0〜0.9
Li2O 9.6〜11.6
Na2O 8.2〜<10
2O 0.0〜0.7
MgO 0.0〜0.2
CaO 0.2〜2.3
ZnO 0.0〜0.4
ZrO2 1.3〜2.6
25 0.0〜0.5
Fe23 0.003〜0.100
SnO2 0.0〜1.0
CeO2 0.004〜0.2。
本発明による合わせガラスの組合せの場合、弾丸のインパクトを十分に削ぐために、≧4mmの範囲の厚さを有する中間板が特に適していると判明した。
3つの板ガラスから構成されている耐貫通性合わせガラス10を概略的かつ側面図で示す図 構造6に従った耐貫通性合わせガラスを概略的かつ側面図で示す図
以下で、本発明による耐貫通性合わせガラスのいくつかの実施例を列挙する:
構造1−DIN EN 1063に準拠した耐貫通性BR 2 NS
構成材寸法1500mm×1000mm
Figure 0006328109
ラミネート製造:
原則:キャストレジンで接着;JenUV−Pleximer JPM−012−05
プロセスパラメーター:室温でUV硬化;20分
EN 1063に準拠した防弾レベルの試験:結果 BR 2 NS
構造2−DIN EN 1063に準拠した耐貫通性BR 4 NS
構成材寸法800mm×800mm
Figure 0006328109
ラミネート製造:
原則:バッグ法(Sackverfahren);オートクレーブで製造
プロセスパラメーター:全体所要時間:最大8時間、温度:150℃、最大圧力:5bar
EN 1063に準拠した防弾レベルの試験:結果 BR 4 NS
構造3−DIN EN 1063に準拠した耐貫通性BR 6 NS
構成材寸法1000mm×2200mm
Figure 0006328109
ラミネート製造:
原則:バッグ法;オートクレーブで製造
プロセスパラメーター:全体所要時間:最大8時間、温度:150℃、最大圧力:5bar
EN 1063に準拠した防弾レベルの試験:結果 BR 6 NS
構造4−DIN EN 1063に準拠した耐貫通性BR 2 NS及びDIN EN 13541に準拠した防爆性ER 4 NS
構成材寸法900mm×1100mm
Figure 0006328109
ラミネート製造:
原則:バッグ法;オートクレーブで製造
プロセスパラメーター:全体所要時間:最大9時間、温度:145℃、最大圧力:5bar
EN 1063に準拠した防弾レベルの試験:結果 BR 2 NS
EN 13541に準拠した防爆レベルの試験:結果 ER 4 NS
構造5−DIN EN 1063に準拠した耐貫通性BR 7 NS
構成材寸法500mm×500mm
Figure 0006328109
ラミネート製造:
原則:バッグ法;オートクレーブで製造
プロセスパラメーター:全体所要時間:最大8時間、温度:150℃、最大圧力:5bar
EN 1063に準拠した防弾レベルの試験:結果 BR 7 NS
構造6−DIN EN 1063に準拠した耐貫通性BR 6 NS
構成材寸法500mm×500mm
Figure 0006328109
ラミネート製造:
原則:バッグ法;オートクレーブで製造
プロセスパラメーター:全体所要時間:最大8時間、温度:145℃、最大圧力:6bar
EN 1063に準拠した防弾レベルの試験:結果 BR 6 NS
前述の構造においては、ホウケイ酸ガラスとして市販のガラス種を使用しており、それらは、例えばBOROFLOAT(R)33及びBOROFLOAT(R)40の商品名でSchott AGより入手可能である。AS 87及びLAS 80として、化学的に予め応力を付与されたガラス種を記載しており、それらは、商品名SCHOTT(R)AS 87及びSCHOTT(R)LAS 80でSchott AGより入手可能であり、あとは請求項14にも記載されている。PYRAN(R)S及びPYRAN(R)whiteは、Schott AGより入手可能な予め応力を付与されたホウケイ酸ガラスの商品名である。
上記のすべての構造において、使用されるホウケイ酸ガラスは、常に予め応力を付与されていないガラスである。殊に、カバー板は、予め応力を付与されていないガラスにより形成されている。この利点は、3つの弾丸が放たれるDIN EN 1063に従った衝撃試験において、初めの命中弾がカバー板を激しくは砕かないことである。殊に、次の命中弾が当たる範囲にわたって砕け散ることはない。それにより、高い衝撃安全性が提供される。
これらの構造において、終端板に関しては、常に厚さ>4mm(熱的に予め応力を付与した)若しくは>3mm(化学的に予め応力を付与した)の厚さを有する予め応力を付与されたガラスを用いている。このガラス厚から、裏側の破砕損傷に対する高い安全性が得られ、これは先の表から読み取ることが可能である。
構造1〜4では、予め応力を付与された板のみを使用している(終端板)。
構造5及び6では、予め応力を付与された終端板と隣り合って、応力を付与されたさらなる中間板(AS 87−中間板)を使用している。基本的に、さらに別の又はすべての中間板に予め応力を付与していてもよい。しかしながら、予め応力を付与されたすべての中間板が合わせガラスの引張側に配置されていると好ましい。したがって、それらは、攻撃側とは反対側で合わせガラスの中心横断面の後ろに配置されているべきである。そこで、それらは、弾丸が命中しときに合わせガラスにおいて生じる曲げ応力を最適な形でなくすことができる。同じ理由から、終端板も常に、本発明による合わせガラスの場合、完全に中心横断面の後ろに配置されているべきである。
つまり、予め応力を付与されたガラス部材は、合わせガラスの構成材の厚さ全体の半分にまで最大で至りうるべきである。予め応力を付与されたガラス部材が構成材の厚さ全体の3分の1に至るまで延びることで、衝撃に対する際立った安全性が早くも確保され、かつ爆発作用に対しても確実に保護されることがわかった。
本発明を、図面に示した実施例に基づいてより詳細に説明する。
図1は、3つの板ガラスから構成されている耐貫通性合わせガラス10を概略的かつ側面図で示す。ここで、攻撃方向はAであり、つまり、衝撃に曝されている側にカバー板11が準備されており、この後ろには中間板12が置かれている。中間板12の裏側には、衝撃方向Aとは反対側で終端板13が続いている。これらの3つのガラス板(カバー板11、中間板12及び終端板13)は、合わせ膜14によって互いに接合されている。ここで、合わせガラス膜14は、柔軟なシート14、好ましくはポリビニルブチラールシートにより形成されている。合わせ膜14は、オートクレーブプロセスにおいて加熱され、かつ板ガラスは加圧下で互いにプレスされる。このようにして、板ガラスは互いに接着されることができる。
カバー板11及び中間板12が、予め応力を付与されていないガラスから成る一方で、終端板13は、熱的又は化学的に予め応力を付与されたガラス材料により形成されている。図1から読み取ることができるように、衝撃方向Aを背にした終端板13の側の後ろには、コーティングもカバー膜も置かれていない。
図2は、上記の構造6に従った耐貫通性合わせガラスを概略的かつ側面図で示す。この図から読み取ることができるように、2つの予め応力を付与されたガラス(AS 87)は、攻撃方向Aとは反対側で中心横断面Mの後ろに配置されており、これらは合わせガラス10の2つの端面に平行に延びている。
10 合わせガラス、 11 カバー板、 12 中間板、 13 終端板、 14 合わせ膜、 A 攻撃方向、 M 中心横断面

Claims (16)

  1. 少なくとも3つの板ガラスを有する耐貫通性合わせガラスであって、該板ガラスの1つがカバー板として攻撃側の方を向いており、かつ1つの板ガラスが該攻撃側とは反対側で終端板として形成されており、ここで、前記カバー板と前記終端板との間には1つ以上の中間板が配置されており、ここで、前記板ガラスは、柔軟かつ寸法不安定性のシート及び/又はシーリングコンパウンドにより形成されている合わせ膜によって互いに接合されており、並びに前記終端板は化学的に予め応力を付与された板ガラスとして形成されており、
    前記カバー板及び/又は少なくとも1つの中間板が、前記攻撃側の方を向いて中心横断面の前に配置されており、かつ予め応力を付与されていないガラス材料又はガラスセラミックにより形成されるか、又は
    前記カバー板及びすべての中間板が、予め応力を付与されていないガラス材料又はガラスセラミックにより形成されており、かつ、
    前記終端板が、3〜12mmの範囲の厚さを有する、耐貫通性合わせガラス。
  2. 少なくとも3つの板ガラスを有する耐貫通性合わせガラスであって、該板ガラスの1つがカバー板として攻撃側の方を向いており、かつ1つの板ガラスが該攻撃側とは反対側で終端板として形成されており、ここで、前記カバー板と終端板との間には1つ以上の中間板が配置されており、ここで、前記板ガラスは、ポリカーボネート、ポリウレタン又はポリメチルメタクリレートから成らない合わせ膜によって互いに接合されており、並びに前記終端板は化学的に予め応力を付与された板ガラスとして形成されており、
    前記カバー板及び/又は少なくとも1つの中間板が、前記攻撃側の方を向いて中心横断面の前に配置されており、かつ予め応力を付与されていないガラス材料又はガラスセラミックにより形成されるか、又は
    前記カバー板及びすべての中間板が、予め応力を付与されていないガラス材料又はガラスセラミックにより形成されており、かつ、
    前記終端板が、3〜12mmの範囲の厚さを有する、耐貫通性合わせガラス。
  3. 前記終端板の外側にシート及び/又はフィルムが施与されておらず、そのため前記終端板のガラス材料が前記合わせガラスの終端をなすことを特徴とする、請求項1又は2記載の耐貫通性合わせガラス。
  4. 前記カバー板及び少なくとも1つの中間板が、前記終端板より大きな厚さを有することを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項記載の耐貫通性合わせガラス。
  5. 前記板ガラス(カバー板、中間板、終端板)が、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、ケイ酸アルミニウムガラス及び/若しくはアルミノケイ酸リチウムガラスにより形成されており
    並びに/又は
    すべての板ガラスが、同じガラス材料により形成されていることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項記載の耐貫通性合わせガラス。
  6. 少なくとも1つの合わせ膜が、1つ以上のシートにより形成されていることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項記載の耐貫通性合わせガラス。
  7. 少なくとも1つの合わせ膜が、2mmより小さい厚さを有することを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項記載の耐貫通性合わせガラス。
  8. 前記終端板の曲げ強度が、≧100N/m 2 あることを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項記載の耐貫通性合わせガラス。
  9. 記終端板の厚さ(単位:mm)対前記終端板の曲げ強度(単位:N/mm の比(x)が、1:50≦x≦1:1000の間の範囲で選択されていることを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項記載の耐貫通性合わせガラス。
  10. 前記終端板のガラス組成(モル%)が以下の通り、
    アルミノケイ酸ガラス
    SiO2 63〜67.5
    23 0.0〜7.0
    Al23 10〜14.0
    Na2O 8.5〜15.5
    2O 0.0〜4.0
    MgO 0〜9.0
    CaO+SrO+ZnO 0〜2.5
    TiO2+ZrO2 0〜1.5
    CeO2 0.0〜0.5
    As23+Sb23 0.0〜0.4
    SnO2 0.05〜0.5
    F 0.0〜1.0、
    であることを特徴とする、請求項1からまでのいずれか1項記載の耐貫通性合わせガラス。
  11. 前記終端板のガラス組成(モル%)が以下のモル比
    SiO 2 /Al 2 3 5.0〜6.8
    Na 2 O/K 2 O 2.1〜12.0
    Al 2 3 /K 2 O 2.5〜12.0
    Al 2 3 /Na 2 O 0.6〜1.5
    (Na 2 O+K 2 O)/(MgO+CaO+SrO) 0.95〜6.5
    であることを特徴とする、請求項10に記載の耐貫通性合わせガラス。
  12. 少なくとも1つの中間板の前記厚さが、≧4mmの範囲にあることを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項記載の耐貫通性合わせガラス。
  13. 少なくとも1つの中間板が、熱的又は化学的に予め応力を付与された板ガラスとして形成されていることを特徴とする、請求項1から12までのいずれか1項記載の耐貫通性合わせガラス。
  14. 前記終端板並びに/又は他のすべての熱的及び/若しくは化学的に予め応力を付与された中間板が、前記攻撃側とは反対側で前記合わせガラスの中心横断面の後ろに配置されており、前記中心横断面は、前記カバー板及び前記終端板により形成された2つの端面に対して平行に配置されていることを特徴とする、請求項13記載の耐貫通性合わせガラス。
  15. 前記終端板、前記熱的及び/若しくは化学的に予め応力を付与された中間板並びに前記合わせ膜の厚さの合計が、前記合わせガラスの全厚の半分以下であることを特徴とする、請求項13または14に記載の耐貫通性合わせガラス。
  16. 前記終端板、前記熱的及び/若しくは化学的に予め応力を付与された中間板並びに前記合わせ膜の厚さの合計が、前記合わせガラスの全厚の1/3以下であることを特徴とする、請求項13または14に記載の耐貫通性合わせガラス。
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