JP7017920B2 - 化学強化ガラス及びこれを用いた防火設備 - Google Patents

Description

本発明は、エッジ部分の耐熱割れ性能を向上させて防火設備として用いることに好適な化学強化ガラス及びこれを用いた防火設備に関するものである。なお、本発明は特定防火設備にも適用可能である。

従来、防火設備、特定防火設備に用いられるガラスとしては、火災等が発生した際にその延焼を防止する目的で様々なものが用いられている。その例として、（１）網入りガラス、（２）耐熱強化ガラス（超強化ガラス）、（３）低膨張ガラス等が知られている。

（１）網入りガラス
鉄線が内在しているガラスである。したがってガラスにひびが生じても、鉄線がガラス片の落下を防止するため、火炎の表出を抑えて延焼を防止することができる。また防火用ガラスとしては最も安価であり、入手も容易である。ガラス製の防火設備において、現在建設省告示で例示されているのは鉄枠に嵌めた網入りガラスのみである。しかしながら、網入りガラスはその製造の制約上、ガラス中央の強度（面強度）が他のガラス（フロートガラス（ＦＬ）、倍強度ガラス（ＨＳ）、風冷強化ガラス（ＰＴ））に比して劣っている。また、鉄線が内在していることにより、切断された網入りガラスの小口には多くの粗い傷が残っている。このためエッジ部分の強度（エッジ強度）は極めて低い。このため日射や火炎を受けることによる小口からの熱割れの可能性が高く、さらには鉄線の発錆による割れの可能性も高い。また、鉄線の存在による視認性の妨げにも問題がある。

（２）耐熱強化ガラス
通常の風冷強化ガラス（物理強化ガラス）よりも急冷速度を速め、より表面圧縮応力を強めた強化ガラスである。この風冷強化により発生される圧縮応力層は、後述する化学強化ガラスに比べてとても深く（板厚の約１／６）、ガラスの面だけでなく小口にも形成される。このため傷が多く存在しているエッジ部分も強化されることになるので、熱割れに対して強い。しかしながら、風冷強化の加工方法として、一度ガラスを軟化させてから急速風冷するため、ガラス表面に凹凸が生じガラスを通した透視映像が歪み、視認性に問題がある。また外力が加わっていない状態で急にガラスが割れる自然破損の可能性も残されている。さらにはその高い圧縮応力のせいで破損時の音が大きいという問題もある。

（３）低膨張ガラス
通常のガラスとは異なる組成で形成されていて、ガラスの特性の一つである熱膨張率を小さくすることで熱割れを防止するものであり、これによりガラスが熱せられてもエッジ部分に発生する引っ張り応力が小さいガラスである。自然破損もなく、視認性の問題もない。また、耐熱強化ガラスと異なり、ガラスの切断加工も可能である。しかしながら、ガラスの組成が一般的なガラスと異なるため色が着いており、また高価であるという問題がある。このような低膨張ガラスを防火設備に用いたものとして特許文献１が開示されている。

一方で、化学強化ガラスが知られている。この化学強化ガラスは、硝酸カリウム溶液にフロートガラスを浸漬し、ガラス内部に存在するナトリウムイオンをこれよりもイオン半径の大きいカリウムイオンに置換し、ガラス表面に極めて薄い（１０μｍ～２０μｍ程度）圧縮応力層を形成して強度を増大させた強化ガラスである。この強化方法により、ガラスの面強度は非常に強く、耐衝撃性は向上している。例えば通常の風冷強化ガラスの表面圧縮応力は約１００ＭＰａであるのに対し、化学強化ガラスでは製造方法にもよるが約６００ＭＰａである。また、風冷強化ガラスとは異なり透視映像に歪みもなく、自然破損も生じない。さらに、ガラス内部に形成される引っ張り応力が小さいことから、切断加工性がよい。しかしながら、エッジ部分における熱割れに対する耐性は低く、防火や耐火用途として使用することは実用的ではない。このような化学強化ガラスは防火設備に利用されてなく、特許文献１にもその利用については記載も示唆もない。

特開２０１１－１６８４７７号公報

防火設備は主に耐火・準耐火建築物、又は防火・準防火地域の建築物の外壁開口部に使用され、特定防火設備は主に耐火・準耐火建築物の内部において防火区画（面積区画、竪穴区画、異種用途区画）の開口部に使用される。このため、耐風圧強度や耐衝撃強度（面強度）が高いガラスが好ましく、さらには視認性が良く、自然破損がなく、安価なものが好ましい。すなわち、防火設備用ガラス、特定防火設備用ガラスとしては、エッジ部分を除いて考慮すると化学強化ガラスを用いることが好ましい。したがって化学強化ガラスのエッジ部分を強化して耐熱割れ性能を向上させることで将来的な実用性は高くなる。

本発明は、上記従来技術を考慮したものであり、エッジ部分に対して高い強度を付与して熱割れに対する耐性を高めた化学強化ガラス及びこれを用いた防火設備を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明では、防火設備として建物壁面に備え付けられるべきガラス板と、該ガラス板の中央部分に形成されて引張状態とされている引張領域と、該引張領域を囲繞して前記ガラス板のエッジ部分に形成されて圧縮状態とされている圧縮領域と、前記ガラス板の少なくとも一辺における前記エッジ部分に形成されて前記ガラス板の端面が連続した凹凸形状であり、且つ前記圧縮領域内に形成されている凹凸部とを備えたことを特徴とする防火設備用化学強化ガラスを提供する。

好ましくは、前記凹凸部はその凹凸の高さ及び深さが非一定であり、前記凹凸部のうち最も外側に位置する最外点から最も内側に位置する最内点までの距離が前記圧縮領域の前記ガラス板に対する内外方向の厚さよりも小さい。

また、本発明では、前記ガラス板のエッジ部分を覆うサッシと、該サッシ内にて前記ガラス板の端面のみに接しているセッティングブロックと、前記ガラス板のエッジ部分の表裏面と前記サッシとの間に隙間なく充填されているシーリング材とを備えたことを特徴とする化学強化ガラスを用いた防火設備を提供する。

本発明によれば、凹凸部が圧縮領域内に形成されているため、ガラス板のエッジ部分に衝撃があったとしてもこれが引張領域に伝達されることを防止できる。さらに、火炎によりガラス板の面部分とエッジ部分とに温度差が生じたとしても、もろい部分とされる凹凸部が圧縮領域内に収まっているため、熱による応力が凹凸部を介して引張領域に伝達されることを防止でき、熱割れを防止できる。

本発明に係る防火設備の概略図である。 本発明に係る防火設備の概略断面図である。 サッシ下部の概略断面図である。 本発明に係る防火設備用化学強化ガラスの概略図である。 図４の一部拡大図である。

図１に示すように、本発明に係る防火設備１０１は、例えば建物外壁として使用されている。建物内部には各階の床となっている床板１０２が配設され、この床板１０２は建物表面まで延びている。建物外壁に露出している床板１０２は水平方向に延びる梁１０３として機能している。この梁１０３と直交するように、複数本の縦枠１０４が間隔を存して配設されている。したがって、梁１０３と縦枠１０４とで略矩形形状の開口が規定される。縦枠１０４の間には、下枠１０５及び上枠１０６が収められている。これら縦枠１０４、下枠１０５及び上枠１０６にてサッシ１１０が形成されている。サッシ１１０に囲まれた部分に、後述する化学強化ガラスからなるガラス板２が配設されている。

図２を参照すれば明らかなように、建物の各階に配された床板１０２は、建物表面まで延びている。建物の外壁として配された部分は、この例では建物内の床板１０２よりも上下方向に厚く形成され、この部分が梁１０３となっている。なお、床板１０２と梁１０３は別体として形成してもよいし、一体として形成してもよい。下枠１０５及び上枠１０６は近接する梁１０３にそれぞれ密接して取り付けられている。防火設備１０１は、サッシ１１０に嵌め込まれているガラス板２を通して建物内で発生した火災を建物外に、建物外で発生した火災を建物内に延焼させないようにするためのものである。

図３に示すように、ガラス板２は、その周辺部分であるエッジ部分がサッシ１１０によって覆われている。サッシ１１０は内側が溝形状に凹んでいて、その底部にはセッティングブロック１０７が配設されている。このセッティングブロック１０７はガラス板２の重みを支持するものであり、クロロプレン、エチレンプロピレン等のゴム材が利用される。したがって、セッティングブロック１０７はガラス板２の端面にのみ接するように配設される。通常は、セッティングブロック１０７上にガラス板２が載置されて配設される。このような構造により、ガラス板２は建物外壁の防火設備として位置づけられることになる。

セッティングブロック１０７に対してサッシ１１０の開口側には、バックアップ材１０８が配設されている。バックアップ材１０８はガラス板２の表裏面とサッシ１１０の内壁との間に配されてガラス板２をサッシ内に固定している。バックアップ材１０８としてはゴム材料やポリエチレン材料等を利用できる。バックアップ材１０８のさらにサッシ１１０の開口側には、シーリング材１０９が配設されている。このシーリング材１０９はガラス板２とサッシ１１０との間の隙間を埋めるためのものであり、サッシ１１０内の防水、防塵としての機能を有している。このため、シーリング材１０９はガラス板２のエッジ部分の表裏面とサッシ１１０との間に隙間なく充填されている。したがってシーリング材１０９としては水密性、気密性、接着性が求められ、さらには外気にさらされていることから耐候性を有する材料で形成されることが好ましく、例えばシリコーン系樹脂等が用いられる。

以上で本発明に係る防火設備１０１の一例を示したが、この防火設備１０１は下記のような特徴を有するガラス板２を用いることで、いわゆる防火設備１０１として求められている２０分以上の遮炎性能を発揮できる。

図４に示すように、本発明に係る化学強化ガラス１は、いわゆる化学強化ガラスの板体としてのガラス板２として形成されている。このガラス板２は上述したように、防火設備１０１として建物壁面に備え付けられるべきものである。ガラス板２は化学強化ガラスであるため、溶融したカリウム塩（硝酸カリウム、硫酸カリウム、重硫酸カリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、塩化カリウム等）にフロートガラスを浸漬させ、ガラス表面のイオン半径の小さなナトリウムイオンをより半径の大きいカリウムイオンに置換し、ガラス板２のエッジ部分に圧縮応力層を形成することで製造される。

このようにして化学強化ガラスとして製造されたガラス板２は、その中央部分に引張状態とされている引張領域３を有し、この引張領域３を囲繞するようにガラス板２のエッジ部分に圧縮状態として形成されている圧縮領域４を有している。このような構成を有することにより、化学強化ガラスとしてのガラス板２はフロートガラスに比して耐熱性、耐衝撃性に優れ、一般的な風冷強化ガラスに比しては、熱処理工程で生じる凹凸がなく透視映像が良く、また自然破損が生じないという特性を有している。また化学強化ガラスは中央部分での衝撃強度（面強度）が他のガラス（フロートガラス（ＦＬ）、網入りガラス（ＰＨＷ）、倍強度ガラス（ＨＳ）、風冷強化ガラス（ＰＴ））に比して抜群に優れているという特性も有している。

そしてさらに、ガラス板２は以下の構造を有することで、エッジ部分の強度（耐熱性）も向上されている。すなわち、ガラス板２の少なくとも一辺（全辺が好ましい）におけるエッジ部分には、ガラス板２の端面が連続した凹凸形状に形成された凹凸部５が形成されている。そしてさらに、この凹凸部５は圧縮領域４内に収まるように形成されている。換言すれば、図５を参照すれば明らかなように、凹凸部５のうち、最も外側に位置する最外点６から最も内側に位置する最内点７までの距離Ａが圧縮領域４のガラス板２に対する内外方向の厚さＤよりも小さいということである。

このような構成により、凹凸部５が圧縮領域４内に形成されているため、ガラス板２のエッジ部分に衝撃があったとしてもこれが引張領域３に伝達されることを防止できる。さらに、火炎にさらされるガラス板２の面部分とエッジ部分とに温度差が生じたとしても、もろい部分とされる凹凸部５が圧縮領域４内に収まっているため、熱による応力が凹凸部５を起点にして引張領域３に伝達されることを防止でき、熱割れを防止できる。すなわち、防火設備１０１として好適に適用できる化学強化ガラス１を得ることができる。

化学強化ガラスは上述したようにフロートガラスから製造されるので、凹凸部５はこのフロートガラスを切断した際に形成される。したがって、通常は凹凸部５はその凹凸の高さ及び深さは非一定である。本発明はこのような安価に容易に製造できるフロートガラス（網入りガラスでもよい）から出発する化学強化ガラスを対象としたものであり、したがって凹凸部５を必須とするものである。この点で当初からエッジ部分がほぼ平滑なレーザー切断加工を施したような製造コストが高価なガラス板体は除外される。本発明はあくまでも安価で容易に製造できる態様にて防火設備１０１に適用できるものを提供するものである。具体的にはフロートガラスの切断時に発生するエッジ部分の粗い傷である凹凸部５を研磨してならし（距離Ａを短くするようにし）、そして化学強化処理を施す。圧縮領域４は、最外点６からの距離でその厚さＤが決定されるため、距離Ａが長いと最内点７が製造当初から引張領域３に入り込んでしまう。このため、距離Ａを短くしておくことで確実に凹凸部５を圧縮領域４内に収めている。これにより、小口の研磨処理を行わない切りっぱなしのフロートガラスを用いて製造された化学強化ガラスよりもエッジ部分の強度を格段に向上させることができる。なお、本発明は、凹凸部５の距離Ａを短くすることで、相対的に圧縮領域４を厚く形成したということもできる。

１：防火設備用化学強化ガラス、２：ガラス板、３：引張領域、４：圧縮領域、５：凹凸部、６：最外点、７：最内点、１０１：防火設備、１０２：床板、１０３：梁、１０４：縦枠、１０５：下枠、１０６：上枠、１０７：セッティングブロック、１０８：バックアップ材、１０９：シーリング材、１１０：サッシ

Claims (3)

1. 防火設備として建物壁面に備え付けられるべきガラス板と、
   該ガラス板の中央部分に形成されて引張状態とされている引張領域と、
   該引張領域を囲繞して前記ガラス板のエッジ部分に形成されて圧縮状態とされている圧縮領域と、
   前記ガラス板の少なくとも一辺における前記エッジ部分に形成されて前記ガラス板の端面が連続した凹凸形状であり、且つ前記圧縮領域内に形成されている凹凸部とを備えたことを特徴とする化学強化ガラス。
2. 前記凹凸部はその凹凸の高さ及び深さが非一定であり、
   前記凹凸部のうち最も外側に位置する最外点から最も内側に位置する最内点までの距離が前記圧縮領域の前記ガラス板に対する内外方向の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の化学強化ガラス。
3. 前記ガラス板のエッジ部分を覆うサッシと、
   該サッシ内にて前記ガラス板の端面のみに接しているセッティングブロックと、
   前記ガラス板のエッジ部分の表裏面と前記サッシとの間に隙間なく充填されているシーリング材とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の化学強化ガラスを用いた防火設備。

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