JPWO2014163158A1 - 建築窓用複層ガラス - Google Patents
建築窓用複層ガラスInfo
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Abstract
厚さが薄くて軽量であり、破損の際に破片の飛散をできるだけ抑えることができる建築窓用複層ガラスを提供する。建築窓用複層ガラス１０のうち、室内側に配されるガラス板２０が、第１および第２の主面２１ａ、２１ｂ、ならびに端面２２を有し、化学強化処理により主面２１ａ、２１ｂに表面圧縮応力が形成され内部に引張応力が形成される。ガラス板２０は、板厚が１．０〜２．５ｍｍ、表面圧縮応力の値が４００〜９００ＭＰａ、引張応力の値が１〜２５ＭＰａ、主面２１ａ、２１ｂにおける圧縮応力層の板厚方向の厚さが７〜２５μｍである。
Description
本発明は、建築窓用複層ガラスに関し、特に化学強化処理されたガラス板を用いた建築窓用複層ガラスに関する。
建築物の室内冷暖房の負荷を軽減する省エネルギー窓として、複層ガラスが普及してきている。一般に複層ガラスは、２枚のガラス板がその周縁全周に配置されたスペーサにより中空層を介して間隔保持されたものである。この中空層の存在により、複層ガラスがサッシに配置された際に、室内外の熱の伝導を減少させることで、冷暖房の負荷を軽減できる。
さらに室内外の熱伝導を軽減させるために、中空層を２層にした３枚以上のガラス板を用いた複層ガラスも提案されている（特許文献１参照）。
なお、特許文献１は、段落００６０に、ガラス板に化学強化された強化ガラスを用いることについての示唆がある。
なお、特許文献１は、段落００６０に、ガラス板に化学強化された強化ガラスを用いることについての示唆がある。
ところで、ガラス板の厚さを小さくすると、一般に強度が低下する。典型的な現象としては、ガラス板の厚さが小さくなるとガラス板自身の剛性が低下し、撓みやすくなる。ガラス板が過度に撓むと、湾曲状態で凸形状となったガラス板の面側に引張応力が生じ、この引張応力が破壊応力を超えることで、ガラス板が割れる。
そこで、凸面側に生じる引張応力に抗するように、ガラス板の表面にあらかじめ圧縮応力を形成した強化ガラスとすることが考えられる。一方、厚さの小さいガラス板、典型的には２．５ｍｍ以下の厚さのガラス板を物理強化することは、実用上困難な場合がある。その理由は次のとおりである。物理強化は、ガラス板を加熱した後に急冷することで生じる、ガラス板の表面と内部との間の温度差を利用するものである。２．５ｍｍ以下の厚さのガラス板に所望の温度差を形成するための急冷には、工業的に相当大きな冷却能が必要である。そのため、２．５ｍｍ以下の厚さのガラス板の強化処理は、化学強化処理が適しているともいえる。
厚さの小さい、化学強化処理されたガラス板に物体が衝突し、ガラス板が大きく撓む際に、ある程度の衝撃を超えるとガラス板は破損する。その結果、撓み方向と逆方向への反動とガラス板内部に残留する引張応力に起因する内部エネルギーの解放により、破損したガラス破片が撓み方向と逆方向に飛散する。すなわち、建築物の室内側でガラス板に物体が衝突しガラス板が破損した場合、破砕片が室内側に飛散することが懸念される。
よって、化学強化ガラスの破損の際に破片の飛散をできるだけ抑えることが求められる。しかし、特許文献１には、複層ガラスとして使用する場合において、ガラス板がどの程度の化学強化が必要であるかの具体的な記載はない。
また、特許文献１のガラス板の総重量は、最も薄いガラスを使った場合（総厚１８ｍｍ）、計算上、３０ｋｇ／ｍ2＝１２．１（実測値）×２．５となり、重い。
よって、化学強化ガラスの破損の際に破片の飛散をできるだけ抑えることが求められる。しかし、特許文献１には、複層ガラスとして使用する場合において、ガラス板がどの程度の化学強化が必要であるかの具体的な記載はない。
また、特許文献１のガラス板の総重量は、最も薄いガラスを使った場合（総厚１８ｍｍ）、計算上、３０ｋｇ／ｍ2＝１２．１（実測値）×２．５となり、重い。
本発明は、厚さが薄くて軽量であり、破損の際に破片の飛散をできるだけ抑えることができる建築窓用複層ガラスを提供する。
本発明は、複数枚のガラス板と、該複数枚のガラス板間に中空層を形成するように前記複数枚のガラス板の周縁に配置されたスペーサと、を備えた建築窓用複層ガラスにおいて、前記複数枚のガラス板のうち、室内側に配されるガラス板が、第１および第２の主面、ならびに第１および第２の主面間に介在する端面を有し、化学強化処理により前記主面の双方に表面圧縮応力が形成され内部に引張応力が形成されたガラス板であって、該ガラス板は、板厚が１．０〜２．５ｍｍ、前記双方の表面圧縮応力の値が４００〜９００ＭＰａ、前記引張応力の値が１〜２５ＭＰａ、前記主面の双方における圧縮応力層の板厚方向の厚さが７〜２５μｍであることを特徴とする、建築窓用複層ガラスを提供する。
また、本発明は、第１、２および３のガラス板と、第１および第２のガラス板間に第１の中空層ならびに第２および第３のガラス板間に第２の中空層を形成するようにそれぞれガラス板の周縁に配置された第１および第２スペーサと、を備えた建築窓用複層ガラスにおいて、室内側に配される第１のガラス板が、第１および第２の主面、ならびに第１および第２の主面間に介在する端面を有し、化学強化処理により前記主面の双方に表面圧縮応力が形成され内部に引張応力が形成されたガラス板であって、該ガラス板は、板厚が１．０〜２．５ｍｍ、前記双方の表面圧縮応力の値が４００〜９００ＭＰａ、前記引張応力の値が１〜２５ＭＰａ、前記主面の双方における圧縮応力層の板厚方向の厚さが７〜２５μｍであることを特徴とする、建築窓用複層ガラスを提供する。
本発明によれば、厚さが薄くて、破損の際に破片の飛散をできるだけ抑えることができる建築窓用複層ガラスが得られる。
以下、図面に基づき本発明の建築窓用複層ガラスの一例を詳細に説明する。
図１は、本発明の建築窓用複層ガラスの一例を示す、部分断面図である。建築窓用複層ガラス１０は、第１のガラス板２０（室内側のガラス板）と、第２のガラス板３０と、第３のガラス板４０（室外側のガラス板）と、第１および第２のガラス板間に形成された第１の中空層１２と、第２および第３のガラス板間に形成された第２の中空層１４と、第１のスペーサ１１と、第２のスペーサ１３とを有する。第１のスペーサ１１は、第１のガラス板２０と第２のガラス板３０との間の周縁全周に配されている。第２のスペーサ１３は、第２のガラス板３０と第３のガラス板４０との間の周縁全周に配されている。こうして第１の中空層１２は、第１のガラス板２０と第２のガラス板３０との間に、第２の中空層１４は、第２のガラス板３０と第３のガラス板４０との間に、それぞれ設けられている。
図１は、本発明の建築窓用複層ガラスの一例を示す、部分断面図である。建築窓用複層ガラス１０は、第１のガラス板２０（室内側のガラス板）と、第２のガラス板３０と、第３のガラス板４０（室外側のガラス板）と、第１および第２のガラス板間に形成された第１の中空層１２と、第２および第３のガラス板間に形成された第２の中空層１４と、第１のスペーサ１１と、第２のスペーサ１３とを有する。第１のスペーサ１１は、第１のガラス板２０と第２のガラス板３０との間の周縁全周に配されている。第２のスペーサ１３は、第２のガラス板３０と第３のガラス板４０との間の周縁全周に配されている。こうして第１の中空層１２は、第１のガラス板２０と第２のガラス板３０との間に、第２の中空層１４は、第２のガラス板３０と第３のガラス板４０との間に、それぞれ設けられている。
図２は、図１に示す建築窓用複層ガラス１０に用いられるガラス板２０を説明する、斜視図である。ガラス板２０は、図１に示した建築窓用複層ガラス１０の室内側に配されるものであり、図２の如く第１の主面２１ａおよび第２の主面２１ｂ、ならびに主面２１ａおよび２１ｂ間に介在する端面２２を有する。このガラス板２０の板厚ｔは、１．０〜２．５ｍｍである。ガラス板２０は、主面２１ａ、２１ｂにおいて板厚方向に７〜２５μｍの圧縮応力層を有する化学強化処理されたガラス板である。主面２１ａ、２１ｂの圧縮応力値は、それぞれ４００〜９００ＭＰａである。ガラス板２０の内部に形成された引張応力の値は、１〜２５ＭＰａである。
本発明における、室内側に配されるガラス板２０は、板厚が１．１〜２．２ｍｍ、双方の主面の表面圧縮応力の値が６００〜８５０ＭＰａ、引張応力の値が４〜２０ＭＰａ、双方の主面における圧縮応力層の板厚方向の厚さが１５〜２５μｍであることが、好ましい。これにより、通常の複層ガラスをショットバック試験に供した場合の破片の飛散距離に遜色なく、飛散を抑制できる。さらに飛散を抑制できる点で、室内側に配されるガラス板２０は、板厚が１．２〜２．１ｍｍ、双方の主面の表面圧縮応力の値が６５０〜８００ＭＰａ、引張応力の値が５〜１７ＭＰａ、双方の主面における圧縮応力層の板厚方向の厚さが１８〜２５μｍであることが、好ましい。
本発明におけるガラス板としては、主面の面積が５０００ｃｍ２以上であることが、本発明の効果を発揮するものとして有益であり、１００００ｃｍ２以上であることがさらに有益である。すなわち、建築窓用複層ガラスの面積が増大すれば、たわみの絶対値が大きくなりやすい。たわみが増大すればショットバック試験時の破片の飛散距離が大きくなる傾向にある。したがって、本発明のように内部に蓄積されるエネルギーをできるだけ小さくし、かつ所望の主面の圧縮応力を付与した化学強化処理されたガラス板を用いることが、面積の大きな複層ガラスに有益である。
このような複層ガラスにおいて、室内側に配されるガラス板２０側からの、ＪＩＳＲ３２０６に準拠したショットバック試験における、落下高さが１０ｃｍで飛散せず、２０ｃｍ以上で飛散した際の０．１５ｇ超の破片の飛散距離が４．５ｍ以下であることは、通常の複層ガラスに比べて遜色のない、飛散距離の抑制された複層ガラスにできる。
本発明における室内側に配されるガラス板は、主面とともに端面にも圧縮応力層が形成されていてもよい。化学強化後に所望の形状にガラス板を切断する場合には、端面に圧縮応力層を有さない場合もある。建築物の種々のサッシ形状、大きさに合わせるためには、化学強化後に所望の形状にガラス板を切断し、端面に圧縮応力層が形成されないガラス板を用いることが好ましい。さらに、この端面を被膜や化学処理等の保護処理を施した面とすることは好ましい。
本発明における室内側に配されるガラス板に形成される圧縮応力は、ガラス板の主面方向に均一に形成されていても、面内に分布を有していてもよい。上記の化学強化処理によれば、処理むらを除けばほぼ均一に圧縮応力が得られる。そのため、圧縮応力に関する種々の値の測定にあたっては、主面の中央（ガラス板が矩形の場合には対角線の交わる点、矩形でない場合もこれに準じた点）を代表点とすればよい。
本発明におけるガラス板を得るための化学強化処理の方法としては、ガラス表層のイオン半径の小さなイオン（例えば、Ｎａイオン）と、溶融塩中のイオン半径の大きなイオン（例えば、Ｋイオン）とをイオン交換できるものであれば特に制限はないが、たとえば加熱された硝酸カリウム溶融塩にガラスを浸漬する方法が挙げられる。なお、本発明において硝酸カリウム溶融塩または硝酸カリウム塩は、ＫＮＯ３の他、ＫＮＯ３と１０質量％以下のＮａＮＯ３を含有するものなどを含む。
ガラスに所望の表面圧縮応力を有する圧縮応力層を形成するための化学強化処理条件は、ガラス板の板厚などによっても異なるが、３５０〜５５０℃の硝酸カリウム溶融塩に２〜２０時間ガラス基板を浸漬させることが典型的である。経済的な観点からは３５０〜５００℃、２〜１６時間の条件で浸漬させることが好ましく、より好ましい浸漬時間は２〜１０時間である。
本発明におけるガラス板の製造方法に特に制限はないが、たとえば種々の原料を適量調合し、約１４００〜１８００℃に加熱し溶融した後、脱泡、攪拌などにより均質化し、周知のフロート法、ダウンドロー法、プレス法などによって板状に成形し、徐冷後所望のサイズに切断して製造される。
本発明における少なくとも室内側に配されるガラス板のガラスのガラス転移点Ｔｇは、４００℃以上であることが好ましい。これによって、イオン交換時の表面圧縮応力の緩和を抑止できる。より好ましくは５５０℃以上である。
本発明における少なくとも室内側に配されるガラス板のガラスの粘度が１０２ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ２は、好ましくは１８００℃以下、より好ましくは１７５０℃以下である。
本発明におけるガラスの粘度が１０４ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ４は、１３５０℃以下であることが好ましい。
本発明における少なくとも室内側に配されるガラス板のガラスの粘度が１０２ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ２は、好ましくは１８００℃以下、より好ましくは１７５０℃以下である。
本発明におけるガラスの粘度が１０４ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ４は、１３５０℃以下であることが好ましい。
本発明における少なくとも室内側に配されるガラス板のガラスの比重ρは、２．３７〜２．５５であることが好ましい。
本発明における少なくとも室内側に配されるガラス板のガラスのヤング率Ｅは、６５ＧＰａ以上であることが好ましい。これによって、ガラスのカバーガラスとしての剛性や破壊強度が充分となる。
本発明における少なくとも室内側に配されるガラス板のガラスのポアソン比σは、０．２５以下であることが好ましい。これによってガラスの耐傷つき性、特に長期使用後の耐傷つき性が充分となる。
本発明における少なくとも室内側に配されるガラス板のガラスのヤング率Ｅは、６５ＧＰａ以上であることが好ましい。これによって、ガラスのカバーガラスとしての剛性や破壊強度が充分となる。
本発明における少なくとも室内側に配されるガラス板のガラスのポアソン比σは、０．２５以下であることが好ましい。これによってガラスの耐傷つき性、特に長期使用後の耐傷つき性が充分となる。
本発明における室内側に配されるガラス板は、所望のサイズに切断されたガラス板を化学強化するものでもよく、最初に化学強化をしたあとに所望のサイズに切断するものであっても良いことは言うまでもない。
ここで、本発明における化学強化ガラス板は、酸化物基準のモル百分率表示でＳｉＯ２を５６〜７５％、Ａｌ２Ｏ３を１〜２０％、Ｎａ２Ｏを８〜２２％、Ｋ２Ｏを０〜１０％、ＭｇＯを０〜１４％、ＺｒＯ２を０〜５％、ＣａＯを０〜１０％含有することを特徴とする。また、ＳｉＯ２を５６〜７５％、Ａｌ２Ｏ３を５〜２０％、Ｎａ２Ｏを８〜２２％、Ｋ２Ｏを０〜１０％、ＭｇＯを０〜１４％、ＺｒＯ２を０〜５％、ＣａＯを０〜５％含有する化学強化ガラスであることがより好ましい。以降、百分率表示は、特に断らない限り、モル百分率表示含有量を示す。
ここで、本発明における化学強化ガラス板は、酸化物基準のモル百分率表示でＳｉＯ２を５６〜７５％、Ａｌ２Ｏ３を１〜２０％、Ｎａ２Ｏを８〜２２％、Ｋ２Ｏを０〜１０％、ＭｇＯを０〜１４％、ＺｒＯ２を０〜５％、ＣａＯを０〜１０％含有することを特徴とする。また、ＳｉＯ２を５６〜７５％、Ａｌ２Ｏ３を５〜２０％、Ｎａ２Ｏを８〜２２％、Ｋ２Ｏを０〜１０％、ＭｇＯを０〜１４％、ＺｒＯ２を０〜５％、ＣａＯを０〜５％含有する化学強化ガラスであることがより好ましい。以降、百分率表示は、特に断らない限り、モル百分率表示含有量を示す。
本実施形態の化学強化ガラスにおいて、ガラス組成を前記範囲に限定した理由を以下に説明する。
ＳｉＯ２は、ガラス微細構造の中で網目構造を形成する成分として知られており、ガラスを構成する主要成分である。ＳｉＯ２の含有量は、５６％以上であり、好ましくは６０％以上、より好ましくは６３％以上、さらに好ましくは６５％以上である。また、ＳｉＯ２の含有量は、７５％以下であり、好ましくは７３％以下、より好ましくは７１％以下である。ＳｉＯ２の含有量が５６％以上であると、ガラスとしての安定性や耐候性の点で優位である。一方、ＳｉＯ２の含有量が７５％以下であると、熔解性および成形性の点で優位である。
ＳｉＯ２は、ガラス微細構造の中で網目構造を形成する成分として知られており、ガラスを構成する主要成分である。ＳｉＯ２の含有量は、５６％以上であり、好ましくは６０％以上、より好ましくは６３％以上、さらに好ましくは６５％以上である。また、ＳｉＯ２の含有量は、７５％以下であり、好ましくは７３％以下、より好ましくは７１％以下である。ＳｉＯ２の含有量が５６％以上であると、ガラスとしての安定性や耐候性の点で優位である。一方、ＳｉＯ２の含有量が７５％以下であると、熔解性および成形性の点で優位である。
Ａｌ２Ｏ３は、化学強化におけるイオン交換性能を向上させる作用があり、特に表面圧縮応力（ＣＳ）を向上する作用が大きい。ガラスの耐候性を向上する成分としても知られている。また、フロート成形時にボトム面からの錫の浸入を抑制する作用がある。Ａｌ２Ｏ３の含有量は、１％以上であり、好ましくは３％以上、より好ましくは５％以上である。また、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、２０％以下であり、好ましくは１７％以下、より好ましくは１２％以下、さらに好ましくは１０％以下、特に好ましくは７％以下である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が１％以上であると、イオン交換により、所望のＣＳが得られ、また、錫の浸入を抑制する効果が得られる。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が２０％以下であると、ガラスの粘性が高い場合でも失透温度が大きくは上昇しないため、ソーダライムガラス生産ラインでの熔解、成形の点で優位である。
ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３の含有量の合計ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３は、８０％以下であることが好ましい。８０％超では高温でのガラスの粘性が増大し、溶融が困難となるおそれがあり、より好ましくは７９％以下、さらに好ましくは７８％以下である。また、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３は、７０％以上であることが好ましい。７０％未満では圧痕がついた時のクラック耐性が低下し、より好ましくは７２％以上である。
Ｎａ２Ｏは、イオン交換により表面圧縮応力層を形成させる必須成分であり、圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を深くする作用がある。またガラスの高温粘性と失透温度を下げ、ガラスの熔解性、成形性を向上させる成分である。Ｎａ２Ｏの含有量は、８％以上であり、好ましくは１２％以上、より好ましくは１３％以上である。また、Ｎａ２Ｏの含有量は、２２％以下であり、好ましくは２０％以下、より好ましくは１６％以下である。Ｎａ２Ｏの含有量が８％以上であると、イオン交換により所望の表面圧縮応力層を形成することができる。一方、Ｎａ２Ｏの含有量が２２％以下であると、充分な耐候性が得られる。
Ｋ２Ｏは、必須ではないが、イオン交換速度を増大しＤＯＬを深くする効果があるため含有してもよい。一方、Ｋ２Ｏが多くなりすぎると十分なＣＳが得られなくなる。Ｋ２Ｏを含有する場合は、１０％以下が好ましく、より好ましくは８％以下、さらに好ましくは６％以下である。Ｋ２Ｏの含有量が１０％以下であると、充分なＣＳが得られる。
ＭｇＯは、必須ではないが、ガラスを安定化させる成分である。ＭｇＯの含有量は、２％以上が好ましく、より好ましくは３％以上、さらに好ましくは３．６％以上である。また、ＭｇＯの含有量は、１４％以下であり、好ましくは８％以下、より好ましくは６％以下である。ＭｇＯの含有量が２％以上であると、ガラスの耐薬品性が良好になる。高温での熔解性が良好になり、失透が起こり難くなる。一方、ＭｇＯの含有量が１４％以下であると、失透の起こりにくさが維持され、充分なイオン交換速度が得られる。
ＺｒＯ２は、必須ではないが、一般に、化学強化での表面圧縮応力を大きくする作用があることが知られている。しかし、少量のＺｒＯ２を含有してもコスト増加の割には、その効果は大きくない。したがって、コストが許す範囲で任意の割合のＺｒＯ２を含有することが出来る。含有する場合は、５％以下であることが好ましい。
ＺｒＯ２は、必須ではないが、一般に、化学強化での表面圧縮応力を大きくする作用があることが知られている。しかし、少量のＺｒＯ２を含有してもコスト増加の割には、その効果は大きくない。したがって、コストが許す範囲で任意の割合のＺｒＯ２を含有することが出来る。含有する場合は、５％以下であることが好ましい。
ＣａＯは、必須ではないが、ガラスを安定化させる成分である。ＣａＯは、アルカリイオンの交換を阻害する傾向があるため、特にＤＯＬを大きくしたい場合は含有量を減らす、もしくは含まないことが好ましい。一方、耐薬品性を向上させるためには、２％以上が好ましく、より好ましくは４％以上、さらに好ましくは６％以上である。ＣａＯを含有する場合の量は、１０％以下であり、好ましくは９％以下、より好ましくは８．２％以下である。ＣａＯの含有量が１０％以下であると、充分なイオン交換速度が保たれ、所望のＤＯＬが得られる。
ＳｒＯは、必須ではないが、ガラスの高温粘性を下げ、失透温度を下げる目的で含有してもよい。ＳｒＯは、イオン交換効率を低下させる作用があるため、特にＤＯＬを大きくしたい場合は含有しないことが好ましい。含有する場合のＳｒＯ量は３％以下が好ましく、より好ましくは２％以下、さらに好ましくは１％以下である。
ＢａＯは、必須ではないが、ガラスの高温粘性を下げ、失透温度を下げる目的で含有してもよい。ＢａＯはガラスの比重を重くする作用があるため、軽量化を意図する場合には含有しないことが好ましい。含有する場合のＢａＯ量は３％以下が好ましく、より好ましくは２％以下、さらに好ましくは１％以下である。
ＢａＯは、必須ではないが、ガラスの高温粘性を下げ、失透温度を下げる目的で含有してもよい。ＢａＯはガラスの比重を重くする作用があるため、軽量化を意図する場合には含有しないことが好ましい。含有する場合のＢａＯ量は３％以下が好ましく、より好ましくは２％以下、さらに好ましくは１％以下である。
ＴｉＯ２は、天然原料中に多く存在し、黄色の着色源となることが知られている。ＴｉＯ２の含有量は、０．３％以下が好ましく、より好ましくは０．２％以下、さらに好ましくは０．１％以下である。ＴｉＯ２の含有量が０．３％を超えるとガラスが黄色味を帯びる。
この他、ガラスの熔融の清澄剤として、塩化物、フッ化物などを適宜含有してもよい。本発明のガラスは、本質的に以上で説明した成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲でその他の成分を含有してもよい。そのような成分を含有する場合、それら成分の含有量の合計は５％以下であることが好ましく、より好ましくは３％以下、典型的には１％以下である。以下、上記その他成分について例示的に説明する。
この他、ガラスの熔融の清澄剤として、塩化物、フッ化物などを適宜含有してもよい。本発明のガラスは、本質的に以上で説明した成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲でその他の成分を含有してもよい。そのような成分を含有する場合、それら成分の含有量の合計は５％以下であることが好ましく、より好ましくは３％以下、典型的には１％以下である。以下、上記その他成分について例示的に説明する。
ＺｎＯは、ガラスの高温での熔融性を向上するために、たとえば２％まで含有してもよい。しかし、フロート法で製造する場合には、フロートバスで還元され製品欠点となるので含有しないことが好ましい。
Ｂ２Ｏ３は、高温での熔融性またはガラス強度の向上のために、１％未満の範囲で含有してもよい。一般的には、Ｎａ２ＯまたはＫ２Ｏのアルカリ成分とＢ２Ｏ３を同時に含有すると揮散が激しくなり、煉瓦を著しく浸食するので、Ｂ２Ｏ３は実質的に含有しないことが好ましい。
Ｌｉ２Ｏは、歪点を低くして応力緩和を起こりやすくし、その結果安定した表面圧縮応力層を得られなくする成分であるので含有しないことが好ましく、含有する場合であってもその含有量は１％未満であることが好ましく、より好ましくは０．０５％以下、特に好ましくは０．０１％未満である。
Ｂ２Ｏ３は、高温での熔融性またはガラス強度の向上のために、１％未満の範囲で含有してもよい。一般的には、Ｎａ２ＯまたはＫ２Ｏのアルカリ成分とＢ２Ｏ３を同時に含有すると揮散が激しくなり、煉瓦を著しく浸食するので、Ｂ２Ｏ３は実質的に含有しないことが好ましい。
Ｌｉ２Ｏは、歪点を低くして応力緩和を起こりやすくし、その結果安定した表面圧縮応力層を得られなくする成分であるので含有しないことが好ましく、含有する場合であってもその含有量は１％未満であることが好ましく、より好ましくは０．０５％以下、特に好ましくは０．０１％未満である。
本発明におけるスペーサには、周知のものが使用可能である。例えば、アルミニウム製の短冊をロール成形し筒状にし、内部にゼオライト等の乾燥材を入れたスペーサ本体を、ブチルゴム等の一次シールと多硫化ゴムやシリコーン等の二次シールとを用いて、ガラス板間に配置するものがあげられる。他に、乾燥材を混入させた樹脂製のスペーサを用いることもできる。
本発明におけるガラス板には、各種の機能コーティングを設けてもよい。典型的には、室内側ガラス板の中空層側の面に銀系の薄膜を形成し、低放射性能を付与するものがあげられる。他に、室内外を問わず任意に熱線反射膜を設けたり、親水性の薄膜を設けたりすることもできる。
本発明の複層ガラスに用いるガラス板は、それ自体単板ガラスの場合もあれば、二枚以上のガラス板をポリビニルブチラールやエチレン酢酸ビニル等の中間膜を介して積層された合せガラスを意味してもよい。
本発明における中空層には、不活性ガスを充填してもよい。また、中空層の厚さは、複層ガラスとしての充分な断熱性や防音性を得るために、いずれも、６〜１６ｍｍであることが好ましい。また、各中空層どうしの厚さが異なることは、次の理由から好ましい。物体の遮音性能は、一般にはその物体の質量に依存する。本発明の複層ガラスのように、用いるガラス板の板厚を小さくすると、遮音性の低下が懸念される。そこで、断面視で並列する複数の中空層の厚さを異なるようにすることで、遮音性を向上できる。
図１は、３枚のガラス板２０、３０、４０と２層の中空層１２、１４とで構成される複層ガラス１０の例であるが、４枚以上のガラス板とその枚数より１つ少ない層の中空層で構成された複層ガラスであってもよい。
表１、２のような構成の建築窓用複層ガラスを用意した。表１および表２中、ＬおよびＳは、ガラス板の種類で、「Ｌ」は、旭硝子（株）製「ＬＥＯＦＬＥＸ（登録商標）、「Ｓ」は、ソーダライムシリカガラスを表す。この種類に続く（ ）内の数字は、当該ガラス板の厚さ（単位：ｍｍ）を示す。同様に中空層の欄の数字は、中空層の厚さ（単位：ｍｍ）を示す。これらのガラス板の外形寸法は、すべて７００（ｍｍ）×１１４０（ｍｍ）である。なお、表１および表２において、「ＣＳ」は、表面圧縮応力値（単位：ＭＰａ）を、「ＤＯＬ」は、圧縮応力層の深さ（すなわち、主面における圧縮応力層の板厚方向の厚さ）（単位：μｍ）、「ＣＴ」は、引張応力の値（単位：ＭＰａ）を示す。
ここで、当該ガラス板は、酸化物基準のモル百分率表示でＳｉＯ２を５６〜７５％、Ａｌ２Ｏ３を１〜２０％、Ｎａ２Ｏを８〜２２％、Ｋ２Ｏを０〜１０％、ＭｇＯを０〜１４％、ＺｒＯ２を０〜５％、ＣａＯを０〜１０％含有する化学強化されたガラスである。
ここで、当該ガラス板は、酸化物基準のモル百分率表示でＳｉＯ２を５６〜７５％、Ａｌ２Ｏ３を１〜２０％、Ｎａ２Ｏを８〜２２％、Ｋ２Ｏを０〜１０％、ＭｇＯを０〜１４％、ＺｒＯ２を０〜５％、ＣａＯを０〜１０％含有する化学強化されたガラスである。
表１、表２において、ガラス板の欄の「 」内の表記（１）「面取りなし」、（２）「Ｒ面取り＃４００」、（３）「Ｒ面取り＃８００」は、それぞれ化学強化処理後に所定の寸法に切断した後に、（１）そのまま、（２）端面を４００番手の砥石でＲ面取り、（３）端面を８００番手の砥石でＲ面取り、それぞれ行ったことを示す。また、化学強化処理されたガラス板は、それぞれ所定の強化物性が得られるように調整されたものである。調整の結果付与された強化物性の値は、折原製作所社製表面応力計ＦＳＭ−６０００にて主面の表面圧縮応力ＣＳ（単位：ＭＰａ）および主面における圧縮応力層の板厚方向の厚さＤＯＬ（単位：μｍ）を測定し、内部引張応力ＣＴ（単位：ＭＰａ）を計算し、得た。なお、表１、２中のガラス板、中空層の符号は、図１で用いた符号と同じものを示す。
表１、表２に示す各構成例の複層ガラスを、室内側に配されるガラス板（図１の符号２０のガラス板）に加撃体を衝突させるように、ＪＩＳＲ３２０６：１９９７に準拠したショットバック試験に供した。結果を表３に示す。表３中「落下高さ」は、ショットバック試験によりガラス板が破砕したときの加撃体の落下高さ（単位：ｃｍ）を示す。同じく「最大飛散距離」は、当該試験の結果飛散した破片の最大飛散距離（単位：ｍ）を示す。同じく「最大飛散距離の破片重量（ｇ）」は、上記最大飛散距離に飛散した破片の最大重量（単位：ｇ）を示す。又「0.15g超飛散距離」は、０．１５ｇ超の破片の最大飛散距離（単位：ｍ）を示す。なお、参照のしやすさのために、化学強化処理されている場合の、室内側に配されるガラス板の強度物性（表面圧縮応力値「ＣＳ」および引張応力値「ＣＴ」）と、圧縮応力深さ「ＤＯＬ」と、板厚ｔとを表３中に記入した（単位は同上）。
これら例１〜３２の複層ガラスによれば、ＪＩＳＲ３２０６に準拠したショットバック試験における落下高さが１０ｃｍで、室内側ガラス板が飛散しない、または同じ構成において多くの室内側ガラス板が飛散しない。
以下、表３の結果について詳細に説明する。なお、本実施例の化学強化されたガラス板は、化学強化後に切断されたものである。
例１〜２の複層ガラスによれば、落下高さが２０ｃｍの場合、最大飛散距離は、５．５ｍ、４．０ｍであり、０．１５ｇを超えた破片の最大飛散距離は、３．０ｍであった。よって、例１〜２の複層ガラスによれば、厚さが１．１ｍｍのガラス板でも飛散距離を抑えることができた。
例１〜２の複層ガラスによれば、落下高さが２０ｃｍの場合、最大飛散距離は、５．５ｍ、４．０ｍであり、０．１５ｇを超えた破片の最大飛散距離は、３．０ｍであった。よって、例１〜２の複層ガラスによれば、厚さが１．１ｍｍのガラス板でも飛散距離を抑えることができた。
例３〜６の複層ガラスによれば、落下高さが２０ｃｍの場合、最大飛散距離は、３．０ｍであり、０．１５ｇを超えた破片の最大飛散距離は、３．０ｍであった。また、落下高さが３０ｃｍの場合、最大飛散距離は、４．０ｍであり、０．１５ｇを超えた破片の最大飛散距離は、３．０ｍであった。よって、例３〜６の複層ガラスによれば、端面を４００番手の砥石でＲ面取りをしているため、たとえ過酷な条件（落下高さが３０ｃｍ）であっても、厚さが１．１ｍｍのガラス板でも飛散距離を抑えられる傾向がわかった。
例７〜９の複層ガラスによれば、落下高さが２０ｃｍの場合、最大飛散距離は、３．５ｍ、０．１５ｇを超えた破片の最大飛散距離は、３．５ｍであった。また、落下高さが４０ｃｍの場合、最大飛散距離は、４．５ｍであり、０．１５ｇを超えた破片の最大飛散距離は、４．５ｍであった。よって、例７〜９の複層ガラスによれば、端面を８００番手の砥石でＲ面取りをしているため、たとえ過酷な条件（落下高さが４０ｃｍ）であっても、厚さが１．１ｍｍのガラス板でも飛散距離を抑えられる傾向がわかった。
例１０〜１３の複層ガラスによれば、落下高さが２０ｃｍの場合、最大飛散距離は、３．５ｍであり、０．１５ｇを超えた破片の最大飛散距離は、２．０ｍであった。また、落下高さが４８ｃｍの場合、最大飛散距離は、６．５ｍであり、０．１５ｇを超えた破片の最大飛散距離は、５．５ｍであった。よって、例１０〜１３の複層ガラスによれば、過酷な条件（落下高さが４８ｃｍ）であっても、厚さが１．３ｍｍのガラス板でも飛散距離を抑えることができた。
例１４〜１６の複層ガラスによれば、落下高さが２０ｃｍの場合、最大飛散距離は、３．５ｍであり、０．１５ｇを超えた破片の最大飛散距離は、２．５ｍであった。また、落下高さが４８ｃｍの場合、最大飛散距離は、５．５ｍであり、０．１５ｇを超えた破片の最大飛散距離は、４．０ｍであった。よって、例１４〜１６の複層ガラスによれば、過酷な条件（落下高さが４８ｃｍ）であっても、厚さが１．３ｍｍのガラス板でも飛散距離を抑えることができた。
例１７〜２０の複層ガラスによれば、落下高さが６１ｃｍの場合、最大飛散距離は、５．５ｍであり、０．１５ｇを超えた破片の最大飛散距離は、４．５ｍであった。また、落下高さが７７ｃｍの場合、最大飛散距離は、５．５ｍであり、０．１５ｇを超えた破片の最大飛散距離は、５．５ｍであった。よって、例１７〜２０の複層ガラスによれば、端面を４００番手の砥石でＲ面取りをしているため、過酷な条件（落下高さが７７ｃｍ）であっても、厚さが２．０ｍｍのガラス板でも飛散距離を抑えられる傾向がわかった。
例２１〜２３の複層ガラスによれば、落下高さが２０ｃｍの場合、最大飛散距離は、２．５ｍであり、０．１５ｇを超えた破片の最大飛散距離は、２．５ｍ以下であった。また、落下高さが３８ｃｍの場合、最大飛散距離は３．５ｍであり、０．１５ｇを超えた破片の最大飛散距離は、３．５ｍであった。よって、例２１〜２３の複層ガラスによれば、過酷な条件（落下高さが３８ｃｍ）であっても、厚さが２．０ｍｍのガラス板でも飛散距離を抑えることができた。
例２４〜２５の複層ガラスによれば、落下高さが２０ｃｍの場合、最大飛散距離は、４．５ｍであり、０．１５ｇを超えた破片の最大飛散距離は、３．５ｍ以下であった。よって、例２４〜２５の複層ガラスによれば、端面を４００番手の砥石でＲ面取りをしているため、厚さが１．１ｍｍのガラス板でも飛散距離を抑えられる傾向がわかった。
例２６〜２８の複層ガラスによれば、落下高さが２０ｃｍの場合、最大飛散距離は、３．０ｍであり、０．１５ｇを超えた破片の最大飛散距離は、３．０ｍであった。よって、例２６〜２８の複層ガラスによれば、端面を８００番手の砥石でＲ面取りをしているため、厚さが１．１ｍｍのガラス板でも飛散距離を抑えられる傾向がわかった。
例２６〜２８の複層ガラスによれば、落下高さが２０ｃｍの場合、最大飛散距離は、３．０ｍであり、０．１５ｇを超えた破片の最大飛散距離は、３．０ｍであった。よって、例２６〜２８の複層ガラスによれば、端面を８００番手の砥石でＲ面取りをしているため、厚さが１．１ｍｍのガラス板でも飛散距離を抑えられる傾向がわかった。
ここで、表１及び表２で示された構成例のガラスの重さについて説明する。
構成例１〜３、８〜１２の複層ガラスによれば、３枚のガラスの総重量は、約８．２５ｋｇ／ｍ2＝（１．１＋１．１＋１．１）×２．５（ここにおいて、括弧内の数値は、板厚（ｍｍ）を表し、それに続く数値は比重を表す。以下同様）である。また、構成例４の複層ガラスによれば、３枚のガラスの総重量は、約１３．５ｋｇ／ｍ2＝（１．３＋１．１＋３．０）×２．５である。また、構成例５の複層ガラスによれば、３枚のガラスの総重量は、約９．７５ｋｇ／ｍ2＝（１．３＋１．３＋１．３）×２．５である。また、構成例６の複層ガラスによれば、３枚のガラスの総重量は、約１５．２５ｋｇ／ｍ2＝（２．０＋１．１＋３．０）×２．５である。また、構成例７の複層ガラスによれば、３枚のガラスの総重量は、約１５ｋｇ／ｍ2＝（２．０＋２．０＋２．０）×２．５である。
また、ガラスの断熱性の指標として、熱貫流率（いわゆる、Ｕ値）というものがある。Ｕ値とは、内外の温度差が１℃あった場合に、１時間あたりガラス１ｍ２を通過する熱量をワットで表したものである。ここで、特許文献１の熱貫流率（Ｕ値）は、最も小さいもので１．８Ｗ／ｍ２・Ｋである。
構成例１〜３、８〜１２の複層ガラスによれば、３枚のガラスの総重量は、約８．２５ｋｇ／ｍ2＝（１．１＋１．１＋１．１）×２．５（ここにおいて、括弧内の数値は、板厚（ｍｍ）を表し、それに続く数値は比重を表す。以下同様）である。また、構成例４の複層ガラスによれば、３枚のガラスの総重量は、約１３．５ｋｇ／ｍ2＝（１．３＋１．１＋３．０）×２．５である。また、構成例５の複層ガラスによれば、３枚のガラスの総重量は、約９．７５ｋｇ／ｍ2＝（１．３＋１．３＋１．３）×２．５である。また、構成例６の複層ガラスによれば、３枚のガラスの総重量は、約１５．２５ｋｇ／ｍ2＝（２．０＋１．１＋３．０）×２．５である。また、構成例７の複層ガラスによれば、３枚のガラスの総重量は、約１５ｋｇ／ｍ2＝（２．０＋２．０＋２．０）×２．５である。
また、ガラスの断熱性の指標として、熱貫流率（いわゆる、Ｕ値）というものがある。Ｕ値とは、内外の温度差が１℃あった場合に、１時間あたりガラス１ｍ２を通過する熱量をワットで表したものである。ここで、特許文献１の熱貫流率（Ｕ値）は、最も小さいもので１．８Ｗ／ｍ２・Ｋである。
一方、本発明の化学強化された薄いガラス板を用いた場合（銀２層系Ｌｏｗ−Ｅ膜付きガラス板３ｍｍ（室外側のガラス板）＋アルゴンガス入り中空層１５ｍｍ＋ガラス板１．３ｍｍ＋アルゴンガス入り中空層１５ｍｍ＋銀２層系Ｌｏｗ−Ｅ膜付きガラス板１．３ｍｍ（室内側のガラス板））、Ｕ値は０．６Ｗ／ｍ２・Ｋとすることができる。また、本発明の化学強化された薄いガラス板を用いた場合（銀２層系Ｌｏｗ−Ｅ膜付きガラス板３ｍｍ（室外側のガラス板）＋アルゴンガス入り中空層１２ｍｍ＋ガラス板１．３ｍｍ＋アルゴンガス入り中空層１２ｍｍ＋銀２層系Ｌｏｗ−Ｅ膜付きガラス板１．３ｍｍ（室内側のガラス板））、Ｕ値は０．７Ｗ／ｍ２・Ｋとすることができる。よって、本願発明の薄い化学強化されたガラス板を用いることにより、従来の複層ガラスに比べて、高い断熱性能（高い省エネルギー効果）を得ることができる。
参考例に係る複層ガラスは、通常の複層ガラスである。このうち、ショットバック試験において最も飛散距離の大きい例４０の複層ガラスは、０．１５ｇの破片の飛散距離が４．５ｍ未満である。本発明の特に好ましい実施例に係る例１、２、７、８、１４〜１６、２１〜２３の複層ガラスは、通常の複層ガラスに遜色ないほどに破片の飛散が抑制されている。つまり、本発明の複層ガラスは、所定の強度を持つ薄い化学強化されたガラス板を用いたことにより、フロートガラス板３ｍｍを使った場合と同等の強度を備え、かつ、従来の複層ガラスに比べて軽量な複層ガラスを提供することができる。
本発明の建築窓用複層ガラスによれば、厚さが薄くて軽量であり、破損の際に破片の飛散をできるだけ抑えることができ、高い省エネルギー効果を発揮することができる建築窓用複層ガラスを提供することができる。
なお、２０１３年４月３日に出願された日本特許出願２０１３−０７７５５６号の明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。
なお、２０１３年４月３日に出願された日本特許出願２０１３−０７７５５６号の明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。
１０…建築窓用複層ガラス、２０、３０、４０…ガラス板、１１、１３…スペーサ、１２、１４…中空層、２１ａ…第１の主面、２１ｂ…第２の主面、２２…端面。
Claims (15)
- 複数枚のガラス板と、該複数枚のガラス板間に中空層を形成するように前記複数枚のガラス板の周縁に配置されたスペーサと、を備えた建築窓用複層ガラスにおいて、前記複数枚のガラス板のうち、室内側に配されるガラス板が、第１および第２の主面、ならびに第１および第２の主面間に介在する端面を有し、化学強化処理により前記主面の双方に表面圧縮応力が形成され内部に引張応力が形成されたガラス板であって、該ガラス板は、板厚が１．０〜２．５ｍｍ、前記双方の表面圧縮応力の値が４００〜９００ＭＰａ、前記引張応力の値が１〜２５ＭＰａ、前記主面の双方における圧縮応力層の板厚方向の厚さが７〜２５μｍであることを特徴とする、建築窓用複層ガラス。
- 前記室内側に配されるガラス板の板厚が１．２〜２．２ｍｍ、前記表面圧縮応力の値が６００〜８５０ＭＰａ、前記引張応力の値が４〜２０ＭＰａ、前記主面における圧縮応力層の板厚方向の厚さが１５〜２５μｍである、請求項１に記載の建築窓用複層ガラス。
- 前記建築窓用複層ガラスについて、前記室内側に配されるガラス板側からのＪＩＳＲ３２０６に準拠したショットバック試験を行なった際、その落下高さが１０ｃｍで飛散せず、２０ｃｍ以上で飛散した際の０．１５ｇ超の破片の飛散距離が４．５ｍ以下である、請求項１または２に記載の建築窓用複層ガラス。
- 前記主面の面積が５０００ｃｍ２以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の建築窓用複層ガラス。
- 前記室内側に配されるガラス板は、下記酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を５６〜７５％、Ａｌ２Ｏ３を１〜２０％、Ｎａ２Ｏを８〜２２％、Ｋ２Ｏを０〜１０％、ＭｇＯを０〜１４％、ＺｒＯ２を０〜５％、ＣａＯを０〜１０％含有するガラスからなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の建築窓用複層ガラス。
- 前記室内側に配されるガラス板は、下記酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を５６〜７５％、Ａｌ２Ｏ３を５〜２０％、Ｎａ２Ｏを８〜２２％、Ｋ２Ｏを０〜１０％、ＭｇＯを０〜１４％、ＺｒＯ２を０〜５％、ＣａＯを０〜５％含有するガラスからなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の建築窓用複層ガラス。
- 前記中空層の厚さが６〜１６ｍｍである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の建築窓用複層ガラス。
- 第１、２および３のガラス板と、第１および第２のガラス板間に第１の中空層ならびに第２および第３のガラス板間に第２の中空層を形成するようにそれぞれガラス板の周縁に配置された第１および第２スペーサと、を備えた建築窓用複層ガラスにおいて、室内側に配される第１のガラス板が、第１および第２の主面、ならびに第１および第２の主面間に介在する端面を有し、化学強化処理により前記主面の双方に表面圧縮応力が形成され内部に引張応力が形成されたガラス板であって、該ガラス板は、板厚が１．０〜２．５ｍｍ、前記双方の表面圧縮応力の値が４００〜９００ＭＰａ、前記引張応力の値が１〜２５ＭＰａ、前記主面の双方における圧縮応力層の板厚方向の厚さが７〜２５μｍであることを特徴とする、建築窓用複層ガラス。
- 第１中空層の厚さと第２中空層の厚さとが６〜１６ｍｍである、請求項８に記載の建築窓用複層ガラス。
- 第１中空層の厚さと第２中空層の厚さとが異なる、請求項９に記載の建築窓用複層ガラス。
- 前記室内側に配されるガラス板の板厚が１．２〜２．２ｍｍ、前記表面圧縮応力の値が６００〜８５０ＭＰａ、前記引張応力の値が４〜２０ＭＰａ、前記主面における圧縮応力層の板厚方向の厚さが１５〜２５μｍである、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の建築窓用複層ガラス。
- 前記建築窓用複層ガラスについて、前記室内側に配されるガラス板側からのＪＩＳＲ３２０６に準拠したショットバック試験を行なった際、その落下高さが１０ｃｍで飛散せず、２０ｃｍ以上で飛散した際の０．１５ｇ超の破片の飛散距離が４．５ｍ以下である、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の建築窓用複層ガラス。
- 前記主面の面積が５０００ｃｍ２以上である、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の建築窓用複層ガラス。
- 前記室内側に配される第１のガラス板は、下記酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を５６〜７５％、Ａｌ２Ｏ３を１〜２０％、Ｎａ２Ｏを８〜２２％、Ｋ２Ｏを０〜１０％、ＭｇＯを０〜１４％、ＺｒＯ２を０〜５％、ＣａＯを０〜１０％含有するガラスからなる、請求項８〜１３のいずれか１項に記載の建築窓用複層ガラス。
- 前記室内側に配される第１のガラス板は、下記酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２を５６〜７５％、Ａｌ２Ｏ３を５〜２０％、Ｎａ２Ｏを８〜２２％、Ｋ２Ｏを０〜１０％、ＭｇＯを０〜１４％、ＺｒＯ２を０〜５％、ＣａＯを０〜５％含有するガラスからなる、請求項８〜１３のいずれか１項に記載の建築窓用複層ガラス。
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