ガラス板の接合構造およびその接合方法
【課題】ガラス板に貫通孔をあけ、ボルト・ナット等で締め付けた際、割れの問題が発生することがなく、締め付けた後の温度変化によるボルト軸方向またはネジ軸方向の力の変化が少なく、締め付け後の温度変化に対しても安定した接合強度を有するガラス板の接合構造および接合方法を提供する。
【解決手段】貫通孔６を擁するガラス板Ｇと接合部材２を重ね、貫通孔６に挿通させた一対の締め付け部材の締め付けにより生じる力でガラス板Ｇと接合部材２を接合したガラス板Ｇの接合構造であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下で、線膨張係数がガラス板Ｇおよび一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板Ｇの貫通孔６の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金１をガラス板Ｇと接合部材２との間に挟んでなることを特徴とするガラス板の接合構造。
【解決手段】貫通孔６を擁するガラス板Ｇと接合部材２を重ね、貫通孔６に挿通させた一対の締め付け部材の締め付けにより生じる力でガラス板Ｇと接合部材２を接合したガラス板Ｇの接合構造であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下で、線膨張係数がガラス板Ｇおよび一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板Ｇの貫通孔６の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金１をガラス板Ｇと接合部材２との間に挟んでなることを特徴とするガラス板の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫通孔を擁するガラス板と接合部材を重ね、または貫通孔を擁するガラス板同士を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材の締め付けにより生じる力でガラス板と接合部材またはガラス板同士を接合するガラス板の接合構造およびその接合方法である。
【０００２】
本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法は、ガラス板を使用した建築物、家具またはガラス物品等に広く使用される。
【背景技術】
【０００３】
ガラス板と他の構造部材とを接合するためにガラス板に添接させた、あるいはガラス板とガラス板に掛け渡しした金属板等の接合部材の間に接着シートを挟みこみ、ガラス板と接合部材を接着し接合強度を得、加えてガラス板と接合部材に設けた貫通孔に、一対の締め付け部材である接合用ネジ部材を貫通させて締め込み、ガラス板と接合部材を固定し留める方法が、特許文献１〜３にて開示されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ガラス板と接合部材との間に、未硬化の接着剤を含浸させてある繊維材からなるシートを挟んで、ガラス板と接合部材とに形成した貫通孔に挿通したネジ部材で締め付け固定するガラスパネルの接合方法が開示されている。接合後のガラスパネルと板材との相対変位の発生を抑制するために、ガラス板と接合部材との間に未硬化の接着剤を含浸させてある繊維材からなるシートを挟んで締め付け接合しておくことにより、その接着剤が硬化するとシートがガラスパネルと板材の双方の表面に沿った形状に固まり、シートと一体に硬化した強固な接着層を介して、ガラスパネルと板材とを接着接合できると開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献２には、特許文献１よりも接合部の耐久力を高めるため、接着材を含浸させてある繊維材からなるシートに含浸させた接着剤が未硬化の状態で締め付け、接着材硬化後に、所定の軸力に再度締め付けて接合する脆性部材の接合方法が開示されている。
【０００６】
さらに、特許文献３には、上記の接着による接合方法において、雄ネジ部材と雌ネジ部
材等の締め付け具にてガラス板と接合部材を締め付ける際に、貫通孔に充填剤を介在させて各締め付け具の外周面とガラス板側貫通孔の内周面との間に隙間が生じない状態で締め付けることによって、ガラス板と接合部材との間にわたって応力が作用した際に、複数のガラス板側貫通孔に作用する応力が均一化されるようにして、特定のガラス板側貫通孔に応力が集中するのを回避してガラス板の損傷を抑制するガラス板の接合方法が開示されている。
【０００７】
特許文献１〜３に記載のガラス板の接合方法は、ガラス板と接合部を接着して接合強度を得る方法である。ガラス板の割れの発生を懸念して接合用のネジ部材による締め付けは程々にし、接合強度はガラス板と接合部材の接着に依存している。このように、特許文献１〜３に記載のガラス板と接合部材を接着する接合方法においては、ガラス板の接合部をネジ部材で留めてはいるものの、接合強度はガラス板と接合部材としての板材の間に挟みこんだ接着シートによる接着に頼っていた。接着材シートにより接着するため、接合後の解体が困難である。
【０００８】
また、本出願人による特許文献４には、孔をあけた強化ガラスを高力ボルトで強く締め付けることにより接合することで、例えば、リブガラススクリーンのリブガラスを作製した際、リブガラスとして採用するに充分な強さの強化ガラス板の接合方法が開示されている。詳しくは、その接合部は強化ガラス板を両側から接合板で摩擦部材を介して挟み、強化ガラス板と接合板とに高力ボルト挿入用の孔をあけ貫通させたボルトおよびナットにて締め付けることにより生じる摩擦力で接合板を介して強化ガラス板同士を接合する、または強化ガラスと接合板を接合する強化ガラス板の接合方法が開示されている。
【０００９】
特許文献４に記載の強化ガラス板の接合方法において、リブガラススクリーン等の大型の建築物を建設するために、橋梁、鉄塔の建設において金属部材を強く締め付け接合することに使用される高力ボルト摩擦接合の高力ボルト・ナットを用いて、大きく厚手の強化ガラス板を強く締め付けることで、リブガラススクリーン等の大型ガラス建造物となす。
【特許文献１】特開２０００−８７９２４号公報
【特許文献２】特開２００２−１５５９０９号公報
【特許文献３】特開２００３−３２７４５３号公報
【特許文献４】特開２００６−２５０３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来のガラス板の接合方法において、ガラス板の貫通孔に挿通した一対の締め付け部材、例えば、ボルト・ナットまたはネジ・ナット等でガラス板を締め付け過ぎると、ガラス板の貫通孔の端部から破損しやすいという問題があった。
【００１１】
従来のガラス板の接合方法では、一対の締め付け部材であるボルト・ナットまたはネジ・ナット等でガラス板を締め付けた際、締め付け後の日較差、季節の移り変わりによる気温の変化にともない、ガラス板や締め付け部材の温度が変化することによって、ボルト・ナットまたはネジ・ナットが熱膨張あるいは熱収縮し、締め付けによるボルト軸方向またはネジ軸方向の力が変化するという問題があった。
【００１２】
本発明は、ガラス板に貫通孔をあけ、ボルト・ナットまたはネジ・ナット等で締め付けた際、上述の割れの問題が発生することがなく、一対の締め付け部材であるボルト・ナットまたはネジ・ナット等でガラス板を締め付けた後の温度変化による、ボルト・ナットの締め付けによるボルト軸方向またはネジ軸方向の力の変化が少なく、締め付け後の温度変化に対しても安定した接合強度を有するガラス板の接合構造および接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法により、ガラス板の貫通孔の端部には、一対の締め付け部材の締め付けによる力、例えば、ボルト・ナットおよびネジ・ナットの締め付けによる軸方向の力を加えないで、貫通孔の端部を避けて、ボルト・ナットおよびネジ・ナットの締め付けによる軸方向の力をガラス板に加え、ガラス板と接合部材、またはガラス板同士を強固に接合するもので、接合部がずれることのない耐久性の高いガラス板と接合部材との接合、またはガラス板同士の接合を提供された。
【００１４】
本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法において、一対の締め付け部材であるボルト・ナットまたはネジ・ナット等の締め付けにより生じる力を、ガラス板と接合部材の間に挟んだ平座金を介して伝達する際、平座金の内径をガラス板の貫通孔の直径より大きくし同心になるように配置することで、割れが発生しやすいガラス板の貫通孔の端部およびその周囲を避けて力を伝えること、またガラス板に圧接させた平座金を介し、ガラス板に直に小面積で力を伝えることが可能となった。
【００１５】
詳しくは、ボルト・ナットまたはネジ・ナットを締め付けた際に割れを生じさせないためには、板ガラスに形成した貫通孔の直径より、平座金の内径を１．０ｍｍ以上、好ましくは４．０ｍｍ以上大きくする。言い換えれば、板ガラスの貫通孔の端部から平座金までの間隔を０．５ｍｍ以上、好ましくは２．０ｍｍ以上とする。平座金の内径が板ガラスの貫通孔の直径に対し１．０ｍｍ未満、板ガラスの貫通孔の端部から平座金までの間隔が０．５ｍｍ未満では、板ガラスの貫通孔の端部および周囲に割れが生じる恐れがある。実用上、板ガラスの貫通孔の直径に対して、平座金の内径を３０．０ｍｍを超えて大きくする必要はない。平座金の内径とガラス板の貫通孔の直径の差異は１．０ｍｍ以上、３０．０ｍｍ以下であり、好ましくは、４．０ｍｍ以上、２０．０ｍｍ以下である。
【００１６】
この際、ガラス板が強化ガラスであれば、ボルト・ナット等で強く締め付けることが可能であるが、平座金に硬い鋼（はがね）、ステンレス鋼等を用いた場合、特に平座金の仕上げ精度が悪く変形がある場合は、製造後、何ら強化処理がされていない生板ガラスであるとボルト・ナット等で締め付けると、生板ガラスと平座金の界面で局所的な力が加わり破損し易い。ところが、ガラスとヤング率が近いアルミニウム製またはアルミニウム合金製の平座金を用いれば、平座金が適度に変形する、言い換えれば、適度に馴染んで緩衝作用が生じ、生板ガラスと平座金の界面で局所的な力が加わり破損することが抑制される。平座金が適度に変形する、言い換えれば、適度に馴染んで緩衝作用が生じることは、ガラス板が強化ガラスであっても当てはまり、平座金をガラス板に圧接させた際、局所的な力が生じ難い。
【００１７】
通常、建築用途等の汎用用途に用いられるソーダライムシリケートガラスのヤング率は７．１６×１０４ＭＰａである。よって、前述の緩衝作用を得るには、平座金のヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下であることが好ましい。平座金のヤング率が６．７０×１０４ＭＰａより小さければ、板ガラスの接合部に、強い接合強度が得られない。好ましくは６．８０×１０４ＭＰａ以上である。平座金のヤング率が７．３０×１０４ＭＰａより大きければ、板ガラスと平座金の界面で局所的な力が加わり、板ガラスが生板ガラスであれば破損の可能性が生じる。好ましくは７．２０×１０４ＭＰａ以下である。
【００１８】
ヤング率が６．８０×１０４ＭＰａ以上、７．２０×１０４ＭＰａ以下に該当する金属材料には、アルミニウムおよびアルミニウム合金が挙げられ、ソーダライムシリケートガラスのヤング率に近い。
【００１９】
表１に、板ガラスとアルミニウムの物性表を示す。（セントラル硝子総合カタログ／板ガラス・関連商品 １９１ページ、理科年表平成１９年机上版 物３３（３７９）による。）
【００２０】
【表１】
【００２１】
アルミニウムのヤング率は６．８６×１０４ＭＰａであり、本発明のガラスの接合構造およびその接合方法に使用する平座金の材料として好ましい材料である。尚、ステンレス鋼のヤング率は１９．５×１０４ＭＰａであり、軟鋼のヤング率は２０．６×１０４ＭＰａであり、前述の緩衝作用は得られ難い。銅のヤング率は１０．３０×１０４ＭＰａと比較的ガラスに近い材料であるが、アルミニウムの方がよりガラスとヤング率が近く、アルミニウムが本発明のガラスの接合構造および接合構造に使用する平座金の材料として特に好ましい材料である。
【００２２】
また、ガラスとアルミニウムはヤング率以外に、ポアソン比、比重も近い値をとる。尚、ヤング率（縦弾性係数）は、弾性範囲で応力に対する歪の値をきめる定数であり、フックの法則 [歪ε]= [応力σ] ／ [ヤング率E] より、 E=σ/εで表される。ポアソン比は、弾性限界内における引張りを加えた時に荷重方向の伸びと荷重に直角方向の寸法の縮み比である。
【００２３】
一方、本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法において、平座金の温度変化に対する線膨張係数も重要である。
【００２４】
表２に、ボルト・ナット・座金・接合部材である貫通孔をあけた金属板の材料として用いられる各種金属の線膨張係数を示した。
【００２５】
【表２】
【００２６】
ガラスの線膨張係数は、常温〜３５０℃下において、８．５×１０−６〜９．０×１０−６／℃である。
【００２７】
表２に示すように、一対の締め付け部材であるボルト・ナットまたはネジ・ナット、および平座金、あるいは接合部材である貫通孔をあけた金属板の材料として用いられる各種金属の線膨張係数は、鋼（ＳＳ４００）が、０〜１００℃下において、１２×１０−６／℃であり、ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４が１７×１０−６／℃であり、ＳＵＳ４１０が１０．４×１０−６／℃であり、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）が１１×１０−６／℃である。
【００２８】
線膨張係数がガラス板より大きい材料を、一対の締め付け部材であるボルト、ナット等に用いた場合、締め付け後に温度が上がると、ガラス板よりもボルトの方が大きく膨張することで、ボルト・ナット間の間隔が広がり、ボルトの軸方向の力が減少する。一方、締め付け後に温度が下がると、ガラス板よりもボルトの方が大きく収縮することでボルト・ナット間の間隔が狭くなり、ボルト軸方向の力が増加する。つまり、締め付け後の温度変化により、ボルトの軸方向の力が変化し、ボルト軸方向の力の安定性に懸念がある。
【００２９】
表２に示すように、アルミニウムまたはアルミニウム合金の線熱膨張係数は、−５０℃〜２００℃下において、１８×１０−６／℃以上、２６×１０−６／℃以下である。アルミニウムまたはアルミニウム合金の線熱膨張係数は、ガラス、および一対の締め付け部材であるボルト・ナット等、座金および接合部材としての貫通孔を擁する金属板を形成する、表２に示したＳＳ４００、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４１０またはＳ４５Ｃ等の鉄を主成分、または主要な成分として含有する金属より大きい。よって、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の平座金を、ボルト・ナット間に挿入することで、ボルト・ナット等で締め付け後の温度変化に対して、ボルト・ナット等の締め付けによるボルト軸方向の力の変化が少なくなる。このように、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の平座金を、ボルト・ナット間に挿入することは、締め付け後の温度変化に対して安定した接合力を発揮する効果がある。
【００３０】
即ち、本発明は、貫通孔を擁するガラス板と接合部材を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材の締め付けにより生じる力でガラス板と接合部材を接合したガラス板の接合構造であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下で、線膨張係数がガラス板および一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板の貫通孔の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金をガラス板と接合部材との間に挟んでなることを特徴とするガラス板の接合構造である。
【００３１】
さらに、本発明は、貫通孔を擁するガラス板同士を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材の締め付けにより生じる力でガラス板同士を接合したガラス板の接合構造であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下で、線膨張係数が、ガラス板および一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板の貫通孔の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金をガラス板に圧接および／またはガラス板間に挟んでなることを特徴とするガラス板の接合構造である。
【００３２】
具体的には、前記平座金の線膨張係数は、一対の締め付け部材であるボルト・ナットの材料の中で線膨張係数が大きいステンレス鋼であるＳＵＳ３０４の線膨張係数１７×１０−６／℃より大きく、アルミニウムまたはアルミニウム合金の線熱膨張係数の下限である１８×１０−６／℃以上（−５０℃〜２００℃）で、アルミニウムまたはアルミニウム合金の線熱膨張係数の上限である２６×１０−６／℃以下（−５０℃〜２００℃）であることが好ましい。線膨張係数が２６×１０−６／℃より大きいと、温度の上昇または低下に対する平座金の寸法変化が大き過ぎ、接合構造の部材としては不向きである。
【００３３】
さらに、本発明は、前記平座金がアルミニウム製またはアルミニウム合金製であることを特徴とする上記のガラスの接合構造である。
【００３４】
さらに、本発明は、平座金をガラス板の貫通孔に対して同心に配置したことを特徴とする上記のガラス板の接合構造である。
【００３５】
また、本発明は、貫通孔を擁するガラス板と接合部材を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材の締め付けにより生じる力でガラス板と接合部材を接合したガラス板の接合方法であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下で、線膨張係数がガラス板および一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板の貫通孔の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金をガラス板と接合部材との間に挟むことを特徴とするガラス板の接合方法である。
【００３６】
さらに、本発明は、貫通孔を擁するガラス板同士を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材の締め付けにより生じる力でガラス板同士を接合したガラス板の接合方法であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下で、線膨張係数がガラス板および一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板の貫通孔の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金をガラス板に圧接させるおよび／またはガラス板間に挟むことを特徴とするガラス板の接合方法である。
【発明の効果】
【００３７】
一対の締め付け部材、例えば、ネジ・ナットまたはボルト・ナットの締め付けによる力で、各々貫通孔を有するガラス板と接合部材またはガラス板同士を接合する際、本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法においては、ガラス板と金属板間またはガラス板間に平座金を挟持するとともに、ガラス板に平座金を直接圧接させる。その際、平座金の内径をガラス板の貫通孔の直径より大きくし同心になるように配置することで、割れが発生しやすいガラス板の貫通孔の端部およびその周囲を避けて力を伝えられる。
【００３８】
さらに、平座金に、ヤング率がソーダライムシリケートガラスに近いアルミニウム製またはアルミニウム合金製の平座金を用いたことで、平座金が適度に変形する、言い換えれば、適度に馴染んで緩衝作用を奏し、ソーダライムシリケートガラスと平座金の界面で局所的な力が加わり破損することが抑制された。
【００３９】
さらに、線膨張係数がガラス板、一対の締め付け部材の線膨張係数より大きいことにおいても、アルミニウム製またはアルミニウム合金製の平座金を用いることが好ましい。
【００４０】
一対の締め付け部材である、例えば、ボルト・ナットを締め付けた場合、締め付け時より高温下では、ガラス板よりもボルト・ナットおよび接合部材の方が膨張するが、アルミニウム製、または、アルミニウム合金製の平座金はさらに膨張し、ガラス板とボルト・ナットとの間に生じる隙間を埋める働きをするため、ボルトの軸方向の力の変動が小さくなる。
【００４１】
また、締め付け時より低温下では、ガラス板よりもボルト・ナットおよび接合部材の方がより縮むため、ガラス板に作用するボルト軸方向の力が強くなるが、アルミニウム製、または、アルミニウム合金製の平座金はさらに収縮し、ボルト軸方向の力の増加を低減させる働きをするため、ボルトの軸方向の力の変動が小さくなる。
【００４２】
このように、ガラスおよびボルト・ナットおよび接合部材の材料である鋼およびステンレス鋼より、線膨張係数が大きいアルミニウム製、または、アルミニウム合金製の平座金を用いることで、ボルト・ナット等を締め付け後の温度変化に対して、ボルト軸方向の力の変化が少ない安定した接合力が得られた。
【００４３】
また、接合構造を解体するときはボルト・ナットを弛めればよいので、解体が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明のガラス板の接合構造および接合方法は、一対の締め付け部材である例えばボルト・ナットまたはネジ・ナットの締め付けによる力を、ガラス板と接合部材である金属板との間に挟んだ平座金を介して伝え、接合するものである。
【００４５】
本発明のガラス板の接合構造および接合方法について、図を用いて説明する。
【００４６】
最初にガラス板と金属板を接合した本発明のガラス板の接合構造および接合方法によるガラス板の接合部について説明する。
【００４７】
図１の（Ａ）は、本発明のガラス板の接合構造および接合方法によるガラス板と金属板の接合部の一例の拡大側面図である。ボルト３・ナット４以外は接合部における断面で示している。図１の（Ｂ）は平座金を当接させた板ガラス貫通孔部の上面図である。
【００４８】
本発明は、図１の（Ａ）に示すように、貫通孔を擁するガラス板Ｇと接合部材である金属板２を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材であるボルト３・ナット４の締め付けにより生じる力でガラス板Ｇと接合部材である金属板２を接合したガラス板Ｇの接合構造であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下であり、線膨張係数がガラス板および一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板Ｇの貫通孔の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金１をガラス板Ｇと接合部材である金属板２との間に挟んでなることを特徴とするガラス板の接合構造である。
【００４９】
詳しくは、図１の（Ａ）に示すように、平座金１と貫通孔を設けたガラス板Ｇと金属板２にボルト３を通し平座金１をガラス板Ｇと金属板２の間に挟み、ボルト３にナット４を羅合させて、一対の締め付け部材であるボルト３・ナット４を締め付けることによって生じるボルト軸方向の力で接合一体化させる。尚、図１の（Ａ）のワッシャ５は、ボルト３・ナット４を締め付け易いように用いた。
【００５０】
本発明の板ガラスの接合構造は、図１の（Ｂ）に示すように、ガラス板Ｇの貫通孔の端部６避けるために、内径がガラス板の貫通孔の直径よりも大きい平座金１を用い、図１の（Ａ）に示すように、同心となるように圧接させた。
【００５１】
図２は、本発明のガラス板の接合構造および接合方法によるガラス板同士の接合部の一例の拡大側面図である。ボルト３・ナット４以外は接合部における断面で示している。
【００５２】
本発明は、図２の（Ａ）に示すように、貫通孔を擁するガラス板Ｇ１、Ｇ２を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材であるボルト３・ナット４の締め付けにより生じる力でガラス板同士、即ち、ガラス板Ｇ１、Ｇ２を接合したガラス板の接合構造であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下であり、線膨張係数がガラス板および一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板Ｇ１、Ｇ２の貫通孔の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金１をガラス板Ｇ１、Ｇ２に圧接およびガラス板Ｇ１、Ｇ２間に挟んでなることを特徴とするガラス板の接合構造である。
【００５３】
詳しくは、平座金１と貫通孔を設けたガラス板Ｇ１、Ｇ２とにボルト３を通し平座金１をガラス板Ｇ１、Ｇ２に圧接させ、平座金１をガラス板Ｇ１、Ｇ２の間に挟み、ボルト３にナット４を羅合させて、一対の締め付け部材であるボルト３・ナット４を締め付けることによって生じるボルト軸方向の力で一体化させる。尚、ワッシャ５は、ボルト３・ナット４を締め付け易いように用いた。
【００５４】
本発明のガラス板の接合構造および接合方法において、ボルト３・ナット４またはネジ・ナットを締め付けた際に割れを生じさせないためには、板ガラスＧ、Ｇ１、Ｇ２の貫通孔の直径より、平座金１の内径を１．０ｍｍ以上、好ましくは４．０ｍｍ以上大きくする。言い換えれば、板ガラスＧ、Ｇ１、Ｇ２の貫通孔の端部６から平座金１までの間隔を０．５ｍｍ以上、好ましくは２．０ｍｍ以上とする。
【００５５】
板ガラスＧ、Ｇ１、Ｇ２が強化ガラス板であれば、平座金１に硬い鋼（はがね）、ステンレス鋼を用い、ボルト３・ナット４で強く締め付けることが可能であるが、平座金１の仕上げ精度が悪く変形がある場合等は、ガラス板Ｇ、Ｇ１、Ｇ２が、強化処理がされていない生板ガラスであると、締め付けた際に平座金１とガラス板Ｇ、Ｇ１、Ｇ２の界面で局所的な力が加わり破損し易い。
【００５６】
ソーダライムシリケートガラスとヤング率が近い平座金１を用いれば、平座金１が適度に変形する、言い換えれば、適度に馴染んで緩衝作用が生じ、ガラス板Ｇ、Ｇ１、Ｇ２と平座金の界面で局所的な力が加わり破損することが抑制される。このことは、ガラス板Ｇ、Ｇ１、Ｇ２が強化ガラス板であっても当てはまる。ソーダライムシリケートガラスとヤング率が近い平座金１を用いれば、ガラス板Ｇ、Ｇ１、Ｇ２に圧接させた際、局所的な力が生じない。このように、ガラス板Ｇ、Ｇ１、Ｇ２と平座金１のヤング率が近い値であれば、平座金１が適度に変形する、言い換えれば、適度に馴染んで緩衝作用を奏し、ガラス板Ｇ、Ｇ１、Ｇ２と平座金１の界面で局所的な力が加わり破損することを抑制できる。
【００５７】
通常、建築用途等の汎用用途に用いられるソーダライムシリケートガラスのヤング率は７．１６×１０４ＭＰａである。よって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下の材料からなる平座金１を用いることが好ましい。好ましくは、６．８０×１０４ＭＰａ以上、７．２０×１０４ＭＰａ以下である。
【００５８】
該当する金属材料には、ヤング率が６．８６×１０４ＭＰａであるアルミニウム、またはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金が挙げられ、本発明のガラス板の接合構造および接合方法に使用するに好ましい平座金１の材料である。アルミニウム合金の中で、合金番号、５０５２、５４５４，７０７５等のアルミニウム合金が入手し易く、本発明の板ガラスの接合構造及びその接合方法に用いる平座金１の好ましい材料である。
【００５９】
さらに、ガラスＧ、Ｇ１、Ｇ２および金属板２、ボルト３・ナット４の材料である鋼およびステンレス鋼より、線膨張係数が大きいアルミニウム製またはアルミニウム合金製の平座金１を用いることで、ボルト３・ナット４を締め付け後の温度変化に対して、ボルト軸方向の力の変化が少ない安定した接合力が得られる。
【００６０】
平座金１の線膨張係数は、一対の締め付け部材であるボルト３・ナット４の材料の中で、線膨張係数が大きいステンレス鋼であるＳＵＳ３０４の線膨張係数１７×１０−６／℃より大きいことが好ましく、線膨張係数が１８×１０−６／℃以上、２６×１０−６／℃以下（−５０℃〜２００℃）であるアルミニウムまたはアルミニウム合金が平座金１の好ましい材料である。
【００６１】
また、アルミニウム製またはアルミニウム合金製の平座金１と鋼、またはステンレス製の平座金１を重ねて使っても構わない。その際、ガラス板に圧接する側には、アルミニウム製またはアルミニウム合金製の平座金１を用いることが好ましい。
【００６２】
図３は、本発明のガラス板の接合構造および接合方法により接合した板ガラスの一例の上面図である。
【００６３】
図３に示すように、接合部材である金属板２を介して、ガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を連結した。この際、金属板２をＬ字状にしてガラス板を直角方向に連結させる等、ガラス板に異なった角度を持たせれば、ガラス板を使用した建築、家具および物品等の製造において、本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法は広く使用される。
【００６４】
また、本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法において、橋やビル等の鋼構造物の接合方法として用いられる、高力ボルト摩擦接合で使用されるボルト３・ナット４の締め付けによる６０ｋＮ以上のボルト軸方向の力、言い換えれば、一対の応力部材の締め付けにより生じる６０kＮ以上の力で、ガラス板を締め付けても、ガラス板が破損せず、強い接合強度が得られた。なお、一対の応力部材の締め付けにより生じる力が３００ｋＮより大きいと、ガラス板本来の高い剛性をもってしても破損の恐れがある。上記のボルト軸方向の力で締め付ければ、例えばリブガラススクリーンのリブガラスの接合等、建築用途での使用が可能となる。
【００６５】
この際、ボルト３の頭部、ナット４の外径よりも応力発生部材である平座金１の貫通孔の直径を小さくすることで、例えば、ボルト３頭部・ナット４の外径よりも応力発生部材としての平座金１の内径を小さくすることで、６０ｋＮ以上のボルト軸方向の力が平座金１を介してガラス板に確実に伝達され、ガラス板と接続部材としての金属板とが強固に接合される。通常、六角ボルト・ナットにおいては、ボルト３頭部、ナット４の最大の外径を対角距離と呼ぶ。強い締め付けトルクを伝えるには六角ボルト・ナットを使用することが好ましく、中でも建築用で使用される摩擦接合用高力ボルト・ナットが好適に使用される。ボルト１・ナット２の締め付けによるボルト軸方向の６０ｋＮ以上、３００ｋＮ以下の強い力を得るためには、高力六角ボルト・ナット、言い換えると、機械的性質による等級がＦ８Ｔ以上の高力六角ボルト・ナット、または、強度区分が、８．８、１０．９、１２．９の六角ボルト・ナット、または、トルシア形高力ボルトを使用することが好ましく、中でも建築で使用される摩擦接合用高力ボルト・ナット、言い換えると、機械的性質による等級がＦ８Ｔ以上の高力六角ボルト・ナットが好適に使用される。高力六角ボルト・ナット・座金の機械的性質による等級については、ＪＩＳ Ｂ１１８６−１９９５「摩擦接合用高力六角ボルト六角ナット、平座金のセット」に準拠する。
【００６６】
また、本発明のガラス板の接合構造およびその方法において、平座金１を介して、一対の締め付け部材で締め付けるガラス板Ｇとしては、フロート法で製造したガラス板、強化ガラス、倍強度ガラス、熱線吸収ガラス、熱線反射ガラス、各種表面処理を施してあるガラス板、また、これらのガラスを用いた合わせガラス等が挙げられる。合わせガラスの場合は、中間膜を避け、合わせガラスを構成する１枚のガラス板に対して、本発明のガラス板の接合方法を適用し、接合に介しない他のガラス板には平座金の外径より大きい直径の貫通孔をあけ、平座金１のための座繰り孔加工をすることが好ましい。
【００６７】
また、本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法において使用する接合部材としては、加工し易く、硬く、高剛性の金属板２から選ばれ、鉄鋼製の板材、好ましくは、ＪＩＳ Ｇ ３１０１−２００４「一般構造用圧延鋼材」に準拠するＳＳ４００等が好適に使用される。また、屋外の建築用途に使用することを考えれば、錆び難く経時劣化が少ないステンレス鋼製の板材を用いることが好ましい。
【００６８】
尚、本発明において孔径とは貫通孔の最大径であり、貫通孔が円形の場合その直径をさす。本発明において、孔端部よりクラックを発生させないためには、ガラス板Ｇ、応力発生部材の貫通孔の形状は、ガラス板の一点に力を集中させない円形であることが好ましい。アルミニウム製またはアルミニウム合金製の平座金１は、市販の円形のものが好適に使用される。
【実施例】
【００６９】
以下、本発明の実施例を示す。
【００７０】
（ボルト軸方向の力の温度依存性測定）
先ず、平座金１に、アルミニウム合金を用いた場合のボルト軸方向の力の温度依存性について測定した。
【００７１】
図４は、ボルト軸方向の力の温度依存性測定用試験片の測面図である。ボルト３・ナット４以外は断面図で示している。
【００７２】
中心に径２４ｍｍの貫通孔をあけた板厚、１９ｍｍ、大きさ、３００ｍｍ×３００ｍｍ角の強化ガラス板Ｇを用意した。強化ガラス板Ｇは、軟化点付近まで加熱後、風冷、言い換えれば、空気を吹きつけることで急冷し表面に圧縮応力を与える風冷強化処理を行っている。
【００７３】
図４に示すように、強化ガラス板Ｇと接合部材としての金属板２とを接合する際に、一対の締め付け部材であるボルト３・ナット４と接合部材としての金属板２との間にワッシャ５を挟んだ。ワッシャ５には、炭素鋼Ｓ４５Ｃ製の、呼び径、Ｍ２０、厚み、４．５ｍｍ、外径、４０ｍｍ、内径、２１ｍｍ、機械的性質による等級はＦ３５、線膨張係数が１１×１０−６／℃のものを用いた。
【００７４】
また、強化ガラスＧと金属板２との間に、平座金１を、ガラス板Ｇの貫通孔の端部６に、ボルト３・ナット４の締め付けによるボルト軸方向の力を加えないように挟み込んだ。平座金１には、アルミニウム合金製（合金番号５０５２）の、呼び径、Ｍ３０の平座金、厚み４．０ｍｍ、外径、５８ｍｍ、内径、４０ｍｍ、ヤング率が７．０３×１０４ＭＰａ、線膨張係数が２３．８×１０−６／℃のものを用いた。
【００７５】
これら呼び径、Ｍ２０のワッシャ５と、Ｍ３０の平座金１の間に、厚さ１０ｍｍ、ボルト３挿通用の径２４ｍｍの孔を有する、ＳＳ４００製で線膨張係数が１２×１０−６／℃の金属板２を挟みこんだ。
【００７６】
また、ナット４側の、ワッシャ５と平座金１との間の金属板２の間に、ボルト軸方向の力を測定するためのロードワッシャ７を挟んだ。尚、ボルト軸方向の力は、ＫＩＳＬＥＲ製の水晶圧電式ロードワッシャ７（形式：９０４１Ａ）、および、図示しないＫＩＳＬＥＲ製のチャージメーター（型式：５０１５Ａ１０）を用いて測定した。
【００７７】
次いで、上記の強化ガラス板Ｇと金属板２を、強化ガラス板Ｇに貫通させたボルト３にナット４をねじ込み、トルクレンチを用いて１５０Ｎ・ｍのトルクで一次締めした後、そこからナット４を１２０度回転させて、ナット回転法に従い、３体の試験片を締め付けたが、３体とも強化ガラスＧは破損しなかった。尚、このときの室温は２０℃で、ボルト３・ナット４の締め付けにより発生するボルト軸方向の力は平均で２０１ｋＮであった。
【００７８】
２０１ｋＮのボルト軸方向の力で締め付けて、ガラス板Ｇが破損しなかったのは、割れが生じ易いガラス板Ｇの貫通孔の端部６に、ボルト軸方向の力を直接作用させないようにしたことに加え、ガラス板Ｇの圧縮部位において、圧縮応力によりクラック発生および伝播が抑制され、ガラス板Ｇの見掛の強度が増加したこと、さらに、ガラスとヤング率が近いアルミニウム合金製の平座金１を用いたことで、平座金１が適度に変形し、言い換えれば、適度に馴染んで緩衝作用が生じ、強化ガラス板Ｇと平座金１の界面で局所的な力が加わらなかったためと思われる。
【００７９】
ボルト３・ナット４には、株式会社ＮＳボルテン製の摩擦接合用高力六角ボルト・ナット座金のセットを使用した。ボルト３は呼び径、Ｍ２０、首下長さ、１２０ｍｍ、対角距離、３７ｍｍ、機械的性質による等級はＦ１０Ｔである。ナット４は呼び径、Ｍ２０、対角距離、３７ｍｍ、機械的性質による等級はＦ１０である。
【００８０】
次いで、これら３体の試験片を槽内が２０℃に調温された恒温恒湿槽内に入れた後、０．５℃／秒のスピードで１２０分かけて８０℃まで昇温し、８０℃の環境下で６０分間試験片を保持した後、再度、ボルト軸方向の力を測定した。このときのボルト軸方向の力の平均値は１９１ｋＮであった。
【００８１】
次いで、これら３体の試験片を０．５℃／秒のスピードで２００分かけて−２０℃まで降温し、−２０℃の環境下で６０分間試験片を保持した後、再々度、ボルト軸方向の力を測定した。このときのボルト軸方向の力の平均値は２０３ｋＮであった。
【００８２】
比較のため、平座金１をＳ４５Ｃ炭素鋼製の、呼び径、Ｍ３０、厚み、５．５ｍｍ、外径、６０ｍｍ、内径、３１ｍｍ、機械的性質による等級はＦ３５、ヤング率が２１０×１０４ＭＰａ、線膨張係数が１１×１０−６/℃のものに置き換えて、３体の試験片を作製し同様に測定を行ったところ、ボルト軸方向の力の平均値は、２０℃で２０５ｋＮ、８０℃で１８９ｋＮ、−２０℃で２０９ｋＮであった。
【００８３】
表３に、以上の各温度におけるボルト軸方向の力の測定結果を示す。さらに、−２０℃と８０℃におけるボルト軸方向の力を、２０℃の際のボルト軸方向の力を基準とする百分率で示した変化率で比較した。
【００８４】
【表３】
【００８５】
Ｓ４５Ｃ製の平座金１を用いた場合に比べ、線膨張係数の大きいアルミニウム合金（合金番号５０５２）製の平座金１を用いた方が、ボルト３・ナット４の締め付け時の温度である２０℃の際のボルト軸方向の力に対する、環境温度を−２０℃に下降または８０℃に上昇させた際のボルト軸方方向の力の変化率が小さくなった。具体的には、アルミニウム合金（合金番号５０５２）製の平座金１を用いた際の、−２０℃における変化率の増加は＋１％、８０℃における変化率の減少は−５％であり、Ｓ４５Ｃ製の平座金１を用いた際の、−２０℃における変化率の増加は＋２％、８０℃における変化率の減少は−８％であった。
【００８６】
このことは、平座金１に、線膨張係数がガラス板Ｇおよびボルト３に比較して大きい、アルミニウム合金（合金番号５０５２）製の平座金１を用いることで、ボルト３・ナット４で、２０℃（常温）下で締め付けた際に比較して、−２０℃（低温）下ではガラス板Ｇよりもボルト３の方がより縮むため、ボルト３・ナット４間の間隔が狭まるが、ボルト３より線膨張係数が大きいアルミニウム合金（合金番号５０５２）製の平座金１が、厚みが薄くなる形状変化をすることで、該間隔の狭まりを埋めるように働き、ガラス板Ｇに作用するボルト軸方向の力が強まることを抑制したことによる。
【００８７】
ボルト３・ナット４で、２０℃（常温）下で締め付けた際に比較して、８０℃（高温）下ではガラス板Ｇよりもボルト３の方がより伸びるため、ボルト３・ナット４間の間隔が広がるが、ボルト３より線膨張係数が大きいアルミニウム合金（合金番号５０５２）製の平座金１が厚みを増す形状変化をすることで、該間隔の広がりを埋めるように働き、ガラス板Ｇに作用するボルト軸方向の力が弱まるのを抑制したことによる。
【００８８】
アルミニウム合金（合金番号５０５２）製の平座金１を用いることで、ボルト３・ナット４を締め付け後の温度変化に対して、ボルト軸方向の力の変化が少ない安定した接合が得られた。
（万能材料試験機による引っ張りせん断試験による接合力の測定）
次いで、本発明の板ガラスの接合構造における１箇所当たりの接合力を測定するために、万能材料試験機にて引っ張りせん断試験を実施した。
【００８９】
図５は万能材料試験機にて引っ張りせん断試験をする際の正面図である。
図６は万能材料試験機にて引っ張りせん断試験をした際の側面図であり、（Ａ）がボルト引っ張り金具の側面図、（Ｂ）がガラス引っ張り金具の側面図である。
【００９０】
万能材料試験機（株式会社オリエンテック製、型式ＵＣＴ−１０Ｔ）を用い、図５および図６の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、作製した接合力評価用試験片としての強化ガラス板Ｇと接合部材としての金属製のＬ字型部材８とを接合する際に、一対の締め付け部材であるボルト３・ナット４と金属製のＬ字型部材８との間にワッシャ５を挟んだ。ワッシャ５は、Ｓ４５Ｃ炭素鋼製で、呼び径、Ｍ２０、厚み、４．５ｍｍ、外径、４０ｍｍ、内径、２１ｍｍ、機械的性質による等級はＦ３５のものを用いた。
【００９１】
また、強化ガラス板Ｇと金属製Ｌ字型部材８との間に、応力発生部材として、強化ガラス板Ｇの貫通孔の端部６に、ボルト３・ナット４の締め付けによるボルト軸方向の力を加えないために挟み込む平座金１には、呼び径、Ｍ３０のアルミニウム合金（合金番号５０５２）製、厚み４．０ｍｍ、外径、５８ｍｍ、内径、３０ｍｍのものを用いた。この、アルミニウム合金製（合金番号５０５２）の平座金１のヤング率は７．０３×１０４ＭＰａであり、線膨張係数は２３．８×１０−６／℃（２０〜１００℃）である。
【００９２】
これら呼び径、Ｍ２０のワッシャ５と、Ｍ３０の平座金１との間に、厚さ１５ｍｍ、ボルト挿通用の２４ｍｍφの孔を有する、ＳＳ４００製のＬ字型部材８を挟みこんだ。
【００９３】
次いで、上記の強化ガラス板ＧとＬ字型部材８をボルト３・ナット４で締め付けた。
【００９４】
ボルト３・ナット４には、株式会社ＮＳボルテン製の摩擦接合用高力六角ボルト・ナット座金のセットを使用した。ボルト３は呼び径、Ｍ２０、首下長さ、１００ｍｍ、対角距離、３７ｍｍ、機械的性質による等級はＦ１０Ｔである。ナット４は呼び径、Ｍ２０、対角距離、３７ｍｍ、機械的性質による等級はＦ１０である。
【００９５】
強化ガラス板Ｇに貫通させたボルト３にナット４をねじ込み、トルクレンチを用いて１５０Ｎ・ｍのトルクで一次締めした後、そこからナット４を１２０度回転させて、ナット回転法に従い締め付けたが、強化ガラス板Ｇは破損しなかった。尚、このときのボルト３・ナット４の締め付けによる、ボルト３に発生するボルト軸方向の力は平均２０１ｋＮであった。
【００９６】
次いで、図５および図６の（Ａ）に示すように、平座金１を介して、高力六角ボルト３とナット４を用いて、平均２０１ｋＮのボルト軸方向の力で強化ガラス板Ｇと接合した一対のＬ字型部材８を、ボルト引っ張り金具９とをボルト１０にて接合した後、図示しない万能材料試験機ロードセルに連結し、図６の（Ｂ）に示すようにガラス引っ張り金具１１に強化ガラス板Ｇを挟み込んでボルト１２で固定し、ガラス引っ張り金具１１を、図示しない万能材料試験機固定金具に連結した。万能材料試験機により、ボルト引っ張り金具９およびガラス引っ張り金具１１を、図５および図６の（Ａ）および（Ｂ）の矢印に示すように、上下方向に引っ張り、平座金１、ボルト３・ナット４が、滑り動き始めたときの荷重を、本接合１箇所当たりの接合力として測定した。接合力の測定は３個の試験片に対して行い、測定結果は、５２ｋＮ、６５ｋＮ、５８ｋＮであり、平均値は５８ｋＮであった。
【００９７】
このように、ボルトの呼び径がＭ２０の高力六角ボルト３．ナット４を用い、平均２０１ｋＮのボルト軸方向の力で本接合方法により接合した場合、平均で５８ｋＮのせん断力に耐え得る接合が得られた。接合部に平均で５８ｋＮ以上のせん断力が作用しなければ、強化ガラス板Ｇの貫通孔、言い換えれば、ボルト挿通孔にボルト３が接触することがないため、せん断力で接合部が滑りガラス板Ｇと接触することがない接合強度が高い接合構造が得られた。
（本発明の接合構造の耐荷重試験）
次いで、本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法をリブガラスに使用する際に、実用に対して十分な接合強度が得られるかを確認するための耐荷重試験を行った。具体的には本発明のガラス板の接合構造及びその接合方法による強化ガラス板ＧとＬ字型部材８の接合部の耐荷重試験を行った。
【００９８】
最初に、耐荷重試験に用いたガラス試験片について説明する。耐荷重試験に用いた強化ガラス板Ｇの寸法は、板厚、１９ｍｍ、幅５００ｍｍ、長さ２０００ｍｍであり、強化ガラス板Ｇのガラス固定端側の端部に、強化ガラス板Ｇの固定端側の角から幅方向に１００ｍｍ、長さ方向に１００ｍｍの位置に、径２４ｍｍのボルト貫通孔を設け、さらに、この貫通孔より、強化ガラス板Ｇの幅方向に３００ｍｍの間隔、長さ方向に２００ｍｍの間隔で、径、２４ｍｍのボルト挿入用の貫通孔を４箇所設けた。
【００９９】
図７は、本発明のガラス板の接合構造の耐荷重試験方法を示す説明図であり、（Ａ）は、耐荷重試験装置の側面図であり、（Ｂ）は上面図である。
【０１００】
図７の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、強化ガラス板ＧとＬ字型部材１３との接合部に、ボルトの呼び径がＭ２０のボルト３を用い、強化ガラス板Ｇの固定端側に幅方向に３００ｍｍの間隔、ガラスの長さ方向に２００ｍｍの間隔、対角長さ３６０ｍｍとなるように貫通孔をあけて、接合部を４箇所設けた。
【０１０１】
本発明のガラス板の接合構造において、図７の（Ｂ）に示すようなガラス固定端の反対側端部に加える外力Ｗに対し、接合部１箇所当たりに働くせん断力Ｆは数１の式で算出される。
【０１０２】
【数１】
【０１０３】
接合部１箇所当たりの接合力は、５８ｋＮ程度のせん断力に耐えるが、ボルト３の軸方向の力のばらつき、ボルト３の軸方向の力の緩和などにより、接合力にばらつきが生じることが考えられるため、安全を考慮して、接合１カ所当たりの接合力、言い換えれば、本発明の接合１箇所当たりに作用するせん断許容力を５０ｋＮとして、耐荷重試験を行った。数１の式において、Ｆに５０ｋＮを代入して、接合構造が保たれる、ガラス固定端の反対側端部の外力Ｗを算出すると、Ｗ＝２０ｋＮとなる。
【０１０４】
図７の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、固定壁１４にボルト１５で締め付けて固定した、厚さ１２ｍｍの一対のＳＳ４００製のＬ字型部材１３に、ボルト３・ナット４およびワッシャ５および平座金１を用いて、前記強化ガラス板Ｇの端部を本発明のガラス板の接合構造となるように固定した。
【０１０５】
ボルト３には、呼び径、Ｍ２０、首下長さ１２０ｍｍ、機械的性質による等級、Ｆ１０Ｔのものを用い、ナット４には、呼び径、Ｍ２０、機械的性質による等級、Ｆ１０Ｔのものを用い、ワッシャ５には、呼び径、Ｍ２０、厚み４．５ｍｍ、外径、４０ｍｍ、内径、２１ｍｍ、機械的性質による等級はＦ３５のものを用いた。
【０１０６】
また、強化ガラス板Ｇの貫通穴に、ボルト３・ナット４の締め付けによるボルト軸方向の力を作用させないで強化ガラス板Ｇに圧接するように、強化ガラス板ＧとＬ字型金属板１３との間に挟み込む平座金１には、アルミニウム合金製（合金番号５０５２）の、呼び径、Ｍ３０の平座金、厚み４．０ｍｍ、外径、５８ｍｍ、内径、４０ｍｍ、ヤング率が７．０３×１０４ＭＰａ、線膨張係数が２３．８×１０−６／℃のものを用いた。
【０１０７】
ボルト３にナット４をねじ込み、トルクレンチを用いて１５０Ｎ・ｍのトルクで一次締めした後、そこからナット４を１２０度回転させて、ナット回転法に従い締め付けた。なお、このときに発生するボルト３・ナット４の締め付けによるボルト軸方向の力は、平均２０１ｋＮである。
【０１０８】
図７に示す耐荷重試験装置において、強化ガラス板Ｇを固定した反対側の端部に、図７中の矢印の方向へ、図示しない油圧ジャッキを用いて、０〜２０ｋＮの荷重Ｗを負荷した際の、接合部１６のボルト３の鉛直方向の変位量、接合部１６の真上の強化ガラス板Ｇの鉛直方向の変位量を計測し、強化ガラス板Ｇの鉛直方向の変位量からボルトの鉛直方向の変位量を引いたものを強化ガラス板Ｇのすべり量として計測した。
【０１０９】
荷重Ｗが２０ｋＮまで負荷をしたが、ボルト３と強化ガラス板Ｇの変位量はほぼ等しく、すべりが発生しなかった。また、強化ガラス板Ｇが破損することもなかった。言い換えれば２０ｋＮの外力に耐え得るリブガラス構造が得られた。
【０１１０】
この試験結果を、ガラス板と接合部材を接着する従来のガラスパネルの固定方法と比較すると、例えば、特許文献１の実施例では、強化ガラス板の長さが１７１９ｍｍ、固定端の幅が３２５ｍｍ、先端部（荷重負荷側）の幅が２４４ｍｍ、厚みが１９ｍｍで、１００ｍｍのピッチで３本の雄ねじ部材を挿通した場合、約９．８ｋＮ（１０００ｋｇｆ）でガラスが破壊したと記載されている。接合部から荷重を与える部位までの距離であるモーメント長を加味し、本接合部の耐荷重試験と比較すると、本発明のガラスの接合構造の試験結果では、モーメント長が長く、耐荷重試験として２０ｋＮの荷重を加える過酷な試験であるにも拘らず、強化ガラス板Ｇが滑らなかった。また、強化ガラス板Ｇが破損することもなかった。
【０１１１】
本発明のガラス板の接合構造の耐荷重試験の結果、強化ガラス板Ｇと平座金１と一対のＬ字型部材１３とが、ボルト３・ナット４の締め付けによるボルト軸方向の力により平座金１を介して一体化して、固定端の反対側に荷重が作用しても強化ガラス板Ｇのすべり変位が生じにくくなり、従来のガラス板と接合部材を接着する接合方法に比較して、より接合部の接合強度が向上していることがわかった。
【０１１２】
尚、本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法において、ガラス板の貫通孔と平座金１の貫通孔とが同心となるように配置する際の位置決めに、図示しないゴムまたは樹脂製のスペーサーを貫通孔の空間部に入れておくと、平座金１の内径とガラス板のボルト挿入孔の外径との間隔を一定に保つことができるため、ゴムまたは樹脂製のスペーサーを入れることが好ましい。また、ガラス板のボルト挿入孔とボルト３の軸部の間に、万一ずれが生じるような外力が作用して、接合部ですべりが生じた際、直接、ガラス板の貫通孔とボルト３の軸部が触れ合うことなく緩衝し破壊が抑制されるので、ゴムまたは樹脂製のスペーサーを入れることが好ましい。
【０１１３】
また、ガラス板と接合部材を接着する従来のガラスパネルの固定方法ではガラス板が滑り始める前にガラス板が破損していることから、接合数を増やすことでこれ以上接合強度を増やすことができないが、本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法では、接合数を増やすことや、接合のピッチを広げることで容易に接合強度を高めることも可能である。
【０１１４】
このことより、例えば、ガラススクリーンを建設する際、ガラススクリーンをなす面ガラスの支持に用いる方立てガラスとしてのリブガラスを長くし、その上端部を接合し支持する際、リブガラスの接合に本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法を用いる方が、ガラス板と接合部材を接着する従来のガラスパネルの固定方法よりも、接合強度が高く、有利であることがわかった。言い換えれば、リブガラスに本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法を用いる方が、接合強度が従来の接合方法と同じであれば、リブガラスの幅を短くすることができる。また、接合数や接合の間隔を広げることで、従来の接合方法よりも接合強度を高くできるため、ガラススクリーンをなす面ガラス支持に用いるリブガラスの設置の間隔を広くすることが可能であり、ガラススクリーンとして視認性が高く、より開放的な空間を作り出すことができることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明のガラス板の接合構造および接合方法を使用する、具体的家具としてはガラステーブルおよびカラスキャビネット、建築物品としてはガラス間仕切り、建築物としてはガラススクリーン等が挙げられ、ガラス壁、ガラス屋根、大板ガラスを使用した開口部構成よりなるガラススクリーン等の大型建築物に使用される。例えば、目立つ金属方立の代りに、目立たないガラス方立て（リブガラス）を用いて、正面ガラスを（フェイスプレート）に加わる風荷重を支持する工法であるガラス・スタビライザー工法によるリブガラススクリーンにも使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】図１の（Ａ）は、本発明のガラス板の接合構造および接合方法によるガラス板と金属板の接合部の一例の拡大側面図である。図１の（Ｂ）は平座金を当接させた板ガラス貫通孔部の上面図である。
【図２】本発明のガラス板の接合構造および接合方法によるガラス板同士の接合部の一例の拡大側面図である。
【図３】本発明のガラス板の接合構造および接合方法により接合した板ガラスの一例の上面図である。
【図４】ボルト軸方向の力の温度依存性測定用試験片の上面図である
【図５】万能材料試験機にて引っ張りせん断試験をする際の正面図である。
【図６】万能材料試験機にて引っ張りせん断試験をした際の側面図であり、（Ａ）がボルト引っ張り金具の側面図、（Ｂ）がガラス引っ張り金具の側面図である。
【図７】本発明のガラス板の接合構造の耐荷重試験方法を示す説明図であり、（Ａ）は、耐荷重試験装置の側面図であり、（Ｂ）は上面図である。
【符号の説明】
【０１１７】
Ｇ、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３ ガラス板
１ 平座金
２ 金属板（接合部材）
３ ボルト
４ ナット
５ ワッシャ平座金
６ 貫通孔の端部
７ ロードワッシャ
８ Ｌ字型部材
９ ボルト引っ張り金具
１０ ボルト
１１ ガラス引っ張り金具
１２ ボルト
１３ Ｌ字型部材
１４ 固定壁
１５ ボルト
１６ 接合部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫通孔を擁するガラス板と接合部材を重ね、または貫通孔を擁するガラス板同士を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材の締め付けにより生じる力でガラス板と接合部材またはガラス板同士を接合するガラス板の接合構造およびその接合方法である。
【０００２】
本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法は、ガラス板を使用した建築物、家具またはガラス物品等に広く使用される。
【背景技術】
【０００３】
ガラス板と他の構造部材とを接合するためにガラス板に添接させた、あるいはガラス板とガラス板に掛け渡しした金属板等の接合部材の間に接着シートを挟みこみ、ガラス板と接合部材を接着し接合強度を得、加えてガラス板と接合部材に設けた貫通孔に、一対の締め付け部材である接合用ネジ部材を貫通させて締め込み、ガラス板と接合部材を固定し留める方法が、特許文献１〜３にて開示されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ガラス板と接合部材との間に、未硬化の接着剤を含浸させてある繊維材からなるシートを挟んで、ガラス板と接合部材とに形成した貫通孔に挿通したネジ部材で締め付け固定するガラスパネルの接合方法が開示されている。接合後のガラスパネルと板材との相対変位の発生を抑制するために、ガラス板と接合部材との間に未硬化の接着剤を含浸させてある繊維材からなるシートを挟んで締め付け接合しておくことにより、その接着剤が硬化するとシートがガラスパネルと板材の双方の表面に沿った形状に固まり、シートと一体に硬化した強固な接着層を介して、ガラスパネルと板材とを接着接合できると開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献２には、特許文献１よりも接合部の耐久力を高めるため、接着材を含浸させてある繊維材からなるシートに含浸させた接着剤が未硬化の状態で締め付け、接着材硬化後に、所定の軸力に再度締め付けて接合する脆性部材の接合方法が開示されている。
【０００６】
さらに、特許文献３には、上記の接着による接合方法において、雄ネジ部材と雌ネジ部
材等の締め付け具にてガラス板と接合部材を締め付ける際に、貫通孔に充填剤を介在させて各締め付け具の外周面とガラス板側貫通孔の内周面との間に隙間が生じない状態で締め付けることによって、ガラス板と接合部材との間にわたって応力が作用した際に、複数のガラス板側貫通孔に作用する応力が均一化されるようにして、特定のガラス板側貫通孔に応力が集中するのを回避してガラス板の損傷を抑制するガラス板の接合方法が開示されている。
【０００７】
特許文献１〜３に記載のガラス板の接合方法は、ガラス板と接合部を接着して接合強度を得る方法である。ガラス板の割れの発生を懸念して接合用のネジ部材による締め付けは程々にし、接合強度はガラス板と接合部材の接着に依存している。このように、特許文献１〜３に記載のガラス板と接合部材を接着する接合方法においては、ガラス板の接合部をネジ部材で留めてはいるものの、接合強度はガラス板と接合部材としての板材の間に挟みこんだ接着シートによる接着に頼っていた。接着材シートにより接着するため、接合後の解体が困難である。
【０００８】
また、本出願人による特許文献４には、孔をあけた強化ガラスを高力ボルトで強く締め付けることにより接合することで、例えば、リブガラススクリーンのリブガラスを作製した際、リブガラスとして採用するに充分な強さの強化ガラス板の接合方法が開示されている。詳しくは、その接合部は強化ガラス板を両側から接合板で摩擦部材を介して挟み、強化ガラス板と接合板とに高力ボルト挿入用の孔をあけ貫通させたボルトおよびナットにて締め付けることにより生じる摩擦力で接合板を介して強化ガラス板同士を接合する、または強化ガラスと接合板を接合する強化ガラス板の接合方法が開示されている。
【０００９】
特許文献４に記載の強化ガラス板の接合方法において、リブガラススクリーン等の大型の建築物を建設するために、橋梁、鉄塔の建設において金属部材を強く締め付け接合することに使用される高力ボルト摩擦接合の高力ボルト・ナットを用いて、大きく厚手の強化ガラス板を強く締め付けることで、リブガラススクリーン等の大型ガラス建造物となす。
【特許文献１】特開２０００−８７９２４号公報
【特許文献２】特開２００２−１５５９０９号公報
【特許文献３】特開２００３−３２７４５３号公報
【特許文献４】特開２００６−２５０３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来のガラス板の接合方法において、ガラス板の貫通孔に挿通した一対の締め付け部材、例えば、ボルト・ナットまたはネジ・ナット等でガラス板を締め付け過ぎると、ガラス板の貫通孔の端部から破損しやすいという問題があった。
【００１１】
従来のガラス板の接合方法では、一対の締め付け部材であるボルト・ナットまたはネジ・ナット等でガラス板を締め付けた際、締め付け後の日較差、季節の移り変わりによる気温の変化にともない、ガラス板や締め付け部材の温度が変化することによって、ボルト・ナットまたはネジ・ナットが熱膨張あるいは熱収縮し、締め付けによるボルト軸方向またはネジ軸方向の力が変化するという問題があった。
【００１２】
本発明は、ガラス板に貫通孔をあけ、ボルト・ナットまたはネジ・ナット等で締め付けた際、上述の割れの問題が発生することがなく、一対の締め付け部材であるボルト・ナットまたはネジ・ナット等でガラス板を締め付けた後の温度変化による、ボルト・ナットの締め付けによるボルト軸方向またはネジ軸方向の力の変化が少なく、締め付け後の温度変化に対しても安定した接合強度を有するガラス板の接合構造および接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法により、ガラス板の貫通孔の端部には、一対の締め付け部材の締め付けによる力、例えば、ボルト・ナットおよびネジ・ナットの締め付けによる軸方向の力を加えないで、貫通孔の端部を避けて、ボルト・ナットおよびネジ・ナットの締め付けによる軸方向の力をガラス板に加え、ガラス板と接合部材、またはガラス板同士を強固に接合するもので、接合部がずれることのない耐久性の高いガラス板と接合部材との接合、またはガラス板同士の接合を提供された。
【００１４】
本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法において、一対の締め付け部材であるボルト・ナットまたはネジ・ナット等の締め付けにより生じる力を、ガラス板と接合部材の間に挟んだ平座金を介して伝達する際、平座金の内径をガラス板の貫通孔の直径より大きくし同心になるように配置することで、割れが発生しやすいガラス板の貫通孔の端部およびその周囲を避けて力を伝えること、またガラス板に圧接させた平座金を介し、ガラス板に直に小面積で力を伝えることが可能となった。
【００１５】
詳しくは、ボルト・ナットまたはネジ・ナットを締め付けた際に割れを生じさせないためには、板ガラスに形成した貫通孔の直径より、平座金の内径を１．０ｍｍ以上、好ましくは４．０ｍｍ以上大きくする。言い換えれば、板ガラスの貫通孔の端部から平座金までの間隔を０．５ｍｍ以上、好ましくは２．０ｍｍ以上とする。平座金の内径が板ガラスの貫通孔の直径に対し１．０ｍｍ未満、板ガラスの貫通孔の端部から平座金までの間隔が０．５ｍｍ未満では、板ガラスの貫通孔の端部および周囲に割れが生じる恐れがある。実用上、板ガラスの貫通孔の直径に対して、平座金の内径を３０．０ｍｍを超えて大きくする必要はない。平座金の内径とガラス板の貫通孔の直径の差異は１．０ｍｍ以上、３０．０ｍｍ以下であり、好ましくは、４．０ｍｍ以上、２０．０ｍｍ以下である。
【００１６】
この際、ガラス板が強化ガラスであれば、ボルト・ナット等で強く締め付けることが可能であるが、平座金に硬い鋼（はがね）、ステンレス鋼等を用いた場合、特に平座金の仕上げ精度が悪く変形がある場合は、製造後、何ら強化処理がされていない生板ガラスであるとボルト・ナット等で締め付けると、生板ガラスと平座金の界面で局所的な力が加わり破損し易い。ところが、ガラスとヤング率が近いアルミニウム製またはアルミニウム合金製の平座金を用いれば、平座金が適度に変形する、言い換えれば、適度に馴染んで緩衝作用が生じ、生板ガラスと平座金の界面で局所的な力が加わり破損することが抑制される。平座金が適度に変形する、言い換えれば、適度に馴染んで緩衝作用が生じることは、ガラス板が強化ガラスであっても当てはまり、平座金をガラス板に圧接させた際、局所的な力が生じ難い。
【００１７】
通常、建築用途等の汎用用途に用いられるソーダライムシリケートガラスのヤング率は７．１６×１０４ＭＰａである。よって、前述の緩衝作用を得るには、平座金のヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下であることが好ましい。平座金のヤング率が６．７０×１０４ＭＰａより小さければ、板ガラスの接合部に、強い接合強度が得られない。好ましくは６．８０×１０４ＭＰａ以上である。平座金のヤング率が７．３０×１０４ＭＰａより大きければ、板ガラスと平座金の界面で局所的な力が加わり、板ガラスが生板ガラスであれば破損の可能性が生じる。好ましくは７．２０×１０４ＭＰａ以下である。
【００１８】
ヤング率が６．８０×１０４ＭＰａ以上、７．２０×１０４ＭＰａ以下に該当する金属材料には、アルミニウムおよびアルミニウム合金が挙げられ、ソーダライムシリケートガラスのヤング率に近い。
【００１９】
表１に、板ガラスとアルミニウムの物性表を示す。（セントラル硝子総合カタログ／板ガラス・関連商品 １９１ページ、理科年表平成１９年机上版 物３３（３７９）による。）
【００２０】
【表１】
【００２１】
アルミニウムのヤング率は６．８６×１０４ＭＰａであり、本発明のガラスの接合構造およびその接合方法に使用する平座金の材料として好ましい材料である。尚、ステンレス鋼のヤング率は１９．５×１０４ＭＰａであり、軟鋼のヤング率は２０．６×１０４ＭＰａであり、前述の緩衝作用は得られ難い。銅のヤング率は１０．３０×１０４ＭＰａと比較的ガラスに近い材料であるが、アルミニウムの方がよりガラスとヤング率が近く、アルミニウムが本発明のガラスの接合構造および接合構造に使用する平座金の材料として特に好ましい材料である。
【００２２】
また、ガラスとアルミニウムはヤング率以外に、ポアソン比、比重も近い値をとる。尚、ヤング率（縦弾性係数）は、弾性範囲で応力に対する歪の値をきめる定数であり、フックの法則 [歪ε]= [応力σ] ／ [ヤング率E] より、 E=σ/εで表される。ポアソン比は、弾性限界内における引張りを加えた時に荷重方向の伸びと荷重に直角方向の寸法の縮み比である。
【００２３】
一方、本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法において、平座金の温度変化に対する線膨張係数も重要である。
【００２４】
表２に、ボルト・ナット・座金・接合部材である貫通孔をあけた金属板の材料として用いられる各種金属の線膨張係数を示した。
【００２５】
【表２】
【００２６】
ガラスの線膨張係数は、常温〜３５０℃下において、８．５×１０−６〜９．０×１０−６／℃である。
【００２７】
表２に示すように、一対の締め付け部材であるボルト・ナットまたはネジ・ナット、および平座金、あるいは接合部材である貫通孔をあけた金属板の材料として用いられる各種金属の線膨張係数は、鋼（ＳＳ４００）が、０〜１００℃下において、１２×１０−６／℃であり、ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４が１７×１０−６／℃であり、ＳＵＳ４１０が１０．４×１０−６／℃であり、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）が１１×１０−６／℃である。
【００２８】
線膨張係数がガラス板より大きい材料を、一対の締め付け部材であるボルト、ナット等に用いた場合、締め付け後に温度が上がると、ガラス板よりもボルトの方が大きく膨張することで、ボルト・ナット間の間隔が広がり、ボルトの軸方向の力が減少する。一方、締め付け後に温度が下がると、ガラス板よりもボルトの方が大きく収縮することでボルト・ナット間の間隔が狭くなり、ボルト軸方向の力が増加する。つまり、締め付け後の温度変化により、ボルトの軸方向の力が変化し、ボルト軸方向の力の安定性に懸念がある。
【００２９】
表２に示すように、アルミニウムまたはアルミニウム合金の線熱膨張係数は、−５０℃〜２００℃下において、１８×１０−６／℃以上、２６×１０−６／℃以下である。アルミニウムまたはアルミニウム合金の線熱膨張係数は、ガラス、および一対の締め付け部材であるボルト・ナット等、座金および接合部材としての貫通孔を擁する金属板を形成する、表２に示したＳＳ４００、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４１０またはＳ４５Ｃ等の鉄を主成分、または主要な成分として含有する金属より大きい。よって、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の平座金を、ボルト・ナット間に挿入することで、ボルト・ナット等で締め付け後の温度変化に対して、ボルト・ナット等の締め付けによるボルト軸方向の力の変化が少なくなる。このように、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の平座金を、ボルト・ナット間に挿入することは、締め付け後の温度変化に対して安定した接合力を発揮する効果がある。
【００３０】
即ち、本発明は、貫通孔を擁するガラス板と接合部材を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材の締め付けにより生じる力でガラス板と接合部材を接合したガラス板の接合構造であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下で、線膨張係数がガラス板および一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板の貫通孔の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金をガラス板と接合部材との間に挟んでなることを特徴とするガラス板の接合構造である。
【００３１】
さらに、本発明は、貫通孔を擁するガラス板同士を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材の締め付けにより生じる力でガラス板同士を接合したガラス板の接合構造であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下で、線膨張係数が、ガラス板および一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板の貫通孔の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金をガラス板に圧接および／またはガラス板間に挟んでなることを特徴とするガラス板の接合構造である。
【００３２】
具体的には、前記平座金の線膨張係数は、一対の締め付け部材であるボルト・ナットの材料の中で線膨張係数が大きいステンレス鋼であるＳＵＳ３０４の線膨張係数１７×１０−６／℃より大きく、アルミニウムまたはアルミニウム合金の線熱膨張係数の下限である１８×１０−６／℃以上（−５０℃〜２００℃）で、アルミニウムまたはアルミニウム合金の線熱膨張係数の上限である２６×１０−６／℃以下（−５０℃〜２００℃）であることが好ましい。線膨張係数が２６×１０−６／℃より大きいと、温度の上昇または低下に対する平座金の寸法変化が大き過ぎ、接合構造の部材としては不向きである。
【００３３】
さらに、本発明は、前記平座金がアルミニウム製またはアルミニウム合金製であることを特徴とする上記のガラスの接合構造である。
【００３４】
さらに、本発明は、平座金をガラス板の貫通孔に対して同心に配置したことを特徴とする上記のガラス板の接合構造である。
【００３５】
また、本発明は、貫通孔を擁するガラス板と接合部材を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材の締め付けにより生じる力でガラス板と接合部材を接合したガラス板の接合方法であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下で、線膨張係数がガラス板および一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板の貫通孔の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金をガラス板と接合部材との間に挟むことを特徴とするガラス板の接合方法である。
【００３６】
さらに、本発明は、貫通孔を擁するガラス板同士を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材の締め付けにより生じる力でガラス板同士を接合したガラス板の接合方法であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下で、線膨張係数がガラス板および一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板の貫通孔の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金をガラス板に圧接させるおよび／またはガラス板間に挟むことを特徴とするガラス板の接合方法である。
【発明の効果】
【００３７】
一対の締め付け部材、例えば、ネジ・ナットまたはボルト・ナットの締め付けによる力で、各々貫通孔を有するガラス板と接合部材またはガラス板同士を接合する際、本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法においては、ガラス板と金属板間またはガラス板間に平座金を挟持するとともに、ガラス板に平座金を直接圧接させる。その際、平座金の内径をガラス板の貫通孔の直径より大きくし同心になるように配置することで、割れが発生しやすいガラス板の貫通孔の端部およびその周囲を避けて力を伝えられる。
【００３８】
さらに、平座金に、ヤング率がソーダライムシリケートガラスに近いアルミニウム製またはアルミニウム合金製の平座金を用いたことで、平座金が適度に変形する、言い換えれば、適度に馴染んで緩衝作用を奏し、ソーダライムシリケートガラスと平座金の界面で局所的な力が加わり破損することが抑制された。
【００３９】
さらに、線膨張係数がガラス板、一対の締め付け部材の線膨張係数より大きいことにおいても、アルミニウム製またはアルミニウム合金製の平座金を用いることが好ましい。
【００４０】
一対の締め付け部材である、例えば、ボルト・ナットを締め付けた場合、締め付け時より高温下では、ガラス板よりもボルト・ナットおよび接合部材の方が膨張するが、アルミニウム製、または、アルミニウム合金製の平座金はさらに膨張し、ガラス板とボルト・ナットとの間に生じる隙間を埋める働きをするため、ボルトの軸方向の力の変動が小さくなる。
【００４１】
また、締め付け時より低温下では、ガラス板よりもボルト・ナットおよび接合部材の方がより縮むため、ガラス板に作用するボルト軸方向の力が強くなるが、アルミニウム製、または、アルミニウム合金製の平座金はさらに収縮し、ボルト軸方向の力の増加を低減させる働きをするため、ボルトの軸方向の力の変動が小さくなる。
【００４２】
このように、ガラスおよびボルト・ナットおよび接合部材の材料である鋼およびステンレス鋼より、線膨張係数が大きいアルミニウム製、または、アルミニウム合金製の平座金を用いることで、ボルト・ナット等を締め付け後の温度変化に対して、ボルト軸方向の力の変化が少ない安定した接合力が得られた。
【００４３】
また、接合構造を解体するときはボルト・ナットを弛めればよいので、解体が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明のガラス板の接合構造および接合方法は、一対の締め付け部材である例えばボルト・ナットまたはネジ・ナットの締め付けによる力を、ガラス板と接合部材である金属板との間に挟んだ平座金を介して伝え、接合するものである。
【００４５】
本発明のガラス板の接合構造および接合方法について、図を用いて説明する。
【００４６】
最初にガラス板と金属板を接合した本発明のガラス板の接合構造および接合方法によるガラス板の接合部について説明する。
【００４７】
図１の（Ａ）は、本発明のガラス板の接合構造および接合方法によるガラス板と金属板の接合部の一例の拡大側面図である。ボルト３・ナット４以外は接合部における断面で示している。図１の（Ｂ）は平座金を当接させた板ガラス貫通孔部の上面図である。
【００４８】
本発明は、図１の（Ａ）に示すように、貫通孔を擁するガラス板Ｇと接合部材である金属板２を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材であるボルト３・ナット４の締め付けにより生じる力でガラス板Ｇと接合部材である金属板２を接合したガラス板Ｇの接合構造であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下であり、線膨張係数がガラス板および一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板Ｇの貫通孔の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金１をガラス板Ｇと接合部材である金属板２との間に挟んでなることを特徴とするガラス板の接合構造である。
【００４９】
詳しくは、図１の（Ａ）に示すように、平座金１と貫通孔を設けたガラス板Ｇと金属板２にボルト３を通し平座金１をガラス板Ｇと金属板２の間に挟み、ボルト３にナット４を羅合させて、一対の締め付け部材であるボルト３・ナット４を締め付けることによって生じるボルト軸方向の力で接合一体化させる。尚、図１の（Ａ）のワッシャ５は、ボルト３・ナット４を締め付け易いように用いた。
【００５０】
本発明の板ガラスの接合構造は、図１の（Ｂ）に示すように、ガラス板Ｇの貫通孔の端部６避けるために、内径がガラス板の貫通孔の直径よりも大きい平座金１を用い、図１の（Ａ）に示すように、同心となるように圧接させた。
【００５１】
図２は、本発明のガラス板の接合構造および接合方法によるガラス板同士の接合部の一例の拡大側面図である。ボルト３・ナット４以外は接合部における断面で示している。
【００５２】
本発明は、図２の（Ａ）に示すように、貫通孔を擁するガラス板Ｇ１、Ｇ２を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材であるボルト３・ナット４の締め付けにより生じる力でガラス板同士、即ち、ガラス板Ｇ１、Ｇ２を接合したガラス板の接合構造であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下であり、線膨張係数がガラス板および一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板Ｇ１、Ｇ２の貫通孔の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金１をガラス板Ｇ１、Ｇ２に圧接およびガラス板Ｇ１、Ｇ２間に挟んでなることを特徴とするガラス板の接合構造である。
【００５３】
詳しくは、平座金１と貫通孔を設けたガラス板Ｇ１、Ｇ２とにボルト３を通し平座金１をガラス板Ｇ１、Ｇ２に圧接させ、平座金１をガラス板Ｇ１、Ｇ２の間に挟み、ボルト３にナット４を羅合させて、一対の締め付け部材であるボルト３・ナット４を締め付けることによって生じるボルト軸方向の力で一体化させる。尚、ワッシャ５は、ボルト３・ナット４を締め付け易いように用いた。
【００５４】
本発明のガラス板の接合構造および接合方法において、ボルト３・ナット４またはネジ・ナットを締め付けた際に割れを生じさせないためには、板ガラスＧ、Ｇ１、Ｇ２の貫通孔の直径より、平座金１の内径を１．０ｍｍ以上、好ましくは４．０ｍｍ以上大きくする。言い換えれば、板ガラスＧ、Ｇ１、Ｇ２の貫通孔の端部６から平座金１までの間隔を０．５ｍｍ以上、好ましくは２．０ｍｍ以上とする。
【００５５】
板ガラスＧ、Ｇ１、Ｇ２が強化ガラス板であれば、平座金１に硬い鋼（はがね）、ステンレス鋼を用い、ボルト３・ナット４で強く締め付けることが可能であるが、平座金１の仕上げ精度が悪く変形がある場合等は、ガラス板Ｇ、Ｇ１、Ｇ２が、強化処理がされていない生板ガラスであると、締め付けた際に平座金１とガラス板Ｇ、Ｇ１、Ｇ２の界面で局所的な力が加わり破損し易い。
【００５６】
ソーダライムシリケートガラスとヤング率が近い平座金１を用いれば、平座金１が適度に変形する、言い換えれば、適度に馴染んで緩衝作用が生じ、ガラス板Ｇ、Ｇ１、Ｇ２と平座金の界面で局所的な力が加わり破損することが抑制される。このことは、ガラス板Ｇ、Ｇ１、Ｇ２が強化ガラス板であっても当てはまる。ソーダライムシリケートガラスとヤング率が近い平座金１を用いれば、ガラス板Ｇ、Ｇ１、Ｇ２に圧接させた際、局所的な力が生じない。このように、ガラス板Ｇ、Ｇ１、Ｇ２と平座金１のヤング率が近い値であれば、平座金１が適度に変形する、言い換えれば、適度に馴染んで緩衝作用を奏し、ガラス板Ｇ、Ｇ１、Ｇ２と平座金１の界面で局所的な力が加わり破損することを抑制できる。
【００５７】
通常、建築用途等の汎用用途に用いられるソーダライムシリケートガラスのヤング率は７．１６×１０４ＭＰａである。よって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下の材料からなる平座金１を用いることが好ましい。好ましくは、６．８０×１０４ＭＰａ以上、７．２０×１０４ＭＰａ以下である。
【００５８】
該当する金属材料には、ヤング率が６．８６×１０４ＭＰａであるアルミニウム、またはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金が挙げられ、本発明のガラス板の接合構造および接合方法に使用するに好ましい平座金１の材料である。アルミニウム合金の中で、合金番号、５０５２、５４５４，７０７５等のアルミニウム合金が入手し易く、本発明の板ガラスの接合構造及びその接合方法に用いる平座金１の好ましい材料である。
【００５９】
さらに、ガラスＧ、Ｇ１、Ｇ２および金属板２、ボルト３・ナット４の材料である鋼およびステンレス鋼より、線膨張係数が大きいアルミニウム製またはアルミニウム合金製の平座金１を用いることで、ボルト３・ナット４を締め付け後の温度変化に対して、ボルト軸方向の力の変化が少ない安定した接合力が得られる。
【００６０】
平座金１の線膨張係数は、一対の締め付け部材であるボルト３・ナット４の材料の中で、線膨張係数が大きいステンレス鋼であるＳＵＳ３０４の線膨張係数１７×１０−６／℃より大きいことが好ましく、線膨張係数が１８×１０−６／℃以上、２６×１０−６／℃以下（−５０℃〜２００℃）であるアルミニウムまたはアルミニウム合金が平座金１の好ましい材料である。
【００６１】
また、アルミニウム製またはアルミニウム合金製の平座金１と鋼、またはステンレス製の平座金１を重ねて使っても構わない。その際、ガラス板に圧接する側には、アルミニウム製またはアルミニウム合金製の平座金１を用いることが好ましい。
【００６２】
図３は、本発明のガラス板の接合構造および接合方法により接合した板ガラスの一例の上面図である。
【００６３】
図３に示すように、接合部材である金属板２を介して、ガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を連結した。この際、金属板２をＬ字状にしてガラス板を直角方向に連結させる等、ガラス板に異なった角度を持たせれば、ガラス板を使用した建築、家具および物品等の製造において、本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法は広く使用される。
【００６４】
また、本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法において、橋やビル等の鋼構造物の接合方法として用いられる、高力ボルト摩擦接合で使用されるボルト３・ナット４の締め付けによる６０ｋＮ以上のボルト軸方向の力、言い換えれば、一対の応力部材の締め付けにより生じる６０kＮ以上の力で、ガラス板を締め付けても、ガラス板が破損せず、強い接合強度が得られた。なお、一対の応力部材の締め付けにより生じる力が３００ｋＮより大きいと、ガラス板本来の高い剛性をもってしても破損の恐れがある。上記のボルト軸方向の力で締め付ければ、例えばリブガラススクリーンのリブガラスの接合等、建築用途での使用が可能となる。
【００６５】
この際、ボルト３の頭部、ナット４の外径よりも応力発生部材である平座金１の貫通孔の直径を小さくすることで、例えば、ボルト３頭部・ナット４の外径よりも応力発生部材としての平座金１の内径を小さくすることで、６０ｋＮ以上のボルト軸方向の力が平座金１を介してガラス板に確実に伝達され、ガラス板と接続部材としての金属板とが強固に接合される。通常、六角ボルト・ナットにおいては、ボルト３頭部、ナット４の最大の外径を対角距離と呼ぶ。強い締め付けトルクを伝えるには六角ボルト・ナットを使用することが好ましく、中でも建築用で使用される摩擦接合用高力ボルト・ナットが好適に使用される。ボルト１・ナット２の締め付けによるボルト軸方向の６０ｋＮ以上、３００ｋＮ以下の強い力を得るためには、高力六角ボルト・ナット、言い換えると、機械的性質による等級がＦ８Ｔ以上の高力六角ボルト・ナット、または、強度区分が、８．８、１０．９、１２．９の六角ボルト・ナット、または、トルシア形高力ボルトを使用することが好ましく、中でも建築で使用される摩擦接合用高力ボルト・ナット、言い換えると、機械的性質による等級がＦ８Ｔ以上の高力六角ボルト・ナットが好適に使用される。高力六角ボルト・ナット・座金の機械的性質による等級については、ＪＩＳ Ｂ１１８６−１９９５「摩擦接合用高力六角ボルト六角ナット、平座金のセット」に準拠する。
【００６６】
また、本発明のガラス板の接合構造およびその方法において、平座金１を介して、一対の締め付け部材で締め付けるガラス板Ｇとしては、フロート法で製造したガラス板、強化ガラス、倍強度ガラス、熱線吸収ガラス、熱線反射ガラス、各種表面処理を施してあるガラス板、また、これらのガラスを用いた合わせガラス等が挙げられる。合わせガラスの場合は、中間膜を避け、合わせガラスを構成する１枚のガラス板に対して、本発明のガラス板の接合方法を適用し、接合に介しない他のガラス板には平座金の外径より大きい直径の貫通孔をあけ、平座金１のための座繰り孔加工をすることが好ましい。
【００６７】
また、本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法において使用する接合部材としては、加工し易く、硬く、高剛性の金属板２から選ばれ、鉄鋼製の板材、好ましくは、ＪＩＳ Ｇ ３１０１−２００４「一般構造用圧延鋼材」に準拠するＳＳ４００等が好適に使用される。また、屋外の建築用途に使用することを考えれば、錆び難く経時劣化が少ないステンレス鋼製の板材を用いることが好ましい。
【００６８】
尚、本発明において孔径とは貫通孔の最大径であり、貫通孔が円形の場合その直径をさす。本発明において、孔端部よりクラックを発生させないためには、ガラス板Ｇ、応力発生部材の貫通孔の形状は、ガラス板の一点に力を集中させない円形であることが好ましい。アルミニウム製またはアルミニウム合金製の平座金１は、市販の円形のものが好適に使用される。
【実施例】
【００６９】
以下、本発明の実施例を示す。
【００７０】
（ボルト軸方向の力の温度依存性測定）
先ず、平座金１に、アルミニウム合金を用いた場合のボルト軸方向の力の温度依存性について測定した。
【００７１】
図４は、ボルト軸方向の力の温度依存性測定用試験片の測面図である。ボルト３・ナット４以外は断面図で示している。
【００７２】
中心に径２４ｍｍの貫通孔をあけた板厚、１９ｍｍ、大きさ、３００ｍｍ×３００ｍｍ角の強化ガラス板Ｇを用意した。強化ガラス板Ｇは、軟化点付近まで加熱後、風冷、言い換えれば、空気を吹きつけることで急冷し表面に圧縮応力を与える風冷強化処理を行っている。
【００７３】
図４に示すように、強化ガラス板Ｇと接合部材としての金属板２とを接合する際に、一対の締め付け部材であるボルト３・ナット４と接合部材としての金属板２との間にワッシャ５を挟んだ。ワッシャ５には、炭素鋼Ｓ４５Ｃ製の、呼び径、Ｍ２０、厚み、４．５ｍｍ、外径、４０ｍｍ、内径、２１ｍｍ、機械的性質による等級はＦ３５、線膨張係数が１１×１０−６／℃のものを用いた。
【００７４】
また、強化ガラスＧと金属板２との間に、平座金１を、ガラス板Ｇの貫通孔の端部６に、ボルト３・ナット４の締め付けによるボルト軸方向の力を加えないように挟み込んだ。平座金１には、アルミニウム合金製（合金番号５０５２）の、呼び径、Ｍ３０の平座金、厚み４．０ｍｍ、外径、５８ｍｍ、内径、４０ｍｍ、ヤング率が７．０３×１０４ＭＰａ、線膨張係数が２３．８×１０−６／℃のものを用いた。
【００７５】
これら呼び径、Ｍ２０のワッシャ５と、Ｍ３０の平座金１の間に、厚さ１０ｍｍ、ボルト３挿通用の径２４ｍｍの孔を有する、ＳＳ４００製で線膨張係数が１２×１０−６／℃の金属板２を挟みこんだ。
【００７６】
また、ナット４側の、ワッシャ５と平座金１との間の金属板２の間に、ボルト軸方向の力を測定するためのロードワッシャ７を挟んだ。尚、ボルト軸方向の力は、ＫＩＳＬＥＲ製の水晶圧電式ロードワッシャ７（形式：９０４１Ａ）、および、図示しないＫＩＳＬＥＲ製のチャージメーター（型式：５０１５Ａ１０）を用いて測定した。
【００７７】
次いで、上記の強化ガラス板Ｇと金属板２を、強化ガラス板Ｇに貫通させたボルト３にナット４をねじ込み、トルクレンチを用いて１５０Ｎ・ｍのトルクで一次締めした後、そこからナット４を１２０度回転させて、ナット回転法に従い、３体の試験片を締め付けたが、３体とも強化ガラスＧは破損しなかった。尚、このときの室温は２０℃で、ボルト３・ナット４の締め付けにより発生するボルト軸方向の力は平均で２０１ｋＮであった。
【００７８】
２０１ｋＮのボルト軸方向の力で締め付けて、ガラス板Ｇが破損しなかったのは、割れが生じ易いガラス板Ｇの貫通孔の端部６に、ボルト軸方向の力を直接作用させないようにしたことに加え、ガラス板Ｇの圧縮部位において、圧縮応力によりクラック発生および伝播が抑制され、ガラス板Ｇの見掛の強度が増加したこと、さらに、ガラスとヤング率が近いアルミニウム合金製の平座金１を用いたことで、平座金１が適度に変形し、言い換えれば、適度に馴染んで緩衝作用が生じ、強化ガラス板Ｇと平座金１の界面で局所的な力が加わらなかったためと思われる。
【００７９】
ボルト３・ナット４には、株式会社ＮＳボルテン製の摩擦接合用高力六角ボルト・ナット座金のセットを使用した。ボルト３は呼び径、Ｍ２０、首下長さ、１２０ｍｍ、対角距離、３７ｍｍ、機械的性質による等級はＦ１０Ｔである。ナット４は呼び径、Ｍ２０、対角距離、３７ｍｍ、機械的性質による等級はＦ１０である。
【００８０】
次いで、これら３体の試験片を槽内が２０℃に調温された恒温恒湿槽内に入れた後、０．５℃／秒のスピードで１２０分かけて８０℃まで昇温し、８０℃の環境下で６０分間試験片を保持した後、再度、ボルト軸方向の力を測定した。このときのボルト軸方向の力の平均値は１９１ｋＮであった。
【００８１】
次いで、これら３体の試験片を０．５℃／秒のスピードで２００分かけて−２０℃まで降温し、−２０℃の環境下で６０分間試験片を保持した後、再々度、ボルト軸方向の力を測定した。このときのボルト軸方向の力の平均値は２０３ｋＮであった。
【００８２】
比較のため、平座金１をＳ４５Ｃ炭素鋼製の、呼び径、Ｍ３０、厚み、５．５ｍｍ、外径、６０ｍｍ、内径、３１ｍｍ、機械的性質による等級はＦ３５、ヤング率が２１０×１０４ＭＰａ、線膨張係数が１１×１０−６/℃のものに置き換えて、３体の試験片を作製し同様に測定を行ったところ、ボルト軸方向の力の平均値は、２０℃で２０５ｋＮ、８０℃で１８９ｋＮ、−２０℃で２０９ｋＮであった。
【００８３】
表３に、以上の各温度におけるボルト軸方向の力の測定結果を示す。さらに、−２０℃と８０℃におけるボルト軸方向の力を、２０℃の際のボルト軸方向の力を基準とする百分率で示した変化率で比較した。
【００８４】
【表３】
【００８５】
Ｓ４５Ｃ製の平座金１を用いた場合に比べ、線膨張係数の大きいアルミニウム合金（合金番号５０５２）製の平座金１を用いた方が、ボルト３・ナット４の締め付け時の温度である２０℃の際のボルト軸方向の力に対する、環境温度を−２０℃に下降または８０℃に上昇させた際のボルト軸方方向の力の変化率が小さくなった。具体的には、アルミニウム合金（合金番号５０５２）製の平座金１を用いた際の、−２０℃における変化率の増加は＋１％、８０℃における変化率の減少は−５％であり、Ｓ４５Ｃ製の平座金１を用いた際の、−２０℃における変化率の増加は＋２％、８０℃における変化率の減少は−８％であった。
【００８６】
このことは、平座金１に、線膨張係数がガラス板Ｇおよびボルト３に比較して大きい、アルミニウム合金（合金番号５０５２）製の平座金１を用いることで、ボルト３・ナット４で、２０℃（常温）下で締め付けた際に比較して、−２０℃（低温）下ではガラス板Ｇよりもボルト３の方がより縮むため、ボルト３・ナット４間の間隔が狭まるが、ボルト３より線膨張係数が大きいアルミニウム合金（合金番号５０５２）製の平座金１が、厚みが薄くなる形状変化をすることで、該間隔の狭まりを埋めるように働き、ガラス板Ｇに作用するボルト軸方向の力が強まることを抑制したことによる。
【００８７】
ボルト３・ナット４で、２０℃（常温）下で締め付けた際に比較して、８０℃（高温）下ではガラス板Ｇよりもボルト３の方がより伸びるため、ボルト３・ナット４間の間隔が広がるが、ボルト３より線膨張係数が大きいアルミニウム合金（合金番号５０５２）製の平座金１が厚みを増す形状変化をすることで、該間隔の広がりを埋めるように働き、ガラス板Ｇに作用するボルト軸方向の力が弱まるのを抑制したことによる。
【００８８】
アルミニウム合金（合金番号５０５２）製の平座金１を用いることで、ボルト３・ナット４を締め付け後の温度変化に対して、ボルト軸方向の力の変化が少ない安定した接合が得られた。
（万能材料試験機による引っ張りせん断試験による接合力の測定）
次いで、本発明の板ガラスの接合構造における１箇所当たりの接合力を測定するために、万能材料試験機にて引っ張りせん断試験を実施した。
【００８９】
図５は万能材料試験機にて引っ張りせん断試験をする際の正面図である。
図６は万能材料試験機にて引っ張りせん断試験をした際の側面図であり、（Ａ）がボルト引っ張り金具の側面図、（Ｂ）がガラス引っ張り金具の側面図である。
【００９０】
万能材料試験機（株式会社オリエンテック製、型式ＵＣＴ−１０Ｔ）を用い、図５および図６の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、作製した接合力評価用試験片としての強化ガラス板Ｇと接合部材としての金属製のＬ字型部材８とを接合する際に、一対の締め付け部材であるボルト３・ナット４と金属製のＬ字型部材８との間にワッシャ５を挟んだ。ワッシャ５は、Ｓ４５Ｃ炭素鋼製で、呼び径、Ｍ２０、厚み、４．５ｍｍ、外径、４０ｍｍ、内径、２１ｍｍ、機械的性質による等級はＦ３５のものを用いた。
【００９１】
また、強化ガラス板Ｇと金属製Ｌ字型部材８との間に、応力発生部材として、強化ガラス板Ｇの貫通孔の端部６に、ボルト３・ナット４の締め付けによるボルト軸方向の力を加えないために挟み込む平座金１には、呼び径、Ｍ３０のアルミニウム合金（合金番号５０５２）製、厚み４．０ｍｍ、外径、５８ｍｍ、内径、３０ｍｍのものを用いた。この、アルミニウム合金製（合金番号５０５２）の平座金１のヤング率は７．０３×１０４ＭＰａであり、線膨張係数は２３．８×１０−６／℃（２０〜１００℃）である。
【００９２】
これら呼び径、Ｍ２０のワッシャ５と、Ｍ３０の平座金１との間に、厚さ１５ｍｍ、ボルト挿通用の２４ｍｍφの孔を有する、ＳＳ４００製のＬ字型部材８を挟みこんだ。
【００９３】
次いで、上記の強化ガラス板ＧとＬ字型部材８をボルト３・ナット４で締め付けた。
【００９４】
ボルト３・ナット４には、株式会社ＮＳボルテン製の摩擦接合用高力六角ボルト・ナット座金のセットを使用した。ボルト３は呼び径、Ｍ２０、首下長さ、１００ｍｍ、対角距離、３７ｍｍ、機械的性質による等級はＦ１０Ｔである。ナット４は呼び径、Ｍ２０、対角距離、３７ｍｍ、機械的性質による等級はＦ１０である。
【００９５】
強化ガラス板Ｇに貫通させたボルト３にナット４をねじ込み、トルクレンチを用いて１５０Ｎ・ｍのトルクで一次締めした後、そこからナット４を１２０度回転させて、ナット回転法に従い締め付けたが、強化ガラス板Ｇは破損しなかった。尚、このときのボルト３・ナット４の締め付けによる、ボルト３に発生するボルト軸方向の力は平均２０１ｋＮであった。
【００９６】
次いで、図５および図６の（Ａ）に示すように、平座金１を介して、高力六角ボルト３とナット４を用いて、平均２０１ｋＮのボルト軸方向の力で強化ガラス板Ｇと接合した一対のＬ字型部材８を、ボルト引っ張り金具９とをボルト１０にて接合した後、図示しない万能材料試験機ロードセルに連結し、図６の（Ｂ）に示すようにガラス引っ張り金具１１に強化ガラス板Ｇを挟み込んでボルト１２で固定し、ガラス引っ張り金具１１を、図示しない万能材料試験機固定金具に連結した。万能材料試験機により、ボルト引っ張り金具９およびガラス引っ張り金具１１を、図５および図６の（Ａ）および（Ｂ）の矢印に示すように、上下方向に引っ張り、平座金１、ボルト３・ナット４が、滑り動き始めたときの荷重を、本接合１箇所当たりの接合力として測定した。接合力の測定は３個の試験片に対して行い、測定結果は、５２ｋＮ、６５ｋＮ、５８ｋＮであり、平均値は５８ｋＮであった。
【００９７】
このように、ボルトの呼び径がＭ２０の高力六角ボルト３．ナット４を用い、平均２０１ｋＮのボルト軸方向の力で本接合方法により接合した場合、平均で５８ｋＮのせん断力に耐え得る接合が得られた。接合部に平均で５８ｋＮ以上のせん断力が作用しなければ、強化ガラス板Ｇの貫通孔、言い換えれば、ボルト挿通孔にボルト３が接触することがないため、せん断力で接合部が滑りガラス板Ｇと接触することがない接合強度が高い接合構造が得られた。
（本発明の接合構造の耐荷重試験）
次いで、本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法をリブガラスに使用する際に、実用に対して十分な接合強度が得られるかを確認するための耐荷重試験を行った。具体的には本発明のガラス板の接合構造及びその接合方法による強化ガラス板ＧとＬ字型部材８の接合部の耐荷重試験を行った。
【００９８】
最初に、耐荷重試験に用いたガラス試験片について説明する。耐荷重試験に用いた強化ガラス板Ｇの寸法は、板厚、１９ｍｍ、幅５００ｍｍ、長さ２０００ｍｍであり、強化ガラス板Ｇのガラス固定端側の端部に、強化ガラス板Ｇの固定端側の角から幅方向に１００ｍｍ、長さ方向に１００ｍｍの位置に、径２４ｍｍのボルト貫通孔を設け、さらに、この貫通孔より、強化ガラス板Ｇの幅方向に３００ｍｍの間隔、長さ方向に２００ｍｍの間隔で、径、２４ｍｍのボルト挿入用の貫通孔を４箇所設けた。
【００９９】
図７は、本発明のガラス板の接合構造の耐荷重試験方法を示す説明図であり、（Ａ）は、耐荷重試験装置の側面図であり、（Ｂ）は上面図である。
【０１００】
図７の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、強化ガラス板ＧとＬ字型部材１３との接合部に、ボルトの呼び径がＭ２０のボルト３を用い、強化ガラス板Ｇの固定端側に幅方向に３００ｍｍの間隔、ガラスの長さ方向に２００ｍｍの間隔、対角長さ３６０ｍｍとなるように貫通孔をあけて、接合部を４箇所設けた。
【０１０１】
本発明のガラス板の接合構造において、図７の（Ｂ）に示すようなガラス固定端の反対側端部に加える外力Ｗに対し、接合部１箇所当たりに働くせん断力Ｆは数１の式で算出される。
【０１０２】
【数１】
【０１０３】
接合部１箇所当たりの接合力は、５８ｋＮ程度のせん断力に耐えるが、ボルト３の軸方向の力のばらつき、ボルト３の軸方向の力の緩和などにより、接合力にばらつきが生じることが考えられるため、安全を考慮して、接合１カ所当たりの接合力、言い換えれば、本発明の接合１箇所当たりに作用するせん断許容力を５０ｋＮとして、耐荷重試験を行った。数１の式において、Ｆに５０ｋＮを代入して、接合構造が保たれる、ガラス固定端の反対側端部の外力Ｗを算出すると、Ｗ＝２０ｋＮとなる。
【０１０４】
図７の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、固定壁１４にボルト１５で締め付けて固定した、厚さ１２ｍｍの一対のＳＳ４００製のＬ字型部材１３に、ボルト３・ナット４およびワッシャ５および平座金１を用いて、前記強化ガラス板Ｇの端部を本発明のガラス板の接合構造となるように固定した。
【０１０５】
ボルト３には、呼び径、Ｍ２０、首下長さ１２０ｍｍ、機械的性質による等級、Ｆ１０Ｔのものを用い、ナット４には、呼び径、Ｍ２０、機械的性質による等級、Ｆ１０Ｔのものを用い、ワッシャ５には、呼び径、Ｍ２０、厚み４．５ｍｍ、外径、４０ｍｍ、内径、２１ｍｍ、機械的性質による等級はＦ３５のものを用いた。
【０１０６】
また、強化ガラス板Ｇの貫通穴に、ボルト３・ナット４の締め付けによるボルト軸方向の力を作用させないで強化ガラス板Ｇに圧接するように、強化ガラス板ＧとＬ字型金属板１３との間に挟み込む平座金１には、アルミニウム合金製（合金番号５０５２）の、呼び径、Ｍ３０の平座金、厚み４．０ｍｍ、外径、５８ｍｍ、内径、４０ｍｍ、ヤング率が７．０３×１０４ＭＰａ、線膨張係数が２３．８×１０−６／℃のものを用いた。
【０１０７】
ボルト３にナット４をねじ込み、トルクレンチを用いて１５０Ｎ・ｍのトルクで一次締めした後、そこからナット４を１２０度回転させて、ナット回転法に従い締め付けた。なお、このときに発生するボルト３・ナット４の締め付けによるボルト軸方向の力は、平均２０１ｋＮである。
【０１０８】
図７に示す耐荷重試験装置において、強化ガラス板Ｇを固定した反対側の端部に、図７中の矢印の方向へ、図示しない油圧ジャッキを用いて、０〜２０ｋＮの荷重Ｗを負荷した際の、接合部１６のボルト３の鉛直方向の変位量、接合部１６の真上の強化ガラス板Ｇの鉛直方向の変位量を計測し、強化ガラス板Ｇの鉛直方向の変位量からボルトの鉛直方向の変位量を引いたものを強化ガラス板Ｇのすべり量として計測した。
【０１０９】
荷重Ｗが２０ｋＮまで負荷をしたが、ボルト３と強化ガラス板Ｇの変位量はほぼ等しく、すべりが発生しなかった。また、強化ガラス板Ｇが破損することもなかった。言い換えれば２０ｋＮの外力に耐え得るリブガラス構造が得られた。
【０１１０】
この試験結果を、ガラス板と接合部材を接着する従来のガラスパネルの固定方法と比較すると、例えば、特許文献１の実施例では、強化ガラス板の長さが１７１９ｍｍ、固定端の幅が３２５ｍｍ、先端部（荷重負荷側）の幅が２４４ｍｍ、厚みが１９ｍｍで、１００ｍｍのピッチで３本の雄ねじ部材を挿通した場合、約９．８ｋＮ（１０００ｋｇｆ）でガラスが破壊したと記載されている。接合部から荷重を与える部位までの距離であるモーメント長を加味し、本接合部の耐荷重試験と比較すると、本発明のガラスの接合構造の試験結果では、モーメント長が長く、耐荷重試験として２０ｋＮの荷重を加える過酷な試験であるにも拘らず、強化ガラス板Ｇが滑らなかった。また、強化ガラス板Ｇが破損することもなかった。
【０１１１】
本発明のガラス板の接合構造の耐荷重試験の結果、強化ガラス板Ｇと平座金１と一対のＬ字型部材１３とが、ボルト３・ナット４の締め付けによるボルト軸方向の力により平座金１を介して一体化して、固定端の反対側に荷重が作用しても強化ガラス板Ｇのすべり変位が生じにくくなり、従来のガラス板と接合部材を接着する接合方法に比較して、より接合部の接合強度が向上していることがわかった。
【０１１２】
尚、本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法において、ガラス板の貫通孔と平座金１の貫通孔とが同心となるように配置する際の位置決めに、図示しないゴムまたは樹脂製のスペーサーを貫通孔の空間部に入れておくと、平座金１の内径とガラス板のボルト挿入孔の外径との間隔を一定に保つことができるため、ゴムまたは樹脂製のスペーサーを入れることが好ましい。また、ガラス板のボルト挿入孔とボルト３の軸部の間に、万一ずれが生じるような外力が作用して、接合部ですべりが生じた際、直接、ガラス板の貫通孔とボルト３の軸部が触れ合うことなく緩衝し破壊が抑制されるので、ゴムまたは樹脂製のスペーサーを入れることが好ましい。
【０１１３】
また、ガラス板と接合部材を接着する従来のガラスパネルの固定方法ではガラス板が滑り始める前にガラス板が破損していることから、接合数を増やすことでこれ以上接合強度を増やすことができないが、本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法では、接合数を増やすことや、接合のピッチを広げることで容易に接合強度を高めることも可能である。
【０１１４】
このことより、例えば、ガラススクリーンを建設する際、ガラススクリーンをなす面ガラスの支持に用いる方立てガラスとしてのリブガラスを長くし、その上端部を接合し支持する際、リブガラスの接合に本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法を用いる方が、ガラス板と接合部材を接着する従来のガラスパネルの固定方法よりも、接合強度が高く、有利であることがわかった。言い換えれば、リブガラスに本発明のガラス板の接合構造およびその接合方法を用いる方が、接合強度が従来の接合方法と同じであれば、リブガラスの幅を短くすることができる。また、接合数や接合の間隔を広げることで、従来の接合方法よりも接合強度を高くできるため、ガラススクリーンをなす面ガラス支持に用いるリブガラスの設置の間隔を広くすることが可能であり、ガラススクリーンとして視認性が高く、より開放的な空間を作り出すことができることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明のガラス板の接合構造および接合方法を使用する、具体的家具としてはガラステーブルおよびカラスキャビネット、建築物品としてはガラス間仕切り、建築物としてはガラススクリーン等が挙げられ、ガラス壁、ガラス屋根、大板ガラスを使用した開口部構成よりなるガラススクリーン等の大型建築物に使用される。例えば、目立つ金属方立の代りに、目立たないガラス方立て（リブガラス）を用いて、正面ガラスを（フェイスプレート）に加わる風荷重を支持する工法であるガラス・スタビライザー工法によるリブガラススクリーンにも使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】図１の（Ａ）は、本発明のガラス板の接合構造および接合方法によるガラス板と金属板の接合部の一例の拡大側面図である。図１の（Ｂ）は平座金を当接させた板ガラス貫通孔部の上面図である。
【図２】本発明のガラス板の接合構造および接合方法によるガラス板同士の接合部の一例の拡大側面図である。
【図３】本発明のガラス板の接合構造および接合方法により接合した板ガラスの一例の上面図である。
【図４】ボルト軸方向の力の温度依存性測定用試験片の上面図である
【図５】万能材料試験機にて引っ張りせん断試験をする際の正面図である。
【図６】万能材料試験機にて引っ張りせん断試験をした際の側面図であり、（Ａ）がボルト引っ張り金具の側面図、（Ｂ）がガラス引っ張り金具の側面図である。
【図７】本発明のガラス板の接合構造の耐荷重試験方法を示す説明図であり、（Ａ）は、耐荷重試験装置の側面図であり、（Ｂ）は上面図である。
【符号の説明】
【０１１７】
Ｇ、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３ ガラス板
１ 平座金
２ 金属板（接合部材）
３ ボルト
４ ナット
５ ワッシャ平座金
６ 貫通孔の端部
７ ロードワッシャ
８ Ｌ字型部材
９ ボルト引っ張り金具
１０ ボルト
１１ ガラス引っ張り金具
１２ ボルト
１３ Ｌ字型部材
１４ 固定壁
１５ ボルト
１６ 接合部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を擁するガラス板と接合部材を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材の締め付けにより生じる力でガラス板と接合部材を接合したガラス板の接合構造であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下で、線膨張係数がガラス板および一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板の貫通孔の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金をガラス板と接合部材との間に挟んでなることを特徴とするガラス板の接合構造。
【請求項２】
貫通孔を擁するガラス板同士を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材の締め付けにより生じる力でガラス板同士を接合したガラス板の接合構造であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下で、線膨張係数がガラス板および一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板の貫通孔の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金をガラス板に圧接および／またはガラス板間に挟んでなることを特徴とするガラス板の接合構造。
【請求項３】
前記平座金がアルミニウム製またはアルミニウム合金製であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラスの接合構造。
【請求項４】
平座金をガラス板の貫通孔に対して同心に配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のガラス板の接合構造。
【請求項５】
貫通孔を擁するガラス板と接合部材を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材の締め付けにより生じる力でガラス板と接合部材を接合したガラス板の接合方法であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下で、線膨張係数がガラス板および一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板の貫通孔の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金をガラス板と接合部材との間に挟むことを特徴とするガラス板の接合方法。
【請求項６】
貫通孔を擁するガラス板同士を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材の締め付けにより生じる力でガラス板同士を接合したガラス板の接合方法であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下で、線膨張係数がガラス板および一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板の貫通孔の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金をガラス板に圧接させるおよび／またはガラス板間に挟むことを特徴とするガラス板の接合方法。
【請求項１】
貫通孔を擁するガラス板と接合部材を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材の締め付けにより生じる力でガラス板と接合部材を接合したガラス板の接合構造であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下で、線膨張係数がガラス板および一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板の貫通孔の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金をガラス板と接合部材との間に挟んでなることを特徴とするガラス板の接合構造。
【請求項２】
貫通孔を擁するガラス板同士を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材の締め付けにより生じる力でガラス板同士を接合したガラス板の接合構造であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下で、線膨張係数がガラス板および一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板の貫通孔の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金をガラス板に圧接および／またはガラス板間に挟んでなることを特徴とするガラス板の接合構造。
【請求項３】
前記平座金がアルミニウム製またはアルミニウム合金製であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラスの接合構造。
【請求項４】
平座金をガラス板の貫通孔に対して同心に配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のガラス板の接合構造。
【請求項５】
貫通孔を擁するガラス板と接合部材を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材の締め付けにより生じる力でガラス板と接合部材を接合したガラス板の接合方法であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下で、線膨張係数がガラス板および一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板の貫通孔の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金をガラス板と接合部材との間に挟むことを特徴とするガラス板の接合方法。
【請求項６】
貫通孔を擁するガラス板同士を重ね、貫通孔に挿通させた一対の締め付け部材の締め付けにより生じる力でガラス板同士を接合したガラス板の接合方法であって、ヤング率が６．７０×１０４ＭＰａ以上、７．３０×１０４ＭＰａ以下で、線膨張係数がガラス板および一対の締め付け部材の線膨張係数よりも大きく、内径がガラス板の貫通孔の直径よりも１．０ｍｍ以上大きい平座金をガラス板に圧接させるおよび／またはガラス板間に挟むことを特徴とするガラス板の接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−７４６２４（Ｐ２００９−７４６２４Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４４９８１（Ｐ２００７−２４４９８１）
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【出願人】（０００００２２００）セントラル硝子株式会社 (1,198)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【出願人】（０００００２２００）セントラル硝子株式会社 (1,198)
【Ｆターム（参考）】
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