複層ガラス
【課題】複層ガラスに特有の共鳴透過現象の発生による、特に低周波域での音響透過損失の落ち込みを効果的に抑制し、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。
【解決手段】３枚のガラス板Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３が周縁端部に配設されているスペーサー４を介して隔置され、ガラス板Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の間に密封された中空層１，２が形成されている複層ガラスＧ１，Ｇ２，Ｇ３において、前記複層ガラスを構成する内部のガラス板Ｇ２を、両側２枚のガラス板Ｇ１，Ｇ３の共鳴透過現象の力学的平衡点から外した位置に設け、共鳴透過現象による低周波領域での音響透過損失の落ち込みを抑制することを特徴とする複層ガラス。
【解決手段】３枚のガラス板Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３が周縁端部に配設されているスペーサー４を介して隔置され、ガラス板Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の間に密封された中空層１，２が形成されている複層ガラスＧ１，Ｇ２，Ｇ３において、前記複層ガラスを構成する内部のガラス板Ｇ２を、両側２枚のガラス板Ｇ１，Ｇ３の共鳴透過現象の力学的平衡点から外した位置に設け、共鳴透過現象による低周波領域での音響透過損失の落ち込みを抑制することを特徴とする複層ガラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複層ガラスに関する。特に、共鳴透過現象による低周波領域における遮音性能の低下を抑制した複層ガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
複層ガラスは、一般に、複数枚のガラス板を、スペーサーを用いて隔置し、ガラス板とスペーサーとで密閉空間である中空層を形成せしめた構成であり、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ことが知られている。
【０００３】
このように、複層ガラスは中空層を有するため断熱性能には優れるが、この中空層が存在することによって、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ためである。特に、複層ガラスは、ドアや窓材として使用されるようになってきており。断熱性能とともに防音性能を十分に有するものが求められる。
【０００４】
複層ガラスの遮音性能を低下させる要因についてはいくつかの現象が知られており、複層ガラスにおける遮音性能を向上させるには、主にコインシデンス効果と共鳴透過現象の二つの現象を抑制することが重要となることが知られている。
【０００５】
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。
【０００６】
また、共鳴透過現象とは、図２に示すように、複層ガラスにおいて、１対のガラスが中空層をバネとして共振し、中空層のある部分（力学的平衡点）を境にして右側の系と左側の系が同じ振動数で振動する現象である。この２つの系はエネルギー的に等価であることになり互いに共鳴し、複層ガラスはこの振動数の元では遮音性能が低下する。
【０００７】
これまで、複層ガラスの遮音性を向上させるために、複層ガラスを構成するそれぞれのガラス板の厚さ設計変更する方法や、中空層に封入するガスの種類を選定する方法など、種々の対策が検討されている。
【０００８】
例えば、特許文献１には、断熱性能、遮音性能を有する複層ガラスについて記載されており、複層ガラスを構成する３枚のガラス板の板厚を全て異ならせることによって、ある特定の周波数でガラス板同士が共振現象を抑制し、遮音性能を向上させた複層ガラスが開示されている。
【０００９】
また、特許文献２において、本出願人らは、対称構造を特徴とした複層ガラスにおいて、それぞれの中空層に異なるガス、具体的には、それぞれの中空層に音の吸収に優れたヘリウムガスと空気を封入し、内部のガラス板からみて、音響的に非対称にすることによって遮音性能を向上させた複層ガラスを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−６０１４１号公報
【特許文献２】特開２０１０−６６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１および特許文献２に記載されるように、複層ガラスを構成するガラス板の厚さの違いや中空層のガスを組み合わせることによって、遮音性能を向上させることは可能であるが、これらの構成では、共鳴透過現象による、特に低周波数における音響透過損失の落ち込みを十分に抑制できないという問題点があった。また、これまで、共鳴透過現象に関する有効な対策方法についても詳細に報告された例は少ない。
【００１２】
特に、JIS規格（「サッシ」ＪＩＳ Ａ４７０６：２０００参照）のＴ−等級による性能表示では、特に、１００〜５００Ｈｚにおける低周波領域での共鳴透過現象による遮音性の落ち込みがＴ−等級を決定するため、この対策が不可欠となる。
【００１３】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、複層ガラスにおける共鳴透過現象の発生による特に低周波域での音響透過損失の落ち込みを効果的に抑制し、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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意検討した結果、複層ガラスを構成する内部のガラス板を、両側２枚のガラス板の共鳴透過現象の力学的平衡点から外した位置に設けることによって、特に低周波域での共鳴透過現象のバランスを崩し、音響透過損失の落ち込みをより効果的に抑制できることを見出し、本発明に至った。
【００１５】
すなわち、本発明は、３枚のガラス板が周縁端部に配設されているスペーサーを介して隔置され、ガラス板の間に密封された中空層が形成されている複層ガラスにおいて、前記複層ガラスを構成する内部のガラス板を、両側２枚のガラス板の共鳴透過現象の力学的平衡点から外した位置に設け、共鳴透過現象による低周波領域での音響透過損失の落ち込みを抑制することを特徴とする複層ガラスである。
【００１６】
また、本発明は、前記両側２枚のガラス板の共鳴透過現象の力学的平衡点が、下記一般式（１）
【００１７】
【数１】
【００１８】
（ここに、frmdは、複層ガラスの共鳴透過周波数（Hz）、dは中空層の厚さ（mm）、ρは中空層に封入されるガスの密度（kg/m3）、m1 、m2はガラス板の面密度（kg/m2）、cはガスの音速（m/s）である。）
によって算出されることを特徴とする上述の複層ガラスである。
【００１９】
上記一般式（１）に基づき、複層ガラスの共鳴透過現象の力学的平衡点を算出することができる。また、ここで言う力学的平衡点とは、複層ガラスを構成する２枚のガラス板とその間にはさまれるガス層（中空層）における共鳴透過現象の境界点を表し、この力学的平衡点を境にして、複層ガラスの右側の系と左側の系が同じ固有周波数で振動する。
【００２０】
また、本発明は、前記３枚のガラス板の面密度がそれぞれ同じであり、かつ、それぞれの中空層に封入されるガスが同じである複層ガラスであって、前記それぞれの中空層に封入されるガスが、アルゴンまたはクリプトンから選ばれ、前記複層ガラスの総厚さが１７ｍｍ以上、２４ｍｍ以下であり、一方の中空層の厚さが２．０ｍｍ以上、12.5ｍｍ以下、他方の中空層の厚さが２．０ｍｍ以上、１２．５ｍｍ以下であり、さらに、熱貫流率が２．３７Ｗ/ｍ2・Ｋ以下であることを特徴とする上述の複層ガラスである。
【００２１】
また、本発明は、３枚のガラス板が周縁端部に配設されているスペーサーを介して隔置され、ガラス板の間に密封された中空層が形成されている複層ガラスにおいて、前記複層ガラスを構成する内部のガラス板を、両側２枚のガラス板の共鳴透過現象の力学的平衡点から外した位置に設け、共鳴透過現象による低周波領域での音響透過損失の落ち込みを抑制することを特徴とする複層ガラスの設計手法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の複層ガラスの構成によれば、複層ガラスに特有の共鳴透過現象の発生による、特に低周波域での音響透過損失の落ち込みを効果的に抑制し、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が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の複層ガラスの一例の部分拡大断面図を示す。
【図２】一対のガラス板における共鳴透過現象の概念図である。
【図３】第一の実施形態の概念図である。
【図４】第二の実施形態の概念図である。
【図５】第一の実施形態に係る複層ガラスの遮音性能曲線グラフである。
【図６】第二の実施形態に係る複層ガラスの遮音性能曲線グラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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がスペーサー６を介して隔置され、３枚のガラスＧ１、Ｇ２、Ｇ３とスペーサー６で密閉された空間である２つの中空層１、２が形成される。
【００２６】
さらに、スペーサー６の両側にはブチルゴム接着剤などの一次シール材７が貼着され、３枚のガラスＧ１、Ｇ２、Ｇ３を一次シール材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を形成する。中空層１、２にはゼオライトなどの乾燥剤が充填される。尚、３枚のガラスＧ１、Ｇ２、Ｇ３とスペーサー６に囲まれた凹部の形状を有する二次シール部８には、水分などが浸入しないように、シリコーンシーラントやポリサルファイドシーラントなどが充填される。
【００２７】
本発明の複層ガラスの構成は、複層ガラスを構成する内部のガラス板Ｇ２を、両側２枚のガラス板Ｇ１、Ｇ３の共鳴透過現象の力学的平衡点から外した位置に設けることによって、共鳴透過現象のバランスを崩し、共鳴透過現象による低周波域の遮音性能の落ち込みを解消することで、遮音性能が向上させることを特徴としている。
【００２８】
共鳴透過現象とは、１対のガラス板が中空層をバネとして共振する現象であり、図２に示すように、この現象は、２枚のガラス板が中空層のガスのバネでつながれた力学モデルで近似することができ、中空層のある部分を力学的平衡点とし、この力学的平衡点を境にして右側の系と左側の系が同じ振動数で振動する。この２つの系はエネルギー的に等価であることになり互いに共鳴し、複層ガラスはこの振動数の元では遮音性能が低下する。
【００２９】
３枚のガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を有する複層ガラスの場合、特に、両側２枚のガラス板Ｇ１、Ｇ３の間において、中空層を介して、上記説明した共鳴透過現象が起こり、その際、ガラス板Ｇ１、Ｇ３の間に共鳴透過現象の力学的平衡点が存在する。特に、その力学的平衡点に内部のガラス板Ｇ２が接触するように配置すると、複層ガラスを構成するガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３が共に共振することによって、特定の共振周波数において、共鳴透過現象が起こり、遮音性能が著しく低下してしまう（後述の比較例１−１、比較例２−１参照）。
【００３０】
そのため、本発明の複層ガラスは、複層ガラスを構成する内部のガラス板Ｇ２を、両側２枚のガラス板Ｇ１、Ｇ３の共鳴透過現象の力学的平衡点から外した位置に設けることによって、ガラス板Ｇ１、Ｇ３の共鳴透過現象のバランスを崩し、共鳴透過現象による低周波域の遮音性能の落ち込みを解消することで、遮音性能が向上することを特徴としている。
【００３１】
以下の一般式１を用いて共鳴透過現象の力学的平衡点について説明する。なお、共鳴透過現象の起きる周波数は以下で示される。
【００３２】
【数２】
【００３３】
（ここに、frmdは、複層ガラスの共鳴透過周波数（Hz）、dは中空層（mm）、 ρは中空層に封入されるガスの密度（kg/m3）、m1 、m2はガラス板の面密度（kg/m2）、cはガスの音速（m/s）である。）
この一般式１より、１対のガラス板が中空層をバネとして共振する現象である共鳴透過現象の力学的平衡点は、構成するガラス板の面密度、中空層に封入するガスの密度や音速、などによって決定されると考えられる。
【００３４】
一般式１より、種々の構成を有する複層ガラスの共鳴透過現象の力学的平衡点を算出できるが、本明細書では、本発明の複層ガラスに係る実施形態として、一例を挙げ、上記の力学的平衡点の算出について説明する。
【００３５】
本発明の適用可能な一例として、複層ガラスを構成するガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の面密度がそれぞれｍ１、ｍ２、ｍ３であり、それぞれの中空層１、２に同一のガスを封入した複層ガラスを設計する場合を第一の実施形態として図３を用いて説明する。
【００３６】
両側２枚のガラス板Ｇ１、Ｇ３の共鳴透過現象は、図３に示すように、共鳴透過現象の力学的を境界点として、中空層がバネに相当し、左右の系は同じ周波数で振動する。この際、面密度ｍ１のガラス板Ｇ１とつながる中空層がバネに相当し、ｍ３/（ｍ１＋ｍ３）に対応する分だけ、縮んで蓄えられたエネルギーと面密度ｍ３のガラス板Ｇ３につながるバネがｍ１/（ｍ１＋ｍ３）だけ縮んで蓄えられたエネルギーは等価である。
【００３７】
すなわち、図３に示すように、両側２枚のガラス板Ｇ１（面密度ｍ１）とＧ３（面密度ｍ３）の共鳴透過現象は、ガラス板Ｇ１の内部側の表面から力学的平衡点までの距離ｄL（ただし、内部側の表面から力学的平衡点までの距離ｄLにおいて、ガラス板がある場合、その厚さ分は含まない）と、ガラス板Ｇ３の内部側の表面から力学的平衡点までの距離ｄRが、ガラス板Ｇ３の面密度とガラス板Ｇ１の面密度の比に対応する割合の関係（ｄL：ｄR ＝ｍ３：ｍ１）となる力学的平衡点を境界点として発生する。
【００３８】
例えば、このとき、ガラス板Ｇ１、Ｇ３の面密度ｍ１、ｍ３が同一である場合（ｍ１ ＝ ｍ３）、複層ガラスを構成する両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３の共鳴透過現象の力学的平衡点はガラス板Ｇ１からＧ３の距離における中心点となる。そこで、内部のガラス板Ｇ２を、この共鳴透過現象の力学的平衡点から外した位置に設けることによって、共鳴透過現象のバランスを崩し、遮音性能の低下を抑制することが可能となる（後述の実施例１−１参照）。
【００３９】
また、本発明の適用可能な他の例として、複層ガラスを構成するガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の面密度がそれぞれ、ｍ１、ｍ２、ｍ３であり、それぞれの中空層１、２に異なるガスを封入した複層ガラスを設計する場合を第二の実施形態として図４を用いて説明する。
【００４０】
両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３の面密度がそれぞれ同じ（ｍ１ ＝ ｍ３）であり、一方の中空層と、他方の中空層に封入されるガスが異なる複層ガラスを設計する場合、一般式（１）において、ガラス板の面密度からｍ１＝ｍ３であるため、一般式１は、以下の一般式（２）となる。一般式（２）において、ｄは、ガラス板Ｇ１（面密度ｍ１）とガラス板Ｇ３（面密度ｍ3）の複層ガラスを想定した場合における、ガラス板Ｇ１の内部側の表面から、ガラス板Ｇ３の内部側の表面までの距離である。
【００４１】
【数３】
【００４２】
ここで、３枚のガラス板からなる３層複層ガラスを想定し、一方の中空層をＬ（左側の系）とし、他方の中空層をＲ（右側の系）とすれば、共鳴透過現象では、力学的平衡点を境にして一方の中空層の系と他方の中空層の系が同じ周波数であるため、一般式（２）は以下の一般式（３）となる。
【００４３】
一般式（３）において、ｄＬは、力学的平衡点を境にした左側の系のガラス板の内部側の表面から、力学的平衡点までの距離であり、ｄＲは、力学的平衡点を境にした左側の系のガラス板の内部側の表面から、力学的平衡点までの距離である。また、一般式（２）におけるｄは、ｄＬとｄＲの和（ｄ＝ｄＬ＋ｄＲ）である。
【００４４】
【数４】
【００４５】
さらに、この一般式（３）を変形すると、以下の一般式（４）になる。
【００４６】
【数５】
【００４７】
この一般式４より、それぞれの中空層に封入するガスが異なる場合において、複層ガラスを構成する両側のＧ１、Ｇ３の共鳴透過現象の力学的平衡点は、それぞれの中空層に封入されるガスの密度（同温同圧における単位体積当たりの質量）ρと音速cの二乗の積（ρｃ2）で決まることが分かる。
【００４８】
すなわち、図４に示すように、両側２枚のガラス板Ｇ１（面密度ｍ１）とＧ３（面密度ｍ３）の共鳴透過現象は、ガラス板Ｇ１の内部側の表面から力学的平衡点までの距離ｄL（ただし、内部側の表面から力学的平衡点までの距離ｄLにおいて、ガラス板がある場合、その厚さ分は含まない）と、ガラス板Ｇ３の内部側の表面から力学的平衡点までの距離ｄRが、中空層１（左側の系）に封入される密度ρRと音速の二乗の積（ρRｃR2）と中空層２（右側の系）に封入される密度ρLと音速の二乗の積（ρLｃL2）の比に対応する割合の関係（ｄL：ｄR ＝ρLｃL2：ρRｃR2）となる力学的平衡点を境界点として発生する。
【００４９】
以下に、参考として、複層ガラスの中空層に封入されうるガスの密度（同温同圧における単位体積当たりの質量）ρと音速c、および密度（同温同圧における単位体積当たりの質量）ρと音速cの二乗の積（ρｃ2）をまとめたものを表１として示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
したがって、３枚のガラス板Ｇ１、Ｇ３が同じ面密度であり、かつ、中空層１、２に封入するガスが異なる複層ガラスを設計する場合、複層ガラスを構成する両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３の共鳴透過現象の力学的平衡点は図４に示すような、ガラス板Ｇ１からＧ３の距離において、ガスの密度（同温同圧における単位体積当たりの質量）ρと音速cの二乗の積（ρｃ2）によって決まることになる。そこで、内部のガラス板Ｇ２を、この共鳴透過現象の力学的平衡点から外した位置に設けることによって、共鳴透過現象による遮音性能の低下を抑制することが可能となる（後述の実施例２−１参照）。
【００５２】
このように、内部のガラス板Ｇ２を、両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３の共鳴透過現象における力学的平衡点から外すことによって共鳴透過現象のバランスを崩すことが可能であり、両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３の共鳴透過現象における力学的平衡点がガラス板Ｇ２の中心部にならなければ、共鳴透過現象のバランスを崩すことに有効であると考えられるが、できるだけ、内部のガラス板Ｇ２が力学的平衡点に接触しないようにすることが好ましい。
【００５３】
また、一般式１より、共鳴透過周波数は、中空層厚さ、ガラス板の面密度、中空層に封入されるガスの密度、音速など物性に依存するため、この一般式１より、複層ガラスを構成する要素である中空層厚さやガラス板の面密度などを適宜設計することによって、共鳴透過周波数の位置（周波数領域）を調整することが好ましい。
【００５４】
また、本発明の複層ガラスに適用されるガラス板と２つの中空層に封入されるガスは特に限定されないが、複層ガラスの製造工程において、それぞれ異なる厚さのガラス板や、２つの中空層に異なるガスを封入する場合、材料の調達が煩雑であり、製造工程が複雑さを考慮すると、３枚のガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の厚さ、面密度がそれぞれ同一であり、２つの中空層１、２にはそれぞれ同一のガスが封入されることが特に好ましい。
【００５５】
本発明の複層ガラスに適用されるガラス板の厚さは、特に限定されないが、ガラス板の厚さが厚くなると、複層ガラスをサッシ枠に適用した際に、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、価格が上昇するため、総厚の薄い複層ガラスが好ましい。そのため、それぞれのガラスの厚さが薄いものを用いることが好ましいが、複層ガラスの強度や、遮音性、断熱性などを考慮して適宜設計されることが好ましい。
【００５６】
また、本発明の複層ガラスに設けられるそれぞれの中空層１、２に封入するガスの種類は、一般的な複層ガラスに用いられる公知のガスを用いることができ、例えば、空気、窒素、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、六フッ化イオウなどおよびそれらの混合ガスが挙げられる。所望の断熱性や遮音性の目標値を考慮し、適宜ガス種を選定することが好ましい。
【００５７】
なお、上記説明のそれぞれの中空層１、２に異なる封入ガスを用いる場合、それぞれのガスの密度（同温同圧における単位体積当たりの質量）ρと音速cの二乗の積（ρｃ2）が大きく異なるガスを封入することが特に好ましい。例えば、一方の中空層に、アンモニア、メタン、空気、アルゴンなどの密度ρと音速cの二乗の積（ρｃ2）が小さいガスを、他方の中空層には、六フッ化イオウとアルゴンの混合ガス、クリプトンなど、密度ρと音速cの二乗の積（ρｃ2）が大きいガスを封入することが好ましい。
【００５８】
本発明の複層ガラスに適用されるガラス板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。また、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とも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ももちろん可能である。
【００５９】
また、上述で説明したように、一般的な３層の複層ガラスの構成は、３枚のガラス板と２つのスペーサーと二次シール８により互いに固定、拘束されている構造となっている。これらの端部の構造、剛性が同じであると複層ガラスの端部拘束部の２次モーメントが同じことより、それぞれの固有振動が一致し共振が起こり遮音性能の低下につながるという問題点がある。
【００６０】
そのため、複層ガラスの端部拘束部での共振による遮音性能の低下を避けるためには、端部拘束部の構造をそれぞれ異なる構造にすることが好ましい。例えば、複層ガラスの一方に設けられるスペーサーと、他方に設けられるスペーサーの形状や、剛性などの材質を異なるものにすることが好ましい。
【００６１】
端部拘束部の構造をそれぞれ異なる構造にする一例として、一方に設けられるスペーサーの材質を断面２次モーメントと固有振動数が小さい樹脂スペーサーを、他方に設けられるスペーサーの材質を断面２次モーメントと固有振動数が大きい金属スペーサーを用いる方法などが挙げられる。
【００６２】
樹脂製のスペーサーの材質としては、例えば、ブチルゴムやポリイソブチレンまたは少なくともポリイソブチレンを一成分とする共重合体を樹脂成分とする熱可塑性エラストマーに乾燥剤を含有させたもの、ＥＶＡ系（エチレン酢酸ビニル共重合体）にゼオライトなどの乾燥剤を含有させた、樹脂スペーサーなどが挙げられ、金属製のスペーサーの材質としては、アルミやステンレス鋼製等を挙げることができる。
【００６３】
また、本発明の複層ガラスは、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ることができ、固定窓、可動窓等の窓や、開閉ドア等のドアとして、１つの構成材として扱うことができる。
【実施例】
【００６４】
本発明に係る複層ガラスの、特に１０００Ｈｚ以下における低周波数領域における遮音性能に関する試験を行った。
【００６５】
遮音性能試験は、「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に基づき行った。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。
【００６６】
[実施例１−１]
第一の実施形態に係る例として、図１に示されるような複層ガラスにおいて、総厚は２１．１ｍｍであって、構成するガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の板厚がそれぞれ３ｍｍのフロートガラス（それぞれ同一な密度）を用い、一方の中空層１の厚みを１０ｍｍ、他方の中空層２の厚みを２ｍｍ、中空層１、２に封入ガスとしてクリプトンを用いた構成の複層ガラス（ＦＬ３＋Ｋｒ１０＋ＦＬ３＋Ｋｒ２＋ＦＬ３）を用いて遮音特性の測定を行った。なお、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。
【００６７】
[比較例１−１]
また同様に、内部のガラス板Ｇ２を、両側２枚のガラス板Ｇ１、Ｇ３の共鳴透過現象の力学的平衡点に設置する複層ガラスを比較例として、一方の中空層１の厚みを６ｍｍ、他方の中空層２の厚みを６ｍｍ、とした以外は実施例１−１と同じ条件の複層ガラス（ＦＬ３＋Ｋｒ６＋ＦＬ３＋Ｋｒ６＋ＦＬ３）を用いて遮音特性の測定を行った。
【００６８】
表１、および図５に、実施例１−１および比較例１−１におけるそれぞれの構成の複層ガラスの遮音性能結果を示す。
【００６９】
【表２】
【００７０】
図５のグラフに示すように、実施例１−１の構成の複層ガラス（ＦＬ３＋Ｋｒ１０＋ＦＬ３＋Ｋｒ２＋ＦＬ３、総厚２３．１ｍｍ）では、比較例１−１の構成（ＦＬ３＋Ｋｒ６＋ＦＬ３＋Ｋｒ６＋ＦＬ３）の複層ガラスに比べ、特に１０００Ｈｚ以下における低周波領域での音響透過損失に顕著な差が認められる。
【００７１】
これらの結果より、複層ガラスの内部の板ガラスＧ２を共鳴透過現象の力学的平衡点上に配置すると、低周波領域での音響透過損失の落ち込みが生じていることが分かり、複層ガラスの内部の板ガラスＧ２を共鳴透過現象の力学的平衡点から外すことによって、低周波領域での音響透過損失の落ち込みを効果的に抑制することがよく分かる。
【００７２】
[実施例２−１]
第二の実施形態に係る例として、図１に示されるような複層ガラスにおいて、総厚は２３．１ｍｍであって、構成する両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３の板厚がそれぞれ６ｍｍのフロートガラスを用い、内部のガラス板Ｇ２の板厚が４ｍｍのフロートガラスを用い、中空層１に封入ガスとして、アルゴンを用い、中空層１の厚みを４ｍｍとして、他方の中空層２に封入ガスとして、六フッ化イオウを用い、中空層２の厚みを４ｍｍとした構成の複層ガラス（ＦＬ６＋Ａｒ４＋ＦＬ４＋ＳＦ４＋ＦＬ６）を用いて遮音特性の測定を行った。なお、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。
【００７３】
[比較例２−１]
また同様に、内部のガラス板Ｇ２を、両側２枚のガラス板Ｇ１、Ｇ３の共鳴透過現象の力学的平衡点に設置する複層ガラスを比較例２−１として、中空層１に封入ガスとして、六フッ化イオウを用いる以外は、実施例１と同じ条件の複層ガラス（ＦＬ６＋ＳＦ４＋ＦＬ４＋ＳＦ４＋ＦＬ６）を用いて、同じ条件で遮音特性の測定を行った。
【００７４】
[参考例２−１]
また、参考例１として、２枚の複層ガラスの中空層に、封入ガスとして六フッ化イオウを用い、両側のガラス板の厚さを、それぞれ６ｍｍ、中空層の厚さを１２ｍｍとした構成の複層ガラス（ＦＬ６＋ＳＦ１２＋ＦＬ６）を用いて、同じ条件で遮音特性の測定を行った。
【００７５】
表２、および図６に、実施例２−１、比較例２−１、及び、参考例２−１におけるそれぞれの構成の複層ガラスの遮音性能結果を示す。
【００７６】
【表３】
【００７７】
図６のグラフに示すように、実施例２−１の構成（ＦＬ６＋Ａｒ４＋ＦＬ４＋ＳＦ４＋ＦＬ６、総厚２３．１ｍｍ）と、比較例１の構成（ＦＬ３＋Ｋｒ６＋ＦＬ３＋Ｋｒ６＋ＦＬ３）や参考例１の構成（ＦＬ６＋ＳＦ１２＋ＦＬ６）の複層ガラスを比較すると、特に１０００Ｈｚ以下における低周波領域での音響透過損失に顕著な差が認められる。
【００７８】
これらの結果より、比較例２−１に示すように、複層ガラスの内部の板ガラスＧ２を共鳴透過現象の力学的平衡点上に配置すると、低周波領域での音響透過損失の落ち込みが生じていることが分かり、実施例２−１に示すように、複層ガラスの内部の板ガラスＧ２を共鳴透過現象の力学的平衡点から外すことによって、低周波領域での音響透過損失の落ち込みを効果的に抑制することがよく分かる。
【００７９】
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４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。
【００８０】
【表４】
【符号の説明】
【００８１】
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３ ガラス板
１、２ 中空層
３ 乾燥剤
４ スペーサー
５ １次シール材
６ ２次シール材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複層ガラスに関する。特に、共鳴透過現象による低周波領域における遮音性能の低下を抑制した複層ガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
複層ガラスは、一般に、複数枚のガラス板を、スペーサーを用いて隔置し、ガラス板とスペーサーとで密閉空間である中空層を形成せしめた構成であり、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ことが知られている。
【０００３】
このように、複層ガラスは中空層を有するため断熱性能には優れるが、この中空層が存在することによって、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ためである。特に、複層ガラスは、ドアや窓材として使用されるようになってきており。断熱性能とともに防音性能を十分に有するものが求められる。
【０００４】
複層ガラスの遮音性能を低下させる要因についてはいくつかの現象が知られており、複層ガラスにおける遮音性能を向上させるには、主にコインシデンス効果と共鳴透過現象の二つの現象を抑制することが重要となることが知られている。
【０００５】
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。
【０００６】
また、共鳴透過現象とは、図２に示すように、複層ガラスにおいて、１対のガラスが中空層をバネとして共振し、中空層のある部分（力学的平衡点）を境にして右側の系と左側の系が同じ振動数で振動する現象である。この２つの系はエネルギー的に等価であることになり互いに共鳴し、複層ガラスはこの振動数の元では遮音性能が低下する。
【０００７】
これまで、複層ガラスの遮音性を向上させるために、複層ガラスを構成するそれぞれのガラス板の厚さ設計変更する方法や、中空層に封入するガスの種類を選定する方法など、種々の対策が検討されている。
【０００８】
例えば、特許文献１には、断熱性能、遮音性能を有する複層ガラスについて記載されており、複層ガラスを構成する３枚のガラス板の板厚を全て異ならせることによって、ある特定の周波数でガラス板同士が共振現象を抑制し、遮音性能を向上させた複層ガラスが開示されている。
【０００９】
また、特許文献２において、本出願人らは、対称構造を特徴とした複層ガラスにおいて、それぞれの中空層に異なるガス、具体的には、それぞれの中空層に音の吸収に優れたヘリウムガスと空気を封入し、内部のガラス板からみて、音響的に非対称にすることによって遮音性能を向上させた複層ガラスを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−６０１４１号公報
【特許文献２】特開２０１０−６６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１および特許文献２に記載されるように、複層ガラスを構成するガラス板の厚さの違いや中空層のガスを組み合わせることによって、遮音性能を向上させることは可能であるが、これらの構成では、共鳴透過現象による、特に低周波数における音響透過損失の落ち込みを十分に抑制できないという問題点があった。また、これまで、共鳴透過現象に関する有効な対策方法についても詳細に報告された例は少ない。
【００１２】
特に、JIS規格（「サッシ」ＪＩＳ Ａ４７０６：２０００参照）のＴ−等級による性能表示では、特に、１００〜５００Ｈｚにおける低周波領域での共鳴透過現象による遮音性の落ち込みがＴ−等級を決定するため、この対策が不可欠となる。
【００１３】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、複層ガラスにおける共鳴透過現象の発生による特に低周波域での音響透過損失の落ち込みを効果的に抑制し、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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意検討した結果、複層ガラスを構成する内部のガラス板を、両側２枚のガラス板の共鳴透過現象の力学的平衡点から外した位置に設けることによって、特に低周波域での共鳴透過現象のバランスを崩し、音響透過損失の落ち込みをより効果的に抑制できることを見出し、本発明に至った。
【００１５】
すなわち、本発明は、３枚のガラス板が周縁端部に配設されているスペーサーを介して隔置され、ガラス板の間に密封された中空層が形成されている複層ガラスにおいて、前記複層ガラスを構成する内部のガラス板を、両側２枚のガラス板の共鳴透過現象の力学的平衡点から外した位置に設け、共鳴透過現象による低周波領域での音響透過損失の落ち込みを抑制することを特徴とする複層ガラスである。
【００１６】
また、本発明は、前記両側２枚のガラス板の共鳴透過現象の力学的平衡点が、下記一般式（１）
【００１７】
【数１】
【００１８】
（ここに、frmdは、複層ガラスの共鳴透過周波数（Hz）、dは中空層の厚さ（mm）、ρは中空層に封入されるガスの密度（kg/m3）、m1 、m2はガラス板の面密度（kg/m2）、cはガスの音速（m/s）である。）
によって算出されることを特徴とする上述の複層ガラスである。
【００１９】
上記一般式（１）に基づき、複層ガラスの共鳴透過現象の力学的平衡点を算出することができる。また、ここで言う力学的平衡点とは、複層ガラスを構成する２枚のガラス板とその間にはさまれるガス層（中空層）における共鳴透過現象の境界点を表し、この力学的平衡点を境にして、複層ガラスの右側の系と左側の系が同じ固有周波数で振動する。
【００２０】
また、本発明は、前記３枚のガラス板の面密度がそれぞれ同じであり、かつ、それぞれの中空層に封入されるガスが同じである複層ガラスであって、前記それぞれの中空層に封入されるガスが、アルゴンまたはクリプトンから選ばれ、前記複層ガラスの総厚さが１７ｍｍ以上、２４ｍｍ以下であり、一方の中空層の厚さが２．０ｍｍ以上、12.5ｍｍ以下、他方の中空層の厚さが２．０ｍｍ以上、１２．５ｍｍ以下であり、さらに、熱貫流率が２．３７Ｗ/ｍ2・Ｋ以下であることを特徴とする上述の複層ガラスである。
【００２１】
また、本発明は、３枚のガラス板が周縁端部に配設されているスペーサーを介して隔置され、ガラス板の間に密封された中空層が形成されている複層ガラスにおいて、前記複層ガラスを構成する内部のガラス板を、両側２枚のガラス板の共鳴透過現象の力学的平衡点から外した位置に設け、共鳴透過現象による低周波領域での音響透過損失の落ち込みを抑制することを特徴とする複層ガラスの設計手法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の複層ガラスの構成によれば、複層ガラスに特有の共鳴透過現象の発生による、特に低周波域での音響透過損失の落ち込みを効果的に抑制し、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が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の複層ガラスの一例の部分拡大断面図を示す。
【図２】一対のガラス板における共鳴透過現象の概念図である。
【図３】第一の実施形態の概念図である。
【図４】第二の実施形態の概念図である。
【図５】第一の実施形態に係る複層ガラスの遮音性能曲線グラフである。
【図６】第二の実施形態に係る複層ガラスの遮音性能曲線グラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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がスペーサー６を介して隔置され、３枚のガラスＧ１、Ｇ２、Ｇ３とスペーサー６で密閉された空間である２つの中空層１、２が形成される。
【００２６】
さらに、スペーサー６の両側にはブチルゴム接着剤などの一次シール材７が貼着され、３枚のガラスＧ１、Ｇ２、Ｇ３を一次シール材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を形成する。中空層１、２にはゼオライトなどの乾燥剤が充填される。尚、３枚のガラスＧ１、Ｇ２、Ｇ３とスペーサー６に囲まれた凹部の形状を有する二次シール部８には、水分などが浸入しないように、シリコーンシーラントやポリサルファイドシーラントなどが充填される。
【００２７】
本発明の複層ガラスの構成は、複層ガラスを構成する内部のガラス板Ｇ２を、両側２枚のガラス板Ｇ１、Ｇ３の共鳴透過現象の力学的平衡点から外した位置に設けることによって、共鳴透過現象のバランスを崩し、共鳴透過現象による低周波域の遮音性能の落ち込みを解消することで、遮音性能が向上させることを特徴としている。
【００２８】
共鳴透過現象とは、１対のガラス板が中空層をバネとして共振する現象であり、図２に示すように、この現象は、２枚のガラス板が中空層のガスのバネでつながれた力学モデルで近似することができ、中空層のある部分を力学的平衡点とし、この力学的平衡点を境にして右側の系と左側の系が同じ振動数で振動する。この２つの系はエネルギー的に等価であることになり互いに共鳴し、複層ガラスはこの振動数の元では遮音性能が低下する。
【００２９】
３枚のガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を有する複層ガラスの場合、特に、両側２枚のガラス板Ｇ１、Ｇ３の間において、中空層を介して、上記説明した共鳴透過現象が起こり、その際、ガラス板Ｇ１、Ｇ３の間に共鳴透過現象の力学的平衡点が存在する。特に、その力学的平衡点に内部のガラス板Ｇ２が接触するように配置すると、複層ガラスを構成するガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３が共に共振することによって、特定の共振周波数において、共鳴透過現象が起こり、遮音性能が著しく低下してしまう（後述の比較例１−１、比較例２−１参照）。
【００３０】
そのため、本発明の複層ガラスは、複層ガラスを構成する内部のガラス板Ｇ２を、両側２枚のガラス板Ｇ１、Ｇ３の共鳴透過現象の力学的平衡点から外した位置に設けることによって、ガラス板Ｇ１、Ｇ３の共鳴透過現象のバランスを崩し、共鳴透過現象による低周波域の遮音性能の落ち込みを解消することで、遮音性能が向上することを特徴としている。
【００３１】
以下の一般式１を用いて共鳴透過現象の力学的平衡点について説明する。なお、共鳴透過現象の起きる周波数は以下で示される。
【００３２】
【数２】
【００３３】
（ここに、frmdは、複層ガラスの共鳴透過周波数（Hz）、dは中空層（mm）、 ρは中空層に封入されるガスの密度（kg/m3）、m1 、m2はガラス板の面密度（kg/m2）、cはガスの音速（m/s）である。）
この一般式１より、１対のガラス板が中空層をバネとして共振する現象である共鳴透過現象の力学的平衡点は、構成するガラス板の面密度、中空層に封入するガスの密度や音速、などによって決定されると考えられる。
【００３４】
一般式１より、種々の構成を有する複層ガラスの共鳴透過現象の力学的平衡点を算出できるが、本明細書では、本発明の複層ガラスに係る実施形態として、一例を挙げ、上記の力学的平衡点の算出について説明する。
【００３５】
本発明の適用可能な一例として、複層ガラスを構成するガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の面密度がそれぞれｍ１、ｍ２、ｍ３であり、それぞれの中空層１、２に同一のガスを封入した複層ガラスを設計する場合を第一の実施形態として図３を用いて説明する。
【００３６】
両側２枚のガラス板Ｇ１、Ｇ３の共鳴透過現象は、図３に示すように、共鳴透過現象の力学的を境界点として、中空層がバネに相当し、左右の系は同じ周波数で振動する。この際、面密度ｍ１のガラス板Ｇ１とつながる中空層がバネに相当し、ｍ３/（ｍ１＋ｍ３）に対応する分だけ、縮んで蓄えられたエネルギーと面密度ｍ３のガラス板Ｇ３につながるバネがｍ１/（ｍ１＋ｍ３）だけ縮んで蓄えられたエネルギーは等価である。
【００３７】
すなわち、図３に示すように、両側２枚のガラス板Ｇ１（面密度ｍ１）とＧ３（面密度ｍ３）の共鳴透過現象は、ガラス板Ｇ１の内部側の表面から力学的平衡点までの距離ｄL（ただし、内部側の表面から力学的平衡点までの距離ｄLにおいて、ガラス板がある場合、その厚さ分は含まない）と、ガラス板Ｇ３の内部側の表面から力学的平衡点までの距離ｄRが、ガラス板Ｇ３の面密度とガラス板Ｇ１の面密度の比に対応する割合の関係（ｄL：ｄR ＝ｍ３：ｍ１）となる力学的平衡点を境界点として発生する。
【００３８】
例えば、このとき、ガラス板Ｇ１、Ｇ３の面密度ｍ１、ｍ３が同一である場合（ｍ１ ＝ ｍ３）、複層ガラスを構成する両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３の共鳴透過現象の力学的平衡点はガラス板Ｇ１からＧ３の距離における中心点となる。そこで、内部のガラス板Ｇ２を、この共鳴透過現象の力学的平衡点から外した位置に設けることによって、共鳴透過現象のバランスを崩し、遮音性能の低下を抑制することが可能となる（後述の実施例１−１参照）。
【００３９】
また、本発明の適用可能な他の例として、複層ガラスを構成するガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の面密度がそれぞれ、ｍ１、ｍ２、ｍ３であり、それぞれの中空層１、２に異なるガスを封入した複層ガラスを設計する場合を第二の実施形態として図４を用いて説明する。
【００４０】
両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３の面密度がそれぞれ同じ（ｍ１ ＝ ｍ３）であり、一方の中空層と、他方の中空層に封入されるガスが異なる複層ガラスを設計する場合、一般式（１）において、ガラス板の面密度からｍ１＝ｍ３であるため、一般式１は、以下の一般式（２）となる。一般式（２）において、ｄは、ガラス板Ｇ１（面密度ｍ１）とガラス板Ｇ３（面密度ｍ3）の複層ガラスを想定した場合における、ガラス板Ｇ１の内部側の表面から、ガラス板Ｇ３の内部側の表面までの距離である。
【００４１】
【数３】
【００４２】
ここで、３枚のガラス板からなる３層複層ガラスを想定し、一方の中空層をＬ（左側の系）とし、他方の中空層をＲ（右側の系）とすれば、共鳴透過現象では、力学的平衡点を境にして一方の中空層の系と他方の中空層の系が同じ周波数であるため、一般式（２）は以下の一般式（３）となる。
【００４３】
一般式（３）において、ｄＬは、力学的平衡点を境にした左側の系のガラス板の内部側の表面から、力学的平衡点までの距離であり、ｄＲは、力学的平衡点を境にした左側の系のガラス板の内部側の表面から、力学的平衡点までの距離である。また、一般式（２）におけるｄは、ｄＬとｄＲの和（ｄ＝ｄＬ＋ｄＲ）である。
【００４４】
【数４】
【００４５】
さらに、この一般式（３）を変形すると、以下の一般式（４）になる。
【００４６】
【数５】
【００４７】
この一般式４より、それぞれの中空層に封入するガスが異なる場合において、複層ガラスを構成する両側のＧ１、Ｇ３の共鳴透過現象の力学的平衡点は、それぞれの中空層に封入されるガスの密度（同温同圧における単位体積当たりの質量）ρと音速cの二乗の積（ρｃ2）で決まることが分かる。
【００４８】
すなわち、図４に示すように、両側２枚のガラス板Ｇ１（面密度ｍ１）とＧ３（面密度ｍ３）の共鳴透過現象は、ガラス板Ｇ１の内部側の表面から力学的平衡点までの距離ｄL（ただし、内部側の表面から力学的平衡点までの距離ｄLにおいて、ガラス板がある場合、その厚さ分は含まない）と、ガラス板Ｇ３の内部側の表面から力学的平衡点までの距離ｄRが、中空層１（左側の系）に封入される密度ρRと音速の二乗の積（ρRｃR2）と中空層２（右側の系）に封入される密度ρLと音速の二乗の積（ρLｃL2）の比に対応する割合の関係（ｄL：ｄR ＝ρLｃL2：ρRｃR2）となる力学的平衡点を境界点として発生する。
【００４９】
以下に、参考として、複層ガラスの中空層に封入されうるガスの密度（同温同圧における単位体積当たりの質量）ρと音速c、および密度（同温同圧における単位体積当たりの質量）ρと音速cの二乗の積（ρｃ2）をまとめたものを表１として示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
したがって、３枚のガラス板Ｇ１、Ｇ３が同じ面密度であり、かつ、中空層１、２に封入するガスが異なる複層ガラスを設計する場合、複層ガラスを構成する両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３の共鳴透過現象の力学的平衡点は図４に示すような、ガラス板Ｇ１からＧ３の距離において、ガスの密度（同温同圧における単位体積当たりの質量）ρと音速cの二乗の積（ρｃ2）によって決まることになる。そこで、内部のガラス板Ｇ２を、この共鳴透過現象の力学的平衡点から外した位置に設けることによって、共鳴透過現象による遮音性能の低下を抑制することが可能となる（後述の実施例２−１参照）。
【００５２】
このように、内部のガラス板Ｇ２を、両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３の共鳴透過現象における力学的平衡点から外すことによって共鳴透過現象のバランスを崩すことが可能であり、両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３の共鳴透過現象における力学的平衡点がガラス板Ｇ２の中心部にならなければ、共鳴透過現象のバランスを崩すことに有効であると考えられるが、できるだけ、内部のガラス板Ｇ２が力学的平衡点に接触しないようにすることが好ましい。
【００５３】
また、一般式１より、共鳴透過周波数は、中空層厚さ、ガラス板の面密度、中空層に封入されるガスの密度、音速など物性に依存するため、この一般式１より、複層ガラスを構成する要素である中空層厚さやガラス板の面密度などを適宜設計することによって、共鳴透過周波数の位置（周波数領域）を調整することが好ましい。
【００５４】
また、本発明の複層ガラスに適用されるガラス板と２つの中空層に封入されるガスは特に限定されないが、複層ガラスの製造工程において、それぞれ異なる厚さのガラス板や、２つの中空層に異なるガスを封入する場合、材料の調達が煩雑であり、製造工程が複雑さを考慮すると、３枚のガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の厚さ、面密度がそれぞれ同一であり、２つの中空層１、２にはそれぞれ同一のガスが封入されることが特に好ましい。
【００５５】
本発明の複層ガラスに適用されるガラス板の厚さは、特に限定されないが、ガラス板の厚さが厚くなると、複層ガラスをサッシ枠に適用した際に、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、価格が上昇するため、総厚の薄い複層ガラスが好ましい。そのため、それぞれのガラスの厚さが薄いものを用いることが好ましいが、複層ガラスの強度や、遮音性、断熱性などを考慮して適宜設計されることが好ましい。
【００５６】
また、本発明の複層ガラスに設けられるそれぞれの中空層１、２に封入するガスの種類は、一般的な複層ガラスに用いられる公知のガスを用いることができ、例えば、空気、窒素、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、六フッ化イオウなどおよびそれらの混合ガスが挙げられる。所望の断熱性や遮音性の目標値を考慮し、適宜ガス種を選定することが好ましい。
【００５７】
なお、上記説明のそれぞれの中空層１、２に異なる封入ガスを用いる場合、それぞれのガスの密度（同温同圧における単位体積当たりの質量）ρと音速cの二乗の積（ρｃ2）が大きく異なるガスを封入することが特に好ましい。例えば、一方の中空層に、アンモニア、メタン、空気、アルゴンなどの密度ρと音速cの二乗の積（ρｃ2）が小さいガスを、他方の中空層には、六フッ化イオウとアルゴンの混合ガス、クリプトンなど、密度ρと音速cの二乗の積（ρｃ2）が大きいガスを封入することが好ましい。
【００５８】
本発明の複層ガラスに適用されるガラス板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。また、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とも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ももちろん可能である。
【００５９】
また、上述で説明したように、一般的な３層の複層ガラスの構成は、３枚のガラス板と２つのスペーサーと二次シール８により互いに固定、拘束されている構造となっている。これらの端部の構造、剛性が同じであると複層ガラスの端部拘束部の２次モーメントが同じことより、それぞれの固有振動が一致し共振が起こり遮音性能の低下につながるという問題点がある。
【００６０】
そのため、複層ガラスの端部拘束部での共振による遮音性能の低下を避けるためには、端部拘束部の構造をそれぞれ異なる構造にすることが好ましい。例えば、複層ガラスの一方に設けられるスペーサーと、他方に設けられるスペーサーの形状や、剛性などの材質を異なるものにすることが好ましい。
【００６１】
端部拘束部の構造をそれぞれ異なる構造にする一例として、一方に設けられるスペーサーの材質を断面２次モーメントと固有振動数が小さい樹脂スペーサーを、他方に設けられるスペーサーの材質を断面２次モーメントと固有振動数が大きい金属スペーサーを用いる方法などが挙げられる。
【００６２】
樹脂製のスペーサーの材質としては、例えば、ブチルゴムやポリイソブチレンまたは少なくともポリイソブチレンを一成分とする共重合体を樹脂成分とする熱可塑性エラストマーに乾燥剤を含有させたもの、ＥＶＡ系（エチレン酢酸ビニル共重合体）にゼオライトなどの乾燥剤を含有させた、樹脂スペーサーなどが挙げられ、金属製のスペーサーの材質としては、アルミやステンレス鋼製等を挙げることができる。
【００６３】
また、本発明の複層ガラスは、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ることができ、固定窓、可動窓等の窓や、開閉ドア等のドアとして、１つの構成材として扱うことができる。
【実施例】
【００６４】
本発明に係る複層ガラスの、特に１０００Ｈｚ以下における低周波数領域における遮音性能に関する試験を行った。
【００６５】
遮音性能試験は、「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に基づき行った。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。
【００６６】
[実施例１−１]
第一の実施形態に係る例として、図１に示されるような複層ガラスにおいて、総厚は２１．１ｍｍであって、構成するガラス板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の板厚がそれぞれ３ｍｍのフロートガラス（それぞれ同一な密度）を用い、一方の中空層１の厚みを１０ｍｍ、他方の中空層２の厚みを２ｍｍ、中空層１、２に封入ガスとしてクリプトンを用いた構成の複層ガラス（ＦＬ３＋Ｋｒ１０＋ＦＬ３＋Ｋｒ２＋ＦＬ３）を用いて遮音特性の測定を行った。なお、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。
【００６７】
[比較例１−１]
また同様に、内部のガラス板Ｇ２を、両側２枚のガラス板Ｇ１、Ｇ３の共鳴透過現象の力学的平衡点に設置する複層ガラスを比較例として、一方の中空層１の厚みを６ｍｍ、他方の中空層２の厚みを６ｍｍ、とした以外は実施例１−１と同じ条件の複層ガラス（ＦＬ３＋Ｋｒ６＋ＦＬ３＋Ｋｒ６＋ＦＬ３）を用いて遮音特性の測定を行った。
【００６８】
表１、および図５に、実施例１−１および比較例１−１におけるそれぞれの構成の複層ガラスの遮音性能結果を示す。
【００６９】
【表２】
【００７０】
図５のグラフに示すように、実施例１−１の構成の複層ガラス（ＦＬ３＋Ｋｒ１０＋ＦＬ３＋Ｋｒ２＋ＦＬ３、総厚２３．１ｍｍ）では、比較例１−１の構成（ＦＬ３＋Ｋｒ６＋ＦＬ３＋Ｋｒ６＋ＦＬ３）の複層ガラスに比べ、特に１０００Ｈｚ以下における低周波領域での音響透過損失に顕著な差が認められる。
【００７１】
これらの結果より、複層ガラスの内部の板ガラスＧ２を共鳴透過現象の力学的平衡点上に配置すると、低周波領域での音響透過損失の落ち込みが生じていることが分かり、複層ガラスの内部の板ガラスＧ２を共鳴透過現象の力学的平衡点から外すことによって、低周波領域での音響透過損失の落ち込みを効果的に抑制することがよく分かる。
【００７２】
[実施例２−１]
第二の実施形態に係る例として、図１に示されるような複層ガラスにおいて、総厚は２３．１ｍｍであって、構成する両側のガラス板Ｇ１、Ｇ３の板厚がそれぞれ６ｍｍのフロートガラスを用い、内部のガラス板Ｇ２の板厚が４ｍｍのフロートガラスを用い、中空層１に封入ガスとして、アルゴンを用い、中空層１の厚みを４ｍｍとして、他方の中空層２に封入ガスとして、六フッ化イオウを用い、中空層２の厚みを４ｍｍとした構成の複層ガラス（ＦＬ６＋Ａｒ４＋ＦＬ４＋ＳＦ４＋ＦＬ６）を用いて遮音特性の測定を行った。なお、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。
【００７３】
[比較例２−１]
また同様に、内部のガラス板Ｇ２を、両側２枚のガラス板Ｇ１、Ｇ３の共鳴透過現象の力学的平衡点に設置する複層ガラスを比較例２−１として、中空層１に封入ガスとして、六フッ化イオウを用いる以外は、実施例１と同じ条件の複層ガラス（ＦＬ６＋ＳＦ４＋ＦＬ４＋ＳＦ４＋ＦＬ６）を用いて、同じ条件で遮音特性の測定を行った。
【００７４】
[参考例２−１]
また、参考例１として、２枚の複層ガラスの中空層に、封入ガスとして六フッ化イオウを用い、両側のガラス板の厚さを、それぞれ６ｍｍ、中空層の厚さを１２ｍｍとした構成の複層ガラス（ＦＬ６＋ＳＦ１２＋ＦＬ６）を用いて、同じ条件で遮音特性の測定を行った。
【００７５】
表２、および図６に、実施例２−１、比較例２−１、及び、参考例２−１におけるそれぞれの構成の複層ガラスの遮音性能結果を示す。
【００７６】
【表３】
【００７７】
図６のグラフに示すように、実施例２−１の構成（ＦＬ６＋Ａｒ４＋ＦＬ４＋ＳＦ４＋ＦＬ６、総厚２３．１ｍｍ）と、比較例１の構成（ＦＬ３＋Ｋｒ６＋ＦＬ３＋Ｋｒ６＋ＦＬ３）や参考例１の構成（ＦＬ６＋ＳＦ１２＋ＦＬ６）の複層ガラスを比較すると、特に１０００Ｈｚ以下における低周波領域での音響透過損失に顕著な差が認められる。
【００７８】
これらの結果より、比較例２−１に示すように、複層ガラスの内部の板ガラスＧ２を共鳴透過現象の力学的平衡点上に配置すると、低周波領域での音響透過損失の落ち込みが生じていることが分かり、実施例２−１に示すように、複層ガラスの内部の板ガラスＧ２を共鳴透過現象の力学的平衡点から外すことによって、低周波領域での音響透過損失の落ち込みを効果的に抑制することがよく分かる。
【００７９】
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４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。
【００８０】
【表４】
【符号の説明】
【００８１】
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３ ガラス板
１、２ 中空層
３ 乾燥剤
４ スペーサー
５ １次シール材
６ ２次シール材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３枚のガラス板が周縁端部に配設されているスペーサーを介して隔置され、ガラス板の間に密封された中空層が形成されている複層ガラスにおいて、
前記複層ガラスを構成する内部のガラス板を、両側２枚のガラス板の共鳴透過現象の力学的平衡点から外した位置に設け、共鳴透過現象による低周波領域での音響透過損失の落ち込みを抑制することを特徴とする複層ガラス。
【請求項２】
前記両側２枚のガラス板の共鳴透過現象の力学的平衡点が、下記一般式（１）
【数６】
（ここに、frmdは、複層ガラスの共鳴透過周波数（Hz）、dは中空層の厚さ（mm）、 ρは中空層に封入されるガスの密度（kg/m3）、m1 、m2はガラス板の面密度（kg/m2）、cはガスの音速（m/s）である。）
によって算出されることを特徴とする請求項１に記載の複層ガラス。
【請求項３】
前記３枚のガラス板の面密度がそれぞれ同じであり、かつ、それぞれの中空層に封入されるガスが同じである複層ガラスであって、
前記それぞれの中空層に封入されるガスが、アルゴンまたはクリプトンから選ばれ、前記複層ガラスの総厚さが１７ｍｍ以上、２４ｍｍ以下であり、一方の中空層の厚さが２．０ｍｍ以上、１２．５ｍｍ以下、他方の中空層の厚さが２．０ｍｍ以上、１２．５ｍｍ以下であり、さらに、熱貫流率が２．３７Ｗ/ｍ2・Ｋ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複層ガラス。
【請求項４】
３枚のガラス板が周縁端部に配設されているスペーサーを介して隔置され、ガラス板の間に密封された中空層が形成されている複層ガラスにおいて、前記複層ガラスを構成する内部のガラス板を、両側２枚のガラス板の共鳴透過現象の力学的平衡点から外した位置に設け、共鳴透過現象による低周波領域での音響透過損失の落ち込みを抑制することを特徴とする複層ガラスの設計手法。
【請求項１】
３枚のガラス板が周縁端部に配設されているスペーサーを介して隔置され、ガラス板の間に密封された中空層が形成されている複層ガラスにおいて、
前記複層ガラスを構成する内部のガラス板を、両側２枚のガラス板の共鳴透過現象の力学的平衡点から外した位置に設け、共鳴透過現象による低周波領域での音響透過損失の落ち込みを抑制することを特徴とする複層ガラス。
【請求項２】
前記両側２枚のガラス板の共鳴透過現象の力学的平衡点が、下記一般式（１）
【数６】
（ここに、frmdは、複層ガラスの共鳴透過周波数（Hz）、dは中空層の厚さ（mm）、 ρは中空層に封入されるガスの密度（kg/m3）、m1 、m2はガラス板の面密度（kg/m2）、cはガスの音速（m/s）である。）
によって算出されることを特徴とする請求項１に記載の複層ガラス。
【請求項３】
前記３枚のガラス板の面密度がそれぞれ同じであり、かつ、それぞれの中空層に封入されるガスが同じである複層ガラスであって、
前記それぞれの中空層に封入されるガスが、アルゴンまたはクリプトンから選ばれ、前記複層ガラスの総厚さが１７ｍｍ以上、２４ｍｍ以下であり、一方の中空層の厚さが２．０ｍｍ以上、１２．５ｍｍ以下、他方の中空層の厚さが２．０ｍｍ以上、１２．５ｍｍ以下であり、さらに、熱貫流率が２．３７Ｗ/ｍ2・Ｋ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複層ガラス。
【請求項４】
３枚のガラス板が周縁端部に配設されているスペーサーを介して隔置され、ガラス板の間に密封された中空層が形成されている複層ガラスにおいて、前記複層ガラスを構成する内部のガラス板を、両側２枚のガラス板の共鳴透過現象の力学的平衡点から外した位置に設け、共鳴透過現象による低周波領域での音響透過損失の落ち込みを抑制することを特徴とする複層ガラスの設計手法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２３６０８３（Ｐ２０１１−２３６０８３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０８９３２（Ｐ２０１０−１０８９３２）
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【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２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【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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