【発明の詳細な説明】
金属デッキ屋根構造を断熱する方法
この出願は、１９９６年５月１４日に提出された関連出願、第08/645,993号の
一部継続である。
技術分野
本発明は、商業用、及び、工業用建築物に使用される、断熱金属屋根構造の建
設に関する。
背景
金属屋根構造は、典型的には、トラス、棒根太、及び、母屋桁のような複数の
構造梁の骨組を有する。屋根は普通、断熱される。断熱された屋根構造を得る種
々の方法が使用されてきた。
第１の従来技術の屋根構造が、建物を横切って一方向に延びる複数の垂木梁と
、垂木に直角な方向に延び、垂木の頂部に互いに平行に取り付けられた複数の母
屋桁とを有する。屋根構造は、母屋桁の間の部分に配置された可撓性断熱材の長
いシートを利用する。可撓性断熱材が母屋桁の間の部分に配置できるので、比較
的厚い断熱層がこのタイプの断熱屋根構造に使用でき、屋根構造に比較的良い断
熱特性、或いは、Ｒ値を与える。断熱材は、母屋桁の長さに沿って、或いは、母
屋桁と垂直な方向に母屋桁と交差して置かれても良い。断熱材を支持する様々な
方法が使用されてきた。ラチスを形成する母屋桁に取り付けられた、或いは、掛
けられた、ストラップ又は金網を取り付けることが行われている。これはバンデ
ィング(banding)と呼ばれる。次に、典型的には、ビニルで作られ、防湿層とし
て作用するシートはラチスの上に広げられ、断熱材は隣接した母屋桁の間で、シ
ートの上に置かれる。
或る構成はラチスを省き、シート自身を断熱材を支持するのに使用する。支持
シートは隣接した母屋桁から垂下げられ、断熱材は支持シートの上面に置かれる
。
キャリッジが、支持シートを施すのを助けるのに使用される。キャリッジは母屋
桁の頂部に位置決めされ、屋根建設の間、母屋桁の長さ移動する。支持シート材
のロールがキャリッジの上に取付けられ、支持シートはロールから繰り出され、
母屋桁の頂部に配置される。キャリッジが母屋桁の長さ移動すると、支持シート
は母屋桁に渡って掛けられる。キャリッジの使用は、一般的には、設置時間を著
しく早め、一般的には、断熱材の設置コストを著しく減じる。
次に、金属パネルが断熱材の上から母屋桁に固定される。金属パネルは長いシ
ートで使われ、屋根はしばしば二つの傾斜部分を有するので、通例、屋根を一端
から他端まで構造の長さに沿って建設する。作業者は、屋根の前に敷設した部分
に立って次の部分を建設する。金属パネルは屋外の風雨環境に晒されるので、金
属パネルは防水シールが存在し、かくして防水屋根構造をなすように互いに固定
される。金属パネルは、亜鉛めっきスチール、亜鉛めっきアルミニウム、又は、
銅のような比較的高価な材料で作られる。金属パネルは普通、連結構造、及び、
予め付けたシーラントを有する。これらの防水シール方法は、パネル、及び、そ
れらの組立てと関連した労力のコストのために、比較的高価である。
第２の従来技術の屋根構造は、支持ガーダーに取り付けられた、複数の平行な
トラス、又は、棒根太を有する。屋根構造は、トラスに固定された比較的安価な
金属デッキシートを有する。一般に、金属デッキシートは、防水シールをなすよ
うに互いに固定されることはなく、比較的安価な金属から作られる。次に、スチ
レンフォームや高密度グラスウールのような硬質断熱ボードが、金属デッキシー
トの上面に付けられる。寒冷気候のような或る条件下では、この断熱屋根構造に
おける硬質断熱ボードの付加的な層の使用は、硬質断熱ボードの厚さが増すにつ
れて、費用効果を下げる。従って、多くの場合、このタイプの断熱屋根構造で、
比較的高い断熱特性を費用効果良く達成することは難しい。可撓性ゴム膜のよう
な防水膜、又は、組立屋根構造（ＢＵＲ）が、硬質断熱ボードの上に付けられる
。膜に漏れが生じたならば、硬質断熱ボードは水に浸り、屋根構造の断熱性が低
下する。
上記の屋根構造は適当なものであるが、比較的高い断熱特性、即ち、より高い
Ｒ値を有する比較的低コストの屋根構造が、しばしば望ましい。加えて、建設が
費用効果及び、効率が良く、比較的高い断熱特性を有する屋根構造を提供し、屋
根構造内部の断熱材を水による損傷から保護する屋根構造を建設する方法が望ま
しい。
発明の開示
今、建設が費用効果及び、効率良く、比較的高い断熱値を可能にする、屋根構
造を建設する改良方法を発明した。屋根は、可撓性断熱材をトラスの間に設置し
、トラスに金属デッキパネルを付け、金属デッキに仮の防水シーラントを付ける
ことによって建設される。続いて、永久的な防水膜が、金属デッキの上面に付け
られる。この方法は、永久的な防水膜を付ける前の屋根構造の建設中に、水の損
傷から可撓性断熱材を保護することを可能にする。永久的に防水された屋根構造
は比較的高い断熱特性を持つ。
本発明は、平行な配列で互いに間隔をへだてた複数のトラスを有する屋根構造
を提供する方法からなる。支持シートが、隣接したトラスの頂部から垂れ下がる
ように繰り出される。好ましくは、支持シートは、屋根構造を造りながらトラス
の長さに沿って移動するキャリッジから繰り出される。可撓性断熱材は、可撓性
断熱材が支持シートによって支持されるように、支持シートの上に付けられる。
金属デッキシートは、重なり合う仕方でトラスの頂部に固定され、これにより継
目を有する金属デッキを形成する。永久的な防水膜が付けられる前の水による損
傷から可撓性断熱材を保護するために、仮の防水シーラントが金属デッキに付け
られ、それにより部分的に完成した屋根構造を造る。仮の防水シーラントは、金
属デッキシートが重なり合っている部分で金属デッキシートの間に付けられても
良いし、金属デッキの継目の上に付けられても良い。続いて、硬質断熱ボード、
及び、防水膜が、金属デッキの上に付けられ、それにより、永久的にシールされ
た完成屋根構造を形成する。
図面の簡単な説明
図１は、可撓性断熱材が母屋桁の間に設置された、従来技術の屋根構造の模式
的な断面図である。
図２は、硬質断熱材がトラスの上方に設置された、別の従来技術の屋根構造の
模式的な断面図である。
図３は、本発明による、断熱材と、支持シートとを繰り出すためのキャリッジ
の正面図である。
図４は、２枚の隣接した金属デッキシートの仮のシールを図示する模式的な拡
大断面図である。
図５は、本発明によって設置された、完成屋根構造の模式的な断面図である。
発明を実施するための最良の態様
全体的に１０で指示した従来技術の屋根構造を図１に示す。屋根構造は、建物
を横切って一方向に延びる複数の平行な垂木１２と、垂木の頂部に互いに平行に
取り付けられ、垂木と直角方向に延びる複数の母屋桁１４とを有する。支持シー
ト１６が隣接した母屋桁に掛けられ、可撓性断熱材１８が、支持シートの上に敷
設される。次に、金属パネル２０が可撓性断熱材の上で母屋桁１４に固定される
ので、支持シートの縁が金属パネルと母屋桁との間に挟まれ、それによって、支
持シート及び可撓性断熱材を支持する。金属パネルは屋外の風雨環境に晒される
ので、金属パネルは、防水シールが存在し、かくして防水屋根構造にするように
互いに固定される。例えば、金属パネルは、普通、連結領域に予め付けたシーラ
ントを有する連結構造部を有している。金属パネルは、亜鉛めっき鋼、亜鉛めっ
きアルミニウム、又は、銅のような、比較的高価な材料から作られている。
図２は、全体的に３０で指示した、別の従来技術の屋根構造を図示する。屋根
構造は支持桁（図示せず）に取り付けられた複数の平行な梁、又は、トラス３１
を有する。金属デッキシート３２がトラスに固定される。硬質断熱ボード３４が
金属デッキシートの上面に置かれる。次に、防水膜３６が硬質断熱ボードの上面
に付けられ、これにより防水屋根構造を形成する。
本発明によって設置され、全体的に４０で指示した、部分的に完成した屋根構
造を図３に示す。屋根構造は桁（図示せず）で支持されている。トラス３１は間
隔をへだてていて、かつ、互いに平行に配置されている。トラスの間隔は典型的
には心々４フィート（１．４６ｍ）である。図５に示すように、トラスは頂部分
４２及び垂直部分４４を有する。屋根構造は、棒根太、又は、他の類似構造を使
用して構成されても良い。この明細書、及び、請求項において、用語「トラス」
の使用は伝統的なトラスばかりでなく、棒根太、及び、他の類似の構造部材をも
含む。
大まかに述べると、部分的に完成した屋根構造４０は、トラスの頂部分に載り
、矢印４８で指示した下流方向に、トラスの長さに沿って移動するキャリッジ４
６の使用によって建設される。キャリッジを移動させると、支持シート５０がロ
ール５２から繰り出される。支持シートは、支持シートがトラスの頂部分から垂
れ下がるように、隣接したトラスの頂部分に掛けられる。支持シートは、隣接し
たトラスの間で、支持シートの上に置かれる可撓性断熱材５４の層を支持する。
可撓性断熱材はロール５６から繰り出される。
キャリッジ４６は、屋根自体の幅までの任意の長さで良い。好ましくは、キャ
リッジは、屋根の傾斜部分の幅全体に及ぶように、互いに連結することができる
複数のキャリッジ部分で構成される。次に、キャリッジは、全てのキャリッジ部
分が一斉に移動するように、ウインチ（図示せず）のような牽引手段によって、
トラスに渡って下流方向４８に進む。
支持シートが隣接したトラスの頂部分に掛けられるので、支持シートの全体の
幅はトラスの間の距離よりも広い。従って、隣接した支持シートのロールは同一
直線上になく、僅かに食い違わなければなら、ない。典型的には、キャリッジ部
分は、２つのトラススパン分、即ち、長さが約１０フィート（３．７ｍ）である
。好ましくは、各キャリッジ部分は、断熱支持シートの先導ロール５２及び追従
ロール６１の両方を有し、２つの隣接したトラススパンの各々に１つのロールず
つである。追従ロール６１からの支持シートの縁は、キャリッジが下流方向に移
動するにつれて、先導ロール５２からの支持シートの縁の上に掛けられるだろう
。従って、各々、先導ロール及び追従ロールを有する、複数の同じキャリッジ部
分は、各ロールを隣接するロールから食い違わせて、互いに連結することができ
る。
キャリッジは、トラスの頂部分に沿って移動し、かつ、支持シートを分配する
、任意適当な装置であっても良い。図３から分かるように、キャリッジ４６は、
キャリッジを運転又は移動させながら作業者が立つための、安全手すり６２及び
、
歩行デッキ６４を有する。好ましくは、キャリッジは、移動の容易さのために、
又、キャリッジをトラスと整合して維持するために、トラス３１の頂部分４２に
載る漏刻形ローラー６６を有する。キャリッジは、ロール５２及び６１を取り付
けるためのフレーム６８をも有する。２つの支持シートロールを図３に示したけ
れども、一方は、裏面に示された先導ロール５２であり、他方は、表面に示され
た追従ロール６１である。支持シートを横切って横方向に延び、かつ、支持シー
トを概ね水平位置に差し向けるためにトラス３１の頂部分４２の僅か上に位置決
めされた方向転換用バー７０が、フレームに取り付けられている。
図５から分かるように、隣接したトラス３１の垂直部分４４の間の空間は、断
熱キャビティ７２を構成する。断熱キャビティは、概ね矩形の横断面形状を有す
る。断熱キャビティを比較的大きな隙間を残すことなく可撓性断熱材で均一に満
たし、それにより、屋根構造の断熱特性を最大にするすことが有利である。支持
シート５０の目的は、断熱キャビティの中で可撓性断熱材を支持することである
が、支持シートは、防湿層として、又、美観的な目的で使用することができる。
ロール５２及び６１の幅を減ずる、プリーツ付き支持シートを使用することがで
きる。プリーツ付き支持シートは、断熱キャビティの中に繰り出されると広がる
。断熱キャビティ内の水を逃がし、かくして、可撓性断熱材の断熱特性の損失を
防止するのに役立つように支持シートに孔を明けても良い。支持シートは、ビニ
ール又は箔面紙のような、上記目的に適当な任意の材料のもので良い。
下流方向４８と反対の上流方向に、キャリッジ４６から延びるプレート７４が
、キャリッジに取り付けられている。可撓性断熱材５４のロール５６は、キャリ
ッジに取り付けられる代りに、プレートの上に置かれても良い。プレートは、繰
り出された支持シートを支持するので、支持シートが下方に垂れ下がらず、それ
により、支持シートの長手方向の縁をトラスの頂部分４２から引き離す。一般に
、プレートは、部分的に完成した屋根構造４０とキャリッジ４６との間に存在す
る間隙７５に配置される。プレートは、可撓性断熱材５４及び支持シート５０を
乱すことがある、間隙７５から垂直方向に吹く風を防ぐ。プレートは、十分な強
度で造られていれば、作業者が、屋根の既に完成し部分の先縁から落下するのを
防ぐために作業員の落下防止に使用できる。この明細書、及び、請求項で使われ
る
ように、用語「落下防止」は、プレートが２51bs/ft2（１２００N/m2）の活荷重
に耐えることを意味する。これは、不注意にもプレートに踏み込んだ作業者を支
えるのに十分であろう。しかしながら、プレートは任意適当な仕方で構成されて
も良い。プレートは、任意適当な手段によって、例えば、プレートから垂直方向
に延びる複数のフック７６によって、キャリッジに取り付けられる。フックは単
にキャリッジに掛けられ、これにより、プレートの一端を支持する。プレートの
他端は、トラスの頂部分に沿って載るローラー７８によって支持される。
可撓性断熱材が支持シートの上に置かれた後、次に、金属デッキシート５８の
ような硬い屋根ふき材の長いシートが支持シート及び断熱材の上からトラスの頂
部分に取り付けられる。複数の金属デッキシートが金属デッキ５９を形成する。
金属デッキシートの取り付けが、トラスの頂部分４２と金属デッキシートとの間
に挟まれた支持シートの縁を押し下げるので、支持シートはトラス間で断熱材を
支持する。
金属デッキシート５８は、典型的には、構造上の強度を与えるために長手方向
に延びた波形を有する。好ましくは、金属デッキシートは、表面に耐候処理を施
さない比較的安い材料で作られる。図４の拡大図により明確に示されるように、
本発明の金属デッキシート５８は、重なり合った仕方でトラス３１の頂部分に固
定され、これにより、継目６０を作る。金属デッキシートは、任意適当な仕方で
、例えば、ねじ留め具によってトラスに固定される。金属デッキシートは、典型
的には３０乃至３５フィート（１０．９乃至１２．８ｍ）の長いシートで用いら
れ、屋根は、普通、単一傾斜部分を有するだろう。屋根構造の一部分が、まず、
傾斜部分の幅に沿って建設され、次に、屋根は、一端から他端まで、構造の長さ
に沿って建設される。作業者は、屋根構造の先に取りつけた最初の部分に立って
、屋根の次の部分を組立てる。キャリッジは、トラスの長さに沿って移動し、屋
根の新しい部分を組立てながら、作業者によって動かされる。
前に記述したように、図３は、部分的に完成し屋根構造４０を示す。典型的に
は、本発明は、上で説明したようにキャリッジ装置を使用して、デッキ断熱材設
置作業者のチームによって実行され、部分的に完成した屋根構造４０を建設する
。その後、屋根作業者のチームは、硬質断熱ボード８２、及び、防水部材８４を
屋
根構造４０の上に付けて、図５に全体を８６で指示した、完全な永久的防水屋根
構造を形成する。部分的に完成した屋根構造４０の建設と、完成した屋根構造８
６の建設との間の経過時間が、数週間にも及ぶことがあるので、部分的に完成し
た屋根構造４０は、雨、雪、風、及び、直射日光のような普通の気象条件から保
護されるべきである。特に、可撓性断熱材を湿気から保護することが、最大の問
題である。部分的に完成した屋根構造４０は、結局は、永久的防水機構によって
気象条件から保護されるので、仮の保護のコストは、有害な屋外環境に耐えなが
ら、最小に抑えられるべきである。本発明の方法は、部分的に完成した屋根構造
４０の建設に続いて、比較的安価な金属デッキ５９に仮の防水シーラントを付け
ることによってこの問題を解決した。
部分的に完成した屋根構造４０の建設中、第１の金属デッキシート５８が、繰
り出された可撓性断熱材５４及び、支持シート５０の上に置かれ、トラス３１の
頂部分４２に固定される。図４に示すように、仮の防水シーラント８８の第１の
層が、第１の金属デッキシート５８の長手方向の縁部９０に沿って付けられる。
シーラントは、コーキング装置によって付けられるアスファルトベースのシーラ
ントのビードのような仮のシールをなす任意適当なシーラント、又は、マスチッ
クの粘着性ストリップで良い。夏の晴れた日に金属デッキ屋根上で経験される高
い温度に晒されたとき、かかる条件においてもシーラントがシール接触部から流
れ出さないように、シーラントが比較的粘性のままであることが望ましい。従っ
て、好ましくは、シーラントは、約１６５°Ｆ以上の融点を有する。更に好まし
くは、シーラントは、約１６５°Ｆ乃至約２００°Ｆの融点を持つように酸化さ
れたアスファルトであり、最も好ましいのは、融点が約１６５°Ｆ乃至約１８５
°Ｆのアスファルトである。好ましくは、そのようなアスファルトは、７７°Ｆ
で、約１５ｄｍｍ乃至約６０ｄｍｍの範囲のＡＳＴＭ Ｄ５針入度を有し、更に
好ましくは、約１８ｄｍｍ乃至約３０ｄｍｍの針入度を有する。
縁部９０は、第１金属デッキパネルの下流側に配置される。第２金属デッキシ
ートの上流側に配置された長手方向の縁部９４を有する第２金属デッキシート９
２は、第１及び第２金属デッキシート５８及び９２の夫々の縁部９０及び９４が
重なるように、第１金属デッキシートの上に位置決めされる。従って、仮の防
水シーラントの第１の層８８は、第１金属デッキシート５８と第２金属デッキシ
ート９０の間に、仮の防水シールを与えるだろう。この重ね合わせ及びシール手
順は、新しい金属デッキシートを固定する度に繰り返される。隣接する金属デッ
キシートの端も、重ねられ、仮のシールをなすシーラントを付ける。
この明細書において、用語「仮のシール」の使用は、屋根構造４０のための単
なる仮の防水システムになるものであって、永久的な防水システムになるもので
ない、防水シールをなす任意適当なシールを指す。仮の防水システムは、雨水の
大部分を中に入れないことを期待されるが、例えば、数ヶ月のような長期間永久
的な防水システムになることを期待されないものである。このような仮の防水シ
ステムは、大雨や吹雪について防水になることを期待されない。
随意に、仮の防水シーラントの第２の層９６を、第２の金属デッキシート９２
の上流側の縁９５に位置する継目６０に付けても良い。好ましくは、仮の防水シ
ーラント９６の第２の層は、継目６０上に粘着剤をスプレーすることによって付
けられる。勿論、仮のシーラントの第１の層８８か、第２の層９６の何れかを、
屋根構造４０の単独の仮のシーラントとして付けても良いし、或いは、それらを
組み合わせて付けても良い。
例えば、配管、又は、暖房、換気、及び、空調装置に合わせるために、屋根構
造４０に大きな穴、或いは、開口を作らなければならない状況では、金属デッキ
の下の可撓性断熱材を保護するために、仮の防水システムで開口の縁を仮にシー
ルしても良い。好ましくは、囲いパネル、又は、カバー（図示せず）が、断熱キ
ャビティ７２の露出側面を仮にシールするのに使用される。囲いパネルは単に、
露出した屋根構造８６の輪郭線に従うように形成された防水材料の形取られた一
片で良い。好ましくは、囲いパネルは、屋根に接する囲いの縁に付けられた、ア
スファルトベースシーラントのビード、或いは、マスチックの両面ストリップの
ような、シール用ストリップを有する。囲いパネルは、水が大きな開口を通って
下の建築構造の中に流れ込むのを妨げないが、水が断熱キャビティに入って可撓
性断熱材を損傷するのを防ぎ、或いは、抑える。
典型的には、屋根作業者のチームは、硬質断熱ボード８２、及び、防水部材８
４を設置するだろう。硬質断熱ボード８２は、高密度グラスウール（約１０
lbs/ft3、即ち、約１６０kg/m3）、ロックウール、又は、スチレンフォームのよ
うな任意適当な硬質断熱ボードで良く、典型的には、厚さ約１乃至約２インチ（
２．５乃至約１０ｃｍ）である。可撓性断熱材がないので、硬質断熱ボードは、
特に屋根構造のトラス上方の部分を断熱する。防水膜は、任意適当な材料、例え
ば、組立屋根（ＢＵＲ）、エチレンプロピレンジアミンモノマー（ＥＰＤＭ）、
ポリビニール塩化物（ＰＶＣ）及び、スチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ
）又はアタクチック−ポリプロピレン（ＡＰＰ）で変質されたアスファルトのよ
うな瀝青変化物で作ることができる。防水膜の適用は半永久的な防水屋根構造８
６を提供する。
典型的には、防水膜が漏れを生じれば、硬質断熱ボードに水がしみ込み、これ
により硬質断熱ボードの断熱性を低下させる。しかしながら、水漏れは、仮のシ
ーラントを有する金属デッキシートを通らないから、可撓性断熱材５４を損傷し
ない。従って、本発明の構造の断熱特性の大部分は、可撓性断熱材によって得ら
れるので、本発明の屋根構造８６の断熱特性は、防水膜の破損の際に、図２に示
した従来技術の屋根構造３０ほど低下しない。
加えて、本発明の方法は、比較的低コストで、比較的高い断熱値の屋根構造を
提供することに注目すべきである。特に、本発明の方法により、比較的厚い断熱
層の使用をキャリッジによるような比較的低い取り付けコストの仕方で、適用さ
せ、同時に、比較的低いコストの金属デッキシートを使用する。
前記より、この発明について種々の修正ができることは明らかであろう。しか
しながら、そのようなものは発明の範囲内であると考えられる。
産業適用性
本発明は、商業用建築物の屋根構造の建設に有用である。
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ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＣ，Ｌ
Ｋ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ
，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＲ，ＴＴ，
ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ
(72)発明者 ジャニッキー リチャード ティー
アメリカ合衆国 イリノイ州 60453 オ
ークローン ウェスト キャスリーン レ
ーン 4347