JP2005537413A - 軽量モジュール式建築用セメント系パネル／タイル - Google Patents

Abstract

従来の建築用パネルより、曲げ強度が強化され重量がより軽い、軽量のセメント系パネル／タイルを提供する。セメント系パネルは、応力と負荷を吸収するために下側に取り付けた一体的補強グリッドによって支持されたセメント系表面（木質繊維、あるいはその他の材料で強化されていても良い）で構成されている。

Description

発明の属する技術分野
本発明は一般に建築構造物材料に関するものであり、特に、高い曲げ剛性、耐久性、モジュール性を達成する一方で、全重量と厚さを軽減するようにした、補強グリッドの形式の一体化した支持構造物を含む、パネル／タイル形状をした軽量の構造エレメント、特に、外壁または正面領域の構造建築、デッキ工事、フローリング工事、屋根工事に用いられる材料に関する。

発明の背景
現在では、いろいろなタイプの構造建築に用いられる材料がある。最も広く使用されているのは、石材、木材、レンガ、コンクリート、金属、しっくい、その他材料である。石材、木材、レンガなどの多くの建築材料は建築現場で組み立てられる個別の材料として使用可能であるが、その他の材料は、プレハブ品を製造工場で組み立てた後、ほとんどの場合様々なパネルの形状のサブアッセンブリとして工事現場に搬送される。

スチールで補強されたコンクリート製のプレハブ式パネルは、家屋やビルなど大規模な建築に広く用いられてきた。断熱層やその他の表面層を施したパネルは、屋根、天井、床、及び、防水性と耐衝撃性を必要とするキッチン、バスルーム、シャワールーム、廊下、などあらゆるところに用いられるセラミックタイル、薄いレンガ、薄い石材、合成あるいは天然スタッコ用の裏板を含む、家屋全体の建造に使用される。壁システムでは、壁のジョイスト構造（柱）を構築して、プレハブパネルをこのジョイストに取り付けることができる。フローリングや屋根工事では、複数のビームによるジョイスト構造を組み立てて、プレハブパネルをこのジョイストに取り付けることができる。デッキのアプリケーションでは、プレハブセメントパネルを支持構造と共に提供して、デッキを支持するのに必要なビーム数を減らすようにすることができる。しかしながら、セメントパネルは非常に重量がある。

多くのプレハブパネルも、プレストレスし鉄筋で補強したセメント／コンクリート製品を組み込んで、高い抗張力と高い曲げ強度を増強するようにしている。例えば、Jinno et al.の米国特許第6,330,776号「補強コンクリート部材用構造および補強方法」に記載されているように、補強ファイバなどの高性能コンポジット材料をセメントベース製品の表面に加えて曲げ強度を上げることができる。内部補強用メタルストリップあるいはクロスバーも、例えば、William H. Porterの米国特許第5,842,314号、「ギプス、コンクリート、セメント構造断熱パネルの金属補強」；米国特許第6,269,608号「２ｘスティック構造用構造断熱パネル」；米国特許第6,408,594号「樹脂含浸紙の化粧張りを伴う強化構造断熱パネル」；Meier et al.の米国特許第5,937,606号「補強ストリップの保安」；Billings et al.の米国特許第6,230,409号「モールドした建築パネル及び建築方法」に記載されているように、曲げ強度を上げるのに使用することができる。

補強金属ストリップあるいはクロスバーをプレハブパネルに埋め込むことによって曲げ強度は高くなるものの、十分な強度と高い曲げ強度を持つプレハブパネルは総重量に難題を残している。なぜなら、構造骨組み(金属ストリップやクロスバー)をセメントに埋め込むことによって、必要以上にセメント製品を使用した重く、厚い構造になってしまうことがあるからである。この結果、多くのパネルは、負荷の高いアプリケーションでは、いまだに比較的厚いプレートを必要とする。更に、プレハブパネル用の材料は、比較的コストが高い、重量がある、構造的欠陥がある、風雨への耐性が不足するなどを含め、いろいろな点で満足のゆくものではない。

従って、フローリング、屋根工事、デッキ工事、橋面、および壁システムなどの建築アプリケーションについて、新しい構造建築エレメント、つまり全重量を増やすことなく高い剛性と高い曲げ強度を備える軽量プレハブのパネル／タイルが求められている。

発明の開示
従って、本発明の目的は、全重量と厚さを低減するように設計する一方で、高い曲げ剛性、耐性、モジュール性を達成する、軽量モジュール式セメント系パネル／タイルを提供することである。

本発明の一の特徴によれば、セメント系パネルはセメント系材料でできたプレートを具え、当該プレートの下側に補強グリッドが設けられており、このプレートにかかる応力と負荷を前記下側のグリッドに転化するように構成されている。

セメント系プレートは、繊維強化セメント、コンクリートあるいは石膏でできている。代替として、セメント系プレートは、繊維強化セメント、コンクリート、または石膏の層に挟まれた、おおむね平坦な石膏コアでできていても良い。補強グリッドは、ハットセクション形状の単一ピースに打ち抜かれるか、形成された亜鉛めっきスチール（あるいは、あらゆるタイプの好適な耐腐食性の補強構造材料）のメタルシートでできており、セメント系パネルの剛性と曲げ強度を強化するためにセメント系プレート上に配置した複数の補強材を有する。補強グリッドは、仕様及び特別なアプリケーションに応じて、壁厚、高さ、及びパターニングなどに関して様々な大きさを持つ。このような補強グリッドは、セメント系材料をパネル形状の形に入れて硬化させるときに、補強グリッドの上側面（フランジ）をセメント系プレートを形成しているセメント系材料内に埋め込むことによって、セメント系プレートに接合するようにしても良い。代替的に、締結具あるいは接着剤を介して補強グリッドをセメント系プレートに接合するようにしても良い。プレートを形成しているセメント系材料の硬化を通じて補強グリッドを接合する場合、補強グリッドと、プレート間の接合を強化するために補強グリッドのフランジにパーフォレーションが要求されることがある。選択的に、エキスパンドメタルメッシュの追加シートをスポット溶接、もしくはその他の方法で補強グリッドのフランジに取り付けて、補強グリッドと、プレートを形成しているセメント系材料間の接合を強化するようにしても良い。

本発明の他の特徴によれば、セメント系パネルがセメント系材料でできたプレートと；パネルの曲げ強度を上げるため、及び建築構造にパネルを取り付ける機構を提供するために、プレートの下側に形成された補強システムと；装飾性および耐久性の双方を提供するセメント系材料にとりつけた表面仕上げ層と；を具え、これらのセメント系材料、補強システム、および表面仕上げ層が単一ピースをつくるように一体化されて、モジュール構造に使用される。

以下の段落に、例としてのみの図面を参照にして、本発明をより詳細に説明する。

本発明のより一層の理解は、以下に述べる実施例の詳細説明と請求項を、添付の図面を参照しつつ読むことによって明らかになる。これら全ては本発明の開示の一部となっている。本発明の開示の一部である図面を参照して実施例についての以下の詳細な説明と、請求項とから明らかになる。以下の記載と図面の開示は、本発明の実施例を明らかにすることを目的としており、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の精神と範囲は、請求項の用語によってのみ限定を受ける。以下は、図面の簡単な説明である。
図1は、本発明の一実施例によるモジュール式セメント系パネル／タイルの例である。 図２Ａは、本発明の様々な実施例によるセメント系プレートの例を示す図である。 図２Ｂは、本発明の様々な実施例によるセメント系プレートの例を示す図である。 図３Ａは、本発明の一実施例による補強システムの例を示す図である。 図３Ｂは、本発明の他の実施例による単一ピースを形成している、補強グリッドのフランジ上に取り付けたエキスパンドメタルメッシュシートを伴う、補強グリッドの一例を示す図である。 図４は、本発明の一実施例にかかるセメント系プレートと補強グリッドを有するモジュール式セメント系パネルの一例を示す側面図である。 図５は、本発明の一実施例にかかる締結具を用いてセメント系プレートに補強グリッドを連結する方法の一例を示す図である。 図６は、本発明の他の実施例にかかる接着剤を用いて補強グリッドをセメント系プレートに連結する方法の一例を示す図である。 図７は、本発明の一実施例にかかるセメント系プレートを用いた連結を強化するのにパーフォレーションが使用されている補強グリッドの一例を示す図である。 図８は、本発明の他の実施例にかかるセメント系プレートを用いた連結を強化するのに隆起したエレメントが用いられている補強グリッドの一例を示す図である。 図９は、本発明の一実施例に従って組み立てられたセメント系プレートと、補強グリッドと、装飾材料の最終コーティングを含むモジュール式セメント系パネルの一例を示す図である。 図１０は、本発明の一実施例にかかる簡易組み立て用の補強グリッドの一例を示す図である。 図１１は、本発明の一実施例にかかるモジュール式セメント系パネルの組み立ての一例を示す図である。

発明の実施に最良の実施形態
本発明の実施例は、水平及び垂直方向における曲げ負荷およびねじり負荷からの高ストレスを吸収するためにセメント系プレートの下側（底）に設けたあらゆるタイプの支持構造との使用、及び、繊維強化セメント、非補強セメント、コンクリート、様々な他の材料で補強されたセメント、及びフライアッシュ、スラグまたはスラッジでできたセメントを含むが、これらに限定されないあらゆるタイプのセメント系材料を伴う使用に適用することができる。しかしながら、説明を簡潔にするために、主に、セメント系プレートと、セメント系プレート上にかかる応力と負荷を吸収し転化するように設計された一体的補強グリッドを有するモジュール式セメント系パネルあるいはタイルに絞って話を進めるが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。このような、セメント系パネル／タイルは、タイルや、薄いレンガ、薄い石材、合成または天然スタッコ、塗料、外装断熱および仕上げシステム、あるいはコンクリートに塗布することができるその他の仕上げ用の裏板として使用するように設計することもできる。このようなセメント系パネル／タイルは、いろいろな大きさ（サイズ／スケール）のものを入手可能であり、外装デッキ、橋デッキ、フローリング、外壁又は内壁パネル及び正面、屋根、あるいはその他の伝統的な、あるいは新規な建築アプリケーションなど、多くのアプリケーションに使える。ここで使用されている「セメント系」の用語は、セメントまたは他のポゾラン材料を含む、またはこれらから派生した全ての材料、物質、組成物を意味すると理解される。

図面、特に図1を参照すると、本発明の一実施例にかかる建築用のモジュール式セメント系パネル／タイルの一例が示されている。図1に示すように、セメント系パネル１００は、セメント系プレート１１０と、セメント系プレート１１０と一体化されて単一ピースを作る補強システム１２０との二つの主エレメントを具え、モジュール建築あるいはモジュール構造に使用することができる。補強システム１２０は、セメント系プレート１１０の下側（底）に一体化されていても良く、セメント系パネル１００に高い曲げ剛性を提供し、建築構造にこれらのパネルを連結させるあるいは取り付けるための機構を提供する。より詳しくは、補強システム１２０は、セメント系プレート１１０上の水平方向および垂直方向における曲げ負荷やねじり負荷からの高ストレスを吸収、転化して、セメント系プレート１１０を厚くしたりあるいは重くしたりしなくてもストレス負荷に耐えられるようにしている。この結果、セメント系パネル１００の総重量及び厚さを大幅に減少できる一方で、剛性および曲げ強度を最適にすることができる。

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の様々な実施例によって製造したセメント系プレート１１０の例である。図２Ａに示すように、セメント系パネル１００に高い抗張力を与えるために、セメント系プレート１１０は繊維強化セメントでできていてもよい。セメント系材料は、セメント、石膏、パーライト及び適当な触媒を調合したものであっても良い。石膏は、好ましくは市場で入手可能な高密度石膏組成である。パーライトは、プラスタおよびコンクリートに含まれる膨張パーライト骨材であっても良い。

代替として、セメント系プレート１１０は、図２Ｂに示すように繊維強化セメント１１４でできた層の間に挟まれたおおむねフラットな石膏コア１１２の形状であってもよい。多くのアプリケーションでは、セメント系プレート１１０の一方の側に配置した一層の繊維強化セメントで十分である。図２Ａ、図２Ｂの双方に示す実施例では、セメント系プレート１１０は、仕様および特別のアプリケーションによって、サイズおよび壁厚などで、様々な大きさを持たせることができる。

本発明の好ましい実施例では、使用されているセメント系材料は滑らかであっても、テクスチャー仕上げをされていてもいい。このようなセメント系材料は、コンクリート、フライアッシュ、あるいはその他の耐久性のある外装キャスティング材料からなるものであっても良い。木質繊維は比較的低コストで、軽量でリサイクル可能であり、熱特性が良好であるため、セメント、コンクリート、石膏の強化に使用することができる。しかしながら、カーボンファイバ、アラミドファイバ、グラスファイバ、ポリプロピレンなどの他の強化繊維も使用することができる。すべての強化繊維あるいはフィラメントは、組織化して、あるいはランダムに、セメントまたは石膏内に配置することができる。更に、例えば、非強化セメント、コンクリート、様々な他の材料で強化されたセメント、及び、フライアッシュ、スラッグ、又はスラッジでできたセメントなどを含む他の材料を用いることもできる。

図３Ａは、本発明の一実施例にかかる補強システムの一例を示す図である。図３Ａに示すように、補強システムは、機械で打ち抜いて形作ることのできる単一の金属ピースでできており、セメント系プレート１１０の下側（底）に取り付けられた補強グリッド１２０であってもよい。本発明の好ましい一実施例では、補強グリッド１２０はセメント系プレート１１０とほぼ同じ大きさの単一ピースに打ち抜いた亜鉛めっきスチールシート３１０で形成することができる。亜鉛めっきスチールシート３１０は、一の方向に伸びる３本の打ち抜きチャネル３１２と、他の方向に伸びる二本の打ち抜きチャネル３１４を具え、全体がハットセクション形状をしている。

しかしながら、補強システムは必ずしも図３Ａに示す補強グリッド１２０でなくてもよい。セメント系プレート１００がプレートの重量と厚さが増えることなく高い曲げ強度を持つ限り、他の形状の補強機構と中空支持構造を使用することができる。補強グリッド１２０は、ステンレススチール、スチール、アルミニウムなどのあらゆるメタルシートで、あるいは、セメント系パネル１００の曲げ強度を強化し、重量を低減し、建築構造にこれらのパネル又はタイルを接合しあるいは取り付けるための機構を提供する他の耐腐食性材料で形成するようにしても良い。更に、補強グリッド１２０は、３×２の補強形状に構成されている必要はない。むしろ、最終使用に合うように設計されていれば、あらゆる数の打ち抜き補強材を用いることができる。同様に、補強グリッド１２０は、図３Ａに示すようなハットセクション構造を使用していなくてもよい。むしろ、最終アプリケーションに合うように設計されていれば、ブレード補強材、Ｊセクション、Ｈセクションなど、あらゆる他の補強構造または形状を用いることができる。補強グリッド１２０は、仕様および特定のアプリケーションに応じて、壁厚、補強材の高さ、及びパターニングにおいて様々な大きさのものにすることができる。

図３Ｂは、本発明の他の実施例にかかる補強グリッドの一例を示す図である。この補強グリッドの構成は、図３Ｂに示すように、スポット溶接されるか、あるいはその他の方法で、フランジに取り付けた追加のエキスパンドメタルメッシュ３２０を有している。このようなエキスパンドメタルメッシュ３２０は、セメント埋め込みプロセスに都合よく設計されている。ここでは、製造プロセス中に、正しい位置に置いた補強グリッドと共にセメント系プレート１１０をキャスティングするようにしてもよい。エキスパンドメタルメッシュ３２０は、補強グリッド１２０をセメント系プレート１１０内に取り付けるのを助け、セメント系プレート１１０を補強するように設計されている。

エキスパンドメタルメッシュ３２０は、角形、棒状、楕円、ダイアモンド形、トリプルダイアモンド形、および織り合わせなど、異なるサイズ、形状およびパターンに切断し引き伸ばした軽量アルミニウム(Al)などのシートメタルであってもよい。シートは、金属の剛性を強化するトラスパターンによって、軽量で強靭なものにすることができる。これらの多用途のシートは、補強グリッド１２０をセメント系プレート１１０に容易に連結し、どのような特定のアプリケーションにも合うように、切断、形成、溶接が可能である。

図４は、図１に示すモジュール式セメント系パネル１００の一例の側面図である。補強グリッド１２０は、セメント系プレート１１０を形成しているセメント材料がモールドを介してパネルあるいはタイルの形にキャスティングして、未硬化状態を保っている間に、補強グリッド１２０の上側面（フランジ）をセメント系材料に埋め込むことによって、セメント系プレート１１０に連結することができる。セメントは、フランジのパーフォレーション３３０Ａ−３３０Ｎ、及び選択的に図３Ｂに示すエキスパンドメタルシート３２０を介して流れ、正しい位置で硬化する。このセメントは、補強グリッド１２０で正しい位置で圧縮され、薄層間の連結強度を増す。セメント製品は、木質テクスチャー、またはその他の、上側表面に施された装飾的あるいは機能的テクスチャーを上側表面に有するものであっても良い。

補強グリッド１２０をセメント系プレート１１０に連結する代替の方法は、補強グリッド１２０にパーフォレーションをつけることに代えて、あるいは、これに加えて、セメントが硬化する間にバンプを使用することを含んでいてもよい。他の代替の方法は、セメント製品を個別に形成し、接着剤または機械的な連結手段を用いて補強グリッド１２０を取り付けることである。接着剤は、ウレタンあるいはエポキシセメント、のり、あるいはマスチックコーティングであってもよい。ねじ、釘、ボルト、リベット、ピン、ループ、その他のような他の機械的連結手段を、構造あるいは構造的コンポネント内にそれぞれ、またはセメント製品内に使用することもできる。

例えば、図５は本発明の一の実施例にかかる締結具を用いてセメント系プレート１１０に補強グリッド１２０を連結する方法の一例を示す図である。図５に示すように、スクリュあるいは釘などの機械的締結具５１０を、補強グリッド１２０をセメント系プレート１１０に取り付けるのに使用することができる。機械的な締結具を用いる場合は、スクリュまたは釘を予めドリルで孔を開けたり及び／又は破壊を生じることなくセメント系プレート１１０のエッジに打ち込むことができるように、セメント系プレート１１０が比較的強く硬い表面エッジ強化層を具えるようにしてもよい。

図６は、本発明の他の実施例に基づく接着剤を用いたセメント系プレート１１０に補強グリッド１２０を連結する方法の一例を示す図である。図６に示すように、ウレタンあるいはエポキシセメント、のり、マスチックコーティングなどの接着剤を、セメント系プレート１１０に補強グリッド１２０を取り付けるのに使用することができる。接着剤を使用する場合は、セメント系プレート１１０は、補強グリッド１２０を用いて、薄層間の連結強度が上がるように硬化するまで正しい位置に押し付けるようにする。

図７は、本発明の一実施例にかかるセメント系プレート１１０との連結を強化するのにパーフォレーション３３０Ａ−３３０Ｎを使用した補強グリッド１２０の一例を示す図である。図７に示すように、補強グリッド１２０のエッジに孔をあけて、開口（パーフォレーション）を設ける。この結果、セメント系材料の硬化によって補強グリッド１２０がセメント系プレート１１０に連結されるときに、補強グリッド１２０とセメント系プレート１１０間の薄層間の連結が大幅に改善される。

図８は、本発明の他の実施例にかかるセメント系プレートとの連結を強化するのに、バンプなどの隆起エレメントを用いた補強グリッド１２０の一例を示す図である。図８に示すように、隆起バンプ８１０が補強グリッド１２０のフランジ（上側面）に組織的にあるいはランダムに配置されている。これらのバンプ８１０は、セメント系プレート１１０との連結を強化するために、補強グリッド１２０のフランジ上のパーフォレーション３３０Ａ−３３０Ｎに加えて使用され、特に、硬化する間にセメントがフランジのパーフォレーション３３０Ａ−３３０Ｎを流れる時に使用される。

図９は、本発明の他の実施例にかかるモジュール式セメント系パネル１００の一例を示す図である。図９に示すように、モジュール式セメント系パネル１００は、セメント系プレート１１０と、このセメント系プレート１１０に連結された補強グリッド１２０と、セメント系プレート１１０の上側面に塗布されている表面仕上げ層１３０との、３つの主エレメントを具える。これらの３つの主エレメントは一体化されて単一ピースを形成しており、室内フローリング、室外デッキ、壁システムを含むモジュール建築あるいはモジュール構造に使用することができる。

本発明の好ましい実施例では、セメント系材料に塗布することができる表面仕上げ層１３０は、単純なスプレィコートポリマか、パネル／タイル全体の装飾的特性および耐久特性といった機能をなすように設計された他のセメント系層である。例えば、表面仕上げ層１３０は、装飾的な目的で着色したエポキシベースのセメント層であって、このエポキシベースのセメント層の表面にコンクリートシーラを薄くコーティングしたものであってもよい。ここで用いられるエポキシベースのセメントは非常に耐摩耗性があり、セメントシーラはエポキシベースのセメント層を耐水性にする。

表面仕上げ層１３０は様々な方法で調整して仕上げることができ、従って、最終的な構造に異なる特性を与える。更に、使用されている材料は、風雨に対して非常に耐性があり、耐火性、耐水性、また、水密性を持つこともできる。例えばセメント系プレート１１０は、耐水性混合物をスプレィコートして必要に応じて硬化できる。耐水コーティングは、様々なポリマ基を含む組成物から得ることができる。この目的に使用することができるポリマは、ポリ（塩酸ビニル）（ＰＶＣ）、ポリウレタン（ＰＵ）、アクリル樹脂（ＡＲ）及び耐水特性を有する他のポリマを含む。他の例はポリマ修飾ビチューメン、アルキド樹脂、エポキシ樹脂（ＥＰ）、シリコーン樹脂を含む。これらについては、議論されていないが、本発明の範囲内で使用することができる。

組み立てを容易にするために、セメント系パネル１００は他のセメント系パネルへの取り付け手段を含む様々な構造を有していても良い。例えば、図１０は、本発明の実施例にかかる簡易アッセンブリ用に作られた補強グリッドの一例を示す図である。図１０に示すように、セメント系パネル同士を連結する好ましい取り付け手段は、タンと溝の相互連結システムである。本発明の一実施例において、タン１０１０は、例えば各セメント系パネル１００の一方の側、例えば左側においてチャンネル部材３４０内に形成されていても良く、一方、溝（図示せず）は、例えば各セメント系パネル１００の他方の側、例えば右側においてチャンネル部材３４０内に形成されていてもいい。この方法では、セメント系パネルを並べて配列した場合、一のセメント系パネルのタンが他のセメント系パネルの溝の中に突出して、タンと溝の相互連結を提供する。

補強グリッド１２０の例は、例えば、セメント系パネル１００の反対側、例えば右側のチャンネル部材３４０に選択された開口１０２０を有していても良い。これらの開口１０２０は、図１１に示すように、スクリュや釘などの締結具１１２０によるセメント系パネル（例えば１００Ａ）のフレーミングジョイスト１１１０への連結あるいは固定を可能にする。セメント系パネル１００Ａをフレーミングジョイスト１１１０に固定する場合、他のセメント系パネル１００Ｂの補強グリッド１２０のチャンネル部材３４０から延在するタン１０１０を、固定されたセメント系パネル１００Ａの溝１１３０内に挿入するようにしても良い。タンと溝の相互連結がなされた後、締結具１１２０を用いて第２のセメント系パネル１００Ｂを他のフレーミングジョイスト１１１０に固定するようにしてもよい。

他のタイプの連結方法も、モジュール式セメント系パネルの相互連結に使用することができる。例えば、セメント系パネルの側部に溶接された共働ヒンジバレルを使用し、パネルが並列関係に配置された時にヒンジバレルが整列し、一本のヒンジピンを挿入してパネル同士を連結できるようにしてもよい。このヒンジバレルの配列によって、特に、パネルが一時的に、あるいは半一時的な構造に使用される場合に、パネルを迅速に連結することができる。所望の場合は、防水マスチックまたはこのような他の材料をヒンジ連結したパネル間に残ったスペースのどこかに注入することもできる。

図１と図９について述べたとおり、繊維強化セメントあるいは石膏はセメント系パネル１００に高い抗張力を提供し、補強グリッド１２０はパネルの重量と厚さを増すことなくセメント系パネル１００に高い曲げ強度を提供する。図３に示す補強グリッド１２０の例は、セメント系パネルの剛性と曲げ強度を、補強材で強化されていないパネルの強度の少なくともおよそ２、３倍（２００％または３００％）増加させる。

一体化された補強システムの総体的概念を認証するために、商業的に入手可能な繊維強化セメントパネルを、曲げ負荷をかけた状態で、集中荷重（長さ２インチ、ピン径０．２５インチ）と、分布荷重（〜１０平方インチ円形プレート）の両方を用いてテストした。補強されたセメント系パネルは、プレート材料と同じ繊維強化セメントパネルで製造し、同じ特性についてテストした。補強されたセメントパネルは、二つの補強材間の集中荷重、及び、一の補強材の中央への集中荷重とでテストした。

このテスト結果は、破壊が生じる負荷の急激な上昇と、補強されたパネルの曲げ強度を示す。補強材は、特定の性能ゴールを提供するために、どの方法においても最適化されておらず、むしろ全体のコンセプトを確認するために組み立てられていることに留意すべきである。

表１は、異なるシステムにおける集中ピン荷重の曲がり結果の比較を示す。この表において、強度及び剛性の値は、セメント系パネルの値に正規化されており、「２スティッフナ」なる用語は、集中荷重が２つの補強材の間にあり、「１スティッフナ」なる用語は、集中荷重が１つの補強材の中央にあることを示す。

表２は、商業的に入手可能なセメント系パネルと、本発明の実施例による補強されたセメント系パネルの分布荷重による曲がりの結果の比較を示す。この場合、負荷が分散されている表面は、補強材間の距離より大きく、従って、「１スティッフナ」と「２スティッフナ」を区別する必要がない。

この軽量の補強材による解決法の利点は、本発明による軽量モジュール式セメント系パネル全体が単一物として機能するという事実によって生じる、軽量補強エレメントの曲げ強度の値が高いことである。なぜなら、補強グリッドはセメント系プレートにしっかりと取り付けられており、従って、全ての内部及び外部のストレス及び負荷がセメント系プレートから補強グリッドの部品全体に転化されるからである。従って、この軽量のモジュール式セメント系パネルを壁や床、デッキ、壁、天井、屋根などに活用することができる。更に、本発明にかかるモジュール式セメント系パネルは、軽量で、安価で、耐久性があり、収納がコンパクトで、強靭である。モジュール式セメント系パネル／タイルは、そこに埋め込まれる電気もしくは、他の設備用の開口を具えていても良い。

上述したとおり、本発明は商業的に入手可能なセメント系パネル／タイルより曲げ強度がはるかに高く、重量が何倍も軽い軽量のセメント系パネル／タイルを構築する方法を有利に提供する。様々なスケールでのこのようなパネル／タイルの設計は、外装デッキ、橋デッキ、フローリング、外壁及び内壁パネル、屋根工事、その他の伝統的および新規な建築アプリケーションを含む、数多くのアプリケーションを有する。この構成のエッセンスは、下側に一体化された補強グリッドによって支持されているセメント表面（木質繊維や他の材料で強化されていても良い）であり、セメント面の全重量及び厚さを低減する一方、そこにかかるストレス及び負荷に対して効率的な耐久性を持つ。

本発明の実施例と考えられるものを図示して説明したが、当業者には、また、技術開発が進むにつれ、本発明の真の範囲から外れることなく様々な変更や変形がなされうること、また同等物をこれらのエレメントに差し替えることができると解される。従って、これらの変形は本発明の教示をその範囲から外れることなく特定の場合に適用してなされうるものである。従って、本発明はここに開示した様々な実施例に限定されるものではなく、請求項の範囲内に入る全ての実施例を含むものである。請求項の手段プラス機能条項は、記載した機能を実行した場合のここに述べた構造、及び構造的同等物のみならず、均等な構造をもカバーすることを意図したものである。従って、釘及びスクリュは、釘は木製部品同士を固定するために筒状面を使用するのに対し、スクリュが木製部品を連結する環境において螺旋状面を使用するという点では、構造的同等物ではないといえるが、釘とスクリュは均等な構造物といえる。

Claims (40)

1. セメント系プレートと；
   前記セメント系プレートの下側に設けられ、当該セメント系プレートから延在しており、前記セメント系プレートにかかる応力と負荷を吸収又は転化し、前記パネルの全重量及び／又は厚さを低減する一方、前記パネルの剛性及び曲げ強度を上げる補強グリッドを具えることを特徴とするパネル又はタイル。
2. 請求項１に記載のパネル又はタイルにおいて、前記セメント系プレートが繊維強化セメント、コンクリート、または石膏でできていることを特徴とするパネル又はタイル。
3. 請求項１に記載のパネル又はタイルにおいて、前記セメント系プレートがセメント系材料に混合された木質繊維でできていることを特徴とするパネル又はタイル。
4. 請求項１に記載のパネル又はタイルにおいて、前記セメント系プレートが、繊維強化セメント、コンクリートあるいは石膏の層の間にはさまれた概ねフラットな石膏コアで形成されていることを特徴とするパネル又はタイル。
5. 請求項１に記載のパネル又はタイルにおいて、前記補強グリッドが前記セメント系パネルの上に配置された複数の補強材を有するハットセクション形状の単一ピースに打ち抜かれ、またはキャスティングされたメタルシートでできており、前記セメント系パネルの剛性及び曲げ強度を強化することを特徴とするパネル又はタイル。
6. 請求項１に記載のパネル又はタイルが、更に、前記セメント系プレート上に配置された仕上げ面または仕上げ層を具え、装飾性及び耐久性の両特性を提供することを特徴とするパネル又はタイル。
7. 請求項１に記載のパネル又はタイルにおいて、前記補強グリッドが仕様及び特定のアプリケーションに応じて、壁厚、高さ、パターニングにおいて様々な大きさを有することを特徴とするパネル又はタイル。
8. 請求項１に記載のパネル又はタイルにおいて、スポット溶接もしくはその他の方法でフランジに取り付けられたエキスパンドメタルメッシュのシートを具える前記補強グリッドが、前記セメント系材料がパネル形状にキャスティングされて硬化する際に、前記セメント系プレートを形成しているセメント系材料に前記補強グリッドの上側面を埋め込むことによって前記セメント系プレートに連結されることを特徴とするパネル又はタイル。
9. 請求項１に記載のパネル又はタイルにおいて、前記補強グリッドが前記セメント系プレートに締結具を介して連結されていることを特徴とするパネル又はタイル。
10. 請求項１に記載のパネル又はタイルにおいて、前記補強グリッドが前記セメント系プレートに接着剤を介して連結されていることを特徴とするパネル又はタイル。
11. 請求項１に記載のパネル又はタイルにおいて、前記補強グリッドが前記セメント系プレートの上に配置された複数の補強材を有するハットセクション形状の単一ピースに打ち抜かれ、またはキャスティングされたメタルシートでできており、前記セメント系パネルの剛性及び曲げ強度を強化し、前記補強材が各々が他のセメント系パネルにタンと溝の相互連結を介して取り付ける取り付け手段を有する中空チャネル部材に分かれていることを特徴とするパネル又はタイル。
12. 請求項１１に記載のパネル又はタイルにおいて、前記補強グリッドがパーフォレーションを具え、前記補強グリッドが前記セメント系プレートを形成するセメント系材料の硬化によって連結され前記セメント系プレートを強化する場合に、スポット溶接もしくはその他の方法で前記フランジに取り付けられたエキスパンドメタルメッシュのシートが、前記補強グリッドと前記セメント系プレート間の連結を強化するのに使用されることを特徴とするパネル又はタイル。
13. セメント系材料でできたプレートと；
    前記プレートの下側に形成され、前記プレートから延在した、前記パネルの曲げ強度を高くし、前記パネルを建築構造に取り付ける機構を提供する補強システムと；
    前記セメント系プレートに塗布して前記タイル／パネル表面の装飾的特性と耐久性特性の双方を提供する外側仕上げ層と；を具え、
    前記セメント系プレートと、前記補強システムと、前記外側仕上げ層が互いに一体化されて、モジュール化構造に使用される単一ピースを作っていることを特徴とする建築用パネル又はタイル。
14. 請求項１３に記載の建築用パネル又はタイルにおいて、前記セメント系材料が繊維強化セメント、コンクリートまたは石膏でできていることを特徴とするパネル又はタイル。
15. 請求項１３に記載の建築用パネル又はタイルにおいて、前記プレートが繊維強化セメント、コンクリート又は石膏の層の間にはさまれた概ねフラットな石膏コアでなることを特徴とするパネル又はタイル。
16. 請求項１３に記載の建築用パネル又はタイルにおいて、前記補強システムが、前記セメント系材料の上に配置された複数の補強材を有するハットセクション形状の単一ピースに打ち抜かれ、またはキャスティングされたメタルシートでできた補強グリッドであり、前記プレートにかかる応力及び負荷を吸収することを特徴とするパネル又はタイル。
17. 請求項１６に記載の建築用パネル又はタイルにおいて、前記補強グリッドが、仕様および特定のアプリケーションに応じて、壁厚、高さ及びパターニングにおいて様々な大きさを有することを特徴とするパネル又はタイル。
18. 請求項１６に記載の建築用パネル又はタイルにおいて、前記補強グリッドが、前記セメント系材料がパネル形状にキャスティングされ硬化する場合に、前記補強システムの上側表面を前記セメント系材料に埋め込むことによって前記プレートに連結されることを特徴とするパネル又はタイル。
19. 請求項１６に記載の建築用パネル又はタイルにおいて、前記補強グリッドが、締結具を介して前記プレートに連結されていることを特徴とするパネル又はタイル。
20. 請求項１６に記載の建築用パネル又はタイルにおいて、前記補強グリッドが接着剤を介して前記プレートに連結されていることを特徴とするパネル又はタイル。
21. 請求項１６に記載の建築用パネル又はタイルにおいて、前記補強グリッドが前記セメント系材料の硬化によって連結される場合に、前記補強グリッドがそのフランジに前記補強グリッドと前記プレート間の連結を強化するのに使用されるパーフォレーションを有することを特徴とするパネル又はタイル。
22. セメント系パネル／タイルを製造するプロセスにおいて：
    繊維強化セメント、コンクリート又は石膏でなるセメント系材料でできたプレートを形成するステップと；
    前記プレートの下側にハットセクション形状に打ち抜かれたメタルシートでできた補強グリッドを備えて、前記パネル／タイルの曲げ剛性を高めるステップと；
    前記パネル／タイルの装飾的特性と耐久性特性の双方を与えるべく前記セメント系プレートに外側仕上げ層を塗布するステップと：
    を具えることを特徴とするプロセス。
23. 請求項２２に記載のプロセスにおいて、更に、前記セメント系材料がパネル／タイルの形にキャスティングされ、硬化される場合に、前記補強グリッドの上側表面を前記プレートの下側の前記セメント系材料に埋め込むステップを具えることを特徴とするプロセス。
24. パネルにおいて：
    セメント系プレートと；
    前記セメント系プレートの下側に設けられており、前記セメント系プレートにかかる応力と負荷を吸収または転化し、前記パネルの全重量と厚さを低減する一方、前記パネルの剛性及び曲げ強度を上げる強化グリッドとを具え、
    前記強化グリッドが、セメント系材料がパネル形状にキャスティングされて硬化する際に、前記セメント系プレートを形成しているセメント系材料に前記補強グリッドの上側面を埋め込むことによってセメント系プレートに連結さえることを特徴とするパネル。
25. 請求項２４に記載のパネルにおいて、前記セメント系プレートが繊維強化セメント、コンクリート、あるいは石膏でできていることを特徴とするパネル。
26. 請求項２４に記載のパネルにおいて、前記セメント系プレートがセメント系材料に混合された木質繊維でできていることを特徴とするパネル。
27. 請求項２４に記載のパネルにおいて、前記セメント系プレートが、繊維強化セメント、コンクリート、あるいは石膏の層の間にはさまれた概ねフラットな石膏コアで形成されていることを特徴とするパネル。
28. 請求項２４に記載のパネルにおいて、前記補強グリッドが前記セメント系プレートの中に埋め込まれ、前記セメント系プレートの表面から延在する複数のスティッフナを有するハットセクション形状の単一ピースに打ち抜かれ、またはキャスティングされたメタルシートでできており、前記パネルの剛性及び曲げ強度を強化することを特徴とするパネル。
29. 請求項２４に記載のパネルにおいて、前記補強グリッドが仕様及び特定のアプリケーションに応じて、壁厚、高さ、パターニングにおいて様々な大きさを有することを特徴とするパネル。
30. 請求項２４記載のパネルにおいて、スポット溶接もしくはその他の方法でフランジに取り付けられたエキスパンドメタルメッシュ、ワイヤ、あるいはメッシュなどのシートを具える前記補強グリッドが、前記補強グリッドが前記セメント系プレートを形成するセメント系材料の硬化と、前記セメント系プレートの強化を介して連結される際に、前記強化グリッドと前記セメント系プレート間の連結を強化するのに使用されることを特徴とするパネル。
31. 建築用パネルにおいて、当該パネルが：
    セメント系材料でできたプレートと；
    前記プレートの下側に形成され、前記パネルの曲げ強度を高くし、前記パネルを建築構造に取り付ける機構を提供する補強システムと；
    前記プレートに塗布して前記パネル表面の装飾的特性と耐久性特性の双方を提供する外側仕上げ層と；を具え
    前記セメント系材料がパネル形状のキャスティングされ、硬化される場合に、前記補強システムの上側面を前記プレートを形成している前記セメント系材料の中に埋め込むことによって前記強化システムが前記セメント系プレートに一体化されて、モジュール構造に用いる単一ピースを作ることを特徴とする建築用パネル。
32. 請求項３１に記載の建築用パネルにおいて、前記セメント系材料が繊維強化セメント、コンクリート、または石膏でできていることを特徴とする建築用パネル。
33. 請求項３１に記載の建築用パネルにおいて、前記プレートが繊維強化セメント、コンクリートまたは石膏の層の間にはさまれた概ねフラットな石膏コアでなることを特徴とする建築用パネル。
34. 請求項３１に記載の建築用パネルにおいて、前記プレートが前記セメント系材料に混合された木質繊維でできていることを特徴とする建築用パネル。
35. 請求項３１に記載の建築用パネルにおいて、前期強化システムが、セメント系材料の上に配置された複数の中空スティッフナを有するハットセクション形状に打ち抜かれたまたはキャスティングされたメタルシートでできている補強グリッドであり、前記プレートにかかる応力および負荷を吸収すると共に、前記建築用パネルの全重量と厚さを低減し、一方、前記建築用パネルの剛性と曲げ強度を高めることを特徴とする建築用パネル。
36. 請求項３５に記載の建築用パネルにおいて、前記補強グリッドが、前記セメント系材料が硬化する間に連結される場合に、前記補強グリッドがそのフランジに、前記補強グリッドと前記プレート間の接合を強化するのに使用されるパーフォレーションを具えることを特徴とする建築用パネル。
37. パネルにおいて：
    セメント系材料でできたプレートと；
    前記プレートの下側に形成され、前記パネルの総重量と厚さを低減する一方、建築構造に前記パネルを取り付ける機構を提供する補強グリッドと；
    前記プレートに塗布され、前記パネル表面の装飾性および耐久性の双方を提供する仕上げ層と；を具え
    前記補強システムが、前記プレート表面から延在する、同じ間隔をおいた水平及び垂直中空スティッフナのネットワークであって、前記パネルが水平又は垂直方向に二又はそれ以上のピースにカットされる場合に、前記パネルのそれぞれのカットピースの構造的一体性が維持されるように構成されていることを特徴とするパネル。
38. 請求項３７に記載の建築用パネルにおいて、前記セメント系材料が、繊維強化セメント、コンクリートまたは石膏でできていることを特徴とする建築用パネル。
39. 請求項３７に記載の建築用パネルにおいて、前記プレートが、繊維強化セメント、コンクリート、または石膏でできた層の間にはさまれた概ねフラットな石膏コアでできていることを特徴とする建築用パネル。
40. 請求項３７に記載の建築用パネルにおいて、前記プレートが前記セメント系材料に混合された木質繊維でできていることを特徴とする建築用パネル。

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