JP2006249797A - パネル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、建築、土木分野等で使用するパネルであって、間隙を持って対向して配置した２枚の板材の層間強度を大きくしたものである。
【解決手段】 連続した強化繊維とマトリックス樹脂を有するＦＲＰ材により、間隙をもって対向して配置された２枚の板材に設けられた多数の孔を貫通して両板材を縫いつけてパネルとしたから、板と板との間のはく離及びせん断に対する強度（いわゆる層間強度）を大きくすることができる。また、その製造方法は、強化繊維で縫い付けたのち、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させて硬化させればよいから、簡単にパネルを製造することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、建築、土木分野等で使用するパネル及びその製造方法に関するものである。

従来のパネルとして、図８に示すように、ＦＲＰ製のスキン部材１２，１２の間に挟まれたコア-部材１４の厚さ方向に貫通し、かつスキン部材１２，１２と一体化した補強部材１３を有するサンドイッチ構造体１１がある（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の他のパネルとして、図９に示すように、２枚のＦＲＰ製板材２１,２１を断面Ｈ型のＦＲＰ製リブ材２２を介して所定の間隔をあけて結合し、この２枚のＦＲＰ製板材２１,２１の間に合成樹脂発泡体２３を充填してリブ材２２と共にサンドイッチ構造としたＦＲＰ製パネル材２４がある（例えば、特許文献２参照）。
特開平１１−１４１０４８号 公報 特開２００２−１２９６９９号 公報

特許文献１に記載された従来のサンドイッチ構造体１１は、補強部材１３をスキン部材１２，１２と一体化しているため、層間強度は高いが、製造するために複雑な金型等の型が必要であるとともに、成形に多くの工程が必要となる問題がある。

特許文献２に記載された従来のＦＲＰ製パネル材２４は、２枚のＦＲＰ製板材２１，２１の間に断面Ｈ型のＦＲＰ製リブ材２２を設けているが、板材２１，２１とリブ材２２とのはく離強度が小さいため、層間強度が低い問題がある。

本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、間隙をもって対向して配置された少なくとも２枚の板材を結合するために、強度が大きくかつ製造容易な結合部材を用いることにより、はく離強度の大きいパネル及びその製造方法を実現することを目的とするものである。

請求項１に係る本発明は、間隙をもって対向して配置された少なくとも２枚の板材と、これら板材を結合する結合部材とからなり、結合部材は、連続した強化繊維とマトリックス樹脂を有するＦＲＰ材により形成するとともに両板材に設けられた多数の孔を貫通して両板材を縫い付けたパネルである。

請求項２に係る本発明は、請求項１に係る本発明の構成に加え、さらに、板材に設けられた１個の孔に対して、連続した強化繊維を複数回縫い付けたパネルである。

請求項３に係る本発明は、請求項１又は２に係る本発明の構成に加え、さらに、板材は、強化繊維とマトリックス樹脂を有するＦＲＰ材により形成したパネルである。

請求項４に係る本発明は、多数の孔が設けられた少なくとも２枚の板材を間隙をもって対向して配置する配置工程と、連続した強化繊維を、配置工程で配置された両板材の各孔を貫通して両板材を縫いつける縫付工程と、縫付工程で縫い付けられた強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させて硬化させるＦＲＰ形成工程とからなるパネルの製造方法である。

請求項５に係る本発明は、請求項４に係る本発明の構成に加え、さらに、板材に設けられた１個の孔に対して、連続した強化繊維を複数回貫通して両板材を縫い付ける縫付工程としたパネルの製造方法である。

請求項６に係る本発明は、請求項４又は５に係る本発明の構成に加え、さらに、板材は、強化繊維とマトリックス樹脂を有するＦＲＰ材により形成したパネルの製造方法である。

請求項１に係る本発明による作用は、連続した強化繊維とマトリックス樹脂を有するＦＲＰ材により、間隙をもって対向して配置された２枚の板材に設けられた多数の孔を貫通して両板材を縫いつけてパネルとしたから、板と板との間のはく離及びせん断に対する強度（いわゆる層間強度）を大きくすることができる。また、板と板との間にＦＲＰ材からなる多数の小柱が形成されるため、圧縮強度の大きいパネルとすることができる。

請求項２に係る本発明の作用は、請求項１に係る本発明による作用に加え、板材に設けられた１個の孔に対して、連続した強化繊維を複数回縫い付けたから、強化繊維の強度をより充分に利用することができ、層間強度及び圧縮強度を一層大きくすることができる。

請求項３に係る本発明による作用は、請求項１又は２に係る本発明の作用に加え、板材をＦＲＰ材により形成したから、パネルをより軽量で強度を大きくできる。

請求項４に係る本発明による作用は、配置工程と、縫付工程と、ＦＲＰ形成工程によりパネルを製造できるから、簡単な製造工程で請求項１に係るパネルを製造することができる。

請求項５に係る本発明による作用は、請求項４に係る本発明の作用に加え、板材に設けられた１個の孔に対して、連続した強化繊維を複数回貫通して両板材を縫い付ける縫付工程としたことにより、請求項２に係るパネルを製造することができる。

請求項６に係る本発明による作用は、請求項４又は５に係る本発明の作用に加え、板材をＦＲＰにより形成したことにより、請求項３に係るパネルを製造することができる。

請求項１に係る本発明は、間隙をもって対向して配置された２枚の板材に設けられた多数の孔を貫通して両板材をＦＲＰ材により縫いつけてパネルとしたから、この種のパネルで問題となる板と板との間のはく離及びせん断に対する強度（いわゆる層間強度）並びに圧縮強度を大きくした軽量パネルとすることができる。

請求項２に係る本発明は、請求項１に係る本発明の効果に加え、板材に設けられた１個の孔に対して、連続した強化繊維を複数回縫い付けたから、強化繊維の強度をより充分に利用することができ、層間強度及び圧縮強度を一層大きくすることができ、軽量、高強度が必要な用途への適用が可能となる。

請求項３に係る本発明は、請求項１又は２に係る本発明の効果に加え、板材をＦＲＰ材により形成したから、パネルをより軽量で強度を大きくできる。

請求項４に係る本発明は、配置工程と、縫付工程と、ＦＲＰ形成工程によりパネルを製造できるから、簡単な製造工程で請求項１に係るパネルを製造することができる。

請求項５に係る本発明は請求項４に係る本発明の効果に加え、板材に設けられた１個の孔に対して、連続した強化繊維を複数回貫通して両板材を縫い付ける縫付工程としたことにより、請求項２に係るパネルを製造することができる。

請求項６に係る本発明は、請求項４又は５に係る本発明の効果に加え、板材をＦＲＰにより形成したことにより、請求項３に係るパネルを製造することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付した図面により詳細に説明する。
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態を示す図面である。

図１はパネルの平面図であり、強化繊維を縫い付けた状態を模式的に示し、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図３は図２に示す強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させた状態を示す断面図である。
２枚のＦＲＰ材からなる板材１ａ，１bが間隙をもって対向して配置されており、各板材１ａ，１ｂには，第１図に示すように多数の孔２，２が碁盤目状に設けられている。

これら板材１ａ，１ｂを結合する結合部材３が図３に示すように両板材１ａ，１ｂに設けられた多数の孔２，２を貫通して両板材１ａ，１ｂを縫い付けている。
結合部材３は，連続した強化繊維３ａとマトリックス樹脂を有するＦＲＰ材により形成している。

板材１ａ，１ｂは、平織りのガラス繊維、エポキシ樹脂及び硬化剤を用いてハンドレイアップ成形法により成形したＦＲＰ製であり、板厚は２ミリメートルとし、孔２の径を３ｍｍとしている。

結合部材３を構成する連続した強化繊維３ａは、ガラス繊維からなり径が６．５μｍの単繊維を８００本収束した束を２束撚り合せて両板材１ａ，１ｂを縫い付けている。結合部材３を構成するマトリックス樹脂はエポキシ樹脂を用いている。

連続した強化繊維３ａは、図１及び図２に示すように、１個の孔２に対して、２回縫い付けている。１個の孔２に対する強化繊維３ａの縫付回数は要求されるパネルの層間強度、強化繊維３ａの仕様、孔２のピッチ（孔２の単位面積当りの個数）等により決定するのであり、３回以上であっても、１回であってもよい。
また、連続した強化繊維３ａは、板材１ａ，１ｂの全体に対して連続している必要はなく、複数の孔２，２について連続していればよく、要は両板材１ａ，１ｂが強化繊維３ａにより縫い付けられていればよいのである。

板材１ａ，１ｂの強化繊維は平織りのガラス繊維としたが、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維と炭素繊維を複合したもの等でもよく、繊維の形態としては、クロス、マット、ストランド等でよい。また、板材１ａ，１ｂの樹脂はエポキシ樹脂としたが、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂等でもよい。

結合部材３を構成する強化繊維３ａについても、板材１ａ，１ｂの強化繊維と同様に炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維と炭素繊維を複合したもの等でもよい。また、結合部材３を構成するマトリックス樹脂についても、板材１ａ，１ｂの樹脂と同様にフェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂等でもよい。

さらに、板材１ａ，１ｂはＦＲＰ材に限らず、軽量のアルミ合金製でもよく、板厚、間隙、大きさは必要に応じて決めることができる。
また、板材１ａ，１ｂは平板状のものについて説明したが、湾曲したものであってもよく、両板材１ａ，１ｂの結合は、強化繊維３ａとマトリックス樹脂を有するＦＲＰ材により形成された結合部材３による縫い付けであるから、湾曲していても平板状のものと変わりなく両板材１ａ，１ｂを間隙をもって結合して製作することができる。

第1の実施の形態は、連続した強化繊維３ａとマトリックス樹脂を有するＦＲＰ材により、間隙をもって対向して配置された２枚の板材１ａ，１ｂに設けられた多数の孔２，２を貫通して両板材１ａ，１ｂを縫いつけてパネルとしたから、板１ａと板１ｂとの間のはく離及びせん断に対する強度（いわゆる層間強度）を大きくすることができる。
また、図３に示すように、板１ａと板１ｂとの間にＦＲＰ材からなる多数の小柱３ｂ、３ｂが形成されるため、圧縮強度の大きいパネルとすることができる。

図４は、本発明の第２の実施の形態を示すパネルの平面図であり、強化繊維を縫い付けた状態を模式的に示している。
この図４に示す第２の実施の形態が図１に示す第１の実施の形態と異なる点は、図１の第１の実施の形態では板材１ａに多数の孔２，２を碁盤目状に設けているのに対して、図４の第２の実施の形態では板材１ａに多数の孔２，２を千鳥状に設けた点である。

第２の実施の形態は、板材１ａに設けた孔２，２のピッチが第１の実施の形態と同じく１５ｍｍであるが、斜めに１５ｍｍであるため、孔２，２の数が第１の実施の形態のものより約１５％多くなり、結合部材３を構成する強化繊維３ａの縫い付け個所も第１の実施の形態のものより約１５％多くなっている。
この第２の実施の形態は孔２，２を千鳥状に設ける点を除き、第１の実施の形態と同じであるから、詳細な説明は省略する。

本発明の第３の実施の形態を図５及び図６に基づいて説明する。
図５はパネルの平面図であり、強化繊維を縫い付けた状態を模式的に示し、図６は図５のＢ−Ｂ部分を示す正面図である。
この第３の実施の形態は、第１及び第２の実施の形態が、板材１ａ，１ｂとも孔２，２を同じ位置に設けて対向させ、結合部材３を板材１ａ，１ｂに対して垂直に配置しているが、第３の実施の形態では、一方の板材１ａの孔２，２の位置と、他方の板材１ｂの孔２，２の位置とを、両板材１ａ，１ｂを対向して配置したとき、一方の板材１ａの孔２，２の中間となる位置に他方の板材１ｂの孔２，２が位置するようにしている。
そして、図１及び図４では、一方の板材１ａの外側に位置する強化繊維３ａを実線で、他方の板材１ｂの外側に位置する強化繊維３ａを点線で示しているが、図５では、両板材１ａ，１ｂの外側及び間に位置する強化繊維３ａを実線・点線の区別をせず、強化繊維３ａの縫い付け状態をわかり易くするために、線種を区別して縫い付け状態を模式的に示した。なお、図５において、一方の板材１ａに設けた孔２，２は実線、他方の板材１ｂに設けた孔２，２は点線で示している。

第３の実施の形態では、両板材１ａ，１ｂの孔２，２の位置を上記のようにしたことにより、結合部材３が両板材１ａ，１ｂを傾斜して配置されることになり、いわゆるラーメン構造の結合となり、両板材１ａ，１ｂのせん断に対する強度を高くすることができ、またパネルの坐屈に対する強度も高くすることができる。
この第３の実施の形態は両板材１ａ，１ｂの孔２，２の位置を異ならせた点を除き、第１の実施の形態と同じであるから、詳細な説明は省略する。

上記の第１〜第３の実施の形態では、板材１ａ，１ｂを２枚の場合について説明したが、板材を３枚以上とすることもできる。
板材を３枚とする場合には、例えば、第１の実施の態様で説明した２枚からなるパネルを形成した後、さらに３枚目の板材を間隙をもってパネルに対向させて配置し、２枚のパネルに設けた孔とは別の位置に、３枚の板材を貫通する多数の孔を設けて、これら孔を貫通させて、連続した強化繊維とマトリックス樹脂を有するＦＲＰ材により３枚の板材を縫い付けるのである。

上記の第１〜第３の実施の形態では、板材１ａと板材１ｂの間隙は結合部材３が位置するところを除き、空間としている。この空間には、パネルを建築物の壁などに用いた場合、配線等を通すことができる。
また、パネルにさらに大きな断熱性能を要求される場合、パネルを形成した後、空間に発泡体を形成してサンドイッチパネルとすることもできる。

次に、本発明の製造方法に係る実施の形態を図７に基づいて、上記図１〜図６を参照しながら説明する。
図７は製造工程のフローチャートである。

まず、板材の製作工程について説明する。
板材は、平織りのガラス繊維、エポキシ樹脂及び硬化剤を用いてハンドレイアップ成形法により成形し、上記第１〜第３の実施の形態に示すように、孔２，２を形成する。

次に、板材の配置工程では、板材の製作工程で製作された多数の孔２，２が設けられた２枚の板材１ａ，１ｂを適宜のジグを用いて所定の間隙をもって対向して配置する。

次の板材の縫付工程では、ガラス繊維からなり径が６．５μｍの単繊維を８００本収束した束を２束撚り合せた連続したガラス強化繊維３ａにより、両板材１ａ，１ｂに設けた各孔２，２を貫通して両板材１ａ，１ｂを縫い付けている。強化繊維３ａの縫付の開始端部及び終了端部は、板材１ａ，１ｂの孔２の近辺に接着剤を塗布したテープで仮止めしておくのである。
連続した強化繊維３ａは、図１及び図２に示すように、１個の孔２に対して、２回縫い付けている。１個の孔２に対する強化繊維３ａの縫付回数は要求されるパネルの層間強度、強化繊維３ａの仕様、孔２のピッチ（孔２の単位面積当りの個数）等により決定するのであり、３回以上であっても、１回であってもよい。
また、連続した強化繊維３ａは、板材１ａ，１ｂの全体に対して連続している必要はなく、複数の孔２，２について連続していればよく、要は両板材１ａ，１ｂが強化繊維３ａにより縫い付けられていればよいのである。

次に、強化繊維に樹脂を含浸させて硬化させるＦＲＰ形成工程では、一方の板材１ａを上に水平にして、エポキシ樹脂からなるマトリックス樹脂を、縫付工程で縫い付けられた強化繊維３ａに、その外面から他方の板材１ｂとの間に位置する強化繊維３ａを含めて塗布、含浸させ、摂氏７０度で２時間で熱硬化させる。ついで、他方の板材１ｂを上に水平にして、エポキシ樹脂からなるマトリックス樹脂を、縫付工程で縫い付けられた強化繊維３ａに、その外面から一方の板材１ａとの間に位置する強化繊維３ａを含めてに塗布、含浸させ、摂氏７０度で２時間で熱硬化させる。
そして、縫付工程で仮止めしたテープ並びに強化繊維３ａの開始端部及び終了端部を除去するのである。
これによって、パネルの製造が終了する。

板材１ａ，１ｂの強化繊維は平織りのガラス繊維としたが、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維と炭素繊維を複合したもの等でもよく、繊維の形態としては、クロス、マット、ストランド等でよい。また、板材１ａ，１ｂの樹脂はエポキシ樹脂としたが、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂等でもよい。
また、板材１ａ，１ｂの製作は、ハンドレイアップ成形法としたが、真空（減圧）バック成形法、ＲＴＭ成形法等であってもよく、さらに、板材１ａ，１ｂはＦＲＰ材に限らず、軽量のアルミ合金製でもよい。この場合、板材の製作はプレスにより孔２，２を同時に形成できる。

本発明の第１の実施の形態を示すパネルの平面図。 図１のＡ−Ａ断面図。 図２に示す強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させた状態を示す断面図。 本発明の第２の実施の形態を示すパネルの平面図。 本発明の第３の実施の形態を示すパネルの平面図。 図５のＢ−Ｂ部分を示す正面図。 本発明の製造工程を示すフローチャート。 従来のパネルを示す図。 別の従来のパネルを示す図。

符号の説明

１ａ，１ｂ 板材
２ 孔
３ 結合部材
３ａ 強化繊維
３ｂ 小柱

Claims (6)

1. 間隙をもって対向して配置された少なくとも２枚の板材と、これら板材を結合する結合部材とからなり、結合部材は、連続した強化繊維とマトリックス樹脂を有するＦＲＰ材により形成するとともに両板材に設けられた多数の孔を貫通して両板材を縫い付けたものであることを特徴とするパネル。
2. 板材に設けられた１個の孔に対して、連続した強化繊維を複数回縫い付けていることを特徴とする請求項１に記載のパネル。
3. 板材は、強化繊維とマトリックス樹脂を有するＦＲＰ材により形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のパネル。
4. 多数の孔が設けられた少なくとも２枚の板材を間隙をもって対向して配置する配置工程と、連続した強化繊維を、配置工程で配置された両板材の各孔を貫通して両板材を縫いつける縫付工程と、縫付工程で縫い付けられた強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させて硬化させるＦＲＰ形成工程とからなることを特徴とするパネルの製造方法。
5. 板材に設けられた１個の孔に対して、連続した強化繊維を複数回貫通して両板材を縫い付ける縫付工程としたことを特徴とする請求項４に記載のパネルの製造方法。
6. 板材は、強化繊維とマトリックス樹脂を有するＦＲＰ材により形成したことを特徴とする請求項４又は５に記載のパネルの製造方法。

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