JP2013541429A - 高強度低密度多目的パネル - Google Patents

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Abstract

高強度低密度パネルである。パネルは複数のセクションで形成される。各セクションは直平行六面体又は角柱が好ましい。各セクションの少なくとも１つの面は控壁を備えている。セクションは互いに対して逆向きが好ましい。セクションは、各々の隣合うセクションと側壁を共有し、パネルにわたって延びる一連の筋交いを形成するように構成されている。角柱セクションは対になり直平行六面体を形成する。これらの直平行六面体は対角線上に内壁を有する。直平行六面体の内壁はパネル内を一直線上に並び、パネルにわたって、他の筋交いに斜めに延びる筋交いを形成する。最後に、全ての控壁は隣合うセクション及び対角線上のセクションがそれぞれの共有のセクション隅角部にほぼ同じ点で接触するように構成されている。

Description

継続履歴
本出願は、全て全体を参照することでここに導入されるところの、米国特許出願第１０／７９６，７３２号、現米国特許第７，０２１，０１７号の一部継続出願であった、米国特許出願第１１／３７０，０７２号、現米国特許第７，５９１，１１４号の一部継続出願である米国特許出願第１２／５６３，８３３号の一部継続出願である。
技術的分野
本発明は概して構造用パネル、特に高強度低密度パネルに関する。
材料及び／又は重量を抑えるために空隙を含む構造パネルは従来技術でよく知られている。しかし、これらのパネルの多くはいくつかの範囲の少なくとも１つにおいて欠点がある。多くの従来技術のパネルにおける空隙の設計は不十分である。空隙の内部形状は構造の強度が増すように構成されていることがほとんどない。さらに、ほとんどの従来技術のパネル内の空隙の位置決めは、他の空隙の補強を促すように選定されていない。従来技術のパネルが補強材を持っている範囲では、補強材はパネル全体にわたって全方向に広がっていることがほとんどない。このようにして、従来技術のパネルのある範囲に加えられる荷重はしばしば、パネル全体に分散するより、単独の範囲によって支えられている。これらの設計の欠陥によって、先行技術においては要求される強度を実現するために一般的により多くの材料が必要である。結果として、従来技術のパネルはしばしば、費用及び重量の観点において経済的ではなく、或いは重量及び／又は経済的な目標を達成するために要求される強度が犠牲にされる。従って、次の目的を満たす多目的パネルが要求される。
本発明の目的
本発明の目的は、強度が比較的高い構造用パネルを提供することである。
本発明の他の目的は、密度が比較的低い構造用パネルを提供することである。
本発明の他の目的は、比較的少量の材料で構築され得る構造用パネルを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、パネルの長さ及び幅に延びる補強筋交い（ｂｒａｃｅ）を有する構造用パネルを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、パネルの対角線上に延びる補強筋交いを有する構造用パネルを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、パネルの深さ方向に延びる補強材を有する構造用パネルを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、容易に湾曲し要求の形状に適合し得る構造用パネルを提供することである。
発明の開示
本発明は高強度低密度パネルを含む。パネルは上面と下面とを持っている。パネルは複数のセクションを含む。一実施形態において、セクションは直平行六面体（すなわち箱型）で、全ての頂点が直角であるのが好ましい。他の好ましい実施形態では、セクションは角柱で、三角形の底面を有するのが最も好ましい。セクションはパネルの上面から下面に延びる側壁を持っている。側壁はパネルの上面及び下面に対して垂直であるのが最も好ましい。各セクションはまた被拘束面と自由面とを持っているのが好ましいが、要求があれば両面を拘束することも可能である。控壁（ｂｕｔｔｒｅｓｓ）は被拘束面に備えられている。直平行六面体セクションにおいて、控壁は被拘束面とほぼ同一平面上の正方形のシートを含むのが好ましい。角柱セクションにおいては、シートは三角形が好ましい。好ましい実施形態の両方において、シートは被拘束面に対してオフセットされる。筋交いはシートの各端から延びるのが好ましい。各筋交いは、筋交いが延び始めているシートの端の反対側にあるセクションの隅角部の中間点に延びるのが好ましい。各筋交いはまた、セクションの側壁に沿って延びるのが好ましい。筋交いの形状は三角形が好ましい。
直平行六面体実施形態において、セクションは平行な列と平行な行とで配置されるのが好ましい。列と行は直角であるのが好ましい。直平行六面体セクションは、筋交いがパネルの長さ及び幅にわたって通るように隣合うセクションの側壁が一直線に並ぶように配置されるのが好ましい。直平行六面体セクションはまた、各セクションが各々の隣合うセクションに対して逆向きで、対角線上のセクションと同じ向きに配置されているのが好ましい。
角柱実施形態においては、セクションは対で配置され、対になった各セクションは互いに逆向きになっているのが好ましい。角柱セクションの対は共に直平行六面体を形成する。これらの直平行六面体は列と行とで配置される。列は平行であるのが好ましく、行も平行であるのが好ましい。しかし、角柱の面の角度によって列と行とは直角な場合とそうでない場合とがある。セクションの対によって形成された直平行六面体の外側の側壁は、隣合う直平行六面体の側壁と一列に並び、パネルの長さ及び幅にわたって通る筋交いを形成する。角柱実施形態において、対の角柱の両方に共有され、各直平行六面体の内部にある側壁が存在する。この内部の側壁は各直平行六面体を対角線上に延びる。直平行六面体は、対角線上の直平行六面体の内部の側壁が一直線上に並びパネルを対角線上に通るもう一つの筋交いの組を形成するように配置されるのが好ましい。
セクションはまた、該セクションが隣合うセクション及び対角線上のセクションとその隅角部を共有するように構成される。好ましい実施形態において、筋交いは、パネル内の荷重をよりよく分散させるために、直平行六面体及び角柱の、隣合うセクション及び対角線上のセクションからの筋交いが同じ点で共有のセクションの隅角部と交わる。
パネルは様々な曲率の面に沿うように湾曲され得る。セクションの周囲長さは様々なパネルの曲率及び／又は強度要求に適合するために変化し得る。
直平行六面体セクションの好ましい実施形態の斜視図である。 直平行六面体セクションの好ましい実施形態の上面図である。 直平行六面体セクションの好ましい実施形態の底面図である。 直平行六面体セクションの好ましい実施形態の側部断面図である。 直平行六面体セクションで構築され、上部及び下部のラミネート層と分解図で示される充填材とを伴うパネルの側部断面図である。 直平行六面体セクションで構築されたパネルの好ましい実施形態の斜視図である。 直平行六面体セクションで構築されたパネルの好ましい実施形態の一部を取り除いた斜視図である。 角柱セクションの好ましい実施形態の斜視図である。 角柱セクションの好ましい実施形態の上面図である。 角柱セクションの好ましい実施形態の底面図である。 角柱セクションの好ましい実施形態の側部断面図である。 直平行六面体を形成するように対にされた２つの角柱セクションの好ましい実施形態の斜視図である。 角柱セクションで構築されたパネルの好ましい実施形態の斜視図である。 角柱セクションで構築されたパネルの好ましい実施形態の一部を取り除いた斜視図である。 直平行六面体セクションで構築されたパネルの好ましい実施形態で、大きなセクションから小さなセクションへの好ましい遷移を示す斜視図である。 直平行六面体セクションで構築されたパネルの好ましい実施形態で、大きなセクションから小さなセクションへの好ましい遷移を示す、一部を取り除いた斜視図である。 角柱セクションで構築されたパネルの好ましい実施形態で、大きなセクションから小さなセクションへの好ましい遷移を示す斜視図である。 角柱セクションで構築されたパネルの好ましい実施形態で、大きなセクションから小さなセクションへの好ましい遷移を示す、一部を取り除いた斜視図である。 角柱セクションで構築されたパネルの好ましい実施形態で、開口部及びパネルを通過する補強ロッド／導管を示す斜視図。 角柱セクションで構築されたパネルの好ましい実施形態で、開口部及びパネルを通過する補強ロッド／導管を示す、一部を取り除いた斜視図。 角柱セクションで構築されたパネルの好ましい実施形態で、パネル内の開口部を示した、一部を取り除いた斜視図。 直平行六面体セクションで構築されたパネルの好ましい実施形態で、開口部及びパネルを通過する補強ロッド／導管を示す斜視図。 直平行六面体セクションで構築されたパネルの好ましい実施形態で、開口部及びパネルを通過する補強ロッド／導管を示す、一部を取り除いた斜視図。 直平行六面体セクションで構築されたパネルの好ましい実施形態で、パネル内の開口部を示した、一部を取り除いた斜視図。 被拘束面から自由面に筋交いが延びている直平行六面体セクションで構築されたパネルの好ましい実施形態の斜視図である。 被拘束面から自由面に筋交いが延びている直平行六面体セクションで構築されたパネルの好ましい実施形態の一部を取り除いた斜視図である。 被拘束面から自由面に筋交いが延びている角柱セクションで構築されたパネルの好ましい実施形態の斜視図である。 被拘束面から自由面に筋交いが延びている角柱セクションで構築されたパネルの好ましい実施形態の一部を取り除いた斜視図である。 セクションと接合部を備えた、湾曲したパネルの好ましい実施形態の側部断面の分解図である。 図１９の湾曲したパネルが組み立てられた状態の側部断面図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明は高強度低密度パネル１を含む。パネル１は下面３の反対側に上面２を有する。パネル１は複数のほぼ中空なセクション４で形成されるのが好ましい。
一つの好ましい実施形態において、セクション４は直平行六面体であり、直方体又は正四角柱が好ましく、立方体が最も好ましい。各セクション４は自由面６の反対側に被拘束面５を有するのが好ましい。以下ではセクション４は自由面６と被拘束面５とを持っているとされるが、セクション４は単に被拘束面５の反対側の面を被拘束面５と同じにすることで、自由面６なしで２つの被拘束面５から形成され得ると理解されるであろう。
好ましい直平行六面体実施形態において、各セクション４はさらに被拘束面５と自由面６との間に延びる４つの隅角部７を含む。各隅角部７は中間点７Ｍを有する。材料の４つの側壁８は各隅角部７から各々の隣合う隅角部７に延びる。前記４つの側壁８、被拘束面５及び、自由面６が直平行六面体を形成している。
被拘束面５と同一平面上の各側壁８の縁は被拘束縁９と称する。同様に、自由面６と同一平面上の各側壁８の縁は自由縁１０と称する。各被拘束縁９は中間点９Ｍを有し、各自由縁は中間点１０Ｍを有する。
各セクション４は少なくとも１つの控壁１１を備えているのが好ましい。直平行六面体セクション４を含む好ましい実施形態において、控壁１１は材料のシート１２を含み、固体が好ましい。直平行六面体実施形態において、シート１２は長方形が好ましく、正方形が最も好ましい。シート１２は被拘束面５とほぼ同一平面上であることが好ましい。この実施形態において、シート１２は４つの角１３を有する。各角１３は各被拘束縁９の各中間点９Ｍ又はその付近に位置するのが好ましい。この方法でシート１２の位置決めをすることによって、セクション４の隅角部７の１つはシート１２の各々隣合う対の角１３の間に設置される。シート１２は各中間点９Ｍの付近で側壁８と一体で連結しているのが好ましい。
控壁１１はさらに筋交い１４を含むのが好ましい。各筋交い１４はシート１２の端２０から延びるのが好ましく、シート１２の一対の隣合う角１３から延びるのが最も好ましい。各筋交い１４はシート１２からシート１２の隣合う角１３の間に位置する、セクション４の隅角部７の１つに延びる。各筋交い１４は隅角部７の中間点７Ｍ付近でセクション４の各隅角部７と交わるのが好ましい。各筋交い１４は中間点７Ｍで隅角部７と一体で連結しているのが好ましい。筋交い１４はほぼ三角形の形状が好ましい。三角形の筋交い１４は、シート１２の端２０と同一線上にありこれと一体で連結している底辺１５を有するのが好ましい。三角形の筋交い１４はさらに、底辺１５から底辺１５の反対側にある隅角部７の中間点７Ｍ付近へ延びる２つの辺１６を有する。辺１６は側壁８に沿って延びるのが好ましい。辺１６は側壁８と一体で連結しているのが最も好ましい。
各控壁１１は複数の筋交い１４を含んでいるのが好ましい。筋交い１４はシート１２の各端２０から延びるのが好ましい。しかし、一実施形態において、材料を節約するために筋交い１４はシート１２の４つの端２０のうち２つのみから延びる。この実施形態において、筋交い１４はシート１２の互いに向かい合う側の端２０から延びるのが好ましい。
控壁１１に加えられた荷重は、シート１２が中間点９Ｍ付近で被拘束縁９と交わるところ及び、筋交い１４が側壁８に沿って延びて連結するところで、側壁８に分散されることが理解されるであろう。同様に、控壁１１に加えられた荷重は筋交い１４が隅角部７と中間点７Ｍ付近で接触するところである、隅角部７へと分散される。このように、被拘束面５に直角に（あるいは斜めに）加えられた荷重は、このような荷重に耐えるのに最適なパネル１の構造である、隅角部７及び側壁８へと分散される。
側壁８及び隅角部７に加えられた荷重は筋交い１４を介して、またシート１２と被拘束縁９との間の接続部を介して控壁１１に分散されることもまた理解されるであろう。そして、控壁１１はこのような荷重を他の側壁８及び隅角部７に分散する。このように、側壁８及び隅角部７に直角に（あるいは斜めに）加えられた荷重は控壁１１に、そして他の側壁８及び隅角部７に分散される。
側壁８及び控壁１１は一般的に材料の固体の連続したパネルである。しかし、側壁８及び控壁１１はパネル１を構築するのに必要となる材料の量を減らすために、開口部３１を含み得る。開口部３１はまた、配線、空気又は他のガス、油圧パイプ、又は配管のための導管３２がパネル１を通過させるのに利用され得る。開口部３１を適切な位置及び大きさにすることにより、開口部３１は導管３２が控壁１１の筋交い１４を避けながら側壁８及び／又は控壁１１を通るための通路をもたらす。直線のみで図示されているが、配線、配管、又は油圧パイプがパネル１内で方向を変える、或いはパネル１から完全に出るために、導管３２にエルボ継手を備えることが可能である。
要求に応じて補強ロッド３３を開口部に通す場合もある。補強ロッド３３は開口部３１の形状と一致するのが好ましく、円形として図示されているが、三角形、四角形、菱形、又は便宜的な他の形状になり得る。補強ロッド３３は、接着剤、回転（摩擦）溶接、構築中の所定位置での成形、又は当業者に知られている他の方法のような従来の方法で側壁８に接合され得る。補強ロッド３３は中実または中空であり得る。中空のときは、補強ロッド３３及び導管３２として機能する。補強ロッド３３は側壁８を支えて強固とし、概してパネル１を補強するのに役立つ。補強ロッド３３はパネル１の隣合うセグメントを接合するため、或いはパネル１を隣合う構造物に接合するために使用され得る。雄又は雌部品を隣合うパネルまたは構造物に設けて、パネル１の補強ロッド３３と係合するように構成しても良い。対になる部分は螺合、溶接、接着、又は他の従来の締結手段によって接合され、それによりパネル１を所望の物体に接合する。
上記の通り、パネル１は複数のセクション４で形成される。セクション４は一連のほぼ平行な行１７とほぼ平行な列１８に配置されるのが好ましい。列１８と行１７は互いにほぼ直角であることが好ましい。この配置では各セクション４の側壁８と、列１８及び行１７で隣合うセクション４の側壁８とが一直線上に並ぶのが好ましい。このようにして、側壁８はパネル１を横切って延びる相互に連結した、ほぼ直角な筋交い１９を形成する。筋交い１９はパネル１に加えられた荷重をパネル全体に分散する働きをする。
セクション４は互いに対して逆向きのパターンに向けられているのが好ましい。この構成において、どのセクション４から始めても、各々の隣合うセクション４は反対方向を向いているのが好ましい。つまり、選んだセクション４がその被拘束面５がパネル１の上面２になるように向けられている場合、各々の隣合うセクション４はその被拘束面５がパネル１の下面３になるように向けられる。隣合うセクション４同士は、１つの側壁８及び２つの隅角部７を共有するものである。
好ましい逆向きの構成において、どのセクション４から始めても、各々の対角線上のセクション４は初めのセクション４と同じ方向を向いているのが好ましい。つまり、選ばれたセクション４がその被拘束面５がパネル１の上面になるように向けられている場合、各々の対角線上のセクション４はその被拘束面がまたパネル１の上面２になるように向けられている。対角線上のセクション４同士は、１つの隅角部７を共有し側壁８は共有しないものである。
上記の方法でセクション４を配置することで控壁１１がパネル１の全体を補強できる。上面２及び下面３は同等の強度を有するべきである。しかし、予想される荷重状況が判明しているときは、セクション４は一般的に、パネル１の１つの面に更なる補強を与えるために被拘束面５が全てパネル１の上面２または下面３になるように向けられ得ることが理解されるであろう。この実施形態において、筋交い１４はセクション４の方向が交互になっているときに好ましいような中間点７Ｍで止まるより、被拘束面５から自由面６に延びるほうが好ましい。
好ましい設計（交互するセクション）の利点の１つは、隣合う直平行六面体セクション４及び対角線上の直平行六面体セクション４からの筋交い１４がほぼ同じ点、つまり中間点７Ｍで共通の隅角部７と交わることである。これはパネル１に加えられた荷重の分散を促進する。例として、読み手は、パネル１のセクション４の１つの単一の被拘束面５に加えられる荷重を考慮し得る。筋交い１４は被拘束面５を有するセクション４の隅角部７及び側壁８に荷重を単に伝達するよりも、隣合う筋交い１４が共有する隅角部７の共通の点で交わることで、荷重は隣合うセクション４の被拘束面５にすぐに伝達され、該被拘束面５は荷重が直接加えられた被拘束面５に対してパネル１の反対側であるのが好ましい。このようにして、単一のセクション４の被拘束面５に加えられた荷重は４つの隣合うセクション４の被拘束面５を含む底面によって支持される。
他の実施形態において、セクション４は交互になっているが、筋交い１４は中間点７Ｍで止まるより、被拘束面５から自由面６へ延びるのが好ましい。ここでは、筋交い１４は中間点７Ｍで交わらないが、４つの筋交い１４、つまり各隅角部７の各端で２つの筋交い１４が、各々の共通の隅角部７を支える。これはまた、４つの筋交い１４、つまり各側面８の各面上に２つの筋交い１４が各側壁８を対角線上に通ることになる。結果としてもたらされる設計は圧砕及びせん断に対して高耐力を有するべきである。
他の実施形態において、セクション１０４は角柱で、三角形の底面１２１を有する。各セクション１０４は自由面１０６の反対側に被拘束面１０５を有するのが好ましい。被拘束面及び自由面１０５、１０６は角柱の底面１２１である。以下ではセクション１０４は自由面１０６と被拘束面１０５とを持っているとされるが、セクション１０４は単に被拘束面１０５の反対側の面を被拘束面１０５と同じにすることで、自由面１０６なしで２つの被拘束面１０５から形成され得ると理解されるであろう。
好ましい角柱実施形態において、各セクション１０４はさらに被拘束面１０５と自由面１０６との間に延びる３つの隅角部１０７を含む。各隅角部１０７は中間点１０７Ｍを有する。材料の３つの側壁１０８は各隅角部１０７から各々の隣合う隅角部１０７に延びる。前記３つの側壁１０８、被拘束面１０５及び、自由面１０６が角柱を形成している。
側壁１０８及び控壁１１１は一般的に材料の固体の連続したパネルである。しかし、側壁１０８及び控壁１１１はパネル１０１を構築するのに必要となる材料の量を減らすために、開口部１３１を含み得る。開口部１３１はまた、配線、空気又は他のガス、油圧パイプ、又は配管のための導管１３２がパネル１０１を通過させるのに利用され得る。開口部１３１及び／又は控壁１１１を適切な位置及び大きさにすることにより、開口部１３１は導管１３２が控壁１１１の筋交い１１４を避けながら側壁１０８及び／又は控壁１１１を通るための通路をもたらす。導管１３２は直線のみで図示されているが、配線、配管、又は油圧パイプがパネル１０１内で方向を変える、或いはパネル１０１から完全に出るために、導管１３２にエルボ継手を備えることが可能である。
要求に応じて補強ロッド１３３を開口部に通す場合もある。補強ロッド１３３は開口部１３１の形状と一致するのが好ましく、円形として図示されているが、三角形、四角形、菱形、又は便宜的な他の形状になり得る。補強ロッド１３３は、接着剤、回転（摩擦）溶接、構築中の所定位置での成形、又は当業者に知られている他の方法のような従来の方法で側壁１０８に接合され得る。補強ロッド１３３は中実または中空にであり得る。中空のときは、補強ロッド１３３及び導管１３２として機能する。補強ロッド１３３は側壁１０８を支えて強固とし、概してパネル１０１を補強するのに役立つ。
補強ロッド１３３はパネル１０１の隣合うセグメントを接合するため、或いはパネル１０１を隣合う構造物に接合するために使用され得る。雄又は雌部品を隣合うパネルまたは構造物に設けて、パネル１０１の補強ロッド１３３と係合するように構成しても良い。対になる部分は螺合、溶接、接着、又は他の従来の締結装置によって接合され、それによりパネル１０１を所望の物体に接合する。
被拘束面１０５と同一平面上の各側壁１０８の縁は被拘束縁１０９と称する。同様に、自由面１０６と同一平面上の各側壁１０８の縁は自由縁１１０と称する。各被拘束縁１０９は中間点１０９Ｍを有し、各自由縁は中間点１１０Ｍを有する。
各セクション１０４は少なくとも１つの控壁１１１を備えているのが好ましい。角柱セクション１０４を含む好ましい実施形態において、控壁１１１は材料のシート１１２を含み、固体が好ましい。角柱実施形態において、シート１１２は三角形が好ましい。いくつかの特殊な荷重負荷に対しては直角三角形又は他の三角形の形状を使用することが望ましいが、シート１１２は正三角形の形状が最も好ましい。シート１１２は被拘束面１０５とほぼ同一平面上であることが好ましい。この実施形態において、シート１１２は３つの角１１３を有する。各角１１３は各被拘束縁１０９の各中間点１０９Ｍ又はその付近に位置するのが好ましい。この方法でシート１１２の位置決めをすることによって、セクション１０４の隅角部１０７の１つはシート１１２の各々隣合う対の角１１３の間に設置される。シート１１２は各中間点１０９Ｍの付近で側壁１０８と一体で連結しているのが好ましい。
控壁１１１はさらに筋交い１１４を含むのが好ましい。各筋交い１１４はシート１１２の端１２０から延びるのが好ましく、シート１１２の一対の隣合う角１１３から延びるのが最も好ましい。各筋交い１１４はシート１１２からシート１１２の隣合う角１１３の間に位置する、セクション１０４の隅角部１０７の１つに延びる。各筋交い１１４は隅角部１０７の中間点１０７Ｍ付近でセクション１０４の各隅角部１０７と交わるのが好ましい。各筋交い１１４は中間点１０７Ｍで隅角部１０７と一体で連結しているのが好ましい。筋交い１１４はほぼ三角形の形状が好ましい。三角形の筋交い１１４は、シート１１２の端１２０と同一線上にありこれと一体で連結している底辺１１５を有するのが好ましい。三角形の筋交い１１４はさらに、底辺１１５から底辺１１５の反対側にある隅角部１０７の中間点１０７Ｍ付近へ延びる２つの辺１１６を有する。辺１１６は側壁１０８に沿って延びるのが好ましい。辺１１６は側壁１０８と一体で連結しているのが最も好ましい。
各控壁１１１は複数の筋交い１１４を含んでいるのが好ましい。筋交い１１４はシート１１２の各端１２０から延びるのが好ましい。
セクション４の直平行六面体実施形態のシート１における荷重分散に関する上記の説明は、セクション１０４の角柱実施形態を含むシート１０１に同様に適用されることが理解されるであろう。
角柱実施形態において、角柱セクション１０４は、セクション１０４の各々の対１２２が共に直平行六面体１２４を形成するように、共に組み合わされるのが好ましい。各角柱セクション１０４の３つの側壁１０８のうち２つは直平行六面体１２４の外側の側壁２０８を形成する。対１２２になっている各角柱セクション１０４の第三の側壁１０８は、２つの角柱セクション１０４の間で共有される。この共有された内側の壁１２３は直平行六面体１２４を対角線上に横切って延びる。
直平行六面体１２４はパネル１０１内で一連のほぼ平行な行１１７とほぼ平行な列１１８に配置されるのが好ましい。列１１８と行１１７は互いにほぼ直角或いは、９０°前後の角度で交差し得る。この配置では各直平行六面体１２４の側壁２０８と、列１１８及び行１１７で隣合う直平行六面体１２４の側壁２０８とが一直線上に並ぶのが好ましい。このようにして、側壁２０８はパネル１０１に横切って延びる相互に連結する筋交い１１９を形成する。側壁２０８によって形成される筋交いは、列１１８及び行１１７の相対角度によって、互いにほぼ直角になる場合とならない場合とがある。
角柱実施形態のセクション１０４を使用してパネル１０１の列１１８及び行１１７によって形成される筋交い１１９は、直平行六面体実施形態のセクション４を使用してパネル１の列１８及び行１７によって形成される筋交い１９と非常に類似する。しかし、角柱セクション１０４を使用したパネル１０１の直平行六面体１２４内にある共有されている内部壁１２３は筋交い１１９の付加的な組を作り出す。角柱実施形態において、直平行六面体１２４は対角線上の直平行六面体１２４の共有されている内部壁１２３が一直線に並ぶように位置するのが好ましい。これがパネル１０１を対角線上に通る筋交い１１９の付加的な組を作り出す。全ての筋交い１１９はパネル１０１に加えられた荷重をパネル全体に分散させる働きをする。
角柱セクション１０４は対１２２と直平行六面体１２４との中で互いに対して逆向きのパターンに向けられているのが好ましい。この構成において、どのセクション１０４から始めても、その対の一方は反対方向を向いているのが好ましい。つまり、選んだセクション１０４がその被拘束面１０５がパネル１０１の上面１０２になるように向けられている場合、その対の一方はその被拘束面１０５がパネル１０１の下面１０３になるように向けられる。全ての直平行六面体は同じ方向を向いているのが好ましい。そうであれば、パネル１内の全てのセクション１０４はその隣合うセクション１０４の全てに対して反対の方向を向くことになる。隣合うセクション１０４同士は、１つの側壁１０８及び２つの隅角部１０７を共有するものである。
上記の方法でセクション１０４を配置することで控壁１１１がパネル１０１の全体を補強できる。上面１０２及び下面１０３は同等の強度を有するべきである。しかし、予想される荷重条件が判明しているとき、セクション１０４は一般的にパネル１０１の１つの面に更なる補強を与えるために被拘束面１０５が全てパネル１０１の上面１０２または下面１０３になるように向けられ得ることが理解されるであろう。この実施形態において、筋交い１１４はセクション１０４の方向が交互になっているときに好ましいように中間点１０７Ｍで止まるより、被拘束面１０５から自由面１０６に延びるほうが好ましい。
好ましい設計（交互するセクション）の利点の１つは、隣合う角柱セクション１０４及び対角線上の角柱セクション１０４からの筋交い１１４がほぼ同じ点、つまり中間点１０７Ｍで共通の隅角部１０７と交わることである。これはパネル１０１に加えられた荷重の分散を促進する。例として、読み手は、パネル１０１のセクション１０４の１つの単一の被拘束面１０５に加えられる荷重を考慮し得る。筋交い１１４は被拘束面１０５を有するセクション１０４の隅角部１０７及び側壁１０８に荷重を単に伝達するよりも、隣合う筋交い１１４が共有する隅角部の共通の点１０７で交わることで、荷重は隣合うセクション１０４及び対角線上のセクション１０４の被拘束面１０５にすぐに伝達され、該被拘束面１０５は荷重が直接加えられた被拘束面１０５に対してパネル１０１の反対側であるのが好ましい。このようにして、単一のセクション１０４の被拘束面１０５に加えられた荷重は３つの隣合うセクション１０４の被拘束面１０５と、３つの対角線のセクション１０４とを含む底面によって支持される。図１２を参照のこと。
他の実施形態において、セクション１０４は交互になっているが、筋交い１１４は中間点１０７Ｍで止まるより、被拘束面１０５から自由面１０６へ延びるのが好ましい。ここでは、筋交い１１４は中間点１０７Ｍで交わらないが、６つの筋交い１１４、つまり各隅角部１０７の各端で３つの筋交い１１４が、各々の共通の隅角部１０７を支える。これはまた、４つの筋交い１１４、つまり各側面１０８の各面上に２つの筋交い１１４が各側壁１０８を対角線上に通ることになる。結果としてもたらされる設計は圧砕及びせん断に対して高耐力を有するべきである。
パネル１、１０１は曲面と使用するのに容易に適応し得る。上面２、１０２のみまたは下面３、１０３のみを湾曲させるとき、隅角部７、１０７の高さを変えることで、側壁８、１０８の高さを変化させ得る。このような変化は被拘束面５、１０５及び自由面６、１０６に傾斜をもたらす。しかし、セクション４、１０４の被拘束縁９、１０９は同一平面上にとどまるのが好ましいことが理解されるであろう。同様に、セクション４、１０４の自由縁１０、１１０も同一平面上にとどまるのが好ましい。これは、自由面６、１０６及び特に被拘束面５、１０５の傾斜が各セクション４、１０４内で一定であることを可能にする。
パネル１、１０１が手または他の単発の構築方法で構築される時、側壁８、１０８は実際上曲率に関係なくなるよう、上面２、１０２及び下面３、１０３に対して出来るだけ垂直であるのが好ましい。これを容易にするために、被拘束面５、１０５及び自由面６、１０６の周囲の長さはパネル１、１０１にわたって変化し得るが、ほとんどの用途においてはどのセクション４、１０４の被拘束面５、１０５及び自由面６、１０６も等しいことが好ましい。被拘束面５、１０５及び自由面６、１０６の周囲の長さをパネル１、１０１の他のセクション４、１０４と比べて少なくすると、結果として（Ａ）より小さなセクション４、１０４はパネル１、１０１のより少ない表面を占め、（Ｂ）上面２、１０２及び下面３、１０３の平方インチあたりのセクション４、１０４が増え、（Ｃ）隅角部７、１０７及び側壁８、１０８が平面２、１０２及び３、１０３に対してほぼ垂直にとどまり、そして（Ｄ）湾曲部におけるパネル１、１０１の強度が概して大きくなり（平方インチあたりのセクションが多くなると概して強度が増す）多くの構造物おいてこのような湾曲部が耐えなければならない増加した応力を相殺するようになる。
多数のパネル１、１０１が要求されるときに一般的なように型を使用してパネル１、１０１を製作するとき、型を容易に開けられるように、側壁８、１０８を型に対して垂直に、つまり互いに平行かつ直角に保つのが好ましい。これはパネル１、１０１が平坦なときには問題はない。しかし、パネル１、１０１が湾曲しているとき、側壁８、１０８を平行に保つことは、側壁１、１０１が上面及び下面、２、１０２及び３、１０３に対して垂直な位置からずれることになる。側壁８、１０８が垂直な位置からずれると、側壁８、１０８と共に個別のセクション４、１０４を形成する控壁１１、１１１及び筋交い１４、１１４が変形することになる。ずれの程度、パネル１、１０１が耐えようとする荷重、及び、これらの荷重が加えられると予想される方向によっては、ずれ及び変形は容認でき、或いは望まれる。しかし、荷重が表面２、１０２及び３、１０３に主に垂直に加えられると予想されるとき、側壁８、１０８は表面２、１０２及び３、１０３にできるだけ垂直に近いままであることが望ましい。パネル１、１０１が湾曲しているときにこれを達成するために、本発明者は構築中にパネル１、１０１をセグメント１５０に分割することを想定している。個々のパネルが分割される必要があるセグメント１５０の数は、パネル１、１０１の曲率、パネル１、１０１を構築する材料、パネル１、１０１の寸法、及びパネル１、１０１の使用目的を含む種々の要素に依存する。しかし、全ての他の要素が同等であるとき、本発明者は側壁８、１０８が表面２、１０２及び３、１０３に対して垂直な位置から約１０°より大きくずれることを避けるのに十分な頻度で、湾曲したパネル１、１０１をセグメント１５０に分割することを想定している。
もし一つの湾曲したパネルセグメント１５０の側壁８、１０８が互いに平行かつ直角で第一パネルセグメント１５０の表面２、１０２及び３、１０３に対して垂直であり、もし第二の隣合う湾曲したパネルセグメント１５０の側壁８、１０８が互いに平行かつ直角で、第二パネルセグメント１５０の表面２、１０２及び３、１０３に対して垂直である場合、第一セグメント１５０の側壁８、１０８は隣合うセグメント１５０の側壁８、１０８に平行または直角でなくなることが理解されるであろう。基本的に、隣合うセグメント１５０同士が斜めに交わることになる。また、隣合うセグメント１５０の筋交い１４、１１４の端点同士は互いに一直線上でなくなる。
隣合うセグメント１５０が斜めに交わる場合、セグメント１５０の間に隙間が生じる。一般的にはこの隙間は埋められることが望ましい。本発明者はくさび形接合部１５１を使用して隙間を埋め、隣合うセグメント１５０を互いに接合することを想定している。接合部１５１とセグメント１５０とは接着剤、溶接、機械的締結具、または他の従来の締結技術を使用して接合され得る。接合部１５１に使用される材料はパネル１、１０１及びセグメント１５０の使用目的、それらの相対的膨張特性などによって変わる。しかし、概して本発明者は、接合部１５１はパネル１、１０１の他の材料より強度の高い材料で形成されることを想定している。例えば、セグメント１５０がプラスチックで形成されるとき、接合部１５１は鋼鉄又はアルミニウムで形成され得る。隣合うセグメント１５０を接合部１５１に結合することによって、接合部１５１は力を１つのセグメント１５０の控壁、筋交い、及び側壁から隣合うセグメント１５０の控壁、筋交い、及び側壁に伝達させることを可能にし、それによってパネル１、１０１はいくつかのセグメントから作られているが、パネル１、１０１全体に荷重を分散できることが理解されるであろう。
直平行六面体セクション４は、必要に応じてパネル１の湾曲を容易とするため或いは、より大きな又はより小さな強度をもたらすために、大きさが変化し得る。直平行六面体セクション４の大きさが変化すると、より大きなセクション４を含むパネル１の比較的低密度な部分と、より小さなセクション４Ａを含むパネル１のより高密度な部分とを生み出す。セクション４、４Ａは１：９の比で変化するのが理想的である。つまり、標準の大きさのセクション４と隣合うのは９つのより小さなセクション４Ａである。より小さなセクション４Ａはセクション４と同様に方向が交互になっているのが好ましい。これはパネル１の低密度な部分の控壁１１の筋交い１４全てが、遷移箇所において隅７で少なくとも１つの交互に向けられた筋交い１４Ａと交わることを確実にする。図１３を参照のこと。
同様に、角柱セクション１０４の大きさが変化すると、比較的大きなセクション１０４と小さなセクション１０４Ａとを含む、パネル１０１の比較的低密度及び高密度な部分が形成される。しかし、パネル１０１が角柱型のとき、セクション１０４、１０４Ａは１：４の比で変化するのが理想的である。つまり、標準の大きさのセクション１０４に隣接するのは４つのより小さなセクション１０４Ａである。より小さなセクション１０４Ａはセクション１０４と同様に方向が交互になっているのが好ましい。また、これはパネル１０１の低密度な部分の控壁１１１の筋交い１１４全てが、遷移箇所において隅１０７で少なくとも１つの交互に向けられた筋交い１１４Ａと交わることを確実にする。図１４を参照のこと。
パネル１、１０１の実施形態の両方は、重量を考慮して或いは経済的な理由のいずれにかによって、高強度及び低密度が重要なあらゆる構造を構築するのに使われ得る。例えば、スキー板、サーフボード、棚、建物の構造パネル、航空機、宇宙船、自動車、ボートなどが含まれる。より複雑な構造物を形成するために、要望に応じて複数のパネル１、１０１が互に接合され得ることが理解されるであろう。特定の用途において望まれるのであれば、特有の又は一般的な目的の充填材３０１がパネル１、１０１のいくつか又は全ての空隙に加えられ得る。充填材の例は、ポリエーテルウレタンのような防音材、又はアスベスト、フェノールベースの発泡体、及び砂状石膏のような防火材が含まれる。ラミネート加工された表面３０２を、要望に応じて、外観、構造、空気力学、水力学、又は他の理由のために、パネル１、１０１の上面及び／又は下面２、１０２及び３、１０３の上に適用し得る。
パネル１、１０１は射出成形又は他の同様な成形工程に適する型を使用して作られるのが好ましい。閉じられると、型はプラスチック、ゴム、発泡体、セメント、鋼鉄、アルミニウム、又は他の成形用材料のいずれかで充填される。その材料が固まり及び／又は硬化すると、型は要望の高強度低密度パネル１、１０１を残して開く。前述ではパネル１、１０１は個々のセクション４、１０１のアセンブリとして記述されているが、好ましい実施形態では、パネル１、１０１は各セクション４、１０４が隣合う物に継ぎ目なく交わる単一の複合体であろうことが理解されるはずである。
本発明はその好ましい実施形態について説明されているが、前述を見直すことで他の実施形態は当業者に明らかであろう。これらの実施形態は、好ましい実施形態と同様に、以下の特許請求の範囲及び精神によって包含される。

Claims (47)

  1. 下面の反対側に上面を有する高強度低密度パネルであり、当該パネルは、
    複数のほぼ中空なセクションを含み、各前記セクションは第二面の反対側の被拘束面及び、該被拘束面と前記第二面との間に延びる４つの隅角部を有し、
    前記各セクションはほぼ連続した材料の４つの側壁を有し、各前記側壁は前記各隅角部から隣合う隅角部に延びており、各前記側壁はさらに前記被拘束面とほぼ同一平面上の被拘束縁から前記第二面とほぼ同一平面上の第二縁に延びており、前記各縁は中間点を有し、前記各隅角部は中間点を有し、
    前記各セクションは前記被拘束面とほぼ同一平面上に位置する材料の長方形シートを含む控壁を有し、前記長方形シートは４つの角を有し、前記長方形シートの前記各角は前記被拘束縁の前記中間点付近で前記被拘束縁のうちの一つと接合しており、前記各控壁はさらに複数の筋交いを含み、前記各筋交いは前記長方形シートの隣合う２つの角から、前記長方形シートの前記隣合う角の間に位置する、前記セクション隅角部のうちの１つに延びている、パネル。
  2. 前記長方形シートの前記２つの隣合う角から延びる各前記筋交いは、前記長方形シートの前記隣合う角の間に位置する前記セクション隅角部のうちの一つの前記中間点付近に延びる、請求項１に記載の高強度低密度パネル。
  3. 前記セクションは前記パネル内で列と行とで配置されている、請求項２に記載の高強度低密度パネル。
  4. 前記セクションは、前記１つのセクションの前記側壁が各々の隣合うセクションの前記側壁と接合し、それによって前記パネルにわたって連結する複数の前記筋交いが形成されるように互いに対して位置している、請求項３に記載の高強度低密度パネル。
  5. 前記連結する複数の筋交いは２組のほぼ平行な筋交いを含む、請求項４に記載の高強度低密度パネル。
  6. 前記筋交いの組はほぼ直角である、請求項５に記載の高強度低密度パネル。
  7. 前記控壁筋交いはほぼ三角形である、請求項２に記載の高強度低密度パネル。
  8. 前記複数の三角形の筋交いは前記セクションの前記隣合う側壁に沿って延びかつ連結する、請求項７に記載の高強度低密度パネル。
  9. 前記側壁はさらに複数の一直線に並んだ開口部を含む、請求項８に記載の高強度低密度パネル。
  10. さらに前記一直線上に並んだ開口部を通って延びるほぼ堅固なロッドを含み、それによって前記ロッドは前記パネルを補強する、請求項９に記載の高強度低密度パネル。
  11. 前記ロッドはほぼ中空で、それによって前記ロッドは前記パネルを通る導管として機能する、請求項１０に記載の高強度低密度パネル。
  12. 前記ロッドは前記控壁の筋交いをほとんど通過しないように位置している、請求項１１に記載の高強度低密度パネル。
  13. 前記第二面は自由面で控壁を有さない、請求項１に記載の高強度低密度パネル。
  14. 前記セクションは互いに対して交互のパターンで向けられており、それにより被拘束面が前記パネルの上面に隣接するセクションと隣合う各セクションは、前記パネルの上面に隣接する自由面を有する、請求項１３に記載の高強度低密度パネル。
  15. 被拘束面が前記パネルの上面に隣接しているセクションの対角線上にある各セクションは、前記パネルの上面に隣接する被拘束面を有する、請求項１４に記載の高強度低密度パネル。
  16. 前記セクションは、パネルの内部にある前記各セクション隅角部が４つの前記セクションに共有されるように互いに配置される、請求項１５に記載の高強度低密度パネル。
  17. 前記隅角部を共有する前記４つのセクションの各々からの三角形筋交いは同じ点付近で前記隅角部と交わる、請求項１６に記載の高強度低密度パネル。
  18. 前記ほぼ中空なセクションは防音材で充填されている、請求項１に記載の高強度低密度パネル。
  19. 前記ほぼ中空なセクションは防火材で充填されている、請求項１に記載の高強度低密度パネル。
  20. さらに前記パネルの前記上面を覆うラミネート加工された表面を含む、請求項１に記載の高強度低密度パネル。
  21. 前記パネルは比較的高密度及び低密度な領域を有し、前記高密度領域は前記複数のほぼ中空なセクションの一部を含み、前記低密度領域は前記複数のほぼ中空なセクションの他の部分を含み、全ての前記セクションは周囲長さを持っており、前記比較的高密度な領域を含む前記セクションの周囲長さは前記比較的低密度な領域を含むセクションより小さい、請求項１に記載の高強度低密度パネル。
  22. 前記比較的低密度な領域を含む前記セクションの前記周囲長さは、前記比較的高密度な領域を含む前記セクションの前記周囲長さに対して約１：９の大きさである、請求項２１に記載の高強度低密度パネル。
  23. 前記パネルは湾曲している、請求項１に記載の高強度低密度パネル。
  24. 下面の反対側に上面を有する高強度低密度パネルであり、当該パネルは、
    複数のほぼ中空なセクションを含み、各前記セクションは第二面の反対側の被拘束面及び、該被拘束面と前記第二面との間に延びる３つの隅角部を有し、
    前記各セクションはほぼ連続した材料の３つの側壁を有し、各前記側壁は前記各隅角部から隣合う隅角部に延びており、各前記側壁はさらに前記被拘束面とほぼ同一平面上の被拘束縁から前記第二面とほぼ同一平面上の第二縁に延びており、前記各縁は中間点を有し、前記各隅角部は中間点を有し、
    前記各セクションは前記被拘束面とほぼ同一平面上に位置する材料の三角形シートを含む控壁を有し、前記三角形シートは３つの角を有し、前記三角形シートの前記各角は前記被拘束縁の前記中間点付近で前記被拘束縁のうちの一つと接合しており、前記各控壁はさらに複数の筋交いを含み、前記各筋交いは前記三角形シートの隣合う２つの角から、前記三角形シートの前記隣合う角の間に位置する前記セクション隅角部のうちの１つに延びている、パネル。
  25. 前記三角形シートの前記２つの隣合う角から延びる各前記筋交いは、前記三角形シートの前記隣合う角の間に位置する前記セクション隅角部のうちの１つの前記中間点付近に延びる、請求項２４に記載の高強度低密度パネル。
  26. 前記セクションは隣合う対になって位置し複数の直平行六面体を形成している、請求項２５に記載の高強度低密度パネル。
  27. 前記隣合う対になったセクションにおける各セクションの２つの前記側壁は前記直平行六面体の外側の側壁を形成する、請求項２６に記載の高強度低密度パネル。
  28. 前記複数の直平行六面体は前記パネル内で列と行とで配置されている、請求項２７に記載の高強度低密度パネル。
  29. 前記直平行六面体は、前記１つの直平行六面体の前記外側の側壁が各々の隣合う直平行六面体の前記外側の側壁と接合し、それによって前記パネルにわたって連結する複数の前記筋交いが形成されるように互いに対して位置している、請求項２８に記載の高強度低密度パネル。
  30. 前記隣合う対になったセクションにおける各セクションの前記側壁の１つは前記直平行六面体の対角線上に延びる内部壁を形成する、請求項２８に記載の高強度低密度パネル。
  31. 前記直平行六面体は、前記１つの直平行六面体の前記内部壁が各々の対角線上の直平行六面体の前記内部壁と接合し、それによって前記パネルにわたって連結する複数の前記筋交いが形成されるように互いに対して位置している、請求項２８に記載の高強度低密度パネル。
  32. 前記筋交いはほぼ三角形である、請求項２６に記載の高強度低密度パネル。
  33. 前記複数の三角形の筋交いは前記セクションの前記隣合う側壁に沿って延びかつ連結する、請求項３２に記載の高強度低密度パネル。
  34. 前記側壁はさらに複数の一直線に並んだ開口部を含む、請求項３３に記載の高強度低密度パネル。
  35. さらに前記一直線上に並んだ開口部を通って延びるほぼ堅固なロッドを含み、それによって前記ロッドは前記パネルを補強する、請求項３４に記載の高強度低密度パネル。
  36. 前記ロッドはほぼ中空で、それによって前記ロッドは前記パネルを通る導管として機能する、請求項３５に記載の高強度低密度パネル。
  37. 前記ロッドは前記控壁の筋交いをほとんど通過しないように位置している、請求項３６に記載の高強度低密度パネル。
  38. 前記第二面は自由面で控壁を有さない、請求項２４に記載の高強度低密度パネル。
  39. 前記セクションは互いに対して交互のパターンで向けられており、それにより前記パネルの上面に隣接する被拘束面を有するセクションと側壁を共有する各セクションは、前記パネルの上面に隣接する自由面を有する、請求項３８に記載の高強度低密度パネル。
  40. 前記セクションは、パネルの内部にある前記各隅角部が少なくとも６つの前記セクションに共有されるように互いに配置される、請求項３９に記載の高強度低密度パネル。
  41. 前記少なくとも６つのセクションに共有されている前記隅角部に接合する全ての前記筋交いは、ほぼ同じ点で前記隅角部と交わる、請求項４０に記載の高強度低密度パネル。
  42. 前記ほぼ中空なセクションは防音材で充填されている、請求項２４に記載の高強度低密度パネル。
  43. 前記ほぼ中空なセクションは防火材で充填されている、請求項２４に記載の高強度低密度パネル。
  44. さらに前記パネルの前記上面を覆うラミネート加工された表面を含む、請求項２４に記載の高強度低密度パネル。
  45. 前記パネルは比較的高密度及び低密度な領域を有し、前記高密度領域は前記複数のほぼ中空なセクションの一部を含み、前記低密度領域は前記複数のほぼ中空なセクションの他の部分を含み、全ての前記セクションは周囲長さを持っており、前記比較的高密度な領域を含む前記セクションの周囲長さは前記比較的低密度な領域を含むセクションより小さい、請求項２４に記載の高強度低密度パネル。
  46. 前記比較的低密度な領域を含む前記セクションの前記周囲長さは、前記比較的高密度な領域を含む前記セクションの前記周囲長さに対して約１：４の大きさである、請求項４５に記載の高強度低密度パネル。
  47. 前記パネルは湾曲している、請求項２４に記載の高強度低密度パネル。
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