JP2016505736A - 建築構造用パネル - Google Patents

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Abstract

【解決手段】建築構造に用いるためのパネルである。本発明のパネルは、互いに反対向きの二つの面を有するプラスターボードを備え、これらの面の一方にはポリマーベースの薄層が提供されている。ポリマーベースの薄層は、０．１２までの引張り歪を達成するための一軸引張り応力下での仕事量が２．１ＭＪ／ｍ３より大きい材料によって提供されることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、建築構造（物）に用いるためのパネル、およびその製造に関する。具体的には本発明は、シンク、テレビまたは放熱器等のアイテム（備品）を取り付けることができる仕切り（パーティション）を提供するためのパネルに関する。
プラスターボード（例えば、石膏ボード）、ポリスチレンボードおよびファイバボード等の軽量パネルは、一般に、建物物内部に仕切りを提供するために使用される。この用途におけるこれらの優位点には、これらが軽量であって、迅速に設置できる、という事実が含まれる。
しかしながら、所定の事例において、このような軽量パネルは、備品（例えば、シンク、テレビ、放熱器、消火器、棚、およびパネルへの取付けを要するその他の任意のアイテム）を支持するには強度不足である、という欠点を有する場合がある。こうした場合、備品の重量により、固定手段（例えば、ねじ）がパネルから抜け落ち、備品が仕切りから落ちることがある。
典型的にはこの問題点は、合板シートを貼ってパネルの固定強度を高めることにより対処されている。この場合、合板シートは、備品を位置づける側面とは反対側のパネル側面に貼られる。合板シートは、備品をパネルへ固定するために使用される１つまたは複数の固定手段（例えば、ねじ）を保持するための増大された強度を与える場合がある。典型的には、合板シートは建築物の枠組み内に位置決めされ、次いでプラスターボードが合板へ固定され、その結果、プラスターボードは建築物の枠組みの外側に存在することになる。
代替例として、金属製の支持手段が設けられる場合もある。これらは、固定板、チャネル、ストラップまたは金属ファスナを備えることがある。合板シートの場合と同様に、金属製支持手段も、概して、備品を固定する側面とは反対側のパネル側面に位置決めされ、備品をパネルへ取り付けるために使用される固定手段、例えば固定ねじ、を受け入れて固定する働きをする。
これらの装置は共に、追加的な支持コンポーネントを現場でパネルに接合する必要がある、という欠点を有する。さらに、金属製支持手段が使用される場合、パネルへの備品の固定に必要なフルセットの固定手段を支持するために、複数のこのような支持手段が必要とされることがある。したがって、設置プロセスは、時間のかかる高価なものとなる。
さらに、金属製支持手段または合板シートの追加は、仕切りの重量および厚さを増大させ、及び／又は、結果的に中空壁スペースを減少させる。概して合板は、それ自体が現場でサイズに合わせて切断されなければならず、よって、設置に要する時間が長くなり、かつ恐らくは、ほこりおよび有害である可能性のある成分が放出されることにも繋がる。
（特になし）
したがって、固定手段を保持し且つ固定物（備品）を支持することができ、しかも時間のかかる設置プロセスを必要としない改良されたパネルを提供する必要がある。
先に明示した問題点に加えて、本件の発明者らは、パネル用の補強材が何れも、ねじ固定具を確実かつ再生可能な方法で挿入できるように慎重に選択されなければならないことを見出した。具体的には、補強材は、ねじ固定具を締めつけすぎる可能性を減らすように選択されるべきであることが見出されている。「締め付けすぎ」(overtightening)という用語は、ねじを回し込み過ぎると、ねじ穴の内面がねじによって容易に剥ぎ取られる可能性があり、結果的に、ねじがもはやパネル内にしっかりと保持されなくなるプロセスに関連している。
この問題は、補強材の材料を変形させるために必要とされる仕事量が、締め付けすぎに対する感度を限定するに足る高い量であるようなパネル用補強材を選択することにより低減され得ることが見出されている。
したがって全体的として、本発明は、裏張り薄層の材料の変形特性が、薄層内に形成されるねじ穴のねじ山の剥がれの発生を減らす類のものである、裏張り薄層で補強されるパネルを提供するものである。
第１の態様において、本発明は、建築構造（物）において用いるためのパネルを提供することができ、当該パネルは、対向する（互いに反対向きの）２面を有するプラスターボード(plasterboard)を備え、プラスターボードの一方の面上にポリマーベースの薄層が提供され、
前記ポリマーベースの薄層は、プラスターボードより薄いことと、０．１２までの引張り歪を達成するための一軸引張り応力下での仕事量が２．１ＭＪ／ｍ３より大きい材料によって提供されることを特徴とする。
パネルは、仕切りを提供するための支持構造体上への取付けにおいて用いるものであり、よって、ポリマーベースの薄層が提供されるパネル側面は、支持構造体に面して設けられている。
典型的には、一軸引張り応力下での仕事量は、具体的な材料に関して描かれる応力対歪曲線より下の面積を測定することによって計算される。
材料が０．１２未満の引張り歪で破損する場合、ポリマーベースの薄層は、被検物が破損するまでの仕事量によって特徴づけられる。
材料が０．１２より大きい引張り応力で破損する場合、ポリマーベースの薄層は、０．１２の歪を達成するために必要とされる仕事量によって特徴づけられる。
好ましくは、ポリマーベースの薄層は、０．１２までの引張り歪を達成するための一軸引張り応力下での仕事量が２．９ＭＪ／ｍ３より大きい、より好ましくは３．８ＭＪ／ｍ３より大きい材料によって提供される。
薄層は、パネルの不連続なコンポーネントを提供する層を表し、即ちこれは、基材と一体的には形成されない。効果的には、基材と薄層との間に、明確に画定された界面または境界が存在する。
所定の事例において、ポリマーベースの薄層は、１つまたは複数の「固定部分」が設けられるように、ボード面の１つまたは複数の部分のみを覆ってもよい。
好ましくは、ポリマーベースの薄層は、主として、熱可塑性ポリマーを含む。あるいは、ポリマーベースの薄層は、主として、熱硬化性ポリマーを含んでもよい。
ポリマーベースの薄層は、モノリシックポリマーによって、即ち、単一の非複合材料によって提供されてもよい。あるいは、ポリマーベースの薄層は、ポリマーマトリクス、例えば繊維強化ポリマー、を有する複合材料によって提供されてもよい。この場合、ポリマーベースの薄層は、ポリマー繊維（例えば、セルロース繊維）によって強化されてもよい。あるいは、ポリマーベースの薄層は、無機繊維、例えばガラス繊維、によって強化されてもよい。所定の事例において、繊維強化ポリマーの繊維およびマトリクスは、同じポリマーによって提供される。このような複合材料の一例は、繊維およびマトリクスの双方がポリプロピレンより成る自己強化ポリプロピレン複合材料であり、この複合材料は、Ｃｕｒｖ（商標）の商品名で市販されている。
典型的には、プラスターボードは、２つの紙繊維またはガラス繊維シート間で押し出される石膏プラスタを含む。石膏プラスタは、概して技術上知られるような様々な添加剤を含んでもよい。
典型的には、ポリマーベースの薄層は、プラスターボードへ接着される。しかしながら、他の実施形態において、ポリマーベースの薄層は、ボード上へ蒸着されて硬化される樹脂から形成されてもよい。
典型的には、薄層は、少なくとも０．２５ｍｍの、好ましくは少なくとも０．５ｍｍ、より好ましくは少なくとも１ｍｍの厚さを有する。このような厚さは、パネルの固定強度を向上させることができるように、薄層へ必要な剛性を与えることができる。
典型的には、薄層の厚さは、４ｍｍ未満であり、好ましくは３ｍｍ未満、より好ましくは２．５ｍｍ未満である。所定の事例、例えば、ポリマーベースの薄層が複合マット（例えば、自己強化複合材料）である事例では、厚さは、２ｍｍ未満であってもよい。薄層の厚さは、パネルが例えば壁を提供するために設置される場合、建造物内のその設置面積が大きすぎないように制限されることが望ましい。参考として、合板補強材は、典型的には、約１２ｍｍの厚さを有する。
典型的には、薄層の厚さは、プラスターボードの厚さより小さい。好ましくは、ポリマーベースの薄層の厚さは、プラスターボードの厚さの２５％未満、より好ましくは２０％未満である。
ある典型的なパネルは、１０〜２０ｍｍ厚さの石膏ボードを含んでもよく、かつ約１１〜２５ｍｍの合計厚さを有してもよい。
典型的には、薄層は、中実かつ無孔(solid and non-porous)である。これは、パネルの固定強度を向上させるために、必要な剛性を有する薄層を提供する助けとなる場合がある。「中実かつ無孔」という言い回しは、３次元有孔アレイを含む薄層を除外することが意図されている。この言い回しは、薄層の厚さを介して広がる開口、切欠きまたは穿孔を有する薄層を除外するためのものではない。例えば、薄層は、厚さを貫通する開口の２次元分布を含み得ることが想定されている。
概して、ポリマーベースの薄層は、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ナイロン、アセタール、自己強化ポリプロピレンおよびベークライト（Ｂａｋｅｌｉｔｅ）（商標）を含むグループから選択される。
概して、ポリマーベースの薄層の降伏引張り強さ(tensile strength at yield)は少なくとも５０ＭＰａであり、その薄層の引張り弾性率は少なくとも２５００ＭＰａである。
所定の実施形態では、ポリマーベースの薄層の外面（即ち、プラスターボードより遠位）に、さらなる薄層が提供されてもよい。さらなる薄層は、例えば、絶縁層、紙の層または金属（例えば、銅）層であってもよい。
他の実施形態では、プラスターボードの表面上に、ポリマーベースの薄層の内面に、またはポリマーベースの薄層の外面に、薄膜が直接的に提供されてもよい。
さらなる実施形態では、ポリマーベースの薄層の外面を覆って紙の層が提供されてもよい。
第２の態様において、本発明は、建築構造（物）において用いるためのパネルを提供することができ、前記パネルは、対向する（互いに反対向きの）２面を有するプラスターボードを備え、プラスターボードの一方の面上にガラス繊維シートが提供され、
前記ガラス繊維シートは、樹脂で含浸される不織マットを含み、ガラス繊維シートのヤング率は、４５００〜８０００ＭＰａの範囲内である。
好ましくは、ガラス繊維シートのヤング率は、５０００〜７５００ＭＰａの範囲内であり、より好ましくは、６０００〜７０００ＭＰａの範囲内である。
好ましくは、ガラス繊維シートのガラス繊維含有率は、２５重量％より多く、より好ましくは、３０重量％より多い。
好ましくは、樹脂のヤング率は、４５００ＭＰａ未満であり、より好ましくは４０００ＭＰａ未満である。
概して、樹脂のヤング率は、２０００ＭＰａより大きく、好ましくは２５００ＭＰａより大きく、より好ましくは３０００ＭＰａより大きい。
本発明の第２の態様によるパネルは、本発明の第１の態様によるパネルの１つまたは複数の特徴を含んでもよい。
第３の態様において、本発明は、建築構造（物）において用いるためのパネルを提供することができ、前記パネルは、対向する（互いに反対向きの）２面を有するプラスターボードを備え、プラスターボードの一方の面上にポリマーベースの薄層が提供され、
前記ポリマーベースの薄層は、その主たる重量成分が、０．０６ＧＰａより大きいビッカース圧痕硬度を有する熱可塑性材料であることを特徴とする。
好ましくは、ビッカース硬度は、０．０９ＧＰａより大きく、より好ましくは０．１１ＧＰａより大きい。
本発明の第３の態様によるパネルは、本発明の第１の態様によるパネルの１つまたは複数の特徴を含んでもよい。
第４の態様において、本発明は、建築構造（物）において用いるためのパネルを提供することができ、前記パネルは、対向する（互いに反対向きの）２面を有する基材ボードを備え、基材ボードの一方の面上にポリマーベースの薄層が提供され、
前記ポリマーベースの薄層は、１０番木ねじ(No.10 woodscrew)が薄層内へねじ込まれたときに、ねじの締め付けにおける仕事量が最大トルク達成後に少なくとも７．７Ｊになるように構成されている。
概して、ポリマーベースの薄層内へのねじの締め付けに必要とされるトルクは、少なくとも１．６８Ｎｍのピーク値を有する。
木ねじの締め付けに必要とされる仕事量は、回転角ゼロ（ピークトルクに対応）と７．８５ラジアンとの間で測定される、締付けトルクと回転角との関係を示すグラフより下の面積によって与えられる。７．８５ラジアンという値は、これがねじの１．２５回転に相当するという理由で選択される。備品を設置する際に、設置者は、典型的には、各ねじをピークトルクに到達後に約１回転余分に回すことがわかっている。したがって、薄層が、この角度範囲を超えるねじ回転に対する耐性を提供（即ち、ねじ山の剥がれを回避）し続けるように構成されなければならない点は、重要である。
１０番の木ねじは、長さ５０ｍｍおよび直径５ｍｍを有する。
第５の態様において、本発明は、建築構造（物）において用いるためのパネルを提供することができ、前記パネルは、対向する（互いに反対向きの）２面を有する基材ボードを備え、基材ボードの一方の面上にポリマーベースの薄層が提供され、
ポリマーベースの薄層の降伏引張り強さは、少なくとも５０ＭＰａであり、かつ薄層の引張り弾性率は、少なくとも２５００ＭＰａである。
第６の態様において、本発明は、建築構造（物）において用いるためのパネルを提供することができ、前記パネルは、対向する（互いに反対向きの）２面を有する基材ボードを備え、基材ボードの一方の面上にポリマーベースの薄層が提供され、
ポリマーベースの薄層は、１ＭＰａ．ｍ１／２より大きい破壊靱性を有する材料によって提供される。
好ましくは、ポリマーベースの薄層は、１．５ＭＰａ．ｍ１／２より大きい、より好ましくは２ＭＰａ．ｍ１／２より大きい破壊靱性を有する材料によって提供される。
第６の態様において、本発明は、これまでに述べたもののうちの何れか１つによる少なくとも１つのパネルを備える仕切りを提供することができ、前記パネルは、支持構造体上へ取り付けられ、ポリマーベースの薄層が提供されるパネル側面は、支持構造体に面する。
したがって効果的には、パネルは、ポリマーベースの薄層がパネル裏面に提供されるように配向される。したがって備品（固定物）は、パネルの前面に取り付けられてもよく、一方で、ボード裏面のポリマーベースの薄層は、備品のボードへの改良された保持を提供する働きをしてもよい。
典型的には、仕切りは、各々が支持構造体の個々の側面上に位置づけられる２つのパネルを備える。
仕切りは、例えば壁を提供するために直立していてもよく、あるいは、例えば天井を提供するために水平に配置されてもよい。
本発明の第６の態様は、本発明の第１の態様から第５の態様までの任意選択の特徴のうちの１つまたはそれ以上を含んでもよい。
次に、以下の図面を参照して本発明の所定の態様および特徴を例として説明する。
図１は、トルクと回転角との関係を概略的に示したグラフである。 図２は、実施例６、８および比較例２のトルクと回転角との関係を示すグラフである。 図３は、実施例１〜３、８、９及び１６、並びに比較例２及び８についての、締付け時のピークトルクと、引張り試験時の０％から１２％変形までの間の仕事量との関係を示すグラフである。 図４は、実施例１〜３，８および比較例８についての、締付け時のピークトルクと、ビッカース圧痕硬度との関係を示すグラフである。
［実施例等(Examples)］
石膏ボードＧｙｐｒｏｃ Ｄｕｒａｌｉｎｅ（商標）の各々が、接着剤Ｂｏｓｔｉｋ Ａｑｕａｇｒｉｐ ２９８６０を用いて該ボード表面へ接着された薄層を伴って提供された。
締め付けすぎへの耐性を定量化するために、ボード内へ挿入されるねじについて、トルクと回転角との関係を示すグラフを描いた。ねじは、長さ５０ｍｍおよび直径５ｍｍを有する１０番木ねじであった。図１は、このようなグラフの一例を示している。回転角ゼロ（ピークトルクに対応）と７．８５ラジアンとの間で、曲線から下の面積を計算した。
この面積は、ピークトルク達成後のねじの締付けにおける仕事量の指標となる。ピークトルク達成後の仕事量が大きいほど、ねじを締め付けすぎてねじ穴の内面から材料を剥ぎ取る危険性は低くなると思われる。
ピークトルクはボード毎にも測定した。結果は、以下の表１等に提示される。
［ビッカース硬度］
選択したサンプルについて、ビッカース硬度を測定した。薄層から５０ｍｍ×５０ｍｍのサンプルを切り取り、サンプル表面へビッカースダイヤモンド圧子を負荷（Ｆ）２０Ｎで３４秒間押し付けた。ダイヤモンド圧子の速度は、５０ミクロン／秒であった。
圧子を外した後、サンプル表面に生成されたピラミッド形の跡を顕微鏡で観察し、その２つの側方寸法ｄ１、ｄ２（即ち、向かい合った角間の距離）をミリメートル単位で記録した。
ビッカース硬度を、次式を用いて計算した。
硬度＝０．００１８５５Ｆ／ｄ１ｄ２
［一軸引張り応力下での仕事量］
回転鋸を用いて、薄層から４０ｍｍ×２００ｍｍのサンプルを切り取った。次に、サンプルを機械的試験機Ｉｎｓｔｒｏｎ４４０５内へ挿入し、試験機のかみ合い部をサンプル上へ１５０ｍｍ離して位置合わせした。サンプルを、速度４．２ｍｍ／分の一軸引張り下で、５０％歪に達するまで又は被検物が破損するまで試験した。
力と変位との関係を示す曲線を取得し、０ｍｍから１８ｍｍ（歪０．１２に対応）までの間の変形について、曲線より下の面積を計算した。サンプルが歪０．１２への到達より前に破損した場合には、破損時の歪までの曲線下の面積を計算した。得た結果を、被検物の寸法、１５０ｍｍ（即ち、かみ合い部間の距離）×４０ｍｍ×薄層の厚さ、を用いて正規化し、単位容積当たりの仕事量の値を求めた。
Figure 2016505736
Figure 2016505736
Figure 2016505736
図２は、実施例６、８および比較例２にそれぞれ従う、ボードへ挿入されるねじのトルクと回転角との関係を示すグラフである。
図３は、引張り試験時の仕事量が、ねじの締付けプロセスの特徴的なパラメータであるピークトルクとの良好な相関性を表わすことを確認するものである。
図４は、少なくとも熱可塑性薄層の場合、硬度が、ねじの締付けプロセスの特徴的なパラメータであるピークトルクとの良好な相関性を表わすことを確認するものである。

Claims (14)

  1. 建築構造用のパネルであって、当該パネルは、互いに反対向きの二つの面を有するプラスターボードを備え、前記プラスターボードの一方の面上にポリマーベースの薄層が設けられており、
    前記ポリマーベースの薄層は、前記プラスターボードより薄いこと、及び、０．１２までの引張り歪を達成するための一軸引張り応力下での仕事量が２．１ＭＪ／ｍ３より大きい材料によって提供されることを特徴とする、パネル。
  2. 前記ポリマーベースの薄層は、０．１２までの引張り歪を達成するための一軸引張り応力下での仕事量が２．９ＭＪ／ｍ３より大きい、好ましくは３．８ＭＪ／ｍ３より大きい材料によって提供されることを特徴とする、請求項１に記載のパネル。
  3. 前記ポリマーベースの薄層は、モノリシックポリマー、又は、ポリマーマトリクスを有する複合材料の何れかである、請求項１に記載のパネル。
  4. 前記ポリマーベースの薄層は繊維強化ポリマーによって提供される、請求項２に記載のパネル。
  5. 前記ポリマーベースの薄層は、主として熱可塑性ポリマーを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のパネル。
  6. 前記ポリマーベースの薄層は、主として熱硬化性ポリマーを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のパネル。
  7. 前記繊維強化ポリマーの繊維およびマトリクスは同じポリマーによって提供される、請求項６に記載のパネル。
  8. 前記ポリマーベースの薄層は中実かつ無孔である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のパネル。
  9. 前記ポリマーベースの薄層の厚さは前記プラスターボードの厚さの２０％未満である、請求項１〜８のいずれか一項に記載のパネル。
  10. 前記ポリマーベースの薄層の厚さは５ｍｍ未満である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のパネル。
  11. 前記ポリマーベースの薄層は、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ナイロン、アセタール、自己強化ポリプロピレン、ガラス繊維、及び、ベークライトからなる群から選択される、請求項１に記載のパネル。
  12. 建築構造用のパネルであって、当該パネルは、互いに反対向きの二つの面を有するプラスターボードを備え、前記プラスターボードの一方の面上にガラス繊維シートが設けられており、
    前記ガラス繊維シートは、樹脂で含浸された不織マットを含み、前記ガラス繊維シートのヤング率は、４５００〜８０００ＭＰａの範囲内である、パネル。
  13. 建築構造用のパネルであって、当該パネルは、互いに反対向きの二つの面を有するプラスターボードを備え、前記プラスターボードの一方の面上にポリマーベースの薄層が設けられており、
    前記ポリマーベースの薄層は、その主たる重量成分が、０．０６ＧＰａより大きいビッカース圧痕硬度を有する熱可塑性材料である、パネル。
  14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載のパネルを少なくとも１つ備えてなる仕切りであって、
    前記パネルは支持構造体上へ取り付けられ、前記ポリマーベースの薄層が提供されるパネル側面は、前記支持構造体に対面する、仕切り。
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