JP2016523317A - 特に構造フレームの要素の予め採寸された折り畳み式システム - Google Patents

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Abstract

本発明は、特に建物の構造フレームの要素のための予め採寸された折り畳み式システムを開示する。本発明の一態様では、予め採寸された折り畳み式システムにおいて、構造フレームと少なくとも二つのスペーサーとの少なくとも三つの部材を備えており、該スペーサーはフレームの構造要素ではなくフレームの前記部材の端部に固定されており、前記スペーサーは折り畳み可能である。

Description

本発明は、木材または他の材料において部分的に予め組み立てられたフレームの構造部材のプレハブ生産システム(prefabrication system)に関し、特に建物の内壁、外壁、床、小屋組(roof trusses)および屋根の構造体のプレハブ生産システムに関する。
最も一般的な軽量フレーミング(米国、カナダ、オーストラリア、英国おいて)でもある典型的なプラットフォーム構法(platform framing)技術では、多くの場合CADソフトウェアを用いて設計される設計図(blueprints)の解釈、および特定の距離で間隔を空けて配置する必要がある(間柱(スタッド)としての)多くの部材の選択、測定、印付け(マーキング)、切断ならびに組み立てが要求される。作業はすべて、天候が建設を妨げる虞のある建設現場(construction site)で行われる。
この段階では、高度に専門的な知識を有する担当者が現場で立ち会う必要がある。また、この段階は最も複雑であり、図面の不正確な解釈、または部材の印付けや切断における人的ミスによる誤差がこの段階で起こりうる。さらに、地面に対し種々の部材を正確に位置決めした後、間柱としての部材は典型的には切断のために他の場所に場所替えされ、所定の位置に戻され、余計な時間が必要となる作業となる。
従来のプラットフォーム構法オンサイト建設(on-site construction)に対して他の選択肢がある。
最もよく知られ用いられているものには、壁全体または壁の一部、床およびトラス(trusses)のオフサイトプレハブ生産(off-site prefabrication)があり、それらをその後建設現場に輸送する。
典型的にはキットホーム(kit-homes)に用いられている他のシステムでは、すべての間柱、板、根太(joist)または他の部材をひとつずつ一度に、切断し印付けし、その後すべてを梱包し建設現場へと発送する処理が必要とされる。
あまり知られていない、特許を取得しているシステムでは、折り畳み式軽量金属フレームのプレハブ生産を必要とする。折り畳み式軽量金属フレームはその後現場(オンサイト)で開かれ設置される。垂直部材は水平部材とヒンジ状に連結されている。ときには、間柱もまた折り畳み可能である(例えば米国特許US6,318,044B1)。
非常に短い時間フレームで、離れた現場でまたは悪条件気候で建設する必要がある場合、工場において完全な壁および床(骨組(framework)と外装(sheathing))を前プレハブ生産(pre-prefabrication)することがよく知られており、そして一般的に用いられている。こうした場合、これらのシステムは従来のプラットフォーム構法と比較して競争力があるが、通常あまり費用対効果が高くなく、したがってあまり使用されていない。
壁および天井全体のプレハブ生産では、多くの場合、工場内においてより適切なシステムを使用することによるそして現場においてより速く設置することによる費用の節約は、壁が製造される設備の固定費、完全には自動化されていない、したがって、まだ工場において大規模な労働力の使用を必要とする設備を用いるコスト、および従来のオンサイト建設に必要とされる建材の単純な輸送よりはるかに高い輸送コスト(輸送の際に建材の単純な輸送はプレハブ生産された壁および床の体積のわずか約25%である)によって打ち消される。さらに、完成した壁のための一時的屋内保管空間のコスト、そしてときには現場での設置のためのクレーンのコストもある。
また、多くの場合、建設業者は、壁および床の製造に対する工場も、現場での設置に必要なクレーンも所有しておらず、そのため、第三者の納入業者に支払いを行い、利益が減少する。
すべての要素がオフサイト設備で予め切断されるキット・ハウスに関しては、輸送コストには概ね違いがないが、そのコストは、すべての部材を一つずつ切断し、番号付けし、印付けし、スケジュールを立てる必要性、および建設現場で誰かが個々のすべての部材の図面およびスケジュールを解釈しその後それらを見つけ出す必要があるという事実により、増加する。これは非常に複雑であって、時間がかかり、したがって、このシステムは、多くの場合特に一つの一般家屋の建設に関して従来のオンサイトでの部材の印付けおよび切断と比較して競争力が高くない。
ここで示した特許を取得している折り畳み式軽量フレームに関しては、生産において実際にはほとんど用いられていない。恐らく、このシステムでは、必要とされる工業的工程の数が多く、必要とされる材料の量が大きく、その輸送コストが他の既知のタイプと比較してより競争力があるがそれでも組み立てられていない個々の部材の輸送コストより相当大きいので、生産コストが高くなるという欠点があろう。さらに多くの場合、このシステムは軽量規格金属フレーム(light gauge metal frames)に対してのみ機能し、軽量規格金属フレームは木材よりはるかに少量しか用いられていない。
本発明の目的は、木材、金属または他の材料で形成される安価で、精度が高い、構造フレームを生産でき、現場で容易にかつ迅速に設置でき、通常現場で必要とされる手作業での測定、印付けならびに切断作業および設置のためのクレーン使用の必要性をなくすプレハブ生産システムを提供することである。
さらに、本発明の他の目的は、従来のオンサイト建設において発送される材料と占める容積が同じであり、輸送コストを従来のオンサイト建設と同程度に低く抑えることにある。
さらに、本発明の他の目的は一つずつ印付けしその後オフサイト設備において予め切断されたすべての個々の部材のスケジュールを立てる必要性をなくし、そして間柱としてのあらゆる部材を移動することなくすなわち場所替えすることなく必要な切断を行う回数を減らすことにある。
さらに、本発明の他の目的は、実際に互いに異なるこれらのフレームの生産を、より効率的な方法で、完全にまたはほとんど完全に自動化された機械を用いて、労働力を最小化するとともにしかもそれが熟練工である必要なく、行うことにある。
さらに、本発明の他の目的は、低コスト機械を用い、生産のための設備の規模を比較的小さくすることにある。
これらの目的および他の目的は、本発明にかかる予め採寸された折り畳み式システムによって達成される。該システムは、構造フレームと少なくとも二つのスペーサーとの少なくとも三つの部材を有する。前記スペーサーは、フレームの支持構造の一部を構成せず、フレーム部材の端部と一体化されている。そして、前記スペーサーは折り畳み可能である。
本発明のこれらの面ならびに他の面、特徴および利点は、図面および詳細な説明を参考にして理解されよう、そして特に添付の特許請求の範囲に記載した種々の要素および組み合わせによって実現されよう。上の概略的説明および図面の簡単な説明および本発明の詳細な説明は例示であって、本発明の例示的な実施形態の説明であり、特許請求の範囲に関して本発明を限定するものではない。
図1は、スペーサーが壁フレームの例の間柱の端部に固定されており中間に窓開口部を有するとともに、ストリップを用いて梱包されて保管および輸送の準備ができている構造木製垂直部材(すなわち間柱)の斜視図である。
図2は、簡略化のために中央部を図示していない、ストリップが外され展開する準備ができた図1の同じ部材の上面図である。
図3は、簡略化のために中央部を図示していない、広げる際の図1の同じ部材の平面図である。
図4は、展開工程の際の図1の同じ部材の斜視図である。フレームは、軽量フレーム建設における壁を直立させる前に水平姿勢で横たえられている。
図5は、スペーサーが最大に延ばされて完全に展開されており、二つの水平部材と上部板と底部板とが垂直部材(間柱)と二つの部分的に切断されているがさらに切断を完全に行う必要がある間柱とにすでに端部で釘打ち固定されている、完全に展開されたフレームの斜視図である。フレームは、水平姿勢で横たえられている。
図6は、切断が完全に行われたすべての間柱が組み立てられた、窓敷居および窓まぐさもまた組み立てられたフレームの斜視図である。フレームは、まだ水平姿勢で横たえられている。
図7は、スペーサーがワイヤまたはケーブルである変形例の上面図である。この図は、図の簡略化のために端部を示しておらず、輸送のために寄せ合わせて梱包されている二つの間柱の一部とスペーサーとを示している。
図8は、二つの間柱が展開された、図7の変形例の上面図である。
図9は、スペーサーが摺動溝を有する剛体である変形例の上面図である。この図は、図の簡略化のために端部を示しておらず、輸送のために寄せ合わせて梱包されている二つの間柱とスペーサーとを示している。
図10は、二つの間柱が展開された、図9の変形例の上面図である。
図11は、スペーサーが二つの摺動溝を有する剛体である変形例の上面図である。この図は、図の簡略化のために端部を示しておらず、輸送のために寄せ合わせて梱包されている二つの間柱とスペーサーとを示している。
図12は、部分的に展開された図11の変形例の上面図である。
図13は、二つの間柱が展開された、図11の変形例の上面図である。
図14は、スペーサーが剛体でありフレーム部材に固定されていない変形例の斜視図である。フレーム部材は、表面に異なる幅で切り込まれた溝を有している。この図は、図の簡略化のために一方の端部を示しておらず、輸送のために寄せ合わせて梱包されている五つの間柱を示している(スペーサーは図示せず)。
図15は、五つの間柱を有し、二つスペーサーが展開のために定位置に配置されており、間柱が部分的に展開された構成を示している図14の変形例の斜視図である。
図16は、連結する組の間柱を互いに連結する直列状の断続的スペーサーを用いた変形方式の上面図である。
図18は、スペーサーが並列配置で接続されて、第一間柱が他のすべての間柱と接続されている変形方式の上面図である。
発明の詳細な説明
図に示す通り、システムは、中間に窓開口部を有する壁の、間柱とも呼ばれる木材フレーム1の構造垂直部材を備える。スペーサー2は、ステップルまたは爪4によって間柱のそれぞれの端部に固定される。スペーサーは、折り畳み可能な材料(例えば2/10mm厚さのアルミニウム板)で形成されている。一の間柱と他の間柱との間の折り畳み可能な材料の部分の長さは、そのフレームに対して設計された距離によって決められる。保管および輸送の際に、図1に示す通り、スペーサーは一の間柱と他の間柱とので折り畳まれる。図では、壁はストリップ15を用いて梱包されて、輸送の準備ができている状態である。二つの間柱12は他の間柱と比較して短く、窓まぐさ(window header)10を支持する「まぐさ受け(ジャック(jack studs))」とも呼ばれている。二つのまぐさ受け12は、隣接する全高間柱(フルハイトスタッド)13に固定される。全高間柱は「キングスタッド」とも呼ばれている。
図5では、二つの間柱14に部分的な切り込み(パーシャルカット)8が示されており、フレームの二つの水平部材6,6'(上部板および底部板という)が最終位置に組み込まれている。最終位置は、簡単化のために予め印付けしておくこともできる。上部板および底部板とも呼ぶフレームの水平部材は端部が釘7によって間柱に釘打ち固定されている。
図6を参照して、窓敷居(window sill)9が最終位置に組み立てられている。敷居9は二つの間柱14のうちの一方の一部分であり、図5ではまだ切断されていない。図6には、最終位置に組み立てられた窓まぐさ10も示されている。フレームは、軽量フレーム建設における壁を直立させる前に水平姿勢で横たえられている。
図7〜図18は、技術的に等価な実施形態を示しているが、これらはいくつかの理由で好ましいわけではない。これらの図においては、図15を除いてスペーサーが間柱の側部に固定される。図15では、好ましい実施形態のように、スペーサーの一つを端部に固定することもできる。
薄板(シート)で形成されるスペーサーの代わりに、ステップル、釘またはピン40を用いて間柱に固定されるワイヤ20(図7および図8)などの他のタイプのスペーサーを用いることもできる。あるいは、幅が狭いベルト、ストリップまたはストラップを用いることもできる。他の技術的に等価なスペーサーは、摺動溝22を有する剛体タイプのスペーサー21である。ここでは、固定手段(例えばステップル、釘またはねじ41)が摺動溝(図9および図10)の範囲内で移動可能である。この剛体スペーサーの変形例は、二つの摺動溝24,25を有するスペーサー23とでき、手段41は、図11、図12および図13に示す通り、段階的な展開位置で移動することができる。この変形例は、特に小さい壁フレームにおいて、スペーサーのサイズの低減に有用である。
図14および図15は、輸送のために梱包された状態と、展開された状態と、におけるさらなる変形例をそれぞれ示す。この場合、工場において剛体スペーサー26は間柱に固定されない。スペーサー26は、次第に増加する幅27を有するような形状に(例えばレーザー、プラズマまたは水によって)切断される。間柱の端部にまたは側部に、幅が変化する溝50を間柱の上部面に切り込み、そして間柱を包装して発送する。フレーム1の部材は建設現場において水平面に配置される。その後(図15)、作業者に求められるのは、釘またはねじ51をスペーサー26を貫通させて第一間柱11にねじ込むことにより、スペーサーを間柱11に固定することである。こうして、展開の際には剛体スペーサー26を引っ張ることで、溝とスペーサーが同じ幅である点27においてスペーサー26の幅が間柱に切り込まれた溝と一致する毎に、間柱11もスペーサーと一緒に引っ張られることになり、フレーム設計に応じて間柱が最終位置に展開されることになる。溝を切り込むとともに板状のスペーサーを切断形成することに代えて、変形例では、すべての間柱を貫通する次第に直径が大きくなる穴を空けるとともに、直径が変化するスペーサーをそれらの穴と一致させることができる。このスペーサーは、剛体とすることもでき、または「真珠」の直径が大きくなっていく「数珠状の真珠」のようにワイヤとそのワイヤに固定される小さい剛体要素とから構成することもできる。
いずれの場合も、上に例示した好ましいタイプのように展開の際にすべての間柱を平行にしておくために、これらのすべてのタイプのスペーサーを間柱の端部または側部に適切に配置する必要がある。したがって、スペーサーが間柱の端部ではなく側部に固定される場合、間柱の両側部に同じスペーサーを配置する必要がある。
間柱14を部分的に切断する代わりに、工場において間柱14を完全に切断することもできるが、展開の際にクリップル・スタッド(完全に切断された間柱)を平行に保持するためにさらなるスペーサーが必要となる。なぜならそれがなければ、クリップルの自由端部が展開作業の際に拘束されることなく無制限に動いてしまうからである。
他の選択肢として、間柱14を部分的に切断する代わりに、工場において、窓開口部(またはドア開口)を完全に予め組み立てて、敷居およびまぐさを完成させておくこともできる。したがって、折り畳み式スペーサーが固定された間柱の一つ以上の部分と、完全に予め構成された一つ以上の部分好ましくは開口部を有する部分と、を備えることができる。
この場合、輸送するにはフレームがかなり大きくなってしまうが、現場での展開をより速く行うことができよう。
スペーサーは、織物(ファブリック)、プラスチック、厚紙、金属として多くの種々の材料で形成できる。アルミニウムは、その機械強度、防錆性、耐火性、薄くても鋭利にならないのみならず、容易に折り畳み可能であり、必要に応じてドリルやパンチによる穴開けが容易であることから、好ましい。
図16は、好ましいわけではないが技術的に等価である、連続的なスペーサーではなく直列状の小さいスペーサーに分割された、異なる構成のスペーサー28の構成法を示している。
図18は、等価であるが好ましいわけではない、スペーサー29が並列に間柱に接続されており、第一間柱または最終間柱がスペーサーを用いて他のすべての間柱と接続されている他の構成法を示している。
本発明にかかるシステムの動作原理は以下の通りである。各壁フレームを、PC、タブレットおよびスマートフォン上で実行可能なCADシステムの上で設計する(製図する)必要がある。その後、ファイルが、製造設備内の小規模でコスト効率が高く自動化されたCNC機械に送信される。CNC機械は、非常に効率的であり誤差がなく、天候から保護された環境にあり、図1〜図6に示す例としての包装された壁フレーム(図1)を壁フレーム毎に組み立てる。製造工程は以下の動作で行われる。
壁開口部が設計に含まれている場合は必ず、間柱12はトリミング(不必要な部分の切り取り)が行われ(まぐさ受け)、そして間柱14には切り込み8が形成されるが完全には切断されない。その後トリミングによって形成されたまぐさ受け12は、隣接するキングスタッドと呼ばれる全高間柱13に(例えば、ねじ、釘、ステップル、接着剤によって)固定される。
次のステップ(これを上に挙げた動作と同時に行うこともできる)では、例えば、ステップル4を用いて、スペーサー2を間柱端部に固定する。好ましい実施形態におけるスペーサーは金属ストリップであり、フレームの最終構造の部分を構成しない。フレームが展開されると、一の間柱と次の間柱との間の金属ストリップの部分がこれら二つの間柱間に対して設計された距離と一致するように、これらのスペーサー2は、すべての間柱(1,11,12,13,14)の端部に固定される。スペーサー2は好ましくは、二つの間柱間の部分の中間3に沿って、フレーム構造の内側部分に向かって折り畳まれ(押し込まれ)、これにより、保管と輸送の際にスペーサーが保護された状態となる。折り畳み固定する動作は、それぞれの間柱の両端部で繰り返される。
これはすべて、完全には自動化されておらず大型の間柱フレーム化テーブル(stud framing table)で製造される従来のフレームのオフサイト組立の代わりに、コスト効率の高い設備で製造することができる。実際には、上述の動作ではすべて必要とされるのは、同時にわずか二つまたは三つの間柱を間隔を空けて配置し、ほんの少しだけでよいので間柱に切り込み(8)を形成し、隣接する二つの間柱にスペーサー2を固定し、続く二つ/三つの間柱へと移行することである。また、必要に応じて、一の間柱と他の間柱との間で完全に隙間が生じないよう、スペーサーを折り畳み押し込むことができるスペーサー2に可撓性を与えることもできる。
ストリップ2の厚さはこの場合2/10mmと小さくすることができ、したがって間柱間で折り畳まれたストリップの厚さは約4/10mmとでき、包装には重要とならない厚さであり、標準材木と比較して輸送の際に体積が増加せず、そのため、輸送コストも増加しない。全動作を、CNC機械を用いて、誤差なくかつ非常に速く、作業者による支援を最小化または不要にして実行することができる。その後、それぞれの壁フレームの間柱は包装され発送される。
例示の壁フレームが現場に到着すると、壁フレームを好ましくは水平姿勢に配置することができ、ストリップ15が取り外され、その後、外側の間柱11のうちの一方を、作業者が二人いれば外側の間柱11を両方とも同時に引っ張り、壁フレームが展開される。数秒のうちに、すべての間柱は、設計された距離に自動的に配置されるとともに、スペーサー2が図4に示す動作の際に完全に折り目3に沿って展開することになる。間柱13,12は、オフサイトで互いに固定されており、一体的に引っ張られて一体的な部品となる。
図5を参照して、次に構造水平部材6,6'(上部板および底部板)を最終位置に配置
し、釘7によって、上部板6および底部板6'に二つの間柱11の両方の端部を釘打ち固定することができ、これにより確実にすべてを適切に直角にできる。自動的に、残りの間柱はそのままの状態で直角となり、残りのフレームの釘打ちを非常に速く行うことができる。
間柱14のうちのいくつかは部分的に予め切り込みが形成されている。切り込み8は切断を容易に完了できるのに十分に深いものの輸送の際に間柱14の構造的一体性を損なうほどには深くなく、展開工程の際には底側につまり床から上に配置されるよう企図される。
間柱14を切断するのは、上部板6および底部板6'にすべての間柱が釘打ち固定された後であり、したがってすべての部材の移動が防止されている。切り込み8により、容易に切断を完了するための軌道および印付けが得られ、これにより、何も移動させる必要なく、切断を丸ノコ11などあらゆる低価格工具を用いて速く実行できる。測定、印付け、場所替え、切断および定位置へと戻す最終的な再配置の通常の動作は、本システムではもはや必要ではない。
図6に組み立てられた状態で示す通り、例示(図5)の、トリミングされた部材9が窓敷居になる。切断の後の切れ端は最小であり、ときに組み立て作業者(framers)が行うように敷居9を二重化するために用いることができ、または一の間柱と他の間柱との間で延焼防止板(fire-blocks)として用いることもできる。
次に窓まぐさ10が定位置で釘打ち固定され、壁フレームが完成し、布張り(sheeting)や立設(raising)としての従来の以降のステップの準備が完了する。
構造的部材ではないスペーサー2は、フレームが展開されると、容易に取り外すことができるが、その取り外し動作は必ずしも必要ではない。スペーサーが、建設の以降のどのステップでも邪魔にならないからである。場合によっては、スペーサーを容易に切断して取り外すこともできる。
本システムは、間柱の長さが変化し切断が傾斜している切妻壁に対してはよりいっそう有用である。
本発明により、現場では通常誤差が避けられない手作業での測定、印付けおよび切断作業と、プレハブ生産されたフレームの設置にクレーンを用いる必要性と、の両方を完全に取り除かれる。本システムでは輸送費が増加しない。また、設置が非常に簡単なので、作業員の養成には数時間で十分である。低コストでの自動化とアルミストリップおよびステップルの無視できるコストのために、このすべてにより、誤差が起こらない、迅速かつコスト効率が非常に高いフレーム建設ができる。
本発明を、本発明の精神あるいは本質的な特性から逸脱することなく、他の具体的な態様で実施することができる。このように、上記実施形態は、ここに記載する発明の限定ではなく、あらゆる面における例示とみなされるものである。したがって、本発明の範囲は上述の説明によってではなく添付の特許請求の範囲に示されており、請求項と均等な趣意内および範囲内にある変形すべてはその請求項に含まれることを記載しておく。

Claims (11)

  1. 予め採寸された折り畳み式システムにおいて、構造フレームと少なくとも二つのスペーサーとの少なくとも三つの部材を備えており、前記スペーサーはフレームの支持構造の一部を構成せずフレーム部材の端部と一体化されており、前記スペーサーは折り畳み可能である予め採寸された折り畳み式システム。
  2. 請求項1に記載の予め採寸された折り畳み式システムにおいて、フレームのいくつかの部材はプロジェクトに応じて予め切断されており隣接する全高部材に固定されており、フレームの他の部材は部分的にのみ予め切断されている予め採寸された折り畳み式システム。
  3. 請求項1かつ2に記載の予め採寸された折り畳み式システムにおいて、スペーサーはワイヤ、ケーブルまたはストリップ状である予め採寸された折り畳み式システム。
  4. 請求項1かつ2に記載の予め採寸された折り畳み式システムにおいて、スペーサーは、フレームの上記部材に別々に配置されている予め採寸された折り畳み式システム。
  5. 請求項1かつ2に記載の予め採寸された折り畳み式システムにおいて、スペーサーは剛体でありかつ折り畳み式であり、固定点(41)間で摺動可能であり、前記摺動は一つまたは二つの部分(22,24,25)に分けられる予め採寸された折り畳み式システム。
  6. 請求項1かつ2に記載の予め採寸された折り畳み式システムにおいて、一つ以上のスペーサーは剛体であるまたは半剛体であるとともに自律的である、つまり輸送の際にはフレーム部材に固定されておらず、前記スペーサーの幅または直径は次第に増加しており、スペーサーの増加する幅または直径に対応する幅の溝または孔がフレームの部材において形成されている予め採寸された折り畳み式システム。
  7. 請求項6に記載の予め採寸された折り畳み式システムにおいて、スペーサーは折り畳み式ワイヤまたはケーブルでありかつ自律的であり、つまりフレーム部材に固定されておらず、幅が増加する剛体が前記ワイヤスペーサーまたはケーブルスペーサに固定されている予め採寸された折り畳み式システム。
  8. 先行する請求項の一以上の請求項に記載の予め採寸された折り畳み式システムにおいて、スペーサーは一のフレーム部材から他のすべてのフレーム部材と平行に連結される予め採寸された折り畳み式システム。
  9. 先行する請求項の一以上の請求項に記載の予め採寸された折り畳み式システムにおいて、フレーム部材には識別データと切断線が印付けられている予め採寸された折り畳み式システム。
  10. 請求項1かつ2に記載のスペーサーの工場設置のための装置において、組立ラインの上で二つのフレーム部材が、スペーサーの設置のために同時に間隔を空けて配置され、スペーサーが該部材に固定されて折り畳まれ、そして、前記部材を寄せ合わせる等が行われ、次のスペーサーが設置されるスペーサーの工場設置のための装置。
  11. 先行する請求項の一以上の請求項に記載の予め採寸された折り畳み式システムにおいて、敷居およびまぐさが完全に予め組み立てられた窓またはドア開口を有することができるフレームの一つ以上の完全に予め組み立てられた部分に、折り畳み式フレームが固定される予め採寸された折り畳み式システム。
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