JP2019100144A - 耐火パネル - Google Patents

Abstract

【課題】所定の耐火性能を確保しつつ、薄肉化を可能とし、施工性に優れる耐火パネルを提供する。【解決手段】耐火パネル１０は、シリカエアロゲルおよび繊維を含む少なくとも１層の断熱材層２６を有する断熱板２０と、断熱板２０の両面にそれぞれ配置された一対の金属板１２，１４と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、建築物等の外壁や間仕切り、屋根などに用いられる耐火パネルに関する。

断熱材の使用形態として、例えば、建築物内部の天井裏空間などに敷設される設備配管類に断熱材を施工する際は、断熱材をそのまま、あるいは外表面にアルミシート貼りした断熱材を配管類に巻き付け施工する工法が一般的であるが、外壁や間仕切り、屋根などに断熱材を施工する際は、強度や防水性、デザイン性などの確保、断熱材飛散防止などの観点から金属板と断熱材を一体化したパネルを施工する工法が一般的である。

そのため特許文献１には、建築物の外壁や間仕切り、屋根などに使用される耐火パネルとして、ロックウール繊維を圧縮成形してなる繊維質マットと、該繊維質マットの両面に接着一体化された金属板とを備えた耐火パネルが提案されている。

ところで、建築物の外壁や間仕切り、屋根などに使用される耐火パネルには、所定の耐火性能が要求される。例えば１時間耐火構造の壁では、耐火性能として、建築基準法第７７条に基づく指定性能評価機関の防耐火性能試験・評価業務方法書に規定された１時間の加熱を実施し、試験終了時までの試験体裏面の上昇温度が平均で１４０Ｋ以下、最高で１８０Ｋ以下であること、また、上記１時間の加熱試験において試験終了時までに、非加熱側への１０秒を超えて継続する火炎の噴出がないこと、非加熱面で１０秒を超えて継続する発炎がないこと、および火炎が通る亀裂等の損傷を生じないこと等を満たす必要がある。

特開平６−１２３１４１号公報

昨今において、上市されている外壁向けの耐火パネルは、その厚さが１時間耐火構造認定品で７５ｍｍ程度になっている。同じ耐火性能を有するパネルであれば、パネル本体の厚さは薄い方が施工上、好ましいのは言うまでもない。

本発明の目的は、所定の耐火性能を確保しつつ、薄肉化を可能にして施工性等に優れる耐火パネルを提供することにある。

発明者らは、上記課題の解決に向けて鋭意検討を重ねた。従来と同じ耐火性能を確保しつつ薄肉化できても、その結果、本来の断熱性能が損なわれてしまっては意味がない。薄肉化した状態で、従来技術と同等以上の耐火性能、断熱性能を兼ね備える耐火パネルについての研究を進めた結果、シリカエアロゲルおよび繊維を含む断熱材層からなる断熱板の両面側に金属板を配置した構造とすることで、上記課題を解決できることを実験的に見出した。

すなわち、本発明の耐火パネルは、シリカエアロゲルおよび繊維を含む少なくとも１層の断熱材層を有する断熱板と、前記断熱板の両面にそれぞれ配置された一対の金属板と、を備えることを特徴とする。

なお、本発明の耐火パネルにあっては、前記断熱板は、２層以上の前記断熱材層を重ね合わせてなることが好ましい。

また、本発明の耐火パネルにあっては、前記断熱板は、重ね合わされた２層の前記断熱材層からなり、前記一対の金属板の一方に接する一方の断熱材層は、他方の断熱材層よりも密度が大きいことが好ましい。

あるいは、本発明の耐火パネルにあっては、前記断熱板は、重ね合わされた３層以上の前記断熱材層からなり、該断熱材層のうち前記一対の金属板にそれぞれ接する外側の断熱材層は、その内側に配置された残りの断熱材層よりも密度が大きいことが好ましい。

本発明によれば、所定の耐火性能を確保しつつ、薄肉化を可能とし、施工性に優れる耐火パネルを提供できる。

耐火パネルを用いて建築物の外壁を構築する様子を説明した図である。 本発明の一実施形態の耐火パネルの断面図である。 本発明の他の実施形態の耐火パネルの断面図である。 本発明の他の実施形態の耐火パネルの断面図である。 耐火パネルの製造方法の一例を説明する図である。 風圧により耐火パネルに反りが生じた様子を説明する図である。 本発明の他の実施形態の耐火パネルの断面図である。 耐火試験の結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

本実施形態の耐火パネル１０は、図１に示すように、建築物Ｋの胴縁等の下地ｋ１にビス等の固定具で固定するとともに縦、横方向に同一構造の他の耐火パネル１０を配置、連結して、建築物の外壁や間仕切り、屋根等を構築するのに適したものである。図１は、複数の耐火パネル１０を用いて建築物の外壁を形成する場合を例示する。

耐火パネル１０は、図２にその縦断面を示すように、互いに対向配置された一対の金属板１２，１４と、金属板１２，１４間に配置された上スペーサ１６および下スペーサ１８と、金属板１２，１４間に配置された断熱板２０とを備えている。

金属板１２，１４は、平面視（図１において側面視）で矩形に形成され、所定の耐火性、強度および成形性を有する限り、その材料に特に限定はないが、亜鉛めっき鋼板またはその表面を耐火性樹脂（例えば遮熱性フッ素樹脂）で被覆したもの、アルミニウム−亜鉛合金めっき鋼板（ガルバリウム鋼板（登録商標））またはその表面を耐火性樹脂（例えば遮熱性フッ素樹脂）で被覆したもの等を用いることができる。

各金属板１２，１４の上端部には、金属板１２，１４を折り曲げてなる凸型嵌合部２２が形成される。金属板１２，１４の下端部には、金属板１２，１４を折り曲げてなり、同一構造を有する他の耐火パネル１０の凸型嵌合部２２を受け入れて嵌合する凹型嵌合部２４が形成されている。これにより、上下に配置される耐火パネル１０同士は連結される。互いに連結される凸型嵌合部２２と凹型嵌合部２４との間には、図示しないＥＰＤＭゴム等からなるパッキンを介装して防水性を高めるようにしてもよい。

上スペーサ１６および下スペーサ１８は、金属板１２，１４間の距離を一定に保つとともに、嵌合部の耐火性や横方向での曲げ剛性を高めるものであり、耐火パネル１０の横方向全長に亘って設けられている。上スペーサ１６には、下地ｋ１への取り付け用の固定具（例えばビス）Ｆが挿通される。したがって、耐火パネル１０は、その上部（上スペーサ１６側）が固定具Ｆによって下地ｋ１に固定され、その下部は、金属板１２，１４の凸型嵌合部２２および凹型嵌合部２４による嵌合を介して下方に連結された他の耐火パネル１０の上部に支持されることになる。上スペーサ１６および下スペーサ１８は、所定の剛性と耐火性を有する限りその材料に特に限定はなく、例えば石膏材や石膏材にガラス繊維等を加えて耐火性を強化したもの等を用いることができる。

断熱板２０は、シリカエアロゲルおよび繊維を含む少なくとも１層（図２では一層）の断熱材層２６を有する。繊維にはガラス繊維などの無機繊維を用いることができる。シリカエアロゲルは、ゲル中に含まれる溶媒を超臨界乾燥により気体に置換した多孔質の物質で、二酸化ケイ素による骨格と空気で構成される。シリカエアロゲルは、断熱性には優れているが曲げに対して脆い材質であり、耐風圧性も要求される耐火パネルに用いるには必ずしも適したものとはいえない。そこで、実施形態では、断熱材層２６を構成する材料には、シリカエアロゲル中にガラス繊維等の無機繊維を混在させ、丈夫でかつ柔軟性が向上したものを用いる。これにより、高い断熱性を維持しつつ耐火パネル１０に要求される耐風圧性を得ることができる。このような断熱材層２６は、概略次のように製造することができる。まず、ブランケット（繊維材料）を容器に入れ、次いで、シリカ前駆体と変性アルコールの混合液にＨＦ（フッ化水素酸）を添加し、それをブランケット上に注いでゲル化させる。この「ブランケット−ゲル」を５０℃のエタノール浴に入れて密封した状態で約一晩熟成させる。臨界未満および超臨界ＣＯ_２抽出を用いて、ゲルに捕捉されているアルコールを約４日間かけて除去する。また、市販品としては、例えば、米国Aspen Aerogels社製のPyrogel（登録商標）XTEを断熱材層２６として用いることができる。

図３および４を参照し、本発明の他の実施形態の耐火パネル１０を説明する。図２と同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

本実施形態の耐火パネル１０では、断熱板２０は、各々シリカエアロゲルおよび繊維を含み、互いに重ね合わされた２層以上（図３の例では２層、図４では３層）の断熱材層２６からなる。繊維には、ガラス繊維などの無機繊維を用いることができる。このように、断熱板２０を複数の断熱材層２６を重ね合せて形成する構成とすることで、耐火パネル１０製造時における断熱材層２６の割れを抑制することができる。すなわち、具体的に図５の耐火パネル１０の連続式製造方法を参照して説明すると、まず、２つの金属板ロールから金属板１２，１４を連続的に繰り出しながらロール成形機で凸型嵌合部２２や凹型嵌合部２４を形成し、それと同時に、金属板１２，１４間では、複数の断熱材層ロールＡ〜Ｃから断熱材層２６を連続的に繰り出すとともに表面に無機系の接着剤（例えばシリカ系接着剤）を塗布した後に相互に重ね合わせ、その後、ホットプレスで接着剤を硬化させることで金属板１２，１４および複数の断熱材層２６を一体化（パネル化）する。このとき、厚みの大きな断熱板２０を一層の断熱材層２６のみで形成しようとすると、断熱材層２６をロール化する際に割れが生じ易くなる。このため、厚みの大きな断熱板２０をシリカエアロゲルおよび繊維からなる一層の断熱材のみで形成する場合には、予め小片に切断された当該断熱材を組み合わせて所定高さおよび幅の耐火パネル１０を製造することになるが、その場合、断熱材の継ぎ目部分において、断熱性および耐火性が低下する虞がある。したがって、上述のように、一枚あたりの断熱材層２６の厚みを、ロール状に巻回した際に割れが発生しない程度に薄くし、所定厚みの断熱板２０を得るために当該薄い断熱材層２６を重ね合せることで、割れの発生と継ぎ目部分による断熱性、耐火性の低下を抑制することができる。

また、断熱板２０を複数の断熱材層２６を重ね合せて形成する構成とすることで、所望の厚みの断熱板２０を得るために必要な断熱材層２６の種類を減らして生産性を向上させることができる。例えば、厚み２５ｍｍの断熱板２０を得る場合には、厚み１５ｍｍの断熱材層２６と厚み１０ｍｍの断熱材層２６とを重ね合わせればよく、厚み３５ｍｍの断熱板２０を得る場合には、厚み１０ｍｍの２枚の断熱材層２６と厚み１５ｍｍの１枚の断熱材層２６とを重ね合わせればよく、厚み５０ｍｍの断熱板２０を得る場合には、厚み１０ｍｍの断熱材層２６を５枚重ね合わせればよい。

また、断熱板２０を複数の断熱材層２６を重ね合せて形成する構成とすることで、断熱材層２６ごとに材料特性を変えることもでき、用途に応じた最適設定に対応し易いという利点もある。

ところで、シリカエアロゲルおよび繊維からなる断熱材層２６は、所定の曲げ強度も有しているので、金属板１２，１４間に挟み込む断熱材としてロックウールを用いた従来の耐火パネルよりも耐風圧強度を向上させることができるが、以下では、より耐風圧強度を高めるのに適した耐火パネル１０について説明する。なお、風圧強度が弱いと、図６に示すように、耐火パネル１０が、外側へ向けて凸状に反り変形し、上側の耐火パネル１０の凹型嵌合部２４が下側の耐火パネル１０の凸型嵌合部２２から外れる虞がある。

そこで、より好適な例では、図３の耐火パネル１０において、２層の断熱材層２６のうち、施工時に屋内側に位置する金属板１４に接する断熱材層２６の密度を、屋外側に位置する金属板１２に接する断熱材層２６の密度よりも大きくする。そして、屋外側から耐火パネル１０を下地ｋ１に固定する固定具Ｆに加えて、屋内側からも追加の固定具Ｆ’を用いて耐火パネル１０を下地ｋ１に固定する。この際、断熱材層２６の密度が大きいほど追加の固定具Ｆ’の引抜き強度が大きくなり、耐火パネル１０の留め付け強度が大となるので、耐風圧強度を向上させることができる。なお、図示例では、追加の固定具Ｆ’は高さ方向で１つ使用しているが、複数使用してもよい。また、追加の固定具Ｆ’を複数使用する場合には、その間隔を、耐火パネル１０の働き幅を等分した寸法とすることが好ましい。

また、図４の耐火パネル１０の例においては、３層の断熱材層２６のうち、少なくとも、施工時に屋内側に位置する金属板１４に接する断熱材層２６の密度を、それに隣接する断熱材層２６の密度よりも大きくすればよい。また、図４の耐火パネル１０における別の例では、３層の断熱材層２６のうち、屋内側の金属板１４に接する内側の断熱材層２６および屋外側の金属板１２に接する外側の断熱材層２６の密度を共に、その内側に配置された残りの断熱材層２６よりも大きくする。耐火パネル１０を間仕切りとして用いる場合、耐火パネル１０の両面側から追加の固定具Ｆ’で固定する場合があり、この場合、耐火パネル１０の両面において追加の固定具Ｆ’の引抜き強度を高めて、耐火パネル１０の留め付け強度を向上させることができる。また、耐火パネル１０の厚み方向でみてバランスのとれた強度を得ることができ、耐風圧強度をより一層向上させることができる。

図７に、耐風圧強度を向上させるためのさらに別の実施形態を示す。この例は、屋内側の金属板１４に被係止部２８を形成し、そこに下地ｋ１に固定可能な係止金具Ｔを係止させて図６に示したような耐火パネル１０の反り変形を抑制したものである。図示例では被係止部２８は屋内側へ向けて小幅となる断面台形状に形成され、係止金具Ｔは、その軸線方向に沿う或る断面においてのみ頭部Ｔａが拡幅した異形形状を有し、係止金具Ｔの頭部Ｔａを被係止部２８に挿入した後、軸線方向周りに９０度回転させることでその頭部Ｔａを被係止部２８に係止させることができるものである。なお、図示例では、被係止部２８および係止金具Ｔは、各３つ設けられているが、少なくとも各１つあればよい。また、被係止部２８を複数設ける場合には、その間隔を、耐火パネル１０の働き幅を等分した寸法とすることが好ましい。

以上、図示例に基づき本発明を説明したが、本発明は図示の実施形態に限定されず、変更、追加、修正が可能である。例えば、断熱板は、シリカエアロゲルおよび繊維からなる断熱材層に加えて、ロックウールからなる繊維マット、石膏ボード、不燃性木材ボード等の異種材料を含むものもよい。

本発明の効果を確認するため、耐火試験を行ったので説明する。

共通事項として、試験体の大きさは縦３００ｍｍ、横３００ｍｍとし、一対の金属板には、亜鉛めっき鋼板の表面にカラー塗装を施したカラー鋼板（厚み０．５ｍｍ）を用いた。加熱方法は、建築基準法第７７条に基づく指定性能評価機関の防耐火性能試験・評価業務方法書に規定された加熱曲線に従った。評価は、裏面（非加熱面）の金属板の温度を測定することで行った。

（実施例１）
実施例１の試験体は、断熱板を、シリカエアロゲルおよびガラス繊維からなる、厚み１０ｍｍ、密度２５０ｋｇ／ｍ^３、熱伝導率０．０２Ｗ／（ｍ・Ｋ）の断熱材層を５層重ね合わせて構成したものである。

（実施例２）
実施例２の試験体は、断熱板を、シリカエアロゲルおよびガラス繊維からなる、厚み１０ｍｍ、密度２５０ｋｇ／ｍ^３、熱伝導率０．０２Ｗ／（ｍ・Ｋ）の断熱材層１層で構成したものである。

（比較例１）
比較例１の試験体は、金属板の間に、ロックウール繊維を圧縮成形してなる繊維質マットを配置したものであり、繊維質マットは、厚み５０ｍｍ、密度１５０ｋｇ／ｍ^３、熱伝導率０．０４Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。

（比較例２）
比較例２の試験体は、金属板の間に、ロックウール繊維を圧縮成形してなる繊維質マットを配置したものであり、繊維質マットは、厚み７５ｍｍ、密度１５０ｋｇ／ｍ^３、熱伝導率０．０４Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。

（比較例３）
比較例３の試験体は、金属板の間に、ロックウール繊維を圧縮成形してなる繊維質マットを配置したものであり、繊維質マットは、厚み１０ｍｍ、密度１５０ｋｇ／ｍ^３、熱伝導率０．０４Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。

試験結果を図８に示す。試験結果から、実施例１の試験体は、厚みが同じ比較例１の試験体に比べて裏面上昇温度が大幅に低いとともに、それよりも厚みの大きい比較例２の試験体と比べても裏面上昇温度が低く、耐火性に優れることが確認された。また、実施例２の試験体は、厚みが同じ比較例３よりも裏面上昇温度が大幅に低く、耐火性に優れることが確認された。

また、上記各試験体の断熱性を調べるため、断熱性指標である熱貫流率を求めた。熱貫流率の値が小さいほど、断熱性は高くなる。室内側総合熱伝達率を９．０Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）、屋外側総合熱伝達率を２３．０Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）として熱貫流率（Ｗ／（ｍ^２・Ｋ））を計算したところ、下記表１のようになった。したがって、実施例１の試験体は、厚みが同じ比較例１の試験体に比べて熱貫流率が大幅に低いとともに、それよりも厚みの大きい比較例２の試験体と比べても熱貫流率が低く、断熱性に優れることが確認された。また、実施例２の試験体は、厚みが同じ比較例３よりも熱貫流率が大幅に低く、断熱性に優れることが確認された。

本発明により、所定の耐火性能を確保しつつ、薄肉化を可能とし、施工性に優れる耐火パネルを提供することできる。

１０ 耐火パネル
１２，１４ 金属板
１６ 上スペーサ
１８ 下スペーサ
２０ 断熱板
２２ 凸型嵌合部
２４ 凹型嵌合部
２６ 断熱材層
２８ 被係止部
Ｆ 固定具
Ｆ’ 追加の固定具
ｋ１ 下地
Ｔ 係止金具

Claims (4)

1. シリカエアロゲルおよび繊維を含む少なくとも１層の断熱材層を有する断熱板と、
   前記断熱板の両面にそれぞれ配置された一対の金属板と、を備えることを特徴とする耐火パネル。
2. 前記断熱板は、２層以上の前記断熱材層を重ね合わせてなることを特徴とする、請求項１に記載の耐火パネル。
3. 前記断熱板は、重ね合わされた２層の前記断熱材層からなり、前記一対の金属板の一方に接する一方の断熱材層は、他方の断熱材層よりも密度が大きいことを特徴とする、請求項１または２に記載の耐火パネル。
4. 前記断熱板は、重ね合わされた３層以上の前記断熱材層からなり、該断熱材層のうち前記一対の金属板にそれぞれ接する外側の断熱材層は、その内側に配置された残りの断熱材層よりも密度が大きいことを特徴とする、請求項１または２に記載の耐火パネル。