JP2019181925A - 難燃性構造部材およびそれを用いたエレベータかご - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＲＰを用いた難燃性構造部材において、エレベータかご用部材適用するために、燃焼性試験法の難燃材料としての基準を満たすことを目的とする。【解決手段】難燃性構造部材１は、無機繊維を樹脂で固めた基板２と、この基板２の少なくとも一方の面に配置された金属層３とを備えており、基板２は、金属層３が設けられる側の面から延びて樹脂から発生するガスを排出する流路を備える。【選択図】図１

Description

この発明は、繊維強化複合材料を用いた難燃性構造部材およびそれを用いたエレベータかごに関する。

繊維強化複合材料（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）は、軽量かつ高強度という特徴をもつ。とくに、ガラス繊維と樹脂とを組み合わせたＧＦＲＰ（Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）は、ヘルメット、ラケット、スキー板などのスポーツ用品や、小型船舶、自動車、鉄道、自転車などの車両、あるいは浴槽などの建材のような、多くの産業分野で利用されている。また、炭素繊維を用いたＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）は、ＧＦＲＰよりもさらに強度が高く、軽量という利点を活かして鉄やアルミニウムなどの金属材料の代替材料として期待されている。ＣＦＲＰの開発当初は、航空・宇宙分野での適用が主流であったが、近年では、電化製品、自動車・鉄道車両の構成材料や建材などの民生品分野での適用が進められている。

ＦＲＰを民生用途で使用する場合には、難燃性が求められる。この難燃性の基準は製品分野ごとに定められている。電気製品全般にはアメリカ保険業者安全試験所（Ｕｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ Ｉｎｃ．）が定める「ＵＬ９４規格」、鉄道車両には「鉄道車両用材料の燃焼性規格（日本国運輸省式燃焼試験方法と呼ばれることもある）」、建築用材料には「建築基準法」に定められる防火材料としての規格（不燃、準不燃、難燃）を満たすことが求められる。このうち、建築基準法に定められる難燃規格は、世界的に見てもとくに難燃性の基準が高い規格である。

従来のエレベータかごのかご室やかご枠は、鉄やアルミニウム合金などの金属部材で構成されている。これら金属製のかご室やかご枠は、重量が大きいため大きな駆動力を必要とし、さらに、慣性が大きいため運転には高度な制御が必要となる。このため、かご室およびかご枠にＦＲＰを適用した軽量なエレベータかごが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ＦＲＰは軽量化の点では従来の金属材料より優れているが、金属材料が不燃であるのに対して、ＦＲＰは母材樹脂が可燃性であるために、日本の建築基準法に定められた難燃材料としての規格など（以下、建築難燃基準と表記する）を満たすことが求められる。

従来、ＦＲＰが建築難燃基準を満たすために、母材樹脂に難燃性を付与するための臭素を導入したり、ＦＲＰとその表面を覆う金属層との間に断熱層を設けたりする方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−７３１５７号公報 特開平８−７３１５７号公報

ＦＲＰを建築関係製品に適用する場合には、建築難燃基準を満たす必要がある。ここで、建築難燃基準とは、建築基準法および燃焼性試験法で規定するものとする。

建築難燃基準のひとつとしての建築基準法は、建築基準法施行令第１条の「用語の定義」六において、通常の火災による火熱が加えられた場合に、加熱開始後５分間、第１０８条の２各号に掲げる用件で規定されている。この施行令第１０８条の２では、燃焼しないものであること（１号）、防火上有害な変形、溶融、き裂その他の損傷を生じないものであること（２号）、避難上有害な煙またはガスを発生しないものであること（３号）が規定されている。

また、建築難燃基準のひとつとしての燃焼性試験法が省令で定められている（準拠規格：ＩＳＯ５６６０）。燃焼性試験法には、発熱性試験と模型箱試験の２種類の方法があり、いずれかの試験を選択できる。発熱性試験では、輻射電気ヒーターによる輻射熱の入熱（５０ｋＷ/ｍ２）に対して、加熱開始後規定時間内において、
（１）総発熱量が８ＭＪ/ｍ２以下であること
（２）最高発熱速度が１０秒を超えて連続して２００ｋＷ/ｍ２を超えないこと
（３）防火上有害な裏面まで貫通する亀裂及び穴がないこと
が判定基準とされている。材料の耐火性は規定時間によって区別され、不燃材料は２０分、準不燃材料は１０分、難燃材料は５分である。エレベータかご用部材においては難燃材料としての基準を満たす必要があるため、規定時間５分の間で（１）〜（３）を満たせばよい。

従来のＦＲＰの母材樹脂に臭素を導入する方法では、有害なガスが発生するために施行令第１０８条の２の規定を満たすことができなかった。また、従来のＦＲＰとその表面を覆う金属層との間に断熱層を設ける方法では、発熱性試験において、金属層を介して加熱されたＦＲＰの母材樹脂が分解されて発生したガスにより金属層に亀裂が生じて燃焼性試験法を満たすことができなかった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＦＲＰを用いた難燃性構造部材において、エレベータかご用部材に適用するために、建築難燃基準を満たすことを目的とする。

この発明に係る難燃性構造部材においては、無機繊維を樹脂で固めた基板と、この基板の少なくとも一方の面に配置された金属層とを備えており、基板は、金属層が設けられる側の面から延びて前記樹脂から発生するガスを排出する流路を備えたものである。

この発明は、基板に金属層が設けられる側の面から延びて樹脂から発生するガスを排出する流路を備えているので、発熱性試験において、金属層を介して加熱されたＦＲＰの母材樹脂が分解されてガスが発生しても、流路を通してガスを排出することができる。その結果、金属層に亀裂が生じることを防ぐことができるので、燃焼性試験法の難燃材料としての基準を満たすことができる。また、ＦＲＰの母材樹脂に難燃性を付与するための材料を添加する必要もないので、有害なガスも発生せず建築基準法を満たすことができる。

この発明の実施の形態１を示す難燃性構造部材の断面模式図である。 この発明の実施の形態２を示す難燃性構造部材の断面模式図である。 この発明の実施の形態３を示す難燃性構造部材の断面模式図である。 この発明の実施の形態３を示す難燃性構造部材の拡大模式図である。 この発明の実施の形態３に示す難燃性構造部材の変形例を示す断面模式図である。 この発明の実施の形態４を示す難燃性構造部材の断面模式図である。 この発明の実施の形態６の難燃性構造部材の断面模式図である。 図７の難燃性構造部材の穴構造を示す斜視図である。 この発明の実施の形態７を示すエレベータかごの模式図である。 この発明の実施の形態７を示す構造部材の断面模式図である。 この発明の実施の形態７を示すエレベータかごのかご室の構造部材であるサンドイッチパネルの断面模式図である。 図１１のサンドイッチパネルの変形例を示す断面模式図である。 図１２のサンドイッチパネルの穴構造を示す斜視図である。 図１２のサンドイッチパネルの穴構造の変形例を示す断面模式図である。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１に係る難燃性構造部材１の断面模式図である。図１において、難燃性構造部材１は、無機繊維を樹脂で固めた基板２と、この基板２の表面に配置された金属層３とを備えている。基板２は、金属層３に対する面から反対の面まで貫通する、流路としての貫通孔４が形成されている。

基板２を構成する無機繊維としては、例えば炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ケブラー繊維などを用いることができる。炭素繊維クロスとしては、綾織、平織など各種のクロスのほか、一方向に並べた繊維を別の繊維で束ねてシート状にしたクロスを用いることもできる。

基板２を構成する樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、シアネート樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができる。室温での硬化が可能であり、また取り扱いが容易という点では、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、シリコーン樹脂などが好ましい。難燃性の観点からは、耐熱性の高い骨格を有するシアネート樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などが好ましい。

基板２の製造方法としては、例えば市販のプリプレグを用いてオートクレーブ成形法を採用することができる。市販のプリプレグとしては、トレカ（登録商標：東レ製）などが挙げられる。

基板２の厚さは、強度設計と経済的な観点から決定されるが、金属製の構造部材の代替材との観点からは、０．１ｍｍ〜５ｃｍであるのが好ましく、０．５〜３ｃｍがより好ましい。０．１ｍｍより薄い場合は、構造部材としての強度を満足することが困難となる。また、５ｃｍより厚い場合は、重量が増え高強度でかつ軽量という特徴が低下する。

金属層３を構成する金属としては、銅、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、クロム、チタンなどを用いることができる。

このように構成された難燃性構造部材１において、燃焼性試験を実施した。試験方法について説明する。

織密度２１０ｇ／ｍ^２の平織りの炭素繊維をエポキシ樹脂で固めたＦＲＰ板（基板）の表面に厚さ約５０μｍのアルミニウム箔を接着剤などを用いて接着する。接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂製の接着剤などを用いることができ、ＦＲＰ板の樹脂と同じ樹脂製の接着剤などでもよい。ＦＲＰ板は縦横１０ｃｍで厚さ１ｍｍであり、２０ｍｍ間隔でφ１ｍｍの貫通孔が形成されている。このように構成された難燃性構造部材１を１０枚用意し、１枚ずつ金属層３が形成された面に対向して電気ヒーターを設置し、建築基準法施行令第１０８条の２に定められる発熱性試験・難燃規格に準拠して、燃焼性試験を実施した。

難燃性構造部材１の表面での輻射熱が５０ｋＷ／ｍ^２となるように電気ヒーターを調整し、難燃性構造部材１からの発熱量をコーンカロリメータを用いて測定した。測定時間は、難燃材料として規定されている５分間である。５分間の測定の後、総発熱量および最高発熱速度を算出した。また、試験後の難燃性構造部材１の表面を目視で観察した。

このような燃焼性試験で得られた総発熱量は、６．０〜７．０ＭＪ／ｍ^２の範囲であった。また、最高発熱速度は、最大で１３０〜１７０ｋＷ／ｍ^２の範囲であった。さらに、目視の観察では一部のアルミニウム箔に膨らみが生じていたが、裏面まで貫通する亀裂や穴は見られなかった。このような燃焼性試験から、本実施の形態の難燃性構造部材１は、建築難燃基準を満たすことがわかった。

本実施の形態の難燃性構造部材１では、燃焼性試験において金属層３に接した部分の基板２の樹脂成分は、電気ヒーターからの熱により分解して一部がガス化する。この分解ガスは基板２に形成された貫通孔を経由して、金属層３と反対側の方へ排出される。そのため、金属層３の一部に膨らみは生じるものの、裏面まで貫通する亀裂や穴までは生じなかったと予想される。

また、基板に用いたエポキシ樹脂には、難燃性を付与するための材料を添加していないので、有害なガスも発生せず建築基準法を満たすことができる。

このように、無機繊維を樹脂で固めた基板２と、この基板２の少なくとも一方の面に配置された金属層３とを備えた難燃性構造部材１において、基板２に金属層３に対する面から反対の面まで貫通する貫通孔を備えることにより、難燃材料としての建築難燃基準を満たすことができる。

なお、本実施の形態において、基板２に形成した貫通孔は、構造部材としての強度を損なわない範囲で、その貫通孔の内径や分布密度は任意に設定できる。例えば、内径がφ１ｍｍ〜φ１０ｍｍの貫通孔を１０〜１００個／ｍ^２の密度で形成した基板２であれば、構造部材としての強度を確保できると共に、燃焼性試験で発生する分解ガスを効率よく排出させることができる。

実施の形態２．
図２は、この発明を実施するための実施の形態２に係る難燃性構造部材１の断面模式図である。図２において、難燃性構造部材１は、無機繊維を樹脂で固めた基板２と、この基板２の表面に配置された金属層３とを備えている。基板２は、金属層３に対する面から反対の面まで貫通する貫通孔４が形成されている。さらに、基板２と金属層３との間に断熱層５を備えている。断熱層５以外は、実施の形態１と同様である。

断熱層５を構成する材料としては、多孔質構造を有する無機材料や有機材料が好ましい。多孔質構造を有する有機材料としては、例えば発泡体層が挙げられる。発泡体としては、例えば、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリメタクリルイミド樹脂、エポキシ樹脂、エチレンプロピレンゴム等の硬質フォーム（発泡材料）が挙げられる。また、多孔質構造を有する無機材料としては、金属やガラスなどの無機繊維層が挙げられる。それ以外に、アルミフォーム（アルミニウム発泡体）などの無機質フォーム、またはシンタクチックフォームを用いることもできる。シンタクチックフォームとは、ガラス・金属・高分子などでできた中空の微小球を樹脂で固めた複合材料である。

本実施の形態の難燃性構造部材１は、基板２と金属層３との間に断熱層５を備えているので、燃焼性試験において基板２への熱伝達を少なくすることができる。その結果、基板２の樹脂成分からの分解ガスの発生量を少なくすることができる。

このように構成された難燃性構造部材１は、実施の形態１と同様に、難燃材料としての建築難燃基準を満たすことができる。

実施の形態３．
図３は、この発明を実施するための実施の形態３に係る難燃性構造部材１の断面模式図である。基板２と金属層３との間に断熱層５を備えている点は、実施の形態２と同様であるが、断熱層５の構成が実施の形態２と異なっている。

本実施の形態における断熱層５は、無機繊維を樹脂で固めた基板２の表面の樹脂が除かれて無機繊維を露出させた層である。

図４は、本実施の形態に係る難燃性構造部材１の拡大模式図である。図４に示すように、基板２は無機繊維１１と樹脂１２とで構成されている。断熱層５は、金属層３に接する側の基板２から樹脂１２が除かれ、無機繊維１１が露出した層で構成されている。無機繊維１１が露出した断熱層５は、次のようにして作製することができる。

例えば、平織りの炭素繊維にエポキシ樹脂を含浸させたプリプレグをオートクレーブ成形するときに、プリプレグの表面に布状のピールプライおよび綿状のブリーダを重ねる。バギングフィルムを介して加熱成形した後にピールプライをはがすことで、表面の樹脂成分がブリーダ側に吸収されているので表面の炭素繊維が露出する。

このように構成された断熱層５は、無機繊維の間に樹脂が除かれた空隙を有しているので断熱効果を発揮できる。また、基板２に形成された貫通孔４と断熱層５の空隙とは連通しているので、金属層３の近傍の樹脂で発生した分解ガスを速やかに金属層３と反対側の方へ排出させることができる。

なお、本実施の形態において、オートクレーブ成形で基板２を作製するときに断熱層５を作製する方法を説明したが、それ以外の方法であってもよい。例えば、基板２の作製後に、樹脂を溶解する薬液で基板２表面の樹脂成分を除去して炭素繊維を露出させて断熱層５を作製してもよい。

実施の形態１〜３の難燃性構造部材１では、金属層３を基板２の片側にのみ配置していた。しかし、金属層３の配置はこれに限るものではない。例えば、図５に示す実施の形態３の難燃性構造部材１の変形例のように、金属層３を基板２の両側に配置してもよい。この場合にも、実施の形態１〜３と同様の効果を奏する。

実施の形態４．
実施の形態１においては、アルミニウム箔を貼り付けて金属層３を作製する例を説明した。この場合、金属層３は緻密な膜である。実施の形態４においては、溶射を用いて金属層を作製する方法を説明する。溶射を用いて作製された金属層３は、金属粒子の積層構造となる。

図６は、本実施の形態に係る難燃性構造部材１の断面模式図である。図６に示すように、本実施の形態の難燃性構造部材１は、無機繊維を樹脂で固めた基板２と、この基板２の表面に配置された金属層３とを備えている。基板２は、金属層３に対する面から反対の面まで貫通する貫通孔４が形成されている。金属層３は、金属粒子１３の集まりで構成されている。

本実施の形態における金属層３の形成方法について説明する。金属粒子１３の積層構造である金属層３は、たとえば溶射で形成することができる。溶射とは、被膜の原料となる材料を加熱して基材に吹き付けて被膜を形成する方法である。材料を加熱する熱源には燃焼炎やプラズマなどが用いられ、材料は液滴化されて高速ガス流などによって被溶射体（基材表面）に吹き付けられる。

ＦＲＰ製の基板２の表面に直接金属層３を均一に形成する溶射としては、溶射時の熱でＦＲＰを破損せず、かつ溶射された金属層３が剥離・脱落しなければよい。ＦＲＰ表面の加熱温度や、被膜の気孔率および被膜の膜厚の観点からは、アーク溶射あるいはガスフレーム溶射が好ましい。

アーク溶射とは、連続的に送り出される正極および負極の２本の溶射材料（金属線材）の先端で直流アーク放電を発生させ、溶融した金属を圧縮空気で吹き飛ばす溶射法である。

フレーム溶射とは、燃料と酸素ガスとを充填した燃焼フレーム内に溶射材料を送り込み、燃焼フレーム内で溶融した材料を圧縮空気などで吹き飛ばす溶射法である。燃焼フレーム内への材料供給方法として、線状、棒状あるいは粉末状で材料を供給する方法がある。フレーム溶射では、被溶射体の温度が１００〜１５０℃の範囲で溶射が可能である。このため、各種の熱硬化性樹脂を用いた基板２の母材樹脂を損傷することなく溶射できる。

以下、本実施の形態に係る実施例および比較例について説明する。

炭素繊維とエポキシ樹脂とからなる縦横５００ｍｍで厚さ約３０μｍのプリプレグ（東レ製トレカＦ６３６４Ｂ−０５Ｐ）を１０枚準備した。この１０枚のプリプレグを太さφ１ｍｍで先端が尖った針が縦横２５ｍｍ間隔で林立した冶具に押し付けながら積層したのち冶具から取り外し、オートクレーブ法によりＦＲＰの積層板を作製した。作製したＦＲＰの積層板を１００ｍｍ四方に裁断して基板２とした。この基板２には、縦横２５ｍｍ間隔で貫通孔が形成されている。

この基板２に溶線式フレーム溶射によりアルミニウム（Ａｌ）を溶射した。溶線式フレーム溶射の供給材料の線材の線径を変えることにより基板２に溶射されるＡｌ粒子の粒径を調整した。また、溶線式フレーム溶射の線材に印加する電圧および電流を変えることにより基板２に溶射されるＡｌ粒子層の気孔率を調整した。さらに、溶射した金属層３の膜厚は、溶射時間で調整した。

このように作製された難燃性構造部材１の金属層３の断面を顕微鏡観察し、金属粒子の粒径および金属層３の膜厚を測定した。金属粒子の粒径は、観察された断面から無作為に２０個の金属粒子を選択し、それらの各金属粒子の最大粒径の平均値とした。金属層３の膜厚は、観察された断面の膜厚の平均値とした。また、難燃性構造部材１の金属層３を上面から顕微鏡観察し、観察された全体の面積から金属粒子の存在しない部分の面積の比率を算出して気孔率とした。

このように作製された難燃性構造部材１を金属層３が形成された面に対向して電気ヒーターを設置し、建築基準法施行令第１０８条の２に定められる発熱性試験・難燃規格に準拠して、燃焼性試験を実施した。難燃性構造部材１の表面での輻射熱が５０ｋＷ／ｍ^２となるように電気ヒーターを調整し、難燃性構造部材１からの発熱量をコーンカロリメータを用いて測定した。測定時間は、難燃材料として規定されている５分間である。５分間の測定の後、総発熱量および最高発熱速度を算出した。

表１は、本実施の形態の実施例１〜５で作製された難燃性構造部材１の金属層３の金属粒子の粒径、膜厚および気孔率と、燃焼性試験で得られた総発熱量および最高発熱速度とを示す。実施の形態１〜５は、金属層３の粒径および気孔率をほぼ一定とし、溶射時間を変えて膜厚を変えたものである。

表１から、粒径が約５０μｍで気孔率が約３．０％のときには、膜厚が０．０５ｍｍ以上あれば燃焼性試験において難燃材料としての規格を満足することがわかった。膜厚は厚ければ厚い方がよいのは言うまでもないが、厚さが１０ｍｍ以上になるとＦＲＰを用いた軽量化の利点が小さくなる。したがって、難燃材料としては、膜厚は１０ｍｍ以下で十分である。

表２は、本実施の形態の実施例７〜１２で作製された難燃性構造部材１の金属層３の金属粒子の粒径、膜厚および気孔率と、燃焼性試験で得られた総発熱量および最高発熱速度とを示す。実施の形態７〜１２は、金属層３の膜厚および気孔率をほぼ一定とし、線材の線径を変変えて粒径を変えたものである。
厚を変えたものである。

表２から、膜厚が約１μｍで気孔率が約３．０％のときには、粒径が１０μｍ以上あれば燃焼性試験において難燃材料としての規格を満足することがわかった。粒径が５０μｍ以上の場合、気孔率が同じであっても、金属層３の内部に隙間が多いためか、総発熱量および最大発熱速度が大きくなる傾向にある。

表３は、本実施の形態の実施例１３〜１７で作製された難燃性構造部材１の金属層３の金属粒子の粒径、膜厚および気孔率と、燃焼性試験で得られた総発熱量および最高発熱速度とを示す。実施の形態１３〜１７は、金属粒子の粒径および金属層３の膜厚をほぼ一定とし、溶線式フレーム溶射に用いる金属線の線径と、溶射速度の調整により粒子層の気孔率を調整した。

表３から、金属粒子の粒径が約５０μｍで膜厚が約１μｍのときには、気孔率が７％以下であれば燃焼性試験において難燃材料としての規格を満足することがわかった。気孔率が大きくなるにしたがって、総発熱量および最大発熱速度が大きくなる傾向にある。

本実施の形態における実施例１〜１７は、Ａｌ粒子の金属層３を溶射によって形成している。Ａｌの融点は約６６０℃である。燃焼性試験では被試験体の表面温度は約５００℃になる。したがって、本実施の形態の難燃性構造部材１では、燃焼性試験中にＡｌ粒子の一部が軟化して金属層３が緻密になって断熱効果を向上したと予想される。

しかし、燃焼性試験中に金属粒子の一部が軟化することが望ましいが、気孔率が３％以下の緻密な膜であれば、必ずしも軟化する必要はないので、Ａｌ以外の金属、例えばニッケルやクロムなどの金属を用いてもよい。

なお、本実施の形態においては、金属粒子で構成された金属層３を溶射を用いて形成したが、それ以外の方法で金属粒子層を形成してもよい。例えば、耐熱性の高い基材に対して溶射で金属層３を形成し、その金属層３をＦＲＰ製の基板２に転写してもよい。また、スプレーコートなどを用いて金属粒子を塗布してもよい。

また、本実施の形態において、金属層３と基板２との間に実施の形態２および３で説明した断熱層５を備えていてもよい。金属層３と基板２との間に断熱層５を備えることにより、燃焼性試験において基板２への熱伝達を少なくすることができる。その結果、基板２の樹脂成分からの分解ガスの発生量を少なくすることができる。

実施の形態５．
実施の形態４においては、溶射する金属としてＡｌを用いる例を説明した。その際、燃焼性試験中にＡｌ粒子の一部が軟化して金属層３が緻密になって断熱効果が向上したと予想した。本実施の形態においては、燃焼性試験中に粒子膜が溶融して緻密な膜となることを積極的に利用する難燃性構造部材１について説明する。

本実施の形態において、難燃性構造部材１の作製方法は実施の形態４と同じであるが、溶線式フレーム溶射で溶射する金属を亜鉛としたものである。このとき、金属層３の粒径を約５０μｍ、気孔率を３．０％、膜厚を１．２ｍｍとした。

このように構成された難燃性構造部材１は、燃焼性試験において、総発熱量が７．０ＭＪ／ｍ^２、最大発熱速度が１４７ｋＷ／ｍ^２となり、難燃材料としての規格を満足することがわかった。

亜鉛の融点は４１９．５℃であるため、被試験体の表面温度が約５００℃になる燃焼性試験中に亜鉛粒子が溶融して緻密な金属膜となり、その金属膜が基板２の表面を覆うことになる。その結果、溶融した亜鉛の金属膜が基板２の母材樹脂が高温になることを抑制することができるので、難燃材料の基準を満たすことができたと予想される。

なお、燃焼性試験中に５００℃で溶融して基板２の表面を覆う金属膜となる金属として、亜鉛以外に錫があり、この金属材料を用いてもよい。

また、金属材料は５００℃で必ずしも溶融する必要はなく、５００℃で軟化して金属粒子層から緻密な金属膜となる金属材料であればよい。そのような金属材料として、クロムアルミニウム、亜鉛アルミニウム、クロムなどがあり、この金属材料を用いてもよい。

以上のことから、溶射を用いて金属粒子で構成された金属層３を備えた難燃性構造部材１においては、融点が７００℃以下の金属であれば、難燃材料の基準を満たすことができる。融点が７００℃以下の金属であれば、単一の金属や合金でもよい。

なお、本実施の形態における金属層３の金属粒子の平均粒径は、５０μｍ以下であることが好ましい。この範囲であれば燃焼性試験において高温になったときに効率よく軟化して基板２の表面を一様に覆うことができる。また、金属粒子層の平均膜厚は、０．０５〜５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．０５〜１ｍｍである。この範囲であれば、燃焼性試験において高温になったときに効率よく軟化して基板２の表面を一様に覆うことができる。

なお、本実施の形態においては、金属粒子で構成された金属層３を溶射を用いて形成したが、それ以外の方法で金属粒子層を形成してもよい。例えば、耐熱性の高い基材に対して溶射で金属層３を形成し、その金属層３をＦＲＰ製の基板２に転写してもよい。また、スプレーコートなどを用いて金属粒子を塗布してもよい。

また、本実施の形態において、金属層３と基板２との間に実施の形態２および３で説明した断熱層５を備えていてもよい。金属層３と基板２との間に断熱層５を備えることにより、燃焼性試験において基板２への熱伝達を少なくすることができる。その結果、基板２の樹脂成分からの分解ガスの発生量を少なくすることができる。

実施の形態６
実施の形態１〜５においては、無機繊維を樹脂で固めた基板２の穴構造が、金属層３に対向する面から反対の面まで貫通する貫通孔４のみによって構成されていた。実施の形態６の難燃性構造部材１は、穴構造が実施の形態１〜５とは異なっている。

図７及び図８は、実施の形態６の難燃性構造部材１の断面模式図である。実施の形態６の難燃性構造部材１における穴構造は、貫通孔４と、基板２、断熱層５及び金属層３の積層方向に垂直な穴４１とによって構成されている。貫通孔４と穴４１とはつながっている。

本実施の形態では、発生したガスが貫通孔４と、貫通孔４につながる穴４１とから排出されるため、効率的に発生ガスの排出をすることができる。

実施の形態７．
実施の形態１〜６では、難燃性構造部材１について説明した。実施の形態７においては、その難燃性構造部材１をエレベータかごに適用した例について説明する。

図９は、本実施の形態に係るエレベータかごの模式図である。図９に示すように、本実施の形態のエレベータかご２１は、人や荷物が載せられるかご室２２と、このかご室２２を下から支えるかご床２３と、かご室２２およびかご床２３の強度を補強して支持する矩形構造のかご枠２４とで構成されている。かご枠２４は、かご床２３を下から支える下梁２５と、この下梁２５の両端部に接続されてかご室２２の側面を補強する縦柱２６と、この縦柱２６の両断部に接続される上梁２７とで構成されている。上梁２７の中央部にはロープ２８が締結されており、エレベータかご２１はこのロープ２８で吊り下げられてエレベータ装置内を上下に移動する。

図１０は、本実施の形態におけるかご枠２４を構成する構造部材２９の断面模式図である。本実施の形態において、構造部材２９は断面が角張ったＵの字状の長尺構造である。図９に示すように、下梁２５および上梁２７は、断面がＵの字状の底面部を縦柱２６の断面がＵの字状の側面部に対向させて締結されている。

本実施の形態においては、かご枠２４を構成する構造部材２９を実施の形態１〜５に示した難燃性構造部材１で構成している。図１０に示すように、金属層３は断面がＵの字の外周面側となり、基板２は断面がＵの字の内周面側となるように構成している。基板２には、貫通孔４が形成されている。図１０に示す構造部材２９は、実施の形態１で説明した難燃性構造部材１で構成したものである。

このように構成されたエレベータかごは、日本の建築基準法施行令第１０８条の２に定められる難燃材料の条件を満たすことができると共に、エレベータかごの軽量化が実現できる。

軽量化に関して具体的に説明する。材料の強さを表す物理量のひとつに比強度がある。比強度とは、密度当りの引っ張り強度で表される。つまり、比強度（ｋＮ・ｍ／ｋｇ）＝引っ張り強さ（ｋＮ／ｍ^２）÷密度（ｋｇ／ｍ^３）で算出される。比強度が大きいほど軽くて強い材料といえる。比強度で比較すると、鉄の比強度が約６３．１ｋＮ・ｍ／ｋｇ、アルミニウムの比強度が約２２２ｋＮ・ｍ／ｋｇであるのに対して、ＦＲＰの比強度は約７８５ｋＮ・ｍ／ｋｇである。したがって、かご枠を鉄あるいはアルミニウムで構成した場合に比べて、本実施の形態のようにＦＲＰを用いた難燃性構造部材１で構成した場合には約２８％（約１／３）に軽量化できる。

以上のように、ＦＲＰを用いた難燃性構造部材１でかご枠を構成したエレベータかごは、日本の建築基準法で定める難燃材料としての基準を満足すると共に、金属製のかご枠で構成された従来のエレベータかごよりも軽量化することができ、巻上機のモータ容量の小型化やエレベータシステム全体の小型化を達成することができる。

なお、本実施の形態においては、かご枠を構成する難燃性構造部材１として、実施の形態１で示した難燃性構造部材１を用いる例を示したが、実施の形態２〜５で示した難燃性構造部材１を用いることもできる。

さらに、図１１は、本実施の形態にかかるエレベータかごのかご室、すなわちかご壁またはかご床の断面模式図である。かご壁またはかご床は、発泡材またはハニカムコアからなるコア材３０の片面に意匠パネル３１を配置し、もう一方の面に実施の形態１〜５の難燃性構造部材１と同様に構成された難燃性構造部材３２を配置したサンドイッチパネルである。

図１１に示すように、コア材３０には、片面に配置した難燃性構造部材３２の貫通孔４に繋がる穴３３が形成されている。穴３３は、意匠パネル３１、コア材３０及び難燃性構造部材３２の積層方向と平行な方向にコア材３０を貫通している。本実施の形態にかかるエレベータかごでは、意匠パネル３１が室内側になるようにパネルを配置する。

なお、本実施の形態のサンドイッチパネルは、コア材３０の一方の面に難燃性構造部材３２を配置し、他方の面に意匠パネル３１を配置している。しかし、サンドイッチパネルの構成は、これに限るものではない。例えば、意匠パネル３１の代わりに難燃性構造部材３２を配し、コア材３０の両面を難燃性構造部材３２としてもよい。

図１２は、サンドイッチパネルの変形例を示す断面模式図である。また、図１３は、図１２のコア材３０に形成された穴構造を示す斜視図である。この例では、穴３３に加えて、意匠パネル３１、コア材３０及び難燃性構造部材３２の積層方向と垂直な方向にコア材３０を貫通する穴３４が設けられている。穴３３と穴３４とは、互いに接続されている。なお、穴３３と穴３４とは、互いに接続されていなくてもよい。

図１４は、図１２のコア材３０に形成された穴構造の変形例を示す断面模式図である。この例では、穴３３及び穴３４は、コア材３０を貫通しておらず、互いに接続されていない。なお、穴３３と穴３４とは、互いに接続されていてもよい。

また、従来のエレベータかごのかご室、すなわちかご壁、かご床及び天井には、ＦＲＰを用いたサンドイッチパネルを用いることで軽量化が試みられている。しかし、ＦＲＰは建築難燃基準を満たすことが難しい。この発明の難燃性構造部材３２を用いたサンドイッチパネルは、火災による火熱が加えられた場合に樹脂から発生するガスにより金属層３に亀裂が生じることを抑制することができる。このため、かご全体の更なる難燃化と軽量化を実現することができる。

１ 難燃性構造部材、２ 基板、３ 金属層、４ 貫通孔、５ 断熱層、１１ 無機繊維、１２ 樹脂、１３ 金属粒子、２１ エレベータかご、２２ かご室、２３ かご床、２４ かご枠、２５ 下梁、２６ 縦柱、２７ 上梁、２８ ロープ、２９ 構造部材、３０ コア材、３１ 意匠パネル、３２ 難燃性構造部材、３３，３４，４１ 穴。

Claims (10)

1. 無機繊維を樹脂で固めた基板と、
   この基板の少なくとも一方の面に配置された金属層と
   を備えた難燃性構造部材であって、
   前記基板は、前記金属層が設けられる側の面から伸びて前記樹脂から発生するガスを排出する流路を備えたことを特徴とする難燃性構造部材。
2. 前記流路は、前記金属層が設けられる側の面から反対の面に貫通することを特徴とする請求項１に記載の難燃性構造部材。
3. 前記流路は、内径の直径が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、分布密度が１０〜１００個／ｍ^２であることを特徴とする請求項１または２に記載の難燃性構造部材。
4. 前記基板と前記金属層との間に断熱層が配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の難燃性構造部材。
5. 前記断熱層は、多孔質構造を有する無機材料で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の難燃性構造部材。
6. 前記金属層は金属粒子が凝集したものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項のいずれか１項に記載の難燃性構造部材。
7. 前記金属粒子は、融点が７００℃以下の金属で構成されたことを特徴とする請求項６に記載の難燃性構造部材。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の難燃性構造部材で構成されたかご枠と、
   このかご枠で支持されたかご室と
   を備えたことを特徴とするエレベータかご。
9. 前記かご室は、かご壁とかご床とを有しており、
   前記かご壁及び前記かご床の少なくともいずれかは、コア材の両面の少なくとも一面に前記難燃性構造部材を配置したことを特徴とする請求項８に記載のエレベータかご。
10. 前記コア材が、前記流路に繋がる穴を有することを特徴とする請求項９に記載のエレベータかご。

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