JP2020506096A - 構造要素 - Google Patents

Abstract

本開示は、カードボードを主要の構成要素として具える構造要素に関する。より具体的に、本開示は、細長部材と、形成された三層カードボードパネルとを具える平面で細長い構造要素に関する。【選択図】図１Ｂ

Description

本開示は、カードボードを主要の構成要素として具える構造要素に関する。本開示の構造要素は、ボード、ストラット、ビーム、フレーム要素等として使用できる平面または細長要素になり得る。

主要の構成要素として、カードボードから作られる構造要素が知られている（ＰＣＴ国際公報ＷＯ２０１４／０６１０１２、およびＷＯ２０１４／１４１２２８）。特に、ＷＯ２０１４／０６１０１２は、細長内側部材と、内側部材を囲む細長外側部材とを具える構造要素を提供する。内側部材は丸いロッドで、カードボードまたは別の材料から作ることができ、外側部材はカードボードシートから構築でき、カードボードシートは、内側部材を包み込むようにその中間部分で折り重ねられて、内側部材の外面との密接な関連性を形成する。２つの部材が第１のコアエンベロープ基礎構造を共に画定すると同時に、中間部分の横に配置されるシートの部分が第２の層状基礎構造を共に画定する。この構造要素の荷重性能は、個々の部材と比べて極めて大きい。

カードボードを主要の構成要素として有する構造要素が、本開示により提供される。カードボードを主要の構成要素として有することは、カードボードが、重量／重量を基準として、少なくとも８０％、時には８５％、９０％、さらには９５％を占めることを意味し、時にはほぼ１００％をカードボード占めることを意味する。残りの、非カードボードの材料は、（以下で特定するように）複数の部材を互いに接着する接着材を含み、外面塗装、ラッカ、ニス、塗料等を含むことができる。本開示の構造要素は、形成された縁部分から延びる平面部分を有する。一実施形態（以下、「一縁部の実施形態」と称する）では、構造要素は、そのように形成された縁部分を１つ有し、別の実施形態（「二縁部の実施形態」）では、そのような縁部分が２つあり、それらが、それらの間に延びる平面部分と互いに平行となっている。縁部分は、カードボードパネルの少なくとも１つのセグメント（以下、「縁部形成セグメント」と称する）を、細長部材上に関連付けて、折り重ねることにより形成される。細長部材は、多角形、または（典型的に、しかし排他的ではない）丸い断面を有することができる。平面部分は、互いに関連付けられたパネルのセグメントにより構成され、以下に規定かつ記載するような多層平面構造を形成する（これらのセグメントの各々を、以下「平面セグメント」と称する）。

形成された縁部の全体断面形状は、概して、細長部材の全体断面形状とすることができる。一部の実施形態では、形状変更補助縁部材は、形成された縁部上に取り付けられてもよく、その断面を、例えば、丸い形状から多角形、特に直角形状、つまり、要素の面に垂直な表面を有する縁部分に変更する。

（以下に規定する）細長部材は、好ましくはカードボードから作られる一方、一部の実施形態では、他の材料、例えば、プラスチック（特に再生プラスチック）または木材から作られてもよい。

細長部材は軸に沿って延び、典型的には、丸い（例えば、円形の）断面を有する。カードボードパネルは、第１および第２の外側高密度カードボードシートを含む３つの層を有し、第１および第２の外側高密度カードボードシートの間に低密度カードボード層を挟む。

「高密度カードボード（またはＨＤＣ）シート」という用語は、（非ＨＤＣカードボードパネルと比較して）比較的硬くかつ均一で、裸眼で確認できるような隙間がなく、典型的には圧縮される、カードボードシートを指す。気体の比重量を一平方メートルあたり少なくとも２００グラム（ｇ／ｍ^２）の範囲、典型的には、４００乃至７００ｇ／ｍ^２の範囲で有することができる。具体的な例は、４００乃至６００ｇ／ｍ^２の範囲の密度を有する、頑丈なカードボードである。本開示で用いられるＨＤＣシートは、０．５乃至３ｍｍ、典型的には、１乃至１．５ｍｍの範囲の厚さを有することができる。本開示の構造要素にあるように、また、以下でも示すように、ＨＤＣシートは、曲がらないように平面構造にしっかりと保持される場合、平面と平行な方向に圧縮抵抗力を発揮する。

「低密度カードボード（またはＬＤＣ）層」という用語は、複数のセルまたは隙間を有する内側構造を有するカードボード層を指し、例えば、波形付けされた、段付けされた、または他の方法で緩く詰められた紙のシートまたはストリップにより形成される。低密度カードボード層を具えるカードボードパネルの例は、「段ボール」または「ハニカムカードボード」として知られ、それらは、例えば、ＨＤＣで作られた、２つの平面ライナーボード間に挟まれた、段付けまたは波形付けされた紙の塊からなる。

パネルの縁部形成セグメントは、２つの平面セグメントの間に画定されており、この縁部形成セグメントでは、第２のＨＤＣシートおよびＬＤＣ層は、例えば、切り取られたか、それ以外では取り除かれていて存在しない。第１のＨＤＣシートの内面は、第１の部材の外面上に折り重ねられて、（例えば、接着により）密接に結合されて、その上部を包み込むものとなっている。そのように折り重ねると、２つの平面セグメントが、例えば、接着により、それぞれの第２のＨＤＣシートの取り付けを通じて互いに関連付けられ、それにより、構造要素の平面部分が画定される。

平面部分は、典型的には、細長部材の長さにわたって延びるように形成される。

典型的には、細長部材の最大水平断面の寸法は、三層カードボードパネルの厚さの２倍にほぼ（つまり、プラスまたはマイナス１０％の範囲内で）等しいが、それに限定されない。

平面セグメントが互いに取り付けられると、それぞれの第２のＨＤＣシートが、共同の高密度構造を平面部分の中央面付近に形成する。高密度構造は、平面セグメントの他方の層の間に挟まれ、そこで曲げ抵抗を共に提供する。この曲げ抵抗が、高密度構造を平面構造に維持する役割を果たし、そこでは、構造要素の平面に沿って圧縮抵抗力が加えられる。

本開示の一実施形態では、高密度構造は、平面セグメントの関連付けられた高密度層により構成される。別の実施形態では、１つ以上の第３の高密度シートが、並列された第２の高密度層の間に嵌め込まれる。

本開示の実施形態では、高密度構造の構成要素は、接着により、互いに接着される。別の実施形態では、これらは、接着剤の使用に加えて、またはそれに代わり、２つの隣接セグメントを互いに締める補強端部要素を用いて加えられた圧縮力により、共に保持される。一縁部の実施形態に適用可能であるそのような補強端部要素の例は、平面セグメントの端部上に取り付けられた直角の桶形状に形成された、（一層、二層または多層でもよい）高密度カードボードから作られた端部要素であり、（Ｉ）平面セグメントを一緒に留め、（ＩＩ）端部を封止し、２つの平面セグメントを共に保持する付勢力を提供し、（ＩＩＩ）構造要素のまっすぐかつ平らな端部を提供し、（ＩＶ）構造要素に更なる剛性を提供する。別の例は、接着剤に加えて、またはそれに代わり、平面セグメントに取り付けられるリベットである。

二縁部の実施形態の構造要素は、二縁部に平行で、かつそれらの間にある中心線に関してほぼ対称的である。２つの縁部の構造は、構造要素に機能性および剛性を加える。

一実施形態では、細長部材は、中空ではない塊、例えばカードボードから作られる。別の実施形態では、細長部材は、軸状のルーメンで形成される。細長部材の具体的な例は、円筒状、典型的に管状の細長部材である。上述のとおり、細長部材は、典型的にカードボードから作られる。

本開示の構造要素は、細長部材のみからなる構造要素、カードボードパネルから作られた二層構造を有する構造要素、対向する第１の高密度層の間に１つ以上の更なる高密度カードボード層を配置したカードボードパネルから作られた二層構造を有する構造要素、または補強下部要素が形成された構造要素と比べて、耐荷重特性または曲げ抵抗特性が著しく大きい。構造要素のより高い耐荷重特性または曲げ抵抗特性は、構成要素のみのいずれか（つまり、縁部分を含まない細長部材または平面部分）と比べて、少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、さらに１０倍である。

理解できるように、本開示の構造要素は、典型的には平面セグメントの間を通る対称的な長手面を有する。

理解できるように、かつ上記から明らかなとおり、本開示の構造要素は、耐火性、耐水性等を付与する様々な被覆で覆うことができる。これは、様々な塗料、ラッカ等により実現することができる。

本開示の構造要素は、様々な構造およびフレームに組み込むことができる。一実施形態では、それは、ビーム、ストラット、または別のフレーム部品として使用できる、略軸方向の細長要素である。別の実施形態では、平面部分が全体の板状構造を画定してもよい。

本開示の１つ以上の構造要素を有する装置も提供する。構造要素の特定の使用は、フレームの一部、例えば、自転車または車椅子等の車両のフレームの一部である。他の例は、建物用のストラット、ビーム、パネル、棚、フレーム、天井または壁体支持フレーム、車両のフレーム等の構造要素である。

本開示の別の態様は、本開示の２つ以上の要素を具える、構造ユニットに関する。一実施形態では、２つ以上の要素のうちの第１の要素の縁部が関連縁部を形成し、２つ以上の要素のうちの第２の要素の平面部分と関連付けられ、例えば、Ｔビームを形成する。本態様の構造ユニットは、第１の構造要素を１つ以上、および第２の構造要素を１つ以上具えることができる。一部の実施形態において、２つ以上の構造要素のうちの第１の要素が、２つ以上の構造要素のうちの２つの第２の要素の平面部分と関連付けられることにより、第１の構造要素の両縁部が関連縁部を構成する。後の実施形態の構造ユニットは、Ｉビーム、例えば、構築中の工学素子として用いることができる。

関連縁部は、縁部表面、例えば、第１の要素の平面に垂直なものにより画定することができる。一部の実施形態では、関連縁部は、形状変更補助部材により画定されてもよい。第１および第２の構造要素は、典型的には互いに関連付けられ、例えば、通常は互いに配向するように接着される。

本明細書で開示される主題をより良く理解する目的で、および実際にそれを実施することができる方法を例示する目的で、ここで、単なる限定されない例として、添付の図面を参照しながら実施形態について記載する。
図１Ａは、本開示の例示的な一縁部の実施形態に係る、構造要素の概略等角図である。 図１Ｂは、図１Ａの線Ｉ−Ｉによる断面図である。 図２Ａおよび２Ｂは、本開示の２つの他の例示的な一縁部の実施形態の概略断面図である。 図３Ａ、３Ｂ、および３Ｃは、図１Ａおよび１Ｂの構造要素を構成する方法を概略的に例示し、製造工程における３つの連続したステップを示す。 図４は、本開示の例示的な二縁部の実施形態の側面透視図である。 図５Ａ、５Ｂ、および５Ｃは、図４の構造要素を構成する方法を概略的に示し、製造工程における３つの連続したステップを示す。 図６は、本開示の実施形態に係るＴビームを概略的に例示する。 図７は、本開示の実施形態に係るＩビームを概略的に例示する。

添付図面は、本開示の例示的かつ限定されない実施形態の略図を示す。図示した実施形態は、本開示に係る構造要素に属する。

一縁部の実施形態に係る要素である細長構造要素１００を、図１Ａおよび１Ｂに示す。要素１００は軸１０２に沿って延び、管状部材１０４と三層カードボードパネル１０６とを含む２つのカードボードの構成要素により構成される。「構成する」（または、その言語上の変化形のいずれか）という用語は、これらが主要の構造構成物であるという意味として理解されるべきである。別の構成要素は、主要の構造部品を互いに接着するのに用いられる接着剤である。他の要素は、要素の２つの対向面を横切る補強ピン、または以下の図２Ｂに示す更なる補強下部要素を含んでもよい。

カードボードパネル１０６は、第１および第２の高密度カードボード（ＨＤＣ）シート１１０、１１２を有し、それらの間に低密度カードボード（ＬＤＣ）層１１４を挟む。カードボードパネル１０６は、縁部形成セグメント１１６を有し、縁部形成セグメントは、第１のＨＤＣ層のみを含み、第２のＨＤＣシートおよびＬＤＣ層を有さない。例えば、縁部形成セグメント１１６を形成するために、第２のＨＤＣシートおよびＬＤＣ層のそれぞれの部分がパネル１０６から切り抜かれることで、第１のＨＤＣシートの内面１１８がセグメントに露出する。縁部形成セグメント１１６の内面１１８が、第１の部材１０４の外面１２０に（例えば、接着により）密接に結合される。

（図３Ｂにおいてよりよく示される）縁部形成セグメント１１６は、２つの隣接平面部分１２２Ａ、１２２Ｂを画定する。それらは互いに鏡像関係にあり、図１Ｂにみられる構造要素において、細長部材１０４から（図中の方向で下向きに）延びる多層平面部分を共に画定する。この多層平面部分において、２つのＨＤＣシート部分１１２Ａ、１１２Ｂが、二層高密度構造１２４を共に形成する。見られるように、この高密度構造は、図２Ａに示すような、少なくとも１つの第３のＨＤＣシートを追加することができる。高密度構造１２４は、このようにして構造要素１００の中心線１２６に沿って形成され、その片面が、他方の鏡像になる。

図１Ａ（および図２Ａおよび２Ｂ）で見られるように、縁部形成セグメントは、構造要素を構成するために細長部材と結合すると、高密度構造１２４同士が接触して、細長部材の底部分１２８を支持するような寸法を有する。

図２Ａは、本開示の構造要素の断面図で、第２のＨＤＣシート１１２Ａと１１２Ｂとの間に第３のＨＤＣシート１３０が加わること以外は、図１に示したものと同様である。理解できるように、一部の実施形態において、２つ以上の第３のＨＤＣシートを、シート１１２Ａと１１２Ｂとの間に加えてもよい。

図２Ｂは、図１Ａのものと同様で、ＨＤＣシートにより、２つの平面セグメントの底部分を抱持する直角の桶形状に形成された補強端部要素１３２を加えた実施形態を示す。従って、端部要素１３２は、（Ｉ）平面セグメント１２２Ａおよび１２２Ｂを互いにしっかりと保持し、（ＩＩ）平面セグメントの下端部（従って、構造要素の下端部）を封止し、（ＩＩＩ）構造要素の平らで同じ高さでの底面を提供し、および／または（ＩＶ）要素に構造剛性を加えるという役割を果たす。示すように、端部要素１３２は一枚のＨＤＣから作成されるが、２つまたは複数のＨＤＣシートを有して、それらを互いに固定して端部要素１３２を形成するようにしてもよい。

図１Ａの構造要素を形成する方法を示す図３Ａ乃至３Ｃを参照する。提供されるのは、図３Ａに概略的に示され、第１および第２のＨＤＣシート１１０、１１２により構成されるカードボードパネル１０６である。第１および第２のＨＤＣシート１１０、１１２は、それらの間にＬＤＣ層１１４を挟む。この例示的な実施形態の中間箇所である部分１１１から、第２のＨＤＣシートの一部分およびＬＤＣ層の対応する部分が除去されることにより、第１のＨＤＣシート１１０の露出した内面１１８を有する縁部形成セグメント１１６が画定される。縁部形成セグメント１１６を形成することにより、２つの隣接平面セグメント１２２Ａ、１２２Ｂも画定される。次に、細長管状部材１０４が縁部形成セグメント１１６の中心線の周りに縦方向に配置され、２つの平面セグメント１２２Ａ、１２２Ｂが、細長部材１０４の周りに、矢印１２３Ａ、１２３Ｂで示す方向に折り重ねられ、平面セグメントの第２のＨＤＣシート１１２Ａ、１１２Ｂを互いに接触させて、図１Ａおよび１Ｂに示すような構造要素１００を形成する。第１の部材１０４と中央セグメント１１６の内面１１８との関連付けを行う前に、かつ折り重ねを行う前に、接着材を塗布することができる。他の実施形態において、部分１１１を除去するのではなく、縁部形成セグメント１１６を有するようにパネルを事前に作製してもよいことに留意すべきである。

本開示の例示的な二縁部の構造要素２００を示す、図４を参照する。要素２００は、２つの丸みを帯びた縁部分２０４の間に画定された平面部分２０２を有する。要素は、互いに平行な２つの細長円筒部材２０６Ａ、２０６Ｂ、および形成された三層カードボードパネル２０８により構成される。パネル２０８は、ＬＤＣ層２１４を挟む、第１および第２のＨＤＣ層２１０、２１２を有する三層パネルである。要素の縁部は、密接に結合された細長部材２０６Ａ、２０６Ｂおよび第１のＨＤＣ層２１０により形成され、細長部材２０６を包み込むことで形成される。パネルの部分が、構造要素２００の平面部分２０２を共に形成し、その平面部分２０２は２つの縁部分の間に画定される。

図５Ａ乃至５Ｃは、図４の構造要素を形成する方法を概略的に示す。カードボードパネル２０８の２つのセグメント２０５Ａ、２０５Ｂから、ＨＤＣ層２１２と、ＬＤＣ層２１４の少なくとも一部、典型的にはその全てとを取り除くことにより、縁部形成セグメント２１６Ａ、２１６Ｂが画定され、各々が２つの平面部の横に配置される。すなわち、セグメント２１６Ａがセグメント２２２Ａ、２２２Ｃの横に配置され、セグメント２１６Ｂがセグメント２２２Ｂ、２２２Ｃの横に配置される。次に、丸い細長部材２０６Ａ、２０６Ｂを、縁部形成セグメントに嵌め込み、その後、矢印２２３Ａおよび２２３Ｂで示すように、縁部形成セグメントのＨＤＣシートを細長部材２０６Ａ、２０６Ｂ上に折り重ねた後、対向する平面セグメントを互いに接着することで、図４に見られるような構造要素が形成される。セグメント２２２Ａ、２２２Ｂの結合幅は、セグメント２２２Ｃのものと同一であり、その結果、全ての平面セグメントが完成した多層カードボード構造を一緒に形成して、要素の平面部分を構成することができる。

本開示の実施形態に係るＴビーム３００を示す、図６を参照する。このＴビームは、２つの平面要素、つまり、第１の構造要素３００Ａおよび第２の構造要素３００Ｂから構築され、それぞれ、図４に示す要素２００と同様の構造を有する。縁部分３０４の上部には、長方形の桶形状の全体形状を有する形状変更補助部材３０６が取り付けられる。形状変更補助部材３０６を縁部分３０４上に取り付けることで、縁部の全体断面形状を変更し、要素３００Ａにより画定された平面に垂直な縁部表面３０８を画定する。これにより、要素３００Ａおよび３００Ｂが互いに垂直になる。

この関連性を形成するために、最初に、形状変更部材３０６を縁部３０４の上部に取り付けることができ、または、最初に、部材３０６を上部要素３００Ｂに接着し、その後に、要素３００Ａの縁部３０４を取り付けることができる。

本開示の実施形態に係るＩビーム４００を示す、図７を参照する。Ｉビーム４００は、図６のＴビーム３００と同様の方法で構築され、３つの平面構造要素、つまり、１つの第１の構造要素４００Ａ、および２つの第２の構造要素４００Ｂ、４００Ｃから構築される。要素４００Ａは、図６の要素３０６と同様の２つの縁部変更補助部材４０６Ａ、４０６Ｂで形成される。

Claims (25)

1. 平面部分と少なくとも１つの一体的に形成された縁部分とを有する構造要素において、
   少なくとも１つの細長部材と、
   形成された三層カードボードパネルとを具え、前記三層カードボードパネルが、
   低密度カードボード（ＬＤＣ）層を間に挟む、第１および第２の外側高密度カードボード（ＨＤＣ）シートと、
   前記第２のＨＤＣシートと前記ＬＤＣ層とを有さない、少なくとも１つの縁部形成セグメントと、
   前記縁部形成セグメントの横に配置される平面セグメントとを有し、
   前記縁部形成セグメントの第１のＨＤＣシートの内面が、前記細長部材の外面上に折り重ねられかつ密接に結合されて、その上部を包み込むことにより、前記形成された縁部分を画定し、
   前記平面セグメントが互いに固定されて、前記平面部分が画定されていることを特徴とする構造要素。
2. 請求項１に記載の構造要素において、前記２つの平面セグメントの第２の高密度カードボードシートが互いに接着されて、高密度構造を形成することを特徴とする構造要素。
3. 請求項１または２に記載の構造要素において、前記２つの平面セグメントの第２の高密度カードボードシートの間に取り付けられた、１つ以上の第３の高密度カードボードシートを具えることを特徴とする構造要素。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の構造要素において、１つの形成された縁部分を有することを特徴とする構造要素。
5. 請求項４に記載の構造要素において、直角の桶形状を有するように形成されて、２つの隣接セグメントの底部分を覆うように取り付けられた（一層、二層または多層でもよい）高密度カードボードから作られた補強端部要素を具えることを特徴とする構造要素。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の構造要素において、前記形成された縁部に形状変更補助縁部材が取り付けられることを特徴とする構造要素。
7. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の構造要素において、２つの形成された縁部分を有し、前記平面部分がそれらの間に延びることを特徴とする構造要素。
8. 請求項７に記載の構造要素において、前記形成された縁部の少なくとも１つに、形状変更補助縁部材が取り付けられることを特徴とする構造要素。
9. 請求項６または８に記載の構造要素において、前記形状変更補助縁部材が、前記要素の平面に垂直な縁部表面を画定することを特徴とする構造要素。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の構造要素において、前記第１の部材が管状であることを特徴とする構造要素。
11. 請求項１乃至１０の何れか一項に記載の構造要素において、２つの隣接部分の間を通る対称的な長手面を有することを特徴とする構造要素。
12. 請求項１乃至１１の何れか一項に記載の構成の１つ以上の構造要素を具えることを特徴とする装置。
13. 請求項１２に記載の装置において、前記１つ以上の構造要素により形成されるフレーム構造を具えることを特徴とする装置。
14. 請求項１乃至１１の何れか一項に記載の構造要素を具えることを特徴とする車輪付き車両。
15. 請求項１４に記載の車輪付き車両において、自転車または車椅子であることを特徴とする車輪付き車両。
16. 請求項１乃至１１の何れか一項に記載の２つ以上の要素を具えることを特徴とする構造ユニット。
17. 請求項１６に記載の構造ユニットにおいて、前記２つ以上の要素のうちの第１の要素の関連縁部が、前記２つ以上の要素のうちの第２の要素の平面部分と関連付けられることを特徴とする構造ユニット。
18. 請求項１７に記載の構造ユニットにおいて、前記関連縁部が、前記第１の要素の平面に垂直な縁部表面により画定されることを特徴とする構造ユニット。
19. 請求項１８に記載の構造ユニットにおいて、前記関連縁部が、形状変更補助部材により画定されることを特徴とする構造ユニット。
20. 請求項１７乃至１９の何れか一項に記載の構造ユニットにおいて、前記第１の要素が、前記第２の要素に垂直であることを特徴とする構造ユニット。
21. 請求項１６に記載の構造ユニットにおいて、前記２つ以上の要素のうちの第１の要素の２つの関連縁部が、前記２つ以上の要素のうちの２つの第２の要素の平面部分と関連付けられることを特徴とする構造ユニット。
22. 請求項２１に記載の構造ユニットにおいて、前記関連縁部のそれぞれが、前記第１の要素の平面に垂直な縁部表面により画定されることを特徴とする構造ユニット。
23. 請求項２２に記載の構造ユニットにおいて、前記関連縁部のそれぞれが、形状変更補助部材により画定されることを特徴とする構造ユニット。
24. 請求項２１乃至２３の何れか一項に記載の構造ユニットにおいて、前記第１の要素が、前記第２の要素に垂直であることを特徴とする構造ユニット。
25. 請求項２１乃至２４の何れか一項に記載の構造ユニットにおいて、Ｉビームであることを特徴とする構造ユニット。

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