JP2021011713A - パネル構造体及びパネル構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、立体トラス状の金属板と平面金属板とを備える構造体が記載されている。立体トラス状の金属板は、プレス加工によって成型されていて、頂点に円形のリブ付き開口が設けられている。一方、平面金属板は、プレス加工によって成型した突起部が設けられている。突起部をリブ付き開口に嵌挿し、円周外側に向けて拡張変形することにより、金属板と金属板を緊結固定している。
本開示の一態様に係るパネル構造体は、第1パネルと、前記第1パネルと接合する第2パネルと、を備え、前記第2パネルは、前記第1パネルの板面と接合する接合部と、前記第1パネルの前記板面から離間するとともに前記板面と対向する基部と、前記基部と前記接合部とを接続する複数の接続部と、を一体的に有し、前記接続部は、所定方向の一端部が前記基部と接続し、前記所定方向の他端部が前記接合部と接続し、前記所定方向の断面形状が屈曲または湾曲していて、隣接する前記接続部同士の間には、開口が形成されている。
本実施形態に係るパネル構造体1は、例えば、燃料タンクやLNGタンクなどの直径が大きい円筒状のタンクの壁部に適用される。なお、パネル構造体1は、タンクの壁部以外に適用されてもよい。例えば、サイロの壁部などに適用してもよい。
基部21は、被補剛パネル10の板面の一面10a(補剛パネル20側の面)から離間している。また、基部21は、被補剛パネル10の一面10aと略平行に対向するように配置されている。また、基部21は、突起部22の外端(三角錐台の下端の三角形)を規定する縁部21bを有する。縁部21bは、平面視が略正三角形状をしている。なお、外端とは、X方向及びY方向によって形成される面における外端を意味する。縁部21bは、後述する開口及び柱部24と基部21との接続部分によって構成される。突起部22の外端を規定する正三角形の一辺の長さL1は、例えば、数十mm〜数百mmであって、パネル構造体1が必要とする剛性に応じて決定される。
突起部22は、図3に示すように、被補剛パネル10の板面の一面と接合する天端板部(接合部)23と、天端板部23と基部21とを接続する3つの柱部(接続部)24と、一体的に有している。突起部22は、上述のように平板状の金属板に対してプレス加工を施すことで形成されている。このため、突起部22の内側は中空であり、内部空間が形成されている。この内部空間は、後述する開口25によって、突起部22の外側の外部空間と連通している。
開口25は、平面視及び側面視で、台形状に形成されている。開口25は、天端板部23と柱部24と縁部21bとによって規定されている。詳細には、開口25の短辺は、天端板部23の外縁のうち接続領域A以外の部分によって規定されている。開口25の長辺は、基部21の縁部21bのうち接続領域B以外の部分によって規定されている。開口25の両斜辺は、隣接する柱部24同士によって規定されている。
まず、平板状の金属板材29を用意する。次に、図7に示すように、金属板材29に台形状の貫通孔30を形成する(開口形成工程)。貫通孔30は、完成後の補剛パネル20における開口25となる部分である。よって、貫通孔30は、上述の開口25と同形状となるように形成される。また、貫通孔30は、近接して3つ形成される。3つの貫通孔30は、斜辺が略平行となるように、周方向に並んで配置される。この3つの貫通孔30が、完成後の補剛パネル20における1つの突起部22に含まれる3つの開口25となる。以下、近接して配置される3つの貫通孔30を、「貫通孔セット」と称する。貫通孔セットは、X方向に列となるように等間隔で並ぶように形成されている。また、この列がY方向に複数形成されるように配置されている。また、貫通孔セットが千鳥配置となるように、隣接する列同士で貫通孔セットの位置がずれるように形成されている。すなわち、貫通孔セットは、完成後の補剛パネル20における突起部22と対応するように、形成される。
すべての天端板部23の接合面23aと被補剛パネル10とを接合すると、パネル構造体1の製造が完了する。
本実施形態では、被補剛パネル10と補剛パネル20とが接合し、補剛パネル20の一部(柱部24及び基部21)が、被補剛パネル10から離間するように設けられている。これにより、補剛パネル20は、被補剛パネル10を補強するリブの役割を果たす。したがって、パネル構造体1全体の剛性を向上させることができる。
また、本実施形態では、平板状の金属板材29に開口25(貫通孔30)を形成してからプレス加工を施して補剛パネル20を成型している。これにより、開口25が形成されていない金属板材をプレス加工する場合と比較して、塑性化させる領域が小さくなるので、プレス加工に要するエネルギを低減することができる。よって、パネル構造体1を容易に製造することができる。また、塑性化させる領域が小さいので、板厚を増加させやすく、容易に補剛効果を向上させることができる。
なお、開口25が形成されていない板材をプレス加工する場合とは、例えば、補剛パネル20に開口25が形成されていないパネル構造体1を製造する場合や、プレス加工を施してから開口25を形成することでパネル構造体1を製造する場合などである。
発明者らの解析及び検討により、被補剛パネル10と補剛パネル20とで構成されるパネル構造体1に対して、内圧、軸力、せん断力などの荷重がかかった場合、主に被補剛パネル10及び補剛パネル20の基部21により荷重に耐えていることが判明した。なお、この補剛パネル20は、被補剛パネル10から離間する基部21及びこの基部21と被補剛パネル10との間に設けられる截頭錐体を有している。これにより、截頭錐体は、被補剛パネル10と基部21とが離間した状態を維持するだけの剛性を有していれば十分であることが判明した。
また、解析及び検討により、被補剛パネル10と補剛パネル20の基部21との間に設けられる截頭錐体の側面に対応する壁部の荷重に対する寄与度は、截頭錐体の辺部分に対応する柱部よりも低いことが判明した。したがって、本実施形態のように、三角錐台の側面に対応する部分に開口25を形成した場合であっても、適切な剛性を有する構造とすることができ、上述のように、被補剛パネル10と基部21とが離間した状態を、好適に維持することができることが判明した。
また、このように、柱部24によって剛性を向上させることができるので、例えば、補剛パネル20と被補剛パネル10との間に剛性を向上させるためのモルタル等を充填する必要がない。これにより、軽量化を図れるとともに、コストを低減することができる。
例えば、上記実施形態では、天端板部23及び基部21の縁部21bを平面視で正三角形状に形成する例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、図8に示すように、天端板部31及び基部21の縁部32を平面視で正方形状に形成してもよい。すなわち、突起部22の外径を四角錘台に形成してもよい。この場合には、天端板部31及び縁部32の頂点は、各々4つとなる。よって、柱部24の数も、頂点の数と同数の4つとなる。なお、天端板部及び縁部の形状は、正三角形状や正方形状に限定されない。例えば、天端板部及び縁部の形状を平面視で正五角形状や、正六角形状等の正多角形状としてもよい。また、天端板部及び縁部の形状を平面視で円状としてもよい。また、各辺の長さが異なっている多角形状としてもよい。このような構成でも、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、上記実施形態では、柱部24が、所定方向の断面形状において、略中央領域の1か所で突起部22の外側方向に突出するように屈曲している例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、柱部は、図9に示す柱部36のように、所定方向の断面形状において、略中央領域の2か所で突起部22の外側方向に突出するように屈曲していてもよい。また、柱部は、図10に示す柱部37のように、所定方向の断面形状において、略全域に亘って外側方向に突出するように湾曲していてもよい。このような形状でも、柱部の剛性を向上させることができる。
また、上記実施形態では、柱部24が、所定方向に沿って直線状に形成されている例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、柱部は、図11に示す柱部40のように、所定方向の略中央部分において突起部22の外側方向に突出するように屈曲していてもよい。また、図12に示す柱部41のように、所定方向の略中央部分において突起部22の内側方向に突出するように屈曲していてもよい。
また、上記実施形態では、柱部24の幅が所定方向で一様の長さである例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、柱部は、図13及び図14に示す柱部51のように、幅が所定方向の位置によって異なっていてもよい。図13及び図14の例では、柱部51が天端板部23から縁部21bに向かうにしたがって、幅が長くなっている。すなわち、図14に示すように、天端板部23側の幅の長さL2よりも、縁部21b側の幅の長さL3の方が長くなっている。また、図13に示すように、接続領域Aの長さのよりも、接続領域Bの長さの方が長くなっている。このように構成することで、柱部の剛性を向上させることができる。
また、図15及び図16に示すように、フランジ部63を設けてもよい。本実施形態の天端板部61は、上記実施形態における天端板部23に対応する平板部62と、平板部62の外周端の略全域から屈曲して基部21の方向へ延びるフランジ部63とを有している。柱部24の他端部24bは、フランジ部63と接続されている。フランジ部63は平板部62の外周端の略全域に形成されているので、当然、フランジ部63の周方向の長さは柱部24の周方向の長さ(幅)よりも長い。また、フランジ部63と柱部24とは、互いの板面が面一となるように、配置されている。
本開示の第1の態様に係るパネル構造体は、第1パネル(10)と、前記第1パネル(10)と接合する第2パネル(20)と、を備え、前記第2パネル(20)は、前記第1パネル(10)の板面(10a)と接合する接合部(23)と、前記第1パネル(10)の前記板面(10a)から離間するとともに前記板面(10a)と対向する基部(21)と、前記基部(21)と前記接合部(23)とを接続する複数の接続部(24)と、を一体的に有し、前記接続部(24)は、所定方向の一端部(24a)が前記基部(21)と接続し、前記所定方向の他端部(24b)が前記接合部(23)と接続し、前記所定方向の断面形状が屈曲または湾曲していて、隣接する前記接続部(24)同士の間には、開口(25)が形成されている。
上記構成では、第1パネルと第2パネルの接合部とが接合されている。また、接合部と基部とが接続部によって接続されている。すなわち、第1パネル及び基部を接続部が支持することで、第1パネルと基部とが離間した状態を維持している。上記構成では、接続部の断面形状が屈曲または湾曲している。このため、接続部の剛性を向上させることができる。よって、第1パネルと基部とが離間した状態を、好適に維持することができる。したがって、パネル構造体の全体の剛性をより向上させることができる。
上記構成では、複数の接続部同士の間には開口が形成されている。これにより、開口が形成されていない構造と比較して、パネル構造体を軽量化することができる。また、例えば開口が形成された板材にプレス加工を施すことで第2パネルを成型する場合には、開口が形成されていない板材をプレス加工する場合と比較して、プレス加工に要するエネルギを低減することができる。
上記構成では、平板状の部材に開口を形成してからプレス加工を施して第2パネルを成型している。これにより、開口が形成されていない板材をプレス加工する場合と比較して、塑性化させる領域が小さくなるので、プレス加工に要するエネルギを低減することができる。よって、容易に製造することができる。なお、開口が形成されていない板材をプレス加工する場合とは、例えば、パネルに開口が形成されていないパネル構造体を製造する場合や、プレス加工を施してから開口を形成することでパネル構造体を製造する場合などである。
10 :被補剛パネル(第1パネル)
10a :一面(板面)
20 :補剛パネル(第2パネル)
21 :基部
21b :縁部
22 :突起部
23 :天端板部(接合部)
23a :接合面
24 :柱部(接続部)
24a :一端部
24b :他端部
24c :屈曲部分
25 :開口
27 :天端板対応部
28 :柱対応部
29 :金属板材
30 :貫通孔
61 :天端板部
62 :平板部
63 :フランジ部
Claims (4)
- 第1パネルと、
前記第1パネルと接合する第2パネルと、を備え、
前記第2パネルは、前記第1パネルの板面と接合する接合部と、前記第1パネルの前記板面から離間するとともに前記板面と対向する基部と、前記基部と前記接合部とを接続する複数の接続部と、を一体的に有し、
前記接続部は、所定方向の一端部が前記基部と接続し、前記所定方向の他端部が前記接合部と接続し、前記所定方向の断面形状が屈曲または湾曲していて、
隣接する前記接続部同士の間には、開口が形成されているパネル構造体。 - 前記接合部は、板面を見た際に複数の頂点を有する多角形状であって、
前記接続部は、前記接合部の前記頂点に接続されている請求項1に記載のパネル構造体。 - 前記接合部は、縁から屈曲して前記基部の方向へ延びるフランジ部を備え、
前記接続部は、前記フランジ部と接続されていて、
前記接合部の周方向における前記フランジ部の長さは、前記周方向における前記接続部の長さよりも長い請求項1または請求項2に記載のパネル構造体。 - 第1パネルと、前記第1パネルと接合する第2パネルと、を備えるパネル構造体の製造方法であって、
前記第2パネルは、前記第1パネルの板面と接合する接合部と、前記第1パネルの前記板面から離間するとともに前記板面と対向する基部と、前記基部と前記接合部とを接続する複数の接続部と、を一体的に有し、
前記接続部は、所定方向の一端部が前記基部と接続し、前記所定方向の他端部が前記接合部と接続し、前記所定方向の断面形状が屈曲または湾曲していて、
隣接する前記接続部同士の間には、開口が形成されていて、
平板状の部材に前記開口を形成する開口形成工程と、
前記開口形成工程で前記開口を形成した前記部材に対してプレス加工を施して前記第2パネルを成型するプレス加工工程と、
前記プレス加工工程で成型した前記第2パネルの前記接合部と前記第1パネルの前記板面とを接合する接合工程と、を備えたパネル構造体の製造方法。
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