JP3028140B2 - 高強度多層テープ - Google Patents

高強度多層テープ

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JP3028140B2 JP3515684A JP51568491A JP3028140B2 JP 3028140 B2 JP3028140 B2 JP 3028140B2 JP 3515684 A JP3515684 A JP 3515684A JP 51568491 A JP51568491 A JP 51568491A JP 3028140 B2 JP3028140 B2 JP 3028140B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は一般に補強テープに関し、特に構造物の補強
のため建設産業で使われる高強度多層テープに関する。
背景技術 地震、ハリケーン、洪水などの自然災害は、普通の構
造の建物を自然の力がいかに容易に破壊可能かを如実に
示している。従来、建物の構造的完全性を改善する試み
として、地震の起き易い地域にある構造物のコンクリー
ト及び浮き基礎を補強するため鉄筋が使われてきた。住
居用家屋を補強するため、建築プランの中に構造上の補
助支持梁や断片的なつなぎ梁を含めることも通例行われ
ている。
しかし、上記の構造技術は建築コストを著しく増大さ
せるばかりか、基本設計やレイアウトの変更を必要とす
ることが多い。例えば、鉄筋コンクリートはきわめて高
価であり、また居住用家屋における補助梁やつなぎ梁の
使用は割高であるのみならず、費用効率の点で問題もあ
る。地震の起き易い地域でより使われる浮き基礎などそ
の他の技術も高価で、充分さ及び効率面で少なからぬ問
題がある。
従って、既存の建築または製造設計を実質上変更する
必要なく、建物やその他の構造物または装置を補強する
ための、費用効率の高い方法を提供することが望まれて
いる。
発明の開示 本発明の高強度多層テープは、住居及び商業用構造物
を構造的に補強する新規な方法を提供する。建造物を構
造的支持を改善することによって、本発明は地震、ハリ
ケーン、洪水などの自然災害に耐え得る可能性を向上さ
せる。本発明は、建物の組み立てられた壁及び天井を１
つの一体化構造物へと結合可能な多層テープを開示す
る。建物の基本的な骨組み組立時に本発明を用いれば損
傷が軽減あるいは防止され、内部がより安全となり、経
済的な損失が少なく、また人命の喪失も防げる。
さらに本発明は、さまざまな用途及び製品に適用可能
とするフレキシブルな特性を有する新規な補強手段を提
供する。制限の意味でなく例を挙げれば、本発明は車
両、船、航空機、その他構造強度が重要な環境内で使用
し得る。
また本発明は、従来の補強方法に見られたように建築
または製造コストを著しく増大させない、新規且つ改善
された高強度の多層テープを開示する。しかも本発明の
多層テープは、建物や装置のすでに存在するプレ補強設
計の実質的な変更を必要としない。
建設及びその他の分野において、構造システムを一体
状に結合し、最も弱い要素、構成部品あるいは接続部に
おける破損を取り除くことが重要なニーズとなってい
る。例えば、耐震設計において、最も弱いのは一般に接
続部での破損である。本発明は支持体の全ての異なる要
素を結合することで、特定の弱い箇所を発生させずに、
負荷及び応力を構造物全体に分散させる。その結果、相
互接続部における破損の可能性が最小限化される。この
ように、本発明の高強度テープは応力の極在化を最小限
とし、地震やハリケーンの強い風、洪水流の衝撃によっ
て生じる負荷の移動から通例生じていた倒壊を防止す
る。こうした負荷の移動は、その他の構造要素の過負荷
状態をもたらし、さらなる破損を引き起こすことがあ
る。
概略的に言えば、本発明の高強度多層テープは、異な
る空間的配向を有する各素材の多層状体で構成される。
複数の高強度リボンが、接合手段によって一群の高強度
繊維と組み合わされ、連続状の帯体にされる。多層テー
プは、テープを構造物の構成部品に取り付けるための取
付手段も含む。強押し出し法を用い、複数の高強度リボ
ンを縦方向に配向し、一群の繊維を絡み合わせたまたは
織り合わせパターンに配向して、フレキシブルな熱可塑
性樹脂母材を施すことも、本発明の範囲内に入ると考え
られる。建物の構造部品に対するテープの固定を容易と
するため、強押し出し形成した多層テープの片面上にポ
リマー接着剤のコーティングを設け、これによってテー
プを構造部品へ取り付けてもよい。
ここに述べる発明では、ユニークな特性と結果を達成
するため、これまで一般には使われていなかったような
素材を利用する。複数の高強度リボンは高い引っ張り強
度つまり固有の強度を有し、テープの縦軸に沿って延
び、アラミド、カーボン−グラファイト、ボロン、チタ
ン合金、アルミ合金、鋼合金、Ｅ−ガラスまたはＳ−ガ
ラス、あるいはこれらの複合体からなる素材群の中から
選べる。別の繊維群も高引っ張り強度を有してもよく、
絡み合わせまたは織り合わせパターンに配向されて、高
い剪断強度を有する層が得られる。繊維群は、ナイロ
ン、ポリエステル及びファイバガラスあるいは同様の繊
維からなる素材群の中から選べる。
本発明のより明瞭な理解、及び本発明がいかに上記の
目的を達成し、各種の利点を実現したかの認識は、本発
明の以下の詳細な説明から当業者にとって明かとなろ
う。以下の詳細な説明では、次に簡単に説明する添付の
図面を参照する。
図面の簡単な説明 図１は本発明の多層構成要素の斜視図である。
図２は本発明の実施例の部分断面平面図である。
図３は図１の３−３面に沿った断面図で、本発明の多
層構造を示す。
図４は別の実施例における同様の３−３面に沿った断
面図で、本発明のテープの片面上のポリマー接着剤層を
含む付加層を示している。
図５は本発明を具体化した単純な構造の部分想像図を
示す斜視図である。
発明を実施するための最良の形態 図面を参照すれば、図１は本発明の好ましい実施例の
斜視図を示している。図１は頂部層12と組み合わされた
高強度リボン11を有する高強度の多層織り合わせテープ
10を示し、頂部層12はフレキシブルなポリマー樹脂母材
つまり担持材と接合される高強度素材の織り合わされ
た、絡み合わされた、あるいはメッシュ状の連続的なパ
ターンからなっている。図１に示した層13は、好ましい
実施例において、押し出し成形可能でフレキシブルなポ
リマー素材で、これが頂部層12をリボン11と結合させ、
本発明の多層複合テープを形成する。
高強度の織り合わされたまたは絡み合わされた素材12
は、ポリエステル、ナイロンあるいはファイバガラスか
らなる。織り合わされたパターンであるため、高い剪断
強度を有する頂部層12が得られる。織り合わされた高剪
断強度の頂部層12の下側に、高強度の素材からなる複数
の縦方向に配向されたリボン11が位置する。
引っ張り強度と繊維の密度との関係を最大とするた
め、素材の固有強度が考慮されねばならない。高強度素
材のリボン11は、以下の表１と２に示す素材の中から選
ぶことができる。表１は各素材の固有強度、すなわち引
っ張り強度を繊維の密度で割った値を示す。これらの素
材は、図２に示したような母材つまり担持材13中で補強
用に使うため最近開発されたものである。
本発明を建物の構造的補強に用いる場合を含め多くの
場合そうであるように、加重が重要な考慮すべき因子で
ある。そのため、複数のリボン11として選ばれる素材に
照らして、表１に示したような高い固有強度を有するだ
けでなく、高い固有弾性率も有する素材を選ぶのが望ま
しい。いくつか使える可能性のあるリボン11の素材につ
いては、「発明の要旨」の項でも論じた。同一のテープ
10で、リボンを２つ以上の異なる素材で形成してもよい
のはもちろんである。各種素材の固有弾性率を表２に示
す。
図１において、好ましい実施例の層13は、押し出し成
形可能でフレキシブルなポリマー素材で、これが頂部層
12をリボン11と結合させ、本発明の多層複合テープを形
成する。
図２は、各構成素材の１つの組合せを示す本発明の実
施例の平面図である。図２に示すように、本発明の頂部
層12は好ましい実施例において、テープ10の縦軸に対し
て45度の角度で配向された織地を有する。各素材を別の
向きにすることももちろん考えられ、これも本発明の範
囲に含まれるが、いずれにせよ頂部層12がテープ10の縦
軸と平行な向きのリボン11と異なる向きの角度となるこ
とが重要である。
尚、縦方向に配向されるリボン11はほぼ無限数の繊維
で形成可能である。またリボン11は多くの形状、つまり
リボン状や筒状を始め、リボン11用として考えられる固
有強度の高い素材から製造可能な任意の幾何学的形状を
取り得る。好ましい実施例において、複数のリボン11は
図示のごとく４つのリボン群として含まれ、矩形の断面
形状を有する。リボン11の好ましい断面形状は、図３に
最も明瞭に示してある。
図３について詳しく見ると、図３は図１の３−３面に
沿った断面図で、本発明の多層構造を示している。すな
わち図３は頂部層12、リボン11、及び連続的なテープに
押し成形されたフレキシブルな熱可塑性樹脂母材つまり
担持材13を有するテープ10を示す。図３の織り合わされ
た層12は、図１及び図２に関連して述べたように、ポリ
エステル、ナイロンあるいはファイバガラスなどの素材
から形成し得る。尚、素材が比較的高い剪断強度を有す
るという条件によってのみ制限されるだけで、上記以外
の繊維材料も使える。また、頂部層12は絡み合わせ構成
としてもよい。頂部層12の目的は、高強度のテープ10を
引き裂くことなく、木材やその他アルミまたは鋼などの
素材からなる梁へ固定可能とすることにある。テープ10
の固定取付は、釘、ネジ、ボルト及びリベットなどの固
定具手段30（図１）を用いて行うことができる。担持材
13に拘束された状態で得られる剪断強度が、引き裂きを
完全に防ぎ、適切な固定を保証する。
本発明の別の実施例が図４に示されている。図４は、
複数の縦方向に配向された固有強度の高いリボン21、フ
レキシブルなポリマー樹脂母材23、織り合わされた織布
様メッシュ層22、及びポリマー接着剤層25を示す。この
別の実施例では、織り合わされた織布様メッシュ層22が
図４のリボン21及び図１のリボン11と同様の素材（ポリ
エステル、ナイロンあるいはファイバガラス）から形成
されているので、本発明のテープの剪断強度を増大可能
である。母材つまり担持材23は、本発明のテープの押し
出し成形による製造を安価且つ効率的に可能とするよう
なフレキシブルな熱可塑性樹脂であるので好ましい。本
発明の多層構造が、各層の多数の組合せで構成し得るの
は明らかである。また、固有強度の高い縦向き素材、及
び織り合わされた、絡み合わされた、あるいはメッシュ
状素材の配置も、図面に示した例から変更し得る。
前記織布様メッシュ層22を角度を付けて配向すること
で、疑似等方的（０−45−90度）剪断強度特性が得られ
る。このメッシュ層の繊維が固定具手段30と組み合わさ
れ、本テープの効果を接着材／基板間の接合から独立さ
せている。また、テープ10を基板から引き剥すような負
荷がテープ10に加わったとき、メッシュ層22の織地が固
定具手段をしっかり把持し、テープ10の引き避けを防止
する。
前記層25は、共押し出し成形による製造方法と容易に
適合可能なポリマー接着剤とし得る。テープを作成する
上で考えられる製造方法の中の１つは、リボン及び織り
合わされた層がフレキシブルなポリマー母材の浴から引
き出される引出し成形法である。完全に引き出した後、
組合せ体全体が押し出し成形で使われるホース型と同様
な成形型を通じて引き出される。ポリマー母材の硬化
は、熱、時間または圧力との組み合わせで必要なポリマ
ー母材を選ぶことにより、引き出し処理中徐々に行われ
る。
別の製造方法としては、部分的に硬化したポリマー母
材で、充分な長さのシートコイルの中に支持するのに充
分な濃度を持つ半硬化ゼラチン状態のものを用いる方法
がある。フレキシブルなポリマー母材のシートコイル
が、押し出し、引き出しまたはロール接着などの圧力を
用いて、リボンを母材中に挿入可能としている。
さらに別の方法では、ユニークな形状を有するシート
を製造したり、製造部品を補強するためのユニークな形
状を打ち抜き成形するプレス及びダイ装置や、あるいは
その他本発明のテープを作製するための同様な効率的構
造法を用いることもできる。
接着剤を使用すれば、釘、ネジ、リベットなどで固定
する前に、建物の骨組みに本発明のテープを取り付けら
れる。接着剤がテープ10を所定の位置に保持し、固定を
容易且つ効率的なものにする。
さらに、固有強度の高い素材を有機金属などの融和剤
で被覆すれば、かかる素材とフレキシブルなポリマー母
材つまり担持材との接着が改善される。このような有機
金属融和剤の例は、有機チタン酸塩である。尚、これ以
外の有機金属も考えられ、前記した使用における適合性
によってのみ制限される。
使用時、例えば図５の標準的な家32を考えると、テー
プ10がプレゼントの箱の周りにリボンを巻くのとほぼ同
様に梁から梁へと張り巡らされ、図５に示すように単一
の構造物とする。さらに、屋根の梁の他、床及び壁を補
強するのにも本発明が使える。
ここに示した例示の好ましい実施例と代替実施例は共
に、上記した用途に限定されない。逆に本発明は、車
両、船、航空機など構造的完全性が要求されるどんな状
況においても、また構造上の補強を必要とする自立する
どんな構造体、構成部品あるいは外囲器においても使用
できる。また、テープが帯状でなくシート状の場合も、
本発明の範囲に含まれると考えられる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｅ０４Ｈ 9/14 Ｅ０４Ｈ 9/14 Ｆ

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】固有強度の高い素材からなる複数のリボン
    （11）； 細長く、相互接続された織り合わせ繊維群（12）；及び 前記複数のリボン（11）と前記織り合わせ繊維群（12）
    を接合して連続状の帯体とする担持手段（13）を備え、
    前記複数のリボン（11）が該連続状の帯体内で縦方向に
    配列され、前記織り合わせ繊維群（12）が前記リボン
    （11）に対し角度をなして配向され、前記担持手段がフ
    レキシブルなポリマー素材で形成されている高強度多層
    テープ（10）。
  2. 【請求項２】前記複数のリボン（11）と前記繊維群（1
    2）を接合する前記担持手段（13）がフレキシブルで、
    樹脂質の、押し出し成形可能なポリマー素材である請求
    の範囲第１項記載の高強度多層テープ（10）。
  3. 【請求項３】前記複数のリボン（11）が、鋼、Ｅ−ガラ
    ス、Ｓ−ガラス、アラミド、ボロン、カーボン、チタ
    ン、及びアルミナからなる前記繊維群（12）の中から選
    ばれた請求の範囲第１項記載の高強度多層テープ（1
    0）。
  4. 【請求項４】前記繊維群（12）がポリエステル、ナイロ
    ン、及びファイバガラス高強度繊維からなる群の中から
    選ばれた請求の範囲第１項記載の高強度多層テープ（1
    0）。
  5. 【請求項５】鋼合金、アルミ合金、チタン合金、Ｅ−ガ
    ラス、Ｓ−ガラス、アラミド、カーボン、ボロン、及び
    配向ポリエチレンからなる群の中から選ばれた複数の高
    強度リボン（11）； 織地様パターンに構成された高強度の繊維群（12）で、
    ポリエステル、ナイロン、及びファイバガラス繊維から
    なる群の中から選ばれた高強度の繊維群（12）； 前記複数の高強度リボン（11）を前記高強度繊維群（1
    2）に接合して連続状のテープ（10）とするフレキシブ
    ルな熱可塑性樹脂； 前記複数の高強度リボン（11）を被覆して、前記フレキ
    シブルな熱可塑性樹脂との接合を向上させる有機金属の
    融和剤；及び 前記連続状テープ（10）の片面上のポリマー接着剤コー
    ティング； を備えた構造補強支持テープ（10）。
  6. 【請求項６】前記多層テープ（10）がさらに、構造部品
    への接着のため前記多層テープ（10）の片面上にポリマ
    ー接着剤コーティング（25）を含む請求の範囲第１−４
    項記載の高強度多層テープ（10）。
  7. 【請求項７】前記複数のリボン（11）が矩形の断面形状
    を有する請求の範囲第１−５項のいずれか１項記載の高
    強度多層テープ（10）。
  8. 【請求項８】複数の高強度リボン（11）をフレキシブル
    なポリマー素材（13）で取り囲む工程； 高強度の繊維群（12）を前記リボン（11）及び前記フレ
    キシブルなポリマー素材（13）に接合する工程； 前記リボン（11）、前記繊維群（12）、及び前記フレキ
    シブルなポリマー素材（13）を連続状のテープ（10）に
    形成し、前記複数のリボン（11）が該連続状のテープ内
    で縦方向に配列され、前記織り合わせ繊維群（12）が前
    記リボン（11）に対し角度をなして配向されるようにな
    す工程；及び 前記連続状テープ（10）の片面上にポリマー接着剤層を
    被着する工程； によって製造された高強度多層テープ（10）の製品。
  9. 【請求項９】前記複数のリボン（11）を被覆して、前記
    フレキシブルなポリマー素材との接合及び接着を向上さ
    せる有機金属の融和剤； 前記複数の高強度リボン（11）がアラミド、カーボン、
    ボロン、チタン合金、アルミ合金、銅合金、Ｅ−ガラ
    ス、及びＳ−ガラス繊維からなる素材群の中から選ばれ
    たものであること；及び 前記高強度繊維群（12）がナイロン、ポリエステル、及
    びファイバガラス繊維からなる群の中から選ばれたもの
    であること； をさらに含む請求の範囲第８項記載の製品
  10. 【請求項１０】標準技術に従って組み立てられ構造物の
    基本骨組みを形成する根太、梁など複数の部材を建築構
    造物（32）において： 少なくとも１つの長い構造強化テープ（10）をさらに備
    え、該テープ（10）が前記根太、梁などの部材へ選択に
    固着され一体状に結合して構造物の構造的完全性を増大
    させ、前記構造補強テープ（10）が、鋼合金、アルミ合
    金、チタン合金、Ｅ−ガラス、Ｓ−ガラス、アラミド、
    カーボン、ボロン、及び配向ポリエチレンからなる群の
    中から選ばれた複数の高強度リボン（11）と、織地様パ
    ターンに構成され、ポリエステル、ナイロン、及びファ
    イバガラス繊維からなる群の中から選ばれた高強度の繊
    維群（12）と、前記複数の高強度リボン（11）を前記高
    強度繊維群（12）に接合して連続状のテープ（10）とす
    るフレキシブルな熱可塑性樹脂（13）を有する建築構造
    物（32）。
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