JP3905298B2 - 波形芯材サンドイッチパネルの設計方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両、自動車、船舶及び建築物などの構造用部材として用いられている波形芯材サンドイッチパネルに関し、特に高い剛性を有する波形芯材サンドイッチパネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
平行に設けられた２枚の平板と、その平板の間に設けられた波形状の芯材とから構成される波形芯材サンドイッチパネルが、軽量及び高剛性が特に必要な高速鉄道車両の構造用部材として用いられている。
【０００３】
この波形芯材サンドイッチパネルをアルミ材の押し出しで一体成形した場合に、より軽量・高剛性・高強度化するため、部材断面を最適なトラス断面形状にするための技術が公開されている。例えば、特開平１１−５８５６４号公報には、波形芯材サンドイッチパネルにおいて、芯材の板厚中心線の波形状頂上部における交点と平板の板厚中心線との距離（以下、オフセットという）を平板の板厚の１／２以下にすることによって、波形芯材サンドイッチパネルの板厚および芯材のピッチ等の部材の諸元を変更することなく、且つ部材の重量を増加させることなく、剛性および強度を向上するという技術が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した公報に記載された技術は、材料としてアルミなどを用い、オフセットが比較的容易に求められる押し出し成形などで成形される波形芯材サンドイッチパネルを最適化する場合に対して有効である。しかし、波形芯材サンドイッチパネルは、押し出し成形などで成形されるものとは限らない。例えば、押し出し成形のできない鋼材を用いてプレス加工やロールフォーミング加工によって波形芯材サンドイッチパネルを製作する場合、波形芯材の頂上部の曲率半径や頂上部の開き角度には、芯材に用いる鋼材の種類や板厚により、スプリングバックが大きくなり加工精度が劣化するため、加工限界がある。
【０００５】
このような加工限界の下で、平板の板厚、芯材の板厚、曲率半径及び開き角度を従来技術に開示されているようなオフセットが平板板厚１／２以下という条件に適合させることは極めて難しい。また、波形芯材の両側の平板に板厚の薄いものを使用する場合、厚いものを使用する場合、或いは、両面の平板の厚さが異なる場合や、両側の平板が複合板である場合に対して、平板の板厚、芯材の板厚、曲率半径及び開き角度を最適に設定する方法については何ら開示されておらず、最少の材料使用量で、剛性を最も高めるための、断面形状及び寸法を最適に設計することができない。さらに、平板の芯材と反対側の面に、剛性付与効果を有する表面仕上げ材が接着される場合のような実際の使用状態に合わせた平板の板厚、芯材の板厚、曲率半径及び開き角度を最適に設定する方法方法については何ら開示されておらず、最少の材料使用量で、剛性を最も高めるための、断面形状及び寸法を最適に設計することができない。またさらに、平板の板厚、芯材の板厚、曲率半径及び開き角度が最適化された状態で、剛性が劣化しないように平板と芯材とを接合する方法についても、何ら開示されておらず、従来技術では、最少の材料使用量で最も高い剛性を有する波形芯材サンドイッチパネルを実現することは困難である。その上、従来技術では、衝撃音遮断性について何ら考慮がされていない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、高剛性であるとともに、衝撃音遮断性に優れる様に適切な部材の寸法で設計される波形芯材サンドイッチパネルの設計方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法は、波形状に成形された芯材と、前記芯材と別に成形され波形の両側の頂上に接合された２枚の平板とを用いて、少なくとも一方の平板に対する前記頂上において、下記（１）〜（３）の条件のうちいずれか１つを充足する様に設計するものである。
（１）前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記頂上の曲率半径ρが、下記（Ａ）式を充足する。
（２）前記頂上の曲率半径ρ、前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃが与えられている場合の前記頂上の開き角度θが、下記（Ｂ）式を充足する。
（３）前記頂上の曲率半径ρ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記平板の板厚ｔｆと前記芯材の板厚ｔｃとが、下記（Ｃ）式を充足する。
【０００８】
【数１５】
【０００９】
【数１６】
【００１０】
【数１７】
【００１１】
請求項１によると、以下のような波形芯材サンドイッチパネルを設計できる。すなわち、芯材の頂上部が平板と平行な平坦部を有していない波形芯材サンドイッチパネルが頂上付近での撓みが少なくなり、高剛性で衝撃音遮断性に優れる様になる。
【００１２】
また、請求項２に記載の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法は、請求項１において、前記２枚の平板が、厚い第１平板と薄い第２平板となっており、前記頂上が、厚い第１平板に対する大きな第１曲率半径と、薄い第２平板に対する小さな第２曲率半径とを有し、前記厚い第１平板と前記大きな第１曲率半径の組み合わせ、及び、前記薄い第２平板と前記小さな第２曲率半径の組み合わせが、それぞれ前記（１）〜（３）の条件のうちいずれか１つを充足する様に設計するものである。
【００１３】
この請求項２によると、以下のような波形芯材サンドイッチパネルを設計できる。すなわち、芯材の頂上部が平板と平行な平坦部を有していない波形芯材サンドイッチパネルを、たとえ一方の頂上部の曲率半径に対して他方の頂上部の曲率半径が異なっていても、両方の頂上付近での撓みが少なくなり、高剛性で衝撃音遮断性に優れる様になる。
【００１４】
また、請求項３に記載の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法は、波形状に成形された芯材と、前記芯材と別に成形され波形の両側の頂上に接合された２枚の平板とから構成され、少なくとも一方の平板に対する前記頂上が、前記平板と平行な平坦部を有しており、下記（４）〜（７）の条件のうちいずれか１つを充足する様に設計するものである。
（４）前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃ、前記平坦部の幅Ｗ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記頂上の曲率半径ρが、下記（Ｄ）式を充足する。
（５）前記頂上の曲率半径ρ、前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃ、前記平坦部の幅Ｗが与えられている場合の前記頂上の開き角度θが、下記（Ｅ）式を充足する。
（６）前記頂上の曲率半径ρ、前記平坦部の幅Ｗ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記平板の板厚ｔｆと前記芯材の板厚ｔｃとが、下記（Ｆ）式を充足する。
（７）前記頂上の曲率半径ρ、前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記平坦部の幅Ｗが、下記（Ｇ）式を充足する。
【００１５】
【数１８】
【００１６】
【数１９】
【００１７】
【数２０】
【００１８】
【数２１】
【００１９】
この請求項３によると、以下のような波形芯材サンドイッチパネルを設計できる。すなわち、芯材の頂上部が平板と平行な平坦部を有している波形芯材サンドイッチパネルの頂上部付近の撓みが少なくなり、高剛性で衝撃音遮断性に優れる様になる。
【００２０】
また、請求項４に記載の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法は、請求項３において、前記２枚の平板が、厚い第１平板と薄い第２平板となっており、前記頂上が、厚い第１平板に対する広い幅と、薄い第２平板に対する狭い幅とを有し、前記厚い第１平板と前記広い幅の組み合わせ、及び、前記薄い第２平板と前記狭い幅との組み合わせが、それぞれ前記（４）〜（７）の条件のうちいずれか１つを充足する様に設計するものである。
【００２１】
この請求項４によると、以下のような波形芯材サンドイッチパネルを設計できる。すなわち、芯材の頂上部が平板と平行な平坦部を有している波形芯材サンドイッチパネルが、たとえ一方の頂上部の平坦部に対して他方の頂上部の平坦部の幅が異なっていても、両方の頂上付近での撓みが少なくなり、高剛性で衝撃音遮断性に優れる様になる。
【００２２】
また、請求項５に記載の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法は、波形状に成形された芯材と、前記芯材と別に成形され波形の両側の頂上に接合された２枚の平板とから構成され、一方の平板に対する前記頂上において、下記（１）〜（３）の条件のうちいずれか１つを充足する様に、かつ、他方の平板に対する前記頂上が、前記平板と平行な平坦部を有しており、下記（４）〜（７）の条件のうちいずれか１つを充足する様に設計するものである。
（１）前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記頂上の曲率半径ρが、下記（Ａ）式を充足する。
（２）前記頂上の曲率半径ρ、前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃが与えられている場合の前記頂上の開き角度θが、下記（Ｂ）式を充足する。
（３）前記頂上の曲率半径ρ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記平板の板厚ｔｆと前記芯材の板厚ｔｃとが、下記（Ｃ）式を充足する。
（４）前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃ、前記平坦部の幅Ｗ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記頂上の曲率半径ρが、下記（Ｄ）式を充足する。
（５）前記頂上の曲率半径ρ、前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃ、前記平坦部の幅Ｗが与えられている場合の前記頂上の開き角度θが、下記（Ｅ）式を充足する。
（６）前記頂上の曲率半径ρ、前記平坦部の幅Ｗ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記平板の板厚ｔｆと前記芯材の板厚ｔｃとが、下記（Ｆ）式を充足する。
（７）前記頂上の曲率半径ρ、前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記平坦部の幅Ｗが、下記（Ｇ）式を充足する。
【００２３】
【数２２】
【００２４】
【数２３】
【００２５】
【数２４】
【００２６】
【数２５】
【００２７】
【数２６】
【００２８】
【数２７】
【００２９】
【数２８】
【００３０】
この請求項５によると、平板に対する芯材の頂上の形状が異なっていても、両方の頂上付近での撓みが少なくなり、高剛性で衝撃音遮断性に優れる様になるような波形芯材サンドイッチパネルを設計できる。
【００３１】
また、請求項６に記載の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法は、請求項１〜５のいずれかにおいて、前記平板の少なくとも一方を複合板で形成し、この複合板の中立軸から前記芯材の側への厚みの２倍をｔｆとするものである。
【００３２】
この請求項６によると、波形芯材サンドイッチパネルの平板がたとえ表面仕上げ材と平板とから構成される複合板であっても、複合板の中立軸の位置を複合板と芯材との接触面から距離ｔｆ／２の位置に等価することにより平板と同様に、高剛性で衝撃音遮断性に優れる様な波形芯材サンドイッチパネルを設計できる。
【００３３】
また、請求項７に記載の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法は、請求項１〜６のいずれかにおいて、前記芯材と前記平板との接合部近傍に生じる前記芯材と前記平板との接触領域に粘弾性体または粘性体を用いるものである。
【００３４】
この請求項７によると、以下のような波形芯材サンドイッチパネルを設計できる。すなわち、波形芯材サンドイッチパネルが、接合部近傍に生じる芯材と平板との接触領域に粘弾性体または粘性体を有することになるので、この接触領域における芯材と平板との接触に起因して発生する衝撃音を抑制することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ、具体的に説明する。図１は、芯材の頂上部に平板と平行な平坦部を有している波形芯材サンドイッチパネルの模式図である。図２は、芯材の頂上部に平板と平行な平坦部を有していない波形芯材サンドイッチパネルの模式図である。図３は、図１に示す波形芯材サンドイッチパネルに分布荷重を作用させた場合の数値計算により求めた変形図である。図４は、図２に示す波形芯材サンドイッチパネルに分布荷重を作用させた場合の数値計算により求めた変形図である。
【００３６】
図１に示すように、波形芯材サンドイッチパネル２０は、波形状に成形された芯材２１と、芯材２１と別に成形され芯材両側の頂上に接合された２枚の平板２２から構成されている。芯材２１の頂上には、平板２２と平行な平坦部を有している。また、図２に示すように、別の波形芯材サンドイッチパネル１０は、波形状に成形された芯材１１と、芯材１１と別に成形され芯材両側の頂上に接合された２枚の平板１２から構成されている。芯材１１の頂上には、平板１２と平行な平坦部を有していない。
【００３７】
図３に示すように、芯材２１の頂上部に平坦部を有している波形芯材サンドイッチパネル２０に分布荷重を作用させると、平板２２が波打つような変形（せん断変形）が生じるため、たわみが大きくなる。逆に、図４に示すように、芯材１１の頂上部に平坦部を有していない波形芯材サンドイッチパネル１０に分布荷重を作用させると、平板１２が波打つような変形（せん断変形）が生じないため、たわみが小さくなる。この相違はオフセットの相違により起こるものであり、オフセットが０に近づけば近づくほどたわみが小さくなる。従って、オフセットが０に或いは０に等しくなるように波形芯材サンドイッチパネル１０、２０を設計すれば高剛性を得られることが、数値計算により判明した。
【００３８】
図５は、芯材１１の頂上部に平坦部を有していない波形芯材サンドイッチパネル１０における頂上部の断面図である。図５に示すように、平板１２の中立軸１４と芯材１１の中立軸１３の交点がちょうど一致する場合（オフセットが０の場合）の、平板１２の板厚ｔｆ、芯材１１の板厚ｔｃ、芯材１１の頂上部の開き角度θおよび芯材１１の頂上部の曲率半径ρとの関係は、以下の式（１）〜（３）のように表すことができる。
【００３９】
【数２９】
【００４０】
【数３０】
【００４１】
【数３１】
【００４２】
また、図６は、芯材２１の頂上部に平坦部を有している波形芯材サンドイッチパネル２０における頂上部の断面図である。図６に示すように、平板２２の中立軸２４と芯材２１の中立軸２３の交点がちょうど一致する場合（オフセットが０の場合）の、平板２２の板厚ｔｆ、芯材２１の板厚ｔｃ、芯材２１の頂上部の開き角度θ、芯材２１の頂上部の曲率半径ρおよび芯材２１の平坦部の幅Ｗとの関係は、以下の式（４）〜（７）のように表すことができる。
【００４３】
【数３２】
【００４４】
【数３３】
【００４５】
【数３４】
【００４６】
【数３５】
【００４７】
上述した式（１）〜（７）を満足するように断面形状を設計することにより、波形芯材サンドイッチパネル１０、２０は高い剛性を得るとともに、衝撃音遮断性にも優れたものに出来る。しかし、実際には、波形芯材サンドイッチパネル１０、２０の加工上の問題や、芯材１１、２１と平板１２、２２との接合の問題により、上述した式（１）〜（７）で得られた値（以下、最適値という）で波形芯材サンドイッチパネル１０、２０を製作できない場合も考えられる。
【００４８】
そこで、これらの最適値および最適値からずらした値で製作された波形芯材サンドイッチパネル１０、２０について説明する。
【００４９】
例えば、本発明の波形芯材サンドイッチパネル１０、２０が、共同住宅の界床に適用された場合を想定する。平板１２、２２の板厚ｔｆと芯材１１、２１の板厚ｔｃとの合計板厚ｔｆ＋ｔｃ、芯材１１、２１の頂上部の開き角度θ、芯材１１、２１の頂上部の曲率半径ρおよび芯材２１の平坦部の幅Ｗのうち、芯材１１の頂上部に平坦部を有していない場合には、芯材の平坦部の幅Ｗを除く３つのパラメータのうち２つを固定し、また、芯材２１の頂上部に平坦部を有している場合には、芯材２１の平坦部の幅Ｗを含めた４つのパラメータのうち３つを固定する。そして、残った１つのパラメータを最適値からずらした場合の床衝撃振動増加量の計算により求め、その計算結果を図７〜図１０に示す。ここで、図７は、芯材１１、２１の頂上部の曲率半径ρを最適値からずらした場合の床衝撃振動増加量の計算結果を表すグラフである。図８は、芯材１１、２１の頂上部の開き角度θを最適値からずらした場合の床衝撃振動増加量の計算結果を表すグラフである。図９は、合計板厚ｔｆ＋ｔｃを最適値からずらした場合の床衝撃振動増加量の計算結果を表すグラフである。図１０は、芯材２１の平坦部の幅Ｗを最適値からずらした場合の床衝撃振動増加量の計算結果を表すグラフである。
【００５０】
タイヤ落下衝撃を加えた際の床衝撃振動により階下で発生する床衝撃音の評価方法は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ａ １４１９−２：２０００の附属書１）に規定されている。このＪＩＳ規格では、床衝撃音の遮断性能を規定する等級曲線に対して、２デシベルまで越えても良いことが規定されている。従って、階下で発生する界床の床衝撃音の値が、所要の床衝撃音の遮断性能を規定する等級曲線のちょうど真上にくるように、平板１２、２２の板厚ｔｆと芯材１１、２１の板厚ｔｃとの合計板厚ｔｆ＋ｔｃ、芯材１１、２１の頂上部の開き角度θ、芯材１１、２１の頂上部の曲率半径ρおよび芯材１１、２１の平坦部の幅Ｗを最適値に設定して、床衝撃音と１対１の関係にある床振動の増加量が２デシベル（ｄＢ）以下となる場合には、所要の遮音性能とみなせる。
【００５１】
そこで、上述した等級曲線からの増加量が２デシベル以下となる許容範囲を［図７〜図１０から求めた結果、各パラメータの最適値とその最適値からずらした値との比の許容範囲が以下に示す式（８）〜（１４）で表される。なお、以下に示す式（８）〜（１０）は、芯材１１の頂上部に平坦部を有していない場合の式であり、以下に示す式（１１）〜（１４）は、芯材２１の頂上部に平坦部を有している場合の式である。このようにして、本願発明者は、波形芯材サンドイッチパネル１０、２０の床衝撃音の遮断性能を規定する床振動の増加量が２デシベルの許容限界を満足する設計値を見いだした。従って、ＪＩＳ規格に規定される床衝撃音の遮断性能を有し、且つ高剛性を得る波形芯材サンドイッチパネル１０、２０を設計することができる。
ここで、（８）式が解決手段の（Ａ）式に対応し、（９）式が解決手段の（Ｂ）式に対応し、（１０）式が解決手段の（Ｃ）式に対応する。
また、（１１）式が解決手段の（Ｄ）式に対応し、（１２）式が解決手段の（Ｅ）式に対応し、（１３）式が解決手段の（Ｆ）式に対応し、（１４）式が解決手段の（Ｇ）式に対応する。
【００５２】
【数３６】
【００５３】
【数３７】
【００５４】
【数３８】
【００５５】
【数３９】
【００５６】
【数４０】
【００５７】
【数４１】
【００５８】
【数４２】
【００５９】
また、図１１に示すように、表面仕上げ材１５と、表面仕上げ材１５が接着剤１６によって貼り付けられた平板１２とから構成される複合板１７が平板１２の代わりに用いられる場合は、複合板１７の中立軸１８の位置を求めて、この位置から複合板１７と芯材１１との接触面までの距離をｔｆ／２とおけば、平板１２と同様に上述の式（８）〜（１４）を用いて波形芯材サンドイッチパネル１０’を設計することができる。ここで、図１１は、図５に示す波形芯材サンドイッチパネル１０における、表面仕上げ材と、表面仕上げ材が貼り付けられた平板１２とから構成される複合板が平板１２の代わりに用いられる場合の頂上部の断面図である。なお、ここでは、芯材１１の頂上部に平坦部を有していない波形芯材サンドイッチパネル１０’の複合板について説明したが、芯材２１の頂上部に平坦部を有している波形芯材サンドイッチパネル２０の複合板についても同様である。
【００６０】
次に、波形芯材サンドイッチパネルにおける芯材と平板との接合部に用いる接着剤がこの接合領域の変化によって床振動の増加量に与える影響について説明する。図１２は、図５に示す波形芯材サンドイッチパネル１０における芯材１１と平板１２との接合部に用いる接着剤の接合領域を示す断面図である。図１３は、接着剤による接合領域を変化させた場合の床振動の増加量の計算結果を表すグラフである。
【００６１】
図１２に示すように、波形芯材サンドイッチパネル１０において芯材１１と平板１２とを接着剤１６を用いて接合させた場合、平板１２の板厚ｔｆ、芯材１１の板厚ｔｃ、芯材１１の頂上部の開き角度θおよび芯材１１の頂上部の曲率半径ρが上述の式（１）〜（３）で得られた最適値に設定された状態で、接着剤による接合領域が３−３’〜接合点という全接着の状態から、３−３’〜２−２’、２−２’〜１−１’および１−１’〜接合点と徐々に除去した場合の床振動の増加量の計算結果を求め、その計算結果を図１３に示す。
【００６２】
図１３に示すように、波形芯材サンドイッチパネル１０において芯材１１と平板１２との接合部に用いる接着剤１６を完全に除去したとしても、顕著な床振動の増加は発生しないことがわかる。このようにして、本願発明者は、波形芯材サンドイッチパネル１０において接合部に接着剤１６を用いなくても床振動の増加に顕著な影響がないことを見いだした。ただし、波形芯材サンドイッチパネル１０に接着剤１６を用いない場合は、床に衝撃力が加えられた際に、芯材１１と平板１２とが接触領域の一部で溶接（スポット溶接、栓溶接など）或いは機械接合（リベット、カシメ、ドリルネジ、釘など）によって接合されているにすぎないので、接触領域内の接合されていない領域（接合部近傍）で芯材１１と平板１２とが衝突して、衝突音が発生する可能性がある。そこで、接合部近傍に粘弾性特性に優れた接着剤１６（とくに接着力が要求されない粘性体でもよい）を有していることが望ましい。これにより、上述した衝撃音を抑制することができる。なお、ここでは、芯材１１の頂上部に平坦部を有していない波形芯材サンドイッチパネル１０の接合部の接着剤１６について説明したが、芯材２１の頂上部に平坦部を有している波形芯材サンドイッチパネル２０の接合部の接着剤１６についても同様である。
【００６３】
次に、本発明の波形芯材サンドイッチパネルの形状例を、図１４〜図１６に示す。なお、図１４〜図１６に示す形状例は、上述の式（８）〜（１４）のうち少なくともいずれか１つを満足するものとする。
【００６４】
図１４に示す波形芯材サンドイッチパネル３０は、上面側の平板３１がパーティクルボードなどの表面仕上げ材であり、下面側の平板３２が鋼板であり、芯材３３は波形状に成形され且つ頂上部に平坦部を有しない鋼板である。上面側の平板３１と芯材３３の頂上部との接合には、ドリルネジ３４を用いており、芯材３３の頂上部と下面側の平板３２との接合には、リベット３５を用いている。なお、上面側の平板３１と芯材３３との接触面には、衝撃音を抑制するために粘弾性体３６を設けるのが好ましい。また、芯材３３の頂上部と下面側の平板３２との接合には、スポット溶接を用いてもよい。上面側の平板３１は、下面側の平板３２より厚いので、上面側の平板３１の中立軸上に芯材３３の中立軸の交点がくるように、芯材３３の上面側頂上部には平坦部を設けているが、芯材３３の下面側頂上部には平坦部を設けていない。
【００６５】
上述のように、波形芯材サンドイッチパネル３０では、上面側の平板３１と下面側の平板３２とが、異種の材料であり、且つ異なる厚みである。この様な形状であっても、芯材３３の下側の頂上部が平板と平行な平坦部を有さず、上側の芯材３３の頂上部は平坦部を有する上下非対称の芯材３３を用いることによって、上下の平板の剛性の異なるものに対して、高剛性で高衝撃音遮断性に設計することができる。
【００６６】
図１５に示す波形芯材サンドイッチパネル４０は、上面側の平板４１と下面側の平板４２とがともに鋼板であり、芯材４３は波形状に成形された鋼板である。上面側鋼板４１の上面には、パーティクルボードなどの表面仕上げ材４４が接着剤４５で貼り付けられ、異なる材料から成る複合板４８となっている。上面側の平板４１と芯材４３の頂上部との接合には、スポット溶接４６を用いており、芯材４３の頂上部と下面側の平板４２との接合には、リベット４７を用いている。上面側の平板４１と表面仕上げ材４４から構成される複合板４８の中立軸上に芯材４３の中立軸の交点がくるように、芯材４３の上面側頂上部には平坦部を設けているが、芯材４３の下面側頂上部には平坦部を設けていない。
【００６７】
上述のように、波形芯材サンドイッチパネル４０では、上面側が複合板４８になっており、且つ複合板４８と下面側の平板４２との厚みは、異なっている。この様な形状であっても、芯材４３の下側の頂上部が平板と平行な平坦部を有さず、上側の芯材４３の頂上部は平坦部を有する上下非対称の芯材４３を用いることによって、上下の平板の剛性の異なるものに対して、高剛性で高衝撃音遮断性に設計することができる。
【００６８】
図１６に示す波形芯材サンドイッチパネル５０は、上面側の平板５１が鋼板であり、下面側の平板５２がパーティクルボードなどであり、芯材５３は波形状に成形され且つ頂上部に平坦部を有しない鋼板である。上面側鋼板５１の上面には、パーティクルボードなどの表面仕上げ材５４が接着剤５５で貼り付けられ、異なる材料から成る複合板５８となっている。上面側の平板５１と芯材５３の頂上部との接合には、スポット溶接５６を用いており、芯材５３の頂上部と下面側の平板５２との接合には、ドリルネジ５７を用いている。上面側の平板５１と表面仕上げ材５４から構成される複合板５８の中立軸上に芯材５３の中立軸の交点がくるように、芯材５３の上面側頂上部には下面側頂上部の曲率半径ρ２より大きなρ１に設定している。
【００６９】
上述のように、波形芯材サンドイッチパネル５０では、上面側が複合板５８になっており、下面側の平板５２がパーティクルボードになっている。且つ複合板５８と下面側の平板５２との厚みは、異なっている。この様な形状であっても、芯材５３の上側の頂上部が曲率半径ρ１であり、下側の頂上部が曲率半径ρ２である上下非対称の芯材５３を用いることによって、上下の平板の剛性の異なるものに対して、高剛性で高衝撃音遮断性に設計することができる。ここで、複合板とは、鋼板、アルミ板、石膏ボード、パーティクルボード及び集成材などの同種、異種の組み合わせから成るものである。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜２の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法によると、芯材の頂上部が平板と平行な平坦部を有していない波形芯材サンドイッチパネルを高剛性に設計することができる。すなわち、高剛性且つ高衝撃音遮断性を得るために適切な平板の板厚ｔｆ、芯材の板厚ｔｃ、芯材の頂上部の開き角度θおよび芯材の頂上部の曲率半径ρで、波形芯材サンドイッチパネルを設計することができる。
【００７１】
また、請求項３〜４の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法によると、波形芯材サンドイッチパネルを、たとえ一方の芯材の頂上部が平板と平行な平坦部を有していると共に他方の芯材の頂上部は平坦部を有していなくても、高剛性に設計することができる。すなわち、高剛性且つ高衝撃音遮断性を得るために両方の芯材に対する適切な平板の板厚ｔｆ、芯材の板厚ｔｃ、芯材の頂上部の開き角度θ、芯材の両頂上部の曲率半径ρおよび芯材の平坦部の幅Ｗ（幅Ｗは平坦部を有している場合のみ）で、波形芯材サンドイッチパネルを設計することができる。
【００７２】
また、請求項５の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法によると、波形芯材サンドイッチパネルを、一方の芯材の頂上部が平板と平行な平坦部を有さず、他方の芯材の頂上部は平坦部を有する上下非対称の芯材を用いることによって、上下の平板の剛性の異なるものに対して、高剛性で高衝撃音遮断性に設計することができる。そして、上下非対称の芯材に対して、適切な平板の板厚ｔｆ、芯材の板厚ｔｃ、芯材の頂上部の開き角度θ、芯材の両頂上部の曲率半径ρおよび芯材の平坦部の幅Ｗとすることで、高剛性且つ高衝撃音遮断性となる波形芯材サンドイッチパネルを設計することができる。
【００７３】
また、請求項６の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法によると、平板の少なくとも一方を複合板で形成しても、等価な平板の厚みｔｆを用いて、高剛性で高衝撃音遮断性の波形芯材サンドイッチパネルを設計することができる。
【００７４】
また、請求項７の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法によると、波形芯材サンドイッチパネルが、接合部近傍に生じる芯材と平板との接触領域に粘弾性体または粘性体を有することになるので、この接触領域における芯材と平板との接触に起因して発生する衝撃音を抑制する波形芯材サンドイッチパネルを設計できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】芯材の頂上部に平板と平行な平坦部を有している波形芯材サンドイッチパネルの模式図である。
【図２】芯材の頂上部に平板と平行な平坦部を有していない波形芯材サンドイッチパネルの模式図である。
【図３】図１に示す波形芯材サンドイッチパネルに分布荷重を作用させた場合の変形図である。
【図４】図２に示す波形芯材サンドイッチパネルに分布荷重を作用させた場合の変形図である。
【図５】芯材の頂上部に平坦部を有していない波形芯材サンドイッチパネルにおける頂上部の断面図である。
【図６】芯材の頂上部に平坦部を有している波形芯材サンドイッチパネルにおける頂上部の断面図である。
【図７】芯材の頂上部の曲率半径ρを最適値からずらした場合の床衝撃振動増加量の計算結果を表すグラフである。
【図８】芯材の頂上部の開き角度θを最適値からずらした場合の床衝撃振動増加量の計算結果を表すグラフである。
【図９】合計板厚ｔｆ＋ｔｃを最適値からずらした場合の床衝撃振動増加量の計算結果を表すグラフである。
【図１０】芯材の平坦部の幅Ｗを最適値からずらした場合の床衝撃振動増加量の計算結果を表すグラフである。
【図１１】図５に示す波形芯材サンドイッチパネルにおける、表面仕上げ材と、表面仕上げ材が貼り付けられた平板とから構成される複合板が平板の代わりに用いられる場合の頂上部の断面図である。
【図１２】図５に示す波形芯材サンドイッチパネルにおける芯材と平板との接合部に用いる接着剤の接合領域を示す断面図である。
【図１３】接着剤による接合領域を変化させた場合の床振動の増加量の計算結果を表すグラフである。
【図１４】本発明の波形芯材サンドイッチパネルの形状例を示す図である。
【図１５】本発明の波形芯材サンドイッチパネルの形状例を示す図である。
【図１６】本発明の波形芯材サンドイッチパネルの形状例を示す図である。
【符号の説明】
１０ ２０ 波形芯材サンドイッチパネル
１１ ２１ 芯材
１２ ２２ 平板
１３ ２３ 芯材の中立軸
１４ ２４ 平板の中立軸
１５ 表面仕上げ材
１６ 接着剤
１７ 複合板
１８ 複合板の中立軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両、自動車、船舶及び建築物などの構造用部材として用いられている波形芯材サンドイッチパネルに関し、特に高い剛性を有する波形芯材サンドイッチパネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
平行に設けられた２枚の平板と、その平板の間に設けられた波形状の芯材とから構成される波形芯材サンドイッチパネルが、軽量及び高剛性が特に必要な高速鉄道車両の構造用部材として用いられている。
【０００３】
この波形芯材サンドイッチパネルをアルミ材の押し出しで一体成形した場合に、より軽量・高剛性・高強度化するため、部材断面を最適なトラス断面形状にするための技術が公開されている。例えば、特開平１１−５８５６４号公報には、波形芯材サンドイッチパネルにおいて、芯材の板厚中心線の波形状頂上部における交点と平板の板厚中心線との距離（以下、オフセットという）を平板の板厚の１／２以下にすることによって、波形芯材サンドイッチパネルの板厚および芯材のピッチ等の部材の諸元を変更することなく、且つ部材の重量を増加させることなく、剛性および強度を向上するという技術が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した公報に記載された技術は、材料としてアルミなどを用い、オフセットが比較的容易に求められる押し出し成形などで成形される波形芯材サンドイッチパネルを最適化する場合に対して有効である。しかし、波形芯材サンドイッチパネルは、押し出し成形などで成形されるものとは限らない。例えば、押し出し成形のできない鋼材を用いてプレス加工やロールフォーミング加工によって波形芯材サンドイッチパネルを製作する場合、波形芯材の頂上部の曲率半径や頂上部の開き角度には、芯材に用いる鋼材の種類や板厚により、スプリングバックが大きくなり加工精度が劣化するため、加工限界がある。
【０００５】
このような加工限界の下で、平板の板厚、芯材の板厚、曲率半径及び開き角度を従来技術に開示されているようなオフセットが平板板厚１／２以下という条件に適合させることは極めて難しい。また、波形芯材の両側の平板に板厚の薄いものを使用する場合、厚いものを使用する場合、或いは、両面の平板の厚さが異なる場合や、両側の平板が複合板である場合に対して、平板の板厚、芯材の板厚、曲率半径及び開き角度を最適に設定する方法については何ら開示されておらず、最少の材料使用量で、剛性を最も高めるための、断面形状及び寸法を最適に設計することができない。さらに、平板の芯材と反対側の面に、剛性付与効果を有する表面仕上げ材が接着される場合のような実際の使用状態に合わせた平板の板厚、芯材の板厚、曲率半径及び開き角度を最適に設定する方法方法については何ら開示されておらず、最少の材料使用量で、剛性を最も高めるための、断面形状及び寸法を最適に設計することができない。またさらに、平板の板厚、芯材の板厚、曲率半径及び開き角度が最適化された状態で、剛性が劣化しないように平板と芯材とを接合する方法についても、何ら開示されておらず、従来技術では、最少の材料使用量で最も高い剛性を有する波形芯材サンドイッチパネルを実現することは困難である。その上、従来技術では、衝撃音遮断性について何ら考慮がされていない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、高剛性であるとともに、衝撃音遮断性に優れる様に適切な部材の寸法で設計される波形芯材サンドイッチパネルの設計方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法は、波形状に成形された芯材と、前記芯材と別に成形され波形の両側の頂上に接合された２枚の平板とを用いて、少なくとも一方の平板に対する前記頂上において、下記（１）〜（３）の条件のうちいずれか１つを充足する様に設計するものである。
（１）前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記頂上の曲率半径ρが、下記（Ａ）式を充足する。
（２）前記頂上の曲率半径ρ、前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃが与えられている場合の前記頂上の開き角度θが、下記（Ｂ）式を充足する。
（３）前記頂上の曲率半径ρ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記平板の板厚ｔｆと前記芯材の板厚ｔｃとが、下記（Ｃ）式を充足する。
【０００８】
【数１５】
【数１６】
【数１７】
請求項１によると、以下のような波形芯材サンドイッチパネルを設計できる。すなわち、芯材の頂上部が平板と平行な平坦部を有していない波形芯材サンドイッチパネルが頂上付近での撓みが少なくなり、高剛性で衝撃音遮断性に優れる様になる。
【００１２】
また、請求項２に記載の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法は、請求項１において、前記２枚の平板が、厚い第１平板と薄い第２平板となっており、前記頂上が、厚い第１平板に対する大きな第１曲率半径と、薄い第２平板に対する小さな第２曲率半径とを有し、前記厚い第１平板と前記大きな第１曲率半径の組み合わせ、及び、前記薄い第２平板と前記小さな第２曲率半径の組み合わせが、それぞれ前記（１）〜（３）の条件のうちいずれか１つを充足する様に設計するものである。
【００１３】
この請求項２によると、以下のような波形芯材サンドイッチパネルを設計できる。すなわち、芯材の頂上部が平板と平行な平坦部を有していない波形芯材サンドイッチパネルを、たとえ一方の頂上部の曲率半径に対して他方の頂上部の曲率半径が異なっていても、両方の頂上付近での撓みが少なくなり、高剛性で衝撃音遮断性に優れる様になる。
【００１４】
また、請求項３に記載の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法は、波形状に成形された芯材と、前記芯材と別に成形され波形の両側の頂上に接合された２枚の平板とから構成され、少なくとも一方の平板に対する前記頂上が、前記平板と平行な平坦部を有しており、下記（４）〜（７）の条件のうちいずれか１つを充足する様に設計するものである。
（４）前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃ、前記平坦部の幅Ｗ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記頂上の曲率半径ρが、下記（Ｄ）式を充足する。
（５）前記頂上の曲率半径ρ、前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃ、前記平坦部の幅Ｗが与えられている場合の前記頂上の開き角度θが、下記（Ｅ）式を充足する。
（６）前記頂上の曲率半径ρ、前記平坦部の幅Ｗ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記平板の板厚ｔｆと前記芯材の板厚ｔｃとが、下記（Ｆ）式を充足する。
（７）前記頂上の曲率半径ρ、前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記平坦部の幅Ｗが、下記（Ｇ）式を充足する。
【００１５】
【数１８】
【数１９】
【数２０】
【数２１】
この請求項３によると、以下のような波形芯材サンドイッチパネルを設計できる。すなわち、芯材の頂上部が平板と平行な平坦部を有している波形芯材サンドイッチパネルの頂上部付近の撓みが少なくなり、高剛性で衝撃音遮断性に優れる様になる。
【００２０】
また、請求項４に記載の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法は、請求項３において、前記２枚の平板が、厚い第１平板と薄い第２平板となっており、前記頂上が、厚い第１平板に対する広い幅と、薄い第２平板に対する狭い幅とを有し、前記厚い第１平板と前記広い幅の組み合わせ、及び、前記薄い第２平板と前記狭い幅との組み合わせが、それぞれ前記（４）〜（７）の条件のうちいずれか１つを充足する様に設計するものである。
【００２１】
この請求項４によると、以下のような波形芯材サンドイッチパネルを設計できる。すなわち、芯材の頂上部が平板と平行な平坦部を有している波形芯材サンドイッチパネルが、たとえ一方の頂上部の平坦部に対して他方の頂上部の平坦部の幅が異なっていても、両方の頂上付近での撓みが少なくなり、高剛性で衝撃音遮断性に優れる様になる。
【００２２】
また、請求項５に記載の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法は、波形状に成形された芯材と、前記芯材と別に成形され波形の両側の頂上に接合された２枚の平板とから構成され、一方の平板に対する前記頂上において、下記（１）〜（３）の条件のうちいずれか１つを充足する様に、かつ、他方の平板に対する前記頂上が、前記平板と平行な平坦部を有しており、下記（４）〜（７）の条件のうちいずれか１つを充足する様に設計するものである。
（１）前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記頂上の曲率半径ρが、下記（Ａ）式を充足する。
（２）前記頂上の曲率半径ρ、前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃが与えられている場合の前記頂上の開き角度θが、下記（Ｂ）式を充足する。
（３）前記頂上の曲率半径ρ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記平板の板厚ｔｆと前記芯材の板厚ｔｃとが、下記（Ｃ）式を充足する。
（４）前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃ、前記平坦部の幅Ｗ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記頂上の曲率半径ρが、下記（Ｄ）式を充足する。
（５）前記頂上の曲率半径ρ、前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃ、前記平坦部の幅Ｗが与えられている場合の前記頂上の開き角度θが、下記（Ｅ）式を充足する。
（６）前記頂上の曲率半径ρ、前記平坦部の幅Ｗ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記平板の板厚ｔｆと前記芯材の板厚ｔｃとが、下記（Ｆ）式を充足する。
（７）前記頂上の曲率半径ρ、前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記平坦部の幅Ｗが、下記（Ｇ）式を充足する。
【００２３】
【数２２】
【数２３】
【数２４】
【数２５】
【数２６】
【数２７】
【数２８】
この請求項５によると、平板に対する芯材の頂上の形状が異なっていても、両方の頂上付近での撓みが少なくなり、高剛性で衝撃音遮断性に優れる様になるような波形芯材サンドイッチパネルを設計できる。
【００３１】
また、請求項６に記載の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法は、請求項１〜５のいずれかにおいて、前記平板の少なくとも一方を複合板で形成し、この複合板の中立軸から前記芯材の側への厚みの２倍をｔｆとするものである。
【００３２】
この請求項６によると、波形芯材サンドイッチパネルの平板がたとえ表面仕上げ材と平板とから構成される複合板であっても、複合板の中立軸の位置を複合板と芯材との接触面から距離ｔｆ／２の位置に等価することにより平板と同様に、高剛性で衝撃音遮断性に優れる様な波形芯材サンドイッチパネルを設計できる。
【００３３】
また、請求項７に記載の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法は、請求項１〜６のいずれかにおいて、前記芯材と前記平板との接合部近傍に生じる前記芯材と前記平板との接触領域に粘弾性体または粘性体を用いるものである。
【００３４】
この請求項７によると、以下のような波形芯材サンドイッチパネルを設計できる。すなわち、波形芯材サンドイッチパネルが、接合部近傍に生じる芯材と平板との接触領域に粘弾性体または粘性体を有することになるので、この接触領域における芯材と平板との接触に起因して発生する衝撃音を抑制することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ、具体的に説明する。図１は、芯材の頂上部に平板と平行な平坦部を有している波形芯材サンドイッチパネルの模式図である。図２は、芯材の頂上部に平板と平行な平坦部を有していない波形芯材サンドイッチパネルの模式図である。図３は、図１に示す波形芯材サンドイッチパネルに分布荷重を作用させた場合の数値計算により求めた変形図である。図４は、図２に示す波形芯材サンドイッチパネルに分布荷重を作用させた場合の数値計算により求めた変形図である。
【００３６】
図１に示すように、波形芯材サンドイッチパネル２０は、波形状に成形された芯材２１と、芯材２１と別に成形され芯材両側の頂上に接合された２枚の平板２２から構成されている。芯材２１の頂上には、平板２２と平行な平坦部を有している。また、図２に示すように、別の波形芯材サンドイッチパネル１０は、波形状に成形された芯材１１と、芯材１１と別に成形され芯材両側の頂上に接合された２枚の平板１２から構成されている。芯材１１の頂上には、平板１２と平行な平坦部を有していない。
【００３７】
図３に示すように、芯材２１の頂上部に平坦部を有している波形芯材サンドイッチパネル２０に分布荷重を作用させると、平板２２が波打つような変形（せん断変形）が生じるため、たわみが大きくなる。逆に、図４に示すように、芯材１１の頂上部に平坦部を有していない波形芯材サンドイッチパネル１０に分布荷重を作用させると、平板１２が波打つような変形（せん断変形）が生じないため、たわみが小さくなる。この相違はオフセットの相違により起こるものであり、オフセットが０に近づけば近づくほどたわみが小さくなる。従って、オフセットが０に或いは０に等しくなるように波形芯材サンドイッチパネル１０、２０を設計すれば高剛性を得られることが、数値計算により判明した。
【００３８】
図５は、芯材１１の頂上部に平坦部を有していない波形芯材サンドイッチパネル１０における頂上部の断面図である。図５に示すように、平板１２の中立軸１４と芯材１１の中立軸１３の交点がちょうど一致する場合（オフセットが０の場合）の、平板１２の板厚ｔｆ、芯材１１の板厚ｔｃ、芯材１１の頂上部の開き角度θおよび芯材１１の頂上部の曲率半径ρとの関係は、以下の式（１）〜（３）のように表すことができる。
【００３９】
【数２９】
【数３０】
【数３１】
また、図６は、芯材２１の頂上部に平坦部を有している波形芯材サンドイッチパネル２０における頂上部の断面図である。図６に示すように、平板２２の中立軸２４と芯材２１の中立軸２３の交点がちょうど一致する場合（オフセットが０の場合）の、平板２２の板厚ｔｆ、芯材２１の板厚ｔｃ、芯材２１の頂上部の開き角度θ、芯材２１の頂上部の曲率半径ρおよび芯材２１の平坦部の幅Ｗとの関係は、以下の式（４）〜（７）のように表すことができる。
【００４３】
【数３２】
【数３３】
【数３４】
【数３５】
上述した式（１）〜（７）を満足するように断面形状を設計することにより、波形芯材サンドイッチパネル１０、２０は高い剛性を得るとともに、衝撃音遮断性にも優れたものに出来る。しかし、実際には、波形芯材サンドイッチパネル１０、２０の加工上の問題や、芯材１１、２１と平板１２、２２との接合の問題により、上述した式（１）〜（７）で得られた値（以下、最適値という）で波形芯材サンドイッチパネル１０、２０を製作できない場合も考えられる。
【００４８】
そこで、これらの最適値および最適値からずらした値で製作された波形芯材サンドイッチパネル１０、２０について説明する。
【００４９】
例えば、本発明の波形芯材サンドイッチパネル１０、２０が、共同住宅の界床に適用された場合を想定する。平板１２、２２の板厚ｔｆと芯材１１、２１の板厚ｔｃとの合計板厚ｔｆ＋ｔｃ、芯材１１、２１の頂上部の開き角度θ、芯材１１、２１の頂上部の曲率半径ρおよび芯材２１の平坦部の幅Ｗのうち、芯材１１の頂上部に平坦部を有していない場合には、芯材の平坦部の幅Ｗを除く３つのパラメータのうち２つを固定し、また、芯材２１の頂上部に平坦部を有している場合には、芯材２１の平坦部の幅Ｗを含めた４つのパラメータのうち３つを固定する。そして、残った１つのパラメータを最適値からずらした場合の床衝撃振動増加量の計算により求め、その計算結果を図７〜図１０に示す。ここで、図７は、芯材１１、２１の頂上部の曲率半径ρを最適値からずらした場合の床衝撃振動増加量の計算結果を表すグラフである。図８は、芯材１１、２１の頂上部の開き角度θを最適値からずらした場合の床衝撃振動増加量の計算結果を表すグラフである。図９は、合計板厚ｔｆ＋ｔｃを最適値からずらした場合の床衝撃振動増加量の計算結果を表すグラフである。図１０は、芯材２１の平坦部の幅Ｗを最適値からずらした場合の床衝撃振動増加量の計算結果を表すグラフである。
【００５０】
タイヤ落下衝撃を加えた際の床衝撃振動により階下で発生する床衝撃音の評価方法は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ａ １４１９−２：２０００の附属書１）に規定されている。このＪＩＳ規格では、床衝撃音の遮断性能を規定する等級曲線に対して、２デシベルまで越えても良いことが規定されている。従って、階下で発生する界床の床衝撃音の値が、所要の床衝撃音の遮断性能を規定する等級曲線のちょうど真上にくるように、平板１２、２２の板厚ｔｆと芯材１１、２１の板厚ｔｃとの合計板厚ｔｆ＋ｔｃ、芯材１１、２１の頂上部の開き角度θ、芯材１１、２１の頂上部の曲率半径ρおよび芯材１１、２１の平坦部の幅Ｗを最適値に設定して、床衝撃音と１対１の関係にある床振動の増加量が２デシベル（ｄＢ）以下となる場合には、所要の遮音性能とみなせる。
【００５１】
そこで、上述した等級曲線からの増加量が２デシベル以下となる許容範囲を［図７〜図１０から求めた結果、各パラメータの最適値とその最適値からずらした値との比の許容範囲が以下に示す式（８）〜（１４）で表される。なお、以下に示す式（８）〜（１０）は、芯材１１の頂上部に平坦部を有していない場合の式であり、以下に示す式（１１）〜（１４）は、芯材２１の頂上部に平坦部を有している場合の式である。このようにして、本願発明者は、波形芯材サンドイッチパネル１０、２０の床衝撃音の遮断性能を規定する床振動の増加量が２デシベルの許容限界を満足する設計値を見いだした。従って、ＪＩＳ規格に規定される床衝撃音の遮断性能を有し、且つ高剛性を得る波形芯材サンドイッチパネル１０、２０を設計することができる。
ここで、（８）式が解決手段の（Ａ）式に対応し、（９）式が解決手段の（Ｂ）式に対応し、（１０）式が解決手段の（Ｃ）式に対応する。
また、（１１）式が解決手段の（Ｄ）式に対応し、（１２）式が解決手段の（Ｅ）式に対応し、（１３）式が解決手段の（Ｆ）式に対応し、（１４）式が解決手段の（Ｇ）式に対応する。
【００５２】
【数３６】
【数３７】
【数３８】
【数３９】
【数４０】
【数４１】
【数４２】
また、図１１に示すように、表面仕上げ材１５と、表面仕上げ材１５が接着剤１６によって貼り付けられた平板１２とから構成される複合板１７が平板１２の代わりに用いられる場合は、複合板１７の中立軸１８の位置を求めて、この位置から複合板１７と芯材１１との接触面までの距離をｔｆ／２とおけば、平板１２と同様に上述の式（８）〜（１４）を用いて波形芯材サンドイッチパネル１０’を設計することができる。ここで、図１１は、図５に示す波形芯材サンドイッチパネル１０における、表面仕上げ材と、表面仕上げ材が貼り付けられた平板１２とから構成される複合板が平板１２の代わりに用いられる場合の頂上部の断面図である。なお、ここでは、芯材１１の頂上部に平坦部を有していない波形芯材サンドイッチパネル１０’の複合板について説明したが、芯材２１の頂上部に平坦部を有している波形芯材サンドイッチパネル２０の複合板についても同様である。
【００６０】
次に、波形芯材サンドイッチパネルにおける芯材と平板との接合部に用いる接着剤がこの接合領域の変化によって床振動の増加量に与える影響について説明する。図１２は、図５に示す波形芯材サンドイッチパネル１０における芯材１１と平板１２との接合部に用いる接着剤の接合領域を示す断面図である。図１３は、接着剤による接合領域を変化させた場合の床振動の増加量の計算結果を表すグラフである。
【００６１】
図１２に示すように、波形芯材サンドイッチパネル１０において芯材１１と平板１２とを接着剤１６を用いて接合させた場合、平板１２の板厚ｔｆ、芯材１１の板厚ｔｃ、芯材１１の頂上部の開き角度θおよび芯材１１の頂上部の曲率半径ρが上述の式（１）〜（３）で得られた最適値に設定された状態で、接着剤による接合領域が３−３’〜接合点という全接着の状態から、３−３’〜２−２’、２−２’〜１−１’および１−１’〜接合点と徐々に除去した場合の床振動の増加量の計算結果を求め、その計算結果を図１３に示す。
【００６２】
図１３に示すように、波形芯材サンドイッチパネル１０において芯材１１と平板１２との接合部に用いる接着剤１６を完全に除去したとしても、顕著な床振動の増加は発生しないことがわかる。このようにして、本願発明者は、波形芯材サンドイッチパネル１０において接合部に接着剤１６を用いなくても床振動の増加に顕著な影響がないことを見いだした。ただし、波形芯材サンドイッチパネル１０に接着剤１６を用いない場合は、床に衝撃力が加えられた際に、芯材１１と平板１２とが接触領域の一部で溶接（スポット溶接、栓溶接など）或いは機械接合（リベット、カシメ、ドリルネジ、釘など）によって接合されているにすぎないので、接触領域内の接合されていない領域（接合部近傍）で芯材１１と平板１２とが衝突して、衝突音が発生する可能性がある。そこで、接合部近傍に粘弾性特性に優れた接着剤１６（とくに接着力が要求されない粘性体でもよい）を有していることが望ましい。これにより、上述した衝撃音を抑制することができる。なお、ここでは、芯材１１の頂上部に平坦部を有していない波形芯材サンドイッチパネル１０の接合部の接着剤１６について説明したが、芯材２１の頂上部に平坦部を有している波形芯材サンドイッチパネル２０の接合部の接着剤１６についても同様である。
【００６３】
次に、本発明の波形芯材サンドイッチパネルの形状例を、図１４〜図１６に示す。なお、図１４〜図１６に示す形状例は、上述の式（８）〜（１４）のうち少なくともいずれか１つを満足するものとする。
【００６４】
図１４に示す波形芯材サンドイッチパネル３０は、上面側の平板３１がパーティクルボードなどの表面仕上げ材であり、下面側の平板３２が鋼板であり、芯材３３は波形状に成形され且つ頂上部に平坦部を有しない鋼板である。上面側の平板３１と芯材３３の頂上部との接合には、ドリルネジ３４を用いており、芯材３３の頂上部と下面側の平板３２との接合には、リベット３５を用いている。なお、上面側の平板３１と芯材３３との接触面には、衝撃音を抑制するために粘弾性体３６を設けるのが好ましい。また、芯材３３の頂上部と下面側の平板３２との接合には、スポット溶接を用いてもよい。上面側の平板３１は、下面側の平板３２より厚いので、上面側の平板３１の中立軸上に芯材３３の中立軸の交点がくるように、芯材３３の上面側頂上部には平坦部を設けているが、芯材３３の下面側頂上部には平坦部を設けていない。
【００６５】
上述のように、波形芯材サンドイッチパネル３０では、上面側の平板３１と下面側の平板３２とが、異種の材料であり、且つ異なる厚みである。この様な形状であっても、芯材３３の下側の頂上部が平板と平行な平坦部を有さず、上側の芯材３３の頂上部は平坦部を有する上下非対称の芯材３３を用いることによって、上下の平板の剛性の異なるものに対して、高剛性で高衝撃音遮断性に設計することができる。
【００６６】
図１５に示す波形芯材サンドイッチパネル４０は、上面側の平板４１と下面側の平板４２とがともに鋼板であり、芯材４３は波形状に成形された鋼板である。上面側鋼板４１の上面には、パーティクルボードなどの表面仕上げ材４４が接着剤４５で貼り付けられ、異なる材料から成る複合板４８となっている。上面側の平板４１と芯材４３の頂上部との接合には、スポット溶接４６を用いており、芯材４３の頂上部と下面側の平板４２との接合には、リベット４７を用いている。上面側の平板４１と表面仕上げ材４４から構成される複合板４８の中立軸上に芯材４３の中立軸の交点がくるように、芯材４３の上面側頂上部には平坦部を設けているが、芯材４３の下面側頂上部には平坦部を設けていない。
【００６７】
上述のように、波形芯材サンドイッチパネル４０では、上面側が複合板４８になっており、且つ複合板４８と下面側の平板４２との厚みは、異なっている。この様な形状であっても、芯材４３の下側の頂上部が平板と平行な平坦部を有さず、上側の芯材４３の頂上部は平坦部を有する上下非対称の芯材４３を用いることによって、上下の平板の剛性の異なるものに対して、高剛性で高衝撃音遮断性に設計することができる。
【００６８】
図１６に示す波形芯材サンドイッチパネル５０は、上面側の平板５１が鋼板であり、下面側の平板５２がパーティクルボードなどであり、芯材５３は波形状に成形され且つ頂上部に平坦部を有しない鋼板である。上面側鋼板５１の上面には、パーティクルボードなどの表面仕上げ材５４が接着剤５５で貼り付けられ、異なる材料から成る複合板５８となっている。上面側の平板５１と芯材５３の頂上部との接合には、スポット溶接５６を用いており、芯材５３の頂上部と下面側の平板５２との接合には、ドリルネジ５７を用いている。上面側の平板５１と表面仕上げ材５４から構成される複合板５８の中立軸上に芯材５３の中立軸の交点がくるように、芯材５３の上面側頂上部には下面側頂上部の曲率半径ρ２より大きなρ１に設定している。
【００６９】
上述のように、波形芯材サンドイッチパネル５０では、上面側が複合板５８になっており、下面側の平板５２がパーティクルボードになっている。且つ複合板５８と下面側の平板５２との厚みは、異なっている。この様な形状であっても、芯材５３の上側の頂上部が曲率半径ρ１であり、下側の頂上部が曲率半径ρ２である上下非対称の芯材５３を用いることによって、上下の平板の剛性の異なるものに対して、高剛性で高衝撃音遮断性に設計することができる。ここで、複合板とは、鋼板、アルミ板、石膏ボード、パーティクルボード及び集成材などの同種、異種の組み合わせから成るものである。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜２の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法によると、芯材の頂上部が平板と平行な平坦部を有していない波形芯材サンドイッチパネルを高剛性に設計することができる。すなわち、高剛性且つ高衝撃音遮断性を得るために適切な平板の板厚ｔｆ、芯材の板厚ｔｃ、芯材の頂上部の開き角度θおよび芯材の頂上部の曲率半径ρで、波形芯材サンドイッチパネルを設計することができる。
【００７１】
また、請求項３〜４の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法によると、波形芯材サンドイッチパネルを、たとえ一方の芯材の頂上部が平板と平行な平坦部を有していると共に他方の芯材の頂上部は平坦部を有していなくても、高剛性に設計することができる。すなわち、高剛性且つ高衝撃音遮断性を得るために両方の芯材に対する適切な平板の板厚ｔｆ、芯材の板厚ｔｃ、芯材の頂上部の開き角度θ、芯材の両頂上部の曲率半径ρおよび芯材の平坦部の幅Ｗ（幅Ｗは平坦部を有している場合のみ）で、波形芯材サンドイッチパネルを設計することができる。
【００７２】
また、請求項５の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法によると、波形芯材サンドイッチパネルを、一方の芯材の頂上部が平板と平行な平坦部を有さず、他方の芯材の頂上部は平坦部を有する上下非対称の芯材を用いることによって、上下の平板の剛性の異なるものに対して、高剛性で高衝撃音遮断性に設計することができる。そして、上下非対称の芯材に対して、適切な平板の板厚ｔｆ、芯材の板厚ｔｃ、芯材の頂上部の開き角度θ、芯材の両頂上部の曲率半径ρおよび芯材の平坦部の幅Ｗとすることで、高剛性且つ高衝撃音遮断性となる波形芯材サンドイッチパネルを設計することができる。
【００７３】
また、請求項６の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法によると、平板の少なくとも一方を複合板で形成しても、等価な平板の厚みｔｆを用いて、高剛性で高衝撃音遮断性の波形芯材サンドイッチパネルを設計することができる。
【００７４】
また、請求項７の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法によると、波形芯材サンドイッチパネルが、接合部近傍に生じる芯材と平板との接触領域に粘弾性体または粘性体を有することになるので、この接触領域における芯材と平板との接触に起因して発生する衝撃音を抑制する波形芯材サンドイッチパネルを設計できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】芯材の頂上部に平板と平行な平坦部を有している波形芯材サンドイッチパネルの模式図である。
【図２】芯材の頂上部に平板と平行な平坦部を有していない波形芯材サンドイッチパネルの模式図である。
【図３】図１に示す波形芯材サンドイッチパネルに分布荷重を作用させた場合の変形図である。
【図４】図２に示す波形芯材サンドイッチパネルに分布荷重を作用させた場合の変形図である。
【図５】芯材の頂上部に平坦部を有していない波形芯材サンドイッチパネルにおける頂上部の断面図である。
【図６】芯材の頂上部に平坦部を有している波形芯材サンドイッチパネルにおける頂上部の断面図である。
【図７】芯材の頂上部の曲率半径ρを最適値からずらした場合の床衝撃振動増加量の計算結果を表すグラフである。
【図８】芯材の頂上部の開き角度θを最適値からずらした場合の床衝撃振動増加量の計算結果を表すグラフである。
【図９】合計板厚ｔｆ＋ｔｃを最適値からずらした場合の床衝撃振動増加量の計算結果を表すグラフである。
【図１０】芯材の平坦部の幅Ｗを最適値からずらした場合の床衝撃振動増加量の計算結果を表すグラフである。
【図１１】図５に示す波形芯材サンドイッチパネルにおける、表面仕上げ材と、表面仕上げ材が貼り付けられた平板とから構成される複合板が平板の代わりに用いられる場合の頂上部の断面図である。
【図１２】図５に示す波形芯材サンドイッチパネルにおける芯材と平板との接合部に用いる接着剤の接合領域を示す断面図である。
【図１３】接着剤による接合領域を変化させた場合の床振動の増加量の計算結果を表すグラフである。
【図１４】本発明の波形芯材サンドイッチパネルの形状例を示す図である。
【図１５】本発明の波形芯材サンドイッチパネルの形状例を示す図である。
【図１６】本発明の波形芯材サンドイッチパネルの形状例を示す図である。
【符号の説明】
１０ ２０ 波形芯材サンドイッチパネル
１１ ２１ 芯材
１２ ２２ 平板
１３ ２３ 芯材の中立軸
１４ ２４ 平板の中立軸
１５ 表面仕上げ材
１６ 接着剤
１７ 複合板
１８ 複合板の中立軸
Claims (7)
- 波形状に成形された芯材と、前記芯材と別に成形され波形の両側の頂上に接合された２枚の平板とを用いて、
少なくとも一方の平板に対する前記頂上において、下記（１）〜（３）の条件のうちいずれか１つを充足する様に設計することを特徴とする波形芯材サンドイッチパネルの設計方法。
（１）前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記頂上の曲率半径ρが、下記（Ａ）式を充足する。
- 前記２枚の平板が、厚い第１平板と薄い第２平板となっており、前記頂上が、厚い第１平板に対する大きな第１曲率半径と、薄い第２平板に対する小さな第２曲率半径とを有し、前記厚い第１平板と前記大きな第１曲率半径の組み合わせ、及び、前記薄い第２平板と前記小さな第２曲率半径の組み合わせが、それぞれ前記（１）〜（３）の条件のうちいずれか１つを充足する様に設計することを特徴とする請求項１に記載の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法。
- 波形状に成形された芯材と、前記芯材と別に成形され波形の両側の頂上に接合された２枚の平板とを用いて、
少なくとも一方の平板に対する前記頂上が、前記平板と平行な平坦部を有しており、下記（４）〜（７）の条件のうちいずれか１つを充足する様に設計することを特徴とする波形芯材サンドイッチパネルの設計方法。
（４）前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃ、前記平坦部の幅Ｗ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記頂上の曲率半径ρが、下記（Ｄ）式を充足する。
- 前記２枚の平板が、厚い第１平板と薄い第２平板となっており、前記頂上が、厚い第１平板に対する広い幅と、薄い第２平板に対する狭い幅とを有し、前記厚い第１平板と前記広い幅の組み合わせ、及び、前記薄い第２平板と前記狭い幅との組み合わせが、それぞれ前記（４）〜（７）の条件のうちいずれか１つを充足する様に設計することを特徴とする請求項３に記載の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法。
- 波形状に成形された芯材と、前記芯材と別に成形され波形の両側の頂上に接合された２枚の平板とを用いて、
一方の平板に対する前記頂上において、下記（１）〜（３）の条件のうちいずれか１つを充足する様に、かつ、
他方の平板に対する前記頂上が、前記平板と平行な平坦部を有しており、下記（４）〜（７）の条件のうちいずれか１つを充足する様に設計することを特徴とする波形芯材サンドイッチパネルの設計方法。
（１）前記平板の板厚ｔｆ、前記芯材の板厚ｔｃ、前記頂上の開き角度θが与えられている場合の前記頂上の曲率半径ρが、下記（Ａ）式を充足する。
- 前記平板の少なくとも一方を複合板で形成し、この複合板の中立軸から前記芯材の側への厚みの２倍をｔｆとすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法。
- 前記芯材と前記平板との接合部近傍に生じる前記芯材と前記平板との接触領域に粘弾性体または粘性体を用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の波形芯材サンドイッチパネルの設計方法。
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