JP3985357B2 - サンドイッチ構造体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築および土木分野で使用するサンドイッチ構造体の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の建築および土木分野で使用されるサンドイッチ構造体には、発泡体や断熱材を木製の板でサンドイッチしたパネルが広く用いられているが、それらのサンドイッチ構造体は、それ単体では強度・剛性が小さく、木製リブを設け更に金属製の骨組や枠などの主構造体に、貼付や差込を行い、強度の向上をはかって目的とする構造体を得ている。
【０００３】
また、不燃材料からなる耐火ボードが建築分野で用いられることは周知の事実であるが、強度が低く前記同様、単独での使用は極めて少なく、板材やサンドイッチ構造体と併用または、断熱層および金属製の骨組部材と組み合わせることが多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
いずれにしても、従来の主構造体は金属製であり組立に時間がかかり、かつ重いため取扱いが極めて困難である。更に、前記サンドイッチ構造体（パネル）やボードを貼付・差込むなどの作業が必要で多大な労力と期間を要する。
【０００５】
近年、ＧＦＲＰ製のサンドイッチパネルも検討されているが、剛性が小さいため金属製の骨組部材と組み合わせることが通常である。
【０００６】
木製のサンドイッチ構造体の場合は、湿気中で吸湿し朽ちることがあり寿命も極めて短い。主構造体である鋼材も、塩害や湿気により錆たりして思いの外、耐用年数が延びないという問題がある。軽量化としてアルミを主構造体としたものやスキン部材をアルミとしたサンドイッチ構造体も検討されているが、耐塩害性や溶接が極めて難しいことなどから採用例は極めて少ない。
【０００７】
一方、内装や建築の際使用される床パネルや足場板も木製が主流であり湿気に弱く老朽化が早く重い。木製が採用される所以は、表面の滑り止め加工（高摩擦係数）が必要なためである。金属製のものもあるが重く取扱性に難がある。
【０００８】
また、屋根材や外壁などは耐水性・耐火性が要求されかつ、最近では、デザインが重視され、形態の自由度の大きな構造体が要求されつつある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、基本的には下記の構成を有する。即ち、「ＦＲＰ製のスキン部材の間にコアー部材が挟まれたサンドイッチ構造体において、コアー部材の厚さ方向に貫通しかつ、スキン部材と一体化してなるＦＲＰ製の補強部材を有し、該補強部材の厚みが、２〜５．５ｍｍであるか、または、スキン部材の厚みの０．８〜２倍であることを特徴とするサンドイッチ構造体。」である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のＦＲＰ製のスキン部材は、ＦＲＰを主体とする剛性を保持する薄い板であり、この間にコアー部材が挟まれてサンドイッチ構造体を形成する。端部においては反対面のスキン部材とつながっている、つまりサンドイッチ構造体の両面と端部で一体となり、コアー部材が実質上露出することなく、包み込まれている構造を有することが好ましい。但し、ボルト孔程度は、本発明の効果を妨げない限り、コアー部材が実質上露出していないと見なす。
【００１１】
ＦＲＰ製スキン部材の厚みとしては、０．６〜７ｍｍが好ましい。０．６ｍｍ以下では、強度や剛性が不足する。７ｍｍ以上では強度・剛性は十分得られるが、オーバースペックとなり、重量の増加と共にコストが上昇してしまう。
【００１２】
ＦＲＰとは、繊維強化樹脂のことであり、ＦＲＰの強化繊維としては、炭素繊維のクロス、マット、ストランドや、ガラス繊維のクロス、マット、ロービングを単独あるいは混合して、使用することが好ましい。特に軽量化効果を、最大に発揮するためには炭素繊維の使用が好ましい。また表面に炭素繊維のクロスを配置すると、表面の意匠性が高められ、より好ましい。ＦＲＰの樹脂としては、エポキシ、不飽和ポリエステル、フェノール、ビニルエステルなどの熱硬化性樹脂が、成形性・コストの点で好ましい。特に耐火性の観点からはフェノール樹脂が好ましい。
【００１３】
これらのＦＲＰ部材の成形方法は、ハンドレイアップ法、シートワインディング、バキュームバック法、プレス法、ＲＴＭ法の単独または組み合わせで成形することができる。特に好適には、Resin Infusion成形法、例えば、米国特許５４３９６３５号明細書に記載された方法が挙げられる。
【００１４】
補強部材とは、コアー部材の厚さ方向に貫通しかつ、スキン部材と一体化してなる補強部材である。言い換えれば、スキン部材により形成された空間内において該スキン部材の両面を連結する構造になっている。補強部材は、一方向に１本あるいは平行に複数本が通っていても良いし、垂直方向にも通っていて、補強部材同士が格子を形成しても良い。又強度的にはサンドイッチ構造体の一方の端部から他方の端部まで、切れ目なく走行していることが好ましいが、強度を低下させない程度の短い切り欠きや貫通孔を有していても良い。断面形状は特に限定されるものではないが図１に示したようにＩ型材が好ましい。また、補強部材同士の間隔は０．２〜２ｍが好ましい。補強部材と平行なサンドイッチ構造体端部との間隔も同様である。補強部材の厚みは２〜５．５ｍｍであるか、または、スキン部材の厚みの０．８〜２倍である。
【００１５】
本発明のサンドイッチ構造体の端部はスキン部材と一体になっていることが好ましく、厚みはスキン部材の厚みの０．５〜２倍で良い。また端部において、サンドイッチ構造体内部側にＦＲＰ製の中空柱乃至は中空体を配しても良い。これにより端部の潰れを防ぎ、接合部材としても用いることができる。該中空柱の断面は正方形がよく、壁厚は１から５．５ｍｍまたはスキン部材の厚みの１〜２倍が好ましい。
【００１６】
コア材とは、サンドイッチ構造内部を充填し、軽量でかつ断熱性や遮音性を有する素材ならば特に限定されるものではないが、発泡体またはハニカム材が好ましい。用いられる発泡体の材質としては、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＶＣ、シリコンなどを用い、その比重は０．０２から０．２の間で選択することが好ましい、０．０２以下を用いると、荷重に対し十分な強度が得られなくなる恐れが生じる。また、０．２以上だと強度は高くなるが、重量が嵩み軽量化という本来の目的に反する物になってしまう。また、ハニカム材の材質としてはアルミハニカム、アラミドハニカムなどがあり、必要とされる強度等によりその材質・寸法を選択することができる。
【００１７】
上記サンドイッチ構造体においては、圧縮・剪断方向の応力に対処するため補強部材が、０゜および±４５゜に配向されたガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などの強化繊維を含むことが好ましい。
【００１８】
また、スキン部材においては、強化繊維に、炭素繊維、アラミド繊維などの高強度・高弾性率繊維やこれらの組合せを用いることができる。
【００１９】
このようなサンドイッチ構造体においては、補強部材が内包されているため、スキン部材の表面を耐火層で被服した構造体または、不燃材料を含む層を形成することは容易である。かかる不燃材料として石英ウール、セラミック又は金属板の他、加熱発泡耐火塗料やモルタルが好ましい。不燃層は、接着法やResin Infusion法により、厚さ１〜５０ｍｍに設けることが好ましい。同様に、スキン部材の表面をエンボス加工や低樹脂含有率加工または転写加工を施すことにより、0.1〜0.7の摩擦係数を有する高摩擦表面層を形成することも容易である。摩擦係数が０．１以上ならば、足場板の場合、足を滑らす恐れが少なく、屋根材の場合は積雪した雪がまとまって落下する雪崩現象が起きないので、好ましい。
【００２０】
さらに、補強部材を内包した上記サンドイッチ構造体は、翼型、Ｌ型、Ｕ型、Ｈ型、波型などの形態に成形したり、またはそれらを組合せることのよって、所定の構造体を一体で形成することも容易である。これらの用途としては庇、保冷ウイング、屋根材、ユニットハウス、工事用桁などが挙げられる。
【００２１】
本発明のサンドイッチ構造体は長尺が２〜２０ｍ、厚さ３〜１００ｃｍの大きさが好ましい。
【００２２】
以下に、本発明のサンドイッチ構造体の望ましい実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１、は本発明の一実施態様に掛かるサンドイッチ構造体１を示している。図１において、２はスキン部材、３はスキン部材１と一体化してなる補強部材、４はコアー部材を示している。図２は耐火層５または高摩擦層５’を有するサンドイッチ構造体１’を示している。図３は例としてＵ型形状を有するサンドイッチ構造体１”を示している。
【００２４】
スキン部材２および補強部材３は、ポリエステル樹脂・ビニルエステル樹脂・エポキシ樹脂・フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂をガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などの高強度・高弾性率の強化繊維で強化したものである。特に補強部材２は、発生する圧縮・曲げおよびネジリ応力に対処するため０゜および±４５゜に配向した多軸織物を用いた。コアー部材４は、耐水木材やアクリル、塩化ビニル、ポリウレタンからなる発泡体の他、アルミナなどの無機質からなる耐火セメントやポリウレタンなどを用いることができる。
【００２５】
また、耐火層５を形成材料しては、ウール状の石英ウール、バルク状のセラミックファイバーや不織状のセラミックファイバーブランケットをフェノールなどの難燃樹脂で固めたものを同時に成形または別途接着剤で貼付けた。上記無機質からなるセメントを成形後吹き付けても良い。
【００２６】
また、高摩擦層５’はポリエステル樹脂からなる不織布（例えば、Dupont社製の”ソンタラ”）を上記熱硬化性樹脂で樹脂含有率３０％以下で成形することによって得た。高摩擦層５’はまた、テフロンなどの離型性の良い樹脂をコーテイングしたタフタ布を成形後剥がすことによっても、網戸などの熱可塑樹脂製の網を貼付または同時成形することによっても可能である。
【００２７】
また、図４は、端部においてサンドイッチ構造体内部側にＦＲＰ製の中空柱を配した一例である。図４ではスキン材と中空柱との間に隙間があるように作図されているが、密着あるいは樹脂や接着剤などで接着されていることが好ましい。
【００２８】
上記のサンドイッチ構造体は、以下の成形法によって容易に形成することができる。まず、コアーとなる発泡体などの表面に樹脂の流路となる溝を設け、生の強化繊維を所定の強度・剛性となるように配置し、全体をバギングフィルムで包み内部を真空にするとともに発泡体に設けた溝から樹脂を注入する。Ｌ型やＵ型構造体を得るには、所定の形状を有する金属製あるいは樹脂製、ＦＲＰ製の成形型に基材を配置し、フィルムでカバーし上記同様の方法で樹脂を含浸させることによって得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
コアーを内包するＦＲＰ性サンドイッチ構造体なので、構造体自体が軽量で取り扱い性に優れるとともに、錆が発生することもなく腐朽することがないため、耐久性に優れ、遮音性、断熱性がよい。また、補強部材が一体化されるので、強度も高く接合部を少なくすることが可能なため、構造体とするための骨組みや枠が不要となり組立などの施工を削減することができる。メンテナンスも不要となり安価である。さらに、機密性の良いＦＲＰに耐火層を設けたので軽量を保持しつつ、曲面を有するようなデザイン性の高い屋根などの構造体に適する。
【００３０】
一方、上記サンドイッチ構造体の表面に高摩擦層を設けたので、軽量でかつ、濡れたときでも滑らない安全性の高い階段の踏み板や土木用足場板などの用途にて記する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施態様に掛かるサンドイッチ構造体の断面図である。
【図２】 耐火層または高摩擦層を有するサンドイッチ構造体の断面図である。
【図３】 一実施例とするＵ型形状を有するサンドイッチ構造体の断面図である。
【図４】 端部に中空柱を有するサンドイッチ構造体の断面図である。
【符号の説明】
１：サンドイッチ構造体
１’：サンドイッチ構造体
１”：サンドイッチ構造体
２：スキン部材
３：補強部材
４：コアー部材
５： 耐火層または高摩擦層
５’：耐火層または高摩擦層
６：中空柱

Claims (10)

1. ＦＲＰ製のスキン部材の間にコアー部材が挟まれたサンドイッチ構造体において、コアー部材の厚さ方向に貫通しかつ、スキン部材と一体化してなるＦＲＰ製の補強部材を有し、該補強部材の厚みが、２〜５．５ｍｍであるか、または、スキン部材の厚みの０．８〜２倍であることを特徴とするサンドイッチ構造体。
2. 前記補強部材が、０゜および±４５゜に配向されたガラス繊維、炭素繊維またはアラミド繊維を含むことを特徴とする請求項１項に記載のサンドイッチ構造体。
3. 前記補強部材同士の間隔が０．２〜２ｍであることを特徴とする請求項１項に記載のサンドイッチ構造体。
4. 前記スキン部材の強化繊維に、ガラス繊維、炭素繊維またはアラミド繊維を含む、請求項１記載のサンドイッチ構造体。
5. 前記スキン部材の表面が耐火層で被覆されていることを特徴とする請求項１記載のサンドイッチ構造体。
6. 前記スキン部材が不燃材料を含む層を有することを特徴とする請求項１記載のサンドイッチ構造体。
7. 前記スキン部材の表面が、0.1〜0.7の摩擦係数を有することを特徴とする請求項１記載のサンドイッチ構造体。
8. 前記サンドイッチ構造体が翼型、Ｌ型、Ｕ型、Ｈ型、波型乃至は箱型のいずれかの形態を有することを特徴とする請求項１記載のサンドイッチ構造体。
9. 請求項１記載のサンドイッチ構造体を用いたことを特徴とする足場板。
10. 請求項１記載のサンドイッチ構造体を用いたことを特徴とする屋根部材。

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