JP4502769B2 - 建築用パネルユニット及びその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えばドーム状屋根その他の大スパン・大径間屋根の建築構造物を構築する際に用いられる建築用パネルユニット及びその製造方法の技術分野に属し、更に云うと、隅々まで確実に発泡樹脂を行き渡らせることができる構成とした大版の建築用パネルユニット及びその製造方法に関する。

従来から建築構造物を簡易且つ軽量に構築するべく、種々の建築用パネルユニットが開発されている。一般的には、上下面を成す金属薄板内に発泡樹脂が高圧充填されてむくり形状とされ、軽量で強度が高い構成とされている（特許文献１〜３）。

ちなみに、平板状のパネルユニットの強度を確保する手段として、特許文献４のパネルユニットは、周辺枠フレームの枠面内に桟材が配置されており、同桟材に開口を設けて発泡樹脂を充填した際に流通を阻害しないように工夫されている。

特開昭５８−１６３６３５号公報 特開昭６０−１０１０３８号公報 特開２００３−２０６５９３号公報 特開平１０−２５２２１４号公報

発泡樹脂として代表的な二液性硬質発泡ウレタン樹脂を考察した場合、二つの原液を混ぜてから硬化するまでの化学反応過程は、図９に示すような過程となる。すなわち、２０秒〜３０秒以内に充填作業を完了させないと、発泡樹脂の膨張、硬化が急速に進み、金属薄板内の隅々まで発泡樹脂が行き渡らない可能性がある。

一方、発泡樹脂を充填する機械の吐出能力は、一般的な低圧機で１００Ｎ／min程度である。

したがって、発泡樹脂の充填時間を仮に最長の３０秒としても、５０Ｎ程度（容積としては、発泡した状態で０．１５ｍ^３程度）の発泡樹脂しか充填できず、一例として、一辺の長さ（Ｌ）と厚さ（ｄ）との比が（ｄ／Ｌ）＝０．０２１に設定された正方形状のパネルユニットでは、図１０から明らかなように一辺を２．０ｍ程度の長さとするのが限度である。

ところが、上記特許文献１〜４のパネルユニットは、発泡樹脂を複数回充填できる構成でなく、一回で発泡樹脂の充填を完了させることを前提とした構成であるため、大版に形成することができない。そのため、特許文献１〜４のパネルユニットでは大スパンの建築構造物を構築するのが不可能であった。

本発明の目的は、上下の金属薄板と周辺枠フレームとで形成された密閉空間内を仕切り材で分割して、後で充填される発泡樹脂が隅々まで行き渡るように予め設定した容積のセルを複数形成し、各セルに発泡樹脂を高圧充填することで、隅々まで確実に発泡樹脂を行き渡らせることができる、大版の建築用パネルユニット及びその製造方法を提供することである。

従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る建築用パネルユニットは、
パネルユニットの上下面を成す金属薄板が周辺枠フレームに取り付けられて密閉空間が形成され、同密閉空間内に発泡樹脂が高圧充填されて前記金属薄板に一定の膜張力が付与された建築用パネルユニットであって、
発泡樹脂が高圧充填される密閉空間の内部は、上下面を成す金属薄板の内側面にそれぞれ略垂直に立てた仕切り材をラップさせて、発泡樹脂が隅々まで行き渡る大きさに設定された複数のセルに分割され、各々のセルに充填口とエア抜き口が設けられ、前記各充填口を通じて各々のセル内に発泡樹脂が高圧充填されていることを特徴とする。

請求項２に記載した発明に係る建築用パネルユニットは、
パネルユニットの上下面を成す金属薄板が周辺枠フレームに取り付けられて密閉空間が形成され、同密閉空間内に発泡樹脂が高圧充填されて前記金属薄板に一定の膜張力が付与された建築用パネルユニットであって、
発泡樹脂が高圧充填される密閉空間の内部は、周辺枠フレームの対角線方向に配置した板状のブレース材と、上下面を成す金属薄板の内側面にそれぞれ略垂直に立てた仕切り材とをラップさせて、発泡樹脂が隅々まで行き渡る大きさに設定された複数のセルに分割され、各々のセルに充填口とエア抜き口が設けられ、前記各充填口を通じて各々のセル内に発泡樹脂が高圧充填されていることを特徴とする。

請求項３に記載した発明に係る建築用パネルユニットの製造方法は、
パネルユニットの上下面を成す金属薄板を周辺枠フレームに取り付けて密閉空間を形成し、同密閉空間内に発泡樹脂を高圧充填して前記金属薄板に一定の膜張力を付与し、建築用パネルユニットを製造する方法であって、
密閉空間の内部を、上下面を成す金属薄板の内側面にそれぞれ略垂直に立てた仕切り材をラップさせて、発泡樹脂を隅々まで行き渡る大きさに設定した複数のセルに分割し、各々のセルに充填口とエア抜き口とを設け、前記各充填口を通じて各々のセル内に発泡樹脂を高圧充填しつつエア抜き口から空気を排除させてなることを特徴とする。

請求項４に記載した発明に係る建築用パネルユニットの製造方法は、
パネルユニットの上下面を成す金属薄板を周辺枠フレームに取り付けて密閉空間を形成し、同密閉空間内に発泡樹脂を高圧充填して前記金属薄板に一定の膜張力を付与し、建築用パネルユニットを製造する方法であって、
密閉空間の内部を、周辺枠フレームの対角線方向に配置した板状のブレース材と、上下面を成す金属薄板の内側面にそれぞれ略垂直に立てた仕切り材とをラップさせて、発泡樹脂を隅々まで行き渡る大きさに設定した複数のセルに分割し、各々のセルに充填口とエア抜き口とを設け、前記各充填口を通じて各々のセル内に発泡樹脂を高圧充填しつつエア抜き口から空気を排除させてなることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１若しくは２に記載した建築用パネルユニット又は請求項３若しくは４に記載した建築用パネルユニットの製造方法において、
前記発泡樹脂を充填する前のセルの容積Ｖは、以下の［数１］によって求めること、
［数１］ Ｖ≦（０．５・Ｑ）／（α・ρ）
但し、Ｑ（Ｎ／min）：充填機械の発泡樹脂の吐出能力、α：セルの大きさ、厚さ、金属薄板の剛性、発泡樹脂の物性、充填機械の吐出圧力等に依存する発泡樹脂の充填倍率、ρ（Ｎ／ｍ３）：発泡樹脂の標準密度
を特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１に記載した建築用パネルユニット又は請求項３に記載した建築用パネルユニットの製造方法において、
前記金属薄板は、複数枚のステンレス鋼板などの帯板を、溶接線が略平行となるようにシーム溶接して大版に形成し、仕切り材は金属薄板の溶接線に沿うように配置していることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項２に記載した建築用パネルユニット又は請求項４に記載した建築用パネルユニットの製造方法において、
前記金属薄板は、複数枚のステンレス鋼板などの帯板を、溶接線が略平行となるようにシーム溶接して大版に形成していることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１若しくは２に記載した建築用パネルユニット又は請求項３若しくは４に記載した建築用パネルユニットの製造方法において、
前記ラップさせる長さは、発泡樹脂を充填した際にもラップ状態を維持できる長さに設定することを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１に記載した建築用パネルユニット又は請求項３に記載した建築用パネルユニットの製造方法において、
前記充填口は、パネルユニットの周辺枠フレームにおける各セルの略中央部に配置し、エア抜き口は、前記充填口の両側のセル内隅部近傍に配置していることを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項９に記載した建築用パネルユニット又は建築用パネルユニットの製造方法において、
前記エア抜き口は、充填口が配置された辺と対峙する辺のセル内隅部近傍にも配置していること特徴とする。

本発明に係る建築用パネルユニットの製造方法は、上下の金属薄板と周辺枠フレームとで形成された密閉空間内を仕切り材で分割して、後で充填される発泡樹脂が隅々まで行き渡るように予め設定した容積（即ち、発泡樹脂を一回で充填可能な容積）のセルを複数形成し、各セルに発泡樹脂を高圧充填するので、発泡樹脂をセルの隅々まで行き渡らせることができ、その集合体としてパネルユニットを大版に形成することができる。また、発泡樹脂をセルの隅々まで行き渡らせることができるので、しっかりと上下の金属薄板を両外方へ膨らませて、同金属薄板に凸レンズ状のむくりを発生させ、予め設定された大きさの膜張力をプレストレスとして確実に付与することができる。

本発明に係る建築用パネルユニットは、発泡樹脂が隅々まで行き渡ったセルの集合体として大版に形成されるので、例えば屋根部材又は壁部材として用いて、大スパンの建築構造物を構築することができる。

発泡樹脂が高圧充填された密閉空間の内部は、周辺枠フレームの枠面内に配置された仕切り材で分割して複数のセルが形成される。各々のセルは充填口とエア抜き口とを有する。発泡樹脂を充填前のセルの容積は、充填される発泡樹脂が隅々まで行き渡る大きさに設定される。

請求項１及び請求項３に記載した発明に係る建築用パネルユニット及びその製造方法の実施例を、図１〜図５に基づいて説明する。

先に、本発明に係る建築用パネルユニット（以下、単にパネルユニットと省略する場合がある。）１の製造方法を説明し、その後、上記製造方法によって製造された本発明に係るパネルユニット１の構成を説明する。

この製造方法は、通例のパネルユニットの製造方法と略同様に、パネルユニット１の上下面を成す金属薄板２、２を周辺枠フレーム３に取り付けて密閉空間４を形成し、同密閉空間４内に発泡樹脂５を高圧充填して前記金属薄板２、２に一定の膜張力を付与するが、図１及び図２に示すように前記密閉空間４を分割して複数のセル６…を形成した後に、各々のセル６内に発泡樹脂５を充填する。

具体的には、周辺枠フレーム３の枠面内に仕切り材７を配置して密閉空間４を分割し、後で充填される発泡樹脂５が隅々まで行き渡るように、予め設定した容積（即ち、発泡樹脂５を一回で充填可能な容積）のセル６を複数形成する。

その手段として、先ず、セル６の容積Ｖを以下の［数１］によって求める（請求項５記載の発明）。
［数１］ Ｖ≦（０．５・Ｑ）／（α・ρ）
但し、Ｑ（Ｎ／min）：充填機械の発泡樹脂の吐出能力、α：セルの大きさ、厚さ、金属薄板の剛性、発泡樹脂の物性、充填機械の吐出圧力等に依存する発泡樹脂の充填倍率、ρ（Ｎ／ｍ３）：発泡樹脂の標準密度

次に、幅寸が１．２ｍ程度の規格品のロール材から切り出した４枚（但し、枚数は特に限定されない。）のステンレス鋼帯板２ａ…を、溶接線Ａが略平行となるようにシーム溶接して、大版の金属薄板２を形成する（図３及び図４を参照、請求項６記載の発明）。溶接線Ａが交差しないので、溶接作業が簡単で、しかも雨仕舞いが良い。

密閉空間４内を分割して、上記のように設定した容積のセル６を形成できるように、本実施例では、前記金属薄板２の一方の面（図４では折り曲げた溶接代８を有する面）において、溶接線Ａに沿うような配置で３枚の仕切り材７‥を略垂直に立てる。溶接代８は補強リブとしての役割を発揮するので剛性効果が期待でき、仕切り材７を接合しやすい。そして、仕切り材７を有する面が相互に向かい合うように２枚の金属薄板２、２をそれぞれ周辺枠フレーム３に取り付け、上下の仕切り材７、７を所定の長さラップさせる。その結果、周辺枠フレーム３の枠面内に仕切り材７が配置され、密閉空間４内に平面視が長方形状の４個のセル６…が予め設定した容積で形成される。

ちなみに、前記上下の仕切り材７、７をラップさせる長さは、後に発泡樹脂５を充填した際にもラップ状態を維持できる長さＨ１に設定する（図４を参照、請求項８記載の発明）。そのため、充填した発泡樹脂５が隣接するセル６に漏れ出すことが無く、確実に発泡樹脂５をセル６内に充填することができる。

周辺枠フレーム３には、具体的な図示は省略するが、各々のセル６に充填口９とエア抜き口１０とを配置するべく、予め前記充填口９とエア抜き口１０とを設けておき、各々のセル６の充填口９から発泡樹脂５を高圧充填しつつエア抜き口１０から空気を排除させる（図２を参照）。各々のセル６は、発泡樹脂５を一回で充填可能な容積とされているので、発泡樹脂５をセル６の隅々まで行き渡らせることができ、その集合体としてパネルユニット１を大版に形成することができる。また、発泡樹脂５をセル６の隅々まで行き渡らせることができるので、しっかりと上下の金属薄板２、２を両外方へ膨らませて、同金属薄板２、２に凸レンズ状のむくりを発生させ、予め設定された大きさの膜張力をプレストレスとして確実に付与することができる。

なお、前記充填口９は、パネルユニット１の周辺枠フレーム３における各セル６の略中央部（本実施例では平面視が長方形状のセル６の一方の短辺６ａの略中央部）に配置し、エア抜き口１０は、前記充填口９の両側のセル内隅部近傍に配置している（請求項９記載の発明）。そして、本実施例のセル６は奥行きが長いので、エア抜き口１０は、前記充填口９が配置された短辺６ａと対峙する短辺６ｂのセル内隅部近傍にも配置している（請求項１０記載の発明）。充填された発泡樹脂５は、セル６の短辺６ｂに配置したエア抜き口１０、１０から排除される空気に導かれるように、セル６の奥行き側の内隅部まで行き渡る。そして、硬化した発泡樹脂５に押し戻され、今度はセル６の短辺６ａに配置したエア抜き口１０、１０から排除される空気に導かれるように、セル６の手前側の内隅部まで行き渡り、合理的に発泡樹脂５をセル６の隅々まで充填することができる。

上記製造方法によって製造されたパネルユニット１は、発泡樹脂５が高圧充填された密閉空間４の内部が、周辺枠フレーム３の枠面内に配置された仕切り材７で分割して複数のセル６…が形成されており、各々のセル６は充填口９とエア抜き口１０とを有する。そして、発泡樹脂５を充填前のセル６の容積は、充填させる発泡樹脂５が隅々まで行き渡る大きさに設定されている。パネルユニット１は発泡樹脂５が隅々まで行き渡ったセル６の集合体として大版（４ｍ〜８ｍ）に形成されるので、同パネルユニット１を例えば屋根部材又は壁部材として用いて、大スパンの建築構造物を構築することができる。

本実施例では、図４に示すように金属薄板２の溶接代８を有する面に仕切り材７を接合しているが、図５に示すように反対側の面に仕切り材７を接合しても、同様に実施できる。

本実施例では、仕切り材７を金属薄板２の溶接線Ａに沿うように配置したが、密閉空間４内に予め設定した容積のセル６を形成できるように、仕切り材７を配置すれば良い。

本実施例のパネルユニット１１は、図６及び図７に示すように密閉空間４内に仕切り材として板状のブレース材１２を配置して、セル６を形成している。

具体的には、２本の板状のブレース材１２、１２を交差させて一体化し、このブレース材１２、１２を対角線とする矩形状の周辺枠フレーム３を組み上げ、同周辺枠フレーム３の枠面内にブレース材１２、１２を配置する。周辺枠フレーム３の外周長さ及び高さ等は、後に前記ブレース材１２、１２で密閉空間４内に予め設定した容積のセル６を形成できるように調整される。

なお、図６に示すように、ブレース材１２の両端部を周辺枠フレーム３から突出させると、当該突出部分を羽根材として用いることができる。

金属薄板２には、同金属薄板２を周辺枠フレーム３に取り付けた際に前記ブレース材１２に沿って配置される仕切り材１３を略垂直に立てる。前記仕切り材１３を有する面が相互に向かい合うように２枚の金属薄板２、２をそれぞれ周辺枠フレーム３に取り付け、上下の仕切り材１３、１３を上記板状のブレース材１２と所定の長さラップさせる。その結果、密閉空間４内に平面視が三角形状のセル６が４個形成される（請求項２又は４記載の発明）。

その後は、上記実施例１と同様に各々のセル６の充填口（図示は省略）から発泡樹脂５を高圧充填する。周辺枠フレーム３の枠面内にブレース材１２を配置したので、パネルユニット１１の剛性を高めることができる。

ちなみに、上下の仕切り材１３、１３をブレース材１２とラップさせる長さは、発泡樹脂５を充填した際にもラップ状態を維持できる長さＨ２に設定すると、上記実施例１と同様に好都合である（請求項８記載の発明）。

上記実施例２では、周辺枠フレーム３の対角線方向に配置したブレース材１２、１２を主要部材として密閉空間４内を分割して４個のセル６…を形成したが、ブレース材１２と、具体的な図示は省略したが上記実施例１と略同様に上下にラップさせた仕切り材１４、１４とを主要部材として併用し、密閉空間４内を分割して複数（図８では１２個）のセル６…を形成しても良い（図８を参照）。

上記実施例１〜３のパネルユニット１（１１）は、仕切り材７（１３、１４）を所定の長さラップさせているが、発泡樹脂５を充填した際に生じる隙間が若干であれば、ラップさせる必要がない。要するに、発泡樹脂５は急速に膨張、硬化するので、セル６の密閉性が完全でなくても良く、仕切り材の材質、接合方法は特に限定されない。

以上に本発明の実施例を説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施し得る。

実施例１の建築用パネルユニットを概略的に示した構造図である。 建築用パネルユニットの密閉空間内に形成されたセル、及び前記セルに配置された充填口とエア抜き口とを概略的に示した平面図である。 金属薄板を示した斜視図である。 仕切り材のラップ状態を示した拡大断面図である。 溶接代を外方に配置した金属薄板を概念的に示した断面図である。 実施例２の建築用パネルユニットを概略的に示した斜視図である。 仕切り材とブレース材とのラップ状態を示した図である。 実施例３の建築用パネルユニットを概略的に示した平面図である。 発泡樹脂の化学反応過程を示した図である。 正方形状のパネルユニットのサイズと、充填に必要な発泡樹脂の重量との関係を示した図である。

符号の説明

１ 建築用パネルユニット
２ 金属薄板
３ 周辺枠フレーム
４ 密閉空間
５ 発泡樹脂
６ セル
７ 仕切り材
９ 充填口
１０ エア抜き口
１１ 建築用パネルユニット
１２ ブレース材（仕切り材）
１３ 仕切り材
１４ 仕切り材
Ａ 溶接線
Ｈ_１、Ｈ_２ 仕切り材のラップ長さ

Claims (10)

1. パネルユニットの上下面を成す金属薄板が周辺枠フレームに取り付けられて密閉空間が形成され、同密閉空間内に発泡樹脂が高圧充填されて前記金属薄板に一定の膜張力が付与された建築用パネルユニットであって、
   発泡樹脂が高圧充填される密閉空間の内部は、上下面を成す金属薄板の内側面にそれぞれ略垂直に立てた仕切り材をラップさせて、発泡樹脂が隅々まで行き渡る大きさに設定された複数のセルに分割され、各々のセルに充填口とエア抜き口が設けられ、前記各充填口を通じて各々のセル内に発泡樹脂が高圧充填されていることを特徴とする、建築用パネルユニット。
2. パネルユニットの上下面を成す金属薄板が周辺枠フレームに取り付けられて密閉空間が形成され、同密閉空間内に発泡樹脂が高圧充填されて前記金属薄板に一定の膜張力が付与された建築用パネルユニットであって、
   発泡樹脂が高圧充填される密閉空間の内部は、周辺枠フレームの対角線方向に配置した板状のブレース材と、上下面を成す金属薄板の内側面にそれぞれ略垂直に立てた仕切り材とをラップさせて、発泡樹脂が隅々まで行き渡る大きさに設定された複数のセルに分割され、各々のセルに充填口とエア抜き口が設けられ、前記各充填口を通じて各々のセル内に発泡樹脂が高圧充填されていることを特徴とする、建築用パネルユニット。
3. パネルユニットの上下面を成す金属薄板を周辺枠フレームに取り付けて密閉空間を形成し、同密閉空間内に発泡樹脂を高圧充填して前記金属薄板に一定の膜張力を付与し、建築用パネルユニットを製造する方法であって、
   密閉空間の内部を、上下面を成す金属薄板の内側面にそれぞれ略垂直に立てた仕切り材をラップさせて、発泡樹脂を隅々まで行き渡る大きさに設定した複数のセルに分割し、各々のセルに充填口とエア抜き口とを設け、前記各充填口を通じて各々のセル内に発泡樹脂を高圧充填しつつエア抜き口から空気を排除させてなることを特徴とする、建築用パネルユニットの製造方法。
4. パネルユニットの上下面を成す金属薄板を周辺枠フレームに取り付けて密閉空間を形成し、同密閉空間内に発泡樹脂を高圧充填して前記金属薄板に一定の膜張力を付与し、建築用パネルユニットを製造する方法であって、
   密閉空間の内部を、周辺枠フレームの対角線方向に配置した板状のブレース材と、上下面を成す金属薄板の内側面にそれぞれ略垂直に立てた仕切り材とをラップさせて、発泡樹脂を隅々まで行き渡る大きさに設定した複数のセルに分割し、各々のセルに充填口とエア抜き口とを設け、前記各充填口を通じて各々のセル内に発泡樹脂を高圧充填しつつエア抜き口から空気を排除させてなることを特徴とする、建築用パネルユニットの製造方法。
5. 前記発泡樹脂を充填する前のセルの容積Ｖは、以下の［数１］によって求めること、
   ［数１］ Ｖ≦（０．５・Ｑ）／（α・ρ）
   但し、Ｑ（Ｎ／min）：充填機械の発泡樹脂の吐出能力、α：セルの大きさ、厚さ、金属薄板の剛性、発泡樹脂の物性、充填機械の吐出圧力等に依存する発泡樹脂の充填倍率、ρ（Ｎ／ｍ３）：発泡樹脂の標準密度
   を特徴とする、請求項１若しくは２に記載した建築用パネルユニット又は請求項３若しくは４に記載した建築用パネルユニットの製造方法。
6. 前記金属薄板は、複数枚のステンレス鋼板などの帯板を、溶接線が略平行となるようにシーム溶接して大版に形成し、仕切り材は金属薄板の溶接線に沿うように配置していることを特徴とする、請求項１に記載した建築用パネルユニット又は請求項３に記載した建築用パネルユニットの製造方法。
7. 前記金属薄板は、複数枚のステンレス鋼板などの帯板を、溶接線が略平行となるようにシーム溶接して大版に形成していることを特徴とする、請求項２に記載した建築用パネルユニット又は請求項４に記載した建築用パネルユニットの製造方法。
8. 前記ラップさせる長さは、発泡樹脂を充填した際にもラップ状態を維持できる長さに設定することを特徴とする、請求項１若しくは２に記載した建築用パネルユニット又は請求項３若しくは４に記載した建築用パネルユニットの製造方法。
9. 前記充填口は、パネルユニットの周辺枠フレームにおける各セルの略中央部に配置し、エア抜き口は、前記充填口の両側のセル内隅部近傍に配置していることを特徴とする、請求項１に記載した建築用パネルユニット又は請求項３に記載した建築用パネルユニットの製造方法。
10. 前記エア抜き口は、充填口が配置された辺と対峙する辺のセル内隅部近傍にも配置していること特徴とする、請求項９に記載した建築用パネルユニット又は建築用パネルユニットの製造方法。

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