JP4505372B2 - パネル体用金属製補強材とその製造方法及びそれを用いたパネル体 - Google Patents
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Description
これらダンボールやボール紙を用いたハニカム状補強材は、防火性を高めるために水酸化アルミニウムを付着させる化学処理等が施されている。しかし、住宅やビル等の建築物が老朽化して建て替えやリフォームを行う場合、使用済のドアや仕切り壁等の鋼製のパネル体をリサイクルして資源化するためには、金属とダンボールやボール紙を分離する必要があり、解体に多大の手間を要し、処理コストが高くなる等の問題がある。
この対策として、特許文献2に記載されているように、熱可塑性樹脂フイルムを両面にラミネートした金属板を折り曲げて複数の波板を製造し、この波板の端部を重ねたハニカム状補強材を一対の鋼板の間に介装して玄関ドアを製造することにより、玄関ドアの耐久性を向上し、リフォームを行う際の解体の手間を少なくして処理コストを低減することが行われている。
更に、特許文献3に記載されているように、金属箔に接着剤を所定間隔をおいて塗布し、この接着剤の塗布する位置を半ピッチずつずらして積層した金属箔のブロックを展張させてハニカム状とした補強材を用い、リフォームを容易にすることが提案されている。
しかしながら、特許文献2に記載された方法では、金属板を細断して折り曲げ加工を施すため、製造工程が複雑になり、製造コストも高くなる。更に、金属板を折り曲げ加工したものを使用するため、一対の鋼板の間に装着できる高精度の寸法を有するハニカム状補強材を製造するのが難しく、その結果、パネル体に使用する際、切削や研磨等の二次加工を要する。
また、特許文献3に記載されたハニカム状補強材では、ハニカム状補強材をドアや仕切り壁等の補強に使用するには、金属箔の積層工程及び積層した金属箔のブロックを展張させる等の二次加工を要し、前記した特許文献2に記載された方法と同様に、製造工程が複雑化し、製造コストが高くなり、パネル体に使用する際に切削や研磨等の二次加工を要する等の問題がある。
そこで、低コストで簡易な構造の金属製補強材を用いたパネル体として、特許文献4や、特許文献5のように、パネル体そのものに凸部を付与し、これを補強材とする方法が提唱されている。
また、より簡便な補強材として、特許文献6のように閉ループ状にした金属製の円環状補強材を用いる方法や、特許文献7のようにフープ状金属帯を加工する方法、特許文献8のように屈曲させた帯板材を切り込みを介して縦横に接合する方法などが開示されている。
一方、特許文献6〜8に示す方法を用いれば、パネル体の部位に応じて補強材を選択することが可能であるが、これらに開示された補強材は、補強材同士を隣接ないし連結することで面上の位置を固定する前提のため、補強材の密度を下げて、面材を単独支持せねばならぬ場合、面材と補強材との接合強度不足のため、脱落や破損が起こりやすいという構造上の欠点があった。
かかる補強材の面材との接合強度を確保する方法としては、補強材の端面にフランジを付与し、フランジ面と面材とを接着剤で接着もしくは溶接により接合する方法が一般に考えられる。しかしながら、パネル体にねじれ応力が加わった場合、接着フランジ部の接着部に局部的に応力が集中すると、パネル体面材と補強材との間の接着力が経時劣化するという問題が起こりやすい。特に、特許文献7や特許文献8のようにフープ状金属帯から補強材を形成する場合には、補強材の継ぎ目部とその他の部位でのねじれ剛性が異なる為、ねじれ応力が付与された時、フランジ接合部へ局部応力集中が起こり、接着部の劣化に結びつくという問題点があり、安定した密着性と補強材の剛性を両立させることが難しかった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、パネル体の面材を局部的に単独支持でき、しかもパネル面材との接着安定性に優れた軽量で剛性の高い低コスト製造可能な補強材を提供すると共に、その補強材のパネル体への装着配置や形状の最適化により、パネル体の剛性と軽量化の両立を可能とするこまかい剛性調整を簡単に行なうことを可能とする手段を提案し、安価な軽量かつ高剛性のパネル体を提供することを目的とする。
ここで、その本発明の要旨は、以下のとおりである。
(1) 隙間を有して配置される一対の面材を有するパネル体に用いられ、前記面材の間に装着される金属製補強材であって、その補強材の胴部の形状が閉ループ状であり、かつ該補強材を前記面材の双方に接着させるためのフランジが前記胴部の前記各面材に対峙する側に付与され、かつ前記胴部、及び前記フランジと前記胴部の間に継ぎ目がないことを特徴とするパネル体用金属製補強材。
(2) (1)に記載する金属製補強材において、前記面材の一方に接触するフランジが前記胴部に対し外側に配置され、かつ前記面材の他方に接触するフランジが前記胴部に対し内側に配置されていることを特徴とするパネル体用金属製補強材。
(3) (1)及び(2)に記載する金属製補強材において、材料が鉄を母材金属とするものであることを特徴とするパネル体用金属製補強材。
(4) (1)〜(3)に記載する金属製補強材において、材料が母材金属の表面に化成処理を施したものであることを特徴とするパネル体用金属製補強材。
(5) (1)〜(4)に記載する金属製補強材において、前記フランジの幅L(mm)が、前記胴部の直径D(mm)に対し、下記式の関係にあることを特徴とするパネル体用金属製補強材。
0.02D≦L
(6) (1)〜(5)に記載する金属製補強材において、前記胴部の形状が円環状であることを特徴とするパネル体用金属製補強材。
(7) (1)〜(6)に記載する金属製補強材において、前記フランジの表面積Aが、前記フランジの平面投影面積Bに対し、下記式の関係にあることを特徴とするパネル体用金属製補強材。
B/A≦0.9
(8) (1)〜(7)に記載する金属製補強材の製造方法として、材料の金属薄板をカップ状に絞り加工した後、このカップの上部と底部を折り曲げ及び/又は切除によりフランジ形状にすることを特徴とするパネル体用金属製補強材の製造方法。
(9) (1)〜(7)に記載する金属製補強材の製造方法として、材料の金属薄板をカップ状に絞り加工し、続いてこのカップの底部の中心側のフランジとしての余剰部を除去し、かつ前記カップの上部を前記胴部に対し外向きもしくは内向きに折り曲げ、余剰部を除去してフランジ形状にすることを特徴とするパネル体用金属製補強材の製造方法。
(10) (1)〜(7)に記載する金属製補強材を用いたことを特徴とするパネル体。
(11) (10)に記載するパネル体において、前記補強材の円周長、前記補強材の材料の板厚、及び材料の機械特性のいずれか1又は2以上が異なる複数種類の補強材を同一のパネル体内に用いたことを特徴とするパネル体。
(12) (10)及び(11)に記載するパネル体において、前記フランジと前記面材の間の接着樹脂層厚みが20μm以上であることを特徴とするパネル体。
(13) (12)に記載するパネル体において、前記フランジと前記面材の間の接着樹脂層厚みが2μm以下の部分の面積比率が20%未満であることを特徴とするパネル体。
図1に示すように、本発明の一実施の形態に係るパネル体用金属製補強材(以下、単に補強材ともいう)10は、隙間を有して配置される一対の面材を有するパネル体14(図5参照)に用いられる補強材で、その胴部11の形状が閉ループ状であり、かつ補強材10を面材の双方に接着させるためのフランジ(以後、接着フランジ12、13と称する)が胴部11の各々の面材に対峙する側に付与されており、かつ胴部11、及び接着フランジ12、13と胴部11の間に継ぎ目がないことを要件とする。この場合、胴部、及びフランジと胴部が継ぎ目のない一体物の金属で成形されていないと、接合部で補強材の剛性が不均一になりパネル体にねじり剛性が働いた時、フランジ部に応力集中が発生する。この応力のために接着が剥離しやすくなり、長期に繰り返し応力を受けた場合、補強材の脱落等のトラブルが起こりやすくなる。
また、補強材の表面には化成処理を施すことが望ましい。特に補強材と面材を接着樹脂層で接合する場合にその効果が明確となる。化成処理の方法やタイミングについては特に規定するものではないが、燐酸処理、クロム酸処理、燐酸フェノール処理等の適用効果が高い。
0.02D≦L
であることが望ましい。Lが0.02D未満の場合、補強材の剛性に対し、フランジ幅が狭すぎてフランジ部への応力集中が高くなり、接着部が剥離しやすくなる。Lが補強材の直径Dに対し大きくなることについては特に規定しないが、0.4Dを超えると、フランジアップによる接着力の向上や補強材の剛性向上の効果は飽和し、質量上昇の弊害が顕在化する。
また、補強材の閉ループ形状は角形状のものや不均一な閉ループ形状でも構わないが、円環形状のものを採用することが望ましい。その理由は他形状に比べ、加工が容易であると共に、補強材剛性の異方性が低く、あらゆる方向からの曲げ応力に対し安定した強度を有するからである。
特に、材料となる金属薄板を絞り成形してフランジ付きカップを成形し、カップの底部のセンター部を余剰部として円形に打ち抜くことで、面材との接合に用いるフランジを形成でき、かつそのフランジ強度や胴部強度が単独支持に耐え得るに十分な、一体物の形状を簡単に製造することができる。このような製造方法は製缶において周知の方法であり、他のエキスパント法やしごき加工法にくらべ、設備的にも簡易であり低コストの製造が可能である。
また、フランジ部分の表面積Aがフランジ部分の平面投影面積Bに対し、下記式の関係にあることが望ましい。
B/A≦0.9
これは、例えば図2〜図4の各(A)〜(C)に示すように、フランジ部分に筋状の変形やポンチによる凹凸、ビード加工などを施すことにより実現できる。この場合、加えられる変形の方向に関わらず、B/A≦0.9とすることで、フランジ部分の接着面積をパネルの接着面積よりも広く確保でき、接着力を高めることができる。B/A>0.9の場合はリングのフランジ接着面積の拡大の効果が不十分となり、密着力は相対的に低くなる。
ここで本実施の形態に係るパネル体14の補強材は、接着樹脂層により一対の面体(面材)に貼り付けられる。溶接により接合しても良いが、両方の面材と接合することは工程上難しく、片側の面体のみとの接合では強度の面で劣り、また防振の面からも好ましくない。また補強材の充填により位置を固定する方法では、本発明の目的である、軽量化と補強部位への重点配置が行えない。
なお、補強材は実質的に均等に、又は、強度の弱いところに局部的に配置され、各補強材のフランジ径(a)の面積(πa2 /4)の総計を、面材の面積に対して5〜30%とするのがよい。
また、補強材の円周長、もしくは補強材の材料の板厚もしくは機械特性のうち、少なくともひとつが異なる複数種類の補強材を用いることにより、補強部品の剛性やパネル体の面材の保持性能を任意に調節することが可能である。それに加え、補強材の配置密度を自由に調整してもよい。
これにより、パネル体の面材に局部的に高いパネル面保持強度を求められる場合にも、最小限の補強材の使用により簡易に必要強度を有するパネル体を得ることができる。
大きさ300mm×600mm、板厚0.6mmの2枚の面材に、図1のタイプ(A)、(B)で、表1に示すサイズの補強材を、図5に示すように配置したパネル体を作成した。また、比較例として、補強材を用いないパネル体、及び特許文献1の例に従い紙ハニカムの補強材を配置したパネル体を作成した。それぞれのパネルについて、質量と強度を測定した。ここで強度は、パネル体の中央部に100kgの荷重を加えたときのたわみ量で評価した。結果を表1に示す。実施例1の構成を用いることで、質量の増加を低減しつつ高い強度を得ることができた。
図1〜図4のタイプ(A)に示す補強材を、表1のタイプ(A)と同じ寸法で作成した。このときの凹凸の高さはほぼ0.5mmとした。この補強材各1個を、大きさ100mm×100mm、板厚0.6mmの2枚の面材のほぼ中央に、エポキシ系樹脂で接着した。接着後の樹脂接着層厚みはほぼ20μmに調節した。
このパネル体を、面材の平面に垂直方向に引っ張り、剥離したときの最大荷重を測定し、図1の補強材の最大荷重を1として、各面材の接着力を評価した。なおフランジ部の表面積は、外向きのフランジを代表とした。結果を表2に示す。図2〜図4のような加工をフランジ部に施すことで、接着強度をさらに向上させることができた。
Claims (13)
- 隙間を有して配置される一対の面材を有するパネル体に用いられ、前記面材の間に装着される金属製補強材であって、
その補強材の胴部の形状が閉ループ状であり、かつ該補強材を前記面材の双方に接着させるためのフランジが前記胴部の前記各面材に対峙する側に付与され、かつ前記胴部、及び前記フランジと前記胴部の間に継ぎ目がないことを特徴とするパネル体用金属製補強材。 - 請求項1記載の金属製補強材において、前記面材の一方に接触するフランジが前記胴部に対し外側に配置され、かつ前記面材の他方に接触するフランジが前記胴部に対し内側に配置されていることを特徴とするパネル体用金属製補強材。
- 請求項1及び2のいずれか1項に記載の金属製補強材において、材料が鉄を母材金属とするものであることを特徴とするパネル体用金属製補強材。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の金属製補強材において、材料が母材金属の表面に化成処理を施したものであることを特徴とするパネル体用金属製補強材。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属製補強材において、前記フランジの幅L(mm)が、前記胴部の直径D(mm)に対し、下記式の関係にあることを特徴とするパネル体用金属製補強材。
0.02D≦L - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の金属製補強材において、前記胴部の形状が円環状であることを特徴とするパネル体用金属製補強材。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の金属製補強材において、前記フランジの表面積Aが、前記フランジの平面投影面積Bに対し、下記式の関係にあることを特徴とするパネル体用金属製補強材。
B/A≦0.9 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の金属製補強材の製造方法として、材料の金属薄板をカップ状に絞り加工した後、このカップの上部と底部を折り曲げ及び/又は切除によりフランジ形状にすることを特徴とするパネル体用金属製補強材の製造方法。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の金属製補強材の製造方法として、材料の金属薄板をカップ状に絞り加工し、続いてこのカップの底部の中心側のフランジとしての余剰部を除去し、かつ前記カップの上部を前記胴部に対し外向きもしくは内向きに折り曲げ、余剰部を除去してフランジ形状にすることを特徴とするパネル体用金属製補強材の製造方法。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の金属製補強材を用いたことを特徴とするパネル体。
- 請求項10記載のパネル体において、前記補強材の円周長、前記補強材の材料の板厚、及び材料の機械特性のいずれか1又は2以上が異なる複数種類の補強材を同一のパネル体内に用いたことを特徴とするパネル体。
- 請求項10及び11のいずれか1項に記載のパネル体において、前記フランジと前記面材の間の接着樹脂層厚みが20μm以上であることを特徴とするパネル体。
- 請求項12記載のパネル体において、前記フランジと前記面材の間の接着樹脂層厚みが2μm以下の部分の面積比率が20%未満であることを特徴とするパネル体。
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