JP6746165B2 - 構造物 - Google Patents

Description

本発明は、間便な製法の空間を包む構造物に関する。

人が生活する建築空間には、優れた断熱性や遮音性が備わっている構造物であることが望ましい。一般に、構造物は、木材や鉄鋼の柱や梁の構造体により強度を確保し、その後、断熱性や遮音性を有している発泡樹脂の面材が使用されている。

特許文献１には、発泡スチロールを構成部材とする組み立式ドームが記載されている。これは、発泡スチロールを構成部材とする複数のドーム片の両端を互いに嵌合接合して接着して内部に半球状の居住空間を形成するもので、木材や鉄鋼の柱や梁の構造体を使用していない。しかし、多種類の発泡スチロール製の構成部材の設計製造を必要とし、施工現場でも嵌合接合とボルト等による固定等も必要であり、多くの工数を必要で高コストである。

発明者らは、木材や鉄鋼の柱や梁の構造体を使用しないで自立する構造物を研究してきており、間便な製法の空間を包む構造物に関する本発明に至った。

ＷＯ０１/０４４５９３号公報

本発明の課題は上記のような従来の構造体を用いない構造物の問題を解決し、間便な製法の発泡材料を用いた構造物を提供することである。

課題を解決するための手段として以下の発明がある。
発明１は、空間を包む構造物であって、構造物は、薄膜体と気体混入素材体とを含み、薄膜体は、構造物の外方に配され、気体混入素材体は薄膜体の内面に固着されて、薄膜体と気体混入素材体とが一体をなし、薄膜体が引張力を負担し、気体混入素材が圧縮力を負担することによって、構造物がなす形態が安定している、ことを特徴とする構造物である。
発明２は、気体混入素材体は、吹き付け発泡材料であることを特徴とする発明１に記載の構造物である。
発明３は、気体混入素材体の内側に膜面を有することを特徴とする発明１又は２に記載の構造物である。
発明４は、構造物のいずれかの位置において、薄膜体と気体混入素材体とがいずれも光透過性の高い素材とされている、ことを特徴とする発明１乃至３のいずれが１項に記載の構造物である。
発明５は、空間に空気より比重の小さい気体を貯留させて、気体が保持できる状態に設置されたことを特徴とする発明１乃至４のいずれか１項に記載の構造物である。
発明６は、薄膜体を空気圧によって膨らまして形状を形成することを特徴とする発明１乃至５のいずれか１項に記載の構造物である。

高張力材と高圧縮材の一体となって構造体を形成しているので、強度があり形態が安定な構造体を、発泡材料を用いた間便な製法で提供することができる。

第１実施形態の構造物を示す図。 第２実施形態の構造物を示す図。 第３実施形態の構造物を示す図。 第３実施形態の構造物を示す図。 吹き付け発泡材の状態を示す図。 構造物の実施例を示す図。 薄膜体の実施例を示す図。 土台の実施例を示す図。 土台の断面形状と土台と薄膜体の接合の実施例を示す図。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。

（第１実施形態）
図１に、第１実施形態の構造物１を示す。図１（ａ）は三角形、図１（ｂ）は四角形の構造物１である。構造物１は、薄膜体１０と気体混入素材体２０の一体となっている。
構造物１には地面３に接する構の底面は無い。地面３は、地上面を平に整地したものである。また、地面３は建築物の床面、即ち、体育館の床、ビル床等でも良い。

（第２実施形態）
図２に、第２実施形態の構造物１を示す。図１（ａ）は三角形、図１（ｂ）は四角形の構造物１である。構造物１は、薄膜体１０と気体混入素材体２０の一体となっている。
構造物１には地面３に接する構の底面を有する。構造物１は軽量なので水に浮かぶことができるので、地面３は水面であっても良い。

（第３実施形態）
図３及びび４に、第３実施形態の構造物１を示す。構造物１は軽量なので空中に設置することができる。
図３は第１実施形態の構造物の空中設置を示す。空中支点５は、クレーン車（図示せず）から吊り下げられたフックなどである。構造物１の上部等に取り付けられたロープ７が、空中支点５に取り付けられている。図３は、構造物１の重心を通る軸（以下、重心軸）に対して、対称になるようにロープ７を構造物１に取り付け、ロープ７を重心軸上に空中始点５を設定した左右バランスした状態を示している。
同様に、図４は第２実施形態の構造物の空中設置を示す。

第１実施形態乃至第３実施形態の構造物１は、内部に空間を有する。更に構造物１
薄膜体１０と気体混入素材体２０とを含み、薄膜体１０は、構造物１の外方に配され、気体混入素材体２０は薄膜体１０の内面に固着されて、薄膜体１０と気体混入素材体２０とが一体をなし、薄膜体１０が引張力を負担し、気体混入素材２０が圧縮力を負担することによって、構造物１がなす形態が安定していることを特徴とする。ここで、負担とは引張力及び圧縮力を、発生又は付与している状態を指す。

構造物１が外方に凸に湾曲されていてもよい。また、薄膜体１０に発生している引張力が気体混入素材体２０に発生している圧縮力よりも大きくてもよい。更に、空間は人が活動できる空間に限定されず、気体を貯留するだけの空間であってもよい。

薄膜体１０の材質は、限定されず、空間の用途に応じて選定されればよい。例えば、浮遊広告体の場合には、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル等からなる樹脂フィルム、和紙、洋紙の外、新聞紙、合成和紙、皮革であってもよく薄膜の周囲を固定して面圧を付与させた際に、面内に引張力が発生されると共に破断されないものであればよい。
また。薄膜体１０の線膨張係数は、気体混入素材体２０の線膨張係数より小さいほうが良い。一般に同じ材料を用いた場合、気体混入素材体２０の線膨張係数は、薄膜体１０の線膨張係数より大きくなる。

図７に、枚のシート１２〜１６で構成される薄膜体１０を示す。薄膜体１０を剛性の小さい薄いシート１２〜１６で構成して内部に空気圧をかけて、シーチ１２〜１６内に引張力を付与する。
他方、薄膜体１０を剛性の大きい薄いシート１２〜１６で構成してテープ等で接合して構成しても良い。シート１２〜１５が構造物１の外方に、シートの弾性限度内で凸に湾曲変形させているので、シート１２〜１５には元の平面に戻ろうとする力が発生する。よって、シート１２〜１６内には引張力が付与される。

気体混入素材体２０は、発泡させたウレタンやスチロール等の有機系樹脂材料や発泡させた無機系材料を用いる。吹き付け後、発熱又は吸熱して気泡を発生させ有機系又は無機系の発泡材料を形成する吹き付け発泡材量でもよい。また。気体混入素材体２０の線膨張係数は、薄膜体１０の線膨張係数より大きいほうが良い。更に、気体混入素材体２０に用いる吹き付け発泡材料は、吹付後発熱又は吸熱を伴い気泡を発生させる物が良い。

（気体混入素材体２０への圧縮力発生方法１）
引張力を発生させる方法は、予め内方から加圧気体により、空間を包むような形状とされた剛性の小さい材料からなる薄膜体１０を外方に送風機等により凸に膨らませ、引張力が発生された状態としておいて、内側から気体混入素材体２０を吹き付けて固着させるようにすればよい。気体混入素材体２０を吹付けた後に加圧気体の加圧を除去すれば、薄膜体１０に引張力が残留し、気体混入素材体２０に圧縮力が発生し、形態が安定した状態となる。
この際、薄膜体１０には皺などが発生していない。よって、薄膜体１０に引張力が付与され、気体混入素材体２０に圧縮力が付与され、圧縮力よりも引張力が大きくなっている。即ち、高張力材と高圧縮材の一体となっているので構造物１がなす形態は安定している。

（気体混入素材体２０への圧縮力発生方法２）
気体混入素材体２０は、吹き付け発泡材料であることを特徴とする。噴射された発泡材は薄膜体１０に付着し発熱及び気泡が生じる。発泡が完了した発泡材は薄膜体１０で固着して一体になる。発熱し高温度の発泡体は大気により冷却されるので線膨張係数と温度差により収縮する。即ち、薄膜体１０と気体混入素材体２０は固着され、発泡材である気体混入素材体２０が収縮するので、薄膜体１０に付与されていた引張力は減少し、その分気体混入素材体２０には圧縮力が発生する。分気体混入素材体２０には、薄膜体１０により圧縮力が発生する。
よって、気体混入素材体２０に圧縮力の発生する要因は、引張されている薄膜体１０があり、薄膜体１０に発泡材を吹き付け付着させ、付着した発泡材は発熱及び気泡を発生して発泡する。発泡材であると気体混入素材体２０と薄膜体１０は固着して一体化し、発泡材が常温に冷却され収縮する。よって、薄膜体１０の引張力は減少し、気体混入素材体２０には圧縮力が発生する。
この際、薄膜体１０には皺などが発生していない。よって、薄膜体１０に引張力が付与され、気体混入素材体２０に圧縮力が付与され、圧縮力よりも引張力が大きくなっている。即ち、高張力材の薄膜体１０と高圧縮材の気体混入素材体２０一体となっているので構造物１がなす形態は安定している。

無機系発泡材料には、吸熱して気泡を発生させるものがある。よって、発泡完了時の気体混入素材体２０は、大気温度より低くなっており、その後大気により加温されて膨張する。この際、気体混入素材体２０は、薄膜体１０に固着されるので膨張が制限されて圧縮力が発生する。気体混入素材体２０の線膨張係数が、薄膜体１０の線膨張係数より大きいことによる。

図５に示すように、構造物１の気体混入素材体２０の内側は、薄い膜面２３を有する。薄い膜面２３は、吹き付けられた発泡材料が空気面に接することにより発泡材料の表面に発生する。発泡は１分程度で完了するので、発泡完了後更に再吹付を行うと、気体混入素材体２０は、薄い膜面２３を含む積層構造となる。
気体混入素材体２０内部の空気は、一方で薄膜体１０、他方で膜面２３にてシールされるので、構造物１の断熱性能が向上する。構造物１の内部で発生した音は、膜面２３を介して気体混入素材体２０に伝達されるので吸音性能の低下も小さい。

構造物１のいずれかの位置において、薄膜体１０と気体混入素材体２０とがいずれも光透過性の高い素材とすることができる。光が透過されるとは、透明な状態であるだけでなく、不透明な状態であってもよい。透明な状態であれば、当該部分を居室における窓のように使用することができ、不透明な状態であれば、内方からの光で浮遊した広告体の存在を強調させるように使用することができる。
薄膜体１０は、透明又は半透明のナイロン等の樹脂材料のシートやトレーシングペーパー等の半透明の紙を用いることができる。
気体混入素材体２０は、透明又は半透明のウレタンやスチロールの発泡材を用いることができる。

自重の軽い気体混入素材体２０と薄膜体１０からなっている構造物１は、自重が軽い。よって、構造物１の内部の空間に空気より比重の小さい気体を貯留させて保持できる状態に設置されたことを特徴とする。構造物１は軽量なので、内部空間にヘリウムガス、水素ガス等の空気より比重の小さい気体を貯留させると空中に浮かばせることができる。図３の第３実施形態の場合、上部に空気より比重の小さい気体が貯留する。図３、図４に示す空中支点５及びロープ７を不要とすることができる。
空中に浮かばせることができるので、浮遊広告体として空中に設置させる広告体とすることができる。

（他の用途例１）
構造物１により包まれた空間が、人が活動可能な大きさの空間とされ、構造物１に人が出入り可能な出入用孔が形成されていることを特徴とする構造物１も提供できる。これにより、人の活動空間の活動目的、大きさは限定されないようになる。出入用孔は、枠体が付設され、扉が開閉可能な出入り口であってもよく、目隠し用の膜を垂らしただけのものであってもよい。出入用孔を有する構造物１により、災害時の仮設住宅、仮設風呂場、体育館内の家族用空間等の外、幼児用の遊び場が提供できる。

（他の用途例２）
構造物１を形成させることも容易であるため、仮設居所形成セットとして提供することもできる。即ち、薄膜体１０と気体混入素材体２０の気体を混入させる前の素材とを含み、薄膜体１０に送風機により気体を加圧させて膨らませ、外方に凸に膨らませた薄膜体１０に、気体を混入させる前の素材を吹付けることにより、構造物１による仮設居所を形成させることが可能とさせる仮設居所形成セットが提供できる。仮設居所形成セットは、仮設住宅の他に、現場事務所、自衛隊の風呂サービスの覆い等にも使用できる。よって、仮設居所形成セットは、自治体等に備蓄して被災時に活用することができる。

（構造物の実施例）
図６に、実施例１の構造物を示す。
地面３に配置された土台３０と、下部が土台３０に接合された薄膜体１０により、地面３と薄膜体１０により、薄膜体１０の内部が膨らむことで閉空間が構成される。薄膜体１０を膨らませ自立させるのは、送風機４１により内部に空気を送風し、大気圧プラスαの正圧にすることによる。自立させた薄膜体１０の中へ、発泡装置（図示せず）からの発泡樹脂を噴射させるホースを持ち込み、人力により薄膜体１０の内側へ発泡樹脂を吹き付けて気体混入素材体２０を作製する。
軽量で高引張強度な薄膜体１０と、高圧縮強度な一体発泡の気体混入素材体２０の一体の2重構造により強化された構造物１が提供できる。気体混入素材体２０は空気含有量が高いので断熱性も遮音性も極めて高い。

地面３は、地上面を平に整地したものである。また、地面３は建築物の床面、即ち、体育館の床、ビル床等でも良い。

発泡樹脂を吹き付けには、現場発泡ウレタン吹付等を用いる。２液性のウレタンで、発泡度は３００〜１０００％、発泡時間１分。発泡されたウレタンの発泡完了時の温度は６０℃である。よって、気体混入素材体２０には、大気温度まで冷却されると、薄膜体１０に固着されているので圧縮力が発生している。
また、構造物１内にて、火器を使用する場合、難燃性の発泡樹脂を使用すると良い。

送風機４１は、図２に示す薄膜体１０を自立させ引張力を発生させることができる風圧を発生できる物を用いる。よって、流量型のプロペラファンではなく、圧力型のターボファン、シロッコファンを用いた送風機４１が良い。

（薄膜体の実施例）
図７に、第２実施形態の薄膜体１０を示す。図７（ａ）は矢視図、図７（ｂ）は平面図、図７（ｃ）は正面図を示す。
薄膜体１０は、人の居住性及び耐風性を考慮した形状を採用した。即ち、下部では、幅が広くその幅の減少率は小さくし、上部は頂点１１を有し幅の減少率を大きくした（以下、錐体形状という）。錐体形状により、下部では薄膜体１０は鉛直に近いので居住性が確保される。上部は、風圧を受ける面積が小さいので、構造物１の下部が受ける風圧のモーメントが小さくできる。錐体形状として、図６で示す薄膜体１０の断面形状は２本の直線で構成している。これは３本以上の直線で構成してもよい。図７では曲線で構成している。

図７（ｂ）、（ｃ）により、薄膜体１０は、４つの側面シート12、１３、１４、１５及び底面シート１６で構成されている。底面シート１６は無くてもよく、図６では地面３で閉空間を構成している。
薄膜体１０の大きさは、底面は１８２０ｍｍＸ１８２０ｍｍ（図７（ｂ））、高さは１８２０ｍｍである。

薄膜体１０は、発泡圧力に耐える素材のシートを用いる。ナイロン等の樹脂シートや紙等のシートを用いることができるが、防湿防水シートを用いて製作した。シートとシートの接合は、テープ又は強力な接着剤を用いた。
発泡作業のため人が出入りするドアは、ファスナー等を用いて製作される。

構造物１を屋外設置する場合、薄膜体１０には、耐水性及び/又は耐紫外線性を有するシートを採用する。

（土台の実施例）
図８に、第３実施形態の土台３０を示す。図８（ａ）は矢視図、図８（ｂ）は平面図を示す。土台３０は、正方形１８２０ｍｍＸ１８２０ｍｍ（図３）で、高さ２００ｍｍ。質量２０ｋｇである。よって、発泡作業を行う際、人により持ち上げることが可能である。この際、薄膜体１０のドアは不要である。

（薄膜体と土台の接合例）
図９（ａ）に土台３０の断面形状、図９（ｂ）に第４実施形態の薄膜体１０と土台１０の接合を示す。
図９（ａ）の土台３０の断面形状Ａ−Ａは、図８（ｂ）に示す位置の断面である。土台３０は、木製の５つの根太３１（□４５ｍｍＸ４５ｍｍ）、３２（□１０５ｍｍＸ３０ｍｍ）、３３（□１０５ｍｍＸ３０ｍｍ）、３４（ｔ９合板）、３５（□１０５ｍｍＸ３０ｍｍ）を有し、ボルト３６、ナット３７、ビス３８等で締結されている。

図９（ｂ）に第４実施形態の薄膜体１０と土台１０の接合を示す。薄膜体１０を土台３０の外側部、底面、内側部を順に覆って、ビス３８（必要に応じてワッシャ（図示せず）を使用。）で締結する。即ち、土台３０が薄膜体１０の内側に配置される。これにより、薄膜体１０と土台３０との接合部から吹き付けられた発泡樹脂である気体混入素材体２０の漏れを低減でき、薄膜体１０と土台３０を気体混入素材体２０により一体に接合して機械的強度を大きくすることができる。

構造物１の内部に断熱性や遮音性が備わっている居住空間が生じられることで、人が内部で生活する建築物やパヴィリオンの建設や、外皮膜のみで構成される装飾的な造形物の制作、内部に空洞が必要な家具や小物の制作にも応用できる。また、低コスト、短時間、簡易に構造物１ができるので、広告代理店による造形物の制作、イベント会社による仮設建築物の建設、ハウスメーカーや工務店による被災地の仮設住宅の建設、体育館や展示空間のような大空間に設営する間仕切りの現地制作、水に浮くことを活用した水辺のファニチャーなどに利用可能である。
更に、構造物１は、建築土木分野の工務店による一般建築物の建設も可能である。

１ 構造物
３ 地面
５ 空中支点
７ ロープ
１０ 薄膜体
１２〜１６ シート
２０ 気体混入素材体
２３ 膜面（気体混入素材体の内側）
３０ 土台
３１〜３５ 根太
３６ ボルト
３７ ナット
３８ ビス
４１ 送風機

Claims (6)

1. 空間を包む構造物であって、
   前記構造物は、薄膜体と気体混入素材体とを含み、
   前記薄膜体は、前記構造物の外方に配され、前記気体混入素材体は前記薄膜体の内面に対して途切れることなく連続した状態で固着されて、前記薄膜体と前記気体混入素材体とが一体をなし、
   前記薄膜体内に残留引張応力があり、前記気体混入素材内に残留圧縮応力があり、前記残留引張応力と前記残留圧縮応力とがバランスすることによって、構造物がなす形態が安定していること、
   を特徴とする構造物。
2. 前記気体混入素材体は、吹付発泡材料であって、前記吹付発泡材料が前記薄膜体の内面に吹き付けられ固着して膨張したときに、前記薄膜体に前記引張応力を発生させること、
   前記吹付発泡材料が膨張したときに発熱し、その後冷却された時の収縮により、前記吹付発泡材料内に残留応力を発生させること、
   を特徴とする請求項１に記載の構造物。
3. 前記気体混入素材体の内側に膜面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の構造物。
4. 前記構造物のいずれかの位置において、前記薄膜体と前記気体混入素材体とがいずれも光透過性の高い素材とされている、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の構造物。
5. 前記空間に空気より比重の小さい気体を貯留させて、前記気体が保持できる状態に設置されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の構造物。
6. 前記薄膜体を空気圧によって膨らまして形状を形成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の構造物。