JP6835842B2 - バー部材 - Google Patents

Description

本発明は、構造部材としてのバー部材に関し、バー部材は、好適には竹から製造された複数の条片から成りかつ少なくとも部分的に中空部材として形成されており、中空部材の内部空間は、少なくとも部分的に丸め部（Hohlkehle）として形成されている。

このようなバー部材は、既に独国実用新案第２０２０１４１０１１５７号明細書から公知である。

さらに、国際公開第２０１３／１５７７７１号からは、竹から自転車フレームを製造することが公知であり、この自転車フレームの場合は、複数のまっすぐなまたは曲がった竹バーが、適当な継手要素を介してつなぎ合わされて、自転車フレームを形成することができるようになっている。さらに、ドレスデン工科大学のドイツ連邦教育研究省研究計画に関する最終報告「高性能木材支持構造−繊維強化プラスチック、技術的な繊維および圧縮成形木材を用いた、木造建築における耐高荷重性複合構造の開発」からは、成形木材断面を製造すること、および可変の曲率半径でもって成形断面を製造することができるように、圧縮木材と非圧縮木材とを適切に装入して成形木材断面を加工することが知られている。代替的な製造法として、形状付与方法無しでも、複数の条片横断面を接合プロセスに基づき互いに結合することができる点が記載されている。この場合に欠点と見なされるのは、所望の幾何学形状を得るために、各横断面に、多少なりとも手間のかかる条片セグメントのトリミング工程が必要とされている点である。これに関連した別の問題は、いわゆる「メモリ効果」であり、つまり上記のように成形された成形木材断面は、少し時間が経つと、再び元の形を取ろうとする傾向がある。

この従来技術から出発して、本発明の根底を成す課題は、広く構造部材として、支持構造体、骨組み、格子構造体またはその他の三次元体および幾何学体の構成にも適しているようなバー部材を製造可能な、バー部材の製造方法を提供することにある。

本発明の根底を成すこの課題は、請求項1記載のバー部材によって解決される。本発明の有利な構成は、従属請求項２〜１８から見て取ることができる。

詳細には、本発明の根底を成す上記課題は、バー部材内に施与されたプラスチックおよび／または樹脂により、バー部材の内部空間を通る可動の押型体を用いて、バー部材の丸め部構成が実現されることによって解決される。従来技術から公知の構成に対する利点は、相応のバー部材が、急速に再生する天然の素材、つまり竹から製造されている点にあり、このバー部材の製造は、所定の横断面を有する複数の条片をつなぎ合わせて1本のバーにすることにより行われる。バーは、所定の内側横断面を有している。それというのも、バー部材の丸め部としての内側構成は、可動の押型体をバー部材の内部空間を通って移動させることにより実現されるからである。この場合は事前に、バー部材の内部空間にプラスチックおよび／または樹脂が施与され、このプラスチックおよび／または樹脂は押型体により所定の形状、つまり丸め部の形状にされた後に、所定の形状で硬化する。代替的に、バー部材の内部空間に形成される丸め部は、バー部材の内部空間に挿入された内管により実現されてもよく、この内管の外面は、好適には繊維強化されたプラスチックおよび／または樹脂外被によりコーティングされている。内管は剥離剤で予めコーティングされているという背景に基づき、外被を形成する材料の硬化プロセス終了後に、丸め部を形成する外被が残留した状態で、内管をバー部材から引き出すことができるようになっている。

上述したバー部材の内部空間の構成は、上記のように製造されたバー部材を補強し、これに相応してバー部材はより高い安定性を有することになると共に、特に建築要素として必要とされる圧縮強さおよび引張強さをも有することになる。本発明による構成の別の重要な利点は、請求項１記載のバー部材が製造されることにより、自然に育った竹とは異なり、ほぼ任意の管長さにわたって均一な管横断面と同様に正確な壁厚さも達成されるという点にある。個々のバー部材が、所定の横断面と所定の壁厚さとを備えて製造可能であることに基づき、これに相応して、製造されたバー部材を工業的に仕上げ、使用し、かつ後加工することができる。このことは、自然に育った竹の筒に関しては不可能である。それというのも、自然に育った竹の筒の直径および壁厚さは、竹筒の長さにわたって変化しており、その他の点では、個々の竹筒もそれぞれ異なる直径、横断面および壁厚さを有しているからであり、これに相応して、天然の竹筒同士の結合、また天然の竹筒と他の継手要素や材料との結合も困難または不可能である。竹条片から製造されたバー部材はリサイクル可能であり、または使用された接着結合手段に応じて完全にリサイクル可能ですらあり、または生態学的に分解可能である。

具体的な構成では、バー部材の内部空間を通って移動可能な押型体は、可動のピストンである。

請求項１記載の内管を用いて丸め部を形成する場合、内管に関連して施与され、内管の引抜き後はバー部材内に残留する外被は、予測され得るバー部材の荷重に最適に合わせられた繊維構造体を備えていてよい。例えば用途に応じて、ガラス繊維、炭素繊維またはカーボン繊維が格子織布構造を形成した状態で、織布構造が内管の周りに巻き付けられることにより、あるいは縦繊維または横繊維が既に外被に織り込まれていることにより、簡単に外被に長手方向または横方向で織り込むことができる。

バー部材の製造に使用される条片は台形横断面を有しており、個々の条片は決められたように１つの円形バー部材を形成するために、条片の斜めに傾斜した長辺の領域において互いに永続的に結合されてよい。

具体的な構成では、６つまたは８つの上述した条片が、接着結合部を介して結合されて、それからは６角形または８角形の横断面を有する１つの閉じたバー部材が形成されることになる。これに関連して、各条片は、補い合って上述した閉じたバー部材を形成するように、各条片の長辺に沿って互いに結合される。

別の改良された構成では、各条片の長辺はバー部材を形成するために平らに形成されており、これにより、接着結合部を形成するための、隣接する条片の長辺の領域における良好な付着特性が保証される。

可動の押型体を用いたバー部材の内側輪郭の構成は、場合により部分的に型押し可能であってもよく、これにより特にバー部材の端面側の終端領域に、規定された内側輪郭、例えば三角形または四角形または円形の内側輪郭を型押しすることができ、この内側輪郭自体もやはり、例えばこの内側輪郭に挿入可能な、対応する外側輪郭を有する内部中空体を使用して複数のバー部材を長手方向に連続して互いに結合しようとする場合に役立つことができる。

具体的な構成では、内部中空体は、一方のバー部材の所定の内側輪郭、特に端面の内側輪郭に挿入されてよく、これにより、この内部中空体は、バー部材に対する突出部を有することになり、この突出部に後続の他方のバー部材を同様に被せ嵌めることができ、よって、内部中空体を介して２つのバー部材が互いに結合された状態になる。

別の構成では、各２つのバー部材が、１つの曲がったまたは屈曲した内部中空体（この場合、曲がったまたは屈曲した内部中空体の延在部は、２つのバー部材の間の中間領域に配置されている）を介して互いに結合されてもよく、これにより、この結合に関与する２つのバー部材間に、角隅結合またはコーナー結合を形成することもできる。

さらに改良された構成では、複数のバー部材も、１つまたは複数の内部中空体（場合により内部中空体自体が複数の接続片を備えている、つまりこれら複数の接続片に分岐している）を介してつなぎ合わされて、多角構造体、格子構造体、三次元体、幾何学体または骨組みを形成することができる。

変化構成またはさらに改良された構成では、複数のバー部材を、複数の適当な内部中空体を介して互いに結合することができ、この場合、これに関連して結合に用いられる各内部中空体は、結合しようとする各バー部材間に位置する結合領域に、それぞれ少なくとも１つの枢着継手を備えている。この構成では、本発明の枠内で枢着継手、すなわち外形が可変の三次元体を形成することができる。

その他の点では、結合されるべき各バー部材間に配置された各内部中空体の突出部に、それぞれ互いに間隔をあけて配置された少なくとも２つのスリーブ部分を有する別個の継手要素を被せ嵌めることができ、これにより、内部中空体の端面側の終端部分がそれぞれスリーブ部分内に形状接続的に収容されることが考えられる。上述したスリーブ部分の使用により、本発明に基づき製造されるバー部材を用いて製造される構造体の適用分野が拡張される。なぜならば、対応するスリーブ部分は、バー部材または内部中空体とは異なる材料から製造されていてよく、これに相応して、その時々の要求に最適に適合させることができるからである。

このことはその他、これに関連して使用される内部中空体、枢着継手、継手要素および／またはスリーブ部分にも当てはまる。例えば、本発明によるバー部分間で広義には継手要素として用いられるこれらの中間部材は、それぞれ廉価ではあるが寸法は正確であると共に、各個別のケースに適合されて、３Ｄプリント法で製造されていてよい。

この場合、本発明によるバー部材は、必ずしも閉じたバー部材として製造されていなくてもよく、むしろ本発明の枠内では、バー部材の製造に使用される条片を用いて、半円形またはその他の半開きのバー部材を製造することもできる。

本発明の枠内で製造されたバー部材を用いて、本発明による複数のバー部材をその外側輪郭に沿って互いにつなぎ合わせて複合バーユニットを形成することにより、壁状構造体またはハニカム状の壁構造体も製造することができる。これは具体的には、本発明によるバー部材を用いてフレーム構造体または骨組み構造体または格子構造体のみならず、閉じた壁または三次元構造体も製造可能であることを意味し、この場合、それぞれ所用の壁厚さを有する複合バーユニットが製造されることにより、それぞれ所望の限界荷重、遮断特性または安定性基準を簡単に満たすことが、ハニカム構造体により可能である。例えば、本発明による複合バーユニットを用いて、建築物または建築物部分を製造することもできる。この場合、本発明による構造体は、これらが天然のまたは少なくとも概ね天然の素材から製造されていて資源を大切にしており、その上、石材または他の固形物から成る従来の構造体に比べ、より小さな重量とより容易な加工性とを有しているという利点を有している。

有利な構成では、複合バーユニットには、閉じたバー部材の他に、開いたバー部材または閉じたハーフバー部材も組み込まれていてよい。

別の有利な構成では、複合バーユニットは、片面または両面にボードを備えていてもよいし、またはサンドイッチ構成形式で速やかに製造することができ、この場合、内層は、それぞれ上述した複合バーユニットにより形成されている。複合バーユニットは、必要な場合には中間層の周りに遮断材および／または補強材が補充されていてよい。

以下、１つまたは複数の実施例に基づき本発明を説明する。

８角形の外側横断面を有するバー部材を示す斜視図である。 丸め部が形成された６角形の外側横断面を有するバー部材を示す斜視図である。 コーティングされて組み込まれた内管ならびに円形の外側横断面を備えた別のバー部材を示す斜視図である。 代替的な構成の円形の外側横断面を備えたバー部材を示す斜視図である。 内部補強手段を備えたバー部材を示す斜視図である。 半開きに構成されたバー部材を示す図である。 ａ）〜ｃ）は、２つのバー部材の結合を、それぞれ異なる結合段階で示す斜視図である。 ａ）〜ｄ）は、２つのバー部材の直角結合を、それぞれ異なる結合段階で示す斜視図である。 ａ）〜ｃ）は、２つのバー部材の十字結合を、それぞれ異なる結合段階で示す斜視図である。 互いに結合された複数のバー部材から成るハニカム構造体を示す斜視図である。 互いに結合された複数のバー部材から成る、異なる構成のハニカム構造体を示す斜視図である。

図１に斜視図で示すバー部材１は、竹から製造された複数の条片２から成り、条片２はそれぞれ、台形横断面を有している。条片２はそれぞれその長辺３の領域で、適当な接着結合により互いに結合されている。工業的な切断法により条片２を製造した後には、長辺３が、耐荷重性の結合部を形成するように平らに形成され、その他の点では、本発明による方法を用いて製造されたバー部材１には、それぞれ再現可能な横断面が設けられていることが保証される。

別の作業ステップにおいて、図２に示すバー部材１は、内壁をプラスチックおよび／または樹脂でコーティングされてよく、別の作業ステップにおいて、円形の外側横断面を有する可動のピストンを、少なくとも部分的に、バー部材１を通して貫通案内することができ、その結果、円形の内側横断面４がバー部材１に型押しされる、つまり、施与された複合材料の硬化後は耐荷重性にもなる丸め部（Hohlkehle：丸形溝）が形成されることになる。これに相応して、図２に示したバー部材１もやはり、一義的に規定された寸法を有する再現可能な内側横断面を有している。

図３によれば、図１および図２に示した多角形のバー部材を加工して、多角形のバー部材１から円形の外側横断面５を有するバー部材を形成することもできる。このことは、多角形の管の外面を、所望の円形の外側横断面５が形成されるまで旋削することにより実現することができる。これに関連して生じる、バー部材１の外側横断面の外側旋削に基づき減少する壁厚さの問題は、図３では、バー部材１の内部空間に、外被８を備えた円形の内管７が挿入されることによって解消することができる。外被８は、剥離層が介在した状態で外側から内管７に被着されており、通常は樹脂またはプラスチックから成っているかまたはこれらの各材料の複合材料から成っており、ここには図示しない形式で、外被には、さらなる補強のために、追加的にガラス繊維、炭素繊維またはカーボン繊維が、さらなる補強用に織り込まれている。これらの繊維は、内管７に巻き付けられる織布マットの形態で外被８に簡単に織り込むこともできるし、または個別の繊維として外被８に長手方向および／または横方向に織り込まれていてもよい。外被８の硬化後には、介在している剥離層に基づき、内管７をバー部材１から簡単に引き出すことができ、これによりバー部材１は円形の内側横断面を有することになると共に、組み込まれた繊維ユニットに基づいて、より高い剛性を有することになり、これにより、バー部材の外側横断面の旋削によって生じた剛性低下が補償または過補償されるようになっている。

図４によれば、代替的に、最初にそれぞれ別の竹条片６を被着することにより、バー部材１の外側横断面の外面を補強し、次いで初めて、やはり円形の外側横断面５が達成されるまでバー部材１を旋削してもよい。このようにして達成されたバー部材１の壁厚さは、図３に示した構成に比べ、大幅に増大しているという相違点がある。

図１〜図４に示したバー部材１は、必要に応じて適当な内部補強手段により補強および補剛可能である。図５で用いられる三角形の内管７も、好適にはやはり複数の竹から製造されており、同様に、内管７製造用の竹条片を、それぞれその長辺３’の領域で−例えば適当な接着結合により−互いに結合することによって製造されている。この内管７は、プレス嵌めの意味でバー部材１に挿入されてバー部材１を補剛し、これに相応して、バー部材１の耐荷重性をより高くする。代替的または付加的に、バー部材１の内部空間を充填材で満たし、例えば発泡させてもよく、これに関しては、内管７の内部空間だけに充填するかまたは発泡させてもよいし、バー部材１の内部空間全体に充填するかまたは発泡させてもよい。

図６には未完成のバー部材が、やはり斜視図で示されている。

図７に示す斜視図によれば、複数のバー部材１が、適当な継手要素を介してつなぎ合わされてよい。図７では、内部中空体１０（やはり本発明によるバー部材１，１’であってもよいが、必須ではない）が、一方のバー部材１’の所定の内側横断面に形状接続的に挿入することができ、これにより図７ｂ）では、内部中空体１０はバー部材１に対する突出部１１を形成しており、次いで他方のバー部材１を同様に内部中空体１０に被せ嵌め、これにより図７ｃ）では、２つのバー部材１，１’の結合が生じている。

内部中空体１０は、２つのバー部材１，１’間に結合を生じさせるために、多少なりとも任意に、つまり例えば山形部材またはコーナー部材として加工成形されていてもよく、これにより、図８に示す、複数のバー部材１，１’間の山形またはコーナー結合も考えられる。この場合、コーナー結合は、いずれにしろ竹製ではない、例えばダイカストまたは３Ｄプリントで製造された特別な継手要素を用いてのみ、実現することができる。詳細には、図８にそれぞれ斜視図で、結合に関与する２つのバー部材１，１’間のそれぞれ異なる結合段階が示されており、２つのバー部材１，１’は、図８ａ）に示す分解図または結合が生じる前の図面によれば、内部中空体１０を介して互いに結合することができ、この場合、内部中空体１０は、直角を形成する山形部材として形成されている。

この場合はまず、図８ｂ）に示すように、内部中空体１０を少なくとも部分的にバー部材１に挿入し、次いで図８ｃ）に示すように、他方のバー部材１’も少なくとも部分的に内部中空体１０に被せ嵌め、最後に結合に関与する２つのバー部材１，１’を完全に被せ嵌めることにより、２つのバー部材１，１’間に閉じられた結合が生じており、この結合の形成に基づき、最終的には山形部材が製造されることになる。

適当な継手要素を選択することにより、別の任意の構造体を製造することもできる。例えば図９には、十字継手１２の個々の接続片に既に説明した各バー部材１を被せ嵌めることにより、中央の十字継手１２を用いて詳細には４つのバー部材１を形成することで十字結合を形成する、個々のステップが示されている。

この構造体および比較可能な構造体により、多少なりとも任意の骨組み、格子構造、枠組み、三次元体が製造可能であり、または、ジョイントが組み込まれた継手要素の場合には三次元可変体または枢着継手も製造可能である。

例えば枠組みまたは三次元体等の拡張される構造体、比較的複雑な構造体の形成に関連して、個々の継手要素に、本発明によるバー部材１を端面側に取り付けるためのスリーブが設けられていると有利であることが判った。これにより、バー部材１の端部領域を安定化させられると共に、バー部材１の端部領域に場合により生じる破断が回避されるか、または破断しても結合部は極僅かにしか損傷されない。このような結合部は、単純な構造体に関しても耐荷重性があることが判った。

さらに、適当な接着結合によりつなぎ合わされて図１０に示す複合ユニットまたはハニカムユニット１３を形成することができる、本発明によるバー部材１，１’を用いて、任意の形状および壁厚さの壁構造体を製造することができる。この場合、壁構造体を形成する個々のバー部材１，１’には、必要な場合にはやはり上述したような補強手段が設けられてもよいし、必要に応じて補強材または遮断材が充填されてもよい。

図１１に示すハニカム構造体１３には必ずしも、基本的に閉じられたバー部材１，１’が挿入されていなくてもよい。むしろ代替的に、開いたバー部材１４または閉じたハーフバー１５が、例えば所定の壁終端部を形成できるようにするために組み込まれていてもよい。

図１０および図１１に示したハニカムユニット１３は通常、特に構造建築分野において、有利には両面または片面にボードを備えており、またはハニカムユニットを介在させたサンドイッチ構成形式で速やかに製造される。この場合、このサンドイッチ構成形式は、既に遮断材または絶縁材を介在させた状態で、場合によっては例えば取付けに必要とされる通路を省いて製造することができる。

１，１’ バー部材
２ 条片
３，３’ 長辺
４ 円形の内側横断面
５ 円形の外側横断面
６ 別の竹条片
７ 内管
８ 外被
１０ 内部中空体
１１ 突出部
１２ 十字継手
１３ ハニカムユニット
１４ 開いたバー部材
１５ ハーフバー

Claims (15)

1. 構造部材としてのバー部材（１，１’）を製造する方法であって、該バー部材（１，１’）は、複数の条片（２）から成りかつ少なくとも部分的に中空部材として形成されており、該中空部材の内部空間は、少なくとも部分的に、前記バー部材（１，１’）内に施与された樹脂により丸め部として形成される方法において、
   前記バー部材（１，１’）は、内壁を、施与された樹脂によりコーティングされ、引き続くステップにおいて、円形の外側横断面を有する可動のピストンが、前記バー部材（１，１’）の前記内部空間を通して移動させられ、または、前記バー部材（１，１’）は、剥離剤で被覆され、かつ外面に樹脂外被（８）がコーティングされた内管（７）を用い、前記内管（７）は、前記外被（８）の硬化プロセス終了後に、前記丸め部を形成する外被が残留した状態で、前記バー部材（１，１’）から引き出すことにより除去され、これにより前記バー部材（１，１’）を、その都度丸め部の形態で所定の寸法を有する内側横断面を備えて再現可能に製造することができることを特徴とする、バー部材（１，１’）を製造する方法。
2. 前記内管（７）の前記外被（８）は、剥離層が介在した状態で外側から前記内管（７）に被着され、前記外被（８）が設けられた前記内管（７）は、前記バー部材（１，１’）の内部空間に挿入され、前記内管（７）は、前記外被（８）が硬化してから、前記バー部材（１，１’）内に前記外被（８）が残留した状態で該バー部材（１，１’）から引き出され、次いで、前記バー部材（１）は、ガラス繊維、炭素繊維またはカーボン繊維により、長手方向または横方向においてかつ／または格子織布構造が形成されて補強され、前記ガラス繊維、炭素繊維またはカーボン繊維は、前記内管（７）の周りに巻き付けられた織布マットの形態で前記外被（８）に簡単に織り込まれているか、または個別の繊維として前記外被（８）に長手方向および／または横方向に織り込まれている、請求項１記載のバー部材（１，１’）を製造する方法。
3. 前記バー部材（１，１’）を製造するために、台形横断面を有する、互いに結合される複数の条片（２）が使用される、請求項１または２記載のバー部材（１，１’）を製造する方法。
4. ６つまたは８つの条片（２）が、それぞれ補い合って閉じた前記バー部材（１，１’）を形成するように、各条片（２）の長辺（３，３’）に沿って互いに結合されて、６角形または８角形の横断面を有するバー部材（１，１’）を製造する、請求項３記載のバー部材（１，１’）を製造する方法。
5. 前記条片（２）の前記長辺（３，３’）は、前記バー部材（１，１’）を形成するために平らに形成されている、請求項４記載のバー部材（１，１’）を製造する方法。
6. 前記バー部材（１，１’）の内側輪郭は、前記バー部材（１，１’）の内部に挿入された内管、内部四角体、内部三角体またはその他の内部中空体（１０）により形成される、請求項１から５までのいずれか１項記載のバー部材（１，１’）を製造する方法。
7. 一方のバー部材（１，１’）の端面を越えて突出した内部中空体（１０）を介して、該内部中空体（１０）の突出部（１１）に被せ嵌めることができかつ／または通常、前記内部中空体（１０）と結合可能な後続の他方のバー部材（１，１’）が、前記一方のバー部材（１，１’）と摩擦接続的および／または形状接続的に結合され、前記内部中空体（１０）の前記突出部（１１）の少なくとも終端部分が、前記他方のバー部材（１，１’）が被せ嵌められるべき接続片の機能を果たしている、請求項６記載のバー部材（１，１’）を製造する方法。
8. １つの曲がったまたは屈曲した内部中空体（１０）を介して、結合に関与する各２つのバー部材（１，１’）間に、角隅結合またはコーナー結合を形成する、請求項６または７記載のバー部材（１，１’）を製造する方法。
9. 複数のバー部材（１，１’）が、場合によりそれ自体に複数の接続片が設けられた１つまたは複数の内部中空体（１０）を介してつなぎ合わされて、多角構造体、格子構造体、三次元体、幾何学体または骨組みを形成する、請求項６または７記載のバー部材（１，１’）を製造する方法。
10. 前記複数のバー部材（１，１’）は、それぞれ前記内部中空体（１０）を介して結合され、結合される各前記バー部材（１，１’）間に位置する前記内部中空体（１０）の結合領域に、それぞれ少なくとも１つの枢着継手を設ける、請求項６から９までのいずれか１項記載のバー部材（１，１’）を製造する方法。
11. 前記内部中空体（１０）の前記突出部（１１）には、それぞれ互いに間隔をあけて配置された少なくとも２つのスリーブ部分を有する別個の継手要素を被せ嵌め、これにより、前記内部中空体（１０）の端面側の部分が、それぞれ前記スリーブ部分内に形状接続的に収容される、請求項６から１０までのいずれか１項記載のバー部材（１，１’）を製造する方法。
12. 前記内部中空体（１０）、前記枢着継手、前記継手要素および／または前記スリーブ部分は、それぞれ３Ｄプリント法で、またはダイカストから製造される、請求項６から１１までのいずれか１項記載のバー部材（１，１’）を製造する方法。
13. 前記条片（２）を用いて、半円形および／またはその他の半開きのバー部材（１，１’）を製造する、請求項１から１２までのいずれか１項記載のバー部材（１，１’）を製造する方法。
14. 複数のバー部材（１，１’）を、その外側輪郭に沿って互いにつなぎ合わせて、例えばハニカム状の壁構造体（１３）を形成するための複合バーユニットを形成する、請求項１から１３までのいずれか１項記載のバー部材（１，１’）を製造する方法。
15. 前記複合バーユニットを製造するために、開いたバー部材（１４）または閉じたバー部材も使用される、請求項１４記載のバー部材（１，１’）を製造する方法。

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