WO1996023163A1 - Structure cellulaire composite et procede pour la realiser - Google Patents

Description

明 細 害 祓^セル構造体およびその製造方法 技術分野

本％叨は、 構造部材に関するものであり、 建築分野 （例えば、 超髙^ビルの 柱、 ¾、 壁、 天井、 床など、 またはビルや家屋の柱、 壁、 天井、 床など） 、 十.木 分野 （例えば、 遮音壁や安全柵などの迫路各施設、 近路舗 ¾本体、 バイフ、 トン ネル ' ゼグメン ト本体、 水中トンネルセグメン ト本体、 チューブ構造本体、 撟¾ の主桁、 床板、 梁、 橋桁、 橋脚、 橋梁下部構造、 塔、 ij · ダム本体、 軌道本 体、 鉄 ¾軌造の本体、 防波堤や護岸などの港湾施設、 浮体構造物ノ石油掘削用リ グなどの海洋構造物、 泔走路などの空港施設など） は勿論のこと、 機械構造分野' (搬送システムの骨格、 搬送用パレツ ト、 ロボッ トの骨格など） 、 ^動車 （ボ ディやフレーム、 ドアやシャーシ、 天井や床、 ボー ド、 サイ ドビームやバンハー など） 、 船舶 （船体のメインフレーム、 船腹、 甲板、 船の什切り板、 壁など） 、 車両 （ボディやフレーム、 床など） 、 飛行機 （翼や本体フレーム、 ボディや床な ど） 、 宇 ΠΤ船 （ボディやフレーム、 床、 壁など） 、 宇宙ステーション （本体ボ ディや床、 壁など） 、 潜水艦 （ボディやフレームなど） などに使用され、 力学的 強度が要求されるあらゆる構造部材に関する。 背景技術

従来、 力学的強度が要求される、 土木 ·建築分野、 車両、 船舶、 航空機などの 機械構造物の分野における構造部材においては、 鉄やコンクリー ト、 あるいは、 アルミ、 ジュラルミンなどの金厲材科を使用するのが一般的である。 これらの材 料は単独で使用されたり、 互いに組み合わせて複合化して用いられている。 ま た、 最近では、 炭素繊維などの新素材の適用も行われている。

例えば、 土木 -建築分野では、 代表的な複合部材として、 鉄筋コンクリートが あげられる。 これは、 鉄やコンクリートのそれぞれの特徴を生かす構造部材であ る。 コンクリートは引っ張り強度が'圧縮強度に比べ低く、 その比は 1ノ 1 0程度 である。 この欠点を補うため、 引っ張り強度がコンクリートよりも格段に優れて いる鉄筋などの鋼材を使用して、 引っ張り力力'作用する部分に鉄筋を配置して、 鉄筋コンクリートを製造すると、 非常に力学的に強い構造物となる。

複合化するに当たっては、 単に最適な配置という空間的観点から複合化がなさ れているわけではない。 例えば、 プレストレスコンクリートにおいては、 コンク リートカ 縮力に強く、 鉄筋が引っ張り力に強いことを利用して、 鉄筋によって 予めブレス ト レスをコンク リートに与えて、 圧縮力を最初から部材に働かせてお き、 引っ張り力を軽減する方法力 ^ '取られている。

建築 ·土木の分野を中心として、 鉄とコンクリ—トの複合材が使用される理 rii としては、 鉄とコンクリートの材質としての特徴がお互い補完できること、 鉄と コンクリー ト力⁵'廉価であり、 一般的に使用される材料であること、 安く力 U丁-し ¾ く、 しかも強靱な耐荷重性を有すること、 鉄とコンクリートは付着性が良いこ と、 温度膨張係数がほぼ等しいことなどから力学的な相乗作用が期待できるため である。

また、 上記で述べた鉄筋コンクリ一ト構造物以外の鉄とコンクリートの合成構 造物としては、 例えばコンクリー ト充填鋼管などがあげられる。 コンクリート充 填鋼管は鋼管内をコンクリートで鋼管の内部を充 ¾したもので、 主に圧縮材とし て用いるものである。 近年においても、 特公平 4 - 2 0 4 5 7号公報に示される ように鉄筋かごを設けた鋼管コンク リー ト複合柱、 特公平 4一 2 8 0 5 8、 特公 平 4一 2 8 0 5 9号公報に示されるように、 鋼管を加熱させてブレストレスを与 えたり、 鋼管内部をアンボン ド処理した充填鋼管コンクリー トの構築方法、 ま た、 最近では鋼管の耐圧縮力を高めるための鋼管周囲にスリツ トを設けた特開平 6 - 4 9 9 4 9号公報など多くの試みがなされている。 最近では、 超高^ビルの 柱に使用されるようになっている。

さらに、 近年構造部材の軽量化を図るため、 コンクリートの中にウレタン フォームなどの軽量材の断片を入れたり、 軽量骨材を入れたり、 気泡を入れたり して、 軽量化が試みられている。 また、 土木用構造部材として、 道路本体の構 ¾ 体にウレタンフォームなどを利用しているケースも見られるようになった。 ま た、 特公昭 5 0— 3 3 1 1 0号公報及び特公昭 5 0— 3 3 1 1 1号公報、 特開平 3 - 9 8 1 1号公報などで各種のハニカム構造体の製造方法が提案されている。 さて、 格段の軽量化が求められる航空機の領域などでは、 ジュラルミンやアル ミなどのハニカム構造材に代表されるような、 六角形のセル構造体が使用されて いる。 ジユラルミンゃアルミは鉄やコンクリ一トと比べると高価な材料ではある せ、 軽量化が達成できる構造材である。 そのため、 このような高価な材料を構造 材として用いる場合、 如何に少ない量で高い剛性を達成し得る力が課題となる。 ハニカム構造は稜と面を有する多角体の集合体である力?、 通常、 各々は 6角形 の構造から成り、 所謂ハチの巣状の構造を形成する構造体である。 一般的には、 主としてアルミ、 ジュラルミンの材料が用いられる。 通常、 サン ドイッチパネル として用いられることが多く、 飛行機の翼等に適用されている。 最近では、 自動 車にも床などでハニカム構造が使用されてきており、 建築の分野では、 アルミを 中心として、 ハニカム構造のパネルなど力'軽量化力?求められる超高層ビルなどで 最近使用されるようになってきている。

まず、 土木 ·建築分野で一般的に使用される鉄筋コンクリートである力、 鉄筋 コンクリートは鉄とコンクリートの代表的な複合構造物であるものの、 力学的観 点からすれば、 鉄筋とコンクリートの合成相乗効果が表われる部分は、 鉄筋がコ ンクリート内に埋め込まれた部分のみに られているところに問題がある。 例えば、 鉄筋コンクリート柱力'圧縮破壊を起こす場合、 コンクリート力 ^?、 まず せん断破壊して、 すべり破壊をおこし、 それと同時に鉄筋が曲がるのが一般的で ある。 これは鉄筋が付近にないコンクリート部分では、 鉄筋との合成効果が薄れ ているためである。 即ち、 鉄筋という筋から構成されるコンクリートと鉄との複 合材であると、 その合成効果は上述のように鉄とコンクリートの接触によつて構 造強度が向上した限定された部分のみに存在しており、 相乗効果が全体から見る とこのように偏在しているため、 構造強度の向上における相乗効果が十分に発揮 されていなかったことによる。

このことは、 鉄とコンクリートの合成において、 鉄筋という筋だけを使用する ことに問題がある。 この欠点を補うため、 従来の方法としては、 柱軸に沿って配 筋される鉄筋に対して、 スパイラル状に新たな鉄筋を卷付け、 コンクリートのせ ん断破壊を防止する等の工夫が成されている力 \ 全体を鉄筋で巻きつけると、 構 造的に強度は増すものの、 鉄材の割合が大きくなり、 構造部材全体の自重が重く なるというジレンマ力 ί生じることになる。

また、 充填鋼管は、 引っ張りに強い鉄が圧縮に強いコンクリートを囲んでい る構造部材であり、 圧縮部材として使用すると、 コンクリートにせん断破壊力生 じても、 その変形を回りの鉄が樽のタガのように締め付けているので、 崩壊的破 壊とならず、 非常に高い圧縮強度と強靭性を有する構造部材である。 しかしコン クリ一トで鋼管内部空問を充填しているため、 極めて :い構造部材であるという 欠点を有する。 このため、 一般に梁材等には使用されない。 また、 自重が重いの で、 運搬や製作作業などに労力を要する。

今後、 土木 ·建築分野では、 超長大橋や超々高層ビルの建設が計画されてお り、 軽量で、 強靭かつ廉価な構造部材、 特に耐荷重性に優れた支持用部材の がー層求められており、 しかもそれらの簡便な製造方法を確立することが必要で める。

ところ力 ^s'、 従来の軽量化の方法であると、 軽量化と共に強度も低くなつてしま うという欠点があった。 例えば、 コンクリートを軽量化する方法として、 コンク リートに軽量骨材を混ぜる方法がある力 この方法であると、 それほどコンク リートを軽量化できないこと、 および得られる強度が'低くなるなどの問題 あつ た。 また、 これら軽量材の断片から構成されるセル構造は大きさ、 开^ I犬がまちま ちとなり、 不均一な構造体となるため、 力学的には充分な強度を得ることができ ず、 信頼性のある設計を行うことが困難であった。

要するに、 軽量化を図るため軽 ft材をコンクリートなどの主材料に一担、 均 - に混合しても、 その均一性を確保して混合 ·凝固させるのは技術的に非常に困難 であり、 従来のランダムに混ぜるという簡便な方法を行う限り、 軽量化はできて も強度は下がり、 軽くて丈夫な構造体を得るという点では何ら根本的な解決策と はなっていない。

また、 自動車ではアルミやエンジニアリング ' フラスチック、 飛行機ではジュ ラルミンなど、 鉄ゃコンクリートに比べて、 耐荷重力/重量の比は高く、 軽量でか つ高い剛性の材料は使用されるものの、 アルミやジュラルミンは鉄やコンクリー トに比べ極めて高価な材料であり、 特に土木 ·建築分野での構造部材として、 一 般的な、 構造体として使用するには、 コス ト上問題が大きい。

航空機、 一部の建築材として使用されているハニカム構造は、 中空構造体とし て用いられており、 ハニカム内の中空は通常は何ら充填されていない。 ハニカム を構成している金属板 （アルミ、 ジュラルミン板など） は挫屈や一部の曲げ.せ ん断破壊をおこしゃすく、 一旦挫屈や曲【fi皮壊をおこすと、 力学的に荷重が偏在 して作用しやすくなることから、 急激に崩壊的変形が生じるという欠陥を有して レ る。 即ち、 従来使用されているハニカム構造は靱性に劣るという欠陥がある。 また、 従来、 土木 '建築分野では、 コンクリー ト製のハニカム構造は一般的に は用いられていない。 それは、 コンクリー トを用いて複雑な形状の構造体を製造 する際に、 複雑な型枠を組まなければならず、 製造技術的に困難であり、 たとえ 製造できたとしてもコストが高くなるという問題力生じる。

さらに、 コンクリートがハニカム構造に適用されにくい理由としては、 コンク リ一トは引っ張り強度が'小さく、 ひび割れを起こしゃすいというコンクリートの 材料特性が、 ハニカムを形成する各辺のアームを基本的な構造とする構造に適さ ないからである。 例えば、 コンクリート製のハニカム構造を製造し、 その板を曲 げた場合、 ハニカムを縁どる稜を形成する各アーム部材に部分的なせん断力や曲 げ応力が生じることになる。 コンクリー ト製のアーム部材が曲げの力学作用を受 けることになり、 部材としては部分的にに引っ張り応力か'生じることになるが、 コンクリートは鉄筋などの補強なしでは、 亀裂が入り易くなり、 コンクリートだ けからなるアームは構造的に弱くなる。 従って、 コンクリートのアームで構成さ れるハ二カム構造などは、 ひびが入ると急激に耐荷力がなくなり、 一度に崩壊す る可能性が高くなるなどの問題点がある。

土木 '建築の分野において、 軽量化は一層求められているところであり、 アル ミなどの材料では壁面パネルなどにハニカム構造が採用されている力 ^s、 アルミ製 のハニカムでは強度が弱く、 他方、 航空の分野で使用されているジュラルミ ンで は大変なコス ト高となる。 また、 金属のみからできたハニカムでは構造減衰率が 小さくなり、 揺れやすい構造物となってしまう。 飛行機の翼などは、 構造減衰率 が小さくても、 問題はない力 建築物や土木構造物であると、 構造減衰率が小さ ければ揺れやすい構造物となるので、 地震が起こった場合などに問題が生じる。 以上まとめると、 コンクリートは、 鉄に比べると廉価であり、 圧縮力に強い せ、 引っ張りに弱く、 ひび割れが生じやすく、 また鉄と同様比重も大きい。 ま た、 圧縮に強いコンクリー ト、 引っ張りに強い鉄といった各材質の力学的特性を 生かしたものとして、 鉄筋コンクリート等が上げられる力'、 その相乗効果は限ら れた範两内であり偏在しているなどの欠点があった。 さらに鉄やコンクリートを このハニカム構造に利用すると、 重量力 f重すぎて、 軽量性が要求される航空機な どの領域では使用できなか た。

ハニカムなどのセル構造体は構造体としての強靱性を損なわず軽量化する上で は非常に効率のよい構造体である。 それにもかかわらず、 土木 .建築の分野でそ れほど使用されなかったのは、 セル構造を工業的に製造すること力技術的に困難 であったからである。 コンクリートやセメン トで型枠をつく り、 それによつてセ ル構造を造っても、 コンクリートやセメントで形成されたセル構造は破断しやす く軽量化する以上に構造強度が小さくなつたり、 コス トが高くなつたりするとい うデメリッ トがあつたことによるものであった。

一般にセル構造体の代表各であるハニカム構造を工業的に製造する場合、 板材 を切り口が半六角形になるようにプレスして、 波板状にし、 次にこれを重ね合わ せて接薪するなどの方法力 '取られている。 そして、 ハニカムの内部は中空の方が 軽量化できることから、 航空機などでは中空のまま用いられ、 自動車のフロアに 使用する場合においても、 そのハニカムの各セルの中空部は何も充填されていな レ、。 そのため、 一部のセルカ破損した時、 その変形によって、 さらに偏在荷重が 掛かるようになり、 急激に崩壊する危険性があつた。

また、 ハニカム構造を一度金属で形成した後は、 特定のところだけ、 コンク リ一トで効率的に充填するのは現状の技術では困難であり、 鉄とコンクリートで 合成されたハニカム構造を工業的にしかも安価に製造するのは難しく、 たとえ構 造的には理想的な組み合わせであってもその製造は困難であった。 このことは、 ハニカムを製造するには、 板材をブレスで折り曲げて、 まず六角形のハニカムを 製造しなければならないという従来の製造方法に固執していたため、 鉄とコンク リートの合成のハニカム構造が簡単に製造できなかったことに問題がある。 従って、 土木 ·建築及び自動車や車両で用いられるハニカム構造は、 上記航空 機のような、 アルミなどの金属を用いたり、 部分的にベーパ一フエノールで構成 されるものなどを一部に使用しているだけで、 その用途は非常に小さく限られて いた。

土木 .建築の分野において、 今後、 多くの超々高層ビルや超長大橋の建設が予 定されており、 これらの構造物を構成する板、 梁、 柱等の構造部材においては、 格段の軽量化が求められている。 また、 自動車の分野においても、 軽量化は燃費 を向上させる上で大きな課題の一つであり、 軽量で強靱なシャーシや天井 .床材 の開発が求められている。 また、 自動車の側面の強度を高めるため、 サイ ドビー ムが設置された自動車が増えているが、 このサイ ドビームにおいても、 軽 で強 い強度を有し、 靱性に富む構造体が求められている。

一般に、 コンクリートは圧縮に非常に強く、 固化するまでは流動体であること 力 ^任意の开狱を形成し易い材料である。 しかしながら前述のハニカムを製造す る工程上の問題点などにより、 ハニカムを構成する材科としては、 不向きであつ た。

このように、 コンクリートは数々の力学的 ·材料的優位性を有しながら、 上述 した多くの問題のため、 ハニカム構造用の原料として殆ど利用されていない。 また、 コンクリートと鉄の複合材は、 優れた力学的特性を有していながら、 軽 量化が困難であったため、 例えば自動車や車両などの機械分野での構造部材には ほとんど使用されていなかった。 また、 重いということで、 主として土木 .建築 分野への利用に限られていた。 即ち、 鉄とコンクリートの複合材でハ二カム構造 を形成し、 それを自動車、 車両などの車体の構造材に利用しょうとする考え方そ のものが存在していなかった。 これは、 コンクリートは重く、 そのままでは自動 車、 車両など構造部材としては不向きであったこと、 鉄とコンクリートの複合部 材でハ二カム構造を工業的に製造すること力技術的に困難であったことに原因が あった。 また、 船舶などの構造物では、 鉄板が用いられるの力⁵'—般的であるが、 最近では衝突しても油等力 ^?流出しないように、 2重壁タンカーなどの開発が鋭意 進められている。 し力 し、 鉄製の船は一旦水が入ると、 その壁の比重が大きいの で、 ある一定量以上の海水が浸水すると沈没するという根本的問題がある。 本発明は、 上述したように、 土木 ·建築分野、 自動車 ·車両 .船舶などの機械 分野をはじめあらゆる構造部材において、 強靭、 軽量でしかも廉価な材料で構成 される複合構造部材を得ることを目的としており、 強靭、 軽量しかも廉価な構造 部材カ比較的容易に工業的に製造できる方法を提 fftすることを 的としている。 発明の開示

上記の 0的を達成するために、 本発明の基本的な構造として面保持体、 軽量材 と境界材からなる複合セル体および凝固材の 3要素からなる構造とした。 また、 この基本的な構造を造る手段として、 軽量材と境界材から構成された祓合材でな る複合セル体をまず造り、 その複合セル体を面保持体に配置/固着し、 各複合セ ル体と面保持体のそれぞれ力 '形成する間隙を凝固材によつて充填し、 構造体内部 の一部およびまたは全体が複合セル構造体で形成されるようにした。

本発明の構成に欠かせない要素についてそれぞれ説明する。 まず第一に面保持 体である力 ^?、 面保持体は面を保持し、 複合セル体を配置 Z固着する機能を有する 面体である。 従って、 金属などの剛体であってもよいし、 金網でもよく、 また高 分子材料でできたフィルムのように曲げることが可能なものであってもよく、 あ るいは炭素繊維シ一トなどの繊維シートなどの繊維網などの折り曲げ可能なフレ キシブルな材料であってもよい。 、 また金網や布、 繊維布などであってもよく、 要するに面を保持し複合セル体を配置 固着することができれば剛性体でも非剛 性体でもどちらでもよいが、 強度面を考慮すると、 引っぱりに強い剛性体を用い た方がよい。 具体的には、 薄鋼板、 鉄板、 ブリキ板、 高張力鋼製板、 超高張力鋼 製板などの剛性体またはプラスチック、 ビニール、 繊維製布、 炭素繊維シート、 厚紙シート、 フレツキシブル素材、 ガラス繊維シ一卜などが使用される。 また、 用いる面保持体の厚さ、 形状、 広さなどは、 本複合セル構造体の使用目的、 設計 強度、 デザインなどを考慮して決めればよく、 これらの諸要素に制限されるもの ではない。 但し一般的には、 廉価で最も力学的に効果的な材科としては、 コンク リ一トとより一体化して、 強靱な複合材料となり る薄肉の鉄板を用いる方が好 ましい。

第二に、 軽量な複合セル体である力'、 複合セル体に用いる軽量材としてブラス チック類などの合成樹脂、 ウレタンフォーム、 発 スチロールなどの発泡製樹 脂、 またはパーチクルボ一ドなど天然材料を固めた高分子材料や気体で充¾され た袋を用いてもよい。 この軽量材の少なくとも一面を囲む境界材として、 引つは りに強い材科を用いて複合セル体の基本構造とした。 境界材の材質としては鉄 板、 ブリキ板、 強化ブラスチックシートなど剛性の薄板や弓 Iつばりに強い炭素繊 維シートなどのフレツキシブルな材料を用いるとよい。 また、 アルミ笵ゃ髙分子 製の袋の中に気体を詰めたガス袋を用意してもよい。 最初に面の形状を保持する 構造体である面保持体間の面保持体の片面または両面に、 また、 各々の面保持体 力 ⁵ '形成する間隙に、 複合セル体を適当に間隔を置いてに配置する。 この時、 目的 に応じて、 複合セル体を面保持体に直接固着してもよい。

複合セル体の开^！犬としては、 正六角形か ましいが、 四角形でも、 三角形で も、 円形でもよい。 特に正六角形の場合には、 本発明の複合セル構造体はハニカ ム状構造を形成させることも可能となる。 この場合、 均質な構造を保持するため に、 一定の形状にすること力望ましい。 また、 複合セル体の単体の大きさとして は 2〜 3センチのものから数十センチ、 場合によっては 1メートルを超えるサイ ズのものを用意してもよレ、。

次に、 複数の複合セル体が並べられた面保持体を床や柱の構造体として適用す るようにした。 その適用方法としては、 まず、 複合セル体が一面に貼り付けられ た面保持体を積層化したり、 丸めて円筒形にしたものを重ね合わせ年輪开狱にし たり、 格子状に交叉させたり、 あるいはこれらを鋼管の中に詰めたり、 鋼鈑でサ ンドイッチにする。

第三に、 凝固材である力'、 上記の複合セル体が配置/固着された面保持体に よって形成される間隙に凝固材を流し込み充填することとした。 充填される凝固 材の材科としてはコンクリート、 セメン ト類、 モルタル類または石膏類 （以下、 本発明において凝固材という） が用いられる。 これら凝固材を該間隙に注入して 充填し、 凝固させるとよい。 比較的大きな間隙に充填する場合には、 通常のコン クリート、 セメントカ ^?安価であり、 一般的に使用されるが、 細かい間隙に注入す る場合には高流動性コンクリ一トまたはセメントミルクなどを用いると、 より簡 便に注入ノ充填ができる。

上記のようにすれば、 面保持体に配置 固着された複合セル体が存在する部分 、 流し込まれた凝固材の流入を排除し、 その部分だけ、 凝固材が入り込まない ようになる。 従って、 軽量材からなる複合セル体をひとつのセル構造とし、 かつ その軽量なセル構造が間隔を置いて複数並べられた複合セル構造体ができ、 従つ て全体として均質なセル構造が形成され、 しかも格段の軽量化を実現できる。 上記の方法により、 簡単に複数のセル構造を冇する複合セル構造体力構築され ることになる力'、 力学的な強度を主として有するのは、 凝固材で充填した部分、 即ちセルを縁どる各ァ一ム部分である。

このように、 複合セル構造体の力学的負荷を負うアーム部分は、 凝固材で充填 された部分である。 そのため、 各セル間のアーム部分の構造が'凝固材のみで構成 されていると、 ひび割れを起こしやすい、 引っ張りに弱いコンクリート類の特質 によって、 セル構造は破断しやすく、 部材全体としても強靱性を得ることが難し いことになる。

そこで、 上記の各複合セル体のアームを形成するコンクリート類またはモル夕 ル類を鉄などの金属体もしくは炭素繊維などでできたシートなどの引っ張りに強 い材料で Wみ、 これらの材料とコンクリ一トの複合材で構成される複合セル体と すると、 非常に強靱な構造体となる。 これを実現するために、 例えばコンクリ一 ト充填鋼管のように、 複合セル体の緣を引っ張りに強い金属類でサンドィツチす るのが最も効果的である。 何故ならば、 各セル体の各アーム部分の周辺に働く力 としては、 圧縮力と同時に引っ張り力カ作用するからである。 このようにして各 セル間の間隙には凝固材だけ充填させて、 アーム部分を形成するのではなく、 金 厲類もしくは炭素繊維との複合材にて形成した方が力学的に強靭な構造となる。 このセル構造のアーム部分の複合材を構築する具体的方法について以下説明す る。 基本的な方法として、 次の 3通りがある。 第 · -の方法は、 先ず、 樹脂、 ^分 子などでできた筒体の少なくとも一面または一部を金属で囲むか、 あるいは、 全 体を包む。 一般に、 最も力学的に安定して剛性の ぃ複合セル体の形 は正六^ 形である力 多面筒体、 円筒体などであればどれでもよい。 このようにすると、 内部が軽量材で充填され、 周囲が金属もしくはシ—ト材でできた複合筒体ができ る。.次に、 該筒体を切断して、 周囲の少なくとも -面が金属またはシートで囲ま れた複合セル体を多数製造することができる。 このとき、 切断の手段としては、 旋盤、 ウォータージェッ ト、 カッターなどによる方法力; '一般に用いられる力、 変 形、 変質を起こさず、 安価にしかも素早く切断する方法であればどのような方法 を用いてもよい。

第二の方法は、 予め鋼製あるいは炭素繊維などの新素材で構成された管あるい は多角柱にウレタンフォームなどの発泡性軽量材を揷入して、 次にこれを内部で 発泡させる。 この時、 これらの管あるいは筒ノ多角柱は、 各々の面は無孔である 必要はない。 即ち、 網で構成された管あるいは筒 Z多角柱であってもよいし、 適 当な間隔で適当な大きさの穴があいているものであってもよい。 次に、 製造され た複合円柱、 管あるいは多角柱を上記の第一の方法と同様にウォータージェッ ト、 旋盤切断機、 カッターなどで輪切りにする。 そうすると、 周囲が金属で囲ま れた複合セル体を多数製造することができる。

第三の方法は、 まず輪切りにされた鋼製の多面筒体や円筒体を用意する。 この 鋼製の多面体や円筒体を製造する方法としては、 型枠に溶けた鋼を流し込んだ り、 長い筒または鋼管などを輪切りにして製造する。 次に、 この鋼製の筒体の内 空の寸法に合わせて、 別途、 軽量材を製造しておく。 次に、 その軽量体の外側に 接着材を塗布し、 鋼製の筒体の内空に挿入して、 鋼製筒体の内面に接着する。 ま た、 本筒体の内空部分に発泡性樹脂などの軽量材を注入し、 発泡させることによ り、 軽量材で充填する方法をとることも可能である。

このようにして用意した複合セル体を面保持体に間隔を置いて配置 固^す る。 こうして面保持体上に多数の複合セル体が配置される。 この場合、 規則的に 配置する方力'力学的強靭性を得る上で好ましい。 この時、 複合セル体を一旦貼り 付けた状態で、 面保持体を積層したり、 ロール状或いは渦状に巻いたり、 同心円 上に重ねたりして、 基本となる構造体を製造してもよいし、 面保持体をロールし て最終的な曲率を得た時点で、 予め貼り付ける一面をその曲率に合わせて製作し ておいた複合セル体を配置 Z固着させながら複合セル構造体を製造してもよい。 固着ノ張りつける方法としては、 通常、 接着剤などが使用される。 また、 力学的 な一様性を保っためには、 一定の間隔で面保持体に接着するのが望ましいが、 Θ 的に応じて溶接法を用いたり、 ビス、 ネジ、 ボルトなどで機械的に止めてもよ レ、 n 次に、 圧縮工程の入った複合セル構造体の製造方法について説明する。 先ず、 平板状の面保持体の上に予め用意した合成樹脂でできたフィルムを固着し、 複合 材からなる板を製造する。 さらに、 発泡材をグリッ ド状に配置した後、 該祓合板 で上下からはさみ込み、 必要に応じて圧縮してサンドイッチし、 グリッ ド状に配 置された発泡材を発泡させる。 このとき、 発泡材を発泡させてからサンドイッチ してもよいし、 サンドイッチしてから発泡させてもどちらでもよレ^ このように して多数の複合セル体を内部に有する複合セル板を製造する。 このようにしてで きた複合セル板はそのままでも使用できる。 次に、 必要に応じて、 できた複合セ ル板を各グリッ ドを残すように切断して、 多数の袋状の複合セル体を製造する。 また、 複合七ル板ができた時点でこれをそのまま複合セル体の集合物として、 複 合セル構造体を製造するための構造材料として -括して取り扱ってもよレ 。

次に、 各面保持体と多数の複合セル体との間隙を凝固材で充填させる。 各複合 セル体の周辺は金属で構成されており、 その間隙が凝固材で充填されることによ り、 縁が金厲と凝固材の複合材で構成される複合アームを形成させることができ る。 凝固材で充填する場合において、 従来のように金属問だけ埋めていくという 方法にとらわれることなく、 上から或いは横から連続的に流し込めばよい。 こう して、 複合セル体がこれら凝固材の流入を阻止し、 容積を占める結果となる。 こ のとき、 場合によっては面保持体に切り欠き部分や開口部分またはスぺ—サ一な どを挿入することにより、 凝固材の注入 Z充填をより早く しかも確実に行うこと ができるようになる。 流し込む凝固材として、 ハイバ一フォーマンスコンクリ一 トなどの高流動性コンクリートなどを用いると、 速やかに間隙の隅々まで流入 し、 効果的である。 このようにして、 内部が軽量材で充填された複合セル体を用 いた場合、 複合セル体のの存在する部分は自動的に凝固材カ ^ '排除されることにな り、 金属間または炭素繊維シート間のみが充填されることになり、 複雑な工程が 不要となる。

さらに、 このようにしてできた複合セル構造体を角柱、 円筒状の剛性管に挿入 して、 該複合セル構造体と剛性管の間隙に凝固材を充填して凝固させて柱状構造 体を製造して、 より強靭な構造体の構築も可能となる。 このときに用いる剛性管 としては各種の鋼管が用いられる力⁵'、 例えば、 強化プラスチック製のものでも、 F R P製のものでも剛性を備えた管であればどのような材質、 形状のものでも使 用できる。

本発明に必要な構成要素として、 最初に面保持体、 次に軽量材と剛性薄板から なる複合セル体、 これらの間隙を埋める凝固材などがある。 これらの要素が受け 持つ作用について、 順次説明する。 最初に面保持体であるが、 この面保持体は各 セルを構造体の中で規則的に配置/位置づけをするものであり、 複合セル体で構 成される一つの面を保持する働きを有する。

次に、 複合セル体の構造について説明する。 複合セル体は中心を構成する軽量 材部分と周辺やセル体の外壁をかたちどる境界材部分の 2つから構成される。 セ ル構造の軽量材部分は各セルを軽量化する働きを有するとともに、 空間を占冇 し、 コンクリ一トなどの凝固材力各セル内に入り込まないようブロックする働き をし、 構造体全体として重量を軽量化する役割を担っている。 また、 断熱作用や 吸音作用などもある。

セル構造の外縁を形成する境界材部分は各セルの形状を強固なものとし、 各セ ル構造が圧壊などしないように、 力学的な強度を保つ働きを有する。 また、 各セ ル間はコンクリートなどの凝固材で埋められるが、 近接の複合セル体の境界部分 材と一体となって、 その相乗作用により力学的に非常に大きな耐荷重性を生み出 す。

各複合セル体は面保持体に接着剤、 場合によってはボルト · ナッ トなどで固^ される。 面保持体は各複合セル体を一定の間隔で並べる際の基盤としての働きを し、 面保持体として鋼板や炭素繊維製のシートなどを用いると、 強度を大きく強 める作用を生むこととなる。

面保持体は一層にしても多層にしてもどちらでもよレ が、 一般的には、 多層化 して各面保持体をサンドィツチ状に多層構造にした方が各面保持体の強度を利用 できることになるので、 面保持体が力学的に、 より効果的に働くことになる。 面保持体を積層化する方法としては、 平板状の面保持体を重ね合わせたり、 平 板状の面保持体を丸めて渦状にしたり、 年輪状に重ねたりする方法があり、 この ようにして積層させると'、 引っ張り強度を有する面保持体が複合部材の中で相乗 的に作用するようになり、 全体として強度が大きくなる。 本発明における凝固材は各複合セル体が面保持体に配置 z固着され、 構造部材 の中で一定の空間をしめた後、 各複合セル体間に形成される空間を充填する働き を有する。 また、 凝固材は各複合セル体の境界材と一体となり、 複合セル体を形 成する各部材がコンクリート充填鋼管のような力学的相乗効果を発揮するように 働く。

各複合セル体内に液体を有する袋 （液胞） を揷人する場合においては、 各複合 セル体内に密封された液胞は構造体の減衰性能を¾める働きを有する。 即ち、 構 造体が揺れた際に、 液胞内の液が揺れてその中の液体が動くことによりエネル ギ一が消費され、 構造物の減衰が促進されることにより、 内部ヒステリシスが^ くなり、 構造物の減衰性が高くなる。

上記の複合セル体の製造方法としては、 以下のような方法がある。 内部材とし て、 軽量材でできた柱状体を用意する。 この場合、 正六角柱を用いると力学的に 最も強固な構造となる力⁵'、 用途に応じていろいろな形状のものを用いることがで きる。 この柱状体を薄肉の板または膜で巻き、 回りが金属で囲まれた柱状体を製 造する。 次に、 この柱状体を輪切りにすると、 内部が軽量材で、 境界材が金属ま たは繊維でできた、 複合セル体ができ上がる。 輪切りの仕方としては、 柱の長軸 方向に交叉して直線的に切断する方法と、 柱長軸に対して円弧状に切断する方 とがある力'、 前者は六角形型複合セル体を固着する面保持体が平面である場合に 用いられ、 後者は面保持体がスクロール状や円^形など曲率を持った面である ¾ 合に用いられる。

もう一つの製造方法として、 予め中空の金属製の柱に、 発 スチロールやウレ 夕ンフォームの原液を入れ、 発泡させる。 そうして中空力軽量材で充填させた柱 状体が形成され、 次にこの柱状体を輪切りにして、 ヒ記のような複合セル体を^ また、 予め輪切りにされた形状の金属または繊維でできた境界材を用竞してお き、 それに発泡性の樹脂を充填し、 発泡させることによって製造することもでき る

さらに、 軽量材からなる部分片をアルミ箔ゃ金属膜でラップしたり、 ガスをァ ルミ袋や金属袋でラップしたりして、 上記と同様の構造を有する複合セル体を得 ることも可能である。

上記のようにして構成された複合セル体を引っ張りに強い材料で構成される面 保持体に配置または張りつける。 面保持体、 複合セル体間の間隙に注入する凝 材により、 最終的に固化されるので、 一時的な固着でもよい。

このように、 各セル構造の基礎となる複合セル体が面保持体に固着されてでき 上がった面保持体に凝固材を流し込む。 さらに、 各複合セル体の内部は軽量材で 構成されているため、 その部分には凝固材が流れ込まずに、 空隙であった面保持 体間あるいは各複合セル体と複合セル体の間に流れ込むことになる。

こうして、 各複合セル体の骨格を形成するアーム部分は、 鉄などの剛性体とコ ンクリートなどの凝固材の複合材料によって各セル構造が形成されることにな この構造体は、 例えば圧縮力に対しては、 内部の多数のセル構造力 ^?積層状態で 荷重を分担することになり、 各構造の部材であるセル構造が形成するアームの部 分は、 剛性体と凝固材の複合材となっており、 アーム部分について力学的作用を 解析すると、 荷重が掛かった場合、 引っ張り力には引っ張りに強い金属が対応 し、 圧縮力には圧縮に強いコンクリートなどの凝固材が対応することになる。 こ の相乗的作用により、 極めて強靱な構造となることがわかる。

この作用をさらに詳しく解析すると、 先ず、 上からの圧縮力に対して、 個々の 複合セル体が荷重を分散しな力 ら、 凝固材部分であるアーム部分が圧縮力に耐え る。 この時、 各複合セル体はこの圧縮力に酎えるため、 横に広がろうとする。 即 ち、 この柱状体が圧縮力を受けた場合、 充填された多数の複合セル体には、 面保 持体である鋼管の円周方向に力が加わる。 従って、 複合セル体は横に膨張しょう とする力'、 周辺の面保持体は膨張しょうとする面保持体の内部を周囲から締めつ けるように働く。 このように面保持体には引っ張り力が働く力 面保持体はこの 場合、 金属などの引っ張り力に強い材料でできている。 従って、 内部のアーム部 分を形成するコンクリートの耐圧縮力と相まつて相乗的に耐荷重作用を発揮す る。 このようにして複合セル構造体全体として、 極めて強靱な構造体となる。

一方、 面保持体として、 非剛性体を用いた場合は、 上記のような非常に強い 相互作用は生じないが、 それでも各複合セル体にはある程度の剛性体と凝固材の 相乗作用で耐荷重強度が増加する。

さらに、 本発明の複合セル構造体の重量は、 各複合セル体内の軽量材が大きな 容積を占めており、 重量構造物としては各複合セル体の境界材または面保持体の 部分および凝固材部分のみとなる。 従って、 全体としての構造体の重さは、 同程 度の強度を有する従来の構造体、 支持体に比べ、 著しく軽量となる。

また、 各複合セル体の内部は、 軽量材で充填されており、 著しい変形が生じる ことがない。 また、 複合セ.ル体の一部のアーム部分が変形してもその変形による 荷重モ一メントの増大は大幅に抑制されるため、 一度に崩壊的に変形をすること がなくなる。 従って、 これまでの構造材にはなかつた、 軽 ¾で強靭しかも粘りの ある構造体となる。

板状の複合セル構造体の場合は、 複合セル構造体自体でも十分な強度を する 構造体となりうるものである力 本発明の板状複合セル構造体を両面の外壁と し、 各複合セル構造体間の中空部分をウレタンフ 4—ム等の軽量材で充坑するこ とにより、 その複合作用によって、 軽量でより高い比強度を有する板が構築され る。

本発明の複合セル構造体を用いた柱状体や板状体などは、 繊維や鋼線でストレ スを掛けることが可能なので、 その形状を工夫してブレストレスやボストストレ スをかけて、 より強靱な力学的強度を持たせることも可能となる。 図面の簡単な説明

第 1図は各種複合セル体の実施例を示す斜視図である。

第 2図は六角形型複合セル体の製造方法を実施例を示す斜視図である

第 3図は平板状複合セル構造体の実施例を示す斜視図である。

第 4図は六角形型複合セル体を配置した実施例を示す平面図である。

第 5図は円筒型複合セル体を配置した実施例を示す平面図である。

第 6図は複合セル体の製造方法の実施例を示す斜視図である。

第 7図は口一ル状複合セル構造体の実施例を示す斜視図である。

第 8図は缶型複合セル体の製造方法の実施例を示す斜視図である。

第 9図は年輪状複合セル構造体の実施例を示す斜視図である。 第 1 0図は平板状複合セル構造体の製造方法の実施例を示す斜視図である。 第 1 1図は波板状面保持体と複合セル体からなる基本構造体の実施例を示す図で ある。

第 1 2図は基本構造体の実施例を示す斜視図である。

第 1 3図は円柱状複合セル構造体の製造方法の実施例を示す斜視図である。 第 1 4図は円柱状複合セル構造体の製造方法の実施例を示す斜視図である。 第 1 5図は角柱状複合セル構造体の基本構造体の実施例を示す斜視図である。 第 1 6図は角柱状複合セル構造体の製造方法の実施例を示す斜視図である。 第 1 7図は液胞を内部に抱えた複合セル体の実施例を示す斜視 .断面図である。 第 1 8図は渦巻き状面保持体の実施例を示す断面図である。

第 1 9図は平板状複合セル構造体の製造方法の実施例を示す図である。

第 2 0図は圧縮型複合セル体の製造方法を示す図である。 発明を実施するための最良の形態

各実施例について、 順次図面を参照して説明する。 先ず、 図 1は、 各種複合セ ル体を示したものである。 複合セル体 1の軽量材 2としてはウレタン製発泡樹脂 材が'軽量材として用いられており、 その軽量材 2を取りまくように、 弓 Iつ張り力 に強い薄鋼板でできた境界材 3が取り付けられている。 本発明においては、 複合 セル体 1の形状として、 様々な形状が考えられる力?、 ここではその代表的なもの として、 円筒型複合セル体 4、 三角形型複合セル体 5、 四角形型複合セル体 6、 五角形型複合セル体 7を示した。 また、 軽量材 2を内部構造として有する缶型複 合セル体 9、 カブセル型複合セル体 1 0およぴ半球形 Z碗型複合セル体 2 2も示 した。

図 2は六角形型複合セル体 8の製造方法について図示したものである。 まず、 六角柱の形状をしたウレタンフォーム製の軽量材 2を用意した。 次に、 軽量材 2 の回りを引っ張りに強い材科であるプリキ製薄鋼板 1 1で軽量材 2の柱軸に平行 に軽量材の外周面を接着材を利用してブリキ製薄鋼板 1 1を接着させながら巻い た。 このようにして内部力 ^s '軽量材 2で形成され、 周囲がブリキ製薄鋼板 1 1で形 成される複合六角柱 4 0ができた。 次に、 この複合六角柱 4 0を旋盤切断機を用 いて輪切りにして六角形型複合セル体 8を製造した。

図 3で示す実施例は、 平板状面保持体 1 4に六角形型複合セル体 8を規則的に 配置し、 合成接着材で固着し、 これにカバー体 1 5を上方向から重ねて製造した 平板状基本構造体 3 4を示した図であり、 コンクリ—ト等の凝固材を注入する前 のものである。 図 3では見やすいよう手前の上部カバ一体 1 5を一部切断した図 を掲載した。 各複合セル体の軽量材はウレタン製発泡樹脂材 1 3でできており、 境界材はブリキ製薄鋼板 1 】でできている。

また、 図 4で示す実施例は平板面保持体 1 4に六角形型複合セル体 8を規則的 に配 Sした例を示したものであり、 図 5は円筒型複合セル体 4を平板面保持体 1 4に規則的に配置した例を示したものである。

図 6で示す実施例は、 平板用六角形型複合セル体 4 2および曲面用六角形型 ¾ 合セル体 4 3の両方の製造方法を示したものである。 まず、 中空鋼製六角柱 4 1 を用意し、 この中空鋼製六角柱 4 1内部にウレタン製発泡樹脂材 1 3を適当量流 し込み、 発泡させた。 樹脂発泡後に鋼製六角柱複合体 4 4をウォー夕一ジェット を用いて、 一つは平面に切断し平板用六角形型複合セル体 4 2を製造し、 他は設 計した曲率に合わせた曲面に切断し、 曲面用六角形型複合セル体 4 3の 2種類の 六角形型複合セル体を製造した。

図 7は口—ル状複合セル構造体 1 6の凝固材で固める前の基本構造を示したも のである。 曲面用六角形型複合セル体 4 3を必要数用意し、 次に平板状面保持体 1 4にこれら曲面用六角形型複合セル体 4 3を配置/固着し、 該面保持体 1 4を ロール状に卷ぃたものである。

図 8で示す実施例は、 缶型複合セル体 9の製造方法を図示したものである。 薄 鋼板でできた缶胴 3 1の内部と同じ形状に各サイズを予め合わせておいた発 ス チロール製の軽量材 2を挿入して、 薄鋼板でできた缶蓋 3 3と底蓋 3 2で密封 し、 固着して缶型複合セル体 9を製造した。

図 9は年輪状複合セル構造体 2 0を円筒型鋼製管 2 1に挿入して、 コンクリー トを注入して凝固させてできた円柱型の年輪状複合セル構造体 2 0を円柱の柱軸 方向に直角方向に切った切断図であり、 中央部分の表層を切り落として内部を見 やすく したものである。 次に、 この円柱型年輪状複合セル構造体を製造した工程 を順次説明する。 まず、 年輪を形成するための直径の異なる 3種類の円筒状面保 持体鋼管 2 9を用意した。 予め用意した曲面用六角形型複合セル体 4 3を円筒状 面保持体鋼管 2 9の全面に均等に配置し、 それぞれの複合セル体を合成接若剤を 用いて該面保持体鋼管に固着させた。 次に、 直径の大きなものから順番にそれぞ れの該而保持体鋼管 2 9の中空部に他の面保持体鋼管を挿入していった。 このよ うにして重ね合わされた、 複合セル体力⁵'取り付けられた面保持体鋼管間に凝固材 として高流動性コンクリート 1 8を注入した。 高流動性コンクリート 1 8を各「 筒状面保持体 2 9の間、 ならびに各曲面用六角形型複合セル体 4 3間の空隙に十 分に入り込ませ、 充填した後凝固させた。 このようにして図 9に示す年輪状複合 セル構造体 2 0を製造した。 なお、 本円柱型年輪状複合セル構造体 2 0に用いた 複合セル体は六角型複合セル体であり、 予め取り付けるそれぞれの面保持体の曲 率に合わせて接着面を調製したものを用いた。

図 1 0は平板状複合セル構造体 3 0を製造する方法を示した図である。 最初 に、 円筒形型複合セル体 4を複数用意し、 これらを平板状面保持体 1 4に規則的 に配雷/固着させ、 次に、 これと同様にして製造した 2枚目の円筒型複合セルが 固着した平板面保持体を一枚目の平板状面保持体〗 4に重ねた。 次に、 これらを 型枠】 7に収め、 さらに型枠の切り欠き部分 3 7から高流動性コンクリート 1 8 を注入した。 また、 本面保持体にも切り欠き部 5 4を設けてあり、 間隙部への充 填がスムーズに行った。 凝固させた後、 型枠 1 7を取り除いて、 平板状複合セル 構造体 3 0を製造した。

図 1 1は波板状面保持体 1 9に三角形型複合セル体 5を配置ノ固着した平板状 複合セル構造体の基本構造を示した図であり、 本実施例は凝固材を注入する前の 構造状態を示している。 この図 1 1は基本構造 （本凳明においては面保持体と祓 合セル体の組み合わせをいい、 基本構造とは以下この構造を指す） である波板の 平面図、 正面図、 底面図、 裏面図、 左側面図、 右側面図をそれぞれ描いたもので ある。 波板状面保持体 1 9に三角形型複合セル体 5が交互に配置され、 隣接する 該複合セル体間が間隙となっている。 さらに、 図 1 2はこの基本構造体 1 2の斜 視図であり、 三角形複合セル体 5を配置/固着した位置を示した。

図 1 3は円柱状複合セル構造体 4 5を製造する方法を具体的に示した図であ る。 最初に円筒型複合セル体 4を予め配置 固着させた直径の異なる 3種類の円 筒状面保持体 2 9を用意する。 さらにこの面保持体にスぺーサー 5 3を取り付 け、 それぞれの面保持体間の間隙が均一となるように重ね合わせ、 重ね合わせた まま円筒型鋼製管 2 1に挿入した。 次に、 流動化させておいたコンクリ一ト 1 8 をこの管ヒ部口から注ぎ込み、 凝固材であるコンクリ一ト 1 8で該管内部を充填 した後、 コンクリート 1 8を凝固させて円柱状複合セル構造体 4 5を製造した。 図 1 4はロール状面保持体 4 6を用いた円柱状複合セル構造体 4 5を製造する 方法を具体的に示した図である。 最初にブリキ製薄鋼板 1 1を用意し、 これに円 筒型複合セル体 4を配 固若させた。 この平板を今度は口一ラーで卷取り、 极 合セル体が固着した口—ル状面保持体を製造した後、 これを円筒型鋼製管 2 1に 挿入した。 次に、 流動化させておいたコンクリート 1 8をこの管上部に 1から注ぎ 込み、 凝固材であるコンクリート 1 8で該管 2 】内部を充填した後、 コンクリー ト 1 8を凝固させて円柱状複合セル構造体 4 5を製造した。

図 1 5は交叉状面保持体 4 7を用いた角柱状複合セル構造体 4 8の基本構造を 示した図である。 この図は、 十字状に交錯させた交叉状面保持体 4 7に円筒型複 合セル体 4を配置 Z固着させ、 この複合セルが固着された交叉状面保持体 4 7を 角柱型鋼製管 4 9に挿入しているところである。

図 1 6は平板状面保持体 1 4を用いた角柱状複合セル構造体 4 8を製造する方 法を具体的に示した図である。 最初にブリキ製の平板薄鋼板 1 1を用意し、 これ に円筒型複合セル体 4を配置/固着させた。 この平板を 4枚製造し、 ボルトナツ ト 5 0によって積層し、 ボルト孔 3 8を通して、 固定した。 次にこれを角柱型鋼 製管 4 9に挿入した後、 流動化させておいたコンクリ一ト 1 8をこの管上部口か ら注ぎ込み、 凝固材であるコンクリート 1 8で該管 4 9内部を充填した。 最後 に、 コンクリート 1 8を凝固させて角柱状複合セル構造体 4 8を製造した。 図 1 7は液胞 2 6を内部に抱えた複合セル体の例を示したものである。 これは 缶型複合セル体 9であり、 軽量材 2の内部に液胞 2 6を抱えている。 液胞 2 6は 周囲を薄膜ブラスチック小袋 5 1で囲まれ、 内部は水液 2 7と空気 2 8が入って レ、る。 この軽量材 2の外周は薄鋼板で缶状に包まれており、 缶型複合セル体 9を 構成している。 図 1 8は 2棟類の渦卷き状面保持体を柱軸に対し、 ^角断面の上方向から昆た ところを表わした [¾]である。 ここでは、 一極渦巻きの而保持体 5 5と一-極渦巻き の而保持体 5 6の例について図示した。

図 1 9は液胞 2 6を内部に抱えた平板状複合セル構造体 3 0の製造方法を示し たものである。 最初に、 平板状ブレス鋼板 2 3を用意し、 これを予め断而が台形 の形状を有するセルを規則的に配置した金型を準備し、 これを用いて平板状ブレ ス鋼板 2 3をブレスしてセ.ル部分を凹状にへこませてブレスホール 2 4を作つ た。 さらに、 製造したブレスホール 2 4が多数配置された平板に、 各プレスホー ルのサイズより小さく、 水 2 7および空気 2 8力'封入された薄膜プラスチック小 袋 5 1 を各プレスホールに一個ずつ入れた後、 発泡性スチロール材 3 9を入れ、 同時に 成接若剤 2 5を平板状ブレス鋼板 2 3の凸部分に塗った直後に、 鋼製平 板 （フレスしていない平 ffiなもの） 5 2で蓋をした。 この、 鋼製平板 5 2で密閉 した後、 発泡スチロール材 3 9を ¾泡させた。 このようにして製造した他の複合 セル平板体を 4枚重ね、 また、 これらの複合セル平板体間の問隙を流動性コンク リート 】 8を流し込んで十分に充培した。 このようにして、 全ての間隙をコンク リート 1 8で充填し、 最終的にこのコンクリート 1 8を凝固させて液胞 2 6を内 部に多数抱えた平板状複合セル構造体 3 0を製造した。

図 2 0は軽量材であるウレタン製発泡材 1 3をグリッ ド状に配置して、 サンド ィッチ状複合セル体 6 0を製造した手順について図示したものである。 初に、 平板状の而保持体の上に予め用意した合成樹脂製のフィルム 5 7を固着し、 複合 材からなる板 5 8を作った。 さらに、 ウレタン製発泡材 1 3をグリツ ド状に配 1?： し、 該複合板で上下からはさみ込んだ。 図では、 このときの状況を、 本複合セル 構造体板を板に垂直な面で切断した例を断面図として示した。 次に、 、 圧縮して サンドイッチし、 グリッド状に配置された発泡材を発泡させた。 このようにして 多数の複 セル体を内部に有する複合セル板 5 9を製造した。 次に、 できた ¾合 セル板を各グリッ ドを残すように図で示された切断部分 3 5で切断して、 多数の サン ドィッチ状複合セル体 6 0を製造した。 産業上の利用可能性 本発明は、 以上説明したように構成されているので、 以下に記載される効果を 奏する。 先ず、 本発明の複合セル構造体は、 これまでにない新規な複合構造であ り、 軽量でしかも強靭な構造体となり、 さらに製造而においても、 従来のハニカ ム構造体などの製造方法より簡単になっている。 また、 従来必要とされていた型 枠などの使用や、 板を折り曲げて接着していくという複雑な工程力不要となり、 工業的に多数のセル構造で構成される構造物 ·構造体の製造が容易となる。 従つ て、 セル構造を製造する費用、 労力、 時問を格段に低減できる。

本発明の複合セル構造体により、 従来の構造体より軽量でしかも強靭な構造体 となる。 大きな荷重力 ⁵'掛かった場合でも、 各々の複合セル体内が軽量材で充坑さ れているので、 従来の空隙のあるハニカム構造のように、 急激で大きな変形が生 じることはなく、 崩壊的な破壊は起らない。 従って、 力学的に粘りのある構造体 力 ^s '形成できるようになる。

本発明の複合セル構造体を構成する材料としては、 通常のハニカム構造材に用 いられているジュラルミンゃチタンなど高価な材料を用いなくとも、 建築や土木 で一般に用いられる鉄板やブリキ、 コンクリー ト、 ウレタンフォーム、 発泡スチ ロールなどの廉価な材料で構成でき、 構造体を製造する際の原料費が極めて安価 にな^)。

面保持体に配置 κ固着する複合セル体の形状や大きさ、 厚さ、 並べ方、 並べる 密度などによって、 最終的にでき上がる面保持体に俠まれるコンクリートもしく はセメン トなどの凝固材のセル構造の形状、 大きさ、 密度が用途 . 目的に応じ て、 予め自由に設計できることになる。 また、 面保持体を巻く回数、 あるいは ί· 層数などを変えることにより、 本発明の板や柱、 梁が持つ強度、 重量、 靱性等を 自 在に変えることも可能となる。 このことは、 構造物の有する設計強度、 量、 靱性等を自由自在に設計できる範囲を格段に広くすることができることを s 味し、 軽景でしかも様々な用途 · 目的に応じた板、 柱、 梁などの基本的な構造部 材を自在に製造することが可能となる。

本発明の複合セル構造体を使用した板や柱、 梁は極めて軽いので、 運搬が容¾ になり、 運搬コス トの大幅な低減が可能となる。

本発明の複合セル構造体を使 fflした板や柱、 梁は極めて軽く非常に強靱なの で、 超高層ビル、 長大撟などの大型構造物に利用すると、 従来の構造体では到底 達し得なかった程の高い超々高層ビル、 超長大橋などの超大構造物の建設が可 n となる。

本発明の複合セル構造体で構成される板、 柱、 梁などの構造材は極めて軽い 、 本発明で使用.されるコンクリートやセメントミルクなどの凝同材は現場-で打 つことも可能である。 従って、 面保持体および複合セル体で基本構造を予め製造 しておき、 この軽量な基本構造体のままで運搬し、 現場にて凝固材であるコンク リートを流し込み、 本発明の複合セル構造体を製造すること力 '可能となる。 従つ て、 面保持体を稷層化したり、 ロール状に巻いたりする作業が建設現場で行う必 要がなくなり、 より簡単に現場での製造工事を行うことができるようになる。 即 ち、 本発明の構造体はその構築に当たり、 作業性が極めてよい構造体であり、 格 段の作業効率を上げることができる。

また、 本発明の複合セル構造体で構成される板、 柱、 梁などの構造体を、 自動 車や車両の車体や床 ·天井などの構造体にも利用することもできる。 この場合、 車体の重量を極めて軽量化すること力可能となり、 丈夫でしかも軽量なため省ェ ネルギ一で駆動できる自動車や車両を製造することが可能となる。 従って、 自動 車の車体構造に本発明の構造体を利用すると、 燃費が著しく向上し、 環境保全上 も排気ガスが低減することになり、 その効果が期待できる。

自動車のサイ ドビームを本発明の複合 匕匕 セル構造体で造れば、 本発明の構造体は 荷重によって変形する際の吸収エネルギーが大きく、 また強度や靱性も極めて高 くなることから、 衝突した場合、 大きな耐荷重性能により、 相当の衝突荷重を受 けても衝撃を吸収して持ちこたえることができるようになるので、 搭乗者をより 安全に保護すること力 s可能となる。 また、 本発明の構造体でサイ ドビームを造る と、 軽量化も図れる。

本発明の構造体で船の甲板や船体を造ると、 構造体のセル内を充填するウレ夕 ンフォームなどの軽量材の比率を大きくすることにより、 構造体自身の比重が水 よりも比重が軽くなり、 漏水しても沈まない船ができる。 同様に、 水中トンネル や水中チューブのセグメン'トを本発明の構造体で造ると、 水に浸水しても沈まな レ 、 構造体自体力水に浮く浮力を持った水中構造物となり、 より確実に安全性を 確保できる。 また、 海上に浮かぶ、 海上空港、 あるいは海上都市、 プラッ トホー ムなどのような超大型浮体式構造物の建設に最適の構造材を提供するものであ る。

本発明の複合セル構造体を用いると、 複合セル体の軽量材がその内部に空気な どの気体を多く含有する材料であり、 構造全体も空気などの気体含有率が ^い構 造物となる。 従って、 内部エネルギー吸収率が高くなり、 特に平板またはバネル として本発明の構造体を使用すると、 従来の構造体よりも、 騒音を遮断する防 ΪΤ 効果に優れた構造物となる。 さらに、 液胞を挿入した場合は気体よりも内部エネ ルギー吸収率が髙くなり、 大きな騒音、 振動遮断効果を有するようになる。

また、 上 ¾に説明したように本発明の複合セル構造体は軽量材の中に空気など を多く含有するので、 熱伝導率が低く、 断熱効果が い構造部材である。

さらに、 内部構造的には多数の複合セル構造からできているので、 内部ヒステ リシスカ高い構造物となる。 従って、 本発明の複合セル構造体は基本的に振動を 吸収しやすい構造物となる。 たとえば、 自動車のボディに利用すると、 制振効果 力⁵'大きくなり、 静かな自動車の製造が可能となる。

上記のごとく、 本構造物は基本的に構造減衰率が高い構造体であり、 建築や土 木構造物に本発明の構造物を適用すると、 揺れにくい構造物となる。 この効果は 複合セル体の内部に液胞を設けると、 液力 ^?動くことによって、 振動エネルギーを 吸収するので、 さらに効果的となり、 構造減衰率が極めて髙く、 揺れにくい構.; Ϊ 物の建造を目的とした利用が可能となる。 また、 遮音壁や家の壁などに本発明の 構造体を適用すると、 音をより効果的に吸収し静かな家屋を建築することができ る Ο

本発明の複合セル構造体は、 工場で一貫生産が可能となるので、 品質管理が齩 密にできるようになり、 極めて品質の高い構造体の製造ができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 剛性体または非剛性体からできた面保持体の片面または両面に、 その内部が 軽量材から成り周囲を構成する境界材の少なくとも一面が剛性体から成る塊状を した複合セル体力複数配置 固着され、 該複合セル体が配置されている該面保持 体がロール状、 年輪状、 渦巻き状、 積層状、 板状または交叉状に形成され、 各該 複合セル体と面保持体のそれぞれカ形成する間隙が凝固材によって充填された構 造であることを特徴とする複合セル構造体。

2 . 複合セル体の軽量材として発泡性樹脂またはブラスチック類の内、 少なくと も 1種以上を用いたことを特徴とする請求； Iff 1に記載の複合セル構造体。

3 . 凝固材としてコンクリート類、 セメン ト類、 モルタル類または石膏類の内、 少なくとも 1種以上を用いたことを特徴とする請求頊 1に記載の複合セル構造 体。

4 . 面保持体として金属製板、 合成樹脂製または繊維製シート、 または高分子材 科でできたシートの内、 少なくとも 1種以上を用いたことを特徴とする請求項 1 に記載の複合セル構造体。

5 . 面保持体に切り欠き部分およびまたは開口部分を設けたことを特徴とする請 求项 1に記載の複合セル構造体。

6 . 複合セル体の境界材における剛性体が薄金属製板、 金属製箱または缶、 合成 樹脂製または繊維製のシ一トの内少なくとも 1種以上よりなる複合セル体を冇す ることを特徴とする請求項 1に記載の複合セル構造体。

7 . 面保持体にスぺ一サ一を設けたことを特徴とする請求項 1に記載の複合セル 适体。

8 . 剛性の管で周囲が囲まれた構造を特徴とする請求項 1に記載の複合セル構造 体。

9 . 2枚以上の平板状の剛性板に挟まれたことを特徴とする請求項〗に記載の複 合セル構造体。

1 0 . 複合セル体の内部に液胞が揷入されていることを特徴とする請求項 1に記 載の複合セル構造体。

1 1 . 剛性の管が金属製または強化合成樹脂製であることを特徴とする請求 Φ: 8 に記載の複合セル構造体。

1 2 . 平板状の剛性板が金属製または強化合成樹ΐί製であることを特徴とする詰 求項 9に記載の複合セル構造体。

1 3 . 次の各工程が含まれることを特徴とする請求項】に記載の複合セル構造体 の製造方法。

(ィ） 柱状の軽量材の側壁に剛性薄板を貼り付けるかまたは、 円筒状または角柱 状の剛性薄板からなる管に発泡性樹脂材を注入した後、 発泡させることにより、 該剛性' の内部を軽 E:材で充填させることにより 状複合体を形成する第 1ェ 程。

(口） 該柱状複合体を柱軸に :角方向に切断、 またはスライスして多数の複 セ ル体を製造する第 2工程。

1 4 . 次の各工程が含まれることを特徴とする請求 J 】に記載の複合セル構造体 の製造方法。

(ィ） 軽 材に剛性薄板を少なくとも 1面に貼り付けて複合体を製造する第 1ェ 禾王。

(口） 該複合体を面保持体の面に対して垂直方向から三角形、 四角形、 五角形、 六角形、 円形、 楕円形に切断して複数の複合セル体を製造する第 2工程。

1 5 . 次の各工程が含まれることを特徴とする請求项 1に記載の複合セル構造体 の製造方法。

(ィ） 平板状の面保持体の上に合成樹脂およびまたはプラスチック製のフィルム を固着し、 複合板を製造する第 1工程。

(口） グリツ ド状に発泡材を配置し、 該複合板でサンドイッチする第 2工程。 (ハ） 各グリッ ドの該発泡材を発泡させる第 3工程。

(二） 各グリッ ドを切断して、 多数のサンドィツチ状の複合セル体を製造する

4工程。

1 6 . 次の各工程が含まれることを特徴とする請求项 1に記載の複合セル構造体 の製造方法。 ·

(ィ） 平板状の面保持体の上に合成樹脂のフィルムを固若し、 複合板を製造する 第 1丁程。

(口） グリッ ド状に発泡材を配置し、 該複合板でサンドィツチする第 2工程。 (ハ） 各グリッ ドの該発泡材を究泡させる第 3工程。

(二） 各グリッ ドをプレスして、 多数のサンドィツチ状の複合セル体を内部に冇 する複合セル板を製造する第 4工程。

1 7 . 面保持体上に、 複合セル体を配置ノ固着させた後、 該面保持体をロール状 に巻き、 あるいは年輪状に重ね、 筒状のものとし、 該筒状の形状となった複合セ ルを持った面保持体を剛性管または缶に挿入し、 次に、 流動状の凝固材を注入し て充填した後、 凝固材を凝固させることを特徴とする請求項 1に記載の複合セル 構造体の製造方法。

1 8 . 平板の面保持体上に、 複合セル体を配置/固着させた後、 該面保持体を板 として積層状に重ね、 各該面保持体間の間隙に、 流動状の凝固材を注入して充填 した後、 凝固材を凝固させることを特徴とする請求項 1に記載の複合セル構造体 の製造方法。

1 9 . 予め複合セルの面保持体に固着させる一面を該複合セルを配 ¾ノ固着する 面保持体の表面の曲率に合わせて製造し、 該複合セルを該面保持体の表面に配置 固着させた後、 該面保持体をロール状、 年輪状、 渦卷き状、 積層状、 板状また は交叉状に重ね、 次に、 該面保持体間の間隙に、 流動状の凝固材を注入して充填 した後、 凝固材を凝固させることを特徴とする請求項 1に記載の複合セル構造体 の製造方法。