(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周壁によって筒状，箱状又は枠状に形成される外殻材（１）内に、ブロック状に形成された中空体よりなる多数の内部補強材（２）を密接させて三次元方向に集合状態で充填して収容した構造材であって、上記内部補強材（２）が一種類又は複数種類の多角形の周壁（２ａ）を規則的に繰り返して組合せられ全ての方向に周壁（２ａ）を形成する一種類又は複数種類の多面体（２）からなり、該多面体（２）の収容状態において前記多角形の面が隣接する他の多面体（２）の多角形の面と互いに密接し合うとともに、多面体（２）の複数の周壁（２ａ）が外殻材（１）の周壁（１ａ）に対して傾斜し又は山形若しくは谷形をなして対向するように多面体（２）を配置収容し、集合する多面体（２）の最外側の多面体（２）の外側の面と外殻材（１）の内面とが密着する内部強化構造材。
【請求項２】
多面体（２）の接触し合う山形又は谷形に傾斜した一組以上の多角形の面を、外殻材（１）内に作用する力の方向に対向させるように多面体（２）を配置集合させた請求項１の内部強化構造材。
【請求項３】
隣接する多面体（２）の多角形の面が同一形状の面同士で互に重なり合って密接する請求項１又は２の内部強化構造材。
【請求項４】
集合する多面体（２）の最外側の多面体（２）と外殻材（１）の内面との間に谷形断面の空間が形成された場合に、該谷形断面の空間に適合する多面体からなる異形補強部材（２’）を挿入してなる請求項１，２又は３の内部強化構造材。
【請求項５】
隣接する多面体（２）同士を接着その他の固着手段により相互に固着させてなる請求項１，２，３又は４の内部強化構造材。
【請求項６】
集合する多面体（２）の最外側の多面体（２）の外側の面と外殻材（１）の内面とを接着その他の固着手段により固着させてなる請求項５の内部強化構造材。
【請求項７】
集合する多面体（２）の一部又は全部の隣接し合う多面体（２）同士及び集合する最外側の多面体（２）の外側の面と外殻材（１）の内面とを、集合した多面体（２）に外力が作用した際に互に摺動し合うように固着しない構造にした請求項１，２，３又は４の内部強化構造材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は各種の建築材料，土木材料，略面材料その他の構造材として使用する内部強化構造材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来主として外力を吸収する耐震性等を付与するため又は外力に対する強度自体を高めるための上記のような構造材又は建築材料としては特許文献１〜３等に示すものが公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開２００５−８４８５４号公報
【特許文献２】特開２００７−１７７５７４号公報
【特許文献３】特表２００７−５１２４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の発明は筒状又は箱状の空中の外殻部材内に多数の中空の金属球を充填収容し、構造材としての外殻部材の強度アップや衝撃吸収力を図るものであるが、充填物が球体であるため、外殻部材内部での充填物同士の接点が点接触で小さく且つ外力に対しては剛体としての安定性に乏しいほか、充填材同士を固着した場合もこの固着力が乏しいために外力によって分離する欠点がある。
【０００５】
特許文献２の発明は長方形の壁枠内に、多数の直方体形状の多数のプラスチック製ブロックを枡目状に並べて集合させ、壁枠内に嵌合固定するものであるが、ブロックの単純な四角形の周壁のみでは外力に耐え切れないために各ブロック内にはブロック周壁の強度補強のために格子状に交差し合う板状リブを形成する必要がある。またこの補強リブを設けない場合は周壁を相当肉厚にする必要がある。
【０００６】
さらに特許文献３の発明は、内部のリブにより複数の空間に区切られた多筒状断面の板状材を積層固着した構造材であるが、これは全体が一体固着されるために外力に対する柔軟性に乏しく且つ積層される素材が板状材であるために十分な重量軽減が図りづらいという欠点がある。
この発明はこれらの問題点を解決し、強力な外力に対して十分な剛性と柔軟性を発揮し得る軽量な構造材を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の構造材は、第１に、外周壁によって筒状，箱状又は枠状に形成される外殻材１内に、ブロック状に形成された中空体よりなる多数の内部補強材２を密接させて三次元方向に集合状態で充填して収容した構造材であって、上記内部補強材２が一種類又は複数種類の多角形の周壁２ａを規則的に繰り返して組合せられ全ての方向に周壁２ａを形成する一種類又は複数種類の多面体２からなり、該多面体２の収容状態において前記多角形の面が隣接する他の多面体２の多角形の面と互いに密接し合うとともに、多面体２の複数の周壁２ａが外殻材１の周壁１ａに対して傾斜し又は山形若しくは谷形をなして対向するように多面体２を配置収容し、集合する多面体２の最外側の多面体２の外側の面と外殻材１の内面とが密着することを特徴としている。
【０００８】
第２に、多面体２の接触し合う山形又は谷形に傾斜した一組以上の多角形の面を、外殻材１内に作用する力の方向に対向させるように多面体２を配置集合させたことを特徴としている。
【０００９】
第３に、隣接する多面体２の多角形の面が同一形状の面同士で互に重なり合って密接することを特徴としている。
【００１０】
第４に、集合する多面体２の最外側の多面体２と外殻材１の内面との間に谷形断面の空間が形成された場合に、該谷形断面の空間に適合する多面体からなる異形補強部材２’を挿入してなることを特徴としている。
【００１１】
第５に、隣接する多面体２同士を接着その他の固着手段により相互に固着させてなることを特徴としている。
【００１２】
第６に、集合する多面体２の最外側の多面体２の外側の面と外殻材１の内面とを接着その他の固着手段により固着させてなることを特徴としている。
【００１３】
第７に、集合する多面体２の一部又は全部の隣接し合う多面体２同士及び集合する最外側の多面体２の外側の面と外殻材１の内面とを、集合した多面体２に外力が作用した際に互に摺動し合うように固着しない構造にしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように構成される本発明によれば次のような効果を奏する。
（１）内部補強部材である多面体の多角形の周面が規則的な組合せからなるため、これらを外殻材内に相互に密着させて集合させて充填する際にその配置も規則的に配列することができ、均一な集合配置が簡単であるとともに均一な配列により全体としての強度も均一化できる。
また中空多面体の周壁が交差し合う複数の方向の外力に対し、山形又は谷形に傾斜した状態で対向して筋交い状で作用するので、比較的薄肉の周壁であっても強い強度を保つ利点があり、軽量化にも有効である。
【００１５】
（２）隣接して接触し合う多面体の周面が互に山形又は谷形に接して外力に対向するので、接触周壁部分でも上述した筋交い方向に強力に作用するほか、多面体同士を固着しないものでは多面体同士の摺動や変形によって外力を吸収する効果がある。
【００１６】
（３）多面体の同一形状の周面同士が重なり合って密接することにより、多面体の配置自体の規則性が確保され配置及び充填が容易で外殻材の強度も（多面体同士を固着しないものでは外力吸収も）均一になる。
【００１７】
（４）多面体周面が外殻材内面と密着するので、球状のボールの場合のような点接触による応力集中が回避できる。
【００１８】
（５）多面体外周と外殻材内面と間の空間にその空間形状と適合する別の多面体を収容するので、内部補強材と外殻材内面との密着度が向上し、外力に対する多面体への応力集中（集中負荷）が避けられる。
【００１９】
（６）多面体同士を固着することにより内部補強材の剛性が高まり、さらに内部補強材と外殻材内面の固着により全体の剛性が向上する。
【００２０】
（７）多面体同士及び多面体と外殻材内面を固着しないでそれぞれの接触面が互に摺動可能にすることにより、構造材に加わる外力に対し、柔軟性が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（Ａ）は本発明の第１実施例を示し、四角形の外殻材内に直方体又は立方体からなる中空多面体を収容した構造材の横断面図，（Ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。
【図２】（Ａ）は同じく第２実施例の構造材の横断面図，（Ｂ）は同じくそのＢ−ＢI断面図である。
【図３】（Ａ）は本発明の第３実施例の構造材の横断面図，（Ｂ）は（Ａ）と同一形状の多面体の向きを４５°回転させて充填した構造材の変形例を示す横断面図である。
【図４】（Ａ）は直方体又は立方体からなる多面体の内部構造の１例を示す断面図，（Ｂ）は同じく直方体又は立方体からなる多面体の内部構造の他の例を示す断面図である。
【図５】（Ａ）は図２で使用した多面体（立方八面体）の平面図，（Ｂ）は同じくその正面図である。
【図６】（Ａ）は図３で使用された多面体（菱形立方八面体）の平面図，（Ｂ）は同じくその多面体を４５°回転させた状態の周面図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｇ）は本発明の内部補強材として使用可能な多面体を例示するものである。（Ａ）は立方体，（Ｂ）は立方八面体（図２で使用），（Ｃ）は菱形立方八面体（図３で使用），（Ｄ）は正四面体，（Ｅ）は正八面体，（Ｆ）は正十二面体，（Ｇ）は正二十面体をそれぞれ示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下本発明実施形態を図面に基いて説明すると、図１は四角形（略正方形）断面の筒状外殻材１の中空の内部に、多数の小型の中空立方体（又は直方体でも良い）からなる多面体を内部補強材２として集合状態で充填して収容した構造材を示している。
【００２３】
この構造材は鉄材，鋼材その他の金属材又は合成樹脂材，ＦＲＰ，木材その他又はこれらの組合せ等その用途に応じて選択することができ、外殻材１と多面体２の材料も必ずしも同一である必要はない。
【００２４】
この例では内部補強材２は、多数の中空立方体からなる多面体を図１に示すように隣接する多面体の多角形（正方形）の面が平面視で重なり合って密接し合うように整列させ、集合させた状態で外殻材１内に収容している。
【００２５】
この時すべての多面体２は平面視では図１（Ａ）に示すように四角形の外殻材１の断面の対角線（４５°傾斜）方向にクロスして整列され、外殻材１の各周壁１ａに対し４５°の角度に傾斜した交差方向に向いており、この例では隣接する多面体は上下方向に互に１／２の高さずつずらされており、水平方向の外力に対して各上下方向列の多面体同士が互に規制しあう構造に配列されている。
【００２６】
上記配列により各立方体型多面体の周壁はこの例ではすべて周壁に対して斜め方向に傾斜し且つ山形又は谷形に対向している。その結果外殻材１の周壁１ａから加わる外力に対しては、内部ではく字形又はへ字形の一対の周壁で受け止める構造になっており、高い強度を発揮する。
【００２７】
また上記のように外殻材１内に多面体２を充填挿入すると多面体２の周面と外殻材１の周壁内面との間には多面体の配列状態に応じて形成される凹凸形状の中空部が形成され、周壁１ａに外力が作用した時にはこれと当接している多面体２の稜線又は突端に集中荷重を受けることになる。
このため内部補強材の周面と外殻材周壁１ａ内面との間の空間には、この空間と同一形状の外形を備えた中空の多面体よりなる異形補強部材２’を介挿している。
この異形補強材２’の挿入によりこれと内部補強材２は全体としてブロック状に集合して外殻材１の内面に全体が面接触し、外力に対しても周面全体で受け止めることができる。
【００２８】
また多面体２は図４（Ａ）に示すようにその中空内部に、対角方向にクロスする板状の対角リブ２ｂと、該対角リブ２ｂと各稜線において一体的に交差する相似形で、一定の空間を介して同芯的に三重に配置される正方形の箱状リブ２ｃとを備えており、多面体の内部補強が図られている。
【００２９】
その他多面体２は図４（Ｂ）に示すように周壁２ａを単純に二重壁にしたものを用いることもでき、このような多面体自体の補強は、図１，図４のケースに限られず後述する各種形状の中空多面体に応用することができる。
【００３０】
図２（Ａ），（Ｂ）は本発明の第２実施例を示し、この場合は、正方形又は長方形の筒状又は箱状の周壁１ａを備えた外殻材１内に、中空の立方八面体からなる多面体２を内部補強材として整列充填した場合を示している。
【００３１】
多面体２の外形は図５（Ａ），（Ｂ）及び図７（Ｂ）に示すような立方八面体であり、図２に示す例では同図（Ａ）に示すように水平断面視で、多面体２が六角形に見え且つ前後の正方形の多角形面が上下の外殻材内壁面及び隣接する多面体２の同一形状の面と重なり合うように整列配置して充填されている。
【００３２】
そして多面体２と外殻材１の内壁面との間に形成される多面体形状の空間及び多面体２同士の隣接空間として形成される多面体形状の空間には、それぞれその空間形状に適合する多面体形状の異形多面体２’が介挿され、多面体全体が外殻材１の内面に適合する状態で充填挿入されている。
その結果外殻材１と内部補強材２，２’及び内部補強材同士は全体として互いに密接し合った一個の剛体のように形成されることになる。
【００３３】
図３（Ａ），（Ｂ）は共に図６（Ａ），（Ｂ）及び図７（Ｃ）に示す中空の菱形立方八面体を正方形断面の筒状外殻材１内に整列充填したもので、図３（Ａ）は平面視で縦横方向にクロスして連続する１４個の正方形周面のうち、前後、左右、上下の６面が外殻材１の周壁内面及び隣接多面体同士での接触面となるように整列配置して密接充填したものである。
【００３４】
そしてこの例では外殻材１の周壁１ａの内面と、集合状態にある多面体２（内部補強材）の周面との間に形成される凹凸空間には図１の場合と同様に、これに適合する形状の中空の異形多面体２’を介挿し、多面体の集合体の全周面が外殻材１の内面に密着する構造となっている。
【００３５】
図３（Ｂ）の構造材は平面視において各多面体２の姿勢を同図（Ａ）よりそれぞれ４５°ずつ回転させた状態で配列充填したものであり、この場合も多面体２の上下左右前後の正方形の面が隣接する多面体同士及び集合状態の多面体周面と外殻材１の内面との接触面となっている。
【００３６】
図３に示す多面体２の配列でも、図示するように各多面体２の周壁の少なくとも一部が、外殻材１の周壁１ａに対して傾斜して交差するように山形又は谷形を形成して対向しており、外殻材１の周壁からの外力に対して筋交い方向に作用する構造となっている。
【００３７】
上記外殻材１は多面体２の形状にかかわらず、その配列方法により長方形，五角形以上の多角形，円形であっても少なくとも交差する複数の方向に対して多面体２の周壁２ａが上記のような山形又は谷形に対向して強力な剛性を発揮することができ、外殻材１の周壁１ａと集合多面体外周との凹凸は、必要に応じその凹凸に適合する形状の異形多面体を挿入することにより、外殻材１と集合多面体外周との密着状態の確保は可能となる。
【００３８】
また外殻材１内に充填される多面体２同士及び充填された集合多面体の周面と外殻材１内面のそれぞれの接触（密着）面間は接着剤又は相互の溶（融）着その他の手段により固着する場合もあり、これを敢えて固着しない場合もある。
【００３９】
上記接触面同士を固着した場合は、外力に対して構造材全体の剛性が高まるのに対し、固着しない場合は、外力に対し多面体間又は多面体と外殻材内面同士の摺動や外殻材及び多面体の変形により、柔軟に作用することが可能になる。
【００４０】
上記実施例では多面体２は図１に示す立方体、図２に示す立方八面体（正三角形の周面×８，同一辺の正方形の周面×６を有し、図５（Ｂ）に示すようにこの形は立方体の変形でもある）、図３に示す菱形立方八面体（正三角形周面×８，同一辺の正方形周面×１８を有し、この場合も平行に相対する６面を持つ立方体の変形である）を示したが、これらの他に図７（Ｄ）〜（Ｇ）に示す正四面体，正八面体，正十二面体、正二十面体等の中空多面体の使用が可能である。
【００４１】
このような多面体は周面の一種又は複数種の多角形が規則的に且つ複数組組合されている点に特徴があり、このような多面体を用いることにより、外殻材内の配列や組合せも規則的に且つ均一化できる利点があり、さらに整列充填の効率も良い。但し規則的な配列や効率等を考慮すると、過度に多くの面を有する多面体は望ましくなく、球体は既述のように不適当である。
【００４２】
また多面体の外殻材への充填は予め仮付状態又は固着状態で組合せて嵌合挿入してもよいし、順次ロボット等を用いて規則的に配列しながら組合せて挿入することもできる。
【００４３】
その他いずれの場合も各多面体内部又は外殻材内の空間内にジェル状，ペースト状，粉状，粒状の充填物を充填することにより全体の強度アップや外力に対する変形時の復元性を確保することも可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  外殻材
１ａ  周壁
２，２’  内部補強材（多面体，異形補強部材）
２ａ  周壁
２ｂ  対角リブ
２ｃ  箱状リブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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