(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長繊維を含む繊維強化樹脂からなるスキン層と内部充填物とで構成されるサンドイッチ構造体からなるパネル部材であって、
前記パネル部材はその周縁の少なくとも一部が他のパネル部材との接合面を構成し、
前記接合面に隣接する一部に、パネル部材の表裏面の前記スキン層を積層して密着一体化した底部と接合面側の側壁部とをもつ接合用凹陥部を有し、
前記接合面には、相手方の接合面と互いに嵌合する凹部及び／又は凸部を有し、前記凹部及び／又は凸部は、前記パネル部材の厚みの１／１０〜９／１０の位置に形成され、前記凹部と凸部との嵌め合い深さが前記パネル部材の厚みの１／２０〜１／２の範囲にあり、
前記接合面側の側壁部にボルト・ナット結合用のボルト挿通孔を有してなることを特徴とするパネル部材。
【請求項２】
前記凹部及び／又は凸部は前記接合面の長さ方向に連続して形成されてなることを特徴とする請求項１記載のパネル部材。
【請求項３】
前記凹部及び／又は凸部は前記接合面の長さ方向に間欠的に形成されてなることを特徴とする請求項１記載のパネル部材。
【請求項４】
前記凹部及び／又は凸部は前記接合面の長さ方向に交互に配されてなることを特徴とする請求項２又は３記載のパネル部材。
【請求項５】
請求項１に記載のパネル部材の接合構造であって、
２枚のパネル部材の接合面同士が密着し、隣接する前記パネル部材の接合用凹陥部の接合面側の側壁部同士がボルト・ナット結合により接合されてなることを特徴とするパネル部材の接合構造。
【請求項６】
パネル部材の各接合面に互いに嵌合する凹部及び／又は凸部を有し、隣接するパネル部材の接合面の対向する凸部と凹部とが互いに嵌合されてなることを特徴とする請求項５記載のパネル部材の接合構造。
【請求項７】
前記パネル部材の接合部に沿ってシーリングがなされてなることを特徴とする請求項５記載のパネル部材の接合構造。
【請求項８】
前記接合部に沿ってプレート部材が被覆固定されてなることを特徴とする請求項７記載のパネル部材の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機能性を有する各種の輸送用構造体や、美観及び意匠性を有するモニュメント用の屋根構造などの大型構造体を組み立てるためのパネル部材と、同パネル部材の接合構造とに関するものであり、特に、高品質且つ低コストで製造でき、迅速で安全な輸送が可能である大型の複合材料構造体用のパネル部材及びその接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の大型構造体として、コンクリートや鋼、ステンレススチールなどの建築材料を用いる場合、それら建築材料では重量、比強度、比剛性に限界があり、斬新な意匠性のある構造体を造るには限界があった。
【０００３】
近年では、炭素繊維を補強材とする複合材料が手頃な値段となり、また非常に軽量であり、優れた比強度及び比弾性を有すると共に、曲面成形加工も可能となったため、かかる複合材料を使用することにより、従来なし得なかった美観をもつ、意匠性のある建築物を製作することができるようになってきた。
このような意匠性のある建築物、例えば屋根構造体などは、特に多様な形態に成形でき、軽量、高強度、高弾性という特性が生かされる繊維複合材料の用途として大いに期待される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、屋根構造体のような大型の構造体は、仮に品質確保が容易な樹脂加工工場でそのように構造体を高品質で生産し得るとしても、その後、建築現場までの道路輸送が困難であるため、結局は現場での施工方法が主体となっている。
【０００５】
このような現場での施工の場合、現地に樹脂加工工場を建てる必要があったり、或いは使用できる樹脂が限られたり、製作時の作業環境・温湿度の管理が不可能となる場合が多く、安定した製品を製造し難いといった問題がある。また、樹脂加工の作業者を確保することも難しく、製造の迅速性が損なわれ、結果的に複合材料からなる構造体の価格の上昇を招くなどといった問題がある。
【０００６】
本発明はかかる従来の課題を解決すべくなされたものであり、樹脂材料の制約を受けることなく廉価に製造可能であり、且つ、現場への輸送が容易である大型の複合材料構造体用のパネル部材及びその接合構造を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上述した目的を達成するために、本発明者らは大型の複合材料構造体を複数のパネル部材から構成し、同パネル部材を樹脂加工工場にて製造し、現場にてこれらパネル部材を短期間で組み立てることができれば、上述したような樹脂材料の制限や輸送の問題を回避できることに注目し、それら部材の新規な接合構造を採用することによって、上記目的が効果的に達成可能であることを見いだし、本発明に到った。
【０００８】
即ち、本件請求項１に係る発明は、長繊維を含む繊維強化樹脂からなるスキン層と内部充填物とで構成されるサンドイッチ構造体からなるパネル部材であって、前記パネル部材はその周縁の少なくとも一部が他のパネル部材との接合面を構成し、前記接合面に隣接する一部に、パネル部材の表裏面の前記スキン層を積層して密着一体化した底部と接合面側の側壁部とをもつ接合用凹陥部を有し、前記接合面には、相手方の接合面と互いに嵌合する凹部及び／又は凸部を有し、前記凹部及び／又は凸部は、前記パネル部材の厚みの１／１０〜９／１０の位置に形成され、前記凹部と凸部との嵌め合い深さが前記パネル部材の厚みの１／２０〜１／２の範囲にあり、前記接合面側の側壁部にボルト・ナット結合用のボルト挿通孔を有してなることを特徴としている。
【０００９】
本発明におけるパネル部材としては、そのパネル部材を組み立てて得られる大型の構造体の寸法が数メートルから数十メートルのものを対象としている。かかる大型構造体は全体を一体で製造することが難しい場合が多い。しかしながら、本発明にあっては、かかる一体で製造することが困難な大型の構造体であっても、同構造体を複数のパネル部材に分割すると共に、本発明による新規な接合構造により各パネル部材を組み立てることにより、容易に製造することが可能となる。このパネル部材は、管理された環境下、例えば樹脂加工工場などにおいて、設計及び用途に応じた最適の樹脂マトリックス及び内部充填物を選定して成形することができるため、高品質なパネル部材を製造することができ、計画生産が可能で、低コストを達成することが容易である。
【００１０】
また、大型の構造体であっても、複数のパネル部材を接合により組み立てているため、大型構造体の意匠性に制約はなく、美観・意匠性の良好な構造体を製造することができる。また、前記パネル部材の接合構造も簡単な構造であり、短時間での組立てが可能であるため、パネル部材を樹脂加工工場で製造した後、それらパネル部材を設置現場にトラック等で道路輸送して現地で組み立てることができる。しかも、その仕上がり及び性能も現地での一体成形と同等以上である、大型複合材料構造体を製造することができる。
【００１１】
更には、パネル部材の製造から現地での組立てまでの大型複合材料構造体の製造工程において、工場生産割合が多いので、量産体制を取りやすいといった効果も得られる。
【００１２】
大型複合材料構造体の構成部材であるパネル部材は、各立体構造を保ちながら相互に密着して組み立てられる必要がある場合があり、同一型の上で各パネル部材を製造し、完全に一体化するように隣接する構成部材を逐次成形していくことが望まれる。
【００１３】
このとき各パネル部材の大きさは、材料サイズ、運搬のし易さ、組立部品点数が多すぎないなどの条件を配慮しながら、１〜３ｍ×２〜１５ｍ程度の大きさの部材とすることが好ましい。またこのとき、接合強度が設計勘案された接合面に隣接する一部に、パネル部材の表裏面のスキン層を積層密着させるようにして接合用凹陥部を形成し、型上で接合が可能であることを確認しながら成形した後、硬化脱型し、それらパネル部材を現地に運搬して、接合用凹陥部にてボルト・ナット結合及びシーリング用積層を施すことを可能とする。
【００１４】
このようにして、樹脂加工工場内で、同一マスター成形型を用いて全パネル部材を成形したのち、それらパネル部材を現地に輸送して、現地で短期間のうちにボルト・ナット結合と水止めシーリングを行い一体化して、大型の複合材料構造体を製造することができる。また、その仕上がりも、現場において構造体を一体に成形した場合と同等或いはそれ以上のものとすることができる。
【００１５】
本発明におけるパネル部材は、繊維強化樹脂からなるスキン層を少なくとも有している。例えば、炭素繊維やガラス繊維の織物、マット、一方向材などに樹脂を含浸させて積層した繊維強化樹脂材料を所要の形態に成形したものや、これらの繊維強化樹脂材料からなるスキン層に、充填物である樹脂発泡体やハニカムを挟み込んで、接着又は一体成形して得られたサンドイッチ構造体などが挙げられる。
【００１６】
複合材料からなるパネル部材の成形方法としては、ハンドレイアップ法やＲＴＭ（Resin Transfer Molding）、ＳＣＲＩＭＰ（Seaman Composite Resin Imfusion Molding Process ）などの基材に樹脂を含浸させる方法などの従来から公知の成形方法を採用することができる。
【００１７】
複合材料の樹脂としては、ハンドレイアップ成形方法やＲＴＭ成形方法の場合には、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、アクリル、エポキシ、フェノールなどの樹脂を適宜用いることができる。
【００１８】
また、前記接合用凹陥部を有するパネルは一体成形することができ、この場合、パネル裏側のスキン基材にコアを載置し、パネル表側のスキン基材を載せる。次いで接合用凹陥部と略同一形状の入れ子をセットし、レジンを注入して一体で成形する。或いは、前記パネルを数工程に分けて成形してもよく、その場合には先ずパネル裏側のスキン基材を成形硬化させる。次いでコアを接着し、パネル表側のスキン基材をレイアップした後、凹部に入れ子をセットして硬化させる。
【００１９】
更に本発明によれば、前記接合面には、相手方の接合面と互いに嵌合する凹部及び／又は凸部を有してなることを特徴としている。かかる凹部及び／又は凸部からなる嵌め合い構造を有することにより、接合する２枚のパネル部材を前記嵌め合い構造により仮止めできるため、後のボルト・ナット結合の操作がしやすくなる。この嵌め合い構造は、凸部と各凸部に対応する凹部とを逐次成形することにより、完全な嵌め合い構造となるように構成しておく。
【００２０】
また、本発明によれば、前記凹部及び／又は凸部は、前記パネル部材の裏面から同パネル部材の厚みの１／１０〜９／１０の位置に形成されてなり、嵌め合い深さが前記パネル部材の厚みの１／２０〜１／２の範囲にあることを特徴としている。
凹部及び凸部の形成位置やその嵌め合い深さを上記範囲に設定することにより、その形成が容易で且つ凹部及び凸部による接合面の形態安定性をも確保できると共に、ボルト・ナット結合後のパネル部材間の接合面に沿った移動が抑制され、ボルト・ナット結合前には適度な仮止め機能を奏することができる。
【００２１】
前記凹部及び／又は凸部は、断面形状が半円状、半楕円状又は、三角形や矩形、五角形などの多角形状であることが好ましい。なお、凸部の内部には、樹脂を充填して同凸部を補強することが好ましい。
【００２２】
本件請求項２に係る発明は、前記凹部及び／又は凸部は前記接合面の長さ方向に連続して形成されてなることを特徴とする。或いは本件請求項３に係る発明は、前記凹部及び／又は凸部は前記接合面の長さ方向に間欠的に形成されてなることを特徴とする。更に本件請求項４に係る発明によれば、前記凹部及び／又は凸部は前記接合面の長さ方向に交互に配されてなることを特徴としている。
【００２３】
なお、前記パネル部材は、少なくともその周縁の一部に接合面が形成されていればよいが、パネル部材の形態によっては、その全周縁に形成してもよく、その全体形態には特に制限がなく、矩形状、多角形状など、組立て体の形状や構造に応じて適宜の形状を自由に選択することができる。
【００２４】
前記パネル部材は円弧状に湾曲していてもよい。このように湾曲した形状とすることにより、例えばアーチ状やドーム状の構造体のパネル部材としても使用することができる。
【００２５】
更に本件請求項５に係る発明は、請求項１に記載のパネル部材の接合構造であって、２枚のパネル部材の接合面同士が密着し、隣接する前記パネル部材の接合用凹陥部の接合面側の側壁部同士がボルト・ナット結合により接合されてなることを特徴としている。
【００２６】
かかる接合構造を採用することにより、例えば繊維強化樹脂からなるスキン層をもち、内部が発泡体からなる軽量のパネル部材を用いて大型の構造体を構成することが可能になる。もちろん、小型の構造体であってもかかる接合構造を採用することが可能である。
【００２７】
本件請求項６に係る発明によれば、パネル部材の各接合面に互いに嵌合する凹部及び／又は凸部を有し、隣接するパネル部材の接合面の対向する凸部と凹部とが互いに嵌合されてなることを特徴としている。かかる凸部と凹部との嵌合により、ボルト・ナット結合する前に、隣り合うパネル部材を互いに仮固定することができるため、ボルト・ナット結合の作業が行いやすい。
【００２８】
本件請求項７に係る発明は、前記パネル部材の接合部に沿ってシーリングがなされてなることを特徴とする。かかるシーリングを施すことにより、建物の屋根やアーチなどの屋外に設置される構造体として使用した場合の雨水などの侵入を防止することができる。
【００２９】
更に本件請求項８に係る発明では、前記接合部に沿ってプレート部材が被覆固定されてなることを特徴としている。かかるプレート部材を配することにより、その表面の美観が更に向上するだけでなく、接合面のシーリング性能も高まる。また、前記プレート部材は構造体の表面と面一となるように配することにより、より美観が向上する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
図１は本発明の好適な実施例であるパネル部材を組立てて製造した大型の複合材料構造体の一部における接合部分を示す斜視図である。図２は図１におけるＩ−Ｉ線に沿った矢視断面図、図３は同図１におけるII−II線に沿った矢視断面図である。更に図４は本発明の特徴部をなす接合構造を示す斜視図である。
【００３１】
本発明のパネル部材１０は全体形状が矩形状をなし、繊維強化樹脂からなるスキン層１０ａと、発泡体からなる内部充填物１０ｂとを有している。このパネル部材１０の対向する二つの端面部分１１，１２が接合面を構成している。更に、この接合面１１，１２に直交する方向にわずかに弧状に湾曲している。
【００３２】
接合面１１，１２に隣接して、所定の間隔で表裏面の前記スキン層１０ａを積層して密着一体化してなる底部１３ａと接合面側の側壁部１３ｂとをもつ接合用凹陥部１３が形成されている。更に前記接合面側の側壁部１３ｂにはボルト・ナット結合用のボルト挿通孔１３ｃが形成されている。
【００３３】
また、片側の前記接合面１１に沿って、前記パネル部材１０の裏面から同パネル部材１０の厚みの１／１０〜９／１０の位置に、前記接合用凹陥部１３を除く全長にわたって断面半円形の凹溝１４が形成されている。一方、他側の前記接合面１２に沿って、前記凹溝１４と同一の位置に、前記接合用凹陥部１３を除く全長にわたって断面半円形の凸条１５が形成されている。前記凸条１５の内部には樹脂１５ａが充填され、補強されている。前記凹溝１４と凸条１５との嵌め合い深さは、前記パネル部材１０の厚みの１／２０〜１／２の範囲に設定されている。
【００３４】
かかる構造を備えたパネル部材１０は、樹脂加工工場にて製造した後、構造体の設置現場まで搬送され、組み立てられる。パネル部材１０を接合させて大型の構造体を組み立てるには、先ず、パネル部材１０の凹溝１４が形成されている接合面１１に、他のパネル部材１０の凸条１５が形成されている接合面１２を対面させ、互いの接合用凹陥部１３の位置を一致させながら、凹溝１４と凸条１５とを嵌め合わせて接合面１１，１２を密着させ、２つのパネル部材１０を仮固定する。
【００３５】
次いで、互いに密着している２つのパネル部材１０の、前記接合用凹陥部１３における接合面側の重なっている両側壁部１３ｂのボルト挿通孔１３ｃに、ボルト２０を挿通してナット２１により結合固定させる。
【００３６】
本実施例のパネル部材１０は、凹溝１４及び凸条１５からなる嵌め合い構造を有しているため、ボルト・ナット結合の作業がし易く、また、ボルト・ナット結合後のパネル部材１０，１０の接合面１１，１２に沿った方向へのズレを完全に防止することもできる。
【００３７】
更に、前記接合面１１，１２に沿って、前記接合用凹陥部１３が形成されていない他面側はその全長にわたり、水止め用のシーリング１６を施す。また、前記接合用凹陥部１３が形成されている片面側では、前記接合用凹陥部１３を除く前記接合面１１，１２の全長にわたり、水止め用のシーリング１６を施す。
【００３８】
その後、互いに接合された接合面１１，１２の前記接合用凹陥部１３が形成されている側に、前記接合面１１，１２に沿ってプレート部材２２を接着している。このプレート部材２２により、前記接合面１１，１２が被覆されるため、外観が更に向上するだけでなく、シーリング機能も向上する。
【００３９】
なお、本実施例では前記プレート部材２２をパネル部材１０の表面に接着しており、プレート部材２２の厚みだけパネル部材１０から突出しているが、パネル部材１０の対応する部分にプレート部材の厚み及び寸法と同一の凹部を形成し、プレート部材２２をパネル部材１０の表面と面一に接着することにより、外観が更に向上する。
【００４０】
上述のように本発明に特有の接合構造を有するパネル部材１０は、樹脂加工工場などの管理された環境下で製造した後、大型構造体の設置場所へ搬送し、現場で組み立てられる。そのためパネル部材は、大型構造体の構造や設置場所等の諸条件に応じて、最適の樹脂マトリックスを選定して成形することができ、従来の現場で樹脂加工していた場合のような樹脂マトリックスの選定の制限がない。また、パネル部材は計画生産が可能で低コストを達成し易く、量産体制をとることもできる。
【００４１】
また、パネル部材は繊維強化樹脂のスキン層と発泡体からなる内層とから構成すれば、その重量を極めて軽量とすることができ、設置現場にトラック等で簡単且つ低コストで道路輸送でき、更には、上記接合構造は組立て作業が簡単なため、現地で短時間に組立てることができる。更に、組み立てられた構造体の性能も、現地での一体成形と同等以上の性能を有するものである。
【００４２】
このパネル部材の製造から現地での大型構造体の組み立てまでの一連の作業工程において、工場での生産工程の割合が多いので、量産体制を取りやすく、大型構造体を廉価に製造可能となる。
【００４３】
また、樹脂加工工場で製造されたパネル部材１０は高品質であり、また、その形状も任意の形状に成形できるため、これらパネル部材１０を組立てて製造される大型の構造体は、美観・意匠性にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパネル部材を組み立てて製造された大型構造体の一部を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の主要部をなす接合構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０          パネル部材
１０ａ        スキン層
１０ｂ        内部充填物
１１，１２    接合面
１３          接合用凹陥部
１３ａ        底部
１３ｂ        接合面側の側壁部
１３ｃ        ボルト挿通孔
１４          凹溝
１５          凸条
１５ａ        樹脂
１６          シーリング
２０          ボルト
２１          ナット
２２          プレート部材
【図１】
0004716582.tif 000002
【図２】
0004716582.tif 000003
【図３】
0004716582.tif 000004
【図４】
0004716582.tif 000005