(57)【要約】 【課題】  パッキングやシーリングを必要とせずに採光用などの透光部材取り付けた建材の提供。【解決手段】  透光性材料である合成樹脂製面材と枠材とを接合した透光部を備えた建材において、熱膨張率の異なる面材と枠材とを締りばめによって接合する。【選択図】図２
2005240516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性材料である合成樹脂製面材と枠材とを接合した透光部を備えた建材において、熱膨張率の異なる面材と枠材とを締りばめによって接合したことを特徴とする透光部を備えた建材。
【請求項２】
合成樹脂がアクリル樹脂であることを特徴とする請求項１記載の透光部を備えた建材。
【請求項３】
枠材が、鉄、ステンレス、アルミ、鋼、チタンなどの金属製であることを特徴とする請求項1又は２に記載の透光部を備えた建材。
【請求項４】
面材が円形、枠材が筒状スリーブであることを特徴とする請求項1〜３のいずれかに記載の透光部を備えた建材。
【請求項５】
建材が、内装材、壁材、屋根材、間仕切り、パーティションのいずれかであることを特徴とする請求項1〜４のいずれかに記載の透光部を備えた建材。
【請求項６】
面材が、無色透明体あるいは着色体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の透光部を備えた建材。
【請求項７】
透光部が複数であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の透光部を備えた建材。
【請求項８】
熱膨張率が異なる透光性の面材と枠材を用い、常温において枠材の内法よりもやや大きくなる関係に面材と枠材を準備し、該面材を低温に冷却して面材を収縮状態で枠材にはめ合わせ、又は、枠材を加熱して膨張させた状態で面材をはめ合わせ、あるいは枠材を加熱し面材を冷却した状態ではめ合わせのいずれかの手段ではめあわせた後に、常温になる過程で、枠材と面材とを密着接合させて、透光部を備えた建材を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、採光などのための透光部を設けた建築材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、使用されている窓の構造仕様においては、採光を目的としたガラス、全体の剛性保持するためのフレーム、水密性を得るためのパッキングやシール等、窓としての機能を有するために種々の材料と施工が必要であった。シールを使用して施行した場合、シール分の油分が竣工時に外壁を汚損する恐れがあり、新築時においても、美観を損ねることがあるので、作業に神経を使うこととなる。
また、数種類の物性が異なる材料を用いるため、経年変化に対応する耐久性にバラツキがあり、使用材料の部品交換等、メンテナンスにコストと時間を要していた。
パッキングやシーリングの経年変化による劣化あるいはカラスなどの食害によって隙間や欠損が生じて水密性を損なう原因となっている。経年変化による変色や着色は見栄えも悪くなり美観を損なっている。目地部分からのかびや変色対策として、光触媒などを用いる方法も提案されているが根本の解決にはなっていない。
【０００３】
本発明者は、パッキングやシーリングを必要としない窓について、検討した結果、機械の軸と軸受の接合などで用いられている異種金属の熱膨張の差を利用した締まりばめに着目（特許文献１参照）し、研究開発を行った結果、建築材料への適用を実現したものである。
【特許文献１】特公平７−８００９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、パッキングやシーリングを必要とせずに採光用などの透光部材を取り付けた建材を実現することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、透光性材料である合成樹脂製の面材と枠材とを熱膨張率が異なるように組み合わせて、締まりばめを採用して透光部を備えた建築材料を実現したものである。
【０００６】
（１）  透光性材料である合成樹脂製面材と枠材とを接合した透光部を備えた建材において、熱膨張率の異なる面材と枠材とを締りばめによって接合したことを特徴とする透光部を備えた建材。
（２）合成樹脂がアクリル樹脂であることを特徴とする（１）記載の透光部を備えた建材。
（３）枠材が、鉄、ステンレス、アルミ、鋼、チタンなどの金属製であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の透光部を備えた建材。
（４）面材が円形、枠材が筒状スリーブであることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の透光部を備えた建材。
（５）建材が、内装材、壁材、屋根材、間仕切り、パーティションのいずれかであることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の透光部を備えた建材。
（６）面材が、無色透明体あるいは着色体であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の透光部を備えた建材。
（７）透光部が複数であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の透光部を備えた建材。
（８）熱膨張率が異なる透光性の面材と枠材を用い、常温において枠材の内法よりもやや大きくなる関係に面材と枠材を準備し、該面材を低温に冷却して面材を収縮状態で枠材にはめ合わせ、又は、枠材を加熱して膨張させた状態で面材をはめ合わせ、あるいは枠材を加熱し面材を冷却した状態ではめ合わせのいずれかの手段ではめあわせた後に、常温になる過程で、枠材と面材とを密着接合させて、透光部を備えた建材を製造する方法。
【発明の効果】
【０００７】
１．パッキングやシーリングを必要とせずに、面材と枠材を接合できた。採光や光の透過に利用され、接合面に他の材料が介在しないので、きれいに仕上がる。特に、目に付く場所なので、すっきりきれいに仕上がることは重要な要素である。
２．異物質が接する面で、熱膨張率の差を利用してはめ合いを締結させることにより、熱膨張で発生する面圧力の効果で、密着性が高まり、水密性が保持される。水密性能にシビアでメンテナンスしにくい屋根に付けるトップライトに有効である。
３．面材として樹脂を使用した場合、その物性によりガラスよりも衝撃等の外力を受けても破損しにくい。
４．パッキングやシーリングの劣化や汚損がなくなり、メンテナンスが不要となる。
５．接合面に接着剤やコーキング剤が存在しないので、接合面がきれいに仕上がる。
６．複数の透光部を設けることにより、インテリア性を向上させることができた。
７．有色の透光部を配置することにより、インテリアの自由度を向上させることができた。
８．合成樹脂を用いた場合は、ガラスに比べて熱伝導率が低いので、透光部を通しての熱移動を押さえることができ、空調効率を向上させることができる。結露の発生も低下する。
９．材料の寸法管理及び接合作業行程の温度管理を正確にするために、工場生産に適している。合成樹脂を面材に用いた場合、輸送に対する耐久性が高いので、工場生産し、配送する建築材として適するので、生産効率を上げ、製造コストを低下させることができる。
１０．円形の面材と筒状のスリーブを組み合わせた場合は、熱膨張に伴う方向性が均一になるので、密着性の維持力が高い。
１１．用途は、内装材、外装材、家具材など幅広く使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
＜締まりばめ＞
締まりばめは、機械の回転部の軸と軸受のはめあいの手段として使用されている。機械用語辞典（コロナ社  発行）によると「はめ合いで穴の最大寸法より軸の最小寸法が大きい場合（等しい場合も含む）を締まりばめという。穴と軸との間には必ず負のすきま、すなわち、締めしろができる。」と説明されている。
本願発明では、合成樹脂板材を面材とし該面材とは熱膨張率が異なる枠材を組み合わせて、この締まりばめによるはめあいを建築材料に適用して実現したものである。枠材加熱して膨張させておいて、面材を挿入する方法（焼きばめ）、あるいは面材を冷却して収縮させた状態で挿入する方法（冷やしばめ）、または枠を加熱し面材を冷却して挿入する方法がある。面材を冷却する方法を例示すれば、枠材への挿入にあたっては、合成樹脂材を冷却して、低温による収縮させて、穴に対して挿入できる寸法とし、常温に戻る過程で締まりばめを完成するものである。枠を建材本体に取り付けた後に面材を挿入する場合には、面材を冷却して面材を収縮させて挿入する方法が適している。透光部を先に製造した後に建材本体に組み付ける場合は、加熱、冷却はどちらを採用する事も可能である。材質や施行の適正を考慮して決定できる。
合成樹脂を面材とし、枠材を金属とした場合、金属よりも合成樹脂が熱膨張率が高いので、最低気温で締まりばめが完成すれば、それ以上高い温度では、一層締まる関係になるので、水密性の確保は十分可能である。実施例に示した例では、マイナス３０℃にアクリル樹脂製面材を冷却してはめあいを完成させているので、十分実用に耐え得る温度である。
【０００９】
＜面材＞
合成樹脂を使用する。合成樹脂は、ガラスより脆くないので、枠材との熱膨張による歪みに対する耐性がある。具体的には、板状成形できる樹脂を採用できる。アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂などを例示することができる。無色、有色いずれも透光性があるものを採用できる。なお、不透明材料も技術的には使用できる。
合成樹脂は、大きさや厚さも含めて、成形が容易である。成形加工は、削りだし加工、射出成形加工などを採用できる。大量に生産する場合は、型をおこして射出成形が適しているが、単品や少量生産の場合は、切削加工が適している。
【００１０】
＜枠材＞
合成樹脂製の面材との密着性、熱膨張に対する耐性、追従性を考慮して材質を選択することができる。材質として、金属が適している。鉄、ステンレス、アルミニューム、銅、チタンなどを例示できる。薄板とすると、応力を逃がしやすいようになり設計の自由度が向上する。枠材の成形も型による大量成形も可能であるし、切削や溶接による加工も可能である。
【００１１】
＜形状＞
方形、円形など自由に選択できる。円形は、膨張による異方性がなく、設計や施工自由度があり、耐久性が高い。筒状スリーブに面材を挿入することもできる。
【００１２】
＜建築材料の構造＞
板状の建築材の一部に透光部を一つあるいは複数配置する。配置は、自由であり、模様状、無色透明、有色透明を組み合わせることもできる。
【００１３】
＜セーフティー構造＞
枠材のひび割れなどによって面材が抜け落ち事故を防止するために枠材の一方の端面の内側に突起部を設けて掛止部とし、抜け落ち防止構造を設けることができる。
面材と枠材の接合面にテーパを付けて、追従性、応力吸収性の向上をはかることができる。このテーパ面は密着性の向上及び脱落防止にも効果がある。また、このテーパは、はめあい挿入の施行作業の容易性にも有効である。
このような構造は、天窓や傾斜面に用いる建材に採用し、下側になる方に掛止突起を設けると安全性上有利である。また、下側を小径になるようにテーパを形成すると安全性上有利である。
【００１４】
＜用途＞
内装材、外装材、インテリア材料、壁、外壁、ドア、窓、天窓、トップライト、ドア、間仕切り、パーティション、床材など、主に板状の建築材料に使用することができる。その他、建具、家具材にも使用可能である。採光用としても光の透過用としても使用できる。
【実施例】
【００１５】
透光部を設けた壁材の例を図１に示す。図２は、図１に採用する透光体と枠体の分解図である。
図１は、外側表面の板材３１と内側板材３３の間に断熱材３２を挟んだサンドイッチ鉄板パネルである壁材で、一部を切り欠き円形の透光部Ａを設けた建材３０の例である。
図２は、透光部Ａの分解図であり、透光体１と透光体１をはめ込む円筒のスリーブ枠体２０から構成される。透光体１アクリル樹脂製であり、外面３と側面２と外面４とからなる円状の板体である。外面４の端縁部はスリーブの突起に係合するように切り落としてある。スリーブ枠体２０は、炭素鋼管を使用し、外側に位置する端面２３、外面２１、内面２２、室内側に位置する端面２４から円筒状に構成され、端面２の内面２２側は抜け落ち防止突起２５を形成した。
【００１６】
本実施例では、次の材料を使用し、製造した。
（１）壁材：サンドイッチ鉄板パネル
サンドイッチ鉄板構造は、内部コア材にデッキプレート，外面暴露側にコールテン鋼、室内面には普通鋼を使用し一体型パネル溶接構造とする。透光部のスリーブに厚肉鋼管を使用し、開口による断面欠損の補剛材としても兼用させる。鋼板の板厚については、製作における溶接歪及び縮み等を考慮し、平面精度・平滑度の安定と品質保持のため必要板厚を４．５ｍｍを採用する。本実施例では２ｍ×７ｍの寸法とし５００個の透光部を設けた。
（２）透光部
（ａ）スリーブ枠
機械構造用炭素鋼鋼管STKM13A(JISG3445)  外径φ７０，φ８０，φ９５の３種類を使用。熱膨張係数（10-6/℃）は、１１．７である。
スリーブ長５９．０ｍｍ、内径は、アクリル透光体はめあい寸法及びテーパ０．１／５８に切削加工を施した。室内側になるスリーブの端部内縁に１ｍｍの突起部を設けた。
（ｂ）アクリル製面材
無色透明のアクリル樹脂を使用。アクリル樹脂は、熱可塑性で、透明性、着色性、耐候性に優れている。φ50、φ60、φ75の３種の棒材を準備し、公差及び締まりばめを考慮したスリーブ枠とのはめ合い寸法に切削加工を施した。光の透過面となる外面３，４の表面はバフ研磨を施した。
【００１７】
アクリルの物性値を表１に示す。
【表１】
2005240516.tif 000003
【００１８】
（３）製造工程
スリーブ枠とアクリル面材を規定寸法に加工する。寸法公差・はめ合い方法はＪＩＳＢ０４０１を準用した。
サンドイッチ鉄板パネルを準備し、スリーブ枠を挿入する部分を切り欠き、スリーブ枠を挿入固定する。
アクリル面材をドライアイスで冷やしたエタノール冷却液に浸して収縮させる。本例ではマイナス３０℃以下に冷却した。
この収縮したアクリル面材を取り出して、スリーブ枠に挿入してはめ込み、放置して常温に昇温する過程で、アクリルが熱膨張して、締まりばめが完成する。
【００１９】
（４）本実施例における締まりばめの有効性の確認
（ａ）熱膨張係数
鋼      ：  １１．７  ×  １０−６  (cm/cm/℃)
アクリル：  ７０．０  ×  １０−６  (cm/cm/℃)
（ｂ）温度変化の範囲
常温              ：  ２５℃
最高気温（夏期）  ：  ３５℃
最低気温（冬期）  ：  −５℃
（ｃ）有効はめ合い公差の考え方
温度変化範囲における、はめ合い寸法の最小値がしまりばめ公差以上になる様に常温での加工公差を決定する。
（ｄ）計算結果
各温度で公差及び寸法変化を表２に示す。
この結果より各径の常温での公差を加工寸法とすることで、温度変化範囲内において、しまりばめが有効であることが分る。
-30℃に冷却することで、はめ合い寸法が＜0となり、冷却ばめが成立する。
【００２０】
【表２】
2005240516.tif 000004
【００２１】
（５）熱応力に対するアクリルの強度について検証
３５℃において、熱応力は７５．７ｋｇｆ／ｃｍ２であり、これは、アクリルの圧縮強さ７７０ｋｇｆ／ｃｍ２より以下であるので、強度は十分許容される。
（６）アクリルのテーパ形状による押力と静止摩擦の比較
本実施例では、アクリル面板をスリーブ枠に組み込む作業性を考慮して若干のテーパを設けている。熱応力によって発生する軸方向の押力によってアクリル面板の位置ずれについて検討した結果、押力よりも静止摩擦力が大きくなり、位置ずれは生じないことがわかった。詳しい計算式は省略するが、アクリル面板が受ける押力Ｆ２は１８ｋｇｆ。一方、静止摩擦は、面の粗さにも影響されるが、静止摩擦係数を０．１９μｓとすると、静止摩擦力Ｆ３は１９９９ｋｇｆとなり、Ｆ３＞Ｆ２となるのでずれは生じないこととなる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】透光部を設けた壁材の一部断面図
【図２】図１に採用する透光体と枠体の分解図
【符号の説明】
【００２３】
Ａ        透光部
１        透光体
２        側面
３、４    外面
２０      スリーブ枠体
２１      外面
２２      内面
２３、２４  端面      
２５      抜落防止突起部
３０      建材
３１、３３  板体
３２      断熱材
【図１】
2005240516.tif 000005
【図２】
2005240516.tif 000006