(57)【要約】      （修正有）【課題】木製部材は、その使用中に部材が水分を吸収し、部材の重量が変化するという欠点があった。  また、同様に、上記繊維強化プラスチック部材は、高価なばかりではなく、軽量性に欠け、且つ高強度とは言い難く、ひびや割れといった欠損が生じることが多かった。【解決手段】比重０．３以下のコア部材１ａとなる２個以上の素材が各々ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維及び金属繊維等の高強度繊維材２ａの単一材又は複合材で単層或いは複層被覆してなることを特徴とする軽量高強度構造材。 【選択図】図１
2005054945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
比重０．３以下のコア部材となる２個以上の素材が各々ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維及び金属繊維等の高強度繊維材の単一材又は複合材で単層或いは複層被覆してなることを特徴とする軽量高強度構造材。
【請求項２】
隣接するコア部材相互の一部又は全部に、同一の高強度繊維材を跨って被覆したことを特徴とす請求項１記載の軽量高強度構造材。
【請求項３】
隣接する２個のコア部材相互を１ユニットとし、同一の高強度繊維材で一方の部材の上面側から隣接する部材の底面側へと跨って被覆したことを特徴とする請求項１、２の何れかに記載の軽量高強度構造材。
【請求項４】
末端部以外に位置する全てのコア部材が、各々２枚以上の高強度繊維材で一方の部材の上面側から隣接する部材の底面側へと跨って被覆され、且つ該コア部材の対抗する２面が２枚以上の高強度繊維材で重合被覆されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の軽量高強度構造材。
【請求項５】
末端に位置するコア部材を被覆する高強度繊維材の少なくとも一辺が、隣接するコア部材との間に巻き込まれていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の軽量高強度構造材。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の軽量高強度構造材を含む高強度繊維構造材相互を接合するに際し、一方の高強度繊維材を他方の高強度繊維構造材に延長被覆させ、該延長部を横又は斜め方向から新たに高強度繊維材で単層又は複層に被覆してなることを特徴とする軽量高強度構造材。
【請求項７】
コア部材を被覆した高強度繊維材の外周を、高強度繊維材の単一材又は複合材で単層又は複層に囲繞し、該部材を型枠内に配設し、該型枠内に接着剤を導入することにより接着剤で固めて外装形状を一体成型することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の軽量高強度構造材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軽量高強度構造材に関し、該軽量高強度構造材を高速で可動させる場合或いは該軽量高強度構造材に固定・積載・積雪荷重や風圧力が作用する場合等の外的空間における過酷な条件下においても十分に耐えることのできる構造強度に優れた軽量高強度構造材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、軽くて強度のある部材が求められているが、軽いことと強度を有することとは相反する場合が多く、且つ両者を具備する部材は高価なものであった。
特にある程度の厚みを必要とする部材にあっては、軽量化を必要とする場合が多かった。そこで繊維強化プラスチック部材等の補強部材が採用されているが高価なものであり、且つ、厚い部材には適していなかった。
【特許文献１】特開平９−１１１５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば、趣味として或いは電線敷設や農薬散布等の産業分野として使用される機会が増加している無人ヘリコプターのローターは、木製部材の他、ガラス繊維強化プラスチック部材、或いは炭素繊維強化プラスチック部材等で造られており、該ローターの重量は無人ヘリコプター重量の１／６〜１／３程度を占めている。また、農薬散布用ヘリコプターでの散布薬剤搭載量は機体重量の１／６〜１／３程度もあり、該農薬散布用ヘリコプターの高性能化、散布薬剤搭載量増加のためにエンジン性能の改良ばかりでなくローターの軽量化も必要不可欠なものとされている。
【０００４】
上記無人ヘリコプターのローターのように外的空間で使用され、且つ、高速で可動する部材として使用する場合、木製部材は、その使用中に部材が水分を吸収し、ブレードの重量が変化し、ローターにアンバランスを生じさせるという欠点があった。
また、同様に、上記繊維強化プラスチック部材は、高価なばかりではなく、軽量性に欠け、且つ高強度とは言い難く、ひびや割れといった欠損が生じることが多かった。
【０００５】
上記無人ヘリコプターのローターの端的な例で示すように、一般的に、木製部材は、安価であり、加工性にも優れているが、重いわりには強度が弱く、且つ吸湿性が高いという欠点があった。
また、繊維強化プラスチック部材であるガラス繊維強化プラスチック部材は、他の高強度繊維プラスチック部材と比較して安価であるが比重が高いという欠点があった。また、炭素繊維強化プラスチック部材は高強度、高弾性率であるが該ガラス繊維強化プラスチック部材より高価であり、かつ素材比重もガラス繊維強化プラスチック部材より若干小さいだけにすぎないという欠点があった。
上記のように、構造的に有効で、且つ安価な部材を見い出せないでいた。
本発明は、上記欠点を解決した軽量高強度構造材及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、軽量高強度構造材において、以下の構造のものを創案した。すなわち、本発明の請求項１に係る軽量高強度構造材は、比重０．３以下のコア部材となる２個以上の素材を各々ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維及び金属繊維等の高強度繊維材の単一材又は複合材で単層或いは複層被覆してなる軽量高強度構造材を特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項２に係わる軽量高強度構造材は、隣接するコア部材相互の一部又は全部に、同一の高強度繊維材を跨って被覆したことを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項３に係わる軽量高強度構造材は、上記の隣接する２個のコア部材相互を１ユニットとし、同一の高強度繊維材で一方の部材の上面側から隣接する部材の底面側へと跨って被覆したことを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項４に係わる軽量高強度構造材は、端部のコアを除くコア相互の被覆にあって、各々２枚以上の高強度繊維材で一方の部材の上面側から隣接する部材の底面側へと跨って被覆され、且つ該コア部材の対向する２面が２枚以上の高強度繊維材で重合被覆されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項５に係わる軽量高強度構造材は、末端に位置するコア部材を被覆する高強度繊維材の少なくとも一辺が、隣接するコア部材との間に巻き込まれていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項６に係わる軽量高強度構造材は、コア部材を被覆した高強度繊維材の外周を、型枠を用いて更に高強度繊維の単品又は複合品で単層又は複層にし、接着剤で固めて外装形状を一体成型したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項６に係わる軽量高強度構造材は、高強度繊維構造材相互を接合するに際し、一方の高強度繊維材を他方の高強度繊維構造材に延長被覆させ、該延長被覆部を横又は斜め方向から新たに高強度繊維材で単層又は複層に被覆してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、コア部材として発泡スチロールを使用、その補強のために高強度繊維材により該発泡スチロールを被覆しているので、軽量で且つ強度を有する軽量高強度構造材を得ることが可能となった。
また、該軽量高強度構造材相互の連結が、高強度繊維材により容易に達成できるので簡単に様々な形状の構造物を得ることが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明に係わる軽量高強度構造材をパネル部材Ａとして使用する場合の断面図、図２は平面図を示している。
【００１６】
１ａ、１ｂ、１ｃは芯材となるコア部材で、軽量で比重０．３以下の材料が使用される。具体的には発泡スチロールが使用される。
該コア部材１ａ、１ｂ、１ｃは、長尺の立方体形状に構成し、一つの軽量高強度構造材は少なくとも２個、最適には３，４個、及びそれ以上の個数のものより構成している。
【００１７】
該コア部材１の周囲は、高強度繊維材２により囲繞する。該高強度繊維材としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維及び金属繊維等の単一材又は複合材が使用される。また、それらの高強度繊維材は単層或いは複層のものを使用する。
【００１８】
図１は、３個のコア部材１ａ、１ｂ、１ｃの周囲を高強度繊維材２ａ〜２ｆで囲繞した断面図を示しているが、強度のない該コア部材１ａ、１ｂ、１ｃに対し、強度を付与するために高強度繊維材２ａ〜２ｆにより囲繞し、且つ同時に、コア部材１ａ、１ｂ、１ｃ相互を連結し、一体物となるように構成している。
【００１９】
高強度繊維材２ａを、コア部材１ａの側面３から上面４及び側面５へと連続して被覆し、且つ該側面５から隣接するコア部材１ｂの底面６へ回し込み、更にその先端部を側面７へと立ち上げる。従って、隣接するコア部材１ａ、１ｂ相互が１枚の高強度繊維材２ａによって連結されることになる。
また、コア部材１ｂと隣接する他のコア部材１ｃとは、上記コア部材１ａ、１ｂ相互の連結と同様、該高強度繊維材２ｂを側面８から上面９へと連続して被覆し、且つ隣接するコア部材１ｃの側面１０から底面１１へと回し込み、更にその先端側を側面１２へと立ち上げている。
【００２０】
従って、高強度繊維材２ｂのコア部材１ｂの側面８での接合は、該コア部材１ａの側面５に接合された高強度繊維材２ａの表面側で相互に連結されることになる。同様に、コア部材１ｂの側面７に接合された高強度繊維材２ａの表面側にコア部材１ｃの側面１０に接合される高強度繊維材２ｂが接合されることになる。
【００２１】
更に、コア部材１ｃの側面１２に接合された高強度繊維材２ｂの表面側に他の高強度繊維材２ｃが接合され、コア部材１ｃの上面１３へ立ち上げて被覆している。更に、コア部材１ａの側面３の高強度繊維材２ａの上面側に他の高強度繊維材２ｄを被覆接合し、それをコア部材１ａの底面１４へ回し込んで被覆している。上記コア部材１ａ、１ｂ、１ｃは高強度繊維材１ａ、１ｂ、１ｃにより相互に連結されると同時に、その側面３，５，７，８，１０，１２側は高強度繊維材２ａ〜２ｄにより重合して被覆されることになる。
【００２２】
上記コア部材１ａ、１ｂ、１ｃが高強度繊維材２ａ〜２ｄにより相互に連結された部材全体を囲繞      するように他の高強度繊維材２ｅを被覆する。図１にあっては、コア部材１ａと１ｂの接合位置から回し込み、終端部を該始端部に重ねて接合連結する。更に、該高強度繊維材２ｆの始端部を先の始端部と位置をずらし、図１のコア部材１ｂと１ｃの接合位置から回し込み、終端部を該始端部に重ねて接合連結する。
【００２３】
また、図２に示すように、パネル部材Ａの端部側は、該高強度繊維材２ａをコア部材１ａ、１ｂの両端部より各々外方へ延出するように形成し、該延出片２ａ１、２ａ２を該コア部材１ａ、１ｂの端縁部１５，１６を被覆するように構成する。該延出片２ａ１は、コア部材１ａの上面側から底面側へと折り曲げ、隣接する延出片２ａ２は、コア部材１ｂの底面側から上面側へと折り曲げ、それらにより端縁部１５，１６を被覆する。
更に、側面５より延出している延出片もコア部材１ａ、１ｂの端縁部を被覆するように構成する。
【００２４】
また、高強度繊維材２ｂも同様にコア部材１ｂ、１ｃの両端部より各々外方へ延出するように形成し、該延出片２ｂ１、２ｂ２を該コア部材１ｂ、１ｃの端縁部１６，１７を被覆するように構成する。該延出片２ｂ１は、コア部材１ｂの上面側から底面側へと折り曲げ、隣接する延出片２ｂ２は、コア部材１ｃの底面側から上面側へと折り曲げ、それらにより端縁部１６，１７を被覆する。
更に、側面７より延出している延出片もコア部材１ｂ、１ｃの端縁部を被覆するように構成する。
【００２５】
また、高強度繊維材２ｃも、コア部材１ｃの両端部より各々外方へ延出形成し、該延出片２ｃ１を折り曲げてコア部材の端縁部１７を被覆する。
【００２６】
更に、高強度繊維材２ｄも、コア部材１ａの両端部より各々外方へ延出形成し、該延出片２ｄ１を折り曲げてコア部材の端縁部１５を被覆する。
【００２７】
また、高強度繊維材２ｅ及び２ｆも、コア部材１ａ、１ｂ、１ｃの両端部より各々外方へ延出形成し、該延出片２ｅ１・・・、２ｆ１・・・を上面、側面及び底面側から折り曲げ、それらを端縁部１５，１６，１７に被覆する。
【実施例２】
【００２８】
図３は、本発明に係わる軽量高強度構造材を支柱Ｂやフレーム部材として使用する場合の断面図を示している。
【００２９】
３個のコア部材１ｄ、１ｅ、１ｆの周囲を高強度繊維材２ｇ〜２ｊで囲繞した断面図を示している。該コア部材１ｄ及び１ｆはその外方に面する側部側を円弧状に形成した長尺の立方体で、中央部のコア部材１ｅは長尺の矩形体である。
【００３０】
高強度繊維材２ｇにより、コア部材１ｄの底面１８、側面１９、上面２０及び側面２１へと連続して被覆し、且つ該側面２１から隣接するコア部材１ｅの底面２２へ回し込み、更にその先端部を側面２３へと立ち上げる。従って、隣接するコア部材１ｄ、１ｅ相互が１枚の高強度繊維材２ｇによって連結されることになる。
また、コア部材１ｅと隣接する他のコア部材１ｆとは、上記コア部材１ｄ、１ｅ相互の連結と同様、該高強度繊維材２ｈを側面２４から上面２５へと連続して被覆し、且つ隣接するコア部材１ｆの側面２６から底面２７へと回し込み、更にその先端側を側面２８及び上面２９へと立ち上げて被覆している。
【００３１】
従って、高強度繊維材２ｈのコア部材１ｅの側面２４での接合は、該コア部材１ｄの側面２１に接合した高強度繊維材２ｇの表面側で相互に連結されることになる。同様に、コア部材１ｅの側面２３に接合された高強度繊維材２ｇの表面側に、コア部材１ｆの側面２６に接合される高強度繊維材２ｈが接合されることになる。
【００３２】
上記コア部材１ｄ、１ｅ、１ｆが、高強度繊維材２ｇ、２ｈにより相互に連結された部材全体を囲繞      するように他の高強度繊維材２ｉを被覆する。図３にあっては、コア部材１ｄと１ｅの接合位置から回し込み、終端部を該始端部に重ねて接合連結する。更に、該高強度繊維材２ｊの始端部を先の始端部と位置をずらし、図３のコア部材１ｅと１ｆの接合位置から回し込み、終端部を該始端部に重ねて接合連結する。
なお、高強度繊維材によりコア部材の端縁部の被覆は、必要に応じて上記実施例１と同様の方法により行なう。
【００３３】
上記構成によりコア部材１ｄ、１ｅ、１ｆは高強度繊維材２ｇ、２ｊにより相互に強固に連結されることになる。
【実施例３】
【００３４】
図４（ａ）（ｂ）は、実施例２と同様、本発明に係わる軽量高強度繊維材を支柱やフレーム部材として使用する場合の他の実施例の断面図を示している。
【００３５】
図４（ａ）に示すものは、断面円形状のものを２分割した２個のコア部材１ｇ、１ｈの周囲を高強度繊維材２ｋ〜２ｍで囲繞した断面図を示している。
【００３６】
コア部材１ｇの周側部を高強度繊維材２ｋで被覆し、更に同一部材でコア部材１ｈの周側部を被覆している。そして、該高強度繊維材２ｋを覆うようにして他の高強度繊維材２ｌを被覆する。また、上記高強度繊維材２ｌの端縁部位置とずれる位置に端部位置を形成し、他の高強度繊維材２ｍを上記表面側を覆うようにして被覆する。
【００３７】
図４（ｂ）に示すものは、断面円形状のものを４分割した４個のコア部材１ｉ〜１ｌの周囲を高強度繊維材２ｎ〜２ｇで囲繞した断面図を示している。
【００３８】
コア部材１ｉの周側部を高強度繊維材２ｎで被覆し、その部材でコア部材１ｊの周側部を被覆している。更に、コア部材１ｋの周側部を高強度繊維材２０で被覆し、その部材でコア部材１ｌの周側部を被覆している。そして上記高強度繊維材２ｎ、２ｏを覆うようにして他の高強度繊維材２ｐを被覆する。また、上記高強度繊維材２ｐの端部位置をずらす位置に端部位置を形成して、他の高強度繊維材２ｑを上記表面側を覆うようにして被覆する。
【００３９】
なお、高強度繊維材によるコア部材の端縁部の処理は、必要に応じて上記実施例１，２と同様の方法により行なう。
【実施例４】
【００４０】
図５は、本発明に係わる軽量高強度構造材相互を連結する場合の平面図を示している。
軽量高強度繊維材相互を直交する位置で連結するものである。一方の軽量高強度繊維材Ｃのコア部材１ｍを囲繞する高強度繊維材２ｒの１枚から数枚の端部における非接合状態とされている延長部材を接合相手方となる軽量高強度繊維材Ｄの側面側に接合する。
【００４１】
側面側に接合された軽量高強度繊維材Ｃの高強度繊維材２ｒを押さえるようにして他の高強度繊維材２ｓにより軽量高強度繊維材Ｄを巻くようにして数層により被覆する。
上記構成により、軽量高強度繊維材Ｃ，Ｄは強固に連結されることになる。
【実施例５】
【００４２】
図６は、スロープＥとして使用する場合の実施例の斜視図を示している。
適宜箇所に折り曲げ部３０を設けることにより、コンパクトにでき、運搬上有効である。また、強度を有するため、人の移動や車イスの移動等をスムーズに行なうことが可能である。
【実施例６】
【００４３】
図７は、柱Ｆとして使用した場合の斜視図を示しており、強度を有するので自立することはもとより、他の部材の支持を行なうこともできる。
【実施例７】
【００４４】
図８は、案内板Ｇ、看板等に使用する場合の実施例を示している。
コンクリート等の土台３１上に軽量高強度構造材をその下端側を埋設するように立設している。コンクリートの重量により風圧力に耐えるサインポート等を得ることが可能となる。
【実施例８】
【００４５】
図９は、本発明に係わる軽量高強度構造材を製造する方法を示す断面図である。
上下の型枠３２、３３の中に、コア部材及び該コア部材を囲繞するようにして高強度繊維材を配設している。該上下の型枠３２、３３内に接着剤を流入させる。該接着剤としてはビニルエステル系接着材が使用される。
上記製造方法により、軽量で強度のある軽量高強度構造材を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の軽量高強度構造材の板体の断面図。
【図２】本発明の軽量高強度構造材の板体の平断面図。
【図３】本発明の軽量高強度構造材による構造用ポール、農材用支柱等の断面図。
【図４ａ】本発明の軽量高強度構造材の柱の断面図。
【図４ｂ】本発明の軽量高強度構造材の他の実施例の柱の断面図。
【図５】本発明の軽量高強度構造材の板体の連結状態を示した平断面図。
【図６】本発明の軽量高強度構造材によるスロープの構造を示す斜視図。
【図７】本発明の軽量高強度構造材による支柱の構造を示す斜視図。
【図８】本発明の軽量高強度構造材によるサインポートを示す斜視図。
【図９】本発明の軽量高強度構造材の製造方法を示す断面図。
【符号の説明】
【００４７】
１ａ、１ｂ、１ｃ・・・コア部材
２、２ａ、２ｂ、２ｃ・・・高強度繊維材
３、５、７、８、１０、１２、１９、２１、２３、２４、２６、２８・・・側面
６、１１、１４、１８、２２、２７・・・底面
４，９，１３，２０，２５，２９・・・上面
１５，１６，１７・・・端縁部
３０・・・折り曲げ部
３１・・・土台
３２，３３・・・型枠
【図１】
2005054945.tif 000003
【図２】
2005054945.tif 000004
【図３】
2005054945.tif 000005
【図４ａ】
2005054945.tif 000006
【図４ｂ】
2005054945.tif 000007
【図５】
2005054945.tif 000008
【図６】
2005054945.tif 000009
【図７】
2005054945.tif 000010
【図８】
2005054945.tif 000011
【図９】
2005054945.tif 000012