(57)【要約】【課題】採光性と強度を向上させることができる建築用の膜構造体。【解決手段】カーボンファイバー製のメッシュに形成されたＣＦメッシュ層を芯層とし、該芯層の表裏面に樹脂層が配置された建築用のカーボンメッシュ補強膜構造体。【選択図】図１
2017106182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンファイバー製のメッシュに形成されたＣＦメッシュ層を芯層とし、
該芯層の表裏面に樹脂層が配置されたことを特徴とする建築用のカーボンメッシュ補強膜構造体。
【請求項２】
カーボンファイバー製のメッシュとカーボンファイバー以外の導電性のメッシュで形成した芯層と、
該芯層の表裏面に配置された樹脂層で構成されたことを特徴とする建築用のカーボンメッシュ補強膜構造体。
【請求項３】
ＣＦメッシュ層のメッシュの構成は、太い幅で構成され、カーボンファイバー以外の導電性のメッシュは細い幅で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の建築用のカーボンメッシュ補強膜構造体。
【請求項４】
カーボンファイバー製のメッシュは、カーボンファイバーの他にアラミド繊維,ポリアリレート繊維、PBO繊維から選択される繊維を含み、
カーボンファイバー以外の導電性のメッシュは、金属繊維、金属コーティング有機繊維、カーボンナノチューブコーテング繊維あるいは導電性インキで構成されていることを特徴とする請求項３記載の建築用のカーボンメッシュ補強膜構造体。
【請求項５】
樹脂層は、熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載された建築用のカーボンメッシュ補強膜構造体。
【請求項６】
通電端子をカーボンファイバーに接続して面発熱体とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載された建築用のカーボンメッシュ補強膜構造体。
【請求項７】
カーボンメッシュ補強膜構造体に含まれるカーボンファイバーにアース線を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載された建築用のカーボンメッシュ補強膜構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドーム球場、体育館、室内プール、植物栽培施設、倉庫、車庫等の屋根に膜材料を使用した膜構造建築物がある。膜材料は、ガラス繊維布帛、ポリエステル繊維布帛等の繊維布帛にポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、シリコン樹脂等を積層せしめたもの等が知られている。
本出願人は、膜構造を備えた多雪地用のドーム構造物を提案している（特許文献１：特許第４１５３８８５号公報参照、ドーム例として図５に特許文献１の図を援用する）。
屋根膜材として、ガラス繊維のみからなる糸と、これと同じ径を有し、かつ、ガラス繊維より高強度の素材のみからなる糸とを所定の織り込み密度で織り交ぜて屋根膜材を形成することにより光透過性を確保した膜材（特許文献２：特開平１１−１３３１５号公報参照、特許文献２の図をこの膜材の例として図６に援用する）が提案されている。
また、膜体を構成する膜材料どうしを溶着している溶着部の膜材料間に高張力のテープを挟み込み、膜体とテープを一体化して、膜構造建築物を構成する膜体に破れが生じても、破れの引き裂き伝播を止めて破れが大きく広がらないようにした膜体の引き裂き伝播防止機能を向上させた膜材（特許文献３：特開２００１−３１７２３１号公報参照、特許文献３の図をこの膜材の例として図７に援用する）が提案されている。このような膜構造建築物に使用される膜材は、ドーム球場、体育館、室内プール等では、不透明であり、日中でも照明が必要である。一方、植物栽培施設では、透明フィルムが用いられているが、耐雪性など強度の面で難点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１５３８８５号公報
【特許文献２】特開平１１−０１３３１５号公報
【特許文献３】特開２００１−３１７２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、採光性と強度を向上させることができる建築用の膜構造体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は次の構成を主とする。
１．カーボンファイバー製のメッシュに形成されたＣＦメッシュ層を芯層とし、
該芯層の表裏面に樹脂層が配置されたことを特徴とする建築用のカーボンメッシュ補強膜構造体。
２．カーボンファイバー製のメッシュとカーボンファイバー以外の導電性のメッシュで形成した芯層と、
該芯層の表裏面に配置された樹脂層で構成されたことを特徴とする建築用のカーボンメッシュ補強膜構造体。
３．ＣＦメッシュ層のメッシュの構成は、太い幅で構成され、カーボンファイバー以外の導電性のメッシュは細い幅で構成されていることを特徴とする１．または２．に記載の建築用のカーボンメッシュ補強膜構造体。
４．カーボンファイバー製のメッシュは、カーボンファイバーの他にアラミド繊維,ポリアリレート繊維、PBO繊維から選択される繊維を含み、
カーボンファイバー以外の導電性のメッシュは、金属繊維、金属コーティング有機繊維、カーボンナノチューブコーテング繊維あるいは導電性インキで構成されていることを特徴とする３．記載の建築用のカーボンメッシュ補強膜構造体。
５．樹脂層は、熱可塑性樹脂であることを特徴とする１．〜４．のいずれかに記載された建築用のカーボンメッシュ補強膜構造体。
６．通電端子をカーボンファイバーに接続して面発熱体とすることを特徴とする１．〜５．のいずれかに記載された建築用のカーボンメッシュ補強膜構造体。
７．カーボンメッシュ補強膜構造体に含まれるカーボンファイバーにアース線を設けたことを特徴とする１．〜６．のいずれかに記載された建築用のカーボンメッシュ補強膜構造体。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、高強度で透光性を改善した建築用膜構造体を提供することができる。
本発明の建築用膜構造体は、ガラス繊維を補強繊維に用いた膜材よりも、高強度で軽量であり、通電性を利用して、面発熱性、アースを付与することができ、採光による省エネにも有効である。
１．カーボンファイバーを用いたメッシュ層により、カーボンファイバーの強度とメッシュの目間による透光性を確保した引っ張り強度の優れた膜構造体を実現できる。
２．太幅のカーボンファイバーを混ぜることにより、引っ張り強度を分担させ、細い線幅の間隔を大きくあるいはより細くすることができ、透光性をさらに向上させることができる。
３．本発明は、カーボンファイバーメッシュを主にする芯層を形成し、カーボンファイバーの外に樹脂線を混線して用いること、細線メッシュを伴う場合に細線はカーボンファイバー以外の導電性繊維等で構成することにより、通電性、透明性などの特性に応じて調整することができる。
４．電流を流して面発熱体とすることにより、融雪機能を付与することができる。また、防曇機能を発揮して、結露を防止することができる。
５．カーボンファイバーの通電性を利用して、アースに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明のカーボンメッシュ補強膜構造体の構造例を示す図。
【図２】本発明の異種カーボンメッシュ補強膜構造体の例を示す図。
【図３】本発明の面発熱カーボンメッシュ補強膜構造体の例を示す図。
【図４】本発明のアース付き面発熱カーボンメッシュ補強膜構造体の例を示す図。
【図５】ドーム構造体の例を示す図。
【図６】特許文献２記載のガラス繊維織布と強力繊維混在膜構造体の例を示す図。
【図７】特許文献３記載の膜材料間に高張力のテープを挟み込み、膜体とテープを一体化した膜構造体の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、カーボンファイバー製のメッシュに形成されたＣＦメッシュ層を芯層とし、この芯層の表裏面に樹脂層を設けた建築用のカーボンメッシュ補強膜構造体である。カーボンファイバー製のメッシュを用いることにより、ガラス繊維などよりも軽量で高張力な建築用膜構造体である。メッシュを細線で構成することができ、遮光部分が小さくなって、透光性が向上する。
本発明のカーボンメッシュ補強膜構造体の基本構成例を図１に示す。
ＣＦメッシュ層２と表層樹脂フィルム３１、裏層樹脂フィルム３２を準備し、これらの３層材を積層してラミネートして一体化してカーボンメッシュ補強膜構造体１とする。
【０００９】
本発明の建築用のカーボンメッシュ補強膜構造体は、軽量化、透光性、面発熱性、アース性などの特性を発揮し、建築用屋根材、栽培施設シート体、多雪地帯の用途に適している。たとえば、図５に示すドーム建築物１００の屋根材として膜構造物１０１に利用される。
たとえば、テニスコート・野球場・体育館等のスポーツ用施設、園芸施設、展示場及び倉庫等の建造物の屋根材として膜構造材が使用できる。これら膜構造材は、屋根部は軽量化されることから大スパン構造が可能であり、また、屋根部の施工に要する工期を短縮することが可能である。透光性がある膜構造材を使用することにより昼間における人工光は不要となる等の特性によりこれらの施設に適している。
また、冬場の多雪地帯において、スポーツやイベントを行う施設として内部に大空間を有する屋根がアーチ状（又はドーム状）の構造物がある。本発明の膜構造体はドーム内部の採光性に優れ、かつ、屋根に積もった雪の融雪あるいは融雪水による滑雪性に優れているため、屋根に雪が積もることを防止できる。
融雪のための面発熱性など機能特性は、融雪が必要な箇所のみなど部分的に用いることもでき、全面に適用する必要は無い。たとえば、連棟タイプの谷筋の融雪を促進し、融雪水による雪だまりを防止して、屋根上部の着雪を防止するなど、対象建築物の特性に合わせて配置が決定される。
【００１０】
本発明で使用するカーボンファイバーは、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維など、一般的な炭素繊維を使用できる。
炭素繊維は、比重が１．８（鉄７．８、ガラス繊維２．５）、引っ張り強度を比重で割った比強度が鉄の１０倍、引っ張り弾性率を比重で割った比弾性率が鉄の７倍である。そして、錆びずに科学的・熱的に安定した材料である。
炭素繊維をまとめた束をメッシュ状に配置してカーボンファイバー製のメッシュ層を形成する。熱可塑性樹脂製繊維を炭素繊維と混ぜて、バインダーにして糸やテープ状、あるいは熱可塑性樹脂製繊維を炭素繊維の外側に巻き付けて糸状にして、メッシュの構成材とする。
使用する炭素繊維の本数を調整することにより、メッシュの線の太さを決定する。メッシュの線を構成する炭素繊維の本数によって、強度が異なり、また、メッシュの目の大きさによっても強度が異なる。
太い線を大きな間隔で配置し、太い線の間に細い線を配置して、強度、採光性などを調整することができる。繊維間隔ピッチは、繊維の太さを変えることで、ピッチを5ｍｍ以上に調整できる。
【００１１】
芯層のメッシュは、太い線巾と細い線巾で構成することもできる。
太い線は、カーボンファイバー製のメッシュとする。細い線巾は、カーボンファイバー以外に、他の導電性繊維等で構成することができる。
カーボンファイバー製のメッシュは、カーボンファイバーの他にアラミド繊維,ポリアリレート繊維、PBO繊維から選択される繊維を含んで構成することができる。
カーボンファイバー以外の導電性のメッシュは、金属繊維、金属コーティング有機繊維、カーボンナノチューブコーテング繊維あるいは導電性インキなどがある。
【００１２】
表裏面に使用するフィルム材料は、熱可塑性樹脂製フィルムである。
ＣＦメッシュ層の目の間隔で表裏のフィルムを接着させて、ＣＦメッシュ層と一体化する。熱可塑性樹脂は、ヒートシール法、カーテンフロー法などを用いて、ＣＦメッシュ層と一体化することができる。塗布などの付着法は可能であるが、時間がかかる。
樹脂フィルムは、不透明でも使用できるが、透明フィルムが透過性を付与する点で適している。
表裏の熱可塑性樹脂フィルムのさらに表面に防汚染性などの表面処理を施すことができる。あるいは、樹脂フィルム層を２層、３層に追加することも可能である。
表面処理としては、親水化処理、紫外線吸収処理などを適用できる。
【００１３】
透明樹脂フィルムとしては、フッ素樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂などの熱可塑性樹脂のフィルムが使用できるが、フッ素樹脂フィルムが透明性、機械的強度、耐候性、耐紫外線性、耐熱性、溶着性などの点から好ましい。フッ素樹脂としては、エチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体（以下、ＥＴＦＥと略記する）、ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系共重合体（以下、ＦＥＰと略記する）、パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）−テトラフルオロエチレン系共重合体（以下、ＰＦＡと略記する）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン系共重合体（以下、ＴＨＶと略記する）、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン系共重合体、ポリフッ化ビニルなどが挙げられる。好ましいのはＥＴＦＥ、ＦＥＰおよびＴＨＶからなる群より選ばれる１種以上であり、より好ましいのはＥＴＦＥである。
【００１４】
カーボンメッシュ補強膜構造体１の基本構成例を図１に示す。
図１（ａ）には、ＣＦメッシュ層２と表層樹脂フィルム３１、裏層樹脂フィルム３２が示されている。ＣＦメッシュ層は、カーボンファイバーを縦横に均等間隔で配置した。縦糸と横糸はおられている必要は無く、上下に配置されていても十分である。メッシュの交点は炭素繊維を束ねている熱可塑性樹脂製繊維を仮接着することにより、仮固定されていれば十分である。
表面樹脂フィルムは、フッ素系樹脂などを用いる。
図１（ｂ）には、図１（ａ）に示した３層の素材を積層接着して、一体化する例を示している。
ＣＦメッシュ層２と表層樹脂フィルム３１、裏層樹脂フィルム３２は、熱圧することにより積層してラミネートして一体化してＣＦメッシュ層を中心層に配置したカーボンメッシュ補強膜構造体１とする。ラミネートは、熱圧するラミネーターを使用することができる。熱圧着による接着が不十分な場合は、接着剤を一方に塗布することもできる。
表裏面から合成樹脂フィルムで被覆されるので、カーボンファイバーは外面に露出することがない。
【００１５】
太いカーボンファイバー束と細いカーボンファイバー束を用いて構成したＣＦメッシュ層を備えた異種カーボンメッシュ補強膜構造体１１の例を図２に示す。
細いカーボンファイバー束で構成したＣＦメッシュ層の上に太いカーボンファイバー束からなるＣＦ太線２２で大きなメッシュを構成して、異種カーボンファイバーメッシュを構成する。この異種カーボンファイバーメッシュを芯層にして、図１（ｂ）と同様の方法で積層一体化した異種カーボンメッシュ補強膜構造体１１を構成する。
太いカーボンファイバー束は、大きな強度を負担することができ、張力強度の向上、および、細い束で構成されるメッシュの目を大きくすることができ、透光性を向上させることができる。また、通電した場合、太い線は切断耐性が高く、断線による不通電が発生せず、安定性、安全性に優れている。
【００１６】
面発熱カーボンメッシュ補強膜構造体１４の例を図３に示す。
図２に示した異種カーボンメッシュ補強膜構造体１１の両端辺に電極４１、４２を設けた。両端辺の炭素繊維を露出させて電極と接合して、電源４３に接続することにより、通電する。通電回路には図示を省略するがスイッチや制御装置が付属することは、一般の電気機器と同様である。通電することにより、全面が発熱する面発熱体を構成することができる。炭素繊維は樹脂被覆されているので、絶縁されている。なお、面発熱体は、図１に示すカーボンメッシュ補強膜構造体を用いて構成することもできる。
通電した場合、太い線は切断耐性が高く、断線による不通電が発生せず、安定性、安全性に優れている。
【００１７】
面発熱カーボンメッシュ補強膜構造体１４にさらにアース線４５を取り付けたアース付き面発熱カーボンメッシュ補強膜構造体１５の例を図４に示す。
【符号の説明】
【００１８】
１      カーボンメッシュ補強膜構造体
２      ＣＦメッシュ層
３１    表層樹脂フィルム
３２    裏層樹脂フィルム
１１    異種カーボンメッシュ補強膜構造体
１４    面発熱カーボンメッシュ補強膜構造体
１５    アース付き面発熱カーボンメッシュ補強膜構造体
４５    アース線
１００  ドーム建築物
１０１  膜構造物
【図１】
2017106182.tif 000003
【図２】
2017106182.tif 000004
【図３】
2017106182.tif 000005
【図４】
2017106182.tif 000006
【図５】
2017106182.tif 000007
【図６】
2017106182.tif 000008
【図７】
2017106182.tif 000009