(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
四角形状の網目を有し、網目の２つの対角線の方向に伸縮自在である網状体と、
非伸縮自在である引張材とを含み、
引張材は、網状体の全体にわたって設けられ、網状体の網目の２つの対角線のうちのいずれか一方の対角線に延びて配置され、網状体に係止されることによって形状が規定されることを特徴とする高強度膜構造体。
【請求項２】
引張材は、網状体に編み込まれることを特徴とする請求項１記載の高強度膜構造体。
【請求項３】
請求項１または２記載の高強度膜構造体の外面側に、耐候性を有する保護部材を積層し、膜材の内面側に気体を遮断するシール部材を積層して構成されることを特徴とする多層構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高強度膜構造体および多層構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、従来の技術の飛行船２の外皮３を示す断面図である。図１２は、図１１の切断面線Ｓ１２−Ｓ１２から見て示す断面図である。図１３は、構造材の継ぎ合わせ部を拡大して示す図である。図１１および図１２は、厚みを無視して示す。飛行船２の外皮３は、複数枚の膜材１を相互に突き合わせて並べ、その突合せ部の内側に結合用膜材４を設けて膜材１と結合用膜材４とを溶着し、各膜材１を継ぎ合わせて形成される。この他に結合用膜材４を省略した構成もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の飛行船２は、反物から成る膜材１を用いて形成されており、膜材１には製造可能な原反の幅寸法が、１〜２ｍ程度と制限があるので、外皮３を形成するにあたって、周方向に複数枚、たとえば５０〜６０枚程度（図１２には省略して示す）の膜材１を並べて継ぎ合わせなければならない。したがって図１３に示すような継ぎ合わせ部が、多くなってしまう。継ぎ合わせ部では、矢符Ｘで示すように、荷重は一方の膜材１から溶着部分５をへて結合用膜材４に、さらに溶着部分５を経て他方の膜材１に伝達される。このように継ぎ合わせ部では、溶着部分５による荷重伝達が要求されるので、環境条件による強度低下が生じやすい。飛行船２では、外皮３の上部は、直射日光によってたとえば７０度程度の高温に加熱される場合がある。このような環境条件下では、熱の影響を受けて溶着強度が低下してしまうので、外皮強度が低下してしまう。
【０００４】
本発明の目的は、溶着による継ぎ合わせ部を基本的に無くすことができる高強度膜構造体および多層構造体を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、四角形状の網目を有し、網目の２つの対角線の方向に伸縮自在である網状体と、
非伸縮自在である引張材とを含み、
引張材は、網状体の全体にわたって設けられ、網状体の網目の２つの対角線のうちのいずれか一方の対角線に延びて配置され、網状体に係止されることによって形状が規定されることを特徴とする高強度膜構造体である。
【０００６】
本発明に従えば、網状体と引張材とを、相互に係止することによって、高強度膜構造体が構成される。網状体は、繊維材を用いて大きな幅で連続的に製造することが可能であり、幅方向と垂直な長手方向の寸法にほとんど制限を受けない。また引張材は、繊維材によって形成することができ、長手方向の寸法に制限を受けない。したがって従来技術の膜材などを用いる場合のように原反の幅寸法に影響されて、寸法が制限されてしまうことがないので、継ぎ目部の数を可及的に少なくして、構造体を形成することができるうえ、大きな構造体を形成することができる。このように、強度が温度などの環境条件の影響を受けやすい継ぎ目部を少なくすることができるので、環境の影響を受けない部分に継ぎ目部を設けることで強度が高く、信頼性が飛躍的に向上される高強度膜構造体を、しかも大型の高強度膜構造体を形成することができる。またこの高強度膜構造体の強度は、網状体を構成する線状体および引張材を構成する線状体の強度を変更することによって、容易に変更することができ、強度の制限を受けず、利便性に優れている。
さらに網状体は、網目が四角形状であり、網目の２つの対角線の方向に伸縮自在である。この網状体の伸縮方向である網目の２つの対角線のうちのいずれか一方の対角線に延びて引張材が設けられ、三角形状の目が形成されるとともに、引張材の網状体に対する係止位置を自在に決定することができる。したがって網状体の伸縮状態を引張材で調節することによって、任意に形状を規定することができ、３次元曲面形状の構造体を容易に形成することができる。
【０００７】
請求項２記載の本発明は、引張材は、網状体に編み込まれることを特徴とする本発明に従えば、引張材は、網状体に編み込まれるので、網状体と引張材とは、相互の位置を調節して、構造体の形状を調節することができる。荷重が加わった状態では、網状体と引張材とが摩擦によって相互に係止されて、構造体の形状を固定することができる。したがって複雑な形状の構造体を容易に形成することができる。
【００１０】
請求項３記載の本発明は、前記高強度膜構造体の外面側に、耐候性を有する保護部材を積層し、膜材の内面側に気体を遮断するシール部材を積層して構成されることを特徴とする多層構造体である。
【００１１】
本発明に従えば、強度が高く、かつ耐候性および気体遮断性を有する優れた機能を有する多層構造体を形成することができる。この多層構造体の寸法および形状は、任意に、しかも容易に設定することが可能であり、設計の自由度が極めて高い。たとえば、内部空間に浮揚ガスを収容する飛行船の外皮および圧力容器を含む気体収容用の容器などとして好適に実施することが可能である。
【００１２】
上記の各本発明において、網状体および引張材を構成する繊維材は、糸状、紐状および帯状などの長く延びる部材を含む。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の飛行船の外皮の膜材１１の一部を示す斜視図である。図２は、膜材１１を示す斜視図である。図１は、図２のセクションＳ１を拡大して示す。飛行船は、外皮で機体を構成し、機体の内部空間に浮揚ガスを収容して構成される。たとえばこの飛行船の外皮として本発明の多層構造体が実施され、外皮を構成する膜材１１を形成するために、本発明の高強度膜構造体が実施される。
【００１４】
膜材１１は、伸縮自在である網状体１２と、非伸縮自在である引張材１３とを含み、網状体１２に引張材１３が係止されることによって形状が規定される。網状体１２は、予め定める一方向Ａおよび一方向Ａと異なる他方向Ｂに伸縮自在である。引張材１３は、複数設けられ、各引張材１３は、前記他方向に延びる。本実施の形態では、膜材の法線方向から見た場合一方向Ａと他方向Ｂとは、直角を成す。
【００１５】
網状体１２は、ほぼ一方向Ａに沿って延びる複数の組成糸１４を相互に交錯させて、四角形状、具体的には長い方の対角線を一方向Ａに配置するとともに、短い方の対角線を他方向Ｂに配置する菱形の網目１５を有するように形成される菱目ネットである。各組成糸１４は、糸状に形成される繊維材すなわち繊維を用いて形成される部材であり、たとえば変性ポリフェニレンエーテル繊維（商標名：ザイロン）およびパラ系アラミド（パラ系全芳香族ポリアミド）繊維（商標名：ケブラー）などの高強度繊維によって糸状に形成される。
【００１６】
各引張材１３は、帯状に形成される繊維材であり、たとえば上記組成糸１４と同様の高強度繊維から成る糸を用いて、織成される。これら各引張材１３は、網状体１２に編み込まれて、網状体１２に対して係止される。
【００１７】
本実施の形態では、各引張材１３は、網目１５の菱形を、一方向Ａに分割して２つの三角形を想定した場合に、他方向Ｂに並ぶ各三角形を、厚み方向に異なる側から交互に挿通するように、換言すれば、上記三角形の辺上に配置されて他方向Ｂに並ぶ組成糸１４の糸部分が、引張材１３の厚み方向一方および他方に、交互に配置されるように、網状体１２に編み込まれる。各引張材１３は、上記のように各網目１５を挿通して、各網目１５を２つの引張材１３がそれぞれ挿通するように設けられる。
【００１８】
膜材１１は、荷重を与えて引張れた緊張状態、言い換えるならば膨らんだ状態で、網状体１２と引張材１３とが摩擦力を利用して相互に係止される。荷重が負荷されない状態では、網状体１２に対して各引張材１３を他方向Ｂに容易にずらして変位させることができるので、この状態で所定の位置となるように相互の位置関係を調整する。したがって膜材１１は、膨らんだ状態では、網状体１２の他方向Ｂの伸縮を防止して、形状を安定して保持することができ、弛緩状態では、網状体１２に対して各引張材１３を他方向Ｂに容易にずらすことができ、網状体１２の他方向Ｂへの伸縮状態を容易に調節することができる。
【００１９】
このように膜材１１は、網状体１２に各引張材１３を編み込んで構成されるいわば網シート状であって、飛行船の外皮の一部を構成する膜材１１は、図２に示すように、たとえば楕円をその長径まわりに回転させた回転楕円体の外表面状の形状を有し、回転軸線に機軸Ｌ１が一致している。
【００２０】
図３は、膜材１１を簡略化して示す正面図である。図４は、膜材１１を簡略化して示す底面図である。本実施の形態では、膜材１１は、３つの構造部分である胴部１７、機首部１９および尾部２１を有する。
【００２１】
第１の構造部分である胴部１７は、膜材１１の機軸方向中間部に配置される部分である。胴部１７は、他方向Ｂの両端部が図３および図４に示す結合部１８の箇所で、図５に示すように、相互に結合され、その機軸方向中央部分が残余に比べて半径方向外方に膨出するいわば太鼓形の筒に構成され、機軸方向両端部分が開放されている。結合は接着剤１６を用いた接着または機械的に結合される。
【００２２】
この胴部１７は、周方向一箇所で、機軸Ｌ１に沿って、結合される結合部１８を有する。具体的には、本実施の形態では、最も飛行船の下部側となる部位に、結合部１８が形成される。この胴部１７は、一方向Ａは、回転楕円体の外表面と、機軸を含む平面との交線に沿う方向となり、他方向Ｂは、機軸Ｌ１まわりの周方向となる。
【００２３】
第２の構造部分である機首部１９は、膜材１１の機軸方向一端部である前端部に配置される部分である。機首部１９は、中央部分が周縁部分に対して一方に膨出する皿状に形成され、その周縁部が、胴部１７の機軸方向一端部分に、上述の結合部１８と同様の結合部２０を形成して結合され、胴部１７を塞ぐ。この機首部１９は、一方向Ａは、軸線Ｌ１を含む一平面に沿う方向で回転楕円体の外周面に沿う方向となり、他方向Ｂは、一平面に垂直な他平面に沿う方向で回転楕円体の外周面に沿う方向となる。ここで一平面は、たとえば機軸Ｌ１および結合部１８を含む平面である。
【００２４】
第３の構造部分である尾部２１は、膜材１１の機軸方向他端部である後端部に配置される部分である。尾部２１は、中央部分が周縁部分に対して一方に膨出する皿状に形成され、その周縁部が、胴部１７の機軸方向他端部部分に、上述の結合部１８と同様の結合部２２を形成して結合され、胴部１７を塞ぐ。この機尾部２１は、各方向Ａ，Ｂが、機首部１９と同様な方向となる。
【００２５】
このように膜材１１は、機首部１９および尾部２１によって、胴部１７を機軸方向両側から挟むようにして構成され、機軸Ｌ１に垂直な平面に対して対称に構成される。
【００２６】
図６は、外皮の層構成を説明するための断面図であって、図６（１）は、層を分解して示し、図６（２）は、積層した状態で示す。上述のように胴部１７、機首部１９および尾部２１を結合して形成される膜材１１に、外皮を構成するための他の構成材を両面に積層し、外皮が形成される。外皮は、基本的に、強度保持層、シール層および保護層の３層を含んで構成される。強度部材である膜材１１によって強度保持層が形成され、この膜材１１の内面側に、シール層を形成するシール部材としてガスバリアフィルム２５が設けられ、膜材１１の外表面側に、接着剤層２６を介して保護部材である保護フィルム２７が設けられる。接着剤層２６および保護フィルム２７を含んで保護層が形成される。
【００２７】
浮揚用ガスの漏れを防ぐためのガスバリアフィルム２５は、ポリエチレンなどの基層と、エチレン酢酸ビニルランダム共重合体鹸化物（商標名：エバール）などの気体を遮断する性質を有する材料から成る気体遮断層とを積層して形成される。このガスバリアフィルム２５は、気体遮断層を内側にして、膜材１１の内側に部分的にあるいは全面的に接着剤（接着剤層２６と同様または類似のもの）２６ａを介して膜材１１に接着される。
【００２８】
耐候性を高くするための保護フィルム２７は、ポリフッ化ビニールフィルム（商標名：テドラー）にアルミニウム蒸着をしたフィルムである。この保護フィルム２７は、アルミ蒸着層を内面側に配置して、接着剤層２６を介して、すなわち接着剤層のウレタン系接着剤によって、膜材１１に接着される。少なくともこのような膜材１１、ガスバリアフィルム２５、接着剤層２６および保護フィルム２７が積層されて、外皮が構成される。
【００２９】
このように外皮を構成するにあたって、膜材１１に接着剤層２６を介して保護フィルム２７を接着することによって、接着剤層２６の接着剤によって、膜材１１における網状体１２と引張材１３とが相互に結合され、一体の外皮を構成する。
【００３０】
このような本実施の形態によれば、飛行船の外皮を構成する膜材１１は、網状体１２と引張材１３とを相互に係止することにより構成される。網状体１２は、複数の繊維材によって形成することができ、一方向Ａおよび他方向Ｂの寸法に、ほとんど制限を受けない。また引張材１３は、繊維材によって形成することができるため、従来の膜材１などを用いる場合のように原反の幅寸法に影響されて、寸法が制限されてしまうことがない。したがって、基本的に継ぎ目部を最小にするため、継ぎ目部の数を可及的に少なくして、大きな膜材１１を形成することができる。しかも上述のような結合部１８，２０，２２の構造とすることによって、荷重Ｆの伝達の経路における接着剤の部分を少なくし、より強度面の信頼性を高くすることができる。
【００３１】
したがって上述のように、周方向の結合部１８が一箇所だけである胴部１７を形成し、全体として結合部、すなわち継ぎ目部の少ない、大きな飛行船の外皮の膜材１１を形成することができる。たとえば機軸方向寸法が２５０ｍを越え、かつ最大直径が５０ｍを越えるような大形の飛行船の外皮であっても、上述のような３箇所の結合部１８，２０，２２で、外皮の膜材１１を形成することができる。
【００３２】
胴部１７における結合部１８を比較的直射日光などの影響を受けにくい下部に配置することによって、温度上昇との環境変化による強度低下を防止し強度における信頼性の高い飛行船の外皮を形成することができる。
【００３３】
また膜材１１の強度は、各線状体の強度を、すなわち組成糸１４および引張材１３の材質や寸法を変更することによって、容易に変更することができ、強度の選択上の自由度が高く、利便性に優れている。さらに網状体１２が伸縮自在であるとともに、引張材１３は長手方向寸法を自在に決定することができるので、上述のように３次元曲面形状の構造体を自由に形成することができ、飛行船の外皮の膜材１１を容易に形成することができる。
【００３４】
また引張材１３は、網状体１２に編み込まれるので、網状体１２と引張材１３とは、相互の位置を調節して、膜材１１の形状を調節することができるうえ、膜材１１に荷重を与えて引っ張ることによって、網状体１２と引張材１３とが摩擦を利用して相互に係止され、膜材１１の形状を固定することができる。したがって複雑な形状を初め、任意の形状の高強度膜構造体を容易に形成することができるので、上述の膜材１１を容易に形成することができ、飛行船の外皮を容易に形成することができる。
【００３５】
また引張材１３を帯状とすることによって、膜材１１の厚み方向に挿通する目をできるだけ小さくすることにより、ガスバリアフィルムの耐荷能力を向上させることができる。
【００３６】
図７は、本発明の実施の他の形態の膜材１１ａの一部を示す斜視図である。図８は、膜材１１ａの一部を示す正面図である。本実施の形態の膜材１１ａは、図１〜図６に示す実施の形態の膜材１１と類似しており、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
図１〜図６の膜材１１では、菱形の網目１５を分割した三角形の領域で網目を通過するように、したがって１つの網目に２本の引張材１３が通過するように、引張材１３が網状体１２に編み込まれたけれども、本実施の形態の膜材１１ａは、各引張材１３が、他方向Ｂに並ぶ組成糸１４の交錯点の列の１つおきに、菱形の網目１５の対角線に沿って配置されるように、網状体１２に編み込まれる。このような構成の膜材１１ａは、図１〜図６の膜材１１と同様に用いることができ、同様の効果を得ることができる。
【００３９】
図９は、本発明の実施のさらに他の形態の膜材１１ｂの一部を示す斜視図である。本実施の形態の膜材１１ｂは、図７および図８に示す実施の形態の膜材１１ａと類似しており、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４０】
図７および図８の膜材１１ａでは、各引張材１３は、網状体１２に交互に編み込まれた状態であるけれども、本実施の形態の膜材１１ｂは、各引張材１３が網状体１２に結束線材３０を用いて、組成糸１４の交錯点において、結び付けられて結束される。全ての交錯点において結束するようにしてもよいし、一部の交錯点を選択して結束するようにしてもよいが、全ての交錯点で結束すれば、形状安定性をより高くすることができる。結束線材３０は、たとえば上記網状体１２の組成糸と同様の繊維材から成る。このような係止構造に構成される膜材１１ｂは、図７および図８の膜材１１ａと同様に用いることができ、同様の効果を得ることができる。
【００４１】
図１０は、本発明の実施のさらに他の形態の膜材１１ｃの一部を示す正面図である。本実施の形態の膜材１１ｃは、図１〜図６に示す実施の形態の膜材１１と類似しており、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。
図１〜図６の膜材１１では、各引張材１３は、網状体１２に編み込まれたけれども、本実施の形態の膜材１１ｃは、各引張材１３が網状体１２の一方側に設けられる。引張材１３は、他方向Ｂに並ぶ組成糸１４の交錯点の列の全てに沿って、菱形の網目１５の対角線に沿って配置される。
【００４２】
この状態で、網状体１２と各引張材１３とは、接着剤を用いて結合され、相互に係止される。このような構成の膜材１１ｃは、図１〜図６の膜材１１と同様に用いることができ、引張材１３が編み込まれることによる効果を除いて、同様の効果を得ることができる。
【００４３】
さらに加えて本実施の形態では、引張材１３が、菱形の網目１５の対角線に沿って延びるので、網状体１２と引張材１３とを組合わせて、四角形状の目を三角形状の目に変更することができる。三角形は、変形しにくい安定した形状であり、これによって膜材１１ｃの形状をさらに確実に安定させることができる。しかも本実施の形態では、引張材１３は、他方向Ｂに並ぶ交錯点の列の全てに沿って配置されているので、上記形状安定効果をさらに高くすることができる。
【００４４】
また高強度膜構造体は、上記飛行船の外皮の膜材以外の他の構造体であってもよい。たとえば圧力容器、ドーム状建築物の屋根などであってもよい。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、継ぎ目部を基本的に無くすようにして、継ぎ目部の数を可及的に少なくし、強度における信頼性が飛躍的に向上される高強度膜構造体を、しかも大形の高強度膜構造体を形成することができる。また各線状体の強度を変更することによって、容易に変更することができ、強度の選択の自由度を高く、利便性に優れている。さらに網状体の伸縮状態を調節し、３次元曲面形状を含む任意の形状の高強度構造体を容易に形成することができる。
【００４６】
請求項２記載の本発明によれば、複雑な形状の構造体を容易に形成することができる。
【００４８】
請求項３記載の本発明によれば、強度が高くかつ耐候性および気体遮断性を有する多層構造体を実現でき、たとえば飛行船の外皮などを好適に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の飛行船の外皮の膜材１１の一部を示す斜視図である。
【図２】膜材１１を示す斜視図である。
【図３】膜材１１を簡略化して示す正面図である。
【図４】膜材１１を簡略化して示す底面図である。
【図５】結合部１８を拡大して示す断面図である。
【図６】外皮の層構成を説明するための断面図である。
【図７】本発明の実施の他の形態の膜材１１ａの一部を示す斜視図ある。
【図８】膜材１１ａの一部を示す正面図である。
【図９】本発明の実施のさらに他の形態の膜材１１ｂの一部を示す斜視図ある。
【図１０】本発明の実施のさらに他の形態の膜材１１ｃの一部を示す正面図である。
【図１１】従来の技術の飛行船２の外皮３を示す断面図である。
【図１２】図１１の切断面線Ｓ１２−Ｓ１２を示す断面図である。
【図１３】構造材の継ぎ合わせ部を拡大して示す図である。
【符号の説明】
１１，１１ａ〜１１ｃ  膜材
１２，１２ｄ  網状体
１３  引張材
１４  組成糸
１５，１５ｄ  網目
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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