JP7007775B1 - 構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量であると共に、荷重に対する強度が高い構造体を提供する。【解決手段】４つの長方形板のそれぞれの１短辺が集合して形成された中心軸を中心に、十字に形成された第１十字状板１０を、第１十字状板１０の周囲に同一形状の第２十字状板１２～第５十字状板１８が配置された構造部位を備えた構造体１である。【選択図】図１

Description

本発明は、構造体に関し、詳しくは、棚板や防音パネルなどの建築用パネル部材に適用できる構造体に関する。

従来より、建物の内装材や家具材等に用いられる建築用パネル部材としては、合板やパーティクルボード、ＭＤＦなどの木質繊維板等の木質材料を基材として、表面に突き板や樹脂シート等の化粧シート材を貼着したパネル部材が知られている。このような木質材料を基材としたパネル部材では、重量が大きいため、運搬や施工時の取り扱い性が悪いといった問題や、木質資源の使用による環境への負荷が大きいといった問題があった。

近年、上記のような木質材料を基材としたパネル部材に代えて、縦枠と横枠とを枠組みして形成した外枠内に、所定の構造体からなる芯材を配設して、その表裏に面材を貼り付けて形成した、いわゆるフラッシュパネル（サンドイッチパネルともいう）が建築用パネル部材として用いられている。このようなフラッシュパネルの芯材に適用できる構造体としては、ハニカム形状やひし形状等の幾何学形状の枠状セルの集合体からなる構造体や、発泡体等の構造体が採用されている。

具体的に、このような構造体を適用した建築用パネル部材としては、例えば、少なくとも二枚の板の間に芯材を挟んだ板状の基材と、基材の端面へ備わる一又は二以上の補強板と、基材表面に貼付する化粧シートと、を備えた化粧板であって、基材は、芯材がハニカム構造を有し、化粧シートは、基材の一の板面側から補強板を含んで基材端面を覆いつつ他の板面側にまで亘って貼付されている建築用パネル部材が提案されている（特許文献１）。

特開２０１３－１４６８７２号公報

従来のフラッシュパネルの芯材に適用できる構造体は、上記特許文献１のようなハニカム構造の芯材を用いるものであったが、ハニカム構造の芯材を用いたフラッシュパネルは、例えば、棚材とした場合、上からの荷重に対する強度が必ずしも十分とはいえなかった。特に、従来のフラッシュパネルの芯材は、軽量化を図るため、素材として紙を用いることから、上からの荷重に対する強度が十分ではなかった。

本発明の課題は、軽量であると共に、荷重に対する強度の高い構造体を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、４つの長方形板のそれぞれの１短辺が集合して形成された中心軸を中心に、十字に形成された第１十字状板を、第１十字状板の周囲に同一形状の第２十字状板～第５十字状板が配置された構造部位を備えた構造体とすることにより、上記課題を解決できることを見いだし、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、以下の通りである。
［１］第１十字状板の周囲に同一形状の第２十字状板～第５十字状板が配置された構造部位を備えた構造体であって、
前記第１十字状板～第５十字状板は、それぞれ、４つの長方形板から構成され、該長方形板の長側面を底面として立設され、４つの長方形板のそれぞれの１短辺が集合して形成された中心軸を中心に、上板部、下板部、右板部及び左板部からなる十字が形成され、
第２十字状板の中心が、第１十字状板の中心から、上に板の長辺の長さ分、右に板の長辺に板の厚さを足した長さの半分に板の厚さを足した長さ分、離れた位置に配置され、第１十字状板の上板部の上側面と、第２十字状板の左板部の下面とが当接されると共に、第１十字状板の右板部の上面と、第２十字状板の下板部の下側面とが当接され、
第３十字状板の中心が、第１十字状板の中心から、右に板の長辺の長さ分、下に板の長辺に板の厚さを足した長さの半分に板の厚さを足した長さ分、離れた位置に配置され、第１十字状板の右板部の右側面と、第３十字状板の上板部の左面とが当接されると共に、第１十字状板の下板部の右面と、第３十字状板の左板部の左側面とが当接され、
第４十字状板の中心が、第１十字状板の中心から、下に板の長辺の長さ分、左に板の長辺に板の厚さを足した長さの半分に板の厚さを足した長さ分、離れた位置に配置され、第１十字状板の下板部の下側面と、第４十字状板の右板部の上面とが当接されると共に、第１十字状板の左板部の下面と、第４十字状板の上板部の上側面とが当接され、
第５十字状板の中心が、第１十字状板の中心から、左に板の長辺の長さ分、上に板の長辺に板の厚さを足した長さの半分に板の厚さを足した長さ分、離れた位置に配置され、第１十字状板の左板部の左側面と、第５十字状板の下板部の右面とが当接されると共に、第１十字状板の上板部の左面と、第５十字状板の右板部の右側面とが当接され
ていることを特徴とする構造体。

［２］前記第２十字状板～第５十字状板の少なくとも１つが、第１十字状板となって、その周囲に同一形状の第２’～第５’十字状板が配置されていることを特徴とする上記［１］記載の構造体。
［３］植物性由来の樹脂からなることを特徴とする上記［１］又は［２］記載の構造体。
［４］前記植物性由来の樹脂がポリ乳酸（ＰＬＡ）であること特徴とする上記［３］記載の構造体。
［５］３Ｄプリンタによって一体造形されたことを特徴とする上記［１］～［４］のいずれか記載の構造体。
［６］建築用パネル部材の芯材であることを特徴とする上記［１］～［５］のいずれか記載の構造体。

［７］上記［１］～［６］のいずれか記載の構造体を芯材とすることを特徴とする建築用パネル部材。
［８］棚板であることを特徴とする上記［７］記載の建築用パネル部材。
［９］防音パネルであることを特徴とする上記［７］記載の建築用パネル部材。
［１０］遮光ルーバーであることを特徴とする上記［７］記載の建築用パネル部材。

本発明の構造体は、軽量であると共に、荷重に対する強度が高い。

本発明の一実施形態に係る構造体の概略平面図であり、第１十字状板～第５十字状板を示す。 本発明の一実施形態に係る構造体の第１十字状板の概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る構造体の概略平面図であり、第１’十字状板～第５’十字状板を示す。 本発明の一実施形態に係る構造体を用いて製造される建築用パネル部材の一例の概略平面図である。 本発明の一実施形態に係る構造体を用いて製造される建築用パネル部材の他の例の説明図であり、（ａ）は概略斜視図であり、（ｂ）は構造体の概略平面図である。 実施例において製造した棚板の写真であり、（ａ）は構造体の拡大図を示し、（ｂ）は上から張り付けたベニア板、アルミコアを用いて製造された建築用パネル部材、構造体を用いて製造された建築用パネル部材を示し、（ｃ）はフェザーコアを用いて製造された建築用パネル部材を示す。 たわみ試験の概要を示す説明図である。 垂直力試験の概要を示す説明図である。

以下、図面を用いて本発明の構造体の実施形態を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施形態に制限されるものではない。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る構造体１は、第１十字状板１０の周囲に同一形状の第２十字状板１２、第３十字状板１４、第４十字状板１６、第５十字状板１８が配置された構造部位を備えている。なお、図１中、実線及び破線は、構造体１における第１～第５十字状板１０～１８の構造部位を区別するものであって、模様ではない。また、ハッチングは、第１～第５十字状板１０～１８を区別するものであって、模様ではない。

第１十字状板～第５十字状板は、同一の構成であるため、第１十字状板を例にとって具体的に説明する。
図２に示すように、第１十字状板１０は、長辺（ａ）３０ｍｍ、短辺（ｂ）１５ｍｍ、厚さ（ｃ）２ｍｍの長方形板２０～２６から構成されている。第１十字状板１０は、４つの長方形板２０～２６の長側面を底面として立設され、長方形板２０～２６のそれぞれの１短辺が集合して形成された中心軸２８を中心に、上板部２０、下板部２２、右板部２４、左板部２６からなる十字に形成されている。

第１十字状板１０の長辺（ａ）の長さとしては、上記長さに限定されるものではなく、用途によって適宜設定することができ、例えば、１０～２００ｍｍであることが好ましく、１５～１００ｍｍであることがより好ましく、２０～５０ｍｍであることがさらに好ましい。また、その短辺（ｂ）の長さとしては、５～１００ｍｍであることが好ましく、８～５０ｍｍであることがより好ましく、１０～３０ｍｍであることがさらに好ましい。また、その厚さとしては、０．１～１５ｍｍであることが好ましく、０．５～８ｍｍであることがより好ましく、１～４ｍｍであることがさらに好ましい。

第１十字状板１０の材質としては、所定の強度を有するものを採用することができ、例えば、プラスチック（合成樹脂）、金属を挙げることができ、軽量化の点から、プラスチックが好ましい。プラスチックとしては、具体的に例えば、硬質塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂、硬質ポリエチレン樹脂、ポリ乳酸（ＰＬＡ）等を挙げることができ、ポリ乳酸が好ましい。

図１に示すように、第２十字状板～５十字状板１２～１８は、第１十字状板１０の周囲に配置され、一体に形成されている。第１十字状板１０の上板部２０の右面から第２十字状板１２の下板部２２の左面までの間隔（Ｘ）は１４ｍｍである。同様に、第１十字状板の右板部２４の下面から第３十字状板１４の左板部２６の上面までの間隔、第１十字状板１０の下板部２２の左面から第４十字状板１６の上板部２０の右面までの間隔、第１十字状板１０の左板部２６の上面から第５十字状板１８の右板部２４の下面までの間隔も１４ｍｍである。

具体的には、第２十字状板１２の中心が、第１十字状板１０の中心から、上に板の長辺の長さ分（３０ｍｍ）、右に板の長辺（３０ｍｍ）に板の厚さ（２ｍｍ）を足した長さの半分に板の厚さ（２ｍｍ）を足した長さ分（１８ｍｍ）、離れた位置に配置され、第１十字状板１０の上板部２０の上側面と、第２十字状板１２の左板部２６の下面とが当接されると共に、第１十字状板１０の右板部２４の上面と、第２十字状板１２の下板部２２の下側面とが当接され、第３十字状板１４の中心が、第１十字状板１０の中心から、右に板の長辺の長さ分（３０ｍｍ）、下に板の長辺（３０ｍｍ）に板の厚さ（２ｍｍ）を足した長さの半分に板の厚さ（２ｍｍ）を足した長さ分（１８ｍｍ）、離れた位置に配置され、第１十字状板１０の右板部２４の右側面と、第３十字状板１４の上板部２０の左面とが当接されると共に、第１十字状板１０の下板部２２の右面と、第３十字状板１４の左板部２６の左側面とが当接され、第４十字状板１６の中心が、第１十字状板１０の中心から、下に板の長辺の長さ分（３０ｍｍ）、左に板の長辺（３０ｍｍ）に板の厚さ（２ｍｍ）を足した長さの半分に板の厚さ（２ｍｍ）を足した長さ分（１８ｍｍ）、離れた位置に配置され、第１十字状板１０の下板部２２の下側面と、第４十字状板１６の右板部２４の上面とが当接されると共に、第１十字状板１０の左板部２６の下面と、第４十字状板１６の上板部２０の上側面とが当接され、第５十字状板１８の中心が、第１十字状板１０の中心から、左に板の長辺の長さ分（３０ｍｍ）、上に板の長辺（３０ｍｍ）に板の厚さ（２ｍｍ）を足した長さの半分に板の厚さ（２ｍｍ）を足した長さ分（１８ｍｍ）、離れた位置に配置され、第１十字状板１０の左板部２６の左側面と、第５十字状板１８の下板部２２の右面とが当接されると共に、第１十字状板１０の上板部２０の左面と、第５十字状板１８の右板部２４の右側面とが当接されている。

図３に示すように、構造体１は、第３十字状板（以下、図３においては、第１’十字状板とする）１４の周囲に同一形状の第２’～第５’十字状板３０～３６が配置されている。すなわち、本発明の一実施形態に係る構造体１は、１つの十字状板の周囲に同一形状の４つの十字状板が配置された構造部位が連続して形成されるという特定の構造を有している。なお、第５’十字状板３６は、図１の第１十字状板１０である。また、第２’～第４’十字状板３０～３４は、それぞれ図１における第１十字状板１０と同様の構成であるため説明を省略する。

本発明の構造体１は、一体に成形されて構成されるものが好ましい。一体成型する方法としては、例えば、３Ｄプリンタによって一体造形する方法や、鋳造や射出成形などの型に材料を流し込み固める方法を挙げることができる。

本発明の構造体１は、上記特定の構造を有するものであることから、用いる材料の量を少ないにもかかわらず、たわみが小さく、荷重に対する強度が高い。

上記の本発明の構造体１は、例えば、建築用パネル部材の芯材として用いることができる。具体的に、構造体１を芯材とする建築用パネル部材の態様としては、構造体１と、構造体１の周囲を囲む枠材とを備えている態様や、さらに、構造体の表裏の両面に配設されたシート材を備えている態様（フラッシュパネル）を挙げることができ、具体的例えば、棚板、防音パネル、遮光ルーバー（ハイライトルーバー）等を挙げることができる。

次に、上記一実施形態に係る構造体１を用いて製造される建築用パネル部材の一例を説明する。
図４に示すように、建築用パネル部材３８は、構造体１と、構造体１の周囲を囲む枠材４０～４６とを備えている。構造体１は、第１～５十字状板１０～１８の上板部２０及び下板部２２が、構造体１の周囲を囲む枠材４４及び４６と平行に、かつ、右板部２４及び左板部２６が、構造体１の周囲を囲む枠材４０及び４２と平行に配置され、横約７２０ｍｍ、縦約２４０ｍｍ、厚さ約１５ｍｍの平板状に形成されている。長枠材４０，４２は、それぞれ、横約８００ｍｍ、縦約４０ｍｍ、厚さ約１５ｍｍであり、構造体１の長手方向の側面に取り付けられている。また、短枠材４４，４６は、横約４０ｍｍ、縦約２４０ｍｍ、厚さ約１５ｍｍであり、構造体１の短手方向の側面に取り付けられている。建築用パネル部材３８は、例えば、遮光ルーバー（ハイライトルーバー）として用いることができる。

建築用パネル部材３８は、さらに、その表裏面（構造体１が剥き出しの面）に、例えばベニア板製のシート材を貼り付けることにより、フラッシュパネルとすることができる。この場合、建築用パネル部材３８は、例えば、棚板、防音パネル、建具、トイレブース、テーブル等に用いることができる。

上記一実施形態に係る構造体１を用いて製造される建築用パネル部材の他の例について説明する。図５に示す他の例に係る建築用パネル部材４８は、構造体１の第１～５十字状板の構造部位（上板部２０、下板部２２、右板部２４及び左板部２６）が、構造体の周囲を囲む枠材と傾斜した状態で配置されている点で上記の例と異なる。なお、上記構造体１と同様の構成の部材については、同一符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、建築用パネル部材４８は、上記構造体の第１～５十字状板の構造部位が、構造体の周囲を囲む枠材４０～４６と所定角度（４５°）傾斜した状態となるように周囲をカッティングし、全体が横約７２０ｍｍ、縦約２４０ｍｍ、高さ約１５ｍｍの平板状に形成された構造体１’を備えている。建築用パネル部材４８は、その表裏面にベニア板製のシート材５０が貼り付けられている。

本発明の構造体の強度を調査した。

［たわみ試験１］
（実施例１）
本発明の構造体を用いて製造された建築用パネル部材３８の表裏面に横８００ｍｍ縦３２０ｍｍ厚さ４ｍｍのベニア板を貼り付けて棚板を作製し、強度試験を行った。

（比較例１）
構造体をフェザーコア（新日本フェザーコア株式会社製）とした以外は実施例１と同様にして、棚板を製造した。フェザーコアは、中芯原紙、強化中芯原紙、耐水中芯原紙を波形に連続成型積層したものを用いた。

（比較例２）
構造体をアルミコア（株式会社パイオニアテック製）とした以外は実施例１と同様にして、棚板を製造した。アルミコアは、厚さ０．６ｍｍ格子サイズ１５ｍｍ×１５ｍｍであり、枠材の中の格子の密度が本発明の構造体よりも大きいものを用いた。

図６は、実施例において製造した棚板の写真であり、（ａ）は構造体の拡大図を示し、（ｂ）は上から張り付けたベニア板、アルミコアを用いて製造された建築用パネル部材、構造体を用いて製造された建築用パネル部材を示し、（ｃ）はフェザーコアを用いて製造された建築用パネル部材を示す。

試験方法は、ＪＩＳ Ｓ１２００：２０１２ ６．１．３棚板のたわみ試験（レベル２）の方法に準拠する試験を用いた。図７は、たわみ試験１の概要を示す説明図である。
具体的には、図７に示すように、両端２０ｍｍを支持台に載置した状態の棚板に３７．３ｋｇ［１．５ｋｇ／ｄｍ^２］のおもりを均一に載せ、その状態で７日間（１６８時間）放置した。放置後の棚板のたわみ量を０．１ｍｍの精度で測定し、棚板支持間の距離に対するたわみ率を算出した。たわみ率の算出には以下の式を用いた。

たわみ率［％］＝たわみ量／棚板支持間の距離×１００

おもりを除荷した後、試験体各部において、使用上支障がある破損、ゆるみ、変形などの異状の有無を調べた。

実施例１に係る棚板は、測定たわみ量が４．０ｍｍ、棚板支持間の距離（７６２ｍｍ）に対するたわみ率は０．５％であった。
一方、比較例１に係る棚板は、測定たわみ量が４．３ｍｍ、棚板支持間の距離（７６２ｍｍ）に対するたわみ率は０．６％であった。また、比較例２に係る棚板は、測定たわみ量が３．６ｍｍ、棚板支持間の距離（７６２ｍｍ）に対するたわみ率は０．５％であった。
なお、実施例１に係る棚板、比較例１に係る棚板及び比較例２に係る棚板は、試験終了後、試験体各部において、使用上支障がある異状は認められなかった。

［たわみ試験２（垂直力試験）］
（実施例２）
上記たわみ試験１の実施例１に係る棚板と同様の構成の実施例２に係る棚板を用いて強度試験を行った。

（比較例３）
上記たわみ試験の比較例１に係る棚板と同様の構成の比較例３に係る棚板を用いた。

（比較例４）
上記たわみ試験の比較例２に係る棚板と同様の構成の比較例４に係る棚板を用いた。

試験方法は、ＪＩＳ Ｓ１２０５：１９９８ ７．１．１主作業面の垂直力試験（区分２）を参考とした試験を用いた。図８は、たわみ試験２の概要を示す説明図である。
具体的には、図８に示すように、両端２０ｍｍを支持台に載置した状態の棚板の中央部に当て板（直径が１００ｍｍの剛性の円盤で、表面が平らで縁を１２ｍｍに丸めたもの）を介して７５０Ｎ（約７６．５ｋｇｆ）の力を垂直に１０回加えた。力を加える時間は１回につき１０秒間とした。棚板の長手方向中央端部の最大たわみ量を０．１ｍｍの精度で測定を行った。

試験終了後、試験体各部において、使用上支障がある破損、ゆるみ、変形などの異状の有無を調べた。

実施例２に係る棚板は、測定たわみ量が６．７ｍｍであった。
一方、比較例３に係る棚板は、測定たわみ量が９．８ｍｍであった。また、比較例４に係る棚板は、測定たわみ量が６．５ｍｍであった。
なお、実施例２に係る棚板、比較例３に係る棚板及び比較例４に係る棚板は、試験終了後、試験体各部において、使用上支障がある異状は認められなかった。

上記たわみ試験の結果から、本発明の構造体を用いて製造された棚板は、フェザーコア（ペーパーコア）よりも、上からの荷重に対する強度が高く、密度が大きいアルミコア（アルミ格子）と同等の強度を有することを確認できた。

本発明は、棚板や防音パネルなどの建築用パネル部材の芯材として用いることができるものであることから、産業上有用である。

１ 構造体
１’ 構造体
１０ 第１十字状板（第５’十字状板）
１２ 第２十字状板
１４ 第３十字状板（第１’十字状板）
１６ 第４十字状板
１８ 第５十字状板
２０ 上板部
２２ 下板部
２４ 右板部
２６ 左板部
２８ 中心軸
３０ 第２’十字状板
３２ 第３’十字状板
３４ 第４’十字状板
３６ 第５’十字状板
３８ 建築用パネル部材
４０ 長枠材
４２ 長枠材
４４ 短枠材
４６ 短枠材
４８ 建築用パネル部材
５０ シート材

Claims (10)

1. 第１十字状板の周囲に同一形状の第２十字状板～第５十字状板が配置された構造部位を備えた構造体であって、
   前記第１十字状板～第５十字状板は、それぞれ、４つの長方形板から構成され、該長方形板の長側面を底面として立設され、４つの長方形板のそれぞれの１短辺が集合して形成された中心軸を中心に、上板部、下板部、右板部及び左板部からなる十字が形成され、
   第２十字状板の中心が、第１十字状板の中心から、上に板の長辺の長さ分、右に板の長辺に板の厚さを足した長さの半分に板の厚さを足した長さ分、離れた位置に配置され、第１十字状板の上板部の上側面と、第２十字状板の左板部の下面とが当接されると共に、第１十字状板の右板部の上面と、第２十字状板の下板部の下側面とが当接され、
   第３十字状板の中心が、第１十字状板の中心から、右に板の長辺の長さ分、下に板の長辺に板の厚さを足した長さの半分に板の厚さを足した長さ分、離れた位置に配置され、第１十字状板の右板部の右側面と、第３十字状板の上板部の左面とが当接されると共に、第１十字状板の下板部の右面と、第３十字状板の左板部の左側面とが当接され、
   第４十字状板の中心が、第１十字状板の中心から、下に板の長辺の長さ分、左に板の長辺に板の厚さを足した長さの半分に板の厚さを足した長さ分、離れた位置に配置され、第１十字状板の下板部の下側面と、第４十字状板の右板部の上面とが当接されると共に、第１十字状板の左板部の下面と、第４十字状板の上板部の上側面とが当接され、
   第５十字状板の中心が、第１十字状板の中心から、左に板の長辺の長さ分、上に板の長辺に板の厚さを足した長さの半分に板の厚さを足した長さ分、離れた位置に配置され、第１十字状板の左板部の左側面と、第５十字状板の下板部の右面とが当接されると共に、第１十字状板の上板部の左面と、第５十字状板の右板部の右側面とが当接され
   ていることを特徴とする構造体。
2. 前記第２十字状板～第５十字状板の少なくとも１つが、第１十字状板となって、その周囲に同一形状の第２’～第５’十字状板が配置されていることを特徴とする請求項１記載の構造体。
3. 植物性由来の樹脂からなることを特徴とする請求項１又は２記載の構造体。
4. 前記植物性由来の樹脂がポリ乳酸（ＰＬＡ）であること特徴とする請求項３記載の構造体。
5. ３Ｄプリンタによって一体造形されたことを特徴とする請求項１～４のいずれか記載の構造体。
6. 建築用パネル部材の芯材であることを特徴とする請求項１～５のいずれか記載の構造体。
7. 請求項１～６のいずれか記載の構造体を芯材とすることを特徴とする建築用パネル部材。
8. 棚板であることを特徴とする請求項７記載の建築用パネル部材。
9. 防音パネルであることを特徴とする請求項７記載の建築用パネル部材。
10. 遮光ルーバーであることを特徴とする請求項７記載の建築用パネル部材。

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