JP3580301B2 - Reinforcing method of membrane body opening - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜構造建造物などの膜体の開口部の補強技術に係わり、更に詳しくは、繊維織物の基布に樹脂コーティングまたはラミネートを施してなる膜体に形成された膜体開口部の補強方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ドーム天井やテントハウスなどといった膜構造建造物をはじめ、膜体で作られた収納袋(例えばフレキシブルコンテナバッグ)、または気球の球体および飛行船の船体などのガス容器等に用いられる膜体は、張設用ロープの作用力、風圧、ガス圧等に伴う引っ張り力に耐えるとともに、紫外線や酸性雨や積雪などに耐える必要性がある。そのためこれらの膜体は、張力や内外圧に耐え、且つ耐候性、耐水性、耐寒性に優れ、更に必要に応じて気密性にも優れた膜体とするため、一般にガラス繊維や合成繊維などで織られた平織組織の繊維織物の基布に合成樹脂や合成ゴムなどをコーティングまたはラミネートしてなる膜体が用いられる。そしてこれらの膜体には、張設用ロープ挿通孔のほか、明かり取り、風抜き、メンテナンス、給排気、或いはガス注入、その他の目的で、随所に大小さまざまな開口が設けられる。
【0003】
ところで上記のような構成からなる膜体においては、たとえばゴム製など単一の均一組織からなる膜体とは異なり繊維織物が直接の強度メンバーとなる構造のため、膜体に作用する張力や圧力に伴う主応力は、織物組織の経糸および/または緯糸の方向に沿って発生し、斜め方向成分は基布の経糸と緯糸の絡み合いとコーティングまたはラミネート剤の保持作用に依存する支持力以内に限定され、斜め方向の応力伝達能力は僅かである。
【0004】
更に、織物組織の基布に樹脂等をコーティングまたはラミネートしてなる膜体では、開口形成で切断された基布の経糸と緯糸は開口部を挟んで互いに反対側の経糸と緯糸への直接的応力伝達ができなくなり、膜体に作用する応力は、開口から遠く離れた位置から開口を徐々に避けて開口近傍の基布の経糸緯糸を迂回して再び開口反対側の基布組織に伝えられるといった性質がある。
この開口部での応力伝達の様子を図6に模式的に示している。図6は、経糸61と緯糸62で織られた平織組織の基布60に樹脂をコーティングまたはラミネートしてなる膜体の開口63を形成し、その膜体基布の経糸61に沿う中抜き矢印方向に荷重Wを作用させ、荷重Wにより開口63とその両脇近傍の基布の代表的な経糸(符号a,b,c,d,e,f,g,h,i,j,k,l)に作用する応力をσで表した図である。そして、応力σの作用方向を両方向矢印で示すとともに、開口で切断された経糸(e,f,g,h)に作用する応力が開口を挟んで反対側に伝わる道筋を破線で、応力値の変化状態を矢印の長さでそれぞれ表している。開口63で切断された経糸(e,f,g,h)に作用する応力は、破線の応力線(s1,s2,s3,s4)に沿って開口63を避けて迂回するようにして開口の反対側に伝えられるため、開口63側方近傍を通る経糸(c,d,i,j)には、本来その糸が負担すべき応力と開口形成で切断された糸(e,f,g,h)に作用する応力の両方が作用し、著しく大きな応力(σ1,σ2)が発生する。
このように開口の側方に応力集中が発生する現象は、織物組織の基布に樹脂コーティングまたはラミネートしてなる膜体に共通の現象であるが、平織組織の基布の場合においてはとくにその傾向が顕著である。
【0005】
一方、ドーム天井やテントハウスなどといった膜構造建造物をはじめ、膜体で作られた収納袋(例えばフレキシブルコンテナバッグ)、または気球の球体および飛行船の船体などの圧力容器等に用いられる膜体においては、膜体に作用する張力や内外圧つまり風圧やガス圧に伴う応力が発生し、そのため膜体開口部周辺には、前記説明の如く大きな応力集中が発生し、開口周辺部の膜体の基布繊維がその応力に耐えきれずに引きちぎられて次々に伝播する、いわゆる引き裂き伝播現象が起こるといった問題がある。上記膜体構造物は、膜体を構成する基布に平織組織が採用される場合が多く引き裂き伝播がとくに発生しやすいが、平織組織の基布に限らず、他の織り組織の基布の場合でも同様に発生する。
【0006】
従来は、この膜体開口部の補強方法として、例えばロープ挿通孔はもちろんその他の開口でも必要に応じて開口内径部に金属製や樹脂製のリングを装着してカシメを行う方法がよく用いられる。或いはまた、中心に膜体の開口と同形の開口を形成した円形や菱形の膜体からなる補強部材(通称「当て布」という)を双方の開口を同心として貼り付ける補強方法も採用されている。
【0007】
前者のリングによる補強方法の場合、開口部にカシメ装着したリングが膜体に圧接しているだけで繊維と完全一体化していないため、リングを介しての応力の受け渡しを行わない。もし仮にリングと膜体とを一体化すべく接着した場合においても、膜体とリングとでは物性(剛性,可撓性,伸び率など)が極端に開きがあるため接着部が疲労や応力集中によって早期に剥離し、剥離した傷口から膜体の破断が生じ、ごく低い応力レベルまでしか耐えられないことが十分に想定される。
【0008】
一方、後者の円形や菱形の「当て布」による補強方法においては、当て布に膜体本体と同様な構成の織物組織に樹脂コーティングまたはラミネートしてなる膜体を用い、且つ膜体本体と当て布双方の織物組織が同方向となることを避けて互いに交差する方向になるように貼り合わせた場合においても、十分な補強効果が得られないことがある。
その理由は、織物組織は経糸と緯糸方向には大きな応力に対抗できるが斜め方向には前述のように僅かな応力しか対抗できず、膜体の基布と当て布の基布の双方の織り組織が互いに交差するように斜めに張り合わせると、当て布には斜め方向に引っ張る応力が作用するので当て布の基布の経糸と緯糸の交差点で互いにスリップして織り組織が変形し、応力伝達の役割を果たし得ないことによると考察される。
【0009】
従って、引き裂き伝播が生じないようにするためには、補強部材の膜体は本体の膜体よりもはるかに強靱な材質とし且つ開口周辺を非常に広い面積に亘って覆う補強部材を貼り付ける必要がある。しかし、本体の膜体と物性(例えば可撓性や伸び率など)が大きく異なる補強部材を用いると開口補強部がそれ以外の部分と物性が大きく異なることにより、しわの発生や応力集中の原因となって低い応力レベルで破断するといった問題もある。また、飛行船のガス封入用船体や気球のガス封入用球体を構成する膜体のようにとくに極度な軽量化と強度と信頼性が要求される場合においては、このような補強方法は不適当である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
前述の状況に鑑み本発明が解決しようとするところは、織物組織の基布に樹脂コーティングまたはラミネートしてなる膜体において、その膜体に形成された開口の周縁部に発生する応力集中を分散緩和させて開口部における引き裂き伝播現象の発生を押さえ、柔軟性に富み、軽量且つ信頼性と耐久性が高く、開口周辺でのしわの発生を少なくして外観上も美的に仕上がる、膜体開口部の補強方法を提供する点にある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前述の課題解決のため、本発明では、繊維織物の基布に樹脂をコーティングまたはラミネートしてなり可撓性を有する膜体に形成された膜体開口部に対し以下の方法で補強を行う。
即ち、前記膜体に形成された開口のほぼ中心位置から、膜体を構成する基布の経糸方向および/または緯糸方向に沿って、互いに反対方向に適宜の距離を隔てた膜体上の地点を各1対の起点とし、その各起点から前記開口外縁近傍を通る各2本の直線に沿って且つ開口とは反対の外側に、前記膜体と同様に可撓性を有する帯状の補強部材をそれぞれV字状に配置するとともにそれぞれの先端側が開口側方で互いの相手側と交差するようにし、該補強部材を前記膜体に対して溶着または接着或いは縫着して補強する。
【0012】
或いは、前記における、各起点から開口外縁両側に向かうそれぞれ1対の前記帯状の補強部材を、起点から開口と反対方向にも更に延長させて各起点側においても互いが略X字状に交差する形に補強してもよい。
【0013】
前記の補強方法は、膜体に対し特定の用途目的で形成した開口に対して適用するが、膜体に発生した損傷部を適宜の形状に切除整形してなる開口に対しても適用することができる。
【0014】
上記の各補強方法は、いずれも開口部の応力を補強部材の方向に沿って分散させ開口を迂回して開口の反対側に伝達し、開口周縁部での応力集中の発生を防止して引き裂き伝播を抑止することができる。
【0015】
そして、前記補強部材は、繊維織物の基布に樹脂をコーティングまたはラミネートしてなり可撓性を有する膜体を用い、その膜体を構成する基布の経糸方向または緯糸方向のいずれかの方向に沿って帯状に形成するのが好ましく、これにより、補強部材を軽量且つ可撓性のある材料とし、開口で切断された経糸と緯糸に作用する応力を補強部材に沿って開口を避けて開口の反対側に伝達させることができる。また補強部材は、前記補強対象の膜体と同じ材料で且つ前記開口の開口幅の約70%以上の幅を有する部材とするのがよく、望ましくは開口幅に略等しくするとより一層好ましい。これにより補強部材の応力レベルを低減させ信頼性と耐久性を高め、且つ補強部分に柔軟性を持たせ、効果的な補強を行うことができる。
【0016】
なお、V字状またはX字状に配置する補強部材の開口を挟む角度について、各起点から出て前記開口外縁外近傍を通る直線とその同じ起点から前記開口中心を通る直線とのなす角度をそれぞれ30°以下とするのがよく、望ましくは22°30’以下になる地点を前記起点とするとより一層好ましい。これによって、補強部材に沿う方向の応力を低レベルに押さえるとともに、補強部材に作用する応力に伴う開口に向かう求心力を軽減させ、開口の変形としわの発生を防止する。
【0017】
一方、平織組織の基布においては、経糸と緯糸とが交互に表裏に交差し複雑な絡み合いのない単純な織構造で、基布に作用する応力が経糸と緯糸に沿わない斜め方向には他の織り組織の場合に比べとくに伝わりにくい構造で、開口部での引き裂き伝播を生じ易い傾向が高い。そのため、膜体を構成する基布が平織組織からなる膜体に形成された開口部に対して本発明に係る上記補強方法を適用するのがとくに望ましい。
但し、本発明が補強対象とする膜体の、膜体構成基布に関しては、平織組織の基布に限定するものではなく、バスケット織や三軸織などの多軸織も含み平織組織以外の織り組織からなる基布もすべて含んでいる。
【0018】
なお、膜体構造物に用いられる膜体には、基布が織物組織に限らず、例えば、経糸をほぼ等間隔で平面的に並べてなる経糸平面と緯糸をほぼ等間隔で平面的に並べてなる緯糸平面とを互いの糸方向が交差するようにして上下に重ね合わせて2層の繊維平面を形成する一方、前記2層の繊維平面の上面と下面に樹脂をコーティングし或いは薄い樹脂フィルムをラミネートし且つ樹脂の押圧により前記2層の繊維平面の接着一体化および表面保護層形成を行って形成された膜体を用いる場合がある。本発明の膜体開口部の補強方法は、そのような構成からなる膜体の開口部に対し適用しても前述の織物組織を基布となす膜体と同様の作用効果が得られる。
【0019】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の膜体開口部の補強方法に関しいくつかの実施形態を添付図面に基づき更に詳細に説明するが、本発明は、添付図面に限定されず特許請求の範囲に記載の要件を満たす実施形態の全てを含むものである。
【0020】
図1は、本発明に係る膜体開口部の補強方法の第1実施例を示し、図1の補強方法を以下に詳しく説明する。図1は膜体構造物の一部分を示しており、膜体1は、図5に断面を示すように平織組織の基布2の表裏に樹脂3,3をコーティングしてなり、可撓性・耐水性・耐候性などに優れた構造を有する。図1の縦方向(矢印A−A方向)が膜体を構成する基布2の経糸に沿う方向で、横方向(矢印B−B方向)が緯糸に沿う方向であり、膜体1には開口4が形成されている。図1の膜体開口部の補強方法は経糸方向に引っ張り応力が作用する場合に適用され、開口4の中心位置から基布2の経糸方向に沿って互いに反対方向に適宜の距離を隔てた膜体1上の上下1対の地点を起点5,5aとし、この各起点5,5aから開口4の外縁近傍を通る左右各2本の直線に沿って且つ開口4とは反対の外側に、膜体1と同じ材料を帯状に形成してなる補強部材7,7a,8,8aを、それぞれ図示のようにV字状に配置するとともに直角に切断された各補強部材の先端が開口2の左右側方6,6aで互いの相手側と交差(つまり7,8の先端同士および7a,8aの先端同士が交差)するようにし、補強部材7,7a,8,8aはその配置姿勢にて膜体1に対し熱溶着されている。
【0021】
上記において、樹脂3,3は、コーティングのほか薄い樹脂のフィルムをラミネート(溶着)する方式を採る場合もあり、本発明はコーティングした膜体に限定せず、ラミネートした膜体の補強も含み、また、樹脂3,3の厚さは通常10〜30μmであるが、本発明は膜体の樹脂の厚さとしてこの厚さに限定するものではない。
【0022】
なお、帯状補強部材上に記した両方向矢印Cは帯状補強部材を構成する膜体基布の経糸または緯糸方向を示し、帯状補強部材はすべて長手方向が基布の経糸または緯糸方向に沿うように成形され、これについては後述の図2,図3,図4においても同様である。
【0023】
図1においては、補強部材7と7aの起点5側および8と8aの起点5a側のそれぞれの基端が図示のように斜めにカットされ、開口4の中心を通り経糸方向に沿う直線Xとの交点9,9aで互いの基端同士が接し、且つ各補強部材と直線Xとのなす角度θがすべて22.5°となる配置にしている。ただしこの直線Xに対する補強部材の取付角度θについては、22.5°が最適であるがこれに限らず30°以下であればよい。
【0024】
膜体1を構成する基布2について、織物組織としては一般に平織組織がよく用いられるがこれに限らず各種の織り組織にしてもよく、また基布の繊維素材としては一般にガラス繊維,ポリアミド系,ポリアラミド系,ポリエステル系,ポリビニルアルコール系繊維など適宜の繊維でよい。一方、基布2にコーティングまたはラミネートする樹脂3は、基布がガラス繊維の場合一般に四フッ化エチレン樹脂がよく用いられるが、そのほか基布繊維素材との組み合わせにより塩化ビニル系樹脂,クロロプレンゴム,クロロスルフォン化ポリエチレンゴム,その他これらに類するもの(表面にフッ素樹脂フィルムを貼り合わせたものを含む)など各種の樹脂が用いられ、防汚性を維持するなどの目的で酸化チタンをコーティングする場合や、アクリル系エマルジョンに金属粉末を添加したものをコーティングする場合もある。また一部の飛行船の船体用膜体には、超軽量化,抜群の耐久性,高度な信頼性などの必要性からザイロン繊維(ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール(通称「PBO」)を液晶紡糸した繊維で、ザイロンは東洋紡績株式会社の商品名)の基布にポリウレタン樹脂をコーティングまたはラミネートした膜体が用いられる特殊な例もある。
そして膜体1は、基布2の織物組織により経糸方向と緯糸方向の双方の引っ張り強度が若干異なるのが一般的で、膜体構造物の設計においてはこの特性を配慮して方向設定される場合もある。
【0025】
図1の例では、補強部材7,7a,8,8aの幅を開口4の直径にほぼ等しくしている。ただし補強部材の幅は、前記補強部材の取付角度θおよび補強部材と膜体1との強度比にも関係するが、補強部材が膜体と同一材料の場合開口4の直径の約70%以上にするのが望ましく、補強部材の強度が低い場合或いは取付角度θが大きい場合は補強部材の幅を70%よりも広く設定する。この補強部材の幅を開口の直径の約70%以上とする根拠を説明すると、1本の補強部材が負担する力は開口4で切断された経糸全体に作用する力の半分であり、これを取付角度(θ)方向に換算した割合は1/(2×cosθ)となり、θが最大の30°の場合前式の値は約0.58つまり58%となり、更に経糸と緯糸の強度比などを考慮し約20%の余裕を見て開口幅の約70%以上としている。
【0026】
但し補強部材の幅については、補強部材の取付角度θが30°よりも小さい場合、補強部材が膜体母材よりも強い素材を用いる場合、例えば図4のような補強方法を採用する場合、或いは膜体作用応力が小さく補強部材の必要強度が低い場合などには、上記よりも狭い幅にすることもあり、本発明は補強部材の幅を開口幅の70%以上にのみ限定するものではない。
【0027】
なお、補強部材は、膜体と同じ材料に限らず膜体1と類似の可撓性と引っ張り強度と伸び率を有す膜状材質であれば適宜の材質を用いて帯状に成形したものでよく、補強部材の膜体1への取付方法は、溶着に限らず接着または縫着、或いはそれらの組み合わせなどいずれの方法で取り付けてもよい。
【0028】
以上に記載した説明のうち、膜体の構成と材質および特性、補強部材の素材、補強部材の膜体への取付方法(配置形態を除く)、補強部材の取付角度範囲、補強部材の幅に関する寸法範囲については、以下で説明する他の実施形態全てに共通する内容であり、以下の他の実施形態の説明においてはこれらの重複内容の記載は省略する。
【0029】
つぎに図1の膜体開口部の補強方法の作用を説明する。
膜体1に対し基布2の経糸方向即ちA−A方向に引っ張り力が作用すると、基布組織の各経糸にはほぼ均一の引っ張り応力が作用して釣り合っているが、開口4で切断された部分の経糸に作用する応力は、膜体1の開口4に対しこれを挟むように略V字状に熱溶着された1対の対向補強部材7,7aおよび8,8aを介して開口4を迂回して反対側に伝わり均衡を保つ。
【0030】
即ち、開口4で切断された経糸に作用する応力は、補強部材7,7aの交点9近傍にて、補強部材7に接する経糸の応力は補強部材7に、補強部材7aに接する経糸の応力は補強部材7aにそれぞれ分かれて伝えられ、補強部材7,7aに沿って開口4中心の左右側方6,6aに到達する。そしてその応力は、開口4を挟んで補強部材7,7aと対称配置の相手方補強部材8,8aに伝えられ、補強部材8,8aに沿って補強部材8,8aの交点9aに到達し、再び膜体1の開口4で切断された経糸の側に伝えられる。つまり開口4で切断された経糸が負担する応力は、開口4を挟んで対向し互いの先端が重なり合う2組のV字状補強部材7,7aおよび8,8aに沿って開口4を迂回して互いに開口反対側の経糸に伝わって均衡を保つ。この作用により、開口4の周縁部には応力集中が発生せず、開口の側方6,6aにて引き裂き伝播が発生しない。
【0031】
実際には上記説明以外の乱れ現象を若干伴うが、主要な応力の伝わり方としては上記説明のとおりであり、応力伝達の乱れは膜体強度に危険な影響を及ぼすレベルには至らない程度である。
【0032】
次に本発明の第2実施例を図2に示す。図2は大きな開口或いは応力レベルがとくに大きな場合の膜体開口部の補強方法として適用され、図2の変形実施形態である。
図2において、矢印A−A方向が膜体を構成する基布2の経糸に沿う方向で、矢印B−B方向が緯糸に沿う方向であり、膜体1には開口4が形成されている。図2の膜体開口部の補強方法は、図1と同様で経糸方向即ちA−A方向に引っ張り応力が作用する場合に適用され、開口4の中心位置から基布2の経糸方向に沿って互いに反対方向に適宜の距離を隔てた膜体1上の上下1対の地点を起点5,5aとし、この各起点5,5aから開口4の外縁近傍を通る左右各2本の直線に沿って且つ開口4とは反対の外側に、膜体1と同じ材料を開口4の直径とほぼ同じ幅の帯状に形成してなる補強部材17,17a,18,18aを、それぞれ図示のように配置するとともに各補強部材の先端が開口2の左右側方6,6aで互いの相手側と交差(つまり17,18の先端同士および17a,18aの先端同士が交差)するようにし、一方、補強部材17,17a,18,18aのそれぞれの基端側は、図示のように起点5,5aに対し開口4とは反対側に延長し、開口4の中心を通り経糸方向に沿う直線Xとの交点19,19aで17と17aおよび18と18aがそれぞれ略X字状に交差し、且つ各補強部材と直線Xとのなす角度θがすべて22.5°となる配置にしている。なお補強部材17,17a,18,18aは上記の配置姿勢にて膜体1に対しそれぞれ熱溶着されている。
【0033】
図2の膜体開口部の補強方法においては、作用つまり応力の伝わり方は上記図1における説明とほぼ同じであり、膜体1に対し基布2の経糸方向即ちA−A方向に引っ張り力が作用すると、基布組織の各経糸にはほぼ均一の引っ張り応力が作用して釣り合っているが、開口4で切断された部分の経糸に作用する応力は、開口4を挟んで互いの先端が重なり合うように対向配置して膜体1に熱溶着した2組のX字状補強部材17,17aおよび8,8aに沿って開口4を迂回して互いに開口反対側の経糸に伝わって均衡を保つ。この作用により、開口4の周縁部には応力集中が発生せず、開口の側方6,6aにて引き裂き伝播が発生しない。
【0034】
なお、補強部材が互いに直線Xに対し角度θ傾斜して取り付けられているため、膜体1から補強部材17と17aおよび18と18aに引っ張り応力が伝えられると、交点9,9aにおいて補強部材17と17aおよび18と18aがその長手方向に伝達する力のsinθ倍の水平外向き方向の引っ張り力となって作用する。図2の膜体開口部の補強方法においては図1の場合と異なり、補強部材の基端が交点9,9aよりも更に開口4の反対側に延長され交点9,9aにて左右の補強部材同士(17と17aおよび18と18a)がX字状に交差していることにより、この水平力は膜体1の基布2の緯糸に対しある程度広い幅に亘って分散して伝わり、緯糸方向の応力集中の発生を緩和する作用がある。大きな開口や膜体に作用する応力が大きな場合、この水平力も大きくなる。従って、そのような場合には図1よりも上記の作用を有する図2の補強方法が適している。
【0035】
次に本発明の第3の実施形態を図3に示す。図3の膜体開口部の補強方法は、膜体基布の経糸方向と緯糸方向の両方に引っ張り応力が作用する場合に適用される。図3において、矢印A−A方向が膜体を構成する基布2の経糸に沿う方向で、矢印B−B方向が緯糸に沿う方向であり、膜体1には開口4が形成され、この膜体開口部の補強方法は、経糸方向補強グループ31,31aと緯糸方向補強グループ32,32aとの2つの補強グループからなる。
このうち経糸方向補強グループ31,31aは、開口4の中心位置から基布2の経糸方向に沿って互いに反対方向に適宜の距離を隔てた膜体1上の上下1対の地点を起点5,5aとし、この各起点5,5aから開口4の外縁近傍を通る左右各2本の直線に沿って且つ開口4とは反対の外側に、膜体1と同じ材料を開口4の直径とほぼ同じ幅の帯状に形成してなる補強部材37,37a,38,38aを、それぞれ図示のように配置するとともに各補強部材の先端が開口2の左右側方6,6aで互いの相手側と交差(つまり37,38の先端同士および37a,38aの先端同士が交差)するようにし、一方、補強部材37,37a,38,38aのそれぞれの基端側は、図示のように起点5,5aに対し開口4とは反対側に延長し、開口4の中心を通り経糸方向に沿う直線Xとの交点39,39aで37と37aおよび38と38aがそれぞれ略X字状に交差し、且つ各補強部材と直線Xとのなす角度θがすべて22.5°となる配置にしている。なお補強部材37,37a,38,38aは、上記の配置姿勢にて膜体1に対しそれぞれ熱溶着されている。一方、緯糸方向補強グループ32,32aは、補強部材を経糸方向補強グループ31,31aと同じ配置形態のまま開口4を中心に反時計回りに90°回転させ、経糸補強グループ31,31aの上に重ねて熱溶着した形態である。
【0036】
図3の膜体開口部の補強方法の作用についてであるが、経糸方向補強グループ31,31aにおける応力の伝わり方と作用効果は、前記図2の膜体開口部の補強方法の説明内容とほぼ同じであり、経糸方向に作用する応力成分に対して有効に作用する。一方、緯糸方向補強グループ32,32aにおいては、補強部材を経糸方向補強グループと同じ形態のまま開口4を中心に反時計回りに90°回転させただけのため、図2の膜体開口部の説明における経糸と緯糸を置き換えた内容と同じであり、緯糸方向に作用する応力成分に対して有効に作用する。
従って、図3の膜体開口部の補強方法は、例えば飛行船の船体や気球の球体など内部からのガス圧で膜体基布の経糸と緯糸の両方に主応力が作用する膜体構造物に形成した開口部の補強に適用される。なお、図3においては、図2の実施形態と比較して、基点5,5aが開口4から遠く離れた位置に設定されている。これにより、より大きな開口の補強に適するが、一方、小さい開口にこの補強方法を適用した場合は、補強部材で囲まれた中心部に広い面積の応力の作用しない自由部分が得られるといった効果がある。
つまり、たとえば開口にガス注入用金具やその他の金属製などの付着物を取着したりする箇所にこのような補強方法を採用すると、取着物には限定的な範囲の動きを許容する自由度が得られて好都合である。
【0037】
次に本発明の第4の実施形態を図4に示す。図4の実施形態は基本的には図3に類似している。
即ち、図4において、矢印A−A方向が膜体を構成する基布2の経糸に沿う方向で、矢印B−B方向が緯糸に沿う方向であり、膜体1には開口4が形成され、この膜体開口部の補強方法は、経糸方向補強グループ41,41aと緯糸方向補強グループ42,42aとの2つの補強グループからなる。
このうち経糸方向補強グループ41,41aは、開口4の中心位置から基布2の経糸方向に沿って互いに反対方向に適宜の距離を隔てた膜体1上の上下1対の地点を起点5,5aとし、この各起点5,5aから開口4の外縁近傍を通る左右各2本の直線に沿って且つ開口4とは反対の外側に、膜体1と同じ材料を開口4の直径とほぼ同じ幅の帯状に形成してなる補強部材47,47a,48,48aを、それぞれ図示のように配置するとともに各補強部材の先端が開口2の左右側方6,6aで互いの相手側と交差(つまり47,48の先端同士および47a,48aの先端同士が交差)するようにし、一方、補強部材47,47a,48,48aのそれぞれの基端側は、図示のように起点5,5aに対し開口4とは反対側に延長し、開口4の中心を通り経糸方向に沿う直線Xとの交点49,49aで47と47aおよび48と48aがそれぞれ略X字状に交差し、且つ各補強部材と直線Xとのなす角度θがすべて22.5°となる配置にしている。なお補強部材47,47a,48,48aは、上記の配置姿勢にて膜体1に対しそれぞれ熱溶着されている。一方、緯糸方向補強グループ42,42aは、補強部材を経糸方向補強グループ41,41aと同じ配置形態のまま開口4を中心に反時計回りに90°回転させ、経糸補強グループ41,41aの上に重ねて熱溶着した形態である。
【0038】
図4の膜体開口部の補強方法における作用および効果は、図3の説明と同様である。
なお、図4においては、経糸方向補強グループ41,41aの起点5,5aが図3よりも更に開口4から遠方に離れ且つ略X字状に交差する補強部材47と47aおよび48と48aの交点が補強部材の基端側、つまり開口4から一層遠方側にある。そして緯糸方向補強グループ42,42aも同様な位置関係にある。この様な形態にすることにより、図3の場合よりも更に大きな開口の補強に適するが、補強部材で囲まれた中心部に図3の場合よりも更に広い面積の応力の作用しない自由部分が得られるといった効果があり、たとえばメンテナンス用または器材搬入用ハッチを取り付けたりする場合などに好都合である。
【0039】
なお、上記いずれの膜体開口部の補強方法においても、膜体に各帯状補強部材を貼り付ける際の上下の重ね合わの形態は、各補強部材を貼り付ける順番によって決まり、先に貼り付けた補強部材から順次上方に重なり合う。図1から図4は本発明に係る膜体開口部の補強方法において帯状補強材の平面的配置関係を説明する図であって、貼り合わせの順序に従う各補強部材の重なりは任意に設定してよい。つまり、本発明は、膜体開口部の補強方法において、膜体面に貼り付ける帯状補強部材の平面的配置形態に関するものであり、帯状補強部材の上下の重なり方は指定しない。即ち、本発明の膜体開口部の補強方法は、帯状補強部材を例えば図1から図4に示すような形に溶着または接着或いは縫着により膜体に取り付けるが、その重ね合わせ方は任意であり、また補強部材は膜体の表面・裏面のいずれに貼り付けてもよいし、一部を膜体の表側と裏側に分けて貼り付けても或いは両面にそれぞれ同一形態または異なる形態で貼り付けてもいずれでもよい。
【0040】
次に、図8に上記本発明に係る膜体開口部の補強方法の適用例を紹介する。 図8(a)は飛行船の外観の一例を示すが、飛行船50のガス封入用船体51を構成する膜体は、極力軽量化をはかるとともにガス圧や風雨や太陽光線および紫外線に耐え且つ障害物との接触にも耐え得る十分な強度と耐候性・気密性・耐食性・耐熱耐寒性・信頼性などが要求されるため、それぞれ要求性能に適した材質からなる繊維素材の織物組織の基布に特殊な樹脂をコーティングまたはラミネートしたものが利用される。そして該船体51には、メンテナンスハッチ52やガス注入口53などの付帯設備が取着装備される。そのためそれらの設備の装着部の膜体には開口が形成され、その開口には引き裂き伝播が発生しないよう、極力軽量で且つ船体の膜体と同様な可撓性と伸び率を発揮する補強を行う必要がある。本発明の膜体開口部の補強方法は、そのような部分に最適の補強方法であり、上記のメンテナンスハッチ52やガス注入口53などには、船体の膜体と同じ材料からなる帯状補強部材を船体の裏側から熱溶着などによって図8(b)の要領で貼り付け補強する。なおこの図8(b)はガス注入口53の船体内側に貼り付けた補強部材54の配置を示す平面図で、メンテナンスハッチ52についても同様に例えば図4などに示すような補強方法を用いて補強する。
【0041】
なお、膜体構造物に用いられる膜体は、上記のような組織構成に限らず、例えば、経糸をほぼ等間隔で平面的に並べてなる経糸平面と緯糸をほぼ等間隔で平面的に並べてなる緯糸平面とを互いの糸方向が交差するようにして上下に重ね合わせて2層の繊維平面を形成する一方、前記2層の繊維平面の上面と下面に樹脂をコーティングし或いは薄い樹脂フィルムをラミネートし且つ樹脂の押圧により前記2層の繊維平面の接着一体化および表面保護層形成を行って形成された膜体を用いる場合がある。この組織構造の膜体は、2層の繊維平面の経糸と緯糸が絡み合う組織ではないため、織物組織からなる基布よりも更に引き裂き伝播が起こりやすい。従って、このような組織構造の膜体に対し本発明の膜体開口部補強方法適用する著しい補強効果が得られる。
【0042】
次に、本願出願に先立ち、本発明の膜体開口部の補強方法の効果確認のため、本発明に係る膜体開口部の補強方法のうち図4と同様な膜体開口部の補強を行った試験片により引っ張り強度測定実験を行ったのでその結果を以下に紹介する。
【0043】
実験に用いた膜体開口部の補強方法の試験片は図7(a)に示し、その破断状況を図7(b)に示す。図7(a)の試験片71は、図1と同様の補強方法であり、膜体母材71aはザイロン(前述参照)を繊維素材とする平織組織の基布の表裏にウレタン樹脂をコーティングしてなり、寸法は500mm幅×580mm長(引張試験機のつかみロール間距離)で、その中央には直径21mmの円形開口72を形成している。膜体母材の引張強度は1311N/cm(膜体母材破断応力/後述参照)である。
一方、試験片の補強部材については、帯状補強部材73は膜体と同一素材から成形したものを図示の如く試験片の膜体母材に熱溶着しているが、各帯状補強部材73の幅は20mm幅、取付角度は開口72の上下方向中心線に対しそれぞれ22.5°、取付幅は上下160mm×左右126mmのエリアに及んでいる。そして試験片の膜体母材71aは、図の上下方向(白抜き矢印方向)が膜体基布の緯糸方向であり、帯状補強部材は長手方向(両矢印方向)が膜体基布の緯糸方向としている。
【0044】
実験方法は、上下方向(白抜き矢印方向)に引張試験機で引張荷重を付加し、荷重を徐々に上げて破断時の荷重を測定し、その破断荷重を試験片膜体母材の幅50cm(=500mm)で除し、その値つまり試験片破断応力を前記膜体母材の破断応力1311N/cmで除して、膜体母材との強度比率を求める方法とした。
なお、前記膜体母材破断応力(1311N/cm)は、3cm幅の試験片を別途引張試験機にかけて破断応力を測定し、その5回の測定値の平均値である。
【0045】
実験結果は、破断時の荷重を基準にすると試験片の強度比率は63.7%を示し、一方、破断箇所は図7(b)のように開口補強部から離れた母材部分であった。このような現象から、この実験で強度比が100%にならなかった原因としては、引っ張り試験機による試験片のつかみ方の精度なども影響したと思われ、精度向上により強度比は100%に近づくと考察される。
【0046】
以上の実験結果によると、試験片が補強箇所から離れたところが破断したことから、本発明に係る膜体開口部の補強方法は膜体母材強度以上に補強することが可能といえ、仮にこの実験における試験片破断時の荷重を基準にしても、強度比は膜体母材の破断応力の約64%となり、十分実用に耐える補強方法であることが判明した。
【0047】
【発明の効果】
以上にしてなる請求項1に係る発明の膜体開口部の補強方法によると、膜体を構成する繊維織物からなる基布の開口形成で切断された経糸と緯糸に作用する応力は、基布の経糸および/または緯糸に沿って開口中心から離れた膜体上の地点を一方の起点としてこの起点から開口の両側端に向けて略V字状に配置された2本の帯状補強部材に分散して補強部材に沿って伝達される。そしてその応力は、開口両側で互いに交差する前記補強部材と対称配置の相手方のV字状補強部材に伝達され(つまり開口両側を迂回して)、前記起点と対称位置の他方の起点にて収束し、更にその応力は、前記他方の起点に対し開口と反対側の膜体の経糸および/または緯糸に伝えられる。このように、膜体の開口周縁の応力は殆どが補強部材を介して開口の反対側に伝達されるため、開口部での応力集中が発生せず引き裂き伝播を防止することができる。
【0048】
また、請求項2に係る発明では、開口を挟んで対向位置の各起点において前記帯状補強部材を開口と反対側にも延長し、それぞれの起点側でも補強部材が互いにX字状に交差するようにしたことで、応力は2本の補強部材にそれぞれ均等分散され易く、且つ、基点側での補強部材同士の交差が補強対象の経糸または緯糸方向と直交方向の引っ張り応力にも対抗する事になり、より一層効果的である。
【0049】
請求項1,2のいずれの場合も、帯状補強部材の起点を開口から離れた遠方の地点に設定すると、帯状補強部材で囲まれた応力の極めて小さい中心領域を広く確保できる効果がある。これによって大きな開口も任意に補強が可能となるとともに、この中心領域に付帯物を取着するとその付帯物は限定的範囲で柔軟に変位可能である。
【0050】
本発明の膜体開口部の補強方法は、膜体に対し特定の用途目的で形成した開口に対して適用されるほか、請求項3に記載のように、膜体に発生した損傷部を適宜の形状に切除整形する事で滑らかな開口にすれば、そのような開口に対しても適用することができる。
【0051】
一方、請求項4および5に係る発明では、補強部材が補強対象の膜体本体と同様な構造からなる可撓性に富む材質で且つ補強部材基布の経糸または緯糸の方向が補強部材の長手方向と一致するので、強度が強く細幅で形成する事が可能となるから、膜体の変形によく追従し且つ軽量にすることが可能でとなる。つまり、とくに可撓性と軽量を要求される飛行船のガス封入用船体や気球のガス封入用球体などの開口部の補強手段として最適な膜体開口部の補強方法である。
そして補強部材を補強対象の膜体本体と同様の材質とした場合、補強箇所が外観上膜体本体と融和して目立たず違和感が無く美観を損ねないといった利点がある。
【0052】
請求項6に係る発明では、起点から開口を跨ぐようにV字状に配置される補強部材の開口の略中心を通る中心線に対する左右の開き角度を30°以下とするものであるが、これにより補強部材に沿って伝達される応力に伴う開口中心に向かう求心力を小さく押さえ前記中心線に直交方向の膜体基布繊維に作用する応力の増加を少なくするとともに、開口部の変形やしわの発生を押さえる効果がある。
【0053】
平織組織の基布においては基布に作用する応力が経糸と緯糸に沿わない斜め方向には他の織り組織の場合に比べとくに伝わりにくい構造で、開口部での引き裂き伝播を生じ易い傾向が高い。そのため、請求項7に記載のように、膜体を構成する基布が平織組織からなる膜体に形成された開口部に対して本発明に係る補強方法を適用すると、本発明の効果が他の織り組織の基布からなる膜体に比べより一層顕著に効果が現れる。
【0054】
膜体の基布が織物組織ではない組織構成の膜体を用いる膜体構造物もあり、膜体を構成する基布が経糸と緯糸が絡み合わない2層の繊維平面からなる場合、織物組織からなる基布よりも更に引き裂き伝播が起こりやすい。請求項8に係る発明は、そのような組織構造の膜体に対し本発明の膜体開口部補強方法適用するもので、このような場合は最も著しい補強効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る膜体開口部の補強方法の第1実施例を示す図である。
【図2】本発明に係る膜体開口部の補強方法の第2実施例を示す図である。
【図3】本発明に係る膜体開口部の補強方法の第3実施例を示す図である。
【図4】本発明に係る膜体開口部の補強方法の第4実施例を示す図である。
【図5】膜体構造物および本発明に係る膜体開口部補強用の補強部材に用いる膜体の構造を模式的に示す拡大断面図である。
【図6】開口を形成した膜体の開口周辺における応力の伝わり方を模式的に示す図である。
【図7】本発明に係る膜体開口部補強方法の引張試験片の図で、(a)は開口部補強部材の配置、(b)は破断状況をそれぞれ示す。
【図8】本発明の適用例を示す図で、(a)は飛行船の全体側面、(b)はその飛行船のガス注入口の補強部材配置を示す平面をそれぞれで示す。
【符号の説明】
1 膜体
2 基布
3 樹脂
4 開口
5,5a 起点
6,6a 開口側方
7,7a,8,8a 補強部材
9,9a 交点
17,17a,18,18a 補強部材
31、31a 経糸方向補強グループ
32,32a 緯糸方向補強グループ
37,37a,38,38a 補強部材
41、41a 経糸方向補強グループ
42,42a 緯糸方向補強グループ
47,47a,48,48a 補強部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for reinforcing an opening of a membrane such as a membrane structure building, and more particularly, to a technique of forming a membrane opening formed on a membrane formed by applying a resin coating or lamination to a base fabric of a fiber fabric. Related to reinforcement method.
[0002]
[Prior art]
Membrane structures such as dome ceilings and tent houses, storage bags made of membranes (for example, flexible container bags), or membranes used for gas containers such as balloon spheres and airship hulls, may be used to cover It is necessary to withstand the pulling force associated with the working force of the installation rope, wind pressure, gas pressure, etc., and withstand ultraviolet rays, acid rain, snowfall, and the like. Therefore, these film bodies are resistant to tension and internal and external pressures, and have excellent weather resistance, water resistance, and cold resistance, and also have excellent airtightness as necessary. A film formed by coating or laminating a synthetic resin, a synthetic rubber, or the like on a base fabric of a fiber woven fabric having a plain weave structure woven by the method described above. In addition, these membranes are provided with openings of various sizes everywhere for the purpose of lighting, venting, maintenance, air supply / exhaust, gas injection, and other purposes, in addition to the rope insertion holes for tensioning.
[0003]
By the way, in the film body having the above-described structure, unlike a film body having a single uniform structure such as rubber, for example, a structure in which the fiber woven fabric is a direct strength member, the tension and pressure acting on the film body. The principal stress associated with is generated along the direction of the warp and / or weft of the woven fabric, and the diagonal component is limited to within the supporting force depending on the entanglement of the warp and the weft of the base fabric and the holding action of the coating or laminating agent. And the ability to transmit stress in the oblique direction is slight.
[0004]
Furthermore, in a membrane formed by coating or laminating a resin or the like on a base fabric of a woven fabric, the warp and the weft of the base fabric cut by forming the opening are directly connected to the warp and the weft on opposite sides of the opening. It becomes impossible to transmit the stress, and the stress acting on the membrane body is gradually transmitted from the position far from the opening to the opening, bypassing the warp and weft of the base cloth near the opening, and transmitted again to the base fabric structure on the opposite side of the opening. There is such a property.
FIG. 6 schematically shows how the stress is transmitted at the opening. FIG. 6 shows an
The phenomenon in which stress concentration occurs on the side of the opening as described above is a phenomenon common to a film formed by coating or laminating a resin on a woven fabric base fabric, but particularly in the case of a plain woven fabric. The tendency is remarkable.
[0005]
On the other hand, in membrane structures such as dome ceilings and tent houses, storage bags made of membranes (for example, flexible container bags), or membranes used for pressure vessels such as balloon spheres and airship hulls. Generates stress due to tension and internal / external pressure acting on the film body, that is, wind pressure and gas pressure.Therefore, large stress concentration occurs around the film body opening as described above, and the film body around the opening There is a problem that the so-called tear propagation phenomenon occurs in which the base fabric fibers are not able to withstand the stress and are torn apart and propagate one after another. In the above membrane structure, a plain weave structure is often used as the base fabric constituting the membrane body, and tear propagation is particularly likely to occur.However, the film structure is not limited to a plain weave tissue base fabric, but may be made of another weave tissue base fabric. This also occurs in the case.
[0006]
Conventionally, as a method of reinforcing the opening of the membrane body, for example, a method of caulking by attaching a metal or resin ring to the inner diameter of the opening as necessary in other openings as well as the rope insertion hole is often used. . Alternatively, a reinforcing method is also adopted in which a reinforcing member (commonly referred to as "patting cloth") made of a circular or rhombic film body having an opening of the same shape as the opening of the film body formed at the center with both openings concentric. .
[0007]
In the case of the former reinforcing method using a ring, since the ring that is crimped to the opening is only pressed against the membrane and is not completely integrated with the fiber, no stress is transferred through the ring. Even if the ring and the membrane are bonded together so that they are integrated, the physical properties (rigidity, flexibility, elongation, etc.) of the membrane and the ring are extremely widened, and the bonded portion may become fatigued or stress concentrated. It is fully assumed that the membrane peels off early and breaks from the peeled wound, and can withstand only a very low stress level.
[0008]
On the other hand, in the latter reinforcing method using a circular or diamond-shaped “patting cloth”, a film body obtained by resin-coating or laminating a woven fabric having the same structure as the film body body is used as the padding cloth, and the film body is applied to the film body. Even in the case where the fabrics of both fabrics are stuck so as to cross each other so as not to be in the same direction, a sufficient reinforcing effect may not be obtained.
The reason is that the woven fabric can withstand a large stress in the warp and weft directions, but can resist only a small stress in the diagonal direction as described above. When the fabrics are adhered diagonally so that they cross each other, stress is applied to the patch in an oblique direction, so the fabric slips at the intersection of the warp and weft of the base fabric of the patch and deforms the woven structure, causing stress transmission. It is considered that it cannot fulfill the role of.
[0009]
Therefore, in order to prevent the occurrence of tear propagation, it is necessary to make the film body of the reinforcing member a much stronger material than the film body of the main body and affix a reinforcing member that covers the periphery of the opening over a very large area. There is. However, when a reinforcing member having significantly different physical properties (for example, flexibility and elongation ratio) from the film body of the main body is used, the opening reinforcing portion has significantly different physical properties from other portions, and causes wrinkles and stress concentration. Thus, there is also a problem that the fracture occurs at a low stress level. In addition, in the case where extremely light weight, strength and reliability are required, as in the case of a gas filling hull of an airship or a film constituting a gas filling sphere of a balloon, such a reinforcing method is inappropriate. is there.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above situation, the present invention attempts to solve the problem that in a film formed by resin coating or laminating a base fabric of a woven fabric, the stress concentration generated at the peripheral portion of the opening formed in the film is dispersed. A film opening that relaxes and suppresses the occurrence of tear propagation in the opening, is flexible, lightweight, has high reliability and durability, reduces wrinkling around the opening, and has an aesthetically pleasing appearance. Another object of the present invention is to provide a method for reinforcing a part.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, a film body opening formed in a flexible film body by coating or laminating a resin on a base fabric of a fiber woven fabric is reinforced by the following method.
That is, a point on the film body at an appropriate distance in a direction opposite to the warp direction and / or the weft direction of the base fabric constituting the film body from a substantially center position of the opening formed in the film body. Are a pair of starting points, and from each of the starting points, along two straight lines passing through the vicinity of the outer edge of the opening and on the outer side opposite to the opening, a strip-shaped reinforcing member having flexibility similar to the film body Are arranged in a V-shape, and the front ends thereof cross each other at the opening sides, and the reinforcing member is reinforced by welding, bonding, or sewing to the film body.
[0012]
Alternatively, in the above, a pair of the band-shaped reinforcing members each extending from the starting point to both sides of the opening outer edge are further extended from the starting point in the direction opposite to the opening, and the respective crossing points substantially cross each other at the starting points. It may be reinforced in shape.
[0013]
The above-mentioned reinforcing method is applied to an opening formed for a specific application purpose on a membrane body, but is also applied to an opening formed by cutting and shaping a damaged portion generated in the membrane body into an appropriate shape. Can be.
[0014]
Each of the above reinforcing methods disperses the stress in the opening along the direction of the reinforcing member, bypasses the opening and transmits the stress to the opposite side of the opening, and prevents the occurrence of stress concentration at the periphery of the opening and tears. Propagation can be suppressed.
[0015]
The reinforcing member is formed by coating or laminating a resin on a base fabric of a fiber woven fabric, and using a flexible film body, in any one of the warp direction and the weft direction of the base fabric constituting the film body. It is preferable that the reinforcing member is made of a lightweight and flexible material, and the stress acting on the warp and the weft cut at the opening is prevented along the reinforcing member so as to avoid the opening. To the other side. The reinforcing member is preferably made of the same material as the film body to be reinforced and having a width of about 70% or more of the opening width of the opening, and more preferably substantially equal to the opening width. Thereby, the stress level of the reinforcing member can be reduced, the reliability and the durability can be increased, and the reinforcing portion can be made flexible so that effective reinforcing can be performed.
[0016]
The angle between the openings of the reinforcing members arranged in a V-shape or X-shape is defined as the angle formed by a straight line passing from the starting point and passing near the outside of the opening outer edge and a straight line passing from the same starting point to the center of the opening. It is preferable that each of them is 30 ° or less, and it is even more preferable that the starting point be a point of 22 ° 30 'or less. Thus, the stress in the direction along the reinforcing member is suppressed to a low level, the centripetal force toward the opening due to the stress acting on the reinforcing member is reduced, and deformation of the opening and generation of wrinkles are prevented.
[0017]
On the other hand, a plain weave fabric has a simple woven structure in which warp and weft alternately cross over each other and has no complicated entanglement, and the stress acting on the fabric is oblique in the diagonal direction not along the warp and weft. The structure is particularly difficult to transmit as compared with the case of the woven structure of the woven fabric, and the tendency of tear propagation at the opening is high. Therefore, it is particularly desirable to apply the above-described reinforcing method according to the present invention to the opening formed in the film body in which the base fabric constituting the film body has a plain weave structure.
However, the film body constituting the film body to be reinforced by the present invention is not limited to the base cloth having a plain weave structure, and is not limited to the base fabric having a plain weave structure. It also includes all fabrics made of woven fabric.
[0018]
In the membrane used for the membrane structure, the base fabric is not limited to the woven fabric structure. For example, a warp plane formed by arranging warps in a plane at substantially equal intervals and a weft are arranged in a plane at substantially equal intervals. The two planes of the weft plane are overlapped with each other so that the yarn directions cross each other to form a two-layer fiber plane, and the upper and lower surfaces of the two-layer fiber plane are coated with resin or laminated with a thin resin film. In some cases, a film formed by bonding and integrating the two-layer fiber planes and forming a surface protective layer by pressing resin may be used. Even when the method of reinforcing the opening of the membrane body of the present invention is applied to the opening of the membrane body having such a configuration, the same operation and effect as those of the membrane body having the above-described woven fabric as a base fabric can be obtained.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, some embodiments of the method for reinforcing the film body opening of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the accompanying drawings and satisfies the requirements described in the claims. It includes all of the embodiments.
[0020]
FIG. 1 shows a first embodiment of a method for reinforcing a film body opening according to the present invention, and the reinforcing method of FIG. 1 will be described in detail below. FIG. 1 shows a part of a membrane structure. The
[0021]
In the above, the
[0022]
In addition, the double-headed arrow C written on the belt-shaped reinforcing member indicates the warp or weft direction of the membrane base fabric constituting the belt-shaped reinforcing member, and all the band-shaped reinforcing members have their longitudinal directions along the warp or weft direction of the base fabric. This is the same in FIGS. 2, 3 and 4 described later.
[0023]
In FIG. 1, the base ends of the reinforcing
[0024]
With regard to the
The
[0025]
In the example of FIG. 1, the width of the reinforcing
[0026]
However, regarding the width of the reinforcing member, when the mounting angle θ of the reinforcing member is smaller than 30 °, when the reinforcing member uses a material stronger than the film base material, for example, when the reinforcing method as shown in FIG. Alternatively, when the film body acting stress is small and the required strength of the reinforcing member is low, the width may be narrower than the above, and the present invention does not limit the width of the reinforcing member to only 70% or more of the opening width. Absent.
[0027]
The reinforcing member is not limited to the same material as the film body, but is formed into a strip shape using an appropriate material as long as it is a film-like material having similar flexibility, tensile strength and elongation as the
[0028]
In the above description, the structure, material, and characteristics of the membrane, the material of the reinforcing member, the method of attaching the reinforcing member to the membrane (excluding the arrangement), the mounting angle range of the reinforcing member, and the width of the reinforcing member are described. The dimension ranges are common to all of the other embodiments described below, and in the following description of the other embodiments, descriptions of these overlapping contents will be omitted.
[0029]
Next, the operation of the method for reinforcing the opening of the membrane shown in FIG. 1 will be described.
When a tensile force acts on the
[0030]
That is, the stress acting on the warp cut at the
[0031]
Actually, some disturbance phenomena other than the above are accompanied, but the main method of transmitting the stress is as described above. Disturbance of the stress transmission is such that it does not reach a level that has a dangerous effect on the film strength. is there.
[0032]
Next, a second embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 2 is a modified embodiment of FIG. 2, which is applied as a method of reinforcing a membrane opening when a large opening or a stress level is particularly large.
In FIG. 2, the direction of arrow AA is the direction along the warp of the
[0033]
In the method of reinforcing the opening of the film body shown in FIG. 2, the action, that is, the way of transmitting the stress is almost the same as that described in FIG. 1, and the tensile force is applied to the
[0034]
Since the reinforcing members are attached to each other at an angle θ with respect to the straight line X, when a tensile stress is transmitted from the
[0035]
Next, a third embodiment of the present invention is shown in FIG. The method of reinforcing the opening of the membrane body shown in FIG. 3 is applied when tensile stress acts in both the warp direction and the weft direction of the membrane base fabric. In FIG. 3, the direction of arrow AA is the direction along the warp of the
The warp
[0036]
Regarding the function of the reinforcing method of the membrane opening in FIG. 3, the way of transmitting stress and the function and effect in the warp
Accordingly, the method of reinforcing the membrane opening shown in FIG. 3 is applied to a membrane structure in which the main stress acts on both the warp and the weft of the membrane base fabric by gas pressure from the inside such as the hull of an airship or the sphere of a balloon. It is applied to the reinforcement of the formed opening. In FIG. 3, the base points 5 and 5a are set at positions far away from the
In other words, if such a reinforcing method is adopted at a place where an attachment such as a gas injection fitting or other metal is attached to the opening, the attachment has a degree of freedom that allows a limited range of movement. Is conveniently obtained.
[0037]
Next, a fourth embodiment of the present invention is shown in FIG. The embodiment of FIG. 4 is basically similar to FIG.
That is, in FIG. 4, the direction of arrow AA is the direction along the warp of the
The warp
[0038]
The function and effect of the method of reinforcing the opening of the membrane shown in FIG. 4 are the same as those described with reference to FIG.
In FIG. 4, the
[0039]
In any of the above-described methods for reinforcing the opening of the film body, the form of the upper and lower overlapping when the band-like reinforcing members are stuck to the film body is determined by the order in which the reinforcing members are stuck. It overlaps sequentially upward from the member. FIGS. 1 to 4 are views for explaining the planar arrangement relationship of the belt-like reinforcing members in the method of reinforcing the opening of the membrane body according to the present invention, wherein the overlapping of the reinforcing members according to the bonding order is set arbitrarily. Good. That is, the present invention relates to a planar arrangement of the belt-like reinforcing members to be attached to the film body surface in the method of reinforcing the film body opening, and does not specify how the belt-like reinforcing members vertically overlap. That is, in the method of reinforcing the opening of the membrane body of the present invention, the belt-like reinforcing member is attached to the membrane body by welding, bonding, or sewing, for example, in a shape as shown in FIGS. Yes, and the reinforcing member may be attached to either the front or back surface of the membrane, or may be partially attached to the front and back sides of the membrane, or may be attached to both surfaces in the same form or different forms, respectively. Or any of them.
[0040]
Next, FIG. 8 introduces an application example of the method for reinforcing the opening of the film body according to the present invention. FIG. 8A shows an example of the appearance of the airship. The film constituting the
[0041]
In addition, the membrane used for the membrane structure is not limited to the above-described structure, and for example, a warp plane formed by arranging warps in a plane at substantially equal intervals and a weft is arranged in a plane at substantially equal intervals. The two planes of the weft plane are overlapped with each other so that the yarn directions cross each other to form a two-layer fiber plane, and the upper and lower surfaces of the two-layer fiber plane are coated with resin or laminated with a thin resin film. In some cases, a film formed by bonding and integrating the two-layer fiber planes and forming a surface protective layer by pressing resin may be used. Since the membrane having this texture structure is not a texture in which the warp and the weft of the two-layer fiber plane are entangled, the tear propagation is more likely to occur than the base fabric composed of the fabric texture. Therefore, a remarkable reinforcing effect can be obtained by applying the method for reinforcing the opening of the film body of the present invention to the film body having such a structure.
[0042]
Next, prior to the filing of the present application, in order to confirm the effect of the method for reinforcing the film body opening of the present invention, the same method for reinforcing the film body opening as shown in FIG. A tensile strength measurement experiment was performed using the obtained test piece, and the results are introduced below.
[0043]
FIG. 7A shows a test piece of the method of reinforcing the opening of the membrane used in the experiment, and FIG. The
On the other hand, as for the reinforcing member of the test piece, the belt-like reinforcing
[0044]
The test method was as follows: a tensile load was applied in the vertical direction (the direction of the white arrow) by a tensile tester, the load was gradually increased, and the load at break was measured. (= 500 mm), and the value, that is, the rupture stress of the test piece, was divided by the rupture stress of the film base material of 1311 N / cm to determine the strength ratio with the film base material.
In addition, the said film | membrane base material rupture stress (1311N / cm) is a mean value of the measured value of five times when a rupture stress is measured by separately using a 3 cm wide test piece with a tensile tester.
[0045]
The experimental results show that the strength ratio of the test piece is 63.7% on the basis of the load at the time of breaking, while the broken portion is a base material portion away from the opening reinforcing portion as shown in FIG. 7 (b). . From such a phenomenon, it is considered that the reason why the strength ratio did not reach 100% in this experiment was also affected by the accuracy of gripping the test piece by the tensile tester, and the strength ratio was increased to 100% by improving the accuracy. It is considered when approaching.
[0046]
According to the above experimental results, since the test piece was broken away from the reinforced portion, it can be said that the reinforcing method of the film body opening according to the present invention can be reinforced more than the film base material strength. The strength ratio was about 64% of the rupture stress of the base material of the film, even on the basis of the load at the time of rupture of the test piece in the experiment, which proved to be a sufficiently practical reinforcing method.
[0047]
【The invention's effect】
According to the method for reinforcing the opening of the membrane body according to the first aspect of the present invention, the stress acting on the warp and the weft cut by forming the opening of the base fabric made of the fiber woven fabric constituting the membrane is reduced by the base fabric. The point on the membrane body away from the center of the opening along the warp and / or weft is taken as one starting point and distributed to two belt-like reinforcing members arranged in a substantially V shape from this starting point toward both ends of the opening. And transmitted along the reinforcing member. The stress is transmitted to the opposite V-shaped reinforcing member symmetrically arranged with the reinforcing member crossing each other on both sides of the opening (that is, bypassing both sides of the opening), and converged at the other starting point symmetrical to the starting point. Further, the stress is transmitted to the warp and / or weft of the film body on the side opposite to the opening with respect to the other starting point. As described above, most of the stress at the peripheral edge of the opening of the film body is transmitted to the opposite side of the opening via the reinforcing member, so that no stress concentration occurs at the opening and tear propagation can be prevented.
[0048]
In the invention according to
[0049]
In any of the first and second aspects, setting the starting point of the belt-shaped reinforcing member to a point far away from the opening has an effect of securing a large center region surrounded by the belt-shaped reinforcing member and having a very small stress. This makes it possible to arbitrarily reinforce the large opening, and when the accessory is attached to this central area, the accessory can be flexibly displaced within a limited range.
[0050]
The method for reinforcing the opening of the membrane body according to the present invention is applicable to an opening formed for a specific use purpose with respect to the membrane body, and appropriately removes a damaged portion generated in the membrane body as described in
[0051]
On the other hand, in the invention according to
When the reinforcing member is made of the same material as that of the film body to be reinforced, there is an advantage that the reinforced portion is unified with the film body in appearance, does not stand out, and does not impair the aesthetic appearance.
[0052]
In the invention according to
[0053]
In a plain weave fabric, the stress acting on the fabric is more difficult to transmit in the diagonal direction that is not along the warp and weft than in other weave fabrics. . Therefore, when the reinforcing method according to the present invention is applied to the opening formed in the film body in which the base fabric constituting the film body has a plain weave structure, the effect of the present invention is other than the above. The effect is more remarkably exhibited as compared with a membrane made of a base fabric having a woven texture.
[0054]
There is also a membrane structure in which the base fabric of the membrane body uses a membrane body structure that is not a woven fabric structure. When the base fabric constituting the membrane body is composed of two layers of fiber planes in which the warp and the weft are not entangled, the woven fabric structure is used. Tear propagation is more likely to occur than the base cloth consisting of The invention according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a method for reinforcing a film body opening according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing a second embodiment of the method for reinforcing the opening of the film body according to the present invention.
FIG. 3 is a view showing a third embodiment of the method for reinforcing a film body opening according to the present invention.
FIG. 4 is a view showing a fourth embodiment of the method for reinforcing a film body opening according to the present invention.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view schematically showing the structure of a membrane used for a membrane structure and a reinforcing member for reinforcing the membrane opening according to the present invention.
FIG. 6 is a view schematically showing how a stress is transmitted around the opening of the film body having the opening formed therein.
FIGS. 7A and 7B are diagrams of a tensile test piece in the method of reinforcing the opening of the membrane body according to the present invention, wherein FIG. 7A shows the arrangement of the opening reinforcing member and FIG.
8A and 8B are diagrams illustrating an application example of the present invention, in which FIG. 8A illustrates an entire side surface of an airship, and FIG.
[Explanation of symbols]
1 Membrane
2 base cloth
3 resin
4 opening
5,5a Starting point
6,6a Open side
7,7a, 8,8a Reinforcing member
9,9a intersection
17, 17a, 18, 18a Reinforcing member
31, 31a Warp direction reinforcement group
32,32a Weft direction reinforcement group
37, 37a, 38, 38a reinforcing member
41, 41a Warp direction reinforcement group
42, 42a Weft direction reinforcement group
47, 47a, 48, 48a Reinforcing member
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