JP3776019B2

JP3776019B2 - High-strength membrane structure and multilayer structure

Info

Publication number: JP3776019B2
Application number: JP2001302860A
Authority: JP
Inventors: 正彦菅原; 児島木佐貫
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP2003103675A

Description

【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-strength membrane structure and a multilayer structure.
[0002]
[Prior art]
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a shell 3 of a conventional airship 2. 12 is a cross-sectional view seen from the section line S12-S12 of FIG. FIG. 13 is an enlarged view showing a joining portion of the structural material. 11 and 12 show the thickness neglected. The outer shell 3 of the airship 2 has a plurality of membrane materials 1 aligned with each other, a bonding membrane material 4 is provided inside the abutting portion, and the membrane material 1 and the bonding membrane material 4 are welded. It is formed by joining materials 1 together. In addition, there is a configuration in which the bonding film material 4 is omitted.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, the conventional airship 2 is formed using the film material 1 made of a fabric, and the film material 1 is limited to a width dimension of about 1 to 2 m that can be manufactured. When forming the film material, a plurality of film materials 1 in the circumferential direction, for example, about 50 to 60 (not shown in FIG. 12) must be aligned and spliced together. Accordingly, the number of seam portions as shown in FIG. 13 is increased. At the seam, as indicated by an arrow X, the load is transmitted from one film material 1 through the welded portion 5 to the bonding film material 4 and further through the welded portion 5 to the other film material 1. As described above, since the load transmission by the welded portion 5 is required in the joint portion, the strength is likely to decrease due to environmental conditions. In the airship 2, the upper part of the outer skin 3 may be heated to a high temperature of, for example, about 70 degrees by direct sunlight. Under such environmental conditions, the welding strength is reduced due to the influence of heat, and therefore the skin strength is reduced.
[0004]
An object of the present invention is to provide a high-strength membrane structure and a multilayer structure that can basically eliminate a seam due to welding.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention according to claim 1 includes a mesh body having a quadrangular mesh and being stretchable in two diagonal directions of the mesh;
A non-stretchable tension material,
The tensile material is provided over the entire mesh body, and is arranged so as to extend to one of the two diagonals of the mesh of the mesh body, and the shape is defined by being locked to the mesh body. It is a featured high strength membrane structure.
[0006]
According to the present invention, a high-strength membrane structure is formed by locking the mesh and the tensile material to each other. The net-like body can be continuously manufactured with a large width using a fiber material, and is hardly restricted by the dimension in the longitudinal direction perpendicular to the width direction. Further, the tensile material can be formed of a fiber material and is not limited by the dimension in the longitudinal direction. Therefore, since the size is not limited by being affected by the width dimension of the original fabric as in the case of using a film material of the prior art, the number of seams is reduced as much as possible, In addition, a large structure can be formed. In this way, the number of seams where the strength is easily affected by environmental conditions such as temperature can be reduced. Therefore, providing a seam at a portion that is not affected by the environment provides high strength and dramatically improves reliability. An improved high-strength membrane structure and a large-scale high-strength membrane structure can be formed. The strength of the high-strength membrane structure can be easily changed by changing the strength of the linear body constituting the mesh body and the linear body constituting the tensile material, and is not subject to strength limitations. Excellent in convenience.
Furthermore, the mesh has a quadrangular mesh and is stretchable in the two diagonal directions of the mesh. A tensile material is provided to extend to one of the two diagonals of the mesh, which is the direction of expansion and contraction of the mesh, and a triangular mesh is formed, and the locking position of the mesh with respect to the mesh is determined. It can be decided freely. Therefore, by adjusting the stretchable state of the mesh body with a tensile material, the shape can be arbitrarily defined, and a three-dimensional curved surface structure can be easily formed.
[0007]
According to the second aspect of the present invention, since the tensile material is knitted into the mesh body according to the present invention, the tensile material is knitted into the mesh body. The shape of the structure can be adjusted by adjusting the position. In a state where a load is applied, the mesh body and the tensile material are locked to each other by friction, and the shape of the structure can be fixed. Therefore, a complex-shaped structure can be easily formed.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, a protective member having weather resistance is laminated on the outer surface side of the high-strength membrane structure, and a sealing member for blocking gas is laminated on the inner surface side of the membrane material. Is a multilayer structure.
[0011]
According to the present invention, it is possible to form a multilayer structure having a high strength and an excellent function having weather resistance and gas barrier properties. The dimensions and shape of the multilayer structure can be set arbitrarily and easily, and the degree of freedom in design is extremely high. For example, it can be suitably implemented as a container for storing gas including the outer shell of an airship that stores floating gas in the internal space and a pressure vessel.
[0012]
In each of the present inventions described above, the fiber material constituting the net-like body and the tensile material includes long extending members such as a thread shape, a string shape, and a belt shape.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a perspective view showing a part of a membrane material 11 of an outer shell of an airship according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing the membrane material 11. FIG. 1 shows the section S1 of FIG. 2 in an enlarged manner. An airship consists of a hull with an outer skin and a buoyant gas accommodated in the inner space of the hull. For example, the multilayer structure of the present invention is implemented as the outer skin of the airship, and the high-strength membrane structure of the present invention is implemented to form the membrane material 11 constituting the outer skin.
[0014]
The film material 11 includes a mesh body 12 that is stretchable and a tension material 13 that is non-stretchable, and the shape is defined by the tension material 13 being locked to the mesh body 12. The net-like body 12 can be expanded and contracted in a predetermined one direction A and another direction B different from the one direction A. A plurality of tension members 13 are provided, and each tension member 13 extends in the other direction. In this embodiment, when viewed from the normal direction of the film material, one direction A and the other direction B form a right angle.
[0015]
The net-like body 12 is formed by interlacing a plurality of composition yarns 14 extending substantially along one direction A and arranging a square shape, specifically, a longer diagonal line in one direction A, and a shorter diagonal line. It is a rhombus net formed so as to have a rhombus mesh 15 arranged in the other direction B. Each composition yarn 14 is a member formed using a fiber material, that is, a fiber formed into a thread shape. For example, modified polyphenylene ether fiber (trade name: Zylon) and para-aramid (para-type wholly aromatic polyamide) fiber ( (Trade name: Kevlar) and other high-strength fibers.
[0016]
Each tension member 13 is a fiber material formed in a belt shape, and is woven using, for example, a yarn made of high-strength fibers similar to the composition yarn 14. Each of these tension members 13 is knitted into the mesh body 12 and is locked to the mesh body 12.
[0017]
In the present embodiment, when each tension member 13 is divided into a rhombus of the mesh 15 in one direction A and assumes two triangles, the triangles arranged in the other direction B are alternately arranged from different sides in the thickness direction. In other words, the yarn portions of the composition yarn 14 arranged on the triangle side and arranged in the other direction B are alternately arranged in one and the other in the thickness direction of the tensile material 13. The braided body 12 is knitted. Each tension member 13 is provided so that each mesh 15 is inserted as described above, and two tension members 13 are inserted through each mesh 15.
[0018]
In the tension state in which the film material 11 is tensioned by applying a load, in other words, in the swelled state, the mesh body 12 and the tension material 13 are locked to each other using a frictional force. In a state where no load is applied, each tensile member 13 can be easily shifted and displaced in the other direction B with respect to the mesh body 12, so that the mutual positional relationship is adjusted so that a predetermined position is obtained in this state. . Accordingly, the membrane material 11 can be prevented from expanding and contracting in the other direction B of the mesh body 12 in the swelled state, and the shape can be stably held, and in the relaxed state, each of the tension members 13 with respect to the mesh body 12. Can be easily shifted in the other direction B, and the stretched state of the mesh body 12 in the other direction B can be easily adjusted.
[0019]
Thus, the membrane material 11 is in the form of a net sheet formed by weaving each tension material 13 into the mesh body 12, and the membrane material 11 constituting a part of the outer shell of the airship is as shown in FIG. For example, it has the shape of the outer surface of a spheroid obtained by rotating an ellipse around its major axis, and the axis L1 coincides with the axis of rotation.
[0020]
FIG. 3 is a front view showing the film material 11 in a simplified manner. FIG. 4 is a bottom view showing the film material 11 in a simplified manner. In the present embodiment, the membrane material 11 has a body portion 17, a nose portion 19, and a tail portion 21 which are three structural portions.
[0021]
The body portion 17 that is the first structural portion is a portion that is disposed in the intermediate portion of the film material 11 in the axial direction. As shown in FIG. 5, both ends of the body portion 17 in the other direction B are connected to each other at the connecting portion 18 shown in FIGS. 3 and 4, and the center portion in the axial direction is radial compared to the rest. It is configured as a drum-shaped cylinder that bulges outward, and both end portions in the axial direction are open. The bond is bonded using an adhesive 16 or mechanically bonded.
[0022]
This trunk | drum 17 has the coupling | bond part 18 couple | bonded along the axis L1 at one place of the circumferential direction. Specifically, in the present embodiment, the coupling portion 18 is formed at a portion that is closest to the lower side of the airship. As for this trunk | drum 17, one direction A turns into the direction along the intersection line of the outer surface of a spheroid, and the plane containing an axis, and the other direction B turns into the circumferential direction of the axis L1.
[0023]
The nose part 19 that is the second structural part is a part that is disposed at the front end part that is one end part of the film material 11 in the axial direction. The nose part 19 is formed in a dish-like shape in which the central part bulges to one side with respect to the peripheral part, and the peripheral part is a joint part 20 similar to the above-described joint part 18 at one end part in the axial direction of the trunk part 17. Are formed to close the trunk portion 17. In the nose part 19, one direction A is a direction along the outer peripheral surface of the spheroid along the one plane including the axis L1, and the other direction B is a spheroid along the other plane perpendicular to the one plane. The direction is along the outer peripheral surface of the body. Here, the one plane is a plane including the machine axis L1 and the coupling portion 18, for example.
[0024]
The tail portion 21 that is the third structural portion is a portion that is disposed at the rear end portion that is the other end portion of the membrane material 11 in the axial direction. The tail portion 21 is formed in a dish shape in which the central portion bulges to one side with respect to the peripheral portion, and the peripheral portion is a joint portion similar to the above-described joint portion 18 at the other end portion in the axial direction of the trunk portion 17. 22 is formed to be coupled to block the trunk portion 17. In the tail portion 21, the directions A and B are the same directions as the nose portion 19.
[0025]
Thus, the membrane material 11 is configured such that the trunk portion 17 is sandwiched from both sides in the nose direction by the nose portion 19 and the tail portion 21, and is configured symmetrically with respect to a plane perpendicular to the nose axis L1.
[0026]
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the layer structure of the outer skin, in which FIG. 6 (1) shows an exploded view of the layers, and FIG. 6 (2) shows a stacked state. As described above, the film member 11 formed by joining the trunk portion 17, the nose portion 19, and the tail portion 21 is laminated with other constituent materials for constituting the outer skin on both sides to form the outer skin. The outer skin basically includes three layers including a strength retaining layer, a seal layer, and a protective layer. A strength holding layer is formed by the film material 11 which is a strength member, and a gas barrier film 25 is provided on the inner surface side of the film material 11 as a seal member for forming a seal layer, and an adhesive is provided on the outer surface side of the film material 11. A protective film 27 as a protective member is provided through the layer 26. A protective layer is formed including the adhesive layer 26 and the protective film 27.
[0027]
The gas barrier film 25 for preventing leakage of levitation gas includes a base layer such as polyethylene and a gas barrier layer made of a material having a property of blocking gas such as ethylene vinyl acetate random copolymer saponified product (trade name: Eval). Are laminated. This gas barrier film 25 is bonded to the film material 11 through an adhesive (similar to or similar to the adhesive layer 26) 26a with the gas barrier layer inside and partially or entirely inside the film material 11. Is done.
[0028]
The protective film 27 for increasing the weather resistance is a film obtained by depositing aluminum on a polyvinyl fluoride film (trade name: Tedlar). The protective film 27 is adhered to the film material 11 with an aluminum vapor deposition layer disposed on the inner surface side, and via the adhesive layer 26, that is, by the urethane adhesive of the adhesive layer. At least such a film material 11, a gas barrier film 25, an adhesive layer 26 and a protective film 27 are laminated to form an outer skin.
[0029]
In constructing the outer skin in this way, by attaching the protective film 27 to the film material 11 via the adhesive layer 26, the adhesive 12 of the adhesive layer 26 allows the mesh body 12 and the tensile material 13 in the film material 11 to be formed. Are connected to each other to form an integral outer skin.
[0030]
According to this embodiment, the membrane material 11 that forms the outer skin of the airship is configured by locking the mesh body 12 and the tension material 13 to each other. The net-like body 12 can be formed of a plurality of fiber materials, and the dimensions in one direction A and the other direction B are hardly restricted. Moreover, since the tension | tensile_strength material 13 can be formed with a fiber material, it is influenced by the width dimension of a raw fabric like the case where the conventional film | membrane material 1 etc. are used, and a dimension will not be restrict | limited. Therefore, in order to minimize the seam portion basically, the number of the seam portions can be reduced as much as possible, and the large film material 11 can be formed. Moreover, by adopting the structure of the connecting portions 18, 20, and 22 as described above, it is possible to reduce the portion of the adhesive in the transmission path of the load F and to further increase the reliability of the strength.
[0031]
Therefore, as described above, the trunk portion 17 having only one circumferential coupling portion 18 can be formed, and the membrane material 11 of the outer shell of a large airship can be formed with a small number of coupling portions, that is, seam portions as a whole. . For example, even in the case of the outer shell of a large airship whose dimension in the axial direction exceeds 250 m and whose maximum diameter exceeds 50 m, the outer shell membrane material 11 is formed by the three joint portions 18, 20, 22 described above. Can be formed.
[0032]
By disposing the coupling portion 18 in the trunk portion 17 in a lower portion that is relatively less susceptible to direct sunlight, the strength of the airship is prevented from being lowered due to an environmental change due to a temperature rise, and a highly reliable airship skin is formed. Can do.
[0033]
Further, the strength of the film material 11 can be easily changed by changing the strength of each linear body, that is, the material and dimensions of the composition yarn 14 and the tensile material 13, and the degree of freedom in selecting the strength is high. Excellent in convenience. Furthermore, since the net-like body 12 can be expanded and contracted and the length of the tensile member 13 can be determined freely, a three-dimensional curved surface structure can be freely formed as described above. The outer membrane material 11 can be easily formed.
[0034]
In addition, since the tension member 13 is knitted into the mesh body 12, the mesh body 12 and the tension material 13 can adjust the position of the film material 11 by adjusting the mutual position, and the film material 11 is loaded. By applying and pulling, the mesh body 12 and the tension member 13 are locked to each other using friction, and the shape of the film member 11 can be fixed. Therefore, since a high-strength membrane structure having an arbitrary shape including a complicated shape can be easily formed, the above-described membrane material 11 can be easily formed, and the outer shell of the airship can be easily formed. it can.
[0035]
Moreover, by making the tension material 13 into a strip shape, it is possible to improve the load resistance of the gas barrier film by making the eye inserted in the thickness direction of the film material 11 as small as possible.
[0036]
FIG. 7 is a perspective view showing a part of a film material 11a according to another embodiment of the present invention. FIG. 8 is a front view showing a part of the film material 11a. The film material 11a of the present embodiment is similar to the film material 11 of the embodiment shown in FIGS. 1 to 6, and only different configurations will be described, and the same configurations will be described with the same reference numerals. Is omitted.
[0038]
In the film material 11 of FIGS. 1 to 6, the tensile material 13 is formed so that the mesh passes through the triangular area obtained by dividing the rhombus mesh 15, and thus the two tensile materials 13 pass through one mesh. Although knitted into the mesh body 12, the film material 11a of the present embodiment has the diagonal lines of the rhombic mesh 15 in which the tension members 13 are arranged every other row of intersecting points of the composition yarns 14 arranged in the other direction B. The mesh body 12 is knitted so as to be arranged along the line. The film material 11a having such a configuration can be used in the same manner as the film material 11 of FIGS. 1 to 6, and the same effect can be obtained.
[0039]
FIG. 9 is a perspective view showing a part of a film material 11b according to still another embodiment of the present invention. The film material 11b of the present embodiment is similar to the film material 11a of the embodiment shown in FIGS. 7 and 8, and only different configurations will be described, and the same configurations will be described with the same reference numerals. Is omitted.
[0040]
7 and 8, the tension members 13 are alternately knitted into the mesh body 12, but the membrane material 11 b of the present embodiment has the tension members 13 formed into the mesh body 12. The binding wire 30 is used to bind and bind at the intersection of the composition yarns 14. Bundling may be performed at all crossing points, or some crossing points may be selected and bundled. However, if all crossing points are combined, shape stability can be further improved. it can. The binding wire 30 is made of, for example, a fiber material similar to the composition yarn of the mesh body 12. The membrane material 11b configured in such a locking structure can be used in the same manner as the membrane material 11a of FIGS. 7 and 8, and the same effect can be obtained.
[0041]
FIG. 10 is a front view showing a part of a film material 11c according to still another embodiment of the present invention. The film material 11c of the present embodiment is similar to the film material 11 of the embodiment shown in FIGS. 1 to 6, and only different configurations will be described, and the same configurations will be described with the same reference numerals. Is omitted.
In the film material 11 of FIGS. 1 to 6, each tensile material 13 is knitted into the mesh body 12. However, in the film material 11 c of the present embodiment, each tensile material 13 is provided on one side of the mesh body 12. . The tension members 13 are arranged along the diagonal lines of the rhombus mesh 15 along all the rows of intersection points of the composition yarns 14 arranged in the other direction B.
[0042]
In this state, the mesh body 12 and each tension member 13 are bonded using an adhesive and locked to each other. The film material 11c having such a configuration can be used in the same manner as the film material 11 shown in FIGS. 1 to 6, and can obtain the same effect except for the effect of the tensile material 13 being knitted.
[0043]
In addition, in the present embodiment, since the tension member 13 extends along the diagonal line of the rhombus mesh 15, the mesh 12 and the tension member 13 are combined to change the quadrangular eye into a triangular eye. can do. The triangle is a stable shape that is not easily deformed, and thereby the shape of the film material 11c can be more reliably stabilized. In addition, in the present embodiment, since the tension members 13 are arranged along all the rows of intersection points arranged in the other direction B, the shape stabilizing effect can be further enhanced.
[0044]
The high-strength membrane structure may be a structure other than the membrane material of the outer shell of the airship. For example, it may be a pressure vessel or a roof of a dome-shaped building.
[0045]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, a high-strength membrane structure in which the number of seams is reduced as much as possible by basically eliminating the seams and the reliability in strength is greatly improved. In addition, a large high-strength film structure can be formed. Moreover, it can change easily by changing the intensity | strength of each linear body, and the freedom degree of selection of intensity | strength is high and it is excellent in convenience. Furthermore, by adjusting the stretched state of the net-like body, a high-strength structure having an arbitrary shape including a three-dimensional curved surface shape can be easily formed.
[0046]
According to the second aspect of the present invention, a structure having a complicated shape can be easily formed.
[0048]
According to the third aspect of the present invention, a multilayer structure having high strength, weather resistance and gas barrier properties can be realized, and for example, an outer shell of an airship can be suitably formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a part of a film material 11 of an outer shell of an airship according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a film material 11;
FIG. 3 is a front view showing the film material 11 in a simplified manner.
FIG. 4 is a bottom view showing the film material 11 in a simplified manner.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a coupling portion 18;
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a layer structure of an outer skin.
FIG. 7 is a perspective view showing a part of a film material 11a according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a front view showing a part of the film material 11a.
FIG. 9 is a perspective view showing a part of a film material 11b according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a front view showing a part of a film material 11c according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a skin 3 of a conventional airship 2;
12 is a cross-sectional view taken along section line S12-S12 of FIG.
FIG. 13 is an enlarged view showing a joining portion of structural members.
[Explanation of symbols]
11, 11a to 11c Membrane material 12, 12d Net body 13 Tensile material 14 Composition yarn 15, 15d Mesh

Claims

A network having a quadrangular mesh and stretchable in two diagonal directions of the mesh;
A non-stretchable tension material,
The tensile material is provided over the entire mesh body, and is arranged so as to extend to one of the two diagonal lines of the mesh of the mesh body, and the shape is defined by being locked to the mesh body. High strength membrane structure characterized.

2. The high-strength membrane structure according to claim 1, wherein the tensile material is knitted into a net-like body.

A high-strength membrane structure according to claim 1 or 2, wherein a protective member having weather resistance is laminated on the outer surface side, and a sealing member for blocking gas is laminated on the inner surface side of the membrane material. Multilayer structure.