JPH09105200A

JPH09105200A - 防火換気構造

Info

Publication number: JPH09105200A
Application number: JP7263029A
Authority: JP
Inventors: Yoshimoto Satake; 竹良元佐; Masayuki Amamiya; 宮正之天; Tatsuji Kaneda; 田辰次金; Daisuke Kawana; 名大輔川
Original assignee: Nihon Kagaku Sangyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Kagaku Sangyo Co Ltd
Priority date: 1995-10-11
Filing date: 1995-10-11
Publication date: 1997-04-22
Anticipated expiration: 2015-10-11
Also published as: JP3668301B2

Abstract

(57)【要約】【課題】防火換気構造に於ける不燃性天井板を支持する
支持金具は、火災による高温度側に露出されるので、ス
チール材、ステンレス材等の高溶融金属を使用しなけれ
ばならなかったが、精度、体裁、コスト２次加工等の点
で問題があった。【解決手段】不燃性天井板１を低溶融金属であるアルミ
ニウム合金製の合金製の支持金具２で支持し、支持金具
２の支持部２ａと仕上壁４との間に換気用空気通路６を
形成し、かつ該支持部２ａの背面に不燃性体積膨張材７
を取り付けた構造であり、特に支持部２ａの下面の受熱
部Ｘの面積より支持金具２の立上り部２ｂ、水平支持片
２ｃ、取付片２ｄ等よりなる放熱部Ｙの面積比率が大き
くなるようにした防火換気構造である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は建物の小屋裏等の換
気を目的とした防火換気構造に係り、特にアルミニウム
等の低溶融金属を用いて不燃性天井板の支持金具を構成
することが出来るようにした防火換気構造に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の防火換気構造としては、
本件特許出願人が開発した図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）
に示す防火換気構造（特願平４ー２４７１５４号）、或
いは図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す防火換気構造
（特願平４ー２４７１５５号）等の技術が公知である。

【０００３】即ち、図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す
公知技術は不燃性天井板５１を断面コ字形のスチール、
ステンレス等の高融点金属で形成した支持金具５２で支
持しながら壁面５３に取付固定し、かつ支持金具５２の
上面５２ａと下面５２ｂとに夫々換気孔５４、５５を穿
設し、天井側の空気が下面５２ｂの換気孔５４から支持
金具５２内の換気用空気通路５６に侵入した後、上面５
２ａの換気孔５５より排出するように構成した構造であ
る。かつ換気用空気通路５６内の所定位置に熱によって
膨張する不燃性体積膨張材５７を設け、火災時等にはこ
の不燃性体積膨張材５７を膨張させて換気用空気通路５
６を完全に閉鎖して遮断することが出来るようにした技
術である。

【０００４】また、図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す
公知技術は、前記支持金具５２と形状を異にし、同様に
スチール、ステンレス等で形成した支持金具５８を使用
して不燃性材５７を支持し、支持金具５８のＬ型基板部
５８ａと断面逆コ字状の板支持部５８ｂとの間に形成さ
れる換気用空気通路５６内に不燃性体積膨張材５７を設
けた構造である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】火災時の火炎等の温度
は８５０〜９００℃に達するために、この温度に充分耐
えるためには、１２００℃の温度にも耐えることが出来
る前述の従来のようなスチールやステンレス製の支持金
具５２、５８を使用して、不燃性天井板を支持する必要
があった。

【０００６】然るに、前述の従来例の支持金具５２，５
８を高温溶融点を持つスチール、ステンレス等の金属で
製作した場合には、次のような大きな問題があった。即
ち、製造コストを重視して薄板を使用して支持金具５
２，５８を形成した場合には、形状精度が悪く、変形等
があるので、外観的にも好ましくない問題があった。従
って、この問題を解決するために別部品等よりなるカバ
ー材で対応していたが、構成が複雑で組立作業が煩雑で
ある等の問題もあった。

【０００７】また、薄板の欠点を改善するために厚板を
使用した場合には、形状精度は良くなるが、加工が難し
くコストアップとなり、また全体が重くなるという問題
があった。更にこれ等の支持金具５２，５８は、施工現
場に於いて所定の寸法に切断して使用する等の２次加工
が必要とされるが、スチールやステンレス製の支持金具
５２，５８は、薄板、厚板に限らず２次加工が難しい等
の問題もあった。一般的に使用されるスチールは錆易い
問題もあった。

【０００８】本発明は、前述の従来の多くの問題点に鑑
み開発された新しい技術であって、特に寸法精度が良
く、外観が美しく、錆にくく、押し出し成形等で安価に
大量生産することが出来、しかも２次加工性が良いアル
ミニウム等の低溶融金属を用いて形成した支持金具で、
不燃性天井板を支持することが出来るようにした全く新
しい技術の防火換気構造を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る防火換気構
造は、前述の従来の問題点を根本的に改善した技術であ
って、その第１発明の要旨は、不燃性天井板を支持金具
で支持すると共に該支持金具内或いはその支持金具の周
りに換気用空気通路を設けかつ熱によって膨張する不燃
性体積膨張材を該換気用空気通路内に設けて構成した防
火換気構造に於いて、低溶融金属を用いて前記支持金具
を形成し、かつ不燃性体積膨張材が設けられた支持金具
の位置を中心とした場合に、該支持金具の火災高温度側
の受熱部面積を他方の低温度側の放熱部面積より小さく
なるように構成したことを特徴とした防火換気構造であ
る。

【００１０】また、防火換気構造の第２発明の要旨は、
前記低溶融金属がアルミニウム合金であることを特徴と
した第１発明の防火換気構造である。第３発明の要旨
は、前記支持金具の放熱部の面積が受熱部の面積の約２
倍以上であることを特徴とした第１発明或いは第２発明
のいずれかの防火換気構造である。

【００１１】更に、防火換気構造の第４発明の要旨は、
支持金具の放熱部を換気用空気通路の外側に設けて構成
したことを特徴とした第１発明乃至第３発明のいずれか
の防火換気構造である。第５発明の要旨は、支持金具の
放熱部に放熱フィンを設けて構成したことを特徴とした
第１発明乃至第４発明のいずれかの防火換気構造であ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明者等は前述の従来の多くの
問題点に鑑み、種々の問題があるスチールやステンレス
を使用せずに加工が容易で、寸法精度が良く、外観が美
しく、錆にくく、かつ安価に大量生産することが出来る
低溶融金属、例えば溶融温度が６４０〜６５５℃である
アルミニウム合金を用いて、換気用空気通路に沿って不
燃性天井板を支持する支持金具を構成することが出来な
いか長年に亘って研究した処、火災時の８５０〜９００
℃よりも溶融温度が低い前述のアルミニウム合金を用い
ても、一定の条件が整えば充分使用することが出来るこ
とを確認した。その使用が可能となった理由及び原理に
ついて説明すると、次の通りである。

【００１３】一般に、金属を溶融するには溶融温度より
高い温度環境に置いてその金属を加熱する事が必要であ
る。かつ溶融するメカニズムは一般に周囲より熱を受
け、その持つ質量と比熱及び初期と溶融温度との温度差
の積に相当する熱量を受けた時に溶融温度に到達する。
更に溶融するためには質量と溶融潜熱の積に相当する熱
量が必要である。従ってこれ等の関係は次の式になる。

【００１４】溶融温度に到達する迄の熱量＝質量×比熱
×温度差（溶融温度−初期温度）・・・（１）、溶融す
る為の熱量＝質量×溶融潜熱・・・（２）

【００１５】しかし、金属の一部を溶融温度より高い温
度環境に置き、その別の部分を溶融温度より低い温度環
境に置いた場合、熱が高い方から低い方に流れるため溶
融温度に到達しない事はよく知られている通りである。

【００１６】上述の関係を図で示すと、図１に於いて、
Ｈ型金具３１の左片３１ａを高温部３２側に露出し、か
つその右片３１ｂを低温部３３側に露出し、更にこの左
右片３１ａ，３１ｂを断熱部３４で遮断した場合には、
高温部３２に露出して加熱された左片３１ａの高熱が、
連結伝達片３１ｃを介して右片３１ｂに流れるために、
左片３１ａの温度が高温部３２の温度に到達しないこと
が知られている。更に図１に示すように、左片３１ａの
面積を右片３１ｂの面積より小さくした場合には、受熱
側の左片３１ａの温度がより高温度にならないことも判
明した。

【００１７】次に、図２に示すように換気用空気通路の
支持金具として使用する金属材３５を加熱側３６と放熱
側３７との間に衝立状に起立し、加熱側３６で該金属３
５の溶融点温度３８以上の高温雰囲気温度３９ａにし、
かつ放熱側３７の低温雰囲気温度３９ｂを前記溶融温度
３８以下にした場合には、金属材３５の表面の高温側金
属温度３９ｃは溶融点温度３８より著しく低い温度にな
り、かつ放熱側３７の金属材３５の表面低温側金属温度
３９ｄは低温雰囲気温度３９ｂよりも高くなることが判
明した。

【００１８】従って、加熱側３６の温度が金属溶融点温
度３８よりも温度の高い高温度内で、金属材３５より構
成された支持具を使用しても、支持具は溶融せずに使用
出来ることが明らかとなった。

【００１９】しかし、前述のような条件が揃っていて
も、（１）熱伝導の通路が狭小である場合、（２）熱伝
導の通路が長い場合、（３）熱伝導率が小さく熱を流し
難い場合等の熱伝達が不足する場合には、加熱側３６の
金属が溶融することがある。また、（４）放熱面積が狭
く放熱量が不足する場合、（５）低温側の雰囲気温度３
９ｂが高く放熱量が不足する場合等の放熱が不充分の場
合にも、加熱側３６の金属が溶融することがあることが
判明した。

【００２０】以上の事から、アルミニウム合金等の低溶
融金属を使用して支持金具を構成する場合には、次の点
に留意する必要であることが判明した。即ち、（１）支
持金具の換気用空気通路に沿って不燃性体積膨張材を取
り付け、熱が加わった場合、発泡により空気通路を閉鎖
することにより内部への熱の浸入を防止する。（２）不
燃性体積膨張材の発泡により高温雰囲気に置かれる受熱
部を小さな範囲に限定する。（３）発泡した不燃性体積
膨張材と合わせ金物周囲は断熱性が高いもの（比熱も高
い物がよい）を用いて内部（低温側）雰囲気温度の上昇
を押さえる。（４）小さな範囲に限定された受熱部の受
熱量を伝達するに十分で適切な伝熱部の面積を持つよう
にする。（５）受熱部の受熱量を放熱するに十分で適切
な放熱部の面積を持つようにする。

【００２１】次に、支持金具の加熱側の受熱部面積と放
熱側の放熱部面積との関係を示すと、次項のような関係
が成立することが明らかである。

【００２２】（Ａ）受熱部で受ける熱量：Ｑ１，高温部
の雰囲気温度：ｔ１，強度を考慮し押さえたい金属の温
度：ｔ２，周囲より金属に温度を伝える熱貫流率：ｋ
１，受熱部表面積：Ｓ１とするとＱ１＝ｋ１×Ｓ１×
（ｔ１−ｔ２）となる。

【００２３】（Ｂ）熱伝導面積：ｓ１，熱伝導率：α
１，伝導長さ：Ｌ１，許容する温度低下：ｔ３とすると

【００２４】

【数１】

【００２５】（Ｃ）放熱面積：Ｓ２，低温部の雰囲平均
温度：ｔ５，低温部の金属平均温度：ｔ４，金属表面よ
り周囲に温度を伝える熱貫流率：ｋ２とすると

【００２６】

【数２】

【００２７】簡易的にはｋ１＝ｋ２として、熱伝導長さ
は短いため無視する事が出来るので、受熱部面積と放熱
部面積は次の様な関係になる。

【００２８】

【数３】

【００２９】前述の関係及び計算を基にして支持金具に
使用される金属の種類、許容される温度、周辺の断熱状
態、雰囲気温度、取付方法及び支持金具の寸法等を具体
的に決定することが出来る。

【００３０】次に本件発明者等は、前述の関係及び数式
が成立するか否かを具体的試験に基づき確認した。即
ち、直交するケイ酸カルシウム系板の角部に内外に通じ
る換気口と通路とを設け、かつ溶融温度が６４０〜６５
５℃のアルミニウム合金製の金属板で該換気口と通路と
を被覆し、かつ被覆した金属板の一部を内側に露出させ
て受熱部とし、かつ残りの金属板を外側に露出させて放
熱部として構成した。更に熱が加わると該通路の入口
が、不燃性体積膨張材で遮断されて塞がれる構造とし
た。

【００３１】そして高温側温度条件をＪＩＳＡ１３０４
による耐火試験加熱条件４５分の基本条件に対し、高温
側金属の許容温度目標を５４０℃にした。かつ高温部雰
囲気温度を８９０℃、低温側雰囲気平均温度を２００
℃、高温部金属温度を５４０℃（高温部雰囲気温度との
温度差３５０℃）、低温側金属平均温度を３５０℃（低
温側雰囲気平均温度との温度差１５０℃）に仮定した上
で、前述の換気口と通路とに被覆した金属板の高温側の
受熱部面積と低温側放熱部面積の比率を試算した結果、
Ｓ₂= Ｓ₁×（３５０／１５０）≒２．３４より放熱部
面積を受熱部面積の２．３４倍以上取る必要があること
が明らかとなった。

【００３２】前述の全ての関係を考慮して、本発明者等
は次に説明する防火換気構造をその一例として具体化し
たので、図により説明する。即ち、図３（Ａ），（Ｂ）
は本発明に係る第１実施例の防火換気構造の要部の断面
説明図、図４は図３の防火換気構造の斜視説明図、図５
は図３の防火換気構造に於ける支持金具及びその周りの
温度を示す断面説明図、図６は第２実施例の防火換気構
造の要部の断面説明図、図７は第３実施例の防火換気構
造の要部の断面説明図である。

【００３３】図３（Ａ），（Ｂ）及び図４に於いて、１
は不燃性天井板であって、支持金具２を介して建物躯体
側の壁板３に取り付けられている。本発明に使用される
支持金具２は低溶融金属であるアルミニウム合金で構成
されている。該支持金具２はその下部に不燃性板１の側
縁部が嵌入し得る断面略コ字形の支持部２ａを有し、か
つこのコ字形支持部２ａの上縁には連続して垂直の立上
り片２ｂが設けられ、また該立上り片２ｂの上端には水
平支持片２ｃが水平方向に連設され、更に水平支持片２
ｃの先端には垂直方向に取付片２ｄが連設されて構成さ
れている。

【００３４】４は不燃性材より構成された仕上壁であっ
て、前記建物躯体側の壁板３の側面に積層されている。
前記支持金具２の水平支持片２ｃの左右巾は、前記支持
部２ａの左右巾よりも大きく形成され、その水平支持片
２ｃの左側部には多数の換気孔５が並列して穿設され、
かつその水平支持片２ｃの右側部は前記仕上壁４の上縁
に当接され、更に前記支持部２ａの背面と該仕上壁４と
の間には換気用空気通路６が設けられるように構成され
ている。

【００３５】また、前記支持部２ａの背面には、該換気
用空気通路６に沿って熱によって膨張する不燃性体積膨
張材７が取り付けられている。この不燃性体積膨張材７
は火災時の通路熱風温度が１５０〜１７０℃になると約
１０倍に膨張する性質を有している。その組成等につい
ては、既に特公昭６３ー１３２９６８号公報（防火組成
物）、特公平３ー２３５号公報（防火・耐火被覆マッ
ト）等により公知である。

【００３６】本発明に係る防火換気構造は、上述の如
く、支持金具２の支持部２ａの背面に設けられた換気用
空気通路６に沿って不燃性体積膨張材７を取付けたの
で、屋外側に火災が発生し、換気用空気通路６の通過熱
風温度が約１５０℃以上になると、不燃性体積膨張材７
が発泡して、換気用空気通路６を完全に閉鎖するので、
これによって熱風が小屋裏に侵入することを防止するこ
とが出来る。

【００３７】このように、図３（Ｂ）に示すような不燃
性体積膨張材７で換気用空気通路６を閉鎖した場合を想
定することによって、前記支持金具２を不燃性体積膨張
材７が取り付けられた位置を中心にして、火災高温度側
の受熱部Ｘと低温温度側の放熱部Ｙとに区分することが
出来る。従って、前記図３及び図４に示す実施例の場合
では、支持金具２の支持部２ａの下面片が受熱部Ｘとな
り、支持部２ａの上面片、立上り片２ｂ、水平支持片２
ｃ及び取付片２ｄが放熱部Ｙとなっている。前記実施例
側に於ける放熱部Ｙの受熱部Ｘに対する面積は約６．８
倍に形成されている。

【００３８】図５により、上述の構造を有する本発明の
防火換気構造について実験した処、次のようなデータを
得ることが出来た。即ち、ＪＩＳＡ１３０４による耐火
試験加熱温度は時間と共に上昇する様になっているが、
十分に加熱されたあとで高温の安定した加熱状態である
３６分から４５分の１０分間のデータで説明する。ま
ず、不燃性天井板１及び加熱発泡された不燃性体積膨張
材７を堺にして、火災によって高温となる外部高温側８
と内部低温側９とに分けることが出来る。

【００３９】外部高温側８に露出した支持金具２の受熱
部Ｘの面積を１とし、他の内部低温側９に露出した支持
金具２の放熱部Ｙの面積は比率を用いた。また内部低温
側９に露出した放熱部Ｙの面積は広いために、雰囲気温
度が一様でないので、Ａ部、Ｂ部、Ｃ部、Ｄ部の４カ所
に分けて計算した。その実験による温度データを示すと
次の表の通りである。

【００４０】

【表１】

【００４１】以上の実験による温度データに基づき、ｋ
１＝ｋ２として受熱部Ｘと放熱部Ｙとの面積と温度差の
積でまとめると次表の通りである。

【００４２】

【表２】

【００４３】前記実験結果を総合することによって、次
のことが判明した。即ち、（１）当初受熱部面積Ｘに対
し放熱側面積Ｙが６．８倍に形成されていると判断した
が、実験結果ではＡ部は放熱がほとんどなく、Ｂ部は逆
に受熱部となっている。実際の放熱に有効な面積はＣ
部、Ｄ部であった。（２）受熱部側は仮定した温度差よ
り大きな温度差の為受熱量が多くなった。これは金属の
許容温度とした５４０℃に達していない為当然である。
（３）放熱部側では次の様な特徴が見られた。（３−
１）Ｂ部では雰囲気温度の方が金属温度より高く放熱と
は逆に加熱している。これは、Ｂ部が空気通路の開口を
除き周囲が囲まれた状態にある事、内部気圧が外部気圧
より低く設定されている為、高温の空気が発泡材の内部
を通過して浸入し溜まった状態になる為と考えられる。
（３−２）他の放熱部側は面積が仮定より大きい為か金
属と雰囲気の温度差が仮説より小さい。（４）受熱量が
放熱を上回っている為、加熱側金属の温度は更に上昇し
ているが、許容温度まで上昇し、雰囲気温度との差が小
さくなれば受熱量も頭打ちになり放熱量と平衡した時点
で温度上昇が止まる事が容易に想定される。

【００４４】この試験結果より、一般に住宅の火災時を
想定したＪＩＳＡ１３０４による耐火試験加熱条件４５
分の加熱に於いても、アルミニウム合金で作った支持金
具が防火性能を失う様な破損溶融する事なく、十分に機
能を発揮出来る事が分かった。

【００４５】前記実験結果に表れた内部低温の放熱部側
の特にＢ部に熱が溜まる様な雰囲気を避けるために、本
件発明者等は図６に示すような第２実施例の防火換気構
造も開発した。即ち、図６に示す第２実施例は、前述の
ような支持金具２の水平支持片２ｃ及び取付片２ｄを全
く無くし、立上り片２ｂをそのまま長く上方に延長した
構造の支持金具１０を用いた防火換気構造である。この
実施例の場合には、放熱部側に熱が溜まることがないの
で、支持金具１０による放熱をスムーズに行うことが出
来る。

【００４６】更に、本件発明者等は、図７に示す如く、
内部低温の放熱部側空間が狭い場所等に於いて、放熱面
積を大きくし、放熱効率を良くする構造について研究し
た処、図７の支持金具１１に示すように放熱部側に放熱
フィン１２を一体的に取り付けることによって充分に目
的を達成することが可能であることを発明した。図中１
３は野縁であり、かつ１４はたる木である。

【００４７】

【発明の効果】本発明に係る防火換気構造は上述の構成
を有するので、次のような多大な効果を有している。

【００４８】（１）火災高温側に露出される支持金具を
アルミニウム合金等の低溶融点金属を用いて構成するこ
とが出来る。（２）従って寸法精度が良く、かつ外観の
美しい支持金具を形成することが出来る。（３）押し出
し成形が可能であるので、プレス加工やロール加工に比
較して安価に大量生産することが出来る。（４）錆にく
く、長年に亘って耐久力がある。（５）２次加工性に優
れており、施工現場で作業を容易にすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】高温部に露出された金属の熱が低温部側に露出
された金属側に流れて放熱される原理を示す一部断面説
明図である。

【図２】一枚の金属板を加熱側と放熱側とに夫々露出し
た場合に於ける表面温度の変化を示す説明図である。

【図３】図３（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る第１実施例
の防火換気構造の要部の断面説明図である。

【図４】図３の防火換気構造の斜視説明図である。

【図５】図３の防火換気構造に於ける支持金具及びその
周りの温度を示す断面説明図である。

【図６】第２実施例の防火換気構造の要部の断面説明図
である。

【図７】第３実施例の防火換気構造の要部の断面説明図
である。

【図８】図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は従来例の防火換
気構造を示す側断面説明図である。

【図９】図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は他の従来例の防
火換気構造を示す側断面説明図である。

【符号の説明】

１不燃性天井板２支持金
具 2a 支持部 2b 立上り
部 2c 水平支持片 2d 取付片３壁板４仕上壁５換気孔６換気用
空気通路７不燃性体積膨張材８外部高
温側９内部低温側 10 支持金
具 11 支持金具 12 放熱フ
ィン 13 野縁 14 たる木 31 Ｈ型金具 31a 左片 31b 右片 31c 伝達片 32 高温部 33 低温部 34 断熱部 35 金属材 36 加熱側 37 放熱側 38 溶融点温度 39a 高温雰
囲気温度 39b 低温雰囲気温度 39c 高温側
金属温度 39d 低温側金属温度 51 不燃性
天井板 52 支持金具 53 壁面 54,55 換気孔 56 換気用
空気通路 57 不燃性体積膨張材 58 支持金
具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川名大輔東京都台東区下谷２ー20ー５日本化学産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】不燃性天井板を支持金具で支持すると共に
該支持金具内或いはその支持金具の周りに換気用空気通
路を設けかつ熱によって膨張する不燃性体積膨張材を該
換気用空気通路内に設けて構成した防火換気構造に於い
て、低溶融金属を用いて前記支持金具を形成し、かつ不
燃性体積膨張材が設けられた支持金具の位置を中心とし
た場合に、該支持金具の火災高温度側の受熱部面積を他
方の低温度側の放熱部面積より小さくなるように構成し
たことを特徴とした防火換気構造。
【請求項２】前記低溶融金属がアルミニウム合金である
ことを特徴とした請求項１の防火換気構造。
【請求項３】前記支持金具の放熱部の面積が受熱部の面
積の約２倍以上であることを特徴とした請求項１或いは
請求項２のいずれかの防火換気構造。
【請求項４】支持金具の放熱部を換気用空気通路の外側
に設けて構成したことを特徴とした請求項１乃至請求項
３のいずれかの防火換気構造。
【請求項５】支持金具の放熱部に放熱フィンを設けて構
成したことを特徴とした請求項１乃至請求項４のいずれ
かの防火換気構造。