JP2017030291A - 機能部材およびそれを用いた物品 - Google Patents

Abstract

【課題】基材に対する事前の軟化処理が不要であり、基材に対する三次元的な変形を容易に付与することができ、製造も非常に容易な機能部材およびそれを用いた物品を提供すること。【解決手段】基材２の表面２ｙａ、２ｙｂ、２ｚａ、２ｚｂから内側に向けて所定幅の溝１１、１２、２１、２２が複数設けられた機能部材１であって、前記溝は、前記基材に対して前記溝の幅方向に曲げモーメントＭｙａ、Ｍｚａが付与されると前記基材が弾性変形して幅方向に開く位置に設けられた開放溝と幅方向に閉じる位置に設けられた閉塞溝との組からなる開閉溝組であって、前記基材の弾性変形する方向が異なる位置に配置された複数の開閉溝組１０、２０をもって形成されているとともに、前記基材の前記各溝の幅方向に伸びる仮想軸を三次元方向に変形可能とするように形成されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、機能部材およびそれを用いた物品に係り、基材を三次元的に変形させて機能部材を得るのに好適な機能部材およびそれを用いた物品に関する。

一般に、種々の形状を備えている基材を所望の形状に変形させて用いることが行われている。

例えば、木材の木目を生かすために、曲げ機と称する装置によって木材に曲木加工を施して家具や装飾品に用いることが行われている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

特開平０７−１８６１０９号公報 ２００８−１８８８７１号公報

しかしながら、従来工法によって木材に曲木加工を施すためには、木材を事前に軟化させる必要があり、木材を軟化させるために、いわゆる蒸煮処理、煮沸処理、或いは化学薬品を用いた化学処理が木材に適用されていた。その場合の温度管理、湿度管理、乾燥管理等の制御が非常に困難であり、熟練を要するとともに、長い作業時間が必要とされていた。更に、剛性の高い木材に曲木加工を施すためには、堅牢で大がかりな装置が必要とされていた。

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、基材に対する事前の軟化処理が不要であり、基材に対する三次元的な変形を容易に付与することができ、製造も非常に容易な機能部材およびそれを用いた物品を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明の第１の形態の機能部材は、基材の表面から内側に向けて所定幅の溝が複数設けられた機能部材であって、前記溝は、前記基材に対して前記溝の幅方向に曲げモーメントが付与されると前記基材が弾性変形して幅方向に開く位置に設けられた開放溝と幅方向に閉じる位置に設けられた閉塞溝との組からなる開閉溝組であって、前記基材の弾性変形する方向が異なる位置に配置された複数の開閉溝組をもって形成されているとともに、前記基材の前記各溝の幅方向に伸びる仮想軸を三次元方向に変形可能とするように形成されていることを特徴とする。

また、本発明の第２の形態の機能部材は、三次元方向に変形した前記基材の少なくとも一部の前記溝内に当該変形を維持する変形維持媒体が設けられていることを特徴とする。

また、本発明の第３の形態の機能部材は、前記複数の開閉溝組は、前記曲げモーメント受けて弾性変形する曲げモーメント中心軸方向を前記仮想軸に対して周方向に位相差を設けるように配置されており、前記各開閉溝組の複数の溝は、前記仮想軸方向に離間して配置されていることを特徴とする。

また、本発明の第４の形態の機能部材は、前記各開閉溝組の複数の溝は、前記仮想軸に対する直交断面形状が前記仮想軸方向に重複する形状および重複しない形状を単独または組合せて形成されていることを特徴とする。

また、本発明の第５の形態の機能部材は、前記基材は、前記仮想軸に対する直交断面形状が多角形、円形、楕円形を含む幾何学形の単独または複数を組合せた形状であることを特徴とする。

また、本発明の第６の形態の機能部材は、前記基材は、前記直交断面形状が前記仮想軸の長手方向において同一もしくは変化していることを特徴とする。

また、本発明の第７の形態の機能部材は、前記変形維持媒体は、前記溝に充填されて固化された樹脂剤であることを特徴とする。

また、本発明の物品は、前記第１から第７のいずれか１つの形態の機能部材の少なくとも１つが物品を形成する物品本体の少なくとも一部に配設されていることを特徴とする。

本発明はこのように形成されるので、基材に対する事前の軟化処理が不要であり、基材に対する三次元的な変形を容易に付与することができ、製造も非常に容易な機能部材およびそれを用いた物品を得ることができる等の優れた効果を発揮する。

本発明の機能部材の１実施形態を示す斜視図 （ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明の各開閉溝組の溝を示す断面図 図１に示す機能部材の変形後の状態を示す斜視図 図３に示す変形後の機能部材に変形維持媒体を設定した状態を示す斜視図 本発明の機能部材を用いた本発明の物品の１実施形態を示す斜視図 図５に示す物品に用いられる本発明の機能部材の１実施形態を示す斜視図

以下、本発明の実施形態を図１から図６について説明する。

図１から図４は本発明の機能部材の１実施形態を示す。

本実施形態の機能部材１は、断面が正方形の長尺な基材２に対して、２組の開閉溝組１０、２０を基材２の長手方向に連続するように配置して形成されている。この基材２としては木材、金属、樹脂等の所定の形状を有するものであればよい。

更に説明すると、図１に示すように、基材２の長手方向をｘ軸とし、ｘ軸と直交するとともに相互に直交する２軸をｙ軸およびｚ軸とする。基材２は、ｚ軸方向に対面する２面２ｚａ、２ｚｂとｙ軸方向に対面する２面２ｙａ、２ｙｂとをもって断面を正方形状に形成されている。

一方の開閉溝組１０は、ｚ軸方向に対面する２面２ｚａ、２ｚｂにそれぞれ他方の面に向けて所定深さを備えるとともに所定幅を備える溝１１、１２をｘ軸方向に交互に配置することによって形成されている。図２（ａ）に示すように、両溝１１、１２の深さ（ｚ軸方向の深さ）は２面２ｚａ、２ｚｂの対向距離の１／２以上（例えば、１／２〜３／４とするとよい）としてｘ軸方向視において重複するように形成されている。この開閉溝組１０を形成する両溝１１、１２は、基材２をｙ軸回りに曲げる曲げモーメントＭｙａ（図１参照）が付与されると、基材２がｙ軸回りに弾性変形して幅方向に開く位置に設けられた開放溝となる溝１１が開き、幅方向に閉じる位置に設けられた閉塞溝となる溝１２が閉じるように変形し、逆回りの曲げモーメントＭｙｂ（図１参照）が付与されると、基材２がｙ軸回りに弾性変形して幅方向に開く位置に設けられた開放溝となる溝１２が開き、幅方向に閉じる位置に設けられた閉塞溝となる溝１１が閉じるように変形する。この開閉溝組１０を利用した基材２を曲げる場合の曲率や曲げ方向長さの設定については、溝１１、１２の深さ、間隔および開閉溝組１０のｘ軸方向の長さ等を調節することで行うとよい。

他方の開閉溝組２０は、ｙ軸方向に対面する２面２ｙａ、２ｙｂにそれぞれ他方の面に向けて所定深さを備えるとともに所定幅を備える溝２１、２２をｘ軸方向に交互に配置することによって形成されている。図２（ｂ）に示すように、両溝２１、２２の深さ（ｙ軸方向の深さ）は２面２ｙａ、２ｙｂの対向距離の１／２以上（例えば、１／２〜３／４とするとよい）としてｘ軸方向視において重複するように形成されている。この開閉溝組２０を形成する両溝２１、２２は、基材２をｚ軸回りに曲げる曲げモーメントＭｚａ（図１参照）が付与されると、基材２がｚ軸回りに弾性変形して幅方向に開く位置に設けられた開放溝となる溝２１が開き、幅方向に閉じる位置に設けられた閉塞溝となる溝２２が閉じるように変形し、逆回りの曲げモーメントＭｚｂ（図１参照）が付与されると、基材２がｚ軸回りに弾性変形して幅方向に開く位置に設けられた開放溝となる溝２２が開き、幅方向に閉じる位置に設けられた閉塞溝となる溝２１が閉じるように変形する。この開閉溝組２０を利用した基材２を曲げる場合の曲率や曲げ方向長さの設定については、溝２１、２２の深さ、間隔および開閉溝組２０のｘ軸方向の長さ等を調節することで行うとよい。

図３は曲げモーメントＭｙａと曲げモーメントＭｚａを付与した場合における基材２の変形後の形状を示す。そして、各曲げモーメントＭｙａ、Ｍｙｂ、Ｍｚａ、Ｍｚｂの曲げモーメント中心軸となるｙ軸およびｚ軸は、基材２の各溝２１、２２、１１、１２の幅方向に伸びる仮想軸ｘに対して周方向に９０度の位相差を設けるように配置されていることとなる。

このように本実施形態の機能部材１は形成されているので、基材２の表面２ｙａ、２ｙｂ、２ｚａ、２ｚｂから内側に向けて所定幅の溝２１、２２、１１、１２が複数設けられた機能部材１となり、溝２１、２１、１１、１２は、基材２に対して溝２１、２２、１１、１２の幅方向に曲げモーメントＭｙａ、Ｍｙｂ、Ｍｚａ、Ｍｚｂが付与されると基材２が弾性変形して幅方向に開く位置に設けられた開放溝２１、２２、１１、１２と幅方向に閉じる位置に設けられた閉塞溝２１、２２、１１、１２との組からなる開閉溝組１０、２０であって、基材の弾性変形する方向が異なる位置に配置された複数の開閉溝組１０、２０をもって形成されているとともに、基材２の各溝２１、２２、１１、１２の幅方向に伸びる仮想軸ｘを三次元方向に変形可能とするように形成されているものとなっている。

そして、三次元方向に変形した基材２の変形状態を維持するためには、図４に示すように、基材２の少なくとも一部の溝内（本実施形態においては開いた状態の溝１１、２１）に当該変形を維持する変形維持媒体１３、２３が設けられている。変形維持媒体１３、２３としては、開いた状態の溝１１、２１の開状態を維持できるものであればどのような構成のものでもよく、例えば、楔等の予め形成された固体状の詰め物を詰めたり、開いた状態の溝１１、２１内に溶融状態の樹脂剤を充填させた後に固化させるとよい。樹脂剤としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、シリコーン樹脂、接着剤等より選択して用いるとよい。より具体的には、２液性熱硬化性樹脂のエポキシ油脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂を用いるとよい。また、基材２が木材である場合には、変形維持媒体１３、２３としての樹脂剤が木材の繊維質内に染み込むことを防止するために、予めすくなとも樹脂剤が接触する可能性のある表面２ｙａ、２ｙｂ、２ｚａ、２ｚｂの部分や必要に応じて各溝１１、１２、２１、２２の内周面等にオイルを塗布しておいて、樹脂剤が表面に露出することを防止するとよい。なお、各溝１１、１２、２１、２２の内周面から基材２の木質内に樹脂剤が浸透すると基材２の補強硬化を期待することができるので、各溝１１、１２、２１、２２内へのオイルの塗布を省いてもよい。更に、樹脂剤に着色することにより、基材２の色と変形維持媒体１３、２３の色とによるデザイン性を付与するとよい。

また、前記実施形態においては、各曲げモーメントＭｙａ、Ｍｙｂ、Ｍｚａ、Ｍｚｂの曲げモーメント中心軸となるｙ軸およびｚ軸を仮想軸ｘに対して周方向に９０度の位相差を設けているが、この位相差を変えることにより基材２を曲げる方向を変更してもよい。例えば、一方の開閉溝組１０はそのままとし、他方の開閉溝組２０を基材２の正方形の対角線方向に溝の深さを設定した溝２１、２２とすることにより、前記位相差を４５度として、基材２を曲げる方向を変更してもよい。更に、前記位相差を種々に組合わせるように他種類の開閉溝組を基材２の軸方向に配置してもよい。

また、前記実施形態においては、開閉溝組１０、２０を形成する溝１１、１２、２１、２２として基材２の仮想軸ｘに対して直径方向に対向するように配置しているが、曲げモーメントＭが付与された際に開放する溝と閉塞する溝との組であれば、直径方向以外の角度で対向するように配置してもよい。更に、溝１１、１２、２１、２２としては本実施形態のように交互に配置する他に各溝１１、１２、２１、２２を２から３個連続して配置することを組合わせてもよく、各溝１１、１２、２１、２２の幅の広さを異ならせてもよい。更に、溝１１、１２、２１、２２としては本実施形態のように溝の深さ方向をｘ軸に直交する方向とする他に傾斜する方向としてもよい。

また、前記実施形態においては、各開閉溝組１０、２０の複数の溝１１、１２、２１、２２は、仮想軸ｘに対する直交断面形状が仮想軸方向に重複する形状としているが、重複しない形状を用いてもよく、更に重複する溝と重複しない溝とを単独または組合せて用いてもよい。

また、前記実施形態においては、基材２を正方形断面の長尺物として形成しているが、仮想軸ｘに対する直交断面形状が他の多角形、円形、楕円形を含む幾何学形状の単独または複数を組合せた形状としてもよいし、直交断面形状が仮想軸ｘの長手方向において同一もしくは変化している形状に形成してもよい。

次に、本発明の機能部材１を用いて形成される物品の実施形態を図５から図６について説明する。

図５は本発明の機能部材１を一部に用いて形成された物品の１例としての椅子３０を示している。

この椅子３０は、２本の前脚３１と２本の後脚３２とによって座部３３を支承するとともに、２本の前脚３１をＵ字形の背もたれ部３４によって連続形成し、２本の後脚３２の各上端部を２本の前脚３１とＵ字形の背もたれ部３４との連結部に固定させて形成されている。

この椅子３０の本体部分の一部である２本の前脚３１とＵ字形の背もたれ部３４とが本発明の機能部材１（図６参照）によって形成されている。

更に説明すると、図６に示すように、本実施形態における機能部材１は、断面が正方形の長尺な基材２に対して、前脚３１と背もたれ部３４とを結ぶ２箇所の範囲に、それぞれ基材２を前側から後側に曲げるために曲げモーメント中心軸がｙ軸回りの曲げモーメントＭｙａを付与できる溝１１、１２を基材２の正方形の一方の対角線方向に設けており、更に背もたれ部３４を水平方向にＵ字形に曲げるために曲げモーメント中心軸がｚ軸回りの曲げモーメントＭｚａを付与できる溝２１、２２を基材２の正方形の他方の対角線方向に設けている。この機能部材１において、２本の前脚３１のほぼ直立部分と各前脚３１とＵ字形の背もたれ部３４との２箇所の連結部には溝を設けてない。このように形成されている機能部材１を各曲げモーメントＭｙａ、Ｍｚａを付与してｙ軸回りおよびｚ軸回りに変形させて、開放された溝１１、２１に液状の樹脂を充填して固化させることにより図５に示す２本の前脚３１と背もたれ部３４との一体物を形成する。その後、２本の後脚３２と座部３３とを組み立てて椅子３０を完成させる。

このように本発明の機能部材１を用いた物品（例えば、椅子３０）としては、物品の少なくとも一部に機能部材１を用いていればよい。勿論物品全体が本発明の機能部材１によって形成されていてもよい。

そして、機能部材１を形成する場合には、各溝１１、１２、２１、２２は直線状の基材２に対して溝加工を施すことができ、極めて簡単に加工することができ、更にその後の基材２の曲げ加工についても必要な曲げモーメントＭｙａ等を付与することによって簡単かつ確実に曲げることができ、製造が極めて簡単となる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されず、必要に応じて種々に変更することができる。

１ 機能部材
２ 基材
２ｙａ、２ｙｂ、２ｚａ、２ｚｂ 表面
１０、２０ 開閉溝組
１１、１２、２１、２２ 溝
１３、２３ 変形維持媒体
３０ 椅子（物品）

Claims (8)

1. 基材の表面から内側に向けて所定幅の溝が複数設けられた機能部材であって、
   前記溝は、前記基材に対して前記溝の幅方向に曲げモーメントが付与されると前記基材が弾性変形して幅方向に開く位置に設けられた開放溝と幅方向に閉じる位置に設けられた閉塞溝との組からなる開閉溝組であって、前記基材の弾性変形する方向が異なる位置に配置された複数の開閉溝組をもって形成されているとともに、前記基材の前記各溝の幅方向に伸びる仮想軸を三次元方向に変形可能とするように形成されている
   ことを特徴とする機能部材。
2. 三次元方向に変形した前記基材の少なくとも一部の前記溝内に当該変形を維持する変形維持媒体が設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の機能部材。
3. 前記複数の開閉溝組は、前記曲げモーメント受けて弾性変形する曲げモーメント中心軸方向を前記仮想軸に対して周方向に位相差を設けるように配置されており、
   前記各開閉溝組の複数の溝は、前記仮想軸方向に離間して配置されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機能部材。
4. 前記各開閉溝組の複数の溝は、前記仮想軸に対する直交断面形状が前記仮想軸方向に重複する形状および重複しない形状を単独または組合せて形成されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の機能部材。
5. 前記基材は、前記仮想軸に対する直交断面形状が多角形、円形、楕円形を含む幾何学形の単独または複数を組合せた形状である
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の機能部材。
6. 前記基材は、前記直交断面形状が前記仮想軸の長手方向において同一もしくは変化している
   ことを特徴とする請求項５に記載の機能部材。
7. 前記変形維持媒体は、前記溝に充填されて固化された樹脂剤である
   ことを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の機能部材。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の機能部材の少なくとも１つが物品を形成する物品本体の少なくとも一部に配設されている
   ことを特徴とする物品。