JP2021130955A - roof - Google Patents

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JP2021130955A JP2020026316A JP2020026316A JP2021130955A JP 2021130955 A JP2021130955 A JP 2021130955A JP 2020026316 A JP2020026316 A JP 2020026316A JP 2020026316 A JP2020026316 A JP 2020026316A JP 2021130955 A JP2021130955 A JP 2021130955A
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悠生 水田
Hisao Mizuta
悠生 水田
諭司 長瀬
Satoshi Nagase
諭司 長瀬
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Abstract

To provide a temporary roof structure using a rigid body having folded paper structure, which is rigid and excellent in movability due to light weight thereof.SOLUTION: A roof comprises: at least two hard composite sections that are fiber-reinforced resin composite member made of reinforced fibers and a first matrix resin; and a substantially linear soft composite section that is disposed to contact both of a substantially linear edge of one hard composite section and a substantially linear edge of the other hard composite section and consists of a substantially linear soft composite section that is a bendable section made of reinforced fibers and a second matrix resin. Thickness T(m) of the hard composite section and rotational torque Tr (Nm/m) per unit length of the soft composite section due to elastic recovery generated when bending two hard composite sections that are adjacent across the soft composite section at 90° with the soft composite section as an axis satisfy a relational expression of 50<Tr/T<50000.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は屋根に関し、詳しくは、剛体折紙構造を用いた仮設の屋根に関する。 The present invention relates to a roof, and more particularly to a temporary roof using a rigid origami structure.

剛体折紙構造は、折れ線周りの折り畳み操作で平面形状から三次元構造を容易に形成することができる。この構造は、可逆的な折り畳みと展開ができ、折り畳むことによって可搬性や収納性のある大きさと形状に変形することができることから、可動性または可変性の建築物への応用が期待されている。 In the rigid origami structure, a three-dimensional structure can be easily formed from a planar shape by a folding operation around a folding line. This structure can be reversibly folded and unfolded, and by folding it can be transformed into a size and shape that is portable and storable, so it is expected to be applied to movable or variable buildings. ..

特に、多角形の面内の配置が文様群で記述される二次元の繰り返しパターンを持つ場合、その折紙構造は折紙テッセレーションと呼ばれ、意匠性の高さとともに、折り畳みの変形の制御に優れ、さらに、部分的に展開した構造が高い構造剛性を有することから、構造補強用途に利用され、また宇宙空間で利用される太陽電池に用いられた例がある。しかし、工業的応用例は、いまだに限られたものでしかない。 In particular, when the arrangement of polygons in the plane has a two-dimensional repeating pattern described by a group of patterns, the origami structure is called origami tessellation, and it is excellent in controlling folding deformation as well as high design. Furthermore, since the partially deployed structure has high structural rigidity, there are examples of it being used for structural reinforcement applications and for solar cells used in space. However, industrial applications are still limited.

その理由の一つは、構造物としての堅牢性を求めて剛体面を鉄やアルミニウム等の金属の板材で構成し、折れ線を金属製のヒンジで接合して剛体折紙構造を作ると、重量が大きいために、折り畳むことはできても可搬性に劣り、慣性が大きいため、可動性を実現するために大掛かりな機構を必要とすることにある。 One of the reasons is that if the rigid body surface is made of a metal plate such as iron or aluminum in search of robustness as a structure, and the folding lines are joined with a metal hinge to make a rigid body origami structure, the weight will increase. Due to its large size, it can be folded but is inferior in portability and has a large inertia, so that a large-scale mechanism is required to realize mobility.

本発明は、堅牢でありながら軽量であり、可動性に優れる屋根、特に仮設の屋根を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a roof that is robust, lightweight, and has excellent mobility, particularly a temporary roof.

本発明は、補強繊維と第一のマトリクス樹脂からなる繊維強化樹脂複合材である少なくとも二つの硬質複合材部(R)、および一方の硬質複合材部(R)の実質的に直線状の縁と他方の硬質複合材部(R)の実質的に直線状の縁の両方に接して配置され、補強繊維と第二のマトリクス樹脂からなる屈曲可能部分である実質的に直線状の軟質複合材部(S)から構成される屋根であって、硬質複合材部(R)の厚みT(m)と、軟質複合材部(S)を挟んで隣接する二つの硬質複合材部(R)を軟質複合材部(S)を軸として90°折り曲げたときに発生する弾性回復による軟質複合材部(S)の単位長さあたりの回転トルクTr(Nm/m)と、が以下の関係式を満足することを特徴とする屋根である。
50<Tr/T<50000
The present invention has a substantially linear edge of at least two hard composite parts (R), which is a fiber reinforced resin composite composed of reinforcing fibers and a first matrix resin, and one hard composite part (R). A substantially linear soft composite that is placed in contact with both the substantially linear edges of and the other hard composite portion (R) and is a bendable portion consisting of reinforcing fibers and a second matrix resin. A roof composed of parts (S), the thickness T (m) of the hard composite material part (R) and two adjacent hard composite material parts (R) sandwiching the soft composite material part (S). The rotational torque Tr (Nm / m) per unit length of the soft composite material portion (S) due to the elastic recovery generated when the soft composite material portion (S) is bent 90 ° about the axis has the following relational expression. It is a roof characterized by being satisfied.
50 <Tr / T <50,000

本発明はまた、補強繊維と第一のマトリクス樹脂とからなる繊維強化樹脂複合材の板材に、第一のマトリクス樹脂が実質的に存在しない屈曲可能部分を実質的に直線状に形成することで繊維強化樹脂複合材の板材を複数の硬質複合材部(R)に区画し、屈曲可能部分に第二のマトリクス樹脂を充填することで軟質複合材部(S)を形成した屋根であって、硬質複合材部(R)の厚みT(m)と、軟質複合材部(S)を挟んで隣接する二つの硬質複合材部(R)を軟質複合材部(S)を軸として90°折り曲げたときに発生する弾性回復による軟質複合材部(S)の単位長さあたりの回転トルクTr(Nm/m)と、が以下の関係式を満足することを特徴とする屋根である。
50<Tr/T<50000
The present invention also comprises forming a bendable portion in which the first matrix resin does not substantially exist in a plate material of a fiber-reinforced resin composite material composed of a reinforcing fiber and a first matrix resin in a substantially linear shape. A roof in which a plate material of a fiber-reinforced resin composite material is divided into a plurality of hard composite material portions (R), and a soft composite material portion (S) is formed by filling a bendable portion with a second matrix resin. The thickness T (m) of the hard composite material portion (R) and the two adjacent hard composite material portions (R) sandwiching the soft composite material portion (S) are bent 90 ° about the soft composite material portion (S). The roof is characterized in that the rotational torque Tr (Nm / m) per unit length of the soft composite material portion (S) due to the elastic recovery generated at that time satisfies the following relational expression.
50 <Tr / T <50,000

本発明は、堅牢でありながら軽量であり、可動性に優れる屋根、特に仮設の屋根を提供することができる。 The present invention can provide a roof that is robust yet lightweight and has excellent mobility, especially a temporary roof.

軟質複合材部(S)(図のa)を軸として、両側の硬質複合材部(R)(図のb)を180°の角度を超えて折り曲げた状態を示す側面図である。FIG. 5 is a side view showing a state in which the hard composite material portions (R) (b in the figure) on both sides are bent over an angle of 180 ° with the soft composite material portion (S) (a in the figure) as an axis. 軟質複合材部(S)の幅Bと、空隙の厚さDを説明するための側面図である。It is a side view for demonstrating the width B of the soft composite material part (S), and the thickness D of a void. Tr/Tを測定する装置の説明図である。台座(p)にはアーム(q)を垂直に取り付けられ、台座面から高さh(m)の位置に荷重検出端(r)が水平方向に向けて設置されている。サンプル(s)の一方の硬質複合材部を台座(p)に全面が接するように配置し、軟質複合材部(折り曲げ軸方向の長さがA(m))を軸として90°の角度になるように他方の硬質複合材部を折り曲げ、その面が荷重検出端に垂直に接するように配置し、このときに検出される荷重値G(N)を用いてTr/Tを算出する。It is explanatory drawing of the apparatus which measures Tr / T. An arm (q) is vertically attached to the pedestal (p), and a load detection end (r) is installed horizontally at a position at a height h (m) from the pedestal surface. One of the hard composite parts of the sample (s) is arranged so that the entire surface is in contact with the pedestal (p), and the angle is 90 ° about the soft composite part (the length in the bending axis direction is A (m)). The other hard composite material portion is bent so as to be so that its surface is vertically in contact with the load detection end, and Tr / T is calculated using the load value G (N) detected at this time. 剛体折紙構造の屋根の剛体折りの折れ線パターンの一例であり、剛体折りを展開したときの平面図である。実施例では、この折れ線パターンを用いた。It is an example of the folding line pattern of the rigid body folding of the roof of the rigid body origami structure, and is a plan view when the rigid body folding is unfolded. In the examples, this polygonal line pattern was used. 実施例で測定に用いたサンプルの切り出し位置と形状である。The cutout position and shape of the sample used for the measurement in the examples.

本発明の屋根において、硬質複合材部(R)と軟質複合材部(S)には連続する同じ補強繊維が含まれることが好ましい。これは、硬質複合材部(R)と軟質複合材部(S)の双方を、同じ補強繊維が貫通している態様を意味する。補強繊維が補強繊維の織物である場合には、該補強繊維の織物を共通の補強繊維として硬質複合材部(R)と軟質複合材部(S)が構成されていることが好ましい。 In the roof of the present invention, it is preferable that the hard composite material portion (R) and the soft composite material portion (S) contain the same continuous reinforcing fibers. This means that the same reinforcing fiber penetrates both the hard composite material portion (R) and the soft composite material portion (S). When the reinforcing fiber is a woven fabric of reinforcing fibers, it is preferable that the woven fabric of the reinforcing fibers is used as a common reinforcing fiber to form a hard composite material portion (R) and a soft composite material portion (S).

本発明において、軟質複合材部(S)の幅Bと、軟質複合材部(S)を挟んで隣接する二つの硬質複合材部(R)を、軟質複合材部(S)を軸として180°を超える角度に折り曲げることができる。180°の角度を超えて折り曲げたときには軟質複合材部(S)の近傍には空隙ができる。この状態を図1に示す。この空隙によって、軟質複合材部(S)の近傍で硬質複合材部(R)が相互に直接接触することが防止される。 In the present invention, the width B of the soft composite material portion (S) and the two rigid composite material portions (R) adjacent to each other with the soft composite material portion (S) interposed therebetween are 180 with the soft composite material portion (S) as the axis. Can be bent at angles exceeding °. When bent beyond an angle of 180 °, a gap is formed in the vicinity of the soft composite material portion (S). This state is shown in FIG. This void prevents the hard composite parts (R) from coming into direct contact with each other in the vicinity of the soft composite part (S).

本発明では、硬質複合材部(R)の厚みT(m)と、軟質複合材部(S)を挟んで隣接する二つの硬質複合材部(R)を軟質複合材部(S)を軸として90°折り曲げたときに発生する弾性回復による軟質複合材部(S)の単位長さあたりの回転トルクTr(Nm/m)とが以下の関係式を満足することが必要である。
50<Tr/T<50000
Tr/Tが50に等しいかこれより小さいと折り畳み状態から平面に戻るときの復元力が乏しく、50000に等しいかこれを超えると折り畳みが困難となる。Tr/Tは、好ましくは100〜10000、さらに好ましくは400〜5000である。
In the present invention, the thickness T (m) of the hard composite material portion (R) and the two adjacent hard composite material portions (R) sandwiching the soft composite material portion (S) are pivoted by the soft composite material portion (S). It is necessary that the rotational torque Tr (Nm / m) per unit length of the soft composite material portion (S) due to the elastic recovery generated when bent at 90 ° satisfies the following relational expression.
50 <Tr / T <50,000
If Tr / T is equal to or less than 50, the restoring force when returning from the folded state to the plane is poor, and if it is equal to or more than 50,000, folding becomes difficult. Tr / T is preferably 100 to 10000, and more preferably 400 to 5000.

また、180°の角度に折り曲げたときに一方の硬質複合材部(R)と他方の硬質複合材部(R)との間には厚さDの空隙が生じる。この状態を図2に示す。剛体折紙構造に本発明の板材を使用するときには、この空隙によって硬質複合材部(R)の厚みの影響を回避して、円滑な折り畳みを実現できる。 Further, when bent at an angle of 180 °, a gap having a thickness D is formed between one hard composite material portion (R) and the other hard composite material portion (R). This state is shown in FIG. When the plate material of the present invention is used for the rigid origami structure, the gap can avoid the influence of the thickness of the hard composite material portion (R) and realize smooth folding.

本発明では、軟質複合材部(S)の幅Bと、軟質複合材部(S)を挟んで隣接する二つの硬質複合材部(R)を軟質複合材部(S)を軸として180°折り曲げたときに一方の硬質複合材部(R)と他方の硬質複合材部(R)との間に生じる空隙の厚さDとが以下の関係式を満足することが好ましい。
0.1×B<D<0.6×B
さらに好ましくは、以下の関係式を満足する。
0.1×B<D<0.5×B
空隙の厚さDが軟質複合材部(S)の幅Bの0.1倍以下であると、折り畳みのときに硬質複合材部(R)の厚みの影響を排除することが不十分となり好ましくない。また、180°の折り曲げによって軟質複合材部(S)の補強繊維の一部ないし全部に座屈が起こり、繰り返しの曲げ変形に対する耐久性が低下して好ましくない。この場合には、軟質複合材部(S)に隣接する硬質複合材部(R)に遊びが発生しやすく、硬質複合材部(R)に水平な軸力が働く場合には軸力による座屈が起こりやすくなる。
In the present invention, the width B of the soft composite material portion (S) and two adjacent hard composite material portions (R) sandwiching the soft composite material portion (S) are 180 ° with respect to the soft composite material portion (S). It is preferable that the thickness D of the gap generated between one hard composite material portion (R) and the other hard composite material portion (R) when bent satisfies the following relational expression.
0.1 x B <D <0.6 x B
More preferably, the following relational expression is satisfied.
0.1 x B <D <0.5 x B
When the thickness D of the gap is 0.1 times or less of the width B of the soft composite material portion (S), it is insufficient to eliminate the influence of the thickness of the hard composite material portion (R) at the time of folding, which is preferable. No. Further, bending at 180 ° causes buckling of a part or all of the reinforcing fibers of the soft composite material portion (S), which is not preferable because the durability against repeated bending deformation is lowered. In this case, play is likely to occur in the hard composite material portion (R) adjacent to the soft composite material portion (S), and when a horizontal axial force acts on the hard composite material portion (R), the seat is due to the axial force. Bending is likely to occur.

軟質複合材部(S)が完全弾性体に近い挙動を示す場合には、空隙の厚さDの値は大きくなるが、空隙の厚さDが軟質複合材部(S)の幅Bの0.6倍を超えるようにすることは困難である。座屈発生を抑制し、なおかつ厚みの影響の排除と折り畳み時の省スペース化を両立する観点から、空隙の厚さDは、軟質複合材部(S)の幅Bの0.5倍未満であることが好ましい。 When the soft composite material portion (S) behaves close to a completely elastic body, the value of the gap thickness D becomes large, but the gap thickness D is 0 of the width B of the soft composite material portion (S). It is difficult to exceed 6.6 times. The thickness D of the void is less than 0.5 times the width B of the soft composite material portion (S) from the viewpoint of suppressing the occurrence of buckling, eliminating the influence of the thickness, and saving space at the time of folding. It is preferable to have.

本発明の屋根は、剛体折紙構造である。剛体折紙構造体を、現実の材料を剛体面に用いて実現するときの課題の一つは、剛体面の厚みによる影響を排除することである。このために、本発明においては、空隙の厚さDを硬質複合材部(R)の厚みTの2倍を超えるようにすることが好ましい。この条件を満たすと、剛体面の厚みによる折り畳み阻害が実質的に発生しない剛体折紙構造の屋根を得ることができる。 The roof of the present invention has a rigid origami structure. One of the challenges in realizing a rigid origami structure using a real material for a rigid surface is to eliminate the influence of the thickness of the rigid surface. Therefore, in the present invention, it is preferable that the thickness D of the voids exceeds twice the thickness T of the hard composite material portion (R). When this condition is satisfied, it is possible to obtain a roof having a rigid origami structure in which folding inhibition due to the thickness of the rigid body surface does not substantially occur.

これらの条件を満たす本発明の屋根は、好ましくは、補強繊維と第一のマトリクス樹脂とからなる繊維強化樹脂複合材の板材に、第一のマトリクス樹脂が実質的に存在しない屈曲可能部分を実質的に直線状に形成することで繊維強化樹脂複合材の板材を複数の硬質複合材部(R)に区画し、屈曲可能部分に第二のマトリクス樹脂を充填することで軟質複合材部(S)を形成することで作成することができる。 The roof of the present invention satisfying these conditions preferably has a flexible portion in which the first matrix resin does not substantially exist in the plate material of the fiber-reinforced resin composite material composed of the reinforcing fibers and the first matrix resin. By forming the fiber-reinforced resin composite material in a linear shape, the plate material of the fiber-reinforced resin composite material is divided into a plurality of hard composite material parts (R), and the flexible part is filled with a second matrix resin to form a soft composite material part (S). ) Can be formed.

<硬質複合材部(R)>
硬質複合材部(R)は、補強繊維と第一のマトリクス樹脂からなる繊維強化樹脂複合材である。
<Hard composite material part (R)>
The hard composite material portion (R) is a fiber reinforced resin composite material composed of a reinforcing fiber and a first matrix resin.

補強繊維としては、例えば炭素繊維、バサルト繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維を用いることができる。これらは連続繊維であることが好ましく、連続繊維の織物を用いることが好ましい。 As the reinforcing fiber, for example, carbon fiber, basalt fiber, glass fiber, aramid fiber, and polyester fiber can be used. These are preferably continuous fibers, and it is preferable to use a continuous fiber woven fabric.

第一のマトリクス樹脂としては、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂のうちガラス転移点が室温以上のものを用いる。熱可塑樹脂は結晶性高分子からなるものでもよく非晶性高分子からなるものでもよい。このマトリクス樹脂は、複数の樹脂の混合物であってもよく、また、例えば安定剤、フイラー、難燃剤といった添加剤が含まれていてもよい。 As the first matrix resin, a thermosetting resin or a thermoplastic resin having a glass transition point of room temperature or higher is used. The thermoplastic resin may be made of a crystalline polymer or an amorphous polymer. The matrix resin may be a mixture of a plurality of resins, or may contain additives such as stabilizers, fillers, and flame retardants.

熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、熱硬化性ポリイミドを例示することができる。なかでもエポキシ樹脂が好ましい。 Examples of the thermosetting resin include epoxy resin, phenol resin, melamine resin, urea resin, unsaturated polyester resin, and thermosetting polyimide. Of these, epoxy resin is preferable.

熱可塑性樹脂として、ポリフェニレンスルフィド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド、非晶ポリアリレート、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリオレフィン、ABS樹脂、アクリル樹脂を例示することができる。なかでもポリアミドが好ましい。 Examples of the thermoplastic resin include polyphenylene sulfide, polysulfone, polyether sulfone, polyether ether ketone, thermoplastic polyimide, polyamideimide, amorphous polyarylate, polyamide, polyacetal, polycarbonate, polyester, polyolefin, ABS resin, and acrylic resin. be able to. Of these, polyamide is preferable.

<軟質複合材部(S)>
軟質複合材部(S)は、補強繊維と第二のマトリクス樹脂からなる屈曲可能な部分であり、折り曲げのときにヒンジとしての役割を果たす。軟質複合材部(S)は、一方の硬質複合材部(R)の実質的に直線状の縁と他方の硬質複合材部(R)の実質的に直線状の縁の両方に接して配置されている。
<Soft composite material part (S)>
The soft composite material portion (S) is a bendable portion composed of a reinforcing fiber and a second matrix resin, and serves as a hinge at the time of bending. The soft composite portion (S) is arranged in contact with both the substantially straight edge of one hard composite portion (R) and the substantially straight edge of the other hard composite portion (R). Has been done.

ここで、実質的に直線状の縁とは、好ましくは直線状の縁であるが、軟質複合材部(S)を挟んで隣接する硬質複合材部(R)の折り曲げが軟質複合材部(S)を軸として可能である範囲で変形した形状の縁も含む意味である。 Here, the substantially linear edge is preferably a linear edge, but the bending of the hard composite material portion (R) adjacent to the soft composite material portion (S) is the bending of the soft composite material portion (S). It means that the edge of the shape deformed to the extent possible with S) as the axis is also included.

この実質的に直線状の縁には、例えば、軟質複合材部(S)の幅程度の凹凸がある縁も含まれる。折り畳みを確実に行う観点から、実質的に直線状の線は、凹凸の全くない直線状であることが好ましい。 This substantially straight edge also includes, for example, an edge having irregularities about the width of the soft composite material portion (S). From the viewpoint of ensuring folding, it is preferable that the substantially straight line is a straight line having no unevenness.

第二のマトリクス樹脂は、ヒンジとしての役割を果たすために、その弾性率が第一のマトリクス樹脂の弾性率の10分の1以下であることが好ましい。これは25℃での弾性率についてである。10分の1を超えると軟質複合材部の折り畳み変形時に必要な応力が過大となり、折り畳むときの操作性が低下して好ましくない。第二のマトリクス樹脂は、ガラス転移点が室温以下である架橋性高分子および熱可塑性エラストマーから選ぶことができる。第二のマトリクス樹脂として、例えばシリコン樹脂、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、クロロブレン系エラストマー、アクリロニトリル系エラストマー、天然ゴムなどを例示することができる。特に、耐候性を考慮した場合シリコン樹脂を選択することが好ましい。第二のマトリクス樹脂として架橋性高分子を用いる場合には、未架橋あるいは低架橋の状態で軟質複合材部の補強繊維に含浸した後に架橋反応を完結させることで形成することができる。 Since the second matrix resin serves as a hinge, its elastic modulus is preferably 1/10 or less of the elastic modulus of the first matrix resin. This is about the elastic modulus at 25 ° C. If it exceeds 1/10, the stress required for folding and deforming the soft composite material portion becomes excessive, and the operability at the time of folding is lowered, which is not preferable. The second matrix resin can be selected from crosslinkable polymers and thermoplastic elastomers having a glass transition point of room temperature or lower. Examples of the second matrix resin include silicon resins, styrene-based elastomers, olefin-based elastomers, polyurethane-based elastomers, polyester-based elastomers, chlorobrene-based elastomers, acrylonitrile-based elastomers, and natural rubbers. In particular, it is preferable to select a silicone resin in consideration of weather resistance. When a crosslinkable polymer is used as the second matrix resin, it can be formed by impregnating the reinforcing fibers of the soft composite material portion in an uncrosslinked or low-crosslinked state and then completing the crosslinking reaction.

本発明の屋根では、空隙の厚さDは、軟質複合材部(S)の幅Bとの間で、0.1×B<D<0.6×Bの関係を満足することが好ましいが、この条件の満たす板材を得るために、室温において第一のマトリクス樹脂の1/10以下の弾性率を有する第二のマトリクス樹脂を、屈曲可能部分の補強繊維に、含浸率Pが45〜95%の範囲で充填することにより軟質複合材部(S)を形成することが好ましい。含浸率Pが45%未満であると折り畳み時の繊維挙動が制御されにくくなるとともに耐候性が不足する。含浸率Pが95%を超えると、180°の曲げに要する応力が過大となる場合があり、実用上ヒンジとしての作用しなくなる場合がある。ここで含浸率Pは以下の式で定義される。
P(%)=(((A−A)×D)/((A−A)×D))×100
ただし、硬質複合材部(R)の面密度をA、軟質複合材部(S)の面密度をA、強化繊維の面密度をA、硬質複合材部(R)の形成に用いた第一のマトリクス樹脂の密度をD、軟質複合材部(S)の形成に用いた第二のマトリクス樹脂の密度をDとする。
In the roof of the present invention, it is preferable that the thickness D of the gap satisfies the relationship of 0.1 × B <D <0.6 × B with the width B of the soft composite material portion (S). In order to obtain a plate material satisfying this condition, a second matrix resin having an elastic modulus of 1/10 or less of that of the first matrix resin at room temperature is applied to the reinforcing fiber of the bendable portion, and the impregnation rate P is 45 to 95. It is preferable to form the soft composite material portion (S) by filling in the range of%. If the impregnation rate P is less than 45%, it becomes difficult to control the fiber behavior at the time of folding and the weather resistance becomes insufficient. If the impregnation rate P exceeds 95%, the stress required for bending at 180 ° may become excessive, and it may not function as a hinge in practice. Here, the impregnation rate P is defined by the following formula.
P (%) = (((A 2- A f ) x D 1 ) / ((A 1- A f ) x D 2 )) x 100
However, the surface density of the hard composite material part (R) is A 1 , the surface density of the soft composite material part (S) is A 2 , the surface density of the reinforcing fibers is A f , and it is used for forming the hard composite material part (R). The density of the first matrix resin used is D 1 , and the density of the second matrix resin used for forming the soft composite material portion (S) is D 2 .

<剛体折紙構造>
本発明はまた、上記の屋根の屈曲可能部分が剛体折紙の折れ線パターンに基づいて形成されている剛体折紙構造の屋根である。この剛体折紙構造は、折紙構造を構成する材料を面内弾性変形させることなく展開および折り畳みができる折れ線パターンを持つ折紙構造である。
<Rigid body origami structure>
The present invention is also a roof with a rigid origami structure in which the bendable portion of the roof is formed based on the polygonal line pattern of the rigid origami. This rigid origami structure is an origami structure having a folding line pattern that allows the materials constituting the origami structure to be unfolded and folded without being elastically deformed in the plane.

もともと剛体折紙構造は仮想的に厚みが無い剛体面に対して構築されているため、厚みのある現実の材料を剛体面を用いた場合には、重畳数が零の場合を除いて、剛体面の厚みのために、剛体面を折り畳んだときに折れ線の周りに、折り畳まれる剛体面同士で空間的な干渉が起こる。このため、一般的には折り畳みが不完全にしか実現できない場合が多く、折り曲げることができない場合さえある。 Originally, the rigid body origami structure is constructed on a rigid body surface that has virtually no thickness, so when a rigid body surface is used as a thick real material, the rigid body surface is not used unless the number of superpositions is zero. Due to the thickness of, there is spatial interference between the folded rigid bodies around the fold line when the rigid surfaces are folded. For this reason, in general, folding can only be achieved incompletely, and in some cases it cannot even be folded.

この空間的な干渉を回避するためには、個々に試行錯誤が必要であり、一般的に剛体面の厚みの影響を排除する方法は知られていない。剛体折紙構造を、例えば金属ヒンジを用いて作成する場合には、一般的に多数の付加的な折れ線や切り込みを入れることが必要であり、剛体折紙構造とそれを用いた折り畳み可能な可折構造物の製造は、極めて複雑になる。 In order to avoid this spatial interference, individual trial and error is required, and generally no method is known to eliminate the influence of the thickness of the rigid body surface. When creating a rigid origami structure using, for example, a metal hinge, it is generally necessary to make a large number of additional lines and cuts, and the rigid origami structure and the foldable foldable structure using the same. Manufacture of things becomes extremely complicated.

本発明の剛体折紙構造の屋根は、剛体折紙構造の折れ線パターンを構成する屈曲可能部分のうち重畳数Ncが零のものを除くすべての屈曲可能部分において、軟質複合材部(S)の線幅Bおよび硬質複合材部(R)の厚みTが以下の関係式を満足することで、剛体面の厚みの影響を回避して、厚みを有する現実の剛体面の折り畳みが可能な屋根を得ることができる。
Nc×T<B<100×Nc×T
好ましくは、以下の関係式を満足する。
(Nc×T)/0.46<B<100×Nc×T
さらに好ましくは、以下の関係式を満足する。
(Nc×T)/0.45<B<100×Nc×T
この条件を満たすことにより、追加の折れ線を付加することなく、剛体折紙の折れ線パターンに基づく屈曲可能部分を備える本発明の剛体折紙構造の屋根を得ることができる。線幅BがNc×Tと等しいか、これより小さいと、折れ線の内側に重畳する硬質複合材部(R)を収納するスペースが十分ではなく、折り畳みが完全にはできない場合がある。他方、線幅BがNc×Tの100倍と等しいか、これより大きいと、軟質複合材部(S)の幅が大きくなりすぎ、所期の剛体折紙からの外観の乖離が大きくなりすぎて好ましくない。
In the roof of the rigid body origami structure of the present invention, the line width of the soft composite material portion (S) is obtained in all the bendable parts other than those having a superposition number Nc of zero among the bendable parts constituting the folding line pattern of the rigid body origami structure. When the thickness T of B and the hard composite material portion (R) satisfies the following relational expression, the influence of the thickness of the rigid body surface is avoided, and a roof having a thickness and capable of folding the actual rigid body surface is obtained. Can be done.
Nc × T <B <100 × Nc × T
Preferably, the following relational expression is satisfied.
(Nc × T) /0.46 <B <100 × Nc × T
More preferably, the following relational expression is satisfied.
(Nc × T) /0.45 <B <100 × Nc × T
By satisfying this condition, it is possible to obtain the roof of the rigid origami structure of the present invention having a bendable portion based on the polygonal line pattern of the rigid origami without adding an additional polygonal line. If the line width B is equal to or smaller than Nc × T, the space for accommodating the rigid composite material portion (R) superimposed on the inside of the polygonal line may not be sufficient, and the line width B may not be completely folded. On the other hand, if the line width B is equal to or larger than 100 times Nc × T, the width of the soft composite material portion (S) becomes too large, and the difference in appearance from the intended rigid origami becomes too large. Not preferable.

前述したように本発明の剛体折紙構造の屋根は、180°の角度での折り曲げ状態では、軟質複合材部(S)を挟んで隣接する一方の硬質複合材部(R)と他方の硬質複合材部(R)との間に安定した空隙が形成され、この空隙にさらに他の硬質複合材部(R)を円滑に折り畳むことができる。 As described above, the roof of the rigid origami structure of the present invention, when bent at an angle of 180 °, has one hard composite material portion (R) adjacent to each other with the soft composite material portion (S) in between and the other hard composite material portion (R). A stable gap is formed between the material portion (R) and the other rigid composite material portion (R) can be smoothly folded in this gap.

ここで、剛体折紙の折れ線の重畳数Ncは、その折れ線で連結される一対の剛体面を完全に折り畳んだときに、その一対の剛体面の内側に一部または全部が挟み込まれる剛体面の総数として定義される。 Here, the superimposition number Nc of the folding lines of the rigid body origami is the total number of rigid body surfaces that are partially or wholly sandwiched inside the pair of rigid body surfaces when the pair of rigid body surfaces connected by the folding lines are completely folded. Is defined as.

例えば、図3に示された剛体折紙の折れ線パターンは、平行四辺形の繰り返しユニットを持ち、これに含まれる折れ線は2種類であり、それぞれが0の重畳度と4の重畳度を有する。 For example, the polygonal line pattern of the rigid origami shown in FIG. 3 has a parallelogram repeating unit, and there are two types of polygonal lines included therein, each of which has a superposition of 0 and a superposition of 4.

本発明で用いる剛体折紙のパターンは、多角形のユニットの配列が文様群の条件を満たす対称性を満たすものが好ましい。この場合、外観はテッセレーションとなり、意匠性の高さや力学的な構造設計が容易である。さらに、テッセレーション構造は、変形の自由度を制限することができるため、剛体折紙構造の屋根を変形させる場合のアクチュエーションを簡略化することができるので、好ましい。好ましい変形の自由度は1または2ある。 The rigid origami pattern used in the present invention preferably has a symmetry in which the arrangement of polygonal units satisfies the condition of the pattern group. In this case, the appearance becomes tessellation, and it is easy to design a high design and mechanical structure. Further, the tessellation structure is preferable because it can limit the degree of freedom of deformation and can simplify the actuation when deforming the roof of the rigid origami structure. The preferred degree of freedom of deformation is one or two.

本発明の剛体折紙構造の屋根は、屈曲可能部分を折れ線として可逆的に折り畳むことができる。本発明によれば、上記の剛体折紙構造の屋根から作成された折り畳み可能な屋根、特に仮設の屋根が提供される。 The roof of the rigid origami structure of the present invention can be reversibly folded with the bendable portion as a polygonal line. According to the present invention, there is provided a foldable roof made from the above-mentioned rigid origami roof, particularly a temporary roof.

<製造方法>
本発明の屋根は、例えば、以下のように製造することができる。なお、補強繊維は織物の態様で用いることが好ましい。織物として、例えば、平織、綾織、朱子織、からみ織、模紗織、斜紋織、二重織を用いることができる。一方向のUDであってもよい。
<Manufacturing method>
The roof of the present invention can be manufactured, for example, as follows. The reinforcing fiber is preferably used in the form of a woven fabric. As the woven fabric, for example, plain weave, twill weave, satin weave, entwined weave, imitation weave, diagonal pattern weave, and double weave can be used. It may be a unidirectional UD.

(方法1)
まず、補強繊維織物の屈曲可能部分を形成する部分をマスキングし、第一のマトリクス樹脂を含浸することにより硬質複合材部(R)を形成する。つぎに、マスキングを外した屈曲可能部分の補強繊維の束または織物に、第二のマトリクス樹脂を充填して軟質複合材部(S)を形成する。
(Method 1)
First, the portion forming the bendable portion of the reinforcing fiber woven fabric is masked, and the hard composite material portion (R) is formed by impregnating the first matrix resin. Next, the bundle of reinforcing fibers or the woven fabric of the bendable portion from which the masking has been removed is filled with the second matrix resin to form the soft composite material portion (S).

(方法2)
まず、補強繊維織物の屈曲可能部分を形成する部分に、第二のマトリクス樹脂を流動可能な状態で充填して軟質複合材部(S)を形成し、つぎに、第一のマトリクス樹脂をこれ以外の部分に含浸して硬質複合材部(R)を形成する。
(Method 2)
First, a second matrix resin is filled in a flowable state in a portion forming a flexible portion of the reinforcing fiber woven fabric to form a soft composite material portion (S), and then a first matrix resin is applied. A hard composite material portion (R) is formed by impregnating a portion other than the above.

(方法3)
補強繊維として特に無機繊維を用いる場合には、この方法も用いることができる。すなわち、まず補強繊維の全体に第一のマトリクス樹脂を含浸して硬化させて硬質複合材部(R)を全面に形成し、屈曲可能部分を形成する部分の第一のマトリクス樹脂を選択的に溶融または分解させて除去し、そこに第二のマトリクス樹脂を充填する方法である。溶融または分解には、例えばレーザーや高温加熱空気を用いることができる。
(Method 3)
This method can also be used, especially when an inorganic fiber is used as the reinforcing fiber. That is, first, the entire reinforcing fiber is impregnated with the first matrix resin and cured to form the hard composite material portion (R) on the entire surface, and the first matrix resin of the portion forming the bendable portion is selectively selected. It is a method of melting or decomposing and removing it, and then filling it with a second matrix resin. For melting or decomposition, for example, a laser or high temperature heated air can be used.

上記のいずれの方法においても、軟質複合材部(A)での第二のマトリクス樹脂の含浸率が45〜95%の範囲になるようにすることが好ましい。この含浸率になるように軟質複合材部(B)を形成するためには、例えば、第二のマトリクス樹脂を補強繊維の織物にコーティングして補強繊維の両面表層部に局在させる方法をとることができ、また、第二のマトリクス樹脂を溶剤に溶解させて補強繊維の織物に含浸することでマトリクス樹脂含浸層にミクロあるいはマクロのボイドを含ませる方法をとることができる。 In any of the above methods, it is preferable that the impregnation rate of the second matrix resin in the soft composite material portion (A) is in the range of 45 to 95%. In order to form the soft composite material portion (B) so as to have this impregnation rate, for example, a method is adopted in which a second matrix resin is coated on the woven fabric of the reinforcing fibers and localized on the double-sided surface layer portion of the reinforcing fibers. Further, a method can be adopted in which the matrix resin impregnated layer contains micro or macro voids by dissolving the second matrix resin in a solvent and impregnating the woven fabric of the reinforcing fibers.

本発明において軟質複合材部(S)の折り曲げに対する変形特性は、軟質複合材部(S)の弾性特性と線幅Bおよび硬質複合材部(R)の厚みTで決まる。弾性特性は、主に軟質複合材部(S)での補強繊維の配向と第二のマトリクス樹脂の含浸状態によって決まる。補強繊維の配向に応じて第二のマトリクス樹脂の含浸状態を適宜調整する。 In the present invention, the deformation characteristics of the soft composite material portion (S) with respect to bending are determined by the elastic characteristics of the soft composite material portion (S), the line width B, and the thickness T of the hard composite material portion (R). The elastic properties are mainly determined by the orientation of the reinforcing fibers in the soft composite material portion (S) and the impregnation state of the second matrix resin. The impregnation state of the second matrix resin is appropriately adjusted according to the orientation of the reinforcing fibers.

<仮設の屋根>
本発明の屋根を仮設の屋根として使用することによって、テントのように折り畳むことができ小さい空間に収納することができながら、テント布などの柔らかい材料にはない剛性を得ることができる。
<Temporary roof>
By using the roof of the present invention as a temporary roof, it is possible to fold it like a tent and store it in a small space, and at the same time, it is possible to obtain rigidity that is not found in soft materials such as tent cloth.

本発明の屋根は、屋根として使用しない場面では剛体折紙の折れ線パターンに基づく屈曲可能部分で折り畳み、小さく畳んで収納しておくことができる。本発明の屋根は小さく折り畳むことできるため、小さい空間に格納することができる。また、重量が小さいため屋根を固定する躯体への負担を小さくすることができる。 When the roof of the present invention is not used as a roof, it can be folded at a bendable portion based on a polygonal line pattern of rigid origami paper, and can be folded and stored in a small size. Since the roof of the present invention can be folded small, it can be stored in a small space. Further, since the weight is small, the burden on the skeleton for fixing the roof can be reduced.

<屋根構造物>
本発明の屋根を使用する時には、屋根を面状に展開した状態を、ロープまたはワイヤーで支持体に保持された屋根構造物として使用する。例えば、屋根の少なくとも両端を既設の建築物や支柱、または樹木などに固定すればよい。屋根構造物の少なくとも両端を既設の建築物や支柱、または樹木などにロープやワイヤーなどで固定することが好ましい。
<Roof structure>
When the roof of the present invention is used, the state in which the roof is developed in a plane shape is used as a roof structure held by a support with a rope or a wire. For example, at least both ends of the roof may be fixed to an existing building, pillar, tree, or the like. It is preferable to fix at least both ends of the roof structure to existing buildings, columns, trees, etc. with ropes, wires, or the like.

本発明の屋根は、仮設の屋根として用いる場合、例えばビスやボルト、フックやカギ状の金属部材で固定してしまうと固定や取り外しに時間や手間がかかるだけでなく、既設の建築物や支柱、樹木などの固定される側にも金物を取り付ける必要があり、毎度同じ場所に取り付ける場合を除いては、仮設の屋根として取り付け場所の自由度を狭めてしまう恐れがある。したがって、仮設の屋根として、様々な場所に取り付け可能である特徴を活かすために、既設の建築物や支柱、樹木などの固定される側に加工を必要としない方法で固定することが望ましい。例えば、屋根の端部に予め穴を開け、ハトメを装着し、その穴を繊維ロープや金属ロープ、ワイヤーなどを通し、既設の建築物や支柱、樹木などに結び付けることで固定して、屋根構造物とすることが好ましい。 When the roof of the present invention is used as a temporary roof, for example, if it is fixed with screws, bolts, hooks, or key-shaped metal members, not only it takes time and effort to fix and remove it, but also existing buildings and columns. , It is necessary to attach hardware to the fixed side such as trees, and unless it is attached to the same place every time, there is a risk that the degree of freedom of the attachment place will be narrowed as a temporary roof. Therefore, in order to take advantage of the feature that it can be attached to various places as a temporary roof, it is desirable to fix it to the fixed side of an existing building, pillar, tree, etc. by a method that does not require processing. For example, a hole is made in advance at the end of the roof, eyelets are attached, and the hole is fixed by passing it through a fiber rope, metal rope, wire, etc. and connecting it to an existing building, pillar, tree, etc. to fix the roof structure. It is preferable to use a thing.

屋根構造物には、例えばターンバックルといった張力を微調整する機構を付けてもよい。張力を調整することで屋根構造物における屋根の開閉の程度を変更することができ、屋根の凹凸の程度が変更することができるなど、意匠の特徴を容易に付与することができる。 The roof structure may be provided with a mechanism for finely adjusting the tension, for example, a turnbuckle. By adjusting the tension, the degree of opening and closing of the roof in the roof structure can be changed, and the degree of unevenness of the roof can be changed, and the characteristics of the design can be easily imparted.

本発明の屋根構造物は、剛体折紙の折れ線パターンに沿って折り畳む機構を有するため、仮設の屋根として設置する場所の面積にある程度追従することができる。つまり、軟質複合材部(S)を介して存在する硬質複合材部(R)が直線状に広がった屋根の最大面積よりも狭い範囲の設置場所であれば、何の調整も不要で、支持体に取り付けて固定することができる。 Since the roof structure of the present invention has a mechanism for folding along the folding line pattern of rigid origami paper, it can follow the area of the place where it is installed as a temporary roof to some extent. That is, if the installation location is narrower than the maximum area of the roof in which the hard composite material portion (R) existing via the soft composite material portion (S) extends linearly, no adjustment is required and the support is supported. It can be attached to the body and fixed.

本発明の屋根構造物は剛性が高いため、硬質複合材部(R)に太陽光発電などの発電設備を取り付けた場合であっても、局所的に凹んだりすることなく、意匠的な欠点を生じにくい。 Since the roof structure of the present invention has high rigidity, even when power generation equipment such as solar power generation is attached to the hard composite material portion (R), it does not dent locally and has a design defect. It is unlikely to occur.

本発明の屋根構造物は、剛性が高いことから、風などの影響を受けて屋根材が揺らぐことを抑制できる。本発明の屋根構造物と同様の機構は、テント布とアルミ骨材などでも実現することはできるが、テント布は柔らかく、糸の伸縮性により若干の伸縮が発生するため、装備品の重量や風の影響を受け、屋根としての剛性を活かした機能を十分発揮することができない。このような課題を解決し簡易に設置することができることが、本発明の屋根構造物の大きな特徴である。 Since the roof structure of the present invention has high rigidity, it is possible to suppress the roofing material from fluctuating under the influence of wind or the like. The same mechanism as the roof structure of the present invention can be realized by using a tent cloth and an aluminum aggregate, but the tent cloth is soft and the elasticity of the thread causes a slight expansion and contraction. Due to the influence of the wind, it is not possible to fully demonstrate the function that makes use of the rigidity of the roof. It is a major feature of the roof structure of the present invention that such a problem can be solved and the roof structure can be easily installed.

本発明の屋根構造物は、剛体折紙構造の板材を連結して、拡大することができる。この場合には、屋根構造物を建物躯体に取り付けるための硬質複合材部(R)から成る取り付け部同士をビスまたはボルトにて連結すればよく、連結部分は2つの取り付け部の表面と裏面が重なるように連結してもよく、表面同士または裏面同士が接するように連結してもよい。 The roof structure of the present invention can be expanded by connecting plate members having a rigid origami structure. In this case, the mounting portions made of the hard composite material portion (R) for mounting the roof structure to the building frame may be connected to each other with screws or bolts, and the connecting portion has the front surface and the back surface of the two mounting portions. They may be connected so as to overlap each other, or may be connected so that the front surfaces or the back surfaces are in contact with each other.

本発明の屋根構造物を使用することで、空間の間取りや用途、雰囲気を変えることができる。例えば、普段は広い屋外公園であっても、複数個の屋根構造物を公園に植樹されている木々に取り付けることで、簡易に雨よけや日よけが設置でき、また、太陽光発電などを利用して、その屋根の下で出店などを展開することもでき、公園という空間の雰囲気や用途を様変わりさせることができる。 By using the roof structure of the present invention, the layout, use, and atmosphere of the space can be changed. For example, even in a normally large outdoor park, by attaching multiple roof structures to the trees planted in the park, it is possible to easily install rain and sunshades, and also use solar power generation. It is also possible to open stores under the roof, changing the atmosphere and usage of the park space.

さらに、屋外に本発明の屋根構造物を設置し、屋根に太陽電池を支持させて、その下で電力を必要とする活動を行うこともできる。 Further, it is also possible to install the roof structure of the present invention outdoors, support a solar cell on the roof, and perform activities requiring electric power under the roof structure.

以下、実施例を用いて本発明を説明する。測定は以下の方法で行った。
(1)マトリクス樹脂の含浸率
含浸率P(%)は、サンプルの軟質複合材部(S)について以下の式で算出した。
P(%)=(((A−A)×D)/((A−A)×D))×100
:硬質複合材部(R)の面密度
:軟質複合材部(S)の面密度
:強化繊維の面密度
:硬質複合材部(R)の形成に用いた第一のマトリクス樹脂の密度
:軟質複合材部(S)の形成に用いた第二のマトリクス樹脂の密度
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples. The measurement was performed by the following method.
(1) Impregnation rate of matrix resin The impregnation rate P (%) was calculated by the following formula for the soft composite material portion (S) of the sample.
P (%) = (((A 2- A f ) x D 1 ) / ((A 1- A f ) x D 2 )) x 100
A 1 : Area density of the hard composite material part (R) A 2 : Area density of the soft composite material part (S) A f : Area density of the reinforcing fiber D 1 : Ath used to form the hard composite material part (R) Density of one matrix resin D 2 : Density of the second matrix resin used for forming the soft composite material portion (S)

(2)補強繊維の体積含有率
硬質複合材部(R)における繊維体積含有率V(%)は、以下の式で算出した。
(%)=(A/D)/(A/D)×100
:強化繊維の面密度
:硬質複合材部(R)の面密度
:硬質複合材部(R)の形成に用いた補強繊維の密度
:硬質複合材部(R)の密度
(2) Volume content of reinforcing fibers The fiber volume content V f (%) in the hard composite material portion (R) was calculated by the following formula.
V f (%) = (A f / D f ) / (A 1 / D t ) × 100
A f : Area density of reinforcing fibers A 1 : Area density of hard composite material part (R) D f : Density of reinforcing fibers used to form hard composite material part (R) D t : Hard composite material part (R) Density

(3)Tr/T
図3に示すように台座(p)にアーム(q)を垂直に取り付け、台座面から高さh=0.04(m)の位置に荷重検出端(r)を水平方向に設置した測定装置を用意した。サンプルの一方の硬質複合材部(R)を台座(p)に全面が接するように配置し、軟質複合材部(S)(折り曲げ軸方向の長さがA(m))を軸として90°の角度になるように他方の硬質複合材部(R)を折り曲げ、その面が荷重検出端に垂直に接するように配置した。このときに検出された荷重値G(N)を用いて、Tr/Tを以下の式で算出した。
Tr/T=G×h/A
(3) Tr / T
As shown in FIG. 3, a measuring device in which an arm (q) is vertically attached to a pedestal (p) and a load detection end (r) is horizontally installed at a height h = 0.04 (m) from the pedestal surface. I prepared. One of the hard composite parts (R) of the sample is arranged so that the entire surface is in contact with the pedestal (p), and the soft composite part (S) (the length in the bending axis direction is A (m)) is 90 ° as an axis. The other hard composite material portion (R) was bent so as to have an angle of 1 and arranged so that its surface was in contact with the load detection end perpendicularly. Using the load value G (N) detected at this time, Tr / T was calculated by the following formula.
Tr / T = G × h / A

(4)樹脂の硬化物の弾性率
JIS K 7171に準拠して曲げ弾性率を測定した。弾性率は25℃で測定した。
(4) Elastic modulus of cured resin product The flexural modulus was measured according to JIS K 7171. The elastic modulus was measured at 25 ° C.

[実施例1]
<剛体折紙構造の屋根の作製>
図3に示すパターンの剛体折紙構造の剛体折紙構造の屋根を作成した。この剛体折紙構造において、平行四辺形のユニットの辺の長さはそれぞれ100mmであり、平行四辺形のユニットの二辺がなす角度は60°および120°である。この剛体折紙構造は、重畳数が0と4の折れ線から構成される。
[Example 1]
<Making a roof with a rigid origami structure>
A roof with a rigid origami structure having a rigid origami structure with the pattern shown in FIG. 3 was created. In this rigid origami structure, the lengths of the sides of the parallelogram unit are 100 mm, respectively, and the angles formed by the two sides of the parallelogram unit are 60 ° and 120 °. This rigid origami structure is composed of polygonal lines having 0 and 4 overlapping numbers.

まず、重畳数が4の折れ線に対応する軟質樹脂材部(S)の線幅を8mmとし、重畳数が0の折れ線に対応する軟質樹脂部材(S)の線幅を3.5mmとして、マスキングパターンフイルムを作成した。 First, masking is performed by setting the line width of the soft resin material portion (S) corresponding to the polygonal line having the number of superpositions of 4 to 8 mm and the line width of the soft resin member (S) corresponding to the polygonal line having the number of superpositions to 0 to 3.5 mm. I created a pattern film.

目付200g/mの平織の炭素繊維織物(帝人株式会社製商品:W3101)を長さ500mm幅500mmに切り出したものを3枚重ね、それに上記のマスキングパターンフイルムを乗せ、その上から半硬化シリコン樹脂(信越化学社製商品:シーラント45)をヘキサンで希釈したものを注入含浸した。シリコン樹脂を硬化乾燥して軟質複合材部(S)を形成した後、軟質複合材部(S)をマスクして、ナイロン樹脂パウダー(ユニチカ社製商品名:A1015LP−20)を炭素繊維織物の上に散布し、熱プレスでナイロン樹脂を炭素繊維織物に含浸させて冷却し、硬質複合材部(R)を形成することで、剛体折紙構造の屋根を得た。 Three plain weave carbon fiber woven fabrics with a grain of 200 g / m 2 (Teijin Co., Ltd. product: W3101) cut out to a length of 500 mm and a width of 500 mm are stacked, and the above masking pattern film is placed on them, and semi-cured silicon is placed on top of them. A resin (product manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd .: sealant 45) diluted with hexane was injected and impregnated. After the silicon resin is cured and dried to form the soft composite material portion (S), the soft composite material portion (S) is masked and nylon resin powder (trade name: A1015LP-20 manufactured by Unitica) is applied to the carbon fiber woven fabric. The carbon fiber woven fabric was impregnated with nylon resin by hot pressing and cooled to form a hard composite material portion (R), whereby a roof having a rigid origami structure was obtained.

得られた剛体折紙構造の屋根の軟質複合材部(S)における炭素繊維の体積含有率Vは40%であり、マトリクス樹脂の含浸率Pは80%であった。軟質複合材部(S)の線幅Bは、重畳数4の折れ線に対応する線で8mm、重畳数0の折れ線に対応する線で3.5mmであり、軟質複合材部(S)および硬質複合材部(R)の厚みTは、いずれも0.75mmであった。 The volume content V f of the carbon fibers in the soft composite material portion (S) of the roof of the obtained rigid origami structure was 40%, and the impregnation rate P of the matrix resin was 80%. The line width B of the soft composite material portion (S) is 8 mm for the line corresponding to the polygonal line having the number of superpositions 4 and 3.5 mm for the line corresponding to the polygonal line with the number of superpositions 0, and is the soft composite material portion (S) and the hard line. The thickness T of the composite material portion (R) was 0.75 mm in each case.

シリコン樹脂の硬化物の弾性率は0.22GPa、ナイロン樹脂の硬化物の弾性率は2.75GPaであった。 The elastic modulus of the cured product of the silicon resin was 0.22 GPa, and the elastic modulus of the cured product of the nylon resin was 2.75 GPa.

この剛体折紙構造の屋根から切り出したサンプルのTr/Tは660であった。なお、サンプルは、50mm×30mmの長方形の硬質複合材部(R)が長さ30mmおよび線幅3.5mmの軟質複合材部(S)の両側に、長さ30mmの辺で接して配置された形状である。サンプルの切り出し位置と形状を図5に示す。 The Tr / T of the sample cut out from the roof of this rigid origami structure was 660. In the sample, a rectangular hard composite material portion (R) having a length of 50 mm × 30 mm is arranged on both sides of a soft composite material portion (S) having a length of 30 mm and a line width of 3.5 mm so as to be in contact with each other on a side having a length of 30 mm. Shape. The cutout position and shape of the sample are shown in FIG.

この剛体折紙構造の屋根は、屈曲可能部分の軟質複合材部(S)近傍に空隙を残したまま硬質複合材部(R)の両端部が接触するまで曲げることができ、180°の角度に折り曲げたときの、一方の硬質複合材部(R)と他方の硬質複合材部(R)との空隙の厚さDは1.8mmであった。 The roof of this rigid origami structure can be bent until both ends of the hard composite material portion (R) come into contact with each other while leaving a gap in the vicinity of the soft composite material portion (S) of the bendable portion, at an angle of 180 °. When bent, the thickness D of the gap between one hard composite material portion (R) and the other hard composite material portion (R) was 1.8 mm.

得られた剛体折紙構造の屋根は折紙構造体となり、完全に折りたたんだ状態から、平板状への可逆的変形が可能な可折構造物であった。この剛体折紙構造の屋根は、完全に折りたたんだ状態で外力を解除すると自発的に展開して平板の形状になった。この自発的な展開は繰り返しの試験でも変化はなかった。 The roof of the obtained rigid origami structure became an origami structure, and was a foldable structure capable of reversibly deforming from a completely folded state to a flat plate shape. The roof of this rigid origami structure spontaneously expanded into a flat plate shape when the external force was released in the completely folded state. This spontaneous development did not change in repeated trials.

<仮設の屋根の作製>
上記で得られた剛体折紙構造の屋根を6部、長さ方向の両端15mmの硬質複合材部(R)を重ね合わせボルト止めにて連結し、長さ2925mm×幅500mmの仮設の屋根構造物とした。得られた仮設の屋根構造物の長さ方向両端に直径65mmの穴を開け、ハトメを装着した。このハトメにポリエステル製の繊維ロープを通し、2100mm程度離れた樹木に繊維ロープを結び付け、仮設の屋根構造物とした。
<Making a temporary roof>
Six roofs of the rigid origami structure obtained above are connected by overlapping hard composite material parts (R) with both ends 15 mm in the length direction with bolts, and a temporary roof structure with a length of 2925 mm and a width of 500 mm is connected. And said. Holes with a diameter of 65 mm were drilled at both ends of the obtained temporary roof structure in the length direction, and eyelets were attached. A polyester fiber rope was passed through this eyelet, and the fiber rope was tied to a tree about 2100 mm away to form a temporary roof structure.

本発明の屋根は、屋根、特に仮設の屋根として、日除けや雨除けとして利用することができる。 The roof of the present invention can be used as a roof, particularly as a temporary roof, as a sunshade or a rain shield.

a 屈曲可能部分である軟質複合材部(S)
b 硬質複合材部(R)
c 重畳数4の折れ線
d 重畳数0の折れ線
p 台座
q アーム
r 荷重検出端
s 測定対象のサンプル
B 軟質複合材部(S)の幅
D 軟質複合材部(S)を挟んで隣接する二つの硬質複合材部(R)を、軟質複合材部(S)を軸として180°折り曲げたときに一方の硬質複合材部(R)と他方の硬質複合材部(R)との間に生じる空隙の厚さ
a Soft composite material part (S) that is a bendable part
b Hard composite material part (R)
c Folded line with 4 superpositions d Folded line with 0 superimposition p Pedestal q Arm r Load detection end s Sample to be measured B Width of soft composite part (S) D Two adjacent soft composite parts (S) in between A gap generated between one hard composite material portion (R) and the other hard composite material portion (R) when the hard composite material portion (R) is bent 180 ° about the soft composite material portion (S) as an axis. Thickness

Claims (9)

補強繊維と第一のマトリクス樹脂からなる繊維強化樹脂複合材である少なくとも二つの硬質複合材部(R)、および一方の硬質複合材部(R)の実質的に直線状の縁と他方の硬質複合材部(R)の実質的に直線状の縁の両方に接して配置され、補強繊維と第二のマトリクス樹脂からなる屈曲可能部分である実質的に直線状の軟質複合材部(S)から構成される屋根であって、硬質複合材部(R)の厚みT(m)と、軟質複合材部(S)を挟んで隣接する二つの硬質複合材部(R)を軟質複合材部(S)を軸として90°折り曲げたときに発生する弾性回復による軟質複合材部(S)の単位長さあたりの回転トルクTr(Nm/m)と、が以下の関係式を満足することを特徴とする屋根。
50<Tr/T<50000
At least two hard composite parts (R), which are fiber-reinforced resin composites composed of reinforcing fibers and a first matrix resin, and a substantially linear edge of one hard composite part (R) and the other hard. A substantially linear soft composite portion (S) that is arranged in contact with both substantially linear edges of the composite portion (R) and is a bendable portion composed of reinforcing fibers and a second matrix resin. The roof is composed of a hard composite material portion (R) having a thickness T (m) and two adjacent hard composite material portions (R) sandwiching the soft composite material portion (S). The rotational torque Tr (Nm / m) per unit length of the soft composite material portion (S) due to the elastic recovery generated when bending 90 ° about (S) as the axis satisfies the following relational expression. Characteristic roof.
50 <Tr / T <50,000
補強繊維と第一のマトリクス樹脂とからなる繊維強化樹脂複合材の板材に、第一のマトリクス樹脂が実質的に存在しない屈曲可能部分を実質的に直線状に形成することで繊維強化樹脂複合材の板材を複数の硬質複合材部(R)に区画し、屈曲可能部分に第二のマトリクス樹脂を充填することで軟質複合材部(S)を形成した屋根であって、硬質複合材部(R)の厚みT(m)と、軟質複合材部(S)を挟んで隣接する二つの硬質複合材部(R)を軟質複合材部(S)を軸として90°折り曲げたときに発生する弾性回復による軟質複合材部(S)の単位長さあたりの回転トルクTr(Nm/m)と、が以下の関係式を満足することを特徴とする屋根。
50<Tr/T<50000
The fiber-reinforced resin composite material is formed by forming a bendable portion in which the first matrix resin does not substantially exist in a substantially linear shape on the plate material of the fiber-reinforced resin composite material composed of the reinforcing fibers and the first matrix resin. A roof in which a soft composite material portion (S) is formed by partitioning the plate material of No. 1 into a plurality of hard composite material portions (R) and filling the bendable portion with a second matrix resin. It occurs when the thickness T (m) of R) and two adjacent hard composite parts (R) sandwiching the soft composite part (S) are bent 90 ° about the soft composite part (S). A roof characterized in that the rotational torque Tr (Nm / m) per unit length of the soft composite material portion (S) due to elastic recovery satisfies the following relational expression.
50 <Tr / T <50,000
軟質複合材部(S)を挟んで隣接する二つの硬質複合材部(R)を軟質複合材部(S)を軸として180°折り曲げたときに一方の硬質複合材部(R)と他方の硬質複合材部(R)との間に生じる空隙の厚さDと硬質複合材部(R)の厚みTが以下の関係式を満足する、請求項1または2に記載の屋根。
2×T<D
When two adjacent hard composite parts (R) sandwiching the soft composite part (S) are bent 180 ° around the soft composite part (S), one hard composite part (R) and the other are bent. The roof according to claim 1 or 2, wherein the thickness D of the gap formed between the hard composite material portion (R) and the thickness T of the hard composite material portion (R) satisfies the following relational expression.
2 × T <D
軟質複合材部(S)における第二のマトリクス樹脂の含浸率Pが45〜95%であり、かつ第二のマトリクス樹脂は25℃において第一のマトリクス樹脂の1/10以下の弾性率を有する樹脂である、請求項1乃至3のいずれかに記載の屋根。 The impregnation rate P of the second matrix resin in the soft composite material portion (S) is 45 to 95%, and the second matrix resin has an elastic modulus of 1/10 or less of that of the first matrix resin at 25 ° C. The roof according to any one of claims 1 to 3, which is a resin. 軟質複合材部(S)が剛体折紙の折れ線パターンに基づいて形成されたことで剛体折紙構造である、請求項1乃至4のいずれかに記載の屋根。 The roof according to any one of claims 1 to 4, wherein the soft composite material portion (S) has a rigid origami structure formed based on a polygonal line pattern of the rigid origami. 剛体折紙の折れ線パターンを構成する屈曲可能部分のうち重畳数Ncが零のものを除くすべての屈曲可能部分において、軟質複合材部(S)の線幅Bおよび硬質複合材部(R)の厚みTが以下の関係式を満足する、請求項5に記載の屋根。
Nc×T<B<100×Nc×T
(ここで、剛体折紙の折れ線の重畳数Ncは、その折れ線で連結される一対の剛体面を完全に折り畳んだときに、その一対の剛体面の内側に一部または全部が挟み込まれる剛体面の総数として定義される。)
The line width B of the soft composite material portion (S) and the thickness of the hard composite material portion (R) in all the bendable portions other than those having a superposition number Nc of zero among the bendable portions constituting the polygonal line pattern of the rigid origami. The roof according to claim 5, wherein T satisfies the following relational expression.
Nc × T <B <100 × Nc × T
(Here, the superposition number Nc of the folding lines of the rigid body origami is the number of overlapping rigid body surfaces that are partially or wholly sandwiched inside the pair of rigid body surfaces when the pair of rigid body surfaces connected by the folding lines are completely folded. Defined as total number.)
剛体折紙の自由度が1または2である、請求項5または6に記載の屋根。 The roof according to claim 5 or 6, wherein the rigid origami has 1 or 2 degrees of freedom. 仮設の屋根である請求項1乃至7のいずれかに記載の屋根。 The roof according to any one of claims 1 to 7, which is a temporary roof. 請求項1乃至8に記載の屋根がロープまたはワイヤーで支持体に保持された屋根構造物であり、屋根の大きさを折り畳みにより変更することができる屋根構造物。 A roof structure in which the roof according to claims 1 to 8 is held by a support with a rope or a wire, and the size of the roof can be changed by folding.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113954611A (en) * 2021-09-10 2022-01-21 北京电子工程总体研究所 Rain shielding device and use method thereof

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