JP5382716B2 - Wooden spring - Google Patents
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Description
本発明は、木質製バネに関するものである。 The present invention relates to a wooden spring.
従来の木質製バネとしては、ゆるい円弧状に屈曲した帯板を用いた木製帯板バネが開示されている(例えば、特許文献1)。この木製帯板バネは、ベッドの床や椅子の座板に用いることができる。 As a conventional wooden spring, a wooden strip spring using a strip bent in a loose arc shape is disclosed (for example, Patent Document 1). This wooden strip spring can be used for a bed floor or a chair seat.
このように、木や竹は、軽微な加工で住宅や家具などの材料として用いることができる。一般的に、木材は、強度特性を向上するためや、多湿による腐朽を防ぐために乾燥して用いられている。 In this way, wood and bamboo can be used as materials for houses and furniture with slight processing. In general, wood is used by drying in order to improve strength characteristics and prevent decay due to high humidity.
木材は乾燥によって強度特性が向上する一方で、本来有していた柔軟性が失われてしまうという問題がある。従来の木材では、「捻る」、「曲げる」、「縮める」という変形を与える場合、水分と熱を加えて木質材料を軟化させることが一般的であった。 While wood has improved strength properties due to drying, there is a problem that the inherent flexibility is lost. In the case of conventional wood, when a deformation such as “twist”, “bend”, and “shrink” is given, it is common to soften the wood material by adding moisture and heat.
木材は、水分と熱が失われた後は、変形された状態で固定されるため、変形された状態を固定する目的で加工を行なうことは可能であるが、常に捻ったり、曲げたり、縮めたりできるような柔軟性を有する木材は存在していない。 Since wood is fixed in a deformed state after the loss of moisture and heat, it can be processed for the purpose of fixing the deformed state, but it is always twisted, bent or shrunk. There is no wood with such flexibility.
そこで、本発明は、柔軟性を有する木質製バネを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a wooden spring having flexibility.
本発明の請求項1に係る発明は、角材からなる本体と、前記本体の長手方向に略直交する方向に前記本体の側面を切り欠いてなるスリットを複数形成し、前記本体の長手方向に連接された複数の片持ち梁部とを有することを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, a main body made of square material and a plurality of slits formed by cutting out side surfaces of the main body in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of the main body are formed and connected in the longitudinal direction of the main body. A plurality of cantilever portions.
本発明の請求項2に係る発明は、前記スリットは、前記本体の一側面から内部に向かって形成される複数の第1スリットと、前記一側面に対向する他側面から内部に向かって前記第1スリット同士の間に1個ずつ形成される第2スリットとにより構成されることを特徴とする。
The invention according to
本発明の請求項3に係る発明は、前記スリットの幅は、前記片持ち梁部の許容たわみ量以下に形成されていることを特徴とする。
The invention according to
本発明の請求項4に係る発明は、前記スリットの底面を湾曲状に形成したことを特徴とする。
The invention according to
本発明によれば、木質製バネは、乾燥させた状態でも柔軟性を有することができるので、外力に対して弾性的に振舞うバネを得ることができる。 According to the present invention, the wooden spring can have flexibility even in a dried state, so that a spring that behaves elastically against an external force can be obtained.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図1に示す木質製バネ1は、角材からなる本体2と、当該本体2に形成された複数のスリット3により、片持ち梁部4が複数形成されてなる。この木質製バネ1の材料は特に限定されるものではなく、木材としての例えば、オーク、ヒノキ、スギやキリなどの無垢材を用いることができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. A
スリット3は、長手方向に直交する方向に形成されている。このスリット3は、本体2の一側面2Aから内部に向かって長手方向に均等に形成される第1スリット3Aと、前記一側面2Aに対向する他側面2Bから内部に向かって前記第1スリット3A同士の間に1個ずつ形成される第2スリット3Bとにより構成される。
The
これにより、スリット3は、第1スリット3Aと第2スリット3Bとが、本体2の全体に亘って交互に形成される。なお、スリット3は、深さ(以下、「スリット深さ」という)Lが本体2の一側面2Aと他側面2Bとで形成される側面間の長さxの半分以上の長さを有するように形成されている。
Thereby, the
このスリット3によって本体2には、複数の片持ち梁部4が長手方向に連接して形成される。各片持ち梁部4は、梁部と接続部とを有する。本実施形態の場合、上端から第1梁部5A、第2梁部5B、第3梁部5C…が順に設けられている。前記第1梁部5Aと前記第2梁部5Bとは、本体2の他側面2Bにおいて第1接続部6で一体に接続されている。また、前記第2接続部と前記第3接続部とは、本体2の一側面2Aにおいて第2接続部7で一体に接続されている。
By the
このようにして、木質製バネ1は、全体として18個の梁部が17個の接続部で一体に接続されて、片持ち梁部4が一体化されてなる。
In this way, the
次に、木質製バネ1における各部の設定方法について説明する。以下の説明では、木質製バネ1において、上下面から圧縮荷重を受けた場合を考える。また、図2に示すように、1個の片持ち梁部4を最小単位として考える。片持ち梁部4の構成はいずれも同様であるので、以下の説明では、第1梁部5Aと第1接続部6との組み合わせについて説明する。
Next, the setting method of each part in the
本体2の幅をbmm、スリット深さをLmm、スリット幅をtmm、第1梁部5Aの高さ(材料厚さ)をhmmとする。第1梁部5Aの先端にP(N)の荷重がかかった時、第1梁部5Aが曲げ破壊しなくともスリット幅tmm以上にたわむことはできない。
The width of the
換言すれば、スリット幅tを許容たわみ量以下とすることで、木質製バネ1の破壊を防止することができる。さらに、第1梁部5Aの変形を弾性変形領域に制限すれば、繰り返し負荷による荷重応答を一定となり、金属バネと同様の機構とすることができる。
In other words, by making the slit width t equal to or less than the allowable deflection amount, it is possible to prevent the
弾性率Eとし、第1梁部5Aが先端に集中荷重Pを受けるとき、そのたわみ(図3)δは、数1で示される。
When the elastic modulus E is set and the
また、そのときの曲げ強度σは数2で示される。 Further, the bending strength σ at that time is expressed by the following equation (2).
上記数1および数2をまとめると、数3となる。
When the
曲げ強度σ、弾性率Eが既知の場合、数3の右辺は定数kとなり、数3はh、δ、Lを変数として数4、数5、数6のようになる。
When the bending strength σ and the elastic modulus E are known, the right side of
ここで、たわみδをスリット幅tとみなし、数4、数5、数6のそれぞれにおいて、k/h, kL2, δ/kを定数とすれば、数4は、スリット深さLとスリット幅tの関係(図4)、数5は、スリット幅tと材料厚さhの関係(図5)、数6は、材料厚さhとスリット深さLの関係(図6)として表現される。
Here, if the deflection δ is regarded as the slit width t, and k / h, kL 2 , and δ / k are constants in each of the equations (4), (5), and (6), The relationship between width t (Fig. 4),
図7を用いて数4のスリット深さLとスリット幅tの規定について考えてみる。スリット深さL1の場合、たわみ量はt1となり、スリット幅tをt1以下とすることで荷重Pによって第1梁部5Aが破壊せずに木質製バネ1として使用できることになる。
Consider the definition of slit depth L and slit width t in
ホワイトオーク材を用いた予備実験の結果を示す。 The result of the preliminary experiment using white oak is shown.
弾性率Eが1GPa、曲げ強度24MPa、本体の幅b=35mm、材料厚さh=4mmの仕様で木質製バネ1を作製するとする。この場合、数4から得られたL=30mm、δ=3.6mmという値に基づき、スリット深さLを30mm、スリット幅tを3mmのサンプルを作製した。ここで、スリット幅tを3mmとした理由は、たわみ量を比例限度に留めるためである。
It is assumed that the
このサンプルを用い、片持ち梁部4の先端のたわみδを最大3mmとして繰り返し負荷6回を行い、図8に示す荷重-たわみ曲線を得た。なお、変形速度は、(5mm/分)とした。本図より、繰り返しにおける荷重曲線は線形性を保ち、且つ、再現性があるため、片持ち梁部4は弾性変形を繰り返していることがわかる。
Using this sample, the load sag curve shown in FIG. 8 was obtained by repeating the load six times with the maximum deflection δ of the
以上のように、木質製バネ1では、本体2の弾性率E、曲げ強度σ、第1梁部5Aの高さ(材料の厚さ)h、スリット深さL、スリット幅t(許容たわみ量δ)が密接に関与しており、以下の不等式数7、数8、数9を満たす仕様で材料を作製することでバネとして有効に機能することができる。
As described above, in the
次に、上記木質製バネ1の作用および効果について説明する。
Next, the operation and effect of the
まず、垂直に立設された木質製バネ1に対し、長手方向に荷重が加えられた場合について説明する。垂直に立設された木質製バネ1に対し、第1梁部5Aの上面から長手方向の下向きの荷重(圧縮荷重)が加えられた場合、当該荷重により第1梁部5Aが第1接続部6を回転中心として弾性変形する。同時に、前記荷重が第1接続部6から第2梁部5Bへ伝達されることにより、第2梁部5Bが第2接続部を回転中心として弾性変形する。
First, a case where a load is applied in the longitudinal direction to the vertically-oriented
このようにして、第3梁部5Cからさらに下方の梁部へ接続部を介して荷重が順に伝達され、各梁部が各接続部を回転中心として弾性変形する。これにより、木質製バネ1は、全体として前記荷重を吸収して収縮する。
In this manner, the load is sequentially transmitted from the
同様に、木質製バネ1の第1梁部5Aの上面に対し、長手方向の上向きの荷重(引張荷重)が加えられた場合も上記と同様に、各梁部が各接続部を回転中心として弾性変形する。これにより、木質製バネ1は、全体として前記荷重を吸収して伸長する。
Similarly, when an upward load (tensile load) in the longitudinal direction is applied to the upper surface of the
次に、垂直に立設された木質製バネ1に対し、長手方向に直交する方向に荷重(曲げ荷重)が加えられた場合について説明する。下面が固定された木質製バネ1の第1梁部5Aに対し、長手方向に直交する方向、すなわち横方向に荷重が加えられた場合も、上記と同様に、各梁部が各接続部を回転中心として弾性変形する。これにより、木質製バネ1は、全体として前記荷重を吸収して、下端を回転中心として荷重の方向に曲げ変形する。
Next, a case where a load (bending load) is applied in a direction perpendicular to the longitudinal direction to the vertically-made
上記のように木質製バネ1は、乾燥させた状態でも柔軟性を持たせることができるので、外力に対して弾性的に振舞うバネ(部材)を得ることができる。
As described above, the
木質製バネ1は、複数のスリット3を形成することにより、片持ち梁部4を形成することができるので、複雑な加工を要せず、のこぎりなどの工具のみで容易に形成することができる。
Since the
また、木質製バネ1は、複数の片持ち梁部4を長手方向に一体に接続したので、全体としてのたわみ量の総和を大きくすることができる。したがって、木質製バネ1は、所望の柔軟性を容易に設定することができる。
Moreover, since the
この木質製バネ1は、スリット3の形状、例えば、スリット幅t、スリット深さL、梁部5の高さ(材料厚さ)hを適宜選択することにより、特性を種々変更することができるので、容易に所望の特性を得ることができる。
The
さらに、木質製バネ1は、スリット幅tを許容たわみ量δ以下となるように設定したことにより、弾性変形領域内で梁部5が接触して全体の破損を防止することができる。したがって、木質製バネ1は弾性変形領域内で使用することができるので、耐久性を向上することができる。
Further, the
また、木質製バネ1は、スリット深さLが、本体2一側面2Aと他側面2Bとで形成される側面間の長さxの半分以上の長さを有するように形成されていることにより、より確実に柔軟性を有することができる。
Further, the
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。例えば、図1において、スリット3の底部は平坦面で構成されている場合について図示したが、本発明はこれに限らず、スリット3の底面を湾曲状、例えば半円形状としてもよい。スリット3の底面を湾曲状とすることにより、当該部分における応力集中を防ぐことができる。したがって、木質製バネ1は、より耐久性を向上することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed within the scope of the gist of the present invention. For example, in FIG. 1, the bottom of the
また、上記実施形態では、スリット3は均等に配置され、かつ、スリット幅tは全て同じ長さに設定されている場合について説明したが、本発明はこれに限らず、スリット3を不均一に配置してもよく、また、各スリット幅tが異なるスリット3を単一の本体2に設けることとしてもよい。
Moreover, although the
また、上記実施形態では、スリット3は、長手方向に直交する方向に形成されており、本体2の一側面2Aから内部に向かって長手方向に均等に形成される第1スリット3Aと、前記一側面2Aに対向する他側面2Bから内部に向かって前記第1スリット3A同士の間に1個ずつ形成される第2スリット3Bとにより構成される場合について説明したが、本発明はこれに限らない。
Moreover, in the said embodiment, the
例えば、図示しないが、第1スリットと第2スリットを設けて第1片持ち梁部を本体の長手方向の一定範囲に形成すると共に、一側面と他側面に対し90度位相が異なる側面にそれぞれ第3スリットと第4スリットを設けて第1片持ち梁部と90度位相が異なる第2片持ち梁部を上記一定範囲以外に形成することとしてもよい。このように、本体2の所望の側面に適宜スリット3を設けることで、より複雑に本体2を変形させることができるので、より変化のある柔軟性を有する木質製バネ1を得ることができる。
For example, although not shown, the first slit and the second slit are provided to form the first cantilever part in a certain range in the longitudinal direction of the main body, and each side surface is 90 degrees out of phase with the other side surface. It is good also as providing the 3rd slit and the 4th slit, and forming the 2nd cantilever part in which a 90 degree phase differs from the 1st cantilever part outside the above-mentioned fixed range. As described above, by appropriately providing the
また、この場合、長手方向に直交する二方向の荷重が同時に加えられた場合でも、当該二方向に曲げ変形し得る。 In this case, even when loads in two directions orthogonal to the longitudinal direction are simultaneously applied, bending can be performed in the two directions.
木質製バネ1は、全体として18個の梁部が17個の接続部で一体に接続されてなる場合について説明したが、本発明はこれに限らず、梁部および接続部の数は、所望により適宜変更することができる。
The
上記実施形態では、木質製バネ1は、木材として無垢材を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、合板、集成材、パーティクルボード、MDF,WPC(木材・プラスチック複合材)などの木質材料を用いることもできる。この場合、プレス成形や型成形(射出成形や押し出し成形)によってもスリット3を形成することができる。
In the above-described embodiment, the
本発明は、変形性能、衝撃吸収性、意匠性を有しており、家具やインテリア雑貨、衝撃吸収材として利用することができる。 The present invention has deformation performance, shock absorption, and design, and can be used as furniture, interior goods, and shock absorbers.
1 木質製バネ
2 本体
2A 一側面
2B 他側面
3 スリット
3A 第1スリット
3B 第2スリット
4 片持ち梁部
b 幅
δ たわみ
DESCRIPTION OF
b Width δ Deflection
Claims (4)
前記本体の長手方向に略直交する方向に前記本体の側面を切り欠いてなるスリットを複数形成し、前記本体の長手方向に連接された複数の片持ち梁部と
を有する
ことを特徴とする木質製バネ。 A body made of square wood,
A wood having a plurality of slits formed by cutting out side surfaces of the main body in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of the main body, and a plurality of cantilever portions connected in the longitudinal direction of the main body. Spring made.
前記本体の一側面から内部に向かって形成される複数の第1スリットと、
前記一側面に対向する他側面から内部に向かって前記第1スリット同士の間に1個ずつ形成される第2スリットと
により構成されることを特徴とする請求項1記載の木質製バネ。 The slit is
A plurality of first slits formed from one side of the main body toward the inside;
2. The wooden spring according to claim 1, wherein the spring is made of a second slit formed one by one between the first slits from the other side facing the one side toward the inside.
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