JP6300268B2 - コイル状構造体 - Google Patents

Description

本発明は、コイル状構造体に関する。

従来、種々多様なコイル状構造体が知られている。例えば、圧縮荷重や引張荷重を吸収するコイルスプリングや、鋼材をコイル状に形成した柱や免震部材等の構造体、電気化学反応用電極、放電灯用電極等が知られている。

上述のコイル状構造体は、その使用目的に応じた機能を発揮するものではあるが、その機能を更に高める改良が求められている。例えば、コイルスプリングの場合には、より高い荷重に耐えることを可能とする改良や、小型化といった改良が求められている。また、柱や免震部材等として使用される構造体の場合には、完全破壊されることを回避する改良や、より高い免震性を発揮する改良が求められている。また、電気化学反応用電極として使用される場合には、より高い反応速度を発揮させる改良が求められている。また、放電灯用電極として使用される場合には、より一層の明るさを得る改良や、小型化といった改良が求められている。

本発明は、このような要求を満たすべくなされたものであって、従来よりも高機能化可能なコイル状構造体を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、荷重を吸収するスプリングとして使用されるコイル状部材からなるコイル状構造体であって、前記コイル状部材は、長尺状部材を非円形に複数回巻いた花巻状に形成されており、前記コイル状部材の軸線方向に圧縮した際、前記コイル状部材の軸線に沿って螺旋状に配設される隣り合う前記長尺状部材同士の接触部において、前記コイル状部材の軸線に沿う方向に屈曲する屈曲部を備えることを特徴とするコイル状構造体により達成される。

また、本発明の上記目的は、圧縮荷重を支持可能な構造材として使用されるコイル状部材からなるコイル状構造体であって、前記コイル状部材は、長尺状部材を非円形に複数回巻いた花巻状に形成されており、前記コイル状部材の軸線方向に圧縮した際、前記コイル状部材の軸線に沿って螺旋状に配設される隣り合う前記長尺状部材同士の接触部において、前記コイル状部材の軸線に沿う方向に屈曲する屈曲部を備えることを特徴とするコイル状構造体により達成される。

また、本発明の上記目的は、電気化学反応用電極として使用されるコイル状部材からなるコイル状構造体であって、前記コイル状部材は、長尺状部材を非円形に複数回巻いた花巻状に形成されており、前記コイル状部材の軸線方向に圧縮した際、前記コイル状部材の軸線に沿って螺旋状に配設される隣り合う前記長尺状部材同士の接触部において、前記コイル状部材の軸線に沿う方向に屈曲する屈曲部を備えることを特徴とするコイル状構造体により達成される。

また、本発明の上記目的は、放電灯用電極として使用されるコイル状部材からなるコイル状構造体であって、前記コイル状部材は、長尺状部材を非円形に複数回巻いた花巻状に形成されており、前記コイル状部材の軸線方向に圧縮した際、前記コイル状部材の軸線に沿って螺旋状に配設される隣り合う前記長尺状部材同士の接触部において、前記コイル状部材の軸線に沿う方向に屈曲する屈曲部を備えることを特徴とするコイル状構造体により達成される。

本発明によれば、従来よりも高機能化可能なコイル状構造体を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るコイル状構造体の概略構成断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 従来からある花巻状のコイル状部材の模式側面図である。 本発明に係るコイル状構造体（コイル状部材）の模式側面図である。 本発明に係るコイル状構造体の製造方法を説明するための説明図である。 発明に係るコイル状構造体の画像である。 発明に係るコイル状構造体の画像である。 発明者が製作したコイル状構造体を含むサンプル画像である。 圧縮荷重支持用のスプリングとして構成した本発明に係るコイル状構造体と、従来構成のコイル状構造体に関する画像である。 圧縮荷重支持用のスプリングとして構成した本発明に係るコイル状構造体と、従来構成のコイル状構造体に関する画像である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかるコイル状構造体を示す概略構成断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。このコイル状構造体１は、コイル状部材２から形成されている。コイル状部材２は、長尺状部材を非円形に複数回巻かれた花巻状に形成されている。長尺状部材としては、種々の線材や長尺な鋼材やパイプ材等を使用することができる。長尺状部材の材料は、特に限定されず、コイル状構造体１の使用目的に応じて適宜選択すればよい。

また、コイル状部材２は、上述のように花巻状に巻回されて構成されている。長尺状部材を、花巻状に形成したコイル状部材２とするためには、従来からの種々の方法を採用することができる。例えば、特開平６−７２６３３号公報や、特開２００７−２２７２９号公報に開示されている装置や方法により、花巻状のコイル状部材２を形成することが可能である。花巻状のコイル状部材２の形態としては、長尺状部材を非円形に複数回巻かれた形態であれば特に限定されず、種々の形態を採用することができる。例えば、図２に示すように、略Ｕ字形状（或いは略Ｖ字形状）に径方向外側に膨出するような形態として、花巻状のコイル状部材２を構成してもよい。

また、従来からある花巻状のコイル状部材２においては、隣り合う長尺状部材同士が接触するように、コイル状部材２の軸線方向に圧縮した際、図３の模式側面図に示すように、隣り合う長尺状部材同士には、コイル状部材２の軸線に沿って螺旋状に配置される接触部３が形成されることとなるが、本発明に係るコイル状部材２は、図４の模式側面図に示すように、螺旋状に配置される接触部３において、コイル状部材２の軸線に沿う方向に略く字状或いは湾曲状に屈曲する屈曲部４が形成されており、当該屈曲部４において、隣り合う長尺状部材同士が互いに接触する構造となっている。なお、接触部３は、長尺状部材の一巻きごとにズレた位置となるように構成されており、一巻きごとの各接触部３がコイル状部材２の軸線方向に沿って一直線上に配置されないようにコイル状部材２を構成する。

このような構造を有するコイル状部材２は、例えば、図５に示すように、長尺状部材を花巻状に巻回して花巻コイルＺを形成（花巻ステップ；図５（ａ））した後、当該花巻コイルＺを所定長さに切断し（切断ステップ；図５（ｂ）、切断された花巻コイルＺを筒状体５０の内部に収納し（図５（ｃ））、花巻コイルＺの両端部を花巻コイルＺの中央部に向けて花巻コイルＺの軸線方向に沿って圧縮することによって、花巻コイルＺの軸線に沿って螺旋状に配設される隣り合う長尺状部材同士の接触部３において、花巻コイルＺの軸線に沿う方向に屈曲する屈曲部４を形成すること（圧縮ステップ；図５（ｄ））により製造することができる。ここで、花巻コイルＺの軸線方向に沿って圧縮する際の圧縮力は、例えば、花巻コイルＺを構成する長尺状部材の材料やその直径、巻き数等に応じて適宜設定すればよい。また、上記した方法以外の適宜な方法によりコイル状構造体１（コイル状部材２）を形成してもよいことは言うまでもない。ここで、上述した方法により製造した本発明に係るコイル状構造体１の画像を図６及び図７に示す。図７は、コイル状構造体１の一端部を押圧し湾曲させた状態を示している。

また、コイル状部材２を形成する長尺状部材としては、その断面形状が、例えば、円形形状、四角形状や楕円形状、三角形状等種々の形状のものを使用することができる。

また、本発明に係るコイル状構造体１を構成するコイル状部材２としては、単数の長尺状部材を用いて花巻状に巻回して形成してもよく、或いは、複数（例えば、２本或いは３本）の長尺状部材を平行巻きにして花巻状のコイル状部材２を構成してもよい。

また、本発明に係るコイル状構造体１（コイル状部材２）を製造する際に、花巻コイルＺの両端部を花巻コイルＺの中央部に向けて花巻コイルＺの軸線方向に沿って圧縮する手法について上述したが、この圧縮段階において、圧縮される花巻コイルＺを加熱しながら所定の圧縮を行うようにしてもよい。このように加熱しながら圧縮することにより、従来からある花巻コイル（圧縮前の花巻コイル）の長さの５０％〜５５％程度の長さとなるようにコイル状部材２を構成することが可能となり、より一層のコイル状部材２の小型化が可能となる。なお、圧縮時の加熱温度は、圧縮される花巻コイルの大きさや材質等によって種々変更されるものであるが、８００度〜１０００度の温度範囲を例示することができる。

上記のように構成されたコイル状構造体１においては、コイル状部材２３として、長尺状部材を非円形に複数回巻かれた花巻状の形態に形成し、当該花巻状のコイル状部材２は、コイル状部材２の軸線に沿って螺旋状に配設される隣り合う長尺状部材同士の接触部３において、コイル状部材２の軸線に沿う方向に屈曲する屈曲部４を備えるように構成されている。このような構成により、コイル状構造体１に対して、従来よりも高い機能を付与することができる。

具体的に、まず、コイル状構造体１を引張荷重を吸収するスプリングとして使用する場合を例に説明すると、上記のように、コイル状部材２の軸線に沿って螺旋状に配設される隣り合う長尺状部材同士の接触部３において、コイル状部材２の軸線に沿う方向に屈曲する屈曲部４を備えるように構成することにより、コイルの巻き径や巻き数を減じることなく、コイル状構造体１の長さ（軸方向長さ）を短くすることが可能となり、小型化を図ることが可能となる。図８は、線径が０．８ｍｍのニクロム線を長尺状部材として使用し、外径が１２ｍｍ、全長が９０ｍｍの花巻コイルを２つ製作した後、一方を加熱しながら約２００Ｎの力で花巻コイルの軸線方向に沿って圧縮して作成した本発明に係る屈曲部４を有するコイル状構造体１のサンプル画像であるが、圧縮することにより、花巻コイルの軸線に沿う方向に屈曲する屈曲部４を形成した下側に配置されるコイル状構造体１の全長は、４４ｍｍであり、上側に配置される従来から知られている構造のコイル状構造体に対して、長さが約５０％となった。つまり、従来から知られている構造のコイル状構造体の略１／２の長さとなり、本発明に係るコイル状構造体１は、大幅に小型化されたことがわかる。その結果、本発明に係るコイル状構造体１を引張荷重支持用のスプリングとして使用する各種機器の小型化をも図ることが可能となる。

また、コイル状構造体１の小型化が達成できる結果、当該コイル状構造体１を軸方向に適正な長さまで引き伸ばして圧縮荷重を吸収するスプリングを構成する場合、従来のスプリングよりも動作範囲（圧縮荷重を受ける際のストローク長）を大きくすることが可能となる。また、所定のストローク長を要求される各種機器に本発明に係るコイル状構造体１を使用する場合、従来のスプリングよりも小型のものを使用することが可能となるため、本発明に係るコイル状構造体１を圧縮荷重支持用のスプリングとして使用する各種機器の小型化をも図ることが可能となる。なお、図９及び図１０に圧縮荷重支持用のスプリングとして構成した本発明に係るコイル状構造体１と、従来構成のコイル状構造体の画像を示す。図９は、圧縮荷重を付加する前の各コイル状構造体を示す、図１０は、圧縮荷重を付加し限界圧縮状態とした各コイル状構造体を示す。図９及び図１０共に、上側に配置されているものが本発明に係るコイル状構造体１であり、下側に配置されているものが従来構成のコイル状構造体である。これら図９及び図１０からも明らかなように、本発明に係るコイル状構造体１は、従来構成のコイル状構造体のおよそ半分程度まで縮むことが分かる。

また、本発明に係るコイル状構造体１を圧縮荷重支持用のスプリングとして使用する場合、従来のスプリングに比べて、より高い圧縮荷重を受けても横変形（コイル状構造体１の軸方向に対して垂直な方向の変形）しにくいという効果を発揮する。つまり、圧縮荷重を受けるスプリングの場合、スプリングが密着する状態まで縮むとそれ以上は縮まないが、より大きな圧縮荷重が加わるとコイルピッチ間が横ずれする事により破綻してしまう。これに対し、本発明に係るコイル状構造体１は、横ずれしにくい花巻状に形成されている上に、コイル状部材２の軸線に沿って螺旋状に配設される隣り合う長尺状部材同士の接触部３において、コイル状部材２の軸線に沿う方向に屈曲する屈曲部４を備える構造を有しているために、長尺状部材同士がからみあっており、高い圧縮荷重が作用しても横変形（横ずれ）が発生することを抑制することが可能となる。

次に、コイル状構造体１を、柱や建物の基礎部分、橋脚、免震部材等の圧縮荷重を支持可能な構造材として使用する場合を例に説明すると、上記のように、コイル状部材２の軸線に沿って螺旋状に配設される隣り合う長尺状部材同士の接触部３において、コイル状部材２の軸線に沿う方向に屈曲する屈曲部４を備えるように構成することにより、高圧縮荷重に耐える上に柔軟性も併せ持つ破壊しにくい構造材を得ることが可能となる。つまり、例えば、従来から知られているコイル状構造体の場合、高荷重が加わるとコイルピッチ間の横ずれにより不規則に縮んだり曲がったりしてしまうが、本発明に係るコイル状構造体１は、上述のように横ずれしにくい特性を有しているため、高荷重が加わったとしてもこのような不規則な縮みや曲りが発生しにくく、耐久性が高いものとなる。また、本発明に係るコイル状構造体１は、横ずれしにくいものではあるが、わずかに横方向に（コイル状構造体１の軸方向に対して垂直な方向）に動くことが可能であるので、その柔軟性により、地震などの振動を効果的に吸収することも可能であり、高い免震機能を発揮することができる。なお、従来から知られているコイル状構造体の場合、地震などの振動があると簡単にコイル状部材の一部がはみ出す恐れがあり、このようなコイル状部材を柱等の構造材として使用する場合、建物の倒壊が懸念される。

また、本発明に係るコイル状構造体１を、柱や建物の基礎部分、橋脚、免震部材等の圧縮荷重を支持可能な構造材として使用する場合、当該コイル状構造体１を流動体の内部に配置するように構成することにより、地震の振動エネルギーの吸収能力を大幅に増大させることができ、別途、特別なダンパーを設けなくても振動エネルギーを効果的に減衰させること可能となる。流動体としては、高粘度のオイルや砂を例示することができる。砂を流動体として用いた場合、コイル状構造体１の振動により、線間（長尺状部材間）に入り込んだ砂粒が押しつぶされ、このときに大きなエネルギーが吸収される。

また、当該コイル状構造体１は、コイル状構造体とは異なり、長尺状部材が絡み合い、長尺状部材間に空隙部を多数備える側壁構造を有している。この空隙部は、コイル状構造体１の内側と外側とを連通しているため、例えば、エアコンの空気吹き出し口を兼用するような柱や、排煙装置の吸引口を兼用するような柱としても利用することが可能となる。

また、本発明に係るコイル状構造体１は、その外観形状が、コイル状構造体とは異なり、長尺状部材が絡み合った複雑な表面形態を有している。これにより、柱や免震部材等の圧縮荷重を支持可能な構造材として使用する場合、外観デザイン上の独特な趣を発揮することができる。

次いで、コイル状構造体１を、電気化学反応用電極として使用する場合を例に説明すると、コイル状部材２の軸線に沿って螺旋状に配設される隣り合う長尺状部材同士の接触部３において、コイル状部材２の軸線に沿う方向に屈曲する屈曲部４を備えるように構成することにより、上述のように、従来構成のコイル状構造体と比べて、コイルの巻き径や巻き数を減じることなく、コイル状構造体１の長さ（軸方向長さ）を短くすることが可能となる。言い換えると、同一長さのコイル状構造体１で比較すると、本発明に係るコイル状構造体１の方が、従来構成のコイル状構造体よりも、コイルの巻き数を多くすることが可能となり、その結果、コイル状構造体１における表面積を大きく設定することが可能となる。したがって、本発明に係るコイル状構造体１を、電気化学反応用電極として使用する場合、電極であるコイル状構造体１と、当該コイル状構造体１に接する電解質溶液との間で進行する電極反応速度を高めることが可能となる。

また、コイル状構造体１を、電気化学反応用電極として使用する場合、当該コイル状構造体１を構成する長尺状部材の表面に別部材である線材を巻きつけたり、当該長尺状部材の表面に複数の凹凸部を形成等することにより、コイル状構造体１の表面積をより一層増大させることができ、より高い反応速度を発揮可能な電気化学反応用電極としてのコイル状構造体１を得ることが可能となる。

また、コイル状構造体１を、放電灯用電極として使用する場合を例に説明すると、上記のように、コイル状部材２の軸線に沿って螺旋状に配設される隣り合う長尺状部材同士の接触部３において、コイル状部材２の軸線に沿う方向に屈曲する屈曲部４を備えるように構成することにより、上述のように、同一長さのコイル状構造体１で比較すると、本発明に係る放電灯用電極用のコイル状構造体１の方が、従来構成の放電灯用電極用のコイル状構造体よりも、コイルの巻き数を多くすることが可能となり、その結果、コイル状構造体１における表面積を大きく設定することが可能となる。したがって、本発明に係るコイル状構造体１を、放電灯用電極として使用する場合、当該コイル状構造体１から放出される熱電子の量を極めて多くすることができ、極めて明るい電灯を構成することが可能となる。また、同一光量を基準にすると、本発明に係るコイル状構造体１の方が、従来構成のコイル状構造体よりも大幅に小型化できるため、電灯の小型化を図ることが可能となる。

また、本発明に係るコイル状構造体１は、上述した用途以外の様々な用途のコイル状構造体として使用することができる。例えば、井戸の側壁材として使用することができる。本発明に係るコイル状構造体１は、上述のように、コイル状構造体１の軸方向に対して垂直な方向のずれ（横ずれ）が発生しにくく、強度が高いものである。また、柔軟性も併せ持つものである。さらには、上述のように、コイル状構造体とは異なり、長尺状部材が絡み合い、長尺状部材間に空隙部を多数備える側壁構造を有しているため、適度な流体の透過性を有している。したがって、井戸の側壁材として使用する場合、井戸の崩落を効果的に防止することができ、また、曲がった通路にも対応することができ、さらには、適宜な流体通過も期待できる。

１ コイル状構造体
２ コイル状部材
３ 接触部
４ 屈曲部
Ｚ 花巻コイル

Claims (4)

1. 荷重を吸収するスプリングとして使用されるコイル状部材からなるコイル状構造体であって、
   前記コイル状部材は、長尺状部材を非円形に複数回巻いた花巻状に形成されており、
   前記コイル状部材の軸線方向に圧縮した際、前記コイル状部材の軸線に沿って螺旋状に配設される隣り合う前記長尺状部材同士の接触部において、前記コイル状部材の軸線に沿う方向に屈曲する屈曲部を備えることを特徴とするコイル状構造体。
2. 圧縮荷重を支持可能な構造材として使用されるコイル状部材からなるコイル状構造体であって、
   前記コイル状部材は、長尺状部材を非円形に複数回巻いた花巻状に形成されており、
   前記コイル状部材の軸線方向に圧縮した際、前記コイル状部材の軸線に沿って螺旋状に配設される隣り合う前記長尺状部材同士の接触部において、前記コイル状部材の軸線に沿う方向に屈曲する屈曲部を備えることを特徴とするコイル状構造体。
3. 電気化学反応用電極として使用されるコイル状部材からなるコイル状構造体であって、
   前記コイル状部材は、長尺状部材を非円形に複数回巻いた花巻状に形成されており、
   前記コイル状部材の軸線方向に圧縮した際、前記コイル状部材の軸線に沿って螺旋状に配設される隣り合う前記長尺状部材同士の接触部において、前記コイル状部材の軸線に沿う方向に屈曲する屈曲部を備えることを特徴とするコイル状構造体。
4. 放電灯用電極として使用されるコイル状部材からなるコイル状構造体であって、
   前記コイル状部材は、長尺状部材を非円形に複数回巻いた花巻状に形成されており、
   前記コイル状部材の軸線方向に圧縮した際、前記コイル状部材の軸線に沿って螺旋状に配設される隣り合う前記長尺状部材同士の接触部において、前記コイル状部材の軸線に沿う方向に屈曲する屈曲部を備えることを特徴とするコイル状構造体。