JP7229616B1 - Structure - Google Patents
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Abstract
【課題】所定方向の引っ張り変形や圧縮変形に対して面外変形を生じる構造体を提供する。
【解決手段】第1面部と、第1面部とは反対側の第2面部とを備える板状の構造体において、第1面部は、構造体の延在方向のうち第1方向に引っ張り変形および圧縮変形したときのポアソン比が正となるように形成されており、第2面部は、第1方向に引っ張り変形および圧縮変形したときのポアソン比が負となるように形成されている。そして、構造体は、第1方向の引っ張り変形に伴って、延在方向のうち第1方向とは直交する第2方向における端部が中央部に対して第1面部側に曲げ変形し、第1方向の圧縮変形に伴って、第2方向における端部が中央部に対して第2面部側に曲げ変形する。
【選択図】図1
Kind Code: A1 A structure is provided that causes out-of-plane deformation in response to tensile deformation or compressive deformation in a predetermined direction.
A plate-like structure having a first surface and a second surface opposite to the first surface, the first surface is tensile-deformed and deformed in a first direction of the extending direction of the structure. The second surface portion is formed to have a positive Poisson's ratio when compressively deformed, and the second surface portion is formed to have a negative Poisson's ratio when tensilely and compressively deformed in the first direction. Then, the structural body is subjected to tensile deformation in the first direction, whereby the end portion in the second direction orthogonal to the first direction among the extension directions is bent toward the first surface portion side with respect to the central portion, and the Along with the compressive deformation in one direction, the end portions in the second direction are bent toward the second surface portion with respect to the central portion.
[Selection drawing] Fig. 1
Description
本開示は、構造体に関する。 The present disclosure relates to structures.
従来、6角形の単位ユニットが複数連結された形状の平面構造が提案されている(特許文献1参照)。特許文献1では、単位ユニットとして、主軸方向に引っ張り変形したときのポアソン比が正(ハニカム構造)の第1形状ユニットや、ポアソン比が負(リエントラント・ハニカム構造)の第2形状ユニットが挙げられる。第1形状ユニットによる平面構造は、主軸周りに回転する曲げ力が作用すると、双曲的曲面(鞍状曲面:ガウス曲率<0)に立体構造に変形する。第2形状ユニットによる平面構造は、主軸周りに回転する曲げ力が作用すると、楕円的曲面(ドーム状曲面:ガウス曲率>0)による立体構造に変形する。 Conventionally, a planar structure having a shape in which a plurality of hexagonal unit units are connected has been proposed (see Patent Document 1). In Patent Document 1, examples of the unit include a first shape unit having a positive Poisson's ratio (honeycomb structure) and a second shape unit having a negative Poisson's ratio (reentrant honeycomb structure) when subjected to tensile deformation in the principal axis direction. . The planar structure of the first shape unit is deformed into a three-dimensional structure into a hyperbolic curved surface (saddle-shaped curved surface: Gaussian curvature <0) when a bending force rotating around the principal axis acts. The planar structure of the second shape unit deforms into a three-dimensional structure of an elliptical curved surface (dome-shaped curved surface: Gaussian curvature > 0) when a bending force rotating around the principal axis acts.
上述の第1形状ユニットまたは第2形状ユニットによる平面構造(構造体)は、主軸周りに回転する曲げ力の作用に伴って面内変形により立体構造に変形する。技術の向上などのために、主軸方向の引っ張り変形や圧縮変形に伴って、面外変形を生じる構造体の考案も求められている。 A planar structure (structure) formed by the first shape unit or the second shape unit described above is deformed into a three-dimensional structure by in-plane deformation accompanying the action of a bending force rotating around the main axis. In order to improve the technology, it is also required to devise a structure that causes out-of-plane deformation due to tensile deformation and compressive deformation in the principal axis direction.
本開示は、所定方向の引っ張り変形や圧縮変形に対して面外変形を生じる構造体を提供することを主目的とする。 A main object of the present disclosure is to provide a structure that causes out-of-plane deformation in response to tensile deformation or compressive deformation in a predetermined direction.
本開示の構造体は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The structure of the present disclosure has taken the following measures to achieve the above main objectives.
本開示の構造体は、
第1面部と、前記第1面部とは反対側の第2面部とを備える板状の構造体であって、
前記第1面部は、前記構造体の延在方向のうち第1方向に引っ張り変形および圧縮変形したときのポアソン比が正となるように形成されており、
前記第2面部は、前記第1方向に引っ張り変形および圧縮変形したときのポアソン比が負となるように形成されており、
前記構造体は、
前記第1方向の引っ張り変形に伴って、前記延在方向のうち前記第1方向とは直交する第2方向における端部が中央部に対して前記第1面部側に曲げ変形し、
前記第1方向の圧縮変形に伴って、前記第2方向における前記端部が前記中央部に対して前記第2面部側に曲げ変形する、
ことを要旨とする。
The structure of the present disclosure is
A plate-shaped structure comprising a first surface portion and a second surface portion opposite to the first surface portion,
The first surface portion is formed to have a positive Poisson's ratio when tensilely deformed and compressively deformed in a first direction among the extending directions of the structure,
The second surface portion is formed to have a negative Poisson's ratio when subjected to tensile deformation and compression deformation in the first direction,
The structure is
Along with the tensile deformation in the first direction, an end portion in a second direction orthogonal to the first direction among the extending directions is bent toward the first surface portion with respect to the central portion,
Along with the compressive deformation in the first direction, the end portion in the second direction is bent toward the second surface portion with respect to the central portion.
This is the gist of it.
本開示の構造体では、第1面部は、構造体の延在方向のうち第1方向に引っ張り変形および圧縮変形したときのポアソン比が正となるように形成されており、第2面部は、第1方向に引っ張り変形および圧縮変形したときのポアソン比が負となるように形成されている。これにより、構造体は、第1方向の引っ張り変形に伴って、第1面部が第2方向に圧縮変形すると共に第2面部が第2方向に伸張変形することにより、第2方向における端部が中央部に対して第1面部側に曲げ変形(面外変形)する。また、構造体は、第1方向の圧縮変形に伴って、第1面部が第2方向に圧縮変形すると共に第2面部が第2方向に伸張変形することにより、第2方向における端部が中央部に対して第2面部側に曲げ変形(面外変形)する。即ち、第1方向の引っ張り変形や圧縮変形に対して面外変形を生じる構造体を提供することができる。 In the structure of the present disclosure, the first surface portion is formed such that the Poisson's ratio is positive when tensile deformation and compression deformation are performed in the first direction of the extending direction of the structure, and the second surface portion is: It is formed such that the Poisson's ratio is negative when tensile deformation and compression deformation are performed in the first direction. As a result, the structural body undergoes compressive deformation in the second direction and extensional deformation in the second direction along with the tensile deformation in the first direction. Bending deformation (out-of-plane deformation) occurs toward the first surface portion with respect to the central portion. Further, in the structure, the first surface portion is compressed and deformed in the second direction and the second surface portion is elongated and deformed in the second direction along with the compressive deformation in the first direction, so that the end portion in the second direction is centered. bending deformation (out-of-plane deformation) toward the second surface portion side with respect to the portion. That is, it is possible to provide a structure in which out-of-plane deformation occurs with respect to tensile deformation or compressive deformation in the first direction.
本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態の構造体10を右上方から見た斜視図であり、図2は、構造体10を左下方から見た斜視図であり、図3は、構造体10の上面部20を示す上面図であり、図4は、構造体10の下面部30を示す下面図である。構造体10の前後方向(第1方向)、左右方向(第2方向)、上下方向は、図1~図4に示した通りである。
Embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. 1 is a perspective view of the
構造体10は、一体成形品であり、例えば、樹脂材料やゴム材料の射出成形、ブロー成形、押出し成形、3D印刷により一体成形されたり、金属材料の鋳造、鍛造、プレス、切削、押出し成形、3D印刷などにより一体成形されたりする。図1~図4に示すように、構造体10は、全体として網目状かつ板状に形成されている。
The
図1~図4に示すように、構造体10の上面部(第1面部)20は、全体としてハニカム構造に形成されており、下面部(第2面部)30は、全体としてリエントラント・ハニカム構造に形成されている。上面部20と下面部30とは、接続部40により接続されている。
As shown in FIGS. 1 to 4, the upper surface portion (first surface portion) 20 of the
図1や図3に示すように、上面部20は、具体的には、6角形状の単位ユニット21が複数連結された形状に形成されている。単位ユニット21は、6つの辺22a~22fおよび6つの頂点23a~23fを有する。辺22a,22dは、相対的に右側、左側で左右方向に間隔をおいてそれぞれ前後方向に延在している。辺22b,22cの各一端は、それぞれ辺22a,22dの前端に接続されて頂点23a,23cを形成し、辺22b,22cの他端同士は、頂点23a,23cを通って左右方向に延在する直線(図示省略)よりも前側で互いに接続されて頂点23bを形成する。辺22e,22fの各一端は、それぞれ辺22d,22aの後端に接続されて頂点23d,23fを形成し、辺22e,22fの他端同士は、頂点23d,23fを通って左右方向に延在する直線(図示省略)よりも後側で互いに接続されて頂点23eを形成する。したがって、頂点23a~23fの各内角は、何れも劣角となる。また、辺22a,22dの長さは互いに同一に形成されており、辺22b,22c,22e,22fの長さは互いに同一に形成されており、頂点23a,23c,23d,23fの内角は互いに同一に形成されている。これらより、単位ユニット21は、頂点23b,23eを通って前後方向に延在する直線24に対して左右対称に形成されている。なお、ある単位ユニット21の辺22a,22b,22c,22d,22e,22fは、上面部20の前後左右の端部である場合を除いて、それぞれ別の単位ユニット21で辺22d,22e,22f,22a,22b,22cとなる。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
図2や図4に示すように、下面部30は、具体的には、6角形状の単位ユニット31が複数連結された形状に形成されている。単位ユニット31は、6つの辺32a~32fおよび6つの頂点33a~33fを有する。辺32a,32dは、相対的に右側、左側で左右方向に間隔をおいてそれぞれ前後方向に延在している。辺32b,32cの各一端は、それぞれ辺32a,32dの前端に接続されて頂点33a,33cを形成し、辺32b,32cの他端同士は、頂点33a,33cを通って左右方向に延在する直線(図示省略)よりも後側で互いに接続されて頂点33bを形成する。辺32e,32fの各一端は、それぞれ辺32d,32aの後端に接続されて頂点33d,33fを形成し、辺32e,32fの他端同士は、頂点33d,33fを通って左右方向に延在する直線(図示省略)よりも前側で互いに接続されて頂点33eを形成する。したがって、頂点33b,33eの内角は、それぞれ優角となり、頂点33a,33c,33d,33fの内角は、それぞれ劣角となる。また、辺32a,32dの長さは互いに同一に形成されており、辺32b,32c,32e,32fの長さは互いに同一に形成されており、頂点33a,33c,33d,33fの内角は互いに同一に形成されている。これらより、単位ユニット31は、頂点33b,33eを通って前後方向に延在する直線34に対して左右対称に形成されている。なお、下面部30の前後左右の端部である場合を除いて、ある単位ユニット31で辺32a,32b,32c,32d,32e,32fは、それぞれ別の単位ユニット31の辺32d,32e,32f,32a,32b,32cとなる。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
本実施形態では、図1や図2に示すように、構造体10において、上面部20の単位ユニット21の辺22a,22dの長さは、下面部30の単位ユニット31の辺32a,32dの長さよりも短く形成されており、辺22a,22dの全体と辺32a,32dの一部とは、上下方向に見て互いに重なっている。また、辺22b,22c,22e,22fの長さと辺32b,32c,32e,32fの長さとは、互いに同一に形成されており、辺22b,22c,22e,22fの各中点と辺32b,32c,32e,32fの各中点とは、上下方向に見て互いに重なっている。さらに、単位ユニット21の前後方向や左右方向の大きさと単位ユニット31の前後方向や左右方向の大きさとが同程度となっており、構造体10において、単位ユニット21の数と単位ユニット31の数とが同一となっている。
In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, in the
こうして構成された本実施形態の構造体10では、上面部20は、前後方向(第1方向)に引っ張り変形、圧縮変形したときに、ポアソン比が正となり、それぞれ、左右方向(第2方向)に収縮変形、伸張変形する。一方、下面部30は、前後方向に引っ張り変形、圧縮変形したときに、ポアソン比が負となり、それぞれ、左右方向に伸張変形、収縮変形する。図5は、構造体10を前後方向に引っ張り変形させたときの様子を示す説明図であり、図6は、構造体10を前後方向に圧縮変形させたときの様子を示す説明図である。図5および図6は、図1と同様に、構造体10を右上方から斜視図に相当する。構造体10を前後方向に引っ張り変形させたときには、上面部20が左右方向に収縮変形すると共に下面部30が左右方向に伸張変形する。このため、図5に示すように、構造体10は、全体として左右方向における両端部がその中央部に対して上側に曲げ変形する。言い換えると、構造体10を前後方向に引っ張り変形させたときには、構造体10は、左右方向における両端部で上向きの荷重を発生する。一方、構造体10を前後方向に圧縮変形させたときには、上面部20が左右方向に伸張変形すると共に下面部30が左右方向に圧縮変形する。このため、図6に示すように、構造体10は、全体として左右方向における両端部がその中央部に対して下側に曲げ変形する。言い換えると、構造体10を前後方向に圧縮変形させたときには、構造体10は、左右方向における両端部で上向きの荷重を発生する。これらの結果、前後方向の引っ張り変形や圧縮変形に対して面外変形を生じる構造体10を提供することができる。こうした構造体10は、例えば、モーフィング翼やロボット部品などの曲げ変形を必要とする部品に用いたり、荷重方向を変更したい機構などに用いることができる。
In the
なお、構造体10の接続部40は、構造体10のこうした面外変形を妨げるのを抑制できる形状として解析や実験などにより予め定められた形状に形成されている。また、発明者らは、解析や実験により、構造体10を前後方向に引っ張り変形や圧縮変形させたときに、上面側から第1所定範囲(構造体10の厚みに対して少なくとも1/20~1/10程度の範囲)でポアソン比が正となり、下面側から第2所定範囲(構造体10の厚みに対して少なくとも1/20~1/10程度の範囲)でポアソン比が負となることを確認した。したがって、例えば、上面側から第1所定範囲を上面部20、下面側から第2所定範囲を下面部30と考えることができる。
The
以上説明した本実施形態の構造体10では、全体として網目状かつ板状に形成されており、上面部(第1面部)21は、全体としてハニカム構造に形成されており、下面部(第2面部)30は、全体としてリエントラント・ハニカム構造に形成されている。これにより、上面部20は、前後方向に引っ張り変形、圧縮変形したときにポアソン比が正となってそれぞれ左右方向に収縮変形、伸張変形し、下面部30は、前後方向に引っ張り変形、圧縮変形したときにポアソン比が負となってそれぞれ左右方向に伸張変形、収縮変形する。この結果、構造体10を前後方向に引っ張り変形させたときには、構造体10は、全体として左右方向における両端部がその中央部に対して上側に曲げ変形し、構造体10を前後方向に圧縮変形させたときには、構造体10は、全体として左右方向における両端部がその中央部に対して下側に曲げ変形する。これらの結果、前後方向の引っ張り変形や圧縮変形に対して面外変形を生じる構造体10を提供することができる。
The
上述した実施形態では、構造体10の上面部20は、全体としてハニカム構造に形成され、下面部30は、全体としてリエントラント・ハニカム構造に形成されるものとした。即ち、上面部20および下面部30は、それぞれ6角形状の単位ユニット21,31が複数連結された形状に形成されるものとした。しかし、単位ユニット21,31の形状は、6角形状に限定されない。例えば、図7~図10の構造体110のように形成されてもよい。図11~図14の構造体210のように形成されてもよい。図15~図18の構造体310のように形成されてもよい。図19~図21の構造体410のように形成されてもよい。以下、順に説明する。
In the embodiment described above, the
最初に、構造体110について説明する。図7は、構造体110を右上方から見た斜視図であり、図8は、構造体110を左下方から見た斜視図であり、図9は、構造体110の上面部120を示す上面図であり、図10は、構造体110の下面部130を示す下面図である。構造体110の前後方向(第1方向)、左右方向(第2方向)、上下方向は、図7~図10に示した通りである。図7~図10に示すように、構造体110は、全体として網目状且つ板状に形成されており、上面部(第1面部)120と下面部(第2面部)130とが接続部140により接続されている。
First, the
図7や図9に示すように、上面部120は、4角形状の単位ユニット121が複数連結された形状に形成されている。単位ユニット121は、4つの辺122a~122dおよび4つの頂点123a~123dを有する。辺122a,122dの一端同士は、互いに接続されて頂点123dを形成し、辺122b,122cの一端同士は、互いに接続されて頂点123bを形成する。辺122a,122bの他端同士は、頂点123b,123dを通って左右方向に延在する直線(図示両略)よりも前側で互いに接続されて頂点123aを形成する。辺122c,122dの他端同士は、この直線よりも後側で互いに接続されて頂点123cを形成する。したがって、頂点123a~123dの各内角は、何れも劣角となる。また、辺122a~122dの長さは互いに同一に形成されており、頂点123b,123dの内角は互いに同一に形成されており、頂点123a,123cの内角は互いに同一に形成されている。これらより、単位ユニット131は、頂点123a,123cを通って前後方向に延在する直線124に対して左右対称に形成されており、且つ、頂点123b,123dを通って左右方向に延在する直線に対して前後対称に形成されている。なお、ある単位ユニット121の辺122a,122b,122c,122dは、上面部120の前後左右の端部である場合を除いて、それぞれ別の単位ユニット121で辺122c,122d,122a,122bとなる。
As shown in FIGS. 7 and 9, the
図8や図10に示すように、下面部130は、4角形状の単位ユニット131が複数連結された形状に形成されている。単位ユニット131は、4つの辺132a~132dおよび4つの頂点133a~133dを有する。辺132a,132dの一端同士は、互いに接続されて頂点133dを形成し、辺132b,132cの一端同士は、互いに接続されて頂点133bを形成する。辺132a,132bの他端同士は、頂点133b,133dを通って左右方向に延在する直線(図示両略)よりも前側で互いに接続されて頂点133aを形成する。辺132c,132dの他端同士は、この直線よりも前側で且つ頂点133aよりも後側で互いに接続されて頂点133cを形成する。したがって、頂点133cの内角は、優角となり、頂点133a,133b,133dの各内角は、それぞれ劣角となる。また、辺132a,132bの長さは互いに同一に形成されており、辺132c,132dの長さは互いに同一に形成されており、頂点133b,133dの内角は互いに同一に形成されている。これらより、単位ユニット131は、頂点133a,133cを通って前後方向に延在する直線134に対して左右対称に形成されている。なお、ある単位ユニット131の頂点133a,133b,133c,133dは、下面部130の前後左右の端部である場合を除いて、それぞれ別の単位ユニット131で頂点133c,133d,133a,133bとなる。
As shown in FIGS. 8 and 10, the
構造体110では、単位ユニット121の前後方向や左右方向の大きさと単位ユニット131の前後方向や左右方向の大きさとが同程度となっている。
In the
こうして構成された構造体110でも、構造体10と同様に、上面部120は、前後方向(第1方向)に引っ張り変形、圧縮変形したときに、ポアソン比が正となり、下面部130は、前後方向に引っ張り変形、圧縮変形したときに、ポアソン比が負となる。したがって、構造体10と同様に、構造体110を前後方向に引っ張り変形させたときには、構造体110は、全体として左右方向における両端部がその中央部に対して上側に曲げ変形し、構造体110を前後方向に圧縮変形させたときには、構造体110は、全体として左右方向における両端部がその中央部に対して下側に曲げ変形する。これらの結果、前後方向の引っ張り変形や圧縮変形に対して面外変形を生じる構造体110を提供することができる。発明者らは、解析や実験によりこれらのことを確認した。なお、構造体110の接続部140は、構造体110のこうした面外変形を妨げるのを抑制できる形状として解析や実験などにより予め定められた形状に形成されている。
In the
次に、構造体210について説明する。図11は、構造体210を右上方から見た斜視図であり、図12は、構造体210を左下方から見た斜視図であり、図13は、構造体210の上面部220を示す上面図であり、図14は、構造体210の下面部230を示す下面図である。構造体110の前後方向(第1方向)、左右方向(第2方向)、上下方向は、図11~図14に示した通りである。図11~図14に示すように、構造体210は、全体として略網目状且つ板状に形成されており、上面部(第1面部)220と下面部(第2面部)230とが接続部240により接続されている。
Next, the
図11や図13に示すように、上面部220は、4角形状の単位ユニット221が複数連結された形状に形成されている。単位ユニット221の形状は、構造体110の上面部120の単位ユニット121と同様の形状である。したがって、単位ユニット221についての詳細な説明は省略する。
As shown in FIGS. 11 and 13, the
図12や図14に示すように、下面部230は、8角形状の単位ユニット231が連結部235を介して複数連結された形状に形成されている。単位ユニット231は、8つの辺232a~232hおよび8つの頂点233a~233hを有する。辺232a,233hの一端同士は、互いに接続されて頂点233hを形成し、辺232b,232cの一端同士は、互いに接続されて頂点233bを形成し、辺232d,232eの一端同士は、互いに接続されて頂点233dを形成し、辺232f,232gの一端同士は、互いに接続されて頂点233fを形成する。辺232a,232bの他端同士は、頂点233h、233bを通って左右方向に延在する直線(図示省略)よりも後側(8角形状の中心側)で互いに接続されて頂点233aを形成する。辺232c,232dの他端同士は、頂点233b、233dを通って前後方向に延在する直線(図示省略)よりも右側(8角形状の中心側)で互いに接続されて頂点233cを形成する。辺232e,232fの他端同士は、頂点233d、233fを通って左右方向に延在する直線(図示省略)よりも前側(8角形状の中心側)で互いに接続されて頂点233eを形成する。辺232g,232hの他端同士は、頂点233f、233hを通って前後方向に延在する直線(図示省略)よりも左側(8角形状の中心側)で互いに接続されて頂点233gを形成する。したがって、頂点233a,233c,233e,233gの各内角は、それぞれ優角となり、頂点233b,233d,233f,233hの各内角は、それぞれ、劣角となる。また、辺232a~232hの長さは互いに同一に形成されており、頂点233b,233d、233f,233hの内角は互いに同一に形成されており、頂点233a,233c、233e,233gの内角は互いに同一に形成されている。これらより、単位ユニット221は、頂点233a,233eを通って前後方向に延在する直線234に対して左右対称に形成されており、且つ、頂点233c,233gを通って左右方向に延在する直線(図示省略)に対して前後対称に形成されている。なお、ある単位ユニット221の頂点233a,233c,233e,233gは、下面部230の前後左右の端部である場合を除いて、それぞれ連結部235を介して別の単位ユニット221の頂点233e,233g,233a,233cに連結されている。
As shown in FIGS. 12 and 14 , the
構造体210では、単位ユニット221の前後方向や左右方向の大きさと単位ユニット231の前後方向や左右方向の大きさとが同程度となっている。
In the
こうして構成された構造体210でも、構造体10と同様に、上面部220は、前後方向(第1方向)に引っ張り変形、圧縮変形したときに、ポアソン比が正となり、下面部230は、前後方向に引っ張り変形、圧縮変形したときに、ポアソン比が負となる。したがって、構造体10と同様に、構造体210を前後方向に引っ張り変形させたときには、構造体210は、全体として左右方向における両端部がその中央部に対して上側に曲げ変形し、構造体210を前後方向に圧縮変形させたときには、構造体210は、全体として左右方向における両端部がその中央部に対して下側に曲げ変形する。これらの結果、前後方向の引っ張り変形や圧縮変形に対して面外変形を生じる構造体210を提供することができる。発明者らは、解析や実験によりこれらのことを確認した。なお、構造体210の接続部240は、構造体210のこうした面外変形を妨げるのを抑制できる形状として解析や実験などにより予め定められた形状に形成されている。
In the
次に、構造体310について説明する。図15は、構造体310を右上方から見た斜視図であり、図16は、構造体310を左下方から見た斜視図であり、図17は、構造体310の上面部320を示す上面図であり、図18は、構造体310の下面部330を示す下面図である。構造体310の前後方向(第1方向)、左右方向(第2方向)、上下方向は、図15~図18に示した通りである。図15~図18に示すように、構造体310は、全体として板状に形成されており、上面部(第1面部)320と下面部(第2面部)330とが接続部340により接続されている。
Next, the
図15や図17に示すように、上面部320は、S字状の単位ユニット321AがS字状の上下方向を上面部320の前後方向としてその前後方向に複数連結された列ユニット320Aと、逆S字状の単位ユニット321Bが逆S字状の上下方向を上面部320の前後方向としてその前後方向に複数連結された列ユニット320Bと、が上面部320の左右方向に交互に並ぶように配置された形状に形成されている。下面部330は、逆S字状の単位ユニット331Aが逆S字状の左右方向を下面部330の前後方向としてその前後方向に複数連結された列ユニット330Aと、S字状の単位ユニット330BがS字状の左右方向を下面部330の前後方向としてその前後方向に複数連結された列ユニット330Bと、が下面部330の左右方向に交互に並んで互いに連結された形状に形成されている。
As shown in FIGS. 15 and 17, the
構造体310では、上面部320の単位ユニット330A,330Bは、それぞれ、下面部330の単位ユニット331A,331Bと上下方向に見て重なっている。また、構造体310では、単位ユニット321の前後方向や左右方向の大きさと単位ユニット331の前後方向や左右方向の大きさとが同程度となっており、構造体310において、単位ユニット321の数と単位ユニット331の数とが同一となっている。
In
こうして構成された構造体310でも、構造体10と同様に、上面部320は、前後方向(第1方向)に引っ張り変形、圧縮変形したときに、ポアソン比が正となり、下面部330は、前後方向に引っ張り変形、圧縮変形したときに、ポアソン比が負となる。したがって、構造体10と同様に、構造体310を前後方向に引っ張り変形させたときには、構造体310は、全体として左右方向における両端部がその中央部に対して上側に曲げ変形し、構造体310を前後方向に圧縮変形させたときには、構造体310は、全体として左右方向における両端部がその中央部に対して下側に曲げ変形する。これらの結果、前後方向の引っ張り変形や圧縮変形に対して面外変形を生じる構造体310を提供することができる。発明者らは、解析や実験によりこれらのことを確認した。なお、構造体310の接続部340は、構造体310のこうした面外変形を妨げるのを抑制できる形状として解析や実験などにより予め定められた形状に形成されている。
In the
次に、構造体410について説明する。図19は、構造体410を右上方から見た斜視図であり、図20は、構造体410を上方から見た上面図であり、図21は、構造体410を下方から見た下面図である。構造体410の前後方向(第1方向)、左右方向(第2方向)、上下方向は、図19~図21に示した通りである。図19~図21に示すように、構造体410は、全体として板状に形成されており、上面部(第1面部)420と下面部(第2面部)430とが接続部440により接続されている。
Next, the
図19~図21に示すように、構造体410では、上面部420側から下面部430側に向かうにつれて径が徐々に大きくなる貫通孔411と、下面部430側から上面部側に向かうにつれて十字状に大きくなる貫通孔412と、が前後方向および左右方向にそれぞれ間隔をおいて交互に形成されている。
As shown in FIGS. 19 to 21, the
こうして構成された構造体410でも、構造体10と同様に、上面部420は、前後方向(第1方向)に引っ張り変形、圧縮変形したときに、ポアソン比が正となり、下面部430は、前後方向に引っ張り変形、圧縮変形したときに、ポアソン比が負となる。したがって、構造体10と同様に、構造体410を前後方向に引っ張り変形させたときには、構造体410は、全体として左右方向における両端部がその中央部に対して上側に曲げ変形し、構造体410を前後方向に圧縮変形させたときには、構造体410は、全体として左右方向における両端部がその中央部に対して下側に曲げ変形する。これらの結果、前後方向の引っ張り変形や圧縮変形に対して面外変形を生じる構造体410を提供することができる。発明者らは、解析や実験によりこれらのことを確認した。
In the
上述した実施形態では、構造体10の上面部20の単位ユニット21は、全ての頂点23a~23fの内角が何れも劣角の6角形状(6角形状Aタイプ)に形成され、下面部30の単位ユニット31は、2つの頂点33b,33eの内角がそれぞれ優角であると共に4つの頂点33a,33c,33d,33fの内角がそれぞれ劣角である6角形状(6角形状Bタイプ)に形成されるものとした。構造体110の上面部120の単位ユニット121は、全ての頂点123a~123dが劣角の4角形状(4角形状Aタイプ)に形成され、下面部130の単位ユニット131は、1つの頂点133cが優角であると共に3つの頂点133a,133b,133dがそれぞれ劣角の4角形状(4角形状Bタイプ)に形成されるものとした。構造体210の上面部220の単位ユニット221は、単位ユニット121と同様の4角形状Aタイプに形成され、下面部230の単位ユニット231は、4つの頂点233a,233c,233e,233gがそれぞれ優角であると共に4つの頂点233b,233d,233f,233hがそれぞれ劣角の8角形状(8角形状Bタイプ)に形成されるものとした。しかし、構造体は、上面部が、前後方向に引っ張り変形および圧縮変形したときにポアソン比が正となるように形成され、下面部が、前後方向に引っ張り変形および圧縮変形したときにポアソン比が負となるように形成されていればよい。このため、構造体の上面部の単位ユニットと下面部の単位ユニットとの組み合わせは、これらに限定されない。例えば、4角形状Aタイプと6角形状Bタイプの組み合わせや、6角形状Aタイプと4角形状Bタイプまたは8角形状Bタイプとの組み合わせ、全ての頂点の内角が何れも劣角の8角形状(8角形状Aタイプ)と4角形状Bタイプ、6角形状Bタイプ、8角形状Bタイプの何れかとの組み合わせなどであってもよい。また、構造体の上面部および/または下面部の単位ユニットは、4角形状、6角形状、8角形状以外の多角形状、例えば、3角形状や5角形状などであってもよい。
In the above-described embodiment, the
上述した実施形態では、構造体10,110,210において、上面部20,120,220の単位ユニット21,121,221と、下面部30,130,230の単位ユニット31,131,231とは、多角形状に形成されるものとした。また、構造体310において、上面部320の単位ユニット321と下面部330の単位ユニット331とは、S字状や逆S字状に形成されるものとした。しかし、構造体において、上面部の単位ユニットと下面部の単位ユニットとのうちの一方は、多角形状に形成され、他方は、S字状や逆S字状に形成されるものとしてもよい。
In the above-described embodiments, in the
上述した実施形態では、構造体10の上面部20の単位ユニット21の前後方向や左右方向の大きさと下面部30の単位ユニット31の前後方向や左右方向の大きさとが同程度であるものとした(図3および図4参照)。しかし、単位ユニット21の前後方向や左右方向の大きさと下面部30の単位ユニット31の前後方向や左右方向の大きさとが異なるものとしてもよい。構造体110,210,310,410についても同様である。
In the above-described embodiment, the sizes of the
上述した実施形態では、構造体10は、一体成形品であるものとした。しかし、構造体10は、複数の部材、例えば、上面部20を構成する上面部用部材と、下面部30を構成する下面部用部材と、接続部40を構成する接続部用部材と、が互いに接合されて構成されるものとしてもよい。構造体110,210,310,410についても同様である。
In the embodiment described above, the
上述した実施形態では、構造体10は、上面部20と下面部30とが接続部40により接続されて構成されるものとした。しかし、構造体10は、上面部20と下面部30とが接続部40により接続された本体部と、本体部の上面部20および下面部30のうちの少なくとも何れかを被覆する被覆部と、を備えるものとしてもよい。この場合、被覆部は、例えば、本体に比して厚みが十分に薄いシート材が用いられてもよいし、本体部と一体に形成されてもよい。構造体110,210,310,410についても同様である。
In the embodiment described above, the
実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。第1~第5実施形態では、構造体10,110,210,310,410が「構造体」に相当し、上面部20,120,220,320,420が「第1面部」に相当し、下面部30,130,230,330,430が「第2面部」に相当する。また、単位ユニット21,121,221,321,421が「第1単位ユニット」に相当し、単位ユニット31,131,231,331,431が「第2単位ユニット」に相当する。
The correspondence relationship between the main elements of the embodiments and the main elements of the invention described in the column of Means for Solving the Problems will be described. In the first to fifth embodiments, the
なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。 Note that the correspondence relationship between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of Means for Solving the Problem indicates that the embodiment implements the invention described in the column of Means to Solve the Problem. Since it is an example for specifically explaining the mode for solving the problem, it does not limit the elements of the invention described in the column of the means for solving the problem. That is, the interpretation of the invention described in the column of Means to Solve the Problem should be made based on the description in that column, and the embodiment should be based on the description of the invention described in the column of Means to Solve the Problem. This is only a specific example.
以上、本開示を実施するための実施形態について説明したが、本開示はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 Although the embodiments for carrying out the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to such embodiments in any way, and can be implemented in various forms without departing from the gist of the present disclosure. is of course.
[付記]
[1]本開示の構造体は、第1面部と、前記第1面部とは反対側の第2面部とを備える板状の構造体であって、前記第1面部は、前記構造体の延在方向のうち第1方向に引っ張り変形および圧縮変形したときのポアソン比が正となるように形成されており、前記第2面部は、前記第1方向に引っ張り変形および圧縮変形したときのポアソン比が負となるように形成されており、前記構造体は、前記第1方向の引っ張り変形に伴って、前記延在方向のうち前記第1方向とは直交する第2方向における端部が中央部に対して前記第1面部側に曲げ変形し、前記第1方向の圧縮変形に伴って、前記第2方向における前記端部が前記中央部に対して前記第2面部側に曲げ変形することを要旨とする。
[Appendix]
[1] A structure according to the present disclosure is a plate-like structure including a first surface portion and a second surface portion opposite to the first surface portion, wherein the first surface portion is an extension of the structure. The second surface portion is formed to have a positive Poisson's ratio when tensilely deformed and compressively deformed in a first direction among the existing directions, and the second surface portion has a Poisson's ratio when tensilely deformed and compressively deformed in the first direction. is negative, and in the structure, the ends in a second direction perpendicular to the first direction out of the extending directions become central portions as a result of tensile deformation in the first direction. and the end portion in the second direction is bent toward the second surface portion with respect to the central portion along with the compressive deformation in the first direction. This is the gist.
本開示の構造体では、第1面部は、構造体の延在方向のうち第1方向に引っ張り変形および圧縮変形したときのポアソン比が正となるように形成されており、第2面部は、第1方向に引っ張り変形および圧縮変形したときのポアソン比が負となるように形成されている。これにより、構造体は、第1方向の引っ張り変形に伴って、第1面部が第2方向に圧縮変形すると共に第2面部が第2方向に伸張変形することにより、第2方向における端部が中央部に対して第1面部側に曲げ変形(面外変形)する。また、構造体は、第1方向の圧縮変形に伴って、第1面部が第2方向に圧縮変形すると共に第2面部が第2方向に伸張変形することにより、第2方向における端部が中央部に対して第2面部側に曲げ変形(面外変形)する。即ち、第1方向の引っ張り変形や圧縮変形に対して面外変形を生じる構造体を提供することができる。 In the structure of the present disclosure, the first surface portion is formed such that the Poisson's ratio is positive when tensile deformation and compression deformation are performed in the first direction of the extending direction of the structure, and the second surface portion is: It is formed such that the Poisson's ratio is negative when tensile deformation and compression deformation are performed in the first direction. As a result, the structural body undergoes compressive deformation in the second direction and extensional deformation in the second direction along with the tensile deformation in the first direction. Bending deformation (out-of-plane deformation) occurs toward the first surface portion with respect to the central portion. Further, in the structure, the first surface portion is compressed and deformed in the second direction and the second surface portion is elongated and deformed in the second direction along with the compressive deformation in the first direction, so that the end portion in the second direction is centered. bending deformation (out-of-plane deformation) toward the second surface portion side with respect to the portion. That is, it is possible to provide a structure in which out-of-plane deformation occurs with respect to tensile deformation or compressive deformation in the first direction.
[2]本開示の構造体において、前記第1、第2面部は、それぞれ多角形状、S字状、逆S字状の何れかの第1、第2単位ユニットが複数連結された形状に形成されているものとしてもよい。 [2] In the structure of the present disclosure, the first and second surface portions are each formed into a shape in which a plurality of first and second unit units are connected, each having a polygonal shape, an S shape, or an inverted S shape. It may be
[3]この場合の構造体(上述の[2]に記載の構造体)において、前記第1、第2単位ユニットは、それぞれ第1、第2多角形状であり、前記第1、第2多角形状は、それぞれ、頂点数が偶数であり且つ前記第1方向に平行な第1、第2対角線の両端の両頂点を有し且つ前記第1、第2対角線に対して対称となるように形成されているものとしてもよい。 [3] In the structure in this case (the structure described in [2] above), the first and second unit units are first and second polygonal shapes, respectively, and the first and second polygonal Each shape has an even number of vertices, has both vertices at both ends of first and second diagonal lines parallel to the first direction, and is formed to be symmetrical with respect to the first and second diagonal lines. It may be
[4]この場合の構造体(上述の[3]に記載の構造体)において、前記第1多角形状は、4角形状、6角形状、8角形状の何れかであって、且つ、全ての頂点の内角が何れも劣角となるように形成されており、前記第2多角形状は、前記4角形状、前記6角形状、前記8角形状の何れかであって、且つ、前記4角形状の場合、前記両頂点のうちの何れか1頂点の内角が優角となる共に残余の3頂点の内角がそれぞれ劣角となるように形成されており、前記6角形状の場合、前記両頂点の内角がそれぞれ優角となると共に残余の4頂点の内角がそれぞれ劣角となるように形成されており、前記8角形状の場合、前記両頂点を含む1つおきの4頂点の内角がそれぞれ優角である共に残余の4頂点の内角がそれぞれ劣角となるように形成されているものとしてもよい。 [4] In the structure in this case (the structure described in [3] above), the first polygonal shape is any one of a quadrangular shape, a hexagonal shape, and an octagonal shape, and all are all minor angles, and the second polygonal shape is any one of the quadrangular shape, the hexagonal shape, and the octagonal shape, and the 4 In the case of the angular shape, the interior angle of any one of the two vertices is a dominant angle, and the interior angles of the remaining three vertices are minor angles. The interior angles of both vertices are formed so as to be dominant angles and the interior angles of the remaining four vertices are minor angles. are dominant angles and the interior angles of the remaining four vertices are minor angles.
[5]第1、第2面部が第1、第2単位ユニットが複数連結された形状に形成されている態様の本開示の構造体(上述の[2]に記載の構造体)において、前記第1面部は、前記S字状の前記第1単位ユニットが前記S字状の上下方向を前記第1方向として前記第1方向に複数連結された第1列ユニットと、前記逆S字状の前記第1単位ユニットが前記逆S字状の上下方向を前記第1方向として前記第1方向に複数連結された第2列ユニットと、が前記第2方向に交互に並ぶように配置された形状に形成されており、前記第2面部は、前記S字状の前記第2単位ユニットが前記S字状の左右方向を前記第1方向として前記第1方向に複数連結された第3列ユニットと、前記逆S字状の前記第2単位ユニットが前記逆S字状の左右方向を前記第1方向として前記第1方向に複数連結された第4列ユニットと、が前記第2方向に交互に並ぶように配置された形状に形成されているものとしてもよい。 [5] In the structure of the present disclosure in which the first and second surface portions are formed in a shape in which a plurality of first and second unit units are connected (the structure described in [2] above), The first surface portion includes a first row unit in which a plurality of the S-shaped first unit units are connected in the first direction with the vertical direction of the S-shaped unit as the first direction, and the inverted S-shaped unit. A shape in which a plurality of first unit units are arranged alternately in the second direction with a plurality of second row units connected in the first direction with the vertical direction of the inverted S shape as the first direction. and the second surface portion includes a third row unit in which a plurality of the S-shaped second unit units are connected in the first direction with the horizontal direction of the S-shaped configuration as the first direction. , and fourth row units in which a plurality of the second unit units having the inverted S shape are connected in the first direction with the lateral direction of the inverted S shape as the first direction, alternately in the second direction. It is good also as what is formed in the shape arranged so that it may line up.
[6]本開示の構造体(上述の[1]に記載の構造体)において、前記第1面部は、全体としてハニカム構造に形成されており、前記第2面部は、全体としてリエントラント・ハニカム構造に形成されているものとしてもよい。 [6] In the structure of the present disclosure (the structure described in [1] above), the first surface portion is formed in a honeycomb structure as a whole, and the second surface portion is formed in a reentrant honeycomb structure as a whole. It is good also as what is formed in.
[7]本開示の構造体(上述の[1]に記載の構造体)において、前記第1面部から前記第2面部に向かうにつれて径が徐々に大きくなる第1貫通孔と、前記第2面部から前記第1面部に向かうにつれて十字状に大きくなる第2貫通孔とを有するものとしてもよい。 [7] In the structure of the present disclosure (the structure described in [1] above), a first through hole whose diameter gradually increases from the first surface portion toward the second surface portion, and the second surface portion and a second through hole that becomes larger in a cross shape as it goes from the first surface portion to the first surface portion.
[8]本開示の構造体(上述の[1]~[7]の何れかの1つの構造体)において、前記第1,第2面部のうちの少なくとも何れかを被覆する被覆部を更に備えるものとしてもよい。 [8] The structure of the present disclosure (the structure according to any one of [1] to [7] above) further includes a covering portion that covers at least one of the first and second surface portions. It can be a thing.
[9]本開示の構造体(上述の[1]~[7]の何れかの1つの構造体)において、前記構造体は、一体成形品であるものとしてもよい。 [9] In the structure of the present disclosure (the structure according to any one of [1] to [7] above), the structure may be an integrally molded product.
10,110,210,310,410 構造体、20,120,220,320,420 上面部、21,31,121,131,221,231,321,331,421,431 単位ユニット、30,130,230,330,430 下面部。
10,110,210,310,410 structure 20,120,220,320,420
Claims (9)
前記第1面部は、前記構造体の延在方向のうち第1方向に引っ張り変形および圧縮変形したときのポアソン比が正となるように形成されており、
前記第2面部は、前記第1方向に引っ張り変形および圧縮変形したときのポアソン比が負となるように形成されており、
前記構造体は、
前記第1方向の引っ張り変形に伴って、前記延在方向のうち前記第1方向とは直交する第2方向における端部が中央部に対して前記第1面部側に曲げ変形し、
前記第1方向の圧縮変形に伴って、前記第2方向における前記端部が前記中央部に対して前記第2面部側に曲げ変形する、
構造体。 A plate-shaped structure comprising a first surface portion and a second surface portion opposite to the first surface portion,
The first surface portion is formed to have a positive Poisson's ratio when tensilely deformed and compressively deformed in a first direction among the extending directions of the structure,
The second surface portion is formed to have a negative Poisson's ratio when subjected to tensile deformation and compression deformation in the first direction,
The structure is
Along with the tensile deformation in the first direction, an end portion in a second direction orthogonal to the first direction among the extending directions is bent toward the first surface portion with respect to the central portion,
Along with the compressive deformation in the first direction, the end portion in the second direction is bent toward the second surface portion with respect to the central portion.
Structure.
前記第1、第2面部は、それぞれ多角形状、S字状、逆S字状の何れかの第1、第2単位ユニットが複数連結された形状に形成されている、
構造体。 The structure of claim 1, wherein
The first and second surface portions are each formed in a shape in which a plurality of first and second unit units are connected, each being polygonal, S-shaped, or inverted S-shaped.
Structure.
前記第1、第2単位ユニットは、それぞれ第1、第2多角形状であり、
前記第1、第2多角形状は、それぞれ、頂点数が偶数であり且つ前記第1方向に平行な第1、第2対角線の両端の両頂点を有し且つ前記第1、第2対角線に対して対称となるように形成されている、
構造体。 3. The structure of claim 2, wherein
the first and second units are first and second polygonal shapes, respectively;
Each of the first and second polygonal shapes has an even number of vertices, has vertices at both ends of first and second diagonals parallel to the first direction, and are formed so as to be symmetrical at the
Structure.
前記第1多角形状は、4角形状、6角形状、8角形状の何れかであって、且つ、全ての頂点の内角が何れも劣角となるように形成されており、
前記第2多角形状は、前記4角形状、前記6角形状、前記8角形状の何れかであって、且つ、
前記4角形状の場合、前記両頂点のうちの何れか1頂点の内角が優角となる共に残余の3頂点の内角がそれぞれ劣角となるように形成されており、
前記6角形状の場合、前記両頂点の内角がそれぞれ優角となると共に残余の4頂点の内角がそれぞれ劣角となるように形成されており、
前記8角形状の場合、前記両頂点を含む1つおきの4頂点の内角がそれぞれ優角である共に残余の4頂点の内角がそれぞれ劣角となるように形成されている、
構造体。 4. The structure of claim 3, wherein
The first polygonal shape is any one of a tetragonal shape, a hexagonal shape, and an octagonal shape, and is formed so that all interior angles of all vertices are minor angles,
The second polygonal shape is any one of the quadrangular shape, the hexagonal shape, and the octagonal shape, and
In the case of the quadrangular shape, the interior angle of any one of the two vertices is formed to be a dominant angle and the interior angles of the remaining three vertices are formed to be minor angles,
In the case of the hexagonal shape, the interior angles of the two vertices are formed to be dominant angles, and the interior angles of the remaining four vertices are minor angles,
In the case of the octagonal shape, the interior angles of every other four vertices including both vertices are dominant angles, and the interior angles of the remaining four vertices are minor angles.
Structure.
前記第1面部は、前記S字状の前記第1単位ユニットが前記S字状の上下方向を前記第1方向として前記第1方向に複数連結された第1列ユニットと、前記逆S字状の前記第1単位ユニットが前記逆S字状の上下方向を前記第1方向として前記第1方向に複数連結された第2列ユニットと、が前記第2方向に交互に並ぶように配置された形状に形成されており、
前記第2面部は、前記S字状の前記第2単位ユニットが前記S字状の左右方向を前記第1方向として前記第1方向に複数連結された第3列ユニットと、前記逆S字状の前記第2単位ユニットが前記逆S字状の左右方向を前記第1方向として前記第1方向に複数連結された第4列ユニットと、が前記第2方向に交互に並ぶように配置された形状に形成されている、
構造体。 3. The structure of claim 2, wherein
The first surface portion includes a first row unit in which a plurality of the S-shaped first unit units are connected in the first direction with the vertical direction of the S-shaped unit as the first direction, and the inverted S-shaped unit. and second row units in which a plurality of the first unit units are connected in the first direction with the up-down direction of the inverted S shape as the first direction, and are arranged alternately in the second direction. formed in the shape of
The second surface portion includes a third row unit in which a plurality of the S-shaped second unit units are connected in the first direction with the left-right direction of the S-shaped unit as the first direction, and the inverted S-shaped unit. A fourth row unit in which a plurality of the second unit units are connected in the first direction with the left-right direction of the inverted S-shape as the first direction are arranged alternately in the second direction. formed in the shape of
Structure.
前記第1面部は、全体としてハニカム構造に形成されており、
前記第2面部は、全体としてリエントラント・ハニカム構造に形成されている、
構造体。 The structure of claim 1, wherein
The first surface portion is formed in a honeycomb structure as a whole,
The second surface portion is formed in a reentrant honeycomb structure as a whole,
Structure.
前記第1面部から前記第2面部に向かうにつれて径が徐々に大きくなる第1貫通孔と、前記第2面部から前記第1面部に向かうにつれて十字状に大きくなる第2貫通孔とを有する、
構造体。 The structure of claim 1, wherein
A first through hole whose diameter gradually increases from the first surface portion to the second surface portion, and a second through hole whose diameter increases in a cross shape from the second surface portion to the first surface portion,
Structure.
前記第1,第2面部のうちの少なくとも何れかを被覆する被覆部を更に備える、
構造体。 The structure of claim 1, wherein
Further comprising a covering portion covering at least one of the first and second surface portions,
Structure.
前記構造体は、一体成形品である、
構造体。 The structure of claim 1, wherein
The structure is an integrally molded product,
Structure.
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