JP7229616B1

JP7229616B1 - 構造体

Info

Publication number: JP7229616B1
Application number: JP2022208257A
Authority: JP
Inventors: 悟史山村
Original assignee: Nature Architects Inc
Current assignee: Nature Architects Inc
Priority date: 2022-12-26
Filing date: 2022-12-26
Publication date: 2023-02-28
Anticipated expiration: 2042-12-26
Also published as: WO2024143291A1; JP2024092371A

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

Description

本開示は、構造体に関する。

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。

特許第６８１７６３１号

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。

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。

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。

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。

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。

構造体１０を右上方から見た斜視図である。構造体１０を左下方から見た斜視図である。構造体１０の上面部２０を示す上面図である。構造体１０の下面部３０を示す下面図である。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る。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。構造体１１０を右上方から見た斜視図である。構造体１１０を左下方から見た斜視図である。構造体１１０の上面部１２０を示す上面図である。構造体１１０の下面部１３０を示す下面図である。構造体２１０を右上方から見た斜視図である。構造体２１０を左下方から見た斜視図である。構造体２１０の上面部２２０を示す上面図である。構造体２１０の下面部２３０を示す下面図である。構造体３１０を右上方から見た斜視図である。構造体３１０を左下方から見た斜視図である。構造体３１０の上面部３２０を示す上面図である。構造体３１０の下面部３３０を示す下面図である。構造体４１０を右上方から見た斜視図である。構造体４１０を上方から見た上面図である。構造体４１０を下方から見た下面図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

［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。

［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。

［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。

［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。

［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。

［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。

［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。

［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。

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。

Claims

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、
構造体。
請求項１記載の構造体であって、
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、
構造体。
請求項２記載の構造体であって、
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、
構造体。
請求項３記載の構造体であって、
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、
構造体。
請求項２記載の構造体であって、
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、
構造体。
請求項１記載の構造体であって、
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、
構造体。
請求項１記載の構造体であって、
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、
構造体。
請求項１記載の構造体であって、
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、
構造体。
請求項１記載の構造体であって、
前記構造体は、一体成形品である、
構造体。