(57)【要約】【課題】  面外変形のための力を印加する機構が面の近傍にて面に沿って配置可能な薄型変形パネルを提供すること。【解決手段】  本発明の薄型変形パネルは、薄型基板と、第一の端が薄型基板上に接合されて選択的に収縮する収縮素子と、第一の方向に伸展すると第二の方向にも伸展するオーゼティック構造を有し、一対の第二の周縁のうちの少なくとも一方が収縮素子の第二の端に接合され、収縮素子に接合されていない周縁と一対の第一の周縁の間の少なくとも一部の領域とが薄型基板に接合されているオーゼティック構造板とを含み、収縮素子によって収縮されると、オーゼティック構造板と薄型基板とが一体的に面外変形する。【選択図】        図４
2020126962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄型変形パネルであって、
面外変形可能な薄型基板と、
少なくとも一つの収縮素子にして、第一の端が前記薄型基板上に接合されて、前記第一の端と第二の端との間が選択的に収縮する収縮素子と、
面外変形可能なオーゼティック構造板にして、その面内に於ける第一の方向に沿って延在し互いに対向する一対の第一の周縁と前記第一の方向に交差する面内に於ける第二の方向に沿って延在し互いに対向する一対の第二の周縁とにより囲繞され、前記第一の方向に伸展すると前記第二の方向にも伸展するオーゼティック構造を有し、前記一対の第二の周縁のうちの少なくとも一方が前記収縮素子の第二の端に接合され、前記収縮素子に接合されていない周縁と前記一対の第一の周縁の間の少なくとも一部の領域とが前記薄型基板に接合されているオーゼティック構造板と
を含み、
前記収縮素子が収縮しても前記収縮素子の第一の端からその収縮素子の第二の端が接合されていない方の前記オーゼティック構造板の前記第二の周縁までの長さが短くならないように前記収縮素子の第一の端の位置が拘束され、前記オーゼティック構造板の前記一対の第一の周縁間の距離の変位量が前記オーゼティック構造板の伸展時の一対の第一の周縁間の面に沿った長さの変位量以上にならないように前記一対の第一の周縁の間隔が拘束された状態にて、前記収縮素子が収縮すると、前記オーゼティック構造板と前記薄型基板とが一体的に面外変形する薄型変形パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、任意の構造体等に於ける部品又は部材などとして利用可能な薄型の変形可能なパネルに係り、より詳細には、オーゼティック構造を有する薄板を用いて能動的に面外変形が可能な薄型のパネルに係る。
【背景技術】
【０００２】
一般に、固体材料のポアソン比は正であるので、固体材料から成る部材を一方向に伸長させると、その方向と垂直な方向に於いて収縮する。しかしながら、「オーゼティック構造」と称されるポアソン比が負となる構造、即ち、部材を一方向に伸長又は伸展させると、その方向と垂直な方向に於いても伸長又は伸展する特殊な構造も形成可能であり、そのような「オーゼティック構造」に関連する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、複合材料に於いて弾性率の異なる二種類の線状要素を交差させて配置することによって負のポアソン比を呈する状態を達成する複合材料の製造方法が提案されている。また、特許文献２に於いては、履物に於いてオーゼティック構造の部材を採用し、外部より印加される荷重等の入力に対し、オーゼティック構造による特異な歪特性を利用して衝撃を吸収する構成が提案されている。また、特許文献３は、負のポアソン比を有する金属発泡層を航空機の外面パネルに使用して、氷の衝突による損傷の回避と音響エネルギーの低減を図ることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１３４１０２
【特許文献２】特開２０１８−１４０２３０
【特許文献３】特開２０１９−０１１０３９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、面状構造体又はパネル状部材（以下、「パネル」と称する。）に種々の変形機能をもたせようとする場合、一般には、かかる変形の為の力を印加する機構が別途付加されることとなる。例えば、パネルに面外変形をさせる場合には、図６に描かれている如く、パネルに対してシリンダやモータなどの変形のための力を印加する機構（変形力印加機構）Ｚをパネルの面外に外装するなどの構成が取られることとなる。そのような場合には、図からも明らかな如く、変形力印加機構のための空間Ｄが必要となってしまい、これにより、そのような面外変形するパネルの利用可能な場所（機械器具の構造の一部など）が制限されることとなる。従って、もしパネルに種々の変形機能、特に、面外変形機能を付与する場合に、変形力印加機構をパネルの面外に外装することなく、パネルの面内又は面近傍にて面に沿って配置することができ、パネルが、謂わば、自律的に面外変形できるようになっていれば、そのような面外変形可能なパネルの利用可能な場所が拡がり、任意の機械器具や構造体等に於いて、従前には見られない種々の構造又は構成が達成できることが期待される。
【０００５】
上記の如き面外変形可能なパネルの構成に関して、本発明の発明者は、「従来の技術」の欄に於いて述べた如きオーゼティック構造の特殊な変形特性を利用すると、面外変形のための変形力印加機構をパネルの面内又は面近傍にて面に沿って配置した構成が実現可能であることを見出した。本発明に於いては、この知見が利用される。
【０００６】
かくして、本発明の一つの課題は、面外変形可能なパネルであって、変形のための力を印加する機構がパネルの面内及び／又は面近傍にて面に沿って配置することのできるパネルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、上記の課題は、薄型変形パネルであって、
面外変形可能な薄型基板と、
少なくとも一つの収縮素子にして、第一の端が前記薄型基板上に接合されて、前記第一の端と第二の端との間が選択的に収縮する収縮素子と、
面外変形可能なオーゼティック構造板にして、その面内に於ける第一の方向に沿って延在し互いに対向する一対の第一の周縁と前記第一の方向に交差する面内に於ける第二の方向に沿って延在し互いに対向する一対の第二の周縁とにより囲繞され、前記第一の方向に伸展すると前記第二の方向にも伸展するオーゼティック構造を有し、前記一対の第二の周縁のうちの少なくとも一方が前記収縮素子の第二の端に接合され、前記収縮素子に接合されていない周縁と前記一対の第一の周縁の間の少なくとも一部の領域とが前記薄型基板に接合されているオーゼティック構造板と
を含み、
前記収縮素子が収縮しても前記収縮素子の第一の端からその収縮素子の第二の端が接合されていない方の前記オーゼティック構造板の前記第二の周縁までの長さが短くならないように前記収縮素子の第一の端の位置が拘束され、前記オーゼティック構造板の前記一対の第一の周縁間の距離の変位量が前記オーゼティック構造板の伸展時の一対の第一の周縁間の面に沿った長さの変位量以上にならないように前記一対の第一の周縁の間隔が拘束された状態にて、前記収縮素子が収縮すると、前記オーゼティック構造板と前記薄型基板とが一体的に面外変形する薄型変形パネルによって達成される。
【０００８】
上記に於いて、「面外変形」とは、薄板状の部材、即ち、薄型基板及びオーゼティック構造板、の内側の領域がその周縁に対して相対的に面方向に対して垂直な方向に突出して変位する変形のことを言うものとする。「薄型基板」は、自律的に（即ち、外力を用いずに）面状構造を保持できる剛性を有し且つ面外方向に湾曲可能な任意の弾性体材料（金属、樹脂、プラスチック、複合材料、紙、木材等）にて形成されてよい。「収縮素子」は、選択的に収縮可能な任意の素子、例えば、形状記憶合金或いは圧電体にて形成された素子であり、薄型基板の面に沿って配置可能な帯状又はストラップ状に形成された部材が利用可能である。収縮素子は、上記の如く、第一の端が薄型基板上に接合されて薄型基板に沿って延在し、第二の端がオーゼティック構造板の周縁に接合される。「オーゼティック構造板」は、上記の如きオーゼティック構造の変形特性を有する板状の部材であり、面外方向に湾曲可能な任意の弾性体材料（金属、樹脂、プラスチック、複合材料、紙、木材等）にて形成されてよく（好適には、自律的に面状構造を保持できる剛性を有していてよいが、それに限定されなくてもよい。）、上記の如く、収縮素子が接合されていない周縁と、一対の対向する第一の周縁の間の少なくとも一部の領域とが薄型基板に接合される。この点に関し、収縮素子は、オーゼティック構造板の一対の第二の周縁の双方に接合されてよく、その場合には、収縮素子がオーゼティック構造板の第二の周縁のそれぞれから第一の方向に沿って外方に延在し、収縮素子のそれぞれの第一の端が薄型基板に接合され、オーゼティック構造板の一対の対向する第一の周縁が薄型基板に接合されることとなる。また、収縮素子がオーゼティック構造板の一対の第二の周縁の一方にのみ接合されている構成であってもよく、その場合には、オーゼティック構造板の一対の対向する第一の周縁と収縮素子が接合されていないオーゼティック構造板の第二の周縁とが薄型基板に接合されることとなる。そして、上記の構成に於いて、収縮素子の第一の端からその収縮素子の第二の端が接合されていない方のオーゼティック構造板の第二の周縁までの長さが短くならないように保持されれば、収縮素子が収縮したときには、オーゼティック構造板が収縮素子の収縮方向に平行に必ず伸展されることとなるので、上記の如く、収縮素子が収縮しても、収縮素子の第一の端からその収縮素子の第二の端が接合されていない方のオーゼティック構造板の第二の周縁までの長さが短くならないように、即ち、収縮素子の収縮時にはオーゼティック構造板が確実に伸展されるように、収縮素子がオーゼティック構造板の一対の第二の周縁の両側に接合されている場合には、両側の収縮素子の第一の端の間隔が拘束されるように、又は、収縮素子がオーゼティック構造板の一対の第二の周縁の片方にのみ接合されている場合には、収縮素子の第一の端と（収縮素子が接合されていない方の）オーゼティック構造板の第二の周縁との間隔が拘束されるように、薄型基板上の収縮素子の第一の端の位置が拘束されるとともに、薄型基板上に於いてオーゼティック構造板の一対の第一の周縁が接合された部位（線状領域となる。）は、かかる部位間の距離がオーゼティック構造板の伸展時に於けるオーゼティック構造板の一対の第一の周縁間の面に沿った長さよりも短い状態が維持されるように拘束される。
【０００９】
上記の構成によれば、薄型基板上の収縮素子の接合部位（又は、更に薄型基板上のオーゼティック構造板の第二の周縁の接合部位）が上記の如く拘束されているので、オーゼティック構造板の第二の周縁の両側又は片側にて収縮素子が収縮すると、オーゼティック構造板が、先ず、第一の方向に沿って伸展される。そうすると、オーゼティック構造板の特性から第二の方向に沿っても伸展するところ、オーゼティック構造板の第一の周縁は、上記の如く変位が制限されるように拘束されているので、オーゼティック構造板の第一の周縁の間の面に沿った長さが第一の周縁間の距離よりも長くなり、第一の周縁の間の面に沿った長さと第一の周縁間の距離との差分を吸収するべく、オーゼティック構造板が面外変形することとなる。その際、オーゼティック構造板の第一の周縁の間の少なくとも一部の領域も薄型基板に接合されているので、薄型基板もオーゼティック構造板と共に面外変形することとなる。かかるオーゼティック構造板と薄型基板との面外変形は、収縮素子を収縮させるだけで達成されるので、収縮素子を任意の時期にて収縮させることにより、任意の時期に薄型変形パネルの面外変形を実行することが可能である。そして、上記の構成に於いて、収縮素子は、オーゼティック構造板の面に沿って収縮できるように設けられればよいので、収縮素子としてオーゼティック構造板の面に沿って、好ましくは、面内に配置できる形状のものを採用することが可能となり、かくして、オーゼティック構造板を面外変形させるための力（この場合は、オーゼティック構造板の伸展力）を印加する機構がオーゼティック構造板の面内又は面の近傍にて面に沿って配置できることとなる。
【００１０】
また、上記の本発明の構成に於いて、上記の如きオーゼティック構造板と薄型基板の面外変形を発生させるために、薄型基板に接合される収縮素子の第一の端とオーゼティック構造板の第一及び／又は第二の周縁とは、上記の如く拘束された状態とされるところ、かかる状態を達成できるように、薄型基板に於けるそれらの接合部位は、任意の態様にて固定されていてよい。例えば、一つの態様に於いては、オーゼティック構造板の周縁の接合部位と収縮素子の接合部位を結ぶ線状領域が剛体材料から成る枠部材に固定されるか、剛体材料そのもので形成されていてよい。或いは、薄型基板に於ける収縮素子の接合部位間又は収縮素子の接合部位とオーゼティック構造板の周縁の接合部位との間が互いに近接しないように、当該部位の間が剛体棒材にて連結されるなどされてもよく、或いは、オーゼティック構造板の周縁の接合部位に対して、その周縁方向のばね定数がオーゼティック構造板及び薄型基板のばね定数よりも高い帯状体などの部材が接合されていてもよい。帯状体としては、周縁長の変化が上記の如く小さくなるような幅又は厚みの形状にて形成したものなどが採用可能である。或いは、本発明の薄板状パネルが任意の構造体の表面の一部として固定される或いは嵌め込まれる場合には、収縮素子の第一の端とその収縮素子の第二の端の接合されていない側のオーゼティック構造板の第二の周縁との間の長さが短くならないように、そして、オーゼティック構造板の一対の第一の周縁に接合された薄型基板に於ける部位がそれらの部位間の距離の変位量が前記オーゼティック構造板の伸展時の一対の第一の周縁間の面に沿った長さの変位量以上とならないように、薄型基板に於ける各部位が、構造体の表面に対して、接着、締結等の任意の態様にて、固定されていてもよい。
【００１１】
実施の形態に於いて、後の実施形態の欄にて説明される如く、具体的には、オーゼティック構造板は、第一の方向に沿った一対の対向する第一の周縁と、第二の方向に沿った一対の第二の周縁と、第一の周縁の両端に接続され対称的に対向する周縁側へ湾曲し第一の周縁の中点とオーゼティック構造板の中心との間に在る点を通過して延在する少なくとも一つの中間湾曲線と、中間湾曲線の中点と第一の周縁の中点とを結ぶ中点連結線とのそれぞれに沿って任意に設定されてよい幅にて材料が存在し、その他の領域に於いて材料が肉盗みされた形状の薄板状の部材として形成されてよい。
【発明の効果】
【００１２】
かくして、本発明の薄型変形パネルに於いては、面外変形を生ずるための変形力印加機構が、パネルの面内又は面近傍にて面に沿って配置することが可能となっており、謂わば、パネルが自律的に（面外から力を付与する必要なく）面外変形できるようになった構成となっているということができる。かかる構成によれば、薄型変形パネルの両側に於いて、収縮素子の制御のための配線構造等以外には、変形力印加機構を設けるためのスペースを確保する必要がなくなるので、後の実施形態の欄にて例示されている如く、選択的に面外変形を生ずる薄型変形パネルを従前より広い範囲にて利用できるようになることが期待される。
【００１３】
本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態による薄型変形パネルの一つの実施形態の模式的な斜視図である（（Ａ）は、説明の目的で、構成要素を分解して示している。）。図１（Ｃ）、（Ｄ）は、それぞれ、本実施形態による薄型変形パネルの、図１（Ｂ）に於ける（Ｃ）、（Ｄ）にて示された線に沿って見た構成要素の接合状態を説明する模式的に断面図である。図１（Ｅ）は、本実施形態による薄型変形パネルの収縮素子に配置される加熱要素の構成を模式的に表した図である。
【図２】図２は、本実施形態による薄型変形パネルのもう一つの実施形態の模式的な斜視図である。
【図３】図３（Ａ）、（Ｂ）は、図１（Ａ）の本実施形態による薄型変形パネルのオーゼティック構造板の模式的な平面図である。（Ａ）は、伸展前であり、（Ｂ）は、伸展後である。
【図４】図４（Ａ）は、図１（Ａ）、（Ｂ）に例示の薄型変形パネルに於いて面外変形を発生させた場合の計算シミュレーション画像であり、図４（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ、図４（Ａ）に於ける線（Ｂ）、（Ｃ）に沿ってみた断面図である。
【図５】図５は、本実施形態による本実施形態による薄型変形パネル種々の用途を説明する図である。
【図６】図６は、パネルを面外変形させる場合の従前の変形力印加機構について説明する模式図である。
【符号の説明】
【００１５】
Ｐ…薄型変形パネル
１…薄型基板
１ａ、１ｂ…薄型基板の縁
２…オーゼティック構造板
２ａ、２ｂ…オーゼティック構造板の周縁
２ｃ…オーゼティック構造板の中間湾曲帯
２ｄ…オーゼティック構造板の中点連結帯
３、４…収縮素子
５…加熱要素
３…薄板
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施形態について詳細に説明する。図中、同一の符号は、同一の部位を示す。
【００１７】
薄型変形パネルの構成
図１（Ａ）、（Ｂ）を参照して、本実施形態の薄型変形パネルＰは、図示の如く、薄型基板１上にオーゼティック構造板２が重畳され、以下に説明される態様にて接合され、オーゼティック構造板２の一対の対向する周縁２ａと薄型基板１ａとの間に帯状の収縮素子３、４が並置されて、以下に説明される態様にて接合された構成を有する。
【００１８】
図示の構成に於いて、薄型基板１は、自律的に、即ち、外力を用いないで、面状構造を保持できる或る程度の剛性を有し、且つ、面外方向に湾曲可能な任意の弾性体材料、例えば、金属、樹脂、プラスチック、複合材料、紙、木材等にて形成されてよい。
【００１９】
薄型基板１上に載置されるオーゼティック構造板２も、面外方向に湾曲可能な任意の弾性体材料、例えば、金属、樹脂、プラスチック、複合材料、紙、木材等にて形成されてよい。オーゼティック構造板２は、図示の如く、二組の対向する一対の周縁２ａ、２ｂにより囲繞され、そのうち、周縁２ｂ（第一の周縁）は、薄型基板１上に接合される。なお、図では、オーゼティック構造板２と薄型基板１とは、周縁２ｂに直交する方向（第二の方向）の幅が同じであるので、オーゼティック構造板２の周縁２ｂは、薄型基板１の近接する縁１ｂに接合されてよいが、これに限定されない。一方、オーゼティック構造板２の周縁２ａ（第二の周縁）は、帯状の収縮素子３、４を介して薄型基板１上に接合される。この点に関し、図１（Ａ）、（Ｂ）にて例示されている如く、オーゼティック構造板２の一対の周縁２ａの双方に収縮素子３、４が接合されていてもよく、図２にて例示されている如く、オーゼティック構造板２の一対の周縁２ａのうちの片方のみに収縮素子３、４が接合されていてもよい。いずれの場合も、図から理解される如く、周縁２ａに直行する方向（第一の方向）に於いては、オーゼティック構造板２は、少なくとも一方の周縁２ａが収縮素子３、４を介して薄型基板１上に接合されるので、その寸法は、薄型基板１よりも短くなる。
【００２０】
オーゼティック構造板２は、「発明の概要」の欄に於いて述べた如く、第一の方向に伸展すると第二の方向にも伸展するオーゼティック構造を有する。本実施形態に於いて、オーゼティック構造板２は、例えば、下記の如くであってよい。図１（Ａ）、（Ｂ）又は図３（Ａ）を参照して、まず、オーゼティック構造板２に於いては、その周囲にて、或る程度の（面方向の）幅を有するように二組の対向する一対の周縁２ａ、２ｂが画定される。そして、一対の周縁２ｂのそれぞれの内側に於いて、周縁２ｂの両端に接続され、対称的に内方へ湾曲し、周縁２ｂの中点とオーゼティック構造板２の中心との間の点を通過するように弧を描いた中間湾曲線に沿って或る程度の（面方向の）幅を有する中間湾曲帯２ｃが少なくとも１条ずつ画定され（図示の例では、周縁２ｂのそれぞれの内側に２条ずつ画定されている。）、更に、中間湾曲帯２ｃの中点と周縁２ｂの中点を連結する中点連結線に沿って或る程度の（面方向の）幅を有する中点連結帯２ｄが周縁２ｂのそれぞれの内側に画定される。かくして、オーゼティック構造板２を、上記の如く画定された周縁２ａ、２ｂ、中間湾曲帯２ｃ、中点連結帯２ｄに於いて材料が存在し、それ以外の領域が刳り抜かれた状態に形成した場合には、後に説明される如く、周縁２ａをその延在方向に対して垂直にそれぞれ外方に牽引して構造を伸展すると、構造が周縁２ａの延在方向にも伸展することとなる。
【００２１】
オーゼティック構造板２の周縁と薄型基板１との間に配置され接合される収縮素子３、４は、オーゼティック構造板２と薄型基板１の面内にて延在する帯状又はストラップ状に形成された選択的に収縮可能な任意の素子であってよい。収縮素子３、４としては、具体的には、例えば、所定の温度に達すると収縮する形状記憶合金からなる素子や、印加電圧を調節することにより伸縮する圧電体からなる素子などが有利に用いられる。これらの収縮素子の場合、素子の伸縮のための温度制御のための加熱用ヒータや素子に電圧を印加するための電極を備える必要があるが、そのために用いられる部品は、電気ケーブル、電気抵抗線、電極板などであり、オーゼティック構造板２と薄型基板１の面外に於いて殆ど空間を必要せず、薄型変形パネルＰの作動に必要な部品は、その面内又は面近傍にて面に沿って収容可能である（収縮素子の温度制御装置や電圧制御装置が、電気ケーブルを介して、薄型変形パネルＰへ接続されることとなるが、それらの制御装置は、薄型変形パネルＰ本体に近接した領域に於いて配置される必要はなく、従って、薄型変形パネルＰの面の近傍に大きなスペースを要する部品は用いる必要がないので、薄型変形パネルＰの設置に於いては、薄型変形パネルＰが面外変形可能なスペースがあれば、十分となる。）。
【００２２】
かくして、上記の薄型変形パネルＰの構成に於いて、既に述べた如く、オーゼティック構造板２は、薄型基板１上に載置され、一対の対向する周縁２ｂが、まず、薄型基板１の縁１ｂに対して接合され、更に、後に説明する如く、薄型基板１に於いて面外変形が生ずるように、中間湾曲帯２ｃ、中点連結帯２ｄの少なくとも一部（例えば、図１（Ｂ）中の中間湾曲帯２ｃに沿った点線領域）、好ましくは、全域が薄型基板１の表面に対して接合されてよい（図１（Ｃ）参照。図に於いて、Ｓが接合部位を示している。）。一方、オーゼティック構造板２の一対の対向する周縁２ａについては、図１（Ａ）の如く、オーゼティック構造板２の両側に収縮素子３、４が配置される場合には、一対の周縁２ａの双方が収縮素子３、４の端部３ａ、４ａに接合され、収縮素子３、４の端部３ｂ、４ｂが薄型基板１の、例えば、縁１ａに対して接合されてよい（図１（Ｄ）参照。図に於いて、Ｓが接合部位を示している。）。また、図２の如く、オーゼティック構造板２の片側に収縮素子３、４が配置される場合には、収縮素子３、４の配置される側の構成は、上記と同じであってよく、収縮素子３、４の配置されない側に於いては、オーゼティック構造板２の周縁２ａが直接に薄型基板１の、例えば、縁１ａに対して接合されてよい。収縮素子３、４が形状記憶合金からなる素子である場合には、例えば、図１（Ｅ）に例示される如く、収縮素子３、４上に加熱要素５（電気抵抗線）を配置することによって、収縮素子３、４の加熱が可能となる。
【００２３】
ところで、「発明の概要」に於いても述べた如く、上記の薄型変形パネルＰの構成に於いて、オーゼティック構造板２と薄型基板１とが面外変形を生ずるためには、収縮素子３、４の収縮時に一対の周縁２ａが互いに離れる方向にオーゼティック構造板２が確実に伸展させられると共に、一対の周縁２ｂの間の距離が周縁２ｂの間に於けるオーゼティック構造板２及び薄型基板１の面に沿った長さよりも短くなっていることが必要となる。従って、かかる条件が満たされるように、即ち、収縮素子の収縮時に、収縮素子３、４の端部３ｂ、４ｂ間の距離が短くならないように、且つ、オーゼティック構造板２の周縁２ｂ間の距離が過剰に増大しないように、薄型変形パネルＰの周囲は、任意の態様にて拘束される。具体的には、図１（Ａ）の如く、オーゼティック構造板２の周縁２ａの両側に収縮素子３、４が配置される構成に於いては、両側の収縮素子３、４の端部３ｂ、４ｂの距離が実質的に短縮しないように任意の手法にて保持されるようになっていてよい（「実質的に短縮しない」とは、収縮素子３、４の収縮量以上に端部３ｂ、４ｂ間の距離が短縮されないことを言う。）。例えば、両側の収縮素子３、４の端部３ｂ、４ｂの間に剛体材料からなる棒材や枠部材が配置されて、端部３ｂ、４ｂの間の距離が保持されるようになっていてよい。また、同様に、図２の如く、オーゼティック構造板２の片側に収縮素子３、４が配置される構成に於いては、一方の側の収縮素子３、４の端部３ｂ、４ｂの薄型基板に対する接合部位と他方の側の周縁２ａの薄型基板に対する接合部位との間に、剛体材料からなる棒材や枠部材が配置されて、接合部位間の距離が保持されるようになっていてよい。オーゼティック構造板２の周縁２ｂ間に於ける拘束についても、周縁２ｂ間に剛体材料からなる棒材や枠部材が配置されて、周縁２ｂ間の距離の増大が制限されるようになっていてよい。或いは、オーゼティック構造板２の周縁２ｂ（又は２ａ）の接合部位と収縮素子の端部３ｂ、４ｂ接合部位を結ぶ線状領域が剛体材料から成る枠部材に固定されるか、剛体材料そのもので形成されていてよい。更に別の態様に於いては、オーゼティック構造板２の周縁の接合部位に対して、その周縁方向のばね定数がオーゼティック構造板２及び薄型基板１のばね定数よりも高い帯状体などの部材（図示せず）が接合されるなどされていてもよい。帯状体としては、周縁長の変化が上記の如く小さくなるような幅又は厚みの形状にて形成したものなどが採用されてよい。或いはまた、薄型変形パネルＰが任意の構造体の表面の一部として固定される或いは嵌め込まれる場合には、上記の要件を満たすように薄型基板に於ける各部位が、構造体の表面に対して、接着、締結等の任意の態様にて、固定されていてもよい。
【００２４】
上記の収縮素子３、４について、収縮素子３の組と収縮素子４の組とは、同時に収縮させてもよく、別々に収縮させてもよい。後に詳細に説明される如く、本実施形態の薄型変形パネルＰは、収縮素子が収縮する度に面外変形が生ずるので、収縮素子の伸縮を反復すると、それに追従して、面外変形が反復して生じ、平面状態と面外変形状態が交互に出現することが期待されるところ、一つの収縮素子に於いて伸縮のサイクルに上限がある場合には、収縮素子３の組と収縮素子４の組とを交互に伸縮させることで、面外変形の反復の上限サイクルを２倍にすることが可能となる。
【００２５】
薄型変形パネルの作動
図３（Ａ）、（Ｂ）を参照して、オーゼティック構造板２に於いて、収縮素子３、４が収縮して、オーゼティック構造板２の一対の周縁２ａに対してそれらが互いに離れる方向に力Ｆが作用すると、周縁２ａがそれぞれ、矢印αの方向に変位して、オーゼティック構造板２が伸展することとなる。そうすると、周縁２ｂの内側に延在する複数の中間湾曲帯２ｃが、それぞれ、伸長されると共に、外方へ、矢印αの方向に対して略垂直な矢印βの方向に、互いに距離を拡げつつ変位し、更に、その変位が中点連結帯２ｄによって周縁２ｂまで順次伝達され、周縁２ｂが変形することとなるので、オーゼティック構造板２が、収縮素子の収縮方向に対して垂直な方向にも伸展することとなる。そして、オーゼティック構造板２に積層された薄型基板１は、オーゼティック構造板２の周縁２ｂ（或いは、周縁２ａの片方にのみ収縮素子３、４が配置されている場合には、更に、収縮素子３、４が配置されていない方の周縁２ａ）と、一対の周縁２ｂの間の少なくとも一部のそれぞれに対して接合されているので、薄型基板１もオーゼティック構造板２と共に全方向に伸展することとなる。
【００２６】
上記の如く、収縮素子の収縮に伴ってオーゼティック構造板２と薄型基板１が伸展する際、既に述べた如く、例えば、一対の対向する周縁２ｂの相対的な位置関係が、実質的に変化しないように保持されるなどして、周縁２ｂ間の距離は、オーゼティック構造板２と薄型基板１の伸展した面に沿った周縁２ｂ間の長さよりも長くならないように拘束されているので、オーゼティック構造板２と薄型基板１は、図４に例示されている如く、面外に突出するように湾曲することによって周縁２ｂ間の距離とオーゼティック構造板２と薄型基板１の面に沿った周縁２ｂ間の長さとの差を吸収しつつ伸展することとなる。
【００２７】
計算実験例
上記の本実施形態の薄型変形パネルの具体的に設計された構成に生ずる面外変形の程度を計算シミュレーションにより検証した。
【００２８】
薄型変形パネルの構成に於いて、薄型基板には、２００ｍｍ（縁１ａ）×３２０ｍｍ（縁１ｂ）×０．１ｍｍ（厚み）の寸法の鋼板（縦弾性率２００ＧＰａ）を設定した。オーゼティック構造板には、１９８ｍｍ（周縁２ａ）×２４０ｍｍ（周縁２ｂ）×０．３ｍｍ（厚み）の寸法のチタン鋼板（縦弾性率１１４ＧＰａ）を設定した。収縮素子としては、幅１８ｍｍ×長さ４０ｍｍ×厚み０．５ｍｍのＮｉ−Ｔｉ系形状記憶合金製の帯状素子（弾性率が１１４ＧＰａ）を設定した。収縮素子の形状記憶合金は、８０℃にて５％の収縮が発現するように形状記憶処理し、収縮応力が常用において５００Ｍｐａ、最大において８００Ｍｐａにて発生するものとし、（収縮前の状態に戻すための）原形復帰応力が−１５０ＭＰａであるものとした。なお、収縮素子は、一旦８０℃に加温して記憶形状（５％の収縮）を発現させた後に収縮方向と同じ方向に沿って６−８％の伸び歪を与えるように張力を付加し、その後、張力を除去した状態で長さを４０ｍｍに調整したものとした。収縮素子は、図１（Ａ）、（Ｂ）の如く、オーゼティック構造板の両側の周縁に配置し、上記の説明された如く、薄型基板上にオーゼティック構造板及び収縮素子が載置され互いに接合されるものとした。収縮素子の加温は、図１（Ｅ）に例示されている如く収縮素子に取り付けられた加熱要素によって為されるものとした。
【００２９】
図４（Ａ）〜（Ｃ）は、上記の設計条件の構成に於いて、全ての収縮素子を８０℃にて加温したとの条件にてＦＥＭ解析による計算シミュレーションによって得られた面外変形の生じた薄型変形パネルの状態を示している。薄板部材の変位を見積もったところ、変形前の面の位置からの凸状に突出した面の変位は、基板の中心に於いて、約７６ｍｍであった。かくして、上記の本実施形態の構成により、選択的に面外変形可能な薄型変形パネルが実現可能であることが示された。
【００３０】
ところで、上記の如く収縮素子として形状記憶合金製の素子を用いた場合、加温により収縮素子が収縮した後に、加温を停止しても、収縮素子は、張力を与えない限り収縮したまま状態となる。この点に関し、上記の構成の薄型変形パネルに於いては、薄型基板とオーゼティック構造板とは鋼板製等であり、収縮素子の収縮により生じた面外変形は、弾性変形であるので、収縮素子の加温停止後に於いては、薄型基板とオーゼティック構造板に於ける弾性力が薄型基板とオーゼティック構造板を変形前の平板状へ復帰する方向に復帰させるべく収縮する方向に作用し、これにより、収縮素子が伸長されることとなる。従って、収縮素子の加温の実行と停止を反復すると、薄型変形パネルの面外変形と平板状態への復帰が反復されることとなる。なお、記憶形状が発現した状態、即ち、収縮した状態の収縮素子を収縮前の状態に戻すために必要となる応力（原形復帰応力）は、収縮素子の収縮時に発生させる常用収縮応力の１５〜２０％程度となるので、薄型基板とオーゼティック構造板の厚みや寸法は、好ましくは、薄型基板とオーゼティック構造板に於いて面外変形により発生する弾性力が原形復帰応力を賄えるように設定されてよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
上記の本実施形態の面外変形可能な薄型変形パネルは、種々の用途にて利用可能である。例えば、図５（Ａ）にて描かれている如く、薄型変形パネルＰは、車両のボディに於いて、空力特性の変更、衝撃力吸収、意匠の変更などを目的としたボディ表面の（ＰからＰｍの如く変形する）面外変形要素として、或いは、車内のダッシュボード等の内装部材の要素として利用可能である。また、図５（Ｂ）にて描かれている如く、薄型変形パネルＰは、ボードＳＬＢが直立した支柱に取り付けられている太陽光パネル、標識、看板などの構造物において、日照追従、防眩、視覚強調等の目的で、ボードＳＬＢの向きを変更するための（ＰからＰｍの如く変形する）駆動要素として利用可能である。更に、図５（Ｃ）にて描かれている如く、薄型変形パネルＰは、軽量化、飛行性能向上を意図した航空機翼外板や、駆動デバイスが不要なフラップ等のコントロールサーフェス部材に於ける面外変形要素として利用可能である。そして、また更に、図５（Ｄ）にて描かれている如く、荷物搬送や自走ロボットの駆動デバイスに於いて、薄型変形パネルを複数個配列して適宜面外変形を発現させて、荷物Ｒなどを移送するための波運動を発現することなども考えられる。理解されるべきことは、上記の如き、薄型変形パネルの利用に於いて、パネルを面外変形させるための変形力を印加する機構は、面内又は面近傍にて面に沿って配置されており、面外に確保すべきスペースが大幅に低減されるという点である。
【００３２】
以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の装置に適用されることは明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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