(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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
ことを特徴とする木質製バネ。
【請求項２】
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請求項１記載の木質製バネ。
【請求項３】
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請求項１または２記載の木質製バネ。
【請求項４】
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請求項１〜３のいずれか１項に記載の木質製バネ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質製バネに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４９９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【発明の効果】
【００１２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る木質製バネの全体構成を示す斜視図である。
【図２】片持ち梁の構成を示す部分拡大斜視図である。
【図３】片持ち梁のたわみの様子を示すモデル図である。
【図４】片持ち梁部におけるスリット深さとスリット幅の関係を示すグラフである。
【図５】片持ち梁部におけるスリット幅と材料厚さの関係を示すグラフである。
【図６】片持ち梁部における材料厚さとスリット深さの関係を示すグラフである。
【図７】スリット幅の設定方法の考え方を示すグラフである。
【図８】木質製バネにおいて繰り返し負荷試験を行った結果を示す荷重-たわみ曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
【数１】
0005382716.tif 000002
【００２４】
また、そのときの曲げ強度σは数２で示される。
【００２５】
【数２】
0005382716.tif 000003
【００２６】
上記数１および数２をまとめると、数３となる。
【００２７】
【数３】
0005382716.tif 000004
【００２８】
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。
【００２９】
【数４】
0005382716.tif 000005
【００３０】
【数５】
0005382716.tif 000006
【００３１】
【数６】
0005382716.tif 000007
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
ホワイトオーク材を用いた予備実験の結果を示す。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
【数７】
0005382716.tif 000008
【００３９】
【数８】
0005382716.tif 000009
【００４０】
【数９】
0005382716.tif 000010
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
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。
【符号の説明】
【００６０】
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
【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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【図７】
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【図８】
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