(57)【要約】      （修正有）【課題】流動体状態と剛構造体状態とを素早く相互に変換し、任意の形状が得られる剛構造体構成手段を提供する。【解決手段】多数の大きさが均一な球体２を閉じ込めた気密袋１を気密袋容積縮小手段７により球体間に圧縮応力をかけて、球体群を剛構造を成す最密構造状態に拘束することで、任意の形状の剛構造体を構成する。【効果】本発明は、流動体状態と剛構造体状態とを素早く相互に変換する事を実現するものであり、様々な形状に即応でき、何度でもやり直せる等の特徴を持つ構造体の造形方法であり、様々な用途に応用できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の大きさが均一な球体と、それらを閉じ込める袋と、球体間に圧縮応力をかけて球体を最密構造状態に拘束することのできる袋容積縮小手段とによる、剛構造体構成装置とその方法。
【請求項２】
構造材として球に近い多面体等の粒材を用いた請求項１の剛構造体構成装置。
【請求項３】
球体として球体表面に摩擦係数の高い素材や引っ掛り構造を有するものを用いた請求項１〜２の剛構造体構成装置。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の剛構造体構成装置により剛構造体状態にある球体群を、剛構造体状態を維持したまま、球体群の隙間に硬化型樹脂を充填することで剛構造体状態を永続的に維持するための装置。
【請求項５】
球体を供給する供給源を気密袋と別に設け、気密袋内の球体の量を変化させることにより体積の変更が可能な、請求項１〜３に記載の大きさが均一な球体を用いた球体群の剛構造体構成装置を利用した災害救助用崩壊防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造材の造形に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流動体から剛構造体を構成する方法としては鋳造や化学反応、溶剤乾燥型、光硬化樹脂等種々の方法があるが、相互に相変換しようとしても任意に素早く相互に相変換する事はできなかった。
【０００３】
又、気密袋に粉体や粒状の材料を閉じ込め袋内の減圧により充填物を締め固める事で構造形状を保持しようとするものがあるが、充填物を大きさが均一な球体に限定していない為に最密状態が剛構造に成らず、強固な剛構造体を形成する事ができなかった。
【特許文献１】特開２００４_１２３８４０
【特許文献２】特開２００４_３２１５８３
【特許文献３】特開平１０_１１０４１６
【特許文献４】特開平１１_９００６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
流動体状態と剛構造体状態とを素早く相互に変換し、任意の形状が得られる剛構造体構成手段を実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、多数の大きさが均一な球体を閉じ込めた袋を袋容積縮小手段により球体間に圧縮応力をかけて、球体群を剛構造を成す最密構造状態に拘束することで、任意の形状の剛構造体を構成するものである。
【０００６】
袋内の容積を最小にする方法としては球体を通さない網状の袋に入れ締め付けたり圧迫する等の方法が考えられるが、利用範囲の広いその他の方法として気密袋を用いた以下の方法を説明する。大きさが均一な球体と流体の混合物を気密性のある柔軟な袋で閉じ込め、その袋内の混合物の流体成分のみをフィルターを通して吸引するポンプ等の仕組みから成り、流体として気体を使用するもの（図１）と、流体として液体を使用するもの（図２）が有り、どちらも、流体成分を吸引する事で生じる袋内外の圧力差に依り、袋内の球体を、最密構造状態に拘束し、流動状態から剛構造体状態に素早く変化させる事のできるものであり、可逆的でくり返し変化可能な剛構造体構成装置を提供するものである。
【０００７】
その混合物は、各々の球体の周りに流体が充分に存在し、球体同士の摩擦が生じていないか小さい状態（図３）では、全体として自由に変形させる事ができるが、流体を吸引して袋内の圧力を下げると、大気圧等の外部圧力との圧力差により袋の体積が最小に成り、球体が最密構造状態に拘束される。又、どの状態に於いても、球体の周りには流体が通過できる連続した空間が常に存在するので流体の流れを阻害せず、袋内を等圧に保つ。
【０００８】
この構造を局部的に見ると、隣り合う３個の球体の中心を含む平面では、３個の球体が３点で接触しており、これらの球体の中心同士を結んだ線が正三角形になり、球体どうしの離れや滑りが生じない充分な圧力と、摩擦力または機械的な引っ掛りがあれば、この構造は安定した強固な剛構造体となる。立体的には正八面体を内包した正四面体（図４）の集合体、すなわち面心立方（図５）や六方晶（図６）と呼ばれる最密構造の剛構造体状態になる。
【０００９】
実際には、本発明の最密構造の剛構造体は面心立方と六方晶の集合体になり、幾つかの変形部も含まれる場合もあると思われるが、その場合も、変形の為に各々の球体を離さずに移動させようとすれば、いずれかの接点で滑りを生じさせる必要があり、球体どうしの離れや滑りが生じない充分な圧力と、摩擦力か機械的な引っ掛りがあれば、この構造は安定した強固な剛構造体となる。
【００１０】
球体としては、必要な使用条件に応じて、大きさと強度や弾力性や摩擦力等を考慮し自由に選ぶ事ができ、摩擦係数の低い球体素材を使用する場合は球体表面に摩擦係数の高い素材を使用するか、引っ掛かり構造（図７）を設ける等の対策を施せば、より強度が必要な場合にも対応できる。
【００１１】
流体の素材としては、気体や液体の中から自由に選ぶ事もできるが、流体の素材として液体を用いれば、気体を用いた場合に比べ、制御の為の圧力を得るのに必要とする流体の給排出容量を少なくできる事や、質量の大きな球体素材を用いた場合に球体と流体との比重差を小さくできるので、混合物の均質性が良くなり混合物自体を給排出する場合に扱い易くなる事や、気体より気密状態を保ち易いので剛構造体状態を長時間維持し易い等の利点があるが、欠点としては気体に比べ重くなる事や球体の大きさが小さくなると場合によっては液体の粘性が制御の妨げになる恐れがある事と、万が一の場合にも液体が漏れては困る用途には適さない事がある。
【００１２】
混合物の素材として、発泡スチロールの球体と空気の組み合わせは、軽量で断熱性が良く、適度な弾力性もあり、安価なので種々の用途に適しているが、保形力を上げる為に圧縮応力を大きくすると構造体全体としては縮小し、正確な形状が必要な場合は適さない。正確な形状が必要な場合は硬い材質の球体を用いる必要がある。
【００１３】
圧縮力に拠り最密構造状態に拘束されている球体群の剛構造体状態は、流体を硬化型樹脂等に置き換える事により、永続的な固定が可能であり、最初から流体として硬化型樹脂等を使用する方法と、必要な形状に剛構造体化した後、形状を保ったまま流体を硬化型樹脂等に置き換える方法（図８）がある。
【００１４】
患部の形状に即応可能で患部を圧迫しない事を特徴とする救急救命用ギブスは、球体の素材として硬質の発泡スチロール、流体の素材として空気等の軽量で断熱性が良く毒性の無い物を、袋の外装材には通気性や抗菌性を持たせた物を使用し、患者に対する安全性を確保する。軽く断熱性が高いものを使用する事は、患者の負担を軽減するのにも有効である。
【００１５】
このギブスは流動体の状態にすれば、容易に患部の形に添わす事ができ、そのまま剛構造体化すれば、患部を圧迫する事無く固定する事ができるので、圧迫による血流阻害や折れた骨で周囲の組織を更に傷付ける事等を防止できる。又、固定した後でも、治療や処置の必要が生じれば、何時でも解放や再固定を素早く繰り返し行う事が可能で、処置や治療の為に開けられるように患部を挟み込む形で装着する物（図９）も便利である。
【００１６】
自動車の座席等の椅子や車椅子用座面材として利用するには、座面の表面に通気性や吸湿性がよい素材を使用し、裏側に滑り防止シートの装着や機械的な固定等の、座面材自体を椅子に対して固定する必要がある。座面材を身体の好みの姿勢に合わせて変形させた後、剛構造体化すれば、理想的な形状の固定した座面が得られ、身体の姿勢保持性が良く姿勢変更にも対応できるので、体重が局所に集中する事を防ぎ、時々姿勢を変えて再剛構造体化する事で辱蒼を予防する効果も期待できる。
【００１７】
義肢装着用パッドとして利用する場合は、小さく硬い球体を使用すれば、装着部位との隙間を小さくできるのでスポンジ等の緩衝材を必要最低限に薄くし、義肢との一体感が増すようにする事もでき、装着中に浮腫みや腫れにより装着部位の大きさや形が時間的に変化するような場合にも即応可能で、ポンプ等により何時でも再設定して常に一体感のある装着感を得る事ができる。
【００１８】
災害救助用崩壊防止材として利用する場合は、強度のある大きな摩擦係数の球体を使用し、外装材として切り裂きや突き刺しに強い部材で保護した気密袋と、球体と流体との混合物を供給する供給源を別に設け（図１０）、崩壊防止が必要な所に気密袋を差し入れた後、必要な量の混合物を送り込み、供給経路を封鎖して、気密袋の混合物から流体をポンプで吸引する事により、球体群を剛構造体化して崩壊防止材とする（図１１）。救出活動が済めば、気密袋の球体を再流動体化して供給経路から吸引して回収すれば、気密袋は元の様に小さく成り容易に回収出来るので、危険部所に入り込んでの作業を極力避ける事ができ、二次災害を防ぎ安全に使用できる災害救助用崩壊防止材を提供する事ができる。
【００１９】
又、被災者が倒壊物等に挟まれていて、ジャッキアップが必要な場合は、二つの気密袋の間にエアージャッキを設けた物を用いれば、この様な場合にも対応できる。まず、二つの気密袋に送り込んだ混合物を上下の倒壊物等の形状に合わせて剛構造体化して崩壊を防ぎ、その後、間に設けたエアージャッキで力を剛構造体全体に分散しながら持ち上げる事によって、崩れ易い倒壊物に挟まれていた場合も安全に救出できる。
【００２０】
一度に可動部全体の固定が可能な事を特徴とする自在アーム制御装置を作るには、自由に曲げる事のできるパイプ状のアームを作り、その変形部に球体と流体の混合物を入れた気密袋を内蔵し（図１２）、多関節型（図１３）はそれぞれの関節に球体と流体の混合物を入れた気密袋を内蔵し、それぞれの気密袋を連結する。そうして、どちらの型も制御の為に、ゴムやスプリング等に依る負圧状態維持の為の装置を繋ぐ。アームを変形させる時は制御器により負圧状態を解くと、気密袋内の混合物が流動体化して自由に動かす事ができ、放せば流体が吸引されて袋内が減圧するので、各気密袋の球体が同時に剛構造体化してアームを固定する。又、流体として液体を用いれば、少ない容量の流体の出し入れで制御する事ができる。
【００２１】
物品の形状に即応可能な硬質保護材として利用するには、丈夫で耐久力のある気密袋と、発泡スチロールの球体を用いて、物品の保護材として利用すれば、種々の形に即応でき、発泡スチロール自体の持つ優れた衝撃吸収性や弾力性を備えた、軽量で外力に強い硬質保護材が得られる。そのまま、硬質保護鞄として使えるが、種々の形に即応できるので各種鞄の内装材としても使える。運送用梱包材としては、軽量で繰り返し使え便利で経済的である。
【００２２】
自由な変形と剛構造体化を何度でも繰り返せる造形材として利用するには、微調整のできる流体調整器を装備し、球体の拘束力で気密袋の形が自重では崩れず、外力で変形する程度に袋の内圧を調整し、必要な形に変形させた後、袋内を減圧し、球体の拘束力を増す事によって、そのまま剛構造体化できる。このように、内圧の調整によって簡単にやり直しもできる造形材が得られる。
【００２３】
登山やハイキング用の多用途パッドとして利用するには、気密袋を丈夫な材質の防護材で覆いその周囲に両面面ファスナーを取り付けたようなものを作り、球体の素材として発泡スチロール、流体の素材として空気等の軽量で断熱性が良いものを使用する。このパッドは、カメラ等の精密機械用硬質保護材、不整地での安定した座面、リュックのフレーム、日ざしや雨対策のひさし付き硬質帽子、簡易ヘルメット、飲料の保温器、枕、捻挫や骨折時のギブスとして、ビニール袋等を被せれば自立する水容器として、二枚使えば、リュックを担ぎ易くする肩の硬質パッド、簡易スノーブーツ等の様々な用途に使える軽量な多用途パッドが得られる。
【００２４】
立体物の型採り器として利用するには、薄く柔軟な気密袋と、球体として小さく硬い球体を使用する事で、細密な型を簡単に何度でも再型取り可能な事を特徴とする立体物の型採り器が得られる。
【００２５】
スキー靴等の靴用内装パッドとして利用するには、薄く柔軟な気密袋と、球体として小さい球体を使用する事で各人の足型に即応する靴用内装材が得られ、足を締め付けずに一体感が得られるので、血流の阻害や外反母指等の靴による足の障害を予防する効果も期待できる。気密袋の外装材として、吸湿性や通気性や抗菌性等を持つ物を使い、球体の素材も衝撃吸収性や弾力性、保温性や比重等の必要な条件を備えた物から、自由に選ぶ事ができる。
【００２６】
催し物や広告用等の、簡単に設置や撤去ができる剛構造造形物や建造物として利用するには、丈夫な気密フィルムで必要な立体型の気密袋を創り、その中に多数の硬質発泡スチロールの球体を空気を使って送り込み、気密袋の空気だけを抜きながら球体を袋全体に満たし、袋を密閉した後、気密袋の混合物からポンプで空気を吸引する事に依り、球体全体を剛構造体化して、必要な立体の剛構造体造形物を造る。撤去するには以上の作業を逆に行えば簡単にできる。又、同様な要領で部材を造り、それらを組み合わせて簡単な建造物を造る事もでき、軽くて水に強いので、変形収納可能な簡易サーフボードやボートも造れる。
【００２７】
本発明を平坦化パッドとして利用すれば、キャンプや自動車用として快適な睡眠用平面を得る事ができる。自動車の座席の背もたれを倒して眠ろうとしても、座面には傾斜が付けてあり、背もたれも彎曲している為に凹凸ができる。従来からあるスポンジ製の各自動車に合わせた専用のものや空気で膨らませて使う物に比べて、汎用性があり、軽量で断熱性が良く、より眠り易い安定した平面が簡単に得られ、転がり易い物等を積載する場合の転がり防止にも利用できる。
【００２８】
本発明を利用すれば、横向き寝やテレビ観賞等の用途に合わせて高さや形を自由に変えられる枕や軽量で衝撃吸収性が有り頭の形に即応できる折り畳み収納可能なヘルメット等もできる。
【発明の効果】
【００２９】
発明は、流動体状態と剛構造体状態とに素早く相互に変換できる構造体を実現するものであり、様々な形状に即応した剛構造体ができる。又、気密袋に穴が開いても、圧力が袋の外側からかかるので粘着テープ等で簡単に修理できる等の特徴を持つ構造体の造形法であり、様々な用途に応用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の、大きさが均一な球体を用いた球体群の剛構造体構成装置を実施するための最良の形態について、図面に沿って具体的に説明する。大きさが均一な球体と流体の混合物を気密性のある柔軟な袋で閉じ込め、その袋内の混合物の流体成分のみをフィルターを通して吸引するポンプ等の仕組みから成り、流体として気体を使用するもの（図１）と、流体として液体を使用するもの（図２）が有り、どちらも、流体成分を吸引する事で生じる袋内外の圧力差に依り、袋内の球体を最密構造状態に拘束し、流動状態から剛構造体状態に素早く変化させる事のできるものであり、可逆的でくり返し変化可能な球体群の相変換装置である。
【００３１】
本発明の大きさが均一な球体を用いた球体群の剛構造体構成装置は、球体の素材としては必要な使用条件に応じて大きさや強度や弾力性や摩擦力等を考慮し自由に選ぶ事ができるが、摩擦係数の低い球体素材を使用する場合は球体表面に摩擦係数の高い素材を使用するか、引っ掛かり構造（図７）を設ける等の対策を施せば、より強度が必要な場合にも対応できる。
【００３２】
以下、本発明の、剛構造体状態にある球体群を、剛構造体状態を維持したまま、球体群の隙間に硬化型樹脂を充填することで球体群の剛構造体状態を永続的に維持するための装置を実施するための最良の形態について、図面に沿って具体的に説明する。最初から流体として硬化型樹脂等を使用する方法と、必要な形状に剛構造体化した後、形状を保ったまま流体を硬化型樹脂等に置き換える方法（図８）により実施する。
【００３３】
以下、本発明の大きさが均一な球体を用いた球体群の剛構造体構成装置を利用した災害救助用崩壊防止装置を実施するための最良の形態について、図面に沿って具体的に説明する。強度のある摩擦係数の大きな球体を使用し、外装材として切り裂きや突き刺しに強い部材で保護した気密袋と、球体と流体との混合物を供給する供給源を別に設け（図１０）、崩壊防止が必要な所に気密袋を差し入れた後、必要な量の混合物を送り込み、供給経路を封鎖して、気密袋の混合物から流体をポンプで吸引する事により、球体群を剛構造体化して崩壊防止材とする（図１１）。救出活動が済めば、気密袋の球体を再流動体化して供給経路から吸引して回収し、気密袋は元の様に小さくして回収する。
【００３４】
又、被災者が倒壊物等に挟まれていて、ジャッキアップが必要な場合は、二つの気密袋の間にエアージャッキを設けた物を用いて、この様な場合にも対応する。まず、二つの気密袋に送り込んだ混合物を上下の倒壊物等の形状に合わせて剛構造体化して崩壊を防ぎ、次に、間に設けたエアージャッキで力を剛構造体全体に分散しながら持ち上げる事によって、崩れ易い倒壊物に挟まれていた場合も安全に救出する事ができる。
【００３５】
以下、本発明の大きさが均一な球体を用いた球体群の剛構造体構成装置を利用した自在アーム制御装置について、図面に沿って具体的に説明する。自由に曲げる事のできるパイプ状のアームを作り、その変形部に球体と流体の混合物を入れた気密袋を内蔵し（図１２）、多関節型（図１３）はそれぞれの関節に球体と流体の混合物を入れた気密袋を内蔵し、それぞれの気密袋を連結する。そうして、どちらの型も制御の為に、ゴムやスプリング等による負圧状態維持の為の装置を繋ぐ。アームを変形させる時は、制御器により負圧状態を解き、気密袋内の混合物が流動体化して自由に動かし、放せば、流体が吸引されて袋内が減圧するので、各気密袋の球体が同時に剛構造体化してアームを固定する。又、流体として液体を用いれば、少ない容量の流体の出し入れで制御する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明である球体群の剛構造体化の気体を使用する場合の方法
【図２】本発明である球体群の剛構造体化の液体を使用する場合の方法
【図３】本発明の球体と流体の混合物の状態
【図４】正四面体
【図５】面心立方
【図６】六方晶
【図７】球体の引っ掛かり構造
【図８】形状を保ったまま流体を硬化型樹脂等に置き換える方法
【図９】挟み込む形で装着する救急救命用ギブス
【図１０】災害救助用崩壊防止材
【図１１】災害救助用崩壊防止材の設置
【図１２】パイプ状の自在アーム
【図１３】多関節型の自在アーム
【符号の説明】
【００３７】
（１）    気密袋
（２）    球体
（３）    気体
（４）    気密袋保護材
（５）    フィルター
（６）    三方弁
（７）    吸引器
（８）    液体
（９）    負圧状態を保持できる吸引器
（１０）  流体
（１１）  引掛り構造
（１２）  硬化性樹脂
（１３）  ベルト
（１４）  球体のタンク
（１５）  給排ポンプ
（１６）  弁
（１７）  自由に曲げられるパイプ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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