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(In Japanese)シート材の弾性調整方法、フォースセンサ、及びシート材 meetings

Patent code P190016017
File No. (S2016-0686-N0)
Posted date May 9, 2019
Application number P2018-512101
Date of filing Apr 14, 2017
International application number JP2017015343
International publication number WO2017179716
Date of international filing Apr 14, 2017
Date of international publication Oct 19, 2017
Priority data
  • P2016-082472 (Apr 15, 2016) JP
Inventor
  • (In Japanese)奥村 剛
  • (In Japanese)磯部 翠
  • (In Japanese)武居 淳
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人お茶の水女子大学
Title (In Japanese)シート材の弾性調整方法、フォースセンサ、及びシート材 meetings
Abstract (In Japanese)切り紙構造の切り込みを有するシート材で所望の弾性率を設計する。シート素材に、面内変形が保たれる初期変形領域での関係式K1=(α/2N)×E×d3h/w3、またはE1=α(d/w)4×Eに基づいて、第1の方向への幅がw、第1の方向と直交する第2の方向への配列ピッチがd、前記第2の方向への前記切り込みの繰り返しユニット数がNである互い違いの切り紙構造の切り込みを形成し、切り込み幅w、ピッチd、及び繰り返しユニット数Nの値を適切に選択することで、剛さ定数K1またはヤング率E1を所望の値に調整する。ここで、Eはシート素材の構成材料の切り込み前のヤング率、hはシート素材の厚さ、αは数値係数である。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

切り紙構造の伸縮性に着目した多数の応用例が研究され、ナノコンポジットと呼ばれるシート状物質に切り込みを入れた伸縮性の電極(たとえば、非特許文献1)、伸縮性のグラフェン(たとえば、非特許文献2参照)、伸縮性のリチウムイオン電池(たとえば、非特許文献3参照)などが提案されている。また、ソーラーパネルのパネル面を太陽に追従させるソーラートラッカーへの応用が提案されている(たとえば、非特許文献4参照)。これらはいずれも切り紙構造の3次元的な変位または変形(回転を含む変位・変形)を利用しており、変位によりシートの平面性が失われる。

他方、切り込みを入れた歪測定板の中心軸上に誘起される変位をせん断応力として拡大検出する構成が知られている(たとえば、特許文献1参照)。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、シート材の弾性調整方法とフォースセンサ、及びシート材に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
シート素材を準備し、
前記シート素材に、面内変形が保たれる初期変形領域に適用される関係式
K1=(α/2N)×E×d3h/w3、または
E1=α(d/w)4×E
に基づいて、第1の方向への幅がw、第1の方向と直交する第2の方向への配列ピッチがd、前記第2の方向への繰り返しユニット数がNである互い違いの切り紙構造の切り込みを形成し、ここで、K1は剛さ定数、Eは前記シート素材の構成材料の切り込み前のヤング率、hは前記シート素材の厚さ、αは数値係数であり、
前記w、d、及びNの値を選択することで剛さ定数K1またはヤング率E1を目標値に調整する、
ことを特徴とする弾性調整方法。

【請求項2】
 
前記シート素材は生体適合材料のシートであり、
前記シートに前記関係式に基づいて切り込みを形成して所望の弾性率の生体シートを作製する、
ことを特徴とする請求項1に記載の弾性調整方法。

【請求項3】
 
互い違いに形成された切り紙構造の切り込みを有するシートと、
測定対象を保持する保持手段と、
を有するフォースセンサであって、
前記フォースセンサは、前記シートの面内変形が保たれる初期変形領域において、
Fc=α×β×E×d2h3/w3
で表される荷重閾値を有し、
Eは前記シートの構成材料の切り込み前のヤング率、wは前記切り込みの第1の方向への幅、dは前記第1の方向と直交する第2の方向への前記切り紙構造の切り込みのピッチ、hは前記シートの厚さ、α×βは数値係数であることを特徴とするフォースセンサ。

【請求項4】
 
前記シートの表面の少なくとも一部に形成されたひずみゲージと、
前記ひずみゲージの抵抗を測定する測定器と、
をさらに有し、前記荷重閾値の範囲内で測定対象物の重さを測定することを特徴とする請求項3に記載のフォースセンサ。

【請求項5】
 
互い違いに形成された切り紙構造の切り込みを有するシート材であって、
前記切り込みの第1の方向への幅をw、前記第1の方向と直交する第2の方向への前記切り込みのピッチをd、前記シート材の厚さをh、前記第2の方向への前記切り込みの繰り返しユニット数をN、前記シート材の構成材料の切り込み前のヤング率をEとすると、前記シート材の弾性は、面内変形が保たれる初期変形領域において、数値係数αを用いて
K1=(α/2N)×E×d3h/w3、または
E1=α(d/w)4×E
で決まる剛さ定数K1またはヤング率E1を有するように調整されていることを特徴とするシート材。

【請求項6】
 
前記シート材は、面内での変位が維持される前記初期変位領域で前記第2の方向に伸長し、数値係数βを用いて、
Δc=β×2N×h2/d
εc=Δc/(2N×d)=β×h2/d2
で決まる臨界伸び量Δcまたは臨界ひずみεcを有する
ことを特徴とする請求項5に記載のシート材。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2018512101thum.jpg
State of application right Published
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