特許 7498931 構造体およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-05

(45)【発行日】2024-06-13

(54)【発明の名称】構造体およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16F 3/02 20060101AFI20240606BHJP

   F16F 1/18 20060101ALI20240606BHJP

【ＦＩ】

F16F3/02

F16F1/18 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023043785

(22)【出願日】2023-03-20

(65)【公開番号】P2024074218

(43)【公開日】2024-05-30

【審査請求日】2023-08-25

(31)【優先権主張番号】P 2022185303

(32)【優先日】2022-11-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】519366237

【氏名又は名称】ＮａｔｕｒｅＡｒｃｈｉｔｅｃｔｓ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】須藤 海

(72)【発明者】

【氏名】谷道 鼓太朗

(72)【発明者】

【氏名】山村 悟史

(72)【発明者】

【氏名】夏目 大彰

(72)【発明者】

【氏名】新谷 国隆

【審査官】大山 広人

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５７－０３３２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０３６９３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｆ １／００－６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

構造体であって、
所定方向に延在し、且つ、前記所定方向における第１両端部分と前記第１両端部分の間の部分である第１中間部分とを有する第１弾性部材と、
前記第１弾性部材の一面側に配置され、且つ、前記所定方向における第２両端部分が前記第１両端部分にそれぞれ接続されると共に前記第２両端部分の間の部分である第２中間部分の少なくとも一部が前記第１中間部分から離間する側に凸形状になっている第２弾性部材と、
前記第１弾性部材の他面側に配置され、且つ、前記所定方向における第３両端部分が前記第１両端部分にそれぞれ接続されると共に前記第３両端部分の間の部分である第３中間部分の少なくとも一部が前記第１中間部分から離間する側に凸形状になっている第３弾性部材と、
を備え、
前記構造体は、前記第２、第３中間部分を前記第１中間部分に接近させるような押圧力が加えられると、前記第２、第３弾性部材の曲げ変形を伴って、前記第２、第３弾性部材に圧縮応力が生じると共に前記第１弾性部材に引張応力が生じる、
構造体。

【請求項2】

請求項１記載の構造体であって、
前記第２中間部分は、滑らかな曲線状の前記凸形状になっている、
構造体。

【請求項3】

請求項１記載の構造体であって、
前記第２中間部分は、複数の円弧を組み合わせた曲線状の前記凸形状になっている、
構造体。

【請求項4】

請求項１記載の構造体であって、
前記第１両端部分には、前記所定方向の引張力が予め加えられており、
前記第２、第３両端部分には、前記所定方向の圧縮力が予め加えられている、
構造体。

【請求項5】

請求項１または４記載の構造体であって、
前記第２、第３中間部分は、前記第１弾性部材に対して対称の形状である、
構造体。

【請求項6】

所定方向に延在し、且つ、前記所定方向における第１両端部分と前記第１両端部分の間の部分である第１中間部分とを有する第１弾性部材と、
前記第１弾性部材の一面側に配置され、且つ、前記所定方向における第２両端部分が前記第１両端部分にそれぞれ接続されると共に前記第２両端部分の間の部分である第２中間部分の少なくとも一部が前記第１中間部分から離間する側に凸形状になっている第２弾性部材と、
前記第１弾性部材の他面側に配置され、且つ、前記所定方向における第３両端部分が前記第１両端部分にそれぞれ接続されると共に前記第３両端部分の間の部分である第３中間部分の少なくとも一部が前記第１中間部分から離間する側に凸形状になっている第３弾性部材と、
を備える構造体で、
前記構造体は、前記第２、第３中間部分を前記第１中間部分に接近させるような押圧力が加えられると、前記第２、第３弾性部材の曲げ変形を伴って、前記第２、第３弾性部材に圧縮応力が生じると共に前記第１弾性部材に引張応力が生じる、
構造体の製造方法であって、
（Ａ）前記第３、第１、第２弾性部材の順に並ぶように前記第１、第２、第３弾性部材を配置する工程と、
（Ｂ）前記第１弾性部材を前記所定方向に引張ながら、前記第１両端部分と前記第２、第３両端部分とを接続する工程と、
を含む構造体の製造方法。

【請求項7】

所定方向に延在し、且つ、前記所定方向における第１両端部分と前記第１両端部分の間の部分である第１中間部分とを有する第１弾性部材と、
前記第１弾性部材の一面側に配置され、且つ、前記所定方向における第２両端部分が前記第１両端部分にそれぞれ接続されると共に前記第２両端部分の間の部分である第２中間部分の少なくとも一部が前記第１中間部分から離間する側に凸形状になっている第２弾性部材と、
前記第１弾性部材の他面側に配置され、且つ、前記所定方向における第３両端部分が前記第１両端部分にそれぞれ接続されると共に前記第３両端部分の間の部分である第３中間部分の少なくとも一部が前記第１中間部分から離間する側に凸形状になっている第３弾性部材と、
を備える構造体で、
前記構造体は、前記第２、第３中間部分を前記第１中間部分に接近させるような押圧力が加えられると、前記第２、第３弾性部材の曲げ変形を伴って、前記第２、第３弾性部材に圧縮応力が生じると共に前記第１弾性部材に引張応力が生じる、
構造体の製造方法であって、
（Ａ）前記第３、第１、第２弾性部材の順に並ぶように前記第１、第２、第３弾性部材を配置する工程と、
（Ｂ）前記第２、第３両端部分をそれぞれ前記所定方向に沿って互いに近づく方向に圧縮しながら、前記第１両端部分と前記第２、第３両端部分とを接続する工程と、
を含む構造体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は構造体およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、互いに対向する第１被押圧体と第２被押圧体との間に配置される構造体として、１つの帯状の部材からなり、湾曲した主面を有する基部と、基部の両端部分からそれぞれ延びて基部の湾曲態様とは逆の態様で湾曲する２つの延在部と、２つの延在部の端部であって基部に連なる側とは反対側の端部からそれぞれ延びて延在部の湾曲態様とは逆の態様で湾曲する２つの屈曲部とを有する構造体が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６８６６３９６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の構造体では、第１被押圧体と第２被押圧体とが互いに接近する方向の押圧力により印加されるエネルギーを、その押圧力により生じる基部の曲げ変形に起因して基部の内部に生じるひずみに伴うひずみエネルギーとして蓄えることにより、その押圧力による反力を生じさせる。

【0005】

一般に、板状部材に曲げ変形を生じさせたときには、板状部材の内部では、曲げ変形の中立軸から曲げ変形の内周側に向かうにつれて圧縮ひずみが大きくなると共に、曲げ変形の中立軸から外周側に向かうにつれて引張ひずみが大きくなり、曲げ変形の中立軸近傍ではひずみが小さい。このため、板状部材の全体で見たときには、曲げ変形の際に蓄えることができるひずみエネルギーは、板状部材が本来的に蓄えることが可能な最大ポテンシャルのひずみエネルギーに比して比較的小さい。

【0006】

したがって、特許文献１に開示された構造体の基部が蓄えることができるひずみエネルギーは、最大ポテンシャルのひずみエネルギーに比して比較的小さい。このため、構造体が蓄えることができるひずみエネルギーを、最大ポテンシャルのひずみエネルギーにより近づけることが可能な構造を提供することが求められている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様によれば、構造体であって、所定方向に延在し、且つ、前記所定方向における第１両端部分と前記第１両端部分の間の部分である第１中間部分とを有する第１弾性部材と、前記第１弾性部材の一面側に配置され、且つ、前記所定方向における第２両端部分が前記第１両端部分にそれぞれ接続されると共に前記第２両端部分の間の部分である第２中間部分の少なくとも一部が前記第１中間部分から離間する側に凸形状になっている第２弾性部材とを備え、前記構造体は、前記第２中間部分を前記第１中間部分に接近させるような押圧力が加えられると、前記第２弾性部材の曲げ変形を伴って、前記第２弾性部材に圧縮応力が生じると共に前記第１弾性部材に引張応力が生じる。

【0008】

本開示の他の特徴事項および利点は、例示的且つ非網羅的に与えられている以下の説明及び添付図面から理解することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の一実施形態に係る構造体を示す斜視図である。

【図2】図１に示した構造体の正面図である。

【図3】図１に示した構造体の第１弾性部材に加えられる引張力と、第２、第３弾性部材にそれぞれ加えられる圧縮力とを概念的に示す図である。

【図4】構造体の製造工程を示す工程図である。

【図5】構造体の製造工程を示す工程図である。

【図6】図１に示した構造体に、図示上下方向から構造体を挟み込むように押圧力を加えたときに第１弾性部材及び第２、第３弾性部材に生じる応力及び反力Ｒの関係を示す概略図である。

【図7】構造体を挟み込むように押圧力が加えられたときの変位と反力との関係を示す図である。

【図8】構造体を挟み込むように押圧力が加えられたときの変位と反力との関係を示す図である。

【図9】構造体を挟み込むように押圧力が加えられたときの変位と第２、第３弾性部材の最大ひずみとの関係を示す図である。

【図10】構造体を挟み込むように押圧力が加えられたときの変位と構造体に蓄えられるエネルギーとの関係を示す図である。

【図11】変形例の構造体を示す斜視図である。

【図12】図１１に示した構造体の正面図である。

【図13】変形例の構造体を示す斜視図である。

【図14】図１３に示した構造体の正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の実施の形態を図面を参照して説明する。

【0011】

最初に、本開示の一実施形態に係る構造体１０の全体構成について説明する。図１は本開示の一実施形態に係る構造体を示す斜視図であり、図２は図１に示した構造体の正面図である。

【0012】

図１及び図２に示すように、本実施形態の構造体１０は、前後方向及び左右方向に延在する矩形平板状の第１弾性部材１２と、少なくとも一部が図示上方に凸形状になるように撓んだ状態で第１弾性部材１２の両端部分１２ａ，１２ｂの図示上面側に図示左右方向の両端部分１４ａ，１４ｂが接続（固定）された第２弾性部材１４と、少なくとも一部が図示下方に凸形状になるように撓んだ状態で第１弾性部材１２の両端部分１２ａ，１２ｂの図示下面側に図示左右方向の両端部分１６ａ，１６ｂが接続（固定）された第３弾性部材１６とを含んでいる。

【0013】

第２弾性部材１４のうち両端部分１４ａ，１４ｂの間の部分である中間部分１４ｃは、上下左右方向に延在する所定平面で切断したときの断面である所定断面において、概ね逆Ｖ字の角を滑らかにした（丸くした）形状になっている。具体的には、中間部分１４ｃは、所定断面において、滑らかな曲線状（具体的には、複数の円弧を組み合わせた曲線状）で、両端部分１４ａ，１４ｂから離間する（左右方向における中央に向かう）につれて第１弾性部材１２の中間部分１２ｃから離間する、図示上方に凸形状になっている。第３弾性部材１６のうち両端部分１６ａ，１６ｂの間の部分である中間部分１６ｃは、所定断面において、概ねＶ字の角を滑らかにした（丸くした）形状になっている。具体的には、中間部分１６ｃは、所定断面において、滑らかな曲線状（具体的には、複数の円弧を組み合わせた曲線状）で、両端部分１６ａ，１６ｂから離間する（左右方向における中央に向かう）につれて第１弾性部材１２の中間部分１２ａから離間する、図示下方に凸形状になっている。

【0014】

図３は、図１に示した構造体１０の第１弾性部材１２に加えられる引張力と、第２、第３弾性部材１４，１６にそれぞれ加えられる圧縮力とを概念的に示す図である。

【0015】

図３に示すように、本実施形態の構造体１０は、第２、第３弾性部材１４，１６の両端部分１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂに図示左右方向に沿って互いに近づく方向に圧縮力が予め加えられ、これにより第１弾性部材１２の両端部分１２ａ，１２ｂに図示左右方向に沿って互いに離れる方向に引張力が予め加えられた状態で、第１弾性部材１２の両端部分１２ａ，１２ｂに第２、第３弾性部材１４，１６の両端部分１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂがそれぞれ固定されている。第２、第３弾性部材１４，１６の両端部分１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂは、上記圧縮力によってそれぞれ中央部分が図１（ｂ）に示すように図示上側ないし下側に凸になるように撓み変形した状態で第１弾性部材１２の両端部分１２ａ，１２ｂに固定されている。第１弾性部材１２の両端部分１２ａ，１２ｂと第２、第３弾性部材１４，１６の両端部分１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂとの固定は、溶接やリベット止め等の任意の適切な固定手法を用いて行うことができる。したがって、構造体１０は、製造完了状態（図１及び図２の状態）において、第２、第３弾性部材１４，１６の両端部分１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂに図示左右方向に沿って互いに近づく方向に圧縮力が加えられていると共に、第１弾性部材１２の両端部分１２ａ，１２ｂに図示左右方向に沿って互いに離れる方向に引張力が加えられている。即ち、構造体１０は、プレストレスがかけられている。

【0016】

第１弾性部材１２及び第２、第３弾性部材１４，１６は、金属材料、樹脂材料、ゴム材料、炭素繊維強化プラスチック（ＣＲＦＰ）等の複合材料などによって構成され得る。これらを構成する材料は、構造体１０に求められる耐荷重等の諸要件に応じて適宜選択される。

【0017】

本実施形態の構造体１０は、例えば、図４の第１製造方法又は図５の第２製造方法により製造される。以下、順に説明する。なお、上下方向、前後方向、左右方向は、図１及び図２と同様とする。

【0018】

図４の第１製造方法では、最初に、下側から第３弾性部材１６、第１弾性部材１２、第２弾性部材１４の順に並ぶように、第１、第２、第３弾性部材１２，１４，１６を配置する（工程Ｓ１００）。続いて、第１弾性部材１２を左右方向に引張ながら、第１弾性部材１２の両端部分１２ａ，１２ｂと第２弾性部材１４の両端部分１４ａ，１４ｂと第３弾性部材１６の両端部分１６ａ，１６ｂとを接続（固定）する（工程Ｓ１１０）。これにより、構造体１０が完成する。構造体１０は、製造完了状態において、第２、第３弾性部材１４，１６の両端部分１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂに図１及び図２の左右方向に沿って互いに近づく方向に圧縮力が加えられていると共に、第１弾性部材１２の両端部分１２ａ，１２ｂに図１及び図２の左右方向に沿って互いに離れる方向に引張力が加えられている。即ち、構造体１０は、プレストレスがかけられている。

【0019】

図５の第２製造方法では、最初に、工程Ｓ１００と同様に、下側から第３弾性部材１６、第１弾性部材１２、第２弾性部材１４の順に並ぶように、第１、第２、第３弾性部材１２，１４，１６を配置する（工程Ｓ２００）。続いて、第２、第３弾性部材１４，１６の両端部分１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂを図１及び図２の左右方向に沿って互いに近づく方向に圧縮しながら、第１弾性部材１２の両端部分１２ａ，１２ｂと第２弾性部材１４の両端部分１４ａ，１４ｂと第３弾性部材１６の両端部分１６ａ，１６ｂと、を接続（固定）する（工程Ｓ２１０）。これにより、構造体１０が完成する。第２製造方法により構造体１０を製造した場合でも、第１製造方法により構造体１０を製造した場合と同様に、構造体１０は、プレストレスがかけられている。

【0020】

図６は、図１に示した構造体１０に、図示上下方向から構造体１０を挟み込むように押圧力Ｆを加えたときに第１弾性部材１２及び第２、第３弾性部材１４，１６に生じる応力σ１，σ２及び反力Ｒの関係を示す概略図である。

【0021】

上記のように構成された本実施形態の構造体１０によれば、図示上下方向から構造体１０を挟み込むように押圧力Ｆが加えられたとき、第２、第３弾性部材１４，１６は平面状に展開するように変形し、上記押圧力Ｆが第２、第３弾性部材１４，１６の図示左右方向に作用する軸力に変換される。このとき、第２、第３弾性部材１４，１６の内部には圧縮応力σ１が生じる。そして、第２、第３弾性部材１４，１６の軸力が、第２、第３弾性部材１４，１６の図示左右方向の両端部分１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂに固定された第１弾性部材１２に引張力として伝わる。このとき、第１弾性部材１２の内部には引張応力σ２が生じる。このようにして、構造体１０を図示上下方向に挟み込むように加えられる押圧力Ｆが、第１弾性部材１２を図示左右方向に引っ張る引張力Ｐに変換される。構造体１０は、第１弾性部材１２及び第２、第３弾性部材１４，１６の内部応力に起因して、押圧力Ｆに対する反力Ｒを生じる。

【0022】

さらに、本実施形態の構造体１０では、第２、第３弾性部材１４，１６の両端部分１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂに図示左右方向に沿って互いに近づく方向に圧縮力が予め加えられている（プレストレスがかけられている）。これにより、構造体１０を挟み込むように押圧力Ｆが加えられて構造体１０が図示上下方向に圧縮するように変形したときに構造体１０の剛性（あるいは構造体１０からの反力）が所望の範囲内に収まることを保証しながら、第２、第３弾性部材１４，１６の曲率をより大きくすることができ、それにより、第２、第３弾性部材１４，１６の高さをより高くすることが可能になる。その結果として、以下に説明するような効果を得ることができる。
（１）上記のようなプレストレスがかけられて曲率がより大きくなり、高さがより高くなった第２、第３弾性部材１４，１６は、プレストレスがかけられていない場合（曲率がより小さく、高さがより低い場合）に比べて、上記押圧力に対する第２、第３弾性部材１４，１６の剛性を高くすることができる（言い換えれば、上記押圧力に抗して第２、第３弾性部材１４，１６に生じる反力を大きくすることができる）。
（２）第２、第３弾性部材１４，１６に上記のようなプレストレスをかけることにより、上記押圧力によって第２、第３弾性部材１４，１６が平面状に展開するように変形する際の変位の増加に伴って構造体１０の剛性を軟化させる特性（フラットな荷重変位特性）をもたせることができる。
（３）第２、第３弾性部材１４，１６が平面状に展開するように変形したときに第２、第３弾性部材１４，１６及び第１弾性部材１２に吸収されるひずみエネルギーの総量を増大させることができる。
（４）第２、第３弾性部材１４，１６の曲率を大きくして第２、第３弾性部材１４，１６の変位ストロークを大きくしても、第２、第３弾性部材１４，１６における圧縮応力の最大値を小さくすることができる。
（５）プレストレスが無い場合には、押圧力Ｆによる第２、第３弾性部材１４，１６の変形時に曲げ応力と圧縮応力とが混合して第２、第３弾性部材１４，１６に生じてしまうので第１弾性部材１２の引張りに使える圧縮応力が比較的小さくなるが、プレストレスをかけた場合には、押圧力Ｆによる第２、第３弾性部材１４，１６の変形時に第２、第３弾性部材１４，１６に生じる曲げ応力が微小となり、より大きな圧縮応力を第１弾性部材１２の引張りに用いることができる。

【0023】

図７は、図１に示した構造体１０に図１及び図２の上下方向から構造体１０を挟み込むように押圧力が加えられたときの変位と反力との関係を示す図である。本実施形態では、以下の材料等の条件に従って構成した構造体１０について解析を行なった。図７中、変位は、構造体１０の高さ（図示上下方向における長さ）Ｈ（図２参照）の製造完了状態からの変化量を意味する。また、変位について、構造体１０が製造完了状態のときの変位を０とし、第２、第３弾性部材１４，１６が平板状になっている、即ち、構造体１０が完全に潰れているときの変位を最大値（７．８ｍｍ）とした。

【0024】

（材料）
第１、第２、第３弾性部材１２，１４，１６：構造用鋼（ヤング率２００ＧＰａ、ポアソン比０．３）
（寸法）
・構造体１０全体：横（図示左右方向）２１０ｍｍ、奥行き（図示紙面方向）１００ｍｍ、高さ（図示上下方向）２１．３ｍｍ
・第２、第３弾性部材１４，１６：厚み２．０ｍｍ
・第１弾性部材１２：厚み１．５ｍｍ
（プレストレス）
・プレストレスによる第２、第３弾性部材１４，１６の圧縮応力２８８ＭＰａ
・プレストレスによる第１弾性部材１２の引張応力６０ＭＰａ

【0025】

図７に示すように、構造体１０に上記押圧力を加えていくと、第２、第３弾性部材１４，１６が平面状に展開するように変形するのに伴って、反力が増加、略一定、減少、略一定、増加の順に変化する。具体的には、構造体１０の反力は、変位が０ｍｍ～４．０ｍｍ付近の領域では、変位が増加するにつれて正の範囲内で徐々に小さくなる傾きをもって増加し（正剛性で軟化し）、変位が４．０ｍｍ付近～５．０ｍｍ付近の領域では、略一定となる（略ゼロ剛性となる）。また、構造体１０の反力は、変位が５．０ｍｍ付近～７．２ｍｍ付近の領域では、変位が増加するにつれて負の範囲内で徐々に小さくなる（絶対値が大きくなる）傾きをもって減少し（負剛性となり）、変位が７．２ｍｍ付近～７．４ｍｍ付近の領域では、略一定となる（略ゼロ剛性となる）。さらに、構造体１０の反力は、変位が７．４ｍｍ付近～最大値付近の領域では、正の範囲内で徐々に大きくなる傾きをもって増加する（正剛性で硬化する）。構造体１０のこうした特性は、上記のプレストレスをかけられた第２、第３弾性部材１４，１６により、構造体１０の剛性が向上するとともに、第２、第３弾性部材１４，１６が平面状に展開するように変形する際の変位の増加に伴って剛性が軟化するという、プレストレスをかけることによってもたらされる作用によるものと認められる。

【0026】

このように、本実施形態の構造体１０によれば、構造体１０に加えられる押圧力を第１弾性部材１２に作用する引張力に変換することで、より多くのひずみエネルギーを蓄えることができる。しかも、第２、第３弾性部材１４，１６に予めプレストレスを加えておくことで構造体１０の初期剛性（変位が小さいときの剛性）を高めつつ、変位の増加に伴って剛性が軟化する特性を付与することにより、限られた設計空間内において、比較的高いストローク比を生じさせる構造体１０を提供することが可能となる。

【0027】

ここで、本実施形態の構造体１０と、第１変形例の構造体１０Ｂと、比較例の構造体１０Ｃとの比較について説明する。本実施形態の構造体１０は、図１及び図２に示した形状であり、上述したように、製造完了状態において、第２、第３弾性部材１４，１６の両端部分１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂに図１及び図２の左右方向に沿って互いに近づく方向に圧縮力が加えられていると共に、第１弾性部材１２の両端部分１２ａ，１２ｂに図１及び図２の左右方向に沿って互いに離れる方向に引張力が加えられている。即ち、構造体１０は、プレストレスがかけられている。第１変形例の構造体１０Ｂは、構造体１０と同一形状であり、且つ、製造完了状態において、第２、第３弾性部材１４，１６の両端部分１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂに図１及び図２の左右方向に沿って互いに近づく方向に圧縮力が加えられていないと共に、第１弾性部材１２の両端部分１２ａ，１２ｂに図１及び図２の左右方向に沿って互いに離れる方向に引張力が加えられていない。即ち、構造体１０Ｂは、プレストレスがかけられていない。構造体１０Ｂは、例えば、金属材料、樹脂材料、ゴム材料、炭素繊維強化プラスチック（ＣＲＦＰ）等の複合材料などの一体成形によって構成されたり、第１、第２、第３弾性部材１２，１４，１６が別体に形成されて互いに接続されて構成されたりする。比較例の構造体１０Ｃは、構造体１０Ｂから第１弾性部材１２が取り除かれ、且つ、第２弾性部材１４の両端部分１４ａ，１４ｂと第３弾性部材１６の両端部分１６ａ，１６ｂとが互いに接続（固定）されている。構造体１０Ｃは、例えば、金属材料、樹脂材料、ゴム材料、炭素繊維強化プラスチック（ＣＲＦＰ）等の複合材料などの一体成形によって構成されたり、第２、第３弾性部材１４，１６が別体に形成されて互いに接続されて構成されたりする。

【0028】

図８は、本実施形態、第１変形例、比較例の構造体１０，１０Ｂ，１０Ｃに、図１及び図２の上下方向から構造体１０，１０Ｂ，１０Ｃを挟み込むように押圧力が加えられたときの変位と反力との関係を示す図である。図９は、構造体１０，１０Ｂ，１０Ｃにこうした押圧力が加えられたときの変位と構造体１０，１０Ｂ，１０Ｃの最大ひずみとの関係を示す図である。図１０は、構造体１０，１０Ｂ，１０Ｃにこうした押圧力が加えられたときの変位と構造体１０，１０Ｂ，１０Ｃに蓄えられるエネルギーとの関係を示す図である。図８～図１０中、実線は、本実施形態の構造体１０の関係を示し、点線は、第１変形例の構造体１０Ｂの関係を示し、破線は、比較例の構造体１０Ｃの関係を示す。なお、構造体１０の材料等の条件は、図７の解析結果を得るための解析に用いた上述の条件と同一である。したがって、図８の構造体１０の関係（実線）は、図７と同一である。構造体１０Ｂの材料等の条件は、構造体１０の材料等の条件に対して、プレストレスによる第２、第３弾性部材１４，１６の圧縮応力とプレストレスによる第１弾性部材１２の引張応力とを何れも０にした点を除いて、構造体１０の材料等の条件と同一である。構造体１０Ｃの材料等の条件は、構造体１０Ｂの材料等の条件に対して、第１弾性部材１２を用いない分だけ構造体１０全体の高さが低くなる点を除いて、構造体１０Ｂの材料等の条件と同一である。構造体１０は、プレストレスがかけられているため、製造完了状態の第２、第３弾性部材１４，１６の曲率は、プレストレスがかけられる前の第２、第３弾性部材１４，１６の曲率である初期曲率に比して大きくなっている。一方、構造体１０Ｂ，１０Ｃは、プレストレスがかけられていないため、製造完了状態の第２、第３弾性部材１４，１６の曲率は、第２、第３弾性部材１４，１６の初期曲率と同一である。即ち、構造体１０の第２、第３弾性部材１４，１６の初期曲率は、構造体１０Ｂ，１０Ｃの第２、第３弾性部材１４，１６の初期曲率に比して小さくなっている。図８～図１０中、変位の定義、変位が０や最大値のときの構造体１０，１０Ｂ，１０Ｃの状態は、図７と同一である。

【0029】

図８の関係について説明する。図８の破線に示すように、構造体１０Ｃの反力は、変位が０ｍｍ～５．０ｍｍ付近の領域では、線形性をもって増加する（正剛性で略一定である）。また、構造体１０Ｃの反力は、変位が５．０ｍｍ付近～最大値の領域では、変位が増加するにつれて徐々に大きくなる傾きをもって増加し（正剛性で硬化し）、特に変位が最大値付近の領域では急増する。図８の点線に示すように、構造体１０Ｂの反力は、変位が０ｍｍ～５．０ｍｍ付近の領域では、変位が増加するにつれて正の範囲内で徐々に小さくなる傾きをもって増加し（正剛性で軟化し）、変位が５．０ｍｍ付近～７．０ｍｍ付近の領域では、略一定となる（略ゼロ剛性となる）。また、構造体１０Ｂの反力は、変位が７．０ｍｍ付近～最大値の領域では、変位が増加するにつれて徐々に増加し（正剛性で硬化し）、特に変位が最大値付近の領域では急増する。図８の実線の構造体１０の反力は、図７を用いて上述した。

【0030】

構造体１０，１０Ｂと構造体１０Ｃとを比較すると、構造体１０，１０Ｂは、構造体１０Ｃに比して、変位が０～３．０ｍｍ付近の領域で大きな傾きをもって反力が増加する、即ち、剛性が高くなっている。また、変位が０～７．０ｍｍ付近の領域で、構造体１０，１０Ｂは、構造体１０Ｃに比して反力が大きくなっている。さらに、変位が２．０～５．０ｍｍ付近の領域で、構造体１０Ｃは変位と反力との関係が概ね線形性を有し、構造体１０Ｂ，１０は変位と反力との関係が概ね非線形性を有する。これらは、第１弾性部材１２を備えているか否かによるものである。即ち、構造体１０，１０Ｂ，１０Ｃに挟み込むように押圧力が加えられたときに、第２、第３弾性部材１４，１６の中央部分１４ｃ，１６ｃの曲げ変形に伴って、第２、第３弾性部材１４，１６に圧縮応力が生じると共に第１弾性部材１２に引張応力が生じるか否かによるものである。

【0031】

構造体１０と構造体１０Ｂとを比較すると、変位が０～３．０ｍｍ付近の領域では、互いに反力が略等しくなっている。構造体１０は、構造体１０Ｂに比して、変位が３．０～７．０ｍｍ付近の領域では、変位が増加するにつれて反力の傾きがより小さくなる（剛性がより軟化する）。構造体１０は、構造体１０Ｂに比して、変位が最大値のときの反力が小さくなる。これらは、構造体１０，１０Ｂの初期曲率の相違によるものである。

【0032】

なお、構造体１０，１０Ｂ，１０Ｃにおいて、変位が最大値付近の領域で反力が急増するのは、以下の理由による。構造体１０，１０Ｂ，１０Ｃよりも高剛性で図１及び図２の左右方向および前後方向にある程度の長さの平面を有する平面体により構造体１０，１０Ｂ，１０Ｃに挟み込むように押圧力が加えられたときに、変位が小さいときには第２、第３弾性部材１４，１６における平面体との接触範囲が十分に狭いのに対し、変位が或る値のときから第２、第３弾性部材１４，１６と平面体との接触範囲が急増し、反力が急増する。この反力の急増程度は、第２、第３弾性部材１４，１６の初期曲率が大きいほど大きくなる。このため、構造体１０は、構造体１０Ｂ，１０Ｃに比して反力の急増程度が小さくなっている。

【0033】

図９の関係について説明する。図９の破線に示すように、構造体１０Ｃの第２、第３弾性部材１４，１６の最大ひずみは、変位が０～５．０ｍｍ付近の領域では、線形性をもって増加し、変位が５．０ｍｍ付近～最大値の領域では略一定である。構造体１０Ｃにおける変位の５．０ｍｍ付近については上述した。図９の点線に示すように、構造体１０Ｂの第２、第３弾性部材１４，１６の最大ひずみは、変位が０～３．０ｍｍ付近の領域では、変位が増加するにつれて傾きが徐々に（緩やかに）小さくなりながら増加し、変位が３．０～３．２ｍｍ付近の領域では、傾きが急峻に小さくなりながら増加し、変位が３．２ｍｍ～最大値の領域では傾きが徐々に小さくなりながら増加する。構造体１０Ｂにおいて、変位が３．２ｍｍ付近～最大値の領域でも最大ひずみが徐々に増加するのは、第２、第３弾性部材１４，１６に第１弾性部材１２を介した圧縮応力が生じるためである。図９の実線に示すように、構造体１０の第２、第３弾性部材１４，１６の最大ひずみは、変位が０ｍｍのとき（製造完了状態）で正の値となっている。これは、構造体１０にプレストレスがかけられているためである。構造体１０の第２、第３弾性部材１４，１６の最大ひずみは、変位が０ｍｍ超過～１．５ｍｍ付近の領域では、変位が増加するにつれて徐々に減少する。これは、構造体１０にかけられているプレストレスが解消する変形が生じているためである。構造体１０の第２、第３弾性部材１４，１６の最大ひずみは、変位が１．５ｍｍ付近～３．７ｍｍ付近の領域では、変位が増加するにつれて傾きが徐々に（緩やかに）小さくなりながら増加し、変位が３．７～３．９ｍｍ付近の領域では、傾きが急峻に小さくなりながら増加し、変位が３．９ｍｍ～最大値の領域では、傾きが徐々に小さくながら増加する。これは、構造体１０Ｂと同様の理由によるものである。

【0034】

構造体１０Ｂと構造体１０Ｃとを比較すると、構造体１０Ｂは、構造体１０Ｃに比して、第２、第３弾性部材１４，１６の最大ひずみが大きくなっている。これは、第１弾性部材１２を備えているか否かによるものである。即ち、構造体１０Ｂ，１０Ｃに挟み込むように押圧力が加えられたときに、第２、第３弾性部材１４，１６の中央部分１４ｃ，１６ｃの曲げ変形に伴って、第２、第３弾性部材１４，１６に圧縮応力が生じると共に第１弾性部材１２に引張応力が生じるか否かによるものである。構造体１０と構造体１０Ｂとを比較すると、構造体１０は、構造体１０Ｂに比して、変位が０．７ｍｍ付近～最大値の領域で、第２、第３弾性部材１４，１６の最大ひずみが小さくなっている。これは、構造体１０，１０Ｂにプレストレスがかけられているか否かによるものである。

【0035】

図１０の関係について説明する。図１０の実線、点線、破線に示すように、構造体１０，１０Ｂ，１０Ｃの何れでも、変位が増加するにつれて、構造体１０，１０Ｂ，１０Ｃが蓄えるエネルギーが増加している。構造体１０，１０Ｂと構造体１０Ｃとを比較すると、構造体１０，１０Ｂは、構造体１０Ｃに比して、変位が５ｍｍ程度のときに４倍程度のエネルギーを蓄えている。これは、構造体１０，１０Ｂ，１０Ｃに挟み込むような押圧力が加えれたときに、構造体１０Ｃは、第２、第３弾性部材１４，１６の曲げ変形に起因するひずみエネルギーとして蓄えるのに対し、構造体１０，１０Ｂは、第２、第３弾性部材１４，１６の曲げ変形および圧縮応力と第１弾性部材１２の引張応力とに起因するひずみエネルギーとして蓄えるためである。構造体１０と構造体１０Ｂとを比較すると、構造体１０は、構造体１０Ｂに比して、蓄えるエネルギーが若干少なくなっている。これは、構造体１０，１０Ｂにプレストレスがかけられているか否かによるものである。

【0036】

本実施形態や第１変形例の構造体１０，１０Ｂによれば、第２、第３弾性部材１４，１６に加えて第１弾性部材１２を備えることにより、挟み込むように押圧力が加えられたときに、第２、第３弾性部材１４，１６の中間部分１４ｃ，１６ｃの曲げ変形に伴って、第２、第３弾性部材１４，１６に圧縮応力が生じると共に第１弾性部材１２に引張応力が生じる。これに対して、構造体１０Ｃは、第１弾性部材１２を備えていないから、挟み込むように押圧力が加えられたときに、第２、第３弾性部材１４，１６の中間部分１４ｃ，１６ｃの曲げ変形が生じるだけである。したがって、構造体１０，１０Ｂは、構造体１０Ｃに比して、挟み込むように押圧力が加えられたときに、より大きなずみエネルギーを蓄えることができる（図１０参照）。即ち、構造体が蓄えることができるひずみエネルギーを、構造体が本来的に蓄えることができる最大ポテンシャルのひずみエネルギーにより近づけることができる。また、構造体１０，１０Ｂは、構造体１０Ｃに比して、変位が比較的小さい領域から、ある程度大きな反力を生じることができる（図８参照）。

【0037】

また、本実施形態の構造体１０によれば、プレストレスがかけられていることにより、、第１変形例の構造体１０Ｂに比して、挟み込むように押圧力が加えられたときに、変位の増加に伴って剛性をより軟化する特性を付与することができる（図８参照）と共に、第２、第３弾性部材１４，１６の最大ひずみが大きくなるのを抑制することができる（図９参照）。一方、第１変形例の構造体１０Ｂによれば、第１変形例の構造体１０Ｂに比して、挟み込むように押圧力が加えられたときに、蓄えることができるひずみエネルギーをより大きくすることができる（図１０参照）。

【0038】

さらに、本実施形態や第１変形例の構造体１０，１０Ｂによれば、第２、第３弾性部材１４，１６が所定断面において滑らかな曲線状（具体的には、複数の円弧を組み合わせた曲線状）になっていることにより、曲率の十分に大きい部分が生じないようにすることができる。これにより、構造体１０に押圧力が加えられたときに、第２、第３弾性部材１４，１６の特定箇所に応力集中が生じるのを抑制することができる。

【0039】

加えて、本実施形態や第１変形例の構造体１０，１０Ｂによれば、第２、第３弾性部材１４，１６が第１弾性部材１２に対して対称の形状に形成されていることにより、構造体１０に上下から押圧力が加えられたときに、第２、第３弾性部材１４，１６の中間部分１４ｃ，１６ｃを同様の変形を生じさせると共に、第２、第３弾性部材１４，１６に同様の圧縮応力を生じさせることができる。

【0040】

上述した実施形態や変形例の構造体１０，１０Ｂでは、図１及び図２に示したように、第２、第３弾性部材１４，１６の中間部分１４ｃ，１６ｃは、それぞれ、所定断面において概ね逆Ｖ字、Ｖ字の角を滑らかにした（丸くした）形状、即ち、第１弾性部材１２から離間する側に１つの凸を有する形状になっているものとした。しかし、中間部分１４ｃ，１６ｃの形状は、これに限定されない。図１１は、第２変形例の構造体を示す斜視図であり、図１２は、図１１に示した構造体の正面図である。図１３は、第３変形例の構造体を示す斜視図であり、図１４は、図１３に示した構造体の正面図である。

【0041】

図１１及び図１２に示すように、第２変形例の構造体１１０は、第２、第３弾性部材１４，１６の中間部分１１４ｃ，１１６ｃの形状が、実施形態の構造体１０の第２、第３弾性部材１４，１６の中間部分１４ｃ，１６ｃの形状から変更されている点で構造体１０とは異なる。中間部分１１４ｃ、１１６ｃは、逆Ｗ字、Ｗ字の角を滑らかにした（丸くした）形状、即ち、図示左右方向に間隔をおいて第１弾性部材１２から離間する側に２つの凸を有する形状になっている。中間部分１１４ｃ、１１６ｃが２つの凸を有することにより、高剛性で図１及び図２の左右方向および前後方向にある程度の長さの平面を有する平面体により押圧力が加えられたときに、２つの凸で平面体に接触するため、１つの凸で平面体に接触する場合に比して、構造体１１０が図１２の時計回りや反時計回りに回転するのを抑制することができる。

【0042】

図１３及び図１４に示すように、第３変形例の構造体２１０は、第２、第３弾性部材１４，１６の中間部分２１４ｃ，２１６ｃの形状が、変形例の構造体１１０の第２、第３弾性部材１４，１６の中間部分１１４ｃ，１１６ｃの形状から変更されている点で構造体１１０とは異なる。中間部分２１４ｃ，２１６ｃは、中間部分１１４ｃ、１１６ｃの２つの凸の間を直線状（平面状）に繋いだ形状になっている。

【0043】

第２、第３変形例の構造体１１０，２１０でも、比較例の構造体１０Ｃに対して、実施形態の構造体１０と同様の効果を奏することができる。

【0044】

上述した実施形態や第１変形例の構造体１０，１０Ｂでは、図１及び図２に示したように、第２、第３弾性部材１４，１６の中間部分１４ｃ，１６ｃは、所定断面において、複数の円弧を組み合わせた曲線状で凸形状になっているものとした。しかし、中間部分１４ｃ、１６ｃの曲線状は、所定断面において、複数の円弧の一部または全部が楕円弧やサイン波の一部などに置き換えられた形状であってもよいし、複数の円弧の全部がサイン波の１周期に置き換えられた形状であってもよい。また、中間部分１４ｃ，１６ｃは、所定断面において、一部に直線を含む形状であってもよい。

【0045】

上述した実施形態や第１変形例の構造体１０，１０Ｂでは、図１及び図２に示したように、第２、第３弾性部材１４，１６は、第１弾性部材１２に対して対称の形状になっているものとした。しかし、第２、第３弾性部材１４，１６は、第１弾性部材１２に対して対称の形状になっていなくてもよい。例えば、構造体１０，１０Ｂにおいて、第３弾性部材１６が第３弾性部材１１６や第３弾性部材２１６に置き換えられてもよい。第２、第３変形例の構造体１１０，２１０についても同様である。

【0046】

上述した実施形態や第１変形例の構造体１０，１０Ｂでは、図１及び図２に示したように、第１弾性部材１２は、平板状の部材であるものとした。しかし、第１弾性部材１２は、例えば、１以上の棒状の部材であるものとしてもよい。

【0047】

上述した実施形態や第１変形例の構造体１０，１０Ｂでは、第１弾性部材１２と第２、第３弾性部材１４，１６とを備えるものとした。しかし、第１弾性部材１２と第２、第３弾性部材１４，１６のうちの何れか一方だけとを備えるものとしてもよい。

【0048】

以上、開示の実施形態及び実施例を通じて本開示を説明したが、上述の実施形態及び実施例は、請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、本開示の実施形態及び実施例の中で説明されている特徴を組み合わせた形態も本開示の技術的範囲に含まれ得る。

【0049】

［付記］
［１］本開示の構造体は、構造体であって、所定方向に延在し、且つ、前記所定方向における第１両端部分と前記第１両端部分の間の部分である第１中間部分とを有する第１弾性部材と、前記第１弾性部材の一面側に配置され、且つ、前記所定方向における第２両端部分が前記第１両端部分にそれぞれ接続されると共に前記第２両端部分の間の部分である第２中間部分の少なくとも一部が前記第１中間部分から離間する側に凸形状になっている第２弾性部材とを備え、前記構造体は、前記第２中間部分を前記第１中間部分に接近させるような押圧力が加えられると、前記第２弾性部材の曲げ変形を伴って、前記第２弾性部材に圧縮応力が生じると共に前記第１弾性部材に引張応力が生じることを要旨とする。

【0050】

本開示の構造体は、第２中間部分を第１中間部分に接近させるような押圧力が加えられると、第２弾性部材の曲げ変形を伴って、第２弾性部材に圧縮応力が生じると共に第１弾性部材に引張応力が生じる。これにより、構造体に蓄えることができるひずみエネルギーをより大きくすることができる。即ち、構造体に蓄えることができるひずみエネルギーを、構造体に本来的に蓄えることができる最大ポテンシャルのひずみエネルギーにより近づけることができる。

【0051】

［２］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両端部分には、前記所定方向の引張力が予め加えられており、前記第２両端部分には、前記所定方向の圧縮力が予め加えられているものとしてもよい。こうすれば、第２弾性部材が、第２中間部分を第１中間部分に接近させるような押圧力を受けて変形するときの第２弾性部材の最大ひずみが大きくなるのを抑制することができる。

【0052】

［３］本開示の構造体（上述の［１］または［２］に記載の構造体）において、前記第２中間部分は、滑らかな曲線状の前記凸形状になっているものとしてもよい。

【0053】

［４］この場合（上述の［３］に記載の構造体）において、前記第２中間部分は、複数の円弧を組み合わせた曲線状の前記凸形状になっているものとしてもよい。

【0054】

［５］本開示の構造体（上述の［１］記載の構造体）において、前記第１弾性部材の他面側に配置され、且つ、前記所定方向における第３両端部分が前記第１両端部分にそれぞれ接続されると共に前記第３両端部分の間の部分である第３中間部分の少なくとも一部が前記第１中間部分から離間する側に凸形状になっている第３弾性部材を更に備え、前記構造体は、前記第２、第３中間部分を前記第１中間部分に接近させるような押圧力が加えられると、前記第２、第３弾性部材の曲げ変形を伴って、前記第２、第３弾性部材に圧縮応力が生じると共に前記第１弾性部材に引張応力が生じるものとしてもよい。

【0055】

［６］本開示の構造体（上述の［５］に記載の構造体）において、前記第１両端部分には、前記所定方向の引張力が予め加えられており、前記第２、第３両端部分には、前記所定方向の圧縮力が予め加えられているものとしてもよい。

【0056】

［７］本開示の構造体（上述の［５］または［６］に記載の構造体）において、前記第２、第３中間部分は、前記第１弾性部材に対して対称の形状であるものとしてもよい。

【0057】

［８］本開示の第１の構造体の製造方法は、所定方向に延在し、且つ、前記所定方向における第１両端部分と前記第１両端部分の間の部分である第１中間部分とを有する第１弾性部材と、前記第１弾性部材の一面側に配置され、且つ、前記所定方向における第２両端部分が前記第１両端部分にそれぞれ接続されると共に前記第２両端部分の間の部分である第２中間部分の少なくとも一部が前記第１中間部分から離間する側に凸形状になっている第２弾性部材とを備え、前記構造体は、前記第２中間部分を前記第１中間部分に接近させるような押圧力が加えられると、前記第２弾性部材の曲げ変形を伴って、前記第２弾性部材に圧縮応力が生じると共に前記第１弾性部材に引張応力が生じる構造体の製造方法であって、（Ａ）前記第１、第２弾性部材の順に並ぶように前記第１、第２弾性部材を配置する工程と、（Ｂ）前記第１弾性部材を前記所定方向に引張ながら、前記第１両端部分と前記第２両端部分とを接続する工程と、を含むことを要旨とする。

【0058】

本開示の第１の構造体の製造方法により構造体を製造することにより、構造体は、第１弾性部材には所定方向の引張力が予め加えられていると共に、第２弾性部材の第２両端部分には所定方向の圧縮力が予め加えられている。これにより、上述の［２］に記載の構造体と同様の効果を奏することができる。

【0059】

［９］本開示の第２の構造体の製造方法は、所定方向に延在し、且つ、前記所定方向における第１両端部分と前記第１両端部分の間の部分である第１中間部分とを有する第１弾性部材と、前記第１弾性部材の一面側に配置され、且つ、前記所定方向における第２両端部分が前記第１両端部分にそれぞれ接続されると共に前記第２両端部分の間の部分である第２中間部分の少なくとも一部が前記第１中間部分から離間する側に凸形状になっている第２弾性部材とを備え、前記構造体は、前記第２中間部分を前記第１中間部分に接近させるような押圧力が加えられると、前記第２弾性部材の曲げ変形を伴って、前記第２弾性部材に圧縮応力が生じると共に前記第１弾性部材に引張応力が生じる構造体の製造方法であって、（Ａ）前記第１、第２弾性部材の順に並ぶように前記第１、第２弾性部材を配置する工程と、（Ｂ）前記第２両端部分をそれぞれ前記所定方向に沿って互いに近づく方向に圧縮しながら、前記第１両端部分と前記第２両端部分とを接続する工程と、を含むことを要旨とする。

【0060】

本開示の第２の構造体の製造方法により構造体を製造することにより、構造体は、第１弾性部材には所定方向の引張力が予め加えられていると共に、第２弾性部材の第２両端部分には所定方向の圧縮力が予め加えられている。これにより、上述の［２］に記載の構造体と同様の効果を奏することができる。

【符号の説明】

【0061】

１０，１０Ｂ，１０Ｃ，１１０，２１０ 構造体、１２ 第１弾性部材、１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂ 端部分、１２ｃ，１４ｃ，１６ｃ，１１４ｃ，１１６ｃ，２１４ｃ，２１６ｃ 中間部分、１４ 第２弾性部材、１６ 第３弾性部材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】