JPH01299641A - 多表面積構造体およびその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はシート素材を二重折り曲げ殻構造にして稜線を
互いに接合しながら多数重ね合わせて立体的に形成した
多表面積構造体およびその製法に関するものである。

［従来の技術］ 触媒、熱交換、イオン交換、流体のＰ通用などの装置中
で流体に関与する部分の接触面積の、より拡大化が従来
から要望されている０例えば、触媒などの場合において
は、化学反応の量は触媒担体の表面積によって支配され
、また−過装置やイオン交換器においては同一の圧力条
件下で処理される流体流量がフィルタの表面積によって
支配される。したがって、流体と接触する部分の接触面
積をいかに拡大して、上記装置等の処理効果を増大する
かが重要な技術的課題となっている。

この問題を解決する方法として従来においては、流体に
接触する部分の素材の直線的な折り曲げ、例えば車のエ
ンジンのエアクリーナ部分のように一重折り曲げ構造や
、微細なキャピラリーを束ねた構造にするなどして流体
に接触する部分の表面積の拡大化が図られている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来、そのような多表面積構造体を製造
するための製造工程が複雑になるため価格的な点から実
現できないことが多く、また稼動時における内部流体の
圧力に対する構造上の強度・剛性が十分でない等の問題
が残り、実現できないのが実状である。

したがって大量生産に適する多表面積構造体とその製法
の開発が要望されている。

［問題を解決するための手段］ 本発明はシート素材を二重折り曲げ殻構造にするために
、各単体の稜線を相互に接合しながら多数重ね合わせた
立体的な多表面積構造体に形成してゆくので、従来技術
による一重折り曲げ殻構造では実現できなかった高い剛
性、耐性の多表面積構造体が可能となり、かつ大量生産
に適する製法を提供することを目的としている。

［作用コ 第１図は本発明による二重折り曲げ殻構造を形成するた
めのシート素材の平面展開パターンを示す０図示のよう
に各シート素材（金属、その他の素材であってよい）に
例えばジグザグした折り目をつける０図示の実線部分は
組立てた際、山の稜線に対応し、点線は谷線に相当する
。

こうしておいて、各シートのｍｕ、谷線を折り曲げて接
合してゆけば多表面積構造体が形成できる。その理由は
、本発明の如き二重折り曲げ殻構造においては折り曲げ
線以外の変型が僅かである限り該構造体全体の形状変化
の自由度は１つしかないので、複数のシート素材を折り
曲げるべき稜線に沿って接合した１１！遺体の自由度も
１つしかない。

したがって、上記自由度の方向に沿って該構造体の二重
折り曲げ角を理論上０〜１８０度の範囲で調整すること
によって接着された折り曲げ部分の引起しの程度によっ
て表面積の興なる多表面積構造体が形成されうる。

［実施例］ 次に本発明による二重折り曲げ殻構造体の実施例につい
て図面を参照して説明する。

第２図は、１つの実施例としての組立てられた多表面積
構造体の外観を示す、すなわち、先に述べたように第１
図に示す各シート素材を積層して何らかの手段により山
と谷が形成されるように折り曲げ、それを例えば稜線ど
うしを接合してから膨張してゆけば第２図に示す構造体
が形成される。そして積層してゆく過程で折り目の深さ
、すなわち山と谷との落差の程度によって、目的に応じ
て表面積の異なる構造体が形成でき、流体処理機能にも
相違が生じることになる。

換言すれば、第２図の多表面積構造体において、組立て
の際、図の左から力を加えて該構造体をつぶす（潰す）
かのように、山と谷の折り曲げ程度を調節することによ
って、流体に対する処理機能の異なる多表面積構造体が
でき上る。

例えば、折り曲げを強くすることによって表面積の大な
る（つぶしたような）構造体ができ、他方、折り曲げ度
を弱くすることによって表面積の比較的小なる構造体に
することができる。

なお、第２図のものは第１層から第４層まで積層した場
合の多表面積構造体を示す。

第３図は、２重折り曲げ殻構造を形成する別の実施例を
示す０図中、シート素材上の実線部分を山の稜線に、点
線を谷線になるように折り曲げて、例えば稜線同志を接
合すれば別の円筒形構造の多表面積構造体が形成できる
。

第４図は、第２図の構造体を製造する製造工程の基本原
理図を示す。

図中、１はシート素材、２は折り曲げ部分の印刷工程、
３は重ね合わせ工程、４は接合工程、５は構造体の膨張
工程、６は製品（多表面積構造体）を示す。

この場合に、シート素材上に第１図に示した如きパター
ンを印刷工程２を介して印刷し、重ね合わせ工程３で重
ね合わせ、接合工程４で接合し、膨張工程５で多表面積
構造体の原形を膨張させながら折り曲げて構造体として
の製品６に仕上げる。

第５図は本発明による多表面積構造体を製造する製造工
程の具体的な実施例を示す、同図において、１０−１．
１０−２．１０−３・・・１０−ｉは折り目パターンが
印刷されたシート素材、１１はシート素材のパターン位
置合わせを行なう張力制御部、１２は重ね合わせ部、１
３は重ね合わせ位置検出部、１４は接合部、１５は気圧
を調整する気圧室、１６．１７．１８はローラ対、１９
は接合され固定された稜線以外の空間を膨張させながら
折り曲げを行なう（自由度が１のなめ可能となる）膨張
部、２０は気圧制御部、２１は仕上り状態検出部をそれ
ぞれ示す。

各巻取ロールから繰出された各シート素材１０−１．１
０−２．・・・１０−１は張力制御部１１において各パ
ターンの位置合わせが行なわれ、次いで重ね合わせ部１
２で重ね合わせが行なわれる０重ね位置の微少なずれは
重ね合わせ位置検出部１３で検出され、線ｊ、を介して
張力制御部１１へ送られ、ずれが修正されて接合部１４
で稜線部分の接合が行なわれる。所望の数だけ′ｆ？を
層され稜線部分が接合された構造体の原形が膨張部１９
で膨張され、接合され固定された稜線部分以外の空間が
拡大されて連続した多表面積構造体ができ上がる。なお
、完成品としての構造体における接合点のずれ具合、あ
るいは重ね合わせ状態の微少な偏れは、絶えず線ｊｚρ
３を介して張力制御部１１および膨張部に対する気圧制
御部２０への制御信号により（検出部２１から）修正さ
れている。

第６図は、第１図に示す如きジグザグパターンを有する
各シート素材を重ね・１￥わせ位置に設定する設定例を
示す、第２層以下のジグザグパターンが、上からみた場
合に図示のような各位置にくるように設定して稜線を接
合してゆくようにする。

第７図は、第６図の各パターンを有するシート素材が積
み重ねられた状態を断面方向から見た状態を示す。

第８図はシート素材に印刷するジグザグパターンの一例
を示す、各シート素材ごとに、位置合わせマークＭの場
所をずらせておいて山の稜線に相当する位置が適正な位
置にくるように制御が行なわれる。

電熱素材を用いた場合にジグザグ線部分にループ電流を
流して接合する。なお、Ｐ部分は、さん孔部分を示し斜
線で示した部分は導電体の巾を広くとってあり、ジグザ
グ部分を流れるループ電流が該部分に流れた際にも電流
が拡散するので溶着されないようにしている。そしてさ
ん孔された部分は、後に述べる実施例で最終製品の不要
部切離しのために設けである。

第９図は高周波源ＨＰを用いてコアコイルに電流を流し
ておいて、フレーム部を上下に移動させながら圧着力を
加えてシート素材の稜線部を溶着する実施例を示す。

第１０図は、積層させる各シート素材の間に溶解する接
合媒体を接合すべき稜線部分に配置し、その間にガス発
生媒体を配置して圧搾（または加熱）して溶着させ、多
表面積構造体を形成する別の実施例を示す。

すなわち同図で、（イ）のように接合媒体およびガス発
生媒体をサンドイッチしておいて、（ロ）のように圧力
を加え、接合媒体を溶解させてシートを互いに接合させ
、加熱によりガス発生媒体をガス化させ、（ハ）のよう
にガスを発生させて多表面積構造体の原形を膨張させて
折り曲げ、（ニ）然る後に折り曲げたたむようにする。

第１１図は、第５図に示す製造工程中の膨張工程の具体
的な膨張方法を示す０重ね合わせられ接合された多表面
積構造体の原形は、偏らされて稜線が接合された段差の
あるシート層になっているので図示のように切断面の穴
に向けて複数の噴射口から圧縮空気を送り込んで膨張さ
せ多表面積構造体を形成する。

第１２図は、第４図の製造工程において、ローラ対１７
の部分にジグザグ状に正負極交互に帯電させたローラを
用いてシート素材相互の電気的反発力を利用して膨張さ
せ折り曲げ線に沿って多表面積構造体を形成する実施例
を示す。

第１３図は、膨張部において、膨張工程の初期に超音波
または機械的振動を加えることによって円滑な膨張を行
なわせる他の実施例を示す。

ガイドＧに沿ってローラから送り出された接合剤多表面
積構造体の原形に対して超音波変換器Ｔから超音波を加
えて膨張させる。またＲ械的振動を与える場合には、折
り曲げ線に囲まれた微少面の固有振動数の整数倍程度の
振動数を加えると効果的に膨張しうる。

第１４図は、シート素材を両側から保護フィルム（膜）
で挾んでシーム溶着装置Ｓ、Ｓ２でシームしてから接合
し、膨張部の手前でロータリーカッタＲなどで再縁を切
断することによって膨張させるようにした実施例を示す
、この実施例の場合は、極薄膜の多表面積構造体を形成
したり、あるいは弾性的なシート素材などの形状記憶を
有するシート材から上記構造体を製造するのに適してい
る。

第１５（＾）（Ｂ）図は、上記のようにして出来上った
多表面積構造体の両端をふさいで最終的な完成品にする
様子を示す、第４図の構造体を、かなり潰したような状
態（１８Ｃ変形）で左側の切断面を見ると、第１５（Ａ
）図のような形で形成されている。したがって、各格子
状の開口部の中心に連通孔ｐ、、　Ｐｚ、　ＰＪ　　・
・・がくるような端末面部材ＥＭを接着することによっ
て完成する。

なお、本発明の多表面積構造体をフィルタとして使うよ
うな場合には、連通孔は一列おきに形成する。すなわち
、Ｐ、　Ｐ、の列の前後の連通孔２７４列およびＰＪ　
ｐ、　ｐ２列は省略すればよい。

第１６図は第１５図のように完成させて形成した第４図
の多表面積構造体を４ユニツトを使って構成した触媒装
置を示す、　ｖ、、　ｖ、、　Ｖ、、　ｖ。

が当該構造体を示し、ＥＭは連通孔を有する端末面部材
、ＳＰはスペーサであって左から入ってくる流体（ガス
等）が右へ抜ける。

第１７図は本発明による多表面積構造体を８ユニツト使
用して構成したポンプ機能をもたせた応用例を示す、こ
の実施例では容器に図示°のように収めた本発明による
構造体８ユニットに対して脈動圧を加えてボンピング作
用を行なわすことができる。

Ｅ効果］ 以上述べたように本発明においては各シート素材につい
て二重折り曲げ殻構造にして稜線を接合して積層構造に
仕上げているためその製造プロセスも比較的簡単なもの
で済み、大量生産が容易にできる。

本発明の多表面積構造体のその他の特徴、利点は下記の
通りである。

【１重接合部を介して同一平面上に異なるシート素材の
面が並ぶため、全体的な構造強度、剛性が極めて高い構
造を実現でき、外部からの衝撃や流体圧力による破壊の
限界を高めることが可能となる。

［２］二重折り曲げ殻を構成する部分平面は、折り曲げ
のピッチに対応して微細なものとすることができ、この
部分平面は周囲を剛性の高い折り曲げ線で囲まれている
ことから、たわみ量が少なく対向する他の部分平面との
間隔を最少限に押えることができ、全体の容積を削減す
ることができる。

具体的に短辺をａ、長辺をｂとして矩形の部分平面のた
わみ量と応力で近似的に計算し比較すると以下のように
なる。

微小たわみ理論に基づく周辺単純支持の矩形板が分布荷
重Ｐを受ける場合の最大たわみ一１ａＸ最大応力５ｎａ
ｘは下記の式（１）、（２）で与えられる。

Ｗｎａｘ＝＾ＩＰａ”／　（Ｅｈ”　）　−（１）Ｓｌ
ａｘ＝　ＢＩＰａ”／（ｈ”）＝−−−（２）上式にお
いてＥは板の弾性率、ｈは板厚、＾１、Ｂ１は（ｂ／ａ
）で定まる係数である。

上式からｂのみが違うふたつの条件にある板のたわみと
応力のそれぞれの比は、単純に＾１の比とＢ１の比で表
わせることがわかる。上記係数は下記の数値であること
が知られている（機械工学便覧、第５版、機械学会［４
−Ｐ６７．６８参照）。

従ってこの場合４：１の矩形に生じるたわみと応力の散
大値は正方形のそれに比して、それぞれ３倍、２．５倍
となり、前述［２］を考慮するまでもなく局部的な面の
たわみと応力の比較だけですら大きな差があることがわ
かる。（さらにｂ　／　ａの比が大である場合は差が広
がる方向である） ［３］積層された二重折り曲げ殻構造物は各部の折り曲
げ角度が１８０度に近くなるほど圧縮された状態では端
末部に流体通路実質面積より大きな菱形等の連通孔で内
部空間と接続されるので、外部装置と接続するための端
末処理が極めて容易になる。

［４］楕構造体の端末に於ける力学的拘束条件が弱い場
合には、構造で決まる変形の自由度に従って自在に変形
させることができ、これによって内部空間の内容積の制
御すなわち内部流体の吸入と排出ができる。したがって
、適切な駆動手段と逆止弁手段などを併用することによ
り理論的に漏れ経路のない流体圧送機能も兼ねて、装置
を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は平らなシート素材から二重折り曲げ殻構造を形
成するための平面展開パターンを示し、第２図は本発明
による多表面積構造体の組上げられた実施例、第３図は
他の実施例としての平面展開パターン、第４図は本発明
による多表面積構造体を製造する基本製造工程の構成図
、第５図は第４図の具体的製造工１１の構成図、第６図
は各シート素材上で折り曲げられるべきジグザグパター
ンの位置関係を示す図、第７図は第６図の断面方向説明
図、第８図は熱溶着による接合手段の実施例、第９図は
高周波源を利用して稜線部を溶着する実施例、第１０図
は接合後に高圧ガスを発生して各シート素材を膨張させ
る実施例、第１１図は他の膨張方法の実施例、第１２図
は帯電による膨張方法の実施例、第１３図は超音波を用
いる膨張方法の実施例、第１４図は極薄膜等で多表面積
構造体を製造する場合の他の実施例、第１５（＾）（Ｂ
）図は本発明の構造体を端末部材でふさぐ実施例、第１
６図は本発明の構造体を４ユニツト用いて構成した触媒
装置の実施例、第１７図は本発明の構造体を８ユニツト
用いて構成したポンプ機構の実施例、をそれぞれ示す。 図中、（１）はシート素材、（２）は折り曲げパターン
印刷工程、（３）は重ね合わせ工程、（４）は接合工程
、（５）は膨張工程、（６）は製品としての多表面積構
造体、をそれぞれ示す。 第３図 第４図　　　　　　　第５図 帛１１図 第１２図 第１４図 第１５図 第１７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）所定の二重折り曲げ線に沿つて折り曲げるべき複数
   枚のシート素材を重ね合わせ、最上面のシート素材を除
   いて各シート素材の稜線に沿つて、少なくとも部分的に
   接合して形状変化の自由度が１個の状態にしておいて、
   該接合し固定した稜線部分以外の自由空間を膨張させる
   ことによつて形成されたことを特徴とする二重折り曲げ
   殻構造を有する多表面積構造体。 ２）特許請求の範囲第１項記載の構造体において、前記
   二重折り曲げ線はジグザグパターンになつていることを
   特徴とする多表面積構造体。 ３）予め用意された複数枚の各シート素材を所定の位置
   で重ね合わせ、最上位のシート素材を除いて折り曲げた
   際、稜線に相当する少なくとも各線部分を接合手段を介
   して接合し、次いで接合され固定された以外の自由空間
   を膨張手段を介して膨張させ、二重折り曲げ殻構造を有
   する多表面積構造体を連続的に形成してゆくことを特徴
   とする多表面積構造体の製法。 ４）特許請求の範囲第３項記載の製法において、予め用
   意された複数枚の各シート素材には、最上位のシート素
   材を除いて所定のジグザグパターンが印刷されているこ
   とを特徴とする上記製法。 ５）特許請求の範囲第３項記載の製法において、前記シ
   ート素材上で、折り曲げられるべき稜線および該稜線を
   短絡する幅広線部分に電熱体の環状回路を構成し、外部
   から印加された電磁場によつてループ電流を誘導させ、
   該電流による発熱作用により前記稜線に沿つて各シート
   素材を熱溶着させることを特徴とする製法。 ６）特許請求の範囲第３項の製法において、重ね合わさ
   れた各シート素材上で、折り曲げられるべき稜線上に沿
   つて接合剤を配置すると共に、残りの空間にガス発生剤
   を配置し、次いで圧搾して前記接合剤により各稜線部分
   を接合した後に、圧搾によるガス発生により膨張させ二
   重折り曲げ殻構造を有する多表面積構造体を形成するこ
   とを特徴とする上記製法。