JP2012116566A - Folding box structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、折り畳みボックス構造に関するものである。さらに詳細には、第一に、折り畳みの操作が簡単で折り畳んだ状態がコンパクトであること、第二に、展開時にの適度の剛性をもつ、折り畳みボックス構造に関するものである。The present invention relates to a folding box structure. More specifically, firstly, the folding operation is simple and the folded state is compact, and secondly, it relates to a folding box structure having an appropriate rigidity when unfolded.
折畳みボックス構造はあらゆる分野で利用されている。大は仮設建築から、小は商品パッケージ、日用品まで、多様な形態、構造が知られている。従って、いまさら、新規な折り畳みボックス構造を求めることなどは、あり得ないと思われている。Folding box structures are used in all fields. A variety of forms and structures are known, ranging from temporary construction to large, from small packages to commodity packages and daily necessities. Therefore, it seems that it is impossible to find a new folding box structure.
しかし、最近の折り紙の数学の進歩による知識を援用すれば、新規で且つ利用性の広い折り畳みボックス構造を見出すことは充分に可能である。However, with the help of recent origami mathematics advances, it is quite possible to find a new and versatile folding box structure.
本発明の課題は、長いボックスの折り畳みボックス構造で、長手の方向にコンパクトに折り畳め、折り畳み操作が容易であり、展開時に適度の剛性をもち、かつ製造方法が容易である、折り畳みボックス構造を提供することである。An object of the present invention is to provide a folding box structure that is a long box folding box structure that is compactly folded in the longitudinal direction, is easy to fold, has moderate rigidity when deployed, and is easy to manufacture. It is to be.
本発明は(図1の説明図参照)、請求項1に示されるように、X−Y座標系において、X軸方向の二つの平行線上にそれぞれの底辺をもち、内角θの等しく、一つの斜辺を共有する隣接の二つの平行四辺形をp、qとし、p、qの一つの底辺を鏡mとする鏡映で、それぞれ二つの平行四辺形r、sを形成し、4個の平行四辺形p、q、r、sからなるモジュールMを構成し、該モジュールMをY軸方向に少なくとも一つ以上隙間なく併進してモジュール群Aを形成し、前記モジュール群AのY軸方向の滑り鏡gについての滑り鏡映をモジュール群Bとし、前記モジュール群Aとモジュール群Bを、仮想の二次元体として、それらの背面をあわせ、対応する側縁eを結合し、平行四辺形の辺を稜としてボックス形状(C)を形成し、該ボックス形状(C)を、平行四辺形の面をシート、稜をヒンジとして実体のボックス構造とし、該ボックス構造端部に閉じる構造を加えたことを特徴とする折り畳みボックス構造により前記課題を解決するものである。The present invention (refer to the explanatory diagram of FIG. 1), as shown in claim 1, in the XY coordinate system, has two bases on two parallel lines in the X-axis direction, equal to the inner angle θ, Two parallelograms adjacent to each other that share the hypotenuse are p and q, and one base of p and q is a mirror m to form two parallelograms r and s, respectively. A module M composed of quadrilaterals p, q, r, and s is configured, and at least one module M is translated without gaps in the Y-axis direction to form a module group A, and the module group A in the Y-axis direction is formed. Sliding reflection about the sliding mirror g is a module group B, the module group A and the module group B are assumed to be a virtual two-dimensional body, their back surfaces are combined, and the corresponding side edges e are combined to form a parallelogram. A box shape (C) is formed with a side as a ridge, and the box The above-mentioned problem is solved by a folding box structure in which the shape (C) has a solid box structure with a parallelogram surface as a sheet and a ridge as a hinge and a closed structure at the end of the box structure. It is.
なお、前記、併進、鏡映、滑り鏡映は、対称変換群に使われる操作である。また、四個の平行四辺形で形成されるモジュールMは、ミウラ折りと呼ばれる展開構造物の基本要素である。The translation, mirroring, and sliding mirroring are operations used for the symmetry transformation group. The module M formed of four parallelograms is a basic element of a development structure called Miura folding.
また、本発明は請求項2に示されるように、請求項1において、自由度を拘束する機構として拘束部材を装着し、前記課題を解決するものである。Further, according to a second aspect of the present invention, in the first aspect, a restraining member is attached as a mechanism for restraining the degree of freedom, and the above-mentioned problem is solved.
また、本発明は請求項3に示されるように、ボックス形状端部に、展開自由度の拘束を兼ねた閉じる構造を加えることにより、前記課題を解決するものである。Further, according to the present invention, as described in claim 3, the above-mentioned problem is solved by adding a closing structure that also serves as a restraint of the degree of freedom of expansion to the box-shaped end portion.
また、本発明は請求項4、5に示されるように、簡単な工程で、折り畳みボックス構造の基幹部分を製造する方法により、前記課題を解決するものである。Moreover, this invention solves the said subject by the method of manufacturing the basic | foundation part of a folding box structure by a simple process, as shown in
本発明の効果は、要約すると以下の四つに分類される。その詳細は実施例について後述する。The effects of the present invention can be summarized into the following four categories. Details thereof will be described later with reference to examples.
本発明の第一の効果は、その特有の折り畳み特性にある。これは特に、長い筒状のボックスについて、顕著である。一般に、長い筒状のボックスでは、畳まれたときにその長さが残る性質がある。つまり最大の寸法が、畳むことで小さくならないのである。本発明のボックス構造は、その拘束を解除することによって、崩れ落ちるように長手方向に畳みこまれる。従って、畳まれたものはコンパクトであり、その最大寸法を小さくできる。The first effect of the present invention lies in its unique folding characteristics. This is particularly noticeable for long cylindrical boxes. In general, a long cylindrical box has the property that its length remains when folded. In other words, the maximum dimensions are not reduced by folding. The box structure of the present invention is folded in the longitudinal direction so as to collapse by releasing the constraint. Therefore, what was folded is compact and the maximum dimension can be made small.
本発明の第二の効果は、その適度な剛性にある。折り畳み構造は、折り畳みのプロセスでは、ほとんど抵抗がないことが理想である。しかしいったん展開した状態では、何等かの拘束機構により、必要な剛性をたもたなければならない。一般には長い筒状のボックス構造では、中間の部分に充分な拘束を与えることは難しいが、本発明の折り畳みボックス構造ではそうはならない。その理由は二つある。一つは、折り目による補強効果であり、他の一つは、通称ミウラ折りと呼ばれる展開要素が組み込まれたことによる、メカニズムによる。その詳細は実施例1につき説明する。The second effect of the present invention is its moderate rigidity. Ideally, the folded structure should have little resistance in the folding process. However, once deployed, it must have the necessary rigidity by some restraining mechanism. In general, in a long cylindrical box structure, it is difficult to give sufficient restraint to an intermediate part, but in the folding box structure of the present invention, this is not the case. There are two reasons for this. One is a reinforcing effect by folds, and the other is by a mechanism by which a deployment element called a so-called Miura fold is incorporated. Details thereof will be described in the first embodiment.
本発明の第三の効果は、その製造法が特殊な工程を含まず、既存の一般的な設備で製造することができることにある。The third effect of the present invention is that the manufacturing method does not include a special process and can be manufactured using existing general equipment.
本発明の第四の効果は、比較的軟質のシートによる折り畳みボックス構造に利用できる。一般に、袋というものは、その口は一直線に合わされている。本発明の構造では、畳まれたときに、袋の口が部分的に開かれた状態となる(図2(b))。従って、その部分をつまみやすい。次いで引っ張ることにより、これは展開構造物だから、自動的に展開が始まり、そして開くというプロセスが行われる。The fourth effect of the present invention can be used for a folding box structure with a relatively soft sheet. In general, the mouth of a bag is aligned. In the structure of the present invention, when folded, the mouth of the bag is partially opened (FIG. 2 (b)). Therefore, it is easy to pinch that part. Then, by pulling, since this is a deployment structure, the process of automatically starting and opening is performed.
実施例1として、蓋つきの折り畳みボックス構造について説明する。図3(a)(b)は、折り畳みボックス構造の構成要素を示す。その基本は、図1、2の説明図における幾何学的形状を基に実体化したものである。簡単のため、説明図に用いた記号を、実体の場合でも援用する。図3(a)、(b)はそれぞれ、モジュラー群A、Bに蓋3と糊代4をつけたものである。形状のパラメータは、基本となる平行四辺形の形とサイズ、その繰り返しの数であり、これらの数値により多様な形態が実現できる。As a first embodiment, a folding box structure with a lid will be described. 3A and 3B show components of the folding box structure. The basis is materialized based on the geometric shape in the explanatory diagrams of FIGS. For simplicity, the symbols used in the explanatory diagrams are used even in the case of an entity. 3A and 3B show the modular groups A and B with the lid 3 and the
図4(a)(b)にそれぞれ伸展時、畳みこみ時の折り畳みボックス構造の斜視図を示す。なお本明細書では、図中シートの厚さは省略する。図4(b)は、畳みこみ時の斜視図であり、平面図ではないことに注意を要する。図で、Cは折り畳みボックス構造であり、3はその自由度の拘束機構を兼ねた蓋である。FIGS. 4A and 4B are perspective views of the folding box structure at the time of extension and folding, respectively. In the present specification, the thickness of the sheet is omitted in the drawing. Note that FIG. 4B is a perspective view when folded, and is not a plan view. In the figure, C is a folding box structure, and 3 is a lid that also serves as a restraining mechanism of the degree of freedom.
以上から、製造法について、本発明の折り畳みボックス構造の特徴は、主な二つの要素を結合することであり、その加工が平坦な状態で行えることが明らかである。それはこの構造が両極の平面折り畳みをもつ性質を利用するのである。従って、本発明の折り畳みボックス構造は、一般的な設備で製造することができる。これが本発明の第三の効果である。From the above, regarding the manufacturing method, it is clear that the feature of the folding box structure of the present invention is that two main elements are combined, and the processing can be performed in a flat state. It takes advantage of the nature of this structure with bipolar planar folding. Therefore, the folding box structure of the present invention can be manufactured with general equipment. This is the third effect of the present invention.
折り畳みの様子は、図4に見るように、縦長の多面体形状のボックスが、縦の方向に平らに畳みこまれる。実質的に平である。畳みこみに要する力は、折り目・ヒンジによるが、ほとんど無きにひとしい。その様子は、外形から予測できないほどである。これらの事実により、前記第一の効果が実証される。As shown in FIG. 4, the folded polyhedral box is folded flat in the vertical direction. It is substantially flat. The force required for folding depends on the folds and hinges, but it is almost perfect. The situation cannot be predicted from the outer shape. These facts demonstrate the first effect.
図5は、本発明の折り畳みボックス構造(a)と、これと外形の略等しい普通の四角柱ボックス構造(b)を対比したものである。この際、端部は拘束されているとする。折り畳みボックスの場合は、その中間に三つの折り曲がり部分が周を回って形成されている。このような構造は、折板構造といわれて、折れ曲がりの部分にあたかも仮想補強材ができたように剛性が高められる。換言すれば、竹の節のように働くのである。これが第二の効果の一つである。FIG. 5 shows a comparison between the folding box structure (a) of the present invention and an ordinary rectangular prism box structure (b) having substantially the same external shape. At this time, it is assumed that the end portion is restrained. In the case of a folding box, three bent portions are formed around the circumference in the middle. Such a structure is called a folded plate structure, and the rigidity is enhanced as if a virtual reinforcing material was formed at the bent portion. In other words, it works like a bamboo knot. This is one of the second effects.
本発明の第二の効果のもう一つは、本発明が、通称ミウラ折りと呼ばれる特殊な要素だけの組み合わせで出来ており、そのメカニズムが、展開後の剛性を付与することが明らかになった。図6は、端部が拘束された折り畳みボックス構造の説明図(斜視図)を示す。このボックス構造に、図に示すような偶力Fが加えられたとする。普通の考えでは、ジグザグで曲がっているから、その方向の外力が加われば、少なからぬ変形を起こすように思える。実はそれは間違いなのである。Another of the second effects of the present invention is that the present invention is made up of a combination of only special elements called commonly called Miura folding, and its mechanism has been clarified to give rigidity after deployment. . FIG. 6 is an explanatory view (perspective view) of the folding box structure in which the ends are constrained. It is assumed that a couple F as shown in the figure is applied to this box structure. The usual idea is that it bends in a zigzag, so if an external force in that direction is applied, it seems to cause considerable deformation. Actually it is a mistake.
このボックス構造は、モジュールAとBが背中合わせで結合されている。言いかえると、二つのミウラ折りの列が背中あわせで結合されている。ミウラ折りの展開特性により、モジュールB側に縦の方向に潰す力が働くと、横の方向も同期して縮まる(変位−d)。一方モジュールA側に縦に伸ばす力が働くと、横の方向は伸びる(変位+d)。従ってモジュールAとBの結合部分で、互いに反対の方向に動こうとする。その働く力は逆で等しい。従って、このような偶力に対して、変形は完全に抑制されると解釈される。In this box structure, modules A and B are joined back to back. In other words, two Miura folds are joined back to back. Due to the unfolding characteristics of the Miura fold, when a crushing force acts in the vertical direction on the module B side, the horizontal direction also shrinks synchronously (displacement -d). On the other hand, when a force that extends vertically is applied to the module A side, the lateral direction extends (displacement + d). Therefore, at the connecting part of modules A and B, they try to move in opposite directions. The working force is the opposite and equal. Therefore, it is interpreted that the deformation is completely suppressed against such a couple.
これは、第一実施例とは逆に、折り畳み特性に特化して、その展開時の剛性の高さは問わない、比較的軟質のシートによる折り畳みボックス構造である。本実施例では、折り畳み袋と読み替えることにする。袋の最も一般的な形態は、二枚の長方形のシートの三つの縁を接合し、残された縁を袋口とするものである。通常、その袋口は二枚のシートが直線で合わされている。Contrary to the first embodiment, this is a folding box structure with a relatively soft sheet that is specialized in folding characteristics and does not require high rigidity when deployed. In this embodiment, it will be read as a folding bag. The most common form of bag is to join the three edges of two rectangular sheets and use the remaining edge as the bag mouth. Usually, the bag mouth has two sheets joined together in a straight line.
本発明を袋に適用すると、図2(b)に見るように、菱形の開口部Lが、折り畳まれた状態で存在する。注目すべき点は、畳まれたときに、袋の口が部分的に開かれた状態であることにある。本発明の袋は、第一に袋の口があいているから、その部分をつまみやすい。第二に引っ張ることにより、展開構造物の性質があるから、全体が自動的に展開を開始し、袋を開くという作業が一貫してほぼ自動的におこなわれるのである。このような機能が要求されるのは、袋を開けて内部に物体を挿入するという操作に、敏速性・確実性・容易性が要求される作業である。When the present invention is applied to a bag, as shown in FIG. 2B, a diamond-shaped opening L exists in a folded state. It should be noted that the bag mouth is partially opened when folded. Since the bag of the present invention has the opening of the bag first, it is easy to pinch that portion. Secondly, since there is a property of the unfolding structure by pulling, the whole process automatically starts unfolding and the operation of opening the bag is consistently and almost automatically performed. Such a function is required for an operation that requires promptness, certainty, and ease in an operation of opening a bag and inserting an object inside.
本発明の折り畳みボックス構造の端部の拘束の方法は、多様なバリエーションがありうる。There may be various variations in the method of restraining the end of the folding box structure of the present invention.
本明細書でシートとあるのは、平面的素材一般を指すもので、紙、プラスチック・シート、平板、サンドイッチ版、複合構造、ラチス等を含むものである。また折り目またはヒンジにしても、あらゆる実施形態が存在するのは、言うまでもない。In this specification, the term “sheet” refers to general planar materials, and includes paper, plastic sheets, flat plates, sandwich plates, composite structures, lattices, and the like. It goes without saying that all embodiments exist for folds or hinges.
1 平行四辺形シート
2 折り目またはヒンジ
3 蓋
4 糊代またはプラグ
5 拘束材
6 仮想補強材
A モジュール群
B モジュール群
C ボックス形状または実体化のボックス構造
F 外力
L 開口部
M モジュール(ミウラ折りの要素)
X,Y 直交座標系
d 変位
e 側縁
g 滑り鏡映の鏡線
m 鏡映の鏡線
p 平行四辺形
q 平行四辺形
r 平行四辺形
s 平行四辺形
θ 平行四辺形の内角DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
X, Y Cartesian coordinate system d Displacement e Side edge g Sliding mirror line m Reflecting mirror line p Parallelogram q Parallelogram r Parallelogram s Parallelogram θ Parallel angle inside angle
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