(「傾斜構造物表面の撥水構造、及びその撥水構造を備えた撥水成形品」特許番号:第5812376号、登録日:平成27年10月2日)
日常の「不便」「不快」「危険」を「便利」「快適」「安全」で「当たり前」なものに!!
使用面が、水に濡れているためにそのまま使用出来ず、機能回復に手間が掛かり、煩わしい思いをしたことは有りませんか?
また、表面が水で濡れているために、危ない思いをしたことは有りませんか?
本企画は、日常に溢れる”水”による「不便」「不快」「危険」を、「便利」「快適」「安全」なものに転換する事が出来る、新発想の「表面の撥水・排水構造」です。
そこで、「エバー・ドライ」の1機能である、「スリップ」や「転倒」に関して調べていきますと、厚生労働省の統計によると、「転倒・転落」による死亡(平成26年=7,454人、平成25年=7,766人)は、「交通事故」のそれ(平成26年=5,626人、平成25年=6,060人)よりも大きく上回ると言う、驚くべき事実に行き当たります。(参1)
また、日本損害保険代理業協会によると、その内訳は、「スリップ、つまづき、及びよろめきによる同一表面上での転倒」は平成26年で5,301人、「階段及びステップからの転落及びその上での転倒」が680人と、その大部分の「転倒死亡事故」が、一見何でもない平坦な場所で起きています。(参2)
更にまた、国土交通省・国土技術政策総合研究所によれば、「公共的な建築空間の安全性が何も変化しない場合、高齢化の影響から、そこでの転倒・転落による死者は、2015年には4,000人を、2028年には5,000人を超え、2034年には5,500人を超えてピークを迎えることが予測される結果となった。」と、今のままでは確実に増加傾向にあります。(参3)
mた更に驚くべき事ですが、野村総合研究所の「転倒とけがに関するアンケート調査」(2012年11月)によれば、大きなけが、事故に繋がる確率は低いものの、20代の方が60代に比べ、転倒する確率は圧倒的に高く(前者が36.4%、後者が21.5%)、「転倒」をいかに防ぐかは、今や社会全体の問題となっている事が分かって来ます。(参4)
「転倒・転落」の要因は様々考えられますが、「エバー・ドライ」の「様々な素材・用途に対応できる撥水・排水機能」は、社会的に大きな貢献が出来るものと考えます。
また、「多くの素材で容易に構築できる表面の撥水・排水構造」ですので、「スリップ防止」以外にも、様々と非常に広い用途での活用が可能です。
この発明による商品が、皆様の日常生活の中で「当たり前に」存在し、役立って行ける様、鋭意努力して参ります。
以下、詳しくご説明させて頂きます。
宜しくお願い申し上げます。
(参1)厚生労働省 http://www.mhlw.go.jp/toukei/saikin/hw/jinkou/geppo/nengai14/index.html#
(参2)日本損害保険代理業協会 http://www.nihondaikyo.or.jp/html_user/jouhou/pdf/201501.pdf
(参3)国土交通省国土技術政策総合研究所 http://www.mlit.go.jp/chosahokoku/h21giken/program/kadai/pdf/ippan/ippan1-13.pdf
(参4)野村総合研究所 https://www.nri.com/jp/opinion/kinyu_itf/2013/pdf/itf_201306_5.pdf
これは3Dプリンターを使い、アクリル樹脂で造形した「構造サンプル」です。
下記に説明する「構造設計」の”ユニット”を縦横それぞれ5個分、計25個水平方向に増設した形です。(この実寸は100㎜×100㎜×4.73㎜です。)
本企画の特徴は後で詳しく述べますが、用途に応じた多くの耐水性素材で作成が可能で、且つ必要に応じていくらでも水平方向4方向に増設が出来る点に有ります。
非常に多くの場面で、皆さまのお役に立てると信じております。
これはガラス面にスプレーした水滴の写真です。当初水滴の粒径(直径)は、10~100µm(ナノメートル、1µm=0.001mm)ほどですが、重力、あるいは引力によって結合し、表面張力で自重を支えられなくなったものは、次々と他の水滴を巻き込みながら落下していきます。
繰り返し連続的に水滴を巻き込みながら落下することで、ガラス表面の水分は除去されます。
この水滴の動きを平面構造上(傾斜構造物表面)で強制的に起す事は出来ないかと考えたのが、本発明です。
これは 、アジサイの写真です。
上記の水滴の強制的な流れを平面構造の中で連続的に起すためには、水のスムースな誘引、誘導が必要になります。
葉の葉脈に着目して下さい。葉は滞りなく根から水を吸い上げ、葉の隅々まで水を吸い上げます。この動きを逆に捉え、水を強制的に集め、落下させ、傾斜面の下方に流し、結果表面の水分を除去させたのが、本発明の肝になる構造設計です。
以下、具体的に説明させて頂きます。
左上から ①「エバー・ドライ」斜視図(1ユニット=20㎜×20㎜×4.73㎜) ②平面図(上面図)③側面図 ④尖状突起の概形平面図 ➄④A-A断面図 ⑥尖状突起と谷の斜面の概形を示す概略部分拡大斜視図 ⑦尖状突起の溝の成型を示す斜視図 ⑧尖状突起の溝を主に示す部分拡大斜視図 ⑨尖状突起と谷に形成された溝を主に示す部分拡大斜視図
① 上図の寸法は20㎜×20㎜×4.73㎜で、これを1ユニットとします。
② 図①②③④➄⑥⑦で特徴的に分かる通り、まず始めに、20㎜×20㎜×4.73㎜の直方体から、1辺2㎜の逆正三角形の頂点が上下中心軸を貫く様にV字状に溝を刻みます(通し番号4、以下()内の番号で表記)。これが葉脈の芯に当たります。次にそこから、左右対象に葉脈の様に上から見て45°、-45°の角度で、底辺2√2、高さ2√3の逆二等辺三角形でV字状の溝(3)を隣接する様に隙間なく刻みます。これが葉脈の枝に当たります。刻まれた溝(谷)の隣には、必然的に山(2)が出来ます。
③ 先に述べた左右の葉脈の山からは、その山の稜線部分(20)から谷部分(3)に向かって上から見て直角に、1辺0.5㎜の逆三角形でV字状の溝(5)を、水噴霧粒子の粒径(10~100µm)より大きな幅0.5㎜で隙間なく刻みます。(図⑦)
④ これにより、表面は葉脈状で連続的な尖状突起(21)で構成される形になります。(図⑧、⑨)
➄ この尖状突起は、底辺2√2≒2.42、高さ2√3≒3.46から成り、その斜度(α)67.792°、山の角度(β)は44.416°となります。(図➄)
⑥ また、山頂部(20)から刻まれる溝(5)の斜度は60°に成り、この溝(5)を構成する斜面(50)、また中央(及び両サイド)を構成する溝(4)と同じく、全体の構造の中で1番の緩斜度に成ります。逆に言えば、この成型プレートは斜度60°以上の溝で1つながりに連続して構築された集合体と言う事に成ります。(図⑦、⑧、⑨)
⑦ 溝(4)の斜面に削られる溝(6)は溝(5)と同じく1辺0.5㎜の逆正三角形で成りますが、溝(5)が谷(3)に対し直交するように削られるのとは異なり、上から見て谷(4)に対して45°(-45°)で交差するように削ります。(図②、⑨)
⑧ また、この成型プレートの左右両サイドに中央の溝(4)と同じ溝(4)を右左半分づつ刻みます。これにより、前後左右の4方向の2次元上を、いくらでもユニットを繰り返し連続して増設可能と成ります。(図②、④)
※ここに記載の寸法、角度等は、本ホームページ内で掲載の写真、図面を基に構造設計を具体的に説明したもので、本発明を実施するに当たって具現化した1実施実態を示したに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである事を付け加えさせて頂きます。
(前提条件)
※本撥水成形品は、使用目的にも依りますが、どちらかに1°以上の傾き(勾配)を推奨角度としています。
※ここでは、水分を水だけでなく、水と同様に表面張力を有し、毛細管現象と重力で誘導可能な液体を指すものとします。
※また、使用環境は、重力、引力、表面張力、毛細管現象が発生する地球自然環境下とします。
① 表面に付着した水分は、先にガラスに付着した水滴で説明した様に、斜度60°以上の斜面の中で引力、重力等により、合体、合流をしながら、V字溝(5)(6)に向かいます。全ての溝がV字に次第に細くなる形状のため、毛細管現象も手伝い沢山の水滴を巻き込み誘引しながら、流れ落ちていきます。そして、更に谷(3)(4)により、目的とした方向に水分を誘導し、表面の撥水を致します。
② 水分は溝(5)あるいは(6)→(3)→(4)と、合体、合流を繰り返しながら、次第に水分量を増やしながら移動しますが、合流部分に45°の角度を設けているため、滞ることなくスムースに撥水、排水される事に成ります。
③ 但し、水滴が非常に小さく、且つ少量の場合は、上記の現象は起きません。これは前提条件※と併せ、使用目的の中で考慮しておく必要が有ります。
①【成型方法の多様性】 上記に説明した「撥水成型品」は、様々な大きさの上部に行くに従い広がる、可視可能な程度に大きな三角の溝の周期配列で構成されています。従って、射出成型、鋳造、切削加工、プレス加工、転造等々、様々な確立された従来の加工方法により成形が可能です。
②【成形素材の多様性】上記①の通り、様々な方法で加工できる構造なので、ある程度細かな造形が可能で、耐水性のある素材(例えば、樹脂、セラミックス、金属等)であれば、一定の撥水機能を持たせる事が出来ます。
③【広い適用範囲】上記①②から、汎用性が高く、様々な構造物の表面に適用出来、従来の加工技術で成形出来るので、安価に作成出来ます。
④【高い耐久性】ナノレベルの微細な突起構造、あるいは薬剤の塗布や浸透による従来の撥水構造とは違い、可視可能な程度に大きなV字状の溝の周期配列で構成される撥水構造であるため、摩耗や紫外線などの影響に強く、耐候性、耐摩耗性を向上させ、修繕や改修をすることなく撥水機能を持続する事が出来ます。
➄【設計の自由度、汎用性】必要な撥水構造が扁平な正立方体の中に収まり、上下左右の4方向に1ユニット単位で自由に増設が可能なので、設計の自由度、汎用性が非常に高くなります。例えば、正方形のタイル状にする事も、シート状にする事も可能です。ですので、目的とするものの撥水表面を最初から成形することも、シート状にしたものを、後から「貼る」「設置する」事も可能です。
⑥【高い清掃作業性】上部に徐々に広がり解放されたV字溝で構成されていますので、上から容易に清掃が可能です。
⑦【高い摩擦力】上部に徐々に広がり解放されたV字溝の集合体ですので、多数の凹凸が生まれ、接触面積が大きくなるので、「高い摩擦力」を生みます。「スリップ防止」の観点で考えれば、水濡れ時、乾燥時を問わず、「常時高いスリップ防止機能」を持つことに成ります。
⑧【速乾性】単位面積当たりの表面積が非常に大き、毛細管現象も手伝って、水分の速乾性が有ります。
① 従来の「撥水機能商品」は、以下の2種類に分かれると考えます。
(a)ナノレベルまで微細な凹凸を表面に作成するもの。
(b)撥水機能を持つ薬剤を表面素材に浸透させる、あるいはその薬剤でコーティングする。
② 上記(a)(b)とも、極微細な水滴に対して表面張力を発生させ、撥水効果を発揮致しますが、
(a)は、製造方法が微細で特殊であるため、素材の汎用性は低く、製作費も高く、デリケートな構造のため、耐久性は低いものと為ります。
(b)は、薬剤の効果持続期間に限りが有るため、撥水機能を持続させるためには、定期的な補修管理が必要に為ります。
③ 本企画は(a)(b)と比較すると、
(c)極微細な水滴に対しては、効果を発揮しません。(どこかのV字溝、あるいは斜面に留まったままになる。表面はドライだが、構造体の中に少量の水分を保持する状態。)
(d)しかし、「特徴」で上述した様に、【成型方法の多様性】【成形素材の多様性】【広い適用範囲】【高い耐久性】【設計の自由度、汎用性】が有り、使用用途に依りますが、十分な実用性が有ります。
※上述致しましたが、「タイル状」にも「シート状」にも加工が可能です。
※ですので、シート状にしたものを、後から「貼る」「設置する」事も可能です。
※また、設計思想を変えずに、サイズ変更も使用用途によっては可能です。
① 屋外の「外壁材(面)」「床材(面)」「屋根材(面)」
② 屋内の「床材(面)」「壁材(面)」
③ 浴室、台所、トイレ等水回りの「床材(面)」「壁材(面)」
撥水機能を持たせる事で、汚れずらく、長持ちすると言う効果も生まれます。
④ シート状にして、屋内外の「ノンスリップ・シート」
工事現場、屋外イベント、雨掛かり外廊下などの床面等で威力を発揮します。
➄ 自転車、バイクの「サドル」「サドルカバー」
雨に濡れても、表面を拭くことなく使用出来、便利です。
⑥ 屋外に設置される「椅子(の座面ほか接触面)」
公園、屋外スタジアム等々。
⑦ 階段、梯子の「踏み板(面)」
建物の外階段、作業用脚立、自動車のステップ、梯子消防車のステップ。
⑧ 「玄関マット」「通路マット」
滑りません、汚れません。
⑨ 視点を撥水ではなく、「水分を目的の方向に誘導する」と言う、本企画の特性を利用すれば、広範囲に微細に広がる「夜露」「朝露」を人為的なエネルギーを使わずに集め、飲料水とするデバイスになる可能性も有ると思います。
⑩ 「少量の水分を任意の方向に誘導する、あるいは拡散する」特性を利用すれば、水分、血液等の検査など、水質調査、医療面での利用の可能性も有るかもしれません。
以上は使用例の1例です。
アイディア次第で用途は更に広がると思います。
御意見をお聞かせ頂ければ幸いです。
スプレーした水があっという間に撥水!!ティッシュペーパーは濡れません!!
本動画では画面手前側が、画面奥より約2°低い設定で実施しています。
現在、「商品化」へ向け、”営業中”です。
ご意見、ご質問が有りましたら、「お問い合わせ」のページよりご連絡頂きます様、お願い申し上げます。
①アクリル(100×100×4.73㎜)②アクリル(①の50%比=50×50×2.37㎜)③ナイロン(100×100×4.73㎜)④ABSライク(100×100×4.73㎜)➄ABS(100×100×4.73㎜)⑥アルミ(100×100×4.73㎜)⑦チタン(100×100×4.73㎜)⑧セラミックス(100×100×4.73(7.0)㎜)⑨ABS(25ユニット分割モデル(100×100×4.73㎜))