JP2014516171A - 鋳造材料における光ファイバの適用方法及びその結果得られる材料 - Google Patents

Abstract

本発明は、コンクリート、又はプラスターのような他の結合材から生成される他のセメント系材料のような冷間鋳造材料における光ファイバの適用方法であって、光ファイバの梁が、特定の標的範囲において所望の画素化効果を得ることを目的とする予め設定されたメッシュ網に従って光ファイバを分配するような態様で埋め込まれる、方法に関する。本発明は、本発明の方法に従って得られる画素化材料にも関する。

Description

発明の範囲
本発明は、鋳造材料における光ファイバの適用方法と、光ファイバの使用によって得られる画素化材料（pixelized material）とに関し、画素化材料は、光、データ及び一般的な情報が、不透明な要素の表面の外観を著しく変化させることなく、ほとんど感知不能な態様で不透明な要素を通過することを可能とする。

これは、二つの通過態様、すなわち、内面から外面へ又は逆に外側から内側に向かって通過する二つの態様でありうる。

スクリーンとして読むことができる画素化表面を作り出すべく、光ファイバの伝送端部を材料の表面に沿って体系的に分配することによってシステムが実装され、このシステムは多種多様な新しい光効果を表面に提供し、この光効果は、メッセージの伝達及び搬送から表面における信号伝達及び色変化に及ぶいくつかの事象が起こることを可能とする。

ファイバ端子が、ＬＥＤ光スイッチが設けられ且つその目的のために適切にプログラミングされたコンピュータシステムに適当に接続されると、前述された効果がもたらされるようになる。

この技術を、種々の材料、例えばコンクリート（コンクリート壁又はコンクリート部品、すなわち建物の外観に沿ったコンクリート壁又はコンクリート部材、橋、高架橋、舗道、モルタルライニング、予め製造されたコンクリート部材、セメントウッドパネル若しくは他のコーティングパネル、石膏プラスターボード、木、石造部分におけるコンクリート壁又はコンクリート部材）及び鋳造可能な可塑性を有する全ての材料に適用することができる。

最新技術
現在のところ存在する点灯システム及び信号伝達システムは材料の完全に外部のネットワークであり、このネットワークは、通常、材料の準備、適用、取付及びコンクリート化の前に提供される。

通常、前記システムは、「空洞（hollow）」を生成するように陰極版（negative）を通して設置され、その後、組立の最終段階及び最終加工において、「空洞」内に埋め込まれる。ほとんどの場合、これらシステムは、材料の一体部分ではない外部の表面的な固定要素によって事後的に配置される。

これらシステムの設備は、材料の表面上でまずまず認識可能であることが多く、美的観点から望ましくない跡を残す。

一方、欧州特許第１５３２３２５号明細書によれば、光ファイバは、コンクリートの透明効果を得るように光を概して通過させる目的ではあるが、既にコンクリート内でも使用されてきた。リタクロン（Litacron）と名付けられたこの技術は、予め製造された部材における半透明のコンクリート、すなわち、特定の方向ではなく部材の表面に沿って広範に光を通過させるコンクリートを生成することを目的としている。実際、リタクロンによって採用された位置調整（positioning）は、光の方向付け効果を生成することなく光が部材を通過することを可能とし、このため、外側に向かって伝達することを目的とする画素化スクリーンとして材料が使用される可能性を予期させない。

技術課題−便益
今まで、セラミック材料、アイソレーティング材料（isolating material）、不透明材料における、データ、光及びエネルギー伝導の形態の情報の伝送は非常に限られていた。実際、光を材料の内部にあるシステムを通過させることは、実用性と、エネルギー効率から安全性、伝達及び美的価値にまで及ぶ多数の用途とを伴う便益を示す。

技術的な解決策
冷間鋳造材料は適用前に光ファイバの梁（optical fiber beam）によって横断されることができ、光ファイバの梁は、材料の外面において先端の一様な分布を生成するような態様で設置される場合、材料の表面積単位当たりの分配されたファイバの数に従って、所望のサイズ及び解像度を有するスクリーンを作り出すことができる。

これらファイバの端子は、いくつかのシステム、例えばデータ転送のためのコンピュータ装置、光スイッチ端子、すなわちＬＥＤ、センサシステムに相互接続された端子、ボルタ電池、及びこれらの均等物に接続されることができる。

これらシステムは、材料表面の他方の側を使用することによって伝達手段として働くことができ、不透明な表面に光を伝送し、このため、外面を通して内側に向かってデータを搬送し又は内側のＬＥＤシステムから外側に光を発することができる。

端部伝送ファイバ（ＦＯＤＬＬ １ｍｍ）と側面伝送ファイバ（ＦＯＤＬＬ ２ｍｍ）とを同時に使用することによって、材料の外面の近くで、外側に伝送された光の屈折によって材料の表面の色の変化のような表面的な効果が生成されるようになる。

我々の都市環境において優位であり、著しく露出された表面である建物及び建造物の外壁、すなわちコンクリートにおける外壁は、同様に有利な警告標識のような他の機能に加えて、通行人との伝達の基礎として働くことができ、又は単純に、市街地を改良することを目的とする構造上の効果及び装飾的な美的効果として働くことができるので、美的観点及び機能的観点から、この技術によって多くの恩恵を受けることができる。

他の材料に関して、特に、ゴム、及びＥＰＳ、ポリウレタン又はこれらの均等物から作られるアイソレーティング層のような延性及び可撓性を有する材料において、上述された方法と同様に、機械的な挿入及びネジによって部材内に梁を挿入することができる。

相対的利点及び経済的利点
この技術の適用によってもたらされる無数の利点が、長期に亘って不変であり且つ材料の内部にあるシステムを使用することの便益に直接関連付けられ、システムの経年劣化は材料自体の経年劣化に沿って起こる。このため、システムの操作上の有用性（operational availability）は永続的である。

方法の詳細
適用方法は、使用される材料に応じて様々である。冷間鋳造材料、例えば、コンクリート、又はプラスターのような他の結合材から生成された他のセメント系材料において、光ファイバの梁が型枠の準備の最初の段階において組み立てられる。ファイバの適用は、コンクリート化及び鋼鉄の型枠に先立って準備される。種々の態様でこの作業をすることができる。おそらく最も単純には、標的範囲、すなわちネットワーク網のリンク間の特定の距離において、所望の画素化効果を得ることを目的とする、予め設定されたネットワーク網に従ってファイバを分配すべく、ファイバの梁の組立は、型枠の表面を覆うプラスチックフィルムに端子を熱融着し又はくっつけることによって予め準備される。

コーティングフィルムに熱融着しまたはくっつけることによるこの固定に加えて、他のシステムは、機械的手段、すなわちコンクリート化後の型枠の除去時に切断される小さな固着部品によってファイバの梁の端子を型枠の外側パネルに固定してもよい。

コンクリート化の前の全ての準備仕事、すなわち、従来の型枠の組立及びプレストレス、該当する場合、コンクリート化中に排出されるコンクリートのための「トレミ（Tremi）」チューブの最終的な設置、型枠の目潰し（blinding）に関する要求を満たすためのスペーサの挿入、及び部材の正確なコンクリート化のために必要とされる残りの全ての付属品の挿入が同時に実行される。

次のステップは従来の手段による部材のコンクリート化から成り、このステップでは、意図された最終的な効果を妨げないために、梁を損傷させないように又は梁を元の位置からずらさないように、いくつかの追加の注意が払われる。

コンクリート化の後、型枠が、通常、所要の硬化期間の後に除去される。部材の後側の梁の端子は電子ＬＥＤ光システム又は予め提供された他のシステムに接続され、一方、部材の表面における端子は、ケーブルの各々（単位画素）への所望の光伝送を得るように配置されるべきである。

所望の効果が着色光の側面伝送によってコンクリートの色を一意的に変化させることであるとき、ＦＯＤＬＬタイプの側面伝送ファイバが適用され、その設置は、壁面上の色の変化の意図された効果を生成するように、ファイバの目潰し層（blinding layer）が伝送される光の所望の強度に従うような態様で、面するブロックに隣接する一様な位置を確実なものとすべくスペーサを使用してなされうる。

産業上の使用
以下は、この技術の可能な用途のいくつかの例である。

表面の画素化
便益
伝達／安全性／美的効果

相互作用表面の仕上げ面（facing）に、予め構成されたＬＥＤ光に基づく外側への伝達の可能性を提供すべく、予め構成されたＬＥＤ光はコンピュータ情報自動システムに相互接続される。情報システムによって操作が制御される点灯は、光ファイバによって材料の表面に向かって導かれ、材料の表面を伝達表面／伝達プラットフォームに変える。

この伝達プラットフォームは、情報を検出することを目的とするセンサシステムに関連付けられるとき、点灯システムによって伝送されうる警告メッセージを処理する中央集権型システムによって管理されることができ、このため、広い警告表面として働く。

適用のいくつかの例は、道、滑走路又は歩道に関連付けられ、圧電セル、スピードセル及びブレーキングセル、並びに動作センサ、光センサ及び音センサ等が、信号を検出して、ＬＥＤの作動による警告メッセージを予め設定する中央システムと通信することができ、ＬＥＤの光は、メッセージが表示されて運転手によって見られることを可能とすべく、光ファイバによって材料の内部区域を通って外面に向かって導かれる。「速度超過警告」、「危険な運転」又は「接近車両による急停車」のような単純なメッセージがいくつかのありうる例である。

これらシステムは、明らかに、仕上げ面、壁又は他のもののような鉛直表面にまで拡張されうる。

この技術を、元々のコンクリートに加えて、多くの他の材料、例えばセラミック材料、モルタル、ウッドパネル、セメントウッド、石膏プラスターボード、並びに、特に草地、緑の芝生等を含む広い範囲に関連付けられる土木工事及び他の用途に概して関連付けられるコーティング材料及びアイソレーティング材料に使用することができる。

表面の色の変化
別のありうる用途は、表面、すなわちコンクリート、モルタル、木質複合材ボード、セメントウッド、プラスター、又は他のものから作られる表面から数ミクロンに設置される端部伝送ファイバ及び側面伝送ファイバによって生成される発光効果であり、端部伝送ファイバ及び側面伝送ファイバが、発光ＬＥＤシステムに接続される場合、表面における色合いが材料の表面に隣接する前記光の拡散放射によって変更されることを可能とする。この効果は、表面における色の変化を認知させ、色の動的効果及び濃淡又は色調が生成されることを可能とする。

建物及び仕上げ面におけるこの効果は、建物の外観及び都市環境において検討されるべき興味深い動的アプローチを示すので、美的観点から興味深い。

外部放射の吸収
想定される別の用途によれば、材料、仕上げ面又は表面の内側に向かって外部光を導くことができる。実際、太陽光が、ファイバによって駆動され、不透明な材料から内部光を提供することができる。前記光の強度は、選択された画素化（pixelization）に依存し、すなわち表面単位によるファイバ面積に依存する。

電力の発生
太陽光が、材料、仕上げ面又は表面の内側に受容されることを可能とすることによって、太陽光受容ファイバケーブルの梁を小さなサイズの太陽電池に相互接続することができ、このことによって、小さなサイズの太陽電池は出力を発生させることができるように電気が供給される。

実際、このシステムを使用することによって、コンクリートの建物の壁を例えば出力のマイクロ発電のための広い生成範囲に変えることができ、このシステムは、ほとんど感知できない態様で、同じ目的のために設計された種々のパネルシステムで外観を変更し又は損なうことなく、内部の消費源を供給する。

構造のモニタリング
前述されたシステムは、所与の構造の瞬間的なモニタリングを提供するファイバを通して光信号を発することによって、モニタリングシステムとの関連でも有利である。

具体例 一般的な用途
壁及び舗道、又はその場でコンクリートにされ若しくはコンクリート内で予め製造された他の構造要素、又はセラミック、プラスター及び多数のパネルのような他の材料
建物の外観（大きな外観構成部品又は予め製造されたパネル）
高架橋及び境界の梁（border beam）の上部構造
コンクリートの道、舗道及び滑走路、都市及び都市以外の両方
情報プレート
ストリート・ファニーチャ
屋内空間及び屋外空間のための装飾要素
タイル及びコーティング材料

画素化材料
本発明は、さらに、上記方法によって得られる画素化材料に関する。これら材料は、基本的に、材料の表面積の単位によって分配されるファイバの数に従って、所望のサイズ及び解像度を有するスクリーンを作り出すべく、先端が材料の外面に沿って均一に分配されることによって特徴付けられる。光は内面から外面へ又は逆に外側から内側に向かって材料を通過することができる。

光ファイバの梁の端子は、データ転送のためのコンピュータ装置、光スイッチ端子、センサシステムに相互接続された端子、又は太陽電池に接続される。

上記から結論づけることができるように、端部伝送ファイバ及び側面伝送ファイバは同時に使用されてもよい。

Claims (7)

1. コンクリート、又はプラスターのような他の結合材から生成される他のセメント系材料のような冷間鋳造材料における光ファイバの適用方法であって、
   型枠の準備の第１段階において、前記光ファイバの梁が、
   前記型枠の表面を覆うプラスチックフィルムに前記光ファイバの梁の端子を熱融着し若しくはくっつけることによって、又は
   コンクリート化後の前記型枠の除去時に切断される固着部品を使用して、機械的手段によって前記端子を固定することによって
   特定の標的範囲において所望の画素化効果を得ることを目的とする予め設定されたメッシュ網に従って前記光ファイバを分配するような態様で設置されることと、
   前記型枠の組立及びプレストレスの所要の操作、該当する場合、コンクリート化中に排出されるコンクリートのための「トレミ」チューブの最終的な設置、前記型枠の目潰しに関する要求を満たすためのスペーサの挿入、部材の正確なコンクリート化のために必要とされる残りの全ての付属品の挿入の後に、前記部材のコンクリート化が実行されることと、
   硬化期間の後に前記型枠が除去され、前記部材の後側の前記梁の端子が電子光システムに接続されることと、
   前記部材の表面における端子が、一つの画素化ユニットを形成するケーブルの各々への所望の光伝送を得るように配置されることと
   を含む、冷間鋳造材料における光ファイバの適用方法。
2. 端部伝送ファイバ又は側面伝送ファイバを使用する、請求項１に記載の冷間鋳造材料における光ファイバの適用方法。
3. 所望の効果が着色光の側面伝送によって前記コンクリートの色を変化させることのみであるとき、ＦＯＤＬＬタイプの側面伝送ファイバが適用され、該側面伝送ファイバの設置が、面するブロックに隣接する一様な位置を確実なものとすべくスペーサを使用してなされる、請求項１又は２に記載の冷間鋳造材料における光ファイバの適用方法。
4. 光ファイバの使用によって画素化される材料であって、
   光、データ及び一般的な情報が、不透明な要素の表面の外観を著しく変化させることなく、ほとんど感知不能な態様で前記不透明な要素を通過することを可能とし、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法に従って得られ、該方法において、前記材料の外面における先端の一様な分布によって、前記材料の表面積単位当たりの分配されたファイバの数に応じて、所望のサイズ及び解像度を有するスクリーンが作り出される、光ファイバの使用によって画素化される材料。
5. 前記光ファイバの梁の端子が、データ転送のためのコンピュータ装置、光スイッチ端子、センサシステムに相互接続された端子、又は太陽電池に接続される、請求項４に記載の光ファイバの使用によって画素化される材料。
6. 端部伝送ファイバ及び側面伝送ファイバが同時に使用される、請求項４及び５に記載の光ファイバの使用によって画素化される材料。
7. 前記光が内面から外面へ又は外側から内側に向かって前記材料を通過することができる、請求項４に記載の光ファイバの使用によって画素化される材料。