JP2007308994A - トーラス状３次元展開構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】曲線に沿って展開／収容することができるトーラス状３次元展開構造物を提供する。
【解決手段】展開形状が帯状の帯状ユニットＵを複数設ける。帯状ユニットＵが帯長さ方向に沿った折り目線に従って山折り・谷折りを交互に繰り返しながら折り曲げ可能に設けられると共に帯長さ方向両端が継合するように設けられる。帯状ユニットＵが、幅広の部分Ｕ２と幅狭の部分Ｕ１とを有する。そして、帯状ユニットＵの帯幅方向の端部を折り曲げ可能に複数継合して筒状に設けると、その筒長さ方向と筒径方向とが同時に３次元的に展開／収容可能に設けられると共にその筒長さ方向が曲線に沿って展開／収容可能に設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、筒状展開構造物に係り、例えば宇宙空間、月面上、又は地球上などにおいて、閉鎖空間を得るための筒状展開構造物に関する。

以前より、例えば宇宙空間、月面上、又は地球上などで、閉鎖空間を得るために筒状の側壁に囲まれた筒状展開構造物が考えられている。このような筒状展開構造物においては、例えば搬送等の面から大きさを展開／収納可能にすることが求められ、筒状展開構造物自体を展開／収納可能とする幾つかの展開法が提案されている。

この展開法の一例として例えば特許文献１に示す筒状展開構造物が知られている。特許文献１の筒状展開構造物は、物体を折り畳んで３次元的に展開／収容するものであって、図１１に示すように、Ｚ軸に沿って即ち一直線上に沿って展開し、筒形状を形成するものが記載されている。しかしながら、従来の筒状展開構造物は、一直線上に沿ってしか３次元展開が行えなかった。これでは、展開時の形状が限られてしまうという問題があった。

また、このような筒状展開構造物は、筒長さ方向の両端に開口が存在する。そこで、閉鎖空間を得るために、筒状展開構造物とは別に設けた蓋体で上下の開口を塞ぐ必要があった。そのためには、例えば円周に沿って曲線的に展開／収容可能にして筒状展開構造物の両端の開口同士を合わせて、蓋体を用いることなく閉鎖空間を設けることが必要であったが、曲線に沿って展開／収容できる構造が従来では提案されていなかった。
特開平１１−２２３２９９号公報

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、曲線に沿って展開／収容することができ、展開時の形状がトーラス形状となるトーラス状３次元展開構造物を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、展開形状が帯状の帯状ユニットを複数設けて、前記帯状ユニットが帯長さ方向に沿った折り目線に従って山折り・谷折りを交互に繰り返しながら折り曲げ可能に設けられると共に前記帯長さ方向両端が継合するように設けられて、そして、前記帯状ユニットの帯幅方向の端部を折り曲げ可能に複数継合して筒状に設けて、その筒長さ方向と筒径方向とが同時に３次元的に展開／収容することのできる展開構造物において、前記複数の帯状ユニットの少なくとも一部の帯状ユニットが、幅広の部分と幅狭の部分とを有し、展開時の全体形状がトーラス形状となることを特徴とするトーラス状３次元展開構造物に存する。

請求項１記載の発明によれば、複数の帯状ユニットの少なくとも一部の帯状ユニットが、幅広の部分と幅狭の部分とを有する。従って、幅広の部分に対して幅狭の部分では伸縮率を小さくすることができる。

請求項２記載の発明は、前記帯状ユニットが、前記幅狭の部分から前記幅広の部分に向かって連続的に幅が広くなるように設けられていることを特徴とする請求項１記載のトーラス状３次元展開構造物に存する。

請求項２記載の発明によれば、帯状ユニットが、幅狭の部分から幅広の部分に向かって連続的に幅が広くなるように設けられているので、よりスムーズに曲線に沿って展開／収容することができる。

請求項３記載の発明は、前記幅広の部分と前記幅狭の部分とを有する複数の帯状ユニットが、前記幅方向に沿って当該複数の帯状ユニットの幅が互いに同一となるように連続的に継合されたことを特徴とする請求項１又は２記載のトーラス状３次元展開構造物に存する。

請求項３記載の発明によれば、幅方向に沿って複数の帯状ユニットの幅が互いに同一となるように継合されているので、よりスムーズに曲線に沿って展開／収容することができる。

請求項４記載の発明は、前記トーラス状３次元展開構造物の筒長さ方向が、閉曲線に沿って展開／収容して、そして前記筒長さ方向の両端に設けられた開口同士を合わせることができるようにしたことを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載のトーラス状３次元展開構造物に存する。

請求項４記載の発明によれば、トーラス状３次元展開構造物が、閉曲線に沿って展開／収容して、そして筒長さ方向の両端に設けられた開口同士を合わせることができるので、蓋体でトーラス状３次元展開構造物の開口部を塞がなくても閉空間を形成することができる。

請求項５記載の発明は、前記筒長さ方向が曲線に沿って展開／収容する第１トーラス状３次元展開部及び第２トーラス状３次元展開部とを備え、前記第１トーラス状３次元展開部及び前記第２トーラス３次元展開部が、当該筒長さ方向の一端同士が互いに離れる方向に展開するように、前記第１トーラス３次元展開部及び前記第２トーラス状３次元展開部の前記筒長さ方向の他端同士が継合されて設けられていることを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載のトーラス状３次元展開構造物に存する。

請求項５記載の発明によれば、第１トーラス状３次元展開部及び前記第２トーラス３次元展開部が、当該筒長さ方向の一端同士が互いに離れる方向に展開するように、第１トーラス３次元展開部及び第２トーラス状３次元展開部の筒長さ方向の他端同士が継合されて設けられているので、展開時の形状が略Ｓ字状になり、展開時の形状を複雑にすることが可能となる。

請求項６記載の発明は、前記筒長さ方向が第１曲線に沿って展開／収容する第１トーラス状３次元展開部と、前記筒長さ方向が前記第１曲線とは異なる曲率の第２曲線に沿って展開／収容する第２トーラス状３次元展開構造部とを有し、前記第１トーラス状３次元展開部及び第２トーラス状３次元展開部の前記筒長さ方向の一端同士が継合されて設けられていることを特徴とする請求項１〜５何れか１項記載のトーラス状３次元展開構造物に存する。

請求項６記載の発明によれば、互いに曲率の異なる曲線に沿って筒長さ方向が展開／収納する第１トーラス状３次元展開部及び第２トーラス状３次元展開部の筒長さ方向の一端同士が継合されて設けられているので、展開時の形状を複雑にすることが可能となる。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、幅広の部分に対して幅狭の部分では伸縮率を小さくすることができるので、曲線に沿って展開／収容することができる。

請求項２及び３記載の発明によれば、よりスムーズに曲線に沿って展開／収容することができる。

請求項４記載の発明によれば、蓋体でトーラス状３次元展開構造物の開口部を塞がなくても閉鎖空間を形成することができるので、コストダウンを図ることができる。

請求項５及び６記載の発明によれば、展開時の形状を複雑にすることが可能となるので、より複雑な構造物の構築に応用することができる。

以下、本発明のトーラス状３次元展開構造物を図面に基づいて、説明する。図１（Ａ）及び（Ｂ）は各々、本発明のトーラス状３次元展開構造物の展開時の状態を示す上面図及び側面図である。図２は、図１に示すトーラス状３次元展開構造物の展開途中の状態を示す斜示図である。図３は、図１に示すトーラス状３次元展開構造物の収容時の状態を示す斜示図である。図４は、図１及び図２に示すトーラス状３次元展開構造物の展開図である。図５は、図３に示すトーラス状３次元展開構造物の天面図である。

この実施の形態のトーラス状３次元展開構造物１は、展開形状が帯状の帯状ユニットＵ（図４参照）を有している。本実施形態では、全ての帯状ユニットＵが同じ形状、同じ折り方となっている。複数の帯状ユニットＵはそれぞれ、図４の点線及び実線で示す折り目線に沿って折り曲げ可能になっている。なお、図４中、点線は山折り、実線は谷折りを示す。

同図に示すように、帯状ユニットＵは、帯長さ方向Ｙ２に沿った折り目線Ｌ１、Ｌ２に従って山折り・谷折りを交互に繰り返しながら折り曲げられている。折り目線Ｌ１、Ｌ２は、帯状ユニットＵの帯長さ方向Ｙ２全長に亘って設けられている。折り目線Ｌ１、Ｌ２は、帯状ユニットＵの帯幅方向Ｙ１中央に設けられている。

また、帯状ユニットＵには、上記折り目線Ｌ１、Ｌ２の境界から帯状ユニットＵの帯幅方向Ｙ１の両端に向かった折り目線Ｌ３、Ｌ４が設けられている。帯状ユニットＵは、帯長さ方向Ｙ２に沿って上記折り目線Ｌ３、Ｌ４に従って山折り、谷折りを交互に繰り返しながら折り曲げられている。なお、折り目線Ｌ４と折り目線Ｌ１、Ｌ２との成す角（θ／２）が、折り目線Ｌ３と折り目線Ｌ１、Ｌ２との成す角（θ′／２）よりも小さくなるように、折り目線Ｌ３、Ｌ４が設けられている。

ここで、帯状ユニットＵの折曲態様を説明するために、図６に帯状ユニットＵの部分展開図を示す。同図（ａ）は、帯状ユニットＵの部分展開図を示すもので、同図（ｂ）と（ｃ）は順次折曲されていく過程を示すものである。図４及び図６に示すように帯状ユニットＵを折り曲げた結果、図５に示すように、帯状ユニットＵが円Ｌ５に沿ってジグザグに成るように折り曲げられる。さらに、帯状ユニットＵの帯長さＹ２方向両端を継合して、帯状ユニットＵを環状に設ける。複数の帯状ユニットＵは互いにその帯幅方向Ｙ１の端部同士が折り曲げ可能に継合される。これにより、トーラス状３次元展開構造物１は筒状に設けられ、その筒長さ方向と筒径方向とが同時に３次元的に展開／収容可能となる。

次に、帯状ユニットＵ同士の継合についてより詳しく説明する。上述したように複数の帯状ユニットＵは互いにその帯幅方向Ｙ１の端部同士が折り曲げ可能に継合されている。帯状ユニットＵの端部同士も帯長さ方向Ｙ２に沿って山折り、谷折りが繰り返されるように継合されている。即ち、折り目線Ｌ３、Ｌ４に挟まれた帯状ユニットＵの帯幅方向Ｙ１の端部のうち折り目線Ｌ１（山折り）に対向する部分は、谷折りに折り曲げ可能に継合される。一方、折り目線Ｌ２（谷折り）に対向する部分は、山折りに折り曲げ可能に継合される。これにより、図２に示すように、トーラス状３次元展開構造物１は、展開／収容方向Ｙ３に沿って蛇腹状になるように帯状ユニットＵ同士が継合される。

さらに、複数の帯状ユニットＵが、幅狭の部分Ｕ１（図４、図５参照）を有している。帯状ユニットＵは、幅狭の部分Ｕ１から帯長さ方向Ｙ２に遠ざかるに従って連続的に帯幅が狭くなるように設けられている。従って、図５に示すように、帯状ユニットＵを折り畳んだとき幅狭の部分Ｕ１と対向する部分が幅広の部分Ｕ２となる。即ち、帯状ユニットＵは、幅狭の部分Ｕ１から幅広の部分Ｕ２に向かって連続的に幅が広くなるように設けられている。

そして、複数の帯状ユニットＵ同士が、帯幅方向Ｙ１に沿って複数の帯状ユニットＵの幅が互いに同一となるよう連続的に継合されている。より詳しく説明すると、帯状ユニットＵ同士の継合において、幅狭の部分Ｕ１には幅狭の部分Ｕ１が継合され、幅広の部分Ｕ２には幅広の部分Ｕ２が継合される。

以上の構成によれば、上述したトーラス状３次元展開構造物１を最大に折り畳むと、図２に示すようにその筒長さ方向が圧縮された形状となる。そして、トーラス状３次元展開構造物１を展開すると、帯状ユニットＵの幅広の部分Ｕ２に対して幅狭の部分Ｕ１では伸縮率が小さいため、図２に示すように、トーラス状３次元展開構造物１は曲線に沿って展開する。

さらに、トーラス状３次元展開構造物１を展開すると、図１に示すように、トーラス状３次元展開構造物１は円曲線Ｌ６（閉曲線）に沿って伸張して、そして筒長さ方向の両端に設けられた開口２（図３参照）同士を合わせることができる。このトーラス状３次元展開構造物１によりトーラス状の閉鎖空間を設けることができる。即ち、トーラス状３次元展開構造物１の展開時の全体形状がトーラス形状となっている。ここで「トーラス形状」とは、トーラス状３次元展開構造物１の筒長さ方向の少なくとも一部が曲線に沿っている形状のことを言う。

上述したトーラス状３次元展開構造物１によれば、複数の帯状ユニットＵが、幅広の部分Ｕ２と幅狭の部分Ｕ１とを有する。従って、幅広の部分Ｕ２に対して幅狭の部分Ｕ１では伸縮率を小さくすることができるので、曲線に沿って展開／収容することができる。

また、上述したトーラス状３次元展開構造物１によれば、帯状ユニットＵが、幅狭の部分Ｕ１から幅広の部分Ｕ２に向かって連続的に幅が広くなるように設けられている。さらに、帯幅方向Ｙ２に沿って複数の帯状ユニットＵの幅が互いに同一となるように継合されているので、よりスムーズに曲線に沿って展開／収容することができる。

また、上述したトーラス状３次元展開構造物１によれば、トーラス状に展開できるように設けられている。つまり、円曲線Ｌ６に沿って展開／収容して、そして伸縮方向の両端に設けられた開口２同士を合わせることができるように設けられている。従って、蓋体でトーラス状３次元展開構造物１の開口２を塞がなくても閉鎖空間を形成することができるので、コストダウンを図ることができる。

なお、上述した実施形態によれば、図５に示すように帯状ユニットＵは、円Ｌ５の外側に向かう頂点Ｃの数が８個になるように円Ｌ５に沿ってジグザグに設けられていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、図７に示すように頂点Ｃの数が１２個となるように折り畳まれていてもよい。即ち、帯状ユニットＵは、帯長さ方向Ｙ２に沿った折り目線に従って山折り・谷折りを交互に繰り返しながら折り曲げた結果、両端同士が継合できるように設けられていればどんな折り方であったもよい。例えば、頂点数Ｃとしては３つ以上であればよい。

次に、展開図上に現れるユニットの形状が、展開時形状にどのようにかかわっているかを明らかにし、上述したようにトーラス状に展開するために十分となる帯状ユニットＵの形成条件について考察を行った。以下（１）〜（５）にその形状条件を示す。
（１）帯長さの条件
帯長さ＝ＡＣ×ｋ＝２Ｒ₀ｋsin（π／ｋ）
なお、ＡＣは図８（Ｂ）参照。ｋは収容時の頂点数、Ｒ₀は展開時の半径（図８（Ａ）参照）。

（２）一つの帯状ユニットの展開図の形状は折り目線Ｌ１、Ｌ２を軸とした線対称の形状となる。

（３）折り目線Ｌ４と折り目線Ｌ１、Ｌ２との成す角度（θ／２）（図４、図８（Ｃ）参照）は、頂点角度θ（図８（Ｂ）参照）の１／２となり、折り目線Ｌ３と折り目線Ｌ１、Ｌ２との成す角度（θ′／２）（図４、図８（Ｃ）参照）は、頂点でない部分のθ′（図８（Ｂ）参照）の１／２となる。θ′は以下の式を満たす。
θ′＝θ＋（２π／ｋ）

（４）収容時形状において、頂点となる部分の折り線（線分ＩＬ（図８（Ｃ）参照）は、正多角形を形成する際の折り線（線分ＡＧ（図８（Ｂ）参照）と折り線Ｌ１、Ｌ２からＷ／２の位置（Ｄ点（図８（Ｂ）参照））で交差する。なお、Ｗは幅広の部分Ｕ２の幅である。また、頂点でない部分の折り線（線分ＪＬ（図８（Ｃ）参照）は、２本の正多角形を形成する際の折り線の１：１の内分線（線分ＢＨ（図８（Ｃ）参照）と折り目線Ｌ１、Ｌ２からＷ／２の位置（Ｅ点（図８（Ｂ）参照））で交差する。また、線分ＤＥ、ＥＦは以下の式を満たす。
ＤＥ＝ＥＦ＝ＡＣ／２

（５）２本の正多角形を形成する際の折り線の両端を結ぶ線分即ち、帯状ユニットＵの帯幅方向Ｙ１両端と折り目線Ｌ１、Ｌ２とがなす角度ψは以下の式を満たす。
ψ＝tan^-（sinαtan（φ／２））

このαとは、正多角形のある一つの一遍を斜辺として直角３角形を描いたときにできる鋭角の角度である。つまり正４角形と正６角形では１つ、正８角形と正１０角形とでは２つ、というように頂点数によって数が異なる。角度ψは鋭角の数だけ存在する。以上の条件を満たせばトーラス状に展開することができる。

また、上述した実施形態では、トーラス状３次元展開構造物１を構成する全ての帯状ユニットＵを同一に設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、帯幅が一様な帯状ユニットＵと組み合わせて、直線上に展開する部分と、曲線上に展開する部分とを設けてもよい。

また、上述した実施形態では、図１に示すように、トーラス状３次元展開構造物１の筒長さ方向が、円曲線Ｌ６に沿って展開／収容して、そして筒長さ方向の両端に設けられた開口同士を合わせることができるように設けられいたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、図９に示すような展開形状であっても良い。

同図に示すように、トーラス状３次元展開構造物１は、筒長さ方向が円曲線Ｌ７に沿って展開／収容する第１トーラス状３次元展開部１１と、筒長さ方向が円曲線Ｌ８に沿って展開／収容する第２トーラス状３次元展開部１２とを有している。第１及び第２トーラス状２次元展開部１１、１２はそれぞれ、複数の帯状ユニットＵを有している。そして、第１及び第２トーラス状３次元展開部１１、１２が、その筒長さ方向の一端Ｔ１１、Ｔ２１同士が互いに離れる方向に展開するように、第１及び第２トーラス３次元展開部１１、１２の筒長さ方向の他端Ｔ１２、Ｔ２２同士が継合されて設けられている。

なお、図９に示す例では、帯幅が均一な一つの帯状ユニットＵを介して第１及び第２トーラス状３次元展開部１１、１２の他端Ｔ１２、Ｔ２２同士が継合されている。以上の構成により、より展開時の形状を複雑にすることができ、より複雑な構造物の構築に応用することができる。

また、図１０に示すような展開形状であっても良い。同図に示すように、トーラス状３次元展開構造物１は、筒長さ方向が円曲線Ｌ９（＝第１曲線）に沿って展開／収容する第１トーラス状３次元展開部１３と、筒長さ方向が円曲線Ｌ９とは異なる曲率の円曲線Ｌ１０（＝第２曲線）に沿って展開／収容する第２トーラス状３次元展開部１４とを有している。そして、第１トーラス状３次元展開部１３及び第２トーラス状３次元展開部１４の筒長さ方向の一端同士が継合されて設けられている。これにより、より展開時の形状を複雑にすることができ、より複雑な構造物の構築に応用することができる。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

（Ａ）及び（Ｂ）は各々、本発明のトーラス状３次元展開構造物の展開時の状態を示す上面図及び側面図である。 図１に示すトーラス状３次元展開構造物の展開途中の状態を示す斜示図である。 図１に示すトーラス状３次元展開構造物の収容時の状態を示す斜示図である。 図１に示すトーラス状３次元展開構造物の展開図である。 図３に示すトーラス状３次元展開構造物の天面図である。 図１に示すトーラス状３次元展開構造物を構成する帯状ユニットの部分斜示図であり、（ａ）は展開状態を示し、（ｂ）は展開途中を示し、（ｃ）は収容状態を示す。 他の実施形態におけるトーラス状３次元展開構造物の収容時の状態を示す斜示図である。 （Ａ）は展開時のトーラス状３次元展開構造物の部分拡大図であり、（Ｂ）は収容時のトーラス状３次元展開構造物の部分拡大図であり、（Ｃ）は帯状ユニットの部分展開図である。 他の実施形態におけるトーラス状３次元展開構造物の展開時の状態を示す上面図である。 他の実施形態におけるトーラス状３次元展開構造物の展開時の状態を示す上面図である。 （Ａ）従来の筒状展開構造物の展開時の状態を示す斜示図であり、（Ｂ）従来の筒状展開構造物の収容時の状態を示す斜示図である。

符号の説明

１ トーラス状３次元展開構造物
１１ 第１トーラス状３次元展開部
１２ 第２トーラス状３次元展開部
１３ 第１トーラス状３次元展開部
１４ 第２トーラス状３次元展開部
Ｌ９ 円曲線（第１曲線）
Ｌ１０ 円曲線（第２曲線）
Ｕ 帯状ユニット
Ｕ１ 幅狭の部分
Ｕ２ 幅広の部分
Ｙ１ 幅方向
Ｙ２ 帯長さ方向
Ｌ１ 折り目線
Ｌ２ 折り目線

Claims (6)

1. 展開形状が帯状の帯状ユニットを複数設けて、前記帯状ユニットが帯長さ方向に沿った折り目線に従って山折り・谷折りを交互に繰り返しながら折り曲げ可能に設けられると共に前記帯長さ方向両端が継合するように設けられて、そして、前記帯状ユニットの帯幅方向の端部を折り曲げ可能に複数継合して筒状に設けて、その筒長さ方向と筒径方向とが同時に３次元的に展開／収容することのできる展開構造物において、
   前記複数の帯状ユニットの少なくとも一部の帯状ユニットが、幅広の部分と幅狭の部分とを有し、展開時の全体形状がトーラス形状となることを特徴とするトーラス状３次元展開構造物。
2. 前記帯状ユニットが、前記幅狭の部分から前記幅広の部分に向かって連続的に幅が広くなるように設けられていることを特徴とする請求項１記載のトーラス状３次元展開構造物。
3. 前記幅広の部分と前記幅狭の部分とを有する複数の帯状ユニットが、前記幅方向に沿って当該複数の帯状ユニットの幅が互いに同一となるように連続的に継合されたことを特徴とする請求項１又は２記載のトーラス状３次元展開構造物。
4. 前記トーラス状３次元展開構造物の筒長さ方向が、閉曲線に沿って展開／収容して、そして前記筒長さ方向の両端に設けられた開口同士を合わせることができるようにしたことを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載のトーラス状３次元展開構造物。
5. 前記筒長さ方向が曲線に沿って展開／収容する第１トーラス状３次元展開部及び第２トーラス状３次元展開部とを備え、
   前記第１トーラス状３次元展開部及び前記第２トーラス３次元展開部が、当該筒長さ方向の一端同士が互いに離れる方向に展開するように、前記第１トーラス３次元展開部及び前記第２トーラス状３次元展開部の前記筒長さ方向の他端同士が継合されて設けられていることを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載のトーラス状３次元展開構造物。
6. 前記筒長さ方向が第１曲線に沿って展開／収容する第１トーラス状３次元展開部と、
   前記筒長さ方向が前記第１曲線とは異なる曲率の第２曲線に沿って展開／収容する第２トーラス状３次元展開構造部とを有し、
   前記第１トーラス状３次元展開部及び第２トーラス状３次元展開部の前記筒長さ方向の一端同士が継合されて設けられていることを特徴とする請求項１〜５何れか１項記載のトーラス状３次元展開構造物。

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