JP2010007801A - 円筒面3方向螺旋相互分割方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】円筒上の2点間を最短距離で結ぶ螺旋を利用して、異なる螺旋の交差によって円筒面を合同な三角形領域に分割する方法を確立する。
【解決手段】円筒軸に対する該円筒面上の任意の赤道円周を少なくとも3等分割する3種の始点群から、該円筒面上に任意の回転方向で該円筒面に対して対称的に一定の螺旋周期を伴った3種の螺旋群の軌跡10,20,30を描き、該3種の螺旋群の各螺旋10,20,30が該円筒面上で互いに3回づつ交差することによって螺旋3方向格子G1,G2,G3と螺旋3方向格子点Gを形成し、該3種の螺旋群からなる該螺旋3方向格子で囲まれた最小限で合同な円筒面状三角形A1,A2に完全に分割され、任意の該螺旋格子点Gに集まる6個の該合同な円筒面状三角形A1,A2の面角の総和がつねに360度になる円筒状螺旋多面体および螺旋多頂点体などを形成するための円筒面3方向螺旋相互分割方法を数学的、構造的に一般化する。
【選択図】図5

Description

この発明は、航空機用構造物、建築用構造物、超軽量シェルターや容器、ワイヤーロープなどに使用される円筒面を3種の螺旋群の交差によって総三角形化して、より軽量で剛性と強度のある螺旋構造体に変換するための円筒面分割方法に関するものである。
航空機や建築用の軽量構造体として円筒面を総三角形化する開発は、1951年吉村慶丸による金属の円筒面を軸方向に直接圧縮したときに生じる吉村パターンの発見から始まった。薄肉の円筒が座屈した「概不伸張有限変形」は、明解に視覚化された自然の原理であり航空機の胴体などを軽量化するために応用できると考えられた。その後1957年、米国の建築家バックミンスター・フラーによって当時最大規模を誇ったユニオンタンカーの巨大ジオデシックドームに接続する入口用の総三角形化された半円筒状の軽量のフレーム構造体として発展してきた。
この同じ構造パターンは、レンゾ・ピアノによって1966年、ローマのポメツィアのイオウ採掘工場用にダイヤモンドパネルを折り曲げた同型ユニットを連続させて総三角形化された半円筒系多面体は、移設可能な軽量の移動用建築用構造体として採用された。1961年ロケットのボディの剛性を向上させるために意図的に円筒面を三角形化する「PCCPシェル」(Pseudo-Cylindrical-helix Concave Polyhedral Shellが開発された。「PCCPシェル」は平面での山折りと谷折りのある三角形パターンを疑似円筒面に変換したものである。
さらに1980年代からその理論は飲料用金属缶に応用され、使用する金属の厚みを劇的に軽減しながら、剛性と強度を向上させる技術として発展してきた。この飛躍的な機能は、薄肉の金属円筒を軸方向に圧縮すると赤道円周に形成される正多角形が互い違いに周期的に積み上げられて総三角形化されたパターンが発生し、構造体を形成することに起因する。円筒材料の変形時に展延を生じない「等長変換」という山折りと谷折りの総三角形化による円筒の構造化は、円筒面の円周方向に周期的に凹凸のある円筒系多面体を形成して優れた力学的安定性をもたらす。この円筒から円筒系多面体への「等長変換」は、円筒面の表面積を一定にして円筒の体積と長さを変化させる作用を伴っている。これらの吉村パターンから始まった「等長変換」されたすべての構造には、2つの合同な三角形が菱形を形成し、その対角線が円周方向に周期的にかつ円筒軸に対して等間隔に多角形リング状の谷折り線を連続的に構成しているのが特徴である。
一方、1960年代にR.B.フラーは、複数の正4面体を正三角形で相互に連続的に結合させた結果、螺旋柱状体テトラヒリクス(Teterahelix)を構成することを発見した。テトラヒリクスは3本の連続した平行な三角形の帯が中心軸に対して回転対称的に捩じれながら形成される最小限の螺旋柱状体を構成する。このR.B.フラーのテトラヒリクスのように、同型の多面体のユニットを軸方向に連続的に形成する他の螺旋柱状体として、正8面体を連続させて形成できるオクタヒリクス(octahelix)や正20面体の赤道部のみを連続的に結合させたイコサヒリクス(icosahelix)などが公知である。これらの螺旋柱状体は「PCCPシェル」と同じように平行な正多角形リングの谷折線が円筒軸に対して等ピッチで平行に形成されている。これはテトラヒリクスにはない特徴であるが、テトラヒリクスやオクタヒリクス、イコサヒリックスに共通した名称のように、螺旋(helix)が介在して形成される構造体として分類できる。
テトラヒリクスやオクタヒリクス、イコサヒリクスの螺旋(helix)を形成する同型ユニットからなる帯状に連続した稜線部は、中心軸に対して連続した平行な稜線の捻れがテトラヒリクスにおいては3本、オクタヒリクスでは6本、イコサヒリクスでは10本が形成される。各稜線は中心軸に対して対称的に右または左に旋回しながら連続的に螺旋を形成する。これらの直線からなる螺旋群は互いに同一の螺旋周期をもつ。実際、テトラヒリクスはR.B.フラーによると別名tetrahelical waveまたはhyperbolic-parabolic、 helical columnであり、この螺旋柱状体( a straight、 prismatic、 three-edged、 triangular-based column)の稜線は3本の螺旋をもった3重螺旋柱状体として考察されている。前述した「PCCPシェル」の定義とは区別できる概念である。
また本発明者による別の多角柱状構造体(特公平7−30872)には、最小限のこのテトラヒリクス以外の螺旋柱状構造体を形成する一般化された他の無数に存在する総三角形化された多角柱状構造体を再現するために、方向が異なった3種の平行線が互いに交差して形成される三角形の編目(3way-grid)に山折りと谷折りの折り曲げ溝を形成した平面の展開図から多角柱状構造体を構築する方法が述べられている。
ワイヤーロープの構造は、繊維心とロープの層が同心円状部に分離され、普通撚り(Ordinary lay,regular lay)の場合、ロープ全体の撚り方向とロープを構成するストランドの撚り方向とが逆方向に撚られている。平行撚りは(Parallel Lay または Equal Lay)は、各素線の接触状態から線接触より(Linear Contact Lay)とも呼ばれている。
平行撚りは、ストランドの下層素線の谷間に上層素線ができるだけ隙間なく重なるように素線を配置させるために、それぞれ異なる径の素線を同時に撚ったもので、各層の素線は同一ピッチになって、線接触状態を維持している。_ワイヤーロープの構造は、異なった螺旋群を異なった同心円上に螺旋群同士の関係を線接触で交差させ平行な状態で線接触状態にしている。ワイヤーロープを設計する場合、各層の素線には物理的な径が存在するために、物理的に異なった同心円上には異なった螺旋周期が共存しているにも関わらず、主に同心円上の各螺旋群の断面から経験的実験的に設計されていた。
(特開平5−16935、特開平8−26286) 特公平7−30872 THE ARTIFACTS0F B.BUCKMINSTER FULLER A Garland Seriess 1985 東京大学理工学研究所報告1951年11月号 都市と建築a+u「レンゾ・ピアノ」 1989年3月号 『Synergetics』Macmillan Publishing 『コズモグラフィー』バックミンスター・フラー著(梶川泰司訳) 白揚社 2007年
このように円筒面を円筒軸方向に直接圧縮して「吉村パターン」を形成する方法か、あるいは「PCCPシェル」や展開図から多種の多角柱状構造体を形成できるが、それ以外の方法によって円筒から直接必要とする多角柱状構造体を正確に確実に形成することは困難であった。前記の螺旋柱状体および多角柱状構造体(Helical column)を含む螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)を形成するために、円筒面を直接的に面分割する数学的概念に基づいた方法は開発されなかったので、円筒面の総三角形化による構造の安定化にはごく限られたパターンしか選択できなかった。またそれによって「PCCPシェル」や多角柱状構造体の形態デザインにおいて、円筒面を総三角形化した構造体が必要とする様々な方向からの応力分散に最適な構造とパターンの選択肢に限りがあった。
さらに、螺旋に太さを与えたワイヤーロープなどの設計において、異なった同心円上に分離された各螺旋群の中心軌跡を統合するための3次元的な立体交差の設計は困難であった。
本発明は、従来のように平面の展開図を経由させずに安定した構造システムである円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)や螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)をより簡単に形成するために、円筒面の完全な総三角形分割が可能な円筒面分割方法を提供することを目的としている。また4面体(tetrahedron)を面的に接合させて連続的な螺旋体を形成する従来のテトラヒリクス(Teterahelix)とは明らかに異なる、異なった3種の螺旋群の軸回転操作のみで形成する円筒面3方向螺旋相互分割方法を提供することを目的としている。言い換えれば、円筒面に対しては、球面に対してジオデシック数学が完全な総三角形化のための球面分割法として開発されたように、総三角形化のための一般化された分割法は確立されてこなかった。
球面上の2点間の最短距離はジオデシックラインであり、球の大円はジオデシックラインである。本発明者は、最小限の3本の大円が回転対称的に互いに交差して総三角形化する球面の3方向格子(Spherical three-way grid)が球状正8面体の球面分割を形成するように、円筒面上の一つの円周から異なった3方向に成長する3種の螺旋群が円筒面上で互いに交差して総三角形化する円筒面の3方向格子(Cylindrical three-way grid)を形成する場合、該円筒面の3方向格子上の隣り合う格子を互いに結ぶ螺旋パターンはすべて最短距離であることに注目した。このことから本発明者は、円筒面上の2点間の最短距離は螺旋曲線であり、合同に分割されたすべての円筒状三角形同士の境界線は、常に異なった連続する最短距離を表す3種の螺旋群から構成されることを発見した。また本発明者は、球面と球面に内接する球系多面体との間には球面過剰(球面三角形の内角の和と平面三角形の内角の和の差)が発生するが、円筒面と螺旋多面体との間には円筒面過剰は発生しないことから、円筒状三角形からなる円筒状多面体を該表面積と2頂点間距離を一定にした軸回転によって、三角形のみからなる螺旋多面体に変換できる「等面積・等長変換」を発見した。
本発明は、本発明者の上記の数学的発見である平面の展開図を使用しないで直接円筒面の任意の円周を等分割して3種の始点群を設けた円周の軸回転対称性を利用した3種の螺旋群が互いに円筒面上で交差して形成される円筒面の3方向格子(Cylindrical three-way grid)に基づいて、円筒面上に曲線からなる円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)または円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)、および上記円筒面3方向格子を直線状の3方向格子に変換した直線の螺旋からなる螺旋多面体(Helical polyhedron)または螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)の4種の構造体を形成するための一般化された円筒面3方向螺旋相互分割方法を提供することを目的とする。円筒面3方向螺旋相互分割方法は、円筒における3種の螺旋群の対称的軸回転操作によって形成される、螺旋の相互の交差による円筒面の総三角形化である。
ジオデシックラインによって総三角形化されたジオデシックドームがもっとも経済的な関係を物質化したように、円筒面上の2点間の最短距離を結ぶ螺旋によって総三角形化する本発明による円筒面3方向螺旋相互分割方法は、もっとも経済的な関係を円筒状の螺旋構造物に反映できる。言い換えれば、円筒面を総三角形化する3種の螺旋群のシナジェティクス的操作は、構造の軽量化を飛躍的に向上させながら構造の剛性と強度をも劣化させることなく向上させることができる。
また本発明による最小限の3種の曲線からなる螺旋群から構成される円筒状螺旋多頂点体はそれ自体として安定した構造であるが、最終的にすべて直線からなる螺旋群から構成される螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)に変換可能である。同時に円筒面と思われていた形態は、無数の3種の螺旋群の交差によって形成された総三角形化された超高分割の螺旋多頂点体(Super-high frequency helical polyvertexia)として認識できる。同じ観点からR.B.フラーによって最初に発見されたテトラヒリクスは本発明者による3種の螺旋群からなる超低分割の最小限の螺旋多頂点体(Super-low frequency helical polyvertexia)として再認識できる。言い換えれば、本発明による総三角形化された円筒状螺旋多頂点体に内接して形成される3種の直線からなる螺旋群から構成される最小限の螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)および円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)の等面積・等長変換によって形成される螺旋多面体(Helical polyhedron)は、4面体(tetrahedron)を面的に接合させて連続的な螺旋柱状体を形成する従来の最小限のテトラヒリクス(Teterahelix)とは明らかに異なる。
このように3種の螺旋群による円筒面3方向螺旋相互分割方法は分割(Frequency)によって、超高分割化から超低分割化された無数の円筒状および円筒系の螺旋多面体と円筒状および円筒系の螺旋多頂点体の4種の構造体を提供できる。またそれによって、該螺旋多面体と該螺旋多頂点体の側壁にかかる様々な方向からの応力分散を予測できるので必要に応じてこれまでになく最適な形態を選択できる。
さらにまた本発明による互いに異なる3種の螺旋群によって形成される螺旋多頂点体において、3種の螺旋群を対称的に省略するための配置パターンから必要最小限の螺旋群の本数と円筒の正確な直径を予め決定することができるので、数千年以上の伝統があるアジアの竹籠の三つ網み(three-way grid)の構造とパターンに新たな円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)の構造とパターンを提供できる。
さらにまた本発明による円筒面3方向螺旋相互分割方法は円筒における螺旋による最短距離法なので、ワイヤーロープの構造とパターンの設計などにおいて、互いに異なる3種の螺旋群が異なる円筒面によって形成される複層または同心円筒型螺旋多頂点体の構造とパターンを提供できる。建築構造において複層化された同心円筒型螺旋多面体や螺旋多頂点体は、3種の螺旋群によって総三角形化された更なる力学的な構造安定性を提供できる。
本発明による総三角形化された円筒状螺旋多頂点体の最小限の基本形態は、螺旋周期がそれぞれ異なる右回転の螺旋3本の第1螺旋群と左回転の螺旋2本の第2の螺旋群とさらに右回転の螺旋1本からなる第3の螺旋群の計6本の3種の曲線からなる螺旋群によって形成できる(上記左右の回転の向きは、同時に反転可能である)。
次に、6本の螺旋からなるこの最小限の円筒状螺旋多頂点体は、合同な円筒面状三角形の表面積を一定にしかつ上記螺旋3方向格子(Helical 3way-grid)の格子間の長さをそれぞれ一定に維持した状態で、該3種の螺旋群のうち2種の螺旋群がそれぞれ異なった一定の山折りの二面角(dihedral angle)をもった連続した複数の直線からなる螺旋に変換すると同時に、同様に残りの一種の螺旋群を、一定の谷折りの二面角をもった連続した複数の直線からなる螺旋に変換することによって、円筒状螺旋多頂点体全体に動力学的な円筒軸回転運動(トルク)が発生して、2種の山折り螺旋群と1種の谷折り螺旋群からなる計3種の直線からなる螺旋群が互いに交差した正三角形のみからなる最小限の螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)に完全に変換できる。変換によって円筒の半径は拡大し、その長さ方向に収縮するが、オリジナルの円筒の表面積は一定である。
円筒面3方向螺旋相互分割方法において同一の3種の螺旋群と同一の螺旋三方向格子点を使用した場合に形成される円筒状と円筒系の螺旋多頂点体の2つの形態間には、互いに動的な相互変換が存在する。本発明による円筒状螺旋多頂点体は、つねにもう一つの円筒系の螺旋多頂点体に連続的に相互に変換可能である。円筒の表面積を一定にしかつ隣り合う3方向格子点間の距離一定に維持できるのは、この円筒面3方向螺旋相互分割方法のもっとも基本的で動的なトポロジー変換である。
実施例を図面に基づいて説明すれば次の通りである。
図2、図3および図4は、図1に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)110と図5に示す円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)112を形成するための本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による3種の螺旋群の軸回転操作法を示した実施例である。総三角形化された面分割パターンと円周分割パターンを形成するための螺旋の軸回転操作法を螺旋周期が異なる3種の螺旋群ごとに分解して説明する。
図2において円筒軸xに対する円筒面上の任意の赤道円周Cを任意の始点Sで3等分割する第1の始点群の各始点S、Sa1、Sa2から、円筒面上に左回転方向Lで一定の螺旋周期を伴った第1の螺旋群として3本の軌跡10、11、12を描き、赤道円周Cを第1の始点群と共有する始点Sで2等分割する新たな第2の始点群の各始点S、Sb1から、第1の螺旋群とは反対の右回転方向Rで、第1の螺旋群とは螺旋周期が異なり、第1の螺旋数よりも1本少ない2本の螺旋の軌跡20、21を第2の螺旋群として描く。さらに、第1の螺旋群の軌跡10と第2の螺旋群の軌跡20との共有始点Sで赤道円周Cを1等分割する第3の始点Sc1から、第1の螺旋群と同じ左回転方向Lで螺旋周期が第1と第2の螺旋群とは異なり、螺旋数が第1の螺旋群と第2の螺旋群との差に等しい1本の螺旋の軌跡30を第3の螺旋として描く。
次に図3、図4および図5において、異なる3種の螺旋群の交差によって円筒面が漸次的に総三角形化される過程を説明する。図3において、螺旋周期が異なる該3種の螺旋群のうち、第1の螺旋群の軌跡10、11、12と第2の螺旋群の軌跡20、21が2回づつ交差することによって螺旋2方向格子点G′と螺旋2方向格子G1′、G2′が形成され、図4に示す円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)111のように螺旋2方向格子G1′、G2′で囲まれた最初の円筒面分割領域としてすべて合同な円筒面状平行四辺形P1(図中に斜線で示した領域)を形成する。図5に示すように、第3の螺旋群の軌跡30がP1の対向する2組の螺旋2方向格子点間の内短い螺旋2方向格子点間を合同な2つの円筒面状三角形A1およびA2に分割するように最短距離の螺旋対角線の軌跡を描きながら連続的に通過する。その結果、赤道円周Cをそれぞれ等分割する該第1、第2および第3の3種の始点群から螺旋周期と回転方向が互いに異なる3種の螺旋群の各軌跡が円筒面上で互いに3回づつ交差することによって螺旋3方向格子(Helical 3way-grid)G1、G2、G3と螺旋3方向格子点Gを形成し、最終的に円筒面が該3種の螺旋群からなる該螺旋3方向格子で囲まれた最小限で合同な円筒面状三角形A1またはA2に完全に分割され、任意の螺旋格子点Gに集まる6個の該合同な円筒面状三角形の面角の総和がつねに360度になる該螺旋3方向格子を稜線とし該螺旋格子点を頂点とする円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)112を示す。
螺旋の三次元的な複雑な立体交差を簡略して説明するために、総三角形化された円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)112は、円筒面を不透明な面として表しているが、サーフィス・モデル(面モデル)から面的な要素を除去しても構造として自律する図1に示すワイヤーフレーム・モデルの円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)110を形成してもよい。これらの円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)110と円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)112は、本発明による円筒面三方向螺旋相互分割法によって形成される総三角形化された最小限の円筒状螺旋構造システムである。
このように、異なる3種の螺旋群からなる最小限6本の螺旋によって形成される円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)110および円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)112は、1分割(1Frequency)の円筒状テトラヒリクス(Cylindrical-helix 1F Teterahelix;6=3、2、1)として表記され、総三角形化される分割パターンを分割数(Frequency)と3種の螺旋群の各構成数とそれらの総数のみで本質的に分類できる(螺旋総数6本=第1の曲線からなる螺旋3本+第2の曲線からなる螺旋2本+第3の曲線からなる螺旋1本)。この表記システムから、円筒面を総三角形化する3種の螺旋群において、最も多い螺旋群の螺旋数は、他の2種のより少ない螺旋群の螺旋数の合計に等しく、以下に述べるすべての実施例においても例外がない。
図6は、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)113から図7に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)114を形成するための本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による3種の螺旋群による別の操作法を示した実施例である。円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)113の3種の螺旋群から同一種の各螺旋上で隣り合うすべての円筒上の各螺旋3方向格子点間を互いに最短距離で結んで連続的に形成される曲線からなる螺旋3方向格子G1、G2、G3を、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)113の螺旋3方向格子点Gを介在して内接させながら最短距離で総三角形化する直線からなる螺旋3方向格子g1、g2、g3に変換し、新たな稜線とした総三角形化された螺旋多面体(Helical polyhedron)114を形成する。図6と図7に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)114の一方の端部は、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)113の螺旋3方向格子点Gを介して螺旋3方向格子G1、G2、G3と螺旋3方向格子g1、g2、g3の内接関係を立体的に示すために円周上の始点S以外の始点群を含む三角形は部分的に省略して示している。
図6に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)113は円筒面上に異なる3種の曲線からなる螺旋群の軸回転操作によって連続的に互いに交差して螺旋3方向格子G1、G2、G3と螺旋格子点Gが形成されるが、螺旋多面体(Helical polyhedron)114においては、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)113が形成した各螺旋格子点Gを介しながら、異なる3種の直線のみからなる螺旋が連続的に互いに交差することによって円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)113に内接する螺旋3方向格子g1、g2、g3が形成される。図7に単独に取り出した螺旋多面体(Helical polyhedron)114を示す。図6における3種の曲線からなる第1の螺旋群の軌跡10、11、12、と第2の螺旋群の軌跡20、21および第3の螺旋の軌跡30は、図7における直線からなる3種の連続した第1の螺旋群の軌跡10′、11′、12′と第2の螺旋群の軌跡20′、21′および第3の螺旋の軌跡30′にそれぞれ変換される。このように軸回転操作によらない曲線からなる3種の螺旋群を直線からなる3種の螺旋群へと変換する場合、曲線からなる第1及び第2の螺旋群はそれぞれ異なった一定の山折りの二面角(dihedral angle)をもった連続した複数の直線からなる螺旋に変換されると同時に、同様に第3の螺旋群を、一定の谷折りの二面角をもった連続した複数の直線から成る螺旋に変換されている。さらに螺旋3方向格子g1、g2、g3によってサーフィス・モデルとして形成される螺旋多面体(Helical polyhedron)114において、図5に示される合同な円筒面状三角形A1、およびA2は、円筒面への内接によって形成される合同な平面状三角形B1およびB2に変換されると該各円筒面状三角形の面積は縮小されるが、各螺旋格子点Gを共有する6個の合同な平面状三角形B1およびB2の面角の総和は、つねに360度で一定に形成される。球面と球面に内接する球系多面体との間には球面過剰(球面三角形の内角の和と平面三角形の内角の和の差)が発生するが、円筒面と螺旋多面体との間には円筒面過剰は発生しない。
図8に示す螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)115は、図7に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)114のサーフィス・モデルから面的な要素を除去しても構造として自律するワイヤーフレーム・モデルであり、本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法によって形成される総三角形化された最小限の螺旋多頂点体であるテトラヒリクスである。直線からなる3種の螺旋群である第1の螺旋10′、11′、12′と第2の螺旋20′、21′および第3の螺旋30′はそれぞれ連続した螺旋であり、各螺旋3方向格子点Gは球状格子点として表している。
このように、異なる3種の螺旋群が直線からなる最小限6本の螺旋によって形成される螺旋多面体(Helical polyhedron)114および螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)115は、1分割(Frequency)の螺旋多面体テトラヒリクス(Helical 1F Teterahelix;6=3、2、1)として表記され、直線によって総三角形化される分割パターンを分割数(Frequency)と3種の螺旋群の構成数とそれらの総数のみで本質的に分類できる。回転方向が異なった3種の直線からなる螺旋群が螺旋多面体(Helical polyhedron)および螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)を形成する場合、もっとも螺旋数が少ない螺旋群はつねに一定の谷折りの二面角をもった連続した複数の直線から成る螺旋を形成することには例外がない。
図10および図11は、図9に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)120を形成するための本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による3種の螺旋群の軸回転操作方法を示した他の実施例である。総三角形化された面分割パターンと円周分割パターンを形成するための螺旋の軸回転操作法を螺旋周期が異なる3種の螺旋群ごとに分解して説明する。図10において円筒軸xに対する円筒面上(円筒の側面は省略して示している)の任意の赤道円周Cを任意の始点Sで6等分割する第1の始点群の各始点S、Sa1、Sa2、Sa3、Sa4、Sa5から、円筒面上に左回転方向Lで一定の螺旋周期を伴った第1の螺旋群として6本の軌跡10、11、12、13、14、15を描き、赤道円周Cを第1の始点群と共有する始点Sで4等分割する新たな第2の始点群の各始点S、Sb1、Sb2、Sb3から、第1の螺旋群とは反対の右回転方向Rで、第1の螺旋群とは螺旋周期が異なり、第1の螺旋数よりも2本少ない4本の螺旋の軌跡20、21、22、23を第2の螺旋群として描く。さらに、第1の螺旋群の軌跡10と第2の螺旋群の軌跡20との共有始点Sで赤道円周Cを2等分割する第3の始点S、Sc1から、第1の螺旋群と同じ左回転方向Lで螺旋周期が第1と第2の螺旋群とは異なり、螺旋数が第1の螺旋と第2の螺旋との差に等しい2本の螺旋の軌跡30、31を第3の螺旋群として描く。
次に、図11において異なる3種の螺旋群の交差によって円筒面が漸次的に総三角形化される過程を説明する。螺旋周期が異なる該3種の螺旋群のうち、第1の螺旋群の軌跡10、11、12、13、14、15と第2の螺旋群の軌跡20、21、22、23が2回づつ交差することによって螺旋2方向格子点G′(図示しない)と螺旋2方向格子G1′、G2′が形成され、螺旋2方向格子G1′、G2′(図示しない)で囲まれた最初の円筒面分割領域としてすべて合同な円筒面状平行四辺形P2(図中に斜線で示した領域)を形成し、各第3の螺旋群30、31がP2の対向する2組の螺旋2方向格子点間の内短い螺旋2方向格子点間を合同な2つの円筒面状三角形A3およびA4に分割するように最短距離の螺旋対角線の軌跡を描きながら連続的に通過する。その結果、該赤道円周をそれぞれ等分割する該第1、第2および第3の3種の始点群から螺旋周期と回転方向が互いに異なる該3種の螺旋群の各螺旋が該円筒面上で互いに3回づつ交差することによって螺旋3方向格子(Helical 3way-grid)G1、G2、G3と螺旋3方向格子点Gを形成し、最終的に該円筒面が該3種の螺旋群からなる該螺旋3方向格子で囲まれた最小限で合同な円筒面状三角形A3とA4に完全に分割され、任意の螺旋3方向格子点Gに集まる6個の該合同な円筒面状三角形の面角の総和がつねに360度になる該螺旋3方向格子を稜線とし該螺旋格子点を頂点とする円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)121を形成する。
このように、円周の周期的で対称的な分割によって形成される3種の始点群に連動して増加する3種の螺旋群からなる円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)120または円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)121は、図1に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)110または図5に示す円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)112の各螺旋3方向格子間を2等分割に細分化して増加する螺旋3方向格子点Gと螺旋3方向格子(Helical 3way-grid)G1、G2、G3から形成され、細分化して増加する異なる3種の螺旋群が互いに交差することで円筒面上により細分化されて総三角形化される面分割領域のパターンを構築する。
螺旋の三次元的な複雑な立体交差を簡略して説明するために、総三角形化された円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)121は、円筒面を不透明な面として表しているが、サーフィス・モデル(面モデル)から面的な要素を除去しても構造として自律する図9に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)120に形成してもよい。
異なる3種の螺旋群からなる12本の螺旋によって形成される円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)120および円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)121は、2分割(2Frequency)の円筒状テトラヒリクス(Cylindrical-helix 2F Teterahelix;12=6、4、2)として表記され総三角形化される分割パターンを分割数(Frequency)と3種の螺旋の各構成数とそれらの総数のみで本質的に分類できる。(螺旋総数12本=曲線からなる第1の螺旋6本+曲線からなる第2の螺旋4本+曲線からなる第3の螺旋2本)この表記システムから、円筒面を総三角形化する3種の螺旋群において、最も多い螺旋群の螺旋数は、他の2種のより少ない螺旋群の螺旋数の合計に等しい。
図12は、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)122から図13に単独で示す螺旋多面体(Helical polyhedron)123を形成するための本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による3種の螺旋群の別の操作法を示した実施例である。円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)122の3種の螺旋群から同一種の各螺旋上で隣り合うすべての円筒上の各格子点間を互いに最短距離で結んで連続的に形成される曲線からなる螺旋3方向格子G1、G2、G3を、螺旋3方向格子点Gを介して内接させながら最短距離で総三角形化する直線からなる螺旋3方向格子g1、g2、g3に変換すると共に、図11に示される合同な円筒面状三角形A3、およびA4を合同な平面状三角形B3およびB4に変換し、上記螺旋3方向格子点Gを共有する6個の合同な平面状三角形の面角の総和が、つねに360度になるように構成した複数の直線のみからなる該螺旋3方向格g1、g2、g3を稜線とした螺旋多面体(Helical polyhedron)123が形成される。図12における3種の曲線からなる螺旋群10、11、12、13、14、15と20、21、22、23および30、31は、図13における直線からなる3種の連続した螺旋10′、11′、12′、13′、14′、15′と20′、21′、22′、23′および30′、31′にそれぞれ変換される。螺旋多面体(Helical polyhedron)123の一方の端部は、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)122の螺旋3方向格子点Gを介して螺旋3方向格子G1、G2、G3と螺旋3方向格子g1.g2,g3の内接関係を立体的に示すために円周上の始点S以外を含む三角形は部分的に省略して示している。
図14に示す螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)124は、図13に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)123のサーフィス・モデルから面的な要素を除去しても構造として自律するワイヤーフレーム・モデルであり、本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法によって形成され総三角形化された2分割(2Frequency)の螺旋多面体であるテトラヒリクスである。直線からなる3種の螺旋群である第1の螺旋の軌跡と第2の螺旋の軌跡および第3の螺旋の軌跡はそれぞれ連続した螺旋であり、各螺旋3方向格子点Gは球状格子点として表している。
このように、異なる3種の螺旋群が直線からなる12本の螺旋によって形成される螺旋多面体(Helical polyhedron)123および螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)124はともに、2分割(2Frequency)の螺旋多面体であるテトラヒリクス(2F Teterahelix;12=6、4、2)として表記され、直線によって総三角形化される分割パターンを分割数(Frequency)と3種の螺旋群の各構成数とそれらの総数のみで本質的に分類できる。(螺旋総数12本=直線からなる第1の螺旋6本+直線からなる第2の螺旋4本+直線からなる第3の螺旋2本)。もっとも螺旋数が少ない第3の螺旋群30′、31′は、2本の谷折りの螺旋を形成している。
図16図は、図15に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)130と図17に示す円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)131を形成するための本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による3種の螺旋群の軸回転操作法を示した他の実施例である。総三角形化された面分割パターンと円周分割パターンを形成するための螺旋の軸回転操作法を螺旋周期が異なる3種の螺旋群ごとに分解して説明する。
円筒軸xに対する円筒面上(円筒の側面は省略して示している)の任意の赤道円周Cを任意の始点Sで9等分割する第1の始点群の各始点S、Sa1、Sa2、Sa3、Sa4、Sa5、Sa6、Sa7、Sa8から、円筒面上に左回転方向Lで一定の螺旋周期を伴った第1の螺旋群として9本の軌跡10、11、12、13、14、15、16、17、18を描き、赤道円周Cを第1の始点群と共有する始点Sで6等分割する新たな第2の始点群の各始点S、Sb1、Sb2、Sb3、Sb4、Sb5から、第1の螺旋群とは反対の右回転方向Rで、第1の螺旋群とは螺旋周期が異なり、第1の螺旋数よりも3本少ない6本の螺旋数の軌跡20、21、22、23、24、25を第2の螺旋群として描く。さらに、第1の螺旋群の軌跡10と第2の螺旋群の軌跡20との共有始点Sで赤道円周Cを3等分割する第3の始点S、Sc1、Sc2から、第1の螺旋群と同じ左回転方向Lで螺旋周期が第1と第2の螺旋群とは異なり、螺旋数が第1の螺旋数と第2の螺旋数との差に等しい3本の螺旋群の軌跡30、31、32を第3の螺旋群として描く。
次に図17において、異なる3種の螺旋群の交差によって円筒面が漸次的に総三角形化される過程を説明する。螺旋周期が異なる3種の螺旋群のうち、第1の螺旋群の軌跡10、11、12、13、14、15、16、17、18と第2の螺旋群の軌跡20、21、22、23、24、25が2回づつ交差することによって螺旋2方向格子点G′(図示しない)が形成され、最初の円筒面分割領域としてすべて合同な円筒面状平行四辺形P3(図中に斜線で示した領域)を形成し、各第3の螺旋群30、31、32がP3の対向する2組の螺旋2方向格子点間の内短い螺旋2方向格子点間を合同な2つの円筒面状三角形A5、またはA6に分割するように最短距離の螺旋対角線の軌跡を描きながら連続的に通過する。その結果、赤道円周Cをそれぞれ等分割する第1、第2および第3の3種の始点群から螺旋周期と回転方向が互いに異なる該3種の螺旋群の各螺旋が該円筒面上で互いに3回づつ交差することによって螺旋3方向格子(Helical 3way-grid)G1、G2、G3と螺旋3方向格子点Gを形成し、最終的に該円筒面が該3種の螺旋群からなる該螺旋3方向格子で囲まれた最小限で合同な円筒面状三角形A5およびA6に完全に分割され、任意の螺旋3方向格子点に集まる6個の該合同な円筒面状三角形の面角の総和がつねに360度になる該螺旋3方向格子を稜線とし該螺旋格子点を頂点とする円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)131を形成する。
このように、円周の周期的で対称的な分割によって形成される3種の始点群に連動して増加する3種の螺旋群からなる円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)130または円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)131は、図1に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)110または図5に示す円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)113の各螺旋3方向格子間を3等分割に細分化して増加する螺旋3方向格子Gと、螺旋3方向格子(Helical 3way-grid)G1、G2、G3から形成され、細分化して増加する異なる3種の螺旋群が互いに交差することで円筒面上に総三角形化されより細分化された面分割領域のパターンを構築する。
螺旋の三次元的な複雑な立体交差を簡略して説明するために、総三角形化された円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)131は、円筒面を不透明な面として表しているが、図15に示すように、サーフィス・モデル(面モデル)から面的な要素を除去しても構造として自律する円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)130に形成してもよい。
このように、異なる3種の螺旋群からなる18本の螺旋によって形成される円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)130および円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)131は、3分割(3Frequency)の円筒状テトラヒリクス(Cylindrical-helix 3F Teterahelix;18=9、6、3)として表記され、総三角形化される分割パターンを分割数(Frequency)と3種の螺旋群の各構成数とそれらの総数のみで本質的に分類できる。(螺旋総数18本=曲線からなる第1の螺旋9本+曲線からなる第2の螺旋6本+曲線からなる第3の螺旋3本)。この表記システムから、円筒面を総三角形化する3種の螺旋群において、最も多い螺旋群の螺旋数は、他の2種のより少ない螺旋群の螺旋数の合計に等しい。
図18は、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)132から図19に単独で示す螺旋多面体(Helical polyhedron)133を形成するための本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による3種の螺旋群による他の変換操作法を示した実施例である。円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)133の3種の螺旋群から同一種の各螺旋上で隣り合うすべての円筒上の各螺旋3方向格子点間を互いに最短距離で結んで連続的に形成される曲線による螺旋3方向格子G1、G2、G3を、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)132の螺旋3方向格子点Gを介して内接させながら最短距離で総三角形化する直線からなる螺旋3方向格子g1、g2、g3に変換すると共に、図17に示される合同な円筒面状三角形A5、およびA6を合同な平面状三角形B5およびB6に変換し、上記各螺旋3方向格子点を共有する6個の合同な平面状三角形B5およびB6の面角の総和が、つねに360度になるように構成した複数の直線のみからなる螺旋3方向格子g1、g2、g3を稜線とした螺旋多面体(Helical polyhedron)133が形成される。螺旋多面体(Helical polyhedron)133の一方の端部は、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)132の螺旋3方向格子点Gを介して螺旋3方向格子G1、G2、G3と螺旋3方向格子g1、g2、g3の内接関係を立体的に示すために部分的に省略して示している。
図20に示す螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)134は、図19に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)133のサーフィス・モデルから面的な要素を除去しても構造として自律するワイヤーフレーム・モデルであり、本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法によって形成される総三角形化された3分割(3Frequency)の螺旋多面体であるテトラヒリクスである。直線からなる3種の螺旋群である第1の螺旋の軌跡と第2の螺旋の軌跡および第3の螺旋の軌跡はそれぞれ連続した螺旋であり、各螺旋3方向格子点Gは球状格子点として表している。
このように、異なる3種の螺旋群が直線からなる18本の螺旋によって形成される螺旋多面体(Helical polyhedron)133および螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)134は、3分割(3Frequency)の螺旋多面体であるテトラヒリクス(3F Teterahelix;18=9、6、3)として表記され、直線によって総三角形化される分割パターンを分割数(Frequency)と3種の螺旋群の各構成数とそれらの総数のみで本質的に分類できる。(螺旋総数18本=直線からなる第1の螺旋9本+直線からなる第2の螺旋6本+直線からなる第3の螺旋3本)もっとも螺旋数が少ない第3の螺旋群30′、31′、32′は、3本の谷折りの螺旋を形成している。
図22は、図21に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)140と図23に示す円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)141を形成するための本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による他の実施例である。総三角形化された面分割パターンを形成するための螺旋の軸回転操作法を分割数が異なる3種の円周分割パターン毎に説明する。円筒軸xに対する円筒面上の任意の赤道円周Cを任意の始点Sで12等分割する第1の始点群の各始点S、Sa1、Sa2、 Sa3、Sa4、 Sa5、Sa6、 Sa7、Sa8、 Sa9、Sa10、 Sa11から、円筒面上に左回転方向Lで一定の螺旋周期を伴った第1の螺旋群として12本の軌跡(図示しない)を描き、赤道円周Cを第1の始点群と共有する始点Sで8等分割する新たな第2の始点群の各始点S、Sb1、Sb2、Sb3、Sb4、Sb5、Sb6、Sb7から、第1の螺旋群とは反対の右回転方向Rで、第1の螺旋群とは螺旋周期が異なり、第1の螺旋数よりも4本少ない8本の螺旋の軌跡(図示しない)を第2の螺旋群として描く。さらに、第1の螺旋群の軌跡と第2の螺旋群の軌跡との共有始点Sで赤道円周Cを4等分割する第3の始点S、Sc1、Sc2、Sc3から、第1の螺旋群と同じ左回転方向Lで螺旋周期が第1と第2の螺旋群とは異なり、螺旋数が第1の螺旋群と第2の螺旋群との差に等しい4本の螺旋群の軌跡(図示しない)を第3の螺旋群として描く。
次に、異なる3種の螺旋群の交差によって円筒面が漸次的に総三角形化される過程を説明する。螺旋周期が異なる該3種の螺旋群のうち、第1の螺旋群の軌跡と第2の螺旋群の軌跡が2回づつ交差することによって螺旋2方向格子点G′(図示しない)が形成され、最初の円筒面分割領域としてすべて合同な円筒面状平行四辺形P4(図中に斜線で示した領域)を形成する。図23において第3の螺旋群の軌跡がP4の対向する2組の螺旋2方向格子点間の内短い螺旋2方向格子点間を合同な2つの円筒面状三角形A7およびA8に分割するように最短距離の螺旋対角線の軌跡を描きながら連続的に通過する。その結果、赤道円周Cをそれぞれ等分割する該第1、第2および第3の3種の始点群から螺旋周期と回転方向が互いに異なる該3種の螺旋群の各軌跡が該円筒面上で互いに3回づつ交差することによって螺旋3方向格子(Helical 3way-grid)G1、G2、G3と螺旋3方向格子点Gを形成し、最終的に該円筒面が該3種の螺旋群からなる該螺旋3方向格子で囲まれた最小限で合同な円筒面状三角形A7またはA8に完全に分割され、任意の螺旋格子点Gに集まる6個の該合同な円筒面状三角形の面角の総和がつねに360度になる該螺旋3方向格子を稜線とし該螺旋格子点を頂点とする円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)141を形成する。
螺旋の三次元的な複雑な立体交差を簡略して説明するために、総三角形化された円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)141は、円筒面を不透明な面として表しているが、サーフィス・モデル(面モデル)から面的な要素を除去しても構造として自律する図21に示すワイヤーフレーム・モデルの円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)140に形成してもよい。
このように、異なる3種の螺旋群からなる24本の螺旋によって形成される円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)140および円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)141は、4分割(4Frequency)の円筒状テトラヒリクス(Cylindrical-helix 4F Teterahelix;24=12、8、4)として表記され総三角形化される分割パターンを分割数(Frequency)と3種の螺旋群の各構成数とそれらの総数のみで本質的に分類できる(螺旋総数24本=第1の曲線からなる螺旋12本+第2の曲線からなる螺旋8本+第3の曲線からなる螺旋4本)。この表記システムから、円筒面を総三角形化する3種の螺旋群において、最も多い螺旋群の螺旋数は、他の2種のより少ない螺旋群の螺旋数の合計に等しく、以下に述べるすべての実施例においても例外がない。
図24は、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)142から図25に単独で示す螺旋多面体(Helical polyhedron)143を形成するための本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による3種の螺旋群による別の操作法を示した実施例である。円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)142の3種の螺旋群から同一種の各螺旋上で隣り合うすべての円筒上の各格子点間を互いに最短距離で結んで連続的に形成される曲線からなる螺旋3方向格子G1、G2、G3を、螺旋3方向格子点Gを介して内接させながら最短距離で総三角形化する直線からなる螺旋3方向格子g1、g2、g3に変換し、新たな該螺旋3方向格子g1、g2、g3を稜線とした総三角形化された螺旋多面体(Helical polyhedron)144を形成する。
言い換えれば、図24に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)142は円筒面上に異なる3種の曲線からなる螺旋群の軸回転操作によって連続的に互いに交差して螺旋3方向格子G1、G2、G3と螺旋格子点Gが形成されるが、図25に単独で示す螺旋多面体(Helical polyhedron)143においては、各螺旋3方向格子点Gを共有しながら、異なる3種の直線のみからなる螺旋が連続的に互いに交差することによって円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)142に内接する螺旋3方向格子g1、g2、g3が形成される。このような曲線からなる3種の螺旋群に内接する直線からなる3種の螺旋群への変換操作によって、図24における3種の曲線からなる第1の螺旋群の12本の軌跡と第2の螺旋群の8本の軌跡および第3の螺旋の4本の軌跡は、直線からなる3種の連続した第1の螺旋群の12本の軌跡と第2の螺旋群の8本の軌跡および第3の螺旋の4本の軌跡にそれぞれ変換される。
この場合、図25に示すように上記第1および第2の螺旋群はそれぞれ異なった一定の山折りの二面角(dihedral angle)をもった連続した複数の直線からなる螺旋に変換されると同時に、同様に第3の螺旋群は、一定の谷折りの二面角をもった連続した複数の直線から成る螺旋に変換されている。
また、螺旋3方向格子g1、g2、g3によってサーフィス・モデルとして形成される螺旋多面体(Helical polyhedron)143において、図23に示される合同な円筒面状三角形A7、およびA8は、円筒面の内接によって形成される合同な平面状三角形B7およびB8に変換され、各螺旋格子点Gを共有する6個の合同な平面状三角形B7およびB8の面角の総和は、つねに360度で一定に形成される。
図24と図25に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)143の一方の端部は、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)143の螺旋3方向格子点Gを介して螺旋3方向格子G1、G2、G3と螺旋3方向格子g1、g2、g3の内接関係を立体的に示すために円周上の始点S以外の始点群を含む三角形は部分的に省略して示している。
図26に示す螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)144は、図25に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)143のサーフィス・モデルから面的な要素を除去しても構造として自律するワイヤーフレーム・モデルであり、本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法によって形成される総三角形化された4分割の(4 Frequency)の螺旋多面体であるテトラヒリクスである。直線からなる3種の螺旋群である第1の螺旋の軌跡と第2の螺旋の軌跡および第3の螺旋の軌跡はそれぞれ連続した螺旋であり、各螺旋3方向格子点Gは球状格子点として表している。
このように、異なる3種の螺旋群が直線からなる24本の螺旋によって形成される螺旋多面体(Helical polyhedron)144および螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)145は、4分割(Frequency)の螺旋多面体テトラヒリクス(Helical 4F Teterahelix;24=12、8、4)として、直線によって総三角形化される分割パターンを分割数(Frequency)と3種の螺旋群の構成数とそれらの総数のみで本質的に分類できる。もっとも螺旋数が少ない第3の螺旋群30′、31′、32′、33′は、4本の谷折りの螺旋を形成している。
図27は、本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法の他の実施例によって形成された形態である。円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)150は、最小限の基本形態の一つである図1の円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)100、および図3の円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)105に示す本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法によって総三角形化された面分割パターンの各格子間を8分割して細分化される。次に異なる3種の螺旋群が互いに交差して形成する螺旋格子点Gを共有した後に、螺旋3方向格子点Gに集まる合同な平面状三角形の面角の総和がつねに360度になるように構成した複数の直線からなる螺旋3方向格子g1、g2、g3を新たな稜線として独立して構成される。さらに直線からなる螺旋3方向格子g1、g2、g3はすべて等辺になるように変換してもよい。(円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)または円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)において、すべての曲線からなる螺旋3方向格子を等長な直線からなる螺旋3方向格子に変換する操作を本発明者は「シナジェティクス等長変換」と命名した。)
このように、異なる3種の螺旋群からなる48本の螺旋によって形成される螺旋多面体(Helical polyhedron)150は、8分割の螺旋多面体であるテトラヒリクス(8F Teterahelix;48=24、16、8)として表記され、直線によって総三角形化される分割パターンを分割数(Frequency)と3種の螺旋群の各構成数とそれらの総数のみで本質的に分類できる。もっとも螺旋数が少ない第3の螺旋群30′、31′、32′、33′、34′、35′、36′、37′は、8本の谷折りの螺旋を形成している。
図29、図30および図31は、図28に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)210と図32に示す円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)212を形成するための本発明の3種の螺旋群の同方向の軸回転操作による円筒面3方向螺旋相互分割方法を示した他の実施例である。総三角形化された面分割パターンと円周分割パターンを形成するための螺旋の軸回転操作法を螺旋周期が異なる3種の螺旋群ごとに分解して説明する。
図29において、円筒軸xに対する円筒面上の任意の赤道円周Cを任意の始点Sで4等分割する第1の始点群の各始点S、Sa1、Sa2、Sa3から、円筒面上に左回転方向Lで一定の螺旋周期を伴った第1の螺旋群として4本の軌跡50、51、52、53を描き、赤道円周Cを第1の始点群と共有する始点Sで3等分割する新たな第2の始点群の各始点S、Sb1、Sb2から、第1の螺旋群と同一の左回転方向Lで、第1の螺旋群とは螺旋周期が異なり、第1の螺旋数よりも1本少ない3本の螺旋の軌跡40、41、42を第2の螺旋群として描く。さらに、第1の螺旋群の軌跡50と第2の螺旋群の軌跡40との共有始点Sで赤道円周Cを1分割する第3の始点Sc1から、第1および第2の螺旋群と同じ左回転方向Lで螺旋周期が第1と第2の螺旋群とは異なり、螺旋数が第1の螺旋群と第2の螺旋群との差に等しい1本の螺旋の軌跡30を第3の螺旋として描く。
次に図30、図31および図32において、同方向の軸回転操作による螺旋周期が異なる3種の螺旋群の交差によって円筒面が漸次的に総三角形化される過程を説明する。図30において、螺旋周期が異なる該3種の螺旋群のうち、第1の螺旋群の軌跡50、51、52、53と第2の螺旋群の軌跡40、41、42が2回づつ交差することによって螺旋2方向格子点G′が形成され、図31に示すように最初の円筒面分割領域としてすべて合同な円筒面状平行四辺形P5(図中に斜線で示した領域)を形成する。次に、図32に示すように第3の螺旋の軌跡30がP5の対向する2組の2頂点間の内短い2頂点間を合同な2つの円筒面状三角形C1およびC2に分割するように最短距離の螺旋対角線の軌跡を描きながら連続的に通過する。その結果、赤道円周Cをそれぞれ等分割する該第1、第2および第3の3種の始点群から回転方向が同一で螺旋周期が異なる該3種の螺旋群の各軌跡が該円筒面上で互いに3回づつ交差することによって螺旋3方向格子(Helical 3way-grid)G1、G2、G3と螺旋格子点Gを形成し、最終的に該円筒面が該3種の螺旋群からなる該螺旋3方向格子で囲まれた最小限で合同な円筒面状三角形C1またはC2に完全に分割され、任意の螺旋格子点Gに集まる6個の該合同な円筒面状三角形の面角の総和がつねに360度になる該螺旋3方向格子を稜線とし該螺旋格子点を頂点とする円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)212を示す。
螺旋の三次元的な複雑な立体交差を簡略して説明するために、総三角形化された円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)212は、円筒面を不透明な面として表しているが、サーフィス・モデル(面モデル)から面的な要素を除去しても構造として自律する図28に示すワイヤーフレーム・モデルの円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)210を形成してもよい。これらの円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)210と円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)212は、異なった螺旋周期をもつ3種の螺旋群が互いに同一方向で回転し交差する本発明による円筒面三方向螺旋相互分割法によって形成される総三角形化された最小限の円筒状螺旋構造システムである。
第3の螺旋群は、3種の螺旋群の回転方向が異なる場合も同一の場合もつねに合同な円筒状平行四辺形P5に対して最短距離の螺旋対角線上を通過する。また第3の螺旋群はつねに最長の螺旋から構成される。さらに、半径と長さが同一の円筒面上の3種の螺旋群が互いに交差して形成される格子点の数が同一の場合、1分割(1Frequency)の円筒状螺旋多面体Cylindrical-helix polyhedron)の3種の螺旋群の内一種の螺旋群のみが異なる方向で互いに回転する場合の最小限の螺旋数は図5に示すように計6本であるが、3種の螺旋群の回転方向がすべて同一になると、円筒状螺旋多頂点体または円筒状螺旋多面体を総三角形化する最小限の3種の螺旋総数は第1と第2の螺旋が一本ずつ増加して計8本の螺旋になる。
このように、螺旋の回転が同じ向きで互いに異なる螺旋周期の3種の螺旋群からなる最小限8本の螺旋によって形成される円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)210および円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)212は、1分割(1Frequency)の円筒状テトラヒリクス(Cylindrical-helix 1F Teterahelix;8=4、3、1)として表記され総三角形化される分割パターンを分割数(Frequency)と同方向に回転する3種の螺旋群の各構成数とそれらの総数のみで本質的に分類できる(螺旋総数8本=第1の曲線からなる螺旋4本+第2の曲線からなる螺旋3本+第3の曲線からなる螺旋1本)。この表記システムから、円筒面を総三角形化する3種の螺旋群において、最も多い螺旋群の螺旋数は、つねに他の2種のより少ない螺旋群の螺旋数の合計に等しい。
図33は、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)213から図34に単独で示す螺旋多面体(Helical polyhedron)214を形成するための本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による3種の螺旋群による他の操作法を示した実施例である。円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)213の3種の螺旋群から同一種の各螺旋上で隣り合うすべての円筒上の各格子点間を互いに最短距離で結んで連続的に形成される曲線からなる螺旋3方向格子G1、G2、G3を、螺旋3方向格子点Gを介して内接して円筒面内部を通る最短距離で総三角形化する直線からなる螺旋3方向格子g1、g2、g3に変換し、総三角形化された新たな該螺旋3方向格子g1、g2、g3を稜線とした螺旋多面体(Helical polyhedron)214を形成する。
言い換えれば、図33に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)213は円筒面上に異なる3種の曲線からなる螺旋の軸回転操作によって連続的に互いに交差して螺旋3方向格子G1、G2、G3と螺旋格子点Gが形成されるが、各螺旋3方向格子点Gを共有しながら、異なる3種の直線のみからなる螺旋が連続的に互いに交差することによって円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)213に内接する螺旋3方向格子g1、g2、g3が形成され図34に単独で示す螺旋多面体(Helical polyhedron)215に変換される。このような曲線からなる3種の螺旋群を直線からなる3種の螺旋群への変換によって、図33における3種の曲線からなる第1の螺旋群の4本の軌跡50、51、52、53と第2の螺旋群の3本の軌跡40、41、42および第3の螺旋の1本の軌跡30は、図34における直線からなる3種の連続した第1の螺旋群の軌跡50′、51′、52′、53′と第2の螺旋群の軌跡40′、41′、42′および第3の螺旋の軌跡30′にそれぞれ連続的に変換される。
この場合、図34に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)214の第2及び第3の螺旋群はそれぞれ異なった一定の山折りの二面角(dihedral angle)をもった連続した複数の直線からなる螺旋に変換されると同時に、第1の螺旋群は、一定の谷折りの二面角をもった連続した複数の直線からなる螺旋に変換されている。
図33と図34に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)214の一方の端部は、の螺旋3方向格子点Gを介して円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)213の螺旋3方向格子G1、G2、G3と螺旋3方向格子g1、g2、g3の内接関係を立体的に示すために円周上の始点S以外の始点群を含む三角形は部分的に省略して示している。
螺旋3方向格子g1、g2、g3によってサーフィス・モデルとして形成される螺旋多面体(Helical polyhedron)214において、図32に示される合同な円筒面状三角形C1、およびC2が、図33に示される円筒面の内接によって形成される合同な平面状三角形D1およびD2に変換されると、該各円筒面状三角形の面積は縮小されるが、各螺旋3方向格子点Gを共有する6個の合同な平面状三角形B1およびB2の面角の総和は、つねに360度で一定に形成される。球面と球面に内接する球系多面体との間には球面過剰(球面三角形の内角の和と平面三角形の内角の和の差)が発生するが、円筒面と円筒面に内接する円筒系螺旋多面体との間には円筒面過剰は発生しない。
図35に示す螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)215は、図34に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)214のサーフィス・モデルから面的な要素を除去しても構造として自律するワイヤーフレーム・モデルであり、本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法によって形成される総三角形化された最小限の円筒系螺旋構造システムの一つである。直線からなる3種の螺旋群である第1の螺旋50′、51′、52′、53′と第2の螺旋40′、41、′42′および第3の螺旋30′はそれぞれ連続した直線からなる螺旋であり、各螺旋3方向格子点Gは球状格子点として表している。
このように、螺旋の回転が同じ向きで互いに螺旋周期の異なる3種の螺旋群が直線からなる最小限8本の螺旋によって形成される螺旋多面体(Helical polyhedron)214および螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)215は、1分割(Frequency)の螺旋多面体テトラヒリクス(Helical 1F Teterahelix;8=4、3、1)として表記され、直線によって総三角形化される分割パターンを分割数(Frequency)と3種の同方向に回転する螺旋群の構成数とそれらの総数のみで本質的に分類できる。
螺旋の回転が同じ向きで互いに異なる螺旋周期の異なる3種の螺旋群が螺旋多面体(Helical polyhedron)および螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)を形成する場合、もっとも多い螺旋数はつねに谷折りの螺旋に変換される。また第3の螺旋群の螺旋数はつねに分割数を示す。
図37は、図36に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)220と
図38に示す円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)221を形成するための本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による3種の螺旋群の軸回転操作法を示した他の実施例である。総三角形化された面分割パターンと円周分割パターンを形成するための螺旋の軸回転操作法を螺旋周期が異なる3種の螺旋群ごとに分解して説明する。
図37において、円筒軸xに対する円筒面上の任意の赤道円周Cを任意の始点Sで8等分割する第1の始点群の各始点S、Sa1、Sa2、Sa3、Sa4、Sa5、Sa6、Sa7から、円筒面上に左回転方向Lで一定の螺旋周期を伴った第1の螺旋群として8本の軌跡50、51、52、53、54、55、56、57を描き、赤道円周Cを第1の始点群と共有する始点Sで6等分割する新たな第2の始点群の各始点S、Sb1、Sb2、Sb3、Sb4、Sb5から、第1の螺旋群と同一の左回転方向Lで、第1の螺旋群とは螺旋周期が異なり、第1の螺旋数よりも2本少ない6本の螺旋の軌跡40、41、42、43、44、45を第2の螺旋群として描く。さらに、第1の螺旋群の軌跡50と第2の螺旋群の軌跡40との共有始点Sで赤道円周Cを2等分割する第3の始点S、Sc1から、第1および第2の螺旋群と同じ左回転方向Lで螺旋周期が第1と第2の螺旋群とは異なり、螺旋数が第1の螺旋群と第2の螺旋群との差に等しい2本の螺旋群の軌跡30、31を第3の螺旋群として描く。
次に、異なる3種の螺旋群の交差によって円筒面が漸次的に総三角形化される過程を説明する。螺旋周期が異なる該3種の螺旋群のうち、第1の螺旋群の軌跡50、51、52、53、54、55、56、57と第2の螺旋群の軌跡40、41、42、43、44、45が2回づつ交差することによって螺旋2方向格子点G′(図示しない)が形成され、最初の円筒面分割領域としてすべて合同な円筒面状平行四辺形P6(図示しない)を形成する。次に、図38に示すように第3の螺旋群の軌跡30または31が円筒面状平行四辺形P6の対向する2組の螺旋3方向格子点間の内短い螺旋3方向格子点間を合同な2つの円筒面状三角形C3およびC4に分割するように最短距離の螺旋対角線の軌跡を描きながら連続的に通過する。その結果、赤道円周Cをそれぞれ等分割する該第1、第2および第3の3種の始点群から回転方向が同一で螺旋周期が異なる該3種の螺旋群の各軌跡が該円筒面上で互いに3回づつ交差することによって螺旋3方向格子(Helical 3way-grid)G1、G2、G3と螺旋3方向格子点Gを形成し、最終的に該円筒面が該3種の螺旋群からなる該螺旋3方向格子で囲まれた最小限で合同な円筒面状三角形C3またはC4に完全に分割され、任意の螺旋3方向格子点Gに集まる6個の該合同な円筒面状三角形の面角の総和がつねに360度になる該螺旋3方向格子を稜線とし該螺旋3方向格子点を頂点とする円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)221を示す。
このように、円周の周期的で対称的な分割によって形成される3種の始点群に連動して増加する3種の螺旋群からなる円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)220は、図28に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)210の各螺旋3方向格子間を、円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)221は図32に示す円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)212の各螺旋3方向格子間をそれぞれ2等分割に細分化して増加する螺旋3方向格子点Gと、螺旋3方向格子(Helical 3way-grid)G1、G2、G3から形成され、細分化されて増加した異なる3種の螺旋群が互いに交差することで円筒面上により細分化されて総三角形化される面分割領域のパターンを構築する。
このように、異なる3種の螺旋群からなる16本の螺旋によって形成される円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)220および円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)221は、2分割(2Frequency)の円筒状テトラヒリクス(Cylindrical-helix 2F Teterahelix;16=8、6、2)として表記され総三角形化される分割パターンを分割数(Frequency)と3種の螺旋群の各構成数とそれらの総数のみで本質的に分類できる(螺旋総数16本=曲線からなる第1の螺旋8本+曲線からなる第2の螺旋6本+曲線からなる第3の螺旋2本)。この表記システムから、円筒面を総三角形化する3種の螺旋群において、最も多い螺旋群の螺旋数は、他の2種のより少ない螺旋群の螺旋数の合計に等しい。第3の螺旋群の螺旋数はつねに分割数を示す。
半径と長さが同一の円筒面上の3種の螺旋群が互いに交差して形成される各螺旋3方向格子点の数が同一の場合、2分割(2Frequency)の円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)の3種の螺旋群の内一種の螺旋群が異なる方向で回転する場合の螺旋総数は図11に示すように12本であるが、3種の螺旋群の回転方向がすべて同一になると、最小限の円筒状螺旋多頂点体または円筒状螺旋多面体を構成する3種の螺旋総数は第1と第2の螺旋が2本ずつ増加して計16本の螺旋になる。この場合、分割数を決定する第3の螺旋群の螺旋数は不変である。
図39は、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)222から図40に単独で示す螺旋多面体(Helical polyhedron)223を形成するための本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による3種の螺旋群による他の操作法を示した実施例である。円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)222の3種の螺旋群から同一種の各螺旋上で隣り合うすべての円筒上の各格子点間を互いに最短距離で結んで連続的に形成される曲線からなる螺旋3方向格子G1、G2、G3を、螺旋3方向格子点Gを介して内接して円筒面内部を通る最短距離で総三角形化する直線からなる螺旋3方向格子g1、g2、g3に変換し、新たな該螺旋3方向格子g1、g2、g3を稜線とした総三角形化された螺旋多面体(Helical polyhedron)223を形成する。
言い換えれば、図39に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)222は円筒面上に異なる3種の曲線からなる螺旋の軸回転操作によって連続的に互いに交差して螺旋3方向格子G1、G2、G3と螺旋3方向格子点Gが形成されるが、螺旋3方向格子点Gを共有しながら、異なる3種の直線のみからなる螺旋が連続的に互いに交差することによって円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)222に内接する螺旋3方向格子g1、g2、g3が形成され螺旋多面体(Helical polyhedron)223に変換される。このような曲線からなる3種の螺旋群を直線からなる3種の螺旋群への変換によって、図39における3種の曲線からなる第1の螺旋群の軌跡と第2の螺旋群の軌跡および第3の螺旋群の軌跡は、図40における直線からなる3種の連続した第1の螺旋群の軌跡と第2の螺旋群の軌跡および第3の螺旋の軌跡にそれぞれ連続的に変換される。
この場合、図40に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)223の第2及び第3の螺旋群はそれぞれ異なった一定の山折りの二面角(dihedral angle)をもった連続した複数の直線からなる螺旋に変換されると同時に、同様に第1の螺旋群を、一定の谷折り二面角をもった連続した複数の直線からなる螺旋に変換されている。
図39に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)223および図40に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)223のそれぞれの一方の端部は、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)222の螺旋3方向格子点Gを介した螺旋3方向格子G1、G2、G3と螺旋3方向格子g1、g2、g3の内接関係を立体的に示すために円周上の始点S以外の始点群を含む三角形は部分的に省略して示している。
螺旋3方向格子g1、g2、g3によってサーフィス・モデルとして形成される螺旋多面体(Helical polyhedron)223は、図38に示される合同な円筒面状三角形C1、およびC2を、図39に示すように内接することによって形成される合同な平面状三角形D2およびD3に変換されると該円筒面状三角形の面積は縮小するが、各螺旋格子点Gを共有する6個の合同な平面状三角形D3およびD4の面角の総和は、つねに360度で一定に形成される。
図41に示す螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)224は、図40に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)223のサーフィス・モデルから面的な要素を除去しても構造として自律するワイヤーフレーム・モデルであり、本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法によって形成される総三角形化された円筒系螺旋構造システムである。直線からなる3種の螺旋群である第1の螺旋と第2の螺旋および第3の螺旋群はそれぞれ連続した螺旋であり、各螺旋3方向格子点Gは球状格子点として表している。
このように、異なる3種の螺旋群が直線からなる16本の螺旋によって形成される螺旋多面体(Helical polyhedron)223および螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)224は、2分割(Frequency)の螺旋多面体テトラヒリクス(Helical 2F Teterahelix;16=8、6、2)として表記され、直線によって総三角形化される分割パターンを分割数(Frequency)と3種の同方向に回転する螺旋群の構成数とそれらの総数のみで本質的に分類できる(螺旋総数16本=直線からなる第1の螺旋8本+直線からなる第2の螺旋6本+直線からなる第3の螺旋2本)。もっとも螺旋数が多い第1の螺旋群50′、51′、52′、53′、54′、55′、56′、57′は、8本の谷折りの螺旋を形成している。螺旋の回転が同じ向きで互いに異なる螺旋周期の異なる3種の螺旋群が螺旋多面体(Helical polyhedron)および螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)を形成する場合、もっとも多い螺旋数はつねに谷折り方向の螺旋に変換される。また、第3の螺旋群の螺旋数はつねに分割数を示す。
図43は、図42に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)230と図44に示す円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)231を形成するための本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による3種の螺旋群の軸回転操作法を示した他の実施例である。総三角形化された面分割パターンと円周分割パターンを形成するための螺旋の軸回転操作法を螺旋周期が異なる3種の螺旋群ごとに分解して説明する。
図43において、円筒軸xに対する円筒面上の任意の赤道円周Cを任意の始点Sで12等分割する第1の始点群の各始点S、Sa1、Sa2、Sa3、Sa4、Sa5、Sa6、Sa7、Sa8、Sa9、Sa10、Sa11から、円筒面上に左回転方向Lで一定の螺旋周期を伴った第1の螺旋群として12本の軌跡50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61を描き、赤道円周Cを第1の始点群と共有する始点Sで9等分割する新たな第2の始点群の各始点S、Sb1、Sb2、Sb3、Sb4、Sb5、Sb6、Sb7、Sb8から、第1の螺旋群と同一の左回転方向Lで、第1の螺旋群とは螺旋周期が異なり、第1の螺旋数よりも3本少ない9本の螺旋の軌跡40、41、42、43、44、45、46、47、48を第2の螺旋群として描く。さらに、第1の螺旋群の軌跡50と第2の螺旋群の軌跡40との共有始点Sで赤道円周Cを3等分割する第3の始点群S、Sc1、Sc2から、第1および第2の螺旋群と同じ左回転方向Lで螺旋周期が第1と第2の螺旋群とは異なり、螺旋数が第1の螺旋群と第2の螺旋群との差に等しい3本の螺旋群の軌跡30、31、32を第3の螺旋群として描く。
次に、異なる3種の螺旋群の交差によって円筒面が漸次的に総三角形化される過程を説明する。螺旋周期が異なる該3種の螺旋群のうち、第1の螺旋群の軌跡50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61と第2の螺旋群の軌跡40、41、42、43、44、45、46、47、48が2回づつ交差することによって螺旋2方向格子点G′(図示しない)が形成され、最初の円筒面分割領域としてすべて合同な円筒面状平行四辺形P7(図示しない)を形成する。次に、図44に示すように第3の螺旋群の軌跡30または31または32が円筒面状平行四辺形P7の対向する2組の螺旋3方向格子点間の内短い螺旋3方向格子点間を合同な2つの円筒面状三角形C5およびC6に分割するように最短距離の螺旋対角線の軌跡を描きながら連続的に通過する。その結果、赤道円周Cをそれぞれ等分割する該第1、第2および第3の3種の始点群から回転方向が同一で螺旋周期が異なる該3種の螺旋群の各軌跡が該円筒面上で互いに3回づつ交差することによって螺旋3方向格子(Helical 3way-grid)G1、G2、G3と螺旋3方向格子点Gを形成し、最終的に該円筒面が該3種の螺旋群からなる該螺旋3方向格子で囲まれた最小限で合同な円筒面状三角形C5またはC6に完全に分割され、任意の螺旋格子点Gに集まる6個の該合同な円筒面状三角形の面角の総和がつねに360度になる該螺旋3方向格子を稜線とし該螺旋格子点を頂点とする円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)231を示す。
このように、円周の周期的で対称的な分割によって形成される3種の始点群に連動して増加する3種の螺旋群からなる円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)230または円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)231は、図28に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)210または図32に示す円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)212の各螺旋3方向格子間を3等分割に細分化して増加する螺旋3方向格子点Gと、細分化された螺旋3方向格子(Helical 3way-grid)G1、G2、G3から形成され、細分化されて増加した異なる3種の螺旋群が互いに交差することで円筒面上により細分化されて総三角形化される面分割領域のパターンを構築する。異なる3種の螺旋群が互いに交差することで円筒面上により細分化されて総三角形化される面分割領域のパターンを構築する。
このように、異なる3種の螺旋群からなる24本の螺旋によって形成される円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)230および円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)231は、3分割(3Frequency)の円筒状テトラヒリクス(Cylindrical-helix 3F Teterahelix;24=12、9、3)として表記され総三角形化される分割パターンを分割数(Frequency)と3種の螺旋群の各構成数とそれらの総数のみで本質的に分類できる(螺旋総数24本=曲線からなる第1の螺旋12本+曲線からなる第2の螺旋9本+曲線からなる第3の螺旋3本)。この表記システムから、円筒面を総三角形化する3種の螺旋群において、最も多い螺旋群の螺旋数は、他の2種のより少ない螺旋群の螺旋数の合計に等しい。また、第3の螺旋群の螺旋数はつねに分割数を示す。
半径と長さが同一の円筒面上の3種の螺旋群が互いに交差して形成される螺旋3方向格子点の数が同一の場合、3分割(3Frequency)の円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)の3種の螺旋群の内一種の螺旋群が異なる方向で互いに回転する場合の螺旋数は図17に示すように18本であるが、3種の螺旋群の回転方向がすべて同一になると、最小限の円筒状螺旋多頂点体または円筒状螺旋多面体を構成する3種の螺旋総数は第1と第2の螺旋が3本ずつ増加して計24本の螺旋になる。この場合、分割数を決定する第3の螺旋群の螺旋数は不変である。
図45は、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)232から図46に単独で示す螺旋多面体(Helical polyhedron)233を形成するための本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による3種の螺旋群による他の操作法を示した実施例である。円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)232の3種の螺旋群から同一種の各螺旋上で隣り合うすべての円筒上の各格子点間を互いに最短距離で結んで連続的に形成される曲線からなる螺旋3方向格子G1、G2、G3を、円筒面に内接して円筒面内部を通る最短距離で総三角形化する直線からなる螺旋3方向格子g1、g2、g3に変換し、新たな該螺旋3方向格子g1、g2、g3を稜線とした総三角形化された螺旋多面体(Helical polyhedron)233を形成する。
言い換えれば、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)232は円筒面上に異なる3種の曲線からなる螺旋の軸回転操作によって連続的に互いに交差して螺旋3方向格子G1、G2、G3と螺旋格子点Gが形成されるが、各螺旋格子点Gを共有しながら、異なる3種の直線のみからなる螺旋が連続的に互いに交差することによって円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)232に内接する螺旋3方向格子g1、g2、g3が形成され螺旋多面体(Helical polyhedron)233に変換される。このような曲線からなる3種の螺旋群を直線からなる3種の螺旋群への変換によって、図44における3種の曲線からなる第1の螺旋群の軌跡と第2の螺旋群の軌跡および第3の螺旋群の軌跡は、図46における直線からなる3種の連続した第1の螺旋群の軌跡と第2の螺旋群の軌跡および第3の螺旋の軌跡にそれぞれ連続的に変換される。(螺旋群の各符号は省略している)
この場合、図46に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)233の第2及び第3の螺旋群はそれぞれ異なった一定の山折りの二面角(dihedral angle)をもった連続した複数の直線からなる螺旋に変換されると同時に、同様に第1の螺旋群を、一定の谷折りの二面角をもった連続した複数の直線から成る螺旋に変換されている。
図45に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)232および図46に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)233のそれぞれの一方の端部は、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)232の螺旋3方向格子点Gを介して螺旋3方向格子G1、G2、G3と螺旋3方向格子g1、g2、g3の内接関係を立体的に示すために円周上の始点S以外の始点群を含む三角形は部分的に省略して示している。
螺旋3方向格子g1、g2、g3によってサーフィス・モデルとして形成される螺旋多面体(Helical polyhedron)233において、図44に示される合同な円筒面状三角形C5、およびC6を、内接によって形成される合同な平面状三角形D5およびD6に変換されると該円筒面状三角形の面積は縮小するが、各螺旋格子点Gを共有する6個の合同な平面状三角形D5およびD6の面角の総和は、つねに360度で一定に形成される。
図47に示す螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)234は、図46に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)233のサーフィス・モデルから面的な要素を除去しても構造として自律するワイヤーフレーム・モデルであり、本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法によって形成される総三角形化された最小限の円筒系螺旋構造システムの一つである。直線からなる3種の螺旋群である第1の螺旋と第2の螺旋および第3の螺旋群はそれぞれ連続した螺旋であり、各螺旋3方向格子点Gは球状格子点として表している。
このように、異なる3種の螺旋群が直線からなる24本の螺旋によって形成される螺旋多面体(Helical polyhedron)233および螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)234は、3分割(Frequency)の螺旋多面体テトラヒリクス(Helical 3F Teterahelix;24=12、9、3)として表記され、直線によって総三角形化される分割パターンを分割数(Frequency)と3種の同方向に回転する螺旋群の構成数とそれらの総数のみで本質的に分類できる(螺旋総数24本=直線からなる第1の螺旋12本+直線からなる第2の螺旋9本+直線からなる第3の螺旋3本)。図46および図47においてもっとも螺旋数が多い第1の螺旋群50′、51′、52′、53′、54′、55′、56′、57′、58′、59′、60′、61′(図示しない)は、12本の谷折りの螺旋を形成する。
螺旋の回転が同じ向きで互いに異なる螺旋周期の異なる3種の螺旋群が螺旋多面体(Helical polyhedron)および螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)を形成する場合、もっとも多い螺旋数はつねに谷折りの螺旋に変換される。また第3の螺旋群の螺旋数はつねに分割数を示す。
図49は、図48に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)240と図50に示す円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)241を形成するための本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による3種の螺旋群の軸回転操作法を示した他の実施例である。総三角形化された面分割パターンと円周分割パターンを形成するための螺旋の軸回転操作法を螺旋周期が異なる3種の螺旋群ごとに分解して説明する。
図49において、円筒軸xに対する円筒面上の任意の赤道円周Cを任意の始点Sで16等分割する第1の始点群の各始点S、Sa1、Sa2、Sa3、Sa4、Sa5、Sa6、Sa7、Sa8、Sa9、Sa10、Sa11、Sa12、Sa13、Sa14、Sa15から、円筒面上に左回転方向Lで一定の螺旋周期を伴った第1の螺旋群として16本の軌跡(図示しない)を描き、赤道円周Cを第1の始点群と共有する始点Sで12等分割する新たな第2の始点群の各始点S、Sb1、Sb2、Sb3、Sb4、Sb5、Sb6、Sb7、Sb8、Sb9、Sb10、Sb11から、第1の螺旋群と同一の左回転方向Lで、第1の螺旋群とは螺旋周期が異なり、第1の螺旋数よりも4本少ない12本の螺旋の軌跡(図示しない)を第2の螺旋群として描く。さらに、第1の螺旋群の軌跡と第2の螺旋群の軌跡との共有始点Sで赤道円周Cを4等分割する第3の始点群S、Sc1、Sc2、Sc3から、第1および第2の螺旋群と同じ左回転方向Lで螺旋周期が第1と第2の螺旋群とは異なり、螺旋数が第1の螺旋群と第2の螺旋群との差に等しい4本の螺旋群の軌跡(図示しない)を第3の螺旋群として描く。
次に、異なる3種の螺旋群の交差によって円筒面が漸次的に総三角形化される過程を説明する。螺旋周期が異なる該3種の螺旋群のうち、第1の螺旋群(符号は省略する)の軌跡と第2の螺旋群(符号は省略する)の軌跡が2回づつ交差することによって螺旋2方向格子点G′(図示しない)が形成され、最初の円筒面分割領域としてすべて合同な円筒面状平行四辺形P8(図示しない)を形成する。次に、図50に示すように第3の螺旋群の軌跡(符号は省略する)が円筒面状平行四辺形P8の対向する2組の螺旋3方向格子点間の内短い螺旋3方向格子点間を合同な2つの円筒面状三角形C7およびC8に分割するように最短距離の螺旋対角線の軌跡を描きながら連続的に通過する。その結果、赤道円周Cをそれぞれ等分割する該第1、第2および第3の3種の始点群から回転方向が同一で螺旋周期が異なる該3種の螺旋群の各軌跡が該円筒面上で互いに3回づつ交差することによって螺旋3方向格子(Helical 3way-grid)G1、G2、G3と螺旋3方向格子点Gを形成し、最終的に該円筒面が該3種の螺旋群からなる該螺旋3方向格子で囲まれた最小限で合同な円筒面状三角形C7またはC8に完全に分割され、任意の螺旋格子点Gに集まる6個の該合同な円筒面状三角形の面角の総和がつねに360度になる該螺旋3方向格子を稜線とし該螺旋格子点を頂点とする円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)241を示す。
このように、円周の周期的で対称的な分割によって形成される3種の始点群に連動して増加する3種の螺旋群からなる円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)240または円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)241は、図28に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)210または図32に示す円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)212の各螺旋3方向格子点間を4等分割に細分化して増加する格子点Gと、細分化された螺旋3方向格子(Helical 3way-grid)G1、G2、G3から形成され、異なる3種の螺旋群が互いに交差することで円筒面上に総三角形化されより細分化された面分割パターンを形成して構築される。
このように、異なる3種の螺旋群からなる32本の螺旋によって形成される円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)240および円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)241は、4分割(4Frequency)の円筒状テトラヒリクス(Cylindrical-helix 4F Teterahelix;32=16、12、4)として表記され総三角形化される分割パターンを分割数(Frequency)と3種の螺旋群の各構成数とそれらの総数のみで本質的に分類できる(螺旋総数32本=曲線からなる第1の螺旋16本+曲線からなる第2の螺旋12本+曲線からなる第3の螺旋4本)。この表記システムから、円筒面を総三角形化する3種の螺旋群において、最も多い螺旋群の螺旋数は、他の2種のより少ない螺旋群の螺旋数の合計に等しい。この場合、分割数を決定する第3の螺旋群の螺旋数は不変である。
半径と長さが同一の円筒面上の3種の螺旋群が互いに交差して形成される格子点の数が同一の場合、4分割(4Frequency)の円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)の3種の螺旋群の内一種の螺旋群が異なる方向で互いに回転する場合の螺旋数は図23に示すように24本であるが、3種の螺旋群の回転方向がすべて同一になると、最小限の円筒状螺旋多頂点体または円筒状螺旋多面体を構成する3種の螺旋総数は第1と第2の螺旋が4本ずつ増加して計32本の螺旋になる。
図51は、示す円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)242から図52に単独に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)243を形成するための本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による3種の螺旋群による別の操作法を示した実施例である。円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)242の3種の螺旋群から同一種の各螺旋上で隣り合うすべての円筒上の各螺旋3方向格子点間を互いに最短距離で結んで連続的に形成される曲線からなる螺旋3方向格子G1、G2、G3を、螺旋3方向格子点Gを介して内接して円筒面内部を通る最短距離で総三角形化する直線からなる螺旋3方向格子g1、g2、g3に変換し、新たな該螺旋3方向格子g1、g2、g3を稜線とした総三角形化された螺旋多面体(Helical polyhedron)243を形成する。
言い換えれば、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)242は円筒面上に異なる3種の曲線からなる螺旋の軸回転操作によって連続的に互いに交差して螺旋3方向格子G1、G2、G3と螺旋格子点Gが形成されるが、各螺旋3方向格子点Gを共有しながら、異なる3種の直線のみからなる螺旋が連続的に互いに交差することによって円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)242に内接する螺旋3方向格子g1、g2、g3が形成され螺旋多面体(Helical polyhedron)243に変換される。このような曲線からなる3種の螺旋群を直線からなる3種の螺旋群への変換によって、図50における3種の曲線からなる第1の螺旋群の軌跡と第2の螺旋群の軌跡および第3の螺旋群の軌跡は、図52における直線からなる3種の連続した第1の螺旋群の軌跡と第2の螺旋群の軌跡および第3の螺旋の軌跡にそれぞれ連続的に変換される。
この場合、図52に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)243の第2及び第3の螺旋群はそれぞれ異なった一定の山折りの二面角(dihedral angle)をもった連続した複数の直線からなる螺旋に変換されると同時に、同様に第1の螺旋群を、一定の谷折りの二面角をもった連続した複数の直線からなる螺旋に変換されている。
図51に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)243および図52に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)243のそれぞれの一方の端部は、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)242の螺旋3方向格子点Gを介した螺旋3方向格子G1、G2、G3と螺旋3方向格子g1、g2、g3の内接関係を立体的に示すために円周上の始点S以外の始点群を含む三角形は部分的に省略して示している。
螺旋3方向格子g1、g2、g3によってサーフィス・モデルとして形成される螺旋多面体(Helical polyhedron)243において、図50に示される合同な円筒面状三角形C7、およびC8を、内接によって形成される合同な平面状三角形D7およびD8に変換されると該円筒状三角形の面積は縮小するが、各螺旋格子点Gを共有する6個の合同な平面状三角形D7およびD8の面角の総和は、つねに360度で一定に形成される。
図53に示す螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)244は、図52に示す螺旋多面体(Helical polyhedron)243のサーフィス・モデルから面的な要素を除去しても構造として自律するワイヤーフレーム・モデルであり、本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法によって形成される総三角形化された最小限の円筒系螺旋構造システムの一つである。直線からなる3種の螺旋群である第1の螺旋と第2の螺旋および第3の螺旋群はそれぞれ連続した螺旋であり、各螺旋3方向格子点Gは球状格子点として表している。
このように、異なる3種の螺旋群が直線からなる32本の螺旋によって形成される螺旋多面体(Helical polyhedron)243および螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)244は、4分割(Frequency)の螺旋多面体テトラヒリクス(Helical 4F Teterahelix;32=16、12、4)として表記され、直線によって総三角形化される分割パターンを分割数(Frequency)と3種の同方向に回転する螺旋群の構成数とそれらの総数のみで本質的に分類できる(螺旋総数32本=直線からなる第1の螺旋16本+直線からなる第2の螺旋12本+直線からなる第3の螺旋4本)。この表記システムから、円筒面を総三角形化する3種の螺旋群において、最も多い螺旋群の螺旋数は、他の2種のより少ない螺旋群の螺旋数の合計に等しい。螺旋の回転が同じ向きで互いに異なる螺旋周期の異なる3種の螺旋群が螺旋多面体(Helical polyhedron)および螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)を形成する場合、もっとも多い螺旋数はつねに谷折りの螺旋に変換される。また第3の螺旋群の螺旋数はつねに分割数を示す。
図54は、本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法の軸回転操作による等面積・等長変換を使った他の実施例である。異なる3種の螺旋群から形成された円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)100を、合同な円筒面状三角形A1、A2の表面積を一定にしかつ曲線からなる螺旋3方向格子(Helical 3way-grid)G1、G2、G3の長さをそれぞれ一定に維持した状態で動力学的に等面積・等長変換する過程を説明する。3種の螺旋群のうち第1の螺旋群の軌跡10、11、12と第2の螺旋群の軌跡20、21がそれぞれ異なった一定の山折りの二面角(dihedral angle)をもった連続した複数の直線からなる螺旋群の軌跡10′、11′、12′と軌跡20′、21′に変換され、残りの第3の螺旋の軌跡30が、一定の谷折りの二面角をもった連続した複数の直線からなる螺旋の軌跡30′に変換される過程では、軸回転によって該3種の各螺旋群の各螺旋軌道と周期は漸次的に変化し、最終的に変換前の円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)100に比べて半径方向により増大し軸方向により収縮した仮想的な円筒面に第2の螺旋3方向格子点g′を介してつねに内接する直線のみからなる第2の螺旋3方向格子(3way-grid)g1′、g2′、g3′に変換される。同時に、図中に示される合同な円筒面状平行四辺形領域P1は、合同な平面状平行四辺形領域Q1に変換されると共に、合同な円筒面状三角形A1、およびA2はそれぞれ第2の螺旋3方向格子g1′、g2′、g3′で囲まれた合同な平面状三角形A1′およびA2′に変換されるが、円筒面状平行四辺形領域P1と平面状平行四辺形領域Q1の面積は不変である。さらに螺旋3方向格子G1、G2、G3と第2の螺旋3方向格子g1′、g2′、g3′の長さもそれぞれ不変である。該第2の螺旋3方向格子点g′に集まる6個の合同な平面状三角形の面角の総和がつねに360度になるように構成した複数の直線からなる螺旋3方向格子g1′、g2′、g3′を稜線にし、螺旋格子点g′を頂点にした螺旋多面体(Helical polyhedron)101を形成する。この場合、球面と球面に内接する球系多面体との間には球面過剰(球面三角形の内角の和と平面三角形の内角の和の差)が発生するが、円筒面と螺旋多面体との等面積・等長変換には円筒面過剰は発生しない。
この等面積・等長変換において、円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)100と螺旋多面体(Helical polyhedron)101の表面積は一定であるが、1分割の円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)の場合、初期の半径 R=1.0と高さh=1.0は、螺旋多面体(Helical polyhedron)に変換した後の仮想的な外接円筒の半径 R′=1.233993と高さh′=0.966609178になる。また図示しないが、2分割の円筒状螺旋多面体の場合は、初期の半径 R=1.0とと高さh=1.0は、螺旋多面体(Helical polyhedron)に変換した後の仮想的な外接円筒の半径 R=1.050411と高さh′=0.99502416になる。外接円筒の半径Rの拡大(2R<2R′)と円筒の高さhまたは長さの収縮(h>h′)は、物理的な適切な厚みのあるペーパー・モデリングからも確認できる。同時にこの動的な等面積・等長変換には、円筒状螺旋多面体の半径の拡大収縮を常に伴う回転トルクが生じていることが確認できる。また本発明者によって、波形に山と谷があるように、円筒面の等面積・等長変換に不可欠な振動または分割(Frequency)が発生した結果、円筒を構造化する総三角形化パターンとしての山折りの二面角をもった直線からなる螺旋と谷折りの二面角をもった直線からなる螺旋が形成され、構成単位となる合同な三角形の各稜線における山折りと谷折りの構成比はつねに2:1であることが発見された。最も少ない螺旋群はつねに谷折り線の機能を担う。また、谷折り線の第3の螺旋群を構成する各螺旋は最長の螺旋となる。
このように、異なる3種の螺旋群からなる計6本の螺旋によって形成される円筒状螺旋多面体100および螺旋多面体101は、1分割(1Frequency)の円筒状および円筒系テトラヒリクス(1F;6=3、2、1)として総三角形化される分割パターンを3種の螺旋群(または直線からなる3種の螺旋群)の構成数で本質的に分類できる。図示しないが、同様の方法で円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)はワイヤーフレーム、モデルである螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)に変換できる。
図55は、本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法の軸回転操作による準等面積・準等長変換を使った他の実施例である。3種の螺旋群のうち一つの螺旋群を螺旋周期のない円筒軸に平行な直線群70を含む場合を図55に基づいて説明する。螺旋周期が異なる2種の螺旋群と螺旋周期のない平行な直線群から形成された円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)102を、合同な円筒面状三角形 E1、E2の表面積をほぼ一定にしかつ直線からなる螺旋3方向格子G1と曲線からなる螺旋3方向格子G2、G3の長さをほぼ一定に維持した状態で動力学的に準等面積・準等長変換する場合、3種の螺旋群うち第2の直線群の軌跡70、71、72と第3の螺旋の軌跡30がそれぞれ異なった一定の山折りの二面角(dihedral angle)をもった連続した複数の直線からなる螺旋群の軌跡70′、71′、72′と軌跡30′に変換され、残りの第1の螺旋群の軌跡80、81、82、83が一定の谷折りの二面角をもった連続した複数の直線からなる螺旋の軌跡80′、81′、82′、83′に変換される。この過程で、軸回転によって該3種の各螺旋群の各螺旋軌道と周期は漸次的に変化し、最終的に変換前の円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)102に比べて半径方向により増大し軸方向により収縮した仮想的な円筒面につねに内接する直線のみからなる第2の螺旋3方向格子(3way-grid)g1′、g2′、g3′に変換される。同時に図中に示される合同な円筒面状平行四辺形領域P9において、合同な円筒面状三角形E1、およびE2はそれぞれ第2の螺旋3方向格子g1′、g2′、g3′で囲まれた合同な平面状三角形E1′およびE2′に変換されるると共に合同な平面状平行四辺形領域Q9に変換されるが、円筒面状平行四辺形領域P9は平面状平行四辺形領域Q9の面積と近似値をもち、完全には一致しない。該第2の螺旋3方向格子点g′に集まる6個の合同な平面状三角形の面角の総和が360度の近似値になるように構成した複数の直線からなる螺旋3方向格子g1′、g2′、g3′を稜線、螺旋格子点g′を頂点にした螺旋多面体(Helical polyhedron)103を形成する。
螺旋周期のない円筒軸に平行な直線群を含んだこれらの螺旋多面体(Helical polyhedron)および螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)においては、もっとも多い螺旋数が谷折りの螺旋に変換される場合は、完全な等面積・等長変換は失われる。完全な等面積・等長変換は図54に示すようにつねにもっとも少ない螺旋数が谷折りの螺旋に変換される場合のみである。しかし、この変換過程には外接円筒の半径の拡大(2R<2R′)と円筒の高さまたは長さが収縮(h>h′)を伴うので、この動的な変換が、円筒面の半径の拡大と共に回転トルクを生じさせていることに変わりはない。ただし、この動的な変換過程では第2の直線群の軌跡70,71,72のみが山折りの直線となり、残りの螺旋群が山折りも谷折りの螺旋を形成しない場合は三角柱となる。この変換過程までは完全な等面積・等長変換と言える。(図示しない)
このように、螺旋周期が異なる2種の螺旋群と螺旋周期のない平行な直線群を含んだ計8本の軌跡によって形成される円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)102を準等面積・準等長変換した後の螺旋多面体(Helical polyhedron)103も、共に1分割(1Frequency)の円筒状および円筒系テトラヒリクス(1F;8=4、3、1)として表記され総三角形化される分割パターンを3種の螺旋群の構成数で本質的に分類できる。図示しないが、同様の方法で円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)は螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)に変換できる。
図56は、本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法の軸回転操作による等面積・等長変換を使った他の実施例である。異なる3種の螺旋群から形成された円筒状螺旋体多面体(Cylindrical-helix polyhedron)104を、合同な円筒面状三角形F1、F2の表面積を一定にしかつ螺旋3方向格子(Helical 3way-grid)G1、G2、G3の長さをそれぞれ一定に維持した状態で動力学的に等長変換する場合、3種の螺旋群のうち第1の螺旋群の軌跡10、11、12と第2の螺旋群の軌跡20、21がそれぞれ異なった一定の山折りの二面角(dihedral angle)をもった連続した複数の直線からなる螺旋群の軌跡10′、11′、12′と軌跡20′、21′に変換され、残りの第3の螺旋の軌跡30が、一定の谷折りの二面角をもった連続した複数の直線からなる螺旋の軌跡30′に変換される。この過程で、軸回転によって該3種の各螺旋群の各螺旋軌道と周期は漸次的に変化し、最終的に変換前の円筒状螺旋体多面体(Cylindrical-helix polyhedron)104に比べて半径方向により増大し軸方向により収縮した仮想的な円筒面につねに内接する直線のみからなる第2の螺旋3方向格子(3way-grid)g1、g2、g3に変換される。同様に、図中に示される合同な円筒面状平行四辺形領域P10は、合同な平面状平行四辺形領域Q10に変換されると共に、合同な円筒面状三角形F1、およびF2はそれぞれ第2の螺旋3方向格子g1′、g2′、g3′で囲まれた合同な平面状三角形F1′およびF2′に変換される。該第2の螺旋3方向格子点g′に集まる6個の合同な平面状三角形の面角の総和がつねに360度になるように構成した複数の直線からなる螺旋3方向格子g1′、g2′、g3′を稜線に螺旋格子点g′を頂点にした螺旋多面体(Helical polyhedron)105を形成する。
この等面積・等長変換において、円筒状螺旋体多面体(Cylindrical-helix polyhedron)104と螺旋多面体(Helical polyhedron)105の表面積は一定であるが、外接円筒の半径の拡大(2R<2R′)と円筒の高さまたは長さの収縮(h>h′)は実際の物理的なモデリングからも確認できる。同時にこの動的な等面積・等長変換には、円筒状螺旋多面体の半径の拡大には常に回転トルクが生じていることが確認できる。このように、異なる3種の螺旋群からなる計6本の螺旋によって形成される円筒状螺旋多面体104および螺旋多面体105は、1分割(1Frequency)の円筒状および円筒系テトラヒリクス(1F;6=3、2、1)として総三角形化される分割パターンを3種の螺旋群(または直線からなる螺旋群)の構成数で本質的に分類できる。図示しないが、同様の方法で円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)は螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)に変換できる。
上記変換は、図54に示した円筒状および円筒系テトラヒリクス(1F;6=3、2、1)における等面積・等長変換と同一である。円筒面を分割する円周分割パターンが同一でも構成単位面積の変化または構成単位である合同な二等辺三角形の鈍角の拡大によって、円筒状および円筒系テトラヒリクスの形態を特徴づける第1の螺旋群である3本の山折り線で示す3重螺旋(3edged triangular based tetrahelix)から、2本の山折り線で現れる第2の螺旋群である2重螺旋(2edged triangular based tetrahelix)に入れ替わり、螺旋多面体(Helical polyhedron)105は仮想的な円筒面につねに内接する。
図57は、本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による異なった3種の螺旋群を合成融合した実施例である。図1に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)110を基にして、第3の螺旋上にある隣り合う円筒上の各螺旋3方向格子点G同士のみを互いに連続的に最短距離で結ぶことによって第3の螺旋30′を形成し、該螺旋30′から直線のみからなる選択的螺旋3方向格子g3を形成した後に、螺旋3方向格子Gを共有して他の曲線からなる螺旋3方向格子G1とG2と合成しハイブリッド型螺旋3方向格子を形成する。該ハイブリッド型螺旋3方向格子によって新たに曲線と直線からなる連続した螺旋群の総三角形化されたハイブリッド型の螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia 1F;6=3、2、1)300を形成する。第3の螺旋30′のみが一定の二面角をもった連続した複数の直線からなる谷折りの螺旋に変換されている。
図58は、本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による異なった3種の螺旋群を合成融合した他の実施例である。図28に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)210を基にして、第3の螺旋上にある隣り合う円筒上の各格子点G同士のみを互いに連続的に最短距離で結ぶことによって第3の螺旋30′を形成し、該螺旋30′から直線のみからなる選択的螺旋3方向格子g3を形成した後に、螺旋3方向格子Gを共有して他の曲線からなる螺旋3方向格子G1とG2と合成しハイブリッド型螺旋3方向格子を形成する。該ハイブリッド型螺旋3方向格子によって新たに曲線と直線からなる連続した螺旋群の総三角形化されたハイブリッド型の螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia 1F;8=4、3、1)301を形成する。第3の螺旋30′は一定の二面角をもった連続した複数の直線からなる谷折りの螺旋に変換されている。
図59は、本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による異なった3種の螺旋群を合成融合した他の実施例である。図9に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)120を基にして、第3の螺旋上にある隣り合う円筒上の各格子点G同士のみを互いに連続的に最短距離で結ぶことによって第3の螺旋30′、31′を形成し、該螺旋30′、31′から直線のみからなる選択的螺旋3方向格子g3を形成した後に、螺旋3方向格子Gを共有して他の曲線からなる螺旋3方向格子G1とG2と合成しハイブリッド型螺旋3方向格子を形成する。ハイブリッド型螺旋3方向格子によって新たに曲線と直線からなる連続した螺旋群の総三角形化された2分割のハイブリッド型螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia 2F;12=6、4、2)302を形成する。この場合、2分割の螺旋多頂点体の特徴である第3の2本の螺旋30′、31′のみが、一定の二面角をもった連続した複数の直線からなる谷折りの螺旋に変換されている。図示しないが、他の曲線からなる螺旋群の一部が直線からなる螺旋群に変換されてもハイブリッド型の螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)を形成する。
図60は、同心円型で複層化された2種の円筒系螺旋多面体(Helical polyhedron)および円筒系螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)400を形成するための本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による3種の螺旋群の複層化の操作法を示した実施例である。
3種の直線からなる螺旋群を3層の同心円筒面(図示しない)に内接する同心円型で複層化された螺旋多面体(Helical polyhedron)および螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)を形成するための円筒面3方向螺旋相互分割方法を説明する。複層のなかで最小半径を有する螺旋多面体(Helical polyhedron)f1を構成する3種の螺旋群に属する各螺旋格子点gf1を、共有する同心円筒軸x1と直交する直径2Rに沿って、第2層の同心円筒面に交差する格子点gf2および第3層の同心円筒面に交差する格子点gf3にそれぞれ移動させると共に、移動後の各層の隣り合う螺旋格子点を互いに最短距離で結んで螺旋3方向格子を形成し、直線のみからなる異なった3種の螺旋群を第2層および第3層の同心円筒面に内接するように形成する。各層のすべての螺旋3方向格子点gf1、gf2、gf3は、各層の螺旋群のパターンと螺旋3方向格子点数を変えないで螺旋周期を調節することで同心円筒軸x1と直交する各半径Rに沿って直径上に並べられるので、同心円型で複層化され一体化した螺旋多面体(Helical polyhedron)および円筒系螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)400はより構造的に安定する。
図62は、図61に示す省略型の円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)500および図63に示す省略型の円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)501を形成するための本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による3種の螺旋群の対称的に省略する軸回転操作を螺旋周期が異なる3種の始点群ごとに分解した円周分割パターンで示した実施例である。省略型の円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)501は、3種の螺旋群の螺旋数がすべて偶数である図23に示す円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)141の4分割(4Frequency)の円筒状テトラヒリクス(Cylindrical-helix 4F Teterahelix;24=12、8、4)を基本とし、図22の各赤道円周Cから一つ置きに周期的にかつ対称的に間引くことによって、図62に示すように赤道円周Cを12等分割し、間引いた残りの第1の始点群の6個の始点S、Sa2、Sa4、Sa6、Sa8、Sa10と赤道円周Cを8等分割し間引いた残りの第2の始点群の4個の始点S、Sb2、Sb4、Sb6、および赤道円周Cを4等分割し間引いた残りの第3の2個の始点Sc1、Sc3を形成する。次に、図63に示すように一つおきに対称的に残った該3種の各始点群に連動して、周期的にかつ対称的に残った3種の螺旋群の内2種の螺旋群が交互に交差することによって、最終的に該円筒面を該3種の螺旋群の組み合わせからなる省略型の螺旋2方向格子(Cylindrical-helix 2way-grid)G1′,G2′,G3′で囲まれた合同な円筒面状三角形A7およびA8と合同な円筒面状六角形H1に完全に再分割され、任意の該螺旋格子点に集まる2個ずつの円筒面状三角形A7またはA8と円筒面状六角形H1との面角の総和がつねに360度になるように構成した省略型螺旋2方向格子(Cylindrical-helix 2way-grid)を稜線とし該螺旋格子点を頂点とする省略型円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)501を形成する。省略型円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)501のサーフィスモデルから面的な要素を除去すれば、図61に示す省略型円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)500を形成できる。
図64は、本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による3種の螺旋群を相互に連結した他の実施例である。円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix l polyvertexia)600、601を相互に連結するために、図1に示す1分割(1Frequency)の円筒状テトラヒリクス(Cylindrical-helix 1F Teterahelix;6=3、2、1)である円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)110における3種の始点群S,Sa1,Sb1,Sa2のすべてを、図64に示す円筒面の端部に設けた円周リングCR1、CR2、CR3上に形成すると共に、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix l polyvertexia)600および601の各端部の円周リングCR2上に各螺旋群を連続的に接続する中継点として形成する。円周リングCR2の4個の中継点の符号は図示しないがCR1の中継点と同一となる。この場合は、円周リングの代わりに円周ディスクにしてもよい。
図65は、本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による3種の螺旋群を相互に連結した他の実施例である。円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix l polyvertexia)602、603を相互に連結するために、図9に示す2分割(2Frequency)の円筒状テトラヒリクス(Cylindrical-helix 2F Teterahelix;12=6、4、2)である円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)120における、3種の始点群S,Sa1,Sb3,Sa2、Sc1,Sa4,Sb1,Sa5のすべてを、図65に示す円筒面の端部の赤道円周CR1、CR2、CR3上に形成すると共に、円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)602および603の各端部の円周リングCR2で各螺旋群を連続的に接続する中継点として形成する。円周リングCR2の8個の中継点の符号は図示しないがCR1の中継点の符号と同一となる。この場合、円周リングの代わりに円周ディスクにしてもよい。
図66は、本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による3種の螺旋群を相互に連結した他の実施例である。螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)604および605同士を連結するために、図8に示す1分割(1Frequency)の螺旋多頂点体テトラヒリクス(Helical 1F Teterahelix;6=3、2、1)である螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)115において、3種の始点群のすべてを、図66の螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)604および605の各端部の多角形ディスクDR1で直線からなる螺旋群を連続的に接続する4個の中継点として形成する。S以外の中継点の符号は図示していない。この場合は、多角形ディスクの代わりに多角形リングにしてもよい。
図68は、図67に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)700および図69に示す円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)701を形成するための本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法による3種の螺旋群の軸回転操作法を螺旋周期が異なる3種の始点群ごとに分解した円周分割パターンで示した実施例である。総三角形化された面分割パターンと円周分割パターンを形成するための螺旋の軸回転操作法を螺旋周期が異なる3種の始点群と螺旋群ごとに分解して説明する。図67に示す円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)700は、円筒軸xに対する円筒面上の任意の赤道円周Cを任意の始点Sで5等分割する第1の始点群の各始点S、Sa1、Sa2、Sa3、Sa4から、円筒面上に左回転方向Lで一定の螺旋周期を伴った第1の螺旋群として5本の軌跡10、11、12、13、14を描き、赤道円周Cを第1の始点群と共有する始点Sで4等分割する新たな第2の始点群の各始点S、Sb1、Sb2、Sb3から、第1の螺旋群とは反対の右回転方向Rで、第1の螺旋群とは螺旋周期が異なり、第1の螺旋数よりも1本少ない4本の螺旋の軌跡20、21、22、23を第2の螺旋群として描く。さらに、第1の螺旋群の軌跡10と第2の螺旋群の軌跡20との共有始点Sで赤道円周Cを1等分割する第3の始点Sc1から、第1の螺旋群と同じ左回転方向Lで螺旋周期が第1と第2の螺旋群とは異なり、螺旋数が第1の螺旋群と第2の螺旋群との差に等しい1本の螺旋の軌跡30を第3の螺旋として描く。
これまで主に円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)および円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)の1分割(1Frequency)の円筒状テトラヒリクス(Cylindrical-helix 1F Teterahelix;6=3、2、1)を基本として細分割(subdivision)する場合の実施例を説明してきたが、上記の実施例も円筒面を総三角形化する3種の螺旋群において、最も多い螺旋群の螺旋数は、他のより少ない螺旋群の螺旋数の合計に等しい法則を表した本発明の円筒面3方向螺旋相互分割方法の表記システムに矛盾しない。異なる3種の螺旋群からなる最小限10本の螺旋によって形成される円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)700は、1分割(1Frequency)の円筒状螺旋柱状体(Cylindrical-helix 1F polyhelix;10=5、4、1)として表記され総三角形化される分割パターンを分割数(Frequency)と3種の螺旋群の各構成数とそれらの総数のみで本質的に分類できる(螺旋総数10本=第1の曲線からなる螺旋5本+第2の曲線からなる螺旋4本+第3の曲線からなる螺旋1本)。さらにこの表記システムから、図示しないが図69に示す円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)701を構成する3種の3方向螺旋格子をすべて2等分割すれば、2分割(2Frequency)の円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron;20=10、8、2)が形成できる。
図70に示す螺旋多頂点体(Helical polyvertexia;10=5、4、1)702は、直線からなる3種の螺旋群である第1の螺旋の軌跡と第2の螺旋の軌跡および第3の螺旋の軌跡はそれぞれ連続した螺旋であり、各螺旋3方向格子点Gは球状格子点として表している。もっとも少ない第3の螺旋群の螺旋数は、つねに分割数と谷折り線の螺旋数を表している。
この発明によって、これまで達成できなかった円筒面の螺旋のみによる完全な三角形面分割化が可能となり、より少ない材料で剛性と強度のある螺旋の構造体の設計に適応できる。航空機の円筒状機体構造物、円筒状建築構造物、緊急時の円筒状シェルター、そして円筒状容器などの基本設計と三角形化可能な構造の軽量化に伴う強度や剛性の向上に有効である。また複層の螺旋構造はロープ材などの断面を含めた基本設計に適用できる。さらに3種の螺旋群の中心軸に直交する中継用の円形ディスクや多角形ディスクは円筒状または円筒系の螺旋多面体や螺旋多頂点体を建築構造体として利用する場合、螺旋構造部材の中継用だけではなく、該構造物の床面や壁面または隔壁に応用できる。
本発明による円筒状螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。 本発明の時系列的な操作方法を説明する分解説明図である。(実施例1) 本発明の時系列的な操作方法を説明する分解説明図である。 本発明の時系列的な操作方法を説明する円筒状螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。 本発明による円筒状螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。 本発明による他の実施例の操作方法を示す円筒状螺旋多頂体の斜視図である。(実施例2) 本発明による実施例2を説明する螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。 本発明による実施例2を説明する螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。 本発明による円筒状螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。 本発明の時系列的な操作方法を説明する分解説明図である。(実施例3) 本発明による実施例3を説明する円筒状螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。 本発明による他の実施例の操作方法を示す円筒状螺旋多頂体の斜視図である。(実施例4) 本発明による実施例4を説明する螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。 本発明による実施例4を説明する螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。 本発明による円筒状螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。 本発明の時系列的な操作方法を説明する分解説明図である。(実施例5) 本発明による実施例5を説明する円筒状螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。 本発明による他の実施例の操作方法を示す円筒状螺旋多頂体の斜視図である。(実施例6) 本発明による実施例6を説明する螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。 本発明による実施例6を説明する螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。 本発明による円筒状螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。 本発明の時系列的な操作方法を説明する分解説明図である。(実施例7) 本発明による実施例7を説明する円筒状螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。 本発明による他の実施例の操作方法を示す円筒状螺旋多頂体の斜視図である。(実施例8) 本発明による実施例8を説明する螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。 本発明による実施例8を説明する螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。 本発明による他の実施例を説明する螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。(実施例9) 本発明による円筒状螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。 本発明の時系列的な操作方法を説明する分解説明図である。(実施例10) 本発明の時系列的な操作方法を説明する分解説明図である。 本発明の時系列的な操作方法を説明する円筒状螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。 本発明による実施例10を説明するため円筒状螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。 本発明による他の実施例の操作方法を示す円筒状螺旋多頂体の斜視図である。(実施例11) 本発明による実施例11を説明する螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。 本発明による実施例11を説明する螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。 本発明による円筒状螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。 本発明の時系列的な操作方法を説明する分解説明図である。(実施例12) 本発明による実施例12を説明する円筒状螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。 本発明による他の実施例の操作方法を示す円筒状螺旋多頂体の斜視図である。(実施例13) 本発明による実施例13を説明する螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。 本発明による実施例13を説明する螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。 本発明による円筒状螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。 本発明の時系列的な操作方法を説明する分解説明図である。(実施例14) 本発明による実施例14を説明する円筒状螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。 本発明による他の実施例の操作方法を示す円筒状螺旋多頂体の斜視図である。(実施例15) 本発明による実施例15を説明する螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。 本発明による実施例15を説明する螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。 本発明による円筒状螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。 本発明の時系列的な操作方法を説明する分解説明図である。(実施例16) 本発明による実施例16を説明する円筒状螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。 本発明の時系列的な操作方法を説明する分解説明図である。(実施例17) 本発明による実施例17を説明する螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。 本発明による実施例17を説明する螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。 本発明による他の実施例を時系列的な操作方法で示す説明分解図である。(実施例18) 本発明による他の実施例を時系列的な操作方法で示す説明分解図である。(実施例19) 本発明による他の実施例を時系列的な操作方法で示す説明分解図である。(実施例20) 本発明による他の実施例を説明する螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。(実施例21) 本発明による他の実施例を説明する螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。(実施例22) 本発明による他の実施例を説明する螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。(実施例23) 本発明による他の実施例を示す操作説明図である。(実施例24) 本発明による円筒状螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。 本発明による時系列的な操作方法で説明する分解説明図である。(実施例25) 本発明による実施例25を説明する円筒状螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。 本発明による他の実施例を説明する螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。(実施例26) 本発明による他の実施例を示す螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。(実施例27) 本発明による他の実施例を示す螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。(実施例28) 本発明による円筒状螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。 本発明による時系列的な操作方法で説明する分解説明図である。(実施例29) 本発明による実施例29を説明する円筒状螺旋多面体のサーフィスモデルの斜視図である。 本発明による実施例29を説明する螺旋多頂点体のワイヤーフレームモデルの斜視図である。
符号の説明
10 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
11 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
12 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
13 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
14 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
15 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
16 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
17 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
18 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
20 曲線からなる第2の螺旋群の軌跡
21 曲線からなる第2の螺旋群の軌跡
22 曲線からなる第2の螺旋群の軌跡
23 曲線からなる第2の螺旋群の軌跡
24 曲線からなる第2の螺旋群の軌跡
25 曲線からなる第2の螺旋群の軌跡
26 曲線からなる第2の螺旋群の軌跡
30 曲線からなる第3の螺旋群の軌跡
31 曲線からなる第3の螺旋群の軌跡
32 曲線からなる第3の螺旋群の軌跡
33 曲線からなる第3の螺旋群の軌跡
40 曲線からなる第2の螺旋群の軌跡
41 曲線からなる第2の螺旋群の軌跡
42 曲線からなる第2の螺旋群の軌跡
43 曲線からなる第2の螺旋群の軌跡
44 曲線からなる第2の螺旋群の軌跡
45 曲線からなる第2の螺旋群の軌跡
46 曲線からなる第2の螺旋群の軌跡
47 曲線からなる第2の螺旋群の軌跡
48 曲線からなる第2の螺旋群の軌跡
50 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
51 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
52 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
53 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
54 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
55 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
56 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
57 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
58 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
59 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
60 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
61 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
62 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
63 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
64 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
65 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
70 螺旋周期のない平行な直線群の軌跡
71 螺旋周期のない平行な直線群の軌跡
72 螺旋周期のない平行な直線群の軌跡
80 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
81 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
82 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
83 曲線からなる第1の螺旋群の軌跡
10′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
11′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
12′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
13′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
14′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
15′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
16′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
17′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
18′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
20′ 直線からなる第2の螺旋群の軌跡
21′ 直線からなる第2の螺旋群の軌跡
22′ 直線からなる第2の螺旋群の軌跡
23′ 直線からなる第2の螺旋群の軌跡
24′ 直線からなる第2の螺旋群の軌跡
25′ 直線からなる第2の螺旋群の軌跡
30′ 直線からなる第3の螺旋群の軌跡
31′ 直線からなる第3の螺旋群の軌跡
32′ 直線からなる第3の螺旋群の軌跡
33′ 直線からなる第3の螺旋群の軌跡
40′ 直線からなる第2の螺旋群の軌跡
41′ 直線からなる第2の螺旋群の軌跡
42′ 直線からなる第2の螺旋群の軌跡
43′ 直線からなる第2の螺旋群の軌跡
44′ 直線からなる第2の螺旋群の軌跡
45′ 直線からなる第2の螺旋群の軌跡
46′ 直線からなる第2の螺旋群の軌跡
47′ 直線からなる第2の螺旋群の軌跡
48′ 直線からなる第2の螺旋群の軌跡
50′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
51′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
52′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
53′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
54′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
55′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
56′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
57′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
58′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
59′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
60′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
61′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
62′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
63′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
64′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
65′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
70′ 直線からなる第2の螺旋群の軌跡
71′ 直線からなる第2の螺旋群の軌跡
72′ 直線からなる第2の螺旋群の軌跡
80′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
81′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
82′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
83′ 直線からなる第1の螺旋群の軌跡
A1 合同な円筒面状三角形
A2 合同な円筒面状三角形
A3 合同な円筒面状三角形
A4 合同な円筒面状三角形
A5 合同な円筒面状三角形
A6 合同な円筒面状三角形
A7 合同な円筒面状三角形
A8 合同な円筒面状三角形
A1′ 合同な平面状三角形
A2′ 合同な平面状三角形
B1 合同な平面状三角形
B2 合同な平面状三角形
B3 合同な平面状三角形
B4 合同な平面状三角形
B5 合同な平面状三角形
B6 合同な平面状三角形
B7 合同な平面状三角形
B8 合同な平面状三角形
C1 合同な円筒面状三角形
C2 合同な円筒面状三角形
C3 合同な円筒面状三角形
C4 合同な円筒面状三角形
C5 合同な円筒面状三角形
C6 合同な円筒面状三角形
C7 合同な円筒面状三角形
C8 合同な円筒面状三角形
D1 合同な平面状三角形
D2 合同な平面状三角形
D3 合同な平面状三角形
D4 合同な平面状三角形
D5 合同な平面状三角形
D6 合同な平面状三角形
D7 合同な平面状三角形
D8 合同な平面状三角形
E1 合同な円筒面状三角形
E2 合同な円筒面状三角形
E1′ 合同な平面状三角形
E2′ 合同な平面状三角形
F1 合同な円筒面状三角形
F2 合同な円筒面状三角形
F1′ 合同な平面状三角形
F2′ 合同な平面状三角形
f1 同心円状円筒系螺旋多面体
f2 同心円状円筒系螺旋多面体
f3 同心円状円筒系螺旋多頂点体
gf1 螺旋3方向格子点
gf2 螺旋3方向格子点
gf3 螺旋3方向格子点
R 半径(円筒系螺旋多面体)
R′半径(螺旋多面体)
h 高さ(円筒系螺旋多面体)
h′ 高さ(螺旋多面体)
2R 半径(同心円状円筒系螺旋多面体)
P1 合同な円筒面状平行四辺形領域
P2 合同な円筒面状平行四辺形領域
P5 合同な円筒面状平行四辺形領域
P6 合同な円筒面状平行四辺形領域
P7 合同な円筒面状平行四辺形領域
P8 合同な円筒面状平行四辺形領域
P9 合同な円筒面状平行四辺形領域
P10 合同な円筒面状平行四辺形領域
Q1 合同な平面状平行四辺形領域
Q9 合同な平面状平行四辺形領域
Q10 合同な平面状平行四辺形領域
S 共有始点
Sa1 第1の始点
Sa2 第1の始点
Sa3 第1の始点
Sa4 第1の始点
Sa5 第1の始点
Sa6 第1の始点
Sa7 第1の始点
Sa8 第1の始点
Sa9 第1の始点
Sa10 第1の始点
Sa11 第1の始点
Sa12 第1の始点
Sa13 第1の始点
Sa14 第1の始点
Sa15 第1の始点
Sb1 第2の始点
Sb2 第2の始点
Sb3 第2の始点
Sb4 第2の始点
Sb5 第2の始点
Sb6 第2の始点
Sb7 第2の始点
Sb8 第2の始点
Sb9 第2の始点
Sb10 第2の始点
Sb11 第2の始点
Sc1 第3の始点
Sc2 第3の始点
Sc3 第3の始点
G′ 螺旋2方向格子点
G1′ 螺旋2方向格子
G2′ 螺旋2方向格子
G 螺旋3方向格子点
G1 螺旋3方向格子
G2 螺旋3方向格子
G3 螺旋3方向格子
g1 直線からなる螺旋3方向格子
g2 直線からなる螺旋3方向格子
g3 直線からなる螺旋3方向格子
g′ 第2の螺旋3方向格子点
g1′ 第2の直線からなる螺旋3方向格子
g2′ 第2の直線からなる螺旋3方向格子
g3′ 第2の直線からなる螺旋3方向格子
x 円筒面の中心軸
x1 同心円筒軸
L 左回転
R 右回転
C 赤道円周
CR1 円周リング
CR2 円周リング
CR3 円周リング
DR1 多角形ディスク
100 円筒状螺旋多面体
101 螺旋多面体
102 円筒状螺旋多面体
103 螺旋多面体
104 円筒状螺旋多面体
105 螺旋多面体
110 円筒状螺旋多頂点体
111 円筒状螺旋多面体
112 円筒状螺旋多面体
113 円筒状螺旋多頂点体
114 螺旋多面体
115 螺旋多頂点体
120 円筒状螺旋多頂点体
121 円筒状螺旋多面体
122 円筒状螺旋多頂点体
123 螺旋多面体
124 螺旋多頂点体
130 円筒状螺旋多頂点体
131 円筒状螺旋多面体
132 円筒状螺旋多頂点体
133 螺旋多面体
134 螺旋多頂点体
140 円筒状螺旋多頂点体
141 円筒状螺旋多面体
142 円筒状螺旋多頂点体
143 螺旋多面体
144 螺旋多頂点体
150 螺旋多面体
210 円筒状螺旋多頂点体
211 円筒状螺旋多面体
212 円筒状螺旋多面体
213 円筒状螺旋多頂点体
214 螺旋多面体
215 螺旋多頂点体
220 円筒状螺旋多頂点体
221 円筒状螺旋多面体
222 円筒状螺旋多頂点体
223 螺旋多面体
224 螺旋多頂点体
230 円筒状螺旋多頂点体
231 円筒状螺旋多面体
232 円筒状螺旋多頂点体
233 螺旋多面体
234 螺旋多頂点体
240 円筒状螺旋多頂点体
241 円筒状螺旋多面体
242 円筒状螺旋多頂点体
243 螺旋多面体
244 螺旋多頂点体
300 ハイブリッド型の螺旋多頂点体
301 ハイブリッド型の螺旋多頂点体
302 ハイブリッド型の螺旋多頂点体
400 同心円型で一体となった螺旋多面体(Helical polyhedron)および円筒系螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)
500 省略型の円筒状螺旋多頂点体
501 省略型の円筒状螺旋多面体
600 円筒状螺旋多頂点体
601 円筒状螺旋多頂点体
602 円筒状螺旋多頂点体
603 円筒状螺旋多頂点体
604 螺旋多頂点体
605 螺旋多頂点体
700 円筒状螺旋多頂点体
701 円筒状螺旋多面体
702 螺旋多頂点体

Claims (12)

  1. 円筒面上に総三角形化された面分割パターンを形成するにあたり、円筒軸に対する該円筒面上の任意の赤道円周を少なくとも3等分割する始点を第1の始点群として設け、該第1の始点群から、該円筒面上に任意の回転方向で該円筒軸に対して回転対称的に一定の螺旋周期を伴った第1の螺旋群の軌跡を描き、該第1の始点群のうち任意の始点を他の螺旋群との共有始点とし、該赤道円周を該共有始点から第1の始点群よりも少ない始点数で等分割する始点を第2の始点群として設け、該第2の始点群から該円筒面上に第1の螺旋群とは反対の回転方向で、該第1の螺旋群とは異なる一定の螺旋周期を伴った第2の螺旋群の軌跡を該円筒軸に対して回転対称的に描いて、第1の螺旋群との交差によって形成される螺旋2方向格子点と螺旋2方向格子(Cylindrical-helix 2way-grid)が、互いに平行な螺旋に囲まれた合同な円筒面状平行四辺形を形成した後に、該赤道円周を該共有始点から第1の始点群と第2の始点群との始点数の差からなる始点数で等分割する始点を第3の始点群として設け、該第3の始点群から第1の螺旋群と同じ回転方向で螺旋周期が該第1と第2の螺旋群とは異なり、該第3の始点群から第3の螺旋群が、該円筒面上のすべての該円筒面状平行四辺形に於いて対向する2組の螺旋2方向格子点間の内最短距離の螺旋対角線の軌跡である短い螺旋2方向格子点間を、合同な2つの円筒面状三角形に分割するように該円筒軸に対して回転対称的に描きながら連続的に通過し、その結果、該赤道円周をそれぞれ等分割する該第1、第2および第3の3種の始点群から螺旋周期と回転方向が互いに異なる該3種の螺旋群の各螺旋が該円筒面上で互いに3回づつ交差することによって螺旋3方向格子(Cylindrical-helix 3way-grid)と螺旋3方向格子点を形成し、該3種の螺旋群からなる該螺旋3方向格子で囲まれた最小限で合同な円筒面状三角形に完全に分割され、任意の該螺旋格子点に集まる6個の該合同な円筒面状三角形の面角の総和がつねに360度になる該螺旋3方向格子を稜線とし該螺旋3方向格子点を頂点とする円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)または円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)を形成するための、該円筒面を第1の螺旋群の螺旋数がつねに第2の螺旋群と第3の螺旋群との和に等しい螺旋数で分割する円筒面3方向螺旋相互分割方法。
  2. 上記第2の螺旋群の回転方向を第1の螺旋群と同じ回転方向にした「請求項1」記載の円筒面3方向螺旋相互分割方法。
  3. 上記3種の螺旋群のうち一つの螺旋群を螺旋周期のない上記円筒軸に平行な直線群にした「請求項1」および「請求項2」記載の円筒面3方向螺旋相互分割方法。
  4. 上記3種の螺旋群の螺旋数がすべて偶数の場合は、上記赤道円周を等分割する始点を対称的に省略すると共に、該省略した始点群に連動し該円筒軸に対して対称的に省略する3種の螺旋群の内2種の螺旋群が交互に交差して螺旋2方向格子点を形成し、最終的に該円筒面を該3種の螺旋群からなる省略型の螺旋2方向格子(Cylindrical-helix 2way-grid)で囲まれた合同な円筒面状三角形と合同な円筒面状六角形に完全に分割することによって、任意の該螺旋格子点に集まる2個ずつの該円筒面状三角形と該円筒面状六角形との面角の総和がつねに360度になるように構成した省略型の螺旋2方向格子(Cylindrical-helix 2way-grid)を稜線とし該螺旋2方向格子点を頂点とする省略型の円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)または省略型の円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)を形成するための「請求項1」、「請求項2」および「請求項3」記載の円筒面3方向螺旋相互分割方法。
  5. 上記同種の各螺旋上で隣り合うすべての円筒上の各螺旋3方向格子点間を互いに連続的に最短距離で結ぶことによって、上記螺旋3方向格子を円筒面に内接して総三角形化する直線からなる螺旋3方向格子(Helical 3way-grid)にし、上記合同な円筒面状三角形を合同な平面状三角形にすると共に、上記3種の螺旋群の内2種の螺旋群をそれぞれ異なった一定の山折りの二面角(dihedral angle)をもった連続した複数の直線からなる螺旋群に変換すると同時に、同様に残りの1種の螺旋群を一定の谷折りの二面角をもった連続した複数の直線から成る螺旋群に変換し、上記各螺旋3方向格子点を共有する6個の該合同な平面状三角形の面角の総和がつねに360度になるように構成した該複数の直線のみからなる螺旋3方向格子を稜線とした螺旋多面体(Helical polyhedron)または螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)に形成した「請求項1」、「請求項2」、「請求項3」および「請求項4」記載の円筒面3方向螺旋相互分割方法。
  6. 上記同種の螺旋上で隣り合う円筒上の各螺旋3方向格子点間の一部を、互いに最短距離で結んだ直線からなる選択的な螺旋3方向格子(Helical 3way-grid)にすると共に、該直線からなる選択的な螺旋3方向格子(Helical 3way-grid)を上記螺旋3方向格子点において上記螺旋3方向格子(Cylindrical-helix 3way-grid)と合成したハイブリッド型の螺旋3方向格子にした「請求項1」、「請求項2」、「請求項3」および「請求項4」記載の円筒面3方向螺旋相互分割方法。
  7. 上記円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)または円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)の合同な円筒面状三角形の表面積を一定にしかつ上記螺旋3方向格子(Cylindrical-helix 3way-grid)の格子間の長さを一定に維持した状態で該円筒軸に対して該3種の各螺旋群の各螺旋周期を対称的にかつ漸次的に変化させ、上記3種の螺旋群のうち2種の螺旋群がそれぞれ異なった一定の山折りの二面角(dihedral angle)をもった連続した複数の直線からなる螺旋に変換されると同時に、同様に残りの一種の螺旋群を、一定の谷折りの二面角をもった連続した複数の直線からなる螺旋に変換させることによって、最終的に変換前の上記円筒に比べて半径方向により拡張し軸方向により収縮した仮想的な円筒面に内接する直線のみからなる螺旋3方向格子(3way-grid)と螺旋格子点を形成し、該各螺旋3方向格子点に集まる6個の合同な平面状三角形の面角の総和がつねに360度になるように構成した該複数の直線からなる該螺旋3方向格子(Helical 3way-grid)を稜線とし該螺旋格子点を頂点とする螺旋多面体(Helical polyhedron)または螺旋多頂点体(Helical polyvertexia)に動力学的に完全に等面積・等長変換した「請求項1」および「請求項2」記載の円筒面3方向螺旋相互分割方法。
  8. 上記合同な円筒面状三角形の表面積を一定にしかつ上記螺旋3方向格子(Cylindrical-helix 3way-grid)の格子間の長さを一定に維持した状態を、合同な円筒面状三角形の表面積をほぼ一定にしかつ螺旋3方向格子(Cylindrical-helix 3way-grid)の格子間の長さをほぼ一定に維持した状態にし、上記面角の総和がつねに360度になるを、面角の総和が360度に近似するにし、上記動力学的に完全に等面積・等長変換を、動力学的に準等面積・準等長変換にした「請求項7」記載の円筒面3方向螺旋相互分割方法。
  9. 上記螺旋3方向格子または螺旋2方向格子を、すべて等長の格子から構成した「請求項1」、「請求項3」、「請求項4」、「請求項5」、「請求項7」、および「請求項8」記載の円筒面3方向螺旋相互分割方法。
  10. 上記円筒面を同心円筒面とし、上記円筒軸を同心円筒軸とし、上記3種の螺旋群を各同心円筒面上に形成して複層化するために、各螺旋群に属する各螺旋格子点を同心円筒軸と直交する各直径に沿って該複数の同心円筒面上に移動させると共に、移動後の該各螺旋格子点を最短距離で互いに結んで3種の螺旋群を該各同心円筒上に形成した「請求項1」、「請求項2」、「請求項3」、「請求項4」、「請求項5」、「請求項6」、「請求項7」、「請求項8」および「請求項9」記載の円筒面3方向螺旋相互分割方法。
  11. 上記始点群のすべてを、上記円筒面の端部の赤道円周上に形成すると共に、上記円筒状螺旋多面体(Cylindrical-helix polyhedron)または円筒状螺旋多頂点体(Cylindrical-helix polyvertexia)の少なくとも片方の端部の円周リングまたは円周ディスク上で上記各螺旋群を連続的に接続する中継点にした「請求項1」、「請求項2」、「請求項3」、「請求項4」、「請求項5」、「請求項6」、「請求項7」、「請求項8」、「請求項9」および「請求項10」記載の円筒面3方向螺旋相互分割方法。
  12. 上記始点群のすべてを、上記円筒面の端部の多角形ディスクまたは多角形リング上で上記各螺旋群を連続的に接続する中継点にした「請求項5」、「請求項7」、「請求項8」、「請求項9」および「請求項10」記載の円筒面3方向螺旋相互分割方法。
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