JP2020148025A - フレーム用継手 - Google Patents

Abstract

【課題】ドーム型構造物のフレームに配線を簡単に通すことができ、フレーム強度を十分に確保することができるフレーム用継手を提供する。【解決手段】継手１０は、本体部５と、この本体部５から分岐する複数の枝部６とを備える。フレームＦのパイプ材２０が枝部６に差し込まれる。本体部５は、底壁７と、底壁７の外周に沿って立ち上げられる環状壁８と、底壁７および環状壁８の内側に仕切られて上方に開放する本体空間Ｒとを備える。枝部６は、環状壁８の外側にフレームＦのそれぞれ異なる軸線に沿って形成される枝管９と、この枝管９の内側に貫通するともに、一端が枝管９の先端側に開放し、他端が枝管９の根元側で本体空間Ｒに開放する枝空間Ｓとを備える。【選択図】図１

Description

この発明は、ドーム型構造物のフレームを構築するのに適したフレーム用継手に関するものである。

イベント会場や展示場といった施設には、企業や個人の専用のブースを確保するためにドーム型構造物が設置されることがある。この種のドーム型構造物は、多面体あるいは球面体形状のフレームを有し、このフレームの内側が個別の空間となる。このような構造物をスペースドームと呼ぶこともある。

ドーム型構造物のフレームは、たとえば所定寸法にカットされたパイプ材を専用の継手により立体的に連結することにより組み上げられる。このような継手は、通常、本体部と、この本体部から分岐する複数の枝部とを有しており、この枝部にパイプ材が差し込まれる。これらのパイプ材が継手を中心に立体的な角度を保って固定されることによりドーム形状を保つ。ドーム形状のフレームには、必要に応じて空間を仕切るシートやパネルが取り付けられる。

なお、ドーム型構造物のフレームに用いられる継手の先行技術としては特許文献１および２が公知である。

特開２００３−２００６９９号公報 特開２００８−１５６８２３号公報

このようなドーム型構造物では、ブース内で照明器具や電子機器を使用するために配線設備を設ける場合がある。配線設備はフレームに沿って配線を取り回すことが好ましく、特に、フレームのパイプ材（パイプ孔）に配線を通すことで、その見た目を良好にすることができる。

しかしながら、従来のドーム型構造物のフレームでは、パイプ材（パイプ孔）に配線を通そうとすると、継手部分が障害となってその作業が煩雑になる。つまり、フレームの継手部分は、隣り合うパイプ材が異なる角度で連結されている箇所であるため、配線を曲げてパイプ孔に通す必要があり、その作業に手間と時間がかかる。
あらかじめパイプ材と継手に配線を通してからフレームを組み上げる工法も考えられるが、このような工法ではフレームの組み上げ時に配線が邪魔になりやすく、また、いったんフレームが組み上げられると、パイプ材と継手の内側に配線が隠れてしまい、配線の修理や交換などのメンテナンスが面倒になる。
従来、このようにドーム型構造物のフレームに配線を通すことを考慮したフレーム用継手はほとんど知られていない。

本発明者らは、ドーム型構造物におけるフレーム強度や組立ての作業性を向上させるべく、フレーム用継手の材料や形状について検討を重ねた。そして、各種の試作を繰り返す中、開放型の構造をもつ継手に着眼するに至った。つまり、配線を自在に取り回せる開放空間を継手に設けることにより、前述した配線の作業性の問題を解消しうる。
加えて、立体的なフレームの軸線（ゲージライン）が集まる継手部分には、その負荷応力に耐えうる十分な強度を要求される。このため、このような部分に開放型の継手を採用する場合にはフレーム強度の低下を抑制する対策が重要となる。

本発明は、このような現状に鑑みなされたものであり、ドーム型構造物のフレームに配線を簡単に通すことができ、しかもフレーム強度を十分に確保することができるフレーム用継手を提供することを目的とする。

（第１発明）
前記課題を解決するために本発明によるフレーム用継手は、下記の構成を備えるものとした。すなわち、
本体部（５）と、この本体部から分岐する複数の枝部（６）とを備え、これらの枝部にフレーム（Ｆ）のパイプ材（２０）が差し込まれる継手（１０）であって、
前記本体部は、
底壁（７）と、
この底壁の外周に沿って立ち上げられる環状壁（８）と、
前記底壁および前記環状壁の内側に仕切られて上方に開放する本体空間（Ｒ）と、を備える一方、
前記枝部は、
前記環状壁の外側に前記フレームのそれぞれ異なる軸線に沿って形成される枝管（９）と、
前記枝管の内側に貫通するともに、一端が前記枝管の先端側に開放し、他端が前記枝管の根元側で前記本体空間に開放する枝空間（Ｓ）と、を備える構成とした。

このようなフレーム用継手の構成によれば、継手の枝部から本体部にかけて一体的に連なる開放空間（本体空間および枝空間）が形成される。このため、ドーム型構造物のフレームを組み上げるとき、この開放空間を利用することでフレームのパイプ材（パイプ孔）に配線を簡単に通すことができる。フレームを組み上げた後でも開放空間を通してパイプ材（パイプ孔）に配線を取り回すことができるため、配線の修理や交換等のメンテナンス作業を簡単に行うことができる。
また、本発明の構成によれば、継手の本体部の形状として、底壁の外周に沿って環状壁が立ち上げられる形状を採用するため、底壁により環状壁を補強しつつ、環状壁にかかる応力集中を緩和することができる。これにより、このような継手形状と高強度の材料とを組み合わせることで、ドーム型構造物のフレーム強度を十分に確保することが可能となる。

（第２発明）
本発明のフレーム用継手は、第１発明の構成を備えるものであって、前記枝管の内周面が、前記枝管の先端側から根元側にかけて前記枝空間がしだいに狭くなるように傾斜するテーパ面（９ｂ）であり、かつ、 前記枝管の外周面が、前記パイプ材の内周面に摺接する円筒面である構成とした。

このような構成によれば、枝管の内周面が、枝管の先端から根元側にかけて枝空間がしだいに狭くなるように傾斜するテーパ面となっているため、このテーパ面に沿って配線を誘導することができる。たとえばフレーム用継手の枝空間から本体空間に配線を通す際に、枝管のテーパ面に沿って複数の配線を束ねて本体空間に引き込むといった取り回しを行うことができる。
また、枝管の外周面が、パイプ材の内周面に摺接する円筒面であるため、枝管の内側のテーパ面と相俟って枝管自体の根元側の肉厚が先端側よりも大きくなる。これにより、枝管の曲げ強度を高めてフレーム強度を向上させることができる。

（第３発明）
第３発明のフレーム用継手は、第１発明または第２発明の構成を備えるものであって、前記底壁に、前記本体空間から前記底壁の下方の空間に抜ける補助孔（Ｈ）が設けられる構成とした。

このような構成によれば、フレーム用継手の本体空間が底壁の下方の空間と繋がるため、本体空間から底壁の裏側に配線を取り出したり、逆に底壁の裏側から本体空間に配線を引き込むことができる。これにより、ドーム型構造物における配線の自由度が増し、ドーム内の空間をより快適にすることができる。

（第１〜３発明）
第１〜３発明は、ドーム型構造物のフレームに適用することが望ましいが、フレームの用途は特に限定されない。イベント会場や展示会場におけるブースを確保するものであってもよいし、居住用であってもよい。その他、施設ゲートやドローン（無人航空機）のガードフレームといった用途であってもよい。このようなドーム型構造物のフレームに配線を通すことによりドーム内の空間に電源を確保したり、照明器具等を取り付けることができる。
フレームの形状は、多面体あるいは球面体形状の他、円錐形状、角錐形状、円筒形状、多角筒形状でもよいし、これらの形状の一部であっても構わない。その他、トンネル状のフレームであってもよい。特に、切頂二十面体形状（サッカーボール形状）のフレームに本発明を採用すると効果的である。

さらに、本発明のフレーム用継手による付随的な効果として、配線のために使用可能な空間を、フレーム補強用の空間として使用することができる。たとえば配線に代えて、補強用の芯材（棒ネジやワイヤ）をパイプ材に通して両端の継手部分で締め上げることでドーム型構造物のフレーム強度を向上させることができる。もちろん、配線と補強の両方に本発明のフレーム用継手を使用することも可能である。
第１〜３発明には本明細書に記載される他の発明を組み合わせてもよい。
上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の構成要素との対応関係を示すものである。

本発明の実施形態に係るフレーム用継手を示す斜視図である。 同フレーム用継手により構築したドーム形構造物のフレームを示す概略構成図である。 同フレーム用継手を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。 同フレーム用継手を示すもので、（Ａ）は底面図、（Ｂ）は背面図である。 同フレーム用継手を示すもので、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は断面図である。 同フレーム用継手に配線を通した状態を示す断面図である。 同フレーム用継手に補強用の芯材を通した状態を示す断面図である。 実施形態の変形例によるフレーム用継手を示す部分断面図である。 実施形態の他の変形例を示すもので、（Ａ）はフレーム用継手の部分断面図、（Ｂ）はドーム形構造物のフレームの概略構成図である。

［実施形態の構成］
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、イベント会場等に設置されるドーム型構造物に本発明を適用したものである。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
図２に示すように、本実施形態のドーム型構造物は、切頂二十面体の形状を有するフレームＦを備えている。切頂二十面体は、正五角形と正六角形と立体的に組み合わさったいわゆるサッカーボール形状である。本実施形態では、切頂二十面体の底部を除いた上側の部分がフレームＦとなっている。フレームＦの正五角形または正六角形の面には必要に応じてシートやパネルが取り付けられる。このフレームＦの内側が外部スペースから隔離された個別の空間となる。

フレームＦは、パイプ材２０と継手１０とから組み上げられる。切頂二十面体の各辺にパイプ材２０が配置され、各頂点に継手１０が配置される。フレームＦの底部には切頂二十面体を水平方向にカットしたときに生じる辺に沿って専用のパイプ材３０と継手（図示省略）が配置される。このように配置した各パイプ材を各継手で連結することにりフレームＦがドーム形状に保たれている。

フレームＦの材料は、軽量で強度の高い樹脂や金属を採用することが望ましく、ドーム型構造物の用途に合わせて適宜選定される。たとえばパイプ材２０，３０には市販の丸パイプを所定の寸法にカットしたものが使用される。継手１０には所定の材料を射出や切削により一体的に形成したのものが使用される。
継手１０の材料としては、たとえば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄鋼、ステンレス鋼、黄銅、インバー等の金属や合金、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等のエンジニアリングプラスチック、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、セルロース繊維強化プラスチック等の繊維複合材料等が挙げられる。
特に、イベント会場等に設置するフレームＦの材料としては、軽量で優れた強度をもつ炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を採用するのが望ましい。

図１に示すように、継手１０は、本体部５と、本体部５から分岐する３本の枝部６とを備えている。各枝部６は本体部５からそれぞれ異なる方向（図１では斜めやや下向き）に延びている。これらの枝部６にパイプ材２０が差し込まれる。

なお、本実施形態では、３本の枝部６がほぼ同一の長さになっているが（図３および図４参照）、これらの長さに差を付けるようにしてもよい。たとえば、五角形を囲む２本の枝部６（図２参照）を、残りの枝部６よりも短くすることにより、両者を見分けられるようにする。五角形を囲む２本の枝部６は、残りの枝部６とは本体部５から延びる角度が異なることから、このように枝部６の角度を見分けられるようにすることで、フレームＦを組み上げる作業が簡単になる。

本体部５は、円形の底壁７と、この底壁７の外周に沿って立ち上げられる環状壁８とを備えている。これらの底壁７および環状壁８の内側に本体空間Ｒが仕切られている。この本体空間Ｒは、底壁７および環状壁８の内壁面により囲まれる有底円筒状の空間であり、本体部５の上方（フレーム外側）に開放している。
環状壁８の外側の輪郭は、平面方向からみて各枝部６の根元付近を頂点とする三角形をなすように連なっている。これにより、環状壁８が各枝部６の間でリブとして作用し、継手１０の強度を高めている。

図５に示すように、底壁７のほぼ中央には補助孔Ｈが設けられる。この補助孔Ｈは、本体空間Ｒから底壁７の下方の空間に抜けるように貫通している（図５（Ｂ）参照）。

枝部６は、環状壁８の外側に、フレームＦの軸線に沿って枝管９が一体的に形成される。枝管９の内側には枝空間Ｓが貫通しており（図５（Ｂ）参照）、この枝空間Ｓは、その一端が枝管９の先端側に開放し、他端が枝管９の根元側で本体空間Ｒに開放する。つまり、３つの枝空間Ｓがそれぞれ本体空間Ｒを通じて他の枝空間Ｓに繋がっている。また、各枝空間Ｓは、本体空間Ｒからさらに前述の補助孔Ｈを通して底壁７の下方の空間にも繋がることになる。

図５（Ｂ）に示すように、枝管９の内周面は、その先端から根元側にかけてテーパ状に連なっている。このテーパ面９ｂは、枝管９の先端から根元側にいくにしたがって枝空間Ｓがしだいに狭くなるように傾斜している。これにより、枝管９の先端側から枝空間Ｓに配線を挿入すると、この配線が奥に進むにつれて枝空間Ｓの中央側に寄せられるようになる。

枝管９の主要部（後述の厚肉部９ａより先端側部分）の外周面は、パイプ材２０の内周面に摺接する円筒面になっている。枝管９にパイプ材２０を差し込むとき、枝管９の外側にパイプ材２０がスライドしながら嵌まる。なお、このように枝管９に差し込んだパイプ材２０を固定する手段としては、接着剤やネジ等を使用することができる。

枝管９の根元付近には、その主要部から段差を介してその外径が拡大する厚肉部９ａが形成されている。厚肉部９ａの外径は、パイプ材２０の外径にほぼ一致するようになっており、枝管９にパイプ材２０を差し込むと、この厚肉部９ａの段差にパイプ材２０の先端が当たって止まる（図６参照）。このとき、厚肉部９ａの外径がパイプ材２０の外径にほぼ一致することから、両者の段差が解消されてフレームＦの見た目が良好になる。

枝管９の厚肉部９ａを含む肉厚は、テーパ面９ｂの傾斜に伴って枝管９の先端側よりも根元側の方が大きい（図５（Ｂ）参照）。これにより、枝管９の根元部分が頑丈になり、その曲げ強度が高められている。

［使用例１］
次に、継手１０の使用方法について説明する。
フレームＦを組み上げる場合、まず必要な個数のパイプ材２０と継手１０を準備する。本実施形態のフレームＦでは、切頂二十面体形状の各辺および各頂点ですべて同一のパイプ材２０および継手１０を使用する。切頂二十面体がカットされた底辺およびこれを含む頂点には専用のパイプ材３０および継手（図示省略）を使用する。
フレームＦを組み上げる手順としては、図２に示すように、たとえば最初に５本のパイプ材２０を５個の継手１０で繋ぎ合わせて五角形のパーツを作製する。このように繋ぎ合わせた五角形のパーツを所定数だけ作製し、続いて、これらのパーツ同士を、残りのパイプ材２０と継手１０を用いて繋ぎ合わせる。このとき、各パーツの継手１０に余った枝部６（枝管９）同士をパイプ材２０で繋ぎ合わせることにより、各パーツの正五角形の各辺に正六角形が隣り合う格好になる。このように形成したドーム形状のフレームに底部のパイプ材３０と継手を繋ぐことにより、フレームＦが完成する。

フレームＦに配線を通す場合には、図６に示すように、継手１０に開放された本体空間Ｒから枝空間Ｓを介してパイプ材２０に配線Ｌを通す。隣り合う継手１０の本体空間Ｒに配線Ｌを引き出しながら、フレームＦの必要なパイプ材２０に配線Ｌを通していく。
配線Ｌを分ける場合には、図６（Ａ）に示すように、本体空間Ｒに分岐用のコネクタＣを設けてもよい。フレームＦ内の空間に配線を引き込む場合には、図６（Ｂ）に示すように、本体空間Ｒから補助孔Ｈを通して配線Ｌを底壁７の下方に取り出す。
このように各継手１０の開放空間（本体空間Ｒおよび枝空間Ｓ）に順次配線を通していくことで、フレームＦの必要な箇所に配線設備を設けることができる。

フレームＦ内に通した配線には必要に応じて照明器具や電子機器を接続する。たとえばフレームＦの最上部の継手１０から配線を取り出して照明器具に接続したり、フレームＦの最下部の継手１０から配線を取り出して電源等に接続することができる。
また、ＬＥＤなどのイルミネーション用の配線をフレームＦに通してもよい。この場合、透明なパイプ材２０を使用することにより、フレームＦ自体を発光させて電飾効果を高めるといったことも可能になる。

配線の修理や交換等のメンテナンスを行う場合は、対象となる配線に近い位置の継手１０の本体空間Ｒから配線を取り出して必要な作業を行う。配線をフレームＦに戻す際には、前述したように継手１０の開放空間（本体空間Ｒおよび枝空間Ｓ）に順次配線を通すことで、フレームＦを分解することなくその作業を行うことができる。

［実施形態の効果］
このように本実施形態の継手１０によれば、継手１０の枝部６から本体部５にかけて一体的に連なる開放空間（本体空間Ｒおよび枝空間Ｓ）が形成されるため、この開放空間を利用することでフレームＦのパイプ材２０に配線を簡単に通すことができる。フレームＦを組み上げた後でも開放空間を通してパイプ材２０に配線を取り回すことができるため、配線の修理や交換等のメンテナンス作業を簡単に行うことができる。

また、継手１０の本体空間Ｒが底壁７の下方の空間と繋がるため、本体空間Ｒから底壁７の裏側に配線を取り出したり、逆に底壁７の裏側から本体空間Ｒに配線を引き込むことができる。これにより、ドーム型構造物における配線の自由度が増し、ドーム内の空間をより快適にすることができる。

さらに、継手１０では、本体部５の形状として、底壁７の外周に沿って環状壁８が立ち上げられる形状を採用するため、底壁７により環状壁８を補強しつつ、環状壁８にかかる応力集中を緩和することができる。これにより、このような継手形状と高強度の材料とを組み合わせることで、フレームＦの強度を十分に確保することが可能となる。

さらに、枝管９の内周面が、枝管９の先端から根元側にかけて枝空間Ｓがしだいに狭くなるように傾斜するテーパ面９ｂとなっているため、このテーパ面９ｂに沿って配線を誘導することができる。たとえば枝空間Ｓから本体空間Ｒに配線を通す際に、枝管９のテーパ面９ｂに沿って複数の配線を束ねて本体空間Ｒに引き込むこともできる。
さらに、枝管９の外周面が、パイプ材２０の内周面に摺接する円筒面であるため、枝管９の内側のテーパ面９ｂと相俟って枝管９の根元側の肉厚が先端側よりも大きくなる。これにより、枝管９の曲げ強度を高めてフレームＦの強度を向上させることができる。

［使用例２］
前述した実施形態１では、ドーム型構造物のフレームＦに配線を通す使用例を説明したが、他の使用方法としては、配線に代えて補強用の芯材をフレームＦに通してもよい。
図７に示すように、使用例２のフレームＦは、パイプ材２０に棒ネジ１２が通される。パイプ材２０の両端に実施形態１と同様の継手１０が連結されている。この継手１０の本体空間Ｒに棒ネジ１２の両端が突き出しており、この棒ネジ１２の両端にワッシャ１３とナット１４が嵌まる。なお、図７にはフレームＦの一箇所のパイプ材２０を示しているが、他のパイプ材２０にも同様に棒ネジ１２が通される。

棒ネジ１２の両端でナット１４を締め付けると、環状壁８に向けて棒ネジ１２が引っ張られてパイプ材２０と継手１０の固定強度が増す。つまり、棒ネジ１２の引っ張り力によりフレームＦが締め上げられてフレーム強度が大幅に向上する。

このような使用方法では、フレームＦを組み上げた後で、継手１０の本体空間Ｒを通してパイプ材２０に棒ネジ１２を通すことができる。このため、フレームＦを補強する作業を簡単に行うことができる。また、棒ネジ１２やナット１４の点検などのメンテナンスを行う際にも、フレームＦを解体することなく、その作業を簡単に行うことができる。
なお、図７の使用例では、フレーム補強用の芯材として、棒ネジ１２を使用しているが、これに代えてワイヤ等を使用することももちろん可能である。

［変形例］
本発明の実施形態として継手１０の構成を説明したが、実施形態は、これに限られることなく種々の変形を伴ってもよい。
図８に示す変形例１は、継手１０に着脱可能な蓋を設けたものである。蓋１５は、環状壁８の上側で本体空間Ｒを塞ぐように取り付けられる。蓋１６は、底壁７の下側で補助孔Ｈを塞ぐように取り付けられる。
このように継手１０に蓋１５，１６を取り付けることにより、本体空間Ｒを外部から隠すことが可能になる。これにより、配線や芯材が継手１０の外側に露出することを防止することができ、フレームＦの見た目を良好にすることができる。

図９に示す変形例２は、継手４０の本体空間ＲがフレームＦの内側に開放するように構成したものである。
図９（Ａ）に示すように、継手４０は、底壁７の外周に沿って環状壁８が立ち上げられ、この環状壁８の外側に斜め上向きに枝管９が形成されている。これらの枝管９は、フレームＦの軸線に沿って延びており、前述した実施形態の継手１０と比較すると、枝管９の向きが上下対称の位置関係になる。なお、図９では、底壁７の補助孔Ｈが省略されているが、必要に応じて底壁７に補助孔Ｈを設けてもよい。

変形例２の継手４０によりフレームＦを組み上げると、継手４０の本体空間Ｒがフレーム内側に開放され、フレーム外側には見えなくなる（図９（Ｂ）参照）。フレームＦに配線を通す際には、フレームＦ内の空間で作業を行うことができ、配線の取り回しがさらに容易になる。また、フレームＦの内側に本体空間Ｒが隠れるため、フレームＦの外観がシンプルになる。

フレームＦの形状については、切頂二十面体形状に限ることなく、その他の多面体形状や、球面体形状、円錐形状、角錐形状、円筒形状、多角筒形状、トンネル形状としてもよい。継手１０における枝管６の本数や角度は、フレーム形状に応じて変更することが可能である。トラス構造のフレームＦに合わせて継手１０を形成してもよい。フレーム形状に応じて継手１０の枝管９を曲線形状にしてもよい。

５・・・本体部
６・・・枝部
７・・・底壁
８・・・環状壁
９・・・枝管
９ａ・・・厚肉部
９ｂ・・・テーパ面
１０・・・継手
２０，３０・・・パイプ材
Ｆ・・・フレーム
Ｈ・・・補助孔
Ｌ・・・配線
Ｒ・・・本体空間
Ｓ・・・枝空間

Claims (3)

1. 本体部（５）と、この本体部から分岐する複数の枝部（６）とを備え、これらの枝部にフレーム（Ｆ）のパイプ材（２０）が差し込まれる継手（１０）であって、
   前記本体部は、
   底壁（７）と、
   この底壁の外周に沿って立ち上げられる環状壁（８）と、
   前記底壁および前記環状壁の内側に仕切られて上方に開放する本体空間（Ｒ）と、を備える一方、
   前記枝部は、
   前記環状壁の外側に前記フレームのそれぞれ異なる軸線に沿って形成される枝管（９）と、
   前記枝管の内側に貫通するともに、一端が前記枝管の先端側に開放し、他端が前記枝管の根元側で前記本体空間に開放する枝空間（Ｓ）と、を備えることを特徴とする、フレーム用継手。
2. 請求項１記載の継手であって、前記枝管の内周面が、前記枝管の先端側から根元側にかけて前記枝空間がしだいに狭くなるように傾斜するテーパ面（９ｂ）であり、かつ、 前記枝管の外周面が、前記パイプ材の内周面に摺接する円筒面である、フレーム用継手。
3. 請求項１または２記載の継手であって、前記底壁に、前記本体空間から前記底壁の下方の空間に抜ける補助孔（Ｈ）が設けられる、フレーム用継手。

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