JP7476575B2 - 構造体、形状可変立体構造物、構造体の変形方法、及び、形状可変立体構造物の変形方法 - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 ２０１９年１０月３１日付で、弾 健太郎、山室 涼平、大楠 海加、山下 勇紀、林山 赳大が、第１４回コロキウム構造形態の解析と創生２０１９にて公開。

本発明は、構造体、形状可変立体構造物、構造体の変形方法、及び、形状可変立体構造物の変形方法、に関する。

従来から、圧縮材と引張材とで構成されるテンセグリティ構造が知られている。特許文献１には、この種のテンセグリティ構造として、屋根架構として有効に適用可能なテンセグリッド構造が記載されている。

特許文献１に記載のテンセグリッド構造は、圧縮材を枠状に組んでなるフレーム体の内側に束材を配し、この束材の両端とフレーム体の各頂点との間にケーブルを張設してなるグリッドユニットを、構成要素とするものである。また、特許文献１に記載のテンセグリッド構造では、グリッドユニットのフレーム体の頂点どうしが互いに連結されることにより、それらフレーム体および各フレーム体間に形成される空隙を升目とするグリッドフレームが構成されている。更に、特許文献１に記載のテンセグリッド構造では、隣接するグリッドユニットの束材どうしが引張材により連結されており、この引張材には張力が付与されている。

特開２０００－５４４９２号公報

例えばドームなどの施設では、季節や天候等に対応するために、開閉式の屋根が採用される場合がある。特許文献１に記載のテンセグリッド構造が適用された屋根架構では、軽量の屋根架構を構築可能である。しかしながら、構築後に形状を変形させることができず、開閉可能な屋根架構を実現できない。また、屋根に限らず、軽量で、かつ、変形可能な立体構造物を実現可能とする構造体が望まれている。

本発明は、軽量で、かつ、変形可能な立体構造物を実現可能な構造体、及び、この構造体が適用された形状可変立体構造物、を提供することを目的とする。また、本発明は、構造体の変形方法、及び、形状可変立体構造物の変形方法、を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様としての構造体は、２個のパネル部材と、前記２個のパネル部材を連結する線状部材と、前記線状部材の長さを調整可能な調整装置と、を備え、前記調整装置は、前記線状部材の長さの調整により、前記２個のパネル部材の相互間の距離を設定可能である。

本発明の１つの実施形態として、前記２個のパネル部材は、当接して互いの圧縮力を負担する圧縮材であり、前記線状部材は、前記２個のパネル部材の相互間の引張力を負担する引張材である。

本発明の第２の態様としての形状可変立体構造物は、連接されている３個以上のパネル部材と、前記３個以上のパネル部材の相互間を連係する複数の線状部材と、前記線状部材の長さを調整可能な調整機構と、を備え、各線状部材は、隣接する２個の前記パネル部材を連結し、前記調整機構は、前記３個以上のパネル部材の相互間を連係する前記複数の線状部材の長さの調整により、前記３個以上のパネル部材の相互間の距離を設定可能である。

本発明の１つの実施形態として、前記３個以上のパネル部材は、隣接する任意の２個のパネル部材が相互に当接することで、互いに圧縮力を負担可能である。

本発明の１つの実施形態として、前記線状部材は、前記３個以上のパネル部材のうち隣接する少なくとも２個のパネル部材が相互に離間する離間状態となることで、前記隣接する少なくとも２個のパネル部材の相互間の引張力を負担可能である。

本発明の１つの実施形態として、前記パネル部材のパネル厚み方向に沿う断面視において、一方の表面の辺長は、他方の表面の辺長よりも短い。

本発明の第３の態様としての構造体の変形方法は、構造体の変形方法であって、前記構造体は、２個のパネル部材と、前記２個のパネル部材を連結する線状部材と、前記線状部材の長さを調整可能な調整装置と、を備え、前記調整装置により、前記線状部材の長さを調整することで、前記２個のパネル部材の相互間の距離を変化させる。

本発明の第４の態様としての形状可変立体構造物の変形方法は、形状可変立体構造物の変形方法であって、前記形状可変立体構造物は、連接されている３個以上のパネル部材と、前記３個以上のパネル部材の相互間を連係する複数の線状部材と、前記線状部材の長さを調整可能な調整機構と、を備え、各線状部材は、隣接する２個の前記パネル部材を連結し、前記調整機構は、前記３個以上のパネル部材の相互間を連係する前記複数の線状部材の長さを調整することにより、前記３個以上のパネル部材の相互間の距離を変化させる。

本発明は、軽量で、かつ、変形可能な立体構造物を実現可能な構造体、及び、この構造体が適用された形状可変立体構造物、を提供することができる。また、本発明によれば、構造体の変形方法、及び、形状可変立体構造物の変形方法、を提供することができる。

本発明の一実施形態としての立体構造体の概要を示す概要図であり、図１（ａ）は、２個のパネル部材の当接状態を示し、図１（ｂ）は２個のパネル部材の離間状態を示している。 本発明の一実施形態としての形状可変立体構造物の鉛直断面を模式的に示す図である。 図２に示す形状可変立体構造物が図２に示す状態から変形した状態を示す図である。 図２に示す形状可変立体構造物が図３に示す状態から更に変形した状態を示す図である。 本発明の一実施形態としての形状可変立体構造物を示す斜視図である。 図５に示す形状可変立体構造物が図５に示す状態から変形した状態を示す図である。 図５に示す形状可変立体構造物が図６に示す状態から更に変形した状態を示す図である。

以下、本発明に係る立体構造体、形状可変立体構造物、立体構造体の変形方法、及び、形状可変立体構造物の変形方法、の実施形態について図面を参照して例示説明する。各図において共通する部材・部位には同一の符号を付している。

図１は、本発明に係る立体構造体の一実施形態としての立体構造体１の概要を示す概要図である。図１に示すように、立体構造体１は、２個のパネル部材２ａ、２ｂと、線状部材３と、調整装置４と、を備える。詳細は後述するが、図１（ａ）、図１（ｂ）は、立体構造体１の異なる形態を示している。以下、複数のパネル部材を特に区別することなく記載する場合は単に「パネル部材２」と記載する。

本実施形態のパネル部材２は、パネル厚み方向Ａで見た平面視（以下、単に「平面視」と記載する。）で、三角形状、四角形状などの多角形状の外形を有する。２個のパネル部材２ａ、２ｂの平面視の外形は、異なる形状の多角形状であってもよい。また、２個のパネル部材２ａ、２ｂは、互いの側端面２ａ１、２ｂ１が対向するように、２個のパネル部材２ａ、２ｂのパネル面内方向Ｂに配設されている。本実施形態では、２個のパネル部材２ａ、２ｂの平面状の側端面２ａ１、２ｂ１同士が対向して平行に延在するように配設されているが、この構成に限られない。２個のパネル部材２ａ、２ｂの側端面の形状は平面状でなくてもよい。また、２個のパネル部材２ａ、２ｂの側端面同士が平行に延在していなくてもよい。

線状部材３は、２個のパネル部材２ａ、２ｂを連係している。より具体的に、本実施形態の線状部材３は、２個のパネル部材２ａ、２ｂを連結している。２個のパネル部材２ａ、２ｂを「連係する」とは、２個のパネル部材２ａ、２ｂを相互作用が生じるように関係付けることを意味する。したがって、２個のパネル部材２ａ、２ｂを「連結する」とは、２個のパネル部材２ａ、２ｂを「連係する」の一態様であり、「連係」は「連結」に限られない。

立体構造体１は、２個のパネル部材２ａ、２ｂを連係する１本以上の線状部材３を備えればよい。したがって、立体構造体１は、２個のパネル部材２ａ、２ｂを連係する複数の線状部材３を備えてもよい。

調整装置４は、線状部材３の長さを調整可能である。調整装置４は、線状部材３の長さを調整することにより、２個のパネル部材２ａ、２ｂの相互間の距離を変化させることができる。つまり、調整装置４は、線状部材３の長さの調整により、２個のパネル部材２ａ、２ｂの相互間の距離を設定可能である。より具体的に、本実施形態の調整装置４は、２個のパネル部材２ａ、２ｂに連結されている線状部材３の長さを調整可能である。これにより、２個のパネル部材２ａ、２ｂの対向する側端面２ａ１、２ｂ１間の距離を変動させることができる。

このような立体構造体１を用いることで、軽量で、かつ、変形可能な立体構造物を構築することが可能となる。

また、本実施形態の調整装置４は、線状部材３の長さを調整することにより、２個のパネル部材２ａ、２ｂの相互間の距離を任意に設定可能である。具体的に、本実施形態の調整装置４は、線状部材３の長さを調整することにより、２個のパネル部材２ａ、２ｂが相互に当接する当接状態と、２個のパネル部材２ａ、２ｂが相互に離間する離間状態と、の間で２個のパネル部材２ａ、２ｂの相互間の距離を変化させることができる。図１（ａ）は、上述の当接状態を示している。図１（ｂ）は、上述の離間状態を示している。

本実施形態において、２個のパネル部材２ａ、２ｂは、当接して互いの圧縮力を負担する圧縮材である。また、本実施形態において、線状部材３は、２個のパネル部材２ａ、２ｂの相互間の引張力を負担する引張材である。このようなパネル部材２及び線状部材３とすることで、より軽量な立体構造物を構築可能な立体構造体１を実現できる。

圧縮材としてのパネル部材２は、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等の繊維強化プラスチック、木材などにより構成可能である。また、引張材としての線状部材３は、例えば、鋼製のワイヤ、炭素繊維を含む複合材からなる線状部材等、により構成可能である。

調整装置４は、例えば、巻き取り機により構成される。そのため、本実施形態の調整装置４は、第１ローラ４ａと、第２ローラ４ｂと、駆動源４ｃと、制御部４ｄと、を備える。

第１ローラ４ａは、一方のパネル部材２ａに回転可能に固定されている。第１ローラ４ａの回転中心軸は、一方のパネル部材２ａのパネル面内方向Ｂであって、かつ、２個のパネル部材２ａ、２ｂの離間方向（本実施形態では２個のパネル部材２の側端面２ａ１、２ｂ１同士の対向方向であり、図１、図２の左右方向）と直交する方向に延在している。第１ローラ４ａは、回転中心軸周りの周方向の片側に回転することで線状部材３の一端側を巻き取り可能である。逆に、第１ローラ４ａは、回転中心軸周りの周方向の反対側に回転することで、巻き付いている線状部材３を繰り出し可能である。

第２ローラ４ｂは、他方のパネル部材２ｂに回転可能に固定されている。第２ローラ４ｂの回転中心軸は、他方のパネル部材２ｂのパネル面内方向Ｂであって、かつ、２個のパネル部材２ａ、２ｂの離間方向と直交する方向に延在している。換言すれば、本実施形態において、第１ローラ４ａの回転中心軸及び第２ローラ４ｂの回転中心軸は略平行している。第２ローラ４ｂは、回転中心軸周りの周方向の片側に回転することで線状部材３の他端側を巻き取り可能である。逆に、第２ローラ４ｂは、回転中心軸周りの周方向の反対側に回転することで、巻き付いている線状部材３を繰り出し可能である。

駆動源４ｃは、上述の第１ローラ４ａ及び第２ローラ４ｂに回転力を付与する。駆動源４ｃは、例えば、第１ローラ４ａ及び第２ローラ４ｂを周方向の両側に回転駆動可能な電動モータとすることができる。

制御部４ｄは、上述の駆動源４ｃによる第１ローラ４ａ及び第２ローラ４ｂの回転駆動を制御する。制御部４ｄは、例えば、１つ以上のプロセッサを含む。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の汎用のプロセッサ、特定の処理に特化した専用のプロセッサ等であってよい。

本実施形態では調整装置４として巻き取り機を用いているが、２個のパネル部材２ａ、２ｂの間で線状部材３の長さを調整可能な構成であれば、巻き取り機に限定されない。但し、パネル部材２により支持可能な小型の調整装置４とすることが好ましく、この観点では巻き取り機を採用することが好ましい。また、調整装置４として巻き取り機を用いる場合は、可撓性を有する線状部材３を用いる。このようにすることで、線状部材３は、第１ローラ４ａ及び第２ローラ４ｂにより巻き取り可能となる。

次に、図１に示す立体構造体１を構造単位として形成される形状可変立体構造物１００の一例について説明する。図２～図４は、形状可変立体構造物１００の一例としての屋根の鉛直断面を模式的に示す図である。図２に示す形状可変立体構造物１００は、連接されている３個以上（本例では９個）のパネル部材２と、これら連接されている３個以上のパネル部材２の相互間を連係する線状部材３と、線状部材３の長さを調整可能な調整機構５と、を備える。

連接されている３個以上のパネル部材２の相互間は、１本以上の線状部材３により連係されていればよい。つまり、３個以上（本例では９個）のパネル部材２の相互間は、１本の線状部材３により連係されていてもよく、複数の線状部材３により連係されていてもよい。３個以上（本例では９個）のパネル部材２の相互間が、１本の線状部材３により連係されている場合とは、例えば、１本の線状部材３が、連接されている３個以上のパネル部材２の両端の２個のパネル部材２に連結されている場合が挙げられる。このような線状部材３は、両端の２個のパネル部材２に挟まれるパネル部材２には連結されておらず、形成されている挿通孔を通じて単に挿通されている構成とすればよい。また、３個以上（本例では９個）のパネル部材２の相互間が、複数の線状部材３により連係されている場合とは、例えば、本例のように、各線状部材３が、隣接する２個のパネル部材２を連結している場合が挙げられる。このように、線状部材３の本数、及び、１本の線状部材３により連係されるパネル部材２の個数は、特に限定されない。

また、調整機構５は、例えば、隣接する２個のパネル部材２に対して使用される上述の調整装置４（図１、図２参照）の集合体とすることができるが、この構成に限られない。調整機構５は、例えば、複数の線状部材３の長さを纏めて制御可能な１つの制御部を備えてもよい。また、調整機構５は、例えば、別々の線状部材３を巻き取り可能又は繰り出し可能な複数のローラを纏めて回転駆動できる１つの駆動源を備えてもよい。

図２に示すように、形状可変立体構造物１００では、パネル部材２の平面状の側端面が、別のパネル部材２の平面状の側端面と対向するように配置されている。より具体的に、本例の形状可変立体構造物１００では、全体が湾曲形状の屋根を形成するように、複数（本例では９個）のパネル部材２がパネル面内方向Ｂ（図１参照）に連接されている。

図２～図４に示すように、本例の調整機構５は、連接されている３個以上のパネル部材２の一例としての３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅの相互間を連係する２本の線状部材３ｃｄ、３ｄｅの長さを調整できる。これにより、３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅの相互間の距離を任意に設定可能である。ここでは、説明の便宜上、「連接されている３個以上のパネル部材」を、図２～図４に示す３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅにより例示説明するが、連接されている３個以上のパネル部材２であれば、連接されている別の３個以上のパネル部材２であっても同様であり、ここで例示する３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅに限られるものではない。

また、本例の形状可変立体構造物１００は、連接されている３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅのうち隣接する２個のパネル部材２を連結する２本の線状部材３ｃｄ、３ｄｅを備えるが、この構成に限られない。上述したように、連接されている３個のパネル部材２を連係する線状部材３の本数、及び、１本の線状部材３により連係されるパネル部材２の個数は、特に限定されない。以下、複数の線状部材を特に区別することなく記載する場合は、単に「線状部材３」と記載する。

本例の調整機構５は、連接されている３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅの相互間を連係する２本の線状部材３ｃｄ、３ｄｅの長さを調整できる。これにより、３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅの相互間の距離を任意に設定できる。具体的に、図２に示す調整機構５は、図２で湾曲状の屋根を形成する全てのパネル部材２のうち連接されている３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅの相互間を連係する２本の線状部材３ｃｄ、３ｄｅの長さを調整することができる。これにより、３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅの隣接する任意の２個のパネル部材２が相互に当接する当接状態と、３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅのうち隣接する少なくとも２つのパネル部材２が相互に離間する離間状態と、の間で、３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅの相互間の距離を変化させることができる。図２、図３では当接状態を示し、図４では離間状態を示している。

図２に示す３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅは、当接して互いの圧縮力を負担している。その一方で、図２に示す３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅの相互間を連係する２本の線状部材３ｃｄ、３ｄｅは、３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅの相互間で引張力を負担していない、又は、負担する引張力が極めて小さい。したがって、形状可変立体構造物１００がこのような状態でも構造的に安定するように、パネル部材２は、隣接するパネル部材２と当接して互いの圧縮力を負担する圧縮材であることが好ましい。

図３は、図２に示す状態から、２本の線状部材３ｃｄ、３ｄｅが繰り出された状態を示している。但し、図３では、依然として３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅの隣接する任意の２個のパネル部材２が相互に当接する当接状態を維持している。したがって、図３に示す３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅについても、当接して互いの圧縮力を負担している。しかしながら、図３に示す２個のパネル部材２ｄ、２ｅは、２本の線状部材３ｃｄ、３ｄｅが繰り出されたことで、自重により垂れ下がっている。そのため、図３に示す３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅは、図２に示す状態よりも負担する圧縮力が小さくなっている。その一方で、図３に示す３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅの相互間を連係する２本の線状部材３ｃｄ、３ｄｅには、自重により垂れ下がった２個のパネル部材２ｄ、２ｅにより、図２に示す状態よりも大きな引張力が負荷される。つまり、図３に示す２本の線状部材３ｃｄ、３ｄｅは、図２に示す状態よりも負担する引張力が大きくなっている。

図４は、図３に示す状態から、２本の線状部材３ｃｄ、３ｄｅが更に繰り出された状態を示している。図４では、３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅが相互に離間する離間状態を示している。したがって、図４に示す３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅは、互いに当接しておらず、互いの圧縮力を負担していない。その一方で、図４に示す３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅの相互間を連係する２本の線状部材３ｃｄ、３ｄｅには、図２及び図３に示す状態よりも大きな引張力が負荷される。つまり、図４に示す２本の線状部材３ｃｄ、３ｄｅは、図２及び図３に示す状態よりも負担する引張力が大きくなっている。そのため、形状可変立体構造物１００がこの状態でも構造的に安定するように、線状部材３は、パネル部材２の相互間の引張力を負担する引張材により構成されていることが好ましい。

このように、図２～図４に示す形状可変立体構造物１００では、変形に伴って、各部材が負担する荷重の割合が変動するように構成されている。より具体的に、図２～図４に示す形状可変立体構造物１００は、主にパネル部材２の圧縮力のみで構造的に安定する形状（図２参照）と、パネル部材２の圧縮力のみでは構造的に安定せず、線状部材３による引張力を利用することで構造的に安定する形状（図３、図４参照）と、の間で変形することができる。そのため、上述したように、パネル部材２を圧縮材とし、線状部材３を引張材とすることで、形状可変立体構造物１００が上述のように変形しても、形状可変立体構造物１００を、両形状において構造的に安定させることができる。つまり、パネル部材２及び線状部材３を用いた軽量な構成で、かつ、変形可能な形状可変立体構造物１００を実現することができる。

なお、図２～図４では、説明の便宜上、３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅの相互間のみを変形させているが、この構成に限られない。つまり、３個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅに代えて又は加えて、別の連接されている３個以上のパネル部材２の相互間を変形させてもよい。

次に、図２～図４に鉛直断面が模式的に示される形状可変立体構造物１００の一構成例について、図５～図７を参照して説明する。図５は、形状可変立体構造物１００の一構成例としてのドーム屋根を示す斜視図である。図５に示す形状可変立体構造物１００の構造単位は、平面視の外形が三角形状の２個のパネル部材２と、この２個のパネル部材２を連係する線状部材３と、線状部材３の長さを調整する調整装置４（図１、図２参照）と、で構成される立体構造体１である。図５では、説明の便宜上、調整装置４が省略されている。

図５に示す形状可変立体構造物１００としてのドーム屋根では、隣接する２個のパネル部材２が、２本の線状部材３により連結されているが、この構成に限られない。上述したように、隣接する２個のパネル部材２は、１本のみの線状部材３により連結されていてもよく、３本以上の線状部材３により連結されていてもよい。また、調整装置４（図１、図２参照）は、隣接する２個のパネル部材２を連結する１本の線状部材３に対して１つ設けられてもよく、隣接する２個のパネル部材２を連結する複数の線状部材３に対して１つ設けられてもよい。以下、説明の便宜上、図５に示す隣接する２個のパネル部材２を連結する２本の線状部材３を纏めて「１組の線状部材３」と記載する。

また、図５に示す形状可変立体構造物１００は、連接されている３個以上のパネル部材２と、これら３個以上のパネル部材２の相互間を連係する線状部材３と、線状部材３の長さを調整可能な調整機構５と、を備える。図５では、説明の便宜上、調整機構５が省略されている。

上述したように、図５に示す各線状部材３は、隣接する２個のパネル部材２を連結しているが、この構成に限られない。各線状部材３は、連接されている３個以上のパネル部材２を連係していてもよい。また、調整機構５は、例えば、各線状部材３の長さを調整する上述の調整装置４（図１、図２参照）の集合体とすることができるが、この構成に限られない。調整機構５は、例えば、複数の線状部材３の長さを纏めて制御可能な１つの制御部を備えてもよい。また、調整機構５は、例えば、別々の線状部材３を巻き取り可能又は繰り出し可能な複数のローラを纏めて回転駆動できる１つの駆動源を備えてもよい。

図５に示す形状可変立体構造物１００では、パネル部材２の平面状の側端面を、別のパネル部材２の平面状の側端面と対向するように配置していくことで、複数のパネル部材２がパネル面内方向Ｂ（図１参照）に連接されており、全体としてドーム屋根を形成している。パネル部材２の平面視の外形を三角形状とすることで、各パネル部材２を小型化でき、ドーム屋根全体の大きさ及び形状の設計自由度を高めることができる。更に、図５に示す形状可変立体構造物１００は、２種類のみのパネル部材２により構成されている。２種類のうち一方のパネル部材２は、平面視において、所定の寸法で構成された二等辺三角形の外形を有する。２種類のうち他方のパネル部材２は、平面視において、所定の寸法で構成された正三角形の外形を有する。このように、２種類のみのパネル部材２で形状可変立体構造物１００を構成することで、多種のパネル部材を用意しなくてよい。そのため、形状可変立体構造物１００を構成するパネル部材２の製造効率を高めることができる。

本例の調整機構５は、連接されている３個以上のパネル部材２の一例としての１２個のパネル部材２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉ、２ｊ、２ｋ、２ｌ、２ｍ、２ｎ（以下、「２ｃ～２ｎ」と記載する。）の相互間を連係する１２組の線状部材３ｃｄ、３ｄｅ、３ｅｆ、３ｆｇ、３ｇｈ、３ｈｃ、３ｃｉ、３ｄｊ、３ｅｋ、３ｆｌ、３ｇｍ、３ｈｎ（以下、「３ｃｄ～３ｈｎ」と記載する。）の長さを調整可能である。１２組の線状部材３ｃｄ～３ｈｎの長さを調整することで、１２個のパネル部材２ｃ～２ｎの相互間の距離を任意に設定することができる。ここでは、説明の便宜上、「連接されている３個以上のパネル部材」を、図５に示す連接されている１２個のパネル部材２ｃ～２ｎにより例示説明するが、連接されている３個以上のパネル部材２であれば、連接されている別の３個以上のパネル部材２であっても同様であり、ここで例示する１２個のパネル部材２ｃ～２ｎに限られるものではない。

図５に示す調整機構５は、ドーム屋根を形成する全て（本例では４０個）のパネル部材２のうち連接されている１２個のパネル部材２ｃ～２ｎの相互間を連係する１２組の線状部材３ｃｄ～３ｈｎの長さを調整する。これにより、１２個のパネル部材２ｃ～２ｎの隣接する任意の２個のパネル部材２が相互に当接する当接状態と、１２個のパネル部材２ｃ～２ｎのうち隣接する少なくとも２つのパネル部材２が相互に離間する離間状態と、の間で、１２個のパネル部材２ｃ～２ｎの相互間の距離を変化させることができる。この変化の詳細は後述する（図６、図７参照）。

ここで、図５に示すように、形状可変立体構造物１００は、１２個のパネル部材２ｃ～２ｎを一部のパネル部材２として含む複数（本例では４０個）のパネル部材２を備える。また、図５に示す状態において、形状可変立体構造物１００は、複数のパネル部材２のうち隣接する任意の２個のパネル部材２が相互に当接することで、シェル構造が形成されている。換言すれば、図５に示す状態において、形状可変立体構造物１００は、各パネル部材２が圧縮力を負担することで保持されており、線状部材３は実質的に引張力を負担していない。そのため、各パネル部材２は、隣接するパネル部材２と当接して互いの圧縮力を負担する圧縮材であることが好ましい。

図６、図７は、図５に示す形状可変立体構造物１００としてのドーム屋根の変形の一例を示す図である。

図６において、１２個のパネル部材２ｃ～２ｎは、図５に示す状態と同様、隣接する任意の２個のパネル部材２が相互に当接する当接状態にある。しかしながら、図６において、１２組の線状部材３ｃｄ～３ｈｎは、図５に示す状態よりも繰り出されている。これにより、図６に示す形状可変立体構造物１００では、図５に示す状態と比較して、１２個のパネル部材２ｃ～２ｎのうち中央の６個のパネル部材２ｃ～２ｈが自重により落ち込むように変形している。この変形により、パネル部材２ｃ～２ｎの相互間には、部分的な間隙が生じて、相互間の接触領域が小さくなる（図３参照）。これにより、パネル部材２ｃ～２ｎが負担する圧縮力は、図５に示す状態よりも小さくなる。その一方で、１２組の線状部材３ｃｄ～３ｈｎが負担する引張力は大きくなる。つまり、図６に示す１２個のパネル部材２ｃ～２ｎは、図５に示す状態よりも負担する圧縮力が小さくなっている。その一方で、図６に示す１２組の線状部材３ｃｄ～３ｈｎには図５に示す状態よりも大きな引張力が負荷される。

図７において、１２組の線状部材３ｃｄ～３ｈｎは、図６に示す状態よりも更に繰り出されている。これにより、図７に示す１２個のパネル部材２ｃ～２ｎのうち中央の６個のパネル部材２ｃ～２ｈは、自重により更に落ち込み、相互に離間している。つまり、図７に示す１２個のパネル部材２ｃ～２ｎは、隣接する少なくとも２つのパネル部材２（本例では６個のパネル部材２ｃ～２ｈ）の相互間が離間する離間状態となる。つまり、図７に示す６個のパネル部材２ｃ～２ｈは、互いに当接しておらず、実質的に互いの圧縮力を負担していない。その一方で、図７に示す１２個のパネル部材２ｃ～２ｎの相互間を連係する１２組の線状部材３ｃｄ～３ｈｎには、図５及び図６に示す状態よりも大きな引張力が負荷される。つまり、図７に示す１２組の線状部材３ｃｄ～３ｈｎは、図５及び図６に示す状態よりも負担する引張力が大きくなっている。そのため、線状部材３は、１２個のパネル部材２ｃ～２ｎの相互間の引張力を負担する引張材により構成されていることが好ましい。

このように、１２個のパネル部材２ｃ～２ｎを一部のパネル部材２として含む複数（本例では４０個）のパネル部材２は、隣接する任意の２つのパネル部材２の相互間が当接する当接状態となることで、上述のシェル構造（図５参照）を形成することができる。

そして、このシェル構造（図５参照）は、１２個のパネル部材２ｃ～２ｎのうち６個の２ｃ～２ｈの相互間が離間して離間状態となることで、１２組の線状部材３ｃｄ～３ｈｎの引張力で支持される６個のパネル部材２ｃ～２ｈを含む別構造（図７参照）に変形する。なお、ここで言う「線状部材３の引張力で支持されるパネル部材２」とは、線状部材３の引張力のみで自重が支持されるパネル部材２に限られず、他のパネル部材２からの圧縮力に加えて線状部材３の引張力によって自重が支持されるパネル部材２をも含む意味である。したがって、図７に示す相互に離間している６個のパネル部材２ｃ～２ｈは、１２組の線状部材３ｃｄ～３ｈｎの引張力と、６個のパネル部材２ｃ～２ｈの周囲に位置する６個のパネル部材２ｉ～２ｎの圧縮力と、により支持されおり、上述の「線状部材３の引張力で支持されるパネル部材２」に該当する。

以上のように、図５～図７に示す形状可変立体構造物１００では、変形に伴って、各部材が負担する荷重の割合が変動するように構成されている。より具体的に、図５～図７に示す形状可変立体構造物１００は、主にパネル部材２の圧縮力のみで構造的に安定するシェル構造（図５参照）と、パネル部材２の圧縮力のみでは構造的に安定せず、線状部材３による引張力を利用することで構造的に安定する別構造（図６、図７参照）と、の間を変形することができる。そのため、上述したように、パネル部材２を圧縮材とし、線状部材３を引張材とすることで、形状可変立体構造物１００が上述のように変形しても、形状可変立体構造物１００を、両形状において構造的に安定させることができる。つまり、パネル部材２及び線状部材３を用いた軽量な構成で、かつ、変形可能な形状可変立体構造物１００を実現することができる。

なお、図５～図７では、説明の便宜上、１２個のパネル部材２ｃ～２ｎの相互間のみを変形させているが、この構成に限られない。つまり、１２個のパネル部材２ｃ～２ｎに代えて又は加えて、別の連接されている３個以上のパネル部材２の相互間を変形させてもよい。

また、図５～図７では、１２個のパネル部材２ｃ～２ｎを一部のパネル部材２として含む複数のパネル部材２が、シェル構造を形成可能な例を示したが、この構成に限られない。連接されている３個以上のパネル部材２が、隣接する任意の２個のパネル部材が相互に当接することで、互いに圧縮力を負担可能な構成であれば、シェル構造以外の構造であってもよい。このような構造において、引張部材３は、連接されている３個以上のパネル部材２のうち隣接する少なくとも２個のパネル部材２が相互に離間する離間状態となることで、前記隣接する少なくとも２個のパネル部材２の相互間の引張力を負担可能であればよい。

また、上述したように、隣接するパネル部材２が離間することで、形状可変立体構造物１００に開口２０（図７参照）を形成することができる。このような開口２０を通じて、形状可変立体構造物１００の内部に風や光を採り込むことができる。また、図５～図７に示すように、形状可変立体構造物１００としての屋根に開口２０を形成する際に一部のパネル部材２（図５～図７の例では６個のパネル部材２ｃ～２ｈ）を鉛直方向に移動させることができる。つまり、形状可変立体構造物１００としての屋根の一部について天井高さを変動させることができる。この天井高さの変動を、例えばコンサート等における演出に利用してもよい。

また、形状可変立体構造物１００は、図７に示す状態から図５に示す状態へ再変形することも可能である。具体的には、調整機構５を構成する各調整装置４により、各線状部材３を巻き取ることで、図７に示す状態から図５に示す状態へと変形させることができる。つまり、図５～図７に示す形状可変立体構造物１００により、開閉式のドーム屋根を構成することができる。

なお、図５～図７に示す形状可変立体構造物１００におけるパネル部材２の、パネル厚み方向Ａ（図１参照）に沿う断面は、図２～図４に示すパネル部材２の断面と同様の断面形状となる。つまり、図２に示すように、シェル構造（図５参照）の内面を構成する一方の表面１１の辺長が、シェル構造（図５参照）の外面を構成する他方の表面１２の辺長よりも短い。このようにすることで、シェル構造において隣接する２つのパネル部材２の接触領域を広く確保し易い。そのため、パネル部材２が局所的な圧縮力により破損することを抑制できる。

なお、図５に示すシェル構造の形状可変立体構造物１００は、単に線状部材３を繰り出すように制御しても、隣接するパネル部材２の端面同士が当接した状態が維持されている限り、図６及び図７に示す変形を開始しない。そのため、形状可変立体構造物１００は、形状可変立体構造物１００の変形を開始させるトリガー機構を有することが好ましい。

トリガー機構は、例えば、パネル厚み方向Ａ及びパネル面内方向Ｂに収縮可能に構成された一部のパネル部材２を収縮させることができるパネル収縮機構としてもよい。ここでは、図５～図７に示す形状可変立体構造物１００のパネル部材２ｃ、２ｅ、２ｇが、パネル厚み方向Ａ（図１参照）及びパネル面内方向Ｂ（図１参照）に収縮可能な構成であるとした上で、パネル収縮機構について例示説明する。トリガー機構としてのパネル収縮機構は、例えば、形状可変立体構造物１００を図５に示す状態から図６及び図７に示す状態へと変形させる際は、パネル部材２ｃ、２ｅ、２ｇを、パネル厚み方向Ａ（図１参照）及びパネル面内方向Ｂ（図１参照）に収縮変形させる。これにより、収縮変形したパネル部材２ｃ、２ｅ、２ｇに隣接するパネル部材２ｄ、２ｆ、２ｈは、パネル部材２ｃ、２ｅ、２ｇの側端面との間の係合が解除され、図６及び図７に示すように下方に落ち込むように移動することが可能となる。このように、パネル部材２ｄ、２ｆ、２ｈを先に落ち込ませることで、パネル収縮機構によって収縮させたパネル部材２ｃ、２ｅ、２ｇについても、図６及び図７に示すように、パネル部材２ｄ、２ｆ、２ｈの側端面に干渉することなく、パネル部材２ｄ、２ｆ、２ｈと同様に、下方に落ち込ませるように移動させることが可能となる。なお、パネル収縮機構は、パネル部材２ｄ、２ｆ、２ｈが下方に落ち込むように移動した後で、パネル部材２ｄ、２ｆ、２ｈを収縮状態から元の状態へと復帰させてもよい。また、ここでは、パネル部材２ｃ、２ｅ、２ｇが収縮可能な構成として説明しているが、別のパネル部材２を収縮可能に構成してもよい。

また、トリガー機構は、上述のパネル収縮機構に限られない。トリガー機構は、例えば、一部のパネル部材２をパネル厚み方向Ａ（図１参照）でシェル構造の外側に向かって移動可能なパネル移動機構としてもよい。トリガー機構としてのパネル移動機構は、例えば、形状可変立体構造物１００を図５に示す状態から図６及び図７に示す状態へと変形させる際は、一部のパネル部材２ｃ、２ｅ、２ｇを、これらパネル部材２ｃ、２ｅ、２ｇのパネル厚み方向Ａ（図１参照）で、シェル構造の外側に向かって移動させる。これにより、移動した一部のパネル部材２ｃ、２ｅ、２ｇに隣接するパネル部材２ｄ、２ｆ、２ｈは、パネル部材２ｃ、２ｅ、２ｇの側端面との間の係合が解除され、図６及び図７に示すように下方に落ち込むように移動することが可能となる。このように、パネル部材２ｄ、２ｆ、２ｈを先に落ち込ませることで、パネル移動機構によってシェル構造の外側に退避させたパネル部材２ｃ、２ｅ、２ｇについても、図６及び図７に示すように、パネル部材２ｄ、２ｆ、２ｈの側端面に干渉することなく、パネル部材２ｄ、２ｆ、２ｈと同様に、下方に落ち込ませるように移動させることが可能となる。つまり、このようなトリガー機構を設けることで、図５に示すシェル構造を形成する形状可変立体構造物１００であっても、図６、図７に示すような変形を生じさせることができる。なお、形状可変立体構造物１００の変形を可能にするトリガー機構であれば、その構成は特に限定されず、上述のパネル移動機構に限られない。

本発明に係る立体構造体、形状可変立体構造物、立体構造体の変形方法、及び、形状可変立体構造物の変形方法は、上述した具体的な構成及び方法に限られず、特許請求の範囲を逸脱しない限り、種々の変形・変更が可能である。上述した実施形態で示す各線状部材３は、隣接する２つのパネル部材２のみを連係する構成であるが、上述したようにこの構成には限られない。上述したように、各線状部材３は、連接される３個以上のパネル部材２を連係していてもよい。このような線状部材３は、例えば、シェル構造（図５参照）を形成する全部（図５に示す例では４０個）のパネル部材２のうち、シェル構造の一端側の裾部から他端側の裾部まで連接されている複数のパネル部材２を纏めて連係してもよい。このような線状部材３を用いることにより、図７に示す状態から、線状部材３の両端をシェル構造の裾部に相当する位置で巻き取るように操作することで、容易に図５に示すシェル構造の状態へと変形させることができる。

また、上述した実施形態では、立体構造体１を構造単位として形成される形状可変立体構造物１００について説明したが、例えば内装壁材や天井材などの内装部材が、立体構造体１を構造単位として形成されていてもよい。

本発明は、立体構造体、形状可変立体構造物、立体構造体の変形方法、及び、形状可変立体構造物の変形方法、に関する。

１：立体構造体
２、２ａ～２ｎ：パネル部材
２ａ１、２ｂ１：パネル部材の側端面
３、３ｃｄ～３ｈｎ：線状部材
４：調整装置
４ａ：第１ローラ
４ｂ：第２ローラ
４ｃ：駆動源
４ｄ：制御部
５：調整機構
１１：パネル部材の内側の表面
１２：パネル部材の外側の表面
２０：開口
１００：形状可変立体構造物
Ａ：パネル厚み方向
Ｂ：パネル面内方向

Claims (8)

1. ２個のパネル部材と、
   前記２個のパネル部材を連結する線状部材と、
   前記線状部材の長さを調整可能な調整装置と、を備え、
   前記調整装置は、前記線状部材の長さの調整により、前記２個のパネル部材の相互間の距離を設定可能である、構造体。
2. 前記２個のパネル部材は、当接して互いの圧縮力を負担する圧縮材であり、
   前記線状部材は、前記２個のパネル部材の相互間の引張力を負担する引張材である、請求項１に記載の構造体。
3. 連接されている３個以上のパネル部材と、
   前記３個以上のパネル部材の相互間を連係する複数の線状部材と、
   前記線状部材の長さを調整可能な調整機構と、を備え、
   各線状部材は、隣接する２個の前記パネル部材を連結し、
   前記調整機構は、前記３個以上のパネル部材の相互間を連係する前記複数の線状部材の長さの調整により、前記３個以上のパネル部材の相互間の距離を設定可能である、形状可変立体構造物。
4. 前記３個以上のパネル部材は、隣接する任意の２個のパネル部材が相互に当接することで、互いに圧縮力を負担可能である、請求項３に記載の形状可変立体構造物。
5. 前記線状部材は、前記３個以上のパネル部材のうち隣接する少なくとも２個のパネル部材が相互に離間する離間状態となることで、前記隣接する少なくとも２個のパネル部材の相互間の引張力を負担可能である、請求項４に記載の形状可変立体構造物。
6. 前記パネル部材のパネル厚み方向に沿う断面視において、一方の表面の辺長は、他方の表面の辺長よりも短い、請求項４又は５に記載の形状可変立体構造物。
7. 構造体の変形方法であって、
   前記構造体は、
   ２個のパネル部材と、
   前記２個のパネル部材を連結する線状部材と、
   前記線状部材の長さを調整可能な調整装置と、を備え、
   前記調整装置により、前記線状部材の長さを調整することで、前記２個のパネル部材の相互間の距離を変化させる、変形方法。
8. 形状可変立体構造物の変形方法であって、
   前記形状可変立体構造物は、
   連接されている３個以上のパネル部材と、
   前記３個以上のパネル部材の相互間を連係する複数の線状部材と、
   前記線状部材の長さを調整可能な調整機構と、を備え、
   各線状部材は、隣接する２個の前記パネル部材を連結し、
   前記調整機構は、前記３個以上のパネル部材の相互間を連係する前記複数の線状部材の長さを調整することにより、前記３個以上のパネル部材の相互間の距離を変化させる、変形方法。

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