JPH08219379A

JPH08219379A - トラス状構造体

Info

Publication number: JPH08219379A
Application number: JP4503695A
Authority: JP
Inventors: Taiji Kajikawa; 泰司梶川
Original assignee: DESIGN SCI KK
Current assignee: DESIGN SCI KK
Priority date: 1995-02-10
Filing date: 1995-02-10
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】【目的】軽量のトラス状構造体を提供する。【構成】トラス状構造体１０は、オクタヘドロン６の
北極Ｎ、南極Ｓから夫々延びる合計８本の辺が全て柱状
部材２で構成され、これら柱状部材２は、自在継手４を
介して連結されている。オクタヘドロン６の赤道は第１
の線材３ａで構成され、北極Ｎと南極Ｓとは第２の線材
３ｂで連結されている。隣接するオクタヘドロン６、６
は、異なる極同士が、第３の線材３ｃ、第４の線材３ｄ
で連結されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、軽量なトラス状構造
体に関し、より詳しくは、横断面三角形の細長い空間を
形成する構造体に関する。

【０００２】

【従来の技術】最も変形しにくい幾何学的形態である三
角形を基本形態としたトラス状構造体は、橋、タワー、
ブーム、ビーム等に多用され、溶接あるいはボルト・ナ
ット等の固着手段あるいは固定手段により鉄柱等の柱状
部材を相互に連結することによって構築されている。

【０００３】米国特許第 4,655,022号には、ロケット等
で宇宙に搬送できるように、折り畳み可能なトラス状構
造体が開示されている。この米国特許に開示の内容を詳
しく説明すると、当該特許には、基本単位であるテトラ
ヘドロン(Tetrahedron) が連続した横断面三角形の細長
い空間を形成するトラス構造体が開示され、その全体形
状として、マスト状にまっすぐに伸びる形状及び捻れな
がら伸びる形状の両者が開示されている。そして、基本
モジュールのテトラヘドロンに含まれる６つの辺のう
ち、間隔を隔てて交差する２つの辺が、夫々、伸縮可能
な柱状部材で構成され、他の残る４つの辺が所定長さの
柱状部材で構成され、また、テトラヘドロンの４つの頂
点は自在継手で構成されている。このような構成からな
るトラス状構造体は、伸縮可能な柱状部材が伸び縮みし
ながら、全てのテトラヘドロンが、夫々、その４つ面を
ほぼ同一平面に位置した菱形形状を作り、この菱形平面
形状の各基本単位が上下に折り重なるようにして折り畳
むことができるようになっている。

【０００４】また、他のトラス状構造体として、ジオデ
ジックドームで有名な米国のR. Buckminster Fuller
（以下、バックミンスター・フラーという）が提起した
Tensile-integrity Structures（テンセグリテイ構造体
と称されている）が知られている。バックミンスター・
フラーの提唱するテンセグリテイ構造体は、ワイヤ等の
線材のなかに、柱状部材を非連続に配置した点に特徴を
有している。すなわち、このテンセグリテイ構造体は、
一般的には、緊張部材であるワイヤと、圧縮部材である
柱状部材とで構成された構造体をいうが、特にバックミ
ンスタ・フラーのテンセグリテイ構造体は、ワイヤのな
かに、柱状部材が非連続的に配置されている点に特色を
有する。このようなテンセグリテイ構造体は、部分的
に、柱状部材の代わりにワイヤを使用していることか
ら、一層の軽量化が可能であるという特徴を有し、一部
のワイヤを取り除くことで折り畳み可能であるという利
点を有している。

【０００５】バックミンスター・フラーは、その米国特
許第 3,063,521号において、テンセグリテイ構造体につ
いて詳しく開示しており、この米国特許には、ドーム状
構造体およびマスト状構造体が開示されている。バック
ミンスタ・フラーのマスト状テンセグリテイ構造体は、
外見的に、４本の互いに平行に直線的に延びるワイヤ
（以下、４本の背骨という）で挟まれた断面矩形のまっ
すぐに延びる細長い空間内に、この空間の中心線から放
射状に延び且つ背骨に連結された４本の柱状部材を有し
ている。そして、これら柱状部材と背骨の連結点と、他
の背骨との間を連結する６本ワイヤとからなる単位構造
を連続的に配した構成となっている。換言すれば、フラ
ーのマスト状テンセグリテイ構造体は、直線的に連続し
た線材からなる４本の背骨内に、４本の柱状部材の組か
らなる圧縮部材が非連続的に個々独立して配置された構
成を有している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述した米国特許第
4,655,022号に開示のテトラヘドロンを基本単位とする
横断面三角形のトラス状構造体にあっては、構成要素と
して、伸縮可能な柱状部材が必要であり、この伸縮可能
な柱状部材を仮に内外二重構造のパイプで作ったときに
は、これを構成する２本のパイプの合計長さとして、柱
状部材が最大に伸長した長さ寸法が必要であり、その分
重量増の原因になる。また、伸縮可能な柱状部材は、ト
ラス状構造体を構築するのに、その長さ寸法を固定する
ためのロック手段が必要であり、このロック手段も重量
増の要因になると共に、コスト増大要因になるという問
題を有する。

【０００７】また、バックミンスター・フラーが米国特
許第 3,063,521号で提唱したマスト状テンセグリテイ構
造体にあっては、４本の背骨で形成される細長い空間内
に、その中心線から放射状に延びる柱状部材を配置する
構成としてあるため、この細長い空間を開放空間として
利用することができない。また、単位構造を構成する４
本の柱状部材の組が、隣接する他の組と非連続であるた
め、換言すれば、４本の柱状部材の組及びこれに隣接す
る他の組とが直接的に連結したものではないため、これ
らを連結する線材が破断すると直ちに構造体がその形を
保つことができないという問題を有すると共にこの構造
体を構築するのに熟練が必要であるという問題を有す
る。

【０００８】そこで、本発明の目的は、テンセグリテイ
構造体と同様に軽量なトラス状構造体を提供することに
ある。また、本発明の更なる目的は、内部空間を開放空
間として利用可能なトラス状構造体を提供することにあ
る。また、本発明の更なる目的は、折り畳み可能なトラ
ス状構造体を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる技術的課題を達成
すべく、本発明にあっては、基本的には、テトラヘドロ
ンが直線状に連鎖した全体形状を有するトラス状構造体
であって、２つのオクタヘドロンと、これに挟まれたテ
トラヘドロンとを単位構造とし、前記オクタヘドロン
は、その北極および南極から各々延びる４本辺を構成す
る合計８本の柱状部材の端同士が連結されると共に赤道
を構成する第１の線材で連結され、また、前記各オクタ
ヘドロンは、その北極と南極とが第２の線材で連結さ
れ、更に、隣接する２つのオクタヘドロンの一方のオク
タヘドロンの北極と他方のオクタヘドロンの南極とが第
３の線材で連結されて隣接するオクタヘドロンに挟まれ
た前記テトラヘドロンが形成され、また、前記一方のオ
クタヘドロンの南極と前記他方のオクタヘドロンの北極
とが第４の線材で連結されている構成を採用してある。

【００１０】

【作用】上記の構成によれば、オクタヘドロンは、各極
から延びる４本の辺を構成する柱状部材と、赤道を構成
する第１の線材と、北極と南極と連結する第２の線材と
で構成されているため、北極と南極とを接近させようと
する力に対して、赤道の第１の線材が張力部材として働
き、他方、北極と南極とを離れさせようとする力に対し
て極同士を連結する第２の線材が張力部材として働くこ
とになり、各オクタヘドロンは、それ自体が自立した存
在となる。そして、隣接するオクタヘドロンは、一方の
北極と他方の南極同士が第３の線材で連結されて、これ
らオクタヘドロンの間にテトラヘドロンが形成され、こ
の第３の線材は、一方の南極と他方の北極とを連結する
第４の線材によって張力が付与されることから、隣接す
るオクタヘドロンと、これらの間に挟まれたテトラヘド
ロンとで単位が構成されるトラス状構造体は、自立した
構造物としての存在となる。

【００１１】このトラス状構造体は、オクタヘドロンを
構成する柱状部材の長さ寸法を調整することにより、全
体としてまっすぐに延びる形状を付与することもでき、
また、例えば、柱状部材を全て同じ長さ寸法にしたとき
には、捻れながら延びる全体形状を有することになる。

【００１２】上述したトラス状構造体に対して、柱状部
材間の連結を自在継手を介して行ったときには、各オク
タヘドロンの極同士を連結する第２の線材を取り外すこ
とにより、オクタヘドロンは、基本的に、極同士が互い
に離れる方向に折り畳むことが可能になる。したがっ
て、隣接するオクタヘドロンの異なる極同士を連結する
線材（例えば、第４の線材）を取り外すことにより、隣
接するオクタヘドロン同士が互いに接近しながら折重ね
ることが可能になる。勿論、第４の線材と共に第３の線
材を取り外すようにしてもよい。なお、第３、第４の線
材および北極、南極は、本発明を概念的に説明するため
に便宜上使用したものにすぎないものであり、特に、第
３の線材と第４の線材とは、これを逆転したものであっ
てもよいことは勿論である。

【００１３】

【実施例】以下に、添付した図面を参照して本発明の実
施例を説明する。図１は、第１実施例のトラス状構造体
１０を示す。この第１実施例のトラス状構造体１０は、
全体として、まっすぐに延びる形状を有し且つ横断面三
角形の開放した内部空間を有している。トラス状構造体
１０は、所定長さの柱状部材２と、所定長さの線材３
と、自在継手４とからなる。

【００１４】柱状部材２は、圧縮部材を構成するもので
あり、この圧縮部材として必要な剛性を有するのであれ
ば特に限定されるものではないが、例えば鉄、ステンレ
ス合金、チタン合金、アルミニウム合金、強化プラスチ
ック等の適宜の材料からなる中実あるいは中空パイプあ
るいは板材等で構成することができる。柱状部材２を中
空あるいは中実パイプで構成するのであれば、その断面
形状は、矩形、円形等であってもよく、特に制限される
ものではない。また柱状部材２を板材で構成するのであ
れば、断面Ｕ字状のチャンネル部材あるいは断面Ｌ字状
部材であってもよい。

【００１５】線材３は、緊張部材を構成するものであ
り、この線材３に加わる張力によって容易に破断しない
強さを有するのであれば特に限定されるものではなく、
例えば、合金を含む金属、強化プラスチック、合成繊維
等の適宜の材料からなるワイヤ、ストランド、針金等で
構成することができる。

【００１６】トラス状構造体１０は、前述した米国特許
第 4,655,022号に開示のものと同様に、テトラヘドロン
(Tetrahedron) を直線的に連鎖したマスト状の全体形状
を有する。トラス状構造体１０を構成する各テトラヘド
ロン５は、これに含まれる６つの辺のうち、間隔を隔て
て交差する２つの辺が、夫々、線材３で構成され、他の
残る４つの辺が、夫々、柱状部材２で構成され、隣接す
る柱状部材２は自在継手４で連結されている。自在継手
４は、図中、○印で示してある。

【００１７】これにより、トラス状構造体１０は、外見
的には、互いに平行に直線的に延びる３本の背骨Ｌ１、
Ｌ２、Ｌ３のうち、背骨Ｌ１は、図１に向かって、下端
から上端に向けて、順に、線材３、柱状部材２、線材
３、柱状部材２、・・・というように、線材３と柱状部
材２とが交互に連結されている。同様に、背骨Ｌ２およ
びＬ３は、図１に向かって、下端から上端に向けて、柱
状部材２、線材３の順に、柱状部材２と線材２とが交互
に連結されている。また、背骨Ｌ１とＬ２との間、背骨
Ｌ２とＬ３との間、背骨Ｌ３とＬ１との間は、順に、自
在継手４を介して連結された３本の柱状部材２、線材３
で連結されている。また、各背骨Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の柱
状部材２と、隣接する背骨間を連結する柱状部材２とで
形成される平行四辺形の対角線に、線材３が張設されて
いる。

【００１８】図２は、図１のII部分を抽出して示すもの
である。上記トラス状構造体１０を別の見方をすれば、
図２に示すように、一つのテトラヘドロン５と、これを
挟んで位置する２つのオクタヘドロン(Octahedron)６と
を単位として構成されている。そして、このオクタヘド
ロン６は、その北極を符号Ｎで示し、南極を符号Ｓで示
すと、北極Ｎを構成する自在継手４に４本の柱状部材２
が連結され、同様に南極Ｓを構成する自在継手４に４本
の柱状部材２が連結され、各極Ｎ、Ｓから延びる柱状部
材２の自由端同士が自在継手４で連結されている。ま
た、この柱状部材２の自由端同士を連結する自在継手４
は、隣接する自在継手４同士が第１の線材３で連結され
て、オクタヘドロン６の赤道７を構成している。この赤
道７を構成する４本の線材３は、物理的に分離したもの
であってもよいが、仮に１本の線材で構成するのであれ
ば、各柱状部材２の端にしっかりと固定するようにすれ
ばよい。この赤道７を構成する第１の線材３の理解を助
けるために、図２において、符号「ａ」を附記すると共
に破線で図示してある。そして、北極Ｎと南極Ｓとは、
第２の線材３で連結されている。この極ＮとＳとの連結
部材である第２の線材３には、図２において、符号
「ｂ］を附記してある。

【００１９】各オクタヘドロン６は、各極Ｎ、Ｓにおい
て、自在継手４を介して連結された４本の柱状部材２の
他端が赤道７を構成する第１の線材３ａで連結され、且
つ、両極ＮとＳとが第２の線材３ｂで連結されているた
め、オクタヘドロン６はそれ自体で自立した構造を有す
ることになる。また、両極ＮとＳとを連結する第２の線
材３ｂを取り外すことにより、北極Ｎと南極Ｓとが離れ
る方向に移動して、換言すれば、各極Ｎ、Ｓから延びる
４本の柱状部材２が一本にまとまるようにして折り畳ま
れることになる。

【００２０】勿論、トラス状構造体１０の単位をなす隣
接する２つのオクタヘドロン６に挟まれたテトラヘドロ
ン５の構成要素の一部は、隣接するオクタヘドロン６の
構成要素を共用するものであり、このオクタヘドロン５
は、一方のオクタヘドロン６の南極Ｓあるいは北極Ｎと
他方のオクタヘドロン６の他の極とを第３の線材３（図
２において、この第３の線材の存在を図面上明確にする
ために、符号「ｃ」を附記して示してある）で連結する
ことにより構成されている。そして、この第３の線材３
ｃに張力を与えるために、隣接するオクタヘドロン６の
他方の極同士が第４の線材３（図２において、この第４
の線材の存在を図面上明確にするために、符号「ｄ］を
附記して示してある）で連結されている。これにより、
トラス状構造体１０の単位をなす２つのオクタヘドロン
６とこれに挟まれたテトラヘドロン５とは、それ自体自
立する構造を有することになる。

【００２１】したがって、トラス状構造体１０は、２つ
隣接するオクタヘドロン６と、これに挟まれたテトラヘ
ドロン５とからなる単位モジュールを直線状に連結する
ことにより、無限に延長することが可能である。また、
トラス状構造体１０を構築するには、先ず、第２の線材
３ｂを取り除いた形のオクタヘドロン６を作って、折り
畳み状態のオクタヘドロン６を現場に運んで、現場でオ
クタヘドロン６の両極Ｎ、Ｓを線材３ｂで連結してオク
タヘドロン６を自立状態にしながら、隣接するオクタヘ
ドロン６を線材３ｃで連結してこれらの間にテトラヘド
ロン５を作ると共に線材３ｄで単位モジュールを自立さ
せることで簡単にトラス状構造体１０を構築することが
できる。したがって、トラス状構造体１０を構築するの
に特別の技術を必要としない。

【００２２】また、このトラス状構造体１０は、オクタ
ヘドロン６の極Ｎ、Ｓを連結する線材３ｃ、３ｄの一方
あるいは両方を取り外すことにより、簡単にトラス状構
造体１０を折り畳むことができる。勿論、トラス状構造
体１０は、その内部空間が開放されているため、例えば
トンネルの構造物として用いることができる。

【００２３】また、このトラス状構造体１０は、必要に
応じて補助線材３ｅ（この補助線材の存在を明確にする
ために図１に長短の破線で示してある）を継手４間に付
加してもよい。これにより、構造体１０の線材３が何ら
かの原因で破断したとしても、それが原因で直ちに構造
体１０の全体が壊れてしまうことを防止することができ
る。

【００２４】図３および図４は、上述したまっすぐに延
びるトラス状構造体１０をトポロジー的に変換した変形
例を示すものであり、図３は図１に対応し、図４は、図
３のIV部分を抽出して示す図である。この変形例は、基
本的には、図１に示すトラス構造体１０と同様であるの
で、同一の要素には同一の参照符号を付すことによりそ
の説明を省略する。

【００２５】図５、図６は、第２実施例のトラス状構造
体２０を示す。このトラス状構造体２０は、基本的な構
造は第１実施例のトラス構造体１０と同様であることか
ら、上述した構成要素と同一の要素には同一の参照符号
を付して図示してその説明を省略する。なお、図５は、
図１に対応する図であり、図６は、図５の符号VIで示す
部分を抽出した図である。

【００２６】トラス状構造体２０は、また、前述した米
国特許第 4,655,022号に開示のものと同様に、捻れなが
ら伸びる全体形状を有し、全てのオクタヘドロン６の８
つの辺つまり柱状部材２は全て等しい長さ寸法を有して
いる。この捻れトラス状構造体２０においても、必要な
らば図５に示すように補助的な線材３ｅを追加してもよ
い。

【００２７】本発明の捻れトラス状構造体の他の例を図
７に示す。図７に示すトラス状構造体３０は、柱状部材
２の長さ寸法を適宜変化させることにより、多種多様な
捻れが形成されている。この捻れトラス状構造体３０に
おいても、第１実施例のトラス構造体１０と同一の要素
には同一の参照符号を付してその説明を省略する。な
お、図７では、柱状部材２を実線で示し、必須の線材３
を破線で示し、補助線材３ｅを長短の破線で示してあ
る。このように柱状部材２の長さを変化させることによ
り、多種多様な全体形状を形成することができるため、
例えばオブジェとして用いることも可能である。

【００２８】以上、実施例として折り畳み可能なトラス
状構造体を説明したが、自在継手４を用いることなく、
柱状部材２同士を例えば溶接等により直接的に連結する
ものであってもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、従来の柱状部材だけで構成された内部空間が
開放したトラス状構造体に比べて、部分的に線材を用
い、その分、柱状部材の絶対的な数を減らすことができ
るため、軽量化を図ることができる。また、柱状部材同
士を自在継手を介して連結すると共に、部分的な線材を
取り外すことにより、トラス状構造体を折り畳むことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のまっすぐに延びる全体形状を有す
るトラス状構造体の斜視図。

【図２】構造単位を説明するために、図１のII部分を抽
出して示す図。

【図３】図１に示すトラス状構造体をトポロジー的に変
換した変形例の図１と同様の図。

【図４】構造単位を説明するために、図３のIV部分を抽
出して示す図。

【図５】第２実施例のトラス状構造体を示すものであ
り、柱状部材を全て同じ長さ寸法とすることで全体とし
て捻れ形状にした例の斜視図。

【図６】構造単位を説明するために、図５のVI部分を抽
出して示す図。

【図７】種々の長さ寸法を有する柱状部材で構成したト
ラス状構造体の例を示す図。

【符号の説明】

２柱状部材３線材３ａ赤道を構成する第１の線材３ｂ各オクタヘドロンの北極と南極とを連結する第
２の線材３ｃ、３ｄ隣接するオクタヘドロンの異なる極同士を
連結する線材３ｅ補助線材４自在継手

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】テトラヘドロンが直線状に連鎖した全体
形状を有するトラス状構造体であって、２つのオクタヘドロンと、これに挟まれたテトラヘドロ
ンとを単位構造とし、前記オクタヘドロンは、その北極および南極から各々延
びる４本辺を構成する合計８本の柱状部材の端同士が連
結されると共に赤道を構成する第１の線材で連結され、また、前記各オクタヘドロンは、その北極と南極とが第
２の線材で連結され、更に、隣接する２つのオクタヘドロンの一方のオクタヘ
ドロンの北極と他方のオクタヘドロンの南極とが第３の
線材で連結されて隣接するオクタヘドロンに挟まれた前
記テトラヘドロンが形成され、また、前記一方のオクタ
ヘドロンの南極と前記他方のオクタヘドロンの北極とが
第４の線材で連結されている、ことを特徴とするトラス
状構造体。
【請求項２】まっすぐに延びる全体形状を有する、請
求項１に記載のトラス状構造体。
【請求項３】捻れながら延びる全体形状を有する、請
求項１に記載のトラス状構造体。
【請求項４】直線状に連鎖する前記オクタヘドロンに
含まれる８つの辺を構成する前記柱状部材が全て同じ長
さ寸法を有する、請求項３に記載のトラス状構造体。
【請求項５】前記柱状部材の各端とこれに連結される
他の柱状部材とが自在継手を介して連結されている、請
求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のトラス状
構造体。
【請求項６】前記第２の線材および前記第４の線材が
取り外し可能である、請求項５に記載のトラス状構造
体。
【請求項７】前記第３の線材が取り外し可能である、
請求項６に記載のトラス状構造体。