(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つのトラス部材を連結してなる三角形状の基本トラスを、隣り合う基本トラスが１つのトラス部材を共有するように複数連設してなるトラス架構であって、
少なくとも１つの伸縮可能なトラス部材を含む３つのトラス部材をヒンジを介して連結してなる可変形状の前記基本トラスと、固定長のトラス部材のみを含む固定形状の前記基本トラスとを有する可変形状トラス架構と、
前記可変形状トラス架構を複数離間させて並設し、隣り合う可変形状トラス架構間において互いに対応する位置の前記固定形状の基本トラス要素同士を連結する立体トラスと、を備えることを特徴とする可変形状立体構造物。
【請求項２】
請求項１に記載の可変形状立体構造物において、
前記可変形状トラス架構は、前記ヒンジの夫々において結合される互いに独立に回動可能な部材の個数を３以下としたことを特徴とする可変形状立体構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変形状トラス架構およびこの可変形状トラス架構により構成された可変形状立体構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、伸縮可能な可変長のトラス部材を有する可変形状トラス架構が知られている。本出願人は、出願済みの特願平１０−１７１２４８号において、このような可変形状トラス架構の改良された構成として図１５に示す可変形状トラス架構１００を提案している。図１５に示すように、可変形状トラス架構１００は、四辺形の基本トラス要素１００ａを梯子状に連設して構成されている。各基本トラス要素１００ａは、固定長を有する一対の弦材１０２と、可変長を有する一対の束材１０４とをヒンジピン１０６により連結して格子状要素を構成し、更にこの格子状要素の一方の対角線に沿ってヒンジピン１０６の間に斜材１０８を結合した構成となっている。かかる構成によれば、可変長トラス部材である束材１０４を伸縮させることにより、例えば図１６に示すように、トラス架構を大きな自由度で変形させることができる。また、図１７に示すように、複数の可変形状トラス架構１００を並設し、固定長のトラス部材である弦材１０２同士を連結用トラス１１０で連結することにより、可変形状の屋根架構１１２を実現できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、トラス架構においては、１本の束材と１本の弦材と１本の斜材とにより構成される三角形トラス要素が最小の構成単位要素となる。図１５に示すトラス架構では、全ての束材１０４が可変長トラス部材により構成されているので、全ての三角形トラス要素が可変形状を有することになる。このため、図１７に示す如く、並設した複数の可変形状トラス架構１００を連結して屋根架構１１２を構成する場合、三角形トラス要素同士を立体トラスで連結することはできない。したがって、固定長部材である弦材１０２又は斜材１０６同士を平面トラスで連結せざるを得ないが、平面トラスでは可変形状トラス架構１００の面外剛性を十分に補強することができない。この点で、上記した可変形状トラス架構１００は、屋根架構を構成する場合に、その強度を確保するうえで必ずしも最適な構成ではなかったことになる。
【０００４】
また、例えば、図１５に示すヒンジ１０６−１においては５本の部材が連結されているが、全ての三角形トラス要素が可変形状を有することから、これら５本の部材は互いに独立に回動することができる。すなわち、互いに独立に回動可能な５本の部材が１つのヒンジで連結されることになる。このため、ヒンジ部分の構成が複雑になり、また、各部材の可動範囲が小さくなる等の不都合がある。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、立体的な構造物を結合することが可能な可変形状トラス架構を用いて構成された可変形状立体構造物を提供することを第１の目的とする。また、各連結部材を結合するヒンジの構成を簡素化することが可能な可変形状立体構造物を提供することを第２の目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的は、請求項１に記載する如く、３つのトラス部材を連結してなる三角形状の基本トラスを、隣り合う基本トラスが１つのトラス部材を共有するように複数連設してなるトラス架構であって、少なくとも１つの伸縮可能なトラス部材を含む３つのトラス部材をヒンジを介して連結してなる可変形状の前記基本トラスと、固定長のトラス部材のみを含む固定形状の前記基本トラスとを有する可変形状トラス架構と、前記可変形状トラス架構を複数離間させて並設し、隣り合う可変形状トラス架構間において互いに対応する位置の前記固定形状の基本トラス要素同士を連結する立体トラスと、を備える可変形状立体構造物により達成される。
【０００７】
請求項１記載の発明において、トラス架構は、可変形状の基本トラス要素と、固定形状の基本トラス要素とを含む。このため、可変形状の基本トラス要素が変形することによりトラス架構全体の形状が変化すると共に、固定形状の基本トラス要素に立体的な構造物である立体トラスを連結することが可能となる。このため、可変形状トラス架構間が立体トラスで連結されることで、各トラス架構の面外剛性が補強され、これにより、強固な可変形状立体構造物が実現される。
【０００８】
また、上記第２の目的は、請求項２に記載する如く、請求項１記載の可変形状立体構造物において、前記可変形状トラス架構は、前記ヒンジの夫々において結合される互いに独立に回動可能な部材の個数を３以下とした可変形状立体構造物により達成される。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、各ヒンジにおいて連結される互いに独立に回動可能な部材の個数が３以下となることで、ヒンジの構成が簡素化されると共に、各部材の可動範囲が広くなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態である可変形状トラス架構１０の概略構成図を示す。この可変形状トラス架構１０は、２本の弦材１２と２本の束材１４と１本の斜材１６とからなる四辺形トラス要素１０ａを、隣接する四辺形トラス要素１０ａが１本の束材１４を共有するように梯子状に連設することにより構成されている。各トラス部材は、ヒンジ１７により回転可能に連結されている。なお、各四辺形トラス１０ａは、１本の弦材１２と一本の束材１４と１本の斜材１６とからなる三角形トラス要素を２個、斜材１６が共有されるように設けた構成となっており、この三角形トラス要素を基本トラス要素１８と称す。また、図１において、複数設けられた弦材１２、束材１４、斜材１６、ヒンジ１７、基本トラス要素１８をそれぞれ区別するため、符号「１２」、「１４」、「１６」、「１７」、および「１８」の後にサフィックス番号（「−１」，「−２」等）を付している。
【００１４】
可変形状トラス架構１０において、６本の弦材１２−２，１２−３，１２−６，１２−７，１２−１０，１２−１１は、伸縮アクチュエータにより構成されることで可変長トラス部材とされ、その他の部材は固定長トラス部材とされている。
【００１５】
建築構造物において可変形状トラスを用いるためには、架構形状を一定のまま保持し続ける必要があるため、現位置を長時間保持し続けることが可能なアクチュエータを用いることが望ましい。かかる意味から、伸縮アクチュエータとして、ベアロック式の油圧アクチュエータや電動式の伸縮アクチュエータを採用することが望ましい。
【００１６】
以下、ベアロック式の伸縮アクチュエータの構成について簡単に説明する。図２は、公知のベアロック式の伸縮アクチュエータ２０の構成を示す断面図である。図２に示す如く、伸縮アクチュエータ２０は、シリンダ部材２１と、このシリンダ部材２１に進退可能に挿入されたピストン部材２２とを備えている。ピストン部材２２のシリンダ部材２１の内部に位置する部位の外周面には、凹凸面２４が設けられている。また、ピストン部材２２の内部には、凹凸面２４上に開口する油圧通路２６が設けられている。油圧通路２６には、アンロック用油圧供給ポート２８が連通している。アンロック用油圧供給ポート２８は、ピストン部材２２の外周面の、シリンダ部材２１の外部に位置する部位において外部に取り出されている。したがって、アンロック用油圧供給ポート２８を介して油圧通路２６に油圧を供給することができる。一方、シリンダ部材２１には、シリンダ部材２１の底面とピストン部材２２の底面との間の空間に連通する駆動用油圧供給ポート３０が設けられている。
【００１７】
上記の構成を有する伸縮アクチュエータ２０において、アンロック用油圧供給ポート２８に油圧が供給されない通常状態では、凹凸面２４の凸部先端がシリンダ部材２１の内周面に食い込むことにより、ピストン部材２２はシリンダ部材２１に対してロックされる。一方、アンロック用油圧供給ポート２８に油圧が供給されると、この供給油圧が凹凸面２４とシリンダ部材２１の内周面との間に作用することにより、図３に示す如く、シリンダ部材２１は凹凸面２４の外周に位置する部位において径方向に膨張する。その結果、凹凸面２４とシリンダ部材２１の内周面との係合状態が解消され、ピストン部材２２はアンロックされる。この状態で、駆動用油圧供給ポート２８に油圧が供給されると、この供給油圧がピストン部材２２の底面に作用する。その結果、ピストン部材２２はシリンダ部材２１から退出するように駆動され、伸縮アクチュエータ２０は伸長する。そして、ピストン部材２２が所望の位置まで変位した時点でアンロック用油圧供給ポート２８および駆動用油圧供給ポート３０への油圧の供給を共に停止することで、ピストン部材２２をその位置にロックできる。また、アンロック用油圧供給ポート２８へ油圧を供給した状態で駆動用油圧供給ポート３０への油圧の供給を停止すると、ピストン部材３２はシリンダ部材３０へ進入するように駆動され、伸縮アクチュエータ２０は収縮する。このように、各油圧供給ポート２８，３０への油圧の供給状態を制御することにより、伸縮アクチュエータ２０を伸縮させることができる。
【００１８】
図４は、電動式伸縮アクチュエータの一例として、伸縮アクチュエータ４０の構成を示す。図４に示す電動式の伸縮アクチュエータ４０では、電動モータ４２の回転がギア４４，４６を介して、シリンダ４８に保持されたナット５０に伝達される。その結果、電動モータ４２の回転に応じて、ナット５０に噛合するボールネジ５２が軸方向に変位することで、ボールネジ５２に連結されたピストンがシリンダ４８に対して進退動し、伸縮アクチュエータ４０が伸縮する。伸縮アクチュエータ４０においては、電動モータ４２の静止トルクがギア比に応じて増倍されることで、伸縮アクチュエータ４０のロックが実現される。
【００１９】
上述の如く、可変形状トラス架構１０は、弦材１２−２，１２−３，１２−６，１２−７，１２−１０，１２−１１を可変長部材とした構成である。かかる構成によれば、図１に示す如く、可変形状トラス架構１０において、▲１▼弦材１２−１、束材１４−１、および斜材１６−１よりなる固定形状の基本トラス要素１８−１、▲２▼弦材１２−２，束材１４−２、および斜材１６−１よりなる可変形状の基本トラス要素１８−２、▲３▼弦材１２−４、束材１４−２、および斜材１６−２よりなる固定形状の基本トラス要素１８−３、▲４▼弦材１２−３、束材１４−３、および斜材１６−２よりなる可変形状の基本トラス要素１８−４、▲５▼弦材１２−５，束材１４−３、および斜材１６−３よりなる固定形状の基本トラス要素１８−５、▲６▼弦材１２−６、束材１４−４、および斜材１６−３よりなる可変形状の三角トラス１８−６、等のように、固定形状の基本トラス要素１８−１，１８−３，１８−５，１８−７，１８−９，１８−１１と可変形状の基本トラス要素１８−２，１８−４，１８−６，１８−８，１８−１０，１８−１２とが交互に連設されることになる。このように、可変形状トラス架構１０が固定形状の基本トラス要素１８を含むことで、例えば、並設した複数の可変形状トラス架構１０を連結して可動式の屋根架構を構成する場合に、固定形状の基本トラス要素１８同士を立体トラスによって連結することができる。なお、可変形状トラス架構により可動式の屋根架構を構成する実施形態については後述する。
【００２０】
また、上記の構成では、４つの基本トラス要素１８が結合される（すなわち５本のトラス部材が結合される）ヒンジ１７−３，１７−７，１７−１１において、固定形状の基本トラス要素１８と可変形状の基本トラス要素１８とが交互に結合されることとなる。このため、ヒンジ１７に結合される５本の部材のうち、２つの固定形状の基本トラス要素をそれぞれ構成する一対の部材が一体に運動することになるため、互いに独立に回動可能な部材の個数は３となる。また、２つの基本単位トラスが結合される（すなわち３本のトラス部材が結合される）ヒンジ１７−４，１７−５，１７−８，１７−９，１７−１２では、２つの基本単位トラスのうち１方は固定形状、他方は可変形状となり、これらのヒンジ１７に結合される互いに独立に回動可能な部材の個数は２となる。このように、本実施形態の可変形状トラス架構１０では、各ヒンジ１７で結合される互いに独立に回動可能な部材の個数は３以下となっている。
【００２１】
図５および図６は、互いに独立に回動可能な３個の部材を結合するヒンジ１７（例えばヒンジ１７−３）を、それぞれ、ヒンジ１７の軸方向及び側面方向から見た図である。なお、図５および図６では、互いに独立に回動可能な部材５０（例えば、一体となって運動する弦材１２−１および斜材１６−１に対応）、部材５２（例えば、弦材１２−３に対応）、及び部材５４（例えば、一体となって運動する束材１４−２および斜材１６−２に対応）がヒンジ１７によって結合されるものとしている。図６に示す如く、部材５２および５４にはそれぞれフランジ部５２ａ，５２ｂおよびフランジ部５４ａ，５４ｂが設けられており、部材５２のフランジ部５２ａ、部材５４のフランジ部５４ａ、部材５０、部材５２のフランジ部５２ｂ、および部材５４のフランジ部５４ｂがこの順でヒンジ１７に結合されている。
【００２２】
一般に、トラス架構のヒンジ部では各トラス部材に軸方向の荷重が作用する。本実施形態では、図６に示す如く各ヒンジ部を構成することにより、ヒンジ１７から各部材５０〜５４に作用する軸方向荷重を、部材の断面中心にほぼ一致させることができる。すなわち、図６に示すようにヒンジ１７から部材５２に作用する荷重Ｆ１，Ｆ２の合力は、ほぼ部材５２の断面中心を通り、また、部材５４に作用する荷重Ｆ３，Ｆ４の合力は、ほぼ部材５４の断面中心を通る。このため、ヒンジ１７において各トラス部材へ作用する面外方向の曲げモーメントを最小限に抑制することができ、これにより、各トラス部材への要求強度を緩和することができる。
【００２３】
また、従前の如く、１つのヒンジに最大５個の互いに独立に回動可能な部材が接続される場合に比べると、その部材数が減少した分だけ、ヒンジ部分の厚さを小さくすることができる。すなわち、ヒンジ１７の軸方向に重ねて結合すべき部材数が小さくなるため、ヒンジ１７の軸方向の長さを短くできるのである。なお、ヒンジ１７の軸方向の長さが短くなることで、上記したヒンジ１７から各部材へ作用する力の作用点と、各部材の断面中心又は軸心とのずれを極力小さくすることが可能となり、これにより、各部材に作用する曲げモーメントをより効果的に低減できるようになっている。
【００２４】
更に、各ヒンジ１７において、各部材の可動範囲は、同じヒンジ１７に隣り合って結合される部材により規制される。したがって、１つのヒンジにおいて結合される互いに独立に回動可能な部材の最大個数が、従前の５個から３個に減少したことで、各部材の可動範囲を大きく確保することが可能となっている。例えば、図５及び図６に例示する構成では、部材５２および５４は部材５０に対して、それぞれ、図５に符号ＡおよびＢで示すように大きな角度範囲で回動することができる。
【００２５】
なお、図１に示す可変形状トラス架構１０は、３本のトラス部材からなる三角形トラス要素を基本トラス要素１８として、固定形状の基本トラス要素１８と可変形状の基本トラス要素１８とを交互に連設することにより、各ヒンジ１７において結合される互いに独立に回動可能な部材の個数を３以下に抑えることとした。しかしながら、例えば、図７に示す如く、２本の弦材１２と２本の斜材１６と１本の束材１４からなるトラス要素を基本トラス要素５０とみなし、固定形状の基本トラス要素５０−１，５０−３，５０−５と可変形状の基本トラス要素５０−２，５０−４とを交互に連設することとしてもよい。その他、例えば図８乃至図１０に示すように、各ヒンジにおいて結合される互いに独立に回動可能な部材の個数を３以下に抑える構成として種々のものが考えられる。要するに、可変形状のトラス要素の間に固定形状のトラス要素が介在する構成となっていれば、各ヒンジにおいて結合される互いに独立に回動可能な部材の個数を３以下にすることができる。ただし、可変形状の各トラス要素は、互いに独立に回動可能な４個以上の部材が接続されるヒンジを含まないものとする。
【００２６】
図１０に示す可変形状トラス架構６０は、図１１および図１２にそれぞれ示す２種類の可変形状ユニット６２および６４より構成されている。なお、図１１および図１２において、（ａ）は、可変長の束材１４が最も収縮して弦材が直線状に揃った状態を、また、（ｂ）は可変長の束材１４が伸長して可変形状ユニット６２，６４の形態が変化した状態をそれぞれ示している。
【００２７】
図１１および図１２に示す如く、可変形状ユニット６２，６４は、２つの四辺形基本トラス要素が可変長の束材１４を共有し、かつ、その他のトラス部材が全て固定長となるように構成されている。したがって、３本のトラス部材からなる基本トラス要素１８を基本要素と考えた場合、基本可変形状ユニット６２，６４は、固定形状基本トラス要素１８−１、可変形状基本トラス要素１８−２、可変形状基本トラス要素１８−３、及び固定形状基本トラス要素１８−４をこの順で連設した構成となる。
【００２８】
また、図１１に示す基本可変形状ユニット６２では、２つの四辺形基本トラスの斜材１６が同じ対角方向に沿って設けられているのに対して、図１２に示す可変形状ユニット６４では、２つの四辺形基本トラスの斜材１６が互いに異なる対角方向に沿って設けられている。このため、可変長の束材１４が伸長した場合、基本可変形状ユニット６２は、図１１（ｂ）に示すように、２つの固定形状基本トラス１８−１，１８−４が相対的に回転するように変形するのに対して、基本可変形状ユニット６４は、図１２（ｂ）に示すように、２つの固定形状基本トラス１８−１，１８−４が相対的に並進移動するように変形する。したがって、基本可変形状ユニット６２，６４により構成される可変形状トラス架構６０の形状を、これら２種類の形態変化の組合わせによって変化させることができる。
【００２９】
このように、可変形状トラス架構６０を構成する可変形状ユニット６２，６４の形態が、それぞれ、図１１（ｂ）および図１２（ｂ）に示すように変化するため、各可変長部材の長さ変化に対する可変形状トラス架構６０の挙動を比較的簡単に予測できる。このため、可変形状トラス架構６０によれば、その動作制御を容易に行うことが可能である。
【００３０】
なお、上記の説明では、トラス部材の全ての連結部分にヒンジ１７を設けるものとしたが、これに限らず、可変形状のトラス要素が連結される連結部分にのみヒンジ１７を設け、固定形状のトラス要素のみが連結される連結部分（例えば図７に示すヒンジ１７−５，１７−９に対応する部分）では各トラス部材を直接結合することとしもよい。
【００３１】
次に、可変形状トラス架構により、可動式の屋根架構を構成する実施形態について説明する。図１３および図１４は、本発明に係る可変形状トラス架構７０により構成された可動式の屋根架構７２の立面図および平面図をそれぞれ示す。図１３および図１４に示す如く、屋根架構７２は、所定間隔を隔てて互いに平行に配設された一対の可変形状トラス架構７０と、これらの可変形状トラス架構７０間を連結する立体トラス７４〜８４により構成されている。なお、可変形状トラス架構７０は、図１３における左下端部に位置するヒンジ８６、８８において構造物の基礎部分に結合されている。
【００３２】
図１３に示す如く、可変形状トラス架構７０において、６本の束材９０−１，９０−２，９０−３，９０−４、９０−５，９０−６が伸縮アクチュエータにより構成され、他の部材は固定長とされている。これにより、上記した各実施形態の可変形状トラス架構と同様に、固定長トラス部材のみからなる固定形状のトラス要素９２−１，９２−２，９２−３，９２−４，９２−５，９２−６が存在し、かつ、各ヒンジに結合される互いに独立に回動可能な部材の個数が３以下となっている。
【００３３】
そして、２つの可変形状トラス架構７０が、互いに対応する位置の固定形状のトラス要素間で立体トラスにより相互に連結されている。すなわち、トラス要素９２−１同士が立体トラス７４により連結され、トラス要素９２−２同士が立体トラス７６により連結され、トラス要素９２−３同士が立体トラス７８により連結される、等である。このように、可変形状トラス７０が固定形状のトラス要素を含むことで、２つの可変形状トラス架構７０を立体トラス７４〜８４により連結することが可能となる。このため、立体トラス７４〜８４により可変形状トラス架構７０の面外剛性を補強して、強固な屋根架構７２を実現することができる。
【００３４】
以上の説明では、一対の可変形状トラス架構７０を立体トラスで連結するものとしたが、３以上の可変形状トラス架構７０を所定間隔で並設し、隣り合う可変形状トラス架構７０間を立体トラスで連結することとしてもよい。また、可動式の屋根架構に限らず、可動式天井など種々の可変形状立体構造物を構成することができる。
【００３５】
なお、図１３および図１４に示す屋根架構７２では、可変形状トラス架構７０間を立体トラスで連結するものとしたが、立体トラスに代えてエアチューブで連結する構成も考えられる。この構成では、可変形状トラス架構７０の面外剛性を補強することはできないが、屋根の軽量化を図ることができる。
【００３６】
また、通常の固定式の屋根架構において、温度変化に伴う屋根架構の形状変化が問題となる場合があるが、本発明に係る可変形状トラス架構においては、可変長トラス部材の伸縮により屋根架構の形状変化を吸収することも可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、可変形状の基本トラス要素を変形させることによりトラス架構全体の形状を変化させることができると共に、固定形状の基本トラス要素に立体トラスを結合することができる。このため、可変形状トラス架構間を立体トラスで連結することで、各トラス架構の面外剛性を補強して強固な可変形状立体構造物を実現することができる。
【００３８】
また、請求項２に記載の発明によれば、各ヒンジにおいて結合される互いに独立に回動可能な部材の個数が３以下となることで、ヒンジの構成を簡素化できると共に、各部材の可動範囲を広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である可変形状トラス架構の概略構成図である。
【図２】可変長トラス部材を構成する油圧式の伸縮アクチュエータの構成を示す図である。
【図３】図２に示す伸縮アクチュエータのアンロック状態を示す図である。
【図４】電動式の伸縮アクチュエータの構成を示す図である。
【図５】ヒンジピンの軸方向から見たヒンジの構成図である。
【図６】ヒンジピンの側面方向から見たヒンジの構成図である。
【図７】可変形状トラス架構の別の形態を示す図である。
【図８】可変形状トラス架構の更に別の形態を示す図である。
【図９】可変形状トラス架構の更に別の形態を示す図である。
【図１０】可変形状トラス架構の更に別の形態を示す図である。
【図１１】図１０に示す可変形状トラス架構を構成する第１の可変形状ユニットの構成図である。
【図１２】図１０に示す可変形状トラス架構を構成する第２の可変形状ユニットの構成図である。
【図１３】本発明に係る可変形状トラス架構により構成された屋根架構の立面図である。
【図１４】図１３に示す屋根架構の平面図である。
【図１５】従前の可変形状トラス架構の概略構成図である。
【図１６】図１５に示す可変形状トラス架構が変形した状態を示す図である。
【図１７】図１５に示す可変形状トラス架構により構成された屋根架構を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０，６０，７０  可変長トラス架構
１２  弦材
１４  束材
１６  斜材
１７  ヒンジ
１８  基本トラス要素
２０，４０  伸縮アクチュエータ
７２  屋根架構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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