(57)【要約】テンセグリティ原理に基づく浮体構造物について説明する。平面状閉ループ構造（１７００）は、複数のビーム（３００）と複数のビームアダプタ（７００）とを有する。複数のビーム（３００）の各々は、複数のｎ支柱ねじれ角柱ユニットを結合することにより形成される。複数のｎ支柱ねじれ角柱ユニットの各々は、それぞれのｎ支柱ねじれ角柱ユニットが別のｎ支柱ねじれ角柱ユニットまたはビームアダプタに結合される平面状ｎ角形面を両側に含む。複数のビームアダプタ（７００）の各々は、ビーム（３００）の平面状ｎ角形面に結合するための平面状多角形側面を有するｍ支柱ねじれ角柱ユニットである。【選択図】図１７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉ループテンセグリティ構造（１７００、１８００、１９００、２１００、２２００、２３００）を含む浮体構造物であって、
複数のビーム（２００、３００、４００、５００、６００）であって、前記複数のビーム（２００、３００、４００、５００、６００）の各ビームが、複数のｎ支柱ねじれ角柱ユニット（１００）を結合することにより形成され、ｎが２よりも大きい整数であり、前記複数のｎ支柱ねじれ角柱ユニットの各々は、前記それぞれのｎ支柱ねじれ角柱ユニットが別のｎ支柱ねじれ角柱ユニットまたはビームアダプタに結合される平面状ｎ角形面（１０６、１０８）を両側に含む、複数のビーム（２００、３００、４００、５００、６００）と、
複数のビームアダプタ（７００、９００、１１００、１２００、１５００）であって、前記複数のビームアダプタ（７００、９００、１１００、１２００、１５００）の各ビームアダプタがｍ支柱ねじれ角柱ユニット（７００）であり、ｍが４よりも大きい整数であり、前記ｍ支柱ねじれ角柱ユニットが、
平面状ｍ角形上面（７１０、１１０２）と、
前記平面状ｍ角形上面（７１０、１１０２）とは反対側の、平面状ｍ角形底面（７１２、１１０４）と、
平面状多角形として形成された少なくともｍ個の側面（７１４、１１０６）とを含み、
前記複数のビーム（２００、３００、４００、５００、６００）のうちのビームの平面状ｎ角形面（２０２、３０２、４０２、５０２）は、前記ビームの前記平面状ｎ角形面の頂点および前記ビームアダプタの前記側面の頂点が表面の共通の頂点を形成するような方法で前記複数のビームアダプタ（７００、９００、１１００、１２００、１５００）のうちのビームアダプタの側面に結合される、
複数のビームアダプタ（７００、９００、１１００、１２００、１５００）と
を含む、浮体構造物。
【請求項２】
前記ｎ支柱ねじれ角柱ユニット（１００）の各々の平面状ｎ角形面（１０６）の縁部の長さが、前記それぞれのｎ支柱ねじれ角柱ユニット（１００）の反対側の別の平面状ｎ角形面（１０８）の縁部の長さに等しい、請求項１に記載の浮体構造物。
【請求項３】
前記ｎ支柱ねじれ角柱ユニット（６０２）の各々の平面状ｎ角形面の縁部の長さが、前記それぞれのｎ支柱ねじれ角柱ユニット（６０２）の反対側の別の平面状ｎ角形面の縁部の長さよりも短い、請求項１に記載の浮体構造物。
【請求項４】
前記複数のｎ支柱ねじれ角柱ユニットの２つのｎ支柱ねじれ角柱ユニット（６０２、６０４）が、等しい長さの縁部を有するそれぞれの平面状ｎ角形面により結合される、請求項３に記載の浮体構造物。
【請求項５】
前記平面状ｍ角形上面（７１０）の縁部の長さが、前記ｍ支柱ねじれ角柱ユニット（７００）における前記平面状ｍ角形底面（７１２）の縁部の長さに等しい、請求項１に記載の浮体構造物。
【請求項６】
前記平面状ｍ角形上面（１１０２）の縁部の長さが、前記ｍ支柱ねじれ角柱ユニット（１１００）における前記平面状ｍ角形底面（１１０６）の縁部の長さよりも短く、かつ前記平面状ｍ角形上面（１１０２）が前記平面状ｍ角形底面（１１０４）からずらされ、その結果、前記平面状ｍ角形上面（１１０２）の各頂点により前記平面状ｍ角形上面（１１０２）の前記それぞれの頂点よりも下に前記平面状ｍ角形底面（１１０４）の縁部と共に形成された平面が、前記平面状ｍ角形上面（１１０２）と、前記平面平面状ｍ角形底面（１１０４）とに直交する、請求項１に記載の浮体構造物。
【請求項７】
前記少なくともｍ個の側面（７１４）が、前記ｍ支柱ねじれ角柱ユニット（７００）の前記平面状ｍ角形上面（７１０）および前記平面状ｍ角形底面（７１２）に略直交する、請求項１に記載の浮体構造物。
【請求項８】
前記複数のｎ支柱ねじれ角柱ユニット（１００）の各々が、前記それぞれのｎ支柱ねじれ角柱ユニット（１００）を形成するように配設されたｎ個の支柱（１０２）を有し、それぞれのｎ支柱ねじれ角柱ユニット（１００）の前記支柱（１０２）の端部が前記平面状ｎ角形面（１０６、１０８）の頂点を形成し、かつ隣り合う支柱（１０２）の端部に取り付けられた予め緊張させたロープ（１０４）が前記平面状ｎ角形面（１０６、１０８）の縁部を形成する、請求項１に記載の浮体構造物。
【請求項９】
前記複数のｎ支柱ねじれ角柱ユニット（１００）のうちのｎ支柱ねじれ角柱ユニット（１００）のそれぞれの平面状ｎ角形面（１０６、１０８）の頂点が、前記複数のｎ支柱ねじれ角柱ユニット（１００）の別のｎ支柱ねじれ角柱ユニットのそれぞれの平面状ｎ角形面の頂点に結合される、請求項８に記載の浮体構造物。
【請求項１０】
平面状ｎ角形面（１０６、１０８）の前記頂点が、リング継手（２７００）、ボール継手（２８００）、およびボールソケット継手（２９００）のうちの１つから選択された継手により結合される、請求項９に記載の浮体構造物。
【請求項１１】
前記平面状ｎ角形面（１０６、１０８）のうちの平面状ｎ角形面の前記頂点の各々が、
基板（３００２）であって、
第１の平面状側部（３００４）であって、
前記それぞれのｎ支柱ねじれ角柱ユニットの支柱の一端部を結合するために前記第１の平面状側部（３００４）の中央に設けられた第１のヒンジ（３００８）と、
前記それぞれのｎ支柱ねじれ角柱ユニットの予め緊張させたロープに結合するために前記第１の平面状側部（３００４）に設けられた、孔（３０１６）を備えた第１の対の平行板（３０１０）と、
前記第１の平面状側部（３００４）の縁部に設けられ、かつ前記それぞれのｎ支柱ねじれ角柱ユニットの他の予め緊張させたロープに結合するために前記第１のヒンジ（３００８）の両側に設けられた第１のフック（３０１２）および第２のフック（３０１４）と
を含む、第１の平面状側部（３００４）と
第２の平面状側部（３００６）であって、
別のｎ支柱ねじれ角柱ユニットの支柱の一端部を結合するために前記第２の平面状側部の中央に設けられた第２のヒンジと、
別のｎ支柱ねじれ角柱ユニットの予め緊張させたロープを結合するために前記第２の平面状側部に設けられた、孔を備えた第２の対の平行板（３０１８）と
を含む、第２の平面状側部（３００６）と
を含む、基板（３００２）を含む、請求項８に記載の浮体構造物。
【請求項１２】
前記複数のｎ支柱ねじれ角柱ユニット（１００）のｎ支柱ねじれ角柱ユニット（１００）のそれぞれの平面状ｎ角形面（１０６、１０８）の頂点が、別のｎ支柱ねじれ角柱ユニット（１００）のそれぞれの平面状ｎ角形面（１０６、１０８）の縁部に結合される、請求項８に記載の浮体構造物。
【請求項１３】
ｍ支柱ねじれ角柱ユニット（７００、９００、１１００、１２００、１５００）が、前記ｍ支柱ねじれ角柱ユニット（７００、９００、１１００、１２００、１５００）を形成するように配設されたｍ個の支柱（７０２）を有し、前記支柱（７０２）の端部が、前記ｍ角形上面（７１０、１１０２）の頂点、前記ｍ角形底面（７１２、１１０４）の頂点、および前記少なくともｍ個の側面（７１４、１１０８）の頂点を形成し、かつ隣り合う支柱（７０２）の端部に取り付けられた予め緊張させたロープ（７０４）が、前記ｍ角形上面（７１０、１１０２）および前記ｍ角形底面（７１２、１１０４）の縁部を形成する、請求項８に記載の浮体構造物。
【請求項１４】
前記複数のビームアダプタ（７００、９００、１１００、１２００、１５００）のうちのビームアダプタの側面の頂点が、前記複数のビーム（２００、３００、４００、５００、６００）のうちのビームの平面状ｎ角形面の頂点に結合される、請求項１３に記載の浮体構造物。
【請求項１５】
前記ｍ支柱ねじれ角柱ユニット（７００）の前記頂点の各々が、
第１の端部（３１０４）と第２の端部（３１０６）とを有する第１の板（３１０２）と、
第２の板（３１０８）であって、第１の端部（３１１０）と第２の端部（３１１２）とを有し、前記第２の板（３１０８）の前記第１の端部（３１１０）が前記第１の板（３１０２）の前記第１の端部（３１０４）に当接し、その結果、前記第２の板（３１０８）が前記第１の板（３１０２）に対して鈍角に傾斜し、凸形状の外面と凹形状の内面とを形成する、第２の板（３１０８）と、
前記第１の板（３１０２）に設けられ、かつビームの前記平面状ｎ角形面の頂点を形成する支柱の端部および予め緊張させたロープに結合するために前記外面に設けられた第１の一体型ヒンジフック構成（３１１４）と、
前記第２の板（３１０８）に設けられ、かつ別のビームの平面状ｎ角形面の頂点を形成する端部支柱および予め緊張させたロープに結合するために前記外面に設けられた第２の一体型ヒンジフック構成（３１１６）と、
前記第１の板（３１０２）の前記第２の端部（３１０６）に向けて設けられ、かつ前記第１の板（３１０２）に向けて設けられた隣接する頂点から予め緊張させたロープに結合するために前記内面に設けられた第１のフック（３１１８）と、
前記第２の板（３１０８）の前記第２の端部（３１１２）に向けて設けられ、かつ前記第２の板（３１０８）に向けて設けられた隣接する頂点から予め緊張させたロープに結合するために前記内面に設けられた第２のフック（３１２０）と、
前記第１のフック（３１１８）と前記第２のフック（３１２０）との間に設けられ、かつ前記ｍ支柱ねじれ角柱ユニット（７００）の支柱の一端部を結合するために前記内面に設けられたヒンジ（３１２２）と
を含む、請求項１４に記載の浮体構造物。
【請求項１６】
前記ｍ支柱ねじれ角柱ユニット（８０２）が、前記ｍ支柱ねじれ角柱ユニットを形成するように配設されたｍ個の支柱を有し、前記支柱の端部が、前記ｍ角形上面の頂点と、前記ｍ角形底面の頂点と、折曲された多角形として形成された前記側面の頂点とを形成し、隣り合う支柱の端部に取り付けられた予め緊張させたロープが、前記ｍ角形上面および前記ｍ角形底面の縁部を形成し、折曲された多角形として形成された前記側面の各々の前記頂点が、ｐ支柱ねじれ角柱ユニット（１２０２）に結合され、ｐが前記ｍ支柱ねじれ角柱ユニットの前記側面の各々における頂点の数に等しく、前記ｐ支柱ねじれ角柱ユニットが、前記ｍ角形上面および前記ｍ角形底面に直交する平面状ｐ角形面（１２０４）を有する、請求項１に記載の浮体構造物。
【請求項１７】
前記ｐ支柱ねじれ角柱ユニット（１２０２）が可変長さのｐ個の支柱を有し、前記ｐ支柱ねじれ角柱ユニットの前記支柱の端部が、前記平面状ｐ角形面（１２０４）の頂点および前記ｐ支柱ねじれ角柱ユニットの折曲されたｐ角形面の頂点を形成し、前記平面状ｐ角形面（１２０４）が前記複数のビームのうちのビームのｎ角形面に結合され、ならびに前記折曲されたｐ角形面が、前記ｍ支柱ねじれ角柱ユニットの折曲された多角形として形成された前記側面に対して対称であり、かつ前記折曲されたｐ角形面の頂点が、前記ｍ支柱ねじれ角柱ユニットの折曲された多角形として形成された前記側面のうちの１つの側面の前記頂点に結合される、請求項１６に記載の浮体構造物。
【請求項１８】
前記複数のビームのうちのビームの前記複数のｎ支柱ねじれ角柱ユニットの各々が、隣接するビームの前記複数のｎ支柱ねじれ角柱ユニットの対応するｎ支柱ねじれ角柱ユニットに結合され、かつ前記結合がロープ、チェーン、およびケーブルのうちの１つによるものである、請求項１に記載の浮体構造物。
【請求項１９】
前記複数のビームアダプタがブイ（３２０２）に結合される、請求項１に記載の浮体構造物。
【請求項２０】
前記複数のビームがブイ（３２０２）に結合される、請求項１に記載の浮体構造物。
【請求項２１】
前記複数のビームアダプタがアンカーに結合される、請求項１に記載の浮体構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本主題は、概して、浮体構造物に関し、特に、海洋用途のモジュール式超大型浮体構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
地表の７０％は、海洋、海、河川などの形態の水で覆われている。したがって、浮体構造物は、土地の代替として海洋面および海面で使用可能な空間を提供し得る。浮体構造物は、大規模な海苔養殖場、水産養殖場、海洋養殖場、橋、埠頭、人工島の構築、および海洋での大型ソーラーファームの建設などの、種々の目的で利用されることがある。そのような目的のための浮体構造物の種類は、超大型浮体構造物（ＶＬＦＳ）と称される。
【０００３】
海洋や海は非常に過酷な環境にあり、そこに配備されるＶＬＦＳは重大な問題に直面することがある。強い海流および強力な波は、ＶＬＦＳの構造的完全性を非常に大きな脅威にさらす。このような問題に対処するために、海洋構造物設計のためのいくつかの設計および構造が文献で提案されている。例えば、米国特許第８２５１００２号は、ポントゥーンベースの構造を開示している。ポントゥーンベースの構造は、上部デッキが外部荷重を支持している間に構造を浮遊状態に保つ浮遊室と非浮遊室のセットである。同様に、米国特許第４２９０３８１号は、コンクリートおよび／または鋼から作製された大きな円板を使用することにより波の影響を打ち消すためにダランベールの原理を利用している。更に、米国特許出願公開第２０１３０２９８８４１号は、可撓性のために可撓性継手ベースの設計を使用する可撓性浮体構造物を説明している。これらの継手は、ヒンジ継手、ボールソケット継手、ピボット継手、または同様の継手から構成することができる。
【０００４】
図面の簡単な説明
本主題の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付図に関連してより良く理解されるであろう。異なる図における同じ参照番号の使用は、同様または同一の特徴および構成要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本主題の実施態様による、テンセグリティ原理に基づく４支柱ねじれ角柱ユニットを図示する。
【図２】本主題の実施態様による、テンセグリティビームを図示する。
【図３】本主題の実施態様による、テンセグリティビームを図示する。
【図４】本主題の実施態様による、テンセグリティビームを図示する。
【図５】本主題の実施態様による、図１の４支柱ねじれ角柱ユニット間の支柱と予め緊張させたロープとの接続により形成されたテンセグリティビームを図示する。
【図６】本主題の実施態様による、不均一なテンセグリティビームを図示する。
【図７】本主題の実施態様による、テンセグリティ原理に基づく６支柱ねじれ角柱ユニットを図示する。
【図８】本主題の実施態様による、異なる回転角を有する６支柱ねじれ角柱ユニット構成を図示する。
【図９】本主題の実施態様による、テンセグリティ原理に基づく１０支柱ねじれ角柱ユニットを図示する。
【図１０】本主題の実施態様による、４支柱ねじれ角柱ユニットと６支柱ねじれ角柱ユニットとの結合を図示する。
【図１１】本主題の実施態様による、テンセグリティ原理に基づく反角柱を図示する。
【図１２（ａ）】本主題の実施態様による、延在した側面を備えた６支柱ねじれ角柱ユニットを図示する。
【図１２（ｂ）】本主題の実施態様による、延在した側面を備えた１２支柱ねじれ角柱ユニットを図示する。
【図１３】本主題の実施態様による、テンセグリティビームとビームアダプタとを結合するための共通の頂点を図示する。
【図１４】本主題の実施態様による、モジュール式ＶＬＦＳの基本構造ユニットを図示する。
【図１５】本主題の実施態様による、テンセグリティビームの構成を図示する。
【図１６】本主題の実施態様による、テンセグリティビームの構成を図示する。
【図１７】本主題の実施態様による、モジュール式ＶＬＦＳの基本構造を図示する。
【図１８】本主題の実施態様による、モジュール式ＶＬＦＳの基本構造を図示する。
【図１９】本主題の実施態様による、モジュール式ＶＬＦＳの基本構造を図示する。
【図２０】本主題の実施態様による、モジュール式ＶＬＦＳの菱形構造を図示する。
【図２１】本主題の実施態様による、モジュール式ＶＬＦＳのヒトデ構造を図示する。
【図２２】本主題の実施態様による、モジュール式ＶＬＦＳのヒトデ構造を図示する。
【図２３】本主題の実施態様による、モジュール式ＶＬＦＳのハニカム構造を図示する。
【図２４】本主題の実施態様による、モジュール式ＶＬＦＳのフィッシュ構造を図示する。
【図２５】本主題の実施態様による、モジュール式ＶＬＦＳの例示の構造を図示する。
【図２６】本主題の実施態様による、２つの支柱間にアイボルトおよびリング継手を使用した支柱と支柱との接続を図示する。
【図２７】本主題の実施態様による、２つの支柱間にアイボルトおよびリング継手を使用した支柱と支柱との接続を図示する。
【図２８】本主題の実施態様による、ボールおよびリングを使用した支柱と支柱との接続を図示する。
【図２９】本主題の実施態様による、ボールソケット構成を使用した支柱と支柱との接続を図示する。
【図３０（ａ）】本主題の実施態様による、支柱と支柱との接続のための継手を図示する。
【図３０（ｂ）】本主題の実施態様による、支柱と支柱との接続のための継手を図示する。
【図３１】本主題の実施態様による、支柱と支柱との接続のためのコネクタを図示する。
【図３２】本主題の実施態様による、モジュール式ＶＬＦＳに取り付けられたブイを図示する。
【図３３】本主題の実施態様による、モジュール式ＶＬＦＳの実施態様を図示する。
【図３４】本主題の実施態様による、モジュール式ＶＬＦＳの実施態様を図示する。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
詳細な説明
概して、超大型浮体構造物（ＶＬＦＳ）は、大きく２つのカテゴリ、剛性と可撓性とに分類することができる。剛性ＶＬＦＳは、力に従うのではなく力全体に抗するので、非常に高い応力を受けることがある。これにより、材料に多大な応力がかかり、剛性ＶＬＦＳを構築するのに必要な材料の量が非常に多くなる可能性がある。反対に、可撓性ＶＬＦＳは、それ自体を波形に適応させ、剛性であるＶＬＦＳ構造と比較してより低い応力を受ける。それゆえ、可撓性ＶＬＦＳは、僅かな材料しか必要としないが、いくつかの可撓性要素を必要とする。可撓性ＶＬＦＳは、能動可動部品を組み込んでもよい。能動可動部品は、摩耗や破断を受けて構造の寿命に影響を及ぼす場合がある。特に、海洋における極限の条件では、力が非常に大きい場合に、能動可動部品の摩耗率および破断率が極めて高く、摩擦や破断により構造の寿命期間が非常に短くなる。したがって、可撓性ＶＬＦＳの寿命期間にわたる全体の支出が非常に高くなることがある。
【０００７】
海洋でＶＬＦＳが受ける力は、構造が海底に固定される方法にも依存する。典型的には、単一の大型アンカーを備えたＶＬＦＳは、係留点においてより高い荷重にさらされる可能性が高い。ＶＬＦＳは、浮体構造物全体を保持する係留点の近傍に構造の非常に小さなユニットを用いて構築される。これにより、局所的な構造不良が生じることがある。したがって、ＶＬＦＳにかかる最大荷重を限度内に収めなければならない場合には、複数のアンカーを配備する必要がある。複数の係留点は、アンカーを取り付けるために戦略的に配置されてもよい。しかしながら、ＶＬＦＳに複数のアンカーを有することは、これらの複数のアンカーを海底に設置する取り組みを伴って、構造の全体のコストを増加させることがある。ＶＬＦＳは、複数のアンカーが深海に設置される場合には、更にコスト高になる場合がある。深海におけるアンカーの設置には極めて手間がかかる。それゆえ、ＶＬＦＳは最小数のアンカーを有するべきである。
【０００８】
本明細書に開示する主題は、モジュール式超大型浮体構造物（ＶＬＦＳ）に関する。本主題のモジュール式ＶＬＦＳは、構造の任意の箇所に加わる荷重を構造システム全体に効果的に分散させる構造を有する。
【０００９】
一実施態様において、モジュール式ＶＬＦＳは、閉ループテンセグリティ構造を含む。閉ループテンセグリティ構造は、ビームとビームアダプタとの組み合わせである。ビームは、閉ループテンセグリティ構造の縁部を形成するように配設されてもよい。ビームアダプタは、隣り合うビームを結合し、閉ループテンセグリティ構造の頂点を形成してもよい。ビームの各々は、複数のｎ支柱テンセグリティモジュールを結合することにより形成され、ｎは２よりも大きい整数である。複数のｎ支柱テンセグリティモジュールの各々は、ねじれ角柱の構造を有する。ｎ支柱テンセグリティモジュールは、以下では代替的にｎ支柱ねじれ角柱ユニットとも称される。複数のｎ支柱ねじれ角柱ユニットの各々は、平面状ｎ角形面を両側に含む。ｎ支柱ねじれ角柱ユニットは、平面状ｎ角形面により別のｎ支柱ねじれ角柱ユニットまたはビームアダプタに結合される。
【００１０】
例示の実施態様において、閉ループ構造は、隣り合うビームをケーブルまたはテザーを用いて織成することにより形成された１つまたは複数の縁部を有し得る。ビームおよびビームアダプタを配設することにより形成された構造の固有の剛性は、一方の縁部が可撓性ケーブルであるにも関わらず閉ループ構造の形状を維持する。
【００１１】
ビームアダプタの各々は、ｍ支柱テンセグリティモジュールであり、ｍは４よりも大きい整数である。ｍ支柱テンセグリティモジュールは、ねじれ角柱の構造を有する。ｍ支柱テンセグリティモジュールは、以下では代替的にｍ支柱ねじれ角柱ユニットとも称される。ｍ支柱ねじれ角柱ユニットは、平面状ｎ角形面を両側に有し、かつ平面状多角形として形成された少なくともｍ個の側面を有する。ビームアダプタは、少なくともｍ個の側面の１つによりビームに結合される。
【００１２】
一実施態様において、モジュール式ＶＬＦＳは、４支柱テンセグリティモジュールから形成されたビームと、６支柱テンセグリティモジュールから形成されたビームアダプタとを含む構造を有する。構造は、ビームをビームアダプタに組み合わせることにより形成される。４支柱および６支柱テンセグリティモジュールは、予め緊張させたロープにより支柱が空間的に拘束される、テンセグリティ原理を利用する。
【００１３】
一実施態様において、ｎ支柱テンセグリティモジュールは、各支柱が、テンセグリティ原理に基づいて、垂直軸線および水平軸線を中心に傾斜するとともに予め緊張させたロープで結ばれる、４つの支柱を有し、その結果、ｎ支柱テンセグリティモジュールが２つの平面状ｎ角形面とｎ個の四角形側面とを有する。複数のｎ支柱テンセグリティモジュールは、一方が他方の上にかつｎ角形面の周りに接合されてもよい。
【００１４】
一実施態様において、ｍ支柱テンセグリティモジュールは、各支柱が、テンセグリティ原理に基づいて、垂直軸線および水平軸線を中心に傾斜するとともに予め緊張させたロープで結ばれる、ｍ個の支柱を有し、その結果、ｍ支柱テンセグリティモジュールが２つのｍ角形面と少なくともｍ個の側面とを有する。ｍ支柱テンセグリティモジュールは、ビームが平面状側面のいずれかに接合され得る平面状側面を有する。
【００１５】
本主題のモジュール式ＶＬＦＳは、海洋からの環境負荷に効果的に対処する構造物を提供する。テンセグリティの原理に基づく構造物は、構造物の任意の箇所に加わるいかなる荷重も分散させ得、その結果、荷重が構造システム全体により支持される。結果的に、個々の構成要素を設計するのに必要な材料の量が大幅に減少する。これは、局所的な荷重が構造物全体にわたって即座に分散され、個々の構成要素への荷重がより低くなるからである。したがって、構造の全材料が効率的に利用される。また、荷重が構造物全体にわたって迅速に分散されるので、アンカーの位置およびアンカーの数に対する依存性も低下する。その結果、ＶＬＦＳの寿命期間にわたる全体のコストが低減され得る。
【００１６】
一実施態様において、ｎ支柱ねじれ角柱ユニットの平面状ｎ角形面の１つは、リング継手、アイボルト、ボール継手、ならびにボールソケット構成などの継手により別のｎ支柱ねじれ角柱ユニットの平面状ｎ角形面の１つに結合される。そのような継手は、荷重が構造物の任意の箇所に加わるかまたは荷重が構造物全体に分散される場合に、より安定したモジュール式ＶＬＦＳをもたらし構造物の歪みを防止してもよい。
【００１７】
モジュール式ＶＬＦＳが実装される方法については、図１〜図３４に関して詳細に解説されている。説明および図面が単に本主題の原理を例示するものにすぎないことに留意すべきである。
【００１８】
テンセグリティとは張力による統合を指す。生体系は、数百万年もの進化により環境に適応するようになる最も効率的な構造の１つを有する。例えば、人間では、脊髄の周囲の相互接続された複雑な筋繊維は、独立した部分としての個々の筋繊維または骨単独よりも重い体重を持ち上げるのに役立つ。これは、これらの筋繊維が骨と連動する相乗効果のおかげである。テンセグリティは、効果的に実施されたときに生体構造に酷似して作用することができるかかる１つの設計理念である。更に、テンセグリティ構造は、予め緊張させたロープにより圧縮要素が空間的に拘束される構造として定義することができる。これらのロープは、ケーブル、ワイヤ、または更にはチェーンのような他の予め緊張させた要素に置き換えることができる。
【００１９】
テンセグリティの原理は、米国特許出願公開第２００６０１０２０８８号で説明されているように養殖に適用するために使用される。米国特許第８６１６３２８号は、テンセグリティ原理に基づく造波装置を説明している。米国特許第６９０１７１４号は、連続張力要素を備えたテンセグリティモジュールを使用する構築方法を説明している。更に、国際公開第２００６０５２１４６号および米国特許出願公開第２００６０１０２０８８号は、形状、動きおよび振動を制御する能力を有する、水産養殖の分野に用途を有するテンセグリティ構造の設計を解説している。
【００２０】
図１は、本主題の実施態様による、テンセグリティ原理に基づく４支柱ねじれ角柱ユニット１００を図示している。４支柱ねじれ角柱ユニット１００は、４つの支柱１０２−１、１０２−２、１０２−３、１０２−４（まとめて１０２と称される）と予め緊張させたロープ１０４とを含む。テンセグリティの原理に基づいて、４つの支柱１０２は、予め緊張させたロープ１０４により空間的に拘束される。その結果、支柱１０２が一定の圧縮荷重下にある。つまり、予め緊張させたロープ１０４に加わる荷重の方向および大きさに関係なく、支柱１０２が常に圧縮下にある。４支柱ねじれ角柱ユニット１００は、４支柱正角柱の２つの平行な矩形面を互いに対して１３５°〜１８０°の範囲の角度だけ回転させることにより得られ、その結果、４つの支柱１０２が２つの矩形面の平面に対して位置合わせされる。位置合わせされた４つの支柱は、空間的に拘束される４支柱テンセグリティモジュールを形成するために、予め緊張させたロープで結ばれる。
【００２１】
図１を参照すると、４支柱ねじれ角柱ユニット１００の２つの平面状矩形面は、上面１０６および底面１０８と称される場合がある。上面１０６は、頂点の各々が、対応する支柱１０２の第１の端部により形成される、４つの頂点を有する。更に、上面１０６は、縁部の各々が、隣り合う２つの支柱１０２の第１の端部に取り付けられた予め緊張させたロープ１０４により形成される、４つの縁部を有する。底面１０８は、頂点の各々が、対応する支柱１０２の第２の端部により形成される、４つの頂点を有する。更に、底面１０８は、縁部の各々が、隣り合う２つの支柱１０２の第２の端部に取り付けられた予め緊張させたロープ１０４により形成される、４つの縁部を有する。
【００２２】
図２は、本主題の例示の実施態様として、３つの４支柱ねじれ角柱ユニットを接合することにより形成されたテンセグリティビーム２００を図示している。テンセグリティビームは、以下では代替的にビームとも称される。例示の目的で、ビーム２００は、３つの４支柱ねじれ角柱ユニット１００を有するように示されている。実際の実施態様において、ビームは、４個以上の４支柱ねじれ角柱ユニット１００により形成されてもよく、または３個未満の４支柱ねじれ角柱ユニット１００により形成されてもよい。ビーム２００は、４支柱ねじれ角柱ユニット１００−１の上面１０６を別の４支柱ねじれ角柱ユニット１００−２の底面に結合することにより形成される。
【００２３】
図２を参照すると、ビーム２００は、４支柱ねじれ角柱ユニット１００−３の上面１０６で形成された第１の端部２０２と、４支柱ねじれ角柱ユニット１００−１の底面１０８で形成された第２の端部２０４とを有する。図３は、本主題の例示の実施態様として、２０個の４支柱ねじれ角柱ユニット１００を接合することにより形成されたテンセグリティビーム３００を図示している。別の例示の実施態様において、ビーム２００は、単一の４支柱ねじれ角柱ユニット１００であってもよい。
【００２４】
４支柱ねじれ角柱ユニット１００と同様に、３支柱ねじれ角柱ユニットまたは５支柱ねじれ角柱ユニットは、テンセグリティの原理に基づいて形成されてもよい。したがって、ビームは、「ｎ」が３以上の整数である、複数のｎ支柱ねじれ角柱ユニットを結合することにより形成されてもよい。複数のｎ支柱ねじれ角柱ユニットを結合することにより形成されたビームは、平面状ｎ角形面として形成された第１の端部および第２の端部を有し得る。図４は、本主題の例示の実施態様として、９つの３支柱ねじれ角柱ユニットを接合することにより形成されたテンセグリティビーム４００を図示している。ビーム４００は、平面状三角形面として形成された第１の端部４０２および第２の端部４０４を有する。
【００２５】
例示の実施態様において、図２および図３を参照すると、２つのｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００は、支柱と支柱との接続により接合されてもよい。支柱と支柱との接続を有する構造は、同じ材料および予張力に対して、純粋なテンセグリティ方法により組み立てられた構造よりも比較的剛性が高い。図２を参照すると、支柱と支柱との接続は、ｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００−１の上面１０６に形成された頂点をｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００−２の底面１０８に形成された頂点に接合することにより確立される。同様に、ｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００−２の上面１０６に形成された頂点は、ｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００−３の底面１０８に形成された頂点に接合される。
【００２６】
別の例示の実施態様において、２つのｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００は、支柱と予め緊張させたロープとの接続により接合される。図５は、本主題の例示の実施態様として、４支柱ねじれ角柱ユニット間の支柱と予め緊張させた接続により形成されたテンセグリティビーム５００を図示している。図５を参照すると、支柱と予め緊張させたロープとの接続は、ｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００−１の上面１０６に形成された頂点を別のｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００−２の底面１０８における縁部に接合することにより確立される。更に、ｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００−２の底面１０８に形成された頂点は、ｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００−２の上面１０６における縁部に接合される。同様の方法で、ｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００−２の上面１０６は、別のｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００−３の底面１０８に接合される。
【００２７】
支柱と予め緊張させたロープとの接続は、２つのｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００の支柱のいかなる直接的な接触も防止する。支柱と予め緊張させたロープとの接続は、図５に図示するように、テンセグリティ構造の純粋な形である。支柱と予め緊張させたロープとの接続により得られたビーム５００は、支柱と支柱との接続により得られる、図２の、ビーム２００よりも比較的可撓性が高い。
【００２８】
支柱と予め緊張させたロープとの接続に基づいて複数のｎ支柱ねじれ角柱ユニットを結合することにより得られたビーム５００の構造は、種類１の構造と称される場合がある。支柱と支柱との接続に基づいて複数のｎ支柱ねじれ角柱ユニットを結合することにより得られたビーム２００、３００、および４００の構造は、種類２の構造と称される場合がある。
【００２９】
ｎ支柱ねじれ角柱ユニットの平面状ｎ角形面は、等しい長さの縁部を有する。図１を参照すると、ｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００の上面１０６および底面１０８は、合同な多角形を有する。また、図２および図５を参照すると、２つのｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００は、ｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００−１の上面１０６に形成された多角形がｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００−２の底面１０８に形成された多角形と合同である場合、すなわち、それぞれのｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００−１および１００−２の平面状ｎ角形面の縁部の長さが等しい場合に互いに結合される。合同な多角形を有する複数のｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００を結合することにより得られたビーム２００、３００、および５００は、均一なビームと称される。
【００３０】
例示の実施態様において、ｎ支柱ねじれ角柱ユニットの平面状ｎ角形面の縁部は、反対側の別の平面状ｎ角形面の縁部よりも短い。それゆえ、２つのｎ支柱ねじれ角柱ユニットは、等しい縁部のそれぞれの平面状ｎ角形面により結合される。例えば、上面１０６の縁部１０４は、図１の４支柱ねじれ角柱ユニット１００の底面１０８の縁部よりも短くてもよい。それゆえ、４支柱ねじれ角柱ユニット１００は、４支柱ねじれ角柱ユニット１００の上面１０６の縁部の長さが別の４支柱ねじれ角柱ユニットの底面１０８の縁部の長さに等しい場合に、別の４支柱ねじれ角柱ユニット１００に結合される。
【００３１】
図６は、本主題の実施態様による、不均一なテンセグリティビーム６００を図示している。図６に示すように、ｎ支柱ねじれ角柱ユニット６０２、６０４、．．．６１２は、可変長さの縁部を備えた平面状ｎ角形面を有する。２つのｎ支柱ねじれ角柱ユニット６０２および６０４は、等しい長さの縁部のそれぞれの平面状ｎ角形面により結合される。ｎ支柱ねじれ角柱ユニット６０２は、平面状ｎ角形面の１つの平面状ｎ角形面の縁部の長さがｎ角形６０４の平面状ｎ角形面の１つの平面状ｎ角形面の縁部の長さに等しい場合にｎ支柱ねじれ角柱ユニット６０４に結合される。同様に、他のねじれｎ角柱ユニット６０６、６０８、．．．６１２は、等しい長さの縁部を有するそれぞれの平面状ｎ角形面により結合される。
【００３２】
更に、ビーム２００、３００、４００、５００、および６００は、平面状多角形の第１の端部および第２の端部を有する。ビーム２００、３００、４００、５００、および６００は、それらビームの第１の端部または第２の端部によりビームアダプタに結合される。
【００３３】
図２〜図６を参照すると、それぞれの平面状ｎ角形面による２つのｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００、６０２の結合により、支柱と支柱との接続において継手に共通の頂点が形成されてもよい。更に、共通の頂点により、共通の予め緊張させたロープが２つのｎ支柱ねじれ角柱ユニットの支柱の端部に取り付けられ得る。例示の実施態様において、ｎ支柱ねじれ角柱ユニット１００、６０２の結合部は、支柱と支柱との接続において継手に共通の頂点を有し得、かつ２つのｎ支柱ねじれ角柱ユニットのそれぞれの支柱の端部に取り付けられた別個の予め緊張させたロープを有し得る。
【００３４】
テンセグリティビーム２００、３００、４００、５００、および６００は、種々の幾何学的形状の閉ループテンセグリティ構造を得るように構成される。テンセグリティビーム２００、３００、４００、５００、および６００は、ビームアダプタにより互いに結合される。ビームアダプタは、テンセグリティの原理に基づいたねじれ角柱ユニットである。ビームアダプタは、上面と、底面と、複数の側面とを有する。上面、底面および複数の側面は平面状である。上面および底面は互いに平行である。複数の側面は、上面および底面の平面に略直交する対応する平面を有する。複数の側面のいずれの側面も、上で解説したように、支柱と支柱との接続によりビーム２００、３００、４００、５００、および６００の第１の端部および第２の端部の一方に結合される。ビームアダプタは、ｍ支柱ねじれ角柱ユニットであり、ｍは４以上である。
【００３５】
図７は、本主題の実施態様による、テンセグリティ原理に基づく６支柱ねじれ角柱ユニット７００を示している。６支柱ねじれ角柱ユニット７００は、ねじれ六角形テンセグリティモジュールとも称される。ここでは、６つの支柱７０２は、テンセグリティの原理に基づいて位置決めされ傾斜している。更に、６つの支柱７０２は、予め緊張させたロープ７０４、７０６、および７０８により空間的に拘束される。６支柱ねじれ角柱ユニット７００の特徴は、六角形上面７１０と、六角形底面７１２と、少なくとも６つの平面状側面７１４とを有することである。図７に示すように、予め緊張させたロープ７０４は、六角形上面７１０の縁部を形成するために支柱７１０の端部に接続される。同様に、予め緊張させたロープ７０８は、六角形底面７１２の縁部を形成するために支柱７１０の他の端部に接続され、かつ予め緊張させたロープ７０４、７０６、および７０８は、矩形平面状側面７１４の縁部を形成するために支柱７０２の端部に接続される。側面７１４は、上面７１０および底面７１２に略直交する。６支柱ねじれ角柱ユニット７００は、側面７１４によりビーム２００、３００、５００、および６００に結合される。
【００３６】
上述の図のいずれかで説明するテンセグリティモジュールの構造物における予め緊張させたロープの存在は、予め緊張させたロープが圧縮に抵抗しないので、構造を本質的に可撓性にする。予め緊張させたロープは、テンセグリティ構造のねじれに対して最小限の抵抗しか与えない。更に、予め緊張させたロープは、テンセグリティ構造における任意の接触点または取付点で自由に回転する。可撓性は、概して構造物を陸上での用途では魅力のないものにする。しかし、海洋環境では、可撓性は望ましい特徴である。
【００３７】
６支柱ねじれ角柱ユニット７００は、２つの平行な六角形面、すなわち上面７１０および底面７１２を互いに対して１２０°の角度だけ回転させることにより得られる。更に、上面７１０を底面７１２に対して回転させる角度に応じて、異なる構成が生み出される。
【００３８】
図８に示すように、上面７１０を底面７１２に対して回転させたときに異なる可能な構成が得られる。これらの構成の各々は、独特の形状と、支柱の長さ対予め緊張させたロープの長さの比と、安定性とを有する。６支柱ねじれ角柱ユニット８００は、式２×（１８０／ｎ）に基づいて上面７１０および底面７１２を６０°の角度だけ回転させることにより得られる。ここでは、ｎは６である。上面７１０の頂点は、底面７１２の頂点と位置合わせされる。しかしながら、６支柱ねじれ角柱ユニット８００の構造は、テンセグリティ構造を作製するのに安定していない。６支柱ねじれ角柱ユニット８０２は、式３×（１８０／ｎ）に基づいて上面７１０および底面７１２を９０°の角度だけ回転させることにより得られる。６支柱ねじれ角柱ユニット８０２の構造は、テンセグリティ構造を作製するのに安定している。しかしながら、側面は非平面状であり、かつ側面の法線は同じ平面内にない。６支柱ねじれ角柱ユニット８０４は、式４×（１８０／ｎ）に基づいて上面７１０および底面７１２を１２０°の角度だけ回転させることにより得られる。６支柱ねじれ角柱ユニット７００の構造と同様の、６支柱ねじれ角柱ユニット８０４の構造は、テンセグリティ構造を作製するのに安定しており、かつ平面状側面を有する。更に、側面の平面に対する法線は同じ平面内にある。したがって、側面に結合されたビームも同じ平面内にある。更に、６支柱ねじれ角柱ユニット８０４の側面の各々は、反角柱を形成する同じ平面に２つの三角形を有する。
【００３９】
６支柱ねじれ角柱ユニット８０６および８０８は、それぞれ、式４×（１８０／ｎ）および式５×（１８０／ｎ）に基づいて上面７１０および底面７１２を１５０°および１８０°の角度だけ回転させることにより得られる。６支柱ねじれ角柱ユニット８０６の構造は安定している。しかしながら、側面の平面は、６支柱ねじれ角柱ユニット８０６の六角形上面および六角形底面に直交する。更に、８０８で示す構造を得るために上面７１０および底面７１２を１８０°の角度だけねじることにより、支柱の交点がもたらされ得る。それゆえ、６支柱ねじれ角柱ユニット８０８における支柱は、空間的に拘束されず、テンセグリティ構造を作製することができない。
【００４０】
６支柱ねじれ角柱ユニット７００と同様に、７支柱ねじれ角柱ユニット、８支柱ねじれ角柱ユニット、または９支柱ねじれ角柱ユニットは、テンセグリティ原理に基づいて形成されてもよい。したがって、テンセグリティ構造を備えたビームアダプタは、ｍ支柱ねじれ角柱ユニットで形成されてもよい。「ｍ」は６以上の整数である。例示の実施態様において、図９は、テンセグリティ原理に基づく１０支柱ねじれ角柱ユニット９００を図示している。１０支柱ねじれ角柱ユニット９００は、十角形構造の十角形上面および十角形底面を有する。更に、１０支柱ねじれ角柱ユニット９００は、平面状多角形であるとともに十字形上面および十角形底面に略直交する平面を有する１０個の側面を有する。
【００４１】
図７を参照すると、六角形上面７１０および六角形底面７１２は、合同な多角形を有する。更に、六角形上面７１０の頂点は、上面７１０を底面７１２に対して１２０°の角度だけ回転させた後に底面７１２の頂点の上にある。その結果、側面７１４も互いに合同である。更に、側面７１４は、４つの頂点、すなわち、上面７１０の２つの頂点と底面７１２の２つの頂点とを備えた平面状多角形として形成される。ビームアダプタ７００の側面７１４は、支柱と支柱との接続によりビーム２００、３００、５００、および６００の第１の端部または第２の端部の一方に結合される。
【００４２】
図１０は、本主題の実施態様による、４支柱ねじれ角柱ユニットと６支柱ねじれ角柱ユニット７００との結合を図示している。図１０を参照すると、ビーム２００の第１の端部２０２は、ビームアダプタ７００の側面７１４の１つに結合された平面状四角形面を有する。第１の端部２０２における平面状四角形面は、ビームアダプタ７００の側面７１４により形成された平面状多角形と合同である、つまり、ビーム２００の第１の端部２０２の平面状四角形面の縁部の長さは、側面７１４に形成された平面状多角形の縁部の長さに等しい。
【００４３】
図１１は、本主題の実施態様による、テンセグリティ原理に基づく反角柱１１００を図示している。反角柱１１００は、ビームアダプタの例示の実施態様である。反角柱１１００は、六角形上面１１０２の縁部の長さが六角形底面１１０４の縁部の長さよりも短い６支柱ねじれ角柱ユニットである。更に、六角形上面１１０２を六角形底面１１０４に対して回転させ、その結果、互い違いに位置合わせされた第１の組の多角形１１０６および第２の組の多角形１１０８を含む側面が得られる。ここでは、第１の組の多角形および第２の組の多角形は三角形である。更に、六角形上面１１０２は六角形底面１１０４からずらされ、その結果、六角形上面１１０２の頂点の各々により六角形上面１１０２のそれぞれの頂点よりも下に六角形底面１１０４の縁部と共に形成された平面が、六角形上面１１０２および六角形底面１１０４の平面に略直交する。その結果、第１の組の多角形１１０６は、六角形上面１１０２および六角形底面１１０４の平面に略直交する平面を有する。更に、第１の組の多角形１１０６の平面に対する法線は、同じ平面内にある。図１１に示すように、第１の組の多角形１１０６は、三角形状を有する。それゆえ、反角柱１１００は、ビームとの結合のために利用可能な３つの頂点を有する。したがって、反角柱１１００は、複数の３支柱ねじれ角柱ユニットを結合することにより得られたビーム４００に結合される。
【００４４】
ビーム２００、３００、４００、５００、および６００とビームアダプタ７００、１１００との組み合わせにより得られたＶＬＦＳは、ＶＬＦＳの構成要素が同じ平面内にある場合に安定した構造を有する。ＶＬＦＳに圧力を及ぼすいかなる外部環境力も、構造全体が同じ平面内にある場合にＶＬＦＳ内に効果的に分散される。
【００４５】
例示の実施態様において、図８の６支柱ねじれ角柱ユニット８０２などのビームアダプタは、六角形上面および六角形底面に直交しない平面を有する側面を備えた安定した構造を有する。更に、側面は、折曲された多角形の形状に形成される。可変長さの支柱の組み合わせを備えたサブアダプタは、平面状多角形の延在した側面を得るために折曲された多角形として形成された側面に配設されてもよく、その結果、延在した側面は、６支柱ねじれ角柱ユニット８０２の六角形上面および六角形底面に略直交する。サブアダプタは、ねじれ角柱ユニットの構造を有するｐ支柱テンセグリティモジュールであってもよい。代替的に、以下ではｐ支柱ねじれ角柱ユニットとも称される。
【００４６】
図１２（ａ）は、本主題の実施態様による、延在した平面状側面を備えた６支柱ねじれ角柱ユニット８０２を有するビームアダプタ１２００−１を図示している。６支柱ねじれ角柱ユニット８０２の折曲された多角形として形成された側面の各々の頂点は、ｐ支柱ねじれ角柱ユニット１２０２に結合され、ｐは、ｍ支柱ねじれ角柱ユニットの側面の各々における頂点の数に等しい。例示の実施態様において、ｐの値は３である。したがって、３支柱ねじれ角柱ユニットは、ｍ角形上面およびｍ角形底面に直交する平面状三角形面１２０４、すなわち三角形面を有する。
【００４７】
３支柱ねじれ角柱ユニット１２０２ユニットは可変長さの３つの支柱を有し、３支柱ねじれ角柱ユニットの支柱の端部は、３支柱ねじれ角柱ユニットの平面状三角形面の頂点および折曲された三角形面の頂点を形成する。平面状三角形面はビーム４００のｎ角形面に結合される。更に、折曲された三角形面は、６支柱ねじれ角柱ユニット８０２の折曲された多角形として形成された側面に対して対称であり、かつ折曲された三角形面の頂点は、６支柱ねじれ角柱ユニット８０２の折曲された多角形として形成された側面の１つの側面の頂点に結合される。
【００４８】
図１２（ｂ）は、本主題の実施態様による、延在した平面状側面を備えた１２支柱ねじれ角柱ユニット１２０６を有するビームアダプタ１２００−２を図示している。図１２（ｂ）に示すように、１２支柱ねじれ角柱ユニット１２０６の折曲された多角形として形成された側面の各々の頂点は、ｐ支柱ねじれ角柱ユニット１２０２に結合される。ここでは、ｐの値は３である。それゆえ、サブアダプタは、可変長さの支柱を備えた３支柱ねじれ角柱ユニット１２０２から形成される。３支柱ねじれ角柱ユニット１２０２は、１２支柱ねじれ角柱ユニット１２０６の十二角形上面および十二角形底面に直交する平面状三角形面１２０４を有する。更に、３支柱ねじれ角柱ユニット１２０２は、１２支柱ねじれ角柱ユニットの側面に結合された折曲された三角形面を有する。
【００４９】
例示の実施態様において、ビームアダプタの折曲された多角形として形成された側面は、４つの頂点を有し得、サブアダプタは、４つの頂点を備えた折曲された多角形として形成された側面の上に延在した平面状側面を得るために４支柱ねじれ角柱ユニットから形成される。ここでは、ｐの値は４である。サブアダプタ１２０２は、平面状側面をビームアダプタに提供するために均一な長さまたは可変長さの４つ以上の支柱を利用してもよい。
【００５０】
サブアダプタは、ｍ角形上面の縁部の長さがｍ角形底面の縁部の長さと等しくないｍ支柱ねじれ角柱に結合されてもよく、かつ側面は、ｍ角形上面およびｍ角形底面に直交しない平面を有する。サブアダプタは、ｍ支柱ねじれ角柱のｍ角形上面およびｍ角形底面に直交する延在した平面状多角形側面を提供してもよい。
【００５１】
ｎ支柱ねじれ角柱ユニットから形成されたビームとｍ支柱ねじれ角柱ユニットで形成されるかまたは延在した側面を備えたｍ支柱ねじれ角柱ユニットで形成されたビームアダプタとを結合するために、ビームの第１の端部および第２の端部に形成された平面状ｎ角形面ならびにビームアダプタの側面に形成された平面状多角形は、安定した結合のための少なくとも３つの共通の頂点を有するものとする。図１３は、本主題の例示の実施態様による、ビームとビームアダプタとを結合するための共通の頂点を図示している。図１３（ａ）を参照すると、ビームアダプタとしてのｍ支柱ねじれ角柱ユニットの側面１３００は、４つの頂点を有する。複数の６支柱ねじれ角柱ユニット（すなわち、ｎの値が６である）から得られたビームは、平面状六角形の形状に形成された第１の端部１３０２を有するとともに、６つの頂点を有する。図１３（ａ）に示すように、ｍ支柱ねじれ角柱ユニットの側面１３００およびビームの第１の端部１３０２は、支柱と支柱との接続を行うための４つの共通の頂点を有する。同様に、図１３（ｂ）を参照すると、ビームアダプタとしてのｍ支柱ねじれ角柱ユニットの側面１３０４は、３つの頂点を有する。５支柱ねじれ角柱ユニットに基づくビームの第１の端部１３０８は、５つの頂点を有する。図１３（ｂ）に示すように、ｍ支柱ねじれ角柱ユニットの側面１３０４およびビームの第１の端部１３０８は、支柱と支柱との接続を行うための３つの共通の頂点を有する。
【００５２】
実施態様において、モジュール式ＶＬＦＳを構築するための基本ユニットは、テンセグリティビームおよびビームアダプタである。図１４は、本主題の実施態様による、モジュール式ＶＬＦＳの基本構造ユニットを図示している。図７を参照すると、ビームアダプタ７００は、テンセグリティビーム２００、３００、４００、５００、および６００を接合できる全ての側部に平面状表面を提供する。また、ビームアダプタ７００は、各々が矩形状である６つの側面７１４を有する。図３を参照すると、ビーム３００は、第１の端部３０２および第２の端部３０４に２つの矩形状平面を有する。それゆえ、ビーム３００およびビームアダプタ７００は、ビーム３００の矩形平面状端部をビームアダプタ７００の矩形側面に取り付けることにより、互いに接合することができる。図１４を参照すると、ビームアダプタ７００およびテンセグリティビーム３００は、テンセグリティビーム３００の第１の面３０２およびビームアダプタ７００の側面７１４が交差するように上述の手法に従って取り付けられる。同様に、テンセグリティビーム３００の第２の面３０４および別のビームアダプタ７００の側面７１４が交差する。
【００５３】
更に、複数のビームは、異なる幾何学的形状の閉ループ構造を得るためにビームアダプタの異なる側面に種々の傾斜で結合されてもよい。図１５（ａ）は、本主題の実施態様による、同じ板に配設されかつ互いに略直交する方向に傾斜したテンセグリティビーム３００を図示している。図１５（ａ）を参照すると、ビーム３００間に９０°の角度を得るために、ビームアダプタ１５００は、８支柱ねじれ角柱ユニットから得られ、すなわち、ｍの値は８である。８支柱ねじれ角柱ユニットは、４５°の倍数でのビームの位置合わせを可能にする８つの側面を有する。図１５（ｂ）は、本主題の実施態様による、同じ板に配設されかつ隣接するビームに対して４５°に傾斜したテンセグリティビームを図示している。
【００５４】
同様に、６支柱ねじれ角柱ユニットに基づくビームアダプタ７００は、６０°の倍数でのビームの位置合わせを可能にする側面を有する。図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、本主題の実施態様による、同じ板に配設されかつ隣接するビームに対して６０°に傾斜したテンセグリティビームを図示している。
【００５５】
したがって、図１４、図１５および図１６の、複数の基本構造ユニットは、得られたより大きく有用な構造ユニットに組み合わされてもよい。図１７は、本主題の実施態様による、モジュール式ＶＬＦＳの基本構造としての正三角形１７００を図示している。６支柱テンセグリティモジュール７００から得られたビームアダプタと複数の４支柱テンセグリティモジュールから得られたビーム３００との組み合わせは、モジュール式ＶＬＦＳの基本構造として機能し得る正三角形構造を構築するために使用されてもよい。図１７、図１８、および図１９に図示するような、正三角形１７００、１８００、および１９００は、任意の形状のモジュール式ＶＬＦＳの基本構造を構築するために利用されてもよい。例えば、そのような２つの正三角形１７００を組み合わせて、重複する対角線、すなわち、共通の対角線に沿ったビーム３００およびビームアダプタ７００を取り外すことにより、図２０に図示するように、菱形２０００が形成される。６支柱テンセグリティモジュールは、複数のテンセグリティビームが接続できるビームアダプタとしての役割を果たす。説明したような、正三角形の形態の基本構造は、海洋に浮遊している間の構造の角運動を防止し得る。
【００５６】
更に、図１７、図１８および図１９は、隣り合う任意の２つのテンセグリティビーム３００間の異なる織成方法を図示している。織成方法は、正三角形１７００、１８００、および１９００の側面を形成するテンセグリティビームを接続するために使用される。特に、織成は、クロスビーム接続１７０２、１８０２、および１９０２を提供する。より具体的には、図１７は、正三角形１７００の２つの側部を接続する１組のロープのみを図示している。図１８は、正三角形１８００の２つの側部を接続する３組のロープを図示している。図１９は、正三角形１９００の隣り合う２対の側部を接続する２組のロープを図示している。クロスビーム接続１７０２、１８０２、および１９０２は、構造物の相互接続性を補強する。異なるタイプの織成は、強度および材料要件が異なる。クロスビームは、構造全体を一体化し、かつ構造の特定の要素が受ける最大荷重を低減する。その結果、テンセグリティ構造の全体の材料要件が緩和される。
【００５７】
織成のために、１つのビームのｎ支柱ねじれ角柱ユニットの各々は、ロープ、チェーン、およびケーブルのうちの１つにより別のビームの対応するｎ支柱ねじれ角柱ユニットに結合される。
【００５８】
説明したように、テンセグリティビーム内のおよびテンセグリティビームを横切る複雑な接続部としてのクロスビームは、加わる荷重を構造の任意の場所に分散させるのに役立つ。クロスビームおよびテンセグリティビームは、局所的にではなく全体として構造が働くことを可能にし、かつ個々の構成要素のコストを低減し得る。
【００５９】
ＶＬＦＳユニットの基本構造は、種々の形状を生成するために利用されてもよい。例えば、図２１は、本主題の実施態様による、基本構造１７００を接合することにより形成されたヒトデ構造２１００を有するモジュール式ＶＬＦＳを図示している。ヒトデ状構成を有する構造は、１２個のテンセグリティビーム３００および７つのビームアダプタ７００を使用することにより得られてもよい。図２１はまた、テンセグリティビーム３００間にクロスビーム接続部を有するヒトデ構造を図示している。図２２は、本主題の実施態様による、基本構造を接合することにより形成されたヒトデ構造２２００を有するモジュール式ＶＬＦＳを図示している。図２２に示すように、ヒトデ状構成を有する構造は、１２個の不均一なテンセグリティビーム６００および７つのビームアダプタ７００を使用することにより得られてもよい。
【００６０】
図２３は、本主題の実施態様による、基本構造を接合することにより形成されたハニカム構造を有するモジュール式ＶＬＦＳを図示している。図２３に図示するように、ハニカム構成は、７つのヒトデ構造２１００を組み合わせることにより得られてもよい。
【００６１】
図２４は、本主題の実施態様による、基本構造を接合することにより形成されたフィッシュ状構造２４００を有するモジュール式ＶＬＦＳを図示している。図２４に図示するように、フィッシュ状構成は、８支柱ねじれ角柱ユニットに基づく７つのテンセグリティビーム３００および７つのビームアダプタ１５００を使用して得られてもよい。更に、図２４に示すように、クロスビームは、閉ループ構造を形成するためにフィッシュ状構造２４００の縁部を形成する。同様に、クロスビーム１７０２、１８０２、および１９０２は、モジュール式ＶＬＦＳに閉ループ構造を形成するための縁部として形成されてもよい。
【００６２】
例示の実施態様において、モジュール式ＶＬＦＳは、同じく構造を形成するためにいくつかの６支柱ねじれ角柱ユニット７００を接合することにより得られてもよい。図２５に図示するように、３つの６支柱ねじれ角柱ユニット７００は、大型テンセグリティ構造を形成するために互いに接合される。任意の２つの６支柱ねじれ角柱ユニット７００は、６支柱ねじれ角柱ユニット７００の側面７１４を別の６支柱ねじれ角柱ユニット７００の側面に取り付けることにより接合されてもよい。
【００６３】
従来、ビームを作製するためにテンセグリティモジュールを接合するには２つの方法がある。テンセグリティ構造を接続する１つの方法は、２つの支柱が接触しないことを確実にし、純粋なテンセグリティ接続方法と呼ばれる。この特定の構成は、非常に高い可撓性を有する。米国特許第６９０１７１４号は、このモジュール構築方法を使用する。テンセグリティ構造を接続する第２の方法は、支柱と支柱との接続によるものである。
【００６４】
しかしながら、モジュール式ＶＬＦＳが機能的でなければならない海洋条件では、構造は、構造自体を波形に適合させるのに十分に可撓性である必要があり、剛性である構造と比較してより低い応力を受ける。テンセグリティ原理に基づくテンセグリティモジュールは、説明したようなテンセグリティモジュールから形成された構造にかかる姿勢を与える。また、構造は、構造の任意の部分が荷重にさらされたときに構造が大きな歪みを受けないように十分に剛性である必要がある。
【００６５】
支柱と支柱との接続を有する構造は、純粋なテンセグリティ方法による構造よりも比較的剛性が高い。図２６および図２７は、本主題の実施態様による、アイボルトおよびリング継手を使用した支柱と支柱との接続を示している。図２６および図２７は、２つの４支柱ねじれ角柱ユニット１００を接合するためのリング継手を図示している（明確にするために、予め緊張させたロープは示されていない）。各支柱１０２には、アイボルト２７００が装着される。全ての４支柱ねじれ角柱ユニット１００は、４つの頂点に４つの凸面を有する。各４支柱ねじれ角柱ユニット１００は、二重凹部２７０２が４支柱ねじれ角柱ユニット１００間に位置する状態で、別の４支柱ねじれ角柱ユニット１００に取り付けられる。次いで、アイボルト２７００の端部における２つのリングが、ロープまたはねじを使用して互いに結び付けられる。この構成は、テンセグリティ構成の可撓性を確保し、同時に構造の強度が損なわれないことを確実にする。更に、リングにおける孔は、予め緊張させたロープ１０４を結ぶために利用される。
【００６６】
例示の実施態様では、ボール構成が、支柱と支柱との接続のために使用される。図２８は、本主題の実施態様による、ボール２８００を使用した支柱と支柱との接続を示している。図２８は、ボール２８００が支柱１０２に接続され、その結果、２つの４支柱ねじれ角柱ユニット１００間に二重凹部を配置することにより２つの４支柱ねじれ角柱ユニット１００が互いに接続されることを説明している。更に、ボール２８００には、予め緊張させたロープ１０４を結ぶための手段として孔２８０２が設けられる。
【００６７】
例示の実施態様において、ボールソケット構成が、支柱と支柱との接続のために使用される。図２９は、本主題の実施態様による、ボールソケット構成を使用した支柱と支柱との接続を示している。図２９は、４支柱ねじれ角柱ユニット１００が支柱に取り付けられた４つのボールを有し、接続する別の４支柱ねじれ角柱ユニット１００が支柱１０２に取り付けられた４つのソケット２９００を有することを示している。２つの４支柱ねじれ角柱ユニット１００は、ボールをソケット２９００内に配置することにより接続される。更に、ソケット２９００には、予め緊張させたロープ１０４を結ぶための手段としての孔２９０２が設けられる。
【００６８】
図３０（ａ）および図３０（ｂ）は、本主題の実施態様による、２つのｎ支柱ねじれ角柱ユニットを結合する支柱と支柱との接続のための継手構成３０００を図示している。共通の継手構成３０００は、ビーム２００、３００、５００、６００のｎ支柱ねじれ角柱ユニットの少なくとも１つの平面状ｎ角形面の頂点に実装される。継手構成３０００は、基板３００２を含む。基板は、第１の平面状側部３００４と第２の平面状側部３００６とを有する。第１のヒンジ３００８は、ｎ支柱ねじれ角柱ユニットの支柱の一端部を結合するために第１の平面状側部３００４の中央に設けられる。孔３０１６を備えた第１の対の平行板３０１０は、ｎ支柱ねじれ角柱ユニットの予め緊張させたロープを結合するために第１の平面状側部３００４に設けられる。更に、第１のフック３０１２および第２のフック３０１４は、第１の平面状側部３００４の縁部に設けられ、かつ予め緊張させたロープに結合するために第１のヒンジ３００８の両側に設けられる。更に、第１のヒンジ３００８と同様の、第２のヒンジ（視認できない）は、別のｎ支柱ねじれ角柱ユニットの支柱の一端部を結合するために第２の平面状側部３００６の中央に設けられる。孔を備えた、第１の対の平行板３０１０と同様の、第２の対の平行な板３０１８は、別のｎ支柱ねじれ角柱ユニットの予め緊張させたロープを結合するために第２の平面状側部３００６に設けられる。
【００６９】
図３１は、本主題の実施態様による、ｍ支柱ねじれ角柱ユニットをｎ支柱ねじれ角柱ユニットと結合する支柱と支柱との接続のためのコネクタ３１００を図示している。コネクタ３１００は、ビームアダプタ７００、９００、１１００、および１２００のねじれｍ角柱ユニットのｍ角形上面およびｍ角形底面の頂点に実装される。コネクタ３１００は、第１の端部３１０４と第２の端部３１０６とを有する第１の板３１０２を含む。更に、コネクタ３１００は、第１の端部３１１０と第２の端部３１１２とを有する第２の板３１０８を含む。第２の板３１０８の第１の端部３１１０は、第２の板３１０８が第１の板３１０２に対して鈍角に傾斜するように、第１の板３１０２の第１の端部３１０４に当接する。傾斜した第１の板３１０２および第２の板３１０８は、凸形状の外面および凹形状の内面を形成する。第２の板３１０８に対する第１の板３１０２の位置合わせは、ｍ支柱ねじれ角柱ユニットの構成に基づいて変化し得る。
【００７０】
更に、コネクタ３１００は、第１の板３１０２に設けられかつｎ支柱ねじれ角柱ユニットの支柱および予め緊張させたロープに結合するために外面に設けられた第１の一体型ヒンジフック構成３１１４を含む。第２の一体化型ヒンジフック構成３１１６は、第２の板３１０８に設けられ、かつ別のｎ支柱ねじれ角柱ユニットの支柱および予め緊張させたロープに結合するために外面に設けられる。第１のフック３１１８は、第１の板３１０２の第２の端部３１０６に向けて設けられ、かつ第１の板３１０２に向かって隣接するコネクタの予め緊張させたロープに結合するために内面に設けられる。第２のフック３１２０は、第２の板３１０８の第２の端部３１１２に向けて設けられ、かつ第２の板に向かって隣接するコネクタの予め緊張させたロープに結合するために内面に設けられる。更に、ヒンジ３１２２は、第１のフック３１１８と第２のフック３１２０との間に設けられ、かつｍ支柱ねじれ角柱ユニットの支柱の一端部を結合するために内面に設けられる。
【００７１】
図１０を参照すると、ビーム２００は、複数の４支柱ねじれ角柱ユニット１００を結合することにより得られる。複数の４支柱ねじれ角柱ユニット１００間の結合は、共通の継手構成３０００により実現される。更に、ビームアダプタは、６支柱ねじれ角柱ユニット７００である。六角形上面および六角形底面における頂点は、コネクタ３１００を含む。図１０に示すように、コネクタ３１００は、ビーム２００とビームアダプタ７００との間の支柱と支柱との結合を可能にする。
【００７２】
例示の実施態様において、ブイは、モジュール式ＶＬＦＳが水面に浮遊することまたはある程度水没した状態で水中に浮遊することを可能にするためにモジュール式ＶＬＦＳに取り付けられる。図３２は、モジュール式ＶＬＦＳ３２００に取り付けられたブイ３２０２を図示している。ブイは、ビームアダプタにまたはビームに結合されてもよい。モジュール式ＶＬＦＳは、ブイ３２００が構造の真下に取り付けられている場合に水面に浮遊する。モジュール式ＶＬＦＳは、ブイ３２００が構造の上に取り付けられている場合にはある程度水没した状態で水中に浮遊する。図３２に示すように、ブイ３２０２は、モジュール式ＶＬＦＳ３２００のビームアダプタの上に結合される。モジュール式ＶＬＦＳ３２００は、ある程度水没した状態で水中に浮遊する。
【００７３】
更に、アンカーもまたビームアダプタに取り付けられる。アンカーは、（図３２に示すように）３２０４として参照されるケーブル、ロープまたはチェーンによりビームアダプタに取り付けられる。
【００７４】
例示の実施態様において、予め緊張させたロープは、金属、合金、炭素、ポリマー、プラスチック、もしくは繊維のいずれか１つまたはこれらの組み合わせを有する材料で作製される。
【００７５】
例示の実施態様において、支柱は、金属、合金、炭素、ポリマー、プラスチック、コンクリート、もしくは繊維のいずれか１つまたはこれらの組み合わせを有する材料で作製される。
【００７６】
例示の実施態様において、ＶＬＦＳは、太陽光エネルギーから発電するために利用されてもよい。図３３および図３４は、本主題の実施態様による、ソーラーパネル３３００を水床上に設置するために実装されたモジュール式ＶＬＦＳを図示している。ＶＬＦＳは、図２１に示すように、ヒトデ状構造に基づいている。図３３（ａ）を参照すると、ブイ３２０２は、モジュール式ＶＬＦＳ２１００のビームアダプタの上に取り付けられている。モジュール式ＶＬＦＳ２１００の構造は水中に沈められ、かつソーラーパネル３３００は水面上にある。図３３（ｂ）を参照すると、ブイ３２０２は、モジュール式ＶＬＦＳ２１００のビームアダプタの下に取り付けられている。モジュール式ＶＬＦＳ２１００の構造は水面に浮遊する。図３４を参照すると、ソーラーパネル３００を設置するためのモジュール式ＶＬＦＳ２４００は、図２４に示すように、フィッシュ状構造に基づいている。
【００７７】
例示の実施態様において、図３３および図３４を参照すると、ブイは、２つの縁部ビームを多角形に織成することにより形成されたクロスビーム間に設けられてもよい。したがって、ＶＬＦＳのクロスビーム間に設けられたブイは、ＶＬＦＳに追加の浮遊安定性を与えるとともに、ソーラーパネル３３００を設置するためのプラットフォームも提供する。ブイは、製織ケーブル自体と一体化されて、製織ケーブルの一部を形成してもよい。ブイはまた、２つ以上のケーブルの交点に配置されてもよく、更には、これらのケーブルのためのコネクタハブとして働いてもよい。
【００７８】
主題が具体的な実施形態を参照して説明されているが、この説明は限定的な意味で解釈されることを意図するものではない。開示の実施形態の種々の変更、および主題の代替実施形態が、主題の説明を参照することで当業者に明らかになるであろう。それゆえ、このような変更を定義される本主題の趣旨または範囲から逸脱することなく行うことができることが考えられる。
【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（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【図１３（ａ）】
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【図１３（ｂ）】
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【図１４】
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【図１５（ａ）】
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【図１５（ｂ）】
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【図１６（ａ）】
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【図１６（ｂ）】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０（ａ）】
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【図３０（ｂ）】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３（ａ）】
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【図３３（ｂ）】
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【図３４】
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【国際調査報告】
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