JP6903582B2 - 立体構造 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に建設の分野に関し、特に、三次元構造を形成するように互いに接続される節点および棒材から成るタイプの、構成可能なモジュラー立体構造システムに関する。

より具体的には、発明は、迅速かつ容易に軽量で耐性のある建築要素を製作することを可能にする立体構造に関し、それはまた、このすべてが必要な構造的堅牢さを保証しながら、かつ有資格者が従事させられる必要なく、修正可能で取り外し可能なそれらの性質を保証する。

節点および棒材の要素を接合することによって構築される立体構造システムは、最新技術で長く使用されてきている。各々の節点要素は、異なる方向のさまざまな棒材に接合でき、各々の棒材は、各端で1つずつ2つの節点に接合されるので、これらの2つのタイプの要素により、大幅に変えられる構成を有する三次元構造が構築され得る。

これらのシステムの例は、たとえば、このタイプの異なるシステムが説明される米国特許第４９０５４４３号、米国特許第５０７４０９４号、または米国特許第６３７８２６５号に見いだされることができ、それらは、前述の節点および棒材に依拠して、実質的に剛性のある構造が構築されることを可能にする。

しかしながら、これらの文献はすべて同一の問題を有し、それは、ひとたび構造が構築されると構造全体または少なくともその大部分を解体する必要なしにそれを直す可能性にある。

この問題を解決するために、構成可能なモジュラー立体構造が開発されてきており、それは、容易な組み立てだけでなく単純な解体をも可能にし、そこではさらに、それらの構成要素の設計ゆえに、節点間の相互接続している棒材において発生するねじり応力が軽減され得る。これらのシステムの例は、本願と同一の出願人に属する西国特許第２３６２８４５号に見いだされ得る。

しかしながら、上記文献の立体構造は、そのためにそれが設計された要求を完璧に満たすものの、解体および含まれる要素の数の両者が、潜在的な改善領域である。

特に解体は、2つの主な態様を備える。1つは、ユニットの解体をさらに容易にするための、継ぎ目の弾力性の改善である。これは主に、西国特許第２３６２８４５号において説明されたワッシャー部が、その設計ゆえに時に十分に弾力的でない場合があり、それが、留めねじが取り除かれたときにワッシャーがその最初の状態を完全に回復することを妨げ、すなわち、それが弾力性を失い、かくして上記解体を妨害する、という事実による。

さらに、ひとたびそれが組み付けられると組み立て品に印加される力ゆえに、ワッシャーが棒材の端の溝の内部に閉じ込められ、上記棒材の解体を防止するか、または、解体時にそれが無理に引っ張り出されるようにする。

本発明は、先行技術の問題点を解決するモジュラー立体構造に関し、このモジュラー立体構造は、必要な機械的荷重に十分に対応しながら、構成要素を減らすことにより、容易な組み立ておよび解体を可能にするものである。

したがって、発明の立体構造の可逆的な性質は、ひとたびそれが構築されると、隣接する要素に影響を及ぼすことなく、その構築後に構築の誤りを直し、欠陥パーツを取り替えながら、構造の変更に対応することを可能にする。

さらに、以下において理解されるように、要素の結合は、作業者がしかるべき節点の所望のソケットの中に棒材の端を嵌め込み、両方のパーツを締結するために穴あきねじを締め付けるだけであるので、複雑で特殊な工具も熟練工も必要とすることなく、小さな締め付け具を用いて容易に実行され得る。

これを達成するために、発明の立体構造は少なくとも、
−その表面上の複数のソケットを有する1つの節点であって、各々のソケットが結合手段を有する、1つの節点と、
−1つの棒材であって、その2つの端のいずれかで節点のソケットの中に挿入されるようになっており、前記端が各々少なくとも1つの保持要素を備える、1つの棒材と、
−1つの穴あきねじであって、その内表面は、棒材の端の挿入を可能にし、その外表面は、ソケットの結合手段に対する相補的な結合手段を有する、1つの穴あきねじと、
−フレキシブルワッシャー部であって、節点のソケットの中への挿入に適し、前記棒材が穴あきねじの内部でロックされるように棒材の端の保持要素と協働する実質的に閉じられたワッシャーの形状をとるために穴あきねじの推力の結果として圧縮により閉じられ、かくして、組み立て品の解体を防止するが、ソケット内の棒材の回転は妨げない、フレキシブルワッシャー部を備える。

ここで、フレキシブルワッシャー部は、2つの要素、すなわち、
−その外径に対応する薄いストリップであって、最大の可能な弾力性をワッシャーに提供する役割を担う薄いストリップと、
−前記ストリップの内径上の、ストリップより厚みが大きい複数の歯を備え、それらは、前記歯がストリップのみが見いだされる何もない領域と互い違いになってリングギアを形成するように、内方へ突出する。

かくして、ストリップからなるワッシャーの外側構造ゆえに、要求される弾力性が得られるので、ワッシャーは、穴あきねじによって圧縮されていない場合、組み立て品がゆるめられることを可能にしながら、その形状を回復できる。他方で、前記ストリップより著しく厚い歯状部分または歯ゆえに、棒材を把持し、それが受ける応力を支持するために必要とされる耐性が達成される。

先行技術の先の問題は、ワッシャーが堅固で、材料を取り除かないので、それらにそれらの形状を回復することを可能にさせ、構造が解体されることを可能にするには、鋼で作られた前記ワッシャーの弾力性が不十分だった、ということにあった。

さらに、棒材によって伝達される応力ゆえの前記ワッシャー部の閉じ込めを回避するために、前記棒材がその端に有する前記ワッシャー部の保持要素はもはや、最新技術において記述されているようなワッシャー部が挿入される溝を備えないが、むしろそれは、前記ワッシャーが圧縮にかけられる際に載置される段差を備える。しかしながら、その側部の1つを自由にしておくことにより、みぞが形成されないので、閉じ込めが妨げられ、それにより、応力を支持するワッシャーの歯状部分が応力によりわずかに変形するものの、組み立て品をゆるめる。

さらに、発明に係るシステムの節点は、異なる形状をした構造の構築を容易にするために、その表面上に複数のソケットを備える。かくして、単一の節点は数多くの棒材に結合でき、それらの各々が異なる方向のものであるので、広範囲の可能性がカバーされる。加えて、棒材と節点との間の前記継ぎ合わせは、迅速かつ簡便に実行される。

より具体的には、構造を組み付けることは作業者に、ワッシャー部を対応するソケットの中に位置付け、続いて、滑らかな内表面を有し、その外表面が節点のソケットへの結合手段を有する穴あきねじの中へ、棒材の端を挿入することしか要求しない。かくして、ソケットにおける前記穴あきねじの結合は、ワッシャー部の圧縮を引き起こし、それは、棒材の端に向かって閉じ、それを可逆的にロックする。

その後、構造が任意のポイントで解体または修正されなくてはならない場合、しかるべき棒材を節点から分離すれば十分であり、それは、節点から穴あきねじのかみ合いを解くこと、かくしてワッシャー部を圧縮から自由にすること、したがってその位置を回復すること、棒材の端の保持手段をゆるめること、および構造の他の節点および棒材に影響を及ぼさずにそれが抜去されることを可能にすることにより達成される。

さらに、穴あきねじの内表面は棒材の外表面のように滑らかであるので、それは、ひとたびそれが節点に接合されると前記棒材の回転を可能にするので、ねじり応力が軽減され、棒材は軸応力によってのみ動く。

本説明を完全なものにするために、および発明の特徴のより良い理解を助ける目的で、本明細書には、その不可欠な一部として図面のセットが添付され、それは、限定ではなく例として以下を表す。
本発明の立体構造の節点の平面図である。 横断面が中心面を通っている、先の図面の節点の立面図である。 本発明の立体構造を構成する棒材の1つの斜視図である。 本発明の立体構造の穴あきねじの立面図である。 本発明の立体構造の穴あきねじの横断面の側面図である。 本発明の立体構造のフレキシブルワッシャー部の図である。 フレキシブルワッシャー部が棒材に対し位置決めされ、それがかみ合いを解かれ、圧縮されておらず、動く位置にある場合の位置の図である。 フレキシブルワッシャー部が棒材に対し位置決めされ、それが穴あきねじによって圧縮されている場合の位置の図である。 組み立て要素の分解透視図の横断面図である。 すべてのその要素が結合され、機能している位置にある、発明の構造の横断面図である。 外面から見たフレキシブルワッシャー部の代替の実施形態の図である。 内面から見たフレキシブルワッシャー部の代替の実施形態の図である。

発明を実施するための形態が示される図面によると、本発明の立体構造は、その表面上の複数のソケット（2）を有する節点（1）であって、各々のソケットが結合手段（7）を有する節点（1）と、棒材（3）であって、その2つの端のいずれかで節点（1）のソケット（2）の中に挿入されるようになっており、前記端が各々少なくとも1つの保持要素（4）を備える棒材（3）と、穴あきねじ（5）であって、その内表面（6）は、棒材（3）の端の挿入を可能にし、その外表面は、ソケット（2）の結合手段（7）に対する相補的な結合手段（7’）を有する穴あきねじ（5）と、フレキシブルワッシャー部（8）であって、節点（1）のソケット（2）の中への挿入に適し、前記棒材（3）が穴あきねじ（5）の内部でロックされるように棒材（3）の端の保持要素（4）と協働する実質的に閉じられたワッシャーの形状をとり、穴あきねじ（5）の推力の結果として圧縮により閉じられ、かくして、組み立て品の解体を防止するが、ソケット（2）内の棒材（3）の回転は妨げない、フレキシブルワッシャー部（8）とを備える。

ここで、フレキシブルワッシャー部（8）は、2つの要素、すなわち、その外径に対応する薄いストリップ（10）であって、最大の可能な弾力性をワッシャーに提供する役割を担う薄いストリップ（10）と、前記ストリップの内径上の、ストリップより厚みが大きい複数の歯（11）とを備える。複数の歯は、前記歯（11）がストリップ（10）のみが見いだされる何もない領域と互い違いになってリングギア部を形成するように、内方へ突出する。

さらに、図面、特に図1B、図6A、および図6Bにおいて見られ得るように、節点（1）は、その垂直の向きを定義する貫通孔（12）をさらに備え、貫通孔は、空間内で節点を位置付ける。発明の好ましい実施形態によれば、前記貫通孔（12）に挿入されるブッシング（図示されていない）もまた含まれる。

このブッシングの目的は、締結および固定要素を固着させることまたは構造全体を支持点（地面または垂直面）に固定することといった、モジュラー構造の外部の部品のための支持および固着を提供できることである。さらに、前記貫通孔（12）がモジュラー構造の任意の外部の部品のための支持としての役割を果たさない場合、貫通孔（12）は、プラグ、皿小ねじ、または任意の他の同様の要素によってカバーされ得る。

さらに、前記図面に示された発明の好ましい実施形態によれば、貫通孔（12）が設けられる節点（1）の面は、その垂直の向きを定義することにより節点（1）の空間内の位置決めをさらに容易にし、したがって最終構造の組み付けを容易にする、平らにされた構成を有する。

さらに、図1において見ることができるように、前記平らにされた構成によって形成される平らな面において、節点（1）は、節点（1）に固定または締結された部品が特定の45°の角度で転回することによって向きを合わせられ得るように、貫通孔（12）の周りに等しい角度で分布させられた、小さい直径を有する、好ましくは8つの、複数の穴（13）を有する。

さらに、図2に示す棒材（3）は、荷重または応力を、それらが生じる節点（1）から、それらが構造支持体に伝達される節点（1）へと伝達する役割を担い、好ましくは縦長で円筒の形状を有し、その中央部は大きい横断面を有し、すなわち、端部が節点（1）のソケット（2）の中への挿入に適するように小さい横断面を有する。

加えて、棒材（3）の各端は、フレキシブルワッシャー部（8）を保持するための保持要素（4）を有する。特に、図5Aおよび図5Bに示す発明の可能な実施形態によると、前記保持要素（4）は、外周の段差によって形成される。

このように、棒材（3）は、その自由端に対応する第1のセクションにおいて、穴あきねじ（5）の内部を密にであるが自由に通過することを可能にさせる外径を有し、続いて、自由端からさらに離れた第2のセクションにおいて、フレキシブルワッシャー部（8）の保持要素（4）を構成する段差を形成するために短い直径を有する。一定の直径を有するこの第2のセクションは、フレキシブルワッシャー部（8）の幅の2倍より長い長さにわたって延在され、続いて、それが棒材（1）の中心領域の最大外径に到達するまで第3の円錐形セクションを漸次的に直径を増大させながら形成される。

穴あきねじ（5）に関し、図3Aおよび図3Bに示す好ましい実施形態によると、補完的な結合手段（7’）として、その外表面上に、ソケット（2）の結合手段（7）として形成される同様の雌ねじと論理的に補完的な雄ねじ部が形成される。

図3Aおよび図3Bはまた、棒材（3）がひとたび穴あきねじ（5）の内部に挿入されると自由に回転するように、穴あきねじ（5）の内表面（6）が棒材（3）の外表面と同様にぎざぎざのなく滑らかであることを示す。さらに、穴あきねじ（5）のこの内表面は、棒材（3）の端の直径に適合したその長さおよび直径を有し、これにより、それが正しい位置において節点（1）のソケット（2）の中に入ることしかないように誘導されることを前記棒材（3）に可能にさせ、かくして、作業者による組み付けを容易にする。

図3Bにおいて見ることができるように、穴あきねじ（5）は、その下側部分において、適切な角度αを有する傾斜面（14）を有し、その傾斜面は、以下において説明されるフレキシブルワッシャー部（8）の同一の角度αを有する傾斜面（14’）に接合する。これらの2つの平面を接合することにより、穴あきねじ（5）が、節点（1）のソケット（2）の内部に向かって、その縦軸に沿って前進するために、回転されると、そのトルク機能を実行し、フレキシブルワッシャー部（8）が、内方に圧縮され、ワッシャーが実質的に閉じられ、棒材（3）の端の保持デバイス（4）に結合され、固定される。

さらに、図3Bはまた、穴あきねじ（5）の前記傾斜面（14）が穴あきねじ（5）の内表面の縦方向に対し垂直な小さい段差で終わることを示す。前記段差は、穴あきねじ（5）の他の表面に対し相対的にサイズが小さく、フレキシブルワッシャー部（8）のための止め具および締結具として働く機能を有する。このように、フレキシブルワッシャー部（8）の回転は、穴あきねじ（5）がトルク力を発生する場合に妨げられ、かくしてフレキシブルワッシャー部（8）は固定されるので、フレキシブルワッシャー部の唯一の動きは、最初の開いている状態から最終的な閉じられた状態へと移行するための圧縮および直径の減少の動きである。

穴あきねじ（5）はまた、作業者がその組み立てと解体の両方を確実にできるように締め付けパーツまたは工具をその中に結合するのに適した一連の溝（9）を有する。さらに、前記溝（9）は、好ましくは円形状であり、それらが節点（1）の平らにされた領域における穴（13）と相補的であるように45°毎の等しい角度で分布され、かくして、支持点および外部のパーツが配列され得る向きの数を増大させ、空間におけるその向きを重要でないものにする。

好ましい実施形態に係る、穴あきねじ（5）の傾斜面（14）およびフレキシブルワッシャー部（8）の傾斜セクション（14’）の両者の傾斜の角度αに関し、これらは好ましくは30°と45°との間に含まれ、前記フレキシブルワッシャー部（8）は顕著なフレキシビリティを示すので、前記角度が45°であった従来技術におけるように、より大きい迎え角は必要とされないであろう。

ここで提案されているフレキシブルワッシャー部（8）の設計により、組み立て品を組み付ける際の労力がより少なくしなければならないという明確なアドバンテージを有するとともに、これは発明の主な利点の1つになる。

特に、その新たな設計の結果としてフレキシブルワッシャー部（8）の柔軟性を著しく改善することは、フレキシブルワッシャー部（8）の傾斜セクション（14’）の傾斜の角度αが、先に述べたように、30°と45°との間まで減じられることを可能にする。これは、2つの主な利点、すなわち、応力を支持する役割を担う歯（11）の表面を最大化し、かくして、組み立て品がより大きな機械的荷重に耐えることを可能にすること、または、作業者がそれを節点（1）のソケット（2）の内部にどのように位置決めしてもいいように、各側に1つずつのダブル傾斜セクション（14’）を有するフレキシブルワッシャー部（8）の代替の実施形態（図面には示されていない）を可能にすることを有する。これは、45°の最大傾斜角度αを有する前記傾斜セクション（14’）を有するので、それを必要以上に大きくする必要なく、ワッシャー部（8）の厚み内にそのような2つのセクションのための十分な空間が存在するために可能である。

図7Aおよび図7Bに示された別の可能な代替の実施形態によれば、発明の立体構造は、さねはぎタイプの継ぎ合わせシステム（16）または前記フレキシブルワッシャー部（8’）が有する同様のものによりそれらの内面によって共に接合される2つのフレキシブルワッシャー部（8’）を有するので、それらは、両面で対称であり、すなわち、両側に傾斜面（14’）を有し、作業者が誤った向きでワッシャー部を挿入することを防ぎ、かくして組み立て時間をさらに最小化する。

2つのフレキシブルワッシャー部（8、8’）のセットが単一のものの厚みの2倍であるということが容易に導き出され得るが、この実施形態はまた、増大した継ぎ合わせ強度を提供するという利点を有し、それは、より強力な棒材（3）または増大した断面を有する棒材（3）に協働を可能にさせる。

しかしながら、先に注意したように、棒材（3）の端の第2のセクションは、一定の直径を有し、前記フレキシブルワッシャー部（8）の幅の2倍より長いので、前記セクションは、棒材（3）と節点（1）との結合および分離を保証するのに十分である。

最後に、図4において見られ得るように、フレキシブルワッシャー部（8、8’）は、静止位置において、すなわち、圧縮を受けることなく、313°の円弧をカバーするように画定される。それはすなわち、その2つの自由端が、その内径および外径が通過する幾何学的中心に対し52°の角度を形成する、ということに注意すべきである。

Claims (9)

1. 立体構造であって、少なくとも、
   複数のソケット（2）を有する1つの節点（1）であって、各々のソケットが結合手段（7）を有する、1つの節点（1）と、
   1つの棒材（3）であって、その2つの端のいずれかで前記節点（1）の前記ソケット（2）の中に挿入されるようになっており、前記端が各々少なくとも1つの保持要素（4）を備える、1つの棒材（3）と、
   1つの穴あきねじ（5）であって、その内表面（6）は、前記棒材（3）の前記端の挿入を可能にし、その外表面は、前記ソケット（2）の前記結合手段（7）を構成する同様の雌ねじに対し相補的な雄ねじによって構成された1つの穴あきねじ（5）と、
   円周の円弧をカバーするフレキシブルワッシャー部（8、8’）であって、前記節点（1）の前記ソケット（2）の中への挿入に適し、前記棒材（3）が前記穴あきねじ（5）の内部でロックされるように前記棒材（3）の前記端の前記保持要素（4）と協働するワッシャーの形状を有し、前記穴あきねじ（5）の推力の結果としての圧縮により閉じられ、かくして、組み立て品の解体を防止するが、前記ソケット（2）内の前記棒材（3）の回転は妨げない、フレキシブルワッシャー部（8、8’）とを備え、
   前記穴あきねじ（5）は、前記穴あきねじ（5）による推力の結果として圧縮により前記フレキシブルワッシャー部（8）を閉じるために、前記フレキシブルワッシャー部（8）の同一の角度αを有する傾斜面（14’）で結合するように、角度αを有する傾斜面（14）を有し、
   前記フレキシブルワッシャー部（8）は、
   その外径に対応する薄いストリップ（10）と、
   前記薄いストリップ（10）の内径上に形成され、前記薄いストリップ（10）より厚く、内方に突出し、前記薄いストリップ（10）のみが設けられた空の空間と互い違いに配列され、リングギア部を構成する複数の歯(11)を備え、
   前記フレキシブルワッシャー部（8）を保持するための前記棒材（3）の前記保持要素（4）は、外周の段差によって形成されることをさらに特徴とする、立体構造。
2. 前記棒材（3）が、
   前記穴あきねじ（5）の内部を通過することを可能にさせるような外径を有する、その自由端に対応する第1のセクションと、
   前記フレキシブルワッシャー部（8）の前記保持要素（4）を構成する前記外周の段差を形成するために前記第1のセクションより直径が小さい、前記自由端からさらに離れた第2のセクションと、
   前記棒材（3）の中心領域の最大外径まで到達する第3の円錐形セクションとを備え、
   前記第2のセクションが、一定の直径を有し、前記フレキシブルワッシャー部（8）の幅の2倍より長い長さにわたって延在することを特徴とする、請求項1に記載の立体構造。
3. 前記穴あきねじ（5）の前記傾斜面（14）および前記フレキシブルワッシャー部（8）の前記傾斜面（14’）が30°と45°との間に含まれることを特徴とする、請求項1に記載の立体構造。
4. 作業者がそれを前記節点（1）の前記ソケット（2）内にどのように位置決めしてもいいように、前記フレキシブルワッシャー部（8）は、その両側に1つずつ、２つの傾斜面（14’）を有することを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の立体構造。
5. 前記フレキシブルワッシャー部は、その両側に傾斜面（14’）を有するように、継ぎ合わせシステム（16）によりそれらの内面によって共に接合される2つのフレキシブルワッシャー部（8’）を備えることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の立体構造。
6. 前記フレキシブルワッシャー部（8、8’）が円周の313°の円弧をカバーすることを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の立体構造。
7. 前記節点（1）は、その垂直の向きを定義する貫通孔（12）を有し、前記貫通孔（12）は平面上に設けられ、前記平面の前記貫通孔の周りには、等しい角度で分布する複数の穴（13）が設けられることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の立体構造。
8. 前記穴あきねじ（5）が、組み立ておよび／または解体のためのパーツまたは工具をそれらの中に結合するのに適した、等しい角度で分布させられた溝（9）を有することを特徴とする、請求項7に記載の立体構造。
9. 前記穴（13）および前記溝（9）は、それぞれ45°ごとの等しい角度で分布させられることを特徴とする、請求項8に記載の立体構造。

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