JP2016211617A - 伸縮アームを用いた面積可変枠体及び体積可変立体構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】伸縮アームの伸縮動作に応じて面積または体積を変えることのできる面積可変枠体または体積可変立体構造物を提供する。【解決手段】面積可変枠体は、多角形の枠体の各辺を構成する伸縮アーム（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）と、隣接する２つの辺の伸縮動作を連動させるように、隣接する２つの伸縮アームを連動可能に連結する連結機構（１５，１６）とを備える。伸縮アームは、Ｘ字状に交差させた２つの剛性部材を中央連結軸（１２）を介して回動可能に連結した複数のクロスユニット１１と、隣接するクロスユニットの端部同士を回動可能に連結する端部連結部（１３，１４）とを含む。【選択図】図２

Description

この発明は、伸縮アームの伸縮動作に応じて面積を変えることのできる面積可変枠体および体積を変えることのできる体積可変立体構造物に関するものである。

本件出願と同一の出願人は、先に、特開２０１４−１５９０７０号公報において、２個の剛性部材をＸ字状に交差させたクロスユニットを線状に複数個連ねて曲線状に伸縮動作を行う伸縮アームを提案した。

特開２０１４−１５９０７０号公報

本願発明者は、伸縮アームをより有効に活用できないかという点について、更なる検討を行った。その過程で、伸縮アームを用いることにより、平面的な形状の面積や立体的な形状の体積を変えることができることを見出した。

本発明の目的は、伸縮アームの伸縮動作に応じて面積または体積を変えることのできる面積可変枠体または体積可変立体構造物を提供することである。

この発明に従った面積可変枠体は、多角形の枠体の面積を可変とするものであり、多角形の枠体の各辺を構成する伸縮アームと、隣接する２つの辺の伸縮動作を連動させるように、隣接する２つの伸縮アームを連動可能に連結する連結機構とを備える。各伸縮アームは、Ｘ字状に交差させた２個の剛性部材を中央連結軸を介して回動可能に連結した複数のクロスユニッットと、隣接するクロスユニットの端部同士を回動可能に連結する端部連結部とを含む。

好ましい実施形態では、端部連結部は、多角形の枠体の内側に位置する内側端連結軸と、多角形の枠体の外側に位置する外側端連結軸とを含む。隣接する２つの辺の伸縮動作を連動させるための連結機構は、多角形の枠体のコーナー部に配置される第１折れ曲がり部材と、第２折れ曲がり部材と、コーナー部連結軸とを備える。第１折れ曲がり部材は、隣接する一方の辺の伸縮アームの内側端連結軸と、他方の辺の伸縮アームの外側端連結軸とを回動可能に連結する。第２折れ曲がり部材は、隣接する一方の辺の伸縮アームの外側端連結軸と、他方の辺の伸縮アームの内側端連結軸とを回動可能に連結する。コーナー部連結軸は、第１折れ曲がり部材と第２折れ曲がり部材とをそれらの交差部で回動可能に連結する。

上記の好ましい実施形態において、ｎ角形の内角の和をＡ度とすると、第１折れ曲がり部材及び第２折れ曲がり部材の折れ曲がり角度を、Ａ／ｎとするのが望ましい。

１つの実施形態では、多角形は四角形である。この場合、好ましくは、各剛性部材において、中央連結軸と内側端連結軸との間隔、および中央連結軸と外側端連結軸との間隔をＬ１とし、各折れ曲がり部材において、コーナー部連結軸と内側端連結軸との間隔、およびコーナー部連結軸と外側端連結軸との間隔をＬ２とすると、Ｌ２／Ｌ１の値は１〜１．５の範囲内である。

他の実施形態では、端部連結部は、多角形の枠体の内側に位置する内側端連結軸と、多角形の枠体の外側に位置する外側端連結軸とを含む。隣接する２つの辺の伸縮動作を連動させるための連結機構は、多角形の枠体のコーナー部において、隣接する一方の辺の伸縮アームの内側端および他方の辺の伸縮アームの内側端を回動可能に連結する内側端連結部材を含む。この実施形態において、連結機構が、さらに、多角形の枠体のコーナー部において、隣接する一方の辺の伸縮アームの外側端および他方の辺の伸縮アームの外側端を回動可能に連結する外側端連結部材を含むものであっても良い。

面積可変枠体の形状が四角形のとき、一つの実施形態では、連結機構は、四角形の枠体の４つのコーナー部のうち、対向する２つのコーナー部において、上記第１折れ曲がり部材と、上記第２折れ曲がり部材と、上記コーナー部連結軸とを含み、残りの対向する２つのコーナー部において、隣接する一方の辺の伸縮アームの内側端および他方の辺の伸縮アームの内側端を回動可能に連結する内側端連結部材を含む。

この発明に従った体積可変立体構造物は、上記のいずれかに記載の面積可変枠体の２個を平行な関係で離隔して連結する縦方向連結部材を備える。

１つの実施形態では、縦方向連結部材は、縦方向長さが一定の棒材である。

他の実施形態では、縦方向連結部材は、縦方向長さが可変である。

縦方向長さが可変の縦方向連結部材は、好ましい実施形態では、Ｘ字状に交差した２個の剛性部材からなるクロスユニットを備えた縦方向伸縮アームである。縦方向伸縮アームを構成するクロスユニットの数は１個でも良いし、複数個を縦方向に連ねて連結したものでも良い。

１つの実施形態では、縦方向伸縮アームの上方端は、上方に位置する一方の面積可変枠体の伸縮アームの端部連結部に連結され、縦方向伸縮アームの下方端は、下方に位置する他方の面積可変枠体の伸縮アームの前記端部連結部に連結される。

この場合、例えば、端部連結部は、多角形の枠体の内側に位置する内側端連結軸と、多角形の枠体の外側に位置する外側端連結軸とを含む。縦方向伸縮アームの上方端は、上方に位置する一方の面積可変枠体の伸縮アームの内側端連結軸および外側端連結軸に連結される。縦方向伸縮アームの下方端は、下方に位置する他方の面積可変枠体の伸縮アームの内側端連結軸および外側端連結軸に連結される。

他の実施形態では、端部連結部は、多角形の枠体の内側に位置する内側端連結軸と、多角形の枠体の外側に位置する外側端連結軸とを含み、縦方向伸縮アームの上方端は、上方に位置する一方の面積可変枠体の伸縮アームの内側端連結軸の２個、外側端連結軸の２個または中央連結軸の２個のいずれかに連結される。同様に、縦方向伸縮アームの下方端は、下方に位置する他方の面積可変枠体の伸縮アームの内側端連結軸の２個、外側端連結軸の２個または中央連結軸の２個のいずれかに連結される。

本発明の用途の一例は、組み立て玩具である。この組み立て玩具は、上記のいずれかに記載の面積可変枠体を複数個、および／または上記のいずれかに記載の体積可変立体構造物を複数個を備える。

上記構成の本発明によれば、伸縮アームの伸縮動作に応じて、多角形枠体の面積を変えることができ、また立体構造物の体積を変えることができる。

本発明の一実施形態に係る四角形枠体の平面図であり、最小面積の状態を示している。 本発明の一実施形態に係る四角形枠体の平面図であり、中間面積の状態を示している。 本発明の一実施形態に係る四角形枠体の平面図であり、最大面積の状態を示している。 本発明の一実施形態に係る体積可変立体構造物の斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る体積可変立体構造物の斜視図であり、中間体積の状態を示している。 本発明の他の実施形態に係る体積可変立体構造物の斜視図であり、最大体積の状態を示している。 本発明のさらに他の実施形態に係る体積可変立体構造物の斜視図であり、中間体積の状態を示している。 本発明のさらに他の実施形態に係る体積可変立体構造物の斜視図であり、枠体の面積を最大にし、縦方向連結部材の高さを最小にした状態を示している。 縦方向連結部材の他の例を図解的に示す図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る体積可変立体構造物の斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る正三角形枠体の平面図であり、最小面積の状態を示している。 本発明のさらに他の実施形態に係る正三角形枠体の平面図であり、中間面積の状態を示している。 本発明のさらに他の実施形態に係る正三角形枠体の平面図であり、最大面積の状態を示している。 本発明のさらに他の実施形態に係る体積可変立体構造物の平面図であり、中間体積の状態を示している。 本発明のさらに他の実施形態に係る体積可変立体構造物の斜視図であり、中間体積の状態を示している。 本発明のさらに他の実施形態に係る体積可変立体構造物の斜視図であり、最大体積の状態を示している。 本発明のさらに他の実施形態に係る正六角形枠体の平面図であり、最小面積の状態を示している。 本発明のさらに他の実施形態に係る正六角形枠体の平面図であり、中間面積の状態を示している。 本発明のさらに他の実施形態に係る正六角形枠体の平面図であり、最大面積の状態を示している。 本発明のさらに他の実施形態に係る星形枠体の平面図であり、中間面積の状態を示している。 本発明のさらに他の実施形態に係る星形枠体の平面図であり、最大面積の状態を示している。 本発明のさらに他の実施形態に係る四角形枠体の平面図であり、最小面積の状態を示している。 本発明のさらに他の実施形態に係る四角形枠体の平面図であり、中間面積の状態を示している。 本発明のさらに他の実施形態に係る四角形枠体の平面図であり、最大面積の状態を示している。 ３個の四角形枠体を接続した面積可変枠体の平面図であり、最小面積の状態を示している。 図２５に示した面積可変枠体が中間面積になっている状態を示す平面図である。 図２５に示した面積可変枠体が最大面積になっている状態を示す平面図である。 体積可変立体構造物の他の実施形態を示す斜視図であり、最小体積になっている状態を示している。 図２８に示した体積可変立体構造物が中間体積になっている状態を示す斜視図である。 図２８に示した体積可変立体構造物が最大体積になっている状態を示す斜視図である。 他の形態の伸縮アームの最小長さ状態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。 図３１の伸縮アームの中間長さ状態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。 図３１の伸縮アームの最大長さ状態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。 他の形態の伸縮アームを示す斜視図である。 他の形態の体積可変立体構造物の平面図である。 図３５に示した実施形態の形状を変更した後の状態を示す平面図である。 図３５に示した実施形態の形状を変更した後の状態を示す斜視図である。

図１〜図３は、本発明に従った面積可変枠体の第１の実施形態を示している。面積可変枠体は、多角形の一例として四角形を有している。図１は、枠体の外形輪郭線で囲まれる面積が最も小さい状態を示し、図２は中間の大きさの面積になっている状態を示し、図３は最も大きな面積となっている状態を示している。

図１〜図３では、四角形の面積可変枠体を図示して例示的に説明するが、三角形、五角形、六角形等の他の多角形でも基本的な構成及び動作は同じである。

四角形枠体１０の構成を主に図２を参照して説明する。

図示するように、四角形の枠体の４辺は、４個の伸縮アームＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄによって構成されており、伸縮アームの伸縮動作に応じて辺の長さが変わる。隣接する２つの辺の伸縮動作を連動させるように、隣接する２つの伸縮アームを連動可能に連結する連結機構を備える。この連結機構については、後述する。

各伸縮アームＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、Ｘ字状に交差させた２個の剛性部材１１ａ，１１ｂを、中央連結軸１２を介して回動可能に連結した複数のクロスユニット１１と、隣接するクロスユニットの端部同士を回動可能に連結する端部連結部とを含む。

図示した実施形態では、端部連結部は、四角形の枠体の内側に位置する内側端連結軸１３と、四角形の枠体の外側に位置する外側端連結軸１４とを含む。クロスユニット１１の構成要素である一つの剛性部材の形状に注目すると、上方から見た平面視において、内側端連結軸１３と、中央連結軸１２と、外側端連結軸１４とを結ぶ仮想線は、直線的に延びる。剛性部材の形状は、平面視において３つの連結軸を結ぶ仮想線が直線的に延びるものであればよく、平面視においてＳ字状に湾曲した形状またはＺ字状に湾曲した形状や、厚み方向において円弧状に湾曲した形状のものであっても差し支えない。

隣接する２つの伸縮アームを連動可能に連結する連結機構は、四角形の枠体のコーナー部において、第１折れ曲がり部材１５と、第２折れ曲がり部材１６と、コーナー部連結軸１７とを含む。第１および第２折れ曲がり部材１５，１６は共に、Ｖ字状に屈曲した形状を有している。コーナー部連結軸１７は、第１折れ曲がり部材１５と第２折れ曲がり部材１６とをそれらの交差部（屈曲点の位置）で回動可能に連結している。

第１折れ曲がり部材１５は、隣接する一方の辺の伸縮アームの内側端連結軸１３と、他方の辺の伸縮アームの外側端連結軸１４とを回動可能に連結している。第２折れ曲がり部材１６は、隣接する一方の辺の伸縮アームの外側端連結軸１４と、他方の辺の伸縮アームの内側端連結軸１３とを連結している。

多角形の形状を崩すことなく相似関係で面積を拡張したり、縮小したりするためには、第１折れ曲がり部材１５および第２折れ曲がり部材１６の屈曲角度を所定の値にすることが必要である。具体的には、ｎ角形の内角の和をＡ度とすると、第１および第２折れ曲がり部材１５，１６の折れ曲がり角度をＡ／ｎとすることが必要である。例えば、四角形の枠体であれば、各折れ曲がり部材の折れ曲がり角度を９０度にする。正三角形の枠体であれば、各折れ曲がり部材の折れ曲がり角度を６０度とする。正五角形の枠体であれば、各折れ曲がり部材の折れ曲がり角度を１０８度とする。正六角形の枠体であれば、各折れ曲がり部材の折れ曲がり角度を１２０度とする。

各クロスユニット１１の構成要素である各剛性部材１１ａ，１１ｂと、各折れ曲がり部材１５，１６との長さの関係は、以下の通りである。各剛性部材１１ａ，１１ｂにおいて、中央連結軸１２と内側端連結軸１３との間隔、および中央連結軸１２と外側端連結軸１４との間隔をＬ１とする（図３参照）。各折れ曲がり部材１５，１６において、コーナー部連結軸１７と内側端連結軸１３との間隔、およびコーナー部連結軸１７と外側端連結軸１４との間隔をＬ２とする。Ｌ２／Ｌ１の値は、正三角形の枠体の場合、１〜２．１６程度であり、四角形の枠体の場合、１〜１．５程度であり、正五角形の場合、１〜１．３２程度であり、正六角形の場合、１〜１．２３程度である。上記の範囲内でＬ２／Ｌ１の値が大きいほど、枠体面積の変更度合いが大きくなる。

なお、多角形枠体の各辺を構成する伸縮アームは複数のクロスユニット１１を伸縮方向に沿って線状に連ねて接続したものであるが、正多角形の枠体を構成する場合には、各辺を構成するクロスユニット１１の数は、同じ整数値である。また、各クロスユニット１１を構成する各剛性部材の長さは、同じである。

図１に示す最小面積の状態では、各クロスユニット１１は折り畳まれた状態であり、伸縮アームＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの長さが最も短くなっている。

図２に示す中間面積の状態では、各クロスユニット１１は、２つの剛性部材１１ａ，１１ｂがほぼ直交する位置関係になるまで開いており、伸縮アームＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの長さが中間長さとなっている。

図３に示す最大面積の状態では、各クロスユニット１１は全開状態であり、２つの剛性部材１１ａ，１１ｂの内側端連結軸１３と外側端連結軸１４とが近接して位置している。この状態では、四角形の枠体１０の各辺を構成する伸縮アームＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの長さが最大長さとなっている。

枠体の面積の変更動作、すなわち伸縮アームの伸縮動作を手動で行っても良いし、モーター等の駆動手段を用いて行うようにしても良い。

図４は、体積可変立体構造物の一例を示している。図示する体積可変立体構造物２０は、図１〜図３に示した四角形枠体１０の２個を平行な関係で離隔して連結する縦方向連結部材を備えている。図示した例では、縦方向連結部材の縦方向長さは一定である。具体的には、長さが一定の４本の棒材２１によって縦方向連結部材を構成している。各棒材２１は、四角形の枠体のコーナー部に位置し、上下のコーナー部連結軸１７を連結している。

図４に示した実施形態に係る体積可変立体構造物によれば、四角形枠体１０の面積の拡張および縮小に応じて、体積が拡張および縮小する。その際に、体積可変立体構造物の高さは一定である。

縦方向連結部材の縦方向長さを可変にしても良い。図５〜図９は、縦方向連結部材の長さを可変にした実施形態を示している。図５および図６の実施形態は、面積可変枠体の面積が拡張すれば高さが大きくなり、面積可変枠体の面積が縮小すれば高さが小さくなる体積可変立体構造物を示している。図７および図８の実施形態は、面積可変枠体の面積が拡張すれば高さが小さくなり、面積可変枠体の面積が縮小すれば高さが大きくなる体積可変立体構造物を示している。図９の実施形態は、面積可変枠体の面積の拡張・縮小とは関係なく、高さを変えることのできる縦方向連結部材を示している。

図５および図６に示す実施形態を説明する。図示する実施形態に係る立体構造物３０は、上下に位置する面積可変枠体１０の面積の変化に連動して、高さが変化するものである。図５と図６とを対比すれば、図５の形態に比べて、図６の形態の方が、上下に位置する四角形枠体１０の面積が大きく、縦方向連結部材３１の高さが大きくなっていることが理解できる。縦方向連結部材３１は、Ｘ字状に交差した２個の剛性部材からなるクロスユニットを縦方向に連ねて連結した縦方向伸縮アームである。縦方向伸縮アーム３１の上方端は、上方に位置する一方の四角形枠体１０の伸縮アームの端部連結部に連結されている。また、縦方向伸縮アーム３１の下方端は、下方に位置する他方の四角形枠体１０の伸縮アームの端部連結部に連結されている。具体的には、縦方向伸縮アーム３１の上方端は、上方の四角形枠体１０の内側端連結軸１３および外側端連結軸１４に連結され、縦方向伸縮アーム３１の下方端は、下方の四角形枠体１０の内側端連結軸１３および外側端連結軸１４に連結されている。

四角形枠体１０が面積を拡張する動作を行うと、内側端連結軸１３および外側端連結軸１４の間隔が小さくなる。したがって、内側端連結軸１３および外側端連結軸１４に上下端が連結されている縦方向伸縮アーム３１の幅方向寸法が小さくなり、縦方向長さが大きくなる。その逆に、四角形枠体１０が面積を縮小する動作を行うと、内側端連結軸１３および外側端連結軸１４の間隔が大きくなる。したがって、内側端連結軸１３および外側端連結軸１４に上下端が連結されている縦方向伸縮アーム３１の幅方向寸法が大きくなり、縦方向長さが小さくなる。

次に、図７および図８に示す実施形態を説明する。図示する実施形態に係る立体構造物４０は、上下に位置する面積可変枠体１０の面積の変化に連動して、高さが変化するものである。図７と図８とを対比すれば、図７の形態に比べて、図８の形態の方が、上下に位置する四角形枠体１０の面積が大きく、縦方向連結部材４１の高さが小さくなっていることが理解できる。縦方向連結部材４１は、Ｘ字状に交差した２個の剛性部材からなるクロスユニットを縦方向に連ねて連結した縦方向伸縮アームである。縦方向伸縮アーム４１の上方端は、上方の四角形枠体１０の中央連結軸１２の２個に連結され、縦方向伸縮アーム４１の下方端は、下方の四角形枠体１０の中央連結軸１２の２個に連結されている。

四角形枠体１０が面積を拡張する動作を行うと、２個の中央連結軸１２間の間隔が大きくなる。したがって、２個の中央連結軸１２に上下端が連結されている縦方向伸縮アーム４１の幅方向寸法が大きくなり、縦方向長さが小さくなる。その逆に、四角形枠体１０が面積を縮小する動作を行うと、２個の中央連結軸１２間の間隔が小さくなる。したがって、２個の中央連結軸１２に上下端が連結されている縦方向伸縮アーム４１の幅方向寸法が小さくなり、縦方向長さが大きくなる。

図７および図８に示した実施形態の変形例として、縦方向連結部材４１の上下端を、２個の中央連結軸１２に連結することに代えて、２個の外側端連結軸１４に連結したり、２個の内側端連結軸１３に連結するようにしても良い。このような変形例であっても、図７および図８に示した実施形態と実質的に同じ動作を行う。

図９は、上下の面積可変枠体１０を平行な関係で離隔して連結する縦方向連結部材の他の例を示している。図示する縦方向連結部材４５は、長さが可変の棒材である。具体的には、縦方向連結部材４５は、縦方向に延びる管４６と、縦方向に延び、管４６内にスライド可能に嵌め入れられた内挿体４７とを含む。内挿体４７を管４６内に深く差し込んだ状態（ａ）の高さをＨ１とし、内挿体４７を管４６から大きく引き出した状態（ｂ）の高さをＨ２とすると、Ｈ２＞Ｈ１となる。内挿体４７をロックピン等を用いて任意の高さ位置で固定するようにすれば、上下の枠体１０の間隔を任意の大きさに設定することができる。

図１０は、体積可変立体構造物の他の実施形態を示している。図示する立体構造物５０は、上下に位置する四角形枠体１０と、上下の四角形枠体１０を連結する縦方向連結部材としての４個の縦方向伸縮アーム５１とを備える。図１０に示す四角形枠体１０が、図１〜図３に示した四角形枠体１０と異なっているのは、図１０の四角形枠体１０が、第１および第２折れ曲がり部材を備えていない点のみである。他の構成は同じであるので、同一要素については同一の番号を付すことにより説明を省略する。

図１０に示す実施形態の四角形枠体１０においては、隣接する２つの伸縮アームは、コーナー部において共通の内側端連結軸１３によって連結されている。さらに、一方の伸縮アームの外側端連結軸１４と、他方の伸縮アームの外側端連結軸１４は、クロスユニットを縦方向に連ねた縦方向伸縮アーム５１によって連結されている。

四角形枠体１０における隣接する２つの伸縮アームを連動可能に連結する機能を果たしているのは、２つの伸縮アームの外側端連結軸を連結している縦方向伸縮アーム５１である。さらに、縦方向伸縮アーム５１は、四角形枠体１０の伸縮アームの伸縮動作に応じて伸縮動作を行う。したがって、図１０に示した実施形態では、上下の四角形枠体１０が面積拡張動作を行なえば、４個の縦方向伸縮アーム５１の高さが大きくなり、立体構造物５０の体積も増大する。その逆に、上下の四角形枠体１０が面積縮小動作を行なえば、４個の縦方向伸縮アーム５１の高さが小さくなり、立体構造物５０の体積も減少する。

図１１〜図１３は、多角形の枠体の他の例である正三角形枠体６０を示している。正三角形枠体の各辺を構成しているのは、図１〜図３に示した実施形態と同様に、複数のクロスユニットを連ねた伸縮アームである。先の実施形態と同一または相当の要素については、同一の番号を付することによって説明を省略する。

図１１は正三角形枠体６０の面積が最も小さい状態を示し、図１２は正三角形枠体６０の面積が中間の大きさの状態を示し、図１３は正三角形枠体６０の面積が最も大きい状態を示している。

図１１〜図１３に示す実施形態では、正三角形枠体６０のコーナー部において、第１折れ曲がり部材１５が、隣接する一方の辺の伸縮アームの内側端連結軸１３と、他方の辺の伸縮アームの外側端連結軸１４とを回動可能に連結している。また、第２折れ曲がり部材１６が、隣接する一方の辺の伸縮アームの外側端連結軸１４と、他方の辺の伸縮アームの内側端連結軸１３とを連結している。第１および第２折れ曲がり部材１５，１６は、共に、Ｖ字状に屈曲した形状をしている。コーナー部連結軸１７は、第１折れ曲がり部材１５と第２折れ曲がり部材１６とをそれらの交差部（屈曲点の位置）で回動可能に連結している。第１および第２折れ曲がり部材１５，１６の折れ曲がり角度は、６０度である。

図１１に示す最小面積の状態では、各辺を構成する伸縮アームの長さが最も小さくなっている。図１２に示す中間面積の状態では、各辺を構成する伸縮アームの長さが中程度の長さになっている。図１３に示す最大面積の状態では、各辺を構成する伸縮アームの長さが最も大きくなっている。

図１４〜図１６は、体積可変立体構造物の他の実施形態を示している。図１４および図１５は中間程度の体積となっている立体構造物を示し、図１６は最大体積となっている立体構造物を示している。図示する体積可変立体構造物は、三角柱の形状を有している。具体的には、上下に位置する正三角形の枠体６０と、上下の正三角形枠体６０を連結する縦方向連結部材としての３個の縦方向伸縮アーム７１とを備える。縦方向伸縮アーム７１は、先の実施形態と同様に、クロスユニットを縦方向に連ねたものである。

各正三角形枠体６０の各辺を構成するのは、クロスユニットを連ねた伸縮アームである。正三角形枠体６０において、隣接する伸縮アームは、コーナー部において共通の内側端連結軸１３によって連結されている。さらに、一方の伸縮アームの外側端連結軸１４と、他方の伸縮アームの外側端連結軸１４とは、縦方向伸縮アーム７１によって連結されている。

正三角形枠体６０における隣接する２つの伸縮アームを連動可能に連結する機能を果たしているのは、２つの伸縮アームの外側端連結軸を連結している縦方向伸縮アーム７１である。さらに、縦方向伸縮アーム７１は、正三角形枠体６０の伸縮アームの伸縮動作に応じて伸縮動作を行う。したがって、上下の正三角形枠体１０が面積拡張動作を行なえば、３個の縦方向伸縮アーム７１の高さが大きくなり、立体構造物７０の体積も増大する。その逆に、上下の正三角形枠体６０が面積縮小動作を行なえば、３個の縦方向伸縮アーム７１の高さが小さくなり、立体構造物７０の体積も減少する。

図１７〜図１９は、多角形枠体の他の例としての正六角形枠体８０を示している。図１７は最小面積の状態、図１８は中間面積の状態、図１９は最大面積の状態を示している。

正六角形枠体８０は、各辺を構成する６個の伸縮アーム８１と、コーナー部において隣接する２つの伸縮アーム８１を連動可能に連結する第１および第２折れ曲がり部材８２，８３とを備える。

第１折れ曲がり部材８２は、隣接する一方の辺の伸縮アーム８１の内側端連結軸１３と、他方の辺の伸縮アーム８１の外側端連結軸１４とを回動可能に連結している。第２折れ曲がり部材８３は、隣接する一方の辺の伸縮アーム８１の外側端連結軸１４と、他方の辺の伸縮アーム８１の内側端連結軸１３とを連結している。コーナー部連結軸１７は、第１折れ曲がり部材８２と第２折れ曲がり部材８３とをそれらの交差部（屈曲点の位置）で回動可能に連結している。第１および第２折れ曲がり部材８２，８３の折れ曲がり角度は１２０度である。

図示していないが、図１７〜１９に示した正六角形枠体８０を平行な間隔で上下に配置し、それらを縦方向連結部材で連結するようにすれば、六角柱の立体構造物を作ることができる。

図２０および図２１は、多角形枠体の他の例である星形枠体を示している。図２０は中間程度の大きさの状態、図２１は最大の大きさの状態を示している。

星形枠体９０は、６個の突起部を持つ形状であり、各辺を構成する１２個の伸縮アーム９１と、隣接する伸縮アームを連動可能に連結する２種類の折れ曲がり部材９２，９２’とを備える。一方の折れ曲がり部材９２は、外方に突出したコーナー部に設けられるものであり、折れ曲がり部材９２の折れ曲がり角度は３６度である。他方の折れ曲がり部材９２’は、内方に突出したコーナー部に設けられるものであり、折れ曲がり部材９２’の折れ曲がり角度は１０８度である。

図２２〜図２４は、四角形枠体の他の例を示している。図２２は最小面積の状態、図２３は中間面積の状態、図２４は最大面積の状態を示している。

図示する四角形枠体１００は、四角形の各辺を構成する４個の伸縮アーム１０１と、四角形の各コーナー部において隣接する２つの伸縮アーム１０１を連結するコーナー部連結手段とを備える。４つのコーナー部のうち、対向する２つのコーナー部において、コーナー部連結手段は、第１折れ曲がり部材１０２と、第２折れ曲がり部材１０３とを含む。第１折れ曲がり部材１０２および第２折れ曲がり部材１０３については、先に記載した実施形態のものと同じであるので説明を省略する。

残りの対向するコーナー部では、隣接する一方の辺の伸縮アーム１０１の内側端および他方の辺の伸縮アームの１０１の内側端が内側端連結部材としての内側端連結軸１３によって回動可能に連結されている。

図２５〜図２７は、３個の四角形枠体を接続した面積可変枠体を図示している。図２５は最小面積の状態、図２６は中間面積の状態、図２７は最大面積の状態を示している。

図示する面積可変枠体１１０は、１個の長方形枠体１１０Ａと、２個の正方形枠体１１０Ｂ，１１０Ｃとを接続したものである。長方形枠体１１０Ａと隣接する１個の正方形枠体１１０Ｂとは、１辺を共通にしている。また、隣接する２個の正方形枠体１１０Ｂ，１１０Ｃは、１辺を共通にしている。

各四角形枠体１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃにおいては、他の枠体と共有しない隣接する２つの辺のコーナー部に第１折れ曲がり部材１１１と第２折れ曲がり部材１１２とを備える。これらの折れ曲がり部材１１１，１１２の接続態様及び動作に関しては、既に記載した実施形態のものと同じであるので、ここでは繰り返しの説明を省略する。

長方形枠体１１０Ａと正方形枠体１１０Ｂとが共有する辺と、長方形枠体１１０Ａ及び正方形枠体１１０Ｂの辺とが合流するＴ字状コーナー部には、第１Ｔ字形状折れ曲がり部材１１３と第２Ｔ字形状折れ曲がり部材１１４とが設けられている。第１Ｔ字形状折れ曲がり部材１１３の横棒部分は、長方形枠体１１０Ａの内側端連結軸と正方形枠体１１０Ｂの外側端連結軸とを接続している。第２Ｔ字形状折れ曲がり部材１１４の横棒部分は、長方形枠体１１０Ａの外側端連結軸と正方形枠体１１０Ｂの内側端連結軸とを接続している。

第１Ｔ字形状折れ曲がり部材１１３の縦棒部分は共通する辺の一方の端部連結軸に連結され、第２Ｔ字形状折れ曲がり部材１１４の縦棒部分は共通する辺の他方の端部連結軸に連結されている。具体的には、長方形枠体１１０Ａから見たとき、第１Ｔ字形状折れ曲がり部材１１３の縦棒部分は外側端連結軸に連結され、第２Ｔ字形状折れ曲がり部材１１４の縦棒部分は内側端連結軸に連結されている。正方形枠体１１０Ｂから見たときには、第１Ｔ字形状折れ曲がり部材１１３の縦棒部分は内側端連結軸に連結され、第２Ｔ字形状折れ曲がり部材１１４の縦棒部分は外側端連結軸に連結されている。

同様に、隣接する正方形枠体１１０Ｂ、１１０Ｃの辺がＴ字状に交差するＴ字状コーナー部にも、第１Ｔ字形状折れ曲がり部材１１３と第１Ｔ字形状折れ曲がり部材１１４とが設けられている。

４つの辺が交差する十字形状コーナー部には、第１十字形状折れ曲がり部材１１５と、第２十字形状折れ曲がり部材１１６とが設けられている。各十字形状折れ曲がり部材１１５，１１６は、隣接する２つの辺の端部連結軸を連結している。具体的には、各十字形状折れ曲がり部材は、一方の辺の外側端連結軸と他方の辺の内側端連結軸とを連結する。

図２５〜図２７に示した面積可変枠体によれば、接続された３個の四角形枠体の面積を可変にすることができる。

図２８〜図３０は、立方体形状の体積可変立体構造物を示している。図２８は最小体積の状態を示し、図２９は中間体積の状態を示し、図３０は最大体積の状態を示している。

図示する体積可変立体構造物１２０は、６面によって規定される立方体形状を有しており、四角形の第１面枠体１２１と、四角形の第２面枠体１２２と、四角形の第３面枠体１２３と、四角形の第４面枠体１２４と、四角形の第５面枠体１２５と、四角形の第６面枠体１２６とを備える。各面枠体の各辺を構成するのは複数のクロスユニットを接続した伸縮アームである。隣接する２つの面枠体は、立方体の各辺に沿って隣接して延びる２個の伸縮アームの外側端連結軸同士を接続することによって互いに対して連動して面積可変の動作を行うようにされている。

図３１〜図３３は、他の形態の伸縮アームを示している。図３１は伸縮アームの最小長さの状態を示し、図３２は伸縮アームの中間長さの状態を示し、図３３は伸縮アームの最大長さの状態を示している。

図示するように、伸縮アーム１３０は複数のクロスユニットを連ねた形態を有しているが、ここで注目すべきは、各クロスユニットを構成する一対の剛性部材が、逆方向に湾曲した円弧状形状を有していることである。そのため、伸縮アームの伸縮方向に直交する横断面形状は、ほぼ円形となる。図示した実施形態では、一対の剛性部材は、直線的に延びる中央連結軸１３１によって回動可能に連結されている。

図３４は、図３１〜図３３の実施形態の変形例である。図示する伸縮アーム１４０では、中央連結軸１４１が側方に大きく湾曲した形状を有している。この実施形態であれば、伸縮アーム１４０の利用可能な内部空間を大きくとることができるので、例えば、伸縮アーム内に消防ホース等を配置することが可能となる。

図３５〜図３７は、体積可変立体構造物の他の実施形態を示している。図３５は初期状態の平面図であり、図３６は動作途中の状態の平面図であり、図３７は動作途中の状態の斜視図である。

図示する体積可変立体構造物１５０は、上下方向に離隔した２個の四角形枠体１５０Ａ，１５０Ｂを縦方向連結部材である縦棒１５８によって連結したものである。図３５に示すように、初期状態の形状に注目すると、四角形枠体１５０Ａは、伸長状態の２個の伸縮アーム１５１，１５２と、縮小状態の２個の伸縮アーム１５３，１５４とによって四角形形状が形成されている。Ｘ字状に交差し、中央連結軸１５７を介して回動可能に連結されている第１連結部材１５５及び第２連結部材１５６は、四角形のコーナー部において、隣接する２個の伸縮アームを動作可能に連結している。

具体的には、第１連結部材１５５の一方端は、第２伸縮アーム１５２および第３伸縮アーム１５３の共通内側端連結軸１３に連結され、第１連結部材１５５の他方端は、第４伸縮アーム１５４及び第１伸縮アーム１５１の共通内側端連結軸１３に連結されている。第２連結部材１５６の一方端は、第１伸縮アーム１５１及び第３伸縮アーム１５３の共通内側端連結軸１３に連結され、第２連結部材１５６の他方端は、第２伸縮アーム１５２及び第４伸縮アーム１５４の共通内側端連結軸１３に連結されている。

図３６及び図３７に示す状態では、各伸縮アーム１５１，１５２，１５３，１５４はほぼ同じ長さとなっている。図３７に示すように、上下の四角形枠体１５０Ａ，１５０Ｂを連結する縦棒１５８は、上下に位置する共通内側端連結軸１３を連結している。

以上、図面を参照してこの発明のいくつかの実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態に限定されるものではない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変更を加えることが可能である。

面積可変枠体を上下に備える体積可変立体構造物は、建築構造物、容器、展示物、パビリオン、遊戯具、組み立て玩具、飾り物、オブジェ、家具、車の荷台、照明器具、ペット等の動物舎、踏み台、ロボットのボディ、水槽、プール、トイレボックス、更衣ボックス、シャワー室、地上建造物、地中建造物、水中建造物、空中建造物、簡易集合住宅（例えば、災害地用）、倉庫、シャワー・キッチン・消防ホース保持装置、野菜工場、テント、動植物園等、多くの用途に有利に利用され得る。

より具体的に例示すると、以下の通りである。

（１）建造物
多角形の面積可変枠体または体積可変立体構造物と、板状物またはシート状物とを組み合わせて、壁、床および天井を設けた建造物。板状物としては、木製板、金属製ボード、アクリル板、ガラス板、複合材ボード等が考えられる。シート状物としては、レザー、シーツ、フィルム等が考えらえる。

建造物の例として、簡易ハウス、子供部屋、勉強部屋、物置、倉庫、更衣室、シャワー室、トイレボックス、ペット舎、温室、イベント会場、舞台、集会場、作業場、工房、パウダールーム、展示場、動植物園、フラワーショップ、展望台等が考えられる。

（２）シャワーホース、消防ホースまたはロープ等を保持するアームまたはポール
例えば、横断面形状が円形の伸縮アームを用いた長さ可変のホース保持用枠や、国旗、のぼり、鯉のぼり用ポール等が考えられる。

（３）空中、水中、地中構造物
例えば、伸縮アーム、面積可変枠体、体積可変立体構造物を用いて、空中に位置する大型アンテナ、大型太陽光発電パネル、太陽光集電パネルや、宇宙や海水中に設ける居住施設等の大型構造物が考えられる。

（４）園芸用途
例えば、ツルバラ、アサガオ、つる等の成長に合わせて最適な大きさに調整可能な保持枠が考えられる。

（５）野菜工場
例えば、近隣に住む人等の集団（コミュニティ）で運営する中型野菜工場、花工場、高齢者の交流や健康維持のための野菜工場等が考えられる。

（６）組み立て玩具
例えば、脳の成長、活性化に必要なクロスリンク方式の玩具としての利用も可能である。複数種類の伸縮アーム、面積可変枠体、体積可変立体構造物を上下、左右、前後、内外の位置関係で適宜自在に指先で組み立てるような組み立て玩具であれば、子供や高齢者の脳の成長、活性化に役立てることも可能である。

（７）大型、中型、小型オブジェ
例えば、複数種類の面積可変枠体や体積可変立体構造物を組み合わせて、種々の形状のオブジェを作ることができる。そのようなオブジェは、公園、街路、イベント会場などの屋内に設置しても良いし、家、ホテル、病院、児童施設、老人施設等の屋内に設置しても良い。また、色や光と組わせることにより、視覚的に面白い装飾物とすることも可能である。

（８）室内野菜ハウス
発光ダイオード（ＬＥＤ）と組み合わせてグリーンインテリアを兼ね備えた装飾性のある野菜ハウスや、フラワースタンド、プランターとしての利用も可能である。

（９）テント
レザーシートや、布製シート等と組み合わせて、多種多様な形状及び大きさのテント等としての利用も可能である。

（１０）仮設住宅・店舗、災害用集合住宅
例えば四角形の枠体とボードとの組わせにより、複数の立方体または直方体を結合して簡易ハウス等を作ることも可能である。

（１１）木製・金属製家具
例えば、面積、体積、形、色等を容易に変更可能なベッド、ソファー、テーブル、収納棚・容器、ハンガー、棚、台座等への利用も可能である。

１０ 四角形枠体、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 伸縮アーム、１１ クロスユニット、１２ 中央連結軸、１３ 内側端連結軸、１４ 外側端連結軸、１５ 第１折れ曲がり部材、１６ 第２折れ曲がり部材、１７ コーナー部連結軸、２０ 体積可変立体構造物、２１ 棒材、３０ 体積可変立体構造物、３１ 縦方向伸縮アーム、４０ 体積可変立体構造物、４１ 縦方向伸縮アーム、４５ 縦方向連結部材、４６ 管、４７ 内挿体、５０ 体積可変立体構造物、５１ 縦方向伸縮アーム、６０ 正三角形枠体、７０ 体積可変立体構造物、７１ 縦方向伸縮アーム、８０ 正六角形枠体、８１ 伸縮アーム、８２ 第１折れ曲がり部材、８３ 第２折れ曲がり部材、９０ 星形枠体、９１ 伸縮アーム、９２，９２’ 折れ曲がり部材、１００ 四角形枠体、１０１ 伸縮アーム、１０２ 第１折れ曲がり部材、１０３ 第２折れ曲がり部材、１１０ 面積可変枠体、１１１ 第１折れ曲がり部材、１１２ 第２折れ曲がり部材、１１３ 第１Ｔ字形状折れ曲がり部材、１１４ 第２Ｔ字形状折れ曲がり部材、１１５ 第１十字形状折れ曲がり部材、１１６ 第２十字形状折れ曲がり部材、１２０ 体積可変立体構造物、１２１ 第１面枠体、１２２ 第２面枠体、１２３ 第３面枠体、１２４ 第４面枠体、１２５ 第５面枠体、１２６ 第６面枠体、１３０ 伸縮アーム、１３１ 中央連結軸、１４０ 伸縮アーム、１４１ 中央連結軸、１５０ 体積可変立体構造物、１５０Ａ，１５０Ｂ 四角形枠体、１５１ 第１伸縮アーム、１５２ 第２伸縮アーム、１５３ 第３伸縮アーム、１５４ 第４伸縮アーム、１５５ 第１連結部材、１５６ 第２連結部材、１５７ 中央連結軸、１５８ 縦棒。

Claims (15)

1. 多角形の枠体の面積を可変とする面積可変枠体であって、
   前記多角形の枠体の各辺を構成する伸縮アームと、
   隣接する２つの辺の伸縮動作を連動させるように、隣接する２つの伸縮アームを連動可能に連結する連結機構とを備え、
   前記各伸縮アームは、
   Ｘ字状に交差させた２個の剛性部材を中央連結軸を介して回動可能に連結した複数のクロスユニッットと、
   隣接するクロスユニットの端部同士を回動可能に連結する端部連結部とを含む、面積可変枠体。
2. 前記端部連結部は、前記多角形の枠体の内側に位置する内側端連結軸と、前記多角形の枠体の外側に位置する外側端連結軸とを含み、
   前記連結機構は、前記多角形の枠体のコーナー部において、
   隣接する一方の辺の伸縮アームの内側端連結軸と、他方の辺の伸縮アームの外側端連結軸とを回動可能に連結する第１折れ曲がり部材と、
   隣接する一方の辺の伸縮アームの外側端連結軸と、他方の辺の伸縮アームの内側端連結軸とを回動可能に連結する第２折れ曲がり部材と、
   前記第１折れ曲がり部材と前記第２折れ曲がり部材とをそれらの交差部で回動可能に連結するコーナー部連結軸とを有する、請求項１に記載の面積可変枠体。
3. ｎ角形の内角の和をＡ度とすると、
   前記第１折れ曲がり部材及び第２折れ曲がり部材の折れ曲がり角度は、Ａ／ｎである、請求項２に記載の面積可変枠体。
4. 前記端部連結部は、前記多角形の枠体の内側に位置する内側端連結軸と、前記多角形の枠体の外側に位置する外側端連結軸とを含み、
   前記連結機構は、前記多角形の枠体のコーナー部において、
   隣接する一方の辺の伸縮アームの内側端および他方の辺の伸縮アームの内側端を回動可能に連結する内側端連結部材を含む、請求項１に記載の面積可変枠体。
5. 前記連結機構は、前記多角形の枠体のコーナー部において、
   隣接する一方の辺の伸縮アームの外側端および他方の辺の伸縮アームの外側端を回動可能に連結する外側端連結部材を含む、請求項４に記載の面積可変枠体。
6. 前記多角形は四角形であり、
   前記各剛性部材において、前記中央連結軸と前記内側端連結軸との間隔、および前記中央連結軸と前記外側端連結軸との間隔をＬ１とし、前記各折れ曲がり部材において、前記コーナー部連結軸と前記内側端連結軸との間隔、および前記コーナー部連結軸と前記外側端連結軸との間隔をＬ２とすると、Ｌ２／Ｌ１の値は１〜１．５の範囲内である、請求項２に記載の面積可変枠体。
7. 前記多角形は四角形であり、
   前記連結機構は、四角形の枠体の４つのコーナー部のうち、対向する２つのコーナー部において、前記第１折れ曲がり部材と、前記第２折れ曲がり部材と、前記コーナー部連結軸とを含み、
   残りの対向する２つのコーナー部において、隣接する一方の辺の伸縮アームの内側端および他方の辺の伸縮アームの内側端を回動可能に連結する内側端連結部材を含む、請求項２または３に記載の面積可変枠体。
8. 請求項１に記載の面積可変枠体の２個を平行な関係で離隔して連結する縦方向連結部材を備える、体積可変立体構造物。
9. 前記縦方向連結部材は、縦方向長さが一定の棒材である、請求項８に記載の体積可変立体構造物。
10. 前記縦方向連結部材は、縦方向長さが可変である、請求項８に記載の体積可変立体構造物。
11. 前記縦方向連結部材は、Ｘ字状に交差した２個の剛性部材からなるクロスユニットを備えた縦方向伸縮アームである、請求項１０に記載の体積可変立体構造物。
12. 前記縦方向伸縮アームの上方端は、上方に位置する一方の面積可変枠体の伸縮アームの前記端部連結部に連結され、
    前記縦方向伸縮アームの下方端は、下方に位置する他方の面積可変枠体の伸縮アームの前記端部連結部に連結される、請求項１１に記載の体積可変立体構造物。
13. 前記端部連結部は、前記多角形の枠体の内側に位置する内側端連結軸と、前記多角形の枠体の外側に位置する外側端連結軸とを含み、
    前記縦方向伸縮アームの上方端は、上方に位置する一方の面積可変枠体の伸縮アームの前記内側端連結軸および前記外側端連結軸に連結され、
    前記縦方向伸縮アームの下方端は、下方に位置する他方の面積可変枠体の伸縮アームの前記内側端連結軸および前記外側端連結軸に連結される、請求項１２に記載の体積可変立体構造物。
14. 前記端部連結部は、前記多角形の枠体の内側に位置する内側端連結軸と、前記多角形の枠体の外側に位置する外側端連結軸とを含み、
    前記縦方向伸縮アームの上方端は、上方に位置する一方の面積可変枠体の伸縮アームの前記内側端連結軸の２個、前記外側端連結軸の２個または前記中央連結軸の２個のいずれかに連結され、
    前記縦方向伸縮アームの下方端は、下方に位置する他方の面積可変枠体の伸縮アームの前記内側端連結軸の２個、前記外側端連結軸の２個または前記中央連結軸の２個のいずれかに連結される、請求項１１に記載の体積可変立体構造物。
15. 請求項１〜７のいずれかに記載の面積可変枠体を複数個、および／または請求項８〜１４のいずれかに記載の体積可変立体構造物を複数個を備えた、組み立て玩具。
    
    

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