KR20160129699A - 신축 암을 이용한 면적 가변 프레임체 및 체적 가변 입체 구조물 - Google Patents

신축 암을 이용한 면적 가변 프레임체 및 체적 가변 입체 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신축 암의 신축 동작에 따라서 면적 또는 체적을 바꿀 수 있는 면적 가변 프레임체 또는 체적 가변 입체 구조물을 제공한다.
면적 가변 프레임체는 다각형 프레임체의 각 변을 구성하는 신축 암(A, B, C, D); 및 인접한 2개의 변의 신축 동작을 연동시키도록, 인접한 2개의 신축 암을 연동 가능하게 연결하는 연결 기구(15, 16);를 구비한다. 신축 암은 X자형으로 교차시킨 2개의 강성부재를 중앙 연결축(12)을 통해 회동 가능하게 연결한 복수의 크로스 유닛(11); 및 인접한 크로스 유닛의 단부끼리를 회동 가능하게 연결하는 단부 연결부(13, 14);를 포함한다.

Description

신축 암을 이용한 면적 가변 프레임체 및 체적 가변 입체 구조물{VARIABLE SURFACE FRAME BODY AND VARIABLE VOLUME SPACE FRAME BODY USING TELESCOPIC ARM}
본 발명은 신축 암(arm)의 신축 동작에 따라서 면적을 바꿀 수 있는 면적 가변 프레임체 및 체적을 바꿀 수 있는 체적 가변 입체 구조물에 관한 것이다.
본건 출원과 동일한 출원인은 앞서, 일본국 공개특허공보 2014-159070호에서 2개의 강성부재를 X자형으로 교차시킨 크로스 유닛을 선형상으로 복수개 배열하여 곡선형상으로 신축 동작을 행하는 신축 암을 제안하였다.
일본국 공개특허공보 2014-159070호
본원 발명자는 신축 암을 보다 유효하게 활용할 수 있는 방법에 대해 한층 더 검토하였다. 그 과정에서, 신축 암을 이용함으로써 평면적인 형상의 면적이나 입체적인 형상의 체적을 바꿀 수 있음을 발견하였다.
본 발명의 목적은 신축 암의 신축 동작에 따라서 면적 또는 체적을 바꿀 수 있는 면적 가변 프레임체 또는 체적 가변 입체 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 면적 가변 프레임체는 다각형의 프레임체의 면적을 가변되게 하는 것으로서, 다각형 프레임체의 각 변을 구성하는 신축 암; 및 인접한 2개의 변의 신축 동작을 연동시키도록, 인접한 2개의 신축 암을 연동 가능하게 연결하는 연결 기구;를 구비한다. 각 신축 암은 X자형으로 교차시킨 2개의 강성부재를 중앙 연결축을 통해 회동(回動) 가능하게 연결한 복수의 크로스 유닛; 및 인접한 크로스 유닛의 단부끼리를 회동 가능하게 연결하는 단부 연결부;를 포함한다.
바람직한 실시형태에서는, 단부 연결부는 다각형 프레임체의 내측에 위치하는 내측단 연결축; 및 다각형 프레임체의 외측에 위치하는 외측단 연결축;을 포함한다. 인접한 2개의 변의 신축 동작을 연동시키기 위한 연결 기구는 다각형 프레임체의 코너부에 배치되는 제1 절곡부재, 제2 절곡부재, 코너부 연결축을 구비한다. 제1 절곡부재는 인접한 한쪽 변의 신축 암의 내측단 연결축과, 다른 쪽 변의 신축 암의 외측단 연결축을 회동 가능하게 연결한다. 제2 절곡부재는 인접한 한쪽 변의 신축 암의 외측단 연결축과, 다른 쪽 변의 신축 암의 내측단 연결축을 회동 가능하게 연결한다. 코너부 연결축은 제1 절곡부재와 제2 절곡부재를 그들의 교차부에서 회동 가능하게 연결한다.
상기의 바람직한 실시형태에서 n각형의 내각의 합을 A도라고 하면, 제1 절곡부재 및 제2 절곡부재의 절곡 각도를 A/n으로 하는 것이 바람직하다.
하나의 실시형태에서 다각형은 사각형이다. 이 경우 바람직하게는, 각 강성부재에 있어서 중앙 연결축과 내측단 연결축의 간격 및 중앙 연결축과 외측단 연결축의 간격을 L1로 하고, 각 절곡부재에 있어서 코너부 연결축과 내측단 연결축의 간격 및 코너부 연결축과 외측단 연결축의 간격을 L2로 하면, L2/L1의 값은 1~1.5의 범위 내이다.
다른 실시형태에서 단부 연결부는 다각형 프레임체의 내측에 위치하는 내측단 연결축; 및 다각형 프레임체의 외측에 위치하는 외측단 연결축을 포함한다. 인접한 2개의 변의 신축 동작을 연동시키기 위한 연결 기구는 다각형 프레임체의 코너부에서, 인접한 한쪽 변의 신축 암의 내측단 및 다른 쪽 변의 신축 암의 내측단을 회동 가능하게 연결하는 내측단 연결부재를 포함한다. 이 실시형태에서 연결 기구가 또한, 다각형 프레임체의 코너부에서, 인접한 한쪽 변의 신축 암의 외측단 및 다른 쪽 변의 신축 암의 외측단을 회동 가능하게 연결하는 외측단 연결부재를 포함하는 것이어도 된다.
면적 가변 프레임체의 형상이 사각형일 때, 하나의 실시형태에서 연결 기구는 사각형 프레임체의 4개의 코너부 중 대향하는 2개의 코너부에 있어서, 상기 제1 절곡부재, 상기 제2 절곡부재, 상기 코너부 연결축을 포함하고, 나머지 대향하는 2개의 코너부에 있어서, 인접한 한쪽 변의 신축 암의 내측단 및 다른 쪽 변의 신축 암의 내측단을 회동 가능하게 연결하는 내측단 연결부재를 포함한다.
본 발명에 따른 체적 가변 입체 구조물은 상기 중 어느 하나에 기재된 면적 가변 프레임체 2개를 평행한 관계로 이격해서 연결하는 종방향 연결부재를 구비한다.
하나의 실시형태에서 종방향 연결부재는 종방향 길이가 일정한 봉재(bar)이다.
다른 실시형태에서 종방향 연결부재는 종방향 길이가 가변이다.
종방향 길이가 가변되는 종방향 연결부재는, 바람직한 실시형태에서는 X자형으로 교차한 2개의 강성부재로 이루어진 크로스 유닛을 구비한 종방향 신축 암이다. 종방향 신축 암을 구성하는 크로스 유닛의 수는 1개여도 되고, 복수개를 종방향으로 배열해서 연결한 것이어도 된다.
하나의 실시형태에서 종방향 신축 암의 상측단은 위쪽에 위치하는 한쪽 면적 가변 프레임체의 신축 암의 단부 연결부에 연결되고, 종방향 신축 암의 하측단은 아래쪽에 위치하는 다른 쪽 면적 가변 프레임체의 신축 암의 상기 단부 연결부에 연결된다.
이 경우, 예를 들면, 단부 연결부는 다각형 프레임체의 내측에 위치하는 내측단 연결축; 및 다각형 프레임체의 외측에 위치하는 외측단 연결축;을 포함한다. 종방향 신축 암의 상측단은 위쪽에 위치하는 한쪽 면적 가변 프레임체의 신축 암의 내측단 연결축 및 외측단 연결축에 연결된다. 종방향 신축 암의 하측단은 아래쪽에 위치하는 다른 쪽 면적 가변 프레임체의 신축 암의 내측단 연결축 및 외측단 연결축에 연결된다.
다른 실시형태에서 단부 연결부는 다각형 프레임체의 내측에 위치하는 내측단 연결축; 및 다각형 프레임체의 외측에 위치하는 외측단 연결축;을 포함하고, 종방향 신축 암의 상측단은 위쪽에 위치하는 한쪽 면적 가변 프레임체의 신축 암의 내측단 연결축 2개, 외측단 연결축 2개 또는 중앙 연결축 2개 중 어느 것에 연결된다. 마찬가지로 종방향 신축 암의 하측단은 아래쪽에 위치하는 다른 쪽 면적 가변 프레임체의 신축 암의 내측단 연결축 2개, 외측단 연결축 2개 또는 중앙 연결축 2개 중 어느 것에 연결된다.
본 발명의 용도의 일례는 조립 완구이다. 이 조립 완구는 상기 중 하나에 기재된 면적 가변 프레임체를 복수개 및/또는 상기 중 하나에 기재된 체적 가변 입체 구조물을 복수개 구비한다.
상기 구성의 본 발명에 따르면, 신축 암의 신축 동작에 따라서 다각형 프레임체의 면적을 바꿀 수 있으며 또한 입체 구조물의 체적을 바꿀 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 사각형 프레임체의 평면도이며, 최소 면적 상태를 나타내고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 사각형 프레임체의 평면도이며, 중간 면적 상태를 나타내고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 사각형 프레임체의 평면도이며, 최대 면적 상태를 나타내고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 체적 가변 입체 구조물의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 체적 가변 입체 구조물의 사시도이며, 중간 체적 상태를 나타내고 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 체적 가변 입체 구조물의 사시도이며, 최대 체적 상태를 나타내고 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 체적 가변 입체 구조물의 사시도이며, 중간 체적 상태를 나타내고 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 체적 가변 입체 구조물의 사시도이며, 프레임체의 면적을 최대로 하고 종방향 연결부재의 높이를 최소로 한 상태를 나타내고 있다.
도 9는 종방향 연결부재의 다른 예를 도해적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 체적 가변 입체 구조물의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 정삼각형 프레임체의 평면도이며, 최소 면적 상태를 나타내고 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 정삼각형 프레임체의 평면도이며, 중간 면적 상태를 나타내고 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 정삼각형 프레임체의 평면도이며, 최대 면적 상태를 나타내고 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 체적 가변 입체 구조물의 평면도이며, 중간 체적 상태를 나타내고 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 체적 가변 입체 구조물의 사시도이며, 중간 체적 상태를 나타내고 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 체적 가변 입체 구조물의 사시도이며, 최대 체적 상태를 나타내고 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 정육각형 프레임체의 평면도이며, 최소 면적 상태를 나타내고 있다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 정육각형 프레임체의 평면도이며, 중간 면적 상태를 나타내고 있다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 정육각형 프레임체의 평면도이며, 최대 면적 상태를 나타내고 있다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 별모양 프레임체의 평면도이며, 중간 면적 상태를 나타내고 있다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 별모양 프레임체의 평면도이며, 최대 면적 상태를 나타내고 있다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 사각형 프레임체의 평면도이며, 최소 면적 상태를 나타내고 있다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 사각형 프레임체의 평면도이며, 중간 면적 상태를 나타내고 있다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 사각형 프레임체의 평면도이며, 최대 면적 상태를 나타내고 있다.
도 25는 3개의 사각형 프레임체를 접속한 면적 가변 프레임체의 평면도이며, 최소 면적 상태를 나타내고 있다.
도 26은 도 25에 도시한 면적 가변 프레임체가 중간 면적으로 되어 있는 상태를 나타낸 평면도이다.
도 27은 도 25에 도시한 면적 가변 프레임체가 최대 면적으로 되어 있는 상태를 나타낸 평면도이다.
도 28은 체적 가변 입체 구조물의 다른 실시형태를 나타낸 사시도이며, 최소 체적으로 되어 있는 상태를 나타내고 있다.
도 29는 도 28에 도시한 체적 가변 입체 구조물이 중간 체적으로 되어 있는 상태를 나타낸 사시도이다.
도 30은 도 28에 도시한 체적 가변 입체 구조물이 최대 체적으로 되어 있는 상태를 나타낸 사시도이다.
도 31은 다른 형태의 신축 암의 최소 길이 상태를 나타낸 도면이며, (a)는 사시도, (b)는 평면도이다.
도 32는 도 31의 신축 암의 중간 길이 상태를 나타낸 도면이며, (a)는 사시도, (b)는 평면도이다.
도 33은 도 31의 신축 암의 최대 길이 상태를 나타낸 도면이며, (a)는 사시도, (b)는 평면도이다.
도 34는 다른 형태의 신축 암을 나타낸 사시도이다.
도 35는 다른 형태의 체적 가변 입체 구조물의 평면도이다.
도 36은 도 35에 도시한 실시형태의 형상을 변경한 후의 상태를 나타낸 평면도이다.
도 37은 도 35에 도시한 실시형태의 형상을 변경한 후의 상태를 나타낸 사시도이다.
도 1~도 3은 본 발명에 따른 면적 가변 프레임체의 제1 실시형태를 도시한 것이다. 면적 가변 프레임체는 다각형의 일례로서 사각형을 가지고 있다. 도 1은 프레임체의 외형 윤곽선으로 둘러싸인 면적이 가장 작은 상태를 나타내고, 도 2는 중간 크기의 면적으로 되어 있는 상태를 나타내고, 도 3은 가장 큰 면적으로 되어 있는 상태를 나타내고 있다.
도 1~도 3에서는 사각형의 면적 가변 프레임체를 도시하여 예시적으로 설명하나, 삼각형, 오각형, 육각형 등 다른 다각형에서도 기본적인 구성 및 동작은 동일하다.
사각형 프레임체(10)의 구성을 주로 도 2를 참조하여 설명한다.
도시한 바와 같이 사각형 프레임체의 4변은 4개의 신축 암(A, B, C, D)으로 구성되어 있으며, 신축 암의 신축 동작에 따라서 변의 길이가 바뀐다. 인접한 2개의 변의 신축 동작을 연동시키도록, 인접한 2개의 신축 암을 연동 가능하게 연결하는 연결 기구를 구비한다. 이 연결 기구에 대해서는 후술한다.
각 신축 암(A, B, C, D)은 X자형으로 교차시킨 2개의 강성부재(11a, 11b)를 중앙 연결축(12)을 통해 회동 가능하게 연결한 복수의 크로스 유닛(11); 및 인접한 크로스 유닛의 단부끼리를 회동 가능하게 연결하는 단부 연결부;를 포함한다.
도시한 실시형태에서 단부 연결부는 사각형 프레임체의 내측에 위치하는 내측단 연결축(13); 및 사각형 프레임체의 외측에 위치하는 외측단 연결축(14);을 포함한다. 크로스 유닛(11)의 구성 요소인 하나의 강성부재의 형상에 주목하면, 위쪽에서 본 평면시(平面視)에 있어서, 내측단 연결축(13), 중앙 연결축(12), 외측단 연결축(14)을 잇는 가상선은 직선적으로 연장된다. 강성부재의 형상은 평면시에서 3개의 연결축을 잇는 가상선이 직선적으로 연장되는 것이면 되고, 평면시에서 S자형으로 만곡된 형상 또는 Z자형으로 만곡된 형상이나, 두께방향에서 원호형상으로 만곡된 형상이어도 무방하다.
인접한 2개의 신축 암을 연동 가능하게 연결하는 연결 기구는 사각형 프레임체의 코너부에 있어서 제1 절곡부재(15), 제2 절곡부재(16), 코너부 연결축(17)을 포함한다. 제1 및 제2 절곡부재(15, 16)는 모두 V자형으로 굴곡된 형상을 가지고 있다. 코너부 연결축(17)은 제1 절곡부재(15)와 제2 절곡부재(16)를 그들의 교차부(굴곡점의 위치)에서 회동 가능하게 연결하고 있다.
제1 절곡부재(15)는 인접한 한쪽 변의 신축 암의 내측단 연결축(13)과, 다른 쪽 변의 신축 암의 외측단 연결축(14)을 회동 가능하게 연결하고 있다. 제2 절곡부재(16)는 인접한 한쪽 변의 신축 암의 외측단 연결축(14)과, 다른 쪽 변의 신축 암의 내측단 연결축(13)을 연결하고 있다.
다각형의 형상을 무너뜨리지 않게 상사(相似;similarity) 관계로 면적을 확장하거나 축소하기 위해서는 제1 절곡부재(15) 및 제2 절곡부재(16)의 굴곡 각도를 소정 값으로 할 필요가 있다. 구체적으로 n각형의 내각의 합을 A도라고 하면, 제1 및 제2 절곡부재(15, 16)의 절곡 각도를 A/n으로 할 필요가 있다. 예를 들어, 사각형의 프레임체라면 각 절곡부재의 절곡 각도를 90도로 한다. 정삼각형의 프레임체라면 각 절곡부재의 절곡 각도를 60도로 한다. 정오각형의 프레임체라면 각 절곡부재의 절곡 각도를 108도로 한다. 정육각형의 프레임체라면 각 절곡부재의 절곡 각도를 120도로 한다.
각 크로스 유닛(11)의 구성 요소인 각 강성부재(11a, 11b)와, 각 절곡부재(15, 16)와의 길이 관계는 다음과 같다. 각 강성부재(11a, 11b)에서 중앙 연결축(12)과 내측단 연결축(13)의 간격, 및 중앙 연결축(12)과 외측단 연결축(14)의 간격을 L1로 한다(도 3 참조). 각 절곡부재(15, 16)에서 코너부 연결축(17)과 내측단 연결축(13)의 간격, 및 코너부 연결축(17)과 외측단 연결축(14)의 간격을 L2로 한다. L2/L1의 값은 정삼각형 프레임체의 경우 1~2.16 정도이고, 사각형 프레임체의 경우 1~1.5 정도이고, 정오각형의 경우 1~1.32 정도이고, 정육각형의 경우 1~1.23 정도이다. 상기 범위 내에서 L2/L1의 값이 클수록 프레임체 면적의 변경 정도가 커진다.
또한 다각형 프레임체의 각 변을 구성하는 신축 암은 복수의 크로스 유닛(11)을 신축방향을 따라서 선형상으로 배열하여 접속한 것인데, 정다각형의 프레임체를 구성할 경우, 각 변을 구성하는 크로스 유닛(11)의 수는 같은 정수값이다. 또한 각 크로스 유닛(11)을 구성하는 각 강성부재의 길이는 동일하다.
도 1에 도시한 최소 면적의 상태에서는, 각 크로스 유닛(11)은 접힌 상태이며 신축 암(A, B, C, D)의 길이가 가장 짧게 되어 있다.
도 2에 도시한 중간 면적의 상태에서는, 각 크로스 유닛(11)은 2개의 강성부재(11a, 11b)가 거의 직교하는 위치 관계가 될 때까지 벌어져 있고, 신축 암(A, B, C, D)의 길이가 중간 길이로 되어 있다.
도 3에 도시한 최대 면적의 상태에서는, 각 크로스 유닛(11)은 전체 개방 상태이며, 2개의 강성부재(11a, 11b)의 내측단 연결축(13)과 외측단 연결축(14)이 근접해서 위치해 있다. 이 상태에서는 사각형 프레임체(10)의 각 변을 구성하는 신축 암(A, B, C, D)의 길이가 최대 길이로 되어 있다.
프레임체의 면적의 변경 동작, 즉 신축 암의 신축 동작을 수동으로 해도 되고, 모터 등의 구동 수단을 이용해서 해도 된다.
도 4는 체적 가변 입체 구조물의 일례를 도시한 것이다. 도시한 체적 가변 입체 구조물(20)은 도 1~도 3에 도시한 사각형 프레임체(10) 2개를 평행한 관계로 이격해서 연결하는 종방향 연결부재를 구비하고 있다. 도시한 예에서는, 종방향 연결부재의 종방향 길이는 일정하다. 구체적으로는 길이가 일정한 4개의 봉재(21)로 종방향 연결부재를 구성하고 있다. 각 봉재(21)는 사각형 프레임체의 코너부에 위치하며, 상하의 코너부 연결축(17)을 연결하고 있다.
도 4에 도시한 실시형태에 따른 체적 가변 입체 구조물에 따르면, 사각형 프레임체(10)의 면적의 확장 및 축소에 따라 체적이 확장 및 축소된다. 그 때, 체적 가변 입체 구조물의 높이는 일정하다.
종방향 연결부재의 종방향 길이를 가변되게 해도 된다. 도 5~도 9는 종방향 연결부재의 길이를 가변되게 한 실시형태를 도시한 것이다. 도 5 및 도 6의 실시형태는 면적 가변 프레임체의 면적이 확장되면 높이가 커지고, 면적 가변 프레임체의 면적이 축소되면 높이가 작아지는 체적 가변 입체 구조물을 도시하고 있다. 도 7 및 도 8의 실시형태는 면적 가변 프레임체의 면적이 확장되면 높이가 작아지고, 면적 가변 프레임체의 면적이 축소되면 높이가 커지는 체적 가변 입체 구조물을 도시하고 있다. 도 9의 실시형태는 면적 가변 프레임체의 면적의 확장·축소와는 관계없이 높이를 바꿀 수 있는 종방향 연결부재를 도시하고 있다.
도 5 및 도 6에 도시한 실시형태를 설명한다. 도시한 실시형태에 따른 입체 구조물(30)은 상하에 위치하는 면적 가변 프레임체(10)의 면적 변화에 연동하여 높이가 변화된다. 도 5와 도 6을 대비하면, 도 5의 형태에 비해 도 6의 형태가 상하에 위치한 사각형 프레임체(10)의 면적이 크고 종방향 연결부재(31)의 높이가 크게 되어 있음을 알 수 있다. 종방향 연결부재(31)는 X자형으로 교차한 2개의 강성부재로 이루어진 크로스 유닛을 종방향으로 배열하여 연결한 종방향 신축 암이다. 종방향 신축 암(31)의 상측단은 위쪽에 위치하는 한쪽 사각형 프레임체(10)의 신축 암의 단부 연결부에 연결되어 있다. 또, 종방향 신축 암(31)의 하측단은 아래쪽에 위치하는 다른 쪽 사각형 프레임체(10)의 신축 암의 단부 연결부에 연결되어 있다. 구체적으로는, 종방향 신축 암(31)의 상측단은 위쪽의 사각형 프레임체(10)의 내측단 연결축(13) 및 외측단 연결축(14)에 연결되고, 종방향 신축 암(31)의 하측단은 아래쪽의 사각형 프레임체(10)의 내측단 연결축(13) 및 외측단 연결축(14)에 연결되어 있다.
사각형 프레임체(10)가 면적을 확장하는 동작을 하면, 내측단 연결축(13) 및 외측단 연결축(14)의 간격이 작아진다. 따라서 내측단 연결축(13) 및 외측단 연결축(14)에 상하단이 연결되어 있는 종방향 신축 암(31)의 폭방향 치수가 작아지고 종방향 길이가 커진다. 그 반대로, 사각형 프레임체(10)가 면적을 축소하는 동작을 하면, 내측단 연결축(13) 및 외측단 연결축(14)의 간격이 커진다. 따라서 내측단 연결축(13) 및 외측단 연결축(14)에 상하단이 연결되어 있는 종방향 신축 암(31)의 폭방향 치수가 커지고 종방향 길이가 작아진다.
다음으로 도 7 및 도 8에 도시한 실시형태를 설명한다. 도시한 실시형태에 따른 입체 구조물(40)은 상하에 위치하는 면적 가변 프레임체(10)의 면적 변화에 연동하여 높이가 변화된다. 도 7과 도 8을 대비하면, 도 7의 형태에 비해 도 8의 형태가 상하에 위치한 사각형 프레임체(10)의 면적이 크고 종방향 연결부재(41)의 높이가 작게 되어 있음을 알 수 있다. 종방향 연결부재(41)는 X자형으로 교차한 2개의 강성부재로 이루어진 크로스 유닛을 종방향으로 배열해서 연결한 종방향 신축 암이다. 종방향 신축 암(41)의 상측단은 위쪽의 사각형 프레임체(10)의 중앙 연결축(12) 2개에 연결되고, 종방향 신축 암(41)의 하측단은 아래쪽의 사각형 프레임체(10)의 중앙 연결축(12) 2개에 연결되어 있다.
사각형 프레임체(10)가 면적을 확장하는 동작을 하면, 2개의 중앙 연결축(12)간의 간격이 커진다. 따라서 2개의 중앙 연결축(12)에 상하단이 연결되어 있는 종방향 신축 암(41)의 폭방향 치수가 커지고 종방향 길이가 작아진다. 그 반대로, 사각형 프레임체(10)가 면적을 축소하는 동작을 하면, 2개의 중앙 연결축(12)간의 간격이 작아진다. 따라서 2개의 중앙 연결축(12)에 상하단이 연결되어 있는 종방향 신축 암(41)의 폭방향 치수가 작아지고 종방향 길이가 커진다.
도 7 및 도 8에 도시한 실시형태의 변형예로서, 종방향 연결부재(41)의 상하단을, 2개의 중앙 연결축(12)에 연결하는 대신에, 2개의 외측단 연결축(14)에 연결하거나 2개의 내측단 연결축(13)에 연결해도 된다. 이러한 변형예도 도 7 및 도 8에 도시한 실시형태와 실질적으로 동일한 동작을 행한다.
도 9는 상하의 면적 가변 프레임체(10)를 평행한 관계로 이격해서 연결하는 종방향 연결부재의 다른 예를 도시한 것이다. 도시한 종방향 연결부재(45)는 길이가 가변되는 봉재이다. 구체적으로는, 종방향 연결부재(45)는 종방향으로 뻗은 관(46); 및 종방향으로 뻗으며 관(46) 내에 슬라이드 가능하게 끼워넣어진 내부 삽입체(47);를 포함한다. 내부 삽입체(47)를 관(46) 내에 깊게 꽂아넣은 상태(a)의 높이를 H1로 하고, 내부 삽입체(47)를 관(46)에서 길게 빼낸 상태(b)의 높이를 H2로 하면, H2>H1이 된다. 내부 삽입체(47)를 잠금 핀 등을 이용해서 임의의 높이위치에서 고정하면, 상하의 프레임체(10)의 간격을 임의의 크기로 설정할 수 있다.
도 10은 체적 가변 입체 구조물의 다른 실시형태를 도시한 것이다. 도시한 입체 구조물(50)은 상하에 위치하는 사각형 프레임체(10); 및 상하의 사각형 프레임체(10)를 연결하는 종방향 연결부재로서의 4개의 종방향 신축 암(51);을 구비한다. 도 10에 도시한 사각형 프레임체(10)가 도 1~도 3에 도시한 사각형 프레임체(10)와 다른 점은 도 10의 사각형 프레임체(10)가 제1 및 제2 절곡부재를 구비하지 않는 점뿐이다. 다른 구성은 동일하므로, 동일 요소에 대해서는 동일한 번호를 부여함으로써 설명을 생략한다.
도 10에 도시한 실시형태의 사각형 프레임체(10)에서는, 인접한 2개의 신축 암은 코너부에서 공통된 내측단 연결축(13)에 의해 연결되어 있다. 또, 한쪽 신축 암의 외측단 연결축(14)과 다른 쪽 신축 암의 외측단 연결축(14)은 크로스 유닛을 종방향으로 배열한 종방향 신축 암(51)에 의해 연결되어 있다.
사각형 프레임체(10)의 인접한 2개의 신축 암을 연동 가능하게 연결하는 기능을 수행하고 있는 것은 2개의 신축 암의 외측단 연결축을 연결하고 있는 종방향 신축 암(51)이다. 또한, 종방향 신축 암(51)은 사각형 프레임체(10)의 신축 암의 신축 동작에 따라서 신축 동작을 행한다. 따라서 도 10에 도시한 실시형태에서는 상하의 사각형 프레임체(10)가 면적 확장 동작을 하면 4개의 종방향 신축 암(51)의 높이가 커지고 입체 구조물(50)의 체적도 증대된다. 그와 반대로, 상하의 사각형 프레임체(10)가 면적 축소 동작을 하면 4개의 종방향 신축 암(51)의 높이가 작아지고 입체 구조물(50)의 체적도 감소된다.
도 11~도 13은 다각형 프레임체의 다른 예인 정삼각형 프레임체(60)를 도시한 것이다. 정삼각형 프레임체의 각 변을 구성하는 것은 도 1~도 3에 도시한 실시형태와 마찬가지로 복수의 크로스 유닛을 배열한 신축 암이다. 이전의 실시형태와 동일하거나 또는 상당하는 요소에 대해서는 동일한 번호를 부여함으로써 설명을 생략한다.
도 11은 정삼각형 프레임체(60)의 면적이 가장 작은 상태를 나타내고, 도 12는 정삼각형 프레임체(60)의 면적이 중간 크기인 상태를 나타내고, 도 13은 정삼각형 프레임체(60)의 면적이 가장 큰 상태를 나타내고 있다.
도 11~도 13에 도시한 실시형태에서는 정삼각형 프레임체(60)의 코너부에 있어서, 제1 절곡부재(15)가, 인접한 한쪽 변의 신축 암의 내측단 연결축(13)과, 다른 쪽 변의 신축 암의 외측단 연결축(14)을 회동 가능하게 연결하고 있다. 또 제2 절곡부재(16)가, 인접한 한쪽 변의 신축 암의 외측단 연결축(14)과, 다른 쪽 변의 신축 암의 내측단 연결축(13)을 연결하고 있다. 제1 및 제2 절곡부재(15, 16)는 모두 V자형으로 굴곡된 형상을 하고 있다. 코너부 연결축(17)은 제1 절곡부재(15)와 제2 절곡부재(16)를 그들의 교차부(굴곡점의 위치)에서 회동 가능하게 연결하고 있다. 제1 및 제2 절곡부재(15, 16)의 절곡 각도는 60도이다
도 11에 도시한 최소 면적 상태에서는 각 변을 구성하는 신축 암의 길이가 가장 작게 되어 있다. 도 12에 도시한 중간 면적 상태에서는 각 변을 구성하는 신축 암의 길이가 중간 정도의 길이로 되어 있다. 도 13에 도시한 최대 면적 상태에서는 각 변을 구성하는 신축 암의 길이가 가장 크게 되어 있다.
도 14~도 16은 체적 가변 입체 구조물의 다른 실시형태를 도시한 것이다. 도 14 및 도 15는 중간 정도의 체적으로 되어 있는 입체 구조물을 나타내고, 도 16은 최대 체적으로 되어 있는 입체 구조물을 나타내고 있다. 도시한 체적 가변 입체 구조물은 삼각기둥 형상을 가지고 있다. 구체적으로는, 상하에 위치하는 정삼각형 프레임체(60); 및 상하의 정삼각형 프레임체(60)를 연결하는 종방향 연결부재로서의 3개의 종방향 신축 암(71);을 구비한다. 종방향 신축 암(71)은 앞선 실시형태와 마찬가지로, 크로스 유닛을 종방향으로 배열한 것이다.
각 정삼각형 프레임체(60)의 각 변을 구성하는 것은 크로스 유닛을 배열한 신축 암이다. 정삼각형 프레임체(60)에서, 인접한 신축 암은 코너부에서 공통된 내측단 연결축(13)에 의해 연결되어 있다. 또 한쪽 신축 암의 외측단 연결축(14)과 다른 쪽 신축 암의 외측단 연결축(14)은 종방향 신축 암(71)에 의해 연결되어 있다.
정삼각형 프레임체(60)에서 인접한 2개의 신축 암을 연동 가능하게 연결하는 기능을 수행하고 있는 것은 2개의 신축 암의 외측단 연결축을 연결하고 있는 종방향 신축 암(71)이다. 또한, 종방향 신축 암(71)은 정삼각형 프레임체(60)의 신축 암의 신축 동작에 따라서 신축 동작을 행한다. 따라서 상하의 정삼각형 프레임체(10)가 면적 확장 동작을 하면 3개의 종방향 신축 암(71)의 높이가 커지고 입체 구조물(70)의 체적도 증대된다. 그와 반대로, 상하의 정삼각형 프레임체(60)가 면적 축소 동작을 하면 3개의 종방향 신축 암(71)의 높이가 작아지고 입체 구조물(70)의 체적도 감소된다.
도 17~도 19는 다각형 프레임체의 다른 예로서의 정육각형 프레임체(80)를 도시한 것이다. 도 17은 최소 면적 상태, 도 18은 중간 면적 상태, 도 19는 최대 면적 상태를 나타내고 있다.
정육각형 프레임체(80)는 각 변을 구성하는 6개의 신축 암(81); 및 코너부에 있어서 인접한 2개의 신축 암(81)을 연동 가능하게 연결하는 제1 및 제2 절곡부재(82, 83);를 구비한다.
제1 절곡부재(82)는 인접한 한쪽 변의 신축 암(81)의 내측단 연결축(13)과, 다른 쪽 변의 신축 암(81)의 외측단 연결축(14)을 회동 가능하게 연결하고 있다. 제2 절곡부재(83)는 인접한 한쪽 변의 신축 암(81)의 외측단 연결축(14)과, 다른 쪽 변의 신축 암(81)의 내측단 연결축(13)을 연결하고 있다. 코너부 연결축(17)은 제1 절곡부재(82)와 제2 절곡부재(83)를 그들의 교차부(굴곡점의 위치)에서 회동 가능하게 연결하고 있다. 제1 및 제2 절곡부재(82, 83)의 절곡 각도는 120도이다.
도시하지는 않았지만, 도 17~19에 도시한 정육각형 프레임체(80)를 평행한 간격으로 위아래에 배치하고, 그들을 종방향 연결부재로 연결하면 육각기둥의 입체 구조물을 만들 수 있다.
도 20 및 도 21은 다각형 프레임체의 다른 예인 별모양 프레임체를 도시한 것이다. 도 20은 중간 정도 크기 상태, 도 21은 최대 크기 상태를 나타내고 있다.
별모양 프레임체(90)는 6개의 돌기부를 가진 형상이며, 각 변을 구성하는 12개의 신축 암(91); 및 인접한 신축 암을 연동 가능하게 연결하는 2종류의 절곡부재(92, 92');를 구비한다. 한쪽 절곡부재(92)는 바깥쪽으로 돌출한 코너부에 마련되는 것으로, 절곡부재(92)의 절곡 각도는 36도이다. 다른 쪽 절곡부재(92')는 안쪽으로 돌출한 코너부에 마련되는 것으로, 절곡부재(92')의 절곡 각도는 108도이다.
도 22~도 24는 사각형 프레임체의 다른 예를 도시한 것이다. 도 22는 최소 면적 상태, 도 23은 중간 면적 상태, 도 24는 최대 면적 상태를 나타내고 있다.
도시한 사각형 프레임체(100)는 사각형의 각 변을 구성하는 4개의 신축 암(101); 및 사각형의 각 코너부에서 인접한 2개의 신축 암(101)을 연결하는 코너부 연결 수단;을 구비한다. 4개의 코너부 중 대향하는 2개의 코너부에 있어서, 코너부 연결 수단은 제1 절곡부재(102)와 제2 절곡부재(103)를 포함한다. 제1 절곡부재(102) 및 제2 절곡부재(103)에 대해서는 앞서 기재한 실시형태와 동일하므로 설명을 생략한다.
나머지 대향하는 코너부에서는 인접한 한쪽 변의 신축 암(101)의 내측단 및 다른 쪽 변의 신축 암(101)의 내측단이 내측단 연결부재로서의 내측단 연결축(13)에 의해 회동 가능하게 연결되어 있다.
도 25~도 27은 3개의 사각형 프레임체를 접속한 면적 가변 프레임체를 도시한 것이다. 도 25는 최소 면적 상태, 도 26은 중간 면적 상태, 도 27은 최대 면적 상태를 나타내고 있다.
도시한 면적 가변 프레임체(110)는 1개의 직사각형 프레임체(110A)와 2개의 정사각형 프레임체(110B, 110C)를 접속한 것이다. 직사각형 프레임체(110A)와 인접한 1개의 정사각형 프레임체(110B)는 1변을 공통으로 하고 있다. 또 인접한 2개의 정사각형 프레임체(110B, 110C)는 1변을 공통으로 하고 있다.
각 사각형 프레임체(110A, 110B, 110C)에서는 다른 프레임체와 공유하지 않는 인접한 2개의 변의 코너부에 제1 절곡부재(111)와 제2 절곡부재(112)를 구비한다. 이들 절곡부재(111, 112)의 접속 형태 및 동작에 관해서는 이미 기재한 실시형태와 동일하므로 여기서는 반복 설명을 생략한다.
직사각형 프레임체(110A)와 정사각형 프레임체(110B)가 공유하는 변;과 직사각형 프레임체(110A) 및 정사각형 프레임체(110B)의 변;이 합류하는 T자형 코너부에는 제1 T자형상 절곡부재(113)와 제2 T자형상 절곡부재(114)가 마련되어 있다. 제1 T자형상 절곡부재(113)의 가로봉 부분은 직사각형 프레임체(110A)의 내측단 연결축과 정사각형 프레임체(110B)의 외측단 연결축을 접속하고 있다. 제2 T자형상 절곡부재(114)의 가로봉 부분은 직사각형 프레임체(110A)의 외측단 연결축과 정사각형 프레임체(110B)의 내측단 연결축을 접속하고 있다.
제1 T자형상 절곡부재(113)의 세로봉 부분은 공통되는 변의 한쪽 단부 연결축에 연결되고, 제2 T자형상 절곡부재(114)의 세로봉 부분은 공통되는 변의 다른 쪽 단부 연결축에 연결되어 있다. 구체적으로는, 직사각형 프레임체(110A)에서 봤을 때, 제1 T자형상 절곡부재(113)의 세로봉 부분은 외측단 연결축에 연결되고, 제2 T자형상 절곡부재(114)의 세로봉 부분은 내측단 연결축에 연결되어 있다. 정사각형 프레임체(110B)에서 봤을 때에는, 제1 T자형상 절곡부재(113)의 세로봉 부분은 내측단 연결축에 연결되고, 제2 T자형상 절곡부재(114)의 세로봉 부분은 외측단 연결축에 연결되어 있다.
마찬가지로, 인접한 정사각형 프레임체(110B, 110C)의 변이 T자형으로 교차하는 T자형상 코너부에도 제1 T자형상 절곡부재(113)와 제2 T자형상 절곡부재(114)가 마련되어 있다.
4개의 변이 교차하는 십자형상 코너부에는 제1 십자형상 절곡부재(115)와 제2 십자형상 절곡부재(116)가 마련되어 있다. 각 십자형상 절곡부재(115, 116)는 인접한 2개의 변의 단부 연결축을 연결하고 있다. 구체적으로, 각 십자형상 절곡부재는 한쪽 변의 외측단 연결축과 다른 쪽 변의 내측단 연결축을 연결한다.
도 25~도 27에 도시한 면적 가변 프레임체에 따르면, 접속된 3개의 사각형 프레임체의 면적을 가변되게 할 수 있다.
도 28~도 30은 정육면체형상의 체적 가변 입체 구조물을 도시한 것이다. 도 28은 최소 체적 상태를 나타내고, 도 29는 중간 체적 상태를 나타내고, 도 30은 최대 체적 상태를 나타내고 있다.
도시한 체적 가변 입체 구조물(120)은 6면에 의해 규정되는 정육면체형상을 가지고 있으며, 사각형인 제1 면프레임체(121), 사각형인 제2 면프레임체(122), 사각형인 제3 면프레임체(123), 사각형인 제4 면프레임체(124), 사각형인 제5 면프레임체(125), 사각형인 제6 면프레임체(126)를 구비한다. 각 면프레임체의 각 변을 구성하는 것은 복수의 크로스 유닛을 접속한 신축 암이다. 인접한 2개의 면프레임체는 정육면체의 각 변을 따라 인접해서 연장되는 2개의 신축 암의 외측단 연결축끼리를 접속함으로써 서로에 대해 연동하여 면적 가변 동작을 하도록 되어 있다.
도 31~도 33은 다른 형태의 신축 암을 도시한 것이다. 도 31은 신축 암의 최소 길이 상태를 나타내고, 도 32는 신축 암의 중간 길이 상태를 나타내고, 도 33은 신축 암의 최대 길이 상태를 나타내고 있다.
도시한 바와 같이 신축 암(130)은 복수의 크로스 유닛을 배열한 형태를 가지고 있는데, 여기서 주목해야 할 것은 각 크로스 유닛을 구성하는 한 쌍의 강성부재가, 반대방향으로 만곡된 원호상 형상을 가지고 있는 점이다. 그로 인해, 신축 암의 신축방향에 직교하는 횡단면 형상은 거의 원형이 된다. 도시한 실시형태에서는, 한 쌍의 강성부재는 직선적으로 연장되는 중앙 연결축(131)에 의해 회동 가능하게 연결되어 있다.
도 34는 도 31~도 33의 실시형태의 변형예이다. 도시한 신축 암(140)에서는 중앙 연결축(141)이 옆으로 크게 만곡된 형상을 가지고 있다. 이 실시형태라면 신축 암(140)의 이용 가능한 내부 공간을 크게 취할 수 있으므로, 예컨대 신축 암 내에 소방 호스 등을 배치할 수 있게 된다.
도 35~도 37은 체적 가변 입체 구조물의 다른 실시형태를 도시한 것이다. 도 35는 초기 상태의 평면도이고, 도 36은 동작 도중 상태의 평면도이고, 도 37은 동작 도중 상태의 사시도이다.
도시한 체적 가변 입체 구조물(150)은 상하방향으로 이격된 2개의 사각형 프레임체(150A, 150B)를 종방향 연결부재인 세로봉(158)으로 연결한 것이다. 도 35에 도시한 바와 같이, 초기 상태의 형상에 주목하면 사각형 프레임체(150A)는 신장 상태인 2개의 신축 암(151, 152)과, 축소 상태인 2개의 신축 암(153, 154)에 의해서 사각형 형상이 형성되어 있다. X자형으로 교차하고, 중앙 연결축(157)을 통해 회동 가능하게 연결되어 있는 제1 연결부재(155) 및 제2 연결부재(156)는 사각형의 코너부에 있어서, 인접한 2개의 신축 암을 동작 가능하게 연결하고 있다.
구체적으로, 제1 연결부재(155)의 한쪽 끝은 제2 신축 암(152) 및 제3 신축 암(153)의 공통 내측단 연결축(13)에 연결되고, 제1 연결부재(155)의 다른 쪽 끝은 제4 신축 암(154) 및 제1 신축 암(151)의 공통 내측단 연결축(13)에 연결되어 있다. 제2 연결부재(156)의 한쪽 끝은 제1 신축 암(151) 및 제3 신축 암(153)의 공통 내측단 연결축(13)에 연결되고, 제2 연결부재(156)의 다른 쪽 끝은 제2 신축 암(152) 및 제4 신축 암(154)의 공통 내측단 연결축(13)에 연결되어 있다.
도 36 및 도 37에 도시한 상태에서는, 각 신축 암(151, 152, 153, 154)은 거의 같은 길이로 되어 있다. 도 37에 도시한 바와 같이, 상하의 사각형 프레임체(150A, 150B)를 연결하는 세로봉(158)은 상하에 위치하는 공통 내측단 연결축(13)을 연결하고 있다.
이상, 도면을 참조하여 본 발명의 몇 가지 실시형태를 설명했으나, 본 발명은 도시한 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 도시한 실시형태에 대해, 본 발명과 동일한 범위 내에서 혹은 균등한 범위 내에서 다양한 수정이나 변경을 가할 수 있다.
면적 가변 프레임체를 상하에 구비한 체적 가변 입체 구조물은 건축 구조물, 용기, 전시물, 파빌리온, 놀이도구, 조립 완구, 장식물, 오브제, 가구, 자동차의 짐칸, 조명 기구, 반려동물 등의 우리, 발판, 로봇의 몸체, 수조, 수영장, 화장실 수납함, 탈의함, 샤워실, 지상 건축물, 지중 건축물, 수중 건축물, 공중 건축물, 간이 집합 주택(예를 들면, 재해지용), 창고, 샤워·주방·소방 호스 유지장치, 채소 공장, 텐트, 동식물원 등 많은 용도에 유리하게 이용될 수 있다.
보다 구체적으로 예시하면 다음과 같다.
(1) 건축물
다각형의 면적 가변 프레임체 또는 체적 가변 입체 구조물과, 판상물 또는 시트상물을 조합하여 벽, 바닥 및 천장을 마련한 건축물. 판상물로는 목제판, 금속제 보드, 아크릴판, 유리판, 복합재 보드 등이 고려된다. 시트상물로는 레더, 시트, 필름 등이 고려된다.
건축물의 예로서, 간이 하우스, 어린이방, 공부방, 헛간, 창고, 탈의실, 샤워실, 화장실 수납함, 반려동물 우리, 온실, 행사장, 무대, 집회장, 작업장, 공방, 파우더 룸, 전시장, 동식물원, 플라워 숍, 전망대 등이 고려된다.
(2) 샤워 호스, 소방 호스 또는 로프 등을 유지하는 암 또는 폴
예를 들면, 횡단면 형상이 원형인 신축 암을 이용한 길이 가변 호스 유지용 프레임이나 국기, 깃발, 코이노보리(일본에서 어린이날에 매다는 잉어 모양의 깃발)용 폴 등이 고려된다.
(3) 공중, 수중, 지중 구조물
예를 들면, 신축 암, 면적 가변 프레임체, 체적 가변 입체 구조물을 이용해서 공중에 위치하는 대형 안테나, 대형 태양광 발전 패널, 태양광 집전 패널이나, 우주나 해수 중에 마련하는 거주 시설 등의 대형 구조물이 고려된다.
(4) 원예 용도
예를 들면, 덩굴장미, 나팔꽃, 덩굴 등의 성장에 맞춰 최적의 크기로 조정 가능한 유지 프레임이 고려된다.
(5) 채소 공장
예를 들면, 인근에 사는 사람 등의 집단(커뮤니티)에서 운영하는 중형 채소 공장, 꽃 공장, 고령자의 교류나 건강 유지를 위한 채소 공장 등이 고려된다.
(6) 조립 완구
예를 들면, 뇌의 성장, 활성화에 필요한 크로스링크 방식의 완구로 이용하는 것도 가능하다. 여러 종류의 신축 암, 면적 가변 프레임체, 체적 가변 입체 구조물을 상하, 좌우, 전후, 내외의 위치관계로 적절하게 자유자재로 손으로 조립할 수 있는 조립 완구라면 아이나 고령자의 뇌 성장, 활성화에 기여할 수도 있다.
(7) 대형, 중형, 소형 오브제
예를 들면, 여러 종류의 면적 가변 프레임체나 체적 가변 입체 구조물을 조합하여 다양한 형상의 오브제를 만들 수 있다. 그러한 오브제는 공원, 거리, 행사장 등의 옥내에 설치해도 좋고, 집, 호텔, 병원, 아동 시설, 노인 시설 등의 옥내에 설치해도 좋다. 또한 색이나 빛과 조합함으로써 시각적으로 재미있는 장식물로 할 수도 있다.
(8) 실내 채소 하우스
발광 다이오드(LED)와 조합하여 그린 인테리어를 겸비한 장식성을 갖춘 채소 하우스나 플라워 스탠드, 플랜터로서 이용하는 것도 가능하다.
(9) 텐트
가죽 시트나 직물제 시트 등과 조합하여 다종다양한 형상 및 크기의 텐트 등으로 이용하는 것도 가능하다.
(10) 가설 주택·점포, 재해용 집합 주택
예를 들면 사각형 프레임체와 보드의 조합에 의해 복수의 정육면체 또는 직육면체를 결합하여 간이 하우스 등을 만들 수도 있다.
(11) 목제·금속제 가구
예를 들면, 면적, 체적, 모양, 색깔 등을 쉽게 변경할 수 있는 침대, 소파, 테이블, 수납장·용기, 행거, 선반, 받침대 등으로 이용하는 것도 가능하다.
10 사각형 프레임체 A, B, C, D 신축 암
11 크로스 유닛 12 중앙 연결축
13 내측단 연결축 14 외측단 연결축
15 제1 절곡부재 16 제2 절곡부재
17 코너부 연결축 20 체적 가변 입체 구조물
21 봉재 30 체적 가변 입체 구조물
31 종방향 신축 암 40 체적 가변 입체 구조물
41 종방향 신축 암 45 종방향 연결부재
46 관 47 내부 삽입체
50 체적 가변 입체 구조물 51 종방향 신축 암
60 정삼각형 프레임체 70 체적 가변 입체 구조물
71 종방향 신축 암 80 정육각형 프레임체
81 신축 암 82 제1 절곡부재
83 제2 절곡부재 90 별모양 프레임체
91 신축 암 92, 92' 절곡부재
100 사각형 프레임체 101 신축 암
102 제1 절곡부재 103 제2 절곡부재
110 면적 가변 프레임체 111 제1 절곡부재
112 제2 절곡부재 113 제1 T자형상 절곡부재
114 제2 T자형상 절곡부재 115 제1 십자형상 절곡부재
116 제2 십자형상 절곡부재 120 체적 가변 입체 구조물
121 제1 면프레임체 122 제2 면프레임체
123 제3 면프레임체 124 제4 면프레임체
125 제5 면프레임체 126 제6 면프레임체
130 신축 암 131 중앙 연결축
140 신축 암 141 중앙 연결축
150 체적 가변 입체 구조물 150A, 150B 사각형 프레임체
151 제1 신축 암 152 제2 신축 암
153 제3 신축 암 154 제4 신축 암
155 제1 연결부재 156 제2 연결부재
157 중앙 연결축 158 세로봉

Claims (16)

  1. 다각형 프레임체의 면적을 가변되게 하는 면적 가변 프레임체로서,
    상기 다각형 프레임체의 각 변을 구성하는 신축 암; 및
    인접한 2개의 변의 신축 동작을 연동시키도록, 인접한 2개의 신축 암을 연동 가능하게 연결하는 연결 기구;를 구비하고,
    상기 각 신축 암은,
    X자형으로 교차시킨 2개의 강성부재를 중앙 연결축을 통해 회동 가능하게 연결한 복수의 크로스 유닛과,
    인접한 크로스 유닛의 단부끼리를 회동 가능하게 연결하는 단부 연결부를 포함하는, 면적 가변 프레임체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단부 연결부는, 상기 다각형 프레임체의 내측에 위치하는 내측단 연결축과, 상기 다각형 프레임체의 외측에 위치하는 외측단 연결축을 포함하고,
    상기 연결 기구는, 상기 다각형 프레임체의 코너부에 있어서,
    인접한 한쪽 변의 신축 암의 내측단 연결축과, 다른 쪽 변의 신축 암의 외측단 연결축을 회동 가능하게 연결하는 제1 절곡부재;
    인접한 한쪽 변의 신축 암의 외측단 연결축과, 다른 쪽 변의 신축 암의 내측단 연결축을 회동 가능하게 연결하는 제2 절곡부재; 및
    상기 제1 절곡부재와 상기 제2 절곡부재를 그들의 교차부에서 회동 가능하게 연결하는 코너부 연결축;을 가지는 면적 가변 프레임체.
  3. 제2항에 있어서,
    n각형의 내각의 합을 A도라고 하면,
    상기 제1 절곡부재 및 제2 절곡부재의 절곡 각도는 A/n인 면적 가변 프레임체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단부 연결부는, 상기 다각형 프레임체의 내측에 위치하는 내측단 연결축과, 상기 다각형 프레임체의 외측에 위치하는 외측단 연결축을 포함하고,
    상기 연결 기구는, 상기 다각형 프레임체의 코너부에 있어서,
    인접한 한쪽 변의 신축 암의 내측단 및 다른 쪽 변의 신축 암의 내측단을 회동 가능하게 연결하는 내측단 연결부재를 포함하는 면적 가변 프레임체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연결 기구는, 상기 다각형 프레임체의 코너부에 있어서,
    인접한 한쪽 변의 신축 암의 외측단 및 다른 쪽 변의 신축 암의 외측단을 회동 가능하게 연결하는 외측단 연결부재를 포함하는 면적 가변 프레임체.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 다각형은 사각형이고,
    상기 각 강성부재에 있어서, 상기 중앙 연결축과 상기 내측단 연결축의 간격 및 상기 중앙 연결축과 상기 외측단 연결축의 간격을 L1로 하고, 상기 각 절곡부재에 있어서, 상기 코너부 연결축과 상기 내측단 연결축의 간격 및 상기 코너부 연결축과 상기 외측단 연결축의 간격을 L2로 하면, L2/L1의 값은 1~1.5의 범위 내인 면적 가변 프레임체.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 다각형은 사각형이고,
    상기 연결 기구는 사각형 프레임체의 4개의 코너부 중 대향하는 2개의 코너부에 있어서, 상기 제1 절곡부재, 상기 제2 절곡부재, 상기 코너부 연결축을 포함하고,
    나머지 대향하는 2개의 코너부에 있어서, 인접한 한쪽 변의 신축 암의 내측단 및 다른 쪽 변의 신축 암의 내측단을 회동 가능하게 연결하는 내측단 연결부재를 포함하는 면적 가변 프레임체.
  8. 제1항에 기재된 면적 가변 프레임체 2개를 평행한 관계로 이격해서 연결하는 종방향 연결부재를 구비하는 체적 가변 입체 구조물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 종방향 연결부재는 종방향 길이가 일정한 봉재인 체적 가변 입체 구조물.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 종방향 연결부재는 종방향 길이가 가변되는 체적 가변 입체 구조물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 종방향 연결부재는 X자형으로 교차한 2개의 강성부재로 이루어진 크로스 유닛을 구비한 종방향 신축 암인 체적 가변 입체 구조물.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 종방향 신축 암의 상측단은 위쪽에 위치하는 한쪽 면적 가변 프레임체의 신축 암의 상기 단부 연결부에 연결되고,
    상기 종방향 신축 암의 하측단은 아래쪽에 위치하는 다른 쪽 면적 가변 프레임체의 신축 암의 상기 단부 연결부에 연결되는 체적 가변 입체 구조물.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단부 연결부는, 상기 다각형 프레임체의 내측에 위치하는 내측단 연결축과, 상기 다각형 프레임체의 외측에 위치하는 외측단 연결축을 포함하고,
    상기 종방향 신축 암의 상측단은 위쪽에 위치하는 한쪽 면적 가변 프레임체의 신축 암의 상기 내측단 연결축 및 상기 외측단 연결축에 연결되고,
    상기 종방향 신축 암의 하측단은 아래쪽에 위치하는 다른 쪽 면적 가변 프레임체의 신축 암의 상기 내측단 연결축 및 상기 외측단 연결축에 연결되는 체적 가변 입체 구조물.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 단부 연결부는, 상기 다각형 프레임체의 내측에 위치하는 내측단 연결축과, 상기 다각형 프레임체의 외측에 위치하는 외측단 연결축을 포함하고,
    상기 종방향 신축 암의 상측단은 위쪽에 위치하는 한쪽 면적 가변 프레임체의 신축 암의 상기 내측단 연결축 2개, 상기 외측단 연결축 2개 또는 상기 중앙 연결축 2개 중 어느 것에 연결되고,
    상기 종방향 신축 암의 하측단은 아래쪽에 위치하는 다른 쪽 면적 가변 프레임체의 신축 암의 상기 내측단 연결축 2개, 상기 외측단 연결축 2개 또는 상기 중앙 연결축 2개 중 어느 것에 연결되는 체적 가변 입체 구조물.
  15. 제1항에 기재된 면적 가변 프레임체를 복수개 구비한 조립 완구.
  16. 제8항에 기재된 체적 가변 입체 구조물을 복수개 구비한 조립 완구.
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