TWI673095B - 面積可變框架、體積可變立體構造物及組合玩具 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種面積可變框架和體積可變立體構造物及組合玩具。面積可變框架包括伸縮臂(A、B、C、D)和連接機構(15、16)，其中，該伸縮臂構成多角形的框架的各邊，該連接機構可連動地連接鄰接的2個伸縮臂，使鄰接的2條邊的伸縮動作連動。伸縮臂包含複數個交叉單元(11)和端部連接部(13、14)，其中，該複數個交叉單元透過中央連接軸(12)可轉動地連接交叉成X字形的2個剛性構件，該端部連接部可轉動地連接相鄰接的交叉單元的端部彼此。

Description

面積可變框架、體積可變立體構造物及組合玩具
本發明關於一種能夠對應伸縮臂的伸縮動作而改變面積的面積可變框架和能夠改變體積的體積可變立體構造物及組合玩具。
與本發明相同的申請人先在日本特開2014-159070號公報中，提出了線狀地排列複數個使2個剛性構件交叉成X字形的交叉單元、並使其作曲線狀的伸縮動作的伸縮臂。
〔現有技術文獻〕 〔專利文獻〕
專利文獻1：日本特開2014-159070號公報
本發明的發明人對無法更有效地利用伸縮臂這一點進行了進一步的探討。在其過程中，發現了能夠 藉由使用伸縮臂改變平面形狀的面積或立體形狀的體積。
本發明的目的在於提供一種能夠對應伸縮臂的伸縮動作而改變面積或體積的面積可變框架、體積可變立體構造物及組合玩具。
本發明的面積可變框架可以改變多角形的框架的面積，其包括伸縮臂和連接機構，其中，該伸縮臂構成多角形的框架的各邊，該連接機構可連動地連接鄰接的2個伸縮臂，使鄰接的2條邊的伸縮動作連動。各伸縮臂包含複數個交叉單元和端部連接部，其中，該複數個交叉單元透過中央連接軸可轉動地連接交叉成X字形的2個剛性構件，該端部連接部可轉動地連接相鄰接的交叉單元的端部彼此。
在較佳的實施方式中，端部連接部包含位於多角形的框架的內側位置的內側端連接軸和位於多角形的框架的外側位置的外側端連接軸。使鄰接的2條邊的伸縮動作連動的連接機構具有被設置在多角形的框架的折角部的第一折彎構件、第二折彎構件、折角部連接軸。第一折彎構件可轉動地連接鄰接的一邊的伸縮臂的內側端連接軸和另一邊的伸縮臂的外側端連接軸。第二折彎構件可轉動地連接鄰接的一邊的伸縮臂的外側端連接軸和另一邊的伸縮臂的內側端連接軸。折角部連接軸在第一折彎構件和第二折彎構件的交叉部可轉動地連接第一折彎構件和第二折彎構件。
在上述較佳的實施方式中，當n角形的內角的和為A度時，較佳為第一折彎構件以及第二折彎構件的折彎角度為A/n。
在一實施方式中，多角形為四角形。在這種情況下，較佳為，在各剛性構件中，使中央連接軸和內側端連接軸之間的間隔、以及中央連接軸和外側端連接軸之間的間隔為L1，在各折彎構件中，使折角部連接軸和內側端連接軸之間的間隔、以及折角部連接軸和外側端連接軸之間的間隔為L2時，L2/L1的值在1~1.5的範圍內。
在其他實施方式中，端部連接部包含位於多角形的框架的內側位置的內側端連接軸和位於多角形的框架的外側位置的外側端連接軸。在多角形的框架的折角部中，使鄰接的2條邊的伸縮動作連動的連接機構包含內側端連接構件，其中，該內側端連接構件可轉動地連接鄰接的一邊的伸縮臂的內側端以及另一邊的伸縮臂的內側端。在這種實施方式中，在多角形的框架的折角部中，連接機構也可以進一步包含外側端連接構件，其中，該外側端連接構件可轉動地連接鄰接的一邊的伸縮臂的外側端以及另一邊的伸縮臂的外側端。
當面積可變框架的形狀為四角形時，在一實施方式中，連接機構在四角形的框架的4個折角部中的相對向的2個折角部上包含上述第一折彎構件、上述第二折彎構件、上述折角部連接軸。在剩餘的相對向的2個折角部上包含內側端連接構件，其中，該內側端連接構件可 轉動地連接鄰接的一邊的伸縮臂的內側端以及另一邊的伸縮臂的內側端。
根據本發明的體積可變立體構造物包括縱方向連接構件，其中，該縱方向連接構件以平行的關係分隔並連接2個上述任意一者所述的面積可變框架。
在一實施方式中，縱方向連接構件是縱方向長度一定的棒材。
在其他實施方式中，縱方向連接構件的縱方向長度可變。
在較佳的實施方式中，縱方向長度可變的縱方向連接構件是包括由交叉成X字形的2個剛性構件構成的交叉單元的縱方向伸縮臂。構成縱方向伸縮臂的交叉單元的數量可以是1個，也可以在縱方向上排列連接複數個。
在一實施方式中，縱方向伸縮臂的上方端連接位於上方位置的一方的面積可變框架的伸縮臂的端部連接部，縱方向伸縮臂的下方端連接位於下方位置的另一方的面積可變框架的伸縮臂的前述端部連接部。
在這種情況下，例如，端部連接部包含位於多角形的框架的內側位置的內側端連接軸和位於多角形的框架的外側位置的外側端連接軸。縱方向伸縮臂的上方端連接位於上方位置的一方的面積可變框架的伸縮臂的內側端連接軸以及外側端連接軸。縱方向伸縮臂的下方端連接位於下方位置的另一方的面積可變框架的伸縮臂的內側 端連接軸以及外側端連接軸。
在其他實施方式中，端部連接部包含位於多角形的框架的內側位置的內側端連接軸和位於多角形的框架的外側位置的外側端連接軸，縱方向伸縮臂的上方端連接位於上方位置的一方的面積可變框架的伸縮臂的2個內側端連接軸、2個外側端連接軸、或2個中央連接軸中的任意一者。同樣地，縱方向伸縮臂的下方端連接位於下方位置的另一方的面積可變框架的伸縮臂的2個內側端連接軸、2個外側端連接軸、或2個中央連接軸中的任意一者。
本發明的用途的一例是組合玩具。該組合玩具包括複數個上述任意一者所述的面積可變框架、和/或複數個上述任意一者所述的體積可變立體構造物。
根據上述結構的本發明，能夠對應伸縮臂的伸縮動作而改變多角形框架的面積或改變立體構造物的體積。
10‧‧‧四角形框架
11‧‧‧交叉單元
11a‧‧‧剛性構件
11b‧‧‧剛性構件
12‧‧‧中央連接軸
13‧‧‧內側端連接軸
14‧‧‧外側端連接軸
15‧‧‧第一折彎構件
16‧‧‧第二折彎構件
17‧‧‧折角部連接軸
20‧‧‧體積可變立體構造物
21‧‧‧棒材
30‧‧‧體積可變立體構造物
31‧‧‧縱方向伸縮臂
40‧‧‧體積可變立體構造物
41‧‧‧縱方向伸縮臂
45‧‧‧縱方向連接構件
46‧‧‧管
47‧‧‧內插體
50‧‧‧體積可變立體構造物
51‧‧‧縱方向伸縮臂
60‧‧‧正三角形框架
61‧‧‧伸縮臂
70‧‧‧體積可變立體構造物
71‧‧‧縱方向伸縮臂
80‧‧‧正六角形框架
81‧‧‧伸縮臂
82‧‧‧第一折彎構件
83‧‧‧第二折彎構件
90‧‧‧星形框架
91‧‧‧伸縮臂
92、92’‧‧‧折彎構件
100‧‧‧四角形框架
101‧‧‧伸縮臂
102‧‧‧第一折彎構件
103‧‧‧第二折彎構件
110‧‧‧面積可變框架
110A‧‧‧長方形框架
110B、110C‧‧‧正方形框架
111‧‧‧第一折彎構件
112‧‧‧第二折彎構件
113‧‧‧第一T字形折彎構件
114‧‧‧第二T字形折彎構件
115‧‧‧第一十字形折彎構件
116‧‧‧第二十字形折彎構件
120‧‧‧體積可變立體構造物
121‧‧‧第一面框架
122‧‧‧第二面框架
123‧‧‧第三面框架
124‧‧‧第四面框架
125‧‧‧第五面框架
126‧‧‧第六面框架
130‧‧‧伸縮臂
131‧‧‧中央連接軸
140‧‧‧伸縮臂
141‧‧‧中央連接軸
150‧‧‧體積可變立體構造物
150A、150B‧‧‧四角形框架
151‧‧‧第一伸縮臂
152‧‧‧第二伸縮臂
153‧‧‧第三伸縮臂
154‧‧‧第四伸縮臂
155‧‧‧第一連接構件
156‧‧‧第二連接構件
157‧‧‧中央連接軸
158‧‧‧縱棒
A、B、C、D‧‧‧伸縮臂
H1、H2‧‧‧高度
L1、L2‧‧‧間隔
第1圖是本發明的一實施方式的四角形框架的平面圖，表示最小面積的狀態。
第2圖是本發明的一實施方式的四角形框架的平面圖，表示中等面積的狀態。
第3圖是本發明的一實施方式的四角形框架的平面 圖，表示最大面積的狀態。
第4圖是本發明的一實施方式的體積可變立體構造物的立體圖。
第5圖是本發明的其他實施方式的體積可變立體構造物的立體圖，表示中等體積的狀態。
第6圖是本發明的其他實施方式的體積可變立體構造物的立體圖，表示最大體積的狀態。
第7圖是本發明的進一步其他實施方式的體積可變立體構造物的立體圖，表示中等體積的狀態。
第8圖是本發明的進一步其他實施方式的體積可變立體構造物的立體圖，表示使框架的面積為最大且縱方向連接構件的高度為最小的狀態。
第9圖是圖解地表示縱方向連接構件的其他示例的圖。
第10圖是本發明的進一步其他的實施方式的體積可變立體構造物的立體圖。
第11圖是本發明的進一步其他的實施方式的正三角形框架的平面圖，表示最小面積的狀態。
第12圖是本發明的進一步其他的實施方式的正三角形框架的平面圖，表示中等面積的狀態。
第13圖是本發明的進一步其他的實施方式的正三角形框架的平面圖，表示最大面積的狀態。
第14圖是本發明的進一步其他的實施方式的體積可變立體構造物的平面圖，表示中等體積的狀態。
第15圖是本發明的進一步其他的實施方式的體積可變立體構造物的立體圖，表示中等體積的狀態。
第16圖是本發明的進一步其他的實施方式的體積可變立體構造物的立體圖，表示最大體積的狀態。
第17圖是本發明的進一步其他的實施方式的正六角形框架的平面圖，表示最小面積的狀態。
第18圖是本發明的進一步其他的實施方式的正六角形框架的平面圖，表示中等面積的狀態。
第19圖是本發明的進一步其他的實施方式的正六角形框架的平面圖，表示最大面積的狀態。
第20圖是本發明的進一步其他的實施方式的星形框架的平面圖，表示中等面積的狀態。
第21圖是本發明的進一步其他的實施方式的星形框架的平面圖，表示最大面積的狀態。
第22圖是本發明的進一步其他的實施方式的四角形框架的平面圖，表示最小面積的狀態。
第23圖是本發明的進一步其他的實施方式的四角形框架的平面圖，表示中等面積的狀態。
第24圖是本發明的進一步其他的實施方式的四角形框架的平面圖，表示最大面積的狀態。
第25圖是連接了3個四角形框架的面積可變框架的平面圖，表示最小面積的狀態。
第26圖是表示第25圖所示的面積可變框架成為中等面積的狀態的平面圖。
第27圖是表示第25圖所示的面積可變框架成為最大面積的狀態的平面圖。
第28圖是表示體積可變立體構造物的其他實施方式的立體圖，表示成為最小體積的狀態。
第29圖是表示第28圖所示的體積可變立體構造物成為中等體積的狀態的立體圖。
第30圖是表示第28圖所示的體積可變立體構造物成為最大體積的狀態的立體圖。
第31圖是表示其他方式的伸縮臂的最小長度的狀態的圖，(a)為立體圖、(b)為平面圖。
第32圖是表示第31圖的伸縮臂的中等長度的狀態的圖，(a)為立體圖、(b)為平面圖。
第33圖是表示第31圖的伸縮臂的最大長度的狀態的圖，(a)為立體圖、(b)為平面圖。
第34圖是表示其他方式的伸縮臂的立體圖。
第35圖是其他方式的體積可變立體構造物的平面圖。
第36圖是表示改變了第35圖所示的實施方式的形狀後的狀態的平面圖。
第37圖是表示改變了第35圖所示的實施方式的形狀後的狀態的立體圖。
本發明關於一種使用了伸縮臂的面積可變框架和體積可變立體構造物及組合玩具。
第1圖~第3圖表示依據本發明的面積可變框架的第 一實施方式。作為多角形的一例，面積可變框架具有四角形。第1圖表示以框架的外形輪廓線包圍的面積為最小的狀態，第2圖表示其成為中等大小的面積的狀態，第3圖表示其成為最大面積的狀態。
在第1圖~第3圖中，雖然圖示而示例說明了四角形的面積可變框架(四角形框架)，但三角形、五角形、六角形等其他的多角形的基本結構以及動作也相同。
主要參照第2圖說明四角形框架10的結構。
如圖所示，四角形的框架的4邊藉由4個伸縮臂A、B、C、D構成，邊的長度對應伸縮臂的伸縮動作而變化。包括以可連動的方式連接鄰接的2個伸縮臂的連接機構，使鄰接的2條邊的伸縮動作連動。有關該連接機構將於後述。
各伸縮臂A、B、C、D包含複數個交叉單元11和端部連接部，其中，該複數個交叉單元11透過中央連接軸12可轉動地連接交叉成X字形的2個剛性構件11a、11b，該端部連接部可轉動地連接鄰接的交叉單元的端部彼此。
在圖示的實施方式中，端部連接部包含位於四角形的框架的內側位置的內側端連接軸13和位於四角形的框架的外側位置的外側端連接軸14。觀察作為交叉單元11的構成要素的一個的剛性構件的形狀時，在從上方觀察的平面視圖中，連接內側端連接軸13、中央連接軸12、外側端連接軸14的假想線呈直線狀地延伸。剛性構件 的形狀只要是在平面視圖中連接3個連接軸的假想線為直線狀地延伸即可，也可以是在平面視圖中彎曲成S字形的形狀或彎曲成Z字形的形狀、或者在厚度方向上彎曲成圓弧形狀。
在四角形的框架的折角部，以可連動的方式連接鄰接的2個伸縮臂的連接機構包含第一折彎構件15、第二折彎構件16、折角部連接軸17。第一以及第二折彎構件15、16都具有彎折成V字形的形狀。折角部連接軸17在第一折彎構件15和第二折彎構件16的交叉部(彎曲點的位置)可轉動地連接第一折彎構件15和第二折彎構件16。
第一折彎構件15可轉動地連接鄰接的一邊的伸縮臂的內側端連接軸13和另一邊的伸縮臂的外側端連接軸14。第二折彎構件16連接鄰接的一邊的伸縮臂的外側端連接軸14和另一邊的伸縮臂的內側端連接軸13。
為了不打亂多角形的形狀並且以相似關係擴張或縮小面積，需要使第一折彎構件15和第二折彎構件16的彎折角度為預定的值。具體來說，當n角形的內角的和為A度時，則需要使第一以及第二折彎構件15、16的折彎角度為A/n。例如，如果是四角形的框架，則使各折彎構件的折彎角度為90度。如果是正三角形的框架，則使各折彎構件的折彎角度為60度。如果是正五角形的框架，則使各折彎構件的折彎角度為108度。如果是正六角形的框架，則使各折彎構件的折彎角度為120度。
下述是作為各交叉單元11的構成要素的各剛性構件11a、11b與各折彎構件15、16的長度的關係。在各剛性構件11a、11b中，使中央連接軸12和內側端連接軸13之間的間隔以及中央連接軸12和外側端連接軸14之間的間隔為L1(參照第3圖)。在各折彎構件15、16中，使折角部連接軸17和內側端連接軸13之間的間隔以及折角部連接軸17和外側端連接軸14之間的間隔為L2。在正三角形的框架的情況下，L2/L1的值為1~2.16左右；在正四角形的框架的情況下為1~1.5左右；在正五角形的框架的情況下為1~1.32左右；在正六角形的框架的情況下為1~1.23左右。在上述範圍內，L2/L1的值越大，則框架面積的變化幅度越大。
此外，構成多角形框架的各邊的伸縮臂是將複數個交叉單元11沿著伸縮方向線狀地排列連接形成的，當構成正多角形的框架時，構成各邊的交叉單元11的數量為相同的整數值。另外，構成各交叉單元11的各剛性構件的長度相同。
在第1圖所示的最小面積的狀態下，各交叉單元11是被折疊後的狀態，伸縮臂A、B、C、D的長度也最短。
在第2圖所示的中等面積的狀態下，各交叉單元11展開至2個剛性構件11a、11b大致正交的位置關係，伸縮臂A、B、C、D的長度為中等長度。
在第3圖所示的最大面積的狀態下，各交叉 單元11是完全展開狀態，2個剛性構件11a、11b的內側端連接軸13和外側端連接軸14位於相互接近的位置。在該狀態下，構成四角形的框架10的各邊的伸縮臂A、B、C、D的長度為最大長度。
可以藉由手動進行框架的面積的變更動作、即伸縮臂的伸縮動作，也可以使用電動機等驅動手段。
第4圖表示體積可變立體構造物的一例。圖示的體積可變立體構造物20包括縱方向連接構件，其中，該縱方向連接構件以平行的關係分隔並連接2個第1圖~第3圖所示的四角形框架10。在圖示的例中，縱方向連接構件的縱方向長度一定。具體來說，藉由長度一定的4只棒材21構成縱方向連接構件。各棒材21位於四角形的框架的折角部的位置，連接上下的折角部連接軸17。
根據第4圖所示的實施方式的體積可變立體構造物，對應四角形框架10的面積的擴張和縮小，將體積擴張和縮小。這時，體積可變立體構造物的高度一定。
也可以改變縱方向連接構件的縱方向長度。第5圖~第9圖表示了使縱方向連接構件的長度為可變的實施方式。第5圖和第6圖的實施方式表示當面積可變框架的面積擴張則高度變大、當面積可變框架的面積縮小則高度變小的體積可變立體構造物。第7圖和第8圖的實施方式表示當面積可變框架的面積擴張則高度變小、當面積可變框架的面積縮小則高度變大的體積可變立體構造物。第9圖的實施方式表示能夠與面積可變框架的面積的 擴張、縮小無關地改變高度的縱方向連接構件。
說明第5圖和第6圖所示的實施方式。圖示的實施方式的立體構造物30與位於上下位置的四角形框架10的面積的變化連動地變化其高度。對比第5圖和第6圖，能夠發現比起第5圖的形態，第6圖的形態中的位於上下位置的四角形框架10的面積變大，縱方向連接構件31的高度變大。縱方向連接構件31是向縱方向排列連接了由交叉成X字形的2個剛性構件構成的交叉單元的縱方向伸縮臂。縱方向伸縮臂31的上方端連接位於上方位置的一方的四角形框架10的伸縮臂的端部連接部。另外，縱方向伸縮臂31的下方端連接位於下方位置的另一方的四角形框架10的伸縮臂的端部連接部。具體來說，縱方向伸縮臂31的上方端連接上方的四角形框架10的內側端連接軸13和外側端連接軸14，縱方向伸縮臂31的下方端連接下方的四角形框架10的內側端連接軸13和外側端連接軸14。
當四角形框架10進行擴張面積的動作時，內側端連接軸13和外側端連接軸14的間隔變小。因此，縱方向伸縮臂31的寬度方向尺寸變小，縱方向長度變大，其中，該縱方向伸縮臂31的上下端連接內側端連接軸13和外側端連接軸14。與此相反地，當四角形框架10進行縮小面積的動作時，內側端連接軸13和外側端連接軸14的間隔變大。因此，縱方向伸縮臂31的寬度方向尺寸變大，縱方向長度變小，其中，該縱方向伸縮臂31的上下端連接內側端連接軸13和外側端連接軸14。
接著，說明第7圖和第8圖所示的實施方式。圖示的實施方式的立體構造物40與位於上下位置的四角形框架10的面積的變化連動地變化其高度。對比第7圖和第8圖，能夠發現比起第7圖的形態，第8圖的形態中的位於上下位置的四角形框架10的面積變大，縱方向連接構件41的高度變小。縱方向連接構件41是向縱方向排列連接了由交叉成X字形的2個剛性構件構成的交叉單元的縱方向伸縮臂。縱方向伸縮臂41的上方端連接2個上方的四角形框架10的中央連接軸12，縱方向伸縮臂41的下方端連接2個下方的四角形框架10的中央連接軸12。
當四角形框架10進行擴張面積的動作時，2個中央連接軸12之間的間隔變大。因此，縱方向伸縮臂41的寬度方向尺寸變大，縱方向長度變小，其中，該縱方向伸縮臂41的上下端連接2個中央連接軸12。與此相反地，當四角形框架10進行縮小面積的動作時，2個中央連接軸12之間的間隔變小。因此，縱方向伸縮臂41的寬度方向尺寸變小，縱方向長度變大，其中，該縱方向伸縮臂41的上下端連接2個中央連接軸12。
作為第7圖和第8圖所示的實施方式的變形例，也可以向2個外側端連接軸14或向2個內側端連接軸13連接縱方向連接構件41的上下端，以取代向2個中央連接軸12的連接。即使像這樣的變形例，也是進行與第7圖和第8圖所示的實施方式實際上相同的動作。
第9圖表示以平行的關係分隔並連接上下 的四角形框架10的縱方向連接構件的其他示例。圖示的縱方向連接構件45是長度可變的棒材。具體來說，縱方向連接構件45包含向縱方向延伸的管46、和向縱方向延伸並可滑動地被嵌入管46內的內插體47。當以向管46內深深地插入內插體47的狀態(a)的高度為H1，以從管46大幅度地抽出內插體47的狀態(b)的高度為H2時，則成為H2>H1。如果利用鎖固銷等將內插體47固定在任意的高度位置，則能夠將上下的框架10的間隔設定為任意的大小。
第10圖表示體積可變立體構造物的其他實施方式。圖示的立體構造物50包括位於上下位置的四角形框架10和4個縱方向伸縮臂51，其中，該縱方向伸縮臂51作為連接上下的四角形框架10的縱方向連接構件。第10圖所示的四角形框架10與第1圖~第3圖所示的四角形框架10不同的點僅為第10圖的四角形框架10不包括第一和第二折彎構件。由於其他的結構相同，因此，賦予相同的構件相同的符號並省略說明。
在第10圖所示的實施方式的四角形框架10中，鄰接的2個伸縮臂在折角部藉由共用的內側端連接軸13連接。進而，一方的伸縮臂的外側端連接軸14和另一方的伸縮臂的外側端連接軸14藉由向縱方向排列了交叉單元而形成的縱方向伸縮臂51連接。
縱方向伸縮臂51發揮可連動地連接四角形框架10中的鄰接的2個伸縮臂的功能，其中，該縱方向伸縮臂51連接2個伸縮臂的外側端連接軸。進而，縱方向伸 縮臂51對應四角形框架10的伸縮臂的伸縮動作進行伸縮動作。因此，在第10圖所示的實施方式中，如果上下的四角形框架10進行面積擴張動作，則4個縱方向伸縮臂51的高度變大，立體構造物50的體積也增大。與此相反地，如果上下的四角形框架10進行面積縮小動作，則4個縱方向伸縮臂51的高度變小，立體構造物50的體積也減少。
第11圖~第13圖表示作為多角形框架的其他示例的正三角形框架60。與第1圖~第3圖所示的實施方式相同地，構成正三角形框架的各邊的是排列了複數個交叉單元的伸縮臂。賦予與先前的實施方式相同或相當的構件相同的符號並省略說明。
第11圖表示正三角形框架60的面積為最小的狀態，第12圖表示正三角形框架60的面積為中等大小的狀態，第13圖表示正三角形框架60的面積為最大的狀態。
在第11圖~第13圖所示的實施方式中，在正三角形框架60的折角部，第一折彎構件15可轉動地連接鄰接的一邊的伸縮臂的內側端連接軸13和另一邊的伸縮臂的外側端連接軸14。另外，第二折彎構件16連接鄰接的一邊的伸縮臂的外側端連接軸14和另一邊的伸縮臂的內側端連接軸13。第一和第二折彎構件15、16都是彎曲成V字形的形狀。折角部連接軸17在第一折彎構件15和第二折彎構件16的交叉部(彎曲點的位置)可轉動地連接第一折彎構件15和第二折彎構件16。第一和第二折彎構 件15、16的折彎角度為60度。
在第11圖所示的最小面積的狀態下，構成各邊的伸縮臂的長度成為最小。在第12圖所示的中等面積的狀態下，構成各邊的伸縮臂的長度成為中等程度的長度。在第13圖所示的最大面積的狀態下，構成各邊的伸縮臂的長度成為最大。
第14圖~第16圖表示體積可變立體構造物的其他實施方式。第14圖和第15圖表示成為中等程度的體積的立體構造物，第16圖表示成為最大體積的立體構造物。圖示的體積可變立體構造物具有三角柱的形狀。具體來說，包括位於上下位置的正三角形的框架60和3個縱方向伸縮臂71，其中，該縱方向伸縮臂71作為連接上下的正三角形框架60的縱方向連接構件。與先前的實施方式相同地，縱方向伸縮臂71藉由向縱方向排列了交叉單元形成。
構成各正三角形框架60的各邊的是排列了交叉單元而形成的伸縮臂。在正三角形框架60中，鄰接的伸縮臂在折角部藉由共用的內側端連接軸13連接。進而，一方的伸縮臂的外側端連接軸14和另一方的伸縮臂的外側端連接軸14藉由縱方向伸縮臂71連接。
縱方向伸縮臂71發揮可連動地連接正三角形框架60中的鄰接的2個伸縮臂的功能，該縱方向伸縮臂71連接2個伸縮臂的外側端連接軸。進而，縱方向伸縮臂71對應正三角形框架60的伸縮臂的伸縮動作而進行伸縮 動作。因此，如果上下的正三角形框架60進行面積擴張動作，則3個縱方向伸縮臂71的高度變大，立體構造物70的體積也增大。與此相反地，如果上下的正三角形框架60進行面積縮小動作，則3個縱方向伸縮臂71的高度變小，立體構造物70的體積也減少。
第17圖~第19圖表示作為多角形框架的其他示例的正六角形框架80。第17圖表示最小面積的狀態，第18圖表示中等面積的狀態，第19圖表示最大面積的狀態。
正六角形框架80包括構成各邊的6個伸縮臂61、和在折角部可連動地連接鄰接的2個伸縮臂81的第一和第二折彎構件82、83。
第一折彎構件82可轉動地連接鄰接的一邊的伸縮臂81的內側端連接軸13和另一邊的伸縮臂81的外側端連接軸14。第二折彎構件83連接鄰接的一邊的伸縮臂81的外側端連接軸14和另一邊的伸縮臂81的內側端連接軸13。折角部連接軸17在第一折彎構件82和第二折彎構件83的交叉部(彎曲點的位置)可轉動地連接第一折彎構件82和第二折彎構件83。第一和第二折彎構件82、83的折彎角度為120度。
在此雖未圖示，但如果以平行的間隔上下地配置第17圖~第19圖所示的正六角形框架80並藉由縱方向連接構件將它們連接，則能夠製作六角柱的立體構造物。
第20圖和第21圖表示多角形框架的其他示例的星形框架。第20圖表示中等程度的大小的狀態，第21圖表示最大的狀態。
星形框架90是具有6個突起部的形狀，包括構成各邊的12個伸縮臂91、和可連動地連接鄰接的伸縮臂的兩種折彎構件92、92’。一方的折彎構件92被設置在向外突出的折角部，折彎構件92的折彎角度為36度。另一方的折彎構件92’被設置在向內突出的折角部，折彎構件92'的折彎角度為108度。
第22圖~第24圖表示四角形框架的其他示例。第22圖表示最小面積的狀態，第23圖表示中等面積的狀態，第24圖表示最大面積的狀態。
圖示的四角形框架100包括構成四角形的各邊的伸縮臂101、和在四角形的各折角部連接鄰接的2個伸縮臂101的折角部連接手段。在4個折角部中，在對向的2個折角部中，折角部連接手段包含第一折彎構件102和第二折彎構件103。第一折彎構件102和第二折彎構件103與先前揭示的實施方式相同，因此省略說明。
在剩餘的相對向的折角部中，藉由作為內側端連接構件的內側端連接軸13可轉動地連接鄰接的一邊的伸縮臂101的內側端以及另一邊的伸縮臂101的內側端。
第25圖~第27圖表示連接了3個四角形框架的面積可變框架。第25圖表示最小面積的狀態，第26 圖表示中等面積的狀態，第27圖表示最大面積的狀態。
圖示的面積可變框架110藉由連接1個屬於四角形框架之長方形框架110A和2個屬於四角形框架之正方形框架110B、110C形成。長方形框架110A和與其鄰接的1個正方形框架110B共用1邊。另外，鄰接的2個正方形框架110B、110C共用1邊。
在各長方形框架110A、及正方形框架110B、110C中，在與其他框架不共有鄰接的2條邊的折角部包括第一折彎構件111和第二折彎構件112。關於這些折彎構件111、112的連接狀態以及動作，由於與先前揭示的實施方式相同，因此在此處省略反復的說明。
在長方形框架110A和正方形框架110B共有的邊和長方形框架110A以及正方形框架110B的邊交會的T字形的折角部設置有第一T字形折彎構件113和第二T字形折彎構件114。第一T字形折彎構件113的橫棒部分與長方形框架110A的內側端連接軸和正方形框架110B的外側端連接軸連接。第二T字形折彎構件114的橫棒部分與長方形框架110A的外側端連接軸和正方形框架110B的內側端連接軸連接。
第一T字形折彎構件113的縱棒部分連接于共用邊的一方的端部連接軸，第二T字形折彎構件114的縱棒部分連接于共用邊的另一方的端部連接軸。具體來說，當從長方形框架110A觀察時，第一T字形折彎構件113的縱棒部分連接於外側端連接軸，第二T字形折彎構 件114的縱棒部分連接於內側端連接軸。當從正方形框架110B觀察時，第一T字形折彎構件113的縱棒部分連接於內側端連接軸，第二T字形折彎構件114的縱棒部分連接於外側端連接軸。
同樣地，鄰接的正方形框架110B、110C的邊在交叉成T字形的T字形折角部上，也設置有第一T字形折彎構件113和第二T字形折彎構件114。
在4條邊交叉形成的十字形折角部上，設置有第一十字形折角構件115和第二十字形折角構件116。各十字形折角構件115、116連接鄰接的2條邊的端部連接軸。具體來說，各十字形折彎構件連接一邊的外側端連接軸和另一邊的內側端連接軸。
根據第25圖~第27圖所示的面積可變框架，能夠使被連接的3個四角形框架的面積成為可變。
第28圖~第30圖表示立方體形狀的體積可變立體構造物。第28圖表示最小體積的狀態，第29圖表示中等體積的狀態，第30圖表示最大體積的狀態。
圖示的體積可變立體構造物120具有藉由6面規定的立方體形狀，包括四角形的第一面框架121、四角形的第二面框架122、四角形的第三面框架123、四角形的第四面框架124、四角形的第五面框架125、四角形的第六面框架126。構成各面框架的各邊的是連接了複數個交叉單元而形成的伸縮臂。藉由連接沿著立方體的各邊鄰接並延伸的2個伸縮臂的外側端連接軸彼此，鄰接的2個面 框架相互連動並進行面積可變的動作。
第31圖~第33圖表示其它形態的伸縮臂。第31圖表示伸縮臂的最小長度的狀態，第32圖表示了伸縮臂的中等長度的狀態，第33圖表示伸縮臂的最大長度的狀態。
如圖所示，伸縮臂130具有排列了複數個交叉單元而形成的形態，但在這裡必須注意的是，構成各交叉單元的一對剛性構件具有向相反方向彎曲的圓弧狀的形狀。因此，與伸縮臂的伸縮方向正交的橫截面的形狀大致為圓形。在圖示的實施方式中，藉由直線狀延伸的中央連接軸131，可轉動地連接一對剛性構件。
第34圖是第31圖~第33圖的實施方式的變形例。在圖示的伸縮臂140中，中央連接軸141具有向側方大大彎曲的形狀。根據該實施方式，能夠增大伸縮臂140的可利用的內部空間，例如，能夠在伸縮臂內設置消防水帶等。
第35圖~第37圖表示體積可變立體構造物的其它實施方式。第35圖是初期狀態的平面圖，第36圖是動作中途的狀態的平面圖，第37圖是動作中途的狀態的立體圖。
圖示的體積可變立體構造物150是藉由作為縱方向連接構件的縱棒158連接向上下方向分隔的2個四角形框架150A、150B形成的立體構造物。如第35圖所示，當關注初期狀態的形狀時，四角形框架150A藉由伸 長狀態的2個伸縮臂151、152和縮小狀態的2個伸縮臂153、154形成四角形的形狀。在四角形的折角部中，交叉成X字形並透過中央連接軸157可轉動地連接的第一連接構件155和第二連接構件156可動作地連接鄰接的2個伸縮臂。
具體來說，第一連接構件155的一端被連接在第二伸縮臂152以及第三伸縮臂153的共用的內側端連接軸13，第一連接構件155的另一端被連接在第四伸縮臂154以及第一伸縮臂151的共用的內側端連接軸13。第二連接構件156的一端被連接在第一伸縮臂151以及第三伸縮臂153的共用的內側端連接軸13，第二連接構件156的另一端被連接在第二伸縮臂152以及第四伸縮臂154的共用的內側端連接軸13。
在第36圖和第37圖的狀態下，各伸縮臂151、152、153、154成為大致相同的長度。如第37圖所示，連接上下的四角形框架150A、150B的縱棒158連接位於上下位置的共用的內側端連接軸13。
以上，參照附圖對本發明的多個實施方式進行了說明，但本發明並不侷限附圖所示的實施方式。對於附圖所示的實施方式，在與本發明的相同範圍或均等範圍內，能夠追加各種修改或變形。
〔產業上的可利用性〕
在上下具有面積可變框架的體積可變立體構造物能夠有效地被使用在建物構造物、容器、展示物、 展覽館、遊樂設備、組合玩具、裝飾物、藝術品、家具、汽車的裝載平臺、照明器具、寵物等的動物籠具、踏腳板、機器人的身體、水槽、游泳池、移動廁所、更衣室、淋浴房、地面建造物、地下建造物、水中建造物、空中建造物、簡易集中住宅(例如用於受災地)、倉庫、淋浴/廚房/消防水帶保持裝置、蔬菜工廠、帳篷、動植物園等多種用途。
更具體的示例如下所述。
(1)建造物
將多角形的面積可變框架或體積可變立體構造物和板狀物或片狀物組合並設置了牆壁、地板以及天花板的建造物。作為板狀物，可以考慮木板、金屬板、亞克力板、玻璃板、複合材料板等。作為片狀物，可以考慮皮革、布片、薄膜等。
作為建造物的示例，可以有簡易房屋、兒童房、學習房、庫房、倉庫、更衣室、淋浴房、移動廁所、動物籠具、溫室、主題會場、舞臺、集會會場、工作場地、工作室、化妝間、展示場地、動植物園、花店、展望台等。
(2)保持淋浴水帶、消防水帶或繩索的臂或桿
例如可以有使用了橫截面的形狀為圓形的伸縮臂並且長度可變的水帶保持用框架、國旗、旗、鯉魚旗用桿等。
(3)空中、水中、地下構造物
可以有例如使用了伸縮臂、面積可變框架、體積可變立體構造物、且位於空中的大型天線、大型太陽能發電板、 太陽能集熱板，或設置在宇宙或海水中的居住設施等大型構造物。
(4)園藝用途
可以有例如可隨著藤本月季、牽牛花、藤蔓等的成長而調整至最適合的大小的保持框架。
(5)蔬菜工廠
可以有例如藉由居住在近鄰的人等的團體(社區)營運的中型蔬菜工廠、花卉工廠、為了老年人的交流或健康維護的蔬菜工廠等。
(6)組合玩具
例如，可作為大腦發育、激活所必須的交叉結合方法的玩具而使用。如果是能夠以上下、左右、前後、內外的位置關係適當並自由地藉由手指組合複數種類的伸縮臂、面積可變框架、體積可變立體構造物的組合玩具，則能夠對兒童或老年人的大腦發育、激活有幫助。
(7)大型、中型、小型藝術品
例如，組合複數種面積可變框架或體積可變立體構造物，能夠製作各種形狀的藝術品。像這樣的藝術品可以設置在公園、街道、主題會場等的室內，也可以設置在家庭、酒店、醫院、兒童設施、老年人設施等的室內。另外，藉由組合顏色或光線，能夠形成在視覺上有趣味的裝飾物。
(8)室內蔬菜溫室
也能夠與發光二極管(LED)組合，作為兼容了綠色室內的具有裝飾性的蔬菜溫室、花架、花盆使用。
(9)帳篷
也能夠與皮革片、布片等組合，作為多種多樣的形狀以及大小的帳篷等使用。
(10)臨時房屋/店鋪、災害用集中住宅
也能夠例如藉由組合四角形的框架和板，結合複數個立方體或長方體，製作簡易房屋等。
(11)木制/金屬制家具
也能夠利用在例如可簡單地改變面積、體積、形狀、顏色等的床、沙發、桌子、收納架/容器、衣架、架子、底座等。

Claims (13)

  1. 一種面積可變框架，可以改變多角形的框架的面積，其中，該面積可變框架包括伸縮臂和連接機構，其中，該伸縮臂構成前述多角形的框架的各邊，該連接機構可連動地連接鄰接的2個伸縮臂，使鄰接的2條邊的伸縮動作連動；前述各伸縮臂包含複數個交叉單元和端部連接部，其中，該複數個交叉單元透過中央連接軸可轉動地連接交叉成X字形的2個剛性構件，該端部連接部可轉動地連接相鄰接的交叉單元的端部彼此；前述多角形的框架具有折角部；前述端部連接部包含位於前述多角形的框架的內側位置的內側端連接軸和位於前述多角形的框架的外側位置的外側端連接軸；前述各剛性構件在從上方觀察的平面視圖中，前述內側端連接軸、前述中央連接軸、及前述外側端連接軸所連結的假想線具有呈直線狀地延伸的形狀；在前述多角形的框架的折角部中，前述連接機構具有第一折彎構件、第二折彎構件、折角部連接軸，其中，該第一折彎構件可轉動地連接鄰接的一邊的伸縮臂的內側端連接軸和另一邊的伸縮臂的外側端連接軸，該第二折彎構件可轉動地連接鄰接的一邊的伸縮臂的外側端連接軸和另一邊的伸縮臂的內側端連接 軸，該折角部連接軸在前述第一折彎構件和前述第二折彎構件的交叉部可轉動地連接前述第一折彎構件和前述第二折彎構件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的面積可變框架，其中，當n角形的內角的和為A度時，前述第一折彎構件以及第二折彎構件的折彎角度為A/n。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的面積可變框架，其中，前述多角形為四角形，在前述各剛性構件中，使前述中央連接軸和前述內側端連接軸之間的間隔、以及前述中央連接軸和前述外側端連接軸之間的間隔為L1，在前述各折彎構件中，使前述折角部連接軸和前述內側端連接軸之間的間隔、以及前述折角部連接軸和前述外側端連接軸之間的間隔為L2時，L2/L1的值在1~1.5的範圍內。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述的面積可變框架，其中，前述多角形為四角形，前述連接機構在四角形的框架的4個折角部中的相對向的2個折角部上包含前述第一折彎構件、前述第二折彎構件、前述折角部連接軸，在剩餘的相對向的2個折角部上包含內側端連接構件，其中，該內側端連接構件可轉動地連接鄰接的一邊的伸縮臂的內側端以及另一邊的伸縮臂的內側端。
  5. 一種體積可變立體構造物，係包括縱方向連接構件，其中，該縱方向連接構件以平行的關係分隔並連接2個申請專利範圍第1項所述的面積可變框架。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的體積可變立體構造物，其中，前述縱方向連接構件是縱方向長度一定的棒材。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的體積可變立體構造物，其中，前述縱方向連接構件的縱方向長度可變。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的體積可變立體構造物，其中，前述縱方向連接構件是包括由交叉成X字形的2個剛性構件構成的交叉單元的縱方向伸縮臂。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的體積可變立體構造物，其中，前述縱方向伸縮臂的上方端連接位於上方位置的一方的面積可變框架的伸縮臂的前述端部連接部，前述縱方向伸縮臂的下方端連接位於下方位置的另一方的面積可變框架的伸縮臂的前述端部連接部。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的體積可變立體構造物，其中，前述端部連接部包含位於前述多角形的框架的內側位置的內側端連接軸和位於前述多角形的框架的外側位置的外側端連接軸， 前述縱方向伸縮臂的上方端連接位於上方位置的一方的面積可變框架的伸縮臂的前述內側端連接軸以及前述外側端連接軸，前述縱方向伸縮臂的下方端連接位於下方位置的另一方的面積可變框架的伸縮臂的前述內側端連接軸以及前述外側端連接軸。
  11. 如申請專利範圍第8項所述的體積可變立體構造物，其中，前述端部連接部包含位於前述多角形的框架的內側位置的內側端連接軸和位於前述多角形的框架的外側位置的外側端連接軸，前述縱方向伸縮臂的上方端連接位於上方位置的一方的面積可變框架的伸縮臂的2個前述內側端連接軸、2個前述外側端連接軸、或2個前述中央連接軸中的任意一者，前述縱方向伸縮臂的下方端連接位於下方位置的另一方的面積可變框架的伸縮臂的2個前述內側端連接軸、2個前述外側端連接軸、或2個前述中央連接軸中的任意一者。
  12. 一種組合玩具，係包括複數個申請專利範圍第1項所述的面積可變框架。
  13. 一種組合玩具，係包括複數個申請專利範圍第5項所述的體積可變立體構造物。
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