(57)【要約】  可動部材が多数になる場合でも、可動域を確保し、かつ回転の中心点からずれることなく、しかも、複数の可動部材を連動するジョイントとの間で曲げモーメントを発生させることがない自在継手を提供する。  複数の可動部材３Ａ〜３Ｆ，３ａ〜３ｆと、複数の可動部材を連動させる球形状部材２とを備え、前記可動部材に曲面状節点部ｑを形成し、これらを球形状部材２に接触させた状態にし、前記複数の一の可動部材３Ａを、その曲面状節点部を球形状部材２の表面に沿って回転させることにより、複数の他の一の可動部材３Ｂを球形状部材の表面に沿って回転させる。
2012153698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の可動部材と、複数の可動部材を連動させる球形状部材と、複数の可動部材を球形状部材に接触させるカバー部材を備え、
前記可動部材に曲面状節点部を形成し、これを球形状部材に接触させた状態にし、
前記複数の任意の一の可動部材を曲面状節点部を介して球形状部材の表面に沿って移動又は回転させることを特徴とする自在継手。
【請求項２】
前記可動部材の曲面状節点部は、可動部材の径よりも大きく設けられ、前記カバー部材を前記曲面状節点部の表面に沿って移動可能又は回転可能に構成させることを特徴とする請求項１記載の自在継手。
【請求項３】
前記複数の可動部材が第１の一対の可動部材と第２の一対の可動部材の少なくとも２組の部材で構成され、前記カバー部材が第１の一対の可動部材の一方と第２の一対の可動部材の他方を球形状部材に接触させる第１のカバー部材と、第１の一対の可動部材の他方と第２の一対の可動部材の一方を球形状部材に接触させる第２のカバー部材により構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の自在継手。
【請求項４】
前記複数の可動部材を覆う筒状部材を備え、この筒状部材は前記カバー部材の回転駆動を許容しながら連結されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の自在継手。
【請求項５】
前記複数の可動部材を、球形状部材を中心に放射状に配したり、又は、球形状部材を中心に点対称或いは線対称に配し、その位置から球形状部材の表面に沿って回転させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の自在継手。
【請求項６】
複数のうちの一の可動部材を回転させると他の可動部材がこれに対応して前記球形状部材を中心に移動又は回転することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の自在継手。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項記載の自在継手は、複数の自在継手の可動部材が移動又は回転を許容した状態で連結されていることを特徴とする可変構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自在継手に関し、特に複数の可動部材を連動させる自在継手とこの自在継手を連結させた可変構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
自在継手（universal joint）は、機械操作（ステアリング）技術などに広く使用されている。継手のなかでも特に２つの部材の接合する角度が自由に変化する継手が自在継手である。両可動部材端を二股にし十字形のピンで結合したフック形軸継手（カルダン形軸継手），球関節による玉形自在継手（ボールジョイント）、球と可動部材が磁力で接合されたボールジョイント磁石などがある。【０００３】
特許文献としては、ピストン等の可動部材端部に形成されたボール部を包むようにかしめることによって構成されるボールジョイント（特許文献１）や、曲面状の部材を介して可動部材を可動させるピンジョイントや（特許文献２）、一方の軸と他方の軸とを連結して回転トルクを伝達する回転トルク伝達用継手が開示されている（特許文献３）。なお、建築構造物に応用する可変形状トラス（variable Geometry Trust : ＶＧＴ）と呼ばれるトラス構造の論文がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第２７０８５９１号公報
【特許文献２】特開平７−２２８９６０号公報
【特許文献３】特開平９−６０６４９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】システム／制御／情報，Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．２，ｐｐ８２−８９，２００１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の自在継手は、可動部材の数が多くなると、これに対応した可動域を確保することができなかった。また、従来の継手では、大きな軸力が働くと節点に曲げモーメントが発生する問題を有する。【０００７】
すなわち、可動部材を４個、８個、１２個…というように増加させることはできないか、仮にできたとしても、節点に曲げモーメントが発生するおそれがある。例えば、ＶＧＴ（可変形状トラス：金属フレームの骨組とする。）の節点に適用したとすると、複数のフレームを頂点部で連結させると、頂点部に曲げモーメントが発生する。金属で構造物（フレーム）を製造すると、駆動部材の駆動により球形状部材との間に金属疲労が発生する問題がある【０００８】
そこで本発明の目的は、可動部材が多数になる場合でも、可動域を確保し、かつ回転の中心点からずれることなく、しかも、複数の可動部材を連動するジョイントとの間で曲げモーメントを発生させることがない自在継手と、この自在継手を複数連結させた可変構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の自在継手は、複数の可動部材と、複数の可動部材を連動させる球形状部材と、複数の可動部材を球形状部材に接触させるカバー部材を備え、前記可動部材に曲面状節点部を形成し、これを球形状部材に接触させた状態にし、前記複数の任意の一の可動部材を曲面状節点部を介して球形状部材の表面に沿って移動又は回転させることを特徴とする。ここで、「球形状部材の表面に沿って移動又は回転させる」とは、複数の各可動部材が球形状部材に対する位置を変更すること、又は、接触する位置で球形状部材の中心点を回転中心点として回転することを含む。そして、本願発明の自在継手は、複数の自在継手の可動部材が移動又は回転を許容した状態で連結されて可変構造体として使用可能である。【００１０】
本発明によれば、前記可動部材の連動面側に曲面状節点部を形成し、これらを球形状部材に接触させた状態にする。多数の可動部材を配するときは、大きな球形の球形状部材を使用すれば、それに応じた可動部材の数を配することが出来る。そして、複数の一の可動部材の曲面状節点部を球形状部材に沿って移動又は回転させることにより、可動部材が多数になる場合でも、移動又は回転の中心点からずれることなく、しかも、複数駆動させることが出来る。【００１１】
本発明としては、前記可動部材の曲面状節点部は、可動部材の径よりも大きく設けられ、前記カバー部材を前記曲面状節点部の表面に沿って移動可能又は回転可能に構成されていることが好ましい。ここで、複数の可動部材のいくつかの曲面状節点部はカバー部材で球形状部材に接触させるが、その他の可動部材の曲面状節点部は球形状部材と接触させないようにしても良い。また、カバー部材が可動部材と連動するように配しても良い。【００１２】
本発明によれば、カバー部材の配し方によって、一の可動部材は回転駆動させても、他の一の可動部材は回転駆動させないようにすることができる。また、カバー部材と連動する可動部材を配した場合には、前記カバー部材を前記曲面状節点部の表面に沿って回転可能に構成されるので、カバー部材と連動する可動部材と、その他の可動部材の相互の可動部材の干渉が生じることなく、互いに球形状部材の表面に沿って移動又は回転する。【００１３】
本発明としては、前記複数の可動部材が第１の一対の可動部材と第２の一対の可動部材の少なくとも２組の部材で構成され、前記カバー部材が第１の一対の可動部材の一方と第２の一対の可動部材の他方を球形状部材に接触させる第１のカバー部材と、第１の一対の可動部材の他方と第２の一対の可動部材の一方を球形状部材に接触させる第２のカバー部材により構成されていることが好ましい。
本発明によれば、例えば、第１の一対の可動部材と第２の一対の可動部材の２組の部材を球形状部材の表面に９０度間隔で配置した場合に（球形状部材の上下と中央の水平ラインに一対ずつ配置する。）、前記カバー部材を介して、第１の一対の可動部材のみ又は第２の一対の可動部材のみを回転駆動させることができる。【００１４】
本発明としては、前記複数の可動部材を覆う筒状部材を備え、この筒状部材は前記カバー部材の回転駆動を許容しながら連結されていることが好ましい。
本発明によれば、前記複数の一の可動部材を覆う筒状部材を操作することで、筒状部材と連結されるカバー部材を介して、前記複数の他の可動部材を回転駆動させることができる。【００１５】
本発明としては、前記複数の可動部材を、球形状部材を中心に、放射状に配したり、又は、球形状部材を中心に点対称或いは線対称に配され、球形状部材の表面に沿って移動又は回転させることが好ましい。
本発明によれば、放射状、又は、点対称或いは線対称に配される可動部材が対応した動きをさせることができる。すなわち、複数のうちの一の可動部材を回転させると他の可動部材がこれに対応して前記球形状部材を中心に移動又は回転することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、可動部材の数が多数になった場合でも、回転の中心点からずれることなく、球形状部材の表面に沿って回転駆動させることとなる。球形状部材の表面積を大きくすることで、可動部材の数を多数配することができ、可動域を確保することができる。
また、本願発明によれば、複数の可動部材を球形状部材は中心に放射状に配したり、又は、点対称或いは線対称に配したりすることで、複数の可動部材を同じ角度移動させたり、一定の方向に変化させるように駆動させたり、向かい合う一対の可動部材を対称に駆動させたり、向かい合う一対の可動部材は駆動させるが、その他の一対の可動部材を駆動させなくしたり、又は、複数の可動部材を別々に自由に駆動させることもできる。どのように駆動させても、複数の可動部材と連動する球形状部材との間で曲げモーメントが発生しない構造を実現できる。【００１７】
本発明によれば、節点（接点）が自由であるので、例えば、可動部材と球形状部材を金属で構成しても、曲げモーメントが発生することはない。例えば、ドーム型の天井のようにテントをフレームで支持しながら、３次元的に変化させる形状を作りたい場合のような、増設していく拡張性のある建築構造物としても、耐久性の高いトラス構造を提供することができる。また、節点（曲面状節点部）が自由であるため、制振・免振構造等々として利用しても、構造物の変形を伴うアクティブ制振技術に有効に活用できる。
そして、次のような利点を挙げることができる。
（生産性）
曲面構造の部材種類を少なくすることが可能である。仮に全節点の部材角が異なる曲面構造を設計した場合でも、同一のジョイント機構で構成することが可能である。
（施工性）
仮設工事を減らすことが可能である。立体的なドーム建築をたてるときに、平面で仮組し、部材長さを調整することで、立体的に立ち上げることが可能である。
（拡張性）
可動部材の角度が自由に変化する長所を生かし、必要に応じて、増築していく構造物を製作することが可能である。曲げモーメントが発生しないので、ライフサイクルの長寿命化につながる。
（適応性）
環境に応じて、変化する構造物を製作することが可能である。内部体積が変化する構造物を設計した場合、夏場のエネルギー負荷が多い時期は内部体積を減らすことで環境に適応する。
（効率性）
多リンクのパラレルリンク機構の接合部に適している。シリアルリンク機構であれば、トルクで制御するところを、可動部材の直動運動で制御することが可能である。効率的な変形運動が行える。
（新規性）
有機的な形状を形づくることが可能であり、デザインの幅が広がる。大空間建築の大屋根など人目を惹きつける効果を持たせつつも耐久性の高い構造物となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の原理構成を説明する図である。
【図２】本発明の原理構成を説明する図である。
【図３】本発明の原理構成を説明する図である。
【図４】本発明の原理構成を説明する図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の自在継手を示す図であり、（ａ）はその斜視図であり、（ｂ）はその部品構成を示す斜視図である。
【図６】上記第１の実施形態の可動部材とカバー部材との関係を説明する図である。
【図７】上記第１の実施形態の筒状部材の内部構成を説明する図である。
【図８】上記第１の実施形態の可動部材の配置例を説明する図である。
【図９】上記第１の実施形態の作用効果を説明するための比較例を示す斜視図である。
【図１０】上記第１の実施形態の応用例を説明する図であり、（ａ）はその斜視図であり、（ｂ）はその部品構成を示す斜視図である。
【図１１】上記第１の実施形態の可動部材とカバー部材との関係を説明する図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態の自在継手を示す図であり、（ａ）はその斜視図であり、（ｂ）はその部品構成を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態の自在継手を示す図であり、（ａ）はその底面であり、（ｂ）はその側面図であり、（ｃ）はその斜視図であり、（ｄ）はその平面図である。
【図１４】上記第３の実施の形態の自在継手の動作を説明する斜視図である。
【図１５】上記第３の実施形態の部品構成を示す斜視図である。
【図１６】上記各実施の形態の応用例を説明する図である。
【図１７】上記各実施の形態の応用例を説明する図である。
【図１８】上記各実施の形態の応用例を説明する図である。
【図１９】可変形状トラス構造を説明する図である。
【図２０】可変形状トラス構造を説明する図である。
【図２１】本発明の第２の実施形態の他の例を示す図である。
【図２２（ａ）】上記第２の実施形態の動きを説明する図であり、長さの短い可動部材が球形状部材に沿って、長さの長い可動部材と一定の距離を保ちつつ移動又は回転し、これに引きずられるように長さの長い可動部材が互いに近づく状態を示す図である。
【図２２（ｂ）】上記第２の実施形態の動きを説明する図であり、長さの短い可動部材が球形状部材に沿って、長さの長い可動部材と一定の距離を保ちつつ移動又は回転し、これに引きずられるように長さの長い可動部材が互いに近づく状態を示す図である。
【図２２（ｃ）】上記第２の実施形態の動きを説明する図であり、長さの短い可動部材が球形状部材に沿って、長さの長い可動部材と一定の距離を保ちつつ移動又は回転し、これに引きずられるように長さの長い可動部材が互いに近づく状態を示す図である。
【図２２（ｄ）】上記第２の実施形態の動きを説明する図であり、長さの短い可動部材が球形状部材に沿って、長さの長い可動部材と一定の距離を保ちつつ移動又は回転し、これに引きずられるように長さの長い可動部材が互いに近づく状態を示す図である。
【図２２（ｅ）】上記第２の実施形態の動きを説明する図であり、長さの短い可動部材が球形状部材に沿って、長さの長い可動部材と一定の距離を保ちつつ移動又は回転し、これに引きずられるように長さの長い可動部材が互いに近づく状態を示す図である。
【図２３】本発明の第２の実施形態の自在継手を連結した構造体の動きを説明する図である。
【図２４（ａ）】本発明の第２の実施形態の自在継手を連結した可変構造体の動きを説明する図である。
【図２４（ｂ）】本発明の第２の実施形態の自在継手を連結した可変構造体の動きを説明する図である。
【図２４（ｃ）】本発明の第２の実施形態の自在継手を連結した可変構造体の動きを説明する図である。
【図２４（ｄ）】本発明の第２の実施形態の自在継手を連結した可変構造体の動きを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。
【００２０】
（本発明の原理構成）
図１は本発明の自在継手の原理構成を示す図である。
本発明は、球形状部材２と、複数の可動部材３Ａ，３Ｂ…とから構成され、複数の一の可動部材３Ａを球形状部材２を介して複数の他の一の可動部材３Ｂを駆動させる。ここでは、可動部材３Ａ，３Ｂは２本で説明するが、二本以上配することが可能であり、偶数でも奇数でも良い。
【００２１】
複数の可動部材３Ａ，３Ｂは、その一方端部が曲面状節点部ｑとされ、所定の曲率の曲面状に形成されている。ここでは、可動部材３Ａ，３Ｂの曲面状節点部ｑの曲率は、球形状部材２の球形状の曲率より大きな曲率であるが、球形状部材２の球形状の曲率と同じでも良く、これより小さな曲率とすることも可能である。曲面状節点部ｑは、図２（ａ）（ｂ）に示すように、前記可動部材３Ａ，３Ｂの径よりも大きなもので、これを球形状部材２に接触させるものでも良い。
【００２２】
複数の可動部材３Ａ，３Ｂは、後述するカバー部材４によって、その曲面状節点部ｑを球形状部材２の表面に押し付けるように配される。このため、一の可動部材３Ａを球形状部材２に対して接触するように駆動させと（符号Ｆ１，Ｆ２）、球形状部材２の表面に沿って回転駆動する。符号Ｆ１，Ｆ２は、可動部材３Ａ，３Ｂの回転駆動が逆向きであることを示し、可動部材３Ａ，３Ｂを符号Ｆ１，Ｆ２に回転駆動させると、図１の位置から互いに近づく回転駆動をする。
球形状の球形状部材２は、可動部材の圧縮力（摺接力）を伝達する効果を持つなお、球形状部材２は移動しない。複数の可動部材３Ａ，３Ｂと球形状部材２とは、接離可能であり、連結されていないので、複数の可動部材３Ａ，３Ｂと連動する球形状部材２との間に曲げモーメントを発生させることがない。
【００２３】
図２は、２本の可動部材３Ａ，３Ｂに、リング（曲面状部節点部）６が設けられている。リング（曲面状部節点部）６は、表面も裏面も曲面形状で形成され、可動部材３Ａ，３Ｂの径よりも大きく形成されている。したがって、複数の一の可動部材３Ａを球形状部材２の表面に沿って回転駆動させ（矢印Ｆ１，Ｆ２）、球形状部材２の回転駆動を中心にして、他方の可動部材３Ｂに近づけたり離したりさせる。一対の可動部材３Ａ，３Ｂの他に更に一対の可動部材３Ｃ，３Ｄを配して、これらが互いに同じ挙動をするように構成する。すなわち、任意の可動部材３Ａが隣接する可動部材３Ｃと同角度を保ちつつ一つ飛ばした可動部材３Ｂとなす角度を自由に変化させる。本願発明者は、この回転駆動が一対の可動部材３Ａ，３Ｂごとに回転可能であることから、「隔軸自在継手」と呼ぶ。一対の可動部材３Ａ，３Ｂと３Ｃ，３Ｄは移動距離が同じになるよう回転駆動をする隔軸自在継手であり、この原理で、後述する実施形態も隔軸自在継手として構成する。
【００２４】
図４は、リング（曲面状部節点部）６が設けられた４本の一対の可動部材３Ａ〜３Ｄを球形状部材２の表面に配したものであり、一対の可動部材３Ａ，３Ｂと一対の可動部材３Ｃ，３Ｄは等間隔で、球形状部材２を中心に点対称に配され、その位置から互いに近づいたり元の位置に戻ったりする。カバー部材４が配され、一対の可動部材３Ａ，３Ｂと一対の可動部材３Ｃ，３Ｄの間に各々カバー部材４（４ａ，４ｂ）が配されている。カバー部材４は、リング（曲面状部節点部）６の表面に沿って回転可能に配され、一対の可動部材３Ａ，３Ｂ（或いは一対の可動部材３Ｃ，３Ｄ）と連結されて、例えば、一対の可動部材３Ｃ，３Ｄは停止させたままで、一対の可動部材３Ａ，３Ｂを互いに近接させるように回転駆動させる。すなわち、一対の可動部材３Ａ，３Ｂの一方１Ａを回転駆動させると（矢印Ｆ１）、カバー部材４を介して、他の一の可動部材３Ｂを同じ回転が付与される（矢印Ｆ２）、互いに近接する。このように、二本以上配することが可能であり、球形状の球形状部材２を大きくすればするほど、多数の可動部材３Ａ〜３Ｄを球形状部材２の表面に配することができる。カバー部材４と連動する可動部材３Ａ，３Ｂを配することで（第１のカバー部材４ａと第２のカバー部材４ｂと構成して、４つのカバー部材で球形状部材２の外周に等間隔に配する。）、リング（曲面状部節点部）６の表面に沿って回転可能に構成されると、一方の可動部材３Ａ，３Ｂと、その他の可動部材３Ｃ，３Ｄの相互の可動部材の干渉が生じることなく、互いに球形状部材２の表面に沿って回転駆動する。
なお、図３のように、リング（曲面状部節点部）６がなくとも、複数の一の可動部材３Ａを球形状部材２の表面に沿って回転駆動させ（矢印Ｆ１，Ｆ２）、球形状部材２の回転駆動を中心にして、他方の可動部材３Ｂに近づけたり離したりさせることは可能である。
【００２５】
（第１の実施形態）
図５（ａ）は第１の実施形態の自在継手１１を示す斜視図であり、図５（ｂ）は第１の実施形態の自在継手１１の部品構成図である。
本実施の形態は、４本の可動部材３Ａ〜３Ｄと、複数の可動部材３Ａ〜３Ｄを連動させる球形状部材２と、複数の可動部材３Ａ〜３Ｄを球形状部材２に接触させるカバー部材４を備え、複数の可動部材３Ａ〜３Ｄの球形状部材側には曲面状部節点部（リング）６が設けられている。可動部材３Ａ〜３Ｄの軸中心位置には、棒状部材（シャフト）３が設けられている。カバー部材４は、Ｖ字形状部材（ウィング）を先端部に有するもので、複数の可動部材３Ａ〜３Ｄの間に配されて、Ｖ字状の左右の一辺で隣接する複数の可動部材３Ａ〜３Ｄの曲面状部材（リング）６を球形状部材２に対して押し付けている。また、複数の可動部材３Ａ〜３Ｄを各々覆う筒状部材（パイプ）５が配され、この筒状部材（パイプ）５とカバー部材４はカバー部材の回転駆動を許容しながら連結されている。そして、上記カバー部材４と曲面状部節点部６とは連結しておらず、上記カバー部材１４が隣接する曲面状部節点部６を外周から押し付けている。リング（曲面状部節点部）６には、その中央に円柱状の突起部６ａが設けられ、その外周には突出部６ｂが設けられ、これら突起部６ａ，６ｂの間で可動部材３が外れないように配されている。球形状部材２の上下面には、カバー部材１４が配されない領域（空隙部）が形成されて、カバー部材１４の回転駆動が可能になっている。
【００２６】
本実施の形態によれば、４軸の可動部材３Ａ〜３Ｄが接続される節点において、任意の可動部材が隣接する可動部材と同角度を保ちつつ一つ飛ばした可動部材となす角度を自由に変化できる。すなわち、一対の可動部材３Ｃ，３Ｄは停止させたままで、一対の可動部材３Ａ，３Ｂの一方１Ａを回転駆動させると（矢印Ｆ１）、カバー部材４を介して、他の一の可動部材３Ｂを同じ回転が付与され（矢印Ｆ２）、互いに近接する。また、一対の可動部材３Ａ，３Ｂは停止させたままで、一対の可動部材３Ｃ，３Ｄの一方１Ｃを回転駆動させると（矢印Ｆ１）、カバー部材４を介して、他の一の可動部材３Ｄを同じ回転が付与され（矢印Ｆ２）、互いに近接する。このような回転駆動を、本願発明者は「回転すべり対偶の関係にある」と呼ぶ。
【００２７】
各構成要素（部品構成）は、すべてが独立している必要はなく、一体化されている方がよい。一例として、筒状部材５と棒状部材３は、可動部材３Ａ〜３Ｄの変形過程で位置関係がずれないように一体化されている方が良い。ウィング４と筒状部材５を接合することも可能であるが、この場合、他方のウィング４は独立している必要がある。曲面状節点部６と棒状部材３も一体化されていても良い。
曲面状部材６と棒状部材３の例としては、図７に示すように、棒状部材３を中心にして、複数のウイングを等間隔に配して、これらを筒状部材５でカバーするとよい。
本実施の形態では、４本の可動部材の例で説明したが（図８（ａ））、６軸としたり（図８（ｂ））、５軸としたり、その数も偶数でも奇数でも良い（図８（ｃ））。なお、符号９はスペーサである。
なお、筒状部材５とウィング４の間には、可動部材（棒状部材）に働く引張力を伝達するための引っ掛かり（突起と溝）を用意する必要がある。筒状部材５側が突起、ウィング側が溝である方が部材厚を考慮すると都合がよい。
【００２８】
ここで、筒状部材５内部にコイルを導入することで復元力をもった機構としたり、又、粘性流体を導入することで、緩衝効果をもった機構が可能となる。
本実施の形態では、可動部材に働く引張力に対して抵抗する部材は、ウイング４であり、ウィング４は筒状部材５まわりに配設され、少なくとも２本のウイング４によって、点線部の２面（符号ｒ）によるせん断抵抗によって、抵抗すると考えられる（図６）。
また、複数の可動部材３Ａ〜３Ｄの一方端面は、曲面形状とする節点ｑとして、形成して、複数の可動部材３Ａ〜３Ｄをカバー部材で連結することも可能である。
【００２９】
図９は、比較例としてのヒンジジョイント１Ｈを示す斜視図である。このヒンジジョイント１Ｈは、第１の実施形態と比較説明するための比較例であり、４本の可動材Ｈｂと、球形状部材Ｈａを連結させたものである。４本の可動部材Ｈｂと球形状部材Ｈａは金属製である。この比較例のように４本の可動部材Ｈｂを駆動させると、連結箇所に曲げモーメントが発生する。金属であると金属疲労が発生する。
これに対して、本実施の形態の自在継手１１は、曲面状部節点部ｑで球形状部材２と接触するので、回転の中心がずれることなく、曲面状部節点部ｑに曲げモーメントが発生しない特徴を持つ。
【００３０】
図１０、図１１は、第１の実施の形態の応用例の自在継手２１を示す図である。
この応用例２１では、カバー部材１４は、第１のカバー部１４ａと、隣接する他方の可動部材を貫通させる穴１４ｃを有する第２のカバー部１４ｂとから構成されている。カバー部材１４は、球形状部材２の表面を移動する過程（変形過程）で可動部材３が開くことを抑制する効果を持つ。可動部材３Ａ〜３Ｄのすべてを球形状の外周で繋ぎ止めるチェーンのように構成されている。すなわち、カバー部材１４は、初期形状が平面配置の場合、任意の可動部材３と隣接する可動部材３をつなぎ、かつ、すべての隣接する可動部材同士を連結状態に置いて、球形状部材２を覆っている。チェーンのように見えるが、上記カバー部材１４とリング（曲面状部節点部）１６とは連結しておらず、上記カバー部材１４が隣接するリング１６，１６を外周から押し付けており（図５）、一方の一対の可動部材３Ａ，３Ｂの回転と可動部材３Ｃ，３Ｄの回転駆動を可能にしている。この応用例では、第１の実施形態と比較し、可動部材に引張力が働く際に、チェーン１４の１面（符号ｒ）によって、抵抗すると考えられる（図１１）。
【００３１】
本実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と比較して、カバー部材１４の面積が大きくなり、球形状部材２の表面との滑りあう面（摺接面）が大きくされている特徴を有する。このように、環状になる鎖部材（チェーン）となるカバー部材１４とすることで、球形状部材２のまわりにテンションリングが形成され、球形状部材２とチェーン１４が滑り合う関係になる（本願発明者はこれを「回転すべり対偶の関係にある」と呼ぶ）。
なお、筒状部材５とウィング４の間には、可動部材に働く引張力を伝達するための引っ掛かり（突起と溝）を用意する必要がある。筒状部材５側が突起、ウィング側が溝である方が部材厚を考慮すると都合がよい。
【００３２】
（第２の実施形態）
図１２（ａ）は本実施形態の自在継手１１を多軸として構成した例であり、図１２（ｂ）はその構成部材を示す斜視図である。
本実施の形態の自在継手１は、大きな可動部材１３Ａ〜３Ｆと、小さな可動部材３ａ〜３ｆを備え、各々６本で合計１２本の可動部材が配されている。これらの数は、これに限らず、多数配することも、それ以下に配することも可能である。
上記大きな可動部材３Ａ〜３Ｆと、小さな可動部材３ａ〜３ｆは、いずれも可動部材３を内蔵する筒状部材と、棒状部材３のまわりに配設されるカバー部材（ウィング）４と、各可動部材に棒状部材３とウィング４を内包し、配設される筒状部材５とを備える。カバー部材（ウィング）４は、扇形断面をしたＶ字形状を呈する（翼を広げたような形状を呈する。）。各可動部材３Ａ〜３Ｆと、小さな可動部材３ａ〜３ｆの球形状部材側には曲面状部節点部（リング）６が設けられている。ここでは、Ｖ字形状部材（ウィング）４と筒状部材５が可動部材の先端の曲面状部節点部（リング）６を球形状部材２に対して押し付けている。筒状部材５の他端側には、嵌合部４ａが配されている。曲面状部節点部６は凹状に形成されており、その中央に棒状部材３が連結されると共に、Ｖ字形ウィング４の先端４ａが嵌合している。なお、球形状部材２の大きさと可動部材の径の相対関係、ウィング断面の扇形状（中心角）などにより球形状部材２の可動域が変化する。
【００３３】
大きな可動部材３Ａ〜３Ｆと、小さな可動部材３ａ〜３ｆは、球形状部材２に対して上下に一対配されると共に、水平方向に９０度間隔で各々配されている。上記可動部材３は、球形状部材２の中心に向けられており、かつ等間隔で配されている。複数の可動部材３は、球形状部材２を中心に放射状に配したり、又は、点対称或いは線対称に配することが可能である。このように等間隔で配置することで、多数の可動部材を効率よく配する。
【００３４】
ここで、例えば、Ｖ字形状ウィング４と筒状部材５により、大きな可動部材３Ａ〜３Ｆの曲面状部節点部（リング）６のみを球形状部材２に対して押し付けるようにすると、大きな可動部材３Ａ〜３Ｆのみを回転駆動させることができる。
また、大きな可動部材３Ａ〜３Ｆの曲面状部節点部６の大きさと、小さな可動部材３Ａ〜３Ｆの曲面状部節点部（リング）６との大きさを変えて、球形状部材２に対する接触面積を変えることも可能である。
第２の実施形態は、第１の実施形態では実現することができない隣接する軸部材（可動部材）とのなす角度を自在に変化することが可能である。第１の実施形態で実現することができる自在継手３１は、一つ飛ばした可動部材（＝隔軸）とのなす角度を自在に変化することができる。第２の実施形態は、大きな可動部材３Ａ〜３Ｆと小さな可動部材３ａ〜３ｆで構成されており、大きな可動部材３Ａ〜３Ｆ同士の関係は、小さな可動部材３ａ〜３ｆを含めると、一つ飛ばした可動部材同士の関係にある。したがって、大きな可動部材同士のなす角度は自在に変化することが可能となる。
地面で２次元的に仮組した構造体を３次元ドーム状に立ち上げる施工の効率化を図る建築物（テントを釣り上げドーム屋根とする）や、橋梁、構造物の接合部等に適用可能である。
次に、上記第２の実施の形態の応用例として、図２１と図２２（ａ）〜（ｅ）に示すように、３本の長い可動部材３Ａ〜３Ｃと６本の短い可動部材３ａ〜３ｆとからなる自在継手１１として、これら可動部材はカバー部材（ウイング）４を介して等間隔で連結されて互いに近接したり離れたりする。本実施の形態の自在継手１１は、長い可動部材３Ａ〜３Ｃを動かすことを目的とし、短い可動部材３ａ〜３ｆは、あくまで長い可動部材３Ａ〜３Ｃを動かすために使用するもので、短い可動部材３ａ〜３ｆは他の継手と連結状態になることはない。すなわち、短い可動部材３ａ〜３ｆは他の継手との連結状態とは、図１７のような継手同士をスペーサＳによりつなげた構造体の状態を言い、長い可動部材３Ａ〜３Ｂが、図１７のような継手同士をスペーサＳにより連結した構造体の状態になる。
本実施の形態のカバー部材（ウイング）Ｃは、各長い可動部材３Ａ〜３Ｃの周囲に所定間隔で連結されるとともに、短い可動部材３ａ〜３ｆの筒状部材（透明な樹脂）５にその先端４ａが近接する長さを有するが、６個の各短い可動部材３ａ〜３ｆの移動を許容するために連結されておらず、６個の各短い可動部材３ａ〜３ｆの曲面状部節点部ｑをその上方から押さえている。したがって、図２２（ａ）〜（ｅ）に示すように、各可動部材３Ａ〜３Ｃと３ａ〜３ｆは球形状部材２の中心点を回転中心点として回転可能であり、しかも、球形状部材２の外周に接しながら移動可能である。カバー部材（ウイング）４が連結される各可動部材の筒状部材５等は第２の実施の形態と同様である。
図２１に動きを説明する矢印を示す。長さの長い（赤色の）矢印Ｙ１に長い可動部材３Ａ〜３Ｃを移動しようとすると、次に長い矢印（黒の矢印）Ｙ２の方向に短い可動部材３ａ〜３ｃが回転移動を行う（黒の回転移動は球体の中心点が回転中心になる。）。短い矢印（青の矢印）Ｙ３は、カバー部材４の回転移動を表わす（短い矢印Ｙ３の回転移動の中心は、棒状部材３の中心軸が回転中心になる。）。これらの回転移動が長さの長い矢印Ｙ１の移動によって、同時に行われる。長さの長い矢印Ｙ１を逆向きに移動すると、矢印の向きはすべて逆になる。
したがって、図２２（ａ）〜（ｅ）に示すように、その順序で３本の短い可動部材３ａ〜３ｃが中央に寄せるような動きが可能である。長い可動部材３Ａ〜３Ｂを移動させること目的であるが、図２２（ａ）〜（ｅ）で説明すると、３本の短い可動部材３ａ〜３ｃが中央に寄った結果、長い可動部材３Ａ〜３Ｃもそれに引きずられるように中央側（球形状部材２の片側）にその位置を変えたことになる。なお、上記のようち位置を変えると、図２１（ｅ）に示すように、他方側の短い可動部材３ｄ〜３ｆは間隔を広げた状態になる。
図２３は、上記第２の実施の形態の自在継手を連結した構造体（可変構造体）５１の動きを説明する図である。すなわち、図１２（ａ）に相当する自在継手（多軸自在継手）１１を応用した構造体５１の可変構造（可変移動）の数値解析の事例を示す図であり、順に動いていく状態が描かれている。この構造体５１は、アメーバのように形態を変形させ（矩形状の形を変化させながら転がり）、図中左から右側に移動する前進して行く。この例はローバーとして、悪路において前進する駆動部材とし、長い岩や穴などがあっても悪条件にかかわらず移動可能な車両などへの開発が期待できる。そのような可変構造体５１を２次元平面による数値解析事例により検証し、入力値である軸部材の長さを数値解析により求めるプログラムを開発し、その解析とその動きの実証が確かめられた。
【００３５】
（第３の実施形態）
図１３は、第３の実施形態の自在継手４１であり、図１４は駆動させた状態の説明図であり、図１５は、部品構成図であり、図１６は建築構造物の天井に適用した例を示す図である。第１の実施形態との相違点は初期形状が３次元的に配されている点である。
本実施形態の自在継手４１の使用例としては、可変の立体トラス架構に適用可能である。本実施の形態では、前記球形状部材２を頂点として４本の可動部材３Ａ〜３Ｄが等間隔で配されている。各可動部材３Ａ〜３Ｄ（３）は、可動部材３Ａ〜３Ｄを収納する筒状部材５と、筒状部材５と筒状部材５とを連結するカバー部材４４と、球形状部材２を備え、カバー部材４４は、Ｖ字形状を呈する頂点部に球形状部材２を配する曲面状部節点部４４ｑが形成されるとともに、Ｖ字形状を呈する左右辺に可動部材３を配する曲面状部４４ｐが形成されている。
そして、上記等間隔で配置されている４本の可動部材３Ａ〜３Ｄをその位置から、一対の可動部材３Ａ，３Ｂ（或いは３Ｃ，３Ｄ）を互いに近づけたり、元の位置に戻したりする回転駆動をさせる。このような動作を繰り返しても、各可動部材３Ａ〜３Ｄ（３）の先端部には曲面状部節点部ｑが形成されているので、球形状部材２と接触しているので、曲げモーメントが発生しない特徴を持つ。また、カバー部材４４にも曲面状部節点部４４ｑが形成されているので、カバー部材４４を回転駆動させても、曲げモーメントが発生しない特徴を持つ。
本実施形態の自在継手４１の使用例としては、図１５に示すように、地面で２次元的に仮組した構造体を３次元ドーム状に立ち上げる施工の効率化を図る建築物（テントを釣り上げドーム屋根とする）や、橋梁、構造物の接合部等に適用可能である。
次に、図２４は、図１６（ａ）の可変構造体の数値解析事例に相当する自在継手４１を応用した可変構造体５２の数値解析の事例である。図５（ａ）や自在継手１１や、図１０（ａ）の自在継手２１を応用して図２４の可変構造体５２を製造でき。可変構造体５２がどのような変形過程をたどり、安定形状に至るかを追跡する形態解析プログラムを作成し、目標となる形状が設計可能であることを検証した。
【００３６】
図１７は、第３の実施の形態の応用例を示す図である。
この応用例では、球形状部材２同士をつなぐ筒状部材５と同径となるようなつなぎ部材（スペーサー）Ｓを用いた構造体である。線の中すべてにウィング４や筒状部材５が含まれている必要はなく、節点付近だけで、球形状部材２を構成すれば十分であり、節点と節点をつなぐ管状、あるいは棒状のつなぎ部材（スペーサ）を導入して、多数の連結構造体とするものである。
【００３７】
ここで、従来、可変形状トラス（variable Geometry Trust:ＶＧＴ）と呼ばれるトラス構造があるが、このＶＧＴの図の中で、線が複数集中してくる節点がジョイントとなり、多軸自在継手を利用している（図１９）。図２０のヘリカルマストと呼ばれるＶＧＴの場合、６軸構成の多軸自在継手を利用する。
しかしながら、実際の三次元ＶＧＴにおいてこれを実現することは非常に困難であり、部材を接合する複数のジョイントの回転中心間のオフセット（節点オフセット）が避けられない（非特許文献の欄外説明を参照）。
これに対して、上記実施形態によれば、上記（節点オフセット）が避けられ、耐久性の高いトラス構造を提供することができる。
【００３８】
図１８は、第３の実施の形態の他の応用例を示す。第３の実施の形態の頂点部の球形状部材２に更に可動部材３を配するものである。図１８の可動部材は、球形状部材２を頂点とする３本の可動部材３Ａ〜３Ｃと、上記可動部材３とを組み合わせて一組の自在継手が構成されている。ここでは、３本の可動部材３Ａ〜３Ｃは６０度間隔で配され、追加される可動部材３と、可動部材３Ａ，３Ｃとは各々１２０度間隔で配されている。そして、上記可動部材３を中心に、球形状部材２を介して、上記可動部材３Ａ〜３を所定角度駆動させること可能である。これらを多数連結状態におき、建築物のトラス構造等に適用するものである。
【００３９】
以上、上記各実施の形態では、具体的用例として建築構造物で説明したが、次のような適用例が考えられる。
（建築）
可変構造、展開構造といった従来の静的な建築物とは異なった変形する建築物に適用可能である。施工過程において、地面で２次元的に仮組した構造体を３次元ドーム状に立ち上げる施工の効率化を図った建築物に適用可能である。機構特性として、表面積は一定で、内部体積が変化する特徴を生かし、剛な面をともなった展開構造とすると良い。また、有機的な形態を有するデザインに特化した建築物を画一的な部材構成により、効率的に生産できる。多軸ピン接合を必要とする建築物の接合部等である。節点が自由である長所を生かし、増設していく拡張性のある建築物などである。また、制振・免振構造として利用可能である。節点が自由であるため、構造物の変形を伴うアクティブ制振技術に有効である。
（機械）
機械操作（ステアリング）技術。３次元方向に複数の操作対象がある場合、有効と考えられる。また、多部材の運動伝達の仕組みを少部材で実現可能である。多リンクのパラレルリンク機構の接合部。フライトシミュレーターなどに応用可能である。
ロボットの手、足といったシリアルリンク機構で動くロボットではなく、尺取虫（多足）のような曲面の運動を利用したロボットに適用可能である。トルクで制御するのではなく、直動運動で制御するため、高効率なロボットが可能である。面に生じる衝撃を受け流す装置などにも適用可能である。また、前記スペーサＳをバネとすることで、巨大なトランポリン等の運動具を提供可能である。また、多方向から生じる振動に対する免振装置や、システム制御技術と併用し、免振対象物の座標位置を精密に保持するための装置や、医療技術などその応用例は広い。
（土木）
多軸ピン接合を必要とする橋梁等の構造物の接合部などに適用可能である。自然物の不整形な形状に対する形状の追従性能を生かした構造物（護岸工事や仮設工事）などである。
（宇宙構造物）
可変性能を生かした展開構造物や太陽光パネルなどに適用可能である。・節点が自由であるために、増設・拡張が容易であり、宇宙ステーションの構造物として利用可能である。
（その他）
プロダクトとして、様々な製品に応用可能である。玩具の関節部や、折り畳み構造をもった製品、可変機構を利用した製品などに適用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１，１１，２１，３１，４１  自在継手、
２，Ｈａ  球形状部材、
３  棒状部材（可動部材）、
３Ａ…３Ｆ，３ａ…３ｆ  可動部材（棒状部材）、
３Ａ，３Ｂ  第１の一対の可動部材、
３Ｃ，３Ｄ  第２の一対の可動部材、
４，１４  カバー部材（ウイング、Ｖ字形状部材）、
４ａ，１４ａ  第１のカバー部材、４ｂ，１４ｂ  第２のカバー部材、
５  筒状部材、
６  リング（曲面状部節点部）、
ｑ  曲面状部節点部（節点）、
５１，５２  可変構造体
【図１】
2012153698.tif 000003
【図２】
2012153698.tif 000004
【図３】
2012153698.tif 000005
【図４】
2012153698.tif 000006
【図５】
2012153698.tif 000007
【図６】
2012153698.tif 000008
【図７】
2012153698.tif 000009
【図８】
2012153698.tif 000010
【図９】
2012153698.tif 000011
【図１０】
2012153698.tif 000012
【図１１】
2012153698.tif 000013
【図１２】
2012153698.tif 000014
【図１３】
2012153698.tif 000015
【図１４】
2012153698.tif 000016
【図１５】
2012153698.tif 000017
【図１６】
2012153698.tif 000018
【図１７】
2012153698.tif 000019
【図１８】
2012153698.tif 000020
【図１９】
2012153698.tif 000021
【図２０】
2012153698.tif 000022
【図２１】
2012153698.tif 000023
【図２２（ａ）】
2012153698.tif 000024
【図２２（ｂ）】
2012153698.tif 000025
【図２２（ｃ）】
2012153698.tif 000026
【図２２（ｄ）】
2012153698.tif 000027
【図２２（ｅ）】
2012153698.tif 000028
【図２３】
2012153698.tif 000029
【図２４（ａ）】
2012153698.tif 000030
【図２４（ｂ）】
2012153698.tif 000031
【図２４（ｃ）】
2012153698.tif 000032
【図２４（ｄ）】
2012153698.tif 000033
【国際調査報告】
2012153698.tif 000034
2012153698.tif 000035