(57)【要約】【課題】少ない駆動量で構造物の展開、収納を可能にすること。【解決手段】複数の板状の板片（２）の辺（４）どうしを回転可能に連結する連結部（６）を有し、各板片（２）の面どうしが接近または離間する方向に回転することで、展開または収納可能な変形構造物（１）であって、複数の板片（２）のうちの少なくとも１つが、変形部材（１２）に置換され、変形部材（１２）は、置換された板片（２−３３）の角部（３ａ，３ｂ）どうしの間隔を接近、離間させる方向に変形可能に構成され、変形部材（１２）を変形させることで、展開または収納される変形構造物（１）。【選択図】図２
2014148212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の角部と角部どうしを結ぶ辺とを有する複数の板状の板片と、各板片の辺どうしを回転可能に連結する連結部と、を有し、各板片の面どうしが接近または離間する方向に回転することで、展開または収納可能な変形構造物であって、
前記複数の板片のうちの少なくとも１つが、変形部材に置換されると共に、
前記変形部材は、置換された板片において２つ以上の辺を介して配置された角部どうしの間隔を接近、離間させる方向に変形可能に構成され、
前記変形部材を変形させることで、前記変形構造物を展開または収納させる
ことを特徴とする前記変形構造物。
【請求項２】
前記変形部材は、
２つ以上の辺を介して配置された角部どうしを結び、且つ、前記角部どうしが接近離間する方向に伸縮可能な伸縮部材により構成された、
ことを特徴とする請求項１に記載の変形構造物。
【請求項３】
前記変形部材は、
前記置換された板片の一部が切除された形状の板片により構成された変形用の板片であって、前記置換された板片に隣接する複数の板片の中で前記切除された部位に対向する板片に対して隙間をあけて配置され、且つ、前記置換された板片に隣接する複数の板片の中で前記切除された部位以外で隣接する板片に対して前記連結部を介して回転可能に連結された前記変形用の板片と、
前記変形用の板片と前記切除された部位に対向する板片との間を連結し、且つ、前記隙間の幅を拡大、縮小する方向に変形可能な拡縮部材と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の変形構造物。
【請求項４】
前記変形部材は、
前記置換された板片を複数に分割した分割片と、
前記分割片どうしを回転可能に連結し且つ前記分割片どうしの成す角度を変化させることで、前記角部どうしの間隔を接近、離間させる回転部材と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の変形構造物。
【請求項５】
前記変形部材は、
置換された板片に比べて、剛性の低く弾性変形可能な弾性片により構成され、前記弾性片の弾性変形、弾性復元により、前記角部どうしの間隔を接近、離間させる
ことを特徴とする請求項１に記載の変形構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、展開したり、収納したりすることが可能な変形構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
宇宙空間で使用される太陽電池パネルやアンテナ等の構造物は、地球から宇宙空間に搬送されるまでは収納された状態で保持され、宇宙空間において展開される。このような変形構造物に関し、折り紙のパターンを利用して、展開構造に応用する研究が行われている。
折り畳み構造に関する技術として、下記の特許文献１、２に記載の技術が従来公知である。
【０００３】
特許文献１（特開２００６−１８８２０１号公報）には、パネル（１，２，３）の間を、超音波モータ（４ｃ）を内蔵するヒンジ（４）で連結して、超音波モータ（４ｃ）を駆動させて、パネル（１，２，３）を展開、収納させる構成が記載されている。特許文献１には、ヒンジ（４）を２個直列に並べたダブルヒンジ（７）で連結して、折り畳み時の厚さを吸収する構成も記載されている。
特許文献２（特開２０１２−１２１３９２号公報）には、パネル（１，２）の間が、ヒンジ状の結合部材（３）で回転可能に連結されるとともに、パネル（１，２）の間に跨って、ワイヤ状の低剛性部材（５，６）が支持された構成が記載されている。特許文献２記載の構成では、パネル（１，２）どうしが閉じられて収納された状態では、低剛性部材（５，６）が、歪んで歪みエネルギーを蓄積して、歪みエネルギーが解放されることで、パネル（１，２）を展開させる構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８８２０１号公報（「０００９」〜「００１３」、図１〜図５）
【特許文献２】特開２０１２−１２１３９２号公報（「００１５」〜「００１７」、「００３３」〜「００４１」、図１〜図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
(従来技術の問題点)
特許文献１に記載の構成では、パネルどうしが密着した収納状態から、パネルどうしが面一になる展開された状態に変形するには、ヒンジを１８０°回転させる必要がある。回転角度が大きくなると、回転途中で不具合や引っ掛かり等が発生する可能性が高くなる。したがって、展開、収納の信頼性が低くなる問題がある。また、複数のヒンジの回転角度を同時に制御しなくてはならず、制御が複雑になる問題もある。
また、特許文献２に記載の構成では、ワイヤ状の低剛性部材（５，６）を２つのパネルの間に跨るように配置する必要がある。ここで、特許文献２に記載されている、ワイヤ（５，６）を、いずれか１本のみにすると、パネルどうしがねじれる力を受けるため、２つのワイヤで８の字状に配置するか、８の字状の１本のワイヤを配置する必要がある。そして、パネルが増えると、ワイヤの本数も増大していく。したがって、特許文献２に記載の構成では、パネルが増えていくと、ワイヤの設置作業が増大すると共に、２本のワイヤを設置したり、１本のワイヤを８の字状に設置する作業自体が面倒である問題がある。
【０００６】
また、特許文献２に記載のようにワイヤの歪みエネルギーを利用する構成では、ワイヤの個体差や劣化、製造誤差等で、一部のワイヤでは展開に十分な歪みエネルギーを蓄積できても、一部のワイヤでは歪みエネルギーが不足して展開不良が発生する恐れがある。ワイヤの本数が増えると、個体差等による展開不良の問題は顕著になりやすく、展開、収納の信頼性が低くなる。
特に、宇宙空間では、たった１つでも部品に不具合が発生すると、部品の交換が極めて困難である。よって、回転角度等の駆動量が大きかったり、複雑な構成や複数の部品を駆動する必要がある構成では、信頼性が低くなり、宇宙構造物に適用することが困難であるという問題がある。
【０００７】
本発明は、少ない駆動量で構造物の展開、収納を可能にすることを第１の技術的課題とする。
また、本発明は、低コストで信頼性の高い展開、収納可能な構造物を提供することを第２の技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記技術的課題を解決するために、請求項１に記載の発明の変形構造物は、
複数の角部と角部どうしを結ぶ辺とを有する複数の板状の板片と、各板片の辺どうしを回転可能に連結する連結部と、を有し、各板片の面どうしが接近または離間する方向に回転することで、展開または収納可能な変形構造物であって、
前記複数の板片のうちの少なくとも１つが、変形部材に置換されると共に、
前記変形部材は、置換された板片において２つ以上の辺を介して配置された角部どうしの間隔を接近、離間させる方向に変形可能に構成され、
前記変形部材を変形させることで、前記変形構造物を展開または収納させる
ことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の変形構造物において、
前記変形部材は、
２つ以上の辺を介して配置された角部どうしを結び、且つ、前記角部どうしが接近離間する方向に伸縮可能な伸縮部材により構成された、
ことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の変形構造物において、
前記変形部材は、
前記置換された板片の一部が切除された形状の板片により構成された変形用の板片であって、前記置換された板片に隣接する複数の板片の中で前記切除された部位に対向する板片に対して隙間をあけて配置され、且つ、前記置換された板片に隣接する複数の板片の中で前記切除された部位以外で隣接する板片に対して前記連結部を介して回転可能に連結された前記変形用の板片と、
前記変形用の板片と前記切除された部位に対向する板片との間を連結し、且つ、前記隙間の幅を拡大、縮小する方向に変形可能な拡縮部材と、
を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の変形構造物において、
前記変形部材は、
前記置換された板片を複数に分割した分割片と、
前記分割片どうしを回転可能に連結し且つ前記分割片どうしの成す角度を変化させることで、前記角部どうしの間隔を接近、離間させる回転部材と、
を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の変形構造物において、
前記変形部材は、
置換された板片に比べて、剛性の低く弾性変形可能な弾性片により構成され、前記弾性片の弾性変形、弾性復元により、前記角部どうしの間隔を接近、離間させる
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、本発明の構成を有しない場合に比べて、少ない駆動量で構造物の展開、収納を可能にすることができる。
請求項２に記載の発明によれば、伸縮部材を伸縮させることで、低コストで信頼性の高い方法で構造物を展開、収納することができる。
請求項３に記載の発明によれば、拡縮部材を作動させることで、低コストで信頼性の高い方法で構造物を展開、収納することができる。
請求項４に記載の発明によれば、回転部材を作動させることで、低コストで信頼性の高い方法で構造物を展開、収納することができる。
請求項５に記載の発明によれば、弾性片を弾性変形、弾性復元させることで、低コストで信頼性の高い方法で構造物を展開、収納することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の実施例１の変形構造物の説明図である。
【図２】図２は図１に示す変形構造物の折り紙モデルの説明図であり、図２Ａは変形構造物が展開した状態の説明図、図２Ｂは図２Ａに示す状態から変形構造物が収納された状態の説明図、図２Ｃは図２Ｂに示す状態からさらに収納された状態の説明図、図２Ｄは図２Ｃに示す状態からさらに収納された状態の説明図である。
【図３】図３は実施例１のヒンジの要部拡大図である。
【図４】図４は実施例１のアクチュエータの説明図であり、図４Ａは要部断面図、図４Ｂは分解説明図である。
【図５】図５は折り紙モデルの説明図であり、図５Ａは四角形要素３×３からなる４折り線４頂点モデルの説明図、図５Ｂは図５Ａを立体トラスに置き換えた場合の説明図である。
【図６】図６は折り紙モデルの説明図であり、図６Ａは四角形要素３×２からなる４折り線２頂点モデルの説明図、図６Ｂは図６Ａを立体トラスに置き換えた場合の説明図である。
【図７】図７は、図５における右上の要素を切り抜いた折り紙モデルの説明図である。
【図８】図８は剛体折りが可能な場合の説明図であり、図８Ａは折り紙モデルの説明図、図８Ｂは図８Ａのモデルの展開について横軸に展開率を取り縦軸に歪みを取ったグラフである。
【図９】図９は歪みが単調増加する場合の説明図であり、図９Ａは折り紙モデルの説明図、図９Ｂは図９Ａのモデルの展開について横軸に展開率を取り縦軸に歪みを取ったグラフである。
【図１０】図１０は歪みが単調減少する場合の説明図であり、図１０Ａは折り紙モデルの説明図、図１０Ｂは図１０Ａのモデルの展開について横軸に展開率を取り縦軸に歪みを取ったグラフである。
【図１１】図１１は歪みがピークを有する場合の説明図であり、図１１Ａは折り紙モデルの説明図、図１１Ｂは図１１Ａのモデルの展開について横軸に展開率を取り縦軸に歪みを取ったグラフである。
【図１２】図１２は実施例２の変形構造物の説明図であり、実施例１の図１に対応する図である。
【図１３】図１３は実施例３の変形構造物の説明図であり、実施例１の図１に対応する図である。
【図１４】図１４は実施例４の変形構造物の説明図であり、実施例１の図１に対応する図である。
【図１５】図１５は変更例の説明図であり、図１５Ａは４行４列の折り紙モデルの説明図、図１５Ｂは図１５Ａの第１の変更例の部分弾性折りモデルの説明図、図１５Ｃは図１５Ａの第２の変更例の部分弾性折りモデルの説明図、図１５Ｄは図１５Ａの第３の変更例の部分弾性折りモデルの説明図である。
【図１６】図１６は変更例の説明図であり、図１６Ａは５行５列の折り紙モデルの説明図、図１６Ｂは図１６Ａの第１の変更例の部分弾性折りモデルの説明図、図１６Ｃは図１６Ａの第２の変更例の部分弾性折りモデルの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例である実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明の実施例１の変形構造物の説明図である。
図１において、本発明の実施例１の変形構造物１は、複数の板状の板片２を有する。実施例１の変形構造物１では、一例として、８つの板片２が、３行３列から右上部の要素が欠けた形で配置されている。実施例１の各板片２は、四角形状に形成されており、４つの角部３と、角部３どうしを結ぶ４つの辺４と、を有する。各辺４には、連結部の一例としてのヒンジ６が支持されており、ヒンジ６により、隣接する板片２の対向する辺４どうしの間が回転可能に連結されている。よって、隣接する板片２の対向する一対の辺４どうしの間には、ヒンジ６に相当する隙間があいた状態で、板片２どうしが連結されている。また、実施例１の板片２では、隣接する２つの板片２において対向する一対の辺４どうしは、同一形状、すなわち、平行して配置され且つ長さ、角度が同一の線分状に形成されている。
【００１７】
図２は図１に示す変形構造物の折り紙モデルの説明図であり、図２Ａは変形構造物が展開した状態の説明図、図２Ｂは図２Ａに示す状態から変形構造物が収納された状態の説明図、図２Ｃは図２Ｂに示す状態からさらに収納された状態の説明図、図２Ｄは図２Ｃに示す状態からさらに収納された状態の説明図である。
図２において、実施例１の変形構造物１は、山折り線７ａと谷折り線７ｂとで折り畳まれる折り紙モデル７で示すことができる。図２の折り紙モデル７において、板片２に対応する要素を行列に対応させて、それぞれ、２−１１，２−１２，２−１３，２−２１，２−２２，２−２３，２−３１，２−３２と符号をふり、右上部の欠けた要素を２−３３とする。
実施例１の折り紙モデル７では、山折り線７ａおよび谷折り線７ｂは、図２Ａ〜図２Ｄに示すように、後述する剛体折りが可能な線に基づいて設定されており、要素２−２３および要素２−３３との間の折り線７ｂ′のみ、頂点８を中心に反時計回り方向に０．０９［ｒａｄ］回転させた折り線に沿って設定されている。
【００１８】
図３は実施例１のヒンジの要部拡大図である。
図３において、実施例１のヒンジ６は、軸部６ａを挟んで両側に一対の板状の連結部６ｂ，６ｃが形成されている。また、軸部６ａには、回転を制限するストッパ６ｄが形成されている。したがって、実施例１の連結部６ｂ，６ｃどうしは、図３に示す面一の状態から、互いに下方に回転して接近する方向に移動可能に構成され、図３において互いに上方に回転する方向には移動不能に構成されている。
よって、実施例１のヒンジ６は、一対の辺４の位置で、山折りされる設定であるか、谷折りされる設定であるかに応じて、ヒンジ６の回転方向を折り方向に一致させた状態で、板片２に対して連結部６ｂ，６ｃで連結される。
【００１９】
図４は実施例１のアクチュエータの説明図であり、図４Ａは要部断面図、図４Ｂは分解説明図である。
図１において、実施例１の変形構造物１では、右上部の板片２の要素２−３３が、変形部材の一例であって、伸縮部材の一例としてのアクチュエータ１２に置換されている。
図１、図４において、実施例１のアクチュエータ１２は、棒状の第１シャフト１３を有する。第１シャフト１３の基端部１３ａは、置換された板片２−３３が隣接する板片２における外端の角３ａに対して、回転可能な状態で連結されている。また、アクチュエータ１２は、第１シャフト１３の延長上に配置された棒状の第２シャフト１４を有する。
第２シャフト１４の基端部１４ａは、第１シャフト１３が連結された角３ａとは対角に配置された別の板片２における外端の角３ｂに対して、回転可能な状態で連結されている。
したがって、図１、図４において、実施例１のアクチュエータ１２は、置換された板片２−３３が隣接する板片２−３２，２−２３における外端の角３ａ，３ｂを連結するように配置されている。すなわち、実施例１では、外端の角３ａ，３ｂは、板片２−３３における一対の対角の角部に対応し、２つ以上の辺４を介して配置されている。
【００２０】
第１シャフト１３の先端部１３ｂには、枠体の一例としてのハウジング１６が固定支持されている。ハウジング１６は、第１シャフト１３の先端部１３ｂが固定支持される第１側壁１６ａと、第１側壁に対して間隔をあけて並行に配置された第２側壁１６ｂとを有する。第１側壁１６ａと第２側壁１６ｂとの間は、底壁１６ｃで連結されている。第２側壁１６ｂには、ベアリング１７を介してネジ部材１８が回転可能に支持されている。ネジ部材１８は、ベアリング１７に支持される円筒部１８ａと、円筒部１８ａの外端に支持された大径のギア部１８ｂとを有する。ネジ部材１８の内部には、軸方向に貫通するネジ溝１８ｃが形成されており、ギア部１８ｂの外周にはギアの歯が形成されている。
第２シャフト１４の先端部１４ｂには、ネジ溝１８ｃに噛み合うネジ部１９が形成されている。ネジ部１９は、ネジ部材１８の軸方向の長さよりも長く形成されており、ネジ部材１８を貫通可能に構成されている。また、ネジ部１９には、軸方向に延びるガイド溝１９ａが形成されている。
【００２１】
各側壁１６ａ，１６ｂには、底壁１６ｃと対向して配置された頂壁１６ｄが支持されている。頂壁１６ｄの外面には、駆動源の一例としてのモータユニット２１が支持されている。モータユニット２１は、内部に図示しないモータ本体や制御回路、無線通信チップ等が内蔵されている。したがって、モータユニット２１は、図示しない外部の情報処理装置の一例としてのコンピュータとの間で無線通信が可能であり、コンピュータから送信された制御信号に応じて、モータの正回転、逆回転や等の制御が可能に構成されている。
モータユニット２１は、モータからの駆動が伝達される出力軸２１ａを有し、出力軸２１ａには、ギア部１８ｂの歯に噛み合う出力ギア２１ｂが支持されている。
また、頂壁１６ｄの内面には、第２シャフト１４に向けて延びるガイド突起２２が支持されている。ガイド突起２２は、ガイド溝１９ａに食い込んだ状態で保持される。よって、ガイド突起２２とガイド溝１９ａとにより、第２シャフト１４は回り止めがされる。したがって、モータユニット２１の駆動に応じてネジ部材１８が回転すると、第２シャフト１４は軸方向に移動するように構成されている。
よって、ネジ部材１８やネジ部１９、モータユニット２１等により、実施例１のボールネジ１８〜２１が構成されている。
【００２２】
（折り紙モデル）
次に、実施例１の変形構造物１についての収納、展開を説明するために、折り紙モデルを使用して、構造力学的な観点からの安定性について説明する。
まず、従来の折り紙では、ヒンジで繋がれた各面が、変形しないという過程でデザインされている。この過程は、剛体折り(Rigid  Folding)とよばれる。しかしながら、折り紙等の実際の構造においては、各面や折り線部では非常に微小な歪み（０．１％以下）を伴いながら、展開、収納される。以下では、剛体折り条件を満足しない一般的な折り畳みに関して、構造全体を展開・収納させる構成について説明する。
【００２３】
（立体トラスによるモデル化）
折り線で連結された四角形要素で構成されるモデルの一般形を考える上で、立体トラスについての構造の安定／不安定や、静定／不静定などは、以下の関係式（１）で判定される。
ｎ＋ｓ−３ｋ＝ｍ  …式（１）
ここで、ｎは支点反力の数、ｓは部材数、ｋは接点数である。ｍは不静定次数と呼ばれるもので、ｍの値によって、トラス構造の安定性はｍ＜０のとき不安定、ｍ＝０のとき安定且つ静定、ｍ＞０のとき安定且つ不静定となる。
【００２４】
図５は折り紙モデルの説明図であり、図５Ａは四角形要素３×３からなる４折り線４頂点モデルの説明図、図５Ｂは図５Ａを立体トラスに置き換えた場合の説明図である。
図５Ａにおいて、４つの折り線が１つの頂点に集中し、且つ、４つの折り線が集中した頂点が４つ存在する４折り線４頂点モデルについて、３行３列（３×３）に配置された各要素が剛体板と仮定した上で、この構造を立体トラスに置き換えて考えると、図５Ｂに示すように、折り線の１２本のトラスに加えて、四角形が変形しないために対角線に２本ずつの追加のトラスが必要な構造となる。
図５Ｂに示す構造の安定性を調べると、部材数ｓ＝４２、接点数ｋ＝１６、接点反力ｎ＝６（並進３、回転３を拘束）より、不静定次数ｍ＝０となる。
したがって、図５に示す構造は、安定構造であるため、周期性、対称性を満たす特殊な折り方（例えば、二重波形可展折り（いわゆるミウラ折り（登録商標））等の剛体折り）のような例外を除き、一般的には折り畳めない構造となる。
【００２５】
図６は折り紙モデルの説明図であり、図６Ａは四角形要素３×２からなる４折り線２頂点モデルの説明図、図６Ｂは図６Ａを立体トラスに置き換えた場合の説明図である。
一方で、図６に示すような４折り線２頂点モデルでは、部材数ｓ＝２９、接点数ｋ＝１２、接点反力ｎ＝６より、不静定次数ｍ＝−１となり、不安定な構造となる。容易に確かめられるように、このモデルは、折り線の角度に拘わらず、各面を変形させることなく、頂点を動かす（折る）ことができる。
【００２６】
したがって、不静定次数ｍ＝−１の折り畳みモデルの場合、１つの折り線の角度を固定すると（部材数ｓを１増やすことと等しい）、ｍ＝０の安定構造となり、全ての頂点の位置が固定される。つまり、一つの折り線を動かすと、全ての折り線が連動して動く自由度１の折り畳みモデルとなり、折り畳み過程における頂点の座標を幾何学的条件のみで決定できる。したがって、剛体折りに関して、折り畳み過程における頂点の位置を計算して、折り畳みのシミュレーション、描写が可能である。
【００２７】
図７は、図５における右上の要素を切り抜いた折り紙モデルの説明図である。
図５に示す安定且つ静定な４折り線４頂点モデルに対し、一部のトラスに弾性変形を許容した場合を考える。図５に示すモデルの不静定次数ｍ＝０より、部材数（ｓ）を１つ減らすだけで、自由度１の折り畳みモデル（ｍ＝−１）とすることができる。
したがって、図７に示すように、符号ａを付したトラスのみ弾性変形を許容するものとすることで、自由度１の折り畳みモデルとすることが可能である。これは、図５に示す折り紙モデルにおいて、破線で囲んだ要素を仮想的に切り抜いた構造に等しい。したがって、図７に示す折り紙モデルは、自由度１の折り畳みモデルであり、各頂点の座標は、剛体折りのシミュレーションと同様に、幾何学的条件のみで計算できる。以降の説明において、図７に示すモデルを「部分弾性折りモデル」と名付け、折り畳み過程におけるトラスａの歪み量を評価することで、展開、収納構造を考える。
【００２８】
次に、いくつかの折り線パターンに対して、トラスａの歪み量を計算する。展開率を示すパラメータとして、図７における折り線ＡＢの角度θを取り、この角度θをπ〜０［ｒａｄ］まで変化させながら、各頂点の軌跡を計算し、トラスａの歪み量を算出する。
【００２９】
図８は剛体折りが可能な場合の説明図であり、図８Ａは折り紙モデルの説明図、図８Ｂは図８Ａのモデルの展開について横軸に展開率を取り縦軸に歪みを取ったグラフである。
図８において、剛体折りが可能なパターンについて計算を行った結果を示す。ここで、横軸は展開状態（θ＝π）を１とした展開率をとり、縦軸は折り畳み状態（θ＝０）での長さを基準にしたトラスａの歪みを取った。よく知られているように、剛体折りが可能な２つのモデルでは、いずれもトラスａに歪みが生じないことが確認できた。
なお、計算では、各板片２の大きさは、図８Ａに示すように設定した。
【００３０】
図９は歪みが単調増加する場合の説明図であり、図９Ａは折り紙モデルの説明図、図９Ｂは図９Ａのモデルの展開について横軸に展開率を取り縦軸に歪みを取ったグラフである。
次に、図８に示すモデルにおいて、図９Ａに示すように折り線ｂの角度を時計回り方向に０．０９［ｒａｄ］ずらしたモデルに対して、トラスａの歪み量を計算した結果を、図９Ｂに示す。この場合、展開率の増加（折り畳まれた状態から開いていく）につれて、トラスａには、１３％程度の引張方向の歪みが生じることが確認された。そして、歪みは、展開率が増加するにつれて、単調増加していることも確認された。
なお、折り線ｂのずらした角度が小さくなると（図８に近づけると）、歪みの最大値も小さくなり、折り線ｂをずらした角度を大きくすると、歪みの最大値も大きくなる。
【００３１】
図１０は歪みが単調減少する場合の説明図であり、図１０Ａは折り紙モデルの説明図、図１０Ｂは図１０Ａのモデルの展開について横軸に展開率を取り縦軸に歪みを取ったグラフである。
次に、図１０Ａに示すように、図９Ａに示すモデルとは逆方向に折り線ｂの角度を微小にずらしたモデルにおいて、トラスａの歪み量を計算した結果を、図１０Ｂに示す。この場合、展開率の増加（折り畳まれた状態から開いていく）につれて、トラスａには、圧縮方向（マイナスの数値）の歪みが生じることが確認された。そして、歪みは、展開率が増加するにつれて、単調減少していることも確認された。
【００３２】
図１１は歪みがピークを有する場合の説明図であり、図１１Ａは折り紙モデルの説明図、図１１Ｂは図１１Ａのモデルの展開について横軸に展開率を取り縦軸に歪みを取ったグラフである。
次に、図８に示すモデルから、右上部の２つの折り線を修正した図１１Ａに示すモデルの場合、図１１Ｂに示すように、トラスａの歪み量は、展開の途中にピークを持つ形状となる。この場合、弾性エネルギーの山を挟んで、２つの安定点（θ＝０，πの点）が存在する構造となる。このタイプでは、初期歪みの量を変えることで、展開過程に力学的な安定点を作り、展開を途中で止め、形状を保持することが可能である。
【００３３】
したがって、図９〜図１１に示す構成の説明から、自由度１の折り畳みモデルにおいて、トラスａを歪ませることで、全ての折り線が連動して、展開、折り畳みの状態を移動させることが可能であることがわかる。トラスａを歪ませることは、実施例１の変形構造物１において、外端の角部３ａ，３ｂの距離を変化させることと等しい。
そして、実施例１の変形構造物１は、図１０に示す単調減少モデルと同様に構成されており、アクチュエータ１２を使用して、外端の角部３ａ，３ｂの距離を変化させることで、変形構造物１全体を、展開・収納することが可能である。特に、図９、図１０に示すモデルでは、歪みの量、すなわち、角部３ａ，３ｂの距離を変化させることで、展開状態（展開率）を容易に制御することが可能である。
【００３４】
また、実施例１の変形構造物１では、ヒンジ６の回転角度を制御するのではなく、角部３ａ，３ｂどうしの距離をアクチュエータ１２で制御することで、展開、収納が可能である。ヒンジ６の回転角度を制御する場合、変形構造物１を展開状態（θ＝π）から収納状態（θ＝０）まで変形させるためには、ヒンジ６を１８０°回転させる必要がある。これに対して、実施例１のアクチュエータ１２では、前述のように、構造物１全体の中で１箇所の歪み量だけ変化させればよい。
具体的には、展開状態から、アクチュエータ１２を作動させて角部３ａ，３ｂの距離を延ばすことで、変形構造物１を収納する（折り畳む）ことができると共に、収納状態からアクチュエータ１２を作動させて角部３ａ，３ｂの距離を短くすることで、変形構造物１を展開することができる。このとき、図１０Ｂのグラフから、収納状態と展開状態との間で１３％＝０．１３だけ長さを変化させれば、完全に展開した状態と完全に収納された状態との間を移動させることができる。なお、歪みの量は、折り線７ｂ′の角度を０．０９［ｒａｄ］よりも小さい値、例えば、０．０５［ｒａｄ］とすることで、最大歪みを０．０８（＝８％）とすることもできる。すなわち、折り線７ｂ′の角度を調整することで、歪みの量を小さくすることができ、実施例１の歪み量よりも微小な歪み、すなわち、少ないアクチュエータ１２の駆動量で、展開、収納することも可能である。
【００３５】
よって、実施例１の変形構造物１では、構造物全体の中で、角部３ａ，３ｂの１箇所の距離を微小に変化させるだけで、展開、収納させることが可能である。したがって、実施例１では、各ヒンジ６にモータを内蔵させて最大で１８０°回転させる場合や、特許文献１のような複数のヒンジの回転角度を同時に制御しなくてはならない構成、特許文献２に記載のような多数の部品（ワイヤ）を使用する複雑な構成に比べて、簡素な構成で且つ少ない制御量で、変形構造物１を展開、収納することができる。よって、制御量や制御対象の部材が少なくて済むため、部材の故障等の確率が下がり、展開、収納の信頼も向上する。すなわち、変形構造物１の全体として、信頼性が高く、故障に強く、寿命が長くなることが期待される。
なお、歪みの量を調整することで、完全な展開状態（θ＝π）や完全な収納状態（θ＝０）だけでなく、展開率が１０％や２０％、９０％等、任意の展開率の状態に収納、展開することも可能である。すなわち、本願明細書および特許請求の範囲において、「展開」や「収納」は、完全に展開された状態や完全に収納された状態のみを指すのではなく、ある状態から、展開率が大きい状態に変形されると「展開」に該当し、展開率が小さい状態に変形されると「収納」に該当する。
【００３６】
なお、実施例１では、モータユニット２１とネジ部材１８とネジ部１９を有する第２シャフト１４とからなるボールネジ１８〜２１で、角部３ａ，３ｂの距離を接近、離間させる方向に移動させる構成を例示したが、これに限定されない。例えば、角部３ａ，３ｂの間を形状記憶合金製のワイヤや熱膨張、熱収縮可能な部材等で連結し、ヒータ等の熱源をワイヤ等に支持して、熱源のオン、オフで、部材を伸縮させることで、角部３ａ，３ｂの距離を接近、離間させることも可能である。他にも、モータやネジ部材１８等の駆動部分のみを熱膨張、熱収縮可能な部材と熱源に替えたり、バネや圧電素子等を使用したりして、角部３ａ，３ｂの距離を接近、離間させることも可能である。すなわち、本願発明では、ボールネジ１８〜２１、形状記憶ワイヤ、バネ等の低コスト且つ信頼性の高いアクチュエータで、ヒンジ６の回転運動を伴う複雑な折り畳み構造を動かすことができる。
【実施例２】
【００３７】
図１２は実施例２の変形構造物の説明図であり、実施例１の図１に対応する図である。
次に本発明の実施例２の説明をするが、この実施例２の説明において、前記実施例１の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
この実施例は下記の点で、前記実施例１と相違しているが、他の点では前記実施例１と同様に構成される。
図１２において、実施例２の変形構造物３１では、実施例１のアクチュエータ１２とは異なる構成のアクチュエータ３２が配置されている。
【００３８】
実施例２の変形部材の一例としてのアクチュエータ３２は、変形用の板片３３を有する。変形用の板片３３は、置換された板片２−３３の一部である左上部が切り欠かれた形状の板片により構成されている。したがって、変形用の板片３３の要素２−３２側の辺３３ａは、要素２−３２の辺７ａ′に対して、隙間３４をあけて配置されている。なお、実施例２の変形用の板片３３では、要素２−２３の辺７ｂ′に対して、ヒンジ６を介して、回転可能に支持されている。隙間３４には、要素２−３２と変形用の板片３３との間を連結する拡縮部材の一例としてのボールネジ３６が配置されている。実施例２のボールネジ３６は、実施例１のアクチュエータ１２においてシャフト１３，１４の長さが短いだけで同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。したがって、実施例２のボールネジ３６は、作動時に、隙間３４の幅を拡大、縮小させることが可能である。
【００３９】
（実施例２の作用）
前記構成を備えた実施例２の変形構造物３１では、ボールネジ３６を作動させて、変形用の板片３３と、要素２−３２の板片２との隙間３４を拡縮すると、間接的に、対向する角部３ａ，３ｂの距離が接近、離間する。したがって、ボールネジ３６を作動させることで、実施例１と同様に、変形構造物３１を展開、収納することが可能である。
なお、実施例２のようにほぼ剛体の変形用の板片３３を使用できるのは、角部３ａ，３ｂの距離を微小に歪ませるだけで変形可能であるためである。
【実施例３】
【００４０】
図１３は実施例３の変形構造物の説明図であり、実施例１の図１に対応する図である。
次に本発明の実施例３の説明をするが、この実施例３の説明において、前記実施例１の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
この実施例は下記の点で、前記実施例１と相違しているが、他の点では前記実施例１と同様に構成される。
図１３において、実施例３の変形構造物４１では、実施例１のアクチュエータ１２とは異なる構成のアクチュエータ４２が配置されている。
【００４１】
実施例３の変形部材の一例としてのアクチュエータ４２は、置換された板片である要素２−３３の板片を分割した分割片４３，４４を有する。実施例３の分割片４３，４４は、要素２−３３の板片２を、角部３ａ，３ｂとは異なる対角を結ぶ線４６に沿って分割された形状に構成されている。分割辺４３と要素２−２３の板片２や、分割片４４と要素２−３２の板片２との間は、ヒンジ６により回転可能に連結されている。
また、分割片４３，４４の間は、回転部材の一例としての可動ヒンジ４７により回転可能に連結されている。可動ヒンジ４７は、ヒンジ６の軸部６ａに、小型のモータを内蔵しており、モータには、図示しない制御回路や無線通信手段を介して制御信号を送信可能に構成されている。したがって、可動ヒンジ４７が軸部を中心として回転することで、分割片４３，４４を線４６に沿って折り曲げる方向に移動させ、間接的に角部３ａ，３ｂを接近、離間させることが可能に構成されている。
【００４２】
（実施例３の作用）
前記構成を備えた実施例３の変形構造物４１では、可動ヒンジ４７を作動させて、角部３ａ，３ｂを接近、離間させることで、変形構造物４１を展開、収納させることが可能である。なお、従来のヒンジ６を最大１８０°回転させることで、展開、収納させる構成に比べて、実施例３の可動ヒンジ４７では、角部３ａ，３ｂの距離を歪み量（例えば、１３％）分だけ回転させればよく、回転角度は微小で済む。よって、従来に比べて、少ない制御量で変形構造物４１を展開、収納することが可能である。
【実施例４】
【００４３】
図１４は実施例４の変形構造物の説明図であり、実施例１の図１に対応する図である。
次に本発明の実施例４の説明をするが、この実施例４の説明において、前記実施例１の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
この実施例は下記の点で、前記実施例１と相違しているが、他の点では前記実施例１と同様に構成される。
図１４において、実施例４の変形構造物５１では、実施例１のアクチュエータ１２とは異なる構成の弾性板５２が配置されている。
【００４４】
実施例４の変形部材の一例であって、弾性片の一例としての弾性板５２は、他の板片２や置換された板片である要素２−３３の板片に比べて、剛性が低く弾性変形可能な板により構成されている。例えば、ゴムや伸縮性のある樹脂素材等で弾性板５２を作製可能である。
実施例４の弾性板５２は、自然長の状態では、要素２−３３の板片の大きさと同一の大きさに設定されている。なお、弾性片５２と、要素２−２３，２−３２の板片２との間は、ヒンジ６により回転可能に連結されている。
【００４５】
（実施例４の作用）
前記構成を備えた実施例４の変形構造物５１では、弾性板５２が自然長の状態では、変形構造物５１が展開した状態となる。変形構造物５１を、外力で収納状態に変形させると、弾性板５２が弾性変形しながら（歪みながら）伸びた状態となる。そして、図示しないストッパやロック部材で、変形構造物５１を収納状態で保持可能である。変形構造物５１を収納状態で、ロケットや車両等で目的地に運搬し、目的地で、ストッパ等を解除すると、弾性板５２の弾性復元により、変形構造物５１は、収納状態から展開状態となる。よって、実施例４の変形構造物５１では、弾性板５２の弾性変形、弾性復元により、角部３ａ，３ｂの間隔が、接近、離間し、変形構造物５１を、展開、収納可能である。
【００４６】
（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）〜（Ｈ06）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施例において、実施例２，３の構成において、実施例１で例示したように、形状記憶合金や圧電素子等を適用することも可能である。
【００４７】
図１５は変更例の説明図であり、図１５Ａは４行４列の折り紙モデルの説明図、図１５Ｂは図１５Ａの第１の変更例の部分弾性折りモデルの説明図、図１５Ｃは図１５Ａの第２の変更例の部分弾性折りモデルの説明図、図１５Ｄは図１５Ａの第３の変更例の部分弾性折りモデルの説明図である。
図１６は変更例の説明図であり、図１６Ａは５行５列の折り紙モデルの説明図、図１６Ｂは図１６Ａの第１の変更例の部分弾性折りモデルの説明図、図１６Ｃは図１６Ａの第２の変更例の部分弾性折りモデルの説明図である。
（Ｈ02）前記実施例において、板片２の数は８つの構成を例示したが、これに限定されず、数は増減することが可能である。このとき、自由度が１である必要があるため、例えば、３行３列の構成が、４行４列となった場合、ｓ＝７２、ｋ＝２５となるため、ｍ＝３（自由度＝−３）となる。したがって、この場合、４つのトラスが抜かれれば、自由度が１となる。よって、図１５Ｂ〜図１５Ｄに例示するように、４行４列の配置のうちの４箇所のトラスをアクチュエータ１２とすることで、対応が可能である。同様に、図１６に示すように５行５列の構成の場合、ｓ＝１１０、ｋ＝３６となるため、ｍ＝８（自由度＝−８）となる。したがって、この場合、９つのトラスが抜かれれば、自由度が１となる。よって、図１６Ｂ、図１６Ｃに例示するように、５行５列の配置のうちの９箇所のトラスをアクチュエータ１２とすることで、対応が可能である。なお、図１５Ｂ〜図１５Ｄ、図１６Ｂ、図１６Ｃにおいて、実施例２〜４の構成を使用することも可能である。また、複数のアクチュエータ等を配置する場合、１種類のアクチュエータを使用することも可能であるが、実施例１〜４の構成を組み合わせることも可能である。
【００４８】
（Ｈ03）前記実施例において、例示した数値や材料は、設計や仕様等に応じて、任意に変更可能である。
（Ｈ04）前記実施例において、板片の一例として平板状の構成を例示し、変形構造物全体としても平板状に展開する構成を例示したが、これに限定されない。例えば、展開時の変形構造物の全体の形状が円板状やパラボラ状、半球状、円筒状等、任意の形状に適用可能である。したがって、板片の形状も、四角形状に限定されず、５角形状や三角形状、扇形形状等、任意の形状に変更可能である。
【００４９】
（Ｈ05）本発明の変形構造物は、宇宙空間で使用可能な太陽電池パネルやアンテナ等の宇宙構造物に限定されず、収納、展開がされる任意の構造物、装置、物品に適用可能である。例えば、血管に導入時に収納され、血管の治療部位で展開するステント等の手術用具や、傘やテント、レジャーシートや天蓋等のアウトドア用品、折り畳める水筒や籠状のもの、折り畳める車用の日よけ（サンシェード）やテレビ用の移動中継車のパラボラ等、任意の収納、展開可能な物品、装置等に適用可能である。
（Ｈ06）前記実施例において、変形構造物１の展開、収納時に、全体としての体積変化を伴う展開、収納に限定されず、単なる変形構造にも適用可能である。すなわち、例えば、Ｍ字状の形態Ａと、Ｗ字状の形態Ｂとの間で変形する場合のように、形態Ａと形態Ｂとの間で体積変化を伴わない変形構造にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１，３１，４１，５１…変形構造物、
２…板片、
２−３３…置換された板片、
３…角部、
３ａ，３ｂ…角部、
４…辺、
６…連結部、
１２…伸縮部材、
１２，３２，４２，５２…変形部材、
３３…変形用の板片、
３４…隙間、
３６…拡縮部材、
４３，４４…分割片、
４７…回転部材、
５２…弾性片。
【図１】
2014148212.tif 000003
【図２】
2014148212.tif 000004
【図３】
2014148212.tif 000005
【図４】
2014148212.tif 000006
【図５】
2014148212.tif 000007
【図６】
2014148212.tif 000008
【図７】
2014148212.tif 000009
【図８】
2014148212.tif 000010
【図９】
2014148212.tif 000011
【図１０】
2014148212.tif 000012
【図１１】
2014148212.tif 000013
【図１２】
2014148212.tif 000014
【図１３】
2014148212.tif 000015
【図１４】
2014148212.tif 000016
【図１５】
2014148212.tif 000017
【図１６】
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