(57)【要約】  本発明は、屈曲動作やねじれ動作、収縮動作等を自ら行うことが可能な可動式テンセグリティ構造体を提供する。本発明に係る可動式テンセグリティ構造体１、１＊、１０は、複数の剛体部材２、１１と、剛体部材２、１１同士の端点Ｅ、Ｆ間を結ぶ複数のテンション材３、１２とを組み合わせて構成されるテンセグリティ構造体の、複数のテンション材３、１２の全部または一部を収縮制御可能な部材で構成したことを特徴とする。
2009101828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の剛体部材と、前記剛体部材同士の端点間を結ぶ複数のテンション材とを組み合わせて構成されるテンセグリティ構造体の、前記複数のテンション材の全部または一部を収縮制御可能な部材で構成したことを特徴とする可動式テンセグリティ構造体。
【請求項２】
前記剛体部材は、それぞれ、他の２つの剛体部材および当該他の２つの剛体部材の端点間を結ぶ前記テンション材の計３つの部材により当該剛体部材の周囲を取り巻かれないように構成されており、当該テンション材が前記収縮制御可能な部材で構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の可動式テンセグリティ構造体。
【請求項３】
前記テンション材は、少なくとも２つの前記剛体部材および当該２つの剛体部材の端点間を結ぶ当該テンション材の計３つの部材が、他の剛体部材の周囲を取り巻いていない場合に、前記収縮制御可能な部材で構成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の可動式テンセグリティ構造体。
【請求項４】
前記複数の剛体部材のうちの一定数の剛体部材が組み合わされて形成された層を、１本の軸方向に積み重ねて構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項から第３項のいずれか１項に記載の可動式テンセグリティ構造体。
【請求項５】
前記層は、前記一定数の剛体部材が組み合わされて前記軸の周囲に内部空間が形成されていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の可動式テンセグリティ構造体。
【請求項６】
前記一定数の剛体部材は、その配置が、自らが属する前記層に隣接する層に属する前記一定数の剛体部材の配置と互いに鏡像とされていることを特徴とする請求の範囲第４項または第５項に記載の可動式テンセグリティ構造体。
【請求項７】
前記テンション材は、少なくとも、同一の前記層に属する前記剛体部材同士の端点間を結ぶように構成されていることを特徴とする請求の範囲第４項から第６項のいずれか１項に記載の可動式テンセグリティ構造体。
【請求項８】
前記テンション材は、少なくとも、１つの前記層に属する前記剛体部材の端点と、当該層に隣接する層にさらに隣接する層に属する前記剛体部材の端点との間を結ぶように構成されていることを特徴とする請求の範囲第４項から第７項のいずれか１項に記載の可動式テンセグリティ構造体。
【請求項９】
前記テンション材は、少なくとも、隣接する２つの前記層の境界部分に存する当該２つの層にそれぞれ属する前記剛体部材同士の端点間を結ぶように構成されていることを特徴とする請求の範囲第７項または第８項に記載の可動式テンセグリティ構造体。
【請求項１０】
請求の範囲第７項から第９項のいずれか１項に記載のテンション材は、前記収縮制御可能な部材で構成されていることを特徴とする可動式テンセグリティ構造体。
【請求項１１】
前記収縮制御可能な部材で構成されたテンション材は、前記軸方向に対して傾斜して設けられていることを特徴とする請求の範囲第４項から第１０項のいずれか１項に記載の可動式テンセグリティ構造体。
【請求項１２】
前記収縮制御可能な部材は、高分子型の人工筋肉で構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項から第１１項のいずれか１項に記載の可動式テンセグリティ構造体。
【請求項１３】
前記収縮制御可能な部材を収縮させて１つの前記層の一部を前記軸方向に収縮させることで前記軸が屈曲するように構成されていることを特徴とする請求の範囲第４項から第１２項のいずれか１項に記載の可動式テンセグリティ構造体。
【請求項１４】
前記収縮制御可能な部材を収縮させて１つの前記層の全体を前記軸方向に収縮させることで前記軸周りにねじれを生じるように構成されていることを特徴とする請求の範囲第４項から第１３項のいずれか１項に記載の可動式テンセグリティ構造体。
【請求項１５】
前記収縮制御可能な部材を収縮させて前記層を前記軸方向に収縮させることで前記軸方向に収縮するように構成されていることを特徴とする請求の範囲第４項から第１４項のいずれか１項に記載の可動式テンセグリティ構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テンセグリティ構造体に係り、特に、可動式とされたテンセグリティ構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｋｅｎｎｅｔｈ  Ｓｎｅｌｓｏｎが考案し、Ｒ．Ｂｕｃｋｍｉｎｓｔａｒ  Ｆｕｌｌｅｒが命名したとされるテンセグリティ構造体が種々開発されている（例えば特許文献１、２参照）。また、テンセグリティ構造体の種々の技術分野への応用が図られている（例えば特許文献３、４参照）。【０００３】
テンセグリティ構造体は、通常、圧縮力に耐える棒状の剛体等（コンプレッション材、圧縮部材）と、引き伸ばし力に耐えるワイヤ等（テンション材、緊張部材）とを組み合わせて構成される。近年、テンション材としてワイヤ等の代わりに引き伸ばしも可能なゴムやバネ等の弾性体が用いられたものもテンセグリティ構造体と呼ばれる場合がある。
【特許文献１】特許第２５２４２０２号公報
【特許文献２】特開平９−１６６２８６号公報
【特許文献３】特開２０００−５２２５号公報
【特許文献４】特開２００２−１３２４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、テンセグリティ構造体は、テンション材として細い線状部材を用いることで剛体部材が宙に浮いて見えるという特徴を有するため、もともと建築分野や芸術的な分野で活用されることが多かった。このテンセグリティ構造体は、軽量に構成することが可能であり、しかも、外力に対して柔軟に変形するが外力の作用がなくなると元の形状に戻るという特性を有するため、そのような特性を効果的に活用できる他の分野での応用の研究も進められている。【０００５】
本願発明者は、上記のように外力に対しては柔軟に変形するが自ら変形することはないものとされてきたテンセグリティ構造体を、自ら変形することができるように改良し、いわゆる可動式のテンセグリティ構造体とすることの研究を重ねてきた。そして、鋭意開発に努めたところ、種々の新規な知見が得られた。そして、このような自ら動作することができる可動式テンセグリティ構造体は、その構成のしかたによっては、屈曲動作や一定の軸周りのねじれ動作、一定の軸方向への収縮動作等の複雑な動きを実現できることが見出された。【０００６】
このように、屈曲やねじれ、収縮等の動きが可能な可動式テンセグリティ構造体は、例えば製造ラインにおけるロボットアームや、尺取虫のごとく自ら移動する自走式ロボット、或いは人間の筋力を増強するために着用して利用する動作補助装置（強化服、パワーアシスト装置等とも呼ばれる。）等の種々の技術分野に応用することが可能であると考えられる。【０００７】
本発明は、上記の点を鑑みてなされたものであり、屈曲動作やねじれ動作、収縮動作等を自ら行うことが可能な可動式テンセグリティ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】
【０００８】
前記目的を達成するために、請求の範囲第１項に記載の可動式テンセグリティ構造体は、複数の剛体部材と、前記剛体部材同士の端点間を結ぶ複数のテンション材とを組み合わせて構成されるテンセグリティ構造体の、前記複数のテンション材の全部または一部を収縮制御可能な部材で構成したことを特徴とする。【０００９】
請求の範囲第２項に記載の発明は、請求の範囲第１項に記載の可動式テンセグリティ構造体において、前記剛体部材は、それぞれ、他の２つの剛体部材および当該他の２つの剛体部材の端点間を結ぶ前記テンション材の計３つの部材により当該剛体部材の周囲を取り巻かれないように構成されており、当該テンション材が前記収縮制御可能な部材で構成されていることを特徴とする。【００１０】
請求の範囲第３項に記載の発明は、請求の範囲第１項に記載の可動式テンセグリティ構造体において、前記テンション材は、少なくとも２つの前記剛体部材および当該２つの剛体部材の端点間を結ぶ当該テンション材の計３つの部材が、他の剛体部材の周囲を取り巻いていない場合に、前記収縮制御可能な部材で構成されることを特徴とする。【００１１】
請求の範囲第４項に記載の発明は、請求の範囲第１項から第３項のいずれか１項に記載の可動式テンセグリティ構造体において、前記複数の剛体部材のうちの一定数の剛体部材が組み合わされて形成された層を、１本の軸方向に積み重ねて構成されていることを特徴とする。【００１２】
請求の範囲第５項に記載の発明は、請求の範囲第４項に記載の可動式テンセグリティ構造体において、前記層は、前記一定数の剛体部材が組み合わされて前記軸の周囲に内部空間が形成されていることを特徴とする。【００１３】
請求の範囲第６項に記載の発明は、請求の範囲第４項または第５項に記載の可動式テンセグリティ構造体において、前記一定数の剛体部材は、その配置が、自らが属する前記層に隣接する層に属する前記一定数の剛体部材の配置と互いに鏡像とされていることを特徴とする。【００１４】
請求の範囲第７項に記載の発明は、請求の範囲第４項から第６項のいずれか１項に記載の可動式テンセグリティ構造体において、前記テンション材は、少なくとも、同一の前記層に属する前記剛体部材同士の端点間を結ぶように構成されていることを特徴とする。【００１５】
請求の範囲第８項記載の発明は、請求の範囲第４項から第７項のいずれか１項に記載の可動式テンセグリティ構造体において、前記テンション材は、少なくとも、１つの前記層に属する前記剛体部材の端点と、当該層に隣接する層にさらに隣接する層に属する前記剛体部材の端点との間を結ぶように構成されていることを特徴とする。【００１６】
請求の範囲第９項に記載の発明は、請求の範囲第７項または第８項に記載の可動式テンセグリティ構造体において、前記テンション材は、少なくとも、隣接する２つの前記層の境界部分に存する当該２つの層にそれぞれ属する前記剛体部材同士の端点間を結ぶように構成されていることを特徴とする。【００１７】
請求の範囲第１０項に記載の発明は、請求の範囲第７項から第９項のいずれか１項に記載の可動式テンセグリティ構造体において、前記テンション材は、前記収縮制御可能な部材で構成されていることを特徴とする。【００１８】
請求の範囲第１１項に記載の発明は、請求の範囲第４項から第１０項のいずれか１項に記載の可動式テンセグリティ構造体において、前記収縮制御可能な部材で構成されたテンション材は、前記軸方向に対して傾斜して設けられていることを特徴とする。【００１９】
請求の範囲第１２項に記載の発明は、請求の範囲第１項から第１１項のいずれか１項に記載の可動式テンセグリティ構造体において、前記収縮制御可能な部材は、高分子型の人工筋肉で構成されていることを特徴とする。【００２０】
請求の範囲第１３項に記載の発明は、請求の範囲第４項から第１２項のいずれか１項に記載の可動式テンセグリティ構造体において、前記収縮制御可能な部材を収縮させて１つの前記層の一部を前記軸方向に収縮させることで前記軸が屈曲するように構成されていることを特徴とする。【００２１】
請求の範囲第１４項に記載の発明は、請求の範囲第４項から第１３項のいずれか１項に記載の可動式テンセグリティ構造体において、前記収縮制御可能な部材を収縮させて１つの前記層の全体を前記軸方向に収縮させることで前記軸周りにねじれを生じるように構成されていることを特徴とする。【００２２】
請求の範囲第１５項に記載の発明は、請求の範囲第４項から第１３項のいずれか１項に記載の可動式テンセグリティ構造体において、前記収縮制御可能な部材を収縮させて前記層を前記軸方向に収縮させることで前記軸方向に収縮するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求の範囲第１項に記載の発明によれば、テンセグリティ構造体を構成する剛体部材同士の端点間を結ぶ複数のテンション材の全部または一部を収縮制御可能な部材（人工筋肉）で構成したことにより、テンセグリティ構造体を可動式とすることができる。また、収縮制御可能な部材とされたテンション材を収縮させることで、可動式テンセグリティ構造体に、屈曲動作やねじれ動作、収縮動作等を行わせることが可能となる。【００２４】
請求の範囲第２項および第３項に記載の発明によれば、請求の範囲第１項に記載の発明の効果に加え、剛体部材が他の２つの剛体部材とテンション材の計３つの部材でその周囲を取り巻かれないように構成した部分の当該テンション材を収縮制御可能な部材（人工筋肉）で構成することで、この剛体部材が他の２つの剛体部材の動きに対していわばてこの支点のように作用して、収縮制御可能な部材とされたテンション材が収縮する際に可動式テンセグリティ構造体の他の部分も収縮してしまうことを回避することが可能となる。【００２５】
そのため、収縮制御可能な部材とされた１つのテンション材の収縮により複数の部分が収縮する場合には可動式テンセグリティ構造体の動作の制御構成が複雑になってしまうが、上記のように、収縮制御可能な部材とされた１つのテンション材を収縮させた場合にそのテンション材の部分のみが収縮するように構成すれば、可動式テンセグリティ構造体の動作を容易に制御することが可能となり、制御構成をより単純なものとすることが可能となる。【００２６】
請求の範囲第４項に記載の発明によれば、可動式テンセグリティ構造体を、一定数の剛体部材を組み合わせて形成した層を軸方向に積み重ねて構成すれば、収縮制御可能な部材とされたテンション材の収縮により当該テンション材の部分のみを収縮させて、屈曲動作を容易に実現することが可能となる。また、このような可動式テンセグリティ構造体では、テンション材の全部または一部を収縮制御可能な部材とすることで、容易かつ的確に屈曲動作やねじれ動作、収縮動作等を行わせることが可能となり、前記各発明の効果が的確に発揮される。【００２７】
請求の範囲第５項に記載の発明によれば、前記各発明の効果に加え、層を形成する剛体部材等をより細小に構成してその数を増加させ、層の軸方向の厚さを短縮することで、可動式テンセグリティ構造体を肉薄の筒状とすることが可能となり、より滑らかでしなやかに屈曲やねじれ、収縮等の動作を行わせることが可能となる。【００２８】
さらに、可動式テンセグリティ構造体の内部空間に人体等を挿入して、人間等が可動式テンセグリティ構造体を着用する形とすることで、可動式テンセグリティ構造体を、人間の筋力を増強するために着用する動作補助装置（強化服、パワーアシスト装置等）として用いることが可能となる。【００２９】
請求の範囲第６項に記載の発明によれば、前記各発明の効果に加え、各層ごとに層に属する一定数の剛体部材の配置を互いに鏡像とすることで、一定数の剛体部材を組み合わせて形成した層を軸方向に積み重ねて可動式テンセグリティ構造体を構成する際に構成し易くなるとともに、ある層と、当該層の剛体部材の配置が鏡像関係にある剛体部材で形成された層とで、層のねじれ方向を逆方向とすることが可能となり、層を軸方向に積み重ねて形成される可動式テンセグリティ構造体に、いわば左右両方向へのねじれ動作を行わせることが可能となる。【００３０】
請求の範囲第７項、第８項および第９項に記載の発明によれば、前記各発明の効果に加え、テンション材で、同一の層に属する剛体部材同士の端点間や、ある層に属する剛体部材の端点と他の層に属する剛体部材の端点と間や、隣接する２つの層の境界部分に存する剛体部材同士の端点間を結ぶように構成することで、層を軸方向に積み重ねて形成される可動式テンセグリティ構造体を安定した状態に構成することが可能となる。【００３１】
請求の範囲第１０項に記載の発明によれば、前記各発明の効果に加え、請求の範囲第７項から第９項のテンション材を収縮制御可能な部材で構成することで、層を軸方向に積み重ねて形成される可動式テンセグリティ構造体に、容易かつ的確に屈曲動作やねじれ動作、収縮動作等を行わせることが可能となる。【００３２】
請求の範囲第１１項に記載の発明によれば、収縮制御可能な部材で構成されたテンション材を可動式テンセグリティ構造体の軸方向に対して傾斜して設けることで、層を軸方向に積み重ねて形成される可動式テンセグリティ構造体に、容易に屈曲動作やねじれ動作、収縮動作等を行わせることが可能となり、前記各発明が的確に発揮される。【００３３】
請求の範囲第１２項に記載の発明によれば、収縮制御可能な部材を高分子型の人工筋肉で構成することで、前記人工筋肉に通電すれば、容易に収縮を制御でき、迅速に収縮するため、前記各発明の効果が的確に発揮されるとともに、可動式テンセグリティ構造体の屈曲やねじれ、収縮等の動作をより高速に行わせることが可能となる。【００３４】
請求の範囲第１３項、第１４項および第１５項に記載の発明によれば、収縮制御可能な部材を収縮させて１つの層の一部または全体を軸方向に収縮させて屈曲動作やねじれ動作、収縮動作等を生じさせることで、層を軸方向に積み重ねて形成される可動式テンセグリティ構造体を、容易にその軸を屈曲させ、軸周りにねじれを生じさせ、或いは軸方向に収縮させることが可能となり、前記各発明の効果が容易かつ的確に発揮されるとともに、それらの動作の制御構成をより単純なものとすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１の実施形態に係る可動式テンセグリティ構造体の構成を示す正面図である。
【図２】図１の可動式テンセグリティ構造体の剛体部材のみを示した図である。
【図３】（Ａ）層Ｌａに属する剛体部材の平面図であり、（Ｂ）層Ｌｂに属する剛体部材の平面図である。
【図４】図１の可動式テンセグリティ構造体の各層のねじれ方向を示す図である。
【図５】（Ａ）図１の可動式テンセグリティ構造体の剛体部材と人工筋肉とを示す正面図であり、（Ｂ）（Ａ）の人工筋肉を収縮させた状態を説明する図である。
【図６】（Ａ）図５（Ａ）の変形例を示す正面図であり、（Ｂ）（Ａ）の人工筋肉を収縮させた状態を説明する図である。
【図７】屈曲させた可動式テンセグリティ構造体を示す正面図である。
【図８】層の人工筋肉に収縮力が働く状態を説明する図である。
【図９】図１の可動式テンセグリティ構造体における剛体部材、人工筋肉、軸および内部空間を説明する平面図である。
【図１０】剛体部材の本数を４本とした場合の内部空間等を説明する平面図である。
【図１１】剛体部材の本数を６本とした場合の内部空間等を説明する平面図である。
【図１２】（Ａ）第２の実施形態に係る可動式テンセグリティ構造体の構成を示す正面図であり、（Ｂ）（Ａ）の円Ａで示される部分の拡大図である。
【図１３】第３の実施形態に係る可動式テンセグリティ構造体の構成を示す正面図である。
【図１４】図１３の可動式テンセグリティ構造体の剛体部材のみを示した図である。
【図１５】図１３の可動式テンセグリティ構造体の各層のねじれ方向を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１、１＊  可動式テンセグリティ構造体。
【００３７】
２、２ａ、２ｂ  剛体部材
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ  テンション材
１０  可動式テンセグリティ構造体。
【００３８】
１１、１１ａ、１１ｂ  剛体部材
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｅ、１２ｆ  テンション材
Ｃ  軸
Ｄ  軸
Ｅ、Ｅ２ａ、Ｅ２ｂ  端点
Ｆ、Ｆ１１ａ、Ｆ１１ｂ  端点
Ｌ、Ｌａ、Ｌｂ  層
Ｍ、Ｍａ、Ｍｂ  層
Ｓ  内部空間
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明に係る可動式テンセグリティ構造体の実施の形態について、図面を参照して説明する。【００４０】
なお、本発明では、テンセグリティ構造体を構成する圧縮力に耐える剛体等を剛体部材といい、異なる剛体部材同士の端点間を引き離す力に対抗する力を付与する部材をテンション材というが、テンション材としてゴムやバネ等の弾性体を用いる場合を排除するものではない。
［１．第１の実施の形態］
［１−１．可動式テンセグリティ構造体の構成］
本発明の第１の実施形態に係る可動式テンセグリティ構造体１の最も単純な構成を図１に示す。図１に示すように、可動式テンセグリティ構造体１は、複数の剛体部材２と、剛体部材２同士の端点Ｅ間を結ぶ複数のテンション材３とが組み合わされて構成されている。
［１−１−１．剛体部材］
まず、剛体部材２の配置について説明する。各剛体部材２同士はテンション材３を介して接続されるようになっており、各剛体部材２同士が直接には接続されないようになっている。また、図１や、図１における剛体部材２のみを示した図２に示すように、本実施形態では、各剛体部材２は、長さや径が等しい棒状の部材で構成されている。【００４１】
また、本実施形態では、３本の剛体部材２を１つの組として１つの層Ｌが形成されており、各層Ｌが、１本の軸Ｃに沿う方向に積み重ねられるようにして可動式テンセグリティ構造体１が構成されている。各剛体部材２は、それぞれいずれか１つの層Ｌに属するようになっており、自らが属する層Ｌを越えて他の層Ｌに属することがないようになっている。すなわち、１つの層Ｌを形成する剛体部材２が他の層Ｌを形成する剛体部材２となることはない。【００４２】
なお、本実施形態および下記の実施形態においては、部材の配置等について簡潔に記載するため、可動式テンセグリティ構造体の各部材等についての上下関係や水平方向の位置関係を言う場合、図１や後述する図１２、図１３等における上下関係や水平方向の位置関係を表すこととする。そのため、本明細書において例えばある部材が他の部材の上方に存在する旨が記載されていても、それは、軸Ｃが水平方向に延在するように可動式テンセグリティ構造体１が配置されている状態では当該部材は当該他の部材に対して横方向に存在することを意味している。【００４３】
互いに隣接する２層を層Ｌａ、Ｌｂとし、層Ｌａ、Ｌｂに属する剛体部材２をそれぞれ剛体部材２ａ、２ｂと表した場合の層Ｌａ、Ｌｂにおける各剛体部材２ａ、２ｂをそれぞれ図３（Ａ）、（Ｂ）の平面図に示す。図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各層Ｌに属する３本の剛体部材２は、各剛体部材２がそれぞれ、他の２本の剛体部材２のうち、１本の剛体部材２に対してはその上方を、残りの１本の剛体部材２に対してはその下方を通過するように、いわばねじれた状態で組み合わされて配置されている。【００４４】
また、本実施形態では、層Ｌａに属する３本の剛体部材２ａの配置と、層Ｌｂに属する３本の剛体部材２ｂの配置とは、互いに鏡像の関係とされている。【００４５】
すなわち、図３（Ａ）に示す層Ｌａでは、仮に各剛体部材２ａの下側の端点Ｅ２ａの位置を固定した系で考えると、上側の端点Ｅ２ａを図中矢印で示す回転方向に動かした場合には各剛体部材２ａはその回転方向に自由に移動するが、図中の矢印方向とは反対の回転方向に動かそうとしても、各剛体部材２ａは互いにぶつかりあって移動させることができなくなる。【００４６】
それに対して、図３（Ｂ）に示す層Ｌｂでは、同様に、仮に各剛体部材２ｂの下側の端点Ｅ２ｂを固定した系で考えると、上側の端点Ｅ２ｂを図中矢印で示す回転方向に動かした場合には各剛体部材２ｂはその回転方向に自由に移動するが、図中の矢印方向とは反対の回転方向に動かそうとしても、各剛体部材２ｂは互いにぶつかりあって移動させることができなくなる。【００４７】
このように、本実施形態では、層Ｌａに属する３本の剛体部材２ａの配置と、層Ｌｂに属する３本の剛体部材２ｂの配置とが互いに鏡像の関係とされているため、各剛体部材２ａ、２ｂが束縛されずに回転し得る方向が、層Ｌａと層Ｌｂとでは相対的に逆向きになっている。【００４８】
これを、図１に示した可動式テンセグリティ構造体１について示すと、図４に示すように、層Ｌａでは、各剛体部材２ａの上側の端点Ｅ２ａ側は図中の手前の位置で軸Ｃ周りに右向きに回転でき、下側の端点Ｅ２ａ側は図中の手前の位置で軸Ｃ周りに左向きに回転することができる。また、層Ｌｂでは、逆に、各剛体部材２ｂの上側の端点Ｅ２ｂ側は図中の手前の位置で軸Ｃ周りに左向きに回転でき、下側の端点Ｅ２ｂ側は図中の手前の位置で軸Ｃ周りに右向きに回転することができる。【００４９】
このように、層Ｌａと層Ｌｂとでは、各剛体部材２ａ、２ｂの組み合わされ方によって各剛体部材２ａ、２ｂが回転し得る方向が異なるため、層Ｌａがねじれる方向と層Ｌｂがねじれる方向が相対的に逆向きになっている。
［１−１−２．テンション材および収縮制御可能な部材］
次に、テンション材３の配置について説明する。本実施形態では、テンション材３は、上記のように配置された各剛体部材２に対して、以下の３通りの手法でそれらの端点Ｅを結ぶようになっている。【００５０】
第一に、同一の層Ｌに属する３本の剛体部材２のうち、任意の２本の剛体部材２について、１本の剛体部材２の上側の端点Ｅと、その剛体部材２の下方を通過するもう１本の剛体部材２の下側の端点Ｅとを結ぶテンション材３が存在する。このように、同一の層Ｌａに属する２本の剛体部材２ａ同士の端点Ｅ２ａ間を結ぶテンション材３を、以下、テンション材３ａといい、同一の層Ｌｂに属する２本の剛体部材２ｂ同士の端点Ｅ２ｂ間を結ぶテンション材３をテンション材３ｂという。【００５１】
第二に、１つの層Ｌに属する剛体部材２の端点Ｅと、当該層Ｌに隣接する層Ｌにさらに隣接する層Ｌに属する剛体部材２の端点Ｅとの間を結ぶテンション材３が存在する。すなわち、例えば、１つの層Ｌａに属する剛体部材２ａの上側の端点Ｅ２ａと、当該層Ｌａに上方に隣接する層Ｌｂのさらに上方に隣接する層Ｌａに属する剛体部材２ａの下側の端点Ｅ２ａとの間がテンション材３で結ばれている。また、１つの層Ｌａに属する剛体部材２ａの下側の端点Ｅ２ａと、当該層Ｌａに下方に隣接する層Ｌｂのさらに下方に隣接する層Ｌａに属する剛体部材２ａの上側の端点Ｅ２ａとの間がテンション材３で結ばれている。このようなテンション材３を、以下、テンション材３ｃという。【００５２】
また、層Ｌｂに属する剛体部材２ｂについても、その端点Ｅ２ｂと、その層Ｌｂの上方または下方に隣接する層Ｌａのさらに上方または下方に隣接する層Ｌｂに属する剛体部材２ｂの端点Ｅ２ｂとの間がテンション材３で結ばれている。このようなテンション材３を、以下、テンション材３ｄという。【００５３】
第三に、隣接する２つの層Ｌａ、Ｌｂの境界部分に存し、これらの２つの層Ｌａ、Ｌｂにそれぞれ属する剛体部材２ａ、２ｂ同士の端点Ｅ２ａ、Ｅ２ｂ間を結ぶテンション材３が存在する。このようなテンション材３を、以下、テンション材３ｅという。【００５４】
本実施形態では、上記の３種類のテンション材３（テンション材３ａ、３ｂ、テンション材３ｃ、３ｄ、テンション材３ｅ）のうち、いわば上下の剛体部材２の端点Ｅ間を結ぶテンション材３ａ、３ｂおよびテンション材３ｃ、３ｄの２種類のテンション材３が収縮制御可能な部材で構成されている。本発明では、このようにして、テンション材３の全部または一部を収縮制御可能な部材で構成することにより、テンセグリティ構造体が可動式とされている。【００５５】
収縮制御可能な部材としては、本実施形態では、通電により容易に収縮を制御することが可能で、迅速に収縮する導電性プラスチックを用いた高分子型の人工筋肉が用いられている。この他にも、収縮制御可能な部材として、例えば、空気圧型やＭｃＫｉｂｂｅｎ型等の空気式人工筋肉や、バイオメタル等を用いたメタル式人工筋肉、形状記憶合金等を用いた人工筋肉、等を用いることも可能である。【００５６】
なお、以下、収縮制御可能な部材を人工筋肉と略称し、上記のように収縮制御可能な部材で構成されるテンション材３ａ、３ｂやテンション材３ｃ、３ｄを人工筋肉３ａ、３ｂや人工筋肉３ｃ、３ｄという場合がある。【００５７】
また、例えばテンション材３ａ、３ｂの組のみ、またはテンション材３ｃ、３ｄの組のみを人工筋肉で構成することも可能であるが、上記の２組のうち少なくとも１組は人工筋肉で構成される。また、テンション材３ｅを人工筋肉で構成してもよい。さらに、人工筋肉を用いないテンション材３は、例えばワイヤを用いて構成することが可能であり、また、前述した従来技術で述べたようにゴムやバネ等の弾性体としてもよい。【００５８】
なお、例えば同一の層Ｌａに属する２本の剛体部材２ａの端点Ｅ２ａ間を結ぶ人工筋肉３ａを収縮させた場合には、当該層Ｌａの人工筋肉３ａ部分がいわば潰れるように収縮する。しかし、例えば１つの層Ｌａに属する剛体部材２ａの端点Ｅ２ａと、当該層Ｌａに隣接する層Ｌｂにさらに隣接する層Ｌａに属する剛体部材２ａの端点Ｅ２ａとの間を結ぶ人工筋肉３ｃを収縮させた場合には、２つの層Ｌａ、Ｌａに挟まれた層Ｌｂの人工筋肉３ｃ部分が潰れるように収縮する。【００５９】
このように、人工筋肉３ａと人工筋肉３ｃは、ともに剛体部材２ａの端点Ｅ２ａ間を結ぶものであるが、人工筋肉３ａの収縮力は層Ｌａに作用するのに対して、人工筋肉３ｃの収縮力は層Ｌｂに作用する点で、両者の作用する層が異なっている。従って、本実施形態では、層Ｌａに収縮力を及ぼす場合には人工筋肉３ａ、３ｄを作用させ、層Ｌｂに収縮力を及ぼす場合には人工筋肉３ｂ、３ｃを作用させるようになっている。【００６０】
ところで、前述したように、本実施形態では、層Ｌａに属する３本の剛体部材２ａの配置と層Ｌｂに属する３本の剛体部材２ｂの配置とが互いに鏡像とされているため、各層Ｌに属する３本の剛体部材２の組み合わせ方によって、図４に示したように各層Ｌで各剛体部材２の上側の端点Ｅ側と下側の端点Ｅ側の軸Ｃ周りに回転し得る方向が決まる。そして、層Ｌａと層Ｌｂとではねじれる方向が相対的に逆向きになっている。【００６１】
そのため、上記の人工筋肉３ａ、３ｄや人工筋肉３ｂ、３ｃが各層Ｌに収縮力を及ぼす際に、各層Ｌの各剛体部材２の上側の端点Ｅ側と下側の端点Ｅ側の軸Ｃ周りに回転し得る方向に収縮力が及ぶように、すなわち層Ｌがねじれ得る方向に収縮力が及ぶように、人工筋肉３ａ、３ｄや人工筋肉３ｂ、３ｃは、可動式テンセグリティ構造体１の軸Ｃに対してそれぞれ傾斜して設けられている。また、前述したように、層Ｌａと層Ｌｂとではねじれる方向が相対的に逆向きになっているため、層Ｌａを収縮させる人工筋肉３ａ、３ｄと、層Ｌｂを収縮させる人工筋肉３ｂ、３ｃとでは、軸Ｃに対する傾斜の向きが逆になるように構成されている。
［１−１−３．剛体部材と人工筋肉との関係］
次に、剛体部材２と人工筋肉（テンション材）３との関係について説明する。本願発明者らは研究の結果、以下の知見を得た。なお、下記の図５（Ａ）、（Ｂ）は図１における層Ｌａ内の３本の剛体部材２ａと人工筋肉３ａとを示す正面図であり、図６（Ａ）、（Ｂ）は図５（Ａ）、（Ｂ）の変形例を示す正面図である。【００６２】
各層Ｌを形成する３本の剛体部材２を図２や図３（Ａ）、（Ｂ）に示したように組み合わせた際に、例えば層Ｌａを形成する剛体部材２ａにおいて、図６（Ａ）に示すように、２本の剛体部材２ａと、それらの端点Ｅ２ａを結ぶ人工筋肉３ｆの計３本の部材で形成される三角形の内部を、もう１本の別の剛体部材２ａ＊が通過するように構成したとする。より正確に言えば、層Ｌａを形成する３本の剛体部材２ａのうち、１本の剛体部材２ａ＊が、他の２本の剛体部材２ａとそれらの端点Ｅ２ａ間を結ぶ人工筋肉３ｆの計３本の部材でその周囲を少なくとも１周取り巻かれる構成であるとする。【００６３】
この場合、人工筋肉３ｆを収縮させると、他の２本の剛体部材２ａの端点Ｅ２ａ間の間隔が狭まり、剛体部材２ａ＊を他の２本の剛体部材２ａが挟みつける形になる。すると、剛体部材２ａ＊が他の２本の剛体部材２ａの動きに対して、いわばてこの支点のように作用するため、図６（Ｂ）に示すように、２本の剛体部材２ａの人工筋肉３ｆで結ばれた側の端点Ｅ２ａ間だけでなく、その反対側の端点Ｅ２ａ間の間隔も収縮する。すなわち、図６（Ａ）のような構成の場合、人工筋肉３ｆの収縮に連動して２本の剛体部材２ａの両側の端点Ｅ２ａ間の間隔が収縮するようになる。【００６４】
一方、図５（Ａ）に示す本実施形態のように、例えば層Ｌａを形成する剛体部材２ａにおいて、２本の剛体部材２ａと、それらの端点Ｅ２ａを結ぶ人工筋肉３ｆの計３本の部材で形成される三角形の外側を、もう１本の別の剛体部材２ａ＊が通過するような構成であるとする。より正確に言えば、層Ｌａを形成する３本の剛体部材２ａのうち、１本の剛体部材２ａ＊が、他の２本の剛体部材２ａとそれらの端点Ｅ２ａ間を結ぶ人工筋肉３ｆの計３本の部材によりその周囲を取り巻かれない構成であるとする。【００６５】
この場合、人工筋肉３ａを収縮させると、他の２本の剛体部材２ａの端点Ｅ２ａ間の間隔が狭まっても、剛体部材２ａ＊を他の２本の剛体部材２ａが挟みつけることはなく、寧ろ他の２本の剛体部材２ａは剛体部材２ａ＊から遠ざかり、図５（Ｂ）に示すように、２本の剛体部材２ａの人工筋肉３ａで結ばれた側の端点Ｅ２ａ間の間隔だけが収縮する。すなわち、本実施形態のような構成の場合、人工筋肉３ａの収縮により、２本の剛体部材２ａの一方側の端点Ｅ２ａ間の間隔だけが収縮し、反対側の端点Ｅ２ａ間の間隔は維持されることが分かった。【００６６】
本実施形態では、このように、剛体部材２の人工筋肉３で結ばれていない端点Ｅ間の間隔が人工筋肉３の収縮に連動して収縮しないように、図５（Ａ）の構成が採用されている。【００６７】
なお、図１に示すように、層Ｌａにおいて、１本の剛体部材２ａ＊が、２本の剛体部材２ａと２本のテンション材３ｅと１本の人工筋肉３ｃの計５本の部材でその周囲を取り巻かれている。この場合、人工筋肉３ｃが収縮すると、２本の剛体部材２ａは、各テンション材３ｅが人工筋肉３ｃの収縮に引き摺られることで剛体部材２ａ＊を挟みつける方向に多少動くが、剛体部材２ａ＊がこれら２本の剛体部材２ａの動きに対して、てこの支点のように作用するまでには至らず、反対側の人工筋肉３ａ側は事実上収縮しない。【００６８】
このように、図６（Ａ）に示したように１本の剛体部材２を他の２本の剛体部材２とそれらの端点Ｅ間を結ぶ人工筋肉３の計３本の部材でその周囲を取り巻く構成としない限り、人工筋肉３の収縮に連動して２本の剛体部材２の両側の端点Ｅ間の間隔が収縮することはない。
［１−１−４．その他の構成］
なお、人工筋肉３を収縮させるための通電を行う電源装置や配線、制御装置等については、図１〜図５では図示を省略したが、電源装置については人工筋肉３を作動させるために適した電力を供給できるものであれば、公知の電源装置を用いることが可能である。また、制御装置は、例えばコンピュータに対するプログラミングによって制御を行うことが可能であり、その他、直接手動ですなわちスイッチのオン、オフ等によって人工筋肉に電力を入力するように構成することも可能である。【００６９】
また、配線については、後述する可動式テンセグリティ構造体１の屈曲等の動作の妨げにならないように、例えば棒状の剛体部材２の内部に配線を通して、剛体部材２の端点Ｅで人工筋肉３と接続するように構成することが可能である。また、図３（Ａ）、（Ｂ）に示したように、各層Ｌに属する３本の剛体部材２によって可動式テンセグリティ構造体１の軸Ｃの周囲に三角形の内部空間Ｓが形成されるが、その軸Ｃ周囲の内部空間Ｓ内で各人工筋肉３と接続される配線を束ねて内部空間Ｓ内を通して外部の電源装置や制御装置とつなぐように構成することも可能である。
［１−２．可動式テンセグリティ構造体の作用］
次に、本実施形態に係る可動式テンセグリティ構造体１の作用について説明する。
［１−２−１．可動式テンセグリティ構造体の屈曲動作］
本実施形態では、前述した図５（Ａ）に示したように、可動式テンセグリティ構造体１の各層Ｌでは、層Ｌを形成する３本の剛体部材２のうち、１本の剛体部材２（２ａ＊）が他の２本の剛体部材２とそれらの端点Ｅ間を結ぶ人工筋肉３の計３本の部材によりその周囲を取り巻かれないように構成されている。【００７０】
そのため、図１に示した可動式テンセグリティ構造体１において、上記のように構成された層Ｌａの例えば図中最左端側に示された人工筋肉３ａを収縮させても、前述したように当該層Ｌａの図中右側の部分がそれに連動して収縮することはない。そして、人工筋肉３ａの収縮により、層Ｌａの一部、すなわちこの場合は層Ｌａの図中左側の部分が軸Ｃ方向に収縮し、可動式テンセグリティ構造体１の軸Ｃを屈曲させることができる。【００７１】
例えば、図１における当該層Ｌａより下側の部分を動かないように固定すれば、可動式テンセグリティ構造体１の軸Ｃは、当該層Ｌａより下側の部分に対して当該層Ｌａから上の部分が左側に屈曲し、可動式テンセグリティ構造体１が当該層Ｌａの部分で屈曲する。このようにして、例えば人工筋肉３を収縮させて１つの層Ｌの一部を軸Ｃ方向に収縮させることで、可動式テンセグリティ構造体１の軸Ｃを屈曲させることが可能となる。【００７２】
上記の場合、層Ｌａの人工筋肉３ａのみを収縮させてもよいが、人工筋肉３ａだけでなく、当該人工筋肉３ａの近傍にある当該層Ｌａ中の人工筋肉３ｄ等も適度に収縮させれば、図７に示すように、可動式テンセグリティ構造体１の軸Ｃをより安定して屈曲させることができる。また、当該層Ｌａの当該人工筋肉３ａ等をさらに収縮させたり、当該層Ｌａの上方または下方の単数または複数の層Ｌａ、Ｌｂの同一箇所、すなわち図７の例では層Ｌの図中最左端側の人工筋肉３等を屈曲させることで、可動式テンセグリティ構造体１の軸Ｃを同一方向にさらに大きく屈曲させることができる。【００７３】
前述したように、人工筋肉３は、各層Ｌの各剛体部材２の上側の端点Ｅ側と下側の端点Ｅ側の軸Ｃ周りに回転し得る方向に収縮力が及ぶように可動式テンセグリティ構造体１の軸Ｃに対してそれぞれ傾斜して設けられている。そのため、上記のように人工筋肉３ａを収縮させると、当該層Ｌａの人工筋肉３ａの部分、すなわち図７の例では当該層Ｌａの図中最左端側の部分で、人工筋肉３ａが結び付けられた上側の端点Ｅ２ａや下側の端点Ｅ２ａが図４に示した方向に若干ねじれを生じる。【００７４】
そのため、可動式テンセグリティ構造体１が当該層Ｌａの部分で軸Ｃ周りに僅かにねじれを生じる場合があり、可動式テンセグリティ構造体１の屈曲動作を、複数の層Ｌの人工筋肉３を収縮させて生じさせた場合、屈曲と同時に軸Ｃ周りにねじれを生じる場合がある。【００７５】
このようなねじれは、例えば屈曲を生じさせる層Ｌの数を層Ｌａと層Ｌｂとで同数になるように選択する等して、層Ｌａ、Ｌｂで逆方向に生じるねじれを相殺することで、解消することができる。そして、このようにすれば、可動式テンセグリティ構造体１に屈曲のみを生じさせることが可能となる。
［１−２−２．可動式テンセグリティ構造体の収縮動作］
また、層Ｌａでは人工筋肉３ａ、３ｄを全部または一部を適宜収縮させると、図８に示すように、人工筋肉３ａ、３ｄの収縮により層Ｌａの上側と下側との間隔を狭めるように収縮力が働く。このように、層Ｌａでは人工筋肉３ａ、３ｄを、層Ｌｂでは人工筋肉３ｂ、３ｃをそれぞれ全部または一部を適宜収縮させることで、可動式テンセグリティ構造体１の軸Ｃを屈曲させることなく各層Ｌを軸Ｃ方向に収縮させることができる。【００７６】
そして、例えば、図８において、収縮させる層Ｌａより下側の部分を動かないように固定すれば、可動式テンセグリティ構造体１は、当該層Ｌａより上側の部分全体が軸Ｃ方向に下がる。そのため、可動式テンセグリティ構造体１の一部または全部を軸Ｃ方向に収縮させることが可能となる。【００７７】
その際、上記のように、人工筋肉３が可動式テンセグリティ構造体１の軸Ｃに対してそれぞれ傾斜して設けられているため、各層Ｌごとに特有のねじれ方向にねじれが生じる。しかし、例えば収縮を生じさせる層Ｌの数を層Ｌａと層Ｌｂとで同数になるように選択する等して層Ｌａ、Ｌｂで逆方向に生じるねじれを相殺することでねじれを解消することができ、軸Ｃ方向の収縮動作のみを生じさせることが可能となる。【００７８】
また、上記のようにして一旦収縮させた可動式テンセグリティ構造体１を、各層Ｌの人工筋肉３の収縮を解除しまたは緩めて各層Ｌを軸Ｃ方向に伸長させることで、軸Ｃ方向に伸長させることも可能となる。
［１−２−３．可動式テンセグリティ構造体のねじれ動作］
また、上記のように、層Ｌａでは人工筋肉３ａ、３ｄをすべて収縮させると、図８に示したように、人工筋肉３は可動式テンセグリティ構造体１の軸Ｃに対してそれぞれ傾斜して設けられているため、人工筋肉３ａ、３ｄの収縮力により、可動式テンセグリティ構造体１の軸Ｃを屈曲させることなく、図４に示したねじれ方向に層Ｌａをねじれさせることができる。【００７９】
例えば、図８において、収縮させる層Ｌａより下側の部分を動かないように固定すれば、可動式テンセグリティ構造体１は、当該層Ｌａより上側の部分全体が軸Ｃ周りにねじれる。そのため、可動式テンセグリティ構造体１の一部または全部を軸Ｃ方向に収縮させることが可能となる。これは、層Ｌｂについても同様であるが、人工筋肉３ｂ、３ｃの傾斜の向きが層Ｌａの場合と逆であるため、層Ｌａとは逆方向のねじれを生じる。【００８０】
そして、層Ｌａのみを複数選択し、或いは層Ｌｂのみを複数選択して、各層Ｌの人工筋肉３を収縮させて各層Ｌごとにねじれを生じさせることで、可動式テンセグリティ構造体１を、その軸Ｃ周りに、各層Ｌに特有のねじれ方向に大きくねじれさせることが可能となる。【００８１】
なお、このねじれ動作においては、層Ｌａの人工筋肉３ａ、３ｄや、層Ｌｂの人工筋肉３ｂ、３ｃをそれぞれすべて収縮させるため、前述したように、必然的に収縮動作を伴う。しかし、例えば、予め各層Ｌの人工筋肉３をある程度収縮させておき、ねじれ動作を生じさせる層Ｌの収縮の度合に応じて、ねじれ動作を生じさせる層Ｌ以外の層Ｌを同時に伸長させることで、可動式テンセグリティ構造体１を、必要な箇所でねじれ動作を生じさせつつ、全体的には収縮しないようにすることが可能となる。
［１−２−４．可動式テンセグリティ構造体の他の動作］
詳しい説明を省略するが、上記の屈曲動作やねじれ動作、収縮・伸長動作を組み合わせれば、可動式テンセグリティ構造体１により複雑な動作をさせることが可能となる。【００８２】
例えば、上記の屈曲動作や収縮（伸長）動作では、例えば屈曲や収縮（伸長）を生じさせる層Ｌの数を層Ｌａと層Ｌｂとで同数になるように選択する等して、同時にねじれ動作が生じないようにする場合を示したが、屈曲や収縮（伸長）の際に、各層Ｌごとのねじれを相殺させないように層Ｌａ、Ｌｂの数や場所を選択して、屈曲動作や収縮（伸長）動作とねじれ動作とを同時に生じさせることも可能である。また、可動式テンセグリティ構造体１を、屈曲させつつ収縮（伸長）させるようにその動作を制御することも可能である。
［１−３．可動式テンセグリティ構造体の効果］
以上のように、本実施形態に係る可動式テンセグリティ構造体１によれば、テンセグリティ構造体を構成する剛体部材２同士の端点Ｅ間を結ぶ複数のテンション材３の全部または一部を収縮制御可能な部材（人工筋肉）で構成したことにより、テンセグリティ構造体を可動式とすることができる。また、収縮制御可能な部材とされたテンション材３を収縮させることで、可動式テンセグリティ構造体１に、屈曲動作やねじれ動作、収縮動作等を行わせることが可能となる。【００８３】
また、剛体部材２が、他の２本の剛体部材２および当該他の２本の剛体部材２の端点Ｅ間を結ぶテンション材３の計３本の部材でその周囲を取り巻かれないように構成し、そのテンション材３を収縮制御可能な部材（人工筋肉）で構成することで、この剛体部材２が他の２本の剛体部材２の動きに対していわばてこの支点のように作用して、収縮制御可能な部材とされたテンション材３を収縮させる際に可動式テンセグリティ構造体１の他の部分も収縮してしまうことを回避することが可能となる。【００８４】
そのため、上記のように、収縮制御可能な部材とされた１本のテンション材３の収縮により複数の部分が収縮する場合には、可動式テンセグリティ構造体１の動作の制御構成が複雑になってしまうが、本実施形態のように、収縮制御可能な部材とされた１本のテンション材３を収縮させた場合にそのテンション材３の部分のみが収縮するように構成すれば、可動式テンセグリティ構造体１の動作を容易に制御することが可能となり、制御構成をより単純なものとすることが可能となる。【００８５】
さらに、可動式テンセグリティ構造体１を、一定数（本実施形態では３本）の剛体部材２を組み合わせて形成した層Ｌを１本の軸Ｃ方向に積み重ねて構成した場合、収縮制御可能な部材とされたテンション材３の収縮により当該テンション材３の部分のみを収縮させることで、屈曲動作を実現することが可能となる。また、このような可動式テンセグリティ構造体１では、テンション材３の全部または一部を収縮制御可能な部材とすることで、容易かつ的確に屈曲動作やねじれ動作、収縮動作等を行わせることが可能となる。
［２．第２の実施の形態］
上記の第１の実施形態に係る可動式テンセグリティ構造体１では、３本の剛体部材２を１つの組として１つの層Ｌが形成される場合について説明した。本実施形態では、層Ｌに属する剛体部材２の本数をさらに増加させた場合の可動式テンセグリティ構造体１＊について説明する。【００８６】
なお、本実施形態に係る可動式テンセグリティ構造体１＊の基本的な構成は、上記の第１実施形態に係る可動式テンセグリティ構造体１と同様であり、可動式テンセグリティ構造体１の部材と同様の機能を奏する部材については、第１の実施形態と同じ符号を付して説明する。【００８７】
前記図３（Ａ）、すなわち、層Ｌａに属する３本の剛体部材２ａを上方から見た図に人工筋肉３ａをあわせて記載すると、図９に示す平面図のように表される。これは、前述した第１の実施形態における可動式テンセグリティ構造体１の構成である。この基本的な構成を維持したまま、層Ｌａに属する剛体部材２ａの本数を４本、６本と増やし、人工筋肉３ａをあわせて記載すると、可動式テンセグリティ構造体１＊は、図１０および図１１のように表すことができる。【００８８】
その際、層Ｌａにおいては、層Ｌａに属する剛体部材２ａの組み合わせ方により、そのねじれ方向が第１の実施形態の図４に示したように決まっている。そのため、図９に示した剛体部材２ａが３本の場合と同様に、図１０、図１１に示した剛体部材２ａが４本、６本の場合においても、剛体部材２ａの上側の端点Ｅ２ａ（図中手前側の端点）と他の剛体部材２ａの下側の端点Ｅ２ａとを結ぶ人工筋肉３ａの方向性が一定となるように、剛体部材２ａの端点Ｅ２ａとが結ばれる。【００８９】
図９〜図１１に示したように、層Ｌに属する剛体部材２の本数を増加させていくと、各層Ｌに属する一定数の剛体部材２によって可動式テンセグリティ構造体１＊の軸Ｃの周囲に形成される内部空間Ｓが拡大していくことが分かる。そして、このような層Ｌが軸Ｃに沿う方向に積み重ねられるようにして形成される可動式テンセグリティ構造体１＊は、層Ｌの内部空間Ｓが拡大していくと筒状になっていくことが理解される。【００９０】
層Ｌを形成する剛体部材２等をより細小に構成してその数をさらに増加させ、層Ｌの軸Ｃ方向の厚さを短縮していくと、可動式テンセグリティ構造体１＊は、図１２（Ａ）の正面図に示すように、肉薄の円筒形状になる。【００９１】
しかし、その際も、図１２（Ａ）に円Ａで示す部分の拡大図である図１２（Ｂ）に示されるように、可動式テンセグリティ構造体１＊は、上記の第１の実施形態に示した可動式テンセグリティ構造体１の基本的な構成に従って各層Ｌａ、Ｌｂが交互に積み重ねられ、剛体部材２ａ、２ｂ、人工筋肉３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、およびテンション材３ｅが組み合わされて構成される。テンション材３ｅを人工筋肉で構成してもよいこと等は第１の実施形態と同様である。【００９２】
なお、図９〜図１１では可動式テンセグリティ構造体１＊の軸Ｃ周囲の内部空間Ｓが正多角形状に形成される場合を示し、図１２（Ａ）、（Ｂ）では可動式テンセグリティ構造体１＊が円筒形状に形成される場合を示したが、必ずしもこのように形成される必要はない。例えば図１２（Ａ）の可動式テンセグリティ構造体１＊を、断面が楕円形状やその他の形状の筒状に形成することも可能である。【００９３】
以上のように、本実施形態に係る可動式テンセグリティ構造体１＊によれば、上記の第１の実施形態に示した基本的な構成に従って構成されているため、第１の実施形態の可動式テンセグリティ構造体１と同様の効果を奏することが可能となる。【００９４】
また、本実施形態に係る可動式テンセグリティ構造体１＊は、図１２（Ａ）、（Ｂ）に示したように、層Ｌを形成する剛体部材２等をより細小に構成してその数を増加させ、層Ｌの軸Ｃ方向の厚さを短縮することで、肉薄の筒状に形成することが可能となる。このように可動式テンセグリティ構造体１＊を構成する部材を細小化することで、可動式テンセグリティ構造体１＊に、より滑らかでしなやかに屈曲やねじれ、収縮等の動作を行わせることが可能となる。【００９５】
さらに、可動式テンセグリティ構造体１＊の内部空間Ｓに人体等を挿入して、人間等が可動式テンセグリティ構造体１＊を着用する形とすることで、可動式テンセグリティ構造体１＊を、人間の筋力を増強するために着用する動作補助装置（強化服、パワーアシスト装置等）として用いることが可能となる。【００９６】
なお、本実施形態に係る可動式テンセグリティ構造体１＊を動作補助装置として用いる際、図１２（Ａ）、（Ｂ）に示した層Ｌを形成する剛体部材２等を極細小に構成して、可動式テンセグリティ構造体１＊をサポータ状或いはストッキング状に形成すれば、剛体部材２等が例えば人体に刺さる等して人体を刺激することもなく、サポータやストッキングを着用する時のように滑らかな感触で可動式テンセグリティ構造体１＊（動作補助装置）を着用することが可能となる。また、このようにサポータ等のように着用した状態で可動式テンセグリティ構造体１＊を作動させることで、上記の効果が実現されて、着用者の身体に屈曲等の動作を生じさせたり、着用者の動作を補助、補強することが可能となる。
［３．第３の実施の形態］
［３−１．可動式テンセグリティ構造体の構成］
本発明の第３の実施形態に係る可動式テンセグリティ構造体１０の最も単純な構成を図１３に示す。図１３に示すように、本実施形態に係る可動式テンセグリティ構造体１０も、複数の剛体部材１１と、剛体部材１１同士の端点Ｆ間を結ぶ複数のテンション材１２とが組み合わされて構成されている。【００９７】
なお、図１３では、可動式テンセグリティ構造体１０を真正面から見るとテンション材１２ｅが重なりあって見づらくなるため、テンション材１２ｅが重なりあわないようにやや上方から見た正面図が記載されている。また、図１４に、図１３における剛体部材１１のみを示した図を示す。
［３−１−１．剛体部材］
本実施形態において、剛体部材１１自体の構成および各剛体部材１１同士の組み合わせ方等は、第１の実施形態の剛体部材２の場合と同様であり、また、３本の剛体部材１１を１つの組として形成された各層Ｍが、１本の軸Ｄに沿う方向に積み重ねられるようにして可動式テンセグリティ構造体１０が構成されている点においても同様である。【００９８】
また、互いに隣接する２層を層Ｍａ、Ｍｂとし、層Ｍａ、Ｍｂに属する剛体部材１１をそれぞれ剛体部材１１ａ、１１ｂと表した場合、層Ｍａ、Ｍｂにおける各剛体部材１１ａ、１１ｂを上方から見ると、第１の実施形態における図３（Ａ）、（Ｂ）に示したものと同様の状態となる。なお、図３（Ａ）、（Ｂ）における層Ｌ、Ｌａ、Ｌｂ、剛体部材２、２ａ、２ｂ、端点Ｅ、Ｅ２ａ、Ｅ２ｂが、本実施形態の層Ｍ、Ｍａ、Ｍｂ、剛体部材１１、１１ａ、１１ｂ、端点Ｆ、Ｆ１１ａ、Ｆ１１ｂにそれぞれ対応する。【００９９】
このように、本実施形態においても、層Ｍａに属する３本の剛体部材１１ａの配置と、層Ｍｂに属する３本の剛体部材１１ｂの配置とが互いに鏡像の関係とされており、各剛体部材１１ａ、１１ｂが束縛されずに回転し得る方向が、層Ｍａと層Ｍｂとでは相対的に逆向きになっている。【０１００】
そのため、図１５に示すように、層Ｍａでは、各剛体部材１１ａの上側の端点Ｆ１１ａ側は図中の手前の位置で軸Ｄ周りに右向きに回転でき、下側の端点Ｆ１１ａ側は図中の手前の位置で軸Ｄ周りに左向きに回転することができる。また、層Ｍｂでは、逆に、各剛体部材１１ｂの上側の端点Ｆ１１ｂ側は図中の手前の位置で軸Ｄ周りに左向きに回転でき、下側の端点Ｆ１１ｂ側は図中の手前の位置で軸Ｄ周りに右向きに回転することができる。【０１０１】
このように、層Ｍａと層Ｍｂとでは、各剛体部材１１ａ、１１ｂの組み合わされ方によって各剛体部材１１ａ、１１ｂが回転し得る方向が異なるため、層Ｍａがねじれる方向と層Ｍｂがねじれる方向が相対的に逆向きになっている。
［３−１−２．テンション材および収縮制御可能な部材］
本実施形態では、テンション材１２の配置が第１の実施形態の場合と異なっている。【０１０２】
本実施形態では、テンション材１２は、隣接する２つの層Ｍａ、Ｍｂの境界部分に存し、これらの２つの層Ｍａ、Ｍｂにそれぞれ属する剛体部材１１ａ、１１ｂ同士の端点Ｆ１１ａ、Ｆ１１ｂ間を結ぶテンション材１１ｅが存在する。これは第１の実施形態におけるテンション材３ｅと同様であり、本実施形態においても、テンション材１１ｅは、例えば、ワイヤや、ゴムやバネ等の弾性体を用いて構成することが可能であり、人工筋肉（収縮制御可能な部材）で構成することも可能である。【０１０３】
しかし、本実施形態では、第１の実施形態におけるテンション３ｃ、３ｄのように、層Ｍに属する剛体部材１１の端点Ｆと、当該層Ｍの上方または下方に隣接する層Ｍのさらに上方または下方に隣接する層Ｍに属する剛体部材１１の端点Ｆとの間を結ぶテンション材は存在しない。【０１０４】
また、同一の層Ｍに属する３本の剛体部材１１については、各剛体部材１１の上側の端点Ｆと他の２本の剛体部材１１の下側の端点Ｆとの間が計６本のテンション材１２で結ばれるようになっている。本実施形態では、これらの同一の層Ｍに属する３本の剛体部材１１の上側および下側の端点Ｆ間を結ぶテンション材１２が収縮制御可能な部材（人工筋肉）で構成されている。収縮制御可能な部材としては、第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
［３−１−３．剛体部材と人工筋肉との関係］
本実施形態では、同一の層Ｍに属する３本の剛体部材１１の端点Ｆが上記のようにして収縮制御可能な部材である計６本のテンション材１２すなわち人工筋肉１２で結ばれている。【０１０５】
そのため、第１の実施形態の図５（Ａ）に示した関係と同様に、層Ｍを形成する３本の剛体部材１１のうち、１本の剛体部材１１が、他の２本の剛体部材１１とそれらの端点Ｆ間を結ぶ人工筋肉１２の計３本の部材により取り巻かれない構成となっている人工筋肉１２が、各層Ｍごとに３本存在する。このような人工筋肉１２を、以下、人工筋肉１２ａまたは人工筋肉１２ｂという。【０１０６】
しかし、それと同時に、第１の実施形態の図６（Ａ）に示した関係と同様に、層Ｍを形成する３本の剛体部材１１のうち、１本の剛体部材１１が、他の２本の剛体部材１１とそれらの端点Ｆ間を結ぶ人工筋肉１２の計３本の部材で取り巻かれる構成となっている人工筋肉１２も、各層Ｍごとに３本存在する。このような人工筋肉１２を、以下、人工筋肉１２ｆという。【０１０７】
そして、図１３に示すように、同一の層Ｍ内では、隣接する３本の人工筋肉が人工筋肉１２ａまたは人工筋肉１２ｂとなり、残りの隣接する３本の人工筋肉が人工筋肉１２ｆとなっている。また、層Ｍａでは図中左側の隣接する３本の人工筋肉が人工筋肉１２ａ、図中右側の隣接する３本の人工筋肉が人工筋肉１２ｆであるのに対し、層Ｍｂでは図中右側の隣接する３本の人工筋肉が人工筋肉１２ｂ、図中左側の隣接する３本の人工筋肉が人工筋肉１２ｆである。このように、層Ｍａ内で人工筋肉１２ａが偏在する位置と、層Ｍｂ内で人工筋肉１２ｂが偏在する位置が、逆の位置関係になっている。人工筋肉１２ｆが偏在する位置関係についても同様である。【０１０８】
人工筋肉１２ａ、１２ｂは、第１実施形態の図５（Ａ）、（Ｂ）に示した場合と同様に、人工筋肉１２ａ、１２ｂが端点Ｆに結び付けられていない剛体部材１１は他の２本の剛体部材１１に対して、てこの支点のようには作用しないから、人工筋肉１２ａ、１２ｂを収縮させても、他の２本の剛体部材１１の反対側の端点Ｆの間隔は収縮しない。【０１０９】
また、人工筋肉１２ｆは、第１実施形態の図６（Ａ）、（Ｂ）に示した場合と同様に、人工筋肉１２ｆが端点Ｆに結び付けられていない剛体部材１１が他の２本の剛体部材１１に対して、てこの支点のように作用するから、人工筋肉１２ｆを収縮させると、他の２本の剛体部材１１の反対側の端点Ｆの間隔が人工筋肉１２ｆの収縮に連動して収縮する。
［３−１−４．その他の構成］
その他の電源装置や配線、制御装置等については、第１の実施形態の場合と同様であり、説明を省略する。
［３−２．可動式テンセグリティ構造体の作用］
次に、本実施形態に係る可動式テンセグリティ構造体１０の作用について説明する。
［３−２−１．可動式テンセグリティ構造体の屈曲動作］
本実施形態では、前述したように、層Ｍａ内の人工筋肉１２ａおよび層Ｍｂ内の人工筋肉１２ｂは、それぞれ収縮させても２本の剛体部材１１の反対側の端点Ｆの間隔を収縮させることがない。また、人工筋肉１２ａの層Ｍａ内での偏在位置と人工筋肉１２ｂの層Ｍｂ内での偏在位置とが逆になっている。そのため、人工筋肉１２ａを収縮させると、図１３に示した層Ｍａの図中左側の部分が軸Ｄ方向に収縮し、人工筋肉１２ｂを収縮させると、層Ｍａの図中右側の部分が軸Ｄ方向に収縮する。【０１１０】
従って、これを利用して、単数または複数の層Ｍａにおいて１〜３本の人工筋肉１２ａを収縮させることで、図示を省略するが第１の実施形態の図７に示した場合と同様に、可動式テンセグリティ構造体１０の軸Ｄを左側に屈曲させることができる。なお、この場合、図１３に示した層Ｍａ内の図中最左端側の人工筋肉１２ａや図中奥側の人工筋肉１２ａのみを収縮させると、剛体部材１１ａ同士がぶつかりあう場合があるため、図中手前側の人工筋肉１２ａも同時に収縮させて剛体部材１１ａ同士がぶつかりあうことを回避させることが好ましい。【０１１１】
また、同様に、単数または複数の層Ｍｂにおいて１〜３本の人工筋肉１２ｂを収縮させれば、可動式テンセグリティ構造体１０の軸Ｄを右側に屈曲させることができる。なお、この場合も、図１３に示した層Ｍｂ内の図中最右端側の人工筋肉１２ｂや図中奥側の人工筋肉１２ｂのみを収縮させると、剛体部材１１ｂ同士がぶつかり合う場合があるため、図中手前側の人工筋肉１２ｂも同時に収縮させて剛体部材１１ｂ同士がぶつかり合うことを回避させることが好ましい。
［３−２−２．可動式テンセグリティ構造体の収縮動作］
可動式テンセグリティ構造体１０の収縮動作においては、各層Ｍａ、Ｍｂの人工筋肉１２ａ、１２ｂ、１２ｆの全部または一部を適宜収縮させることで、可動式テンセグリティ構造体１０の軸Ｄを屈曲させることなく、各層Ｍを軸Ｄ方向に収縮させることができる。そのため、可動式テンセグリティ構造体１０の一部または全部を軸Ｄ方向に収縮させることが可能となる。【０１１２】
また、上記のようにして一旦収縮させた可動式テンセグリティ構造体１０を、各層Ｍの人工筋肉３の収縮を解除しまたは緩めて各層Ｍを軸Ｄ方向に伸長させることで、軸Ｄ方向に伸長させることも可能となる。【０１１３】
なお、その際、各層Ｍの人工筋肉１２はそれぞれ軸Ｄに対して特定の方向に傾斜して設けられているため、可動式テンセグリティ構造体１０に収縮（伸長）動作のみを行わせる場合には、各層Ｍにねじれが生じないように、人工筋肉１２ａ、１２ｂ、１２ｆを均等に収縮（伸長）させることが好ましい。人工筋肉１２ｆのみを収縮（伸長）させるようにしても、各層Ｍにねじれを生じさせずに各層Ｍを収縮（伸長）させることができ、可動式テンセグリティ構造体１０を、ねじれを生じさせずに収縮（伸長）させることができる。
［３−２−３．可動式テンセグリティ構造体のねじれ動作］
図１５に示したように、本実施形態の可動式テンセグリティ構造体１０においても、層Ｍａと層Ｍｂは、各剛体部材１１ａ、１１ｂの組み合わされ方によって層Ｍａと層Ｍｂとでそれぞれねじれ得る方向が決まってくる。そして、層Ｍａと層Ｍｂとでは、ねじれる方向が相対的に逆向きになっている。【０１１４】
この層Ｍごとのねじれを実現するために、図１５に示すように、層Ｍａでは、層Ｍａをそのねじれ方向にねじれさせることができる人工筋肉１２α、１２β、１２γを、また、層Ｍｂでは、層Ｍｂをそのねじれ方向にねじれさせることができる人工筋肉１２δ、１２ε、１２ζを収縮させることで、各層Ｍで、そのねじれ方向のねじれが実現される。これを複数の層Ｍａまたは複数の層Ｍｂで行うことで、可動式テンセグリティ構造体１０に軸Ｄ周りの所定のねじれ動作を行わせることが可能となる。【０１１５】
なお、層Ｍａや層Ｍｂで、人工筋肉１２α、１２β、１２γ、１２δ、１２ε、１２ζ以外の人工筋肉を収縮させると、剛体部材１１ａ同士または剛体部材１１ｂ同士が互いにぶつかり合うため、各層Ｍにねじれを生じさせることができず、可動式テンセグリティ構造体１０に軸Ｄ周りのねじれ動作を行わせることができない。【０１１６】
また、このねじれ動作においては、層Ｍａや層Ｍｂの軸Ｄ方向の収縮動作を必然的に伴うが、例えば、予め各層Ｍの人工筋肉１２をある程度収縮させておき、ねじれ動作を生じさせる層Ｍの収縮の度合に応じて、ねじれ動作を生じさせる層Ｍ以外の層Ｍを伸長させることで、可動式テンセグリティ構造体１０を、必要な箇所でねじれ動作を生じさせつつ、全体的には収縮しないようにすることが可能となる。
［３−２−４．可動式テンセグリティ構造体の他の動作］
詳しい説明を省略するが、上記の屈曲動作やねじれ動作、収縮・伸長動作を組み合わせれば、可動式テンセグリティ構造体１により複雑な動作をさせることが可能となることは第１の実施形態と同様である。
［３−３．可動式テンセグリティ構造体の効果］
以上のように、本実施形態に係る可動式テンセグリティ構造体１０においても、第１の実施形態と同様に、テンセグリティ構造体を構成する剛体部材１１同士の端点Ｆ間を結ぶ複数のテンション材１２の全部または一部を収縮制御可能な部材（人工筋肉）で構成したことにより、テンセグリティ構造体を可動式とすることができる。また、収縮制御可能な部材とされたテンション材１２を収縮させることで、可動式テンセグリティ構造体１０に、屈曲動作やねじれ動作、収縮動作等を行わせることが可能となる。【０１１７】
また、少なくとも２本の剛体部材１１および当該２本の剛体部材１１の端点Ｆ間を結ぶテンション材１２の計３本の部材で他の剛体部材１１を取り巻いていない場合に、その部分のテンション材１２を収縮制御可能な部材（人工筋肉）で構成することで、収縮制御可能な部材で構成したテンション材１２を収縮させても、２本の剛体部材１１の反対側の端点Ｆ間の間隔が収縮されてしまうことを回避することが可能となる。そのため、第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。【０１１８】
なお、本実施形態においても、第２の実施形態と同様に、層Ｍに属する剛体部材１１の本数を増加させて組み合わせて、可動式テンセグリティ構造体１０の軸Ｄの周囲に内部空間を形成することが可能である。そして、図１２に示した可動式テンセグリティ構造体１＊と同様に、可動式テンセグリティ構造体１０を肉薄の筒状に形成すれば、可動式テンセグリティ構造体１０に、より滑らかでしなやかに屈曲やねじれ、収縮等の動作を行わせることが可能となる。【０１１９】
また、上記の第１〜第３の実施形態では、剛体部材２や剛体部材１１が長さや径が等しい棒状の部材で構成されている場合を示したが、本発明の効果を奏し得るものであれば、剛体部材２、１１の長さや径、形状等は必ずしもすべての剛体部材２、１１で同一でなくてもよい。テンション材や人工筋肉についても同様である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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