(57)【要約】      （修正有）【課題】構造を簡単としつつ、強度の高い棒状体が得られる伸展構造物を提供する。【解決手段】平らに弾性変形された第１の状態、及び弾性復帰により一箇所が切り欠かれた円形状の断面を有する第２の状態が実現可能な、弾力性を有する一枚の長尺の伸展材２と、第１の状態で伸展材２を巻き取って収納する収納部３と、収納部３から引き出されて第２の状態となった部分の伸展材２の２つの側辺を互いに結合して、伸展材２を閉断面の中空円筒構造の棒状体とする結合部４と、を備えるようにした伸展構造物１。【選択図】図１
2018144366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平らに弾性変形された第１の状態、及び弾性復帰により一箇所が切り欠かれた円形状の断面を有する第２の状態が実現可能な、弾力性を有する一枚の長尺の伸展材と、
前記第１の状態で前記伸展材を巻き取って収納する収納部と、
前記収納部から引き出されて前記第２の状態となった部分の前記伸展材の２つの側辺を互いに結合して、前記伸展材を閉断面の中空円筒構造の棒状体とする結合部と
を備えたことを特徴とする伸展構造物。
【請求項２】
前記結合部は、
前記伸展材の２つの側辺に長手方向に沿って設けられた第１の面ファスナ片と、
前記第１の面ファスナ片と結合する一枚の長尺の第２の面ファスナ片と、
前記第２の状態となった部分の前記伸展材において、前記伸展材の２つの側片の前記第１の面ファスナ片と前記第２の面ファスナ片とを結合するように、前記第１の面ファスナ片に前記第２の面ファスナ片を押し当てる押当部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の伸展構造物。
【請求項３】
前記伸展材の前記第２の状態となった部分が内部に通され、前記伸展材の前記第２の状態となった部分の外周部と内面が接する伸展材ガイドを更に備え、
前記押当部は、前記伸展材ガイドのうちの、前記伸展材が通された場合に該伸展材の２つの側辺の前記第１の面ファスナ片と対向する位置と前記伸展材との間に、前記第２の面ファスナ片を挟み込むことで、前記第１の面ファスナ片に前記第２の面ファスナ片を押し当てることを特徴とする請求項２に記載の伸展構造物。
【請求項４】
前記第２の面ファスナ片を巻き取って収納するファスナ片収納部と、
前記ファスナ片収納部と前記伸展材ガイドとの間に、前記伸展材ガイドと前記伸展材との間の前記第２の面ファスナ片が挟み込まれる位置よりも前記伸展材から離れた位置に前記第２の面ファスナ片を案内するファスナガイドとを備えることを特徴とする請求項３に記載の伸展構造物。
【請求項５】
前記ファスナ片収納部は、
前記第２の面ファスナ片を巻き取るファスナ片巻取りドラムと、
前記ファスナ片巻取りドラムに前記第２の面ファスナ片を巻き取る方向の回転力を付与する回転力付与部とを備えることを特徴とする請求項４に記載の伸展構造物。
【請求項６】
前記伸展材は、前記第２の状態と、前記収納部に巻き取られた第３の状態との２つの安定状態を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の伸展構造物。
【請求項７】
前記伸展材の棒状体の部分に作用する力によって発生する、前記２つの安定状態の一方から他方へ変化している前記伸展材の過渡状態にある部分の変形を抑制する変形抑制部を更に備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の伸展構造物。
【請求項８】
前記変形抑制部は、前記第２の状態となったときに外周側になる前記伸展材の面に接することで、外周側への前記伸展材の変形を抑制する外側変形抑制部を備えることを特徴とする請求項７に記載の伸展構造物。
【請求項９】
前記変形抑制部は、前記第２の状態となったときに内周側になる前記伸展材の面に接することで、内周側への前記伸展材の変形を抑制する内側変形抑制部を備えることを特徴とする請求項７または８に記載の伸展構造物。
【請求項１０】
前記変形抑制部は、前記収納部に収納されたときに外周側になる前記伸展材の面に対向させて配置された平板状の伸展材脱出防止板を備えることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の伸展構造物。
【請求項１１】
一対の駆動ローラで前記伸展材を挟持して前記伸展材を搬送可能な伸展材搬送部を更に備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の伸展構造物。
【請求項１２】
一対の従動ローラで前記伸展材を挟持する伸展材挟持部と、
前記一対の従動ローラの回転量を検出する回転量検出部とを更に備えることを特徴とする請求項１１に記載の伸展構造物。
【請求項１３】
前記伸展材は、長手方向に沿って一定間隔の穴が設けられており、
前記穴と同一間隔に形成された歯を有するスプロケットの該歯を前記伸展材の穴に引っ掛けて、前記スプロケットを回転させることで、前記伸展材を搬送する伸展材搬送部を更に備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の伸展構造物。
【請求項１４】
前記スプロケットの回転量を検出する回転量検出部を更に備えることを特徴とする請求項１３に記載の伸展構造物。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の伸展構造物を複数組合せてなること
を特徴とするフレーム構造体。
【請求項１６】
前記伸展構造物のそれぞれは、多面体の各辺に配置されていることを特徴とする請求項１５に記載のフレーム構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伸展構造物及びフレーム構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、弾力性を有する３枚の長尺材と、３枚の長尺材の先端部を互いに連結する連結キャップと、３枚の長尺材を個別に巻き取る３つの収納部とを備える伸展構造物が提案されている（特許文献１参照。）。特許文献１に記載の伸展構造物では、３枚の長尺材を結合した三角形の横断面形状を有する閉断面の棒状体の伸展や収縮を可能としている。そして、このような伸展構造物を複数組み合わせることで、幾何学的形態を変更可能なフレーム構造体を実現可能としている。
しかしながら、特許文献１に記載の伸展構造物では、棒状体を３枚の長尺部材で構成するため、構造が複雑になる。これに対し、長尺材を１枚とし、一箇所が切り欠かれた円形の横断面形状を有する棒状体とすると、棒状体の強度が低くなる可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】武井祥平、飯田誠、苗村健、「リンク機構を構成するリール式アクチュエータ群による動的３次元形状表現」、信学技法、電子情報通信学会、２０１１年１０月６日、第１１１巻、第２３５号、Ｐ.８１-８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記のような課題に着目したもので、簡易な構造で、強度の高い棒状体が得られる伸展構造物及びフレーム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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、（ａ）平らに弾性変形された第１の状態、及び弾性復帰により一箇所が切り欠かれた円形状の断面を有する第２の状態が実現可能な、弾力性を有する一枚の長尺の伸展材と、（ｂ）第１の状態で伸展材を巻き取って収納する収納部と、（ｃ）収納部から引き出されて第２の状態となった部分の伸展材の２つの側辺を互いに結合して、伸展材を閉断面の中空円筒構造の棒状体とする結合部とを備えた伸展構造物であることを要旨とする。
また、本発明の他の態様は、上記の伸展構造物を複数組合せてなるフレーム構造体であることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、１枚の長尺状の伸展材を用いて閉断面の中空円筒構造の棒状体を形成するようにしたため、簡易な構造で、強度の高い棒状体が得られる伸展構造物及びフレーム構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係る伸展構造物の構成を示す斜視図である。
【図２】伸展構造物の構成を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面で破断して伸展構造物を示す断面図である。
【図４】伸展構造物の変形例を示す斜視図である。
【図５】伸展材ガイドの構成を示す正面図である。
【図６】伸展構造物の動作を説明するための説明図であり、（ａ）は収納状態を示す断面図、（ｂ）は伸展状態を示す断面図、（ｃ）は収縮状態を示す断面図である。
【図７】伸展材の変形例を示す図であり（ａ）は伸展材の先端部を示す斜視図、（ｂ）は伸展材の先端部を示す正面図である。
【図８】伸展材の変形例を示す図であり（ａ）は伸展材の先端部を示す斜視図、（ｂ）は伸展材の先端部を示す正面図である。
【図９】伸展材の変形例を示す図であり（ａ）は伸展材の先端部を示す斜視図、（ｂ）は伸展材の先端部を示す正面図である。
【図１０】伸展構造物の変形例を示す断面図である。
【図１１】図１０の伸展材と歯車とを拡大して示す斜視図である。
【図１２】フレーム構造体の構成を示すための図であり、（ａ）は収縮状態を示す斜視図、（ｂ）は伸展状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態に係る伸展構造物について、図面を参照しつつ説明する。実施形態に係る伸展構造物は、棒状体の伸展や収縮を行う構造物であり、複数個を組み合わせることで、幾何学的形態を変形可能なフレーム構造体を実現するためのものである。
なお、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【０００９】
（構成）
実施形態に係る伸展構造物１は、図１〜図３に示すように、一枚の長尺の伸展材２と、伸展材２を巻き取って収納する収納部３と、収納部３から引き出された伸展材２の２つの側辺を互いに結合し、伸展材２を中空円筒構造の棒状体とする結合部４とを備えている。
（伸展材）
伸展材２は、図１に示すように、図１の右下に向かう方向を円筒の長手方向とし、その長手方向に沿って延びているスリットを有する円筒状に丸められている。すなわち、丸められた状態での横断面形状が、スリットに対応する一箇所が切り欠かれた不完全な円形状になっている。伸展材２の材料には、平らに弾性変形された状態（以下「第１の状態」とも呼ぶ）、及び弾性復帰により一箇所が切り欠かれた円形状の断面を有する状態（以下「第２の状態」とも呼ぶ）が実現可能な、弾力性を有する弾性材料が用いられている。弾性材料としては、例えば、繊維強化プラスチックが採用される。繊維強化プラスチックの基材としては、例えば、炭素繊維、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維、石英ガラス繊維を使用できる。また、繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等の熱硬化性樹脂を使用できる。
繊維強化プラスチックの繊維配向角は、例えば、±４５°の範囲とされ、伸展材２が、第２の状態と、後述する巻取りドラム１６に巻き取られた状態（以下、「第３の状態」とも呼ぶ）との２つの安定状態、つまり外力がなくても形状を保持可能な状態を有している。第３の状態では、第２の状態となったときに外周側になる面が半径方向に向けられる。
【００１０】
また、伸展材２の、伸展材２が第２の状態となったときに外周側になる面の２つの側辺のそれぞれには、長手方向の全長に連続して長尺平面状の第１の面ファスナ片５、６が設けられている。図１の例では、第１の面ファスナ片５、６は、伸展材２が第２の状態となったときに図１の右下に向かう方向に延びて図示されている。第１の面ファスナ片５、６としては、例えば、メス側の面ファスナ片のループと結合する多数のフックを有するオス側の面ファスナ片を用いる。なお、他の構成を採用してもよく、オス側の面ファスナ片のフックと結合する多数のループを有するメス側の面ファスナ片を用いる構成としてもよい。
なお、実施形態に係る伸展構造物１では、第１の面ファスナ片５、６を伸展材２の長手方向の全長に連続して設ける例を示したが、他の構成を採用してもよい。例えば、図４に示すように、第１の面ファスナ片８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、…、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ…を伸展材２の長手方向に間欠的に設ける構成としてもよい。
また、図１〜図３に示すように、伸展材２は、先端部の内部に薄い円柱状の先端キャップ７が同軸に取り付けられ先端部の外周が丸められている。先端キャップ７の円周は、伸展材２の横断面形状が一箇所が切り欠かれた円形状となるように、伸展材２の幅よりも若干大きく設定されている。また、先端キャップ７の中央には、円形孔が設けられている。
【００１１】
（収納部）
収納部３は、底板１１と、底板１１の両端部に設けられ、互いに平行に対向して配置され、底板１１とともにＵ字形状の構造体を構成する側板１２、１３とを有するＵ字状枠体１０を備えている。底板１１は、Ｕ字状枠体１０の開口部の方向（以下「伸展方向」とも呼ぶ）と反対方向に突出した台形状、つまり、Ｕ字形状の底部をなす形状となっている。底板１１には、円柱状のユニバーサルジョイント１４が一端に取り付けられている。ユニバーサルジョイント１４の他端、つまり、先端部の外周には凹溝１５が設けられている。
そして、凹溝１５を用いてユニバーサルジョイント１４の先端部を他の伸展構造物１に固定することで、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、複数の伸展構造物１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆを組み合わせたフレーム構造体７０を実現可能となっており、また、棒状体の伸縮に応じてユニバーサルジョイント１４が動くため、フレーム構造体７０の幾何学的形態が変形可能となっている。その際、図１〜図３に示すように、底板１１が台形状であり、角部の張り出しが少ないため、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示した伸展構造物１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ同士の物理的干渉が抑制される。
また、図１〜図３に示すように、収納部３は、側板１２、１３の間に巻取りドラム１６を備えている。巻取りドラム１６は、側板１２、１３によって回転自在に支持され、第１の状態の伸展材２を巻き取って、伸展材２を第３の状態（安定状態）として収納している。
【００１２】
また、実施形態に係る伸展構造物１は、図３に示すように、伸展材搬送部１７と、伸展材挟持部１８と、回転量検出部１９と、ファスナガイド２５とを更に備え、図１に示すように、側板２０、２１と、伸展材ガイド２２と、側板２３、２４と、変形抑制部２６とを更に備えている。図３に示した伸展材搬送部１７は、側板１２、１３の間で、且つ巻取りドラム１６よりも伸展方向側の位置に配置される。伸展材１７は、側板１２、１３によって回転自在に支持され、伸展材２を挟持する一対の駆動ローラ２７、２８を有している。
【００１３】
駆動ローラ２７、２８の外周表面には、摩擦係数が高いウレタン樹脂等の薄膜が形成されている。また、伸展材搬送部１７は、変速機構２９、ベルトドライブ機構３０及び歯車３１、３２を介して駆動ローラ２７、２８を駆動する駆動モータ３３を有している。駆動モータ３３は、後述する制御基板６０からの供給電力を基に駆動力を発生する。そして、駆動モータ３３に電力が供給され、駆動モータ３３が予め定められた方向（以下「順方向」とも呼ぶ）に回転されると、伸展材２が巻取りドラム１６から引き出され、引き出された伸展材２が伸展方向に搬送される。また、駆動モータ３３が逆方向に回転されると、伸展材２が伸展方向と反対方向に搬送され、伸展材２が巻取りドラム１６に巻き取られる。
【００１４】
図３に示す伸展材挟持部１８は、側板１２、１３の間で、且つ駆動ローラ２７、２８よりも伸展方向側の位置に配置される。伸展材挟持部１８は、側板１２、１３によって回転自在に支持され、伸展材２を挟持する一対の従動ローラ３４、３５を有している。従動ローラ３４、３５の外周表面には、摩擦係数が高いウレタン樹脂等の薄膜が形成されている。そして、伸展材２が搬送されると、従動ローラ３４、３５が搬送量に応じて回転される。
【００１５】
回転量検出部１９は、側板１２、１３の間に配置され、歯車３６、３７を介して従動ローラ３４の回転量を検出する。回転量検出部１９としては、例えば、ロータリーエンコーダを用いる。回転量検出部１９は、検出結果である回転量を制御基板６０に出力する。そして、制御基板６０に回転量が送信されると、回転量を基に棒状体としての伸展材２の伸展量が算出される。それゆえ、伸展材２の伸展量をより精度よく計測することができる。
ちなみに、例えば、回転量検出部１９で駆動ローラ２７、２８の回転量を検出する方法では、駆動ローラ２７、２８と伸展材２との間に滑りが発生すると、検出される値が実際の値よりも大きくなってしまい、伸展材２の伸展量の計測精度が低下する可能性がある。
なお、実施形態に係る伸展構造物１では、回転量検出部１９を用いて伸展材２の伸展量を得る例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、計測精度が要求されない場合には、リミットスイッチ等を用いて伸展材２の伸展量を得る構成としてもよい。
【００１６】
側板２０、２１は、側板１２、１３の間において、側板１２、１３と平行に配置され、伸展材２の伸展方向に突出して延びている。また、側板２０、２１は、一対の従動ローラ３４、３５の位置よりも伸展材２の伸展方向側で、且つ、伸展材２よりも伸展材２が第２の状態となった場合に第１の面ファスナ片５、６が向く方向（図３の上に向かう方向。以下、単に「上方」と呼ぶ。）側に局在している。側板２０、２１間の間隔は、後述する伸展材ガイド２２の四角柱状枠体４１の上下側部４４、４５の横幅とほぼ同一に設定されている。側板２０、２１は、図２に示すように、側板１２、１３のそれぞれに位置決めのスペーサ３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ、３８ｅ、３８ｆを介して取り付けられている。
【００１７】
伸展材ガイド２２は、側板２０、２１の伸展方向側の端部に取り付けられている。伸展材ガイド２２は、図５に示すように、中心軸が伸展方向と同じ方向に向けられ、互いに対向する側部からなる側部対の一方（以下「左右側部３９、４０」とも呼ぶ）が側板２０、２１に平行に配された薄い四角柱状枠体４１を有している。また、伸展材ガイド２２は、四角柱状枠体４１の左右側部３９、４０間に、先端キャップ７の直径とほぼ同一の距離を隔てて、回転自在に支持されたガイドローラ４２（広義には「押当部」）、ガイドローラ４３を有している。ガイドローラ４２は上方側に配置され、ガイドローラ４３は下方側に配置されている。さらに、側部対の他方（以下「上下側部４４、４５」とも呼ぶ）間に、先端キャップ７の直径とほぼ同一の距離を隔てて、回転自在に支持されたガイドローラ４６、４７を有している。そして、ガイドローラ４２、４３、４６、４７で囲まれた空間（以下、「ガイド空間」とも呼ぶ）４８の内部に伸展材２のうちの弾性復帰した部分が通され、ガイド空間４８（伸展材ガイド２２）内面が弾性復帰した部分の外周部と接している。
【００１８】
側板２３、２４は、側板２０、２１の間において、側板２０、２１と平行に配置され、伸展材２の伸展方向に延びている。また、側板２３、２４は、側板２０、２１の伸展方向の端部間で、且つ、伸展材２よりも上方側に局在している。側板２３、２４間の間隔は、第２の面ファスナ片４９の幅より若干大きく設定されている。側板２３、２４は、側板２０、２１それぞれにスペーサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ、５０ｆを介して取り付けられている。第２の面ファスナ片４９は、第１の面ファスナ片５、６と結合する一枚の長尺の面ファスナ片である。第２の面ファスナ片４９としては、例えば、第１の面ファスナ片５、６としてオス側の面ファスナ片を用いた場合、メス側の面ファスナ片を用いる。なお、第１の面ファスナ片５、６として、メス側の面ファスナ片を用いた場合には、第２の面ファスナ片４９としてオス側の面ファスナ片を用いる。
【００１９】
ファスナガイド２５は、図３に示すように、ファスナ片収納部５４と伸展材ガイド２２との間で、且つ、伸展材ガイド２２（ガイドローラ４２）と伸展材２との間の第２の面ファスナ片４９が挟み込まれる位置よりも伸展材２から上方に離れた位置に配置されている。図３に示したファスナガイド２５は、図１では側板２３、２４の間に位置し、側板２３、２４によって回転自在に支持される。ファスナガイド２５は、図５に示す第２の面ファスナ片４９を下方側から支持し、伸展材２から離れた位置に、第２の面ファスナ片４９を案内する。伸展材２の伸展時には、第２の面ファスナ片４９が伸展材ガイド２２（ガイドローラ４２）と伸展材２との間に挟み込まれる直前に、第２の面ファスナ片４９を上方に案内して、挟み込まれる位置で、第１の面ファスナ片５、６と第２の面ファスナ片４９とを接触させる。その結果、第１の面ファスナ片５、６と第２の面ファスナ片４９とを適切に結合できる。また、伸展材２の収縮時には、第２の面ファスナ片４９が伸展材ガイド２２と伸展材２との間を通過した直後に、第２の面ファスナ片４９を上方に案内する。そのため、第１の面ファスナ片５、６から第２の面ファスナ片４９をより適切に剥離できる。
【００２０】
図１〜図３に示した変形抑制部２６は、伸展材２の棒状体の部分に作用する力によって発生する、２つの安定状態の一方から他方へ変化している伸展材２の過渡状態にある部分の変形を抑制する。変形抑制部２６は、側板２０、２１のそれぞれに、伸展方向と下方との二方向に延びているＬ字の板状の外側変形抑制部５１、５２を備えている。外側変形抑制部５１、５２は、伸展材２が第２の状態となったときに外周側になる伸展材２の面に接している。そして、伸展材２の円筒状体の部分にスラスト方向の力が作用したときに、接触部分で伸展材２を支持して、外周側への伸展材２の座屈（変形）を抑制することができる。外側変形抑制部５１、５２の下端は、スペーサ５３を介して互いに連結されている。
【００２１】
また、変形抑制部２６は、側板２３、２４のそれぞれに、下方にのみ延びている長方形状の板状の内側変形抑制部５７、５８を備えている。内側変形抑制部５７、５８は、伸展材２が第２の状態となったときに内周側になる伸展材２の面に接している。そして、伸展材２の円筒状態（棒状体）の部分にスラスト方向（軸方向）の力が作用したときに、接触部分で伸展材２を支持し、内周側への伸展材２の座屈（変形）を抑制することができる。
【００２２】
さらに、変形抑制部２６は、側板２０、２１の間に、従動ローラ３４、３５よりも伸展方向側で、且つ、伸展材２の搬送経路よりも下方、つまり、収納部３に収納されたときに外周側になる伸展材２の面に対向する位置に、搬送される伸展材２とほぼ平行となるように配置された平板状の伸展材脱出防止板５９を備えている。そして、伸展材２の棒状体の部分にスラスト方向の力が作用し、伸展材２が下方へ座屈（変形）したときに、座屈（変形）した伸展材２を支持して、下方への伸展材２の脱出を防止可能となっている。
【００２３】
（結合部）
図１〜図３に示した結合部４は、側板２３、２４の間に、ファスナ片収納部５４を備えている。ファスナ片収納部５４は、側板２３、２４によって回転自在に支持され、第２の面ファスナ片４９を巻き取るファスナ片巻取りドラム５５を図３に示すように備えている。ファスナ片巻取りドラム５５は、第２の面ファスナ片４９を、ループを有する面を半径方向外側に向けて巻き取る。第２の面ファスナ片４９を巻き取る方向は、巻取りドラム１６が伸展材２を巻き取る方向と同一とする。すなわち、ファスナ片巻取りドラム５５は、第２の面ファスナ片４９をファスナ片巻取りドラム５５の下側から巻き取るようになっている。また、ファスナ片巻取りドラム５５の内部には、ファスナ片巻取りドラム５５に第２の面ファスナ片４９を巻き取る方向の回転力を付与する回転力付与部５６を備えている。回転力付与部５６としては、例えば、ゼンマイバネを採用できる。したがって、伸展材２の伸展時や収納時に、伸展材２の伸展速度や収納速度に応じて、第２の面ファスナ片４９の引き出しや巻取りが行われるため、構造を比較的簡単なものとすることができる。
【００２４】
また、ファスナ片巻取りドラム５５から引き出された第２の面ファスナ片４９は、伸展材ガイド２２が備えているガイドローラ４２と伸展材２との間に挟み込まれている。そして、伸展材２の伸展時には、伸展材ガイド２２のガイドローラ４２により、切り欠かれた円形状の横断面形状を有する伸展材２の第１の面ファスナ片５、６に、第２の面ファスナ片４９を押し当てて、伸展材２の切り欠き部分を順次塞ぐ。すなわち、伸展材２のうちの収納部３から引き出されて弾性復帰した部分において、伸展材２の２つの側片の第１の面ファスナ片５、６と第２の面ファスナ片４９とを結合して、伸展材２が閉断面の中空円筒構造となるように、第１の面ファスナ片５、６に第２の面ファスナ片４９を押し当てる。
その結果、伸展材ガイド２２を通過した伸展材２を、先端キャップ７と同一値の直径を有する円形状の閉断面の中空円筒構造の棒状体として、一次元的に伸展させることができる。したがって、伸展材２を伸展させるだけで、第１の面ファスナ片５、６と第２の面ファスナ片４９との結合が行われるため、構造を比較的簡単なものとすることができる。また、閉断面の中空円筒構造の棒状体とするため、強度の高い棒状体を得ることができる。
【００２５】
また、実施形態に係る伸展構造物１は、制御基板６０を備えている。制御基板６０は、底板１１と巻取りドラム１６との間に配置され、底板１１に取り付けられている。制御基板６０としては、例えば、arduino（登録商標）を用いる。制御基板６０は、パソコン等の外部機器と無線通信を行い、棒状体としての伸展材２の伸展量の制御指示を受信する。また、回転量検出部１９から出力される検出結果、つまり、従動ローラ３４の回転量を基に、棒状体としての伸展材２の伸展量を算出する。そして、外部機器からの制御指示に従い、伸展材２の伸展量の算出結果に基づき、駆動モータ３３への供給電力を制御する。
【００２６】
（動作）
次に、実施形態に係る伸展構造物１の動作について説明する。
まず、伸展材２が収納状態にある場合について説明する。伸展材２が収納状態にある場合には、図６（ａ）に示すように、伸展材２のほとんどの部分が、巻取りドラム１６に巻き取られて第３の状態となっている。また、伸展材２の先端部が、図５のようにガイド空間４８を構成している伸展材ガイド２２内に位置している。さらに、伸展材２の先端部の第１の面ファスナ片５、６には、第２の面ファスナ片４９の先端部が結合されている。
次に、外部機器から伸展材２の伸展量を増大させる制御指示があった場合を説明する。伸展材２の伸展量を増大させる制御指令があると、その制御指示に従って、制御基板６０が駆動モータ３３への供給電力を制御し、駆動モータ３３が順方向に回転される。駆動モータ３３が順方向に回転されると、図６（ｂ）に示すように、巻取りドラム１６から伸展材２が順次引き出され、引き出された伸展材２が、伸展方向に搬送されて弾性復帰した状態とされ、伸展材ガイド２２が構成しているガイド空間４８内を順次通過させられる。
【００２７】
その際、第２の面ファスナ片４９も、ファスナ片巻取りドラム５５から第２の面ファスナ片４９が順次引き出される。引き出された第２の面ファスナ片４９が、伸展方向に搬送され、ファスナガイド２５で伸展材２の上方に案内された後、伸展材２とガイドローラ４２との間に挟み込まれる。そして、第１の面ファスナ片５、６のフックが第２の面ファスナ片４９のループに接合され、第１の面ファスナ片５、６と第２の面ファスナ片４９とが結合される。そして、伸展材２の２つの側辺が互いに結合され、伸展材２の横断面の切り欠きが第２の面ファスナ片４９で覆われる。その結果、伸展材２が、伸展材ガイド２２内の通過後に、閉断面の中空円筒形状の棒状体になって、伸展方向に一次元的に伸展する。
【００２８】
次に、外部機器から伸展材２の伸展量を減少させる制御指示があった場合を説明する。伸展材２の伸展量を減少させる制御指示があると、その制御指示に従って、制御基板６０が駆動モータ３３への供給電力を制御し、駆動モータ３３が逆回転される。駆動モータ３３が逆回転されると、図６（ｃ）に示すように、ガイド空間４８を構成している伸展材ガイド２２内に、伸展方向と反対方向から弾性復帰した状態の伸展材２が順次通過させられる。伸展材ガイド２２を通過した伸展材２は、ファスナガイド２５により、第１の面ファスナ片５、６から第２の面ファスナ片４９が剥がされ、互いに結合された伸展材２の２つの側辺が離間され、離間された２つの側辺間の距離が増大され、伸展方向と反対方向に搬送される。そして、反対方向へ搬送され、棒状体であった伸展材２が、第１の状態とされた後、巻取りドラム１６に巻き取られて、伸展方向と反対方向に一次元的に収縮する。
【００２９】
以上説明したように、実施形態に係る伸展構造物１は、横断面形状として一箇所が切り欠かれた円形状で、弾力性を有する一枚の長尺の伸展材２を備える。そして、伸展材２を第１の状態で伸展材２を巻き取って収納する収納部３と、伸展材２を閉断面の中空円筒構造の棒状体とする結合部４とを備える。また、結合部４は、伸展材２のうちの収納部３から引き出されて弾性復帰した部分の２つの側辺を互いに結合する。それゆえ、１枚の長尺状の伸展材２を用いて閉断面の中空円筒構造の棒状体が形成されるため、簡易な構造で、強度の高い棒状体が得られる伸展構造物１を提供することができる。そのため、伸展材２の先端に他の伸展構造物１を取り付けて上方等に移動させることができる。したがって、より多様な構成のフレーム構造体７０を組成することができ、例えば、写実的な立体形状を動的に表現可能なフレーム構造体７０を実現することができる。
【００３０】
また、結合部４は、伸展材２の２つの側辺に長手方向に沿って設けられた第１の面ファスナ片５、６と、第１の面ファスナ片５、６と結合する一枚の長尺の第２の面ファスナ片４９とを備える。結合部４は、更に、伸展材２が閉断面の中空円筒構造となるように、第１の面ファスナ片５、６に第２の面ファスナ片４９を押し当てるガイドローラ４２を備える。そして、ガイドローラ４２は、伸展材２のうちの収納部３から引き出されて弾性復帰した部分において、伸展材２の２つの側片の第１の面ファスナ片５、６と第２の面ファスナ片４９とを結合して、伸展材２を閉断面の中空円筒構造とする。それゆえ、伸展材２の伸展時に、伸展材２の外周面からの第１の面ファスナ片５、６や第２の面ファスナ片４９の突出量を低減でき、正円柱が延びているように見せることができる。そのため、フレーム構造体７０をより適切に表現でき、特に、美術の分野で好ましい表現が可能となる。
【００３１】
（変形例）
（１）なお、実施形態では、結合部４として、第１の面ファスナ片５、６と、伸展材２と別体の第２の面ファスナ片４９とを用いる例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、図７（ａ）（ｂ）に示すように、伸展材２が第２の状態となったときに外周側に位置する面の一方の側辺に第３の面ファスナ片６１を設け、他方の側辺に第３の面ファスナ片６１と結合可能な第４の面ファスナ片６２を設ける構成としてもよい。この場合、伸展材２が伸展する際に、第３の面ファスナ片６１に第４の面ファスナ片６２を押し付けて結合させる構成とする。このようにすれば、伸展材２と別体の面ファスナ片が必要なく、部品点数を低減できるため、より簡易な構造とすることができる。
また、例えば、図８（ａ）（ｂ）に示すように、伸展材２の２つの側辺それぞれに外向きに張り出した耳部６３、６４を設け、耳部６３、６４それぞれに第５の面ファスナ片６５、及び第５の面ファスナ片６５と結合可能な第６の面ファスナ片６６を設ける構成としてもよい。この場合、伸展材２が伸展する際に、第５の面ファスナ片６５と第６の面ファスナ片６６とを互いに押し付けて結合させる構成とする。このようにすれば、伸展材２と別体の面ファスナ片が必要なく、より簡易な構造とすることができる。
さらに、例えば、図９（ａ）（ｂ）に示すように、伸展材２の２つの側辺それぞれに長手方向に沿って並べて取り付けたエレメント６７、６８と、エレメント６７、６８を噛み合わせるスライダ６９とからなる線ファスナを用いる構成としてもよい。この場合、伸展材ガイド２２にスライダ６９を固定しておき、伸展材２が伸展する際に、エレメント６７とエレメント６８とを互いに結合させる構成とする。このようにすれば、伸展材２と別体の面ファスナ片が必要なく、より簡易な構造とすることができる。
【００３２】
（２）また、実施形態では、例えば、駆動ローラ２７、２８で伸展材２を搬送する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、図１０及び図１１に示すように、伸展材２の幅方向中央部に長手方向に沿って一定間隔の穴７２を設け、駆動ローラ２７の中央部に穴７２と同一間隔に形成された歯を有するスプロケット７３（歯車）を設け、伸展材２の穴７２にスプロケット７３の歯を引っ掛けて、スプロケット７３を回転させることで伸展材２を搬送する構成としてもよい。この場合、回転量検出部１９が、駆動ローラ２７の回転量を検出する構成とする。このようにすれば、伸展材挟持部１８、駆動ローラ２８、歯車３１、３２、３６、３７が必要なく、部品点数を低減できるため、より簡易な構造とすることができる。また、駆動ローラ２７、２８と伸展材２との間に滑りが発生しないため、伸展材２の伸展量をより精度よく計測することができる。
【００３３】
（フレーム構造体の構成例）
次に、複数の伸展構造物１からなるフレーム構造体の構成例について説明する。
図１２（ａ）（ｂ）に示すように、実施形態に係るフレーム構造体７０は、複数の伸展構造物１が多面体の各辺に配置されてなる構造体である。図１２（ａ）（ｂ）の例では、６個の伸展構造物１（以下、「伸展構造物１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ」とも呼ぶ）を備え、各伸展構造物１ａ〜１ｆが三角錐の各辺に配置されることで、幾何学的形状を変形可能な三角錐形状のフレーム構造体７０が構成されている。また、各伸展構造物１ａ〜１ｆの伸展材２（以下、「伸展材２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ」とも呼ぶ）の先端部と、他の伸展構造物１ａ〜１ｆとは、任意の方向に回転自在なジョイント部７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄを介して結合されている。そして、図１２（ａ）に示すように、各伸展材２ａ〜２ｆを収縮することで、フレーム構造体７０が表す幾何学的形状（三角錐形状）を縮小可能となっている。また、図１２（ｂ）に示すように、各伸展材２ａ〜２ｆを伸展することで、フレーム構造体７０が表す三角錐形状を拡大可能となっている。
【符号の説明】
【００３４】
１，１ａ〜１ｆ…伸展構造物、２，２ａ〜２ｆ…伸展材、３…収納部、４…結合部、５…第１の面ファスナ片、６…第１の面ファスナ片、７…先端キャップ、８ａ〜８ｆ，９ａ〜９ｆ…第１の面ファスナ片、１０…Ｕ字状枠体、１１…底板、１２，１３…側板、１４…ユニバーサルジョイント、１５…凹溝、１６…巻取りドラム、１７…伸展材搬送部、１８…伸展材挟持部、１９…回転量検出部、２０，２１…側板、２２…伸展材ガイド、２３，２４…側板、２５…ファスナガイド、２６…変形抑制部、２７、２８…駆動ローラ、２９…変速機構、３０…ベルトドライブ機構、３１，３２…歯車、３３…駆動モータ、３４，３５…従動ローラ、３６、３７…歯車、３８ａ〜３８ｆ…スペーサ、３９，４０…左右側部、４１…四角柱状枠体、４２，４３…ガイドローラ、４４，４５…上下側部、４６、４７…ガイドローラ、４８…ガイド空間、４９…第２の面ファスナ片、５０ａ〜５０ｆ…スペーサ、５１、５２…外側変形抑制部、５３…スペーサ、５４…ファスナ片収納部、５５…ファスナ片巻取りドラム、５６…回転力付与部、５７、５８…内側変形抑制部、５９…伸展材脱出防止板、６０…制御基板、６１…第３の面ファスナ片、６２…第４の面ファスナ片、６３，６４…耳部、６５…第５の面ファスナ片、６６…第６の面ファスナ片、６７，６８…エレメント、６９…スライダ、７０…フレーム構造体、７１ａ〜７１ｄ…ジョイント部、７２…穴、７３…スプロケット
【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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