JP2010286051A - 弾性構造体及び瞬発力発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可撓性を確保しながら小型化・軽量化を図ることができる弾性構造体及び瞬発力発生装置を提供する。
【解決手段】弾性構造体１は、２つ以上の弾性体２と、連結剛体３，４と、第１の固定剛体５と、第２の固定剛体６とを備えている。２つ以上の弾性体２は、第１の方向Ｘに並んで配置され、第１の方向Ｘと直交する第２の方向Ｙと平行な軸周りに捩れ変形可能になっている。連結剛体３，４は、弾性体２間を連結する。第１の固定剛体５は、第１の方向Ｘの一端に位置する弾性体２Ａに接合される連結剛体４の接合部とは、第２の方向Ｙに直交する方向で重ならない位置で、弾性体２Ａに接合される。第２の固定剛体６は、第１の方向Ｘの他端に位置する弾性体２Ｂに接合される連結剛体４の接合部とは、第２の方向Ｙに直交する方向で重ならない位置で、弾性体２Ｂに接合される。
【選択図】図１

Description

本発明は、飛び移り座屈が生じる弾性構造体及びその弾性構造体を用いて瞬発力を発生させる瞬発力発生装置に関する。

従来の瞬発力を発生させる装置としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。特許文献１には、エアーシリンダを利用して瞬発力を発生させる技術が記載されている。この特許文献１に記載された技術では、エアーシリンダを用いて大きな瞬発力を得ることができるが、装置全体が大型化し、重量が大きなものになってしまう。

瞬発力を発生させるその他の装置としては、例えば、特許文献２に記載されているようなものがある。特許文献２には、直動ばねを圧縮させて得た弾性エネルギと、偏心カムを利用して瞬発力を発生させる技術が記載されている。この特許文献２に記載された技術では、力を蓄積するためのモータを小さくできるため、小型化及び軽量化が可能であるが、大きな瞬発力を得ることが困難であった。

そこで、装置全体の小型化を図りながら大きな瞬発力を得るために、柔軟物（弾性体）の力学的機能を利用した瞬発力発生装置が開発されている。この柔軟物の力学的機能を利用した瞬発力発生装置としては、非特許文献１に記載されているようなものがある。非特許文献１には、帯状の弾性体を撓ませて飛び移り座屈を発生させることにより、弾性エネルギを開放して瞬発力を発生させる技術が記載されている。

特開２００４−９１６７号公報 特開２００７−１２０６９２号公報

望山他：閉ループ柔軟カタパルトによるインパルス型遊泳ロボット、ロボティクス・メカトロニクス講演会２００７講演論文集、２Ｐ１−Ａ０９．２００７．

非特許文献１に記載された瞬発力発生装置において大きな瞬発力を得るには、帯状の弾性体の厚みを厚くして、弾性体に蓄えられる弾性エネルギを増加させる必要がある。しかしながら、帯状の弾性体の厚みを厚くすると、弾性体が撓み難くなり、飛び移り座屈が発生するまで弾性体を弾性（撓み）変形させることが困難になる。

また、帯状の弾性体の厚みを厚くしながら可撓性を確保するには、帯状の弾性体の長手方向の長さを長くする必要がある。したがって、帯状の弾性体の厚みを厚くしながら可撓性を確保すると、帯状の弾性体が大型化し、重量が大きなものになってしまうという問題が生じる。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、可撓性を確保しながら小型化・軽量化を図ることができる弾性構造体及び瞬発力発生装置を提供することを目的とする。

本発明の弾性構造体は、２つ以上の弾性体と、連結剛体と、第１の固定剛体と、第２の固定剛体とを備えている。２つ以上の弾性体は、第１の方向に並んで配置され、第１の方向に直交する第２の方向と平行な軸周りに捩れ変形可能になっている。連結剛体は、２つ以上の弾性体間を連結する。第１の固定剛体は、第１の方向の一端に位置する弾性体に接合される。この第１の固定剛体が接合される位置は、第１の方向の一端に位置する弾性体に接合される連結剛体の接合部とは、第２の方向に直交する方向で重ならない。第２の固定剛体は、第１の方向の他端に位置する弾性体に接合される。この第２の固定剛体が接合される位置は、第１の方向の他端に位置する弾性体に接合される連結剛体の接合部とは、第２の方向に直交する方向で重ならない。そして、弾性構造体は、２つ以上の弾性体が捩れ変形して撓むことにより、飛び移り座屈を発生する。

本発明の瞬発力発生装置は、弾性構造体と、支持部材と、回動手段とを備えている。弾性構造体は、２つ以上の弾性体と、連結剛体と、第１の固定剛体と、第２の固定剛体とを備えている。２つ以上の弾性体は、第１の方向に並んで配置され、第１の方向に直交する第２の方向と平行な軸周りに捩れ変形可能になっている。連結剛体は、２つ以上の弾性体間を連結する。第１の固定剛体は、第１の方向の一端に位置する弾性体に接合される。この第１の固定剛体が接合される位置は、第１の方向の一端に位置する弾性体に接合される連結剛体の接合部とは、第２の方向に直交する方向で重ならない。第２の固定剛体は、第１の方向の他端に位置する弾性体に接合される。この第２の固定剛体が接合される位置は、第１の方向の他端に位置する弾性体に接合される連結剛体の接合部とは、第２の方向に直交する方向で重ならない。

支持部材は、弾性構造体の第１の固定剛体を固定して支持し、且つ、第２の固定剛体を回動可能に支持する。回動手段は、第２の固定剛体を回動させる。回動手段によって第２の固定剛体を回動すると、弾性構造体は、２つ以上の弾性体が捩れ変形することにより撓み、飛び移り座屈を発生させて弾性エネルギを開放し、瞬発力を発生させる。

本発明の弾性構造体及び瞬発力発生装置では、２つ以上の弾性体が捩れ変形することにより、弾性構造体全体が撓むようになっている。そのため、弾性構造体の可撓性を容易に確保することができ、飛び移り座屈を発生させることによって瞬発力を得ることができる。

また、弾性構造体は、２つ以上の弾性体が捩れ変形することによって弾性エネルギを蓄え、飛び移り座屈により開放して瞬発力を発生させる。そのため、可撓性を確保しながら弾性エネルギを高めることができる。その結果、同程度の瞬発力を発生させる帯状の弾性部材（非特許文献１参照）よりも、小型化・軽量化を図ることができる。

本発明の弾性構造体によれば、可撓性を確保しながら小型化・軽量化を図ることができる。そして、この弾性構造体を用いた瞬発力発生装置の瞬発力を確保しながら小型化・軽量化を図ることができる。

本発明の弾性構造体の第１の実施の形態の斜視図である。 本発明の弾性構造体の第１の実施の形態の分解斜視図である。 本発明の弾性構造体の第２の実施の形態の斜視図である。 本発明の弾性構造体の第３の実施の形態の斜視図である。 本発明の弾性構造体の第４の実施の形態の斜視図である。 本発明の瞬発力発生装置の一実施形態の斜視図である。 本発明の瞬発力発生装置の一実施形態に係る弾性構造体を飛び移り座屈が発生する直前の形状にした状態の説明図である。 本発明の瞬発力発生装置の一実施形態に係る弾性構造体の飛び移り座屈によって瞬発力を発生させた状態の説明図である。

以下、本発明の弾性構造体及び瞬発力発生装置の実施の形態例について、図面を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。

１．弾性構造体の第１の実施の形態
まず、本発明の弾性構造体の第１の実施の形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１は、本発明の弾性構造体の第１の実施の形態の斜視図である。図２は、本発明の弾性構造体の第１の実施の形態の分解斜視図である。

弾性構造体１は、略長方形の帯状に形成されている。以下、弾性構造体１の長手方向を第１の方向Ｘとし、短手方向を第２の方向Ｙとする。また、弾性構造体１の厚み方向を第３の方向Ｚとする。

弾性構造体１は、第１の方向Ｘに並ぶ複数の弾性体２と、複数の弾性体２間を連結する第１の連結剛体３及び第２の連結剛体４と、第１の方向Ｘの一端に設けられた第１の固定剛体５と、第１の方向Ｘの他端に設けられた第２の固定剛体６とを備えている。この弾性構造体１は、各弾性体２の捩れ変形によって全体が撓み、飛び移り座屈が発生するようになっている。

複数の弾性体２は、それぞれ長方形の平板状に形成されたばね材からなっている。各弾性体２の長辺２ａ，２ｂは、第２の方向Ｙに沿って延びており、短辺２ｃ，２ｄが第３の方向Ｚに沿って延びている。つまり、複数の弾性体２は、平面が第１の方向Ｘに直交するように並んでいる。そして、各弾性体２は、第２の方向Ｙと平行な軸周りに捩れ変形可能となっている。

弾性体２の材質としては、例えば、熱処理ばね鋼ＳＵＰ（例えば、Ｓｉ−Ｍｎ鋼、Ｍｎ−Ｃｒ鋼、Ｓｉ−Ｍｎ−Ｃｒ鋼、高合金鋼等）を挙げることができる。また、弾性体２には、熱処理ばね鋼ＳＵＰだけでなく、炭素工具鋼（ＳＫ）、合金工具鋼（ＳＫＳ，ＳＫＤ）、高速度工具鋼（ＳＫＨ）、みがき帯鋼、みがき特殊帯鋼、焼入れリボン鋼等を用いることもできる。

第１の連結剛体３と第２の連結剛体４は、複数の弾性体２間に交互に介在されており、弾性体２を挟んで第１の方向Ｘに隣り合っている。例えば、第１の方向Ｘに隣り合う連結剛体が、互いに第２の方向Ｙに直交する方向（第１の方向Ｘ及び第３の方向Ｚを含む）で重なる位置において各弾性体２に接合されると、各弾性体２が第２の方向Ｙと平行な軸周りに捩れ変形することが不可能になる。そのため、第１の連結剛体３と第２の連結剛体４は、互いに第２の方向Ｙに直交する方向で重ならない位置において各弾性体２に接合されている。

第１の連結剛体３と第２の連結剛体４は、共通の部材となる接合ブロック８によって構成されている。すなわち、第１の連結剛体３は、隣り合う弾性体２を第２の方向Ｙの中間部で連結する接合ブロック８からなっている。第２の連結剛体４は、隣り合う弾性体２を第２の方向Ｙの両端部で連結する一対の接合ブロック８，８から構成されている。

接合ブロック８は、四角形の筒状に形成されており、軸孔を第２の方向Ｙに向けた姿勢で配置される。この接合ブロック８は、第１の方向Ｘに対向する側面部８ａ，８ｂと、第３の方向Ｚに対向する上面部８ｃ及び下面部８ｄを有している。接合ブロック８の側面部８ａ，８ｂは、隣り合う弾性体２の平面にそれぞれ接合される。

側面部８ａ，８ｂの第３の方向Ｚの長さは、弾性体２の短辺２ｃ，２ｄの長さと等しくなっている。したがって、側面部８ａ，８ｂは、対向する弾性体２の平面において、第３の方向Ｚの一端から両端までの範囲に面接触している。

接合ブロック８の材質としては、適当な強度を有する鋼鉄、ステンレス鋼材、アルミニウム鋼材などの金属材料を挙げることができる。また、接合ブロック８には、適当な強度を有する合成樹脂を用いることもできる。接合ブロック８と弾性体２との接合方法としては、例えば、溶接、ビス固定、かしめ固定及び接着剤などを挙げることができる。

第１の固定剛体５は、第１の連結剛体３と同様に、接合ブロック８からなっている。この第１の固定剛体５は、複数の弾性体２のうちの、第１の方向Ｘの一端に位置する弾性体２Ａの一方の平面に固定されている。この弾性体２Ａの他方の平面には、第２の連結剛体４が接合される。そのため、第１の固定剛体５は、弾性体２Ａの一方の平面において、第２の方向Ｙの中間部に接合され、第２の連結剛体４の接合部と第１の方向Ｘで重ならないようになっている。

第２の固定剛体６は、第１の連結剛体３と同様に、接合ブロック８からなっている。この第１の固定剛体５は、複数の弾性体２のうちの、第１の方向Ｘの他端に位置する弾性体２Ｂに固定されている。この弾性体２Ｂの一方の平面には、第２の連結剛体４が接合される。そのため、第２の固定剛体６は、弾性体２Ｂの他方の平面において、第２の方向Ｙの中間部に接合され、第２の連結剛体４の接合部と第１の方向Ｘで重ならないようになっている。

次に、弾性構造体１の作用について説明する。例えば、弾性構造体１が第３の方向Ｚの一側（図１において下方）に凸となる略Ｕ字状に撓む場合に、複数の弾性体２は、それぞれの長辺２ａが互いに接近し、且つ、それぞれの長辺２ｂが離反するように捩れ変形する。この状態において、各弾性体２には、弾性エネルギが蓄えられ、その弾性エネルギは、飛び移り座屈が発生することにより開放される。

本実施の形態の弾性構造体１によれば、複数の弾性体２が第２の方向Ｙと平行な軸回りに捩れ変形することにより第３の方向Ｚに撓むことができる。したがって、可撓性を容易に確保することができ、飛び移り座屈を発生することができる。また、弾性構造体１によれば、複数の弾性体２が捩れ変形することによって弾性エネルギが蓄えられるため、可撓性を確保しながら弾性エネルギを高めることができる。その結果、同程度の弾性エネルギを蓄えることが可能な帯状の弾性部材よりも小型化・軽量化を図ることができる。

本実施の形態の弾性構造体１では、複数（３つ以上）の弾性体２を用いる構成とした。しかしながら、本発明の弾性構造体としては、少なくとも２つ以上の弾性体を設ければ、飛び移り座屈を発生することができる。例えば、１つの弾性体と、この弾性体に接合される２つの固定剛体で構成された弾性構造体は、単なる捩じりばねとして作用することになり、飛び移り座屈が発生しない。

本実施の形態の弾性構造体１では、第２の連結剛体４が弾性体２に対して２つの接合部を有する構成とした。しかしながら、本発明に係る第２の連結剛体としては、弾性体に対して少なくとも１つの接合部があればよい。なお、弾性構造体１のように、各弾性体２において、捩れ変形の中心軸と平行な方向（第２の方向Ｙ）の両端部とその中間部に接合部を設けると、弾性構造体を撓ませたときに生じ得る、捩れ変形の中心軸の第２の方向Ｙに対するずれを抑制することができる。その結果、飛び移り座屈を生じさせるのに適した弾性体の変形を維持でき、飛び移り座屈によって得られる瞬発力を効率よく発生させることができる。

本実施の形態の弾性構造体１では、第１及び第２の連結剛体３，４と第１及び第２の固定剛体５，６を、共通の部材（接合ブロック８）から構成した。これにより、使用する部品の種類を削減して、生産効率の向上を図ることができる。しかしながら、本発明の弾性構造体としては、第１及び第２の連結剛体と第１及び第２の固定剛体を、それぞれ別の部材から構成することもできる。また、弾性構造体１では、２つの接合ブロック８，８によって第２の連結剛体４を構成したが、本発明に係る第２の連結剛体としては、１つの部材によって形成してもよい。

本実施の形態の弾性構造体１では、第１の方向Ｘの両端に位置する弾性体２Ａ，２Ｂに第２の連結剛体４が接合される構成とした。しかしながら、本発明の弾性構造体としては、両端に位置する弾性体に第１の連結剛体３が接合される構成にすることもできる。その場合には、第１及び第２の固定剛体を、両端に位置する弾性体における第２の方向Ｙの両端部に接合される構成にする。

２．弾性構造体の第２の実施の形態
次に、本発明の弾性構造体の第２の実施の形態について、図３を参照して説明する。
図３は、本発明の弾性構造体の第２の実施の形態の斜視図である。

弾性構造体１１は、飛び移り座屈が発生する直前の形状が略Ｍ字状に撓むことを前提として構成されている。この弾性構造体１１は、略長方形の帯状に形成されている。以下、弾性構造体１１の長手方向を第１の方向Ｘとし、短手方向を第２の方向Ｙとする。また、弾性構造体１１の厚み方向を第３の方向Ｚとする。

弾性構造体１１は、第１の実施の形態の弾性構造体１（図１参照）と同様の構成を有している。この弾性構造体１１が弾性構造体１と異なるところは、第３の連結剛体１２Ａ，１２Ｂを備えることである。そのため、ここでは、第３の連結剛体１２Ａ，１２Ｂについて説明し、弾性構造体１と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。

第３の連結剛体１２Ａ，１２Ｂは、第１の連結剛体３及び第２の連結剛体４よりも第１の方向Ｘの長さが長くなっている。これら第３の連結剛体１２Ａ，１２Ｂは、弾性構造体１１が略Ｍ字状に撓んだ形状において湾曲しない部分、つまり、撓み変形を必要としない部分に配置されている。これにより、第３の連結剛体１２Ａ，１２Ｂは、複数の弾性体２を第１の弾性体群１３、第２の弾性体群１４及び第３の弾性体群１５の３つのグループに分けている。

第１の弾性体群１３は、弾性構造体１１における第１の方向Ｘの一端に位置している。この第１の弾性体群１３は、４つの弾性体２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄからなり、第１の連結剛体３及び第２の連結剛体４によって連結されている。第１の弾性体群１３の弾性体２Ａは、複数の弾性体２における第１の方向Ｘの一端に位置する。また、弾性体２Ｄには、第３の連結剛体１２Ａが接合される。

第２の弾性体群１４は、弾性構造体１１の中央部に位置している。この第２の弾性体群１４は、４つの弾性体２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ，２Ｈからなり、第１の連結剛体３及び第２の連結剛体４によって連結されている。第２の弾性体群１４の弾性体２Ｅには、第３の連結剛体１２Ａが接合され、弾性体２Ｈには、第３の連結剛体１２Ｂが接合される。

第３の弾性体群１５は、弾性構造体１１における第１の方向Ｘの他端に位置している。この第３の弾性体群１５は、４つの弾性体２Ｉ，２Ｊ，２Ｋ，２Ｌからなり、第１の連結剛体３及び第２の連結剛体４によって連結されている。第３の弾性体群１５の弾性体２Ｌは、複数の弾性体２における第１の方向Ｘの他端に位置する。また、弾性体２Ｉには、第３の連結剛体１２Ｂが接合される。

第３の連結剛体１２Ａは、弾性体２Ｄ，２Ｅにそれぞれ接合される接合ブロック８，８と、これら接合ブロック８，８間を連結する連結ブロック１７から構成されている。第３の連結剛体１２Ａは、弾性体２Ｄ，２Ｅを挟んで第２の連結剛体４と隣り合っている。そのため、第３の連結剛体１２Ａの接合ブロック８，８は、弾性体２Ｄ，２Ｅにおける第２の方向Ｙの中間部に接合されている。

第３の連結剛体１２Ｂは、弾性体２Ｈ，２Ｉにそれぞれ接合される接合ブロック８，８と、これら接合ブロック８，８間を連結する連結ブロック１７から構成されている。第３の連結剛体１２Ｂは、弾性体２Ｈ，２Ｉを挟んで第２の連結剛体４と隣り合っている。そのため、第３の連結剛体１２Ｂの接合ブロック８，８は、弾性体２Ｈ，２Ｉにおける第２の方向Ｙの中間部に接合されている。

本実施の形態の弾性構造体１１によれば、複数の弾性体２（２Ａ〜２Ｌ）が第２の方向Ｙと平行な軸回りに捩れ変形することにより第３の方向Ｚに撓むことができる。したがって、可撓性を容易に確保することができ、飛び移り座屈を発生することができる。また、弾性構造体１と同様に、小型化・軽量化を図ることができる。

本実施の形態の弾性構造体１１によれば、飛び移り座屈が発生する直前の形状において、撓み変形を必要としない部分に第３の連結剛体１２Ａ，１２Ｂを配置した。つまり、撓み変形を必要としない部分に基づいて連結剛体の第１の方向Ｘの長さを決定した。その結果、第１の実施の形態の弾性構造体１よりもさらに軽量化を図ることができる。

本実施の形態の弾性構造体１１では、第３の連結剛体１２Ａ，１２Ｂにより、撓み変形を必要としない部分を２箇所設ける構成とした。しかしながら、本発明に係る弾性構造体としては、撓み変形を必要としない部分を１箇所設ける構成としてもよく、また、３箇所以上設ける構成としてもよい。

本実施の形態の弾性構造体１１では、第１の弾性体群１３、第２の弾性体群１４及び第３の弾性体群１５を、それぞれ４つの弾性体によって構成した。しかしながら、本発明に係る弾性体群は、２つ又は３つの弾性体によって構成してもよく、また、５つ以上の弾性体によって構成してもよい。

本実施の形態の弾性構造体１１では、２つの接合ブロック８，８と、連結ブロック１７によって第３の連結剛体１２Ａ，１２Ｂを構成した。しかしながら、本発明に係る第３の連結剛体としては、１つの部材から形成することもできる。

３．弾性構造体の第３の実施の形態
次に、本発明の弾性構造体の第３の実施の形態について、図４を参照して説明する。
図４は、本発明の弾性構造体の第３の実施の形態の斜視図である。

弾性構造体２１は、略長方形の帯状に形成されている。以下、弾性構造体２１の長手方向を第１の方向Ｘとし、短手方向を第２の方向Ｙとする。また、弾性構造体２１の厚み方向を第３の方向Ｚとする。この第３の方向Ｚは、本発明に係る所定の方向に対応する。

弾性構造体２１は、第１の方向Ｘに並ぶ複数の弾性体２と、第１の連結剛体２３及び第２の連結剛体２４と、第１の固定剛体２５と、第２の固定剛体２６とを備えている。この弾性構造体２１は、各弾性体２の捩れ変形によって全体が撓み、飛び移り座屈が発生するようになっている。

各弾性体２の長辺２ａ，２ｂは、第２の方向Ｙに沿って延びており、短辺２ｃ，２ｄが第１の方向Ｘに沿って延びている。つまり、複数の弾性体２は、平面が第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙと平行になるように並んでいる。言い換えれば、複数の弾性体２は、平面が第３の方向Ｚに直交するように並んでいる。そして、各弾性体２は、第２の方向Ｙと平行な軸周りに捩れ変形可能となっている。

第１の連結剛体２３と第２の連結剛体２４は、複数の弾性体２間に交互に介在されており、複数の弾性体２の一方の平面側で第１の方向Ｘに隣り合っている。これら第１の連結剛体２３と第２の連結剛体２４は、各弾性体２の一方の平面に接合されている。そして、第１の連結剛体２３と第２の連結剛体２４の接合部は、第２の方向Ｙと直交する方向で互いに重ならないようになっている。なお、第１の方向Ｘに隣り合う第１の連結剛体２３と第２の連結剛体２４は、一部が第２の方向Ｙで重なっている。

第１の連結剛体２３と第２の連結剛体２４は、共通の部材となる接合ブロック２８によって構成されている。すなわち、第１の連結剛体２３は、隣り合う弾性体２を第２の方向Ｙの中間部で連結する接合ブロック２８からなっている。第２の連結剛体２４は、隣り合う弾性体２を第２の方向Ｙの両端部で連結する一対の接合ブロック２８，２８から構成されている。

接合ブロック２８は、略Ｃ字状に折り曲げられた部材からなっている。この接合ブロック２８は、第１の方向Ｘに延びる長方形の上面部２８ａと、この上面部２８ａの２つの長辺にそれぞれ連続して略垂直に突出する側面部２８ｂ，２８ｃを有している。上面部２８ａにおける第１の方向Ｘの両端部は、隣り合う弾性体２の一方の平面にそれぞれ接合される。なお、上面部２８ａは、対向する弾性体２の一方の平面において、第１の方向Ｘの一端から両端までの範囲に面接触する。

接合ブロック２８の材質としては、第１の実施の形態に係る接合ブロック８と同様に、適当な強度を有する鋼鉄、ステンレス鋼材、アルミニウム鋼材などの金属材料や、適当な強度を有する合成樹脂を挙げることができる。また、接合ブロック２８と弾性体２との接合方法としては、例えば、溶接、ビス固定、かしめ固定及び接着剤などを挙げることができる。

第１の固定剛体２５は、第１の連結剛体２３と同様に、接合ブロック２８からなっている。この第１の固定剛体２５は、複数の弾性体２のうちの、第１の方向Ｘの一端に位置する弾性体２Ａに固定されている。この弾性体２Ａには、第２の連結剛体２４が接合される。そのため、第１の固定剛体２５は、弾性体２Ａの一方の平面において、第２の方向Ｙの中間部に接合され、第２の連結剛体２４の接合部と第１の方向Ｘで重ならないようになっている。

第２の固定剛体２６は、第１の連結剛体２３と同様に、接合ブロック２８からなっている。この第２の固定剛体２６は、複数の弾性体２のうちの、第１の方向Ｘの一端に位置する弾性体２Ｂに固定されている。この弾性体２Ｂには、第２の連結剛体２４が接合される。そのため、第２の固定剛体２６は、弾性体２Ａの一方の平面において、第２の方向Ｙの中間部に接合され、第２の連結剛体２４の接合部と第１の方向Ｘで重ならないようになっている。

次に、弾性構造体２１の作用について説明する。例えば、弾性構造体２１が第３の方向Ｚの一側（図４において下方）に凸となる略Ｕ字状に撓む場合に、複数の弾性体２は、隣り合う弾性体２の長辺２ａ上部と長辺２ｂ上部が接近し、長辺２ａ下部と長辺２ｂ下部が離反するように捩れ変形する。この状態において、各弾性体２には、弾性エネルギが蓄えられ、その弾性エネルギは、飛び移り座屈が発生することにより開放される。

本実施の形態の弾性構造体２１によれば、複数の弾性体２が第２の方向Ｙと平行な軸回りに捩れ変形することにより第３の方向Ｚに撓むことができる。したがって、弾性構造体２１の可撓性を容易に確保することができ、飛び移り座屈を発生することができる。また、弾性構造体１と同様に、小型化・軽量化を図ることができる。

本実施の形態の弾性構造体２１では、第１の連結剛体２３と第２の連結剛体２４を、各弾性体２の一方の平面に接合させたが、第１の連結剛体２３と第２の連結剛体２４を、各弾性体２の他方の平面に接合させてもよい。また、第１の連結剛体２３又は第２の連結剛体２４の一方を各弾性体２の一方の平面に接合させ、他方を各弾性体２の他方の平面に接合させてもよい。

４．弾性構造体の第４の実施の形態
次に、本発明の弾性構造体の第４の実施の形態について、図５を参照して説明する。
図５は、本発明の弾性構造体の第４の実施の形態の斜視図である。

弾性構造体３１は、第１の弾性構造体ユニット３２と、第２の弾性構造体ユニット３３と、これら弾性構造体ユニット３２，３３を直角に連結するユニット連結剛体３４を備えている。第１の弾性構造体ユニット３２と第２の弾性構造体ユニット３３は、第１の実施の形態の弾性構造体１（図１参照）と同様の構成を有しており、それぞれ長方形の帯状に形成されている。

第１の弾性構造体ユニット３２の長手方向は、第２の弾性構造体ユニット３３の長手方向と直交している。以下、第１の弾性構造体ユニット３２の長手方向を第１の方向Ｘとし、第１及び第２の弾性構造体ユニット３２，３３の短手方向を第２の方向Ｙとする。また、第２の弾性構造体ユニット３３の長手方向を第３の方向Ｚとする。

第１の弾性構造体ユニット３２が弾性構造体１と異なるところは、第１の固定剛体５が設けられないことである。そのため、ここでは、第１の弾性構造体ユニット３２の説明を省略する。一方、第２の弾性構造体ユニット３３が弾性構造体１と異なるところは、第２の固定剛体６が設けられないことである。そのため、ここでは、第２の弾性構造体ユニット３３の説明を省略する。

ユニット連結剛体３４は、第１の弾性構造体ユニット３２の弾性体２Ａと、第２の弾性構造体ユニット３３の弾性体２Ｂを連結する。このユニット連結剛体３４は、第１の弾性構造体ユニット３２の第１の固定剛体と、第２の弾性構造体ユニット３３の第２の固定剛体の役割を兼ねる。

ユニット連結剛体３４は、長方形の筒状に形成されており、軸孔を第２の方向Ｙに向けた姿勢で配置される。このユニット連結剛体３４は、第１の方向Ｘに対向して２つの短辺を形成する側面部３４ａ，３４ｂと、第３の方向Ｚに対向して２つの長辺を形成する上面部３４ｃ及び下面部３４ｄを有している。このユニット連結剛体３４の短辺の長さは、弾性体２（２Ａ）の短辺２ｃ，２ｄの長さと等しくなっている。

ユニット連結剛体３４の側面部３４ｂは、第１の弾性構造体ユニット３２の弾性体２Ａに、第３の方向Ｚの一端から両端までの範囲で面接触し、溶接、ビス固定、かしめ固定及び接着剤などの固定方法によって接合されている。ユニット連結剛体３４の下面部３４ｄは、第２の弾性構造体ユニット３３の弾性体２Ｂに、第１の方向Ｘの一端から両端までの範囲で面接触し、溶接、ビス固定、かしめ固定及び接着剤などの固定方法によって接合されている。

本実施の形態の弾性構造体３１によれば、複数の弾性体２が第２の方向Ｙと平行な軸回りに捩れ変形することにより、弾性構造体ユニット３２，３３がそれぞれ撓む。したがって、可撓性を容易に確保することができ、飛び移り座屈を発生することができる。また、弾性構造体１と同様に、小型化・軽量化を図ることができる。

本実施の形態の弾性構造体３１では、弾性構造体ユニット３２，３３を直角に連結する構成とした。しかしながら、本発明に係る弾性構造体としては、弾性構造体ユニットを任意の角度で連結することができる。また、３つ以上の弾性構造体ユニットを連結してもよい。

本実施の形態の弾性構造体３１では、弾性構造体ユニット３２，３３を第１の実施の形態の弾性構造体１と同様の構成にした。しかしながら、本発明に係る弾性構造体ユニットとしては、弾性構造体１と同様の構成にしたものに限定されず、例えば、第２の実施の形態の弾性構造体１１や、第３の実施の形態の弾性構造体２１と同様の構成としてもよい。

５．瞬発力発生装置の実施の形態
次に、本発明の弾性構造体を用いた瞬発力発生装置の一実施形態について、図６を参照して説明する。
図６は、本発明の弾性構造体を用いた瞬発力発生装置の一実施形態の斜視図である。

瞬発力発生装置５１は、重量物である被投擲物を、ある高さまで投擲（投げ上げ）可能な瞬発力を発生させる装置である。この瞬発力発生装置５１は、弾性構造体１１と、この弾性構造体１１を支持する支持部材５３と、回動手段の一具体例を示す回動操作部材５４を備えている。弾性構造体１１は、図３を参照して説明した弾性構造体の第２の実施の形態である。そのため、ここでは、弾性構造体１１についての説明を省略する。

支持部材５３は、長方形のベース部５５と、このベース部５５の長手方向の一端部に設けられた第１の支持部５６と、ベース部５５の長手方向の他端部に設けられた第２の支持部５７から構成されている。ベース部５５の長手方向の長さは、弾性構造体１１の長手方向の長さより短くなるように設定されている。

第１の支持部５６は、ベース部５５に固定される固定枠６１と、この固定枠６１に連続して略垂直（鉛直方向）に突出する２つの支柱６２，６３と、これら支柱６２，６３に掛け渡された固定軸６４を有している。２つの支柱６２，６３は、ベース部５５の短手方向に対向している。

固定軸６４は、角柱状に形成されている。この固定軸６４の長手方向の両端部は、それぞれ２つの支柱６２，６３に固定されている。そして、固定軸６４の周面を形成する４つの平面部のうちの１つの平面部６４ａは、上方に向けて傾斜している。この固定軸６４には、弾性構造体１１の第１の固定剛体５（図３参照）が連結部材６５を介して固定されている。

連結部材６５は、略Ｃ字状の折り曲げ部材からなっている。この連結部材６５の１つの平面部には、固定軸６４の平面部６４ａと、第１の固定剛体５の上面部８ｃが接合されている。これにより、第１の固定剛体５の上面部８ｃは、固定軸６４の上方に向けて傾斜した平面部６４ａと同一の平面上に位置する。つまり、弾性構造体１１の第１の固定剛体５は、側面部８ｂが斜め上方を向くように傾いた状態で固定軸６４に固定されている。

第２の支持部５７は、ベース部５５に固定される固定枠６６と、この固定枠６６に連続して略垂直（鉛直方向）に突出する２つの支柱６７，６８と、これら支柱６７，６８に回動可能に掛け渡された回動軸６９を有している。２つの支柱６７，６８は、ベース部５５の短手方向に対向している。

回動軸６９は、角柱状に形成された固定部６９ａと、この固定部６９ａの両端に設けられた円柱状の軸部６９ｂからなっている。固定部６９ａの略中央部には、弾性構造体１１の第２の固定剛体６が連結部材７０を介して固定されている。２つの軸部６９ｂは、各支柱６７，６８に設けられた軸孔に回動可能に挿通されている。これにより、弾性構造体１１の第２の固定剛体６は、回動軸６９と共に回動するようになっている。

回動操作部材５４は、連結部材７０の両側で回動軸６９に固定されるアーム部７１，７２と、これらアーム部７１，７２を連結する操作部７３からなっている。この回動操作部材５４を回動軸６９の回動方向へ押圧することにより、回動軸６９が回動される。つまり、回動操作部材５４は、使用者が手動で回動軸６９を回動させるための部材である。

なお、本発明に係る回動手段としては、自動で回動軸６９を回動させる構成にすることもできる。自動で回動軸６９を回動させる構成としては、例えば、電動モータと、その電動モータの回転力を適当に減速させて回動軸６９に伝達する減速機を挙げることができる。

ベース部５５、固定枠６１，６６及び支柱６２，６３，６７，６８の材質としては、例えば、木材を用いることができる。しかしながら、これらの材質としては、木材に限定されず、例えば、構造用炭素鋼等の金属製の型材を用いることもできる。また、固定軸６４、連結部材６５、回動軸６９及び回動操作部材５４の材質としては、例えば、構造用炭素鋼等の金属が好適である。

６．瞬発力発生装置の動作
次に、瞬発力発生装置５１の使用方法について、図６〜図８を参照して説明する。
図７は、瞬発力発生装置５１の弾性構造体１１を飛び移り座屈が発生する直前の形状にした状態の説明図である。図８は、瞬発力発生装置５１の弾性構造体１１の飛び移り座屈によって瞬発力を発生させた状態の説明図である。

まず、瞬発力発生装置５１の初期状態について、図６を参照して説明する。瞬発力発生装置５１の初期状態では、弾性構造体１１の第２の固定剛体６が、側面部８ｂを斜め上方に向けて傾斜されている。そのため、弾性構造体１１は、全体として略Ｓ字形状に撓んでいる。この状態において、弾性構造体１１の複数の弾性体２は、短手方向（第２の方向Ｙ）と平行な軸回りに捩れ変形している。したがって、瞬発力発生装置５１の初期状態では、弾性構造体１１に弾性エネルギが蓄えられている。

瞬発力発生装置５１によって、投擲の対象である被投擲物１０１（図７参照）を上方へ投げ上げるには、まず、初期状態の弾性構造体１１における第２の弾性体群１４に被投擲物１０１を載置する。なお、初期状態では、第２の弾性体群１４が斜めに傾いているため、被投擲物１０１が落下しないように、第３の連結剛体１２Ｂに載置補助部を設けるようにしてもよい。

次に、回動操作部材５４を押圧して回動軸６９を回動させる。これにより、弾性構造体１１は、略Ｓ字形状に撓んだ状態から略Ｍ字状に撓んだ状態に変化し、飛び移り座屈が発生する直前の形状になる（図７参照）。この飛び移り座屈が発生する直前の形状（略Ｍ字状）では、初期状態（略Ｓ字状）のときよりも各弾性体２が大きく捩れ変形する。そのため、飛び移り座屈が発生する直前の弾性構造体１１には、初期状態のときよりも大きな弾性エネルギが蓄えられている。

その後、さらに回動軸６９を回動させると、弾性構造体１１は、飛び移り座屈を発生して、上方に凸となる略Ｕ字形状に変化する（図８参照）。このとき、弾性構造体１１は、蓄えていた弾性エネルギを開放して瞬発力を発生させる。その結果、第２の弾性体群１４に載置された被投擲物１０１を上方へ投げ上げることができる。

以上、本発明の弾性構造体及び瞬発力発生装置の実施の形態について、その作用効果も含めて説明した。しかしながら、本発明の弾性構造体及び瞬発力発生装置は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。

上述の実施の形態では、被投擲物１０１を投げ上げる投擲装置に適用した瞬発力発生装置５１について説明した。しかしながら、本発明の瞬発力発生装置としては、重量物を高い位置まで持ち上げる作業アシスト装置、跳躍ロボットや走行ロボット、高加速度を加えて人間に仮想的な移動感覚を与えるアミューズメント装置等に適用することもできる。

また、弾性構造体の実施の形態では、平面が第１の方向Ｘに直交するように弾性体２を並べる例と、平面が第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに平行となるように弾性体２を並べる例について説明した。しかしながら、本発明の弾性構造体としては、平面が第１の方向Ｘに直交するように配置される弾性体と、平面が第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙと平行になるように配置される弾性体を組み合わせて構成してもよい。

１，１１，２１，３１…弾性構造体、 ２…弾性体、 ３、２３…第１の連結剛体、 ４、２４…第２の連結剛体、 ５、２５…第１の固定剛体、 ６、２６…第２の固定剛体、 ８、２８…接合ブロック、 １２Ａ，１２Ｂ…第３の連結剛体、 １３…第１の弾性体群、 １４…第２の弾性体群、 １５…第３の弾性体群、 １７…連結ブロック、 ３２…第１の弾性構造体ユニット、 ３３…第２の弾性構造体ユニット、 ３４…ユニット連結剛体、 ５１…瞬発力発生装置、 ５３…支持部材、 ５４…回動操作部材（回動手段）、 ５５…ベース部、 ５６…第１の支持部、 ５７…第２の支持部、 ６１，６６…固定枠、 ６２，６３，６７，６８…支柱、 ６４…固定軸、 ６５、７０…連結部材、 ６９…回動軸、 ７１、７２…アーム部、 ７３…操作部、 １０１…被投擲物、 Ｘ…第１の方向、 Ｙ…第２の方向、 Ｚ…第３の方向

Claims (10)

1. 第１の方向に並んで配置され、前記第１の方向に直交する第２の方向と平行な軸周りに捩れ変形可能な２つ以上の弾性体と、
   前記２つ以上の弾性体間を連結する連結剛体と、
   前記第１の方向の一端に位置する弾性体に接合される前記連結剛体の接合部とは、前記第２の方向に直交する方向で重ならない位置で、前記第１の方向の一端に位置する弾性体に接合される第１の固定剛体と、
   前記第１の方向の他端に位置する弾性体に接合される前記連結剛体の接合部とは、前記第２の方向に直交する方向で重ならない位置で、前記第１の方向の他端に位置する弾性体に接合される第２の固定剛体と、を備え、
   前記２つ以上の弾性体が捩れ変形して撓むことにより、飛び移り座屈が発生する弾性構造体。
2. 前記連結剛体、前記第１の固定剛体及び前記第２の固定剛体は、前記飛び移り座屈が発生する直前の形状における撓み変形を必要としない部分に基づいて、前記第１の方向の長さが決定される
   請求項１記載の弾性構造体。
3. 前記２つ以上の弾性体は、それぞれ平板状に形成される
   請求項１又は２記載の弾性構造体。
4. 前記２つ以上の弾性体は、平面が前記第１の方向に直交するように並ぶ
   請求項３記載の弾性構造体。
5. 前記２つ以上の弾性体は、平面が前記第１の方向及び前記第２の方向と平行になるように並ぶ
   請求項３記載の弾性構造体。
6. 前記２つ以上の弾性体は、平面が前記第１の方向に直交するように配置されるものと、平面が前記第１の方向及び前記第２の方向と平行になるように配置されるものとの組合せからなる
   請求項３記載の弾性構造体。
7. ３つ以上の弾性体を設ける場合は、前記第１の方向に隣り合う連結剛体が、前記第２の方向に直交する方向で互いに重ならない位置において各弾性体に接合されている
   請求項１〜６の何れかに記載の弾性構造体。
8. 前記連結剛体は、隣り合う弾性体を前記第２の方向の中間部で連結する第１の連結剛体と、隣り合う弾性体を前記第２の方向の両端部で連結する第２の連結剛体とからなる
   請求項７記載の弾性構造体。
9. 弾性体を２つ設ける場合において、前記連結剛体は、２つの弾性体を第２の方向の両端部又は中間部で連結し、前記第１の固定剛体及び前記第２の固定剛体は、各弾性体における前記第２の方向の中間部又は両端部に固定される
   請求項１〜６の何れかに記載の弾性構造体。
10. 第１の方向に並んで配置され、前記第１の方向に直交する第２の方向と平行な軸周りに捩れ変形可能な２つ以上の弾性体と、
    前記２つ以上の弾性体間を連結する連結剛体と、
    前記第１の方向の一端に位置する弾性体において、該弾性体に接合される連結剛体とは前記第２の方向で重ならない位置に固定される第１の固定剛体と、
    前記第１の方向の他端に位置する弾性体において、該弾性体に接合される連結剛体とは前記第２の方向で重ならない位置に固定される第２の固定剛体と、
    を有する弾性構造体と、
    前記弾性構造体の前記第１の固定剛体を固定して支持し、且つ、前記第２の固定剛体を回動可能に支持する支持部材と、
    前記第２の固定剛体を回動させる回動手段と、を備え、
    前記第２の固定剛体が回動されると、前記弾性構造体は、前記２つ以上の弾性体が捩れ変形することにより撓み、飛び移り座屈を発生させて弾性エネルギを開放し、瞬発力を発生させる
    瞬発力発生装置。

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