JP4320437B2 - 移動システムおよびその移動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動システムとその移動方法に関し、特に振動体の振動を直進移動の推進力に変換する移動システムおよびその移動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、移動システムにおいては、通常、その移動の推進力として、モーターなどの動力部品の回転運動が利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子機器の小型化がますます加速されている現在、モーターなどの複雑な動力部品を機器に組み込むことが困難となっており、移動システムの簡素化、微小化が解決すべき課題となっている。
【０００４】
本発明はこれらの課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、モーターなどの回転運動を伴う複雑な動力部品を用いることなく、振動運動を直進運動の推進力とする移動システムおよびその移動方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、伸縮を行うことによって振動する振動部と、該振動部の振動運動を直進運動に変換する変換部と、を有するものであって、前記振動部は、該移動システムの有する固有の振動数に近い振動数で一次元方向に振動することを特徴とする移動システム、が提供される。
そして、好ましくは、前記変換部が、前記振動部の振動方向に沿った一端および他端にそれぞれ接続された変換部よりなり、前記一端に接続された変換部において前記移動システムが媒質中あるいは固体表面上を移動する際に媒質あるいは固体表面から受ける抵抗力が前記振動部が収縮したときに増加し、前記振動部が伸張したときに減少し、前記他端に接続された変換部における前記媒質あるいは固体基板から受ける抵抗力が前記振動部が収縮したときに減少し、前記振動部が伸張したときに増加する。
【０００６】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、移動システム中に該移動システムのもつ固有の振動数に近い振動数の一次元方向の振動を誘起させ、該振動に基づいて前記移動システムを一方向に移動させることを特徴とする移動システムの移動方法、が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための側面図である。
図１（ａ）は、ばね２が伸縮していない平衡状態において移動システム１が固体表面８の上に配置されている状態を示している。図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係る移動システム１は、ばね２と、ばね２の紙面左右両端にそれぞれ固定された抵抗調整ユニット３Ｂ、３Ａと、を有している。抵抗調整ユニット３Ａ、３Ｂは、それぞれ、支持体４Ａ、４Ｂと、支持体４Ａ、４Ｂにそれぞれ方向制御板６Ａ、６Ｂを介して取りつけられた半球状体５Ａ、５Ｂと、を備えている。支持体４Ａ、４Ｂの下端には、それぞれ、微小なキャスター７Ａ、７Ｂが取り付けられている。キャスター７Ａ、７Ｂは、移動システム１が固体表面８上を移動する際に固体表面８との摩擦を小さくするためのものである。固体表面８上には液体あるいは気体等の流体よりなる媒質９があり、この媒質９中を移動システム１が移動する。移動システム１の重心は、ばね２のほぼ中央にある。
【０００８】
半球状体５Ａ、５Ｂは、その内部が空洞であり、開口１５Ａ、１５Ｂにおいて媒質９に開口している。１０Ａ、１１Ａは、それぞれ、半球状体５Ａの内面、外面であり、１０Ｂ、１１Ｂは、それぞれ、半球状体５Ｂの内面、外面である。方向制御板６Ａ、６Ｂは、それぞれ、支持体４Ａ、４Ｂの上で回転可能であり、方向制御板６Ａ、６Ｂが１８０°回転することによって、半球状体５Ａ、５Ｂの開口１５Ａ、１５Ｂの開口方向が反転する。半球状体５Ａ、５Ｂの開口１５Ａ、１５Ｂの開口方向がともに紙面左方向である場合について、本実施の形態の移動システムの動作を説明する。
【０００９】
このような平衡状態にある移動システム１の支持体４Ａの右端と支持体４Ｂの左端とに力Ｆを印加する。図１（ｂ）は、支持体４Ａの右端と支持体４Ｂの左端とに印加された力Ｆによって、ばね２が収縮した状態を示している。ばね２が収縮する際、半球状体５Ａは、開口１５Ａを通して内面１０Ａに媒質９から応力を受ける。したがって、抵抗調整ユニット３Ａが左に移動する運動に対する媒質９からの抵抗力は大きい。一方、半球状体５Ｂは、ばね２が収縮する際、その外面１１Ｂに媒質９から応力を受けるだけである。したがって、抵抗調整ユニット３Ｂが右に移動する運動に対する媒質９からの抵抗力は小さい。そのため、力Ｆによって、抵抗調整ユニット３Ａが紙面左方に移動する距離は、抵抗調整ユニット３Ｂが紙面右方に移動する距離に比して短い。これによって、移動システム１の重心は、紙面右方に移動する。
【００１０】
次に、この状態で、支持体４Ａの右端と支持体４Ｂの左端から力Ｆを解除すると、ばね２は伸張する。図１（ｃ）は、ばね２が伸張した状態を示している。ばね２が伸張する際、半球状体５Ａは、その外面１１Ａに媒質９から応力を受けるだけである。したがって、抵抗調整ユニット３Ａが右に移動する運動に対する媒質９からの抵抗力は小さい。一方、半球状体５Ｂは、開口１５Ｂを通して内面１０Ｂに媒質９から応力を受ける。したがって、抵抗調整ユニット３Ｂが左に移動する運動に対する媒質９からの抵抗力は大きい。そのため、力Ｆを解除したことによって、抵抗調整ユニット３Ａが紙面右方に移動する距離は、抵抗調整ユニット３Ｂが紙面左方に移動する距離に比して長い。これによって、移動システム１の重心は、紙面右方に移動する。
【００１１】
次いで、ばね２が収縮する。図１（ｄ）は、ばね２が収縮した状態を示している。ばね２が収縮する際、半球状体５Ａは、開口１５Ａを通して内面１０Ａに媒質９から応力を受ける。したがって、抵抗調整ユニット３Ａが左に移動する運動に対する媒質９からの抵抗力は大きい。一方、半球状体５Ｂは、その外面１１Ｂに媒質９から応力を受けるだけである。したがって、抵抗調整ユニット３Ｂが右に移動する運動に対する媒質９からの抵抗力は小さい。そのため、抵抗調整ユニット３Ａが紙面左方に移動する距離は、抵抗調整ユニット３Ｂが紙面右方に移動する距離に比して短い。これによって、移動システム１の重心は、紙面右方に移動する。
【００１２】
次に、ばね２が伸張する。ばね２が伸張すると、図１（ｃ）の場合と同様に、抵抗調整ユニット３Ａが紙面右方に大きく移動するのに対して、抵抗調整ユニット３Ｂはわずかに紙面左方に移動するだけであるため、移動システム１の重心は、紙面右方に移動する。
ばね２は、上述の収縮／伸張を繰り返す。このとき、移動システム１の重心が常に紙面右方に移動するため、移動システム１は全体として右に移動する。移動システム１の移動は、ばね２の収縮／伸張によって移動システム１と媒質９との間に生じる摩擦によって外力Ｆが熱として消費されてしまうまで続く。
【００１３】
方向制御板６Ａ、６Ｂを１８０°回転させると、開口１５Ａ、１５Ｂが右方を向く。これは、移動システム１全体を１８０°回転させるのと等価である。したがって、この場合には、上述の説明から、移動システム１は左方に移動することが明白である。
以上説明したように、抵抗調整ユニット３Ａ、３Ｂは、ばね２の振動運動を直進運動に変換する効果を有している。
【００１４】
〔第２の実施の形態〕
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る移動システムの平面図〔（ａ）〕と側面図〔（ｂ）〕である。図３は、本実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための平面図である。
図２（ａ）に示すように、本実施の形態に係る移動システム１０１は、ばね１０２と、ばね１０２の紙面左右両端にそれぞれ固定された抵抗調整ユニット１０３Ｂ、１０３Ａを有している。抵抗調整ユニット１０３Ａ、１０３Ｂは、それぞれ、支持体１０４Ａ、１０４Ｂと、支持体１０４Ａ、１０４Ｂにそれぞれ蝶番１０６Ａ、１０６Ｂを介して取りつけられた板状体１０５Ａ、１０５Ｂと、を備えている。蝶番１０６Ａ、１０６Ｂは、角度αから９０°の範囲で開くことが可能である。角度αは９０°よりも小さければ制限がないが、２°から３０°程度であることが望ましい。板状体１０５Ａ、１０５Ｂは、それぞれ、蝶番１０６Ａ、１０６Ｂに固定されている。したがって、２枚の板状体１０５Ａ、２枚の板状体１０５Ｂのなす角度は、ともに、最小２αから最大１８０°までである。ばねが伸縮していない平衡状態にあるときには、２枚の板状体１０５Ａ、１０５Ｂは、ともに、角度２αをなしているか、あるいは、任意の角度に開いている。２枚の板状体１０５Ａ、１０５Ｂの開く方向は、同方向である。
【００１５】
図２（ｂ）に示すように、支持体１０４Ａ、１０４Ｂの下端には、それぞれ、微小なキャスター１０７Ａ、１０７Ｂが取り付けられている。キャスター１０７Ａ、１０７Ｂは、移動システム１０１が固体表面１０８上を移動する際に固体表面１０８との摩擦を小さくするためのものである。固体表面１０８上には液体あるいは気体等の流体よりなる媒質１０９があり、この媒質１０９中を移動システム１０１が移動する。
【００１６】
図３（ａ）は、ばね１０２が伸縮していない平衡状態において移動システム１０１が媒質１０９中に配置されている状態を示している。図３（ａ）において、図２（ａ）と同じ構成要素には同じ参照符号が付されている。１１０Ａ、１１１Ａは、それぞれ、板状体１０５Ａの内面、外面であり、１１０Ｂ、１１１Ｂは、それぞれ、板状体１０５Ｂの内面、外面である。板状体１０５Ａ、１０５Ｂは、それぞれ、最小角度２αに近い角度をなしている。移動システム１０１の重心は、ばね１０２のほぼ中央にある。
【００１７】
このような平衡状態にある移動システム１０１の支持体１０４Ａの右端と支持体１０４Ｂの左端とに力Ｆを印加する。図３（ｂ）は、支持体１０４Ａの右端と支持体１０４Ｂの左端とに印加された力Ｆによって、ばね１０２が収縮した状態を示している。ばね１０２が収縮するにつれて、板状体１０５Ａは、その内面１１０Ａに媒質１０９から応力を受けて、最大角度１８０°まで開く。一方、板状体１０５Ｂは、ばね１０２が収縮するにつれて、その外面１１１Ｂに媒質１０９から応力を受けて、最小角度２αまで閉じる。板状体１０５Ａは、最大角度１８０°まで開くため、媒質１０９から受ける力が大きくなる。板状体１０５Ｂは、最小角度２αまで閉じるため、媒質１０９から受ける力が小さい。したがって、力Ｆによって、抵抗調整ユニット１０３Ａが紙面左方に移動する距離は、抵抗調整ユニット１０３Ｂが紙面右方に移動する距離に比して短い。そのため、移動システム１０１の重心は、紙面右方に移動する。
【００１８】
次に、この状態で、支持体１０４Ａの右端と支持体１０４Ｂの左端から力Ｆを解除すると、ばね１０２は伸張する。図３（ｃ）は、ばね１０２が伸張した状態を示している。ばね１０２が伸張するにつれて、板状体１０５Ａは、その外面１１１Ａに媒質１０９から応力を受けて、最小角度２αまで閉じる。一方、板状体１０５Ｂは、ばね１０２が伸張するにつれて、その内面１１０Ｂに媒質１０９から応力を受けて、最大角度１８０°まで開く。板状体１０５Ａは、最小角度２αまで閉じるため、媒質１０９から受ける力が小さくなる。板状体１０５Ｂは、最大角度１８０°まで開くため、媒質１０９から受ける力が大きくなる。したがって、力Ｆを解除したことによって、抵抗調整ユニット１０３Ａが紙面右方に移動する距離は、抵抗調整ユニット１０３Ｂが紙面左方に移動する距離に比して長い。そのため、移動システム１０１の重心は、紙面右方に移動する。
【００１９】
次いで、ばね１０２が収縮する。図３（ｄ）は、ばね１０２が収縮した状態を示している。ばね１０２が収縮するにつれて、板状体１０５Ａは、その内面１１０Ａに媒質１０９から応力を受けて、最大角度１８０°まで開く。一方、板状体１０５Ｂは、ばね１０２が収縮するにつれて、その外面１１１Ｂに媒質１０９から応力を受けて、最小角度２αまで閉じる。板状体１０５Ａは、最大角度１８０°まで開くため、媒質１０９から受ける力が大きくなる。板状体１０５Ｂは、最小角度２αまで閉じるため、媒質１０９から受ける力が小さくなる。したがって、抵抗調整ユニット１０３Ａが紙面左方に移動する距離は、抵抗調整ユニット１０３Ｂが紙面右方に移動する距離に比して短い。そのため、移動システム１０１の重心は、紙面右方に移動する。
【００２０】
次に、ばね１０２が伸張する。ばね１０２が伸張すると、図３（ｃ）の場合と同様に、抵抗調整ユニット１０３Ａが紙面右方に大きく移動するのに対して、抵抗調整ユニット１０３Ｂはわずかに紙面左方に移動するだけであるため、移動システム１０１の重心は、紙面右方に移動する。
ばね１０２は、上述の収縮／伸張を周期的に繰り返す。このとき、移動システム１０１の重心が常に紙面右方に移動するため、移動システム１０１は全体として右に移動する。移動システム１０１の移動は、ばね１０２の収縮／伸張によって移動システム１０１と媒質との間に生じる摩擦によって外力Ｆが熱として消費されてしまうまで続く。
【００２１】
以上の説明においては、蝶番１０６Ａ、１０６Ｂの開く角度をαから９０°とし、板状体１０５Ａ、１０５Ｂが左方のみに開くようにしたが、蝶番１０６Ａ、１０６Ｂの開く角度をαから９０°、および、９０°から（１８０°−α）の２段階とし、板状体１０５Ａ、１０５Ｂが右方にも開くようにすることによって、移動システム１０１が固体表面１０８の上を左方にも移動できるようにすることが可能である。
以上説明したように、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、抵抗調整ユニット１０３Ａ、１０３Ｂが、ばね１０２の振動運動を直進運動に変換する効果を有している。さらに、本実施の形態においては、抵抗調整ユニットが、ばねが伸張している間および収縮している間において、媒質からの抵抗力を変化させる手段を有しているので、２つの抵抗調整ユニットの移動距離の比を、第１の実施の形態のそれよりも大きくすることができる。
【００２２】
なお、上述の第１および第２の実施の形態において、移動システムが固体表面の上を移動したが、例えば移動システムの全体としての比重が媒質の比重と同じになるように設計することによって、移動システムが固体表面上を移動するのではなく、媒質中の任意の点から任意の方向に移動可能になるようにすることができる。
【００２３】
〔第３の実施の形態〕
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る移動システムの側面図である。図５は、本実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための側面図である。
図４に示すように、本実施の形態に係る移動システム２０１は、ばね２０２と、ばね２０２の紙面左右両端にそれぞれ固定された摩擦調整ユニット２０３Ｂ、２０３Ａと、を有している。摩擦調整ユニット２０３Ａ、２０３Ｂは、それぞれ、支持体２０４Ａ、２０４Ｂと、支持体２０４Ａ、２０４Ｂにそれぞれ回転可能に取りつけられた丸鋸形状の車輪２１２Ａ、２１２Ｂと、板状体２０５Ａ、２０５Ｂと、を備えている。板状体２０５Ａ、２０５Ｂは、それぞれ、ピン２０６Ａ、２０６Ｂによって、支持体２０４Ａ、２０４Ｂに取り付けられている。板状体２０５Ａ、２０５Ｂは、それぞれ、ピン２０６Ａ、２０６Ｂを中心として回転可能である。ばね２０２が伸縮していない平衡状態にある場合には、板状体２０５Ａ、２０５Ｂのピン２０６Ａ、２０６Ｂよりも左側の細く延びた部分（以後、「先端部」という）は、車輪２１２Ａ、２１２Ｂの鋸歯状部２１３Ａ、２１３Ｂの内部に入り込んでいる。車輪２１２Ａ、２１２Ｂが右回転する際には、板状体２０５Ａ、２０５Ｂの先端部が鋸歯状部２１３Ａ、２１３Ｂの背面によって下方に押されているので、板状体２０５Ａ、２０５Ｂは、固体表面２０８から離れている。一方、車輪２１２Ａ、２１２Ｂが左回転する際には、鋸歯状部２１３Ａ、２１３Ｂの先端が、板状体２０５Ａ、２０５Ｂの先端部を上方に押す。このため、板状体２０５Ａ、２０５Ｂのピン２０６Ａ、２０６Ｂよりも右側の部分が下がり、固体表面２０８に接触し、固体表面２０８を押しつける。支持体２０４Ａ、２０４Ｂの右端には、第１の実施の形態と同様に、移動システム２０１が固体表面２０８上を移動する際に固体表面２０８との摩擦を小さくするために、それぞれ、微小なキャスター２０７Ａ、２０７Ｂが取り付けられている。
【００２４】
図５（ａ）は、ばね２０２が伸縮していない平衡状態において移動システム２０１が固体表面２０８上に配置されている状態を示している。図５（ａ）において、図４と同じ構成要素には同じ参照符号が付されている。移動システム２０１の重心は、ばね２０２のほぼ中央にある。なお、図５を通じて、車輪２１２Ａ、２１２Ｂの鋸歯状部２１３Ａ、２１３Ｂは、一点鎖線の外接円で示されている。
【００２５】
このような平衡状態にある移動システム２０１の支持体２０４Ａの右端と支持体２０４Ｂの左端とに力Ｆを印加する。図５（ｂ）は、印加された力Ｆによって、ばね２０２が収縮した状態を示している。ばね２０２が収縮するとき、車輪２１２Ａが左回転しようとするが、車輪２１２Ａが左回転するとすぐに、板状体２０５Ａは固体表面２０８に強く押しつけられる。一方、車輪２１２Ｂは右回転を行い、板状体２０５Ｂは固体表面２０８から離れている。板状体２０５Ａが固体表面２０８に強く押しつけられるので、板状体２０５Ａと固体表面２０８との間には強い摩擦力が働く。板状体２０５Ｂは固体表面２０８から離れているので、板状体２０５Ｂと固体表面２０８との間には摩擦力が働かない。したがって、力Ｆによって、摩擦調整ユニット２０３Ａはわずかに紙面左方に移動するだけであるのに対して、摩擦調整ユニット２０３Ｂは紙面右方に大きく移動する。そのため、移動システム２０１の重心は、紙面右方に移動する。
【００２６】
次に、この状態で、力Ｆを解除すると、ばね２０２は伸張する。図５（ｃ）は、ばね２０２が伸張した状態を示している。ばね２０２が伸張するとき、車輪２１２Ａは右回転を行い、板状体２０５Ａを固体表面２０８から離す。一方、ばね２０２が伸張するとき、車輪２１２Ｂは左回転しようとするが、車輪２１２Ｂが左回転するとすぐに、板状体２０５Ｂが固体表面２０８に強く押しつけられる。板状体２０５Ａが固体表面２０８から離れるので、板状体２０５Ａと固体表面２０８との間に摩擦力が働かなくなる。一方、板状体２０５Ｂが固体表面２０８に強く押しつけられるので、板状体２０５Ｂと固体表面２０８との間には強い摩擦力が働く。したがって、力Ｆを解除したことによって、摩擦調整ユニット２０３Ａが紙面右方に大きく移動するのに対して、摩擦調整ユニット２０３Ｂはわずかに紙面左方に移動するだけである。そのため、移動システム２０１の重心は、紙面右方に移動する。
【００２７】
次いで、ばね２０２が収縮する。図５（ｄ）は、ばね２０２が収縮した状態を示している。ばね２０２が収縮するとき、車輪２１２Ａが左回転しようとするが、車輪２１２Ａが左回転するとすぐに、板状体２０５Ａは固体表面２０８に強く押しつけられる。一方、ばね２０２が収縮するとき、車輪２１２Ｂは右回転を行い、板状体２０５Ｂは固体表面２０８から離れる。板状体２０５Ａが固体表面２０８に強く押しつけられるので、板状体２０５Ａと固体表面２０８との間には強い摩擦力が働く。板状体２０５Ｂは固体表面２０８から離れるので、板状体２０５Ｂと固体表面２０８との間には摩擦力が働かなくなる。したがって、摩擦調整ユニット２０３Ａはわずかに紙面左方に移動するだけであるのに対して、摩擦調整ユニット２０３Ｂは紙面右方に大きく移動する。そのため、移動システム２０１の重心は、紙面右方に移動する。
【００２８】
次に、ばね２０２が伸張する。ばね２０２が伸張すると、図５（ｃ）の場合と同様に、摩擦調整ユニット２０３Ａが紙面右方に大きく移動するのに対して、摩擦調整ユニット２０３Ｂはわずかに紙面左方に移動するだけであるため、移動システム２０１の重心は、紙面右方に移動する。
ばね２０２は、上述の収縮／伸張を繰り返す。このとき、移動システム２０１の重心が常に紙面右方に移動するため、移動システム２０１は全体として右に移動する。移動システム２０１の移動は、摩擦調整ユニットと固体表面との間に生じる摩擦によって外力Ｆが熱として消費されてしまうまで続く。
【００２９】
以上の説明においては、板状体２０５Ａ、２０５Ｂを機械的に固体表面２０８から離したり、固体表面２０８に押しつけたりしたが、車輪２１２Ａ、２１２Ｂの回転方向を検知するセンサを取りつけ、このセンサからの信号に基づいて、板状体２０５Ａ、２０５Ｂを電気的に上下させることによって、固体表面２０８から離したり、固体表面２０８に押しつけたりしてもよい。
【００３０】
以上説明したように、本実施の形態の移動システムは、第１および第２の実施の形態と同様に、ばねの振動運動を直進運動に変換するという効果を有している。
上述の第１から第３の実施の形態において、力Ｆは機械的に印加されるだけではなく、磁気的あるいは電気的に印加されてもよい。例えば、支持体が磁性体で作製され、磁場によって力が印加される。あるいは、支持体が荷電状態にされ、電界によって力が印加される。
【００３１】
〔第４の実施の形態〕
図６は、本発明の第４の実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための側面図である。
図６（ａ）は、ばね３０２が伸縮していない平衡状態において移動システム３０１が固体表面３０８上に配置されている状態を示している。図６（ａ）に示すように、本実施の形態に係る移動システム３０１は、ばね３０２と、ばね３０２の紙面左右両端にそれぞれ固定された抵抗調整ユニット３０３Ｂ、３０３Ａを有している。抵抗調整ユニット３０３Ａ、３０３Ｂは、それぞれ、プランジャー３１６、電磁石３１７と、プランジャー３１６、電磁石３１７にそれぞれ方向制御板３０６Ａ、３０６Ｂを介して取りつけられた半球状体３０５Ａ、３０５Ｂと、を備えている。プランジャー３１６、電磁石３１７の下端には、第１の実施の形態と同様に、それぞれ、微小なキャスター３０７Ａ、３０７Ｂが取り付けられている。ばね３０２のいずれか１つにはストレインゲージ３１８が取りつけられ、ストレインゲージ３１８の出力信号が増幅器３１９によって増幅されて、電磁石３１７のコイルに供給されるようになっている。固体表面３０８上には液体あるいは気体等の流体よりなる媒質３０９があり、この媒質３０９中を移動システム３０１が移動する。移動システム３０１の半球状体およびキャスター以外の部分は、図示しない筐体によって媒質３０９との接触を遮断されている。移動システム３０１の重心は、ばね３０２のほぼ中央にある。
【００３２】
半球状体３０５Ａ、３０５Ｂは、それぞれ、第１の実施の形態の半球状体５Ａ、５Ｂと同様の形状を有しており、方向制御板３０６Ａ、３０６Ｂを回転することによって、その開口３１５Ａ、３１５Ｂの開口方向を変えることが可能である。半球状体３０５Ａ、３０５Ｂの開口３１５Ａ、３１５Ｂの開口方向がともに紙面左方向である場合について、本実施の形態の移動システムの動作を説明する。
【００３３】
このような平衡状態にある移動システム３０１の電磁石３１７のコイルに図示しないトリガー回路からトリガー信号を印加すると、ばね３０２は、移動システム３０１の持つ固有振動数で振動を始める。ばね３０２が振動を始めると、ばね３０２に取りつけられたストレインゲージ３１８から、ばね３０２の振動周期を持つ信号が増幅器３１９に出力される。増幅器３１９は、この信号を増幅して、一定の振幅を有する電流パルスを電磁石３１７のコイルに供給する。電流パルスの周期が移動システム３０１の持つ固有振動の周期と一致するから、ばね３０２には自励振動が誘起される。
【００３４】
図６（ｂ）は、ばね３０２が収縮した状態を示している。ばね３０２が収縮する際、半球状体３０５Ａは、開口３１５Ａを通して内面３１０Ａに媒質３０９から応力を受ける。したがって、抵抗調整ユニット３０３Ａが左に移動する運動に対する媒質３０９からの抵抗力は大きい。一方、半球状体３０５Ｂは、ばね３０２が収縮する際、その外面３１１Ｂに媒質３０９から応力を受けるだけである。したがって、抵抗調整ユニット３０３Ｂが右に移動する運動に対する媒質３０９からの抵抗力は小さい。そのため、抵抗調整ユニット３０３Ａが紙面左方に移動する距離は、抵抗調整ユニット３０３Ｂが紙面右方に移動する距離に比して短い。これによって、移動システム３０１の重心は、紙面右方に移動する。
【００３５】
以後、第１の実施の形態と同様に、ばねが伸張／収縮を繰り返すにつれて、移動システムが右方に移動する。ただし、第１の実施の形態においては、移動システムが移動する際、移動システムと媒質との間に生じる摩擦によって移動が停止するのに対して、本実施の形態においては、電磁石３１７のコイルへ電流パルスが供給される限り、移動システムの移動が継続する。
【００３６】
方向制御板３０６Ａ、３０６Ｂを回転させると、移動システム３０１の移動方向が変化することは、第１の実施の形態と同様である。
なお、以上の説明においては、ばね３０２の振動周期を検出するために、ストレインゲージが用いられたが、ストレインゲージに限らず、圧電素子や光検出器等、振動周期や変位量を検出できるものであればどのようなものでも用いられ得る。
【００３７】
〔第５の実施の形態〕
図７は、本発明の第５の実施の形態に係る移動システムの平面図〔（ａ）〕と側面図〔（ｂ）〕である。図８は、本実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための平面図である。
図７（ａ）に示すように、本実施の形態に係る移動システム４０１は、ばね４０２と、抵抗調整ユニット４０３Ａ、４０３Ｂと、を有している。抵抗調整ユニット４０３Ａ、４０３Ｂは、それぞれ、支持体４０４Ａ、４０４Ｂと、支持体４０４Ａ、４０４Ｂにそれぞれ蝶番４０６Ａ、４０６Ｂを介して取りつけられた板状体４０５Ａ、４０５Ｂと、を備えている。蝶番４０６Ａ、４０６Ｂは、角度αから９０°の範囲で開くことが可能である。角度αは９０°よりも小さければ制限がないが、２°から１０°程度であることが望ましい。板状体４０５Ａ、４０５Ｂは、それぞれ、蝶番４０６Ａ、４０６Ｂに固定されている。したがって、２枚の板状体４０５Ａ、２枚の板状体４０５Ｂのなす角度は、ともに、最小２αから最大１８０°までである。ばねが伸縮していない平衡状態にあるときには、２枚の板状体４０５Ａ、４０５Ｂは、ともに、角度２αをなしているか、あるいは、任意の角度に開いている。２枚の板状体４０５Ａ、４０５Ｂの開く方向は、同方向である。
【００３８】
図７（ｂ）に示すように、支持体４０４Ａ、４０４Ｂは、それぞれ、微小なキャスター４０７Ａ、４０７Ｂが取り付けられたプランジャー４１６、電磁石４１７の上に固定されている。キャスター４０７Ａ、４０７Ｂは、移動システム４０１が固体表面４０８上を移動する際に固体表面４０８との摩擦を小さくするためのものである。ばね４０２は、その一端を電磁石４１７に、他端をプランジャー４１６に固定されている。電磁石４１７のコイルに電流が流れることによって、電磁石４１７とプランジャー４１６との間に、吸引力が発生する。固体表面４０８上には液体あるいは気体等の流体よりなる媒質４０９があり、この媒質４０９中を移動システム４０１が移動する。移動システム４０１の板状体、支持体およびキャスター以外の部分は、図示しない筐体によって媒質４０９との接触を遮断されている。
【００３９】
図８（ａ）は、ばね４０２が伸縮していない平衡状態において移動システム４０１が媒質４０９中に配置されている状態を示している。図８（ａ）において、図７（ａ）と同じ構成要素には同じ参照符号が付されている。４１０Ａ、４１１Ａは、それぞれ、板状体４０５Ａの内面、外面であり、４１０Ｂ、４１１Ｂは、それぞれ、板状体４０５Ｂの内面、外面である。板状体４０５Ａ、４０５Ｂは、それぞれ、最小角度２αに近い角度をなしている。移動システム４０１の重心は、ばね４０２のほぼ中央にある。
【００４０】
このような平衡状態にある移動システム４０１の支持体４０４Ｂが設置されている電磁石のコイルに一定の電流を供給する。図８（ｂ）は、支持体４０４Ｂが設置されている電磁石のコイルに一定の電流が供給された直後において、ばね４０２が収縮した状態を示している。ばね４０２が収縮する際、板状体４０５Ａが、その内面４１０Ａに媒質４０９から応力を受けて最大角度１８０°まで開くため、抵抗調整ユニット４０３Ａの左方への移動は、移動後直に停止してしまう。一方、板状体４０５Ｂは、ばね４０２が収縮するにつれて閉じて行き、媒質４０９から受ける抵抗が減少していく。即ち、ばね４０２が収縮するにつれて媒質４０９から受ける抵抗が減少して、ばね４０２の収縮が加速され、抵抗調節ユニット４０３Ｂが右方に急激に移動していく。抵抗調節ユニット４０３Ｂが右方に急激に移動すると、ばね４０２の反発力によってばね４０２が逆に伸張しはじめる。
【００４１】
図８（ｃ）は、ばね４０２が伸張した状態を示している。ばね４０２が伸張する際、板状体４０５Ｂが、その内面４１０Ｂに媒質４０９から応力を受けて最大角度１８０°まで開くため、抵抗調整ユニット４０３Ｂの左方への移動は、移動後直に停止してしまう。一方、板状体４０５Ａは、ばね４０２が伸張するにつれて閉じて行き、媒質４０９から受ける抵抗が減少していく。即ち、ばね４０２が伸張するにつれて媒質４０９から受ける抵抗が減少して、ばね４０２の伸張が加速され、抵抗調節ユニット４０３Ａが右方に急激に移動していく。抵抗調節ユニット４０３Ａが右方に急激に移動すると、ばね４０２が逆に収縮しはじめる。
【００４２】
以後、第４の実施の形態と同様に、ばねが伸張／収縮を繰り返すにつれて、移動システムが右方に移動する。本実施の形態においては、電磁石４１７による磁界からエネルギーが供給されて、ばね４０２の振動の振幅がいわゆるリミットサイクルを描く。
本実施の形体の移動システムは、第２の実施の形態の移動システムのばねの振動がリミットサイクルを描くように変形したものであり、第３の実施の形態の移動システムのばねの振動もリミットサイクルを描くように変形可能であることは明白である。
【００４３】
なお、上述の第４および第５の実施の形態において、移動システムが固体表面の上を移動したが、例えば移動システムの全体としての比重が媒質の比重と同じになるように設計することによって、移動システムが固体表面上を移動するのではなく、媒質中の任意の点から任意の方向に移動可能になるようにすることができる。また、ばねの振動は、磁気的手段のみではなく、電気的手段あるいは機械的手段を用いてなされてもよい。
【００４４】
〔第６の実施の形態〕
図９は、本発明の第６の実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための平面図である。
図９（ａ）に示すように、本実施の形態に係る移動システム５０１は、コア５１４Ａ、５１４Ｂと、コア５１４Ａの紙面右側に側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２と、コア５１４Ｂの紙面左側に側鎖部５０５Ｂ１、５０５Ｂ２と、を有するクラスター分子を備えている。ここで、コア５１４Ａ、５１４Ｂ、および、側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２、５０５Ｂ１、５０５Ｂ２は、それぞれ、単原子で形成されていてもよいし、複数の原子で形成されていてもよい。また、側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２、５０５Ｂ１、５０５Ｂ２は、それぞれ、１つの側鎖を形成していてもよいし、側鎖の一部であってもよい。
ところで、量子力学ならびに固体物性論によれば、コア５１４Ａと５１４Ｂとは、その間で振動している。同様に、側鎖部５０５Ａ１と５０５Ａ２、側鎖部５０５Ｂ１と５０５Ｂ２、および、コア５１４Ａと側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２、コア５１４Ｂと側鎖部５０５Ｂ１、５０５Ｂ２も、それらの間で振動している。
本実施の形態におけるクラスタ分子は、コア５１４Ａと５１４Ｂとの間が収縮するときに、側鎖部５０５Ａ１と５０５Ａ２との間およびコア５１４Ａと側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２との間が伸張し、側鎖部５０５Ｂ１と５０５Ｂ２との間およびコア５１４Ｂと側鎖部５０５Ｂ１、５０５Ｂ２との間が収縮する振動の位相を有する。また、本実施の形態におけるクラスタ分子は、コア５１４Ａと５１４Ｂとの間が伸張するときに、側鎖部５０５Ａ１と５０５Ａ２との間およびコア５１４Ａと側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２との間が収縮し、側鎖部５０５Ｂ１と５０５Ｂ２との間およびコア５１４Ｂと側鎖部５０５Ｂ１、５０５Ｂ２との間が伸張する振動の位相を有する。側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２とが抵抗調整ユニット５０３Ａとなり、側鎖部５０５Ｂ１、５０５Ｂ２とが抵抗調整ユニット５０３Ｂとなる。
図９（ａ）は、クラスタ分子の振動を時間的に平均したときに、コア５１４Ａ、５１４Ｂおよび側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２、５０５Ｂ１、５０５Ｂ２が占める位置を示している。
【００４５】
このようなクラスタ分子１個で本実施の形態の移動システムが形成されてもよいが、このクラスタ分子１個を基本構造として、紙面手前から奥に向かって複数のクラスタ分子がアレイ状に並んだアレイ構造を有して、本実施の形態の移動システムが構成されてもよい。隣接するクラスタ分子は、ファンデルワールス力（Van der Waals force）によって互いに結合し合っている。
【００４６】
図９（ｂ）は、コア５１４Ａと５１４Ｂとの間が収縮した状態を示している。コア５１４Ａと５１４Ｂとの間が収縮するにつれて、コア５１４Ａと側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２との間が伸張するとともに、側鎖部５０５Ａ１と５０５Ａ２との間が伸張する。一方、コア５１４Ｂと側鎖部５０５Ｂ１、５０５Ｂ２との間が収縮するとともに、側鎖部５０５Ｂ１と５０５Ｂ２との間が収縮する。側鎖部５０５Ａ１と５０５Ａ２とは、その間隔が長くなるため、媒質５０９から受ける抵抗が大きくなる。側鎖部５０５Ｂ１と５０５Ｂ２とは、その間隔が短くなるため、媒質５０９から受ける抵抗が小さくなる。したがって、抵抗調整ユニット５０３Ａが紙面左方に移動する距離は、抵抗調整ユニット５０３Ｂが紙面右方に移動する距離に比して短い。そのため、移動システム５０１の重心は、紙面右方に移動する。
【００４７】
次に、図９（ｃ）に示すように、コア５１４Ａと５１４Ｂとの間が伸張する。コア５１４Ａと５１４Ｂとの間が伸張するにつれて、コア５１４Ａと側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２との間が収縮するとともに、側鎖部５０５Ａ１と５０５Ａ２との間が収縮する。一方、コア５１４Ｂと側鎖部５０５Ｂ１、５０５Ｂ２との間が伸張するとともに、側鎖部５０５Ｂ１と５０５Ｂ２との間が伸張する。側鎖部５０５Ａ１と５０５Ａ２とは、その間隔が短くなるため、媒質５０９から受ける抵抗が小さくなる。側鎖部５０５Ｂ１と５０５Ｂ２とは、その間隔が長くなるため、媒質５０９から受ける抵抗が大きくなる。したがって、抵抗調整ユニット５０３Ａが紙面右方に移動する距離は、抵抗調整ユニット５０３Ｂが紙面左方に移動する距離に比して長い。そのため、移動システム５０１の重心は、紙面右方に移動する。
【００４８】
次いで、図９（ｄ）に示すように、コア５１４Ａと５１４Ｂとの間が収縮する。コア５１４Ａと５１４Ｂとの間が収縮するにつれて、コア５１４Ａと側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２との間が伸張するとともに、側鎖部５０５Ａ１と５０５Ａ２との間が伸張する。一方、コア５１４Ｂと側鎖部５０５Ｂ１、５０５Ｂ２との間が収縮するとともに、側鎖部５０５Ｂ１と５０５Ｂ２との間が収縮する。側鎖部５０５Ａ１と５０５Ａ２とは、その間隔が長くなるため、媒質５０９から受ける抵抗が大きくなる。側鎖部５０５Ｂ１と５０５Ｂ２とは、その間隔が短くなるため、媒質５０９から受ける抵抗が小さくなる。したがって、抵抗調整ユニット５０３Ａが紙面左方に移動する距離は、抵抗調整ユニット５０３Ｂが紙面右方に移動する距離に比して短い。そのため、移動システム５０１の重心は、紙面右方に移動する。
【００４９】
次に、コア５１４Ａと５１４Ｂとの間が伸張する。コア５１４Ａと５１４Ｂとの間が伸張すると、図９（ｃ）の場合と同様に、抵抗調整ユニット５０３Ａが紙面右方に大きく移動するのに対して、抵抗調整ユニット５０３Ｂはわずかに紙面左方に移動するだけであるため、移動システム５０１の重心は、紙面右方に移動する。
クラスタ分子は、上述の収縮／伸張を周期的に繰り返す。このとき、移動システム５０１の重心が常に紙面右方に移動するため、移動システム５０１は全体として右に移動する。移動システム５０１の移動は、クラスタ分子の振動が続く限り続く。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態の移動システムは、分子単位で、振動運動を直進運動に変換する効果を有する。
【００５１】
上述の全ての実施の形態において、抵抗調整ユニットまたは摩擦調整ユニットが、ばね、または、２原子分子の両端に接続されたが、抵抗調整ユニットまたは摩擦調整ユニットが一端のみに接続され、他端には例えばバランサーが接続された場合においても、抵抗調整ユニットを両端に接続した場合に比して移動距離は短くなるが、ばねの振動運動が直進運動に変換される。
【００５２】
以上、本発明をその好適な実施の形態に基づいて説明したが、本発明の移動システムは、上述した実施の形態のみに制限されるものではなく、本願発明の要旨を変更しない範囲で種々の変化を施した移動システムも、本発明の範囲に含まれる。例えば、移動システムが移動する媒質は、液体、気体以外にも、粒子体あるいはゲル状物質などでもよく、流体であれば特定の媒質に限定されるものではない。さらに、抵抗調整ユニットを形成する板状体や半球状体は、直方体や回転円錐体など、ばねの収縮時と伸張時とにおいて媒体から相異なる抵抗力を受ける形状のどのようなものにも交換可能である。また、ばねは、振動運動を行ういかなる弾性体にも交換可能である。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による移動システムは、その内部の振動部の振動運動を、振動部の両端に設けられた抵抗調整ユニットまたは摩擦調整ユニットを介して直進運動に変換するものであるから、モータなどの複雑な動力部品を要することなく一方向に移動可能である。
また、本発明による移動システムの移動方法は、振動部の両端において媒質や固体表面から受ける抵抗力または摩擦力を、振動部の伸縮の際に互いに逆に増減させる方法であるから、移動システムを一方向に移動させることを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための側面図。
【図２】 本発明の第２の実施の形態に係る移動システムの平面図〔（ａ）〕と側面図〔（ｂ）〕。
【図３】 本発明の第２の実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための平面図。
【図４】 本発明の第３の実施の形態に係る移動システムの側面図。
【図５】 本発明の第３の実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための側面図。
【図６】 本発明の第４の実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための側面図。
【図７】 本発明の第５の実施の形態に係る移動システムの平面図〔（ａ）〕と側面図〔（ｂ）〕。
【図８】 本発明の第５の実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための平面図。
【図９】 本発明の第６の実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための平面図。
【符号の説明】
１、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１ 移動システム
２、１０２、２０２、３０２、４０２ ばね
３Ａ、３Ｂ、１０３Ａ、１０３Ｂ、３０３Ａ、３０３Ｂ、４０３Ａ、４０３Ｂ、５０３Ａ、５０３Ｂ 抵抗調整ユニット
４Ａ、４Ｂ、１０４Ａ、１０４Ｂ、２０４Ａ、２０４Ｂ、４０４Ａ、４０４Ｂ支持体
５Ａ、５Ｂ、３０５Ａ、３０５Ｂ 半球状体
６Ａ、６Ｂ、３０６Ａ、３０６Ｂ 方向制御板
７Ａ、７Ｂ、１０７Ａ、１０７Ｂ、２０７Ａ、２０７Ｂ、３０７Ａ、３０７Ｂ、４０７Ａ、４０７Ｂ キャスター
８、１０８、２０８、３０８、４０８ 固体表面
９、１０９、３０９、４０９ 媒質
１０Ａ、１０Ｂ、１１０Ａ、１１０Ｂ、３１０Ａ、４１０Ａ、４１０Ｂ 内面
１１Ａ、１１Ｂ、１１１Ａ、１１１Ｂ、３１１Ｂ、４１１Ａ、４１１Ｂ 外面
１５Ａ、１５Ｂ、３１５Ａ、３１５Ｂ 開口
１０５Ａ、１０５Ｂ、２０５Ａ、２０５Ｂ、４０５Ａ、４０５Ｂ 板状体
１０６Ａ、１０６Ｂ、４０６Ａ、４０６Ｂ 蝶番
２０３Ａ、２０３Ｂ 摩擦調整ユニット
２０６Ａ、２０６Ｂ ピン
２１２Ａ、２１２Ｂ 車輪
２１３Ａ、２１３Ｂ 鋸歯状部
３１６、４１６ プランジャー
３１７、４１７ 電磁石
３１８ ストレインゲージ
３１９ 増幅器
５０５Ａ１、５０５Ａ２、５０５Ｂ１、５０５Ｂ２ 側鎖部
５１４Ａ、５１４Ｂ コア
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動システムとその移動方法に関し、特に振動体の振動を直進移動の推進力に変換する移動システムおよびその移動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、移動システムにおいては、通常、その移動の推進力として、モーターなどの動力部品の回転運動が利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子機器の小型化がますます加速されている現在、モーターなどの複雑な動力部品を機器に組み込むことが困難となっており、移動システムの簡素化、微小化が解決すべき課題となっている。
【０００４】
本発明はこれらの課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、モーターなどの回転運動を伴う複雑な動力部品を用いることなく、振動運動を直進運動の推進力とする移動システムおよびその移動方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、伸縮を行うことによって振動する振動部と、該振動部の振動運動を直進運動に変換する変換部と、を有するものであって、前記振動部は、該移動システムの有する固有の振動数に近い振動数で一次元方向に振動することを特徴とする移動システム、が提供される。
そして、好ましくは、前記変換部が、前記振動部の振動方向に沿った一端および他端にそれぞれ接続された変換部よりなり、前記一端に接続された変換部において前記移動システムが媒質中あるいは固体表面上を移動する際に媒質あるいは固体表面から受ける抵抗力が前記振動部が収縮したときに増加し、前記振動部が伸張したときに減少し、前記他端に接続された変換部における前記媒質あるいは固体基板から受ける抵抗力が前記振動部が収縮したときに減少し、前記振動部が伸張したときに増加する。
【０００６】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、移動システム中に該移動システムのもつ固有の振動数に近い振動数の一次元方向の振動を誘起させ、該振動に基づいて前記移動システムを一方向に移動させることを特徴とする移動システムの移動方法、が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための側面図である。
図１（ａ）は、ばね２が伸縮していない平衡状態において移動システム１が固体表面８の上に配置されている状態を示している。図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係る移動システム１は、ばね２と、ばね２の紙面左右両端にそれぞれ固定された抵抗調整ユニット３Ｂ、３Ａと、を有している。抵抗調整ユニット３Ａ、３Ｂは、それぞれ、支持体４Ａ、４Ｂと、支持体４Ａ、４Ｂにそれぞれ方向制御板６Ａ、６Ｂを介して取りつけられた半球状体５Ａ、５Ｂと、を備えている。支持体４Ａ、４Ｂの下端には、それぞれ、微小なキャスター７Ａ、７Ｂが取り付けられている。キャスター７Ａ、７Ｂは、移動システム１が固体表面８上を移動する際に固体表面８との摩擦を小さくするためのものである。固体表面８上には液体あるいは気体等の流体よりなる媒質９があり、この媒質９中を移動システム１が移動する。移動システム１の重心は、ばね２のほぼ中央にある。
【０００８】
半球状体５Ａ、５Ｂは、その内部が空洞であり、開口１５Ａ、１５Ｂにおいて媒質９に開口している。１０Ａ、１１Ａは、それぞれ、半球状体５Ａの内面、外面であり、１０Ｂ、１１Ｂは、それぞれ、半球状体５Ｂの内面、外面である。方向制御板６Ａ、６Ｂは、それぞれ、支持体４Ａ、４Ｂの上で回転可能であり、方向制御板６Ａ、６Ｂが１８０°回転することによって、半球状体５Ａ、５Ｂの開口１５Ａ、１５Ｂの開口方向が反転する。半球状体５Ａ、５Ｂの開口１５Ａ、１５Ｂの開口方向がともに紙面左方向である場合について、本実施の形態の移動システムの動作を説明する。
【０００９】
このような平衡状態にある移動システム１の支持体４Ａの右端と支持体４Ｂの左端とに力Ｆを印加する。図１（ｂ）は、支持体４Ａの右端と支持体４Ｂの左端とに印加された力Ｆによって、ばね２が収縮した状態を示している。ばね２が収縮する際、半球状体５Ａは、開口１５Ａを通して内面１０Ａに媒質９から応力を受ける。したがって、抵抗調整ユニット３Ａが左に移動する運動に対する媒質９からの抵抗力は大きい。一方、半球状体５Ｂは、ばね２が収縮する際、その外面１１Ｂに媒質９から応力を受けるだけである。したがって、抵抗調整ユニット３Ｂが右に移動する運動に対する媒質９からの抵抗力は小さい。そのため、力Ｆによって、抵抗調整ユニット３Ａが紙面左方に移動する距離は、抵抗調整ユニット３Ｂが紙面右方に移動する距離に比して短い。これによって、移動システム１の重心は、紙面右方に移動する。
【００１０】
次に、この状態で、支持体４Ａの右端と支持体４Ｂの左端から力Ｆを解除すると、ばね２は伸張する。図１（ｃ）は、ばね２が伸張した状態を示している。ばね２が伸張する際、半球状体５Ａは、その外面１１Ａに媒質９から応力を受けるだけである。したがって、抵抗調整ユニット３Ａが右に移動する運動に対する媒質９からの抵抗力は小さい。一方、半球状体５Ｂは、開口１５Ｂを通して内面１０Ｂに媒質９から応力を受ける。したがって、抵抗調整ユニット３Ｂが左に移動する運動に対する媒質９からの抵抗力は大きい。そのため、力Ｆを解除したことによって、抵抗調整ユニット３Ａが紙面右方に移動する距離は、抵抗調整ユニット３Ｂが紙面左方に移動する距離に比して長い。これによって、移動システム１の重心は、紙面右方に移動する。
【００１１】
次いで、ばね２が収縮する。図１（ｄ）は、ばね２が収縮した状態を示している。ばね２が収縮する際、半球状体５Ａは、開口１５Ａを通して内面１０Ａに媒質９から応力を受ける。したがって、抵抗調整ユニット３Ａが左に移動する運動に対する媒質９からの抵抗力は大きい。一方、半球状体５Ｂは、その外面１１Ｂに媒質９から応力を受けるだけである。したがって、抵抗調整ユニット３Ｂが右に移動する運動に対する媒質９からの抵抗力は小さい。そのため、抵抗調整ユニット３Ａが紙面左方に移動する距離は、抵抗調整ユニット３Ｂが紙面右方に移動する距離に比して短い。これによって、移動システム１の重心は、紙面右方に移動する。
【００１２】
次に、ばね２が伸張する。ばね２が伸張すると、図１（ｃ）の場合と同様に、抵抗調整ユニット３Ａが紙面右方に大きく移動するのに対して、抵抗調整ユニット３Ｂはわずかに紙面左方に移動するだけであるため、移動システム１の重心は、紙面右方に移動する。
ばね２は、上述の収縮／伸張を繰り返す。このとき、移動システム１の重心が常に紙面右方に移動するため、移動システム１は全体として右に移動する。移動システム１の移動は、ばね２の収縮／伸張によって移動システム１と媒質９との間に生じる摩擦によって外力Ｆが熱として消費されてしまうまで続く。
【００１３】
方向制御板６Ａ、６Ｂを１８０°回転させると、開口１５Ａ、１５Ｂが右方を向く。これは、移動システム１全体を１８０°回転させるのと等価である。したがって、この場合には、上述の説明から、移動システム１は左方に移動することが明白である。
以上説明したように、抵抗調整ユニット３Ａ、３Ｂは、ばね２の振動運動を直進運動に変換する効果を有している。
【００１４】
〔第２の実施の形態〕
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る移動システムの平面図〔（ａ）〕と側面図〔（ｂ）〕である。図３は、本実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための平面図である。
図２（ａ）に示すように、本実施の形態に係る移動システム１０１は、ばね１０２と、ばね１０２の紙面左右両端にそれぞれ固定された抵抗調整ユニット１０３Ｂ、１０３Ａを有している。抵抗調整ユニット１０３Ａ、１０３Ｂは、それぞれ、支持体１０４Ａ、１０４Ｂと、支持体１０４Ａ、１０４Ｂにそれぞれ蝶番１０６Ａ、１０６Ｂを介して取りつけられた板状体１０５Ａ、１０５Ｂと、を備えている。蝶番１０６Ａ、１０６Ｂは、角度αから９０°の範囲で開くことが可能である。角度αは９０°よりも小さければ制限がないが、２°から３０°程度であることが望ましい。板状体１０５Ａ、１０５Ｂは、それぞれ、蝶番１０６Ａ、１０６Ｂに固定されている。したがって、２枚の板状体１０５Ａ、２枚の板状体１０５Ｂのなす角度は、ともに、最小２αから最大１８０°までである。ばねが伸縮していない平衡状態にあるときには、２枚の板状体１０５Ａ、１０５Ｂは、ともに、角度２αをなしているか、あるいは、任意の角度に開いている。２枚の板状体１０５Ａ、１０５Ｂの開く方向は、同方向である。
【００１５】
図２（ｂ）に示すように、支持体１０４Ａ、１０４Ｂの下端には、それぞれ、微小なキャスター１０７Ａ、１０７Ｂが取り付けられている。キャスター１０７Ａ、１０７Ｂは、移動システム１０１が固体表面１０８上を移動する際に固体表面１０８との摩擦を小さくするためのものである。固体表面１０８上には液体あるいは気体等の流体よりなる媒質１０９があり、この媒質１０９中を移動システム１０１が移動する。
【００１６】
図３（ａ）は、ばね１０２が伸縮していない平衡状態において移動システム１０１が媒質１０９中に配置されている状態を示している。図３（ａ）において、図２（ａ）と同じ構成要素には同じ参照符号が付されている。１１０Ａ、１１１Ａは、それぞれ、板状体１０５Ａの内面、外面であり、１１０Ｂ、１１１Ｂは、それぞれ、板状体１０５Ｂの内面、外面である。板状体１０５Ａ、１０５Ｂは、それぞれ、最小角度２αに近い角度をなしている。移動システム１０１の重心は、ばね１０２のほぼ中央にある。
【００１７】
このような平衡状態にある移動システム１０１の支持体１０４Ａの右端と支持体１０４Ｂの左端とに力Ｆを印加する。図３（ｂ）は、支持体１０４Ａの右端と支持体１０４Ｂの左端とに印加された力Ｆによって、ばね１０２が収縮した状態を示している。ばね１０２が収縮するにつれて、板状体１０５Ａは、その内面１１０Ａに媒質１０９から応力を受けて、最大角度１８０°まで開く。一方、板状体１０５Ｂは、ばね１０２が収縮するにつれて、その外面１１１Ｂに媒質１０９から応力を受けて、最小角度２αまで閉じる。板状体１０５Ａは、最大角度１８０°まで開くため、媒質１０９から受ける力が大きくなる。板状体１０５Ｂは、最小角度２αまで閉じるため、媒質１０９から受ける力が小さい。したがって、力Ｆによって、抵抗調整ユニット１０３Ａが紙面左方に移動する距離は、抵抗調整ユニット１０３Ｂが紙面右方に移動する距離に比して短い。そのため、移動システム１０１の重心は、紙面右方に移動する。
【００１８】
次に、この状態で、支持体１０４Ａの右端と支持体１０４Ｂの左端から力Ｆを解除すると、ばね１０２は伸張する。図３（ｃ）は、ばね１０２が伸張した状態を示している。ばね１０２が伸張するにつれて、板状体１０５Ａは、その外面１１１Ａに媒質１０９から応力を受けて、最小角度２αまで閉じる。一方、板状体１０５Ｂは、ばね１０２が伸張するにつれて、その内面１１０Ｂに媒質１０９から応力を受けて、最大角度１８０°まで開く。板状体１０５Ａは、最小角度２αまで閉じるため、媒質１０９から受ける力が小さくなる。板状体１０５Ｂは、最大角度１８０°まで開くため、媒質１０９から受ける力が大きくなる。したがって、力Ｆを解除したことによって、抵抗調整ユニット１０３Ａが紙面右方に移動する距離は、抵抗調整ユニット１０３Ｂが紙面左方に移動する距離に比して長い。そのため、移動システム１０１の重心は、紙面右方に移動する。
【００１９】
次いで、ばね１０２が収縮する。図３（ｄ）は、ばね１０２が収縮した状態を示している。ばね１０２が収縮するにつれて、板状体１０５Ａは、その内面１１０Ａに媒質１０９から応力を受けて、最大角度１８０°まで開く。一方、板状体１０５Ｂは、ばね１０２が収縮するにつれて、その外面１１１Ｂに媒質１０９から応力を受けて、最小角度２αまで閉じる。板状体１０５Ａは、最大角度１８０°まで開くため、媒質１０９から受ける力が大きくなる。板状体１０５Ｂは、最小角度２αまで閉じるため、媒質１０９から受ける力が小さくなる。したがって、抵抗調整ユニット１０３Ａが紙面左方に移動する距離は、抵抗調整ユニット１０３Ｂが紙面右方に移動する距離に比して短い。そのため、移動システム１０１の重心は、紙面右方に移動する。
【００２０】
次に、ばね１０２が伸張する。ばね１０２が伸張すると、図３（ｃ）の場合と同様に、抵抗調整ユニット１０３Ａが紙面右方に大きく移動するのに対して、抵抗調整ユニット１０３Ｂはわずかに紙面左方に移動するだけであるため、移動システム１０１の重心は、紙面右方に移動する。
ばね１０２は、上述の収縮／伸張を周期的に繰り返す。このとき、移動システム１０１の重心が常に紙面右方に移動するため、移動システム１０１は全体として右に移動する。移動システム１０１の移動は、ばね１０２の収縮／伸張によって移動システム１０１と媒質との間に生じる摩擦によって外力Ｆが熱として消費されてしまうまで続く。
【００２１】
以上の説明においては、蝶番１０６Ａ、１０６Ｂの開く角度をαから９０°とし、板状体１０５Ａ、１０５Ｂが左方のみに開くようにしたが、蝶番１０６Ａ、１０６Ｂの開く角度をαから９０°、および、９０°から（１８０°−α）の２段階とし、板状体１０５Ａ、１０５Ｂが右方にも開くようにすることによって、移動システム１０１が固体表面１０８の上を左方にも移動できるようにすることが可能である。
以上説明したように、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、抵抗調整ユニット１０３Ａ、１０３Ｂが、ばね１０２の振動運動を直進運動に変換する効果を有している。さらに、本実施の形態においては、抵抗調整ユニットが、ばねが伸張している間および収縮している間において、媒質からの抵抗力を変化させる手段を有しているので、２つの抵抗調整ユニットの移動距離の比を、第１の実施の形態のそれよりも大きくすることができる。
【００２２】
なお、上述の第１および第２の実施の形態において、移動システムが固体表面の上を移動したが、例えば移動システムの全体としての比重が媒質の比重と同じになるように設計することによって、移動システムが固体表面上を移動するのではなく、媒質中の任意の点から任意の方向に移動可能になるようにすることができる。
【００２３】
〔第３の実施の形態〕
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る移動システムの側面図である。図５は、本実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための側面図である。
図４に示すように、本実施の形態に係る移動システム２０１は、ばね２０２と、ばね２０２の紙面左右両端にそれぞれ固定された摩擦調整ユニット２０３Ｂ、２０３Ａと、を有している。摩擦調整ユニット２０３Ａ、２０３Ｂは、それぞれ、支持体２０４Ａ、２０４Ｂと、支持体２０４Ａ、２０４Ｂにそれぞれ回転可能に取りつけられた丸鋸形状の車輪２１２Ａ、２１２Ｂと、板状体２０５Ａ、２０５Ｂと、を備えている。板状体２０５Ａ、２０５Ｂは、それぞれ、ピン２０６Ａ、２０６Ｂによって、支持体２０４Ａ、２０４Ｂに取り付けられている。板状体２０５Ａ、２０５Ｂは、それぞれ、ピン２０６Ａ、２０６Ｂを中心として回転可能である。ばね２０２が伸縮していない平衡状態にある場合には、板状体２０５Ａ、２０５Ｂのピン２０６Ａ、２０６Ｂよりも左側の細く延びた部分（以後、「先端部」という）は、車輪２１２Ａ、２１２Ｂの鋸歯状部２１３Ａ、２１３Ｂの内部に入り込んでいる。車輪２１２Ａ、２１２Ｂが右回転する際には、板状体２０５Ａ、２０５Ｂの先端部が鋸歯状部２１３Ａ、２１３Ｂの背面によって下方に押されているので、板状体２０５Ａ、２０５Ｂは、固体表面２０８から離れている。一方、車輪２１２Ａ、２１２Ｂが左回転する際には、鋸歯状部２１３Ａ、２１３Ｂの先端が、板状体２０５Ａ、２０５Ｂの先端部を上方に押す。このため、板状体２０５Ａ、２０５Ｂのピン２０６Ａ、２０６Ｂよりも右側の部分が下がり、固体表面２０８に接触し、固体表面２０８を押しつける。支持体２０４Ａ、２０４Ｂの右端には、第１の実施の形態と同様に、移動システム２０１が固体表面２０８上を移動する際に固体表面２０８との摩擦を小さくするために、それぞれ、微小なキャスター２０７Ａ、２０７Ｂが取り付けられている。
【００２４】
図５（ａ）は、ばね２０２が伸縮していない平衡状態において移動システム２０１が固体表面２０８上に配置されている状態を示している。図５（ａ）において、図４と同じ構成要素には同じ参照符号が付されている。移動システム２０１の重心は、ばね２０２のほぼ中央にある。なお、図５を通じて、車輪２１２Ａ、２１２Ｂの鋸歯状部２１３Ａ、２１３Ｂは、一点鎖線の外接円で示されている。
【００２５】
このような平衡状態にある移動システム２０１の支持体２０４Ａの右端と支持体２０４Ｂの左端とに力Ｆを印加する。図５（ｂ）は、印加された力Ｆによって、ばね２０２が収縮した状態を示している。ばね２０２が収縮するとき、車輪２１２Ａが左回転しようとするが、車輪２１２Ａが左回転するとすぐに、板状体２０５Ａは固体表面２０８に強く押しつけられる。一方、車輪２１２Ｂは右回転を行い、板状体２０５Ｂは固体表面２０８から離れている。板状体２０５Ａが固体表面２０８に強く押しつけられるので、板状体２０５Ａと固体表面２０８との間には強い摩擦力が働く。板状体２０５Ｂは固体表面２０８から離れているので、板状体２０５Ｂと固体表面２０８との間には摩擦力が働かない。したがって、力Ｆによって、摩擦調整ユニット２０３Ａはわずかに紙面左方に移動するだけであるのに対して、摩擦調整ユニット２０３Ｂは紙面右方に大きく移動する。そのため、移動システム２０１の重心は、紙面右方に移動する。
【００２６】
次に、この状態で、力Ｆを解除すると、ばね２０２は伸張する。図５（ｃ）は、ばね２０２が伸張した状態を示している。ばね２０２が伸張するとき、車輪２１２Ａは右回転を行い、板状体２０５Ａを固体表面２０８から離す。一方、ばね２０２が伸張するとき、車輪２１２Ｂは左回転しようとするが、車輪２１２Ｂが左回転するとすぐに、板状体２０５Ｂが固体表面２０８に強く押しつけられる。板状体２０５Ａが固体表面２０８から離れるので、板状体２０５Ａと固体表面２０８との間に摩擦力が働かなくなる。一方、板状体２０５Ｂが固体表面２０８に強く押しつけられるので、板状体２０５Ｂと固体表面２０８との間には強い摩擦力が働く。したがって、力Ｆを解除したことによって、摩擦調整ユニット２０３Ａが紙面右方に大きく移動するのに対して、摩擦調整ユニット２０３Ｂはわずかに紙面左方に移動するだけである。そのため、移動システム２０１の重心は、紙面右方に移動する。
【００２７】
次いで、ばね２０２が収縮する。図５（ｄ）は、ばね２０２が収縮した状態を示している。ばね２０２が収縮するとき、車輪２１２Ａが左回転しようとするが、車輪２１２Ａが左回転するとすぐに、板状体２０５Ａは固体表面２０８に強く押しつけられる。一方、ばね２０２が収縮するとき、車輪２１２Ｂは右回転を行い、板状体２０５Ｂは固体表面２０８から離れる。板状体２０５Ａが固体表面２０８に強く押しつけられるので、板状体２０５Ａと固体表面２０８との間には強い摩擦力が働く。板状体２０５Ｂは固体表面２０８から離れるので、板状体２０５Ｂと固体表面２０８との間には摩擦力が働かなくなる。したがって、摩擦調整ユニット２０３Ａはわずかに紙面左方に移動するだけであるのに対して、摩擦調整ユニット２０３Ｂは紙面右方に大きく移動する。そのため、移動システム２０１の重心は、紙面右方に移動する。
【００２８】
次に、ばね２０２が伸張する。ばね２０２が伸張すると、図５（ｃ）の場合と同様に、摩擦調整ユニット２０３Ａが紙面右方に大きく移動するのに対して、摩擦調整ユニット２０３Ｂはわずかに紙面左方に移動するだけであるため、移動システム２０１の重心は、紙面右方に移動する。
ばね２０２は、上述の収縮／伸張を繰り返す。このとき、移動システム２０１の重心が常に紙面右方に移動するため、移動システム２０１は全体として右に移動する。移動システム２０１の移動は、摩擦調整ユニットと固体表面との間に生じる摩擦によって外力Ｆが熱として消費されてしまうまで続く。
【００２９】
以上の説明においては、板状体２０５Ａ、２０５Ｂを機械的に固体表面２０８から離したり、固体表面２０８に押しつけたりしたが、車輪２１２Ａ、２１２Ｂの回転方向を検知するセンサを取りつけ、このセンサからの信号に基づいて、板状体２０５Ａ、２０５Ｂを電気的に上下させることによって、固体表面２０８から離したり、固体表面２０８に押しつけたりしてもよい。
【００３０】
以上説明したように、本実施の形態の移動システムは、第１および第２の実施の形態と同様に、ばねの振動運動を直進運動に変換するという効果を有している。
上述の第１から第３の実施の形態において、力Ｆは機械的に印加されるだけではなく、磁気的あるいは電気的に印加されてもよい。例えば、支持体が磁性体で作製され、磁場によって力が印加される。あるいは、支持体が荷電状態にされ、電界によって力が印加される。
【００３１】
〔第４の実施の形態〕
図６は、本発明の第４の実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための側面図である。
図６（ａ）は、ばね３０２が伸縮していない平衡状態において移動システム３０１が固体表面３０８上に配置されている状態を示している。図６（ａ）に示すように、本実施の形態に係る移動システム３０１は、ばね３０２と、ばね３０２の紙面左右両端にそれぞれ固定された抵抗調整ユニット３０３Ｂ、３０３Ａを有している。抵抗調整ユニット３０３Ａ、３０３Ｂは、それぞれ、プランジャー３１６、電磁石３１７と、プランジャー３１６、電磁石３１７にそれぞれ方向制御板３０６Ａ、３０６Ｂを介して取りつけられた半球状体３０５Ａ、３０５Ｂと、を備えている。プランジャー３１６、電磁石３１７の下端には、第１の実施の形態と同様に、それぞれ、微小なキャスター３０７Ａ、３０７Ｂが取り付けられている。ばね３０２のいずれか１つにはストレインゲージ３１８が取りつけられ、ストレインゲージ３１８の出力信号が増幅器３１９によって増幅されて、電磁石３１７のコイルに供給されるようになっている。固体表面３０８上には液体あるいは気体等の流体よりなる媒質３０９があり、この媒質３０９中を移動システム３０１が移動する。移動システム３０１の半球状体およびキャスター以外の部分は、図示しない筐体によって媒質３０９との接触を遮断されている。移動システム３０１の重心は、ばね３０２のほぼ中央にある。
【００３２】
半球状体３０５Ａ、３０５Ｂは、それぞれ、第１の実施の形態の半球状体５Ａ、５Ｂと同様の形状を有しており、方向制御板３０６Ａ、３０６Ｂを回転することによって、その開口３１５Ａ、３１５Ｂの開口方向を変えることが可能である。半球状体３０５Ａ、３０５Ｂの開口３１５Ａ、３１５Ｂの開口方向がともに紙面左方向である場合について、本実施の形態の移動システムの動作を説明する。
【００３３】
このような平衡状態にある移動システム３０１の電磁石３１７のコイルに図示しないトリガー回路からトリガー信号を印加すると、ばね３０２は、移動システム３０１の持つ固有振動数で振動を始める。ばね３０２が振動を始めると、ばね３０２に取りつけられたストレインゲージ３１８から、ばね３０２の振動周期を持つ信号が増幅器３１９に出力される。増幅器３１９は、この信号を増幅して、一定の振幅を有する電流パルスを電磁石３１７のコイルに供給する。電流パルスの周期が移動システム３０１の持つ固有振動の周期と一致するから、ばね３０２には自励振動が誘起される。
【００３４】
図６（ｂ）は、ばね３０２が収縮した状態を示している。ばね３０２が収縮する際、半球状体３０５Ａは、開口３１５Ａを通して内面３１０Ａに媒質３０９から応力を受ける。したがって、抵抗調整ユニット３０３Ａが左に移動する運動に対する媒質３０９からの抵抗力は大きい。一方、半球状体３０５Ｂは、ばね３０２が収縮する際、その外面３１１Ｂに媒質３０９から応力を受けるだけである。したがって、抵抗調整ユニット３０３Ｂが右に移動する運動に対する媒質３０９からの抵抗力は小さい。そのため、抵抗調整ユニット３０３Ａが紙面左方に移動する距離は、抵抗調整ユニット３０３Ｂが紙面右方に移動する距離に比して短い。これによって、移動システム３０１の重心は、紙面右方に移動する。
【００３５】
以後、第１の実施の形態と同様に、ばねが伸張／収縮を繰り返すにつれて、移動システムが右方に移動する。ただし、第１の実施の形態においては、移動システムが移動する際、移動システムと媒質との間に生じる摩擦によって移動が停止するのに対して、本実施の形態においては、電磁石３１７のコイルへ電流パルスが供給される限り、移動システムの移動が継続する。
【００３６】
方向制御板３０６Ａ、３０６Ｂを回転させると、移動システム３０１の移動方向が変化することは、第１の実施の形態と同様である。
なお、以上の説明においては、ばね３０２の振動周期を検出するために、ストレインゲージが用いられたが、ストレインゲージに限らず、圧電素子や光検出器等、振動周期や変位量を検出できるものであればどのようなものでも用いられ得る。
【００３７】
〔第５の実施の形態〕
図７は、本発明の第５の実施の形態に係る移動システムの平面図〔（ａ）〕と側面図〔（ｂ）〕である。図８は、本実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための平面図である。
図７（ａ）に示すように、本実施の形態に係る移動システム４０１は、ばね４０２と、抵抗調整ユニット４０３Ａ、４０３Ｂと、を有している。抵抗調整ユニット４０３Ａ、４０３Ｂは、それぞれ、支持体４０４Ａ、４０４Ｂと、支持体４０４Ａ、４０４Ｂにそれぞれ蝶番４０６Ａ、４０６Ｂを介して取りつけられた板状体４０５Ａ、４０５Ｂと、を備えている。蝶番４０６Ａ、４０６Ｂは、角度αから９０°の範囲で開くことが可能である。角度αは９０°よりも小さければ制限がないが、２°から１０°程度であることが望ましい。板状体４０５Ａ、４０５Ｂは、それぞれ、蝶番４０６Ａ、４０６Ｂに固定されている。したがって、２枚の板状体４０５Ａ、２枚の板状体４０５Ｂのなす角度は、ともに、最小２αから最大１８０°までである。ばねが伸縮していない平衡状態にあるときには、２枚の板状体４０５Ａ、４０５Ｂは、ともに、角度２αをなしているか、あるいは、任意の角度に開いている。２枚の板状体４０５Ａ、４０５Ｂの開く方向は、同方向である。
【００３８】
図７（ｂ）に示すように、支持体４０４Ａ、４０４Ｂは、それぞれ、微小なキャスター４０７Ａ、４０７Ｂが取り付けられたプランジャー４１６、電磁石４１７の上に固定されている。キャスター４０７Ａ、４０７Ｂは、移動システム４０１が固体表面４０８上を移動する際に固体表面４０８との摩擦を小さくするためのものである。ばね４０２は、その一端を電磁石４１７に、他端をプランジャー４１６に固定されている。電磁石４１７のコイルに電流が流れることによって、電磁石４１７とプランジャー４１６との間に、吸引力が発生する。固体表面４０８上には液体あるいは気体等の流体よりなる媒質４０９があり、この媒質４０９中を移動システム４０１が移動する。移動システム４０１の板状体、支持体およびキャスター以外の部分は、図示しない筐体によって媒質４０９との接触を遮断されている。
【００３９】
図８（ａ）は、ばね４０２が伸縮していない平衡状態において移動システム４０１が媒質４０９中に配置されている状態を示している。図８（ａ）において、図７（ａ）と同じ構成要素には同じ参照符号が付されている。４１０Ａ、４１１Ａは、それぞれ、板状体４０５Ａの内面、外面であり、４１０Ｂ、４１１Ｂは、それぞれ、板状体４０５Ｂの内面、外面である。板状体４０５Ａ、４０５Ｂは、それぞれ、最小角度２αに近い角度をなしている。移動システム４０１の重心は、ばね４０２のほぼ中央にある。
【００４０】
このような平衡状態にある移動システム４０１の支持体４０４Ｂが設置されている電磁石のコイルに一定の電流を供給する。図８（ｂ）は、支持体４０４Ｂが設置されている電磁石のコイルに一定の電流が供給された直後において、ばね４０２が収縮した状態を示している。ばね４０２が収縮する際、板状体４０５Ａが、その内面４１０Ａに媒質４０９から応力を受けて最大角度１８０°まで開くため、抵抗調整ユニット４０３Ａの左方への移動は、移動後直に停止してしまう。一方、板状体４０５Ｂは、ばね４０２が収縮するにつれて閉じて行き、媒質４０９から受ける抵抗が減少していく。即ち、ばね４０２が収縮するにつれて媒質４０９から受ける抵抗が減少して、ばね４０２の収縮が加速され、抵抗調節ユニット４０３Ｂが右方に急激に移動していく。抵抗調節ユニット４０３Ｂが右方に急激に移動すると、ばね４０２の反発力によってばね４０２が逆に伸張しはじめる。
【００４１】
図８（ｃ）は、ばね４０２が伸張した状態を示している。ばね４０２が伸張する際、板状体４０５Ｂが、その内面４１０Ｂに媒質４０９から応力を受けて最大角度１８０°まで開くため、抵抗調整ユニット４０３Ｂの左方への移動は、移動後直に停止してしまう。一方、板状体４０５Ａは、ばね４０２が伸張するにつれて閉じて行き、媒質４０９から受ける抵抗が減少していく。即ち、ばね４０２が伸張するにつれて媒質４０９から受ける抵抗が減少して、ばね４０２の伸張が加速され、抵抗調節ユニット４０３Ａが右方に急激に移動していく。抵抗調節ユニット４０３Ａが右方に急激に移動すると、ばね４０２が逆に収縮しはじめる。
【００４２】
以後、第４の実施の形態と同様に、ばねが伸張／収縮を繰り返すにつれて、移動システムが右方に移動する。本実施の形態においては、電磁石４１７による磁界からエネルギーが供給されて、ばね４０２の振動の振幅がいわゆるリミットサイクルを描く。
本実施の形体の移動システムは、第２の実施の形態の移動システムのばねの振動がリミットサイクルを描くように変形したものであり、第３の実施の形態の移動システムのばねの振動もリミットサイクルを描くように変形可能であることは明白である。
【００４３】
なお、上述の第４および第５の実施の形態において、移動システムが固体表面の上を移動したが、例えば移動システムの全体としての比重が媒質の比重と同じになるように設計することによって、移動システムが固体表面上を移動するのではなく、媒質中の任意の点から任意の方向に移動可能になるようにすることができる。また、ばねの振動は、磁気的手段のみではなく、電気的手段あるいは機械的手段を用いてなされてもよい。
【００４４】
〔第６の実施の形態〕
図９は、本発明の第６の実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための平面図である。
図９（ａ）に示すように、本実施の形態に係る移動システム５０１は、コア５１４Ａ、５１４Ｂと、コア５１４Ａの紙面右側に側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２と、コア５１４Ｂの紙面左側に側鎖部５０５Ｂ１、５０５Ｂ２と、を有するクラスター分子を備えている。ここで、コア５１４Ａ、５１４Ｂ、および、側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２、５０５Ｂ１、５０５Ｂ２は、それぞれ、単原子で形成されていてもよいし、複数の原子で形成されていてもよい。また、側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２、５０５Ｂ１、５０５Ｂ２は、それぞれ、１つの側鎖を形成していてもよいし、側鎖の一部であってもよい。
ところで、量子力学ならびに固体物性論によれば、コア５１４Ａと５１４Ｂとは、その間で振動している。同様に、側鎖部５０５Ａ１と５０５Ａ２、側鎖部５０５Ｂ１と５０５Ｂ２、および、コア５１４Ａと側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２、コア５１４Ｂと側鎖部５０５Ｂ１、５０５Ｂ２も、それらの間で振動している。
本実施の形態におけるクラスタ分子は、コア５１４Ａと５１４Ｂとの間が収縮するときに、側鎖部５０５Ａ１と５０５Ａ２との間およびコア５１４Ａと側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２との間が伸張し、側鎖部５０５Ｂ１と５０５Ｂ２との間およびコア５１４Ｂと側鎖部５０５Ｂ１、５０５Ｂ２との間が収縮する振動の位相を有する。また、本実施の形態におけるクラスタ分子は、コア５１４Ａと５１４Ｂとの間が伸張するときに、側鎖部５０５Ａ１と５０５Ａ２との間およびコア５１４Ａと側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２との間が収縮し、側鎖部５０５Ｂ１と５０５Ｂ２との間およびコア５１４Ｂと側鎖部５０５Ｂ１、５０５Ｂ２との間が伸張する振動の位相を有する。側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２とが抵抗調整ユニット５０３Ａとなり、側鎖部５０５Ｂ１、５０５Ｂ２とが抵抗調整ユニット５０３Ｂとなる。
図９（ａ）は、クラスタ分子の振動を時間的に平均したときに、コア５１４Ａ、５１４Ｂおよび側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２、５０５Ｂ１、５０５Ｂ２が占める位置を示している。
【００４５】
このようなクラスタ分子１個で本実施の形態の移動システムが形成されてもよいが、このクラスタ分子１個を基本構造として、紙面手前から奥に向かって複数のクラスタ分子がアレイ状に並んだアレイ構造を有して、本実施の形態の移動システムが構成されてもよい。隣接するクラスタ分子は、ファンデルワールス力（Van der Waals force）によって互いに結合し合っている。
【００４６】
図９（ｂ）は、コア５１４Ａと５１４Ｂとの間が収縮した状態を示している。コア５１４Ａと５１４Ｂとの間が収縮するにつれて、コア５１４Ａと側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２との間が伸張するとともに、側鎖部５０５Ａ１と５０５Ａ２との間が伸張する。一方、コア５１４Ｂと側鎖部５０５Ｂ１、５０５Ｂ２との間が収縮するとともに、側鎖部５０５Ｂ１と５０５Ｂ２との間が収縮する。側鎖部５０５Ａ１と５０５Ａ２とは、その間隔が長くなるため、媒質５０９から受ける抵抗が大きくなる。側鎖部５０５Ｂ１と５０５Ｂ２とは、その間隔が短くなるため、媒質５０９から受ける抵抗が小さくなる。したがって、抵抗調整ユニット５０３Ａが紙面左方に移動する距離は、抵抗調整ユニット５０３Ｂが紙面右方に移動する距離に比して短い。そのため、移動システム５０１の重心は、紙面右方に移動する。
【００４７】
次に、図９（ｃ）に示すように、コア５１４Ａと５１４Ｂとの間が伸張する。コア５１４Ａと５１４Ｂとの間が伸張するにつれて、コア５１４Ａと側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２との間が収縮するとともに、側鎖部５０５Ａ１と５０５Ａ２との間が収縮する。一方、コア５１４Ｂと側鎖部５０５Ｂ１、５０５Ｂ２との間が伸張するとともに、側鎖部５０５Ｂ１と５０５Ｂ２との間が伸張する。側鎖部５０５Ａ１と５０５Ａ２とは、その間隔が短くなるため、媒質５０９から受ける抵抗が小さくなる。側鎖部５０５Ｂ１と５０５Ｂ２とは、その間隔が長くなるため、媒質５０９から受ける抵抗が大きくなる。したがって、抵抗調整ユニット５０３Ａが紙面右方に移動する距離は、抵抗調整ユニット５０３Ｂが紙面左方に移動する距離に比して長い。そのため、移動システム５０１の重心は、紙面右方に移動する。
【００４８】
次いで、図９（ｄ）に示すように、コア５１４Ａと５１４Ｂとの間が収縮する。コア５１４Ａと５１４Ｂとの間が収縮するにつれて、コア５１４Ａと側鎖部５０５Ａ１、５０５Ａ２との間が伸張するとともに、側鎖部５０５Ａ１と５０５Ａ２との間が伸張する。一方、コア５１４Ｂと側鎖部５０５Ｂ１、５０５Ｂ２との間が収縮するとともに、側鎖部５０５Ｂ１と５０５Ｂ２との間が収縮する。側鎖部５０５Ａ１と５０５Ａ２とは、その間隔が長くなるため、媒質５０９から受ける抵抗が大きくなる。側鎖部５０５Ｂ１と５０５Ｂ２とは、その間隔が短くなるため、媒質５０９から受ける抵抗が小さくなる。したがって、抵抗調整ユニット５０３Ａが紙面左方に移動する距離は、抵抗調整ユニット５０３Ｂが紙面右方に移動する距離に比して短い。そのため、移動システム５０１の重心は、紙面右方に移動する。
【００４９】
次に、コア５１４Ａと５１４Ｂとの間が伸張する。コア５１４Ａと５１４Ｂとの間が伸張すると、図９（ｃ）の場合と同様に、抵抗調整ユニット５０３Ａが紙面右方に大きく移動するのに対して、抵抗調整ユニット５０３Ｂはわずかに紙面左方に移動するだけであるため、移動システム５０１の重心は、紙面右方に移動する。
クラスタ分子は、上述の収縮／伸張を周期的に繰り返す。このとき、移動システム５０１の重心が常に紙面右方に移動するため、移動システム５０１は全体として右に移動する。移動システム５０１の移動は、クラスタ分子の振動が続く限り続く。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態の移動システムは、分子単位で、振動運動を直進運動に変換する効果を有する。
【００５１】
上述の全ての実施の形態において、抵抗調整ユニットまたは摩擦調整ユニットが、ばね、または、２原子分子の両端に接続されたが、抵抗調整ユニットまたは摩擦調整ユニットが一端のみに接続され、他端には例えばバランサーが接続された場合においても、抵抗調整ユニットを両端に接続した場合に比して移動距離は短くなるが、ばねの振動運動が直進運動に変換される。
【００５２】
以上、本発明をその好適な実施の形態に基づいて説明したが、本発明の移動システムは、上述した実施の形態のみに制限されるものではなく、本願発明の要旨を変更しない範囲で種々の変化を施した移動システムも、本発明の範囲に含まれる。例えば、移動システムが移動する媒質は、液体、気体以外にも、粒子体あるいはゲル状物質などでもよく、流体であれば特定の媒質に限定されるものではない。さらに、抵抗調整ユニットを形成する板状体や半球状体は、直方体や回転円錐体など、ばねの収縮時と伸張時とにおいて媒体から相異なる抵抗力を受ける形状のどのようなものにも交換可能である。また、ばねは、振動運動を行ういかなる弾性体にも交換可能である。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による移動システムは、その内部の振動部の振動運動を、振動部の両端に設けられた抵抗調整ユニットまたは摩擦調整ユニットを介して直進運動に変換するものであるから、モータなどの複雑な動力部品を要することなく一方向に移動可能である。
また、本発明による移動システムの移動方法は、振動部の両端において媒質や固体表面から受ける抵抗力または摩擦力を、振動部の伸縮の際に互いに逆に増減させる方法であるから、移動システムを一方向に移動させることを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための側面図。
【図２】 本発明の第２の実施の形態に係る移動システムの平面図〔（ａ）〕と側面図〔（ｂ）〕。
【図３】 本発明の第２の実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための平面図。
【図４】 本発明の第３の実施の形態に係る移動システムの側面図。
【図５】 本発明の第３の実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための側面図。
【図６】 本発明の第４の実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための側面図。
【図７】 本発明の第５の実施の形態に係る移動システムの平面図〔（ａ）〕と側面図〔（ｂ）〕。
【図８】 本発明の第５の実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための平面図。
【図９】 本発明の第６の実施の形態に係る移動システムの動作を説明するための平面図。
【符号の説明】
１、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１ 移動システム
２、１０２、２０２、３０２、４０２ ばね
３Ａ、３Ｂ、１０３Ａ、１０３Ｂ、３０３Ａ、３０３Ｂ、４０３Ａ、４０３Ｂ、５０３Ａ、５０３Ｂ 抵抗調整ユニット
４Ａ、４Ｂ、１０４Ａ、１０４Ｂ、２０４Ａ、２０４Ｂ、４０４Ａ、４０４Ｂ支持体
５Ａ、５Ｂ、３０５Ａ、３０５Ｂ 半球状体
６Ａ、６Ｂ、３０６Ａ、３０６Ｂ 方向制御板
７Ａ、７Ｂ、１０７Ａ、１０７Ｂ、２０７Ａ、２０７Ｂ、３０７Ａ、３０７Ｂ、４０７Ａ、４０７Ｂ キャスター
８、１０８、２０８、３０８、４０８ 固体表面
９、１０９、３０９、４０９ 媒質
１０Ａ、１０Ｂ、１１０Ａ、１１０Ｂ、３１０Ａ、４１０Ａ、４１０Ｂ 内面
１１Ａ、１１Ｂ、１１１Ａ、１１１Ｂ、３１１Ｂ、４１１Ａ、４１１Ｂ 外面
１５Ａ、１５Ｂ、３１５Ａ、３１５Ｂ 開口
１０５Ａ、１０５Ｂ、２０５Ａ、２０５Ｂ、４０５Ａ、４０５Ｂ 板状体
１０６Ａ、１０６Ｂ、４０６Ａ、４０６Ｂ 蝶番
２０３Ａ、２０３Ｂ 摩擦調整ユニット
２０６Ａ、２０６Ｂ ピン
２１２Ａ、２１２Ｂ 車輪
２１３Ａ、２１３Ｂ 鋸歯状部
３１６、４１６ プランジャー
３１７、４１７ 電磁石
３１８ ストレインゲージ
３１９ 増幅器
５０５Ａ１、５０５Ａ２、５０５Ｂ１、５０５Ｂ２ 側鎖部
５１４Ａ、５１４Ｂ コア
Claims (13)
- 伸縮を行うことによって振動する振動部と、該振動部の振動運動を直進運動に変換する変換部と、を有する移動システムにおいて、前記振動部は、該移動システムの有する固有の振動数に近い振動数で一次元方向に振動することを特徴とする移動システム。
- 前記移動システムが媒質中または固体表面上を移動する際に、前記変換部が媒質または固体表面から受ける抵抗力または摩擦力が、前記振動部の収縮時と伸張時とで相異なることを特徴とする請求項１に記載の移動システム。
- 前記変換部は、前記移動システムが媒質中または固体表面上を移動する際に、前記変換部が媒質または固体表面から受ける抵抗力または摩擦力を変化させる手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の移動システム。
- 前記変換部が、前記振動部の振動方向に沿った一端または両端に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の移動システム。
- 前記振動部の振動方向に沿った一端に接続された変換部が受ける前記抵抗力または摩擦力が、前記振動部の収縮時におけるよりも伸張時において小さく、前記振動部の振動方向に沿った他端に接続された変換部が受ける前記抵抗力または摩擦力が、前記振動部の収縮時におけるよりも伸張時において大きいことを特徴とする請求項４に記載の移動システム。
- 前記振動部の収縮時において、前記振動部の振動方向に沿った一端に接続された変換部が受ける前記抵抗力が前記振動部の振動方向に沿った他端に接続された変換部が受ける前記抵抗力よりも大きく、前記振動部の伸張時において、前記振動部の振動方向に沿った一端に接続された変換部が受ける前記抵抗力が前記振動部の振動方向に沿った他端に接続された変換部が受ける前記抵抗力よりも小さいことを特徴とする請求項４または５に記載の移動システム。
- 前記振動部の振動が、機械エネルギーまたは電気エネルギーまたは磁気エネルギーによってなされることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の移動システム。
- 前記振動部が分子によって形成され、該分子の原子振動が振動部の振動を形成することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の移動システム。
- 前記移動システムの移動方向を変化させる手段を有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の移動システム。
- 前記振動部の振動が自励振動であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の移動システム。
- 前記振動部の振動がリミットサイクルであることを特徴とする請求項１０に記載の移動システム。
- 移動システム中に該移動システムのもつ固有の振動数に近い振動数の一次元方向の振動を誘起させ、該振動に基づいて前記移動システムを一方向に移動させることを特徴とする移動システムの移動方法。
- 前記振動の収縮時と伸張時とで、媒質中または固体表面上を移動する移動システムの一端において、該媒質または固体表面から前記移動システムが受ける抵抗力または摩擦力と、前記移動システムの他端において、前記移動システムが受ける抵抗力または摩擦力と、の大小関係を反転させることを特徴とする請求項１２に記載の移動システムの移動方法。
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