JP6232535B1 - ゴム紐の捩じりによる外振り装置と飛翔体 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動ゴム紐の捩じりの戻り反力により鳥の羽ばたきの様に外側端部を上下に振る外振り装置を実現し、この外振り装置を用いて鳥のように飛翔する飛翔体を実現することを課題とする。【解決手段】外振り装置は、一端部を固定したゴム紐の他端部をクランクハンドルのフックに掛け、このクランクハンドルに2本の連結材の下側端部を回転可能に接続し、前記2本の連結材の上側端部に、その２本の連結材の外側に設置した2本のアームバーの内側端部をそれぞれ回転可能に接続し、固定されたそれぞれの突起軸によって、前記２本のアームバーの中央部を回転が可能な支点として支持し、前記クランクハンドルを回して前記ゴム紐を捩じり、その後捩じった前記ゴム紐の戻りによる回転運動を前記クランクハンドルにより前記2本の連結材の上下運動に変換し、前記２本の連結材の上下運動を前記２本のアームバーの外側端部を上下に振る外振り運動に変換することを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、ゴム紐の捩じり力によって鳥の羽ばたきのように内側に対し外側を大きく上下に振る外振り装置と、外振り装置によって飛翔する飛翔体に関するものである。

鳥のように羽ばたいて飛翔する飛翔体の実現には、羽根を羽ばたかせる方法が必要である。エンジンやモータを用いて羽ばたかせて飛翔させるものは実現されている。一方ゴム紐の駆動力によって羽ばたかせる方法についての提案はされているが（例えば特許文献１参照）、それによって実際に飛翔する飛翔体はあまり一般化されていない。この理由として、羽ばたき飛翔体を飛翔させるためには模型飛行機に比べより大きな揚力を必要とするため、ゴム紐の駆動力によってその揚力を発生させることが困難であったためと考えられる。このため、模型飛行機と同程度の簡単さで作れる効率的な羽ばたき装置とそれによる羽ばたき飛翔体の実現が期待されていた。

特開２００４−１３００４９号公報

鳥の羽ばたきのように内側に対し外側を上下に大きく振る外振り装置を実現し、この外振り装置を用いて鳥のように飛翔する飛翔体を実現することを課題とする。

図１は本発明の外振り装置の概念図で側面を示したものである。この装置について以下説明する。

この装置は、ゴム紐の捩じり部（図１のA部）とゴム紐の捩じりの戻りによる回転運動を上下運動に変換するクランク部（図１のB部）と、この上下運動に追随する内側の上下運動によって外側を振る外振り部（図１のC部））から成る。

捩じり部では、一端部を固定したゴム紐１が他端部の回転により捩じられる。ゴム紐１の両端部はクランクハンドル２とクランク３のフックに掛けられている。クランクハンドル２はクランク軸２aとクランク軸２aに平行な操作部２bとクランク軸２aと操作部２aを直角に結ぶ半径部２ｃから成っている。クランク３を回してゴム紐１を捩じる場合にはクランクハンドル２は仮固定され、捩じり終わった後クランク３を固定し、クランクハンドル２の仮固定を解除してクランクハンドル２を回転させる。反対にクランクハンドル２によりゴム紐１を捩じる場合にはクランク３は固定され、捩じり終わった後クランクハンドル２を自由にするとクランクハンドル２は回転を始める。このクランクハンドル２の回転運動は以下のようにして連結材４の上下運動に変換される。

クランク部では、連結材４がクランクハンドル２の操作部２ｂに回転可能に取り付けられ、捩じられたゴム紐１の戻りによりクランクハンドル２が回転すると、クランクハンドル２の回転により操作部２ｂが上下し、操作部２ｂの上下に追随して連結材４が上下する。操作部２ｂが上になると連結材４は上昇し（図1の実線参照）、操作部２bが下になると連結材４は下降する（図1の２点鎖線参照）。即ち、捩じられたゴム紐１の回転運動はクランク部で連結材４の上下運動に変換される。連結材４の上下運動は以下のようにしてアームバー５の外振り運動に変換される。

外振り部では、連結材４の上端にアームバー５の内側端部がヒンジ４aにより回転可能に取り付けられ、アームバー５の中央部は突起軸５aによる支点で回転可能なヒンジ固定されている。連結材４が上昇するとアームバー５の外側端部が下がり（図1の実線参照）、連結材４が下降するとアームバー５の外側端部は上がる（図１の２点鎖線参照）。こうして連結材４の上昇下降運動はアームバー５の外振り運動に変換される。通常アームバー５の外側にはアームバー５より細い延長材６が接着固定され延長材６の外側端部は大きく上下に振られる。なお、図１では説明の便宜上、連結材４とアームバー５が正面を向くように表している。アームバー５は実際には図１の表示とは異なり、クランク軸２aに対し直角方向に延びるように取り付けられる。

図２はクランク部の作用を説明するもので、図２（a）は側面を、図2（ｂ）は正面を示している。捩じり部におけるゴム紐１はクランクハンドル２又はクランク３によって捩じられる。クランクハンドル2には摩擦を減少させるための球座２ｄが挿入されている（図２（a）参照）。捩じられたゴム紐１の戻りによりクランクハンドル２が回転し、操作部２ｂは円運動をし、連結材４は上下動する（図２（ｂ）参照）。上下動の幅の大きさはクランクハンドル２の半径部２ｃの長さによる。

図３は連結材４と外振り部の作用の説明図である。アームバー５の内側端部が連結材４の頂部にヒンジ４aにより回転可能に固定されている。アームバー５の中央部は突起軸５aによる支点でヒンジ固定されている。連結材４が上昇するとアームバー５の外側端部は下降し（図３（a）の実線参照）、連結材４が下降するとアームバー５の外側端部は上昇する（図３（a）の２点鎖線参照）。設置されたアームバー５に細い延長材６を接続固定することにより必要長さに調整することが出来る（図３ｂ参照）。延長材６が長い場合には、内側に対し外側端部が上下に大きく振れる外振り運動を呈す（図３（ｂ）の２点鎖線参照）。外振り構造の場合、４aの力点と５aの支点が接近しているため、外側が受ける力に対して内側の力点４aには大きな力が必要になる。このため大きな力を効率良く４aに伝達する方法が極めて重要になる。

図４（a）はアームバー５の中央部が突起軸５aによる支点でヒンジ固定されている場合の連結材４の上昇・下降時の状態を示すものである。即ち操作部２ｂは、丸付き数字１→２→３→４のように回転運動をし、その時の連結材４の頂部のヒンジ４aの軌跡は、ヒンジ４aと突起軸５aの支点までの距離が一定であることから、クランクハンドル２の軸鉛直線（図４の２点鎖線）からはみ出し、図４（ｂ）に示す丸付き数字１→２→３→４のような円弧状軌跡になる。

図５（a）はアームバー５の中央部に突起軸５aを囲む横方向の遊び５ｂを設けて、突起軸５aを支点とした場合の連結材４の上昇・下降時のアームバー５の状態を示すものである。アームバー５は遊び５ｂにより突起軸５aに対し回転と左右の移動が可能となる。この場合、操作部２ｂの回転運動によって連結材４の頂部のヒンジ４aの軌跡は、クランクハンドル５の軸鉛直線（図５の２点鎖線）に沿った図５（ｂ）に示す丸付き数字１→２→３→４のような直線軌跡になる。回転と左右の移動が可能なこの構造を以後「横移動可能なヒンジ構造」と称す。

左右両方向に設けたアームバー５を鳥の羽ばたきのように同時に外振り運動させる場合について、図６に示す3種類の方法を説明する。図６はいずれもクランクハンドル２の操作部２ｂが最下点の時、即ち連結材４が最下降した時の連結材４とアームバー５の動作を示している。

図６（a）はアームバー５の中央部を突起軸５aによるヒンジ構造の支点とし、アームバー５の内側端部と連結材４との連結部をヒンジ４aによる力点とする構造の場合である。図６（a）の構造では連結材４がクランクハンドル２のクランク軸２aの鉛直線からはみ出すため（図４（ｂ）参照）、左右のアームバー５に対してそれぞれ別個の連結材４が必要となり、クランクハンドル２の操作部２ｂには2本の連結材４が回転可能に接続される。クランクハンドル２の回転に応じて２本の連結材４が上下運動する時、２本が接触し相互の摺動による摩擦が生ずる。

特に、左右のアームバー５がその外側端部に力を受ける場合には、左右のアームバー５がクランク軸２a方向に振れ左右のアームバー５の直線性が崩れることが多いため左右のアームバー５に接続されている連結材４相互の接触は更に強くなり、外振り運動のスムーズな動きを阻害する大きな要因となる。このため、図６（a）では連結材４とアームバー５の接合点（ヒンジ４a）を少しずらしてアームバー５の内側端部同士が重ならないように構成し連結材４の接触摩擦を減少させる工夫をしているが上述の接触摩擦の影響は避けられない。

図６（ｂ）は図６（a）の支点と力点を逆にした構造、即ちアームバー５の中央部が力点で連結材４とヒンジ４aで接続され、アームバー５の内側端部を突起軸５aによるヒンジ構造の支点とする場合である。図６（ｂ）の構造では、２本の連結材４の力点が大きく離れているため、図６（a）の場合に生じた２本の連結材４による接触摩擦は生じず、スムーズな外振り運動が可能である。しかし構造力学的にはアームバー５の外側に作用する外力に対し、図６（a）に比べ力点にはより大きな力が必要で、かつ力の方向がクランク軸２aの鉛直線に対して斜めであるため更に大きな力が必要になる。このため、クランクハンドル２には大きな回転力が必要になる。即ち図６（b）はスムーズな動作を可能にするがクランクハンドル２を回すのに大きな力を必要とする方法である。

図６（ｃ）は中央部に横方向の遊び５ｂを設けたアームバー５の中央部を突起軸５aによる横移動可能なヒンジ構造の支点とし、アームバー５の内側端部と連結材４との連結部をヒンジ４aによる力点とする場合である。図6（ｃ）の構造では、連結材４の頂部がクランクハンドル２の軸鉛直線に沿って上下するため（図５参照）、１本の連結材４によって左右のアームバー５の外振り運動が可能となる。従ってクランクハンドル２の操作部２ｂには1本の連結材４が回転可能に接続される。図６（ｃ）では、連結材４が１本であるから図６（a）のような２本の連結材４の接触摩擦は無く、又、図６（ｃ）では、連結材４が図６（ｂ）と異なりクランク軸２aの鉛直線に沿って上下するため、クランクハンドル２の力を極めて効率良くアームバー５に伝達することが出来る。即ち、図６（ｃ）は、クランクハンドル２の回転力を減少させずに効率的に伝達できる機能性の高いシンプルな構造といえる。

提案した外振り装置により外振り運動による各種玩具を創出することが出来る。例えば、最も機能性の高い図６（ｃ）の外振り装置を利用すると、鳥の羽ばたきのように左右のアームバーの外振り運動によって揚力を発生させ飛翔する飛翔体の玩具を作ることが出来る。この例のように、本発明の外振り装置を利用することによって様々な玩具の可能性が広がる。

外振り装置の機能を説明するための側面図である。 外振り装置のクランク部の機能の説明図である。 外振り装置の外振り部の機能の説明図である。 外振り装置のアームバーがヒンジ構造の場合の連結材頂部の軌跡の説明図である。 外振り装置のアームバーが横移動可能なヒンジ構造の場合の連結材頂部の軌跡の説明図である。 左右のアームバーを外振り運動させる3種類の方法の説明図である。 実施例の外振り飛翔体の翼の平面図である。 実施例の外振り飛翔体の構造側面図である。 実施例の外振り飛翔体の主翼駆動部の説明図である。 実施例の外振り飛翔体の主翼駆動部の主要パーツの説明図である。

本実施例の飛翔体は、鳥の羽ばたきに相当する主翼の外振り運動によって生ずる揚力によって飛翔させるものである。飛翔体の飛翔性能を大きくするためには、自重を小さくすることと揚力を大きくするために強い外振り運動が必要不可欠であるが、さらに飛翔するのに有効な工夫も必要となる。強い外振り運動をさせるために、ゴム紐を太くして捩じり力を大きくすることが考えられるが、太くしたゴム紐やそれに対応する構造体の強化により自重が増えるため、必ずしも飛翔性能が大きくなるとは限らない。このように飛翔性能を高めるためには効率の良い外振り運動によって大きな揚力を発生させる方法が重要になる。

このため飛翔体の外振り装置として、アームバー１5を横移動可能なヒンジ構造とする図６（ｃ）の方法が採用される。また実施例では軽量化のために、主要材料として木材が使用され、強度は大きくないが比重の小さいバルサ材が使用され、強度が必要な部分にはバルサ材に薄い竹材を貼り付けて直接補強する方法や構造的な工夫による強化策がとられる。又、外振り運動のために強度としなりを必要とする主翼の構造筋には細い竹ヒゴが使用され、主翼や尾翼には軽くて強い羽根本体が構造筋に接着される。羽ばたきによって飛ぶ鳥のように飛翔する飛翔体の実施例について以下図７乃至図10により説明する。

図７は鳥のように飛翔する飛翔体の主翼２１と尾翼２２の平面図で、図8は飛翔体の構造を説明する構造側面図である。主翼２１は左右に伸びる主翼筋１６と、それらの中心即ちT型鉛直構造体８（図１０（a１）参照）の軸頂部に水平構造体７と同方向に設置した湾曲筋１０によって形成され、前記主翼筋１６及び湾曲筋１０の表面には三角形状の膜状の羽根本体２１aが接着される。主翼筋１６と湾曲筋１０には細い竹ヒゴが使用され、羽根本体２１aには極薄プラスチックフイルムが使用される。

尾翼２２は約90度の角度を有する2本の尾翼筋１８と尾翼筋１８の結合部を補強する三角材１９で構成されている。外振り運動を必要としない尾翼２２は主翼２１とは異なり尾翼筋１８と三角材１９には比重の小さいバルサ材が使用される。三角形状の膜状の羽根本体２２aが尾翼筋１８の表面に接着される。三角材１９の裏面には薄い竹材によるテールビーム２０の一端部が接着固定され、テールビーム２０の他端部は水平構造体７の中ほどまで延ばされこの水平構造体７に接着固定され、ゴム紐１１の捩じりによって曲げ作用を受ける水平構造体７を補強している。水平構造体７の後端部とテールビーム２０の間には角度調整材２０aが挟まれ、尾翼２２は水平構造体７に対して上向きの設置角度θ２を持って接続される。

水平構造体７の先端部の支持部７aにT型鉛直構造体８が接着固定されている。T型鉛直構造体８は斜め補強材９によって水平構造体７と一体化され構造的に強化されるとともに鉛直性を確保している。又、斜め補強材９はゴム紐１１によって曲げ作用を受ける水平構造体７を構造的に補強する役割も担っている。T型鉛直構造体８のT型の水平部分には薄い水平竹材８a（図１０（a２）参照）が接着され強度を高めている。T型鉛直構造体８の鉛直部の幅は細く破損には強くないが、衝突時の正面荷重に対してはその外部に位置するT型連結材１４（図１０（ｂ）参照）で保護されている。T型連結材１４はT型鉛直構造体８より幅が広いだけでなく薄い補強竹材１４ｂ（図１０（ｂ）参照）で補強され衝突や墜落等による正面荷重に対する強度を高めている。

クランクハンドル１２が水平構造体７の支持部７aと支持部７aに支持されているT型鉛直構造体８に回転可能に挿入されている。前記支持部７aは補強糸２３が幾重にも巻かれその上に接着剤が塗布され補強されている。水平構造体７の後端部にはゴム紐１１の一端部を掛ける針金製のフック状止め具１３が固定されている。止め具１３は水平方向に延びる取付部１３aとこの取付部１３aから下方に突出するフック部１３ｂとから構成され、取付部１３aは水平構造体７に沿って接触させた状態で補強糸２３によって水平構造体７に巻きつけられ接着され固定されている。ゴム紐１１の一端部は止め具13のフック部１３ｂに掛けられ、他端部は針金製のクランクハンドル１２のフックに掛けられている。ゴム紐１１として輪ゴムが複数本使用されている。クランクハンドル１２には摩擦減少用の２個のビーズ玉による球座１２aが挿入されている。クランクハンドル１２の手回し部分にはビーズ玉１２ｂが挿入され内側の2個は回転可能に、端部の1個はT型連結材１４が回転中に外れないように接着・固定されている。

T型鉛直構造体８の軸頂部には前述したように湾曲筋１０が水平状になるように湾曲筋１０の先端が固定されている。湾曲筋１０の表面には羽根本体２１aが貼りつけられる。羽根本体２１aが貼り付けられるとその自重により湾曲筋１０は湾曲し、約１０度の迎え角θ１が付けられる。迎え角θ１が不足する場合には人為的に付ける工夫が必要である。

図１０ｂに示すT型連結材１４の鉛直部には前述したように薄い補強竹材１４ｂが接着され補強されている。T型連結材１４の下端はクランクハンドル１２に回転可能には取り付けられているが、回転中に外れないようにクランクハンドル１２の端部には前述したようにビーズ玉１２ｂが接着・固定されている。

図９は外振り飛翔体の主翼駆動部の説明図であり、図９（a）は平面を、図９（ｂ）は正面を示している。図１０（ｃ）に示すアームバー１５の一端部はT型連結材１４の上端と止め板１７（図１０（ｄ）参照）で挟みヒンジ軸１４aで回転可能に取り付けられている。

T型鉛直構造体８の水平部の両端にはアームバー１５の支点となる突起軸１５aが調整材８ｂを挟んで固定されている。アームバー１５の中央部の細長い遊び１５ｂ（図１０ｃ参照）に突起軸１５aが挿入され、アームバー１５は横移動可能なヒンジ構造としてT型鉛直構造体８に支持される。アームバー１５の外側にはアームバー１５を延長するための細い主翼筋１６が接着固定される。主翼筋１６は飛翔体の自重と外振り運動により生ずる風圧に耐える強度が必要であり、材料として強度の大きい竹ヒゴが選択されている。

飛翔体は以下のようにして鳥のように飛翔する。クランクハンドル１２を手で回しゴム紐１１を捩じる。飛翔体を水平に保ちクランクハンドル１２から手を離すと、飛翔体は主翼筋１６が羽ばたき運動を行い、主翼２１の薄膜状の羽根本体２１aがバタバタと音を発しながら飛翔する。飛翔距離や方向に関して、湾曲筋１０の迎え角θ１や尾翼２２の設置角度θ２、又はゴム紐１１の太さ等による微調整が行われる。また、飛翔中の衝突や墜落によっても簡単に損傷や破損が生じないような構造になっているが、羽根本体２１aや２２aが破れた場合にはテープ等によって容易に補修が出来、又、構造部材の破損に対しても、構造部材が露出しているため破損個所を瞬間接着剤等により容易に復元補修することが出来る。このように本実施例の飛翔体は飛翔性能が大きいだけでなく、シンプルな構造により補修・補強が容易に出来ることも特徴である。

A：捩じり部
B：クランク部
C：外振り部
θ１：実施例の湾曲筋の迎え角
θ２：実施例の尾翼の設置角度
１：ゴム紐
２：クランクハンドル
２a：クランクハンドルのクランク軸
２ｂ：クランクハンドルの操作部
２ｃ：クランクハンドルの半径部
２ｄ：クランクハンドルの球座
３：クランク
４：連結材
４a：ヒンジ
５：アームバー
５a：突起軸
５ｂ：遊び
６：延長材
７：実施例の水平構造体
７a：実施例の水平構造体の支持部
８：実施例のT型鉛直構造体
８a：実施例のT型鉛直構造体の水平竹材
８ｂ：実施例の突起軸の調整材
９：実施例の斜め補強材
１０：実施例の湾曲筋
１１：実施例のゴム紐
１２：実施例のクランクハンドル
１２a：実施例のクランクハンドルの球座
１２ｂ：実施例のクランクハンドルのビーズ玉
１３：実施例の止め具
１３a：実施例止め具の取付部
１３ｂ：実施例止め具のフック部
１４：実施例のT型連結材
１４a：実施例のヒンジ軸
１４ｂ：実施例のT型連結材の補強竹材
１５：実施例のアームバー
１５a：実施例の突起軸
１５ｂ：実施例の横方向の遊び
１６：実施例の主翼筋
１７：実施例のアームバーの止め板
１８：実施例の尾翼筋
１９：実施例の三角材
２０：実施例のテールビーム
２０a：実施例の角度調整材
２１：実施例の主翼
２１a：実施例主翼の羽根本体
２２：実施例の尾翼
２２a：実施例尾翼の羽根本体
２３：実施例の補強糸

Claims (6)

1. 一端部を固定したゴム紐の他端部をクランクハンドルのフックに掛け、このクランクハンドルに1本の連結材の下側端部を回転可能に固定し、前記1本の連結材の上側端部に、その連結材の両側に設置した2本のアームバーの内側端部を回転可能に接続し、固定されたそれぞれの突起軸によって、長さ方向に遊び空間がある前記２本のアームバーの中央部を、横移動と回転が可能な支点として支持し、前記クランクハンドルを回して前記ゴム紐を捩じり、その後捩じった前記ゴム紐の戻りによる回転運動を前記クランクハンドルにより前記１本の連結材の上下運動に変換し、前記１本の連結材の上下運動を前記２本のアームバーの外側端部を上下に振る外振り運動に変換することを特徴とする外振り装置。
2. 前記ゴム紐の一端部を固定する代わりにクランクのフックに掛け、前記クランクハンドルを一時固定したうえで前記クランクを回して前記ゴム紐を捩じり、その後前記クランクを固定し、前記クランクハンドルの固定を解除して、捩じったゴム紐の戻りによって前記クランクハンドルと前記連結材を介してアームバーに外振り運動をさせることを特徴とする請求項１記載の外振り装置。
3. 前記アームバーの外側に延長材を接続・固定して、前記延長材を上下に大きく振る外振り運動をさせることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の外振り装置。
4. ゴム紐の駆動力による外振り装置を用いた飛翔体であって、水平構造体の先端部の支持部にT型鉛直構造体の下側端部を鉛直に固定し、前記水平構造体の後端部に設けたフックにゴム紐の一端部を掛け、前記ゴム紐の他端部を前記水平構造体の支持部と前記T型鉛直構造体の下側端部を回転可能に貫通するクランクハンドルのフックに掛け、前記クランクハンドルに1本の連結材の下側端部を回転可能に接続し、前記連結材の上側端部の両側に設置した２本のアームバーの内側端部を回転可能に接続し、前記T型鉛直構造体の水平部の両端部に固定したそれぞれの突起軸によって、長さ方向に遊び空間があるアームバーの中央部を横移動と回転が可能な支点として支持し、さらに前記アームバーの外側に接着固定した主翼筋と、前記T型鉛直構造体の軸頂部に一端部を固定し前記水平構造体と同方向に設置した湾曲筋とに、三角形状の羽根本体を貼り付けた主翼と、前記水平構造体の後端部に三角状に固定した２本の尾翼筋に三角形状の羽根本体を貼り付けた尾翼とを、有する外振り飛翔体であり、前記クランクハンドルを回して前記ゴム紐を捩じり、その後捩じった前記ゴム紐の戻りによる回転運動を前記クランクハンドルにより前記１本の連結材の上下運動に変換し、更に前記１本の連結材の上下運動を前記２本のアームバーに接続した主翼筋を上下に振る外振り運動に変換して飛翔させることを特徴とする外振り飛翔体。
5. 前記T型鉛直構造体の軸頂部に一端部を固定した前記湾曲筋の他端部を前記湾曲筋が下側に湾曲するように下方に曲げることを特徴とする請求項４記載の外振り飛翔体。
6. 前記水平構造体に設けた前記尾翼が、前記水平構造体に対し上側に角度を有するように固定することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の外振り飛翔体。