(57)【要約】要約：本発明は、小型・軽量でありながら片方にのみ大きな瞬発力を発生させることができ、且つ、機構を組み立てた後に、蓄える弾性エネルギの量を容易に調節することができる瞬発力発生装置を提供する。本発明の瞬発力発生装置１００は、弾性変形を許容する２枚の焼入れ帯鋼１，２と、尖状固定部３と、トルクを加えることが可能な２つの小型モータ４，５と、筐体部７とを備えている。尖状固定部３１は、焼入れ帯鋼１，２が尖状型の形状を構成するように、焼入れ帯鋼１，２の一端を固定する。小型モータ４，５には、焼入れ帯鋼１，２の他端がそれぞれ固定され、筐体部７は、小型モータ４，５の位置および姿勢を固定する。そして、小型モータ４，５に互いに反対方向となるトルクを加えることによって焼入れ帯鋼１，２に飛び移り座屈を生じさせ、蓄えられた弾性エネルギを開放して瞬発力を発生させる。
2010064685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性変形を許容する２枚の変形部と、
前記２枚の変形部が尖状型の形状を構成するように、前記２枚の変形部の一端を固定する受動拘束手段である尖状固定部と、
前記２枚の変形部の他端がそれぞれ固定され、トルクを加えることが可能な２つの能動拘束手段と、
前記２つの能動拘束手段の位置および姿勢を固定する筐体部と、を備え、
前記２つの能動拘束手段に互いに反対方向となるトルクを加えることによって前記２枚の変形部に飛び移り座屈を生じさせ、前記２枚の変形部に蓄えられた弾性エネルギを開放して瞬発力を発生させる瞬発力発生装置。
【請求項２】
弾性変形を許容する２枚の変形部と、
前記２枚の変形部が尖状型の形状を構成するように、前記２枚の変形部の一端を固定し、併進力を加えることが可能な能動拘束手段である尖状固定部と、
前記２枚の変形部の他端の位置および姿勢を固定する２つの受動拘束手段と、
前記２つの受動拘束手段の位置および姿勢を固定する筐体部と、を備え、
前記２つの受動拘束手段が対向する方向に直交し、且つ、前記２つの受動拘束手段が前記筐体部から延びる方向にも直交する方向の併進力を前記尖状固定部に加えることによって前記２枚の変形部に飛び移り座屈を生じさせ、前記２枚の変形部に蓄えられた弾性エネルギを開放して瞬発力を発生させる瞬発力発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ばね作用を利用して瞬発力を発生させる瞬発力発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、瞬発力発生装置としてエアーシリンダを利用した装置が開示されている（例えば、特許文献１，非特許文献１参照）。また、瞬発力発生装置としては、直動バネの圧縮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装置もある（例えば、特許文献２，非特許文献２参照）。【０００３】
また、柔軟物を曲げることで得た弾性エネルギを利用して瞬発力を発生させる瞬発力発生装置が開発されている（例えば、非特許文献３参照）。そして、柔軟物を曲げることで得た弾性エネルギを、弾性体に飛び移り座屈を生じさせることにより開放して瞬発力を発生させる装置が提案されている（例えば、非特許文献４，非特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−９１６７号公報
【特許文献２】特開２００７−１２０６９２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】田中崇裕、広瀬茂男：脚車輪ジャンプロボットAirhopperの開発 第２報 車輪推進型跳躍動作の実現、ロボティクス・メカトロニクス講演会２００６講演論文集、１Ａ１−Ｄ２８，２００６．
【非特許文献２】Ｓｃａｒｆｏｇｌｉｅｒｏ  ｅｔ  ａｌ．：  Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｌｏｎｇ−Ｊｕｍｐｉｎｇ  “Ｇｒｉｌｌｏ”Ｍｉｎｉ  Ｒｏｂｏｔ，  Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ  ２００７  ＩＥＥＥ  ＩＣＲＡ，  ４６７／４７２，  ２００７．
【非特許文献３】Ｓｕｇｉｙａｍａ  ｅｔ  ａｌ．：  Ｃｉｒｃｕｌａｒ／Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  Ｒｏｂｏｔｓ  ｆｏｒ  Ｃｒａｗｌｉｎｇ  ａｎｄ  Ｊｕｍｐｉｎｇ，  Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ  ２００５  ＩＥＥＥ  ＩＣＲＡ，  ３６０６／３６１１，  ２００５．
【非特許文献４】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５】山田他：跳躍ロボットのための非対称型閉ループ柔軟カタパルト、日本ロボット学会誌  ｖｏｌ．２６  ｎｏ．４、ｐｐ３６３−３７１，２００８．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１及び非特許文献１に記載された瞬発力発生装置では、大きな瞬発力を得ることができるが、装置が大型化し、重量が増加するという問題があった。【０００７】
一方、特許文献２及び非特許文献２〜５に記載された瞬発力発生装置では、小型化及び軽量化は可能であるが、大きな瞬発力を得ることが困難である。また、片方向にのみ大きな瞬発力を発生することが困難である。さらに、機構を組み立てた後に、蓄える弾性エネルギの量を調節することが困難である。【０００８】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、エアーシリンダを用いるよりも小型・軽量でありながら片方にのみ大きな瞬発力を発生させることができる瞬発力発生装置を実現することを目的とする。
また、機構を組み立てた後に、蓄える弾性エネルギの量を容易に調節することができる瞬発力発生装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明の瞬発力発生装置は、弾性変形を許容する２枚の変形部と、尖状固定部と、トルクを加えることが可能な２つの能動拘束手段と、筐体部とを備えている。尖状固定部は、受動拘束手段であり、２枚の変形部が尖状型の形状を構成するように、２枚の変形部の一端を固定する。２つの能動拘束手段には、２枚の変形部の他端がそれぞれ固定されている。筐体部は、２つの能動拘束手段の位置および姿勢を固定する。この瞬発力発生装置では、２つの能動拘束手段に互いに反対方向となるトルクを加えることによって２枚の変形部に飛び移り座屈を生じさせ、２枚の変形部に蓄えられた弾性エネルギを開放して瞬発力を発生させる。【００１０】
第１の発明の瞬発力発生装置は、非特許文献４，５に記載された装置と同様に、弾性変形を許容する変形部に蓄えた弾性エネルギを、飛び移り座屈を利用することで瞬時に開放して瞬発力を発生させる。しかしながら、第１の発明の瞬発力発生装置は、非特許文献４，５に記載された装置とは異なり、２枚の変形部を用いている。そして、２枚の変形部が尖状型の形状を構成するように、それぞれの一端が尖状固定部に固定されている。【００１１】
その結果、座屈を生じさせるために必要なトルクは、非特許文献４，５に記載された装置とほとんど変わらないにもかかわらず、能動拘束手段を片方に駆動したときにのみ、変形部の形状を複雑且つエネルギが開放しやすい形状に変形させることができる。したがって、より大きな弾性エネルギを蓄えた上で、片方にのみ大きな飛び移り座屈を発生させることできる。そして、能動拘束手段に加えるトルクの向きを繰り返し切り替えることにより、片方に周期的な瞬発力を発生させることができる。【００１２】
また、尖状固定部において２枚の変形部がなす角度を変更することで、蓄えられる弾性エネルギの量を容易に調節することができる。この結果、装置の重量化・大型化をすることなく、片方に従来よりも大きな瞬発力を繰り返し発生させることができる。【００１３】
第２の発明の瞬発力発生装置は、弾性変形を許容する２枚の変形部と、尖状固定部と、２つの受動拘束手段と、筐体部とを備えている。尖状固定部は、併進力を加えることが可能な能動拘束手段であり、２枚の変形部が尖状型の形状を構成するように、２枚の変形部の一端を固定する。２つの受動拘束手段は、２枚の変形部の他端の位置および姿勢を固定し、筐体部は、２つの受動拘束手段の位置および姿勢を固定する。この瞬発力発生装置では、２つの受動拘束手段が対向する方向に直交し、且つ、２つの受動拘束手段が筐体部から延びる方向にも直交する方向の併進力を尖状固定部に加えることによって２枚の変形部に飛び移り座屈を生じさせ、２枚の変形部に蓄えられた弾性エネルギを開放して瞬発力を発生させる。【００１４】
第２の発明の瞬発力発生装置は、非特許文献４，５に記載された装置と同様に、弾性変形を許容する変形部に蓄えた弾性エネルギを、飛び移り座屈を利用することで瞬時に開放して瞬発力を発生させる。しかしながら、第２の発明の瞬発力発生装置は、非特許文献４，５に記載された装置とは異なり、２枚の変形部を用いている。そして、２枚の変形部が尖状型の形状を構成するように、それぞれの一端が尖状固定部に固定されている。【００１５】
この瞬発力発生装置では、非特許文献４とは異なり、従来では２つ必要であった能動拘束手段を１つの能動拘束手段のみで実現することができ、能動拘束手段を片方に駆動したときにのみ、変形部の形状を複雑にすることができる。したがって、より大きな弾性エネルギを蓄えた上で、片方にのみ大きな飛び移り座屈を発生させることできる。そして、能動拘束手段の駆動を繰り返すことにより、片方に周期的な瞬発力を発生させることができる。【００１６】
また、第１の発明の瞬発力発生装置と同様に、尖状固定部において２枚の変形部がなす角度を変更することで、蓄えられる弾性エネルギの量を容易に調節することができる。この結果、装置の重量化・大型化をすることなく、片方に従来よりも大きな瞬発力を繰り返し発生させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の瞬発力発生装置によれば、小型・軽量でありながら片方にのみ大きな瞬発力を発生させることができると共に、蓄える弾性エネルギの量を容易に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の瞬発力発生装置の第１の実施形態の斜視図である。
【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ）  本発明の瞬発力発生装置の第１の実施形態における変形部の変形形状を示す模式図である。
【図３】尖状固定部を付加した場合（本発明）と尖状固定部が存在しない場合（従来）における関節角度‐駆動トルク曲線を比較したグラフである。
【図４】尖状固定部を付加した場合（本発明）と尖状固定部が存在しない場合（従来）における関節角度‐弾性エネルギ曲線を比較したグラフである。
【図５】本発明の瞬発力発生装置の第２の実施形態の斜視図である。
【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）  本発明の瞬発力発生装置の第２の実施形態における変形部の変形形状を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、発明を具体化した実施形態について、図１〜図６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。
【実施例１】
【００２０】
まず、瞬発力発生装置の第１の実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１は、瞬発力発生装置の第１の実施形態の斜視図である。図２は、瞬発力発生装置の第１の実施形態における変形部の形状変化を表した模式図であり、図２（ａ）は初期状態、図２（ｂ）は準備状態、図２（ｃ）は飛び移り座屈が発生する直前の状態を示す。【００２１】
図１に示すように、瞬発力発生装置１００は、変形部としての２枚の焼入れ帯鋼１，２と、受動拘束手段である尖状固定部３と、能動拘束手段としての回転１自由度の小型モータ４，５と、スライダ６と、筐体部７と、電池８と、マイコン９とを備えている。また、図２（ａ）に示す対象物体１７には、瞬発力発生装置１００によって瞬発力が加えられる。【００２２】
焼入れ帯鋼１，２は、長方形の板状に形成されている。この焼入れ帯鋼１，２の長手方向の一端は、尖状固定部３に接続されている。また、焼入れ帯鋼１の長手方向の他端は、小型モータ４の駆動回転軸１０に固定されており、焼入れ帯鋼２の長手方向の他端は、小型モータ５の駆動回転軸１１に固定されている。【００２３】
焼入れ帯鋼１，２は、大きな弾性変形を許容し、破断や塑性変形をすることなく飛び移り座屈を発生させることができる程度の強度を有する帯状の弾性体素材であり、本発明に係る変形部に適している。なお、本発明に係る変形部は、飛び移り座屈が生じる形状であればよく、必ずしも一塊の連続体である必要はない。本発明に係る変形部としては、例えば、複数の焼入れ帯鋼を蝶番や回転関節で接続したものであってもよい。【００２４】
尖状固定部３は、アルミニウム部材からなっている。この尖状固定部３において、２枚の焼入れ帯鋼１，２がなす角度θ（図２（ａ）参照）は、１８０度未満になっている。これにより、２枚の焼入れ帯鋼１，２は、尖ったＶ字状（尖状型）を形成する。【００２５】
焼入れ帯鋼１，２を尖状型に形成するには、焼入れ帯鋼１，２の一端を重ね合わせて、両者をねじおよびナットで固定することで実現できる。しかしながら、本発明の瞬発力発生装置では、対象物体１７との接触点１８に瞬発力を伝達しやすくするために、焼入れ帯鋼１，２の一端を尖状固定部３にねじおよびナットで固定している。このように尖状型の形状は、極めて容易に実現可能である。【００２６】
小型モータ４，５は、制御装置としてのマイコン９と電気的に接続されており、マイコン９からの動作指令にしたがって回転駆動する。また、小型モータ４，５およびマイコン９は、エネルギ源としての電池８からエネルギを供給される。【００２７】
小型モータ４，５は、焼入れ帯鋼１，２の他端における駆動回転軸１０，１１の回転方向以外の自由度の拘束を実現し、軽量でありながら大きなトルクを発生できることが好ましい。例えば，小型モータ４，５としてラジコン用の軽量サーボモータなどを用いれば、能動拘束手段の小型化・軽量化を図ることができる。また、小型モータ４，５としてラジコン用の軽量サーボモータを用いることにより、エネルギ源としての電池８及び制御装置としてのマイコン９も小型・軽量のものを適用することができ、装置全体の小型化・軽量化を図ることができる。【００２８】
なお、本発明に係る瞬発力発生装置としては、電池８及びマイコン９の役割を人間が担ってもよい。すなわち、小型モータ４，５の代わりに使用者がトルクを適切に加えることで、瞬発力を発生させてもよい。【００２９】
スライダ６は、尖状固定部３の移動を案内して焼入れ帯鋼１，２の変形を補助する変形補助部である。このスライダ６には、尖状固定部３が摺動可能に係合されている。尖状固定部３は、スライダ６に案内されて、小型モータ４，５が対向する方向に直交し、且つ、駆動回転軸１０，１１の軸方向にも直交する直進方向１２へ移動する。このスライダ６を設けることにより、尖状固定部３の直進性を高めることができる。【００３０】
筐体部７は、アルミニウム部材によって形成されており、長方形の板体からなっている。この筐体部７の一方の面には、小型モータ４，５と、スライダ６と、電池８及びマイコン９が取り付けられている。この筐体部７は、小型モータ４，５の位置および姿勢を固定するために、焼入れ帯鋼１，２に比べて十分に高い剛性を有していればよく、軽量であることが望ましい。筐体部７の材質としては、アルミニウム部材などの金属だけでなく、例えば、木材、樹脂を適用することもできる。【００３１】
次に、焼入れ帯鋼１，２（変形部）の形状変化について、図２を参照して説明する。
図２（ａ）に示す初期状態において、小型モータ４，５が矢印１３，１４で示す方向（互いに反対方向）にトルクを発生すると、焼入れ帯鋼１，２は、逆Ｖ字形状から図２（ｂ）に示すＷ字形状に変形して準備状態になる。このとき、焼入れ帯鋼１，２には、弾性変形により弾性エネルギが蓄えられるが、非特許文献４に記載された変形部とは異なり、ほとんど瞬発力は生成されない。【００３２】
例えば、非特許文献４に示された尖状固定部３を設けていない変形部の場合は、本実施の形態と同様の矢印１３，１４で示す方向にトルクを発生させると、変形部に弾性エネルギが蓄えられる。そして、飛び移り座屈が生じて、対象物体１７とは反対側に瞬発力が発生する。【００３３】
続いて、図２（ｂ）に示す準備状態から、小型モータ４，５が矢印１５，１６で示す方向（互いに反対方向）にトルクを発生すると、焼入れ帯鋼１，２が図２（ｃ）に示す複雑な形状に変形する。このとき、焼入れ帯鋼１，２の形状は、非特許文献４に示された変形部と比べて節の数が多く、複雑な形になる。したがって、焼入れ帯鋼１，２に蓄えられる弾性エネルギは、従来の変形部に蓄えられる弾性エネルギよりも大きくなっている。【００３４】
図２（ｃ）に示す状態から、小型モータ４，５がさらにトルクを発生すると、焼入れ帯鋼１，２に大きな飛び移り座屈が生じる。その結果、焼入れ帯鋼１，２は、複雑な形状から，図２（ａ）に示した逆Ｖ字状（尖状）に瞬間的に形を変える。このとき、焼入れ帯鋼１，２に非常に大きな加速度が発生し、対象物体１７との接触点１８に瞬発力を与えることができる。【００３５】
飛び移り座屈が生じた後の焼入れ帯鋼１，２は、図２（ａ）に示す初期状態になる。その後、小型モータ４，５によって矢印１３，１４で示す方向にトルクを加えると、焼入れ帯鋼１，２を図２（ｂ）に示す準備状態に簡単に戻すことができる。すなわち、小型モータ４，５を往復運動させることにより、片方に数ヘルツ程度の周波数でありながら、大きな瞬発力の発生を容易に繰り返すことができる。【００３６】
このような作用は、図１及び図２に示すように、尖状固定部３において２枚の焼入れ帯鋼１，２がなす角度θを鋭角に固定することで実現される。そして、角度θを変化させることで、蓄えられる弾性エネルギの量と、焼入れ帯鋼１，２を変形させるために必要なトルクとの関係を変更することができる。なお、本例ではスライダ６によって尖状固定部３の移動する方向が案内されるため、焼入れ帯鋼１，２に蓄えられる弾性エネルギの量が変化しても、力を加える対象物体１７と尖状固定部３との接触点１８は同一の直線状に位置する。【００３７】
図３及び図４は、非特許文献４に開示された従来の瞬発力発生装置と、第１の実施形態の瞬発力発生装置１００とを比較したときの数値計算の結果である。この数値計算では、小型モータ４，５が発生する駆動トルクの波形の最大値がほぼ同じになるように装置のパラメータを調節した上で、弾性エネルギを比較した。【００３８】
図３において、横軸は小型モータ４，５の関節角度（駆動回転軸１０，１１の回転角度）であり、縦軸は小型モータ４，５が発生する駆動トルクである。また、実線（曲線）１９は、非特許文献４に開示された従来の変形部に対する関節角度−駆動トルク曲線である。そして、実線（曲線）２０及び実線（曲線）２１は、瞬発力発生装置１００において、焼入れ帯鋼１，２がなす角度θが約１２０度及び約６０度の場合の関節角度−駆動トルク曲線である。さらに、点２２，２３，２４は、それぞれの曲線１９，２０，２１において、飛び移り座屈が発生したときの位置を示しており、関節角度とトルクとの関係を表す。図３に示す関節角度−駆動トルク曲線から、各条件における駆動トルクの最大値は、等しいことがわかる。【００３９】
一方、図４において、横軸は同じく小型モータ４，５の関節角度であり、縦軸は焼入れ帯鋼１，２に蓄えられる弾性エネルギである。また、実線（曲線）２５は、非特許文献４に開示された従来の変形部に対する関節角度−弾性エネルギ曲線である。そして、実線（曲線）２６及び実線（曲線）２７は、瞬発力発生装置１００において、焼入れ帯鋼１，２がなす角度θが約１２０度及び約６０度の場合の関節角度−弾性エネルギ曲線である。さらに、点２８，２９，３０は、それぞれの曲線２５，２６，２７において、飛び移り座屈が発生したときの位置を示している。【００４０】
図４に示す関節角度−弾性エネルギ曲線を参照すると、尖状固定部３を有し、角度θが約６０度及び約１２０度の場合には、従来の変形部と比較して、蓄えられる弾性エネルギの最大値がそれぞれ約１．８倍及び１．３倍も大きいことがわかる。すなわち，図３及び図４は、尖状固定部３を設けることにより，瞬発力の発生に必要な駆動トルクをほとんど変化させずに、尖状固定部３が無い場合と比べて、瞬発力のエネルギを大幅に高くすることができることを示している。そして、瞬発力発生装置１００では、焼入れ帯鋼１，２がなす角度θを変えることで、弾性エネルギと駆動トルクの最大値の関係を簡単に調節することができる。
【実施例２】
【００４１】
次に、瞬発力発生装置の第２の実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。
図５は、瞬発力発生装置の第２の実施形態の斜視図である。図６は、瞬発力発生装置の第２の実施形態における変形部の形状変化を表した模式図であり、図６（ａ）は初期状態、図６（ｂ）は準備状態、図６（ｃ）は飛び移り座屈が発生する直前の状態を示す。【００４２】
図５に示すように、瞬発力発生装置２００は、変形部としての２枚の焼入れ帯鋼１，２と、能動拘束手段としての尖状固定部３１と、２つの受動拘束手段３２，３３と、スライダ６と、筐体部７とを備えている。また、図６（ａ）に示す対象物体１７には、瞬発力発生装置２００によって瞬発力が加えられる。【００４３】
焼入れ帯鋼１，２の長手方向の一端は、尖状固定部３１に接続されている。また、焼入れ帯鋼１の長手方向の他端は、受動拘束手段３２に固定されており、焼入れ帯鋼２の長手方向の他端は、受動拘束手段３３に固定されている。【００４４】
尖状固定部３１は、第１の実施形態の尖状固定部３と同様に、アルミニウム部材からなっている。この尖状固定部３１において、２枚の焼入れ帯鋼１，２がなす角度θ（図６（ａ）参照）は、１８０度未満になっている。これにより、２枚の焼入れ帯鋼１，２は、尖った逆Ｖ字状（尖状型）を形成する。焼入れ帯鋼１，２の一端は、尖状固定部３１にねじおよびナットで固定されている。このように尖状型の形状は、極めて容易に実現可能である。【００４５】
２つの受動拘束手段３２，３３は、角柱状に形成されている。スライダ６は、尖状固定部３１の移動を案内して焼入れ帯鋼１，２の変形を補助する変形補助部である。このスライダ６には、尖状固定部３１が摺動可能に係合されている。筐体部７の一方の面には、受動拘束手段３２，３３と、スライダ６が取り付けられている。【００４６】
使用者が尖状固定部３１に併進力を加えると，尖状固定部３１は、スライダ６上を摺動する。つまり、尖状固定部３１は、スライダ６に案内されて、受動拘束手段３２，３３が対向する方向に直交し、且つ、受動拘束手段３２，３３が筐体部７から突出する方向にも直交する直進方向１２へ移動する。このスライダ６を設けることにより、尖状固定部３１の直進性を高めることができる。【００４７】
なお、尖状固定部３１に加える併進力は、小型モータと、その小型モータの駆動方式を制御するマイコンと、小型モータとマイコンにエネルギを供給する電池を用いて発生させてもよい。【００４８】
次に、焼入れ帯鋼１，２（変形部）の形状変化について、図６を参照して説明する。
図６（ａ）に示す初期状態において、矢印３４が示す方向（直進方向１２）に併進力を加えて尖状固定部３１を移動させると、焼入れ帯鋼１，２は、逆Ｖ字形状から図６（ｂ）に示す複雑な形状に変形して準備状態になる。このとき、焼入れ帯鋼１，２の形状は、非特許文献４に示された変形部と比べて節の数が多く、複雑な形になる。したがって、焼入れ帯鋼１，２に蓄えられる弾性エネルギは、従来の変形部に蓄えられる弾性エネルギよりも大きくなっている。【００４９】
図６（ｂ）に示す状態から、尖状固定部３１に加える併進力を、図６（ｃ）に示す矢印３５の方向に切り替えると、焼入れ帯鋼１，２に大きな飛び移り座屈が生じる。その結果、焼入れ帯鋼１，２は、複雑な形状から，図６（ａ）に示した逆Ｖ字状（尖状）に瞬間的に形を変える。このとき、焼入れ帯鋼１，２に非常に大きな加速度が発生し、対象物体１７との接触点１８に瞬発力を与えることができる。【００５０】
その後、矢印３４が示す方向（直進方向１２）に併進力を加えて尖状固定部３１を移動させると、焼入れ帯鋼１，２を図６（ｂ）に示す準備状態に簡単に戻すことができる。すなわち、尖状固定部３１を往復運動させることにより、片方に数ヘルツ程度の周波数でありながら、大きな瞬発力の発生を容易に繰り返すことができる。【００５１】
このような作用は、図５および図６に示すように、尖状固定部３１において２枚の焼入れ帯鋼１，２がなす角度θを鋭角に固定することで実現される。そして、角度θを変化させることで、蓄えられる弾性エネルギの量と、焼入れ帯鋼１，２を変形させるために必要な力との関係を変更することができる。なお、蓄えられる弾性エネルギの量が変化しても、力を加える対象物体１７と尖状固定部３との接触点１８は変化しない。【００５２】
本発明の瞬発力発生装置では、瞬発力を伝達する尖状固定部３又は尖状固定部３１が焼入れ帯鋼１，２（柔軟体）に接続された剛体である。そのため、尖状固定部３又は尖状固定部３１を予め対象物体１７に密着接触させることにより、接触点１８に無駄なく瞬発力を伝えることが可能である。したがって，瞬発力を加える対象物体１７が軽量物であれば、本装置は、その対象物体１７に高加速度を加えて投擲するカタパルトとして機能する。【００５３】
また、対象物体１７が重量物体であって、且つ、本装置を十分に軽量化できた場合は、本装置自体を投擲することができる。すなわち、本装置が跳躍機構となる。本装置は、構造が非常にシンプルであるため、小型で高い跳躍能力を有する跳躍機構にも適している。【００５４】
従来の瞬発力発生装置の中には、数ヘルツ程度の周波数であっても瞬発力を繰り返し発生させることが困難であるものがあった。例えば，非特許文献３に開示された装置では、瞬発力を発生させるまでに３０秒程度を要する。また、非特許文献４に開示された瞬発力発生装置では、大きな瞬発力を得ることが困難であったが、数ヘルツ程度の周波数で繰り返し瞬発力を簡単に発生させることができるという利点を有していた。【００５５】
本発明の瞬発力発生装置では、変形部同士（焼入れ帯鋼１，２）の固定方法の工夫により、従来に比べて大きな瞬発力を片方にのみ発生させることができる。しかも、従来どおり数ヘルツ程度の周波数で繰り返し瞬発力を発生させることができるという利点は損なわれることなく継承されている。【００５６】
また、本発明の瞬発力発生装置は、エアーシリンダを利用した従来の瞬発力発生装置や、直動バネの圧縮弾性エネルギと偏心カムを利用した従来の瞬発力発生装置に比べて、構造が極めてシンプルである。また、柔軟物の曲げ弾性エネルギを放出して瞬発力を発生させる従来の瞬発力発生装置と比べても、片方にのみ繰り返し大きな瞬発力を発生できる。しかも、簡単な部材を加えただけでこの特性を実現しているため、柔軟物の曲げ弾性エネルギを利用した従来の瞬発力発生装置が備えていた構造のシンプルさは、損なわれていない。また、短い時間で弾性エネルギを蓄えることができる。【００５７】
以上、本発明の瞬発力発生装置を第１及び第２の実施形態に即して説明したが、本発明の瞬発力発生装置は上記実施形態に制限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。【００５８】
上述した実施形態では、対象物体１７に尖状固定部３を当接させる構成とした。しかしながら、本発明の瞬発力発生装置としては、加速度が加えられることによって伸縮するばね部材を尖状固定部３に取り付けて、そのばね部材を対象物体に当接させるようにしてもよい。これにより、尖状固定部３の移動範囲を超えた位置にある対象物体に対して瞬発力を作用させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の瞬発力発生装置は、柔らかい対象物に刺入するようなポータブルなマイクロツールに利用可能である。また、対象物体に高加速度を加えて投擲するカタパルトとして利用可能である。さらに、跳躍ロボットに利用可能である。【００６０】
また、本発明の瞬発力発生装置は、キャスタ付き鞄に適用することができる。具体的には、本発明の瞬発力発生装置を鞄の底面もしくは背面に搭載する。これにより、階段の昇降など行う際に、瞬発力を発生させて直線的な加速度を生成し、鞄の持ち上げ動作を補助することができる。【００６１】
また、本発明の瞬発力発生装置は、台車に適用することができる。台車は、静止摩擦によって静止した状態から動き始めるときに大きな力を必要とする。そのため、本発明の瞬発力発生装置による瞬発力で直線的な大きな加速度を生成することにより、台車の動き出しを補助することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１…変形部としての焼入れ帯鋼
２…変形部としての焼入れ帯鋼
３…アルミ部材からなる受動拘束手段である尖状固定部
４…左側部の能動拘束手段としての回転1自由度の小型モータ
５…右側部の能動拘束手段としての回転1自由度の小型モータ
６…焼入れ帯鋼1,2の変形補助装置としてのスライダ
７…アルミ部材からなる筐体部
８…エネルギ源としての電池
９…制御装置としてのマイコン
３１…アルミ部材からなる能動拘束手段としての尖状固定部
３２…アルミ部材からなる左側部の受動拘束手段
３３…アルミ部材からなる右側部の受動拘束手段
１００，２００…瞬発力発生装置
【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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【国際調査報告】
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