(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下非対称形状に一体成型されたアウターパネルと上下非対称形状に一体成型されたインナーパネルを、上下非対称の接合部分で接合し、回転翼の後方部分を上から押し下げたときに曲がり易く、下から押し上げたときに曲がり難い非線形バネ特性を持つ構造としたことを特徴とする回転翼を用いた平行回転翼を利用した流体機械。
【請求項２】
機体に結合した平行回転翼取り付け台に取り付けた平行回転翼主軸で、回転ディスクの内側と外側を転がり軸受けを介して支持し、内側軸受けの外輪は平行回転翼取り付け台のハウジング部分に、内輪は回転ディスクカバーの内側円筒部分の外周面に嵌合し、外側軸受けの内輪は平行回転翼主軸の軸部分に、外輪はセンターギアーケースの穴に固定し、回転ディスクカバーの中央側の円筒部分の内径面と平行回転翼主軸の外径面との間に隙間を設け、その隙間に偏心リング割り出し機構の２個の部品の円筒形状部分を貫通させたことを特徴とする、請求項１に記載の平行回転翼を利用した流体機械。
【請求項３】
回転ディスクの内部の回転翼を駆動する伝動機構の構造空間を、潤滑条件の違いに合わせて、歯車列室、増速ベルト駆動室、回転翼ベルト駆動室、偏心-遥動変換室の４つの空間に分けたことを特徴とする、請求項１に記載の平行回転翼を利用した流体機械。
【請求項４】
偏心リング割り出し機構を形成している２個の偏心ディスク部品を同一円筒スペース内の中央側と外周側に配置した偏心リング割り出し機構を用いて回転ディスクの幅を短縮したことを特徴とする、請求項１に記載の平行回転翼を利用した流体機械。
【請求項５】
平行回転翼主軸の外側端に、中間に中央静止翼を回転自在に嵌着するための中央静止翼軸と、その外側に外側回転ディスクを支える転がり軸受けを取り付ける軸部を形成した中央静止翼取付け軸を取り付けて一体化したことを特徴とする、請求項１に記載の平行回転翼を利用した流体機械。
【請求項６】
平行回転翼の中央外側部の中央静止翼外側主軸の外側端に取り付けたステーに静止外延翼を取り付けたことを特徴とする、請求項１に記載の平行回転翼を利用した流体機械。
【請求項７】
回転翼の外側端の外側回転翼取り付軸の外側端に回転外延翼を取り付け、回転する翼面積を拡大したことを特徴とする、請求項１に記載の平行回転翼を利用した流体機械。
【請求項８】
平行回転翼が１回転する間に回転翼を逆方向に１回転戻す歯車列を、複数、太陽歯車に噛み合わせた簡易平行回転翼ギアーケースにおいて、平行回転翼主軸の外側端に中央静止翼取付け軸を取り付け、平行回転翼主軸の穴に太陽歯車の角度を調節するスリーブと中央静止翼の傾斜角を調節するリンクを納めた簡易平行回転翼を左右独立に装着したことを特徴とする、請求項１に記載の流体機械。
【請求項９】
下方静止翼と中央静止翼取付け軸と尾翼の静止外側端の３点を結ぶステーを取り付け、翼組外枠を形成したことを特徴とする、請求項１に記載の平行回転翼を利用した流体機械。
【請求項１０】
平行回転翼の外側回転ディスクの外周を、下側静止翼と簡易平行回転翼尾翼の外側端の２点を結んだステーに取り付けたサポートローラーで支持し、翼組外枠を形成したことを特徴とする、請求項１に記載の平行回転翼を利用した流体機械。
【請求項１１】
成型されたアウターパネルに、成型されたインナーパネルを接合することにより回転翼の後方に形成される２次元閉断面の形状において、アウターパネルの後方上部とインナーパネルの接合で３角閉断面を形成し、その後方に、折れてから後方に斜め下方に湾曲するインナーパネルと平面部から後方に斜め下方に湾曲するアウターパネルの後方下部によって湾曲クサビ閉断面を形成し、３角閉断面を形成するインナーパネルの平面部に湾曲クサビ閉断面の前側の接合線を設け、アウターパネルの後方上部とインナーパネルの結合、および、インナーパネルとアウターパネル後方下部の結合により重ね板ばねを形成し、翼の後方部分を上から押し下げたときに曲がり易く、下から押し上げたときに曲がり難い非線形バネ特性を持つ構造としたことを特徴とする回転翼を用いた、請求項１に記載の平行回転翼を利用した流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平行回転翼を利用した流体機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
左右軸周りに回転する円筒の稜線上に回転自在に取り付けた一本の翼を周期的に揺動させ
ながら基本的に平行回転させることにより鳥の羽ばたき運動が模擬できる。しかし、一本
の翼では回転バランスが崩れ、大きな振幅の脈動になってしまう。そこで、回転円筒上に
等分に配置した複数の回転翼が前の回転翼を１分割ピッチ遅れで追いかけて、一本の翼の
場合と同じ迎角変化をたどるようにした。こうすることにより、一本の翼の１往復の運動
を分割数倍の脈動に平準化できる。
【０００３】
この平行回転翼の原理については、特許文献４に示すように、１９７５年に、フランスで
特許出願されている。また、これを飛行機に応用した特許は、特許文献３に示すように、
１９９１年にフランス人によって日本に外国出願されている。
【０００４】
平行回転翼の原理は、水流発電機/送水機、風力発電機/送風機、空中作業ロボット、船、
洋上滑空機、飛行機など、様々な流体機械に応用できるが、その中でも技術的に最も難し
い応用分野は飛行機である。そこで、本発明では、早めに技術的な課題を見つけ出すため
に、応用目標を飛行機に設定した。従って、以下の記述は、飛行機への応用の形で進める
。また、説明の容易のために、回転する回転翼の平行回転翼上の角度位置については、左
側面図における上向きの垂直線をゼロ度とし、前下げ回転方向を正と定義する。
【０００５】
人類は鳥の飛行原理を模擬して、飛行機とヘリコプターを発明し実用化してきた。しかし
、有史以来の開発テーマであった羽ばたき翼飛行機については、原理は発明されているが
まだ実用化できていない。
【０００６】
鳥の翼は肩の関節に結合された腕の部分と、その先の腕の関節に結合された手の部分と
から構成されている。鳥の羽ばたき運動中の腕と手は、肩の関節によって支えられて、前
後軸周りに往復ローリング回転をしながら、左右軸周りに往復ピッチング回転を、上下軸
周りに往復ヨーイング回転をしている。そして、この往復ローリング回転の間に、腕と手
の間にはピッチング回転角のズレによる捻りを発生している。この捻りがあるために、鳥
達は、腕の部分で主として揚力を、手の部分で主として推力を発生することができる。
【０００７】
鳥達は、ジャンプ、羽ばたき、空中停止、弾道、滑空、汎翔、落下などの飛行モードを使
い分けて飛行している。この内の羽ばたきモードでは、翼は、主として、打ち下ろしと跳
ね上げの２ストロークの運動をしている。
【０００８】
ヘリコプターは複数の翼を回転円面状に配置し、上下軸周りに回転させることにより空気
力を得ているが、これは、体を上に向けた姿勢で翼をひっくり返しながら前後に羽ばたく
ハチドリの翼の往復運動を回転運動に置換えて模擬しているように見える。
飛行機は高速で助走することにより静止翼で揚力を得て離陸しているが、推力は前後軸
回りに回転するプロペラによって得ている。この運動は、ハクチョウが翼の羽ばたき運動
と足の水かき運動によって推力を発生して加速して離水し、その後の翼の羽ばたき運動で
翼に揚力と推力を発生する動きを模擬しているように見える。
しかし、両者とも、周囲の気流とその変化をみると鳥達の翼の運動とは少し違っている。
【０００９】
平行回転翼では、左右軸を回転軸とする円筒面の稜線上に配置した複数の回転翼を、基本
的に平行を保ったまま、上・前・下・後の位置を追って回転させると、各回転翼には、上
にきた時に前進、前にきた時に打ち下ろし、下にきた時に後退、後にきた時に跳ね上げの
４ストロークの運動が発生する。この運動を利用して鳥の羽ばたき運動を模擬した平行回
転翼を応用した飛行機が、フランスで発明され、試作機まで作られたと聞いている。しか
し、その後のニュースが聞かれないので、実用化のプロセスは進んでいないと推測される
。
【００１０】
特許文献２では、歯車機構により、複数の回転翼に基本的に平行運動をさせながら、回転
に同期した揺動運動を重ねて回転羽ばたき運動を発生させる機構が示された。
【００１１】
また、特許文献１では、特許文献２の発明をベースに検討を重ねた結果、飛行機に応用さ
れた平行回転翼には、運転条件により過大なピッチング回転モーメントが発生する問題が
あることが明らかにされた。そして、その問題に対する具体的な解決策の一つが示された
。また、従来の飛行機と比較して、静的安定性を確保するための機能要件が検討され、追
加すべき機能が示された。
その後、特許文献１で示された機能構成案の検証と基礎的な設計検討を進めながら、平行
回転翼飛行機の商品化の可能性と発展性についても検討を重ねてきた。その結果を、本明
細書に纏めた。
【００１２】
特許文献１までは飛行機とのラフな比較から商品構想と技術構想を描いていた。この段階
では、回転翼により発生できる空気力の計算値を踏まえて、重量を半減した軽乗用車を軽
飛行機の半分程度の主翼スパンの平行回転翼で離陸させることができると推定していた。
しかし、その後は、商品構想を形状模型により、技術構想を部分的な機能模型により検証
しながら、基礎設計のための設計構想を練り直してきた。
【００１３】
平行回転翼を回転すると複数の回転翼が上下と同時に前後にも往復運動をする。この複合
運動は鳥の羽ばたき運動の中にも含まれているが、その運動軌跡は少し違っている。即ち
、鳥の羽ばたき運動における翼の動きは、上下に大きく１往復する間に、前後に小さく２
往復する８の字運動になっている。従って、鳥の８の字往復羽ばたき運動と平行回転翼の
円回転羽ばたき運動との間には、無視できない原理的な違いがある。即ち、平行回転翼で
は、回転翼が一定の公転半径で回転するため、前進、打ち下ろし、後退、跳ね上げの４ス
トロークが同じ回転速度を持って進む。そのために、運転条件によっては過大なピッチン
グ回転モーメントが平行回転翼に発生してしまう。これは８の字往復運動を円回転運動に
置換えたことに起因する、鳥には発生しない現象なので、技術的な手段を講じて解決する
必要がある。
【００１４】
一方、前進飛行中には、前進ストロークの回転翼に回転速度と飛行速度を加えた大きな相
対速度が発生するため、大きな空気力が発生する。これは、鳥には期待できない、平行回
転翼飛行機の大きな魅力である。
【００１５】
平行回転翼飛行機の特徴を明らかにするためには、静止翼にプロペラを加えた飛行機と、
ヨーイング回転翼に横向きの回転尾翼を加えたヘリコプターと、平行回転翼飛行機の３者
の間で飛行メカニズムの違いを比較する必要がある。更に、鳥の羽ばたき翼と平行回転翼
飛行機の平行回転翼の間でメカニズムの違いを確認する必要がある。
【００１６】
飛行動作を見ると、飛行機はハクチョウの様であり、ヘリコプターはハチドリの様である
。鳥類の中ではハクチョウは最重量級を、ハチドリは最軽量級を代表する種であるが、こ
れらで鳥達の全てを代表している訳ではない。重さでみると、この間には、スズメ、ハト
、タカ、サギ、カモと、数えきれないほど多くの多彩な鳥達がおり、それぞれが独特の飛
行術を駆使して空を泳いでいる。そして、これらは全て、羽ばたき翼という同じ原理から
進化した特徴ある機構を持っていて、ヘリコプターのように舞い上がり、飛行機のように
飛行している。図４３を見よ。
【００１７】
飛行機はプロペラの推力で機体を加速し、流入する気流によって静止翼に揚力を発生させ
て飛行している。ヘリコプターは竜巻を逆さまにしたような気流を吹き降ろし、その反力
で飛行している。両者とも、人類が発明した最高傑作であるが、これらだけでは、ピンポ
イントから舞い上がり、羽ばたき、風に乗って帆翔する鳥達のように自在に飛行モードを
切り替えて飛行する機能は模擬できていない。
最近は日本でトンボの羽ばたき翼の空気力学の研究が盛んになり、その商品開発への応用
も始まっているので、一例を揚げておく。この分野の研究は、今後の平行回転翼の解析に
も応用できそうである。非特許文献１を見よ。
【００１８】
２０１１年３月１１日に東日本大震災が発生し、地震に起因して、津波と原発事故が発生
し、戦後最大の災害となり、死者と行方不明者の合計は３万人弱に上った。急速な復興が
図られる中で、２度と同じ災害を繰り返さないために、今回の災害を教訓にした様々な対
策が講じられようとしている。しかし、今回の被災状況を見ると、自動車、船、飛行機、
ヘリコプターなどの既存の移動手段は殆ど無力であった。５０年掛けてでも、鳥達のよう
にピンポイントで離陸して飛行に移れる、安価で実用的な飛行機を開発できないだろうか
。今回の悲惨な被害をインパクトに、平行回転翼飛行機の商品構想を描き直しているが、
平行回転翼飛行機には実用化の前例が無いので先行商品は参照できない。そこで、今の段
階では、商品構想を幾つかの切り口で切った商品アイデアの記述の形で描いておく。
【００１９】
１．定点垂直離陸と定点傾斜離陸と滑走離陸の間で色々な方法で離陸できる平行回転翼飛
行機
水面を助走して離陸する最重量級の鳥のハクチョウは飛行機に似ている。花を吹き飛ば
さずに精度良く空中に停止して蜜を吸う最軽量級の鳥のハチドリはヘリコプターに似てい
る。しかし、飛行機やヘリコプターは、発生する気流をみると、鳥達とは同じとは言えな
い。飛行機とヘリコプターは機械としては確かに合理的で高性能であるが、飛行機は１０
０ｍ/ｓ（時速で３６０ｋｍ/ｈ）の助走を必要とし、ヘリコプターは、竜巻を逆さまにし
たような風を吹き降ろして、その反動で空中に舞い上がっている。これに対して、多くの
鳥達は羽ばたきながらジャンプして離陸し、羽ばたき翼で空中に泳ぎ出し、相対気流に乗
って飛行する。平行回転翼飛行機は、理論上は、ヒバリのように、平行回転翼によって周
囲の空気を前方から吸い込み斜め後方に吹き出して定点離陸し、空中で停止し、飛行に移
れる。助走できる場合は、その速度の分だけ平行回転翼の回転速度は小さくできる。平行
回転翼飛行機は、定点垂直離陸もできるが、時と場合に応じて、傾斜離陸や助走離陸を自
由に選べる。
【００２０】
ハクチョウとハチドリの両極端の間には、定点静止、ジャンプ、飛び込み、数歩の助走な
ど、様々な始動手段を併用して羽ばたいて離陸する鳥達がいる。離陸は、鳥達にとっては
、地上の天敵から逃れるための命掛けの技である。腹に張り付いていて見えない鳥達の腿
には、一見、理解し難い程に大きな筋肉が付いている。そんな鳥達のように、様々な離陸
方法を臨機応変に使い分けられるのが平行回転翼飛行機の特徴の一つである。
【００２１】
２．オートローテーション操作によってカラスのように軟着陸できる平行回転翼飛行機
軽飛行機は、エンジンが故障した時には滑空しながら滑走路を探し、飛行速度を限界速
度にまで落として着地し、滑走して停止できる。一方、ヘリコプターはエンジンが停止し
た時には、降下中に回転翼の中心部に下から入る気流でローターを回転させ、そのロータ
ーで外周部に上部から流入する空気を切って揚力を発生させるオートローテーション操作
により降下速度を調節して最寄りの空き地に軟着陸できる。
【００２２】
これに対し、平行回転翼飛行機は、エンジンが故障した時には、回転翼に入る気流による
平行回転翼の空転状態を操作して、速度や高さのエネルギーを回収して飛行速度と平行回
転翼の回転速度の調節に利用しながら滑走路や空き地に着陸することができる。着陸の瞬
間には機体を起こして降下速度を一瞬ゼロにしてカラスのようにピンポイントで軟着陸す
ることもできる。
【００２３】
３．緊急時には水面に着水し、暫く浮いて救助を待てる平行回転翼飛行機
平行回転翼飛行機も事故時には緊急着陸しなければならないので、地上に着陸点が見つ
からない時は洋上にも着水しなければならない。最近の自動車の車体は水密性が高く、濁
流に飲み込まれても暫くは浮いている。洋上不沈化の可能性を見ようとすると、先ずは、
自動車の車体構造をベースに改造する試作を考えてしまう。閉断面骨格部材のシール性能
を向上させ、ドアー構造のシール性を高め、ドアーガラスを樹脂化し、床や壁の空間には
発泡材を詰めて、内装クッション材は全て独立発泡材料に変え、電気自動車の動力用バッ
テリーなどの重い搭載ユニットはできるだけ中央寄りにレイアウトする。そんな自動車ベ
ースの改造試作はアイデア項目の効果の確認には確かに有効であろう。
【００２４】
しかし、自動車と平行回転翼飛行機とでは、哺乳類と鳥類の比較から類推できるような軽
量化へのチャレンジに違いがあり、基本的に重量の半減を前提条件にするので、自動車ベ
ースの改造試作が平行回転翼飛行機の量産設計には結び付くとは考え難い。
平行回転翼飛行機の機体設計へのチャレンジは、不沈化部品を構造部材とするカヤックの
ような新しい機体構造概念の構築から始めなければならない。不時着時の浸水破損防止と
数日間の不沈化は、厳しい軽量化目標を達成する機体開発プロセスの要件としなければな
らないので、先行して技術構想を開発するプロセスの設定が必要になる。
【００２５】
４．公道を走行できる平行回転翼飛行機
東北関東大震災では多くの人達が自動車で避難しようとして渋滞に巻き込まれて津波に
飲み込まれた。沿岸にはもう人は住めないとは言うものの、河口の平野での農作業は止め
られない。水産関係の仕事では港を離れることはできない。仕事には自動車で通勤しても
津波の時には待った無しに高台に逃げなければならない。従ってこの地方の通勤用自動車
には翼を付なければならない。
【００２６】
一方、平行回転翼飛行機を将来の交通手段とするためには、自動車社会とのマッチングを
図る必要があるが、これは容易ではない。これまでの商品構想では、仮に、機体は４人乗
りの軽乗用車並みと想定してきたが、現行の公道の法規要件の下では、この機体で平行回
転翼飛行機にすることは極めて困難であることが分かってきた。
自動車として公道を自走できるためには、現行の法規上では機体幅を２．５ｍ以下に納め
なければならない。しかも、操縦安全性を考えると、機体幅は、現在の乗用車の幅に相当
する１．８ｍ以下としなければ実用性はない。
【００２７】
最近は世界中で「空飛ぶ自動車」の試作研究が盛んになってきているが、２０１０年に米
国でテスト飛行に成功した「空飛ぶ自動車」は、公道走行時には主翼を２段に折り畳む設
計になっている。そして、Ｆ１レーサーのように前方翼と後方翼を付けている。翼を畳ん
だ状態でガレージから滑走路へ移動し、翼を展開して軽飛行機に変身し、滑走して離陸す
るコンセプトである。
平行回転翼飛行機を緊急時に路上から定点離陸できる「空飛ぶ自動車」に応用することは
できないか。どの様に公道の法規要件を変えたらその可能性が出てくるか。翼の付いた自
動車での津波からの避難を可能にするにはそこまで踏み込んで考えてみる必要がある。自
動車の使用状況をみると、１人で乗っている場合が大半である。そこで、平行回転翼飛行
機の「空飛ぶ自動車」の商品構想は、「緊急時には最寄りの駐機場から定点離陸でき、ド
ライバーと荷物または1名のパッセンジャーを乗せられる平行回転翼飛行機」に修正した
。公道上での機体副は５．０ｍ以内で、７．０ｍ幅の広幅道路であれば自動車並の速度と
操縦性で走行でき、機体総重量は３００程度と想定した。
平行回転翼飛行機は、人が平行回転翼に接触する危険を避けるために、路上では平行回転
翼を停止して、３０ｋｍ/ｈ以下の速度で車輪走行し、それ以上の速度では平行回転翼で
も駆動して走行する。離着陸には１０．０ｍ幅の許可された公道や最寄りの駐機場や小空
港や広幅道路やビルの屋上ヘリポートを利用する。
【００２８】
自動車の限界を超えたいという現代人の夢には捨てがたいものがあり、自動車の未来技術
として研究を進めるのも面白い。自動車は高速走行ではダウンフォースを発生させて浮き
上がりを防止しているが、平行回転翼飛行機は平行回転翼で発生する揚力を制御してタイ
ヤ―に最適な接地荷重を掛けながら、平行回転翼と車輪の推力で駆動して滑走する。姿勢
は平行回転翼と補助翼によって制御され、カーブでは機体を内側に傾ける。走行の操縦は
ステアリング機構による。
【００２９】
５．最高飛行速度を５００ｋｍ/ｈにした平行回転翼飛行機
軽飛行機の速度は音速が限度であるが、ヘリコプターの速度はローターの原理から音速
の半分が限度である。平行回転翼飛行機は、飛行中は飛行機であるため、原理的には音速
に近い９００ｍ/ｈ程度にまで飛行速度を上げられる。しかし、実際には、利便性と操縦
の容易さを重視して、将来の超新幹線並みの速度である５００ｋｍ/ｈで十分であろう。
最寄りの駐機場や小空港やヘリポートや水上ヘリポート（無形の指定スペース）を利用
して離着陸し、海、森林、草原、砂漠などの上空に設定した無形のスカイウエー網を利用
すれば、過疎地や離島へも縦横無尽に飛行できる。
【００３０】
６．タカのように強力な翼を持ち、多様な空中作業ができる平行回転翼飛行機
タカは、力強く羽ばたいて飛行中の鳥に追いつき、足で肩の関節を外して飛行能力を奪
って落下させて捕捉する。ワシ・タカ類は鳥の中で最も優れた飛行能力を持ち、食物連鎖
の頂点に立っている。タカは通常の飛行では省エネ飛行に徹しているが、攻撃するときに
は、強力な筋肉を働かせる。空中作業用平行回転翼飛行機は、多様なモードの飛行だけで
なく、タカのようにコンパクトな機体でありながら高い機動力を持ち、様々な作業能力を
付加できるように設計したい。飛行機やヘリコプターには、出来そうで出来ない作業が沢
山あるが、その多くが平行回転翼飛行機に期待される空中作業となる。
平行回転翼で発生される空気力は平行回転翼の回転速度の二乗に比例する。従って、軽量
な機体と高い回転速度をもった平行回転翼は、多様な空中作業を可能にする。それには、
平行回転翼の軽量化と高速化と同時に、軽量でコンパクトで強力なモーターと電池の調達
が重要な課題となる。
【００３１】
７．トンビのように風のエネルギーを利用して汎翔できる平行回転翼飛行機
トンビは上昇気流を捉えて、羽ばたかずに旋回上昇を繰り返して、その後、別の上昇気
流のある場所へ高度を下げながら滑空して移動する。トンビは、最高の飛行性能を持つワ
シ・タカ類の一種であるが、汎翔と滑空を繰り返して風から貰ったエネルギーを位置エネ
ルギーに変換して蓄積し、エネルギーを殆ど使わずにどこまでも飛行してゆける。
しかし、汎翔できない鳥も多い。汎翔の可否は日常的に発生する程度の低速の上昇気流で
体重を支える揚力を発生できる高性能の翼を獲得できているかどうかに掛かっている。ト
ンビは、０．３平米程度の翼で、日常的に得られる５〜１０ｍ/ｓ程度の上昇気流で、１キログラム程度の体重を支える揚力を得ているので、このような低速でも翼面加重は３キログラム/平米程度が確保されていると推定される。従って、トンビ並みの翼面加重の翼を持つ平行回転翼飛行機ができれば、トンビのように帆翔できることになる。
一方、帆翔できる飛行機としてはグライダーやパラグライダーがあるが、機体重量は極め
て軽く、長大な主翼スパンと大きな翼面積を持っている。軽く、翼面積が大きく、空力抵
抗の小さい翼を獲得することも帆翔を可能にする方向であるが、このような高性能な翼を
獲得するには桁外れの資金と努力が必要になる。従って、このような贅沢な仕様はスポー
ツ用の平行回転翼飛行機に限られよう。
【００３２】
平行回転翼飛行機が平行回転翼の回転を停止して滑空するときの回転翼の翼面積は、回転
翼ピッチ円径の翼弦の翼を３枚重ねた複葉翼に相当するが、風を受けて空転する時にはオ
ートローテーション効果も利用できるので、発生できる揚力はそれ以上にできる。従って
、平行回転翼飛行機の平行回転翼のスパンは飛行機の静止翼のスパンと比べて半減できる
。帆翔性能の獲得は平行回転翼飛行機にとって最も大きな技術的チャレンジであるが、ワ
シ・タカ類は進化の過程で、大形の水鳥のように翼面積の拡大の方向に走らずに、別の方
向で帆翔を可能にするための課題をクリヤーして、鳥類の王者の地位を獲得している。
【００３３】
８．駐機中に回生モーターを利用して風力発電できる平行回転翼飛行機
太陽の位置が南北に移動すると、太陽の恵みである餌の繁殖場が南北にシフトするので
、鳥達は餌を求めて渡りを敢行する。これに対して、飛行機やヘリコプターは地球に蓄積
された化石燃料を消費して飛行している。これからの交通手段には、地球環境の持続的可
能性への寄与が求められているが、２０年後に世に出す商品にはそれへの対応が前提条件
となろう。
【００３４】
平行回転翼は小さな受風面で強い風を起せるコンパクトな送風機である。これを逆に使え
ば、駐機中に風力発電できる。発電された電力は自分のバッテリーに蓄電するだけでなく
、余剰分は駐機場の電池にも蓄えられる。平行回転翼を応用すれば、太陽エネルギーの変
形である風を利用して、化石燃料の補給なしに飛行と駐機を繰り返して、ゆっくりで良け
れば地球を渡り歩くことも可能になるかも知れない。
そのためには、平行回転翼駆動の電動化が前提になるが、最近、本格化している自動車の
電動化の動きは大いに期待される。自動車の電動化を踏まえた超軽量パワーユニットの開
発は、平行回転翼飛行機にとって最も重要な技術開発課題になる。
【００３５】
９．平行回転翼をフライホイールにして慣性回転エネルギーを蓄えられる平行回転翼飛行
機
平行回転翼で発生される空気力は平行回転翼の回転速度の２乗と迎角の積に比例する。
従って同じ空気力を発生するのに回転速度を上げて迎角を小さくしてもよいが、回転速度
を下げて迎角を大きくしても良い。図４４を見よ。
この性質を利用すると、減速時に発生する制動トルクで平行回転翼の回転速度を上げなが
ら迎角を小さくすることによって必要な揚力を維持したまま、制動エネルギーを平行回転
翼の慣性回転エネルギーに変換して蓄えることができる。
回生モーターで発電したエネルギーを電池に蓄えることは化学反応なので瞬時には効率良
く増減できない。その点、慣性回転エネルギーであれば、瞬時に効率良く変換できる。着
陸時に高速回転している平行回転翼の回転エネルギーは、着陸後、速やかに回生モーター
によって制動されて回収される。
【００３６】
１０．災害救助鳥ロボットに転換できる平行回転翼飛行機
優れた機動性を持つ鳥達を模擬した平行回転翼飛行機は、飛行先で様々な現地作業がで
きるように設計できる。現地作業として最も緊急性が高いのは、災害救助作業である。地
震、洪水、噴火、豪雪、森林火災、被爆、工場火災、津波、雪崩、がけ崩れ、飛行機の墜
落、電車の脱線、原発事故など、自然災害や大事故は、年中、どこかで発生している。災
害の救助作業には、状況調査、被害調査、現場への急行、人や救助物資の搬送、被害者の
救助、発電、現場照明、障碍物の撤去など、多様な作業が必要になる。
現在の飛行機やヘリコプターは、技術的にはコンピューターにより自動操縦できるところ
まで進歩しているが、現地ではドライバーを下ろして無人化し、それをドライバーが無線
操縦して現地作業をする使い方はできないか。これができると、対応できる作業の種類と
作業容量は大幅に拡大できる。先ず、６０程度のドライバー重量は、荷物重量や作業
装備重量に当てられる。また、上空を飛行する場合の空調や気圧コントロールの機能が省
略できれば、そのためのエネルギーを利用できる。乗員コクピットを脱着可能にすればそ
の重量とスペースも作業用に振り向けられる。付加する空中作業道具には、救助隊員が使
う道具がそのまま使えるようにするのが理想であろう。
【００３７】
鳥達は、外敵から逃げるために様々な飛び立ち能力を獲得している。また、採餌や休息や
繁殖のために様々な飛行モードで移動し、様々な現地作業をこなしている。飛行機やヘリ
コプターの飛行は移動が目的であるが、鳥の場合は飛行先での作業が目的であって、飛行
はそのための手段に過ぎない。
実際、鳥達は究極的には種の保存と繁殖のために生きている。翼を使って飛行するのは生
きて繁殖するために不可欠な行為なのである。参考に鳥の現地作業を見てみると、狩りを
して栄養をとり体力を付け、巣作りをして交尾して受精し、卵を産み抱卵してヒナを孵化
し、餌を取ってきてヒナを養い、教育して独立させている。水鳥の翼は衣服とレインコー
トと家とボートを兼ねている。鳥達は様々な現地作業のために、口と足だけでなく、体の
全ての機能を駆使している。
【００３８】
鳥達は、作業の邪魔になるので、翼は着陸と同時に畳んでしまう。平行回転翼飛行機は鳥
の手の部分と腕の部分の動きを平行回転翼の前後の回転翼と上下の回転翼の動きに変換し
た機構になっている。これにより、完全ではないが、一種の折り畳み翼か形成されている
ため、飛行機やヘリコプターと比較して翼のスパンを半減できる。そのために、平行回転
翼飛行機を用いると、高速道路への緊急着陸、ガレージへの格納、小スペースでの駐機、
小さなスポット空港での離着陸など、従来の飛行機械の限界を超えた様々な利便性の獲得
が可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３９】
【特許文献１】特開２０１１−１１６１４  公報
【特許文献１】特開２００９−２３４１７  公報
【特許文献３】特開平３−５７７９６  公報
【特許文献４】仏国特許出願公開第２３０９４０１号明細書
【非特許文献】
【００４０】
【非特許文献１】芸術科学会論文誌Ｖｏｌ．２、Ｎｏ．４、ｐｐ．１４６−１５５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４１】
上記の背景を踏まえて、特許文献１で示した平行回転翼飛行機の機能要件を検証し、その
具体化のために基礎的な設計構想を固めるための具体的な設計課題の抽出を進めた。
【００４２】
平行回転翼飛行機は、飛行機とヘリコプターの両方の機能を併せ持つが、その機能構成は
、両者を混ぜ合わせたものではなく、鳥達の進化のルーツを模擬した基本的な機能構成と
なることが分かってきた。そこで、この視点を持って、様々な鳥達を模擬する平行回転翼
飛行機の機能構成を分析してきた。その作業の中で、羽ばたき翼を平行回転翼に置き換え
たために発生した技術的な問題も見えてきた。そして、それを解決するためには、鳥には
無い新たな機能の追加が必要なことも分かってきた。
【００４３】
一方、技術的な課題の過不足をチェックするために、同じ爬虫類から進化した移動のメカ
ニズムなので、両者の機能構成は対応しているかも知れないと考えて比較してきた。即ち
、哺乳類の歩行を模擬した回転輪である車輪を用いた自動車と、鳥の羽ばたき翼を模擬し
た平行回転翼を用いた平行回転翼飛行機との間で機能構成を比較した。この作業による発
見から、様々なアイデアが生まれ、その中から重要な課題が抽出できた。
【００４４】
重要な課題かどうかは、予想される要件を掲げながらそれに応えるアイデアを盛り込んだ
平行回転翼飛行機のレイアウト図を描いてみることによっても検証された。
最初の課題はその時代の交通システムへの適合であった。そこで、初めに現在の交通シス
テムへの適合の可能性を調べ、その後、その限界を踏まえて、将来の可能性として、平行
回転翼飛行機が織り込まれた新しい交通システムを予測し、それに適合させるための要件
を定義した。
【００４５】
最近は、世界中で「空飛ぶ自動車」の研究が再燃しており、飛行機、ヘリコプター、オー
トジャイロなどをベースにした試作研究が進められているが、平行回転翼飛行機をベース
にした研究は見られない。しかし、現在の法規では、空飛ぶ自動車を公道で走行させるた
めには、機体幅を２．５ｍ、高さを３．８ｍ以下にしなければならない。更に、乗用車に
順ずれば、操縦安全性を確保するためには、１．８ｍ以下にする必要がある。平行回転翼
飛行機の機体幅をこの範囲内に納めながら、空気力の発生を最大にするためには、平行回
転翼の駆動機構を内蔵する回転ディスクの幅を極力短縮して、その分、回転翼の幅を大き
くし、平行回転翼の外径を最大化し、回転速度を上げることが基礎的な設計課題であるこ
とが分かった。それにより、平行回転翼の設計方針が明確になり、具体的な設計課題も明
らかになってきた。
【００４６】
一方、鳥は哺乳類ではないので、地上での走行は苦手である。その点から見ると、鳥を模
擬した平行回転翼飛行機を、哺乳類を模擬した自動車と同じ道路で走らせるのには無理が
ある。しかし、既存の交通システムがある限り、先ずはそれへの適合を図ってみる必要が
ある。
【００４７】
先ず、平行回転翼飛行機に必要な平行回転翼幅を飛行機との比較で試算してみる。平行回
転翼飛行機は平行回転翼の回転を止めた状態で、静止した回転翼を飛行機の主翼のように
使って滑空できるので、滑空モードでの比較から、平行回転翼飛行機の回転翼の必要幅を
試算できる。静止した平行回転翼は回転翼のピッチ円径を翼弦とする翼を３枚重ねた複葉
翼に相当する。ピッチ円直径が１．６ｍで回転翼幅が１．７ｍの平行回転翼を左右に張り
出して搭載し、胴体幅を１ｍとすると、平行回転翼飛行機の主翼スパンは４．４ｍ（＝１
．７×２＋１）となる。比較される飛行機の胴体幅を１ｍ、主翼スパンを１１ｍ、翼弦長
を１．６ｍとすると、揚力の確保だけでみれば、平行回転翼にすると機体幅は半減できる
。
【００４８】
一方、平行回転翼飛行機は、飛行機の滑空機能とヘリコプターのオートローテーション機
能を合わせ持っているが、平行回転翼の空転を停止して滑空するのがエンジンストール時
の最も厳しい状態なので、必要な翼面積は滑空性能で決めておけば良い。
【００４９】
そこで、平行回転翼飛行機のレイアウトは、軽飛行機並みの滑空を可能にすることを前提
にして、次の項目に配慮して描いた。
・  前面投影面積の縮小
・  空気抵抗の低減
・  機能構成の簡素化
・  機体サイズの公道走行要件（仮定幅；５．０ｍ、高さ；３．８ｍ）への適合
・  エンジンストール時の滑空に必要な翼面積の確保
・  機体のピッチング回転制御に必要な尾翼面積の確保
・  乗員と荷物の重さと配置
・  エンジンと駆動系とバッテリーの配置
・  平行回転翼の種類とサイズと配置
・  補助翼の種類とサイズと配置
【００５０】
様々な平行回転翼飛行機の可能性を検討した結果、本発明では、新たに、外延翼の追加
、尾翼の平行回転翼化、翼組外枠の形成が設計課題となった。従って、主な設計課題は次
の通りとなった。
（１）回転翼の設計課題
・回転翼の製造方法
・フレキシブルキャンバー回転翼の構造
・自動高揚力メカニズムの定性的な考察
（２）平行回転翼と回転ディスクの設計課題
・平行回転翼幅の法規許容機体幅内での最大化
・平行回転翼径の法規許容機体高さ内での最大化
・平行回転翼の回転抵抗の低減
・回転ディスクの幅の短縮とその分の回転翼幅の増大
・平行回転翼構造の軽量化と剛性アップ
（３）下方静止翼の設計課題
・下死点付近の回転翼周りの流れへの影響を考慮した配置と形と大きさ
・翼組外枠を構成するクロスメンバーとしての剛性の確保と配置
・静止外延翼を取り付けるための形と構造
（４）外延翼の設計課題
・静止外延翼の設計
・回転外延翼の設計
・回転外延翼と中央静止外延翼の併用
・折畳み静止外延翼の設計
（５）尾翼の設計課題
・尾翼の方式選定
・簡易平行回転翼尾翼の設計
・正規の平行回転翼の機能を持った平行回転翼尾翼の設定
（６）翼組外枠の設計課題
・下方静止翼と中央静止翼取付け軸と尾翼の３点の外側端を結合する部材の設計
・回転外延翼付き平行回転翼をローラーでサポートしながら翼組外枠を形成する部材の設計
（７）平行回転翼飛行機の設計課題
・飛行機に近い平行回転翼飛行機の設計
・ヘリコプターに近い平行回転翼飛行機の設計
・自動車に近い平行回転翼飛行機の設計
【００５１】
（１）回転翼の設計課題
平行回転翼飛行機を普及価格で商品化するには平行回転翼飛行機の部品を自動車並みの
部品コストで作る必要がある。平行回転翼飛行機の部品の多くは自動車の部品と対応して
いるが、中には自動車にない部品もある。その中で代表的なのは回転翼である。そこで、
回転翼を自動車並みのコストで作ることが最初にチャレンジすべき設計課題となった。
鳥達の翼は羽根を重ねて形成されているが、一枚の羽根は羽軸の両側に枝羽根を絡ませた
部分を形成した弾性体となっている。この羽根の絡ませた部分を隣り合う羽根の絡ませた
部分と重ねることにより、非線形バネ特性を持った翼型が形成されている。しかし、この
ように複雑で繊細な鳥の羽ばたき翼をそのまま模擬することはできないので、鳥の羽根の
構造をやや複雑なままに模擬した回転翼の設計方法を製造方法にまでって探すことにし
た。
【００５２】
回転翼の形状は、プロペラのように断面形状を変えながら長手方向に大きく捻る必要がな
いので比較的単純な形状にできる。しかし、複数の回転翼が回転ディスクに嵌着されて自
転しながら公転するため、回転翼には遠心力と空気力と慣性力が発生し、それらの合力は
周期的に大きく変動する。しかし、複数の回転翼に発生する力の総和として平行回転翼主
軸に発生する空気力は、その瞬間の回転状態での総和値となる。従って総和値の振動波形
は、平行回転翼の回転に同期した長周期の振動に、回転翼の個数で分割された短周期の脈
動を重ねた振動をすることになる。そのため、振幅の発生は避けられないが、過大になる
と迎角の制御は困難になる。
【００５３】
このように、振動成分には２つあり、一つ目は総和値の平行回転翼の回転に同期した振動
成分である。二つ目は、総和値の平行回転翼の回転に平行回転翼数を掛けた振動数に同期
した振動成分である。これらは共に回転翼の色々なバラツキに依るものであるが、平行回
転翼を強制的に振動させる。従って、これらの加振力を小さくするためには、それぞれの
回転翼を、重量バラツキが少なく、形状精度が高く、剛性のバラツキが小さく、互換性が
あり、しかも、低コストで量産できる部品にしなければならない。ただし、二つ目の振動
成分は平行回転翼の分割に依る脈動でもあるので、回転翼の本数を増やすことも効果的で
ある。平行回転翼の回転振動の滑らかさは、商品の成立性を左右する性能であるので、回
転翼の製造方法と設計方法については最も先行して開発を進める必要がある。
【００５４】
回転翼の製造方法としては、自動車のドアー類の製造方法を参考にして、絞り成型された
インナーパネルに曲げ成型されたアウターパネルを被せて溶接して作ることにした。成型
パネルの回転翼の採用によって、有限要素法による回転翼の構造解析計算も容易になり、
構造の最適化と軽量化も進め易くなる。また、フレキシブルキャンバー回転翼の設計も容
易になる。
【００５５】
請求項１の発明の課題は、平行回転翼の高速化を計るために軽量で剛性の高い回転翼の製
造方法と設計方法を見つけ出し、鳥達の翼を模擬したフレキシブルキャンバー回転翼の実
用的な構造を設計することである。平行回転翼の作動中には、回転翼に過大な正の迎角や
負の迎角が発生することがあるが、柔軟性に乏しい回転翼ではその時に過大な荷重や過敏
な荷重変動が発生して、構造の破壊や制御困難を引き起こし、最悪の場合、平行回転翼飛
行機を飛行不能にしてしまう。この問題を解決するための具体的な課題は、回転翼の後方
部分を上から押し下げたときに曲がり易く、下から押し上げたときに曲がり難い非線形バ
ネ特性を持つ回転翼構造とすることである。
このような非線形バネ特性を持たせた場合には、平行回転翼の回転速度を上げた時に、前
方の打ち下ろしストロークに回った回転翼は、後部の弾性変形により後端を上げてキャン
バーを小さくし、発生する空気力の方向を前に倒すので、自動的に推力成分を増大させる
。一方、平行回転翼の回転速度を下げた時には、上方の前進ストロークに回った回転翼は
、発生する空気力を減少させ、後部の弾性変形により後端を下げてキャンバーを大きくし
、発生する空気力の方向を後に倒して迎角を増大させ、減速による揚力成分の減少を自動
的に補う。これは一種の自動高揚力機構であるが、フレキシブル回転翼には、派生的にこ
のメカニズムが発生する。この自動高揚力機構もフレキシブルキャンバー回転翼の構造の
設計課題である。
ちなみに、鳥達の羽ばたき飛行では、翼の弾性変形を利用してキャンバーを変えることに
より、突風による過大な空気力の発生を抑制したり、着陸間際の低速になってもギリギリ
まで揚力をキープしたりしていることが観察される。
【００５６】
また、ちなみに、自動車の場合は、車輪に入る過大な荷重や過敏な荷重変動はサスペンシ
ョンやタイヤ―の柔軟性によって緩和されている。
【００５７】
（２）平行回転翼と回転ディスクの設計課題
平行回転翼は高速化できれば、矩形の受風面積を効率良く使って、大きな空気力を発生
できるが、高速化するためには、駆動抵抗と空気抵抗を低減し、軽量化しながら剛性を上
げて平行回転翼の固有振動数を上げる必要がある。
【００５８】
矩形の受風面積を効率良く使って大きな空気力を発生するためには、与えられた平行回転
翼スパンの間で、回転ディスクの幅を小さくして、その分、回転翼の幅を大きくする必要
がある。
【００５９】
また、駆動抵抗を低減するためには、回転ディスクの中の、平行回転に揺動回転を付加す
る遊星歯車を用いた機構に使われている歯車の潤滑と、歯車軸の軸受けの潤滑が最も肝要
な設計課題となった。歯車軸の軸受けには、コンパクトな転がり軸受けとしてニードルベ
アリングの採用が必要になった。外に、平行回転翼を転がり軸受けを用いて支持し、適切
に潤滑することも、重要な設計課題となった。
【００６０】
更に、平行回転翼の高速化のためには、平行回転翼の振動系の１次固有振動数が危険速度
になるので、基本的に軽量化を図りながら動剛性を高め、１次固有振動数を高めるように
回転ディスクの内部構造とそれを含む平行回転翼を設計することが必要になった。
【００６１】
また、軽量でコンパクトな平行回転翼を目指す設計の流れの中で、平行回転翼の中心部に
は、回転翼の迎角と中央静止翼の迎角を制御するための機構をコンパクトに組み込むこと
も必要となった。
【００６２】
請求項２の発明の課題は、平行回転翼の高速化を計るために、回転ディスクのカバーの中
に、操作可能に偏心リング割出し機構を包み込みながら、平行回転翼の動剛性を高めるよ
うに回転ディスクの支持構造を設計することである。
【００６３】
請求項３の発明の課題は、平行回転翼の高速化を計るために、回転ディスクに内蔵される
伝導機構の軸受けを選定し、潤滑方法とシール方式を最適化し、軽量化しながら剛性を高
められるように配慮して回転ディスクの構造を設計することである
【００６４】
請求項４の発明の課題は、平行回転翼で発生できる空気力の増大を計るために、回転翼の
幅を広げて回転ディスクの幅を縮小するために、回転ディスクに内包されている偏心リン
グ割り出し機構の幅を短縮できる構造を設計することである。
【００６５】
請求項５の発明の課題は、平行回転翼の高速化を計るために、中央静止翼取付け軸を平行
回転翼主軸と一体化する構造を設計することである
【００６６】
（３）下方静止翼の設計課題
平行回転翼飛行機の飛行速度が小さく平行回転翼の回転速度がそれを超える場合は、回
転翼が下側に回り後退ストロークに入ったときに、回転翼が後ろ向きに風を切り、流れが
剥離し、大きな抗力が発生することが懸念されていた。
この現象は、正の迎角を持って前下がりに回転する回転翼では最初に下死点で発生するが
、実際にどのような現象が起こり、どの様な問題が発生するのかは、今の段階では、定量
的な解析による予測や実験的な確認はできていない。
【００６７】
平行回転翼の回転速度は鳥の羽ばたき速度に相当するが、猛禽類の羽ばたき飛行を観察し
て見ても飛行中に飛行速度を超える羽ばたき速度を取ることは稀と思われる。鳥の羽ばた
き運動でも過度に羽ばたき速度を上げると、打ち下ろしストロークの下端での迎角の切り
返しが遅れて風切り羽の枝羽根の絡みが外れるのかも知れない。
平行回転翼飛行機でも、通常の飛行状態では、後向きに風を切るような条件は取る必要は
なく、これが平行回転翼の成立性を損なう問題になるとは考え難い。しかし、地上で平行
回転翼を始動する瞬間には起こる状態なので、今後の解析的、ならびに、実験的な研究は
必須である。図３を見よ。
【００６８】
一方、下方静止翼は、揚力の発生を分担する補助翼の他に、様々な目的で利用できる便
利な補助翼である。例えば、下方静止翼の外側端を中央静止翼取付け軸の外側端と２点ス
テーを介して結合すれば、翼組外枠を形成して翼組の剛性を高めることができる。また、
下方静止翼の内部には、静止外延翼のフラップ操作のためのリンクを通すこともできる。
そのため、できれば利用したい補助翼である。
そこで、今の時点では、全体の設計を進めるために、下方静止翼の形状と大きさと配置
の設計が下側に回る回転翼の周りの気流にどのような影響を与えるかについての定性的な
検討と考察だけをしておくことにした。
【００６９】
（４）外延翼の設計課題
平行回転翼の回転翼を回転ピッチ円上に干渉しないように並べると翼弦長の総和は最大
でピッチ円の周長（ピッチ円直径×３．１４）となるから、平行回転翼の翼面積は、概ね
、平行回転翼のピッチ円直径に等しい翼弦の翼を３枚重ねた複葉翼に匹敵する。平行回転
翼で発生する揚力は平行回転翼の回転速度の２乗に比例するので、回転速度の上昇により
著しく改善できる。
しかし、回転翼の幅方向の長さが片側で１ｍ程度しか取れず、平行回転翼の回転速度が十
分に高くできなければ、機体重量を支えられる揚力は得られない。また、揚力は確保でき
ても揚力の作用点が中央寄りにある場合は、ローリングに対する安定性が十分に確保でき
なくなる。
【００７０】
水平飛行中の平行回転翼飛行機の平行回転翼の回転速度を上げると、上側の回転翼に流入
する気流速度は増大し、下側の回転翼に流入する気流速度は減少する。しかし、翼に発生
する空気力は流入速度の２乗に比例するので、増速される上側の回転翼に発生する揚力の
増加分は、減速される下側の回転翼に発生する揚力の減少分より大きくなる。従って、平
行回転翼を回転した時に上・下の回転翼に発生する空気力の和は、平行回転翼を止めて滑
空する時に上・下の静止した回転翼に発生する空気力の和よりも大きくなる。
【００７１】
ローリングに対する姿勢安定性の不足を補うためには、静止外延翼や回転外延翼を追加し
てそれに上反り角を付ける設計が有効である。また、平行回転翼を機体重心より高い位置
に配置し、機体を吊り上げるように空気力の作用点を高くしても改善される。
【００７２】
請求項６の発明の課題は、平行回転翼飛行機の仕様により、平行回転翼のみでは必要な空
気力やローリング安定性が得られない場合に、静止翼面積を拡大して不足を補うための静
止翼を設計することである。
【００７３】
また、静止外延翼でも十分でない場合は、回転翼の外側に回転外延翼を付加する設計も選
択できる。
また、中央静止翼取付け軸の外側に中央静止外延翼を設け、その外側の回転翼にも回転外
延翼を付加する設計も選択できる。しかし、その場合は、中央静止外延翼の周辺で、回転
外延翼が、大きく変形しながら回転するので、干渉の危険性を十分にチェックする必要が
ある。
【００７４】
回転外延翼は基本的に回転翼と同じ回転運動をするが、オーバーハングして回転するので
、両端支持されて回転する回転翼と同じ挙動にはならない。軽量化の面から限界設計され
る回転外延翼は、片持ち梁で荷重を受けて、曲げ方向にも捩じり方向にも大きく弾性変形
しながら回転することになる。ちなみにツルの一次風切り羽の挙動をみると、外側に向け
て隙間を取って並んだ風切り羽根が、曲げ方向にも捩じり方向にも弾性変形しながら運動
をしている。これを見ると、回転外延翼には、曲げと捩じりの弾性変形特性を利用する設
計の可能性があることが推察される。
【００７５】
エンジンが故障した時には、飛行機は滑空しながら緊急滑走路を見つけて着陸できるが、
それが見つからなければ不時着を免れない。
一方、ヘリコプターは、オートローテーション操作により最寄りの空き地に着陸できるが
、故障発生時の飛行状態によってはオートローテーション操作に入れずに落下する。
これに対して、平行回転翼飛行機は、回転の止まった時には平行回転翼を止めて静止翼と
して、飛行機のように滑空して緊急滑走路に着陸することもできる。しかし、ヘリコプタ
ーのように平行回転翼を空転させながら滑空して、オートローテーション作用により揚力
を獲得しながら最寄りの空き地に着陸することもできる。
【００７６】
平行回転翼飛行機では滑空とオートローテーションは併用されておりその状態は連続的に
変えられる。この操作は通常の飛行時にも利用できるので、平行回転翼飛行機は、トンビ
が上昇気流を受けてそれを推力に変えて飛行するように、平行回転翼で上昇気流を受けな
がらそれを推力に変えて飛行することができる。また、カラスのように、機体の減速エネ
ルギーを利用して平行回転翼の回転速度を加速して揚力を回復して軟着陸することもでき
る。
【００７７】
請求項７の発明の課題は、平行回転翼飛行機の仕様により、平行回転翼のみでは必要な空
気力や安定性が得られない場合に、回転翼面積を拡大し、空気力の増大と安定性の確保を
図るための追加的な回転翼を設計することである。
【００７８】
（５）尾翼の設計課題
カラスは、垂直尾翼は備えていないが、シャープにユーターンしている。また、制動時
には尾翼の幅を大きく広げて下げてフラッピング容量を拡大して、体のピッチング回転を
止めている。汎翔中のタカは尾翼を微妙に捻りながら横方向の空気力成分を発生させ、飛
行中の外乱による姿勢角の変化を防いでいる。
【００７９】
しかし、鳥達のように尾翼を拡張でき、捩れる機構の静止尾翼を実際に設計してみるとそ
の機構はかなり複雑になってしまう。また、上下羽ばたき運動を円運動に置換えた平行回
転翼は過大なピッチング回転モーメントを発生することがある。そのような過大なモーメ
ントを打ち消すためには、静止尾翼には大きな平面投影翼面積が必要となる。色々と模索
した結果、姿勢制御用に割り切って平行回転翼を簡略化する方がコンパクトで簡潔な設計
ができることが分かってきた。
【００８０】
そこで、平行回転翼飛行機用の尾翼には、飛行機のような静止尾翼に代えて、平行回転翼
を用いた尾翼を付けることにした。そして、多様な鳥達を模擬した多様な平行回転翼飛行
機の仕様に対応できるように２種類の平行回転翼尾翼を設計し使い分けることにした。
【００８１】
揚力の分担を期待しない尾翼用の平行回転翼は、主翼用のような大きな回転速度は必要と
しないが、制御に適した簡易な平行回転翼にする必要がある。また、外乱を吸収する姿勢
制御のためにはクッション性や減衰性の付与も必要になる。そのような場合には、成型パ
ネルを用いたフレキシブルキャンバー回転翼の応用も必要になる。
【００８２】
しかし、タンデムローターのヘリコプターのように尾翼にも機体重量を分担させる平行回
転翼飛行機には主翼用と同じ機能を持った平行回転翼を尾翼にも搭載することが必要にな
る。
【００８３】
請求項８の発明の課題は、遥動付加機構を省略しながら、小さな平面投影翼面積で大きな
制御容量と多様な制御能力を持つ簡易平行回転翼尾翼の構造を設計することである。
【００８４】
（６）翼組外枠の設計課題
必要な平行回転翼の回転速度を確保するためには、軽量化を計りながら支持剛性を高め
て、危険速度となる１次固有振動数を高める必要がある。そのためには、平行回転翼に発
生する荷重を分散させながら平行回転翼の支持剛性を高める翼組外枠の形成が効果的であ
るが、そのための追加構造の設計が必要となる。
【００８５】
請求項９の発明の課題は、翼組外枠の形成により平行回転翼の支持剛性を向上させること
である。しかし、平行回転翼は機体の側方にオーバーハングして取り付けられるので平行
回転翼の支持剛性を高めることが難しい。それを補って平行回転翼の支持剛性を上げるた
めに、平行回転翼の重量と幅寸法の増大を最小に抑えながら荷重の分散と支持剛性の増大
が計れる翼組外枠の設計が必要となった。
【００８６】
請求項１０の発明の課題は、外側回転ディスクを支持することによって回転外延翼を付け
た平行回転翼の支持剛性を向上させる構造を設計することである。
即ち、平行回転翼飛行機により鳥達の多様な羽ばたき翼の模擬が可能になるが、回転外延
翼を付けた場合は重量と荷重が増加し、回転性能の低下は免れない。それを補うためには
、平行回転翼の外側回転ディスクの支持剛性を上げるために、重量と幅寸法の増大を最小
に抑えながら荷重の分散が計れる翼組外枠の設計が必要となった。
【００８７】
（７）平行回転翼飛行機の設計課題
ハチドリを模擬したヘリコプターとハクチョウを模擬した飛行機の間には多様な鳥を模
擬した様々な平行回転翼飛行機が考えられるが、その多様性を分類するファクターとして
、＊１平行回転翼の高さ、＊２平行回転翼のスパン、＊３外延翼の有無と方式、＊４尾翼
の方式を選んだ。今回検討された様々な平行回転翼飛行機の中から代表的な事例を選び、
これらのファクターで比較してみた。その結果、鳥達の多様性ファクターと平行回転翼飛
行機の多様性ファクターは次のように対比された。
【００８８】
＊１  滑空時の翼の高さ・・・平行回転翼の高さ
＊２  翼の開き幅・・・・・・平行回転翼のスパン
＊３  初列風切り羽の形・・・外延翼の有無と方式
＊４  尾翼の大きさと形・・・尾翼の方式
【００８９】
平行回転翼飛行機の多様性展開の中で最も魅力的な機種は空飛ぶ自動車であろう。その課
題は、地上では自動車として走行でき、空中では、走る・曲がる・止まるに加えて昇降機
能を持ち、ヘリコプターのように舞い上がり、飛行機のように飛行できる空飛ぶ自動車の
基本機能構成とレイアウトを設計することである。
【００９０】
最後に、成型部品の溶接によって製造する翼設計はこれまでの常識から大きく離れた設計
コンセプトになる。しかし、成型部品の採用によって、精度と量産性の他に、これまで難
しいと思われていた鳥の翼の機能の模擬が可能であることが分かってきた。
【００９１】
そこで、その可能性について、改めてクローズアップして具体的に確認しておくことが必
要となった。
【００９２】
請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載の発明の具体的な構造に関する請求である。
この発明の課題は、成型されたアウターパネルに、成型されたインナーパネルを接合する
ことにより回転翼の後方に形成される２次元閉断面の形状によって、回転翼の後方部分を
上から押し下げたときに曲がり易く、下から押し上げたときに曲がり難い非線形バネ特性
を持つ回転翼構造とし、フレキシブルキャンバー回転翼を設計することである。
【課題を解決するための手段】
【００９３】
本発明は、上記課題を解決するために、特許文献１の発明をベースにして、必要な機能
を見直し、平行回転翼と平行回転翼飛行機の基礎的な設計課題の解決を図ったものである
。
【００９４】
先ず、回転翼の構造について、自動車のドアー類の製造方法を参考にして、プレス成型さ
れたパネルを用いた回転翼の構造を設計した。
【００９５】
請求項１に記載の発明では、高い形状精度と量産性が得られるプレス成型技術で製造され
たインナーパネルとアウターパネルを溶接する製造方法を採用した。
【００９６】
そして、上下非対称な形状のアウターパネルとインナーパネルを上下非対称な溶接部位で
接合することによって、回転翼の後方部分を上から押し下げたときに曲がり易く、下から
押し上げたときに曲がり難い非線形バネ特性を持つフレキシブルキャンバー回転翼の構造
が設計できた。
【００９７】
次に、平行回転翼については、高速化を計るために、下記の解決策を織り込んだ設計にし
た。
・回転運動する歯車と平行回転翼の支持には、全て、転がり軸受けを用い、駆動抵抗
を低減する。
・回転ディスク内を減速歯車列室、増速ベルト室、回転翼駆動ベルト室、揺動機構室
の４室に仕切り、各室を互いにシールして、それぞれに最適な潤滑条件を取れるよ
うにし、駆動抵抗の低減を図る。
・減速歯車列室内の複数の減速歯車列を取り付ける複数の穴は一つの部品に加工し、
寸法と形状の精度と剛性とシールの完全性を確保する。
・機体に形成した平行回転翼取り付け台に固定した平行回転翼主軸に、回転ディスク
の内側の転がり軸受けの外輪と、外側の転がり軸受けの内輪を固定し、これらの２個の転がり軸受けに与圧を掛けて回転ディスクを支持し、回転ディスクの支持剛性を確保する。
・偏心リング割り出し機構を構成する２つの偏心ディスク部品を同一幅内に納め、偏
心リング割り出し機構の幅を短縮する。
・迎角制御用のリンク部品の円筒部分は、平行回転翼主軸と回転ディスクカバーの間
に設けた隙間を通して回転ディスクの中央側に突き出し、制御リンクをコンパクトに組み込む。
・回転翼取り付け軸は、回転翼と回転翼ディスクとの結合剛性を高めるために、与圧
の掛かった２個の転がり軸受けを介して回転翼ディスクに取り付けられる。
・中央静止翼取付け軸は、両端を中央静止翼ディスクＡ、中央静止翼ディスクＢに結
合して一体化して平行回転翼主軸に固定し、外側端の転がり軸受けを介して外側回
転ディスクを支持する。
・中央静止翼の回転位置は、平行回転翼主軸の穴に組み込まれた中央静止翼迎角調節
歯車軸を介して調節される。
・平行回転翼の迎角操作リンクは中央側のリンケージスペースに組み込む。
【００９８】
請求項２に記載の発明では、機体に結合された平行回転翼取り付け台に平行回転翼主軸を
取り付け、その平行回転翼主軸で回転ディスクの内側と外側を与圧が掛けられた転がり軸
受けを介して支持し、内側軸受けの外輪は平行回転翼取り付け台のハウジング部分に、内
輪は回転ディスクカバーの中央側の円筒部分の外径面に嵌合し、外側軸受けの内輪は平行
回転翼主軸の軸部分に、外輪はセンターギアーケースに固定し、回転ディスクカバーの中
央側の円筒部分の内径面と平行回転翼主軸の外径面との間に隙間を設け、偏心リング割り
出し操作用の２個の部品である偏心リング駆動歯車と中心側偏心ディスクのスリーブ部分
を貫通させる構造にし、回転ディスクの駆動抵抗を低減し、平行回転翼の高速化を図った
。
【００９９】
請求項３に記載の発明では、回転ディスクの内部の回転翼を駆動する機構の空間を、歯車
列室、増速ベルト駆動室、回転翼ベルト駆動室、偏心-遥動変換室の４つの空間に仕切り
、各室の軸受けと歯車の潤滑条件を最適化した。各室の仕切りや軸受けやシールの取り付
け構造は、回転ディスクの軽量化と剛性の向上に寄与するように配慮して設計し、平行回
転翼の高速化を図った。
【０１００】
請求項４に記載の発明では、偏心リング割り出し機構を形成している２個の偏心ディスク
部品である中心側偏心ディスクと偏心リングを同一円筒スペース内の中央側と外周側に配
置し、偏心リング割り出し機構の幅を短縮し、回転ディスクの幅を短縮し、その分回転翼
の幅を拡大し、平行回転翼で発生する空気力の増大を図った。
【０１０１】
請求項５に記載の発明では、平行回転翼主軸の外側端に中央静止翼ディスクＡを固定し、
そのディスクの外側端に中央静止翼軸を結合し、その軸に中央静止翼を回動自在に嵌着し
、中央静止翼の角度位置を平行回転翼主軸の穴に通した軸と歯車列を介して調節できるよ
うにし、中央静止翼軸の外側端に中央静止翼ディスクＢを結合し、中央静止翼ディスクＢ
は外側回転翼ディスクを転がり軸受けを介して支持する中央静止翼外側主軸に結合し、中
央静止翼取付け軸と平行回転翼主軸との一体化を図り、平行回転翼の支持剛性を高めて高
速化を図った。
【０１０２】
請求項６に記載の発明では、平行回転翼の中央外側部に出ている中央静止翼外側主軸の外
側端に取り付けた３点ステーに静止外延翼を取り付け、翼面積の拡大を計り、空気力の増
大を図りながら、静止外延翼に上反り角や後退角を付けることにより平行回転翼飛行機と
して必要な安定性を確保できる構造にした。また、静止外延翼の一部を分割して姿勢制御
用の可動フラップにすることも可能にした。
【０１０３】
請求項７に記載の発明では、回転翼の外側端の外側回転翼取り付軸の外側端に回転外延翼
の内側端を結合して、回転する翼の翼面積を拡大し、飛行機と比べて機体幅を減少しなが
ら、平行回転翼で発生できる空気力の増大を図った。また、片持ち梁で取り付けられる回
転外延翼の形状や曲げと捩じりの弾性変形特性の付与により操縦安定性の最適化が図れる
ようにした。
【０１０４】
請求項８に記載の発明では、平行回転翼が１回転する間に回転翼を逆方向に１回転戻す歯
車列を、複数、太陽歯車に噛み合わせた簡易平行回転翼ギアーケースにおいて、平行回転
翼主軸の外側端に中央静止翼取付け軸を取り付け、平行回転翼主軸の穴に太陽歯車の角度
を調節するリンクと中央静止翼の傾斜角を調節するリンクを納めたことにより、遥動付加
機構を省略しながら、小さな平面投影翼面積で大きな翼面積を確保でき、大きな制御容量
と多様な制御能力を持つ簡易平行回転翼尾翼の構造が設計できた。
即ち、同じ平面投影面積の固定尾翼と比べて約３倍の翼面積を持つ簡易平行回転翼尾翼の
採用により、平行回転翼飛行機のピッチング回転モーメントの制御容量を拡大できた。ま
た、駆動に回生モーターを用いて、左・右独立に揚力と抗力または推力を制御することに
より、鳥の尾翼の開閉による翼面積の調節と、捩じりによる尾翼角度の調節の模擬を可能
にした。これらの簡易平行回転翼尾翼の機能と平行回転翼の機能との連動によって、鳥達
の多彩な姿勢制御機能の模擬が全て可能となった。制御ファクターは、平行回転翼の回転
速度、回転翼の平行傾斜角、中央静止翼の傾斜角である。制御量である空気力と回転モー
メントの調節により機体の姿勢と速度が制御される。
【０１０５】
請求項９に記載の発明では、下方静止翼と中央静止翼取付け軸と簡易平行回転翼尾翼の外
側端を結ぶ３点ステーを形成し、平行回転翼の支持剛性の向上を図った。即ち、回転翼と
中央静止翼に生じる空気力と回転モーメントの反力の一部が、平行回転翼の外側回転ディ
スクを支持する転がり軸受けが装着される中央静止翼外側主軸に掛かる。従って、平行回
転翼の限界回転速度を高めようとすると、平行回転翼主軸の外側端に結合された中央静止
翼取付け軸の外側端を形成する中央静止翼外側主軸の部分での剛性を高めるのが効果的で
ある。もし、これを中央静止翼取付け軸に頼って剛性を上げる設計にすると、片持ち梁の
たわみの設計になるので、重量とスペースのかなりの増大が避けられない。そこで、中央
静止翼外側主軸と下方静止翼と簡易平行回転翼尾翼の外側端を３点ステーで結合して翼組
外枠を形成し、荷重の分散も計りながら中央静止翼外側主軸の部分での剛性を高める構造
とした。
【０１０６】
請求項１０に記載の発明では、平行回転翼の外側回転ディスクの外周部分を、下方静止翼
の外側端と簡易平行回転翼尾翼の外側端を結んだ２点ステーに取り付けた２個のサポート
ローラーで支持し、重量増加を抑えながら平行回転翼の支持剛性を高め、限界回転速度の
低下を少なくし、併せて平行回転翼の回転ブレを抑制する構造とした。
【０１０７】
鳥達の多様性を参考にすると、平行回転翼飛行機の機能構成とレイアウトは多種多様に展
開される。その一例は、Ｆ１レーサーの車輪を平行回転翼に代えて羽根を付けたようなレ
イアウトになった。
機能構成としては、前方の低い位置に小径の前方平行回転翼を置き、後方の高い位置には
大径の後方平行回転翼を置き、後方平行回転翼の外側端に結合された２点ステーの上部に
は折下げて畳める折畳み静止外延翼を取り付け、上部後端には固定翼を設けた。これに３
輪の走行用車輪を付けると、地上では自動車として走行でき、空中では、走る・曲がる・
止まるに加えて昇降機能を持ち、ヘリコプターのように舞い上がり、飛行機のように飛行
できる空飛ぶ自動車にできそうなレイアウトが描けた。
【０１０８】
請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載の発明の具体的な構造に関する請求であるが
、この発明では、成型されたアウターパネルに、成型されたインナーパネルを接合するこ
とにより翼の後方に形成された２次元閉断面の形状において、アウターパネルの後方上部
とインナーパネルの接合で３角閉断面を形成し、その後方に、折れてから斜め後・下方に
湾曲するインナーパネルと平面部から斜め後・下方に湾曲するアウターパネルの後方下部
によって湾曲クサビ状閉断面を形成し、３角閉断面を形成するインナーパネルの平面部に
湾曲クサビ状閉断面の前側の接合線を設け、アウターパネルの後方上部とインナーパネル
とアウターパネルの後方下部とで重ね板ばねを形成し、回転翼の後方部分を上から押し下
げたときに曲がり易く、下から押し上げたときに曲がり難い非線形バネ特性を持った構造
とすることにより、フレキシブルキャンバー回転翼の構造が設計できた。
【発明の効果】
【０１０９】
請求項１に記載の発明に関しては、高い形状精度と量産性が得られるプレス成型技術で製
造されたアウターパネルとインナーパネルを溶接し、回転翼の後方部分を上から押し下げ
たときに曲がり易く、下から押し上げたときに曲がり難い非線形バネ特性を持った回転翼
が設計できた。
【０１１０】
これにより、回転翼に過大な負の迎角が発生するのを防ぐことができた。また、回転翼の
加速回転時の高速打ち下ろし回転翼の空気力の方向を自動的に前方に傾けたり、回転翼の
低速回転時の迎角を自動的に大きくしたりする高揚力機構も得られた。図４、図８を見よ。
【０１１１】
この非線形バネ特性によって低速飛行時や空中停止時の平行回転翼の回転速度の増速割合
を低減できる。
【０１１２】
図８の第３象限の流入気流速度制御ラインは、与えられた揚力係数の回転翼で必要な揚
力を発生するために必要な流入気流速度をプロットしたラインである。
【０１１３】
硬いバネ特性の回転翼と比べて、柔らかいバネ特性の回転翼は低速では自動的に揚力係数
が大きくなるので、その分、回転速度の増速を少なくできる。このことは制御容量の縮小
や制御装置のコンパクト化や軽量化に寄与する。
【０１１４】
請求項２に記載の発明に関しては、回転ディスクに偏心リング割り出し機構をコンパクト
に組み込みながら回転ディスクを与圧の掛かった大きめの転がり軸受けで支持し、平行回
転翼の支持剛性を高めて、平行回転翼の高速化を計ることができた。
【０１１５】
請求項３に記載の発明に関しては、回転ディスク内の転動面の抵抗を低減できるように軸
受け方式を選定し、潤滑条件を最適化できるように回転ディスクの内部空間を４つの潤滑
空間に分け、各室間の仕切りや軸受けとシールの取り付け構造も利用して剛性の高い回転
ディスク構造が設計できたので、平行回転翼の高速化を計ることができた。
【０１１６】
請求項４に記載の発明に関しては、偏心リング割り出し機構の幅を短縮する設計ができた
ことにより、その分回転翼の幅を拡大でき、平行回転翼で発生できる空気力の増大を計る
ことができた。
【０１１７】
請求項５に記載の発明に関しては、中央静止翼取付け軸の平行回転翼主軸との一体化を図
り、外側端の中央静止翼外側主軸に装着された転がり軸受けを介して外側回転ディスクを
支持する構造にできたので、平行回転翼の支持剛性を高めて高速化を計ることができた。
【０１１８】
請求項６に記載の発明に関しては、平行回転翼の中央外側部に出ている中央静止翼外側主
軸の外側端に取り付けた３点ステーに静止外延翼を取り付けたことにより、平行回転翼飛
行機の仕様により、平行回転翼のみでは必要な空気力や安定性が得られない場合に、静止
翼の面積を拡大して空気力の増大と必要な安定性の確保を図るための追加的な静止翼を設
計できた。また、必要に応じて、静止外延翼の一部を分割して姿勢制御用可動フラップに
することにより、平行回転翼の姿勢制御能力の不足を補うことも可能になった。
【０１１９】
請求項７に記載の発明に関しては、回転翼の外側端の外側回転翼取り付軸の外側端に回転
外延翼の内側端を結合して、回転する翼の翼面積の拡大を図ったことにより、平行回転翼
飛行機の仕様により、平行回転翼のみでは必要な空気力や安定性が得られない場合に、平
行回転翼の空気力の増大と必要な安定性の確保を図るために追加できる回転外延翼を設計
できた。
【０１２０】
請求項８に記載の発明に関しては、遥動付加機構を省略しながら、回転翼を平行回転させ
るための歯車列を納めた簡易平行回転翼ギアーケースに中央静止翼取付け軸と回転翼の傾
斜角度を調節するリンクと中央静止翼の傾斜角を調節するリンクをコンパクトに納めたこ
とにより、小さな平面投影翼面積で大きな制御容量と多様な制御能力を持つ簡易平行回転
翼尾翼の構造を設計できた。
即ち、３葉の複葉翼に匹敵する翼面積を持つ簡易平行回転翼尾翼の採用により、鳥の尾翼
を広げて制御容量を拡大する機能と尾翼を捩って発生する空気力の方向を調節する機能を
模擬できた。これらの機能は、回生モーターを用いて、左右の簡易平行回転翼尾翼の回転
速度と駆動トルクを独立に制御することにより得られた。そして、平行回転翼と簡易平行
回転翼尾翼の機能を連携させることにより、鳥のような多彩な姿勢制御が可能となった。
【０１２１】
回転翼を周期的に遥動させる機構を省くことにより駆動系を大幅に簡素化して軽量化しな
がら駆動抵抗の低減も計ることができた。簡易平行回転翼尾翼の迎角は回転速度の変化で
調節する機構となったが、機体重量を分担させない場合は、回転速度は主翼用の平行回転
翼のように大きくする必要はない。しかし、乱気流からの脱出のような危険回避操作で回
転速度を上げる場合は、回転翼の翼面に剥離や失速が発生し、迎角の制御が難しくなる。
そのような場合の操縦安全性上のマージンを十分にとるためにはフレキシブルキャンバー
回転翼の応用が効果的である。これらの工夫により、コンパクト化を計りながら、低速で
も効率良くしなやかな姿勢制御ができる簡易平行回転翼尾翼が設計できた。
【０１２２】
請求項９に記載の発明に関しては、翼組外枠を形成する３点ステーを設定することによっ
て平行回転翼の支持剛性の向上を図った。即ち、下方静止翼と中央静止翼取付け軸と簡易
平行回転翼尾翼のそれぞれの外側端を結ぶ３点ステーを設定し、平行回転翼の外側回転デ
ィスクを支える転がり軸受が装着される中央静止翼取付け軸の中央静止翼外側主軸に加え
て、下方静止翼と簡易平行回転翼尾翼にも荷重を分担させるようにしたため、重量とスペ
ースの増大を抑えながら平行回転翼の支持剛性の向上が計れた。
【０１２３】
請求項１０に記載の発明に関しては、下側静止翼の外側端と簡易平行回転翼尾翼の外側端
を結んだ２点ステーに取り付けたサポートローラーによって外側回転ディスクの外周を支
持することによって、回転外延翼を付けた平行回転翼の荷重の分散と支持剛性の増大を図
る翼組外枠が設計できた。
【０１２４】
請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載の発明の具体的な構造に関する請求であるが
、この発明に関しては、成型されたアウターパネルに、成型されたインナーパネルを接合
することによりフレキシブルキャンバー回転翼の後方に形成された２次元閉断面の形状に
おいて、前上の３角閉断面の後下に湾曲クサビ状閉断面を形成し、前上の３角閉断面で形
成される重ね板ばねの非線形性と、後下の湾曲クサビ状閉断面の形状による非線形性の相
乗効果によって、翼の後方部分を上から押し下げたときに曲がり易く、下から押し上げた
ときに曲がり難い非線形バネ特性を持たせた回転翼が設計できたことにより、回転翼に過
大な負の迎角が発生するのを防ぐことができた。
また、加速時に打ち下ろしストロークの回転翼の揚力の方向を自動的に前向きに傾斜させ
たり、減速時の前進ストロークの回転翼の迎角を自動的に大きくしたりする自動高揚力機
構を平行回転翼に付与することができた。
【０１２５】
この高揚力機構は、平行回転翼の回転速度の変化に応じてキャンバーを自動的に調節して
くれるので、迎角の制御容量を小さくできるため、その分、平行回転翼を軽量でコンパク
トにでき、結果的に平行回転翼の高速化も計ることができた。
【０１２６】
即ち、本発明により、平行回転翼と尾翼平行回転翼の、前・後・左・右の平行回転翼に独
立に発生する空気力と回転モーメントを自在に調節することにより、始動から助走、離陸
、上昇、加速、水平、減速、降下、着陸、停止に至る全ての運動モードにおいて、滑らか
に安定的に飛行モードを切り替えながら操縦できる平行回転翼飛行機を基礎的に設計でき
た。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】フレキシブルキャンバー回転翼の平面図
【図２】フレキシブルキャンバー回転翼の側面図
【図３】下方の回転翼の周りの循環流と剥離流れのイメージ
【図４】平行回転翼の翼面荷重
【図５】フレキシブルキャンバー回転外延翼の平面図
【図６】フレキシブルキャンバー回転外延翼の側面図
【図７】フレキシブルキャンバー回転外延翼の正面図
【図８】フレキシブルキャンバー回転翼の高揚力効果
【図９】ホバリング中に発生する揚力
【図１０】平行回転翼速度を固定して流入気流を加速した時に発生する空気力
【図１１】平行回転翼の断面図
【図１２】回転ディスク内の偏心リング割り出し機構の正面図
【図１３】回転ディスクの正面図
【図１４】簡易平行回転翼尾翼の断面図
【図１５】簡易平行回転翼尾翼のＤ−Ｄ断面矢視図
【図１６】簡易平行回転翼尾翼の正面図
【図１７】翼組の外枠の説明図
【図１８】飛行中の簡易平行回転翼尾翼の作動１/２
【図１９】飛行中の簡易平行回転翼尾翼の作動２/２
【図２０】簡易平行回転翼尾翼の歯車の回転角
【図２１】簡易平行回転翼尾翼の歯車列
【図２２】左右の簡易平行回転翼尾翼の作動１/２
【図２３】左右の簡易平行回転翼尾翼の作動２/２
【図２４】平行回転翼飛行機の種類
【図２５】簡易平行回転翼尾翼機の平面図
【図２６】簡易平行回転翼尾翼機の側面図
【図２７】簡易平行回転翼尾翼機の正面図
【図２８】タンデム吊り上げ機の平面図
【図２９】タンデム吊り上げ機の側面図
【図３０】タンデム吊り上げ機の正面図
【図３１】回転外延翼機の平面図
【図３２】回転外延翼機の側面図
【図３３】回転外延翼機の正面図
【図３４】静止外延翼機の平面図
【図３５】静止外延翼機の側面図
【図３６】静止外延翼機の正面図
【図３７】低前方平行回転翼機の平面図
【図３８】低前方平行回転翼機の側面図
【図３９】低前方平行回転翼機の正面図
【図４０】折畳み静止外延翼機の平面図
【図４１】折畳み静止外延翼機の側面図
【図４２】折畳み静止外延翼機の正面図
【図４３】鳥達の離陸角
【図４４】回転翼の迎角と回転速度
【図４５】回転翼のオフセットの影響
【発明を実施するための形態】
【０１２８】
発明を実施するために、以下の具体的形態をとった。平行回転翼飛行機１は飛行機とヘリ
コプターの両者の機能を併せ持つが、その機能構成は、両者の機能を混ぜ合わせたもので
はなく、また、どちらかの機能をベースに変更を加えたものでもなく、多様な鳥達の進化
ツリーの幹を模擬するような基本的な機能構成に纏まってきた。従って、鳥達の多様性を
追って発想される様々な平行回転翼飛行機１の構想は、この基本的な機能構成の展開上に
位置づけられる。
【０１２９】
機構的には鳥の羽ばたき機構をやや複雑なままに模擬したが、羽ばたき翼を人為的に平行
回転翼４に置換えたために、新たな人為的な機能の追加も必要となった。更に、それに起
因して新たな技術的な課題も発生し、その解決策の発明も必要となった。
【０１３０】
平行回転翼飛行機１の基礎設計は、色々な平行回転翼飛行機１の全体像を描きながら、回
転翼８、平行回転翼４、各種補助翼、翼組と設計構成を分析しながら進めた。検討材料と
なる具体的なアイデアについては、適宜、模型試作によりその有効性を確認した。
【０１３１】
近年、世界中で空飛ぶ自動車の研究が再燃しているが、その殆どは、飛行機、ヘリコプタ
ー、オートジャイロなどの既存の飛行原理をベースにしており、平行回転翼飛行機１のよ
うに新しい飛行原理をベースにした研究は見られない。鳥の羽ばたき翼をやや複雑なまま
に模擬した平行回転翼４は、大雑把に言えば、上と下の回転翼８によって鳥の揚力翼であ
る腕の部分を、前と後の回転翼８によって鳥の推力翼である手の部分を模擬し、それらを
一つの輪に組み込んだ機構になっている。
【０１３２】
鳥達は翼を折り畳んで地上を走行し、翼を展開して空を泳いでいるが、空飛ぶ自動車を公
道で走らせるためには、現行の法規上は、機体幅を２．５ｍ以内に納めなければならない
。そのためには、機体幅の縮小、平行回転翼幅の短縮、平行回転翼径の拡大、補助翼の付
加などが必要となった。また、乗員と手荷物の重さ、機体重量、外観寸法などの基本仕様
の見直しも必要になった。
乗員は水鳥に丸呑みされた大きな餌のように平行回転翼４の前方に配置し、ペイロードは
、１名のドライバーと５０の手荷物とした。
【０１３３】
平行回転翼を用いた空飛ぶ自動車は、エンジンが故障した時に平行回転翼４の駆動を停止
して最寄りの滑走路を探せるように、滑空に必要な翼面積を持たせておく必要がある。そ
こで、飛行機との比較で必要な平行回転翼幅を推定してみた。
先ず、比較の基準を１人乗りの軽飛行機にとり、主翼スパンを１１ｍ、機体幅を約１ｍと
すると、片側の翼の長さは５ｍとなる。これに対して、平行回転翼４の翼面積は３葉の複
葉翼に相当するので、片側の平行回転翼幅を１．７ｍにすると、一枚翼に換算すると片側
翼幅は、５ｍ（１．７×３=５．１）となる。（ちなみに、この参照機の翼弦長は１．３
ｍ。エアロスバルの翼弦長は１．５ｍ弱。本発明で設計中の回転翼８のピッチサークル径
は１．６ｍ。）
【０１３４】
従って、平行回転翼飛行機１の平行回転翼スパンは４．４ｍ（１．７×２＋１=４．４
）となり、従来の飛行機と比べると半減しているが、現在の車両規制幅の２．５ｍは遥か
に超えている。このことから、将来、車両幅の規制値が見直されないかぎり、平行回転翼
飛行機１をもってしても空飛ぶ自動車への応用は無理であることが分かる。しかし、まだ
軟な新技術である翼輪飛行機１の可能性と課題を早めに見通すために、前提条件に譲歩し
ながら更に検討を進めてみる。
【０１３５】
一方、平行回転翼飛行機１は平行回転翼４の駆動力を失った場合でもオートローテーショ
ン機能を働かせてヘリコプターのように平行回転翼４を空転させて空き地を探して舞い降
りることができる。ただし、平行回転翼飛行機１の場合は、回転翼８を空転させた時に発
生できる揚力が、回転翼８を停止させて滑空した時に発生できる揚力より大きくなるので
、平行回転翼幅は滑空性能で決めておけば安全サイドと言える。
【０１３６】
鳥を模擬した平行回転翼飛行機１で哺乳類を模擬した自動車のために作られた道路を走ろ
うとするのは、本来、無理な話なのであろう。しかし、自動車の限界を克服し、自動車社
会の行詰まりを打開したいと願う現代人の野望には押えがたいものがある。一方、平行回
転翼４や平行回転翼飛行機１の開発は未だテーマ提案の段階であり、その可能性はまだ実
機を持って明らかにされてはいない。
【０１３７】
将来、今の道路の２車線分の幅（７．２ｍ）の道路が与えられれば、４．４ｍの幅の平行
回転翼飛行機１を空飛ぶ自動車として地上走行させることは可能になる。３車線分の幅（
１０．８ｍ）の道路が設けられれば、路面からの離着陸も可能になろう。将来、自動車と
平行回転翼飛行機１が共存する社会を作るためには、公道の道路基準は大きく見直す必要
がある。そこで、ここからは、機体幅の制約を５．０ｍにまで広げて、平行回転翼飛行機
１の可能性の検討を進めてゆく。現時点での平行回転翼飛行機１の基礎的な設計要件には
、公道走行時の外観寸法規制（幅；５．０ｍ、高さ；３．８ｍ）、滑空できる翼面積の確
保、ピッチング回転モーメントの制御に必要な尾翼面積の確保の３要件が加わった。
【０１３８】
具体的な構造設計に入る前に、平行回転翼４で発生する揚力だけで平行回転翼飛行機１を
吊り上げるのに必要な平行回転翼４の翼面積を求める。その前に、翼面荷重と飛行速度と
回転翼８の公転速度の関係を具体的な数値で当たっておく。
翼面荷重は翼で発生される揚力を翼面積で割った値であるが、３００ｍ/ｓの速度で飛行
中のジャンボジェットの翼面荷重は９００/平米  程度である。揚力は流速の２乗に比例するので、１００ｍ/ｓの速度では１００キログラム/平米  、７０ｍ/ｓの速度では５０
/平米、５０ｍ/ｓの速度では２５キログラム/平米  となる。平行回転翼４の翼面荷重にもこの値を用いて必要な翼面積を推定してみる。翼面積が１平米の回転翼８を４枚取り付けた平行回転翼４に発生する揚力は、上側の前進ストロークと前側の打ち下ろしストロークと下側の後退ストロークと後側の跳ね上げストロークの、４枚の回転翼８が発生する揚力の総和である。平行回転翼４を停止して滑空している状態を考えると、左右の平行回転翼４の８枚の回転翼８に発生する揚力は、１００ｍ/ｓの飛行速度では８００、７０ｍ/ｓの速度では４００、５０ｍ/ｓの速度では２００となる。従って、２００キログラムの機体であれば、５０ｍ/ｓ（＝１８０ｋｍ/ｈ）の滑空速度で着陸できることになる。
【０１３９】
定点着陸の前のホバリングでは、必要な揚力を飛行速度ではなく平行回転翼４の回転速度
によって発生する必要がある。平行回転翼飛行機１のホバリングでは、ヒバリのホバリン
グのように前側と後側の回転翼８では、自ら前方から吸い込み後方に吹き出して気流を起
こし、その気流を曲げながら加速することで揚力を発生する。その他に、上側の回転翼８
でも回転速度に等しい相対速度の気流を受けて揚力が発生する。下側の回転翼８は回転速
度で後退しており、前側で空気を引き込みながら後端部では剥離しながら空気を切り裂い
ているので負の揚力を発生する。しかし、剥離しているのと、後向きの気流の発生により
相対気流速度も小さくなっているので、大きな負の揚力は発生しないと考えて無視してお
く。回転翼８の公転速度を８０ｍ/ｓ、加速された気流の速度を４０ｍ/ｓと仮定すると上
側、前側、下側、後側のそれぞれの回転翼８に発生する揚力は、６４、３６、０
、３６となり、左右８枚の回転翼８の合計は２７２となる。平行回転翼４の回転
速度をこの程度に上げられれば２５０程度の機体を滑走せずに吊り上げられることに
なる。定点離着陸できる平行回転翼飛行機１を実現するためには、基本的に、大幅な軽量
化と空気抵抗の低減と平行回転翼４の高速化が必要なことは明らかである。図９を見よ。
【０１４０】
平行回転翼４は可変ピッチ回転翼であるので、迎角を適正に維持するように制御してゆけ
ば、平行回転翼４の回転速度を固定したままで、どこまでも流入気流を加速してゆける。
この時、推力と同時に揚力も増加するので、水平飛行を保つためには、平行傾斜角を下げ
て、上と下の回転翼の迎角を小さくして揚力を下げる操作が必要になる。その時には上と
下の回転翼８の抗力が減少する。この点は、飛行速度が上がるとプロペラの回転速度も上
げないと加速できなくなる飛行機の固定ピッチプロペラの動きとは異なるが、ゆっくりと
羽ばたいて高速飛行中に加速するツルの翼の動きに良く似ている。図１０を見よ。
【０１４１】
また、低速での滑走離着陸や定点離着陸は高揚力機構が開発できると容易になる。飛行
機は、高揚力機構の開発により離着陸時の翼面荷重を上げて、あの程度の低速で離着陸で
きるようになっている。静かに定点着陸するシラサギの様子を見ると、羽ばたきを止めて
、翼をほぼ水平にして滑空し、着地点に近づくと翼の後部を下げて迎角を大きくして揚力
を確保しながら減速し、最後にもう一度ゆっくり羽ばたきながら位置を選んで着地してい
る。
【０１４２】
平行回転翼飛行機１もシラサギのように定点軟着陸できるよう設計したい。フレキシブル
キャンバー回転翼４９は発生する空気力が小さい時には翼断面の後部が下ってキャンバー
が大きくなるが、この特性は、過大な入力に対するクッション効果に止まらず、高揚力機
構としても有効である。低速時に自動的に揚力係数を上げられる高揚力機構は、平行回転
翼４の回転速度の制御も容易にしよう。平行回転翼飛行機１の実用化のためには、フレキ
シブルキャンバー回転翼４９の高揚力機構の研究は極めて興味深い技術開発課題となろう
。図８を見よ。
【０１４３】
基礎的な設計項目は次の通りとなった。
・回転翼８の製造方法の見直しと回転翼８の構造の設計
回転翼８と回転外延翼６０は、回転中に迎角を調節して発生する空気力を変えている。
鳥達も、羽ばたき運動中に、翼の捩じりだけでなく、羽根の弾性変形も利用して迎角を調
節している。この鳥達の羽ばたき翼の構造をやや複雑なままに模擬するために、製造方法
にまで遡って回転翼８の構造を見直した。具体的には、過大な迎角や負の迎角になった時
に回転翼８に発生する過大な空気力を、非線形弾性変形によるキャンバー変化による空気
の逃がしにより緩和する回転翼８の設計を試みた。
【０１４４】
・平行回転翼４の設計
平行回転翼４は鳥の揚力翼である腕の部分と推力翼である手の部分を一つの輪に組み込
んで回転させている。そのため、平行回転翼４の回転速度を上げることで、発生する空気
力を増大できる。そこで、平行回転翼４の回転速度を上げるために、使われている軸受け
と歯車の抵抗を低減し、回転ディスク５の幅を短縮して空気抵抗を低減しながら軽量化し
、支持剛性と構造剛性を上げて回転軸系の動剛性を上げて平行回転翼４の限界回転速度（
一次固有振動数）の増大を図った。図１１、図１２、図１３を見よ。
【０１４５】
一方、平行回転翼４を用いると飛行機と比べて主翼スパンを半減できる特徴を生かして、
色々な平行回転翼飛行機１を発想して、そのレイアウト図を描いてみた。
その際、飛行機やヘリコプターとの違いや、同じ爬虫類から進化した哺乳類の足を模擬し
た車輪を利用した自動車との違いをチェックし、機能構成の完全性を確認した。
また、同じ原理機構から多様な羽ばたき翼を進化させている鳥達の翼について、重さと離
陸角度の関係を探ってみた。その中で、最重量級の鳥であるハクチョウの、翼をあまり捩
じらずに上下に緩やかに羽ばたくほぼ水平の飛行と、最軽量の鳥であるハチドリの真上を
向いて翼を１８０°捩って激しく羽ばたく滞空飛行の著しい違いに注目した。そして、こ
れらの両極端の飛行モードが同じ原理の羽ばたき機構から進化していることを再発見して
驚かされた。
【０１４６】
翼をあまり捩じらないハクチョウの飛行では、打ち下ろしストロークと跳ね上げストロー
クでの迎角変化には翼の弾性変形が巧みに利用されているようにみえる。この様な飛行は
、翼の弾性変形が巧く利用できれば、周期的に回転翼８を揺動させる機構を使わなくても
迎角のコントロールが可能になることを示唆している。しかし、そのような飛行モードに
特化した平行回転翼飛行機１は、ハクチョウのように助走無しには離水できなくなるであ
ろう。ただし、水平飛行に特化して人類が発明した飛行機は、ハクチョウを遥かに超えた
水平飛行能力を獲得している。
【０１４７】
同じように空中で立ち泳ぎをするハチドリとヘリコプターを比較してみると、真上に向け
たローターで空気を吹き降ろす反力で浮上するティルトローターヘリコプターはハチドリ
の飛行メカニズムを殆ど完全に模擬しているように見える。しかし、ハチドリの飛行の巧
妙さと比べるとまだ操縦安定性においてかなりのぎこちなさを残している。ただし、垂直
飛行に特化して人類が発明したヘリコプターは、ハチドリを遥かに超えた垂直飛行能力を
獲得している。
【０１４８】
そんな視点で平行回転翼飛行機１のポジションを考えてみると、最重量級のハクチョウと
最軽量級のハチドリの間に位置する様々な鳥達の種類の数だけ、助走無しに舞い上がりそ
のまま飛行に移れる様々な平行回転翼飛行機１が展開されると推察される。鳥達の羽ばた
き翼の多様性は鳥達の羽ばたき離陸角の多様性に現れている。図４３を見よ。
【０１４９】
飛行機の主翼の揚力の作用点は、翼に発生する回転モーメントの変化を最小化する翼弦の
前縁から２５％の空力中心に取られている。平行回転翼４では、回転翼８自身の回転モー
メントの他に、回転翼８に発生する空気力の回転方向成分に回転半径を掛けた回転モーメ
ントが発生するので、平行回転翼中心周りには、それらの総和の回転モーメントが発生す
る。回転翼８自身の回転モーメントの変動は迎角の制御を難しくするのでできるだけ小さ
くしておきたい。また、回転翼８の回転中心位置を空力中心の前後に移動させてみると、
平行回転翼飛行機１の回転翼８でも翼弦の前縁から２５％の空力中心は、空気力によって
発生する回転モーメントの変動を最小化する点であることが分かる。図４５を見よ。
【０１５０】
（３）下方静止翼８５の設計
下方静止翼８５は、色々な機能が盛り込める大変便利な補助翼であるが、大きくすれば
空気抵抗も増大させるので安易に大きくはできない。一方、平行回転翼４の下側にまわる
回転翼８は、回転速度が飛行速度より大きくなったときには、外気に対して後退すること
になり、回転翼８の後端に流入する気流が剥離し剥離層を形成する。また、小さな半径の
曲面を持つ回転翼８の前縁では気流が剥離し剥離渦を発生する。これらの渦は平行回転翼
４の回転抵抗を増大させるが、逆に見れば、前方から空気を引き寄せて平行回転翼４の下
部の気流を後方に加速するかもしれない。図３を見よ。
下死点を通過する回転翼８の周りには循環が発生するが、回転翼８の下死点からの移動は
、後退移動と上昇移動と回転移動に分解できる。平行回転翼４で発生する空気力のシミュ
レーション解析には、回転移動の影響は無視できず、この回転移動によって循環がどのよ
うに変わるのかは大変興味深いテーマであるが、何が起こるのかは今後の研究を待たなけ
ればならない。今は、下方静止翼８５は、後退運動する回転翼８へ入る気流の影響を定性
的に推定しながら、担わせる他の機能も考慮して、必要と思われる形とサイズと配置に仮
に設計しておくに止めた。
【０１５１】
（４）外延翼の設計
鳥達は、手の部分の初列風切り羽の動きと腕の部分の次列風切り羽の動きを連係させて
上反り角や迎角を調節しながら、低速時には翼のスパンを一杯に広げて羽ばたいているが
、この動きが、揚力と推力を発生しながら、飛行の操縦・安定性を保証している。このよ
うな鳥の翼の挙動と平行回転翼飛行機１の平行回転翼４の挙動の比較から、回転翼８のみ
では操縦・安定性が十分に保証できない場合があることが推定された。そこで、その場合
に不足を補うための機構として、平行回転翼の外側に翼組外枠７４を形成し、そこに静止
外延翼５８を取り付ける設計を採用した。また、回転翼８の外側端に直に付ける回転外延
翼６０も設定した。また、中央静止翼取付け軸７の外側端に直に取り付ける中央静止外延
翼５６も設定した。これらの外延翼の選定によって、鳥達の多様な飛行形態を模擬した様
々な平行回転翼飛行機１の展開が可能になる。
【０１５２】
（５）尾翼の設計
特許文献１の発明までは飛行機の尾翼に順じた静止尾翼で対応できると考えてきたが、
尾翼面積の不足は感じていた。今は、従来の飛行機の特殊性を考えると、静止尾翼でカバ
ーできる平行回転翼飛行機１の仕様はかなり限定されると推定している。そして、鳥達の
飛行の観察から羽ばたき翼と尾翼の関係を改めて読み解き、また、羽ばたき運動を回転運
動に人為的に変えた平行回転翼４の特性を勘案すると、尾翼も平行回転翼４にマッチさせ
た平行回転翼尾翼にするのが妥当と考えるようになった。ただし、尾翼には機体の吊り上
げ荷重を分担させなくてよいが制御のし易さが要求されるので、主翼用の平行回転翼とは
別の設計が必要になる。また、平行回転翼尾翼は静止尾翼と比べて制御容量を大幅に増大
できる。そのような考察から尾翼用には、全ての機能を備えた正規平行回転翼尾翼７３の
他に揺動付加機構１１を省いた簡易平行回転翼尾翼６８も用意した。  
回転翼９５の平行回転は同じ歯数の太陽歯車９４と回転翼歯車９６の間に任意の歯数の
中間歯車を挟むことで得られる。図１４、図１５、図１６、図２０、図２１を見よ。
【０１５３】
回転翼９５の平行傾斜角は太陽歯車９４の回転位置の調節によって変えられる。回転翼９
５の迎角は、回転速度と飛行速度のベクトル和である流入気流ベクトルと回転翼９５の翼
弦の方向との交角として決められる。機体２の姿勢角、機体２の飛行方向、簡易平行回転
翼尾翼６８の回転速度、回転翼９５の平行傾斜角、中央静止翼７２の傾斜角の５つの制御
ファクターにより、簡易平行回転翼尾翼６８に発生する空気力と回転モーメントが調節さ
れる。回転速度は回生モーターの制動トルクや駆動トルクにより制御される。
機体を水平にして、滑空する場合の、低速飛行中や加速飛行中の制御ファクターの位置を
模式的に示しておく。ただし、停止速度は十分に小さいアイドリング速度で示している。
図１８、図１９を見よ。
【０１５４】
（６）翼組外枠７４の設計
平行回転翼飛行機１には仕様により平行回転翼４の他に幾つかの補助翼が組み合わさ
れる。その中で、回転翼８と回転外延翼６０は振れ回り振動する回転軸の一部として周期
的に弾性変形しながら回転する。この運動は、単純化した振動系モデルとしては、２自由
度の曲げ振動と２自由度の捩じり振動が連成した強制振動と見ることができる。この系の
振動特性は支持剛性や結合部剛性の大きさによって大きく変わる。また、この平行回転翼
の曲げ振動は回転軸の振れ回り運動となり、ベアリングを焼き付かせてしまうので危険速
度は乗り越えられない。
一方、平行回転翼４は、平行回転翼４に発生する回転速度に同期した周波数の加振モーメ
ントによって強制捩じり振動をさせられながら回転する。そのため、回転速度が１次の捩
じり固有振動数に達すると共振を起こして、迎角制御が不可能になる。そのために、振動
系の支持剛性や構造剛性を高めるための構造的な工夫を基本構造に確実に織り込むことが
設計の第一歩となる。曲げと捩じりの振動に対する回転翼８の支持剛性と曲げ剛性の影響
と、捩じり振動に対する駆動系の弾性変形と平行回転翼４の回転慣性モーメントの影響に
ついては、今後の解析と実験による早めの設計理論の確認が必要である。
構造的な工夫の一つとして、下方静止翼８５と中央静止翼取付け軸７と簡易平行回転翼
尾翼６８のそれぞれの外側端を３点ステー７６で結び、翼組外枠７４を形成した。
また、回転外延翼６０を用いる場合は、下方静止翼８５と簡易平行回転翼尾翼６８の側端
を結ぶ２点ステー７５に２つのサポートローラー８６を付け、それらで外側回転ディスク
６の外周を支えることで翼組外枠７４を形成した。
【０１５５】
（７）平行回転翼飛行機１の設計
ここまでに用意した部分設計を組み合わせると、多様な平行回転翼飛行機１が設計でき
る。その例として、これまでに描かれた平行回転翼飛行機１の中から代表的な機種を幾つ
かピックアップしてみた。図２４、図２５〜図４２を見よ。
・簡易平行回転翼尾翼機７７--尾翼を簡易平行回転翼尾翼６８にした平行回転翼飛行機１
・タンデム吊り上げ機７８----前後に平行回転翼を持つタンデムヘリのような平行回転翼
飛行機１
・回転外延翼機７９----------平行回転翼４に回転外延翼６０を取り付けた平行回転翼飛
行機１
・静止外延翼機８０----------平行回転翼４に静止外延翼５８を取り付けた平行回転翼飛
行機１
・低前方平行回転翼付き機８１--低い前方平行回転翼８３付の自動車のような平行回転翼
飛行機１
・折畳み静止外延翼機８２------折畳み静止外延翼８９付の自動車のような平行回転翼飛
行機１
【０１５６】
自動車は人類が作り出した乗り物であるが、飛行に移れないところに限界がある。これま
で、この限界を破る乗り物として、コンパクトで、安価で、操縦が容易で、安全な空飛ぶ
自動車を求めて具体的な構想を練ってきた。その中間的な結果として、地上では自動車と
して走行でき、空中では、走る・曲がる・止まるに加えて昇降機能を持ち、ヘリコプター
のように舞い、飛行機のように飛行できる空飛ぶ自動車の概念を折畳み静止外延翼機８２
の機能構成をレイアウト図に表現してみた。
【実施例１】
【０１５７】
具体的な設計項目は次の通りとなった。
（１）成型部品を用いた回転翼８の設計
・フレキシブルキャンバー回転翼４９の設計
・フレキシブルキャンバー回転外延翼６１の設計
（２）平行回転翼４の設計
・平行回転翼４の全体設計
・回転ディスク５の幅の短縮
・平行回転翼４の潤滑方式の選定と支持構造の設計
（３）下方静止翼８５の設計
・機能の確認と形状・サイズ・配置の設計
（４）外延翼の設計
・静止外延翼５８の設計
・回転外延翼６０の設計
・中央静止外延翼５６の設計
・折畳み静止外延翼８９の設計
（５）平行回転翼尾翼の設計
・簡易平行回転翼尾翼６８の設計（揺動付加機能を省略）
・正規平行回転翼尾翼７３の設定（揚力も分担するフルスペックの補助平行回転翼）
（６）翼組外枠の設計
・下方静止翼８５と中央静止翼取付け軸７と簡易平行回転翼尾翼６８の側端部を結ぶ翼組
外枠７４の形成
・回転外延翼６０を用いた平行回転翼４の外側を支えるための、下方静止翼８５と簡易平
行回転翼尾翼６８の側端を結ぶ翼組外枠７４の形成
（７）平行回転翼飛行機の機種展開
【０１５８】
（１）成型部品を用いた回転翼８の設計
回転翼８は平行回転翼４を代表する部品である。鳥の翼は複数の羽根を重ねて形成されて
いるが、一枚の羽根は羽軸の両側に羽弁とよばれる編状部分を広げた非線形バネ特性を持
った弾性体となっている。そこで、やや複雑なままに鳥の羽ばたき翼を模擬するために、
翼の構造を製造方法にまで遡って見直し、フレキシブルキャンバー回転翼４９を設計した。
【０１５９】
平行回転翼４の回転翼８の形状はプロペラのように断面を長手方向に捻る必要がないので
比較的単純な形状にできる。しかし、複数の回転翼８を円筒の外周面に回動自在に嵌着し
て自転しながら公転させるために大きな荷重変動が発生するが、ある時点で平行回転翼４
に掛かる荷重は複数の回転翼８の荷重の総和になるので、総和は大きくなるが、振動は総
和の変動分となる。
【０１６０】
変動分を小さくするためには、回転翼８の数を増やす他に、形状精度が高く、軽量で剛性
の高い回転翼８にして、それらを精度良く組みつけて駆動しなければならない。更に、商
品開発の段階では、回転翼８は定期交換部品に指定されるので、低コストで大量生産する
ことを求められる。従って、回転翼８の製造法と設計については、今の段階から、従来の
少量生産部品を用いた設計から、プレス成型品のような大量生産部品を用いた設計に切り
替える方向で検討を始めた。
今は金属板のプレス成型部品を想定して回転翼８の設計を進めているが、次の段階では
、樹脂化と静止翼への展開が検討課題となろう。
【０１６１】
フレキシブルキャンバー回転翼４９は、請求項１と請求項１１の発明を踏まえて設計した
。図１、図２を見よ。
高い形状精度と量産性が得られるプレス成型技術で製造されたインナーパネル５１とアウ
ターパネル５０を溶接する製造方法を採用した。これらの２枚のパネルの形状と合わせ面
と接合部の設計によって、様々な非線形バネ特性を有する回転翼８が設計できる。
その一例として、上下非対称な形状のアウターパネル５０とインナーパネル５１を上下非
対称な溶接部位で接合することによって、回転翼の後方部分を上から押し下げたときに曲
がり易く、下から押し上げたときに曲がり難い非線形バネ特性を持つフレキシブルキャン
バー回転翼４９を設計した。
【０１６２】
翼の上面と下面を形成するアウターパネル５０は曲げ加工によって成型される。インナー
パネル５１は、絞り加工によって形成されるが、張り出し部分に形成された翼型断面ゲー
ジ形状をアウターパネル５０との接合面とし、法面によって形成された半円状の溝断面形
状をトルクチューブ５２との接合面とした。インナーパネル５１は、弾性的に広げられた
アウターパネル５０に挿入され、翼型断面ゲージ形状を持った上・下の接合面で接合した
。翼の後端部はアウターパネル５０の上部とインナーパネル５１、および、インナーパネ
ル５１とアウターパネル５０の下部の２列で接合した。
【０１６３】
翼の後方には、アウターパネル５０の後方上部とインナーパネル５１との接合で３角形の
２次元閉断面を形成し、その後方に、折れてから斜め後・下方に湾曲するインナーパネル
５１と平面部から斜め後・下方に湾曲するアウターパネル５０によって湾曲クサビ状閉断
面を形成し、３角形の２次元閉断面を形成するインナーパネル５１の平面部に湾曲クサビ
状閉断面の前側の接合線を設け、アウターパネル５０の後方上部とインナーパネル５１の
後方部とアウターパネル５０の後方下部で重ね板ばねを形成し、翼の後方部分を上から押
し下げたときに曲がり易く、下から押し上げたときに曲がり難い非線形バネ特性を持たせ
た回転翼８の構造とした。
【０１６４】
他の設計例としては、フレキシブルキャンバー回転外延翼６１を設計した。図５、図６、
図７を見よ。
【０１６５】
アウターパネル５４とインナーパネル５５の２点のプレス成型部品を接合して回転翼を形
成した。インナーパネル５５は、絞り加工で張り出された上の部分と下の部分で部分的な
翼型断面ゲージ形状を形成してアウターパネル５４との接合面とし、インナーパネル５５
の前方上部に形成された半円状の溝形状の法面をトルクチューブ５２との接合面とした。
【０１６６】
翼の上面と下面を形成するアウターパネル５４は曲げ加工によって成型される。インナー
パネル５５は、弾性的に広げられたアウターパネル５４に挿入され、翼型断面ゲージ形状
を形成している接合面で接合される。
【０１６７】
（２）平行回転翼４の設計
平行回転翼４は、飛行機と比べて主翼スパンを小さくできるが、この特徴を生かすために
、与えられた平行回転翼幅の中で回転ディスク５の幅を小さくし、回転翼８の幅を大きく
した。
【０１６８】
回転ディスク５が占める前面投影面積は平行回転翼飛行機１の空力抵抗を低減するために
もできるだけ小さくする必要があった。
【０１６９】
回転ディスク５内の揺動付加機構１１の遥動アームローラー２４と偏心リング２０とラン
ナーリング９８の間の接触点はオイル潤滑が必要であった。
【０１７０】
また、平行回転歯車機構１３の中の歯車の噛みあい接触点にもオイル潤滑が必要であった
。
【０１７１】
そこで、回転ディスク５内の歯車と遥動アームローラー２４の転動面とそれらの回転軸の
支持軸受けについて適切な、軸受け方式、潤滑方式、シール方式を選定し、潤滑環境によ
って仕切り、室を形成した。合わせて、回転ディスク５の軽量化とコンパクト化と高剛性
化を図った。
【０１７２】
軽量で動剛性の高い構造を持ち、コンパクトで駆動抵抗の小さい平行回転翼４ができれば
、平行回転翼４を高速で回転できる。平行回転翼４が高速化できれば、回転翼８の翼面積
に余裕が出るので、平行回転翼４のコンパクト化も進め易くなる。そこで、回転ディスク
５の設計に当たっては、具体的には次の課題の解決を図った。
・  回転ディスク５の幅の短縮
・  回転ディスク５の支持剛性の増大と軽量化
・  転がり接触面での転がり抵抗の低減
・  回転バランスの最小化とバランスの取り易さの配慮
・  制御リンクのコンパクトな組み込み
【０１７３】
回転ディスク５の支持構造は、請求項２の発明を踏まえて設計した。即ち、平行回転翼主
軸９を機体２に固定した平行回転翼取り付け台３に取り付け、回転ディスク５の内側と外
側を転がり軸受け１８と１９で支持し、内側の転がり軸受け１８の外輪は平行回転翼取り
付け台３のハウジング部分１７に、内輪は回転ディスク５の内側に固定し、外側の転がり
軸受け１９の内輪は平行回転翼主軸９に、外輪は回転ディスク５の外側に固定し、 回転
ディスク５の内側の転がり軸受け１８の内輪が嵌合される回転ディスクカバー１５の内側
円筒部分１６の内径面と平行回転翼主軸９の外径面との間に隙間を設け、その隙間に偏心
リング割り出し機構１０を操作する偏心リング駆動歯車２１と中心側偏心ディスク２２の
２つのスリーブ部分を貫通させた。
【０１７４】
平行回転翼４の回転ディスク５内を潤滑環境によって仕切った室は、請求項３の発明を踏
まえて設計した。即ち、回転ディスク５内の歯車列の全ての軸受けに転がり軸受けを採用
し、特に、回転スリーブ部品の支持には針状コロ軸受け２６、２８、４３を採用した。そ
して、回転ディスク５内を減速歯車列室２９、増速ベルト室３４、回転翼駆動ベルト室３
５、遥動機構室２３の４室に仕切り、各室毎に適切な潤滑条件を設定できるようにした。
減速歯車列室２９は全ての回転翼８の減速歯車列２７を納めるために複数の穴を形成した
一つのセンターギアーケースの中央側の空間であるが、センターギアーケース３０の外周
壁で回転翼駆動ベルト室３５との隔壁を形成し、センターギアーケースカバー３１で遥動
機構室２３との隔壁を形成し、センターギアーケース３０の外側フランジで増速ベルト室
３４との隔壁を形成した。これらの隔壁や回転ディスクカバー１５は、回転ディスク５の
構造の剛性を高めることも配慮して設計した。
【０１７５】
平行回転翼４の回転ディスク５内の偏心リング割り出し機構１０は、請求項４の発明を踏
まえて設計した。即ち、偏心リング割り出し機構１０に含まれる２個の偏心ディスク部品
である中心側偏心ディスク２２と偏心リング２０を同じ幅スペース内の中央側と外周側に
配置し、偏心リング割り出し機構１０の幅を短縮し、回転ディスク５の幅方向のコンパク
ト化を図った。
【０１７６】
回転ディスク５の中央に中央静止翼取付け軸７を取付ける構造は、請求項５の発明を踏ま
えて設計した。即ち、中央静止翼を取付ける中央静止翼ディスクＡ３９を平行回転翼主軸
９の外側端に固定し、そのディスクに結合した中央静止翼軸３６に中央静止翼駆動歯車３
７と一体化された中央静止翼４２を回動自在に嵌着し、中央静止翼４２の角度位置を、平
行回転翼主軸９の穴に装着した中央静止翼迎角調節歯車列３８を介して調節できるように
した。中央静止翼軸３６の外側端は中央静止翼ディスクＢ４０に固定した。中央静止翼デ
ィスクＢ４０は外側回転ディスク６を支持する中央静止翼外側主軸４１に結合した。
【０１７７】
これにより、平行回転翼主軸９と中央静止翼取付け軸７を一体化することができた。また
、平行回転翼主軸９の穴のスペースを利用して、中央静止翼取付け軸７と中央静止翼４２
の傾斜角を調節するリンクとを平行回転翼４にコンパクトに組み込むことができた。
【０１７８】
（３）下方静止翼８５の設計
回転速度が流入気流速度より大きくなる場合には、正の迎角を持って前下がりに回転する
平行回転翼４の、下死点を通過する回転翼８は、相対的に、後ろ向きに風を切ることにな
る。このような状態の回転翼８の後端には剥離層が形成され再付着し、前端には剥離渦が
生成されて流れ去るので大きな抗力が発生するが、潤還流は断ち切られるので、大きな負
の揚力は発生しない。しかし、平行回転翼４の下方に下方静止翼８５を適切に配置した場
合には、下方静止翼８５の上部の気流が回転翼８の下方の気流を整流し、加速する可能性
もある。しかし、そのような流れの状態の確認は現時点ではできないので、下方静止翼８
５は、この現象の流れの状態についての模式的なイメージを描くことによって仮設計とし
た。図３を見よ。
【０１７９】
実際の平行回転翼飛行機１の運転状態を考えると、回転翼８が後ろ向きに風を切る現象は
流入気流速度が平行回転翼４の回転速度より大きくなる殆どの飛行状態では発生しない。
発生する可能性があるのは始動時とホバリング開始時であるが、定常ホバリング中は遥動
角を大きくして空気を前方から掻き込み、後下方に吐き出しているので回転翼８が後ろ向
きに風を切る現象は消えている。
【０１８０】
始動時には初期の気流を発生させるために一瞬は回転翼８が後ろ向きに風を切る現象が生
じるが、その後は前方から掻き込まれた気流を加速してゆくのでこの現象は消える。ただ
し、この一瞬の現象は地上に停機中の現象なので安全上の問題はない。一方、地上に停止
して始動する時には揚力の発生が不要なので平行迎角をゼロまたは少しマイナス目にする
ことにより回転翼８の後端に発生する剥離を少なくできる。従って、この現象は完全に発
生しなくなるまで改善しなければならない安全上の問題ではない。鳥達の羽ばたき運動の
中にも似たような問題が生じていて、進化の過程でその影響を実用上問題ないレベルにま
で克服してきているように見える。図１０を見よ。
【０１８１】
しかし、この現象を抑えることは騒音性能や燃費効率や信頼性や商品クオリティーを高め
るためには重要であり、商品開発においては重要な性能となろう。従って、下方静止翼８
５の翼断面形状と配置は開発プロセスの中で解析とテストを繰り返して育成するべき設計
項目となろう。
【０１８２】
下方静止翼８５の潤還流を考慮すると、下方静止翼８５の上部に流れる気流を、下死点に
近づく回転翼８の下部に流入させるように、下方静止翼８５の断面形状と配置を設計でき
れば、回転翼８に発生する抗力を小さくできるかも知れない。即ち、右回りに大きな循環
流を発生するように大きめのキャンバーを付けた下方静止翼８５を、下方静止翼８５の上
面を通過した空気が、平行回転翼４の下死点を通過する回転翼８の前下方に、その迎角に
近い角度で流れ込むように、小さめまたは少し負の迎角を付けて、平行回転翼４の前下方
に配置する設計が考えられる。
しかし、回転翼８に発生する現象を限定的なものと考えて、下方静止翼８５の上部の気流
と回転翼８の下部に入る気流が干渉しないように、十分な距離をとって配置する設計も考
えられる。
【０１８３】
下方静止翼８５は、補助的な静止翼としての利用だけでなく、３点ステー７６に結合し
て平行回転翼飛行機１の翼組外枠７４の形成にも利用した。また、下方静止翼８５の内部
空間は、静止外延翼５８の可動フラップ５９を動かすためのリンクを通すのにも利用する
ことにした。
【０１８４】
（４）外延翼の設計
回転翼８の幅方向の長さが片側で１ｍ程度にしかできない場合は、滑空のための翼面積と
しては十分ではない。それを補うための方策の一つとして、静止外延翼５８を取り付ける
設計が考えられる。
【０１８５】
静止外延翼５８は、請求項６の発明を踏まえて設計した。即ち、平行回転翼４の外側に出
ている中央静止翼取付け軸７の外側端に取り付けた３点ステー７６に静止外延翼５８を結
合し、翼面積の拡大を計り、併せて、静止外延翼５８に上反り角や後退角を付けることに
より平行回転翼飛行機１の操縦安定性の改善を計る設計とした。また、静止外延翼５８の
一部を分割して姿勢制御用の可動フラップ５９にするオプションも用意した。この設計に
より、平行回転翼４のみでは揚力や姿勢制御容量が不足する場合にそれらを補う手段を用
意できた。
【０１８６】
平行回転翼４の持つ翼面積の不足を補うための別の方策としては、平行回転翼４の回転翼
８の外側に回転外延翼６０を付加することもできる。回転外延翼６０は、請求項７を踏ま
えて設計した。即ち、平行回転翼４の翼面積が十分ではない場合にその不足を補うために
回転翼８の外側に回転外延翼６０を取り付けた。回転外延翼６０にはフレキシブルキャン
バー回転外延翼６１もオプションとして用意した。
回転外延翼６０に加えて中央静止翼取付け軸７の外側に中央静止外延翼５６を取り付ける
設計もオプションとして用意した。
【０１８７】
ローリング安定性は、平行回転翼４を機体の重心に対して高く搭載して空気力の作用点を
高くし、平行回転翼４で機体を吊り上げるようにしても高められる。更に、中央静止外延
翼５６や回転外延翼６０に上反り角を付けることによっても改善される。
【０１８８】
平行回転翼４の回転を止めて回転翼８を停止すると、平行回転翼飛行機１は、同じ主翼ス
パンの３葉の複葉飛行機に匹敵する揚力を発生して滑空できる。その後、平行回転翼４の
停止を解除し、回生モーターにより速度を調節しながら回転翼８を回転させると、平行回
転翼４の回転速度の上昇により上部にくる前進ストロークの回転翼８に流入する気流の速
度が増大するが、翼に発生する空気力が流入気流速度の２乗に比例して増幅されるので、
平行回転翼に発生する空気力を滑空時よりも大きくできる。
【０１８９】
一方、ヘリコプターは、エンジンが故障した場合には、オートローテーション操作により
ローターを空転させて揚力を維持しながら緩降下できる。また、機体の飛行速度エネルギ
ーや位置エネルギーをローターの回転エネルギーに変換して、飛行速度を調節することも
できる。
このような速度エネルギーや位置エネルギーを利用した飛行状態の調節は鳥達が巧妙に行
っている。ハクチョウは滑空して着水する直前には、必要に応じて制動や加速のための羽
ばたきを追加している。
鳥達が当たり前にやっているように、平行回転翼飛行機１も機体の減速エネルギーを利用
して平行回転翼４の回転を加速して揚力を増大させて軟着陸することができる。飛行機の
滑空機能とヘリコプターのオートローテーション機能を同時に働かせて自由自在に飛行で
きるのが平行回転翼飛行機１の特徴の一つである。
【０１９０】
（５）平行回転翼尾翼の設計
鳥達は垂直尾翼を持っていないが、シャープなユーターンを演じている。カラスは、着陸
制動時に尾翼の幅を大きく広げて下げて、フラップ効果を効かせ、体がピッチング回転す
るのを防いでいる。
鳥達の尾翼は大きく広げて過大なピッチング回転モーメントによる体の回転を抑える機能
と、飛行中の機体の姿勢角を調節して維持する機能の両方を備えている。また、尾翼を捻
ることにより横方向に空気力の成分を発生させ、飛行中の外乱によるローリング方向やヨ
ーイング方向の姿勢角の変化を防いでいる。しかし、鳥のように水平尾翼を開閉する機構
と、捻って横方向の空気力成分を生み出す機構を、静止翼への機能追加の方向で設計して
みると機構はかなり複雑になってしまう。
【０１９１】
ところが、平行回転翼飛行機１は、左右の平行回転翼４の揚力と推力または抗力を独立に
調節して、ピッチングとローリングとヨーイングの３方向の回転モーメントを分離して発
生し、制御できるので、原理的には、鳥達の垂直尾翼無しに水平尾翼だけで旋回する飛行
も模擬できている。
【０１９２】
また、平行回転翼４は、上下往復の羽ばたき運動を回転運動に変えているために過大なピ
ッチング回転モーメントを発生することがあるが、その場合には飛行機並みの水平尾翼面
積ではピッチング回転方向の姿勢制御容量が十分に取れない。そこで、平行回転翼飛行機
１の尾翼も平行回転翼にした。平行回転翼は３葉の複葉翼に相当するので、同じ平面投影
尾翼面積の静止翼に比べて尾翼面積を大幅に増やすことができるので、ピッチング回転方
向の制御容量を大幅に増大できた。先行技術を見ると、特許文献１の中でも、小さな平行
回転翼を機体２の前方に搭載している。
【０１９３】
簡易平行回転翼尾翼６８は、請求項８を踏まえて設計した。即ち、簡易平行回転翼尾翼６
８を姿勢制御用に設計し、従来の飛行機の尾翼に置き換えることによって、平行回転翼飛
行機１に過大なピッチング回転モーメントが発生した時のピッチング回転の制御を容易に
した。回転翼９５を周期的に遥動させる機構を省いた歯車列にして駆動抵抗を低減し、迎
角は回転速度と中央静止翼７２の傾斜角と太陽歯車９４の傾斜角の調節により制御される
。
【０１９４】
回転翼９５の平行回転は簡易平行回転翼尾翼６８を1回転させる間に回転翼９５を逆方向
に１回転させる歯車列で得られるが、そこに含まれる全ての歯車の回転軸は転がり軸受け
で支持した。転がり軸受けは封入されたグリースで潤滑されるが、歯車の噛み合い部は簡
易平行回転翼ギアーケース７０内のオイルで飛沫潤滑される。
簡易平行回転翼尾翼６８の回転翼９５にフレキシブルキャンバー回転翼４９を応用すると
、過大な回転モーメントの発生が自動的に抑えられるので、制御性能が改善される。
【０１９５】
簡易平行回転翼尾翼６８には、平行回転翼飛行機１の揚力や推力は分担させずに、姿勢制
御と操縦・安定性の制御だけを担わせればよいので、回転翼９５と中央静止翼７２の翼型
は迎角変化に対する感度に中立性を持たせるために対称翼とした。
回転翼９５の静止状態は回転を止めても良いが、敏捷で微妙な姿勢制御のためには歯車
列をゆっくりと回転させてアイドリング状態にしておく方が良いかも知れない。図１８、
図１９を見よ。
【０１９６】
鳥達は尾翼の捩じり量と上下に傾ける量を調節してロールモーメントとヨーモーメントを
発生してローリング方向とヨーイング方向の姿勢制御をしている。しかし、簡易平行回転
翼尾翼６８には、尾翼を捩じり、上下に傾ける機構は付いていないが、左右の揚力を変え
てロールモーメントを、左右の抗力または推力を変えてヨーモーメントを発生することに
よりロール回転とヨー回転に対する姿勢制御ができる。
また、平行回転翼飛行機１は、主翼用の平行回転翼４でもピッチング、ローリング、ヨー
イングの３方向の回転角度を調節できるので、簡易平行回転翼尾翼６８と合わせて４つの
平行回転翼での姿勢制御が可能なり、これで鳥達の姿勢制御機能が模擬できたことになる。
図２２、図２３を見よ。
【０１９７】
簡易平行回転翼尾翼６８の平行傾斜角は太陽歯車９４の設定角度によって調節される。迎
角は、回転速度と飛行速度のベクトル和である流入気流ベクトルと機体２の姿勢角によっ
て決められる。
簡易平行回転翼尾翼６８は、回転翼９５に発生する空気力とピッチング回転モーメントを
受けて、簡易平行回転翼尾翼６８の回転速度、回転翼９５の平行傾斜角、中央静止翼７２
の傾斜角の３つの制御ファクターを調節して機体２の姿勢角と飛行方向と飛行速度を制御
する機構に設計できた。
【０１９８】
一方、平行回転翼と同じ機能を持つ正規平行回転翼尾翼７３を、もう一つのオプション
として用意した。この平行回転翼７３は、主翼用の平行回転翼４と連携して平行回転翼飛
行機１の揚力や推力の発生を分担しながら、機体２の姿勢と操縦・安定性を制御できる。
この方式は、ヘリコプターではタンデムローター方式に相当し、車では４輪駆動車に相当
する。制御ファクターは、主翼用の平行回転翼４と同じ、回転速度、平行迎角、遥動角（
偏心角と偏心量）、中央静止翼７２の傾斜角となる。
【０１９９】
（６）翼組外枠の設計
平行回転翼４の中央静止翼外側主軸４１に入る荷重の分散を図るために、翼組外枠７４を
形成した。中央静止翼外側主軸４１には回転翼８と中央静止翼４２に発生する空気力と回
転モーメントの反力の外側分担成分が入る。この荷重は機体２から外側に張り出して回転
している回転翼８と中央静止翼軸３６の曲げ剛性によって支えられるが、この剛性は、平
行回転翼４の機能設計では軽量化と空気抵抗低減のためにできるだけ薄く設計されるので
、十分な剛性は得られない。しかし、この剛性は平行回転翼４の限界回転速度を決めるの
で必要な剛性は確保しなければならない。そこで、剛性の不足を補うために、追加的な荷
重伝達経路として翼組外枠７４を形成した。図１７を見よ。
【０２００】
翼組外枠７４に関しては、請求項９の発明を踏まえて設計した。即ち、下方静止翼８５と
中央静止翼取付け軸７と簡易平行回転翼尾翼６８のそれぞれの外側端を結ぶ３点ステー７
６を設定し、回転翼８と中央静止翼４２に生じる荷重と回転モーメントを下方静止翼８５
と簡易平行回転翼尾翼６８にも分担させる構造にした。
【０２０１】
回転外延翼６０を用いた場合には、回転翼８に加え、回転外延翼６０によっても空気力が
発生できるが回転体の重量も増すため平行回転翼４の限界回転速度は低下する。平行回転
翼４の外側回転ディスク６は中央静止翼取付け軸７の外側端の中央静止翼外側主軸４１で
支持されるが、限界回転速度の低下を補う手段として、平行回転翼４の中央静止翼外側主
軸４１の支持剛性を上げるために外側回転ディスク６をサポートローラー８６で支持する
別の構造を設計した。
【０２０２】
外側回転ディスク６を支持する構造は、請求項１０の発明を踏まえて設計した。即ち、こ
の場合は下方静止翼８５と中央静止翼取付け軸７と簡易平行回転翼尾翼６８の外側端を結
ぶ３点ステー７６は使えないので、別の支持方法を取って、下方静止翼８５と簡易平行回
転翼尾翼６８の外側端を結ぶ２点ステー７５に取り付けた２個のサポートローラー８６を
平行回転翼４の外側回転ディスク６の外周に嵌めた外側平行回転翼タイヤ―８８に当てて
支持する設計とした。
【０２０３】
（７）平行回転翼飛行機の機種展開
平行回転翼飛行機１は鳥の種類の数だけ考えられるが、これまでに検討されたレイアウト
の中から代表例として折畳み静止外延翼機８２を紹介しておく。
この平行回転翼飛行機１は、Ｆ１レーシングカーを高くしたようなシルエットになってい
る。前方には前方視界を確保するために小径の前方平行回転翼８３を低く配置し、後方に
は大径の後方平行回転翼８４を高く配置し、更に、上部後端には固定翼９０を設定し、後
方平行回転翼８４の外側には２点ステー７５を取り付け、そこに、地上では下方に折り畳
める折畳み静止外延翼８９を取りつけた。
【０２０４】
地上走行用には３輪の走行用車輪９１を備え、自動車の走る・曲がる・止まるに加えて飛
行用に昇降機能を追加し、ヘリコプターのように舞い、飛行機のように飛行できる空飛ぶ
自動車とした。
実現のために越えるべき技術の壁は、基本的に、平行回転翼４の高速化と機体の軽量化と
空気抵抗の低減である。ドライバーのアイポイントは前方平行回転翼８３より高くとり、
機体重量の大半は、ドライバーの後方に置いた大径の後方平行回転翼８４の揚力で担わせ
る。重量のある搭載ユニットはできるだけ後方下部に搭載して機体の重心を下げ、揚力の
作用点と機体の重心との高さの差を大きくする。
離陸には、前後の平行回転翼だけによる定点上昇離陸と傾斜発進離陸に加えて、折畳み静
止外延翼８９も展開した形での滑走離陸も選べる。着陸には空中ブレーキ動作でエネルギ
ーを回収しながらの傾斜定点着陸が主として選ばれる。
【０２０５】
静止外延翼を折り畳んだ状態でも現在の公道は走行できない。しかし、将来、幹線道路の
レーン幅を７ｍ（平行回転翼の幅５．０ｍプラス操縦余裕幅２．０ｍ）にし、歩道橋や照
明や信号機を路上空間から撤去できれば、公道を地上走行に使用できる。ただし、離着陸
には１０ｍ幅の短い滑走路が必要になる。このような道路網が整備され、平行回転翼飛行
機１が自動車並みの価格で普及していたら、巨大な津波を伴った東日本大震災でも、多く
の人々が自動車で避難できていたかも知れない。
【０２０６】
なお、本発明に係る平行回転翼と平行回転翼飛行機１は、以上、説明した実施形態に限定
されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ること
は勿論である。
【産業上の利用可能性】
【０２０７】
鳥の飛行機構は生物としての進化の結果であるが、内外での空飛ぶ自動車の模索は、人間
の自動車の限界からの脱皮の試みでもあろう。東日本大震災の津波のような自然災害に襲
われた時には鳥のように空に舞い上がることが決定的な避難回避手段となる。
【０２０８】
哺乳類の足の往復運動は、３０００年前から車輪により円運動に置換えられて馬車に応
用されてきたが、自動車に応用されたのは約２００年前からである。一方、鳥達の羽ばた
き運動の模擬は、一見、プロペラとローターの発明によって円運動に置換えられ、約１０
０年前から飛行機とヘリコプターに応用されてきたように見える。
【０２０９】
しかし、これらの発明は本当に翼の羽ばたき運動を円運動に置換えた平行回転翼になって
いるのだろうか。鳥達は羽ばたき翼を使ってヘリコプターのように舞い上がり、飛行機の
ように滑空するが、その飛行術は実に多彩である。鳥達の羽ばたき飛行のメカニズムの研
究は、コンピューターによる数値解析技術によって空気力学が使える力学になってきたこ
とにより新たな発展を遂げているが、助走の要らない飛行機や車のように利用できるヘリ
コプターは、まだ開発されていない。
【０２１０】
ヘリコプターのホバリング飛行では、空気は上方から吸い込まれてローターで加速されて
円柱状に下に吐き出されるため、ヘリコプターは、どの方向にも同じように移動できる。
これに対して、平行回転翼飛行機の水平ホバリング飛行では空気は前から吸い込まれ斜め
後下方に吐き出されるので、平行回転翼飛行機は、方向によって移動の挙動は同じにはな
らない。翼によって発生する気流の状態からみると両者のホバリング飛行のメカニズムに
は原理的に大きな違いがある。
【０２１１】
平行回転翼飛行機は、原理的には、平行回転翼を９０度回転させて上に向ける方式にすれ
ば、ハチドリのように、あるいは人間の立ち泳ぎのようにホバリング飛行ができる。しか
し、このモードでは、乗員はホバリング中は上向きに着座しなければならない。しかも、
気流が左右に分かれて流れ下るのでヘリコプターのような等方向性を持ったホバリングは
できない。ヘリコプターのホバリングとハチドリのホバリングは、一見似ているが別物で
ある。
【０２１２】
一方、飛行機はプロペラによって限界速度にまで機体速度を上げなければ離陸できない。
これに対して、平行回転翼飛行機は定点離陸ができ、空気を前から吸い込み斜め後下方に
排出しながら平行回転翼の回転速度を上げることにより、垂直上昇を含む、色々な離陸角
度での定点離陸ができる。助走できる場合は助走速度と平行回転翼の回転速度を合わせた
速度で平行回転翼を作動させて、飛行機より短い滑走路で離陸できる。助走無しでは離陸
できない飛行機と助走無しでも離陸できる平行回転翼飛行機も、一見似ているが別物であ
る。
【０２１３】
最軽量のハチドリから最重量のハクチョウの間には、多種多彩な方法で離陸して飛行する
多くの鳥達がおり、平行回転翼を応用すれば、それらを模擬した多様な利便性を持った夢
の平行回転翼飛行機が開発できる。そんな夢物語のいくつかを揚げておく。
【０２１４】
１．空中作業ロボットへの応用
津波で流された街は瓦礫に覆われた。津波に流される現場を現場で詳しく観察していたの
はカモメ達だけであった。カモメのような空撮鳥ロボットがあったら、地震発生直後に震
源の方向に向けた津波偵察のためのスクランブル発進ができたであろう。
【０２１５】
鳥ロボットの日常の仕事は空中軽作業であるが、高架橋（高速道路、大型船舶、高圧線、
鉄塔など）の空中点検や空中保守作業を無線操縦で行える。大型建造物の保守点検が足場
を組まずに、クレーンを持ち込まずにできれば、工事コストは大幅に低減される。人が乗
らず、使用場所も特定されるので、製品安全上や航空法規上の制約も少なくできるので、
大きくはないが強いニーズを持った多様なマーケットが見込まれる。
【０２１６】
２．分散型風力発電ネットワーク
平行回転翼は風力発電機への応用も有望である。３葉の複葉翼に匹敵するコンパクトな受
風容積を持ち、迎角を最適に制御する機能を持っているので、微風での揚力発電も期待で
きる。風の吹く場所に駐機できれば、平行回転翼飛行機は駐機中に発電する。自分の充電
を賄って余れば、駐機ステーションの電池も蓄電する。平行回転翼飛行機の電池を利用す
れば送電線なしで電力を輸送することも可能になる。
【０２１７】
東北関東大震災での原発の崩壊は巨大システムの脆さを見せつけた。見掛けの運転コスト
の安さを重視した巨大な発電プラントは災害事故の際には巨大な損失を生んだ。一方、無
数に分散された小さな発電ユニットはリスクも分散する。集中か分散かではなく集中と分
散を上手に使い分けることが必要なのかも知れない。
【０２１８】
平行回転翼は流れの運動エネルギーで発電する方式の潮流発電にも利用できるが、平行回
転翼式潮流発電機を設置した平行回転翼飛行機用の洋上駐機場を沿岸に配備すれば、沿岸
の洋上を空中ハイウエーとして利用できる。日本の沿岸と近隣の島々は自然エネルギーだ
けで交通できるようになる。必要なエネルギーを現地で調達して、それを消費して活動し
、更に調達して蓄えたエネルギーを使って移動するのは、渡り鳥達の生き方である。
【０２１９】
３．空飛ぶ自動車への応用
津波から車で逃れようとした人は多かった。しかし、多くの人達が逃げ切れずに津波に飲
まれてしまった。車に翼が付いていたらと思わずにはいられない。
しかし、ヨーコントロールとロールコントロールとジャイロ効果に苦しみながら現在の飛
行技術を確立したヘリコプターの開発の歴史を思うと、やや複雑ではあるが、平行回転翼
飛行機の空飛ぶ自動車への応用は、不可能とは思われない。
【０２２０】
高度技術社会である現代に新たな飛行機械として空飛ぶ自動車を開発して導入するために
は最短で２０年は掛かるであろう。開発プロセスとしては、自動車を下敷きにして、安全
、重量、コスト、燃費、資源リスク、騒音性能、デザインなどについて性能目標を設定し
、見直しながら基礎設計から進めることになるが、実用安全性が最重要課題となる。
【０２２１】
平行回転翼飛行機はオートローテーションと滑空を混ぜて飛行できるので、動力系が故障
しても別系統の補助動力系によって機体の姿勢制御と平行回転翼の空転状態の制御は可能
にしておきたい。想定内でのシンプルイズベストに徹するのではなく、想定外を配慮した
冗長さと複雑さを持った機能構成と制御システムを持った実用安全を重視した設計が必要
であろう。重量を軽減するために柔構造になるので、振動特性を十分にチューニングした
動剛性設計となる。コストは車と同じ程度に押さえたい。
【０２２２】
最近の自動車のエコ対応への挑戦は先行技術開発として大いに期待される。２０年後を考
えると、自動車は電気自動車が主流になっているが、自動車用のバッテリーやモーターが
平行回転翼飛行機用にそのまま流用できるとは考えられない。そのための研究開発が必要
であるが、発電用エンジンを無くせるところまでバッテリーの軽量化を進めるのは極めて
困難であろう。バックアップ用の補助電源として、排気ガスの運動エネルギーを平行回転
翼発電機で回収するバイオ燃料ロータリーエンジン発電機を開発しておくか。
【０２２３】
タイヤ―音は無くなるが、風切り音が発生する。しかし、翼型も機体形状も限りなく鳥に
近づけてゆけるので空力性能の向上を図りながら風切り音を低減してゆける。外観デザイ
ンは、必然的に鳥のような流線型となる。
【０２２４】
平行回転翼飛行機を空飛ぶ自動車とする場合は、公道での対人安全を考えると、停止中か
ら３０ｋｍ/ｈまでは平行回転翼は回転させずに、それを超える走行速度から平行回転翼
を回転させて滑走する。そのために、平行回転翼飛行機には、３０ｋｍ/ｈまでの車輪走
行機能は備える必要がある。また、既存の規格の公道を走るのは、平行回転翼スパンを１
．８ｍ以下にしなければならないので無理である。しかし、将来的に、平行回転翼飛行機
の効果が認められ、幅の広い道路が規定されれば、平行回転翼飛行機も公道を走行できる
ようになる。
【０２２５】
一方、平行回転翼飛行機を応用した空飛ぶ自動車は、小さな定点離着陸スポットを設定
すれば、そこから定点離着陸し、洋上や樹海上を自由に利用できる。従って、既存のイン
フラの制約を強く受けない国や地域であれば、規制緩和を待つまでもなく、飛行ルートを
導入した格安の建設コストのインフラ整備を前提にして技術開発を進めることができる。
【０２２６】
空飛ぶ自動車は２点間の自動操縦を可能にしておきたい。ボタンを押すだけで、自動的に
離陸し飛行し着陸できる。機体整備状況、飛行ルートの気象、飛行ルートの安全、事故時
の対応などの全てのチェックを自動的にしてくれる。そんな空飛ぶ自動車ができれば、津
波が来ても鳥達のように避難できる。それを前提にできれば、三陸海岸の市街地をワーキ
ングエリヤにし、住宅地は高台に移す規制も本当に有効となる。
【０２２７】
平行回転翼は車輪と比較できる。平行回転翼飛行機は自動車と比較できる。車輪は、有
史以来、開発され、車に応用されてきた。これに対して、平行回転翼は、まだ、開発され
てもおらず、当然、平行回転翼飛行機は飛んでいない。
車輪には、ラジアル荷重と駆動トルクが発生するが、平行回転翼には、空気力（揚力と
推力または抗力）と駆動トルクが発生する。車輪は駆動トルクだけを制御すればよいが、
平行回転翼は空気力と駆動トルクを制御しなければならない。
【符号の説明】
【０２２８】
１    平行回転翼飛行機
２    機体
３    平行回転翼取り付け台
４    平行回転翼
５    回転ディスク
６    外側回転ディスク
７    中央静止翼取付け軸
８    回転翼
９    平行回転翼主軸
１０  偏心リング割り出し機構
１１  揺動付加機構
１２  遊星歯車
１３  平行回転歯車機構
１４  回転翼ディスク
１５  回転ディスクカバー
１６  回転ディスクカバーの内側円筒部分
１７  平行回転翼取り付け台のハウジング部分
１８  内側の転がり軸受け
１９  外側の転がり軸受け
２０  偏心リング
２１  偏心リング駆動歯車
２２  中心側偏心ディスク
２３  揺動機構室
２４  遥動アームローラー
２５  偏心リング駆動中間歯車
２６  針状コロ軸受けＡ
２７  減速歯車列
２８  針状コロ軸受けＢ
２９  減速歯車列室
３０  センターギアーケース
３１  センターギアーケースカバー
３２  太陽歯車
３３  太陽歯車駆動スリーブ
３４  増速ベルト室
３５  回転翼駆動ベルト室
３６  中央静止翼軸
３７  中央静止翼駆動歯車
３８  中央静止翼迎角調節歯車列
３９  中央静止翼ディスクＡ
４０  中央静止翼ディスクＢ
４１  中央静止翼外側主軸
４２  中央静止翼
４３  針状コロ軸受けＣ
４４  中央静止翼迎角調節歯車軸
４５  回転翼取り付け軸
４６  外側回転翼取り付軸
４７  中央側のリンケージスペース
４８  偏心リング割出しリンケージスペース
４９  フレキシブルキャンバー回転翼
５０  フレキシブルキャンバー回転翼アウターパネル
５１  フレキシブルキャンバー回転翼インナーパネル
５２  トルクチューブ
５６  中央静止外延翼
５８  静止外延翼
５９  可動フラップ
６０  回転外延翼
６１  フレキシブルキャンバー回転外延翼
６２  フレキシブルキャンバー回転外延翼アウターパネル
６３  フレキシブルキャンバー回転外延翼インナーパネル
６８  簡易平行回転翼尾翼
６９  簡易平行回転翼回転ディスク
７０  簡易平行回転翼ギアーケース
７１  簡易平行回転翼外側回転ディスク
７２  簡易平行回転翼尾翼の中央静止翼
７３  正規平行回転翼尾翼
７４  翼組外枠
７５  ２点ステー
７６  ３点ステー
７７  簡易平行回転翼尾翼機
７８  タンデム吊上げ機
７９  回転外延翼機
８０  静止外延翼機
８１  低前方平行回転翼付き機
８２  折畳み静止外延翼機
８３  前方平行回転翼
８４  後方平行回転翼
８５  下方静止翼
８６  サポートローラー
８７  中央静止翼外側主軸取り付け軸
８８  外側平行回転翼タイヤ―
８９  折畳み静止外延翼
９０  固定翼
９１  走行用車輪
９２  簡易平行回転翼尾翼用の平行回転翼主軸
９３  簡易平行回転翼尾翼用の中央静止翼取付け軸
９４  簡易平行回転翼尾翼の太陽歯車
９５  簡易平行回転翼尾翼の回転翼
９６  簡易平行回転翼尾翼の回転翼歯車
９７  簡易平行回転翼尾翼の中間歯車
９８  ランナーリング
９９  駆動用タイヤ
【図１】
0005871508.tif 000002
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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