(57)【要約】【課題】移動の負荷によって細毛が撓むことで細毛同士が干渉して理想的な付着条件を逸脱し付着力が低下することを防止でき、移動能力を保持することができる移動機構を提供すること。【解決手段】移動機構の接触面の表面に、複数の細毛が、移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、移動方向に対して第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列された付着要素を備え、第１の角度をα、第１のピッチをｐ１、細毛の撓み方向に略垂直な方向の断面幅をｄとした時に、（３式）を満足することで、移動の負荷によって細毛が撓むことで細毛同士が干渉して理想的な付着条件を逸脱し付着力が低下することを防止でき、移動能力を保持することができる移動機構を提供することができる。【選択図】図３
2011173220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接触物の被接触面に対向する接触面を備え、
前記接触面の上に形成された付着要素で、前記被接触面に付着して、移動方向に移動する、あるいは前記被接触物を移動方向に移動させる移動機構であって、
前記付着要素は、
複数の細毛が、前記移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、前記移動方向に対して前記第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列され、
前記第１の角度をα、前記第１のピッチをｐ１、前記細毛の撓み方向に略垂直な方向の断面幅をｄとすると、
α≧２×ｓｉｎ−１（（ｄ／２）／ｐ１）・・・（３式）
であることを特徴とする移動機構。
【請求項２】
前記細毛の長さをＬとすると、
前記第１のピッチｐ１は、
ｐ１≦Ｌ
であることを特徴とする請求項１に記載の移動機構。
【請求項３】
前記第２のピッチをｐ２とすると、
ｐ２≧２×ｄ
であることを特徴とする請求項１または２に記載の移動機構。
【請求項４】
被接触物の被接触面に対向する接触面を備え、
前記接触面の上に形成された複数の付着要素で、前記被接触面に付着して、移動方向に移動する、あるいは前記被接触物を移動方向に移動させる移動機構であって、
複数の前記付着要素は、それぞれ、
複数の細毛が、前記移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、前記移動方向に対して前記第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列され、
複数の前記付着要素の前記第１の方向は、それぞれ異なった方向であり、
第ｎ（ｎは正の整数）の前記付着要素の前記第１の角度をαｎとし、
第ｎの前記付着要素の前記第１のピッチをｐ１ｎとし、
第ｎの前記付着要素の前記細毛の前記移動方向に略垂直な方向の断面幅をｄｎとすると、
αｎ≧２×ｓｉｎ−１（（ｄｎ／２）／ｐ１ｎ）・・・（３−ｎ式）
であることを特徴とする移動機構。
【請求項５】
第ｎの前記付着要素の前記細毛の長さをＬｎとすると、
ｐ１ｎ≦Ｌｎ
であることを特徴とする請求項４に記載の移動機構。
【請求項６】
第ｎの前記付着要素の前記第２のピッチをｐ２ｎとすると、
ｐ２ｎ≧２×ｄｎ
であることを特徴とする請求項４または５に記載の移動機構。
【請求項７】
被接触物の被接触面に対向する接触面を備え、
前記接触面の上に形成された付着要素で、前記被接触面に付着して、移動方向に移動する、あるいは前記被接触物を移動方向に移動させる移動機構であって、
前記付着要素は、
複数の微細針状体を束ねた複数の毛束が、前記移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、前記移動方向に対して前記第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列され、
前記第１の角度をα、前記第１のピッチをｐ１、前記毛束の撓み方向に略垂直な方向の断面幅をｄとすると、
α≧２×ｓｉｎ−１（（ｄ／２）／ｐ１）・・・（３式）
であることを特徴とする移動機構。
【請求項８】
前記微細針状体の長さをＬとすると、
前記第１のピッチｐ１は、
ｐ１≦Ｌ
であることを特徴とする請求項７に記載の移動機構。
【請求項９】
前記第２のピッチをｐ２とすると、
ｐ２≧２×ｄ
であることを特徴とする請求項７または８に記載の移動機構。
【請求項１０】
被接触物の被接触面に対向する接触面を備え、
前記接触面の上に形成された複数の付着要素で、前記被接触面に付着して、移動方向に移動する、あるいは前記被接触物を移動方向に移動させる移動機構であって、
複数の前記付着要素は、それぞれ、
複数の微細針状体を束ねた複数の毛束が、前記移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、前記移動方向に対して前記第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列され、
複数の前記付着要素の前記第１の方向は、それぞれ異なった方向であり、
第ｎ（ｎは正の整数）の前記付着要素の前記第１の角度をαｎとし、
第ｎの前記付着要素の前記第１のピッチをｐ１ｎとし、
第ｎの前記付着要素の前記毛束の前記移動方向に略垂直な方向の断面幅をｄｎとすると、
αｎ≧２×ｓｉｎ−１（（ｄｎ／２）／ｐ１ｎ）・・・（３−ｎ式）
であることを特徴とする移動機構。
【請求項１１】
第ｎの前記付着要素の前記微細針状体の長さをＬｎとすると、
ｐ１ｎ≦Ｌｎ
であることを特徴とする請求項１０に記載の移動機構。
【請求項１２】
第ｎの前記付着要素の前記第２のピッチをｐ２ｎとすると、
ｐ２ｎ≧２×ｄｎ
であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の移動機構。
【請求項１３】
被接触物の被接触面に対向する接触面を備え、
前記接触面の上に形成された付着要素で、前記被接触面に付着して、移動方向に移動する、あるいは前記被接触物を移動方向に移動させる移動機構であって、
前記付着要素は、
複数の微細針状体を束ねた複数の毛束が、前記移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、移動方向に対して第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列され、
前記移動方向への移動によって前記毛束が撓んだ時に、前記毛束同士が重なり合う領域の面積よりも大きな面積を有するスペースが、前記毛束同士が重なり合う領域の前記毛束が撓んだ方向側にできるように、前記第１の方向と前記移動方向とを異ならせたことを特徴とする移動機構。
【請求項１４】
前記第１のピッチは、前記微細針状体の長さ以下であることを特徴とする請求項１３に記載の移動機構。
【請求項１５】
被接触物の被接触面に対向する接触面を備え、
前記接触面の上に形成された複数の付着要素で、前記被接触面に付着して、移動方向に移動する、あるいは前記被接触物を移動方向に移動させる移動機構であって、
複数の前記付着要素は、それぞれ、
複数の微細針状体を束ねた複数の毛束が、前記移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、移動方向に対して第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列され、
複数の前記付着要素の前記第１の方向は、それぞれ異なった方向であり、
前記移動方向への移動によって前記毛束が撓んだ時に、前記毛束同士が重なり合う領域の面積よりも大きな面積を有するスペースが、前記毛束同士が重なり合う領域の前記毛束が撓んだ方向側にできるように、前記第１の方向と前記移動方向とを異ならせたことを特徴とする移動機構。
【請求項１６】
複数の前記付着要素の前記第１のピッチは、それぞれの前記付着要素の前記微細針状体の長さ以下であることを特徴とする請求項１５に記載の移動機構。
【請求項１７】
被接触物の被接触面に対向する接触面を備え、
前記接触面の上に形成された付着要素で、前記被接触面に付着して、移動方向に移動する、あるいは前記被接触物を移動方向に移動させる移動機構であって、
前記付着要素は、
複数の微細針状体が配列された毛帯が、複数本、規則的に配列され、
複数の前記毛帯の長手方向および前記長手方向に直交する短手方向と、前記移動方向とを異ならせたことを特徴とする移動機構。
【請求項１８】
前記毛帯の短手方向の幅は、前記微細針状体の長さ以下であることを特徴とする請求項１７に記載の移動機構。
【請求項１９】
前記微細針状体の長さをＬとし、
複数の前記毛帯の間隔をｘ２とすると、
Ｌ／２≦ｘ２≦Ｌ
であることを特徴とする請求項１７または１８に記載の移動機構。
【請求項２０】
前記微細針状体は、カーボンナノチューブで構成されていることを特徴とする請求項７から１９の何れか１項に記載の移動機構。
【請求項２１】
前記毛束の内部の前記微細針状体の密度が５０％以下であることを特徴とする請求項７から２０の何れか１項に記載の移動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動機構に関し、特にファンデルワールス力を利用した付着要素を用いた移動機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療用マイクロロボットが盛んに研究されている。ただ、現時点では、医療用マイクロロボットの活躍できる領域は、例えばカプセル型内視鏡のように、大腸や小腸に限られている。このため、胃の検査を含めて、ファイバスコープの牙城を崩すに至っていない。その要因の一つは、医療用マイクロロボットの移動が、大腸や小腸の蠕動運動に依存しているため、思い通りの検査が行えないためである。
【０００３】
そのため、体内を自由に移動できる医療用マイクロロボットの開発が急務となっており、ロボットの移動機構として様々な方式が研究されている。従来からある移動機構の代表としては、摩擦によって推力を得る車輪がある。車輪は１つのアクチュエータで効率よく移動可能な優れた発明であるが、摩擦力が斜度のコサインで決まるため、斜度が大きくなると斜面を登りきれず、移動可能な範囲が限定される。
【０００４】
そこで、近年研究されているロボットの移動機構は、摩擦に頼る欠点を補うために、付着要素を追加したものが多い。例えば尺取り虫タイプ、多脚昆虫タイプ等様々な方式が考えられている。
【０００５】
しかし、従来からあるパッシブな付着要素は、例えば粘着テープ等のように、汚染に対して弱く、耐久性に問題があり、ロボットの付着要素としては採用が不可能であった。そのため、付着要素として、ポンプを用いた吸盤等のような制御性の良いもの、即ちアクティブな付着要素が選択される場合も多かった。
【０００６】
ところが、近年になり、ヤモリの足毛の構造を真似て、ファンデルワールス力によって付着する耐久性の高い付着要素が開発されつつあり、ロボットへの応用が考えられつつある。
【０００７】
ファンデルワールス力とは、電荷を持たない中性の原子、分子間などで主となって働く凝集力の総称で、そのポテンシャルエネルギーは距離の６乗に反比例する。すなわち力の到達距離は短く且つ非常に弱い。そして、ファンデルワールス力による吸着をファンデルワールス吸着と呼び、ヤモリが壁や天井等を場所や壁面の状態を問わずに歩けるのは、その四肢にある独特の細毛構造によって、四肢の細毛と壁面との間にファンデルワールス吸着を発生させているためではないかと言われている。
【０００８】
例えば特許文献１には、嚢胞に蓄えた気体の浮力で浮揚し、脚先の付着要素によるファンデルワールス力によって天井や側壁面に取り付くロボットが開示されている。
【０００９】
また、例えば特許文献２には、片持ち梁構造の長手の先端に電荷を蓄積することでダイポールを発生させ、ファンデルワールス力によって吸着面と吸着体との間に吸着力を発生させる方法と、それを用いたロボットとが開示されている。
【００１０】
さらに、特許文献３には、規則的に配列された針状の突起を配置した複数の付着面を有するロボットで、付着面に異なる付着方向性を持たせて、付着方向での逃げを防止する方法が開示されている。
【００１１】
また、特許文献４には、規則的に配列された突起をナノインプリント法で形成することで、面ファスナーを製造する方法が開示されている。
【００１２】
さらに、非特許文献１では、ヤモリの足毛を真似て、カーボンナノチューブを細長い柱状に分割することで、ファンデルワールス力による付着力が大きくなることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−３４９５１７号公報
【特許文献２】特開２００７−２３６１７４号公報
【特許文献３】国際公開第２００７／０１２１４５０号
【特許文献４】特表２００７−５２８７６５号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】ＰＮＡＳ（米国科学アカデミー紀要），ＪＵＮＥ  ２６，２００７，ｖｏｌ．１０４，ｎｏ．２６，１０７９２−１０７９５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１から４および非特許文献１で考慮されているのは、付着のみで、付着した状態から移動する場合の対応に関しては考慮されていない。
【００１６】
そのため、移動のために、細毛が自重や外力等によって被接触面に強く押しつけられたり、被接触面に平行な力を受けたりすると、細毛が撓んだり、細毛同士が重なり合って干渉し合ったりすることで理想的な付着条件を逸脱し、付着力が低下して、滑って移動できなくなったり、壁面から落下したり、斜面を滑り落ちたりするという不具合が発生する。
【００１７】
自重や外力等に負けないように、細毛を撓まない剛毛としたのでは、多様な壁面に対応できず、ファンデルワールス吸着そのものを発生させることができない。
【００１８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、自重や外力等による負荷によって細毛が撓むことで、細毛同士が干渉して理想的な付着条件を逸脱し、付着力が低下することを防止でき、移動能力を保持することができる移動機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００２０】
１．被接触物の被接触面に対向する接触面を備え、
前記接触面の上に形成された付着要素で、前記被接触面に付着して、移動方向に移動する、あるいは前記被接触物を移動方向に移動させる移動機構であって、
前記付着要素は、
複数の細毛が、前記移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、前記移動方向に対して前記第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列され、
前記第１の角度をα、前記第１のピッチをｐ１、前記細毛の撓み方向に略垂直な方向の断面幅をｄとすると、
α≧２×ｓｉｎ−１（（ｄ／２）／ｐ１）・・・（３式）
であることを特徴とする移動機構。
【００２１】
２．前記細毛の長さをＬとすると、
前記第１のピッチｐ１は、
ｐ１≦Ｌ
であることを特徴とする前記１に記載の移動機構。
【００２２】
３．前記第２のピッチをｐ２とすると、
ｐ２≧２×ｄ
であることを特徴とする前記１または２に記載の移動機構。
【００２３】
４．被接触物の被接触面に対向する接触面を備え、
前記接触面の上に形成された複数の付着要素で、前記被接触面に付着して、移動方向に移動する、あるいは前記被接触物を移動方向に移動させる移動機構であって、
複数の前記付着要素は、それぞれ、
複数の細毛が、前記移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、前記移動方向に対して前記第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列され、
複数の前記付着要素の前記第１の方向は、それぞれ異なった方向であり、
第ｎ（ｎは正の整数）の前記付着要素の前記第１の角度をαｎとし、
第ｎの前記付着要素の前記第１のピッチをｐ１ｎとし、
第ｎの前記付着要素の前記細毛の前記移動方向に略垂直な方向の断面幅をｄｎとすると、
αｎ≧２×ｓｉｎ−１（（ｄｎ／２）／ｐ１ｎ）・・・（３−ｎ式）
であることを特徴とする移動機構。
【００２４】
５．第ｎの前記付着要素の前記細毛の長さをＬｎとすると、
ｐ１ｎ≦Ｌｎ
であることを特徴とする前記４に記載の移動機構。
【００２５】
６．第ｎの前記付着要素の前記第２のピッチをｐ２ｎとすると、
ｐ２ｎ≧２×ｄｎ
であることを特徴とする前記４または５に記載の移動機構。
【００２６】
７．被接触物の被接触面に対向する接触面を備え、
前記接触面の上に形成された付着要素で、前記被接触面に付着して、移動方向に移動する、あるいは前記被接触物を移動方向に移動させる移動機構であって、
前記付着要素は、
複数の微細針状体を束ねた複数の毛束が、前記移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、前記移動方向に対して前記第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列され、
前記第１の角度をα、前記第１のピッチをｐ１、前記毛束の撓み方向に略垂直な方向の断面幅をｄとすると、
α≧２×ｓｉｎ−１（（ｄ／２）／ｐ１）・・・（３式）
であることを特徴とする移動機構。
【００２７】
８．前記微細針状体の長さをＬとすると、
前記第１のピッチｐ１は、
ｐ１≦Ｌ
であることを特徴とする前記７に記載の移動機構。
【００２８】
９．前記第２のピッチをｐ２とすると、
ｐ２≧２×ｄ
であることを特徴とする前記７または８に記載の移動機構。
【００２９】
１０．被接触物の被接触面に対向する接触面を備え、
前記接触面の上に形成された複数の付着要素で、前記被接触面に付着して、移動方向に移動する、あるいは前記被接触物を移動方向に移動させる移動機構であって、
複数の前記付着要素は、それぞれ、
複数の微細針状体を束ねた複数の毛束が、前記移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、前記移動方向に対して前記第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列され、
複数の前記付着要素の前記第１の方向は、それぞれ異なった方向であり、
第ｎ（ｎは正の整数）の前記付着要素の前記第１の角度をαｎとし、
第ｎの前記付着要素の前記第１のピッチをｐ１ｎとし、
第ｎの前記付着要素の前記毛束の前記移動方向に略垂直な方向の断面幅をｄｎとすると、
αｎ≧２×ｓｉｎ−１（（ｄｎ／２）／ｐ１ｎ）・・・（３−ｎ式）
であることを特徴とする移動機構。
【００３０】
１１．第ｎの前記付着要素の前記微細針状体の長さをＬｎとすると、
ｐ１ｎ≦Ｌｎ
であることを特徴とする前記１０に記載の移動機構。
【００３１】
１２．第ｎの前記付着要素の前記第２のピッチをｐ２ｎとすると、
ｐ２ｎ≧２×ｄｎ
であることを特徴とする前記１０または１１に記載の移動機構。
【００３２】
１３．被接触物の被接触面に対向する接触面を備え、
前記接触面の上に形成された付着要素で、前記被接触面に付着して、移動方向に移動する、あるいは前記被接触物を移動方向に移動させる移動機構であって、
前記付着要素は、
複数の微細針状体を束ねた複数の毛束が、前記移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、移動方向に対して第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列され、
前記移動方向への移動によって前記毛束が撓んだ時に、前記毛束同士が重なり合う領域の面積よりも大きな面積を有するスペースが、前記毛束同士が重なり合う領域の前記毛束が撓んだ方向側にできるように、前記第１の方向と前記移動方向とを異ならせたことを特徴とする移動機構。
【００３３】
１４．前記第１のピッチは、前記微細針状体の長さ以下であることを特徴とする前記１３に記載の移動機構。
【００３４】
１５．被接触物の被接触面に対向する接触面を備え、
前記接触面の上に形成された複数の付着要素で、前記被接触面に付着して、移動方向に移動する、あるいは前記被接触物を移動方向に移動させる移動機構であって、
複数の前記付着要素は、それぞれ、
複数の微細針状体を束ねた複数の毛束が、前記移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、移動方向に対して第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列され、
複数の前記付着要素の前記第１の方向は、それぞれ異なった方向であり、
前記移動方向への移動によって前記毛束が撓んだ時に、前記毛束同士が重なり合う領域の面積よりも大きな面積を有するスペースが、前記毛束同士が重なり合う領域の前記毛束が撓んだ方向側にできるように、前記第１の方向と前記移動方向とを異ならせたことを特徴とする移動機構。
【００３５】
１６．複数の前記付着要素の前記第１のピッチは、それぞれの前記付着要素の前記微細針状体の長さ以下であることを特徴とする前記１５に記載の移動機構。
【００３６】
１７．被接触物の被接触面に対向する接触面を備え、
前記接触面の上に形成された付着要素で、前記被接触面に付着して、移動方向に移動する、あるいは前記被接触物を移動方向に移動させる移動機構であって、
前記付着要素は、
複数の微細針状体が配列された毛帯が、複数本、規則的に配列され、
複数の前記毛帯の長手方向および前記長手方向に直交する短手方向と、前記移動方向とを異ならせたことを特徴とする移動機構。
【００３７】
１８．前記毛帯の短手方向の幅は、前記微細針状体の長さ以下であることを特徴とする前記１７に記載の移動機構。
【００３８】
１９．前記微細針状体の長さをＬとし、
複数の前記毛帯の間隔をｘ２とすると、
Ｌ／２≦ｘ２≦Ｌ
であることを特徴とする前記１７または１８に記載の移動機構。
【００３９】
２０．前記微細針状体は、カーボンナノチューブで構成されていることを特徴とする前記７から１９の何れか１項に記載の移動機構。
【００４０】
２１．前記毛束の内部の前記微細針状体の密度が５０％以下であることを特徴とする前記７から２０の何れか１項に記載の移動機構。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、移動機構の接触面の表面に、複数の細毛あるいは複数の微細針状体を束ねた複数の毛束が、移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、移動方向に対して第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列された付着要素を備え、第１の角度をα、第１のピッチをｐ１、細毛あるいは毛束の撓み方向に略垂直な方向の断面幅をｄとした時に、（３式）を満足することで、移動の負荷によって細毛あるいは毛束が撓むことで細毛同士あるいは毛束同士が干渉して理想的な付着条件を逸脱し付着力が低下することを防止でき、移動能力を保持することができる移動機構を提供することができる。
【００４２】
また、移動機構の接触面の表面に、複数の細毛あるいは複数の微細針状体を束ねた複数の毛束が、移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、移動方向に対して第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列された複数の付着要素を備え、複数の付着要素の第１の方向は、それぞれ異なった方向であり、第ｎの付着要素の第１の角度をαｎ、第１のピッチをｐ１ｎ、細毛あるいは毛束の撓み方向に略垂直な方向の断面幅をｄｎとした時に、（３−ｎ式）を満足することで、移動の負荷によって細毛あるいは毛束が撓むことで細毛同士あるいは毛束同士が干渉して理想的な付着条件を逸脱し付着力が低下することを防止でき、移動能力を保持することができる移動機構を提供することができる。
【００４３】
さらに、移動機構の接触面の表面に、複数の微細針状体を束ねた複数の毛束が、移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、移動方向に対して第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列された付着要素を備え、移動方向への移動によって毛束が撓んだ時に、毛束同士が重なり合う領域の面積よりも大きな面積を有するスペースが、毛束同士が重なり合う領域の毛束が撓んだ方向側にできるように、第１の方向と移動方向とを異ならせることで、移動の負荷によって微細針状体を束ねた毛束が撓むことで微細針状体同士が干渉して理想的な付着条件を逸脱し付着力が低下することを防止でき、移動能力を保持することができる移動機構を提供することができる。
【００４４】
また、移動機構の接触面の表面に、複数の微細針状体を束ねた複数の毛束が、移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、移動方向に対して第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列された複数の付着要素を備え、複数の付着要素の第１の方向は、それぞれ異なった方向であり、複数の付着要素はそれぞれ、移動方向への移動によって毛束が撓んだ時に、毛束同士が重なり合う領域の面積よりも大きな面積を有するスペースが、毛束同士が重なり合う領域の毛束が撓んだ方向側にできるように、第１の方向と移動方向とを異ならせることで、移動の負荷によって微細針状体を束ねた毛束が撓むことで微細針状体同士が干渉して理想的な付着条件を逸脱し付着力が低下することを防止でき、移動能力を保持することができる移動機構を提供することができる。
【００４５】
さらに、移動機構の接触面の表面に、複数の微細針状体が配列された毛帯が、複数本、規則的に配列された付着要素を備え、複数の毛帯の長手方向および長手方向に直交する短手方向と、移動方向とを異ならせることで、移動の負荷によって微細針状体が配列された毛帯が撓むことで微細針状体同士が干渉して理想的な付着条件を逸脱し付着力が低下することを防止でき、移動能力を保持することができる移動機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】移動機構の第１の実施の形態を示す模式図である。
【図２】第１の実施の形態における車輪の移動方向と細毛の配置との関係を示す模式図である。
【図３】付着要素の詳細を示す模式図である。
【図４】移動機構の第２の実施の形態を示す模式図である。
【図５】移動機構の第３の実施の形態を示す模式図である。
【図６】移動機構の第４の実施の形態を示す模式図である。
【図７】移動機構の第５の実施の形態に用いられる付着要素を示す模式図である。
【図８】移動機構の第６の実施の形態に用いられる付着要素を示す模式図である。
【図９】移動機構の第７の実施の形態を示す模式図である。
【図１０】ファインデルワールス吸着とその課題について説明するための模式図である。
【図１１】細毛の密度と付着力との関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。
【００４８】
最初に、ファインデルワールス吸着とその課題について、図１０および図１１を用いて確認する。図１０は、ファインデルワールス吸着とその課題について確認するための模式図で、図１０（ａ）は自由状態を示す図、図１０（ｂ）は付着状態を示す図、図１０（ｃ）は移動状態を示す図である。
【００４９】
図１０（ａ）において、移動機構１の接触面２の表面には、細長くて柔軟な細毛４が規則的に配列された付着要素３が形成されている。一方、被接触物９の被接触面９１には、ミクロに見ると大小の凹凸がある。通常は、被接触面９１が一般的な平面の場合には１００μｍ程度の凹凸が存在するし、研磨面であっても１μｍ程度の凹凸が残存している。
【００５０】
そのため、図１０（ａ）に破線で示すように、細毛４を有しない移動機構１の接触面２が、被接触面９１に直接接触しても、実際の接触面積は非常に小さく、ファインデルワールス力によって付着することはできない。
【００５１】
図１０（ｂ）において、移動機構１が図の下から上の方向に力を受けて、被接触物９に押しつけられると、細毛４の有する柔軟性によって、細毛４が被接触面９１の大小の凹凸に追従して、細毛４と被接触面９１との間にファインデルワールス力が発生し、付着力Ｆａが働いて、移動機構１は被接触物９に付着することができる。
【００５２】
しかしながら、図１０（ｃ）において、図１０（ｂ）の付着状態から、移動機構１が図の左方向に力を受けて移動を開始すると、付着するために重要な機能である細毛４の柔軟性のために、細毛４は同一方向（図の右方向）に大きく撓んで、図中に破線の楕円で示したように、細毛４同士が接触あるいは重なり合って干渉し合い、図１０（ｂ）のような理想的な付着条件を逸脱して付着力Ｆａが低下し、移動機構１は、付着状態を維持できずに落下してしまう。
【００５３】
この状態を、図１１を用いて説明する。図１１は、細毛４の配列の密度Ｄと付着力Ｆａとの関係を示す模式図である。
【００５４】
図１１において、実線で示した図１０（ｂ）の付着時の状態では、細毛４の配列の密度Ｄが高くなればなるほど、付着力Ｆａは大きくなる。一方、図１０（ｃ）の移動時の状態では、破線で示したように、細毛４の配列の密度Ｄが低い時には、密度Ｄが高くなれば付着力Ｆａは大きくなるが、密度Ｄがある程度以上高くなると、逆に付着力Ｆａが低下する。
【００５５】
これは、上述したように、細毛４が同一方向に大きく撓んで、細毛４同士が接触あるいは重なり合って干渉し合い、理想的な付着条件を逸脱して付着力Ｆａが低下してしまうためであり、これが本発明の課題である。
【００５６】
次に、本発明における移動機構の第１の実施の形態について、図１から図３を用いて説明する。図１は、移動機構の第１の実施の形態を示す模式図であり、図１（ａ）は移動機構の構成を示す斜視模式図で、図１（ｂ）は移動時の細毛の状態を示す断面模式図である。
【００５７】
図１（ａ）において、車輪１は、走行路９１に対向する接触面２の表面に、図１０（ａ）に示したような細長くて柔軟な細毛４が規則的に配列された付着要素３が形成されている。車輪１は、回転軸１ａを中心に図の反時計回りに回転して、走行路９１上を図示した移動方向Ａに移動する。走行路９１は、移動方向Ａに直交する方向Ｂに傾斜のない面である。従って、付着要素３は、移動方向Ａに平行な力を受ける。ここに、車輪１は本発明における移動機構として機能し、走行路９１は本発明における被接触物の被接触面として機能する。
【００５８】
図１（ｂ）において、車輪１は、図の反時計回りに回転することで、接触面２の表面に形成された細毛４の内の走行路９１に対向する位置の細毛４が、図の左側で走行路９１に付着して右側で離反する動作を順に繰り返しながら、移動方向Ａに移動する。付着要素３は移動方向Ａと逆向きの力を受けるので、細毛４は移動方向Ａ側に撓む。
【００５９】
細毛４は、先端の移動方向Ａに垂直な方向の断面幅が１００μｍ以下で、弾性率の低い材料で形成されることが好ましく、実験的には、例えばゴム等の低弾性率材料で形成された細毛であれば、全長Ｌと断面幅ｄとの比、つまりアスペクト比（＝Ｌ／ｄ））が２以上あれば、実用可能なファンデルワールス力を得ることができることが知られている。
【００６０】
図２は、第１の実施の形態における車輪の移動方向と細毛の配置との関係を示す模式図で、図２（ａ）は本発明の課題が発生する場合を示し、図２（ｂ）は本発明の課題を解決する方法を示す。なお、ここでは細毛４の断面を円形として説明するが、これに限るものではなく、例えば楕円形、三角形、矩形、多角形等であってもよい。
【００６１】
図２（ａ）において、付着要素３の細毛４は、車輪１の接触面２の表面に、車輪１の移動方向Ａに平行な第１の方向ａ１に第１のピッチｐ１で規則的に配列されているとともに、第１の方向ａ１に直交する第２の方向ａ２に第２のピッチｐ２で規則的に配列されている。図では、４１、４２、４３および４４の４本の細毛４を例示している。
【００６２】
細毛４の密度Ｄを高くしてファンデルワールス力による付着力Ｆａを大きくするためには、第１のピッチｐ１および第２のピッチｐ２は狭くする必要があり、細毛４の長さＬに対して、
ｐ１≦Ｌ、かつ、ｐ２≦Ｌ・・・（１式）
であることが好ましい。
【００６３】
さらに、
ｐ１＝ｐ２
とすることで、細毛４の密度Ｄを最大にすることができる。
【００６４】
上述したように、車輪１が移動方向Ａに移動すると、細毛４は移動方向Ａ側に撓む。つまり、細毛４の撓み方向＝移動方向Ａである。細毛４１および４３が撓んだ状況を、撓んだ細毛４１ａおよび４３ａとして一点鎖線で図示する。これから分かるように、移動方向Ａに撓んだ細毛４１ａおよび４３ａは、第１の方向ａ１に隣接する細毛４２および４４に接触し、重なり合って干渉し合う。
【００６５】
細毛４２および４４も、同様に、図示しない第１の方向ａ１に隣接する細毛４に接触し、重なり合って干渉し合う。このようにして、細毛４同士が接触あるいは重なり合って干渉し合い、理想的な付着条件を逸脱して付着力Ｆａが低下してしまう。
【００６６】
そこで、図２（ｂ）においては、付着要素３の細毛４は、図２（ａ）と同様に、第１の方向ａ１に第１のピッチｐ１で規則的に配列されているとともに、第１の方向ａ１に直交する第２の方向ａ２に第２のピッチｐ２で規則的に配列されているが、第１の方向ａ１は、車輪１の移動方向Ａと第１の角度αだけ傾けてある。
【００６７】
このような配置にすることで、細毛４１および４３が移動方向Ａ側に撓んでも、撓んだ細毛４１ａおよび４３ａが第１の方向ａ１に隣接する細毛４２および４４に接触することはなく、細毛４１と４２２および細毛４３と４４とが干渉し合うことはない。なお、第１の角度αは、撓んだ細毛４１ａが第１の方向ａ１に隣接する細毛４２と、細毛４２の第２の方向ａ２に隣接する細毛４４との間を通るように決定されればよい。
【００６８】
この場合、第２の方向ａ２の第２のピッチｐ２は、細毛４の移動方向Ａに略垂直な方向の断面幅ｄに対して、
ｐ２≧２×ｄ・・・（２式）
である必要がある。
【００６９】
次に、移動機構の第１の実施の形態の付着要素の詳細について、図３を用いて説明する。図３は、付着要素の詳細を示す模式図で、図３（ａ）は付着要素における細毛の配置の一般形を示し、図３（ｂ）は移動方向と細毛の配置との限界条件を示す。
【００７０】
図３（ａ）において、細毛４の規則的な配置は、以下のように一般化して表すことができる。即ち、細毛４は、車輪１の移動方向Ａに対して第１の角度αだけ傾いた第１の方向ａ１に第１のピッチｐ１で規則的に配列されているとともに、移動方向Ａに対して第１の角度αよりも大きな第２の角度βだけ傾いた第２の方向ａ２に第２のピッチｐ２で規則的に配列されている。
【００７１】
図３（ａ）では、第１の細毛４１と、第１の細毛４１から第１の方向ａ１に第１のピッチｐ１離れた位置にある第２の細毛４２、第１の細毛４１から第２の方向ａ２に第２のピッチｐ２離れた位置にある第３の細毛４３、および第３の細毛４３から第１の方向ａ１に第１のピッチｐ１離れた位置にある第４の細毛４４を例示している。この時、第４の細毛４４は、第２の細毛４２から第２の方向ａ２に第２のピッチｐ２離れた位置にある。
【００７２】
例えば、図２（ａ）に示したような矩形の格子の頂点への配置であれば、図３（ａ）の第１の方向ａ１と第２の方向ａ２とを直交（α＋β＝９０°）させればよく、特に第１のピッチｐ１と第２のピッチｐ２とを等しくすれば、正方格子の頂点に細毛４を配置することができる。また、例えば第１の方向ａ１と第２の方向ａ２とのなす角度を６０°（α＋β＝６０°）にして第１のピッチｐ１と第２のピッチｐ２とを等しくすれば、正三角形の頂点に細毛４を配置することができる。
【００７３】
図３（ｂ）において、図３（ａ）に示した細毛の配置で、図２（ｂ）のように撓んだ細毛４１ａが細毛４２と干渉せずに、細毛４２と細毛４４の間を通る限界条件は、図示したように、撓んだ細毛４１ａが細毛４２に接する条件、即ち、
ｓｉｎ（α／２）＝（ｄ／２）／ｐ１
である。これから、
α≧２×ｓｉｎ−１（（ｄ／２）／ｐ１）・・・（３式）
を満たせば、細毛４同士が干渉しないことが分かる。
【００７４】
上述したように、移動機構の第１の実施の形態によれば、車輪の接触面の表面に、車輪の移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、移動方向に対して第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列された複数の細毛を有する付着要素を備え、第１の角度をα、第１のピッチをｐ１、細毛の撓み方向に略垂直な方向の断面幅をｄとした時に、（３式）を満足することで、移動の負荷によって細毛が撓むことで細毛同士が干渉して理想的な付着条件を逸脱し付着力が低下することを防止でき、移動能力を保持することができる車輪を提供することができる。
【００７５】
次に、本発明における移動機構の第２の実施の形態について、図４を用いて説明する。図４は、移動機構の第２の実施の形態を示す模式図であり、図４（ａ）は移動機構の構成を示す側面模式図であり、図４（ｂ）は移動機構に設けられた付着要素の構成を示す模式図であり、図４（ｃ）は付着要素が受ける力を示す模式図である。
【００７６】
図４（ａ）において、車両等の自走装置１０は、車体１１に取り付けられた車輪１の接触面２の表面に付着要素３が設けられており、これによって、急角度の斜面９１も走行可能となっている。斜面９１は、移動方向Ａに直交する方向Ｂに傾斜を有する面である。ここに、車輪１は本発明における移動機構として機能し、斜面９１は本発明における被接触物の被接触面として機能する。
【００７７】
図４（ｂ）において、車輪１の接触面２の表面上には、上述した第１の実施の形態の付着要素３と同様の構成を持つ第１の付着要素３１と第２の付着要素３２との２つの付着要素３が設けられている。第１の付着要素３１の第１の方向ａ１１と、第２の付着要素３２の第１の方向ａ１２とは異なる方向である。
【００７８】
２つの付着要素３のその他の条件、例えば第１のピッチｐ１や細毛４の移動方向Ａに略垂直な方向の断面幅ｄ等は、第１の実施の形態の付着要素３と同じであるとするが、異なっていてもよい。
【００７９】
そして、第１の付着要素３１の第１の方向ａ１１と自走装置１０の移動方向Ａとのなす第１の角度α１が（３式）を満たす。即ち、
α１≧２×ｓｉｎ−１（（ｄ／２）／ｐ１）・・・（３−１式）
であり、第２の付着要素３２の第１の方向ａ１２と自走装置１０の移動方向Ａとのなす第１の角度α２も（３式）を満たす。即ち、
α２≧２×ｓｉｎ−１（（ｄ／２）／ｐ１）・・・（３−２式）
である。
【００８０】
斜面９１を走行する場合、図４（ｃ）に示すように、車輪１は、移動方向Ａの力Ｆｘに加えて、移動方向Ａに直交する方向Ｂに重力による力Ｇを受ける。従って、付着要素３は、力Ｆｘと力Ｇとの合力Ｆを受ける。つまり、細毛４の撓み方向は合力Ｆの方向である。
【００８１】
この場合に、例えば第１の付着要素３１の第１の方向ａ１１と合力Ｆの方向とが一致すると、第１の付着要素３１の細毛４は、合力Ｆを受けて撓み、細毛４同士の干渉等によって付着力を失う。従って、もし車輪１が第１の付着要素しか備えていなければ、自走装置１０は斜面９１を滑り落ちてしまう。
【００８２】
しかし、第２の実施の形態では、第１の付着要素３１の第１の方向ａ１１と合力Ｆの方向とが一致しても、第２の付着要素３２の第１の方向ａ１２と合力Ｆの方向とは一致しないので、付着要素３２の付着力は変化なく、自走装置１０が斜面９１を滑り落ちてしまうことはない。これは、自走装置１０が斜面９１上で静止している場合でも同じである。
【００８３】
付着要素の数は、３つ以上であってもよい。付着要素の数をｍ（ｍは２以上の正の整数）とすると、ｎ番目の付着要素３ｎ（ｎは２以上ｍ以下の正の整数）の第１の角度αｎは、付着要素３ｎの第１のピッチをｐ１ｎ、細毛４の移動方向Ａに略垂直な方向の断面幅をｄｎとすると、
αｎ≧２×ｓｉｎ−１（（ｄｎ／２）／ｐ１ｎ）・・・（３−ｎ式）
を満たす。
【００８４】
上述したように、移動機構の第２の実施の形態によれば、車輪の接触面の表面に、第１の付着要素と第２の付着要素とを設ける。第１および第２の付着要素はそれぞれ、車輪の移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、移動方向に対して第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列された細毛を有し、それぞれの付着要素の第１の方向が異なる。
【００８５】
そして、それぞれの付着要素の第１の角度をαｎ、第１のピッチをｐ１ｎ、細毛の撓み方向に略垂直な方向の断面幅をｄｎとした時に（３−ｎ式）を満足する。これによって、移動の負荷によって細毛が撓むことで細毛同士が干渉して理想的な付着条件を逸脱し付着力が低下することを防止でき、移動能力を保持することができる移動機構を提供することができる。
【００８６】
次に、本発明における移動機構の第３の実施の形態について、図５を用いて説明する。図５は、移動機構の第３の実施の形態を示す模式図であり、図５（ａ）は移動機構の構成を示す断面模式図であり、図５（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ付着要素の構成の１例を示す模式図である。第１および第２の実施の形態は、移動機構自身が移動する例であったが、第３の実施の形態は、被接触物に付着して移動させる例である。
【００８７】
図５（ａ）において、クラッチ装置５は、駆動円板１と従動円板９等とで構成される。駆動円板１の接触面２の表面には、第１の実施の形態と同様の付着要素３が設けられており、付着要素３で従動円板９の被接触面９１に付着することで、図示しない駆動源によって駆動円板１の駆動軸１ａに加えられる回転力が、従動円板９の従動軸９ａに伝達される。ここに、駆動円板１は、本発明における移動機構として機能し、従動円板９は、本発明における被接触物として機能する。
【００８８】
図５（ｂ）において、駆動円板１の接触面２の表面の付着要素３は、第１の方向ａ１が接触面２の外周端から内周端に向かって大きな弧を描く方向となるように、細毛４が規則正しく配列されている。そして細毛４は、第１の方向ａ１と駆動円板１の回転方向Ａとがなす第１の角度αが（３式）を満足するように配置されている。ここに、駆動円板１の回転方向Ａは、本発明における移動方向として機能する。
【００８９】
図５（ｃ）において、駆動円板１の接触面２の表面の付着要素３は、第１の方向ａ１が接触面２の内周端から外周端に向かう方向となるように、細毛４が規則正しく配列されている。そして細毛４は、第１の方向ａ１と駆動円板１の回転方向Ａ即ち移動方向Ａとがなす第１の角度αが（３式）を満足するように配置されている。
【００９０】
図５（ｂ）あるいは図５（ｃ）のような構成をとることによって、駆動円板１が回転方向Ａの方向に回転しても、付着要素３の細毛４同士が干渉することがないので、付着要素３の付着力が低下することはなく、駆動円板１の回転を、効率よく従動円板９に伝達することができる。なお、第３の実施の形態での細毛４の撓み方向は、図１０と同様に、移動方向Ａとは逆の方向である。
【００９１】
上述したように、第３の実施の形態によれば、駆動円板の接触面の表面に、第１の方向と駆動円板の回転方向とがなす第１の角度αが（３式）を満足するように配置された細毛で構成される付着要素を備えることで、駆動円板の回転によって細毛同士が干渉して理想的な付着条件を逸脱することがなく、駆動円板の回転を効率よく従動円板に伝達することができるクラッチ装置を提供することができる。
【００９２】
次に、本発明における移動機構の第４の実施の形態について、図６を用いて説明する。図６は、移動機構の第４の実施の形態を示す模式図で、図６（ａ）は移動機構の構成を示す斜視模式図であり、図６（ｂ）は付着要素が受ける力を示す模式図である。第４の実施の形態も、被接触物に付着して移動させる例である。
【００９３】
図６（ａ）において、空港等で用いられる手荷物分配装置１は、回転軸１ａの周りに回転方向Ａの方向に回転する斜面２を有している。斜面２の表面には、第１の実施の形態と同様の付着要素３が形成されており、手荷物９が斜面２の上に載せられて、回転方向Ａの方向に搬送されて分配される。付着要素３の細毛４は、第１の方向ａ１と手荷物分配装置１の回転方向Ａ即ち移動方向Ａとがなす第１の角度αが（３式）を満足するように配置されている。
【００９４】
ここに、手荷物分配装置１は本発明における移動機構として機能し、同様に、回転方向Ａは本発明における移動方向として、斜面２は本発明における接触面として、手荷物９は本発明における被接触物として機能する。
【００９５】
手荷物分配装置１が一定速度で回転している場合、手荷物９は重力による力Ｇを受けながら回転方向Ａに回転する。この場合、細毛４は回転方向Ａに直交する力Ｇの方向に撓むが、撓み方向と第１の方向ａ１とが異なるために細毛４同士が干渉することがなく、手荷物９の被接触面９１に対する付着要素３の付着力が保たれるので、手荷物９が斜面２から落下することはなく、手荷物９の破損を防止できる。
【００９６】
また、手荷物分配装置１が回転方向Ａの方に加速、減速した場合、図６（ｂ）に示すように、手荷物９は重力による力Ｇと加速、減速による回転方向Ａの力Ｆｘとの合力Ｆを受ける。つまり、細毛４は力Ｆの方向に撓む。しかし、この場合でも撓み方向と第１の方向ａ１とが異なるために細毛４同士が干渉することがなく、手荷物９の被接触面９１に対する付着要素３の付着力が保たれるので、手荷物９が斜面２から落下することはない。
【００９７】
さらに、重力による力Ｇに対する付着力が安定しているので、斜面の下方に置かれた手荷物９であっても上方の手荷物９の負荷を受けることがなく、下方の手荷物９であっても簡単に取り上げることができる。
【００９８】
上述したように、第４の実施の形態によれば、手荷物分配装置の斜面の表面に、第１の方向と手荷物分配装置の回転方向とがなす第１の角度αが（３式）を満足するように配置された細毛で構成される付着要素を備えることで、駆動円板の回転によって細毛同士が干渉して理想的な付着条件を逸脱することがなく、手荷物の落下を防止することができる手荷物分配装置を提供することができる。
【００９９】
次に、本発明における移動機構の第５の実施の形態について、図７を用いて説明する。第１から第４の実施の形態では、細毛４が規則正しく配列された付着要素３を用いた移動機構１について述べたが、第５の実施の形態では、例えばカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴと言う）のような微細針状体７ａを複数本束ねた毛束７が規則正しく配列された付着要素３を用いた移動機構について説明する。
【０１００】
ＣＮＴの微細針状体７ａは、シリコン基板等の金属触媒の上にアセチレンガスを通して加熱し、アセチレンを分解することで、シリコン基板上に長さと径とが揃ったＣＮＴを垂直方向に成長させることで形成することができる。ＣＮＴの成長は、金属触媒の面状態等に影響されると考えられ、必ずしも規則的な配置で成長するものではない。
【０１０１】
ＣＮＴの合成方法の例については、例えば、独立行政法人産業技術総合研究所のプレスリリース（単層カーボンナノチューブの安価な大量合成法を開発：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｉｓｔ．ｇｏ．ｊｐ／ａｉｓｔ＿ｊ／ｐｒｅｓｓ＿ｒｅｌｅａｓｅ／ｐｒ２００７／ｐｒ２００７０２０７／ｐｒ２００７０２０７．ｈｔｍｌ：２００９年１１月２０日に検索）等に詳述されている。
【０１０２】
上述した方法で生成されたＣＮＴの微細針状体７ａは、１本の大きさが、例えば直径が１０ｎｍ程度で長さが１００μｍ程度である。そして、その密度Ｄは、概略５０％以下である。それ以上に密度Ｄが高くなると、複数本のＣＮＴがくっついて成長する。ＣＮＴの微細針状体７ａは、１本でもファンデルワールス力を得ることができる。
【０１０３】
図７は、移動機構の第５の実施の形態に用いられる付着要素を示す模式図で、図７（ａ）は微細針状体を束ねた毛束の構成を示す模式図で、図７（ｂ）は毛束を用いた付着要素の構成を示す模式図である。
【０１０４】
図７（ａ）において、上述したような方法で形成されたＣＮＴの微細針状体７ａを、予め毛束７のパターンが設けられたテープ等に転写することで、微細針状体７ａを束ねた毛束７が規則的に配列された付着要素３を得ることができる。移動機構１の接触面２の表面に貼り付けられる。微細針状体７ａを束ねた状態でもファンデルワールス力を得ることができるように、毛束７の径ｄは微細針状体７ａの長さＬ以下（上述した例では、略１００μｍ以下）が好ましい。
【０１０５】
図７（ｂ）において、図３（ａ）および（ｂ）に示したと同様に、付着要素３の毛束７は、移動方向Ａに対して第１の角度αだけ傾いた第１の方向ａ１に第１のピッチｐ１で規則的に配列されているとともに、移動方向Ａに対して第１の角度αよりも大きな第２の角度βだけ傾いた第２の方向ａ２に第２のピッチｐ２で規則的に配列されている。
【０１０６】
ここでは、第１の毛束７１と、第１の毛束７１から第１の方向ａ１に第１のピッチｐ１離れた位置にある第２の毛束７２、第１の毛束７１から第２の方向ａ２に第２のピッチｐ２離れた位置にある第３の毛束７３、および第３の毛束７３から第１の方向ａ１に第１のピッチｐ１離れた位置にある第４の毛束７４を例示している。この時、第４の毛束７４は、第２の毛束７２から第２の方向ａ２に第２のピッチｐ２離れた位置にある。毛束７は、略円形をしており、毛束７４に例示したように、毛束７の内部は、微細針状体７ａが配列されている。
【０１０７】
第１の実施の形態の付着要素３と同様に、ファンデルワールス力による付着力Ｆａを大きくするために、第１のピッチｐ１および第２のピッチｐ２は、毛束７の長さＬに対して、
ｐ１≦Ｌ、かつ、ｐ２≦Ｌ・・・（１式）
であることが好ましい。さらに、
ｐ２≧２×ｄ・・・（２式）
であることが好ましい。
【０１０８】
また、付着要素３の第１の角度αは、
α≧２×ｓｉｎ−１（（ｄ／２）／ｐ１）・・・（３式）
を満たす。
【０１０９】
上述した構成によって、第１の実施の形態の付着要素３と同様に、付着要素３が移動方向Ａに移動した場合に、毛束同士が干渉することなく移動方向Ａに撓むことができ、ファンデルワールス力による付着力が低下することなく、付着しながら移動することができる。
【０１１０】
上述した微細針状体７ａを束ねた毛束７が規則的に配列された付着要素３を、移動機構の第１の実施の形態である車輪１に適用すると、車輪１の移動によって毛束７に移動方向Ａの力が加わると、各微細針状体７ａは、弾性変形を起こしながら移動方向Ａに撓んでいく。撓みが大きくなると、毛束７内部での微細針状体７ａの相互干渉が発生するが、微細針状体７ａの密度Ｄが高くないので、干渉による付着力の低下はあまり大きくならない。
【０１１１】
さらに撓みが大きくなると、毛束７の中で微細針状体７ａが逃げるスペースがなくなり、毛束７があたかも１本の細毛であるかのごとく振舞う。この場合でも、各微細針状体７ａは各々独立しているために、毛束７を１本の細毛とみなした時のバネ定数は、ＣＮＴ自身の弾性率（約１０６ＭＰａ）よりも３桁程度小さくなる。これによって、ＣＮＴの微細針状体７ａを束ねた毛束７は、例えば同等の径および長さのゴム製の細毛に比べて、非常に強いファンデルワールス力を得ることができる。
【０１１２】
なお、第５の実施の形態の付着要素３は、移動機構の第１の実施の形態だけでなく、移動機構の第２から第４の実施の形態にも適用可能である。
【０１１３】
上述したように、第５の実施の形態によれば、微細針状体を束ねた毛束が、移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、移動方向に対して第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列された付着要素を備え、第１の角度をα、第１のピッチをｐ１、細毛の撓み方向に略垂直な方向の断面幅をｄとした時に、（３式）を満足することで、自重や外力等による負荷によって毛束が干渉して理想的な付着条件を逸脱し、付着力が低下することを防止でき、移動能力を保持することができる移動機構を提供することができる。
【０１１４】
次に、本発明における移動機構の第６の実施の形態について、図８を用いて説明する。図８は、移動機構の第６の実施の形態に用いられる付着要素を示す模式図である。
【０１１５】
図８において、第６の実施の形態の付着要素３は、図７（ａ）に示した第５の実施の形態の付着要素３と同様に、ＣＮＴの微細針状体７ａを束ねた毛束７が規則的に配列されたもので、この例では、毛束７の形状は略正方形に形成されている。もちろん、第５の実施の形態の付着要素３の毛束７と同様に略円形でもよいし、その他の形状でもよい。第６の実施の形態の付着要素３は、第５の実施の形態の付着要素３に比べて上述した（２式）を満たさないところまで毛束７の間隔が狭くなっている。
【０１１６】
毛束７は、移動方向Ａに対して第１の角度αだけ傾いた第１の方向ａ１に第１のピッチｐ１で規則的に配列されているとともに、移動方向Ａに対して第１の角度αよりも大きな第２の角度βだけ傾いた第２の方向ａ２に第２のピッチｐ２で規則的に配列されている。
【０１１７】
ここでは、第１の毛束７１と、第１の毛束７１から第１の方向ａ１に第１のピッチｐ１離れた位置にある第２の毛束７２および第１の毛束７１から第２の方向ａ２に第２のピッチｐ２離れた位置にある第３の毛束７３を例示している。毛束７３に例示したように、毛束７の内部は、微細針状体７ａが配列されている。
【０１１８】
第６の実施の形態の付着要素３では、付着要素３の移動方向Ａへの移動によって毛束７が撓んだ時に、第１の毛束７１と第２の毛束７２とが重なり合う領域Ｓ２の面積よりも大きな面積を有するスペースＳ１が、領域Ｓ２の第１の毛束７１と第２の毛束７２とが撓んだ方向側にできるように、第１の方向ａ１と移動方向Ａとを異ならせて、規則的に配置されている。
【０１１９】
上述したように、毛束７の間隔は上述した（２式）を満たさないところまで狭くなっているので、付着要素３が移動方向Ａへ移動すれば毛束７同士は重なり合うが、毛束７の微細針状体７ａの密度Ｄは５０％以下とそれほど高くないので、第１の毛束７１と第２の毛束７２とが重なり合っても、相互干渉はあまり大きくならない。よって、付着力の低下は大きくなく、むしろ、毛束７同士の間隔を狭くすることによる付着力の増加の方が大きくなる。
【０１２０】
さらに撓みが大きくなって毛束７の中で微細針状体７ａが逃げるスペースがなくなっても、第１の毛束７１と第２の毛束７２とが重なり合って倒れ込む方向に重なり合う領域Ｓ２の面積よりも大きな面積を有するスペースＳ１が保たれていれば、重なり合った微細針状体７ａ同士がスペースＳ１に倒れ込むことができるので、微細針状体７ａ同士が詰まって柔軟性を失うことがなく、付着力が低下することが余りない。
【０１２１】
なお、第６の実施の形態の付着要素３は、上述した移動機構の第１から第４の実施の形態の何れにも適用することができる。
【０１２２】
上述したように、第６の実施の形態によれば、微細針状体を束ねた毛束が規則的に配列された付着要素を有する移動機構で、付着要素が移動方向へ移動することで毛束が撓んだ時に、毛束同士が重なり合う領域の面積よりも大きな面積を有するスペースが、毛束同時が重なり合う領域の毛束が撓んだ方向側にできるように、第１の方向と移動方向とを異ならせることで、自重や外力等による負荷によって細毛同士が干渉して理想的な付着条件を逸脱し、付着力が低下することを防止でき、移動能力を保持することができる移動機構を提供することができる。
【０１２３】
次に、本発明における移動機構の第７の実施の形態について、図９を用いて説明する。図９は、移動機構の第７の実施の形態を示す模式図である。
【０１２４】
微細針状体の集合体においては、第５および第６の実施の形態のように、微細針状体の撓み方向に平行な方向には隙間が必要である。しかし、微細針状体の撓み方向に平行でない方向は、微細針状体の密度が上がらない限り、隙間がなくても被接触面の凹凸への追従性は変わらない。むしろ、撓み方向に平行でない方向は隙間を設けずに繋がっていた方が、単位面積当たりの付着力が大きくなる。
【０１２５】
そこで、第７の実施の形態では、付着要素３を、複数の微細針状体７ａが配列された、撓み方向に平行でない方向に隙間のない毛帯７を用いて構成している。
【０１２６】
図９において、移動機構の第７の実施の形態は、第１の実施の形態と同じ車輪１である。車輪１は、回転軸１ａの周りに回転しながら、図の紙面奥から手前に移動するものとする。よって、車輪１の走行路９１と接する接触面２は、図の矢印Ａ方向に移動する。接触面２の表面には、付着要素３が形成されている。
【０１２７】
付着要素３は、複数の微細針状体７ａが配列された幅ｘ１の複数の毛帯７が、隙間ｘ２を開けて平行に規則的に配列されている。
【０１２８】
ただし、毛帯７を車輪１と走行路９１との接触位置に平行に配置すると、車輪１と走行路９１との接触面積が小さいために、車輪１の回転によって、毛帯７が設けられた部分が接触している場合と隙間の部分が接触している場合とで付着力が大きく異なって、車輪１の駆動にムラが発生し、極端な場合はスリップしてしまう。
【０１２９】
そこで、第７の実施の形態では、毛帯７の長手方向ａ２および長手方向ａ２と直交する短手方向ａ１と、移動方向Ａとを、角度θを持たせて異ならせてある。角度θの値は、実際の駆動条件等によって適宜決定されればよい。
【０１３０】
毛帯７の幅ｘ１は、微細針状体７ａの長さＬ以下であることが好ましい。また、毛帯７の隙間ｘ２は、微細針状体７ａの長さＬ以下で、かつ微細針状体７ａの長さＬの１／２以上であることが好ましい。これによって、車輪１の回転に対して常にほぼ一定の付着力が得られ、安定した駆動が行える。
【０１３１】
なお、第７の実施の形態の付着要素３は、移動機構の第１の実施の形態だけでなく、移動機構の第２から第４の実施の形態にも適用可能である。
【０１３２】
上述したように、第７の実施の形態によれば、微細針状体を束ねた複数の毛帯で構成される付着要素が規則的に配列された移動機構で、毛帯の長手方向および長手方向に直交する短手方向と、移動方向とを異ならせることで、自重や外力等による負荷によって細毛同士が干渉して理想的な付着条件を逸脱し、付着力が低下することを防止でき、移動能力を保持することができる移動機構を提供することができる。
【０１３３】
以上に述べたように、本発明によれば、移動機構の接触面の表面に、複数の細毛あるいは複数の微細針状体を束ねた複数の毛束が、移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、移動方向に対して第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列された付着要素を備え、第１の角度をα、第１のピッチをｐ１、細毛あるいは毛束の撓み方向に略垂直な方向の断面幅をｄとした時に、（３式）を満足することで、移動の負荷によって細毛あるいは毛束が撓むことで細毛同士あるいは毛束同士が干渉して理想的な付着条件を逸脱し付着力が低下することを防止でき、移動能力を保持することができる移動機構を提供することができる。
【０１３４】
また、移動機構の接触面の表面に、複数の細毛あるいは複数の微細針状体を束ねた複数の毛束が、移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、移動方向に対して第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列された複数の付着要素を備え、複数の付着要素の第１の方向は、それぞれ異なった方向であり、第ｎの付着要素の第１の角度をαｎ、第１のピッチをｐ１ｎ、細毛あるいは毛束の撓み方向に略垂直な方向の断面幅をｄｎとした時に、（３−ｎ式）を満足することで、移動の負荷によって細毛あるいは毛束が撓むことで細毛同士あるいは毛束同士が干渉して理想的な付着条件を逸脱し付着力が低下することを防止でき、移動能力を保持することができる移動機構を提供することができる。
【０１３５】
さらに、移動機構の接触面の表面に、複数の微細針状体を束ねた複数の毛束が、移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、移動方向に対して第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列された付着要素を備え、移動方向への移動によって毛束が撓んだ時に、毛束同士が重なり合う領域の面積よりも大きな面積を有するスペースが、毛束同士が重なり合う領域の毛束が撓んだ方向側にできるように、第１の方向と移動方向とを異ならせることで、移動の負荷によって微細針状体を束ねた毛束が撓むことで微細針状体同士が干渉して理想的な付着条件を逸脱し付着力が低下することを防止でき、移動能力を保持することができる移動機構を提供することができる。
【０１３６】
また、移動機構の接触面の表面に、複数の微細針状体を束ねた複数の毛束が、移動方向に対して第１の角度だけ傾いた第１の方向に第１のピッチで規則的に配列されているとともに、移動方向に対して第１の角度よりも大きな第２の角度だけ傾いた第２の方向に第２のピッチで規則的に配列された複数の付着要素を備え、複数の付着要素の第１の方向は、それぞれ異なった方向であり、複数の付着要素はそれぞれ、移動方向への移動によって毛束が撓んだ時に、毛束同士が重なり合う領域の面積よりも大きな面積を有するスペースが、毛束同士が重なり合う領域の毛束が撓んだ方向側にできるように、第１の方向と移動方向とを異ならせることで、移動の負荷によって微細針状体を束ねた毛束が撓むことで微細針状体同士が干渉して理想的な付着条件を逸脱し付着力が低下することを防止でき、移動能力を保持することができる移動機構を提供することができる。
【０１３７】
さらに、移動機構の接触面の表面に、複数の微細針状体が配列された毛帯が、複数本、規則的に配列された付着要素を備え、複数の毛帯の長手方向および長手方向に直交する短手方向と、移動方向とを異ならせることで、移動の負荷によって微細針状体が配列された毛帯が撓むことで微細針状体同士が干渉して理想的な付着条件を逸脱し付着力が低下することを防止でき、移動能力を保持することができる移動機構を提供することができる。
【０１３８】
なお、本発明に係る移動機構を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【０１３９】
１  移動機構、車輪、駆動円板、手荷物分配装置
１ａ  駆動軸、回転軸
１０  自走装置
１１  車体
２  （移動機構１の）接触面、斜面
３  付着要素
３１  第１の付着要素
３ｂ  第２の付着要素
４  細毛、毛束、毛帯
４１  第１の細毛、第１の毛束
４２  第２の細毛、第２の毛束
４３  第３の細毛、第３の毛束
４ａ  （カーボンナノチューブの）微細針状体
９  被接触物、従動円板、手荷物
９ａ  従動軸
９１  被接触面、走行路、斜面
５  クラッチ装置
Ａ  移動方向、回転方向
ａ１、ａ１１、ａ１２  第１の方向
ａ２  第２の方向
α  （移動方向と第１の方向とのなす）第１の角度
β  （移動方向と第２の方向とのなす）第２の角度
ｐ１、ｐ１１、ｐ１２  第１のピッチ
ｐ２  第２のピッチ
ｄ、ｄ１、ｄ２  （細毛の移動方向に略垂直な）断面幅
Ｌ  （細毛、または微細針状体の）全長
Ｄ  （細毛、または微細針状体の）密度
Ｓ１  スペースの面積
Ｓ２  毛束と毛束とが重なり合う領域の面積
ｘ１  （毛帯の）幅
ｘ２  （毛帯の）隙間
θ  毛帯の短手方向と移動方向とがなす角度
【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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【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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