(57)【要約】【課題】  昆虫やそれ以下のレベルの大きさの微小飛翔体を単純な機構で実現可能とする。【解決手段】  微小飛翔体７０は、微小回転翼１０と微小回転翼１０をその長軸回りに回転駆動する駆動部とを備えている。微小回転翼１０は、細長形状で板状の翼部１２と、翼部から延在し翼部１２を長軸回りに回転できるように支持可能とするための軸部１６とを備えており、翼部１２のスパン長が１００ｍｍ以下に形成されている。また、翼部１２の短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比としてのアスペクト比は６〜１０に形成されている。なお、翼部１２は長軸方向に沿って撓んだ形状に形成されていてもよい。さらに、翼部１２は長軸に沿った縁部が翼部の他の領域と鈍角をなすように折り曲げられた屈曲部を備えて形成されていてもよい。【選択図】  図１１
2005052931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長形状で板状の翼部を備え、
前記翼部のスパン長は１００ｍｍ以下である、微小回転翼。
【請求項２】
請求項１において、
前記翼部から延在し、前記翼部を長軸回りに回転できるように支持可能とするための軸部をさらに備える、微小回転翼
【請求項３】
請求項１または２のいずれかにおいて、
前記翼部は長軸方向に沿って撓んだ形状である、微小回転翼。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記翼部は長軸に沿った縁部が当該翼部の他の領域と鈍角をなすように折り曲げられた屈曲部を備える、微小回転翼。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記翼部の短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比としてのアスペクト比が、６〜１０である、微小回転翼。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の微小回転翼の翼部を備える微小飛翔体。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかに記載の微小回転翼を備える微小飛翔体。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれかに記載の微小回転翼と、
前記翼部をその長軸回りに回転させる駆動部と、を備える微小飛翔体。
【請求項９】
請求項１ないし５のいずれかに記載の少なくとも２つの微小回転翼と、
それぞれが前記少なくとも２つの微小回転翼のいずれかの前記翼部を長軸回りに回転させる少なくとも２つの駆動部と、を備え、
前記少なくとも２つの微小回転翼の翼部の長軸方向が互いに異なる方向となるように前記少なくとも２つの微小回転翼が配置されている、微小飛翔体。
【請求項１０】
請求項６ないし９のいずれかにおいて、
前記翼部の長軸方向とほぼ直交する方向に前記微小回転翼を推進する推進部をさらに備える微小飛翔体。
【請求項１１】
請求項１ないし５のいずれかに記載の微小回転翼と、
前記翼部の回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換する変換部と、を備える微小発電装置。
【請求項１２】
請求項１ないし５のいずれかに記載の微小回転翼と、
前記微小回転翼が回転可能に配置され流体が流れる微小流路と、を備え、
前記翼部によって前記流体を攪拌する微小攪拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通常の翼による滑空では揚力の発生が起きにくい程度に微小なサイズにおける微小回転翼、ならびにそれを備える微小飛翔体、微小発電装置、および微小攪拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年注目されているマイクロマシン技術の研究開発において、昆虫やそれ以下のレベルの大きさの微小飛翔体を実現するための研究も注目を集めており、世界の研究者がその開発に鎬を削っている。飛翔する生物を観察すると、トンボ程度より大きいものにおいては、前に進むための推力を得るために水平に翼を動かす羽ばたきは行うが、その飛翔は翼をほぼ固定した状態の滑空飛行による部分を主として行われる。このような滑空飛行は、航空機などに用いられている通常の翼を用いた飛行と共通の原理に基づくものである。ところが、微小なサイズすなわちトンボ程度以下のサイズにおいては、滑空飛行では揚力の発生が起きにくいため、航空機などと同じ原理によっては飛翔体の実現が難しいという問題がある。
【０００３】
そのため、トンボやそれより小さい昆虫などの飛翔においては、滑空飛行によって揚力を得るのではなく、例えば羽を数字の８の字の軌跡を描くように羽ばたかせることによって、羽の上側に圧力の低い渦を発生させて揚力を得て飛翔することが一般的である。しかしながら、このような羽の動きをマイクロマシンで実現しようとすると、複数の駆動部が必要となるため構造が複雑となり重量が大きくなってしまい、飛翔体としてとして実現させることが困難となってしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記のような点に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、少なくとも以下のいずれかの作用効果を奏することができる微小回転翼、ならびにそれを備える微小飛翔体、微小発電装置、および微小攪拌装置を提供することにある。
１）  昆虫やそれ以下のレベルの大きさの微小飛翔体の実現を可能とする。
２）  微小飛翔体において滑空飛行の原理による場合に比し十分な揚力の発生を可能とする。
３）  単純な機構で微小飛翔体の実現を可能とする。
【課題を解決するための手段および作用効果】
【０００５】
（１）  本発明にかかる微小回転翼は、細長形状で板状の翼部を備え、前記翼部のスパン長は１００ｍｍ以下である。
微小なサイズすなわちトンボ程度以下のサイズにおいては、滑空飛行の原理では揚力の発生が起きにくいため、航空機などと同じ原理によっては飛翔体の実現が難しい。しかしながら、微小サイズの世界すなわち低レイノルズ数の世界において、本発明の微小回転翼は次のようにして、十分な揚力を発生させることができる。すなわち、本発明の微小回転翼は、翼部の長軸方向とは異なる方向からの流体の流れの中に置かれると翼部の長軸回りのいずれかの方向に回転を始める。この回転による寄与によって、この微小回転翼付近の流体速度は、この翼部がこの流れと同じ向きに動く翼部付近の側では増加し、この流れと逆向きに動く翼部付近の側では減少する。これによって、回転している翼部の周囲の一方の側が他方の側より陰圧となり、微小サイズの世界において、十分な揚力を発生させることができる。
このように、本発明の微小回転翼は、翼部のスパン長すなわち長軸方向の長さが１００ｍｍ以下と微小であり、翼部がその長軸回りに回転可能な状態で流体の流れの中に位置させると揚力を発生させることができる。しかも、この微小回転翼は、微小飛翔体において、滑空飛行の原理による場合に比し大きな揚力を発生させることができる。したがって、昆虫やそれ以下のレベルの大きさの微小飛翔体の実現させることが可能である。また、この回転翼を用いる場合は、翼部をその長軸回りに回転可能な状態で流体の流れの中に位置させるだけでよいため、単純な機構で微小飛翔体の実現が可能である。
【０００６】
（２）  本発明にかかる微小回転翼は、前記翼部から延在し、前記翼部を長軸回りに回転できるように支持可能とするための軸部をさらに備えていてもよい。
本発明によれば、軸部を介して翼部がその長軸回りに回転可能に微小回転翼を支持することが可能となる。したがって、翼部を流体の流れに対して所定の方向や位置の関係で配置することが容易となる。
【０００７】
（３）  なお、前記翼部は長軸方向に沿って撓んだ形状としてもよい。これによって、本発明者の空気中における実験によれば、この翼部のみからなる飛翔体を形成し、無風状態の中で自然落下させて飛翔させた場合に、ほぼ定まった方向に安定した飛翔を実現することが判明した。すなわち、翼部を長軸方向に沿って撓んだ形状とすることによって、翼部の長軸とほぼ垂直な方向の気流の中でこの微小回転翼を回転させた場合に、さらに確実に翼部の長軸とほぼ垂直な方向に揚力を発生させることができる。なお、この撓みは翼部の面とほぼ垂直な方向に設けることができる。
【０００８】
（４）  また、前記翼部は長軸に沿った縁部が折り曲げられた屈曲部を備えていてもよい。これによって、この微小回転翼を流体中に配置した場合に、屈曲部の折り曲げ方向によって定まる所定の方向に翼部を回転させることができる。
【０００９】
（５）  そして、前記翼部は短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比としてのアスペクト比が６〜１０としてもよい。本願発明者は、この翼部のみからなる飛翔体をさまざまアスペクト比で形成して飛翔実験を行った結果、翼部の短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比としてのアスペクト比が６〜１０の場合に長い飛行時間が得られることを確認した。すなわち、このアスペクト比の範囲において、最も大きな揚力が発生することが判明した。したがって、このような微小回転翼を用いることによって揚力の大きい飛翔体を形成することができる。
【００１０】
（６）  本発明にかかる微小飛翔体は、前記いずれかに記載の微小回転翼の翼部を備える。
この微小飛翔体をほぼ静止した流体中で自然落下させると、この微小飛翔体はその落下速度と同じ速度の流体中に置かれているのと等価となる。その結果、この微小飛翔体は翼部の長軸回りのいずれかの方向に回転を始める。この回転による寄与によって、この微小飛翔体付近の相対的な流体速度は、回転している翼部の長軸と鉛直線とによって定まる面を境にした一方の側において増加し、他方の側において減少する。これによって、回転している翼部の長軸と鉛直線とによって定まる面を境にした一方の側が他方の側より陰圧となるため、鉛直方向と直角な方向すなわち水平方向の揚力が発生する。これによってこの微小飛翔体の落下方向は鉛直方向とは角度を成す斜めの方向となる。このように、鉛直方向とは角度を成す斜めの方向に落下することは、鉛直方向とは角度を成す斜めの方向に流れる流体にさらされることと等価となる。これによって、前述した揚力は鉛直方向とは逆向きの成分を持つことになるため、この微小飛翔体は飛翔することが可能である。
【００１１】
（７）  本発明にかかる微小飛翔体は、前記いずれかに記載の微小回転翼を備える。
このように前記いずれかの微小回転翼を備えた微小飛翔体とすることによって、微小サイズにおいて滑空飛行の原理による場合に比し十分な揚力の発生が可能な微小飛翔体を構成できる。また、この微小飛翔体は、微小回転翼の翼部がその長軸回りに回転可能に軸部を支持して流体流の中に位置させるだけで飛翔するため、単純な構造の微小飛翔体を実現できる。
【００１２】
（８）  本発明にかかる微小飛翔体は、前記いずれかに記載の微小回転翼と、前記翼部をその長軸回りに回転させる駆動部と、を備える。
本発明によれば、流体流中に置かれ翼部の長軸回りに回転する微小回転翼の回転による寄与によって、この微小飛翔体付近の流体速度は、この翼部がこの流れと同じ向きに動く翼部付近の側では増加し、この流れと逆向きに動く翼部付近の側では減少する。しかも、微小回転翼が駆動部によって駆動されることによって、微小回転翼付近の流体速度は、微小回転翼が駆動されない場合に比べ、この翼部がこの流れと同じ向きに動く翼部付近の側ではさらに増加し、この流れと逆向きに動く翼部付近の側ではさらに減少する。これによって、微小回転翼が駆動されない場合に比べ、回転している翼部の周囲の一方の側が他方の側よりさらに陰圧となり、さらに大きな揚力が発生する。
【００１３】
（９）  本発明にかかる微小飛翔体は、前記いずれかに記載の少なくとも２つの微小回転翼と、それぞれが前記少なくとも２つの微小回転翼のいずれかの前記翼部を長軸回りに回転させる少なくとも２つの駆動部と、を備え、前記少なくとも２つの微小回転翼の翼部の長軸方向が互いに異なる方向となるように前記少なくとも２つの微小回転翼が配置されている。
これにより、２つの微小回転翼が発生させる揚力の方向は互いに異なった方向となるため、駆動部の制御によって各微小回転翼を異なる回転速度とすることによって、方向制御可能な微小飛翔体を実現することができる。
【００１４】
（１０）  本発明にかかる微小飛翔体は、前記いずれかの微小飛行体において、前記翼部の長軸方向とほぼ直交する方向に前記微小回転翼を推進する推進部をさらに備える。
このように推進部を備えることによって、無風状態の中でも微小飛翔体を前進させ、微小回転翼に対して風が流れてくる状態とすることができるため、それによって微小回転翼が揚力を発生させることが可能となる。その結果、連続して上昇可能な微小飛翔体を実現できる。
【００１５】
（１１）  本発明にかかる微小発電装置は、前記いずれかに記載の微小回転翼と、前記翼部の回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換する変換部と、を備える。
微小サイズすなわち低レイノルズ数の世界ではプロペラやタービンを流れる流体によって効率良く回転させることは困難である。しかしながら、本発明によれば、微小回転翼を流体の流れによって回転させ、その回転運動を変換部によって電気エネルギーに変換することによって、微小世界において効率よく発電することが可能な微小発電装置を実現することができる。
【００１６】
（１２）  本発明にかかる微小攪拌装置は、前記いずれかに記載の微小回転翼と、当該微小回転翼が配置され流体が流れる微小流路と、を備え、前記翼部によって前記流体を攪拌する。
流体を攪拌する目的で、流体路内にプロペラなど配置し、流体の流れによってプロペラなどを受動的に回転させて流体を攪拌しようとしても、微小サイズすなわち低レイノルズ数の世界ではプロペラなどは流れる流体によって効率良く回転しないため、攪拌は十分に行うことはできない。しかしながら、本発明によれば、微小サイズすなわち低レイノルズ数の世界において微小回転翼を流体の流れによって回転させることができるため、流体を十分に攪拌することが可能な微小攪拌装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら、さらに具体的に説明する。
【００１８】
１．  <第１実施形態>
図１（Ａ）は、第１実施形態にかかる微小回転翼１０を模式的に示す斜視図である。図１（Ｂ）および（Ｃ）は、図１（Ａ）に示した微小回転翼１０の模式的な平面図および側面図である。これらの図に示すように、本実施形態の微小回転翼１０は、細長で薄い板状の翼部１２と、軸部１６とを備えている。
【００１９】
翼部１２は、図１（Ｂ）において距離Ｓとして示した翼部１２の長軸方向の長さすなわちスパン長が１００ｍｍ以下として形成されている。なお、翼部１２は必ずしも薄くなくともよく、また板状でなくともよい。
【００２０】
軸部１６は翼部１２の端部から伸びている。軸部１６を介して翼部１２が長軸回りに回転できるように支持することができる。翼部のスパン長すなわち長軸方向の長さは１００ｍｍ以下である。
【００２１】
本実施形態の微小回転翼１０は、無風状態で翼部１２の長軸回りに回転させると、この微小回転翼付近において、図２（Ａ）に示したように、翼部の端軸方向の一方の側における翼部の周囲の空気は、例えば速度Ｒを与えられる。しかし、翼部の端軸方向の他方の側における翼部の周囲の空気は、逆方向でほぼ同じ速度−Ｒを与えられることになる。
【００２２】
また、本実施形態の微小回転翼１０が、例えば図２（Ｂ）に示すように、翼部１２の長軸にほぼ直交する方向の流れを持つ速度Ｗの流体中に置かれて、図２（Ａ）と同様に回転したとする。すると、この回転による寄与によって、微小回転翼１０付近の流体速度は、図２（Ｂ）に示すように、翼部１２がこの流れと同じ向きに動く側では流体のもともとの速度Ｗより増加して速度Ｗ＋Ｒとなり、翼部１２がこの流れと逆向きに動く側では流体のもともとの速度Ｗより減少して速度Ｗ−Ｒとなる。これによって、回転している翼部１２の周囲の一方の側が他方の側より陰圧となる。その結果、微小サイズの世界において、揚力を発生させることができる。なお、このような条件下に微小回転翼１０をおくことによって確実に揚力が発生していることを、本願発明者は、微小重力下における実験おいて微小回転翼１０が浮き上がることにより確認している。その結果、微小回転翼１０を十分軽量に形成すれば通常の重力下においても確実に飛翔させることができることが判明している。
【００２３】
さらには、微小飛翔体としてこの微小回転翼１０をほぼ静止した空気中で自然落下させると、この微小回転翼１０はその落下速度と同じ速度の空気中に置かれているのと等価となる。その結果、この微小回転翼１０は翼部１２の長軸回りのいずれかの方向に回転を始める。図３（Ａ）および図４（Ａ）はそれぞれ、矢印の方向に回転し始めた状態を示しており、矢印Ｇは重力加速度の向きを示し、矢印Ｗは落下に伴う相対的な空気の流れを示す。この回転による寄与によって、この微小回転翼１０付近の相対的な風速は、回転している翼部１２の長軸と鉛直線とによって定まる面を境にした一方の側において増加し、他方の側において減少する。その結果、回転している翼部１２の長軸と鉛直線とによって定まる面を境にした一方の側が他方の側より陰圧となるため、鉛直方向と直角な方向すなわち水平方向の揚力が発生する。すなわち、図３（Ａ）の場合においては紙面の左方向を向く揚力Ｆが発生し、図４（Ａ）の場合においては、紙面の右方向を向く揚力Ｆが発生する。それによって、図３（Ｂ）および図４（Ｂ）に示すように、微小回転翼１０の落下方向は鉛直方向とは角度を成す斜めの方向となり、これらの図でＷとして示すように鉛直方向とは角度を成す斜めの方向からの気流にさらされることと等価な状態になる。これによって、発生する揚力Ｆは、微小回転翼１０の回転方向によって異なる方向とはなるが、図３（Ｂ）および図４（Ｂ）に示すように、鉛直方向とは逆向きの成分を持つことになるため、この微小回転翼１０はそれ自体が微小飛翔体として飛翔することが可能である。
【００２４】
本実施形態の微小回転翼１０を図５に示すように翼部１２のみからなる微小飛翔体１３とし、本願発明者は、翼部１２の短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比としてのアスペクト比をさまざまに変化させた微小飛翔体１３を形成し、それらを無風状態のもとで所定の高さでリリースすることによって、微小飛翔体１３が翼部１２の長軸回りに回転しながら飛翔し着地するまでの飛行時間を計測した。図６はその結果をプロットしたグラフである。このグラフから明らかなように、翼部１２の短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比としてのアスペクト比が６〜１０の場合に長い飛行時間が得られた。すなわち、このアスペクト比の範囲において、最も大きな揚力が発生することが判明した。したがって、本実施形態では、このようなアスペクト比を持つ微小回転翼１０を用いることによって、大きな揚力を確保している。なお、この結果は、レイノルズ数が、１０００程度以下の場合において当てはまることが予測される。なおレイノルズ数は以下の式によって与えられる。
レイノルズ数  ＝  微小飛翔体の速度  ×  コード長  ／  動粘性係数
または
レイノルズ数  ＝  慣性力  ／  粘性力
ここで、コード長とは翼部１２の短軸方向の長さである。
【００２５】
以上のように、本実施形態の微小回転翼１０は、翼部１２のスパン長が１００ｍｍ以下と微小であり、翼部１２がその長軸回りに回転可能な状態で流体の流れの中に位置させると揚力を発生させることができる。しかも、微小回転翼１０を用いることにより発生する揚力は、微小サイズすなわちトンボ程度以下のサイズの世界すなわち低レイノルズ数の世界において、滑空飛行の原理による揚力に比して大きい。したがって、微小回転翼１０を用いて昆虫やそれ以下のレベルの大きさの微小飛翔体を実現させることが可能である。また、この微小回転翼１０を用いる場合は、翼部１２がその長軸回りに回転可能に空気の流れの中に位置させるだけでよいため、単純な機構で微小飛翔体を実現させることができる。
【００２６】
２．  <第２実施形態>
図７（Ａ）は第２実施形態の微小回転翼２０を示す模式的な斜視図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）で示した微小回転翼２０の模式的な正面図である。これらの図に示すように本実施形態は、微小回転翼２０の翼部２２がその長軸方向に沿って撓んだ形状となっている点が第１実施形態とは異なる。それ以外の点は第１実施形態と同様であり、本実施形態の微小回転翼２０も第１実施形態の微小回転翼１０と同様の作用効果を奏することができる。
【００２７】
本願発明者は、このような微小回転翼２０の翼部２２のみからなる微小飛翔体を形成し、無風状態の空気中で自然落下させて飛翔させて実験を行った。その結果、本実施形態のように、微小回転翼２０の翼部２２をその長軸方向に沿って撓んだ形状にすることによって、翼部２２からなる微小飛翔体がほぼ定まった方向に安定した飛翔をすることが判明した。すなわち、翼部２２を長軸方向に沿って撓んだ形状とすることによって、翼部２２の長軸とほぼ垂直な方向の気流の中でこの微小回転翼２０を回転させた場合に、さらに確実に翼部２２の長軸とほぼ垂直な方向に揚力を発生させることができる。なお、この撓みは翼部の面とほぼ垂直な方向に設けられることができる。また、その撓みの量は、図７（Ｂ）に示したように翼部２２の長軸方向の長さＬに対する短軸方向の撓みＢの比すなわちＢ／Ｌが、２〜８％程度であることが好ましい。
【００２８】
このように、本実施形態の微小回転翼２０を用いることによって、ほぼ定まった方向に安定した飛翔をする微小飛翔体を形成できる。
【００２９】
３．  <第３実施形態>
図８（Ａ）は第３実施形態の微小回転翼３０を示す模式的な斜視図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）で示した微小回転翼３０の模式的な側面図である。これらの図に示すように本実施形態は、翼部３２がその長軸に沿った縁部が折り曲げられて形成された形状の屈曲部３４を備えている点が第１実施形態とは異なる。それ以外の点は第１実施形態と同様であり、本実施形態の微小回転翼３０も第１実施形態の微小回転翼１０と同様の作用効果を奏することができる。
【００３０】
図８（Ａ）および（Ｂ）に示すように、屈曲部３４は、翼部３２の本体から３０〜６０度程度さらに好ましくは４５度程度屈曲されて、翼部３２の端軸方向の縁部に翼部３２の長軸に沿ってそれぞれ設けられている。また、一対の屈曲部３４は翼部３２の長軸を中心に回転対称な形状に形成されている。また、図８（Ｂ）に示したように翼部３２の短軸方向の長さＣに対する屈曲部３４の高さＤの比すなわちＤ／Ｃは、２〜８％程度であることが好ましい。このように、翼部３２の長軸に沿った縁部が折り曲げられた屈曲部３４を備える微小回転翼３０とすることによって、微小回転翼３０を流体中に配置した場合に、流体の流れる方向に関わらず、屈曲部３４の折り曲げ方向によって定まる所定の方向に翼部３２を常に回転させることができる。図８（Ａ）に示した矢印は、この図に示した屈曲部３４の折り曲げ方向における翼部３２の所定の回転方向を示している。
【００３１】
４．  <第４実施形態>
図９は第４実施形態の微小飛翔体５０を示す模式的な斜視図である。この微小飛翔体５０は第１実施形態の微小回転翼１０が連結部５２を介して２個連結されて構成されている。なお、微小回転翼としては、第１実施形態の微小回転翼１０に代えて、第２実施形態の微小回転翼２０を用いてもよいし、第３実施形態の微小回転翼３０を用いてもよい。
【００３２】
このように、第１〜第３実施形態で示したいずれかの微小回転翼を備えた微小飛翔体５０とすることによって、微小サイズにおいて滑空飛行の原理による場合に比し十分な揚力の発生が可能な微小飛翔体５０を構成できる。本願発明者は、本実施形態の微小飛翔体５０が飛翔することを実験によって確認している。また、この微小飛翔体５０は、微小回転翼１０の翼部１２がその長軸回りに回転可能な状態で流体の流れの中に位置させるだけで飛翔するため、単純な機構の微小飛翔体を実現できる。
【００３３】
５．  <第５実施形態>
図１０は第５実施形態の微小飛翔体６０を示す模式的な斜視図である。本実施形態の微小飛翔体６０は、第１実施形態の微小回転翼１０を２つと、微小回転翼１０の翼部１２をその長軸回りに回転させる駆動部６４とを備えている。駆動部６４の動力はギア６２を介して軸部１６に伝えられて翼部１２を回転させる。また、ギア６２や駆動部６４はボディー６６内に納められており、ボディー６６の微小回転翼１０から離れた一端側は尾翼６８として形成されて微小回転翼１０の回転によるモーメントを打ち消すようになっている。なお、微小回転翼としては、第１実施形態の微小回転翼１０に代えて、第２実施形態の微小回転翼２０を用いてもよいし、第３実施形態の微小回転翼３０を用いてもよい。
【００３４】
本実施形態の微小飛翔体６０においては、翼部１２の長軸回りに回転する微小回転翼１０の回転による寄与によって、この微小飛翔体６０付近の気流の速度は、翼部１２が気流の流れと同じ向きに動く翼部１２付近の側では増加し、この流れと逆向きに動く翼部１２付近の側では減少する。しかも、微小回転翼１０が駆動部６４によって駆動されることによって、微小回転翼１０付近の気流の速度は、微小回転翼１０が駆動されない場合に比べ、翼部１２が気流の流れと同じ向きに動く翼部１２付近の側ではさらに増加し、この流れと逆向きに動く翼部１２付近の側ではさらに減少する。これによって、微小回転翼１０が駆動されない場合に比べ、回転している翼部１２の周囲の一方の側が他方の側よりさらに陰圧となり、さらに大きな揚力が発生する。そのため、駆動部６４を備えた微小飛翔体６０は、飛翔性能の高い微小飛翔体６０となる。
【００３５】
６．  <第６実施形態>
図１１は第６実施形態の微小飛翔体７０を示す模式的な斜視図である。第６実施形態の微小飛翔体７０は、第１実施形態の微小回転翼１０を２つと、それぞれの微小回転翼１０の翼部１２をその長軸回りに回転させる図示しない駆動部を２つ備えている。駆動部などはボディー７２内に納められており、ボディー７２の微小回転翼１０から離れた一端側は上方に湾曲して気流を受けるようにすることによって微小回転翼１０の回転によるモーメントを打ち消すようになっている。また、微小飛翔体７０は周囲の状況を認識して飛行方向を決定できるようにカメラ７４を備えている。なお、微小回転翼としては、第１実施形態の微小回転翼１０に代えて、第２実施形態の微小回転翼２０を用いてもよいし、第３実施形態の微小回転翼３０を用いてもよい。
【００３６】
図１２（Ａ），（Ｂ），および（Ｃ）は、本実施形態の微小飛翔体７０の２つの微小回転翼１０の向きおよびボディー７２に対する位置関係ならびにそれらの微小回転翼１０に発生する揚力を説明するための模式的な平面図、正面図、および側面図である。これらの図に示すように２つの微小回転翼１０は、翼部１２の自由端が気流に対して斜め前方下向きに向かう位置となるように、しかも平面図においてボディーの長軸を境に対称な位置関係となるように設けられている。このような位置関係とすることによって、図１２（Ａ）から明らかなように、図１２（Ａ）および（Ｃ）において左からの気流によって、それぞれの微小回転翼１０は、各図に示したような揚力Ｆを発生させる。その結果、平面図である図１２（Ａ）から明らかなように合成力として気流に向かって前進する力を発生し、図１２（Ｂ）および（Ｃ）から明らかなように重力とは反対方向の浮揚させようとする力も発生することになる。したがって、微小飛翔体７０は、気流に向かって前進し浮揚することが可能である。
【００３７】
なお、本実施形態の微小飛翔体７０は、２つの微小回転翼１０と、それらを翼部１２の長軸回りに回転させる少なくとも２つの駆動部とを備え、２つの微小回転翼１０の翼部１２の長軸方向が互いに異なる方向となるように２つの微小回転翼１０が配置された微小飛翔体７０あればよく、２つの微小回転翼１０の位置や向きは必ずしも上述した実施形態に限定されない。さらには、微小飛翔体７０は、３つ以上の微小回転翼１０と、それぞれが３つ以上の微小回転翼１０のいずれかの翼部を長軸回りに回転させる３つ以上の駆動部とを備え、３つ以上の微小回転翼１０の翼部の長軸方向が互いに異なる方向となるように３つ以上の微小回転翼１０が配置されていてもよい。また、本実施形態の微小飛翔体７０の微小回転翼としては、第１実施形態の微小回転翼１０に代えて、第２実施形態の微小回転翼２０を用いてもよいし、第３実施形態の微小回転翼３０を用いてもよい。
【００３８】
上述したように、本実施形態の微小飛翔体７０は、少なくとも２つの微小回転翼１０と、それら翼部１２をその長軸回りに回転させる少なくとも２つの駆動部とを備え、少なくとも２つの微小回転翼１０の翼部１２の長軸方向が互いに異なる方向となるように少なくとも２つの微小回転翼１０を配置した微小飛翔体７０とすることによって、少なくとも２つの微小回転翼１０が発生させる揚力の方向は互いに異なった方向となるため、駆動部の制御によって各微小回転翼を互いに異なる回転速度とすることによって、方向制御が可能な微小飛翔体７０を実現することができる。
【００３９】
７．  <第７実施形態>
図１３は第７実施形態の微小飛翔体８０を示す模式的な斜視図である。本実施形態の微小飛翔体８０は、第１実施形態の微小回転翼１０を２つと、微小回転翼１０の翼部１２の長軸方向とほぼ直交する方向に微小回転翼１０を推進する推進部８４とを備えている。推進部８４は気体などの噴射によって推進力を得るようになっている。なお、推進部８４の主要部はボディー８２内に位置している。また、微小回転翼としては、第１実施形態の微小回転翼１０に代えて、第２実施形態の微小回転翼２０を用いてもよいし、第３実施形態の微小回転翼３０を用いてもよい。
【００４０】
本実施形態の微小飛翔体８０は推進部８４を備えることによって、無風状態の中でも微小飛翔体８０を前進させ、微小回転翼１０に対して風が流れてくる状態とすることができるため、それによって微小回転翼１０が揚力を発生させることが可能となる。その結果、連続して上昇可能な微小飛翔体８０を実現できる。
【００４１】
８．  <第８実施形態>
図１４は第８実施形態の微小発電装置９０を示す模式的な斜視図である。本実施形態の微小発電装置９０は、第３実施形態の微小回転翼３０と、微小回転翼３０の翼部３２の回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換する変換部９２とを備えて構成される。なお、微小回転翼としては、第３実施形態の微小回転翼３０に代えて、第１実施形態の微小回転翼１０を用いてもよいし、第２実施形態の微小回転翼２０を用いてもよい。
【００４２】
本実施形態の微小発電装置９０によれば、微小回転翼３０を流体の流れに対面するように配置することによって、微小回転翼３０を流体の流れによって回転させることができる。そして、その回転運動を変換部９２によって電気エネルギーに変換することによって、微小世界においてはプロペラやタービンを用いた発電装置より遥かに効率よく発電することが可能な微小発電装置９０を実現することができる。
【００４３】
９．  <第９実施形態>
図１５（Ａ）は流体の流れとともに第９実施形態の微小攪拌装置１００を示す模式的な斜視図であり、図１５（Ｂ）は微小攪拌装置１００の模式的な平面図である。本実施形態の微小攪拌装置１００は、第３実施形態の微小回転翼３０と、微小回転翼３０が配置され流体が流れる微小流路１０２とを備えている。微小回転翼３０は流体が流れると回転するように構成されている。流体の流れにともなって微小回転翼３０の翼部３２が回転することによって、小さい渦流１０４と大きい渦流１０６が発生し流体が確実に攪拌される。なお、微小回転翼としては、第３実施形態の微小回転翼３０に代えて、第１実施形態の微小回転翼１０を用いてもよいし、第２実施形態の微小回転翼２０を用いてもよい。
【００４４】
図１６（Ａ）は流体の流れにともなって微小回転翼３０の翼部３２が回転することによって、小さい渦流１０４と大きい渦流１０６が発生した様子を模式的に示す平面図である。図１６（Ｂ）はそのように小さい渦流１０４と大きい渦流１０６が形成されることにより、例えば層を成して流れてきたＡ液とＢ液とが折りたたまれるように混合されていく様子を模式的な平面図として示している。さらに、図１６（Ｃ）は、微小回転翼３０の回転数が適切である場合には、この模式的な平面図に示すように、さらに細かくＡ液とＢ液とが折りたたまれて、さらに確実に混合される例を示している。
【００４５】
本実施形態の微小攪拌装置１００によれば、微小サイズすなわち低レイノルズ数の世界において微小回転翼３０を流体の流れによって受動的に確実に回転させることができるため、流路１０２内にプロペラなど配置して流体の流れによってプロペラなどを受動的に回転させて流体を攪拌しようとする場合に比べ、流体を十分に攪拌することが可能な微小攪拌装置１００を実現することができる。
【００４６】
なお、本実施形態の微小攪拌装置は、微小回転翼の翼部を回転駆動する駆動部を備えて構成してもよい。また、既存の微小流路内に設置するように形成されて、微小流路を備えない微小攪拌装置とすることもできる。
【００４７】
１０．  <変形例>
１０．１    前述した各実施形態においては微小回転翼が軸部を備える例を示したが、微小回転翼は図５に示したように軸部がない構成としてもよい。
【００４８】
１０．２    前述した各実施形態においては微小回転翼の軸部が翼部の長軸方向の一端のみに設けられている例を示したが、例えば図１７に示すように翼部１２の長軸方向の両端に軸部１６を備える微小回転翼４０としてもよい。
【００４９】
１０．３    前述した多くの実施形態では、微小回転翼が用いられる流体が空気である例を示したが、微小回転翼が用いられる流体は他の気体でもよいし液体でもよい。
【００５０】
１０．４    また実施形態１〜３は、微小回転翼としての実施形態として説明した。しかしながら、各微小回転翼１０，２０，３０はそれ単独の微小飛翔体としてもよい。また、各微小回転翼１０，２０，３０において軸部を取り除き、翼部のみからなる微小飛翔体としてもよい。
【００５１】
１０．５    本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内、または、特許請求の範囲の均等範囲内で、各種の変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】（Ａ），（Ｂ），および（Ｃ）は、第１実施形態にかかる微小回転翼を模式的に示す斜視図、平面図、および側面図である。
【図２】（Ａ）および（Ｂ）は、無風状態および所定の風速下における微小回転翼周囲の空気の流速の状態を示す説明図である。
【図３】（Ａ）および（Ｂ）は、ある方向に回転する微小回転翼が自然落下し始めたとき、および、所定時間の経過後における相対的な風向と揚力との関係を示す説明図である。
【図４】（Ａ）および（Ｂ）は、図３とは逆方向に回転する微小回転翼が自然落下し始めたとき、および、所定時間の経過後における相対的な風向と揚力との関係を示す説明図である。
【図５】微小回転翼の翼部のみからなる微小飛翔体を示す模式的な斜視図である。
【図６】翼部のアスペクト比をさまざまに変化させた微小飛翔体の飛行時間をプロットしたグラフである。
【図７】（Ａ）および（Ｂ）は、第２実施形態の微小回転翼を示す模式的な斜視図および正面図である。
【図８】（Ａ）および（Ｂ）は、第３実施形態の微小回転翼を示す模式的な斜視図および側面図である。
【図９】第４実施形態の微小飛翔体を示す模式的な斜視図である。
【図１０】第５実施形態の微小飛翔体を示す模式的な斜視図である。
【図１１】第６実施形態の微小飛翔体を示す模式的な斜視図である。
【図１２】（Ａ），（Ｂ），および（Ｃ）は、図１１に示した微小飛翔体の２つの微小回転翼の位置関係および発生する揚力を説明するための模式的な平面図、正面図、および側面図である。
【図１３】第７実施形態の微小飛翔体を示す模式的な斜視図である。
【図１４】第８実施形態の微小発電装置を示す模式的な斜視図である。
【図１５】（Ａ）および（Ｂ）は、第９実施形態の微小攪拌装置を示す模式的な斜視図および平面図である。
【図１６】（Ａ），（Ｂ），および（Ｃ）は、図１５に示した微小攪拌装置の作用を示す説明図である。
【図１７】微小回転翼の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０，２０，３０，４０    微小回転翼
１２，２２，３２    翼部
１６    軸部
３４    屈曲部
５０，６０，７０，８０      微小飛翔体
６４    駆動部
８４    推進部
９０    微小発電装置
９２    変換部
１００  微小攪拌装置
１０２  流路
【図１】
2005052931.tif 000003
【図２】
2005052931.tif 000004
【図３】
2005052931.tif 000005
【図４】
2005052931.tif 000006
【図５】
2005052931.tif 000007
【図６】
2005052931.tif 000008
【図７】
2005052931.tif 000009
【図８】
2005052931.tif 000010
【図９】
2005052931.tif 000011
【図１０】
2005052931.tif 000012
【図１１】
2005052931.tif 000013
【図１２】
2005052931.tif 000014
【図１３】
2005052931.tif 000015
【図１４】
2005052931.tif 000016
【図１５】
2005052931.tif 000017
【図１６】
2005052931.tif 000018
【図１７】
2005052931.tif 000019