回転運動をする移動体を備えた動作装置
【課題】視覚的癒し効果を保持しつつ、流体流れと運動との関係についての知育教材としても用いることができる、回転運動をする移動体を備えた動作装置を提供する。
【解決手段】回転軸３０から所定距離離れた位置に固設され、前記回転軸の周りに回転移動できるようにされている少なくとも１つの移動体１０と、流体流れ中に置かれて推進力を発生する推進力発生手段１６であって、該手段が移動体に所定の角度範囲内で回転可能に立設されている推進力発生手段とを備え、少なくとも１つの移動体を流体流れ中に位置させることにより、移動体に推進力発生手段が発生する推進力が生じ、推進力発生手段が前記流体流れの方向に対して所定の角度をなして位置したときに、推進力発生手段が引き続き推進力を生ずべく、所定の角度範囲の一方の端からもう一方の端へ向けて回動して、少なくとも１つの移動体が回転軸の周りに連続的に回転する。
【解決手段】回転軸３０から所定距離離れた位置に固設され、前記回転軸の周りに回転移動できるようにされている少なくとも１つの移動体１０と、流体流れ中に置かれて推進力を発生する推進力発生手段１６であって、該手段が移動体に所定の角度範囲内で回転可能に立設されている推進力発生手段とを備え、少なくとも１つの移動体を流体流れ中に位置させることにより、移動体に推進力発生手段が発生する推進力が生じ、推進力発生手段が前記流体流れの方向に対して所定の角度をなして位置したときに、推進力発生手段が引き続き推進力を生ずべく、所定の角度範囲の一方の端からもう一方の端へ向けて回動して、少なくとも１つの移動体が回転軸の周りに連続的に回転する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転運動をする移動体を備えた動作装置に係わり、特に流体流れから推進力を生じて回転運動する移動体を備えた動作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鳥や飛行機、船などをモチーフとしたオブジェを適宜の数支持棒などでつないでワイヤなどで吊すことにより、それらのオブジェが風にそよぐ動きを作り出して視覚的なおもしろさやいわゆる癒し効果を見る人に与える物品は一般にモビールと呼ばれ、室内装飾品として、あるいは乳幼児をあやすための実用品としてよく知られている。このようなモビールは、例えば部屋の天井に吊されて、自然の風や室内空調の気流によって略不規則な動きを繰り返し、そのことが前記の癒し効果などに通じる。
【０００３】
一方、風力をより効率的に利用して回転運動を行わせるような器具が、例えば特許文献１に開示されている。これは、花を盛った花器に風力を捉える翼やプロペラを取り付けて、その花器を回転自在に天井などから吊すことにより、風を受けると花器が回転するように構成されたものである。
【特許文献１】実用新案登録第３０９８９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなモビールや回転式花器は、風によって不規則な揺動運動や回転運動を起こさせることによって、見る人に視覚的な効果を与えることができることは既述の通りである。しかし、風（一般化して「流体の流れ」と言ってもよい。）に吹かれることによって物体にどのような力が生じて運動することになるのかと言った、物理的、流体力学的な観点からの教育効果と言うことになると、前記した見た目の動きのおもしろさにとどまってほとんど期待することができないと考えられる。
【０００５】
この発明は、上記従来のモビール等と同様の動きのおもしろさや視覚的癒し効果を保持しつつ、流体流れと運動との関係を扱う流体力学の面での学習教材の役割をも果たすことが期待される知育教材としても用いることができる、回転運動をする移動体を備えた動作装置を提供することを一つの目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の、および他の目的を達成するために、本発明の一態様は、略鉛直方向に延在する回転軸から所定距離離れた位置に固設され、前記回転軸の周りに回転移動できるようにされている少なくとも１つの移動体と、流体流れ中に置かれて推進力を発生する推進力発生手段であって、該手段が前記移動体に所定の角度範囲内で回転可能に立設されている推進力発生手段と、を備え、前記少なくとも１つの移動体を流体流れ中に位置させることにより、該移動体に前記推進力発生手段が発生する推進力が生じ、前記推進力発生手段が前記流体流れの方向に対して所定の角度をなして位置したときに、該推進力発生手段が引き続き推進力を生ずべく前記所定の角度範囲の一方の端からもう一方の端へ向けて回動して前記少なくとも１つの移動体が前記回転軸の周りに連続的に回転するように構成されている
動作装置である。
【０００７】
前記推進力発生手段は、前記移動体に立設された棒状体に対して該棒状体の周りを所定の角度範囲内で回動しうるように取り付けられているシート状部材を備えて構成することができる。また、前記移動体を２以上備え、前記推進力発生手段が、前記流体流れから受ける押圧力に基づいて前記移動体の推進力を発生させることができる。あるいは、前記推進力発生手段は、前記流体流れから受ける揚力と前記流体流れから受ける押圧力とに基づいて前記移動体の推進力を発生させることができる。さらに、前記移動体は、前記回転軸との関係において揺動運動を成し得るように設置することができる。
【０００８】
本発明の他の態様は、略鉛直方向に延在する回転軸から一定距離離れた位置に固設され、前記回転軸の周りに回転移動できるようにされている少なくとも１つの移動体と、流体流れ中に置かれて推進力を発生する推進力発生手段であって、前記移動体に立設された棒状体に対して該棒状体の周りを所定の角度範囲内で回動しうるように取り付けられているシート状部材を備え、該シート状部材が所定の角度範囲内で該移動体に対して回転可能に立設されている推進力発生手段と、を備え、前記移動体を流体流れ中に位置させたときに、前記推進力発生手段が前記流体流れの方向に対して所定の角度をなして位置すると、該推進力発生手段が引き続き推進力を生ずべく前記所定の角度範囲の一方の端からもう一方の端へ向けて回動するとともに、前記シート状部材の前記移動体に対する角度を調整することにより、前記推進力発生手段が発生する推進力を制御するための推進力制御手段が前記移動体内に設けられ、該推進力制御手段を制御することによって前記移動体の前記回転軸周りの回転速度を調節することができるように構成されている動作装置である。
【０００９】
前記推進力制御手段には、前記シート状部材の前記棒状体から離れた側の端部に固定された紐状部材と、この紐状部材を所定長さ繰り出しあるいは巻き取りすることができる回転駆動手段と、該回転駆動手段の回転方向と回転量とを制御する駆動制御手段とを備えることができる。前記駆動制御手段が指令受信部をさらに備え、遠隔指令手段からの指令信号に応じて前記紐状部材の繰り出しまたは巻き取りを制御ように構成することができる。
【００１０】
上記の各移動体は、前記推進力発生手段としての帆を備えた船のモデルとすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、移動体の回転運動による視覚的な効果、なかんずく癒し効果を見る人に与えることができる。
【００１２】
またこの発明によれば、流体流れによって移動体に生じる回転運動を観察することにより、流体力学に関する基本的な知見を得る助けとなる。さらに、移動体に生じる推進力を制御するための推進力制御手段を設けることによって、単なる移動体の運動の観察にとどまらず、移動体の持つ流力特性を能動的に変化させて回転運動との関係を体得することができるという知育上の効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明を実施するに当たっての好適な実施形態につき、添付図面を参照しながら説明する。
【００１４】
《第１実施形態》
図１〜図３を参照して本願発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る動作装置の模式的な斜視図、図２はその移動体の平面図、図３（ａ）〜（ｄ）は本実施形態に係る動作装置の作用を説明するための模式図である。
【００１５】
本実施形態の動作装置は、帆つきの船、この場合特にヨットをモチーフとした形態の２つの移動体１０、各移動体１０がその両端に固設されている水平支軸２０、水平支軸２０をその略中央部で回転自在に支持している垂直支軸３０を主として備えて構成されている。
【００１６】
移動体１０は、前記のようにそれぞれヨットの形態を模しており、合成樹脂成形体、あるいはより簡単には可塑性線状体（針金など）によりヨットの船体の形状に形成した艇体１２の上部に柱材１４がほぼ垂直に立設されている。本実施形態では、この柱材１４の上端が水平支軸２０の両端に固接され、水平支軸２０の両端に各移動体１０が吊り下げ固定されている構成とされている。移動体１０の固定構造としてはこれに限らず、水平支軸２０の両端が各移動体１０の艇体１２側部に直接固接されるようにしてもよい。また、針金などによって形成する場合には、艇体１２と水平支軸２０とを連続した一体のものとして構成してもよい。
【００１７】
移動体１０の柱材１４には、ヨットの帆に相当する略直角三角形の平面形状を有する可動シート状部材１６が、柱材１４に対してその一辺を沿わせて配設されている。可動シート状部材１６の前記一辺の両端部は柱材１４の周りに回動可能な２ヶ所の回動支持部１８によって、可動シート状部材１６が柱材１４の周りに回動自在となるように取り付けられている。（図１に破線両矢印で示している。）すなわち、可動シート状部材１６は艇体１２の長手方向となす角度が可変とされるように柱材１４に取り付けられている。なお、可動シート状部材１６を柱材１４に固設して、柱材１４が艇体１２に対して回動できるように取り付けられる構成としてもよい。可動シート状部材１６を形成する材料は、移動体１０の大きさにもよるが、一般には布材を用い、状況によってプラスチックシートなどの合成樹脂材を適宜用いることができる。
【００１８】
水平支軸２０は、略中央部で垂直支軸３０の上端部に回転自在に取り付けられている。垂直支軸３０はほぼ垂直に立設された棒状の部材であり、水平支軸２０との間には垂直支軸３０を中心として水平支軸２０が回転できるよう適宜の支持構造が介設されている。この支持構造は、例えば、水平支軸２０の下面に設けた凹面部を垂直支軸３０の上端から上方へ突設したニードル状部材（図示しない）の尖端で支持するといった簡易な構造であってよく、もちろん一般的な回転軸受構造を用いても、その他の適宜な支持構造としてもよい。また、水平支軸２０と垂直支軸３０とを一体として構成し、垂直支軸３０の下端部を支える垂直支持部３２に回転支持構造を設けて水平支軸２０が回転しうるようにしてもよい。なお、垂直支持部３２は動作装置１００全体を安定に支持するための適当なベースに設ければよい。ただし、垂直支軸３０の上端面上に単に載置したり、浅い凹面で支持したりした場合には、移動体１０が強い風を受けたときに水平支軸２０ごと飛ばされてしまうおそれがあるので、垂直支軸３０の上面に穿設した孔部に水平支軸２０下面から突設させたピン状部材を差し込むといった構成をとって確実に接続することが好ましい。
【００１９】
なお、上記のように水平支軸２０を垂直支軸３０で回転可能に支持するほか、水平支軸２０の中央付近を回転可能に吊り下げる構成とすることができる。
【００２０】
図２を参照すると、移動体１０の艇体１２にあってその船尾側両側部には、それぞれ回動規制部材１２ａが設けられている。本実施形態では、各回動規制部材１２ａは艇体１２の上面に立設された柱状突起ないしピンであって、ヨットの帆に相当する可動シート状部材１６がそれぞれの回動規制部材１２ａの位置まで回動するとこれに当接して、可動シート状部材１６がそれ以上回動するのを防ぐ、可動シート状部材１６の回動範囲を制限するための部材として機能する。なお、図１においては、艇体１２の中心線上に立設したフォーク状の部材が同じ役割を果たしている。つまり、そのフォーク状部材の二股に分かれた分岐部の間に可動シート状部材１６が挟み込まれる構成となっていて、それら各分岐部が回動規制部材１２ａとなっている。これは、可動シート状部材１６がなんら制約を受けずに柱材１４の周りに回動する構成であれば、風（空気流）から受ける力を効率よく推進力に変換することができず、移動体１０を十分に回転運動させることができなくなるからである。
【００２１】
回動規制部材１２ａの機能は、実物のヨットにおいて帆（セイル）の角度を調整するためのロープ（ヨット帆走の分野では「シート」という用語が慣用されるが、本明細書中では他の用語との混乱を避けるため一般的な「ロープ」の用語を用いる。）が果たす役割に相当する。なお、本実施形態では回動規制部材１２ａを艇体１２上面に設けた突起物とする構成としているが、これに限定されることなく、回動規制部材１２ａの構成としては、可動シート状部材１６の下端縁部を挟み込むように略Ｕ字状の部材を設置する（この場合、Ｕ字状部材の開口部を挟んで対向する腕状部がそれぞれ回動規制部材１２ａとして作用する。）等の、他の適宜な構成を採用することができる。
【００２２】
なお、本実施形態では移動体１０が机や棚の上などの平面上に支持され回転するようになっている構成を示したが、室内の天井から水平支軸２０を回転自在となるように吊すといった他の構成を採用することも可能である。
【００２３】
次に、図３を参照しつつ、本実施形態に係る動作装置の作用について説明する。図３は、本動作装置の模式的な平面図である。いま図３にあっては、紙面上方からの空気流（以下簡単のため必要に応じて「風」とも言う。）がある場合を考える。２つの移動体１０を説明の便宜上移動体１０Ａと１０Ｂとして識別すると、図３（ａ）の状態では、移動体１０Ａ、１０Ｂとも艇体１２の側方から風を受けており、それぞれの可動シート状部材１６は風下側の回動規制部材１２ａに当接している。このとき移動体１０Ａ、１０Ｂは、おもに風が可動シート状部材１６の風上側の面に対して及ぼす押圧力の船首方向分力を推進力として時計回りに推進される。
【００２４】
移動体１０Ａ、１０Ｂが移動して図３（ｂ）の状態になると、風が可動シート状部材１６を風上側から押圧する力は減少する一方、空気流の可動シート状部材１６周りの流れによって生じる揚力が、推進力を発生するようになる。このときに可動シート状部材１６が空気流から受ける力の様子を図３（ｄ）に概略図示している。可動シート状部材１６が空気流の向きに対して角度をもって位置しており、可動シート状部材風上側に沿った流速は、可動シート状部材風下側の流速よりも小さくなるため、両者の静圧の差によって可動シート状部材１６には角度に応じた揚力が作用する。そして、この揚力の船首方向分力が、移動体１０Ａの推進力となる。このとき、もう一方の移動体１０Ｂは、引き続き船尾側からの追い風による推進力を得ている。
【００２５】
図３（ｂ）及び（ｃ）に示す９０°（空気流の向きに対して左右±４５°）の範囲は、移動体１０Ａにとって船首に対する向かい風の角度が左右それぞれ４５°より小さくなる範囲を示す。おおむねこの範囲においては、前記した揚力が十分に得られず可動シート状部材１６が風から受ける抗力の影響がより大きくなるために、移動体１０Ａは風から推進力を得ることができない。しかし、この範囲ではもう一方の移動体１０Ｂが引き続き追い風によって推進力を得ているので、移動体１０Ａ、１０Ｂは一体として回転し続ける。移動体１０Ａ、１０Ｂがそれぞれ空気流の方向に対して左から右へとその船首の向きのなす角度が変わるとき、可動シート状部材１６は一方の回動規制部材１２ａに当接している状態から他方の回動規制部材１２ａに当接する状態に回動する。これは実物のヨットにおいて「タック」あるいは「ジャイブ」と呼ばれる挙動に対応し、これによって移動体１０Ａ、１０Ｂの可動シート状部材１６は連続して効率的に推進力を発生させることができる。
【００２６】
なお、移動体１０を一つのみ設けた構成では、前記した風向きが船首に対して４５°より小さい角度となる範囲では推進力が得られず、また他の移動体１０が推進力を補完することもできないが、このような範囲を惰性で通過するのに必要な速度が当該範囲進入前に得られるのであれば一つの移動体１０のみが連続的に回転する動作装置が得られる。ただし、可動シート状部材１６として樹脂等で形成した平板を用いる場合には、シート状部材１６のたわみによる揚力発生が期待できないため、１つの移動体１０のみを設ける構成では向かい風を受けて移動体１０が止まってしまい、連続回転運動を維持できない。したがって、この場合には２以上の移動体１０を設けて一つの移動体１０が向かい風からの抵抗を受けるときには他の移動体１０が受ける推進力でこれを補完する。
【００２７】
次に、この実施形態の変形例について、図４を参照して説明する。図４の動作装置は、図１〜図３に示した第１実施形態に係る動作装置と基本的に同等の構成を有しているが、第１実施形態の水平支軸２０に相当する水平支持体２０’の構成と、この水平支持体２０’への各移動体１０の取り付け構造が異なっている。
【００２８】
水平支持体２０’は移動体１０Ａ、１０Ｂの取り付け位置を低くするために垂直支軸３０の支持部から略Ｚ字状に腕を垂下させたような形状としているが、これは一例であって、前記第１実施形態のように、単なる棒状の水平支軸の形状のほか、適宜の形態とすることができる。
【００２９】
ヨットの形態とした各移動体１０は、実物のヨットにおける「キール」あるいは「センターボード」の形態を模した板状の弾性部材１２ｂを介して水平支持体２０’の両腕外端部に固設されている。本変形例において移動体１０が垂直支軸３０の周りに回転する作用は第１実施形態と同様であるが、本変形例にあっては、可動シート状部材１６が空気流（風）に押されると弾性部材１２ｂがたわんで、ヨットが「ヒール」する（風下側に傾く）挙動も再現することができるため、ヨット型移動体１０の動きが視覚的によりおもしろいものとなるとともに、実物のヨットの風に対する挙動を学ぶ助けにもなる。なお、弾性部材１２ｂとしては、形状にこだわらず種々の材質のばねやゴムなど、一般的な弾性材料を用いることができる。あるいは、移動体１０を水平支持体２０’に対して回転軸などを介して揺動自在に取り付けるとともに、移動体１０の下部にキール等に模したおもりを設けておく振り子のような構成とすることもできる。
【００３０】
図５に、第１実施形態の別の変形例を示す。これは、前記した第１実施形態あるいはその変形例に係る動作装置１００全体を覆うようにドーム状のカバー５０を設けた構成である。図示の変形例ではカバー５０に電動ファン５２を設け、動作装置１００に関して対向する位置に開口部５４を設けている。このような構成とすれば、例えば適宜のフィルターなどを併せて採用することによって、動作装置１００にほこりや汚れがたまるのを防ぐことができるとともに、周囲が無風の状態であっても電動ファン５２を作動させて動作装置１００に風を送ることで移動体１０を回転させることができる。また、カバー５０の材質は透明プラスチック材料ほか種々のものを用いることができ、またその形状も自由に設計することができるとともに、ＬＥＤ等の発光素子などを組み合わせることによってカバー５０の表面に幻想的な色彩や模様を表出させることができるといった効果を奏する。なお、電動ファン５２を省略して対向する開口部５４を風の通路として２ヶ所設けるようにしてもよく、その場合カバー５０は主としてほこり除けや装飾材として作用することになる。
【００３１】
以上説明してきた、本発明の第１実施形態とその変形例については、微風でも移動体１０が回転するように、水平支軸２０、水平支持体２０’とこれを支持する垂直支軸３０との間の回転摩擦は極力小さくすることが望ましい。しかし、そうした場合に、移動体１０が連続してある程度強い風を受けたときには移動体１０の回転が速くなりすぎてしまい、癒し効果が期待できるような視覚効果が得られなくなるという問題が考えられる。このような問題を簡易に解決しうる水平支軸２０等の支持構造を図６に示す。水平支軸２０のほぼ中央部に垂設された細い棒状の水平支軸支え２２が、垂直支軸３０の上端面に凹設された支持孔３２に差し込まれている。水平支軸支え２２にはこれを取り囲むように筒状のブレーキ部材２４が取り付けられている。ブレーキ部材２４はゴムなどの摩擦係数が大きい材料で形成し、その側面と支持孔３２の内側面との間に適度の間隙が生じるように形成する。このような構成とすることにより、移動体１０、すなわち水平支軸２０の回転速度が過大となって水平支軸支え２２が傾斜するとブレーキ部材２４と支持孔３２の内側面とが接触して水平支軸２０の回転にブレーキがかかるようになり、強い風にも回転が過大とならない効果が得られる。なお、水平支軸２０の垂直支軸３０による支持部付近上面に適当な大きさの倒立振り子を設けるようにすれば、水平支軸２０のわずかな傾斜で水平支軸支え２２と支持孔３２内側面との摩擦によるブレーキが作用するように構成することができる。
【００３２】
《第２実施形態》
次に、本発明の第２実施形態について、図７〜図９を参照して説明する。この第２実施形態は、第１実施形態及びその変形例において、ヨットの形態に構成した移動体１０の可動シート状部材１６（「メインセイル」に相当）の艇体１２に対する角度を一定の範囲で制御することができるようにしたものであり、これにより実物のヨットを帆走させる際の操作感を再現するとともに、例えば２つ以上の移動体（ヨット）１０の速さを競うレースを行うことができるようになる。
【００３３】
図７に第２実施形態における移動体１０の模式的な平面図を示す。これまでの実施形態と同様に、艇体１２には柱材１４が立設され、これに対して回動可能となるように、可動シート状部材１６が取り付けられている。前記した実施形態にあっては、可動シート状部材１６は一枚の略直角三角形状に形成された布材又は薄板状部材として構成していたが、本実施形態にあっては、可動シート状部材１６の下端縁に沿って棒状のブーム１６ａが設けられており、可動シート状部材１６の下端縁外端部がブーム１６ａの一端部に固接されている。このブーム１６ａは柱材１４の周りに回動自在に取り付けられており、したがって可動シート状部材１６はブーム１６ａとともに回動し、ブーム１６ａの移動が規制されれば可動シート状部材１６の位置もブーム１６ａとともに規制される。
【００３４】
ブーム１６ａの下端縁外端部には、実物のヨットと同じように、ロープ７４の一端部が結びつけられている。ロープ７４は主として、可動シート状部材１６（メインセイル）の風に対する角度を適切に調整して風からセイルが受ける力を常にできるだけ効率的にヨットの推進力として利用することができるようにするための制御具として捉えることができる。すなわち、追い風を受けてジャイブ（艇体に対するセイルの向きが追い風を受けて左右入れ替わる動き）した後は、向かい風になるまでセイルに対して最も効率的に風が当たるようにロープ７４を巻き取っていく。そして、向かい風に変わりセイルがタック（艇体に対するセイルの向きが向かい風を受けて左右入れ替わる動き）したら、風に合わせてジャイブするまで徐々にロープ７４を繰り出していくことになる。またロープ７４はブーム１６ａが柱材１４に対して所定の角度以上回動しないように規制する第１実施形態における回動規制部材１２ａと同等の機能も有する。
【００３５】
ロープ７４の他端部は、ガイド７８に設けられた貫通孔７８ａを通して駆動装置７０の出力軸７０ａに固接されたプーリ７２に巻き付けられている。ガイド７８は、ブーム１６ａがマスト１４の周りを回動したときに絡まないようロープ７４を貫通孔７８ａによって案内する。駆動装置７０はロープ７４を繰り出し、及び巻き取るために出力軸７０ａを回転駆動させるためのモータ（図示せず）及びモータと出力軸７０ａとの間に介設された、ギヤボックス等の減速伝動機構（図示せず）を収装してなる。駆動装置７０のモータ回転方向を変えて出力軸７０ａを回転させることにより、プーリ７２に巻き付けられているロープ７４を巻き取ったり繰り出したりすることができる。ロープ７４を巻き取ればブーム１６ａの回動範囲は狭くなり、ロープ７４を繰り出せばブーム１６ａの回動範囲は広くなる。なお、ステッピングモータなどを用いれば、モータ出力軸により直接プーリ７２を駆動することで、前記減速伝動機構を省略することもできる。
【００３６】
ロープ７４には、ガイド７８の貫通孔７８ａを挟んで２つのストッパ７６が固定されていて、所定の長さを超えてロープ７４が繰り出され、あるいは巻き取られるのを防止するようになっている。すなわち、いずれかのストッパ７６がガイド７８の貫通孔７８ａに引っかかると、ロープ７４はそれ以上繰り出され、あるいは巻き取られることなくブーム１６ａの回動範囲もその範囲に規制される。
【００３７】
駆動装置７０の動作は、制御部６０によって制御される。この制御部６０は例えば後述するコントローラ６４及び通信インターフェイス６２からの制御指令を受信する制御用プロセッサ、プロセッサからの出力信号に基づいてモータ制御用の駆動電流を生成するドライブ回路、通信インターフェイス６２、制御部６０及びモータ駆動に要する電力を供給するための電源等を備えて構成される。
【００３８】
通信インターフェイス６２は、例えば市販の汎用赤外線コントローラ６４（テレビ、ビデオ等の民生汎用ＡＶ機器の遠隔制御に用いられるいわゆる赤外線リモコンを利用することができる。）が射出する赤外線制御信号を受信して所定の変換を行い制御部６０に転送するもので、赤外線受信ポートと所要の信号処理回路とを備えて構成することができる。通信インターフェイス６２、制御部６０、駆動装置７０の間は、所要の信号線で接続されている。
【００３９】
図８に本第２実施形態におけるロープ７４の巻き取り、繰り出し制御の一例を示す。前述の通り、本発明の移動体、すなわちヨット操縦を簡単に楽しめるように、コントローラ６４としては家庭でテレビやビデオなどのＡＶ機器用に使用されているいわゆるリモコンユニットを利用している。ここでは簡単のためにコントローラ６４を以下「リモコン」と略称する。民生汎用リモコンの出力信号は、約７０ｍｓのオンパルス信号とそれに続く約３０ｍｓのオフ期間の約１００ｍｓを１サイクルとしている。リモコンの操作ボタンを操作し続けることで、このサイクルを反復するパルス信号が赤外線にエンコードされて射出される。このリモコンから移動体１０へ与える指令としては、（１）ロープの巻き取り又は繰り出しの種別、（２）ロープの巻き取り又は繰り出し量の２つの情報が伝達できればよい。
【００４０】
そこで、本実施形態では、制御部６０において、通信インターフェイス６２からの信号受信開始から約４００ｍｓ経過後の信号受信有無によってロープの巻き取りか繰り出しかの判別を行っている。より具体的には、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、約１００ｍｓ／サイクルの赤外線リモコン信号パルスの有無を、約１２０ｍｓのリトリガラブルワンショットパルスによって検出するように構成した。ワンショットパルスはリモコン信号のオンパルス立ち上がりエッジで約１００ｍｓごとにリトリガがかかるようにした。図８（ａ）の例では、リモコン信号の３サイクル目で信号が途絶していて、リトリガされたワンショットパルスはリモコン信号途絶後の約３２０ｍｓ時点でリモコン信号がなくなっていることを検出している。これにより、制御部６０はリモコン信号の継続期間が４００ｍｓ未満であったことを検知し、そのリモコン信号がロープ巻き取り指令であると判定する。そして、駆動装置７０のモータを所定の回転方向に一定時間駆動してロープを巻き取る。リモコン操作者の操作としては、操作ボタンをいわゆる「ちょん押し」する動作がロープの巻き取り指令を表すことになる。
【００４１】
一方、図８（ｂ）の例では、リモコン信号が５サイクル目も継続しており、リトリガされたワンショットパルスはリモコン信号が４００ｍｓを超えて存在していることを検出することができる。これにより、制御部６０はリモコン信号の継続期間が４００ｍｓ以上であったことを検知し、そのリモコン信号がロープ繰り出し指令であると判定する。そして、駆動装置７０のモータを巻き取りとは逆の所定の回転方向に４００ｍｓを超えてリモコン信号が継続している時間だけ駆動して、ロープを繰り出す。リモコン操作者の操作としては、操作ボタンをいわゆる「長押し」する動作がロープの繰り出し指令を表すことになる。上記の経過時間として設定した４００ｍｓ、ワンショットパルスの長さ、一の指令に対応する巻き取りあるいは繰り出し量は、実験的に好適な値を見いだして定めればよい。
【００４２】
図９に、第２実施形態による動作装置１００の外観を模式的に示す。図９ではヨットの形態の移動体１０が一つだけ設けられており、水平支軸２０には移動体１０と反対側の端部に釣り合いおもり８０を取り付けてバランスをとっている。移動体１０を取り付け高さや回転半径が互いに異なるように２以上設け、制御信号のチャンネルが異なる複数のリモコンでそれぞれ独立して制御できるように構成すれば、それら複数の移動体による模擬ヨットレースを行うことも可能である。
【００４３】
本実施形態の場合、移動体１０が空気流（風）を受けたときの作用は第１実施形態に関して説明したのと同様であるが、セイル周りの構成がより実物に近づけてあるため、より実物に近い挙動を視覚的に楽しむことができ、また実物のヨットを帆走させる場合に近い操作感を味わうことができる。それによって、単なる動きの視覚的なおもしろさや癒し効果を得られるだけでなく、流体力学理論に基づいたヨットの帆走原理を学ぶ助けとなる知育教材としても活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る動作装置の全体斜視図である。
【図２】図１の動作装置に設けられるヨット型移動体の平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は図１の動作装置の作用を示す説明図、（ｄ）は空気流が図１の移動体に及ぼす力の説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態の変形例を示す全体斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態の他の変形例を示す全体斜視図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る動作装置の水平支軸支持構造を示す部分断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る動作装置に設けられるヨット型移動体の平面図である。
【図８】図７の移動体を制御するための制御信号の一例を示すタイムチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態に係る動作装置の全体斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 移動体
１２ 艇体
１２ｂ 弾性部材
１４ 柱材（棒状体）
１６ 可動シート状部材（推進力発生手段）
１６ａ ブーム
２０ 水平支軸
３０ 垂直支軸（回転軸）
６０ 制御部（駆動制御手段）
６２ 通信インターフェイス（指令受信部）
６４ コントローラ（遠隔指令手段）
７０ 駆動装置（回転駆動手段）
７４ ロープ（紐状部材）
１００ 動作装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転運動をする移動体を備えた動作装置に係わり、特に流体流れから推進力を生じて回転運動する移動体を備えた動作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鳥や飛行機、船などをモチーフとしたオブジェを適宜の数支持棒などでつないでワイヤなどで吊すことにより、それらのオブジェが風にそよぐ動きを作り出して視覚的なおもしろさやいわゆる癒し効果を見る人に与える物品は一般にモビールと呼ばれ、室内装飾品として、あるいは乳幼児をあやすための実用品としてよく知られている。このようなモビールは、例えば部屋の天井に吊されて、自然の風や室内空調の気流によって略不規則な動きを繰り返し、そのことが前記の癒し効果などに通じる。
【０００３】
一方、風力をより効率的に利用して回転運動を行わせるような器具が、例えば特許文献１に開示されている。これは、花を盛った花器に風力を捉える翼やプロペラを取り付けて、その花器を回転自在に天井などから吊すことにより、風を受けると花器が回転するように構成されたものである。
【特許文献１】実用新案登録第３０９８９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなモビールや回転式花器は、風によって不規則な揺動運動や回転運動を起こさせることによって、見る人に視覚的な効果を与えることができることは既述の通りである。しかし、風（一般化して「流体の流れ」と言ってもよい。）に吹かれることによって物体にどのような力が生じて運動することになるのかと言った、物理的、流体力学的な観点からの教育効果と言うことになると、前記した見た目の動きのおもしろさにとどまってほとんど期待することができないと考えられる。
【０００５】
この発明は、上記従来のモビール等と同様の動きのおもしろさや視覚的癒し効果を保持しつつ、流体流れと運動との関係を扱う流体力学の面での学習教材の役割をも果たすことが期待される知育教材としても用いることができる、回転運動をする移動体を備えた動作装置を提供することを一つの目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の、および他の目的を達成するために、本発明の一態様は、略鉛直方向に延在する回転軸から所定距離離れた位置に固設され、前記回転軸の周りに回転移動できるようにされている少なくとも１つの移動体と、流体流れ中に置かれて推進力を発生する推進力発生手段であって、該手段が前記移動体に所定の角度範囲内で回転可能に立設されている推進力発生手段と、を備え、前記少なくとも１つの移動体を流体流れ中に位置させることにより、該移動体に前記推進力発生手段が発生する推進力が生じ、前記推進力発生手段が前記流体流れの方向に対して所定の角度をなして位置したときに、該推進力発生手段が引き続き推進力を生ずべく前記所定の角度範囲の一方の端からもう一方の端へ向けて回動して前記少なくとも１つの移動体が前記回転軸の周りに連続的に回転するように構成されている
動作装置である。
【０００７】
前記推進力発生手段は、前記移動体に立設された棒状体に対して該棒状体の周りを所定の角度範囲内で回動しうるように取り付けられているシート状部材を備えて構成することができる。また、前記移動体を２以上備え、前記推進力発生手段が、前記流体流れから受ける押圧力に基づいて前記移動体の推進力を発生させることができる。あるいは、前記推進力発生手段は、前記流体流れから受ける揚力と前記流体流れから受ける押圧力とに基づいて前記移動体の推進力を発生させることができる。さらに、前記移動体は、前記回転軸との関係において揺動運動を成し得るように設置することができる。
【０００８】
本発明の他の態様は、略鉛直方向に延在する回転軸から一定距離離れた位置に固設され、前記回転軸の周りに回転移動できるようにされている少なくとも１つの移動体と、流体流れ中に置かれて推進力を発生する推進力発生手段であって、前記移動体に立設された棒状体に対して該棒状体の周りを所定の角度範囲内で回動しうるように取り付けられているシート状部材を備え、該シート状部材が所定の角度範囲内で該移動体に対して回転可能に立設されている推進力発生手段と、を備え、前記移動体を流体流れ中に位置させたときに、前記推進力発生手段が前記流体流れの方向に対して所定の角度をなして位置すると、該推進力発生手段が引き続き推進力を生ずべく前記所定の角度範囲の一方の端からもう一方の端へ向けて回動するとともに、前記シート状部材の前記移動体に対する角度を調整することにより、前記推進力発生手段が発生する推進力を制御するための推進力制御手段が前記移動体内に設けられ、該推進力制御手段を制御することによって前記移動体の前記回転軸周りの回転速度を調節することができるように構成されている動作装置である。
【０００９】
前記推進力制御手段には、前記シート状部材の前記棒状体から離れた側の端部に固定された紐状部材と、この紐状部材を所定長さ繰り出しあるいは巻き取りすることができる回転駆動手段と、該回転駆動手段の回転方向と回転量とを制御する駆動制御手段とを備えることができる。前記駆動制御手段が指令受信部をさらに備え、遠隔指令手段からの指令信号に応じて前記紐状部材の繰り出しまたは巻き取りを制御ように構成することができる。
【００１０】
上記の各移動体は、前記推進力発生手段としての帆を備えた船のモデルとすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、移動体の回転運動による視覚的な効果、なかんずく癒し効果を見る人に与えることができる。
【００１２】
またこの発明によれば、流体流れによって移動体に生じる回転運動を観察することにより、流体力学に関する基本的な知見を得る助けとなる。さらに、移動体に生じる推進力を制御するための推進力制御手段を設けることによって、単なる移動体の運動の観察にとどまらず、移動体の持つ流力特性を能動的に変化させて回転運動との関係を体得することができるという知育上の効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明を実施するに当たっての好適な実施形態につき、添付図面を参照しながら説明する。
【００１４】
《第１実施形態》
図１〜図３を参照して本願発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る動作装置の模式的な斜視図、図２はその移動体の平面図、図３（ａ）〜（ｄ）は本実施形態に係る動作装置の作用を説明するための模式図である。
【００１５】
本実施形態の動作装置は、帆つきの船、この場合特にヨットをモチーフとした形態の２つの移動体１０、各移動体１０がその両端に固設されている水平支軸２０、水平支軸２０をその略中央部で回転自在に支持している垂直支軸３０を主として備えて構成されている。
【００１６】
移動体１０は、前記のようにそれぞれヨットの形態を模しており、合成樹脂成形体、あるいはより簡単には可塑性線状体（針金など）によりヨットの船体の形状に形成した艇体１２の上部に柱材１４がほぼ垂直に立設されている。本実施形態では、この柱材１４の上端が水平支軸２０の両端に固接され、水平支軸２０の両端に各移動体１０が吊り下げ固定されている構成とされている。移動体１０の固定構造としてはこれに限らず、水平支軸２０の両端が各移動体１０の艇体１２側部に直接固接されるようにしてもよい。また、針金などによって形成する場合には、艇体１２と水平支軸２０とを連続した一体のものとして構成してもよい。
【００１７】
移動体１０の柱材１４には、ヨットの帆に相当する略直角三角形の平面形状を有する可動シート状部材１６が、柱材１４に対してその一辺を沿わせて配設されている。可動シート状部材１６の前記一辺の両端部は柱材１４の周りに回動可能な２ヶ所の回動支持部１８によって、可動シート状部材１６が柱材１４の周りに回動自在となるように取り付けられている。（図１に破線両矢印で示している。）すなわち、可動シート状部材１６は艇体１２の長手方向となす角度が可変とされるように柱材１４に取り付けられている。なお、可動シート状部材１６を柱材１４に固設して、柱材１４が艇体１２に対して回動できるように取り付けられる構成としてもよい。可動シート状部材１６を形成する材料は、移動体１０の大きさにもよるが、一般には布材を用い、状況によってプラスチックシートなどの合成樹脂材を適宜用いることができる。
【００１８】
水平支軸２０は、略中央部で垂直支軸３０の上端部に回転自在に取り付けられている。垂直支軸３０はほぼ垂直に立設された棒状の部材であり、水平支軸２０との間には垂直支軸３０を中心として水平支軸２０が回転できるよう適宜の支持構造が介設されている。この支持構造は、例えば、水平支軸２０の下面に設けた凹面部を垂直支軸３０の上端から上方へ突設したニードル状部材（図示しない）の尖端で支持するといった簡易な構造であってよく、もちろん一般的な回転軸受構造を用いても、その他の適宜な支持構造としてもよい。また、水平支軸２０と垂直支軸３０とを一体として構成し、垂直支軸３０の下端部を支える垂直支持部３２に回転支持構造を設けて水平支軸２０が回転しうるようにしてもよい。なお、垂直支持部３２は動作装置１００全体を安定に支持するための適当なベースに設ければよい。ただし、垂直支軸３０の上端面上に単に載置したり、浅い凹面で支持したりした場合には、移動体１０が強い風を受けたときに水平支軸２０ごと飛ばされてしまうおそれがあるので、垂直支軸３０の上面に穿設した孔部に水平支軸２０下面から突設させたピン状部材を差し込むといった構成をとって確実に接続することが好ましい。
【００１９】
なお、上記のように水平支軸２０を垂直支軸３０で回転可能に支持するほか、水平支軸２０の中央付近を回転可能に吊り下げる構成とすることができる。
【００２０】
図２を参照すると、移動体１０の艇体１２にあってその船尾側両側部には、それぞれ回動規制部材１２ａが設けられている。本実施形態では、各回動規制部材１２ａは艇体１２の上面に立設された柱状突起ないしピンであって、ヨットの帆に相当する可動シート状部材１６がそれぞれの回動規制部材１２ａの位置まで回動するとこれに当接して、可動シート状部材１６がそれ以上回動するのを防ぐ、可動シート状部材１６の回動範囲を制限するための部材として機能する。なお、図１においては、艇体１２の中心線上に立設したフォーク状の部材が同じ役割を果たしている。つまり、そのフォーク状部材の二股に分かれた分岐部の間に可動シート状部材１６が挟み込まれる構成となっていて、それら各分岐部が回動規制部材１２ａとなっている。これは、可動シート状部材１６がなんら制約を受けずに柱材１４の周りに回動する構成であれば、風（空気流）から受ける力を効率よく推進力に変換することができず、移動体１０を十分に回転運動させることができなくなるからである。
【００２１】
回動規制部材１２ａの機能は、実物のヨットにおいて帆（セイル）の角度を調整するためのロープ（ヨット帆走の分野では「シート」という用語が慣用されるが、本明細書中では他の用語との混乱を避けるため一般的な「ロープ」の用語を用いる。）が果たす役割に相当する。なお、本実施形態では回動規制部材１２ａを艇体１２上面に設けた突起物とする構成としているが、これに限定されることなく、回動規制部材１２ａの構成としては、可動シート状部材１６の下端縁部を挟み込むように略Ｕ字状の部材を設置する（この場合、Ｕ字状部材の開口部を挟んで対向する腕状部がそれぞれ回動規制部材１２ａとして作用する。）等の、他の適宜な構成を採用することができる。
【００２２】
なお、本実施形態では移動体１０が机や棚の上などの平面上に支持され回転するようになっている構成を示したが、室内の天井から水平支軸２０を回転自在となるように吊すといった他の構成を採用することも可能である。
【００２３】
次に、図３を参照しつつ、本実施形態に係る動作装置の作用について説明する。図３は、本動作装置の模式的な平面図である。いま図３にあっては、紙面上方からの空気流（以下簡単のため必要に応じて「風」とも言う。）がある場合を考える。２つの移動体１０を説明の便宜上移動体１０Ａと１０Ｂとして識別すると、図３（ａ）の状態では、移動体１０Ａ、１０Ｂとも艇体１２の側方から風を受けており、それぞれの可動シート状部材１６は風下側の回動規制部材１２ａに当接している。このとき移動体１０Ａ、１０Ｂは、おもに風が可動シート状部材１６の風上側の面に対して及ぼす押圧力の船首方向分力を推進力として時計回りに推進される。
【００２４】
移動体１０Ａ、１０Ｂが移動して図３（ｂ）の状態になると、風が可動シート状部材１６を風上側から押圧する力は減少する一方、空気流の可動シート状部材１６周りの流れによって生じる揚力が、推進力を発生するようになる。このときに可動シート状部材１６が空気流から受ける力の様子を図３（ｄ）に概略図示している。可動シート状部材１６が空気流の向きに対して角度をもって位置しており、可動シート状部材風上側に沿った流速は、可動シート状部材風下側の流速よりも小さくなるため、両者の静圧の差によって可動シート状部材１６には角度に応じた揚力が作用する。そして、この揚力の船首方向分力が、移動体１０Ａの推進力となる。このとき、もう一方の移動体１０Ｂは、引き続き船尾側からの追い風による推進力を得ている。
【００２５】
図３（ｂ）及び（ｃ）に示す９０°（空気流の向きに対して左右±４５°）の範囲は、移動体１０Ａにとって船首に対する向かい風の角度が左右それぞれ４５°より小さくなる範囲を示す。おおむねこの範囲においては、前記した揚力が十分に得られず可動シート状部材１６が風から受ける抗力の影響がより大きくなるために、移動体１０Ａは風から推進力を得ることができない。しかし、この範囲ではもう一方の移動体１０Ｂが引き続き追い風によって推進力を得ているので、移動体１０Ａ、１０Ｂは一体として回転し続ける。移動体１０Ａ、１０Ｂがそれぞれ空気流の方向に対して左から右へとその船首の向きのなす角度が変わるとき、可動シート状部材１６は一方の回動規制部材１２ａに当接している状態から他方の回動規制部材１２ａに当接する状態に回動する。これは実物のヨットにおいて「タック」あるいは「ジャイブ」と呼ばれる挙動に対応し、これによって移動体１０Ａ、１０Ｂの可動シート状部材１６は連続して効率的に推進力を発生させることができる。
【００２６】
なお、移動体１０を一つのみ設けた構成では、前記した風向きが船首に対して４５°より小さい角度となる範囲では推進力が得られず、また他の移動体１０が推進力を補完することもできないが、このような範囲を惰性で通過するのに必要な速度が当該範囲進入前に得られるのであれば一つの移動体１０のみが連続的に回転する動作装置が得られる。ただし、可動シート状部材１６として樹脂等で形成した平板を用いる場合には、シート状部材１６のたわみによる揚力発生が期待できないため、１つの移動体１０のみを設ける構成では向かい風を受けて移動体１０が止まってしまい、連続回転運動を維持できない。したがって、この場合には２以上の移動体１０を設けて一つの移動体１０が向かい風からの抵抗を受けるときには他の移動体１０が受ける推進力でこれを補完する。
【００２７】
次に、この実施形態の変形例について、図４を参照して説明する。図４の動作装置は、図１〜図３に示した第１実施形態に係る動作装置と基本的に同等の構成を有しているが、第１実施形態の水平支軸２０に相当する水平支持体２０’の構成と、この水平支持体２０’への各移動体１０の取り付け構造が異なっている。
【００２８】
水平支持体２０’は移動体１０Ａ、１０Ｂの取り付け位置を低くするために垂直支軸３０の支持部から略Ｚ字状に腕を垂下させたような形状としているが、これは一例であって、前記第１実施形態のように、単なる棒状の水平支軸の形状のほか、適宜の形態とすることができる。
【００２９】
ヨットの形態とした各移動体１０は、実物のヨットにおける「キール」あるいは「センターボード」の形態を模した板状の弾性部材１２ｂを介して水平支持体２０’の両腕外端部に固設されている。本変形例において移動体１０が垂直支軸３０の周りに回転する作用は第１実施形態と同様であるが、本変形例にあっては、可動シート状部材１６が空気流（風）に押されると弾性部材１２ｂがたわんで、ヨットが「ヒール」する（風下側に傾く）挙動も再現することができるため、ヨット型移動体１０の動きが視覚的によりおもしろいものとなるとともに、実物のヨットの風に対する挙動を学ぶ助けにもなる。なお、弾性部材１２ｂとしては、形状にこだわらず種々の材質のばねやゴムなど、一般的な弾性材料を用いることができる。あるいは、移動体１０を水平支持体２０’に対して回転軸などを介して揺動自在に取り付けるとともに、移動体１０の下部にキール等に模したおもりを設けておく振り子のような構成とすることもできる。
【００３０】
図５に、第１実施形態の別の変形例を示す。これは、前記した第１実施形態あるいはその変形例に係る動作装置１００全体を覆うようにドーム状のカバー５０を設けた構成である。図示の変形例ではカバー５０に電動ファン５２を設け、動作装置１００に関して対向する位置に開口部５４を設けている。このような構成とすれば、例えば適宜のフィルターなどを併せて採用することによって、動作装置１００にほこりや汚れがたまるのを防ぐことができるとともに、周囲が無風の状態であっても電動ファン５２を作動させて動作装置１００に風を送ることで移動体１０を回転させることができる。また、カバー５０の材質は透明プラスチック材料ほか種々のものを用いることができ、またその形状も自由に設計することができるとともに、ＬＥＤ等の発光素子などを組み合わせることによってカバー５０の表面に幻想的な色彩や模様を表出させることができるといった効果を奏する。なお、電動ファン５２を省略して対向する開口部５４を風の通路として２ヶ所設けるようにしてもよく、その場合カバー５０は主としてほこり除けや装飾材として作用することになる。
【００３１】
以上説明してきた、本発明の第１実施形態とその変形例については、微風でも移動体１０が回転するように、水平支軸２０、水平支持体２０’とこれを支持する垂直支軸３０との間の回転摩擦は極力小さくすることが望ましい。しかし、そうした場合に、移動体１０が連続してある程度強い風を受けたときには移動体１０の回転が速くなりすぎてしまい、癒し効果が期待できるような視覚効果が得られなくなるという問題が考えられる。このような問題を簡易に解決しうる水平支軸２０等の支持構造を図６に示す。水平支軸２０のほぼ中央部に垂設された細い棒状の水平支軸支え２２が、垂直支軸３０の上端面に凹設された支持孔３２に差し込まれている。水平支軸支え２２にはこれを取り囲むように筒状のブレーキ部材２４が取り付けられている。ブレーキ部材２４はゴムなどの摩擦係数が大きい材料で形成し、その側面と支持孔３２の内側面との間に適度の間隙が生じるように形成する。このような構成とすることにより、移動体１０、すなわち水平支軸２０の回転速度が過大となって水平支軸支え２２が傾斜するとブレーキ部材２４と支持孔３２の内側面とが接触して水平支軸２０の回転にブレーキがかかるようになり、強い風にも回転が過大とならない効果が得られる。なお、水平支軸２０の垂直支軸３０による支持部付近上面に適当な大きさの倒立振り子を設けるようにすれば、水平支軸２０のわずかな傾斜で水平支軸支え２２と支持孔３２内側面との摩擦によるブレーキが作用するように構成することができる。
【００３２】
《第２実施形態》
次に、本発明の第２実施形態について、図７〜図９を参照して説明する。この第２実施形態は、第１実施形態及びその変形例において、ヨットの形態に構成した移動体１０の可動シート状部材１６（「メインセイル」に相当）の艇体１２に対する角度を一定の範囲で制御することができるようにしたものであり、これにより実物のヨットを帆走させる際の操作感を再現するとともに、例えば２つ以上の移動体（ヨット）１０の速さを競うレースを行うことができるようになる。
【００３３】
図７に第２実施形態における移動体１０の模式的な平面図を示す。これまでの実施形態と同様に、艇体１２には柱材１４が立設され、これに対して回動可能となるように、可動シート状部材１６が取り付けられている。前記した実施形態にあっては、可動シート状部材１６は一枚の略直角三角形状に形成された布材又は薄板状部材として構成していたが、本実施形態にあっては、可動シート状部材１６の下端縁に沿って棒状のブーム１６ａが設けられており、可動シート状部材１６の下端縁外端部がブーム１６ａの一端部に固接されている。このブーム１６ａは柱材１４の周りに回動自在に取り付けられており、したがって可動シート状部材１６はブーム１６ａとともに回動し、ブーム１６ａの移動が規制されれば可動シート状部材１６の位置もブーム１６ａとともに規制される。
【００３４】
ブーム１６ａの下端縁外端部には、実物のヨットと同じように、ロープ７４の一端部が結びつけられている。ロープ７４は主として、可動シート状部材１６（メインセイル）の風に対する角度を適切に調整して風からセイルが受ける力を常にできるだけ効率的にヨットの推進力として利用することができるようにするための制御具として捉えることができる。すなわち、追い風を受けてジャイブ（艇体に対するセイルの向きが追い風を受けて左右入れ替わる動き）した後は、向かい風になるまでセイルに対して最も効率的に風が当たるようにロープ７４を巻き取っていく。そして、向かい風に変わりセイルがタック（艇体に対するセイルの向きが向かい風を受けて左右入れ替わる動き）したら、風に合わせてジャイブするまで徐々にロープ７４を繰り出していくことになる。またロープ７４はブーム１６ａが柱材１４に対して所定の角度以上回動しないように規制する第１実施形態における回動規制部材１２ａと同等の機能も有する。
【００３５】
ロープ７４の他端部は、ガイド７８に設けられた貫通孔７８ａを通して駆動装置７０の出力軸７０ａに固接されたプーリ７２に巻き付けられている。ガイド７８は、ブーム１６ａがマスト１４の周りを回動したときに絡まないようロープ７４を貫通孔７８ａによって案内する。駆動装置７０はロープ７４を繰り出し、及び巻き取るために出力軸７０ａを回転駆動させるためのモータ（図示せず）及びモータと出力軸７０ａとの間に介設された、ギヤボックス等の減速伝動機構（図示せず）を収装してなる。駆動装置７０のモータ回転方向を変えて出力軸７０ａを回転させることにより、プーリ７２に巻き付けられているロープ７４を巻き取ったり繰り出したりすることができる。ロープ７４を巻き取ればブーム１６ａの回動範囲は狭くなり、ロープ７４を繰り出せばブーム１６ａの回動範囲は広くなる。なお、ステッピングモータなどを用いれば、モータ出力軸により直接プーリ７２を駆動することで、前記減速伝動機構を省略することもできる。
【００３６】
ロープ７４には、ガイド７８の貫通孔７８ａを挟んで２つのストッパ７６が固定されていて、所定の長さを超えてロープ７４が繰り出され、あるいは巻き取られるのを防止するようになっている。すなわち、いずれかのストッパ７６がガイド７８の貫通孔７８ａに引っかかると、ロープ７４はそれ以上繰り出され、あるいは巻き取られることなくブーム１６ａの回動範囲もその範囲に規制される。
【００３７】
駆動装置７０の動作は、制御部６０によって制御される。この制御部６０は例えば後述するコントローラ６４及び通信インターフェイス６２からの制御指令を受信する制御用プロセッサ、プロセッサからの出力信号に基づいてモータ制御用の駆動電流を生成するドライブ回路、通信インターフェイス６２、制御部６０及びモータ駆動に要する電力を供給するための電源等を備えて構成される。
【００３８】
通信インターフェイス６２は、例えば市販の汎用赤外線コントローラ６４（テレビ、ビデオ等の民生汎用ＡＶ機器の遠隔制御に用いられるいわゆる赤外線リモコンを利用することができる。）が射出する赤外線制御信号を受信して所定の変換を行い制御部６０に転送するもので、赤外線受信ポートと所要の信号処理回路とを備えて構成することができる。通信インターフェイス６２、制御部６０、駆動装置７０の間は、所要の信号線で接続されている。
【００３９】
図８に本第２実施形態におけるロープ７４の巻き取り、繰り出し制御の一例を示す。前述の通り、本発明の移動体、すなわちヨット操縦を簡単に楽しめるように、コントローラ６４としては家庭でテレビやビデオなどのＡＶ機器用に使用されているいわゆるリモコンユニットを利用している。ここでは簡単のためにコントローラ６４を以下「リモコン」と略称する。民生汎用リモコンの出力信号は、約７０ｍｓのオンパルス信号とそれに続く約３０ｍｓのオフ期間の約１００ｍｓを１サイクルとしている。リモコンの操作ボタンを操作し続けることで、このサイクルを反復するパルス信号が赤外線にエンコードされて射出される。このリモコンから移動体１０へ与える指令としては、（１）ロープの巻き取り又は繰り出しの種別、（２）ロープの巻き取り又は繰り出し量の２つの情報が伝達できればよい。
【００４０】
そこで、本実施形態では、制御部６０において、通信インターフェイス６２からの信号受信開始から約４００ｍｓ経過後の信号受信有無によってロープの巻き取りか繰り出しかの判別を行っている。より具体的には、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、約１００ｍｓ／サイクルの赤外線リモコン信号パルスの有無を、約１２０ｍｓのリトリガラブルワンショットパルスによって検出するように構成した。ワンショットパルスはリモコン信号のオンパルス立ち上がりエッジで約１００ｍｓごとにリトリガがかかるようにした。図８（ａ）の例では、リモコン信号の３サイクル目で信号が途絶していて、リトリガされたワンショットパルスはリモコン信号途絶後の約３２０ｍｓ時点でリモコン信号がなくなっていることを検出している。これにより、制御部６０はリモコン信号の継続期間が４００ｍｓ未満であったことを検知し、そのリモコン信号がロープ巻き取り指令であると判定する。そして、駆動装置７０のモータを所定の回転方向に一定時間駆動してロープを巻き取る。リモコン操作者の操作としては、操作ボタンをいわゆる「ちょん押し」する動作がロープの巻き取り指令を表すことになる。
【００４１】
一方、図８（ｂ）の例では、リモコン信号が５サイクル目も継続しており、リトリガされたワンショットパルスはリモコン信号が４００ｍｓを超えて存在していることを検出することができる。これにより、制御部６０はリモコン信号の継続期間が４００ｍｓ以上であったことを検知し、そのリモコン信号がロープ繰り出し指令であると判定する。そして、駆動装置７０のモータを巻き取りとは逆の所定の回転方向に４００ｍｓを超えてリモコン信号が継続している時間だけ駆動して、ロープを繰り出す。リモコン操作者の操作としては、操作ボタンをいわゆる「長押し」する動作がロープの繰り出し指令を表すことになる。上記の経過時間として設定した４００ｍｓ、ワンショットパルスの長さ、一の指令に対応する巻き取りあるいは繰り出し量は、実験的に好適な値を見いだして定めればよい。
【００４２】
図９に、第２実施形態による動作装置１００の外観を模式的に示す。図９ではヨットの形態の移動体１０が一つだけ設けられており、水平支軸２０には移動体１０と反対側の端部に釣り合いおもり８０を取り付けてバランスをとっている。移動体１０を取り付け高さや回転半径が互いに異なるように２以上設け、制御信号のチャンネルが異なる複数のリモコンでそれぞれ独立して制御できるように構成すれば、それら複数の移動体による模擬ヨットレースを行うことも可能である。
【００４３】
本実施形態の場合、移動体１０が空気流（風）を受けたときの作用は第１実施形態に関して説明したのと同様であるが、セイル周りの構成がより実物に近づけてあるため、より実物に近い挙動を視覚的に楽しむことができ、また実物のヨットを帆走させる場合に近い操作感を味わうことができる。それによって、単なる動きの視覚的なおもしろさや癒し効果を得られるだけでなく、流体力学理論に基づいたヨットの帆走原理を学ぶ助けとなる知育教材としても活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る動作装置の全体斜視図である。
【図２】図１の動作装置に設けられるヨット型移動体の平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は図１の動作装置の作用を示す説明図、（ｄ）は空気流が図１の移動体に及ぼす力の説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態の変形例を示す全体斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態の他の変形例を示す全体斜視図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る動作装置の水平支軸支持構造を示す部分断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る動作装置に設けられるヨット型移動体の平面図である。
【図８】図７の移動体を制御するための制御信号の一例を示すタイムチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態に係る動作装置の全体斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 移動体
１２ 艇体
１２ｂ 弾性部材
１４ 柱材（棒状体）
１６ 可動シート状部材（推進力発生手段）
１６ａ ブーム
２０ 水平支軸
３０ 垂直支軸（回転軸）
６０ 制御部（駆動制御手段）
６２ 通信インターフェイス（指令受信部）
６４ コントローラ（遠隔指令手段）
７０ 駆動装置（回転駆動手段）
７４ ロープ（紐状部材）
１００ 動作装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略鉛直方向に延在する回転軸から所定距離離れた位置に固設され、前記回転軸の周りに回転移動できるようにされている少なくとも１つの移動体と、
流体流れ中に置かれて推進力を発生する推進力発生手段であって、該手段が前記移動体に所定の角度範囲内で回転可能に立設されている推進力発生手段と、を備え、
前記少なくとも１つの移動体を流体流れ中に位置させることにより、該移動体に前記推進力発生手段が発生する推進力が生じ、前記推進力発生手段が前記流体流れの方向に対して所定の角度をなして位置したときに、該推進力発生手段が引き続き推進力を生ずべく前記所定の角度範囲の一方の端からもう一方の端へ向けて回動して前記少なくとも１つの移動体が前記回転軸の周りに連続的に回転するように構成されている
動作装置。
【請求項２】
前記推進力発生手段が、前記移動体に立設された棒状体に対して該棒状体の周りを所定の角度範囲内で回動しうるように取り付けられているシート状部材を備えて構成されている請求項１に記載の動作装置。
【請求項３】
前記移動体を２以上備え、前記推進力発生手段が、前記流体流れから受ける押圧力に基づいて前記移動体の推進力を発生させる請求項１に記載の動作装置。
【請求項４】
前記推進力発生手段が、前記流体流れから受ける揚力と前記流体流れから受ける押圧力とに基づいて前記移動体の推進力を発生させる請求項１に記載の動作装置。
【請求項５】
前記移動体が、前記回転軸との関係において揺動運動を成し得るように設置されている請求項１に記載の動作装置。
【請求項６】
略鉛直方向に延在する回転軸から一定距離離れた位置に固設され、前記回転軸の周りに回転移動できるようにされている少なくとも１つの移動体と、
流体流れ中に置かれて推進力を発生する推進力発生手段であって、前記移動体に立設された棒状体に対して該棒状体の周りを所定の角度範囲内で回動しうるように取り付けられているシート状部材を備え、該シート状部材が所定の角度範囲内で該移動体に対して回転可能に立設されている推進力発生手段と、を備え、
前記移動体を流体流れ中に位置させたときに、前記推進力発生手段が前記流体流れの方向に対して所定の角度をなして位置すると、該推進力発生手段が引き続き推進力を生ずべく前記所定の角度範囲の一方の端からもう一方の端へ向けて回動するとともに、前記シート状部材の前記移動体に対する角度を調整することにより、前記推進力発生手段が発生する推進力を制御するための推進力制御手段が前記移動体内に設けられ、該推進力制御手段を制御することによって前記移動体の前記回転軸周りの回転速度を調節することができるように構成されている
動作装置。
【請求項７】
前記推進力制御手段が、前記シート状部材の前記棒状体から離れた側の端部に固定された紐状部材と、この紐状部材を所定長さ繰り出しあるいは巻き取りすることができる回転駆動手段と、該回転駆動手段の回転方向と回転量とを制御する駆動制御手段とを備えている請求項６に記載の動作装置。
【請求項８】
前記駆動制御手段が指令受信部をさらに備え、遠隔指令手段からの指令信号に応じて前記紐状部材の繰り出しまたは巻き取りを制御することができる請求項７に記載の動作装置。
【請求項９】
前記移動体が、前記推進力発生手段としての帆を備えた船のモデルである請求項１又は６に記載の動作装置。
【請求項１】
略鉛直方向に延在する回転軸から所定距離離れた位置に固設され、前記回転軸の周りに回転移動できるようにされている少なくとも１つの移動体と、
流体流れ中に置かれて推進力を発生する推進力発生手段であって、該手段が前記移動体に所定の角度範囲内で回転可能に立設されている推進力発生手段と、を備え、
前記少なくとも１つの移動体を流体流れ中に位置させることにより、該移動体に前記推進力発生手段が発生する推進力が生じ、前記推進力発生手段が前記流体流れの方向に対して所定の角度をなして位置したときに、該推進力発生手段が引き続き推進力を生ずべく前記所定の角度範囲の一方の端からもう一方の端へ向けて回動して前記少なくとも１つの移動体が前記回転軸の周りに連続的に回転するように構成されている
動作装置。
【請求項２】
前記推進力発生手段が、前記移動体に立設された棒状体に対して該棒状体の周りを所定の角度範囲内で回動しうるように取り付けられているシート状部材を備えて構成されている請求項１に記載の動作装置。
【請求項３】
前記移動体を２以上備え、前記推進力発生手段が、前記流体流れから受ける押圧力に基づいて前記移動体の推進力を発生させる請求項１に記載の動作装置。
【請求項４】
前記推進力発生手段が、前記流体流れから受ける揚力と前記流体流れから受ける押圧力とに基づいて前記移動体の推進力を発生させる請求項１に記載の動作装置。
【請求項５】
前記移動体が、前記回転軸との関係において揺動運動を成し得るように設置されている請求項１に記載の動作装置。
【請求項６】
略鉛直方向に延在する回転軸から一定距離離れた位置に固設され、前記回転軸の周りに回転移動できるようにされている少なくとも１つの移動体と、
流体流れ中に置かれて推進力を発生する推進力発生手段であって、前記移動体に立設された棒状体に対して該棒状体の周りを所定の角度範囲内で回動しうるように取り付けられているシート状部材を備え、該シート状部材が所定の角度範囲内で該移動体に対して回転可能に立設されている推進力発生手段と、を備え、
前記移動体を流体流れ中に位置させたときに、前記推進力発生手段が前記流体流れの方向に対して所定の角度をなして位置すると、該推進力発生手段が引き続き推進力を生ずべく前記所定の角度範囲の一方の端からもう一方の端へ向けて回動するとともに、前記シート状部材の前記移動体に対する角度を調整することにより、前記推進力発生手段が発生する推進力を制御するための推進力制御手段が前記移動体内に設けられ、該推進力制御手段を制御することによって前記移動体の前記回転軸周りの回転速度を調節することができるように構成されている
動作装置。
【請求項７】
前記推進力制御手段が、前記シート状部材の前記棒状体から離れた側の端部に固定された紐状部材と、この紐状部材を所定長さ繰り出しあるいは巻き取りすることができる回転駆動手段と、該回転駆動手段の回転方向と回転量とを制御する駆動制御手段とを備えている請求項６に記載の動作装置。
【請求項８】
前記駆動制御手段が指令受信部をさらに備え、遠隔指令手段からの指令信号に応じて前記紐状部材の繰り出しまたは巻き取りを制御することができる請求項７に記載の動作装置。
【請求項９】
前記移動体が、前記推進力発生手段としての帆を備えた船のモデルである請求項１又は６に記載の動作装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１１２６３５（Ｐ２００９−１１２６３５Ａ）
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９０９２３（Ｐ２００７−２９０９２３）
【出願日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【出願人】（５０７３６９９８１）株式会社教育ソフト (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【出願人】（５０７３６９９８１）株式会社教育ソフト (1)
【Ｆターム（参考）】
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