羽ばたき飛行機
【課題】 対気速度０からの飛び立ちが可能な小型、軽量の羽ばたき飛行機を提供する。
【解決手段】 羽ばたき飛行機は、前後方向に延びる機体１１と、この機体１１の左右に揺動自在に取り付けられる一対の翼１２と、この翼１２の打ち上げ・打ち下ろしの羽ばたき運動を実現させる羽ばたき機構１３とを備える。その重心Aは翼１２の揚力中心Bより後方に配置される。それによって、打ち下ろし時に翼１２の上面方向にかかる翼反力により機体１１にピッチ角αの正方向の回転モーメントMを生じさせてピッチ角αを大きくさせつつ上昇し、打ち上げ時に翼１２の下面方向にかかる翼反力により機体にピッチ角αの負方向の回転モーメントMを生じさせてピッチ角αを小さくしつつ前進するように、羽ばたき周期とピッチ角αの振動周期との同期をとるよう設定される。
【解決手段】 羽ばたき飛行機は、前後方向に延びる機体１１と、この機体１１の左右に揺動自在に取り付けられる一対の翼１２と、この翼１２の打ち上げ・打ち下ろしの羽ばたき運動を実現させる羽ばたき機構１３とを備える。その重心Aは翼１２の揚力中心Bより後方に配置される。それによって、打ち下ろし時に翼１２の上面方向にかかる翼反力により機体１１にピッチ角αの正方向の回転モーメントMを生じさせてピッチ角αを大きくさせつつ上昇し、打ち上げ時に翼１２の下面方向にかかる翼反力により機体にピッチ角αの負方向の回転モーメントMを生じさせてピッチ角αを小さくしつつ前進するように、羽ばたき周期とピッチ角αの振動周期との同期をとるよう設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、機体の左右に揺動自在に取り付けられる一対の翼の打ち上げ・打ち下ろしの羽ばたき運動によって飛翔する羽ばたき飛行機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、羽ばたき飛行機として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。これは、凧に主翼動力装置を設けたもので、主翼動力装置により主翼に取り付けられたひもを巻き取り、或いは、解き放つことにより、主翼が１秒間に数回、羽ばたく。主翼動力装置は、搭載する電池とモータによる電動式で、減速機構とクランクとひも止めとパイプとから構成される。主翼には、弾力性があり、常に一定の形を保とうとする復元力がある。主翼は、ひもにより引っ張られて打ち下ろした後、ひもの解放により打ち上げられ、元の形状に戻る。これを繰り返すことにより自ら羽ばたいて飛行する。
【特許文献１】特開２００５−２８８１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１に記載の飛行機においては、飛ぶために対気速度（1.6m/s）が必要で、対気速度0m/sからの飛び立ちはできない（特許文献１、段落００２７参照）。また、尾翼を必要とするから、小型（翼幅10cm，1g程度）で尾翼がない形態の羽ばたき飛行機を望むことができない。加えて、姿勢維持のために揚力中心を重心の近傍にする必要があることも形態の制限を招く。また、羽ばたき運動による飛行における翼の打ち上げ時の揚力減少を防止するために、従来は翼の関節を一自由度増やし、フェザリングにより羽ばたき面に対する翼面積を減少させる手段がとられるが、これは大型、大重量化を招くという問題点がある。
したがって、この出願に係る発明は、蝶のような形態で、大きな振幅で羽ばたき飛行し、対気速度０からの飛び立ちが可能な小型、軽量の羽ばたき飛行機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するための本発明に係る羽ばたき飛行機は、前後方向に延びる機体１１と、この機体１１の左右に揺動自在に取り付けられる一対の翼１２と、この翼１２の打ち上げ・打ち下ろしの羽ばたき運動を実現させる羽ばたき機構１３とを備える。その重心Ａは翼１２の揚力中心Ｂより後方に配置される。それによって、打ち下ろし時に翼１２の上面方向にかかる翼反力により機体１１にピッチ角αの正方向の回転モーメントを生じさせてピッチ角αを大きくさせつつ上昇し、打ち上げ時に翼１２の下面方向にかかる翼反力により機体１１にピッチ角αの負方向の回転モーメントを生じさせてピッチ角αを小さくしつつ前進するように、羽ばたき周期とピッチ角αの振動周期との同期をとるよう設定される。
【発明の効果】
【０００５】
この発明の羽ばたき飛行機によれば、例えば、ピッチ角α＝０°近傍の姿勢で、上限羽ばたき角θ≒９０°近傍から、初速度０で翼１２の打ち下ろしが開始される。翼１２の打ち下ろし時に、左右の翼１２を引き剥がす動作で両翼の上面間に負圧を生じさせつつピッチ角αの正方向の回転モーメントを生じさせて徐々にピッチ角αを増大させ、下限羽ばたき角(例えば−８０°)近傍に達する。ピッチ角αが比較的小さい間、すなわち翼１２の上面が垂直上向きに近い間、翼の間の負圧が翼の上面の全面に広がり、この上方の負圧により上から引き上げられるように機体が上昇する。
次いで、羽ばたき角−８０°近傍からの翼の打ち上げ動作に移り、左右の翼１２を広げる動作で両翼の下面間に負圧を生じさせ、ピッチ角αが比較的大きい間、すなわち翼１２の下面が前向きに近い間、翼１２の上下面の圧力差により機体が前進する。打ち上げ時羽ばたき角θ≒０°近傍でピッチ角αが最大となる。この間、フェザリング制御と同等のメカニズム、すなわち翼１２の鉛直方向の投影面積を小さくして、打ち上げ時の揚力減少を最小限に抑えることができる。翼１２の打ち上げ動作の進行に従い、ピッチ角αの負方向の回転モーメントを増大させて徐々にピッチ角を減少させ、上限羽ばたき角θ≒９０°近傍で羽ばたきの第１ストロークが終了する。以上が飛び立ち動作の概略である。そして、羽ばたきの第2ストロークにおける打ち下ろし羽ばたき角θ≒０°近傍で最小ピッチ角の姿勢に戻る。ただし、最小ピッチ角は０°近傍には戻らず、これよりも大きいピッチ角（例えば２０°近傍）が最小ピッチ角となる。
羽ばたきの第２ストローク以降は、自由飛翔に遷移する。上記の飛び立ち動作では、羽ばたき角＋９０°、ピッチ角０°、初速度０で羽ばたきが始まるが、第２ストローク以降は、打ち下ろし時、羽ばたき角０°のときピッチ角最小、打ち上げ時羽ばたき角０°のときピッチ角最大となる動作を繰り返す。
このように、本発明は、対気速度無しで自重以上の揚力を生み出す羽ばたき機構を提供できる。ピッチ角αの制御のための追加的な機構は不要であるから、軽量化でき、それにより、尾翼が不要で、初速度０から自重以上の揚力を生み出し、飛び立ちが可能な小型軽量の飛行機を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は羽ばたき飛行機の前方から見た斜視図、図２は図１の羽ばたき飛行機の後方から見た斜視図、図３は図１の羽ばたき飛行機の正面図、図４は図１の羽ばたき飛行機の側面図、図５は図１の羽ばたき飛行機における翼が上限角にある飛び立ち前の状態の側面図、図６は図１の羽ばたき飛行機における翼の第１ストローク打ち下ろし時の羽ばたき角０°にある飛翔状態の側面図、図７は図１の羽ばたき飛行機における翼の第１ストローク下限角にある飛翔状態の側面図、図８は図１の羽ばたき飛行機における翼の第１ストローク打ち上げ時の羽ばたき角０°にある飛翔状態の側面図、図９は図１の羽ばたき飛行機における翼の第２ストローク以降で、翼が上限角にある飛翔状態の側面図、図１０は図１の羽ばたき飛行機における翼の第２ストローク以降、打ち下ろし時の羽ばたき角０°にある飛翔状態の側面図、図１１ないし図１６は図１の羽ばたき飛行機における翼の羽ばたき角、ピッチ角および腹振り角の関係を動作の順にしたがって模式的に示すに示すもので、それぞれ（A）は正面図、（B）は側面図、（C）は平面図である。
【０００７】
羽ばたき飛行機は、図１ないし図４に示すように、棒状体から構成される機体１１、機体１１に取り付けられる羽ばたき翼１２、羽ばたき翼１２の羽ばたき運動を実現させる羽ばたき機構１３を備える。この羽ばたき飛行機の重心Aは、翼１２の翼反力中心Bより後方に配置される。なお、図において重心Aの位置が常に部材上にあるよう示したが、実際には、翼１２の上下運動により、わずかに移動し、部材のない空間上に存在する場合がある。
【０００８】
羽ばたき翼１２は、機体１１の左右に取り付けられており、羽ばたき機構１３により駆動されて、図５に示す上限羽ばたき角から図７に示す下限羽ばたき角まで往復揺動する羽ばたき運動を行う。羽ばたき翼１２は、翼根部材１４と、翼根部材１４から翼端部まで翼前縁に沿って、やや後方へ湾曲して延びる第１の骨杆１５と、翼根部材１４から骨杆１５に対して所定の角度離れて翼端部まで翼下縁に沿って延びる第２の骨杆１６と、第１及び第２の骨杆１５，１６間に張られた所定形状（ほぼ台形状）の翼型を有する翼膜１７とから構成される。翼膜１７は軽量な合成樹脂フィルムからなり、第１及び第２の骨杆１５，１６の先端部間に延びる後縁部１７aが、羽ばたき時にまくれる柔軟性を有する。
【０００９】
第１及び第２の骨杆１５，１６は、いずれも竹材で調製された部材であり、軽量であるとともに適度な強度、弾性、柔軟性を有している。同等の性質を有していれば、素材はこれに限定されない。第１及び第２の骨杆１５，１６は、翼根部材１４を介して、機体１１の左右に、機体１１の軸線と平行に固着されたピン１８で枢着される。翼１２は、後述する羽ばたき機構１３に連結されており、羽ばたき機構１３の駆動により、ピン１８を中心に上下方向に回動する。これにより、羽ばたき翼１２のフラッピング運動が可能となる。また、第１及び第２の骨杆１５，１６は、いずれも翼根部１４から翼端部に向かって徐々にその断面積が縮小し、翼端部側がより高い柔軟性を有している。これにより、羽ばたき時の翼１２の後縁部１７aの圧力を緩和することで、効率的に揚力を作り出せるようにしてある。
【００１０】
第１の骨杆１５は、例えば図１７に模式的に示すように、翼の上面側対応部に、長さ方向に所定間隔を置いて複数の切り込み１５ａを設ける等の手段により、上面方向の剛性を相対的に低く、下面方向の剛性を高くし、翼１２の打ち下ろし時と打ち上げ時とで変形量に異方性を持たせることができる。これにより、翼１２の打ち下ろし時にはほぼフラットの翼面形状であるが、打ち上げ時には「上に凸の撓みを作り出すことができる。
【００１１】
羽ばたき機構１３は、機体１１の下方に位置して機体１１に対して相対回転自在に設けられる胴体１９と、この胴体１９を機体１１に対して相対回転させる駆動部２２と、胴体１９の前方端部の左右において胴体１９と翼１２とを結合し、機体１１と胴体１９との相対回転を翼１２の羽ばたき運動に変換する羽ばたきリンク機構である弾性体リンク２０とを具備する。
【００１２】
胴体１９は、胴本体３２、斜め支持杆２１、軸受け部材２８、ガイド棒３０を具備する。胴本体３２は、棒状で、機体１１の下方に間隔を置いて、機体１１に沿って前後方向に延びる。斜め支持杆２１は、胴本体３２の後端部から斜め上前方へ延出して上端部において機体１１の中間部にピン２３で枢支され、その下部は、胴本体３２の後端部から斜め下後方へ延出する。軸受け部材２８は、斜め支持杆２１の下端部間に、胴本体３２、ガイド棒３０と一体に固着される。したがって、胴体１９は、前後方向の中間部においてピン２３で機体１１に枢支されることになり、ピン２３を中心に機体１１に対して相対回転する。
【００１３】
弾性体リンク２０は、弾性合成樹脂製の帯板状部材からなり、下端において胴体１９の前端部左右側面に固着され、上方へ延びつつ湾曲し、上端部において翼根部材１４を介して翼１２の骨杆１５，１６に固着される。
【００１４】
駆動部２２は、胴本体３２の前端下方において駆動源となるゴム紐２４の一端を係止する係止部材２５と、胴本体３２の後端下方においてゴム紐２４の他端を係止するクランク２６と、クランク２６と機体１１の後端部とを連結する連接杆２７とを具備する。クランク２６は、胴体１９の軸受け部材２８に軸支される。クランク２６の前方端にはゴム紐２４が係止され、後方端には、連接杆２７の基端が枢着される。連接杆２７の先端部は機体１１の後端からそれの軸線に沿って後方へ延出する支軸２９に枢支される。
【００１５】
したがって、撚られたゴム紐２４に蓄えられたエネルギによりクランク２６が回転すると、連接杆２７、支軸２９を経て機体１１の前後端部がピン２３を中心にして、胴体１９に対して交互に相対上下動するように回転する。胴体１９に対する機体１１の相対回転面は、ガイド棒３０によって規制される。ガイド棒３０は、軸受け部材２８から胴体１９に対して直角に上方へ延びており、その上部は、機体１１の後部に上下方向に貫通するように形成された軸線方向の長孔３１を自由に貫通している。胴本体３２と機体１１の前端部における相対昇降動は弾性体リンク２０を介して骨杆１５，１６に伝わり、骨杆１５，１６を羽ばたき運動（往復揺動）させる。
【００１６】
この実施形態の羽ばたき飛行機を模式的に示す図１１ないし図１５を参照して、機体１１の前端部に対する胴本体３２の相対上下動を翼１２の１８０°に近い羽ばたき運動ｂに変換する弾性体リンク２０の動作を説明する。胴本体３２は、上下に矢印ａのストロークで近似的に往復直動運動をする。図１１において、胴本体３２の前端部が上死点にあり、翼１２は、撓んだ弾性体リンク２０に押し上げられ、上限角（羽ばたき角θ≒９０°）の位置にある。胴本体３２の上死点では、翼１２が胴本体３２の前端部の上下方向運動線ａとほぼ平行に配置される。しかし、このとき、弾性体リンク２０の軸線は翼根部材１４に対して平行にならないので、胴本体３２前端部の上昇行程においては、その力が弾性体リンク２０の軸線方向の押圧力として有効に翼１２に伝えられ、正面図右側の翼１２についてみると、反時計方向の回転トルクが生じる。以下、正面図右側の翼１２に注目して説明する。ここから胴本体３２の前端部が下降行程に転じると、弾性体リンク２０の撓みを戻そうとする力ｆ1により、翼１２の時計方向の回転トルクが生じる。
【００１７】
胴本体３２前端部の下降行程により、翼根部材１４は時計方向へ回転し、図１２に示すように、翼１２の羽ばたき角θ≒０°の状態となる。この状態を、弾性体リンク２０の撓みの中立点（自然形）に設定してある。
【００１８】
さらに胴本体３２の前端部が下降し、図１３に示す下死点に到達すると、弾性体リンク２０は反対方向へ撓んで延び、翼１２は下限羽ばたき角(θ≒−８０°)に達する。この状態においても、弾性体リンク２０の軸線は翼根部材１４に対して平行にならない。したがって、下降行程の下死点付近においても、胴本体３２の力が弾性体リンク２０の軸線方向の押圧力として有効に翼１２に伝えられ、翼１２の時計方向の回転トルクが得られる。胴本体３２前端部が、上昇行程に転じると、弾性体リンク２０が撓んで蓄えたエネルギ、すなわち撓みを戻そうとする力ｆ2により、剛体リンク３を反時計方向へ回転させるトルクが得られる。
【００１９】
弾性体リンク２０の撓みの中立点（自然形）を、翼１２の回転角θ≒０°付近に設定することにより、翼１２の効率のよい羽ばたき運動を実現できるが、中立点の回転角θを変更（自然形を変更）し、あるいは弾性体リンク２０の材料定数を変更することにより、胴本体３２前端部の上下死点における翼１２の回転トルクを変更することができる。弾性体リンク２０は、合成樹脂製の帯板で構成するのが好適であるが、その材質は問わない。
【００２０】
この実施形態の羽ばたき飛行機は、例えば、図１１に示すピッチ角０°の姿勢で、上限羽ばたき角９０°近傍から、初速度０で翼の打ち下ろし動作を開始する。翼の打ち下ろし時には、左右の翼１２を引き剥がす動作で両翼の上面間に負圧を生じさせつつピッチ角α(図１２)の正方向の回転モーメントMを生じさせて徐々にピッチ角を増大させ、図１２に示す羽ばたき角θ≒０°の状態を経て、図１３に示す下限羽ばたき角(例えばθ≒−８０°)近傍に達する。ピッチ角αが比較的小さい（０°に近い）間、すなわち翼１２の上面が垂直上向きに近い間、翼の間の負圧が翼の上面の全面に広がり、この上方の負圧により上から引き上げられるように機体が上昇する。
【００２１】
次いで、羽ばたき角θ≒−８０°近傍からの翼１２の打ち上げ動作に移るが、ピッチ角αは、打ち下ろし時の回転モーメントによる機体の回転慣性で、図１４に示す翼１２の打ち上げ時羽ばたき角θ≒０°近傍まで増加を続ける。翼１２の打ち上げにより、左右の翼１２を広げる動作で両翼の下面間に負圧を生じさせ、ピッチ角αが比較的大きい（９０°に近い）間、すなわち翼の下面が前向きに近い間、翼の上下面の圧力差により機体が前進する。この間、翼の鉛直方向の投影面積が小さいから、打ち上げ時の揚力減少が抑えられる。ピッチ角αが０°近傍であれば、打ち上げ時羽ばたき角θ≒０°近傍で揚力減少が最大となるが、この実施形態の飛行機においては、このとき、図１４に示すように、ピッチ角αが最大となるため、揚力減少が最小限に抑えられる。すなわち、ピッチ角制御による、フェザリング制御と同等のメカニズムにより、揚力減少を最小限に抑えて自重以上の揚力を維持する。その後、翼１２の打ち上げによるピッチ角αの負方向の回転モーメントMで徐々にピッチ角αを減少させ、図１５に示す羽ばたき角θ≒９０°を経て、図１６に示す第２ストロークの羽ばたき角θ≒０°近傍で最小ピッチ角(約２０°)の姿勢に戻る。図１５までの羽ばたきの第１ストロークが飛び立ち動作の概略である。
【００２２】
羽ばたきの第２ストローク以降は、自由飛翔に遷移する。上記の飛び立ち動作では、羽ばたき角θ≒＋９０°、ピッチ角α≒０°、初速度０で羽ばたきが始まるが、第２ストローク以降は、打ち下ろし時、羽ばたき角θ≒０°のときピッチ角α最小（約２０°）、打ち上げ時、羽ばたき角θ≒０°のときピッチ角α最大となる。最小ピッチ角αは０°近傍には戻らず、これよりも大きい２０°近傍となる。
【００２３】
このように、本発明は、対気速度無しで自重以上の揚力を生み出す羽ばたき機構を提供できる。ピッチ角αの制御のための追加的な機構は不要であるから、軽量化でき、それにより、尾翼が不要で、初速度０から自重以上の揚力を生み出し、飛び立ちが可能な小型軽量の飛行機を実現できる。
【００２４】
さらに、この実施形態の羽ばたき飛行機においては、羽ばたき動作に連動して機体１１に対して胴体１９の後部を上下方向に振る腹振り動作を行って、ピッチ角αの制御をさらに確実なものとする。すなわち、胴本体３２、斜め支持杆２１、軸受け部材２８、ガイド棒３０を具備する胴体１９は、ピン２３による機体１１への枢支部を境に、前部と後部とが、機体１１に対して上下逆方向に相対回転する。上記のように、胴体１９の前部の上下動は翼１２の上下動を生じる。これに対し、胴体１９の後部の上下動(腹振り運動)は翼１２の上下動と逆位相で同周期となる。ピッチ角αと腹振り角βの関係を図１１ないし図１５に示す。すなわち、翼１２の打ち下ろし動作時に、胴体１９の振り上げ動作(ピッチ角における負の方向回転)が、翼１２の打ち上げ動作時に、胴体１９の振り下ろし動作(ピッチ角における正の方向回転)が行われる。この腹振り動作は、翼１２の打ち下ろし動作開始時におけるピッチ角の正方向の回転モーメント増大に寄与し、翼１２の打ち上げ動作開始時におけるピッチ角の負方向の回転モーメント増大に寄与する。腹振り運動のピッチ角への影響は、その振動角度に大きく依存するが、いずれにしても、腹振り開始時、すなわち、腹振りによる回転トルクが極大、極小の時には、ピッチ角の回転モーメント増大に寄与している。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の羽ばたき飛行機は、玩具に適用できる他、これに実用的機能を付加した各種の飛行体に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】羽ばたき飛行機の前方から見た斜視図である。
【図２】図１の羽ばたき飛行機の後方から見た斜視図である。
【図３】図１の羽ばたき飛行機の正面図である。
【図４】図１の羽ばたき飛行機の側面図である。
【図５】図１の羽ばたき飛行機における翼が上限角にある飛び立ち前の状態の側面図である。
【図６】図１の羽ばたき飛行機における翼の第１ストローク打ち下ろし時の羽ばたき角０°にある飛翔状態の側面図である。
【図７】図１の羽ばたき飛行機における翼の第１ストローク下限角にある飛翔状態の側面図である。
【図８】図１の羽ばたき飛行機における翼の第１ストローク打ち上げ時の羽ばたき角０°にある飛翔状態の側面図である。
【図９】図１の羽ばたき飛行機における翼の第２ストローク以降で、翼が上限角にある飛翔状態の側面図である。
【図１０】図１の羽ばたき飛行機における翼の第２ストローク以降、打ち下ろし時の羽ばたき角０°にある飛翔状態の側面図である。
【図１１】図１の羽ばたき飛行機における翼の羽ばたき角、ピッチ角および腹振り角の関係を動作の順にしたがって模式的に示すに示すもので、（A）は正面図、（B）は側面図、（C）は平面図である。
【図１２】図１の羽ばたき飛行機における翼の羽ばたき角、ピッチ角および腹振り角の関係を動作の順にしたがって模式的に示すに示すもので、（A）は正面図、（B）は側面図、（C）は平面図である。
【図１３】図１の羽ばたき飛行機における翼の羽ばたき角、ピッチ角および腹振り角の関係を動作の順にしたがって模式的に示すに示すもので、（A）は正面図、（B）は側面図、（C）は平面図である。
【図１４】図１の羽ばたき飛行機における翼の羽ばたき角、ピッチ角および腹振り角の関係を動作の順にしたがって模式的に示すに示すもので、（A）は正面図、（B）は側面図、（C）は平面図である。
【図１５】図１の羽ばたき飛行機における翼の羽ばたき角、ピッチ角および腹振り角の関係を動作の順にしたがって模式的に示すに示すもので、（A）は正面図、（B）は側面図、（C）は平面図である。
【図１６】図１の羽ばたき飛行機における翼の羽ばたき角、ピッチ角および腹振り角の関係を動作の順にしたがって模式的に示すに示すもので、（A）は正面図、（B）は側面図、（C）は平面図である。
【図１７】翼の骨杆の実施例を示す模式的正面図である。
【符号の説明】
【００２７】
A 重心
B 翼反力中心
ａ 胴本体前部の運動ストローク
ｂ 羽ばたき運動ストローク
ｆ1 撓みを戻そうとする力
ｆ2 撓みを戻そうとする力
θ 羽ばたき角
１１ 機体
１２ 翼
１３ 羽ばたき機構
１４ 翼根部材
１５ 第1骨杆
１５ａ 切り込み
１６ 第２骨杆
１７ 翼膜
１７a 後縁部
１８ ピン
１９ 胴体
２０ 弾性体リンク
２１ 斜め支持杆
２２ 駆動部
２３ 水平ピン
２４ ゴム紐
２５ 係止部材
２６ クランク
２７ 連接杆
２８ 軸受け部材
２９ 支軸
３０ ガイド棒
３１ 長孔
３２ 胴本体
【技術分野】
【０００１】
この発明は、機体の左右に揺動自在に取り付けられる一対の翼の打ち上げ・打ち下ろしの羽ばたき運動によって飛翔する羽ばたき飛行機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、羽ばたき飛行機として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。これは、凧に主翼動力装置を設けたもので、主翼動力装置により主翼に取り付けられたひもを巻き取り、或いは、解き放つことにより、主翼が１秒間に数回、羽ばたく。主翼動力装置は、搭載する電池とモータによる電動式で、減速機構とクランクとひも止めとパイプとから構成される。主翼には、弾力性があり、常に一定の形を保とうとする復元力がある。主翼は、ひもにより引っ張られて打ち下ろした後、ひもの解放により打ち上げられ、元の形状に戻る。これを繰り返すことにより自ら羽ばたいて飛行する。
【特許文献１】特開２００５−２８８１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１に記載の飛行機においては、飛ぶために対気速度（1.6m/s）が必要で、対気速度0m/sからの飛び立ちはできない（特許文献１、段落００２７参照）。また、尾翼を必要とするから、小型（翼幅10cm，1g程度）で尾翼がない形態の羽ばたき飛行機を望むことができない。加えて、姿勢維持のために揚力中心を重心の近傍にする必要があることも形態の制限を招く。また、羽ばたき運動による飛行における翼の打ち上げ時の揚力減少を防止するために、従来は翼の関節を一自由度増やし、フェザリングにより羽ばたき面に対する翼面積を減少させる手段がとられるが、これは大型、大重量化を招くという問題点がある。
したがって、この出願に係る発明は、蝶のような形態で、大きな振幅で羽ばたき飛行し、対気速度０からの飛び立ちが可能な小型、軽量の羽ばたき飛行機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するための本発明に係る羽ばたき飛行機は、前後方向に延びる機体１１と、この機体１１の左右に揺動自在に取り付けられる一対の翼１２と、この翼１２の打ち上げ・打ち下ろしの羽ばたき運動を実現させる羽ばたき機構１３とを備える。その重心Ａは翼１２の揚力中心Ｂより後方に配置される。それによって、打ち下ろし時に翼１２の上面方向にかかる翼反力により機体１１にピッチ角αの正方向の回転モーメントを生じさせてピッチ角αを大きくさせつつ上昇し、打ち上げ時に翼１２の下面方向にかかる翼反力により機体１１にピッチ角αの負方向の回転モーメントを生じさせてピッチ角αを小さくしつつ前進するように、羽ばたき周期とピッチ角αの振動周期との同期をとるよう設定される。
【発明の効果】
【０００５】
この発明の羽ばたき飛行機によれば、例えば、ピッチ角α＝０°近傍の姿勢で、上限羽ばたき角θ≒９０°近傍から、初速度０で翼１２の打ち下ろしが開始される。翼１２の打ち下ろし時に、左右の翼１２を引き剥がす動作で両翼の上面間に負圧を生じさせつつピッチ角αの正方向の回転モーメントを生じさせて徐々にピッチ角αを増大させ、下限羽ばたき角(例えば−８０°)近傍に達する。ピッチ角αが比較的小さい間、すなわち翼１２の上面が垂直上向きに近い間、翼の間の負圧が翼の上面の全面に広がり、この上方の負圧により上から引き上げられるように機体が上昇する。
次いで、羽ばたき角−８０°近傍からの翼の打ち上げ動作に移り、左右の翼１２を広げる動作で両翼の下面間に負圧を生じさせ、ピッチ角αが比較的大きい間、すなわち翼１２の下面が前向きに近い間、翼１２の上下面の圧力差により機体が前進する。打ち上げ時羽ばたき角θ≒０°近傍でピッチ角αが最大となる。この間、フェザリング制御と同等のメカニズム、すなわち翼１２の鉛直方向の投影面積を小さくして、打ち上げ時の揚力減少を最小限に抑えることができる。翼１２の打ち上げ動作の進行に従い、ピッチ角αの負方向の回転モーメントを増大させて徐々にピッチ角を減少させ、上限羽ばたき角θ≒９０°近傍で羽ばたきの第１ストロークが終了する。以上が飛び立ち動作の概略である。そして、羽ばたきの第2ストロークにおける打ち下ろし羽ばたき角θ≒０°近傍で最小ピッチ角の姿勢に戻る。ただし、最小ピッチ角は０°近傍には戻らず、これよりも大きいピッチ角（例えば２０°近傍）が最小ピッチ角となる。
羽ばたきの第２ストローク以降は、自由飛翔に遷移する。上記の飛び立ち動作では、羽ばたき角＋９０°、ピッチ角０°、初速度０で羽ばたきが始まるが、第２ストローク以降は、打ち下ろし時、羽ばたき角０°のときピッチ角最小、打ち上げ時羽ばたき角０°のときピッチ角最大となる動作を繰り返す。
このように、本発明は、対気速度無しで自重以上の揚力を生み出す羽ばたき機構を提供できる。ピッチ角αの制御のための追加的な機構は不要であるから、軽量化でき、それにより、尾翼が不要で、初速度０から自重以上の揚力を生み出し、飛び立ちが可能な小型軽量の飛行機を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は羽ばたき飛行機の前方から見た斜視図、図２は図１の羽ばたき飛行機の後方から見た斜視図、図３は図１の羽ばたき飛行機の正面図、図４は図１の羽ばたき飛行機の側面図、図５は図１の羽ばたき飛行機における翼が上限角にある飛び立ち前の状態の側面図、図６は図１の羽ばたき飛行機における翼の第１ストローク打ち下ろし時の羽ばたき角０°にある飛翔状態の側面図、図７は図１の羽ばたき飛行機における翼の第１ストローク下限角にある飛翔状態の側面図、図８は図１の羽ばたき飛行機における翼の第１ストローク打ち上げ時の羽ばたき角０°にある飛翔状態の側面図、図９は図１の羽ばたき飛行機における翼の第２ストローク以降で、翼が上限角にある飛翔状態の側面図、図１０は図１の羽ばたき飛行機における翼の第２ストローク以降、打ち下ろし時の羽ばたき角０°にある飛翔状態の側面図、図１１ないし図１６は図１の羽ばたき飛行機における翼の羽ばたき角、ピッチ角および腹振り角の関係を動作の順にしたがって模式的に示すに示すもので、それぞれ（A）は正面図、（B）は側面図、（C）は平面図である。
【０００７】
羽ばたき飛行機は、図１ないし図４に示すように、棒状体から構成される機体１１、機体１１に取り付けられる羽ばたき翼１２、羽ばたき翼１２の羽ばたき運動を実現させる羽ばたき機構１３を備える。この羽ばたき飛行機の重心Aは、翼１２の翼反力中心Bより後方に配置される。なお、図において重心Aの位置が常に部材上にあるよう示したが、実際には、翼１２の上下運動により、わずかに移動し、部材のない空間上に存在する場合がある。
【０００８】
羽ばたき翼１２は、機体１１の左右に取り付けられており、羽ばたき機構１３により駆動されて、図５に示す上限羽ばたき角から図７に示す下限羽ばたき角まで往復揺動する羽ばたき運動を行う。羽ばたき翼１２は、翼根部材１４と、翼根部材１４から翼端部まで翼前縁に沿って、やや後方へ湾曲して延びる第１の骨杆１５と、翼根部材１４から骨杆１５に対して所定の角度離れて翼端部まで翼下縁に沿って延びる第２の骨杆１６と、第１及び第２の骨杆１５，１６間に張られた所定形状（ほぼ台形状）の翼型を有する翼膜１７とから構成される。翼膜１７は軽量な合成樹脂フィルムからなり、第１及び第２の骨杆１５，１６の先端部間に延びる後縁部１７aが、羽ばたき時にまくれる柔軟性を有する。
【０００９】
第１及び第２の骨杆１５，１６は、いずれも竹材で調製された部材であり、軽量であるとともに適度な強度、弾性、柔軟性を有している。同等の性質を有していれば、素材はこれに限定されない。第１及び第２の骨杆１５，１６は、翼根部材１４を介して、機体１１の左右に、機体１１の軸線と平行に固着されたピン１８で枢着される。翼１２は、後述する羽ばたき機構１３に連結されており、羽ばたき機構１３の駆動により、ピン１８を中心に上下方向に回動する。これにより、羽ばたき翼１２のフラッピング運動が可能となる。また、第１及び第２の骨杆１５，１６は、いずれも翼根部１４から翼端部に向かって徐々にその断面積が縮小し、翼端部側がより高い柔軟性を有している。これにより、羽ばたき時の翼１２の後縁部１７aの圧力を緩和することで、効率的に揚力を作り出せるようにしてある。
【００１０】
第１の骨杆１５は、例えば図１７に模式的に示すように、翼の上面側対応部に、長さ方向に所定間隔を置いて複数の切り込み１５ａを設ける等の手段により、上面方向の剛性を相対的に低く、下面方向の剛性を高くし、翼１２の打ち下ろし時と打ち上げ時とで変形量に異方性を持たせることができる。これにより、翼１２の打ち下ろし時にはほぼフラットの翼面形状であるが、打ち上げ時には「上に凸の撓みを作り出すことができる。
【００１１】
羽ばたき機構１３は、機体１１の下方に位置して機体１１に対して相対回転自在に設けられる胴体１９と、この胴体１９を機体１１に対して相対回転させる駆動部２２と、胴体１９の前方端部の左右において胴体１９と翼１２とを結合し、機体１１と胴体１９との相対回転を翼１２の羽ばたき運動に変換する羽ばたきリンク機構である弾性体リンク２０とを具備する。
【００１２】
胴体１９は、胴本体３２、斜め支持杆２１、軸受け部材２８、ガイド棒３０を具備する。胴本体３２は、棒状で、機体１１の下方に間隔を置いて、機体１１に沿って前後方向に延びる。斜め支持杆２１は、胴本体３２の後端部から斜め上前方へ延出して上端部において機体１１の中間部にピン２３で枢支され、その下部は、胴本体３２の後端部から斜め下後方へ延出する。軸受け部材２８は、斜め支持杆２１の下端部間に、胴本体３２、ガイド棒３０と一体に固着される。したがって、胴体１９は、前後方向の中間部においてピン２３で機体１１に枢支されることになり、ピン２３を中心に機体１１に対して相対回転する。
【００１３】
弾性体リンク２０は、弾性合成樹脂製の帯板状部材からなり、下端において胴体１９の前端部左右側面に固着され、上方へ延びつつ湾曲し、上端部において翼根部材１４を介して翼１２の骨杆１５，１６に固着される。
【００１４】
駆動部２２は、胴本体３２の前端下方において駆動源となるゴム紐２４の一端を係止する係止部材２５と、胴本体３２の後端下方においてゴム紐２４の他端を係止するクランク２６と、クランク２６と機体１１の後端部とを連結する連接杆２７とを具備する。クランク２６は、胴体１９の軸受け部材２８に軸支される。クランク２６の前方端にはゴム紐２４が係止され、後方端には、連接杆２７の基端が枢着される。連接杆２７の先端部は機体１１の後端からそれの軸線に沿って後方へ延出する支軸２９に枢支される。
【００１５】
したがって、撚られたゴム紐２４に蓄えられたエネルギによりクランク２６が回転すると、連接杆２７、支軸２９を経て機体１１の前後端部がピン２３を中心にして、胴体１９に対して交互に相対上下動するように回転する。胴体１９に対する機体１１の相対回転面は、ガイド棒３０によって規制される。ガイド棒３０は、軸受け部材２８から胴体１９に対して直角に上方へ延びており、その上部は、機体１１の後部に上下方向に貫通するように形成された軸線方向の長孔３１を自由に貫通している。胴本体３２と機体１１の前端部における相対昇降動は弾性体リンク２０を介して骨杆１５，１６に伝わり、骨杆１５，１６を羽ばたき運動（往復揺動）させる。
【００１６】
この実施形態の羽ばたき飛行機を模式的に示す図１１ないし図１５を参照して、機体１１の前端部に対する胴本体３２の相対上下動を翼１２の１８０°に近い羽ばたき運動ｂに変換する弾性体リンク２０の動作を説明する。胴本体３２は、上下に矢印ａのストロークで近似的に往復直動運動をする。図１１において、胴本体３２の前端部が上死点にあり、翼１２は、撓んだ弾性体リンク２０に押し上げられ、上限角（羽ばたき角θ≒９０°）の位置にある。胴本体３２の上死点では、翼１２が胴本体３２の前端部の上下方向運動線ａとほぼ平行に配置される。しかし、このとき、弾性体リンク２０の軸線は翼根部材１４に対して平行にならないので、胴本体３２前端部の上昇行程においては、その力が弾性体リンク２０の軸線方向の押圧力として有効に翼１２に伝えられ、正面図右側の翼１２についてみると、反時計方向の回転トルクが生じる。以下、正面図右側の翼１２に注目して説明する。ここから胴本体３２の前端部が下降行程に転じると、弾性体リンク２０の撓みを戻そうとする力ｆ1により、翼１２の時計方向の回転トルクが生じる。
【００１７】
胴本体３２前端部の下降行程により、翼根部材１４は時計方向へ回転し、図１２に示すように、翼１２の羽ばたき角θ≒０°の状態となる。この状態を、弾性体リンク２０の撓みの中立点（自然形）に設定してある。
【００１８】
さらに胴本体３２の前端部が下降し、図１３に示す下死点に到達すると、弾性体リンク２０は反対方向へ撓んで延び、翼１２は下限羽ばたき角(θ≒−８０°)に達する。この状態においても、弾性体リンク２０の軸線は翼根部材１４に対して平行にならない。したがって、下降行程の下死点付近においても、胴本体３２の力が弾性体リンク２０の軸線方向の押圧力として有効に翼１２に伝えられ、翼１２の時計方向の回転トルクが得られる。胴本体３２前端部が、上昇行程に転じると、弾性体リンク２０が撓んで蓄えたエネルギ、すなわち撓みを戻そうとする力ｆ2により、剛体リンク３を反時計方向へ回転させるトルクが得られる。
【００１９】
弾性体リンク２０の撓みの中立点（自然形）を、翼１２の回転角θ≒０°付近に設定することにより、翼１２の効率のよい羽ばたき運動を実現できるが、中立点の回転角θを変更（自然形を変更）し、あるいは弾性体リンク２０の材料定数を変更することにより、胴本体３２前端部の上下死点における翼１２の回転トルクを変更することができる。弾性体リンク２０は、合成樹脂製の帯板で構成するのが好適であるが、その材質は問わない。
【００２０】
この実施形態の羽ばたき飛行機は、例えば、図１１に示すピッチ角０°の姿勢で、上限羽ばたき角９０°近傍から、初速度０で翼の打ち下ろし動作を開始する。翼の打ち下ろし時には、左右の翼１２を引き剥がす動作で両翼の上面間に負圧を生じさせつつピッチ角α(図１２)の正方向の回転モーメントMを生じさせて徐々にピッチ角を増大させ、図１２に示す羽ばたき角θ≒０°の状態を経て、図１３に示す下限羽ばたき角(例えばθ≒−８０°)近傍に達する。ピッチ角αが比較的小さい（０°に近い）間、すなわち翼１２の上面が垂直上向きに近い間、翼の間の負圧が翼の上面の全面に広がり、この上方の負圧により上から引き上げられるように機体が上昇する。
【００２１】
次いで、羽ばたき角θ≒−８０°近傍からの翼１２の打ち上げ動作に移るが、ピッチ角αは、打ち下ろし時の回転モーメントによる機体の回転慣性で、図１４に示す翼１２の打ち上げ時羽ばたき角θ≒０°近傍まで増加を続ける。翼１２の打ち上げにより、左右の翼１２を広げる動作で両翼の下面間に負圧を生じさせ、ピッチ角αが比較的大きい（９０°に近い）間、すなわち翼の下面が前向きに近い間、翼の上下面の圧力差により機体が前進する。この間、翼の鉛直方向の投影面積が小さいから、打ち上げ時の揚力減少が抑えられる。ピッチ角αが０°近傍であれば、打ち上げ時羽ばたき角θ≒０°近傍で揚力減少が最大となるが、この実施形態の飛行機においては、このとき、図１４に示すように、ピッチ角αが最大となるため、揚力減少が最小限に抑えられる。すなわち、ピッチ角制御による、フェザリング制御と同等のメカニズムにより、揚力減少を最小限に抑えて自重以上の揚力を維持する。その後、翼１２の打ち上げによるピッチ角αの負方向の回転モーメントMで徐々にピッチ角αを減少させ、図１５に示す羽ばたき角θ≒９０°を経て、図１６に示す第２ストロークの羽ばたき角θ≒０°近傍で最小ピッチ角(約２０°)の姿勢に戻る。図１５までの羽ばたきの第１ストロークが飛び立ち動作の概略である。
【００２２】
羽ばたきの第２ストローク以降は、自由飛翔に遷移する。上記の飛び立ち動作では、羽ばたき角θ≒＋９０°、ピッチ角α≒０°、初速度０で羽ばたきが始まるが、第２ストローク以降は、打ち下ろし時、羽ばたき角θ≒０°のときピッチ角α最小（約２０°）、打ち上げ時、羽ばたき角θ≒０°のときピッチ角α最大となる。最小ピッチ角αは０°近傍には戻らず、これよりも大きい２０°近傍となる。
【００２３】
このように、本発明は、対気速度無しで自重以上の揚力を生み出す羽ばたき機構を提供できる。ピッチ角αの制御のための追加的な機構は不要であるから、軽量化でき、それにより、尾翼が不要で、初速度０から自重以上の揚力を生み出し、飛び立ちが可能な小型軽量の飛行機を実現できる。
【００２４】
さらに、この実施形態の羽ばたき飛行機においては、羽ばたき動作に連動して機体１１に対して胴体１９の後部を上下方向に振る腹振り動作を行って、ピッチ角αの制御をさらに確実なものとする。すなわち、胴本体３２、斜め支持杆２１、軸受け部材２８、ガイド棒３０を具備する胴体１９は、ピン２３による機体１１への枢支部を境に、前部と後部とが、機体１１に対して上下逆方向に相対回転する。上記のように、胴体１９の前部の上下動は翼１２の上下動を生じる。これに対し、胴体１９の後部の上下動(腹振り運動)は翼１２の上下動と逆位相で同周期となる。ピッチ角αと腹振り角βの関係を図１１ないし図１５に示す。すなわち、翼１２の打ち下ろし動作時に、胴体１９の振り上げ動作(ピッチ角における負の方向回転)が、翼１２の打ち上げ動作時に、胴体１９の振り下ろし動作(ピッチ角における正の方向回転)が行われる。この腹振り動作は、翼１２の打ち下ろし動作開始時におけるピッチ角の正方向の回転モーメント増大に寄与し、翼１２の打ち上げ動作開始時におけるピッチ角の負方向の回転モーメント増大に寄与する。腹振り運動のピッチ角への影響は、その振動角度に大きく依存するが、いずれにしても、腹振り開始時、すなわち、腹振りによる回転トルクが極大、極小の時には、ピッチ角の回転モーメント増大に寄与している。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の羽ばたき飛行機は、玩具に適用できる他、これに実用的機能を付加した各種の飛行体に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】羽ばたき飛行機の前方から見た斜視図である。
【図２】図１の羽ばたき飛行機の後方から見た斜視図である。
【図３】図１の羽ばたき飛行機の正面図である。
【図４】図１の羽ばたき飛行機の側面図である。
【図５】図１の羽ばたき飛行機における翼が上限角にある飛び立ち前の状態の側面図である。
【図６】図１の羽ばたき飛行機における翼の第１ストローク打ち下ろし時の羽ばたき角０°にある飛翔状態の側面図である。
【図７】図１の羽ばたき飛行機における翼の第１ストローク下限角にある飛翔状態の側面図である。
【図８】図１の羽ばたき飛行機における翼の第１ストローク打ち上げ時の羽ばたき角０°にある飛翔状態の側面図である。
【図９】図１の羽ばたき飛行機における翼の第２ストローク以降で、翼が上限角にある飛翔状態の側面図である。
【図１０】図１の羽ばたき飛行機における翼の第２ストローク以降、打ち下ろし時の羽ばたき角０°にある飛翔状態の側面図である。
【図１１】図１の羽ばたき飛行機における翼の羽ばたき角、ピッチ角および腹振り角の関係を動作の順にしたがって模式的に示すに示すもので、（A）は正面図、（B）は側面図、（C）は平面図である。
【図１２】図１の羽ばたき飛行機における翼の羽ばたき角、ピッチ角および腹振り角の関係を動作の順にしたがって模式的に示すに示すもので、（A）は正面図、（B）は側面図、（C）は平面図である。
【図１３】図１の羽ばたき飛行機における翼の羽ばたき角、ピッチ角および腹振り角の関係を動作の順にしたがって模式的に示すに示すもので、（A）は正面図、（B）は側面図、（C）は平面図である。
【図１４】図１の羽ばたき飛行機における翼の羽ばたき角、ピッチ角および腹振り角の関係を動作の順にしたがって模式的に示すに示すもので、（A）は正面図、（B）は側面図、（C）は平面図である。
【図１５】図１の羽ばたき飛行機における翼の羽ばたき角、ピッチ角および腹振り角の関係を動作の順にしたがって模式的に示すに示すもので、（A）は正面図、（B）は側面図、（C）は平面図である。
【図１６】図１の羽ばたき飛行機における翼の羽ばたき角、ピッチ角および腹振り角の関係を動作の順にしたがって模式的に示すに示すもので、（A）は正面図、（B）は側面図、（C）は平面図である。
【図１７】翼の骨杆の実施例を示す模式的正面図である。
【符号の説明】
【００２７】
A 重心
B 翼反力中心
ａ 胴本体前部の運動ストローク
ｂ 羽ばたき運動ストローク
ｆ1 撓みを戻そうとする力
ｆ2 撓みを戻そうとする力
θ 羽ばたき角
１１ 機体
１２ 翼
１３ 羽ばたき機構
１４ 翼根部材
１５ 第1骨杆
１５ａ 切り込み
１６ 第２骨杆
１７ 翼膜
１７a 後縁部
１８ ピン
１９ 胴体
２０ 弾性体リンク
２１ 斜め支持杆
２２ 駆動部
２３ 水平ピン
２４ ゴム紐
２５ 係止部材
２６ クランク
２７ 連接杆
２８ 軸受け部材
２９ 支軸
３０ ガイド棒
３１ 長孔
３２ 胴本体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前後方向に延びる機体と、この機体の左右に揺動自在に取り付けられる一対の翼と、この翼の打ち上げ・打ち下ろしの羽ばたき運動を実現させる羽ばたき機構と、を備える羽ばたき飛行機であって、
重心が前記翼の揚力中心より後方に配置され、それによって、打ち下ろし時に翼の上面方向にかかる翼反力により機体にピッチ角の正方向の回転モーメントを生じさせてピッチ角を増大させつつ上昇し、打ち上げ時に翼の下面方向にかかる翼反力により機体にピッチ角の負方向の回転モーメントを生じさせてピッチ角を小さくしつつ前進するように、羽ばたき周期とピッチ角の振動周期との同期をとるよう設定されることを特徴とする羽ばたき飛行機。
【請求項２】
前記羽ばたき機構は、前記機体の下方に位置して機体に対して上下方向に相対揺動自在に設けられる胴体と、この胴体を前記機体に対してピッチ角の正方向と負方向へ相対回転させる駆動部と、前記胴体と前記翼とを結合し前記機体と胴体との相対回転を翼の羽ばたき運動に変換する羽ばたきリンク機構と、を具備し、
前記胴体は、前後方向の中間部において前記機体に枢支され、枢支部を中心に機体に対してピッチ角の正方向と負方向へ相対回転するように設けられ、
前記羽ばたきリンク機構は、前記機体に対する前記胴体前部の相対回転運動を胴体後部の相対回転運動と逆位相となる翼の羽ばたき運動に変換するように、胴体の前部と前記翼との間に設けられ、
それによって、前記翼の羽ばたきと胴体後部の相対回転運動とが同周期逆位相となるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の羽ばたき飛行機。
【請求項３】
前記胴体は、前記機体に沿って前後方向に延びる胴本体と、この胴本体から上方へ延出して上端部において前記機体の中間部に枢支される支持杆とを具備し、
前記胴本体は、前端部において前記羽ばたきリンク機構を介して前記翼に連結され、
前記駆動部は、前記胴本体の前方下部に固定され駆動源となるゴム紐の一端が係止される係止部材と、中間部が胴本体の後方下部に軸支され一端側にゴム紐の他端が係止されるクランクと、一端側がクランクの他端側に枢支され他端側が前記機体の後部に枢支されクランクの回転を胴本体に対する機体後部の相対回転運動に変換して伝える連接杆とを具備することを特徴とする請求項２に記載の羽ばたき飛行機。
【請求項４】
前記翼は、前記機体に枢支される翼根部材と、この翼根部材から翼端部まで翼前縁に沿って延びる第１の骨杆と、翼根部材から第１の骨杆に対して所定の角度離れて翼端部まで翼下縁に沿って延びる第２の骨杆と、第１及び第２の骨杆の間に張られる柔軟な翼膜とを具備し、
前記翼膜は、前記第１及び第２の骨杆の先端部間に延びる後縁が羽ばたき時にまくれる柔軟性を有することを特徴とする請求項１ないし3のいずれかに記載の羽ばたき飛行機。
【請求項５】
前記第１の骨杆は、上面方向の剛性が相対的に低く、下面方向の剛性が相対的に高く構成され、
それにより、前記翼の打ち下ろし時にはほぼフラットの翼面形状であるが、打ち上げ時には大きな上に凸の撓みを作り出すことができるように構成されることを特徴とする請求項４に記載の羽ばたき飛行機。
【請求項１】
前後方向に延びる機体と、この機体の左右に揺動自在に取り付けられる一対の翼と、この翼の打ち上げ・打ち下ろしの羽ばたき運動を実現させる羽ばたき機構と、を備える羽ばたき飛行機であって、
重心が前記翼の揚力中心より後方に配置され、それによって、打ち下ろし時に翼の上面方向にかかる翼反力により機体にピッチ角の正方向の回転モーメントを生じさせてピッチ角を増大させつつ上昇し、打ち上げ時に翼の下面方向にかかる翼反力により機体にピッチ角の負方向の回転モーメントを生じさせてピッチ角を小さくしつつ前進するように、羽ばたき周期とピッチ角の振動周期との同期をとるよう設定されることを特徴とする羽ばたき飛行機。
【請求項２】
前記羽ばたき機構は、前記機体の下方に位置して機体に対して上下方向に相対揺動自在に設けられる胴体と、この胴体を前記機体に対してピッチ角の正方向と負方向へ相対回転させる駆動部と、前記胴体と前記翼とを結合し前記機体と胴体との相対回転を翼の羽ばたき運動に変換する羽ばたきリンク機構と、を具備し、
前記胴体は、前後方向の中間部において前記機体に枢支され、枢支部を中心に機体に対してピッチ角の正方向と負方向へ相対回転するように設けられ、
前記羽ばたきリンク機構は、前記機体に対する前記胴体前部の相対回転運動を胴体後部の相対回転運動と逆位相となる翼の羽ばたき運動に変換するように、胴体の前部と前記翼との間に設けられ、
それによって、前記翼の羽ばたきと胴体後部の相対回転運動とが同周期逆位相となるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の羽ばたき飛行機。
【請求項３】
前記胴体は、前記機体に沿って前後方向に延びる胴本体と、この胴本体から上方へ延出して上端部において前記機体の中間部に枢支される支持杆とを具備し、
前記胴本体は、前端部において前記羽ばたきリンク機構を介して前記翼に連結され、
前記駆動部は、前記胴本体の前方下部に固定され駆動源となるゴム紐の一端が係止される係止部材と、中間部が胴本体の後方下部に軸支され一端側にゴム紐の他端が係止されるクランクと、一端側がクランクの他端側に枢支され他端側が前記機体の後部に枢支されクランクの回転を胴本体に対する機体後部の相対回転運動に変換して伝える連接杆とを具備することを特徴とする請求項２に記載の羽ばたき飛行機。
【請求項４】
前記翼は、前記機体に枢支される翼根部材と、この翼根部材から翼端部まで翼前縁に沿って延びる第１の骨杆と、翼根部材から第１の骨杆に対して所定の角度離れて翼端部まで翼下縁に沿って延びる第２の骨杆と、第１及び第２の骨杆の間に張られる柔軟な翼膜とを具備し、
前記翼膜は、前記第１及び第２の骨杆の先端部間に延びる後縁が羽ばたき時にまくれる柔軟性を有することを特徴とする請求項１ないし3のいずれかに記載の羽ばたき飛行機。
【請求項５】
前記第１の骨杆は、上面方向の剛性が相対的に低く、下面方向の剛性が相対的に高く構成され、
それにより、前記翼の打ち下ろし時にはほぼフラットの翼面形状であるが、打ち上げ時には大きな上に凸の撓みを作り出すことができるように構成されることを特徴とする請求項４に記載の羽ばたき飛行機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−１８０５９（Ｐ２０１０−１８０５９Ａ）
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７８１５３（Ｐ２００８−１７８１５３）
【出願日】平成２０年７月８日（２００８．７．８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２０年６月５日 社団法人日本機械学会発行の「Ｎｏ．０８−４ ロボティクス・メカトロニクス講演会２００８ 講演概要集」に発表
【出願人】（５９８１６３０６４）学校法人千葉工業大学 (101)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月８日（２００８．７．８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２０年６月５日 社団法人日本機械学会発行の「Ｎｏ．０８−４ ロボティクス・メカトロニクス講演会２００８ 講演概要集」に発表
【出願人】（５９８１６３０６４）学校法人千葉工業大学 (101)
【Ｆターム（参考）】
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