JPH09209916A - 移動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単純な構成でかつ高出力可能で、小型化可能
な移動装置を提供する。 【解決手段】 移動装置は、内部の流体を噴出するため
の噴出口（４）と内部に流体を補給するための補給口
（５）とが各々に形成された複数の移動体本体（１１）
からなる移動体本体集合体（２１）と、各補給口（５）
から補給される液相状態の流体を加熱して気相状態に相
変化させ、各噴出口（４）から噴出させるための加熱手
段（２）と、各移動体本体（１１）内にある気相状態の
流体が噴出口（４）から噴出する作用と、液相状態の流
体が移動体本体（１１）内へ補給口（５）から補給され
る作用とが交互に生じるように、加熱手段（２）を制御
する加熱制御手段（３）と、各移動体本体（１１）に対
応する各加熱制御手段（３）の作動タイミングを制御す
るタイミング制御手段（２２）と、を備えたことを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は移動装置に係り、特
に流体の相変化を利用した小型化可能な移動装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】機械装置の多くは、電気や化学燃料によ
るエネルギーを用いたモータやエンジン等の回転力等を
動力源に用いている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】モータは、例えばマグ
ネットを磁性体の厚み方向に磁化する必要があるため小
型化を図る上で限界がある。また、エンジンは化学燃料
を用いる場合、その構造の複雑さ故に小型化を図る上で
さらに困難性を有する。

【０００４】このように、電気や化学燃料によるエネル
ギーを動力源とする従来のモータやエンジン等において
は、回転面と摺動面の存在を伴なう等の構造の複雑性を
必要とする故に、小型化を図る上で限界がある。

【０００５】そこで本発明の目的は、上記従来技術の有
する問題を解消し、単純な構成でかつ高出力可能で、小
型化可能な移動装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明による移動装置は、内部の流体を噴出するた
めの噴出口と内部に流体を補給するための補給口とが各
々に形成された複数の移動体本体からなる移動体本体集
合体と、各前記補給口から補給される液相状態の流体を
加熱して気相状態に相変化させ、各前記噴出口から噴出
させるための加熱手段と、各前記移動体本体内にある気
相状態の流体が前記噴出口から噴出する作用と、液相状
態の流体が前記移動体本体内へ前記補給口から補給され
る作用とが交互に生じるように、前記加熱手段を制御す
る加熱制御手段と、各前記移動体本体に対応する各前記
加熱制御手段の作動タイミングを制御するタイミング制
御手段と、を備えたことを特徴とする。

【０００７】好適には、前記タイミング制御手段は、複
数の前記移動体本体に対応する各前記加熱制御手段の作
動タイミングが、互いに異なるように制御する。

【０００８】また、前記タイミング制御手段は、複数の
前記移動体本体を複数のグループに分類し、同一のグル
ープに含まれる複数の前記移動体本体に対応する各前記
加熱制御手段の作動タイミングが互いに同期するように
制御するとともに、異なるグループの間では各前記加熱
制御手段の作動タイミングが互いに異なるように制御す
る。

【０００９】上述の本発明においては、移動体本体集合
体に配設された各移動体本体内へ外部から補給口および
流体制御弁を介して液相状態の流体が補給される。加熱
手段はこの液相状態の流体を瞬時的に加熱して気相状態
の流体に相変化させて、この気相状態の流体を補給口か
ら液相状態の流体が補給されないうちに噴出口から噴出
させる。そして、この気相状態の流体の噴出後に、圧力
低下して負圧になった移動体本体内へ液相状態の流体が
補給口を介して補給される。この結果、気相状態の流体
の噴出口からの噴出と液相状態の流体の補給口から移動
体本体への補給が交互に生じる。

【００１０】タイミング制御手段は、各移動体本体に対
応する各加熱制御手段の作動タイミングを制御し、移動
体本体集合体に生じ得る時間的脈動や横揺れ、浮力の変
化に伴う上下揺れ等を回避するようにする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態例を図
面を参照して詳細に説明する。

【００１２】まず、本発明の実施形態例を説明する前
に、本発明の実施形態例の前提となる内容を図１および
図２を参照して説明する。

【００１３】図１は、本発明による移動装置の動作原理
を説明するための図である。図１において、符号１は円
筒空洞状の断熱壁からなる移動体本体１を示し、移動体
本体１の空洞中には加熱手段２と加熱手段２を制御する
加熱制御手段３が配設されている。移動体本体１の一端
には移動体本体１の内部と外部を連通する噴出口４が形
成されている。移動体本体１外には、例えば水槽内など
のように液相状態の流体が充満した環境において利用さ
れる。

【００１４】噴出口４は、移動体本体１内へ液相状態の
流体を補給するための補給口５の機能を兼ねている。移
動体本体１内には、移動体本体１の外部から噴出口４を
通して液相状態の流体が補給されるようになっている。
ここでは噴出口４と補給口５とは共通口として形成され
ているが別口として形成されていてもよい。移動体本体
１内の補給された液相状態の流体は、加熱手段２によっ
て加熱され相変化し気相状態の流体となる。気相状態の
流体は噴出口４を介して加熱空間６から外部へ噴出する
ようになっている。

【００１５】加熱制御手段３は、移動体本体１内の気相
状態の流体が噴出口４から噴出することと、液相状態の
流体を移動体本体１内へ補給口５から補給することとが
交互に生じるように加熱手段２を制御する。

【００１６】気相状態の流体の噴出口４からの噴出と液
相状態の流体の補給口５からの移動体本体１内への補給
とが交互に生じ得るか否かは、移動体本体１内の流体の
温度、圧力、容積等や、移動体本体１外の流体の温度や
圧力等や、加熱手段２の加熱容量等の種々の熱力学的な
パラメータに依存する。加熱制御手段３は、これらの種
々のパラメータの下で、気相状態の流体の噴出口４から
の噴出と液相状態の流体の補給口５からの移動体本体１
内への補給とが交互に生じるように加熱手段２を制御す
る。

【００１７】加熱制御手段３による加熱手段２の制御が
適正に行われ得ない場合は、気相状態の流体の噴出口４
からの噴出と液相状態の流体の補給口５からの移動体本
体１内への補給とが同時的に混在して生じる。この場
合、気相状態の流体が噴出口４から噴出して生じる噴出
力は非常に弱くなり、実用に供され得る噴出力を得るこ
とができない。

【００１８】図２（ａ）は、加熱制御手段３による加熱
手段２の制御が適正に行われない場合の一例を示す。移
動体本体１の容積はかなり大きく、移動体本体１内には
気相状態あるいは液相状態の流体の対流が生じている。
液相状態の流体が沸騰する前に気相状態の流体は移動体
本体１外へ緩やかに放出されてしまう。液相状態の流体
は移動体本体１内へ緩やかに補給され、流体の噴出と補
給とは混然として生じている。このように、加熱制御手
段３による加熱手段２の制御が適正に行われない場合に
は、通常の熱機関のようにボイラー室を設けない限り、
推力を発生させることはできない。

【００１９】これに対し、図２（ｂ）は、例えば移動体
本体１を小型にし、加熱制御手段３による加熱手段２の
制御が適正に行われ得るようにした場合を示す。この場
合、移動体本体１が加熱手段２の加熱力に対し相対的に
小型化されているため、移動体本体１内の液相状態の流
体を加熱手段２によって瞬時に沸騰させて気相状態にす
ることが可能となる。この結果、通常の熱機関のように
ボイラー室を設けなくとも、移動体本体１内の流体は、
移動体本体１内の圧力が瞬時に増加するため、瞬時に噴
出口３から噴出することになる。そして、移動体本体１
は、図２（ｂ）において左方へ気相状態の流体を噴出
し、右方へ推進する推力を得る。

【００２０】この噴出が完了した後、移動体本体１内の
圧力は瞬時に減少して負圧になるため、移動体本体１外
から短時間で液相状態の流体が補給口５を介して外部か
ら移動体本体１内へ補給される。液相状態の流体が移動
体本体１内へ補給される間の時間は極めて短いため、こ
の時間内における加熱手段２による流体の気相化は無視
することができる。

【００２１】なお、この補給の段階で、移動体本体１
は、左方へ推進する推力、すなわち気相状態の流体の噴
出により得た推力と逆方向の推力を受けることも考えら
れる。

【００２２】しかしながら、噴出時の内圧と外圧の差
は、補給時の内圧と外圧の差に比べて大きく、そのため
液相状態の流体が移動体本体１内へ補給されることによ
り生じる推力の生成は小さく、噴出時に生成される推力
と比べて相対的に無視することができる。したがって、
移動体本体１には右方へ推進する推力のみ作用する。

【００２３】液相状態の流体の気相化は液相状態の流体
の移動体本体１内へ補給がほぼ完了した後に開始する。

【００２４】ここで、加熱手段２は、気相状態の流体の
噴出口４からの噴出と液相状態の流体の補給口５からの
移動体本体１内への補給とが交互に生じるようにするた
めに、流体の噴出と補給の各々のタイミングに同期して
加熱制御手段３によって制御される。例えば、液相状態
の流体が移動体本体１内へ補給がされている間は加熱手
段２はＯＦＦに制御され、この補給が完了する直後にＯ
Ｎに制御される。

【００２５】なお、加熱手段２を常にＯＮに制御し連続
的に加熱した場合でも、上述の種々のパラメータを選択
することによって、気相状態の流体の噴出口４からの噴
出と液相状態の流体の補給口５からの移動体本体１内へ
の補給とを交互に生じさせることも可能である。

【００２６】また、加熱制御手段３は加熱手段２と一体
にある必要はなく、また、移動体本体１内に必ずしも配
設されている必要もない。

【００２７】次に、本発明の一実施形態例を図３を参照
して以下に説明する。図１と同一部材には同一の符号を
つけて説明を省略する。

【００２８】図３（ｂ）は図１に示した移動装置と同等
の円筒状の移動装置ユニット１０を示し、移動装置ユニ
ット１０の移動体本体１１には噴出口４および補給口５
が形成されており、移動体本体１１内には加熱手段２と
加熱制御手段３が配設されている。なお、ここでは噴出
口４と補給口５とは共通口として形成されているとして
説明するが、噴出口４と補給口５とは別口として形成さ
れていてもよい。

【００２９】図３（ａ）において、移動装置２０は円筒
状の移動体本体集合体２１を有し、移動体本体集合体２
１の内部には複数の移動装置ユニット１０が配設されて
いる。各々の移動装置ユニット１０の移動体本体１１
は、適当な間隔をおいて互いに平行に束ねられるように
移動体本体集合体１１の内部に配設されている。

【００３０】各移動装置ユニット１０の各加熱制御手段
３は、気相状態の流体が噴出口４から噴出する作用と、
液相状態の流体が移動体本体１内へ補給口５から補給さ
れる作用とが交互に生じるように、加熱手段２を制御す
る。気相状態の流体の噴出口４から噴出と液相状態の流
体の補給口５からの補給とは所定の駆動サイクルで繰り
返される。

【００３１】移動装置２０は、各移動装置ユニット１０
の各加熱制御手段３の作動タイミングを制御するタイミ
ング制御手段２２を備えている。タイミング制御手段２
２によって各加熱制御手段３の作動タイミングを制御す
ることにより、例えば、ある移動装置ユニット１０が気
相状態の流体を噴出するタイミングにあるときに、他の
移動装置ユニット１０は液相状態の流体を移動体本体１
１内へ補給するタイミングにあるようにできる。このよ
うにタイミング制御手段２２により、移動体本体集合体
２１内に配設された複数の移動装置ユニット１０の駆動
サイクルのタイミング関係を調整することができる。

【００３２】タイミング制御手段２２により、複数の移
動装置ユニット１０における各加熱制御手段３の作動タ
イミングは、気相状態の流体の噴出口４から噴出と液相
状態の流体の補給口５からの補給との繰り返しの駆動サ
イクルが互いに同期せず互いにずれるように制御され
る。この駆動サイクルのずらし方は、目的に応じて種々
のパターンを選択することが可能である。

【００３３】例えば、複数の移動装置ユニット１０の間
の駆動タイミングにおける、気相状態の流体が噴出口４
から噴出するタイミングが、均等な時間間隔で分配され
るように制御する。この場合、いずれかの移動装置ユニ
ット１０が常に気相状態の流体を噴出口４から噴出する
タイミングにある。この結果、移動装置２０は、時間的
脈動を伴わずに円滑に移動することが可能になる。

【００３４】また、駆動サイクルのずらし方の他のパタ
ーンとして次のようなものがある。

【００３５】複数の移動装置ユニット１０を複数のグル
ープに分ける。各グループには、移動体本体集合体２１
の中心部から周辺部に渡る異なる半径位置にある複数の
移動装置ユニット１０が含まれている。また、同一のグ
ループには、異なる半径位置であっても同じ半径方向に
ある移動装置ユニット１０は含まれないように、各グル
ープに分類する。すなわち、各グループは、移動体本体
集合体２１の円形断面において異なる半径位置および半
径方向に位置する複数の移動装置ユニット１０で構成さ
れている。そして、タイミング制御手段２２は、気相状
態の流体が噴出口４から噴出するタイミングを、同一の
グループ内では駆動タイミングが同期するように制御
し、複数の上記グループの間の駆動タイミングとして
は、均等な時間間隔で分配されるように制御する。

【００３６】一方、複数の移動装置ユニット１０から構
成される移動装置２０には、次のようなことがある。す
なわち移動装置２０を構成する移動装置ユニット１０
は、気相状態の流体の噴出口４から噴出と液相状態の流
体の補給口５からの補給との各タイミングで、流体の出
し入れに起因して移動装置ユニット１０の重量が変化す
る。この重量変化は移動装置２０の揺れを招き得る。

【００３７】しかしながら、各グループを移動体本体集
合体２１の円形断面において異なる半径位置および半径
方向に位置する移動装置ユニット１０で構成することに
よって、駆動されている移動装置ユニット１０が移動体
本体集合体２１の円形断面の特定の半径位置や半径方向
に偏在しないようにすることができる。この結果、移動
体本体集合体２１の円形断面において移動装置２０の重
心位置が変化しないようにすることができ、移動装置２
０の重量変化に伴う半径方向の揺れあるいは上下方向の
揺れが生じないようにすることができる。

【００３８】またこの場合、いずれかのグループが常に
気相状態の流体を噴出口４から噴出するタイミングにあ
るので、移動装置２０は時間的脈動を伴わずに移動する
ことが可能になる。

【００３９】なお、移動装置２０の重量変化に伴う半径
方向の揺れを防止し移動装置２０の時間的脈動を防止す
るために、複数の移動装置ユニット１０を複数のグルー
プに分けずに、移動体本体集合体２１の円形断面におい
て異なる半径位置および半径方向に位置する移動装置ユ
ニット１０を１個ずつランダムに抽出して、抽出した移
動装置ユニット１０を均等な時間間隔をおいて連続的に
駆動するように制御してもよい。

【００４０】また、移動装置ユニット１０は円筒状の移
動体本体１１を有するとしたが、移動体本体１１の形状
は円筒状に限らず他の形状でもよい。また、移動体本体
集合体２１の形状も円筒状に限らず、他の形状でもよ
い。移動体本体１１の形状や移動体本体集合体２１の形
状に応じて、あるいは移動体本体集合体２１中に配設さ
れる複数の移動体本体１１の配列の仕方に応じて、移動
装置２０における重量変化や時間的脈動の生じる態様が
異なり得る。このような場合においても、駆動サイクル
のずらし方のパターンを選択することにより、時間的脈
動や重量変化等に伴う半径方向の揺れあるいは上下方向
の揺れを防止することが可能である。

【００４１】また、上述の説明では、気相状態の流体が
噴出口４から噴出するタイミングが均等な時間間隔で分
配されるように制御したが、液相状態の流体が補給口５
から補給されるタイミングが均等な時間間隔で分配され
るように制御してもよく、いずれのタイミングを制御す
るかは意図しようとする制御パターンに応じて選択すれ
ばよい。

【００４２】また、時間的脈動等が生じてもよい場合に
は、互の駆動サイクルをずらさず、すべての移動装置ユ
ニットを同期させて駆動させることにより、大きな推進
力を得ることも可能である。

【００４３】以上説明したように、本実施形態例の構成
によれば、各移動体本体１１に対応する各加熱制御手段
３の作動タイミングを制御するタイミング制御手段２２
を設けたので、移動装置２０の時間的脈動や移動装置２
０の重量変化に伴う半径方向の揺れあるいは上下方向の
揺れを防止することができる。この結果、操作性、応答
性あるいは安定性の優れた移動装置２０を提供すること
ができる。

【００４４】また、この移動装置２０では、移動体本体
１１が小型化されるほど移動体本体１１内の圧力を瞬時
に変化させることが容易になる。この結果、移動装置ユ
ニット１０の小型化を図ることができ、従って、移動装
置２０の小型化を図ることができる。また、移動装置２
０の小型性の割には動力源としての高出力化を図ること
ができる。

【００４５】また、移動装置２０を多数個の移動装置ユ
ニット１０を加算的に搭載して構成することが可能であ
るので、高出力の移動移動装置を容易に構成することが
できる。

【００４６】また、移動装置２０の小型性の故に後述す
るように、この移動装置２０を多数個組み合わせて、高
出力でかつ多様の移動態様をとることができる移動装置
システムを容易に構成することができる。また、本発明
の移動装置は、その駆動原理上、元々外界に存在する流
体を相変化させて用いており、相変化した流体は噴出後
は元の状態に戻ることになる。また、本発明の移動装置
には大きな摺動部分が存在しない。そのため、環境を汚
染するなど外界へ悪影響を与えることがない。

【００４７】次に、図４を参照して、図３で示した前述
の移動装置２０を応用した応用例について説明する。

【００４８】図４（ａ）において、移動装置３０は流線
形状の移動体本体３１を有し、移動体本体３１には例え
ば８個の円筒状の移動装置ユニット３２が、例えば対称
な位置関係で取り付けられている。移動装置ユニット３
２は図３で示した移動装置２０と同様の構成と機能を有
する。各移動装置ユニット３２は図示しないが、図３に
示したタイミング制御手段２２を備えている。移動体本
体３１にはケーブル３３が接続されている。ケーブル３
３を介して図示しない制御部によって、生成しようとす
る推力の方向等に応じて駆動される移動装置ユニット３
２の組が選択される。

【００４９】また、移動体本体３１の前部には撮像装置
３４が取り付けられており、移動体本体３１の頂部には
移動位置方向を検知するためのセンサ３５が取り付けら
れている。撮像装置３４やセンサ３５を用い、外界を観
察しながら移動装置３０を所望の位置へ移動させること
ができる。

【００５０】駆動される移動装置ユニット３２の組み合
わせを種々に選択することによって、移動装置３０は水
中にあって、種々の移動形態をとることができる。例え
ば、図４（ｂ）に示すように、上方へ移動する浮上、下
方へ移動する潜行、前後へ移動する前進、後退、あるい
は左右へ移動する左回頭、右回頭と、種々の移動形態を
とることができる。

【００５１】なお、移動体本体３１の形状は流線形状に
限らず種々の形状でよく、また、複数の移動装置ユニッ
ト３２の配置関係も図４に示した場合は一例でありこれ
に限らず種々の態様が可能である。

【００５２】本応用例によれば、複数の移動装置ユニッ
ト３２を移動体本体３１に配設することによって、種々
の移動態様が可能な移動装置３０を簡易に構成すること
ができる。また、移動装置３０は多数の移動装置ユニッ
ト３２を加算的に搭載しているので、各移動装置ユニッ
ト３２の推力が加算され大出力可能な移動装置を提供す
ることができる。

【００５３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の構成によれ
ば、各移動体本体に対応する各加熱制御手段の作動タイ
ミングを制御するタイミング制御手段を設けたので、時
間的脈動や揺れ等を伴わず移動でき、操作性、応答性あ
るいは安定性の優れた移動装置を提供することができ、
この結果、単純な構成でかつ高出力可能で、小型化可能
な移動装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の移動装置の動作原理を説明するための
一部切り欠き斜視図。

【図２】本発明の移動装置の動作原理を説明するための
図であり、本発明の移動装置として機能しない場合を示
す図（ａ）と、本発明の移動装置として機能する場合を
示す図（ｂ）。

【図３】本発明の移動装置の実施形態例を示す一部切り
欠き斜視図。

【図４】本発明の図３で示した移動装置を利用した応用
例としての移動装置を示す斜視図。

【符号の説明】

１ 移動体本体 ２ 加熱手段 ３ 加熱制御手段 ４ 噴出口 ５ 補給口 １０ 移動装置ユニット １１ 移動体本体 ２０ 移動装置 ２１ 移動体本体集合体 ２２ タイミング制御手段 ３０ 移動装置 ３１ 移動体本体 ３２ 移動装置ユニット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部の流体を噴出するための噴出口と内部
   に流体を補給するための補給口とが各々に形成された複
   数の移動体本体からなる移動体本体集合体と、 各前記補給口から補給される液相状態の流体を加熱して
   気相状態に相変化させ、各前記噴出口から噴出させるた
   めの加熱手段と、 各前記移動体本体内にある気相状態の流体が前記噴出口
   から噴出する作用と、液相状態の流体が前記移動体本体
   内へ前記補給口から補給される作用とが交互に生じるよ
   うに、前記加熱手段を制御する加熱制御手段と、 各前記移動体本体に対応する各前記加熱制御手段の作動
   タイミングを制御するタイミング制御手段と、を備えた
   ことを特徴とする移動装置。
2. 【請求項２】前記タイミング制御手段は、複数の前記移
   動体本体に対応する各前記加熱制御手段の作動タイミン
   グが、互いに異なるように制御することを特徴とする請
   求項１に記載の移動装置。
3. 【請求項３】前記タイミング制御手段は、複数の前記移
   動体本体を複数のグループに分類し、同一のグループに
   含まれる複数の前記移動体本体に対応する各前記加熱制
   御手段の作動タイミングが互いに同期するように制御す
   るとともに、異なるグループの間では各前記加熱制御手
   段の作動タイミングが互いに異なるように制御すること
   を特徴とする請求項１に記載の移動装置。