JP3740162B1 - 走行玩具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 遠隔制御によって正逆回転可能に構成された操舵用直流モータと、前記操舵用直流モータの動力によって車体の左右に動作して車輪の向きを変えるための操舵アームとを備えた走行玩具において、前記操舵アームにはラック歯が形成され、前記操舵用直流モータの軸には前記ラック歯に噛合するピニオン歯車が遠心クラッチを介して付設されていることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
しかし、このようなクラッチ片を使用する場合には、次のような問題が生じる。すなわち、クラッチ片と外筒の内周は面接触となるが、クラッチ片と外筒の内周との摺接や走行玩具内部に持ち込まれる土や綿埃などの塵埃によって、クラッチ片と外筒の内周との間に塵埃が挟まる場合も多い。この場合には、クラッチ片の外筒の内周への接触が不完全となり、動力伝達ロスが生じる。
本発明は、かかる問題を解消するためになされたもので、動力伝達ロスが少なく安定的に動力を伝達することができる遠心クラッチを備える走行玩具を提供することを目的とする。
なお、接触する2箇所の間の非接触部分は塵埃を受容できる大きさとしておくことが好ましい。
に左右の旋回や直進を行わせることができる。
(第1実施形態の全体構成)
図1〜3は本発明の実施形態たる走行玩具100の平面図であり、図1は直進状態、図2は左折状態、図3は操舵輪を前方に移動調節した状態を示す。以下の説明において、直進前後方向をY軸方向、左右方向をX軸方向、上下方向をZ軸方向とし、これらは互いに直交するものとする。
図1〜3に示すように、走行玩具100は、駆動輪となる左右の後輪21L,21Rと、操舵輪となる左右の前輪22L,22Rと、各前輪22L,22Rを個別に支持する前輪支持機構30L,30Rと、各前輪22L,22Rに対して操舵を行う操舵機構60と、各後輪21L,21Rに走行トルクを付与する走行機構80と、走行機構80の駆動源たる走行用直流モータ4と操舵機構60の駆動源たる操舵用直流モータ13を駆動するモータ駆動回路と、モータ駆動回路の制御回路と、上述した各構成を格納保持する車体90とを備えている。
図4は左側の前輪22Lを支持する前輪支持機構30Lの分解斜視図である。図1乃至図4に基づいて前輪支持機構30Lについて詳説する。なお、右前輪22Rの前輪支持機構30Rは前輪支持機構30LとY−Z平面を基準とする鏡面対称構造のため、説明は省略するものとする。また、以下に説明する前輪支持機構30Lの各構成に対応する前輪支持機構30Rの各構成については、前輪支持機構30Lの各構成に付した符号のLをRに替えて適宜記載するものとする。また、前輪支持機構30Lは車体90の左側面に設けられ、前輪支持機構30Rは右側面に設けられている。
操舵回転体32Lは略円柱状であり、当該円柱形状の中心線C方向(図4における上下方向)における中間の位置において当該中心線C方向に直交するように回転軸31Lを保持している。また、車体支持体32Lの中心線C方向における両端部にはそれぞれ当該中心線C方向に沿って突出した円形の突起32Laが形成されており(下側の突起は図示略)、これらの円形の突起32Laを介して操舵回転体32Lは車輪支持体33Lに支持されている。そして、各突起32Laは円形のため、操舵回転体32Lは中心線C方向を中心として車輪支持体33Lに対して回動を行うこと可能としている。
上記スライド平面部69aは、長尺の板状であり、その平板面をX−Z平面に平行にさせた状態でX軸方向にスライド移動可能に車体90の図示しないガイド溝に支持されている。
また、スライド平面部69aには、その長手方向に沿った長穴が平板面の中央に穿設されており、長穴の下側の縁部に長手方向に沿ってラック歯69dが形成されている。かかるラック歯69dは、操舵機構60の操舵用直流モータ13がクラッチ機構63を介して回転駆動するピニオン歯車64と連結し、操舵時においてモータトルクを直動移動力に変換して操舵アーム69をX軸方向に沿っていずれかの方向に移動させる。
各主動アーム部69Lb,69Rbは、それぞれスライド平面部69aの両端部から長手方向を延長する方向に延設され、途中で垂直に同方向に屈曲されている。かかる屈曲方向は、スライド平面部69aの平板面に対して垂直な方向である。つまり、操舵アーム69のスライド平面部69aがX−Z平面に沿った状態で車体90に支持されると、各主動アーム部69Lb,69Rbの先端部はY軸方向に沿った状態となる。
環状部69Lc,69Rcは、主動アーム部69Lb,69Rbの先端部に沿って長穴が形成されている。つまり、操舵アーム69のスライド平面部69aがX−Z平面に沿った状態で車体90に支持されると、各環状部69Lc,69Rcの長穴もY軸方向に沿った状態となる。かかる各環状部69Lb,69Rbの長穴には、それぞれ各操舵回転体32L,32Rの係合突起32Lc,32Rcが挿入される。各係合突起32Lc,32RcはX軸方向に傾斜し得るので(後述)、各環状部69Lc,69Rcの長穴の短軸方向幅は係合突起32Lc,32Rcの直径よりも幾分広く設定されている。また、各前輪22L,22R及び操舵回転体32L,32Rは車輪支持体33L,33Rと共にY軸方向に沿ってその配置の調節が可能であり(後述)、これに対応するために、各環状部69Lc,69Rcの長穴の長軸方向長さはY軸方向の位置調整を網羅する長さに設定されている(図3参照)。
なお、操舵アーム69には、各前輪22L,22Rが直進方向を向く直進位置に復帰させる復帰バネ及び復帰バネにより復帰させる直進位置を調整する調整ツマミ(いずれも図示略)が車体内部において併設されている。これにより、操舵用直流モータ13への操舵制御が解除されたときに、自動的に直進走行状態に戻すことが可能となる。
なお、支持軸34Lは、車体90の左側面下部において、所定の間隔を空けてY軸方向に沿って並んで固定装備されている二つの回動支持部35L,36Lにその両端部が保持される。従って、車輪支持体33LはY軸方向に沿って配設された支持軸34Lにより、同方向を中心として車体90に対して回動可能に支持されることとなる。
支持軸34Lは、車輪支持体33LをY軸方向に沿って移動させるガイドとして機能し、当該車輪支持体33LのY軸方向における位置調整を可能とする。
また、スペーサ37は、車輪支持体33Lの前側と後側のいずれかに選択的に配置することで、Y軸方向の調整位置に車輪支持体33Lを保持する保持手段として機能する。すなわち、スペーサ37Lの配置を変えることにより、回動支持部35L,36Lの間となる範囲内でY軸方向についてその位置を調整することが可能となっている。
このように、各車輪支持体33L,33RのY軸方向の配置が変えられることにより、車体90の上から各種のデザインを施した複数種の車体カバーを装着し、これらのホイルベースが異なる場合であっても、適宜、前輪22L,22Rの配置を適切に調整することが可能となる。
なお、スペーサ37Lについては、その配置を変えるだけでなく、その厚さの異なる複数種のものを用意し、車輪支持体33L,33Rの前後に組み合わせて使用したり、より厚さの薄いものを車輪支持体33L,33Rの前後に複数枚ずつ重ねて並べることで、車輪支持体33L,33R及び前輪22L,22RのY軸方向位置を調整しても良い。
また、車輪支持体33Lの係合穴33Ldの周囲やスペーサ37Lの穴の周囲は連続してつながっているが、穴の周囲の一部を切り欠いて断面C字状とし、且つこれら車輪支持体33L及びスペーサ37Lを可撓性を有する素材から形成しても良い。そのようにすることで、既に回動支持部35L,36Lに取り付けられた状態の支持軸34Lに対して、C字形状の欠損部を押し込むようにして車輪支持体33Lやスペーサ37Lを容易に装着することが可能となる。
サスペンション部材38Lは、サスペンション保持部39Lに支持される長方形の板状
の基部38Laと、この基部38LaからY軸方向に沿って片持ち状態で延出された弾性素材からなる板バネ部38Lbと、板バネ部38Lbの延出先端部側に設けられた半球状の突起部38Lcとを備えている。かかるサスペンション部材38Lの突起部38Lcが、対向板33Leに設けられた円形の凹部33Lfに嵌った状態で、サスペンション部材38Lは、車輪支持体33Lに弾性力を付与している。
これにより、各前輪22L,22R及び車輪支持体33L,33Rは、正面方向から見て互いにハの字状に傾く状態となり、車輪支持体33L,33Rの上側に設けられた対向板33Le、33Reは、車体90の側面側に接近する方向に移動する。しかし、車体90の側面には当該側面に対して離間する方向に反発力を生じさせるサスペンション部材33L,33Rが設けられているため、車輪支持体33L,33Rは対向板33Le、33Reを介してサスペンション部材33L,33Rの弾性力をもって押し返されることとなる。これにより、左右の前輪22L,22Rをハの字状に互いに傾かせた状態を維持しつつも、各前輪22L,22Rが地面から受ける振動を、サスペンション部材33L,33Rで緩和し、車体90への緩衝効果を得ることができる。
また、操舵輪である前輪22L,22Rが互いに下広がりの状態で傾斜した状態を維持することから、外力が付与されていない状態(操舵機構60による操舵操作が行われてない状態)では、直進操舵状態を維持させることが可能となる。
また、車輪支持体33L,33Rの小型化・軽量化が容易であることから、車体90や車輪支持体33L,33Rに強度不足による歪みが生じにくく、良好な走行状態を維持することが可能となる。
さらに、前輪22L,22Rの移動調整が行われてもサスペンション部材33L,33Rは煩雑な組み直し作業を不要とし、スライド操作のみにより容易に対処することができ、作業の簡易迅速化を図ることが可能となる。
前述した操舵機構60にあっては、操舵アーム69にラック歯を形成し、操舵用直流モータ13で回転駆動されるピニオン歯車64により操舵アーム69をX軸方向に移動させる構成としたが、特にこれに限定されず、必要時に操舵アーム69に移動力を付与するいかなる方法を用いても良い。例えば、ソレノイドや直動モータのような電磁石と磁性体や永久磁石を用いた構成や、回転式のモータの出力軸の半径方向にアームを装備して、アームの回動により操舵アーム69を左右に移動させる構成でも良い。
なお、前輪支持機構30Rについても同様である。
例えば、サスペンション部材をY軸方向に沿って車体90に固定装備した長尺な弾性体としても良い。
或いは、複数のサスペンション部材をY軸方向に沿って並んで車体90に固定装備しても良い。
また或いは、各車輪支持体33L,33Rの対向板33Le、33Reに車体90の側面に当接する弾性体からなるサスペンション部材を設けても良い。
これらの場合、前輪22L,22Rの前後位置調節が行われた場合に、サスペンション部材の位置調節作業を行う必要がなく、車輪支持体33L,33Rはサスペンション部材により弾性力が付与され、前輪22L,22Rに対する緩衝効果を維持することができる。また、これらの場合、サスペンション保持部39を不要とすることが可能となる。
車体90の前部にはモータ及び機構格納部61を備え、このモータ及び機構格納部61の内部にはモータ・機構格納室が設けられている。そして、モータ・機構格納室には操舵用直流モータ13が設置されている。また、車体90には、モータ・機構格納室の上側を閉塞するカバーが取外し自在に取り付けられている。なお、モータ格納室と機構格納室とを区画し、モータ格納室と機構格納室とを上側から個別に閉塞するためにそれぞれ別のカバーを設けてもよい。
一方、外筒63cは、円板63a及びクラッチ片63bを軸13aの半径方向外方から囲繞するような周壁を有している。そして、操舵用直流モータ13の動力によって円板63aが回転し、各クラッチ片63bに作用する遠心力によって、各クラッチ片63bが軸13aの半径方向外方へ向けて動作し、各クラッチ片63bが外筒63cの周壁内面に圧接されて、円板63aと外筒63cが一体的に回転されるようになっている。なお、円板63aが回転していない状態では、円板63aに対して外筒63cは空回り自在となっている。
なお、クラッチ片63bは外筒63cの内周に該外筒63cの円周方向に所定距離隔てた2箇所でのみ、操舵用直流モータ13の軸13aに平行な方向で線接触状態となるように構成され、その2箇所の部分が外筒63cの内周に接触している間、その2箇所の間の部分と外筒63cの内周との間に所定の隙間が形成されるようになっている。
車体90の後部にはモータ及び機構格納部71を備え、このモータ及び機構格納部71の内部は図9に示すようにモータ格納室71aと機構格納室71bとに区画されている。そして、モータ格納室71aには走行用直流モータ4が設置されている。
走行用直流モータ4としては正転・逆転(正逆転)可能なモータが用いられている。走行用直流モータ4は、モータケースから軸4aが車体90の幅方向に向けて突出するように、モータ格納室71aに設置されている。軸4aには歯車(モータピニオン)81aが設けられている。歯車81aは、モータ格納室71aに走行用直流モータ4の本体を設置した際に機構格納室71bに臨むような位置に設けられている。走行用直流モータ4のモータケース4bには外周面に2つの端子4c,4dが設けられている。
一方、モータ格納室71aの床はプリント配線板74によって構成されている。プリント配線板74の表面には、前記した端子4b,4cに対応する場所に電極パターン74a,74bが形成されている。電極パターン74a,74bはプリント配線板74に印刷又は蒸着によって形成されている。
そして、プリント配線板74の上に走行用直流モータ4を載置した際に端子4c,4dと電極パターン74a,74bとが電気的に接続され、走行用直流モータ4に給電できるようにされている。
なお、プリント配線板74は平板状となっていてもよいし、上側に凹となるように湾曲していてもよい。要は、モータケースに対応した形状となっており、端子4c,4dと電極パターン74a,74bが確実に当接されればよい。
以上の構造を持つ走行玩具100によれば、電極パターン74a,74bを形成したプリント配線板74を使用しているので、走行玩具100の組立てが極めて容易となる。すなわち、プリント配線板74を使用しない場合には、車体側に電極板(導電板)を1枚1枚組み付けたり電気的接続するにあたって導線の半田付けを行うなどの細かい作業が必要となるのに対して、電極パターン74a,74bを形成したプリント配線板74を使用する場合には、組立てにあたってプリント配線板74を車体に組み付ければよいので、走行玩具100の組立て極めて容易となる。
また、導線を使用する場合には電気的接続にあたつて、配線を間違えたりする危険性があるが、端子が電極パターン74a,74bに当接することによって直ちに電気的接続がなされるので、その心配はない。
機構格納室71bには、走行用直流モータ4の走行トルクを各後輪21L,21Rに伝達するための走行機構80が設置されている。走行機構80は前記歯車81aを含む歯車機構81によって構成されている。
すなわち、機構格納室71bには軸4aに平行な軸82が延在している。図10に示すように、軸82には歯車81bが軸82に対して空回り自在に設けられている。歯車81bは軸82の軸線方向に移動自在に構成されている。そして、この歯車81bの左右位置には歯車81Lc,81Rcが一体的に設けられている。
また、機構格納室71bには軸82に平行な軸(後輪車軸)83が延在している。軸83には歯車82Ld,82Rdが固定して設けられている。この歯車82Ld,82Rdには、歯車81bが軸82の軸線方向に移動した際に、その移動方向に応じて歯車81Lc,81Rcが択一的に噛合するようになっている。具体的には、歯車81bが軸82の軸線方向左に動作した際には歯車81Lcが歯車82Ldに噛合し、一方、歯車81bが軸82の軸線方向右に動作した際には歯車81Rcが歯車82Rdに噛合するようになっている。そして、この歯車の噛合状態を変更することによって、走行トルクを変えることができる。
なお、歯車81bを軸82の軸線方向に移動させるために、車体90の下側には図示しない操作摘みが付設され、この操作摘みの操作によってレバー84を左右に移動させ、そのレバー84の2つの爪84a,84bに間に位置する歯車81bが左右に押されて歯車の噛合状態を変えられるようになっている。
図9に示すように、車体90には、モータ格納室71a及び機構格納室71bの上側を閉塞するカバー91が着脱自在に取り付けられている。このカバー91はモータ押さえとして機能する。なお、モータ格納室71a及び機構格納室71bの上側から個別に閉塞するためにそれぞれ別のカバーを設けてもよい。
カバー91には放熱用開口91aが多数設けられている。また、カバー91には放熱板92を装着するためのスリット93が設けられている。そして、スリット93から放熱板92を着脱できるように構成されている。放熱板92としては金属、例えば銅やアルミニウムが好ましいが、放熱効果の高い形状を選択すれば合成樹脂(例えばABS樹脂)であってもよい。
以上の構造を持つ走行玩具100によれば、放熱板92の交換が簡単にでき、それによって放熱性能を簡単に変化させることができる。また、走行路の状況に応じて、重量の異なる放熱板92を使用することが可能となる。さらに、気分に応じて、色合いや形状の異なる放熱板92を使用することができる。このような種々の効果を有効に発揮させるためには、放熱性、重量、色合い、形状のいずれかが異なる複数の放熱板を用意しておき、そして、目的に合った放熱板をその中から選択して使用することが好ましい。
なお、一度に取り付ける放熱板92の数は1つに限定はされない。カバー91に2つ以上の放熱板92を取り付けられるような構造にしてもよい。
走行玩具は、走行用直流モータおよび操舵用直流モータを搭載し、各直流モータの回転方向をリモコンからの電波で遠隔制御するように構成されている。
電源電圧Vccを供給する正極電源端子14とGND電位に接続される負極電源端子15との間には、制御IC2からの左旋回命令信号SL、右旋回命令信号SRによって交互に導通(ON)又は非導通(OFF)となるPNP形トランジスタ(第1スイッチ素子)Q5及びNPN形トランジスタ(第2スイッチ素子)Q6が直列に接続されている。
操舵用直流モータ13の回転軸には、操舵輪(前輪)に連結された操舵機構60が連結されている。操舵用直流モータ13の回転方向を切換えることにより、この操舵機構60を介して操舵輪の向きを変更することができる。
この電源スイッチ18を投入することにより、電池9の負側と電池10の正側が電気的に接続され、かつ操舵用直流モータ13の一方の端子が電源スイッチ18に接続されるので直列接続された電池2個分の電源電圧Vcc(例、1.5V×2=3V)が各回路1,2,3,8、に供給され、また、操舵用直流モータ13の電機子の電流路が形成される。
なお、操舵モータ駆動回路8の両端に電源電圧Vcc(例、3V)が与えられるが、操舵用直流モータ13の各回転方向で操舵用直流モータ13に与えられるのは、電源電圧Vccの1/2(1.5V)である。その理由は、後述するループL1とループL2の単位で使用する電池が異なるからである。
まず、電源スイッチ18(図12)を投入すると、電池9と10とが負極側の端子16A及び正極側の端子16Bを介して直列に接続され、かつ操舵用直流モータ13が電池9と10との接続中点16(図11)に接続される。このとき、操舵モータ駆動回路8には二つの閉ループが形成される。
他の一つは、電池10⇒接続中点16⇒操舵用直流モータ13⇒接続中点17⇒トランジスタQ6⇒負極電源端子15⇒電池10のループL2である。
図13は第2実施形態の走行玩具の操舵用モータ、遠心クラッチ及び操舵用アームを示している。この第2実施形態の走行玩具においては、操舵用モータ、遠心クラッチ及び操舵用アーム以外の部分は第1実施形態と同様となっているので図示省略してある。また、第2実施形態の操舵用モータ、遠心クラッチ及び操舵用アームに対応する部分には第1実施形態と同様の符号を付してある。
この第2実施形態の走行玩具が第1実施形態のそれと異なる点は、図13(A)に示すように、外筒63cが操舵用直流モータ13の軸(モータ軸)13aの先端側から着脱自在となるように該軸13aに取り付けられていること(つまり図8のC字状の座金(外筒63cをモータ軸の軸線方向の移動を阻止するための座金)が存在しないこと)、クラッチ片63bが板状に構成され且つ平面部が軸13aに直交するように該軸13aに付設されていることである。そして、図13(B)に示すように、操舵アーム69におけるラック歯の周辺部分(平面部)で外筒63cのモータ軸13aの先端側への動作を規制して、該モータ軸13aの先端側からの外筒63cの離脱を防止するようになっている。また、クラッチ片63bは外筒63cの内周に該外筒63cの円周方向に所定距離隔てた2箇所でのみ、操舵用直流モータ13の軸13aに平行な方向で線接触状態となるように構成され、その2箇所の部分が外筒63cの内周に接触している間、その2箇所の間の部分と外筒63cの内周との間に所定の隙間が形成されるようになっている点においては、第1実施形態と同様であるが、より確実にその状態を保持できるようにされている。つまり、クラッチ片63bとガイド部63dとの間にはクラッチ片63bの動作を円滑にするために所定のガタを持たせることが好ましいが、その場合、クラッチ片63bがガタつくことになる。この場合にも、クラッチ片63bの先端2箇所が確実に外筒63cの内周に接触するようにするため、板状にクラッチ片63bを構成したものである。
なお、クラッチ片63bの動作を円滑にするために、図14に示すように、適宜に質量調整用の翼63fや重りを付けることもできる。また、クラッチ片63bのガイド部63dは円板(保持板)63aでなくて外筒63c側に形成してもよい。ガイド部63dは溝であっても突起であってもよい。
63 クラッチ機構
63a 円板(保持板)
63b クラッチ片
63d ガイド部
63c 外筒
64 歯車(ピニオン歯車)
69a ラック歯
69 操舵アーム
Claims (4)
- 遠隔制御によって正逆回転可能に構成された操舵用直流モータと、前記操舵用直流モータの動力によって車体の左右に動作して車輪の向きを変えるための操舵アームとを備えた走行玩具において、前記操舵アームにはラック歯が形成され、前記操舵用直流モータの軸には前記ラック歯に噛合するピニオン歯車が遠心クラッチを介して付設され、前記遠心クラッチは、前記操舵用直流モータのモータ軸に固定して取り付けられた保持板と、前記モータ軸に空転自在に取り付けられ且つ椀状に形成され前記保持板の外周を前記モータ軸の先端側から被覆する外筒と、前記保持板及び前記外筒の間に設置され且つ前記保持板又は前記外筒に形成されたガイド部に係合され該ガイド部に沿って前記モータ軸の半径方向に移動自在となるように構成されたクラッチ片とから構成され、前記ピニオン歯車は、前記外筒の外側面に一体的に形成され、前記クラッチ片は前記外筒の内周に該外筒の円周方向に所定距離隔てた2箇所でのみ、点接触状態、又は前記モータ軸に平行な方向で線接触状態となるように構成され、その2箇所の部分が前記外筒の内周に接触している間、その2箇所の間の部分と前記外筒の内周との間に所定の隙間が形成されるように構成されていることを特徴とする走行玩具。
- 前記操舵アームの位置よりも前記車体の前方の位置に操舵輪と前記操舵用直流モータとが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の走行玩具。
- 前記操舵用直流モータが作動していない状態で前記操舵アームを前記車体の左右の中立位置に戻すためのばねが付設されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の走行玩具。
- 前記外筒は前記操舵用直流モータのモータ軸の先端側から着脱自在となるように該モータ軸に取り付けられ、前記操舵アームにおける前記ラック歯の周辺部分で前記外筒の前記モータ軸の先端側への動作を規制して、該モータ軸の先端側からの前記外筒の離脱を防止するように構成されていることを特徴とする請求項1から3いずれか一項に記載の走行玩具。
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