JP2016206103A - 回転速度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストの、及び故障しにくい回転速度測定装置を提供すること。
【解決手段】前記回転体の回転速度を測定する回転速度測定装置であって、ケーシングと、該ケーシングに枢支される回転体と、該回転体と一体に回転するピニオンギアと、前記ピニオンギアに噛合するラックと複数の識別部とが形成されたベルトと、前記ケーシングに取り付けられた前記識別部の通過を検知する検知部とを有し、前記検知部からの出力信号を用いて一の前記識別部から他の前記識別部への移動所要時間を計測することにより前記回転体の回転速度を測定することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ベルトとピニオンギアを使って回転体を回転させる際に、回転体の回転速度を測定する装置に関する。

従来、コマなどの回転玩具などの回転速度を測定する場合は、コマに回転駆動力を与える駆動ドラムやコマそのものの側面に設けられた印を目印に、フォトセンサでこの印を読み取って、タイマーを有する演算装置が単位時間あたりの回転数を計算していた。この種の一般的な回転速度の測定装置はエンコーダとして次のような技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００７−２４７９３

しかしながら、フォトセンサ及び演算装置を用いた回転速度測定装置を用いると、玩具の製造コストが高くなり、また、これらを手荒に扱われる玩具に組み込むことで故障などが起きやすいという課題があった。

一方で、コマを駆動ドラムを有するランチャに装着し、この駆動ドラムをワインダと呼ばれるベルトを使って回転させ、コマを一定領域で衝突させて競わせるコマ玩具が人気を博している。この玩具においては、駆動ドラムに同軸のピニオンギアを取り付け、このピニオンギアに、ベルト表面に形成したラックを噛合させ、ベルトを手動で引っ張ることで駆動ドラムを回転させる構造となっている。

ここで、この機構において、ピニオンギアの歯とラックの歯のピッチはそれぞれ全周囲に亘って一定であるという性質を有する。

本発明は、フォトセンサを用いることなく、低コストでかつ故障しにくい回転体の回転速度測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の代表的な構成は、ケーシングと、該ケーシングに枢支される回転体と、該回転体と一体に回転するピニオンギアと、前記ピニオンギアに噛合するラックと複数の識別部とが形成されたベルトと、前記ケーシングに取り付けられた前記識別部の通過を検知する検知部とを有し、前記検知部からの出力信号を用いて一の前記識別部から他の前記識別部への移動所要時間を計測することにより、前記回転体の回転速度を測定することを特徴とする。

本発明によれば、ベルトに形成された複数の識別部間の移動時間を測定することで、フォトセンサを用いることなく、簡単に回転体の回転速度を測定する装置を提供することができる。

本発明の実施形態のコマ玩具一式の構成図である。 本発明の実施形態のランチャの内部構造を示す、上蓋を取った状態の平面図である。 (a)及び(b)は本発明の実施形態のランチャの内部構造を示す断面図である。

添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について以下に説明する。本実施形態は、コマ玩具に用いたものである。

図１に、本実施形態に係るコマ玩具１の構成を示す。このコマ玩具１は、コマ２を、ランチャ３のケーシング３１外に露出する回転ホルダ３２に装着し、操作者がこのランチャ３に通したワインダ(ベルト)４を引っ張ることで回転ホルダ３２とともにコマ２を回転させる。

そして、ワインダ４がランチャ３から引き抜かれると、後述する機構により回転ホルダ３２の回転が停止し、慣性により回転を続けるコマ２が回転ホルダ３２の傾斜面３２ａに沿って押し出されることで、コマ２と回転ホルダ３２との係合が解除されて回転するコマ２が落下する構造となっている。

本実施形態において、スマートフォン１１をデータ加工ならびに表示装置として利用している。ランチャ３の側面には、外部出力端子３３が設けられており、コードを介して接続することにより、競技者がランチャ３で行ったコマ２の操作記録をスマートフォン１１に伝達する構造となっている。

図２に、本実施形態のランチャの、上蓋を取った状態の内部構造を示す平面図を示す。また、図３(ａ)(ｂ)は、それぞれ同ランチャの側断面図を示す。

ランチャ３のケーシング３１内には、側面に段差３４ａが形成された駆動ドラム３４と、同様に側面に均等にピニオン歯３５ａが形成されたピニオンギア３５とが回転軸３１ｂに同軸、一体に固定されている。さらに回転軸３１ｂはケーシング３１外へ突出して上述した回転ホルダ３２が固定されて、一体として回転体が構成されている。

また、このケーシング３１には左右側面にワインダ４を通過させる開口部３１ａ、３１ｂが形成されている。開口部３１ａには後述する接触スイッチ３７を取り付けている。

駆動ドラム３４に隣接して、枢支軸３６ａに枢支されたストッパー３６を配置している。このストッパー３６は、コイルスプリング３６ｂの付勢によりブレード３６ｃをワインダ４に押し付けている。そして、ワインダ４が引き抜かれた際には、ブレード３６ｃがコイルスプリング３６ｂにより回動し、その一部が駆動ドラム３４の側面に形成された段差３４ａに係合して、駆動ドラム３４及び回転ホルダ３２の回転を止めるラッチ構造が構成されている。

ワインダ４は、ベルト部４ａと一端に形成されたハンドル部４ｂとから構成される。ベルト部４ａは平たく、一方の平面に所定間隔でラック歯４ｃが形成されている。ワインダ４をケーシング３１に通すことにより、ラック歯４ｃはピニオンギア３５のピニオン歯３５ａに噛合し、ワインダ４を競技者がケーシング３１から引き抜いた際に、ピニオンギア３５を回転させ、回転ホルダ３２を介してコマ２に回転力を与えることとなる。

なお、ワインダ４のラック歯４ｃは溝４ｄ内に形成されており、溝幅がピニオンギア３５のピニオン歯３５ａの幅と同じに設定することで、ベルト部４ａが移動する際に蛇行することはない。

ワインダ４の一方の側面には、識別部たる複数の突起４ｅ１〜４ｅ４が形成されている。それぞれの突起４ｅ１〜４ｅ４間の区間Ｌ１〜Ｌ３は等距離に設定され、その間に形勢されるラック歯４ｃの数は同数に設定されている。突起４ｅ１〜４ｅ４は、ワインダ４がケーシング３１の開口部３１ａを通過する際、接触スイッチ３７を作動させてそれぞれの通過が感知される。

開口部３１ａに取り付けられた接触スイッチ３７は、接触子３７ａを有し、この接触子３７ａを押圧し、もしくは押圧を解除した場合に信号を出力する検知部となっている。この接触スイッチ３７からの信号は、タイマー付メモリ３８に時間情報とともに記録され、前述した外部出力端子３３から外部のスマートフォン１１のような情報処理及び表示機器に出力される。

次に、上記構造を有するコマ玩具の作動について説明する。

図３(ａ)に示すように、まず、競技者はワインダ４をランチャ３に挿通し、準備を行う。この状態にあっては、ワインダ４のハンドル部４ｂの近傍の突起４ｅ１が接触スイッチ３７の接触子３７ａを押圧している。

次に、同図（ｂ）に示すように、競技者がワインダ４を引っ張ると、突起４ｅ１が接触スイッチ３７から外れて、接触子３７ａが起立する。この時、接触スイッチ３７から発せられる信号により、タイマー付メモリ３８は時間カウントを開始し、次の突起４ｅ２が接触スイッチ３７の接触子３７ａを押圧するまでの時間を測定する。

そして、さらにワインダ４が移動し、それぞれの突起４ｅ２〜４ｅ４が接触スイッチ３７を通過する毎に、この接触スイッチ３７は信号を出力し、タイマー付メモリ３８において突起４ｅ２〜４ｅ４それぞれの通過時間を記録し、タイマー付メモリ３８または外部演算装置が区間Ｌ１〜Ｌ３それぞれの移動所要時間を算出する。

ここで、前述の通り、突起４ｅ１〜４ｅ４間のラック歯４ｃの数とピニオンギア３５のピニオン歯３５ａの全周の歯数は予め設定した所定比率になっている。したがって、各突起間のラック歯数をＡ、ピニオンギアの全周囲の歯数をＢ、そして各区間Ｌ１〜Ｌ３の通過所要時間をｔ(ｓｅｃ)とすれば、次の式によって、毎分当たりの回転速度Ｎ(ｒｐｍ)を簡単に求めることができる。

Ｎ(ｒｐｍ)＝（Ｂ／（Ａ×ｔ(ｓｅｃ)））×６０・・・（式１）

なお、競技者がピニオンギア３５を径の大きい、または小さい部品にカスタマイズできる場合は、ピニオン歯の数が変わってくるため、数値Ａを変更して計算を行う。一方、ピニオンギア３５を置換しない場合は数値ＡおよびＢは不変値なので、その比率Ｒ＝Ａ／Ｂを登録しておけば、次の式を用いて、より簡易に回転速度Ｎを求めることができる。

Ｎ(ｒｐｍ)＝Ｒ／ｔ(ｓｅｃ)×６０・・・（式２）

また、この回転速度は各区間Ｌ１〜Ｌ３毎の数値Ｎ１〜Ｎ３を測定できるので、これら回転速度Ｎ１〜Ｎ３の増減に注目することで、加速度を計算することもできる。また、計算に用いる各突起４ｅ１〜４ｅ４の選択は任意であり、例えば第１突起４ｅ１と最終の第４突起４ｅ４の通過タイムを使えば、全区間の平均回転数を算出することもできる。

なお、突起４ｅ１〜４ｅ４の通過時間データを一旦タイマ付メモリ３８に記憶し、競技終了後にスマートフォン１１などの外部演算装置に出力して、これら回転速度Ｎの演算結果を表示する。

以上、本実施形態の回転速度測定装置によれば、ワインダ４の複数の突起の通過を検知し、その間の通過所要時間を計測することで、簡単に回転体の回転速度を測定することができる。特に本実施形態においては、識別部を突起とし、検知部を接触スイッチとして、装置を簡単な構造で構成したため、製造コストを安価とすることができ、また複雑な機能を有さないので故障しにくいという効果も有する。

また、ベルト部に形成するラックと突起を平面と側面という、ベルト部のそれぞれ違う面に設けたために、両者が干渉することなく別の機能を発揮することができる。さらに、ラックをベルトに形成した溝内に形成したために、ラックに噛合するピニオンギアが溝の両壁を規制し、ベルトの水平方向の蛇行を防止し、突起と接触スイッチとの接触を円滑に行うことができる。

なお、本実施形態では４つの突起を設け、回転速度の測定区間を３つ形成したが、識別部としての突起は少なくとも１つの測定区間を認識できる２つがあればよい。また、識別部として突起ではなく、孔を含む切り欠きとて、接触スイッチを作動させる構成であってもよい。さらに、識別部と検知部をベルトの凹凸形状と接触スイッチで構成したが、本発明はこれに限られることなく、例えば磁石と磁気センサなどで構成してもよい。

また、本実施形態ではピニオンギアと回転体たる駆動ドラムとを別部材としたが、もちろん駆動ドラムの周面にピニオン歯を設けるなどしてピニオンギアと回転体とを一体に構成してもよい。さらに、タイマー付メモリは、本発明において必須の構成要件ではなく、式１、式２などの演算処理は、常時外部出力端子を介して接続されるスマートフォンなどの外部の演算装置で行っても良い。また、反対に、タイマー付メモリとともに、演算結果の表示装置として、ランチャのケーシング外面に液晶板を設けることもできる。さらに、ランチャに通信装置を搭載すれば、ワイヤ接続することなく外部演算装置または外部表示装置との間で、リアルタイムで情報処理を行うこともできる。

また、コマ玩具は、実際に実体あるコマを回転させて競技する玩具である必要はなく、コマをダミーとして、得られた回転速度データ等を演算装置またはネットワーク内の仮想空間中のゲームで用いる入力装置として利用してもよい。本実施形態では、本発明をコマ玩具に応用したが、ラックとピニオンギアを使用する構造であれば、これに限らず応用することができ、例えば竹とんぼ玩具やエンジンスターターなどにも利用することができる。

１ コマ玩具
２ コマ
３ ランチャ
４ ワインダ（ベルト）
４ａ ベルト部
４ｂ ハンドル部
４ｃ ラック歯（ラック）
４ｅ１〜４ｅ４ 突起（識別部）
１１ スマートフォン（外部演算装置及び外部表示装置）
３１ ケーシング
３３ 外部出力端子
３４ 駆動ドラム（回転体）
３５ ピニオンギア
３５ａ ピニオン歯
３７ 接触スイッチ（検知部）
３８ タイマー付メモリ

Claims (4)

1. ケーシングと、該ケーシングに枢支される回転体と、該回転体と一体に回転するピニオンギアと、前記ピニオンギアに噛合するラックと複数の識別部とが形成されたベルトと、前記ケーシングに取り付けられた前記識別部の通過を検知する検知部とを有し、
   前記検知部からの出力信号を用いて一の前記識別部から他の前記識別部への移動所要時間を計測することにより、前記回転体の回転速度を測定することを特徴とする回転速度測定装置。
2. 請求項１記載の回転速度測定装置であって、
   前記識別部は前記ベルトに形成される突起もしくは切り欠きであり、前記探知部は前記突起もしくは切り欠きにより作動する接触スイッチであることを特徴とする回転速度測定装置。
3. 請求項１または２記載の回転速度測定装置であって、
   前記ベルトに形成される前記突起もしくは切り欠きは、前記ラックの形成された面に対していずれかの側面に形成されていることを特徴とする回転速度測定装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか記載の回転速度測定装置であって、
   前記回転体はコマを回転させることを特徴とする回転速度測定装置。

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