JPH0720434Y2 - フライホイール式駆動ユニット - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、フライホイールを動力源とする駆動ユニット
に関する。更に詳述すると、本考案は、フライホイール
を回転させるときの出力軸の回転速度よりも高速回転を
出力軸に与えることができるフライホイール式駆動ユニ
ットに関する。

（従来の技術） 従来のフライホイールを動力源とする駆動ユニットは、
第３図に示すように、フライホイール101と出力軸102と
の間に一定ギア比の増速歯車列103を介在させて連結
し、出力軸102に取付けられたタイヤ（図示省略）等を
床面等に擦りつけて回転させることによって入力される
回転を増速してフライホイール101に伝え、フライホイ
ール101を回転させて回転運動エネルギーを蓄積する構
造のものが一般的である。このフライホイール式駆動ユ
ニットは玩具特に走行玩具に利用して好適なものであ
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このフライホイール式駆動ユニットはギ
ア比が一定の歯車列103を用いているので、回転エネル
ギーを蓄積するときもそれを放出するときも、同じギア
比で増速、減速するためフライホイール101を回転させ
るとき以上の速度で出力軸102を回転させることができ
ない不利を有する。

このため、走行玩具等に使用する場合、玩具を早く走ら
せるためには勢いよくフライホイール101を回転させな
ければならず、出力軸102上のタイヤを強くかつ素早く
床面に擦りつける機敏な動作が必要となり、幼児には操
作が難しくタイヤの摩滅も早める欠点がある。

そこで、本考案は、フライホイールを回転させるときよ
りも高速で出力軸を回転させ得るフライホイール式駆動
ユニット、換言すれば緩やかにフライホイールを回転さ
せても高速回転出力を得るフライホイール式駆動ユニッ
トを得ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） かかる目的を達成するため、本考案のフライホイール式
駆動ユニットは、フライホイールと同軸上の駆動ピニオ
ンにギア比の異なる増速用ギアと減速用ギアをそれぞれ
噛合させる一方、出力軸と連動するギアと噛合しかつ該
ギアを中心にほぼ上下方向に揺動可能に支持されて出力
軸側から回転が入力されるときには出力軸と連動するギ
アの回転によって増速用ギア側へかけ上がって増速用ギ
アと噛合すると共にフライホイール側から回転が入力さ
れるときには増速用ギアの回転によって減速用ギア側へ
押し出されて減速用ギアと噛合する揺動ギアを設け、回
転エネルギーをフライホイールに蓄積するときと放出す
るときでは異なるギア比を自動的に選択して尚かつ同一
方向に回転する。

（作用） したがって、出力軸を回転させれば、その回転力によっ
て揺動ギアがかけ上がり上方の増速ギアと噛合し、回転
力は増速されてフライホイールに伝達され、フライホイ
ールを高速させて回転エネルギーを蓄積するが、フライ
ホイールに蓄積された回転エネルギーを取出すときはフ
ライホイール側が駆動側となるので揺動ギアが増速ギア
の回転によって下方へ落とされ、ギア比が小さい減速用
ギアと噛合い、増速比よりも小さな減速比で出力軸に回
転が伝えられる。即ち、回転運動の入力時と出力時とで
は介在するギア列が自動的に切替わり、入力時のギア比
に対して出力時のギア比が小さくなるような変速歯車列
を構成しているので、フライホイールを回転させるとき
の出力軸の回転よりも出力時の方が出力軸は高速回転す
る。

（実施例） 以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図に本考案に係るフライホイール式駆動ユニットの
一実施例を中央縦断面図で示す。このフライホイール式
駆動ユニットは、出力軸１とフライホイール２と、これ
らの間を連結し回転を伝達する変速歯車列３と、この変
速歯車列３と出力軸１の間に設けられて設定値以上の速
度で回転が入力される際に変速歯車列３と出力軸１との
動力伝達を遮断する一方向安全クラッチ20及びこれらを
支持するギアフレーム４とから成る。

変速歯車列３は、フライホイール２と同軸上のピニオン
5A,5Bと、フライホイール２を回転させる際にピニオン5
Aに接続される増速用ギア6,11及びフライホイール２の
回転を取出す際にピニオン5Bに接続される減速用ギア７
と、これらギアのいずれか一方と選択的に噛合する揺動
ギア８と該揺動ギア８同軸上のギア12と噛合するアイド
ルギア9,13並びに該アイドルギア13と噛合して出力軸１
を回転させる従動ギア10とから成り、揺動ギア８をアイ
ドルギア９の周りに揺動させることによって入力時と出
力時との接続ギアを切替えてギア比を変化させるように
している。

ピニオン5Aは、フライホイール２と一体成形されている
シャフト15に圧入されて固定され、ピニオン5Bはシャフ
ト15に回転かつ摺動自在に嵌合されてスプリング16によ
ってピニオン5A側へ押しつけられている。ピニオン5B
は、スプリング16の付勢力によって通常はピニオン5Aに
押しつけられ該ピニオン5Aと一緒に回転するが、歯車列
３側に過大な負荷がかかるとき、例えばフライホイール
２を勢いよく回転させている最中にタイヤを床に押しつ
けて一時的に止めるときなどには、スプリング力に抗し
てピニオン5Aとの間に滑りを起こしてシャフト15上で空
転する。即ち、ピニオン5Bとスプリング16で、一方向安
全クラッチを構成している。前記増速用ギアは同軸上に
ピニオン11を有し、該ピニオン11によって揺動ギア８と
噛み合わされている。また、揺動ギア８は同軸上にピニ
オン12を有し、該ピニオン12によってアイドルギア９と
噛み合わされている。この揺動ギア8,12は噛合するギア
の回転入力方向によって噛み合ったり離れたりする、所
謂かけあがりギアであり、アイドルギア９の回転中心を
曲率中心とする円弧状の長孔14に移動可能に支承され、
アイドルギア９に沿って該ギア９の回転によって上方へ
移動し（かけ上り）、また増速ギア11の回転によって下
方へ移動する（かけ降り）。また、アイドルギア９も同
軸上にピニオン13を有し、該ピニオン13によって出力軸
１上の従動ギア10と噛み合わされている。尚、上述の各
ギア６と11,8と12,9と13は通常ポリアセタール等のプラ
スチックによってシャフトと共に一体成形されている。

また、歯車列３を介してタイヤ・出力軸１の回転をフラ
イホイール２に伝達する機構であるため、玩具を勢いよ
く前方へ押し出すとき、歯車列３がブレーキとなって歯
が欠ける虞がある。そこで、従動ギア10と出力軸１との
間に、即ち変速歯車列３の入口部分に一方向安全クラッ
チ20を設けている。この一方向安全クラッチ20は、円周
上に係合突起23を有するスリーブ状の駆動子21と、軸端
面に係合突起24を有し駆動子21上に回転かつ摺動自在に
嵌め込まれる円筒状の従動ギア10と、該従動ギア10を駆
動子21の係合突起23へ向けて常時付勢するばね部材22と
から成り、駆動子21と従動歯車10の係合突起23,24の噛
合によって動力の伝達ないし遮断を図るように構成され
ている。係合突起23,24は、一面が斜面25、一面が垂直
面26の台形状を成し、斜面25,25同士及び垂直面26,26同
士が互いに向かい合いかつ駆動子21の突起23の斜面25側
が出力軸１の回転方向において前方に位置するように配
置されている。したがって、出力軸１側から回転が伝わ
る場合、係合突起23,24の斜面25,25同士が接触するた
め、従動歯車10をばね部材22に抗して駆動子21から離脱
させる方向に逃がそうとするスラスト力が発生し、変速
歯車列３の各歯にかかる力が設定許容値以上に達したと
きに従動ギア10の係合突起24が駆動子21の係合突起23を
乗り越えて従動ギア10と出力軸１とを切離して出力軸を
空転させる。反面、フライホイール２側から回転が伝わ
る場合、同じ回転方向でありながら、係合突起23,24の
垂直面26,26同士が接触するため、これらの間で滑りは
起らず、従動ギア10と出力軸１とは負荷に関係なく切離
されることはない。

ばね部材22は、本実施例の場合、ギアフレームの一部を
切欠いて構成する板ばねを採用している。即ち、雌外殻
ブロック4Aの壁の一部をコ形に打抜き、残った組板部分
をばね材として利用している。このばね部材22の先端に
は突起27が設けられ、該突起27によって従動ギア10の端
面を付勢するように設けられている。尚、このばね部材
22としては、コイルスプリングや皿ばね、その他の板ば
ね等を使用することも可能である。

尚、この一方向安全クラッチは図示したものに限定され
るものではなく、例えば一面が垂直面、他面が斜面から
成る三角形状の係合突起を利用した噛合せ安全クラッチ
や、係合突起自体がトーションを受ける際にその値が所
定値に達するときにのみ一方向に変形して相手側の突起
等を乗越えるようにしたもの等、適宜変形された噛合せ
安全クラッチの使用が可能である。

フライホイール２はシャフト15と共に高比重プラスチッ
クによって一体的に形成されている。高比重プラスチッ
クとしては、例えば比重3.78程度のもの（例えば商品名
スミコンFM−PF370住友ベークライト株式会社製造販売
で知られている）の使用が好ましい。軽量なプラスチッ
ク玩具の場合、この程度の比重のプラスチック性フライ
ホイールで慣性モーメントは十分であり、それ以上の慣
性モーメントを必要する場合にはフライホイール２の比
重を変えることにより対処する。また、図示していない
が、インサート射出成形等によつて、通常の比重のプラ
スチックで成形されたフライホイール２内に鉄板あるい
は金属のリング等を埋め込むことによって慣性モーメン
トを高めることも可能である。

ギアフレーム４は、通常プラスチックによって成形され
た雌雄一対の外殻ブロック4A,4Bとこれらの間に挾持さ
れる隔板4Cとから成り、雄ブロック4Bに設けられている
ピン状の突起4Eを隔板4Cを貫通させて雌ブロック4Aの穴
4Dに嵌入することによって組立てられ、フライホイール
２と出力軸１及び変速歯車列３を回転自在に支持して収
容する。各ギア6,7,8,9,11,12は雄外殻ブロック4Bと隔
板4Cとの間で回転自在に支持され、出力軸１、フライホ
イール２及びアイドルギア13は隔板4Cと雌外殻ブロック
4Aとの間で回転自在に支持されている。

以上のように構成したフライホイール式駆動ユニットに
よれば、該駆動ユニットを搭載した玩具例えば自動車の
おもちゃ等を図中に矢印で示す方向に押しつけながら出
力軸１を回転させると、第１図上、アイドルギア９の時
計回転方向への回転によって揺動ギア８が上方へ押し上
げられるため、揺動ギア８は増速用ギア６のピニオン11
と噛合し、その回転は出力軸１→従動ギア10→ピニオン
13→アイドルギア９→ピニオン12→従動ギア８→ピニオ
ン11→増速用ギア６→ピニオン5A→フライホイール２へ
と伝達されフライホイール２を高速回転させて回転力を
蓄積する。このとき、自動車おもちゃの前方への押し出
しの勢いが良過ぎると、一方向安全クラッチ20が作動し
て出力軸１が突起して歯車列を保護する。次いで、自動
車おもちゃを床上に置けば、出力軸１側に負荷がかかる
ために揺動ギア８を押し上げていた力がなくなりフライ
ホイール２側から回転が伝えられることとなるため揺動
ギア８が増速用ギア６によって下方へ落とされ減速用ギ
ア７と噛合する。このため、フライホイール２の回転は
ピニオン5B→減速用ギア７→揺動ギア８→ピニオン12→
アイドルギア９→ピニオン13→従動ギア10→出力軸１へ
と伝達され、自動車おもちゃを走行させる。このとき、
フライホイール２は減速用ギア７を介して直接揺動ギア
８に接続されるための増速時に比べて減速比が小さい。
即ち、フライホイール２を回転させるときよりも高速で
出力軸１は回転することとなる。

（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本考案のフライホイー
ル式駆動ユニットは、フライホイールと同軸上のピニオ
ンにギア比の異なるギアを２個噛み合せ、回転入力時に
はギア比の大きなギアと噛合し出力時にはギア比の小さ
なギアと選択的に噛合する揺動ギアを介して出力軸と接
続するようにしたので、フライホイールを回転させると
きの増速比よりも小さな減速比で出力軸に回転が伝えら
れ、出力軸はフライホイールを回転させる時よりも高速
回転する。また、フライホイールとその軸上のピニオン
を高比重プラスチックで一体成形すればフライホイール
とそのシャフトとピニオンとを組立てる手間が省ける
し、ユニット全体を全てプラスチックで成形することが
でき全体重量を軽減できる。更に、出力軸と従動ギアと
の間に一方向安全クラッチを介装すれば、フライホイー
ルを回転させることに勢いがあり過ぎても、歯が欠ける
ことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す中央縦断面図、第２図
は同フライホイール式駆動ユニットの歯車列の噛合せを
説明する展開図、第３図は一方向安全クラッチの一実施
例を示す斜視図、第４図は従来のフライホイール式駆動
ユニットの一例を示す中央縦断面図である。 １…出力軸、２…フライホイール、３…変速歯車列、5
A,5B…フライホイールと同軸のピニオン、6,11…増速用
ギア、７…減速用ギア,8,12…揺動ギア、9,13…アイド
ルギア、10…従動ギア。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】フライホイールと出力軸との間に歯車列を
   介在させ出力軸を回転させることによって前記フライホ
   イールを駆動回転させるフライホイール式駆動ユニット
   において、前記フライホイールと同軸上の駆動ピニオン
   にギア比の異なる増速用ギアと減速用ギアをそれぞれ噛
   合させる一方、前記出力軸と連動するギアと噛合しかつ
   該ギアを中心にほぼ上下方向に摺動可能に支持されて出
   力軸側から回転が入力されるときには前記出力軸と連動
   するギアの回転によって前記増速用ギア側へかけ上がっ
   て前記増速用ギアと噛合すると共にフライホイール側か
   ら回転が入力されるときには前記増速用ギアの回転によ
   って前記減速用ギア側へ押し出されて前記減速用ギアと
   噛合する揺動ギアを設け、回転エネルギーをフライホイ
   ールに蓄積するときと放出するときでは異なるギア比を
   自動的に選択して尚かつ同一方向に回転することを特徴
   とするフライホイール式駆動ユニット。
2. 【請求項２】前記フライホイールとシャフトとは高比重
   プラスチックによって一体成形して成ることを特徴とす
   る実用新案登録請求の範囲第１項に記載のフライホイー
   ル式駆動ユニット。
3. 【請求項３】前記出力軸と該軸と連動する従動ギアとの
   間に出力軸側から回転が伝わるときに作用する一方向安
   全クラッチを設けたことを特徴とする実用新案登録請求
   の範囲第１項又は第２項に記載のフライホイール式駆動
   ユニット。