(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
上記環状接地面は、車輪の垂直回転軸の軸線を通る断面で見て、底面及び側面の輪郭と連続する外下方へ凸の弯曲形状としたことを特徴とする、請求項1記載の2輪走行玩具。
上記車体の側面から、車体の傾きを規制するための少なくとも一つの補助突片を側方へ突出しており、車体の傾斜姿勢で2輪走行玩具が水平面の上に置かれたときに、車体の重心が、上方から見て、補助突片の先端と車輪との間にあるように、上記補助突片の長さを設計したことを特徴とする、請求項1から請求項3の何れかに記載の2輪走行玩具。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1の2輪走行玩具は、無線操縦方式を採用するので高価となる問題がある。また特許文献2の2輪走行玩具は、車体が左右一方に傾くと、ジャイロ効果を利用した、起立させる方向の慣性力により、逆方向へ復帰するように構成しているが、そのバランスをとるための設計が難しい。また玩具の分野では、目新しい製品が好まれるため、2輪走行という課題を達成するに際しても、常に斬新な発想及びユニークな動きのものが要望されている。
【0005】
こうした要望に応えるため、出願人は、垂直な回転軸の回りで回転する車輪を採用した2輪走行玩具を発案した。出願人の調査した範囲で敢えて類似の技術を探すと、2連のコマを相互に連結した玩具が存在する(特許文献3の
図2参照)。しかしながら、コマは、回転軸の上の先端部近傍で地面と接地し、ジャイロ効果で回転するものであり、本願の玩具とは、接地箇所・使用方法・作用で異なるものである。
【0006】
本発明の第1の目的は、垂直回転軸の回りを回転するという異形の車輪を用いて従前とことなる動作をする2輪走行玩具を提案することである。
本発明の第2の目的は、上記2輪走行玩具及びこれに適した走行台の組み合わせセットを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の第1の手段は、2輪走行玩具において、
動力機構を備えた車体と、
上記動力機構と連係されるとともに、上記車体の前後両側から下方へ突出した一対の垂直回転軸と、
各垂直回転軸の下部の回りに、当該垂直回転軸を回転対称軸としかつ底面が略フラットな截底回転体として形成された一対の車輪と、
を具備し、
この車輪の底面と側面との間に環状接地面を形成している。
【0008】
本手段では、2輪走行玩具1は、例えば
図1に示す如く、垂直回転軸16の回りを回転
可能な一対の車輪20を有する。各車輪20は、底面がほぼフラットな截底回転体としている。この車輪は、傾斜面を走行することに適した環状接地面26を有する。
【0009】
第2の手段は、第1の手段を有し、かつ
上記環状接地面は、車輪の回転軸線を通る断面で見て、底面及び側面の輪郭と連続する外下方へ凸の弯曲形状としている。
【0010】
本手段では、主に
図15に示す如く環状接地面26を外への弯曲形状としている。
【0011】
第3の手段は、第1の手段又は第2の手段を有し、かつ
全体の重心の高さを、上記垂直回転軸の軸線から環状接地面の内周端までの半径よりも大としている。
【0012】
本手段では、
図12に示す如く、2輪走行玩具1の重心Gの高さを、車輪20の軸線から環状接地面26の内周端e
Iまでの距離より大としている。これにより2輪走行玩具1が斜面を下側へ転倒することを防止している。これに関しては後述する。
【0013】
第4の手段は、第1の手段から第3の手段のいずれかを有し、かつ
上記車体の側面から、車体の傾きを規制するための少なくとも一つの補助突片を側方へ突出しており、車体2の傾斜姿勢で2輪走行玩具が水平面の上に置かれたときに、車体の重心が、上方から見て、補助突片の先端と車輪との間にあるように、上記補助突片の長さを設計した。
【0014】
本手段では、車体2の側面から側方へ突出した補助突片18を提案している。この補助突片18は、走行面と摺接することで車体2の傾きを規制するものである。この補助突片18の作用により、
図8又は
図18に示すように車体2の傾斜状態で2輪走行玩具が水平面の上に置かれたときに、車体2の重心Gは、上方から見て、補助突片18の先端18aと車輪20との間にある。補助突片18は車体2の側面に対して着脱自在に形成することができる。
【0015】
第5の手段は、第4の手段に記載した2輪走行玩具1と走行台30との組み合わせセットにおいて、
上記走行台は、頂壁部の上面に、2輪走行玩具が周方向に走行するための浅い円形くぼみを形成し、この円形くぼみは、その中心線を通る縦断面方向で見て略円弧状であり、その円弧の曲率は、上記車輪と補助突片の先端とが円形くぼみ内に接しているときに、上記車体の下面の側縁が円形くぼみに接しないように設計した。
【0016】
本手段では、前述の2輪走行玩具1と、この2輪走行玩具1を走行させるための
図9に示す走行台30との組み合わせセットを提案している。走行台30は、円形くぼみ32を有する。この円形くぼみの曲率は、補助突片18との長さに応じて相対的に定める。すなわち、上記車輪20と補助突片18の先端18aとが円形くぼみ32内に接しているときに、上記車体の下面の側縁Msが円形くぼみ32に接しないように設計する(
図14(A)の(a−2)を参照)。これにより車体2の傾きを小さくし、車体2と走行面との摩擦抵抗を小さくすることができる。
【発明の効果】
【0017】
第1の手段に係る発明によれば、截底回転体である車輪20の底面と側面との間に環状接地面26を形成したから、傾斜面を走行するユニークな玩具を提供できる。
第2の手段に係る発明によれば、環状接地面26を外下方へ凸の弯曲形状としたから、傾斜面に対する車輪の摩擦力を十分に確保することができる。
第3の手段に係る発明によれば、全体の重心Gの高さを、上記垂直回転軸16の軸線から環状接地面26の内周端e
Iまでの半径rよりも大としたから、傾斜面を横切る方向に走るときに、傾斜面の下側への転倒を防止できる。
第4の手段に係る発明によれば、補助突片18により車体2の傾きを制御し、安定的な走行を可能とする。
第5の手段に係る発明によれば、円形くぼみ32内を2輪走行玩具1が走行するので従来にない新しい遊び方を提供できる。また2輪走行玩具1を円形くぼみ32内に置いたときに車体2の下面の側縁Msが円形くぼみ32に接しないので、摩擦抵抗を軽減できる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
図1から
図14は、本発明の第1実施形態に係る2輪走行玩具及び走行台の組み合わせセットを開示している。
【0020】
2輪走行玩具1は、車体2と、一対の垂直回転軸16と、一対の車輪20とで構成されている。
【0021】
車体2は、好ましくは、一の方向に長く形成されている。2輪走行玩具1は、車体の長手方向に進行することができる。車体2は、好ましくは、中空のケース体として形成される。車体2は、動力機構5を内蔵し、その動力機構5から垂直回転軸16へ動力を伝達する動力伝達手段6を有する。本実施形態では、動力機構5は、電気モーターであり、車体2は、その電気モーターを駆動するための電池8を備える。しかし、この構造は適宜変更することができる。また図示の動力伝達手段6は、ギアで形成されているが、この構造も変更することができる。
【0022】
好適な一実施例として、上記車体2は、相互に着脱自在に形成した下半部2aと上半部
2bとからなる。下半部2aの前後両側には、垂直回転軸16の挿通孔10を、上半部のうちそれら挿通孔10の上方に位置する箇所には軸受け12をそれぞれ形成する。図示の車体2は、下面に開口部を有し、この開口部内に取り外し可能に蓋4を嵌めている。また図示例では、開口部の孔縁の一部が切り欠かれ、この切欠きを通って蓋4から連結突部4aが外方へ突出している。この連結突部4aは、車体2の下部にネジなどの手段で連結されている。
【0023】
また本実施形態において、上記車体2は、車体2の側面から突出する一対の補助突片18を有する。この補助突片18は、2輪走行玩具の走行中に走行面と接して車体2の傾斜を規制する機能を有する。即ち、
図8に示す平坦面、或いは、少なくとも
図14に示す凹状の弯曲面の上において、車輪20の端部(接地点Pc)を中心に2輪走行玩具が傾いたときに、補助突片18の先端18aがそれら平坦面又は弯曲面に当接することで、車体2がそれ以上傾くことを防止し、その面に車体2が直接接触することを回避する。2輪走行玩具が走行すべき面に車体が直接触れると走行速度が低下するからである。これに関しては後述する。
【0024】
少なくとも一枚の補助突片が車体2の片方の側面から突出すれば上記機能を達成することができる。しかしながら、図示例では、車体2のバランスを考慮して、車体2の両側に一対の補助突片18を設けている。
【0025】
上記各補助突片18は、車体2の側面下部から突出することが望ましい。好適な一つの実施例として、図示の補助突片18は、水平方向に突出しているが、斜め下方へ突出しても構わない。また図示例では、補助突片18をフィン状に形成しているが、その形状は適宜変更できる。
【0026】
上記補助突片18の長さLは、2輪走行玩具1を
図8に示すように水平面の上に置いたときに、上方から見て、2輪走行玩具1の重心Gが車体2の接地点Pcと補助突片18の先端18aとの間に存在するように定める。
【0027】
好適な一実施例として、上記車体2は、
図3に示す如く、長手方向の中間部に側方へ脹らむ膨出部3を有して、この膨出部3の下面を、フラット面(図示例では水平なフラット面)である取付部17として、この取付部17に補助突片18を着脱自在に形成することができる。一対の補助突片18は、
図7に示す如く、それぞれ図示のような一枚の板として形成することができる。各補助突片18は、先端18aと基端18bとを有しており、側方へ一定の突出長さを有する。この長さに関しては後述する。図示例では、2枚の補助突片18のうちの一方は、上記連結突部4aと嵌合する切欠き18cを有する。
【0028】
一対の垂直回転軸16は、上端部を上記軸受け12に係止され、挿通孔10を介して車体2の下方へ突出している。これら一対の垂直回転軸16が同一方向に回転することができるように、各垂直回転軸16と動力伝達手段6とを連係させている。なお、本明細書において、“垂直回転軸”という用語は、一般のオートバイなどのタイヤに用いられる水平回転軸と区別するために用いられており、厳密に垂直である必要はない。
【0029】
一対の車輪20は、上記各垂直回転軸16の下端部に付設されている。本実施形態では、垂直回転軸16の下端部に車輪20を連結している。図示の車輪20は、
図3に示す如く、底壁の中央部から軸嵌合筒部28を起立して、この軸嵌合筒部28内に上記垂直回転軸16を固着させている。しかしながら、この構造は適宜変更することができ、垂直回転軸16と車輪20とを予め一体物として成形しても構わない。
【0030】
各車輪20は、底面22を略フラットとしかつ垂直回転軸16を回転対称軸とする截底
回転体であり、その側面24と底面22との間に環状接地面26を形成している。なお、“截底”とは、任意の回転対称な物体の底部側を対称軸と平行な面で截断したときの形状という程度の意味であるが、本明細書においては、先端が尖ったコマと区別するために用いられており、その底面は厳密にフラットである必要はない。
【0031】
この環状接地面26は、外下方へ凸の角形状とすることで走行面Sと適切に接するように形成する。“角形状”と言っても、或る程度の丸みを有する形態とすることができる。本願の2輪走行玩具は、環状接地面26と走行面Sとの摩擦力により車輪20が回転したときに推進力を獲得する。一般に車輪の推進力は、接地箇所での車輪のトルク、すなわち、車輪の角速度と車輪の径との積で与えられるから、本発明の車輪20の場合には、垂直回転軸16の軸線(垂直回転軸の軸棒の中心を通る直線をいうものとする)から環状接地面26の内周端e
Iまでの半径rの大きさにほぼ比例して大となる。但し、車輪20の単位時間当たりの回転数を一定であるものとする。上記半径rの大きさは、所要の推進力を得られるように設定する。なお、図面中、e
Oは環状接地面26の外周端である。
【0032】
上記車輪20は例えば合成樹脂やゴムなど上述の摩擦力を確保する上で適当な材料で形成することができる。
【0033】
本願の2輪走行玩具の車輪は、垂直な回転軸の回りを回りかつ底面22と側面24との間に環状接地面26を有するという形態から、水平な回転軸の回りを回る通常のタイヤとも、また垂直な回転軸の近傍で接地するコマとも異なる、異形の車輪である。
【0034】
図示例において、車輪20の側面24は垂直回転軸16と平行な垂直面であるが、垂直回転軸16と平行である必要はない(後述の
図19参照)。上述の如く、車輪20の側面24は接地面としての役割を果たさないからである。
【0035】
図9及び
図10は、上記2輪走行玩具1を走行させるための走行台30を描いている。この走行台30は、頂壁部30aの外周部から周壁部又は側壁部30bを垂下してなり、その頂壁部30aの中心部に浅い円形くぼみ32を形成しており、円形くぼみ32はその中心を通る縦断面において略円弧状の輪郭を有する。この円形くぼみ32の上面で走行面Sをしており、
図9に想像線で示すように2輪走行玩具1が周方向に旋回することが可能に設けている。また頂壁部30aの外周部からは2輪走行玩具1の飛び出し防止用の起立壁部34を起立している。
【0036】
図11は、上記走行面Sを周方向に走行する2輪走行玩具1を下側から透視して描いている。一対の車輪20は同一方向に回転している。縦断面円弧状の走行面S内では、車輪20の環状接地面26の外側の一点(接地点Pc)のみが走行面に接しており、白矢印の方向に推進力Fが作用し、周方向へ一定の速度で公転運動する。このときの速度は、車輪20の軸線から環状接地面26の内周端e
Iまでの距離又は半径をr、車輪20の角速度をωとすると、rとωとの積で与えられる。
【0037】
図12は、上記走行面Sの上を本願の2輪走行玩具1が走る状態を描いている。2輪走行玩具1の重心Gに対して重力Mg及び遠心力Cが作用し、また環状接地面26のうち走行面Sに接する接地点Pcには抗力Nが作用する。2輪走行玩具1が走行方向に対して側方(図面の右側或いは左側)に倒れずに走行し続けるには、接地点Pcを中心とするトルク、すなわち遠心力のモーメントC×R
2及び重力のモーメントMg×R
1が釣り合っている必要がある。但し、R
1は接地点から重心への水平方向の距離、R
2は接地点から重心への垂直方向の距離であり、r≦R
1である。
【0038】
簡単のために図面では、2輪走行玩具1が鉛直に正立している状態を描いており、この
状態では2つのモーメントが釣り合っている。そして遠心力Cが大きくなれば2輪走行玩具1は走行台30の外側へ傾き、遠心力Cが小さくなれば2輪走行玩具1は走行台30の内側へ傾く。遠心力Cは、円形くぼみ32を周方向に走る2輪走行玩具1の速度に比例して大きくなる。
【0039】
以上のことをまとめると、本発明の車輪20の構成では、垂直回転軸16の軸線から接地点Pcまでの間に少なくとも距離rが存在するから、コマと比較して、水平方向への大きな推進力及び速度が得られる。しかしながら、距離rを大きくすると、重力のモーメントMg×R
1が遠心力のモーメントC×R
2に比べて優位となり、内側へ転倒し易くなる。それを避けるためには、2輪走行玩具1の重心Gの位置を高くすることが望ましい。好適な一実施例である図示例においては、重心Gの高さを、rより大きくしているが、その構造は適宜変更することができる。
【0040】
図11の公転運動状態において、重力のモーメントが遠心力のモーメントより大きいときには、2輪走行玩具1は、内側へ傾く。そして2輪走行玩具1は、円形くぼみ32の中心部に向かって軌道が徐々に下げていき、最後には
図13に示すように円形くぼみ32の中心部に到達する。この状態では、一対の車輪20は、2輪走行玩具1の前側の接地点Pc及び後側の接地点Pcで走行面Sに接する。その結果、車輪20を同一方向に回転させたときに、2輪走行玩具1全体が
図13に示すような自転運動をする。
【0041】
図14は、補助突片18の機能を説明するための図面であり、
図14(A)は、補助突片18を有する2輪走行玩具1の動作を、また
図14(B)は補助突片を有しない2輪走行玩具1の動作をそれぞれ示している。
【0042】
まず
図14(B)の場合には、(b−1)の初期位置から、車体2が傾き、実線で示す(b−2)の位置に昇って、該車体2が走行面に接したときに、車体2の傾斜角度が大きい。このとき、上方から見て、車体2の側縁Msが重心Gから近い場所にあるため、車体2と走行面との摩擦力も大きくなる。そのため、2輪走行玩具1の速度が上がらず、2輪走向玩具1は、相対的に低い(b−2)の位置に留まるか、或いはさらに低い方へ滑り落ちる。この場合には、
図13のように自転回転をする。このように2輪走行玩具1のパフォーマンスを十分に発揮できない。
【0043】
これに対して、
図14(A)の場合には、(a−1)の初期位置から、車体2が傾き、(a−2)の位置へ昇って補助突片18の先端18aが走行面に接したときに、車体2の傾斜角度が小さい。このため補助突片18の先端18aと走行面との摩擦力が大きくならない。よって2輪走行玩具1は、その速度を保ったまま、さらに高い(a−3)の位置へ上昇できる。
【0044】
以下、本発明の他の実施形態を説明する。これらの説明において第1実施形態と同じ構成については同一の符号を付することで解説を省略する。
【0045】
図15から
図18は、本発明の第2実施形態に係る2輪走行玩具1を示している。本実施形態では、環状接地面26を、軸線を通る垂直断面でみて車輪20の外下方へ凸の弯曲形状としている。この形態では、第1実施形態のものに比べて、
図15に示す如く、その弯曲面に沿った幅dを大きくとることができる。これにより車輪20と走行面Sとの摩擦力を十分に確保することができる。
【0046】
なお、本実施形態では、車輪20の環状接地面26を弯曲形状とした結果、環状接地面26の接地点Pcと補助突片18の先端18aとを結ぶ仮想直線付近に車体2の側縁Msが位置する。
図18に示すように、水平な面Sの上に2輪走行玩具1を斜めに置いた状態
では、接地点Pcと側縁Msと面Sとが同一面上にあり、走行時に側縁Msに擦れるように思われる。しかしながら、本願の2輪走行玩具1は、
図10に示すに示す円形くぼみのような弯曲面上で走行するためのものである。従って、その弯曲面の曲率を、接地点Pcと補助突片18の先端18aとが弯曲面に接している状態で、側縁Msが弯曲面に接しないように設定することで弯曲面内を2輪走行玩具が効率よく走行することが可能となる。
【0047】
図19は、本発明の第3実施形態に係る2輪走行玩具1を、また
図20は、その2輪走行玩具1を走行させるための駆動冶具40をそれぞれ示している。
【0048】
本実施形態では、2輪走行玩具1の動力機構5を、車体2の適所に設けたフライホイール(弾み車)5aと、このフライホイール5aと連結した従動ギア5bと、従動ギア5bを囲む枠5cとで形成している。フライホイール5aは、動力伝達手段6を介して一対の車輪20に連係している。また上記駆動冶具40は、細長いラック40aの基部にハンドル40bを付設している。そして駆動冶具40のラック40aを上記従動ギア5bと枠5cとの間に差し込み、急速に引くとフライホイール5aが回転し、これとともに一対の車輪20も回転する。
【符号の説明】
【0049】
1…2輪走行玩具 2…車体 2a…下半部 2b…上半部 3…膨出部
4…蓋 4a…連結突部
5…動力機構 5a…フライホイール 5b…従動ギア 5c…枠
6…動力伝達手段 8…電池 10…挿通孔
12…軸受け 16…垂直回転軸 17…取付部
18…補助突片 18a…先端 18b…基端 18c…切欠き
20…車輪 22…底面 24…側面 26…環状接地面
28…軸嵌合筒部
30…走行台 30a…頂壁部 30b…側壁部
32…円形くぼみ 34…起立壁部
40…駆動冶具 40a…ラック 40b…ハンドル
C…遠心力 d…幅 e
I…内周端 e
O…外周端 F…推進力
G…重心 Mg…重力 Ms…側縁 N…抗力 Pc…接地点
R
1…接地点から重心までの水平距離 R
2…接地点から重心までの垂直距離
r…垂直回転軸の軸線から環状接地面の内周端までの半径
S…面(走行面)