(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下では、本発明の実施形態の回転体駆動装置について添付図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態の回転体駆動装置の模式的な正面図である。
図2は、本発明の実施形態の回転体駆動装置の主要部の拡大図である。
図3は、本発明の実施形態の遊技機の一例を示す模式的な斜視図である。
【0011】
図1に示すように、本実施形態の回転体駆動装置1は、駆動モータ2、第1ギヤ3、第2ギヤ4、およびリール5を備える。
【0012】
駆動モータ2は、駆動軸2aを第1方向R1(図示時計回り)と、第1方向R1と反対の第2方向R2(図示反時計回り)とに回転させるモータである。駆動モータ2は駆動源と呼ばれることもある。
駆動モータ2の駆動軸2aにおけるコギングトルクの1回転当たりの振動回数はn回(ただし、nは3以上の整数)である。駆動モータ2のモータの種類は特に限定されない。
例えば、駆動モータ2は、安価な誘導電動機の一つであるPM(Permanent Magnet)モータであってもよい。駆動モータ2は、所定の回転角ごとに停止可能なステッピングモータであってもよい。駆動モータ2は、不図示の制御回路に電気的に接続される。この制御回路は、駆動モータ2の回転状態を制御する。
以下では、一例として、駆動モータ2はステップ数がnのステッピングモータであるとして説明する。このステッピングモータにおいては、1回転当たり、ステップ数nと同じ回数だけコギングトルク(ディテントトルク)が変動する。
【0013】
駆動モータ2は、装置本体7に固定されている。駆動モータ2には、図示略のケーブルを介して電力および制御信号が供給される。
【0014】
第1ギヤ3は、駆動軸2aに固定されている。第1ギヤ3の種類は特に限定されない。例えば、第1ギヤ3は平歯車が用いられてもよい。第1ギヤ3の歯数N(第1の歯数)は、駆動モータ2のステップ数nの自然数倍とする。
【0015】
第2ギヤ4は、駆動モータ2による第1ギヤ3の回転を増速することなく後述するリール5に伝達するため、第1ギヤ3と噛み合うギヤである(
図2参照)。第1ギヤ3が平歯車の場合には、第2ギヤ4も平歯車が用いられる。
第2ギヤ4は、歯数M(第2の歯数)を有する。歯数Mは、リール5の回転に必要なギヤ比に応じて設定される。歯数Mは、歯数Nよりも多くてもよいし、少なくてもよい。歯数Mと歯数Nとは互いに等しくてもよい。
図1、2に示す例では、第2ギヤ4の歯数Mは、第1ギヤ3の歯数Nよりも多い。
第2ギヤ4は、装置本体7に固定された回転軸6に回転可能に支持されている。駆動軸2aと回転軸6との軸間距離は、第1ギヤ3および第2ギヤ4の噛み合いに必要な中心間距離に合わされている。
【0016】
リール5は、外周部が円筒状に形成されている。リール5は、中心固定部5c、外周部5b、および支持部5dを備える。リール5は回転体と呼ばれることもある。
中心固定部5cは、リール5の中心部に配置されている。中心固定部5cは、図示略の連結部を介して第2ギヤ4と連結されている。この連結部は中心固定部5cと第2ギヤ4とを固定する連結部でもよい。この連結部は、中心固定部5cを第2ギヤ4に対して周方向に移動可能に連結してもよい。この場合、連結部は、バネなどの弾性部材およびダンパなどの減衰部材の少なくとも一方を含んでいてもよい。
外周部5bは、円筒状に形成されている。外周部5bは、外周部5bの外周面5aには、図形、記号、絵柄などの表示画像(以下、図柄という)が、例えば、印刷などを使用して描かれていてもよい。
支持部5dは、外周部5bを中心固定部5cの中心に関して同軸に支持する。本実施形態では、支持部5dは、中心固定部5cと外周部5bとの間において放射状に複数本配置されている。
リール5は、外周面5aが回転軸6の中心軸線と同軸となるように、第2ギヤ4に連結されている。
【0017】
回転体駆動装置1には、リール5のホームポジションを検知するため、位置検出センサ8が設けられていてもよい。例えば、位置検出センサ8としては、フォトインタラプタが用いられてもよい。この場合、位置検出センサ8の検知位置おいて検出光を遮断するため、支持部5dから遮蔽板9が延ばされていてもよい。
【0018】
このような構成の回転体駆動装置1によれば、駆動モータ2が駆動されると、第1ギヤ3と第2ギヤ4との決まるギヤ比に応じて、駆動軸2aの回転方向と反対方向にリール5が回転する。
回転体駆動装置1の用途は特に限定されない。例えば、回転体駆動装置1は、
図3に示す回胴式遊技機50(遊技機)の一部として用いられてもよい。
【0019】
回胴式遊技機50は、回転体駆動装置1を用いることができる遊技機の一例である。
回胴式遊技機50の内部には、回転体駆動装置1が3つ配置されている。
回胴式遊技機50は、前面扉52を開閉可能に軸支するキャビネット51を有する。キャビネット51には、液晶表示装置53と、表示窓54と、張出部55と、腰部パネル56と、メダル払出口57とが、配されている。
張出部55の上面には、MAX−BETボタン58と、メダル投入口59とが配されている。張出部55の前面には、スタートレバー60と、左停止ボタン61と、中停止ボタン62と、右停止ボタン63とが配されている。
【0020】
回胴式遊技機50は、キャビネット51内に、左リールユニット64と、中リールユニット65と、右リールユニット66と、を有している。左リールユニット64,中リールユニット65,および右リールユニット66は、それぞれ本実施形態の回転体駆動装置1を有している。
左リールユニット64、中リールユニット65、および右リールユニット66における各リール5の外周面5aには、周方向に沿って、20個あるいは21個程度の図柄が形成されている。
各外周面5aは、表示窓54を通して、外部から図柄が見えるように、周方向の一部が表示窓54内に露出している。
【0021】
回胴式遊技機50においては、スタートレバー60が操作されると、左リールユニット64、中リールユニット65、および右リールユニット66における各回転体駆動装置1の各リール5が回転する。左停止ボタン61が操作されると左リールユニット64のリール5の回転が停止する。同様に、中停止ボタン62が操作されると中リールユニット65のリール5が、右停止ボタン63が操作されると右リールユニット66のリール5がそれぞれ停止する。
【0022】
回胴式遊技機50の動作について、回胴式遊技機50に含まれる回転体駆動装置1の作用を中心にして説明する。
図4は、ステッピングモータのセットリングタイムについて説明する模式的なグラフである。横軸は時間、縦軸はステッピングモータの回転位置を表す角度である。
図5は、比較例の回転体駆動装置の主要部の拡大図である。
図6(a)、(b)、(c)は、比較例および本発明の実施形態の回転体駆動装置の動作について説明する模式図である。
【0023】
ステッピングモータは、ステップ数に応じてコギングトルクが変動する。このため、例えば、ステッピングモータが所定のステップ角θsに向けて回転するように制御されても、
図4に示すように、一定のセットリングタイムTsの間は、ステップ角θsを中心にして、回転方向の位置が振動する。ステッピングモータのロータは、立ち上がり時間tにおいて、ステップ角θsで表される回転位置に到達する。しかし、ロータの回転慣性のために、ステップ角θsで表される回転位置を通り過ぎる。ロータはコギングトルクのために減速する。ロータは点aで表される回転位置に達すると逆転して、ステップ角θsで表される回転位置を通過する。ロータはコギングトルクのために減速する。ロータは点cで表される回転位置に達すると逆転する。このような振動が次第に減衰し、セットリングタイムTs経過後に、ロータは、ステップ角θsで表される回転位置に停止する。振幅の包絡線はステップ角θsに関して対称である。
【0024】
回転体駆動装置1の駆動モータ2として、コギングトルクのために停止時にこのような振動が発生する特性を有するモータを使用すると、駆動モータ2が駆動するリール5も回転の停止時に揺動する。
このような回転体の揺動は、例えば、駆動源のステップ数を増やしたり、ダンパを設けたりして改善することも考えられるが、いずれも部品コストが増大してしまう。
特に、回胴式遊技機50に使用される駆動モータ2は、外周面5aに描かれた図柄の表示窓54内の動きが滑らかに見えるように、例えば、252ステップ/周程度の位置分解能が求められる。位置分解能が252ステップ/周であると、21図柄/周のリール5において、12ステップ/図柄の位置分解能が得られる。
しかし、252ステップ/周のステッピングモータは、汎用品が使用できないため、非常に高価である。
【0025】
本実施形態の回胴式遊技機50では、各回転体駆動装置1において、第1ギヤ3の歯数Nよりも第2ギヤ4の歯数Mを多くしている。このため、各駆動モータ2の回転がN/Mに減速してリール5に伝達される。
例えば、安価に入手できる48ステップ(単位ステップ角7.5°)のステッピングモータを用いて、リール5における252ステップ/周の位置分解能を得るには、ギヤ比M/Nを5.25にすればよい。具体的には、kを自然数として、N=48×k、M=252×kとすればよい。
【0026】
本発明者が検討したところ、減速ギヤ機構を介してリール5の位置分解能を高めると、同一の位置分解能を持つより高ステップ数のモータでリール5をダイレクト駆動した場合よりもリール5の周方向における振動(揺動)が大きくなる場合があることが判明した。
本発明者は、さらに検討を進め、第1ギヤ3の歯数を駆動モータ2のステップ数nの自然数倍にすると、この振動が抑制されることを見出し、本発明に到った。
まず、本発明者が見出した振動低減の原理について、
図5に示す比較例の回転体駆動装置101の動作を参照して説明する。以下では、簡単のため、本実施形態の回転体駆動装置1がn=N(k=1)の場合の例で説明する。具体的には、駆動モータ2のステップ数nが48、歯数N、Mがそれぞれ48、252であるとする。
【0027】
比較例の回転体駆動装置101は、本実施形態の回転体駆動装置1の第1ギヤ3、第2ギヤ4に代えて、第1ギヤ103、第2ギヤ104を備える。第1ギヤ103と第2ギヤ104とは、本実施形態の場合とギヤ比は同じにしているが、第1ギヤ103の歯数が駆動モータ2のステップ数nよりも小さい。一例としては、第1ギヤ103の歯数は16、第2ギヤ104の歯数は84である。
回転体駆動装置101では、第1ギヤ103は、本実施形態の回転体駆動装置1と同様の駆動モータ2によって駆動される。
回転体駆動装置101では、n/N(=48/16)=3であるため、駆動モータ2が3ステップ分回転すると、第1ギヤ103が1ギヤピッチ分回転する。したがって、第1ギヤ103の1歯の噛み合いの間、第1ギヤ103が3種類の停止位置を通過する。
【0028】
図6(a)、(b)、(c)は、それぞれ、第1ギヤ103が図示反時計回りに回転する際の3種類の停止位置における第1ギヤ103と第2ギヤ104との位置関係の例をそれぞれ模式的に示す。第1ギヤ103が図示反時計回りに回転すると、第2ギヤ104は図示時計回りである第1方向R1に回転する。
図6(a)は、第1ギヤ103のギヤ歯G1と第2ギヤ104のギヤ歯g1との噛み合いが進み、ギヤ歯G1がギヤ歯g1の回転方向上流側のギヤ歯g2と噛み合い始める位置が停止位置になっていることを示す。
図6(b)は、第1ギヤ103のギヤ歯G1がさらに単位ステップ角だけ図示反時計回りに回転し、ギヤ歯G1が第2ギヤ104のギヤ歯g1、g2に略均等に挟まれて噛み合う位置が停止位置になっていることを示す。
図6(c)は、第1ギヤ103のギヤ歯G1がさらに単位ステップ角だけ図示反時計回りに回転し、ギヤ歯G1と第2ギヤ104のギヤ歯g2との噛み合いが進み、ギヤ歯G1の回転方向上流側のギヤ歯G2と第2ギヤ104のギヤ歯g2とが噛み合い始める位置が停止位置になっていることを示す。
以下では、
図6(a)、(b)、(c)に対応する第1ギヤ103の停止位置をそれぞれポジションA、B、Cと称する。
【0029】
これらのポジションA、B、Cでは、第1ギヤ103が各ポジションA、B、Cからずれると、コギングトルクに起因して各ポジションA、B、Cへの復元力が働く。このため、第1ギヤ103が停止位置を中心として周方向に振動しやすくなっている。
しかし、各ポジションA、B、Cでは、第1ギヤ103と第2ギヤ104との間の歯当たりが異なるため、第1ギヤ103の振動の第2ギヤ104への伝わり方は、ポジションA、B、Cごとに異なる。
【0030】
例えば、
図6(a)に示すポジションAでは、振動のためにギヤ歯G1が停止位置から図示反時計回りに移動すると、第1ギヤ103の中心から距離L1aの位置で、力F1がギヤ歯g1に作用する。
同様に、振動のためにギヤ歯G1が停止位置から図示時計回りに移動すると、第1ギヤ103の中心から距離L2a(ただし、L2a>L1a)の位置で、力F2がギヤ歯g2に作用する。
力F1、F2は、第2ギヤ104の動きに応じて変化し、振動の減衰のために変化する。しかし、第2ギヤ104の回転速度に比べて振動周期が短く、振動が停止位置を中心として起こることを考慮すれば、力F1、F2は、平均的には互いに略均等な大きさで減衰していく。このため、第1ギヤ103から第2ギヤ104に作用する力のモーメントの大きさは、力F1、F2の作用点の腕の長さでほぼ決まる。
具体的には、第2ギヤ104の回転中心に対して、力F1の腕の長さの方が力F2の腕の長さよりも長い。このため、第2ギヤ104は、全体としては、駆動モータ2の振動のために第1方向R1の方に回転しやすい偏った力のモーメントを受ける。
【0031】
例えば、
図6(b)に示すポジションBでは、振動のためにギヤ歯G1が停止位置から図示反時計回りに移動すると、第1ギヤ103の中心から距離L1b(ただし、L1a<L1b<L2a)の位置で、力F1がギヤ歯g1に作用する。
同様に、振動のためにギヤ歯G1が停止位置から図示時計回りに移動すると、第1ギヤ103の中心から距離L2b(ただし、L1a<L2b<L2a)の位置で、力F2がギヤ歯g2に作用する。
L1bとL2bとは略等しいため、第2ギヤ104は、全体としては、駆動モータ2の振動のために回転方向の偏りがほとんどない略均等な力のモーメントを受ける。
【0032】
例えば、
図6(c)に示すポジションCでは、振動のためにギヤ歯G2が停止位置から図示反時計回りに移動すると、第1ギヤ103の中心から距離L1cの位置で、力F1がギヤ歯g1に作用する。
同様に、ギヤ歯G1が停止位置から図示時計回りに移動すると、第1ギヤ103の中心から距離L2c(ただし、L2c<L1c)の位置で、力F2がギヤ歯g2に作用する。
このため、第2ギヤ104は、全体としては、ポジションAとは逆に、駆動モータ2の振動のために第2方向R2の方に回転しやすい偏った力のモーメントを受ける。
【0033】
このように、第2ギヤ104は1ギヤピッチ回転する際に、第1ギヤ103の振動のために第1ギヤ103の歯G1から、互いに異なる複数のパターンの振動を受ける。例えば、上述した例では、ポジションA、B、Cに対応して、第2ギヤ104は、それぞれ第1方向R1の回転が起こりやすい振動、回転方向の偏りがほとんどない振動、第2方向R2の回転が起こりやすい振動を受ける。
第2ギヤ104は、このように不均等な振動を受けるため、第2ギヤ104の回転に連動するリール5にも不均一な振動が重畳する。このため、リール5の回転の安定性が損なわれる。特に、リール5の正逆転、停止の際には、共振や自励振動などにより不均一な振動成分の振幅が増大するおそれがある。
【0034】
例えば、第1ギヤ103の図示反時計回りにステップ的に回転を始める場合を考える。第2ギヤ104は静止慣性のために図示時計回りの回転に抗するため、第2ギヤ104は、第1ギヤ103から力F1を受ける。ポジションA、Cを比較すると、力F1のモーメントは、ポジションAの方が大きくなるから、ポジションCに比べてポジションAの方が回転しやすい。これにより、ポジションAの方が不安定な振動が起こりやすくなる。
反対に、第1ギヤ103の図示反時計回りの回転が急に停止する場合を考える。第2ギヤ104は回転慣性のために図示時計回りに回転するため、停止動作の開始時には、第2ギヤ104は、慣性力の反作用として第1ギヤ103から力F2を受ける。ポジションA、Cを比較すると、力F2のモーメントは、ポジションAの方が小さくなるから、ポジションCに比べてポジションAの方が停止しにくい。同様に、ポジションAの方が不安定な振動が起こりやすくなる。
駆動モータ2が逆回転する場合には、ポジションA、Cの関係も反対になる。
【0035】
人間の視覚は不均一な変化に敏感であるため、このような不均一な振動がリール5の回転に重畳されると、図柄が形成されたリール5では、不均一な振動がより目立ちやすくなる。特に停止直前における振動が目立つと、滑らかな停止とは違って異常な動作のように受け取られやすい。回胴式遊技機50では、明らかに演出と分かる場合以外では、停止動作は滑らかに行われる必要がある。
【0036】
これに対して、本実施形態では、第1ギヤ3の歯数Nが駆動モータ2のステップ数nと一致している。このため、第1ギヤ3が駆動モータ2の1ステップ分回転すると、第1ギヤ3の1歯分だけ第2ギヤ4が回転する。この結果、第1ギヤ3の停止位置において、第1ギヤ3と第2ギヤ4とのギヤの噛み合い状態および歯当たりは、常に一定である。
このため、駆動モータ2のコギングトルクに起因する振動が、第1ギヤ3を介して第2ギヤ4に伝達されても、リール5の周方向の動きに単一のパターンの振動が重畳されるのみである。この結果、振動によるリール5の回転変動も比較例に比べると安定する。
例えば、リール5の正逆転、停止のために回転に変動が生じる場合でも、共振や自励振動などにより不均一な振動成分の振幅が増大するおそれが低減される。
すなわち、本実施形態によれば、コギングトルクを加振源とするギヤ列の振動が残っていても、振幅の増大などの不安定化が防止される。
【0037】
例えば、
図6(b)に示すように、第1ギヤ3のギヤ歯G1がポジションBの状態で停止する場合、第1ギヤ3がさらに1ステップ回転すると回転方向上流側のギヤ歯G2がポジションBの状態で停止する。ポジションBは、駆動モータ2が正転しても逆転しても第1ギヤ3から第2ギヤ4に作用する力のモーメントが等しくなる停止位置である。このため、停止時に特に不安定な振動が起こりにくい。
第1ギヤ3の駆動モータ2への取付位置は、停止位置がポジションBとなるように、各ギヤ歯の中心軸線が駆動軸2aの中心と回転軸6の中心とを結ぶ線上に位置するように配置されることがより好ましい。
ただし、第1ギヤ3がポジションA(C)で停止するように、駆動モータ2に取り付けられていても、各ギヤ歯の停止位置がポジションA(C)で一定している。このため、比較例に比べると振動の安定性は良好になる。
【0038】
このように、本実施形態では、リール5の回転が安定し、停止時にも振動が発生しても振幅が抑制され、かつ振動のパターンが一定しているため、人間の視覚には感知されにくい。このため、回転体駆動装置1は、回胴式遊技機50等の遊技機に用いる場合に、特に好適である。
【0039】
ここで、本実施形態の回転体駆動装置1と比較例の回転体駆動装置101と振動特性の相違について具体例を用いて説明する。
図7(a)は、本発明の実施形態の回転体駆動装置の作用について説明する模式的なグラフである。
図7(b)は、
図7(a)の部分拡大図である。
図8(a)は、比較例の回転体駆動装置の作用について説明する模式的なグラフである。
図8(b)は、
図8(a)の部分拡大図である。
【0040】
図7(a)には、本実施形態の回転体駆動装置1において、駆動モータ2を一定のステップ角に向かってステップ駆動した場合のエンコーダ出力の一例が曲線201で示されている。曲線202、203は、それぞれ駆動モータ2のB相制御信号、駆動モータ2のA相制御信号を表す。回転体駆動装置1における第1ギヤ3、第2ギヤ4の歯数等の条件は、上述した具体例と同様である。
曲線201に示すように、エンコーダ出力は、静止位置に向かって増大し、静止位置を中心として減衰振動しながら、一定値に収束している。その際、微小振動が全体に重畳されている。
図7(b)に立ち上がり時間内の波形が拡大されている。
【0041】
図8(a)には、上述した具体例の比較例の回転体駆動装置101において、駆動モータ2を一定のステップ角に向かってステップ駆動した場合のエンコーダ出力の一例が曲線211で示されている。曲線212、213は、それぞれ駆動モータ2のB相制御信号、駆動モータ2のA相制御信号を表す。
曲線211に示すようにエンコーダ出力は、
図7(a)と略同様に、全体としては、静止位置に向かって増大し、静止位置を中心として減衰振動しながら、一定値に収束している。その際、微小振動が全体に重畳されている。
図8(b)に立ち上がり時間内の波形が拡大されている。
図7(b)、
図8(b)を比較すると、比較例に比べて、本実施形態の回転体駆動装置1の方が重畳された微小振動の振幅が小さくなっていることが分かる。
【0042】
以上説明したように、回転体駆動装置1によれば、駆動源に駆動トルク変動があり、正転駆動と逆転駆動とが交互に行われても、ギヤ列に起因する回転体の振動を低減できる。
【0043】
なお、上記実施形態では、第1ギヤ3の歯数Nが駆動モータ2のステップ数nと等しい場合の例を中心に本実施形態の作用を説明した。しかし、歯数Nがステップ数nの2以上の自然数倍であっても、第1ギヤ3が1ステップ回転したときの第2ギヤ4との噛み合いの状態はまったく変わらない。このため、ギヤ列に起因する回転体の振動が安定する。
【0044】
上記実施形態の説明では、駆動モータ2が第2ギヤ4に噛み合う第1ギヤ3を直接的に駆動する場合の例で説明した。このため、第2ギヤ4が受ける1回転当たりの駆動トルク変動の1回転当たりの振動回数iは、駆動モータ2のコギングトルクの1回転当たりの振動回数nに等しい(i=n)。
しかし、駆動モータ2は、ロータと、第1ギヤ3を回転する出力軸との間に減速機構が介在する構成でもよい。この場合、第2ギヤ4が受ける駆動トルクの変動の1回転当たりの振動回数n’は、駆動モータ2のステップ数nと減速機構の減速比(出力/入力)rを用いて、n’=n/rのように表される。すなわち、r<1であれば、i=n’>nである。
【0045】
上記実施形態の説明では、一例として、駆動源ステッピングモータの場合の例で説明した。しかし、駆動源のモータの種類、減速機構の有無によらず、第1ギヤの軸上における主要な駆動トルク変動が1回転当たりi回であれば、本発明が適用できる。
【0046】
上記実施形態の説明では、回転体駆動装置1が回胴式遊技機50に用いられる場合を例で説明した。しかし、本発明の回転体駆動装置は、単体として用いられてもよいし、回胴式遊技機50以外の遊技機に用いられてもよい。さらに、本発明の回転体駆動装置は遊技機以外の装置、例えば、自動機(フライス盤)、旋盤、ロボットの走行部などの一部に用いられてもよい。
【0047】
なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更がなされてもよい。