特許 7105340 走行玩具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-13

(45)【発行日】2022-07-22

(54)【発明の名称】走行玩具

(51)【国際特許分類】

   A63H 29/22 20060101AFI20220714BHJP

   A63H 17/26 20060101ALI20220714BHJP

【ＦＩ】

A63H29/22 L

A63H29/22 E

A63H17/26 C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021077463

(22)【出願日】2021-04-30

【審査請求日】2021-05-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000003584

【氏名又は名称】株式会社タカラトミー

(74)【代理人】

【識別番号】110001254

【氏名又は名称】特許業務法人光陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】米田 陽亮

(72)【発明者】

【氏名】篠原 比呂志

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 大智

【審査官】宮本 昭彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２８３４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平６－３１７９６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００８０３８０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６３Ｈ １／００ － ３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車輪と、
前記車輪に歯車機構を介して連結されるロータを有する発電電動機と、
前記発電電動機とともに充放電回路に設けられた蓄電デバイスと、
を備え、
前記車輪の双方向の回転により前記発電電動機を介して前記蓄電デバイスを充電させるとともに、前記蓄電デバイスからの放電により前記発電電動機を介して前記車輪を一方向に回転させるようにした走行玩具であって、
前記充放電回路は、充電又は放電いずれかの側の回路を閉じるか選択可能なスイッチを備え、
前記歯車機構は、太陽歯車の軸を中心に揺動可能なアームに支持され前記太陽歯車の周りを公転する遊星歯車を含み、前記遊星歯車は、前記充放電回路が充電側で閉じているときに、前記車輪の回転方向に応じた方向に公転して互いに異なる歯車に噛み合って前記発電電動機のロータに連結され、前記車輪の回転方向に関わらず前記ロータを一方向に回転させることを特徴とする走行玩具。

【請求項2】

前記蓄電デバイスは電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項１に記載の走行玩具。

【請求項3】

前記充放電回路が放電側で閉じているときに、前記互いに異なる歯車の一方と前記遊星歯車とが噛み合う位置に前記アームを固定する操作部材を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の走行玩具。

【請求項4】

前記操作部材は、前記スイッチ及び前記アームを操作し、前記充放電回路が放電側で閉じているときに前記アーム固定して前記遊星歯車を前記互いに異なる歯車の一方と噛み合う位置に保持することを特徴とする請求項３に記載の走行玩具。

【請求項5】

前記歯車機構は、前記充放電回路が充電側で閉じているときに、前記遊星歯車の下流となる位置に増速歯車列を備えたことを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の走行玩具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は走行玩具に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、車体に車輪と連動する発電電動機を設け、上記車輪を走行面に対しこすり付けて回転させることにより上記発電電動機に生じた起電力で電気二重層コンデンサを充電した後、放電により、上記発電電動機を上記こすり付け方向に駆動可能にした構造の車両玩具が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】実開平６－３１７９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、このような車両玩具においては、車輪を走行面に対しこすり付けて前進方向に回転させるだけでなく、後進方向に回転させとときでも充電でき、且つ、放電時には車輪を一方向に回転させるために、発電電動機と電気二重層コンデンサとを接続する充電回路中にダイオードなどで構成された整流回路を設けることが行われている。
しかし、発電電圧が低いために、整流回路を設けたことによる電力損失が無視できない。
本発明は、かかる点に鑑みなされたものであり、整流回路を設けずに、充電を効率的に行わせることができる走行玩具を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

第１の手段は、
車輪と、
前記車輪に歯車機構を介して連結されるロータを有する発電電動機と、
前記発電電動機とともに充放電回路に設けられた蓄電デバイスと、
を備え、
前記車輪の双方向の回転により前記発電電動機を介して前記蓄電デバイスを充電させるとともに、前記蓄電デバイスからの放電により前記発電電動機を介して前記車輪を一方向に回転させるようにした走行玩具であって、
前記充放電回路は、充電又は放電いずれかの側の回路を閉じるか選択可能なスイッチを備え、
前記歯車機構は、太陽歯車の軸を中心に揺動可能なアームに支持され前記太陽歯車の周りを公転する遊星歯車を含み、前記遊星歯車は、前記充放電回路が充電側で閉じているときに、前記車輪の回転方向に応じた方向に公転して互いに異なる歯車に噛み合って前記発電電動機のロータに連結され、前記ロータを一方向に回転させることを特徴とする。

【0006】

第２の手段は、第１の手段であって、前記蓄電デバイスは電気二重層コンデンサであることを特徴とする。

【0007】

第３の手段は、第１の手段又は第２の手段であって、前記充放電回路が放電側で閉じているときに、前記互いに異なる歯車の一方と前記遊星歯車とが噛み合う位置に前記アームを固定する操作部材を備えることを特徴とする。

【0008】

第４の手段は、第３の手段であって、前記操作部材は、前記スイッチ及び前記アームを操作し、前記充放電回路が放電側で閉じているときに前記アーム固定して前記遊星歯車を前記互いに異なる歯車の一方と噛み合う位置に保持することを特徴とする。

【0009】

第５の手段は、第１の手段～第４の手段のいずれかであって、前記歯車機構は、前記充放電回路が充電側で閉じているときに、前記遊星歯車の下流となる位置に増速歯車列を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

第１の手段によれば、充放電回路が充電側で閉じているときに、車輪の回転方向に応じた方向に公転して互いに異なる歯車に噛み合って発電電動機のロータに連結され、ロータを一方向に回転させるので、充放電回路に全波整流回路を設ける必要がなく、電圧損失を少なくすることができる。

【0011】

第２の手段によれば、蓄電デバイスとして電気二重層コンデンサを用いるので、短時間での充電が可能となる。

【0012】

第３の手段によれば、充放電回路が放電側で閉じているときに、互いに異なる歯車の一方と遊星歯車とが噛み合う位置にアームを固定するので、確実に、蓄電デバイスからの放電により発電電動機を介して車輪を一方向に回転させることができる。

【0013】

第４の手段によれば、操作部材は、スイッチ及びアームを同時に操作するので、充電状態と放電状態との切替えが簡単に行えることになる。

【0014】

第５の手段によれば、歯車機構は、充放電回路が充電側で閉じているときに、遊星歯車の下流となる位置に増速歯車列を備えるので、車輪の回転方向が変わったときには、増速歯車列の歯車及び発電電動機の回転部がフライホイールとして機能することから充電効率を向上させることができる。
また、増速歯車列の歯車及び発電電動機の回転部が一方向のみに回転していることによっても充電効率の向上を図ることができる。充電時に車輪をこすりつける方向が反転した際にも回転部に蓄積された運動エネルギが保持されるとともに、こすりつける方向が反転する際に車輪の回転が減速停止する期間においても発電電動機のロータはフライホイール効果により回転を保持するため、蓄電デバイスへの充電は途切れることなく連続的に且つ充電電流の脈動を小さくできるからである。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】車両玩具の外観を示す斜視図である。

【図2】車両玩具の先頭車両の内部の筐体を示す斜視図である。

【図3】筐体の上部カバーを取り外した状態を示した斜視図である。

【図4】筐体への組付け部品を示した斜視図である。

【図5】歯車機構を示した斜視図である。

【図6】歯車機構を車両玩具の左方から見た側面図である。

【図7】歯車機構を車両玩具の右方から見た側面図である。

【図8】遊星歯車機構を車両玩具の右方から見た側面図である。

【図9】クラッチ機構を示した分解斜視図である。

【図10】操作部材を車両玩具の右方から見た側面図である。

【図11】充放電回路を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

【0017】

図１は車両玩具１００の外観を示す斜視図である。図２は、車両玩具１００の先頭車両１０の内部の筐体１０ａを示す斜視図、図３は筐体１０ａの上部カバーを取り外した状態を示した斜視図、図４は、筐体１０ａへの組付け部品を示した斜視図である。
車両玩具１００は３両編成の鉄道車両玩具となっている。先頭車両１０の内部の筐体１０ａの前部左右には従輪１１，１１が設けられ、後部左右には動輪１２，１２が設けられている。また、図４に示すように、筐体１０ａの前部及び後部には重り１３が複数設けられている。また、筐体１０ａには、発電電動機２０と、電気二重層コンデンサ３０と、歯車機構４０と、操作部材５０と、連結器７０（図２参照）とが設けられている。

【0018】

発電電動機２０は、発電機及び電動機の機能を合わせ持つもので、電動機として機能するときには、電気二重層コンデンサ３０に蓄えた電力によって左右の動輪１２，１２を回転させる。また、発電電動機２０は、発電機として機能するときには左右の動輪１２，１２の回転により電気二重層コンデンサ３０を充電する。
歯車機構４０は、発電電動機２０と左右の動輪１２,１２を連結するものであり、発電電動機２０の動力によって歯車機構４０を介して左右の動輪１２,１２を回転させるとともに、左右の動輪１２,１２の回転によって歯車機構４０を介して発電電動機２０を動作させる。
操作部材５０は、発電電動機２０を発電機又は電動機として選択的に機能させるとともに、それに合わせて歯車機構４０中の歯車の噛み合いを規制する。
連結器７０は、他の車両との連結に使用される。

【0019】

（歯車機構４０）
図５は、歯車機構４０を示した斜視図、図６は、歯車機構４０を車両玩具１００の左方から見た側面図、図７は、歯車機構４０を車両玩具１００の右方から見た側面図である。
動輪１２と発電電動機２０とを連結する歯車機構４０は、歯車４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，・・・，４１ｌ，４１ｍを含んで構成されている。
歯車４１ａは、車軸４２ａに固定され、動輪１２と一体的に回転する。歯車４１ｂは、車軸４２ａと平行な軸４２ｂに設けられ、歯車４１ａと噛合している。歯車４１ｃ及び歯車４１ｄは、軸４２ｂと平行な軸４２ｃに互いに一体的に回転するように設けられている。このうち、歯車４１ｃは歯車４１ｂと噛合している。

【0020】

歯車４１ｅは、歯車４１ｄを太陽歯車とする遊星歯車機構４５（図６参照）を構成している。すなわち、歯車４１ｅは、遊星歯車であり、軸４２ｃを中心に回動するアーム４３の一端の軸４２ｄに設けられ、歯車４１ｄに噛合している。歯車４１ｆは、軸４２ｃと平行な軸４２ｅに設けられ、アーム４３の第１回動位置で歯車４１ｅに噛合する。歯車４１ｇは、軸４２ｅと平行な軸４２ｆに設けられ、歯車４１ｆに噛合している。この歯車４１ｇは、アーム４３の第２回動位置で歯車４１ｅに噛合する。歯車４１ｅと歯車４１ｆとの噛合、歯車４１ｅと歯車４１ｇとの噛合は、歯車４１ｄの回転方向に依存するアーム４３の回動方向に応じて、選択的に行われる。

【0021】

歯車４１ｈは、軸４２ｆに設けられ、前記歯車４１ｇとはクラッチ機構４４（図９参照）を介して連結されている。歯車４１ｉ（図５参照）は、軸４２ｃに設けられ、歯車４１ｈと噛合している。歯車４１ｊは、軸４１ｃに設けられ、歯車４１ｉと二段歯車を構成している。歯車４１ｋは、軸４２ｃと平行な軸４２ｇに固定して設けられ、歯車４１ｊに噛合している。歯車４１ｌは、軸４２ｇに固定して設けられ、歯車４１ｋと一体的に回転する。歯車４１ｍは、軸４２ｇに平行なロータ軸２１に固定して設けられ、歯車４１ｌに噛合している。
なお、歯車４１ｈ～歯車４１ｍは、充電状態にあるとき、増速歯車列を構成する。

【0022】

そして、この歯車機構４０では、充電時（発電時）において動輪１２を前進方向に回転させた場合の動輪１２から発電電動機２０への動力伝達は、歯車４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，・・・，４１ｅ，４１ｇ，・・・，４１ｌ，４１ｍを介して行われる。また、充電時において動輪１２を後進方向に回転させた場合の動輪１２から発電電動機２０への動力伝達は、歯車４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，・・・，４１ｅ、４１ｆ，・・・，４１ｌ，４１ｍを介して行われる。
また、放電時において発電電動機２０から動輪１２への動力伝達は、４１ｍ，４１ｌ，・・・，４１ｇ，４１ｅ，・・・，４１ｃ，４１ｂ，歯車４１ａを介して行われる。

【0023】

図８は、遊星歯車機構４５を示した図である。
遊星歯車機構４５は、太陽歯車である歯車４１ｄと、遊星歯車である歯車４１ｅと、歯車４１ｄの軸４２ｃを中心に回動するアーム４３とを備えている。アーム４３は長手方向中間部で軸４３ｃに支持されている。そして、アーム４３の一端部に、歯車４１ｄに噛合する歯車４１ｅが軸４２ｄを介して取り付けられている。
この遊星歯車機構４５は、充電状態にあるとき、動輪１２が前進方向に回転し歯車４１ｄが一方向に回転すると、アーム４３に支持された歯車４１ｅが一方向に公転して歯車４１ｇに噛合し、一方、充電状態にあるとき、動輪１２が後進方向に回転し歯車４１ｄが他方向に回転すると、歯車４１ｅが他方向に公転して歯車４１ｆに噛合する。

【0024】

図９は、クラッチ機構４４を示した斜視図である。クラッチ機構４４は、歯車４１ｇと一体で軸４２ｆの軸線方向に移動可能な円板４４ａと、円板４４ａを歯車４１ｈに押圧するコイルばね４４ｂとを備える。歯車４１ｈの端面には、半径方向に延在するＶ溝４４ｃが１２０°間隔で３つ形成されている。一方、円板４４ａには、Ｖ溝４４ｃと相補的形状の凸条４４ｄが１２０°間隔で３つ形成されている。Ｖ溝４４ｃと凸条４４ｄとが係合することで、歯車４１ｇと歯車４１ｆとの間の動力伝達がなされ、過負荷が作用した場合にＶ溝４４ｃと凸条４４ｄとの係合が解除され、歯車４１ｇと歯車４１ｆとの間の動力伝達が遮断される。

【0025】

（充放電回路６０）
図１１は、充放電回路６０を示した図である。
発電電動機２０と電気二重層コンデンサ３０とは充放電回路６０に設けられている。発電電動機２０としては、特に限定はされないが、ロータコア・マグネット間の磁気吸引作用による所謂コギングで充電時に静止状態のロータを起動する際に生じる抗力や回転時の振動が大きくならないようにコギングが生じないコアレスモータが用いられている。発電電動機２０以外の充放電回路６０の構成要素は基板６７に設けられている。
充放電回路６０は充電回路６０ａと放電回路６０ｂとを備え、充電回路６０ａと放電回路６０ｂとは特に限定はされないが３路スイッチである切替えスイッチ６１により切り替え可能となっている。
充放電回路６０には、発電電動機２０に対して並列に電気二重層コンデンサ３０と、抵抗６３及び発光ダイオード６４とが設けられている。そして、電気二重層コンデンサ３０の充電が進み端子電圧が所定値以上になると発光ダイオード６４が点灯する、また、充電回路６０ａ中にはダイオード６５が設けられ、このダイオード６５によって電荷の逆流が防止されている。

【0026】

（操作部材５０）
図１０は、操作部材５０を車両玩具１００の右方から見た側面図である。
操作部材５０は、筐体１０ａの前後方向に長尺に構成されている。操作部材６０は、上記アーム４３と切替えスイッチ６１とを操作するものである。
操作部材５０の後部には、先頭車両１０の屋根上に突出する摘み５１が設けられていて、操作部材５０は、摘み５１の操作によって、前後方向に動作可能となっている。
操作部材５０には、前後方向中間部にアーム規制片５０ａが設けられ、アーム規制片５０ａは操作部材５０が後方にあるときにはアーム４３に係合せず、アーム４３の自由な回動を許容する。また、アーム規制片５０ａは操作部材５０が前方にあるときにはアーム４３の前端側を押し下げ、歯車４１ｅと歯車４１ｇとを噛合状態に保持する。
また、操作部材５０には前端部に一対のスイッチ操作片５０ｂ，５０ｃが設けられ、操作部材６０が後方にあるときにはスイッチ操作片５０ｃにより切替えスイッチ６１の摘み６１ａを後方に動作させて充電回路６０ａを閉じさせ、操作部材５０が前方にあるときにはスイッチ操作片５０ｂにより摘み６２を前方に動作させ放電回路６０ｂを閉じさせる。

【0027】

（遊び方及び動作）
次に、遊び方及び動作について説明する。
先ず、操作部材５０の摘み５０ａを後方に動作させる。これにより、操作部材５０が後方に動作してアーム規制片５０ａが軸４２ｃの上方に位置する。この位置では、アーム４３が自由に回動可能な状態となる。また、スイッチ操作片５０ｃにより切替えスイッチ６１の摘み６１ａが後方に動作して充電回路６０ａが閉じられる。
この状態で、先頭車両１０を接地させた状態で前後に動かす。このとき、先頭車両１０を前方に手押しすると、歯車４１ｅと歯車４１ｇとが噛合され、一方、先頭車両１０を前方に手押しすると、歯車４１ｅと歯車４１ｆとが噛合され、発電電動機２０のロータが一方向に回転し、電気二重層コンデンサ３０に充電される。充電が進むと、発光ダイオード６４が点灯する。この発光ダイオード６４が所定の明るさになるまで、先頭車両１０を接地させた状態で前後に動かす。
そして、充電が完了したならば、先頭車両１０を単独で、或いは先頭車両１０に他の車両を連結した状態で、レール９０（図１参照）上に乗せて、操作部材５０の摘み５０ａを前方に動作させる。これにより、操作部材５０が前方に動作してアーム規制片５０ａがアーム４３の前端側を押し下げ、歯車４１ｅと歯車４１ｇとを噛合状態に保持する。また、スイッチ操作片５０ｂにより切替えスイッチ６１の摘み６１ａが前方に動作して放電回路６０ｂが閉じられる。
これによって、発電電動機２０が駆動され、動輪１２，１２が前進方向に回転する。

【0028】

（実施形態の効果）
実施形態の車両玩具１００によれば、次のような効果を得ることができる。

【0029】

本実施形態の車両玩具１００によれば、充電回路６０ａが閉じているときに、動輪１２，１２の回転方向に応じた方向に遊星歯車４１ｅが公転して歯車４１ｇ又は歯車４１ｆに噛み合って発電電動機２０のロータに連結され、ロータを一方向に回転させるので、充放電回路６０に全波整流回路を設ける必要がなく、電力損失を少なくすることができる。

【0030】

また、蓄電デバイスとして電気二重層コンデンサ３０を用いるので、短時間での充電が可能となる。

【0031】

さらに、放電回路６０ｂが閉じているときに、歯車４１ｇと遊星歯車４１ｅとが噛み合う位置にアーム４３を固定するので、確実に、電気二重層コンデンサ３０からの放電により発電電動機２０を介して動輪１２，１２を一方向に回転させることができる。

【0032】

また、操作部材５０は、切替えスイッチ６１及びアーム４３を同時に操作するので、充電状態と放電状態との切替えが簡単に行えることになる。

【0033】

また、歯車機構４０は、充電回路６０ａが閉じているときに、遊星歯車４０の下流となる位置に増速歯車列を備えるので、充電状態において動輪１２，１２の回転方向が変わる際に、増速歯車列の歯車及び発電電動機２０の回転部がフライホイールのような働きをすることから充電効率を向上させることができる。さらに、増速歯車列の歯車及び発電電動機の回転部が一方向のみに回転していることによっても充電効率の向上を図ることができる。

【0034】

（変形例）
上記実施形態では、蓄電デバイスとして電気二重層コンデンサを用いたが、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタやリチウムイオン電池等の２次電池を用いてもよい。

【0035】

また、上記実施形態では、鉄道車両玩具を説明したが、自動車玩具その他の車両玩具のみならず車輪で走行する走行玩具に適用できる。

【符号の説明】

【0036】

１０ 先頭車両
１０ａ 筐体
１１ 従輪
１２ 動輪
１３ 重り
２０ 発電電動機
２１ ロータ
３０ 電気二重層コンデンサ
４０ 歯車機構
４３ アーム
４５ 遊星歯車機構
５０ 操作部材
５０ａ アーム規制片
５０ｂ，５０ｃ スイッチ操作片
６０ 充放電回路
６０ａ 充電回路
６０ｂ 放電回路
６１ スイッチ
６２ 摘み
１００ 車両玩具

【要約】

【課題】整流回路を設けずに、充電を効率的に行わせることができる走行玩具を提供すること。
【手段】車輪の双方向の回転により発電電動機を介して蓄電デバイスを充電させるとともに、蓄電デバイスからの放電により発電電動機を介して車輪を一方向に回転させるようにした走行玩具であって、充放電回路は、充電又は放電いずれかの側の回路を閉じるか選択可能なスイッチを備え、歯車機構は、遊星歯車を含み、遊星歯車は、充放電回路が充電側で閉じているときに、車輪の回転方向に応じた方向に公転して互いに異なる歯車に噛み合って発電電動機のロータに連結され、車輪の回転方向に関わらずロータを一方向に回転させるように構成されている。
【選択図】図６

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】