JP2005296524A - 歩行体および歩行体の歩行方法 - Google Patents

Abstract

【課題】平坦面であっても、「のこのこ」と同様にかわいらしく歩行をさせることができる歩行体等を提供すること。
【解決手段】胴体部３と、当該胴体部３に対して前後方向へ揺動自在に枢支された左右一対の脚体２と、前記胴体部に対して左右方向へ揺動自在に枢支された揺動体４と、当該揺動体を揺動させる駆動手段５とを有し、前記脚体２の下端には、前後方向および左右方向へ向かって傾斜した傾斜面若しくは湾曲面面を形成した底足部１３を設け、前記駆動手段５による揺動体４の揺動に伴って前記胴体部３を左右方向へ揺動させ、当該胴体部３の揺動によって接地している一方の前記底足部を浮かせて脚体を前後方向へ揺動させ、当該脚体の前後方向への揺動によって進行させるように構成する。
【選択図】図１

Description

本願発明は、床面を歩行する歩行体および歩行体の歩行方法に関するものである。特に歩行玩具に適した歩行体の構造および歩行方法に関するものである。

従来、所謂「のこのこ」と称されている歩行玩具が知られている（特許文献１、特許文献２）。当該「のこのこ」は、傾斜した斜面に載置することで、揺動自在に設けられた一対の脚部が交互に揺動し、傾斜面の下方に向かって歩行する歩行玩具である。
特開平９−１０８４３７号 実公昭３６−１０６３８号

上記特許文献１記載の歩行玩具は、胴体部を左右に揺動させながら脚部を交互に動作させ前進するものであり、一定のリズムでかわいらしく歩行を行う玩具である。しかし、当該歩行玩具は歩行を行わせるための動力を必要としないかわりに、傾斜面に載置する必要があり、傾斜していない平坦面では前記のように胴体部を揺動させながらかわいらしく歩行することができないものである。

本願発明は、上記の点に鑑み発明されたものであって、傾斜していない平坦面であってもかわいらしく歩行をさせることができる歩行体等を提供することを課題とする。また、当該歩行体を提供するための簡単な構造の駆動機構を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本願請求項１記載の発明は下記の構成を有する。なすわち、
胴体部と、
当該胴体部に対して前後方向へ揺動自在に枢支された左右一対の脚体と、
前記胴体部に対して左右方向へ揺動自在に枢支された揺動体と、
当該揺動体を揺動させる駆動手段とを有し、
前記脚体の下端には、前後方向および左右方向へ向かって傾斜した傾斜面若しくは湾曲面を形成した底足部を設け、
前記駆動手段による揺動体の揺動に伴って前記胴体部を左右方向へ揺動させ、当該胴体部の揺動によって接地している一方の前記底足部を浮かせて脚体を前後方向へ揺動させ、当該脚体の前後方向への揺動によって進行させるように構成したことを特徴とする歩行体。

また、請求項２記載の発明は下記の構成を有する。すなわち、
前記揺動体は、前記胴体部の上部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の歩行体。

また、請求項３記載の発明は下記の構成を有する。すなわち、
前記駆動手段は、永久磁石とコイルを用いた電磁石の吸着と反発を利用したものであることを特徴とする請求項１または２記載の歩行体。

また、請求項４記載の発明は下記の構成を有する。すなわち、
胴体部に前後方向へ揺動自在に設けた一対の脚体を有した歩行体において、
前記胴体部を左右方向へ揺動させることによって接地している脚部の一方を浮かせ、
当該浮いた一方の脚部を当該一方の脚部の自重によって前方向に揺動させるとともに、
前記胴体部を反対方向へ揺動させることにより再び接地させ、
当該胴体部の反対方向への揺動によって接地している他方の脚部を浮かせ、当該浮いた他方の脚部を当該他方の脚部の自重によって前方向に揺動させるようにしたことを特徴とする歩行体の歩行方法。

本願発明に係る歩行体は、床面との接地解除によって前方へ踏み出すように揺動し、接地によって底足部の形状に従って傾動して胴体部を前方へ進行させる一対の脚体によって、左右の脚体を交互に動作させて歩行を行わせることが出来るという効果を有する。
また、所謂「のこのこ」と称されている歩行玩具と似た可愛らしい歩行動作をするにもかかわらず、歩行のために傾斜面を必要としないという効果を有する。特に、動物やアニメーションキャラクタ等を模した人形体として構成した場合には、頭部を揺動体とすることにより頭部を左右方向へ揺動させ、さらに胴体部を揺動させながら歩行させることができるので、外観上のデザインに合わせて可愛らしく歩行させることが出来るという効果を有する。
また、床面と接する底足部の形状を湾曲面としているので床面との接触による摩擦抵抗が少なくなり、歩行のテンポに合わせて胴体部自体が脚体の長手方向を軸として左右方向へ交互に小刻みに回動する。このように、胴体部を左右に振りながら歩行をさせることができ、玩具としてかわいらしい歩行形態を提供することが出来るという効果を有している。
また、歩行体は揺動体の揺動に伴う胴体部の揺動によって脚体を動作させるものであり、当該胴体部の揺動や脚体の揺動は、歩行体全体の重量や重心位置、揺動体を動作させる駆動手段の強さ等がバランスよく所定の条件を満たした場合に円滑に行われるものである。当該所定の条件は最終的には実験によって求められるものであるため、歩行体の重量や重心位置を変化させやすい構造であることが望ましい。本願発明に係る歩行体では、揺動体の駆動機構に磁石とコイルを用いた簡単な機構を用いることにより、歩行体内における駆動機構の配置位置や重量設定等が比較的変更しやすくなっている。これにより、外観形状の異なる他のデザインの歩行体を形成する場合であっても、円滑な歩行を行わせるためのバランスが取りやすいという効果を有している。

以下、本願発明にかかる歩行体等の最良の実施の形態を説明する。
図１は本願発明に係る歩行体のうち、最良の形態としての歩行玩具１を表したものであり、図１（ａ）は歩行玩具１を側面側から表した断面図、図１（ｂ）は当該歩行玩具１が有している左右一対の脚体２の底面（底足部）を表した図である。また、図２（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図２（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図を表している。
歩行玩具１は、前記左右一対の脚体２と、当該脚体２を揺動自在に枢支した胴体３と、当該胴体３に揺動自在に枢支された揺動部材としての頭体４を有している。また、歩行玩具１は、前記頭体４を揺動駆動するための駆動手段５を有している。

以下、歩行玩具１を構成する各部の詳細について説明する。本実施の形態に係る歩行玩具１は、略５ｃｍ程度の高さに形成された略２頭身の合成樹脂製の人形体として形成されている。
歩行玩具１の一部を構成する胴体３は、人形体として所定の外観形状にデザインされた上下に開口を設けた筒状の筒状部６と、当該筒状部６の上端部７開口に略垂直に一体的に設けた板状の保持板８を有している。また、前記左右一対の脚体２を揺動自在に枢支する支軸９の両端をそれぞれ支持する軸受部１０（１０ａ、１０ｂ）が、前記筒状部６の上端部（上端開口）７内周に一体的に設けられている。

脚体２について説明する。
脚体２は、上端が前記支軸９に枢支された脚軸１１と、当該脚軸１１の下端に形成した接地部材１２を有している。当該接地部材１２の底面には、歩行玩具１の歩行時に床面と接する底足部１３が設けられている。
当該底足部１３は前記脚軸１１に対する取り付け部付近を中心として、前半部は前方上方に向う湾曲した傾斜面を有し、後半部は前記脚軸１１と略直角若しくは後方上方に向ってやや湾曲した緩やかな傾斜面を有した形状に形成されている。また、左右の各底足部１３は前記脚軸１１に対する取り付け部付近を中心として、各左右外側方向に向かって上方に向う湾曲した傾斜面を有している。
すなわち、前記左右の各底足部１３は、脚軸１１に対する取り付け部付近を中心として、前方および左右外側方向へ向って上方に傾斜する湾曲面を有し、後方に向かって脚軸１１と略直角な面若しくは上方に若干傾斜した湾曲面を有した３次元的な曲面に形成されている。

また、接地部材１２は、前記脚軸１１に対する取付部を中心として後半部が前半部より重量が重たくなるように形成されている。本実施の形態では、接地部材１２の後半部に鉄等の金属塊１４を圧入若しくは一体成形により埋め込み、接地部材１２の前半部に肉抜きした空洞部１５を形成することにより、後半部が重く前半部が軽くなるように接地部材１２を形成している。当該構成により、接地部材１２の重心位置が後方寄りとなっているので、脚軸１１を前記支軸９に対して垂下させると、脚軸１１が前方へ傾くようになっている。
また、接地部材１２は、支軸９を設けた胴体３の下端開口１６から突出した状態で前後方向へ揺動できるように設けられており、当該揺動によって胴体３を前方に進行させるようになっている。

前述のように、胴体３は略筒状に形成されており上下各両端にはそれぞれ開口（上端開口７、下端開口１６）が形成されており、頭体４が左右方向へ揺動自在となるように設けられている。
本実施の形態では、頭体４は下部に開口１８を有する中空の球状体として形成されており、前面には目や鼻等の人形体としてのデザインを表す所定の凹凸や彩色が行われた部材である。
前記胴体３と一体的に形成された保持板８には、前記頭体４の軸受部１７が設けられている。当該軸受部１７には軸１９が挿通されており、また、当該軸１９は頭体４の下端中央の前後方向にそれぞれ設けられた軸受部２０に回動自在に支持されている。当該構成によって、頭体４が左右方向へ揺動可能となっている。

前記保持板８は胴体３の上端開口７から上方に突出した部材であり、頭体４は当該保持板８を覆い隠すような状態で前記軸１９に取り付けられている。保持板８には、表裏貫通した円形の孔が２箇所が横並びに設けられており、当該孔に外形を略同じく構成した円筒形状に巻回したコイル２１が嵌め付けられている。当該コイル２１は、前記保持板８の表裏面で磁極が異なるように、制御部２２によって通電制御されるようになっている。

頭体４の内部には、前記保持板８に取り付けられたコイルを挟むように、２個の磁石ＭＧが前後に対向して設けられている。当該各磁石ＭＧは、対向する面同士が同一の磁極とならないように配置されている。頭体４内の２個の磁石ＭＧは、前記２個のコイル２１を配設した保持板８を接触しない程度に近接した状態で挟み、当該状態を維持したまま、頭体４とともに左右方向へ揺動するようになっている。
前記制御部２２は、電池２３の電力によって一定間隔で前記コイル２１に所定の電流を出力するように、電気回路および電子部品によって構成されたものである。制御部２２は
、一方のコイルに所定時間電流を出力し、所定時間経過後に通電を停止し他方のコイルに所定時間電流を出力する制御を繰り返すように設定されている。当該制御部２２によって一方のコイル２１にのみ電流が流れると、当該コイルが電磁石として作用し、前記頭体４に固定した２個の磁石ＭＧを吸引して頭体４を通電したコイル側に傾けさせるようになっている。また、反対側のコイルにのみ通電を行うと当該コイル側に頭体４が傾き、以後コイルに対して交互に通電を行うことにより通電を行ったコイル側に頭体４が傾くという動作を繰り返し、頭体４が揺動動作を繰り返すようになっている。

前記頭体４の揺動動作を補助するために、頭体４を中立位置に保つように附勢する引っ張りコイルスプリング（以下「スプリング」という）２４が設けられている。スプリング２４の一方は頭体４の下方に突出して設けられたフック２５に取り付けられ、スプリング２４の他方は胴体３内の下方に設けたフック２６に取り付けられている。
頭体４のフック２５は、頭体４の回動中心である軸１９から、半径方向に略６ｍｍ程度隔たった位置にアーム２７を介して設けられている。頭体４が中立の状態では、スプリング２４が一番縮んだ状態でアーム２７、スプリング２４が一直線状を為し、頭体４が左右の何れかに傾くとスプリング２４が伸びるとともにアーム２７とスプリング２４との間に屈曲が生じるようになっている。頭体４が傾くと、前記アーム２７とスプリング２４との屈曲を無くす方向にスプリング２４の引っ張り力が作用し、当該引っ張り力は屈曲角度が大きくなる程強くなるようになっている。

また、前記脚体２の上端部である、前記支軸９に枢支された脚軸１１の被軸支部分には、前方に突出して構成された突片３１が設けられている。突片３１は、板状の小片であって脚軸１１の長手方向と略直角方向を成す向きに一体的に設けられており、脚軸１１の揺動に伴って略上下方向に往復移動するようになっている。
また、当該突片３１は、前記頭体４の左右への揺動とともに回動するフック２５と係合可能となっている。突片３１は、脚体２が後方側へ傾くと当該脚体２の回動に伴って下降する。突片３１が下降した状態で、頭体４が揺動してフック２５が上方に向かって回動すると、当該フック２５が突片３１の下面と衝撃的に当接する。フック２５が突片３１に当接すると、フック２５を押し上げて脚体２を回動させる力が生じ、脚体２を後方から前方に傾けるようになっている。歩行時には、左右の脚体２それぞれに同様の動作が行われ、交互に脚体２を揺動させるようになっている。

前記頭体４の後頭部には、着脱式の蓋体２８が設けられており、蓋体２８の内部には２個の電池２３が左右に並んで装着されるようになっている。電池２３の装着部裏面には、前述した制御部２２を構成する回路基盤が設けられている。
当該電池２３は、電力の供給を目的とする他、頭体４の揺動動作が円滑に行われるように、頭体４の重心位置を決定する錘としての機能も有している。また、頭体４は、揺動によって生じた運動量を胴体３に伝達して胴体３を揺動させる揺動部材であるので、一定の重量を有している必要がある。電池２３は、当該目的のために頭体４の重量を増加させる錘としての機能も有している。

次に、図３を用いて、本願発明に係る歩行体等の歩行原理を説明する。
図３（ａ）の左側の図は歩行玩具１の歩行開始前の直立した状態を表した左側面図であり、図３（ａ）の右側の図は同状態の前記頭体４およびアーム２７とスプリング２４の関係を表した背面図である。この状態では、左右の各脚体は揃っていて各脚軸がそれぞれ床面に対して略直角であり、頭体４も中立位置となっている。
図３（ｂ）の左側の図は歩行玩具１が歩行を開始した状態を表した左側面図であり、図３（ｂ）の右側の図は同状態の前記頭体４およびアーム２７とスプリング２４の関係を表した背面図である。図３（ｂ）は、頭体４が左側へ傾いた状態の歩行状態を表している。頭体４が左側へ傾くと歩行玩具１の重心が左側へ移動する。前述のように左右の脚体２は
、脚軸１１に対する取り付け部付近を中心として左右外側方向に向かって上方に傾斜した湾曲面によって床面と接しているので、当該頭体４の左右への揺動に応じて歩行玩具１（胴体３）は左右に傾動するようになっている。従って、歩行玩具１の重心が左側へ移動すると、当該重心の移動に伴って底足部１３の湾曲面と床面との接地位置が外側に移動し、当該接地位置の移動とともに、右側の脚体を若干床面から持ち上げるまで歩行玩具１が左側に傾動する。

前記のように、左の脚体２が接地した状態で右の脚体２が床面から浮くと、右の脚体２は前方へ揺動して傾くようになっている。各脚体２は、支軸９から垂下した脚軸の後半部に重心が位置しているので、外力を加えない状態ではその重心位置による作用によって接地部材１２を前方に移動させるようになっている。したがって、右の脚体２の接地が解除されると、脚体が自重によって床面から支軸９に対する垂線よりも前方に傾き、当該脚体２の傾きによって歩行玩具１全体の重心位置が前方へ移動する。歩行玩具１全体の重心位置が前方へ移動すると左の脚体２の床面と接している部分が前方へ移動する。前述のように底足部１３には前方に向かって上方傾斜した湾曲面が形成されているので、当該湾曲によって転がるように接地部分が前方へ移動し、当該接地部分の移動に伴って左の脚体２は前記接地面に対する垂線に対して後方に傾斜する。このように、浮いた脚部が前方に傾斜すると、これに伴って歩行玩具１が前方に移動し、接地している脚体２が後方に取り残される形で後方に向かって傾斜する。当該動作により、一歩踏み出したように歩行玩具１を一歩前進させることができる。

前記、右足を踏み出した状態で、頭体４を右側へ傾けると図３（ｂ）の状態から図３（ｃ）の状態に移行する。すなわち、頭体４が右側に傾くと、歩行玩具１の重心が右側に移動し、右の脚体２が接地した状態で左の脚体２が床面から浮き、左の脚体２は前方へ向かって揺動するとともに右の脚体２は後方へ向かって傾いた状態となる。
左の脚体２の接地が解除され、床面に対する垂線よりも脚体２が前方に傾き、当該脚体２の傾きによって歩行玩具１全体の重心位置が前方に移動する。歩行玩具１全体の重心位置が前方へ移動すると、右の脚体２の床面と接している部分が前方へ移動する。底足部１３には前方に向かって上方傾斜した湾曲面が形成されているので、当該湾曲によって転がるように接地部分が前方へ移動し、当該接地部分の移動に伴って右の脚体２は垂線よりも後方に傾斜する。このように、浮いた脚体２が前方に揺動すると、これに伴って歩行玩具１が前方に移動し、接地している脚体２が後方に取り残される形で後方に向かって傾斜し、見かけ上は人形が一歩踏み出したように歩行玩具１を一歩前進させることができる。
また、当該脚体２の前方への揺動動作の際には、前述したように頭体４のフック２５が脚体２の突片３１と当接して脚体２を前方へ付勢するようになっており、脚体２の自重によって揺動動作を補助するようになっている。
以上のように、本実施の形態に係る歩行玩具１は頭体４の傾き方向を変えることによって左右方向への重心位置を変化させ、当該重心位置の変化に伴って左右の脚体２を交互に揺動させ、一歩一歩前進させることができるようになっている。

前述したように頭体４の左右方向への揺動は、通電により磁化したコイル２１と磁石ＭＧとの吸着によって行われるようになっている。例えば、コイル２１に対して所定極性の電流を流してコイル２１を電磁石にすると、左右何れか一方の磁石とは吸引しあい他方の磁石とは反発する。当該磁力による吸引及び反発作用を利用して頭体４を左右の何れか一方に傾けることができる。また、前記とは逆の極性の電流をコイル２１に対して印加することで電磁石の極性をＮＳ逆にすることができる。コイル２１の磁極を逆にすることにより、前記吸引していた一方の磁石とは反発し、他方の磁石とは吸着しあうので、当該作用を利用して一方に傾いていた頭体４を、反対方向に傾けることができるようになっている。このように、コイル２１に対する通電方向（極性）を交互に正負反転させることにより、頭体４を左右方向へ揺動させることが出来る。なお、当該、コイル２１に対する通電制
御は、前記制御部２２が記憶している所定のプログラムによって行われる。

頭体４の駆動手段には、ゼンマイや回転モータを利用した駆動機構等種々の方式が考えられるが、本実施の形態では前述したようにコイル２１と磁石ＭＧの吸着・反発を利用した方式を採用している。
所謂「のこのこ」と称される歩行玩具は、人形体の重量、重心位置、底足部１３の湾曲形状等の所条件が整った場合に、円滑に歩行を行わせることができるものである。歩行玩具の外観形状は、所定のアニメーションキャラクタに似せる等予めデザインが定められている場合が多く、外観形状の変更には制約が設けられている。また、外観形状が異なると、同一の駆動機構を用いたとしても歩行玩具全体のバランスが崩れて円滑な歩行が出来なくなってしまう。
当該外観形状の変更に制約が設けられている等の状態で、前述のように人形体の重量、重心位置等を適切な状態とするには、内部機構の配置等を実験的に求める必要がある。本実施の形態ではコイル２１と磁石ＭＧの吸着・反発を利用した方式を採用している。コイル２１と磁石ＭＧ間には機械的な連結が無いので両者の配置位置、大きさ、重量等の設定が比較的自由であり、円滑な歩行を行わせるための好適な条件を見いだしやすいという作用・効果がある。

また、歩行玩具１は、頭体４の揺動に伴う傾き動作によって歩行を行わせるものであるので、頭体４が歩行玩具１を傾けるために必要なエネルギーを有している必要がある。当該エネルギーは、頭体４の重心位置と揺動中心（軸１９）間の距離、重量および軸１９を中心とした頭体４の回転速度によって略決定されるものであり、当該諸条件も歩行玩具１を円滑に歩行させるための重要な要素となっている。本実施の形態に係る歩行玩具１では、２個のボタン型電池（ＬＲ４４型）を頭体４内に配置して頭体４の重量を増加させ、傾き動作に必要なエネルギーを歩行玩具１に与えることが出来るようになっている。

また、左右いずれかの方向に傾ききった頭体４を素早く反対方向に回動させるには、当該反対方向に作用する力を強くすることが望ましい。この力を強くするには、コイル２１と磁石ＭＧの吸着・反発力を強くすることが考えられるが、強くするには大きな磁力の磁石とコイル２１の巻き数やコイル２１に通電する電力を増加させる必要がある。しかしこの場合には、コストが高くなったり、電池の消耗が激しく連続駆動時間が短くなったり、前述した重量、重心位置設定の余地が少なくなる等の負要因も発生しやすい。このような観点から、本実施の形態に係る歩行玩具１では、頭体４が左右いずれかの方向に傾ききった時に、反対方向に戻そうとする力が最大となるようにスプリング２４を配置し、前記負要因を伴うことなく円滑に頭体４の揺動動作を行わせることが出るようになっている。

また、以上説明した歩行玩具１は、頭体４に制御部２２、電池２３および磁石ＭＧを搭載し、胴体３にコイル２１を設けた構造であるが、頭体４にコイルを搭載し胴体に磁石を設けた構造にしてもよい。頭体にコイルを搭載した構成とすると、頭体と胴体を電気的に接続するための導線による配線作業を無くすことができ、頭体を一つの組み立て済み部品として胴体に装着するだけで歩行体の組み立てを行うことが出来、製造時の作業工数を軽減することができるという効果を有している。また、頭体にコイルを搭載した構成とすることにより、頭体の可動によって生じる導線の疲労等による切断を防止することができるという効果を有している。
このような磁石とコイルの配置は、歩行体の外観形状や歩行のために要求される重量バランス等を考慮し、適時選択的に採用されるものである。

本願発明に係る歩行体の側部断面図等である。 本願発明に係る歩行体の要部断面図である。 本願発明に係る歩行体の歩行状態を説明するための説明図である。

符号の説明

１ 歩行玩具
２ 脚体
３ 胴体
４ 頭体
５ 駆動手段
６ 筒状部
７ 上端部
８ 保持板
９ 支軸
１０（１０ａ、１０ｂ） 軸受部
１１ 脚軸
１２ 接地部材
１３ 底足部
１４ 金属塊
１５ 空洞部
１６ 下端開口
１７ 軸受
１８ 開口
１９ 軸
２０ 軸受部
２１ コイル
２２ 制御部
２３ 電池
２４ 引っ張りコイルスプリング
２５ フック
２６ フック
２７ アーム
２８ 蓋体
ＭＧ 磁石

Claims (4)

1. 胴体部と、
   当該胴体部に対して前後方向へ揺動自在に枢支された左右一対の脚体と、
   前記胴体部に対して左右方向へ揺動自在に枢支された揺動体と、
   当該揺動体を揺動させる駆動手段とを有し、
   前記脚体の下端には、前後方向および左右方向へ向かって傾斜した傾斜面若しくは湾曲面を形成した底足部を設け、
   前記駆動手段による揺動体の揺動に伴って前記胴体部を左右方向へ揺動させ、当該胴体部の揺動によって接地している一方の前記底足部を浮かせて脚体を前後方向へ揺動させ、当該脚体の前後方向への揺動によって進行させるように構成したことを特徴とする歩行体。
2. 前記揺動体は、前記胴体部の上部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の歩行体。
3. 前記駆動手段は、永久磁石とコイルを用いた電磁石の吸着と反発を利用したものであることを特徴とする請求項１または２記載の歩行体。
4. 胴体部に前後方向へ揺動自在に設けた一対の脚体を有した歩行体において、
   前記胴体部を左右方向へ揺動させることによって接地している脚部の一方を浮かせ、
   当該浮いた一方の脚部を当該一方の脚部の自重によって前方向に揺動させるとともに、
   前記胴体部を反対方向へ揺動させることにより再び接地させ、
   当該胴体部の反対方向への揺動によって接地している他方の脚部を浮かせ、当該浮いた他方の脚部を当該他方の脚部の自重によって前方向に揺動させるようにしたことを特徴とする歩行体の歩行方法。
   

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