JP2011000414A - 多連相互逆回転ジャイロ・モータ独楽 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の独楽は一方向の回転動作だけであるので、玩具としてのおもしろさに欠けるきらいがあったが、独楽本体をいくつかの多連独楽形状にし、隣接する下部独楽と上部独楽は互いに回転方向の異なる回転動作をすることにより、見た目に美麗で、意外性があって遊ぶ者を楽しませることができる多連独楽を提供する。
【解決手段】複数個の回転独楽を積層し、球または楕円球の一部よりなる球面形状の接触部の中心軸を独楽の中心軸と一致させるように一体化して構成する独楽を考えた。すなわち、前記一体化した中心軸には、固着して構成する独楽ならびにその中心軸に対して回転自由となる独楽から構成する多連独楽である。この構成においては、最下部独楽の下側の軸芯は独楽支持台の孔中にゆるく差し込まれ、最下部独楽を強く手弾き回転することあるいは指叩きすることにより回転力が印加される。その結果として、隣接する下部独楽と上部独楽は互いに回転方向の異なる回転動作することを特徴とする多連独楽が実現できた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ジャイロ・モータを応用したコマ玩具に関する。特に手弾き駆動の方向ならびに指叩き位置によって回転方向を変えることのできる新しい多連独楽に関する。

従来、子供たちが遊びに用いる独楽玩具の全体斜視を図１５に示す。略円錐状の胴体１１と前記略円錐状の胴体１１の中心から上方及び下方に独楽軸芯１３を設け、独楽軸芯１３を親指と人差指で回すことにより、独楽本体を回転させて遊ぶ。従って、従来の独楽は一方向の回転動作のみであった。

また、独楽が回転する際に接する面側の軸芯１３は円錐状の胴体１１とは別の材料で製造され、円錐状の胴体の中心部に孔をあけ嵌めこまれ、先端部は尖った円錐形状としたものや、軸芯１３が円錐状の胴体と一体に切削等で製作されたものもある。
前記の軸芯形状および軸芯を独楽の中心軸になるように製作する理由は、極力独楽の回転時の歳差運動を少なくするためである。

また、特許文献１には、頭部先端までの形状を半球形もしくは楕円体又は先端を有するかぶら形状とし、独楽が歳差運動により傾倒状態を維持するように、下部形状を球形体にし、重心を軸方向ほぼ中心に位置して、大きな独楽が回っているように見え、さらに独楽が静止状態のとき、回転体上の模様が静止時と同じように見える、歳差運動を利用した独楽もある。
特開２００５−３４６０３公報

しかしながら、上記従来の独楽は一方向の回転動作だけであるので、玩具としてのおもしろさに欠けるきらいがあった。

本発明は、上述した課題を解決するため、手弾きや指叩きだけで回転する、１個あるいは２個更には複数個の回転独楽を積層する新しい独楽である。図１、図２はその一例である。例えば一構成は球または楕円球の一部よりなる球面形状の接触部である球面体１２の中心軸を独楽の中心軸と一致させるように一体化した新しい独楽である。ここに、前記一体化した中心軸を一方の側には貫通する軸芯を設ける。下部独楽２の下側の軸芯は独楽２の支持台を兼ねた回転駆動体１の受け台の孔中にゆるく差し込まれる。上部独楽は、下部独楽の軸芯に、前記上部独楽の中心軸を一致させるように設けた軸芯を下部独楽の軸芯の同軸上に着脱可能にならびに固着して配置される。上記したように本発明は最下部独楽を強く手弾くこと並びに指叩きにより回転力を印加するもので、隣接する下部独楽と上部独楽は互いに回転方向の異なる回転動作をすることを特徴としている。すなわち、本発明は一種の多連独楽を提供することを最も主要な役目とする。
独楽１の受け台の孔には軸芯１３はゆるく差し込まれ、球面体１２が孔の周囲を接触しながら歳差運動をすることを積極的に利用しているので、隣接する下部独楽と上部独楽は互いに回転方向が逆となる。

上述したように本発明では、隣接する独楽同士は互いに回転方向が逆になるので、多連独楽に羽根や装飾品を取り付けたり、色彩や模様を工夫することにより従来技術からは得られなかった新規な効果を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、機能あるいは構造が類似の構成要素には極力同じ名称と符号を付し、初出のものに必要な説明を行い、再出の場合には変更点や特徴点がある場合に限って説明する。

本発明の多連独楽の一例として３連独楽を図１に示す。図１に示す様に、本発明の多連独楽は、最下部の支持台２０、支持台と回転体１を接触接合する図１１のカプラー２２、回転体１をつらぬき支持台２０にさしこまれる図９の軸芯ボルト２３、回転体２、回転体３からなる。ここに、軸芯ボルト２３には螺旋溝を全体に施す必要はない。一方回転体２と回転体３は、図５で示す半球１２付きの軸芯１３で図示の様に結びついている。回転体２は半球部１２の上に軸芯１３に固着され、回転体３は回転自由の状態で軸芯１３の先端に、皿回しの皿の様に被せ配置される。この回転体１全体がこの多連独楽の回転駆動力を生みだす。

独楽回転体１は図６に示す様に加工された円板１−１に図７の様な孔あき治具１−２がとりつけられ、更にこの治具図７の上部に図８の孔あき受け台１−３がとりつけられ一体化される。また、前記したように回転体１は図１０の支持台２０に連結されるように図９の軸芯ボルト２３がゆるゆるに挿入され、全体が支えられる。

回転体１の素材はそれが回転したときの回転イナーシャーが大きくなるように円板１−１はメタル製が好ましいが、重みのある材質であれば良い。回転体１の柱部１−２はアクリル、上部の孔あき受け台１−３はメタル製の軸芯１３の半球部１２との接触摩擦を小さく設定したいのでやはりメタル製が好ましい。同じ意味で図１１のカップラー２２もメタル製が良い。軸芯ボルト２３も実施例ではメタルで構成された。最下部の支持台２０はプラスチックや木製が重量軽減の点から好ましい。

図２は図１における多連独楽を構成する単体独楽ユニット１０の一例を示す縦断面図である。球または楕円球の一部よりなる球面形状の接触部である球面体１２の中心軸と独楽本体１１の中心軸と一致する様に一体化し、前記一体化した中心軸に一方の側には貫通する軸芯１３を設ける。

図３は独楽ユニット１０を支える様子を示す。
独楽ユニット１０を貫通する軸芯１３の下側は、回転体１の受け部１−３の孔１−４の孔中にゆるく差し込まれる。図１の上部独楽３は、図１２に示されるようにその回転中心部に突起部３−１を有し、下部独楽２の上側の軸芯１３に前記上部独楽の中心軸を一致させて被せるように配置される。それは同軸上に軸芯１３よりも径を大きくして自由に回転できるように構成される。図１２はその様子を示すものでその中心軸には孔３−２を設けてパイプ状に配置される。この場合多連独楽を構成する一つの最下部独楽１を強く手弾くことにより回転力を印加する。

前記支持台２０は多連独楽全体を支えるために、多連独楽の個数、重量に適した大きさと重量が必要であり、支持台孔２１は本例では支持台２０の上下面を突き抜けているが、必ずしも突き抜けなくても良い。

支持台孔２１が上下に貫通せず、途中で下部が閉鎖されている場合には、最下部の独楽１から出る軸芯ボルトは支持台孔２１の周囲の支持台２０の壁面に接触しながら歳差運動をするために、前記支持台孔の深さは独楽１から出る軸芯ボルト２３の長さより深くなければならない。

次に本発明の多連独楽の動作原理について説明する。
図４は本発明の動作原理を説明するための図である。円柱状の回転体３２がＣＷ方向に自転するとする。この時、円柱状の回転体３２は図示のごとく円筒内壁３１に接して、自転することを考える。この場合、円柱状の回転体３２は円筒内壁３１との接触摩擦により、円筒内壁３１を転がりながら移動し、前記円柱状の回転体３２の中心点の軌跡はＣＣＷ方向の円運動となる。

図３は本発明の動作原理を示す縦断面図である。
図３において、独楽ユニット１０は単体独楽２であり、独楽円板１１をＣＷ方向に手弾くと、独楽ユニット１０−１は図示のごとく傾いてＣＷ方向の自転をする。すなわち、歳差運動をしながら自転していることになる。
従って、独楽ユニット１０−１の下側に設けられた球面体１２は、回転体１の受け台１−３の上面の壁面を転がりながら回転する。即ち、前記図４で説明した原理により、軸芯１３先端部中心の軌跡はＣＣＷ方向の円運動となる。

従って、図１において、独楽２の軸芯先端に図示のような独楽３があれば、その中心軸上の孔径３−２を軸芯より大きく設定していれば、軸芯１３の皿回しの原理で独楽３は独楽１とは逆方向の回転をすることになる。
但し、独楽３は相当軽いものでないと、それが逆回転することは出来ない。

図１の独楽回転体１（１−１）を手弾き回転した場合、独楽体２（１０−１）が逆回転する現象は次の原理による。図３に関しても述べたように、独楽体１（１−１）が手弾き回転されると、回転体１はがたがた振動しながら回転する。これは軸芯ボルト径が支持台孔２１にゆるゆるに挿入されているからである。従って、独楽ユニット１０−１の軸芯１３は自転（ＣＷ回転）すると共に逆方向回転の公転（ＣＣＷ）が伴う。図１４はその様子を示したもので、独楽１の自転（ＣＷ方向）を生みだすＭ_Ｚを与えると、図示のＭ_１、Ｍ_２が生ずる。逆にＭ_１、Ｍ_２を印加するとＭ_Ｚが生ずる。これは図３の構成のジャイロ・モーメント・モータの原理として公知である。
このＭ_１、Ｍ_２は図２の独楽体２にも作用する。従って独楽体１（１−１）と独楽体２の半球部１２間の摩擦力（摩擦モーメント）を介して、Ｍ_１、Ｍ_２の働く方向（ＣＣＷ方向）に回転力モーメントが働き、独楽体２（１０−１）は逆回転する。すなわち、このＭ_１、Ｍ_２が逆回転力の主役である。

図１の上部被せ独楽体３すなわち図１２（ａ）が下部独楽体２と逆方向に回転する理由は図３の軸芯１３の公転（ＣＣＷ）による皿回し現象によるものである。

図１に本発明にかかわる多連独楽構成の一例として３連独楽を示したが、具体的な実施例を説明する。
最下部の単体独楽１の独楽本体１−１は、回転時の慣性を大きくするために、金属板を円板状に加工したものである。
単体独楽２の独楽本体１０−１は、薄メタル板である。プラスチック製でもよい。上部単体独楽３もプラスチック製である。単体独楽２の独楽本体１０−１は、上部単体独楽３より外径を大きくしている。プラスチック独楽は紙製でもよい。

また、３連独楽のそれぞれ３個の単体独楽が、よく見えるように上部独楽の外径が順次下部独楽の外径より小さくする。概略最下部独楽１の外径を１００とすれば、
単体独楽２、上部単体独楽３の本体外径を６０、３５程度に設定すると見た目のバランスが良い。

また、支持台２０は３連独楽全体を支えるために、適宜の重量が必要であり、本実施例では材質は分厚いプラスチックである。
また、前記動作原理で説明したごとく球面体１２は、受け台１−３の上面の壁面を転がりながら回転するので、図３に示すように壁面の転がりが良くなるように受け台１−３の受け台孔１−４との接触部に支持台孔面取り部１−５を設けても良い。

また、前記動作原理で説明したごとく、受け台１−３の孔１−４は外径φ１．２ｍｍであり、単体独楽２の軸芯１３はφ１．０ｍｍである。
図１２（ａ）は独楽３の具体例であるが、同図（ｂ）、（ｃ）の様に円筒形状や曲げ板形状にしてもおもしろい。独楽２も図１３（ａ）、（ｂ）の様にも構成できる。

図１の構成を３連独楽としてその実施例を説明したが、２連独楽として楽しむことが出来る。すなわち、図１の３連独楽では、独楽回転体１を手弾き回転させて図３の独楽２の本体１０−１に図１４のモーメントＭ_１、Ｍ_２を生じさせる独楽構成法であった。しかし、独楽２の図３の動きを実現するには独楽回転体１の２箇所を指で叩いても図１４のモーメントＭ_１、Ｍ_２を入力させることができる。従って、この様な独楽構成としても良く、この場合は独楽２と独楽３の逆回転の２連独楽となる。
尚、この様なＭ_１、Ｍ_２の生成指叩き駆動ではＭ_１からＭ_２形成の指叩きとＭ_２からＭ_１形成への指叩きでは独楽２の回転方向は逆であることは、ジャイロ・モーメント・モータの原理として知られている。すなわち、指叩き方の順序やその位置により回転方向のことなる相互逆回転２連独楽が実現できる。

図１６は２連相互逆回転ジャイロ・モータ独楽の他の実施例である。図１で示した３連独楽の回転体１で上部受け台１−３をとり去り、更に回転体２、３がとりはらわれ、代りに図１７（ａ）や（ｂ）の棒状回転体４−１が図１６のように挿入された構成である。この場合も独楽回転体１を手弾き回転させるか、回転本体１−１を指叩きして図１４のモーメントＭ_１、Ｍ_２を入力すれば図１６の回転体４は回転する。その原理は前記図４で述べた回転体３２の自転、公転の壁面のころがり回転によるものである。

尚、指叩き入力は一個所だけをパルス的印加するだけでもよい。回転方向は回転体４の初期状態により一定ではないが、単純な指叩きだけで自転・公転の回転独楽現象が得られることは興味深い。図１７（ｂ）は同図（ａ）に回転バランスのための外部付加体４−２を有するものである。この外部付加体４−２の絵柄の回転時の錯視現象も利用すると更に興味ある独楽となる。

図１８は前記［００２７］の指叩き入力位置を回転本体１−１上に定めるのではなく、前記回転体の変位拡大突起部１−２の側面部に設ける場合の図１６の変形独楽構成である。この場合、図１６のカプラー２２はとりのぞかれてよい。即ち、突起部１−２は回転本体１−１の中央部円形くぼみに少しゆるくさしこまれ、それらは軸芯ボルト２３でゆるく結合された状態である。従って、突起部１−２の側面部を指叩きすることは、図１６の回転本体１−１の上面垂直方向に指叩きした場合と同じように回転体４にモーメントが働くことであるから、前記［００２７］の場合と同じように回転体４は自転・公転の回転独楽現象を呈することになる。

本発明の３連独楽の原理的構成を示す縦断面図である。 図１における独楽２を構成するユニット１０の一例を示す縦断面図である。 本発明の動作原理を示す縦断面図である。 本発明の動作原理を説明するための図である。 本発明の図２を構成する半球付き軸芯の詳細図である。 独楽回転体１の本体の構造図である。 本発明の独楽回転体１を構成する要素図、テコの原理による先端振巾の変位拡大機能を有する。 前記回転体１の上部受け台図である。 回転体１と支持台を結びつける軸芯ボルトである。 最下部支持台の詳細図である。 回転体１と支持台間に挿入されるカプラーである。 独楽回転体３の詳細（ａ）とその他の構成例（ｂ）、（ｃ）である。 前記図３の独楽回転体のその他の構成例（ａ）、（ｂ）である。 独楽の回転にともなうモーメントの説明図。 従来の独楽玩具の斜視図である。 多連ジャイロ・モータ独楽の他の実施例。 回転体の構造図である。 前記図１６の指叩き動作独楽の他の実施例。

１，２，３，４ 単体独楽
１−１ 独楽回転体１の本体円板
１−２ 回転体１の突起部としての変位拡大機構部
１−３ 回転体の半球付き軸芯の受け部
１−４ 前記１−３の孔部
１−５ 前記１−３の受け部孔面取り部
１−６ 前記１−１の孔部
１−７ 前記１−２を挿入接合のための前記１−１のくぼみ部
３−１ 回転体３の突起部
３−２ 前記３−１の突起部の孔部
３−３ 回転体３の他の実施例
４−１ 回転体４の本体メタル部
４−２ 回転バランスのための付加体
１０ 独楽ユニット
１１ 独楽回転体の本体
１２ 球面体
１３ 軸芯
２０ 支持台本体
２１ 支持台孔部
２２ カプラー
２２−１カプラー孔部
２２−２カプラー上面リング状突起
２３ 支持部の軸芯ボルト
２３−１軸心ボルトの頭部
２３−２軸芯ボルトの胴
３１ 円筒の内壁
３２ 円柱状の回転体

Claims (7)

1. 複数個の上下に配置した回転独楽と最下部の独楽を支持する支持台とを有する多連独楽において、最下部独楽のみを連結するため孔の空いた支持台と、回転体上面に変位拡大機構を目的に構築した突起部と、その上部には第２の独楽を支えるため孔の空いた受け部とが設けられ、下面中央には、軸芯ボルトの頭部は引っかかり、かつ、下方へ貫通できる軸芯ボルト胴径よりやや大きめの孔が設けられた最下部独楽とが、支持台と同等径の貫通孔と連結部片面の孔周縁辺に円環状の突起部が構成されたカプラーを介して軸芯ボルトにより連結され、支持台と最下部独楽がゆるゆるに自由度を持ち固着しない構造で連結支持するように構成されたことを特徴とする多連独楽。
2. 多連独楽において最下部独楽の受け部は、第２の独楽中心部に設けた球、或いは、楕円球の面の一部を貫通した軸芯を保持、かつ、自由回転を可能とし、それぞれの独楽の中心軸を一致させる様に一体化したことを特徴とする請求項１記載の多連独楽。
3. 多連独楽の最下部独楽に回転力を与えた場合、各独楽が上下間で互いに回転方向が異なる様に動作・構成したことを特徴とする請求項２に記載の多連独楽。
4. 多連独楽において、最下部独楽に回転力を与えるのではなくその独楽の回転体の少なくとも１点に指叩きなどでモーメントを加えて動作させることを特徴とする請求項２およびに請求項３記載の多連独楽。
5. 多連独楽において、最下部独楽回転体円周部のほぼ直交する２点を、交互に指叩きなどでモーメントを加え、所望する回転方向を得るようにしたことを特徴とする請求項４記載の多連独楽。
6. 前記変位拡大機構の受け部に対応した一端が球形に加工された棒状回転体を挿入し、自由回転できる構造にして、その最下部の独楽を手弾き回転させるか、指叩きしてその独楽にモーメントを加えることにより前記棒状回転体を回転させることを特徴とする請求項１記載の多連独楽。
7. 請求項６において、最下部独楽回転体部を指叩きするのではなく前記変位拡大機構の突起部側面を指叩きして、その突起部にモーメントを加えることにより前記棒状回転体を回転させることを特徴とする多連独楽。

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