JP2013106892A - ボールのトス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】テニスボールを安定して打点位置に供給することができるトス装置を提供する。
【解決手段】上向きにボールを打ち上げる発射筒と、回動軸を支点として両端が交互に上下する揺動アームと、この揺動アームの一端に連結され、前記発射筒内を昇降する打撃体と、前記揺動アームの他端を押し下げ方向に付勢して前記打撃体を前記ボールの打ち上げ位置まで上昇させるクランクピンを有すると共に、自重により前記押し下げ方向から反転するカウンタウエイトと、このカウンタウエイトに前記押し下げ方向の動力を付与するモータと、このモータの動力を前記カウンタウエイトに伝達する共に、当該カウンタウエイトが前記ボールの打ち上げ位置まで回転した時点で動力伝達を切断するクラッチとを備える。
【選択図】図３

Description

この発明は、テニスなどのボールを打点位置に投射するトス装置に関する。

従来からテニスラケットの製造開発では、実際にテニスボールを打つテストスイングをして、コンピュータによるシミュレーション分析から、そのテニスラケットの性能を評価することが行われている。テストスイングは人間が行うこともあるが、これを機械的に実行させるための試打装置も開発されている。

上記試打装置においては、テニスボールを打点位置に供給するトス装置が必須となり、トス装置を備えた試打装置が特許文献１によって提案されている。即ち、当該先行技術では、回動軸の周りで揺動する揺動部材と、揺動部材に一端が固定され、揺動部材から張り出す腕木と、腕木の一端と異なる他端に固定されるラケットと、揺動部材を回動軸周りに揺動させる駆動装置と、ラケットの打球位置にボールを供給するボール供給装置（トス装置）と、駆動装置とボール供給装置の作動を制御する制御装置とを備えたテニス練習機を提案している。

そして、当該テニス練習機によれば、駆動装置に揺動された揺動部材により、腕木およびその端部に固定されたラケットが振られ、制御装置で制御されてボール供給装置からラケットの打球位置にボールが供給されるので、ボールをラケットで打球することによりボールを打ち出すことができ、ボール供給装置でラケットの打球位置へボールを供給するタイミングと、ラケットを振るタイミング、すなわち駆動装置を作動するタイミングとを制御装置で制御することができるので、簡単な構造となるとされている。

特開２００８−５９２４公報

特許文献１の練習機においてボール供給装置は、多数のボールを収容し、順次送り出すためのボールバスケットと、ボールバスケットからボールをトスアップする位置に送り出すボールガイドと、ボールを投射することによりトスアップする投射装置とを有し、このうち投射装置は、磁性体からなる投射部（ボールを突き上げて打ち上げる部材）と、その周囲に磁場を形成するソレノイド部とを備え、ソレノイド部に電圧を印加すると投射部を上方に移動させる磁界が発生し、電圧の印加を停止すると自重にて投射部が下方に移動する構成としている。そして、ソレノイドを用いた効果として、投射部の動作の変動を小さくすることができ、トスするボールの速さ等が安定すると特許文献１では説明している。

しかしながら、ソレノイドを用いた投射部では、電圧値を一定にして、常に同じ高さ・速さでテニスボールをトスする場合はよいが、試打装置のスイングの多様性に対応するために、高さや速さを変えようとしても、それに適した電圧値に調整することが難しい。実際、本出願人が試作機でテストしたところ、電圧値のみの変更ではトスの高さや速さを細かに調整することができず、その都度、ソレノイドの位置までも変更したが、やはりトスの態様を細かく調整することはできなかった。これは、ソレノイドアクチュエータの場合、オンオフの応答性は高い反面、ストロークの有効長が小さく、かつ、投射部の位置で磁場吸引力が変化することに起因すると考えられる。いずれにせよ、ソレノイドを用いた投射部の場合、ボールのトス高さや速さを細かく調整することは困難であり、しかも、前記試作機ではソレノイドにより投射部が移動するときの音や振動が大きく、これもトスの安定阻害要因であるという知見を得た。

本発明は上述した課題に鑑みなされたもので、その目的とするところは、テニスボールを安定して打点位置に供給することができるトス装置を提供することである。

上述した目的を達成するために本発明では、上向きにボールを打ち上げる発射筒と、回動軸を支点として両端が交互に上下する揺動アームと、この揺動アームの一端に連結され、前記発射筒内を昇降する打撃体と、前記揺動アームの他端を押し下げ方向に付勢して前記打撃体を前記ボールの打ち上げ位置まで上昇させるクランクピンを有すると共に、自重により前記押し下げ方向から反転するカウンタウエイトと、このカウンタウエイトに前記押し下げ方向の動力を付与するモータと、このモータの動力を前記カウンタウエイトに伝達する共に、当該カウンタウエイトが前記ボールの打ち上げ位置まで回転した時点で動力伝達を切断するクラッチとを備える。

揺動アームは回動軸を支点としてシーソーのように揺動するもので、一端に設けた打撃体を昇降動作させる回転−直線運動変換の機能を有する。揺動アームは、その他端にモータ動力により回転するカウンタウエイトのクランクピンが当接することで、打撃体を上昇させる方向に揺動するよう付勢される。この打撃体の上昇運動によって発射筒内のボールは突き上げられて上向きに投射される。本発明では、動力源としてモータを使用するため、電圧値を変更することで、従来のソレノイド方式に比べて、ボールの打ち上げ高さや速度を容易かつ確実に調整することができる。例えば、テニスボールであれば、硬式用ボールと軟式用ボールの２種類があり、仮に同じ力で打ち上げたとすれば高さや速さが違ってくるが、本発明の場合、モータの印加電圧を変更するで、これらボールの種類に対応して、打ち上げ高さや速さを調整することができる。これと同時に、モータとしてギアドモータを用いれば、その減速比に応じてボールの打ち上げ高さ等を調整できるため好ましく、さらにサーボモータを用いれば、細かい調整が可能となるため、より好ましいものである。なお、発射筒が上向きとは、真上のほか、斜め上を含む概念で、発射筒の角度によってボールの投射角度を調整することができる。

本発明では、揺動アームの揺動（シーソーのような動き）によってボールを打ち上げるが、この動きを実現するためにカウンタウエイトを一回転させることなく、当該カウンタウエイトを３０〜４５度の範囲で回転させれば十分である。そこで、本発明では、カウンタウエイトに対するモータ動力の伝達をクラッチを介して行い、カウンタウエイトの回転角度が所定角度となれば当該伝達を遮断するように構成している。この所謂クラッチが切れた状態では、カウンタウエイトは無負荷となり、自重によって反転方向に回転する。このとき揺動アームも打撃体の重みによって反対方向に揺動し、ボールの発射準備状態に復帰する。また、モータを直接オンオフした場合には、慣性によってタイムラグが生じるが、本発明ではクラッチをオンオフするため、カウンタウエイトの回転を確実に制御することができる。

このようなトス装置において、ボールの連続トスを可能とするためには、発射筒にボールを投入する傾斜状のガータを備えることが好ましい。また、揺動アームと連動して、ガータ内に上端のボールストッパを出没自在に昇降するゲートをさらに備えることによって、と、ゲートにあるボールを一つずつ発射筒に供給することができる。

より確実にボールを一つずつ発射筒に供給するためには、ガータの下面にゲートのボールストッパが挿通する孔を設け、この孔に前記ゲートの下降時に前記ガータにある先頭のボールが一時的に嵌り込むように構成することが好ましい。

本発明では、ボールを突き上げて発射する打撃体を、揺動アームおよびカウンタウエイトを介してモータにより昇降させるようにしたので、ソレノイドのように位置で磁力が変化するような不安定要素が無く、安定したトスが可能となった。また、モータの出力を変えることで、トスの高さや速度を容易に調整することができる。

また、揺動アームの回動軸とクランクピン間に、その揺動と連動してガータのボール通過を規制するゲートを設けたので、ボールを発射筒に一つずつ適正な間隔で供給できることから、試打装置の運転と連動させることにより、テニスラケット等の連続的なテストスイングが可能となった。

本発明の一実施形態に係るトス装置の側面図 同、平面図 同、斜視図 同、動作説明図

本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。図１は本発明の一実施形態を示すトス装置の側面図、図２は平面図、図３は斜視図であって、図中、１は上段の大径部１ａをボールＢの載置部として直立したボールＢの発射筒、２は発射筒１にボールＢを投入するよう傾斜したガータ、３は発射筒１の下段小径部１ｂ内に昇降自在に設けられ、大径部１ａ（載置部）にあるボールＢを突き上げにより発射させる打撃体、４は打撃体３の下部に先端部４ａをピン４ｂにより軸支し、回動軸４ｃを支点とする回転運動（揺動）を打撃体３の昇降運動（上下方向の直線運動）に変換する揺動アーム、５は揺動アーム４の基端部４ｄに当接するクランクピン５ａを有するカウンタウエイトである。

カウンタウエイト５は、図１・２に示されるように、クランクピン５ａを回転軸５ｂの外方に偏心して設けており、回転軸５ｂを支点としてクランプピン５ａが下方に向かって回転させることで基端部４ｄを押し下げ、テコの原理により揺動アーム４を揺動させるものである。

さらに、カウンタウエイト５はクランクピン５ａとほぼ対峙するようにウエイト部５ｃを設けて全体の重心をウエイト部５ｃ側に設定している。したがって、無負荷のときは、ウエイト部５ｃが自重により垂れ下がり、クランクピン５ａを上方に位置させた初期状態で安定する。

このカウンタウエイト５の回転軸５ｂには、図２・３に示されるように、モータ６を連結している。このモータ６はギアドモータであることが好ましい。７はモータ６と回転軸５ｂの間に設けた減速部であって、カウンタウエイト５に対するモータ６の伝達動力を例えば１〜４回転／秒まで減速するものである。

さらに、減速部７とカウンタウエイト５の回転軸５ｂとはクラッチ８によって連結している。このクラッチ８は、カウンタウエイト５が所定角度正方向に回転したとき、例えば角度センサやリミットスイッチ（図示せず）からの電気信号によって、減速部７とカウンタウエイト５の連結を解除する電磁式クラッチである。つまり、クラッチ８は、モータ６の動力をカウンタウエイト５に伝達するが、カウンタウエイト５の回転角度が設定以上となれば外部センサによって切れるようになっている。クラッチ８が切れるとカウンタウエイト５は無負荷の状態となるため、上述のように、ウエイト部５ｃの自重により初期状態に復帰する。このとき揺動アーム４もまた、打撃体３の重みによって先端部４ａが下がり図１の初期状態となる。そして、この復帰状態を検知してクラッチ８が再度つながるように構成している。

本発明のトス装置は、上記のような機構によりボールＢを発射することができるのであるが、この実施形態では、ボールＢを連続して発射できるように、次の構成を採用している。

即ち、この実施形態では、ボールの発射動作と連動してガータ２内に上端部を出没させることにより、ボールＢを順次、一つずつ発射筒１に供給制御するためのゲート９を備えている。具体的には、揺動アーム４の基端部４ｂと回動軸４ｃ間にピン９ａで連結することにより、揺動アーム４の揺動と連動して上下に伸縮する伸縮ロッド９ｂを備える。また、伸縮ロッド９ｂの上端には、ガータ２の下面に形成した挿通孔２ａを挿通する円盤状（傘状）のストッパ９ｃを設けている。

このゲート９は、図１の初期状態において、ストッパ９ｃがガータ２内に突出してボールＢ２を停止しており、先に発射筒１に投入されたボールＢ１の発射が完了すれば、下降動作によってストッパ９ｃがガータ２の下方に待避し、それまで停止していたガータ２内のボールＢ２を新たに発射筒１に投入するものである。

以下、上記トス装置の動作を、図４の（ａ）〜（ｅ）の順に説明する。まずボールＢの発射動作から説明し、ボールＢの供給についてはその後説明する。図４の（ａ）は初期状態を示しており、発射筒１には既にボールＢ１が投入されている。この状態から図４（ｂ）では、モータ６を駆動することによりカウンタウエイト５を図中矢印の方向に正転させると、そのクランクピン５ａが揺動アーム４の基端部４ｄを押し下げ、揺動アーム４が回動軸４ｃを支点としてカウンタウエイト５と反対方向の矢印の向きに揺動することによって、その先端部４ａに軸支した打撃体３が上昇する。この打撃体３の上昇動作により、発射筒１の大径部１ａに載置したボールＢ１が突き上げられ、打撃体３の上昇速度に見合った速度でボールＢ１が打ち上げられ発射（トス）が完了する。

これ以降、図４の（ｃ）の状態までカウンタウエイト５を正転させた時点で、その角度センサによってクラッチ８が切れ、カウンタウエイト５が無負荷の状態となるため、自重により、図４の（ｄ）・（ｅ）の状態を経て、図４（ａ）の初期状態に復帰する。この間、揺動アーム４もまた、打撃体３の重みにより図４（ａ）の初期状態に復帰することは上述のとおりである。

続いて、ボールＢの供給動作について説明する。図４の（ａ）の初期状態では、ガータ２にあるボールＢ２はゲート９によって停止している。即ち、ゲート９は揺動アーム４の基端部４ｄ側に軸支され、初期状態では揺動アーム４が基端部４ｄを上にして傾斜しているため、ガータ２内にストッパ９ｃが突出してボールＢ２の通過を阻止している。

ここから発射動作に入ると、カウンタウエイト５により揺動アーム４の基端部４ｄが押し下げられることに伴い、ゲート９の伸縮ロッド９ｂが短縮し、ストッパ９ｃが挿通孔２ａを通過してガータ２外に下降する途中、ボールＢ２はストッパ９ｃの上面を通過して発射筒１側に移動する（図４（ｂ）参照）。

ここで、本実施形態では、ガータ２の挿通孔２ａを発射筒１寄りに拡大して設けている。このためボールＢ２は、上述した発射動作に伴う伸縮ロッド９ｂのさらなる短縮により、ストッパ９ｃが完全に挿通孔２ａから離脱した時点で挿通孔２ａに嵌り込む（図４（ｃ）参照）。

このように図４（ｃ）の発射完了時点で、ガータ２の先頭のボールＢ２は挿通孔２ａに一時停止の状態にあるが、上述したクラッチ８の遮断によりカウンタウエイト５が復帰動作に入ると、揺動アーム４の基端部４ｄの上昇と連動して、ゲート９の伸縮ロッド９ｂが伸長し、ストッパ９ｃが再度ガータ２内に突出するように上昇する。この上昇途中でボールＢ２はストッパ９ｃに突き上げられて挿通孔２ａから脱出し、発射筒１へと転動すると共に（図４（ｄ）参照）、その次のボールＢ３はストッパ９ｃにより停止され、先頭のボールＢ２のみを発射筒１に投入することができる（図４（ｅ）参照）。なお、図４（ｄ）の状態で、ストッパ９ｃにより突き上げられたボールＢ２がゲート２の外に飛び出さないよう、挿通孔２ａの反対面には天井面２ｂを設けておくことが好ましい。

これ以降、図４（ａ）に戻り、再び同じ動作を繰り返すことで、ボールを一つずつ発射筒１に供給して、連続トスが可能となる。

なお、この実施形態において、ボールの打ち上げ高さは、打撃体３の上昇速度によって調整することができ、そのためにはモータ６の印加電圧等を変更する他、減速部７の減速比を変更することが可能である。

また、上記実施形態では、発射筒１にボールＢを一つずつ自動的に供給するため、ガータ２およびゲート９を装備したが、手作業でボールＢを発射筒１にセットする場合は、これらガータ２およびゲート９を省略して、発射機能だけのトス装置とすることも可能である。

このほか、この実施形態では、ゲート９の昇降動作を安定させるために、伸縮ロッド９ｂの下端と中途の二カ所にガイドブッシュ９ｄ・９ｅを設けているが、最も簡便には、ロッド９ｂの下端を揺動アーム４の基端部４ｄに直接軸支してもよい。さらに、ゲート２にボールを供給する手段としては、ホッパやバスケットが該当するが、特に限定するものではない。

本発明のトス装置は、テニスの試打装置と連動して、その打点位置にテニスボールを供給するのに好適であるが、人間の練習機として単独で使用することもできる。また、野球や卓球にも応用することが可能である。

１ 発射筒
２ ガータ
３ 打撃体
４ 揺動アーム
５ カウンタウエイト
６ モータ
７ 減速部
８ クラッチ
９ ゲート

Claims (4)

1. 上向きにボールを打ち上げる発射筒と、回動軸を支点として両端が交互に上下する揺動アームと、この揺動アームの一端に連結され、前記発射筒内を昇降する打撃体と、前記揺動アームの他端を押し下げ方向に付勢して前記打撃体を前記ボールの打ち上げ位置まで上昇させるクランクピンを有すると共に、自重により前記押し下げ方向から反転するカウンタウエイトと、このカウンタウエイトに前記押し下げ方向の動力を付与するモータと、このモータの動力を前記カウンタウエイトに伝達する共に、当該カウンタウエイトが前記ボールの打ち上げ位置まで回転した時点で動力伝達を切断するクラッチとを備えたことを特徴とするボールのトス装置。
2. 発射筒にボールを投入する傾斜状のガータを備えた請求項１記載のボールのトス装置。
3. 揺動アームと連動して、ガータ内に上端のボールストッパを出没自在に昇降するゲートをさらに備えた請求項２記載のトス装置。
4. ガータの下面にゲートのボールストッパが挿通する孔を設け、この孔に前記ゲートの下降時に前記ガータにある先頭のボールが一時的に嵌り込む請求項３記載のトス装置。

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