JP2013236720A - ピッチングマシン - Google Patents

Abstract

【課題】回転するローラによってボールを投球する種類のピッチングマシンに関し、季節や時間の経過によってボールの通過点が乱れるのを防止し、球速、投球方向及び自転速度を正確に制御されたボールを投球可能なピッチングマシンを得る。
【解決手段】ローラの配置空間を暖めるヒータと、ローラ外周の弾性材からなるタイヤないしその配置空間の温度を検出するセンサとを備え、センサの検出温度が設定温度より低くなったときにタイヤ及びローラの配置空間内の空気を加熱する。ヒータ及びセンサは、投球口へのボールの出入り口を残して閉鎖されたローラの配置空間内に設置する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ピッチングマシン、すなわち野球の打撃練習やテニスの打球練習をする際にプレーヤーに向けて速度や回転の異なるボールを投球できるようにした装置に関するもので、特に回転する円板ないしローラ（以下、総称して「ローラ」と言う。）の外周の摩擦力によってボールを加速して投球する種類のピッチングマシンに関するものである。

この種のピッチングマシンは、投球口にボールを挟持する２個又は３個のローラを配置し、これらのローラを回転させながら所定のタイミングで投球口にボールを落し込み、回転するローラ外周の摩擦力によって落し込まれたボールを投球するというものである。投球されるボールの速度は、ローラの周速、すなわち回転速度によって設定することができる。

２個のローラを対向配置したピッチングマシンでは、２個のローラの速度差により、ボールに１軸回りの回転（自転）を与えることができる。例えば鉛直軸回りに水平面内で回転する２個のローラでボールを投球する場合、２個のローラの回転差によってボールに鉛直軸回りの自転を付与することができ、カーブとシュートを投げ分けることができる。放射方向に３個のローラを配置したピッチングマシンでは、３個のローラの回転速度を個別に制御することにより、球速、投球方向と直交する面内での自転軸の方向、及び当該軸回りの自転速度を設定することができ、これらを細かく制御することによってプレーヤーに向けて種々の球種のボールを投球することが可能である。

投球口に落し込まれたボールは、ローラの周面に接触することによって、回転するローラの外周から接線方向の推力を受けて投球されるのであるが、ボールを所定の速度まで加速するためには、ある程度の距離の加速区間が必要であり、その区間中は、ボールの周面とローラの外周が接触している必要がある。ローラの外周が円弧であることから、ボールかローラの外周が潰れなければ加速区間を確保することができない。テニスボールのように柔らかい（容易に潰れる）ボールであれば、ローラの外周は硬くてもよいが、硬式野球のボールのように硬いときは、必要な加速区間を確保するために、押されたときに潰れることができ、かつ摩擦係数の大きな材料でローラの外周を形成することが必要である。このような材料として合成ゴムなどの弾性材、特にウレタンゴムが好適に用いられている。

特許第３９３６５３９号公報 特許第４８８３５１６号公報 特許第４９１１７１９号公報

特許文献１〜３に示されている投球口を中心とする放射方向に３個のローラを設けてこれらのローラの回転速度をニューラルネットワークを用いてティーチングした制御器により個別に制御するようにしたピッチングマシンは、ボールの球速及び自転軸の方向と自転速度とを正確かつ微細にコントロールして設定された目標に向けて意図したとおりの軌跡を描いて飛ぶボールを投球することができる。

この発明の発明者らは、上記構造のピッチングマシンの実用化を目指した研究において、ベースプレート上におけるボールの通過点、球速、ボールの変化の仕方とその程度とを設定してボールを投球する試験を繰り返し行ったところ、時間の経過によって投球されたボールが設定した通過点から外れてゆく傾向が見られ、その原因が気温の変化であるように思われた。そこで、ローラの外周に設けた弾性材の温度による弾性（ヤング率）の変化をショア硬度計で計測したが、温度変化による弾性の変化は認められなかった。

この発明のピッチングマシンは、投球口Ｐに挿入されたボールＢを回転するローラ１（１ａ、１ｂ、１ｃ）の周面の弾性材からなるタイヤ１３の摩擦力により加速して投球する構造を備えている。この発明のピッチングマシンは、ローラ１とこれらのローラの配置空間８を暖めるヒータ６（６ａ、６ｂ、６ｃ）と、ローラのタイヤ１３ないしこれらのローラの配置空間８の温度を検出するセンサ７とを備えている。図示していない制御器は、センサ７の検出温度が当該制御器に設定された温度より低くなったときに、ヒータ６でタイヤ１３及びローラの配置空間８内の空気を加熱する。タイヤ１３を形成する弾性材は、一般には合成ゴムであり、特にウレタンゴムが適している（特許文献３）。

ローラ１の配置空間８は、投球口へのボールの出入り口を残して、これらのローラを支持するローラフレーム２を形成している鋼板２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）及び当該フレームに固定した着脱自在なカバー４（４ａ、４ｂ、４ｃ）によって閉鎖されている。ヒータ６は、この閉鎖された配置空間８内に設置されて、輻射作用により各ローラ１のディスク１１ないし弾性材のタイヤ１３を暖める。この場合のヒータは、電気ヒータ、特にセラミックヒータを用いるのが制御及び取扱いの点で便利である。

センサ７は、ローラフレーム２とカバー４（４ａ、４ｂ、４ｃ）、５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）とによって囲まれたローラ１の配置空間８内の固定位置に設置された弾性体７２内の温度を検出するように設けるのが好ましい。この弾性体７２は、ローラ１の周面に設けたタイヤ１３と同材質の弾性体を用いるべきである。

この発明のピッチングマシンの基本構造としては、特許文献１〜３に記載されている構造の、投球口Ｐを中心として放射方向に３個のローラ１を配置した構造が特に好適である。この場合、３個のローラ１のそれぞれを個別に加熱する３個のヒータ６を設け、これらのローラ１の何れか１個のローラ１ａの配置空間８ａ内に、センサ７を設置し、その１個のセンサ７の検出温度で３個のヒータ６の通電を同時に制御すれば、投球精度を低下させないで装置コストを低減できると共に、制御も容易になる。

ピッチングマシンから投球されるボールの球速や変化の仕方とその程度の乱れは、ローラの外周に設けた弾性材の物性が温度により変化するためと考えられる。前述したように、ウレタンゴムの弾性は、温度によって変わらなかったが、一般的な弾性材は粘性も備えており、この粘性が温度により変化して、投球の乱れを生じていたと考えられる。タイヤ１３の粘性は、ボールＢを挟んで潰れたタイヤが復元するときの復元速度に影響を与える。そのため、投球されるボールの球速や自転速度に制御値からのずれが生じてボールが設定した通過点から外れてしまったと考えられる。

ボールがローラの間に挿入されてローラの間に挟まれると、図４に示すように、ローラ外周の弾性材のタイヤ１３は変形する（潰れる）。弾性材のタイヤ１３には、ボールＢを加速する接線方向の力の反力が作用するので、ボールＢの後ろ側ｒが接線方向にも潰れていると考えられる。ボールＢが加速されてタイヤ１３の接線速度に近づくと、接線方向の反力は弱くなり、かつタイヤ１３がボールの半径方向に離れてゆくため、接線方向に潰れたタイヤ１３の復元力がちょうど投球時における指先のスナップのようにボールＢをタイヤ１３の間から弾き出すように作用する。しかし、タイヤ１３を形成している弾性材の粘性が大きくなると、潰れの復元がゆっくりと起るようになり、スナップが利かなくなってローラの周速が同じであっても投球されるボールの速度は遅くなる。

また、ボールを挟むローラ１に速度差があるとき、図５に示すように、周速が速い方のタイヤ１３ｃの後ろ側ｃｒの潰れが大きく、周速が遅い方のタイヤ１３ａのボール前方の膨らみａｆは、速い方のそれｃｆよりも大きくなる。速度差のあるローラ外周のタイヤ１３ａ、１３ｃの潰れの復元速度が弾性材の粘性が増加することによって遅くなるため、タイヤ１３ａ、１３ｃの速度差が同じであっても、ボールＢに付与される自転速度に差が生じ、投球されたボールの軌跡が変化して、予定した通過点を通らなくなると考えられる。

この発明のピッチングマシンは、弾性材からなるタイヤ１３を加熱するヒータ６を設けることにより、ローラ１を包囲している空間８内の環境温度を当該ピッチングマシンが使用される温度範囲の内の高い側の温度に維持されるように制御している。すなわち、ボールに回転と推力とを与える弾性材の温度が外気温に関らず、ほぼ一定となるので、弾性材の粘性がほぼ一定に維持され、温度により変化しない弾性と相まって、ローラからボールに与えられる推力及び回転力が一定に維持されて正確なボールのコントロールが可能になると考えられる。

そして、弾性材の動作環境をピッチングマシンが使用される温度範囲での高い方の温度に設定するようにしたため、弾性材の加温手段のみを設けてやればよく、冷房と暖房とによって弾性材の温度を一定に保つ構造に比べて装置コストを安価にできる。また、ピッチングマシンが設置される環境の最高温度より若干低い温度に弾性材の加熱温度を設定することにより、ヒータの消費電力を少なくすることができる。

この発明により、季節や環境温度の変化に影響されないで、球速、投球方向及び自転速度を正確に制御されたボールを投球することが可能なピッチングマシンを提供することができる。

ローラフレーム、カバー及びローラの一部を破壊して示す実施例の要部の正面図 図１の左上ローラとカバー、ヒータ及び外付けセンサの配置関係を示すＡ矢視図。 下側ローラに付いての図２と同様なＢ矢視図 ボールを挟持した弾性体のタイヤの潰れ状態を模式的に示す図 ローラに速度差があるときの図４と同様な図

以下、図１〜３を参照して、この発明のピッチングマシンの実施例を説明する。投球口Ｐから投球されるボールＢを挟んでボールに推力と回転力とを与えるローラ１（１ａ、１ｂ、１ｃ）は、投球口Ｐの軸心を中心として放射方向に３個設けられている。下側のローラ１ｃの回転面は鉛直であり、前方から見て３個のローラが１２０度間隔でＹ字形に配置されている。この３個のローラを軸支するローラフレーム２は、前方（プレーヤー側）から見てＹ形をしており、下側のローラ１ｃは、ローラフレームの構成部材である２枚の鋼板２ｃ、２ｄの間に位置し、上側の左右のローラ１ａ、１ｂは、上記２枚の鋼板２ｃ、２ｄのそれぞれから斜め上方に屈曲して延びる鋼板２ａ、２ｂの上に位置している。各ローラ１の軸心の位置には、インバータモータ３（３ａ、３ｂ、３ｃ）がそれぞれの鋼板２ａ、２ｂ、２ｃに固定して取り付けられ、当該モータの出力軸は、図示されていない軸受でそれらの鋼板２ａ、２ｂ、２ｃに軸支されたローラ１ａ、１ｂ、１ｃにそれぞれ連結されている。

各ローラ１は、同形、同寸法、同材質のローラで、ディスク１１の外周にフランジ１２を一体に設けたアルミ製のホイールのフランジ１２にウレタンゴムのタイヤ１３を取り付けた構造である。タイヤ１３の外周は、中凸の円弧断面である。鉛直面内で回転する下側のローラ１ｃは、ローラの外周側の約半周部分を連結した鉛直方向の２枚の鋼板２ｃ、２ｄの間に位置しており、残りの半周部分は、投球口Ｐの部分を残して、カバー４ｃで閉鎖されている。上側の左右のローラ１ａ、１ｂは、周縁をそれぞれのローラの外周を囲むように屈曲した鋼板２ａ、２ｂに軸支され、各ローラの上方は、投球口Ｐの部分を残して、カバー４ａ、４ｂで閉鎖されている。投球口Ｐの上方となるカバー４ａ、４ｂの間の部分は、これらのカバー４ａ、４ｂに取り付けた補助カバー５ｄで閉鎖されている。

すなわち、３個のローラ１の配置空間８（８ａ、８ｂ、８ｃ）は、ローラフレームを構成する鋼板２と、これらに着脱自在に固定したカバー４及び補助カバー５ｄにより、投球口ＰへのボールＢの出入り口を除いて、閉鎖された空間となっている。ローラ１のメンテナンスや交換は、カバー４を取り外して行う。

３個のローラ１の外周の投球口Ｐに臨む部分の中凸の頂点Ｔを円周上の３点とする円の径は、ボールＢの径より小さく、その半径差がボールＢないしタイヤ１３の潰れ代となっている。硬式野球のボールの場合、ボールの潰れ代とタイヤの潰れ代の割合は、約１対３である。

上側のローラのカバー４ａ、４ｂ及び下側のローラ１ｃのモータ３ｃが取り付けられていない側の鋼板２ｄには、矩形の開口が設けられ、この開口部分にセラミックヒータ６（６ａ、６ｂ、６ｃ）が配置され、その開口部分はヒータ６への配線ボックスを形成している箱形の補助カバー５（５ａ、５ｂ、５ｃ）で閉鎖されている。補助カバー５には、ヒータ６への電源ケーブル接続用のコネクタ６１、及び後述する外付けセンサ７の信号線用のコネクタ７１が取り付けられている。

ヒータ６は、各ローラ１のディスク１１の一部に対向するように配置されているが、ローラが回転したとき、それらのディスクの全面、特に外周側が周方向に均一に加熱される大きさ及び位置にして設けられている。各ローラのディスク１１のヒータ６側を向く面は、黒色の塗装をしてあり、セラミックヒータ６の輻射熱で各ディスク１１が効率良く加熱されるように配慮されている。

３個のヒータ６は、３個のローラ１を個別に加熱するように設けられているが、その内の少なくとも１個は、温度センサ内蔵のヒータ６ｂが用いられている。制御器は、ヒータ６が過度に高温にならないように、この内蔵センサの検出温度で３個のヒータ６の通電をオンオフ制御している。また、３個のローラの１個（図１で左上のローラ）１ａを覆うカバー４ａの内側に、外付けの温度センサ７を配置して、ローラ１ａが収納された空間８ａ内の温度を検出している。この外付けの温度センサ７は、カバー４ａの下側に固定して取り付けたウレタンゴムのブロック７２に差し込んだ状態で設けられており、ローラ外周のタイヤ１３の内部温度にできるだけ近い温度が検出されるように配慮されている。

制御器は、外付けセンサ７で検出される温度が制御器に設定された温度を下回らないように、３個のヒータ６への通電をオンオフ制御している。この設定温度は、日本国内で使用されるピッチングマシンであれば、例えば３５℃前後の値に設定する。日本では外気温が４０℃近くなることもあるが、温度変化に対する弾性材の粘性の変化率は高温側で小さく、使用される環境での最大温度より若干低めに温度を設定することにより、ヒータ６の消費電力の低減を図ることができる。

上記構成において、ピッチングマシンの電源を入れて、投球準備のためにローラ１を回転させると、制御器は、外付けセンサの検出信号を受けて、その検出温度が設定温度（例えば３５℃）より低いときにヒータ６に通電する。通電加熱されたヒータ６は、輻射熱でローラのディスク１１を暖めると共に、ローラフレーム２とカバー４とで囲まれたローラ１の配置空間８（８ａ、８ｂ、８ｃ）内の空気を暖める。

そして、ローラの外周に取り付けた合成ゴムのタイヤ１３は、主としてディスク１１からの伝熱によって暖められ、ローラを配置した空間の空気も暖められているため、タイヤ表面からの放熱も押えられて、ローラ１の回転中は設定温度に維持され、タイヤ１３を形成している合成ゴムの物性、特に粘弾性体である合成ゴムの粘性の温度による変化が防止される。

一方、ピッチングマシンが設置された環境の温度が設定温度より高いときは、外付けセンサ７の検出温度が設定温度より高くなるので、ヒータ６には通電されず、タイヤ１３の温度は環境温度とほぼ等しい温度となる。

設定温度を３５℃に設定した上記構造のピッチングマシンで、日本国内でピッチングマシンが使用される通常の温度範囲である０℃〜４０℃の環境温度下で硬式野球用のボールを種々の球種、方向及び速度で投球させたところ、環境温度の変化によってホームベース上に設定したボールの通過点から投球されたボールが外れることのない、安定した正確な投球を実現することができた。環境温度が３５℃〜４０℃のときは、環境温度に応じてローラ表面の弾性材の温度も変化するが、高温側における弾性材の温度に対する粘性の変化が小さく、高温側におけるこの程度の温度差であれば、投球精度に悪影響を及ぼすことがないと考えられる。

1(1a,1b1c) ローラ
2(2a,2b,2c,2d) 鋼板
4(4a,4b,4c) カバー
5(5a,5b,5c,5d) 補助カバー
6(6a,6b,6c) ヒータ
７ センサ
8(8a,8b,8c) 配置空間
11 ディスク
13 タイヤ
72 ブロック
Ｂ ボール
Ｐ 投球口

Claims (5)

1. 投球口に挿入されたボールを回転するローラ周面の弾性材の摩擦力により加速して投球するピッチングマシンにおいて、前記ローラとこれらのローラの配置空間を暖めるヒータと、前記弾性材ないし配置空間の温度を検出するセンサとを備え、当該センサの検出温度が設定温度より低くなったときに前記ヒータで前記弾性材及び配置空間内の空気を加熱することを特徴とする、ピッチングマシン。
2. 前記弾性材が、ウレタンゴムである、請求項１記載のピッチングマシン。
3. 前記ヒータが前記ローラの配置空間内に設置されて輻射作用により当該ローラのディスクないし弾性材を暖める電気ヒータであることを特徴とする、請求項１又は２記載のピッチングマシン。
4. 前記センサが、前記ローラの配置空間内の固定位置に設置されたローラ周面と同材質の弾性体の内部温度を検出するセンサである、請求項１又は２記載のピッチングマシン。
5. 投球口を中心として放射方向に３個の前記ローラが配置され、投球口への出入り口を残してこれらのローラの配置空間がローラフレームを形成する鋼板と当該フレームに固定したカバーとにより区画され、３個のローラをそれぞれ加熱するための３個のヒータと、何れか１個のローラの配置空間内の温度を検出する１個の前記センサとを備え、当該１個のセンサの検出温度で前記３個のヒータの通電を同時に制御することを特徴とする、請求項３記載のピッチングマシン。

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