JP2016158831A - 踊る人形及び回転駆動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成の駆動機構によって自律的に継続して踊る動作ができる人形を提供する。【解決手段】 人形１は、平面上で脚部７の下端を支点として回転可能に形成された人形本体内に固定したモータ１１と、人形本体内でモータ１１の回転出力軸１１ａと一体に回転可能に配置された回転体１２とを備える。モータ１１を駆動すると回転体１２が所定方向に回転することで、モータ１１の固定部に回転体１２の回転方向とは反対方向の回転力が作用し、人形本体が回転体１２の回転とは反対の方向に回転する。その後、モータ１１の駆動を停止しても回転体１２が回転を続けることで、人形本体は回転体１２と同方向に回転する。【選択図】 図２

Description

本発明は、回転して踊る動作をする人形（人の形態だけでなく、ロボットや擬人化した動物等の形態も含む）に関する。

踊る人形の例として、特許文献１に開示された人形が知られている。これは、メロディを出力しながらモータの正逆回転を制御することにより、音楽に合わせて脚部を広げたり閉じたりするとともに腕部を上下に回動し、脚部を大きく広げてお尻を地面につけるような状態にすると、スピンするように人形全体が回転するように構成されている。この構成によれば、腕部と脚部の動きに人形全体の上下動と回転とが加わり、人形にダイナミックなダンスを踊らせることができる。

特許第４０９６２２１号公報

しかしながら、上記のように、１つのモータの正逆回転を制御するだけで腕部と脚部の動きに全体の上下動と回転を加えた動作を行う人形では、回転動作を実現するための構成が複雑なものとなっていた。そこで、本発明は、踊る人形として必要な人形全体の正逆２方向の回転動作を最少構成の駆動機構によって実現する人形と、その駆動機構として好適な回転駆動機構を提供することを目的とする。

本発明の人形は、平面上で脚部の下端を支点として回転可能に形成された人形本体と、前記人形本体内に固定された固定部及び該固定部に回転自在に支持された回転出力軸を有する電動モータと、前記人形本体内で前記回転出力軸と一体に回転可能に配置された回転体とを備え、前記モータを駆動するとき前記回転出力軸と共に前記回転体が所定方向に回転することで、前記モータの固定部に前記所定方向とは反対方向の回転力が作用し、それによって前記人形本体が前記回転体の回転とは反対の方向に回転し、前記モータの駆動を停止しても前記回転体が所定方向に回転を続けることで前記人形本体が前記回転体と同方向に回転するように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、モータの駆動によって回転出力軸と共に回転体が回転するときにモータの固定部に作用する上記反対方向の回転力によって人形本体が回転し、前記モータの駆動を停止すると人形本体が逆回転に変わるので、モータの出力軸の回転方向を変える必要なく、モータの駆動と停止の切換えを行うだけで、人形の回転方向が切り換えられる。

上記のように、本発明の人形は、モータとその回転出力によって回転する回転体という最少かつ簡易な構成の駆動機構を用いて、正逆２方向の回転とその切換えを行うことができるものである。従って、モータに対して駆動／停止を切り換える信号を入力するように構成することで、バレリーナやスケーターのように踊る人形を提供することができる。

本発明において、前記回転体は、人形本体の内部に配置可能な程度の大きさで、モータと人形本体の合計質量に対して所定の値以上の質量を有することが好ましい。そのような回転体としては、回転時の慣性モーメントが大きいフライホィールが好適である。

また、本発明の人形は、前記モータの駆動／停止を切り換える入力信号を検知する入力センサと、該入力センサで検知された信号に応じてモータの駆動／停止を切り換える制御信号を出力する制御回路を備えることが好ましい。

これによれば、入力センサが、モータを駆動する入力を検知すると、制御回路からの信号でモータが駆動されるので、モータの回転出力軸と共に回転体が回転し、その回転方向と反対の方向に人形本体が回転することとなる。その後、入力センサが、モータの駆動を停止する入力を検知すると、制御回路は、モータの駆動を停止する信号を出力するので、モータからの回転出力はなくなるが、回転体は、慣性によって所定方向の回転を続ける。このため、回転体と共に回転する出力軸を介して、モータの固定部と共に人形本体が同方向に回転する（逆回転する）こととなる。

上記の入力センサとしては、発光部と受光部を備えた光センサを用いることができる。この場合、光センサは、人形本体の内部又は適宜の位置に発光部と受光部を配置し、発光部から出た光が、人形から離れた位置で（例えば、人の手の平で）反射されて、受光部に入るように構成される。受光部は、受けた光の強度に対応した電気信号を生成し、前述のようにモータの駆動・停止を切り換える入力信号として制御回路に送ることができる。

入力センサは、上記のような光センサのほか、音や赤外線で送られる信号を検知するセンサ、或いは操作端末から無線で送られる信号を検知するセンサ等を用いることができる。

更に、本発明は、駆動対象を２方向に回転駆動する回転駆動機構であって、
前記駆動対象に固定される固定部と該固定部に対して相対的に回転駆動される回転部とを有し、該回転部の回転力を出力する駆動源と、該回転部と一体に回転駆動される回転体とを備え、前記回転部を駆動するとき前記回転部と共に前記回転体が所定方向に回転することで前記固定部に反対方向の回転力が作用し、それによって前記駆動対象を前記回転体とは反対の方向に回転させ、前記回転部の駆動を停止したとき前記回転体が慣性によって回転を継続し、その回転と同方向に前記被駆動部材を回転させるように構成した回転駆動機構を提供するものである。

これは、本発明の人形の駆動機構として好適なものであるが、上記の人形に限らず、正逆２方向に切替え回転させる駆動対象の駆動手段として用いることができる。

実施形態の人形の回転動作状態を示す図。 同人形の正面図。 同人形の背中の内部を示す背面図。 図４Ａは人形の下半身部の内部構造の正面側、図４Ｂは内部構造の背面側を示す分解図。 同人形の電気回路部の構成を示す図。 図５に電気回路部においてセンサからの入力に対するモータ回転出力示す波形図。 図７Ａは図１に示した人形の回転停止時、図７Ｂは逆回転時、図７Ｃは鉛直軸線より傾く時の状態を示す図。 実施形態においてモータのオン・オフの切換えにより人形とその駆動機構のフライホィールの回転速度が変化する態様を示す図。

図１に示す人形１は、人形本体としてバレリーナを模した形態に作られた身体を有し、その内部に設けた後述の駆動機構により、テーブル面等の平面上でコマのように鉛直軸線ａの周りに正逆両方向に回転することができる。本実施形態では、人形１を頭部上方から見たとき、図１に矢印で示す時計回りを正方向、反時計回りを逆方向とする。この人形１の回転方向は、後述のモータのオン・オフによって切り替えられる。

人形１の両腕２ａ、２ｂは、各腕の付け根部が上半身の両肩部に設けたヒンジ３、３で肩部に回転自在に連結されている。図３に示すように、各腕２ａ、２ｂの基端部は、ヒンジ３から人形本体内で下方に屈曲した延長部分９ａ，９ｂを有する。各基端部の延長部分９ａ，９ｂには、人形本体の内部で首部の下方に上端を支点として回動自在に支持された一対の錘１０ａ，１０ｂがそれぞれ当接しており、各錘１０ａ，１０ｂが垂下することによって、各腕２ａ、２ｂをそれぞれほぼ水平に延びた状態に保持している。

このため、人形１が直立状態で静止しているときには、両腕２ａ、２ｂはそれぞれ左右に開いた状態になっているが、後述のように人形１が正方向又は逆方向に回転するときには、上記一対の錘１０ａ，１０ｂが遠心力によって左右に回動して、各腕２ａ、２ｂの延長部分９ａ，９ｂを外方に回動させる。これにより、両腕２ａ、２ｂは、鉛直上方に延びた状態になる。

また、図２及び図３に示すように、人形本体の上半身は、上下に開口した円形の小径部４ａと大径部４ｂからなる中空の胴部４と、その上部に取り付けた胸部５及び頭部６とで形成され、人形本体の下半身は、胴部４の下部に結合される脚部７で形成されている。

脚部７は、図４Ａに示すように、胴部４の下側に後述のフライホィール１２を回転自在に収納するため、平面視円形の空間を形成する中空部７ａと、その下面から下方に延びた筒状の部材からなる左脚７ｃと、この左脚７ｃの右側に突出した上端部に連結ピン７ｂを支点として回動自在に連結された右脚７ｄとで構成されている。左脚７ｃの下端には、人形１がコマのように回転するときの支点となるつま先形状の足部材８が、その尖端を下方に出して取り付けられている。

右脚７ｄは、図２及び図３に示すように人形１が直立状態で静止しているときには、重力により垂下しているが、図１に示すように人形１が正方向又は逆方向に回転するとき、遠心力により人形１の右方向に回動し、略水平になるまで回転可能である。

ここで、右脚７ｄの下端部も左脚７ｃの足部材８と同様の形状に形成されているが、右脚７ｄの長さは、その下端が平面ｂより上方に所定間隔（例えば、図示のように左脚７ｃの足部材８のつま先部分の長さ）離れた高さに位置するように設定される。これは、人形１が回転するとき、その回転中心軸が鉛直軸線ａより右脚側に傾いても、右脚７ｄの下端が平面ｂに接して左脚７ｃの回転を妨げることがないようにするためである。

次に、人形１の内部には、後述のような回転動作をさせるための駆動機構として、モータ１１と、その回転出力軸１１ａの先端部にこれを中心として一体回転するように固定された回転体としてのフライホィール１２とが収納されている。詳細には、図４Ａに示すように、モータ１１の回転出力軸１１ａに固定されたフライホィール１２は、脚部７の上端に形成された中空部７ａ内に回転自在に配置され、モータ１１は、中空部７ａの下側の左脚７ｃの内部に固定して配置される。

なお、モータ１１は、円筒状のケーシング（外装）内にステータ（固定子）とロータ（回転子）とを備え、ロータの回転中心軸が外方に延びて回転出力軸１１ａを形成する通常の構造となっている。

本実施形態では、モータ１１のケーシングとその内側に設けたステータとで、人形本体内に固定される固定部を構成し、ケーシングの内側に設けたロータと回転出力軸１１ａとで回転部を構成している。

上記のように、本実施形態の人形では、モータは人形と一体となって回転するように人形に固定される一方、モータによって回転駆動される回転体であるフライホィールは、人形に対して相対的に回転自在に配置されることが重要である。ここで、フライホィール１２の質量は、人形の全質量のうちで大きな割合（例えば、３分の２）を占めている。このようなフライホィールとモータを上記のように配置することにより、モータのオン・オフを切り替えるだけで人形の正回転と逆回転の切替えを実現することができる。以下、図８を参照して説明する。

上記の人形１を、例えば人の手で直立させ又は直立に近い姿勢で立たせた状態において、モータ１１に給電する（これを「モータをオンする」という）と、出力軸１１ａが回転し、これと一体のフライホィール１２も同方向に回転（図示の例では、左回り）を始める。

このとき、モータ１１の出力トルクに対してフライホィール１２の慣性モーメントが相対的に大きいので、図８に示すように、モータ１１をオンした時からその最大回転出力でフライホィール１２を回転させるまでに一定の時間を要すると共に、モータ１１には反対方向の回転力（反トルク又は逆トルクという）が作用する。その回転力が相当量以上になったところで、モータ１１を固定した人形１は、これを立たせた状態に保持する人の手を離しても、回転軸となる脚の端部（本実施形態では、左脚７ｃのつま先）を支点として、フライホィール１２の回転とは反対の方向（図示の例では、右回り）に、コマのように高速で回転することができる。

モータ１１をオンした後、出力軸１１ａの回転と共にフライホィール１２の回転が増大していくので、反トルクによる人形１の回転速度も増大するが、フライホィール１２の回転速度がモータ１１の最大回転数に近づくにつれて、反トルクが減少していく。このため、フライホィール１２の回転と出力軸１１ａの回転とが平衡状態、すなわち、モータ１１の回転出力がフライホィール１２の回転を継続可能なトルクになる前に、人形１の回転速度が減少に転じ、上記平衡状態になったところで、人形１は一定速度でゆっくり回転する状態になり、以後その回転を続ける。

この状態で、モータ１１への給電を停止する（これを「モータをオフする」という）と、出力軸１１ａの回転トルクがなくなるが、フライホィール１２は慣性によって回転を続けるので、フライホィール１２と一体に回転する出力軸１１ａを介して、モータ１１を含む人形１全体が、フライホィール１２の回転と同じ方向（図示の例では、左回り）に回転する。すなわち、人形１は、ゆっくり回転していた状態から高速で逆回転する状態になる。

その後、モータ１１をオフしたままであると、フライホィール１２の回転が次第に減少して停止したとき、人形１の逆回転も停止するので、その時点で倒れることになる。これに対し、図８に示すように、人形１の逆回転が停止する以前に、再びモータ１１をオンにすると、上記のようにフライホィール１２の回転が増大すると共に反トルクが発生し、人形１は正回転状態に変わることとなる。

上記のようにモータとフライホィールを配置した人形の構成によれば、モータのオン・オフを切り替えるだけで、人形全体の正回転と逆回転を任意のタイミングで切替えることができるので、バレリーナのように回転して踊る人形を提供することができる。

本実施形態では、モータ１１をオンするとき、人形１が図１に矢印で示す時計回りに回転する（これを正回転とする）ように、モータ１１の出力軸１１ａの回転方向が設定され、その回転方向は一定（反時計回り）である。従って、フライホィール１２の回転方向も同方向（反時計回り）である。

また、上記のように人形１の回転をモータのオン・オフで切り替えるため、本実施形態の電気回路部は、次のように構成されている。すなわち、人形１は、図５に示すように、電源としての充電式バッテリ２１、前記モータ１１のオン・オフ切換えを制御する制御回路２２、バッテリ２１と制御回路２２を電気的に接続する電源スイッチ２３、及び人形１の回転動作を切替えるための入力信号を生成する入力センサ２４をリード線等で接続して構成される電気回路を備える。

ここで、電源スイッチ２３としては、例えば、手動でオン・オフ２つの位置に切替えられるスライド式スイッチが用いられ、図３に示すように、人形１の胴部４の背面側に配置される。

入力センサ２４は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる発光部２４ａと、フォトダイオードからなる受光部２４ｂとで構成され、図２及び図３に示すように、人形１の頭部６内の上端に、発光部２４ａの発光面と受光部２４ｂの受光面を上方に向けて配置される。

制御回路２２には、電源スイッチ２３を介してバッテリ２１が接続されると共に、リード線２５を介してモータ１１が接続されている。更に、入力センサ２４の発光部２４ａが制御回路２２から給電されると共に、受光部２４ｂが受けた光の強度に応じた信号を制御回路２２に入力するように、入力センサ２４と制御回路２２が電気的に接続されている。

バッテリ２１には、充電用の電源端子２６と接続可能なコネクタ部２１ａを有する小型の電池が用いられる。バッテリ２１と制御回路２２は、図２〜図４Ａに示すように、人形１の胴部４内に配置される。

次に、入力センサ２４からの入力信号に応じて制御回路２２で制御されるモータの回転出力について説明する。

初めに、電源スイッチ２３をオンにすると、制御回路２２は、モータ１１及び入力センサ２４を駆動する電力を供給する。これにより、入力センサ２４の発光部２４ａが発光する一方、モータ１１がオンするので、前述のように人形１が正回転する。この状態で、図７Ａに示すように人形１の頭上に手をかざすと、発光部２４ａから発した光が手の平で反射して受光部２４ｂで受光されるので、受光部２４ｂは受光に応じた信号を発生し、この信号が制御回路２２に入力される。制御回路２２は、この入力信号の時間長（オン時間）に応じて、モータ１１のオン・オフを次のように変化させる。この制御回路は、例えば、ＣＰＵのように所定の動作プログラムに従って入力信号に応じた出力生成処理を行う電子回路で構成される。

（Ａ）入力信号が単発の場合（図６Ａ）
例えば、回転している人形１の頭上で手の平を短時間移動させると、図６Ａに示すように、入力信号は、オンからオフにパルス状に変化する。そのオフの時点で、制御回路２２は、モータ１１をオフにするので、人形１は、図７Ｂの矢印で示すように反時計方向の逆回転に変化する。その後、逆回転が停止する以前に、人形１の頭上に手の平をかざすと、再びモータ１１がオンになって、人形１は正回転することになる。以後、入力センサ２４からの入力信号を単発的にオンさせることにより、人形１の回転を切り換えることができる。

（Ｂ）入力信号が連続する場合（図６Ｂ）
例えば、回転している人形１の頭上で手の平を所定時間Ｔ_０（例えば２秒）以上かざすと、図６Ｂに示すように、入力センサ２４からの入力信号は、所定時間以上オンとなる。この場合、制御回路２２は、入力信号がオンの時から所定時間（Ｔ_０）経過した時点でモータ１１をオフにするように設定されているので、そのオフの時点で、人形１は逆回転に変化する。その後、制御回路２２は、一定周期（例えば、Ｔ＝０．５秒）でモータのオン・オフを繰り返すように設定されることにより、その周期で、人形１は正回転と逆回転を繰り返すことができる。その後、入力センサ２４からの入力信号がオフになったときには、所定時間（Ｔ_０）後にモータ１１がオフになる。

上記のとおり、人形１は、正逆いずれの方向でも高速回転するときには、回転の支点となる左脚７ｃの先端部が平面ｂ上の一点に留まって、コマのように回転することができる。しかしながら、人形全体の重心が回転軸線上からずれるように構成すると、回転速度が低下するにつれて、図７Ｃに示すように人形１が鉛直軸線ａより傾く方向に左脚７ｃの先端が移動し、横方向に移動を始める。これは、バレリーナが踊りの中で見せる移動に似ている。そして、人形１は、ループすなわち略円軌道を描きながら低速度で回転する状態になる。

以上、図示の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、回転駆動機構の回転体は、図示のようなフライホィールに限らず、モータの出力に対して相対的に回転モーメントが大きくなるように構成されるものでもよい。

実施形態では、人形の回転動作を切替えるための入力信号を生成する入力センサとしては、上記の光センサに限らず、音や電波で入力信号を発生する非接触型のセンサを用いることができる。また、バッテリは、非充電式の電池でもよい。

また、人形の形態は、図示のような人型に限らず、モータの回転出力とフライホィールの回転によって床面等の面上で回転運動できる形態であればよい。

１・・・人形、２ａ，２ｂ・・・腕、３・・・ヒンジ、４・・・胴部、５・・・胸部、６・・・頭部、７ａ・・・中空部、７ｃ・・・左脚、７ｄ・・・右脚、８・・・突出部、１１・・・モータ、１２・・・フライホィール、２１・・・バッテリ、２２・・・制御回路、２３・・・電源スイッチ、２４・・・入力センサ、２５・・・リード線、２６・・・電源端子。

Claims (5)

1. 平面上で脚部の下端を支点として回転可能に形成された人形本体と、
   前記人形本体内に固定された固定部及び該固定部に回転自在に支持された回転出力軸を有する電動モータと、
   前記人形本体内で前記回転出力軸と一体に回転可能に配置された回転体とを備え、
   前記モータを駆動するとき前記回転出力軸と共に前記回転体が所定方向に回転することで、前記モータの固定部に前記所定方向とは反対方向の回転力が作用し、それによって前記人形本体が前記回転体の回転とは反対の方向に回転し、前記モータの駆動を停止しても前記回転体が所定方向に回転を続けることで、前記人形本体が前記回転体と同方向に回転するように構成したことを特徴とする人形。
2. 請求項１記載の人形において、前記回転体は、前記モータと前記人形本体の合計質量に対して所定の値以上の質量を有するフライホィールで構成されていることを特徴とする人形。
3. 請求項１又は２に記載の人形において、
   前記モータの駆動／停止を切り換える入力信号を検知する入力センサと、該入力センサで検知された信号に応じて前記モータの駆動／停止を切り換える制御信号を出力する制御回路とを備えたことを特徴とする人形。
4. 請求項３に記載の人形において、
   前記入力センサは、発光部と受光部を備えた光センサからなり、前記発光部から出た光が、前記人形本体から離れた位置で反射されて前記受光部に入るように構成されていることを特徴とする人形。
5. 駆動対象を２方向に回転駆動する回転駆動機構であって、
   前記駆動対象に固定される固定部と該固定部に対して相対的に回転駆動される回転部とを有し、該回転部の回転力を出力する駆動源と、
   該回転部と一体に回転駆動される回転体とを備え、
   前記回転部を駆動するとき前記回転部と共に前記回転体が所定方向に回転することで前記固定部に反対方向の回転力が作用し、それによって前記駆動対象を前記回転体とは反対の方向に回転させ、前記回転部の駆動を停止したとき前記回転体が慣性によって回転を継続し、その回転と同方向に前記駆動対象を回転させるように構成したことを特徴とする回転駆動機構。