JP5253531B2 - 乳児用スイング装置 - Google Patents

Description

本考案は乳児用スイング装置に関し、より詳細には、モータ駆動スイング装置に関する。
［関連出願のクロスリファレンス］
本願は、２０１０年２月１９日に出願された米国特許仮出願第６１／３３８，５３５号の優先権を主張する。

乳児または幼児を世話する人は、普通、スイング装置を利用するこで世話が容易になる。スイング装置を使うことで、子供にとって快適で安全な、楽しい環境を与えることができる。従来のスイング装置は子供を安全に保持できるシートと、そのシートを吊すスイングアームを有するフレームとで構成されている。スイングアームはフレームに枢着されてシートを前後に揺動することができる。

乳児用スイング装置の従来の駆動装置には、電気モータとスイングアームの枢動シャフトとの間に連結される減速歯車装置が使われている。より詳細には、通常は、モータが正しい方向そして正しい速度とトルクで駆動するように、モータに制御電圧が印加される。ここで、減速歯車装置により、モータの高回転数と低トルクは、振り子運動でシートを揺動できる回転数とトルクに変換される。揺動運動を適切に逆向きにするために、感知装置を用いて揺動速度および揺動振幅を測定する。このために、赤外線または他の感知装置を設けてモーターシャフトに取り付けたエンコーダーホイールの回転を監視する。揺動運動が速度ゼロに近づいてから、反対方向に加速するとともに、エンコーダーホイールはそれに対応した変化を示す。

上記設計に伴う問題は、正しい減速を与えるために、ギアボックスが通常は複数の歯車を有することにある。これらの歯車はそれぞれ、駆動装置に何らかのバックラッシュをもたらす。特に、このバックラッシュは、揺動運動が方向を変えても、方向の変化がエンコーダーホイールの回転方向の変化として瞬時に捉えられない、という問題を生じる。揺動運動は継続して方向を変えるので、この問題によって、揺動振幅および／または方向変化を不正確に測定することになる。ひいては、駆動信号が電気モータに不正確に印加されることになる。

従って、より精確で効率的な方法により揺動運動を行って、少なくとも上記課題を解決できる、改良されたスイング装置を開発する必要性がある。
従って、本考案では、上記課題を克服して、より精確で効率的な方法により揺動運動を行えるスイング装置について説明する。

一つの実施の形態では、乳児用スイング装置は、支持フレームと、第１枢動シャフトを介して支持フレームに連結するスイングアームと、第１枢動シャフトの回転を駆動するようになっているモータ付駆動ユニットと、第２枢動シャフトに堅固に取り付けられるエンコーダーホイールを含む揺動運動感知ユニットとを備え、第２枢動シャフトは、第１枢動シャフトにより回転駆動されて動作する。

別の実施の形態によれば、乳児用スイング装置は、スイングアームに連結する第1枢動シャフトと、第1枢動シャフトの回転方向を交番駆動するようになっているモータ付駆動ユニットと、第２枢動シャフトに堅固に取り付けられるエンコーダーホイールを含む揺動運動感知ユニットとを備え、第２枢動シャフトは、摩擦相互作用を介して第１枢動シャフトと角変位に関して直結されている。

本明細書で説明する乳児用スイング装置の少なくとも一つの利点は、中間の運動伝達要素（歯車等）を使用せずにスイングアームの枢動シャフトと角変位に関して直結できる揺動運動感知ユニットを提供できることにある。エンコーダーホイールの枢動シャフトは駆動ユニットから独立して動作するので、エンコーダーホイールから得られる測定値は、駆動ユニット内で発生する内部バックラッシュの影響を受けない。

乳児用スイング装置の一つの実施の形態を示す斜視図である。 スイング駆動システムの一つの実施の形態を示す略図である。 スイングアームの枢動シャフトの角変位をエンコーダーホイールの回転に変換するために実装される摩擦係合を示す略図である。 スイング制御システムを示す略図である。 乳児用スイング装置の揺動運動を制御するために実施される方法ステップのフロー図である。

本考案に係る、モータ付駆動システムにより動作する乳児用スイング装置について説明する。
スイング装置は、スイングアームに連結する第１枢動シャフトと、第１枢動シャフトの回転を交番方向に駆動するようになっているモータ付駆動ユニットと、第２枢動シャフトへ堅固に取り付けられるエンコーダーホイールを含む揺動運動感知ユニットとを備える。
第２枢動シャフトは、静摩擦相互作用を介して第１枢動シャフトと角変位に関して直結されている。その結果、第１枢動シャフトの回転および対応する揺動運動を精確な方法で監視できる。

図1は、スイング装置１００の一つの実施の形態を示す斜視図である。スイング装置１００は、支持フレーム１０２と、支持フレーム１０２に連結されて枢動するスイングアーム１０４と、スイングアーム１０４に結合する乳児支持部１０６とを備えることができる。支持フレーム１０２は、乳児支持部１０６の左右側にそれぞれ設けられ、上部でハウジング１１０に連結する複数の脚部１０８を含むことができる。スイングアーム１０４はそれぞれ、ハウジング１１０に連結されて枢動する上端部、および乳児支持部１０６の一端（すなわち、左／右）に結合する下端部を有する。乳児支持部１０６の実施例は、座位で子供を受け入れるようになっているシートを含むことができる。２つのハウジング１１０のうちの１つには、スイングアーム１０４の振り子運動を駆動するようになっているスイング駆動システム２００（図２Ａに示す）を内蔵できる。

図２Ａは、スイング駆動システム２００の一つの実施の形態を示す略図である。スイング駆動システム２００は、電気モータ２０２、ギアボックス２０４、および第１枢動シャフト２０６を含むことができる。電気モータ２０２の実施例は、パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラにより制御されてもよいＤＣモータを含むことができる。ギアボックス２０４は、電気モータ２０２の出力（例えば、モータ出力軸の速度およびトルク）を減速し、減速したモータ出力を第１枢動シャフト２０６へ伝達するようになっている変速要素を含むことができる。ギアボックス２０４内に組み付けられる構成要素の実施例は、ウォーム歯車や遊星歯車等の各種歯車セットを含むことができる。第１枢動シャフト２０６は連結要素２１０を介して１本のスイングアーム１０４と連結され、その結果、第１枢動シャフト２０６の回転によりスイングアーム１０４の対応する角変位を生じることができる。

一つの実施の形態では、連結要素２１０は、スイングアーム１０４の遠位端に堅固に固定される中空の第１部分２１０Ａ、および第１枢動シャフト２０６が固定されてもよい穴が設けられる第２部分２１０Ｂを持つ靴型としてもよい。一つの実施の形態では、第１部分２１０Ａと第２部分２１０Ｂとを含む連結要素２１０は、プラスチック成形品のような単体品として成形してもよい。

図２Ａを再度参照すると、スイングアーム１０４の速度および角変位を制御するために、第１枢動シャフト２０６、連結要素２１０およびスイングアーム１０４の内の１つとエンコーダーホイール２２０とを動作可能に連結して、乳児支持部１０６の運動を監視してもよい。特に、エンコーダーホイール２２０は、第１枢動シャフト２０６から離間する位置でハウジング１１０に組み付けられている第２枢動シャフト２２２へ堅固に取り付けることができる。第２枢動シャフト２２２は、第１枢動シャフト２０６を駆動するための運動伝達経路内のギアボックス２０４および歯車モータ２０２と離間した位置にあって独立している。より詳細には、第２枢動シャフト２２２は、駆動源すなわち電気モータ２０２に連結されているというより、スイングアーム１０４により閉じられるスイング駆動経路から下流の位置に配置されている。一つの実施の形態では、第２枢動シャフト２２２の直径は、第１枢動シャフト２０６の直径より小さくてもよい。

エンコーダーホイール２２０は、第２枢動シャフト２２２を中心に環状配列に分布する複数のスリット２２０Ａを含むことができる。回転する第１枢動シャフト２０６が、第２枢動シャフト２２２およびエンコーダーホイール２２０を回転同期させて駆動すると、スリット２２０Ａがセンサ２２４（例えば、赤外線または他の形式のセンサ）を通過するので、エンコーダーホイール２２０の角変位および速度を測定できる。エンコーダーホイール２２０の運動は第１枢動シャフト２０６の運動と同期して結合するので、第１枢動シャフト２０６（およびスイングアーム１０４）の角変位および速度は、エンコーダーホイール２２０の変位および速度情報から導き出すことができる。

図示のように、第２枢動シャフト２２２は、モータ２０２およびギアボックス２０４から構成される駆動ユニットから独立している、すなわち第２枢動シャフト２２２の動作は駆動ユニットから切り離されている。その結果、エンコーダーホイール２２０から得られる回転の測定値は、駆動ユニット内で生じる可能性がある内部バックラッシュの影響を受けない。従って、第１枢動シャフト２０６の回転方向に何らかの変化が起きると、第２枢動シャフト２２２およびエンコーダーホイール２２０の回転方向は瞬時に追随できる。

図２Ａと併せて説明する図２Ｂは、第１枢動シャフト２０６の角変位をエンコーダーホイール２２０の回転に変換するために適用される摩擦係合を示す略図である。
分かりやすくするために、図２Ｂではセンサ２２４を省略してある。図示のように、連結要素２１０は、第１枢動シャフト２０６の軸を略中心とする半径部分２２６を含むことができる。半径部分２２６は、第１部分２１０Ａおよび第２部分２１０Ｂに隣接する場所に連結要素２１０と一体化して形成できる。円弧状の半径部分２２６の周縁面２２６Ａは、第２枢動シャフト２２２の外側円形面と摩擦接触させることができる。この方法で、第１枢動シャフト２０６は、角変位つまり回転変位に関して、第２枢動シャフト２２２と機械的に直結することができる。

一つの実施の形態では、帯状の摩擦促進材料２２８を半径部分２２６の周囲に貼り付けて、周縁面２２６Ａを形成してもよい。この材料は、第２枢動シャフト２２２に所望の静摩擦係数を与えるために選定してもよく、それにより、第１枢動シャフト２０６による回転の際に第２枢動シャフト２２２に滑りが発生することなく駆動できる。第２枢動シャフト２２２を硬質プラスチックで作製する一つの実施の形態では、静摩擦促進材料２２８の実施例は、ゴム等の熱可塑性エラストマを含むことができる。

注目に値するのは、第１枢動シャフト２０６と第２枢動シャフト２２２の間の摩擦係合を実施するには他の構成でも十分であるということである。例えば、代替の実施の形態では、伝達ベルト等の部品を第１枢動シャフト２０６および第２枢動シャフト２２２の周囲に巻き付けてもよい。この構成では、伝達ベルトとの静摩擦接触により第１枢動シャフト２０６と第２枢動シャフト２２２とは同一方向で同期して回転できる。

モータ２０２で駆動される図２Ａ、図２Ｂを再度参照すると、第１枢動シャフト２０６および連結要素２１０は、スイングアーム１０４の揺動運動を生じるよう回転できる。連結要素２１０の半径部分２２６と第２枢動シャフト２２２との間の静摩擦接触のおかげで、第２枢動シャフト２２２およびエンコーダーホイール２２０は、第１枢動シャフト２０６と逆の方向でも同期して回転駆動される。センサ２２４を通るエンコーダーホイール２２０のスリット２２０Ａを検出し、カウントすることにより、エンコーダーホイール２２０の回転が監視されて、スイングアーム１０４の角変位および速度を導き出し、適切な制御信号を発行してモータ２０２を制御できる。

図３は、スイング装置１００に実装されるスイング制御装置３００の一つの実施の形態を示すブロック略図である。スイング制御システム３００は、スイングブロック３０２、駆動ユニット３０４、揺動運動感知ユニット３０６およびマイクロコントローラ３０８を含む。スイングブロック３０２は、第１枢動シャフト２０６、スイングアーム１０４、ならびにスイングアーム１０４および第１枢動シャフト２０６により保持され、運動可能な他の要素を含むことができる。
駆動ユニット３０４は、第１枢動シャフト２０６を回転駆動してスイングアーム１０４の揺動運動を行わせる上記の電気モータ２０２およびギアボックス２０４が含まれる。揺動運動感知ユニット３０６は、スイングアーム１０４の角変位および速度情報を測定するために使用する上記のエンコーダーホイール２２０、第２枢動シャフト２２２およびセンサ２２４を含むことができる。マイクロコントローラ３０８は、エンコーダーホイール２２０の回転変位と関連する情報を伝える揺動運動感知ユニット３０６からの信号を受け取るようになっている集積回路（ＩＣ）プロセッサユニットとすることができる。この情報に基づいて、マイクロコントローラ３０８は、第１枢動シャフト２０６およびスイングアーム１０４と関係する角変位および他の情報を導き出し、駆動ユニット３０４に制御信号を出力してモータ２０２の回転方向、トルクおよび速度を制御することができる。

図４は、スイング装置の揺動運動を制御するために実装される例示の方法ステップのフロー図である。
ステップ４０２において、駆動ユニット３０４が動作し、第１制御信号（例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号）がモータ２０２に供給されて、第１方向へ揺動駆動する。
ステップ４０４において、モータ２０２が第１方向で回転すると、マイクロコントローラ３０８は、揺動運動感知ユニット３０６から信号を受け取り、第１枢動シャフト２０６およびスイングアーム１０４の現在の角変位を導き出し、現在の角変位をプリセットしてある第１揺動振幅と比較し、それに基づいて制御信号を発行してモータ２０２の出力を調整する。ステップ４０４は第１揺動振幅に達するまで繰返してもよい。
ステップ４０６において、スイングアーム１０４の角変位が第１揺動振幅に達すると、マイクロコントローラ２０８は第２制御信号をモータ２０２に供給して、第２方向に揺動運動を変更し、逆転することができる。
ステップ４０８において、モータ２０２が第２方向に回転すると、マイクロコントローラ３０８は、揺動運動感知ユニット３０６から信号を受け取り、スイングアーム１０４の現在の角変位を導き出し、現在の角変位をプリセットしてある第２揺動振幅と比較し、それに基づいて制御信号を出力してモータ２０２の速度を調整することができる。ステップ４０８は第２揺動振幅に達するまで繰返してもよい。
第２揺動振幅に達すると、本方法は、ステップ４０２にループして戻り、揺動運動の方向を再度逆転させることができる。

本明細書で説明した乳児用スイング装置の少なくとも一つの利点は、中間の運動伝達要素（歯車等）の妨害を受けずに、角変位に関してスイングアームの枢動シャフトと直結できる揺動運動感知ユニットを提供できることにある。
エンコーダーホイールの枢動シャフトは駆動ユニットから独立して動作するので、エンコーダーホイールから得られる測定値は、駆動ユニット内で生じる内部バックラッシュの影響を受けない。従って、揺動運動は更に正確に、かつ効率的な方法で制御される。

本考案による具体例を実施の形態の文脈でのみ説明してきた。これらの実施の形態の意図は、説明のためであり、制限するためではない。多くの改変、修正、および改良が可能である。従って、本明細書で単一の事例として説明した構成要素に複数の事例を提供してもよい。例示の構成で個別の構成要素として提示した構造および機能は、組み合わされた構造または構成要素として実装してもよい。これらの、および他の改変、修正、追加、および改良は本考案の範囲内にある。

Claims (9)

1. 支持フレームと、
   第１枢動シャフトを介して当該支持フレームと連結されるスイングアームと、
   当該第１枢動シャフトの回転を駆動するようになっているモータ付駆動ユニットと、
   第２枢動シャフトに堅固に取り付けられるエンコーダーホイールを含む揺動運動感知ユニットとを備え、
   前記第１枢動シャフトは、当該第１枢動シャフトとともに回転する連結要素に取り付けられ、
   前記連結要素と摩擦接触している当該第２枢動シャフトは、前記第１枢動シャフトから半径方向に離れて配置され、前記第１枢動シャフトにより回転駆動されて動作することを特徴とする乳児用スイング装置。
2. 前記第１枢動シャフトの角変位が、前記第２枢動シャフトとの機械的係合を介する同期回転で当該第２枢動シャフトを駆動することを特徴とする、請求項１に記載の乳児用スイング装置。
3. 前記第１枢動シャフトの回転が、前記第２枢動シャフトの回転を逆方向にさせることを特徴とする、請求項１に記載の乳児用スイング装置。
4. 前記連結要素は前記第１枢動シャフトを中心とする半径部分を含み、当該半径部分は、前記第２枢動シャフトの外側円形面と摩擦接触している周縁面を有することを特徴とする、請求項１に記載の乳児用スイング装置。
5. 前記周縁面はゴム状材料で作製されていることを特徴とする、請求項４に記載のスイング装置。
6. 前記スイングアームは前記連結要素に堅固に取り付けられる遠位端を有することを特徴とする、請求項１に記載の乳児用スイング装置。
7. 前記第２枢動シャフトの直径は前記第１枢動シャフトの直径より小さいことを特徴とする、請求項１に記載の乳児用スイング装置。
8. 前記エンコーダーホイールの回転から前記スイングアームの角変位を導き出すようになっているマイクロコントローラを更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の乳児用スイング装置。
9. 前記駆動ユニットは、モータと、前記第１枢動シャフトに伝達するために当該モータの出力を減速するようになっているギアボックスとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の乳児用スイング装置。

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