JP5372993B2 - ゼンマイ式駆動ユニット - Google Patents

Description

本発明は、ゼンマイ（渦巻ばね）を動力源として回転を出力する駆動ユニットに関する。さらに詳述すると、本発明は、動力源の巻上用回転軸と駆動用回転軸が単一であり、同じ回転方向になるゼンマイ式駆動ユニットに関する。

従来、自動車おもちや等に使用されているプルバック巻上式ゼンマイ式駆動ユニットは、タイヤを装着した駆動軸を後に引き提げることにより、前記駆動軸を逆回転させて、巻上げ回転時のみ噛合う歯車列を利用してゼンマイの巻上げを行い、ゼンマイの開放時は、走行回転時のみ噛合う歯車列を利用して前記駆動軸を、走行回転に回転させて前進させる。即ち、前記駆動軸の回転が巻上げと走行で逆回転になる。

また、ゼンマイの巻上げ時と走行時の駆動軸の回転方向を合わせているゼンマイ式駆動ユニットが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。これは、単一でない巻上げ回転体と駆動回転体で独立した２系統の歯車列を使用している。

特開２００８−１４４４８８

しかしながら、従来のプルバック式ゼンマイ式駆動ユニットでは、巻上げ回転時と走行回転時の駆動軸の回転方向を合わせることができなかった。また、ゼンマイ式駆動ユニットの巻上げ回転体と駆動回転体を独立した２系統の歯車列にした場合は、駆動回転体が回転している時は巻上げ回転体が逆回転しているので、巻上げ回転体を外部からの力がかからない様にしなければならず、部品点数も多くなり量産コストが高くなる。

また、従来のプルバック式ゼンマイ式駆動ユニットを搭載した玩具、例えば自動車のおもちやの場合、幼児は後ろに引いてゼンマイを巻き上げる機構は理解できないので、常に進行方向に押して遊ぶ場合が多かった。

そこで、本発明は、簡単な構造で、単一の駆動軸を利用して入力と出力の回転方向を同一にする、ゼンマイ式駆動ユニットを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、請求項１に係る発明は、香箱用ギアの内側に配置されたゼンマイの内側端部をハウジングに設けられた巻上げ歯車列の一端の巻芯用ギアに、上記ゼンマイの外側端部をハウジングに設けられた走行歯車列の一端の香箱用ギアにそれぞれ係合させ、走行歯車列と巻上げ歯車列の他端の各駆動軸用ギアを駆動軸に設け、巻上げ時における、巻上げ歯車列側の巻上げ系ギア比を、走行歯車列側の走行系ギア比よりも大きくするとともに、上記巻上げ歯車列をゼンマイ巻上げ方向にのみ回転させる一方向回転機構と、巻上げ歯車列を構成する２つのギアを、巻上げ時には噛合させ、走行時には切り離す切換え機構とを備え、巻上げ時には、上記２つのギアを噛合させて上記駆動軸を回転させることにより、上記巻上げ歯車列と走行歯車列とを回転させつつゼンマイを巻き上げ、走行時には、上記切換え機構により上記２つのギアを切り離すとともに、上記一方向回転機構により上記巻上げ歯車列の逆回転を阻止することにより、上記ゼンマイの開放時の回転力を走行歯車列を介して上記駆動軸用ギアに伝達することを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１において、上記２つのギアのうち一方は上記駆動軸用ギアで、該駆動軸用ギアの駆動軸は上記ハウジングに形成された上下に長い長穴に軸受けされているとともに、上記駆動軸は長穴の下端にあって、他方のギアと切り離されるように付勢されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、ゼンマイ巻上げ時には、駆動軸を回転させることにより、巻上げ歯車列と走行歯車列とが回転するが、巻上げ系ギア比の方が走行系ギア比よりも大きいから、駆動軸の回転に従いゼンマイが巻き上げられていく。巻上げ後、走行時には、切換え機構により巻上げ歯車列を構成する２つのギアが切り離されるので、駆動軸は走行歯車列の歯車のみが回転するとともに、一方向回転機構により上記巻上げ歯車列の逆回転が阻止されるから、ゼンマイは巻上げ時と同じ方向に開放され、走行歯車列を介して駆動軸用ギアに伝達し、駆動軸は巻上げ時と同じ方向に回転する。

このように、駆動軸を巻上げ歯車列との噛合いを切換えることにより単一の駆動軸でゼンマイの巻上げ、走行を行うことが可能である。また、一方向回転機構によりゼンマイの収納された香箱用ギアが、巻上げ時と走行時で同じ回転方向に回転するため、駆動軸の回転方向を巻上げ時と走行時で同じ回転方向にすることが可能である。さらに、部品点数も少なくて済み、製造コストが安くなると共にユニットを小型化することができる。

また、駆動ユニットを玩具例えば自動車のおもちゃに搭載した場合、進行方向に押して放すと進行方向に走行するので、幼児でも容易に遊ぶ事ができる。

請求項２に係る発明によれば、巻上げ時にはハウジングを下方に押し付けることによって、駆動軸は長穴の上端に移動し、他方のギアと噛合するので、巻上げ歯車列が作動し、走行時にはハウジングを下に押す力を緩めることによって、駆動軸は長穴の下端に移動し、他方のギアと切り離されて巻上げ歯車列が作動しないように構成されている。したがって、走行時には走行歯車列のみが作動するから、走行は円滑に行われる。

本発明のゼンマイ式駆動ユニットの一実施形態の内部構造を示す正面図である。 同駆動ユニットの内部構造を示す斜視図である。 巻上げ歯車列と走行歯車列とを簡単に示した底面図 駆動ユニットの歯車機構の歯車列を主に示す平面図である。 走行時の同駆動ユニットの歯車機構のギア列を主に示す正面図である。 駆動ユニットの雛形フレームを示す図で（Ａ）は正面図、（Ｂ）は斜視図である。 駆動ユニットの隔壁フレームを示す図で（Ａ）は正面図、（Ｂ）は斜視図である。 駆動ユニットの雌形フレームを示す図で（Ａ）は正面図、（Ｂ）は斜視図である。 同駆動ユニットの一方向回転機構の一実施形態を示す（Ａ）は正面図、（Ｂ）は断面図である。

以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
図1〜図９に、本発明のゼンマイ式駆動ユニットの一実施形態を示す。このゼンマイ式駆動ユニットは、雄形フレーム９ａと雌形フレーム９ｃと隔壁フレーム９ｂとからなるハウジング９と、雄形フレーム９ａと雌形フレーム９ｃの長穴１７に沿って移動可能な回転自在に支持された駆動軸４と、駆動軸４上に設けられる駆動軸用ギア５、６と、動力源のゼンマイ１と、このゼンマイ１を巻上げる為のハウジング９に支持された巻芯用ギア１２と、巻芯用ギア１２と同軸上に配置されるゼンマイ１を収納した香箱用ギア２と、ゼンマイ１の巻上げ時に駆動軸用ギア５と噛合う巻上げ用ギア１０を含む巻上げ歯車列２３（図３参照）と、ゼンマイ１を収納した香箱用ギア２の走行回転を駆動軸用ギア６に伝える走行用ギア７を含む走行歯車列２４（図３参照）と、雌形フレーム９ｃに固定されたラチェット１１のアーム１１ａ先端の爪１１ｂの外側に組み合わさる巻芯用ギア１２の鋸歯状内歯１２ａによってゼンマイ１の巻上げる方向には回転し、ゼンマイ１の開放方向には回転しない一方向回転機構１４と、走行時と巻上げ時とで構成ギアを一部切り替えてギア比を変える歯車機構３と、雄形フレーム９ａと雌形フレーム９ｃの長穴１７に沿って動くことの可能な駆動軸用ギア５、６は走行用ギア７と噛合っているが、隔壁フレーム９ｂと一体の樹脂バネ１８に当接し、巻上げ用ギア１０に噛合わない様に保持され、駆動軸４が長穴１７ａに移動した時に巻上げ用ギア１０に噛合う切換え機構１３から主に構成されている。巻上げ時は、駆動軸４から入力される回転を切換え機構１３の駆動軸用ギア５を巻上げ用ギア１０に噛み合わせ歯車機構３の巻上げ歯車列２３を介してゼンマイ１に伝達し、走行時には、一方向回転機構１４によりゼンマイ１の力で回転する香箱用ギア２の回転を歯車機構３の走行歯車列２４を介して駆動軸４に伝達し、駆動軸４の巻上げ時と走行時の回転方向を同じにしている。

歯車機構３は、ゼンマイ１が装着された香箱用ギア２と駆動軸４に固定されている駆動ギア６と、この駆動ギア６と噛合する走行用ギア７と、この走行用ギア７と同軸上に形成され香箱ギア２と噛合する走行用ギア８と、駆動用ギア６と同軸上に形成された駆動用ギア５と、ゼンマイ１の端部を係合固定している巻芯用ギア１２と、この巻芯用ギア１２と巻上げ時のみ噛合いする巻上げ用ギア１０とから構成されている。この歯車機構３は、図３、図４に示されるように、ゼンマイ１を巻上げる時には、駆動軸４→駆動用ギア５→巻上げ用ギア１０→巻芯用ギア１２→ゼンマイ１へと回転を伝える巻上げ歯車列２３を構成する。また、ゼンマイ１の開放の時は、図４、図５に示されるように、ゼンマイ１→香箱用ギア２→走行用ギア８→走行用ギア７→駆動用ギア６→駆動軸４へと回転を伝える走行歯車列２４を構成する。なお、巻上げ系ギア比を走行系ギア比より大きくしている。

尚、走行用ギア７と８、巻上げ用ギア１０は、例えばポリアセタール等のプラスチックによって各々シヤフトと共に一体成形されている。また、巻上げ用ギア１０は駆動ギア５の回転方向によって巻芯用ギア１２と噛み合ったり外れたりする、かけ上がりギアであり、巻上げ用ギア１０のシャフトは雌形フレーム９ｃと隔壁フレーム９ｂに形成された円弧状の長穴１６内に収容されている。各長穴１６は、駆動用ギア５が強制的に巻上げ用ギア１０と噛み合った時の同心円の一部を成す円弧状に形成されている。

駆動軸４は、本実施例の場合プラスチック成形品４ａとこれを支持する金属シャフト４ｂから構成され、圧入によって一体化されている。プラスチック成形品４ａは一体成形によって、駆動用ギア５、６を形成している。

切換え機構１３は、走行歯車列２４と巻上げ歯車列２３を切り換えるもので、駆動軸４は雄形フレーム９ａと雌形フレーム９ｃに形成された長穴１７に軸受けされている。各長穴１７は、走行用ギア７と駆動用ギア６は上下に長い斜めの長穴１７のどの位置にある時も常に噛み合うように構成され、巻上げ用ギア１０と駆動用ギア５とは、駆動軸４が長穴１７の上端１７ａにある時（図１の状態）は噛合い、下端１７ｂにある時（図５の状態）は切り離されるようになっている。

また、駆動軸４を雄形フレーム９ａ、雌形フレーム９ｃの各長穴１７の下端１７ｂの位置に保持するように付勢するバネ手段１８が設けられている。このバネ手段１８は、隔壁フレーム９ｂに形成されており駆動軸４が雄形フレーム９ａと雌形フレーム９ｃの長穴１７の上端１７ａの位置に移動した時に下端１７ｂの位置に戻すよう付勢している。バネ手段１８は、本実施形態では、プラスチックによって成形された可僥性のある樹脂バネからなっており、長穴１７の上端１７ａの方向に撓むように設けられている。

一方向回転機構１４は、巻芯用ギア１２を一方向にのみ回転可能とするもので、ラチェット１１は、雌形フレーム９ｃに圧入などによって固着されているＳ字形のアーム１１ａと巻芯用ギア１２に形成されると共にアーム１１がゼンマイ１の開放方向に回転する際にその先端１１ｂが係合する鋸歯状の内歯１２ａとから構成されている。したがって巻芯用ギア１２はゼンマイの巻上げ方向には回転するが、ゼンマイの開放方向には回転しない。なお、本実施例の場合ラチェット１１はプラスチック製で一体成形により形成されている。

巻芯用ギア１２は、例えばポリアセタール等のプラスチックスによってシャフトと共に一体成形されている。また、ゼンマイの内側の端部を取りつけるための二股状のゼンマイ取付け部１９と巻芯用ギア１２と鋸歯状内歯１２ａを形成している。

香箱用ギア２には、ゼンマイ１を径方向から全周に亘って囲む周壁２０が設けられている。この周壁には、少なくとも１つの凹部２０ａが形成されている。ゼンマイ１の外側端部は、折り返されて香箱用ギア１２の凹部２０ａに押し込まれて係合している。一方、ゼンマイ１の内側端部は巻芯用ギア１２に一体成形された２本の突起１９の間に嵌め込まれ、係合状態で固定されている。したがって、ゼンマイ１を巻き過ぎると、ゼンマイ１の外側の端部が凹部２０ａから飛び出して内壁面に沿って移動し、それ以上巻かれないようになっている。

ギアボックスは、雄形フレーム９ａと雌形フレーム９ｃとこれらの間に挟持される隔壁フレーム９ｂとに分離可能に構成され、雄形フレーム９ａに形成された係合ピン２２ａを雌形フレーム９ｃに形成された穴２２ｂに圧入することで各フレーム９ａ〜９ｃは一体化されている。

以上のように構成したゼンマイ式駆動ユニットによれば、次のようにして単一の駆動軸で巻上げ時と走行時が同じ回転方向とすることができる。

駆動ユニットを玩具例えば自動車のおもちゃに搭載した場合を例に挙げる。まず、おもちゃを床面に押しつけることにより、図４に示されるように、駆動軸４はフレーム９ａ、９ｃの各フレーム長穴１７の上端１７ａの位置に移動するから、駆動軸用ギア５と巻上げ用ギア１０が噛み合い、おもちゃを走行方向（図１に矢印（←）で示す方向）に押して駆動軸４を正回転（図上反時計回転）させると、駆動用ギア５の回転によって巻上げ用ギア１０がゼンマイ１を装着した巻芯用ギア１２に食い込み、駆動軸４から伝達された回転でゼンマイ１を巻上げる。このとき常に噛み合っている駆動軸用ギア６と走行用ギア７、８も回転し、香箱用ギア２も正方向に回転するが、巻上げ系ギア比を走行系ギア比より大きくしているため、ゼンマイ１を巻上げることができる。このとき、駆動軸４を走行方向と逆方向に回転させると、駆動用ギア５の時計回転により駆動用ギア５に係合していた巻上げ用ギア１０が長穴１６内を駆動用ギア５の回転方向に押し上げられて（１６ａの位置）巻芯用ギア１２との噛み合いが外れて空転し、巻芯用ギア１２が壊れるのを保護している。ゼンマイ１が所定量巻上げられると、拘束されていないゼンマイ１の外側の端部は香箱用ギア２の凹部２０ａから抜け出して移動する。このことは、ゼンマイ１の端部が凹部２０ａを出入りする音で知ることができる。そこで、巻上げ操作を停止する。

次いで、自動車おもちゃを離すと、図９に示すように、巻芯用ギア１２は一方向回転機構１４によって時計方向に回転できないから、切換え機構１３により回転は走行歯車列２４に切り換えられ、ゼンマイ１の開放によって香箱用ギア２が反時計方向へ回転する。このため、香箱用ギア２の回転は香箱用ギア２→走行用ギア８→走行用ギア７→駆動用ギア６へと伝達され、自動車おもちゃを走行させる。このとき、走行用ギア７に噛合いする駆動軸用ギア６が走行用ギア７の回転力によって各フレームの長穴１７の下端１７ｂの方向に押し付けられるから、巻上げ用ギア１０と駆動用ギア５とは切り離され、走行歯車列２４のみが作動するので、走行は円滑に行われる。ゼンマイの開放が終わると切換え機構１３を構成する隔壁フレーム９ｂのばね手段１８によって駆動軸４は各フレーム長穴１７の下端１７ｂ方向に押され、駆動用ギア５は巻上げ用ギア１０から切り離される（図１の状態）。したがって、駆動軸４は走行方向に回転してもゼンマイ１を巻上げることはできない。

尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定される物ではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種種変形実施可能である。例えば、切換え機構１３としては、上述の樹脂バネを使用したものに限定されない。例えば、図示していないが、トーションスプリングやコイルスプリングを利用した切換え機構の利用も可能である。

更に、上述の説明では、一方向回転機構１４にラチェット１１と鋸歯形状の内歯１２ａで形成されていたが、例えば、図示していないが、フレーム９ｃと巻芯用ギア１２にスラスト方向に鋸歯を形成した一方向回転機構も利用可能である。

なお、上述の実施形態では、プレート９ａ、９ｂの穴１７をどちらも長穴としているが、走行歯車列２４側のプレート９ａの長穴１７は円孔としてもよい。
また、切換え機構はバネ手段によって構成されているが、駆動歯車を手動で移動するようにし、ゼンマイの巻上げ時に駆動歯車と巻上げ用ギアとを噛合させ、走行時には切り離すよう、切り換える構成であってもよい。
さらに、一方向回転機構は、他の構成であってもよい。

本発明のゼンマイ式駆動ユニットは、自動車玩具の駆動源として走行方向に押してゼンマイを巻上げ、ゼンマイの開放で同じ方向に走行する回転を出力させたり、移動する方向に押すことによりゼンマイを巻上げ、ゼンマイ開放時に同じ方向に移動する動きを得る駆動源として利用可能である。

１ ゼンマイ
２ 香箱用ギア
３ 歯車機構
４ 駆動軸
５、６ 駆動軸用ギア
８、７ 走行用ギア
９ ハウジング
９ａ 雄形フレーム
９ｂ 隔壁フレーム
９ｃ 雌形フレーム
１０ 巻上げ用ギア
１２ 巻芯用ギア
１３ 切換え機構
１４ 一方向回転機構
１７ 長穴
２３ 巻上げ歯車列
２４ 走行歯車列

Claims (2)

1. 香箱用ギアの内側に配置されたゼンマイの内側端部をハウジングに設けられた巻上げ歯車列の一端の巻芯用ギアに、上記ゼンマイの外側端部をハウジングに設けられた走行歯車列の一端の香箱用ギアにそれぞれ係合させ、走行歯車列と巻上げ歯車列の他端の各駆動軸用ギアを駆動軸に設け、
   巻上げ時における、巻上げ歯車列側の巻上げ系ギア比を、走行歯車列側の走行系ギア比よりも大きくするとともに、
   上記巻上げ歯車列をゼンマイ巻上げ方向にのみ回転させる一方向回転機構と、巻上げ歯車列を構成する２つのギアを、巻上げ時には噛合させ、走行時には切り離す切換え機構とを備え、
   巻上げ時には、上記２つのギアを噛合させて上記駆動軸を回転させることにより、上記巻上げ歯車列と走行歯車列とを回転させつつゼンマイを巻き上げ、走行時には、上記切換え機構により上記２つのギアを切り離すとともに、上記一方向回転機構により上記巻上げ歯車列の逆回転を阻止することにより、上記ゼンマイの開放時の回転力を走行歯車列を介して上記駆動軸用ギアに伝達する
   ことを特徴とするゼンマイ式駆動ユニット。
2. 上記２つのギアのうち一方は上記駆動軸用ギアで、該駆動軸用ギアの駆動軸は上記ハウジングに形成された上下に長い長穴に軸受けされているとともに、上記駆動軸は長穴の下端にあって、他方のギアと切り離されるように付勢されていることを特徴とする、請求項１に記載のゼンマイ式駆動ユニット。

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