JP6212231B1 - 電動式列車玩具 - Google Patents
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Abstract
Description
この電動式列車玩具は、本出願人会社より登録商標「プラレール」の名称で市場に提供され、一般に、広く知られた列車玩具システムの規格に適合するように構成されている。周知のように、この列車玩具システムは、直線状又は円弧状の単位走行軌道板(一般には「レール」と称される)を任意本数だけ連結してなる走行軌道(例えば、円形軌道又は楕円形軌道)と、この走行軌道上を走行可能に構成された様々な型式の電動式列車玩具とから構成される。
図1〜図3を参照しながら、電動式列車玩具の車体外殻について説明する。図示の電動式列車玩具100は、新幹線などの流線型高速列車の外観を模したプラスチック製の車体外殻1を有する。この車体外殻1は、車体底板11と車体カバー12とからなるもので、両者は図示しないビスの締結により一体化されている。
次に、図2〜図12を参照しながら、駆動ユニット3について説明する。駆動ユニット3は、図2及び図3に示されるように、直方体状のユニットハウジング34を有する。このユニットハウジング34は、この例にあっては、透明な合成樹脂製であって、車体の前後方向に沿った長さ(L)、車体の左右方向に沿った幅(W)、及び垂直方向に沿った高さ(H)を有し、前部中央の1カ所、後部左右の2カ所に設けられたブラケットのビス孔にビスを通して車体底板11のネジ孔にねじ込むことで、車体底板11に対して3点でしっかりと固定される。このユニットハウジング34内には、後に詳述する、直交変換回路部(回路部品搭載の基板など)5、交流電動機31(図4参照)、減速歯車列32(図6〜図8参照)、後輪の車軸114、及び方向規制部(図5参照)325a,325bが収容されている。
次に、主として、図4及び図8を参照しながら、交流電動機31について説明する。交流電動機31は、後輪の車軸114と平行に延びる駆動軸311と一体的に回転し、当該駆動軸311と垂直な第1の仮想平面上であって、当該駆動軸311を中心とする所定半径の円周上に、それぞれ永久磁石315a〜315dからなる複数の磁極をその極性を交互に異ならせて等角度間隔で保持する回転子(磁石支持ディスク312)と、回転子の第1の仮想平面と正対する第2の仮想平面上であって、前記駆動軸311を中心とする所定半径の円周上に支持される1又は2以上の渦巻き状コイル316a,316bを有する固定子とを含む。
次に、主として、図5〜図12を参照しながら、減速歯車列32について説明する。減速歯車列32は、交流電動機31の駆動軸311に得られる回転動力を減速したのち車軸114へと伝達する機能を有する。
次に、主として、図6、図7、及び図8を参照しながら、歯車シフト機構について説明する。上述の減速歯車列32には、所定の操作子(操作レバー33)の第1の操作(OFF位置とON位置との間でのスライド操作)に応じて、所定の歯車(歯車323c)を軸方向へとシフトさせて隣接歯車(324a)と噛合又は噛合解除することにより、回転子の駆動軸311から車軸114に至る回転動力の伝達を断続可能な第1の歯車シフト機構と、所定の操作子(操作レバー33)の第2の操作(ON位置とHI位置との間でのスライド操作)に応じて、所定の歯車(2枚の歯車323a,323bのいずれか)を軸方向へとシフトさせて別の歯車(322b,322cのいずれか)と噛合させることにより、回転子の駆動軸311から車軸114に至る回転動力の減速比を変更可能な第2の歯車シフト機構と、が含まれている。
次に、主として、図5を参照しながら、回転方向規制部について説明する。先に述べたように、交流電動機31は同期電動機として機能するから、基本的に、始動時の回転方向は不定となる。一方、交流電動機31は電動式列車玩具の原動機となるものであるから、通電開始と共に、電動式列車玩具の車体が前方へ進行するように、交流電動機31の回転方向を規制しなければならない。
次に、主として、図10〜図12を参照しながら操作レバー33の3つのスライド位置(OFF位置,ON位置,HI位置)のそれぞれに対応する減速歯車列の噛合状態について説明する。
次に、主として、図7を参照しながら、クラッチ機構について説明する。先に説明した第2の歯車シフト機構においては、所定の歯車(歯車323c)を別の歯車(324a)へと噛合させる際に、両歯車の結合反力を緩衝するためのスプリング323dが設けられている。
次に、主として、図17を参照しながら、直交変換回路部5について説明する。図17に示されるように、この直交変換回路は、先に説明した渦巻状コイル316a及び316bが負荷素子として組み込まれたものであり、電池ボックス4から供給される直流電源(3V)により動作するように構成されている。
次に、主として、図2を参照しながら、電池ボックス4の配置について説明する。本発明に係る駆動ユニット3のハウジング34は、前後方向の長さ(L)、左右方向の幅(W)、垂直方向の高さ(H)を有する直方体であるが、特に、長さ(L)及び幅(W)については、従前のユニットハウジングに比べて、格段に小さく構成できる。
次に、主として、図2及び図13を参照しながら、スピーカ8の配置について説明する。昨今、電動式自動車玩具や電動式列車玩具と言った電動式車両玩具の分野においては、模擬走行音やお喋り音声を発する発音機能を付与することが流行している。車体外殻を車体底板と車体カバーとで構成する電動式車両玩具にあっては、発音機能を実現するための扁平な小型のコーンスピーカを車体カバーの天井部分の内面に上向き姿勢で取り付け、このスピーカから発する音を天井部分に開けられた多数の小孔(放音孔)から車体外部へと放出すると言ったスピーカ取付構造が採用されていた。
・条件1:車体ケース12を車体底板11に取り付けた状態での音量測定
1)スピーカ下向き+放音孔あり : 55〜60dB
2)スピーカ下向き+放音孔なし : 63〜70dB
・条件2:車体ケース12を車体底板11から取り外した状態での音量測定
1)スピーカ下向き+放音孔あり : 46〜52dB
2)スピーカ下向き+放音孔なし : 67〜72dB
次に、主として、図13、図14、及び図15を参照しながら、前輪車軸の支持構造について説明する。任意の経路を描いて敷設された走行軌道板2の上を、左右の前輪及び後輪の4輪で走行する電動式列車玩具100にあっては、従来、前輪車軸113及び後輪車軸114のそれぞれは、いずれも、車体に対して常に平行姿勢を保つように支持されている。そのため、楕円形軌道の登坂路に差し掛かったような場合、登坂路の勾配によっては、図15に仮想線で示されるように、左右いずれかの前輪の浮き上がりに連れて後輪も浮き上がった状態で、後輪駆動が継続される結果、走行軌道板のガードレール(外側突条22)を乗り越え、カーブを直進して脱線することがある。
次に、主として、図16を参照しながら、電動式列車玩具100の電気的ハードウェア構成の全体について説明する。電動式列車玩具100の電気的ハードウェアの全体は、図16に示されるように、直流電源40と、制御回路部6と、直交変換回路部5とから構成されている。
次に、主として、図20を参照しながら、電動式列車玩具100の電気的ソフトウェア構成の全体について説明する。電源スイッチ43の投入により処理が開始されると、先ず、イニシャライズ処理(ステップST101)によって、各種の演算処理の前処理としてフラグやレジスタ類の初期設定が行われる。
−直交変換回路部の他の実施形態について−
次に、主として、図18を参照しながら、直交変換回路部の他の実施形態(第2実施形態)について説明する。この直交変換回路部は、円形の渦巻状コイルの個数が1個(単一)であることを除き、先に説明した実施形態のそれと同様である。したがって、図18において、図17の実施形態と同一構成部分については、同符号を付すことにより、説明は省略する。
以上の実施形態においては、始動に必要な長周期の発振動作を実現するために、2つの抵抗54a,54b及び2つのコンデンサ56a,56b、及び1つの抵抗57を使用したが、回路の集積回路化を達成するためには、左右の駆動トランジスタ51a,51bを外部発振回路からのスイッチング制御信号で駆動してもよいであろう。このようなスイッチング制御信号については、例えば、低消費電力のCR発振回路や水晶発振回路と分周回路とを使用して容易に作成することができる。
2 走行軌道板
3 駆動ユニット
4 電池ボックス
5 直交変換回路部
6 制御回路部
7 LED
8 扁平スピーカ
8a 磁石
8b ボイスコイル
8c 振動膜
8d 呼吸孔
9 リードスイッチ
9a 磁石片
11 車体底板
12 車体カバー
21 帯状基体
22 外側案内突条
23 内側案内突条
31 交流電動機
33 操作レバー
33a カム板
33b 把持部
33c ガイドロッド
33d カムフォロア
33e バネ
33f 突部
33g 辺縁カム
34 ユニットハウジング
40 直流電源
41 ボックス本体
42 上蓋
43 発音スイッチ
44 電動機通電スイッチ
45 突条
51a 左側の駆動用トランジスタ
51b 右側の駆動用トランジスタ
52a 左側の従動用トランジスタ
52b 右側の従動用トランジスタ
53a ベース抵抗
53b ベース抵抗
54a 左側のプルダウン抵抗
54b 右側のプルダウン抵抗
55a 左側の抵抗
55b 右側の抵抗
56a 自励発振周波数設定用のコンデンサ
56b 自励発振周波数設定用のコンデンサ
57 始動促進用抵抗
58 架橋電流路
61 CPU
62 撮影部
63 発音部
64 照明部
65 無線送受信部
66 走行パルス発生部
111 連結具
112 円形凹部
112a 段部
112b 空隙
112c 円形突条
112d 呼吸孔
113 前輪車軸
113a 左前輪
113b 右前輪
114 後輪車軸
114a 左後輪
114b 右後輪
114c 車軸歯車
121 ガイドスロット
311 駆動軸
312 磁石支持ディスク
313a 磁石ホルダ
313b 磁石ホルダ
313c 磁石ホルダ
313d 磁石ホルダ
314 リブ
315a 磁石
315b 磁石
315c 磁石
315d 磁石
316a 渦巻状コイル
316b 渦巻状コイル
317 小径歯車
32 減速歯車列
321 第1従動軸
321a 大径歯車
321b 小径歯車
322 第2従動軸
322a 大径歯車
322b 中径歯車
322c 小径歯車
323 第3従動軸
323a 大径歯車
323b 中径歯車
323c 小径歯車
323d スプリング
323e 嵌合子
324 第4従動軸
324a 歯車
325 ラチェット軸
325a ラチェット爪
325b 突起
100 電動式列車玩具
Claims (15)
- 先頭車を摸した車体外殻の内部に、電動機と、前記電動機の駆動軸から得られる回転動力を減速して後輪車軸に伝達する減速歯車列と、電池で構成される直流電源とを少なくとも収容してなる電動式列車玩具であって、
前記電動機として交流電動機を使用すると共に、当該交流電動機は前記車体外殻内の後部空間に収容され、
前記減速歯車列を構成する一連の歯車は、後輪車軸上方の空間に上下に分散して集合配置され、
前記直流電源は、前記車体外殻内の前部空間に収容され、さらに
前記車体外殻内には、前記直流電源を直交変換して交流電源を生成して前記交流電動機に供給する直交変換回路部が収容されている、電動式列車玩具。 - 前記交流電動機が、始動時の回転方向が不定の同期電動機であって、その駆動軸を横向きにして前記後部空間に収容され、
前記同期電動機の駆動軸、前記減速歯車列を構成する一連の歯車軸、及び前記後輪車軸は、互いに平行な関係にあり、さらに
前記同期電動機の始動時の回転方向を時計回り又は反時計回りのいずれか一方向に規制するための方向規制部が含まれている、請求項1に記載の電動式列車玩具。 - 前記同期電動機が、
前記駆動軸と垂直な第1の仮想平面上であって、前記駆動軸を中心とする所定半径の円周上に、それぞれ扁平な永久磁石からなる複数の磁極をその極性を交互に異ならせて等角度間隔で保持して前記駆動軸と一体に回転する回転子と、
前記回転子の第1の仮想平面と正対する第2の仮想平面上であって、前記駆動軸を中心とする所定半径の円周上に静止的に配置される1又は2以上の渦巻状コイルとを含んでいる、請求項2に記載の電動式列車玩具。 - 前記直流電源で動作し、かつ1又は2以上の付加的機能を実現するマイクロプロセッサをさらに含んている、請求項1に記載の電動式列車玩具。
- 前記直流電源が、1.5V単4乾電池を2本並置して電池ボックスに収容してなる直流3V電源である、請求項4に記載の電動式列車玩具。
- 前記付加的機能が、スピーカの駆動を介して音響効果を付与する機能である、請求項4に記載の電動式列車玩具。
- 前記付加的機能が、リモートコントローラとの間で無線通信を行う機能である、請求項4に記載の電動式列車玩具。
- 前記付加的機能が、LEDの駆動を介して光効果を付与する機能である、請求項4に記載の電動式列車玩具。
- 前記付加的機能が、イメージセンサの駆動を介して外界を撮影する機能である、請求項4に記載の電動式列車玩具。
- 前記減速歯車列には、所定の操作子の操作により、接続状態と離脱状態とに選択的に設定可能な一対の歯車と、前記一対の歯車が離脱状態のときに、前記電動機への通電を遮断するスイッチとを有する、請求項1に記載の電動式列車玩具。
- 前記電池ボックスの底部であって、車幅方向の中心位置には、前輪車軸に当接する突部が垂下突設されており、かつ前記前輪車軸の両端部は、所定のストローク範囲で上下動可能に支持されている、請求項5に記載の電動式列車玩具。
- 前記スピーカは、前記車体外殻を構成する車体底板の床面に向けて下向きに取り付けられかつ前記スピーカと前記床面との間には共鳴室が介在される、請求項6に記載の電動式列車玩具。
- 前記直交変換回路部が、
電源投入により、固有の長周期で発振し、周期毎に通電方向を変えて、前記渦巻き状コイルに対して通電を行うことにより、低周波出力状態を実現する自励発振動作と、前記渦巻き状コイルの誘起電圧パルスが所定値を超えると、当該誘起電圧パルスに同期した短周期にて発振し、周期毎に方向を変えて、前記渦巻き状コイルに対して通電を行うことにより、高周波出力状態を実現する他励発振動作とを実行する、請求項3に記載の駆動ユニット。 - 前記直交変換回路部が、
互いに並置された、いずれも第1導電型である、左側、右側の駆動用トランジスタと、
前記左側、右側の駆動用トランジスタのそれぞれと直列接続されるようにして、互いに並置され、前記左側、右側の駆動用トランジスタのうちの、互いに反対側の駆動用トランジスタと同期してオンオフ制御される、いずれも第2導電型である、左側、右側の従動用トランジスタと、
前記左側の駆動用トランジスタの出力側と前記右側の駆動用トランジスタの出力側との間に架け渡された架橋電流路と、
前記左側、右側の駆動用トランジスタの負荷素子として前記架橋電流路に介在される前記1又は2以上の渦巻状コイルと、
通電開始直後に、前記左側、右側の駆動用トランジスタを交互に所定の長周期でオンオフさせるための始動時補助手段とを含む、ことを特徴とする請求項13に記載の駆動ユニット。 - 前記複数の磁極は4個の磁極からなり、かつ前記渦巻状コイルは180度の角度間隔で配置された、互いに巻方向の同一な2個の渦巻状コイルからなる、請求項14に記載の駆動ユニット。
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