JP7350808B2 - 走行装置 - Google Patents

Description

本発明は走行装置に関する。

例えば走行可能な玩具のように、モータの出力をギアを介して車輪に伝える小型の装置がある。

車輪で走行する小型の装置では、内部の部品をほこりやごみから守ることが難しい。例えば、筐体の下部にスリットを設け、そのスリットから車輪の一部が露出するようにしても、スリットと車輪との隙間からほこりやごみが侵入し内部に溜まってしまう恐れがあった。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであって、その目的は、小型の車輪付きの装置において、内部へのほこりやごみの蓄積を抑制する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明にかかる走行装置は、車輪、および、モータの駆動力を前記車輪に伝達する複数のギアを含む駆動機構と、前記車輪の接地部が露出する開口を有する筐体と、前記筐体の内部に配置され、前記車輪の外周を覆うフェンダー部、および、前記車輪と前記複数のギアとの間に配置され前記フェンダー部の側部を閉塞する壁を有するホイールハウスと、を含み、前記壁には、前記車輪の回転軸に沿って設けられ前記駆動機構に含まれる回転部材を回転可能に支持する丸穴が形成されている。

本発明によれば、内部へのほこりやごみの蓄積を抑制することができる。

本発明の一形態では、前記壁と前記複数のギアのうち少なくとも一部とは、互いに隣接してよい。

本発明の一形態では、前記車輪は、外側面が円柱状に形成された突出部を有し、前記突出部は、前記壁の前記丸穴により回転可能に支持されてよい。

本発明の一形態では、前記車輪と前記ホイールハウスとは、同じ材質で形成されてよい。

本発明の一形態では、前記フェンダー部の前記車輪側の面は、側面視で前記車輪と同心の円弧部分を有してよい。

本発明の一形態では、前記開口は、前記走行装置の前後方向に沿った長穴であり、
前記長穴の長さは、前記車輪の直径より大きくてよい。

本発明の一形態では、前記フェンダー部は、当該フェンダー部の前記円弧部分から前記長穴の端部へ向かって延びる面を有してよい。

本発明の一形態では、前記ホイールハウスの前記壁の下縁は、前記壁の厚さ方向に段差を有し、前記筐体は、前記ホイールハウスの前記壁の下方に配置される立ち上がり部であって前記壁の厚さ方向に段差を有する立ち上がり部を有し、前記ホイールハウスの前記壁の前記下縁と、前記筐体の前記立ち上がり部とは係合されてよい。

本発明の一形態では、前記走行装置は前記車輪に挿通される車軸をさらに含み、前記車軸の軸方向外側の端部は、前記筐体に形成される孔の内部に配置され、前記車軸は、軸方向内側において軸受けにより支持されてよい。

本発明の一形態では、前記車輪は、厚さ方向に突出し、側面視で環状に形成されたリブを有してよい。

本発明の実施形態にかかる玩具システムの一例を示す図である。 本発明の実施形態にかかる走行デバイスの正面図である。 本発明の実施形態にかかる走行デバイスの底面図である。 図３に示される走行デバイスのIV-IV切断線における断面図である。 図４に示される走行デバイスの部分断面図である。 走行デバイスの概略的な分解斜視図である。 図２，３のＡ－Ａ切断線における走行デバイスの模式的な断面図である。 図２，３のＡ－Ａ切断線における車輪を除いた走行デバイスの模式的な断面図である。 図２，３のＡ－Ａ切断線における車輪およびホイールハウスを除いた走行デバイスの模式的な断面図である。 図２，３のＢ－Ｂ切断線における車輪を除いた走行デバイスの模式的な断面図である。

以下では、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。出現する構成要素のうち同一機能を有するものには同じ符号を付し、その説明を省略する。

本発明の実施形態では、自走式のデバイスと、その上に載せされる別体の玩具とを含み、別体の玩具の種類を識別する玩具システムについて説明する。

図１は、本発明の実施形態にかかる玩具システムの一例を示す図である。

走行デバイス２０ａ，２０ｂは自律走行が可能であり、どちらも同じ機能を有する。以下では特に区別する必要がない限り、これらの走行デバイス２０ａ，２０ｂを走行デバイス２０と記載する。デバイス制御装置１０は、無線を介して走行デバイス２０を制御する。コントローラ１７はユーザによる操作を取得する入力装置であり、ケーブルによりデバイス制御装置１０に接続されている。

デバイス制御装置１０は、図示しないプロセッサ、記憶部、通信部、入出力部を含み、デバイス制御装置１０のプロセッサが実行するプログラムは、不揮発性メモリが内蔵されるカートリッジ１８により提供される。走行デバイス２０は、図示しないプロセッサ、記憶部、通信部を含む。デバイス制御装置１０の通信部と走行デバイス２０の通信部とは無線により、例えばBluetooth(登録商標)プロトコルに従って、通信する。

図２は、走行デバイス２０の正面図であり、図３は走行デバイス２０の底面図である。走行デバイス２０の外形を構成する筐体２１は、上部筐体２１ａと側部筐体２１ｂと下部筐体２１ｃとの組み合わせからなる。筐体２１は面取りされた直方体にいくつかの機能部材部分が設けられた形状を有する。例えば、筐体２１の上面には別体の玩具と係合するための機能部材が設けられている。筐体２１の底面の形状はほぼ正方形である。走行デバイス２０は２つの車輪２３を有し、車輪２３のそれぞれの接地部は筐体２１（下部筐体２１ｃ）の底面に設けられた開口２４から露出している。走行デバイス２０の底面には、カメラ２２１、スイッチ２２２、電源スイッチ２２３が配置されている。

走行デバイス２０の２つの車輪２３は、平行配置されている。以下の説明では走行デバイス２０の水平方向及び垂直方向を、走行デバイス２０が水平面の上を走行する際の姿勢において定義する。仮に、走行デバイス２０が水平面に置かれた場合に、２つの車輪２３が並ぶ方向を左右方向とし、左右方向に直交する方向であって、２つの車輪２３が同方向に回転する場合に進む方向およびその反対の方向を前後方向とする。

図３に示されるように、開口２４は前後方向に沿った長穴である。そして、その長穴の長さは、車輪２３の直径より大きい。

図４は、図３に示される走行デバイス２０のIV-IV切断線における断面図である。図４は、平行配置された２つの車輪２３の中心を通る平面での断面を示している。図５は、図４に示される走行デバイス２０の部分断面図であり、図４において円に囲まれた領域の拡大図である。図６は、走行デバイス２０の概略的な分解斜視図である。

図４，６に示されるように、走行デバイス２０は、筐体２１内に、回路基板３４、バッテリ３６、２つの駆動機構３２などを収納している。駆動機構３２は筐体２１内の下部空間に収納され、例えば、筐体２１にネジ止めなどにより固定される。また、回路基板３４は駆動機構３２の上に配置され、バッテリ３６は筐体２１の上部空間に収納される。また、筐体２１の下部空間には駆動機構３２及び回路基板３４の他に、カメラ２２１などの部品も収納される。

回路基板３４は例えば、プリント基板またはフレキシブルプリント基板、及びそれらに取り付けられた電子部品を含んでよい。回路基板３４には、例えば、プロセッサ、記憶部、通信部などを内蔵する集積回路、および、カメラ２２１が配置される。バッテリ３６は回路基板３４やモータ２８等に電力を供給する。

２つの駆動機構３２はモータ２８により駆動される平行二輪機構を構成する。２つの駆動機構３２のそれぞれは、モータ２８と、モータ２８の駆動力を伝達する複数のギア２７と、車輪２３と、車軸２６と、シャーシ４３とを含む。車軸２６およびシャーシ４３は、２つの駆動機構３２で共用している。２つの車輪２３は、２つのモータ２８が搭載されたシャーシ４３を間に挟んで配置される。車輪２３には、複数のギア２７を介してモータ２８の駆動力が伝達される。シャーシ４３は車軸２６を回転可能に支持する軸受４１を有する。駆動機構３２は、モータ２８の駆動力を車輪２３へ伝達する動力伝達機構であり、シートなどの走行面の上において走行デバイス２０を移動させる駆動力を発生する。

図５に示されるように、車輪２３は、ホイール部２３ａとその径方向外側にあるタイヤ部２３ｂとを有し、それらは一体に回転することができる。なお、筐体２１の内壁面には、車軸２６の両端に対応する位置に孔５１が設けられている。また車輪２３の側面には、環状のリブ５３，５４が形成されている。リブ５４は軸方向内側（ギア２７やモータ２８がある側）に形成され、リブ５３は軸方向外側に形成される。リブ５３，５４はどちらも側面視で環状であり、車輪２３の厚さ方向に突出している。

複数のギア２７は、第１減速ギア２７ａ、第２減速ギア２７ｂ、第３減速ギア２７ｃを有する。第１減速ギア２７ａはモータ２８の出力軸に設けられる初段ギアと噛み合う。モータ２８の回転は初段ギヤ、第１減速ギヤ２７ａ、第２減速ギヤ２７ｂ、第３減速ギヤ２７ｃの順に伝達される。第３減速ギア２７ｃと車輪２３とは同じ回転軸で一体に回転するように篏合されている。

車輪２３の回転軸は水平である。つまり、車輪２３は縦に回転する。車輪２３は車軸２６に取り付けられる。車軸２６は２つの車輪２３のそれぞれの中心に設けられた孔に挿入され車輪２３を支持する。車軸２６は各車輪２３を回転可能に支持する。つまり、車輪２３と車軸２６との間は固定されておらず、車軸２６は車輪２３に動力を伝達する機能は有していない。

車軸２６は剛性が高い直線の棒であり、２つの車輪２３の回転軸を共通にする機能を有する。これにより、走行デバイス２０の走行方向の制御の高精度化が可能となり、特に直進精度が向上する。車軸２６は例えば、鋼材などのヤング率が高い金属で作られる。

図３，５に示されるように、走行デバイス２０は、その筐体２１内に、２つの車輪２３のそれぞれに対応するホイールハウス２５を有する。言いかえると、駆動機構３２ごとにホイールハウス２５が設けられる。各駆動機構３２に関して、ホイールハウス２５は、車輪２３と複数のギア２７とに挟まれるように配置される。図５に示されるように、ホイールハウス２５は、車輪２３の外周を覆うフェンダー部２５ａと、壁部２５ｂとを有する。壁部２５ｂは、車輪２３と複数のギア２７との間に配置されフェンダー部２５ａの側部を閉塞する。

壁部２５ｂの下縁部５５は、その壁部２５ｂの厚さ方向に段差を有する。なお、壁部２５ｂの段差は、車輪２３側がより下に延びる形状を有する。下部筐体２１ｃは、壁部２５ｂの下方に配置される立ち上がり部５６を有する。立ち上がり部５６は筐体２１の下面から上方向に延びており、その上縁は壁部２５ｂの厚さ方向に段差を有する。立ち上がり部５６の段差は、ギア２７側がより上に延びる形状を有する。ホイールハウス２５の壁部２５ｂの下縁部５５と、筐体２１の立ち上がり部５６とは係合されている。より具体的には、壁部２５ｂの段差と、立ち上がり部５６の段差とが隣接し、それらの間は非常に狭く、かつその間を通る経路は、壁厚より長くかつ屈曲している。

図５，６に示されるように、ホイールハウス２５の壁部２５ｂには丸穴５２が形成されている。車輪２３は、その回転軸にそって軸方向内側に突出する突出部２３ｃを有する。突出部２３ｃの外周面は円柱状に形成されており、突出部２３ｃは丸穴５２により回転可能に支持されている。突出部２３ｃは、丸穴５２により回転可能に支持される回転部材の一種である。車輪２３のホイール部２３ａおよびホイールハウス２５はともに同一の材料、例えば導電性樹脂により形成されている。これにより、ホイール部２３ａまたは丸穴５２が回転に伴い過剰に摩耗することを防ぐことができる。

なお、車輪２３の回転軸の周囲に歯車が設けられてもよい。この場合、回転部材として第３減速ギア２７ｃがその歯車にかみ合うギアソケットを有し、そのギアソケットの外周面が回転部材となり、円柱状かつ丸穴５２により回転可能に支持されてもよい。

車輪２３の軸方向内側の側面うち突出部２３ｃの外周縁は厚さ方向に張り出している。この外周縁の張り出しの量は突出部２３ｃの軸方向の長さより小さく、リブ５４の軸方向に沿った高さより大きい。また車輪２３の軸方向外側の側面のうち、車軸２６が貫通する穴の外周縁が厚さ方向に張り出している。この外周縁の張り出しの量はリブ５３の軸方向に沿った高さより大きい。

また壁部２５ｂは、フェンダー部２５ａのギア２７側の端のうち、立ち上がり部５６に隣接しない部分に接続されている。

本実施形態では、複数のギア２７を単独で覆うギアケースは設けられていない。そのため、ホイールハウス２５の壁部２５ｂと複数のギア２７のうち１つとは直接的に隣接している。ホイールハウス２５が存在することにより、簡易な構成によって、筐体２１内の空間であって、複数のギア２７やモータ２８が存在する空間への埃の侵入を抑えることができる。ホイールハウス２５のうち、壁部２５ｂに設けられた丸穴５２、および、フェンダー部２５ａの構造の詳細については後述する。

以下ではモータ２８、複数のギア２７および車軸２６の配置について説明する。２つのモータ２８は２つの車輪２３の間に、前後方向に並んで配置される。そして、車軸２６は２つのモータ２８の間隙に配置される。このモータ２８の配置では、モータ２８の出力軸は車輪２３の回転軸からずれて位置し、この出力軸と車輪２３の回転軸との間の動力伝達は歯車機構により行われる。本実施形態では、２つの駆動機構３２は、車軸２６の中心軸上の或る一点を中心とした水平面内での１８０°の回転に対して対称性を有する。この対称性により、歯車機構の部品を左右共通に製造することができ、走行デバイス２０の走行方向の制御の高精度化も可能となる。

第１減速ギヤ２７ａ、第２減速ギヤ２７ｂ、第３減速ギヤ２７ｃはそれぞれ、大径のギヤ部と小径のギヤ部とを有するダブルギヤである。本実施形態ではモータ２８から車輪２３へ順次、回転速度を下げる変速を行うので、各ダブルギヤにて大径のギヤ部が入力側のギヤとなり、小径のギヤ部が出力側のギヤとなる。

例えば、１つの駆動機構３２において、初段ギヤはモータ２８の出力軸に取り付けられ、第１減速ギヤ２７ａ及び第３減速ギヤ２７ｃは車軸２６に回転可能に取り付けられ、第２減速ギヤ２７ｂはシャーシ４３に固定されたピン６４に回転可能に取り付けられる。そして、初段ギヤは第１減速ギヤ２７ａの大径のギヤ部と噛み合い、第１減速ギヤ２７ａの小径のギヤ部は第２減速ギヤ２７ｂの大径のギヤ部と噛み合い、第２減速ギヤ２７ｂの小径のギヤ部は第３減速ギヤ２７ｃの大径のギヤ部と噛み合う。

車輪２３は第３減速ギヤ２７ｃと一体に回転する。具体的には、車輪２３はギヤソケット部を有する。ギヤソケット部は車輪２３の回転軸に沿って設けられ、その側面には第３減速ギヤ２７ｃの歯と嵌め合う構造の溝が設けられている。車輪２３のギヤソケット部に第３減速ギヤ２７ｃの出力側のギヤ部が嵌ることで、車輪２３は第３減速ギヤ２７ｃと一体に回転する。第３減速ギヤ２７ｃを第１減速ギヤ２７ａ、第２減速ギヤ２７ｂと同じくダブルギアとすることにより、これらを互いに同じギアとすることが可能になる。これにより、例えば、ギヤ２７の製造コストを低減できる。なお、最終段のギヤはダブルギヤでなくてもよい。

シャーシ４３は２つのモータ２８が固定されるマウント部と車軸２６の軸受４１とを含む。例えば、シャーシ４３は一枚の板金から形成される。シャーシ４３は、車輪２３の回転面に平行で２つのモータ２８を挟んで対向配置された一対の壁面部と、モータ２８の下に位置し両壁面部の間をつなぐ水平な底面部と、各壁面部の上端から外側、つまり車輪２３側に向けて水平に延在された上面部とを有する。

シャーシ４３の各壁面部には軸受４１が設けられる。車軸２６は、２つの軸受４１に通される。シャーシ４３の壁面部に設けられたモータ孔からモータ２８の出力軸が突き出し、これに初段ギヤが取り付けられる。また、壁面部にはピン６４が当該壁面部に対して垂直に立設される。

ホルダ４０はシャーシ４３の上面部に載置される水平部と当該水平部から下に突き出した２つのアーム４６とを有している。アーム４６はホルダ４０をシャーシ４３に係止する機能と、第１減速ギヤ２７ａとシャーシ４３との間のスラスト軸受けとしての機能を有している。ホルダ４０をシャーシ４３に装着した状態での水平面内における位置に関して、２つのアーム４６は車軸２６の軸線上に並び、かつそれぞれシャーシ４３の壁面部の外側面に近接する位置に設けられる。

図７は、図２，３のＡ－Ａ切断線における走行デバイス２０の模式的な断面図である。図８はそのＡ－Ａ切断線における車輪２３を除いた走行デバイス２０の模式的な断面図であり、図９はそのＡ－Ａ切断線における車輪２３およびホイールハウス２５を除いた走行デバイス２０の模式的な断面図である。以下では図５，６および図７から９に基づいて、ホイールハウス２５およびそれに関連する部材についてさらに説明する。

図７に示されるように、ホイールハウス２５のフェンダー部２５ａのうち車輪２３側の面は、側面視で車輪２３と同心の円弧部分を有する。これにより、車輪２３と、フェンダー部２５ａの円弧部分との間隔は一定ないしほぼ一定に保たれており、ほこりやごみが引っ掛かる箇所の発生を抑えている。この間隔は開口２４の長穴の長さと車輪２３の直径との差より小さい。また図７，８からわかるように、フェンダー部２５ａは、その円弧部分から開口２４の長穴の端部へ向かって延びる面を有する。これによりホイールハウス２５により筐体２１内に形成される空間は、下に向かうにつれ拡がり、かつ、ホイールハウス２５と開口２４との間の段差が小さくなっている。これにより、ほこりやごみがホイールハウス２５内にひっかかることを抑制している。また、仮にほこりやごみが車輪２３とホイールハウス２５との間に溜まった場合も、手動で車輪２３を回転することによりそれらを容易に排出できる。

図６，９に示されるように、筐体２１には、ホイールハウス２５を格納するためのスペースが設けられており、ホイールハウス２５はそのスペースに応じた形状を有する。ホイールハウス２５の外形は、概略的には、直方体形状に対して、その上部の前側および後ろ側の縁に段差が設けられた形状を有する。ホイールハウス２５のうち第２減速ギア２７ｂに対向する部分は、第２減速ギア２７ｂとの干渉を避けるための凹みがある。ホイールハウス２５の上面および前後側の面には、フェンダー部２５ａと壁部２５ｂの境界付近には、境界線が存在する。この境界線を境に傾きが異なっている。この傾きは、軸方向内側および外側に向かって、射出成形のためのいわゆる抜きテーパを構成している。境界線は、射出成形における２枚の金型の境界によって形成されている。これにより、第２減速ギア２７ｂとの干渉を避けるための凹みが簡易に形成される。

図９に示されるように、筐体２１にはホイールハウス２５を配置するスペースが存在するが、ホイールハウス２５は筐体２１にはねじ等によって固定されていない。丸穴５２が、車輪２３の突出部２３ｃを回転可能に支持することにより、車輪２３とホイールハウス２５との相対位置が決まっている。ホイールハウス２５は車輪２３の回転軸にそっていくらか回転をすることは可能であるが、筐体２１と干渉することにより回転が止まる。一方で、車軸２６などがたわんだ場合には、ホイールハウス２５が配置される空間の余裕に応じた範囲で、車輪２３の移動にあわせてホイールハウス２５が移動する。これにより、車輪２３とホイールハウス２５のフェンダー部２５ａとの間隔を一定に保ち、ほこりやごみが引っ掛かることをより容易に防ぐことができる。なお、ホイールハウス２５の回転によりその下縁５５も移動するが、下縁５５の段差と立ち上がり部５６の段差が対向しているため、ほこりやごみの侵入は防がれる。

図１０は、図２，３のＢ－Ｂ切断線における車輪２３を除いた走行デバイス２０の模式的な断面図である。図５，１０に示されるように、筐体２１の内壁面にて車軸２６の両端に対応する位置に軸受けのための孔５１となる凹部を設け、車軸２６の軸方向外側の端部がその孔５１の内部に配置される。またそのように配置されるように車軸２６の長さが決定されている。これにより、例えば車輪２３を手で回す際に車輪２３に強い力がかかったとしても孔５１と軸受４１とにより車軸２６が支えられ、車軸２６のたわみが抑えられる。なお、孔５１を側部筐体２１ｂと下部筐体２１ｃとの間に形成することにより、成形が容易になっている。

車軸２６のたわみが抑えられることにより、車軸２６にそって配置されるホイールハウス２５が筐体２１等に押し付けられる蓋然性が低下し、ホイールハウス２５の変形を抑えることができる。すると、ホイールハウス２５のフェンダー部２５ａと車輪２３との間隔を維持することができ、手動で車輪２３を回転させる際にごみの排出をさらに容易にすることが可能になる。なお、孔５１は必ずしも設けられていなくてもよい。

１０ デバイス制御装置、１７ コントローラ、１８ カートリッジ、２０，２０ａ，２０ｂ 走行デバイス、２１ 筐体、２１ａ 上部筐体、２１ｂ 側部筐体、２１ｃ 下部筐体、２３ 車輪、２３ａ ホイール部、２３ｂ タイヤ部、２３ｃ 突出部、２４ 開口、２５ ホイールハウス、２５ａ フェンダー部、２５ｂ 壁部、２６ 車軸、２７ ギア、２７ａ 第１減速ギア、２７ｂ 第２減速ギア、２７ｃ 第３減速ギア、２８ モータ、２２１ カメラ、２２２ スイッチ、２２３ 電源スイッチ、３２ 駆動機構、３４ 回路基板、３６ バッテリ、４１ 軸受、４０ ホルダ、４３ シャーシ、４６ アーム、５１ 孔、５２ 丸穴、５３，５４ リブ、５５ 下縁部、５６ 立ち上がり部、６４ ピン。

Claims (9)

1. 車輪、および、モータの駆動力を前記車輪に伝達する複数のギアを含む駆動機構と、
   前記車輪の接地部が露出する開口を有する筐体と、
   前記筐体の内部に配置され、前記車輪の外周を覆うフェンダー部、および、前記車輪と前記複数のギアとの間に配置され前記フェンダー部の側部を閉塞する壁を有するホイールハウスと、
   を含み、
   前記壁と前記複数のギアのうち少なくとも一部とは、互いに直接的に隣接し、
   前記壁には、前記車輪の回転軸に沿って設けられ前記駆動機構に含まれる回転部材を回転可能に支持する丸穴が形成されている、
   走行装置。
2. 請求項１に記載の走行装置において、
   前記車輪は、外側面が円柱状に形成された突出部を有し、
   前記突出部は、前記壁の前記丸穴により回転可能に支持される、
   走行装置。
3. 請求項２に記載の走行装置において、
   前記車輪と前記ホイールハウスとは、同じ材質で形成されている、
   走行装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の走行装置において、
   前記フェンダー部の前記車輪側の面は、側面視で前記車輪と同心の円弧部分を有する、
   走行装置。
5. 請求項４に記載の走行装置において、
   前記開口は、前記走行装置の前後方向に沿った長穴であり、
   前記長穴の長さは、前記車輪の直径より大きい、
   走行装置。
6. 請求項５に記載の走行装置において、
   前記フェンダー部は、当該フェンダー部の前記円弧部分から前記長穴の端部へ向かって延びる面を有する、
   走行装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の走行装置において、
   前記ホイールハウスの前記壁の下縁は、前記壁の厚さ方向に段差を有し、
   前記筐体は、前記ホイールハウスの前記壁の下方に配置される立ち上がり部であって前記壁の厚さ方向に段差を有する立ち上がり部を有し、
   前記ホイールハウスの前記壁の前記下縁と、前記筐体の前記立ち上がり部とは係合される、
   走行装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の走行装置において、
   前記車輪に挿通される車軸をさらに含み、
   前記車軸の軸方向外側の端部は、前記筐体に形成される孔の内部に配置され、
   前記車軸は、軸方向内側において軸受けにより支持される、
   走行装置。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の走行装置において、
   前記車輪は、厚さ方向に突出し、側面視で環状に形成されたリブを有する、
   走行装置。

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