JPH11311685A - 振り子装置及びそのエネルギー供給制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成部材をより簡略化でき、制御に優れた振
り子装置及びそのエネルギー供給制御方法を提供する。 【解決手段】 ワイヤ１６で分銅１５を吊り下げた振り
子４を、エネルギー供給手段により振り子運動を継続さ
せる振り子装置のエネルギー供給制御方法において、前
記エネルギー供給手段として、振り子４を上下に加振し
てエネルギーを供給する上下運動機構５と、振り子４の
周期の位相情報を検出する磁界センサ６又は振り子の速
度を検出する速度センサと、磁界センサ６又は速度セン
サの信号に基づいて上下運動機構５の作動を制御する制
御回路部８とを有し、制御回路部８が、磁界センサ６又
は速度センサの出力信号から振り子の振幅を算出し、そ
の算出値が規定レベル以下になったときに、上下運動機
構５へ作動信号を出して振り子に上下加振によるエネル
ギを与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に、振り子の運
動を継続的に行わせる小型の振り子装置及びそのエネル
ギー供給制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】振り子は時計の分野以外にも色々な分野
で使用されており、例えば、室内でのアクセサリーとし
て組み込まれることもある。この振り子で問題となるの
は、自然に動作させるようにした場合、ある時間で振り
子の運動が停止してしまう点にある。そこで、従来で
は、振り子の継続的な動きを実現するのに、分銅の重さ
を重く（例えば１００ｋｇ）すると共に、ワイヤの長さ
を長くする（例えば２０ｍ）ことで、慣性を大きくして
いた。また、外部より電磁石を用いて分銅自身に力を与
えるものもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、分銅の重さ
を重くし、かつワイヤの長さを長くすることで慣性力を
大きくして振り子の動きを継続させる方法では、装置が
大型化し、卓上サイズのインテリアとして使用する場合
には不向きである。また、外部より電磁石を用いて分銅
自身に力を与える方法を用いたものでは、分銅に対して
外部からのエネルギー供給になるため、安定してエネル
ギーを供給することが難しかった。

【０００４】そこで、本出願人らは、先に、以上のよう
な問題を解消して外部から安定してエネルギーを供給可
能にした技術を開発した（特願平１０−８１０８９
号）。本発明は、その開発品を量産する場合に構成部材
をより簡略化でき、制御に優れた振り子装置及びそのエ
ネルギー供給制御方法を提供することにある。更に他の
目的は、以下に説明する内容の中で順次明らかにして行
く。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため次の技術手段を講じたことを特徴とする。すな
わち、本発明装置は、支持部材に対しワイヤで分銅を吊
り下げた振り子が、振り子運動を継続させるエネルギー
供給手段を備えている振り子装置において、前記エネル
ギー供給手段は、前記振り子を上下に加振し振り子にエ
ネルギーを供給する上下運動機構と、前記振り子の周期
の位相情報を検出する磁界センサ又は振り子の速度を検
出する速度センサと、前記センサの出力信号から振り子
の振幅を算出し、その値が規定レベル以下になったとき
に前記上下運動機構へ作動信号を出す制御回路部とを備
えているものである。また、本発明方法は、ワイヤで分
銅を吊り下げた振り子を、エネルギー供給手段により振
り子運動を継続させる振り子装置のエネルギー供給制御
方法において、前記エネルギー供給手段として、前記振
り子を上下に加振してエネルギーを供給する上下運動機
構と、前記振り子の周期の位相情報を検出する磁界セン
サ又は振り子の速度を検出する速度センサと、前記磁界
センサ又は速度センサの信号に基づいて前記上下運動機
構の作動を制御する制御回路部とを有し、前記制御回路
部が、前記磁界センサ又は速度センサの出力信号から振
り子の振幅を算出し、その算出値が規定レベル以下にな
ったときに、前記上下運動機構へ作動信号を出して振り
子に上下加振によるエネルギを与えるものである。

【０００６】この構造によれば、制御回路部は、磁界セ
ンサ又は速度センサの信号から振り子の振幅を算出し、
その算出値が規定レベル以下になったときに、上下運動
機構へ信号を出して振り子周期に合わせてエネルギを与
えるよう制御する。このように、上下運動機構の作動が
磁界センサ又は速度センサから得られる出力信号を基に
して振り子の振幅を基準にして制御されることから、振
り子の振りすぎ検出回路等が不要となり、必要なセンサ
数を減らして、より的確で合理的な制御を可能にする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。この説明では、図１から図５に
より本発明形態の振り子装置の構造及び全体の作動を述
べた後、図６から図１０によりその制御方法について言
及する。なお、この実施形態は、好適な具体例であるこ
とから種々の限定が付されているが、本発明の範囲を制
約するものではない。

【０００８】図１は本発明に係る振り子装置の実施形態
を示す機能説明図である。図１において、この振り子装
置は、支持部材１が円盤状のベース部２及びベース部２
上に突設されたパイプ状の起立部３からなり、振り子４
が起立部２の上部に設けられた正弦波加振用の上下運動
機構５を介して吊り下げられていると共に、ベース部２
に設けられた磁界センサ６と、起立部２の下部側に設け
られて振り子４に初速を与えるマグネットランチャ７
と、磁界センサ６等の信号から振り子４の振幅等を算出
して上下運動機構５の作動を制御する制御回路部８とを
備えている。なお、支持部材１は、材質や形状等が目的
とする製品に応じて変更されるものである。

【０００９】図２（ａ），（ｂ）は上下運動機構５を示
すもので、同図（ａ）はその機構部分の側面図、同図
（ｂ）はその機構部分の正面図である。この上下運動機
構５は、加振動力用モータ９、ベアリング１０、円盤１
１、Ｌ型アーム１２、リニアガイド１３、及び支点ブロ
ック１４等で構成されている。このうち、モータ９は、
回転速度が可変調整されるもので、起立部３の上部に固
定されて、制御回路部８との間に信号線で接続され、そ
の作動及び回転数が制御回路部８を介して制御される。
このモータ９の駆動軸には、円盤１１が一体回転可能に
取り付けられている。円盤１１には、軸状のベアリング
１０が円盤１１の回転中心に対して偏心した位置に取り
付けられている。

【００１０】リニアガイド１３は起立部３の上部に固定
されている。そして、このリニアガイド１３には、Ｌ型
アーム１１が図示を省略しているガイド凹凸部（互いに
嵌合する凹凸部）を介してスライド自在に組み付けられ
ている。また、Ｌ型アーム１２の水平アーム部１２ａ
は、円盤１１の前面に延ばされてベアリング１０の上に
乗せられ、このベアリング１０で下側から支えられてい
る。そして、Ｌ型アーム１２は、円盤１１の回転に伴う
ベアリング１０の移動で上下方向に、リニアガイド１３
に案内されて往復移動する。

【００１１】支点ブロック１４は、Ｌ型アーム１２の垂
直アーム部１２ｂの下端側に固定されており、Ｌ型アー
ム１２と一体に上下に移動する。この上下移動量は図
４，５に示す如くベアリング１０の最上位置と最下位置
との間に対応する。また、支点ブロック１４には、分銅
１５を吊り下げているワイヤ１６が取り付けられてい
る。分銅１５は鉄球等の金属製の重りであればよい。

【００１２】図３は支点ブロック１４のワイヤ支持構造
を示している。このワイヤ１６の支持構造では、ワイヤ
１６の動きとして無方向性にするために、ワイヤ１６
を、このワイヤ１６と略同径のワイヤ拘束用貫通穴１７
に通し、その上部で支点ブロック１４にねじ込まれてい
る固定ネジ１８にてネジ止めしている。これにより、ワ
イヤ１６は、ワイヤ自由部での動きの無方向性、すなわ
ち図３中のＸ−Ｙ平面に対して３６０度の無指向性が確
保されている。

【００１３】図４は起立部３の下部側に設けられたマグ
ネットランチャ７を示している。このマグネットランチ
ャ７は、電磁コイル式であり、ワイヤ１６に吊られた分
銅１５の振れ角に準じた位置に対応して設けられてい
る。すなわち、起立部３の側面には、マグネットランチ
ャ７を受け入れ可能な凹所１９が上下に細長く形成され
ている。凹所１９には、マグネットランチャ７が上端側
を軸２０により回転可能に支持されていて、同図中、軸
２０を支点としてマグネットランチャ７の下端側が上下
方向に回動される。そして、ワイヤ１６で吊られた分銅
１５を拘束しているときには、図５に示す如く分銅１５
側に大きく突出した状態にある「鉄球保持位置」に配置
されていて、分銅１５の拘束がなくなると、図６に示す
如くマグネットランチャ７自体の重力により下側に回転
し分銅１５の邪魔にならない「待避位置」に移動する。
なお、マグネットランチャ７は、制御回路部８との間に
信号線で接続され、その作動が制御回路部８を介してＯ
Ｎ−ＯＦＦされるようになっている。

【００１４】これに対し、磁界センサ６は、分銅１５の
位置に応じた磁力から振り子４の周期の位相情報を検出
するものであり、ベース部２の中央部に設けられた凹部
内に埋め込まれている。そして、制御回路部８との間に
信号線で接続されており、磁界センサ６の出力信号が逐
次に制御回路部８へ送られる。

【００１５】制御回路部８は、マンネットランチャ７を
作動すると共に、磁界センサ６からの出力信号を処理し
て振り子４の振幅を算出し、その値が規定レベル以下に
なったときに上下運動機構５へ作動信号を出す。この形
態では、図７にブロック図として示す如くＡ／Ｄ変換器
２２により磁界センサ６の出力信号（波形）をＡ／Ｄコ
ンバートしてアナログ信号からデジタル信号処理した
後、センサ補正計算処理回路２３によりその磁界センサ
６の出力補正を行う。次に、速度計算処理回路２４及び
振り幅計算処理回路２５によりその補正後の信号に基づ
いて振り子４の速度と振り幅が算出される。共振回路制
御回路２６は算出された値について、規定値よりも（所
定レベルとして設定された振幅値と比較して）小さくな
ったときに、共振機構（上下運動機構５）へ作動信号を
出す。すると、上下運動機構５は、モータ９がその信号
により所定の回転速度で駆動を開始し、振り子４に上下
エネルギーを供給するよう構成されている。

【００１６】なお、この振り子装置の基本作動は、図５
に示す如く分銅１５が「鉄球保持位置」に配置されてい
るマグネットランチャ７に吸引保持されており、制御回
路部８を介してマグネットランチャ１５をオンすると、
分銅１５が離れ、振り子４の運動がスタートする。マグ
ネットランチャ１３を使用しているのは振り子４に安定
した初速を与えるためである。分銅１５が離れた後のマ
グネットランチャ７は、その後の振り子４の動きを妨げ
ないように、重力により下側に回転し、図６に示す如く
「待避位置」に移動する。一方、振り子４は、支点ブロ
ック１４におけるワイヤ１６の支持構造により、平面内
での指向性をなくした無方向性（無指向性）の拘束を実
現しているため、地球上の緯度に応じてコリオリの力が
振り子４に対して働き、図５等に示す如く時間経過に伴
い平面内での振り子４の向きが変化する。そして、振り
子４は、上記したように本発明のエネルギー供給手段に
より運動が継続される。

【００１７】図８と図９はエネルギー供給手段を構成し
ている回路制御部８の制御原理を示し、図１０はデジタ
ル信号処理例を示している。この制御方法では、磁界セ
ンサ６が振り子４の周期の位相情報を分銅１５の位置に
対応した値として検出する。したがって、この検出値
は、振り子４（分銅１５）の振り位置と出力が比例し、
図９に示す関係にある。磁界センサ６の出力は、図６の
如く分銅１５が磁界センサ６に最も近づくときに最大と
なり、逆に、分銅１５が図５の両側に位置して磁界セン
サ６から最も離れるときに最小となる。図８の実線はそ
のような磁界センサ６の出力信号をグラフ化したもので
ある。図８には、振り子４の振り幅が基準よりも小さく
なったときと、逆に大きくなったときの状態も図示して
いる。振り子４の振り幅が小さくなってくると、分銅１
５の最下点での速度が遅くなる結果、磁界センサ６の出
力信号は相対的に大きくなり、実線に対し広がり持つ。
振り子４の振り幅が大きくなってくると、分銅１５の最
下点での速度が速くなる結果、磁界センサ６の出力信号
は相対的に小さくなり、実線に対し狭くなる。本発明制
御方法は、この現象を利用して振り子４を共振させる上
下運動機構５を介して制御するようにしたものである。

【００１８】この構成を図１０のデジタル信号処理例を
用いて更に説明する。この信号処理では、図８の出力を
サンプリングして、振り子４の振り時間（Ｔ）と、ピー
ク時の出力値（Ｖｐ）を算出する。この場合、分銅１５
がマグネットランチャ７から解放されて、振り子４の初
めの一振りのときの出力値Ｖｐを基にして振り幅の基準
値（Ｖｓ）を算出する。この基準値（Ｖｓ）は初めの一
振りのときの出力値Ｖｐの半分、つまりＶｐ／２として
求められる。そして、そのＶｓのときの振り幅時間（Ｔ
ｓ）を基準にして、最短振り幅（Ｔ1）と、最長振り幅
（Ｔ2）を規定する。そして、振り子４の振り幅がＴ1以
下になったときに、振り幅が減衰していると判断される
ので、共振回路制御回路２６を通じて上下運動機構５に
作動信号を出し、振り子４の振り幅を増幅させる。この
増幅では、振り幅がＴ2以上にならないように、上下運
動機構５のモータ９の回転速度等を制御しつつ行う。ま
た、モータ９の回転タンミングも、振り子４の振り時間
Ｔと同期が取れるように回転させ、増幅率を最大にしエ
ネルギー供給効率を高めるように制御する。このように
制御することにより、磁界センサ６のみで振り子４への
加振作動を比較的に容易に制御することが可能になる。
ワンチップマイコンでＡ／Ｄ入力がついている演算処理
装置（ＣＰＵ）を使い、ソフトウエアを主体として制御
することも簡単に行える。このような制御方法に関して
は、これ以外でも更に細部的に改良されると思われる
が、簡易化を図るために演算処理装置（ＣＰＵ）を主体
に構成することである。また、上記形態では磁界センサ
６を用いた例で説明したが、これに代えて振り子４の速
度を検出可能な速度センサを用いるようにしてもよいも
のである。

【００１９】なお、以上のような本発明の振り子装置
は、適用される分野として、例えば、３次元振り子時
計、大型カラクリ時計、科学教育用の組み立てキット時
計、高級置き時計や装飾時計及びそれを組み込んだ貴金
属類等に好適なものである。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明にあっては
次のような効果を有している。請求項１と２の構成で
は、制御回路部が磁界センサ又は速度センサの出力信号
から振り子の振幅を算出し、その値が規定レベル以下に
なったときに上下運動機構へ作動信号を出すことから、
制御用の単一のセンサ（磁界センサ又は速度センサ）に
より継続的に動き続ける振り子装置及びエネルギー供給
制御方法が実現される。すなわち、この構造では、例え
ば、従来の如く電磁石を用いて、外部から分銅自身にエ
ネルギーを供給する構成に対し、外部影響を受け難くい
上下運動機構による機械的な供給であることに加え、そ
の制御系を簡素化できると共に、振り子の振幅を基準に
して制御するので高精度で、無駄のない振り子装置とな
る。

【００２１】請求項３から５の構成では、制御回路部で
行われる振り子の振幅を算出するに際し、装置製造上の
部材同士の誤差や分銅の重さ等による影響をなくし、よ
り高精度で合理的な制御を可能にし、最小エネルギーで
効率の良いものが実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した振り子装置の機能説明図であ
る。

【図２】図１の振り子装置の上下運動機構部分を示す側
面と正面図である。

【図３】図１の振り子装置のワイヤ取付部分を示す概略
斜視図である。

【図４】図１の振り子装置のマグネットランチャ部を示
す概略斜視図である。

【図５】図１の振り子装置の初期作動状態を示す図であ
る。

【図６】図１の振り子装置の作動を示す図である。

【図７】図１の制御回路部の流れを示すブロック図であ
る。

【図８】図１の磁界センサの出力信号処理を説明するた
めの原理図である。

【図９】上記磁界センサの出力と振り子の振り位置の関
係を示す図である。

【図１０】上記制御回路部でのデジタル信号処理例を示
す模式図である。

【符号の説明】

１…支持部材、２…ベース部、３…起立部、４…振り
子、５…上下運動機構、６…磁界センサ、７…マグネッ
トランチャ（ランチャ）、８…制御回路部 ９…モータ、１４…支点ブロック、１５…分銅、１６…
ワイヤ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 正明 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支持部材に対しワイヤで分銅を吊り下げた
   振り子が、振り子運動を継続させるエネルギー供給手段
   を備えている振り子装置において、 前記エネルギー供給手段は、前記振り子を上下に加振し
   振り子にエネルギーを供給する上下運動機構と、前記振
   り子の周期の位相情報を検出する磁界センサ又は振り子
   の速度を検出する速度センサと、前記センサの出力信号
   から振り子の振幅を算出し、その値が規定レベル以下に
   なったときに前記上下運動機構へ作動信号を出す制御回
   路部と、からなることを特徴とする振り子装置。
2. 【請求項２】ワイヤで分銅を吊り下げた振り子を、エネ
   ルギー供給手段により振り子運動を継続させる振り子装
   置のエネルギー供給制御方法において、 前記エネルギー供給手段として、前記振り子を上下に加
   振してエネルギーを供給する上下運動機構と、前記振り
   子の周期の位相情報を検出する磁界センサ又は振り子の
   速度を検出する速度センサと、前記磁界センサ又は速度
   センサの出力信号に基づいて前記上下運動機構の作動を
   制御する制御回路部とを有し、 前記制御回路部が、前記磁界センサ又は速度センサの出
   力信号から振り子の振幅を算出し、その算出値が規定レ
   ベル以下になったときに、前記上下運動機構へ作動信号
   を出して振り子に上下加振によるエネルギを与える、こ
   とを特徴とする振り子装置のエネルギー供給制御方法。
3. 【請求項３】前記制御回路部が、前記磁界センサ又は速
   度センサの出力信号をデジタル信号変換処理して、振り
   子の振幅を算出する請求項２に記載の振り子装置のエネ
   ルギー供給制御方法。
4. 【請求項４】前記制御回路部により作動されて振り子に
   初速を与えるランチャを有し、前記制御回路部が、前記
   ランチャを介し開始される振り子の最初の振り状態から
   前記センサの出力補正や初期化を行う請求項２又は３に
   記載の振り子装置のエネルギー供給制御方法。
5. 【請求項５】前記制御回路部が、前記磁界センサ又は速
   度センサの出力信号をデジタル信号変換処理して、振り
   子の振幅共振数を算出して、それを基に前記上下運動機
   構を構成しているモータの回転スピードを適正化する回
   路を有している請求項２又は４に記載の振り子装置のエ
   ネルギー供給制御方法。