(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤部と、該円盤部の中心軸の延長線上で前記円盤部から各々逆方向に延びる第１の芯軸部と第２の芯軸部とを有する回転円盤と、
前記円盤部の外周と一定の距離を有してその外周を囲むように配置されるリング形状の第１の保護枠と、
前記第１の保護枠に直交し、かつ前記第１の保護枠との交差位置で前記第１の保護枠に固定されたリング形状の第２の保護枠と、
該第２の保護枠の１８０度離れた各頂部位置に、前記回転円盤に近づいたり、遠ざかる方向に移動可能な第１の回転支持軸および第２の回転支持軸と、
を有し、
前記第１の芯軸部と前記第２の芯軸部の前記各回転支持軸に対向する各先端部には、円錐形状の尖頭部が形成され、
前記第１の回転支持軸および前記第２の回転支持軸の前記各芯軸部に対向する各々の端面には有底の軸穴が設けられ、
該軸穴には、前記第１の芯軸部および前記第２の芯軸部との摩擦係数が小さい樹脂の軸受部材が挿入されていて、
前記回転円盤は、前記尖頭部と前記軸受部材の間で軸方向のクリアランスが設けられている、
ことを特徴とする地球こま。
【請求項２】
請求項１に記載の地球こまにおいて、
前記第１の保護枠および前記第２の保護枠は、それぞれ継ぎ目がないものとされ、
前記第１の保護枠および前記第２の保護枠は、共に、１８０度離れた２か所に貫通孔を有し、両者の前記貫通孔が同じ位置である、
ことを特徴とする地球こま。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の地球こまにおいて、
前記軸受部材は、前記第１の芯軸部および前記第２の芯軸部よりも軟らかいものとされ、
前記第１の回転支持軸側の前記軸受部材の前記第１の芯軸部の前記尖頭部が当たる面と、前記第２の回転支持軸側の前記軸受部材の前記第２の芯軸部の前記尖頭部が当たる面に、前記尖頭部各々の頂部形状に倣った圧痕が形成されるようにした、
ことを特徴とする地球こま。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の地球こまにおいて、
前記軸受部材は、前記回転円盤の径方向の位置を規制する軸穴と、該軸穴の底部で前記回転円盤の中心軸方向の位置を規制する受面と、を有している、
ことを特徴とする地球こま。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の地球こまにおいて、
前記回転円盤は、円盤部と、該円盤部の中心軸を貫通する芯軸とで構成され、前記芯軸の一端が前記第１の芯軸部となり、前記芯軸の他端が前記第２の芯軸部となる、
ことを特徴とする地球こま。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地球こまおよび地球こまの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
古くからジャイロ効果の原理を応用したこま玩具として地球こまというものが知られている（たとえば特許文献１）。地球こまは、回転するコマと呼ばれる回転円盤と、回転円盤の芯軸を支持する回転支持軸が分かれて回転できるため、回転円盤が高速で回転していれば、こま本体を傾けた状態で回転させたり、ワイヤ上で綱渡りをさせたりすることができる。このような地球こまは、回転円盤の円盤面に垂直で表側および裏側に設けられた１対の芯軸と、芯軸の先端を回転可能に支持する１対の回転支持軸を有している。回転円盤の外側には、回転円盤に平行なリング形状の保護枠（水平保護枠と呼ばれる）と、水平保護枠に垂直なリング形状の保護枠（垂直保護枠と呼ばれる）を有している。回転支持軸は、芯軸の両端側から芯軸の尖頭部に近づく方向に移動したり、遠ざかる方向に移動したりすることが可能な構造を有し、回転円盤の回転負荷が最小になるように回転支持軸の距離が調整できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２２０９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の地球こまでは、回転円盤にはモーターで回転力が与えられている。しかし、地球こまは、紐などで回転円盤を回転させることが可能である。そのような地球こまの回転円盤は芯軸の両端の尖頭部を回転支持軸で支持されている。回転円盤の高速回転を長時間持続させるためには、芯軸と回転支持軸の摩擦ロスを小さくしなければならない。しかし従来の芯軸および回転支持軸は、両者共に鉄系合金製やステンレス鋼製であって、摩擦係数が大きいため摩擦ロスで回転が減衰しやすいという課題があった。また、芯軸の尖頭部と回転支持軸との接触部位置が回転中に径方向に移動してしまい摩擦ロスが増加し、回転が長く持続できないという課題があった。
【０００５】
また、水平保護枠および垂直保護枠は、たとえば、外径が数十ｍｍ（さらに大きいもの、小さいものもある）の薄肉厚のリング部材である。このようなリング部材は、棒材を切削加工で形成されることが一般的であったが、加工時間が多くかかってしまうほか、切削量が多く、材料が無駄になってしまうとう解題がある。また、リボン状の薄板を塑性加工によって丸め、両端部を嵌合接合することでリング形状に成形する方法もあるが、専用の製造具（金型など）が必要になったり、真円に成形することに熟練技術が要求されるという課題があった。
【０００６】
また、従来の紐によって回転円盤を回転させる地球こまには、芯軸の円盤部の一方側に紐巻き付け用孔を１個設けているので、紐巻き付け時の地球こまの姿勢が限定され、操作しにくいという課題がある。
【０００７】
本発明は、かかる解題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上述の課題の一つまたは複数を解決した地球こまを実現しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題の一つまたは複数を解決するために、本発明の地球こまは、円盤部と、円盤部の中心軸の延長線上で円盤部から各々逆方向に延びる第１の芯軸部と第２の芯軸部とを有する回転円盤と、円盤部の外周と一定の距離を有してその外周を囲むように配置されるリング形状の第１の保護枠と、第１の保護枠に直交し、かつ第１の保護枠との交差位置で前記第１の保護枠に固定されたリング形状の第２の保護枠と、第２の保護枠の１８０度離れた各頂部位置に、回転円盤に近づいたり、遠ざかる方向に移動可能な第１の回転支持軸および第２の回転支持軸と、を有している。第１の芯軸部と第２の芯軸部の各回転支持軸に対向する各先端部には、円錐形状の尖頭部が形成され、第１の回転支持軸と第２の回転支持軸の各芯軸部に対向する各々の端面には有底の軸穴が設けられ、軸穴には、第１の芯軸部および第２の芯軸部との間の摩擦係数が小さい樹脂の軸受部材が挿入されている。回転円盤は、前記尖頭部と前記軸受部材の間で軸方向のクリアランスが設けられている、こととする。
【０００９】
また、上記発明に加えて、第１の保護枠および第２の保護枠は、金属製のパイプを、パイプの延長方向に対して直角に切断して形成されて継ぎ目がないものとされ、第１の保護枠および第２の保護枠共に、１８０度離れた２か所に貫通孔が設けられ、両者の貫通孔の位置を合わせ、両者が直交するように接合されている、ことが好ましい。
【００１０】
また、上記発明に加えて、第１の回転支持軸側の軸受部材の第１の芯軸部の尖頭部が当たる面と、第２の回転支持軸側の軸受部材の第２の芯軸部の尖頭部が当たる面には、尖頭部各々の頂部形状に倣った圧痕が形成される、ことが好ましい。
【００１１】
また、上記発明に加えて、軸受部材は、回転円盤の径方向の位置を形成する軸穴と、軸穴の底部で回転円盤の中心軸方向の位置を規制する受面と、を有している、ことが好ましい。
【００１２】
また、上記発明に加えて、回転円盤は、円盤部と、円盤部の中心軸を貫通する芯軸と、で構成され、芯軸の一端が第１の芯軸部となり、芯軸の他端が第２の芯軸部となる、ことが好ましい。
【００１３】
本発明の地球こまの製造方法は、直径が異なる２種類の金属製のパイプを、各パイプの延長方向に対して直角に切断して継ぎ目がない直径が異なる２種類のリングを形成する工程と、各リングの内周をほぼ真円に加工する工程と、各リングを第１の保護枠および第２の保護枠とし、第１の保護枠および第２の保護枠に、それぞれ、１８０度離れた２か所に貫通孔を設ける工程と、両保護枠の貫通孔の位置を合わせ、両者が直交するように接合する工程と、を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る地球こまを正面側（回転円盤の側方）から見た斜視図である。
【図２Ａ】本発明の実施の形態に係る地球こまを回転円盤の側方からみた正面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの上回転支持軸と上軸心部の嵌合状態を拡大して示す断面図である。
【図２Ｃ】図２Ａの下回転支持軸と下芯軸部の嵌合状態を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る水平保護枠および垂直保護枠を示す図で、（Ａ）は、図１の中心軸を通り、垂直保護枠に沿う切断線で切断した縦断面図、（Ｂ）は、図１の右方側から見た側面図である。
【図４】本発明の実施の形態の変形例に係る上回転支持軸による上芯軸部の支持構造を示す図である。
【図５】本発明の円盤部５と芯軸６の変形例を示す図で、（Ａ）は第１の変形例、（Ｂ）は第２の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（地球こま１の構成）
以下、本発明の実施の形態に係る地球こま１について、図面を参照しながら説明する。なお、地球こま１は、図１の姿勢を逆にしても使用可能であるが、説明の都合上、図１の図示上側を上方、図示下側を下方、図示右側を右方、図示左側の左方として説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に係る地球こま１を紙面の正面側から見た斜視図である。図１に示すように、地球こま１は、中心軸Ｐを回転軸として回転可能な回転円盤２と、回転円盤２外周と一定距離を有し、回転円盤２の円盤部５に平行なリング形状の第１の保護枠３と、第１の保護枠３に直交し、第１の保護枠３の内側に配置されるリング形状の第２の保護枠４を有している。なお、第１の保護枠３と第２の保護枠４とを区別するため、第１の保護枠３を水平保護枠３、第２の保護枠４を垂直保護枠４と記載する。水平保護枠３と垂直保護枠４は、右方側および左方側の互いに交差する位置で固定、一体化されている。水平保護枠３および垂直保護枠４は、原料となる直径が異なる金属製のパイプ（水平保護枠３用が大径、垂直保護枠４用が小径）を、パイプの延長方向に対して直角に切断、つまり輪切りして形成される。また、輪切りされた後、その内周がほぼ真円となるように真円加工が施される。
【００１７】
回転円盤２は、円盤部５と、円盤部５の盤面から上下両方向に延びる芯軸６を有する。芯軸６のうち、円盤部５から上方を第１の芯軸部である上芯軸部７、下方側を第２の芯軸部である下芯軸部８とする。上芯軸部７と下芯軸部８の中心軸は、円盤部５の回転の中心軸Ｐと一致する。図１に示す例では、回転円盤２は、鉄合金やステンレス鋼などの金属製棒材から切削加工によって円盤部５と芯軸６とが一体で成形されている。そして、回転円盤２の形状に形成された後、硬化処理によってＨＲＣ（ロックウェル硬度）５５程度に硬化している。回転円盤２を円盤部５と芯軸６とを一体で形成することによって、円盤部５を含めた上方側と下方側の慣性を同じにすることができ、地球こま１の姿勢を変化させたときに、回転円盤２が慣性のアンバランスが生じないようにしている。上芯軸部７および下芯軸部８各々の先端側を、回転軸部９，１０とする（図２Ａ参照）。なお、回転円盤２は、鉛や亜鉛、それらの合金などの鋳型成形によって製造するようにしてもよい。
【００１８】
上芯軸部７は、円盤部５に接続する基部１１から円盤部５の盤面に対して垂直に延びている。上芯軸部７には、軸を貫通する孔１２が明けられている。この孔１２は、回転円盤２に回転力を与える紐（不図示）を通すための孔であり、この孔１２に紐を通して巻き付けるので、以降、紐巻き付け用孔１２と記載する。なお、下芯軸部８は、上芯軸部７と姿勢こそ逆であるが同じ形状を有し、紐巻き付け用孔１２に対して対称位置に紐巻き付け用孔１３を有している。回転円盤２は、芯軸６を介して第１の回転支持軸である上回転支持軸２０および第２の回転支持軸である下回転支持軸２１で支持されている。
【００１９】
図１に示すように、上回転支持軸２０は、頭部２２から上芯軸部７に向かう軸部２３を有している。軸部２３にはネジ部２４が形成されている。このネジ部２４は、垂直保護枠４に設けられたネジ孔にネジ込まれ、このネジ孔から突き出されている。軸部２３の下方側には有底の軸穴３３（図２Ａと図２Ｂ参照）が穿たれていて、この軸穴３３内に、上芯軸部７の回転軸部９が挿入されている。上回転支持軸２０は、右回転で下方側（回転円盤２に近づく方向）に進み、左回転で上方側（回転円盤２から離れる方向）進むようになっている。また、下回転支持軸２１は、頭部２５から下芯軸部８に向かう軸部２６を有している。軸部２６にはネジ部２７が形成されている。このネジ部２７は、垂直保護枠４に設けられたネジ孔にネジ込まれ、このネジ孔から突き出されている。軸部２６上方側には有底の軸穴３５（図２Ａと図２Ｃ参照）が穿たれていて、この軸穴３５内に、下芯軸部８の回転軸部１０が挿入される。下回転支持軸２１は、下方側から見て右回転で上方側（回転円盤２に近づく方向）に進み、左回転で下方側（回転円盤２から離れる方向）に進むようになっている。上回転支持軸２０、回転円盤２の芯軸６および下回転支持軸２１の中心軸は、図１のように組み立てられた状態で、回転円盤２の中心軸Ｐ上に配列されている。回転円盤２の芯軸６と上回転支持軸２０および下回転支持軸２１の関係は、図２を参照して詳しく説明する。
【００２０】
図２Ａは、地球こま１を回転円盤２の側方からみた正面図、図２Ｂは、下回転支持軸２１と下芯軸部８の嵌合状態を拡大して示す断面図、図２Ｃは、上回転支持軸２０と下芯軸部７の嵌合状態を拡大して示す断面図である。なお、図２Ａにおいて、水平保護枠３は、円盤部５と同じ高さ位置に配置されるので二点鎖線で表している。図２Ａに示すように、水平保護枠３と垂直保護枠４は、互いに交差する位置Ａ，Ｂにおいてロウ付けなどの接合手段で固定されている。水平保護枠３には、中心軸Ｐを直交する直線上に１対の貫通孔３０が設けられている。垂直保護枠４には、垂直保護枠４の中心Ｐ１を通り、中心軸Ｐに直交する直線上に１対の貫通孔３１が設けられている。水平保護枠３と垂直保護枠４とは、水平保護枠３の貫通孔３０と、垂直保護枠４の貫通孔３１の位置を合わせ、互いに直交するように組み合わせて接合されている。そのことについての詳細は、図３を参照して後述する。
【００２１】
図２Ａに示すように、上芯軸部７の中央部には、紐巻き付け用孔１２が明けられている。紐巻き付け用孔１２は、回転軸部９に形成される側面が円弧形状のテーパ部３７から基部１１側に形成される側面が円弧形状のテーパ部３８との間の円柱状部分のほぼ中央に設けられている。また、下芯軸部８側にも上芯軸９と同様な位置に円柱形状の紐巻き付け用孔１３が明けられている。すなわち、紐巻き付け用孔１３は、回転軸部１０の先端側に形成される側面が円弧形状のテーパ部３９と基部１１側に形成される側面が円弧形状のテーパ部４０との間の円柱状部分のほぼ中央に設けられている。紐巻き付け用孔１２，１３は、円盤部５の重心位置を中心として対象となる位置に対称形状に設けられている。なお、紐巻き付け用孔１２，１３は、対象位置に設けないようにしたり、一方を大きくし他方を小さくする等に対称形状にしないようにしてもよい。
【００２２】
紐巻き付け用孔１２，１３は、巻き付ける紐が通し易い直径（たとえば、２．２ｍｍ）を有し、入り口部分に面取りが施されている。このように面取りを有することによって、紐を紐巻き付け用孔１２，１３に通しやすくすることと、巻き付けやすくすることと、回転円盤２に回転力を与えた後に紐を紐巻き付け用孔１２，１３から抜きやすくしている。なお、図２Ａでは、紐巻き付け用孔１２，１３は、上回転軸部２０および下回転軸部２１に対して同じ方向に明けられているが、同じ方向でなくてもよく、たとえば、水平方向に９０度ずれた位置に明けてもよい。また、孔の直径を異ならせたり、円錐状の孔としてもよい。
【００２３】
上回転支持軸２０には、上芯軸部７側の端面３２から有底の軸穴３３が穿たれている。軸穴３３の底部には、円柱状の軸受部材３４が挿入されている。軸穴３３と回転軸部９の径方向には、０．０２ｍｍ〜０．０５ｍｍのクリアランスが設けられている。上回転支持軸２０の上方端部には、軸部２３よりも直径が大きい頭部２２を有し、一文字の溝（マイナス溝）３６が設けられている。この溝３６は、上回転支持軸２０を回転させるドライバー溝となる他、地球こま１を図２Ａに対して逆姿勢にしたときに、糸やワイヤなどをこの溝に嵌めて、糸やワイヤなどの上で地球こま１を回転させることを可能にしている。
【００２４】
下回転支持軸２１には、上回転支持軸２０と同様に、下芯軸部８側の端面４１から有底の軸穴３５が穿たれている。軸穴３５の底部には、円柱状の軸受部材４２が挿入されている。軸穴３５と回転軸部１０の径方向には、０．０２ｍｍ〜０．０５ｍｍのクリアランスが設けられている。下回転支持軸２１の下方端部には、軸部２６よりも直径が大きい頭部２５を有し、頭部２５の頂面には円錐形状の凹部４３が形成されている。この凹部４３は、地球こま１（凹部４３）を先が尖った部材（たとえばペン先など）などの上に置き、回転させることを可能にしている。
【００２５】
軸受部材３４，４２は、同じ形状のものを使用でき、材質としては摩擦係数が小さいフッ素樹脂などが好ましい。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などである。ＰＥＦＥと鉄系金属の組み合わせの静摩擦係数（銅摩擦係数も含む）は、鉄系金属と鉄系金属の組み合わせよりも１／１０程度に小さくなる。また、ＰＥＦＥは、各種樹脂のなかでも機械的強度が高いという特性を有している。なお、軸受部材３４，４２の材質としては、ＰＴＦＥの他に、摩擦係数が小さく機械的強度が高いポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）などでもよく、ＰＯＭとしては、コポリマー、ホモポリマーなどがある。
【００２６】
軸受部材３４，４２は、単体のとき、または組み立て直後の形状は単純な円柱形状である。図２Ａに示す地球こま１は、中心軸Ｐが鉛直方向に向く場合の姿勢を表している。この際、下芯軸部８の尖頭部４４は、軸受部材４２に接触し、上芯軸部７の尖頭部４５は、軸受部材３４から離れている。地球こま１が図２Ａの姿勢から逆さになったときには、下芯軸部８の尖頭部４４は、軸受部材４２から離れ、上芯軸部７の尖頭部４５は、軸受部材３４と接触する。このように、回転円盤２は、軸受部材３４と軸受部材４２との間で中心軸Ｐに沿うクリアランスを有している。このクリアランスは、主として上回支持転軸２０を回転させることで適正に調整することができるようになっている。このクリアランスは、下回転支持軸２１を回転させて、または、上回転支持軸２０と下回転歯軸２１の両方を回転させて調整してもよい。図２Ａに示す例では、尖頭部４４，４５の頂角は９０度としているが、６０度〜１２０度の範囲であればよい。なお、軸受部材３４，４２は、芯軸６よりも軟らかい。したがって、この硬さの違いを利用して、回転円盤２の摩擦ロスを低減することが可能である。このことについて図２Ｂ，図２Ｃを参照して説明する。
【００２７】
前述したように、軸受部材３４，４２は、芯軸６よりも軟らかい。したがって、回転円盤２を回転し続けると、軸受部材３４，４２の各尖頭部側の受面３４Ａ，４２Ａ（図２Ｃ，図２Ｂ参照）に尖頭部４５，４４の圧痕がつく。そこで、この圧痕を積極的に利用し、長時間回転後の回転円盤２の回転の横振れと、摩擦ロスを低減することが可能となる。図２Ｂに示すように、図２Ａの姿勢で回転円盤２を回転させると、下方側の軸受部材４２に尖頭部４４が食い込む。この際、上方側の軸受部材３４と尖頭部４５の間にはクリアランスがあるので、軸受部材３４は初期状態のままである（図２Ａ参照）。ここで、地球こま１を逆さにして、つまり、上回転支持軸２０を下方に向けた状態で回転円盤２を回転させると、軸受部材３４に尖頭部４５が食い込む。このようにすると、軸受部材４２の面４２Ａには尖頭部４４の圧痕４６ができ、軸受部材３４の受面３４Ａには尖頭部４５の圧痕４７ができる（図２Ｃ参照）。このようにすると、回転円盤２の中心軸Ｐ方向のクリアランスが初期よりも増えるので、上回転支持軸２０または下回転支持軸２１によってクリアランスを適切に調整する。
【００２８】
回転円盤２を回転させると、下方側、たとえば、下芯軸部８の尖頭部４４が回転円盤２の重量によって軸受部材４２の受面４２Ａに圧痕４６ができ、尖頭部４４は圧痕４６に入り込む。すると、回転円盤２の下方側は、尖頭部４４と圧痕４６とで支持されるので、摩擦ロスが小さくなると共に、横方向（中心軸Ｐに交差する方向）の振れを抑制することが可能となる。地球こま１を逆さにした場合も上記と同様に、上芯軸部７の尖頭部４５が軸受部材３４の圧痕４７に入り込む。このような圧痕４６，４７を予め回転調整段階で形成しておけば、回転円盤２が回転する際の回転負荷を低減することが可能となる。
【００２９】
圧痕４６，４７の形成方法としては、回転円盤２の中心軸Ｐ方向のクリアランスを０〜マイナスになるように調整して、回転円盤２を強制回転させて、圧痕４６，４７が所定の大きさになるまで繰り返すことで形成できる。その後、所定のクリアランスになるように上回転支持軸２０または下回転支持軸２１によって調整する。この際、回転円盤２の円盤部５が、水平保護枠３と同じ高さ位置になるように調整することが好ましい。なお、地球こま１を図２Ａの姿勢から９０度回転させた状態、たとえば、中心軸Ｐが水平方向を向く状態の場合は、回転軸部９，１０の各々は、軸穴３３、３５と軸方向で線接触となる。また、圧痕４６，４７の形成方法としては、軸受部材４２，３４の回転軸部１０，９各々に接触する側の受面４２Ａ，３４Ａに、組み込み前に尖頭部４４，４５と同じ形状の治具を用いて押し圧する方法でも形成可能である。なお、予め、好適な圧痕４６，４７を形成しておけば、摩擦が小さいので、圧痕４６，４７が継続的に広がることは少ない。
【００３０】
なお、図２Ｃ，図２Ｂに示すように、上回転支持軸２０の軸穴３３、下回転支持軸２１の軸穴３５は、共にドリルまたはキリなどの穴明け刃具で開けられる。孔先端には穴開け刃具の先端形状が写されたほぼ円錐形の先端凹３３Ａ、先端凹３５Ａが形成され、この円錐形状の状態を残したままとする。また、軸受部材３４，４２は、フッ素樹脂などの棒材から切削加工によって成形される。その際、棒材から軸受部材３４，４２切り離す際に、軸の中心部に切り落としボツと呼ばれる凸部３４Ｂ，４２Ｂを残しておく。軸受部材３４，４２を各々軸穴３３，３５に挿入したときに、凸部３４Ｂは先端凹３３Ａ内に納め、そして、凸部４２Ｂを先端凹３５Ａ内に納める。こうすることで、凸部３４Ｂ，４２Ｂがあることによる軸受部材３４，４２の軸方向の位置のばらつきを防ぐと共に、凸部３４Ｂ，４２Ｂが大きく残った場合には、軸受部材３４，４２の位置決めを行うことができる。
【００３１】
前述したように、水平保護枠３と垂直保護枠４とは、直交するように固定される。二つのリング状部材を直交するように固定することは容易ではない。そこで、図３を参照して、その固定方法を説明する。
【００３２】
図３は、水平保護枠３および垂直保護枠４を示す図で、（Ａ）は、図１の中心軸Ｐを通り、垂直保護枠４に沿う切断線で切断した縦断面図、（Ｂ）は、図１の右方側から見た側面図である。なお、図３（Ｂ）は、接合用治具５０に水平保護枠３および垂直保護枠４をセットした状態を表している。まず、図３（Ａ）に示すように、水平保護枠３に設けられている１対の貫通孔３０と垂直保護枠４に設けられている１対の貫通孔３１に案内軸５１を挿通させる。案内軸５１と貫通孔３０，３１のクリアランスは、水平保護枠３と垂直保護枠４が回転できる範囲で小さい方がよい。案内軸５１によって、貫通孔３０と貫通孔３１は、直線上に配置される。この状態で、接合治具５０にセットする。
【００３３】
図３（Ｂ）に示すように、水平保護枠３と垂直保護枠４の接合は、案内軸５１が挿通された状態で、垂直保護枠４を接合用治具５０に設けられた溝５２内に挿入し、水平保護枠３を接合治具５０の上面５３に載せて行う。溝５２は、上面５３に対して直角に形成されているため、垂直保護枠４は、水平保護枠３に対して直交する。この状態で、水平保護枠３と垂直保護枠４とが交差している位置Ａ，Ｂでロウ付けなどの接合手段で接合することで、水平保護枠３と垂直保護枠４とが一体化される。その後、案内軸５１を引き抜く。なお、接合用治具は、垂直保護枠４の図示両側に直角ブロックなどを配置するようにしてもよい。
【００３４】
（地球こま１の組み立て方法）
続いて、地球こま１の組み立て方法について図１〜図３を参照しながら説明する。まず、準備段階として、図２Ａに示すように、上回転支持軸２０の軸穴３３内に軸受部材３４を挿入し、下回転支持軸２１の軸穴３５内に軸受部材４２を挿入しておく。また、水平保護枠３と垂直保護枠４は、前述した接合方法で一体化しておく。そして、上回転支持軸２０と下回転支持軸２１とを垂直保護枠４のネジ孔にネジ込む。この際、上回転支持軸２０と下回転支持軸２１との間の距離は、回転円盤２が組み込める距離とする。続いて、水平保護枠３と垂直保護枠４の隙間から回転円盤２を内側に挿入する。次に、上回転支持軸２０の軸穴３３または下回転支持軸２１の軸穴３５のどちらか一方に回転軸部９または回転軸部１０を挿入する。そして、回転軸部９，１０の両方が各々軸穴３３，３５に挿入できるように、上回転支持軸２０および下回転支持軸２１を回転させて、回転円盤２が、中心軸Ｐに沿うクリアランスが所定の大きさになるように調整する。
【００３５】
この際、回転円盤２の円盤部５が、水平保護枠４と同じ高さになるように調整する。この際、下回転支持軸２１側を先行して回転円盤２の位置調整を行い、次いで上回転支持軸２０側でクリアランス調整をする。この組み立て順は、上回転支持軸２０の先端に溝３６が形成されていて、この溝３６をドライバー溝とすることで、微調整をしやすくするためである。ただし、この逆の順で調整を行ってもよい。なお、軸受部材３４，４２の圧痕４７，４６は、前述した形成方法で行われる。ただし、圧痕４６，４７は、ユーザーが使用する間にも形成されていくので、時折、ユーザー自身が上回転支持軸２０を回転させて（ネジにて調整をし）でクリアランス調整をすれば、予め形成しなくてもよい。
【００３６】
なお、回転円盤２が、安定して回転できるように調整したところで、上回転支持軸２０および下回転支持軸２１が容易に回転してしまわないようにしておくことが望ましい。たとえば、図１に示すように、垂直保護枠４の上回転支持軸２０のネジ込み部近傍を押しつぶして仮止めし（図１のＣで示す）、下回転支持軸２１のネジ込み部近傍を押しつぶして仮止めする（図１のＤで示す）。なお、仮止めとは、通常使用状態で上回転支持軸２０および下回転支持軸２１が回転せず、調整時には回転可能なこととする。
【００３７】
上記のように構成された地球こま１は、回転円盤２が高速で回転していれば、回転軸（回転中心軸Ｐ）の向きが一定に保持され、外力が加えられたときには、力の方向に対して垂直方向に中心軸Ｐが傾く、いわゆるジャイロ効果を応用したこまとなる。したがって、細い糸やワイヤ上などで綱渡りをさせたり、ペン先のような尖頭部材上などで回転させたりすることができる。
【００３８】
以上説明した地球こま１は、円盤部５と、円盤部５の中心軸Ｐの延長線上で円盤部５から各々逆方向に延びる第１の芯軸部である上芯軸部７と第２の芯軸部である下芯軸部８とを有する回転円盤２と、円盤部５の外周と一定の距離を有してその外周を囲むように配置されるリング形状の第１の保護枠である水平保護枠３と、水平保護枠３に直交し、かつ水平保護枠３との交差位置Ａ，Ｂで水平保護枠３に固定されたリング形状の第２の保護枠である垂直保護枠４と、垂直保護枠４上の１８０度離れた各頂部位置に、回転円盤２に近づいたり、遠ざかる方向に移動可能な第１の回転支持軸である上回転支持軸２０および第２の回転支持軸である下回転支持軸２１と、を有している。第１の芯軸部である上芯軸部７と第２の芯軸部である下芯軸部８の対向する各先端部には、円錐形状の尖頭部４５，４４が形成され、上回転支持軸２０および下回転支持軸２１の各芯軸部７，８に対向する各々の端面３２，４１には、有底の軸穴３３,３５が設けられている。また、軸穴３３，３５には、上芯軸部７の尖頭部４５および下芯軸部８の尖頭部４４との間の摩擦係数が小さくなるように樹脂の軸受部材３４，４２が挿入されている。回転円盤２は、尖頭部４４，４５と軸受部材３４，４２の間で軸方向のクリアランスが設けられている。
【００３９】
このように構成される地球こま１は、中心軸Ｐ方向の負荷（回転円盤２の重量が主成分）を、摩擦係数が小さいフッ素樹脂製の軸受部材３４または軸受部材４２で受けているので、摩擦ロスが小さく、回転円盤２の回転を持続させることができる。
【００４０】
また、第１の保護枠である水平保護枠３および第２の保護枠である垂直保護枠４は、金属製のパイプを、パイプの延長方向に対して直角に切断して形成され、水平保護枠３および垂直保護枠４共に、１８０度離れた２か所に貫通孔３０，３１が設けられ、両者の貫通孔３０と貫通孔３１の位置を合わせ、両者が直交するように接合している。
【００４１】
二つのリング状部材である大径の水平保護枠３と小径の垂直保護枠４を製造し、正確な位置で直交させて接合するのは容易ではない。本実施の形態では、水平保護枠３および垂直保護枠４は、原料であるパイプを切断（輪切り）して形成するので、外径に対して薄肉のリング形状を短時間で正確に形成でき、また、切削残渣（切りくずなど）が少なく、材料の無駄を省くことができる。なお、パイプを輪切りした後、少なくとも内周の仕上げ加工（真円加工）をすれば、真円度および寸法精度が高い水平保護枠３と垂直保護枠４を製造することができる。また、図３に示す例では、貫通孔３０，３１に案内軸５１を通し、接合用治具を用いて水平保護枠３と垂直保護枠４を直交させて接合するので、水平保護枠３と垂直保護枠４との接合位置および接合角度を高精度に管理できる。
【００４２】
また、第１の回転支持軸である上回転支持軸２０側の軸受部材３４における第１の芯軸部である上芯軸部７の尖頭部４５が当たる面３４Ａと、第２の回転支持軸である下回転支持軸２１側の軸受部材４２における第２の芯軸部である下芯軸部８の尖頭部４４が当たる面４２Ａには、尖頭部各々の頂部形状に倣った圧痕４７，４６が形成される。
【００４３】
回転円盤２の重心が軸受部材４２側に有るとき、軸受部材４２の圧痕４６で尖頭部４４を支持し、回転円盤２の重心が軸受部材３４側に有るとき、軸受部材３４の圧痕４７で尖頭部４５を支持すれば、軸受部材３４，４２と尖頭部４５，４４との間の摩擦ロスを低減すると共に、回転円盤２の横振れ（中心軸Ｐに直交する径方向の振れ）を抑制でき、回転円盤２の安定回転を持続できる。
【００４４】
（軸受部材の変形例）
図４は、以上説明した実施の形態の変形例に係る上回転支持軸２０による上芯軸部７の支持構造を示す図である。なお、下回転支持軸２１による下芯軸部８の支持構造も同じなので、上回転支持軸２０側を例示して説明する。なお、図２Ｃに示す部品と同じ構成の部品には、図２Ｃと同じ符号を付して説明する。上回転支持軸２０には、上芯軸部７側の端部３２から有底の軸穴５４が穿たれている。軸穴５４には、筒状の軸受部材５５が挿入されている。軸受部材５５には、上芯軸部７側から穿たれた有底の軸穴５６を有している。この軸穴５６に上芯軸部７の回転軸部９が挿入される。軸穴５６と回転軸部９との径方向のクリアランスは、０．０２ｍｍ〜０．０５ｍｍとする。軸穴５６の底部は、尖頭部４５の受面５７である。回転円盤２の中心軸Ｐに沿う方向のクリアランスは、上回転支持軸２０または下回転支持軸２１（図２Ａ，図２Ｂ参照）によって適切に調整される。
【００４５】
軸受部材５５は、上芯軸部７との間の摩擦係数が小さいフッ素樹脂などで形成されている。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などである。ＰＴＦＥの他に、摩擦係数が小さく機械的強度が高いポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）などでもよく、ＰＯＭとしては、コポリマー、ホモポリマーなどがある。軸受部材５５は、フッ素樹脂の棒材を切削加工などによって有底の筒状に形成される。
【００４６】
上記変形例の構成によれば、回転円盤２は、摩擦係数が小さい上芯軸部７側の軸受部材５５と下芯軸部８の軸受部材（不図示）とで支持される。したがって、中心軸Ｐ方向および径方向の両方共に摩擦係数が小さい軸受部材で支持されるので、芯軸６が垂直方向に向いている場合、あるいは水平方向に向いている場合や傾いている場合などでも、がたつきを抑制しつつ摩擦ロスを低減できる。なお、受面５７には、図示は省略するが、上記実施の形態（図２Ｂ，図２Ｃ参照）で説明した尖頭部４５による圧痕が形成される。
【００４７】
（円盤部５と芯軸６の変形例）
以上説明した実施の形態では、回転円盤２は、金属の棒材から切削加工によって円盤部５と芯軸６とを一体で形成されている。しかし、円盤部５と芯軸６を別体とすることが可能である。このことについて、図５を参照しながら説明する。
【００４８】
図５は、円盤部５と芯軸６の変形例を示す図で、（Ａ）は第１の変形例、（Ｂ）は第２の変形例を示す図である。まず、第１の変形例について図５（Ａ）を参照して説明する。回転円盤２は、円盤部５と芯軸６とで構成されている。図５（Ａ）に示すように、円盤部５には、中心軸Ｐを中心とする貫通孔６０が開けられている。芯軸６の軸方向中央には、基部６１が設けられ、この基部６１が、円盤部５の貫通孔６０に圧入固定されている。基部６１は、上芯軸部７および下芯軸部８の直径よりも大きくしている。基部６１の直径を大きくすることで、貫通孔６０の内壁との間で接触面積を増やして固定力を高めることと、円盤部５に対して傾斜しないようにしている。なお、基部６１は、図２Ａに示す基部１１とほぼ同形状にできる。また、円盤部５と芯軸６の一方または両者を切削加工で形成したり、鋳型成形としたりすることができる。
【００４９】
なお、第１の変形例による円盤部５と芯軸６の組み立て方法の１例を説明する。図５（Ａ）に示すように、円盤部５をダイ６４上に載せて芯軸６を貫通孔６０に挿し込み、押し込み治具６５によって所定の高さ位置まで押し込む。なお、図示は省略するが、ダイ６４には、円盤部２の外周を取り巻く案内璧を設けておく。また、ダイ６４と押し込み治具６５の間にスペーサー（不図示）を介在させれば、芯軸６の押し込み高さの精度が高まる。
【００５０】
第２の変形例は、図５（Ｂ）に示すように、円盤部５に厚肉部６６を設けている。厚肉部６６は、円盤部５の表裏両面側に設けられる。また、円盤部５（厚肉部６６）には、中心軸Ｐを中心とする貫通孔６０が開けられている。芯軸６は、軸方向の中央部に上芯軸部７および下芯軸部８の直径よりも太い基部６８が設けられていて、貫通孔６０に基部６８を圧入し円盤部５と芯軸６が一体化されている。第２の変形例による円盤部５と芯軸６の組み立て方法は、第１の変形例と同様に、円盤部５をダイ６４上に載せて芯軸６を貫通孔６０に挿し込み、押し込み治具６５によって所定の高さ位置まで押し込む。なお、基部６８の長さは、厚肉部６６の厚みと同じにしているので、押し込み治具６５の端面が厚肉部６６に接触する位置まで押し込めばよい。なお、厚肉部６６は、図２（Ａ）に示す基部とほぼ同じ形状にすることができる。
【００５１】
以上説明した第１の変形例および第２の変形例では、回転円盤２は、円盤部５と、円盤部５の中心軸Ｐを貫通する芯軸６とが別体で構成されている。前述した実施の形態（図２Ａ参照）による回転円盤２が、金属の棒材から切削加工によって円盤部５と芯軸６とを一体で形成していることに対して、第１の変形例では、円盤部５は厚さが一定の円盤なので、たとえば、プレス可能などで金属板材から容易に形成することが可能となる。第２の変形例では、円盤部５の中心に厚肉部６６を有しているが、図２Ａに示す回転円盤２の切削加工に対してはるかに加工時間を短縮することが可能となる。また、円盤部５と芯軸６を別体にすることで、円盤部５は、加工しやすい材料や熱処理が不要な材料（たとえば、真鍮などの銅系合金）にすることができる。
【００５２】
また、前述した変形例を含む実施の形態の地球こま１の製造方法では、直径が異なる２種類の金属製のパイプを、該各パイプの延長方向に対して直角に切断して継ぎ目がない直径が異なる２種類のリングを形成する工程と、これら各リングの内周をほぼ真円に加工する工程と、各リングうち大径のリングを水平保護枠３および小径の垂直保護枠４とし、第１の保護枠となる水平保護枠３および第２の保護枠となる垂直保護枠４に、それぞれ、１８０度離れた２か所に貫通孔３０，３１を設ける工程と、両保護枠３，４の貫通孔３０，３１の位置を合わせ、両者が直交するように接合する工程と、を有している。
【００５３】
水平保護枠３および垂直保護枠４は、原料であるパイプを切断（輪切り）して形成するので、外径に対して薄肉のリング形状を短時間で正確に形成できる。また、切削残渣（切りくずなど）が少なく、材料の無駄を省くことができる。なお、パイプを輪切りした後、少なくとも内周の仕上げ加工（真円加工）をすれば、真円度および寸法精度が高い水平保護枠３および垂直保護枠４を容易に製造することができる。
【００５４】
なお、本発明は変形例を含む前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。たとえば、前述した実施の形態では、回転円盤２側に回転軸部９，１０を有し、上回転支持軸２０および下回転支持軸２１側に各々軸穴３３，３５を有する構成といているが、回転円盤２側の上芯軸部７および下芯軸部８に軸穴３３，３５に相当する穴を設け、上回転支持軸２０および下回転支持軸２１側に回転軸部９，１０に相当する穴を設けるようにしてもよい。
【００５５】
また、前述した実施の形態では、地球こま１は、二つの紐巻き付け用孔１２，１３を有しているが、二つのうち、どちらか一方だけでもよい。また、前述した実施の形態では、水平保護枠３が、垂直保護枠４よりも大径としているが、大小を逆にしてもよい。また、使用する紐は、先端をセメダインなどの接着剤を使用して堅くしたものが好ましい。堅くする先端の長さは、貫通孔３０，３１が設けられる部分の芯軸６の直径をＸとすると、０．５Ｘ〜３Ｘの範囲が好ましく、Ｘ〜２Ｘの範囲がさらに好ましい。セメダインなどの接着剤を塗布する場合、紐の先端をほぐして、紐の内側に接着剤が十分入り込むようにし、その後、円柱状に固形化するのが好ましい。また、紐は、貫通孔３０，３１に入りやすいように、先端に行くに従い細くなるような形状とするのが良い。この徐々に細くなる部分を形成する場合、その長さは、０．７Ｘ〜１．５Ｘの範囲とするのが好ましい。たとえば、貫通孔３０，３１が設けられる部分の芯軸６の直径を５ｍｍとすると、セメダインなどの接着剤を使用して堅くする先端部分の長さを１０ｍｍとし、徐々に細くなる部分の長さを３．５〜７．５ｍｍとすることが考えられる。
【００５６】
また、前述した実施の形態では、大径の水平保護枠３と小径の垂直保護枠４は、ロウ付などで接合しているが、内側の垂直保護枠４の貫通孔３１をネジ孔とし、水平保護枠３を垂直保護枠４に皿小ネジなどで固定するようにしてもよい。また、垂直保護枠４の貫通孔３１と、水平保護枠３の貫通孔３０の両方をネジ孔とし、ネジ頭のないイモネジなどで固定するようにしてもよい。この場合、ネジ用接着剤などでネジ緩みがないようにすることが好ましい。
【符号の説明】
【００５７】
１…地球こま
２…回転円盤
３…水平保護枠（第１の保護枠）
４…垂直保護枠（第２の保護枠）
５…円盤部
６…芯軸
７…上芯軸部（第１の芯軸部）
８…下芯軸部（第２の芯軸部）
２０…上回転支持軸（第１の回転支持軸）
２１…下回転支持軸（第２の回転支持軸）
３０，３１…貫通孔
３３…軸穴
３４…軸受部材
３５…軸穴
４２…軸受部材
４４，４５…尖頭部
４６，４７…圧痕
５５…軸受部材
５６…軸穴
５７…受面
【要約】
【課題】製造しやすい、操作しやすい、回転が持続できるという利点の一つまたは複数を有する地球こまを提供すること。
【解決手段】地球こま１は、円盤部５と、円盤部５の中心軸Ｐの延長線上に延びる上芯軸部７と下芯軸部８で構成される回転円盤２と、水平保護枠３に直交し、水平保護外枠３との交差位置で固定された垂直保護枠４を有する。垂直保護枠４上の１８０度離れた２か所の頂部位置には、上回転支持軸２０および下回転支持軸２１を有している。上芯軸部２０と下芯軸部の対向する先端部には、円錐形状の尖頭部４４，４５が形成され、上回転支持軸２０および下回転支持軸２１の対向する端面には軸穴３３，３５が設けられている。軸穴３３，３５には、尖頭部４４，４５との間の摩擦係数が小さい樹脂で形成される軸受部材３４，４２が挿入されている。
【選択図】図２【図１】
0006033481.tif 000002
【図２Ａ】
0006033481.tif 000003
【図２Ｂ】
0006033481.tif 000004
【図２Ｃ】
0006033481.tif 000005
【図３】
0006033481.tif 000006
【図４】
0006033481.tif 000007
【図５】
0006033481.tif 000008