(57)【要約】【課題】子供をうまくあやす及びまたはなだめ得る小児運動装置を提供することである。【解決手段】小児運動装置２０が、ベースセクション２４の一部から上方に伸びる支柱２８を有する。該支柱２８から支持アーム３０が片持ち支持され且つ支柱から全体に半径方向外側に伸延される。支持アーム３０は実質的に水平な移動路を通し、その被駆動端を中心として左右にピボット移動するよう取り付けられ、所定角度を有する部分軌道または弓状セグメントを介して移動し得、また、回転軸Ｒを中心として回転可能である。回転軸は垂直基準からオフセットされ得、支柱の軸からオフセットされ得、垂直基準、支柱の軸と、または所望であればその両方と整列され得、被駆動端は支持アームを往復または揺動させる構成を有する駆動システムに連結される。【選択図】図１
2011101801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
小児運動装置であって、
基準表面に関する構造的支持部を提供するフレームにして、前記構造的支持部にピボット廻動自在に連結されて共振周波数で往復動作するアームを含むフレームと、
前記アームに連結され且つ前記フレームにより前記基準表面から離間された小児支持装置と、
該小児支持装置が共振周波数に合致する周波数で動作パスに沿って往復するように前記アームを駆動する構成を有するモーターを含む駆動システムにして、前記モーターの負荷サイクルを調整することにより、前記動作パスに沿って移動する前記小児支持装置の速度を制御する構成を有する駆動システムと、
を含む小児運動装置。
【請求項２】
前記駆動システムが、固有周波数に合致する周波数を有する駆動電圧で前記モーターを駆動する構成を有するコントローラを含む請求項１の小児運動装置。
【請求項３】
前記駆動電圧が、前記モーターを共振周波数に合致する速度で駆動する振幅を各パルスが有するパルスシーケンスを含む請求項２の小児運動装置。
【請求項４】
前記コントローラが、ユーザーの選択する速度に応じて負荷サイクルを調節する構成を有する請求項２の小児運動装置。
【請求項５】
前記コントローラをして駆動電圧を往復動作に同調させるべく応答させるフィードバックデータを提供するセンサを更に含む請求項２の小児運動装置。
【請求項６】
前記駆動システムが、約０．３７〜約０．６２Ｈｚの範囲内の周波数で前記アームを移動させる構成を有する請求項１の小児運動装置。
【請求項７】
前記固有周波数が約０．３７〜約０．６２Ｈｚの範囲内の周波数である請求項１の小児運動装置。
【請求項８】
前記駆動システムが全体に垂直な回転軸を画定し、前記アームが該回転軸から片持ち支持される請求項１の小児運動装置。
【請求項９】
前記回転軸が、前記動作パスが水平及び垂直の各成分を有する状態下に垂直からオフセットされる請求項８の小児運動装置。
【請求項１０】
前記アームが、前記固有周波数が約０．３７〜約０．６２Ｈｚの範囲内の周波数となる状態下に前記回転軸に関する長さ及び方向を有する請求項９の小児運動装置。
【請求項１１】
前記駆動システムが全体に垂直な回転軸を画定し、前記アームが該回転軸に関して鋭角を成す状態下に片持ち支持される請求項１の小児運動装置。
【請求項１２】
小児運動装置であって、
基準表面に関する構造的支持部を提供するフレームにして、前記構造的支持部にピボット廻動自在に連結されて共振周波数で往復動作するアームを含むフレームと、
前記アームに連結され且つ前記フレームにより前記基準表面から離間された小児支持装置と、
駆動システムにして、駆動電圧に応じて、前記小児支持装置が共振周波数に合致する周波数で動作パスに沿って往復するように前記アームを駆動する構成を有するモーターを含み、前記駆動電圧の周波数を前記共振周波数に合致させ、また前記駆動電圧の負荷サイクルを制御して前記小児支持装置の前記動作パスに沿った動作速度を制御するコントローラを更に含む駆動システムと、
を含む小児運動装置。
【請求項１３】
前記駆動電圧が、前記モーターを共振周波数に合致する速度で駆動する振幅を各パルスが有するパルスシーケンスを含む請求項１２の小児運動装置。
【請求項１４】
前記コントローラが、ユーザーの選択する速度に応じて負荷サイクルを調節する構成を有する請求項１２の小児運動装置。
【請求項１５】
前記コントローラをして駆動電圧を往復動作に同調させるべく応答させるフィードバックデータを提供するセンサを更に含む請求項１２の小児運動装置。
【請求項１６】
前記駆動システムが、約０．３７〜約０．６２Ｈｚの範囲内の周波数で前記アームを移動させる構成を有する請求項１２の小児運動装置。
【請求項１７】
前記固有周波数が約０．３７〜約０．６２Ｈｚの範囲内の周波数である請求項１２の小児運動装置。
【請求項１８】
前記駆動システムが全体に垂直な回転軸を画定し、前記アームが該回転軸から片持ち支持される請求項１２の小児運動装置。
【請求項１９】
前記回転軸が、前記動作パスが水平及び垂直の各成分を有する状態下に垂直からオフセットされる請求項１８の小児運動装置。
【請求項２０】
前記アームが、前記固有周波数が約０．３７〜約０．６２Ｈｚの範囲内の周波数となる状態下に前記回転軸に関する長さ及び方向を有する請求項１９の小児運動装置。
【請求項２１】
前記駆動システムが全体に垂直な回転軸を画定し、前記アームが該回転軸に関して鋭角を成す状態下に片持ち支持される請求項１２の小児運動装置。
【請求項２２】
共振周波数を有する動作パスに沿って往復動作させるアームに連結した小児支持装置を有する小児運動装置の制御方法であって、
前記アームを駆動するモーター用の駆動電圧を発生させて前記往復動作を支持すること、
前記駆動電圧の負荷サイクルを調節して前記動作パスに沿った前記小児支持装置の移動速度を制御すること、
を含み、
前記駆動電圧が、前記往復動作の固有周波数に合致する周波数を有する方法。
【請求項２３】
前記駆動電圧が、前記固有周波数に合致する速度で前記モーターを駆動する振幅構成を各パルスが有するパルスシーケンスを含む請求項２２の方法。
【請求項２４】
前記駆動電圧の負荷サイクルを調節して前記動作パスに沿った前記小児支持装置の移動速度を制御することが、ユーザーによる速度選択に応じて実施される請求項２２の方法。
【請求項２５】
動作パスに沿った位置を表示するフィードバックデータに基づき、前記駆動電圧を往復動作に同期させることを更に含む請求項２２の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件出願は２００８年３月１９日付で提出された“Ｃｈｉｌｄ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ”と題する米国非仮出願第１２／０５１，４６８号の部分継続出願であり、該米国非仮出願第１２／０５１，４６８号は、２００７年３月１９日付で提出された“Ｃｈｉｌｄ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ”と題する米国仮出願第６０／８９５，６２０号の利益を主張するものであり、該米国仮出願第６０／８９５，６２０号は、２００６年３月２０付けで提出された、“Ｃｈｉｌｄ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ”と題する米国非仮出願第１１／３８５，２６０号の部分継続出願であり、該米国非仮出願第１１／３８５，２６０号は２００５年１１月３日付で提出された“Ｃｈｉｌｄ  Ｓｗｉｎｇ”と題する米国仮出願第６０／７３２，６４０号の利益を主張するものであり、全ての前記文献開示事項はここでの参照により本明細書に含まれるものとする。
本発明は一般に小児運動装置に関し、詳しくは、当該小児運動装置内の小児に振動、弾み、揺動、滑りその他の運動を付与する小児運動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
市販入手可能な小児運動装置には、振り子スイング装置及び小児バウンサシートが含まれる。これらのタイプの装置は子供を楽しませる、あやす、またはなだめるためにしばしば用いられる。従来の小児用スイング装置の場合、座っている小児を単純振り子動作で往復させる。代表的なバウンサ装置のシートは可撓性のワイヤフレームで支えられる。子供自身が動くまたは保護者が外力を加えると子供は揺れながら往復するようになる。
【０００３】
小児運動装置例には、小児の頭上にモーターを取り付けたＦｉｓｈｅｒ−Ｐｒｉｃｅ社の振り子スイングが含まれる。スイングのシートは、吊下した振り子タイプのスイングアームを９０°の角度範囲で回転させることにより、対向する２つのシート対面方向の一方に配向され得る。米国特許第６，８１１，２１７号には、揺り子として機能し得且つ、ロッキングチェアを模し得るよう湾曲させた底部レール備える小児用座着装置も開示される。米国特許第４，９１１，４９９号には、ベース部と、このベース部に装着可能なシートとを備えるモーター駆動式揺り子が開示される。ベース部には、シートをロッキングチェア形式の動作で動かせる駆動系が組み込まれる。米国特許第４，８０５，９０２号には、振り子形式のスイング装置内の複雑な仕組みが開示される。スイングのシートは、当該米国特許の図９に示す側方間の湾曲路がその移動路成分に含まれるように動作する。米国特許第６，３４３，９９４号には、ベース部が、固定した第１部分と、この第１部分内で保護者が旋回または回転させ得る第２部分とを含む形態を有する別の小児用スイング装置が開示される。シートは、水平軸の周囲を従来の振り子様式下にスイングし、保護者は固定した第１部分内で装置を回転させてシートに座った小児の眺めを変化させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国非仮出願第１２／０５１，４６８号明細書
【特許文献２】米国仮出願第６０／８９５，６２０号明細書
【特許文献３】米国非仮出願第１１／３８５，２６０号明細書
【特許文献４】米国仮出願第６０／７３２，６４０号明細書
【特許文献５】米国特許第６，８１１，２１７号明細書
【特許文献６】米国特許第４，９１１，４９９号明細書
【特許文献７】米国特許第４，８０５，９０２号明細書
【特許文献８】米国特許第６，３４３，９９４号明細書
【特許文献９】米国特許第５，５２５，１１３号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，３３９，３０４号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，８７５，１１７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
様々な小児運動装置を入手可能であるものの、これら入手可能な装置に対し、子供をうまくあやせなだめられないと言う保護者の不満がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
調査によると、乳児または子供の多くは、従来の小児スイング及びバウンスシートの提供する運動によってはあやされまたはなだめられないことがわかった。対照的に、その場合でも親または保護者が抱いて運動を与えると容易になだめまたはあやすことができる。保護者はその腕や前胴部で子供を抱き、子供をなだめ及びまたはあやす方法で子供を動かす。この動作には左右への揺さぶり、軽い上下バウンス、または保護者が腕を前後に揺する、胴部を左右に回す、またはそれらを組み合わせるかしての軽い回転スイング、が含まれ得る。
【０００７】
本発明は一般に、保護者が乳幼児をあやす動作を模した構成を有する運動装置を指向するものである。あやす動作には、揺りかごの揺らし動作パスが含まれる。あるいはまたは追加的には、あやす動作には、保護者の肩またはその付近に乗せた子供に与える運動に似た、全体に垂直方向のバウンス動作が組み込まれる。広い意味で、本発明の小児運動装置は、親が子供をあやす時に典型的に用いる動作特性に基づくものである。かくして本発明の装置は、前記動作特性の１つ以上を正確に模す構成を有する。この目的上、本装置は種々の往復動作パスを相当周波数下に動作する構成を有し得る。例えば、揺りかご揺らし動作パスには、親のあやす動作に特徴的な第１範囲周波数内の１周波数での往復動作が含まれ得る。全体に垂直方向のバウンス動作には、親が当該動作を与える時の特徴的な第２範囲周波数内の１周波数での揺動が含まれ得る。以下に説明するように、これら周波数範囲は子供をあやす間に観察された統計的過半数の母集団から収集した経験的動作データによって支持される。
【０００８】
ある実施例において、小児運動装置は、なだめ作用を最も有効化させる動作パス及び相当する周波数を保護者が選択できるようカスタマイズあるいはそうでなければ調整可能とされ得る。保護者の選択した運転上の設定により揺さぶり及びバウンスの各動作の何れかまたは両方に基づいた、かくして第１及び第２の各週は数範囲の何れかまたは両方が含まれ得る動作が提供され得る。
開示される各装置は一般に親のそれを模した動作または動作特性を呈示する。ある実施例の装置は多くの親が子供を動かす時の周波数に統計上類似する動作を提供する構成を有する。以下に説明する最適周波数窓の外側で子供を動かすスイング及びバウンサに代えて、本発明は親の与える動作特性に相当する周波数（または複数の周波数）で動作を伝える構成を有する。
【０００９】
通常、親は自分の子供を２つの別個の方法であやす。１つは、低周波数での揺らし／スイングであって、平均周波数は約０．５Ｈｚ（０．４９７３Ｈｚ）、標準偏差０．１２４４Ｈｚの正規分布（すなわち、ベル状曲線）によって良く表されまたは近似される。データセットの１つにおける平均周波数は０．４８Ｈｚであった。他の方法には、標準偏差が０．１５Ｈｚの約３．０Ｈｚの主要周波数での高周波バウンス動作が含まれる。この経験的データは特定形式での動作上の望ましい動作周波数としての２つの主要動作周波数窓または範囲（すなわち、約０．３７Ｈｚ〜約０．６２Ｈｚ、及び約２．８５〜約３．１５Ｈｚ）を識別する。以下に説明する小児運動装置は、これら各最適周波数範囲内で相当する動作を提供する構成を有する。
【００１０】
ある様相において本発明は、一般に、装置の妥当なディメンションとのシステムの固有共振を介して所望の動作周波数を達成可能とする、複雑な揺れ動作パスを指向する。例えば、低周波数範囲内での動作は全体に垂直な軸の回転を伴う振り子動作を介して提供され得る。従来の（即ち単純）振り子スイングを用いる装置では、振り子アーム長を調節して３８．７ｍ（１２９ｆｔ）（単純振り子の固有周波数はω＝ｓｑｒｔ（ｇ／Ｌ）で算出される）とすれば振り子スイングの固有共振周波数が０．５Ｈｚとなり、装置は低周波数範囲内で作動する。しかし、この長さは代表的な小児用標準スイング用には長すぎる。別オプションとして、固有周波数以外の周波数で製品を駆動可能な、以下に説明する如きダイレクト駆動式スイング動作メカニズムの創出が含まれる。この方法には極めて高レベルのエネルギーが要求される場合がある。以下に説明するその他方法では、複雑な揺れ動作パスに垂直及び水平の両成分を有する動作を含ませる、垂直からオフセットした軸が関与され得る。その結果、装置の振り子長はより使いやすいものとなり、しかも尚、その固有共振周波数で動作する。このように、装置はシステムの固有共振に依存するため、減衰を補うに要する電力は僅かである。
【００１１】
ここで説明する動作パスによれば円滑な往復動作提供も可能となる。動作パスが、共に変化する方位及び高さを含む場合は、重力を用いる簡単な方法で揺れ動作の向きを逆転させる。高さ位置は、オフセットされ単独動作する回転軸の動作のみによって変化し、それにより動作パスは水平から傾斜した面内に移動する。高さ位置は回転軸に関する振り子アームの向きによっても変化する。この向きが鋭角になると動作パスは円錐形状となり、当該動作パスに沿った高さ変化が更に生じ得る。これら形式での高さ変化では所望されざる高い周波数成分が動作上導入されることはなく、主たるまたは優先的動作プロファイル（例えば、動作の周波数分布）は固有共振周波数によるものとなる。
【００１２】
ここで、種々のコンポーネントの垂直または水平の各方向に関して用いる“全体に”、“実質的に”、等の文言は、これらコンポーネントが主に垂直または水平方向にあることを意味するが、正確に垂直または水平方向にある必要はないものとする。各コンポーネントは垂直または水平方向に対して角度付けされ得るが、説明される基準部分から４５°以上には角度付けされないものとする。大抵の場合、“全体に”、“実質的に”、等の文言は、幾分かのオフセットを許容し得るものであり、またはこれら形式の改変例にここで適用されるところの基準部分からの有る程度の意図的オフセットさえ意味するものとする。
【発明の効果】
【００１３】
子供をうまくあやす及びまたはなだめ得る小児運動装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一様相に従う構造を有する、シート付き小児運動装置例の分解斜視図である。
【図２】図２は、小児用シートを複数の随意的シート配向の異なる１つに取り付けた状況を夫々示す、図１の小児運動装置の斜視図である。
【図３】図３は、小児用シートを複数の随意的シート配向の異なる１つに取り付けた状況を夫々示す、図１の小児運動装置の斜視図である。
【図４】図４は、小児用シートを複数の随意的シート配向の異なる１つに取り付けた状況を夫々示す、図１の小児運動装置の斜視図である。
【図５】図５は、小児用シートを複数の随意的シート配向の異なる１つに取り付けた状況を夫々示す、図１の小児運動装置の斜視図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明に従う、スイングアーム用の軌道または円周方向円弧の動作通路を提供する構成を有する小児運動装置例の略平面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明に従う、スイングアームの交互動作通路を提供する構成を有する小児運動装置例の略側面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明に従う、スイングアームの交互動作通路を提供する構成を有する小児運動装置例の略側面図である。
【図７】図７Ａ及び７Ｂは、本発明に従う、更に他のスイングアームの交互動作通路を提供する構成を有する小児運動装置例の略側面図である。
【図８】図８Ａ及び８Ｂは、本発明に従う、更に他のスイングアームの交互動作通路を提供する構成を有する小児運動装置例の略側面図である。
【図９】図９は本発明の１様相に従う、方位及び高さ双方において変化するスイングアーム動作通路を提供する構成を有する他の小児運動装置例の側面図である。
【図１０】図１０は本発明の１様相に従う、駆動システムの、垂直方向からオフセットした回転軸を示す図９の小児運動装置の部分破除した斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明に従う構成の小児運動装置の幾つかの構成パラメータに対する固有振動周波数応答比をプロットしたグラフである。
【図１２】図１２は、本発明に従う構成の小児運動装置の幾つかの構成パラメータに対する固有振動周波数応答比をプロットしたグラフである。
【図１３】図１３は、本発明に従う構成の小児運動装置の幾つかの構成パラメータに対する固有振動周波数応答比をプロットしたグラフである。
【図１４】図１４は本発明の１様相に従う、複雑な振り子動作通路を画定する３次元座標軸を持つ基準フレームと共に示す更に他の小児運動装置例の斜視図である。
【図１５】図１５は、図１１において画定された基準フレーム座標軸に関する複雑な振り子動作通路の加速度データ例をプロットしたグラフである。
【図１６】図１６は、図１１において画定された基準フレーム座標軸に関する複雑な振り子動作通路の加速度データ例をプロットしたグラフである。
【図１７】図１７は、図１１において画定された基準フレーム座標軸に関する複雑な振り子動作通路の加速度データ例をプロットしたグラフである。
【図１８】図１８は、本発明の１様相に従う電動バウンサとしての小児運動装置の支持構造及び駆動システム例の部分破除した斜視図である。
【図１９】図１９は、本発明の１様相に従うバウンス動作を提供する構成を有する、小児運動装置のカムベース駆動システム例を示す部分破除した斜視図である。
【図２０】図２０は、本発明の１様相に従うバウンス動作を提供する構成を有する、小児運動装置のカムベース駆動システム例を示す部分破除した斜視図である。
【図２１】図２１は、本発明の１様相に従う、バウンス動作を提供する構成を有する小児運動装置の撓みベースの半径方向発振駆動システム例の縦方向における側面図である。
【図２２】図２２は、本発明の１様相に従う、バウンス動作を提供する構成を有する小児運動装置の螺旋バネベースの駆動システムの略概念図である。
【図２３】図２３は本発明の１つ以上の様相に従う往復動作用の駆動システム回路例の略図である。
【図２４】図２４Ａ及び２４Ｂは、本発明の１つ以上の様相に従う、図２３の駆動システム回路により発生するモーター駆動電圧シーケンス例をプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１を参照するに、本発明に従う構成を有する小児運動装置２０（以下、装置２０とも称する）の１例が示される。本実施例の装置２０は一般に、床面２６に載置する構成を有するベースセクション２４を有するフレームアセンブリ２２を含む。本明細書を通し、“床面”とは、説明を容易化するため、使用時構成下に装置を載置させる表面及び、その他の様相、部品または方向（例えば、垂直、水平等の）に対する比較としての基準平面または基準面の何れをも定義するために用いられる。しかしながら、本発明の使用は、フレームアセンブリのベースセクションまたは基準面の何れかにおける床ベースまたはその他水平方向のみに限定されるものではない。床面及び基準平面は、装置２０の種々のコンポーネント同士間の相互関係の説明の補助として利用される。
【００１６】
図１に示す小児運動装置２０はベースセクション２４の一部から上方に伸びる直立ライザ、ポスト、または支柱２８をも有する。本実施例では支柱２８はその長手方向に関して全体に垂直方向に配向される。ここで開示する各支柱は任意の所望のまたは好適様式下に構成したハウジングまたはカバーを有し得る。ハウジングは装飾的、機能的、またはその両方のものであり得る。カバーは、必要時に装置の内部機構にアクセスするために取り外し可能ともされ得る。支柱はその方向、寸法形状、形態その他を例示実施例のそれから変更させ得る。
【００１７】
本実施例では支柱２８から支持アーム３０が片持ち支持され且つ支柱から全体に半径方向外側に伸延される。本実施例では支持アーム３０は支柱２８の一部に連結した被駆動端３２を有する。支持アーム３０は実質的に水平な移動路を通し、その被駆動端を中心として左右にピボット移動するよう取り付けられる。以下に説明するように、支持アームは所定角度を有する部分軌道または円弧セグメントを介して移動し得、また、回転軸Ｒ（図６Ａ〜図６Ｃ参照）を中心として回転可能である。ある場合において、下記記載の如く、回転軸は垂直基準からオフセットされ得、支柱の軸からオフセットされ得る。或いは前記回転軸は垂直基準、支柱の軸と、または所望であればその両方と整列され得る。以下に記載する如く、被駆動端は、支持アームを往復または揺動させる構成を有する駆動システムに連結される。本実施例では支持アーム３０はシートホルダ３４を備えた遠位端３３をも有し、前記シートホルダ３４はチャイルドシート３６を支持アームと共に動くように支持する構成を有する。
【００１８】
図１に示す小児運動装置２０及びここで説明する別態様の小児運動装置の各実施例の種々のコンポーネントは相当程度において変更され得るがそれらも尚、本発明の精神及び範囲内のものとする。コンポーネント構成の固有性及び多様性を例示する小数の実施例が開示される。図１に示す実施例において、フレームアセンブリ２２のベースセクション２４は、装置２０使用時における安定ベース部を提供するサイズの円形フープ形状を有する。以下に議論するように、ベースセクション２４の構成は図１に示すそれから変更し得る。ベースセクション２４は、支柱に加わるところの、片持ち支持された支持アームのシートに乗せた子供の創り出す付加またはモーメントをオフセットさせるべく、シートホルダ３４の全体に下方に位置決めされる。シートホルダ３４も、同様に種々変更可能であり、それらも尚、本発明の精神及び範囲内のものとする。当該実施例ではシートホルダ３４は開口３８を包囲する四角形、または矩形のリング状材料である。シートホルダ３４はその他形態及び構成とし得、ここでは種々の変更例が例示される。当該実施例では支柱２８は、楽しいまたは望ましい審美的外観を提供する構成を有し得る外側ハウジング３９を含む。外側ハウジング３９は、装置２０の駆動系等の内側コンポーネントのための保護カバーとしても作用し得る。
【００１９】
１実施例において、シートホルダ３４はチャイルドシート３６を多数の随意方向で支持アーム３０上に取り付け得る構成を有する。図１に示すように、チャイルドシート３６は輪郭付けした底部またはベース部４０を有し、当該ベース部４０が、チャイルドシートをシートホルダ３４に載せた時にシートホルダの一部と係合してチャイルドシート３６を然るべく固定保持する構成を有する機能特徴部を備え得る。当該実施例では、シートホルダには管状の直線的側方セグメントが形成される。シート底部は、シートホルダ３４の直線的側方セグメントの一方の上部に載置する平坦部分４２をその一端に有する。ベース部４０の垂下部分４４は、シートホルダの開口３８内に嵌入するサイズとされる。ベース部４０の他端は、シートホルダの反対側の直線的側方セグメントを受ける構成を有する、１つ以上の整列する切り欠き４６を有する。垂下部分４４と切り欠き４６とがチャイルドシート３６をシートホルダ上で然るべく保持する。シートは重力のみによって然るべく維持される。他の実施例では、シートの一端または両端位置にシートホルダ３４の一部として、及びまたはシートホルダの一端または両端に、チャイルドシート３６をシートホルダ３４上で然るべく固定保持するための１つ以上の手動または自動の能動ラッチ４８を設け得る。各ラッチ４８は、シートをシートホルダ上に配置した時に自動係合するようバネ偏倚され得る。
【００２０】
シートホルダ及びシートは、シートを多数の随意的なシート方向でのシートホルダ内への配置を可能とする幾何学上及び対称性を含む設計構成を有し得る。図１に点線で示す如く、シート及びまたはシートホルダは、種々の傾斜角度に調節させ得る構成をも有し得る。他の実施例ではシートホルダ及びまたはシートは、シートホルダ上でシートまたはその他の子供支持装置の配置方向を４つ以下、４つ以上、または無限数において回転させ得るよう協同する設計構成を有し得る。２つの部品上で協動するディスクを用いて無限方向調整を達成し得る。
【００２１】
図２〜図５には、本実施例のシートホルダ３４の四角形状により可能となるチャイルドシートの随意的方向配置例が例示される。図２に示すように、チャイルドシート３６は支持アーム３０のシートホルダ３４上で、回転軸Ｒを子供の右手側上に位置決めした状態下に位置決めされ得る。図３には、回転軸Ｒをチャイルドシートの背後に位置付けた別の随意的方向配置例が示される。図４には、回転軸Ｒをチャイルドシートの左手側上に位置決めした状態下に他の随意的方向配列例が示される。図５には、チャイルドシートを支持アームの回転軸Ｒの位置に向けた更に他の随意的方向配列例が示される。チャイルドシート３６をシートホルダ内で異なる方向に配置することにより、子供は、支持アームの移動特性を変化させることなく異なる相対運動及び異なる視覚環境を経験し得る。
【００２２】
図１〜図５に全体的に例示した小児運動装置は、母親または父親が子供を腕で抱いた状態で子供に与えるであろう色々な動きを真似たまたは似せた１様相に従う構成を有する。子供を抱いた大人は、肩を上下させたり上体を左右に回転させて揺らし動作を真似る。或いは大人は子供を腕で抱いて状態を左右に捻り、円弧セグメントを通して子供を揺らす。或いは大人は、子供を抱いた状態で単に肘を左右に横移動させることで子供を前後に揺らし得る。大人は、それらの動作を組み合わせ及びまたは、それらの動作中に子供の方に背骨をある角度曲げて前傾し得る。
【００２３】
何れにせよ、大人は腕で抱いた子供の位置を容易に変更させ得る。大人は、ある程度座らせた状態で且つ自分の胸と反対向きの状態で子供を抱く場合がある。別の例では子供は、大人の方に真っ直ぐ向いた状態で抱かれる場合がある。他の例では、子供は足を一方側に、頭を他方側に保持された状態で大人によって揺らされ得る。ここに開示される小児運動装置は、これら種々の実証済みの、自然なあやし且つなだめ動作の任意または全ての特性を模擬し得るものである。特性の１つには、揺動の周波数が含まれる。子供を抱いた親は通常、子供をあやすまたはなだめやすいようなゆっくりとした一定のリズムで動かす。以下に詳しく説明するように、ここで開示する各装置は、大人の腕に抱かれた場合に経験するであろう動作の程度や周波数をも模擬する様式下に動作する構成を有し得る。
【００２４】
本発明の色々の動きは多様な方法で実現され得る。図６Ａ〜図８Ｂには、別態様の幾つかの小児運動装置の構成及び配置例が例示される。図６Ａには小児運動装置２０の平面図が示される。図示の如く、支持アーム３０は完全な円未満の円弧通路に沿って回転及び往復動作され得る。１例では支持アーム３０は２つの端部Ｅ間で１２０°の角度β範囲で回転され得る。前記角度は変更可能であって３６０°以上、１２０°未満であり得、それら範囲も尚、本発明の精神及び範囲内のものとする。本明細書では支持アーム３０は実質的に水平で且つ回転軸Ｒが実質的に垂直であると記載されるが、各軸は多数図示されるように、それらを基準として角度をオフセットさせ得るものとする。
【００２５】
図６Ｂ及び６Ｃには、動作パスが多少異なる小児運動装置２０の別態様の構成が例示される。図６Ｂ及び６Ｃに示すように、支持アーム３０は回転軸Ｒを中心として回転し得る。回転軸Ｒは図６Ｃに示す如く、基準平面に関する垂直軸Ｖと整列され得る。しかしながら、図６Ｂに示す例では支持アーム３０は水平基準Ｈに関して角度α傾斜されると共に回転軸Ｒに対して直交される。その結果、回転軸Ｒもまた垂直基準Ｖに関して角度α傾斜される。以下に説明するその幾つかを含む他の実施例では、２つの角度を異ならせて更に多様な動作パスが創出される。１実施例では、角度αは約１５°であるが、当該角度は１５°未満、０度、または１５°以上であり得、それらも本発明の精神及び範囲内のものとする。支持アーム及びまたは回転軸は所望であれば円弧移動路から傾斜及び離間さえもさせ得る。
【００２６】
垂直方向オフセット構成（例えば、図６Ｂ）において、支持アームは水平に対して傾斜された平面内の円弧移動通路を移動する。かくして、シートホルダ３４の実際の動作はその回転軸Ｒを中心とする回転動作となり、当該動作には水平方向のみならず垂直方向の各成分が含まれるものとなる。シートホルダ３４は、傾斜された移動平面Ｔ内の円弧移動通路に沿って移動する間、その高さ位置が高低の各位置間で変化する。これらの各高さ位置は、円弧移動通路における中間点Ｍの設定位置に依存して、円弧移動通路に沿った任意の位置に設定され得る。円弧移動通路の中間点Ｍを、シートホルダの円弧移動通路により画定される移動平面Ｔの最低高さ位置に設定すると、円弧移動通路の対向する両端部Ｅ位置に、等しい高さ位置が生じる。当該構成は、大人の腕に抱かれた子供が経験する動作に最も近い動作を模擬し得るものであり得る。
【００２７】
図６Ｃには他の動作パスが示される。本実施例では回転軸Ｒは正確に垂直とされ、且つ垂直基準軸Ｖ（のみならず本実施例における支柱の軸）と共直線を成す。しかしながら、本実施例では支持アームが水平基準Ｈから下方に角度α傾斜される。かくして、シートホルダは水平面内で円弧状移動通路に沿って移動する。従って、支持アーム３０は、平面内ではなく、円錐Ｃの１弧状セグメントを通して移動する。本実施例のチャイルドシートホルダ３４は、傾斜されて支柱２８から多少離される。あるいはシートホルダ３４は、水平基準Ｈと平行に配向され得、または水平基準Ｈから上方にある角度で傾斜させ得る。この点は図６Ｂの例でも同じである。
【００２８】
任意の各前記実施例において、支持アーム３０はその円弧移動通路の少なくとも低位置または中間位置で、シートが床面と平行または水平に配向されるよう曲折または配向され得る。図６Ａ及び図６Ｂには前記シートホルダ配向例が点線で示される。シートホルダの、支持アームに関する角度は変更され得、シート上の子供に対する追加的な変更動作パスを提供するべく調整自在でさえあり得る。
図７Ａ及び図７Ｂには小児運動装置２０に組み込み得る、または当該小児運動装置によって提供され得る別態様の動作パスをも示す正面図が例示される。図７Ａの正面図は、図６Ｂに示す装置のチャイルドシート用の移動通路の１例を表すものである。シートホルダは、左右両サイド間を移動し、且つ水平及び垂直の両移動成分を伴いつつ円弧通路を通して移動する。これは、支持アーム３０が水平基準に関して角度αで傾斜させた移動平面Ｔ内を移動することによるものである。図７Ｂの正面図は、図６Ｃに示す装置のチャイルドシート用の移動通路を表すものである。本装置のチャイルドシートは水平な移動平面内を移動する。
【００２９】
図７Ａは、別態様の動作パスを同様に表し得るものである。支持アーム３０の被駆動端３２位置のカム面が、装置２０内で円弧移動通路を通して移動する際に支持アームに随意的な垂直動作を付与する設計とされ得、またはそのための他の機械的手段を使用し得る。支持アームは、その左右往復動作に際し、且つその円弧移動通路に沿った位置に従い、その回転軸Ｒの方向で垂直移動（動作を表す図８Ａ参照）され得、あるいは垂直方向にピボット廻動（動作を表す図８Ｂ参照）され得る。１実施例において、駆動系または支持アーム及びまたはホルダー構造内に於いて、４本のバーその他の機械的リンク構造を持ち言える。当該リンク構造は、方向の異なる随意的動作を創出するために用い得、それら随意的動作には、支持アームの垂直方向でのピボット廻動、垂直方向への直線動作、長手方向動作、長手方向回転その他、が含まれ得る。前記各形式での全体に垂直方向での動作の更に他の例は図１８〜図２２に関連して以下に説明される。
【００３０】
図８Ａ及び図８Ｂには、垂直方向の往復またはバウンス動作も表される。バウンスまたは揺動的な垂直方向動作は、以下に説明する如くバネを用いて付与され得る。バウンス動作の特徴は、装置の別の動作オプションとして、例えば、支持アームが回転往復動作しない間でさえ、チャイルドシートがバウンスし得るように、または、支持アームの回転動作に伴って同時に生じる追加的動作として、随意的に設計され得る。垂直方向動作は図８Ｂに示す如くやはり角度付けされた、または図８Ａに示す如く直線的なものであり得る。
【００３１】
ここで開示する支持アームに付与される動作特性の形式及び複雑さは変更可能であり、それらも本発明の精神及び範囲内のものとする。所望であれば、例えば支持アームを方向変化する以前に３６０°或いはそれ以上の各度範囲を移動する設計とも成し得る。所望であれば、シート上の子供の経験する動作を更に変更させるべく、シートホルダ３４及びまたは支持アーム３０をも角度調整可能し得る。図８Ｂには、開示された各装置に随意的に追加し得るそれら形式の調節特性例の１つも表される。更には、所望であれば、支持アームを装置２０における動作多様性をさえ創出させるべく、長さ調節可能とし得る。このタイプでの調節により、以下に説明する如き、システムの固有共振周波数の、つまりは装置の運転周波数（例えば揺動）に対する変更オプションがユーザーに与えられる。あるいはまたは追加的にはシート位置は遠位端から内側に被駆動端方向に沿って摺動自在に調節可能または位置指定調節可能とされ得る。当該シート位置ベースでの調整を使用して、上述した周波数調節を有効化させることも可能である。
【００３２】
図９及び図１０には本発明の１様相に従う所望周波数で揺動する構成を有する小児運動装置の１例が全体を番号５０で示されている。装置５０はその構成上、特にその動作及び周波数の各特性において、保護者が子供に与えるあやす動作をまねるように該装置内の子供を配向する。複雑な動作パス（例えば、単純振り子以外の）を持つ子供運動装置の１例に関する詳細と、ある場合における、所望の周波数範囲内で前記複雑な動作パスが動作を支持する方法が以下に説明される。以下の説明は、全てではないにしろその詳細の多くが、１つ以上の装置及び上述した装置構成に等しくまたは同様に適用し得るものとして提供される。
【００３３】
小児運動装置５０は、一般に、上述した各装置と同様の様式下に構成され得る。例えば、本実施例における装置５０は一般に、当該装置５０を配置する表面上でシート５２を支持する構成を有するフレームアセンブリ５１を含む。フレームアセンブリ５１のベースセクション５４は、装置５０の使用時において当該装置用の安定ベース部を提供するべく、前記表面上に載置される。フレームアセンブリ５１はシート５２を取り付けるシート支持フレーム５６をも含む。シート５２及びシート支持フレーム５６は、多数の随意的なシート方向に関する支持のために、前述した如き構成を有し得る。シート支持フレーム５６はベースセクション５４を覆って全体に吊下され、かくして作動中のシート５２の往復動作を可能とする。この目的上、フレームアセンブリ５１の直立支柱５８がベースセクション５４から上方に伸延し、支持アーム６０がそこから半径方向外側に伸びてシート支持フレーム５６に合致するところのライザまたは支柱として作用する。
【００３４】
本実施例では支柱または支柱５８はその長手方向に関して全体に垂直方向に配向される。支柱５８は、楽しいまたは所望の審美的外観を提供する任意の所望のまたは好適な態様において構成され得る外側ハウジング５９を有する。
外側ハウジング５９内に於いて、装置５０は、図１０に略示される、全体を番号６２で示す駆動システムを含む。駆動システム６２はその全体が、支持アーム６０がそこから片持ち支持され且つ先に説明した如くそこを中心として回転するところの回転軸Ｒ（図９）を画定する。この目的上、駆動システム６２は駆動シャフト６４を含む。当該実施例では駆動シャフト６４は、駆動システム６２からの動作を支持アーム６０に伝達するべくフレームアセンブリ５１内に連結したチューブ状ロッドである。駆動シャフト６４と、従って回転軸Ｒとは垂直基準に関して角度θを成して情報に伸延される。作動に際し、モーター６６（例えばＤＣモーター）が、例えば、例示簡略上略示したウォームギヤ６８及びウォームギヤフォロワ７０を有するギヤトレーンを駆動する。
【００３５】
ある実施例ではウォームギヤフォロワ７０が、クランクシャフトとして作用するピンまたはボルト（図示せず）を担持し得る。この場合、モーター６６は常に同じ方向に回転し、ピンはウォームギヤフォロワ７０の回転軸から変位（即ちオフセット）され、かくして、ウォームギヤフォロワ７０の回転によりピンが円または回転通路内で前進せしめられる。ピンの自由端は、垂直方向に配向したＵ字状の長孔または駆動シャフト６２に連結した切り欠き付きブラケット（図示せず）内に伸延される。このように、円状通路に沿ったピンの移動が、駆動シャフト６２の動作を純粋回転動作から揺動または往復動作に変換させる。モータ６６の単方向動作にも拘わらず、切り欠き付きブラケットはサイクルの半分の中で１方向に偏倚され、サイクルの他の半分の中で反対方向に偏倚される。切り欠き付きブラケットに移行されたクランクシャフトのエネルギーは、次いで、バネ（図示せず）を介してスイングピボットシャフト（図示せず）に作用する。次いで、スイングピボットシャフトは駆動シャフト６２にリンクまたは連結され、かくして支持アーム６０をその動作パターンに渡り揺動させる。本実施例ではバネは回転減衰機構としてのみならずエネルギーリザーバとして作用し得る。バネはクラッチ様要素としてモーター６６と駆動シャフト６２との非同期動作を許容することによりモーターを保護する機能を奏し得る。かくして、本実施例における駆動シャフト６２はモーター６６には直結されず、従って間接駆動機構を構成する。
【００３６】
ここに開示した小児運動装置は、そうである必要はないが、固有共振周波数での装置動作をモーターで支持可能とするための間接駆動技法を用い得る。上述した如く、間接駆動技術は一般に、システムに生じる制振を克服するために適用され、また一方で、システムの共振下での動作を可能とする。好適なモーター駆動システム及び関連技術は“Ｏｐｅｎ  Ｔｏｐ  Ｓｗｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ”と題する米国特許第５，５２５，１１３号、“Ｓｗｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｆｏｒ  Ａｌｔｅｒｉｎｇ  ｐｏｗｅｒ  ｔｏ  Ｄｒｉｖｅ  Ｍｏｔｏｒ  ＡｆｔｅｒＥａｃｈ  Ｓｗｉｎｇ  Ｃｙｃｌｅ”と題する同第６，３３９，３０４号、“Ｓｗｉｎｇ  Ｄｒｉｖｅ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ”と題する同第６，８７５，１１７号に記載される。尚、これら各米国特許はここに参照することによりその全体が本明細書に含まれるものとする。
開示された各発明及び方法の実施は、上述した間接駆動技術に限定されるものではなく、むしろ、その代替としての多数の異なるモーター駆動スキーム及び技法の任意の１つを含み得るものとする。従って、駆動システムの各コンポーネントは相当の変化を生じ得るが、それらも尚、本発明の精神及び範囲内のものとする。例示した駆動シャフト６２は、駆動機構及びその機械的リンク機構がモーターと子供用シートとの連結部の多少の滑りを許容する限りにおいて、小児運動装置５０との組み合わせての使用に良く適した往復動作を提供する。にもかかわらず、ここで開示した各装置の支持アーム６０に所望の揺動または往復動作を付与する数多くのその他の駆動機構またはシステムを代替使用可能である。
【００３７】
そうした技術の１つには、モーターシャフトを、滑りを許容しない状態下にスイングピボットシャフトに機械的にリンクさせた直接駆動機構が含まれる。この場合、モーターはモーターの電圧極性の切替（即ち、順逆の各駆動信号）を介して異なる方向に駆動され、かくして往復動作を実現し得る。次いで、機械的リンクが、先に説明した駆動システム例におけるウォームギヤ及びその他の機械的リンクコンポーネントとは異なる、双方向動作を収受する構成とされる。モーターは開ループまたは閉ループの何れかにおいて駆動され得る。開ループシステムでは電力が交互極性下にモーターに印加され、かくしてスイング速度（またはスイング角度の大きさ）が、印加される電圧、電流、周波数、または動作周期の何れかを調節することにより制御され得る。代替システムが、機械的リンクを介しての往復動作発生中に固定極性下に電力を印加する。直接駆動システムの閉ループ制御には、位置フィードバック技法により最適化されるが、開ループ制御において意図されたそれと類似の制御技法が関与され得る。フィードバック情報を使用することで、印加された電圧及びその他パラメータを調節及び最適化し、所望の大きさのスイングを最大有効的に入手または制御し得る。
【００３８】
その他の随意的な駆動技法には、バネ動作式の巻き取り機構、磁気システム電磁システム化類はその他の、駆動機構のエネルギー及び動作を開示された各装置の往復または揺れ動作に変換する装置が含まれまたは関与する。
本発明の１様相によれば、一般に装置５０は、親が提供する揺れ動作を真似た周波数での動作を支持する構成を有する。この目的上、駆動シャフト６２は、間接または直接を問わず、シート５２が、保護者が子供をあやすのに揺さぶり、揺らす動作として統計的に一般的とされた周波数範囲内の周波数で動作パスに沿って往復されるよう、支持アーム６０を動かす。
先に説明したように、ここに開示された各装置は、一般に、高さ方向での変化を含み得る左右の揺らし動作をまねる構成を有する。この形式でのあやす動作に関し、親は日常的に、平均周波数が約０．５Ｈｚ（０．４９７３Ｈｚ）及び標準偏差が０．１２４４Ｈｚである通常分布（即ち、ベル曲線）により良く表されるまたは近似されるところの、遅い速度での揺れ／スイング動作を用いて子供をあやす。１つのデータセットにおいて、平均周波数は０．４８Ｈｚであった。従って、この経験的データは１つの所望の周波数窓または約０．３７Ｈｚ〜約０．６２Ｈｚの範囲を同定する。経験的データにより支持される第２の所望周波数範囲は約０．４Ｈｚ〜約０．５Ｈｚである。正確な周波数はシート５２の方向に依存し得るが、ある例示的周波数では約０．４Ｈｚが有効であることが示された。
【００３９】
駆動システムが支持アームを所望周波数で移動させる構成を有し得る直接駆動システムとは異なり、間接駆動システムを有する各装置は、固有共振を介して所望の周波数で往復するよう設計される。この目的上、本発明はその１様相において、妥当な装置寸法形状を伴うシステムの固有共振を開始、所望の動作周波数を達成可能とする複雑な揺れ動作パスを一般に指向する。残念なことに、単純振り子形態の場合、約０．５Ｈｚの固有共振周波数を得るには約３８．７ｍ（１２９ｆｔ）の振り子アームが要求される。かくして、低周波数範囲内の動作は、以下に説明する如く、支持アーム及び回転軸の構成及び方向から生じる改変された振り子動作を介して提供され得る。
【００４０】
装置５０の周波数は、改変された振り子幾何学を用いる結果、類似寸法の従来の振り子スイングの周波数のほぼ半分となる。詳しくは、前記幾何学は、包囲及び高さが共に変化するスイングアーム動作を一般に支持する。高さ方向変化は駆動システムの回転軸が垂直からオフセットされることによるもので、かくしてシートは往復行程の各端部に接近するに従い、重力に抗して上昇する。方位及び高さの何れの変化にも貢献する前記幾何学の他の特徴は、支持アームをして先に説明した如く円錐をトレースさせる、回転軸からの支持アームの角度である。図９及び図１０に示す例において、当該角度は鋭角とされ、円錐状の通路が各端部位置（９０°の各度方向に関する）方向での高さを急（即ちより急激に）変させる。
前述の理由により、装置５０の固有周波数は重力及び振り子アーム長の関数として残されるが、スイングの回転軸が垂直と成す角度θ及び回転軸からの振り子アームの角φにも依存する。共振周波数は以下のように表される。
【数１】
2011101801.tif 000003
【００４１】
図９及び図１０に示す装置５０は、システム用の所望の固有共振周波数を達成するべく、装置の各パラメータを変化させることにより特定周波数測定基準に合致させるべく容易に寸法形状化及びそうでなければ設計し得る構成の１例である。図９に示す例では、システムの固有共振周波数は、振り子アーム長Ｌである約３５．５ｃｍ（１４インチ）、回転シャフト角度θである１３°、回転軸からの振り子アーム角度φであるところの７３°、に基づく初期周波数から変化する。変化した装置設計周波数ω*n、は、本来のパラメータ及び当該パラメータの変化を合わせた、新規設計パラメータＬ*、θ*及びφ*の関数である。
【数２】
2011101801.tif 000004
【００４２】
設計周波数に対する現在の固有周波数の比は、以下の式に従う非ディメンショナルデザインツールである。
【数３】
2011101801.tif 000005
図１１〜図１３には、これらのシステムパラメータ変化に対する周波数応答、即ち、ΔＬ、Δθ、Δφが示される。かくして、各パラメータに対する好適範囲例は初期共振周波数から導出される。例えば、図１６のプロットを使用すると、好適な回転軸オフセット角度範囲は、前述の周波数の統計的有効範囲を前提として、約１２〜２２度の範囲にある。更に他の好適範囲は、初期共振周波数（例えば０．４Ｈｚ）及び相当する周波数応答プロットを前提とするその他パラメータ用に導出され得る。
【００４３】
上述した共振周波数ベースの動作技法の利点の１つは、重力によって往復行程間の移行が円滑化されることである。円滑化されることで動作プロファイルが明瞭化される。つまり、装置により提供される動作の周波数分布は、支持アームの方向を無理に逆転させることで生じる所望されざる周波数成分による乱れを生じない。重力ベースの技法を使用する場合、物理的停止を要せずに往復動作が創出される。停止を生じさせる衝撃が付加されないため、開示された各装置の複雑な動作パスにおける急激なまたは突発的動作が回避され、所望の主たる周波数での円滑且つ流体動作のみが残される。
【００４４】
共振周波数ベースでの動作技法の他の利点は、小児運動装置を、作動上の周波数のユーザーベースでの調節または選択をサポートする構成とし得ることである。先に参照した開示において説明した如く、間接駆動機構によれば加速度レベルを、かくして速度を変更可能である。その目的上、上述した各装置は、速度の選択または設定を介した制御が可能であり得る。しかしながら、速度変化により円弧の動作パス長のみが変化し、周波数は変化しない。上述した任意の小児運動装置は、周波数を調節するための、例えば、調節自在の支持アームまたは調節自在のシートフレームを含み得る。詳しくは、支持アームの長さまたは方向の何れかを調節すると周波数が改変される。同様に、シートを調整すると振り子アーム長が同様に変化され得、結局周波数が変化する。直接駆動式の各実施例では、周波数はモーター駆動の速度及びまたは周期を変化させることで調整され得る。何れにせよ、小児運動装置は、周波数の調整を可能とするための構造の再構成またはユーザーインターフェース選択要素の何れかを可能とし且つサポートする構成を有し得る。
【００４５】
ここで説明する複雑な振り子動作パスに関する更に詳しい説明が図１４〜図１７に関連して以下に成される。詳しくは、図１４には所望の固有の共振周波数での揺動のための、先に説明したそれらと類似の構成を有する小児運動装置構成例が、３つのフレーム軸またはベクトルを有する参照フレーム座標を用いて示される。一般レベルでは、図１５〜図１７に各加速度プロットで示す曲線は、複雑な振り子動作パスを介して生じる動作の円滑性を例証するものである。複雑な振り子動作に関する更に詳しい説明は、回転軸と、この回転軸から基準フレームに伸延する振り子アームとを基準フレームに関して定義することにより説明され得る。複雑な円弧の動作パスに対する解は、振り子長が装置の全体サイズに関係ないという結論を支持するものである。小児運動装置は、振り子アーム長ｌのみならず、回転軸に関する角度ψ及び、振り子アームが回転軸と成す角度αによっても定義される。以下のスイング加速度式は力学原理を介して導出され得る。
【数４】
2011101801.tif 000006
【００４６】
上述した如く、本装置の揺りかご、即ちクレードルは角度βにおいて−９０、０または９０°で、夫々外側、接線、内側の各方向でフレームベクトル
2011101801.tif 000007
を中心として回転し得る。シートまたはクレードルは、ベクトル
2011101801.tif 000008
を中心として角度φにおいても子供を横臥させ得る。図１６及び図１７には、クレードルの正接及び外側方向及び所定の横臥角度での加速度特性が示される。
【数５】
2011101801.tif 000009
【００４７】
上述したあやす動作パスは、一般に、親が子供を前後に揺らす動作を真似るよう設計される。この動作はクレードルに関する上下及び回転の組み合わせ動作として説明され得る。前記上下動及び回転動作は、図１４に示す３つの軸の２つに関する回転動作に相当すると考え得る。このように、ここで説明する小児運動装置は、２つの軸、即ち、親の両肩間の横軸と、親の対称軸線を画定する垂直軸と、に関する回転を含む親のあやし技法を模擬し得るものである。その他オプションには、第３の軸を中心とする回転の組み合わせ、またはピッチが含まれ得るが、以下に説明する別態様の装置ではより一般的なあやし技法、つまり、全体に垂直方向でのバウンシングが取り扱われ、単独で、または上述した上下及び回転動作を組み合わせた揺らし動作パスと組み合わせて使用される。
【００４８】
本発明の他の様相によれば、一般に垂直方向のバウンス動作を含む親のあやし技法を真似る構成を有する小児運動装置が提供される。この動作もまた、主たる周波数約３．０Ｈｚ、標準偏差約０．１５Ｈｚの統計的に一様なものであることが分かった。数多くの装置をこの比較的高い周波数での動作を付与するものと成し得る。そのために好適な方法には、一般に、これに限定しないが、垂直ピストンベースの設計（例えば、上述した回転軸に沿って圧縮空気システムまたはモーター及びクランク構成を配向したもの）や、半径方向揺動設計（例えば、全体に垂直方向で揺動させるために支持アームを偏向させたもの）が含まれる。以下に、統計的範囲内の所望の周波数における動作を提供する特定例を説明する。各実施例は、任意の所望程度において、揺らし動作を提供するための先に挙げた任意の各実施例と組み合わせ得るものとする。この場合、作動用の一方または両方の動作を選択するオプションがユーザーに与えられる。次いで、選択した動作パスに相当する一方または両方の駆動システムが起動され、単数または複数の所望周波数での選択動作が創出される。
【００４９】
図１８には揺らし動作とバウンス動作の両方を支持すると考え得る数多くの実施例の１つが例示される。揺らし動作に関し、支持アーム１５０がピボットロッド１５４に連結した駆動端１５２を有する。ピボットロッド１５４は回転軸Ｒを中心とする全体に垂直方向の回転に関して支持される。この例では、フレームアセンブリは一対の脚部１５８を備えるベースセクション１５６を有し、各前記脚部は装置の支柱のハウジング１６２内の上方伸延部１６０において終端する。各フレームパーツまたは脚部１５８はベースセクション１５６の直線延長部を成し且つ相互に横方向に離間される。脚部の遠位端は上方支承ブロック１６４内に連結されると共に回転自在に維持される。各脚部１５８の下方部分は下方支承ブロックまたはモーターマウント１６６内で回転自在に然るべく維持される。
【００５０】
上下の各支承ブロック１６４、１６６は、ピボットロッド１５４を受け且つ回転自在に支持するための中央支承開口を有する。本実施例ではピボットロッド１５４の下端１７０は下方支承ブロック１６６の下方で終端され得、且つモーターその他の駆動機構１７２に連結され得る。駆動機構１７２はピボットロッド、従って支持アームを所定の移動角度、例えば、先に説明した如く１２０度に渡り往復動作自在に回転する構成を有し得る。モーターまたは駆動機構１７２は、角度移動、回転速度その他をユーザーが操作し得る機能特徴部分を含み得る。ハウジング１６２の一部に、ユーザーがアクセス、運転、調整のため及び、装置の色々の性能上の特性を変更するために操作し得る、オペレーターパネル、タッチパッド装置、リモート制御ユニット、またはユーザーインターフェースをボタンと共に設け得る。図１にはハウジング３９の上方部分にタッチパッド、スクリーンその他のユーザーインターフェース要素１７４を担持した１例が示される。
【００５１】
ここでは詳しく示されないが、駆動機構の各構成部品は相当程度において変更され得るが、それらも尚、本発明の精神及び範囲内のものとする。試験により適性に機能することが証明された１例では、駆動機構は所望の動作を発生させるためのロッドに電子機械的システムを連結した形態を有し得る。１例では、ＤＣまたはＡＣモーターがウォームギヤに連結され、当該ウォームギヤがウォームギヤフォロワに連結され得る。ウォームギヤフォロワはクランクシャフトを駆動し得る。駆動シャフトのエネルギーはバネに結局連結した切り欠き付きブラケットを介して純粋回転動作から揺動または往復動作に変換され得る。前記バネは支持アームを、その動作を介して揺動させるロッドに連結され得る。
【００５２】
バネ（図示せず）は、回転減衰機構としてのみならずエネルギーリザーバとして作用し得る。バネはモーター及びロッド間の非同期を許容しないことでモーターを保護するクラッチ様要素としての機能を意図され得る。かくして、ロッドはモーターに直結する必要はない。ここで説明される各装置の支持アームに所望の揺動または往復動作を付与すると考え得るその他多くの駆動機構またはシステムが存在し得る。それら駆動機構またはシステムには、駆動機構のエネルギー及び動作を開示した各装置の往復または揺動動作に変換する、バネ作動式巻き上げ機構、磁気システム、電磁システムその他装置が含まれ得る。何れの場合でも、各装置の構成によれば駆動システムの各パーツはハウジング内に格納され且つ子供用シートの高さ以下に位置決めされる。かくして、各機構は邪魔にならず、シートの子供に対する騒音レベルが小さくなり、製品形態が非常にコンパクト化され、子供用シートへのアクセスへの妨害が殆ど無くなる。
【００５３】
引き続き図１８を参照するに、所望のバウンス動作を付与し得る構造の１例が示され、所望の周波数で揺動させるべく構成したバネベースのシステムを含んでいる。この目的上、バネ１７６は上方支承ブロック１６４と、ピボットロッド１５４上に位置決めしたバネストッパ１７８との間に捕捉される。駆動機構はピボットロッド１５４の下端１７０に、当該ピボットロッドの軸方向に沿って垂直方向動作または揺動を付与する構成を有し得る。以下に詳しく説明するように、バネ１７６は支持アームに対する揺動性のバウンス動作を減衰させ得且つその維持を助成し得る。例えば、駆動システムに連結したバネは、所望の周波数に合致させ得るところの固有周波数で伸縮し得る。このように、駆動機構（例えばソレノイド及び電磁石構成）をエネルギー保存機構として用いて一定のバウンス振幅を維持させることで、システムにおける摩擦損失に打ち勝ち得る。あるいはピボットロッド１５４及びバネ１７６を、支持アーム１５６におけるシートの、ユーザー自身による臨時的なバウンス動作を生じさせ得る機械的構成とし得る。機械的バウンス動作は、例えば、子供の動きまたは親が触れることで付与され得る。
【００５４】
図１９及び図２０には有効範囲内における所望周波数でのバウンス動作を実現するための別態様の実施例が示される。各実施例は、一般に、揺らし動作に関連して先に説明した回転軸に相当し得る、全体に垂直な軸またはロッドに沿った正弦曲線動作を発生するカムを含む。カムのみにより子供の体重を支える実施例もあるが、例示した両実施例では子供の静体重をオフセットする構成のバネを用いてカムへの負荷を低減させる。
【００５５】
図１９を参照するに、バウンサ駆動システムが示され、全体に番号２５２で示すフォロワ構成において正弦曲線動作を発生させる構成を有するカム２５０を含んでいる。カム２５０は、その中心から、所望のバウンス動作の距離の半分に相当する距離オフセットした孔２５４を備えるディスクまたは円形状に構成され得る。カム２５０は、その回転を拘束するためのキー及び支持要素を持つ従来構成のシャフト２５６と共に回転する。カムは、全体を番号２６０で示すギヤを介してシャフト２５６に連結したモーター２５８により回転駆動される。ギヤ２６０は、カム２５０からのバックトルクに対処するためのウォーム及びウォームフォロワを含むギヤ対またはギヤトレーンを含み得る。
【００５６】
ホイールフォロワまたはホイールベアリング２６２が、軸カラー２６６、２６８により結局は全体に垂直方向に保持されるところのフォロワシャフト２６４と接触する状態に保持される。軸カラー２６６は、カム２５０から子供の静体重を除去し、結局は駆動機構のトルク条件を低減させるために使用する圧縮バネ２７０用のベース部を提供する。この目的上、圧縮バネ２７０は、ホイールフォロワ２６２が低振幅ポイント位置でカム２５０に丁度接触する程度において圧縮されるよう位置決めされる。この実施例ではバネストッパ２７２はフォロワシャフト２６４を貫いて挿通するピン状に形成される。様々の体重の子供を収受するために、ピンを受ける多数の（例えば数ダースの）穴をフォロワシャフト２６４に等間隔に形成し得る。
【００５７】
図１９に示す駆動システム実施例は、先に説明した小児運動装置の何れかと任意の所望程度において一体化され得る。本実施例では駆動機構は、図９に示す実施例のハウジング５９と、同一でなければ類似の、ハウジング２７４内に配置される。軸カラー２６６、２６８はハウジング２７４またはその内部に配置した支持構造に固定され得る。フォロワシャフト２６４は、支持アーム２７６を片持ち支持する回転軸Ｒに沿って配置され得る。このように、揺らし及びバウンスの各動作が提供され得る。
【００５８】
図２０には別態様のバウンサ駆動システムが示され、先の実施例と共通する各要素が同じ参照番号で示されている。本実施例では、ＤＣモーター２５８のシャフトにはウォーム２７６が直結されている。ウォーム２７６はハイブリッド型の水平カム及びウォームギヤとして作用するカムギヤ２７８と歯合する。カムギヤ２７８はその周囲面にウォーム２７６と係合する螺旋歯を有する。カムギヤ２７８の上面２８２は、カムギヤ２８２が回転すると所望のバウンス動作が生じるよう、周囲面２８２の平面に関して傾斜される。
カムギヤ２７８は、当該カムギヤ２７８の変形を防止するべく負荷直結状態で位置付けた裏当てホイール２８４により支持される。フォロワホイール２８６は負荷シャフト２６４に連結される。作動に際し、フォロワホイール２８６はカムギヤ２７８の傾斜面に載置され、バネ２７０が、負荷の静的成分を除去し、軸カラー２６６、２６８がハウジング２８８内で駆動システムを固定位置決めする。
【００５９】
図２１に示すように、バウンス動作は半径方向変異のための構造及び構成によっても提供され得る。この場合、半径方向の揺動は、バネアーム３０２の端部に位置付けたシート３００で子供を吊下させることにより一般に生じる。角度変位が比較的小さい場合はバネアーム３０２の端部位置の揺れ動作は比較的垂直方向（親の動作を真似た）のものとなる。本システムの固有共振周波数は標準バネ等式を用いて算出し得る。色々の駆動システムを使用してバネアーム３０２の共振の振れを維持し得る。
【００６０】
図２２を参照するに、子供用のシートを垂直方向バウンス動作を介して移動させる別態様が示され、プーリー被駆動ケーブル３５２から子供用シート３５０を吊下する構成を含んでいる。プーリーは所定の、所望周波数でケーブル３５２を巻き上げまたは巻下ろし得、かくして、子供を上下に円滑動作させる状態で移動させる。プーリーはモーター装置（図示せず）による直接駆動または、所望周波数で揺動させる構成を有する１つ以上の螺旋ばね３５４を介して駆動され得る。後者の場合、駆動機構（図示せず）はシステムの任意の減衰性損失に打ち勝つエネルギーを提供する構成を有するバネに連結され得る。その他のバネベースの構成（例えば、螺旋伸張バネ）もまた、高周波数での共振動作を指示するために好適であり得る。
【００６１】
ここで開示される色々の小児運動装置例の詳細は相当程度において変化し得るが、それらも本発明の精神及び範囲内のものとする。フレームアセンブリの各バーツ、支柱の各パーツ、及び追加的な特徴部分、を構成するために使用する構造及び材料は、プラスチックからスチール管、その他好適な材料及びパーツ構造に変更し得る。駆動システムの各コンポーネントもまた、ここで開示された各装置の所望の動作及び機能を生じさせるために駆動システムで使用する特徴部分における如く変更され得る。子供用シートの底部またはベース部は任意の好適な様式下にシートホルダと係合するように構成され得る。ここで開示される如く、シートベース部には垂直または水平方向に角度付けした切り欠きを設け得る。シートホルダチューブその他材料のサイズは、切り欠き内に摺動状態下に進入してシートと係合する構成とし得る。重力及び子供の体重は、シートをシートホルダ内に維持するに十分であり得る。しかしながら、所望であれば能動ラッチ構造を利用できる。シートは、ハーネスシステム、キャリングハンドル、ピボット廻動式トレー、硬質プラスチックシェル、等の共通特徴部を含む構成をも有し得る。シートのベース部は、揺れ、バウンスまたは静止状態を支持する構造に構成され得、シートにはパッド、カバーその他好適な軟質用品を用い得る。先に言及したように、シートホルダはバシネットその他の子供支持装置等のその他装置を保持する構成を有し得る。
【００６２】
シートはプラットフォームまたは関連製品のシステム内に合致する構成をも有し得る。言い換えると、シートは、開示された小児運動装置の１つから取り外し、シートを受ける構成を有する別の製品に容易に配置し得る。それら関連製品には、例えば、クレードルスイングフレーム、標準振り子形スイングフレーム、バウンサフレーム、ストローラ、カーシートベース、またはエンターテイメントプラットフォーム、がある。このように、製品システムは、子供が小さい場合はあやしまたはなだめ用装置として用い、次いでエンターテイメント装置として使用するべく変更するために有益であり得る。別の実施例では子供用シートは支持アームに固定され、取り外せない。
【００６３】
約０．５Ｈｚの範囲を中心とする第１のあやし用周波数において作動する設計の多数の低周波数揺らし装置が説明された。これら及びその他の各装置は、約３Ｈｚの範囲を中心とする第２のあやし用周波数で作動する動力式バウンサとしても設計される。本発明の小児運動装置は、例えば、同時的な揺らし動作及びバウンス動作を介し、あやし用の２つの周波数が一体化された動作を提供する構成を有し得る。あるいは、または追加的には、本発明の各装置は、２つのあやし用周波数を別個に提供する構成を有し得る。これらの場合、各装置は、色々の動作モード間での選択及び切り替え用のスイッチその他のハードウェアを備える構成を有し得る。
【００６４】
上述した本発明の小児運動装置によれば、子供があやされそうな固有周波数を伴う複雑な動作パスを有する、子供の揺らし動作の多数の例が提供される。固有周波数での動作により、装置の動作効率は大幅に高められ、従って、電力が低下される。先の各実施例における固有周波数またはその付近での動作に沿った往復移動を提供するための、駆動システムに関する幾つかのオプションがある。それらオプションには、直接及び間接的な駆動技法のみならず位置フィードバック用の開ループ及び閉ループ制御が含まれる。これらの技法及びシステムは、共振周波数に合致する周波数で小児運動装置の支持アームやシートを駆動し、かくして共振周波数またはその付近における運転性能上のアドバンテージを実現する。例えば、上述した、バネをクラッチ様機構として備える間接駆動システムでは、装置フレームによって確立される共振周波数にして、保護者が子供をあやす際に用いることが経験的に見出された周波数範囲に入るよう設計された共振周波数またはその付近での所望の揺らし動作が創出され得る。この場合、またはその他の場合において、先に説明したように、スイング速度（またはスイングの角振幅）が、モーターまたは負荷サイクルへの適用電圧調整により調整または制御され得る。これらのパラメータはユーザーが、入手可能な幾つかのスイング速度（またはスイングの角振幅）の中の１つを選択する際に調整され得る。
【００６５】
ある場合において、十分低いまたは高いスイング速度を選択すると、駆動システムの所望のスイング周波数及び駆動システムの周波数との間に断続部が生じ得る。言い換えると、スイングアームまたはシートに対する駆動モーターの回転速度は、所望のスイング周波数でのスイング動作を効率的且つ円滑に支持するには遅過ぎまたは早過ぎるその結果、ユーザーが選択できる幾つかのスイング速度でのスイング動作はぎこちないまたは非円滑的なものとなり得る。
これは特定の駆動システムの場合に一層目立つまたは顕著化され得る。ばねは上述したシステムにおける幾分かのスリップを許容するが、駆動周波数が共振周波数に合致（例えば丁度またはその付近で）しない場合は駆動システムの動作効率は尚、不十分なものとなる。直接駆動システムの場合、スイングの角振幅を調整するべくモーター速度を変更すると、スイング周波数が相当分変化する。
【００６６】
駆動技法が直接的または間接的であるとを問わず、スイング速度（またはスイング角振幅）を調整するための駆動電圧の振幅を変化させる周波数断続が発生し得る。例えば、多くの市販入手可能なスイングでは、単極モーター駆動電圧のレベルによってスイング角を制御する。モーターの速度は駆動電圧に直接比例する。従って、高低の異なる２つのスイング振幅を支持する場合、前記米国特許第５，５２５，１１３号に説明されるように、モーターに２つ以上の電圧ベルを選択的に印加する。前記米国特許のカラム１０の第５２〜５４行に記載される如く、“モーターは当該モーターへの入力電圧に拘わらず、実質的に一定速度で運転されることが好ましい”のである。モーター、またはより一般的には駆動システムは、当該様式下に運転されるように構成されない場合、周波数の断続や所望されざる挙動が生じ得る。
【００６７】
周波数断続は直接駆動システムに関して特に関連する。直接駆動システムでは、スイング周波数はモーター速度に直接比例する。モーター速度は選択されたモーター駆動電圧に伴い変化するので、スイング周波数が変化する。従って、システムが幾つかのスイング角振幅に関する共振周波数で動作する設計とされていても、全てのスイング角振幅に対して当該共振周波数が用いられるわけではない。かくして幾つかの運転上の設定におけるぎこちないまたは出力不足の動作が生じ得る。
【００６８】
かくして、本発明の１様相では、単極駆動電圧が放棄され、多数のスイング速度（またはスイング角振幅）を支援する、共振数端数で各々作動する駆動電圧信号が志向される。以下に説明する駆動システム及び方法では、駆動電圧信号は変動する負荷サイクルまたは適用時間に依存してモーター速度を、従ってスイング速度を調節する。その結果、駆動電圧信号には、スイングフレームの共振周波数またはその付近の周波数を伴うパルスシーケンスが含まれる。駆動電圧が共振周波数に合致することから、駆動システムは機械的システムの動作に同調され得る。更に、各パルスの電圧レベルは異なる運転上の設定を収受するべく変化させる必要がないので、パルスシーケンスにおける各パルスの電圧レベルは、モーター速度を、共振周波数にも合致するモーター駆動周波数に相当するよう最適化され得る。これらの理由から、スイング動作は運転上の全設定において円滑且つ効率化される。
【００６９】
図２３を参照するに、駆動システム回路４００が示され、本発明の各様相に従う駆動電圧信号を発生する構成を有している。回路４００は、例えば、小児運動装置２０（図１〜図５）及び５０（図９及び図１０）のそれらを含む上述した任意の各装置の駆動システムの１つのコンポーネントを構成し得る。回路４００は、番号４０２で略示される、回路４００の一体部品或いはそうではない電源または供給源から電力を供給され得る。ある場合において、電源４０２は、回路４００の残余部分のみならず小児運動装置の任意のその他の電気的構成部品（例えばオーディオプレーヤー）にＤＣ電力（例えば６ボルトまたは１２ボルト）提供する多数のバッテリーセルを含む。電源４０２は、単数または複数のバッテリーセルを充電するための、または、回路４００の残余部分にＤＣ電力信号を直接印加するためのＡＣ−ＤＣコンバータもまた或いは代替物として含み得る。あるいはまたは追加的には、電源４０２は電圧レギュレーター、電力コンディショニング回路、サージ保護回路、漏電遮断回路、及び、回路４００の各コンポーネントに給電する線４０４、４０６に沿って所望の電力源を発生させるために使用する任意のその他回路または装置を含み得または連結され得る。電源４０２の特性、各コンポーネント、機能、及び出力は、相当程度において変更され得るが、それらは以下に説明する駆動電圧技法との互換性を維持し得る。
【００７０】
回路４００は、一般に、保護者に情報を与えるまたは保護者から情報を得ることを指向する多数のユーザーインターフェースモジュールまたは要素４０８をも含み得る。例えば、あるユーザーインターフェースモジュール４０８は、多数の入手可能なスイング速度（またはスイング角振幅）のユーザーによる選択を可能とする構成を有し得る。ある場合において、ユーザーインターフェースモジュール４０８は、入手可能なスイング速度設定の個別番号（例えば６）の選択を容易化する１つ以上のスイッチ（例えば、プッシュボタン）を含み得る。ある場合には、ダイアルその他のユーザーインターフェース要素が、個別のまたは連続するスイング速度設定範囲からの選択能力を提供し得る。ユーザーインターフェースモジュールまたは要素４０８における、揺れ速度制御用の特性、タイプその他特徴は相当程度において変更可能である。ユーザーインターフェースモジュールまたは要素は、電源の入断選択を含む広汎なその他ユーザー設定に対しても適用され得る。
【００７１】
回路４００は、小児運動装置の位置、速度、及びその他で他を収集する構成を有する１つ以上のフィードバックセンサ４１０をも含み得る。フィードバックデータはマイクロコントローラ４１２に提供され、マイクロコントローラユニットは当該データを処理してモータードライブ４１４用の制御信号を決定する。当該制御信号はモータードライブ４１４をしてモーター４１６用のモーター駆動電圧を発生せしめる。フィードバックデータは始動制御ルーチン及び速度制御を含む様々なモーター制御目的のために利用される。大抵の場合、フィードバックデータは装置に座る子供の体重や体格に基づく異なる負荷を調整する上で有益である。各センサ４１０は、データ収集のための色々の場所に配置され得る。ある場合において、１つ以上のセンサ４１０が、モーター４１６、駆動軸、または任意のその他、モーターにより駆動されるコンポーネント、例えば支持アーム６０（図９）と関連付けされ得る。ある場合において、センサ４１０は本来光学的なものであり得、例えば、米国特許第５，５２５，１１３号や同第６，３３９，３０４号に記載されるような光遮断検出器の如き構成を有し得る１つ以上の光検出器／発光ダイオード対（図示せず）を含み得る。あるいはまたは追加的には回路４００は、回転エンコーダ、レゾルバ、または任意のその他の電気的、光学的、または機械的な位置検出装置、即ちモーターに関する速度データ検出装置を含み得る。フィードバックセンサ４１０は、モータ４１６の動作をシートの動作と同調させる上で有益であり得る。この目的上、マイクロコントローラ４１２はフィードバックデータを用いて以下に説明する如く、駆動電圧信号におけるパルスの調時を決定し得る。
【００７２】
市販入手可能な数多くのマイクロコントローラ製品を使用してマイクロコントローラ４１２の幾つかまたは全ての機能を実行させ得る。先の米国特許第６，３３９，３０４号には、Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社、Ｍｏｔｏｒｏｌａ社、Ｚｉｌｏｇ社からの好適な例が、回路４００の制御上有益であり得るその他の数多くの特性及び特徴と共に記載される。より一般的には、“マイクロコントローラ”及び“コントローラ”とは、ここでは、関与するハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアの各コンポーネントの数、形態、形式、技術或いはその他特性に拘わらず、任意のプロセッサまたはプロセス処理システムを含む広い意味で用いるものとする。例えば、マイクロコントローラ４１２はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）または、モーター制御用に構成し得る任意のその他形式のチップまたはチップセットを含み得る。更には、マイクロコントローラ４１２は回路４００のその他コンポーネント、例えばモータードライブ４１４等のタスクの１つ以上を取り扱う構成を有し得る。例えば、幾つかの実施例では、モータードライブを別に用いることなくまたは無しでモータードライブ電圧を発生させるためのモータードライブにパルス幅変調（ＰＷＭ）出力を備えるまたは含む構成のマイクロコントローラを含み得る。この場合、ＰＷＭ出力は、モーター４１６に印加する実効アナログ電圧レベルまたは振幅の電圧調整機構を提供する。その結果、モータードライブ電圧の電圧レベルまたは振幅に対する参照には、ＰＷＭベースの及び非ＰＷＭベースの各調整技法が共に含まれる。また、ＰＷＭ出力を構成する各パルスは、当該ＰＷＭパルスを用いて実効電圧レベル、期間及びその他のパルス発現に関する特性を決定する限りにおいて、以下に説明する用途パルスシーケンスと混合されるべきではない。
【００７３】
モータードライブ４１４は、マイクロコントローラ４１２の提供する１つ以上の制御信号に応答しての電圧調整または電圧発生のために使用され得る。例えば、ＰＷＭおよびその他の電圧調整は、モータードライブ４１４により代替的または追加的に取り扱われ得る。電圧調整または電圧発生の特性はモーターの形式により変更され得る。従って、モータードライブ４１４はＡＣモーターを可変周波数駆動制御するインバーターを含み得る。この場合、マイクロコントローラ４１２及び回路４００のその他のコンポーネントは、ＤＣモーター用に好適な制御信号にして、モータードライブ４１４により同等のＡＣ駆動信号に変換される制御信号を発生するべく構成され得る。ＤＣモーターを含む多くの場合において、電圧制御及び電圧発生機能は先に説明したようにマイクロコントローラ４１２により取り扱われる。
【００７４】
ここで説明する駆動電圧信号技法は任意のモーター形式に対して限定されるものではない。少し例を挙げると、モーター４１６は、マブチモーター社（ｗｗｗ．ｍａｂｕｃｈｉ−ｍｏｔｏｒ．ｃｏ．ｊｐ／ｅｎ＿ＵＳ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ）から市販入手し得るモデル番号ＲＦ−５００ＴＢ、ＲＳ−５５０ＰＣを持つモーターの如きであり得る。実際、駆動電圧信号技法により支持されるフレキシブル制御により、モーター４１６に関する性能規定が緩和され、かくして色々の異なるモーターの使用が可能となる。
【００７５】
図２４Ａ及び図２４Ｂには、ここで開示される各様相のモーター駆動技法に従う構成のモーター駆動電圧信号の２つの例が示される。各モーター駆動電圧信号は一般に、小児運動装置が全ての所望のスイング速度（またはスイング速度角振幅）に対して共振周波数で作動され得ることが保証される構成を有する。これらの例では、モーター駆動電圧信号はモーター４１６の如きＤＣモーター用に設計されたものであるが、同等のＡＣ駆動信号を各プロット及びここでの説明から導出し得る。何れの場合でも、駆動電圧信号は、小児運動装置の共振周波数に合致する周波数を有する。各信号の駆動電圧周波数はプロットにおいて識別される周期期間の逆数である。ＰＷＭ技法を用いて信号を導出する実施例では、モーター駆動電圧信号の周波数は、各サイクル（または半サイクル）においてプロットに示す各パルスを相互に有効形成するところのＰＷＭパルス成分の単数または複数の周波数ではなく、信号包絡線周波数に相当する。何れの場合でも、マイクロコントローラ４１２が、ここで説明する如きモーター駆動電圧信号を発生またはその発生を指示する。
【００７６】
モーター駆動技法の１様相に従えば、駆動電圧周波数は所望のスイング速度（またはスイング角振幅）に関わらず一定である。一定の駆動周波数によれば、モーターは小児運動装置の共振周波数に合致する周波数で一定駆動され得る。上述したように、装置フレーム寸法形状及び構成は、共振周波数を限定し、多くの場合、変更されない。そのため、駆動電圧周波数は既知の共振周波数またはその付近に維持される。システムを共振周波数から若干はずれた周波数で駆動する場合でさえ有意の効率増大が実現され得る限りにおいて、駆動電圧周波数を共振周波数に正確に一致させる必要はない。更には、マイクロコントローラ４１２は往復動作の断続を収受またはその調整を実施すべきでもある。機械的調整がユーザーによって成される（例えば、支持アーム長の調整）場合、コントローラ４１２はそれに応じて駆動電圧周波数を調整して変化させ得る。
【００７７】
駆動電圧信号の各サイクルには、周期サイクルを確立する、従って、スイング速度を決定する１つ以上のパルスが含まれる。周期サイクルは、サイクルの全期間に対する各パルス長の比に相当する。周波数、従ってサイクル期間が一定であれば、各パルス長を調整してモーター４１６の周期サイクルを変化及び制御し得る。言い換えれば、パルス長は、各サイクルにおける、支持アームと、最終的にはシートにトルクが印加される期間、即ち、モーター駆動電圧の印加時間を決定する。
【００７８】
マイクロコントローラ４１２は一般に、単数或いは複数のセンサ４１０からのフィードバックデータを利用して駆動電圧信号を往復動作に同期させる。小児運動装置２０、５０に関連して上述したように、フィードバック情報によれば、モーター駆動電圧及びその他の制御パラメータを、所望のスイング速度（またはスイング角振幅）で有効動作させるべく調節及び最適化させ得る。一般的には、マイクロコントローラ４１２はフィードバックデータに応じてモーター駆動電圧のパルスの調時を決定する。例えば、位置を表示するフィードバックデータは、動作方向が逆転した直ぐ後で（前ではなく）パルスが印加されることを保証させるべくマイクロコントローラ４１２で利用され得る。マイクロコントローラ４１２は、動作パス中におけるパルス印加のための最有効時間を選択する構成を有し得る。何れにせよ、モーター４１６にパルスが印加されるとトルク作用により所望のスイング速度が確立または維持される。従って、パルス長を増減すると、各サイクル中のトルク量が調整され、かくして、往復動作速度が調整される。言い換えると、スイング速度（またはスイング角振幅）は、各パルスの電圧レベルではなくパルス長を変化させることにより実現される。このように、マイクロコントローラ４１２は単数或いは複数のユーザーインターフェース４０８を介してのユーザーによる異なるスイング速度（またはスイング角振幅）選択に作用し得る。
【００７９】
周期サイクルを用いてスイング速度を制御することにより、小児運動装置に関する各パルスの電圧レベル、または振幅が最適化され得る。本発明の駆動技法の当該様相は、モーターの速度がスイング周波数に直接比例する直接駆動式の各実施例との組み合わせに於いて取り分け有益である。モーター速度は電圧レベルにして、スイング周波数を直接決定する電圧レベルにも比例する。これら及びその他実施例において、モーター駆動信号における各パルスの振幅は小児運動装置の共振周波数に関して適したレベルで一定に維持される。かくして、電圧レベルは共振周波数に合致するモーター周波数を生じさせるモーター速度に相当するべく選択され得る。
【００８０】
モーター駆動電圧信号における各パルスは、単方向または両方向において往復動差を駆動し得る。図２４Ａに示すように、各サイクルには往復動作パスの順方向及び逆方向に相当する正のパルス及び負のパルスが共に含まれる。対照的に、図２４Ｂには２つの部分の一方にのみパルスが印加され、従って順方向または逆方向の何れかにおいて動作が支持される例が示される。次いでモーター駆動により装置は他方向への移動を通して完全に惰走され得る。マイクロコントローラ４１２は、パルスシーケンスの何れかの形式を発生（またはその発生を指示）し、または必要に応じて２つの形式間を選択して所定のスイング速度を達成する構成を有し得る。
開示された駆動信号技法は直接駆動式の各実施例に対して特に適しているが、任意の特定の駆動形式、構造、または機構に対して限定されるものではない。直接及び間接の両駆動システムを使用して各技法から有効性増大を導出し得る。開示された駆動信号技法は任意の特定形式のフレームまたは往復動作パスに対しても限定されるものではない。
【００８１】
上述した駆動信号技法を用いることで、一般に、小児運動装置の固有周波数に合致させるための適正時間にモーター４１６にパルスが印加される。開示された各技法によれば、モーター速度が小児運動装置の固有周波数に合致され得るようにもなる。共振周波数またはその付近の周波数での運転により相当程度の有効性増大が得られる他に、上述した各駆動システム及び方法によれば、子供の体重に拘わらず動作が一定化され、エネルギー消費量最小化（かくして、コードレスまたはバッテリーの持ち時間がが延び）され、安価な駆動システムコンポーネントが使用でき、駆動コンポーネントへの応力付加が低減（かくして、製品の使用寿命が延び）される。開示した駆動システム及び方法によれば、共振周波数での作動の実現がより容易化されることから、その他の駆動システムコンポーネントの構造及び設計も簡易化され得る。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。
【符号の説明】
【００８２】
２０  小児運動装置
２２  フレームアセンブリ
２４  ベースセクション
２６  床面
２８  支柱
３０  支持アーム
３２  被駆動端
３３  遠位端
３４  シートホルダ
３６  チャイルドシート
３８  開口
３９  ハウジング
４０  ベース部
４２  平坦部分
４４  垂下部分
４８  能動ラッチ
５０  小児運動装置
５１  フレームアセンブリ
５２  シート
５４  ベースセクション
５６  シート支持フレーム
５８  支柱
５９  ハウジング
６０  支持アーム
６２  駆動システム
６４  駆動シャフト
６６  モーター
６８  ウォームギヤ
７０  ウォームギヤフォロワ
１５２  駆動端
１５４  ピボットロッド
１５６  ベースセクション
１５８  脚部
１６０  上方伸延部
１６２  ハウジング
１６４  上方支承ブロック
１６６  下方支承ブロック
１７０  下端
１７２  駆動機構
１７４  ユーザーインターフェース要素
１７６  バネ
１７８  バネストッパ
２５０  カム
２５６  シャフト
２５８  モーター
２６０  ギヤ
２６２  ホイールフォロワ
２６４  フォロワシャフト
２６６  軸カラー
２７０  圧縮バネ
２７２  バネストッパ
２７４  ハウジング
２７６  ウォーム
２７８  カムギヤ
２８２  上面
２８４  ホイール
２８６  フォロワホイール
３００  シート
３０２  バネアーム
３５２  プーリー被駆動ケーブル
４００  駆動システム回路
４０２  電源
４０４  線
４０８  ユーザーインターフェースモジュール
４１０  フィードバックセンサ
４１２  マイクロコントローラ
４１４  モータードライブ
４１６  モーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【外国語明細書】
2011101801000001.pdf