(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電源となる電気二重層キャパシタと、
玩具としての機能を実現するための可動機構と、
前記可動機構を動作させるための電気式動力源と、
前記電気二重層キャパシタから受け取った電圧を昇圧して、少なくとも、前記電気式動力源の電源として給電するためのチョッパ方式による昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータとを包含する、電動式玩具。
【請求項２】
前記電気式動力源の動作を制御するための制御回路をさらに有し、
前記チョッパ方式による昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記電気二重層キャパシタから受け取った電圧を昇圧して、前記制御回路の電源としても給電するものであり、
前記昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータは、さらに
定電圧出力機能を有し、かつ
前記制御回路の作動に必要な電源電圧よりも低い動作可能な最低入力電圧と、
前記制御回路の作動に必要な電源電圧よりも高い一定出力電圧と、を有する、請求項１に記載の電動式玩具。
【請求項３】
前記制御回路への給電をオンオフするための電源スイッチと、
前記電源スイッチがオフのとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側において電源ライン間を短絡させて、前記制御回路への印加電圧をゼロリセットするための短絡線とをさらに有する、請求項２に記載の電動式玩具。
【請求項４】
前記制御回路は、ＣＰＵとして機能するマイクロプロセッサを含み、かつ
前記マイクロプロセッサには、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が、ゼロボルトへ向けて急降下する直前の値として予め設定された所定電圧にまで降下したことを検出して、プログラムの実行を強制的に終了させる機能が組み込まれている、請求項２又は３に記載の電動式玩具。
【請求項５】
前記制御回路は、ＣＰＵとして機能するマイクロプロセッサを含み、かつ
前記マイクロプロセッサには、前記電気二重層キャパシタの充電電圧を検出し、その検出値に応じて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧設定値を変更する機能が組み込まれている、請求項２又は３に記載の電動式玩具。
【請求項６】
前記可動機構が、
自動車玩具としての機能を実現するための前輪操舵機構及び後輪回転機構であり、
前記電気式動力源が、
前記前輪操舵機構を動作させるための操舵駆動源および前記後輪回転機構を動作させるための後輪電動機であり、
前記制御回路が、
与えられた制御コマンドに応じて、前記操舵駆動源及び前記後輪電動機を制御する機能を有するものである、請求項２に記載の電動式玩具。
【請求項７】
前記制御回路が、
ＣＰＵとして機能するマイクロプロセッサを含み、かつ
前記マイクロプロセッサには、
与えられた制御コマンドを解読及び実行することにより、少なくとも、前記操舵駆動源及び前記後輪電動機を制御する機能と、
パワーオンリセット機能とが、少なくとも、組み込まれており、さらに
前記制御回路への給電をオンオフするための電源スイッチと、
前記電源スイッチがオフのとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの二次側の電源ライン間を短絡させて、前記制御回路への印加電圧をゼロリセットするための短絡線とをさらに有する、請求項６に記載の電動式玩具。
【請求項８】
前記マイクロプロセッサには、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が、ゼロボルトへと急降下する直前の値として予め設定された所定電圧にまで降下したことを検出して、プログラムの実行を強制的に終了させる機能が、さらに、組み込まれている、請求項７に記載の電動式玩具。
【請求項９】
前記マイクロプロセッサには、
前記電気二重層キャパシタの充電電圧を検出し、その検出値に応じて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧設定値を変更する機能が、さらに、組み込まれている、請求項７に記載の電動式玩具。
【請求項１０】
前記マイクロプロセッサには、
前記後輪電動機に対して電圧パルス列を印加することにより、前記後輪電動機に流れる電流を設定する機能と、
前記与えられた制御コマンドが省エネコマンドのとき、前記パルス列のパルス幅、パルス周波数、および／または、デューティ比を変更することにより、前記後輪電動機に流れる電流を減少させる機能とが、さらに、組み込まれている、請求項７に記載の電動式玩具。
【請求項１１】
前記制御回路には、所定の変調方式により無線送信された制御コマンドを受信復調して前記マイクロプロセッサに与える受信復調ＩＣを、さらに、含み、
前記マイクロプロセッサは、所定のリモートコントローラから無線送信された制御コマンドを前記受信復調ＩＣを介して受け取って解読及び実行する、請求項７〜１０のいずれか１つに記載の電動式玩具。
【請求項１２】
前記電動式玩具に対して着脱が可能であって、前記電動式玩具に内蔵された前記電気二重層キャパシタに対して充電が可能な充電器を有する、請求項１〜５のいずれか１つに記載の電動式玩具。
【請求項１３】
前記充電器は、
前記電動式玩具側の一対の受電端と接続されるべき一対の給電端と、
１又は２以上の電池で構成され、充電目標電圧とほぼ等しく設定された出力電圧を有する充電用電源部と、
前記充電用電源部から前記給電端へ至る経路に介在され、前記電気二重層キャパシタへ流れ込む充電電流を制限するための抵抗と、
前記一対の給電端子と前記一対の受電端子とが電気的に導通し、かつ前記一対の給電端子間の電圧が前記充電目標電圧にまで上昇する期間に限り点灯する表示ランプとを有する、請求項１２に記載の電動式玩具。
【請求項１４】
前記充電器は、
前記電動式玩具側の一対の受電端と接続されるべき一対の給電端と、
手動発電機から構成され、かつ直流電圧を出力する充電用電源部と、
前記充電用電源部から得られる電圧を平滑及び充電目標電圧に安定化する平滑安定化回路とを有する、請求項１２に記載の電動式玩具。
【請求項１５】
前記電動式玩具に対して着脱が可能であって、前記電動式玩具に内蔵された前記電気二重層キャパシタに対して充電が可能な充電器を有する、請求項６〜１１のいずれか１つに記載の電動式玩具。
【請求項１６】
前記充電器は、
前記電動式玩具を構成する自動車玩具側の一対の受電端と接続されるべき一対の給電端と、
１又は２以上の電池で構成され、充電目標電圧とほぼ等しく設定された出力電圧を有する充電用電源部と、
前記充電用電源部から給電端へ至る経路に介在され、前記電気二重層キャパシタへ流れ込む充電電流を制限するための抵抗と、
前記一対の給電端子と前記一対の受電端子とが導通し、かつ前記一対の給電端子間の電圧が前記充電目標電圧まで上昇する期間に限り点灯する表示ランプとを有し、かつ
前記一対の給電端は、
手持ち型の充電器筐体の外表面に設けられ、かつ前記自動車玩具の車体底部に設けられた一対の受電端プラグ又は受電端レセクタプルと、前記自動車玩具の後輪を浮かせた状態で、挿抜結合されるべき給電端レセクタプル又は給電端プラグとして構成されている、請求項１５に記載の電動式玩具。
【請求項１７】
前記充電器は、
前記電動式玩具側の一対の受電端と接続されるべき一対の給電端と、
手動発電機から構成され、かつ直流電圧を出力する充電用電源部と、
前記充電用電源部から得られる電圧を平滑及び充電目標電圧に安定化する平滑安定化回路とを有し、かつ
前記一対の給電端は、
手持ち型の充電器筐体の外表面に設けられ、かつ前記自動車玩具の車体底部に設けられた一対の受電端プラグ又は受電端レセクタプルと、前記自動車玩具の後輪を浮かせた状態で、挿抜結合されるべき給電端レセクタプル又は給電端プラグとして構成されている、請求項１６に記載の電動式玩具。
【請求項１８】
主電源となる電気二重層キャパシタと、
玩具としての機能を実現するための可動機構と、
前記可動機構を動作させるための電気式動力源と、
前記電気式動力源の動作を制御するための制御回路と、
前記電気二重層キャパシタから受け取った電圧を昇圧して、少なくとも、前記制御回路の電源として給電するための昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータとを包含する電動式玩具において、
前記制御回路に含まれるマイクロプロセッサを、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が、ゼロボルトへと急降下する直前の値として予め設定された所定電圧にまで降下したことを検出して、プログラムの実行を強制的に終了させるように機能させるためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動式玩具に係り、特に、電気二重層キャパシタを電源として動作する電動式玩具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電池を電源として動作する電動式玩具（例えば、移動体である電動自動車玩具、非移動体である電動揺動人形等々）としては、電池としてマンガン電池やアルカリ電池、ボタン型水銀電池等の一次電池を電源とするものと、ニッケルカドミウム電池に代表されるような再充電可能な二次電池を電源とするものとが知られている。【０００３】
しかし、一次電池を電源として使用するものにあっては、長期の使用にあたっては頻繁な電池交換が必要であること、長期放置により液漏れし易いこと、比較的に重量が大であること、特にボタン型水銀電池にあっては幼児が誤って飲み込み易いこと、等々の問題がある。また、二次電池を電源とするものにあっては、液漏れし易いこと、重量が大であること等の一次電池と同様な問題に加えて、充電回数が増加するにつれて劣化して初期性能を発揮し得なくなること、稀に発熱して発火する虞があること、充電に比較的に長時間がかかること、等々の問題がある。そのため、幼児や低学年児等を主たるユーザとする電動式玩具の分野において、電源として電池を使用することは、特に、安全性確保の観点より、徐々に敬遠される傾向にある。【０００４】
一方、電源として化学反応に依存する電池を使用しない電動式玩具としては、電源として電気二重層キャパシタ（スーパーキャパシタとも称する）を使用した電動式玩具が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平０４−０１８５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電気二重層キャパシタは軽量で短時間充電が可能であり、かつ繰り返し充電によっても劣化しにくい等の利点を有する反面、玩具としての機能を実現するための可動機構を動作させるための動力源（電動機等）への給電を想定すると、余程、静電容量の大きな電気二重層キャパシタを採用しない限り、電気二重層キャパシタの電圧が急速に低下してしまうため、一充電当たりの動作継続時間が短すぎて、幼児や低学年児等のユーザを十分に満足させることができないと言う問題点がある。【０００７】
殊に、電源となる電気二重層キャパシタの負荷として、可動機構を動作させるための動力源のみならず、その動力源の動作を制御する制御回路（例えば、マイクロプロセッサやその周辺回路等）までをも有する電動式玩具にあっては、電気二重層キャパシタの電圧が制御回路の動作可能電源電圧にまで低下した時点で、電気二重層キャパシタには未だ十分な電荷が残存するにも拘わらず、制御回路の動作不能により電動式玩具は動作を停止してしまうと言う問題点がある。【０００８】
実際、小型化及び低コスト化を意図して、小容量の電気二重層キャパシタ（例えば、１乃至３Ｆ程度）からなる主電源にて、３０乃至５０ｍＡ程度の負荷に相当するような制御回路付きの電動式玩具を設計しようとすると、動作継続時間（例えば、電動式ミニカー等の小型自動車玩具であれば、走行継続時間に相当）は、僅か５乃至１０秒程度に過ぎず、これでは、幼児や低学年児童と言えども、到底、彼らを満足させることは困難である。【０００９】
そのため、特許文献１に見られるように、電動式玩具の電源として電気二重層キャパシタを使用する場合には、電気二重層キャパシタそれ自体は補助電源として使用し、それとは別に、主電源として、なんらかの他の発電手段（例えば、太陽電池等）を併用するのが通例とされていた。【００１０】
この発明は、上述の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、電気二重層キャパシタを主電源として使用しながらも、幼児や低学年児等のユーザを十分に満足させることが可能な程度の十分な長さを有する、一充電当たりの動作継続時間を確保することができる電動式玩具を提供することにある。【００１１】
この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、明細書の以下の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるはずであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の問題点を解決するために、本発明の電動式玩具及びコンピュータプログラムは、以下の構成を有することを特徴とするものである。【００１３】
すなわち、本発明の電動式玩具は、主電源となる電気二重層キャパシタと、玩具としての機能を実現するための可動機構と、前記可動機構を動作させるための電気式動力源と、前記電気二重層キャパシタから受け取った電圧を昇圧して、少なくとも、前記電気式動力源の電源として給電するためのチョッパ方式による昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータとを包含する、ことを特徴とするものである。【００１４】
このような構成の電動式玩具によれば、主電源となる電気二重層キャパシタと前記可動機構を動作させるための電気式動力源との間に、前記電気二重層キャパシタから受け取った電圧を昇圧して、少なくとも、前記電気式動力源の電源として給電するためのチョッパ方式による昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを介在させたことにより、電源利用率が飛躍的に向上して、電気二重層キャパシタの充電電荷を余すところなく活用可能となり、電気二重層キャパシタを主電源として使用しながらも、幼児や低学年児等のユーザを十分に満足させることが可能な程度の十分な長さを有する、一充電当たりの動作継続時間を確保することができる。【００１５】
本発明に係る電動式玩具の好ましい実施の態様においては、前記電気式動力源の動作を制御するための制御回路をさらに有し、前記チョッパ方式による昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記電気二重層キャパシタから受け取った電圧を昇圧して、前記制御回路の電源としても給電するものであり、前記昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータは、さらに定電圧出力機能を有し、かつ前記制御回路の作動に必要な電源電圧よりも低い動作可能な最低入力電圧と、前記制御回路の作動に必要な電源電圧よりも高い一定出力電圧と、を有する、ものであってもよい。【００１６】
このような構成の電動式玩具によれば、前記電気二重層キャパシタの電圧が、前記制御回路の作動に必要な電源電圧よりも低下したとしても、その電圧がＤＣ／ＤＣコンバータの動作可能な最低入力電圧（例えば、使用トランジスタ素子の入力閾値電圧等で決まる）に降下するまでの間は、制御回路に対して、その作動に必要な電源電圧よりも高い一定出力電圧を給電することができるため、制御回路の動作可能期間の延長を通じて、幼児や低学年児等のユーザを十分に満足させることが可能な程度の十分な長さを有する、一充電当たりの動作継続時間を確保することができる。【００１７】
本発明に係る電動式玩具の好ましい実施の態様においては、前記制御回路への給電をオンオフするための電源スイッチと、前記電源スイッチがオフのとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側において電源ラインを短絡させて、前記制御回路への印加電圧をゼロリセットするための放電路とをさらに有する、ものであってもよい。【００１８】
このような構成の電動式玩具によれば、主電源として電気二重層キャパシタを使用しつつも、十分な動作継続時間を確保することができ、しかも制御回路に含まれるマイクロプロセットのパワーオンリセット機能を、電源投入とともに確実に作動させ、任意のプログラムを正常に始動することが可能となる。【００１９】
本発明に係る電動式玩具の好ましい実施の態様においては、前記制御回路は、ＣＰＵとして機能するマイクロプロセッサを含み、かつ前記マイクロプロセッサには、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が、ゼロボルトへ向けて急降下する直前の値として予め設定された所定電圧にまで降下したことを検出して、プログラムの実行を強制的に終了させる機能が組み込まれていてもよい。【００２０】
このような構成の電動式玩具によれば、主電源として電気二重層キャパシタを使用しつつも、十分な動作継続時間を確保することができ、しかも電気二重層キャパシタの充電電圧が、ＤＣ／ＤＣコンバータの最低作動電圧にまで低下して、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が急減することによるマイクロプロセッサの誤動作を未然に防止することができる。【００２１】
本発明に係る電動式玩具の好ましい実施の態様においては、前記制御回路は、ＣＰＵとして機能するマイクロプロセッサを含み、かつ前記マイクロプロセッサには、前記電気二重層キャパシタの充電電圧を検出し、その検出値に応じて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧設定値を変更する機能が組み込まれている、ものであってもよい。【００２２】
このような構成の電動式玩具によれば、電源として電気二重層キャパシタを使用しつつも、十分な動作継続時間を確保することができ、しかも前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定電圧に達しことにより、前記二重層キャパシタの出力電圧を自動的に変更させて、例えば節電機能等を実現することができる。【００２３】
本発明に係る電動式玩具の好ましい実施の態様においては、前記可動機構が、自動車玩具としての機能を実現するための前輪操舵機構及び後輪回転機構であり、前記電気式動力源が、前記前輪操舵機構を動作させるための操舵駆動源および前記後輪回転機構を動作させるための後輪電動機であり、前記制御回路が、与えられた制御コマンドに応じて、前記操舵駆動源及び前記後輪電動機を制御する機能を有するものである、ものであってもよい。【００２４】
このような構成の電動式自動車玩具によれば、前記電気二重層キャパシタの電圧が、前記制御回路の作動に必要な電源電圧よりも低下したとしても、その電圧がＤＣ／ＤＣコンバータの動作可能な最低入力電圧に降下するまでの間は、制御回路に対して、その作動に必要な電源電圧よりも高い一定出力電圧を給電することができるため、制御回路の動作可能期間の延長を通じて、幼児や低学年児等のユーザを十分に満足させることが可能な程度の十分な長さを有する、一充電当たりの走行継続時間を確保することが可能となる。【００２５】
本発明に係る電動式自動車玩具の好ましい実施の態様においては、前記制御回路が、ＣＰＵとして機能するマイクロプロセッサを含み、かつ前記マイクロプロセッサには、与えられた制御コマンドを解読及び実行することにより、少なくとも、前記操舵駆動源及び前記後輪電動機を制御する機能と、パワーオンリセット機能とが、少なくとも、組み込まれており、さらに前記制御回路への給電をオンオフするための電源スイッチと、前記電源スイッチがオフのとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側の電源ライン間を短絡させて、前記制御回路への印加電圧をゼロリセットするための短絡線とをさらに有する、ものであってもよい。【００２６】
このような構成の電動式自動車玩具によれば、主電源として電気二重層キャパシタを使用しつつも、十分な走行継続時間を確保することができ、しかも制御回路に含まれるマイクロプロセットのパワーオンリセット機能を、電源投入とともに確実に作動させ、任意のプログラムを正常に始動することが可能となる。【００２７】
本発明に係る電動式自動車玩具の好ましい実施の態様においては、前記マイクロプロセッサには、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が、ゼロボルトへと急降下する直前の値として予め設定された所定電圧にまで降下したことを検出して、プログラムの実行を強制的に終了させる機能が、さらに、組み込まれている、ものであってもよい。【００２８】
このような構成の電動式自動車玩具によれば、主電源として電気二重層キャパシタを使用しつつも、十分な走行継続時間を確保することができ、しかも電気二重層キャパシタの充電電圧が、ＤＣ／ＤＣコンバータの最低作動電圧にまで低下して、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が急減することによるマイクロプロセッサの誤動作を未然に防止することができる。【００２９】
本発明に係る電動式自動車玩具の好ましい実施の態様においては、前記マイクロプロセッサには、前記電気二重層キャパシタの充電電圧を検出し、その検出値に応じて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧設定値を変更する機能が、さらに、組み込まれている、ものであってもよい。【００３０】
このような構成の電動式自動車玩具によれば、電源として電気二重層キャパシタを使用しつつも、十分な走行継続時間を確保することができ、しかも前記電気二重層キャパシタの充電電圧が所定電圧に達しことにより、自動的に前記二重層キャパシタの出力電圧を自動的に変更させて、例えば節電機能等を実現することができる。【００３１】
本発明に係る、制御コマンド解読実行機能及びパワーオンリセット機能が組み込まれたマイクロプロセッサを有しかつ電源スイッチと短絡線とを有する、電動式自動車玩具の好ましい実施の態様においては、前記マイクロプロセッサには、前記後輪電動機に対して電圧パルス列を印加することにより、前記後輪電動機に流れる電流を設定する機能と、前記与えられた制御コマンドが省エネコマンドのとき、前記パルス列のパルス幅、パルス周波数、および／または、デューティ比を変更することにより、前記前記後輪電動機に流れる電流を減少させる機能とが、さらに、組み込まれている、ものであってもよい。【００３２】
このような構成の電動式自動車玩具によれば、主電源として電気二重層キャパシタを使用しつつも、十分な走行継続時間を確保することができ、しかも電源投入時のパワーオンリセット機能の確実な実行を保証しつつも、任意の時点で省エネコマンドを与えることにより、省エネ走行が可能な電動式自動車玩具を提供することができる。【００３３】
本発明に係る上記一連の電動式自動車玩具の好ましい実施の態様においては、前記制御回路には、所定の変調方式により無線送信された制御コマンドを受信復調して前記マイクロプロセッサに与える受信復調ＩＣを、さらに、含み、前記マイクロプロセッサは、所定のリモートコントローラから無線送信された制御コマンドを前記受信復調ＩＣを介して受け取って解読及び実行する、ものであってもよい。【００３４】
このような構成の電動式自動車玩具によれば、主電源として電気二重層キャパシタを使用しつつも、十分な走行継続時間を確保することができ、しかもリモート操作での操縦が可能となる。【００３５】
本発明に係る電動式玩具の好ましい実施の態様においては、前記電動式玩具に対して着脱が可能であって、前記電動式玩具に内蔵された前記電気二重層キャパシタに対して充電が可能な充電器を有する、ものであってもよい。【００３６】
このような構成の電動式玩具によれば、主電源として電気二重層キャパシタを使用しつつも、十分な動作継続時間を確保することができ、しかも充電操作も容易な電動式玩具を提供することができる。【００３７】
本発明に係る電動式玩具の好ましい実施の態様においては、前記充電器は、前記電動式玩具側の一対の受電端と接続されるべき一対の給電端と、１又は２以上の電池で構成され、充電目標電圧とほぼ等しく設定された出力電圧を有する充電用電源部と、前記充電用電源部から前記給電端へ至る経路に介在され、前記電気二重層キャパシタへ流れ込む充電電流を制限するための抵抗と、前記一対の給電端子と前記一対の受電端子とが電気的に導通し、かつ前記一対の給電端子間の電圧が前記充電目標電圧にまで上昇する期間に限り点灯する表示ランプとを有する、ものであってもよい。【００３８】
このような構成の電動式玩具によれば、主電源として電気二重層キャパシタを使用しつつも、十分な動作継続時間を確保することができ、しかも、充電に際しては、充電器に装着するだけで、適切な充電電流にて自動的に充電完了に至るとともに、表示ランプの点灯により充電完了を容易に確認することができる。【００３９】
本発明に係る電動式玩具の好ましい実施の態様においては、前記充電器は、前記電動式玩具側の一対の受電端と接続されるべき一対の給電端と、手動発電機から構成され、かつ直流電圧を出力する充電用電源部と、前記充電用電源部から得られる電圧を平滑及び充電目標電圧に安定化する平滑安定化回路とを有する、ものであってもよい。【００４０】
このような構成の電動式玩具によれば、主電源として電気二重層キャパシタを使用しつつも、十分な動作継続時間を確保することができ、しかも充電にあたって電池が不要となる。【００４１】
本発明に係る電動式自動車玩具の好ましい実施の態様においては、前記電動式玩具に対して着脱が可能であって、前記電動式自動車玩具に内蔵された前記電気二重層キャパシタに対して充電が可能な充電器を有する、ものであってもよい。【００４２】
このような構成の電動式自動車玩具によれば、主電源として電気二重層キャパシタを使用しつつも、十分な動作継続時間を確保することができ、しかも充電に際しては、充電器に装着するだけで、適切な充電電流にて自動的に充電完了に至るとともに、表示ランプの点灯により充電完了を容易に確認することができる。【００４３】
本発明に係る電動式自動車玩具の好ましい実施の態様によれば、前記充電器は、前記電動式玩具を構成する自動車玩具側の一対の受電端と接続されるべき一対の給電端と、１又は２以上の電池で構成され、充電目標電圧とほぼ等しく設定された出力電圧を有する充電用電源部と、前記充電用電源部から給電端へ至る経路に介在され、前記電気二重層キャパシタへ流れ込む充電電流を制限するための抵抗と、前記一対の給電端子と前記一対の受電端子とが導通し、かつ前記一対の給電端子間の電圧が前記充電目標電圧まで上昇する期間に限り点灯する表示ランプとを有し、かつ前記一対の給電端は、充電器筐体の外表面に設けられ、かつ前記自動車玩具の車体底部に設けられた一対の受電端プラグ又は受電端レセクタプルと、前記自動車玩具の後輪を浮かせた状態で、挿抜結合されるべき給電端レセクタプル又は給電端プラグとして構成されている、ものであってもよい。【００４４】
このような構成の電動式自動車玩具によれば、主電源として電気二重層キャパシタを使用しつつも、十分な走行継続時間を確保することができ、しかも充電に際しては、充電器の筐体にプラグとレセクタプルとを介して、電気コードを用いることなく、直接装着するだけで、適切な充電電流にて自動的に充電完了に至るとともに、表示ランプの点灯により充電完了を容易に確認することができ、さらに充電時の誤操作にも車輪の不用意な回転駆動や操舵駆動などにより、充電器が筐体から脱落することもない。【００４５】
本発明に係る電動式自動車玩具の好ましい実施の態様によれば、前記充電器は、前記電動式玩具側の一対の受電端と接続されるべき一対の給電端と、手動発電機から構成され、かつ直流電圧を出力する充電用電源部と、前記充電用電源部から得られる電圧を平滑及び充電目標電圧に安定化する平滑安定化回路とを有し、かつ 前記一対の給電端は、手持ち型の充電器筐体の外表面に設けられ、かつ前記自動車玩具の車体底部に設けられた一対の受電端凸部又は受電端凹部と、前記自動車玩具の後輪を浮かせた状態で、挿抜結合されるべき給電端凹部又は給電端凸部として構成されている、ものであってもよい。【００４６】
このような構成の電動式自動車玩具によれば、主電源として電気二重層キャパシタを使用しつつも、十分な動作継続時間を確保することができ、しかも充電に際しては、充電器の筐体にプラグとレセクタプルとを介して、電気コードを用いることなく、直接装着するだけで、発電機の手動操作により、適切な充電電流にて自動的に充電完了に至るとともに、充電時の誤操作にも車輪の不用意な回転駆動や操舵駆動などにより、充電器が筐体から脱落することもない。【００４７】
別の一面から見た本発明は、主電源となる電気二重層キャパシタと、玩具としての機能を実現するための可動機構と、前記可動機構を動作させるための電気式動力源と、前記電気式動力源の動作を制御するための制御回路と、前記電気二重層キャパシタから受け取った電圧を昇圧して、少なくとも、前記制御回路の電源として給電するための昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータとを包含する電動式玩具において、前記制御回路に含まれるマイクロプロセッサを、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が、ゼロボルトへと急降下する直前の値として予め設定された所定電圧にまで降下したことを検出して、プログラムの実行を強制的に終了させるように機能させるためのコンピュータプログラムとして把握することもできる。【００４８】
このような構成のコンピュータプログラムによれば、当該コンピュータプログラムを制御回路を構成するマイクロプロセッサに組み込むことにより、主電源として電気二重層キャパシタを使用しつつも、十分な動作継続時間を確保することができ、しかも制御回路に含まれるマイクロプロセットのパワーオンリセット機能を、電源投入とともに確実に作動させ、任意のプログラムを正常に始動することが可能な電動式玩具を実現することができる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明に係る電動式玩具よれば、電源利用率が飛躍的に向上して、電気二重層キャパシタの充電電荷を余すところなく活用可能となり、電気二重層キャパシタを主電源として使用しながらも、幼児や低学年児等のユーザを十分に満足させることができる程度の十分な長さを有する、一充電回当たりの動作継続時間を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】電動式自動車玩具とその電池式充電器の一例を示すシステム構成図である。
【図２】電動式自動車玩具とその手回し発電式充電器の一例を示すシステム構成図である。
【図３】電動式自動車玩具の操舵機構及び後輪回転機構を示す模式図である。
【図４】電池式充電器の回路図である。
【図５】手回し発電式充電器の回路図である。
【図６】電動式自動車玩具の回路図（その１）である。
【図７】ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣの要部回路図（その１）である。
【図８】赤外線受信ＩＣの内部回路図である。
【図９】電動式自動車玩具の回路図（その２）である。
【図１０】ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣの要部回路図（その２）である。
【図１１】ＣＰＵで実行されるプログラムの全体を概略域に示すゼネラルフローチャートである。
【図１２】コマンド実行処理の詳細フローチャートである。
【図１３】コマンド解読処理に含まれる省エネモード制御処理のフローチャートである。
【図１４】省エネモード時の節電処理のフローチャートである。
【図１５】電動式自動車玩具の使用状態を示す斜視図である。
【図１６】電動式自動車玩具の回路図（その１）の作用説明図（通常モード）である。
【図１７】電動式自動車玩具の回路図（その２）の作用説明図（省エネモード）である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下に、本発明に係る電動式玩具の好適な実施の一形態を図１〜図１７を参照して詳細に説明する。
【００５２】
＜電動式自動車玩具の機構的構成＞
−充電に必要な機構−
図１（ａ）に示されるように、電動式自動車玩具１は、この例にあっては、全長数１０ｍｍ程度の小型のプラスチック製車体を有し、その底部には、車体に内蔵される電気二重層キャパシタの両端に導通する受電端レセプタクル１１７（図４の符号１１７ａ，１１７ｂ参照）が設けられている。この受電端レセプタクル１１７（図４の符号１１７ａ，１１７ｂ参照）は、後述するように、充電に際しては、充電器２Ａ又は２Ｂの給電端プラグ２０３（２０３ａ，２０３ｂ）又は２１５（２１５ａ，２１５ｂ）と結合される。
【００５３】
−前輪操舵機構及び操舵駆動源−
図３に示されるように、左右の前輪１０１，１０２のうち、左の前輪１０１は、軸１０８を中心に回動する支持部材１０５に車軸を介して回転自在に支持されており、同様に、右の前輪１０２は、軸１０９を中心として回動する支持部材１０６に車軸を介して回転自在に支持されている。左右の支持部材１０５と１０６は、リンクロッド１０７を介して連結されている。さらに、左の支持部材１０５には永久磁石である操舵磁石１１０が固定され、これと対向する位置には電磁石を構成する操舵コイル（励磁コイル）１１２が配置されており、同様に、右の支持部材１０６には永久磁石である操舵磁石１１１が固定され、これと対向する位置には電磁石を構成する操舵コイル（励磁コイル）１１３が配置されている。そのため、左側の操舵コイル１１２へ通電を行うことで、操舵磁石１１０を吸引して左側への操舵操作を行うことができ、逆に、右側の操舵コイル１１３へ通電を行うことで、操舵磁石１１１を吸引して右側への操舵操作を行うことができる。したがって、左右の支持部材１０５、１０６と左右の操舵磁石１１０、１１１とリンクロッド１０７とが操舵機構を構成し、左右の操舵コイル１１２，１１３が操舵駆動源を構成する。なお、いずれの操舵コイルにも通電されていないとき、この操舵機構はスプリング等の図示しない付勢部材により左右の中立位置に復帰されている。
【００５４】
−後輪回転機構及び後輪電動機−
図３に示されるように、左右の後輪１０３，１０４は、後輪車軸１１４を介して一体的に回転自在に支持されている。そして、回転電動機１１５から得られる回転動力は、当該回転電動機の出力軸に固定された小径歯車と、中間軸と一体に回転する中径歯車と、当該中間軸と一体的に回転する小径歯車と、後輪車軸に固定された大径歯車とを順次に噛合させてなる歯車列１１６を介して、右後輪に伝達される。そのため、４個の歯車からなる歯車列１１６が後輪回転機構を構成し、回転電動機１１５が後輪電動機を構成する。
【００５５】
＜電動式自動車玩具の回路的構成＞
−電気二重層キャパシタ−
図６に示されるように、電気式自動車玩具１を構成する回路の初段には、本発明の要部であるところの電気二重層キャパシタ１１８が設けられている。図示の電気二重層キャパシタ１１８は、比較的に小容量（例えば、１乃至５Ｆ程度）を有する単一のキャパシタ素子にて構成されている。この電気二重層キャパシタ１１８の正側端子（＋）は、一対の受電端レセプタクルの一方１１７ａに導通する正側ラインに接続されるとともに、負側端子（−）は、一対の受電端レセプタクルの他方１１７ｂに導通する負側ラインに接続されている。したがって、前述した充電器の給電端プラグ（２０３ａ，２０３ｂ又は２１５ａ，２１５ｂ）を受電端レセプタクル１１７ａ，１１７ｂに挿抜結合することにより、電気二重層キャパシタ１１８への充電が可能とされている。
【００５６】
電気二重層キャパシタ１１８の正側端子（＋）は、また、チョッパ方式の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の一対の入力端子の一方１１９ａに接続されるとともに、負側端子（−）は、また、チョッパ方式の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の一対の入力端子の他方１１９ｂに接続されている。
【００５７】
−チョッパ方式による昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ（その１）−
この例では、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、コア入りコイルである直列コイル１２２と、ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ１２３と、ショットキーダイオード１２４と、電解キャパシタである入力側の並列キャパシタ１２５と、電解キャパシタである出力側の並列キャパシタ１２６とを含んで構成されている。
【００５８】
図７に示されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ１２３の内部には、２個の分圧抵抗１２３ｂ，１２３ｃを介して検出したコンバータ２０の出力電圧と目標出力電圧に相当する基準電圧１２３ｄとの偏差を求める偏差増幅回路１２３ｅと、偏差増幅回路１２３ｅの出力に基づいて偏差をゼロとするに必要なデューティ比のパルス列を出力するＰＷＭ回路１２３ｆと、ＰＷＭ回路１２３から得られるパルス列に同期してスイッチング動作を行うトランジスタチョッパ１２３ａとから構成されている。
【００５９】
そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０では、ＰＷＭ回路１２３から得られるパルス列に同期して、トランジスタチョッパ１２３ａを高速でスイッチングさせることにより、入力端子１１９ａ，１１９ｂに得られる入力電圧（電気二重層キャパシタ１１８の充電電圧）を、直列コイル１２２、入力側の並列キャパシタ１２５、出力側の並列キャパシタ１２６、及びショットキーダイオード１２４の作用で適宜に昇圧一定化したのち、これを出力端子１２７ａ，１２７ｂから、制御回路を構成する赤外線受信ＩＣ１２８及びＣＰＵ（マイクロプロセッサで構成される）１２９へと供給するほか、後輪電動機１１５への印加電圧の方向を切り換える作用を有するトランジスタブリッジ回路（４個のトランジスタ１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄで構成される）１３０へと供給する。昇圧動作に際して、チョッパ方式の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、トランジスタチョッパ１２３ａのオンオフ動作とコイル１２２の誘導作用とを利用して、電源を構成する電気二重層キャパシタ１１８から電荷を吸い出すように作用するため、電源の利用効率が高く、そのため、電気二重層キャパシタ１１８に蓄えられた電荷を余すことなく利用することができる。
【００６０】
−給電スイッチ−
図６に示されるように、電気二重層キャパシタ１１８から負荷回路（赤外線受信ＩＣ１２８，ＣＰＵ１２９，トランジスタブリッジ回路１３０等々）に至る給電路には、それらの負荷回路への給電をオンオフするための給電スイッチ１２０が設けられている。図示の給電スイッチ１２０は、共通端子１２０ｃに導通する可動片１２０ｄを、第１の端子１２０ａと第２の端子１２０ｂとに択一的に接続可能な所謂単極双倒（ＳＰＤＴ）型接点を備え、適宜な可動機構からなる操作子１２０ｅを介してオンオフ操作可能とされている。そして、可動片１２０ｄが第２の端子１２０ｂと接続している状態が、この給電スイッチ１２０のオン状態に相当し、この状態では、電源となる電気二重層キャパシタ１１８と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、負荷回路（回転電動機１１５、ＣＰＵ１２９、赤外線受信ＩＣ１２８を含む）が一連に接続されて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０から負荷回路へと給電が行われる。逆に、可動片１２０ｄが第１の端子１２０ａと接続している状態が、この給電スイッチ１２０のオフ状態に相当する。このオフ状態にあっては、可動片１２０ｄが第１の端子１２０ａと接続することにより、短絡線１２１を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力側の正側ラインと負側ラインとは短絡される。その結果、給電スイッチ１２０がオフされた時点で、出力側の並列キャパシタ１２６等の容量成分に電荷が残存していたとしても、それらの容量成分に残存する電荷は、短絡線１２１を介して瞬時に放電されるため、ＣＰＵ１２９に印加される電源電圧を瞬時にゼロリセットすることができる。そのため、その後、給電スイッチ１２０をオフ状態からオン状態に切り換えた場合には、ＣＰＵ１２９へ印加される電源電圧は、確実にゼロボルトから瞬時に立ち上がることとなり、ＣＰＵ１２９に組み込まれたパワーオンリセット機能を正常に作動させることにより、任意のプログラムを確実に起動させることができる。
【００６１】
−赤外線受信ＩＣ−
図８に示されるように、赤外線受信ＩＣ１２８の内部には、変調赤外線（コマンド）信号を受信して電気信号に変換するためのフォトダイオード１２８ａと、フォトダイオード１２８ａから得られる電気信号を適宜のレベルに増幅する入力部１２８ｂと、入力部１２８ｂから得られる電気信号を一定レベルに増幅するとともに、これから目的とする周波数の信号を抽出する可変利得増幅部及び濾波部１２８ｃと、基準クロック信号を生成する発振部１２８ｅと、発振部１２８ｅから得られるクロック信号に同期して、前記可変利得増幅部及び濾波部１２８ｅや復調部１２８ｄの動作を制御する制御部１２８ｆとを含んで構成されている。そして、復調部１２８から得られる復調電気（コマンド）信号は、後述するＣＰＵ１２９へと供給される。
【００６２】
なお、この例にあっては、赤外線受信ＩＣで受信される変調赤外線（コマンド）信号は、図１５に示されるように、赤外線リモートコントローラ（以下、赤外線リモコンと称する）３から送信されたものである。この赤外線リモコン３には、左折ボタン３１と、右折ボタン３２と、前進ボタン３３と、後退ボタン３４のほかに、ターボボタン３５と、省エネボタン３６とが設けられている。そして、遊技者４は、右手の親指４４で左折ボタン３１と右折ボタン３２とを選択的に操作するとともに、左手の親指４２で前進ボタン３３と後進ボタン３４とを選択的に操作し、さらに、右手の人差し指４３でターボボタン３５を、また左の人差し指４１で省エネボタンを操作するように構成されている。
【００６３】
そして、これらのボタン３１〜３６のいずれかが操作されると、その操作されたボタンに対応する制御コマンドが生成され、対応する変調赤外線（コマンド）信号として、電動式自動車玩具１へと送信される。
【００６４】
−マイクロプロセッサで構成されるＣＰＵ−
中央処理ユニットとして機能するＣＰＵ１２９はマイクロプロセッサで構成されたものであり、図６に示される例にあっては、１個の入力ポートＩＮと、５個の出力ポートＯＵＴ０〜ＯＵＴ４を有している。入力ポートＩＮは、赤外線受信ＩＣ１２８から出力される復調電気（コマンド）信号を取り込むためのものである。出力ポートＯＵＴ０〜ＯＵＴ２は、左右の操舵コイル１１２，１１３を選択的に駆動するためのものである。ＯＵＴ３とＯＵＴ４は、トランジスタブリッジ回路１３０を構成する４個のトランジスタ１３０ａ〜１３０ｄを適宜にオンオフ設定することにより、後輪電動機１１５に流れる電流の方向を切り換えるためのものである。
【００６５】
ＣＰＵ１２９として機能するマイクロプロセッサには、さらに、電源端子ＶＤＤを介して検出された電源電圧がゼロから立ち上がったことに基づいて、プログラムを正常に起動させる、所謂、パワーオンリセット機能が組み込まれている。この機能を正常に働かせるためには、電源電圧の立ち上がり直前の電源ラインの電圧がゼロボルト付近でなければならないが、このことは先に説明したように、給電スイッチ１２０のオフ状態においては、短絡線１２１を介して制御回路内の電源ラインが短絡され、容量成分に蓄えられていた電荷は完全に放電されることにより保証される。
【００６６】
＜ＣＰＵを構成するマイクロプロセッサで実行されるプログラム＞
−電動自動車玩具の操縦関係プログラム−
図１１に示されるように、電源投入（Ｐｏｗｅｒ  ｏｎ）によりパワーオンリセット機能が働いて、プログラムの実行が開始されると、まず、イニシャライズ処理（ステップ１０１）を実行して、演算に必要な各種のフラグやレジスタのリセットをしたのち、続いて、コマンド受信チェック処理（ステップ１０２）を実行することにより、入力ポートＩＮ（図６参照）を介して取り込んだ変調電気（コマンド）信号に基づいて、なんらかのコマンドを受信したか否かをチェックする。ここで、受信コマンドありと判定されたときには（ステップ１０３ＹＥＳ）、当該コマンドを解読したのち（ステップ１０４）、その解読結果に応じたコマンド実行処理（ステップ１０５）を実行する。
【００６７】
操縦関係のコマンドの場合のコマンド実行処理の詳細が図１２に示されている。まず、処理が開始されると、前進コマンドか後退コマンドかの判定が行われ（ステップ２０１）、前進コマンドの場合には（ステップ２０１前進）、前進設定を記憶する処理（ステップ２０２）が、後進コマンドの場合には（ステップ２０１後退）、後進設定を記憶する処理（ステップ２０３）がそれぞれ実行される。
【００６８】
続いて、操舵方向コマンドの内容が、右折か、直進か、左折かの判定が行われ（ステップ２０４）、それぞれの判定結果に応じて、左折の場合には左折設定を記憶する処理（ステップ２０５）、右折の場合には右折設定を記憶する処理（ステップ２０６）が行われる。なお、直進の場合は、特に、なにも行わずとも、操舵機構の復帰バネの作用で直進動作が可能となる。
【００６９】
続いて、走行モードコマンドの内容が。通常モードか、ターボモードか、省エネモードかの判定が行われ（ステップ２０７）、通常モードの場合にはデューティ比設定（中）を記憶する処理（ステップ２０８）が、ターボモードの場合にはデューティ比設定（大）を記憶する処理（ステップ２０９）が、さらに省エネモードの場合にはデューティ比設定（小）を記憶する処理（ステップ２１０）が実行される。
【００７０】
続いて、前進設定又は後退設定のいずれが記憶されているかに応じて、対応するブリッジ切替信号が出力ポートＯＵＴ３又はＯＵＴ４から出力されて、トランジスタブリッジ回路１３０を構成する４個のトランジスタ１３０ａ〜１３０ｄが適宜にオンオフ設定されることにより、後輪電動機１１５には前進又は後退のいずれかに相当する方向の通電がおこなわれることとなる。
【００７１】
続いて、デューティ比設定の大、中、小のいずれが記憶されているかに応じて、適切なデューティ比のＰＷＭパルス列が生成されて、トランジスタブリッジ回路１３０を構成する一対のトランジスタ（１３０ａと１３０ｄ又は１３０ｃと１３０ｂ）の１つ（１３０ｄ又は１３０ｂ）のベースに送り込まれる。
【００７２】
これにより、自動車玩具１は、赤外線リモコン３から指令された内容で走行することとなる。特に、この例では、省エネモードを赤外線リモコンから指定することで、自動車玩具１を低速走行させることにより、電気二重層キャパシタの消耗を回避することで、より長時間の走行を実現することができる。
【００７３】
−ＤＣ／ＤＣコンバータ出力の急減対策プログラム−
本発明によれば、電気二重層キャパシタ１１８の出力側に、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を設けたことにより、負荷回路へ給電される電源電圧の保持時間の長期化を成し遂げはしたが、それでも、こうして得られた電源電圧は、電気二重層キャパシタ１１８の充電電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ２０の最低作動電圧（Ｖｔｈ０）を下回ると、急激に低下することが認められる（図１６，１７参照）。そのため、この例では、図１１に示されるように、電源電圧を常時に監視して（ステップ１０６）、電圧急減がまもなく（Δｔ後に）起こると想定される電源電圧規定値（Ｖｔｈ２）以下となったならば（ステップ１０７ＹＥＳ）、実行中のプロクラムを強制終了することにより、マイクロプロセッサが不安定な状態に陥ることを未然に回避することとした（ステップ１０８）。このような構成を採用したことにより、突然に、電源電圧（ＶＤＤ）が急減して、マイクロプロセッサ１２９の動作が不安定になることに起因する誤動作を未然に回避することができる。
【００７４】
−ＤＣ／ＤＣコンバータの設定値変更による省エネ対策プログラム−
本発明にあっては、電気二重層キャパシタ１１８の出力側に昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介在させることにより、電気二重層キャパシタ１１８の出力電圧を昇圧かつ安定化するものであるが、負荷となる制御回路に与える安定化電圧の値は、必ずしも、運転中に常に一定値である必要はないものと思われる。それならば、この安定化電圧の値をユーザの側でいつでも変更できるものとすれば、より使い勝手のよい電源回路を構成することができるはずであり、またこれを利用することで、電気二重層キャパシタ１１８の充電電荷をより長持ちさせることもできる筈である。そのため、この例にあっては、任意の時点で赤外線リモコンから省エネモード設定操作を行うことにより、その時点で、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧を変更可能とした。
【００７５】
すなわち、この例にあっては、図９及び図１０に示されるように、出力電圧検出用の分圧抵抗として、値の異なる２種類の抵抗１２３ｂ，１２３ｂ'のいずれかを外部から選択する制御端子ＣＮＴを有するＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ１２３Ａを使用する。図１０において、制御端子ＣＮＴの論理値を指定することにより、２つのアナログスイッチ１２３ｇ，１２３ｈのいずれかがオンして、抵抗１２３ｂと抵抗１２３ｂ'とのいずれかを選択することができるので、この選択により、図１７に示されるように、出力電圧目標値をＶＨ，ＶＬのいずれかに設定することができる。
【００７６】
一方、ＣＰＵ１２９Ａの側では、図９に示されるように、入力ポートＩＮ２から検出線１３１を介して、電気二重層キャパシタ１１８の充電電圧を検出するとともに、出力ポートＯＵＴ５からＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ１２３Ａの制御端子ＣＮＴを操作可能とする。
【００７７】
さらに、ＣＰＵ１２９Ａに組み込むプログラムとして、図１４のプログラム中のコマンド解読処理（ステップ１０４）の中に、図１３に示されるように、省エネモード設定コマンドが解読されるとき（ステップ３０１ＹＥＳ）、省エネモードフラグＦをセットし（ステップ３０２）、省エネモード解除コマンドが解読されるとき（ステップ３０３ＹＥＳ）、省エネモードフラグＦをリセットする処理（ステップ３０４）を組み込む。
【００７８】
加えて、図１４に示されるように、省エネモードフラグＦがセット状態のとき（ステップ１０９ＹＥＳ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の入力電圧をチェックするとともに、その値が予め設定された特定電圧（Ｖｔｈ３）以下のとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の設定出力電圧の値をＶＨからＶＬへと低下させるようなプロクラムを組み込む（図１７参照）。このような構成によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の入力電圧、すなわち電気二重層キャパシタ１１８の電荷残量がある程度低下したならば、ＤＣ／ＤＣコンバータの目標保持電圧の値を変更（例えば、ＶＨからＶＬ）することで、走行継続時間を延長することができる。なお、この目標保持電圧の変更動作は、その他、様々な利用態様が考えられる。例えば、当初の目標保持電圧は低めに設定しつつも、ある時間が経過したのちにあっては、これを高めに設定することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ出力電圧がキャパシタの放電終了間近に低下する傾向を補うことで、放電期間全体に亘り、ＤＣ／ＤＣコンバータ出力の均一化をなすこともできる。
【００７９】
−本実施形態の電源電圧維持作用−
本実施形態においては、図１６のグラフに示されるように、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、制御回路（例えば、赤外線受信ＩＣ１２８やＣＰＵ１２９，１２９Ａ）の作動に必要な電源電圧（動作保証電圧）Ｖｔｈ１（例えば、２．５Ｖ程度）よりも低い動作可能な最低電圧（動作保証電圧）Ｖｔｈ０（約０．７Ｖ）と、制御回路の作動に必要な電源電圧Ｖｔｈ１（例えば、２．５Ｖ）よりも高い一定の出力電圧（出力保持電圧）Ｖｔｈ４（例えば、３．３Ｖ）を有する。
【００８０】
そのため、本実施形態によれば、電気二重層キャパシタ１１８の充電電圧が、制御回路の作動に必要な電源電圧Ｖｔｈ１よりも低下したとしても、その値が動作可能な最低電圧Ｖｔｈ０に降下するまでの間は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧の値を、制御回路の作動に必要な電源電圧Ｖｔｈ１よりも高い一定の出力電圧にほぼ維持することができるから、これにより、電気二重層キャパシタ１１８を主電源としたとしても、幼児や低学年児等のユーザを十分に満足させることができる程度の十分な長さを有する、一充電当たりの動作継続時間ｔ２を確保することができるのである。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータが存在しなかったとすれば、動作継続時間はｔ１と大幅に短くなることは言うまでもないことであります。本発明者等の実験によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ（Silicon Power Electronics社製の同期式昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ（ＰＦＭ制御）、型番SP9262）の出力側に５０ｍＡの負荷回路（想定されるかなり大きな負荷回路）を接続した状態において、静電容量の異なる４種類の電気二重層キャパシタ（１．０Ｆ，１．５Ｆ，２．０Ｆ，３．３Ｆ）を３Ｖに充電したときの負荷回路の動作継続時間（ｔ１，ｔ２）は、概略、次のような結果となった。
静電容量              ｔ１            ｔ２
１．０  Ｆ            ３秒            ２４秒
１．５  Ｆ            ４秒            ３１秒
２．０  Ｆ            ８秒            ４６秒
３．３  Ｆ          １２秒            ６２秒
【００８１】
また、この実施形態によれば、図１７に示されるように、任意の時点で、省エネモードに設定することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が予め設定された電圧Ｖｔｈ３にまで降下するのを待って、ＤＣ／ＤＣコンバータの目標出力電圧の値をＶＨからＶＬへと自動的に変更させ、電源電圧維持時間を時刻ｔ２から時刻ｔ２'へと延長させることができる。
【００８２】
＜充電器の機構的構成＞
−電池式充電器−
図１（ａ）に示されるように、電池式充電器２Ａは、厚さの比較的に薄い横長直方体状の筐体２０１を有する。この筐体２０１には、充電用電源を構成する２本の単三アルカリ電池と充電回路（図４参照）を搭載する回路基板が収容される。筐体２０１の上面には、自動車玩具１を載置するための支持台部２０２と、支持台部２０２に載置された自動車玩具１の底部にある受電端レセプタクル１１７（図４の符号１１７ａ，１１７ｂ参照）に結合されるべき給電端プラグ２０３（図４の符号２０３ａ，２０３ｂ参照）とを有する。筐体２０１の側面には、現在充電中であることを表示するためのＬＥＤ表示ランプ２０７が設けられている。
【００８３】
図１（ｂ）に示されるように、電池式充電器２Ａの支持台部２０２の上に、自動車玩具１を載せると、自動車玩具１の車体底面に設けられた受電端レセクタプル１１７（図４の符号１１７ａ，１１７ｂ参照）と電池式充電器２Ａの上面に設けられた給電端プラグ２０３（図４の符号２０３ａ，２０３ｂ参照）とが結合して、自動車玩具１は筐体２０１上にしっかりと固定され、同時に、電池式充電器２Ａに内蔵された充電用電源から自動車玩具１に内蔵された電気二重層キャパシタ１１８へ至る充電経路が形成される。
【００８４】
図１（ｂ）に示されるように、電池式充電器２Ａの支持台部２０２の上に、自動車玩具１を載せた状態においては、自動車玩具の前輪１０１，１０２及び後輪１０３，１０４と電池式充電器２Ａの上面との間には、隙間ΔＬが形成されるので、充電中であっても、前輪１０１，１０２の操舵運動及び後輪１０３，１０４の回転運動は許容されるから、誤って給電スイッチ１２０（図６参照）をオンしたままで、充電を開始しても、自動車玩具１が電池式充電器２Ａから外れて落下する虞はない。
【００８５】
−手回し発電式充電器−
図２（ａ）に示されるように、手回し発電式充電器２Ｂは、左手で把持可能な幾分縦長の筐体２１２を有する。この筐体２１２の右側面には、筐体２１２の内部に収容された交流発電機２１６（図５参照）を動作させるための右手操作用の手回しハンドル２１３が設けられている。一方、筐体２１２の上面には、自動車玩具１を載置するための支持台部２１４と、支持台部２１４に載置された自動車玩具１の底部にある受電端レセプタクル１１７（図４の符号１１７ａ，１１７ｂ参照）に結合されるべき給電端プラグ２１５（図５の符号２１５ａ，２１５ｂ参照）とを有する。
【００８６】
図２（ｂ）に示されるように、手回し発電式充電器２Ｂの支持台部２１４の上に、自動車玩具１を載せると、自動車玩具１の車体底面に設けられた受電端レセクタプル１１７（図４の符号１１７ａ，１１７ｂ参照）と手回し発電式充電器２Ｂの上面に設けられた給電端プラグ２１５（図５の符号２１５ａ，２１５ｂ参照）とが結合して、自動車玩具１は筐体２１２上にしっかりと固定され、同時に、手回し発電式充電器２Ｂに内蔵された充電用電源から自動車玩具１に内蔵された電気二重層キャパシタ１１８へ至る充電経路が形成される。この状態で、左手で筐体２１２を把持したまま、右手で手回しハンドル２１３を回転させれば、後述する定電圧回路の作用とも相まって、自動車玩具に内蔵された電気二重層キャパシタ１１８に対して充電を行うことができる。図２（ｂ）に示されるように、手回し発電式充電器２Ｂの支持台部２１４の上に、自動車玩具１を載せた状態においては、自動車玩具の前輪１０１，１０２及び後輪１０３，１０４と電池式充電器２Ａの上面との間には、隙間ΔＬが形成されるので、充電中であっても、前輪１０１，１０２の操舵運動及び後輪１０３，１０４の回転運動は許容されるから、誤って給電スイッチ１２０（図６参照）をオンしたままで、充電を開始しても、自動車玩具１が電池式充電器２Ａから外れて落下する虞はない。
【００８７】
＜充電器の回路的構成＞
−電池式充電器−
図４に示されるように、電池式充電器の回路は、２個の単三アルカリ乾電池を直列接続してなる３Ｖ直流電源２０５を有する。給電端プラグ２０３ａ，２０３ｂと受電端レセクタプル１１７ａ，１１７ｂとを結合すると、抵抗（１Ω）２１１を介して、電気二重層キャパシタ１１８に対する充電が開始される。当初、電気二重層キャパシタ１１８が空の状態であれば、端子間電圧はほぼゼロとなることから、抵抗（２００Ω）２１０及び抵抗（２００Ω）２０８を介して、トランジスタ（型式2SA950）２０６にベース電流が流れ、トランジスタ２０６がオンして、充電状態にあることを表示するためのＬＥＤ表示ランプ（ｖｆ＝１．９Ｖ）２０７が点灯する。充電が進んで、キャパシタ１１８の端子間電圧が３．０Ｖ近くまで上昇し、トランジスタ２０６のベース・エミッタ間電圧がＰＮ接合順方向電圧を下回ると、トランジスタ２０６がオフして、ＬＥＤランプ２０７は消灯する。プラグ２０３ａ，２０３ｂとレセプタクル１１７ａ，１１７ｂとの接触不良があるときには、抵抗（１．２ｋΩ）２０９の作用でＬＥＤ表示ランプ２０７は点灯しない。したがって、ユーザはＬＥＤランプ２０７の点灯状態を観察するだけで、充電完了有無を容易に知ることができる。
【００８８】
−手回し発電式充電器−
図５に示されるように、手回し発電式充電器の回路は、手回しハンドル２１３の回転で発電作用を行う交流発電機２１６と、この交流発電機２１６の出力交流電圧を整流するダイオードブリッジ式の全波整流回路２１７ａ〜２１７ｄと、その全波整流回路の出力電圧を平滑化する電解キャパシタ２１８と、この電解キャパシタ２１８で平滑化された直流電圧を安定化する安定化回路（電圧安定化ＩＣ２１９と出力電圧検出用の分圧抵抗２２０，２２１等を備えている。そして、給電端プラグ２１５ａ，２１５ｂと受電端レセクタプル１１７ａ，１１７ｂとを結合したのち、手回しハンドル２１３を回転操作すると、電圧安定化回路の作用により、発電電圧の如何に拘わらず、給電端プラグ２１５ａ，２１５ｂにはほぼ安定的に３Ｖが現れるから、過充電を生ずることなく、電気二重層キャパシタ１１８に対する適切な充電を行うことができる。
【００８９】
＜実施形態に係る電動式自動車玩具の作用＞
−自動車玩具の充電−
自動車玩具１に内蔵された電気二重層キャパシタ１１８を充電するには、先ず、操作子１２０ｅを適宜に操作して、給電スイッチ（図６参照）１２０をオフしたのち、充電器側のプラグと玩具側のレセプタクル１１７ａ，１１７ｂとの結合を介して、充電器（電池式充電器２Ａ又は手回し発電式充電器２Ｂ）に玩具１をしっかりと固定させる。
【００９０】
しかるのち、電池式充電器２Ａの場合であれば、ＬＥＤ表示ランプ２０７の状態が点灯から消灯となるまで待機し、消灯後、玩具１を充電器２Ａから取り外せば、３Ｖ程度に完全充電された玩具１を得ることができる。充電器内蔵電池は、ほぼ３Ｖであるから、過充電の虞もないし、プラグとレセプタクルとの間に接触不良があれば、ＬＥＤ表示ランプ２０７は点灯しないから、充電完了と誤解することもない。充電所用時間は、キャパシタ１１８の静電容量によっても異なるが、例えば、１乃至３Ｆ程度のキャパシタ１１８であれば、１０秒程度以内で充電は完了する。
【００９１】
手回し発電式充電器２Ｂの場合であれば、同様にして、玩具１を充電器２Ｂに固定したのち、筐体２１２を左手で握って、右手で手回しハンドル２１３を回転操作する。すると、内蔵する発電機２１６の作用にて、３Ｖ以上の電圧による発電が行われるが、電圧安定化回路を構成する電圧安定化ＩＣ２１９の作用により、給電端プラグ２１５ａ，２１５ｂ間には、ほぼ３Ｖの電圧が現れるから、過充電を生ずることもなく、電気二重層キャパシタ１１８は３Ｖ程度に充電される。この手回し発電式充電器２Ｂと電気二重層キャパシタ内蔵の自動車玩具１とからなる電動自動車玩具システムによれば、小型かつ軽量の電動自動車玩具システムを電池を全く使用することなく、実現することができる。充電所用時間は、キャパシタ１１８の静電容量によっても異なるが、例えば、１乃至３Ｆ程度のキャパシタ１１８であれば、１５秒程度以内で充電は完了する。
【００９２】
なお、先に説明したように、玩具１を充電器２Ａ又は２Ｂに固定した状態においては、玩具１の前輪及び後輪はフリーの状態となるため、うっかり、給電スイッチをオンした状態のままで、充電を開始したとしても、リモコン操作による玩具１の予期せぬ運動により、玩具１が充電器２Ａ又は２Ｂから離脱するようなことはない。また、玩具１は充電器２Ａ又は２Ｂに直接固定されるから、充電用の電気コードを引き回すこともなく、取り扱いが容易でコンパクトに収納できる利点もある。
【００９３】
−電動式自動車玩具の運転−
電動式自動車玩具１を運転するに際しては、まず、それに先立ち、操作子１２０ｅの操作により、給電スイッチ１２０をオフ状態からオン状態に切り替えて、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を、動力源である後輪回転モータ１１５のトランジスタブリッジ回路１３０、制御回路であるＣＰＵ１２９、及び赤外線受信ＩＣ１２８へと給電する。
【００９４】
この状態において、図１５に示されるように、赤外線リモコン３を操作すれば、操作内容に応じた制御コマンドを含む変調赤外線信号が赤外線リモコン３から発せられると共に、これが自動車玩具１側の赤外線受信ＩＣ１２８にて受信・復調され、さらに、復調電気信号に含まれる制御コマンドは、ＣＰＵ１２９を構成するマイクロプロセッサにより解読・実行され、その結果、自動車玩具１は、前後、左右へと指定された走行モード（通常、ターボ、省エネ）にて走行することとなる。
【００９５】
一方、電動自動車玩具１の運転中、電気二重層キャパシタ１１８の充電電圧は、図１６（ａ）に示されるように、当初の電圧（３Ｖ程度）から徐々に直線的に低下していき、時刻ｔ１において、制御回路（ＣＰＵ１２９及び赤外線受信ＩＣ１２８）の作動に必要な電源電圧Ｖｔｈ１（例えば、２．５Ｖ程度）に達する。しかし、その状態にあっても、図１６（ｂ）に示されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧はその設定保持電圧Ｖｔｈ４（例えば、３．３Ｖ）にほぼ維持されているので、制御回路の作動に支障を来すことはない。
【００９６】
その後、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧は、図１６（ｂ）に示されるように、最終的には若干低下はするものの、その入力側に印加される電気二重層キャパシタ１１８の出力電圧が、コンバータ２０の動作が可能な必要最低電圧Ｖｔｈ０（例えば、素子の入力閾値で決まる０．７Ｖ程度）となる時刻ｔ２まで、制御回路の作動に必要な電源電圧Ｖｔｈ１以上に維持される（図１６（ａ）参照）。その結果、制御回路は時刻ｔ２に至るまで正常に作動することとなり、電動自動車玩具１の走行継続時間は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が存在することにより、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで延長されることとなる。
【００９７】
実際、本発明者等の実験によれば、電気二重層キャパシタ１１８として、１乃至３Ｆ程度の小容量なキャパシタを使用したところ、自動車玩具の走行継続時間は、４〜８秒程度（ＤＣ／ＤＣコンバータが存在しない状態）から数１０秒程度（ＤＣ／ＤＣコンバータが存在する状態）へと延長された。このことからすると、本発明によれば、小型かつ軽量で安価に製作することができ、しかも１充電当たり十分なる走行継続時間を保証でき、加えて繰り返し充電しても充電素子に劣化の生ずることがないことから長寿命である電動自動車玩具を提供できることが確認された。
【００９８】
−さらなる特別な走行継続時間延長策−
赤外線リモコン３において省エネモードボタン３６（図１５参照）が操作されると（図１５参照）、自動車玩具１の側では、図１３のフローチャートに示されるように、省エネモードフラグＦがセットされる。すると、図１４のフローチャートに示されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の入力電圧が、予め規定された電圧Ｖｔｈ３以下に低下するのを待って、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力保持電圧の値はＶＨからＶＬへと切り替えられる。すると、図１７のグラフに示されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧の値は、当初の出力保持電圧であるＶＨ（約３．３Ｖ）からそれよりも低い所定の出力保持電圧ＶＬへと切り替わり、これにより負荷に対する給電電圧の低下により、負荷の消費電力が低減されて、キャパシタ１１８の電圧が長持ちすることにより、走行継続時間は時刻ｔ２から時刻ｔ２'へと延長される。
【００９９】
−電源電圧の急減対策−
本発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を設けたことにより、負荷回路に給電される電源電圧を長期に保持させることで、電動玩具の動作継続時間を延長できたが、その反面、こうして延長された電源電圧は、電気二重層キャパシタ１１８の電荷が消滅する直前に急減することが判明した。これは、すなわち、任意のプログラムの実行中のマイクロプロセッサにおいて、その電源電圧が急減すると、動作が不安定となり、予期せぬ誤動作の原因となるからである。そこで、本実施形態では、図１１のフローチャートに示されるように、電源電圧がそのように急減する寸前（Δｔ前）の電圧である電圧Ｖｔｈ２（図１６のグラフ参照）になったならば、直ちに、実行中のプログラムを安全に強制終了することにより、その後の電源電圧急減によるマイクロプロセッサの予期せぬ誤動作を未然に回避するように仕組まれている。
【０１００】
−ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側容量成分対策−
本発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を設けたことにより、負荷回路に給電される電源電圧を長期に保持させることで、電動式玩具１の動作継続時間を延長できたが、その反面、この種のチョッパ方式の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ２０には内蔵キャパシタの影響などで、出力側の容量成分が高いことが判明した。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力側電源ラインは、給電スイッチ１２０がオフされたのちにあっても、充電電圧が残留するおそれがある。これは、負荷回路を構成する制御回路にマイクロプロセッサが含まれている場合に、大きな問題となる。すなわち、マイクロプロセッサにあっては、電源投入と共に、内蔵するパワーオンリセット機能（パワーオンクリア処理とも言う）を作動させることにより、予定されているプログラムを正常に起動させることができるのであるが、電源投入時に電源ラインの電圧がゼロボルトから立ち上がらないと、パワーオンリセット機能がうまく作動しないことがあるのである。そこで、本実施形態では、図６に示されるように、給電スイッチ１２０がオフされるときには、短絡線１２１を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力側において、正負の電源ラインが短絡されるようにして、充電電荷を放電して、確実な電源ラインのゼロリセットを可能としたものである。
【０１０１】
＜その他＞
以上の説明では、本発明を制御回路を有する負荷回路に適用したが、例えば、円形レール上を継続的に走行する電車玩具等のように、単に電源と駆動源とをスイッチを介して接続したに過ぎない、実質的に制御回路を有しない電動式移動体玩具にも本発明は適用できることは勿論である。また、制御回路を有する自動車玩具についても、遠隔操作されるものに限らず、自ら障害物を発見してこれを回避しつつ走行すると言った自走式の自動車玩具にも本発明は適用することができる。さらに、本発明は、自動車、電車、航空機と言った移動体玩具のみならず、固定式の揺動人形玩具等のように、非移動体である電動式玩具にも広く適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明の電動式玩具によれば、小型かつ軽量に製作できることに加えて、電気二重層キャパシタを主電源として使用しながらも、幼児や低学年児等のユーザを十分に満足させることができる程度の十分な長さを有する、一充電当たりの動作継続時間を確保することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１    電動式自動車玩具
２Ａ  電池式充電器
２Ｂ  手回し発電式充電器
３    赤外線リモコン
４    遊技者
２０  昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ
１０１  左前輪
１０２  右前輪
１０３  左後輪
１０４  右後輪
１０５  左前輪の支持部材
１０６  右前輪の支持部材
１０７  左右連結ロッド
１０８  左前輪の旋回軸
１０９  右前輪の旋回軸
１１０  左折用の操舵磁石
１１１  右折用の操舵磁石
１１２  左折用の操舵コイル
１１３  右折用の操舵コイル
１１４  後輪車軸
１１５  走行用の電動機
１１６  ギア列
１１７，１１７ａ，１１７ｂ  受電端レセクタプル
１１８  電気二重層キャパシタ
１１９ａ，１１９ｂ  電気二重層キャパシタの充電電圧端子
１２０  電源スイッチ
１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ  電源スイッチの端子
１２０ｄ  電源スイッチの可動片
１２０ｅ  電源スイッチの操作子
１２１  短絡線
１２２  鉄心入りコイル
１２３  昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ
１２３Ａ  昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ
１２３ａ  トランジスタチョッパ
１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｂ'  抵抗
１２３ｄ  基準電圧
１２３ｅ  偏差増幅器
１２３ｆ  ＰＷＭ回路
１２３ｇ，１２３ｇ'  アナログスイッチ（ＡＳ）
１２３ｈ  インバータ
１２４  ショットキーダイオード
１２５  電解キャパシタ
１２６  キャパシタ
１２７  電解キャパシタ
１２８  赤外線受信ＩＣ
１２８ａ  赤外線受光ダイオード
１２８ｂ  入力部
１２８ｃ  可変利得増幅部及び濾波部
１２８ｄ  復調部
１２８ｅ  発振部
１２８ｆ  制御部
１２９  制御用のＣＰＵ
１３０  トランジスタブリッジ回路
１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄ  ブリッジ回路を構成するトランジスタ
１３１  電圧検出線
２０１  筐体
２０２  支持台部
２０３，２０３ａ，２０３ｂ  給電端プラグ
２０４ａ，２０４ｂ  電源電圧端子
２０５  直流電源（電池）
２０６  トランジスタ
２０７  ＬＥＤ表示ランプ
２０８〜２１１  抵抗
２１２  筐体
２１３  手回しハンドル
２１４  支持台部
２１５ａ，２１５ｂ  給電端プラグ
２１６  交流発電機
２１７ａ，２１７ｂ，２１７ｃ，２１７ｄ  全波整流回路を構成するダイオード
２１８  電解キャパシタ
２１９  電圧安定化ＩＣ
２２０，２２１  抵抗
２２２  キャパシタ
ΔＬ  隙間
Ｖｔｈ０  ＤＣ／ＤＣコンバータの作動限界入力電圧（動作保証電圧）
Ｖｔｈ１  負荷となる制御回路の作動限界電圧（動作保証電圧）
Ｖｔｈ２  ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が急降下する寸前電圧
Ｖｔｈ３  電気二重層キャパシタの充電電圧が低下したことを判定するための閾値電圧
【要約】
【課題】電気二重層キャパシタを主電源として使用しながらも、幼児や低学年児等のユーザを十分に満足させることが可能な程度の十分な長さを有する、一充電当たりの動作継続時間を確保することができる電動式玩具を提供すること。
【解決手段】主電源となる電気二重層キャパシタと、玩具としての機能を実現するための可動機構と、前記可動機構を動作させるための電気式動力源と、前記電気二重層キャパシタから受け取った電圧を昇圧して、少なくとも、前記電気式動力源の電源として給電するためのチョッパ方式の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータとを包含する、電動式玩具。
【選択図】図６【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６】
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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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