(57)【要約】【課題】より回転効率がよく、外部からの力の供給をできる限り少なくすることのできる回転装置を提供する。【解決手段】本発明の一観点に係る回転装置は、回転軸を中心に回転する枠体と、この枠体に取り付けられる半円形状の錘ガイドと、この枠体の錘ガイドの付け根近傍に取り付けられる支持軸と、この支持軸が挿入される長孔が開けられたアームと、このアームに支持される錘と、を有することを特徴の一つとする。なおこの回転装置は、支持軸が頂点にある場合、錘は錘ガイドに接するよう配置されていることが好ましい。【選択図】図１
2013119916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心に回転する枠体と、
前記枠体に取り付けられる半円形状の錘ガイドと、
前記枠体の前記錘ガイドの付け根近傍に取り付けられる支持軸と、
前記支持軸が挿入される長孔が開けられたアームと、
前記アームに支持される錘と、を有する回転装置。
【請求項２】
前記支持軸が頂点にある場合、前記錘は前記錘ガイドに接するよう配置される請求項１記載の回転装置。
【請求項３】
前記錘ガイドの直径は、前記枠体の直径を１とした場合、０．１以上０．４以下の範囲にある請求項１記載の回転装置。
【請求項４】
前記支持軸、前記アーム、及び前記錘の組を、回転軸を挟んで二組対に配置してなる請求項１記載の回転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水車や風車、観覧車といった回転軸を中心に回転する回転装置は、一方向に進む力を軸を中心とする回転力に変換することのできる装置であり、上記水車等の他、玩具としての用途もある。
【０００３】
一般に回転装置は、回転軸を中心に回転する枠体を有して構成されているものであって、例えば下記特許文献１には、回転軸を中心に環状の枠体を備えた回転装置としての観覧車が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６３７８０５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１により例示される回転体は、動力は回転装置外部から供給される力のみであり、この力の供給がなければ回転は摩擦により停止してしまうこととなるため、常に少なくない力を供給しなければならず、またその回転効率においても課題が残る。
【０００６】
そこで、本発明は上記課題を鑑み、より回転効率がよく、外部からの力の供給をできる限り少なくすることのできる回転装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の第一の観点に係る回転装置は、回転軸を中心に回転する枠体と、枠体に取り付けられる半円形状の錘ガイドと、枠体の錘ガイドの付け根近傍に取り付けられる支持軸と、支持軸が挿入される長孔が開けられたアームと、アームに支持される錘と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上、本発明によって、より回転効率がよく、外部からの力の供給をできる限り少なくすることのできる回転装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１に係る回転装置の正面の概略を示す図である。
【図２】実施形態１に係る回転装置の側面の概略を示す図である。
【図３】実施形態１に係る回転装置の錘周辺の拡大概略図である。
【図４】実施形態１に係る回転装置の回転の説明をする図である。
【図５】実施形態１に係る回転装置の回転の説明をする図である。
【図６】実施形態１に係る回転装置の回転の説明をする図である。
【図７】実施形態１に係る回転装置の回転の説明をする図である。
【図８】実施形態１に係る回転装置の回転の説明をする図である。
【図９】回転転装置の他の構造の例の正面の概略を示す図である。
【図１０】回転転装置の他の構造の例の側面の概略を示す図である。
【図１１】実施形態２に係る回転装置の正面の概略を示す図である。
【図１２】実施形態２に係る回転装置の側面の概略を示す図である。
【図１３】実施形態２に係る回転装置の錘の概略を示す図である。
【図１４】実施形態２に係る回転装置の錘が枠体又は錘ガイドと接する状態を示す図である。
【図１５】実施形態において錘が枠体又は錘ガイドと接する軌跡を示す図である。
【図１６】実施形態３に係る回転装置の正面の概略を示す図である。
【図１７】実施形態３に係る回転装置の側面の概略を示す図である。
【図１８】実施形態３に係る回転装置の錘の概略を示す図である。
【図１９】実施形態３に係る回転装置の錘が枠体又は錘ガイドと接する状態を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施形態に限定されるものではない。
【００１１】
（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る回転装置（以下「本装置」という。）１を正面（回転軸２の軸方向）から見た場合の概略を示す図であり、図２は、本装置１を側面から見た場合の概略図である。
【００１２】
本図で示すとおり、本装置１は、回転軸２を中心に回転する枠体３と、この枠体３に取り付けられる半円形状の錘ガイド４と、枠体３における錘ガイド４の付け根近傍に取り付けられる支持軸５と、支持軸３が挿入される長孔６１が開けられたアーム６と、アームに支持される錘７と、を有する。なお、本実施形態では支持軸５、アーム６及び錘７の組が二組設けられているが、一つであってもよく、また二以上あっても良い。
【００１３】
本実施形態において、回転軸２は、枠体３等を支持するための部材であって、枠体３に固定され又は枠体３と一体に構成され、枠体３とともに回転するよう構成してもよく、枠体３とは別個に構成され、枠体３のみが回転するように構成しても良い。また枠体３とともに回転軸２が回転する場合、この回転軸２の力を外部に取り出すこともでき、また回転軸２を回転させる力を枠体３の回転の力とすることもできる。回転軸２の材質としては、特に限定されるわけではないが、枠体３等を保持することができる程度に硬い材質であることが好ましく、樹脂、木材又は金属等であることは好ましい一例である。
【００１４】
本実施形態において枠体３は、回転軸２に接続され、この回転軸２を中心に回転するものである。枠体３の構成としては、本図で示すように円形枠３１と、この円形枠３１と回転軸２とを接続する線枠３２とを有するものであることが強度及び周方向の重心の均一性の観点から好ましいが、線枠３２と円形枠の一部が残る弧枠によって構成されていることも可能である。なお、枠線３２は、後に詳述するように、錘が枠体３及び錘ガイド４内を移動する際、接触しない程度に支持軸３から離れていることが好ましい。なお枠体３の材質としては、上記と同様、形状を保持することができる程度に硬い材質である限りにおいて限定されるわけではないが、樹脂、木材又は金属等であることは好ましい一例である。
【００１５】
また本実施形態において枠体３の内側には、半円形状の錘ガイド４が取り付けられている。錘ガイド４は上記の通り半円形状であって、錘ガイド４の端点４１、４２を結ぶ直線が回転軸２を通る直線（半径又は直径）上となるよう取り付けられている。なお、本実施形態において、錘ガイド４と枠体３の付け根（端点４１）近傍は、後述のように錘が枠体３の内側及び錘ガイド４の内側に沿って移動するため、段差が無い滑らかな面となっていることが好ましい。また、本実施形態において、錘ガイド４の大きさ（直径）としては、上記枠体３の大きさや錘の重さ等の条件によって適宜調整可能であり、限定されるわけではないが、例えば枠体３の大きさ（円形枠の直径）を１とした場合、０．１以上０．４以下の範囲であることが好ましい。なお、錘ガイド４の材質としては、上記と同様、形状を保持することができる程度に硬い材質である限りにおいて限定されるわけではないが、樹脂、木材又は金属等であることは好ましい一例であり、玩具等であればプラスチック等の採用も可能である。
【００１６】
また本実施形態において、支持軸５は、上記の通り枠体３に取り付けられるものであって、しかも錘ガイド４の付け根すなわち端点４１近傍に取り付けられるものである。支持軸５は、後に詳述するように、アームの長孔６１に挿入され、アーム６及び錘７を支持することができる程度に固定されていることが好ましい。なお、支持軸５の材質としては、上記と同様、形状を保持することができる程度に硬い材質である限りにおいて限定されるわけではないが、樹脂、木材又は金属等であることは好ましい一例である。
【００１７】
また本実施形態において、アーム６は、支持軸５を介して枠体に接続され、錘７を保持することができるものである。また本実施形態においてアーム６には長孔６１が形成されており、この長孔６１によって、錘７は、枠体３の回転位置に応じ所望の状態で錘ガイド４の内側及び枠体３の内側を移動することができる。なお本実施形態においてアーム６は、一方向に長い棒状の部材であって、この一方向（長軸方向）に沿った長孔６１が形成されている。なお長孔６１の長さ、大きさ、形状については限定されるわけではないが、開口端の一方６１１は、錘７の表面７１の位置またはこの位置より錘側に深い（錘の軸７２側）位置まで形成されていることが好ましい。また、開口端の他方６１２は、支持軸５が頂点にある場合に、錘７が錘ガイド４の端点４２に位置することができる程度離れた位置であることが好ましい。より具体的には錘７の表面７１と錘７の軸７２の中心の距離Ｌ１と、錘７の軸７２の中心と長孔６１の開口端の他方６１２までのＬ２距離の和が、錘ガイド４の長さ（直径Ｌ３）と支持軸５の直系Ｌ４の和又はそれ以上となっていることが好ましい（図３参照）。なお、アーム６の材質としては、上記と同様、形状を保持することができる程度に硬い材質である限りにおいて限定されるわけではないが、樹脂、木材又は金属等であることは好ましい一例である。
【００１８】
また本実施形態において、錘７は、上記の通りアーム６に接続されているものであって、限定されるわけではないが、軸７２によってアーム６に接続されていることが好ましい。錘７の形状については特に限定されるわけではないが、枠体３及び錘ガイド４の内側を回転に伴い滑らかに移動する必要から、断面が円形状のもの、例えば円柱状であることが好ましい。本実施形態では図１、２で示すように円柱状であって、円の中心軸を軸７２が貫き、アーム６に接続されている。なお錘７は、軸７２を中心に回転可能となっている。なお、錘７の材質としては、形状を保持し、回転装置の回転に動力補助として機能させることができる程度に重い材質である限りにおいて限定されるわけではないが、金属等であることは好ましい一例であり、玩具等であればプラスチックや木材等の採用も可能である。
【００１９】
次に、本装置１の回転動作について説明する。本装置１はいずれの状態から回転を始めてもよいが、支持軸５が頂点に位置している場合が開始点として好ましく、この状態から説明を開始する。この状態は図１に示された状態である。なお、以下の図４乃至図７は、説明を分かりやすくするため、錘ガイド４、支持軸５、アーム６及び錘７の一つの組のみ示しておく。
【００２０】
まず、支持軸５が頂点Ｔに存在する場合、錘はこの鉛直方向下向きに位置し、かつ、錘ガイドの一端４２に接して保持されている。またこの場合、支持軸５は、アーム６に形成された長孔６１の一端６１２側に接している。
【００２１】
この状態において、まず、枠体３を、錘ガイド４の弦方向に回し、回転のきっかけを作る。すると、錘７は錘ガイド４からはずれ、自重により支持軸５を介して枠体に対する下向きの力を発生させる（図４参照）。この力は、錘７が枠体３の内側に接するまで（図５参照）続く。
【００２２】
そして、錘７が枠体３の内側に接した後、支持軸５と錘７の重心（軸７２）が同じ高さになるまでは、アーム６が支持軸５を引っ張る力は鉛直方向ではなくなるものの、下向きの成分が存在するため、支持軸５に対し下向きに引っ張る力が維持される。よって錘７の重心が最下点Ｂになるまで錘７は枠体３に対し下向きの力、回転方向に対する力を発生させる（図５参照）。なおこの場合において錘７自体も、枠体３に接しているため下向きの力を加えることができる。
【００２３】
そして錘７が最下点Ｂに到達したとき、上記した錘７自身による下向きの力はなくなる。しかしながら、錘７は慣性によって、今まで回転した方向にある程度の角度支持軸５を引っ張る。なおこの状態において錘７はまだ枠体３内に接して存在している（図６参照）。
【００２４】
その後、錘７の回転方向に対する運きは徐々に緩やかとなり、支持軸５に対して力を加えることができなくなるが、上記同様、枠体３には今までの運動による慣性が働き、回転を続ける。今後、錘７は、再び頂点に移動するまで、支持軸５に対し力を加えることなく枠体３から錘ガイド４に移り保持されることになる（図７、図８参照）。
【００２５】
錘７は、上記の通り、最下点からある程度の角度進んだ後、錘ガイド５に保持されることになり、下向き（回転方向とは反対の向き）の力を枠体３に対して加えてしまうことになる。しかしながら、本装置１では枠体３内に錘ガイド４が存在するため、錘７は錘ガイド４内に留まり、回転軸２と錘７との距離は短くなっている（図６〜８参照）。これは、錘７による反対回転向きの力が小さくなっていることを意味し、錘７による下向き（回転方向とは反対の向き）の力を軽減することができるのを意味する。この結果、本装置１は錘ガイド４等がない場合に比べ、より回転効率がよく、外部からの力の供給をできる限り少なくすることのできる回転装置となる。
【００２６】
以上、本発明によって、より回転効率がよく、外部からの力の供給をできる限り少なくすることのできる回転装置を提供することができる。なおこの回転装置は、外部の力を受けて回転する水車、風車や玩具等への使用が可能であり、更に、回転軸にモーター等の発電機への接続等を行いエネルギーを供給する動力装置としても使用可能である。
【００２７】
また、本実施形態では、枠体３が一つの例で説明しているが、例えば図９、１０で示すように、枠体３、錘ガイド４、アーム６、錘７の組を一つの軸に平行に一つの支持軸５で共通に接続して配置した構成としても良い。本図の場合、支持軸５は、枠体３の外側に一つの支持軸５付されているため、二つの枠体３を固定するとともに支持軸５の位置調整を容易にすることができるといった利点があるが、もちろん、二つの枠体３を別の棒状部材によって接合し、各々に上記図１等で示すような状態の支持軸５を付すことも可能である。
【００２８】
（実施形態２）
本実施形態に係る回転装置（以下「本装置」という。）は、ほぼ実施形態１と同様であるが、枠体３、錘ガイド４の太さの関係、及び錘７の表面７１が実施形態１と異なる。以下、異なる部分について具体的に説明するが、その他の形状等については上記実施形態１と同様であるため説明は省略する。
【００２９】
図１１は、本装置１の正面図（回転軸２方向に沿って見た場合の図）であり、図１２は本装置１の側面図（回転軸２に垂直な方向から見た場合の図）である。また図１３は、本実施形態に係る錘７の形状の概略図である。
【００３０】
これらの図で示すように、本装置１は、（１）枠体３と錘ガイド４の太さが異なっており、より具体的には枠体３よりも錘ガイド４が太くなっており、（２）錘７の表面７１には径の異なる段差、より具体的には枠体３の太さに対応した凹み部分７が形成されている。
【００３１】
そして本実施形態では、支持軸５が頂点にある場合を回転開始点とした場合において、回転開始後、錘７が枠体３に接触した後でも、錘７の軸７２がより枠体３に近い状態を維持することができる。一方、支持軸５が最下点から頂点に戻る間は、枠体３の太さよりも太い錘ガイド４によって錘７が支持されることとなるため、錘ガイド４から錘７の軸７２を離すことができる。この状態の概略図について図１４に示しておく。また図１５に、上記回転運動において、本装置１の枠体３又は錘ガイドと錘が接する点の理想的な軌跡を示しておく。本図で分かるように、本装置１において、支持軸５が回転の頂点に到達する直前から回転開始直後において、不連続な作用点が発生しており、これが回転効率を高めるために寄与する。
【００３２】
特に、本実施形態の場合、頂点から最下点近傍までは枠体３の内面により近い位置において接することができる一方、最下点近傍から頂点近傍までは、錘ガイドに接する一方、錘ガイドの内面から離れた位置で錘７の軸７２が接することとなるため、頂点近傍において錘７の重心位置を高めることができる。この結果、本装置１は、支持軸５が頂点近傍に至る直前の錘７の位置を高めることができる、すなわち大きな位置エネルギーを蓄えることができる一方、支持軸５が頂点から回転を開始した後最下点に至るまでは錘７の軸７２が枠体３に近い状態となるため、十分に位置エネルギーを解放することができ、より回転効率がよく、外部からの力の供給をできる限り少なくすることのできる回転装置を提供することができる。
【００３３】
（実施形態３）
本実施形態の原理は実施形態２と同様であるが、構成のみが実施形態２とは異なる。本実施形態では、枠体３と錘ガイド４とが、回転軸２の方向に沿ってずらして配置されておる。具体的には枠体３は、回転軸２に垂直な方向に対して平行に一対形成され、その間に錘ガイド４が配置されている。また錘７の表面７１には径の異なる段差が設けられており、この段差のうち、径の大きな部分が錘ガイド４に対応し、径の小さな部分が枠体３に対応するよう形成されている。本実施形態における回転装置の正面図及び側面図を図１６、１７に、錘７の概略図を図１８に、回転における錘と枠体３又は錘ガイド４の位置関係を説明するための概略図を図１９にそれぞれ示しておく。以上、本実施形態によっても、より回転効率がよく、外部からの力の供給をできる限り少なくすることのできる回転装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、回転装置として産業上の利用可能性がある。
【符号の説明】
【００３５】
１…回転装置、２…回転軸、３…枠体、４…錘ガイド、５…支持軸、６…アーム、７…錘
【図１】
2013119916.tif 000003
【図２】
2013119916.tif 000004
【図３】
2013119916.tif 000005
【図４】
2013119916.tif 000006
【図５】
2013119916.tif 000007
【図６】
2013119916.tif 000008
【図７】
2013119916.tif 000009
【図８】
2013119916.tif 000010
【図９】
2013119916.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2013119916.tif 000013
【図１２】
2013119916.tif 000014
【図１３】
2013119916.tif 000015
【図１４】
2013119916.tif 000016
【図１５】
2013119916.tif 000017
【図１６】
2013119916.tif 000018
【図１７】
2013119916.tif 000019
【図１８】
2013119916.tif 000020
【図１９】
2013119916.tif 000021