仮想ばねシステム
【課題】さほど精度は高くないが安価に構成できる仮想ばねシステムを提供することにある。
【解決手段】基部に支持された電動式アクチュエータ１と、前記基部に揺動可能に結合された被駆動部材にその電動式アクチュエータの出力部材を連結するとともに、それら被駆動部材と出力部材との間に働く引張力または圧縮力を検出する連結・力検出手段４と、その連結・力検出手段が検出した力の大きさに基づき前記電動式アクチュエータの作動を制御するアクチュエータ制御手段とを具え、前記連結・力検出手段が、前記被駆動部材と出力部材との一方に連結された案内部材４ｃと、前記被駆動部材と出力部材との他方に連結されるとともに前記案内部材と摺動可能に嵌まり合ったスライド部材４ｅと、前記案内部材とスライド部材との間で挟圧されて圧縮力を検出する感圧センサ４ａと、を有してなる、仮想ばねシステムである。
【解決手段】基部に支持された電動式アクチュエータ１と、前記基部に揺動可能に結合された被駆動部材にその電動式アクチュエータの出力部材を連結するとともに、それら被駆動部材と出力部材との間に働く引張力または圧縮力を検出する連結・力検出手段４と、その連結・力検出手段が検出した力の大きさに基づき前記電動式アクチュエータの作動を制御するアクチュエータ制御手段とを具え、前記連結・力検出手段が、前記被駆動部材と出力部材との一方に連結された案内部材４ｃと、前記被駆動部材と出力部材との他方に連結されるとともに前記案内部材と摺動可能に嵌まり合ったスライド部材４ｅと、前記案内部材とスライド部材との間で挟圧されて圧縮力を検出する感圧センサ４ａと、を有してなる、仮想ばねシステムである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、通常は機械式ばねを使用しているがそのばねの特性を容易に変化させ得ることが望ましい機構に用いて好適な仮想ばねシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常は機械式ばねを使用しているがそのばねの特性を容易に変化させ得ることが望ましい機構としては、例えば、ゲームセンター等に設置され、コインを入れると遊戯者のレバー操作等に応じて移動する作動腕で台上の景品を掴んで来たり払い落としたりして遊戯者にその景品を入手させるアミューズメント機器の、その作動腕に把持力や支持力を与える機構が知られており、このようなアミューズメント機器では、作動腕の把持力や支持力が弱すぎると景品が殆どもしくはまったく取れず遊戯者が飽きてしまう一方、作動腕の把持力や支持力が強すぎると景品が取れ過ぎてアミューズメント機器の設置者の損失が過大になってしまうため、その作動腕に把持力や支持力を与える機構のばねの特性を容易に変化させ得ることが望ましい。
【０００３】
ところで、本願出願人は先に特許文献１にて、入力部に与える反力の特性を任意に設定・変更し得る反力制御システムを提案しており、この反力制御システムは、入力部材と、ボールねじ機構を持つ電動式アクチュエータの出力部材との間にロードセルを配置して、そのロードセルの出力信号に基づき適宜反力を与えながら入力部材を動かすものであるので、上述した仮想ばねシステムを構成することができる。
【特許文献１】特開２００２−２０２８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の反力制御システムは、反力を高精度に制御するように開発されているため、力を高精度に検出し得るものの高価なロードセルを使用していることから、システム全体としても高価なものとなる場合が多く、アミューズメント機器等の簡易な装置に使用されるためさほど精度は求められないが安価に構成できることが必須の仮想ばねシステムへの適用は実際上は困難であるという問題があった。
【０００５】
それゆえこの発明は、さほど精度は高くないが安価に構成できる仮想ばねシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を有利に解決したこの発明の仮想ばねシステムは、基部に支持された電動式アクチュエータと、前記基部に揺動可能に結合された被駆動部材にその電動式アクチュエータの出力部材を連結するとともに、それら被駆動部材と出力部材との間に働く引張力または圧縮力を検出する連結・力検出手段と、その連結・力検出手段が検出した力の大きさに基づき前記電動式アクチュエータの作動を制御するアクチュエータ制御手段と、を具え、前記連結・力検出手段が、前記被駆動部材と出力部材との一方に連結された案内部材と、前記被駆動部材と出力部材との他方に連結されるとともに前記案内部材と摺動可能に嵌まり合ったスライド部材と、前記案内部材とスライド部材との間で挟圧されて圧縮力を検出する感圧センサと、を有してなるものである。
【発明の効果】
【０００７】
かかる仮想ばねシステムにあっては、基部に支持された電動式アクチュエータの出力部材に連結・力検出手段を介して連結されるとともに前記基部に揺動可能に結合された被駆動部材にその被駆動部材を揺動させるように力が加わると、その力で被駆動部材と出力部材との間に働く引張力または圧縮力を連結・力検出手段が検出し、その連結・力検出手段が検出した力の大きさに基づきアクチュエータ制御手段が、例えばその検出した力の大きさが一定になる、あるいはその検出した力の大きさが次第に大きくなる等のように、電動式アクチュエータの作動を制御する。
【０００８】
従って、この発明の仮想ばねシステムによれば、被駆動部材を揺動させるように力が加わると、被駆動部材を例えば一定の力や揺動に応じて漸増する力で引き戻すように電動式アクチュエータを作動させ得るので、ばねとして機能することができる。
【０００９】
しかも、この発明の仮想ばねシステムによれば、被駆動部材と出力部材との間に働く引張力または圧縮力を検出する連結・力検出手段が、何れも安価に製造・入手し得るものである、被駆動部材と出力部材との一方に連結された案内部材と、被駆動部材と出力部材との他方に連結されるとともに案内部材と摺動可能に嵌まり合ったスライド部材と、案内部材とスライド部材との間で挟圧されて圧縮力を検出する感圧センサとを有する構成とされているので、その連結・力検出手段ひいては仮想ばねシステムを安価に構成することができる。
【００１０】
なお、この発明の仮想ばねシステムにおいては、前記スライド部材が筒状をなし、前記案内部材が、前記スライド部材の孔内に挿通された軸状部と、その軸状部より大きい押圧部とを持ち、前記感圧センサが、リング状に形成されてその孔内に前記案内部材の軸状部を挿通され、前記案内部材の押圧部と前記スライド部材との間で挟圧されるものであっても良い。このようにすれば、案内部材とスライド部材とを安価に構成し得るとともに、感圧センサを容易に、案内部材とスライド部材との間で挟圧されるように配置することができる。
【００１１】
また、この発明の仮想ばねシステムにおいては、前記連結・力検出手段が、前記案内部材とスライド部材との間に前記感圧センサと直列に介挿されたダンパ部材を有するものであっても良い。このようにすれば、例えば被駆動部材の原点位置等を規定するストッパに被駆動部材が当たったときに跳ね返り、検出している力が増してこれを減らすように出力部材が逆方向へ動くことで動きが不安定になるのをダンパ部材で防止し得て、被駆動部材を原点位置等に確実に止めることができる。
【００１２】
さらに、この発明の仮想ばねシステムにおいては、前記連結・力検出手段が、前記スライド部材に対し前記感圧センサと反対の側にてそのスライド部材と前記案内部材との間に介挿されてその案内部材を附勢し、前記感圧センサにバイアス力を与える弾性部材を有するものであっても良い。このようにすれば、感圧センサに小さな力に対する不感帯がある場合でも、その不感帯を超えるバイアス力を与えておけるので、感圧センサを小さな力に対して敏感に作動させることができる。
【００１３】
さらに、この発明の仮想ばねシステムにおいては、前記電動式アクチュエータが、電動モータで駆動されて前記出力部材を回動させるウオーム歯車組を有するものであっても良い。このようにすれば、被駆動部材からの反力をウオーム歯車組が支持するので、被駆動部材がストッパ等に当たって反力が所定値になったときに電動式アクチュエータへの給電を停止しても反力をその所定値に維持し得て、出力部材を例えば原点位置等で待機させる際の電動式アクチュエータの電力消費をなくすことができる。
【００１４】
そして、この発明の仮想ばねシステムは、前記電動式アクチュエータの出力部材の位置を検出する位置センサを具え、前記アクチュエータ制御手段が、前記連結・力検出手段が検出した力の大きさと前記位置センサが検出した出力部材の位置とに基づき前記電動式アクチュエータの作動を制御するものであっても良い。このようにすれば、ストッパがなくても、任意の位置を被駆動部材の原点位置として電動式アクチュエータを作動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１（ａ）は、この発明の仮想ばねシステムの第１実施例の内部を示す断面図、図１（ｂ）は、その第１実施例の仮想ばねシステムの外観を示す正面図、図２（ａ），（ｂ）は、上記第１実施例の仮想ばねシステムで使用している感圧センサを示す側面図および正面図、図３は、上記第１実施例の仮想ばねシステムの制御系を示すブロック線図、そして図４は、上記第１実施例の仮想ばねシステムの制御系のマイクロコンピュータが実行する処理を示すフローチャートである。
【００１６】
また、図５は、上記第１実施例の仮想ばねシステムの電動式アクチュエータの出力部材の位置と感圧センサが検出した力の大きさとの関係を示す関係線図、図６は、上記第１実施例の仮想ばねシステムの一適用例としてのアミューズメント機器の要部を示す正面図、そして図７は、上記第１実施例の仮想ばねシステムの他の一適用例としてのアミューズメント機器の要部を示す正面図である。
【００１７】
この第１実施例の仮想ばねシステムは、図１（ａ），（ｂ）に示すように、図示しない基部に支持された電動式アクチュエータ１と、その基部に支持軸２を介して揺動可能に結合された被駆動部材としての作動腕３にその電動式アクチュエータ１の出力部材としての駆動腕１ａを連結するとともに、それら作動腕３と駆動腕１ａとの間に働く引張力または圧縮力を検出する連結・力検出手段としてのプッシュプルロッド４とを具えるとともに、図３に示すように、そのプッシュプルロッド４の感圧センサ４ａが検出した圧縮力の大きさに基づき電動式アクチュエータ１の作動を制御するアクチュエータ制御手段としてのコントローラ５を具えている。なお、この実施例の仮想ばねシステムは駆動腕１ａの位置を検出する位置センサを具えていないので、ここでは図１に示すように、作動腕３に当接してその原点位置を規定するストッパ６が設けられている。
【００１８】
この第１実施例の仮想ばねシステムにおける電動式アクチュエータ１は、図１（ａ）に示すように、減速機を内蔵した電動モータ１ｂのモータ出力軸１ｃに固定されたピニオン１ｄを、そのモータ出力軸１ｃに平行な向きに支持された中間軸１ｅに固定された被駆動ギヤ１ｆに噛合させ、その中間軸１ｅに固定されたウオーム１ｇを、モータ出力軸１ｃに直角な向きに支持された出力軸１ｈに支持された駆動腕１ａの基部に固定されたウオームギヤ１ｉに噛合させてなるものである。
【００１９】
上記構成により、電動モータ１ｂがモータ出力軸１ｃを正転させると、ピニオン１ｄが被駆動ギヤ１ｆを駆動してモータ出力軸１ｃと逆方向に中間軸１ｅが回転し、ウオーム１ｇがウオームギヤ１ｉを駆動して駆動腕１ａを出力軸１ｈを中心に図では時計回りに回動させ、これにより作動腕３が、図１では左方へ揺動し、この一方、電動モータ１ｂがモータ出力軸１ｃを逆転させると、上記と同様にしてウオーム１ｇがウオームギヤ１ｉを駆動して駆動腕１ａを出力軸１ｈを中心に図では反時計回りに回動させ、これにより作動腕３が、図１では右方へ揺動する。しかも、作動腕３からプッシュプルロッド４を介して駆動腕１ａに加わる反力は、ウオーム１ｇとウオームギヤ１ｉとからなるウオーム歯車組によって支持されるので、電動モータ１ｂのモータ出力軸１ｃには伝わらない。
【００２０】
また、この第１実施例の仮想ばねシステムにおけるプッシュプルロッド４は、作動腕３にピロボールジョイント４ｂを介して揺動可能に連結された案内部材としてのガイドロッド４ｃと、駆動腕１ａにピンジョイント４ｄを介して揺動可能に連結されるとともにガイドロッド４ｃと摺動可能に嵌まり合ったスライド部材としての筒状のスライダ４ｅと、上記感圧センサ４ａとを有している。
【００２１】
ここで、ガイドロッド４ｃは、スライダ４ｅの孔内に挿通された軸状部４ｆと、その軸状部４ｆの、ピロボールジョイント４ｂに結合された端部と反対側の端部（図１では右端部）に設けられた、軸状部４ｆより大径の押圧部４ｇとを有し、上記感圧センサ４ａは、図２（ａ），（ｂ）に示すように平坦なリング状に形成されて、そのリング中央の孔内にガイドロッド４ｃの軸状部４ｆを挿通され、スライダ４ｅとガイドロッド４ｃの押圧部４ｇとの間で二枚のワッシャ４ｈを介して挟圧されてその挟圧による圧縮力を検出する。かかる感圧センサ４ａは、例えば感圧導電性エラストマーセンサすなわちゴム状の圧力センサ（例えばイナバゴム（株）の販売する商品名イナストマー）や、導電性インクを用いた圧力センサ（例えばニッタ（株）の販売する商品名フレキシフォース）等によって形成することができる。
【００２２】
この第１実施例の仮想ばねシステムにおけるプッシュプルロッド４はさらに、中央の孔内にガイドロッド４ｃの軸状部４ｆを挿通されてガイドロッド４ｃの押圧部４ｇとスライダ４ｅとの間に感圧センサ４ａと直列に介挿された円筒状のダンパ部材４ｉを有しており、このダンパ部材４ｉは、原点位置を規定するストッパ６に作動腕３が当たったときに作動腕３が跳ね返り、感圧センサ４ａが検出している力が増してこれを減らすように駆動腕１ａが逆方向へ動くことで動きが不安定になるのを防止するものである。かかるダンパ部材４ｉとしては、例えばゴムダンパや、ウレタンワッシャ等を用いることができ、このダンパ部材４ｉを有することにより、作動腕３をストッパ６に当てて原点位置に確実に止めることができる。
【００２３】
この第１実施例の仮想ばねシステムにおけるプッシュプルロッド４はさらに、スライダ４ｅに対し感圧センサ４ａと反対の側にてそのスライダ４ｅと、ガイドロッド４ｃの軸状部４ｆの雄ねじに締結されたセルフロック型のナイロンナット４ｊとの間に介挿されてそのガイドロッド４ｃを図１では左方へ常時附勢し、感圧センサ４ａにバイアス力を与える弾性部材としての圧縮スプリング４ｋを有しており、そのバイアス力はナイロンナット４ｊの締結位置を変えることで適宜調節することができる。この圧縮スプリング４ｋを有することにより、感圧センサ４ａに小さな力に対する不感帯がある場合でもその不感帯を超えるバイアス力を与えておけるので、感圧センサ４ａを小さな力に対して敏感に作動させることができる。なお、圧縮スプリング４ｋの周囲には、その圧縮スプリング４ｋをカバーするためおよび、作動腕３と駆動腕１ａとの間に介在して作動腕３の動きを規制するため、圧縮スプリング４ｋの通常のバイアス力を生ずる圧縮状態での長さより僅かに短い円筒状のカラー４ｌが嵌め合わされている。
【００２４】
そして、この第１実施例の仮想ばねシステムにおけるコントローラ５は、図３に示すように、感圧センサ４ａの出力信号を図示しないアナログ−デジタルコンバータを介して入力されるとともに、図示しないレバーやスイッチ等の操作手段から別途アクチュエータの動作命令信号を入力されてそれらの入力信号に基づき電動式アクチュエータ１の作動命令を出力する通常のマイクロコンピュータ５ａと、ＰＷＭ（パルス幅変調）によるその作動命令を入力してその作動命令に応じた駆動電流を電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂに出力する通常のドライバ５ｂとを有しており、ここで、マイクロコンピュータ５ａは、あらかじめ与えられたプログラムに基づき、図４にフローチャートで示す手順に従って、ドライバ５ｂに電動式アクチュエータ１の作動命令を出力する。
【００２５】
すなわちマイクロコンピュータ５ａは、先ずステップＳ１で、仮想ばねの力設定値を、例えばキーボードやスイッチ等からその力設定値を与えられて記憶しているメモリ等から入力する。次いでステップＳ２で、感圧センサ４ａの出力信号を入力し、続くステップＳ３で、感圧センサ４ａの出力信号が示す値と力設定値とを比較する。そして、感圧センサ４ａの出力信号が示す値と力設定値とが等しくない場合には、ステップＳ４で、感圧センサ４ａの出力信号が示す値が力設定値より小さいか否かを判断する。
【００２６】
ステップＳ４での判断の結果、感圧センサ４ａの出力信号が示す値が力設定値より小さくない場合には、ステップＳ５で、電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂを正転（図１では作動腕３が左方へ揺動する向きへモータ出力軸１ｃを回転）させる作動命令を出力し、その一方、感圧センサ４ａの出力信号が示す値が力設定値より小さい場合には、ステップＳ６で、電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂを逆転（図１では作動腕３が右方へ揺動する向きへモータ出力軸１ｃを回転）させる作動命令を出力する。また、先のステップＳ３での判断の結果、感圧センサ４ａの出力信号が示す値と力設定値とが等しい場合には、ステップＳ７で、電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂを停止させる作動命令を出力する。
【００２７】
かかる第１実施例の仮想ばねシステムにあっては、電動式アクチュエータ１の駆動腕１ａにプッシュプルロッド４を介して連結された作動腕３にその作動腕３を揺動させるように力が加わると、その力で作動腕３と駆動腕１ａとの間に働く引張力をプッシュプルロッド４の感圧センサ４ａが圧縮力として検出し、コントローラ５が、そのプッシュプルロッド４の感圧センサ４ａが検出した力の大きさが図５に示すように駆動腕１ａの位置にかかわらず一定になるように、電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂを正転、逆転あるいは停止させる。
【００２８】
従って、この第１実施例の仮想ばねシステムによれば、作動腕３を揺動させるように力が加わると作動腕３を一定の力で引き戻すように電動式アクチュエータ１を作動させるので、ばねとして機能することができる。
【００２９】
しかも、この第１実施例の仮想ばねシステムによれば、作動腕３と駆動腕１ａとの間に働く引張力を検出するプッシュプルロッド４は、何れも安価に製造・入手し得るものである、作動腕３に連結されるとともに軸状部４ｆと押圧部４ｇとを有するガイドロッド４ｃと、駆動腕１ａに連結されるとともにガイドロッド４ｃの軸状部４ｆと摺動可能に嵌まり合ったスライダ４ｅと、ガイドロッド４ｃの押圧部４ｇとスライダ４ｅとの間で挟圧されて圧縮力を検出するリング状の感圧センサ４ａとを有する構成とされているので、そのプッシュプルロッド４ひいては仮想ばねシステムを安価に構成することができる。そして、電動式アクチュエータ１も、安価に製造・入手し得るものであるウオーム歯車組を使用しているので、安価に構成することができる。
【００３０】
図６は、この第１実施例の仮想ばねシステムを適用し得るアミューズメント機器の一例で、ゲームセンター等に設置され、コインを入れると遊戯者のレバー操作等に応じて移動する作動腕で台上の景品を掴んで来て遊戯者にその景品を入手させるアミューズメント機器（例えば商品名「ＵＦＯキャッチャ」等）の要部を示し、このアミューズメント機器では、遊戯者のレバー操作等に応じて前後左右に移動し、レバー操作を止めると自動的に下降、停止および上昇してから景品排出口の上方の初期位置に戻る基部としての図示しない移動ヘッドに、各々支持軸２を介して二本の作動腕３を揺動可能に結合して支持するとともに、この第１実施例の仮想ばねシステムを二つ、左右対称に配設して、それらの仮想ばねシステムの電動式アクチュエータ１で二本の作動腕３を、各電動モータ１ｂの正転時には互いに離間して開くように、また逆転時には互いに接近して閉じていって間に景品Ｐを挟むように揺動させるようにする。
【００３１】
またこのアミューズメント機器では、上記移動ヘッドが下降限位置または初期位置で停止したらコントローラ５が、先ずそれらの仮想ばねシステムの電動式アクチュエータ１の各電動モータ１ｂを一定時間正転させて、図６中仮想線で示すように二本の作動腕３を開かせ、その後に図４に示す制御を実行するように構成する。これにより、下降限位置では、二本の作動腕３を開かせた後の図４に示す制御の開始当初は、感圧センサ４ａの出力信号値が力設定値より小さいから各電動モータ１ｂが逆転し、二本の作動腕３が図６中矢印で示すように互いに接近して閉じていって台Ｔ上の景品Ｐを間に挟むように揺動する。しかして二本の作動腕３が図６中実線で示すように台Ｔ上の景品Ｐを間に挟むと、その景品Ｐから二本の作動腕３に反力が伝えられ、その反力が力設定値に等しくなると各電動モータ１ｂが停止して、力設定値に等しい力で二本の作動腕３が景品Ｐを間に挟んだ状態となる。
【００３２】
そして、このように二本の作動腕３が景品Ｐを間に挟んだ状態で上記移動ヘッドが上昇し、初期位置に戻って停止したときは、コントローラ５が、先ず二本の作動腕３を開かせるので、それらの作動腕３の間に挟まれていた景品Ｐは景品排出口内に落下して当該機器外に取り出し可能となり、その後、図４に示す制御の開始当初は、感圧センサ４ａの出力信号値が力設定値より小さいから各電動モータ１ｂが逆転し、二本の作動腕３が図６中矢印で示すように互いに接近して閉じていって各々ストッパ６に当接して、それらのストッパ６から二本の作動腕３に反力が伝えられ、その反力が力設定値より大きくなると各電動モータ１ｂが正転して、反力を減らすように二本の作動腕３が互いに離間する方向へ揺動し、これらの動きによって反力が力設定値に等しくなると各電動モータ１ｂが停止して、力設定値に等しい力で二本の作動腕３がストッパ６に当接した待機状態となる。
【００３３】
従って、この第１実施例の仮想ばねシステムによれば、上述の如きアミューズメント機器に二本の作動腕３を互いに接近する方向へ引っ張る機械式ばねの代わりに適用し得てその機械式ばねと同様に機能させることができ、しかも二本の作動腕３を互いに接近する方向へ引っ張る引張力の大きさを、メモリ等の力設定値を変更するだけで容易に、任意にかつ瞬時に変えることができる。さらに、二本の作動腕３の開閉速度も、例えば開く際と閉じる際で異ならせる等、コントローラ５で容易に任意に設定することができる。
【００３４】
図７は、この第１実施例の仮想ばねシステムを適用することができるアミューズメント機器の他の一例で、ゲームセンター等に設置され、コインを入れると遊戯者のレバー操作等に応じて移動する作動腕３の先端部の皿３ａで、落下してくるコインＣを受けて図示しない景品排出口へ運ぶことで遊戯者にそのコインＣを入手させるアミューズメント機器の要部を示し、ここでは壁面Ｗの裏側に設けられた図示しない基部に、支持軸２を介して被駆動部材としての作動腕３を上下方向揺動可能に結合して支持するとともに、上方揺動限位置を規定するストッパ６を設け、さらに電動式アクチュエータ１を固定支持し、その電動式アクチュエータ１の駆動腕１ａと作動腕３とをプッシュプルロッド４で連結し、そのプッシュプルロッド４の感圧センサ４ａの出力信号に基づき、図示しないコントローラ５で電動式アクチュエータ１の作動を制御するようにしている。
【００３５】
かかるアミューズメント機器の作動腕３の支持に適用されたこの第１実施例の仮想ばねシステムによれば、皿３ａが受けるコインＣの枚数が所定の枚数を超えて作動腕３からの反力が力設定値を越えると、その反力がその力設定値に等しくなるよう図中仮想線で示すように作動腕３が下方へ揺動して、皿３ａからコインＣを落とすことができ、しかもその皿３ａが受け得るコインＣの所定枚数を、メモリ等の力設定値を変更するだけで容易に、任意にかつ瞬時に変えることができる。
【００３６】
図８は、この発明の仮想ばねシステムの第２実施例の外観を示す正面図、図９は、その第２実施例の仮想ばねシステムの制御系を示すブロック線図、図１０は、上記第２実施例の仮想ばねシステムの制御系のマイクロコンピュータが実行する処理を示すフローチャートである。
【００３７】
また、図１１は、上記第２実施例の仮想ばねシステムの電動式アクチュエータの出力部材の位置と感圧センサが検出した力の大きさとの関係の一例を示す関係線図、図１２は、上記第２実施例の仮想ばねシステムの電動式アクチュエータの出力部材の位置と感圧センサが検出した力の大きさとの関係の他の一例を示すマトリックスの説明図、図１３は、上記第２実施例の仮想ばねシステムの一適用例としてのアミューズメント機器の要部を示す正面図、そして図１４は、この第２実施例の仮想ばねシステムの一変形例の一適用例としてのアミューズメント機器の要部を示す平面図であり、これらの図中、先の第１実施例と同様の部分は、それと同一の符号にて示す。
【００３８】
この第２実施例の仮想ばねシステムは、図８に示すように、第１実施例におけると同様の電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂのモータ出力軸１ｃに結合されて駆動腕１ａの回動位置を検出するロータリエンコーダからなる位置センサ１ｍを具える点および、図９に示すように、コントローラ５が、プッシュプルロッド４の感圧センサ４ａが検出した力の大きさと位置センサ１ｍが検出した駆動腕１ａの回動位置とに基づき電動式アクチュエータ１の作動を制御する点でのみ、先の第１実施例と異なっており、その他の部分は先の第１実施例と同様の構成を具えている。
【００３９】
そして，この第２実施例の仮想ばねシステムのコントローラ５のマイクロコンピュータ５ａは、あらかじめ与えられたプログラムに基づき、図１０にフローチャートで示す手順に従って、ドライバ５ｂに電動式アクチュエータ１の作動命令を出力する。
【００４０】
すなわちマイクロコンピュータ５ａは、先ずステップＳ１１で、仮想ばねの力設定を、例えばキーボードやスイッチ等からその力設定を与えられて記憶しているメモリ等から入力する。この力設定は、例えば図１１に示すように駆動腕１ａの回動位置と力設定値との関係を示す一次あるいは二次等の関数式や、図１２に示すように駆動腕１ａの回動位置と力設定値との関係を任意に変化させ得るマトリックス等で表すことができる。次いでステップＳ１２で、感圧センサ４ａの出力信号を入力し、続くステップＳ１３で、位置センサ１ｍの出力信号を入力する。
【００４１】
さらにステップＳ１４で、感圧センサ４ａの出力信号と先に入力した力設定とから、例えば図１１の関数による力設定では感圧センサ４ａの出力信号に対応する力Ｘｓに対して一次関数で求まる目標位置Ｙｇのように、あるいは図１２のマトリックスによる力設定では感圧センサ４ａの出力信号に対応する力Ｘｉに対してそのマトリックスで求まる目標位置Ｙｉのように、目標位置を求める。
【００４２】
続くステップＳ１５では、上記求めた目標位置の値と位置センサ１ｍの出力信号が示す値（例えば図１１に示す関数による力設定では値Ｙｓ）とを比較する。そして、目標位置の値と位置センサ１ｍの出力信号が示す値とが等しくない場合には、ステップＳ１６で、目標位置の値が位置センサ１ｍの出力信号が示す値より小さいか否かを判断する。
【００４３】
ステップＳ１６での判断の結果、目標位置の値が位置センサ１ｍの出力信号が示す値より小さくない場合には、ステップＳ１７で、電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂを正転（図８では作動腕３が仮想線で示すように右方へ揺動する向きへモータ出力軸１ｃを回転）させる作動命令を出力し、その一方、目標位置の値が位置センサ１ｍの出力信号が示す値より小さい場合には、ステップＳ１８で、電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂを逆転（図８では作動腕３が実線で示すように左方へ揺動する向きへモータ出力軸１ｃを回転）させる作動命令を出力する。また、先のステップＳ１５での判断の結果、目標位置の値と位置センサ１ｍの出力信号が示す値とが等しい場合には、ステップＳ１９で、電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂを停止させる作動命令を出力する。
【００４４】
かかる第２実施例の仮想ばねシステムにあっては、電動式アクチュエータ１の駆動腕１ａにプッシュプルロッド４を介して連結された作動腕３にその作動腕３を揺動させるように力が加わると、その力で作動腕３と駆動腕１ａとの間に働く引張力をプッシュプルロッド４の感圧センサ４ａが圧縮力として検出し、コントローラ５が、そのプッシュプルロッド４の感圧センサ４ａが検出した力の大きさに対し図１１や図１２に示すような関係にある目標位置に駆動腕１ａが位置するように、アクチュエータ１の電動モータ１ｂを正転、逆転あるいは停止させる。
【００４５】
従って、この第２実施例の仮想ばねシステムによれば、作動腕３を揺動させるように力が加わると作動腕３を、駆動腕１ａひいてはそれに連結された作動腕の位置に応じた所定の力で引き戻すように電動式アクチュエータ１を作動させるので、変位と力との関係に線形あるいは非線形等の任意の変化特性を持つ仮想ばねとして機能することができ、しかも先の第１実施例と同様、安価に仮想ばねシステムを構成することができる。
【００４６】
また、例えば図１１に示すように、力Ｘがゼロの時に位置Ｙがゼロでないようにすることで、ゼロでない任意の駆動腕１ａの位置に対応する作動腕３の位置を、作動腕３に力がかかっていない場合の原点位置に設定することができる。
【００４７】
さらに、例えば支持軸２で支持して垂下させた作動腕３が相当重い場合や、その垂下させた作動腕３を例えば水平近くまで大きく回動させるような場合には、作動腕３に景品等から外力が加わっていなくても作動腕３の自重によるトルクをプッシュプルロッド４の感圧センサ４ａが圧縮力として検出することになるが、そのような場合でも、この第２実施例の仮想ばねシステムによれば、例えば駆動腕１ａひいてはそれに連結された作動腕３の垂下位置からの回動角度の増大に応じて、設定する力の大きさを減少させることにより、作動腕３の回動角度にかかわらず一定の大きさの力で作動腕３を回動方向に支持することもできる。
【００４８】
図１３は、この第２実施例の仮想ばねシステムを適用し得るアミューズメント機器の一例で、ゲームセンター等に設置され、コインを入れると遊戯者のレバー操作等に応じて移動する作動腕３の先端部で、スロープＳを転がってくる景品Ｐを止めて図示しない景品排出口へ運ぶことで遊戯者にその景品Ｐを入手させるアミューズメント機器の要部を示す正面図であり、ここではスロープＳの上方に設けられた図示しない基部に、水平な支持軸２を介して被駆動部材としての作動腕３をスロープＳの前後方向（図では左右方向）へ揺動可能に結合して支持するとともに、位置センサ１ｍを有する電動式アクチュエータ１を固定支持し、その電動式アクチュエータ１の駆動腕１ａと作動腕３とをプッシュプルロッド４で連結し、そのプッシュプルロッド４の感圧センサ４ａの出力信号と位置センサ１ｍの出力信号とに基づき、図示しないコントローラ５で電動式アクチュエータ１の作動を制御するようにしている。
【００４９】
かかるアミューズメント機器の作動腕３の支持に適用されたこの第２実施例の仮想ばねシステムによれば、景品Ｐが重過ぎたり、転がってくる勢いが大きすぎたりして作動腕３からの反力と力設定とにより定まる目標位置が後退すると、その目標位置へ向かうよう図中仮想線で示すように作動腕３が後方へ揺動して、作動腕３から景品Ｐを逃がすことができ、しかもそのように逃がさない景品Ｐの条件を、メモリ等の力設定を変更するだけで容易に、任意にかつ瞬時に変えることができる。また作動腕３の揺動速度も、コントローラ５で容易に任意に設定することができる。
【００５０】
図１４は、この第２実施例の仮想ばねシステムの一変形例および、それを適用し得るアミューズメント機器の一例で、ゲームセンター等に設置され、コインを入れると遊戯者のレバー操作等に応じて移動する作動腕３で、案内板Ｇに沿ってベルトコンベヤ上を矢印で示すように搬送されている図示しない景品を止めて図示しない景品排出口へ運ぶことで遊戯者にその景品を入手させるアミューズメント機器の要部を示す平面図であり、この変形例の仮想ばねシステムは、先の第２実施例の仮想ばねシステムの電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂのモータ出力軸１ｃに結合されて駆動腕１ａの回動位置を検出するロータリエンコーダからなる位置センサ１ｍに代えて、第１実施例におけると同様の電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂのモータ出力軸１ｃに平行な向きに支持されるとともに、そのモータ出力軸１ｃに固定されたピニオン１ｄと噛合する被駆動ギヤ１ｆを固定された中間軸１ｅが延長されて、その中間軸１ｅの延長部分にポテンショメータからなる位置センサ１ｎが結合されている点でのみ、先の第２実施例の仮想ばねシステムと異なっており、その他の部分は先の第２実施例と同様の構成を具えている。
【００５１】
上記アミューズメント機器の作動腕３の支持に適用されたかかる第２実施例の変形例の仮想ばねシステムによっても第２実施例の仮想ばねシステムと同様、景品が重過ぎたり、当たる位置が作動腕３の先端に近すぎたりして作動腕３からの反力と力設定とにより定まる目標位置が後退すると、その目標位置へ向かうよう図中仮想線で示すように作動腕３が後方へ揺動して、作動腕３から景品を逃がすことができ、しかもそのように逃がさない景品や作動腕３の条件を、メモリ等の力設定を変更するだけで容易に、任意にかつ瞬時に変えることができる。
【００５２】
図１５（ａ）は、前述した第１実施例の仮想ばねシステムをドアクローザに適用した適用例を示す正面図、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の要部を拡大して示す正面図、図１６は、その適用例のドアクローザを示す平面図であり、図中符号７はドア枠、８は蝶番、９はその蝶番８でドア枠７に揺動可能に結合されて支持された基部としてのドアを示す。
【００５３】
この適用例では、ドア９に第１実施例の仮想ばねシステムの電動式アクチュエータ１を固設するとともに、ドア枠７に被駆動部材としての支持具１０を固設して、電動式アクチュエータ１の駆動腕１ａと支持具１０とをプッシュプルロッド４で連結し、そのプッシュプルロッド４の感圧センサ４ａの出力信号に基づき、図示しないコントローラ５で電動式アクチュエータ１の作動を制御するようにしている。
【００５４】
かかるドアクローザにあっては、ドア９を例えば手で押しあるいは引いて、図１６に仮想線で示すようにドア９を開こうとすると、電動式アクチュエータ１の駆動腕１ａが支持具１０によりプッシュプルロッド４を介して引っ張られて、そのプッシュプルロッド４の感圧センサ４ａの出力信号に基づきプッシュプルロッド４に加わる引張力が所定値になるように前記コントローラ５が電動式アクチュエータ１を駆動するので、プッシュプルロッド４の引張力の所定値に対応するドア開き抵抗力になるように電動式アクチュエータ１の駆動腕１ａが回動して相対的に見れば支持具１０を駆動しながらドア９が開き、その後ドア９を押すあるいは引くのを止めると、プッシュプルロッド４の感圧センサ４ａの出力信号がプッシュプルロッド４に加わる引張力を示さなくなるので、電動式アクチュエータ１の駆動腕１ａがドア９を閉じる方向に回動して相対的に見れば支持具１０を駆動し、これによりドア９がドア枠７に当たって、プッシュプルロッド４に加わる引張力が所定値まで上昇すると、電動式アクチュエータ１は停止する。
【００５５】
従って、この第１実施例の仮想ばねシステムによれば、上述の如きドアクローザにドア９を閉じる方向へ引っ張る機械式ばねの代わりに適用し得てその機械式ばねと同様に機能させることができ、しかもドア９を閉じる方向へ引っ張る引張力すなわちドア９を開く際の抵抗力の大きさを、例えば車椅子に乗った人でも容易に押し開きできる等のように、メモリ等の力設定値を変更するだけで容易に、任意にかつ瞬時に変えることができる。またドア９の開閉速度も、例えば開く際と閉じる際で異ならせ、閉じる際はゆっくり閉じさせる等、コントローラ５で容易に任意に設定することができる。
【００５６】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、図１５，１６に示すドアクローザに上記第２実施例の仮想ばねシステムを適用して、ドア９が閉じる際に通常は速いが閉じ終わる直前で閉じる速度を遅くするように制御する等、上記第２実施例の仮想ばねシステムで、位置センサの出力信号に応じて被駆動部材の反力制御だけでなく位置および速度制御を行っても良い。
【００５７】
そしてこの発明の仮想ばねシステムは、上述の例以外にも、例えばリハビリテーション機器やトレーニングマシンの負荷機構等の、ばねの特性を容易に変化させ得ることが望ましい機構に適用し得て、上述したと同様の作用効果をもたらすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
かくしてこの発明の仮想ばねシステムによれば、ばねとして機能し得る仮想ばねシステムを安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】（ａ）は、この発明の仮想ばねシステムの第１実施例の内部を示す断面図、（ｂ）は、その第１実施例の仮想ばねシステムの外観を示す正面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、上記第１実施例の仮想ばねシステムで使用している感圧センサを示す側面図および正面図である。
【図３】上記第１実施例の仮想ばねシステムの制御系を示すブロック線図である。
【図４】上記第１実施例の仮想ばねシステムの制御系のマイクロコンピュータが実行する処理を示すフローチャートである。
【図５】上記第１実施例の仮想ばねシステムの電動式アクチュエータの出力部材の位置と感圧センサが検出した力の大きさとの関係を示す関係線図である。
【図６】上記第１実施例の仮想ばねシステムの一適用例としてのアミューズメント機器の要部を示す正面図である。
【図７】上記第１実施例の仮想ばねシステムの他の一適用例としてのアミューズメント機器の要部を示す正面図である。
【図８】この発明の仮想ばねシステムの第２実施例の外観を示す正面図である。
【図９】上記第２実施例の仮想ばねシステムの制御系を示すブロック線図である。
【図１０】上記第２実施例の仮想ばねシステムの制御系のマイクロコンピュータが実行する処理を示すフローチャートである。
【図１１】上記第２実施例の仮想ばねシステムの電動式アクチュエータの出力部材の位置と感圧センサが検出した力の大きさとの関係の一例を示す関係線図である。
【図１２】上記第２実施例の仮想ばねシステムの電動式アクチュエータの出力部材の位置と感圧センサが検出した力の大きさとの関係の他の一例を示すマトリックスの説明図である。
【図１３】上記第２実施例の仮想ばねシステムの一適用例としてのアミューズメント機器の要部を示す正面図である。
【図１４】上記第２実施例の仮想ばねシステムの一変形例の一適用例としてのアミューズメント機器の要部を示す平面図である。
【図１５】（ａ）は、上記第１実施例の仮想ばねシステムをドアクローザに適用した適用例を示す正面図、（ｂ）は、その（ａ）の要部を拡大して示す正面図である。
【図１６】上記適用例のドアクローザを示す平面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 電動式アクチュエータ
１ａ 駆動腕
１ｂ 電動モータ
１ｃ モータ出力軸
１ｄ ピニオン
１ｅ 中間軸
１ｆ 被駆動ギヤ
１ｇ ウオーム
１ｈ 出力軸
１ｉ ウオームギヤ
１ｍ，１ｎ 位置センサ
２ 支持軸
３ 作動腕
３ａ 皿
４ プッシュプルロッド
４ａ 感圧センサ
４ｂ ピロボールジョイント
４ｃ ガイドロッド
４ｄ ピンジョイント
４ｅ スライダ
４ｆ 軸状部
４ｇ 押圧部
４ｈ ワッシャ
４ｉ ダンパ部材
４ｊ ナイロンナット
４ｋ 圧縮スプリング
４ｌ カラー
５ コントローラ
５ａ マイクロコンピュータ
５ｂ ドライバ
６ ストッパ
７ ドア枠
８ 蝶番
９ ドア
１０ 支持具
Ｃ コイン
Ｇ 案内板
Ｐ 景品
Ｔ 台
Ｓ スロープ
Ｗ 壁面
【技術分野】
【０００１】
この発明は、通常は機械式ばねを使用しているがそのばねの特性を容易に変化させ得ることが望ましい機構に用いて好適な仮想ばねシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常は機械式ばねを使用しているがそのばねの特性を容易に変化させ得ることが望ましい機構としては、例えば、ゲームセンター等に設置され、コインを入れると遊戯者のレバー操作等に応じて移動する作動腕で台上の景品を掴んで来たり払い落としたりして遊戯者にその景品を入手させるアミューズメント機器の、その作動腕に把持力や支持力を与える機構が知られており、このようなアミューズメント機器では、作動腕の把持力や支持力が弱すぎると景品が殆どもしくはまったく取れず遊戯者が飽きてしまう一方、作動腕の把持力や支持力が強すぎると景品が取れ過ぎてアミューズメント機器の設置者の損失が過大になってしまうため、その作動腕に把持力や支持力を与える機構のばねの特性を容易に変化させ得ることが望ましい。
【０００３】
ところで、本願出願人は先に特許文献１にて、入力部に与える反力の特性を任意に設定・変更し得る反力制御システムを提案しており、この反力制御システムは、入力部材と、ボールねじ機構を持つ電動式アクチュエータの出力部材との間にロードセルを配置して、そのロードセルの出力信号に基づき適宜反力を与えながら入力部材を動かすものであるので、上述した仮想ばねシステムを構成することができる。
【特許文献１】特開２００２−２０２８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の反力制御システムは、反力を高精度に制御するように開発されているため、力を高精度に検出し得るものの高価なロードセルを使用していることから、システム全体としても高価なものとなる場合が多く、アミューズメント機器等の簡易な装置に使用されるためさほど精度は求められないが安価に構成できることが必須の仮想ばねシステムへの適用は実際上は困難であるという問題があった。
【０００５】
それゆえこの発明は、さほど精度は高くないが安価に構成できる仮想ばねシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を有利に解決したこの発明の仮想ばねシステムは、基部に支持された電動式アクチュエータと、前記基部に揺動可能に結合された被駆動部材にその電動式アクチュエータの出力部材を連結するとともに、それら被駆動部材と出力部材との間に働く引張力または圧縮力を検出する連結・力検出手段と、その連結・力検出手段が検出した力の大きさに基づき前記電動式アクチュエータの作動を制御するアクチュエータ制御手段と、を具え、前記連結・力検出手段が、前記被駆動部材と出力部材との一方に連結された案内部材と、前記被駆動部材と出力部材との他方に連結されるとともに前記案内部材と摺動可能に嵌まり合ったスライド部材と、前記案内部材とスライド部材との間で挟圧されて圧縮力を検出する感圧センサと、を有してなるものである。
【発明の効果】
【０００７】
かかる仮想ばねシステムにあっては、基部に支持された電動式アクチュエータの出力部材に連結・力検出手段を介して連結されるとともに前記基部に揺動可能に結合された被駆動部材にその被駆動部材を揺動させるように力が加わると、その力で被駆動部材と出力部材との間に働く引張力または圧縮力を連結・力検出手段が検出し、その連結・力検出手段が検出した力の大きさに基づきアクチュエータ制御手段が、例えばその検出した力の大きさが一定になる、あるいはその検出した力の大きさが次第に大きくなる等のように、電動式アクチュエータの作動を制御する。
【０００８】
従って、この発明の仮想ばねシステムによれば、被駆動部材を揺動させるように力が加わると、被駆動部材を例えば一定の力や揺動に応じて漸増する力で引き戻すように電動式アクチュエータを作動させ得るので、ばねとして機能することができる。
【０００９】
しかも、この発明の仮想ばねシステムによれば、被駆動部材と出力部材との間に働く引張力または圧縮力を検出する連結・力検出手段が、何れも安価に製造・入手し得るものである、被駆動部材と出力部材との一方に連結された案内部材と、被駆動部材と出力部材との他方に連結されるとともに案内部材と摺動可能に嵌まり合ったスライド部材と、案内部材とスライド部材との間で挟圧されて圧縮力を検出する感圧センサとを有する構成とされているので、その連結・力検出手段ひいては仮想ばねシステムを安価に構成することができる。
【００１０】
なお、この発明の仮想ばねシステムにおいては、前記スライド部材が筒状をなし、前記案内部材が、前記スライド部材の孔内に挿通された軸状部と、その軸状部より大きい押圧部とを持ち、前記感圧センサが、リング状に形成されてその孔内に前記案内部材の軸状部を挿通され、前記案内部材の押圧部と前記スライド部材との間で挟圧されるものであっても良い。このようにすれば、案内部材とスライド部材とを安価に構成し得るとともに、感圧センサを容易に、案内部材とスライド部材との間で挟圧されるように配置することができる。
【００１１】
また、この発明の仮想ばねシステムにおいては、前記連結・力検出手段が、前記案内部材とスライド部材との間に前記感圧センサと直列に介挿されたダンパ部材を有するものであっても良い。このようにすれば、例えば被駆動部材の原点位置等を規定するストッパに被駆動部材が当たったときに跳ね返り、検出している力が増してこれを減らすように出力部材が逆方向へ動くことで動きが不安定になるのをダンパ部材で防止し得て、被駆動部材を原点位置等に確実に止めることができる。
【００１２】
さらに、この発明の仮想ばねシステムにおいては、前記連結・力検出手段が、前記スライド部材に対し前記感圧センサと反対の側にてそのスライド部材と前記案内部材との間に介挿されてその案内部材を附勢し、前記感圧センサにバイアス力を与える弾性部材を有するものであっても良い。このようにすれば、感圧センサに小さな力に対する不感帯がある場合でも、その不感帯を超えるバイアス力を与えておけるので、感圧センサを小さな力に対して敏感に作動させることができる。
【００１３】
さらに、この発明の仮想ばねシステムにおいては、前記電動式アクチュエータが、電動モータで駆動されて前記出力部材を回動させるウオーム歯車組を有するものであっても良い。このようにすれば、被駆動部材からの反力をウオーム歯車組が支持するので、被駆動部材がストッパ等に当たって反力が所定値になったときに電動式アクチュエータへの給電を停止しても反力をその所定値に維持し得て、出力部材を例えば原点位置等で待機させる際の電動式アクチュエータの電力消費をなくすことができる。
【００１４】
そして、この発明の仮想ばねシステムは、前記電動式アクチュエータの出力部材の位置を検出する位置センサを具え、前記アクチュエータ制御手段が、前記連結・力検出手段が検出した力の大きさと前記位置センサが検出した出力部材の位置とに基づき前記電動式アクチュエータの作動を制御するものであっても良い。このようにすれば、ストッパがなくても、任意の位置を被駆動部材の原点位置として電動式アクチュエータを作動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１（ａ）は、この発明の仮想ばねシステムの第１実施例の内部を示す断面図、図１（ｂ）は、その第１実施例の仮想ばねシステムの外観を示す正面図、図２（ａ），（ｂ）は、上記第１実施例の仮想ばねシステムで使用している感圧センサを示す側面図および正面図、図３は、上記第１実施例の仮想ばねシステムの制御系を示すブロック線図、そして図４は、上記第１実施例の仮想ばねシステムの制御系のマイクロコンピュータが実行する処理を示すフローチャートである。
【００１６】
また、図５は、上記第１実施例の仮想ばねシステムの電動式アクチュエータの出力部材の位置と感圧センサが検出した力の大きさとの関係を示す関係線図、図６は、上記第１実施例の仮想ばねシステムの一適用例としてのアミューズメント機器の要部を示す正面図、そして図７は、上記第１実施例の仮想ばねシステムの他の一適用例としてのアミューズメント機器の要部を示す正面図である。
【００１７】
この第１実施例の仮想ばねシステムは、図１（ａ），（ｂ）に示すように、図示しない基部に支持された電動式アクチュエータ１と、その基部に支持軸２を介して揺動可能に結合された被駆動部材としての作動腕３にその電動式アクチュエータ１の出力部材としての駆動腕１ａを連結するとともに、それら作動腕３と駆動腕１ａとの間に働く引張力または圧縮力を検出する連結・力検出手段としてのプッシュプルロッド４とを具えるとともに、図３に示すように、そのプッシュプルロッド４の感圧センサ４ａが検出した圧縮力の大きさに基づき電動式アクチュエータ１の作動を制御するアクチュエータ制御手段としてのコントローラ５を具えている。なお、この実施例の仮想ばねシステムは駆動腕１ａの位置を検出する位置センサを具えていないので、ここでは図１に示すように、作動腕３に当接してその原点位置を規定するストッパ６が設けられている。
【００１８】
この第１実施例の仮想ばねシステムにおける電動式アクチュエータ１は、図１（ａ）に示すように、減速機を内蔵した電動モータ１ｂのモータ出力軸１ｃに固定されたピニオン１ｄを、そのモータ出力軸１ｃに平行な向きに支持された中間軸１ｅに固定された被駆動ギヤ１ｆに噛合させ、その中間軸１ｅに固定されたウオーム１ｇを、モータ出力軸１ｃに直角な向きに支持された出力軸１ｈに支持された駆動腕１ａの基部に固定されたウオームギヤ１ｉに噛合させてなるものである。
【００１９】
上記構成により、電動モータ１ｂがモータ出力軸１ｃを正転させると、ピニオン１ｄが被駆動ギヤ１ｆを駆動してモータ出力軸１ｃと逆方向に中間軸１ｅが回転し、ウオーム１ｇがウオームギヤ１ｉを駆動して駆動腕１ａを出力軸１ｈを中心に図では時計回りに回動させ、これにより作動腕３が、図１では左方へ揺動し、この一方、電動モータ１ｂがモータ出力軸１ｃを逆転させると、上記と同様にしてウオーム１ｇがウオームギヤ１ｉを駆動して駆動腕１ａを出力軸１ｈを中心に図では反時計回りに回動させ、これにより作動腕３が、図１では右方へ揺動する。しかも、作動腕３からプッシュプルロッド４を介して駆動腕１ａに加わる反力は、ウオーム１ｇとウオームギヤ１ｉとからなるウオーム歯車組によって支持されるので、電動モータ１ｂのモータ出力軸１ｃには伝わらない。
【００２０】
また、この第１実施例の仮想ばねシステムにおけるプッシュプルロッド４は、作動腕３にピロボールジョイント４ｂを介して揺動可能に連結された案内部材としてのガイドロッド４ｃと、駆動腕１ａにピンジョイント４ｄを介して揺動可能に連結されるとともにガイドロッド４ｃと摺動可能に嵌まり合ったスライド部材としての筒状のスライダ４ｅと、上記感圧センサ４ａとを有している。
【００２１】
ここで、ガイドロッド４ｃは、スライダ４ｅの孔内に挿通された軸状部４ｆと、その軸状部４ｆの、ピロボールジョイント４ｂに結合された端部と反対側の端部（図１では右端部）に設けられた、軸状部４ｆより大径の押圧部４ｇとを有し、上記感圧センサ４ａは、図２（ａ），（ｂ）に示すように平坦なリング状に形成されて、そのリング中央の孔内にガイドロッド４ｃの軸状部４ｆを挿通され、スライダ４ｅとガイドロッド４ｃの押圧部４ｇとの間で二枚のワッシャ４ｈを介して挟圧されてその挟圧による圧縮力を検出する。かかる感圧センサ４ａは、例えば感圧導電性エラストマーセンサすなわちゴム状の圧力センサ（例えばイナバゴム（株）の販売する商品名イナストマー）や、導電性インクを用いた圧力センサ（例えばニッタ（株）の販売する商品名フレキシフォース）等によって形成することができる。
【００２２】
この第１実施例の仮想ばねシステムにおけるプッシュプルロッド４はさらに、中央の孔内にガイドロッド４ｃの軸状部４ｆを挿通されてガイドロッド４ｃの押圧部４ｇとスライダ４ｅとの間に感圧センサ４ａと直列に介挿された円筒状のダンパ部材４ｉを有しており、このダンパ部材４ｉは、原点位置を規定するストッパ６に作動腕３が当たったときに作動腕３が跳ね返り、感圧センサ４ａが検出している力が増してこれを減らすように駆動腕１ａが逆方向へ動くことで動きが不安定になるのを防止するものである。かかるダンパ部材４ｉとしては、例えばゴムダンパや、ウレタンワッシャ等を用いることができ、このダンパ部材４ｉを有することにより、作動腕３をストッパ６に当てて原点位置に確実に止めることができる。
【００２３】
この第１実施例の仮想ばねシステムにおけるプッシュプルロッド４はさらに、スライダ４ｅに対し感圧センサ４ａと反対の側にてそのスライダ４ｅと、ガイドロッド４ｃの軸状部４ｆの雄ねじに締結されたセルフロック型のナイロンナット４ｊとの間に介挿されてそのガイドロッド４ｃを図１では左方へ常時附勢し、感圧センサ４ａにバイアス力を与える弾性部材としての圧縮スプリング４ｋを有しており、そのバイアス力はナイロンナット４ｊの締結位置を変えることで適宜調節することができる。この圧縮スプリング４ｋを有することにより、感圧センサ４ａに小さな力に対する不感帯がある場合でもその不感帯を超えるバイアス力を与えておけるので、感圧センサ４ａを小さな力に対して敏感に作動させることができる。なお、圧縮スプリング４ｋの周囲には、その圧縮スプリング４ｋをカバーするためおよび、作動腕３と駆動腕１ａとの間に介在して作動腕３の動きを規制するため、圧縮スプリング４ｋの通常のバイアス力を生ずる圧縮状態での長さより僅かに短い円筒状のカラー４ｌが嵌め合わされている。
【００２４】
そして、この第１実施例の仮想ばねシステムにおけるコントローラ５は、図３に示すように、感圧センサ４ａの出力信号を図示しないアナログ−デジタルコンバータを介して入力されるとともに、図示しないレバーやスイッチ等の操作手段から別途アクチュエータの動作命令信号を入力されてそれらの入力信号に基づき電動式アクチュエータ１の作動命令を出力する通常のマイクロコンピュータ５ａと、ＰＷＭ（パルス幅変調）によるその作動命令を入力してその作動命令に応じた駆動電流を電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂに出力する通常のドライバ５ｂとを有しており、ここで、マイクロコンピュータ５ａは、あらかじめ与えられたプログラムに基づき、図４にフローチャートで示す手順に従って、ドライバ５ｂに電動式アクチュエータ１の作動命令を出力する。
【００２５】
すなわちマイクロコンピュータ５ａは、先ずステップＳ１で、仮想ばねの力設定値を、例えばキーボードやスイッチ等からその力設定値を与えられて記憶しているメモリ等から入力する。次いでステップＳ２で、感圧センサ４ａの出力信号を入力し、続くステップＳ３で、感圧センサ４ａの出力信号が示す値と力設定値とを比較する。そして、感圧センサ４ａの出力信号が示す値と力設定値とが等しくない場合には、ステップＳ４で、感圧センサ４ａの出力信号が示す値が力設定値より小さいか否かを判断する。
【００２６】
ステップＳ４での判断の結果、感圧センサ４ａの出力信号が示す値が力設定値より小さくない場合には、ステップＳ５で、電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂを正転（図１では作動腕３が左方へ揺動する向きへモータ出力軸１ｃを回転）させる作動命令を出力し、その一方、感圧センサ４ａの出力信号が示す値が力設定値より小さい場合には、ステップＳ６で、電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂを逆転（図１では作動腕３が右方へ揺動する向きへモータ出力軸１ｃを回転）させる作動命令を出力する。また、先のステップＳ３での判断の結果、感圧センサ４ａの出力信号が示す値と力設定値とが等しい場合には、ステップＳ７で、電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂを停止させる作動命令を出力する。
【００２７】
かかる第１実施例の仮想ばねシステムにあっては、電動式アクチュエータ１の駆動腕１ａにプッシュプルロッド４を介して連結された作動腕３にその作動腕３を揺動させるように力が加わると、その力で作動腕３と駆動腕１ａとの間に働く引張力をプッシュプルロッド４の感圧センサ４ａが圧縮力として検出し、コントローラ５が、そのプッシュプルロッド４の感圧センサ４ａが検出した力の大きさが図５に示すように駆動腕１ａの位置にかかわらず一定になるように、電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂを正転、逆転あるいは停止させる。
【００２８】
従って、この第１実施例の仮想ばねシステムによれば、作動腕３を揺動させるように力が加わると作動腕３を一定の力で引き戻すように電動式アクチュエータ１を作動させるので、ばねとして機能することができる。
【００２９】
しかも、この第１実施例の仮想ばねシステムによれば、作動腕３と駆動腕１ａとの間に働く引張力を検出するプッシュプルロッド４は、何れも安価に製造・入手し得るものである、作動腕３に連結されるとともに軸状部４ｆと押圧部４ｇとを有するガイドロッド４ｃと、駆動腕１ａに連結されるとともにガイドロッド４ｃの軸状部４ｆと摺動可能に嵌まり合ったスライダ４ｅと、ガイドロッド４ｃの押圧部４ｇとスライダ４ｅとの間で挟圧されて圧縮力を検出するリング状の感圧センサ４ａとを有する構成とされているので、そのプッシュプルロッド４ひいては仮想ばねシステムを安価に構成することができる。そして、電動式アクチュエータ１も、安価に製造・入手し得るものであるウオーム歯車組を使用しているので、安価に構成することができる。
【００３０】
図６は、この第１実施例の仮想ばねシステムを適用し得るアミューズメント機器の一例で、ゲームセンター等に設置され、コインを入れると遊戯者のレバー操作等に応じて移動する作動腕で台上の景品を掴んで来て遊戯者にその景品を入手させるアミューズメント機器（例えば商品名「ＵＦＯキャッチャ」等）の要部を示し、このアミューズメント機器では、遊戯者のレバー操作等に応じて前後左右に移動し、レバー操作を止めると自動的に下降、停止および上昇してから景品排出口の上方の初期位置に戻る基部としての図示しない移動ヘッドに、各々支持軸２を介して二本の作動腕３を揺動可能に結合して支持するとともに、この第１実施例の仮想ばねシステムを二つ、左右対称に配設して、それらの仮想ばねシステムの電動式アクチュエータ１で二本の作動腕３を、各電動モータ１ｂの正転時には互いに離間して開くように、また逆転時には互いに接近して閉じていって間に景品Ｐを挟むように揺動させるようにする。
【００３１】
またこのアミューズメント機器では、上記移動ヘッドが下降限位置または初期位置で停止したらコントローラ５が、先ずそれらの仮想ばねシステムの電動式アクチュエータ１の各電動モータ１ｂを一定時間正転させて、図６中仮想線で示すように二本の作動腕３を開かせ、その後に図４に示す制御を実行するように構成する。これにより、下降限位置では、二本の作動腕３を開かせた後の図４に示す制御の開始当初は、感圧センサ４ａの出力信号値が力設定値より小さいから各電動モータ１ｂが逆転し、二本の作動腕３が図６中矢印で示すように互いに接近して閉じていって台Ｔ上の景品Ｐを間に挟むように揺動する。しかして二本の作動腕３が図６中実線で示すように台Ｔ上の景品Ｐを間に挟むと、その景品Ｐから二本の作動腕３に反力が伝えられ、その反力が力設定値に等しくなると各電動モータ１ｂが停止して、力設定値に等しい力で二本の作動腕３が景品Ｐを間に挟んだ状態となる。
【００３２】
そして、このように二本の作動腕３が景品Ｐを間に挟んだ状態で上記移動ヘッドが上昇し、初期位置に戻って停止したときは、コントローラ５が、先ず二本の作動腕３を開かせるので、それらの作動腕３の間に挟まれていた景品Ｐは景品排出口内に落下して当該機器外に取り出し可能となり、その後、図４に示す制御の開始当初は、感圧センサ４ａの出力信号値が力設定値より小さいから各電動モータ１ｂが逆転し、二本の作動腕３が図６中矢印で示すように互いに接近して閉じていって各々ストッパ６に当接して、それらのストッパ６から二本の作動腕３に反力が伝えられ、その反力が力設定値より大きくなると各電動モータ１ｂが正転して、反力を減らすように二本の作動腕３が互いに離間する方向へ揺動し、これらの動きによって反力が力設定値に等しくなると各電動モータ１ｂが停止して、力設定値に等しい力で二本の作動腕３がストッパ６に当接した待機状態となる。
【００３３】
従って、この第１実施例の仮想ばねシステムによれば、上述の如きアミューズメント機器に二本の作動腕３を互いに接近する方向へ引っ張る機械式ばねの代わりに適用し得てその機械式ばねと同様に機能させることができ、しかも二本の作動腕３を互いに接近する方向へ引っ張る引張力の大きさを、メモリ等の力設定値を変更するだけで容易に、任意にかつ瞬時に変えることができる。さらに、二本の作動腕３の開閉速度も、例えば開く際と閉じる際で異ならせる等、コントローラ５で容易に任意に設定することができる。
【００３４】
図７は、この第１実施例の仮想ばねシステムを適用することができるアミューズメント機器の他の一例で、ゲームセンター等に設置され、コインを入れると遊戯者のレバー操作等に応じて移動する作動腕３の先端部の皿３ａで、落下してくるコインＣを受けて図示しない景品排出口へ運ぶことで遊戯者にそのコインＣを入手させるアミューズメント機器の要部を示し、ここでは壁面Ｗの裏側に設けられた図示しない基部に、支持軸２を介して被駆動部材としての作動腕３を上下方向揺動可能に結合して支持するとともに、上方揺動限位置を規定するストッパ６を設け、さらに電動式アクチュエータ１を固定支持し、その電動式アクチュエータ１の駆動腕１ａと作動腕３とをプッシュプルロッド４で連結し、そのプッシュプルロッド４の感圧センサ４ａの出力信号に基づき、図示しないコントローラ５で電動式アクチュエータ１の作動を制御するようにしている。
【００３５】
かかるアミューズメント機器の作動腕３の支持に適用されたこの第１実施例の仮想ばねシステムによれば、皿３ａが受けるコインＣの枚数が所定の枚数を超えて作動腕３からの反力が力設定値を越えると、その反力がその力設定値に等しくなるよう図中仮想線で示すように作動腕３が下方へ揺動して、皿３ａからコインＣを落とすことができ、しかもその皿３ａが受け得るコインＣの所定枚数を、メモリ等の力設定値を変更するだけで容易に、任意にかつ瞬時に変えることができる。
【００３６】
図８は、この発明の仮想ばねシステムの第２実施例の外観を示す正面図、図９は、その第２実施例の仮想ばねシステムの制御系を示すブロック線図、図１０は、上記第２実施例の仮想ばねシステムの制御系のマイクロコンピュータが実行する処理を示すフローチャートである。
【００３７】
また、図１１は、上記第２実施例の仮想ばねシステムの電動式アクチュエータの出力部材の位置と感圧センサが検出した力の大きさとの関係の一例を示す関係線図、図１２は、上記第２実施例の仮想ばねシステムの電動式アクチュエータの出力部材の位置と感圧センサが検出した力の大きさとの関係の他の一例を示すマトリックスの説明図、図１３は、上記第２実施例の仮想ばねシステムの一適用例としてのアミューズメント機器の要部を示す正面図、そして図１４は、この第２実施例の仮想ばねシステムの一変形例の一適用例としてのアミューズメント機器の要部を示す平面図であり、これらの図中、先の第１実施例と同様の部分は、それと同一の符号にて示す。
【００３８】
この第２実施例の仮想ばねシステムは、図８に示すように、第１実施例におけると同様の電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂのモータ出力軸１ｃに結合されて駆動腕１ａの回動位置を検出するロータリエンコーダからなる位置センサ１ｍを具える点および、図９に示すように、コントローラ５が、プッシュプルロッド４の感圧センサ４ａが検出した力の大きさと位置センサ１ｍが検出した駆動腕１ａの回動位置とに基づき電動式アクチュエータ１の作動を制御する点でのみ、先の第１実施例と異なっており、その他の部分は先の第１実施例と同様の構成を具えている。
【００３９】
そして，この第２実施例の仮想ばねシステムのコントローラ５のマイクロコンピュータ５ａは、あらかじめ与えられたプログラムに基づき、図１０にフローチャートで示す手順に従って、ドライバ５ｂに電動式アクチュエータ１の作動命令を出力する。
【００４０】
すなわちマイクロコンピュータ５ａは、先ずステップＳ１１で、仮想ばねの力設定を、例えばキーボードやスイッチ等からその力設定を与えられて記憶しているメモリ等から入力する。この力設定は、例えば図１１に示すように駆動腕１ａの回動位置と力設定値との関係を示す一次あるいは二次等の関数式や、図１２に示すように駆動腕１ａの回動位置と力設定値との関係を任意に変化させ得るマトリックス等で表すことができる。次いでステップＳ１２で、感圧センサ４ａの出力信号を入力し、続くステップＳ１３で、位置センサ１ｍの出力信号を入力する。
【００４１】
さらにステップＳ１４で、感圧センサ４ａの出力信号と先に入力した力設定とから、例えば図１１の関数による力設定では感圧センサ４ａの出力信号に対応する力Ｘｓに対して一次関数で求まる目標位置Ｙｇのように、あるいは図１２のマトリックスによる力設定では感圧センサ４ａの出力信号に対応する力Ｘｉに対してそのマトリックスで求まる目標位置Ｙｉのように、目標位置を求める。
【００４２】
続くステップＳ１５では、上記求めた目標位置の値と位置センサ１ｍの出力信号が示す値（例えば図１１に示す関数による力設定では値Ｙｓ）とを比較する。そして、目標位置の値と位置センサ１ｍの出力信号が示す値とが等しくない場合には、ステップＳ１６で、目標位置の値が位置センサ１ｍの出力信号が示す値より小さいか否かを判断する。
【００４３】
ステップＳ１６での判断の結果、目標位置の値が位置センサ１ｍの出力信号が示す値より小さくない場合には、ステップＳ１７で、電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂを正転（図８では作動腕３が仮想線で示すように右方へ揺動する向きへモータ出力軸１ｃを回転）させる作動命令を出力し、その一方、目標位置の値が位置センサ１ｍの出力信号が示す値より小さい場合には、ステップＳ１８で、電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂを逆転（図８では作動腕３が実線で示すように左方へ揺動する向きへモータ出力軸１ｃを回転）させる作動命令を出力する。また、先のステップＳ１５での判断の結果、目標位置の値と位置センサ１ｍの出力信号が示す値とが等しい場合には、ステップＳ１９で、電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂを停止させる作動命令を出力する。
【００４４】
かかる第２実施例の仮想ばねシステムにあっては、電動式アクチュエータ１の駆動腕１ａにプッシュプルロッド４を介して連結された作動腕３にその作動腕３を揺動させるように力が加わると、その力で作動腕３と駆動腕１ａとの間に働く引張力をプッシュプルロッド４の感圧センサ４ａが圧縮力として検出し、コントローラ５が、そのプッシュプルロッド４の感圧センサ４ａが検出した力の大きさに対し図１１や図１２に示すような関係にある目標位置に駆動腕１ａが位置するように、アクチュエータ１の電動モータ１ｂを正転、逆転あるいは停止させる。
【００４５】
従って、この第２実施例の仮想ばねシステムによれば、作動腕３を揺動させるように力が加わると作動腕３を、駆動腕１ａひいてはそれに連結された作動腕の位置に応じた所定の力で引き戻すように電動式アクチュエータ１を作動させるので、変位と力との関係に線形あるいは非線形等の任意の変化特性を持つ仮想ばねとして機能することができ、しかも先の第１実施例と同様、安価に仮想ばねシステムを構成することができる。
【００４６】
また、例えば図１１に示すように、力Ｘがゼロの時に位置Ｙがゼロでないようにすることで、ゼロでない任意の駆動腕１ａの位置に対応する作動腕３の位置を、作動腕３に力がかかっていない場合の原点位置に設定することができる。
【００４７】
さらに、例えば支持軸２で支持して垂下させた作動腕３が相当重い場合や、その垂下させた作動腕３を例えば水平近くまで大きく回動させるような場合には、作動腕３に景品等から外力が加わっていなくても作動腕３の自重によるトルクをプッシュプルロッド４の感圧センサ４ａが圧縮力として検出することになるが、そのような場合でも、この第２実施例の仮想ばねシステムによれば、例えば駆動腕１ａひいてはそれに連結された作動腕３の垂下位置からの回動角度の増大に応じて、設定する力の大きさを減少させることにより、作動腕３の回動角度にかかわらず一定の大きさの力で作動腕３を回動方向に支持することもできる。
【００４８】
図１３は、この第２実施例の仮想ばねシステムを適用し得るアミューズメント機器の一例で、ゲームセンター等に設置され、コインを入れると遊戯者のレバー操作等に応じて移動する作動腕３の先端部で、スロープＳを転がってくる景品Ｐを止めて図示しない景品排出口へ運ぶことで遊戯者にその景品Ｐを入手させるアミューズメント機器の要部を示す正面図であり、ここではスロープＳの上方に設けられた図示しない基部に、水平な支持軸２を介して被駆動部材としての作動腕３をスロープＳの前後方向（図では左右方向）へ揺動可能に結合して支持するとともに、位置センサ１ｍを有する電動式アクチュエータ１を固定支持し、その電動式アクチュエータ１の駆動腕１ａと作動腕３とをプッシュプルロッド４で連結し、そのプッシュプルロッド４の感圧センサ４ａの出力信号と位置センサ１ｍの出力信号とに基づき、図示しないコントローラ５で電動式アクチュエータ１の作動を制御するようにしている。
【００４９】
かかるアミューズメント機器の作動腕３の支持に適用されたこの第２実施例の仮想ばねシステムによれば、景品Ｐが重過ぎたり、転がってくる勢いが大きすぎたりして作動腕３からの反力と力設定とにより定まる目標位置が後退すると、その目標位置へ向かうよう図中仮想線で示すように作動腕３が後方へ揺動して、作動腕３から景品Ｐを逃がすことができ、しかもそのように逃がさない景品Ｐの条件を、メモリ等の力設定を変更するだけで容易に、任意にかつ瞬時に変えることができる。また作動腕３の揺動速度も、コントローラ５で容易に任意に設定することができる。
【００５０】
図１４は、この第２実施例の仮想ばねシステムの一変形例および、それを適用し得るアミューズメント機器の一例で、ゲームセンター等に設置され、コインを入れると遊戯者のレバー操作等に応じて移動する作動腕３で、案内板Ｇに沿ってベルトコンベヤ上を矢印で示すように搬送されている図示しない景品を止めて図示しない景品排出口へ運ぶことで遊戯者にその景品を入手させるアミューズメント機器の要部を示す平面図であり、この変形例の仮想ばねシステムは、先の第２実施例の仮想ばねシステムの電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂのモータ出力軸１ｃに結合されて駆動腕１ａの回動位置を検出するロータリエンコーダからなる位置センサ１ｍに代えて、第１実施例におけると同様の電動式アクチュエータ１の電動モータ１ｂのモータ出力軸１ｃに平行な向きに支持されるとともに、そのモータ出力軸１ｃに固定されたピニオン１ｄと噛合する被駆動ギヤ１ｆを固定された中間軸１ｅが延長されて、その中間軸１ｅの延長部分にポテンショメータからなる位置センサ１ｎが結合されている点でのみ、先の第２実施例の仮想ばねシステムと異なっており、その他の部分は先の第２実施例と同様の構成を具えている。
【００５１】
上記アミューズメント機器の作動腕３の支持に適用されたかかる第２実施例の変形例の仮想ばねシステムによっても第２実施例の仮想ばねシステムと同様、景品が重過ぎたり、当たる位置が作動腕３の先端に近すぎたりして作動腕３からの反力と力設定とにより定まる目標位置が後退すると、その目標位置へ向かうよう図中仮想線で示すように作動腕３が後方へ揺動して、作動腕３から景品を逃がすことができ、しかもそのように逃がさない景品や作動腕３の条件を、メモリ等の力設定を変更するだけで容易に、任意にかつ瞬時に変えることができる。
【００５２】
図１５（ａ）は、前述した第１実施例の仮想ばねシステムをドアクローザに適用した適用例を示す正面図、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の要部を拡大して示す正面図、図１６は、その適用例のドアクローザを示す平面図であり、図中符号７はドア枠、８は蝶番、９はその蝶番８でドア枠７に揺動可能に結合されて支持された基部としてのドアを示す。
【００５３】
この適用例では、ドア９に第１実施例の仮想ばねシステムの電動式アクチュエータ１を固設するとともに、ドア枠７に被駆動部材としての支持具１０を固設して、電動式アクチュエータ１の駆動腕１ａと支持具１０とをプッシュプルロッド４で連結し、そのプッシュプルロッド４の感圧センサ４ａの出力信号に基づき、図示しないコントローラ５で電動式アクチュエータ１の作動を制御するようにしている。
【００５４】
かかるドアクローザにあっては、ドア９を例えば手で押しあるいは引いて、図１６に仮想線で示すようにドア９を開こうとすると、電動式アクチュエータ１の駆動腕１ａが支持具１０によりプッシュプルロッド４を介して引っ張られて、そのプッシュプルロッド４の感圧センサ４ａの出力信号に基づきプッシュプルロッド４に加わる引張力が所定値になるように前記コントローラ５が電動式アクチュエータ１を駆動するので、プッシュプルロッド４の引張力の所定値に対応するドア開き抵抗力になるように電動式アクチュエータ１の駆動腕１ａが回動して相対的に見れば支持具１０を駆動しながらドア９が開き、その後ドア９を押すあるいは引くのを止めると、プッシュプルロッド４の感圧センサ４ａの出力信号がプッシュプルロッド４に加わる引張力を示さなくなるので、電動式アクチュエータ１の駆動腕１ａがドア９を閉じる方向に回動して相対的に見れば支持具１０を駆動し、これによりドア９がドア枠７に当たって、プッシュプルロッド４に加わる引張力が所定値まで上昇すると、電動式アクチュエータ１は停止する。
【００５５】
従って、この第１実施例の仮想ばねシステムによれば、上述の如きドアクローザにドア９を閉じる方向へ引っ張る機械式ばねの代わりに適用し得てその機械式ばねと同様に機能させることができ、しかもドア９を閉じる方向へ引っ張る引張力すなわちドア９を開く際の抵抗力の大きさを、例えば車椅子に乗った人でも容易に押し開きできる等のように、メモリ等の力設定値を変更するだけで容易に、任意にかつ瞬時に変えることができる。またドア９の開閉速度も、例えば開く際と閉じる際で異ならせ、閉じる際はゆっくり閉じさせる等、コントローラ５で容易に任意に設定することができる。
【００５６】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、図１５，１６に示すドアクローザに上記第２実施例の仮想ばねシステムを適用して、ドア９が閉じる際に通常は速いが閉じ終わる直前で閉じる速度を遅くするように制御する等、上記第２実施例の仮想ばねシステムで、位置センサの出力信号に応じて被駆動部材の反力制御だけでなく位置および速度制御を行っても良い。
【００５７】
そしてこの発明の仮想ばねシステムは、上述の例以外にも、例えばリハビリテーション機器やトレーニングマシンの負荷機構等の、ばねの特性を容易に変化させ得ることが望ましい機構に適用し得て、上述したと同様の作用効果をもたらすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
かくしてこの発明の仮想ばねシステムによれば、ばねとして機能し得る仮想ばねシステムを安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】（ａ）は、この発明の仮想ばねシステムの第１実施例の内部を示す断面図、（ｂ）は、その第１実施例の仮想ばねシステムの外観を示す正面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、上記第１実施例の仮想ばねシステムで使用している感圧センサを示す側面図および正面図である。
【図３】上記第１実施例の仮想ばねシステムの制御系を示すブロック線図である。
【図４】上記第１実施例の仮想ばねシステムの制御系のマイクロコンピュータが実行する処理を示すフローチャートである。
【図５】上記第１実施例の仮想ばねシステムの電動式アクチュエータの出力部材の位置と感圧センサが検出した力の大きさとの関係を示す関係線図である。
【図６】上記第１実施例の仮想ばねシステムの一適用例としてのアミューズメント機器の要部を示す正面図である。
【図７】上記第１実施例の仮想ばねシステムの他の一適用例としてのアミューズメント機器の要部を示す正面図である。
【図８】この発明の仮想ばねシステムの第２実施例の外観を示す正面図である。
【図９】上記第２実施例の仮想ばねシステムの制御系を示すブロック線図である。
【図１０】上記第２実施例の仮想ばねシステムの制御系のマイクロコンピュータが実行する処理を示すフローチャートである。
【図１１】上記第２実施例の仮想ばねシステムの電動式アクチュエータの出力部材の位置と感圧センサが検出した力の大きさとの関係の一例を示す関係線図である。
【図１２】上記第２実施例の仮想ばねシステムの電動式アクチュエータの出力部材の位置と感圧センサが検出した力の大きさとの関係の他の一例を示すマトリックスの説明図である。
【図１３】上記第２実施例の仮想ばねシステムの一適用例としてのアミューズメント機器の要部を示す正面図である。
【図１４】上記第２実施例の仮想ばねシステムの一変形例の一適用例としてのアミューズメント機器の要部を示す平面図である。
【図１５】（ａ）は、上記第１実施例の仮想ばねシステムをドアクローザに適用した適用例を示す正面図、（ｂ）は、その（ａ）の要部を拡大して示す正面図である。
【図１６】上記適用例のドアクローザを示す平面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 電動式アクチュエータ
１ａ 駆動腕
１ｂ 電動モータ
１ｃ モータ出力軸
１ｄ ピニオン
１ｅ 中間軸
１ｆ 被駆動ギヤ
１ｇ ウオーム
１ｈ 出力軸
１ｉ ウオームギヤ
１ｍ，１ｎ 位置センサ
２ 支持軸
３ 作動腕
３ａ 皿
４ プッシュプルロッド
４ａ 感圧センサ
４ｂ ピロボールジョイント
４ｃ ガイドロッド
４ｄ ピンジョイント
４ｅ スライダ
４ｆ 軸状部
４ｇ 押圧部
４ｈ ワッシャ
４ｉ ダンパ部材
４ｊ ナイロンナット
４ｋ 圧縮スプリング
４ｌ カラー
５ コントローラ
５ａ マイクロコンピュータ
５ｂ ドライバ
６ ストッパ
７ ドア枠
８ 蝶番
９ ドア
１０ 支持具
Ｃ コイン
Ｇ 案内板
Ｐ 景品
Ｔ 台
Ｓ スロープ
Ｗ 壁面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部に支持された電動式アクチュエータと、
前記基部に揺動可能に結合された被駆動部材にその電動式アクチュエータの出力部材を連結するとともに、それら被駆動部材と出力部材との間に働く引張力または圧縮力を検出する連結・力検出手段と、
その連結・力検出手段が検出した力の大きさに基づき前記電動式アクチュエータの作動を制御するアクチュエータ制御手段と、を具え、
前記連結・力検出手段が、
前記被駆動部材と出力部材との一方に連結された案内部材と、
前記被駆動部材と出力部材との他方に連結されるとともに前記案内部材と摺動可能に嵌まり合ったスライド部材と、
前記案内部材とスライド部材との間で挟圧されて圧縮力を検出する感圧センサと、を有してなる、仮想ばねシステム。
【請求項２】
前記スライド部材は筒状をなし、
前記案内部材は、前記スライド部材の孔内に挿通された軸状部と、その軸状部より大きい押圧部とを持ち、
前記感圧センサは、リング状に形成されてその孔内に前記案内部材の軸状部を挿通され、前記案内部材の押圧部と前記スライド部材との間で挟圧されることを特徴とする、請求項１記載の仮想ばねシステム。
【請求項３】
前記連結・力検出手段は、前記案内部材とスライド部材との間に前記感圧センサと直列に介挿されたダンパ部材を有することを特徴とする、請求項１または２記載の仮想ばねシステム。
【請求項４】
前記連結・力検出手段は、前記スライド部材に対し前記感圧センサと反対の側にてそのスライド部材と前記案内部材との間に介挿されてその案内部材を附勢し、前記感圧センサにバイアス力を与える弾性部材を有することを特徴とする、請求項１から３までの何れか記載の仮想ばねシステム。
【請求項５】
前記電動式アクチュエータは、電動モータで駆動されて前記出力部材を回動させるウオーム歯車組を有することを特徴とする、請求項１から４までの何れか記載の仮想ばねシステム。
【請求項６】
前記電動式アクチュエータの出力部材の位置を検出する位置センサを具え、
前記アクチュエータ制御手段は、前記連結・力検出手段が検出した力の大きさと前記位置センサが検出した出力部材の位置とに基づき前記電動式アクチュエータの作動を制御することを特徴とする、請求項１から５までの何れか記載の仮想ばねシステム。
【請求項１】
基部に支持された電動式アクチュエータと、
前記基部に揺動可能に結合された被駆動部材にその電動式アクチュエータの出力部材を連結するとともに、それら被駆動部材と出力部材との間に働く引張力または圧縮力を検出する連結・力検出手段と、
その連結・力検出手段が検出した力の大きさに基づき前記電動式アクチュエータの作動を制御するアクチュエータ制御手段と、を具え、
前記連結・力検出手段が、
前記被駆動部材と出力部材との一方に連結された案内部材と、
前記被駆動部材と出力部材との他方に連結されるとともに前記案内部材と摺動可能に嵌まり合ったスライド部材と、
前記案内部材とスライド部材との間で挟圧されて圧縮力を検出する感圧センサと、を有してなる、仮想ばねシステム。
【請求項２】
前記スライド部材は筒状をなし、
前記案内部材は、前記スライド部材の孔内に挿通された軸状部と、その軸状部より大きい押圧部とを持ち、
前記感圧センサは、リング状に形成されてその孔内に前記案内部材の軸状部を挿通され、前記案内部材の押圧部と前記スライド部材との間で挟圧されることを特徴とする、請求項１記載の仮想ばねシステム。
【請求項３】
前記連結・力検出手段は、前記案内部材とスライド部材との間に前記感圧センサと直列に介挿されたダンパ部材を有することを特徴とする、請求項１または２記載の仮想ばねシステム。
【請求項４】
前記連結・力検出手段は、前記スライド部材に対し前記感圧センサと反対の側にてそのスライド部材と前記案内部材との間に介挿されてその案内部材を附勢し、前記感圧センサにバイアス力を与える弾性部材を有することを特徴とする、請求項１から３までの何れか記載の仮想ばねシステム。
【請求項５】
前記電動式アクチュエータは、電動モータで駆動されて前記出力部材を回動させるウオーム歯車組を有することを特徴とする、請求項１から４までの何れか記載の仮想ばねシステム。
【請求項６】
前記電動式アクチュエータの出力部材の位置を検出する位置センサを具え、
前記アクチュエータ制御手段は、前記連結・力検出手段が検出した力の大きさと前記位置センサが検出した出力部材の位置とに基づき前記電動式アクチュエータの作動を制御することを特徴とする、請求項１から５までの何れか記載の仮想ばねシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００６−６８８３３（Ｐ２００６−６８８３３Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５２４９２（Ｐ２００４−２５２４９２）
【出願日】平成１６年８月３１日（２００４．８．３１）
【出願人】（５９１２１０６００）川田工業株式会社 (57)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月３１日（２００４．８．３１）
【出願人】（５９１２１０６００）川田工業株式会社 (57)
【Ｆターム（参考）】
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