JP5116626B2 - Input/output device using a mainspring - Google Patents
Input/output device using a mainspringInfo
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Description
この発明は、定荷重バネからなるゼンマイに機械的エネルギーを蓄え、そのエネルギーを放出して利用できるようにしたゼンマイによる入出力装置に関する。 This invention relates to a spring-based input/output device that stores mechanical energy in a constant-load spring and releases that energy for use.
定荷重バネは、通常巻出ドラムから最終まで巻き取ると戻らなくなる特性があるため、通常は最終まで巻き取れないように、格別の構成をとっている。また、ゼンマイを巻き過ぎると、バネが切断したり、戻らなくなったり(戻り不良)などの不具合が生じる。そこで、従来は、例えば、定荷重バネのゼンマイによりシャッターやスライドドアの開閉に用いる場合には、それらが最終まで移動したときにゼンマイに過剰巻きが生じないようにバネ長に余裕を持たせる等の手段や、過剰巻き直前に入力を停止したり、切り離す等の特殊な制御が必要であった。 Constant force springs usually have the characteristic that they will not return once wound all the way from the unwinding drum, so they are usually specially constructed so that they cannot be wound all the way. Also, if the spring is wound too much, problems such as the spring breaking or not returning (poor return) occur. Therefore, in the past, when a constant force spring was used to open and close a shutter or sliding door, it was necessary to take measures such as leaving some leeway in the spring length so that the spring would not be overwound when it was moved all the way to the end, or to use special control such as stopping the input or disconnecting the spring just before the overwinding occurs.
しかしながら、シャッターやスライドドア等のように、移動するストロークが限定されている場合には、ゼンマイのバネ長に余裕を持たせるだけで事足り定荷重バネは正常に機能するが、例えば、本出願人において開発した「音声ガイド装置」(特許第4143765号公報参照)のように、不特定多数の人が巻くゼンマイを巻いて音声発生のために発電のエネルギーを蓄積する場合や、水力、風力など入力が連続する場合には、過剰巻きとなってそれに伴う不具合が生じる。また、過剰巻き防止制御を使用する場合には、そのためにコスト高となることは避けられなく、しかも、誤差の修正のために日頃の調整が必要であり、確実性が得られがたく問題の解決には必ずしもならなかった。 However, when the stroke of movement is limited, such as in shutters or sliding doors, allowing some leeway in the spring length is sufficient and constant-load springs function normally; however, for example, in the "audio guide device" (see Patent No. 4143765) developed by the present applicant, where a spring is wound by an unspecified number of people to store energy for generating sound, or when there is continuous input from hydraulic or wind power, the spring can become overwound and cause problems. Furthermore, when using overwind prevention control, high costs are unavoidable, and daily adjustments are required to correct errors, making it difficult to achieve reliability and not necessarily a solution to the problem.
この発明は、上記のような実情に鑑みて、それぞれ入出力に働く定荷重バネからなる主ゼンマイと副ゼンマイとを使用し、この相互の関係において過剰巻きによる不具合を解消できるので、入出力構成の中に合理的に簡単な構造となり、調整を要することなく確実に作動できるゼンマイによる入出力装置を提供することを課題とした。 In consideration of the above situation, this invention uses a main spring and a secondary spring, each of which is a constant-load spring that acts on the input and output, and the relationship between these springs can eliminate problems caused by overwinding, so the objective of the invention is to provide an input/output device using a spring that has a reasonably simple structure within the input/output configuration and can operate reliably without the need for adjustment.
上記の課題を解決するために、第1発明は、正回転で入力を逆回転で出力をなす入出力シャフトに、主ゼンマイと副ゼンマイとをそれぞれそれの弾力に抗して巻く主巻込溝と副巻込溝とが形成された複合ドラムを固定して取り付け、入出力シャフトに対する平行対軸には、主ゼンマイと副ゼンマイとがそれぞれ常時待機巻きになっている主巻出ドラムと副巻出ドラムとを回転可能に軸承し、この待機巻きされる主副両ゼンマイが、入力に伴う複合ドラムの正回転によりその主巻込溝および副巻込溝に弾力に抗して巻き取られ、次いで、主巻出ドラムおよび副巻出ドラムに戻し巻きに復帰する力により入出力シャフトに逆回転のトルクが得られるように構成してあって、副巻出ドラムにおいては、副ゼンマイが先行して巻き切り前記復帰の完了をなすと同時に、その時点で主巻出ドラムでは巻残りが生じているように、主ゼンマイと副ゼンマイとの間にその巻残りの分の長短の差を設定してあることを特徴とするゼンマイによる入出力装置を提供する。 In order to solve the above problems, the first invention provides an input/output device using a spring, which is characterized in that a composite drum is fixedly attached to an input/output shaft that rotates forward and outputs reversely, and in which a main spring and a secondary spring are wound against their elasticity, and a main unwinding drum and a secondary unwinding drum, in which the main spring and the secondary spring are always in standby winding, are rotatably supported on a parallel pair of shafts to the input/output shaft. The main and secondary springs are wound in standby winding against elasticity by the forward rotation of the composite drum accompanying the input, and then the main and secondary springs are wound in the main and secondary unwinding drums, and the force of returning them to their original state is used to provide a torque for reverse rotation on the input/output shaft. In the secondary unwinding drum, the secondary spring is wound up first, completing the return, and at the same time, there is an unwound portion on the main unwinding drum, and a difference in the length of the unwound portion between the main spring and the secondary spring is set.
また、第2発明は、入力シャフトに対して出力シャフトを、その間に出力シャフトを正回転させる力のみを伝達する一方向接続クラッチおよび力の伝達方向を変える変向機構を介して併設し、且つ、入力シャフトに対して平行対軸を併設し、出力シャフトに、主ゼンマイと副ゼンマイとをそれぞれの弾力に抗して巻く主巻込溝と副巻込溝とが形成された複合ドラムを固定して取り付け、平行対軸には、主ゼンマイと副ゼンマイとがそれぞれ常時待機巻きになっている主巻出ドラムと副巻出ドラムとを回転自在に軸承し、この待機巻きされる主副両ゼンマイが、入力に伴う複合ドラムの正回転によりその主巻込溝および副巻込溝に弾力に抗して巻き取られ、次いで、主巻出ドラムおよび副巻出ドラムに戻し巻きに復帰する力により出力シャフトに出力として逆回転のトルクが得られるように構成してあって、副巻出ドラムにおいては、副ゼンマイが先行して出し切り前記復帰の完了をなすと同時に、その時点で主巻出ドラムでは巻残りが生じているように、主ゼンマイと副ゼンマイとの間にその巻残りの分の長短の差を設定してあることを特徴とするゼンマイによる入出力装置を提供するものである。 In the second invention, an output shaft is provided in parallel with an input shaft via a one-way connecting clutch that transmits only the force that rotates the output shaft in the forward direction and a direction-changing mechanism that changes the direction of force transmission, and a parallel pair of shafts are provided in parallel with the input shaft. A composite drum is fixedly attached to the output shaft, and has a main winding groove and a sub winding groove that winds the main spring and the sub spring against their respective elastic forces. The parallel pair of shafts rotatably support a main unwinding drum and a sub unwinding drum, on which the main spring and the sub spring are always wound in standby. The spring is wound up against elasticity in the main winding groove and the sub winding groove by the forward rotation of the composite drum due to the input, and then the force of returning the spring to the main unwinding drum and the sub unwinding drum produces a reverse rotation torque as an output on the output shaft. In the sub unwinding drum, the sub spring is unwound first and completes the return, and at the same time, there is an unwound portion on the main unwinding drum at that point. This is a spring input/output device characterized by having a difference in the length of the remaining winding between the main spring and the sub spring.
ゼンマイによる入出力装置を上記のように構成したので、ゼンマイが過剰巻きに近い状態になっても入力が連続した場合、まず、短いゼンマイが最後まで巻かれ、この過剰巻きで副巻出ドラムにおいてロック状態となり、戻り不良を起こしても、長いゼンマイでは、いまだに過剰巻き状態に至っていなく、その主巻出ドラムには未だに巻残りがあるので、それがその主巻出ドラムに主ゼンマイを戻し巻きする原動力となり、それで複合ドラムを逆回転(出力回転)させ、引いては、その複合ドラムから副ゼンマイを出し戻すために、副ゼンマイが副巻出ドラムにおいても戻し巻きする余裕が生じる。つまり、主巻出ドラムにおける巻残りが副巻出ドラムのロック状態を解除する助力効果とした働き、結果的にゼンマイセット全体として正常に機能する。 Because the input/output device using the spring is configured as described above, if the input continues even when the spring is close to being overwound, the short spring will first be wound to the end, and this overwinding will cause a locked state on the secondary winding drum, causing a return failure. However, the long spring has not yet reached an overwound state, and since there is still some unwound material on the main winding drum, this becomes the driving force for rewinding the main spring onto the main winding drum, causing the composite drum to rotate in the reverse direction (output rotation), which in turn unwinds the secondary spring from the composite drum, creating room for the secondary spring to rewind onto the secondary winding drum. In other words, the remaining winding on the main winding drum acts as a helping hand to release the locked state of the secondary winding drum, and as a result, the entire spring set functions normally.
以上説明したように、この発明による入出力装置によれば、共に入出力に働く定荷重バネからなる主ゼンマイと副ゼンマイとを使用し、その言わば長短設定だけで過剰巻きに伴う不具合を解消できるので、その解消の仕方が合理的であって装置全体が簡素となり、しかも、特に調整することもなく不具合の発生を確実に防止でき、ゼンマイによる入出力装置の安価な提供が可能となる等の優れた効果がある。 As explained above, the input/output device of this invention uses a main spring and a secondary spring, both of which are constant-load springs that act on the input and output, and can eliminate problems associated with overwinding simply by adjusting the length of the springs. This eliminates the problem in a rational way, making the device simple as a whole. Furthermore, it has the excellent effect of preventing problems without the need for special adjustments, and making it possible to provide an inexpensive input/output device using springs.
加えて、請求項3によれば、トルクリミターの介入により過剰巻きの際の不具合の発生を防止する上で万全を期すことができる。
In addition, according to
図1ないし図4は、第1発明の一実施形態としてのゼンマイによる入出力装置を示したもので、そのうち、図1および図2は入力未開始の初期状態を示し、図3および図4は入力終了で出力開始直前の状態を示すが、この際に過剰巻きによる不具合が生じているとする。 Figures 1 to 4 show an input/output device using a spring as one embodiment of the first invention, of which Figures 1 and 2 show the initial state before input has started, and Figures 3 and 4 show the state just before input has ended and output has started, at which point a malfunction occurs due to overwinding.
この構成の基盤として、基部側板2と対向側板3との間に複数の連結杆5,5,・・を介在させてフレーム1が構成され、その中に入出力に共に働く一の主ゼンマイ7と、一の副ゼンマイ8とが並列に内装して定荷重バネによる入出力装置が構成される。この主副両ゼンマイ7,8については、主ゼンマイ7がやゝ長く形成され、また、幅広くして比較的強に設定されている。なお、この比較的強については、後記実施形態において示すように、複数の主ゼンマイ7,7,7を使用しても良い(図5参照)。
As the basis for this configuration, a
フレーム1には、上端部において入出力シャフト9が回転可能に軸承され、その一端が入出力端軸11として基部側板2から突出している。そして、この入出力シャフト9に複合ドラム10が固定して取り付けられ、この複合ドラム10には主ゼンマイ7と副ゼンマイ8とが並列して巻き取られるよう左右主副一対の巻込溝11,12が一体に形成され、この場合、両巻込溝11,12が同径に形成される。
An input/
フレーム1の下部には平行対軸15が架設され、これには、複合ドラム10の主巻込溝11に対応して主巻出ドラム17が、副巻込溝12に対応して副巻出ドラム18がそれぞれ独立に回転可能に軸承される。この両巻出ドラム17,18も同径に形成される。また、一定の正逆両方への回転ラグにより同時に回転するように、主巻出ドラム17と副巻出ドラム18とに相互に衝突して掛かる伝動ボルト22が取り付けられている。また、主巻出ドラム17には、ボルト頭部が納まる環状溝24が設けられる。
A parallel pair of
初期位置では(図1および図2)、この主副両巻出ドラム17,18に主副両ゼンマイ7,8がそれぞれ常態で巻き取られている。したがって、複合ドラム10への巻き出しにより弾力が蓄積されるが、巻き出しがないので、複合ドラム10は言わば空である。また、主副両ゼンマイ7,8には長短があるから、この時には、副巻出ドラム18における副ゼンマイ7の巻込り回数が比較的に少ない。なお、当然のことながら、両ゼンマイ7,8は、両端がそれぞれ複合ドラム10の巻込溝11,12と、主巻出ドラム17および副巻出ドラム18に端部が固定されている。19がその固定ビスを示す。
In the initial position (Figs. 1 and 2), the main and
入出力シャフト9を巻込み側に回転(Pa)すると、複合ドラム10には、その両巻込溝11,12に主巻出ドラム17と副巻出ドラム18から主副両ゼンマイ7,8がその両方の弾力に抗して巻き取られるが、両ゼンマイ7,8には長短があることから、短い副ゼンマイ8が最後まで引き取られてその側の副巻出ドラム18において巻出し完了となる(図3,図4)。この時が入力完了時点であるが、主副両ゼンマイ7,8に弾力が蓄積されているので、主副巻出ドラム17,18への戻し巻きの力が生じており、この力で入出力シャフト9が逆回転(Pb)する。
When the input/
この時点において、短い副ゼンマイ8において独自で巻き戻って復帰するには不具合が生じていたとする。即ち、副ゼンマイ8が巻き出し完了(過剰巻き状態)により、自力で巻き戻ることが不可能となったような不具合な状態が生じていたとする。しかし、このような不具合が生じていても、主ゼンマイ7が巻き戻る力が加わることにより、副ゼンマイ8も巻き戻り始め、正常な戻る力を取り戻すことができる。
At this point, let us say that there is a problem with the short secondary spring 8 not being able to rewind and return to normal on its own. In other words, let us say that a problem has arisen in which the secondary spring 8 has completed unwinding (overwound) and is therefore unable to rewind on its own. However, even if such a problem has arisen, when a force is applied to rewind the
主副両ゼンマイ7,8がこうして同時に弾性復帰して巻き戻ると、その引きで複合ドラム10ではその主巻込溝11と副巻込溝12とから主副両ゼンマイ7,8が巻き出され、入出力シャフト9が逆回転(Pb)する出力を得た結果、図1および図2に示す初期時点となるので、再度入出力シャフト9を回転して入力操作によりそれに引き続く出力を得ることができる。
When the main and
以上は、入力と出力とを同一の入出力シャフト9の正逆回転によるものとした場合であるが、次ぎは(図5)、入力シャフト31と出力シャフト32とを別々にするとともに、その間にトルクリミター33を介在させたものである。すなわち、第2発明の一実施形態を説明するが、基本的に前記実施形態と同じであるので、図3,図4に相当する図は省略する。
The above is a case where the input and output are achieved by forward and reverse rotation of the same input/
図5は、この第2発明を或る装置の一部において実施した一例を示したもので、ケース30において、その一端の基部側板2に間隔を置いて対向側板3を有し、さらにそれに間隔を置いて追対向側板4を有し、さらに追々対向側板(図示省略)を有する。基部側板2と対向側板3との間を第1空間,対向側板3と追対向側板4との間を第2空間,追対向側板4と追々対向側板との間を第3空間と称することにする。
Figure 5 shows an example of the second invention implemented in a part of a certain device, with the
基部側板2と対向側板3との間(第1空間)には、高さ中間部に入力シャフト31を、上部に出力シャフト32を、下端部に平行対軸15をそれぞれ架設してベアリングにより回転可能に軸承してある。そして、入力シャフト31には、第2空間における一方向接続クラッチ37を介して、第3空間に原動歯車39を設けてある。また、出力シャフト32には、第2空間におけるトルクリミター33を介して第3空間に、前記原動歯車39と噛み合う従動歯車45が設けられる。この両歯車39,45により変向機構30が構成される。そこで、入力シャフト31を(操作円盤47により)回転すると、出力シャフト32が回転し、その間に過剰な負荷がかかると、トルクリミター33によりその回転力が遮断される(回転力が伝わらない)。
Between the
また、出力シャフト32には、複合ドラム10が固定して取り付けられており、入力シャフト31の回転力がトルクリミター33を介してこの複合ドラム10に伝達される。この複合ドラム10には、複数の主巻込溝11,11,11と、一の副巻込溝12が一体に形成されている。
The
一方、平行対軸15には、主巻込溝11,11,11に対応して同数の巻出溝40,40,40を有する複合の主巻出ドラム17と、一の副巻出ドラム18とが互いに独立して自由回転するように軸承される。そして、主巻出ドラム17の巻出溝40,40,40と副巻出ドラム18には、それぞれ主ゼンマイ7,7,7と副ゼンマイ8がそれぞれ常態で巻かれ、常時巻き7a,8aとなっている。また、前記実施形態と同じように、副ゼンマイ8がやゝ短く形成されることにより、巻出し完了が先行して発生するように構成される。
On the other hand, a composite main
7 主ゼンマイ
8 副ゼンマイ
7a,8b 待機巻き
9 入力シャフト
10 複合ドラム
15 平行対軸
17 主巻出ドラム
18 副巻出ドラム
20 巻残り
30 変向機構
31 入力シャフト
32 出力シャフト
33 トルクリミター
7 Main spring 8
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