JP5116626B2 - ゼンマイによる入出力装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

この発明のゼンマイによる入出力装置を入力直前の初期時点で示す側面から見た断面図である。 同ゼンマイによる入出力装置を図１と同時点で正面から見た断面図である。 同ゼンマイによる入出力装置を入力による過剰巻き時点で示す側面から見た断面図である。 同ゼンマイによる入出力装置を図３と同時点で側面から見た断面図である。 本願の第２発明を実施した一例を示した断面図である。

符号の説明

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

Claims (3)

1. 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。
2. 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。
3. 複合ドラムにおける副ゼンマイの過剰巻きに伴う副巻出ドラムに副ゼンマイの出し切り時点での過剰な力が加わらないように、入力シャフトと出力シャフトとの間にトルクリミターを介在させてあることを特徴とする請求項２記載のゼンマイによる入出力装置。

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