説明

往復回転数制御装置

【課題】 定トルクゼンマイの特性を応用して、簡単な構造において回転が往復において同数に制御される往復回転数制御装置を提供する。
【解決手段】 一方向へのみ回転駆動されるようモータに接続される主軸と、独立した副軸とにそれぞれ主プーリと副プーリとを回転フリーに軸着し、この主プーリと副プーリとが相互に従動するように、両方に定トルクゼンマイの両端が互いに逆巻きとなるようにそれぞれ連結され、その両方の連結において、定トルクゼンマイが連結点の最終まで巻き戻されるようにして往復回転数が設定してあって、さらに、主軸に従属主プーリを一体に軸着し、副軸には主プーリと一体にフリーに回転する従属副プーリを軸着し、モータの駆動で弾発ゼンマイに機械的エネルギーが蓄積されるように、弾発ゼンマイの両端をそれぞれ従属主プーリと従属副プーリとに互いに同一巻きとなるように連結し、従属主プーリに対するモータの回転駆動が、前記定トルクゼンマイによる巻き戻し最終端の一方の時点で解除となり、他方の時点で開始となるように構成した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、定トルクゼンマイの特性を利用して軸回転を同数において繰り返し反復させる往復回転数制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
モータで軸を一定数回転させた後同じ数において逆転させ、これを繰り返し行うようにした機構が機械的に用いられることがある。例えば、線状または帯状のものを一定長さ巻き取ったり一定長さ送ったりする装置、ハンドルやプーリ、ギア等を一定回転させて停止又は逆転させる装置等である。具体的例として身近には扇風機の首振り装置がある。このような往復回転数制御装置は、従来、複雑なカム機構を用いるか、電気的計数制御による他には往復機能が得られなかった。ちなみに、帯鋼を巻いてつくった弾発ゼンマイ(普通のゼンマイのことをいうものとする)は利用できなかった。
【0003】
つまり、弾発ゼンマイの性質について見ると、定常形態から、回転軸に荷重をかけることにより弾力に抗して巻き締められると(又は巻き戻しされると)、荷重をかける力としてのトルク入力が強まると同時に、弾発力により戻ろうとするトルク出力が強まる。従来、このトルク出力としての機械的エネルギーの蓄積機能を利用して時計等の各種のメカニズムが考案されてきた。
【0004】
弾発ゼンマイは、この作用により様々に応用される重要な機械的要素ではある。しかし、この弾発的特性は、例えば帯鋼としての性質のみを欲するときとして設計の上で欠点となるために利用できない場合があったので、定トルクゼンマイ(コプリングとも称する)が開発された。
【0005】
定トルクゼンマイを弾発ゼンマイと比較してその機能ないし特性を説明すると次の通りである。
【0006】
1)弾発ゼンマイは、定常状態から伸び縮みに従って加える荷重が変わり大きくなっていくのに対して、定トルクゼンマイでは、荷重は変わらなく一定量を保つ。
2)弾発ゼンマイは、初荷重がゼロか極めて小さいが、定トルクゼンマイは大きい。
3)弾発ゼンマイは、伸びが原形の1/2〜2倍程度で限度となるが、定トルクゼンマイでは、30〜50倍までの使用ができる。つまり、伸びに融通性がある。本発明は、主にこの特性を利用できるのではないかと着眼したものである。
4)弾発ゼンマイは、保持エネルギーが小さいのに対して、定トルクゼンマイは、同一スペースに収納した際におけるエネルギーの蓄積が大きい。
5)弾発ゼンマイは、巻締め、巻戻しの際、内面摩擦の為にエネルギーの損失が生じるが、定トルクゼンマイでは円滑に作動し摩擦が少ない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
この発明は、上記のような観点から、定トルクゼンマイの特性を応用して、簡単な構造において回転が往復において同数に制御される往復回転数制御装置を提供することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の課題を解決するために、この発明は、一方向へのみ回転駆動されるようモータに接続される主軸と、独立した副軸とにそれぞれ主プーリと副プーリとを回転フリーに軸着し、この主プーリと副プーリとが相互に従動するように、両方に定トルクゼンマイの両端が互いに逆巻きとなるようにそれぞれ連結され、その両方の連結において、定トルクゼンマイが連結点の最終まで巻き戻されるようにして往復回転数が設定してあって、さらに、主軸に従属主プーリを一体に軸着し、副軸には主プーリと一体にフリーに回転する従属副プーリを軸着し、モータの駆動で弾発ゼンマイに機械的エネルギーが蓄積されるように、弾発ゼンマイの両端をそれぞれ従属主プーリと従属副プーリとに互いに同一巻きとなるように連結し、従属主プーリに対するモータの回転駆動が、前記定トルクゼンマイによる巻き戻し最終端の一方の時点で解除となり、他方の時点で開始となるように構成したことを特徴とする往復回転数制御装置を提供するものである。
【0009】
往復回転数制御装置を上記のように構成したから、主軸がモータによる入力軸であると同時に、弾発ゼンマイによる出力軸である。つまり、一方向への回転はモータの駆動によるが、逆方向への回転はモータの駆動で定トルクゼンマイに蓄えられた機械的エネルギーの弾発駆動による。入出力時には、主軸がそれと一体の従属主プーリと同一回転となるが、弾発ゼンマイを介して従属主プーリの回転が従属副プーリと副プーリとに伝達され、あるいはその逆に伝達を受けることになるとともに、副プーリと主プーリとにおいて定トルクゼンマイの遣り取りが行われて回転定数が確保されることになるために、従属主プーリと一体の主軸の正逆回転数も同一に制御されることになる。
【発明の効果】
【0010】
以上説明したように、この発明によれば、主軸と副軸との間で相手のプーリを同一歩調で従動させることのできる定トルクゼンマイの特性に着目したもので、一方向の回転をモータにより、他方向の回転を弾発ゼンマイの弾発力により駆動させる簡単な構造を取ることにより、主軸を同一回転数に安定した速度で往復制御できるという優れた効果がある。また、カム等の機構を用いる場合とは違って、定トルクゼンマイの長さとともに主軸と副軸との間の距離を自由に設定でき、設計の自由度が大きいという利点も併有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
図1は、この発明に使用する定トルクゼンマイHを示し、図2および図3は、この発明の一実施形態を示し、図4は、その形態における動作説明図である。図1において、主軸1に主プーリ5を副軸2に副プーリ6をフリー回転に軸着してあるので、主副いずれのプーリ5又は6が回転しても、定トルクゼンマイHが引っ張り又は送りとなって、他方のプーリ6又は5が同一方向に回転する。なお、これは両プーリ5,6に対して股掛け形態の巻き方による。
【0012】
往復回転数制御装置は、平行に設置される主軸1と副軸2とのうち、主軸1をモータ3により直接時計回りに回転させ、逆転を弾発ゼンマイSによらせる一方、定トルクゼンマイHで正逆回転を同一数に調整するように構成される。なお、主軸1と副軸2とは基板4と添え板10との間に軸支され、基板4にモータ3が取り付けられる。
【0013】
定トルクゼンマイHと弾発ゼンマイSとの装着のために、主軸1に定トルクゼンマイHが巻かれる主プーリ5がフリーに軸着される外、弾発ゼンマイSが巻かれる従属主プーリ8が固定して軸着されるが、副軸2には定トルクゼンマイHが巻かれる副プーリ6と弾発ゼンマイSが巻かれる従属副プーリ9とが一体に成形された複合プーリがフリーに軸着される。
【0014】
定トルクゼンマイHの巻き方が股掛け状であるので、副プーリ6が回転するとその回転方向に主プーリ5が回転する。主プーリ5はフリーなので、副プーリ6の回転方向に従って同方向に回転する。
【0015】
一方、弾発ゼンマイSは、従属主プーリ8に上端で、従属副プーリ9にはその下端でそれぞれ掛かる言わば上下反転巻き取り形態であるので、モータ3の駆動により従属主プーリ8が従属副プーリ9を回転させ、これで機械的エネルギーが蓄積されると同時に、副プーリ6と同時に主プーリ5が回転する。これを正回転とすれば、機械的エネルギーの開放により逆回転する。
【0016】
図4は、定トルクゼンマイHと弾発ゼンマイSとの両方を(イ)、(ロ)、(ハ)、(ニ)の各段階において見たもので、同図において動作を順番に説明する。
【0017】
初期停止位置(イ)では、定トルクゼンマイHが副プーリ6に2〜3巻き残した状態で主プーリ5にほとんどが巻き取られている(左図)。一方(右図では)、弾発ゼンマイSは、この時に、従属副プーリ9にのみ巻き取られていて、エネルギーの蓄えは無く停止状態にある。
【0018】
次に、初期位置(イ)からモータ3の駆動により、主軸1を時計回り(矢印)に回転すると(ロ)、弾発ゼンマイSが従属主プーリ8にその時計回りで巻き取られ、従属副プーリ9が反時計回りに回転し、こうして弾発ゼンマイSが次第に機械的エネルギーを蓄積する。一方、従属副プーリ9と一体化している副プーリ6が、従属副プーリ9と同様に反転時計回りに回転し、定トルクゼンマイHをフリーな主プーリ5から巻き取り始める(左図矢印a)。そして、主プーリ5の定トルクゼンマイHを巻ききると、(ハ)の停止状態となり、副プーリ6と従属副プーリ9が停止し、弾発ゼンマイSによって係止された従属主プーリ8も停止する。
【0019】
なお、停止状態(ハ)においてモータ3の駆動から主軸1を開放する手段としては、停止状態を感知することにより開となるクラッチを主軸1側に設ける。或いは、モータ3の駆動力以上のオーバートルクがかかった時に、モーター3と主軸1間が滑るトルクリミター機構等が考えられる(或いは、モター3自体がフリーとなる手段を取ること等が考えられる)。
【0020】
このようにして主軸1がフリーとなると、前述の弾発ゼンマイSの蓄積エネルギーが開放されて、従属副プーリ9が時計回りに逆回転を開始する(ニ)。そして、従属副プーリ9と一体の副プーリ6が定トルクゼンマイHを送り出し、主プーリ5に巻き取られる。それが終わると、(イ)の初期の状態となる。これが感知されてモータ3の駆動が開始し、再び主軸1が回転して定トルクゼンマイHの巻取り(ロの状態、矢印)が開始する。以上が繰り返されることにより、主軸1が時計回りと反時計回りとを同数において反復することになる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】この発明に係る定トルクゼンマイを示す斜視図である。
【図2】この発明の一実施形態を示す往復回転数制御装置の平面から見た断面図である。
【図3】図2のA−A矢視の断面図である。
【図4】定トルクゼンマイと弾発ゼンマイとを左右に対に見た上から順の動作説明図である。
【符号の説明】
【0022】
H 定トルクゼンマイ
S 弾発ゼンマイ
1 主軸
2 副軸
3 モータ
5 主プーリ
6 副プーリ
8 従属主プーリ
9 従属副プーリ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
一方向へのみ回転駆動されるようモータに接続される主軸と、独立した副軸とにそれぞれ主プーリと副プーリとを回転フリーに軸着し、この主プーリと副プーリとが相互に従動するように、両方に定トルクゼンマイの両端が互いに逆巻きとなるようにそれぞれ連結され、その両方の連結において、定トルクゼンマイが連結点の最終まで巻き戻されるようにして往復回転数が設定してあって、さらに、主軸に従属主プーリを一体に軸着し、副軸には主プーリと一体にフリーに回転する従属副プーリを軸着し、モータの駆動で弾発ゼンマイに機械的エネルギーが蓄積されるように、弾発ゼンマイの両端をそれぞれ従属主プーリと従属副プーリとに互いに同一巻きとなるように連結し、従属主プーリに対するモータの回転駆動が、定トルクゼンマイによる前記巻き戻し最終端の一方の時点で解除となり、他方の時点で開始となるように構成したことを特徴とする往復回転数制御装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2006−63930(P2006−63930A)
【公開日】平成18年3月9日(2006.3.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−249441(P2004−249441)
【出願日】平成16年8月30日(2004.8.30)
【出願人】(303031169)東洋ゼンマイ株式会社 (8)
【Fターム(参考)】