【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、精密機械や光学機器、特に望遠鏡の反射鏡面の駆動機器に適用可能な定荷重ばね装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の定荷重ばね装置として、工業用ロボットの分野でボールねじ軸を適用し、このボールねじ軸に螺合されて昇降するナットを介して水平アームを支持し、前記ボールねじ軸の駆動系においては、そのボールねじ軸および当該ボールねじ軸と離間平行するモータ出力軸のそれぞれに嵌着した大小のプーリ間にベルトを巻回して減速機構を構成し、その減速機構の入力側、即ち前記モータ出力軸に定荷重ばねユニットを組み付け、その定荷重ばねのばね力を前記減速機構を介して前記ボールねじ軸に作用させることで、当該ボールねじ軸に螺合した前記ナットの上昇方向の力を前記水平アームの助勢手段とした構成のものは既に提供されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−２９４９９５号公報（［００３５］、［００３６］、図６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の定荷重ばね装置は以上のように構成されているので、ボールねじ軸は定位置での回転のみであって軸端を伸縮動作（軸方向に昇降動作）させることができないばかりか、上述のような減速機構の構成および定荷重ばねユニットの組み付け構成では装置自体が大型化し、そのため、例えば人工衛星搭載用望遠鏡の駆動系など狭域場所に適用できないという課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ボールねじ軸と定荷重ばねユニットとの組み合わせ構造とするものでありながら、装置全体を小型化できると共に、ボールねじ軸の軸端を伸縮動作させ、その軸端で常に一定の押圧力を得ることが可能な簡単な構成の定荷重ばね装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る定荷重ばね装置は、定荷重ばねの引張力をボールねじ軸に一方向の回転トルクとして伝達する定荷重ばね装置において、軸方向へ移動可能に保持されたボールねじ軸と、このボールねじ軸と同一軸心上に回転自在に配置され、第１ドラムとの間で巻装された定荷重ばねの引張力により定位置で一方向に回転する第２ドラムと、前記ボールねじ軸に螺合されて前記第２ドラムの内部空間に収められたナットと、前記ボールねじ軸に対し定位置で回転自在に嵌挿されて前記ナットに結合された回転力入力部材とを備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による定荷重ばね装置を示す断面図、図２は図１中の定荷重ばねユニットを示す断面図である。
この実施の形態１による定荷重ばね装置は、中空型のハーモニックドライブ減速機（以下、単に減速機という）１に定荷重ばねユニット１０を組み込んだ構成となっている。その定荷重ばねユニット１０は、図２に示すように、平行する一対のフレーム１１と、当該フレーム１１の相互間に軸支された第１のドラム（小径ドラム）１２と、前記フレーム１１の相互間に転がり軸受１３を介して前記第１のドラム１２と平行するように取り付けられた第２のドラム（大径ドラム）１４と、前記第１のドラム１２と第２のドラム１４とに跨って巻装された定荷重ばね（帯状板ばね）１５とからなっている。
【０００８】
ここで、前記定荷重ばね１５は、当初第１のドラム１２に巻回され、その巻回終端を引き出して第２のドラム１４にボルト止め等の手段で止着した取り付け構成となっている。そして、第２のドラム１４を回転させて当該ドラム１４に定荷重ばね１５を巻き付けることで、その巻き付け方向と逆方向の常に一定のトルク（第１のドラム１２上の定荷重ばね１５による巻き戻しトルク）により、前記第２のドラム１４に対して当該ドラム１４上の定荷重ばね１５を巻き戻す方向の回転力を付与するものである。
【０００９】
そして、上述のように構成された定荷重ばね１０は、その第２のドラム１４が前記減速機１の回転中心と同一軸心になるように当該減速機１のハウジング２に組み付けられている。その組み付け状態において、前記第２のドラム１４は、前記減速機１の高速回転部（入力部）７に一体的に結合されて定荷重ばね１０のトルクを前記減速機１に伝達するようになっている。また、前記ハウジング２には、第２のドラム１４の中心部を緩貫通するボールねじ軸３が取り付けられている。このボールねじ軸３は、前記ハウジング２に取り付け固定されたスプライン係合子４にスプライン係合している。
【００１０】
したがって、前記ボールねじ軸３は軸方向へ移動可能に保持されている。そのボールねじ軸３にはナット５が螺合され、このナット５は前記第２のドラム１４の内部空間に収められている。また、前記ボールねじ軸３にはカップリング６が回転自在に嵌挿されている。このカップリング６は、前記減速機１の低速回転部（出力部）８と前記ナット５とに一体的に結合されて前記減速機１の低速回転力を前記ナット５に伝達する回転力入力部材となるものである。したがって、前記ボールねじ軸３に螺合されたナット５は、上述のように減速機１の低速系統のカップリング６に結合されていることにより、前記第２のドラム１４の内部空間における定位置で回転するようになっている。
【００１１】
次に動作について説明する。
減速機１がモータ等からの回転力を入力している状態において、その減速機１には定荷重ばね１５による常に一定のトルクが伝達され、そのトルクが前記減速機１の低速回転部８では増大し、当該減速機１の低速回転出力がカップリング６を介してナット５に伝達される。これにより、前記ナット５が回転することで、ハウジング２に固定されたスプライン係合子４とスプライン係合しているボールねじ軸３が軸方向に移動する。すなわち、定荷重ばね１５の常に一定のトルクが減速機１で増大され、そのトルクによりボールねじ軸３のナット５が定位置で回転することによって、前記ボールねじ軸３の軸端が軸方向へ伸縮動作する。そのため、前記ボールねじ軸３の軸端による一定の押圧力を得ることができる。
【００１２】
以上説明した実施の形態１によれば、減速機１のハウジング２に定荷重ばねユニット１０を組み付け、定荷重ばね１５の引張力をボールねじ軸３とナット５により回転運動から直線運動に変換するように構成したので、前記ボールねじ軸３の軸端による常に一定の押圧力を得ることができるという効果がある。特に、減速機１のハウジング２に組み込んだ定荷重ばねユニット１０の第２のドラム１４とボールねじ軸３とを同一軸心上に配置し、そのボールねじ軸３に螺合したナット５を前記第２のドラム１４の内部空間に収めて当該内部空間の定位置で回転させるように構成したので、装置全体を小型化することができるという効果がある。さらに、減速機１の減速比を適切に選択することにより、定荷重ばね１５の引張力および当該引張力によって減速機１に伝達されるトルクを設定することが可能になるという効果がある。さらに、減速機１の減速比により、定荷重ばねユニット１０のドラム回転数およびボールねじ軸３のナット５の回転数をも設定することが可能となり、これによって、前記ボールねじ軸３の軸方向移動量も設定できるという効果がある。さらには、ボールねじ軸３のリードを大きなものとすることで、ナット５の回転数が少なくても大きなストロークを得ることができるという効果がある。
【００１３】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、定荷重ばね１５の収縮方向を第１のドラム１２による巻取方向としたが、その巻取方向を逆（第２のドラム１４による巻取方向）にした定荷重ばねユニット１０とすることも可能である。
【００１４】
実施の形態３．
また、上記実施の形態１では、ハーモニックドライブ減速機１を用いて回転駆動系統からの回転力を減速しているが、所要のトルクが比較的少ないときには、ハーモニックドライブ減速機１を用いる必要はない。また、前記ハーモニックドライブ減速機１としては中空型に限らず、通常のハーモニックドライブ減速機を適用可能である。
【００１５】
実施の形態４．
さらに、上記実施の形態１ではハーモニックドライブ減速機１を適用したが、遊星ギアによる減速機を適用してもよい。
【００１６】
実施の形態５．
さらに、上記実施の形態１，３，４では、いずれも減速機を対象としているが、この発明による定荷重ばね装置は、減速機の限らず、回転駆動力を入力してボールねじ軸３の軸端による一定の押圧力を得る機構であれば、いかなる構成の機構にも適用可能である。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、軸方向へ移動可能に保持されたボールねじ軸と、このボールねじ軸と同一軸心上に回転自在に配置され、第１ドラムとの間で巻装された定荷重ばねの引張力により定位置で一方向に回転する第２ドラムと、前記ボールねじ軸に螺合されて前記第２ドラムの内部空間に収められたナットと、前記ボールねじ軸に対し定位置で回転自在に嵌挿されて前記ナットに結合された回転力入力部材とを備え、前記定荷重ばねの引張力をボールねじ軸とナットにより回転運動から直線運動に変換するように構成したので、前記ボールねじ軸の軸端による常に一定の押圧力を得ることができるという効果がある。特に、前記定荷重ばねユニットの第２のドラムとボールねじ軸とを同一軸心上に配置し、そのボールねじ軸に螺合したナットを前記第２のドラムの内部空間に収めて当該内部空間の定位置で回転させるように構成したので、装置全体を小型化することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による定荷重ばね装置を示す断面図である。
【図２】図１中の定荷重ばねユニットを示す断面図である。
【符号の説明】
１ ハーモニックドライブ減速機、２ ハウジング、３ ボールねじ軸、４ スプライン係合子、５ ナット、６ カップリング（回転力入力部材）、７ 減高速回転部（入力部）、８ 低速回転部（出力部）、１０ 定荷重ばねユニット、１１ フレーム、１２ 第１のドラム、１３ 転がり軸受、１４ 第２のドラム、１５ 定荷重ばね。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a constant load spring device which can be applied to precision machinery and optical equipment, particularly to driving equipment for reflecting mirror surfaces of telescopes.
[0002]
[Prior art]
As a conventional constant load spring device, a ball screw shaft is applied in the field of industrial robots, and a horizontal arm is supported via a nut that is screwed up and down with the ball screw shaft, and in the drive system of the ball screw shaft, Constitutes a speed reduction mechanism by winding a belt between large and small pulleys fitted to the ball screw shaft and a motor output shaft spaced apart from and parallel to the ball screw shaft, respectively. By attaching a constant load spring unit to the output shaft and applying the spring force of the constant load spring to the ball screw shaft via the speed reduction mechanism, the force in the upward direction of the nut screwed to the ball screw shaft is reduced. A configuration as a means for assisting the horizontal arm has already been provided (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-4-29495 ([0035], [0036], FIG. 6)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional constant load spring device is configured as described above, the ball screw shaft can only be rotated at a fixed position and cannot extend and retract the shaft end (elevate and lower in the axial direction). In such a configuration of the reduction mechanism and the assembly configuration of the constant load spring unit, the size of the device itself becomes large, and therefore, there is a problem that the device cannot be applied to a narrow area such as a drive system of a telescope mounted on a satellite.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and has a combined structure of a ball screw shaft and a constant load spring unit. An object of the present invention is to provide a constant-load spring device having a simple configuration capable of extending and contracting an end and constantly obtaining a constant pressing force at the shaft end.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A constant load spring device according to the present invention is a constant load spring device that transmits a tensile force of a constant load spring to a ball screw shaft as a one-way rotational torque, wherein the ball screw shaft held movably in the axial direction; A second drum rotatably arranged on the same axis as the ball screw shaft and rotating in one direction at a fixed position by a tensile force of a constant load spring wound between the first drum and the ball screw shaft; A nut screwed into the inner space of the second drum and a torque input member rotatably fitted at a fixed position to the ball screw shaft and coupled to the nut. It is.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a sectional view showing a constant load spring device according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing a constant load spring unit in FIG.
The constant load spring device according to the first embodiment has a configuration in which a constant load spring unit 10 is incorporated in a hollow type harmonic drive reduction gear (hereinafter simply referred to as a reduction gear) 1. As shown in FIG. 2, the constant load spring unit 10 includes a pair of parallel frames 11, a first drum (small diameter drum) 12 supported between the frames 11, A second drum (large-diameter drum) 14 attached in parallel with the first drum 12 via a rolling bearing 13 between the first drum 12 and the second drum 14 And a constant load spring (band-shaped leaf spring) 15 wound thereon.
[0008]
Here, the constant load spring 15 is wound around the first drum 12 at the beginning, and has a mounting configuration in which the winding end is pulled out and fixed to the second drum 14 by means such as bolting. Then, by rotating the second drum 14 and winding the constant load spring 15 around the drum 14, a constant torque in the opposite direction to the winding direction (rewinding by the constant load spring 15 on the first drum 12) is performed. (Torque) to apply a rotational force to the second drum 14 in a direction in which the constant load spring 15 on the drum 14 is rewound.
[0009]
The constant load spring 10 configured as described above is assembled to the housing 2 of the speed reducer 1 such that the second drum 14 has the same axis as the rotation center of the speed reducer 1. In the assembled state, the second drum 14 is integrally connected to the high-speed rotating unit (input unit) 7 of the speed reducer 1 and transmits the torque of the constant load spring 10 to the speed reducer 1. ing. Further, the housing 2 is provided with a ball screw shaft 3 that penetrates the center of the second drum 14 slowly. The ball screw shaft 3 is spline-engaged with a spline engagement element 4 attached and fixed to the housing 2.
[0010]
Therefore, the ball screw shaft 3 is held movably in the axial direction. A nut 5 is screwed onto the ball screw shaft 3, and the nut 5 is housed in the internal space of the second drum 14. A coupling 6 is rotatably fitted on the ball screw shaft 3. The coupling 6 is integrally connected to a low-speed rotating portion (output portion) 8 of the speed reducer 1 and the nut 5 to transmit a low-speed rotational force of the speed reducer 1 to the nut 5. It is what becomes. Therefore, the nut 5 screwed to the ball screw shaft 3 is coupled to the low-speed coupling 6 of the speed reducer 1 as described above, so that the nut 5 is fixed in the internal space of the second drum 14. It is designed to rotate.
[0011]
Next, the operation will be described.
In a state where the reduction gear 1 is inputting a rotational force from a motor or the like, a constant torque is always transmitted to the reduction gear 1 by the constant load spring 15, and the torque is transmitted to the low-speed rotating unit 8 of the reduction gear 1. The output is increased, and the low-speed rotation output of the speed reducer 1 is transmitted to the nut 5 via the coupling 6. As a result, when the nut 5 rotates, the ball screw shaft 3 that is spline-engaged with the spline engagement element 4 fixed to the housing 2 moves in the axial direction. That is, a constant torque of the constant load spring 15 is constantly increased by the speed reducer 1, and the nut 5 of the ball screw shaft 3 rotates at a fixed position by the torque, whereby the shaft end of the ball screw shaft 3 moves in the axial direction. It expands and contracts. Therefore, a constant pressing force by the shaft end of the ball screw shaft 3 can be obtained.
[0012]
According to the first embodiment described above, the constant load spring unit 10 is assembled to the housing 2 of the speed reducer 1, and the tensile force of the constant load spring 15 is converted from rotary motion to linear motion by the ball screw shaft 3 and the nut 5. With such a configuration, there is an effect that a constant pressing force by the shaft end of the ball screw shaft 3 can always be obtained. In particular, the second drum 14 of the constant load spring unit 10 incorporated in the housing 2 of the speed reducer 1 and the ball screw shaft 3 are arranged on the same axis, and the nut 5 screwed to the ball screw shaft 3 is used. Since it is configured to be housed in the internal space of the second drum 14 and rotated at a fixed position in the internal space, there is an effect that the entire apparatus can be downsized. Further, by appropriately selecting the reduction ratio of the speed reducer 1, there is an effect that it is possible to set the tensile force of the constant load spring 15 and the torque transmitted to the speed reducer 1 by the tensile force. Further, it is possible to set the number of rotations of the drum of the constant load spring unit 10 and the number of rotations of the nut 5 of the ball screw shaft 3 by the reduction ratio of the speed reducer 1. There is an effect that the moving amount can be set. Further, by making the lead of the ball screw shaft 3 large, there is an effect that a large stroke can be obtained even when the rotation speed of the nut 5 is small.
[0013]
Embodiment 2 FIG.
In the first embodiment, the contraction direction of the constant load spring 15 is the winding direction by the first drum 12, but the winding direction is reversed (the winding direction by the second drum 14). The load spring unit 10 can also be used.
[0014]
Embodiment 3 FIG.
Further, in the first embodiment, the rotational force from the rotary drive system is reduced by using the harmonic drive reducer 1, but when the required torque is relatively small, it is not necessary to use the harmonic drive reducer 1. . The harmonic drive speed reducer 1 is not limited to a hollow type, and a normal harmonic drive speed reducer can be applied.
[0015]
Embodiment 4 FIG.
Furthermore, although the harmonic drive speed reducer 1 is applied in the first embodiment, a speed reducer using planetary gears may be applied.
[0016]
Embodiment 5 FIG.
Further, in each of the first, third and fourth embodiments, the reduction gear is targeted. The present invention can be applied to any mechanism having any configuration as long as it can obtain a constant pressing force by the shaft end.
[0017]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the ball screw shaft held movably in the axial direction, and the ball screw shaft are rotatably disposed on the same axis as the ball screw shaft, and are wound around the first drum. A second drum that rotates in one direction at a fixed position by a tensile force of the fixed load spring, a nut screwed into the ball screw shaft and housed in the internal space of the second drum, and a ball screw shaft. A rotational force input member rotatably fitted at a fixed position and coupled to the nut, and configured to convert a tensile force of the constant load spring from a rotational motion to a linear motion by a ball screw shaft and a nut. Therefore, there is an effect that a constant pressing force can always be obtained by the shaft end of the ball screw shaft. In particular, the second drum of the constant load spring unit and the ball screw shaft are arranged on the same axis, and a nut screwed on the ball screw shaft is housed in the inner space of the second drum, and Is configured to be rotated at the fixed position, so that there is an effect that the entire apparatus can be downsized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a constant load spring device according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a constant load spring unit in FIG. 1;
[Explanation of symbols]
1 Harmonic drive reducer, 2 housing, 3 ball screw shaft, 4 spline engagement element, 5 nut, 6 coupling (rotation force input member), 7 reduced high-speed rotation section (input section), 8 low-speed rotation section (output section) , 10 constant load spring units, 11 frames, 12 first drums, 13 rolling bearings, 14 second drums, 15 constant load springs.
