JP2019138356A - 螺旋状進退作動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筒状構造体の伸縮ストロークの増大、帯材の収納部のコンパクト化、並びに、筒状構造体の剛性の向上のうちの少なくとも一つを図ることのできる螺旋状進退作動装置を実現する。【解決手段】本発明に係る螺旋状進退作動装置１は、帯材１０Ａ，１０Ｂが軸線１０ｘの周りに螺旋状に巻回された態様に保持された筒状構造体１０と、前記帯材１０Ａ，１０Ｂを前記巻回された態様となるように案内する案内構造６と、前記筒状構造体１０の基部から引き出された前記帯材１０Ａ，１Ｂを渦巻状に収納する収納部１１Ａ，１１Ｂと、前記収納部１１Ｂに配置される帯材１０Ｂに振動を印加する振動印加構造１３，１４と、を具備する。【選択図】 図１

Description

本発明は螺旋状進退作動装置に関する。

従来から、帯材を螺旋状に巻回して筒状構造体を構成し、帯材の巻回量を増減することにより筒状構造体の長さを可変に構成した螺旋状進退作動装置が知られている（以下の特許文献１〜４を参照）。このような螺旋状進退作動装置は、ロボットに搭載されるなど、伸縮動作が必要であるとともに収縮時にコンパクト性が要求される種々の場面で利用されている。

特開平１−２８８５９９号公報 特開平３−８４２５２号公報 特開平６−２０６６０９号公報 特開２００７−１９２２５７号公報 特表２００８−５０４１９０号公報

ところで、上記の螺旋状進退作動装置に対しては、種々の場面での活用が期待されていることから、筒状構造体の伸縮ストロークをさらに長くできないか、或る程度の伸縮ストロークを確保した上で、帯材の収納部のサイズ（高さや直径）をさらに小さくできないか、などといった要求がある。このような筒状構造体の伸縮ストロークの増大と帯材の収納部のコンパクト化とは、帯材の幅を増大させると収納部の高さが大きくなり、帯材の長さを増大させると収納部の直径が大きくなるため、相互にトレードオフの関係にある。

また、上記の螺旋状進退作動装置の伸縮ストロークを長くすると、筒状構造体の横方向の位置精度が低下しやすくなるため、筒状構造体の横方向の剛性を高めることが要求される場合がある。さらに、上記の螺旋状進退作動装置の軸線方向の推力を大きくしたいという要求もあるが、このためには、筒状構造体の軸線方向の剛性をさらに高める必要がある。ところが、筒状構造体の横方向や軸線方向の剛性を高めようとすると、帯材の厚み、筒状構造体の半径、筒状構造体の軸線方向の帯材の重なり量を増大させたり、螺旋角を小さくしたりする必要があるため、伸縮ストロークの増大が困難になり、また、収納部のコンパクト化も困難になる。

そこで、本発明の課題は、相互に関連する、筒状構造体の伸縮ストロークの増大、帯材の収納部のコンパクト化、並びに、筒状構造体の剛性の向上のうちの少なくとも一つを図ることのできる螺旋状進退作動装置を実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明の螺旋状進退作動装置は、帯材が軸線の周りに螺旋状に巻回された態様に保持された筒状構造体と、前記帯材を前記巻回された態様となるように案内する案内構造と、前記筒状構造体の基部から引き出された前記帯材を渦巻状に収納する収納部と、を具備する。このとき、第１の発明では、前記収納部に配置される前記帯材に振動を印加する振動印加構造を具備することが好ましい。ここで、当該振動印加構造により印加される振動の方向は、前記筒状構造体の前記軸線の方向若しくは前記軸線の周りの回転方向であることが望ましい。

本発明において、前記収納部を前記軸線の周りに回転可能に支持する支持構造をさらに具備することが好ましい。この場合において、第１の発明では、前記収納部への前記帯材の出入りの態様に対応して前記収納部の前記軸線の周りの回転を補助する回転補助構造を具備することが好ましい。前記回転補助構造は、前記収納部に対する当接部位を周面とし、回転可能に軸支される補助ローラと、該補助ローラを回転駆動する原動機とを含むことが望ましい。特に、当該補助ローラは、上記振動印加構造を構成するために、前記当接部位となる前記周面の位置を回転により変動させる偏心構造を備えることが望ましい。特に、前記補助ローラは、前記偏心構造を備えるローラ本体と、前記当接部位を形成し、前記ローラ本体に対して回動可能に装着される当接リングとを有することが望ましい。

本発明において、上記筒状構造体における前記帯材の螺旋形状は、直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）では、θを媒介変数、ａ，ｂを定数とすると、以下の式で表すことができる。
ｘ＝ａｃｏｓθ，ｙ＝ａｓｉｎθ，ｚ＝ｂθ
また、円筒座標系（ｒ，φ，ｚ）では、以下の式となる。
ｒ＝ａ，ｚ＝ｂθ
さらに、曲率κは、κ＝ａ／（ａ^２＋ｂ^２）で表わされ、捩率τは、τ＝ｂ／（ａ^２＋ｂ^２）であらわされる。
上記筒状構造体における前記帯材の螺旋形状に関し、螺旋周期（ねじに見立てた場合のリードに相当する）はＬ_１＝２πｂとなり、螺旋角（ねじに見立てた場合のリード角に相当する）をβ_１とすると、ｔａｎβ_１＝Ｌ_１／πａとなる。

本発明において、前記案内構造は、前記帯材を螺旋状に案内する案内方向を備えることが好ましい。この案内方向の螺旋形状は、直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）では、φを媒介変数、ｃ，ｄを定数とすると、以下の式で表すことができる。
ｘ＝ｃｃｏｓφ，ｙ＝ｃｓｉｎφ，ｚ＝ｄφ
また、円筒座標系（ｒ，φ，ｚ）では、以下の式となる。
ｒ＝ｃ，ｚ＝ｄφ
前記案内構造の螺旋形状に関し、案内経路の螺旋周期（リード）はＬ_２＝２πｄとなり、螺旋角（リード角）をβ_２とすると、ｔａｎβ_２＝Ｌ_２／πｃとなる。

本発明では、前記帯材の被案内部と前記案内構造との間の係合態様は、前記被案内部が前記案内構造に係合した状態でその案内方向に沿って案内されるように構成されていればよい。前記案内構造は、前記帯材の被案内部の構造に応じて、種々の態様を採ることができる。ここで、後述する実施形態のように、前記帯材がその延在方向に沿って離散的に配列された複数の前記被案内部を備え、前記案内構造が上記案内方向に沿って連続的に延在するように構成されていてもよいが、上記帯材が上記延在方向に沿って連続的に延長形状とされた前記被案内部を備え、上記案内構造がその案内方向に沿って離散的に配列された複数の係合部位を備えていてもよい。また、上記螺旋周期Ｌ_１＝Ｌ_２、上記螺旋角β_１＝β_２である場合には、各帯材の被案内部は前記案内方向に沿った螺旋状に案内される。このとき、上記帯材は、前記帯材の延在方向に沿って伸びる連続的な延長形状の被案内部を備えることもでき、或いは、当該延在方向に沿って離散的に配列された複数の被案内部を備えていてもよい。

本発明において、前記筒状構造体は、上記特許文献に開示されるように、単独の前記帯材で構成される場合、前記帯材と前記帯材以外の部材とにより構成される場合もあり得る。しかし、前記筒状構造体は、複数の前記帯材が相互に接続されることにより構成されることが好ましい。このとき、前記複数の帯材は、前記被案内部により相互に接続されることが望ましい。例えば、第１の前記帯材に第１の接続部として前記被案内部（例えば突起）が設けられ、第２の前記帯材には前記第１の接続部に接続される第２の接続部として上記被案内部に係合可能な係合部（例えば凹部若しくは孔部）が設けられ、前記被案内部と前記係合部の係合により上記第１の帯材と上記第２の帯材が接続された状態で、前記被案内部が前記案内構造により上記案内方向に案内されることが望ましい。

本発明において、上記筒状構造体は、前記帯材の隣接する縁部同士が重なり合う態様で接続可能な接続構造を有することが好ましい。ここで、複数の前記帯材が相互に上記接続構造により接続されることで前記筒状構造体が保持されることが望ましい。このとき、２つの前記帯材が相互に接続されることにより前記筒状構造体が構成されることが望ましい。ただし、３以上の前記帯材を相互に接続させることにより上記筒状構造体が形成されることが望ましい場合もある。２以上の帯材を互いに内外から重ねて接続することにより、筒状構造体の剛性を確保しつつ、軸線方向に一定の筒径を備えた構造体を形成することができるため、つるまきばねのように軸線方向に単調に増減する筒径を備えた構造体とする必要がなくなる。

本発明において、前記筒状構造体を前記軸線の周りに回転駆動する第１の回転駆動構造と、前記案内構造を前記軸線の周りに回転駆動する第２の回転駆動構造との少なくとも一方を備えることが好ましい。ここで、上記第１の回転駆動構造は、前記筒状構造体の内側に配置され、前記筒状構造体に対して内側から前記軸線の周りの回転方向に係合することが望ましい。また、前記第１の回転駆動構造と前記第２の回転駆動構造は、前記軸線の周りに同軸に構成されることが望ましい。さらに、前記案内構造は、前記筒状構造体の内側と外側の双方から前記筒状構造体を案内することが望ましい。

本発明において、前記筒状構造体を前記軸線に沿って並進駆動する並進駆動構造を備えることが好ましい。この並進駆動構造は、前記筒状構造体の内側と外側のいずれに配置されていてもよいが、前記筒状構造体の内側を通過する伝動経路を含むことが望ましい。

この発明によれば、筒状構造体の伸縮ストロークの増大、帯材の収納部のコンパクト化、並びに、筒状構造体の剛性の向上を容易化することのできる螺旋状進退作動装置を実現することができる。

本発明に係る螺旋状進退作動装置の第１実施形態の全体構成を模式的に示す概略構成断面図である。 第１実施形態の収納部の内部状態を示す説明図（ａ）及び（ｂ）。 第１実施形態の筒状構造体（帯材）と案内構造との間の螺旋形状の関係を示す説明図である。 第２実施形態の全体構成を模式的に示す概略構成断面図である。 第１及び第２実施形態における帯材の筒状構造体と収納部との間の案内構造の一例を模式的に示す説明図である。 異なる実施形態における帯材の筒状構造体と収納部との間の案内構造の一例を模式的に示す説明図である。

次に、添付図面を参照して本発明の螺旋状進退作動装置の実施形態について詳細に説明する。最初に、図１〜図３を参照して、本発明に係る螺旋状進退作動装置の第１実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の螺旋状進退作動装置１の全体構成を模式的に示す概略構成断面図である。ベース２には、内側軸体３が回転可能に軸支されている。内側軸体３は、図示例では、筒状に構成された伝動部３ａと、この伝動部３ａの先端に取り付けられた係合部３ｂと、伝動部３ａの基端に設けられた入力部３ｃとを備える。入力部３ｃは図示例では歯車状に構成され、モータなどの原動機４の出力軸４ａに取り付けられた駆動歯車５と噛合し、駆動力を受ける。これらの構造は、後述する筒状構造体１０を回転駆動するための上記第１の回転駆動構造を構成する。係合部３ｂの外周面には筒状構造体１０に対して軸線１０ｘの周りの回転方向に係合可能に構成される係合構造３ｄが設けられる。この係合構造３ｄは、図示例では、後述する接続突起１０ａに係合する縦溝で構成される。係合部３ｂの係合構造３ｄと筒状構造体１０との係合範囲は、後述する案内筒体６の案内範囲から外れた（図示上方の）位置に設定される。

第１の回転駆動構造により、内側軸体３が軸線１０ｘの周りに回転すると、係合部３ｂの係合構造３ｄにより接続突起１０ｄである被案内部を介して筒状構造体１０が軸線１０ｘの周りに回転駆動される。これにより、上記被案内部が案内構造（案内溝６ａ）に沿って案内されることで、筒状構造体１０は回転しながら軸線１０ｘの方向に伸縮動作する。筒状構造体１０は、螺旋状に巻回された帯材１０Ａと１０Ｂが相互に接続された状態で構成され、その先端は、固定部１０ｐにより連結保持される。ここで、筒状構造体１０では、帯材１０Ａは内周側に配置され、帯材１０Ｂは外周側に配置される態様で、軸線１０ｘの方向に相互にずれた位置関係で相互に一部（上縁部と下縁部）が重ね合されている。

内側軸体３の外周には、案内筒体６が内側軸体３と同軸に回転可能に軸支される。案内筒体６は、後述する筒状構造体１０に対して内側から係合する内側案内部材６Ａと、筒状構造体１０に対して外側から係合する外側案内部材６Ｂとを備える。本実施形態においては、内側案内部材６Ａの外周面と、外側案内部材６Ｂの内周面との間に隙間が形成され、この隙間に帯材１０Ａと１０Ｂが引き込まれて、螺旋状の案内方向に沿って案内されることにより、筒状構造体１０が構成される。このとき、帯材１０Ａは内周側において、帯材１０Ｂは外周側において、軸線方向に相互にずれた位置に配置されることで、上下の縁部が相互に重ね合された状態で後述する接続構造により保持される。

帯材１０Ａには、その延在方向に複数の接続孔１０ａが配列されてなる列が上縁近傍と下縁近傍のそれぞれにおいて設けられる。帯材１０Ｂには、その延在方向に配列された複数の接続突起１０ｂが上縁近傍と下縁近傍のそれぞれにおいてその内面上に突出するように設けられる。帯材１０Ｂの接続突起１０ｂは、帯材１０Ａの外周側から上記接続孔１０ａを挿通可能となるように構成される。帯材１０Ａ，１０Ｂは、弾性を有する金属製であることが好ましいが、多少の弾性を備えているものであれば、合成樹脂、紙、木などで構成してもよい。

図示例では、内側案内部材６Ａの外周面には螺旋状の案内溝６ａが形成される。この案内溝６ａは、帯材１０Ａの接続孔１０ａに挿通された帯材１０Ｂの接続突起１０ｂを収容可能となるように構成される。これにより、案内筒体６は、筒状構造体１０を軸線１０ｘの周りの螺旋に沿って案内可能に構成される。一方、外側案内部材６Ｂの内周面には、上記接続突起１０ｂの取付部の帯材１０Ｂの外面上にある小突起１０ｃ（図２参照）を回避するための螺旋状の回避溝６ｂが形成される。また、外側案内部材６Ｂは、図５に示すように、開口部６ｄａ，６ｄｂを通して、筒状構造体１０の伸長時において帯材１０Ａ，１０Ｂを巻き込む帯材巻き込み部材としても機能する。

なお、内側案内部材６Ａの外周面と外側案内部材６Ｂの内周面により構成される案内構造は、帯材１０Ａと１０Ｂに設けられた被案内部の構成に応じて形成される。このため、上記外周面と内周面のいずれに案内構造を設けてもよく、両方に案内構造を設けてもよい。また、上記の被案内部は、図示例のように帯材１０Ａと１０Ｂとを接続する接続構造（接続孔１０ａや接続突起１０ｂ）そのものである必要もなく、当該接続構造とは別に帯材１０Ａと１０Ｂの少なくとも一方に設けられたものであってもよい。

本実施形態では、案内筒体６の内側案内部材６Ａと外側案内部材６Ｂは固定され、図示例では歯車状の回転駆動力の入力部６ｃを備える。この入力部６ｃは、案内筒体６の外周の基部側に形成され、モータなどの原動機７の出力軸７ａに取り付けられた駆動歯車８と噛合する。これらの構造は、案内構造を回転駆動するための上記第２の回転駆動構造を構成する。この第２の回転駆動構造により、案内筒体６が回転すると、案内溝６ａの回転によって接続突起１０ｄである被案内部を介して筒状構造体１０が内側軸体３の係合部３ｂの係合構造３ｄの縦溝に沿って上下に移動し、この上下移動に応じて、筒状構造体１０の基部（案内筒体６の中間部、すなわち、上方領域と下方領域の間の領域）では、帯材１０Ａ，１０Ｂの接続若しくは分離が行われる。

上記第１の回転駆動構造と、上記第２の回転駆動構造とを同時に作動させることにより、上記とは異なる態様で動作させることができる。例えば、筒状構造体１０の軸線１０ｘの周りの回転と案内構造（案内筒体６）の回転の向きを同じ向きとすることにより、上記第１の回転駆動構造のみで駆動したときの筒状構造体１０を軸線１０ｘの周りの回転速度に対してより遅い速度で軸線１０ｘの方向に伸縮させたりすることができる。このとき、筒状構造体１０と案内構造の回転量を所定の対応量とする（図示例では等しくする）ことにより、筒状構造体１０を軸線１０ｘの周りに回転させながら、軸線１０ｘの方向には伸縮しないようにすることができる。また、筒状構造体１０の軸線１０ｘの周りの回転と案内構造（案内筒体６）の回転の向きを逆向きとすることにより、上記第１の回転駆動構造のみで駆動したときの回転速度に対してより早い速度で筒状構造体１０を軸線１０ｘの方向に伸縮させることができる。

上記案内筒体６の外周側には、上記帯材１０Ａを収容する第１の収納部１１Ａと、上記帯材１０Ｂを収容する第２の収納部１１Ｂとが設けられる。これらの収納部１１Ａ，１１Ｂの収納空間は、それぞれ、軸線１０ｘの周りを取り巻くように（図示例では環状に）構成される。また、収納部１１Ａ，１１Ｂは、それぞれ、軸線１０ｘの周りに回転可能な状態で支持される。図示例では、収納部１１Ａ，１１Ｂの外周部を支持する支持ローラ１２Ａ、１２Ｂが設けられる。支持ローラ１２Ａ，１２Ｂは、それぞれ、垂直な軸線周りに回転自在に軸支される。なお、支持ローラ１２Ａ，１２Ｂは、図中では各収納部１１Ａ，１１Ｂにつき一つずつ図示されるが、各収納部１１Ａ，１１Ｂが軸線１０ｘの周りを回転可能に支持されるように、複数（好ましくは３つ以上）の支持ローラが設置されることが好ましい。なお、各収納部１１Ａ，１１Ｂの外周面に当接するローラ面を備えた別の案内ローラを設けてもよい。支持ローラ１２Ａ，１２Ｂや上記案内ローラなどの支持構造は、収納部１１Ａ，１１Ｂを上下方向に完全には拘束しない態様で支持することが好ましい。

ここで、第１の収納部１１Ａは、第２の収納部１１Ｂよりも筒状構造体１０の基部側に配置される。ここで、図５に示すように、上記案内筒体６の外側案内部材６Ｂには、第１の収納部１１Ａの内周側に対応する基部側（下方領域）に帯材１０Ａを通過させるスリット状の開口部６ｄａを備え、第２の収納部１１Ｂの内周側に対応する反基部側（上方領域）に帯材１０Ｂを通過させるスリット状の開口部６ｄｂを備えている。帯材１０Ａ，１０Ｂは、収納部１１Ａ，１１Ｂの内部では、図２に示すように渦巻状に巻回された状態で収容される。一方、上記案内筒体６の隙間内では、帯材１０Ａと１０Ｂが螺旋状に案内されて相互に接続されることで筒状になり、案内筒体６よりも先端側には筒状構造体１０が構成される。なお、筒状構造体１０の先端では固定部１０ｐにより帯材１０Ａと１０Ｂが固定されている。

原動機１３の出力軸１３ａは補助ローラ１４に接続されている。補助ローラ１４は、上記第２の収納部１１Ｂの底面１１ｄに接触可能な位置に設置される。補助ローラ１４は、上記出力軸１３ａが接続された偏心位置１４ｘ（水平軸）の周りに回転可能に構成されたローラ本体１４ａと、このローラ本体１４ａの外周面に対して緩く装着された当接リング１４ｂとを備える。この当接リング１４ｂ（の周面）は、上記収納部１１Ｂの底面１１ｄに当接可能に構成される。また、当接リング１４ｂは、ローラ本体１４ａに対してその周りに回動可能に装着される。当接リング１４ｂとしては、ゴムなどのような、収納部１１Ｂの底面１１ｄやローラ本体１４ａに対して或る程度の摩擦力を生ずる素材により構成されることが好ましい。このように当接リング１４ｂがローラ本体１４ａに対して回転可能に装着されることにより、当接リング１４ｂのうちの底面１１ｃ，１１ｄに当接する部分（ローラ本体１４ａの偏心により出力軸１３ａからの距離が大きな外周領域に配置される部分）が徐々に移動し得るので、当接リング１４ｂの当接部分が固定されることによる局部的な摩耗を防止できる。

上記原動機１３が稼働することにより、補助ローラ１４は出力軸１３ａの周りに回転し、これによって偏心位置１４ｘの周りに回転するローラ本体１４ａの外周面上に配置された当接リング１４ｂが収納部１１Ｂの底面１１ｄに当接したり当該底面１１ｄから離反したりする。これにより、原動機１３及び補助ローラ１４により構成される振動印加構造は、収納部１１Ｂを介してその内部にある帯材１０Ｂに上下方向の振動を与えることができる。また、原動機１３及び補助ローラ１４は回転補助構造をも構成する。すなわち、当接リング１４ｂが収納部１１Ｂの底面に対して或る程度の摩擦力を有することにより、収納部１１Ｂに対して軸線１０ｘの周りの回転力を与えることもできる。収納部１１Ａ，１１Ｂは、筒状構造体１０の伸縮に応じた帯材１０Ａ，１０Ｂの収納部１１Ａ，１１Ｂに対する出入りに対応して、帯材１０Ａ，１０Ｂと収納部１１Ａ，１１Ｂの内面１１ａ，１１ｂなどとの間の摩擦力により、軸線１０ｘの周りに回転し得る。このとき、上記補助ローラ１４は、収納部１１Ｂの上記の自律的な回転を補助し、帯材１０Ｂの収納部１１Ｂ内における収納態様を改善する。

図２は、収納部１１Ｂ内の帯材１０Ｂの収納態様を示す説明図である。図２（ａ）及び（ｂ）は、帯材１０Ｂが収納部１１Ｂ内へ導入される過程で、収納部１１Ｂの内部の外周にある内周面１１ｂに押し付けられた状態で渦巻状に巻き付けられ、徐々に内側に配置されていく様子を示す。ここで、上記補助ローラ１４を作動させることにより、収納部１１Ｂを介して帯材１０Ｂが上下方向の振動を受けたり、回転力を補助されたりすることにより、帯材１０Ｂ同士や帯材１０Ｂと収納部１１Ｂの間の引っ掛かりが解除され、帯材１０Ｂの弾性復元力（直線状に戻ろうとする力）が発揮されて、帯材１０Ｂは、図２（ａ）に示すように、先端部分が収納部１１ｂの上記内面１１ｂの一部（周縁の内周面）に密着し、十分に広がった状態で高密度で渦巻状に巻回される。これにより、より長い帯材１０Ｂを収納部１１Ｂ内に格納でき、また、同じ長さの帯材１０Ｂを格納する場合には、より小さな直径の収納部１１Ｂとすることができる。

一方、図２（ｂ）は、従来の螺旋状進退作動装置や、本実施形態の上記補助ローラ１４を動作させずに用いた場合における帯材１０Ｂの収納部１１Ｂ内への格納状態を示す。この場合には、帯材１０Ｂ同士の引っ掛かりなどにより、帯材１０Ｂの途中で渦巻状の巻回部分が乱れて、帯材１０Ｂの間に隙間が形成されることがある。これにより、収納部１１Ｂに帯材１０Ｂの全体を収納できなくなったり、帯材１０Ｂを完全に収納するために収納部１１Ｂの直径を増大させる必要が生じたりする。このような事態は、帯材１０Ａ，１０Ｂが長くなったり、帯材１０Ａ，１０Ｂの弾性復元力が小さかったり、帯材１０Ａ，１０Ｂ同士や帯材１０Ａ，１０Ｂと収納部１１Ａ，１１Ｂの内面１１ａ，１１ｂとの間に引っ掛かりが生じやすかったりする場合に起こりやすい。また、収納部１１Ａ，１１Ｂが帯材１０Ａ，１０Ｂの出入りに応じて回転できない場合（収納部１１Ａ，１１Ｂが回転可能に支持されていない場合）にも、上記事態は生じやすい。

上記原動機１３や補助ローラ１４による収納部１１Ｂに対する振動の印加や回転の補助は、帯材１０Ｂの弾性復元力による広がり状態への移行や、接続突起１０ｄなどによる帯材１０Ｂ同士の引っ掛かりを解除するなど、収納部１１Ｂ内における帯材１１Ｂの渦巻状の収納状態を改善する。上記の振動の印加は、帯材１０Ｂの収納部１１Ｂに対する引っ掛かりや帯材１０Ｂ同士の引っ掛かりを解除し、帯材１０Ｂが本来所有する弾性復元力を発揮させて、高密度の収納態様を実現する。また、収納部１１Ｂへの回転力の補助は、帯材１０Ｂの収納に伴う収納部１１Ｂの円滑な回転動作を助けることにより、帯材１０Ｂと収納部１１Ｂとの間や帯材１０Ｂ同士の引っ掛かり（摩擦）に起因する帯材１０Ｂの変形を軽減させて、高密度の収納態様を実現する。したがって、上記の振動の印加や回転の補助は、いずれか一方のみでもよい。例えば、図示例の構造に基づいて説明すれば、上記補助ローラ１４の当接リング１４ｂと収納部１１Ｂの底面１１ｄとの間を低摩擦としたり、ローラ本体１４ａと当接リング１４ｂとの間を低摩擦としたりすることにより、原動機１３及び補助ローラ１４を振動印加構造としてのみ用いることができる。一方、上記補助ローラ１４の偏心量を実質的になくすことにより、原動機１３及び補助ローラ１４を回転補助構造としてのみ用いることができる。ただし、振動の印加は、収納部１１Ｂの回転可能な支持状態があれば、帯材１１Ｂの変形が抑制されるために効果的であり、その上にさらに収納部１１Ｂの回転が補助されれば、回転による帯材１１Ｂの変形がさらに抑制されるために、より効果的である。

また、上記振動印加構造による振動の方向は、帯材１１Ｂの収納態様を改善するうえでは、図示例の上下方向や、軸線１０ｘの周りの回転方向が最も有効であると考えられる。しかし、上記振動の方向は、帯材１１Ｂの弾性復元力を補助できればよいため、上記に限らず、水平方向や傾斜方向であっても構わない。さらに、振動を印加する場合には、収納部１１Ｂが回転可能に支持されず、固定されていても構わない。ただし、本実施形態のように収納部１１Ｂが軸線１０ｘの周りに回転可能に支持されることにより、帯材１０Ｂの収納部１１Ｂ内への出入りに伴って収納部１１Ｂが自律的に回転するため、帯材１０Ｂと内面１１ｂとの間の摩擦による図２（ｂ）のような収納態様の悪化が抑制されるし、また、振動の印加による収納態様の改善がさらに容易化される。

特に、帯材１０Ｂの長さが増大すると収納部１１Ｂの内径も増大するため、帯材１０Ｂの弾性復元力による収納部１１Ｂの収納空間の外周側への円滑な広がり動作を行う力や収納部１１Ｂを自律的に回転させる力が低下するので、上記の振動の印加や回転の補助はさらに有効である。上述のいずれの場合でも、帯材１０Ｂの長さの増大や収納部１１Ｂのコンパクト化を図ることができる。また、帯材の長さの増大は筒状構造体１０の伸縮ストロークの増大を容易化する。さらに、帯材の長さの増大は、筒状構造体１０の伸縮ストロークを犠牲にして、帯材同士の重なり量を増大させたり螺旋構造のリード角を低下させたりすることにより、筒状構造体１０の横方向や軸方向の剛性を高めることも容易化する。

回転補助構造は、収納部が回転可能に支持されていることにより帯材の出入りに応じて自律回転し得る場合には、その回転動作或いは回転トルクを補助する程度の作動状態でよい。したがって、実際の収納部の回転速度が帯材の出入り速度に対応する値よりも小さくても構わない。もっとも、回転補助構造は、帯材の出入り速度に対応する収納部の回転速度を実現する態様で回転を補助するように作動することが好ましい。この場合に、上記の帯材の出入り速度に対応する回転速度となるように収納部を強制的に回転駆動するものであってもよい。また、回転補助構造においては、収納部に対する帯材の出入りの向きに応じて補助する回転力の向きが設定される。上記の補助する回転力、回転速度、回転力若しくは回転の向きは、図示しない制御部によって制御されることが好ましい。この制御部は、第１の回転駆動構造や第２の回転駆動構造に対する制御量に基づいて、或いは、筒状構造体１０の上下動や帯材１０Ａ，１０Ｂの出入り量を何らかの検出器により検出したその検出値に基づいて、回転補助構造に対する制御量を定めることが望ましい。もっとも、第１の回転駆動構造や第２の回転駆動構造、或いは、筒状構造体１０や他の機械的動作部分に接続されることにより、機械的に収納部の回転が補助されるように構成してもよい。

上記の振動印加構造や回転補助構造は、図示例のように収納部１１Ｂの代わりに、或いは、収納部１１Ｂとともに、収納部１１Ａに設けることができる。ただし、本実施形態では、帯材１０Ａは接続孔１０ａを備えるだけであるのに対して、帯材１０Ｂが接続突起１０ｂや小突起１０ｃを備えるため、帯材１０Ｂの方が帯材１０Ａよりも引っ掛かりやすく、収納態様が乱れやすいため、収納部１１Ｂに上記構造を適用している。

図３は、この第１実施形態の螺旋状進退作動装置１の筒状構造体１０における帯材１０Ａ、１０Ｂの螺旋形状と、上記案内筒体６の上記内側案内部材６Ａの案内溝６ａの螺旋形状との関係を模式的に示す説明図である。本実施形態では、相互に接続されて筒状構造体１０を構成する帯材１０Ａ，１０Ｂは、いずれも、螺旋角β_１（ねじのリード角に相当する。）と螺旋周期Ｌ_１（ねじのリードに相当する。）の螺旋形状に沿って形成される。ここで、帯材１０Ａと１０Ｂの接続構造（接続孔１０ａと接続突起１０ｂ）は、それぞれ、各帯材１０Ａ，１０Ｂの中心線１０Ａｘと１０Ｂｘの両側に二列に配列される。図示例では、上記接続構造の配列方向は中心線１０Ａｘ，１０Ｂｘと平行である。そして、各列の接続構造（図示例では接続突起１０ｄ）がそれぞれ帯材１０Ａ，１０Ｂの被案内部とされ、それぞれの被案内部が案内構造（図示例では案内溝６ａ）に案内される。

一方、案内構造（案内溝６ａ）は、螺旋角β_２＝β_１、螺旋周期Ｌ_２＝Ｌ_１の螺旋形状に沿って形成される。ただし、上述のように各帯材１０Ａ，１０Ｂに２列の被案内部が設けられることにより、案内構造の螺旋形状は２条構造（２条ねじに相当する。）となっている。図示例の場合、２条構造は等間隔に構成され、案内構造の螺旋形状はピッチＰ_２＝Ｌ_２／２となるように形成される。なお、一般的には、案内構造は、帯材１０Ａ，１０Ｂに対応したものであれば、１条或いは３条以上の構造を有していてもよい。

上記のように、筒状構造体１０における帯材１０Ａ，１０Ｂの螺旋形状と、案内構造（案内溝６ａ）の螺旋形状とを同一にすることにより、案内構造に沿って帯材１０Ａ，１０Ｂを延在させることができる。このため、筒状構造体１０の伸縮動作時に帯材１０Ａ，１０Ｂに加わる負荷が延在方向（中心線１０Ａｘ，１０Ｂｘに沿った方向）やこれと直交する方向に加わり易くなるから、接続構造に負担がかかりにくく、筒状構造体１０の変形も生じにくいため、安定した動作を実現でき、耐久性も向上できる。

（第２実施形態）
図４（ａ）は、第５実施形態の螺旋状進退作動装置１ｖを模式的に示す概略構造断面図である。この実施形態では、係合構造３ｖｄを備える係合部３ｖｂを有する内側軸体３ｖ、内側案内部材６Ａｖと外側案内部材６Ｂｖを備える案内筒体６ｖ、３つの帯材１０Ａｖ，１０Ｂｖ，１０Ｃｖからなり固定部１０ｖｐを備える筒状構造体１０ｖ、上記各帯材に対応する収納部１１Ａｖ，１１Ｂｖ，１１Ｃｖ、原動機４ｖ及び伝動ベルト５ｖを含む第１の回転駆動構造、原動機７ｖ及び伝動ベルト８ｖを含む第２の回転駆動構造を備えている。案内筒体６ｖの内側案内部材６Ａｖと外側案内部材６Ｂｖは別々に回転可能に構成される。内側案内部材６Ａｖには上記伝動ベルト８ｖが架設された入力部６ｖｃが設けられる。また、この入力部６ｖｃと噛合する入力部９ｖａを備える変速歯車９ｖを有する。変速歯車９ｖは出力部９ｖｂを備え、この出力部９ｖｂは上記外側案内部材６Ｂｖに設けられた入力部６ｖｄに噛合する。上記各収納部１１Ａｖ，１１Ｂｖ，１１Ｃｖは、支持構造１２ｖにより、軸線１０ｖｘの周りに回転可能に支持される。

本実施形態は、基本的に上記第１実施形態とは、筒状構造体１０ｖが３つの帯材１０Ａｖ，１０Ｂｖ，１０Ｃｖにより構成される点が異なる。ここで、帯材１０Ａｖと１０Ｂｖにはそれぞれ延在方向に沿った３列の接続孔１０ｖａ，１０ｖｂが形成される。また、帯材１０Ｃｖには、上記接続孔１０ｖａ，１０ｖｂに対して外周側から内周側へ向けて貫通可能な、延在方向に沿った３列の接続突起１０ｖｃが形成される。図４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、筒状構造体１０ｖは、３つの帯材１０Ａｖ，１０Ｂｖ，１０Ｃｖが上記３列の接続構造の１列分ずつ幅方向（図示上下方向）にずれる態様で相互に重なった状態で接続され、所定の螺旋角β_１及び螺旋周期Ｌ_１を備える螺旋状に巻回されることにより形成される。ここで、案内筒体６ｖの案内構造（案内溝６ｖａ）の螺旋形状を螺旋角β_２及び螺旋周期Ｌ_２とすると、図示例では、螺旋角β_１＝β_２、螺旋周期Ｌ_１＝Ｌ_２、案内構造のピッチＰ_２＝Ｌ_２／３である。なお、案内筒体６ｖに設けられる案内構造（案内溝６ｖａ）は、図３に示されるように、帯材の螺旋形状と同様の螺旋角β_２及び螺旋周期Ｌ_２を備えている。

本実施形態では、３つの帯材１０Ａｖ，１０Ｂｖ，１０Ｃｖを内外に重ねるとともに、接続構造による接続箇所を増加させることによって、筒状構造体１０ｖの軸線方向及び横方向の剛性を高めることができる。このような帯材の重ね枚数の増加や重ね領域の増大、帯材同士の接続箇所の増加（各接続領域における複数列の接続箇所）は、上記の他の実施形態にも同様に適用することができる。このとき、帯材の接続態様としては、例えば、帯材１０Ｂｖに内面と外面の両側へ突出する接続突起を形成し、帯材１０Ａｖと１０Ｃｖにそれぞれ接続突起を貫通させる接続孔を設けてもよいなど、上記の構成には限定されない。

この第２実施形態では、第１実施形態と同様に第１の回転駆動構造と第２の回転駆動構造が設けられる。ただし、原動機４ｖと７ｖはいずれもベース２に対して上方、すなわち、筒状構造体１０ｖが構成され、伸縮動作する側に配置される。これにより、各回転駆動構造、案内構造（案内筒体６ｖなど）、各収納部１１Ａｖ〜１１Ｃｖを格納する筐体（ケース、或いは、ハウジング）１５ｖのサイズ（特に高さ）を抑制することができる。また、本実施形態では、筐体１５ｖの高さが低い割に、筒状構造体１０ｖの伸縮ストロークを長く取ることができるという利点がある。しかも、上記の帯材に関する構造により、伸縮ストロークを長くしても筒状構造体１０ｖの剛性を十分に確保できる。

第２実施形態では、第１実施形態において説明した振動印加構造や回転補助構造を図示していないが、第２実施形態においても、第１実施形態において示した振動印加構造と回転補助構造の少なくとも一方を、少なくともいずれか一つの収納部に対応して設けることができる。

図６は、異なる実施形態において、筒状構造体１０を構成する帯材１０Ａ，１０Ｂの螺旋状の巻回態様と、収納部内における帯材１０Ａ，１０Ｂの渦巻状の収納態様との間の移行領域における帯材１０Ａ，１０Ｂに対する案内手段（帯材移行領域ガイド構造）を示す説明図である。図５に示すように、帯材の巻き込み部材として設けられる外側案内部材６Ｂに形成するスリット状の開口部６ｄａ、６ｄｂを斜めに形成することで、帯材１０Ａ，１０Ｂの上縁を外周側へ湾曲させることにより、螺旋状の巻回態様と渦巻状の収納態様との間の帯材の螺旋角の差異を吸収し易くすることができる。ただし、筒状構造体１０を構成するときの帯材の巻回態様における螺旋角β_１が大きい場合には、図６に示すように、螺旋角がβ_１の巻回態様から螺旋角が０の収納態様に変化する移行領域において案内ローラ６ｆなどの案内手段を用いて帯材１０Ａ，１０Ｂを案内することにより、円滑な移行態様を実現できる。ここで、上記領域における帯材１０Ａ，１０Ｂの延在方向の変化する経路に沿って複数の案内ローラ６ｆを配列するようにしてもよい。なお、上記帯材手段は、図示のように帯材の下縁を支持するものに限らず、下縁の代わりに、或いは、下縁とともに、上縁、内面、外面のいずれを支持するものであってもよい。また、複数のローラなどの離散的な案内手段に限らず、湾曲した案内レール、帯材が通過可能な湾曲した案内通路などの連続的な案内手段により構成されていてもよい。

なお、本発明の方法及び装置は、上述の図示例のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記第１実施形態及び第２実施形態や上記異なる実施形態の各部の構成を、支障のない限り相互に置換することにより、新たな実施形態として再構成することができる。

１…螺旋状進退作動装置、２…ベース、３…内側軸体、３ａ…伝動部、３ｂ…係合部、３ｃ…入力部、３ｄ…係合構造、４…原動機、４ａ…出力軸、５…駆動歯車、６…案内筒体、６Ａ…内側案内部材、６Ｂ…外側案内部材、６ａ…案内溝、６ｂ…回避溝、６ｃ…入力部、６ｄａ，６ｄｂ…開口部、６ｅ…外周リング、６ｆ…案内ローラ、７…原動機、８…駆動歯車、１０…筒状構造体、１０ｘ…軸線、１０ｐ…固定部、１０Ａ，１０Ｂ…帯材、１０ａ…接続孔、１０ｂ…接続突起、１１Ａ，１１Ｂ…収納部、１１ａ，１１ｂ…内周面、１１ｃ，１１ｄ…底面、１２Ａ，１２Ｂ…支持ローラ、１３…原動機、１３ａ…出力軸、１４…補助ローラ、１４ａ…ローラ本体、１４ｂ…当接リング、１５ｖ…筐体

Claims (8)

1. 帯材が軸線の周りに螺旋状に巻回された態様に保持された筒状構造体と、
   前記帯材を前記巻回された態様となるように案内する案内構造と、
   前記筒状構造体の基部から引き出された前記帯材を渦巻状に収納する収納部と、
   前記収納部に配置される前記帯材に振動を印加する振動印加構造と、
   を具備する螺旋状進退作動装置。
2. 前記収納部を前記軸線の周りに回転可能に支持する支持構造をさらに具備する、
   請求項１に記載の螺旋状進退作動装置。
3. 前記収納部への前記帯材の出入りの態様に対応して前記収納部の前記軸線の周りの回転を補助する回転補助構造をさらに具備する、
   請求項２に記載の螺旋状進退作動装置。
4. 前記回転補助構造は、前記収納部に対する当接部位を周面とし、回転可能に軸支される補助ローラと、該補助ローラを回転駆動する原動機とを含む、
   請求項３に記載の螺旋状進退作動装置。
5. 前記振動印加構造は、前記当接部位となる前記周面の位置を回転により変動させる前記補助ローラの偏心構造により構成される、
   請求項４に記載の螺旋状進退作動装置。
6. 前記補助ローラは、前記偏心構造を備えるローラ本体と、前記当接部位を形成し、前記ローラ本体に対して回動可能に装着される当接リングと、を有する、
   請求項５に記載の螺旋状進退作動装置。
7. 帯材が軸線の周りに螺旋状に巻回された態様に保持された筒状構造体と、
   前記帯材の前記巻回された態様を維持する状態で案内する案内構造と、
   前記筒状構造体の基部から引き出された前記帯材を渦巻状に収納する収納部と、
   前記収納部を前記軸線の周りに回転可能に支持する支持構造と、
   前記収納部への前記帯材の出入りの態様に対応して前記収納部の前記軸線の周りの回転を補助する回転補助構造と、
   を具備する螺旋状進退作動装置。
8. 前記回転補助構造は、前記収納部に対する当接部位を周面とし、回転可能に軸支される補助ローラと、該補助ローラを回転駆動する原動機とを含む、
   請求項７に記載の螺旋状進退作動装置。

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