JP5116658B2 - 連続入力可能なゼンマイ装置 - Google Patents

Description

この発明は、ゼンマイに機械的エネルギーを蓄え、そのエネルギーを出力として放出し利用できるとともに、連続する入力でもゼンマイに蓄力が可能であるゼンマイ装置に関する。

ゼンマイ装置は、一般的に、出力軸と一体回転ドラムにゼンマイのほゞ全体を弾力に抗して巻き取らせることにより、ゼンマイに機械的エネルギーを蓄え、入力を停止し蓄力を解放して出力が得られるようにしたもので、間欠出力となるものであった。また、この場合、出力軸に平行であってゼンマイが初期的に巻かれている自由回転ドラムが装備されるが、入力により出力軸側の回転ドラムに過剰にゼンマイが巻き取られると、自由回転ドラムにおいて、ゼンマイが突っ張る等により巻き戻り不能となり酷いときには破損するトラブルが生じる難点があった。

図２は、この問題を解決するために、本願発明と同時並行的に開発し、先行して出願したものである（２００８年１０月８日提出：特願２００８−２６１２８９）。未公開ではあって所謂特許文献とはなっていないものの、本願発明の趣旨・内容を明らかにするために説明すると、入力軸１０７の先端には原動歯車１２３が、出力軸１１２の先端には従動歯車１２９が取り付けられ、また、その出力軸１１２には複合ドラム１０６が固着され、それには複数のゼンマイ１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｂ，１０８ｂを巻き取る溝１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｂ，１１０ｂを有する。他方、これに対応する側には、１溝の自由回転の単一ドラム１２０と、３溝の自由回転の複合ドラム１２２とが軸承されている。

同図ではゼンマイが初期時点にあり、自由回転ドラム１２０と１２２に原所的に巻着されているが、入力軸１０７の回転により出力軸側の複合ドラム１０６に各ゼンマイを巻取ると、単一ドラム１２０において先行して巻き戻しが完了するようにした関係で、そこでゼンマイ１０８ａ，１０８ａ，１０８ａに突っ張りが生じて巻き戻し能力を喪失したとしても、他のゼンマイ１０８ｂがゼンマイ１０８ａより多く（長く）巻かれているためにゼンマイ１０８ｂは突張らず、正常に巻き戻る力を有し、巻き戻ることで回復し正常に出力が得られる。つまり、この優勢な巻き戻りによりゼンマイ１０８ａの巻き戻り不能が解消されるようにしたものであった。

いずれにしても（図２のものを含め）、従来のゼンマイによる入出力装置によれば、入力を解放することにより出力を得ることが基本であるから、入力中には出力が中断され、出力中は入力が中断されて不都合であり、殊に、連続した入力が可能な風力、水力、電動モーター等の力を利用するとなると、入力軸を遊ばせて間欠的に入力損失が生じるという問題があった。この点に関して、従来、連続して回転している軸を利用してゼンマイを巻き取る場合は、スリップ機構を設けてもエネルギーが無駄に消費されるものであった。

また、本出願人においては、ゼンマイを過剰に巻き取ることによる出力不能やゼンマイの破損等のトラブルを防止するため、図２のもの以外に別途の手段を見いだすことも重要であると考えられた。この点に関しては、従来、ゼンマイの破損防止のため、ゼンマイの使用範囲を制限する場合が多く、特に、玩具のプルバック機構などでは、ゼンマイの外端を固定せずに、巻きすぎるとスリップする機構として、カチ・カチの音で巻き取り完了のサインを出しゼンマイの破断を防止していたが、これでは複雑過ぎるため、この問題等の解決を一層図る必要を痛感したからであった。

この発明は、上記のような実情に鑑みて、図２に示した手段の具備の有無にかかわらず、出力側でゼンマイの過剰巻取りがあって、巻き戻しに支承が生じたとしても、自動的に回復が可能であり、また、連続した入力でもゼンマイに蓄力でき、総和で連続した出力が可能であり、逆に、間欠的に出力を出したり、ゼンマイの特長を生かして出力を大きく（短時間）、小さく（長時間）したりできる連続入力可能なゼンマイ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、この発明は、連続する一の入力軸に対して、その入力を動力源としてゼンマイに蓄力される複数の間欠出力装置が選択クラッチ機構を中心に介して配置されてなり、該選択クラッチ機構は、間欠出力装置のうちの一においてゼンマイが完全に巻締められる前に、次の間欠出力装置においてゼンマイを巻き取るように、入力軸が交互にないし順次にいずれかの間欠出力装置に変更して接続するように構成されていることを特徴とする連続入力可能なゼンマイ装置を提供する。

複数の間欠出力装置が配置され、選択クラッチ機構を介して入力軸の動力がいずれか一の間欠出力装置に接続され、その接続が間欠出力装置が２個であれば交互に、３個以上であると順次になされるために、入力が無駄なく連続的になされ、また、出力が間欠的となる場合と連続的となる場合とに設定できる。しかも、ゼンマイの戻りに支承が生じたとしても、後続するゼンマイの戻りで回復されることになる。

請求項２、請求項３によれば、間欠出力装置が２個の場合において、合理的な構造となる。

以上説明したように、この発明によれば、出力側でゼンマイの過剰巻取りがあって、巻き戻しに支承が生じたとしても、即回復が可能であるため、出力不能となるトラブルを確実に防止でき、また、連続した入力でもゼンマイに蓄力できので、入力損失がなく合理的、経済的となり、さらに、総和で連続した出力が可能であり、逆に、間欠的に出力を出したり、ゼンマイの特長を生かして出力を大きく、または小さくしたりできるという優れた効果を発揮する。

この発明の実施に使用されるゼンマイのばねの種類としては、ゼンマイばね、定荷重ばね、又は定トルクばねを対象とする。また、用途については特に限定されるものではないが、水力（水車）を利用したゼンマイ蓄力装置、風力を利用したゼンマイ蓄力装置、人力を利用したゼンマイ蓄力装置等が好適に実施される。また、間欠出力装置は２又はそれを超える数個においてそれが選択クラッチ機構を中心に配置されるが、その個数に応じて選択クラッチ機構の構造が異なってくる。次に、２個の場合について説明する。

図１は、一実施例を示したもので、本体ケース１内に、第１・第２の２つの間欠出力装置２，３を横方向の両端に同軸上に位置して設けるとともに、連続回転する入力軸７による入力が交互となるようタイミングをとるために、両装置２，３の間に選択クラッチ機構１０が設けられる。入力軸７は、一方の間欠出力装置２側（図では向かって右側）において設けられ、その入力車９が本体ケース１の一端から突出して具備される。入力軸７は、両間欠出力装置２，３にばかりでなく、選択クラッチ機構１０にも及ぶようになっている。両出力軸１２，１３は同軸上にあるが、入力軸７はそれと平行に設けられる。両間欠出力装置２，３ついてそれぞれ出力発電機４，４が駆動されるようにそれが本体ケース１に設けられる。

この実施例の場合は、両間欠出力装置２，３について、複数のゼンマイ８ａ，８ｂ，８ｂ，８ｂに蓄力する複合ドラム６，６が用いられ、これに対応する単一ドラム（図２の符号１２０に当たる）および複合ドラム（符号１２２に当たる）は省略した。しかし、図２に記載の構造のものによることは必ずしも要しない。これからは主として入出力切替について説明する。それには選択クラッチ機構１０と、その往復駆動装置１９等が具備される。

選択クラッチ機構１０については、入力軸７の先端部に一方向接続クラッチ１５を介して同一軸１６が接続され、同一軸１６には選択クラッチ盤１４が一体回転可能で左右スライド可能に設けられるほか、第１原動歯車２３と第２原動歯車２４とが同一軸１６とは回転フリーでスライド不能に取り付けられている。選択クラッチ盤１４は、第１・第２の回転駆動基板１７，１８がスライド基材２１を間にして背中合わせに一体化したもので、両原動歯車２３，２４の間を左右スライド範囲として置かれている。

間欠出力装置２，３の両出力軸１２，１３の先端には、トルクリミター２７，２７を介して前記の第１原動歯車２３および第２原動歯車２４にそれぞれ対応する第１従動歯車２９および第２従動歯車３０が設けられるので、選択クラッチ盤１４による原動歯車２３，２４のいずれかの選択により、その側の従動歯車２９又は３０、つまりその側の間欠出力装置２又は３に入力軸７の回転が及び、他方の間欠出力装置３又は２では出力する。

このように入力軸７からの回転力の伝達は、選択クラッチ盤１４がいずれの原動歯車２３，２４に接続するかによる。これについては、回転駆動基板１７，１８にそれぞれ複数の突起３３，３３が突設され、第１原動歯車２３および第２原動歯車２４には突起３３，３３が突入する掛止孔３５，３５が設けられるので、選択クラッチ盤１４がスライドした側において、突起３３と掛止孔３５が結合して、入力軸７による回転駆動基板１７，１８の回転が一方の原動歯車２３又は２４に伝達される。その結果、一方の間欠出力装置２又は３でゼンマイに蓄力し、他方の間欠出力装置３又は２ではゼンマイが解放されて出力する。

選択クラッチ盤１４の下方には、往復駆動装置１９の主体となるカムドラム４１が設けられ、その外周面には外周両側で往復となるように進路変向する案内溝４２が設けられている。カムドラム４１は、入力軸７により同時に減速して回転するように軸承され、そのために、入力軸７との間には減速機構２０が設けられる。これについては、入力軸７の先端細軸に小歯車４３を取り付け、それに噛み合う大歯車４５の回転軸にも小歯車４９を取り付け、それに噛み合う大歯車５１がカムドラム４１の回転軸５３に取り付けられる。

カムドラム４１と選択クラッチ盤１４との間には、スライド基材２１が常時連結するスライダー４３が介在しており、スライダー４３は、案内横軸５５に沿って左右交互に移動するように嵌合する筒形であって、その下端にカムドラム４１の案内溝４２と常時係合する案内突起５７が設けられる。案内溝４２には、両面で斜めに進路変向部４２ａ，４２ａが設けられているので、カムドラム４１の回転により、進路変向部４２ａが案内突起５７に至ると、それを一方に押しやりその方向側で選択クラッチ盤１４が原動歯車２３又は２４と接続し、他方側では原動歯車２４又は２３を解放する。

この発明の連続入力可能なゼンマイ駆動装置を示す部分的に断面した正面図である。 この発明の要点を明らかにするために、本出願人が既に出願したゼンマイ装置の断面参考図である。

符号の説明

２，３ 間欠出力装置
７ 入力軸
１０ 選択クラッチ機構
１２，１３ 出力軸
１４ 選択クラッチ盤
１６ 同一軸
１９ 往復駆動装置
２０ 減速機構
４１ カムドラム
４２ 案内溝
４２ａ 進路変向部
５７ 案内突起

Claims (3)

1. 連続する一の入力軸に対して、その入力を動力源としてゼンマイに蓄力される複数の間欠出力装置が選択クラッチ機構を中心に介して配置されてなり、該選択クラッチ機構は、間欠出力装置のうちの一においてゼンマイが完全に巻締められる前に、次の間欠出力装置においてゼンマイを巻き取るように、交互にないし順次にいずれかの間欠出力装置に変更して接続するように構成されていることを特徴とする連続入力可能なゼンマイ装置。
2. 同軸上に出力軸が位置するように左右一対において間欠出力装置を配置するとともに、出力軸と平行に入力軸を設けることにより前記選択クラッチ機構が構成され、その構成については、入力軸の先端の同一軸に両間欠出力装置の各原動歯車を離反して且つ回転フリーに取り付け、両原動歯車の間においては、入力軸にいずれか一方の原動歯車にスライドで交互に接続する選択クラッチ盤を同一軸に固定して取り付け、選択クラッチ盤には、入力軸の回転を動力源として、選択クラッチ盤を交互にスライドさせる往復駆動装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の連続入力可能なゼンマイ装置。
3. 前記往復駆動装置は、入力軸に平行にカムドラムを設けるとともに、その間にカムドラムを低速回転させる減速機構を設け、カムドラムの外周面に案内溝を設けるとともに、案内溝に相対向する両面に両方で往復となる進路変向部を形成し、選択クラッチ盤には案内溝に常時係合する案内突起を具備してなることを特徴とする請求項２記載の連続入力可能なゼンマイ装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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