特許 6746141 ゼンマイ式可変速駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6746141

(24)【登録日】2020年8月7日

(45)【発行日】2020年8月26日

(54)【発明の名称】ゼンマイ式可変速駆動装置

(51)【国際特許分類】

   F03G 1/02 20060101AFI20200817BHJP

   F16D 41/06 20060101ALI20200817BHJP

【ＦＩ】

   F03G1/02

   F16D41/06 F

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-181416(P2017-181416)

(22)【出願日】2017年9月21日

(65)【公開番号】特開2019-56330(P2019-56330A)

(43)【公開日】2019年4月11日

【審査請求日】2019年5月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000121327

【氏名又は名称】遠藤工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002435

【氏名又は名称】特許業務法人井上国際特許商標事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100077919

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 義雄

(74)【代理人】

【識別番号】100153899

【弁理士】

【氏名又は名称】相原 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100172638

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 隆治

(74)【代理人】

【識別番号】100159363

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 淳子

(72)【発明者】

【氏名】駒場 富男

【審査官】 家喜 健太

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２１４２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１７／０４７３７０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−１３０００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１８１１０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１９５１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１８５８３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｇ １／００ − １／１０

Ｆ１６Ｄ ４１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケーシングと、
前記ケーシングを貫通し、前記ケーシングに相対回転可能に取り付けられた出力軸と、
前記ケーシング内で前記出力軸に外嵌した一方向クラッチと、
前記ケーシング内に収容され、前記一方向クラッチの外輪に対して径方向内側の端部が固定され、前記出力軸が前記一方向クラッチのトルク伝達方向に回転した際に巻き締められるゼンマイと、
前記ケーシングの外側で前記ケーシングから前記出力軸の中心軸線方向に離隔して前記ケーシングと一体的に固定されたダンパー保持部と、
前記出力軸の中心軸線方向で前記ダンパー保持部と前記ケーシングの間に配置された回転軸を備え、前記ダンパー保持部に着脱可能に保持され、前記回転軸の中心軸線を中心として前記回転軸を回転させるトルクに対して制動力を発揮するロータリーダンパーと、
前記出力軸の中心軸線方向で前記ダンパー保持部と前記ケーシングの間に配置され、前記出力軸のトルクを前記回転軸に伝達するトルク伝達機構とを有するゼンマイ式可変速駆動装置。

【請求項2】

前記トルク伝達機構は、
前記出力軸に外嵌した第１の歯車と、
前記回転軸に外嵌し、前記第１の歯車と噛み合う第２の歯車とを有することを特徴とする請求項１に記載のゼンマイ式可変速駆動装置。

【請求項3】

前記ダンパー保持部は、
前記出力軸の中心軸線方向に対して略垂直に配置された板状部材からなり、
前記ロータリーダンパーを挿入する保持孔部を複数有することを特徴とする請求項１又は２に記載のゼンマイ式可変速駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主として工場で用いられる作業台車、ベルトコンベア等の動力源として利用可能なゼンマイ式可変速駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、作業台車等の動力源として利用可能なゼンマイ式駆動装置がある（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】ＷＯ２０１７／０４７３７０Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記特許文献１に記載のゼンマイ式駆動装置においては、使用の際に、出力軸が単位時間当たり回転する数（回転数）を調整するのに手間がかかるという問題がある。

【0005】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、出力軸が単位時間当たり回転する数（回転数）を容易に調整可能なゼンマイ式可変速駆動装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明は、
ケーシングと、
前記ケーシングを貫通し、前記ケーシングに相対回転可能に取り付けられた出力軸と、
前記ケーシング内で前記出力軸に外嵌した一方向クラッチと、
前記ケーシング内に収容され、前記一方向クラッチの外輪に対して径方向内側の端部が固定され、前記出力軸が前記一方向クラッチのトルク伝達方向に回転した際に巻き締められるゼンマイと、
前記ケーシングの外側で前記ケーシングから前記出力軸の中心軸線方向に離隔して前記ケーシングと一体的に固定されたダンパー保持部と、
前記出力軸の中心軸線方向で前記ダンパー保持部と前記ケーシングの間に配置された回転軸を備え、前記ダンパー保持部に着脱可能に保持され、前記回転軸の中心軸線を中心として前記回転軸を回転させるトルクに対して制動力を発揮するロータリーダンパーと、
前記出力軸の中心軸線方向で前記ダンパー保持部と前記ケーシングの間に配置され、前記出力軸のトルクを前記回転軸に伝達するトルク伝達機構とを有するゼンマイ式可変速駆動装置を提供する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、出力軸が単位時間当たり回転する数（回転数）を容易に調整可能なゼンマイ式可変速駆動装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は本願の実施形態に係るゼンマイ式可変速駆動装置を回転数調整機構側から見た斜視図である。

【図2】図２は本願の実施形態に係るゼンマイ式可変速駆動装置をゼンマイ式駆動装置側から見た斜視図である。

【図3】図３は本願の実施形態に係るゼンマイ式可変速駆動装置を中心軸線に垂直な方向から見た側面図である。

【図4】図４は本願の実施形態に係るゼンマイ式可変速駆動装置を中心軸線方向における回転数調整機構側から見た側面図である。

【図5】図５は本願の実施形態に係るゼンマイ式可変速駆動装置の図４に示すＡ−Ａ切断面における断面図である。

【図6】図６は本願の実施形態に係るゼンマイ式可変速駆動装置の図４に示すＡ−Ｂ切断面における断面図である。

【図7】図７は本願の実施形態に係るゼンマイ式可変速駆動装置を中心軸線方向におけるゼンマイ式駆動装置側から見た側面図である。

【図8】図８は本願の実施形態に係るゼンマイ式可変駆動装置を、ケーシングの一部を取り外した状態で、中心軸線方向におけるゼンマイ式駆動装置側から見た側面図である。

【図9】図９は本願の実施形態に係るゼンマイ式駆動装置の拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら本願の実施形態について説明する。図１は本願の実施形態に係るゼンマイ式可変速駆動装置１０００を回転数調整機構１００側から見た斜視図である。図２は本願の実施形態に係るゼンマイ式可変速駆動装置１０００をゼンマイ式駆動装置２００側から見た斜視図である。

【0010】

本実施形態に係るゼンマイ式可変速駆動装置１０００は、図２に示すように、回転数調整機構１００と、ゼンマイ式駆動装置２００とを有する。ゼンマイ式可変速駆動装置１０００は、ゼンマイ式駆動装置２００の出力軸２０３の回転数を回転数調整機構１００によって調整することができる。

【0011】

図３は本願の実施形態に係るゼンマイ式可変速駆動装置１０００を中心軸線に垂直な方向から見た側面図である。図４は本願の実施形態に係るゼンマイ式可変速駆動装置１０００を中心軸線方向において回転数調整機構１００側から見た側面図である。図５は本願の実施形態に係るゼンマイ式可変速駆動装置１０００の図４に示すＡ−Ａ切断面における断面図である。図６は本願の実施形態に係るゼンマイ式可変速駆動装置１０００の図４に示すＡ−Ｂ切断面における断面図である。

【0012】

図５に示すように、ゼンマイ式駆動装置２００は、ケーシング２０１と、ゼンマイ２０２と、出力軸２０３とを有している。ゼンマイ２０２はケーシング２０１内に収容されている。出力軸２０３は、軸方向中間部がケーシング２０１内に配置されている。出力軸２０３の両端部には、出力軸２０３の中心軸線方向に沿ってキー溝が形成されており、このキー溝にキー２０５ａ、２０５ｂがはめ込まれている。出力軸２０３は、出力軸２０３に外嵌固定した第１の歯車１０１ａとセットカラー２０４とにより、出力軸２０３の中心軸線方向の移動が制限されている。出力軸２０３を所定の方向に回転させることで、ゼンマイ２０２が弾性変形し、駆動力を発生させるエネルギーを蓄えることができる。ゼンマイ２０２が巻き締められた状態で出力軸２０３を解放すると、ゼンマイ２０２が弾性復帰し、出力軸２０３が回転する。ゼンマイ式駆動装置２００の詳細は後述する。

【0013】

回転数調整機構１００は、トルク伝達機構１０１と、ダンパー保持部１０２と、第１のロータリーダンパー１０３と、第２のロータリーダンパー１０４とを有する。出力軸２０３のトルクは、トルク伝達機構１０１によって第１、第２のロータリーダンパー１０３、１０４まで伝達される。第１、第２のロータリーダンパー１０３、１０４は、出力軸２０３のトルクに対する抵抗となり、出力軸２０３の回転数及びトルクを低下させる役割を果たす。

【0014】

トルク伝達機構１０１は、第１の歯車１０１ａと、第２の歯車１０１ｂと、第３の歯車１０１ｃとを有する。第１の歯車１０１ａはダンパー保持部１０２とゼンマイ式駆動装置２００の間で出力軸２０３に外嵌固定している。第２の歯車１０１ｂは、第１のロータリーダンパー１０３の回転軸１０３ａに外嵌固定し、第１の歯車１０１ａと噛み合っている。第３の歯車１０１ｃは、第２のロータリーダンパー１０４の回転軸１０４ａに外嵌固定し、第１の歯車１０１ａと噛み合っている。なお、トルク伝達機構１０１は歯車に限らず、出力軸２０３からロータリーダンパー１０３、１０４の回転軸１０３ａ、１０４ａにトルクを伝達するものであれば良い。

【0015】

図１に示すように、ダンパー保持部１０２は円形の板状部材からなる。ダンパー保持部１０２は、周方向に略等間隔に配置された４本の支柱１１０によりゼンマイ式駆動装置２００のケーシング２０１に固定されている。図３に示すように、ダンパー保持部１０２は、ゼンマイ式駆動装置２００から軸方向に離隔しており、ダンパー保持部１０２とゼンマイ式駆動装置２００の間にトルク伝達機構１０１が配置されている。

【0016】

図４に示すように、ダンパー保持部１０２には、中心部に形成された出力軸用孔部１０２ａと、保持孔部１０２ｂと、螺子孔部１０２ｃが形成されている。出力軸用孔部１０２ａは、ダンパー保持部１０２の中央を貫通して円形に形成されている。出力軸用孔部１０２ａは、図５に示すように、第１の歯車１０１ａの円筒部と出力軸２０３を通す。保持孔部１０２ｂは、図４に示すように、出力軸用孔部１０２ａの周囲に、出力軸用孔部１０２ａから径方向に所定距離だけ離れて周方向に略等間隔で４つ形成されている。保持孔部１０２ｂには第１、第２のロータリーダンパー１０３、１０４が挿入されている。螺子孔部１０２ｃは、各保持孔部１０２ｂに近接して２つずつ設けられている。第１、第２のロータリーダンパー１０３、１０４は、螺子孔部１０２ｃを通した螺子１１２によってダンパー保持部１０２に固定されている。なお、ダンパー保持部１０２は、ロータリーダンパーを着脱可能に保持できるものであれば、どのような構成であっても良く、ロータリーダンパーを１つのみ保持できるものとしても良い。

【0017】

第１、第２のロータリーダンパー１０３、１０４は、市販のものを利用することができる。第１、第２のロータリーダンパー１０３、１０４は、回転軸１０３ａ、１０４ａを有し、回転軸１０３ａ、１０４ａの中心軸線を中心として回転軸１０３ａ、１０４ａを回転させるトルクに対して制動力を発揮する。本実施形態では２つのロータリーダンパー１０３、１０４を配置しているが、使用者はロータリーダンパーの数を０から４の間で選択することができる。ロータリーダンパーの数を増やすことにより、出力軸２０３の回転数及びトルクを低下させることができる。また、制動力の異なる複数のロータリーダンパーを組み合わせて使用することにより、出力軸２０３の回転数を細かく調整することができる。

【0018】

以上に説明した本実施形態によれば、出力軸２０３が単位時間当たり回転する数（回転数）を容易に調整可能なゼンマイ式可変速駆動装置１０００を提供することができる。出力軸２０３の回転数を低下させるために歯車減速機を使用することも考えられる。しかし、ゼンマイ式可動変速駆動装置１０００は、電動モータ等とは異なり、ゼンマイ２０２が弾性復帰して蓄えられたエネルギーが全て放出されると、出力軸２０３は付勢されないこととなる。したがって、歯車減速機を使用すると、駆動対象物を回転させる回数が減少する。例えば、歯車減速機を使用して作業台車の車輪を駆動する場合、歯車減速機の歯車比に応じて走行距離が短くなる。そこで、本実施形態では、ロータリーダンパー１０３、１０４を使用することにより、駆動対象物を回転させる回数が減少しないようにしている。

【0019】

図７は本実施形態に係るゼンマイ式駆動装置２００を中心軸線方向に見た側面図である。図８は本実施形態に係るケーシング２０１の一部を取り外した状態で、ゼンマイ式駆動装置２００を中心軸線方向に見た側面図である。

【0020】

図８に示すように、ケーシング２０１の内側で出力軸２０３の周囲にはゼンマイ（ぜんまいばね）２０２が収容されている。ケーシング２０１は、ゼンマイ２０２の径方向外側でゼンマイ２０２を囲う周壁２０１ｂを有している。

【0021】

ゼンマイ２０２の径方向外側の端部は、径方向外側に折れ曲がり、径方向外側へ突出した凸部２０２ａを形成して内側に折り込まれている。周壁２０１ｂの径方向内側には、径方向外側に向かって円弧状に凹んだ凹部２０１ｃが、周方向に略等間隔に８つ形成されている。凸部２０２ａは、径方向外側の部分が凹部２０１ｃ内に嵌り込み、係合している。なお、凸部２０２ａは、上記のようにゼンマイ２０２の端部を変形させて形成しても良いが、ゼンマイ２０２とは別体に形成された部材を取り付けても良い。

【0022】

図９は本実施形態に係るゼンマイ式駆動装置２００の図７に示すＣ−Ｃ切断面における断面図である。

【0023】

ゼンマイ２０２の径方向内側の端部は、出力軸２０３を内側に通した円筒状のブッシュ２１０に固定されている。ケーシング２０１には、ブッシュ２１０の軸方向両端部をそれぞれ径方向外側から囲う円環部２０１ｆ、２０１ｇが一体に形成されている。この円環部２０１ｆ、２０１ｇによって、ブッシュ２１０の径方向の移動が制限される。なお、円環部２０１ｆ、２０１ｇは、ブッシュ２１０の径方向の移動を制限するものであれば足り、円環状以外の形状とすることもできる。例えば、円環部２０１ｆ、２０１ｇをＣ字型の部分に置き換えることもできる。また、ブッシュ２１０の径方向の移動を制限する部分は、ケーシング２０１とは別体に形成されていても良い。

【0024】

円環部２０１ｆ、２０１ｇを設けることにより、出力軸２０３を取り外した状態であっても、出力軸２０３を通す貫通孔を保つことができる。仮に、円環部２０１ｆ、２０１ｇを設けない場合、出力軸２０３をゼンマイ式駆動装置２００から取り外すと、ブッシュ２１０はゼンマイ２０２のみによって支持されることとなるため、ゼンマイ２０２の弾性変形によってブッシュ２１０が変位し、出力軸２０３を挿入しにくくなる。円環部２０１ｆ、２０１ｇを設けることで、出力軸２０３をゼンマイ式駆動装置２００から取り外してもブッシュ２１０の位置は保たれるため、出力軸２０３を容易に取り付けることができる。

【0025】

円環部２０１ｆ、２０１ｇの径方向外側には、環状の透明板２１８、２１９がそれぞれ配置されている。透明板２１８、２１９は、ケーシング２０１の開口部２０１ｄを通してゼンマイ式駆動装置２００の内部を観察可能にしながら、ゼンマイ式駆動装置２００内部への手指や異物等の侵入を防ぐ。透明板２１８、２１９は、プラスチック、ガラスなどから形成することができる。

【0026】

ブッシュ２１０と出力軸２０３の間には、第１のニードル軸受２１１と、一方向クラッチ２１２と、第２のニードル軸受２１３とが介在している。第１のニードル軸受２１１と、一方向クラッチ２１２と、第２のニードル軸受２１３は、それぞれ外輪がブッシュ２１０に内嵌固定している。一方向クラッチ２１２は、ゼンマイ２０２を巻き締める向き（トルク伝達方向）に出力軸２０３を回転した場合にはブッシュ２１０にトルクを伝達し、その反対向きに出力軸２０３が回転した場合に空転する向きに配置されている。

【0027】

出力軸２０３は、それぞれケーシング２０１に外輪が固定された第１の転がり軸受２１４と第２の転がり軸受２１５によって、ケーシング２０１に対して相対回転可能に取り付けられている。第１の転がり軸受２１４と出力軸２０３の間には第１のスリーブ２１６が介在しており、第２の転がり軸受２１５と出力軸２０３の間には第２のスリーブ２１７が介在している。第１、第２のスリーブ２１６、２１７は、それぞれ、径方向に広がり、第１、第２の転がり軸受２１４、２１５とブッシュ２１０との間に位置するフランジ２１６ａ、２１７ａを有する。

【0028】

以上の構成により、本実施形態に係るゼンマイ式駆動装置２００は、出力軸２０３の回転によりゼンマイ２０２を弾性変形させ、ゼンマイ２０２にエネルギーを一時的に蓄え、そのエネルギーを出力軸２０３のトルクとして出力することができる。

【0029】

また、本実施形態に係るゼンマイ式駆動装置２００は、ゼンマイ２０２の内側端部に固定されたブッシュ２１０と出力軸２０３との間に一方向クラッチ２１２が介在しているため、出力軸２０３がゼンマイ２０２を巻き締める向きとは反対向きに回転させられた場合でもゼンマイ２０２が破損することはない。また、例えば、ゼンマイ式駆動装置２００が作業台車を駆動する場合、ゼンマイ２０２が蓄えたエネルギーの全てを出力した後でも、作業台車は慣性により走行し続けることができる。

【0030】

さらに、ゼンマイ２０２の外側の端部に形成された凸部２０２ａと周壁２０１ｂに形成された凹部２０１ｃにより、ゼンマイ２０２が過剰に巻き締められた場合であっても、凸部２０２ａが凹部２０１ｃから外れることで、ゼンマイ２０２の破損を防ぐことができる。

【0031】

具体的には、ゼンマイ２０２が巻き締められると、ゼンマイ２０２の外径寸法が小さくなり、凸部２０２ａと、凸部２０２ａの径方向内側のゼンマイ２０２の部分との間に隙間ができる。ゼンマイ２０２が所定の回転数（巻き締め量）まで巻き締められ、凸部２０２ａが所定の力で引っ張られると、凸部２０２ａは、凹部２０１ｃの傾斜面を滑って径方向内側に移動し、凹部２０１ｃとの係合から解放され、ゼンマイ２０２の回転方向の固定を解除する。この後、凸部２０２ａは、ゼンマイ２０２の付勢により周方向に移動し、周方向で隣に位置する凹部２０１ｃに係合して、再びゼンマイ２０２の回転を制限する。その後も出力軸２０３が巻き締め方向に回転し続けると、同様の動きを繰り返す。

【0032】

図７および図８に示すように、ゼンマイ式駆動装置２００は、ケーシング２０１の一部を構成する周壁２０１ｂの外径側に、出力軸２０３の中心軸線方向に略平行に延び、周壁２０１ｂを貫通して形成された８つのＴ溝２０１ｅが形成されている。周壁２０１ｂは正面または裏面から見たときに概略四角形の外形をしており、Ｔ溝２０１ｅは、その四隅に２つずつ形成されている。換言すれば、Ｔ溝２０１ｅは、概略四角形の外形をした周壁２０１ｂの一辺の両端部近傍にそれぞれ１つずつ形成されている。これにより、使用者は、Ｔ溝ナットとボルトなどを使用して、ゼンマイ式駆動装置２００を作業台車のフレーム等に比較的自由な態様で取り付けることが可能となる。使用者は、Ｔ溝ナットやボルトなどの取付具の数や種類、取付具の位置を選択することができる。また、周壁２０１ｂを上記形状とすることで、押し出し成形によってケーシング２０１を容易に量産することができる。

【符号の説明】

【0033】

１００ 回転数調整機構
１０１ トルク伝達機構
１０１ａ 第１の歯車
１０１ｂ 第２の歯車
１０１ｃ 第３の歯車
１０２ ダンパー保持部
１０２ａ 出力軸用孔部
１０２ｂ 保持孔部
１０２ｃ 螺子孔部
１０３ 第１のロータリーダンパー
１０３ａ 回転軸
１０４ 第２のロータリーダンパー
１０４ａ 回転軸
１１０ 支柱
１１２ 螺子
２００ ゼンマイ式駆動装置
２０１ ケーシング
２０１ｂ 周壁
２０１ｃ 凹部
２０１ｄ 開口部
２０１ｅ Ｔ溝
２０１ｆ、２０１ｇ 円環部
２０２ ゼンマイ
２０２ａ 凸部
２０３ 出力軸
２０４ セットカラー
２０５ａ、２０５ｂ キー
２１０ ブッシュ
２１１ 第１のニードル軸受
２１２ 一方向クラッチ
２１３ 第２のニードル軸受
２１４ 第１の転がり軸受
２１５ 第２の転がり軸受
２１６ 第１のスリーブ
２１６ａ フランジ
２１７ 第２のスリーブ
２１７ａ フランジ
２１８、２１９ 透明板
１０００ ゼンマイ式可変速駆動装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】