知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】
(24)【登録日】2022-10-17
(45)【発行日】2022-10-25
(54)【発明の名称】渦巻きばね装置
(51)【国際特許分類】
F16F 1/10 20060101AFI20221018BHJP
F16F 1/12 20060101ALI20221018BHJP
G04B 1/18 20060101ALI20221018BHJP
A63H 29/02 20060101ALI20221018BHJP
【ＦＩ】
F16F1/10
F16F1/12 K
G04B1/18
A63H29/02 D
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021024843
(22)【出願日】2021-02-19
(65)【公開番号】P2022126964
(43)【公開日】2022-08-31
【審査請求日】2021-03-22
(73)【特許権者】
【識別番号】591256066
【氏名又は名称】速水発条株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000051
【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】飯田 和正
【審査官】杉山 豊博
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－１２７３８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－１４８５３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】独国特許発明第００２３３６１４（ＤＥ，Ｃ２）
【文献】国際公開第２０１０／０３２３４０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開昭５７－００１８３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２２８３９３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１６Ｆ １／１０
Ｆ１６Ｆ １／１２
Ｇ０４Ｂ １／１８
Ａ６３Ｈ ２９／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
正逆回転する機器の軸体に渦巻きばねの内端が連結され、前記渦巻きばねの外端が前記機器の前記軸体とは異なった部材に結合されている渦巻きばね装置であって、前記渦巻きばねの内端が前記軸体の外形に沿った形状に形成されて前記軸体の外面に装着されており、前記軸体の正回転で前記内端が締め込みによって前記軸体に強固に連結され、前記軸体の回転力が伝達されて渦巻きばねが巻き締まってトルクを蓄積し、前記軸体の一定領域の逆回転で前記内端が逆回転に追随して前記渦巻きばねが巻き戻され、前記軸体の一定領域以上の逆回転で前記渦巻きばねのトルクが解放されて前記軸体が空転することを特徴とする渦巻きばね装置。
【請求項2】
前記機器の軸体が中空状となっていることを特徴とする請求項１記載の渦巻きばね装置。
【請求項3】
前記機器の軸体が非円形の外形に形成され、前記渦巻きばねの内端が前記非円形に沿った形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の渦巻きばね装置。
【請求項4】
前記機器の軸体が円形の外形に形成され、前記渦巻きばねの内端が前記軸体に多重巻きで締め込みされていることを特徴とする請求項１または２記載の渦巻きばね装置。
【請求項5】
前記渦巻きばねは、板材が非接触状態で渦巻き状に巻回されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の渦巻きばね装置。
【請求項6】
前記渦巻きばねは、板材が密着状態で渦巻き状に巻回された部分を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の渦巻きばね装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、蓋体がヒンジ軸を中心に回動することにより本体に対して開閉動作する機器や、指針が回転動作して計測値を示す機器、その他の機器に組み込まれる渦巻きばね装置に関する。
【背景技術】
【0002】
図９及び図１０は、特許文献１及び２に記載された従来の渦巻きばね１００を示す。従来の渦巻きばね１００は、内端１１０及び外端１２０を有し、これらの間で板材１３０が一定のピッチで渦巻き状に巻回された非接触構造に形成されている。そして、渦巻きばね１００の内端１１０が機器の内側軸１４０に結合され、外端１２０が機器の外側軸１５０に結合されることにより渦巻きばね１００が機器に装着される。
【0003】
図９の例においては、機器の回転軸１４０が中実となっており、この回転軸１４０にスリット１６０が形成され、渦巻きばね１００の内端１１０はこのスリット１６０に挿入されて係止されることにより回転軸１４０に結合されている。外端１２０は機器の固定軸１５０に巻き付けられて係止されることにより結合されている。
【0004】
図１０の例においては、機器の回転軸１４０が中実の十字形に形成されており、この回転軸１４０に渦巻きばね１００の内端１１０が当接して溶接されることにより回転軸１４０に結合されている。外端１２０は図９と同様に、機器の固定軸１５０に巻き付けられて結合されている。
【0005】
このような渦巻きばね１００では、回転軸１４０が正方向（図示例では、時計方向）に回転すると、渦巻きばね１００が巻き締められてトルクを蓄積し、回転軸１４０への回転力が解放されると、渦巻きばね１００が蓄積したトルクによって回転軸１４０が逆方向に回転して元の位置に自動的に復帰する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開平８－２８２９号公報
【文献】特開２０２０－２９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
従来の構造では、渦巻きばね１００の内端１１０がスリットや溶接によって回転軸１４０に結合されているため、回転軸１４０に常に渦巻きばね１００のばね力が作用している。このため、回転軸１４０の回転領域が渦巻きばね１００によって規制されて回転軸１４０の回転領域を広げることができない問題がある。
また、回転軸１４０の小型化によって内端１１０の結合領域が縮小する場合、結合部分に十分な強度を確保することが難しくなる。回転軸１４０が小型化する場合には、結合のためのスリットが小さくなったり、溶接部分が小さくなるためである。
さらに、回転軸１４０が小型化する場合には、回転軸１４０の内部に対する機能部品の組み込みも困難となる。
また、回転軸１４０の小型化によって内端１１０の結合領域が縮小する場合、結合部分に十分な強度を確保することが難しくなる。回転軸１４０が小型化する場合には、結合のためのスリットが小さくなったり、溶接部分が小さくなるためである。
さらに、回転軸１４０が小型化する場合には、回転軸１４０の内部に対する機能部品の組み込みも困難となる。
【0008】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、機器の回転軸の回転領域を広げることができ、回転軸の強度を確保でき、しかも回転軸の内部への機能部品の組み込みを容易することが可能な渦巻きばね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】
【0009】
本発明の渦巻きばね装置は、渦巻きばねの内端が機器の軸体に連結され、渦巻きばねの外端が前記機器の前記軸体とは異なった部材に結合されている渦巻きばね装置であって、前記渦巻きばねの内端が前記軸体の外形に沿った形状に形成されて前記軸体に締め込みによって連結されていることを特徴とする。
【0010】
本発明においては、前記機器の軸体が中空状となっていることを特徴とする。
また、前記機器の軸体が非円形の外形に形成され、前記渦巻きばねの内端が前記非円形に沿った形状に形成されていることを特徴とする。
また、前記機器の軸体が円形の外形に形成され、前記渦巻きばねの内端が前記軸体に多重巻きで締め込みされていることを特徴とする。
また、前記渦巻きばねは、板材が非接触状態で渦巻き状に巻回されていることを特徴とする。
また、前記渦巻きばねは、板材が密着状態で渦巻き状に巻回された部分を有していることを特徴とする。
また、前記機器の軸体が非円形の外形に形成され、前記渦巻きばねの内端が前記非円形に沿った形状に形成されていることを特徴とする。
また、前記機器の軸体が円形の外形に形成され、前記渦巻きばねの内端が前記軸体に多重巻きで締め込みされていることを特徴とする。
また、前記渦巻きばねは、板材が非接触状態で渦巻き状に巻回されていることを特徴とする。
また、前記渦巻きばねは、板材が密着状態で渦巻き状に巻回された部分を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、機器の回転軸の回転領域を広げることができ、回転軸の強度を確保でき、しかも回転軸の内部への機能部品の組み込みが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の第１実施形態の渦巻きばね装置の構造を示す正面図である。
【図3】開閉構造の機器への適用を示す部分正面図である。
【図4】開閉構造の機器の動作を示す側面図である。
【図5】本発明の第２実施形態の渦巻きばね装置の構造を示す正面図である。
【図6】本発明の第３実施形態の渦巻きばね装置の正面図である。
【図7】本発明の第４実施形態の渦巻きばね装置を示す正面図である。
【図8】本発明の第５実施形態の渦巻きばね装置の正面図である。
【図9】従来の渦巻きばね装置の正面図である。
【図10】別の従来の渦巻きばね装置の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を図示する実施形態により具体的に説明する。なお、各実施形態において、同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。
【0014】
［第１実施形態］
図１及び図２は、本発明の第１実施形態の渦巻きばね装置１を示す。
軸体２と、軸体２とは異なった部材としてのサブ軸体３とが機器に設けられており、渦巻きばね４が軸体２及びサブ軸体３に掛け渡されることにより機器に組み込まれている。
図１及び図２は、本発明の第１実施形態の渦巻きばね装置１を示す。
軸体２と、軸体２とは異なった部材としてのサブ軸体３とが機器に設けられており、渦巻きばね４が軸体２及びサブ軸体３に掛け渡されることにより機器に組み込まれている。
【0015】
渦巻きばね４は渦巻き状に巻回された板材７と、板材７の両端部の内端５及び外端６によって形成されている。板材７は、一定のピッチで渦巻き状に巻回されることにより相互に非接触状態となっている。
渦巻きばね４の外端６は機器のサブ軸体３に密着するように巻き付けられている。外端６はサブ軸体３の外面にスリット係止や溶接によって結合するものである。
渦巻きばね４の外端６は機器のサブ軸体３に密着するように巻き付けられている。外端６はサブ軸体３の外面にスリット係止や溶接によって結合するものである。
【0016】
渦巻きばね４の内端５は機器の軸体２に締め込みによって連結されるものである。この実施形態では、軸体２が中実構造の６角形からなる非円形形状に形成されており、渦巻きばね４の内端５は軸体２の非円形の外形に一致するように軸体２の外形に沿った形状に屈曲されている。この渦巻きばね４の内端５を軸体２の外面に締め込むことにより内端５が軸体２に連結されている。従って、内端５は軸体２のスリットへの挿入や軸体２への溶接による結合状態で連結されるものではなく、軸体２の外面への締め付けによって連結されるものである。
【0017】
このような締め込みによる連結では、軸体２は内端５に対して回転することが可能となる。内端５が軸体２への締め込みによって連結されることにより渦巻きばね４のばね力を機器に伝達し、あるいは機器の動力を渦巻きばね４に伝達することができる。軸体２としては、外形が４角形、その他の多角形、円形の一部を切り欠いた形状、その他の非円形形状とすることができ、この場合は、内端５は軸体２の外形に沿った形状に形成される。
【0018】
図１は内端５が締め込みによって軸体２に連結した静止状態であり、この状態で軸体２が正回転（図示例では時計方向回転）すると、内端５に回転力が伝達されて渦巻きばね４が巻き締まり、軸体２と内端４とが密着する。そして密着によって摩擦力が増大し、軸体２と渦巻きばね４との連結が強固となる。このとき、渦巻きばね４が巻き締められてトルクを蓄積する。
【0019】
図２は図１の状態に対し、軸体２が逆回転（図示例では反時計方向回転）した状態を示す。軸体２の逆回転の当初の一定領域では、渦巻きばね４と軸体２との間に摩擦力が作用しているため、内端４が逆回転に追随し、渦巻きばね４は軸体２の逆回転によって巻き戻される。軸体２が一定領域以上逆回転して渦巻きばね４が蓄積したトルクが解放されると、内端５が軸体２に追随することがなくなり、軸体２は空転（空回り）する。このため渦巻きばね装置１が逆転防止機能（ワンウェイクラッチ機能）を備えたものとなる。
【0020】
また、軸体２の逆方向への回転に対しては渦巻きばね４のばね力が軸体２に作用しないため、軸体２は渦巻きばね４に規制されることがなく回転自由となって回転領域を広げることができる。
さらに、内端５が軸体２の外面に締め込みによって連結されているため、内端５と軸体２との結合領域を大きくすることができ、結合部分に十分な強度を確保することができる。
さらに、内端５が軸体２の外面に締め込みによって連結されているため、内端５と軸体２との結合領域を大きくすることができ、結合部分に十分な強度を確保することができる。
【0021】
図３及び図４は、この実施形態の渦巻きばね装置１を折り畳み構造の機器１０に適用した例を示す。折り畳み構造の機器１０としては、コンバーチブル型ノートパソコン、折り畳み式スマートフォン、折り畳み式携帯電話、折り畳み式電子辞書、折り畳み式手帳、乗用車のコンバーチブル型ルーフ、その他の機器や部品を選択することができる。
機器１０は平面形状の機器本体１１と、機器本体１１に開閉動作可能に取り付けられ閉動作によって機器本体１１を閉じる蓋体１３とを備えている、蓋体１３は機器本体１１の端部に回転可能に取り付けられたヒンジ軸１２に取り付けられ、ヒンジ軸１２が正逆方向に回転することにより回動し、この回動によって機器本体１１を閉じたり、開くように動作する（図３の実線状態及び鎖線状態）。
図４において、機器本体１１のヒンジ軸１２は渦巻きばね４が連結される軸体２となるものであり、渦巻きばね４の内端５がヒンジ軸１２の外面に締め込みによって連結されている。渦巻きばね４の外端６は機器本体１１に設けられたサブ軸体３に結合される。サブ軸体３への外端６の結合は、サブ軸体３への係合や溶接によってなされる。この場合のサブ軸体３は回転することのない固定軸となっている。
機器１０は平面形状の機器本体１１と、機器本体１１に開閉動作可能に取り付けられ閉動作によって機器本体１１を閉じる蓋体１３とを備えている、蓋体１３は機器本体１１の端部に回転可能に取り付けられたヒンジ軸１２に取り付けられ、ヒンジ軸１２が正逆方向に回転することにより回動し、この回動によって機器本体１１を閉じたり、開くように動作する（図３の実線状態及び鎖線状態）。
図４において、機器本体１１のヒンジ軸１２は渦巻きばね４が連結される軸体２となるものであり、渦巻きばね４の内端５がヒンジ軸１２の外面に締め込みによって連結されている。渦巻きばね４の外端６は機器本体１１に設けられたサブ軸体３に結合される。サブ軸体３への外端６の結合は、サブ軸体３への係合や溶接によってなされる。この場合のサブ軸体３は回転することのない固定軸となっている。
【0022】
以上の機器１０の動作を説明する。
図３の鎖線の蓋体１３の開き状態から蓋体１３を矢印Ｅで示す方向に回動させると、ヒンジ軸１２が正方向に回転し、ヒンジ軸１２に内端５が締め込みによって連結されている渦巻きばね４が巻き締められてトルク（ばね力）を蓄え、図３の実線状態となる。この実線状態では、蓋体１３に開方向のばね力が作用しており、ロック部材（図示省略）によって蓋体１３をロックする。
図３の鎖線の蓋体１３の開き状態から蓋体１３を矢印Ｅで示す方向に回動させると、ヒンジ軸１２が正方向に回転し、ヒンジ軸１２に内端５が締め込みによって連結されている渦巻きばね４が巻き締められてトルク（ばね力）を蓄え、図３の実線状態となる。この実線状態では、蓋体１３に開方向のばね力が作用しており、ロック部材（図示省略）によって蓋体１３をロックする。
【0023】
ロック部材のロックを解除すると、渦巻きばね４のばね力によってヒンジ軸１２が逆方向に回転し、蓋体１３が開方向に回動し、蓋体１３は図３の鎖線で示す位置まで回動して開き状態となる。この蓋体１３の開き状態では、渦巻きばね４のトルクが解放された状態となっている。
これに加えて、この実施形態では、渦巻きばね４の内端５がヒンジ軸１２に締め込みによって連結されているため、ヒンジ軸１２が内端５に対して空転可能となっている。このため、蓋体１３を矢印Ｆで示す方向にさらに回転させることができる。渦巻きばね４のばね力がヒンジ軸１２に作用しないため、ヒンジ軸１２の回転領域が広がっているためである。
これに加えて、この実施形態では、渦巻きばね４の内端５がヒンジ軸１２に締め込みによって連結されているため、ヒンジ軸１２が内端５に対して空転可能となっている。このため、蓋体１３を矢印Ｆで示す方向にさらに回転させることができる。渦巻きばね４のばね力がヒンジ軸１２に作用しないため、ヒンジ軸１２の回転領域が広がっているためである。
【0024】
［第２実施形態］
図５は本発明の第２実施形態の渦巻きばね装置１Ａを示す。この実施形態においても、渦巻きばね４が渦巻き状に巻回された板材７と、板材７の両端部の内端５及び外端６によって形成されている。渦巻きばね４の外端６は機器のサブ軸体３に密着するように巻き付けられて係止されることにより外端６がサブ軸体３に結合している。渦巻きばね４の内端５は機器の軸体２に締め込みによって連結される。すなわち軸体２の外形が６角形の非円形形状に形成され、渦巻きばね４の内端５がこの非円形形状に沿った形状に形成され、軸体２の外面に締め込みによって連結されている。
図５は本発明の第２実施形態の渦巻きばね装置１Ａを示す。この実施形態においても、渦巻きばね４が渦巻き状に巻回された板材７と、板材７の両端部の内端５及び外端６によって形成されている。渦巻きばね４の外端６は機器のサブ軸体３に密着するように巻き付けられて係止されることにより外端６がサブ軸体３に結合している。渦巻きばね４の内端５は機器の軸体２に締め込みによって連結される。すなわち軸体２の外形が６角形の非円形形状に形成され、渦巻きばね４の内端５がこの非円形形状に沿った形状に形成され、軸体２の外面に締め込みによって連結されている。
【0025】
これにより図１及び図２の実施形態と同様に、渦巻きばね４の内端５が軸体２に追随することがなくなり、軸体２が空転するため渦巻きばね装置１が逆転防止機能（ワンウェイクラッチ機能）を備えたものとなる。また、渦巻きばね４の巻方向と逆方向（反時計方向）への軸体２の回転に対しては渦巻きばね４のばね力が軸体２に作用しないため、軸体２の回転領域を広げることができる。また、内端５が軸体２の外面に締め込みされているため、内端５と軸体２との結合領域を大きくすることができ、結合部分に十分な強度を確保することができる。
【0026】
この実施形態においては、６角形となっている機器の軸体２が中空状に形成されている。符号８は軸体２に中空状に形成された空洞部である。この軸体２の空洞部８に対しては、機器の機能部品を組み込むことができる。このため、トルク伝達のための回転機能だけでなく、軸体２を多機能化することができる。
【0027】
［第３実施形態］
図６は本発明の第３実施形態の渦巻きばね装置１Ｂを示す。この実施形態では、機器の軸体２が中実となっており、円形の外形となっている。これに対し、渦巻きばね４の内端５は軸体２の外径よりも小さな径で巻かれた円形に形成されており、軸体２に対し多重巻きの締め込みにより連結されている。渦巻きばね４の外端６は機器のサブ軸体３にスリット係止、溶接等によって結合される。
図６は本発明の第３実施形態の渦巻きばね装置１Ｂを示す。この実施形態では、機器の軸体２が中実となっており、円形の外形となっている。これに対し、渦巻きばね４の内端５は軸体２の外径よりも小さな径で巻かれた円形に形成されており、軸体２に対し多重巻きの締め込みにより連結されている。渦巻きばね４の外端６は機器のサブ軸体３にスリット係止、溶接等によって結合される。
【0028】
このような構造においても、渦巻きばね４の内端５が軸体２に追随することがなくなり、軸体２が空転するため渦巻きばね装置１が逆転防止機能（ワンウェイクラッチ機能）を備えたものとなる。また、渦巻きばね４の巻き方向と逆方向の軸体２の回転に対しては渦巻きばね４のばね力が軸体２に作用しないため、軸体２の回転領域を広げることができる。また、内端５が軸体２の外面に締め込みされているため、内端５と軸体２との結合領域を大きくすることができ、結合部分に十分な強度を確保することができる。
この実施形態では、中実の軸体２となっているが、軸体２としては、空洞部を有した中空状の軸体２としても良く、これにより軸耐２の内部に機器の機能部品を組み込むことができ、軸体２を多機能化することができる。
この実施形態では、中実の軸体２となっているが、軸体２としては、空洞部を有した中空状の軸体２としても良く、これにより軸耐２の内部に機器の機能部品を組み込むことができ、軸体２を多機能化することができる。
【0029】
［第４実施形態］
図７は本発明の第４実施形態の渦巻きばね装置１Ｃを示す。符号１５は機器に形成されたケースであり、収容部１６が形成され、この収容部１６には渦巻きばね４が収容される。収容部１６の中央部分には、中実となっている６角形の軸体２が設けられており、この軸体２の外面に渦巻きばね４の内端２が締め込みによって連結されている。すなわち渦巻きばね４の内端５は軸体２の外形（６角形）に沿った形状に形成されて軸体２の外面に締め込みよって連結されるものである。
一方、ケース１５における収容部１６の外側には、スリット１７が形成され、このスリット１７に渦巻きばね４の外端６が挿入されて係止されることにより外端６がケース１５に結合している
図７は本発明の第４実施形態の渦巻きばね装置１Ｃを示す。符号１５は機器に形成されたケースであり、収容部１６が形成され、この収容部１６には渦巻きばね４が収容される。収容部１６の中央部分には、中実となっている６角形の軸体２が設けられており、この軸体２の外面に渦巻きばね４の内端２が締め込みによって連結されている。すなわち渦巻きばね４の内端５は軸体２の外形（６角形）に沿った形状に形成されて軸体２の外面に締め込みよって連結されるものである。
一方、ケース１５における収容部１６の外側には、スリット１７が形成され、このスリット１７に渦巻きばね４の外端６が挿入されて係止されることにより外端６がケース１５に結合している
【0030】
この実施形態においては、ケース１５の全体が回転可能いる。渦巻きばね４は外端６がスリット１７に結合しているため、ケース１５が反時計方向に回転することにより、渦巻きばね４が巻き締められてトルクを蓄積する。一方、ケース１５が逆方向（時計方向）に回転すると、内端５の軸体２への締め込みが弱くなり、渦巻きばね４は軸体２に対して空転（空回り）するため、ワンウェイクラッチ機能を備えたものとなる。
【0031】
［第５実施形態］
図８は図７の第４実施形態に対する本発明の第５実施形態の渦巻きばね装置１Ｄを示す。この渦巻きばね装置１Ｄでは、図７の実施形態と同様に、渦巻きばね４がケース１５の収容部１６内に収容される。渦巻きばね４は板材７が渦巻き状に巻回されるが、外周側には、板材７が相互に密着した密着部分１８が形成される。このような密着部分１８を有した渦巻きばね４であっても図７と同様に動作することができる。
図８は図７の第４実施形態に対する本発明の第５実施形態の渦巻きばね装置１Ｄを示す。この渦巻きばね装置１Ｄでは、図７の実施形態と同様に、渦巻きばね４がケース１５の収容部１６内に収容される。渦巻きばね４は板材７が渦巻き状に巻回されるが、外周側には、板材７が相互に密着した密着部分１８が形成される。このような密着部分１８を有した渦巻きばね４であっても図７と同様に動作することができる。
【符号の説明】
【0032】
１ １Ａ １Ｂ １Ｃ １Ｄ 渦巻きばね装置
２ 軸体
３ サブ軸体
４ 渦巻きばね
５ 内端
６ 外端
７ 板材
８ 空洞部
１０ 機器
１２ ヒンジ軸
１５ ケース
１６ 収容部
１７ スリット
１８ 密着部分
２ 軸体
３ サブ軸体
４ 渦巻きばね
５ 内端
６ 外端
７ 板材
８ 空洞部
１０ 機器
１２ ヒンジ軸
１５ ケース
１６ 収容部
１７ スリット
１８ 密着部分
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】