JP4428592B2 - Closely wound spring type telescopic actuator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、直動システムの駆動,自動倉庫や加工システムにおける昇降および水平搬送,作業ロボット用アーム駆動,撮影・通信・検査・計測システムにおけるカメラ・アンテナ・ライト・測定機器の長ストロークの移動等に使用する簡単,軽量,コンパクトでストロークの大きな伸縮アクチュエータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の油圧や空気圧を利用する流体圧方式のアクチュエータはストローク制御精度が悪くポンプやコンプレッサー,タンク等の付属機器を必要とし、保守に手間がかかる等の難点があった、また、リニアモータ方式やソレノイド方式は比較的重量が嵩み、高価でストローク長にも問題があった。また、スクリュー式,ラックピニオン式,ワイヤ式などの機械方式はストローク長,伸縮比,荷重力,作動の円滑性,伸縮速度,コンパクト性,重量等のいずれかに問題があり、用途が限定され、本発明の利用分野におけるニーズを満足させるのに不十分である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来方式のアクチュエータの欠点をカバーする簡単,軽量,コンパクトでストローク,伸縮比,伸縮速度が大きく、作動円滑で制御容易かつ安価な伸縮アクチュエータを実現することを課題とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することを目的としてなされた本発明の主な構成は、伸長時の幅方向に断面が円弧状の密着巻バネとこの密着巻バネの送り機構およびこの密着巻バネの巻き納め機構とにより構成される伸長時断面円弧状の密着巻バネを利用した伸縮アクチュエータであって、前記密着巻バネが、円弧半径に対する板厚の比が0.006乃至0.013、円弧の開き角が50°乃至105°の断面形状で、伸長状態においては断面円弧状の剛性の大きな真直の板であるが、一端が弯曲すると平断面となり自力で回転しながら円筒状に巻き納まる特性を有することを特徴とするものである。
【0005】
本発明は、伸縮アクチュエータに、伸長時断面円弧状の密着巻バネを利用するところに最大の特長がある。この密着巻バネの材料は加工硬化の特性があれば鉄鋼に限らない、例えば、銅−亜鉛系合金,チタニウム・アルミニウム−コバルト系合金などでもよいが、以後の説明は鉄鋼を例として行なう。周知のように、円弧状断面の鋼帯は平断面の鋼帯に較べて断面二次モーメントが桁違いに大きいので軸圧縮に対する座屈荷重が格段に大きく、これはアクチュエータとして非常に好ましい特性である。しかしながら、断面円弧状の鋼帯は、これを巻き取るのに非常に大きなトルクを必要とし、小さな直径に巻き取ることが困難であるという難点がある。
【0006】
そこで本発明では、この難点を克服するために伸長時には幅方向の断面が円弧状をなすが、自力で巻き納まるので、巻取りに外力を必要としない密着巻バネを伸縮アクチュエータに利用する発想を得て完成をみたものである。
【0007】
即ち、この密着巻バネは、伸長状態においては断面円弧状の剛性の大きな真直の板であるが、一端が弯曲すると平断面となり自力で回転しながら円筒状に巻き納まる特性がある。また、完全に伸長した状態から巻き始めるときと、完全に巻き納まった状態から伸長させ始めるときに、比較的大きな変形トルクを必要とするが、一端を伸長状態に保ちながら他端を円筒状に保っておくと、この中間を伸長させたり巻き戻したりする場合は巻き戻しが自力で行なわれ、引き伸しも比較的小さなトルクで行なうことができ、しかも、この動作は連続的にスムースに行なわれるという特長がある。
【0008】
本発明は、伸長時断面円弧状の密着巻バネの一端を送り機構によって伸長状態におき、他端を巻き納め機構に巻かれた状態において、送り機構により送り出しと引き戻しを行なうことにより、この密着巻バネの前記の特性を活かした、伸縮アクチュエータとしてのスムースな作動を実現することができた。
【0009】
本発明の眼目である伸長時断面円弧状の密着巻バネは、前記のように伸長状態においてはできる限り高い剛性を保つ一方で、自力で可及的に小さな直径に巻き納められることが望ましい。
【0010】
しかしながら、これらは本質的には相反する性質であって加工上の制約があり、また伸長と巻取りの繰返しに対する寿命等も考慮する必要がある。そこで、本発明は、密着巻バネの板厚と断面形状を採用することにより、これらの問題を実用的に解決することができたのである。
【0011】
請求項4の発明は、本発明の伸長時断面円弧状の密着巻バネ(以後、CV密着バネと略称する)が伸長状態において凸面側と凹面側が曲げに関して異なる特性を持つので、これを補完するため複数のCV密着巻バネを凹面が対面するようにセットし、剛性の強化を図ったものである。
【0012】
請求項5の発明は、複数のCV密着巻バネの堅固な一体化を実現するために、円弧で囲まれた断面の内幅より直径が僅かに大きい円柱状または円筒状のブロックを一定間隔で内側に配置し、外側には一定間隔でリングを嵌めて締めつけるように工夫したものである。この場合、ブロックの材質は、ゴムのような弾性体が好ましい。
【0013】
本発明では、請求項1の基本構成により伸縮アクチュエータの機能を発揮させるが、大きなストロークを必要とする場合や大きな荷重に対抗する場合には、請求項4,5,6,7のように、横荷重に対抗する機構と組合わせることにより、軸圧縮に対する座屈強度を格段に強化し、長ストロークで荷重力の大きな伸縮アクチュエータを実現することができた。
【0014】
CV密着巻バネの座屈荷重は式(1)に示すオイラー式に従うが、請求項4の発明では、CV密着巻バネの先端がブロックに取付けられ、このブロックが剛性の大きなガイドに拘束されて直動する構造にしたから、(1)式におけるn値はCV密着巻バネ単独の場合の1/4が1〜2に変わり座屈荷重は大幅に増大する。請求項5の発明の場合は、n値が上がることによる座屈荷重の増大に加えて、l値がCV密着巻バネの実長を円弧状スリット付のブロックの数で除した値とほぼ等しくなるので、座屈荷重は更に飛躍的に増大する。
【0015】
【数1】
【0016】
請求項6および請求項7の発明も、請求項4および請求項5の発明と全く同じ発想に基いてCV密着巻バネの座屈荷重の増大が図られるが、後者ではガイドの長さが固定されているのに対して、前者ではガイドの長さもCV密着巻バネの送り出しと引戻しに同期して伸縮する点に相違があり、長大ストロークが実現できる。
【0017】
請求項6の場合は、筒体が請求項4のガイドに相当し、円弧状スリット付の底板が各筒体に取付けてあるので、筒体の長さが同一の場合のl値はCV密着巻バネの実長を筒体の数で除した値とほぼ等しくなり、n値,l値とも大幅な改善を図ることができる。請求項7はガイド板を利用することにより底板の数を更に増加させたと同等の効果があり、座屈荷重が更に増大する。
【0018】
請求項9の発明は、長手方向に等間隔で孔のあるCV密着巻バネを使用し、同一ピッチのスプロケットでCV密着巻バネの送り出しと引き戻しを行なうようにしたものである。請求項10は、大きな荷重力を必要とする場合には、図示しないが、CV密着巻バネを内面凹型円弧状と内面凸型円弧状のツインの支持ブロック又は板で挟むか、またはいずれか片方のブロックまたは板で押さえて、スプロケットによるCV密着巻バネの送りをガイドするものである。このブロックまたは板はスプロケットの位置に長孔または溝があり、送り機構の架台に固定されている。
【0019】
請求項11,12の発明もCV密着巻バネの送り機構に関するものである。断面凹型円弧状および断面凸型円弧状の単数または複数のツインの回転ロールでCV密着巻バネを挟持し、ロールの回転でCV密着巻バネの送り出しと引き戻しを行なうのであるが、回転ロールは軸方向の位置によって回転半径が異なっている。従って、これに接するCV密着巻バネを送る速度が接点ごとに異なり、摩擦を生ずるという問題がある。
【0020】
この問題を解決するには、例えば、円柱状または円筒状のツインのロールでCV密着巻バネを挟んで平板状に押しつぶして送ればよいが、CV密着巻バネは伸長状態で一定の限度を超えて扁平化するとその両側が反転弯曲変形する特性がある。従って、この限度内で扁平化する必要があり、前記の問題は緩和されても完全には解決できない。
【0021】
請求項12の発明は、CV密着巻バネより扁平な円弧状断面の凹凸ツインのロールを使用すると同時にロール材質を例えばゴムのような弾性変形の特性をもつ材質で形成することにより前記問題を実用的に解決することができた。ゴムの場合、接触面にしわができて、これが前部から後部へ波のように移動する現象(シャルマック波)があり、これによって接点ごと異なる速度の影響が吸収される。この現象は、ゴムの種類,硬度,押付圧,ロール回転速度等とも関係があるが、CV密着巻バネの駆動に必要な適度の動摩擦をもたらすものである。
【0022】
ツインの回転ロールを使用する請求項11および請求項12の場合、駆動を停止した時の荷重による逆方向へのシャルマック波の移動によるスリップを防止するため、請求項13の発明ではツインの回転ロールと直列にCV密着巻バネ保持用のブレーキを設けるのである。
【0023】
請求項14,15の発明は、CV密着巻バネの送り機構として、回転ロールのような接点ごとに送り速度が異なる問題のないベルトの平行部でCV密着巻バネを挟持して駆動する発想のものである。この場合、全面を断面凹型円弧状あるいは断面凸型円弧状の一体もののベルトにするとプーリーを通過する際にラジアル方向にクラックを生じやすいので、一定間隔ごとに背面にそれぞれ断面凹型円弧状および断面凸型円弧状の台座のあるツインの回転ベルトを使用する。
【0024】
請求項14の場合は、摩擦力でCV密着巻バネを駆動するが、請求項15では、断面凹型円弧状および断面凸型円弧状の台座に突起の付いたベルトを使用し、長手方向に等間隔の孔のあるCV密着巻バネを孔と同一ピッチのスプロケットで駆動するのである。
【0025】
本発明のCV密着巻バネを利用した伸縮アクチュエータの基本構成の一員としてCV密着巻バネの巻き納め機構があるが、これはCV密着巻バネの一端を常に数巻以上コイル状に巻かれた状態で保持する機構であって、通常は送り機構と1体のケーシングに納められている。送り機構によって引き戻されたCV密着巻バネはそれ自身のバネ力によって自動的に巻き納まるので、巻き納め機構は簡単な円筒状ケースでもよいが、通常は中心に円柱または円筒状の軸を設けて巻き芯の位置がずれないような構造とする。
【0026】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を例を挙げて図に拠り説明する。図1は本発明アクチュエータに使用する「CV密着巻バネ」(符号1)の一例の伸長状態を示した斜視図、図2は図1のCV密着巻バネ1が自身のバネ力で内径Dに自然に巻き納まった状態を示した斜視図、図3は図1の伸長状態のCV密着巻バネ1の背面に矢印方向の力Fを加えた時に反転湾曲した瞬間の状態を示したもので、この直後、図2のように巻き納まるのである。
【0027】
図4は本発明アクチュエータの基本構成による実施の一例を示した斜視図、図5は請求項2および請求項3の本発明アクチュエータの実施の一例の斜視図、図6は図5のアクチュエータの下方の平面図、図7は図5のA−A線矢視拡大図、図8は請求項5の本発明アクチュエータの実施の一例の斜視図、図9は請求項6の本発明伸縮アクチュエータの実施の一例の伸長状態の正断面図、図10は図9におけるB−B線矢視図、図11は図9におけるC−C線矢視図、図12は図9のアクチュエータの右側面図、図13は請求項11の本発明アクチュエータのCV密着巻バネの送り機構の実施の一例の平面図、図14は図13の正面図である。
【0028】
本発明の伸縮アクチュエータは、伸長時断面円弧状のCV密着巻バネ1を利用したことを特徴としているが、この巻バネの伸長時の断面形状を図1の板厚t,円弧半径rおよび円弧の開き角ψで規定し、この密着巻バネが自力で巻き納まったときの直径を図2に示したDとする。
【0029】
CV密着巻バネ1の特性として、板幅が等しい場合、座屈荷重は板厚tが大きいほど,円弧半径rが小さいほど、従ってt/rが大きなほど大きく、また開き角ψが大きいほど大きいが、それに比例して製作の難度が増し、直径Dも増す。従って、これら形状因子には請求項1に示した実用的な範囲があり、使用目的に応じてこの範囲で適値を選定する。
【0030】
本発明の実施の一例を示せば、板幅50mm,t=0.4mm,r=45mm,ψ=63°のときD=114mm,支点間距離700mmにおける座屈荷重68kgfであった。また、他の一例では、板幅90mm,t=0.6mm,r=95mm,ψ=55°のときD=185mm,支点間距離700mmにおける座屈荷重163kgfであった。更に他の1例では、板幅90mm,t-0.5mm,r=59.5mm,ψ=87°のときD=114mm,支点間距離1,100mmにおける座屈荷重245kgfであった。
【0031】
図4は請求項1の本発明アクチュエータの基本構成から成る実施の一例である。図4において1は等間隔に小孔1hを等ピッチであけたCV密着巻バネ、2はこの巻バネ1の送り機構で、密着巻バネ1の孔1hと同一ピッチのスプロケット2sとこれを回転するためのハンドル2hから成る。このハンドル2hの代わりにモータを使用してもよい。3はこの巻バネ1を巻き納めるドラム、4は駆動部のケーシングで、前記バネ1の巻き納め機構の一例を形成する。5はアクチュエータのヘッドブロックで、使用目的に応じて撮影機器,検査プローブ,センサー,ワーク等を取付けたり、あるいは引戸の開閉に使用する場合であれば、引戸に取付ける。この送り機構は請求項9の実施の一例でもある。
【0032】
図5は請求項2および請求項3の発明の実施例の一例である。4本のCV密着巻バネ1a,1b,1c,1dを凹側を内側にして対面配置し、頂部をクラウン6で一体化する。巻バネ1bと1dには図4の場合と同様に等間隔の孔があり、この孔と等ピッチのスプロケット2b及び2dにより伸縮駆動される。2b′はスプロケット2bを駆動するためのハンドルでモータに置換えてもよい。図6の2d′と2d″は、ハンドル2b′による回転をスプロケット2dに伝達するためのベルトとギヤーである。CV密着巻バネ1a,1b,1cおよび1dは夫々ドラム3a,3b,3cおよび3dに巻き収められる。図5および図7に示したように、4本のCV密着巻バネ1a〜1dで円形に囲まれた内側には、ストリング(図示せず)で連結された円柱状のブロック41,42,43が一定間隔で配置され、外側にはストリング(図示せず)で連結されたリング51,52,53が同様に一定間隔で配置されている。スプロケット2b,2dの正回転により4本のCV密着巻バネ1a〜1dで構成された円柱が伸長するに従い、下部に累積している円柱状ブロック41〜およびリング51〜はストリングによって順次引き上げられ、一定間隔に配置される。スプロケット2b,2dの逆回転によりCV密着巻バネ1a〜1dで構成された円柱が短縮するに従い、ブロック41〜およびリング51〜は順次下部に累積し、各巻バネ1a〜1dは夫々ドラム3a〜3dに巻き納められてゆく。クラウン6には、目的に応じて、映像機器,検査プローブ,照明灯,アンテナ,風速計などを取付ける。この送り機構は請求項9の発明の実施の他の一例でもある。
【0033】
図8は請求項4および請求項5の発明の実施の一例である。チャンネル8に取付けられた2本のレール7aおよび7bに跨ってベアリング付のブロック6a,6b,6cが直動する。このブロック6a〜6cには円弧状のスリットを切った板5a〜5cが取付けられている。同様のスリットを切った板5dが、駆動部ケーシング4にも固定されている。
【0034】
図8におけるCV密着巻バネ1の先端はブロック6aに固定され、板5b,5c,5dの各スリットを貫通し、スプロケット2を経て末端はドラム3に巻き納められている。この巻きバネ1には等間隔の孔1hがあり、同一ピッチのピンを周上に有するスプロケット2の正逆転により、送り出しと引き戻しが行なわれる。2′はスプロケット駆動用のモータである。ブロック6a〜6cには目的に応じて加工用のワークや工作機械のツールユニット、自動倉庫の出納物品等を載せることができる。この実施例のアクチュエータは従来のボールネジ,ラック/ピニオン,ベルト,リニヤーモーター等に比較して、安価で長大ストロークを実現できる大きな特長がある。
【0035】
図9および図12は請求項6および請求項7の発明の実施の一例である。テレスコピックな筒体17a,17b,17c,17dには図10,図11に示したようなスリットを切った底板16a,16b,16c,16dが取付けてあり、先端を天板4に固定したCV密着巻バネ1は底板16a,16b,16c,16dのスリットを貫通し、保持ブレーキ8および凹凸ツインの送りロール2a,2bを経てドラム3に巻き納められる。図12の9は送りロール回転用のモータである。天板14には目的に応じて映像機器,検査プローブ,アンテナ,照明灯,作業ロボット等を取付けることができる。図示してないが送りロール2a,2bの間には動力伝達機構があり、ロール2aと2bは同期回転する。この送り機構は請求項11および請求項12の発明の実施の一例でもある。15は駆動部ケーシングである。
【0036】
図13および図14は、請求項11の発明の実施の一例である。図13,図14において1はCV密着巻バネ、2aおよび2bは夫々ゴム製の断面凸型円弧状ロールおよび断面凹型円弧状ロール、3aおよび3bは回転軸である。図13はこの巻バネ1を挟持して送るツインの回転ロール2a,2bの平面図、図14は図13に示したロールの正面図である。この実施例ではツインの回転ロールの中心円弧の半径と巻バネの伸長時の断面円弧の半径とは等しくrである。
【0037】
請求項12の発明の実施例は図示しないが、この場合はツインの回転ロールの中心円弧の半径をCV密着巻バネの伸長時の断面円弧の半径より大きくし、この巻バネをツインのロールで挟圧して円弧を扁平化して送り動作を行う。
【0038】
請求項14の発明の送り機構については、実施例は図示しないが、ツインのベルトを用いた場合はツインのロールを用いた場合と比較して、CV密着巻バネの長手方向と直角の各接触点における送り速度が等しく、また長手方向の接触面積が大きいのでスリップを発生し難い大きな利点がある。
【0039】
請求項15の発明の送り機構についても実施例は図示しないが、請求項9の送り機構と比較して、CV密着巻バネの孔と噛み合う突起の数が多いので強力な送りが可能な大きな利点がある。
【0040】
【発明の効果】
本発明は以上の通りであって、伸縮アクチュエータを、伸長時の幅方向の断面が円弧状の密着巻バネとこの密着巻バネの送り機構およびこの密着巻バネの巻き納め機構とにより構成したので、構造がきわめて簡潔で動作が円滑であり、また、適宜のスパンで支持すれば大きな坐屈強度を発揮する前記密着巻バネを、目的に応じて単独または複数をセットで使用したり、あるいは剛性の大きなガイドに沿って直動させたり、更にはテレスコピック状に伸縮する筒体やチャンネル体に組込むなどして、伸縮アクチュエータとして合理的に利用できる構造としたから、上下に伸縮するポールや昇降装置、水平に伸縮するアームや直動機構、あるいは吊下機構等のアクチュエータとしてきわめて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明アクチュエータに使用する「CV密着巻バネ」の一例の伸長状態を示した斜視図。
【図2】 図1のCV密着巻バネが自身のバネ力で自然に巻き納まった状態を示した斜視図。
【図3】 図1の伸長状態のCV密着巻バネの背面に矢印のように力を加えた時に反転湾曲した瞬間の状態の斜視図。
【図4】 本発明アクチュエータの基本構成による実施の一例を示した斜視図。
【図5】 請求項2および請求項3の本発明アクチュエータの実施の一例の斜視図。
【図6】 図5の平面図。
【図7】 図5のA−A線矢視図。
【図8】 請求項5の本発明アクチュエータの実施の一例の斜視図。
【図9】 請求項6の本発明伸縮アクチュエータの実施の一例の伸長状態の正断面図。
【図10】 6aのB−B線矢視図。
【図11】 6cのC−C線矢視図。
【図12】 図9の側断面図。
【図13】 請求項11の本発明アクチュエータのCV密着巻バネの送り機構の実施の一例の平面図。
【図14】 図13の正面図。
【符号の説明】
1 CV密着巻バネ
2 巻バネの送り機構のスプロケット,ロール,ハンドル,モータ
3 巻バネを巻き納めるドラム
4 ケーシング
41,42,43 円柱状のブロック
5 アクチュエータのヘッドブロック
51,52,53 連結されたリング
6 クラウン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes, for example, driving of a linear motion system, raising and lowering and horizontal transfer in an automatic warehouse and processing system, arm driving for a work robot, and long strokes of cameras, antennas, lights, and measuring devices in a photographing, communication, inspection, and measuring system. This relates to a telescopic actuator that is easy, lightweight, compact, and has a large stroke used for movement.
[0002]
[Prior art]
Conventional hydraulic actuators that use hydraulic pressure or pneumatic pressure have poor stroke control accuracy and require accessories such as pumps, compressors, tanks, etc., and have problems such as troublesome maintenance. The solenoid system is relatively heavy, expensive, and has a problem with the stroke length. In addition, mechanical methods such as screw type, rack and pinion type, and wire type have problems in any of stroke length, expansion / contraction ratio, load force, smoothness of operation, expansion / contraction speed, compactness, weight, etc. This is insufficient to satisfy the needs in the field of application of the present invention.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to realize a telescopic actuator that is simple, lightweight, compact, has a large stroke, expansion / contraction ratio, and expansion / contraction speed, is smooth in operation, easy to control, and inexpensive, covering the drawbacks of conventional actuators.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The main structure of the present invention made for the purpose of solving the above-mentioned problems is a close-contact winding spring having an arc-shaped cross section in the width direction when stretched, a feed mechanism of the close-contact winding spring, and a retracting mechanism of the close-contact winding spring An expansion / contraction actuator using a contact winding spring having an arcuate cross-section when extended, wherein the contact winding spring has a ratio of the plate thickness to the arc radius of 0.006 to 0.013 , and the opening angle of the arc is 50 ° to 105 It has a cross-sectional shape of ° and is a straight straight plate with an arc cross-section in the extended state, but with one end bent, it has a characteristic that it becomes a flat cross-section when it is bent and is rolled into a cylindrical shape by itself. It is.
[0005]
The present invention has the greatest feature in that the expansion / contraction actuator utilizes a close-contact winding spring having an arcuate cross section when extended. The material of this tightly wound spring is not limited to steel as long as it has work hardening characteristics. For example, a copper-zinc alloy, a titanium / aluminum-cobalt alloy, etc. may be used. As is well known, a steel strip with an arc-shaped cross-section has a remarkably large cross-sectional moment compared to a steel strip with a flat cross section, so the buckling load against axial compression is remarkably large, which is a very favorable characteristic for an actuator. is there. However, a steel strip having an arc-shaped cross section requires a very large torque to wind it, and has a drawback that it is difficult to wind it to a small diameter.
[0006]
Therefore, in the present invention, in order to overcome this difficulty, the cross section in the width direction has an arc shape at the time of extension, but since it is wound by itself, the idea of using a close wound spring that does not require external force for winding is used as an expansion / contraction actuator. It was obtained and completed.
[0007]
In other words, this tightly wound spring is a straight plate having a large cross-sectional arc shape and a large rigidity in the extended state, but when one end is bent, it has a flat cross section and is wound in a cylindrical shape while rotating by itself. Also, when starting to wind from the fully extended state and when starting to extend from the fully wound state, a relatively large deformation torque is required, but the other end is made cylindrical while keeping one end in the extended state. If this is maintained, when this intermediate portion is extended or unwound, rewinding is performed by itself, and stretching can also be performed with a relatively small torque, and this operation is performed continuously and smoothly. There is a feature that.
[0008]
In the present invention, one end of a close-contact winding spring having an arc-shaped cross-section at the time of extension is placed in an extended state by a feed mechanism and the other end is wound around a retracting mechanism. Smooth operation as a telescopic actuator was achieved by taking advantage of the above-mentioned characteristics of the winding spring.
[0009]
As described above, it is desirable that the contact wound spring having an arcuate cross-section when stretched, which is the eye of the present invention, is kept as small as possible by itself while maintaining as high rigidity as possible in the stretched state.
[0010]
However, these are essentially contradictory properties and have processing limitations, and it is also necessary to consider the life against repeated stretching and winding. The present invention, by employing the plate thickness and cross-sectional shape of the dense Chakumaki spring is was able to practically solve these problems.
[0011]
The invention of claim 4 supplements this because the close-contact winding spring (hereinafter abbreviated as CV close-contact spring) of the present invention has a different characteristic with respect to bending in the extended state. Therefore, a plurality of CV tightly wound springs are set so that the concave surfaces face each other, and the rigidity is enhanced.
[0012]
In the invention of
[0013]
In the present invention, the function of the telescopic actuator is exhibited by the basic structure of claim 1, but when a large stroke is required or when a large load is to be counteracted, as in
[0014]
The buckling load of the CV contact winding spring follows the Euler formula shown in the equation (1). However, in the invention of claim 4 , the tip of the CV contact winding spring is attached to the block, and this block is restrained by a rigid guide. Since the linear movement structure is adopted, the n value in the formula (1) changes from 1/4 in the case of a single CV tightly wound spring to 1 to 2, and the buckling load greatly increases. In the case of the invention of
[0015]
[Expression 1]
[0016]
In the inventions of claims 6 and 7, the buckling load of the CV contact winding spring is increased based on the same idea as the inventions of
[0017]
In the case of claim 6 , since the cylinder corresponds to the guide of claim 4 and the bottom plate with the arc-shaped slit is attached to each cylinder, the l value when the length of the cylinder is the same is CV adhesion It becomes substantially equal to the value obtained by dividing the actual length of the winding spring by the number of cylinders, and can greatly improve both the n value and the l value. The seventh aspect has the same effect as the number of the bottom plates is further increased by using the guide plate, and the buckling load is further increased.
[0018]
According to the ninth aspect of the present invention, a CV contact winding spring having holes at equal intervals in the longitudinal direction is used, and the CV contact winding spring is fed and retracted by a sprocket having the same pitch. In claim 10 , when a large load force is required, although not shown, the CV contact winding spring is sandwiched between twin support blocks or plates having an inner concave arc shape and an inner convex arc shape, or one of them. The block or plate is used to guide the feeding of the CV contact winding spring by the sprocket. This block or plate has a long hole or groove at the position of the sprocket, and is fixed to the frame of the feed mechanism.
[0019]
The inventions of claims 11 and 12 also relate to a feeding mechanism for a CV contact winding spring. A CV contact winding spring is sandwiched between one or a plurality of twin rotary rolls having a concave arc shape and a cross section convex arc shape, and the CV contact winding spring is fed and retracted by rotation of the roll. The radius of rotation differs depending on the position in the direction. Therefore, different for each contact rate to send the CV adhesion coil spring in contact with this, there Ru problem causing friction.
[0020]
In order to solve this problem, for example, a CV contact winding spring may be crushed into a flat plate shape with a cylindrical or cylindrical twin roll, but the CV contact winding spring exceeds a certain limit in an extended state. When flattened, both sides have the characteristic of reverse fold deformation. Therefore, it is necessary to flatten within this limit, and even if the above problem is alleviated, it cannot be completely solved.
[0021]
The invention of claim 12 uses the roll of a concavo-convex twin with an arc-shaped cross section flatter than a CV tightly wound spring, and at the same time forms the roll material with a material having elastic deformation characteristics such as rubber, for example. It was possible to solve it. In the case of rubber, there is a phenomenon (Charmac wave) that wrinkles on the contact surface and moves like a wave from the front to the rear, thereby absorbing the influence of different speeds for each contact. This phenomenon is related to the type of rubber, hardness, pressing pressure, roll rotation speed, and the like, but brings about appropriate dynamic friction necessary for driving the CV tightly wound spring.
[0022]
For claim 11 and claim 12 using a twin rotating roll, to prevent slippage due to movement of interstitial Mac waves in the opposite direction due to the load when the stops driving, rotation twin the invention of claim 13 A brake for holding the CV tightly wound spring is provided in series with the roll.
[0023]
The inventions of
[0024]
In the case of
[0025]
As a member of the basic configuration of the expansion / contraction actuator using the CV contact winding spring of the present invention, there is a winding mechanism for the CV contact winding spring. in a mechanism for holding, normally it is found housed in the feed mechanism and a body casing. Since the CV contact winding spring pulled back by the feeding mechanism is automatically wound by its own spring force, the winding mechanism may be a simple cylindrical case, but usually a column or a cylindrical shaft is provided at the center. The structure is such that the position of the winding core does not shift.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an extended state of an example of a “CV contact winding spring” (reference numeral 1) used in the actuator of the present invention, and FIG. 2 shows that the CV contact winding spring 1 of FIG. FIG. 3 is a perspective view showing a state of being naturally wrapped, and FIG. 3 shows a state at the moment of reverse bending when a force F in the direction of an arrow is applied to the back surface of the extended CV contact spring 1 of FIG. Immediately after this, it is rolled up as shown in FIG.
[0027]
4 is a perspective view showing an example of implementation of the actuator of the present invention according to the basic configuration, FIG. 5 is a perspective view of an example of implementation of the actuator of the present invention of
[0028]
The expansion / contraction actuator of the present invention is characterized in that it uses a CV contact winding spring 1 having a circular arc cross section when extended. The cross sectional shape of this winding spring when extended is the thickness t, arc radius r and arc of FIG. Is defined by an opening angle ψ, and the diameter when the tightly wound spring is wound by itself is defined as D shown in FIG.
[0029]
As a characteristic of the CV tightly wound spring 1, when the plate widths are equal, the buckling load increases as the plate thickness t increases, the arc radius r decreases, and accordingly t / r increases, and the opening angle ψ increases. However, the difficulty of production increases in proportion to this, and the diameter D also increases. Therefore, these form factors have a practical range shown in claim 1 , and an appropriate value is selected in this range according to the purpose of use.
[0030]
An example of the implementation of the present invention was a buckling load of 68 kgf at a plate width of 50 mm, t = 0.4 mm, r = 45 mm, ψ = 63 °, D = 114 mm, and fulcrum distance of 700 mm. In another example, the buckling load was 163 kgf at a plate width of 90 mm, t = 0.6 mm, r = 95 mm, ψ = 55 °, D = 185 mm, and fulcrum distance of 700 mm. In another example, the buckling load was 245 kgf when the plate width was 90 mm, t-0.5 mm, r = 59.5 mm, ψ = 87 °, D = 114 mm, and the distance between fulcrums was 1,100 mm.
[0031]
FIG. 4 shows an example of the basic structure of the actuator according to the first aspect of the present invention. In FIG. 4, 1 is a CV contact winding spring having small holes 1h formed at equal intervals at equal intervals, 2 is a feed mechanism of this winding spring 1, and a
[0032]
FIG. 5 shows an example of embodiments of the inventions of
[0033]
FIG. 8 shows an example of the fourth and fifth aspects of the invention. The
[0034]
The tip of the CV tightly wound spring 1 in FIG. 8 is fixed to the
[0035]
9 and 12 show an example of the embodiments of the inventions of claims 6 and 7. FIG. The
[0036]
13 and 14 show an example of the embodiment of the invention of claim 11 . 13 and 14, reference numeral 1 denotes a CV tightly wound spring, 2a and 2b are rubber-made convex cross-section arc-shaped rolls and cross-section concave-shaped arc-shaped rolls, and 3a and 3b are rotating shafts. FIG. 13 is a plan view of twin rotary rolls 2a and 2b which are fed with the winding spring 1 interposed therebetween, and FIG. 14 is a front view of the roll shown in FIG. In this embodiment, the radius of the center arc of the twin rotary roll and the radius of the cross-section arc when the winding spring is extended are equal r.
[0037]
Although the embodiment of the invention of claim 12 is not illustrated, in this case, the radius of the center arc of the twin rotating roll is made larger than the radius of the cross-section arc when the CV contact winding spring is extended, and this winding spring is a twin roll. Feeding operation is performed by flattening the arc by clamping.
[0038]
As for the feed mechanism of the invention of
[0039]
Although the embodiment of the feed mechanism of the invention of
[0040]
【The invention's effect】
The present invention is as described above, and the expansion / contraction actuator is constituted by a contact winding spring having an arcuate cross section in the width direction when extended, a feeding mechanism of the contact winding spring, and a winding mechanism of the contact winding spring. The above-mentioned tightly wound springs that exhibit extremely simple structure and smooth operation, and that exhibit a large buckling strength when supported by an appropriate span, can be used singly or as a set, or rigid A structure that can be used rationally as an expansion / contraction actuator by moving it directly along a large guide or by incorporating it into a telescopic tube body or channel body. It is extremely useful as an actuator such as a horizontally extending and retracting arm, a linear motion mechanism, or a suspension mechanism.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an extended state of an example of a “CV contact winding spring” used in an actuator of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a state in which the CV contact winding spring of FIG. 1 is naturally wound by its own spring force.
FIG. 3 is a perspective view of a state in which a reverse curve is applied when a force is applied as indicated by an arrow to the back surface of the CV contact winding spring in an extended state in FIG. 1;
FIG. 4 is a perspective view showing an example of an embodiment according to the basic configuration of the actuator of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of an example of implementation of the actuator of the present invention according to
6 is a plan view of FIG. 5. FIG.
7 is a view taken along the line AA in FIG.
8 perspective view of an example embodiment of the present invention actuator according to
[9] a sectional front view of the extended state of an exemplary embodiment of the present invention telescopic actuator according to claim 6.
FIG. 10 is a BB line arrow view of 6a.
Fig. 11 is a view taken along line CC of 6c.
FIG. 12 is a side sectional view of FIG. 9;
FIG. 13 is a plan view of an example of an embodiment of a feed mechanism for a CV contact winding spring of the actuator of the present invention according to claim 11 ;
14 is a front view of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 CV contact |
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