JP2001153129A - 自在継手 - Google Patents
自在継手Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
- F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
- F16D3/20—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C11/00—Pivots; Pivotal connections
- F16C11/04—Pivotal connections
- F16C11/06—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
- F16M11/00—Stands or trestles as supports for apparatus or articles placed thereon ; Stands for scientific apparatus such as gravitational force meters
- F16M11/02—Heads
- F16M11/04—Means for attachment of apparatus; Means allowing adjustment of the apparatus relatively to the stand
- F16M11/06—Means for attachment of apparatus; Means allowing adjustment of the apparatus relatively to the stand allowing pivoting
- F16M11/12—Means for attachment of apparatus; Means allowing adjustment of the apparatus relatively to the stand allowing pivoting in more than one direction
- F16M11/121—Means for attachment of apparatus; Means allowing adjustment of the apparatus relatively to the stand allowing pivoting in more than one direction constituted of several dependent joints
- F16M11/123—Means for attachment of apparatus; Means allowing adjustment of the apparatus relatively to the stand allowing pivoting in more than one direction constituted of several dependent joints the axis of rotation intersecting in a single point, e.g. by using gimbals
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
の軸方向荷重を受けることができる剛性の高いパラレル
リンク機構用の自在継手を提供する。 【解決手段】 自在継手11は、Pa軸旋回軸受20
と、このPa軸旋回軸受20に回転自在に案内されるP
b軸旋回軸受21と、Pb軸旋回軸受21に回転自在に
案内されるPc軸旋回軸受22とを備える。Pc軸旋回
軸受には、リンク等の軸15が回転自在に案内される。
自在継手が3つの回転の自由度を有するので、リンク等
の軸が3次元的な任意の姿勢を取れるように自在継手1
1が円滑、軽快に作動する。また、3つの回転の自由度
を角旋回軸受20,21,22から構成したので、リン
ク等の軸方向荷重も受けることができる。
Description
ンク機構に用いられる自在継手に関する。
のリンクを介在させ、揺動台が空間運動されるパラレル
リンク機構が知られている。図4はこのパラレルリンク
機構を用いたドライビングシュミレーション装置示した
ものである(本出願人が提案した特願平11−2244
72号参照)。基台1と揺動台2との間には、例えば6
本のリンク3としてのアクチュエータを架設している。
各アクチュエータを選択的に伸縮して揺動台2の立体的
な位置および姿勢を制御しながら、揺動台2に揺動を付
与する。このとき、揺動台2は、位置を定める3自由
度、および姿勢を定める3自由度の計6自由度を有す
る。
と基台1または揺動台2との間に介在される継手4とし
て、図16に示すようなリンク3の球面的な動きを許容
する球面軸受5、またはリンク3の基台1または揺動台
2に対する交差角度の変化を許容する自在継手6が知ら
れている。
た球形のジャーナル7を支える軸受で、3つの回転の自
由度を有する。このため、揺動台2の位置および姿勢を
定める際に球面軸受5を円滑に作動することができる。
9と、十字金具10と、ヨーク8と継手本体9との間に
軸受を挿入した周知の機構で、2つの回転の自由度を有
する。
ルリンク機構においては、その構造上、継手4にリンク
3の軸方向荷重が加わるという特徴を有する。球面軸受
5ではこのリンク3の軸方向荷重を受けるのには剛性が
不充分である。また、揺動台2の位置および姿勢を大き
く変化させるのにはリンク3の揺動角度αも大きくする
必要があるが、球面軸受5の場合はリンク3が軸受にあ
たってしまい、この揺動角度αを大きくとることができ
ない。
度αを大きくすることができるが、2つの回転自由度し
か有さないので、揺動台2の6自由度の位置および姿勢
を定めるのには自由度がたりず、揺動台2の位置および
姿勢を定める際に円滑に作動することができない場合が
ある。
たものであり、その目的とするところは、円滑に作動す
ることができ、リンクの揺動角度が大きくとれ、しかも
リンクの軸方向荷重を受けることができる剛性の高いパ
ラレルリンク機構用の自在継手を提供することを目的と
する。
明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図
面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本
発明が図示の形態に限定されるものでない。
は、自在継手が円滑に作動するように3つの回転の自由
度を持たせ、しかも自在継手が軸方向荷重を受けられる
ように3つの回転の自由度を第1乃至第3の回転案内手
段から構成した。すなわち、本発明は、第1の回転案内
手段(20)と、この第1の回転案内手段(20)に回
転自在に案内される第2の回転案内手段(21)と、こ
の第2の回転案内手段(21)に回転自在に案内される
第3の回転案内手段(22)とを備え、合計3つの回転
の自由度を有することを特徴とする。
の自由度を有するので、例えばパラレルリンク機構にお
いて揺動台の位置および姿勢を定める際に、リンクが3
次元的な任意の姿勢を取れるように自在継手(11)が
円滑、軽快に作動する。ここで、各回転案内手段(2
0,21,22)は、回転の1自由度を有するものであ
ればよく、例えば転がり軸受、すべり軸受、旋回軸受、
曲線案内装置等を用いることができる。
転手段(20,21,22)の回転中心線(Pa,P
b,Pc)が互いに交差し、しかも一点(P)で交わる
ことを特徴とする。
した任意の3次元的な方向に効率的にリンク等の姿勢を
変化させることができる。
段(22)に、前記第3の回転案内手段(22)の回転
中心線(Pc)と鋭角に交差する軸(15)が回転自在
に案内され、前記第2の回転案内手段(21)の回転中
心線(Pb)と前記第3の回転案内手段(22)の回転
中心線(Pc)とを鋭角に交差させ、前記軸(15)が
360°回転可能なように前記第3の回転案内手段(2
2)の回転中心線(Pc)の周囲にスペースを空けたこ
とを特徴とする。
継手(11)に連結される軸(15)を360°回転さ
せることができ、軸(15)の揺動角度を大きくするこ
とができる。
段(20)、前記第2の回転案内手段(21)および前
記第3の回転案内手段(22)のうち少なくとも一つ
は、内周側に断面略V字状のローラ転走溝(32)が形
成された外輪(21b)と、外周側に断面略V字状のロ
ーラ転走溝(31)が形成されて前記外輪(21b)内
に嵌められた内輪(21a)と、これらローラ転走溝
(31,32)間に隣り合うもの同士の回転軸が互いに
直交するように配列収容された複数のローラ(33)と
を有することを特徴とする。
在継手(11)に軸方向荷重が加わる際、リンクの揺動
角が変化するので、自在継手(11)の各回転案内手段
(20,21,22)には、ラジアル荷重、スラスト荷
重、モーメント荷重の各荷重が混合した荷重が加わる。
この発明によれば、回転案内手段(20,21,22)
が内周側に断面略V字状のローラ転走溝(32)が形成
された外輪(21b)と、外周側に断面略V字状のロー
ラ転走溝(31)が形成されて前記外輪(21b)内に
嵌められた内輪(21a)と、これらローラ転走溝(3
1,32)間に隣り合うもの同士の回転軸が互いに直交
するように配列収容された複数のローラ(33)を有す
るので、ラジアル荷重、スラスト荷重、モーメント荷重
の各荷重が混合した荷重を負荷できる剛性の高い自在継
手(11)が得られる。また、ローラ(33)がローラ
転走溝(31,32)間を転がり運動するので、すべり
運動させる場合のように内輪(21a)と外輪(21
b)との間にガタを設ける必要がなく、精度が出し易く
なる。さらに、転がり運動によって摩擦抵抗も小さくな
り、摩耗、発熱を生じ難い自在継手(11)が得られ
る。
を詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施形態にお
ける自在継手を示すものである。この自在継手は、例え
ば、基台および揺動台との間に複数のリンクを介したパ
ラレルリンク機構に用いられ、リンクの両端と基台また
は揺動台とを連結する。
1は、第1の回転案内手段としてのPa軸旋回軸受20
と、このPa軸旋回軸受20に回転自在に案内される第
2の回転案内手段としてのPb軸旋回軸受21と、この
Pb軸旋回軸受21に回転自在に案内される第3の回転
案内手段としてのPc軸旋回軸受22とを備える。各旋
回軸受20,21,22の回転中心線Pa,Pb,Pc
は、それぞれが交差し、しかも一点Pで交わる。そし
て、この自在継手11は全体で3つの回転の自由度を有
する。
ラレルリンク機構の基台に固定される。Pa軸旋回軸受
20の内輪20aは、外輪内20bを回転運動する。P
a軸旋回軸受20の各部の構成については後述する。内
輪20aには、Pa軸旋回軸受20の内輪20aとPb
軸旋回軸受21の外輪21bとを連結する連結部材12
が取り付けられる。この連結部材12は椀形状で、その
上縁12aに傾斜が付けられている。
0の上方にそれぞれの回転中心線Pa,Pcが互いに交
差するように連結部材12の上縁12aに取り付けられ
ている。そして、Pb軸旋回軸受21の中心PはPa軸
旋回軸受20の回転中心線Pa上に位置する。中心線P
bと中心線Pbとの交差角αは鋭角に、例えば20°に
設定される。内輪20aを回転すると、Pb軸旋回軸受
21はPa軸旋回軸受20に対して交差角αを一定に保
ったまま、その中心線Pbが円錐状の軌跡を描くように
回転する。内輪21aには、Pb軸旋回軸受21の内輪
21aとPc軸旋回軸受22の外輪22bとを連結する
一対の連結部材13a,13bが取り付けられる。連結
部材の一方13aは内輪21aの上面側に取り付けら
れ、他方13bは内輪21aの下面側に取り付けられて
いる。連結部材13aの上縁14aおよび連結部材13
bの下縁14bには傾斜が付けられている。また、内輪
21aの中央には、内部にPc軸旋回軸受22を配置す
ることができるようにスペースが空けられている。
1の内側にそれぞれの回転中心線Pb,Pcが互いに交
差するように、連結部材13aの上縁14aおよび連結
部材13bの下縁14bに取り付けられている。Pc軸
旋回軸受22の中心PはPb軸旋回軸受21の中心Pと
一致している。中心線Pcと中心線Pbとの交差角βは
鋭角に例えば40°に設定される。内輪21aを回転す
ると、Pc軸旋回軸受22は、Pb軸旋回軸受21に対
して交差角βを一定に保ったまま、その中心線Pcが円
錐状の軌跡を描くように回転する。
えばパラレルリンク機構におけるリンク等の軸15が結
合される。この軸15の中心線は、Pa軸旋回軸受20
の中心線Paと重なり、Pc軸旋回軸受22の回転中心
線Pcと鋭角に例えば20°の交差角αで交差する。P
c軸旋回軸受22の内輪22aを回転すると、軸15は
円錐状の軌跡を描く。
軸旋回軸受22の回転中心線Pb,Pcをそれぞれ鋭角
に交差させ、軸15が360°回転可能なようにPc軸
旋回軸受22の回転中心線Pcの周囲にスペースを空け
ている。図2は、比較のために、Pc軸旋回軸受22の
中心線PcとPb軸旋回軸受21の中心線Pbとの交差
角を90°に設定した自在継手を示したものである。こ
の自在継手においてPc軸旋回軸受22の内輪22aを
回転すると、軸15が図中実線の位置から2点鎖線の位
置まで移動し、軸15が連結部材12,13やPb軸旋
回軸受21にあたってしまい、360°回転させること
ができないことがわかる。
る。各旋回軸受20,21,22の構成はすべて略同一
なので、ここでは代表してPb軸旋回軸受21について
説明する。このPb軸旋回軸受21は、内周側に90°
の断面略V字状のローラ転走溝32が形成された外輪2
1bと、外周側に90°の断面略V字状のローラ転走溝
31が形成されて前記外輪21b内に嵌められた内輪2
1aと、これらローラ転走溝31,32間に配列収容さ
れた複数の円筒形のローラ33とを備える(図1参
照)。
されたV字状のローラ転走溝31,32で断面略四角形
のローラ転走路が形成される。複数のローラ33は、隣
り合うもの同士の回転軸が互いに直交するようにローラ
転走路に配列収納される。複数のローラ33間には、ロ
ーラ33を所定の姿勢に保持するスペーサ34が介在さ
れる。このローラ転走路において、スペーサ34の左右
に隣接するローラ33は、その軸線が互いに直交し、外
向きローラ33aと内向きローラ33bとに分類され
る。外向きローラ33aは、その軸線Cが前記外輪21
b及び前記内輪21aの回転中心線上に位置する旋回中
心点Bを向くような姿勢に保持されている。内向きロー
ラ33bも、その軸線Dが回転中心線上に位置する旋回
中心点Aを向くような姿勢に保持されている。ローラ転
走路をローラ33a,33bが荷重を受けながら転走す
る際、ローラ33a,33bの軸線はリング状のローラ
転走路に対して常に直角を保ち、各ローラ33a,33
bは均等なすべりを保ちながら転走する。
°のV字状のローラ転走溝31,32に、円筒形ローラ
33が隣り合うもの同士の回転軸が互いに直交するよう
に交互に配列されているため、ラジアル荷重、スラスト
荷重、モーメント荷重などのあらゆる方向の荷重を負荷
することができる。
受20,21,22の回転による軸15の姿勢変化につ
いて説明する。まず、Pc軸旋回軸受22の内輪22a
を回転させた場合について説明する。内輪22aを回転
すると、上述のように、軸15はPa軸上に位置する初
期姿勢から円錐状の軌跡を描くように360°回転して
姿勢変化する。軸15の中心線上の一点Qの平面上にお
ける軌跡は、図1中で示す楕円状になる。そして、側
面方向からみた軸15は初期位置からP点を中心として
時計回りに角度2αまで旋回する。
回転させた場合について説明する。軸15が初期位置姿
勢の状態で内輪21aを回転すると、軸15は初期姿勢
から円錐状の軌跡を描くように360°回転して姿勢変
化し、Q点の平面上における軌跡は図1中で示すよう
な楕円状になる。そして、側面方向からみた軸15は初
期姿勢からP点を中心として反時計回りに角度2αまで
旋回する。また、軸15が反時計回りに2α旋回した状
態で、Pc軸旋回軸受22の内輪22aを回転すると、
Q点の平面上における軌跡は図1中で示すような楕円
になる。
受21を同時に回転させると、Q点が移動可能な動作範
囲Sは図1中斜線で示す領域となる。Pc軸旋回軸受2
2とPb軸旋回軸受21を回転するだけだと、動作範囲
SにQ点が移動できない空白部16が存在するが、Pa
軸旋回軸受20の内輪20aを回転すると、Q点がR点
を中心として回転することになるので、空白部16がな
くなり、広範囲の動作が可能になる。中心線Pa,P
b,Pcの取付角度を変化することで、このQ点の動作
範囲を自在継手11が使用される状況に合わせて任意に
変えることができる。また、軸15は常にP点を中心と
して旋回するので、Q点の動作範囲Sに空白部がなくな
れば軸15を3次元的に任意に姿勢変化させることがで
きる。
第1ないし第3の旋回軸受を連結部材で連結することで
構成しているが、もちろん自在継手の構成はこれに限ら
れることはなく、例えば、ヨークを有する一対の継手本
体と、十字金具と、ヨークと継手本体との間に軸受を挿
入した2つの回転の自由度を有する周知の自在継手に、
3つの回転の自由度を有するように、もう一つ旋回軸受
を取り付けた構成にしてもよい。すなわち、自在継手
は、二股のヨークを有する一対の継手本体と、このヨー
クに連結される十字状の軸部を有する十字形部材とを備
え、一方の継手本体のヨークと十字形部材の軸部との間
に第2の旋回軸受を設け、他方の前記継手本体のヨーク
と十字形部材の前記軸部と交差する軸部との間に第3の
旋回軸受を設け、前記一対の継手本体のいずれか一方に
第1の旋回軸受を設けた構成であってもよい。
をパラレルリンク機構に適用した場合について説明して
いるが、本発明の自在継手11は、自在継手11に軸方
向荷重が加わり、しかも自在継手11に複数の回転の自
由度が要求される機構であれば、パラレルリンク機構に
限られることなく種々な機構に適用することができる。
自在継手が3つの回転の自由度を有するので、例えばパ
ラレルリンク機構において揺動台の位置および姿勢を定
める際リンクが3次元的な任意の姿勢を取れるように自
在継手が円滑、軽快に作動する。
3の回転手段の回転中心線が互いに交差し、しかも一点
で交わるので、リンク等に効率的に3次元的な任意の姿
勢を取らせることができる。
の軸を360°回転させることができ、軸の揺動角度を
大きくすることができる。
字状のローラ転走溝が形成された外輪と、外周側に断面
略V字状のローラ転走溝が形成されて前記外輪内に嵌め
られた内輪と、これらローラ転走溝間に隣り合うもの同
士の回転軸が互いに直交するように配列収容された複数
のローラを有するので、ラジアル荷重、スラスト荷重、
モーメント荷重の各荷重が混合した荷重を負荷できる自
在継手が得られる。
面図および軸上のQ点の動作領域を記載した図。
90°に設定した自在継手を示す比較例。
視図(一部断面図を含む)。
Claims (4)
- 【請求項1】 第1の回転案内手段と、この第1の回転
案内手段に回転自在に案内される第2の回転案内手段
と、この第2の回転案内手段に回転自在に案内される第
3の回転案内手段とを備え、合計3つの回転の自由度を
有することを特徴とする自在継手。 - 【請求項2】 前記第1ないし第3の回転案内手段の回
転中心線が互いに交差し、しかも一点で交わることを特
徴とする請求項1に記載の自在継手。 - 【請求項3】 前記第3の回転案内手段に、前記第3の
回転案内手段の回転中心線と鋭角に交差する軸が回転自
在に案内され、 前記第2の回転案内手段の回転中心線と前記第3の回転
案内手段の回転中心線とを鋭角に交差させ、前記軸が3
60°回転可能なように前記第3の回転案内手段の回転
中心線の周囲にスペースを空けたことを特徴とする請求
項1または2に記載の自在継手。 - 【請求項4】 前記第1の回転案内手段、前記第2の回
転案内手段および前記第3の回転案内手段のうち少なく
とも一つは、内周側に断面略V字状のローラ転走溝が形
成された外輪と、外周側に断面略V字状のローラ転走溝
が形成されて前記外輪内に嵌められた内輪と、これらロ
ーラ転走溝間に隣り合うもの同士の回転軸が互いに直交
するように配列収容された複数のローラとを有すること
を特徴とする請求項1ないし3いずれかに記載の自在継
ぎ手。
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