JP2005140252A - テンションプーリー及び回転伝達機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 入力側プーリーと出力側プーリーとの間にスチールベルトを張設し、入力側プーリーの回転に追随して出力側プーリーを回転させる回転伝達機構に関し、特に前記ベルトのテンション調整を行うテンションプーリーを改良し、スチールベルトの長寿命化、回転伝達機構の信頼性向上を課題とする。
【解決手段】 内軸と、内軸に回動可能に装着され外周面が回転伝達機構の入力側プーリーと出力側プーリーとの間に張設される無端ベルトに接触する外軸とを備え、当該無端ベルトのテンション調整を行うテンションプーリーであって、前記外軸と内軸との間に緩衝部材が介装されていることを特徴とするテンションプーリーによって目的を達成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、入力側プーリーと出力側プーリーとの間にスチールベルトを張設し、入力側プーリーの回転に追随して出力側プーリーを回転させる回転伝達機構に関し、特に前記ベルトのテンション調整を行うテンションプーリーの改良に関する。

従来使用されているテンションプーリーを備えた回転伝達機構を図４、図５を用いて説明する。図５（ａ）は、回転伝達機構を平面で見た概念図で、図５（ｂ）は、正面から見た概念図である。また、図４（ａ）、（ｂ）は、テンションプーリーの軸心を含む面で断面にしてテンションプーリーにスチールベルトが接触する状態を説明するものである。

従来の回転伝達機構５０では、ベース１に固定された動力源２の出力軸２ａに入力側プーリー３が取り付けられ、さらにベース１に出力側プーリー４が取り付けられて、この出力側プーリー４に、ワークを把持する等して最終的に駆動すべき負荷５が取り付けられている。

入力側プーリー３と出力側プーリー４との間には、そのプーリー比に相当した回転出力を得ることができるようにスチールベルト６が張設されている。

また、スチールベルト６のテンションを調整するテンションプーリー７を備えている。

このように構成される回転伝達機構５０の動作を説明すると、動力源２の出力軸２ａが回転することにより、出力軸２ａの回転数と同一の回転数で入力側プーリー３が回転し、スチールベルト６を介して（入力側プーリー３）／（出力側プーリー４）の回転比で出力側プーリー４が回転する。これにより、出力側プーリー４に取り付けられた最終負荷となる負荷５も出力側プーリー４と同一の回転数で回転する。

ここで、テンションプーリー７は、スチールベルト６の張り具合を調節して緩みを防止し、回転効率の向上を図る役割を有するが、従来のテンションプーリー７は、図４図示のように通常、内部に円筒コロ型軸受を装着している。

この従来のテンションプーリー７の構造を図４について詳述する。

従来の方式のテンションプーリー７は、入力側プーリー３と出力側プーリー４との間で駆動されているスチールベルト６にその外周面で接触して回転する外輪８と、外輪８の円滑な回転運動を実現し、対ラジアル荷重を重視した円筒コロ１０と、円筒コロ１０のガイドとなるコロ受け１２と、プーリーの固定軸となる内軸１１と、内軸１１に装着され外周面が円筒コロ１０の接触面となる内輪９とで構成されている。

テンションプーリー７は、外輪８がスチールベルト６に適度に接触する位置に調節され、スチールベルト６が駆動された場合のスチールベルト６の緩みを抑え駆動効率を向上させ、スチールベルト６へ与える摩擦を最小限にする構造となっている。
実開平５−７１５５１号公報

テンションプーリー７では、その組立寸法公差のため、図４（ｂ）図示のように外輪８の接触面と、スチールベルト６の接触面とが異なる角度で接触することがある。このようにスチールベルト６の偏当たりが生じた場合、スチールベルト６は局部的に過大な応力を受けることになるが、従来の回転伝達機構５０では、テンションプーリー７に用いられる円筒コロ型軸受がステンレス等の硬質材料で形成されているため、外輪８より強度の劣るスチールベルトの方が損傷を受けやすかった。

また、負荷側から入力される突発的なテンション変動が生じた場合にも、そのテンション変動は最も強度の弱いスチールベルトがその衝撃を吸収する構造となっている。

これらの結果、スチールベルトが過剰な応力を受け、損傷、破断しやすく、スチールベルトの寿命を大幅に短縮する要因となっていた。このスチールベルト６の短い寿命は、回転伝達機構全体の信頼性の低下や、メンテナンスサイクルの短縮化につながっていた。出願人が行った実験のデータによれば、図４図示のような円筒コロ型軸受がステンレス等の硬質材料で形成されている従来の回転伝達機構の場合、３万回の動作に満たないレベルでスチールベルト６に何らかの変調、損傷が生じる場合があった。

本発明は、Ｏリング等、衝撃を緩衝できる緩衝部材をテンションプーリーの内軸とこれに回転可能に装着される外軸との間に介装し、スチールベルトの偏当たりや、負荷側から発生する突発的なテンション変動が生じた際に、前記緩衝部材が変形することにより、従来のテンションプーリーならば、スチールベルトの偏当たりが生じるような場合にスチールベルトの接触面に当接する外輪外周面の内軸に対する傾斜角度を自動調整し、また、突発的なテンション変動が生じた場合に、内軸に対する外軸の位置が変位できるようにして前記問題点を解決したのである。

すなわち、この発明の提案するテンションプーリーは、内軸と、内軸に回動可能に装着され外周面が回転伝達機構の入力側プーリーと出力側プーリーとの間に張設される無端ベルトに接触する外軸とを備え、当該無端ベルトのテンション調整を行うテンションプーリーであって、前記外軸と内軸との間に緩衝部材が介装されていることを特徴とするものである。

前記内軸は、テンションプーリーの回転の中心となる固定軸であり、回転伝達機構、例えば、基板搬送ロボットのアームに取り付けられる。

なお、無端ベルトとは、ベルトの移動（回転）方向に端部を有さない環状とされたベルトであり、スチール製のものやゴム製のものなどがあるが、本明細書では特にスチール製のスチールベルトについて説明することとする。

前記緩衝部材は内軸と外軸との間の、前記スチールベルトの対向する両側縁に対応する側、すなわち内軸の先端側と基端側とにそれぞれ介装することができる。スチールベルトの偏当たりは、外軸の外周面とスチールベルトの接触面との角度にずれが生じることによって起こる場合が多い。そこで、緩衝部材を前記内軸の先端側と基端側とにそれぞれ介装しておけば、外軸の外周面への入力に応じて先端側と基端側の緩衝部材がそれぞれ変形し、外軸の外周面とスチールベルトの接触面との角度のずれに対応できる。緩衝部材をこのように介装させれば、内軸と外軸との間で緩衝部材が変形するので、スチールベルトの接触面に当接する外軸外周面の内軸に対する傾斜角度をスチールベルトの接触面の角度に応じて自動調整可能となる。また、外部からの入力に応じて外軸の内軸に対する離接移動が可能となる。これにより、無端のスチールベルトの偏当たりを防止することができ、また、突発的なテンション変動にも対応できる。

すなわち、スチールベルトの偏当たりや、負荷側から発生する突発的なテンション変動が発生した際には、緩衝部材がその変動に追随した形で変形してスチールベルトへの負荷を軽減することができる。

緩衝部材は、組立公差にから生じるスチールベルトの偏当たりが生じた際に、スチールベルト接触面の角度に応じて外軸が内軸対して傾斜でき、また、負荷側から発生する突発的なテンション変動が生じた際にこれに応じた外軸の内軸に対する変位に追随して変形できるものであれば材質、形状は問わず採用することができる。例えばゴム材製や、メタル中空のＯリング等を採用することができる。

なお、以上説明したテンションプーリーは、従来より広く使用されている回転伝達機構であって、入力側プーリーと出力側プーリーとの間に無端ベルトを張設して回転力を伝達する形式のものであれば、いかなるものであっても、装着して使用ができる。

以上説明した通り、本発明によれば、テンションプーリーの外軸と内軸との間に、例えば内軸の先端側と基端側とにＯリング等の緩衝部材を介装したので、テンションプーリーへのスチールベルトの偏当たりを防止することができる。また、突発的な入力に対応することができる。これにより、スチールベルトの偏当たりや負荷側から発生する突発的なテンション変動に対応でき、スチールベルトの長寿命化を達成することができる。

また、このテンションプーリーを用いることにより回転伝達機構自体の信頼性を向上することができる。

さらに、スチールベルトのテンション調整マージンが増加することによりテンション調整に要する時間を短縮することができる。

以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、従来例を説明する図４（ａ）、（ｂ）と同様に、テンションプーリーの軸心を含む面で断面にしてテンションプーリーにスチールベルトが接触する状態を説明するものである。

本願発明のテンションプーリー１６は、内軸１１に、外軸１８が回動可能に装着されているものである。この内軸１１への外軸１８の回動可能な装着は、図示の例では、内軸１１に、円筒体からなるカラー部１４が装着され、その外周にベアリング１５を介装して外軸１７が装着される構成となっている。カラー部１４は、Ｏリング１３ａ、１３ｂを保持する役割を果たすものであり、このカラー部１４と外軸１８との間にベアリング１９が介装されて回転構造になっている。

カラー部１４の、上縁部と下縁部にはそれぞれＯリング１３ａ、１３ｂの収容部１４ａが形成されている。Ｏリング１３ａは内軸１１の先端側に位置する収容部１４ａに装着され、Ｏリング１３ｂは内軸１１の基端側に位置する収容部１４ａに装着されている。

尚、外軸１８の外周面が出力側プーリーと入力側プーリーとの間に張設されるスチールベルト６に接触することとなる。

テンションプーリー１６は、スチールベルト６が回転方向に回転した場合に、スチールベルト６へ与える摩擦力が最小限となる状態で動作するように、従来の方式と同様に、スチールベルト６の緩み止め及び回転効率の向上のために常にスチールベルト６へ荷重がかけられるように調整される。

このように構成されたテンションプーリー１６は、図３図示のような回転伝達機構１９に取り付けられて使用される。

この回転伝達機構１９の構成につき、図３に基づいて説明する。以下の説明において、図５を用いて前述した従来のテンションプーリーを用いた回転伝達機構５０と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明する。

回転伝達機構１９は、ベース１（図５参照）に固定された動力源２（図５参照）の出力軸２ａ（図５参照）に第一の入力側プーリー２０が取り付けられ、さらにベース１（図５参照）に第一の出力側プーリー２１が取り付けられ、第一の入力側プーリー２０と第一の出力側プーリー２１との間にスチールベルト６が張設されている。また、図３図示の例では、図５図示の回転伝達機構５０と異なり、第一の出力側プーリー２１と一体となった第二の入力側プーリー２２が設けられており、第二の出力側プーリー２３との間でも同様にスチールベルト６が張設されている。第二の出力側プーリー２３にはワークを把持する等して最終的に駆動すべき負荷５が取り付けられている。この場合、回転伝達機構１９は、動力源２の出力軸２ａが回転することにより、出力軸２ａの回転数と同一の回転数で第一の入力側プーリー２０が回転し、スチールベルト６を介して（入力側プーリー２０）／（出力側プーリー２１）の回転比で第一の出力側プーリー２１が回転する。この第一の出力側プーリー２１の回転数は、そのまま、第二の出力側プーリー２２の回転数となり、スチールベルト６を介して（入力側プーリー２２）／（出力側プーリー２３）の回転比で第二の出力側プーリー２３が回転する。これにより、第二の出力側プーリー２３に取り付けられた最終負荷となる負荷５も第二の出力側プーリー２３と同一の回転数で回転する。

テンションプーリー１６は図３図示のように環状を成すスチールベルト６に対して環状の外側から環状の内側に向かってスチールベルト６を押さえつけるように２カ所に配置されている。

以上のように回転伝達機構１９に取り付けられたテンションプーリー１６の動作を図１、図２とに基づいて説明する。

図１は、図４（ｂ）図示のように、組立寸法公差により偏当たりが発生するようになった場合の本発明のテンションプーリー１６における外軸１８とスチールベルト６との接触の状態を表す説明図である。

テンションプーリーでは、組立寸法公差により、回転伝達機構の運転中に例えば図４（ｂ）、（ｃ）図示のようにテンションプーリーの接触面とスチールベルトの接触面との角度にずれが生じ、スチールベルト６の符号６ａの近辺で偏当たりが生じる場合がある。

しかし、この発明のテンションプーリー１６は、スチールベルト６から受ける応力に応じて、Ｏリング１３ａ、１３ｂが変形し、外輪８の外周面と内軸１１の軸心との角度を自動調整することができる。例えば、従来のテンションプーリー７では、図４（ｂ）、（ｃ）図示のように外輪８の上側部にだけスチールベルト６が接触し、偏当たりするような駆動状態になるときであっても本発明のテンションプーリー１６では、Ｏリング１３ａ、１３ｂが変形するので、外輪１８の外周面の内軸１１の軸心に対する角度と、スチールベルト６の内側面の内軸１１の軸心に対する角度が同一角度に補正、調整され、偏当たりを防止することができる。

すなわち、図４（ｂ）図示のように、従来のテンションプーリーでは、外輪８の上端側に大きな力が生じるような接触の仕方になってしまう場合であっても、本発明のテンションプーリー１６では、図１（ｂ）図示のようにＯリング１３ａ、１３ｂの符号１３ａ_１、１３ｂ_２で示す対角線上に位置する部分が矢示２０の入力に応じて変形するので、外軸１８の外周面の内軸１１に対する角度が自動調整され、スチールベルト６と外軸１８の外周面とが常時面接触する。図１（ｃ）は、図１（ｂ）中矢示２０の方向（スチールベルト６の外側面側）からみた図であるが、スチールベルト６は偏当たりすることがないので、皺も生じていない。これにより、スチールベルト６は局部的な応力を受けることが無くなり、寿命が延びる。

次に、図２は、負荷側から発生する突発的なテンション変動が生じた場合のスチールベルト６と外輪１８との接触の状態を表す説明図である。

従来のテンションプーリー７は、突発的な入力はスチールベルト６自体が吸収していた。

しかし、この発明のテンションプーリー１６は、外軸１８がスチールベルト６から受ける応力に応じて、Ｏリング１３ａ、１３ｂが変形するので、突発的なテンション変動が生じた場合の衝撃をＯリング１３ａ、１３ｂが吸収できる。

すなわち、図２中、スチールベルト６側から力を受けたテンションプーリー１６は、外軸１８が矢示２４の方向に移動しようとするので、Ｏリング１３ａ、１３ｂの、図２中符号１３ａ_１、１３ｂ_１で示す部分が入力に応じて変形し、突発的なテンション変動が生じた場合の衝撃をＯリング１３ａ、１３ｂで吸収することとなる。

この発明のテンションプーリー１６に用いられるＯリング１３の硬度、つぶれ代（断面の形状及び寸法）は、スチールベルトのテンション値に合わせて適宜選択することになる。

出願人が行った実験データによれば、円筒コロ型軸受がステンレス等の硬質材料で形成されている従来の回転伝達機構の場合、３万回の動作に満たないレベルでスチールベルト６に何らかの変調、損傷が生じる場合があったところ、この発明のテンションプーリー１６を組み込んだ回転伝達機構では、４０万回以上の動作を行っても、スチールベルト６に何らの変調も見られていない。この動作確認は継続評価中であり、さらに長寿命化を達成できることが確実視される。

以上、本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照して説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。

この実施の形態では、Ｏリング１３ａは内軸１１の先端側に位置する収容部１４ａに装着され、Ｏリング１３ｂは内軸１１の基端側に位置する収容部１４ａに装着された構成としたが、緩衝部材として、例えば、内軸１１の先端側から基端側に亘って、複数本のＯリングを装着する構成とすることもできるし、内軸１１の先端側から基端側に亘って被覆する弾性円筒体を装着する構成とすることもできる。

（ａ）は、この発明のテンションプーリーにスチールベルトが接触する状態を説明する図であって、テンションプーリー及びスチールベルトを内軸の軸心を含む面で断面とした説明図。（ｂ）は、図１（ａ）図示のテンションプーリーの外軸が内軸に対して傾斜し、Ｏリングを圧潰した状態を示す説明図。（ｃ）は、図１（ｂ）図示の状態を図１（ｂ）中、矢示２０の方向から見た説明図。 （ａ）は、図１（ａ）と同様の状態を示した説明図。（ｂ）は、図２（ａ）図示のテンションプーリーの外軸がスチールベルトからの入力を受けて内軸との平衡を保って内軸側に移動し、Ｏリングを圧潰した状態を示す説明図。 この発明のテンションプーリーを取り付けた回転伝達機構の平面図。 （ａ）は、従来のテンションプーリーにスチールベルトが接触する状態を説明する図であって、テンションプーリー及びスチールベルトを内軸の軸心を含む面で断面とした説明図。（ｂ）は、図４（ａ）図示のテンションプーリーの外輪にスチールベルトが偏当たりした状態を示す説明図。（ｃ）は、図４（ｂ）図示の状態を図４（ｂ）中、矢示２０の方向から見た説明図。 （ａ）は、従来のテンションプーリーを取り付けた回転伝達機構の平面図。（ｂ）は、同じく正面図。

符号の説明

１ ベース
２ 動力源
３、２０、２２ 入力側プーリー
４、２１、２３ 出力側プーリー
５ 負荷
６ スチールベルト
７、１６ テンションプーリー
８、１８ 外輪
９ 内輪
１０ 円筒コロ
１１ 内軸
１２ コロ受け
１３ａ、１３ｂ Ｏリング
１４ カラー
１５ ベアリング
１７ 外軸
１９、５０ 回転伝達機構

Claims (4)

1. 内軸と、内軸に回動可能に装着され外周面が回転伝達機構の入力側プーリーと出力側プーリーとの間に張設される無端ベルトに接触する外軸とを備え、当該無端ベルトのテンション調整を行うテンションプーリーであって、前記外軸と内軸との間に緩衝部材が介装されていることを特徴とするテンションプーリー。
2. 緩衝部材は内軸と外軸との間の、前記無端ベルトの対向する両側縁に対応する側にそれぞれ介装されていることを特徴とする請求項１記載のテンションプーリー。
3. 緩衝部材はＯリングであることを特徴とする請求項１又は２記載のテンションプーリー。
4. 入力側プーリーと出力側プーリーとの間にスチールベルトを張設し、入力側プーリーの回転に追随して出力側プーリーを回転させる回転伝達機構であって、前記スチールベルトのテンション調整を行うテンションプーリーが請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載のテンションプーリーであることを特徴とする回転伝達機構。
   
   

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