JP2012529600A - ２つの部材を調整するための偏心調整機構 - Google Patents

Abstract

本発明は、ハウジング（３）と出力要素（４）と偏心シャフト（２）と星型スプロケット（１）とを備えた調整機構に関するものであり、星型スプロケット（１）は、歯形状（１ｂ）により内歯車歯形状（４ｂ）と接触し、サポート形状（１ｃ）により前記ハウジング（３）のブリッジ形状（３ｂ）に嵌合される複数の弾性的に可撓なビーム要素（１ａ）を有する。

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに係る２つの部材を調整するための偏心調整機構に関するものである。特に、この種の調整機構は、産業用ロボットの関節腕や車のシートの関節部品に使用されたり、カムシャフトを調整するために使用されたり、減速装置として使用されたりしている。

調整機構の既知の種類としては、サイクロイドドライブ、高調波ドライブ、遊星歯車の変異形などの例がある。ほとんどの用途において、調整機構は電気モータで駆動される。電気モータを小型に維持するためには、できるだけ高い歯車比を採用する必要がある。機構を小型に維持するためには、ギヤ段内で高い比を達成しなければならない。
先に挙げた種類の機構はこれらの要件を比較的満たしている。

このような機構の他の側面としては、多岐にわたる部品やそれに関連する構築コストが挙げられる。用途によっては、クリアランスの小さい調整機構やクリアランスのない調整機構さえ必要とされる。通常の調整機構においては、クリアランスは生産許容範囲を制限することで小さくすることができる。
一般に、機構が機能することを保証するためには最小クリアランスが必要とされる。

本発明の主な目的は、改良された調整機構を提供することにある。この目的は、特許請求項１の特徴に係る本発明により達成される。
本発明の有利な形態は、従属請求項において特定される。

本発明において、星型スプロケットは、弾性的に可撓で径方向に延びる棒状の歯要素を有している。本発明の好ましい形態において、星型スプロケットは、出力要素の歯形状に対して径方向に締まりばめ部を有しており、横方向に圧縮応力がかかった状態で歯要素が星型プロケットの平面に曲げられる。

クリアランスを有するアセンブリでは、星型スプロケットの棒状の歯要素が調整機構のねじり剛性を低減する効果を奏する。これは、所定の用途においては例えば稀に発生する最大負荷を吸収し、内力が所定の大きさを超えないようにすることで利点となる。

また、可撓性のある棒状の歯要素は、加えられた負荷を噛合の過程で適切に個々の歯要素に分散させ、ピーク負荷を個々の歯で軽減できるという効果を有する。

歯要素の可撓性は、噛合の全体的な幾何的形状に好ましい影響を与える。これにより、非常に小さい撓みＸにより、曲率半径を大幅に増加させることができ、より多くの数の歯要素を同時に噛合させることができる。

本機構は、構築コストをほとんどかけることなくより高い歯車比を実現することができ、さらに、コストのかさむ製造プロセスを必要とせずに入力と出力との間のクリアランスをなくすことができる。

調整機構の斜視図である。 本調整機構の分解斜視図である。 本調整機構の噛み合わせの平面図である。 本調整機構の回転軸を通る断面図である。 図３の拡大詳細図である。 本調整機構の瞬間回転中心を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。
本調整機構は、ハウジング３と、偏心シャフト２と、星型スプロケット１と、駆動される出力要素４とを備えている。

本発明によれば、いわゆる星型スプロケット１が偏心シャフト２によって円形スラスト運動をしながら移動されることが予測される。ここで、星型スプロケットは、偏心シャフト上に偏心して取り付けられており、ハウジング３に案内される。星型スプロケット１の歯形状１ｂは、出力要素４に強固に接続された内歯車４ａに噛合し、回転シャフト２が回転すると、この歯車を回転変位させる。偏心シャフト２および内歯車４ａは、ハウジング３内に同軸上に位置している。星型スプロケットはビーム要素１ａを含んでおり、それぞれのビーム要素１ａの端部には、内歯車４ａの内歯車形状４ｂと噛合する歯形状１ｂが設けられている。歯形状１ｂは径方向においてサポート形状１ｃに入り込むようになっており、サポート形状１ｃはブリッジ形状３ｂと接触する。ブリッジ形状３ｂは、複数のブリッジ３ａの縁部に位置しており、ブリッジ３ａはハウジング３に強固に接続されている。

歯車比は以下の式によって算出される。

Ｚ_ｈは内歯車の歯数である。Ｚ_ｓは星型スプロケットの歯数である。

本機構の組み立てを簡略化するためには、すべての要素を平面上に配置するのがよい。これを可能とするために、星型スプロケット１の歯数を少なくする。例えば、歯数が８１の内歯車と歯数が８０の星型スプロケットでは歯車比はｉ＝１／８１となる。４つの歯おきに星型スプロケット１を構成し、ブリッジ３ａと星型スプロケット１のサポート形状１とを平面上に位置させることが提案される。このようにして自由に使えるようになったスペースをブリッジ３ａに充てることができる。

ゼロクリアランスを達成するために、締まりばめによって星型スプロケット１を取り付けることができる。ボアホールよりも大きな寸法のボルトのボアホールへの締まりばめと同様に、利用可能なスペースよりも星型スプロケット１が大きくてもよい。

個々の部材の寸法：内歯車４ａ、ブリッジ形状３ｂ、および星型スプロケット１は、締まりばめ部ができるように相互に調整される。この場合において、締まりばめ部があっても取付が可能となるように星型スプロケット１をハウジング内に取り付ける際にはビーム要素１ａがわずかに変形する。そして、本機構のすべての要素が星型スプロケット１で固定され、偏心シャフト１と出力要素４とハウジング３との間の本機構のクリアランスがなくなる。従来のドライブの機構では、ここで説明されたアプローチにより非常に大きな内力が生ずることになるため、取付が不可能になるか、非常に遅くて不均衡な機構の動作を生じることになる。本発明に係る機構においては、星型スプロケット上のビーム要素のバネ作用により内力を小さく抑えられる。ビーム要素１ａの大きさにわたって内力を分散することができる。

伝達可能な最大モーメントは、ビーム要素１ａの曲げ応力により制限される。このモーメントを大きくするために、動作モーメントに対して負荷と反対側のビーム要素１ａに圧縮応力をかけることができる。図５は、ビーム要素１ａの拡大図である。ここでは、ビーム要素１ａに値ｘの圧縮応力をかけている。この曲げによりビーム足部１ｄに曲げ応力が生じる。本機構により伝達されるモーメントにより生じるビーム足部１ｄ上の曲げ応力はそれらの反対方向であり、圧縮応力をかけることにより本機構の負荷限界が引き上げられる。

駆動のための全体的な幾何的設計においては、圧縮応力をかけた可撓ビームの歯を考慮しなければならない。可撓ビーム要素１ａにより、本機構では一体となって動く部品が実質的により多くなっている。ビーム要素１ａは曲げビームのように移動する。図６は、瞬間回転中心の位置（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦ）と、内歯車の噛み合い４ａとビーム要素Ｋとの間の瞬間回転中心の軌道Ｉとを示している。この関係を簡潔に説明するために、可撓ビーム要素１ａを、スイベルジョイントＤで星型スプロケットハブＪに連結された剛性ビーム要素Ｋと入れ替える。上記関係のこのような簡略図は、たわみｘが小さいために許容される。

それぞれの瞬間回転中心は以下のように求められる。偏心シャフトＬはハウジングとの瞬間回転中心をＡ点に有している。Ｂ点は、星型スプロケットハブＪと偏心シャフトＬとの間の瞬間回転中心である。星型スプロケットＪとハウジングジングＭとの間の瞬間回転中心は、直線ａ上の無限遠点にある。Ｄ点はビーム要素Ｋと星型スプロケットハブＪとの間の瞬間回転中心である。直線ｄは、Ｄ点から星型スプロケットハブＪとハウジングＭとの間の瞬間回転中心に延び、無限遠点となる。このため、直線ｄは直線ａと並行である。直線ａとｄが星型スプロケットハブＪとハウジングＭとの間の瞬間回転中心、すなわち無限遠点で交差する。Ｈ点は、ビーム要素ＫのハウジングＭとブリッジ形状３ｂとの接点である。

直線ｅは、Ｈ点を通りサポート形状１ｂに対して垂直である。Ｈ点は、ビーム要素Ｋのサポート形状１ｂとブリッジ形状３ｂとの接点である。直線ｅと直線ｄとの交点が瞬間回転中心Ｆとなるように、瞬間回転中心Ｆは直線ｄ上になければならない。直線ｂは瞬間回転中心ＦとＡ点の間を結んでいる。Ａ点は、内歯車の噛み合わせ４ａとハウジング３との間の瞬間回転中心である。ビーム要素Ｋと内歯車の噛み合わせ４ａとの間の瞬間回転中心Ｅは、直線ｂ上になければならず、直線ｆが直線ｂと交差する点によって形成される。直線ｆは、歯形状１ｂに垂直で、かつＧ点を通る。Ｇ点は、ビーム要素Ｋ上にある歯形状１ｂと内歯車の噛み合わせ４ａ上の内歯車形状４ｂとの接点である。

直線ｃは、瞬間回転中心ＤとＢとを結んでいる。直線ｂと直線ｃとの交点は、瞬間回転中心Ｃである。Ｃ点は、ビーム要素Ｋと星型スプロケットＪとの間の瞬間回転中心である。

歯車比ｉは、直線ｂ上の瞬間回転中心Ａ、Ｃ、Ｅ、およびＦ間の距離により表すことができる。

偏心シャフト２が回転すると、瞬間回転中心Ｅが瞬間回転中心の軌道Ｉに沿ってより遠くに移動する。瞬間回転中心の軌道Ｉは、好ましくはＧ点に接する位置にある略直線である。この状況により、ビーム要素Ｋ上の歯形状１ｂと内歯車噛み合わせ４ａの内歯車歯形状４ｂとが比較的大きな曲率半径を持つことができる。さらに、これにより、多くのビーム要素が同時に内歯車噛み合わせ４ａと接触することができる。

瞬間回転中心の軌道Ｉの好ましい位置は、可撓ビームの歯と直接関連している。

ビーム要素Ｋが星型スプロケットハブＪに固定的に接続されている場合、直線ｅは直線ａと並行となる。瞬間回転中心Ｆは無限遠点となり、直線ｂは直線ａと同一の直線になる。Ａ点とＦ点とを結ぶ線およびＣ点とＦ点とを結ぶ線の長さは無限大となる。
この場合の歯車比ｉは以下のように算出される。

この場合のＡ−Ｃ線は、偏心シャフトの偏心量、すなわち一定の大きさの偏心量である。したがって、一定の歯車比では、Ａ−Ｅ線も一定の大きさとなるはずである。そして、瞬間回転中心の軌道Ｉは、Ａ点を中心とした円となる。この場合において、歯形状１ｂと４ｂの曲率半径は大幅に小さくなり、同時に内歯車の噛み合わせ４ａと接する位置にあるビーム要素Ｋの数も小さくなる。

このように、可撓ビームの歯により本機構における重要な幾何的数値が改善される。

Claims (6)

1. ハウジング（３）と出力要素（４）と偏心シャフト（２）とを有する調整機構であって、
   歯形状（１ｂ）により内歯車歯形状（４ｂ）と接触し、サポート形状（１ｃ）により前記ハウジング（３）のブリッジ形状（３ｂ）に嵌合される複数の弾性的に可撓なビーム要素（１ａ）を有する星型スプロケット（１）
   を備えたことを特長とする調整機構。
2. 前記星型スプロケット（１）は径方向に締まりばめ部を有し、横方向に圧縮応力がかかった状態で前記ビーム要素（１ａ）が前記星型スプロケット（１）の平面上に曲げられる、
   請求項１に記載の調整機構。
3. 前記ビーム要素（１ａ）は、前記星型スプロケット（１）に対して締まりばめ部を有してまたは締まりばめ部を有さずに配置され、距離（ｘ）でねじり駆動モーメントからの負荷により圧縮応力がかかっている、
   請求項１または２に記載の調整機構。
4. 前記ハウジング（３）と前記出力要素（４）と前記偏心シャフト（２）とが同軸上に一体的に取り付けられている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の調整機構。
5. 前記星型スプロケット（１）は、前記偏心シャフト（２）上に偏心して取り付けられている、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の調整機構。
6. 前記ビーム要素（１ａ）は弾性的曲げ運動を行う、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の調整機構。

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