JP2014217899A - 入れ子構造のユニバーサルジョイント - Google Patents

Abstract

【課題】ユニバーサルジョイントの機能を失う事無く、このユニバーサルジョイントを鞘体で覆って、回転伝達部品として使い易くする。また、この屈折角度の変化を、ユニバーサルジョイント自身の回転力で能動的に行う事を可能にして、全く新しい機能を発揮するメカトロ部品として利用可能にする。
【解決手段】外側の第一のユニバーサルジョイント１００の中にベアリング３００を介して回転自在に第二の内側のユニバーサルジョイント２００を入れ子構造にする。このユニバーサルジョイントの屈折角度の変化を、自らの回転力で能動的に行う事を可能にするため、外側のユニバーサルジョイント１００の内壁にアクチュエーター１５０，１７０を具備し、このアクチュエーター１５０，１７０をこの回転で駆動して屈折させる。
【選択図】図４

Description

本発明はユニバーサルジョイントの主機能であるところの、回転力を自由な方向に屈折させて伝達すると云う機能を拡張したもので、主にメカトロ分野で従来に無かった新しい機能を発揮する。

ユニバーサルジョトは回転力を縦横に屈折させて伝達させるためのものであるが、これを部品として使う際、他の部品と接触してこの回転を阻害する事のない様に考慮して配置される必要があった。

また、ユニバーサルジョイントの屈折は受動的に行われていた。
例えば自動車のドライブシャフトでは、車体が振動しても遺漏なく回転をタイヤに伝える事を目的として使われていて、振動に追従する受動的動作動である。
ジンバルとしてユニバーサルジョイントを使う際に於いても、屈折のための駆動力は外部の動力源に求めていて、これも受動的な動作である。

ユニバーサルジョイントが能動的に、自身の回転力で屈折する事が出来れば便利であり、利用範囲が拡大するが、その様なユニバーサルジョイントは存在しなかった。

本発明はユニバーサルジョイントを汎用部品として使い易く利用する目的でなされた。
更に、ユニバーサルジョイント自らの回転力を駆動源として能動的にこれを屈折させる事を可能にして、多目的な用途に使用可能にする目的でなされた。

回転力を伝えるための第一のユニバーサルジョイントの外側に、この鞘体であり、回転支承体でもある第二のユニバーサルジョイントを、ベアリングを介して回転自在に入れ子構造にする。

そして、外側のユニバーサルジョイントにアクチュエーターを具備し、内側のユニバーサルジョイントの回転力でアクチュエーターを動作させて、外側のユニバーサルジョイントの屈折角度を変化させる。
外側のユニバーサルジョイントが屈折すれば、当然内側のユニバーサルジョイントも屈折する。
つまり、ユニバーサルジョイント自身の回転力でこのユニバーサルジョイントを能動的に屈折させるのである。

本発明を従来の本来の用途である回転力伝達に利用すれば、本発明を使った製品を組み立てる際、部品接触による回転阻害について考慮する必要がないので、自由度の高い回転機器を構築する事が可能になる。

本発明を本発明自身の回転力で能動的に動作させて使用すれば、これを多数個連結した多関節ロボットアームを構築することが可能になる。
また、本発明に鏡を取り付けてダイナミックに屈折させて集光するヘリオスタットとしても利用できるのでこれを多数個並列配列して、動力源を最小にして集光する太陽熱利用を実現する事が可能になる。

本発明によるロボットアームに於いては、直列結合と並列結合を混在させて人間の手の様な動作のロボットシステムが可能になる。
そしてなにより、関節毎にサーボ機構等の駆動源が不要になるため、重力モーメントの増大によるロボットアーム先端部の動作緩慢が解決される。

更に、上記以外にも多重入れ子構造にして、従来には存在しなかった全く新しいユニバーサルジョイント機能を有するメカトロ機構を構築する可能性が拡がる。

屈折した本発明の斜視図（一部分を切り取った図）） 図１の軸方向縦断面図 アクチュエーターとカプラーを有する縦断面図（図４のＡ−Ａ‘） アクチュエーターとカプラーを有する横断面図（図３のＡ−Ａ‘） 本発明同士を直列連結した図 本発明を並列配置した図

以下図を使い本発明の説明をする
外側のユニバーサルジョイント１００の中に、これより小さなサイズの内側のユニバーサルジョイント２００を挿入し、ベアリング３００で回転自在に双方を結合する。

外側のユニバーサルジョイント１００のＸクロス軸１２５と内側のユニバーサルジョイント２００のＸクロス軸２２５とは同一位置であり、同様にＹクロス軸１２７、２２７も同一位置で結合されている。

この様な構造なので双方のユニバーサルジョイント１００，２００は両クロス軸を屈折点として縦横に自在に屈折する事ができる。そして外側のユニバーサルジョイント１００を固定すれば内側のユニバーサルジョイント２００が回転自在になり、これとは逆に内側のユニバーサルジョイント２００固定すれば外側のユニバーサルジョイント１００が回転自在となる。

外側のユニバーサルジョイント１００を固定して、内側のユニバーサルジョイント２００を回転伝達として使う事の方が殆どであるが、その際には、外側のユニバーサルジョイント２００が内側のユニバーサルジョイント１００の回転を鞘体として保護し、且つ一緒に自在に屈折するので、回転機器の回転伝達に使う際、回転軸に他の部品が触れない様に、無駄な隙間を空ける事が無いので、小型化が実現できる。

更に、この入れ子構造のユニバーサルジョイント（以下本発明と称する）を自ら能動的に自在に屈折させるために、外側のユニバーサルジョイント１００の内壁にＸ軸用アクチュエーター１５０とＹ軸用アクチュエーター１７０を具備し、これを内側のユニバーサルジョイント２００に具備したＸ軸ウォーム歯車１５５、Ｙ軸ウォーム歯車１５７で駆動し、前後に動作制御する。

この例のアクチュエーター１５０，１７０はクラッチ手段を介したウォーム歯車駆動なので、回転力を往復力にして、ロッド２４０を介してこれを伝達し、Ｘ軸ホーン２５０とＹ軸ホーン２７０を押し引きして本発明を屈折させたり、非伝達にして、この屈折角度を保持したりする事が出来るのである。

図６に示す様に、本発明同士を多数個直列連結し、このそれぞれに角度センサーＰＭを取付けて、屈折角度を検出して、これを基にコンピュータ等を使ってのアクチュエーターを動作制御する事により、それぞれの結合毎に能動的に屈折角度変化するロボットシステムを簡単に構築する事が出来る。
この様にして構築された、本発明のロボットシステムに於いては、従来の様に関節毎にサーボ機構の様な重量物を有する事無く、接続基部に接続した只一個のモーターＭＴが駆動力源なので、軽量で重力モーメントの増大を最小限にした、俊敏動作のロボットアームシステムが可能になるのである。

又、本発明は直列に連結するだけでなく、並列結合する事も可能であり、並列結合して人間の指の機能を果たすロボットアームも構築出来る。
この並列接続を、例えば図７に示す様に集光システムに利用すれば、一個のモーターＭＴ
に結合した回転軸Ｋからの回転力でウォームギア機構ＷＧを介して本発明を作動させて多数個のヘリオスタットＨを駆動する事が出来、これを更に多数列にマトリクス状に配置すれば、小面積の鏡を多数個、素早く角度変化させる事が出来る。

１００ 外側のユニバーサルジョイント
１２０ 外側のクロス軸受け
１２５ 外側のＸクロス軸
１２７ 外側のＹクロス軸
１５０ Ｘ軸用アクチュエーター
１５５ Ｘ軸用ウォーム歯車
１７０ Ｙ軸アクチュエーター
１７７ Ｙ軸用ウォーム歯車
１９０ 外側のカプラー
１９５ 外側のキー突起
２００ 内側のユニバーサルジョイント
２２０ 内側のクロス軸受け
２２５ 内側のＸクロス軸受け
２２７ 内側のＹクロス軸受け
２４０ ロッド
２５０ Ｘ軸ホーン
２７０ Ｙ軸ホーン
２９０ 内側のカプラー
２９５ 内側のキー突起
３００ ベアリング
ＭＴ モーター
Ｋ 駆動回転軸
ＷＧ ウォームギア機構
ＭＲ 集光用鏡
Ｈ ヘリオスタット
Ｓ 固定桟

Claims (4)

1. 第一のユニバーサルジョイントの中に第二のユニバーサルジョイントが回転自在に入れ子構造であるユニバーサルジョイント
2. 二重以上の多重入れ子構造である請求項１記載のユニバーサルジョイント
3. 第一のユニバーサルジョイントの中にアクチュエーターを具備すると共に、第二のユニバーサルジョイントがこの中に回転自在な入れ子構造であり、この第二のユニバーサルジョイントの回転力でこのアクチュエーターを駆動させて、第一のユニバーサルジョイントの屈折角度を能動的に変化させる事を特徴とするユニバーサルジョイント
4. ユニバーサルジョイントの両端部にカプラー構造を具備する請求項１〜請求項３記載のユニバーサルジョイント