JP2023155423A - belt transmission mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、産業用ロボットのアームなどに組込まれ、歯付ベルトを介して駆動プーリの回転力を従動プーリに伝達する際に、歯付ベルトの張力を自動的に適度に保つためのオートテンショナを備えたベルト伝動機構に関する。 The present invention is an auto-tensioner that is incorporated into an arm of an industrial robot, etc., and automatically maintains the tension of a toothed belt at an appropriate level when transmitting the rotational force of a drive pulley to a driven pulley via a toothed belt. The present invention relates to a belt transmission mechanism equipped with a belt transmission mechanism.
近年、自動車製造、半導体製造、スマートフォン製造等向けに、垂直多関節ロボット、水平多関節ロボット(スカラロボット)等の産業用ロボットが広く使われている。産業用ロボットにおいては、ロボットのアーム駆動及び手首部の駆動(以下、「ロボットアーム駆動」)には、小型化、高速化、軽量化等を図るべく、ギヤ駆動に代えて歯付ベルトによる駆動(以下、「ロボットアーム駆動用ベルト伝動機構」と略す)の採用が進んでいる。 In recent years, industrial robots such as vertically articulated robots and horizontally articulated robots (SCARA robots) have been widely used for automobile manufacturing, semiconductor manufacturing, smartphone manufacturing, etc. In industrial robots, toothed belt drive is used instead of gear drive to drive the robot's arm and wrist (hereinafter referred to as "robot arm drive") in order to make it smaller, faster, and lighter. (hereinafter abbreviated as "belt transmission mechanism for driving a robot arm") is being increasingly adopted.
一般的にオートテンショナが付加されていないベルト伝動機構においては、歯付ベルト(以下、単に「ベルト」と略す場合あり)を取付け後、空運転(ならし走行)をする事で運転(走行)初期に生じるベルトの張力低下を調整(是正)する工程が必要になる。しかしながら、ロボットアーム駆動用ベルト伝動機構にあっては、構造上や製造工程上、ロボットアーム内のプーリに歯付ベルトを取付けただけでは空運転ができないため、ロボットが組み上がってからエージングという空運転による張力調整作業を行っている。エージングは、駆動プーリと従動プーリとの間隔(軸間距離)の調整等によるベルトの張直し(張力調整作業)、各部ボルト類の増締め作業等を経て、ロボットの正しい制御状態まで数時間に渡り行わなければならず、多大なロスコストが発生する要因となっていた。 Generally, in a belt transmission mechanism that does not have an auto-tensioner attached, after installing a toothed belt (hereinafter simply referred to as "belt"), it is operated (driving) by running it dry (breaking-in). A process is required to adjust (correct) the belt tension drop that occurs initially. However, due to the structure and manufacturing process, the belt transmission mechanism for driving a robot arm cannot run idle simply by attaching a toothed belt to the pulley in the robot arm. Tension adjustment work is being carried out by operation. Aging involves retensioning the belt (tension adjustment work) by adjusting the distance between the driving pulley and the driven pulley (distance between axes), retightening bolts, etc., and it takes several hours for the robot to be in the correct control state. This had to be done across the country, which caused significant loss costs.
また、ロボットアームの駆動は頻繁な正逆回転を伴うため、(正逆回転の毎にベルトの張り側と緩み側が逆転し、)正逆切替時(正逆の起動/停止時)、ベルトの張り側で過大な張力が作用し易くなると共に、ベルトの緩み側に緩みが発生し易くなる。このようにベルトが過張力となったり、ベルトの緩みが大きくなったりすると、同期伝動が不確実(駆動プーリと従動プーリとの回転角度の差が大)になり、アームや手首部等を所定の位置に正確に動かすことができなくなる(アーム等の位置決め精度に影響する)。 In addition, since the drive of the robot arm involves frequent forward and reverse rotations (the tight side and slack side of the belt are reversed each time it rotates forward and reverse), when switching between forward and reverse directions (starting/stopping forward and reverse), Excessive tension tends to act on the tension side, and loosening tends to occur on the slack side of the belt. If the belt becomes over-tensioned or becomes too loose, the synchronous transmission becomes uncertain (the difference in rotation angle between the drive pulley and the driven pulley is large), and the arm, wrist, etc. It becomes impossible to move the arm accurately to the position (affects the positioning accuracy of the arm, etc.).
また、プーリ間の間隔が狭く、且つ、減速比(プーリ径の比)が大きいベルト伝動機構にあっては、小径側の駆動プーリにおいて、ベルトの接触角が小さくなり、ベルトの緩みが大きいと、ベルトの歯飛びが起こりやすくなる懸念がある。 In addition, in a belt transmission mechanism where the distance between pulleys is narrow and the reduction ratio (ratio of pulley diameters) is large, the contact angle of the belt becomes small on the drive pulley on the small diameter side, and if the belt becomes loose, the contact angle of the belt becomes small. , there is a concern that belt tooth skipping may occur more easily.
歯付ベルトによる同期(かみ合い)伝動において、上記問題に対応するためには、原則、(走行初期に生じる張力低下の調整を含め)自動的に、且つ適度に(ベルトが緩まない程度に)ベルトの張力を保つことが必要である。 In order to deal with the above problems in synchronous (meshing) transmission using toothed belts, in principle, the belt must be adjusted automatically (including adjusting for the drop in tension that occurs at the beginning of running) and appropriately (to the extent that the belt does not loosen). It is necessary to maintain the tension.
具体的には、歯付ベルトを用いたロボットアーム駆動用のベルト伝動機構にあっては、正逆回転の毎にベルトの張り側と緩み側が逆転しても、ベルトの張り側においては、(摩擦伝動の場合のように)起動時にさほど高い張力を確保する必要がないため、減衰力(ダンピング力)を作用させずに張力変動を低く抑えることが必要であり、一方、ベルトの緩み側においては、(摩擦伝動の場合と同様に)ベルトの緩みを生じさせないことが必要である。 Specifically, in a belt transmission mechanism for driving a robot arm using a toothed belt, even if the tension side and slack side of the belt are reversed each time the belt rotates in forward and reverse directions, the tension side of the belt ( Since it is not necessary to ensure a very high tension at startup (as in the case of friction transmission), it is necessary to suppress tension fluctuations to a low level without applying a damping force.On the other hand, on the slack side of the belt In this case, it is necessary (as in the case of frictional transmission) that the belt does not become loose.
そのためには、駆動プーリと従動プーリの回転中心を結ぶプーリ中心線を挟む両側の位置でそれぞれ回転自在に設けられた2つのテンションローラをばね等による適度な付勢作用でベルト(の外周面または内周面)に接触させることで、正逆回転の毎にベルトの張り側と緩み側が逆転しても、(走行初期に生じる張力低下の調整を含め)自動的に、且つ適度に(ベルトが緩まない程度に)ベルトの張力を保つことができるオートテンショナが付加されたロボットアーム駆動用のベルト伝動機構を採用することが考えられる。 To do this, two tension rollers, which are rotatably installed on both sides of the pulley center line that connects the rotation centers of the drive pulley and the driven pulley, are appropriately biased by springs, etc. By making contact with the inner peripheral surface of the belt, even if the tension side and slack side of the belt are reversed during forward and reverse rotation, the belt will automatically and appropriately (including adjusting the tension drop that occurs at the beginning of running). It is conceivable to adopt a belt transmission mechanism for driving the robot arm that is equipped with an auto-tensioner that can maintain the tension of the belt (to the extent that it does not loosen).
(従来技術)
ロボットアーム駆動用ベルト伝動機構に備わるオートテンショナとしては、例えば、特許文献1(図1参照)には、ベルトの両側(張り側と緩み側)を1本のばね(引張ばね又は圧縮ばね)による付勢作用で2つのテンションローラ(アイドラ)で挟む又は押し広げ、ベルトに張力を付与するようにした構成のものが開示されている。また、特許文献2(図1参照)には、ベルトの両側(張り側と緩み側)をV字状の揺動アーム(但しばね付勢なし)で2つのテンションローラ(アイドラ)で挟み、ベルトに張力を付与するようにした構成のものが開示されている。
(Conventional technology)
For example, Patent Document 1 (see Figure 1) describes an auto-tensioner installed in a belt transmission mechanism for driving a robot arm, in which both sides of the belt (tension side and slack side) are connected by one spring (tension spring or compression spring). A configuration is disclosed in which the belt is pinched or spread apart by two tension rollers (idlers) by a biasing action to apply tension to the belt. Furthermore, in Patent Document 2 (see Fig. 1), both sides (tension side and slack side) of the belt are sandwiched between two tension rollers (idlers) by a V-shaped swinging arm (no spring biasing), and the belt is A configuration is disclosed in which tension is applied to.
しかしながら、昨今では、従来と比べ、自動車製造、半導体製造、スマートフォン製造等の生産性向上要求が飛躍的に高まっている。そのため、産業用ロボットに対しても、ロボットアーム駆動部における更なる性能の向上要求として、「正逆回転を伴う動作の速度が増加しても、位置決め精度を繰り返し確保でき(つまり、駆動プーリと従動プーリとの回転角度の差の大きさを許容範囲内に常時収めることができ)、同期伝動[(走行初期に生じる張力低下の調整を含め)自動的に、且つ適度に(ベルトが緩まない程度に)ベルトの張力を保つこと]を確実なものとすること」、に関する要求が高まっている。 However, in recent years, demands for improved productivity in automobile manufacturing, semiconductor manufacturing, smartphone manufacturing, etc. have increased dramatically compared to the past. Therefore, even for industrial robots, there is a demand for further performance improvement in the robot arm drive section. The difference in rotation angle between the driven pulley and the driven pulley can always be kept within the permissible range), synchronous transmission (including adjusting for the drop in tension that occurs at the beginning of running) automatically and appropriately (the belt does not loosen). There is an increasing demand for ``maintaining belt tension to a certain degree''.
ロボットアーム駆動部における上記回転角度の差は、ベルト及びプーリの仕様(ベルト歯部とプーリ歯溝とのかみ合い性)が固定された条件下では、正逆切替時(正逆の起動/停止時)に最大となること(正逆切替時にオーバーシュート及びアンダーシュートを起こすこと)がわかっている。 The above-mentioned difference in rotation angle in the robot arm drive section is caused by the difference in rotation angle during forward/reverse switching (starting/stopping of forward/reverse) under conditions where the specifications of the belt and pulley (the engagement between the belt teeth and the pulley tooth groove) are fixed. ) is known to reach its maximum (overshoot and undershoot occur during forward/reverse switching).
このため、ロボットアーム駆動用ベルト伝動機構にあっては、正逆回転を伴う動作の速度が増加しても、位置決め精度を繰り返し確保する(同期伝動を確実なものとする)ためには、「正逆切替時(正逆の起動/停止時)の駆動に対する応答性を高い水準に確保すること(つまり正逆切替時の上記回転角度差を十分に抑制すること)」が重要となる。 Therefore, in the belt transmission mechanism for driving a robot arm, in order to repeatedly ensure positioning accuracy (ensure synchronous transmission) even if the speed of movement involving forward and reverse rotation increases, it is necessary to It is important to ensure a high level of responsiveness to driving during forward/reverse switching (start/stop of forward/reverse) (that is, to sufficiently suppress the rotation angle difference mentioned above during forward/reverse switching).
この点、上記観点に照らし詳細に検証した結果、上記開示のような、ロボットアーム駆動用ベルト伝動機構に備わるオートテンショナ(従来のオートテンショナ)では、昨今の上記要求に確実に対応するには不十分であることがわかった。 In this regard, as a result of detailed verification in light of the above-mentioned viewpoint, we found that the auto-tensioner (conventional auto-tensioner) provided in the belt transmission mechanism for driving a robot arm, as disclosed above, is not able to reliably meet the above-mentioned recent demands. It turned out to be enough.
そこで、本発明は、正逆回転を伴う動作の速度が増加しても、同期伝動を確実なものとすることができる、ベルト伝動機構を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a belt transmission mechanism that can ensure synchronous transmission even when the speed of operation involving forward and reverse rotation increases.
本発明は、駆動源によって正逆回転可能に駆動される駆動軸に固定された駆動プーリと、
回転自在に支持された従動プーリと、
前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に巻き掛けられた歯付ベルトと、
前記駆動プーリの回転中心と前記従動プーリの回転中心とを結ぶプーリ中心線を挟む両側の位置でそれぞれの基軸部を中心に回転自在に設けられ、前記歯付ベルトに接触する2つのテンションローラを介して、前記歯付ベルトの張力を自動的に適度に保つオートテンショナと、を有するベルト伝動機構であって、
前記オートテンショナは、
前記2つのテンションローラの回転中心同士を結ぶローラ中心線と前記プーリ中心線との交点から前記駆動プーリ側に離間した、前記プーリ中心線上の点または前記プーリ中心線の延長線上の点を通り、前記駆動軸と平行な方向に延びるように設けられた揺動軸を有し、
前記2つのテンションローラの各前記基軸部間に張設され、前記2つのテンションローラを、前記ローラ中心線に沿って、互いに引き寄せる方向又は互いに離間させる方向に付勢するばねを備え、かつ、
前記2つのテンションローラが、前記揺動軸を中心に、揺動自在に構成されていることを特徴としている。
The present invention includes a drive pulley fixed to a drive shaft that is rotatably driven in forward and reverse directions by a drive source;
a rotatably supported driven pulley;
a toothed belt wound between the driving pulley and the driven pulley;
Two tension rollers are provided rotatably around their respective base shafts at positions on both sides of the pulley center line connecting the rotation center of the drive pulley and the rotation center of the driven pulley, and are in contact with the toothed belt. an autotensioner that automatically maintains the tension of the toothed belt at an appropriate level through the belt transmission mechanism,
The auto tensioner is
passing through a point on the pulley center line or a point on an extension of the pulley center line that is spaced toward the drive pulley from the intersection of the roller center line connecting the rotation centers of the two tension rollers and the pulley center line; a swing shaft provided to extend in a direction parallel to the drive shaft;
a spring that is stretched between each of the base shaft portions of the two tension rollers and biases the two tension rollers in a direction toward each other or a direction in which they are spaced apart from each other along the roller center line, and
The two tension rollers are configured to be swingable about the swing shaft.
上記構成によれば、ベルト伝動機構において、正逆切替時(正逆の起動/停止時)の駆動に対する応答性を高い水準に確保すること(つまり正逆切替時の、駆動プーリと従動プーリとの回転角度差を十分に抑制すること)が可能となり、正逆回転を伴う動作の速度が増加しても、同期伝動[(走行初期に生じる張力低下の調整を含め)自動的に、且つ適度に(ベルトが緩まない程度に)ベルトの張力を保つこと]を確実なものとすることができる。 According to the above configuration, in the belt transmission mechanism, it is possible to ensure a high level of responsiveness to the drive during forward/reverse switching (starting/stopping of forward/reverse) (that is, the driving pulley and driven pulley during forward/reverse switching). Even if the speed of movement involving forward and reverse rotation increases, synchronous transmission [(including adjustment of tension drop that occurs at the beginning of running) can be automatically and moderately controlled]. It is possible to ensure that the belt tension is maintained (to the extent that the belt does not loosen).
また、本発明は、上記ベルト伝動機構において、
前記オートテンショナが、
一方の端部には、一方の前記テンションローラの前記基軸部が設けられるとともに、他方の端部が、前記揺動軸に対して回転自在に支持されている、第1揺動アームと、
一方の端部には、他方の前記テンションローラの前記基軸部が設けられるとともに、他方の端部が、前記揺動軸に対して回転自在に支持されている、第2揺動アームと、を有し、
前記2つのテンションローラは、前記第1揺動アームおよび前記第2揺動アームを介して、前記揺動軸を中心に揺動することを特徴としてもよい。
Further, the present invention provides the above-mentioned belt transmission mechanism,
The auto tensioner is
a first swing arm, one end of which is provided with the base shaft portion of one of the tension rollers, and the other end of which is rotatably supported with respect to the swing shaft;
a second swing arm, one end of which is provided with the base shaft of the other tension roller, and the other end of which is rotatably supported with respect to the swing shaft; have,
The two tension rollers may be characterized in that they swing about the swing shaft via the first swing arm and the second swing arm.
上記構成によれば、ばねが張設された、2つのテンションローラのそれぞれの基軸部を一方の端部(先端部)に備えた2つの揺動アーム(第1揺動アーム及び第2揺動アーム)のそれぞれが、揺動軸(ローラ中心線とプーリ中心線との交点から駆動プーリ側に離間した、プーリ中心線上の点またはプーリ中心線の延長線上の点を通り、駆動軸と平行な方向に延びる揺動軸)を中心に回転自在となることで、2つのテンションローラがばねの付勢作用に加え、揺動軸を中心に揺動する態様を具体的に実現できる。 According to the above configuration, two swing arms (a first swing arm and a second swing arm) each having a base shaft of two tension rollers each having a spring tensioned thereon are provided at one end (tip part). Each of the arms) passes through a point on the pulley center line or a point on an extension of the pulley center line, which is spaced away from the intersection of the roller center line and the pulley center line toward the drive pulley, and is parallel to the drive shaft. By being able to freely rotate around the rocking shaft (which extends in the direction), it is possible to concretely realize a mode in which the two tension rollers rock around the rocking shaft in addition to the biasing action of the spring.
また、本発明は、上記ベルト伝動機構において、
前記ばねが、引張ばねであり、
前記2つのテンションローラは、前記歯付ベルトの外周面に接触するように設けられていることを特徴としてもよい。
Further, the present invention provides the above-mentioned belt transmission mechanism,
the spring is a tension spring;
The two tension rollers may be provided so as to be in contact with the outer peripheral surface of the toothed belt.
上記構成によれば、ベルトの両側(張り側と緩み側)を1本のばね(引張ばね)による付勢作用で2つのテンションローラで挟む態様である。そのため、ばねが圧縮ばねであり、2つのテンションローラが歯付ベルトの内周面に接触するように設けられている構成(ベルトの両側を1本の圧縮ばねによる付勢作用で2つのテンションローラで押し広げる態様の場合)と比較し、ベルトの接触角(ベルトとプーリが接触している円弧に対する中心角)が大きくなることでベルトの歯飛びが起こるのを、抑制できる。 According to the above configuration, both sides (tension side and slack side) of the belt are sandwiched between two tension rollers by the biasing action of one spring (tension spring). Therefore, the spring is a compression spring, and the two tension rollers are provided so as to contact the inner peripheral surface of the toothed belt. The contact angle of the belt (the central angle with respect to the circular arc where the belt and the pulley are in contact) becomes larger than that in the case where the belt is pushed out and spread out, thereby suppressing the occurrence of tooth skipping of the belt.
また、本発明は、上記ベルト伝動機構において、
前記2つのテンションローラが、前記駆動プーリ側、または、前記駆動プーリ及び前記従動プーリのうち直径が小さい方のプーリ側に設けられていることを特徴としてもよい。
Further, the present invention provides the above-mentioned belt transmission mechanism,
The two tension rollers may be provided on the driving pulley side, or on the pulley side with a smaller diameter among the driving pulley and the driven pulley.
ベルト伝動機構は、従動プーリの回転トルクを所定の水準に確保するため、駆動プーリの直径が従動プーリの直径よりも小さい場合(所謂、減速機構として機能する場合)が一般的であるが、駆動プーリ及び従動プーリの直径が同じ場合もある。例えば、プーリ間の間隔が狭く、且つ、減速比(プーリ径の比)が大きいベルト伝動機構においては、小径側の駆動プーリにおいて、ベルトの接触角が小さくなり、ベルトの緩みが大きいと、ベルトの歯飛びが起こりやすくなる懸念があるが、本構成によれば、駆動プーリ(駆動プーリ及び従動プーリが同径の場合を含む)、または、(駆動、従動に依らず)小径側のプーリにおいて、ベルトの接触角が小さくなるのを抑制できることで、ベルトの歯飛びを生じにくくすることができる。 In belt transmission mechanisms, in order to ensure the rotational torque of the driven pulley at a predetermined level, the diameter of the driving pulley is generally smaller than the diameter of the driven pulley (functioning as a so-called speed reduction mechanism). In some cases, the pulley and driven pulley have the same diameter. For example, in a belt transmission mechanism where the distance between pulleys is narrow and the reduction ratio (ratio of pulley diameters) is large, the contact angle of the belt becomes small on the drive pulley on the small diameter side, and if the belt is slack, the belt There is a concern that tooth skipping may easily occur, but according to this configuration, on the drive pulley (including cases where the drive pulley and the driven pulley have the same diameter) or the pulley on the small diameter side (regardless of whether it is driven or driven). Since the contact angle of the belt can be suppressed from becoming small, tooth skipping of the belt can be made less likely to occur.
また、本発明は、上記ベルト伝動機構において、
前記駆動プーリの直径が、前記従動プーリの直径よりも小さいことを特徴としてもよい。
Further, the present invention provides the above-mentioned belt transmission mechanism,
The drive pulley may have a smaller diameter than the driven pulley.
上記構成によれば(つまり当ベルト伝動機構が減速機構である場合)、駆動プーリの直径が従動プーリの直径と同径の場合と比べ、正逆切替時に、2つのテンションローラが揺動軸を中心に揺動することにより変位する度合いが大きくなる。
そのため、本構成によれば、2つのテンションローラが揺動軸を中心に揺動不能な構成(2つのテンションローラにばねの付勢力のみが作用している構成)であって、駆動軸と平行な方向に見てプーリ中心線と直交する方向にしか2つのテンションローラが変位できない構成と比較し、ベルトの張り側において、一方のテンションローラがばねによる減衰(ばねの付勢力に抗する方向の変位)を抑えつつ、揺動軸を中心に揺動することにより素早く変位できる効果をより大きくすることができる。ひいては、ベルト伝動機構において、正逆切替時(正逆の起動/停止時)の駆動に対する応答性をより高い水準に確保することができる。
According to the above configuration (that is, when the belt transmission mechanism is a speed reduction mechanism), the two tension rollers move around the swing shaft during forward/reverse switching, compared to a case where the diameter of the drive pulley is the same as the diameter of the driven pulley. By swinging around the center, the degree of displacement increases.
Therefore, according to this configuration, the two tension rollers are configured to be unable to swing around the swing shaft (a structure in which only the biasing force of the spring acts on the two tension rollers), and are parallel to the drive shaft. Compared to a configuration in which the two tension rollers can only be displaced in a direction perpendicular to the pulley center line when viewed in the direction shown in FIG. By swinging around the swing axis while suppressing displacement, the effect of rapid displacement can be further increased. As a result, in the belt transmission mechanism, it is possible to ensure a higher level of responsiveness to driving during forward/reverse switching (start/stop of forward/reverse).
また、本発明は、前記駆動プーリ及び前記従動プーリが、ロボットアームに固定され、当該ロボットアームを駆動させる、上記ベルト伝動機構であってもよい。 Moreover, the present invention may be the belt transmission mechanism, in which the drive pulley and the driven pulley are fixed to a robot arm and drive the robot arm.
上記構成によれば、ロボットアームを駆動させる際に、ベルト伝動機構において、正逆回転を伴う動作の速度が増加しても、ロボットアームの位置決め精度を繰り返し確保でき(つまり、駆動プーリと従動プーリとの回転角度の差の大きさを許容範囲内に常時収めることができ)、同期伝動を確実なものとすることができる。 According to the above configuration, when driving the robot arm, even if the speed of the operation involving forward and reverse rotation increases in the belt transmission mechanism, the positioning accuracy of the robot arm can be repeatedly ensured (that is, the positioning accuracy of the drive pulley and the driven pulley The magnitude of the difference in rotation angle between the two wheels can always be kept within an allowable range), and synchronous transmission can be ensured.
正逆回転を伴う動作の速度が増加しても、同期伝動を確実なものとすることができる、ベルト伝動機構を提供することができる。 It is possible to provide a belt transmission mechanism that can ensure synchronous transmission even when the speed of operation involving forward and reverse rotation increases.
(実施形態)
本実施形態は、スカラロボットと称される水平多関節ロボット10(産業用ロボット)の第2アーム11に組込まれ、歯付ベルト4を介して駆動プーリ2の回転力を従動プーリ3に伝達する際に、歯付ベルト4の張力を自動的に適度に保つためのオートテンショナ5が付加された、ロボットアーム駆動用ベルト伝動機構1(以下、単に「ベルト伝動機構1」と略する場合あり)に本発明を適用した一例である。
(Embodiment)
This embodiment is incorporated into the
例えば、本実施形態のベルト伝動機構1は、図1に示すように、水平多関節ロボット10の第2アーム11の先端部において、上下方向に延び、下端側に着脱可能に取付けられる手首部12(詳細は不図示)とともに上下動及び同軸回転可能に設けられるボールねじスプライン軸13を、ボールねじスプライン軸13と同軸上の従動軸31を介して正逆回転駆動させるためのベルト式減速機構として組み込まれる。なお、ボールねじスプライン軸13の上下動は、上下動駆動機構14により行われる。そして、ベルト式減速機構として組み込まれた、ベルト伝動機構1は、ボールねじスプライン軸13の上下動駆動機構14による上下動を許容しつつ回り止め状態として、ボールねじスプライン軸13を正逆回転駆動させることができる。
For example, as shown in FIG. 1, the
なお、特許文献2の図5のロボット本体であれば、第2アームの先端部において、上下方向に延び、上下動及び同軸回転可能に設けられる上下アームを、T軸用サーボモータ(T軸用プーリ)の正逆回転駆動により、正逆方向に同軸回転させるT軸回転伝達機構(2段減速方式の2段目の機構)として、本実施形態に係るベルト伝動機構1を組み込むことができる。
In addition, in the case of the robot body shown in FIG. 5 of
(ベルト伝動機構1)
ベルト伝動機構1は、図1及び図2に示すように、第2アーム11の後方側(一方側の端部)において、サーボモータ20(駆動源:2段減速方式の2段目の機構に適用した場合は、1段目のベルト式減速機構に備わるサーボモータ)の駆動力を、駆動軸21(2段減速方式の2段目の機構に適用した場合は、1段目のベルト式減速機構の従動軸(不図示)と同軸に延びる、2段目のベルト式減速機構の駆動軸)を介して伝達する駆動プーリ2と、第2アーム11の前方側(他方側の端部)において、手首部12が取り付けられたボールねじスプライン軸13に接続される従動軸31に、駆動力を伝達する従動プーリ3と、駆動プーリ2と従動プーリ3との間に無端状に巻き掛けられる歯付ベルト4と、回転自在に設けられた、第1テンションローラ51及び第2テンションローラ52を介して、歯付ベルト4の張力を自動的に適度に保つオートテンショナ5とで構成されている。
(Belt transmission mechanism 1)
As shown in FIGS. 1 and 2, the
なお、図1において、第2アーム11における基端側(第1アーム15と接続する側)を後方側(一方側)とし、第2アーム11における先端側(手首部12が取り付けられたボールねじスプライン軸13と接続する側)を前方側(他方側)とする。
また、図2で、左方を前方(他方)、右方を後方(一方)と定義する。また、図3で、揺動軸53の中心軸Rを中心とした径方向を単に径方向、中心軸Rを中心とした周方向を単に周方向と定義する。また、図3及び図4で、上下方向を上下方向、左右方向を水平方向と定義する。
In FIG. 1, the proximal end side of the second arm 11 (the side connected to the first arm 15) is the rear side (one side), and the distal end side of the second arm 11 (the ball screw to which the
Further, in FIG. 2, the left side is defined as the front (the other side), and the right side is defined as the rear (one side). Moreover, in FIG. 3, the radial direction centered on the central axis R of the
(駆動プーリ2及び従動プーリ3)
駆動プーリ2は、サーボモータ20の駆動力によって正逆回転可能に駆動される駆動軸21に固定されている。また、従動プーリ3は、ボールねじスプライン軸13が接続される従動軸31に固定されている。
(
The
駆動プーリ2及び従動プーリ3は、歯付プーリである。駆動プーリ2及び従動プーリ3の外周には、歯付ベルト4の歯部の歯形状(例えば一般的な直歯(スグバ)と称される歯形状)に対応した形状の溝部(不図示)が形成されている。本実施形態では、駆動プーリ2及び従動プーリ3の外周に形成された溝部は、直歯に対応した形状であり、従動軸31方向に沿って延びている。
The driving
駆動プーリ2と従動プーリ3との軸間距離は、調整不能に固定されており、例えば80mm~300mm程度である(本実施形態は220mm)。
駆動プーリ2と従動プーリ3との間の速度比(従動プーリ3の直径/駆動プーリ2の直径)は、例えば1~4程度である。本実施形態では、速度比(減速比)が4になるように、従動プーリ3は、駆動プーリ2よりもピッチ径が4倍程度大きいものを使用している。
歯付ベルト4の静止時のベルト張力(駆動プーリ2が停止している状態でのベルト張力)は、歯付ベルト4が緩まない程度の水準で、例えば1~5N程度/ベルト1mm幅である(本実施形態は5N/ベルト1mm幅)。
駆動プーリ2と従動プーリ3との回転角度差(正逆切替時に最大)の許容範囲は、設計態様により決定される。なお、上記「回転角度差」とは、応答性を表す一指標(代用特性)であり、「駆動プーリと従動プーリとの回転角度(°)の差の大きさ」のことである。
The distance between the axes of the driving
The speed ratio between the driving
The belt tension when the
The allowable range of the rotation angle difference between the driving
(歯付ベルト4)
歯付ベルト4は、図6に示すように、心線42がベルト長手方向に沿って螺旋状に埋設された背部43と、背部43の内周面(背部43の一方の表面に相当)にベルト長手方向に沿って所定間隔で配置された複数の歯部44とを有する。本実施形態では、複数の歯部44は、背部43の内周面に一体成形されている。また、歯部44は、ベルト幅方向に沿って延びている(つまり歯部44は直歯である)。また、歯付ベルト4の内周面、即ち、歯部44の表面、および背部43の内周面の一部(歯部44が設けられていない部分)は、歯布45で構成(被覆)されている。なお、背部43の外周面(背部43の他方の表面に相当)は、布等(背布)で被覆されていない。
(Toothed belt 4)
As shown in FIG. 6, the
ベルト長手方向に隣り合う歯部44の間隔(歯ピッチPt)は、正逆回転を伴う動作の速度が増加しても、位置決め精度を繰り返し確保する(同期伝動を確実なものとする)観点からは、比較的小さい数値とする方がよく、例えば2mm~5mm程度であることが好ましい(本実施形態は3mm)。なお、歯ピッチPtの数値は、歯部44のスケール(歯部44のベルト長手方向の長さ、及び、歯部44の歯高さHt)の大きさにも対応している。すなわち、歯ピッチPtが大きいほど、相似的に歯部44のスケールも大きくなる。
The interval (tooth pitch Pt) between the
歯付ベルト4のベルト長手方向の長さ(周長)は、例えば、200mm~800mm程度である(本実施形態は約600mm)。
歯付ベルト4のベルト幅方向の長さ(幅)は、例えば、6mm~35mm程度である(本実施形態は10mm)。
The length (circumferential length) of the
The length (width) of the
(背部43及び歯部44)
歯付ベルト4の背部43及び歯部44は、ゴム組成物で構成され、このゴム組成物のゴム成分としては、クロロプレンゴム(CR)、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム(HNBR)、エチレン-プロピレン共重合体(EPM)、エチレン-プロピレン-ジエン三元共重合体(EPDM)、スチレン-ブタジエンゴム、ブチルゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム等が用いられる。これらのゴム成分は、単独または組み合わせて使用できる。背部43及び歯部44を構成するゴム組成物のゴム成分は、特に安価という観点では、クロロプレンゴムが好ましい(本実施形態もクロロプレンゴム)。尚、歯部44と背部43を構成するゴム組成物は、同じゴム組成物を使用しても、異なるゴム組成物を使用してもよい。背部43及び歯部44を構成するゴム組成物は、必要に応じて、慣用の各種添加剤(または配合剤)を含んでいてもよい。歯部44を構成するゴム組成物(歯ゴム)の硬さは、歯付ベルト4の伝動性能(特に耐歯飛び性)を確保する観点からは、JIS K6253(2012)に準拠し、雰囲気温度23℃(23±2℃)でタイプAデュロメータを用いて測定した硬度で、73~83°程度であることが好ましい。
(back
The
(歯部44の歯形状)
歯付ベルト4の歯部44の歯形状は同期伝動(かみ合い伝動)が可能な限りにおいて、一般的な直歯(スグバ)と称される歯形状でも、はす歯(歯面の接触角が斜めとなる歯)と称される歯形状でもよい。本実施形態のベルト伝動機構1に用いた歯付ベルト4は、直歯としている。
(Tooth shape of tooth portion 44)
As long as synchronous transmission (meshing transmission) is possible, the tooth shape of the
直歯に属する歯形状としては、以下に挙げた公知の歯形状をはじめ、それらの変形形状、あるいは特殊形状など、適宜ベルト伝動機構の用途に適合した歯形状を選択可能である。例えば、H歯形と呼ばれる、断面が略半丸形の形状、T歯形と呼ばれる、断面が台形の形状、S歯形(STPDタイプ)と呼ばれる、それぞれ外側に膨らんだ凸状曲面(円弧面)からなる2つの側面を平坦面でつないだ形状などが挙げられる。歯付ベルト4の伝動性能(特に伝達能力及び耐歯飛び性)を確保する観点からは、歯部44の剛性をより上げた方がよく、H歯形(断面が略半丸形の形状)とするのが好ましい(本実施形態もH歯形)。
As the tooth shape belonging to the straight teeth, it is possible to select a tooth shape suitable for the purpose of the belt transmission mechanism, such as the well-known tooth shapes listed below, modified shapes thereof, or special shapes. For example, the H-tooth profile is a shape with a substantially semi-circular cross section, the T-tooth profile is a trapezoidal cross-section, and the S-tooth profile (STPD type) is a convex curved surface (arc surface) that bulges outward. Examples include a shape in which two sides are connected by a flat surface. From the viewpoint of ensuring the transmission performance (particularly transmission capacity and tooth skip resistance) of the
(心線42)
心線42は、複数本のストランドを撚り合わせて形成された撚りコードで構成される。1本のストランドは、フィラメント(長繊維)を束ねて引き揃えて形成されていてよい。ベルト伝動機構1における正逆切替時の駆動に対する応答性を高める観点から、フィラメントの材質は、高強度(高弾性率)かつ低伸度なものが好ましく、例えば、無アルカリガラス繊維(Eガラス繊維)、高強度ガラス繊維または炭素繊維である。低コストの観点からは、無アルカリガラス繊維(Eガラス繊維)がより好ましい。心線42の径は、歯付ベルト4の屈曲性(歯付ベルト4を駆動プーリ2や従動プーリ3に巻き掛けた際の歯付ベルト4のしなやかさ)を良くする観点、つまり、ベルトピッチラインの上下動による歯付ベルト4の速度むらを抑え、高い位置決め精度を確保する観点から、細径であることが好ましい。心線42の径は、例えば0.15mm~0.60mm程度である(本実施形態は、心線種がEガラス繊維およびKガラス繊維で心線径が0.35mm、炭素繊維で心線径が0.53mm)。
(core wire 42)
The
高強度ガラス繊維としては、例えば、引張り強度が300kg/cm2 以上のもの、特に、無アルカリガラス繊維(Eガラス繊維)よりもSi成分の多い表1に示す組成のガラス繊維を好適に使用できる。
なお、表1には比較のためEガラス繊維の組成も記載している。このような高強度ガラス繊維としては、Kガラス繊維、Uガラス繊維(共に日本硝子繊維社製)、Tガラス繊維(日東紡績社製)、Rガラス繊維(Vetrotex社製)、Sガラス繊維、S-2ガラス繊維、ZENTRONガラス繊維(すべてOwensCorning Fiberglass社製)等があげられる。
As the high-strength glass fiber, for example, one having a tensile strength of 300 kg/cm 2 or more, particularly a glass fiber having a composition shown in Table 1, which has a higher Si content than alkali-free glass fiber (E glass fiber), can be suitably used. .
Note that Table 1 also shows the composition of E glass fiber for comparison. Such high-strength glass fibers include K glass fiber, U glass fiber (both manufactured by Nippon Glass Fiber Co., Ltd.), T glass fiber (manufactured by Nittobo Co., Ltd.), R glass fiber (manufactured by Vetrotex), S glass fiber, and S glass fiber. -2 glass fiber, ZENTRON glass fiber (all manufactured by Owens Corning Fiberglass), and the like.
炭素繊維としては、例えば、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、フェノール樹脂系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、ポリビニルアルコール系炭素繊維などが挙げられる。炭素繊維の市販品としては、例えば、東レ(株)製「トレカ(登録商標)」、東邦テナックス(株)製「テナックス(登録商標)」、三菱ケミカル(株)製「ダイアリード(登録商標)」などを利用できる。これらの炭素繊維は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの炭素繊維のうち、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維が好ましく、PAN系炭素繊維が特に好ましい。 Examples of carbon fibers include pitch-based carbon fibers, polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fibers, phenolic resin-based carbon fibers, cellulose-based carbon fibers, and polyvinyl alcohol-based carbon fibers. Commercially available carbon fiber products include, for example, "Torayca (registered trademark)" manufactured by Toray Industries, Inc., "Tenax (registered trademark)" manufactured by Toho Tenax Co., Ltd., and "Dialead (registered trademark)" manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. ” etc. can be used. These carbon fibers can be used alone or in combination of two or more. Among these carbon fibers, pitch-based carbon fibers and PAN-based carbon fibers are preferred, and PAN-based carbon fibers are particularly preferred.
心線42として用いる撚りコードには、背部43との接着性を高めるために接着処理が施されることが好ましい。接着処理としては、例えば、撚りコードを、レゾルシン-ホルマリン-ラテックス処理液(RFL処理液)に浸漬後、加熱乾燥して、表面に均一に接着層を形成する方法が採用される。RFL処理液は、レゾルシンとホルマリンとの初期縮合体をラテックスに混合したものであり、ここで使用するラテックスとしては、クロロプレン、スチレン・ブタジエン・ビニルピリジン三元共重合体(VPラテックス)、水素化ニトリル、NBR等が挙げられる。なお、接着処理としては、エポキシまたはイソシアネート化合物で前処理を行った後に、RFL処理液で処理する方法等もある。
It is preferable that the twisted cord used as the
心線42は、背部43に、ベルト長手方向に沿って、ベルト幅方向に所定の間隔を空けて螺旋状に埋設されている。即ち、心線42は、背部43に、ベルト幅方向に所定の間隔を空けて配列されている。
The
(歯布45)
歯布45は、耐摩耗性等の観点から、経糸と緯糸を一定の規則によって縦横に交錯させて織られた織布で構成されることが好ましい。歯布45としては、織布の経糸をベルト幅方向に、緯糸をベルト長手方向に延びるように配置するのが好ましい。それにより、歯布45のベルト長手方向の伸縮性を確保できる。なお、歯布45は、織布の緯糸をベルト幅方向に、経糸をベルト長手方向に延びるように配置してもよい。この場合、経糸として、伸縮性を有する弾性糸を用いてもよい。歯布45を構成する繊維の材質としては、ナイロン、アラミド、ポリエステル、ポリベンゾオキサゾール、綿等の何れかまたはこれらの組み合わせを採用できる。
歯布45として用いる織布は、背部43及び歯部44との接着性を高めるために、接着処理が施されていてもよい。接着処理としては、織布をレゾルシン-ホルマリン-ラテックス(RFL液)に浸漬後、加熱乾燥して、表面に均一に接着層を形成する方法が一般的である。
(Tooth cloth 45)
From the viewpoint of wear resistance, it is preferable that the
The woven fabric used as the
(歯付ベルト4の製造方法)
本実施形態に係る歯付ベルト4は、例えば、以下の工法(圧入工法)で作製される。まず、歯付ベルト4の歯部44に対応する複数の溝部(凹条)を有する円筒状モールドの外周面に、歯布45を形成する繊維織物を巻き付ける。続いて、巻き付けた繊維織物の外周面に、心線42を構成する撚りコードを螺旋状に所定のピッチで(円筒状モールドの軸方向に所定のピッチを有するように)巻き付ける。さらにその外周側に、背部43及び歯部44を形成する未加硫ゴムシートを巻き付けて未加硫のベルト成形体(未加硫積層体)を形成する。
(Method for manufacturing toothed belt 4)
The
次に、未加硫のベルト成形体が、円筒状モールドの外周に配置された状態で、更にその外側に、蒸気遮断材であるゴム製のジャケットが被せられる。続いて、ジャケットが被せられたベルト成形体および円筒状モールドは、加硫缶等の加硫装置の内部に収容される。そして、加硫装置の内部でベルト成形体を加熱加圧すると、未加硫ゴムシートのゴム組成物と繊維織物が円筒状モールドの溝部(凹条)に圧入されて、所望の形状の歯部が形成されるとともに、未加硫ゴムシートのゴム組成物が加硫されて、ゴム組成物と繊維織物と心線とが一体化したスリーブ状の加硫成形体(加硫ベルトスリーブ)が形成される。この時、繊維織物は歯部44の輪郭形状に沿った形態に伸張して、歯部44の表面に配置された歯布45となっている。そして、円筒状モールドから脱型した加硫ベルトスリーブを所定の幅に切断することにより、複数の歯付ベルト4が得られる。この工法(圧入工法)では、背部43及び歯部44を構成するゴム組成物は、同じゴム組成物を使用することになる。
Next, while the unvulcanized belt molded body is placed around the outer periphery of the cylindrical mold, a rubber jacket serving as a vapor barrier material is placed over the outside of the molded body. Subsequently, the jacketed belt molded body and the cylindrical mold are housed inside a vulcanization device such as a vulcanization can. Then, when the belt molded body is heated and pressurized inside the vulcanization device, the rubber composition of the unvulcanized rubber sheet and the fiber fabric are press-fitted into the grooves (concave stripes) of the cylindrical mold, forming the teeth of the desired shape. is formed, and the rubber composition of the unvulcanized rubber sheet is vulcanized to form a sleeve-shaped vulcanized product (vulcanized belt sleeve) in which the rubber composition, fiber fabric, and core wire are integrated. be done. At this time, the fiber fabric is stretched to follow the contour shape of the
(オートテンショナ5)
オートテンショナ5は、図2~図4に示すように、第2アーム11の筐体に固定された揺動軸53と、先端部561(第1揺動アーム56の一方の端部に相当)に、第1テンションローラ51が回転自在に支持された第1基軸部51Aが設けられるとともに、基端部562(第1揺動アーム56の他方の端部に相当)が、揺動軸53に対して回転自在に支持された第1揺動アーム56と、先端部571(第2揺動アーム57の一方の端部に相当)に、第2テンションローラ52が回転自在に支持された第2基軸部52Aが設けられるとともに、基端部572(第2揺動アーム57の他方の端部に相当)が、揺動軸53に対して回転自在に支持された第2揺動アーム57と、第1基軸部51Aと第2基軸部52Aとを、第1テンションローラ51の回転中心51Cと第2テンションローラ52の回転中心52Cとを結ぶローラ中心線RLに沿って、互いに引き寄せる方向に付勢するばね54と、を有している。
(Auto tensioner 5)
As shown in FIGS. 2 to 4, the
本実施形態では、オートテンショナ5は、2つのテンションローラ(第1テンションローラ51及び第2テンションローラ52)が、従動プーリ3側ではなく、駆動プーリ2側に設けられている。なお、オートテンショナ5は、2つのテンションローラ(第1テンションローラ51及び第2テンションローラ52)が駆動プーリ2及び従動プーリ3のうち直径が小さい方のプーリ側に設けられていてもよい。ここで、「2つのテンションローラが駆動プーリ2側に設けられている」とは、ローラ中心線RLとプーリ中心線PLとの交点が、プーリ中心線PLの中心よりも駆動プーリ2側に存在することを意味する。
In this embodiment, the
(第1テンションローラ51及び第2テンションローラ52)
第1テンションローラ51は、第1基軸部51Aに転がり軸受(不図示)を介して中心軸R2を中心に回転自在に支持された、円筒形状をしたローラ部材である。第2テンションローラ52も、第2基軸部52Aに転がり軸受(不図示)を介して中心軸R3を中心に回転自在に支持された、円筒形状をしたローラ部材である。
(
The
第1テンションローラ51及び第2テンションローラ52は、図2に示すように、駆動プーリ2側において、駆動プーリ2の回転中心22と従動プーリ3の回転中心32とを結ぶプーリ中心線PLを挟む両側の位置でそれぞれ第1基軸部51A及び第2基軸部52Aを中心に回転自在に設けられ、第1テンションローラ51及び第2テンションローラ52が、歯付ベルト4の外周面に接触可能とされている。
As shown in FIG. 2, the
(第1基軸部51A及び第2基軸部52A)
第1基軸部51Aは、図3及び図4に示すように、第1テンションローラ51を、転がり軸受(不図示)を介して中心軸R2を中心に回転自在に支持する基端部分である。
第1基軸部51Aは、後述する第1揺動アーム56の先端部561に設けられた孔(めねじ部)に挿通するためのおねじ部が下方に延びている。
同様に、第2基軸部52Aは、図3に示すように、第2テンションローラ52を、転がり軸受(不図示)を介して中心軸R3を中心に回転自在に支持する基端部分である。
第2基軸部52Aは、後述する第2揺動アーム57の先端部571に設けられた孔(めねじ部)に挿通するためのおねじ部が下方に延びている。
そして、第1基軸部51Aと第2基軸部52Aとの間には、後述するばね54が張設されている。
(
As shown in FIGS. 3 and 4, the first
The first
Similarly, the second
The second
A
(揺動軸53)
揺動軸53は、図3に示すように、上下方向に延在する円柱状の胴部531と、胴部531の上端から径方向外側に延びるフランジ部532と、胴部531の下方の端面(下端面)の中心部分から下方に延びる締結部533とを有し、これらが一体に形成された金属部品である。
(oscillating shaft 53)
As shown in FIG. 3, the
揺動軸53は、図2に示すように、揺動軸53の中心軸R(揺動の中心点)が、第1テンションローラ51の回転中心51Cと第2テンションローラ52の回転中心52Cとを結ぶローラ中心線RLとプーリ中心線PLとの交点から駆動プーリ2側に離間した、プーリ中心線PL上の点(プーリ中心線PLの延長線上の点でもよい)を通り、駆動軸21と平行な方向に延びるように、水平多関節ロボット10の第2アーム11の筐体(めねじ部)に、締結部533(おねじ部)を介して固定されている。また、揺動軸53は、胴部531の外周面、及びフランジ部532の下端面が、摺動部材55(軸受)に面接触しており、この摺動部材55(軸受)を介して、第1揺動アーム56及び第2揺動アーム57を回転自在に支持している。
As shown in FIG. 2, the
(ばね54)
ばね54は、本実施形態では引張ばねを採用している。
引張ばねは、自然長よりも長くなる方向に引っ張った状態(縮む方向に自己弾性回復力が働く状態)で、第1基軸部51Aと第2基軸部52Aとの間に張設されており、第1基軸部51Aと第2基軸部52Aとを、ローラ中心線RLに沿って、互いに引き寄せる方向に付勢する。即ち、ばね54は、第1基軸部51Aに回転自在に設けられた第1テンションローラ51と第2基軸部52Aに回転自在に設けられた第2テンションローラ52とを、ローラ中心線RLに沿って、互いに引き寄せる方向に付勢する。
(Spring 54)
The
The tension spring is stretched between the
引張ばねは、図2に示すように、第1テンションローラ51及び第2テンションローラ52が、歯付ベルト4の外周面に接触する態様で使用される場合に採用される。
A tension spring is employed when the
なお、ばね54に圧縮ばねを採用してもよい。圧縮ばねは、自然長よりも短くなる方向に圧縮した状態(伸びる方向に自己弾性回復力が働く状態)で、第1基軸部51Aと第2基軸部52Aとの間に取り付けられ、第1基軸部51Aと第2基軸部52Aとを、ローラ中心線RLに沿って、互いに離間させる方向に付勢する場合に使用される。具体的には、圧縮ばねは、第1テンションローラ51及び第2テンションローラ52が、歯付ベルト4の内周側に配置され、第1テンションローラ51及び第2テンションローラ52が、歯付ベルト4の内周面に接触する態様で使用される場合に採用される。
Note that a compression spring may be used as the
本実施形態のように、ばね54に引張ばねを使用すれば、1本のばね54(引張ばね)による付勢作用で、2つのテンションローラ(第1テンションローラ51と第2テンションローラ52)によって、歯付ベルト4の両側(張り側と緩み側)を挟む態様になる。そのため、ばね54が圧縮ばねであり、2つのテンションローラ(第1テンションローラ51と第2テンションローラ52)が歯付ベルト4の内周面に接触するように設けられている構成(1本の圧縮ばねによる付勢作用で、2つのテンションローラによって、歯付ベルト4の両側を押し広げる態様の場合)と比較し、歯付ベルト4の接触角(ベルトとプーリが接触している円弧に対する中心角)が大きくなることで、歯付ベルト4の歯飛びが起こるのを抑制できる。
If a tension spring is used as the
ばね54は、ベルト伝動機構1毎に所定のばね特性が繰り返し得られるよう、コイルばねとするのがよく、本実施形態においてもコイルばねを採用している。
ばね線は、JISG3560:1994に準拠した、断面円形等のばね用オイルテンパー線とするのがよく、本実施形態は上記規格に準拠した断面円形のばね用オイルテンパー線を採用している。
ばね線の直径、ならびに、ばねの巻き径及び巻き長さ(自然長)は、ベルト伝動機構1毎(特にはベルト張力の水準毎)に所定のばね特性が繰り返し得られるよう設計されて決定される。
The
The spring wire is preferably an oil-tempered wire for springs with a circular cross-section or the like in accordance with JIS G3560:1994, and this embodiment employs an oil-tempered wire for springs with a circular cross-section that conforms to the above standard.
The diameter of the spring wire, as well as the winding diameter and winding length (natural length) of the spring are designed and determined so that predetermined spring characteristics can be repeatedly obtained for each belt transmission mechanism 1 (especially for each level of belt tension). Ru.
本実施形態では、ばね54を第1基軸部51Aと第2基軸部52Aとの間に張設し易くするため、ばね54の端末の略1巻き部分に相当するばね54の両端部(以下「ばね端部541A、541B」)を両端共同じ向きに約90°折り曲げ加工している。
In this embodiment, in order to make it easier to tension the
(第1揺動アーム56及び第2揺動アーム57)
第1揺動アーム56および第2揺動アーム57は、互いに独立した、アルミニウム合金鋳物(例えばADC12)等からなる金属部品である。
第1揺動アーム56の基端部562は、図3に示すように、揺動軸53に(後述の摺動部材55(軸受)を介して)回転自在に支持されている。
同様に、第2揺動アーム57の基端部572も、図3に示すように、揺動軸53に(後述の摺動部材55(軸受)を介して)回転自在に支持されている。
第1揺動アーム56及び第2揺動アーム57は、図2に示すように、オートテンショナ5としてベルト伝動機構1に設けられた状態において、全体として上方から見て略C字形の形状を呈する様形成されている。
(
The
As shown in FIG. 3, the
Similarly, the
As shown in FIG. 2, the
(先端部561及び先端部571)
第1揺動アーム56の先端部561には、図4に示すように、軸R2(第1テンションローラ51の中心軸)を中心に(先端部561と基端部562との間のアーム部分の下端面よりも)下方に円筒状に突出する凸部561Aが形成されている。この凸部561Aを含め、先端部561における、軸R2を中心に上下方向に貫通する孔に、めねじ部が形成されている。また、ばね54のばね端部541Aが下方から凸部561Aに挿通され凸部561Aの上端(根元)の外周部分に係止されている。
これにより、第1揺動アーム56の先端部561において、上方から第1基軸部51A(おねじ部主体)が蝶合により固定されることで、ばね端部541Aが凸部561Aを介して第1基軸部51Aに係止されることになる。
(
As illustrated in FIG. A
As a result, at the
第2揺動アーム57の先端部571には、図3に示すように、軸R3(第2テンションローラ52の中心軸)を中心に(先端部571と基端部572との間のアーム部分の上端面よりも)上方に円筒状に突出する凸部571Aが形成されている。この凸部571Aを含め、先端部571における、軸R3を中心に上下方向に貫通する孔に、めねじ部が形成されている。また、ばね54のばね端部541Bが上方から凸部571Aに挿通され凸部571Aの下端(根元)の外周部分に係止されている。
これにより、第2揺動アーム57の先端部571において、上方から第2基軸部52A(おねじ部主体)が蝶合により固定されることで、ばね端部541Bが凸部571Aを介して第2基軸部52Aに係止されることになる。
As illustrated in FIG. A
As a result, the
上記構成により、第1揺動アーム56の先端部561には、第1テンションローラ51が回転自在に支持された第1基軸部51Aが、移動不能に固定(蝶合)された状態になる。
同様に、第2揺動アーム57の先端部571には、第2テンションローラ52が回転自在に支持された第2基軸部52Aが移動不能に固定(蝶合)された状態になる。
そして、第1基軸部51Aには、ばね端部541Aが挿通され、第2基軸部52Aには、ばね端部541Bが挿通されることにより、ばね54は、互いのばね端部541A、541Bの係止位置が側面視で同一平面上にあり(上下方向にずれず)、且つ、互いのばね端部541A、541Bが脱落不能な態様で、第1基軸部51Aと第2基軸部52Aとの間に張設されることになる(図3参照)。
With the above configuration, the first
Similarly, the second
The
(基端部562及び基端部572)
第1揺動アーム56の基端部562は、上方に延びるフランジ形状をしており、上方から見て円筒状に形成されている。具体的には、図3に示すように、基端部562の上端面が、後述する摺動部材55の上部筒状摺動部551における上下方向に延びる円筒状部分551Aの上端から径方向外側に延びる板状部分551Bの下端面に接触可能な位置まで上方に延在しており、基端部562の下端面が後述する摺動部材55の板状摺動部552の上端面に接触している。
また、基端部562は、上部筒状摺動部551における上下方向に延びる円筒状部分551Aの外周面に接触可能な位置まで径方向内側に延在している。基端部562の径方向内側端面の直径(内径)は、上部筒状摺動部551の円筒状部分551Aの外周面の直径(外径)と同じか僅かに大きい(図3参照)。
(
The
Further, the
第2揺動アーム57の基端部572は、下方に延びるフランジ形状をしており、上方から見て円筒状に形成されている。具体的には、図3に示すように、基端部572の下端面が、後述する摺動部材55の下部筒状摺動部553における上下方向に延びる円筒状部分553Aの下端から径方向外側に延びる板状部分553Bの上端面に接触可能な位置まで下方に延在しており、基端部572の上端面が後述する摺動部材55の板状摺動部552の下端面に接触している。
また、基端部572は、下部筒状摺動部553における上下方向に延びる円筒状部分553Aの外周面に接触可能な位置まで径方向内側に延在している。基端部572の径方向内側端面の直径(内径)は、下部筒状摺動部553の円筒状部分553Aの外周面の直径(外径)と同じか僅かに大きい(図3参照)。
The
Furthermore, the
上記構成により、第1揺動アーム56の基端部562と第2揺動アーム57の基端部572とは上下方向に独立して、後述の摺動部材55(軸受)を介して揺動軸53に回転自在に支持されている。
With the above configuration, the
(摺動部材55(軸受))
摺動部材55は、図3に示すように、上部筒状摺動部551と、板状摺動部552と、下部筒状摺動部553とを有し、これらは別体に形成されている。上部筒状摺動部551と下部筒状摺動部553とは、同じ構成(形状、寸法)のものである。
(Sliding member 55 (bearing))
As shown in FIG. 3, the sliding
上部筒状摺動部551は、上下方向に延びる円筒状部分551Aと、円筒状部分551Aの上端から径方向外側に延びる板状部分551Bとを有している。
板状摺動部552は、環状の板状に形成されている板状部分552Aと、板状部分552Aの径方向内側において、上方向及び下方向に延びる円筒状部分552Bとを有している。
下部筒状摺動部553は、上下方向に延びる円筒状部分553Aと、円筒状部分553Aの下端から径方向外側に延びる板状部分553Bとを有している。
The upper
The plate-shaped sliding
The lower
摺動部材55は、揺動軸53の胴部531に外挿されている。詳細には、上部筒状摺動部551、基端部562、板状摺動部552、基端部572、下部筒状摺動部553の順に揺動軸53の胴部531に外挿されて、上部筒状摺動部551、板状摺動部552、および下部筒状摺動部553は、揺動軸53のフランジ部532と第2アーム11の筐体との間で上下方向に挟まれる態様で固定される。
The sliding
摺動部材55は、第1揺動アーム56に対して、上部筒状摺動部551の円筒状部分551Aおよび板状摺動部552の円筒状部分552Bが、基端部562の内周面と面接触し、上部筒状摺動部551の板状部分551Bが、基端部562の上端面と面接触し、板状摺動部552の板状部分552Aの上端面が、基端部562の下端面と面接触することで、第1揺動アーム56に対して摺動する滑り軸受として機能する。
The sliding
同様に、摺動部材55は、第2揺動アーム57に対して、下部筒状摺動部553の円筒状部分553Aおよび板状摺動部552の円筒状部分552Bが、基端部572の内周面と面接触し、下部筒状摺動部553の板状部分553Bが、基端部572の下端面と面接触し、板状摺動部552の板状部分552Aの下端面が、基端部572の上端面と面接触することで、第2揺動アーム57に対して摺動する滑り軸受として機能する。
Similarly, the sliding
上記構成により、第1揺動アーム56および第2揺動アーム57は、それぞれ独立して、この摺動部材55(軸受)を介して揺動軸53に回転自在に支持される。
With the above configuration, the
本実施形態の摺動部材55(軸受)は、低摩擦摺動性や耐摩耗性等の観点から、ロックウェルRスケール(JIS K7202-2:2001に準拠)が80~130である硬質の熱可塑性樹脂(例えばポリアセタール樹脂)を射出成形により形成したものとした。 The sliding member 55 (bearing) of this embodiment is a hard thermal bearing with a Rockwell R scale (based on JIS K7202-2:2001) of 80 to 130 from the viewpoint of low friction sliding properties and wear resistance. A plastic resin (for example, polyacetal resin) was formed by injection molding.
(オートテンショナ5の動作:歯付ベルト4の張り側)
(動作)
ロボットアーム駆動用のベルト伝動機構1において、
i.駆動プーリ2が停止している状態では、駆動軸21と平行な方向に見て(以下、上方から見て)、ローラ中心線RLとプーリ中心線PLとが直交した態様で、2つのテンションローラ(第1テンションローラ51及び第2テンションローラ52)と歯付ベルト4の外周面とが互いに接触し釣り合っている(図2参照)。
(Operation of auto tensioner 5: tension side of toothed belt 4)
(motion)
In the
i. When the
ii. 正逆切替時(正逆の起動/停止時)(駆動プーリ2が図5の矢印Z方向に回転した場合)
まず、歯付ベルト4の張り側において、歯付ベルト4の張力が増加し、歯付ベルト4の張り側に位置する一方のテンションローラである第1テンションローラ51が、歯付ベルト4の張力により歯付ベルト4に押されて歯付ベルト4の張り方向に変位する際、本構成では、第1揺動アーム56及び第2揺動アーム57が、それぞれ揺動軸53を中心に回転自在で、且つ、第1基軸部51Aと第2基軸部52Aとの間をばね54で接続(付勢)された、2つのテンションローラ(第1テンションローラ51及び第2テンションローラ52)が、揺動軸53を中心(中心軸R)に平面的に揺動自在な構成のため、歯付ベルト4の張力の増加とともに、第1テンションローラ51は、歯付ベルト4に押されて、歯付ベルト4の張り方向(且つ駆動プーリ2方向側)に変位しつつ、揺動軸53を中心に矢印X方向に回転される、第1揺動アーム56を介して、上方から見て、第1テンションローラ51の回転中心51Cと揺動軸53の揺動の中心点(中心軸R)との間を揺動半径r1とする軌道上を、揺動軸53を中心に矢印(1)の方向に回転を開始し、ばね54の付勢力に抗しつつも、揺動軸53を中心に矢印X方向に回転される第1揺動アーム56を介して、揺動軸53を中心に矢印(1)の方向に揺動することで、釣り合い位置、つまり歯付ベルト4の張り側で緊張状態に達するベルト位置まで、素早く変位する(図5参照)。
ii. When switching forward/reverse (starting/stopping forward/reverse) (when drive
First, the tension of the
(作用)
本構成では、上方から見て、揺動の中心点(中心軸R)が、ローラ中心線RLとプーリ中心線PLとの交点から駆動プーリ2側に離間した、プーリ中心線PL上の点であるため、歯付ベルト4の張り側において、歯付ベルト4の張力が増加し、歯付ベルト4の張り側に位置する第1テンションローラ51が、歯付ベルト4の張力により歯付ベルト4に押されて歯付ベルト4の張り方向に変位する際、第1揺動アーム56及び第2揺動アーム57がそれぞれ揺動軸53を中心に回転自在で、且つ、第1基軸部51Aと第2基軸部52Aとの間をばね54で接続(付勢)された、2つのテンションローラ(第1テンションローラ51及び第2テンションローラ52)が揺動軸53を中心に揺動自在な構成であるため、第1テンションローラ51は、ばね54の付勢力に抗しつつも、第1基軸部51Aと第2基軸部52Aとの間をばね54で接続(付勢)された、2つのテンションローラ(第1テンションローラ51及び第2テンションローラ52)ごと、第1テンションローラ51の揺動半径r1及び第2テンションローラ52の揺動半径r2(第2テンションローラ52の回転中心52Cと揺動軸53の揺動の中心点(中心軸R)との間の距離)をそれぞれ揺動半径とする軌道上を歯付ベルト4の張り方向(図5の矢印(1)(2)方向)に揺動軸53を中心に揺動することで、第1テンションローラ51が釣り合い位置まで素早く変位できる。
(effect)
In this configuration, when viewed from above, the center point of the swing (center axis R) is a point on the pulley center line PL that is spaced toward the
そのため、2つのテンションローラ(第1テンションローラ51及び第2テンションローラ52)が揺動軸53を中心に揺動不能な構成(2つのテンションローラにばねの付勢力のみが作用している構成)であって、上方から見てプーリ中心線PLと直交する方向にしか2つのテンションローラが変位できない構成(例えば特許文献1図1の構成)と比較し、歯付ベルト4の張り側において、第1テンションローラ51がばね54による減衰(ばね54の付勢力に抗する方向の変位)を抑えつつ、揺動軸53を中心に矢印X方向に回転される第1揺動アーム56を介して、揺動軸53を中心に揺動することで、釣り合い位置まで素早く変位できる分、正逆回転に伴い歯付ベルト4の張り側において第1テンションローラ51の応答性(動作速度)が向上するとともに、歯付ベルト4が過張力となるのを抑制できる(張力変動を低く抑えることができる)。
Therefore, the two tension rollers (the
(オートテンショナ5の動作:歯付ベルト4の緩み側)
(動作、作用)
iii. 次に、歯付ベルト4の緩み側において、歯付ベルト4の張力が減少し、歯付ベルト4に緩みが生じることになるが、さきの歯付ベルト4の張り側での上記動作(ii)で、張り側の第1テンションローラ51が、ばね54の付勢力に抗しつつも、第1基軸部51Aと第2基軸部52Aとの間をばね54で接続(付勢)された、2つのテンションローラ(第1テンションローラ51及び第2テンションローラ52)ごと、第1テンションローラ51の揺動半径r1及び第2テンションローラ52の揺動半径r2をそれぞれ揺動半径とする軌道上を、揺動軸53を中心に矢印(1)の方向に揺動したことに連動し、歯付ベルト4の緩み側において、他方の第2テンションローラ52は、おのずと歯付ベルト4の緩みを解消する方向(ばね54の付勢方向)にばね54で付勢されつつ、揺動軸53を中心に矢印X方向に回転される第2揺動アーム57を介して揺動軸53を中心に揺動することで、矢印(2)の方向に素早く変位することになる(図5参照)。
(Operation of auto tensioner 5: Loose side of toothed belt 4)
(action, action)
iii. Next, on the slack side of the
このため、歯付ベルト4の緩み側においても、第2テンションローラ52の応答性(動作速度)が向上するとともに、第2テンションローラ52を歯付ベルト4の外周面に接触させたままの状態に維持できることで、歯付ベルト4に緩みを生じさせることなく、歯付ベルト4の張力を自動的に適度に保つことができる。
Therefore, even when the
iv. また、本構成では、ばね54が2つのテンションローラ(第1テンションローラ51及び第2テンションローラ52)の第1基軸部51Aと第2基軸部52Aとの間に張設されている。
このため、2つのテンションローラ(第1テンションローラ51及び第2テンションローラ52)が揺動軸53を中心に(揺動軸53と直交する面に沿って)揺動自在な構成であっても、ばね54が2つのテンションローラの基軸部間に張設されていない構成[例えば、ばねが2つのテンションローラの各基軸部と揺動軸とを接続する各部材間(互いに独立した2つのアーム部材間)に張設されている構成(後述の比較例4及び図9参照)]と比較し、駆動軸21と平行な方向に見て、揺動の中心点(中心軸R:歯付ベルト4の緩み側においては「支点」)と、歯付ベルト4の緩み側においてばね54の付勢力が加わる点(つまり、歯付ベルト4の緩み側においては「力点」)との離間距離が長い。その分、歯付ベルト4の緩み側において、第2テンションローラ52と緩み側の歯付ベルト4とが接触する点(つまり、歯付ベルト4の緩み側においては「作用点」)により大きな力が働くため、歯付ベルト4の緩み側において、第2テンションローラ52の応答性(動作速度)がより向上する。
iv. In this configuration, the
Therefore, even if the two tension rollers (
v. なお、特許文献2の構成では、そもそも2つのテンションローラ間にばね等による付勢作用が働かない。そのため、走行初期に生じる張力低下の調整に対応できない。
v. In the configuration of
(駆動プーリ2が図5の矢印Z方向と反対の方向に回転した場合)
次に、駆動プーリ2が図5の矢印Z方向と反対の方向に回転駆動されると、歯付ベルト4の張り側、緩み側の位置が、さきの場合(駆動プーリ2が図5の矢印Z方向に回転駆動される場合)と逆になり、まず、歯付ベルト4の張り側において、第2テンションローラ52が、歯付ベルト4に押されて歯付ベルト4の張り方向に変位する際、ばね54の付勢力に抗しつつも、揺動軸53を中心に矢印X方向と反対の方向に回転される第2揺動アーム57を介して揺動軸53を中心に揺動することで、図5に示す位置から釣り合い位置まで、図5の矢印(2)の方向と反対の方向に素早く変位し、次に、これに連動し、第1テンションローラ51がおのずと歯付ベルト4の緩みを解消する方向(ばね付勢方向)にばね54に付勢されつつ、揺動軸53を中心に矢印X方向と反対の方向に回転される第1揺動アーム56を介して揺動軸53を中心に揺動することで、図5に示す位置から図5の矢印(1)の方向と反対の方向に素早く変位することになる。
これにより、やはり、歯付ベルト4の張り側において、第2テンションローラ52の応答性(動作速度)が向上するとともに、歯付ベルト4が過張力となるのを抑制でき(張力変動を低く抑えることができ)、且つ、歯付ベルト4の緩み側において、第1テンションローラ51の応答性(動作速度)が向上するとともに、第1テンションローラ51を歯付ベルト4の外周面に接触させたままの状態に維持できることで、歯付ベルト4に緩みを生じさせることなく、歯付ベルト4の張力を自動的に適度に保つことができる。
(When the
Next, when the
As a result, the responsiveness (operating speed) of the
以上より、本構成によれば、ロボットアーム駆動用ベルト伝動機構1において、駆動プーリ2が正逆いずれの方向に回転する場合でも、正逆切替時(正逆の起動/停止時)の駆動に対する応答性を高い水準に確保すること(つまり正逆切替時の、駆動プーリ2と従動プーリ3との回転角度差を十分に抑制すること)が可能となり、正逆回転を伴う動作の速度が増加しても、同期伝動[(走行初期に生じる張力低下の調整を含め)自動的に、且つ適度に(歯付ベルト4が緩まない程度に)歯付ベルト4の張力を保つこと]を確実なものとすることができる。
As described above, according to the present configuration, in the
また、2つのテンションローラ(第1テンションローラ51及び第2テンションローラ52)は、駆動プーリ2側、または、駆動プーリ2及び従動プーリ3のうち直径が小さい方のプーリ側に設けられている。
ロボットアーム駆動用ベルト伝動機構1は、従動プーリ3の回転トルクを所定の水準に確保するため、駆動プーリ2の直径が従動プーリ3の直径よりも小さい場合(所謂、減速機構として機能する場合)が一般的であるが、駆動プーリ2及び従動プーリ3の直径が同じ場合もある。例えば、駆動プーリ2と従動プーリ3との間隔が狭く、且つ、減速比(プーリ径の比)が大きいベルト伝動機構1においては、小径側の駆動プーリ2において、歯付ベルト4の接触角が小さくなり、歯付ベルト4の緩みが大きいと、歯付ベルト4の歯飛びが起こりやすくなる懸念があるが、本構成によれば、駆動プーリ2(駆動プーリ2及び従動プーリ3が同径の場合を含む)、または、(駆動、従動に依らず)小径側のプーリにおいて、歯付ベルト4の接触角が小さくなるのを抑制できることで、歯付ベルト4の歯飛びを生じにくくすることができる。
Further, the two tension rollers (the
In order to ensure the rotational torque of the driven
また、ベルト伝動機構1の駆動プーリ2の直径は、従動プーリ3の直径よりも小さい場合(つまりベルト伝動機構1が減速機構である場合)、駆動プーリ2の直径が従動プーリ3の直径と同径の場合と比べ、正逆切替時に、2つのテンションローラが揺動軸53を中心に揺動することにより変位する度合いが大きくなる。
そのため、本構成によれば、2つのテンションローラ(第1テンションローラ51及び第2テンションローラ52)が揺動軸53を中心に揺動不能な構成(2つのテンションローラにばねの付勢力のみが作用している構成)であって、駆動軸と平行な方向に見てプーリ中心線と直交する方向にしか2つのテンションローラが変位できない構成と比較し、歯付ベルト4の張り側において、第1テンションローラ51がばね54による減衰(ばね54の付勢力に抗する方向の変位)を抑えつつ、揺動軸53を中心に揺動することにより素早く変位できる効果をより大きくすることができる。ひいては、ロボットアーム駆動用ベルト伝動機構1において、正逆切替時(正逆の起動/停止時)の駆動に対する応答性をより高い水準に確保することができる。
Furthermore, if the diameter of the driving
Therefore, according to this configuration, the two tension rollers (the
(その他の実施形態)
上記実施形態では、揺動軸53の中心軸R(揺動の中心点)は、第1テンションローラ51の回転中心51Cと第2テンションローラ52の回転中心52Cとを結ぶローラ中心線RLとプーリ中心線PLとの交点から駆動プーリ2側に離間した、プーリ中心線PL上の点を通り、駆動軸21と平行な方向に延びた構成をしている。
しかし、揺動軸53の中心軸R(揺動の中心点)は、第1テンションローラ51の回転中心51Cと第2テンションローラ52の回転中心52Cとを結ぶローラ中心線RLとプーリ中心線PLとの交点から駆動プーリ2側に離間した、プーリ中心線PLの延長線上の点を通る構成であってもよい。
具体的には、駆動軸21が、オートテンショナ5の2つのテンションローラ(第1テンションローラ51及び第2テンションローラ52)と揺動軸53との間に配置された構成であってもよい。
また、図10に示すように、揺動軸53の中心軸R(揺動の中心点)は、第1テンションローラ51の回転中心51Cと第2テンションローラ52の回転中心52Cとを結ぶローラ中心線RLとプーリ中心線PLとの交点から駆動プーリ2側に離間した、プーリ中心線PL上の点であって、駆動軸21の中心軸(駆動プーリ2の回転中心22)を通り、駆動軸21と平行な方向に延びた構成(つまり、駆動軸21が揺動軸53を兼ねる構成)であってもよい。この場合、第1揺動アーム56及び第2揺動アーム57が、摺動部材55(軸受:図10では不図示)を介して、既存の駆動軸21に回転自在に支持されることになり、ベルト伝動機構1の簡素化(部品の削減、組付け性の向上)を図ることができる。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the center axis R (the center point of the swing) of the
However, the center axis R of the swing shaft 53 (the center point of swing) is the roller center line RL connecting the
Specifically, the
Further, as shown in FIG. 10, the center axis R (center point of swing) of the
また、上記実施形態では、本発明に係るベルト伝動機構を、ロボットアームを駆動させるロボットアーム駆動用ベルト伝動機構として説明したが、これに限らない。例えば、本発明に係るベルト伝動機構は、射出成形機(射出、計量、型開閉等の各作動部で各々独立したモータにより電動式で駆動されるベルト伝動機構部)や、その他一般産業用の機器や装置等のベルト伝動機構などに適用することができる。 Further, in the above embodiment, the belt transmission mechanism according to the present invention has been described as a robot arm driving belt transmission mechanism that drives a robot arm, but the present invention is not limited to this. For example, the belt transmission mechanism according to the present invention can be used in injection molding machines (belt transmission mechanism parts that are electrically driven by independent motors in each operating section such as injection, metering, mold opening/closing, etc.) and other general industrial applications. It can be applied to belt transmission mechanisms of equipment, devices, etc.
本発明のベルト伝動機構においては、正逆回転を伴う動作の速度が増加しても、位置決め精度を繰り返し確保して[即ち、正逆切替時(正逆の起動/停止時)の駆動に対する応答性を高い水準に確保して(つまり正逆切替時の駆動プーリと従動プーリとの回転角度の差の大きさ(以下、「回転角度差」)を許容範囲内に常時収め)]、同期伝動[(走行初期に生じる張力低下の調整を含め)自動的に、且つ適度に(ベルトが緩まない程度に)ベルトの張力を保つこと]を確実なものとする必要がある。 In the belt transmission mechanism of the present invention, even if the speed of operation involving forward and reverse rotation increases, positioning accuracy can be repeatedly ensured [i.e., response to drive during forward and reverse switching (starting/stopping of forward and reverse)]. Synchronous transmission It is necessary to ensure that the tension of the belt is maintained automatically and appropriately (to the extent that the belt does not loosen) (including adjusting the tension drop that occurs at the beginning of running).
そこで、本実施例では、実施例1~3および比較例1~4に係るベルト伝動機構(以下、各供試体)を作製し、応答性試験[正逆切替時(正逆の起動/停止時)の駆動に対する応答性の評価]を行い、比較検証を行った。
なお、以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
Therefore, in this example, belt transmission mechanisms according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 (hereinafter referred to as each specimen) were fabricated, and a response test [during forward/reverse switching (forward/reverse start/stop) ) and conducted comparative verification.
The present invention will be explained in more detail below based on Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
[ベルト伝動機構]
(各供試体で共通)
(歯付ベルト:図6)
・歯部の形状:歯形状は、直歯に属するH歯形(断面が略半丸形の形状)とした。
・歯数:200
・歯ピッチ:3mm
・ベルト長さ:600mm
・ベルト幅:10mm
[Belt transmission mechanism]
(Common for each specimen)
(Toothed belt: Figure 6)
- Shape of tooth: The tooth shape was an H tooth shape (approximately semi-circular cross section) belonging to straight teeth.
・Number of teeth: 200
・Tooth pitch: 3mm
・Belt length: 600mm
・Belt width: 10mm
[使用材料]
(心線)
・構成:各供試体の各歯付ベルトに使用する心線として、表2に示す構成のA1~A3の撚りコードを作製した。
・A1の心線(撚りコード)は、以下の手順で作成した。
JIS R 3413(2012)に記載されている呼称ECG-150のガラス繊維(Eガラス繊維)のフィラメント(9ミクロン径)を束ねて引き揃えて、3本のストランドとした。この3本のストランドを、表3に示す組成のRFL液(18~23℃)に3秒間通過させることにより浸漬した後、200~280℃で3分間加熱乾燥して、表面に均一に接着層を形成した。この接着処理の後に、3本のストランドを、撚り数12回/10cmで下撚りして、上撚りは与えず、片撚りで径が約0.35mmの撚りコードを用意した。
A2の心線(撚りコード)は、ガラス繊維をKCG150に変更した以外はA1と同様に作成した。
A3の心線(撚りコード)は、用いたストランドを、炭素繊維のフィラメント(3K)を束ねて引き揃えた1本のストランドとした以外は、A1、A2の心線と同じ手順で作成し、片撚りで径が0.53mmの撚りコードとした。
[Materials used]
(core wire)
- Structure: Twisted cords A1 to A3 having the structure shown in Table 2 were prepared as core wires to be used for each toothed belt of each specimen.
・A1 core wire (twisted cord) was created using the following procedure.
Filaments (9 micron diameter) of glass fibers (E glass fibers) with the name ECG-150 described in JIS R 3413 (2012) were bundled and aligned to form three strands. These three strands were immersed in RFL liquid (18-23°C) having the composition shown in Table 3 by passing it through for 3 seconds, and then heated and dried at 200-280°C for 3 minutes to form an adhesive layer uniformly on the surface. was formed. After this adhesive treatment, the three strands were pre-twisted at a twist rate of 12 twists/10 cm to prepare a single-twisted cord having a diameter of about 0.35 mm without any final twist.
The core wire (twisted cord) of A2 was made in the same manner as A1 except that the glass fiber was changed to KCG150.
The A3 core wire (twisted cord) was created using the same procedure as the A1 and A2 core wires, except that the strand used was a single strand made by bundling and aligning carbon fiber filaments (3K). A twisted cord with a diameter of 0.53 mm was made with one twist.
(心線の弾性率)
ここで、表2に示した心線(長手方向)の弾性率(引張弾性率)の測定方法について説明する。
オートグラフ((株)島津製作所製「AGS-J10kN」)の下側固定部と上側ロードセル連結部にチャック(掴み具)を取り付け、心線の両端部をチャックで掴む。
次に、心線を250mm/分の速度で切断するまで引っ張ったときに測定された応力-歪み曲線において、比較的直線関係にある領域(100~200N)の直線の傾きを心線の引張弾性率として算出した。
(Modulus of elasticity of core wire)
Here, a method for measuring the elastic modulus (tensile modulus) of the core wire (longitudinal direction) shown in Table 2 will be explained.
Attach chucks to the lower fixed part and upper load cell connection part of the Autograph ("AGS-J10kN" manufactured by Shimadzu Corporation), and grip both ends of the core wire with the chucks.
Next, in the stress-strain curve measured when the cord was pulled at a speed of 250 mm/min until it was cut, the slope of the straight line in a relatively linear region (100 to 200 N) was calculated as the tensile elasticity of the cord. Calculated as a percentage.
(歯布)
・各供試体の歯布に用いた繊維織物の構成は次の1種類とした。
組成は、緯糸が66ナイロン、経糸が66ナイロンである。糸構成は、緯糸が44dtexのウーリー加工糸であり、経糸が44dtexである。織り構成は、綾織りである。そして、上記構成の歯布を、表3に示したRFL処理液にて、RFL処理を行った。その後、表4に示した未加硫ゴムシートと同じゴム組成物をトルエンに溶解したゴム糊にて接着処理し、更に、表4に示した組成のゴム組成物シートを積層してコート処理を行った。
(tooth cloth)
- The composition of the fiber fabric used for the tooth cloth of each specimen was one of the following types.
The composition is 66 nylon for the weft and 66 nylon for the warp. The yarn structure is woolly textured yarn with a weft of 44 dtex and a warp of 44 dtex. The weave structure is a twill weave. Then, the tooth cloth having the above configuration was subjected to RFL treatment using the RFL treatment liquid shown in Table 3. Thereafter, the same rubber composition as the unvulcanized rubber sheet shown in Table 4 was bonded with rubber glue dissolved in toluene, and further, rubber composition sheets with the composition shown in Table 4 were laminated and coated. went.
(ゴム組成物)
・表4に示す組成[ゴム成分:クロロプレンゴム(CR)]のゴム組成物をバンバリーミキサーで混練りし、この練りゴムをカレンダーロールに通して所定厚みの圧延ゴムシートとして、各供試体の各歯付ベルトを構成する背部及び歯部形成用の未加硫ゴムシートを作製した。
・調製したゴム組成物(未加硫ゴムシート)を165°C、30分間の条件でプレス加硫することによって得られた加硫ゴムシートの硬度は、JIS K 6253(2012)に準拠し、雰囲気温度23℃(23±2℃)でタイプAデュロメータを用いて測定した硬度で、約81であった。
・なお、表4中※印の成分は下記の通りである。
(Rubber composition)
- A rubber composition having the composition shown in Table 4 [rubber component: chloroprene rubber (CR)] was kneaded using a Banbury mixer, and the kneaded rubber was passed through a calender roll to form a rolled rubber sheet of a predetermined thickness. An unvulcanized rubber sheet for forming the back and teeth of a toothed belt was produced.
- The hardness of the vulcanized rubber sheet obtained by press-curing the prepared rubber composition (unvulcanized rubber sheet) at 165 ° C for 30 minutes is based on JIS K 6253 (2012), The hardness was approximately 81 as measured using a type A durometer at an ambient temperature of 23°C (23±2°C).
・The ingredients marked with * in Table 4 are as follows.
※2 大内新興化学工業社製「ノクラックMB」
※3 大内新興化学工業社製「N-シクロヘキシル-2ベンゾチアゾールスルフェンアミド」
※4 東海カーボン社製「シースト3」
※5 正同化学工業社製「酸化亜鉛3種」
*2 “Nocrack MB” manufactured by Ouchi Shinko Chemical Industry Co., Ltd.
*3 “N-cyclohexyl-2benzothiazole sulfenamide” manufactured by Ouchi Shinko Kagaku Kogyo Co., Ltd.
*4 “
*5 “3 types of zinc oxide” manufactured by Seido Kagaku Kogyo Co., Ltd.
[歯付ベルトの製造]
・上記使用材料で説明した、心線(接着処理品)、歯布(接着処理品)、ならびにゴム組成物(未加硫ゴムシート)をそれぞれ使用して、上記実施の形態に記載した通常の圧入工法にて、各供試体の各歯付ベルトを作製した。なお、加硫は、161℃で25分間行った。また、背部を所定の厚みに構成するため、加硫して得られたベルトスリーブに対して、背面を一定厚さ研磨したうえで、一定幅に切断し、各供試体の各歯付ベルトを得た。
・通常の圧入工法で歯付ベルトを作製したため、背部及び歯部は同じ組成のゴム組成物で構成されている。そのため、各歯付ベルトにおいて、背部を構成するゴム組成物の硬さと、歯部を構成するゴム組成物の硬さとは、略同じである。
[Manufacture of toothed belt]
・Using the core wire (adhesive treated product), tooth cloth (adhesive treated product), and rubber composition (unvulcanized rubber sheet) explained in the materials used above, the normal method described in the above embodiment mode can be produced. Each toothed belt for each specimen was manufactured using the press-in method. In addition, vulcanization was performed at 161° C. for 25 minutes. In addition, in order to configure the back part to a predetermined thickness, the back side of the belt sleeve obtained by vulcanization was polished to a certain thickness, and then cut to a certain width, and each toothed belt of each specimen was Obtained.
・Because the toothed belt was manufactured using the normal press-fitting method, the back and teeth are made of the same rubber composition. Therefore, in each toothed belt, the hardness of the rubber composition constituting the back portion and the hardness of the rubber composition constituting the toothed portion are approximately the same.
(プーリレイアウト)
・実施例1~3(図2)、及び、比較例1~4(比較例1~3は不図示、比較例4は図9参照)のベルト伝動機構は、いずれも、駆動プーリ及び従動プーリが直歯歯付プーリで、かつ軸間固定の2軸レイアウトとし、一方(駆動プーリ)の回転軸に接続可能な軸荷重検知器(ロードセル)を備えたものとした。
・駆動プーリの歯数/プーリ径(心線ラインを想定):21歯/20.054mm
・従動プーリの歯数/プーリ径(心線ラインを想定):84歯/80.214mm
・減速比:4(従動プーリは、駆動プーリよりもピッチ径が4倍大きい)
・ベルト取付張力:要求されるベルト取付張力の水準は、5N/mm幅(ベルト1mm幅当たり5N)程度とした。
本明細書では、実走行直前[空運転(ならし走行)を行った後]に、静止状態で測定されたベルト張力を「ベルト取付張力」として扱っている。
ベルト取付張力は、一方(駆動プーリ)の回転軸に接続した軸荷重検知器(ロードセル)によって検知される軸荷重から算出した。
・軸間距離は、220mm(基準値)とした。
(Pulley layout)
・The belt transmission mechanisms of Examples 1 to 3 (Fig. 2) and Comparative Examples 1 to 4 (Comparative Examples 1 to 3 are not shown, and Comparative Example 4 is shown in Fig. 9) each have a driving pulley and a driven pulley. is a pulley with straight teeth, has a two-axis layout with fixed shafts, and is equipped with a shaft load detector (load cell) that can be connected to the rotating shaft of one (drive pulley).
・Number of teeth of drive pulley/pulley diameter (assuming core line): 21 teeth/20.054mm
・Number of teeth of driven pulley/Pulley diameter (assuming core line): 84 teeth/80.214mm
・Reduction ratio: 4 (The pitch diameter of the driven pulley is 4 times larger than that of the driving pulley)
- Belt installation tension: The level of belt installation tension required was approximately 5N/mm width (5N per 1mm belt width).
In this specification, the belt tension measured in a stationary state immediately before actual driving [after dry running (break-in driving)] is treated as "belt attachment tension."
The belt attachment tension was calculated from the shaft load detected by a shaft load detector (load cell) connected to one (drive pulley) rotating shaft.
- The distance between the axes was 220 mm (standard value).
(オートテンショナ)
(実施例1~3)
・上記実施形態に記載したオートテンショナ(図3、4参照)を、図2に示す態様でベルト伝動機構に付与した。つまり、実施例1~3のオートテンショナは、いずれも同一の構成で、2つのテンションローラに対して、2つのテンションローラの各基軸部間に張設されたばね(引張ばね)の付勢作用と、揺動軸を中心とする揺動作用とが共に働くように構成されたオートテンショナである。
(auto tensioner)
(Examples 1 to 3)
- The autotensioner described in the above embodiment (see FIGS. 3 and 4) was attached to the belt transmission mechanism in the manner shown in FIG. In other words, the autotensioners of Examples 1 to 3 all have the same configuration, and the two tension rollers have a biasing action of a spring (tension spring) tensioned between the base shaft portions of the two tension rollers. This is an auto tensioner configured so that both the oscillating motion and the oscillating motion around the oscillating shaft work together.
(比較例1)
・ベルト伝動機構にオートテンショナを有しない構成(つまり、駆動プーリ、従動プーリ、歯付ベルトのみの構成)とした(不図示)。
(Comparative example 1)
- The belt transmission mechanism has a configuration without an auto-tensioner (that is, a configuration with only a driving pulley, a driven pulley, and a toothed belt) (not shown).
(比較例2:特許文献1の構成に相当)
・実施例1のオートテンショナ(図3、4参照)をベースに、2つのテンションローラに対して、ばね(引張ばね)の付勢作用のみが働き、揺動軸を中心とする揺動作用が働かないように構成されたオートテンショナ(不図示)を、図2に示す態様(レイアウト)でベルト伝動機構に付与した。
(Comparative example 2: equivalent to the configuration of Patent Document 1)
・Based on the auto tensioner of Example 1 (see Figures 3 and 4), only the biasing action of the spring (tension spring) acts on the two tension rollers, and the oscillation around the oscillation axis is performed. An autotensioner (not shown) configured to be inoperative was provided to the belt drive mechanism in the layout shown in FIG.
(比較例3:特許文献2の構成に相当)
・実施例1のオートテンショナ(図3、4参照)をベースに、2つのテンションローラに対して、ばねの付勢作用が働かず、揺動軸を中心とする揺動作用のみが働くように構成されたオートテンショナ(不図示)を、図2に示す態様(レイアウト)でベルト伝動機構に付与した。
(Comparative example 3: equivalent to the configuration of Patent Document 2)
- Based on the auto tensioner of Example 1 (see Figures 3 and 4), the spring biasing action does not work on the two tension rollers, and only the swinging action around the swinging axis works. The configured autotensioner (not shown) was attached to the belt transmission mechanism in the manner (layout) shown in FIG.
(比較例4)
・図9に示すように、実施例1のオートテンショナ(図3、4参照)をベースに、2つのテンションローラに対して、ばね(引張ばね)の付勢作用と、揺動軸を中心とする揺動作用とが共に働くように構成されているが、ばねが2つのテンションローラの各基軸部間に張設されておらず、2つのテンションローラの各基軸部と揺動軸とを接続する各部材間(互いに独立した2つのアーム部材間)に張設されている構成のオートテンショナを、図2と同じ態様(レイアウト)でベルト伝動機構に付与した。
(Comparative example 4)
・As shown in Figure 9, based on the autotensioner of Example 1 (see Figures 3 and 4), the biasing action of a spring (tension spring) and the pivoting axis are applied to two tension rollers. However, the spring is not stretched between the base shafts of the two tension rollers, and the springs are not stretched between the base shafts of the two tension rollers and the rocking shaft. An autotensioner configured to be stretched between each member (between two mutually independent arm members) was provided to the belt transmission mechanism in the same manner (layout) as in FIG. 2.
[ベルト伝動機構の評価:項目、方法、基準]
各供試体(実施例1~3、比較例1~4)について、本願課題を解決し得るベルト伝動機構が得られたかどうかを見極めるために、エージングの必要性[ベルト走行初期の張力低下の自動調整(是正)可否]、ならびに応答性(正逆切替時の駆動に対する応答性)を検証した。
[Evaluation of belt transmission mechanism: items, methods, criteria]
For each specimen (Examples 1 to 3, Comparative Examples 1 to 4), in order to determine whether or not a belt transmission mechanism capable of solving the problems of the present application was obtained, the necessity of aging [automatic reduction of tension at the beginning of belt running] was determined. Adjustment (correction) possible] and responsiveness (responsiveness to driving during forward/reverse switching) were verified.
[エージングの必要性]
(方法、判定基準)
エージング[空運転(ならし走行)後、軸間距離の調整等によるベルトの張直し(張力調整作業)]を行わなくても、所定のベルト取付張力(5N/mm幅程度)を確保することができた場合は、ベルト走行初期の張力低下を自動的に調整(是正)することができると評価し、a判定とした。
所定のベルト取付張力(5N/mm幅程度)を確保するために、エージング[空運転(ならし走行)後、軸間距離の調整等によるベルトの張直し(張力調整作業)]が必要であった場合は、ベルト走行初期の張力低下を自動的に調整(是正)することができないと評価し、b判定とするとともに、以降の試験(応答性試験)を見送った。
本用途での実使用に対する適正(エージングの必要性)の観点から、a判定のベルト伝動機構を合格レベルとした。
[Need for aging]
(Method, criteria)
To ensure the specified belt installation tension (approximately 5 N/mm width) without aging [belt retensioning (tension adjustment work) by adjusting the center distance after dry running (breaking-in)] If this is possible, it is evaluated that the decrease in tension at the initial stage of belt running can be automatically adjusted (corrected), and a rating of A is given.
In order to secure the specified belt installation tension (approximately 5 N/mm width), aging [belt retensioning (tension adjustment work) by adjusting the center distance, etc. after dry running (breaking-in)] is necessary. In this case, it was evaluated that it was not possible to automatically adjust (correct) the decrease in tension at the beginning of belt running, and a rating of b was given, and the subsequent test (responsiveness test) was postponed.
From the viewpoint of suitability for actual use in this application (need for aging), the belt transmission mechanism that was rated a was set to an acceptable level.
[応答性]
(試験名)
応答性試験
(試験機)
試験には応答性評価試験機を使用した(図7参照)。
当該試験機は、2軸のプーリ間に巻き掛けられた歯付ベルトを頻繁な正逆回転を伴う試験パターン(サイクルパターン)にて走行させて、各軸に取り付けた1対のロータリーエンコーダ(回転角度検出器)が出力する回転パルス信号にて、走行中の回転角度差(駆動軸の回転角度-従動軸の回転角度)の時系列変化を検出できるように構成されている。
プーリレイアウトは、前述のベルト伝動機構(図2)と同じである。つまり、該試験機のプーリのレイアウトは、駆動プーリと、従動プーリと、を有し、軸間距離は220mmで固定した。
また、本用途(ロボットアーム駆動用)を想定し、所定の負荷トルクを付与できるよう、従動側にフライホイールを取り付けた。
また、本用途(ロボットアーム駆動用)を想定し、駆動プーリの回転角度および従動プーリの回転角度を高精度に検出できるよう、1対のロータリーエンコーダは、ともに回転角度の分解能に優れたもの[角度分解能が0.0044°のエンコーダ(CANON社製R-1L)]を使用した。
[responsiveness]
(exam name)
Responsiveness test (testing machine)
A responsiveness evaluation tester was used for the test (see Figure 7).
The test machine runs a toothed belt wrapped between pulleys on two axes in a test pattern (cycle pattern) with frequent forward and reverse rotations, and a pair of rotary encoders (rotation) attached to each axis. The vehicle is configured to be able to detect time-series changes in the rotation angle difference (rotation angle of the drive shaft - rotation angle of the driven shaft) during running using the rotation pulse signal output by the angle detector).
The pulley layout is the same as the belt transmission mechanism described above (FIG. 2). That is, the pulley layout of the test machine included a driving pulley and a driven pulley, and the distance between the axes was fixed at 220 mm.
In addition, assuming this application (for driving a robot arm), a flywheel was attached to the driven side so that a predetermined load torque could be applied.
In addition, assuming this application (for driving a robot arm), a pair of rotary encoders, both of which have excellent resolution of the rotation angle, are used to detect the rotation angle of the drive pulley and the rotation angle of the driven pulley with high precision. An encoder (R-1L manufactured by CANON) with an angular resolution of 0.0044° was used.
(試験方法)
常温下、所定のベルト取付張力(5N/mm幅程度)でプーリ間(軸間距離固定)に巻き掛けられた歯付ベルトを、表5に示す試験条件(駆動プーリの回転数のみ変量)、および図8に示す試験パターン(サイクルパターン)にて、頻繁な正逆回転を250サイクル繰り返すように走行させた。得られた回転角度差の時系列変化のグラフ(不図示)から、変量した駆動プーリの回転数(1、2、5rps)毎に、回転角度差(絶対値の最大値)の水準を試験結果として読み取った。
なお、当該回転角度差は、時系列に見て、正逆切替時[正逆の起動(加速時)/停止時(減速時)]にオーバーシュート及びアンダーシュートを起こすため、その絶対値は、正逆切替時(頻度:1サイクル当たり4回)に最大となる。駆動プーリの各回転数に対応する、正逆切替時の加減速度は、表6に示した。
(Test method)
At room temperature, a toothed belt was wound around the pulleys (fixed center distance) with a predetermined belt mounting tension (approximately 5 N/mm width) under the test conditions shown in Table 5 (only the number of rotations of the drive pulley was variable). The vehicle was run in a test pattern (cycle pattern) shown in FIG. 8 in which frequent forward and reverse rotations were repeated for 250 cycles. From the obtained graph (not shown) of time-series changes in the rotation angle difference, the level of the rotation angle difference (maximum absolute value) is determined as the test result for each variable number of rotations of the drive pulley (1, 2, 5 rps). I read it as.
In addition, the rotation angle difference causes overshoot and undershoot when switching between forward and reverse [forward/reverse start (acceleration)/stop (deceleration)] when viewed in time series, so its absolute value is: It is maximum when switching between forward and reverse (frequency: 4 times per cycle). Table 6 shows the acceleration/deceleration speed at the time of forward/reverse switching, which corresponds to each rotational speed of the drive pulley.
(判定基準)
本用途でのベルト伝動機構として最も重視される応答性(正逆切替時の駆動に対する応答性)の判定として、正逆切替時の駆動プーリと従動プーリとの回転角度差を指標(絶対値が小さいほど応答性が高く、位置決め精度を繰り返し確保でき、同期伝動を確実なものとすることができる)とし、駆動プーリの回転数毎の回転角度差(絶対値)が、常時0.2°以内であった場合をa判定、一度でも0.2°を上回った場合をb判定とした。
本用途での実使用に対する適正(応答性)の観点から、a判定のベルト伝動機構を合格レベルとした。
(Judgment criteria)
In order to judge the responsiveness (responsiveness to driving during forward/reverse switching), which is most important for a belt transmission mechanism in this application, the rotation angle difference between the driving pulley and the driven pulley during forward/reverse switching is used as an index (the absolute value is (The smaller the value, the higher the responsiveness, ensuring repeatable positioning accuracy, and ensuring synchronous transmission), and the rotation angle difference (absolute value) for each rotation speed of the drive pulley is always within 0.2°. A case where the angle was greater than 0.2° was judged as a, and a case where it exceeded 0.2° even once was judged as b.
From the viewpoint of suitability (responsiveness) for actual use in this application, the belt transmission mechanism that was judged as a was determined to be an acceptable level.
[総合判定]
本課題を解決し得るベルト伝動機構としての総合的な判定(ランク付け)の基準は、上記2つの試験項目(エージングの必要性、応答性)における判定の結果から、以下の通りとした。
ランクA:上記評価(エージングの必要性、応答性)で、いずれもa判定であった場合は、本課題の解決策として充分に満足できるランク(合格)とした。
ランクB:上記評価(エージングの必要性、応答性)で、1つでもb判定があった場合は、本課題の解決策として不充分なランク(不合格)とした。
[Comprehensive judgment]
The criteria for comprehensive judgment (ranking) as a belt transmission mechanism capable of solving this problem were as follows based on the judgment results for the above two test items (need for aging and responsiveness).
Rank A: If all of the above evaluations (need for aging, responsiveness) were evaluated as A, the product was ranked as fully satisfactory as a solution to this problem (passed).
Rank B: If even one of the above evaluations (need for aging, responsiveness) was judged as b, it was ranked as insufficient as a solution to the problem (fail).
[検証結果]
検証結果を表6に示す。
The verification results are shown in Table 6.
(オートテンショナの構成を変更した比較:実施例1、比較例1~4)
実施例1のオートテンショナ(2つのテンションローラに対して、2つのテンションローラの各基軸部間に張設されたばねの付勢作用と、揺動軸を中心とする揺動作用とが共に働くように構成)をベースに、オートテンショナの構成(オートテンショナの搭載の有無を含む)を変更し、比較した。2つのテンションローラに対して、ばねの付勢作用が働くオートテンショナをベルト伝動機構に有する場合(実施例1、比較例2、4)は、エージングが不要(a判定)であり、2つのテンションローラに対して、ばねの付勢作用のみならず、揺動軸を中心とする揺動作用も働く実施例1では、応答性もa判定(総合判定でもランクA)であったが、2つのテンションローラに対して、ばねの付勢作用のみが働き、揺動軸を中心とする揺動作用が働かない比較例2、ならびに、2つのテンションローラに対して、ばねの付勢作用のみならず、揺動軸を中心とする揺動作用も働くが、ばねが2つのテンションローラの各基軸部間に張設されていない比較例4は、応答性がb判定(総合判定でもランクB)となった。
一方、ベルト伝動機構にオートテンショナをベルト伝動機構に有しない比較例1、ならびに2つのテンションローラに対して、ばねの付勢作用が働かず、揺動軸を中心とする揺動作用のみが働くオートテンショナをベルト伝動機構に有する比較例3は、エージングが必要(b判定)となり、総合判定でランクBであった。
(Comparison where the auto tensioner configuration was changed: Example 1, Comparative Examples 1 to 4)
The auto tensioner of Embodiment 1 (so that the biasing action of the spring tensioned between the base shafts of the two tension rollers and the swinging action about the swinging shaft work together on the two tension rollers) The configuration of the auto-tensioner (including whether or not an auto-tensioner is installed) was changed and compared. When the belt transmission mechanism has an auto-tensioner that applies a spring biasing action to the two tension rollers (Example 1, Comparative Examples 2 and 4), aging is not necessary (judgment a), and the two tension rollers In Example 1, where the roller not only has a spring biasing action, but also a rocking action around the rocking axis, the responsiveness was also rated a (rank A in the overall rating), but the two In Comparative Example 2, only the biasing action of the spring acts on the tension roller, and the oscillating action around the swing axis does not work, and in addition to the urging action of the spring on the two tension rollers. Comparative example 4, which also works for rocking motion around the rocking axis, but in which the spring is not stretched between the respective base shafts of the two tension rollers, has a response rating of B (ranked B in the overall rating). became.
On the other hand, in Comparative Example 1 in which the belt transmission mechanism does not have an auto-tensioner in the belt transmission mechanism, and the two tension rollers, the biasing action of the spring does not work, and only the oscillating action around the oscillating axis works. Comparative Example 3, which had an auto-tensioner in the belt transmission mechanism, required aging (b rating) and was ranked B in the overall rating.
(歯付ベルトの心線種を変更した比較:実施例1~3)
実施例1の歯付ベルト(Eガラス繊維:A1)をベースに、歯付ベルトの心線を構成する繊維材料(フィラメントの材質)を変更し、比較した。実施例1よりも弾性率が大きい高強度ガラス繊維(Kガラス繊維:A2)の心線を用いた実施例2、実施例2よりもさらに弾性率が大きい炭素繊維(A3)の心線を用いた実施例3と、心線(即ちベルト)がより高弾性率かつ低伸度なものになるほど、駆動プーリの回転数毎の回転角度差(絶対値の最大値)の水準が小さくなり、応答性(正逆切替時の駆動に対する応答性)が高くなる傾向が見られ、これらの条件(実施例1~3)ではランクAであった。
(Comparison of toothed belts with different core types: Examples 1 to 3)
Based on the toothed belt (E glass fiber: A1) of Example 1, the fiber material (filament material) constituting the core of the toothed belt was changed and compared. Example 2 uses a cord made of high-strength glass fiber (K glass fiber: A2), which has a higher elastic modulus than Example 1, and uses a cord made of carbon fiber (A3), which has an even higher elastic modulus than Example 2. In Example 3, the higher the modulus of elasticity and the lower the elongation of the core wire (i.e., the belt), the smaller the level of the rotation angle difference (maximum absolute value) for each rotation speed of the drive pulley, and the response. There was a tendency for the performance (responsiveness to driving during forward/reverse switching) to increase, and under these conditions (Examples 1 to 3), it was ranked A.
(得られた効果)
以上の検証結果から、実施例1~3のベルト伝動機構をロボットアーム駆動用途等の正逆回転可能に駆動されるベルト伝動機構に適用した場合は、2つのテンションローラに対して、2つのテンションローラの各基軸部間に張設されたばね(引張ばね)の付勢作用と、揺動軸を中心とする揺動作用とが共に働くように構成されたオートテンショナを備えているため、エージング[空運転(ならし走行)後、軸間距離の調整等によるベルトの張直し(張力調整作業)]を行わなくても、所定のベルト取付張力(5N/mm幅程度)を確保して、ベルト走行初期の張力低下を自動的に調整(是正)することができるとともに、正逆切替時の駆動に対する応答性の指標となる回転角度差(絶対値)を許容範囲内(0.2°以内)に常時収めることができることから、正逆回転を伴う動作の速度が増加しても、位置決め精度を繰り返し確保して、同期伝動を確実なものとすることができることが伺えた。
(obtained effect)
From the above verification results, when the belt transmission mechanism of Examples 1 to 3 is applied to a belt transmission mechanism that can be rotated in forward and reverse directions, such as for driving a robot arm, two tension rollers can be Equipped with an auto-tensioner configured to work together with the biasing action of a spring (tension spring) tensioned between each base shaft of the roller and the swinging action around the swinging shaft, aging [ After dry running (breaking-in), you can secure the specified belt installation tension (approximately 5 N/mm width) without having to retension the belt (tension adjustment work) by adjusting the distance between the shafts, etc. It is possible to automatically adjust (correct) the drop in tension at the beginning of running, and the rotation angle difference (absolute value), which is an index of responsiveness to drive when switching between forward and reverse, is within the permissible range (within 0.2°). This shows that even if the speed of motion involving forward and reverse rotation increases, positioning accuracy can be repeatedly ensured and synchronous transmission can be ensured.
1 ベルト伝動機構
11 第2アーム
2 駆動プーリ
21 駆動軸
22 回転中心
3 従動プーリ
31 従動軸
32 回転中心
4 歯付ベルト
5 オートテンショナ
51 第1テンションローラ
51A 第1基軸部
52 第2テンションローラ
52A 第2基軸部
53 揺動軸
54 ばね
55 摺動部材
56 第1揺動アーム
561 先端部
562 基端部
57 第2揺動アーム
571 先端部
572 基端部
R 中心軸
PL プーリ中心線
RL ローラ中心線
1
Claims (1)
回転自在に支持された従動プーリと、
前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に巻き掛けられた歯付ベルトと、
前記駆動プーリの回転中心と前記従動プーリの回転中心とを結ぶプーリ中心線を挟む両側の位置でそれぞれの基軸部を中心に回転自在に設けられ、前記歯付ベルトに接触する2つのテンションローラを介して、前記歯付ベルトの張力を自動的に適度に保つオートテンショナと、を有するベルト伝動機構であって、
前記オートテンショナは、
前記2つのテンションローラの回転中心同士を結ぶローラ中心線と前記プーリ中心線との交点から離間した、前記プーリ中心線上の点または前記プーリ中心線の延長線上の点を通り、前記駆動プーリ及び前記従動プーリとは独立し、且つ、前記駆動軸と平行な方向に延びるように設けられた揺動軸を有し、
前記2つのテンションローラの各前記基軸部間に張設され、前記2つのテンションローラを、前記ローラ中心線に沿って、互いに引き寄せる方向又は互いに離間させる方向に付勢するばねを備え、かつ、
前記2つのテンションローラが、前記揺動軸を中心に、揺動自在に構成されていることを特徴とするベルト伝動機構。 a drive pulley fixed to a drive shaft that is rotatably driven in forward and reverse directions by a drive source;
a rotatably supported driven pulley;
a toothed belt wound between the driving pulley and the driven pulley;
Two tension rollers are provided rotatably around their respective base shafts at positions on both sides of the pulley center line connecting the rotation center of the drive pulley and the rotation center of the driven pulley, and are in contact with the toothed belt. an autotensioner that automatically maintains the tension of the toothed belt at an appropriate level through the belt transmission mechanism,
The auto tensioner is
The drive pulley and the having a swing shaft that is independent of the driven pulley and extends in a direction parallel to the drive shaft;
a spring that is stretched between each of the base shaft portions of the two tension rollers and biases the two tension rollers in a direction toward each other or a direction in which they are spaced apart from each other along the roller center line, and
A belt transmission mechanism, wherein the two tension rollers are configured to be able to swing freely around the swing shaft.
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