JP2024505973A - 電動ロック型の回転継手 - Google Patents

Abstract

電動ロック型の回転継手はモータ（１）、軸継手、球継手を含み、モータ（１）は二重出力軸型のモータ又は単一出力軸型のモータであり、各モータ軸に対応して、１つの軸継手ケース（２）又は球継手ケース（３）がモータ（１）の本体に固定接続されるとともに、軸継手又は球継手のアンロック機構がモータ軸に固定接続され、モータ（１）のオンオフ及び正逆回転により軸継手又は球継手のロック及びアンロックが制御される。当該回転継手は制御が柔軟で便利であり、システムが簡単であり、また、モータ（１）が棒状部材の間に直列に接続されるため、回転継手は体積及び重量がいずれも比較的小さく、棒状直列機構、特に内視鏡ホルダなどの機構の性能を顕著に高めることができる。【選択図】図２

Description

本発明は棒状直列機構の重要な部材に関し、特に電動ロック型の継手である。

棒状直列機構はマニピュレータ、多自由度位置調節装置、エンドエフェクタ変位機構などの場合に広く用いられ、その動作は主に直列リンケージにおける各回転継手によって実現され、そのため回転継手は重要な部材である。回転継手は、動作する時に、動作状況の要求に応じて回転又はロック状態を変換する必要があり、すなわち制御可能なロック装置を備える必要がある。従来のロック装置には、例えば中国特許「２００５１００９２５９１回転継手の電磁ロック装置」に開示された型式が挙げられ、様々なタイプがある。しかしながら、マン・ロボット協調作業型マニピュレータ、マスタスレーブマニピュレータ、医療器具、光学機器などの小型化への発展に伴い、従来の様々な回転継手のロック装置は、その寸法及び重量が設計指標を満たすことが困難になる。本発明はモータに駆動されたスクリューナット対偶又はカム対偶の構造を利用し、新型の棒状直列機構の回転継手に対する要求を達成することが可能な電動ロック型の回転継手を提供する。

サイズが小さく、重量が軽く、ロック力が大きく、ロックとアンロックとの変換が速く、制御しやすい回転継手が提供され、新型の棒状直列機構、特に医用内視鏡ホルダなどの場合に用いられる。

主に、モータ、軸継手、球継手により構成された電動ロック型の回転継手は、モータが二重出力軸型のモータ又は単一出力軸型のモータであり、各モータ軸に対応して、１つの軸継手ケース又は球継手ケースがモータの本体に固定接続されるとともに、軸継手又は球継手のアンロック機構が前記モータ軸に固定接続されることを特徴とする。

さらに具体的な構造は以下のとおりである。軸継手ケースに１本の回転軸が回転可能に嵌着され、回転軸の軸線はモータ軸の軸線に垂直であり、回転軸に開口したブレーキリングが嵌着され、回転軸の両端は軸継手ケースから延出し、回転軸と軸継手ケースは軸継手を構成し、軸継手ケースは中空であり、空間Ｔと呼ばれ、モータ軸は当該Ｔ空間内にあり、１つのスクリューはモータ軸に固定され、１つのナットはスクリューに装着されてねじ対偶を形成し、１つのロックフォークの後端はナットに固定接続され、先端は前記ブレーキリングの開口外側に突き合わせられ、空間ＴにおいてバッフルＰが軸継手ケースに固定され、ディスクスプリング群Ｐの一端面はバッフルＰを押し、ディスクスプリング群Ｐの他方の端面はロックフォークを押して、ロックフォークをブレーキリングへ押す。

さらに具体的な構造は以下のとおりである。球継手ケースは中空であり、空間Ｌと呼ばれ、モータ軸は空間Ｌ内に位置し、当該空間Ｌは開口した孔路を有し、当該孔路の軸線はモータ軸の軸線に垂直であり、当該孔路の開口部は球面であり、当該孔路に１つの球面押しブロックがあり、球面押しブロックの球面と当該孔路の出口部の球面とは球状空間を構成し、当該空間に１つの球頭が回転可能に嵌着され、球頭と上記二部分の球面とは球継手を構成し、空間Ｌにモータ軸に固定された１つの板カムがあり、板カムの軸線はモータ軸の軸線に平行であり、１つの平底フォロアは板カムと接触して結合され、平底フォロアと板カムとは１つのカム対偶を構成し、平底フォロアは球面押しブロックに固定接続され、空間Ｌ内に１つの球継手ケースに固定されたバッフルＱがあり、ディスクスプリング群Ｑの一端面はバッフルＱを押し、ディスクスプリング群Ｑの他方の端面は前記球面押しブロックを押して、球面押しブロックを球頭へ押す。

さらなる特徴は以下のとおりである。ブレーキリングは開口した環状部材であり、回転軸に可動に嵌着され、環状開口部の両側は外向きのボスであり、２つのボスの外側は斜面であり、２つの斜面は対称であり、２つの斜面は外端の距離が小さく、奥端の距離が大きくて、外斜面群を形成する。

さらなる特徴は以下のとおりである。ロックフォークの先端は、ブレーキリングのボスの外斜面群と貼り合わせることを可能にする幾何学的寸法を有する１群の内斜面である。

さらなる特徴は以下のとおりである。空間Ｌの開口した孔路の開口部の球面直径、球面押しブロックの球面直径、球頭の直径という三者が同じである。

さらなる特徴は以下のとおりである。モータはサーボモータ又はステッピングモータを用いる。

このような電動ロック型の回転継手の動作過程は以下のとおりである。初期状態時に、ディスクスプリング群Ｐの圧力はロックフォークを押し、ロックフォークの先端の内斜面群はブレーキリングのボスの外斜面群を押し付け、それにより、ブレーキリングには奥向きに縮小する弾性変形が発生して、回転軸が抱き締められ、回転軸は軸継手ケースに対して回転できず、軸継手はロック状態となる。モータが回転すると、モータ軸のスクリューはそれに伴って回転し、ナットを移動させ、ナットに固定されたロックフォークはディスクスプリング群Ｐの押し力に抵抗して後ろに移動し、ロックフォークの先端の内斜面群はブレーキリングのボスの外斜面群から離れ、ブレーキリングは弾性変形が解消され、回転軸をアンロックし、回転軸は軸継手ケースに対して回転可能になり、軸継手は回転可能な状態となる。モータが逆転して、ロックフォークは元の状態に戻り、軸継手は再びロックされる。

初期状態時、ディスクスプリング群Ｑの圧力は球面押しブロックを押し、球面押しブロックの球面は球頭を球継手ケースの出口部の球面上に押し付け、球頭を抱き締め、球頭は球継手ケースに対して回転不能となり、球継手はロック状態となる。モータが回転すると、モータ軸上のカムはそれに伴って回転し、カムの高点は平底フォロアを押して移動させ、平底フォロアに固定された球面押しブロックはディスクスプリング群Ｑの押し力に抵抗して後ろに移動し、球面押しブロックの球面は球頭から離れて球頭をアンロックし、球頭は球継手ケースに対して回転可能となり、球継手は回転可能な状態となる。モータが逆転して、カム高点は平底フォロアから離れ、平底フォロアと一体に固定された球面押しブロックはディスクスプリング群Ｑの押し力の作用で元の状態に戻り、球継手は再びロックされる。

以上から分かるように、モータの正逆回転を制御するだけで、軸継手又は球継手のロック及びアンロックを容易に制御可能となる。

モータの正逆回転を用いて回転継手のロック及びアンロックを制御するため、制御が柔軟で便利であり、システムが大幅に簡略化される。また、モータが棒状部材の間に直列に接続されるため、回転継手は体積及び重量がいずれも比較的小さく、このような回転継手を用いると、棒状直列機構、特に内視鏡ホルダなどの機構の性能を顕著に高めることができる。

以下、図面に合わせて、本発明の構造について詳細に説明する。
電動ロック型の回転継手の三次元外形図である。 電動ロック型の回転継手の断面図である。 図２におけるＡ－Ａ断面図である。

図面に示すように、主に、モータ、軸継手、球継手により構成された電動ロック型の回転継手は、モータ１が二重出力軸型のモータ又は単一出力軸型のモータであり、各モータ軸に対応して、１つの軸継手ケース２又は球継手ケース３がモータ１の本体に固定接続されるとともに、軸継手又は球継手のアンロック機構が前記モータ軸に固定接続されることを特徴とする。

軸継手の具体的な構造は以下のとおりである。軸継手ケース２に１本の回転軸４が回転可能に嵌着され、回転軸４の軸線はモータ１の軸線に垂直であり、回転軸４に開口したブレーキリング６が嵌着され、回転軸４の両端は軸継手ケース２から延出し、回転軸４と軸継手ケース２は軸継手を構成し、軸継手ケース２は中空であり、空間Ｔ１２と呼ばれ、モータ１の軸は当該空間Ｔ１２内にあり、１つのスクリュー１１はモータ１の軸に固定され、１つのナット１０はスクリュー１１に装着されてねじ対偶を形成し、１つのロックフォーク７の後端はナット１０に固定接続され、先端は前記ブレーキリング６の開口外側に突き合わせられ、空間Ｔ１２においてバッフルＰ９が軸継手ケース２に固定され、ディスクスプリング群Ｐ８の一端面はバッフルＰ９を押し、ディスクスプリング群Ｐ８の他方の端面はロックフォーク７を押して、ロックフォーク７をブレーキリング６へ押す。

球継手の具体的な構造は以下のとおりである。球継手ケース３は中空であり、空間Ｌ１５と呼ばれ、当該空間Ｌ１５は開口した孔路を有し、当該孔路の軸線はモータ１の軸線に垂直であり、その開口部は球面であり、当該孔路に１つの球面押しブロック１８があり、球面押しブロック１８の球面と当該孔路の出口部の球面とは球状空間を構成し、当該空間に１つの球頭５が回転可能に嵌着され、球頭５と上記二部分の球面とは球継手を構成し、空間Ｌ１５にモータ１の軸に固定された１つの板カム１３があり、板カム１３の軸線はモータ１の軸線に平行であり、１つの平底フォロア１４は板カム１３と接触して結合され、平底フォロア１４と板カム１３とは１つのカム対偶を構成し、平底フォロア１４は球面押しブロック１８に固定接続され、空間Ｌ１５内に１つの球継手ケース３に固定されたバッフルＱ１７があり、ディスクスプリング群Ｑ１６の一端面はバッフルＱ１７を押し、ディスクスプリング群Ｑ１６の他方の端面は前記球面押しブロック１８を押して、球面押しブロック１８を球頭５へ押す。

いくつかの詳細特徴は以下のとおりである。ブレーキリング６は開口した環状部材であり、回転軸に可動に嵌着され、環状開口部の両側は外向きのボスであり、２つのボスの外側は斜面であり、２つの斜面は対称であり、２つの斜面は外端の距離が小さく、奥端の距離が大きくて、外斜面群を形成する。ロックフォーク９の先端は、ブレーキリング６のボスの外斜面群と貼り合わせることを可能にする幾何学的寸法を有する１群の内斜面である。空間Ｌ１５の開口した孔路の開口部の球面直径、球面押しブロック１８の球面直径、球頭５の直径という三者が同じである。

以上は本発明の組み合わせた実施例に過ぎず、本発明を限定するものではなく、本発明の思想及び原則内で行われるいかなる修正、均等置換及び改善などは、いずれも本発明の保護範囲内に含まれる。

１…モータ、２…軸継手ケース、３…球継手ケース、４…回転軸、５…球頭、６…ブレーキリング、７…ロックフォーク、８…ディスクスプリング群Ｐ、９…バッフルＰ、１０…ナット、１１…スクリュー、１２…空間Ｔ、１３…板カム、１４…平底フォロア、１５…空間Ｌ、１６…ディスクスプリング群Ｑ、１７…バッフルＱ、１８…球頭押しブロック。

Claims (7)

1. 主に、モータ、軸継手、球継手により構成された電動ロック型の回転継手であって、モータが二重出力軸型のモータ又は単一出力軸型のモータであり、各モータ軸に対応して、１つの軸継手ケース又は球継手ケースがモータの本体に固定接続されるとともに、軸継手又は球継手のアンロック機構が前記モータ軸に固定接続されることを特徴とする電動ロック型の回転継手。
2. 軸継手ケースに１本の回転軸が回転可能に嵌着され、回転軸の軸線はモータ軸の軸線に垂直であり、回転軸に開口したブレーキリングが嵌着され、回転軸の両端は軸継手ケースから延出し、回転軸と軸継手ケースは軸継手を構成し、軸継手ケースは中空であり、空間Ｔと呼ばれ、モータ軸は当該空間Ｔ内にあり、１つのスクリューはモータ軸に固定され、１つのナットはスクリューに装着されてねじ対偶を形成し、１つのロックフォークの後端はナットに固定接続され、当該ロックフォークの先端は前記ブレーキリングの開口外側に突き合わせられ、空間ＴにおいてバッフルＰが軸継手ケースに固定され、ディスクスプリング群Ｐの一端面はバッフルＰを押し、ディスクスプリング群Ｐの他方の端面はロックフォークを押して、ロックフォークをブレーキリングへ押すことを特徴とする請求項１に記載の電動ロック型の回転継手。
3. 球継手ケースは中空であり、空間Ｌと呼ばれ、モータ軸は空間Ｌ内に位置し、当該空間Ｌは開口した孔路を有し、当該孔路の軸線はモータ軸の軸線に垂直であり、当該孔路の開口部は球面であり、当該孔路に１つの球面押しブロックがあり、球面押しブロックの球面と当該孔路の出口部の球面とは球状空間を構成し、当該空間に１つの球頭が回転可能に嵌着され、球頭と上記二部分の球面とは球継手を構成し、空間Ｌにモータ軸に固定された１つの板カムがあり、板カムの軸線はモータ軸の軸線に平行であり、１つの平底フォロアは板カムと接触して結合され、平底フォロアと板カムとは１つのカム対偶を構成し、平底フォロアは球面押しブロックに固定接続され、空間Ｌ内に１つの球継手ケースに固定されたバッフルＱがあり、ディスクスプリング群Ｑの一端面はバッフルＱを押し、ディスクスプリング群Ｑの他方の端面は前記球面押しブロックを押して、球面押しブロックを球頭へ押すことを特徴とする請求項１に記載の電動ロック型の回転継手。
4. ブレーキリングは開口した環状部材であり、回転軸に可動に嵌着され、環状開口部の両側は外向きのボスであり、２つのボスの外側は斜面であり、２つの斜面は対称であり、２つの斜面は外端の距離が小さく、奥端の距離が大きくて、外斜面群を形成することを特徴とする請求項２に記載の電動ロック型の回転継手。
5. ロックフォークの先端は、ブレーキリングのボスの外斜面群と貼り合わせることを可能にする幾何学的寸法を有する１群の内斜面であることを特徴とする請求項２に記載の電動ロック型の回転継手。
6. 空間Ｌの開口した孔路の開口部の球面直径、球面押しブロックの球面直径、球頭の直径という三者が同じであることを特徴とする請求項３に記載の電動ロック型の回転継手。
7. モータはサーボモータ又はステッピングモータを用いることを特徴とする請求項１に記載の電動ロック型の回転継手。

Images