JP3026057B2 - 複合三軸ヒンジ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複合三軸ヒンジ装置にか
かるもので、とくにジョイントアームについて、Ｘ軸、
Ｙ軸およびＺ軸の三軸まわりの回転自由度を保証するこ
とができる複合三軸ヒンジ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の軸継ぎ手として、たとえば図８に
示すような球面ジョイント１は、第１のジョイントアー
ム２と、第２のジョイントアーム３と、第２のジョイン
トアーム３の先端部に形成した球面部４と、第１のジョ
イントアーム２の先端内部に設けた軸受部５と、を有す
る。

【０００３】こうした構成の球面ジョイント１は、少な
い部品点数で、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の三軸まわりの回
転自由度を有するが、球面部４および軸受部５の構造上
の制限から、ユニバーサルジョイント（図示せず）とと
もに一般的には大きな回転角を達成することができない
という問題がある。

【０００４】さらに、図中仮想線で示すように、他の球
面ジョイント１を並列に並べて組み合わせることによっ
てヒンジ装置を構成し、マニュピュレーターアームなど
の変形操作可能な構造物を構成しようとした場合に、一
方の球面部４と他方の球面部４とを互いに同心的に配置
することができないため、上記構造物の構造変化を行わ
せるための機構制御が複雑になるという問題がある。

【０００５】図９は、ジンバル機構を採用したジャイロ
スコープ６の斜視図であり、ジャイロスコープ６は、三
軸方向の回転ジョイントを一箇所に集約したもので、ス
ピン軸７と、水平軸８と、垂直軸９と、スピン軸７のま
わりに回転する回転輪１０と、を有する。

【０００６】こうしたピン結合による回転ジョイントの
組み合わせによって三軸まわりの回転自由度を確保しよ
うとすると、部品点数が増加し、所要スペースが大きく
なるという問題がある。

【０００７】図１０は、ピン結合による他の構成の回転
ジョイント１１の分解斜視図であって、この回転ジョイ
ント１１は、ベースブロック１２と、第１のジョイント
アーム１３と、第２のジョイントアーム１４と、ベース
ブロック１２に設けたホルダー１５と、軸ピン１６と、
を有する。

【０００８】この回転ジョイント１１は、二本の第１の
ジョイントアーム１３および第２のジョイントアーム１
４を互いに平行な平面内で回動可能に軸ピン１６の部分
において交差させるときによく用いられる。

【０００９】第１のジョイントアーム１３および第２の
ジョイントアーム１４は、それぞれの先端部に形成した
回動軸部１７および回動軸部１８を軸ピン１６のまわり
に所定角度の範囲だけ回動可能となっている。

【００１０】しかしながら、第１のジョイントアーム１
３および第２のジョイントアーム１４は、互いに平行な
平面内で回動可能であるだけであって、回動の自由度に
制限があるとともに、自由度を増加させようとすると部
品点数が増加するという問題がある。

【００１１】たとえば、図１１ないし図１３は、回転ジ
ョイント１１を組み合わせてたとえば宇宙における各種
の構造物などにおける変形操作用構造物ジョイント部２
０を構成する場合の説明図であり、図１１は、正面図、
図１２は、中央部分における第１のジョイントアーム１
３および第２のジョイントアーム１４取付け部の側面
図、図１３は、ベースブロック１２の上部を取り除いた
状態の平面図である。

【００１２】変形操作用構造物ジョイント部２０は、ベ
ースブロック１２に三組の第１のジョイントアーム１３
および第２のジョイントアーム１４を組み込んだもの
で、それぞれのホルダー１５として図１１中左側から便
宜上、左側ホルダー２１および左側ホルダー回動軸２２
と、中央ホルダー２３と、右側ホルダー２４および右側
ホルダー回動軸２５と、を設けてある。

【００１３】こうした構成の変形操作用構造物ジョイン
ト部２０において、左側の第１のジョイントアーム１３
および第２のジョイントアーム１４は軸ピン１６のまわ
りに回動するとともに、左側ホルダー２１が左側ホルダ
ー回動軸２２のまわりに回動する。

【００１４】中央部分の第１のジョイントアーム１３お
よび第２のジョイントアーム１４は軸ピン１６のまわり
に回動する。

【００１５】右側の第１のジョイントアーム１３および
第２のジョイントアーム１４は軸ピン１６のまわりに回
動するとともに、右側ホルダー２４が右側ホルダー回動
軸２５のまわりに回動する。

【００１６】したがって、三組のそれぞれの第１のジョ
イントアーム１３および第２のジョイントアーム１４の
他の端部を他の変形操作用構造物ジョイント部２０に結
合することにより、所定の変形操作用構造物（図示せ
ず）を構成することができるが、上述のように回動の自
由度に制限があるとともに、部品点数が増加し、所要ス
ペースが大きくなるという問題がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、少ない部品点数で、
三軸まわりの回転自由度を確保するとともに、大きな回
転角を達成することができる複合三軸ヒンジ装置を提供
することを課題とする。

【００１８】また、本発明は、二本のジョイントアーム
を交差させるとともに同心的に回動も可能とした複合三
軸ヒンジ装置を提供することを課題とする。

【００１９】さらに、本発明は、宇宙構造物など各種の
構造物においてそのジョイント部の構成に役立つ複合三
軸ヒンジ装置を提供することを課題とする。

【００２０】さらに、本発明は、宇宙構造物など各種の
変形操作用構造物において変形操作のための機構制御が
容易な複合三軸ヒンジ装置を提供することを課題とす
る。

【００２１】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、第１
のジョイントアームおよび第２のジョイントアームを交
差させる回転ジョイントの特徴と、少ない部品点数で三
軸まわりの回転自由度を確保することができる球面ジョ
イントの特徴とを組み合わせることに着目したもので、
ジョイントアームと、このジョイントアームを所定範囲
にわたって回動させるための回動用軸心部と、を有する
複合三軸ヒンジ装置であって、第１のジョイントアーム
と、第２のジョイントアームと、上記第１のジョイント
アームの先端部に形成した第１の半球部と、この第１の
半球部にとともに上記回動用軸心部を構成するように第
２のジョイントアームの先端部に形成した第２の半球部
と、これら第１の半球部および第２の半球部の平面端面
部を互いに対向させて摺動可能に保持するホルダーと、
を有することを特徴とする複合三軸ヒンジ装置である。

【００２２】上記第１の半球部および上記第２の半球部
は、それぞれの平面端面部を、上記第１のジョイントア
ームおよび上記第２のジョイントアームの軸線方向に沿
って形成することができる。

【００２３】上記第１の半球部および上記第２の半球部
を上記ホルダーに保持するためのカバーを設けることが
できる。

【００２４】

【作用】本発明による複合三軸ヒンジ装置においては、
第１のジョイントアームの先端部に形成した第１の半球
部と、この第１の半球部に対向するとともに第２のジョ
イントアームの先端部に形成した第２の半球部とが、第
１のジョイントアームおよび第２のジョイントアームの
回動用軸心部となり、第１のジョイントアームおよび第
２のジョイントアームの交差した状態での回動運動、お
よびこれらふたつが一緒になって他の軸まわりの回動を
可能とし、少ない部品点数で所要スペースを小さくし、
大きな回動自由度を確保することができる。

【００２５】さらに、第１のジョイントアームおよび第
２のジョイントアームを同心的に回転ないし回動させる
ことが可能となるため、変形操作用構造物のジョイント
部を構成した場合に、変形操作のための機構制御を簡略
にすることが可能となり、コンパクトな制御システムを
得ることができる。

【００２６】

【実施例】つぎに本発明の一実施例による複合三軸ヒン
ジ装置３０を図１および図２にもとづき説明する。ただ
し、図８ないし図１３と同様の部分には同一符号を付
し、その詳述はこれを省略する。

【００２７】図１は、複合三軸ヒンジ装置３０の分解斜
視図、図２は、複合三軸ヒンジ装置３０の背面からの斜
視図であって、複合三軸ヒンジ装置３０は、ホルダー３
１と、第１のジョイントアーム１３および第２のジョイ
ントアーム１４と、第１のジョイントアーム１３の先端
部に形成した第１の半球部３２と、第２のジョイントア
ーム１４の先端部に形成した第２の半球部３３と、カバ
ー３４と、を有し、ホルダー３１の中央部に球形あるい
は円筒形の内空部３５を形成してある。

【００２８】第１の半球部３２および第２の半球部３３
は、それぞれの平面端面部３２Ａおよび３３Ａを第１の
ジョイントアーム１３および第２のジョイントアーム１
４の軸線方向に沿って形成するとともに、これら平面端
面部３２Ａおよび３３Ａを互いに対向させた状態で球形
状の回動用軸心部３６を形成し、この回動用軸心部３６
をホルダー３１の内空部３５に収容保持してある。

【００２９】球形状の回動用軸心部３６は、これをカバ
ー３４により内空部３５内に摺動可能に拘束し、第１の
ジョイントアーム１３および第２のジョイントアーム１
４をホルダー３１と一体化してある。

【００３０】したがって第１のジョイントアーム１３お
よび第２のジョイントアーム１４は、球形状の回動用軸
心部３６のまわりに互いに同心的に回動可能としてあ
る。

【００３１】こうした構成の複合三軸ヒンジ装置３０に
おいて、上記球形状の回動用軸心部３６をホルダー３１
の内空部３５内において摺動させることにより、第１の
ジョイントアーム１３および第２のジョイントアーム１
４を平行な平面において互いに交差させつつ回動可能と
し、かつＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の三軸まわりの球面ジョ
イントとしての機能を達成することができる。

【００３２】かくして球面ジョイント１の機能と、回転
ジョイント１１の機能とを合わせ持つ複合三軸ヒンジ装
置３０とすることができ、しかも部品点数は少なく、か
つ第１のジョイントアーム１３および第２のジョイント
アーム１４が同心的であるため、球面ジョイント１の場
合のように変形操作のための機構制御が複雑になるとい
う問題も回避されている。

【００３３】図３ないし図６は、複合三軸ヒンジ装置３
０の応用例を説明するもので、この応用例は、二組の複
合三軸ヒンジ装置３０および前述の回転ジョイント１１
（図１０）を組み合わせた変形操作用構造物ジョイント
部４０で、図３は、正面図、図４は、左右側の複合三軸
ヒンジ装置３０の側面図、図５は、回転ジョイント１１
の側面図、図６は、平面図である。

【００３４】変形操作用構造物ジョイント部４０は、ベ
ースブロック４１と、それぞれのホルダー３１として図
中左側から便宜上、左側ホルダー４２および左側ホルダ
ー回動軸４３と、中央ホルダー４４と、右側ホルダー４
５および右側ホルダー回動軸４６と、を設けてある。

【００３５】こうした構成の変形操作用構造物ジョイン
ト部４０において、それぞれ第１のジョイントアーム１
３および第２のジョイントアーム１４の他の端部を他の
変形操作用構造物ジョイント部４０に結合するととも
に、所定の変形操作用駆動機構を組み込むことにより、
所定の変形操作用構造物を構成することができる。

【００３６】たとえば図７に示すような宇宙構造物５０
を構築し、伸縮アクチュエーターなどの上記変形操作用
駆動機構５１を操作して、宇宙構造物５０の熱変形によ
る誤差の修正、あるいは必要な駆動要請に応じた変形操
作を行うことができる。

【００３７】なお本発明は、揺動生成機構、許容誤差の
大きなアーム交差部、展開型トラス部材の交差部、ある
いはマニュピュレーターアームなど任意の構造物にも応
用することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、第１のジ
ョイントアームおよび第２のジョイントアームの先端部
に第１の半球部および第２の半球部を形成して球形状の
回動用軸心部としたので、球面ジョイントおよび回転ジ
ョイントの機能をそれぞれ合わせ持つ複合三軸ヒンジ装
置とすることができる。

【００３９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による複合三軸ヒンジ装置３
０の分解斜視図である。

【図２】同、複合三軸ヒンジ装置３０の背面からの斜視
図である。

【図３】同、複合三軸ヒンジ装置３０の応用例である変
形操作用構造物ジョイント部４０の正面図である。

【図４】同、左右側の複合三軸ヒンジ装置３０の側面図
である。

【図５】同、回転ジョイント１１の側面図である。

【図６】同、平面図である。

【図７】同、変形操作用構造物ジョイント部４０、第１
のジョイントアーム１３および第２のジョイントアーム
１４を用いて構成した宇宙構造物５０の概略斜視図であ
る。

【図８】従来の球面ジョイント１の断面図である。

【図９】従来のジンバル機構を採用したジャイロスコー
プ６の斜視図である。

【図１０】従来の回転ジョイント１１の分解斜視図であ
る。

【図１１】同、回転ジョイント１１を組み合わせて構成
した変形操作用構造物ジョイント部２０の正面図であ
る。

【図１２】同、中央部分における第１のジョイントアー
ム１３および第２のジョイントアーム１４取付け部の側
面図である。

【図１３】同、ベースブロック１２の上部を取り除いた
状態の平面図である。

【符号の説明】 １ 球面ジョイント ２ 第１のジョイントアーム ３ 第２のジョイントアーム ４ 球面部 ５ 軸受部 ６ ジャイロスコープ ７ スピン軸 ８ 水平軸 ９ 垂直軸 １０ 回転軸 １１ 回転ジョイント １２ ベースブロック １３ 第１のジョイントアーム １４ 第２のジョイントアーム １５ ホルダー １６ 軸ピン １７ 回動軸部 １８ 回動軸部 ２０ 変形操作用構造物ジョイント部 ２１ 左側ホルダー ２２ 左側ホルダー回動軸 ２３ 中央ホルダー ２４ 右側ホルダー ２５ 右側ホルダー回動軸 ３０ 複合三軸ヒンジ装置 ３１ ホルダー ３２ 第１の半球部 ３２Ａ 第１の半球部３２の平面端面部 ３３ 第２の半球部 ３３Ａ 第２の半球部３３の平面端面部 ３４ カバー ３５ 内空部 ３６ 球形状の回動用軸心部 ４０ 変形操作用構造物ジョイント部 ４１ ベースブロック ４２ 左側ホルダー ４３ 左側ホルダー回動軸 ４４ 中央ホルダー ４５ 右側ホルダー ４６ 右側ホルダー回動軸 ５０ 宇宙構造物 ５１ 伸縮アクチュエーターなどの変形操作用駆動機構

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ジョイントアームと、 このジョイントアームを所定範囲にわたって回動させる
   ための回動用軸心部と、を有する複合三軸ヒンジ装置で
   あって、 第１のジョイントアームと、 第２のジョイントアームと、 前記第１のジョイントアームの先端部に形成した第１の
   半球部と、 この第１の半球部とともに前記回動用軸心部を構成する
   ように第２のジョイントアームの先端部に形成した第２
   の半球部と、 これら第１の半球部および第２の半球部の平面端面部を
   互いに対向させて摺動可能に保持するホルダーと、 を有するとともに、 前記第１の半球部および前記第２の半球部は、それぞれ
   の前記平面端面部を、前記第１のジョイントアームおよ
   び前記第２のジョイントアームのそれぞれの軸線方向に
   沿って形成した ことを特徴とする複合三軸ヒンジ装置。
2. 【請求項２】 前記第１の半球部および前記第２の半
   球部を前記ホルダーに保持するためのカバーを設けたこ
   とを特徴とする請求項１記載の複合三軸ヒンジ装置。