JP3312448B2

JP3312448B2 - 出力軸の回転角度制御機構

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Publication number: JP3312448B2
Application number: JP31388593A
Authority: JP
Inventors: 直純津田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-12-15
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 2002-08-05
Anticipated expiration: 2017-08-05
Also published as: JPH07167244A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータを動力源とし、
モータと出力軸との間に減速器が介在してなる歯車伝動
装置に係わり、特に出力軸の回転角度制御機構に関す
る。

【０００２】例えばロボット等では、モータを動力源と
し、モータ軸と出力軸の間に減速器を介在させて、出力
軸のトルクを大きくした歯車伝動装置が使用されてい
る。このような歯車伝動装置は、モータを正回転してフ
ィンガーを駆動して物体を把持させ、モータを逆回転し
て物体を開放するようになっている。

【０００３】このようなロボット等に用いられる歯車伝
動装置の構成図を図５に示す。図５において、１はモー
タ、６は歯車機構による減速器、10は、減速器６の出力
軸７の先端部に設けた連結ピン８が係合することで所定
の動作をする、駆動体（例えばフィンガー）である。

【０００４】モータ１のモータ軸２に駆動歯車３を取付
け、減速器６の減速器入力軸５に従動歯車４を取付け
て、駆動歯車３と従動歯車４とを噛合させて減速器６に
動力を伝達している。

【０００５】この歯車伝動装置はモータ１及び減速器６
が、ベース部材（図示省略) に装着されている。歯車伝
動装置は出力軸７が所定角度α（例えば４５度）だけ正
方向回転（時計方向）すると、連結ピン８が駆動体10に
係合して駆動体10が作動する。

【０００６】また、所定角度α（例えば４５度）だけ逆
方向回転（反時計方向）すると、連結ピン８と駆動体10
との係合が解除するようになっている。したがってこの
ような歯車伝動装置は、出力軸７が高精度に所定角度α
だけ正逆回転することが要求されている。

【０００７】そして、出力軸７の回転数をモータ軸２の
回転数の例えば１／８０にして、出力軸７のトルクを大
きくしている。いま、減速比を１／８０とし、出力軸７
が回転する所定角度αを４５度とした場合には、モータ
１を１０回転して停止すれば、出力軸７は４５度回転す
るのであるが、モータ１を正確に１０回転（3600度) さ
せて停止させることは困難である。

【０００８】したがって、なんらかの回転角度制御手段
を設ける必要がある。

【０００９】

【従来の技術】図６は従来例の構成図、図７は従来例の
要所平面図である。従来の出力軸の回転角度制御手段
は、図５に図示した歯車伝動装置の出力軸７側に設けた
ものである。

【００１０】図において、70は出力軸７に取り付けた円
板である。71は、円板70の選択した面に鉛直に固着した
ピンである。75A,75Bは、円板70のピン71を設けた面に
平行するように、ベース部材に固着した角柱状のストッ
パである。

【００１１】ストッパ75A ，75B は、それぞれの先端が
円板70の中心を指向するように、他端がベース部材に固
定されている。そしてこのストッパ75A とストッパ75B
の夾角α₁は、所定の角度である。

【００１２】一対のストッパの所定の角度とは、ピン71
の外周面が一方のストッパ75A に当接した位置から、円
板70が回転してピン71の外周面が他方のストッパ75B に
当接した状態で、円板70即ち出力軸７が、所定の角度α
（例えば４５度）だけ回転する角度である。

【００１３】上述のような回転角度制御機構は、まずピ
ン71が一方のストッパ75A に当接した状態で、モータ１
を正方向に所定数回転（例えば１０回転）して停止させ
る。詳しく１０回転を僅かに越える角度回転させた後停
止させることが好ましい。

【００１４】このことにより出力軸７は正方向に回転
し、これに伴いピン71が円移動する。そして、出力軸７
が所定角度α回転した時に、ピン71が他方のストッパ75
B に当接する。

【００１５】ピン71が他方のストッパ75B に当接する
と、円板70即ち出力軸７の回転が制動され拘束されるの
で、出力軸７は所定角度αだけ正方向に回転した状態で
停止する。

【００１６】次にモータ１を逆方向に所定数回転（例え
ば１０回転）して停止させる。詳しくは、１０回転を僅
かに越える回転角度回転して停止させることが好まし
い。このことにより出力軸７は逆方向に回転し、これに
伴いピン71が円移動する。そして、出力軸７が所定角度
α回転した時に、ピン71が前述の一方のストッパ75A に
当接する。

【００１７】ピン71がストッパ75A に当接すると、円板
70即ち出力軸７の回転が制動され拘束されるので、出力
軸７は所定角度αだけ逆方向に回転した状態で停止す
る。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従来の出力軸の回転角
度制御機構は、前述のように出力軸を制動し制御してい
る。即ち、減速器入力軸が回転しているにも係わらず出
力軸の回転を強制的に停止させる結果、減速器等の歯車
の歯に大きなトルクが負荷され、歯が折損する恐れがあ
った。

【００１９】また、ストッパの夾角の精度誤差が、その
まま出力軸の回動角度誤差になる。例えばストッパの夾
角の誤差を１度とすると、出力軸の回動角度誤差が１度
になる。

【００２０】即ち、ストッパの夾角が正確に所望の角度
になるように、ストッパを組立なければならず、この組
立作業が困難であるという問題点があった。また、ピン
やストッパが摩耗すると、出力軸の回転角度の精度が低
下するという問題点があった。

【００２１】本発明はこのような点に鑑みて創作された
もので、減速器が損傷する恐れがなく、且つ出力軸の回
転角度の精度が高い回転角度制御機構を提供することを
目的としている。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、図１に例示したように、モータ１を動力
源とし、モータ１と出力軸７との間に減速器が介在して
なる歯車伝動装置の、出力軸の回転角度制御機構におい
て、モータ１のモータ軸２に直結する軸に取付けられた
円板、又はモータ軸２に取付けた駆動歯車３に噛合する
従動歯車21の軸20-1に取付けられた円板25と、円板25の
表面に刻設されてなる渦巻溝30と、歯車伝動装置のベー
ス部材に根元部が回動自在に装着されてなり、先端部に
渦巻溝30内を滑動するピン36を有する従動節35とを備え
ている。

【００２３】そして、従動節35は、モータ１が正方向に
回転しピン36が渦巻溝30の終端32に達すると、モータ軸
２の正方向の回転を強制的に停止させるものであり、モ
ータ１が逆方向に回転しピン36が渦巻溝30の始端31に達
すると、モータ軸２の逆方向の回転を強制的に停止させ
る構成とする。

【００２４】或いは、従動節35が可撓性ある部材からな
り、渦巻溝30の始端31の側壁に従動節35の先端部のピン
36が嵌合する凹部31A を有し、渦巻溝30の終端32の側壁
にピン36が嵌合する凹部32A を有する構成とする。

【００２５】図４に例示したように、モータ１を動力源
とし、モータ１と出力軸７との間に減速器が介在してな
る歯車伝動装置の、出力軸の回転角度制御機構におい
て、モータ１のモータ軸２に直結する軸20-2の円周面に
刻設された螺旋溝40、又はモータ軸２に取付けた駆動歯
車に噛合する従動歯車の軸の円周面に刻設された螺旋溝
と、根元部が歯車伝動装置のベース部材に回動自在に装
着されてなり、先端部に螺旋溝40内を滑動するピン55を
有する従動節50とを備えている。

【００２６】そして、従動節50は、モータ１が正方向に
回転しピン55が螺旋溝40の終端42に達すると、モータ軸
２の正方向の回転を強制的に停止させるものであり、モ
ータ１が逆方向に回転しピン55が螺旋溝40の始端41に達
すると、モータ軸２の逆方向の回転を強制的に停止させ
る構成とする。

【００２７】或いは、従動節50が可撓性ある部材からな
り、螺旋溝40の始端41の側壁に従動節50の先端部のピン
55が嵌合する凹部41A を有し、螺旋溝40の終端42の側壁
にピン55が嵌合する凹部42A を有する構成とする。

【００２８】

【作用】モータ軸の回転角度、又はモータ軸に取付けた
駆動歯車に噛合する従動歯車の軸の回転角度を規制する
渦巻溝又は螺旋溝の螺回数は、歯車伝動装置の減速比と
出力軸の所定の回転角度から、設定されるものである。

【００２９】例えば歯車伝動装置の減速比を１／８０と
し、出力軸が回転する所定角度を４５度とした場合に、
モータ軸側に刻設する渦巻溝又は螺旋溝の螺回数は、丁
度１０回転となる。

【００３０】なお、モータの回転は所定の回転角度（例
えば１０回転、3600度) を越えたところで停止させるも
のとする。渦巻溝又は螺旋溝が上述のように設定されて
いるので、モータを正方向に回転させ、ピンが渦巻溝又
は螺旋溝の終端に達するとピンが終端で係合し、モータ
軸がそれ以上回転するのを阻止する。

【００３１】即ち、モータ軸の回転が停止するので、出
力軸は正方向に所定角度回転した状態で停止する。ま
た、モータ１を逆方向に回転させ、ピンが渦巻溝又は螺
旋溝の始端に達するとピンが始端で係合し、モータ軸が
それ以上回転するのを阻止する。

【００３２】即ち、モータ軸の回転が停止するので、出
力軸は逆方向に所定角度回転した状態で停止する。この
際、モータ軸側を制動するのであるから、減速器等の歯
車の歯に殆ど力が負荷されない。よって、減速器等の歯
車が損傷する恐れがない。

【００３３】一方、本発明は、渦巻溝又は螺旋溝の螺回
数の製作誤差が、そのまま出力軸の回動角度誤差にはな
らない。即ち、渦巻溝又は螺旋溝の螺回数の製作誤差
は、歯車伝動装置の減速比に比例した小さい誤差となっ
て、出力軸に現れる。

【００３４】例えば、歯車伝動装置の減速比が１／８０
の場合に、螺回数に製作誤差があり、螺回数が10±05回
転（角度に換算すると±18度) に渦巻溝又は螺旋溝が形
成されていると、出力軸の回動角度の誤差は 18度×（1/80) ≒0.22度となり、従来のものに比べて非常に小さい。

【００３５】即ち、本発明は、渦巻溝又は螺旋溝が高精
度に製作されていなくても、出力軸の回転角度の精度が
高い。次に、従動節を可撓性ある部材からなるものと
し、渦巻溝又は螺旋溝の始端の側壁に従動節の先端部の
ピンが嵌合する凹部を設け、さらに渦巻溝又は螺旋溝の
終端の側壁にピンが嵌合する凹部を設けたものは、モー
タは所定の回転角度（モータは所定の回転角度で正確に
停止しないことは勿論である）で停止させるものとす
る。

【００３６】モータが所定の角度以上回転して停止し
た場合は、前述と同様にピンが始端又は終端の凹部に嵌
入して、モータ軸が停止する。

【００３７】即ち、モータの回転停止位置が多少ずれて
も、出力軸は所定の角度回転して停止する。また、可撓
性ある従動節とすることで、停止時の衝撃が緩和され
る。

【００３８】

【実施例】以下図を参照しながら、本発明を具体的に説
明する。なお、全図を通じて同一符号は同一対象物を示
す。

【００３９】図１は本発明の実施例の構成図、図２は本
発明の実施例の平面図、図３は本発明の要所斜視図であ
り、図４は本発明の他の実施例の構成図である。図１乃
至〜図４に図示したように、歯車伝動装置は、モータ１
（ベース部材に取り付けている）のモータ軸２に駆動歯
車３を取付け、減速器６（ベース部材に取り付けてい
る）の減速器入力軸５に従動歯車４を取付けて、駆動歯
車３と従動歯車４とを噛合させて減速器６に動力を伝達
している。

【００４０】この歯車伝動装置の出力軸７は、減速器６
の出力軸である。歯車伝動装置は出力軸７が所定角度α
だけ正方向回転すると、連結ピン８が駆動体10に係合し
て駆動体10が作動するものであり、また、所定角度αだ
け逆方向回転すると、連結ピン８と駆動体10との係合が
解除するものである。

【００４１】なお、歯車伝動装置はモータ１及び減速器
６及び後述する回転角度制御手段が、図示省略したベー
ス部材に収容されている。モータ1 は、直流モータ, ス
テップモータ等が考えられる。

【００４２】図１乃至図３において、20-1は、モータ軸
２に取付けた駆動歯車３に噛合する従動歯車21の軸であ
る。なお駆動歯車３と従動歯車21との回転比は、実施例
では１対１としているが、この回転比は１対１に限定さ
れるものではない。

【００４３】25は、軸20-1の頭部にＴ形に固着した円
板、30は円板25の表面に右巻きに刻設した所定の螺回数
の渦巻溝である。例えば歯車伝動装置の減速比を１／８
０とし、出力軸７が回転する所定角度を４５度とした場
合には、渦巻溝30の所定の螺回数は１０回転である。

【００４４】そして、詳細を図２に図示したように、渦
巻溝30の始端31は円板25の中心近傍にあり、終端32は円
板25の円周部近傍にある。渦巻溝30の始端31の外側の側
壁部分に、後述するピン36が嵌合する凹部31A を設ける
とともに、終端32の内側の側壁部分に、ピン36が嵌合す
る凹部32A を設けている。

【００４５】35は、弾性ある細長い金属板( 例えばステ
ンレス鋼板) よりなる従動節であって、中央部に板厚が
薄い肉薄部35A を設けることで、可撓性ある従動節35と
している。

【００４６】従動節35の先端に、渦巻溝30に挿入されて
滑動するピン36を設けている。一方、従動節35の根元部
に軸38を設け、従動節35が軸38を支点にして先端（ピン
36側）が円板25の表面に平行する平面内で揺動運動する
ように、この軸38を歯車伝動装置のベース部材に固着し
た軸受部材39に嵌合させている。

【００４７】図２に図示したように、ピン36が始端31
に位置する状態から、モータ１を所定の回転角度を正方
向に回転させた後に停止する。

【００４８】モータ１の回転に追動して円板25が時計方
向（実線矢印）に回転し、円板25の回転に伴いピン36が
渦巻溝30内を滑動し、従動節35の先端部が円板25の外周
方向に移動する。

【００４９】モータ軸２が所定数回転すると、ピン36が
渦巻溝30の終端32に達し、凹部32Aに係合する。このこ
とによりモータ１がさらそれ以上回転するようにセット
された場合でも軸20-1に制動力が付与され、モータ軸２
の回転が停止する。

【００５０】したがって、出力軸７は正方向に所定角
度回転した状態で停止する。

【００５１】一方、ピン36が渦巻溝30の終端32に位置す
る状態から、モータ１を所定の回転角度だけ、逆方向に
回転させた後に停止させる。モータ１の回転に追動して
円板25が反時計方向（点線矢印）に回転し、円板25の回
転に伴いピン36が渦巻溝30内を滑動し、従動節35の先端
部が円板25の中心方向に移動する。

【００５２】モータ軸２が所定数回転すると、ピン36が
渦巻溝30の始端31に達し、凹部31Aに係合する。このこ
とによりモータ１がさらそれ以上回転するようにセット
された場合でも軸20-1に制動力が付与され、モータ軸２
の回転が停止する。

【００５３】したがって、出力軸７は逆方向に所定角度
回転した状態で停止する。本発明は、モータ軸２側を制
動するのであるから、減速器６の歯車の歯に殆ど力が負
荷されないので、歯車が損傷する恐れがない。

【００５４】一方、渦巻溝30の螺回数の製作誤差は、歯
車伝動装置の減速比に比例して小さくなって、出力軸７
の回転角度誤差として現れる。したがって、渦巻溝が高
精度に製作されていなくても、出力軸の回転角度の精度
が高い。

【００５５】一方、可撓性ある従動節35は可撓性がある
ので、モータ軸が停止するときの衝撃が緩和される。図
４において、20-2は、モータ軸２に直結した軸であっ
て、駆動歯車３とは反対側の端部を、軸受部材45で枢支
している。

【００５６】40は、軸20-2の円周面に刻設した所定の螺
回数の螺旋溝である。螺旋溝40の始端41は駆動歯車３側
にあり、終端42は軸受部材45側にある。螺旋溝40の始端
41の終端側の側壁部分に、後述するピン55が嵌合する凹
部41Aを設けるとともに、終端42の始端側の側壁部分
に、ピン55が嵌合する凹部42A を設けている。

【００５７】50は、弾性ある細長い金属板( 例えばステ
ンレス鋼板) よりなる従動節であって、中央部に板厚が
薄い肉薄部50A を設けることで、可撓性ある従動節50と
している。

【００５８】従動節50の先端に、螺旋溝40に挿入されて
滑動するピン55を設けている。一方、従動節50の根元部
に軸58を設け、従動節50が軸58を支点にして先端（ピン
55側）が揺動運動するように、この軸58を歯車伝動装置
のベース部材に固着した軸受部材59に嵌合させている。

【００５９】したがって、ピン55が始端41に位置する状
態からモータ１を正方向に回転し、ピン55が螺旋溝40内
を滑動して終端42に達し凹部42A に係合すると、モータ
軸２の正方向の回転が停止し、これに伴い出力軸７が正
方向に所定角度回転した状態で停止する。

【００６０】一方、ピン55が終端42に位置する状態から
モータ１を逆方向に回転し、ピン55が螺旋溝40内を滑動
して始端41に達し凹部41A に係合すると、モータ軸２の
逆方向の回転が停止し、これに伴い出力軸７が逆方向に
所定角度回転した状態で停止する。

【００６１】モータ軸にマグネットブレーキを装着し、
モータ軸が所定数回転した時にマグネットブレーキを作
動させて、モータ軸の回転を停止させる出力軸の回転角
度制御機構も考えられるが、このような機構は、モータ
軸の回転角度を検出するセンサと、マグネットブレーキ
を駆動する電源が必要である。

【００６２】したがって本発明の方が低コストであると
いう利点がある。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、モータ軸
側に渦巻溝又は螺旋溝と従動節とを設けて、モータ軸を
制動するようにした出力軸の回転角度制御機構であっ
て、減速器等の歯車が損傷することなく、歯車伝動装置
の出力軸を所定角度で停止させることができるという効
果を有する。

【００６４】また、渦巻溝又は螺旋溝の製作精度が低く
ても、出力軸の回転角度の精度を高く維持することがで
き、且つ電源, マグネットブレーキ等の電気部品を必要
としないので、本発明の回転角度制御機構は低コストで
ある。

【００６５】一方、可撓性ある従動節とすることで、出
力軸が停止する際の衝撃が緩和されるという効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成図である。

【図２】本発明の実施例の平面図である。

【図３】本発明の要所斜視図である。

【図４】本発明の他の実施例の構成図である。

【図５】歯車伝動装置の構成図である。

【図６】従来例の構成図である。

【図７】従来例の要所平面図である。

【符号の説明】

１モータ２モータ軸３駆動歯車４，21 従動
歯車５減速器入力軸６減速器７出力軸 10 駆動体 20-1,20-2 軸 25 円板 30 渦巻溝 40 螺旋溝 31,41 始端 32,42 終端 31A,41A,32A,42A 凹部 35,50 従動節 36 ,55 ピン 39,59,45 軸受
部材

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16H 35/00 B25J 19/00 G05D 3/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】モータ(1) を動力源とし、該モータ(1)
と出力軸(7) との間に減速器が介在してなる歯車伝動装
置の、出力軸の回転角度制御機構において、該モータ(1) のモータ軸(2) に直結する軸に取付けられ
た円板、又は該モータ軸(2) に取付けた駆動歯車(3) に
噛合する従動歯車(21)の軸(20-1)に取付けられた円板(2
5)と、該円板(25)の表面に刻設されてなる渦巻溝(30)と、該歯車伝動装置のベース部材に根元部が回動自在に装着
されてなり、先端部に該渦巻溝(30)内を滑動するピン(3
6)を有する従動節(35)とを備え、該従動節(35)は、該モータ(1) が正方向に回転し該ピン
(36)が該渦巻溝の終端(32)に達すると、該モータ軸(2)
の正方向の回転を強制的に停止させるものであり、該モ
ータ(1) が逆方向に回転し該ピン(36)が該渦巻溝(30)の
始端(31)に達すると、該モータ軸(2) の逆方向の回転を
強制的に停止させるものであることを特徴とする出力軸
の回転角度制御機構。
【請求項２】従動節(35)が可撓性ある部材からなり、渦巻溝(30)の始端(31)の側壁に該従動節(35)の先端部の
ピン(36)が嵌合する凹部(31A) を有し、該渦巻溝(30)の終端(32)の側壁に該ピン(36)が嵌合する
凹部(32A) を有することを特徴とする請求項１記載の出
力軸の回転角度制御機構。
【請求項３】モータ(1) を動力源とし、該モータ(1)
と出力軸(7) との間に減速器が介在してなる歯車伝動装
置の、出力軸の回転角度制御機構において、該モータ(1) のモータ軸(2) に直結する軸(20-2)の円周
面に刻設された螺旋溝(40)、又は該モータ軸(2) に取付
けた駆動歯車に噛合する従動歯車の軸の円周面に刻設さ
れた螺旋溝と、根元部が該歯車伝動装置のベース部材に回動自在に装着
されてなり、先端部に該螺旋溝(40)内を滑動するピン(5
5)を有する従動節(50)とを備え、該従動節(50)は、該モータ(1) が正方向に回転し該ピン
(55)が該螺旋溝(40)の終端(42)に達すると、該モータ軸
(2) の正方向の回転を強制的に停止させるものであり、
該モータ(1) が逆方向に回転し該ピン(55)が該螺旋溝(4
0)の始端(41)に達すると、該モータ軸(2) の逆方向の回
転を強制的に停止させるものであることを特徴とする出
力軸の回転角度制御機構。
【請求項４】従動節(50)が可撓性ある部材からなり、螺旋溝(40)の始端(41)の側壁に該従動節(50)の先端部の
ピン(55)が嵌合する凹部(41A) を有し、該螺旋溝(40)の終端(42)の側壁に該ピン(55)が嵌合する
凹部(42A) を有することを特徴とする請求項３記載の出
力軸の回転角度制御機構。