JP3943421B2 - ボール回転継ぎ手 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，駆動側・従動側双方の回転体に於いて，従動側に保有されている回転自由度の他，一方向にのみ変位するリニア変位自由度を維持し乍ら，駆動側の回転トルクを従動側へ伝える事が出来る回転継ぎ手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
駆動側の回転トルクを，従動側の回転体に伝える従来の方法は，双方の回転軸が，それぞれ，固定された回転軸受けによって，支えられている事を前提とした「回転継ぎ手」で行われ，駆動側，従動側双方の取付位置関係の違いを補正する，或いは，組み付け構成上の難易度を補う目的として構成されているのが，一般的な「回転継ぎ手」であり，公知になっている。
従って，継ぎ手の取付部は軸基準に構成されており，本発明の課題を満たす，２方向の自由度に於いて，回転トルクを伝える目的として，従来の継ぎ手方式による「回転継ぎ手」を用いるのは，極めて困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
駆動側，従動側双方の回転体に於いて，回転自由度の他，一方向にのみ比較的平行なリニア変位自由度を持つ従動側回転体に，回転トルクを伝える場合，その従動側回転体の（駆動・反駆動）両軸受け側に於ける，同時リニア変位量（λ）即ち駆動側・従動側双方の回転体の対象面（Ｔ−Ｔ面から視る駆動側及び従動側双方の面）の平行な位置に於いて，従動側の回転中心位置が一方向に変位する量（λ）に追従し乍ら，そのリニア変位自由度をサポートし，回転トルクを伝える事が出来ること。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
駆動側・従動側双方の回転体の対象面の平行な位置に於いて，従動側回転体の回転中心が，一方向のみに変位する最大許容変位量をλ０（ｍｍ）とするとき，駆動側の従動側々面に設けた内径Ｄ（ｍｍ）の内接面［ガイドリング（８）等］及び従動側の駆動側々面に設けた直径ｄ（ｍｍ）の外接円を持つ固形体［ボール（７）等］を駆動側と従動側それぞれの回転中心から同一半径Ｒの円周上に中心を持つ物として設けるとき，内接面の内径Ｄ（ｍｍ），固形体の直径ｄ（ｍｍ）と従動側回転体の最大許容変位量λ０（ｍｍ）との間に，駆動側及び従動側双方の回転体が１回転する間，［λ０＝（Ｄ−ｄ）／２］の関係式に基づいた遊星接触円軌道上で回転移動を行う内接面［ガイドリング（８）等］と固形体［ボール（７）等］との相互位置関係に於いてのみ，駆動側回転体の回転トルクを，回転自由度の他，回転中心が一方向にのみリニア変位する従動側回転体に伝えることが可能である。
【０００５】
この様な位置関係にある，ガイドリング（８）とボール（７）から成っているボール回転継ぎ手要素は，リニア（最大）許容変位量λ０に対しても遊星接触円軌道の１周に於いて，従動側回転体の約６０°の回転角範囲で最小のトルク伝達の場合でも，回転トルク作用線に対し８６．６％の加速効率を持つ，２個の継ぎ手要素で駆動側回転体から従動側回転体へ回転トルクを伝える事が可能である。更に，６個の要素作用により，回転トルク変動，即ち回転角速度の周期と振幅がが共に小さな値となり，滑らかな回転で，トルクを伝える事が可能である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例にもとづいて，図面を参照し乍ら説明する。図１に於いて，従動側回転体（１）は或る一方向に軸フリーな自在形回転軸（Ｇ）として，変位方向に於ける外力が作用しない場合で，適宜なスプリング（６）の張力によって，リニア変位量λ＝０の状態で，軸受け（２ａ），（２ｂ）により支持支持された構成になっている。
【０００７】
駆動側回転体は，軸固定形回転軸受けで支持され，被駆動側回転体は，軸フリ−形回転軸受けで支持されている双方の回転体において，回転自由度の他，特定された一方向へのみに比較的平行なリニア変位の自由度を，スプリングの張力により保持されている，従動側回転体に駆動側回転体からの回転駆動力を伝達するために、回転継ぎ手要素の機構々成が，２λ０＝Ｄ−ｄの関係式に基づく各要素の相互位置関係に在るものとして，被駆動体側の回転中心から半径Ｒの円周上に設けたボ−ルの外径をｄ，駆動側回転体の回転中心から同じ半径Ｒの円周上に設けたガイドリングの内接円の直径をＤとし，駆動体，被駆動体双方の回転中心を結ぶ直線上において，被駆動体側の回転中心が，駆動体側の回転中心に対して，最大変位量λ０の位置に在るとき，ボ−ルの外周が，ガイドリング内接円の円周との接触点を持つ相互位置関係において，双方の回転体がともに一回転する間，ボ−ルの外周が内接円の円周上をロ−リングし乍ら，その円周を一回りする物理的現象の自然法則から成る回転継ぎ手である。
即ち，駆動側軸受け２ａのハウジング５の被駆動側々面にガイドリング８を，被駆動側回転体の駆動側々面にボ−ルベ−ス９をそれぞれ組み込み，この両者の間に，鋼，或いは耐摩耗性の高い硬質ゴム，樹脂又はアルミ合金の非鉄材等から成る，ボ−ル７を介在させることによって構成された，６個の回転継ぎ手要素による，ボ−ル回転継ぎ手である。
また，この回転継ぎ手は，前記，特定された一方向へのみの比較的平行なリニア変位の自由度を，スプリングの張力により保持されている，とあるように，被駆動側回転体の回転中心が，駆動側回転中心位置に対しλの変位量であるとき，その変位量λは，［０≦λ≦λ０≦（Ｄ−ｄ）／２］の範囲において，駆動側回転体からの回転駆動力を被駆動側回回転体に伝達することができる。
【０００８】
図２は，「ボール回転継ぎ手」部の断面を示す図である。従動側は，一方向にＭａｘ．λ（ｍｍ）の軸心移動した状態の位置（Ａ）に於いて，駆動側から最大の伝達効率（η＝１）で回転トルクを受ける事が出来ることを示している。尚，ボール回転継ぎ手要素の位置（Ａ）の前後３０°の位置に於いては，前述【０００５】項に記載した様に，回転トルク作用線（Ｏｐ）に対し，８６．６％の加速（伝達）効率（η＝０．８６６）を持つ２つの継ぎ手要素が作用する事になる。
【０００９】
更に駆動側回転体の回転に伴うトルク伝達効率は，位置（Ａ）を起点として，連続した余弦カーブで変化するが，組み込み数６個の継ぎ手要素により，６０°の回転角位相差を以って，周期的に再現されるので，余弦カーブの周期と振幅は合成された，小さな値となって，清らかな回転を従動側に伝えることが出来る。
【００１０】
図３は，ガイドリング（８）とボール（７）との位置関係を示す。即ちガイドリング（８）の内接円の直径（Ｄ）は従動側回転体のリニア許容変位量（λ０）の２倍にボール（７）の直径（ｄ）を加えた値，即ちＤ［＝２λ０＋ｄ］の関係を満たす値であって，従動側回転体が１回転する間に，この値を直径とする内接円を遊星接触円軌道として，ボール（７）が回転移動する様な形態で回転トルクが伝えられる。
【００１１】
図４は，ガイドリング（８）の内接円に対するボール（７）の接触を線接触にする事によって，回転時の接触圧を和らげ，摩耗率を下げることを目的として，ガイドリング（８）の，ボール（７）との接触部を，同じ曲率（半径ｒの球状）の形状にした状態を示す。
【００１２】
【発明の効果】
本発明は，以上説明したような形態で実施され，以下に記載されるような効果が得られる。
【００１３】
本発明による，「ボール回転継ぎ手」は，従来公知となっている軸基準の回転継ぎ手と異なり，ガイドリング（８）の内接円を遊星接触円軌道として，その内周を移動し乍ら，回転トルクを伝えるボール（７）等から成る，複数の回転継ぎ手要素によって構成された，面基準の回転継ぎ手であるので，回転自由度の他，一方向にのみ比較的平行なリニア変位自由度，即ち駆動側・従動側双方の回転体の対象面（Ｔ−Ｔ面から視た駆動側・従動側双方の面）の平行な位置に於いて，従動側の回転中心位置が一方向にのみ直線的に変位する自由度等の，２自由度を以って機能する回転系列に対する，回転トルク伝達の手段として，効率的に利用する事が出来る。尚，回転の１自由度のみを以って機能する回転系列に対する，回転トルク伝達の手段としても，同様に利用する事が出来，この場合，駆動側・従動側双方の取付位置関係の違い等の補正を目的とする事については，軸基準の回転継ぎ手と同様である。
【００１４】
継ぎ手要素機構の構成がシンプルなため，継ぎ手要素自身のイナ−シャが少なく，且つ，機構々成の面から静的，動的両面のバランスが取り易いので，比較的高速回転においても，継ぎ手要素による振動を避けることが出来る。
また，駆動側回転体から被駆動側回転体に，回転駆動力を伝達する駆動系列において，正回転から逆回転に作動移行するとき，継ぎ手自身のイナ−シャが小さいことゝ，更に，ボ−ル回転継ぎ手の設定時における，ボ−ル７とガイドリング８及びボ−ルベ−ス９相互要素間の，組み合わせバックラッシュ値を設定することによって，非常に僅少な角度位相変位の範囲内で移行することが出来，駆動側の回転に対し，等しい回転角位相のもとで，被駆動体を駆動することが出来る。
【００１５】
図１において示すような，２自由度を以って機能する回転系列に利用する場合，ボ−ル回転継ぎ手の為の軸方向のスペ−スは，従来の軸基準の回転継ぎ手に比べ，非常に少ないスペ−スで，その機能を果たすことが出来，これが，本出願の最大の効果要素を創出する特徴とするボ−ル回転継ぎ手である。
これは，回転駆動力を伝達する為の，駆動側，被駆動側双方の回転体間に設けた介在物をボ−ルにし，且つ，駆動側回転体の被駆動側々面にガイドリング８を，被駆動側回転体の駆動側々面にボ−ルベ−ス９を夫々組み込むことによって，前記の効果が創出される。
更に，この継ぎ手要素の機構々成とすることによって，回転駆動力の出力が大きい場合には，その構成要素において駆動側回転体から，その駆動力を被駆動側回転体に伝達する介在物のボ−ルは，特殊な焼き入れ鋼の材質によって製作する必要があり，従って，それを支えるボ−ルベ−ス及びガイドリングの内接円のボ−ルとの接触する面は共に，ボ−ルの適応材質と，その表面の加工仕上がり面に即応した硬度と仕上がり加工面が必要になるので，この利用要件に即応することが出来る構成から成るものである。
また，介在物をボ−ルにすることによって，溶接により構成されたものよりも，消耗品としての扱いが容易であることから，保守等の面において，効果が大きい。
回転体の回転時において，介在物としてのボ−ルには，曲げモ−メントとなる作用分力が無いので，ボ−ルの耐許容荷重値の設定を高くすることが出来るため，継ぎ手要素そのものゝ小型化が可能になる。
【００１６】
本発明によるボ−ル回転継ぎ手を，不要紙の微細裁断機の構成要素である隙間自動調整機能を有する，一対のガイドロ−ラの中，軸フリ−形回転軸受けによって支持されている，ガイドロ−ラの回転駆動手段として利用する場合，軸固定形回転軸受けで支持されているガイドロ−ラと同位相の回転角で，且つ正回転から逆回転に作動移行する場合に於いても，ボ−ルとボ−ルベ−ス及びガイドリング内接円直径等の相互間の嵌め合い代の範囲内で，滑らかな回転駆動が出来ることも，このボ−ル回転継ぎ手の特徴である。
【図面の簡単な説明】
【図１】適宜なスプリング圧による，一方向のリニア変位自由度を持つ，従動側回転体（１）に駆動側の回転トルクを伝える手段として，ガイドリング（８）とボールベース（９）及びボール（７）とから成る「ボール回転継ぎ手」を利用した，駆動側と従動側回転体の断面図を示す。
【図２】図１に於ける，Ｔ−Ｔ断面から視た駆動側の「ボール回転継ぎ手」の要素配置とリニア変位方向との関係を示す断面図である。
【図３】ガイドリング（８）の内接径Ｄの内接面を，遊星接触円軌道として，その内接面を回転移動し乍ら回転トルクを伝える，ボール（７）とガイドリング（８）との，リニア許容変位量（λ０）に対する位置関係を示す図である。
【図４】ガイドリング（８）とボール（７）との接触部を同じ曲率（半径ｒの球状）にして，その接触を線接触としたボール継ぎ手部の断面を示す。
【符号の脱明】
１ 従動側回転体
２ 回転軸受け
２ａ 駆動側軸受け
２ｂ 反駆動側軸受け
３ 歯車
４ 歯車
５ ハウジング
６ スプリング
７ ボール
８ ガイドリング・・・（内接径Ｄの内接面を遊星接触円軌道とする。）
９ ボールベース
Ａ リニア許容変位（λ０）線上の「ボール回転継ぎ手」要素の位置Ｄ ガイドリング（８）の内接径（ｍｍ）
ｄ ボール（７）の直径（ｍｍ）
ｒ ボール（７）の半径（ｍｍ）
Ｇ 回転中心・・・駆動側回転体
Ｇ−１ 回転中心・・・従動側回転体（リニア変位量λ＝０）
Ｇ−２ 回転中心・・・従動側回転体（リニア許容変位量λ０に於いて）
Ｔ−Ｔ 「ボール回転継ぎ手」取付部の断面指示
λ０ 従動側回転体の許容リニア変位量（ｍｍ）・・・（＝Ｍａｘ．λ）
λ 従動側回転体のリニア変位量（ｍｍ）
Ｍｇｒ 従動側回転体のリニア変位方向
Ｏｐ 回転トルク作用線
ＰＬ１ 従動側回転体の「ボール回転継ぎ手」要素［ガイドリング（８）］の配置円。
ＰＬ２ 従動側回転体の「ボール回転継ぎ手」要素［ボールベース（９）及びボール（７）］の配置円。

Claims (1)

1. 回転自由度の他，一方向にのみ比較的平行な，最大許容変位量λ０のリニア変位自由度を，それと対応するスプリング等の張力によりサポ−トされて，持っている受動側回転体に駆動側回転体からの回転トルクを伝達する方法として，駆動側回転体の受動側々面に，内径がＤで，直径ｄのボ−ルの半球面と同じ曲率ｒの球面状の内接面を持つガイドリングを，受動側回転体の駆動側々面に，中心が直径ｄのボ−ルの半球と同じ球面の凹みを持つボ−ルベ−スを，駆動側及び受動側回転体それぞれの回転中心から同一半径Ｒの円周上に，その中心と同角度位相とを持つものとして組み込み，その両者の間に直径ｄの鋼，或いは耐摩耗性の高い硬質ゴム，樹脂またはアルミ合金等の非鉄材から成るボ−ルを介在させて，２λ０＝Ｄ−ｄで示される関係式に基づいた，遊星接触円軌道上の回転移動を行う相互位置関係にある，内接面とボ−ル及びボ−ルベ−スとの組み込みから成る回転継ぎ手要素により，駆動側回転体からの回転トルクを受動側回転体に伝えることができる伝達機構の要素を，上に記載したように，駆動側及び受動側それぞれの回転体の回転中心から同一半径Ｒの円周上に複数個組み込んで構成されだボ−ル回転継ぎ手。

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