JP4185358B2 - 回転伝達装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、向きが異なった２つの回転軸間で回転を精密且つ効率的に伝達するための回転伝達装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
向が異なる２つの回転軸をつなぐ方法として、ユニバーサルジョイントを用いる方法、複数の歯車を介在させて繋ぐ方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ユニバーサルジョイントによる方法では、回転軸間の偏角を０〜２５度の範囲内に抑える必要があり、大きな偏角では用いることができなかった。また、回転速度ムラが生じ、これを原因とする振動も生じるなど、精密な回転力の伝達には不向きであった。歯車を介在させる方法では、歯車の組み合わせで、いかなる角度でも回転を伝達することができ、しかも回転ムラや振動を発生させない。しかし、歯車を支持するための構造やこれらを収容する空間が必要となるため、構造が複雑で大型化する問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転伝達装置は、回転軸の向きが異なる２つの回転体を備え、内側回転体が外側回転体の内側に嵌められ、一方の回転体が回転するとその回転力が他方の回転体に伝達されて他方の回転体が回転するようにした回転伝達装置において、
前記両回転体の回転軸が交差し、内側回転体の外周面は前記両軸の交点を中心とする球面状をなし、外側回転体は前記両軸の交点を中心とし且つ前記内側回転体の外周面に対向する内周面を有し、前記外側回転体の内周面上であってその外側回転体の回転方向に沿って凸部が複数設けられ、その凸部は前記内周面よりも中心側に突出して設けられ、前記内側回転体の外周面上に前記凸部と嵌合して外側回転体の回転を誘導できる案内溝が複数設けられ、この案内溝のひとつは、前記内側回転体の中心点を座標原点とし、その座標原点を通る空間座標軸をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸とし、前記内側回転体の半径をｒとし、前記両回転体の回転軸の交差角をθとし、φを０度〜３６０度まで変化するパラメータとしたとき、以下の３式で求められる座標ｘ，ｙ，ｚの軌跡に沿って彫り込まれたものであって、前記凸部と嵌合するだけの溝幅及び溝深さを有し、
x = r sin( θ ) sin( φ ) ・・・（１）
y = r (- cos( θ ) cos(- φ ) sin( φ ) - sin(- φ ) cos( φ )) ・・・（２）
z = r (- cos( θ ) sin(- φ ) sin( φ ) + cos(- φ ) cos( φ )) ・・・（３）
他の案内溝は前記ｙ軸及び前記ｚ軸からなる座標系を回転させることで同形のものが形成され、前記凸部と前記案内溝が嵌合した前記両回転体は、一方の回転体の回転により他方の回転体が回転するものである。
【０００５】
また、本発明の回転伝達装置は、請求項２記載のように、内側回転体と外側回転体の回転軸の交差角θは所望の角度に設定することが可能であり、前記両回転体は、前記交差角θを一定に保ちながら一方の回転体の回転によって他方の回転体を回転させることもできる。さらに、請求項３記載のように、内側回転体の中心部に回転軸が貫通する軸孔を開口させることもできる。
【０００６】
【発明の実施の形態１】
図１〜３は本発明の回転伝達装置の第１の実施形態を示したものであり、六角シャフト（第１回転軸）１に通されて回転駆動される球状の回転体（第１回転体）２の回転力を、第２回転軸３で回転する環状の回転体（第２回転体）４に伝えて出力するように構成したものの例である。この場合、第２回転軸３は実態として存在しないが、第２回転体４の回転中心が第１回転体２の中心と一致されており、なお且つ第２回転体４の両側面５、６が図１（ｃ）に示す傾斜壁７、８に挟まれているため、結果として第１回転体２の中心（交点）を通り、第１回転軸１と４０度の角度θで交差する第２回転軸３が仮想的に存在する。
【０００７】
図１、２の第１回転体２は、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）の成型品であり、回転軸１に沿って六角シャフト１の差込み穴１０が開口されている。直径１５ｍｍの球状の外周面１１には、向きの異なる回転軸１、３を互いに同位相で回転させるため、略８の字形のパスライン（図２に示す）１２に沿って断面半円形（直径２ｍｍ）の案内溝１３が９本形成されている。
【０００８】
図１、３の第２回転体４は、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）の成型品であり、直径１５ｍｍの内周面１５は第１回転体２の外周面１１と対向する同心の球面となっている。この内周面１５の、同内周面１５の中心（交点）を通り且つ第２回転軸３に垂直な平面が当該内周面１５とまじわる大円上すなわち赤道上１６に、同赤道１６に沿って等分割の角度（４０度）で直径２ｍｍのベアリング用小球１７が九つ略半分埋没させてセットされており、これにより９個の半球状の凸部１８となっている。これら９つの凸部１８は、前記第１回転体の９つの案内溝１３にそれぞれ嵌め込まれ、回転の際に溝内を案内されながら第１回転体２の回転を第２回転体４に伝達するようになっている。
【０００９】
ここで、回転の向きが異なる２つの回転体２、４を互いに同位相（回転ムラをなくして）で回転させるために求められる略８の字形の案内溝１３は、式（１）、（２）、（３）で求められる３次元曲線のパスライン１２に沿って断面略半円形の溝を彫込んで製作することができる。
図１〜３において、第１、第２の両回転体２、４の接合面の半径をｒ（本実施形態においては１５/２ｍｍ）、両回転体２、４の回転軸１、３の傾きをθ（本実施形態においては４０度）とし、式（１）〜（３）の変数φを０から３６０度まで変化させてｘ，ｙ，ｚを求めると、図３に示す最上部の第１のパスライン１２を求めることができ、このパスライン１２を第１回転軸１を中心に凸部１８の配置と同じように回転コピーすることにより、他の第２から第９のパスラインを求めることができる。
x = r sin(θ) sin(φ) ・・・（１）
y = r (- cos(θ) cos(-φ) sin(φ) - sin(-φ) cos(φ)) ・・・（２）
z = r (- cos(θ) sin(-φ) sin(φ) + cos(-φ) cos(φ)) ・・・（３）
【００１０】
【発明の実施の形態２】
図４は本発明の第２の実施形態であり、第１回転軸１の交点に図２の第１回転体２が取り付けられ、第２回転軸３の交点に半球状の第２回転体４が取り付けられており、第１回転軸１の回転力を第１、第２回転体２、４を通じて第２回転軸３に出力するようにした、いわゆるユニバーサルジョイント風に構成したものである。第２回転体４は、図３のものと同様に内周面１５の赤道１６上に等分割の角度で直径２ｍｍのベアリング小球１７が埋め込まれて九つの凸部１８が設けられ、これらが第１回転体２の案内溝１３に嵌め込まれている。
【００１１】
上記実施形態１、２において、第１、第２回転体２、４の対向する内外周面１１、１５が滑らかに慴動するために必要な公差、ベアリング用小球１７と案内溝１３との公差などは省略して記述してあるが、実際には所定の交差を設けることはいうまでもない。また、本件発明において、第１回転体２の外周面１１の径や第２回転体４の内周面１５の径の大きさは任意であり、第２回転体４の内周面赤道１６上に設ける凸部１８の大きさや形状、数、配列も任意である。実施形態１、２では、第１回転体２を、六角形シャフトの回転軸１に通して駆動しているが、例えばスプラインシャフトを通して回転駆動するようにしたり、他の方法で回転駆動したりすることも、いうまでもなく可能である。第２回転体４については、実施形態１では環状に、実施形態２では半球状にしてあるが、回転時のバランスを無視すれば他の形状でもよく、要は第１回転体２の球状の外周に外接するような内周面を有し、内周面赤道１６上にベアリング用小球１７を配置できるものであれば、実施形態の形状に限定されず、他の様々な形状にすることができる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の回転伝達装置では、第２回転体４の内周面１５に設けた個々の凸部１８が、第１回転体２の外周面１１に設けた略８の字の案内溝１３と常に接触しながら移動して、両回転体２、４の回転位相を一致させながら回転力を伝達するようになっているため、回転のムラがなく、またロスも少ないので、精密で効率的な伝達が可能となる。しかも回転軸１、３の向きが大きく異なっても回転を伝えることができ、構造もシンプルなため、安価で故障しにくい回転伝達装置を実現することができる。
【００１３】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の回転伝達装置の第１の実施形態を示したものであり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は上面図。
【図２】 図１の回転伝達装置に用いられる第１回転体を示したものであり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は上面図。
【図３】 図１の回転伝達装置に用いられる第２回転体を示したものであり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は上面図。
【図４】 本発明の回転伝達装置の第２の実施形態を示した上面図。
【符号の説明】
１ 第１回転軸
２ 第１回転体
３ 第２回転軸
４ 第２回転体
１１ 外周面
１２ パスライン
１３ 案内溝
１５ 内周面
１８ 凸部

Claims (3)

1. 回転軸の向きが異なる２つの回転体を備え、内側回転体が外側回転体の内側に嵌められ、一方の回転体が回転するとその回転力が他方の回転体に伝達されて他方の回転体が回転するようにした回転伝達装置において、
   前記両回転体の回転軸が交差し、
   内側回転体の外周面は前記両軸の交点を中心とする球面状をなし、
   外側回転体は前記両軸の交点を中心とし且つ前記内側回転体の外周面に対向する内周面を有し、
   前記外側回転体の内周面上であってその外側回転体の回転方向に沿って凸部が複数設けられ、その凸部は前記内周面よりも中心側に突出して設けられ、
   前記内側回転体の外周面上に一方の回転体が他方の回転体の回転を誘導できる案内溝が複数設けられ、
   この案内溝のひとつは、前記内側回転体の中心点を座標原点とし、その座標原点を通る空間座標軸をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸とし、前記内側回転体の半径をｒとし、前記両回転体の回転軸の交差角をθとし、φを０度〜３６０度まで変化するパラメータとしたとき、以下の３式で求められる座標ｘ，ｙ，ｚの軌跡に沿って彫り込まれたものであって、前記凸部と嵌合するだけの溝幅及び溝深さを有し、
   x = r sin( θ ) sin( φ ) ・・・（１）
   y = r (- cos( θ ) cos(- φ ) sin( φ ) - sin(- φ ) cos( φ )) ・・・（２）
   z = r (- cos( θ ) sin(- φ ) sin( φ ) + cos(- φ ) cos( φ )) ・・・（３）
   他の案内溝は前記ｙ軸及び前記ｚ軸からなる座標系を回転させることで同形のものが形成され、
   前記凸部と前記案内溝が嵌合した前記両回転体は、一方の回転体の回転により他方の回転体が回転することを特徴とする回転伝達装置。
2. 請求項１に記載の回転伝達装置において、
   内側回転体と外側回転体の回転軸の交差角θは所望の角度に設定することが可能であり、
   前記両回転体は、前記交差角θを一定に保ちながら一方の回転体の回転によって他方の回転体が回転することを特徴とする回転伝達装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の回転伝達装置において、内側回転体の中心部に回転軸が貫通する軸孔が開口されたことを特徴とする回転伝達装置。

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