JP4857241B2 - 機械装置及びその駆動体保持機構 - Google Patents

Description

本発明は、ローラギアカム，ボール減速機，バレルカム，バレル形減速機などの機械装置及びその駆動体保持機構に関する。

従来の機械装置，例えばボール減速機としては、下記特許文献１記載のウォーム減速機がある。これによれば、入力軸に固定されたウォームギアと出力軸に固定されたウォームホイールとによって、ウォーム減速機における入力回転の減速が行われる。鼓形のウォームギアのつる巻状のボール溝は、ウォームホイールの周囲の多数の窪み内に配されたボールと噛み合い、ウォームギアの回転動力が、ウォームホイールに伝わる。
特開平５−３０２６４９公報

ところで、上述した背景技術では、ウォームホイールの周囲の窪み内に配されたボールがケースによって保持されている。すなわち、ケースによってウォームホイールからのボールの脱落が防止されている。このため、減速機自体が大型化するとともに、重くなるという不都合がある。一方、ロボットなどではその関節部分に減速機が使用されるが、減速機の小型化，軽量化が強く要望されている。減速機以外の各種の機械装置においても同様である。

本発明は、以上の点に着目したもので、ボール等の駆動体保持機構を簡略化することで、それを適用した機械装置の小型化，軽量化を図ることをその目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、磁性材料で形成した第１の機械部材に凹部を形成するとともに、この凹部内に磁石と、第２の機械部材に当接する駆動体とを収納し、前記磁石により前記駆動体を吸着して保持する駆動体保持機構であって、前記凹部が、前記磁石を収納する収納部と、前記駆動体を受ける球面部とによって構成されており、前記磁石と前記駆動体との間にスペースが形成されるように、前記凹部と前記球面部を形成した、ことを特徴とする。

主要な形態の一つは、前記駆動体が、剛球であることを特徴とする。他の形態の一つは、前記駆動体に与圧を付与するための付勢手段を設けたことを特徴とする。

本発明の機械装置は、前記いずれかに記載の駆動体保持機構を備えたことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

本発明によれば、磁石を利用してボールなどの駆動体を保持するので、保持用のケースを省略することができ、機械装置の小型化・軽量化を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。

最初に、図１を参照しながら、本発明の実施例１を説明する。本実施例は、上述したボール減速機に本発明を適用したもので、図１(A)に示すように、ウォームギア１０と、ウォームホイール２０とによって構成されている。ウォームギア１０は、入力軸１２に固定されており、ウォームホイール２０は出力軸２２に固定されている。図示の例では、入力軸１２と出力軸２２は略直交している。これらの各軸１２，２２は、いずれも適宜の軸受（図示せず）によって回転可能に支持されている。

前記ウォームギア１０の外周には、螺旋状のボール溝１４が形成されており、ウォームホイール２０の外周には多数の凹部２４が形成されている。凹部２４は、図１(B)に分解して示すように、永久磁石２６を収納する収納部２４Ａと、ボール２８を受ける球面部２４Ｂを含む。図１(C)に拡大して示すように、磁石２６は、凹部２４の収納部２４Ａに収納される。本実施例では、ウォームホイール２０が磁性体ないし磁性材料で形成されているので、磁石２６は、ウォームホイール２０に磁力によって吸着する。次に、凹部２４の球面部２４Ｂにボール２８が収納される。ボール２８も磁性体によって形成されており、磁石２６に吸着される。なお、磁石２６とボール２８との間にスペース２９が形成されるように、各部の寸法が設定されている。スペース２９は、ボール２８の回転による磁石２６の損傷を防ぐとともに、油溜まりとしても機能する。

磁石２６から出た磁力線は、図１(C)に矢印ＦＡ（もしくはその逆）で示すように、ボール２８，ウォームホイール２０内を通過して再び磁石２６に戻る。このように、ボール２８は、ウォームホイール２０の凹部２４に磁石２６によって保持され、これらのボール２８が、上述したウォームギア１０のボール溝１４に嵌まり込んで噛み合う構成となっている。

次に、本実施例の作用を説明すると、入力軸１２の回転に伴ってウォームギア１０が回転すると、そのボール溝１４に沿ってボール２８が移動するようになる。このボール２８の移動に伴ってウォームホイール２０が回転し、更には出力軸２２が回転するようになる。このようにして、入力軸１２の回転が出力軸２２に伝達される。入力軸１２の回転数に対して出力軸２２の回転数が小さくなるので、結果的に減速機として作用することとなる。これらの動作は、上述した背景技術と同様である。

ところで、本実施例によれば、上述したように、ボール２８が磁石２６によってウォームホイール２０側に吸着されている。このため、ウォームホイール２０からのボール２８の脱落を防止するためのケースを省略することができる。従って、減速機全体として小型化，軽量化を図ることができ、ロボットの関節などに好都合である。また、磁石の磁力がウォームホイール２０とボール２８を通過する閉ループを形成し、外部に磁力線が漏れない。このため、潤滑オイル内に鉄粉等が浮遊しても、それら鉄粉がウォームホイール２０やボール２８に付着することはない。

次に、図２を参照しながら、本発明の実施例２を説明する。なお、上述した実施例１と同一ないし対応する構成要素には同一の符号を用いることとする。本実施例は、上述した実施例１のボール２８に付勢手段により与圧を付与してバックラッシュを低減するようにした例である。同図中、(A)はボール２８が沈んだ状態を示し、(B)はボール２８が浮いた状態を示す。これらの図において、円柱状の枠５０の外面側には、上述した磁石２６及びボール２８を収納するための凹部５２が形成されている。一方、枠５０の内面側には、バネ５６を収納するための凹部５８が形成されている。枠５０の中心であって、前記凹部５２の底側には軸部材６０が設けられており、この軸部材６０にボルト６２が摺動可能に設けられている。このボルト６２にはシール６４が設けられており、このシール６４と、前記枠５０との間に前記バネ５６が挟まれた構造となっている。以上の全体が、ウォームホイール２０の周面に埋め込まれるとともに、前記ボルト６２の先端が、ウォームホイール２０側に設けられたナット（図示せず）にねじ込んで固定されている。すなわち、ボール２８及び枠５０がバネ５６を介してボルト６２，すなわちホイール側に固定された構造となっている。他の部分の構成は、上述した実施例１と同様である。

次に、本実施例の作用を説明すると、上述したように、ウォームホイール２０側のボール２８は、ウォームギア１０側のボール溝１４と噛み合うが、各部の機械寸法の誤差や、熱的な変形などの理由から、ボール２８にかかる圧力が変化する。圧力が高くなると、ボール２８に対する圧力が枠５０に伝達され、枠５０がウォームホイール２０に対して沈み込むようになる。すなわち、図２(B)から(A)の状態となる。逆に、圧力が低くなると、バネ５６が伸びるようになり、枠５０がウォームホイール２０の外面側に繰り出し、ひいてはボール２８がボール溝１４に押し当てられるようになる。このように、バネ５６の作用によって、ボール２８に対するバックラッシュが低減される。

次に、図３を参照しながら、本発明の実施例３について説明する。まず、図３(A)に示す例は、ローラギアカムに対して本発明を適用した例である。ローラギアカムは、例えば工作機械の自動工具交換装置（ＡＴＣ）に使用されている。入力側であるローラギアカム１００のボール溝１０２に対して、出力側であるタレット１１０のボール２８が噛み合っている。タレット１１０における磁石２６やボール２８の取付部分の構造は上述した実施例１と同様であり、タレット１１０は磁性体によって形成される。ローラギアカム１００の回転に伴い、タレット１１０が回転・揺動運動する。

図３(B)の例は、バレルカムないしバレル形減速機に対して本発明を適用した例で、入力側であるカム２００に、出力側であるタレット２１０がボール２８を介して噛み合った構造となっている。カム２００にはボール当接面２０２が設けられており、タレット２１０の主面外周側には、上述した実施例と同様に磁石２６及びボール２８が複数設けられている。タレット２１０における磁石２６やボール２８の取付部分の構造は上述した実施例１と同様であり、タレット２１０は磁性体によって形成される。カム２００の回転に対し、ボール当接面２０２の形状に対応してタレット２００は間欠回転運動を行う。

図３(C)の例は、ＡＴＣアームフック固定解除ピンに対して本発明を適用した例で、ピン当り面３００は、固定解除ピン３１０にボール２８を介して当接している。固定解除ピン３１０は、バネ３１２によって上下動可能に基部３１４に支持されている。固定解除ピン３１０における磁石２６やボール２８の取付部分の構造は上述した実施例１と同様であり、固定解除ピン３１０は磁性体によって形成される。

次に、図４を参照しながら、本発明の実施例４について説明する。上述した実施例は、いずれもボールに対して本発明を適用したものであるが、本実施例は、円筒状ないし円柱状のカムフォロアに対して適用した例である。同図(A)は、ホイールやタレットなどの保持ベース５００の凹部５０２に対して、上述した実施例と同様に、まず磁石２６を収納し、次に円筒状のカムフォロア５１０を回転可能に収納した例である。本例でも、保持ベース５００は、磁性体によって形成されている。カムフォロア５１０は、磁石２６に吸引されて保持ベース５００の凹部５０２内に保持されているので、軸５１２を中心として自在に回転することができる。図４(B)の例は、前記図４(A)と比較して、カムフォロア５２０の保持ベース５００からの露出部分にテーパ５２０Ａを形成して円錐状とした例である。

図４(C)の例は、前記図４(A)の変形例である。図４(A)の例では、保持ベース５００の凹部５０２にカムフォロア５１０の外面が当たり摩擦が生ずるが、特にカムフォロア５１０の磁石側の角部において顕著となる。そこで、本例では、カムフォロア５３０の磁石側部に切除部５３２を形成し、この切除部５３２と保持ベース５００の凹部５０２との間に、多数のボール５３４を挿入している。本実施例によれば、これらのボール５３４の作用により、保持ベース５００とカムフォロア５３０との間の摩擦が低減されるようになる。なお、ボール５３４は、磁性体で形成してもよいが、磁性体としなくても、カムフォロア５３０の切除部５３２内に保持される。図４(D)の例は、前記図４(B)の例に対して前記図４(C)を適用したもので、カムフォロア５４０の保持ベース５００からの露出部分にテーパ５２０Ａが形成されている。

図４(E)の例は、前記図４(C)の変形例で、カムフォロア５５０の胴体部分に凹部５５２を形成し、この部分と保持ベース５００の凹部５０２との間に複数のニードルピン５５４を挿入した例である。ニードルピン５５４の作用によって、カムフォロア５５０の胴体部分と、保持ベース５００の凹部５０２との摩擦が低減されるようになる。図４(F)の例は、前記図４(B)の例に対して前記図４(E)を適用したもので、カムフォロア５６０の保持ベース５００からの露出部分にテーパ５２０Ａが形成されている。

以上の図４に示した実施例でも、カムフォロアは磁石によって保持ベースに回転自在に保持される。このため、カムフォロアの脱落を防止するためのケースを省略することができ、機械装置の小型化，軽量化を図ることができる。

次に、図５を参照しながら実施例５について説明する。本実施例は、接合体の例で、(A)は磁性材料によって形成された棒６００の先端に凹部６０２が形成されている。凹部６０２は、その底側に磁石６０４の収納部６０２Ａが形成されており、その周囲の球面部６０２Ｂに、磁性材料によるボール６０６が回転自在に当接している。同図(B)に示す従来技術のように、棒６１０の先端に凹部６１２を形成してボール６１４を圧入する場合、ボール６１４の中心ＨＣは、棒６１０の先端より凹部内側に位置している必要がある。しかし、同図(A)の例によれば、磁石６０４によってボール６０６を吸着しているので、必ずしもそのような必要はなく、ボール６０６の中心ＨＣが凹部６０２の外側，すなわち棒６００の先端よりも飛び出した位置であってもよい。

図５(C)は、同図(A)のボール６０６の代わりに、その一部を切除して平面を形成した切断球６０８を球面部６０２Ｂに当接させた例である。図５(D)は、同図(A)の棒６００の外周にネジ溝６２０を形成し、ボルトとして機能するようにしたものである。図５(E)は、同図(C)の棒６００の外周にネジ溝６２０を形成し、ボルトとして機能するようにしたものである。図５(F)は、同図(E)の棒６００の先端にフランジ６２２を設けた例である。図５(G)は、棒６３０のフランジ６２２側に、前記凹部６０２を形成するとともに、磁石６０４及び切断球６０８を収納した例である。

図６は、押え機構の例である。同図(A)の主要断面図及び同図(B)の底面図に示すように、押え板７００の先端に凹部７０２を形成し、磁石７０４及び切断球７０６を収納している。また、押え板７００の中央寄りには、後述するボルトを通すための貫通孔７１０を設けている。なお、凹部７０２，磁石７０４，切断球７０６の代わりに、上述した図５(E)ないし(F)の接合体を押え板７００に形成したナットにネジ止めしたり、図５(G)の接合体を押え板７００に形成した穴に圧入するようにしてもよい。

このような押え板７００は、例えば図６(C)に示すように、部材７２０に対して部材７２２を固定するような場合に使用する。すなわち、押え板７００と部材７２０との間に部材７２２を挟み込む。このとき、切断球７０６の平坦面が部材７２２の表面に当接する。次に、押え板７００の貫通孔７１０及び部材７２０の貫通孔７２４にボルト７２６を貫通させ、部材７２０の裏側でナット７２８により締付固定する。これにより、押え板７００によって部材７２２が部材７２０に押さえ付けられて固定される。このとき、部材７２２の表面が傾いていても、切断球７０６が回転し、切断球７０６の平坦面と部材７２２の表面は絶えず全体として接合した状態を維持する。

この場合に、本実施例によれば、切断球７０６の球中心が押え板７００の表面よりも突出していてもよく、切断球７０６を例えば半球とすることができ、切断球７０６の平坦面を従来技術よりも大きくすることができる。また、切断球７０６と凹部７０２の内側との接触面積も従来技術より小さくなり、切断球７０６の回転が滑らかになる，摩擦が低減される，といった利点も生ずる。

なお、本発明は、何ら上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した形状，寸法，材質は一例であり、同様の作用を奏するように適宜変更してよい。また、前記実施例を組み合わせてもよい。例えば、図２に示した実施例を、図３〜図６に示した実施例に適用するという具合である。
(2)前記実施例では、ボール減速機やバレル形減速機などを機械装置の例として示したが、ボールやカムフォロアなどの駆動体に当接して機械部材が当接あるいは駆動される構造のものであれば、各種の機械装置に適用可能である。
(3)前記実施例で示したボールとしては、特に剛球が好適であるが、それに限定されるものではない。

本発明によれば、ボールやカムフォロアなどの駆動体を磁性材料によって形成するとともに、磁石を利用して機械部材に吸着保持することとしたので、ボール等の保持機構を簡略化することができる。従って、それを適用した機械装置の小型化，軽量化を図ることができ、ロボットの関節などに好適である。

本発明の実施例１を示す図であり、(A)は概略の側面図，(B)は主要部の組立図，(C)は磁束の様子を示す説明図である。 本発明の実施例２を示す図であり、(A)はボールが沈んだ状態を示す図，(B))はボールが浮いた状態を示す図である。 本発明の実施例３を示す図であり、(A)はローラギアカムに対する適用例を示す図，(B)はバレルカムないしバレル形減速機に対する適用例を示す図，(C)はＡＴＣアームフック固定解除ピンに対する適用例を示す図である。 本発明の実施例４を示す図である。 本発明の実施例５を示す図である。(A)及び(C)〜(G)は実施例の主要部を示す図であり、(B)は背景技術を示す図である。 本発明の実施例５を示す図である。(A)は主要断面図であり、(B)は(A)の例の底面図である。(C)は使用状態の一例を示す図である。

符号の説明

１０：ウォームギア
１２：入力軸
１４：ボール溝
２０：ウォームホイール
２２：出力軸
２４：凹部
２４Ａ：収納部
２４Ｂ：球面部
２６：磁石
２８：ボール
２９：スペース
５０：枠
５２：凹部
５６：バネ
５８：凹部
６０：軸部材
６２：ボルト
６４：シール
１００：ローラギアカム
１０２：ボール溝
１１０：タレット
２００：カム
２０２：ボール当接面
２１０：タレット
３００：ピン当り面
３１０：固定解除ピン
３１２：バネ
３１４：基部
５００：保持ベース
５０２：凹部
５１０：カムフォロア
５１２：軸
５２０：カムフォロア
５２０Ａ：テーパ
５３０：カムフォロア
５３２：切除部
５３４：ボール
５４０：カムフォロア
５５０：カムフォロア
５５２：凹部
５５４：ニードルピン
５６０：カムフォロア
６００：棒
６０２：凹部
６０２Ａ：収納部
６０２Ｂ：球面部
６０４：磁石
６０６：ボール
６０８：切断球
６１０：棒
６１２：凹部
６１４：ボール
６２０：ネジ溝
６２２：フランジ
６３０：棒
７００：押え板
７０２：凹部
７０４：磁石
７０６：切断球
７１０：貫通孔
７２０：部材
７２２：部材
７２４：貫通孔
７２６：ボルト
７２８：ナット
ＨＣ：中心

Claims (4)

1. 磁性材料で形成した第１の機械部材に凹部を形成するとともに、この凹部内に磁石と、第２の機械部材に当接する駆動体とを収納し、前記磁石により前記駆動体を吸着して保持する駆動体保持機構であって、
   前記凹部が、前記磁石を収納する収納部と、前記駆動体を受ける球面部とによって構成されており、
   前記磁石と前記駆動体との間にスペースが形成されるように、前記凹部と前記球面部を形成した、
   ことを特徴とする駆動体保持機構。
2. 前記駆動体が、剛球であることを特徴とする請求項１記載の駆動体保持機構。
3. 前記駆動体に与圧を付与するための付勢手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の駆動体保持機構。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の駆動体保持機構を備えたことを特徴とする機械装置。

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