JP5685239B2

JP5685239B2 - 動力伝達装置

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Publication number: JP5685239B2
Application number: JP2012251558A
Authority: JP
Inventors: 庵地　三徳; 三徳庵地
Original assignee: 庵地　三徳; 三徳庵地
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2032-11-15
Also published as: JP2014098462A

Description

本発明はモーターの駆動力を伝達する動力伝達装置に関する。

特許文献１には電気モーターの回転出力を減速して出力する動力伝達装置が開示されている。この動力伝達装置は歯車減速機であって、電気モーターの回転出力をウォームや歯車を介して最終段の歯車に伝達し、これにより最終段の歯車に連結したロッドを回転する。

特開２０１１−８０５６７号公報

ところで、特許文献１では、モーターから最終段の歯車まで全てウォームや歯車等のギヤを介して連結しており、ギヤの噛み合い箇所が多く、ギヤ同士の摩耗により不具合が生じる可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、モーターの動力を出力部材に磁気的な連結を介して効率良く伝達することができ、ギヤ同士の摩耗による不具合が生じ難い新規な動力伝達装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明の動力伝達装置は、ベース、左右の上側第一磁石、左右の下側第一磁石、伝達機構、出力部材、及び第二磁石を備え、前記出力部材は前記ベースに左右軸回り方向に回転自在に設けられ、前記伝達機構は、スライドリンク、揺動リンク、左右の従動リンクを備え、前記スライドリンクは、モーターの駆動時において前記モーターの駆動力により左右方向に往復直線運動するように構成され、前記揺動リンクは長形でその長さ方向の中間部が前記ベースに対して前後軸回り方向に回動自在に支持され、前記従動リンクは左右方向において前記出力部材の両側の夫々に設けられ、前記各従動リンクは、上下方向の中間部が前記ベースに設けられた揺動軸に対して前後軸回り方向に回動自在に支持され、前記左右の従動リンクのうちの一方は第一従動リンクであり且つ他方は第二従動リンクであり、前記揺動リンクの長さ方向において前記揺動リンクの回動中心よりも一端側の部分が前記スライドリンクに前後軸回り方向に回動自在に連結されると共に他端側の部分が前記第一従動リンクに前後軸回り方向に回動自在に連結されることで、前記第一従動リンクが前記揺動軸を中心に前記スライドリンクと逆位相で揺動するように構成され、前記第二従動リンクが前記揺動リンクを介さずに前記スライドリンクに前後軸回り方向に回動自在に連結されることで、前記第二従動リンクが前記揺動軸を中心に前記第一従動リンクと逆位相で揺動するように構成され、前記左右の上側第一磁石のうちの一方の上側第一磁石は、前記第一従動リンクにおいて前記揺動軸よりも上側の部分に設けられると共に、他方の上側第一磁石は、前記第二従動リンクにおいて前記揺動軸よりも上側の部分に設けられ、前記左右の下側第一磁石のうちの一方の下側第一磁石は、前記第一従動リンクにおいて前記揺動軸よりも下側の部分に設けられると共に、他方の下側第一磁石は、前記第二従動リンクにおいて前記揺動軸よりも下側の部分に設けられ、前記モーターの駆動時において、前記左右の上側第一磁石が接近・離反し且つ前記左右の下側第一磁石が接近・離反し、前記出力部材は、左右方向において、前記左右の上側第一磁石の間、及び前記左右の下側第一磁石の間に配置され、前記第二磁石が前記出力部材に設けられ、前記モーターの駆動時において、前記第二磁石に対して、接近する左右の上側第一磁石と、接近する左右の下側第一磁石から、前記出力部材の回転方向の反発力又は吸引力を受けるように構成されたことを特徴とする。

本発明にあっては、モーターの動力を出力部材に磁気的な連結を介して効率良く伝達することができ、ギヤ同士の摩耗による不具合が生じ難い動力伝達装置を提供できる。

本実施形態の動力伝達装置を組み込んだ回転装置の正面図である。図１の要部拡大図である。同上の回転装置に設けられる対を成すフレームのうち、左側に配置されるフレームとこれに設けられた従動リンク及び第一磁石を示す斜視図である。同上の回転装置に設けられる対を成すフレームのうち、右側に配置されるフレームとこれに設けられた従動リンク及び第一磁石を示す斜視図である。同上の出力部材及びこれに設けられた第二磁石を示す斜視図である。同上の出力部材及びこれに設けられた第二磁石の側面図である。三段の出力部材の配置を示す側面図である。上下二対の第一磁石のうち、上側一対の第一磁石が離反した状態を示す正面図である。

以下本発明を添付図面に基づいて説明する。本実施形態の動力伝達装置１は、回転装置等に組み込まれて用いられる。図１には本実施形態の動力伝達装置１を具備する回転装置２が示されている。

回転装置２は、動力伝達装置１に加えて、モーター３を具備している。動力伝達装置１は設置面４に設置されるベース１５を有している。モーター３は電気モーターであって、ベース１５に対して固定されるモーター本体３０と、モーター本体３０から水平方向に突出するモーター軸３１を備えている。以下では、ベース１５を設置面４に設置した状態を基準にした方向を用いて説明し、モーター軸３１の軸方向を前後方向、モーター軸３１のモーター本体３０からの突出方向を前方として説明する。

動力伝達装置１は、ベース１５に加えて、第一磁石１０、伝達機構１１、出力部材１２、及び第二磁石１３を備えている。伝達機構１１はリンク機構であって、対を成す左右の従動リンク１１５を有している。対を成す従動リンク１１５は左右方向に三対並べて設けられており、各対の従動リンク１１５の間には夫々出力部材１２が配設されている。

各従動リンク１１５の上下両端部には第一磁石１０が設けられており、対を成す従動リンク１１５の対応する端部に設けられた第一磁石１０同士は出力部材１２を介して対向している。すなわち、各対の従動リンク１１５には上下に一対ずつ第一磁石１０が設けられており、動力伝達装置１全体では計６対の第一磁石１０が設けられている。

伝達機構１１は、モーター３の駆動力を用いて各対の第一磁石１０が左右方向において接近・離反するように各第一磁石１０を動作させる。伝達機構１１は、駆動リンク１１０、スライドリンク１１１、揺動リンク１１２、中間リンク１１３、連結リンク１１４、及び従動リンク１１５を有している。

駆動リンク１１０は、一端部がモーター軸３１の偏心位置に前後軸回り方向に回動自在に連結され、他端部が左右に長いスライドリンク１１１の端部に前後軸回り方向に回動自在に連結されている。ここで、前後軸回り方向に回動自在とは前後方向と平行な回動軸を中心にして回動自在であることを意味する。

スライドリンク１１１はベース１５に設けられた複数のローラー１５０によってその長手方向にスライド自在に支持されている。モーター３が駆動されて図２中矢印ａに示す方向にモーター軸３１が回転すると、モーター軸３１の偏心位置に駆動リンク１１０を介して連結されたスライドリンク１１１は、図２中矢印ｂに示されるように左右方向に往復動する。すなわち、モーター軸３１の回転は、駆動リンク１１０によってスライドリンク１１１の往復直線運動に変換される。

スライドリンク１１１には三つの揺動リンク１１２と三つの連結リンク１１４が連結されている。揺動リンク１１２と連結リンク１１４はスライドリンク１１１の長手方向において交互に設けられている。

各揺動リンク１１２は長手方向の中間部がベース１５に設けられた軸１５１によって前後軸回り方向に回動自在に支持されている。各揺動リンク１１２の一端部はスライドリンク１１１に前後軸回り方向に回動自在に連結されている。各揺動リンク１１２のスライドリンク１１１と反対側の端部には、中間リンク１１３の一端部が前後軸回り方向に回動自在に連結されている。各連結リンク１１４は二本のリンク部材１１６を連結して略Ｌ字状に形成されており、各連結リンク１１４の一端部はスライドリンク１１１に前後軸回り方向に回動自在に連結されている。なお、各連結リンク１１４は他のリンクと同様に一本のリンク部材で構成しても構わない。

各従動リンク１１５はくの字状に形成されている。左右対を成す従動リンク１１５は、互いの狭角側が対向するように左右対称に配置されている。すなわち、各対の従動リンク１１５は、一方の従動リンク１１５ａが正面視くの字状となるように配置され、他方の従動リンク１１５ｂが正面視逆くの字状となるように配置されている。各従動リンク１１５ａの上側及び下側には第一磁石１０が取り付けられている。各第一磁石１０は永久磁石であって、例えばブロック状のネオジム磁石である。

図１に示されるようにベース１５の各従動リンク１１５に対応する箇所には、左右方向で見て円環状を成すように湾曲した螺旋状のフレーム１５２が取り付けられている。図３には従動リンク１１５ａが設けられたフレーム１５２が示されている。図４には従動リンク１１５ｂが設けられたフレーム１５２が示されている。図１に示されるように、各フレーム１５２には軸方向が前後方向と平行な揺動軸１５３が設けられている。くの字状を成す各従動リンク１１５の屈曲部分は、対応するフレーム１５２に設けられた揺動軸１５３に前後軸回り方向に回動自在に支持されている。各対の従動リンク１１５は、正面視左側に配置される従動リンク１１５ａが、揺動軸１５３よりも上方において、対応する中間リンク１１３の揺動リンク１１２と反対側の端部に前後軸回り方向に回動自在に連結されている。他方、対を成す従動リンク１１５のうち、正面視右側に配置される従動リンク１１５ｂは、揺動軸１５３よりも上方において、対応する連結リンク１１４のスライドリンク１１１と反対側の端部に前後軸回り方向に回動自在に連結されている。

前述のようにスライドリンク１１１が往復動すると、スライドリンク１１１に連結された各揺動リンク１１２は、同期して軸１５１を中心にして揺動し、スライドリンク１１１と反対側の端部が左右方向においてスライドリンク１１１と逆方向に動作する。このため、各揺動リンク１１２に中間リンク１１３を介して連結された従動リンク１１５ａは、揺動軸１５３を中心にしてスライドリンク１１１と逆位相で揺動する。同時にスライドリンク１１１に連結された連結リンク１１４はスライドリンク１１１と同じ方向に動作する。このため、スライドリンク１１１に連結リンク１１４を介して連結された各従動リンク１１５ｂは、同期して揺動軸１５３を中心に従動リンク１１５ａと逆位相で揺動する。このように各従動リンク１１５が揺動することで、各対の第一磁石１０は接近と離反を交互に繰り返す。また、各対を成す従動リンク１１５に設けられた上下二対の第一磁石１０は、図２に示されるように上側一対の第一磁石１０が接近したときには下側一対の第一磁石１０が離反し、図８に示されるように下側一対の第一磁石１０が接近したときには上側一対の第一磁石１０が離反する。すなわち、各従動リンク１１５には、従動リンク１１５の一方向の回動時において出力部材１２に接近する第一磁石１０と、従動リンク１１５の前記一方向とは逆方向の回動時において出力部材１２に接近する他の第一磁石１０とが設けられている。

図１に示されるようにベース１５には軸方向が左右方向と平行な出力軸１４が軸回り方向に回転自在に設けられている。出力軸１４には三つの出力部材１２が出力軸１４の軸方向に間隔を介して設けられている。各出力部材１２の回転軸方向における両側に従動リンク１１５が配置されている。

各出力部材１２は、図６に示されるように左右方向で見て円環状を成す環状部１２０と、環状部１２０の中心に位置する円筒状の軸連結部１２１と、軸連結部１２１から放射方向に突出して環状部１２０と軸連結部１２１を連結する複数の輻部１２２を有している。各出力部材１２の軸連結部１２１には出力軸１４が挿通され、各出力部材１２の軸連結部１２１はビス等を用いて出力軸１４に固定されている。これにより、各出力部材１２は出力軸１４と共に左右軸回り方向に回転自在になっている。また、図７に示されるように三段の出力部材１２を左右方向から見たとき、各出力部材１２の環状部１２０は重複して配置されている。

図６に示されるように各出力部材１２の環状部１２０には、三個一組の第二磁石１３が二組設けられている。各第二磁石１３は永久磁石であって、例えばブロック状のネオジム磁石である。各第二磁石１３は対応する出力部材１２の環状部１２０の外周面に取り付けられている。各第二磁石１３は対応する出力部材１２の回転時において、その両側の従動リンク１１５に設けられた各対の第一磁石１０の間を通過する位置に配置されている。

各第一磁石１０及び各第二磁石１３は、前記モーター３の駆動時において対を成す第一磁石１０が接近したときに、対応する第二磁石１３が当該第一磁石１０から磁力由来の反発力を受けるように設けられる。この反発力の向きは、図８中矢印ｃに示される出力部材１２の周方向、すなわち、出力部材１２の回転方向である。一例を挙げると、各第一磁石１０の着磁方向が揺動軸１５３の軸方向（前後方向）と略平行とされ、各第二磁石１３の着磁方向が出力部材１２の径方向と平行とされ、さらに、各第二磁石１３が対応する第一磁石１０に対向する位置を通過するときに、第一磁石１０の前側に配置される磁極と、これに対向する第二磁石１３の前側に配置される磁極とが同極とされる。なお、モーター３の駆動時において接近する第一磁石１０から第二磁石１３に対して出力部材１２の回転方向の反発力を受けるものであれば、各第一磁石１０及び各第二磁石１３の磁極の配置は前記に限られるものではない。例えば各第一磁石１０の着磁方向が揺動軸１５３の軸方向に対して交差したり、各第二磁石１３の着磁方向が出力部材１２の径方向に対して交差したりしてもよい。また、モーター３の駆動時において接近する第一磁石１０から第二磁石１３に対して出力部材１２の回転方向の吸引力が働くものであってもよい。

図６に示されるように各組における第二磁石１３は環状部１２０の周方向に等間隔で設けられている。具体的には、各組の第二磁石１３は環状部１２０の中心を中心にして環状部１２０の周方向に３０度間隔で設けられている。また、各出力部材１２においては、一方の組の第二磁石１３と他方の組の第二磁石１３とが環状部１２０の中心を中心にして点対称位置に配置されている。さらに、各出力部材１２は、図７に示されるように周方向に６０度ずつずらして配置されている。このため、図７に示されるように三段の出力部材１２を左右方向から見たとき、一部の第二磁石１３が重複し、環状部１２０の周方向に第二磁石１３が１２等分された位置に配置されるようになっている。

また、図３や図４等示されるように、本実施形態の各フレーム１５２には、出力部材１２に設けられた第二磁石１３に対して出力部材１２の回転方向に磁力由来の反発力を作用させる複数の第三磁石１６が設けられている。各第三磁石１６は永久磁石であって、例えばブロック状のネオジム磁石である。第三磁石１６は、フレーム１５２の外周面において周方向に間隔を介して複数設けられている。なお、第三磁石１６はフレーム１５２において従動リンク１１５に対応する箇所には設けられていない。各第三磁石１６の着磁方向は、左右方向で見て円環状を成すフレーム１５２の径方向と平行であり、その径方向外側に位置する磁極は、出力部材１２の回転時において第三磁石１６に対向する箇所を通過する第二磁石１３の外側の磁極と同極とされる。なお、第三磁石１６は省略可能である。

前述のように回転装置２のモーター３を駆動して各従動リンク１１５が揺動すると、図２及び図８に示されるように各対の第一磁石１０は接近及び離反を交互に繰り返す。このとき、接近する第一磁石１０に近い第二磁石１３は、当該第一磁石１０から出力部材１２の回転方向の反発力を受け、出力部材１２を回転方向に加速させる。このため、各出力部材１２は出力軸１４を中心にして図２中矢印ｄに示される左右軸回り方向に回転し、これら出力部材１２に固定された出力軸１４も回転する。この出力軸１４の回転力は回転装置２の出力として利用される。

ここで、同一の出力部材１２に設けられた第二磁石１３は、一方の組において出力部材１２回転方向の最後に位置する第二磁石１３と他方の組において出力部材１２回転方向の最前に位置する第二磁石１３との間隔Ｌ１（図２参照）と、従動リンク１１５に設けられた上下の第一磁石１０の間隔Ｌ２（図２参照）とが略同じ寸法となるように設けられている。このため、図２に示されるように接近する上側一対の第一磁石１０の間に一方の組の第二磁石１３が通過するときには、離反する下側一対の第一磁石１０の間に他方の組の第二磁石１３が進入し、また、図８に示されるように接近する下側一対の第一磁石１０の間に一方の組の第二磁石１３が通過するときには、離反する上側一対の第一磁石１０の間に他方の組の第二磁石１３が進入するようになっている。従って、各第二磁石１３には第一磁石１０から出力部材１２の回転方向と反対方向の反力が与えられ難く、出力部材１２を効率良く回転させることができる。

また、各従動リンク１１５の揺動の周期は、各対を成す第一磁石１０が接近する度に、当該両第一磁石１０から三個一組の第二磁石１３に対して出力部材１２の回転方向の反発力が一度与えられるように設定することが好ましい。このようにすることで、出力部材１２が一回転する度に各対を成す第一磁石１０から出力部材１２に対して回転力を二回付与することができ、より効率良く出力部材１２を回転できる。

以上説明した本実施形態の動力伝達装置１は、対を成す第一磁石１０と、モーター３の駆動力を用いて両第一磁石１０を接近・離反するように動作させる伝達機構１１と、両第一磁石１０の間に設けられた回転自在な出力部材１２と、出力部材１２に設けられて接近する両第一磁石１０から出力部材１２の回転方向の反発力を受ける第二磁石１３を備えている。このため、モーター３の駆動時には、伝達機構１１によって両第一磁石１０を接近・離反させ、この両第一磁石１０から第二磁石１３に反発力を付与して出力部材１２を回転させることができる。すなわち、両第一磁石１０と第二磁石１３を磁気的に連結し、この磁気的な連結を介してモーター３の出力を出力部材１２に効率良く伝達することができる。このため、ギヤの摩耗に伴う不具合や、ギヤ同士の噛み合いによる騒音の発生が生じ難くなる。

また、本実施形態の伝達機構１１は、モーター３に連結されモーター３の駆動時において両第一磁石１０が接近・離反するように動作するリンク機構である。このため、モーター３の動力をギヤを用いずに出力部材１２に伝達することができ、ギヤの摩耗に伴う不具合や、ギヤ同士の噛み合いによる騒音が生じないようにすることができる。

また、本実施形態の伝達機構１１は、出力部材１２の回転軸方向において出力部材１２の両側に配置されてモーター３の駆動時において出力部材１２の回転軸方向に対して交差する揺動軸１５３を中心にして揺動する従動リンク１１５を有している。また、各従動リンク１１５の揺動軸１５３を挟んだ両側に第一磁石１０が設けられている。この構成により、一の従動リンク１１５により、当該従動リンク１１５の両側に設けられた第一磁石１０を出力部材１２に接近・離反させることができる。

また、本実施形態の動力伝達装置１は、複数の出力部材１２を備え、各出力部材１２に設けられた複数の第二磁石１３が出力部材１２の軸方向から見て出力部材１２の周方向において等分された位置に配置されている。このため、モーター３の駆動初期において、いずれかの第二磁石１３に第一磁石１０より出力部材１２の回転方向の反発力を付与しやすくなり、出力部材１２が回転駆動しやすくなる。なお、このようにすることは出力部材１２を三段以上設けた場合に特に有効である。また、本実施形態では、複数の出力部材１２を左右方向から見たとき、一部の第二磁石１３が重複するようにしたが、第二磁石１３を重複させることなく出力部材１２の周方向において等分された位置に配置してもよく、さらには出力部材１２を一つだけ設ける場合には、当該出力部材１２に複数の第二磁石１３を等分された位置に配置してもよい。

また、本実施形態では、第一磁石１０を各従動リンク１１５の上下に一個ずつ設けたが、上下に複数個ずつ設けてもよく、また、各従動リンク１１５に第一磁石１０を一個だけ設けて、対を成す従動リンク１１５に第一磁石１０を一対のみ設けても構わない。また、本実施形態の動力伝達装置１は対を成す従動リンク１１５を三対備えたものであるが、一対又二対、あるいは四対以上備えたものであってもよい。また、モーター軸３１の軸方向や、出力部材１２の回転軸方向等も本実施形態のものに限定されるものではない。また、本実施形態では出力部材１２の回転軸方向がモーター軸３１の軸方向に対して垂直であるが、出力部材１２の回転軸方向はモーター軸３１の軸方向に対して垂直以外の交差する方向であってもよいし、モーター軸３１の軸方向と平行であってもよい。また、伝達機構１１は本実施形態のリンク機構に限られず、モーター３の駆動力を用いて対を成す第一磁石１０を接近・離反させるものであれば、他のリンク機構であってもよい。また、伝達機構１１はリンク機構以外の他の伝達機構であってもよく、この他の伝達機構１１としては、ギヤを用いたものであってもよいが、ギヤを用いないものが好適である。

１動力伝達装置
３モーター
１０第一磁石
１１伝達機構
１２出力部材

Claims

ベース、左右の上側第一磁石、左右の下側第一磁石、伝達機構、出力部材、及び第二磁石を備え、
前記出力部材は前記ベースに左右軸回り方向に回転自在に設けられ、
前記伝達機構は、スライドリンク、揺動リンク、左右の従動リンクを備え、
前記スライドリンクは、モーターの駆動時において前記モーターの駆動力により左右方向に往復直線運動するように構成され、
前記揺動リンクは長形でその長さ方向の中間部が前記ベースに対して前後軸回り方向に回動自在に支持され、
前記従動リンクは左右方向において前記出力部材の両側の夫々に設けられ、
前記各従動リンクは、上下方向の中間部が前記ベースに設けられた揺動軸に対して前後軸回り方向に回動自在に支持され、
前記左右の従動リンクのうちの一方は第一従動リンクであり且つ他方は第二従動リンクであり、
前記揺動リンクの長さ方向において前記揺動リンクの回動中心よりも一端側の部分が前記スライドリンクに前後軸回り方向に回動自在に連結されると共に他端側の部分が前記第一従動リンクに前後軸回り方向に回動自在に連結されることで、前記第一従動リンクが前記揺動軸を中心に前記スライドリンクと逆位相で揺動するように構成され、
前記第二従動リンクが前記揺動リンクを介さずに前記スライドリンクに前後軸回り方向に回動自在に連結されることで、前記第二従動リンクが前記揺動軸を中心に前記第一従動リンクと逆位相で揺動するように構成され、
前記左右の上側第一磁石のうちの一方の上側第一磁石は、前記第一従動リンクにおいて前記揺動軸よりも上側の部分に設けられると共に、他方の上側第一磁石は、前記第二従動リンクにおいて前記揺動軸よりも上側の部分に設けられ、
前記左右の下側第一磁石のうちの一方の下側第一磁石は、前記第一従動リンクにおいて前記揺動軸よりも下側の部分に設けられると共に、他方の下側第一磁石は、前記第二従動リンクにおいて前記揺動軸よりも下側の部分に設けられ、
前記モーターの駆動時において、前記左右の上側第一磁石が接近・離反し且つ前記左右の下側第一磁石が接近・離反し、
前記出力部材は、左右方向において、前記左右の上側第一磁石の間、及び前記左右の下側第一磁石の間に配置され、
前記第二磁石が前記出力部材に設けられ、
前記モーターの駆動時において、前記第二磁石に対して、接近する左右の上側第一磁石と、接近する左右の下側第一磁石から、前記出力部材の回転方向の反発力又は吸引力を受けるように構成されたことを特徴とする動力伝達装置。