JP7140875B2 - 回転台 - Google Patents

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Description

本発明は、回転作業ユニットに関し、より詳しくは、繊維材質を有する軽量化回転台に関する。
従来の回転作業ユニットの多くは金属（例えば、鋳鉄、アルミニウム鋳物）で製造された回転台（或いはサドルと称する）により回転ユニットを載置している。
しかしながら、前述した従来の技術では、金属製の回転台の重量は重く、回転台の重心から回転作業ユニットの駆動装置の回転軸の重心までの距離も遠く、駆動装置が大きな駆動力を供給しなければ回転台が駆動装置に対して回転しなかった。
そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本発明の提案に至った。
本発明は前記技術的課題に鑑みて開発されたものであり、回転台を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の回転台は、収容凹部及び外面を含む台座であって、前記収容凹部は前記外面に第一開口部を含み、前記収容凹部は回転ユニットを収容するために用いられ、前記台座の材質は金属である台座と、前記台座の少なくとも部分的な前記外面に付着するために用いられる複合材料層であって、前記複合材料層の材質は繊維及び樹脂を含む複合材料層と、を備えている。
本発明によれば、回転台の軽量化の目的を達成する。
本発明の他の特徴について、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
本発明の一実施形態に係る回転作業ユニットを示す外観斜視図である。 図１に示す一実施形態の回転作業ユニットを示す分解図である。 図１に示す一実施形態の回転台を示す分解図である。 本発明の他の実施形態に回転台を異なる角度から見た傾斜図である。 本発明の他の実施形態に回転台を異なる角度から見た傾斜図である。 図４に示す一実施形態の回転台を示す分解図である。 本発明の他の実施形態に係る回転作業ユニットを示す外観斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態に回転台を異なる角度から見た傾斜図である。 本発明のさらに他の実施形態に回転台を異なる角度から見た傾斜図である。 本発明のさらなる他の実施形態に係る回転作業ユニットを示す分解図である。 本発明の一実施形態に係る積み重ね層を示す概略図であって、その繊維の配向を示す。 本発明の一実施形態に係る複数の積み重ね層の繊維の軸方向を示す概略図であって、これらの軸方向が対称的に配置されている図である。 本発明の一実施形態に係る補強層を示す概略図であって、その繊維の配向を示す。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の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で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
本発明の一実施例に係る回転作業ユニット１０は、駆動装置１１（あるいは第１駆動体という）と、回転台１２と、回転ユニット１３と、を備えている。
駆動装置１１は地面または外部の筐体に装設され、駆動装置１１は枠体１１１及び枠体１１１に内設されている第一トルクモーターを含み、前記第一トルクモーターの出力軸１１２は枠体１１１を貫通すると共に回転台１２に連結して回転台１２を回転するように駆動させる。回転ユニット１３は回転台１２に回転可能に装設されている。回転台１２の回転中心Ｃ１は回転ユニット１３の回転中心Ｃ２に非平行する。例えば、回転中心Ｃ１及び回転中心Ｃ２は実質的に相互に垂直になる（図１乃至図３、図１１参照）。
回転台１２は台座１２１及び複合材料層１２２を備えている。台座１２１の材質は金属である。複合材料層１２２の材質は繊維及び樹脂を含む。繊維は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、ホウ素繊維、グラファイト繊維、炭化ケイ素繊維、玄武岩繊維、ケブラー繊維、或いはそれらの任意の組み合わせである。樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、熱硬化性プラスチック、熱可塑性プラスチック、シアン酸エステル、ポリエステル、芳香族ポリアミド、クロロフルオロカーボン、或いはそれらの任意の組み合わせである。台座１２１は少なくとも１つの接合部１２１Ａ及び載置部１２１Ｂを含む。載置部１２１Ｂは少なくとも１つの接合部１２１Ａに沿って連接されている。載置部１２１Ｂは接合部１２１Ａに取り外し可能または一体成形するように連接されている。載置部１２１Ｂと接合部１２１Ａとの間の刃先角θは0度より大きい。それぞれの接合部１２１Ａはこの接合部１２１Ａに対応する駆動装置１１に回転可能に接続される。接合部１２１Ａは前記第一トルクモーターの出力軸１１２に接続されていると共に出力軸１１２により駆動されて回転する。台座１２１の載置部１２１Ｂは収容凹部Ｑを備えている。収容凹部Ｑは台座１２１の外面Ｓに第一開口部ＯＰ１を含む。これにより、回転ユニット１３が第一開口部ＯＰ１から収容凹部Ｑ中に装入され、本実施例では、回転ユニット１３はディスク本体１３１及びディスク本体１３１を回転するように駆動する第二トルクモーター（あるいは第２駆動体という）で構成され、前記第二トルクモーターは収容凹部Ｑ中に装設され、ディスク本体１３１は第一開口部ＯＰ１の位置に位置している。
複合材料層１２２は台座１２１の少なくとも部分的な外面Ｓに付着するために用いられている。具体的には、複合材料層１２２は載置部１２１Ｂ及び少なくとも１つの接合部１２１Ａに付着される。複合材料層１２２は第二開口部ＯＰ２を含む。第二開口部ＯＰ２は第一開口部ＯＰ１に重畳し、このため、第二開口部ＯＰ２には複合材料層１２２の下方の台座１２１の内部が露出されている。
複合材料層１２２は第三開口部ＯＰ３を含む。第三開口部ＯＰ３には接合部１２１Ａ及び駆動装置１１の第一トルクモーターの出力軸１１２の接続箇所が露出されている。複合材料層１２２の体積は台座１２１及び複合材料層１２２の体積の総和の２０％乃至５０％を占めている。
複合材料層１２２は複数の積み重ね層ＳＦ１を備え、例えば、８つの積み重ね層ＳＦ１を備えている。複合材料層１２２はこれら積み重ね層ＳＦ１が軸方向Ｄ１（第一軸方向）に沿って上方に積み重ねされることにより積み重ね構造が形成されている（図２と図１１参照）。これら各積み重ね層ＳＦ１の繊維ＦＢ１は軸方向Ｄ２（第二軸方向）に平行する方式で配列されている。軸方向Ｄ１は台座１２１の外面Ｓ（平面または弧状面）に対して垂直になり、且つ軸方向Ｄ１は軸方向Ｄ２に対して垂直になる。また、これら積み重ね層ＳＦ１のうちの少なくとも２層の積み重ね層ＳＦ１の軸方向Ｄ２は非平行し、複合材料層１２２の構造が強化されている。
本実施例では、これら積み重ね層ＳＦ１の繊維ＦＢ１の軸方向Ｄ２は、例えば、軸方向Ｄ１上に対称を呈して設けられている。複合材料層１２２が軸方向Ｄ１に沿って積み重ねられている８つの積み重ね層ＳＦ１を有している例について、図１１及び１２に示されるように、第一層に位置している積み重ね層ＳＦ１の繊維ＦＢ１の軸方向はＤ２１であり、第二層に位置している積み重ね層ＳＦ１の繊維ＦＢ１の軸方向はＤ２２であり、第三層に位置している積み重ね層ＳＦ１の繊維ＦＢ１の軸方向はＤ２３であり、第四層に位置している積み重ね層ＳＦ１の繊維ＦＢ１の軸方向はＤ２４であり、第五層に位置している積み重ね層ＳＦ１の繊維ＦＢ１の軸方向はＤ２５であり、第六層に位置している積み重ね層ＳＦ１の繊維ＦＢ１の軸方向はＤ２６であり、第七層に位置している積み重ね層ＳＦ１の繊維ＦＢ１の軸方向はＤ２７であり、第八層に位置している積み重ね層ＳＦ１の繊維ＦＢ１の軸方向はＤ２８である。
第一層及び第八層に位置している積み重ね層ＳＦ１の繊維ＦＢ１の軸方向Ｄ２１及びＤ２８は同じであり、第二層及び第七層に位置している積み重ね層ＳＦ１の繊維ＦＢ１の軸方向Ｄ２２及びＤ２７は同じであり、第三層及び第六層に位置している積み重ね層ＳＦ１の繊維ＦＢ１の軸方向Ｄ２３及びＤ２６は同じであり、第四層及び第五層に位置している積み重ね層ＳＦ１の繊維ＦＢ１の軸方向Ｄ２４及びＤ２５は同じである。
本実施例或いは他の実施例では、積み重ね構造とする複合材料層１２２は少なくとも１層の補強層ＳＦ２をさらに備え、補強層ＳＦ２の材料は積み重ね層ＳＦ１と同じである。補強層ＳＦ２の繊維ＦＢ２は軸方向Ｄ３（第三軸方向）に平行する方式で配列され（図２、図３と図１３参照）、且つ補強層ＳＦ２の繊維ＦＢ２の軸方向Ｄ３は何れか１層の積み重ね層ＳＦ１の繊維ＦＢ１の軸方向Ｄ２と同じである。よって、補強層ＳＦ２は軸方向Ｄ３上で補強を行う。
補強層ＳＦ２及び上述の複数の積み重ね層ＳＦ１は軸方向Ｄ１に沿って上方に積み重ねられ、且つ補強層ＳＦ２はこれら積み重ね層ＳＦ１の間に挿入されるかこれら積み重ね層ＳＦ１の最も外側または最も内側に設置されている。全ての補強層ＳＦ２が外面Ｓに占める総面積は、全ての積み重ね層ＳＦ１が外面Ｓに占める総面積よりも小さい。台座１２１の外面Ｓの補強層ＳＦ２が設置されている位置は、積み重ね層ＳＦ１のみが設置されている位置に比べて凹設されている。補強層ＳＦ２の設置位置は回転台１２の応力が集中する領域であり、複合材料層１２２が湾曲して歪むのを防止している。一例として、図３を参照する。載置部１２１Ｂの対向する両側辺は接合部１２１Ａとの連接箇所に窪んだ領域Ｒ１がそれぞれ設けられ、及び／或いは接合部１２１Ａの裏面（上述の第一トルクモーターと接続する領域）は上述の第二トルクモーターと接続する位置の載置部１２１Ｂに近接する一側に窪んだ領域Ｒ２が設けられている。
複合材料層１２２の形成過程では、複合材料層１２２の半製品のこの窪んだ領域Ｒ１（及び／或いは窪んだ領域Ｒ２）に対応する領域内に、まず軸方向Ｄ１に沿って補強層ＳＦ２を積み重ね、その後上述の複数の積み重ね層ＳＦ１を積み重ね、補強層ＳＦ２を窪んだ領域Ｒ１（及び／或いは窪んだ領域Ｒ２）と上述の複数の積み重ね層ＳＦ１との間に位置させる。複合材料層１２２の半製品の残りの領域には上述の複数の積み重ね層ＳＦ１を積み重ねるのみでよい。本例では、補強層ＳＦ２及び複数の積み重ね層ＳＦ１の積み重ね方式及び繊維の配列方式は図１１乃至図１３の関連説明を参照し、ここでは再述しない。よって、補強層ＳＦ２を追加するのみで、回転台１２全体がその表面の平坦性を維持させる。また、窪んだ領域Ｒ１及びＲ２は載置部１２１Ｂ及び接合部１２１Ａの載置部１２１Ｂに近接する箇所にそれぞれ設けられるため、台座１２１の重心は窪んだ領域Ｒ１及びＲ２が設けられていない台座１２１の重心に比べて第一トルクモーターの出力軸１１２の軸心に近接し、回転重心までの距離が減少し、回転慣性が低減し、第一トルクモーターのエネルギー消耗も抑えられる。
本実施例では、複合材料層１２２は一体であり、複合材料で製造されているカバーは接着方式により台座１２１の外面Ｓに接着される（図３参照）。このカバーの形状は予め台座２２１に付着する各領域の形状に基づいて設計されている。しかしながら、本発明はこれに限られない。
他の実施例では、図４乃至図６に示されるように、回転台２２の複合材料層２２２は複数のシートの組み合わせ構造であり、複数の接合シートＣＨ１乃至ＣＨ８がその形状に基づいて台座２２１の外面Ｓに１つ１つ接着し、各接合シートの形状は予め台座２２１に付着する特定の領域の形状に基づいて設計されている。これら接合シートＣＨ１乃至ＣＨ８は外面Ｓに分布されていると共に互いに接触している。
本実施例では、複合材料層１２２は接着方式で外面Ｓに固定する以外、螺合方式で外面Ｓに固定してもよい。例えば、図７に示されるように、回転台３０の複合材料層３２２はネジＦＲを用いた螺合方式により台座の外面に装設されている。
本発明の回転台のさらなる軽量化の目的を達成させるために、回転台の載置強度及び台座の収容空間に影響を与えずに、回転台の金属台座の体積を削減している。一例を挙げると、図８と図９に示されるように、回転台４２の底部ＢＭと側面ＬＡとの間に凹部Ｇが形成され、且つ側面ＬＡは回転台４２と駆動装置のトルクモーターの出力軸との接続箇所の外面である。金属材質の台座４２１が占める重量の割合は外部の複合材料層４２２よりも高く、但し、構造を削減することで構造の重心位置を改変し、回転重心までの距離を減少させて回転慣性も低減し、回転作業ユニットの作業効率を高めている。また、金属の台座４２１を軽量化（構造を削減）することで構造強度及び剛性にやや影響を及ぼすが、台座の表面を上述の複合材料層４２２が被覆するため、複合材料層の高比強度及び高比剛性により台座の軽量化の影響を補足している。
上述の各実施例は回転台が１つの接合部のみを有する（即ち、回転台がＬ字形を呈している）例について説明しているが、しかしながら本発明はこれに限られない。他の実施例では、図１０に示されるように、回転作業ユニット５０の回転台５２が台座５２１及び複合材料層５２２を備え、複合材料層５２２はベース５２２Ａ以外にベース５２２Ａの対向する両側に位置している２つの接合部５２１Ｂをさらに含み、回転台５２の形状が凹字形を呈し、この２つの接合部５２１Ｂが２つの駆動装置５１（あるいは第１駆動体という）にそれぞれ回転可能に装設されている。
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。
１０ 回転作業ユニット
１１ 駆動装置
１１１ 枠体
１１２ 出力軸
１２ 回転台
１２１ 台座
１２１Ａ 接合部
１２１Ｂ 載置部
１２２ 複合材料層
１３ 回転ユニット
１３１ ディスク本体
２２ 回転台
２２１ 台座
２２２ 複合材料層
３０ 回転作業ユニット
３２２ 複合材料層
４２ 回転台
４２１ 台座
４２２ 複合材料層
５０ 回転作業ユニット
５１ 駆動装置
５２ 回転台
５２１ 台座
５２２ 複合材料層
５２２Ａ ベース
５２２Ｂ 接合部
ＢＭ 底部
Ｃ１ 回転中心
Ｃ２ 回転中心
ＣＨ１ 接合シート
ＣＨ２ 接合シート
ＣＨ３ 接合シート
ＣＨ４ 接合シート
ＣＨ５ 接合シート
ＣＨ６ 接合シート
ＣＨ７ 接合シート
ＣＨ８ 接合シート
Ｄ１ 軸方向
Ｄ２ 軸方向
Ｄ２１ 軸方向
Ｄ２２ 軸方向
Ｄ２３ 軸方向
Ｄ２４ 軸方向
Ｄ２５ 軸方向
Ｄ２６ 軸方向
Ｄ２ 軸方向７ 軸方向
Ｄ２８ 軸方向
Ｄ３ 軸方向
Ｇ 凹部
ＬＡ 側面
ＯＰ１ 第一開口部
ＯＰ２ 第二開口部
ＯＰ３ 第三開口部
Ｑ 収容凹部
Ｒ１ 窪んだ領域
Ｒ２ 窪んだ領域
Ｓ 外面
ＳＦ１ 積み重ね層
ＳＦ２ 補強層
θ 刃先角
ＦＢ１ 繊維
ＦＢ２ 繊維
ＦＲ ネジ

Claims (5)

  1. 少なくとも１つの第一駆動体を備える回転作業ユニットに設置される回転台であって、前記回転台は、
    収容凹部及び外面を含む台座であって、前記収容凹部は前記外面に第一開口部を含み、前記収容凹部は回転ユニットを収容するために用いられ、前記台座の材質は金属である台座と、
    前記台座の少なくとも部分的な前記外面に付着するために用いられる複合材料層であって、前記複合材料層の材質は繊維及び樹脂を含む複合材料層と、を備え、
    前記台座は載置部と少なくとも１つの接合部とを含み、前記収容凹部は前記載置部内に位置し、前記載置部は前記少なくとも１つの接合部に沿って連接され、前記少なくとも１つの接合部は前記少なくとも１つの第１駆動体にそれぞれ回転可能に接続され、前記回転ユニットは、第２駆動体とディスク本体とを含み、前記第２駆動体は前記収容凹部中に収容され、前記ディスク本体は前記第２駆動体に回転可能に接続され、前記第一開口部から突出し、前記回転ユニットの回転中心は前記回転台の回転中心に非平行し、前記複合材料層は前記載置部及び前記少なくとも１つの接合部に付着されていることを特徴とする、
    回転台。
  2. 前記複合材料層は積み重ね構造であり、複数の積み重ね層を備え、前記複数の積み重ね層は前記外面に対して垂直になる第一軸方向に沿って積み重ねられ、各前記積み重ね層の前記繊維は第二軸方向に平行する方式で配列され、前記複数の積み重ね層のうちの少なくとも２層の積み重ね層の２つの前記第二軸方向は非平行し、且つ前記第二軸方向は前記第一軸方向に対して垂直になることを特徴とする請求項１に記載回転台。
  3. 前記複数の積み重ね層の前記第二軸方向は前記第一軸方向と対称に設置されていることを特徴とする請求項２に記載回転台。
  4. 前記台座の前記外面には少なくとも１つの窪んだ領域が設けられ、前記複合材料層は少なくとも１層の補強層をさらに備え、前記少なくとも１層の補強層及び前記複数の積み重ね層は少なくとも１つの前記窪んだ領域に積み重ねられるように付着され、且つ前記少なくとも１層の補強層は少なくとも１つの前記窪んだ領域と前記複数の積み重ね層との間に位置し、前記少なくとも１層の補強層の繊維は第三軸方向に平行する方式で配列され、且つ前記少なくとも１層の補強層の前記繊維の前記第三軸方向は何れか１層の前記積み重ね層の前記繊維の前記第二軸方向と同じであることを特徴とする請求項３に記載回転台。
  5. 前記複合材料層の体積は前記台座及び前記複合材料層の体積の総和の２０％乃至５０％を占めていることを特徴とする請求項１に記載回転台。
JP2021074558A 2020-12-07 2021-04-27 回転台 Active JP7140875B2 (ja)

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