JPS63500052A - ２本の軸の間のヒンジ結合機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明によるヒンジ結合機構は、相互旋回可能な軸の結合が必要とされている所 ならどこでも使用可能で第１の回転可能軸の端部に配設された第１の駆動部材と 第２の回転可能軸の端部に配設された第２の駆動部材とから成るヒンジ結合機構 であって、各軸の軸線が互いにある所定の角度まで旋回可能であるよう・に、前 記の各駆動部材が旋回可能に相互係合されているものは公知である。この形式の ヒンジ結合機構はカルダン継手と称される。

課題、解決手段、利点 本発明の課題は冒頭に述べた形式のヒンジ結合機構を改良して、単純な部材から 構成され、必要スペースが少なく、容易に密封可能であシ、更に大きな又は小さ な駆動出力のために良好に使用可能なものを提供することである。

この課題は本発明によれば第１の駆動部材がほぼ中空円筒の形状を有しかつその 内面に、軸線に対して平行に延びかつ周方向で均一に分配されかつ交互くおう状 及びとつ状で、ｌかつ互いの中に移行しているへこみ部と隆起部とを有し、また 第２の駆動部材がほぼ球状に形成されておりかつその表面にへこみ部と隆起部と を交互に有し、このへこみ部と隆起部とが長手方向では、第２の軸の軸線を含有 する平面に相応して延びまた周方向では、特に球状の第２の駆動部材の赤道平面 内では、第１の駆動部材の内面に対してほぼ相補する形状を有していることによ って解決された。

このようなヒンジ結合機構においては両方の軸が、その軸線が整合されている位 置から任意の方向である所定の値だけ旋回可能である。

本発明による構成においては第１の駆動部材がその内面上に、また第２の球状の 駆動部材がその外面上にそれぞれ１つの波線形状の成形面を備え、それによって ほぼ軸線方向で見て溝状のおう部とウェブ状のとつ部とが形成されている。この 溝とウェブとは歯車駆動装置における歯と歯溝に類似して球体表面の所定の範囲 内で互いにかみ合い、それによって所望の連行が行なわれる。この際に原理的に はどの駆動部材が駆動軸によって回転されまたどの駆動部材が出側の軸を駆動す るかは重要ではない。

両方の駆動部材が円筒形状を有するこのような伝力機構をねじ工具に用いたもの は西ドイツ特許第１７２８５７４号明細書から公知であシ、ＴｏＲｘの商標のも とで市販されている。この場合両方の駆動部材の円筒状構造によって、工具の傾 斜が回避され、ねじと所属の工具（ねじ留めスパナ）との各軸線が互いに整合保 持されるように確保されている。

本発明によれば一両方の軸の軸線がある所定の程度を以って互いに旋回可能であ るヒンジ結合機構が形成されている。旋回又は傾動時には両方の軸の各軸線が第 ２の駆動部材の球状形成された部分のほぼ中火で交差している。この球状部分を 地球に例えると、該駆動部材の軸線が地軸に当り、溝形状のへこみ部又はウェブ 状の隆起部が地球上の経度にほぼ相応して延び、他方で第１の駆動部材の円面は 球体の、赤道線に交差する周線にほぼ相応して係合する。

各駆動部材がそれぞれ６つのへこみ部を６つの隆起部の間に有していると有利で ある。

本発明の１構成によればお９部ととつ部との間の移行部が連続形成されてお夕、 それによって全てが丸味付けられ、鋭い縁が回避されている。また各へこみ部又 は隆起部の中火平面（対称平面）が、当該の駆動部材の回転軸線を含有している と有利である。これによって各軸が互いにスムーズに旋回可能でありかつ、被伝 達力が旋回運動を生ぜしめることは少なくともほとんどなくなる。

本発明の有利な１実施形によれば、球状の第２の駆動部材上で、各へこみ部が第 １の駆動部材の隆起部に比べて少なくとも部分的に狭幅に形成されているか又は 、各隆起部が第１の駆動部材上のへこみ部に対して少なくとも部分的に狭幅に形 成されている。これＫよって旋回又は傾動時の締付けを回避するために必要な遊 びが形成可能となっている。球状の駆動部材の赤道区域から出発して両方の極に 向けて次第に狭くなるへこみ部又は隆起部に基いて各軸は旋回可能に互いに係合 している。

球体式ヒンジ結合機構の三次元的な旋回角度の形成は、一方で球状駆動部材にお ける、赤道平面から極冠に向って次第に狭くなる、とつ状の隆起部の最大値又は おう法のへこみ部の最小値のフランク角とそれらの変換点によって、また他方で 中空駆動部材における、とっ状の隆起部の最大値と３９状のへこみ部の最小値と それらの変換点とから形成される一定したフランク角とによって形成される、中 空駆動部材の幾何学形状は球体の幾何学形状と、その赤道平面円において完全に 合致している。

隆起部の最大における外接円とへこみ部の最小における同円とは駆動部材［ＴＯ ＲＸ　ｊにおいてＡ及びＢを以って定義さｎている。とつ部曲率半径はＦ　ｕａ ｄ　（ラジアン〕で、おう部曲率半径はＥ　Ｒａｄで示されている。

ＴＯＲＸにおいてはＦ　Ｒａｄ　＜　Ｅ　Ｒａｄである。この各曲率半径の各中 火点は相異なる円上罠位置する。互いに移行しているとつ部曲率半径とおり部曲 率半径とは変換点とに対して角度を形成し、この各角度はとつ部及びおう部のフ ランク角として示される。球状の駆動部材の赤道平面から出発して両方の極に向 けて、隆起部とへこみ部とが次第に狭幅になっているか又はとつ部及びおう部の フランク角が小さくなっている。とつ部とおり部の７ランク角は極に回う移行部 においてはもはや共同の接線ではなく２本の交差する接線−階段関数を形成して いる。最大及び最小から各変換点へ向う角度は極内で垂直角度に移行する。

製造技術上の理由から球状の駆動部材は北極又は南極に達する所１では成形され ていない。北及び南の球体区分は除去されており、それによって球体地層が駆動 部材として残されている。

三次元的な旋回角は一方で極Ｎからとつ部及びおう部曲率半径の変換点Ａ、Ｂへ 向けての、球面三角形の面角−ｒ１＋γ２（サーキュラ−メジャーで）の相異又 は、球状駆動部材の各種へ向けてのとつ状及びおり状フランクの先細になってい くフランク角、他方で中空駆動部材の一定の７ランク角、及び両部動部材の各幾 何学形状によって形成される遊びから形成されている。

中空駆動部材のとつ部及びおう部曲率半径は、球状駆動部材の赤道平面円の形状 に対して相補的に形成されている。

前記の遊びを大きくするために又は駆動及び被駆動軸が、球体を十分に取ジ囲み かつ当然ながら旋回角を与えられなければならないフレーム又はケーシングと結 合されている場１合、おり状へこみ部の最小と接する内円の中央点が所定のＩ直 だけ球体中央点の下方に配置される。

これによって北極内の、前記内円と同じ曲率半径を以って形成された半円又は半 球体は、北極内の外接円又￥ｉ球体外径及び、北極内の、すらされた中央点を有 するおう状のへこみ部の最小値円の新しい内円によって形成される小さめの球体 の間によシ大きな相違を有する。これによっており部曲率半径ととつ部曲率半径 との変換点もその位ｆ、　ｋ球体の内方へ向けて移動される。

こうしてとつ状の隆起部の最大又はおう状のへこみ部の最小から変換点へ向う角 度は小さくなる。

また南極のための内円の中央点は同じ所定の寸法だけ球体中火点の上方へ配置さ れる。南極内の半円弧又は半球体は前記内円と同じ曲率半径を以って形成され、 前記の北半球上に成形された球体幾何学形状のよりに、南極内の円周又は球体外 径と南極内の小さめの球体との間に同じ大きさの相違を有して−る。このように 形成された駆動球体の、該球体状駆動部材の赤道平面内の形状に対して相補的な 幾何学形状を有する中空円筒体又は、球体を十分に取り囲みかつ同じ中央点を備 え対する遊びによって、旋回の際にめられる駆動部材の三次元的な角度が生ぜし められる。

各関数は球面状の三角形と斜角の三角形との数学的な関係から算出される。

各へこみ部と隆起部とが赤道区域内で、その幅において第１の駆動部材の対応す る隆起部又はへこみ部に相応しており、また該赤道区域から朧れる程そのへこみ 部は幅広にまた隆起部は狭幅になる。第１の駆動部材の内面が赤道区域近くの球 体表面に接触する際に、球体上のへこみ部と隆起部との分配が第１の円筒状の駆 動部材の内面上の分配に正確に対応しているので、締付は発生の危険はない。旋 回量が増大するにつれて円筒状の内面（少なくとも部分的に）が球体の１部分と 係合し、この球体においては溝とウェブとが地球の経度に類似してそれぞれ相互 接近するように形成されておシ、従ってこの保合範囲内にはある所定の遊びを生 ぜしめ、この際にとつ状及びおう状のフランク角の減少を行なうことが有利であ る。

次に本発明の１実施例を図面を用いて説明する。

第１図は開き形の解離可能なヒンジ結合機構を示す図、第２図及び第３図はヒン ジ結合機構の互いに固定結合可能な各部分を示す図、第４図は第３図の１部分を 断面して示す図、第５図は第６図に示されたヒンジ結合機構であって第２の軸と 該軸に配設された第２の駆動部材とを２つの位置で共に示した図、第６図は本発 明における球体の幾何学形状を説明した図である。

発明実施のための最適手段 第１図では第１の軸１にヘッド部材が配設されており、このヘッド部材はほぼ中 空円筒状の部分２（第１図に断面で図示）によって形成されている。この中空円 筒体２は第１の駆動部材又は円筒状の中空駆動部材を形成している。

第１図の下方部分には軸３が平面図で示されており、この軸３はその上端部にお いて頚部４を介して球形状の第２の駆動部材５、即ち球状駆動部材に結合されて いる。両方の駆動部材２　、　５　ｒｉＴｏｒｘ−幾何学形状の赤道平面内で合 致している（第６図）。

円筒状の中空駆動部材２は第４図に、Ａ−Ａ線で切断して上から見て示されてい る。この部材２はその内面に、縦軸線を中心に均一に分配された６つの、幾らか 幅広形成された隆起部６を有し、この各隆起部６の間に同様に均一配置された６ つの幾らか狭幅なへこみ部７が位置している。こうして円形の周面縁と比べて波 形状の横断面が形成されており、この横断面は中空駆動部材２の外縁２ａから軸 線平行に内方へ向けて延びている。

この際に各へこみ部の互いに向い合った各部分は距離ａを有し、また各隆起部６ の互いに向い合った各個所は相応して小さめの距離すを有する。

第２の軸３の球状駆動部材５は比較的に幅広なへこみ部８を有し、この各へこみ 部の間に狭幅な隆起部９が位置している。第４図に示されたＡ−Ａ線断面図から 分るように球状駆動部材５と中空駆動部材２との赤道は第１図にＢ　７−Ｂ線で 示された平面内で接触し、何故なら球状駆動部材５の赤道範囲内で該部材５のへ こみ部８と隆起部９とが、中空駆動部材２の内面の隆起部６とへこみ部７に相応 する形状を有しているからである。第１図に示されたように球状駆動部材５の上 方の極近は軸３の軸線に対して垂直に切断されており、それによって第４図には 円弧線１０が見えておジ、この綴１０に向って球表面のへこみ部と隆起部が接続 している。

第１図の実施例においては軸１が中空駆動部材２を以って軸３０球状駆動部材５ 上に自由に差込み可能である。従って両軸が図示の位置で支承機構によって軸線 方向摺動から守られていれば、図示のヒンジ結合機構はこれ以外の部材の必要な しに使用可能である。

第１図に示されたヒンジ結合機構はねじとスパナとしても使用可能である。この 場合中空駆動部材２には鎖線１１で示されたよりなねじシャフト１ｉｂｉ有する ねじヘッド１１ａが結合され、そしてこの場合に軸３はいわば、球状形成された 駆動部材５を以ってねじ１１ａ、ｌｌｂｉ回転せしめるねじスパナ−号ることに なる。球形状に形成されていることによってこのようなねじスパナは中空駆動部 材２の円筒状部分内に容易にそう人可能であり、またねじ締め中に該ねじス／ぐ すの軸線がねじの軸線と整合されている必要はもはやない。従って例え操作時の 視野か限られているような場合でも、接近困雌なねじヘッドを容易に操作可能で ある。

有利には球状駆動部材５上で、へこみ部８が中空駆動部材２の隆起部６と比べて 、球状材の赤道区域から離れるにつれて（即ち極の方に向って）狭幅になってお り、またほぼウェブ形状の隆起部９が第１の中空駆動部材の円面上のほぼ溝形状 のへこみ部１に比べて狭幅になっている。これによって各軸１と３とが互いに幾 らか大きく旋回する場合にも、両方の駆動部材間のびつかかρ発生は回避され得 る。

球体式ヒンジ結合機構の三次元的な旋回角度の形成は、一方で球状駆動部材にお ける、赤道平面から極近に向って次第に狭くなる、とっ状の隆起部の最大又はお う状のへこみ部の最小のフランク角とそれらの変換点によって、また他方で中空 駆動部材における、とっ状の隆起部の最大とおう状のへこみ部の最小とそれらの 変換点とから形成される一定したフランク角とによって形成される。中空駆動部 材の幾何学形状は球体の幾何学形状と、その赤道平面内において完全に一致して いる。

第２図例示された実施例においては球状駆動部材５は第１図のものと同様に形成 され、しかし円形の軸ではなくシャフト部分１２と結合されており、このシャフ ト部分１２は例えば四角又は六角表面を有しかつ何らかの方法、例えば締付は部 材によって駆動装置と結合可能である。− この場合、中空駆動部材は上開きの中空シリンダ１３として形成され、該中空シ リンダ１３はその内面上に均一な彼形状の成形部を有している（第１図及び第４ 図に図示）。

第４図に示された第１図のＡ−Ａ線断面図は、その端面と輪郭線とにおいて第６ 図を上から見た図とも合致し、ただこの場合中空駆動部材２の断面の場所に駆動 部材１３乞上から見た図が当てはめられる。

円筒状の中空駆動部材１３は第６図によればその下端部において内方へ曲げ形成 されておジ、それによって球状駆動部材５に係合し、該部材５が駆動部材１３か ら引き出されないよりになっている。また部材１３の上端部の上に、軸１５への 連結部材１４が該駆動部材１３の内面に対応するその円筒状表面を以って押し入 れられて固定され得る。この際に部材１４の下面１６と球状駆動部材５の上面１ ７との前には、球体の旋回を可能にするのに十分なスペースが残されなければな らない。この際に部材１３と１４とは協働して、西ドイツ特許第１７２８５７４ 号明細曹記載の公知のヘッド及びスパナ構造に類似の作用をする。

第２図及び第３図に示されたヒンジ結合機構が組立てられた状態においては、駆 動すべき軸１２又は１５と駆動されるべき軸１５又は１２が互いに引離し不能で あり、また第１の駆動部材１３は球体５を十分に取り囲むフレーム又はケーシン グとして作用し、それによって汚損物の侵入が防がれている。

第５図には第６図の駆動部材１３が拡大して示され、またこの部材１３によって 捕捉された球状駆動部材５は、整合位置から両方向で逆向きにそれぞれ角度Ｔだ け旋回された各位置で鎖線で示されている。第５図に示された旋回は当然ながら 全ての方向、即ち上下にも行なわれ得る。

！１８．１９は球体５の中火平面を、軸線整合状態を示す線２０に対してそれぞ れ上方及び下方に角度γ旋回された位置で示すものである。

従って本発明によるヒンジ結合機構は５つの自白度、即ち回転方向のだめの２つ と３次元的な角度γのだめの６つとである。こうして２つの軸の間に確実な連結 が達成され、それはどの軸が駆動体としてまたどの軸が被駆動体として用いられ るかに左右されることはない。成形された各表面の間の弐合接続円な結合によっ て材料への荷別な負荷は回避され、従って特に通常の六角頭スパナ構造によって 生じ得るようなせん断力による変形の発生が回避される。

本発明の構成によれば中空駆動部材２と球状駆動部材５との間に三次元的な旋回 可能性が形成され、この際に球状駆動部材５がＴＯＲＸのＡおよびＢ点に相応す る各球内から形成され、この際に点ＡとＢは同じ中央点平面内に位置する（第６ 図参照）。三次元的な旋回角度はこの際に球状駆動部材５における、中空駆動部 材２の一定のとつ部及びおう部角度に対して次第に減少するとつ部角度（Ｋ１） 及びおう部角度（Ｋ２）によって形成される。

国際調査報告 一一亀一鵠ｌ＾帥−−開一　ＰＣＴ／ＤＥ８６１００３３７　−ＡＮＮＥＸ　Ｔ ｏ　’ｒＦＥΣ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰＯＲＴ　Ｏ Ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１の回転可能軸の端部に配設された第１の駆動部材と第２の回転可能軸の 端部に配設された第２の駆動部材とから成るヒンジ結合機構であつて、各軸の軸 線が互いにある所定の角度まで旋回可能であるように、前記の各駆動部材が旋回 可能に相互係合されている形式のものにおいて、第１の駆動部材（２）がほぼ中 空円筒の形状を有しかつその内面に、軸線に対して平行に延びかつ周方向で均一 に分配されかつ交互におう状及びとつ状でありかつ互いに移行しているへこみ部 （７）と隆起部（６）とを有し、また第２の駆動部材（５）がほぼ球状に形成さ れておりかつその表面にへこみ部（８）と隆起部（９）とを交互に有し、このへ こみ部と隆起部とが長手方向では、第２の軸（３）の軸線を含有する平面に相応 して延びまた周方向では、特に球状の第２の駆動部材（５）の赤道平面内では、 第１の駆動部材（２）の内面に対してほぼ相補する形状を有していることを特徴 とするヒンジ結合機構。 ２．各駆動部材（２，５）がそれぞれ６つのへこみ部（７又は８）を６つの隆起 部（６又は９）の間に有している、請求の範囲第１項記載のヒンジ結合機構。 ３．へこみ部（７，８）と隆起部（６，９）との間の移行部か連続して形成され ている、請求の範囲第１項又は第２項記載のヒンジ結合機構。 ４．各へこみ部（７，８）又は隆起部（６，９）の中央平面が、当該の駆動部材 の回転軸線を含有している、請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項記 載のヒンジ結合機構。 ５．球状の第２の駆動部材（５）上で、各へこみ部（８）が第１の駆動部材（２ ）の隆起部（６）に比べて少なくとも部分的に狭幅に形成されているか又は、各 隆起部（９）が第１の駆動部材（２）上のへこみ部（７）に対して少なくとも部 分的に狭幅に形成されている、請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項 記載のヒンジ結合機構。 ６．球状駆動部材（５）上の各へこみ部（８）と隆起部（９）とが赤道区域（Ｂ −Ｂ）内で、その幅において第１の駆動部材（２）の対応する隆起部（６）又は へこみ部（７）にほぼ相応しており、また該赤道区域から離れる程そのへこみ部 （８）と隆起部（９）とが狭幅になる、請求の範囲第５項記載のヒンジ結合機構 。