JP2552598B2 - 回転継手 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入力軸と出力軸とを接
続する際、軸心の整合性に対する許容度を高めることが
でき、回転を正確に伝達できるようにした回転継手に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、回転継手において軸心の整合性に
対する許容度を高めることができるものとしては、各種
のフレキシブル継手が提案されている。これらのフレキ
シブル継手は、両端の円筒部に入力軸と出力軸をそれぞ
れ挿入し、ネジ、ピン、キーなどで固定し、中間部は、
フレキシブル性をもたすために、金属のコイルや可撓性
を有する合成樹脂の円筒で形成したものである。

【０００３】また、このような回転機構においては、パ
ルスモータ、サーボモータなどの制御モータなどにより
回転角を制御する必要があるものも多い。これらの制御
モータには、制御信号と比例した回転動作、すなわち位
置ずれを生じないような磁気力を利用した保持機能が設
けられている。例えばパルスモータの場合、固定子と回
転子に回転角を小さくするための歯形が円周上に形成さ
れていて、固定子には２、４、５相などの複数のコイル
があって、このコイルに電流をパルス信号によって順次
切り換えて流し、パルス信号に応じて回転する磁界を作
り、永久磁石を有する回転子を所定角度ずつ回転させる
ようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
フレキシブル継手では、フレキシブル性をもたすため、
中間部を金属のコイルや可撓性を有する合成樹脂等で形
成しているが、これらは強い回転トルクが加わると、ね
じれ等を発生して回転力の正確な伝達ができず、場合に
よっては破損する等の問題があった。このため、回転ト
ルクが大きい場合や、回転角の正確な制御が必要な場合
には適していなかった。

【０００５】また、回転角を制御する場合、制御モータ
は、所定の回転角で正確に回転が停止することが要求さ
れるが、回転体には当然のことながら慣性力が残ってい
るので、この慣性力に打ち勝つ停止力が必要となる。し
かし、パルスモータの場合には、固定子と回転子との間
にギャップがあり、上記停止力は、磁気力のみに頼って
いる。したがって、高速回転させた場合など、慣性力が
磁気力よりも大きくなった場合には、位置ずれを生じや
すくなり、満足する精度が得られなくなる。また、停止
力を高めるために、電磁ブレーキを併用したモータも知
られているが、高速回転を直ちに停止させるためには、
相当なブレーキ力が必要とされ、ブレーキ機構の大型化
や、ブレーキに要するエネルギー消費も多くなる。

【０００６】したがって、本発明の一つの目的は、フレ
キシブル継手であって、比較的大きな回転トルクが加わ
っても、回転力を正確に伝達することができ、破損する
ことのない回転継手を提供することにある。また、本発
明のもう一つの目的は、入力軸の回転停止力が小さくて
も、出力軸の慣性力を減衰させて所定の回転角度で停止
できるようにした回転継手を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、入力軸と出力軸とを同軸的に突き合わせ
て接続する回転継手において、前記入力軸の外周に装着
され、前記入力軸の先端方向に向けて複数段状に外径を
小さくされた入力側スリーブと、前記出力軸の外周に装
着され、前記出力軸の先端方向に向けて複数段状に外径
を小さくされた出力側スリーブと、前記入力側スリーブ
及び前記出力側スリーブの対応する外周にそれぞれ同心
的に装着され、中心から外径方向に向かって巻方向を交
互に変えられた複数のコイルばねと、前記入力軸がある
方向に回転し停止するとき、前記入力軸の回転角が前記
出力軸よりも大きい場合には、前記コイルばねの一方の
巻方向のものに巻き締め力を発生させ、前記出力軸の回
転角が前記入力軸よりも大きい場合には、前記コイルば
ねの他方の巻方向のものに巻き締め力を発生させるワン
ウェイクラッチ機構とを備えていることを特徴とする。

【０００８】本発明の好ましい態様の一つにおいては、
前記複数のコイルばねは、それらの中間部内周がその内
側に位置する部材に対して所定の隙間を有する状態で装
着されており、前記巻き締め力が発生したとき、所定角
度回動した後に前記内側に位置する部材に密接して回転
力を伝達するようにされている。

【０００９】本発明の好ましい態様のもう一つにおいて
は、前記複数のコイルばねは、それらの内周がその内側
に位置する部材に対して密接して装着されており、前記
巻き締め力が発生したとき、その回転力を直ちに伝達す
るようにされている。

【００１０】本発明の更に好ましい態様においては、前
記入力側スリーブ及び前記出力側スリーブは、外径が変
化する段部で分離されたそれぞれ複数の円筒部材からな
り、各円筒部材は、噛み合い方向を交互に変えたワンウ
ェイクラッチを介して、前記入力軸又は前記出力軸に装
着されている。

【００１１】本発明の更に他の好ましい態様において
は、前記入力側スリーブ及び前記出力側スリーブは、そ
れぞれ一体のものからなり、前記複数のコイルばねは、
ばねクラッチ作用をもたせて、前記入力側スリーブ及び
前記出力側スリーブに装着されている。

【００１２】本発明の更に他の好ましい態様において
は、前記入力側スリーブの特定箇所に第１ギアが装着さ
れ、前記出力側スリーブの前記入力側スリーブの特定箇
所に対応する箇所に第２ギアが装着され、これらの第１
ギア及び第２ギアに対応して、それらの送り歯数を検出
する第１センサ及び第２センサが取付けられている。

【００１３】

【作用】本発明の回転継手において、まず、複数のコイ
ルばねが、それらの中間部がその内側に位置する部材に
対して所定の隙間を有する状態で装着されている態様に
ついて、その作用を説明すると、今、入力軸がある方向
に回転するとき、入力軸に装着された入力側スリーブを
介して、一方の巻方向のコイルばね（以下、第１コイル
ばねとする）が巻き締められると仮定した場合、第１コ
イルばねがそれ以上縮径できないところまで巻き締めら
れると、入力軸に装着された入力側スリーブと、出力軸
に装着された出力側スリーブとが一体化して剛体とな
り、出力軸が入力軸と一体に回転する。このとき、入力
軸は、ワンウェイクラッチ機構の作用によって他方の巻
方向のコイルばね（以下、第２コイルばねとする）に対
して空回りし、第２コイルばねは、巻き締め作用も巻き
戻し作用も受けない。

【００１４】この状態で入力軸の回転が停止すると、出
力軸は、慣性モーメントによって回転を続けようとす
る。その結果、ワンウェイクラッチ機構の作用によっ
て、今度は第２コイルばねが巻き締められ、第１コイル
ばねは巻き戻されることとなる。出力軸は、上記慣性モ
ーメントによって入力軸の回転停止角を越えても更に回
転するが、第２コイルばねがそれ以上縮径できないとこ
ろまで回転し、入力軸に装着された入力側スリーブと、
出力軸に装着された出力側スリーブとが一体化して剛体
となったとき、あるいは他方の巻方向のコイルばねの反
発力が出力軸に残った慣性モーメントより大きくなった
ときに回転を停止して、第２コイルばねの反発力によっ
て今度は逆方向に回転する。

【００１５】その結果、第１コイルばねが再び巻き締め
られ、第２コイルばねは巻き戻される。そして、出力軸
の回転が入力軸の回転停止角を越えて戻りすぎると、今
度は第１コイルばねの反発力によって再び逆の方向に回
転する。こうして、入力軸が停止したときに出力軸側に
残っている慣性モーメントは、第１コイルばねと第２コ
イルばねの交互の巻き締め作用による反復振動となって
徐々に減衰され、最終的には入力軸の回転角に応じた正
確な回転位置で停止する。なお、この場合、第１コイル
ばねのばね常数と、第２コイルばねのばね常数とを異な
らせることにより、上記慣性モーメントの減衰効果をよ
り高めることができる。

【００１６】このように、本発明の回転継手の一つの態
様によれば、入力軸を停止させたときに出力軸側に残っ
ている慣性モーメントを、第１コイルばねと第２コイル
ばねの交互の巻き締めによって減衰させることができる
ので、入力軸側の停止力が比較的小さくても位置ずれす
ることなく正確な位置で回転を停止させることができ
る。したがって、例えばパルスモータの駆動軸に、本発
明の回転継手を介して出力軸を接続することにより、回
転速度を高めても正確な位置で回転を停止させることが
可能となり、また、通常のブレーキ付きモータの駆動軸
に、本発明の回転継手を介して出力軸を接続することに
より、ブレーキ力が小さくても正確な位置で回転を停止
させることが可能となる。

【００１７】次に、本発明の回転継手において、複数の
コイルばねがそれらの内側に位置する部材に対して密接
して装着されている態様について、その作用を説明する
と、まず、入力軸がある方向に回転すると、入力側スリ
ーブを介して、第１コイルばねに巻締め作用が働く。し
かし、第１コイルばねは、既にその内側に位置する部材
に対して密接して装着されているので、その回転力が直
ちに出力側スリーブに伝達され、入力軸と出力軸とが一
体化して回転する。

【００１８】また、入力軸の回転が停止すると、出力軸
は、慣性モーメントによって回転を続けようとする。そ
の結果、ワンウェイクラッチ機構の作用によって、今度
は、第２コイルばねに巻締め作用が働く。しかし、前述
のように第２コイルばねは、その内側に位置する部材に
対して密接して装着され、それ以上巻き締めることがで
きない状態となっているので、その慣性モーメントが直
ちに入力軸側に伝達され、入力軸の停止力によって出力
軸が停止する。なお、入力軸がどちらに回転しても、同
様な結果となる。すなわち、入力軸と出力軸は、完全に
一体化して回転し停止する。

【００１９】本発明の回転継手は、上記のように、それ
ぞれのコイルばねの内周に隙間を設けることによって、
回転を停止させたときの慣性モーメントを減衰させる機
能をもたせることもでき、あるいは、それぞれのコイル
ばねの内周を内側の部材に密接させることによって、通
常の継手と同様に入力軸の回転力及び停止力が直ちに出
力軸に伝達されるようにすることもできる。いずれの場
合においても、回転力及び停止力の伝達は、第１コイル
ばね及び第２コイルばねのいずれかが巻き締められるこ
とによりなされるので、比較的大きな回転トルクが加わ
っても、回転力を正確に伝達することができ、継手が破
損することも防止される。

【００２０】また、本発明の回転継手は、入力側スリー
ブと出力側スリーブとの間を、複数のコイルばねで連結
した構造をなすので、入力軸と出力軸の軸心が正確に整
合していなくても、多少のずれは上記コイルばねによっ
て吸収されるので、軸心の整合性に対する許容度を高め
て、装置組み立て時におけるアライメントを容易にする
ことができる。

【００２１】本発明において、第１コイルばね及び第２
コイルばねに巻締め力を発生させるワンウェイクラッチ
機構として、入力側スリーブ及び出力側スリーブを、外
径の変化する段部で分離した複数の円筒部材でそれぞれ
構成し、各円筒部材を、噛み合い方向を交互に変えたワ
ンウェイクラッチを介して、入力軸又は出力軸に装着し
た構造を採用した場合には、ワンウェイクラッチによる
バックラッシュのない回転伝達が可能となるとともに、
入力軸及び出力軸をワンウェイクラッチに挿入するだけ
で、軸の接合ができるという利点が得られる。

【００２２】本発明において、第１コイルばね及び第２
コイルばねに巻締め力を発生させるワンウェイクラッチ
機構として、第１コイルばね及び第２コイルばねを、そ
れぞればねクラッチ作用をもたせて装着した構造を採用
した場合は、継手の構造が簡素化されるという利点が得
られる。しかし、ばねクラッチは、大きな回転トルクに
対して滑りを生じやすいことから、特に回転精度を要求
される場合は、上記ワンウェイクラッチを利用した構造
の方が好ましい。

【００２３】本発明の好ましい態様において、入力側ス
リーブの特定箇所に第１ギアを装着し、出力側スリーブ
の上記と対応する箇所に第２ギアを装着し、これらの第
１ギア及び第２ギアに対応して、それらの送り歯数を検
出する第１センサ及び第２センサを取付けた場合には、
第１センサ及び第２センサによって対応するギアの送り
歯数を検出して入力軸と出力軸のそれぞれの回転角を求
めることができ、入力軸と出力軸の回転角のずれを確認
することができる。なお、この場合、ギアとは、外周に
センサによって検出できる突起を有するものであればよ
く、通常のギアの形状に限定されることなく、例えばよ
り鋭利な角を有する三角形状の多数の歯を外周に有する
ようなものであってもよい。

【００２４】

【実施例】図１には、本発明による回転継手の一実施例
が示されている。

【００２５】この回転継手１１は、一対の支持板１２、
１３を平行に対置して、それらの間を複数の支柱１４で
連結したフレームを有している。支持板１２には、ブレ
ーキ付きモータ１５が装着され、その駆動軸が本発明に
おける入力軸１６を構成し、入力軸１６は支持板１２を
貫通してフレーム内に突出している。また、他方の支持
板１３を貫通して、内周にベアリング１７を有する軸受
スリーブ１８が装着されており、この軸受スリーブ１８
に出力軸１９が挿通されている。そして、入力軸１６と
出力軸１９とは、それらの先端部を突き合わせるように
同軸的に配置されている。

【００２６】入力軸１６には、ワンウェイクラッチ２０
を介して拡径円筒２１が基部側に装着され、ワンウェイ
クラッチ２２を介して縮径円筒２３が先端側に装着され
ており、これらの拡径円筒２１と縮径円筒２３によって
本発明の入力側スリーブ２４が構成されている。ワンウ
ェイクラッチ２０は、入力軸１６が拡径円筒２１に対し
て相対的に図中矢印Ａ方向に回転するときのみ噛み合
い、ワンウェイクラッチ２２は、縮径円筒２３が入力軸
１６に対して相対的に矢印Ａ方向に回転するときのみ噛
み合う。すなわち、ワンウェイクラッチ２０、２２は、
互いの噛み合い方向が逆になっている。

【００２７】出力軸１９には、ワンウェイクラッチ２５
を介して拡径円筒２６が基部側に装着され、ワンウェイ
クラッチ２７を介して縮径円筒２８が先端側に装着され
ており、これらの拡径円筒２６と縮径円筒２８によって
本発明の出力側スリーブ２９が構成されている。ワンウ
ェイクラッチ２５は、拡径円筒２６が出力軸１９に対し
て相対的に図中矢印Ａ方向に回転するときのみ噛み合
い、ワンウェイクラッチ２７は、出力軸１９が縮径円筒
２８に対して相対的に矢印Ａ方向に回転するときのみ噛
み合う。すなわち、ワンウェイクラッチ２５、２７は、
互いの噛み合い方向が逆になっている。この結果、４つ
のワンウェイクラッチ２０、２２、２５、２７は、噛み
合い方向が交互に逆になるように配列されている。

【００２８】入力側スリーブ２４の拡径円筒２１と、出
力側スリーブ２９の拡径円筒２６との間には、第１コイ
ルばね３０が装着されている。この第１コイルばね３０
は、出力軸１９側（図中上方）から見て、拡径円筒２１
が時計方向及び拡径円筒２６が反時計方向に相対回転す
るとき巻き締められるようになっている。また、第１コ
イルばね３０の内周には筒状スペーサ３１が配置されて
おり、第１コイルばね３０の内周と筒状スペーサ３１の
外周との間に所定量の隙間が形成されるようになってい
る。なお、この筒状スペーサ３１は、継手のフレキシブ
ル性を損なわないようにするため、中間部を分離された
２つの筒体で構成されている。この筒状スペーサ３１の
更に内周において、入力側スリーブ２４の縮径円筒２３
と、出力側スリーブ２９の縮径円筒２８との間には、第
２コイルばね３２が装着されている。この第２コイルば
ね３２は、第１コイルばね３０と反対方向巻きで、出力
軸１９側から見て、縮径円筒２３が反時計方向及び縮径
円筒２８が時計方向に相対回転するとき巻き締められる
ようになっている。なお、縮径円筒２３、２８には、更
に縮径された部分２３ａ、２８ａが形成されており、こ
の部分の外周と第２コイルばね３２の内周との間に、所
定量の隙間が形成されるようになっている。また、この
実施例の場合、各コイルばね３０、３２は、それぞれの
両端部を対応する各円筒に固着されている。

【００２９】次に、この回転継手を用いた場合の回転動
作について説明する。

【００３０】モータ１５の作動により入力軸１６が図中
矢印Ａ方向に回転し始めると、ワンウェイクラッチ２０
は、その回転力を入力側スリーブ２４の拡径円筒２１に
伝達し、この拡径円筒２１に固着された第１コイルばね
３０の一端が矢印Ａ方向に回転する。また、第１コイル
ばね３０の他端は、出力側スリーブ２９の拡径円筒２６
に固着されているが、拡径円筒２６は、ワンウェイクラ
ッチ２５により出力軸１９に噛み合うので、出力軸１９
を回転させないと回転できない。この結果、第１コイル
ばね３０がねじられて巻き締められ、筒状スペーサ３１
の外周に密着してそれ以上巻き締めができなくなると、
入力軸１６、入力側の拡径円筒２１、出力側の拡径円筒
２６及び出力軸１９が一体化して回転する。なお、入力
軸１６の回転に対してワンウェイクラッチ２２は空転
し、入力側の縮径円筒２３に回転力を伝達しないので、
第２コイルばね３２に対する巻き締め又は巻き戻し力は
発生しない。

【００３１】こうしてモータ１５により入力軸１６が所
定角度回転した後、ブレーキによって入力軸１６が停止
すると、出力軸１９は、慣性モーメントによって更に回
転を続けようとする。また、入力軸１６が停止すると、
ワンウェイクラッチ２０は空転して拡径円筒２１の矢印
Ａ方向の回転を許容する。更に、出力軸１９が拡径円筒
２６よりも速く回転すると、ワンウェイクラッチ２５は
空転して拡径円筒２６に回転力を伝達しない。この結
果、第１コイルばね３０は、出力軸１９の回転角度に比
例して巻き戻される。

【００３２】一方、出力軸１９が慣性モーメントによっ
て更に回転を続けると、ワンウェイクラッチ２７を介し
て噛み合う出力側の縮径円筒２８が回転し、第２コイル
ばね３２の一端を同方向に回転させる。ところが、第２
コイルばね３２の他端が固着された入力側の縮径円筒２
３は、ワンウェイクラッチ２２により入力軸１６に噛み
合うので、入力軸１６が停止すると矢印Ａ方向には回転
できない。この結果、第２コイルばね３２にねじり力が
作用して、第２コイルばね３２が巻き締められる。第２
コイルばね３２が縮径円筒２３、２８の更に縮径された
部分２３ａ、２８ａに密接すると、それ以上巻き締めが
できなくなり、出力軸１９、縮径円筒２８、２３及び入
力軸１６が一体化するため、出力軸１９の図中矢印Ａ方
向への回転は停止する。このとき、出力軸１９は、入力
軸１６の回転角度を越えて回転しすぎた位置にあるが、
上記のように第２コイルばね３２が巻き締められている
ので、その反発力が作用して今度は逆方向に回転を始め
る。なお、第２コイルばね３２の反発力が強い場合に
は、その反発力が出力軸１９に残っていた慣性モーメン
トより大きくなったときに出力軸１９の回転が停止し、
今度は逆方向に回転を始める。

【００３３】出力軸１９が逆方向に回転すると、ワンウ
ェイクラッチ２５が噛み合って出力側の拡径円筒２６を
同方向に回転させる。一方、入力側の拡径円筒２１は、
ワンウェイクラッチ２０が入力軸１６に噛み合うことに
なるので回転することができない。その結果、第１コイ
ルばね３０に再びねじり力が作用し、第１コイルばね３
０が巻き締められる。そして、第１コイルばね３０の巻
き締めによる反発力が出力軸１９の逆方向への回転モー
メントに勝ると、出力軸１９は、再び反転して図中矢印
Ａ方向に回転し、今度は再び第２コイルばね３２が巻き
締められることになる。このように、入力軸１６が停止
したとき、出力軸１９側に残っていた慣性モーメント
は、第２コイルばね３２と第１コイルばね３０との交互
の巻き締め作用と、出力軸１９の次第に振幅の小さくな
る揺動作用に変換されて徐々に減衰され、出力軸１９
は、最終的に入力軸１６に応じた回転角度で停止する。
この場合、第１コイルばね３０と第２コイルばね３２の
ばね常数を異ならせておくことにより、慣性モーメント
の減衰効果を高めることができる。

【００３４】したがって、モータ１５に付設されたブレ
ーキ力が小さくても、入力軸１６を停止させたときに出
力軸１９側に残っている慣性モーメントを、第２コイル
ばね３２と第１コイルばね３０によって減衰させ、出力
軸１９を正確な位置で停止させることができる。また、
この回転継手１１によれば、入力軸１６と出力軸１９
を、それぞれ対応するスリーブ２４、２９の各ワンウェ
イクラッチ２０、２２、２５、２７内に挿入するだけで
接続できる。更に、入力軸１６と出力軸１９の軸心が厳
密に一致していなくても、多少の軸心のずれは第１コイ
ルばね３０と第２コイルばね３２の変形によって吸収さ
れる。したがって、接続作業が比較的簡単になされる。

【００３５】図２には、本発明による回転継手の別の実
施例が示されている。なお、以後、実質的に同一部分に
は同符合を付してその説明を省略することにする。

【００３６】この回転継手４１は、一対の支持板１２、
１３を平行に対置させ、それらの両側を側壁４２、４３
で連結したフレームを有している。支持板１２には、モ
ータ１５が装着され、その駆動軸、すなわち入力軸１６
は、支持板１２を貫通してフレーム内に突出している。
入力軸１６には、噛み合い方向が逆の２つのワンウェイ
クラッチ４４、４５を介して、入力側スリーブ４６が装
着されている。入力側スリーブ４６は、上記ワンウェイ
クラッチ４４、４５が内周に設置された筒部４７と、最
も外方に突出した第１ギア４８と、次に外方に突出した
拡径部４９と、この拡径部４９より縮径された縮径部５
０とが、図中下方から順次連接された構造を有してい
る。入力側スリーブ４６は、上記ワンウェイクラッチ４
４、４５により、実質的に入力軸１６と一体化して回転
する。

【００３７】また、他方の支持板１３には、前記実施例
と同様に軸受スリーブ１８を介して出力軸１９が挿通支
持されている。出力軸１９には、噛み合い方向が逆の２
つのワンウェイクラッチ５１、５２を介して、多段状に
縮径された出力側スリーブ５３が装着されている。出力
側スリーブ５３は、最も外方に突出した第２ギア５４
と、次に外方に突出した拡径部５５と、最も縮径された
縮径部５６とが、図中上方から順次連接された構造を有
している。更に、入力側スリーブ４６と出力側スリーブ
５３との間には、テーパ状のスペーサリング５７が装着
されている。

【００３８】入力側スリーブ４６の拡径部４９と、出力
側スリーブ５３の拡径部５５との間には、第１コイルば
ね３０が装着されている。第１コイルばね３０の内周に
は、前記実施例と同様に筒状スペーサ３１が配置されて
いる。更に、入力側スリーブ４６の縮径部５０と、出力
側スリーブ５３の縮径部５６との間には、第２コイルば
ね３２が装着されている。第２コイルばね３２は、巻き
締められたとき、テーパ状のスペーサリング５７の外周
に密着するようになっている。なお、前記実施例と同様
に、第１コイルばね３０は、出力軸１９側から見て拡径
部４９が時計方向及び拡径部５５が反時計方向に相対回
転するときねじられて巻き締められ、第２コイルばね３
２は、同じく出力軸１９側から見て縮径部５０が反時計
方向及び縮径部５６が時計方向に相対回転するときねじ
られて巻き締められるようになっている。また、これら
のコイルばね３０、３２は、いわゆるスプリングクラッ
チ機能をもたせて各スリーブ４６、５３に装着されてお
り、スリーブ４６、４７が巻き締め方向に回転するとき
は巻き締められるが、巻き戻し方向に回転するときには
滑りを生じて空転するようになっている。

【００３９】一方の側壁４３には、第１ギア４８に対応
した位置に第１センサ６１が設置されており、第２ギア
５４に対応した位置に第２センサ６２が設置されてい
る。これらのセンサ６１、６２は、回転に伴って送られ
るギア４８、５４の歯数をカウントする。

【００４０】次に、この回転継手を用いた場合の回転動
作について説明する。

【００４１】モータ１５が作動して入力軸１６が図中矢
印Ａ方向に回転し始めると、ワンウェイクラッチ４４、
４５の噛み合いによって、入力側スリーブ４６が一体に
回転する。この結果、第１コイルばね３０にねじり力が
作用し、第１コイルばね３０が巻き締められる。第１コ
イルばね３０が筒状スペーサ３１の外周に密着してそれ
以上巻き締められなくなると、入力側スリーブ４６と出
力側スリーブ５３とが一体化し、入力軸１６と同速度で
出力軸１９が回転する。なお、回転の初期において、第
２コイルばね３２は、巻き戻し方向にねじられることに
なるので、入力側スリーブ４６との間で滑りを生じて空
転し、ねじり作用を受けない。

【００４２】第１センサ６１は、第１ギア４８の送り歯
数を検出し、第２センサ６２は、第２ギア５４の送り歯
数を検出する。そして、入力軸１６と出力軸１９の回転
角をそれぞれ求めて、回転角のずれを確認することがで
きる。こうして、第１センサ６１及び第２センサ６２に
よって検出された回転角が所定の角度に達すると、モー
タ１５に停止信号が送られる。そして、モータ１５が停
止し、入力軸１６が所定の回転角で停止する。

【００４３】入力軸１６が停止すると、ワンウェイクラ
ッチ４４、４５によって実質的に入力軸１６と一体化さ
れた入力側スリーブ４６も停止する。しかし、出力軸１
９と出力側スリーブ５３は、残された慣性モーメントに
よって更に回転を続行する。このとき、第１コイルばね
３０は、巻き戻され、スリーブ４６、５３との間で滑り
を生じて空転する。一方、第２コイルばね３２は、入力
側スリーブ４６と出力側スリーブ５３との間で、ねじり
作用を受けて巻き締められる。第２コイルばね３２がテ
ーパ状のスペーサリング５７の外周に密着して、それ以
上巻き締められなくなり、入力側スリーブ４６と出力側
スリーブ５３とが一体化すると、あるいは第２コイルば
ね３２の反発力が出力軸１９の慣性モーメントよりも大
きくなると、入力軸１６の停止力が作用して出力軸１９
の回転が停止する。

【００４４】しかし、第２コイルばね３２が巻き締めら
れているので、その反発力によって出力軸１９が反転し
て逆方向に回転する。その結果、第２コイルばね３２
は、巻き戻され、スリーブ４６、５３との間で滑りを生
じて空転する。また、第１コイルばね３０は、再びねじ
り作用を受けて巻き締められる。そして、第１コイルば
ね３０の反発力が出力軸１９の逆方向への回転モーメン
トに勝ると、出力軸１９は、再び反転して図中矢印Ａ方
向に回転し、今度は再び第２コイルばね３２が巻き締め
られることになる。このように、入力軸１６が停止した
とき、出力軸１９側に残っていた慣性モーメントは、第
２コイルばね３２と第１コイルばね３０との交互の巻き
締め作用と、出力軸１９の次第に振幅の小さくなる揺動
作用に変換されて徐々に減衰され、出力軸１９は、最終
的に入力軸１６に応じた回転角度で停止する。なお、第
２コイルばね３２が巻き締められたとき、テーパ状のス
ペーサリング５７に密着するので、巻き締められるに従
って反発力が強くなるような特性が付与され、出力軸１
９の反転を効果的にしている。

【００４５】なお、上記各実施例及び以下に述べる実施
例において、第１コイルばね３０と第２コイルばね３２
は、予めある程度巻き締めた状態で装着してもよい。そ
れによって、第１コイルばね３０と第２コイルばね３２
のばね力のバランスがとれたところで出力軸１９が停止
することとなり、出力軸１９の停止位置をより確実に定
めることができる。

【００４６】図３には、本発明による回転継手の更に別
の実施例が示されている。

【００４７】この回転継手７１は、図２に示す回転継手
のクラッチ機構を、図１に示す構造のものに変更したも
のである。

【００４８】すなわち、入力側スリーブ７４は、拡径円
筒７３と縮径円筒７２とに分割されており、出力側スリ
ーブ８４は、拡径円筒８３と縮径円筒８２とに分割され
ている。拡径円筒７３は、筒部７６と、第１ギア７７
と、拡径部７８とが連接された形状をなし、その内周に
ワンウェイクラッチ２０が取付けられている。ワンウェ
イクラッチ２０は、入力軸１６が拡径円筒７３に対して
相対的に図中矢印Ａ方向に回転するときのみ噛み合う。
また、拡径円筒７３に隣接して配置された縮径円筒７２
の内周には、ワンウェイクラッチ２２が取付けられてお
り、ワンウェイクラッチ２２は、縮径円筒７２が入力軸
１６に対して相対的に図中矢印Ａ方向に回転するときの
み噛み合う。

【００４９】同様にして、出力側スリーブ８４の拡径円
筒８３は、第２ギア８７と、拡径部８８とが連接された
形状をなし、その内周にワンウェイクラッチ２５が取付
けられている。ワンウェイクラッチ２５は、拡径円筒８
３が出力軸１９に対して相対的に矢印Ａ方向に回転する
ときのみ噛み合う。また、拡径円筒８３に隣接して配置
された縮径円筒８２の内周には、ワンウェイクラッチ２
７が取付けられており、ワンウェイクラッチ２７は、出
力軸１９が縮径円筒８２に対して相対的に矢印Ａ方向に
回転するときのみ噛み合う。したがって、軸方向に順次
配列されたワンウェイクラッチ２０、２２、２７、２５
は、交互に噛み合い方向が逆になるようにされている。

【００５０】入力側スリーブ７４と出力側スリーブ８４
との間には、テーパ状のスペーサリング５７が介在され
ている。また、入力側スリーブ７４の拡径円筒７３の拡
径部７８と、出力側スリーブ８４の拡径円筒８３の拡径
部８８との間には、第１コイルばね３０が端部を固着し
た状態で装着されており、第１コイルばね３０の内周側
には、筒状スペーサ３１が配置されている。また、入力
側スリーブ７４の縮径円筒７２と、出力側スリーブ８４
の縮径円筒８２との間には、第２コイルばね３２が端部
を固着した状態で装着されており、巻き締められるとテ
ーパ状のスペーサリング５７の外周に密着するようにな
っている。

【００５１】この回転継手を用いた場合の回転動作は、
基本的には図１に示した回転継手と同様になされるの
で、その概略を説明することにする。

【００５２】モータ１５の作動により入力軸１６が図中
矢印Ａ方向に回転すると、ワンウェイクラッチ２０、２
０は、その回転力を拡径円筒７３に伝達し、拡径円筒７
３に一端を固定された第１コイルばね３０がねじられて
巻き締められ、筒状スペーサ３１の外周に密着してそれ
以上巻き締めができなくなると、入力軸１６、拡径円筒
７３、拡径円筒８３及び出力軸１９が一体化して回転す
る。

【００５３】そして、入力軸１６が所定角度回転した
後、ブレーキによって回転を停止すると、出力軸１９は
慣性モーメントによって更に回転を続けようとする。出
力軸１９が回転すると、ワンウェイクラッチ２７を介し
て噛み合う出力側スリーブ８４の縮径円筒８２が回転
し、第２コイルばね３２にねじり力が作用して、第２コ
イルばね３２が巻き締められる。

【００５４】第２コイルばね３２がスペーサリング５７
の外周に密接し、それ以上巻き締めができなくなると、
出力軸１９の回転は停止して、第２コイルばね３２の反
発力によって、今度は逆方向に回転を始める。なお、ス
ペーサリング５７がテーパ状をなすので、第２コイルば
ね３２は、巻き締められるに従って反発力が強くなるよ
うな特性が付与され、出力軸１９の反転を効果的にす
る。

【００５５】以後、図１に示した実施例と同様に、出力
軸１９は、次第に振幅が小さくなる揺動運動を行った
後、所定の回転角度で停止する。このように、入力軸１
６が停止したとき、出力軸１９に残っていた慣性モーメ
ントを徐々に減衰させて、出力軸１９を入力軸１６に応
じた回転角度で停止させることができる。

【００５６】図４には、本発明による回転継手の更に別
の実施例が示されている。

【００５７】この回転継手９１は、基本的には図１に示
した回転継手と同様な構造をなすものであるが、第１コ
イルばね３０及び第２コイルばね３２を、それらの内周
面側に隙間を設けずに内側の部材に密着した状態で装着
した点が異なっている。

【００５８】すなわち、入力側スリーブ９４は、拡径円
筒９２と縮径円筒９３の２つの円筒部材で構成されてお
り、出力側スリーブ１０４は、拡径円筒１０２と縮径円
筒１０３の２つの円筒部材で構成されている。これらの
各円筒９２、９３、１０３、１０２の内周には、図１に
示した実施例と同様に、噛み合い方向を交互に変えたワ
ンウェイクラッチ２０、２２、２７、２５が取付けられ
ている。入力側スリーブ９４の拡径円筒９２と、出力側
スリーブ１０４の拡径円筒１０２との間には、第１コイ
ルばね３０が装着されている。また、入力側スリーブ９
４の縮径円筒９３と、出力側スリーブ１０４の縮径円筒
１０３との間には、第２コイルばね３２が装着されてい
る。そして、第２コイルばね３２と第１コイルばね３０
との間に筒状スペーサ１０８、１０９が軸方向に並んで
配置されており、第１コイルばね３０は、これらの筒状
スペーサ１０８、１０９の外周に密着して装着されてい
る。また、第２コイルばね３２は、入力側スリーブ９４
の縮径円筒９３及び出力側スリーブ１０４の縮径円筒９
３の外周に密着して装着されている。なお、フレーム等
の他の構成は、図１に示した実施例と同様である。

【００５９】次に、この回転継手９１を用いた場合の回
転動作について説明する。

【００６０】図示しないモータの作動によって入力軸１
６が図中矢印Ａ方向に回転すると、ワンウェイクラッチ
２０が噛み合って入力側スリーブ９４の拡径円筒９２、
及びこの拡径円筒９２に一端が固定されている第１コイ
ルばね３０が同方向に回転する。このとき、第１コイル
ばね３０の内周面は、筒状スペーサ１０８、１０９の外
周面に予め密着されているため、第１コイルばね３０
は、それ以上巻き締められることができず、その回転力
を直ちに出力側スリーブ１０４の拡径円筒１０２に伝達
し、ワンウェイクラッチ２５を介して出力軸１９を一体
に回転させる。

【００６１】この状態で入力軸１６が停止すると、出力
軸１９は、慣性モーメントにより回転を続けようとする
が、このとき、ワンウェイクラッチ２７を介して、出力
側スリーブ１０４の縮径円筒１０３が同方向に回転しよ
うとする。このため、第２コイルばね３２に巻き締め力
が作用することとなるが、第２コイルばね３２は、入力
側スリーブ９４の縮径円筒９３と、出力側スリーブ１０
４の縮径円筒１０３の外周に密着しているため、それ以
上巻き締められることができず、その慣性モーメント
が、ワンウェイクラッチ２２を介して、入力軸１６に伝
達される。すなわち、入力軸１６の停止によって、出力
軸１９に直ちに停止力が作用し、出力軸１９は入力軸１
６と同時に停止する。

【００６２】一方、入力軸１６が上記とは逆の方向に回
転すると、ワンウェイクラッチ２２を介して、入力側ス
リーブ９４の縮径円筒９３が同方向に回転し、この縮径
円筒９３に一端を固定された第２コイルばね３２に巻き
締め力が作用する。しかし、第２コイルばね３２は、上
記のようにそれ以上巻き締めることができない状態で装
着されているので、その回転力が直ちに出力側スリーブ
１０４の縮径円筒１０３に伝達され、ワンウェイクラッ
チ２７を介して出力軸１９が回転する。

【００６３】また、入力軸１６が停止したときは、出力
軸１９に残された慣性モーメントにより、ワンウェイク
ラッチ２５及び出力側スリーブ１０４の拡径円筒１０２
を介して第１コイルばね３０に巻き締め力が発生する
が、第１コイルばね３０が上記のようにそれ以上巻き締
めることができない状態で装着されているので、入力側
スリーブ９４の拡径円筒９２とワンウェイクラッチ２０
を介して、その慣性モーメントが入力軸１６で受け止め
られ、出力軸１９は停止する。

【００６４】このように、図４の回転継手においては、
通常の継手と同じく、入力軸と出力軸とが一体に回転
し、かつ、停止する。しかし、この回転継手では、回転
力の伝達が、コイルばね３０又は３２の巻き締めによっ
てなされるので、大きな回転トルクの伝達にも適用する
ことができ、かつ、位置ずれを起こすことなく回転を正
確に伝達することができる。また、入力軸１６をワンウ
ェイクラッチ２０、２２に挿入し、出力軸１９をワンウ
ェイクラッチ２５、２７に挿入するだけで軸接合ができ
るので、組み付け作業を迅速に行うことができる。

【００６５】図５には、本発明の回転継手の更に別の実
施例が示されている。

【００６６】この回転継手１１１では、入力軸１６の外
周に装着された入力側スリーブ１２０が、ワンウェイク
ラッチ１１２を介して装着された最も径の大きい第１ス
リーブ１１３と、ワンウェイクラッチ１１４を介して装
着された次に径の大きい第２スリーブ１１５と、ワンウ
ェイクラッチ１１６を介して装着された次に径の大きい
第３スリーブ１１７と、ワンウェイクラッチ１１８を介
して装着された最も径の小さい第４スリーブ１１９とで
構成されている。

【００６７】また、出力軸１９の外周に装着された出力
側スリーブ１３０が、ワンウェイクラッチ１２２を介し
て装着された最も径の大きい第１スリーブ１２３と、ワ
ンウェイクラッチ１２４を介して装着された次に径の大
きい第２スリーブ１２５と、ワンウェイクラッチ１２６
を介して装着された次に径の大きい第３スリーブ１２７
と、ワンウェイクラッチ１２８を介して装着された最も
径の小さい第４スリーブ１２９とで構成されている。

【００６８】入力軸１６側から出力軸１９側に向けて順
次配列された各ワンウェイクラッチ１１２、１１４、１
１６、１１８、１２８、１２６、１２４、１２２は、こ
の順序で交互に噛み合い方向を逆にされている。すなわ
ち、入力軸１６及び出力軸１９を内側、各スリーブ１１
３、１１５、１１７、１１９、１２９、１２７、１２
５、１２３を外側としたとき、ワンウェイクラッチ１１
２、１１６、１２８、１２４は、内側が外側に対して矢
印Ｂ方向に相対的に回転するとき噛み合い、ワンウェイ
クラッチ１１４、１１８、１２６、１２２は、内側が外
側に対して矢印Ｂと反対方向に相対的に回転するとき噛
み合う。

【００６９】第１スリーブ１１３、１２３の間には、第
１コイルばね１３１が装着され、第２スリーブ１１５、
１２５の間には、第２コイルばね１３２が装着され、第
３スリーブ１１７、１２７の間には、第３コイルばね１
３３が装着され、第４スリーブ１１９、１２９の間に
は、第４コイルばね１３４が装着されている。同心状に
配置されたこれらのコイルばねのうち、第１コイルばね
１３１、第３コイルばね１３３は、出力軸１９側から見
て、入力側スリーブ１２０が反時計方向及び出力側スリ
ーブ１３０が時計方向に相対回転するとき巻き締めら
れ、第２コイルばね１３２、第４コイルばね１３４は、
出力軸１９側から見て、入力側スリーブ１２０が時計方
向及び出力側スリーブ１３０が反時計方向に相対回転す
るとき巻き締められるようになっている。すなわち、コ
イルばね１３１〜１３４は、内側から外側に向けて巻方
向が交互に逆になるようにされている。

【００７０】第１コイルばね１３１の内側には、筒状ス
ペーサ１３５が所定間隙を設けて配置され、第２コイル
ばね１３２の内側には、筒状スペーサ１３６が所定間隙
を設けて配置され、第３コイルばね１３３の内側には筒
状スペーサ１３７が所定間隙を設けて配置され、第４コ
イルばね１３４の内側には第４スリーブ１１９、１２９
の縮径部が同じく所定間隙を設けて配置されている。な
お、各筒状スペーサ１３５、１３６、１３７は、入力側
と出力側とに別れるように中間部で２つに分離されてい
る。

【００７１】したがって、この回転継手１１１において
は、入力軸１６が図中矢印Ｂ方向に回転を始めると、ワ
ンウェイクラッチ１１２、１１６を介して入力側スリー
ブ１２０の第１スリーブ１１３及び第３スリーブ１１７
が同方向に回転し、第１コイルばね１３１、第３コイル
ばね１３３が巻き締められる。そして、第１コイルばね
１３１、第３コイルばね１３３が、対応する内側の筒状
スペーサ１３５、１３７に密接すると、それ以上巻き締
められることができなくなり、出力側スリーブ１３０の
第１スリーブ１２３、第３スリーブ１２７を介して、出
力軸１９が一体に回転する。

【００７２】この状態で、入力軸１６が停止すると、出
力軸１９は慣性モーメントにより更に回転を続行しよう
とするが、このときワンウェイクラッチ１２４、１２８
を介して出力側の第２スリーブ１２５、第４スリーブ１
２９が同方向に回転し、今度は、第２コイルばね１３
２、第４コイルばね１３４が巻き締められる。そして、
第２コイルばね１３２及び第４コイルばね１３４のばね
力が慣性モーメントに打ち勝つか、あるいは、第２コイ
ルばね１３２及び第４コイルばね１３４が、それらの内
側に位置する筒状スペーサ１３６及び第４スリーブ１１
９、１２９の縮径部に密接すると、入力軸１６の停止力
が作用して出力軸１９のＢ方向への回転が止まるが、第
２コイルばね１３２及び第４コイルばね１３４の反発力
により、今度は矢印Ｂと反対方向に戻り回転をする。

【００７３】すると、ワンウェイクラッチ１２２、１２
６を介して第１スリーブ１２３、第３スリーブ１２７が
同方向に回転するため、第１コイルばね１３１、第３コ
イルばね１３３に巻き締め力が作用する。このような作
用によって、入力軸１６が停止したとき出力軸１９側に
残っていた慣性モーメントは、第２コイルばね１３２及
び第４コイルばね１３４と、第１コイルばね１３１及び
第３コイルばね１３３との交互の巻締め作用による出力
軸１９の次第に振幅の小さくなる揺動運動に変換されて
徐々に減衰され、出力軸１９は、最終的に入力軸１６の
回転角に応じた所定の位置で停止する。この実施例で
は、上記のように、巻方向の異なる２つずつ（合計４
つ）のコイルばねを用いたことにより、回転トルクが高
い回転連結にも適用することができる。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
入力軸と出力軸とを、巻き方向が異なる複数のコイルば
ねで連結し、回転方向がいずれであっても、ワンウェイ
クラッチ機構によって、いずれかのコイルばねが巻き締
められて、回転力の伝達がなされるようにしたので、継
手のフレキシビリティによって軸のアライメントを容易
にできるとともに、比較的大きな回転トルクがかかる場
合にも適用することができ、十分な強度及び耐久性を得
ることができる。また、入力側スリーブ及び出力側スリ
ーブの内周にワンウェイクラッチを配設した場合には、
入力軸及び出力軸を挿入するだけで軸接続ができるとい
う利点も得られる。

【００７５】また、コイルばねを内側に配置された部材
との間に所定の隙間を有するように装着した場合には、
入力軸を停止させたとき、出力軸側に残った慣性モーメ
ントを、コイルばねの交互の巻き締め作用による出力軸
の次第に振幅の小さくなる揺動運動に変換させて減衰さ
せ、出力軸を入力軸に応じた回転角度で正確に停止させ
ることができる。したがって、入力軸の停止力が小さく
ても、出力軸を正確な位置に停止させることが可能とな
り、回転角を制御する必要性のある回転機構における停
止精度の改善や、停止機構の簡略化、停止エネルギーの
節約などを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転継手の一実施例を示す縦断面図で
ある。

【図２】本発明の回転継手の他の実施例を示す縦断面図
である。

【図３】本発明の回転継手の更に他の実施例を示す縦断
面図である。

【図４】本発明の回転継手の更に他の実施例を示す縦断
面図である。

【図５】本発明の回転継手の更に他の実施例を示す縦断
面図である。

【符号の説明】

１１、４１、７１、９１、１１１ 回転継手 １５ モータ １６ 入力軸 １９ 出力軸 ２４、４６、７４、９４、１２０ 入力側スリーブ ２９、５３、８４、１０４、１３０ 出力側スリーブ ２１、２６、７３、８３、９２、１０２ 拡径円筒 ２３、２８、７２、８２、９３、１０３ 縮径円筒 ２０、２２、２５、２７、４４、４５、５１、５２ ワ
ンウェイクラッチ ３０ 第１コイルばね ３２ 第２コイルばね ４８、７７ 第１ギア ５４、８７ 第２ギア ６１ 第１センサ ６２ 第２センサ １０８、１０９、１３５、１３６、１３７ 筒状スペー
サ １３１ 第１コイルばね １３２ 第２コイルばね １３３ 第３コイルばね １３４ 第４コイルばね

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力軸と出力軸とを同軸的に突き合わせ
   て接続する回転継手において、 前記入力軸の外周に装着され、前記入力軸の先端方向に
   向けて複数段状に外径を小さくされた入力側スリーブ
   と、 前記出力軸の外周に装着され、前記出力軸の先端方向に
   向けて複数段状に外径を小さくされた出力側スリーブ
   と、 前記入力側スリーブ及び前記出力側スリーブの対応する
   外周にそれぞれ同心的に装着され、中心から外径方向に
   向かって巻方向を交互に変えられた複数のコイルばね
   と、 前記入力軸がある方向に回転し停止するとき、前記入力
   軸の回転角が前記出力軸よりも大きい場合には、前記コ
   イルばねの一方の巻方向のものに巻き締め力を発生さ
   せ、前記出力軸の回転角が前記入力軸よりも大きい場合
   には、前記コイルばねの他方の巻方向のものに巻き締め
   力を発生させるワンウェイクラッチ機構とを備えている
   ことを特徴とする回転継手。
2. 【請求項２】 前記複数のコイルばねは、それらの中間
   部内周がその内側に位置する部材に対して所定の隙間を
   有する状態で装着されており、前記巻き締め力が発生し
   たとき、所定角度回動した後に前記内側に位置する部材
   に密接して回転力を伝達するようにされている請求項１
   記載の回転継手。
3. 【請求項３】 前記複数のコイルばねは、それらの内周
   がその内側に位置する部材に対して密接して装着されて
   おり、前記巻き締め力が発生したとき、その回転力を直
   ちに伝達するようにされている請求項１記載の回転継
   手。
4. 【請求項４】 前記入力側スリーブ及び前記出力側スリ
   ーブは、外径が変化する段部で分離されたそれぞれ複数
   の円筒部材からなり、各円筒部材は、噛み合い方向を交
   互に変えたワンウェイクラッチを介して、前記入力軸又
   は前記出力軸に装着されている請求項１〜３のいずれか
   １つに記載の回転継手。
5. 【請求項５】 前記入力側スリーブ及び前記出力側スリ
   ーブは、それぞれ一体のものからなり、前記複数のコイ
   ルばねは、ばねクラッチ作用をもたせて、前記入力側ス
   リーブ及び前記出力側スリーブに装着されている請求項
   １〜３のいずれか１つに記載の回転継手。
6. 【請求項６】 前記入力側スリーブの特定箇所に第１ギ
   アが装着され、前記出力側スリーブの前記入力側スリー
   ブの特定箇所に対応する箇所に第２ギアが装着され、こ
   れらの第１ギア及び第２ギアに対応して、それらの送り
   歯数を検出する第１センサ及び第２センサが取付けられ
   ている請求項１〜５のいずれか１つに記載の回転継手。