JP5649310B2

JP5649310B2 - 摩擦式変速装置、関節装置

Info

Publication number: JP5649310B2
Application number: JP2010028944A
Authority: JP
Inventors: 信昭今村; 正前田
Original assignee: 株式会社前田精密製作所; 信昭今村
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: JP2011163496A

Description

本発明は、摩擦式変速装置、及び、前記摩擦式変速装置が組み込まれ、一対のリンク部材を所定軸心周りに回転する関節装置に関する。

従来、撓み噛み合い式変速装置は、特許文献１に記載されるように、保形力を有するサーキュラスプラインと、前記サーキュラスプラインの内周部に形成された内歯の歯数より少ない歯数の外歯が形成された可撓性のフレックススプラインと、前記フレックススプラインに内接して、前記サーキュラスプラインの内歯に前記フレックススプラインの外歯を部分的に噛み合わせ、当該噛み合い位置を前記第１環状部の周方向に沿って移動させることにより、前記サーキュラスプラインと前記フレックススプラインと相対回転させるウェーブジェネレータとを備えて構成されていた。

このような撓み噛み合い式変速装置は、サーキュラスプライン、フレックススプライン、ウェーブジェネレータの３つの基本部品で構成できるため小型、軽量であるとともに高い変速比が得られることから、ロボットアームやロボットハンドの駆動機構に広く用いられてきた。

しかし、空間的制約の厳しい多関節ロボットフィンガーの駆動機構などでは、さらに、小型、軽量で高変速比の変速装置が求められている。従来の歯車の噛み合いを動力伝達の原理とした変速装置では、その小型化には歯型の極めて小さい歯車の加工が必要となり、従来の機械加工技術でこれに対応することは極めて困難であり、変速装置の小型化に限界があった。

そこで、特許文献２には、図１０に示すように、円筒状内周面２２３を有する剛性の環状部材２２０と、円筒状内周面２２３に当接する可撓性筒部を有するフレックス部材２４０と、可撓性筒部２２５の外周面部２２８を半径方向に撓ませて環状部材２２０の円筒状内周面２２３に部分的に当接し押し圧力を発生させるとともに、該当接押し圧位置を円周方向に移動させることにより、環状部材２２０及びフレックス部材２４０に相対回転移動を発生させる波動発生器２２９と、を備えた撓みフリクション式変速装置が提案されている。

この撓みフリクション式変速装置は、接触による摩擦によって動力伝達を行うため、小さな歯車の加工が不要であり、さらに、フレックス部材２４０の可撓性筒部と波動発生器２２９との間に、前記押し圧力を調整する押し圧力調整手段を備えることで、変速装置の組み込み時に所定の伝達トルクの設定ができるように構成されている。

具体的には、押し圧力調整手段は、波動発生器２２９の外周２２２に配置された互いに当接するテーパ面部２２４を有する可撓性の一対の楔部材２３５で構成されている。ボルト２３３で波動発生器２２９に固定された当て板２３２の外周が一対の楔部材２３５まで延在し、ディスタンスピース２３４が一対の楔部材２３５の一方及び当て板２３２の間に設けられ、一対の楔部材２３５及びディスタンスピース２３４は、当て板２３２により回転軸方向に離脱しないように構成されている。

一対の楔部材２３５は、可撓性筒部２２５の外周面部２２８を環状部材２２０の円筒状内周面２２３に部分的に当接し押し圧力を発生させるように互いに押し付けられており、外周面部２２８及び円筒状内周面２２３を相対的に転がり回転させるための前記押し圧力の適宜な設定あるいは変更は、組み込み時にディスタンスピース２３４の厚さを変えることで、一対の楔部材２３５同士を所定の力で押し付け一対の楔部材２３５の軸方向相対移動距離を変更し、押し圧力を設定する。

実公平５−１９６３５号公報特開２００３−２０７００４号公報

しかし、上述の撓みフリクション式変速装置では、押し圧力を調整するための押し圧力調整手段は、フレックス部材２４０の可撓性筒部と波動発生器２２９との間に備えられたディスタンスピース２３４の厚さを変えることで押し圧力を設定あるいは変更する構成となっているため、例えば、ロボットハンドのフィンガーユニットや、ロボットアームの関節装置に撓みフリクション式変速装置を組み込んだ場合、押し圧力の変更する際は、当て板２３２を取り外し、ディスタンスピース２３４を取り替える必要があるため、押し圧力の調整が非常に煩雑であり、ディスタンスピース２３４も厚さの異なるものを用意する必要があるため経済的ではなかった。

さらに、押し圧力は、ディスタンスピース２３４の厚さをかえることで一対の楔部材２３５の軸方向相対移動距離を変更して調整する構成のため、高い押し圧力を得たい場合は、ディスタンスピース２３４は厚さの厚いものを当て板２３２で回転軸方向に離脱しないように固定する必要がある。

しかし、高い押し圧力を得るためには大きなボルトによる締め付け力が必要となるが、当て板２３２を波動発生器２２９に固定するボルト２３３は、波動発生器２２９が小型であればあるほど小さなボルトを使用することしかできず、ディスタンスピース２３４の厚さも小さなボルトで得られる締め付け力で固定できる厚さのものしか使用することができないため、高い押し圧力を得られない問題もあった。

また、環状部材の円筒状内周面とフレックス部材の可撓性筒部外周面の接触部には滑りにくい油を塗布し、楔部材２３５と可撓性筒部２２５の接触部には滑らかな摺動が行われるように滑りやすい油を塗布する場合、性状の異なる２種類の油を用意する必要があり煩雑であった。

本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、押圧力の調整が容易で、小型、軽量で安価な、摩擦式変速装置、及び、前記摩擦式変速装置が組み込まれ、一対のリンク部材を所定軸心周りに回転する関節装置を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による摩擦式変速装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、保形力を有する第１環状部と、前記第１環状部の内周部の周長より短い周長の外周部を備えた可撓性の第２環状部と、前記第２環状部に内接して、前記第１環状部の内周部に前記第２環状部の外周部を部分的に押圧接触させ、当該接触部位を前記第１環状部の周方向に沿って移動させることにより、前記第１環状部と前記第２環状部とを摩擦力により相対回転させる波動発生部と、前記第１環状部の内周部に幅方向に沿って高さが低くなる傾斜面が形成されるとともに、前記第２環状部の外周部に幅方向に沿って高さが高くなる傾斜面が形成され、両傾斜面の接触位置を前記軸心方向に調整することにより、前記第１環状部と前記第２環状部の接触部位の押圧力を調整する調圧機構と、を備え、前記調圧機構は、前記第２環状部の外周部に、幅方向中央部から両端部にかけて高さが低くなり、軸心方向の断面が山形を呈するように形成された傾斜面と、前記第１環状部が前記軸心に直交する面で二分割されるとともに、それぞれの内周部に対向側から幅方向端部に沿って高さが低くなるように形成された傾斜面と、二分割された前記第１環状部間の軸心方向距離を近接するように調整する複数の締め付けボルトを備えて構成され、前記第１環状部の内周部と前記第２環状部の外周部との接触面に、前記調圧機構による押圧力が大きくなると粘性係数が大きくなる性状の油が塗布され、二分割された前記第１環状部間に形成される空間に、前記油を貯留する油貯留部が設けられている点にある。

上述の構成によれば、波動発生部によって、第２環状部の外周部に形成された幅方向に沿って高さが高くなる傾斜面を部分的に第１環状部の内周部に形成された幅方向に沿って高さが低くなる傾斜面に押圧接触させ、当該接触部位の摩擦によって動力伝達を行うため、構成部品に歯車を加工する必要がないので、従来の機械加工技術で容易に小型化が可能である。変速比は、第１環状部の内周部の周長と、第２環状部の外周部の周長の差によって決定できるので、高い変速比を実現することができる。よって、安価に小型、軽量、高変速比の変速装置が実現できる。

さらに、調圧機構によって第１環状部と第２環状部の接触部位の押圧力を調整することで、動力伝達を確実に行うことができ、また、接触部位に滑りが発生する限界のトルクを容易に調整することができる。

そして、第２環状部の外周部に形成された傾斜面と、二分割された第１環状部のそれぞれの内周部に形成された傾斜面との接触部に、締め付けボルトによる軸心方向の締付力に応じた押圧力が発生する。締め付けボルトによる締付力を適切に設定することにより、動力伝達を確実に行うことができ、前記接触部位に滑りが発生する限界のトルクを容易に調整することができる。

第２環状部の外周部に軸心方向の断面が山形を呈するように形成された傾斜面のそれぞれに、二分割された第１環状部のそれぞれの内周部に形成された傾斜面が接触するように構成されているため、調圧機構によって両傾斜面の接触位置を前記軸心方向に調整して、第１環状部と第２環状部の接触部位の押圧力を調整しても、第１環状部と第２環状部の軸心方向の相対的な位置の変動がない。

調圧機構は、二分割された第１環状部間の軸心方向距離を調整するように構成されているので、波動発生部および第二環状部の大きさによらず、締め付けトルクの大きい締め付けボルトを用いることができる。また、摩擦式変速装置を分解することなく、第１環状部と第２環状部の接触部位の押圧力の調整を容易に行うことができる。

さらに、油貯留部に貯留された油が、第１環状部の内周部と第２環状部の外周部との接触面に適宜供給されるので、接触面の直接の摺動により、滑りが発生する限界のトルクより大きなトルクの伝達が可能となるとともに、接触面の磨耗を防止して、第１環状部の内周部と第２環状部の外周部との接触面の摩擦力を安定させることができ、より確実な動力伝達が可能となる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、保形力を有する第１環状部と、前記第１環状部の内周部の周長より短い周長の外周部を備えた可撓性の第２環状部と、前記第２環状部に内接して、前記第１環状部の内周部に前記第２環状部の外周部を部分的に押圧接触させ、当該接触部位を前記第１環状部の周方向に沿って移動させることにより、前記第１環状部と前記第２環状部とを摩擦力により相対回転させる波動発生部と、前記第１環状部の内周部に幅方向に沿って高さが低くなる傾斜面が形成されるとともに、前記第２環状部の外周部に幅方向に沿って高さが高くなる傾斜面が形成され、両傾斜面の接触位置を前記軸心方向に調整することにより、前記第１環状部と前記第２環状部の接触部位の押圧力を調整する調圧機構と、を備え、前記調圧機構は、前記第２環状部の外周部に、幅方向中央部から両端部にかけて高さが高くなり、軸心方向の断面が谷形を呈するように形成された傾斜面と、前記第１環状部が前記軸心に直交する面で二分割されるとともに、それぞれの内周部に対向側から幅方向端部に沿って高さが高くなるように形成された傾斜面と、二分割された前記第１環状部間の軸心方向距離を離隔するように調整する複数の締め付けボルトを備えて構成され、前記第１環状部の内周部と前記第２環状部の外周部との接触面に、前記調圧機構による押圧力が大きくなると粘性係数が大きくなる性状の油が塗布され、二分割された前記第１環状部間に形成される空間に、前記油を貯留する油貯留部が設けられている点にある。

上述の構成によれば、第２環状部の外周部に形成された傾斜面と、二分割された第１環状部のそれぞれの内周部に形成された傾斜面との接触部に、締め付けボルトによる軸心方向の締付力に応じた押圧力が発生する。締め付けボルトによる締付力を適切に設定することにより、動力伝達を確実に行うことができ、また、接触部位に滑りが発生する限界のトルクを容易に調整することができる。

さらに、第２環状部の外周部に軸心方向の断面が谷形を呈するように形成された傾斜面のそれぞれに、二分割された第１環状部のそれぞれの内周部に形成された傾斜面が接触するように構成されているため、調圧機構によって両傾斜面の接触位置を前記軸心方向に調整して、第１環状部と第２環状部の接触部位の押圧力を調整しても、第１環状部と第２環状部の軸心方向の相対的な位置の変動がない。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記波動発生部は、前記第２環状部に内接させたときに、前記第２環状部の外周部は長径位置で前記第１環状部の内周部に接するような楕円体で構成されている点にある。

上述の構成によれば、波動発生部は、第２環状部に内接させたときに、第２環状部の外周部が長径位置で第１環状部の内周部に接するような楕円体で構成されているので、楕円体の回転軸心がずれることなく、第１環状部と第２環状部の回転軸心と一致させることができる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三特徴構成に加えて、前記楕円体は、前記第２環状部の内周部に内接するベアリング機構と、前記ベアリング機構に内接する楕円状のカム部を備えている点にある。

上述の構成によれば、ベアリング機構を備えているので、第２環状部の内周部とカム部が直接摺動しないため、騒音や磨耗による破損の虞を低減でき、スムーズな動力の伝達が可能となる。

本発明による関節装置の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成を備えた摩擦式変速装置が組み込まれ、一対のリンク部材を所定軸心周りに回転する関節装置であって、前記波動発生部が一方のリンク部材に組み付けられた伝動機構を介して回転するように該一方のリンク部材に設置され、前記第２環状部が一方のリンク部材に固定されるとともに、前記第１環状部が他方のリンク部材に直接又は間接的に固定されている点にある。

上述の特徴構成によれば、本発明による摩擦式変速装置を用いて関節装置を構成することで、関節装置の小型化が可能となった。

第２環状部が固定された一方のリンク部材に組みつけられた伝動機構を介して波動発生部が回転すると、第１環状部と第２環状部に相対的な回転が発生する。すると、第１環状部に直接又は間接的に固定された他方のリンク部材が波動発生部の回転軸心周りに相対的に回転することとなる。

さらに、他方のリンク部材に、伝達機構によって伝達される回転トルクと逆方向に外力が付与された場合、第１環状部と第２環状部の接触部に働く摩擦力より大きい力であれば、第１環状部と第２環状部の接触部には滑りが発生し、前記外力が伝達機構へと伝達されないので、関節装置の破損を防止することができる。

関節装置の用いられる環境により、調圧機構によって第１環状部と第２環状部の接触部に働く摩擦力を適宜設定できるので、ロボットハンドのフィンガーユニットや、ロボットアーム等様々な用途に柔軟に対応できるようになった。

以上説明した通り、本発明によれば、押圧力の調整が容易で、小型、軽量で安価な、摩擦式変速装置、及び、前記摩擦式変速装置が組み込まれ、一対のリンク部材を所定軸心周りに回転する関節装置を提供することができるようになった。

（ａ）は本発明による摩擦式変速装置の正面図、（ｂ）は摩擦式変速装置の側断面図、（ｃ）は摩擦式変速装置の背面図第１環状部材の説明図（ａ）は第２環状部の正面図、（ｂ）は第２環状部の側面図、（ｃ）は第２環状部の側断面図（ａ）は波動発生部の側断面図、（ｂ）は波動発生部の背面図摩擦式変速装置の要部拡大図本発明によるハーモニックドライブ（登録商標）の回転動作説明図別実施形態による摩擦式変速装置の要部説明図別実施形態による摩擦式変速装置の要部説明図関節装置の説明図従来技術による変速装置の要部説明図

以下に本発明による摩擦式変速装置、及び、前記摩擦式変速装置が組み込まれ、一対のリンク部材を所定軸心周りに回転する関節装置の実施の形態を説明する。

図１に示すように、摩擦式変速装置１は、共通の軸心ＣＬ周りに配置された第１環状部１０、第２環状部２０、波動発生部３０と、第１環状部１０と第２環状部２０の接触部位の押圧力を調整する調圧機構４０を備えている。

図２及び図５に示すように、第１環状部１０は、軸心ＣＬに直交する面で二分割されて構成された保形力を有する環状部材１１（１１ａ，１１ｂ）で構成され、環状部材１１（１１ａ，１１ｂ）のそれぞれの内周部１２（１２ａ，１２ｂ）には、対向側から幅方向端部に沿って高さが低くなるように、例えば、軸心ＣＬとなす角度が夫々θである傾斜面１３（１３ａ，１３ｂ）が形成されている。環状部材１１ｂの周面には、適当な間隔で後述する調圧機構４０を構成する締め付けボルト４１を螺合するための螺子孔１４が複数形成され、環状部材１１ａの周面には、螺子孔１４と対応する位置に締め付けボルト４１を挿通する開口１５が形成されている。

図３（ａ），（ｂ），（ｃ）及び図５に示すように、第２環状部２０は、第１環状部１０の内周部１２（１２ａ，１２ｂ）の周長より短い周長の外周部２１を一端部に備えた円筒状部材で構成され、外周部２１に、幅方向中央部から両端部にかけて高さが低くなり、軸心ＣＬ方向の断面が山形を呈するように形成され、例えば、軸心ＣＬとなす角度が夫々θである傾斜面２２（２２ａ，２２ｂ）が形成されている。第２環状部２０の他端部には、ボス部２３が一体形成されている。なお、ボス部２３には、ボルトを螺合するための螺子孔２４が複数形成され、他の部材を接続可能に構成されている。

ここで、第１環状部１０の内周部１２の周長を、内周部１２に形成された傾斜面１３の一番高さが高い位置の周長とすると、第２環状部２０の外周部２１の周長とは、外周部２１に形成された傾斜面２２であって、後述する波動発生部３０によって撓まされ、傾斜面１３の一番高さが高い位置と接する箇所を通る周長をいう。

第１環状部１０の内周部１２の周長は、内周部１２に形成された傾斜面１３の一番高さが高い位置の周長でなくとも、傾斜面１３の一番高さが低い位置の周長であってもよい。つまり、軸心ＣＬに直行する仮想断面上の第１環状部１０の内周部１２と、第２環状部２０の外周部２１の周長を比較したときに、第１環状部１０の内周部１２の周長より、第２環状部２０の外周部２１の周長が短ければよく、次式で示すように周長の差によって変速比が決定される。

Ｒ＝Ｌ１／（Ｌ１−Ｌ２）
Ｒ：変速比
Ｌ１：第１環状部の内周部の周長
Ｌ２：第２環状部の外周部の周長

図４に示すように、波動発生部３０は、第２環状部２０の内周部２５に内接するベアリング機構３２と、ベアリング機構３２に内接する楕円状のカム部３３と、カム部３３と一体に形成されカム部３３を軸心周りに回転させる軸部３４とを備えた楕円体３１で構成され、楕円体３１が第２環状部２０に内接して楕円状に撓ませ、撓ませた第２環状部２０の外周部２１の長径となる箇所を第１環状部１０の内周部に部分的に当接させて押圧力を発生させるとともに、当該押圧位置を円周方向に移動させることにより、第１環状部１０と第２環状部２０に相対的な回転を発生させる。

ベアリング機構３２は、可撓性の外輪部３５及び内輪部３６と、外輪部３５及び内輪部３６に夫々形成された溝部３５ａ，３６ａに沿って回転自在に介装された複数のボール３７と、複数のボール３７を適当な間隔で保持する図示しない保持部を備えて構成されている。

ベアリング機構３２は、カム部３３に沿って楕円状となり、第２環状部２０に内接させたときに、第２環状部２０の外周部２１は長径となる箇所で第１環状部の内周部１２に接することとなる。

このように、ベアリング機構３２によって、第２環状部２０の内周部とカム部３３が直接摺動しないように構成できるので、騒音や磨耗による破損の虞を低減でき、スムーズな動力の伝達が可能となる。

なお、ベアリング機構３２は上述のように複数のボール３７を備えて構成される場合に限らず、複数の円筒状のコロを備える構成であってもよい。

また、ベアリング機構３２を用いずに波動発生部３０の楕円体３１を構成する場合は、カム部３３の外周部が第２環状部２０の内周部に内接して摺動することになるので、騒音や磨耗による破損の虞を低減し、スムーズな動力の伝達ができるように潤滑油を塗布することが好ましい。

さらに、波動発生部３０は、楕円体で構成する必要はなく、頂点が滑らかな三角形状等の多角形状であってもよい。

図５に示すように、調圧機構４０は、第２環状部２０の外周部２１に形成された傾斜面２２（２２ａ，２２ｂ）と、第１環状部１０のそれぞれの内周部１２（１２ａ，１２ｂ）に形成された傾斜面１３（１３ａ，１３ｂ）と、二分割された環状部材１１（１１ａ，１１ｂ）間の軸心ＣＬ方向距離を近接するように調整する複数の締め付けボルト４１を備えて構成され、両傾斜面１３，２２の接触位置を軸心ＣＬ方向に調整することにより、第１環状部１０と第２環状部２０の接触部位の押圧力を調整するように構成されている。

第１環状部１０の内周部１２（１２ａ，１２ｂ）と第２環状部２０の外周部２１との接触面に、調圧機構４０による押圧力が大きくなると粘性係数が大きくなる性状の油が塗布されているので、前記接触面の直接の摺動によって滑りが発生する限界のトルクより大きなトルクの伝達が可能となるとともに、前記接触面の磨耗を防止できる。

二分割された第１環状部１０の環状部材１１（１１ａ，１１ｂ）間に形成される空間に、前記油を貯留する油貯留部１６が設けられている。第１環状部１０の環状部材１１の側面に油貯留部１６に連通する注油口（図示せず）が形成され、前記注油口から油貯留部１６に前記油を注油するように構成されている。

油貯留部１６に貯留した前記油が、第１環状部１０の内周部１２（１２ａ，１２ｂ）と第２環状部２０の外周部２１との接触部に供給される。

調圧機構４０による押圧力が大きくなると粘性係数が大きくなる性状の油とは、例えばナフテン系やパラフィン系の鉱油や、ポリオレフィン、シクロアルカン類、ヒドリンダン、アダマンダン、ケタール等の合成油等のトラクション係数が高い油が好ましく用いられる。

締め付けボルト４１を締め付けると、環状部材１１（１１ａ，１１ｂ）間の軸心ＣＬ方向距離を近接するような方向に力Ｆがかかる。すると、第１環状部１０の内周部及び、波動発生部３０の楕円体３１の外周部の間に挟まれる第２環状部２０の外周部２１に加えられる押圧力ｆが増加する。押圧力ｆが増加すると、傾斜面１３（１３ａ，１３ｂ）と傾斜面２２（２２ａ，２２ｂ）の接触部に塗布された０．１〜数μｍのうすい油膜は高圧にさらされ、いわゆる弾性流体潤滑膜となり粘度が上昇し剪断抵抗が増加する。この油膜が、傾斜面１３（１３ａ，１３ｂ）と傾斜面２２（２２ａ，２２ｂ）の接触部の周方向の摩擦力、つまり、第１環状部１０と第２環状部を、相対的に回転させる法線力を接触面に与え、少量の滑りを伴いながら、いわゆるトラクションドライブにより動力伝達がされる。

上述のように構成された摩擦式変速装置１の波動発生部３０の軸部３４に回転入力を与えると、ベアリング機構３１の外輪部３５が、第２環状部２０の内周部２５に内接して、第１環状部１０の内周部１２に第２環状部２０の外周部２１を部分的に押圧接触させ、当該接触部位を第１環状部１０の内周部１２の周方向に沿って移動させることにより、第１環状部１０と第２環状部１０とを摩擦力により相対回転させることとなる。このとき、第２環状部２０を固定すると、第１環状部１０から減速された回転及び増大されたトルクが出力されることとなる。

逆に、第１環状部１０を固定すると、第２環状部２０のボス部２３から減速された回転及び増大されたトルクが出力されることとなる。

つまり、図６に示すように、波動発生部３０に動力が入力され、図中破線矢印で示される方向に回転すると、それに伴ない第２環状部２０が弾性変形し、第２環状部２０の外周部２１に形成された傾斜面２２と、第１環状部１０の内周部１２に形成された傾斜面１３との接触位置が順次移動しながら、第１環状部１０が第２環状部２０に対して図中実線矢印で示される方向に相対的に回転する。

また、第１環状部１０を固定し、第２環状部２０のボス部に回転入力を与えると、波動発生部３０の軸部３４から増速された回転と減少されたトルクが出力され、第２環状部２０を固定し、第１環状部１０に回転入力を与えると、波動発生部３０の軸部３４から増速された回転と減少されたトルクが出力されることとなる。

いずれにしても、第１環状部１０と第２環状部は、接触部の摩擦によって動力を伝達するため、歯車による動力の伝達に比べて、騒音、振動が少なく、高速回転が容易となる。また、歯車のバックラッシュや機械的遊びによるガタの発生がない。

さらに、調圧機構の締め付けの程度によって、所定の回転トルクは伝達し、それより大きい回転トルクが入力された場合は、接触面に滑りが発生し、動力を伝達しないトルクリミッタとして利用できる。

なお、調圧機構は上述のように構成する場合に限らず、図７に示すように、調圧機構６０は、第２環状部６１の外周部に、幅方向中央部から両端部にかけて高さが高くなり、軸心ＣＬ方向の断面が谷形を呈するように形成された傾斜面６２（６２ａ，６２ｂ）と、軸心ＣＬに直交する面で二分割された第１環状部６３（６３ａ，６３ｂ）のそれぞれの内周部に対向側から幅方向端部に沿って高さが高くなるように形成された傾斜面６４（６４ａ，６４ｂ）と、二分割された第１環状部６３（６３ａ，６３ｂ）間の軸心ＣＬ方向距離を離隔するように調整する複数の締め付けボルト６５を備えて構成してもよい。

二分割された第１環状部６３（６３ａ，６３ｂ）の間にさらバネ６６等の弾性体を介すことにより、二分割された第１環状部６３（６３ａ，６３ｂ）には軸心ＣＬ方向で離隔する方向に弾性力がかかり、当該弾性力を締め付けボルト６５によって調整することで、第２環状部６１と第１環状部６４の接触部に働く押圧力を調整することができる。

調圧機構６０は、さらバネ６６のような弾性体を備える構成に限らず、二分割された第１環状部６３（６３ａ，６３ｂ）間の軸心ＣＬ方向距離を離隔するように調整するように構成されていればよい。例えば、締め付けボルト６５に螺合するナットを二分割された第１環状部６３（６３ａ，６３ｂ）の間に介して、締め付けボルト６５を第１環状部６４ｂの螺子孔に螺合し、前記ナットを第１環状部６４ａ側への締め付けを調整することで、二分割された第１環状部６３（６３ａ，６３ｂ）を軸心ＣＬ方向で離隔する方向の力を調整することができる。

また、図８に示すように、調圧機構７０は、第１環状部７１の内周部に幅方向に沿って高さが低くなる傾斜面７２が形成されるとともに、第２環状部７３の外周部に幅方向に沿って高さが高くなる傾斜面７４が形成され、両傾斜面の接触位置を軸心ＣＬ方向に調整することにより、第１環状部７１と第２環状部７３の接触部位の押圧力を調整する締め付けボルト７５を備えて構成してもよい。

この場合、第２環状部７３の端部と当接し締め付けボルト７５と螺合する螺子孔７６が形成された押さえ部材７７を備え、締め付けボルト７５によって第１環状部７１と押さえ部材７７の軸心ＣＬ方向距離を近接するように調整することで、第１環状部７１と第２環状部７１の接触部位の押圧力を調整する。

上述した実施形態では、第１環状部、第２環状部、波動発生部等の摩擦式変速装置を構成する各部の材質について明示しなかったが、第１環状部は、第２環状部に比べて可撓性の少ない物質で構成し、第２環状部は、波動発生部によって撓まされる程度の可撓性のある物質で構成すればよい。本発明による摩擦式変速装置の用途、サイズ等に応じて、ステンレスのような金属材料や高分子ポリエチレンのような樹脂材料等から適宜選択すればよい。さらに、摩擦式変速装置の用途により、例えば、手術に用いる医療器具のように、前記油を用いることが好ましくない場合は、必ずしも前記油を塗布する必要はない。

次に、上述の摩擦式変速装置１が組み込まれ、一対のリンク部材を所定軸心周りに回転する関節装置の実施の形態について説明する。

図９に示すように、関節装置５０は、一対のリンク部材５１，５２と、第２環状部２０がボルト５４によってリンク部材５１に設置され一対のリンク部材５１，５２を軸心ＣＬ周りに回転する摩擦式変速装置１と、一方のリンク部材５１に固定された軸心ＣＬと直交する方向に回転軸を有するエンコーダ内蔵のモータＭと、伝動機構Ｔを備え、リンク部材５１の一端に固定されたモータＭの出力が伝動機構Ｔを介してリンク部材５１の他端に軸支された摩擦式変速装置１の波動発生部３０に伝達され、摩擦式変速装置１が軸心ＣＬ周りに回転することで、摩擦式変速装置１の第１環状部１０に直接又は間接的に接続されたリンク部材５２がリンク部材５１に対して相対的に回転するように構成されている。

伝動機構Ｔは、小径のベベルギアＧ１と、ベベルギアＧ１と噛合する大径のベベルギアＧ２と、平歯車Ｇ３と、平歯車Ｇ３と噛合する平歯車Ｇ４で構成されている。ベベルギアＧ１はモータＭの出力軸に嵌入連結され、ベベルギアＧ２は平歯車Ｇ３の回転軸に止めねじ５３で嵌入固定され、平歯車Ｇ４の回転軸には波動発生部３０が連結されている。

なお、伝達機構Ｔを構成するベベルギアＧ１，Ｇ２、平歯車Ｇ３，Ｇ４を夫々いわゆるトラクションドライブによるによる動力伝達機構で構成してもよい。

上述の構成により、関節装置５０は、モータＭを一方向に回転駆動することにより、その出力が伝動機構Ｔを介して摩擦式変速装置１の波動発生部３０を駆動し、第２環状部２０リンク部材５１へ固定されているため、第１環状部１０が軸心ＣＬ周りに回転し、リンク部材５２はリンク部材５１に対して相対的に回転（以下、「正回転」と記す。）することとなる。モータＭを逆方向に回転駆動することにより、リンク部材５２は、正回転とは逆方向に回転することとなる。

ここで、モータＭにより摩擦式変速装置１を介してリンク部材５２に付与される回転トルクと逆方向に、第１環状部１０と第２環状部２０の接触部に塗布された油による剪断抵抗より大きな外力が付与されると、第１環状部１０と第２環状部２０の接触部には滑りが発生し、外力に伴って第１環状部１０が回転トルクと逆方向へ回転するので、前記外力が関節装置５０を破損する虞が回避されるのである。

さらに、例えば、複数の関節装置５０のリンク部材を順に連結してロボットハンドのフィンガーユニットやアームユニットを構成することができる。

上述したように、関節装置５０の駆動機構として、アクチュエータからの動力を摩擦式変速装置１を介して関節軸へ伝達して、一対のリンク部材を相対的に回転駆動する方式を採用すると、摩擦式変速装置１によって増力することができるため、小さな出力のアクチュエータでもリンク部材を駆動するために必要な大きな動力が得られるという利点を持つ。

上述の実施形態で説明した摩擦式変速装置、及び、前記摩擦式変速装置が組み込まれ、一対のリンク部材を所定軸心周りに回転する関節装置の各具体的構造は一実施形態に過ぎず、本発明の範囲がこれによって制限されるものではなく、同様の作用効果を奏する範囲において適宜構成を変更することも可能である。

１：摩擦式変速装置
１０：第１環状部
１１（１１ａ，１１ｂ）：環状部材
１２（１２ａ，１２ｂ）：内周部
１３（１３ａ，１３ｂ）：傾斜面
１４：螺子孔
１５：開口
１６：油貯留部
２０：第２環状部
２１：外周部
２２（２２ａ，２２ｂ）：傾斜面
２３：ボス部
２４：螺子孔
２５：内周部
３０：波動発生部
３１：楕円体
３２：ベアリング機構
３３：カム部
３４：軸部
３５：外輪部
３６：内輪部
３５ａ，３６ａ：溝部
３７：ボール
４０：調圧機構
４１：締め付けボルト
５０：関節装置
５１，５２：リンク部材
５３：止めねじ
５４：ボルト
６０：調圧機構
６１：第２環状部
６２（６２ａ，６２ｂ）：傾斜面
６３（６３ａ，６３ｂ）：第１環状部
６４（６４ａ，６４ｂ）：傾斜面
６５：締め付けボルト
６６：さらバネ
７０：調圧機構
７１：第１環状部
７２：傾斜面
７３：第２環状部
７４：傾斜面
７５：締め付けボルト
７６：螺子孔
７７：押さえ部材
ＣＬ：軸心
Ｍ：モータ
Ｔ：伝動機構

Claims

保形力を有する第１環状部と、
前記第１環状部の内周部の周長より短い周長の外周部を備えた可撓性の第２環状部と、
前記第２環状部に内接して、前記第１環状部の内周部に前記第２環状部の外周部を部分的に押圧接触させ、当該接触部位を前記第１環状部の周方向に沿って移動させることにより、前記第１環状部と前記第２環状部とを摩擦力により相対回転させる波動発生部と、
前記第１環状部の内周部に幅方向に沿って高さが低くなる傾斜面が形成されるとともに、前記第２環状部の外周部に幅方向に沿って高さが高くなる傾斜面が形成され、両傾斜面の接触位置を前記軸心方向に調整することにより、前記第１環状部と前記第２環状部の接触部位の押圧力を調整する調圧機構と、
を備え、
前記調圧機構は、
前記第２環状部の外周部に、幅方向中央部から両端部にかけて高さが低くなり、軸心方向の断面が山形を呈するように形成された傾斜面と、
前記第１環状部が前記軸心に直交する面で二分割されるとともに、それぞれの内周部に対向側から幅方向端部に沿って高さが低くなるように形成された傾斜面と、
二分割された前記第１環状部間の軸心方向距離を近接するように調整する複数の締め付けボルトを備えて構成され、
前記第１環状部の内周部と前記第２環状部の外周部との接触面に、前記調圧機構による押圧力が大きくなると粘性係数が大きくなる性状の油が塗布され、二分割された前記第１環状部間に形成される空間に、前記油を貯留する油貯留部が設けられている摩擦式変速装置。
保形力を有する第１環状部と、
前記第１環状部の内周部の周長より短い周長の外周部を備えた可撓性の第２環状部と、
前記第２環状部に内接して、前記第１環状部の内周部に前記第２環状部の外周部を部分的に押圧接触させ、当該接触部位を前記第１環状部の周方向に沿って移動させることにより、前記第１環状部と前記第２環状部とを摩擦力により相対回転させる波動発生部と、
前記第１環状部の内周部に幅方向に沿って高さが低くなる傾斜面が形成されるとともに、前記第２環状部の外周部に幅方向に沿って高さが高くなる傾斜面が形成され、両傾斜面の接触位置を前記軸心方向に調整することにより、前記第１環状部と前記第２環状部の接触部位の押圧力を調整する調圧機構と、
を備え、
前記調圧機構は、
前記第２環状部の外周部に、幅方向中央部から両端部にかけて高さが高くなり、軸心方向の断面が谷形を呈するように形成された傾斜面と、
前記第１環状部が前記軸心に直交する面で二分割されるとともに、それぞれの内周部に対向側から幅方向端部に沿って高さが高くなるように形成された傾斜面と、
二分割された前記第１環状部間の軸心方向距離を離隔するように調整する複数の締め付けボルトを備えて構成され、
前記第１環状部の内周部と前記第２環状部の外周部との接触面に、前記調圧機構による押圧力が大きくなると粘性係数が大きくなる性状の油が塗布され、二分割された前記第１環状部間に形成される空間に、前記油を貯留する油貯留部が設けられている摩擦式変速装置。
前記波動発生部は、前記第２環状部に内接させたときに、前記第２環状部の外周部は長径位置で前記第１環状部の内周部に接するような楕円体で構成されている請求項１または２記載の摩擦式変速装置。
前記楕円体は、前記第２環状部の内周部に内接するベアリング機構と、前記ベアリング機構に内接する楕円状のカム部を備えている請求項３記載の摩擦式変速装置。
請求項１から４の何れかに記載の摩擦式変速装置が組み込まれ、一対のリンク部材を所定軸心周りに回転する関節装置であって、
前記波動発生部が一方のリンク部材に組み付けられた伝動機構を介して回転するように該一方のリンク部材に設置され、前記第２環状部が一方のリンク部材に固定されるとともに、前記第１環状部が他方のリンク部材に直接又は間接的に固定されている関節装置。