JP7461526B2 - Belt transmission mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、産業用ロボットのアームなどに組込まれ、歯付ベルトを介して駆動プーリの回転力を従動プーリに伝達する際に、歯付ベルトの張力を自動的に適度に保つためのオートテンショナを備えたベルト伝動機構に関する。 The present invention is an auto-tensioner that is incorporated into an arm of an industrial robot, etc., and automatically maintains the tension of a toothed belt at an appropriate level when transmitting the rotational force of a drive pulley to a driven pulley via a toothed belt. The present invention relates to a belt transmission mechanism equipped with a belt transmission mechanism.
近年、自動車製造、半導体製造、スマートフォン製造等向けに、垂直多関節ロボット、水平多関節ロボット（スカラロボット）等の産業用ロボットが広く使われている。産業用ロボットにおいては、ロボットのアーム駆動及び手首部の駆動（以下、「ロボットアーム駆動」）には、小型化、高速化、軽量化等を図るべく、ギヤ駆動に代えて歯付ベルトによる駆動（以下、「ロボットアーム駆動用ベルト伝動機構」と略す）の採用が進んでいる。 In recent years, industrial robots such as vertical articulated robots and horizontal articulated robots (SCARA robots) have been widely used for automobile manufacturing, semiconductor manufacturing, smartphone manufacturing, etc. For driving the arm and wrist of industrial robots (hereinafter referred to as "robot arm drive"), toothed belt drives (hereinafter referred to as "belt transmission mechanism for driving robot arms") are increasingly being adopted instead of gear drives in order to achieve smaller size, higher speed, lighter weight, etc.
一般的にオートテンショナが付加されていないベルト伝動機構においては、歯付ベルト（以下、単に「ベルト」と略す場合あり）を取付け後、空運転（ならし走行）をする事で運転（走行）初期に生じるベルトの張力低下を調整（是正）する工程が必要になる。しかしながら、ロボットアーム駆動用ベルト伝動機構にあっては、構造上や製造工程上、ロボットアーム内のプーリに歯付ベルトを取付けただけでは空運転ができないため、ロボットが組み上がってからエージングという空運転による張力調整作業を行っている。エージングは、駆動プーリと従動プーリとの間隔（軸間距離）の調整等によるベルトの張直し（張力調整作業）、各部ボルト類の増締め作業等を経て、ロボットの正しい制御状態まで数時間に渡り行わなければならず、多大なロスコストが発生する要因となっていた。 Generally, in a belt transmission mechanism that does not have an auto-tensioner attached, after installing a toothed belt (hereinafter simply referred to as "belt"), it is operated (driving) by running it dry (breaking-in). A process is required to adjust (correct) the belt tension drop that occurs initially. However, due to the structure and manufacturing process, the belt transmission mechanism for driving a robot arm cannot run idle simply by attaching a toothed belt to the pulley in the robot arm. Tension adjustment work is being carried out by operation. Aging involves retensioning the belt (tension adjustment work) by adjusting the distance between the driving pulley and the driven pulley (distance between axes), retightening bolts, etc., and it takes several hours for the robot to be in the correct control state. This had to be done across the country, which caused significant loss costs.
また、ロボットアームの駆動は頻繁な正逆回転を伴うため、（正逆回転の毎にベルトの張り側と緩み側が逆転し、）正逆切替時（正逆の起動／停止時）、ベルトの張り側で過大な張力が作用し易くなると共に、ベルトの緩み側に緩みが発生し易くなる。このようにベルトが過張力となったり、ベルトの緩みが大きくなったりすると、同期伝動が不確実（駆動プーリと従動プーリとの回転角度の差が大）になり、アームや手首部等を所定の位置に正確に動かすことができなくなる（アーム等の位置決め精度に影響する）。 In addition, because the drive of the robot arm involves frequent forward and reverse rotation (the tight and slack sides of the belt are reversed with each forward and reverse rotation), when switching between forward and reverse (when starting/stopping forward and reverse), excessive tension is likely to act on the tight side of the belt, and slack is likely to occur on the slack side of the belt. If the belt becomes over-tensioned or the slackness increases in this way, synchronous transmission becomes uncertain (the difference in rotation angle between the drive pulley and driven pulley becomes large), and it becomes impossible to move the arm, wrist, etc. accurately to the specified position (affecting the positioning accuracy of the arm, etc.).
また、プーリ間の間隔が狭く、且つ、減速比（プーリ径の比）が大きいベルト伝動機構にあっては、小径側の駆動プーリにおいて、ベルトの接触角が小さくなり、ベルトの緩みが大きいと、ベルトの歯飛びが起こりやすくなる懸念がある。 In addition, in a belt transmission mechanism where the distance between pulleys is narrow and the reduction ratio (ratio of pulley diameters) is large, the contact angle of the belt on the small diameter drive pulley becomes small, and there is a concern that if the belt is loose, it will be more likely to skip teeth.
歯付ベルトによる同期（かみ合い）伝動において、上記問題に対応するためには、原則、（走行初期に生じる張力低下の調整を含め）自動的に、且つ適度に（ベルトが緩まない程度に）ベルトの張力を保つことが必要である。 In order to deal with the above problems in synchronous (meshing) transmission using toothed belts, the belt should be adjusted automatically (including adjusting for the drop in tension that occurs at the beginning of running) and appropriately (to the extent that the belt does not loosen). It is necessary to maintain the tension.
具体的には、歯付ベルトを用いたロボットアーム駆動用のベルト伝動機構にあっては、正逆回転の毎にベルトの張り側と緩み側が逆転しても、ベルトの張り側においては、（摩擦伝動の場合のように）起動時にさほど高い張力を確保する必要がないため、減衰力（ダンピング力）を作用させずに張力変動を低く抑えることが必要であり、一方、ベルトの緩み側においては、（摩擦伝動の場合と同様に）ベルトの緩みを生じさせないことが必要である。 Specifically, in a belt transmission mechanism for driving a robot arm using a toothed belt, even if the tight and slack sides of the belt are reversed with each forward and reverse rotation, the tight side of the belt does not need to have a very high tension at startup (as in the case of friction transmission), so it is necessary to keep tension fluctuations low without applying a damping force, while on the slack side of the belt, it is necessary not to allow the belt to slacken (as in the case of friction transmission).
そのためには、駆動プーリと従動プーリの回転中心を結ぶプーリ中心線を挟む両側の位置でそれぞれ回転自在に設けられた２つのテンションローラをばね等による適度な付勢作用でベルト（の外周面または内周面）に接触させることで、正逆回転の毎にベルトの張り側と緩み側が逆転しても、（走行初期に生じる張力低下の調整を含め）自動的に、且つ適度に（ベルトが緩まない程度に）ベルトの張力を保つことができるオートテンショナが付加されたロボットアーム駆動用のベルト伝動機構を採用することが考えられる。 To do this, two tension rollers, which are rotatably installed on both sides of the pulley center line that connects the rotation centers of the drive pulley and the driven pulley, are appropriately biased by springs, etc. By making contact with the inner peripheral surface of the belt, even if the tension side and slack side of the belt are reversed during forward and reverse rotation, the belt will automatically and appropriately (including adjusting the tension drop that occurs at the beginning of running). It is conceivable to adopt a belt transmission mechanism for driving the robot arm that is equipped with an auto-tensioner that can maintain the tension of the belt (to the extent that it does not loosen).
（従来技術）
ロボットアーム駆動用ベルト伝動機構に備わるオートテンショナとしては、例えば、特許文献１（図１参照）には、ベルトの両側（張り側と緩み側）を１本のばね（引張ばね又は圧縮ばね）による付勢作用で２つのテンションローラ（アイドラ）で挟む又は押し広げ、ベルトに張力を付与するようにした構成のものが開示されている。また、特許文献２（図１参照）には、ベルトの両側（張り側と緩み側）をＶ字状の揺動アーム（但しばね付勢なし）で２つのテンションローラ（アイドラ）で挟み、ベルトに張力を付与するようにした構成のものが開示されている。
(PRIOR ART)
As an autotensioner provided in a belt transmission mechanism for driving a robot arm, for example, Patent Document 1 (see FIG. 1) discloses a configuration in which both sides (tight and loose sides) of a belt are sandwiched or spread between two tension rollers (idlers) by the biasing action of a single spring (tension spring or compression spring) to apply tension to the belt. Also, Patent Document 2 (see FIG. 1) discloses a configuration in which both sides (tight and loose sides) of a belt are sandwiched between two tension rollers (idlers) by a V-shaped swing arm (however, not spring-biased) to apply tension to the belt.
しかしながら、昨今では、従来と比べ、自動車製造、半導体製造、スマートフォン製造等の生産性向上要求が飛躍的に高まっている。そのため、産業用ロボットに対しても、ロボットアーム駆動部における更なる性能の向上要求として、「正逆回転を伴う動作の速度が増加しても、位置決め精度を繰り返し確保でき（つまり、駆動プーリと従動プーリとの回転角度の差の大きさを許容範囲内に常時収めることができ）、同期伝動［（走行初期に生じる張力低下の調整を含め）自動的に、且つ適度に（ベルトが緩まない程度に）ベルトの張力を保つこと］を確実なものとすること」、に関する要求が高まっている。 However, in recent years, there has been a dramatic increase in the demand for improved productivity in the manufacture of automobiles, semiconductors, smartphones, and other industries. As a result, there are growing demands for further performance improvements in the drive units of robot arms for industrial robots, such as "ensuring the ability to repeatedly ensure positioning accuracy even when the speed of operations involving forward and reverse rotation increases (i.e., ensuring that the difference in the rotational angle between the drive pulley and driven pulley is always within an acceptable range) and ensuring synchronous transmission [maintaining belt tension automatically and appropriately (including adjusting for tension loss that occurs at the beginning of travel) so that the belt does not become loose]."
ロボットアーム駆動部における上記回転角度の差は、ベルト及びプーリの仕様（ベルト歯部とプーリ歯溝とのかみ合い性）が固定された条件下では、正逆切替時（正逆の起動／停止時）に最大となること（正逆切替時にオーバーシュート及びアンダーシュートを起こすこと）がわかっている。 The above-mentioned difference in rotation angle in the robot arm drive section is caused by the difference in rotation angle during forward/reverse switching (starting/stopping of forward/reverse) under conditions where the specifications of the belt and pulley (the engagement between the belt teeth and the pulley tooth groove) are fixed. ) is known to reach its maximum (overshoot and undershoot occur during forward/reverse switching).
このため、ロボットアーム駆動用ベルト伝動機構にあっては、正逆回転を伴う動作の速度が増加しても、位置決め精度を繰り返し確保する（同期伝動を確実なものとする）ためには、「正逆切替時（正逆の起動／停止時）の駆動に対する応答性を高い水準に確保すること（つまり正逆切替時の上記回転角度差を十分に抑制すること）」が重要となる。 For this reason, in a belt transmission mechanism for driving a robot arm, in order to repeatedly ensure positioning accuracy (ensuring synchronous transmission) even when the speed of the operation involving forward and reverse rotation increases, it is important to "ensure a high level of responsiveness to the drive when switching between forward and reverse (when starting/stopping forward and reverse) (i.e., to sufficiently suppress the above-mentioned rotation angle difference when switching between forward and reverse)."
この点、上記観点に照らし詳細に検証した結果、上記開示のような、ロボットアーム駆動用ベルト伝動機構に備わるオートテンショナ（従来のオートテンショナ）では、昨今の上記要求に確実に対応するには不十分であることがわかった。 In this regard, as a result of detailed verification in light of the above-mentioned viewpoint, we found that the auto-tensioner (conventional auto-tensioner) provided in the belt transmission mechanism for driving a robot arm, as disclosed above, is not able to reliably meet the above-mentioned recent demands. It turned out to be enough.
そこで、本発明は、正逆回転を伴う動作の速度が増加しても、同期伝動を確実なものとすることができる、ベルト伝動機構を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a belt transmission mechanism that can ensure synchronous transmission even when the speed of operation involving forward and reverse rotation increases.
本発明は、駆動源によって正逆回転可能に駆動される駆動軸に固定された駆動プーリと、
回転自在に支持された従動プーリと、
前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に巻き掛けられた歯付ベルトと、
前記駆動プーリの回転中心と前記従動プーリの回転中心とを結ぶプーリ中心線を挟む両側の位置でそれぞれの基軸部を中心に回転自在に設けられ、前記歯付ベルトに接触する２つのテンションローラを介して、前記歯付ベルトの張力を自動的に適度に保つオートテンショナと、を有するベルト伝動機構であって、
前記オートテンショナは、
前記２つのテンションローラの回転中心同士を結ぶローラ中心線と前記プーリ中心線との交点から前記駆動プーリ側に離間した、前記プーリ中心線上の点または前記プーリ中心線の延長線上の点を通り、前記駆動軸と平行な方向に延びるように設けられた揺動軸を有し、
前記２つのテンションローラの各前記基軸部間に張設され、前記２つのテンションローラを、前記ローラ中心線に沿って、互いに引き寄せる方向又は互いに離間させる方向に付勢するばねを備え、かつ、
前記２つのテンションローラが、前記揺動軸を中心に、揺動自在に構成されていることを特徴としている。
The present invention includes a drive pulley fixed to a drive shaft that is driven by a drive source to be capable of rotating forward and backward;
A rotatably supported driven pulley;
a toothed belt wound between the driving pulley and the driven pulley;
an autotensioner that is provided at both sides of a pulley center line connecting the rotation center of the drive pulley and the rotation center of the driven pulley so as to be rotatable about each base shaft portion and that automatically maintains an appropriate tension of the toothed belt via two tension rollers that contact the toothed belt,
The auto tensioner comprises:
a swing shaft that passes through a point on the pulley center line or a point on an extension of the pulley center line, the point being spaced away from the drive pulley side from the intersection of a roller center line connecting the rotation centers of the two tension rollers and the pulley center line, and that is provided so as to extend in a direction parallel to the drive shaft;
A spring is provided between the base shaft portions of the two tension rollers and biases the two tension rollers in a direction to draw the two tension rollers toward each other or in a direction to move the two tension rollers away from each other along the center line of the rollers; and
The two tension rollers are configured to be able to swing freely around the swing shaft.
上記構成によれば、ベルト伝動機構において、正逆切替時（正逆の起動／停止時）の駆動に対する応答性を高い水準に確保すること（つまり正逆切替時の、駆動プーリと従動プーリとの回転角度差を十分に抑制すること）が可能となり、正逆回転を伴う動作の速度が増加しても、同期伝動［（走行初期に生じる張力低下の調整を含め）自動的に、且つ適度に（ベルトが緩まない程度に）ベルトの張力を保つこと］を確実なものとすることができる。 The above configuration makes it possible to ensure a high level of responsiveness to the drive when switching between forward and reverse (when starting/stopping forward and reverse) in the belt transmission mechanism (i.e., to sufficiently suppress the difference in rotation angle between the drive pulley and the driven pulley when switching between forward and reverse), and ensures synchronous transmission [maintaining belt tension automatically and appropriately (to the extent that the belt does not become loose) (including adjusting for tension loss that occurs at the beginning of running)] even if the speed of the operation involving forward and reverse rotation increases.
また、本発明は、上記ベルト伝動機構において、
前記オートテンショナが、
一方の端部には、一方の前記テンションローラの前記基軸部が設けられるとともに、他方の端部が、前記揺動軸に対して回転自在に支持されている、第１揺動アームと、
一方の端部には、他方の前記テンションローラの前記基軸部が設けられるとともに、他方の端部が、前記揺動軸に対して回転自在に支持されている、第２揺動アームと、を有し、
前記２つのテンションローラは、前記第１揺動アームおよび前記第２揺動アームを介して、前記揺動軸を中心に揺動することを特徴としてもよい。
Further, the present invention provides the above-mentioned belt transmission mechanism,
The auto tensioner is
a first swing arm, one end of which is provided with the base shaft portion of one of the tension rollers, and the other end of which is rotatably supported with respect to the swing shaft;
a second swing arm, one end of which is provided with the base shaft of the other tension roller, and the other end of which is rotatably supported with respect to the swing shaft; have,
The two tension rollers may be characterized in that they swing about the swing shaft via the first swing arm and the second swing arm.
上記構成によれば、ばねが張設された、２つのテンションローラのそれぞれの基軸部を一方の端部（先端部）に備えた２つの揺動アーム（第１揺動アーム及び第２揺動アーム）のそれぞれが、揺動軸（ローラ中心線とプーリ中心線との交点から駆動プーリ側に離間した、プーリ中心線上の点またはプーリ中心線の延長線上の点を通り、駆動軸と平行な方向に延びる揺動軸）を中心に回転自在となることで、２つのテンションローラがばねの付勢作用に加え、揺動軸を中心に揺動する態様を具体的に実現できる。 According to the above configuration, two swing arms (a first swing arm and a second swing arm) each having a base shaft of two tension rollers each having a spring tensioned thereon are provided at one end (tip part). Each of the arms) passes through a point on the pulley center line or a point on an extension of the pulley center line, which is spaced away from the intersection of the roller center line and the pulley center line toward the drive pulley, and is parallel to the drive shaft. By being able to freely rotate around the rocking shaft (which extends in the direction), it is possible to concretely realize a mode in which the two tension rollers rock around the rocking shaft in addition to the biasing action of the spring.
また、本発明は、上記ベルト伝動機構において、
前記ばねが、引張ばねであり、
前記２つのテンションローラは、前記歯付ベルトの外周面に接触するように設けられていることを特徴としてもよい。
Further, the present invention provides the above-mentioned belt transmission mechanism,
the spring is a tension spring;
The two tension rollers may be provided so as to be in contact with the outer peripheral surface of the toothed belt.
上記構成によれば、ベルトの両側（張り側と緩み側）を１本のばね（引張ばね）による付勢作用で２つのテンションローラで挟む態様である。そのため、ばねが圧縮ばねであり、２つのテンションローラが歯付ベルトの内周面に接触するように設けられている構成（ベルトの両側を１本の圧縮ばねによる付勢作用で２つのテンションローラで押し広げる態様の場合）と比較し、ベルトの接触角（ベルトとプーリが接触している円弧に対する中心角）が大きくなることでベルトの歯飛びが起こるのを、抑制できる。 According to the above configuration, both sides of the belt (tight side and slack side) are sandwiched between two tension rollers by the biasing action of one spring (tension spring). Therefore, compared to a configuration in which the spring is a compression spring and two tension rollers are arranged to contact the inner circumferential surface of the toothed belt (where both sides of the belt are pushed apart by two tension rollers by the biasing action of one compression spring), it is possible to suppress the occurrence of belt tooth skipping due to a larger contact angle of the belt (the central angle with respect to the arc where the belt and pulley are in contact).
また、本発明は、上記ベルト伝動機構において、
前記２つのテンションローラが、前記駆動プーリ側、または、前記駆動プーリ及び前記従動プーリのうち直径が小さい方のプーリ側に設けられていることを特徴としてもよい。
Further, the present invention provides the above-mentioned belt transmission mechanism,
The two tension rollers may be provided on the side of the driving pulley, or on the side of one of the driving pulley and the driven pulley, which has a smaller diameter.
ベルト伝動機構は、従動プーリの回転トルクを所定の水準に確保するため、駆動プーリの直径が従動プーリの直径よりも小さい場合（所謂、減速機構として機能する場合）が一般的であるが、駆動プーリ及び従動プーリの直径が同じ場合もある。例えば、プーリ間の間隔が狭く、且つ、減速比（プーリ径の比）が大きいベルト伝動機構においては、小径側の駆動プーリにおいて、ベルトの接触角が小さくなり、ベルトの緩みが大きいと、ベルトの歯飛びが起こりやすくなる懸念があるが、本構成によれば、駆動プーリ（駆動プーリ及び従動プーリが同径の場合を含む）、または、（駆動、従動に依らず）小径側のプーリにおいて、ベルトの接触角が小さくなるのを抑制できることで、ベルトの歯飛びを生じにくくすることができる。 In a belt transmission mechanism, the diameter of the driving pulley is generally smaller than that of the driven pulley (functioning as a so-called speed reduction mechanism) in order to ensure that the rotational torque of the driven pulley is at a predetermined level, but the diameters of the driving pulley and the driven pulley may be the same. For example, in a belt transmission mechanism with a narrow gap between the pulleys and a large reduction ratio (ratio of pulley diameters), there is a concern that the contact angle of the belt is small on the small-diameter driving pulley, and if the belt is loose, it is more likely to cause the belt to skip. However, with this configuration, the contact angle of the belt can be prevented from becoming small on the driving pulley (including cases where the driving pulley and the driven pulley are the same diameter) or on the small-diameter pulley (regardless of whether it is a driving or driven pulley), making it less likely for the belt to skip.
また、本発明は、上記ベルト伝動機構において、
前記駆動プーリの直径が、前記従動プーリの直径よりも小さいことを特徴としてもよい。
Further, the present invention provides the above-mentioned belt transmission mechanism,
The diameter of the drive pulley may be smaller than the diameter of the driven pulley.
上記構成によれば（つまり当ベルト伝動機構が減速機構である場合）、駆動プーリの直径が従動プーリの直径と同径の場合と比べ、正逆切替時に、２つのテンションローラが揺動軸を中心に揺動することにより変位する度合いが大きくなる。
そのため、本構成によれば、２つのテンションローラが揺動軸を中心に揺動不能な構成（２つのテンションローラにばねの付勢力のみが作用している構成）であって、駆動軸と平行な方向に見てプーリ中心線と直交する方向にしか２つのテンションローラが変位できない構成と比較し、ベルトの張り側において、一方のテンションローラがばねによる減衰（ばねの付勢力に抗する方向の変位）を抑えつつ、揺動軸を中心に揺動することにより素早く変位できる効果をより大きくすることができる。ひいては、ベルト伝動機構において、正逆切替時（正逆の起動／停止時）の駆動に対する応答性をより高い水準に確保することができる。
According to the above configuration (that is, when the belt transmission mechanism is a speed reduction mechanism), the two tension rollers move around the swing shaft during forward/reverse switching, compared to a case where the diameter of the drive pulley is the same as the diameter of the driven pulley. By swinging around the center, the degree of displacement increases.
Therefore, according to this configuration, the two tension rollers are configured to be unable to swing around the swing shaft (a structure in which only the biasing force of the spring acts on the two tension rollers), and are parallel to the drive shaft. Compared to a configuration in which the two tension rollers can only be displaced in a direction perpendicular to the pulley center line when viewed in the direction shown in FIG. By swinging around the swing axis while suppressing displacement, the effect of rapid displacement can be further increased. As a result, in the belt transmission mechanism, it is possible to ensure a higher level of responsiveness to driving during forward/reverse switching (start/stop of forward/reverse).
また、本発明は、前記駆動プーリ及び前記従動プーリが、ロボットアームに固定され、当該ロボットアームを駆動させる、上記ベルト伝動機構であってもよい。 The present invention may also be a belt transmission mechanism in which the driving pulley and the driven pulley are fixed to a robot arm and drive the robot arm.
上記構成によれば、ロボットアームを駆動させる際に、ベルト伝動機構において、正逆回転を伴う動作の速度が増加しても、ロボットアームの位置決め精度を繰り返し確保でき（つまり、駆動プーリと従動プーリとの回転角度の差の大きさを許容範囲内に常時収めることができ）、同期伝動を確実なものとすることができる。 According to the above configuration, when driving the robot arm, even if the speed of the operation involving forward and reverse rotation increases in the belt transmission mechanism, the positioning accuracy of the robot arm can be repeatedly ensured (that is, the positioning accuracy of the drive pulley and the driven pulley The magnitude of the difference in rotation angle between the two wheels can always be kept within an allowable range), and synchronous transmission can be ensured.
正逆回転を伴う動作の速度が増加しても、同期伝動を確実なものとすることができる、ベルト伝動機構を提供することができる。 It is possible to provide a belt transmission mechanism that can ensure synchronous transmission even when the speed of operation involving forward and reverse rotation increases.
（実施形態）
本実施形態は、スカラロボットと称される水平多関節ロボット１０（産業用ロボット）の第２アーム１１に組込まれ、歯付ベルト４を介して駆動プーリ２の回転力を従動プーリ３に伝達する際に、歯付ベルト４の張力を自動的に適度に保つためのオートテンショナ５が付加された、ロボットアーム駆動用ベルト伝動機構１（以下、単に「ベルト伝動機構１」と略する場合あり）に本発明を適用した一例である。
(Embodiment)
The present embodiment is an example in which the present invention is applied to a
例えば、本実施形態のベルト伝動機構１は、図１に示すように、水平多関節ロボット１０の第２アーム１１の先端部において、上下方向に延び、下端側に着脱可能に取付けられる手首部１２（詳細は不図示）とともに上下動及び同軸回転可能に設けられるボールねじスプライン軸１３を、ボールねじスプライン軸１３と同軸上の従動軸３１を介して正逆回転駆動させるためのベルト式減速機構として組み込まれる。なお、ボールねじスプライン軸１３の上下動は、上下動駆動機構１４により行われる。そして、ベルト式減速機構として組み込まれた、ベルト伝動機構１は、ボールねじスプライン軸１３の上下動駆動機構１４による上下動を許容しつつ回り止め状態として、ボールねじスプライン軸１３を正逆回転駆動させることができる。
For example, as shown in FIG. 1, the
なお、特許文献２の図５のロボット本体であれば、第２アームの先端部において、上下方向に延び、上下動及び同軸回転可能に設けられる上下アームを、Ｔ軸用サーボモータ（Ｔ軸用プーリ）の正逆回転駆動により、正逆方向に同軸回転させるＴ軸回転伝達機構（２段減速方式の２段目の機構）として、本実施形態に係るベルト伝動機構１を組み込むことができる。
In addition, in the case of the robot body shown in FIG. 5 of
（ベルト伝動機構１）
ベルト伝動機構１は、図１及び図２に示すように、第２アーム１１の後方側（一方側の端部）において、サーボモータ２０（駆動源：２段減速方式の２段目の機構に適用した場合は、１段目のベルト式減速機構に備わるサーボモータ）の駆動力を、駆動軸２１（２段減速方式の２段目の機構に適用した場合は、１段目のベルト式減速機構の従動軸（不図示）と同軸に延びる、２段目のベルト式減速機構の駆動軸）を介して伝達する駆動プーリ２と、第２アーム１１の前方側（他方側の端部）において、手首部１２が取り付けられたボールねじスプライン軸１３に接続される従動軸３１に、駆動力を伝達する従動プーリ３と、駆動プーリ２と従動プーリ３との間に無端状に巻き掛けられる歯付ベルト４と、回転自在に設けられた、第１テンションローラ５１及び第２テンションローラ５２を介して、歯付ベルト４の張力を自動的に適度に保つオートテンショナ５とで構成されている。
(Belt transmission mechanism 1)
As shown in FIGS. 1 and 2, the
なお、図１において、第２アーム１１における基端側（第１アーム１５と接続する側）を後方側（一方側）とし、第２アーム１１における先端側（手首部１２が取り付けられたボールねじスプライン軸１３と接続する側）を前方側（他方側）とする。
また、図２で、左方を前方（他方）、右方を後方（一方）と定義する。また、図３で、揺動軸５３の中心軸Ｒを中心とした径方向を単に径方向、中心軸Ｒを中心とした周方向を単に周方向と定義する。また、図３及び図４で、上下方向を上下方向、左右方向を水平方向と定義する。
In FIG. 1, the proximal end side of the second arm 11 (the side connected to the first arm 15) is the rear side (one side), and the distal end side of the second arm 11 (the ball screw to which the
Further, in FIG. 2, the left side is defined as the front (the other side), and the right side is defined as the rear (one side). Moreover, in FIG. 3, the radial direction centered on the central axis R of the
（駆動プーリ２及び従動プーリ３）
駆動プーリ２は、サーボモータ２０の駆動力によって正逆回転可能に駆動される駆動軸２１に固定されている。また、従動プーリ３は、ボールねじスプライン軸１３が接続される従動軸３１に固定されている。
(
The
駆動プーリ２及び従動プーリ３は、歯付プーリである。駆動プーリ２及び従動プーリ３の外周には、歯付ベルト４の歯部の歯形状（例えば一般的な直歯（スグバ）と称される歯形状）に対応した形状の溝部（不図示）が形成されている。本実施形態では、駆動プーリ２及び従動プーリ３の外周に形成された溝部は、直歯に対応した形状であり、従動軸３１方向に沿って延びている。
The driving
駆動プーリ２と従動プーリ３との軸間距離は、調整不能に固定されており、例えば８０ｍｍ～３００ｍｍ程度である（本実施形態は２２０ｍｍ）。
駆動プーリ２と従動プーリ３との間の速度比（従動プーリ３の直径／駆動プーリ２の直径）は、例えば１～４程度である。本実施形態では、速度比（減速比）が４になるように、従動プーリ３は、駆動プーリ２よりもピッチ径が４倍程度大きいものを使用している。
歯付ベルト４の静止時のベルト張力（駆動プーリ２が停止している状態でのベルト張力）は、歯付ベルト４が緩まない程度の水準で、例えば１～５Ｎ程度／ベルト１ｍｍ幅である（本実施形態は５Ｎ／ベルト１ｍｍ幅）。
駆動プーリ２と従動プーリ３との回転角度差（正逆切替時に最大）の許容範囲は、設計態様により決定される。なお、上記「回転角度差」とは、応答性を表す一指標（代用特性）であり、「駆動プーリと従動プーリとの回転角度（°）の差の大きさ」のことである。
The center distance between the driving
The speed ratio between the driving
The belt tension of the
The allowable range of the rotation angle difference (maximum when switching between forward and reverse) between the
（歯付ベルト４）
歯付ベルト４は、図６に示すように、心線４２がベルト長手方向に沿って螺旋状に埋設された背部４３と、背部４３の内周面（背部４３の一方の表面に相当）にベルト長手方向に沿って所定間隔で配置された複数の歯部４４とを有する。本実施形態では、複数の歯部４４は、背部４３の内周面に一体成形されている。また、歯部４４は、ベルト幅方向に沿って延びている（つまり歯部４４は直歯である）。また、歯付ベルト４の内周面、即ち、歯部４４の表面、および背部４３の内周面の一部（歯部４４が設けられていない部分）は、歯布４５で構成（被覆）されている。なお、背部４３の外周面（背部４３の他方の表面に相当）は、布等（背布）で被覆されていない。
(Toothed belt 4)
As shown in FIG. 6, the
ベルト長手方向に隣り合う歯部４４の間隔（歯ピッチＰｔ）は、正逆回転を伴う動作の速度が増加しても、位置決め精度を繰り返し確保する（同期伝動を確実なものとする）観点からは、比較的小さい数値とする方がよく、例えば２ｍｍ～５ｍｍ程度であることが好ましい（本実施形態は３ｍｍ）。なお、歯ピッチＰｔの数値は、歯部４４のスケール（歯部４４のベルト長手方向の長さ、及び、歯部４４の歯高さＨｔ）の大きさにも対応している。すなわち、歯ピッチＰｔが大きいほど、相似的に歯部４４のスケールも大きくなる。
The interval (tooth pitch Pt) between the
歯付ベルト４のベルト長手方向の長さ（周長）は、例えば、２００ｍｍ～８００ｍｍ程度である（本実施形態は約６００ｍｍ）。
歯付ベルト４のベルト幅方向の長さ（幅）は、例えば、６ｍｍ～３５ｍｍ程度である（本実施形態は１０ｍｍ）。
The length (circumferential length) of the
The length (width) of the
（背部４３及び歯部４４）
歯付ベルト４の背部４３及び歯部４４は、ゴム組成物で構成され、このゴム組成物のゴム成分としては、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、エチレン－プロピレン共重合体（ＥＰＭ）、エチレン－プロピレン－ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）、スチレン－ブタジエンゴム、ブチルゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム等が用いられる。これらのゴム成分は、単独または組み合わせて使用できる。背部４３及び歯部４４を構成するゴム組成物のゴム成分は、特に安価という観点では、クロロプレンゴムが好ましい（本実施形態もクロロプレンゴム）。尚、歯部４４と背部４３を構成するゴム組成物は、同じゴム組成物を使用しても、異なるゴム組成物を使用してもよい。背部４３及び歯部４４を構成するゴム組成物は、必要に応じて、慣用の各種添加剤（または配合剤）を含んでいてもよい。歯部４４を構成するゴム組成物（歯ゴム）の硬さは、歯付ベルト４の伝動性能（特に耐歯飛び性）を確保する観点からは、ＪＩＳ Ｋ６２５３（２０１２）に準拠し、雰囲気温度２３℃（２３±２℃）でタイプＡデュロメータを用いて測定した硬度で、７３～８３°程度であることが好ましい。
(back
The
（歯部４４の歯形状）
歯付ベルト４の歯部４４の歯形状は同期伝動（かみ合い伝動）が可能な限りにおいて、一般的な直歯（スグバ）と称される歯形状でも、はす歯（歯面の接触角が斜めとなる歯）と称される歯形状でもよい。本実施形態のベルト伝動機構１に用いた歯付ベルト４は、直歯としている。
(Tooth Shape of Tooth Portion 44)
The tooth shape of the
直歯に属する歯形状としては、以下に挙げた公知の歯形状をはじめ、それらの変形形状、あるいは特殊形状など、適宜ベルト伝動機構の用途に適合した歯形状を選択可能である。例えば、Ｈ歯形と呼ばれる、断面が略半丸形の形状、Ｔ歯形と呼ばれる、断面が台形の形状、Ｓ歯形（ＳＴＰＤタイプ）と呼ばれる、それぞれ外側に膨らんだ凸状曲面（円弧面）からなる２つの側面を平坦面でつないだ形状などが挙げられる。歯付ベルト４の伝動性能（特に伝達能力及び耐歯飛び性）を確保する観点からは、歯部４４の剛性をより上げた方がよく、Ｈ歯形（断面が略半丸形の形状）とするのが好ましい（本実施形態もＨ歯形）。
As the tooth shape belonging to the straight teeth, it is possible to select a tooth shape suitable for the purpose of the belt transmission mechanism, such as the well-known tooth shapes listed below, modified shapes thereof, or special shapes. For example, the H-tooth profile is a shape with a substantially semi-circular cross section, the T-tooth profile is a trapezoidal cross-section, and the S-tooth profile (STPD type) is a convex curved surface (arc surface) that bulges outward. Examples include a shape in which two sides are connected by a flat surface. From the viewpoint of ensuring the transmission performance (particularly transmission capacity and tooth skip resistance) of the
（心線４２）
心線４２は、複数本のストランドを撚り合わせて形成された撚りコードで構成される。１本のストランドは、フィラメント（長繊維）を束ねて引き揃えて形成されていてよい。ベルト伝動機構１における正逆切替時の駆動に対する応答性を高める観点から、フィラメントの材質は、高強度（高弾性率）かつ低伸度なものが好ましく、例えば、無アルカリガラス繊維（Ｅガラス繊維）、高強度ガラス繊維または炭素繊維である。低コストの観点からは、無アルカリガラス繊維（Ｅガラス繊維）がより好ましい。心線４２の径は、歯付ベルト４の屈曲性（歯付ベルト４を駆動プーリ２や従動プーリ３に巻き掛けた際の歯付ベルト４のしなやかさ）を良くする観点、つまり、ベルトピッチラインの上下動による歯付ベルト４の速度むらを抑え、高い位置決め精度を確保する観点から、細径であることが好ましい。心線４２の径は、例えば０．１５ｍｍ～０．６０ｍｍ程度である（本実施形態は、心線種がＥガラス繊維およびKガラス繊維で心線径が０．３５ｍｍ、炭素繊維で心線径が０．５３ｍｍ）。
(Core wire 42)
The
高強度ガラス繊維としては、例えば、引張り強度が３００ｋｇ/ｃｍ2 以上のもの、特に、無アルカリガラス繊維（Ｅガラス繊維）よりもＳｉ成分の多い表１に示す組成のガラス繊維を好適に使用できる。
なお、表１には比較のためＥガラス繊維の組成も記載している。このような高強度ガラス繊維としては、Ｋガラス繊維、Ｕガラス繊維（共に日本硝子繊維社製）、Ｔガラス繊維（日東紡績社製）、Ｒガラス繊維（Ｖｅｔｒｏｔｅｘ社製）、Ｓガラス繊維、Ｓ－２ガラス繊維、ＺＥＮＴＲＯＮガラス繊維（すべてＯｗｅｎｓＣｏｒｎｉｎｇ Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ社製）等があげられる。
As the high strength glass fiber, for example, one having a tensile strength of 300 kg/cm 2 or more, particularly, glass fiber having the composition shown in Table 1, which has a higher Si content than alkali-free glass fiber (E glass fiber), can be suitably used.
For comparison, the composition of E glass fiber is also shown in Table 1. Examples of such high strength glass fibers include K glass fiber, U glass fiber (both manufactured by Nippon Glass Fiber Co., Ltd.), T glass fiber (manufactured by Nitto Boseki Co., Ltd.), R glass fiber (manufactured by Vetrotex Co., Ltd.), S glass fiber, S-2 glass fiber, and ZENTRON glass fiber (all manufactured by Owens Corning Fiberglass Co., Ltd.).
炭素繊維としては、例えば、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、フェノール樹脂系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、ポリビニルアルコール系炭素繊維などが挙げられる。炭素繊維の市販品としては、例えば、東レ（株）製「トレカ（登録商標）」、東邦テナックス（株）製「テナックス（登録商標）」、三菱ケミカル（株）製「ダイアリード（登録商標）」などを利用できる。これらの炭素繊維は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの炭素繊維のうち、ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維が好ましく、ＰＡＮ系炭素繊維が特に好ましい。 Examples of carbon fibers include pitch-based carbon fibers, polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fibers, phenolic resin-based carbon fibers, cellulose-based carbon fibers, and polyvinyl alcohol-based carbon fibers. Commercially available carbon fibers include "TORAYCA (registered trademark)" manufactured by Toray Industries, Inc., "Tenax (registered trademark)" manufactured by Toho Tenax Co., Ltd., and "Dialead (registered trademark)" manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. These carbon fibers can be used alone or in combination of two or more kinds. Of these carbon fibers, pitch-based carbon fibers and PAN-based carbon fibers are preferred, and PAN-based carbon fibers are particularly preferred.
心線４２として用いる撚りコードには、背部４３との接着性を高めるために接着処理が施されることが好ましい。接着処理としては、例えば、撚りコードを、レゾルシン－ホルマリン－ラテックス処理液（ＲＦＬ処理液）に浸漬後、加熱乾燥して、表面に均一に接着層を形成する方法が採用される。ＲＦＬ処理液は、レゾルシンとホルマリンとの初期縮合体をラテックスに混合したものであり、ここで使用するラテックスとしては、クロロプレン、スチレン・ブタジエン・ビニルピリジン三元共重合体（ＶＰラテックス）、水素化ニトリル、ＮＢＲ等が挙げられる。なお、接着処理としては、エポキシまたはイソシアネート化合物で前処理を行った後に、ＲＦＬ処理液で処理する方法等もある。
The twisted cord used as the
心線４２は、背部４３に、ベルト長手方向に沿って、ベルト幅方向に所定の間隔を空けて螺旋状に埋設されている。即ち、心線４２は、背部４３に、ベルト幅方向に所定の間隔を空けて配列されている。
The
（歯布４５）
歯布４５は、耐摩耗性等の観点から、経糸と緯糸を一定の規則によって縦横に交錯させて織られた織布で構成されることが好ましい。歯布４５としては、織布の経糸をベルト幅方向に、緯糸をベルト長手方向に延びるように配置するのが好ましい。それにより、歯布４５のベルト長手方向の伸縮性を確保できる。なお、歯布４５は、織布の緯糸をベルト幅方向に、経糸をベルト長手方向に延びるように配置してもよい。この場合、経糸として、伸縮性を有する弾性糸を用いてもよい。歯布４５を構成する繊維の材質としては、ナイロン、アラミド、ポリエステル、ポリベンゾオキサゾール、綿等の何れかまたはこれらの組み合わせを採用できる。
歯布４５として用いる織布は、背部４３及び歯部４４との接着性を高めるために、接着処理が施されていてもよい。接着処理としては、織布をレゾルシン－ホルマリン－ラテックス（ＲＦＬ液）に浸漬後、加熱乾燥して、表面に均一に接着層を形成する方法が一般的である。
(Tooth cloth 45)
From the viewpoint of abrasion resistance, the
The woven fabric used as the
（歯付ベルト４の製造方法）
本実施形態に係る歯付ベルト４は、例えば、以下の工法（圧入工法）で作製される。まず、歯付ベルト４の歯部４４に対応する複数の溝部（凹条）を有する円筒状モールドの外周面に、歯布４５を形成する繊維織物を巻き付ける。続いて、巻き付けた繊維織物の外周面に、心線４２を構成する撚りコードを螺旋状に所定のピッチで（円筒状モールドの軸方向に所定のピッチを有するように）巻き付ける。さらにその外周側に、背部４３及び歯部４４を形成する未加硫ゴムシートを巻き付けて未加硫のベルト成形体（未加硫積層体）を形成する。
(Method for manufacturing toothed belt 4)
The
次に、未加硫のベルト成形体が、円筒状モールドの外周に配置された状態で、更にその外側に、蒸気遮断材であるゴム製のジャケットが被せられる。続いて、ジャケットが被せられたベルト成形体および円筒状モールドは、加硫缶等の加硫装置の内部に収容される。そして、加硫装置の内部でベルト成形体を加熱加圧すると、未加硫ゴムシートのゴム組成物と繊維織物が円筒状モールドの溝部（凹条）に圧入されて、所望の形状の歯部が形成されるとともに、未加硫ゴムシートのゴム組成物が加硫されて、ゴム組成物と繊維織物と心線とが一体化したスリーブ状の加硫成形体（加硫ベルトスリーブ）が形成される。この時、繊維織物は歯部４４の輪郭形状に沿った形態に伸張して、歯部４４の表面に配置された歯布４５となっている。そして、円筒状モールドから脱型した加硫ベルトスリーブを所定の幅に切断することにより、複数の歯付ベルト４が得られる。この工法（圧入工法）では、背部４３及び歯部４４を構成するゴム組成物は、同じゴム組成物を使用することになる。
Next, while the unvulcanized belt molded body is placed around the outer periphery of the cylindrical mold, a rubber jacket serving as a vapor barrier material is placed over the outside of the molded body. Subsequently, the jacketed belt molded body and the cylindrical mold are housed inside a vulcanization device such as a vulcanization can. Then, when the belt molded body is heated and pressurized inside the vulcanization device, the rubber composition of the unvulcanized rubber sheet and the fiber fabric are press-fitted into the grooves (concave stripes) of the cylindrical mold, forming the teeth of the desired shape. is formed, and the rubber composition of the unvulcanized rubber sheet is vulcanized to form a sleeve-shaped vulcanized product (vulcanized belt sleeve) in which the rubber composition, fiber fabric, and core wire are integrated. be done. At this time, the fiber fabric is stretched to follow the contour shape of the
（オートテンショナ５）
オートテンショナ５は、図２～図４に示すように、第２アーム１１の筐体に固定された揺動軸５３と、先端部５６１（第１揺動アーム５６の一方の端部に相当）に、第１テンションローラ５１が回転自在に支持された第１基軸部５１Ａが設けられるとともに、基端部５６２（第１揺動アーム５６の他方の端部に相当）が、揺動軸５３に対して回転自在に支持された第１揺動アーム５６と、先端部５７１（第２揺動アーム５７の一方の端部に相当）に、第２テンションローラ５２が回転自在に支持された第２基軸部５２Ａが設けられるとともに、基端部５７２（第２揺動アーム５７の他方の端部に相当）が、揺動軸５３に対して回転自在に支持された第２揺動アーム５７と、第１基軸部５１Ａと第２基軸部５２Ａとを、第１テンションローラ５１の回転中心５１Ｃと第２テンションローラ５２の回転中心５２Ｃとを結ぶローラ中心線ＲＬに沿って、互いに引き寄せる方向に付勢するばね５４と、を有している。
(Auto tensioner 5)
As shown in FIGS. 2 to 4, the
本実施形態では、オートテンショナ５は、２つのテンションローラ（第１テンションローラ５１及び第２テンションローラ５２）が、従動プーリ３側ではなく、駆動プーリ２側に設けられている。なお、オートテンショナ５は、２つのテンションローラ（第１テンションローラ５１及び第２テンションローラ５２）が駆動プーリ２及び従動プーリ３のうち直径が小さい方のプーリ側に設けられていてもよい。ここで、「２つのテンションローラが駆動プーリ２側に設けられている」とは、ローラ中心線ＲＬとプーリ中心線ＰＬとの交点が、プーリ中心線ＰＬの中心よりも駆動プーリ２側に存在することを意味する。
In this embodiment, the
（第１テンションローラ５１及び第２テンションローラ５２）
第１テンションローラ５１は、第１基軸部５１Ａに転がり軸受（不図示）を介して中心軸Ｒ２を中心に回転自在に支持された、円筒形状をしたローラ部材である。第２テンションローラ５２も、第２基軸部５２Ａに転がり軸受（不図示）を介して中心軸Ｒ３を中心に回転自在に支持された、円筒形状をしたローラ部材である。
(
The
第１テンションローラ５１及び第２テンションローラ５２は、図２に示すように、駆動プーリ２側において、駆動プーリ２の回転中心２２と従動プーリ３の回転中心３２とを結ぶプーリ中心線ＰＬを挟む両側の位置でそれぞれ第１基軸部５１Ａ及び第２基軸部５２Ａを中心に回転自在に設けられ、第１テンションローラ５１及び第２テンションローラ５２が、歯付ベルト４の外周面に接触可能とされている。
As shown in FIG. 2, the
（第１基軸部５１Ａ及び第２基軸部５２Ａ）
第１基軸部５１Ａは、図３及び図４に示すように、第１テンションローラ５１を、転がり軸受（不図示）を介して中心軸Ｒ２を中心に回転自在に支持する基端部分である。
第１基軸部５１Ａは、後述する第１揺動アーム５６の先端部５６１に設けられた孔（めねじ部）に挿通するためのおねじ部が下方に延びている。
同様に、第２基軸部５２Ａは、図３に示すように、第２テンションローラ５２を、転がり軸受（不図示）を介して中心軸Ｒ３を中心に回転自在に支持する基端部分である。
第２基軸部５２Ａは、後述する第２揺動アーム５７の先端部５７１に設けられた孔（めねじ部）に挿通するためのおねじ部が下方に延びている。
そして、第１基軸部５１Ａと第２基軸部５２Ａとの間には、後述するばね５４が張設されている。
(
As shown in FIGS. 3 and 4, the first
The first
Similarly, the second
The second
A
（揺動軸５３）
揺動軸５３は、図３に示すように、上下方向に延在する円柱状の胴部５３１と、胴部５３１の上端から径方向外側に延びるフランジ部５３２と、胴部５３１の下方の端面（下端面）の中心部分から下方に延びる締結部５３３とを有し、これらが一体に形成された金属部品である。
(Swing shaft 53)
As shown in FIG. 3, the oscillating
揺動軸５３は、図２に示すように、揺動軸５３の中心軸Ｒ（揺動の中心点）が、第１テンションローラ５１の回転中心５１Ｃと第２テンションローラ５２の回転中心５２Ｃとを結ぶローラ中心線ＲＬとプーリ中心線ＰＬとの交点から駆動プーリ２側に離間した、プーリ中心線ＰＬ上の点（プーリ中心線ＰＬの延長線上の点でもよい）を通り、駆動軸２１と平行な方向に延びるように、水平多関節ロボット１０の第２アーム１１の筐体（めねじ部）に、締結部５３３（おねじ部）を介して固定されている。また、揺動軸５３は、胴部５３１の外周面、及びフランジ部５３２の下端面が、摺動部材５５（軸受）に面接触しており、この摺動部材５５（軸受）を介して、第１揺動アーム５６及び第２揺動アーム５７を回転自在に支持している。
As shown in FIG. 2, the
（ばね５４）
ばね５４は、本実施形態では引張ばねを採用している。
引張ばねは、自然長よりも長くなる方向に引っ張った状態（縮む方向に自己弾性回復力が働く状態）で、第１基軸部５１Ａと第２基軸部５２Ａとの間に張設されており、第１基軸部５１Ａと第２基軸部５２Ａとを、ローラ中心線ＲＬに沿って、互いに引き寄せる方向に付勢する。即ち、ばね５４は、第１基軸部５１Ａに回転自在に設けられた第１テンションローラ５１と第２基軸部５２Ａに回転自在に設けられた第２テンションローラ５２とを、ローラ中心線ＲＬに沿って、互いに引き寄せる方向に付勢する。
(Spring 54)
In this embodiment, the
The tension spring is stretched between the first and second
引張ばねは、図２に示すように、第１テンションローラ５１及び第２テンションローラ５２が、歯付ベルト４の外周面に接触する態様で使用される場合に採用される。
The tension spring is used when the
なお、ばね５４に圧縮ばねを採用してもよい。圧縮ばねは、自然長よりも短くなる方向に圧縮した状態（伸びる方向に自己弾性回復力が働く状態）で、第１基軸部５１Ａと第２基軸部５２Ａとの間に取り付けられ、第１基軸部５１Ａと第２基軸部５２Ａとを、ローラ中心線ＲＬに沿って、互いに離間させる方向に付勢する場合に使用される。具体的には、圧縮ばねは、第１テンションローラ５１及び第２テンションローラ５２が、歯付ベルト４の内周側に配置され、第１テンションローラ５１及び第２テンションローラ５２が、歯付ベルト４の内周面に接触する態様で使用される場合に採用される。
Note that a compression spring may be used as the
本実施形態のように、ばね５４に引張ばねを使用すれば、１本のばね５４（引張ばね）による付勢作用で、２つのテンションローラ（第１テンションローラ５１と第２テンションローラ５２）によって、歯付ベルト４の両側（張り側と緩み側）を挟む態様になる。そのため、ばね５４が圧縮ばねであり、２つのテンションローラ（第１テンションローラ５１と第２テンションローラ５２）が歯付ベルト４の内周面に接触するように設けられている構成（１本の圧縮ばねによる付勢作用で、２つのテンションローラによって、歯付ベルト４の両側を押し広げる態様の場合）と比較し、歯付ベルト４の接触角（ベルトとプーリが接触している円弧に対する中心角）が大きくなることで、歯付ベルト４の歯飛びが起こるのを抑制できる。
In this embodiment, if a tension spring is used for the
ばね５４は、ベルト伝動機構１毎に所定のばね特性が繰り返し得られるよう、コイルばねとするのがよく、本実施形態においてもコイルばねを採用している。
ばね線は、ＪＩＳＧ３５６０：１９９４に準拠した、断面円形等のばね用オイルテンパー線とするのがよく、本実施形態は上記規格に準拠した断面円形のばね用オイルテンパー線を採用している。
ばね線の直径、ならびに、ばねの巻き径及び巻き長さ（自然長）は、ベルト伝動機構１毎（特にはベルト張力の水準毎）に所定のばね特性が繰り返し得られるよう設計されて決定される。
The
The spring wire is preferably an oil-tempered wire for springs with a circular cross-section or the like in accordance with JIS G3560:1994, and this embodiment employs an oil-tempered wire for springs with a circular cross-section that conforms to the above standard.
The diameter of the spring wire, as well as the winding diameter and winding length (natural length) of the spring are designed and determined so that predetermined spring characteristics can be repeatedly obtained for each belt transmission mechanism 1 (especially for each level of belt tension). Ru.
本実施形態では、ばね５４を第１基軸部５１Ａと第２基軸部５２Ａとの間に張設し易くするため、ばね５４の端末の略１巻き部分に相当するばね５４の両端部（以下「ばね端部５４１Ａ、５４１Ｂ」）を両端共同じ向きに約９０°折り曲げ加工している。
In this embodiment, in order to make it easier to tension the
（第１揺動アーム５６及び第２揺動アーム５７）
第１揺動アーム５６および第２揺動アーム５７は、互いに独立した、アルミニウム合金鋳物（例えばＡＤＣ１２）等からなる金属部品である。
第１揺動アーム５６の基端部５６２は、図３に示すように、揺動軸５３に（後述の摺動部材５５（軸受）を介して）回転自在に支持されている。
同様に、第２揺動アーム５７の基端部５７２も、図３に示すように、揺動軸５３に（後述の摺動部材５５（軸受）を介して）回転自在に支持されている。
第１揺動アーム５６及び第２揺動アーム５７は、図２に示すように、オートテンショナ５としてベルト伝動機構１に設けられた状態において、全体として上方から見て略Ｃ字形の形状を呈する様形成されている。
(
The
As shown in FIG. 3, the
Similarly, the
As shown in FIG. 2, the
（先端部５６１及び先端部５７１）
第１揺動アーム５６の先端部５６１には、図４に示すように、軸Ｒ２（第１テンションローラ５１の中心軸）を中心に（先端部５６１と基端部５６２との間のアーム部分の下端面よりも）下方に円筒状に突出する凸部５６１Ａが形成されている。この凸部５６１Ａを含め、先端部５６１における、軸Ｒ２を中心に上下方向に貫通する孔に、めねじ部が形成されている。また、ばね５４のばね端部５４１Ａが下方から凸部５６１Ａに挿通され凸部５６１Ａの上端（根元）の外周部分に係止されている。
これにより、第１揺動アーム５６の先端部５６１において、上方から第１基軸部５１Ａ（おねじ部主体）が蝶合により固定されることで、ばね端部５４１Ａが凸部５６１Ａを介して第１基軸部５１Ａに係止されることになる。
(
4, a
As a result, the first
第２揺動アーム５７の先端部５７１には、図３に示すように、軸Ｒ３（第２テンションローラ５２の中心軸）を中心に（先端部５７１と基端部５７２との間のアーム部分の上端面よりも）上方に円筒状に突出する凸部５７１Ａが形成されている。この凸部５７１Ａを含め、先端部５７１における、軸Ｒ３を中心に上下方向に貫通する孔に、めねじ部が形成されている。また、ばね５４のばね端部５４１Ｂが上方から凸部５７１Ａに挿通され凸部５７１Ａの下端（根元）の外周部分に係止されている。
これにより、第２揺動アーム５７の先端部５７１において、上方から第２基軸部５２Ａ（おねじ部主体）が蝶合により固定されることで、ばね端部５４１Ｂが凸部５７１Ａを介して第２基軸部５２Ａに係止されることになる。
3, a
As a result, the second
上記構成により、第１揺動アーム５６の先端部５６１には、第１テンションローラ５１が回転自在に支持された第１基軸部５１Ａが、移動不能に固定（蝶合）された状態になる。
同様に、第２揺動アーム５７の先端部５７１には、第２テンションローラ５２が回転自在に支持された第２基軸部５２Ａが移動不能に固定（蝶合）された状態になる。
そして、第１基軸部５１Ａには、ばね端部５４１Ａが挿通され、第２基軸部５２Ａには、ばね端部５４１Ｂが挿通されることにより、ばね５４は、互いのばね端部５４１Ａ、５４１Ｂの係止位置が側面視で同一平面上にあり（上下方向にずれず）、且つ、互いのばね端部５４１Ａ、５４１Ｂが脱落不能な態様で、第１基軸部５１Ａと第２基軸部５２Ａとの間に張設されることになる（図３参照）。
With the above configuration, the first
Similarly, the second
The
（基端部５６２及び基端部５７２）
第１揺動アーム５６の基端部５６２は、上方に延びるフランジ形状をしており、上方から見て円筒状に形成されている。具体的には、図３に示すように、基端部５６２の上端面が、後述する摺動部材５５の上部筒状摺動部５５１における上下方向に延びる円筒状部分５５１Ａの上端から径方向外側に延びる板状部分５５１Ｂの下端面に接触可能な位置まで上方に延在しており、基端部５６２の下端面が後述する摺動部材５５の板状摺動部５５２の上端面に接触している。
また、基端部５６２は、上部筒状摺動部５５１における上下方向に延びる円筒状部分５５１Ａの外周面に接触可能な位置まで径方向内側に延在している。基端部５６２の径方向内側端面の直径（内径）は、上部筒状摺動部５５１の円筒状部分５５１Ａの外周面の直径（外径）と同じか僅かに大きい（図３参照）。
(
The
The
第２揺動アーム５７の基端部５７２は、下方に延びるフランジ形状をしており、上方から見て円筒状に形成されている。具体的には、図３に示すように、基端部５７２の下端面が、後述する摺動部材５５の下部筒状摺動部５５３における上下方向に延びる円筒状部分５５３Ａの下端から径方向外側に延びる板状部分５５３Ｂの上端面に接触可能な位置まで下方に延在しており、基端部５７２の上端面が後述する摺動部材５５の板状摺動部５５２の下端面に接触している。
また、基端部５７２は、下部筒状摺動部５５３における上下方向に延びる円筒状部分５５３Ａの外周面に接触可能な位置まで径方向内側に延在している。基端部５７２の径方向内側端面の直径（内径）は、下部筒状摺動部５５３の円筒状部分５５３Ａの外周面の直径（外径）と同じか僅かに大きい（図３参照）。
The
Furthermore, the
上記構成により、第１揺動アーム５６の基端部５６２と第２揺動アーム５７の基端部５７２とは上下方向に独立して、後述の摺動部材５５（軸受）を介して揺動軸５３に回転自在に支持されている。
With the above configuration, the
（摺動部材５５（軸受））
摺動部材５５は、図３に示すように、上部筒状摺動部５５１と、板状摺動部５５２と、下部筒状摺動部５５３とを有し、これらは別体に形成されている。上部筒状摺動部５５１と下部筒状摺動部５５３とは、同じ構成（形状、寸法）のものである。
(Sliding member 55 (bearing))
3, the sliding
上部筒状摺動部５５１は、上下方向に延びる円筒状部分５５１Ａと、円筒状部分５５１Ａの上端から径方向外側に延びる板状部分５５１Ｂとを有している。
板状摺動部５５２は、環状の板状に形成されている板状部分５５２Ａと、板状部分５５２Ａの径方向内側において、上方向及び下方向に延びる円筒状部分５５２Ｂとを有している。
下部筒状摺動部５５３は、上下方向に延びる円筒状部分５５３Ａと、円筒状部分５５３Ａの下端から径方向外側に延びる板状部分５５３Ｂとを有している。
The upper
The plate-like sliding
The lower
摺動部材５５は、揺動軸５３の胴部５３１に外挿されている。詳細には、上部筒状摺動部５５１、基端部５６２、板状摺動部５５２、基端部５７２、下部筒状摺動部５５３の順に揺動軸５３の胴部５３１に外挿されて、上部筒状摺動部５５１、板状摺動部５５２、および下部筒状摺動部５５３は、揺動軸５３のフランジ部５３２と第２アーム１１の筐体との間で上下方向に挟まれる態様で固定される。
The sliding
摺動部材５５は、第１揺動アーム５６に対して、上部筒状摺動部５５１の円筒状部分５５１Ａおよび板状摺動部５５２の円筒状部分５５２Ｂが、基端部５６２の内周面と面接触し、上部筒状摺動部５５１の板状部分５５１Ｂが、基端部５６２の上端面と面接触し、板状摺動部５５２の板状部分５５２Ａの上端面が、基端部５６２の下端面と面接触することで、第１揺動アーム５６に対して摺動する滑り軸受として機能する。
The sliding
同様に、摺動部材５５は、第２揺動アーム５７に対して、下部筒状摺動部５５３の円筒状部分５５３Ａおよび板状摺動部５５２の円筒状部分５５２Ｂが、基端部５７２の内周面と面接触し、下部筒状摺動部５５３の板状部分５５３Ｂが、基端部５７２の下端面と面接触し、板状摺動部５５２の板状部分５５２Ａの下端面が、基端部５７２の上端面と面接触することで、第２揺動アーム５７に対して摺動する滑り軸受として機能する。
Similarly, the sliding
上記構成により、第１揺動アーム５６および第２揺動アーム５７は、それぞれ独立して、この摺動部材５５（軸受）を介して揺動軸５３に回転自在に支持される。
With the above configuration, the
本実施形態の摺動部材５５（軸受）は、低摩擦摺動性や耐摩耗性等の観点から、ロックウェルＲスケール（ＪＩＳ Ｋ７２０２－２：２００１に準拠）が８０～１３０である硬質の熱可塑性樹脂（例えばポリアセタール樹脂）を射出成形により形成したものとした。 The sliding member 55 (bearing) of this embodiment is made by injection molding a hard thermoplastic resin (such as polyacetal resin) with a Rockwell R scale (based on JIS K7202-2:2001) of 80 to 130, from the viewpoints of low friction sliding properties and wear resistance.
（オートテンショナ５の動作：歯付ベルト４の張り側）
（動作）
ロボットアーム駆動用のベルト伝動機構１において、
i．駆動プーリ２が停止している状態では、駆動軸２１と平行な方向に見て（以下、上方から見て）、ローラ中心線ＲＬとプーリ中心線ＰＬとが直交した態様で、２つのテンションローラ（第１テンションローラ５１及び第２テンションローラ５２）と歯付ベルト４の外周面とが互いに接触し釣り合っている（図２参照）。
(Operation of auto tensioner 5: tension side of toothed belt 4)
(motion)
In the
i. When the
ii. 正逆切替時（正逆の起動／停止時）（駆動プーリ２が図５の矢印Ｚ方向に回転した場合）
まず、歯付ベルト４の張り側において、歯付ベルト４の張力が増加し、歯付ベルト４の張り側に位置する一方のテンションローラである第１テンションローラ５１が、歯付ベルト４の張力により歯付ベルト４に押されて歯付ベルト４の張り方向に変位する際、本構成では、第１揺動アーム５６及び第２揺動アーム５７が、それぞれ揺動軸５３を中心に回転自在で、且つ、第１基軸部５１Ａと第２基軸部５２Ａとの間をばね５４で接続（付勢）された、２つのテンションローラ（第１テンションローラ５１及び第２テンションローラ５２）が、揺動軸５３を中心（中心軸Ｒ）に平面的に揺動自在な構成のため、歯付ベルト４の張力の増加とともに、第１テンションローラ５１は、歯付ベルト４に押されて、歯付ベルト４の張り方向（且つ駆動プーリ２方向側）に変位しつつ、揺動軸５３を中心に矢印Ｘ方向に回転される、第１揺動アーム５６を介して、上方から見て、第１テンションローラ５１の回転中心５１Ｃと揺動軸５３の揺動の中心点（中心軸Ｒ）との間を揺動半径ｒ１とする軌道上を、揺動軸５３を中心に矢印（１）の方向に回転を開始し、ばね５４の付勢力に抗しつつも、揺動軸５３を中心に矢印Ｘ方向に回転される第１揺動アーム５６を介して、揺動軸５３を中心に矢印（１）の方向に揺動することで、釣り合い位置、つまり歯付ベルト４の張り側で緊張状態に達するベルト位置まで、素早く変位する（図５参照）。
ii. When switching forward/reverse (starting/stopping forward/reverse) (when drive
First, the tension of the
（作用）
本構成では、上方から見て、揺動の中心点（中心軸Ｒ）が、ローラ中心線ＲＬとプーリ中心線ＰＬとの交点から駆動プーリ２側に離間した、プーリ中心線ＰＬ上の点であるため、歯付ベルト４の張り側において、歯付ベルト４の張力が増加し、歯付ベルト４の張り側に位置する第１テンションローラ５１が、歯付ベルト４の張力により歯付ベルト４に押されて歯付ベルト４の張り方向に変位する際、第１揺動アーム５６及び第２揺動アーム５７がそれぞれ揺動軸５３を中心に回転自在で、且つ、第１基軸部５１Ａと第２基軸部５２Ａとの間をばね５４で接続（付勢）された、２つのテンションローラ（第１テンションローラ５１及び第２テンションローラ５２）が揺動軸５３を中心に揺動自在な構成であるため、第１テンションローラ５１は、ばね５４の付勢力に抗しつつも、第１基軸部５１Ａと第２基軸部５２Ａとの間をばね５４で接続（付勢）された、２つのテンションローラ（第１テンションローラ５１及び第２テンションローラ５２）ごと、第１テンションローラ５１の揺動半径ｒ１及び第２テンションローラ５２の揺動半径ｒ２（第２テンションローラ５２の回転中心５２Ｃと揺動軸５３の揺動の中心点（中心軸Ｒ）との間の距離）をそれぞれ揺動半径とする軌道上を歯付ベルト４の張り方向（図５の矢印（１）（２）方向）に揺動軸５３を中心に揺動することで、第１テンションローラ５１が釣り合い位置まで素早く変位できる。
(effect)
In this configuration, when viewed from above, the center point of the swing (center axis R) is a point on the pulley center line PL that is spaced toward the
そのため、２つのテンションローラ（第１テンションローラ５１及び第２テンションローラ５２）が揺動軸５３を中心に揺動不能な構成（２つのテンションローラにばねの付勢力のみが作用している構成）であって、上方から見てプーリ中心線ＰＬと直交する方向にしか２つのテンションローラが変位できない構成（例えば特許文献１図１の構成）と比較し、歯付ベルト４の張り側において、第１テンションローラ５１がばね５４による減衰（ばね５４の付勢力に抗する方向の変位）を抑えつつ、揺動軸５３を中心に矢印Ｘ方向に回転される第１揺動アーム５６を介して、揺動軸５３を中心に揺動することで、釣り合い位置まで素早く変位できる分、正逆回転に伴い歯付ベルト４の張り側において第１テンションローラ５１の応答性（動作速度）が向上するとともに、歯付ベルト４が過張力となるのを抑制できる（張力変動を低く抑えることができる）。
Therefore, compared to a configuration in which the two tension rollers (
（オートテンショナ５の動作：歯付ベルト４の緩み側）
（動作、作用）
iii. 次に、歯付ベルト４の緩み側において、歯付ベルト４の張力が減少し、歯付ベルト４に緩みが生じることになるが、さきの歯付ベルト４の張り側での上記動作（ii）で、張り側の第１テンションローラ５１が、ばね５４の付勢力に抗しつつも、第１基軸部５１Ａと第２基軸部５２Ａとの間をばね５４で接続（付勢）された、２つのテンションローラ（第１テンションローラ５１及び第２テンションローラ５２）ごと、第１テンションローラ５１の揺動半径ｒ１及び第２テンションローラ５２の揺動半径ｒ２をそれぞれ揺動半径とする軌道上を、揺動軸５３を中心に矢印（１）の方向に揺動したことに連動し、歯付ベルト４の緩み側において、他方の第２テンションローラ５２は、おのずと歯付ベルト４の緩みを解消する方向（ばね５４の付勢方向）にばね５４で付勢されつつ、揺動軸５３を中心に矢印Ｘ方向に回転される第２揺動アーム５７を介して揺動軸５３を中心に揺動することで、矢印（２）の方向に素早く変位することになる（図５参照）。
(Operation of auto tensioner 5: Loose side of toothed belt 4)
(action, action)
iii. Next, on the slack side of the
このため、歯付ベルト４の緩み側においても、第２テンションローラ５２の応答性（動作速度）が向上するとともに、第２テンションローラ５２を歯付ベルト４の外周面に接触させたままの状態に維持できることで、歯付ベルト４に緩みを生じさせることなく、歯付ベルト４の張力を自動的に適度に保つことができる。
As a result, even on the slack side of the
iv. また、本構成では、ばね５４が２つのテンションローラ（第１テンションローラ５１及び第２テンションローラ５２）の第１基軸部５１Ａと第２基軸部５２Ａとの間に張設されている。
このため、２つのテンションローラ（第１テンションローラ５１及び第２テンションローラ５２）が揺動軸５３を中心に（揺動軸５３と直交する面に沿って）揺動自在な構成であっても、ばね５４が２つのテンションローラの基軸部間に張設されていない構成［例えば、ばねが２つのテンションローラの各基軸部と揺動軸とを接続する各部材間（互いに独立した２つのアーム部材間）に張設されている構成（後述の比較例４及び図９参照）］と比較し、駆動軸２１と平行な方向に見て、揺動の中心点(中心軸Ｒ：歯付ベルト４の緩み側においては「支点」）と、歯付ベルト４の緩み側においてばね５４の付勢力が加わる点（つまり、歯付ベルト４の緩み側においては「力点」）との離間距離が長い。その分、歯付ベルト４の緩み側において、第２テンションローラ５２と緩み側の歯付ベルト４とが接触する点（つまり、歯付ベルト４の緩み側においては「作用点」）により大きな力が働くため、歯付ベルト４の緩み側において、第２テンションローラ５２の応答性（動作速度）がより向上する。
iv. In this configuration, the
Therefore, even if the two tension rollers (
v. なお、特許文献２の構成では、そもそも２つのテンションローラ間にばね等による付勢作用が働かない。そのため、走行初期に生じる張力低下の調整に対応できない。
v. In addition, in the configuration of
（駆動プーリ２が図５の矢印Ｚ方向と反対の方向に回転した場合）
次に、駆動プーリ２が図５の矢印Ｚ方向と反対の方向に回転駆動されると、歯付ベルト４の張り側、緩み側の位置が、さきの場合（駆動プーリ２が図５の矢印Ｚ方向に回転駆動される場合）と逆になり、まず、歯付ベルト４の張り側において、第２テンションローラ５２が、歯付ベルト４に押されて歯付ベルト４の張り方向に変位する際、ばね５４の付勢力に抗しつつも、揺動軸５３を中心に矢印Ｘ方向と反対の方向に回転される第２揺動アーム５７を介して揺動軸５３を中心に揺動することで、図５に示す位置から釣り合い位置まで、図５の矢印（２）の方向と反対の方向に素早く変位し、次に、これに連動し、第１テンションローラ５１がおのずと歯付ベルト４の緩みを解消する方向（ばね付勢方向）にばね５４に付勢されつつ、揺動軸５３を中心に矢印Ｘ方向と反対の方向に回転される第１揺動アーム５６を介して揺動軸５３を中心に揺動することで、図５に示す位置から図５の矢印（１）の方向と反対の方向に素早く変位することになる。
これにより、やはり、歯付ベルト４の張り側において、第２テンションローラ５２の応答性（動作速度）が向上するとともに、歯付ベルト４が過張力となるのを抑制でき（張力変動を低く抑えることができ）、且つ、歯付ベルト４の緩み側において、第１テンションローラ５１の応答性（動作速度）が向上するとともに、第１テンションローラ５１を歯付ベルト４の外周面に接触させたままの状態に維持できることで、歯付ベルト４に緩みを生じさせることなく、歯付ベルト４の張力を自動的に適度に保つことができる。
(When the
Next, when the
As a result, the responsiveness (operating speed) of the
以上より、本構成によれば、ロボットアーム駆動用ベルト伝動機構１において、駆動プーリ２が正逆いずれの方向に回転する場合でも、正逆切替時（正逆の起動／停止時）の駆動に対する応答性を高い水準に確保すること（つまり正逆切替時の、駆動プーリ２と従動プーリ３との回転角度差を十分に抑制すること）が可能となり、正逆回転を伴う動作の速度が増加しても、同期伝動［（走行初期に生じる張力低下の調整を含め）自動的に、且つ適度に（歯付ベルト４が緩まない程度に）歯付ベルト４の張力を保つこと］を確実なものとすることができる。
As described above, according to the present configuration, in the
また、２つのテンションローラ（第１テンションローラ５１及び第２テンションローラ５２）は、駆動プーリ２側、または、駆動プーリ２及び従動プーリ３のうち直径が小さい方のプーリ側に設けられている。
ロボットアーム駆動用ベルト伝動機構１は、従動プーリ３の回転トルクを所定の水準に確保するため、駆動プーリ２の直径が従動プーリ３の直径よりも小さい場合（所謂、減速機構として機能する場合）が一般的であるが、駆動プーリ２及び従動プーリ３の直径が同じ場合もある。例えば、駆動プーリ２と従動プーリ３との間隔が狭く、且つ、減速比（プーリ径の比）が大きいベルト伝動機構１においては、小径側の駆動プーリ２において、歯付ベルト４の接触角が小さくなり、歯付ベルト４の緩みが大きいと、歯付ベルト４の歯飛びが起こりやすくなる懸念があるが、本構成によれば、駆動プーリ２（駆動プーリ２及び従動プーリ３が同径の場合を含む）、または、（駆動、従動に依らず）小径側のプーリにおいて、歯付ベルト４の接触角が小さくなるのを抑制できることで、歯付ベルト４の歯飛びを生じにくくすることができる。
In addition, the two tension rollers (the
In the
また、ベルト伝動機構１の駆動プーリ２の直径は、従動プーリ３の直径よりも小さい場合（つまりベルト伝動機構１が減速機構である場合）、駆動プーリ２の直径が従動プーリ３の直径と同径の場合と比べ、正逆切替時に、２つのテンションローラが揺動軸５３を中心に揺動することにより変位する度合いが大きくなる。
そのため、本構成によれば、２つのテンションローラ（第１テンションローラ５１及び第２テンションローラ５２）が揺動軸５３を中心に揺動不能な構成（２つのテンションローラにばねの付勢力のみが作用している構成）であって、駆動軸と平行な方向に見てプーリ中心線と直交する方向にしか２つのテンションローラが変位できない構成と比較し、歯付ベルト４の張り側において、第１テンションローラ５１がばね５４による減衰（ばね５４の付勢力に抗する方向の変位）を抑えつつ、揺動軸５３を中心に揺動することにより素早く変位できる効果をより大きくすることができる。ひいては、ロボットアーム駆動用ベルト伝動機構１において、正逆切替時（正逆の起動／停止時）の駆動に対する応答性をより高い水準に確保することができる。
In addition, when the diameter of the
Therefore, according to this configuration, compared to a configuration in which the two tension rollers (
（その他の実施形態）
上記実施形態では、揺動軸５３の中心軸Ｒ（揺動の中心点）は、第１テンションローラ５１の回転中心５１Ｃと第２テンションローラ５２の回転中心５２Ｃとを結ぶローラ中心線ＲＬとプーリ中心線ＰＬとの交点から駆動プーリ２側に離間した、プーリ中心線ＰＬ上の点を通り、駆動軸２１と平行な方向に延びた構成をしている。
しかし、揺動軸５３の中心軸Ｒ（揺動の中心点）は、第１テンションローラ５１の回転中心５１Ｃと第２テンションローラ５２の回転中心５２Ｃとを結ぶローラ中心線ＲＬとプーリ中心線ＰＬとの交点から駆動プーリ２側に離間した、プーリ中心線ＰＬの延長線上の点を通る構成であってもよい。
具体的には、駆動軸２１が、オートテンショナ５の２つのテンションローラ（第１テンションローラ５１及び第２テンションローラ５２）と揺動軸５３との間に配置された構成であってもよい。
また、図１０に示すように、揺動軸５３の中心軸Ｒ（揺動の中心点）は、第１テンションローラ５１の回転中心５１Ｃと第２テンションローラ５２の回転中心５２Ｃとを結ぶローラ中心線ＲＬとプーリ中心線ＰＬとの交点から駆動プーリ２側に離間した、プーリ中心線ＰＬ上の点であって、駆動軸２１の中心軸（駆動プーリ２の回転中心２２）を通り、駆動軸２１と平行な方向に延びた構成（つまり、駆動軸２１が揺動軸５３を兼ねる構成）であってもよい。この場合、第１揺動アーム５６及び第２揺動アーム５７が、摺動部材５５（軸受：図１０では不図示）を介して、既存の駆動軸２１に回転自在に支持されることになり、ベルト伝動機構１の簡素化（部品の削減、組付け性の向上）を図ることができる。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the center axis R (the center point of the swing) of the
However, the center axis R of the swing shaft 53 (the center point of swing) is the roller center line RL connecting the
Specifically, the
Further, as shown in FIG. 10, the center axis R (center point of swing) of the
また、上記実施形態では、本発明に係るベルト伝動機構を、ロボットアームを駆動させるロボットアーム駆動用ベルト伝動機構として説明したが、これに限らない。例えば、本発明に係るベルト伝動機構は、射出成形機（射出、計量、型開閉等の各作動部で各々独立したモータにより電動式で駆動されるベルト伝動機構部）や、その他一般産業用の機器や装置等のベルト伝動機構などに適用することができる。 Further, in the above embodiment, the belt transmission mechanism according to the present invention has been described as a robot arm driving belt transmission mechanism that drives a robot arm, but the present invention is not limited to this. For example, the belt transmission mechanism according to the present invention can be used in injection molding machines (belt transmission mechanism parts that are electrically driven by independent motors in each operating section such as injection, metering, mold opening/closing, etc.) and other general industrial applications. It can be applied to belt transmission mechanisms of equipment, devices, etc.
本発明のベルト伝動機構においては、正逆回転を伴う動作の速度が増加しても、位置決め精度を繰り返し確保して［即ち、正逆切替時（正逆の起動／停止時）の駆動に対する応答性を高い水準に確保して（つまり正逆切替時の駆動プーリと従動プーリとの回転角度の差の大きさ（以下、「回転角度差」）を許容範囲内に常時収め）］、同期伝動［（走行初期に生じる張力低下の調整を含め）自動的に、且つ適度に（ベルトが緩まない程度に）ベルトの張力を保つこと］を確実なものとする必要がある。 In the belt transmission mechanism of the present invention, even if the speed of the operation involving forward and reverse rotation increases, it is necessary to repeatedly ensure positioning accuracy [i.e., to ensure a high level of responsiveness to the drive when switching between forward and reverse (when starting/stopping forward and reverse) (i.e., to always keep the magnitude of the difference in rotation angle between the drive pulley and driven pulley when switching between forward and reverse (hereinafter, "rotation angle difference") within an acceptable range)] and to ensure synchronous transmission [automatically and appropriately (to the extent that the belt does not become loose) (including adjusting for the drop in tension that occurs at the beginning of running)].
そこで、本実施例では、実施例１～３および比較例１～４に係るベルト伝動機構（以下、各供試体）を作製し、応答性試験［正逆切替時（正逆の起動／停止時）の駆動に対する応答性の評価］を行い、比較検証を行った。
なお、以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
Therefore, in this example, belt transmission mechanisms according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 (hereinafter referred to as each specimen) were fabricated, and a response test [during forward/reverse switching (forward/reverse start/stop) ) and conducted comparative verification.
The present invention will be explained in more detail below based on Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
［ベルト伝動機構］
（各供試体で共通）
（歯付ベルト：図６）
・歯部の形状：歯形状は、直歯に属するＨ歯形（断面が略半丸形の形状）とした。
・歯数：２００
・歯ピッチ：３ｍｍ
・ベルト長さ：６００ｍｍ
・ベルト幅：１０ｍｍ
[Belt transmission mechanism]
(Common for each specimen)
(Toothed belt: Figure 6)
- Shape of tooth: The tooth shape was an H tooth shape (approximately semi-circular cross section) belonging to straight teeth.
・Number of teeth: 200
・Tooth pitch: 3mm
・Belt length: 600mm
・Belt width: 10mm
［使用材料］
（心線）
・構成：各供試体の各歯付ベルトに使用する心線として、表２に示す構成のＡ１～Ａ３の撚りコードを作製した。
・Ａ１の心線（撚りコード）は、以下の手順で作成した。
ＪＩＳ Ｒ ３４１３（２０１２）に記載されている呼称ＥＣＧ－１５０のガラス繊維（Ｅガラス繊維）のフィラメント（９ミクロン径）を束ねて引き揃えて、３本のストランドとした。この３本のストランドを、表３に示す組成のＲＦＬ液（１８～２３℃）に３秒間通過させることにより浸漬した後、２００～２８０℃で３分間加熱乾燥して、表面に均一に接着層を形成した。この接着処理の後に、３本のストランドを、撚り数１２回／１０ｃｍで下撚りして、上撚りは与えず、片撚りで径が約０．３５ｍｍの撚りコードを用意した。
Ａ２の心線（撚りコード）は、ガラス繊維をＫＣＧ１５０に変更した以外はＡ１と同様に作成した。
Ａ３の心線（撚りコード）は、用いたストランドを、炭素繊維のフィラメント（３Ｋ）を束ねて引き揃えた１本のストランドとした以外は、Ａ１、Ａ２の心線と同じ手順で作成し、片撚りで径が０．５３ｍｍの撚りコードとした。
[Materials used]
(Core wire)
Structure: Twisted cords A1 to A3 having the structures shown in Table 2 were prepared as the core wires used in the toothed belts of the test specimens.
The core wire (twisted cord) of A1 was made in the following manner.
Filaments (9 micron diameter) of glass fiber (E glass fiber) designated ECG-150 as described in JIS R 3413 (2012) were bundled and aligned to form three strands. The three strands were immersed in an RFL liquid (18-23°C) having the composition shown in Table 3 by passing them for 3 seconds, and then heated and dried at 200-280°C for 3 minutes to form a uniform adhesive layer on the surface. After this adhesion treatment, the three strands were first twisted with 12 twists/10 cm, and no top twist was given, to prepare a twisted cord with a diameter of about 0.35 mm with a single twist.
The core wire (twisted cord) of A2 was prepared in the same manner as A1, except that the glass fiber was changed to KCG150.
The core wire (twisted cord) of A3 was prepared in the same manner as the core wires of A1 and A2, except that the strand used was a single strand made by bundling and pulling together carbon fiber filaments (3K), and was a twisted cord with a diameter of 0.53 mm and single twisted.
（心線の弾性率）
ここで、表２に示した心線（長手方向）の弾性率（引張弾性率）の測定方法について説明する。
オートグラフ（（株）島津製作所製「ＡＧＳ－Ｊ１０ｋＮ」）の下側固定部と上側ロードセル連結部にチャック（掴み具）を取り付け、心線の両端部をチャックで掴む。
次に、心線を２５０ｍｍ／分の速度で切断するまで引っ張ったときに測定された応力－歪み曲線において、比較的直線関係にある領域（１００～２００Ｎ）の直線の傾きを心線の引張弾性率として算出した。
(Modulus of elasticity of core wire)
Here, a method for measuring the elastic modulus (tensile modulus) of the core wire (longitudinal direction) shown in Table 2 will be explained.
Attach chucks to the lower fixed part and upper load cell connection part of the Autograph ("AGS-J10kN" manufactured by Shimadzu Corporation), and grip both ends of the core wire with the chucks.
Next, in the stress-strain curve measured when the cord was pulled at a speed of 250 mm/min until it was cut, the slope of the straight line in a relatively linear region (100 to 200 N) was calculated as the tensile elasticity of the cord. Calculated as a percentage.
（歯布）
・各供試体の歯布に用いた繊維織物の構成は次の１種類とした。
組成は、緯糸が６６ナイロン、経糸が６６ナイロンである。糸構成は、緯糸が４４ｄｔｅｘのウーリー加工糸であり、経糸が４４ｄｔｅｘである。織り構成は、綾織りである。そして、上記構成の歯布を、表３に示したＲＦＬ処理液にて、ＲＦＬ処理を行った。その後、表４に示した未加硫ゴムシートと同じゴム組成物をトルエンに溶解したゴム糊にて接着処理し、更に、表４に示した組成のゴム組成物シートを積層してコート処理を行った。
(tooth cloth)
- The composition of the fiber fabric used for the tooth cloth of each specimen was one of the following types.
The composition is 66 nylon for the weft and 66 nylon for the warp. The yarn structure is woolly textured yarn with a weft of 44 dtex and a warp of 44 dtex. The weave structure is a twill weave. Then, the tooth cloth having the above configuration was subjected to RFL treatment using the RFL treatment liquid shown in Table 3. Thereafter, the same rubber composition as the unvulcanized rubber sheet shown in Table 4 was bonded with rubber glue dissolved in toluene, and further, rubber composition sheets with the composition shown in Table 4 were laminated and coated. went.
（ゴム組成物）
・表４に示す組成［ゴム成分：クロロプレンゴム（ＣＲ）］のゴム組成物をバンバリーミキサーで混練りし、この練りゴムをカレンダーロールに通して所定厚みの圧延ゴムシートとして、各供試体の各歯付ベルトを構成する背部及び歯部形成用の未加硫ゴムシートを作製した。
・調製したゴム組成物（未加硫ゴムシート）を１６５°Ｃ、３０分間の条件でプレス加硫することによって得られた加硫ゴムシートの硬度は、ＪＩＳ Ｋ ６２５３（２０１２）に準拠し、雰囲気温度２３℃（２３±２℃）でタイプＡデュロメータを用いて測定した硬度で、約８１であった。
・なお、表４中※印の成分は下記の通りである。
(Rubber composition)
- A rubber composition having the composition shown in Table 4 [rubber component: chloroprene rubber (CR)] was kneaded using a Banbury mixer, and the kneaded rubber was passed through a calender roll to form a rolled rubber sheet of a predetermined thickness. An unvulcanized rubber sheet for forming the back and teeth of a toothed belt was produced.
- The hardness of the vulcanized rubber sheet obtained by press-curing the prepared rubber composition (unvulcanized rubber sheet) at 165 ° C for 30 minutes is based on JIS K 6253 (2012), The hardness was approximately 81 as measured using a type A durometer at an ambient temperature of 23°C (23±2°C).
・The ingredients marked with * in Table 4 are as follows.
※２ 大内新興化学工業社製「ノクラックＭＢ」
※３ 大内新興化学工業社製「Ｎ－シクロヘキシル－２ベンゾチアゾールスルフェンアミド」
※４ 東海カーボン社製「シースト３」
※５ 正同化学工業社製「酸化亜鉛３種」
*2 "Nocrac MB" manufactured by Ouchi Shinko Chemical Industry Co., Ltd.
*3 "N-cyclohexyl-2-benzothiazole sulfenamide" manufactured by Ouchi Shinko Chemical Industry Co., Ltd.
*4 "
*5 "Zinc oxide three types" manufactured by Seido Chemical Industry Co., Ltd.
［歯付ベルトの製造］
・上記使用材料で説明した、心線（接着処理品）、歯布（接着処理品）、ならびにゴム組成物（未加硫ゴムシート）をそれぞれ使用して、上記実施の形態に記載した通常の圧入工法にて、各供試体の各歯付ベルトを作製した。なお、加硫は、１６１℃で２５分間行った。また、背部を所定の厚みに構成するため、加硫して得られたベルトスリーブに対して、背面を一定厚さ研磨したうえで、一定幅に切断し、各供試体の各歯付ベルトを得た。
・通常の圧入工法で歯付ベルトを作製したため、背部及び歯部は同じ組成のゴム組成物で構成されている。そのため、各歯付ベルトにおいて、背部を構成するゴム組成物の硬さと、歯部を構成するゴム組成物の硬さとは、略同じである。
[Manufacturing of toothed belts]
Using the core wire (adhesive-treated product), tooth cloth (adhesive-treated product), and rubber composition (unvulcanized rubber sheet) described in the above-mentioned materials used, each toothed belt of each specimen was produced by the normal press-fitting method described in the above-mentioned embodiment. Note that vulcanization was performed at 161°C for 25 minutes. In addition, in order to configure the back part to a predetermined thickness, the back side of the vulcanized belt sleeve was ground to a certain thickness and then cut to a certain width to obtain each toothed belt of each specimen.
Since the toothed belts were manufactured by a normal press-fitting method, the back portion and the tooth portion were made of the same rubber composition. Therefore, in each toothed belt, the hardness of the rubber composition constituting the back portion and the hardness of the rubber composition constituting the tooth portion are approximately the same.
（プーリレイアウト）
・実施例１～３（図２）、及び、比較例１～４（比較例１～３は不図示、比較例４は図９参照）のベルト伝動機構は、いずれも、駆動プーリ及び従動プーリが直歯歯付プーリで、かつ軸間固定の２軸レイアウトとし、一方（駆動プーリ）の回転軸に接続可能な軸荷重検知器（ロードセル）を備えたものとした。
・駆動プーリの歯数／プーリ径（心線ラインを想定）：２１歯／２０．０５４ｍｍ
・従動プーリの歯数／プーリ径（心線ラインを想定）：８４歯／８０．２１４ｍｍ
・減速比：４（従動プーリは、駆動プーリよりもピッチ径が４倍大きい）
・ベルト取付張力：要求されるベルト取付張力の水準は、５Ｎ／ｍｍ幅（ベルト１ｍｍ幅当たり５Ｎ）程度とした。
本明細書では、実走行直前［空運転（ならし走行）を行った後］に、静止状態で測定されたベルト張力を「ベルト取付張力」として扱っている。
ベルト取付張力は、一方（駆動プーリ）の回転軸に接続した軸荷重検知器（ロードセル）によって検知される軸荷重から算出した。
・軸間距離は、２２０ｍｍ（基準値）とした。
(Pulley layout)
The belt transmission mechanisms of Examples 1 to 3 (FIG. 2) and Comparative Examples 1 to 4 (Comparative Examples 1 to 3 are not shown, see FIG. 9 for Comparative Example 4) all have a two-axis layout in which the drive pulley and driven pulley are straight tooth pulleys and the axes are fixed, and are equipped with an axle load detector (load cell) that can be connected to the rotating shaft of one of the pulleys (the drive pulley).
Number of teeth on the drive pulley/pulley diameter (assuming a core line): 21 teeth/20.054 mm
Number of teeth of driven pulley/pulley diameter (assuming core line): 84 teeth/80.214 mm
Reduction ratio: 4 (the driven pulley has a pitch diameter four times larger than the driving pulley)
Belt installation tension: The required level of belt installation tension was set to about 5 N/mm width (5 N per 1 mm width of the belt).
In this specification, the belt tension measured in a stationary state immediately before actual driving [after idling (break-in)] is regarded as the "belt installation tension."
The belt installation tension was calculated from the shaft load detected by a shaft load detector (load cell) connected to the rotating shaft of one of the pulleys (drive pulley).
The center distance was set to 220 mm (standard value).
（オートテンショナ）
（実施例１～３）
・上記実施形態に記載したオートテンショナ（図３、４参照）を、図２に示す態様でベルト伝動機構に付与した。つまり、実施例１～３のオートテンショナは、いずれも同一の構成で、２つのテンションローラに対して、２つのテンションローラの各基軸部間に張設されたばね（引張ばね）の付勢作用と、揺動軸を中心とする揺動作用とが共に働くように構成されたオートテンショナである。
(auto tensioner)
(Examples 1 to 3)
- The autotensioner described in the above embodiment (see FIGS. 3 and 4) was attached to the belt transmission mechanism in the manner shown in FIG. In other words, the autotensioners of Examples 1 to 3 all have the same configuration, and the two tension rollers have a biasing action of a spring (tension spring) tensioned between the base shaft portions of the two tension rollers. This is an auto tensioner configured so that both the oscillating motion and the oscillating motion around the oscillating shaft work together.
（比較例１）
・ベルト伝動機構にオートテンショナを有しない構成（つまり、駆動プーリ、従動プーリ、歯付ベルトのみの構成）とした（不図示）。
(Comparative Example 1)
The belt transmission mechanism does not have an autotensioner (i.e., the mechanism only has a drive pulley, a driven pulley, and a toothed belt) (not shown).
（比較例２：特許文献１の構成に相当）
・実施例１のオートテンショナ（図３、４参照）をベースに、２つのテンションローラに対して、ばね（引張ばね）の付勢作用のみが働き、揺動軸を中心とする揺動作用が働かないように構成されたオートテンショナ（不図示）を、図２に示す態様（レイアウト）でベルト伝動機構に付与した。
(Comparative Example 2: Corresponding to the configuration of Patent Document 1)
Based on the autotensioner of Example 1 (see FIGS. 3 and 4), an autotensioner (not shown) configured so that only the biasing action of a spring (tension spring) acts on two tension rollers, and no oscillation action around the oscillation shaft acts on them, is provided to the belt transmission mechanism in the form (layout) shown in FIG. 2.
（比較例３：特許文献２の構成に相当）
・実施例１のオートテンショナ（図３、４参照）をベースに、２つのテンションローラに対して、ばねの付勢作用が働かず、揺動軸を中心とする揺動作用のみが働くように構成されたオートテンショナ（不図示）を、図２に示す態様（レイアウト）でベルト伝動機構に付与した。
(Comparative Example 3: Corresponding to the configuration of Patent Document 2)
Based on the autotensioner of Example 1 (see FIGS. 3 and 4), an autotensioner (not shown) configured so that no spring biasing action acts on the two tension rollers, and only a swinging action around the swing shaft acts on the two tension rollers, is attached to the belt transmission mechanism in the form (layout) shown in FIG. 2.
（比較例４）
・図９に示すように、実施例１のオートテンショナ（図３、４参照）をベースに、２つのテンションローラに対して、ばね（引張ばね）の付勢作用と、揺動軸を中心とする揺動作用とが共に働くように構成されているが、ばねが２つのテンションローラの各基軸部間に張設されておらず、２つのテンションローラの各基軸部と揺動軸とを接続する各部材間（互いに独立した２つのアーム部材間）に張設されている構成のオートテンショナを、図２と同じ態様（レイアウト）でベルト伝動機構に付与した。
(Comparative Example 4)
As shown in FIG. 9, based on the autotensioner of embodiment 1 (see FIGS. 3 and 4), this autotensioner is configured so that the biasing action of a spring (tension spring) and the oscillation action around the oscillation shaft both act on the two tension rollers, but the springs are not stretched between the base shafts of the two tension rollers, but rather between the members connecting the base shafts of the two tension rollers and the oscillation shaft (between two independent arm members), and this autotensioner is provided to a belt transmission mechanism in the same manner (layout) as FIG. 2.
［ベルト伝動機構の評価：項目、方法、基準］
各供試体（実施例１～３、比較例１～４）について、本願課題を解決し得るベルト伝動機構が得られたかどうかを見極めるために、エージングの必要性［ベルト走行初期の張力低下の自動調整（是正）可否］、ならびに応答性（正逆切替時の駆動に対する応答性）を検証した。
[Evaluation of belt transmission mechanisms: items, methods, and standards]
For each test specimen (Examples 1 to 3, Comparative Examples 1 to 4), in order to determine whether a belt transmission mechanism capable of solving the problems of the present application was obtained, the necessity of aging [whether or not the reduction in tension at the beginning of belt running can be automatically adjusted (corrected)] and responsiveness (responsiveness to drive when switching between forward and reverse) were verified.
［エージングの必要性］
（方法、判定基準）
エージング［空運転（ならし走行）後、軸間距離の調整等によるベルトの張直し（張力調整作業）］を行わなくても、所定のベルト取付張力（５Ｎ／ｍｍ幅程度）を確保することができた場合は、ベルト走行初期の張力低下を自動的に調整（是正）することができると評価し、ａ判定とした。
所定のベルト取付張力（５Ｎ／ｍｍ幅程度）を確保するために、エージング［空運転（ならし走行）後、軸間距離の調整等によるベルトの張直し（張力調整作業）］が必要であった場合は、ベルト走行初期の張力低下を自動的に調整（是正）することができないと評価し、ｂ判定とするとともに、以降の試験（応答性試験）を見送った。
本用途での実使用に対する適正（エージングの必要性）の観点から、ａ判定のベルト伝動機構を合格レベルとした。
[Necessity of aging]
(Method, Criteria)
If the specified belt installation tension (approximately 5 N/mm width) can be secured without aging (retensioning the belt by adjusting the center distance, etc. after idling (break-in)), it is evaluated that the drop in tension at the beginning of belt running can be automatically adjusted (corrected), and the test was rated as A.
If aging (retensioning the belt by adjusting the center distance, etc. after idling (break-in)) was required to ensure the specified belt installation tension (approximately 5 N/mm width), it was assessed that the drop in tension at the beginning of belt operation could not be automatically adjusted (corrected), and the test was given a b rating, with subsequent testing (response testing) being postponed.
From the viewpoint of suitability for practical use in this application (necessity of aging), the belt transmission mechanism rated "a" was determined to be at an acceptable level.
［応答性］
（試験名）
応答性試験
（試験機）
試験には応答性評価試験機を使用した（図７参照）。
当該試験機は、２軸のプーリ間に巻き掛けられた歯付ベルトを頻繁な正逆回転を伴う試験パターン（サイクルパターン）にて走行させて、各軸に取り付けた１対のロータリーエンコーダ（回転角度検出器）が出力する回転パルス信号にて、走行中の回転角度差（駆動軸の回転角度－従動軸の回転角度）の時系列変化を検出できるように構成されている。
プーリレイアウトは、前述のベルト伝動機構（図２）と同じである。つまり、該試験機のプーリのレイアウトは、駆動プーリと、従動プーリと、を有し、軸間距離は２２０ｍｍで固定した。
また、本用途（ロボットアーム駆動用）を想定し、所定の負荷トルクを付与できるよう、従動側にフライホイールを取り付けた。
また、本用途（ロボットアーム駆動用）を想定し、駆動プーリの回転角度および従動プーリの回転角度を高精度に検出できるよう、１対のロータリーエンコーダは、ともに回転角度の分解能に優れたもの［角度分解能が０．００４４°のエンコーダ（ＣＡＮＯＮ社製Ｒ－１Ｌ）］を使用した。
[responsiveness]
(Test name)
Response test (testing machine)
A response evaluation tester was used for the test (see FIG. 7).
The testing machine is configured to run a toothed belt wound between pulleys on two shafts in a test pattern (cycle pattern) involving frequent forward and reverse rotation, and detect the time-series change in the rotation angle difference (rotation angle of the drive shaft - rotation angle of the driven shaft) during operation based on the rotation pulse signals output by a pair of rotary encoders (rotation angle detectors) attached to each shaft.
The pulley layout was the same as that of the belt transmission mechanism (FIG. 2) described above, that is, the pulley layout of the test machine had a driving pulley and a driven pulley, and the center distance was fixed at 220 mm.
In addition, with this application (driving a robot arm) in mind, a flywheel was attached to the driven side so that a specified load torque could be applied.
In addition, considering this application (for driving a robot arm), a pair of rotary encoders were used, both of which have excellent resolution for the rotation angle [encoder with angular resolution of 0.0044° (R-1L manufactured by CANON)] so that the rotation angle of the drive pulley and the rotation angle of the driven pulley could be detected with high accuracy.
（試験方法）
常温下、所定のベルト取付張力（５Ｎ／ｍｍ幅程度）でプーリ間（軸間距離固定）に巻き掛けられた歯付ベルトを、表５に示す試験条件（駆動プーリの回転数のみ変量）、および図８に示す試験パターン（サイクルパターン）にて、頻繁な正逆回転を２５０サイクル繰り返すように走行させた。得られた回転角度差の時系列変化のグラフ（不図示）から、変量した駆動プーリの回転数（１、２、５ｒｐｓ）毎に、回転角度差（絶対値の最大値）の水準を試験結果として読み取った。
なお、当該回転角度差は、時系列に見て、正逆切替時［正逆の起動（加速時）／停止時（減速時）］にオーバーシュート及びアンダーシュートを起こすため、その絶対値は、正逆切替時（頻度：１サイクル当たり４回）に最大となる。駆動プーリの各回転数に対応する、正逆切替時の加減速度は、表６に示した。
(Test method)
At room temperature, a toothed belt wound around pulleys (with fixed center distance) with a predetermined belt installation tension (approximately 5 N/mm width) was run so as to frequently rotate forward and backward for 250 cycles under the test conditions (variable only for the rotation speed of the drive pulley) shown in Table 5 and the test pattern (cycle pattern) shown in Fig. 8. From the graph (not shown) of the obtained time series change in the rotation angle difference, the level of the rotation angle difference (maximum absolute value) for each of the varied rotation speeds of the drive pulley (1, 2, 5 rps) was read as the test result.
In addition, the rotation angle difference, as viewed in a time series, overshoots and undershoots when switching between forward and reverse [when starting (accelerating) and when stopping (decelerating)], so its absolute value is maximum when switching between forward and reverse (frequency: 4 times per cycle). The acceleration and deceleration when switching between forward and reverse corresponding to each rotation speed of the drive pulley are shown in Table 6.
（判定基準）
本用途でのベルト伝動機構として最も重視される応答性（正逆切替時の駆動に対する応答性）の判定として、正逆切替時の駆動プーリと従動プーリとの回転角度差を指標（絶対値が小さいほど応答性が高く、位置決め精度を繰り返し確保でき、同期伝動を確実なものとすることができる）とし、駆動プーリの回転数毎の回転角度差（絶対値）が、常時０．２°以内であった場合をａ判定、一度でも０．２°を上回った場合をｂ判定とした。
本用途での実使用に対する適正（応答性）の観点から、ａ判定のベルト伝動機構を合格レベルとした。
(Judgment criteria)
In order to judge the responsiveness (responsiveness to driving during forward/reverse switching), which is most important for a belt transmission mechanism in this application, the rotation angle difference between the driving pulley and the driven pulley during forward/reverse switching is used as an index (the absolute value is (The smaller the value, the higher the responsiveness, ensuring repeatable positioning accuracy, and ensuring synchronous transmission), and the rotation angle difference (absolute value) for each rotation speed of the drive pulley is always within 0.2°. A case where the angle was greater than 0.2° was judged as a, and a case where it exceeded 0.2° even once was judged as b.
From the viewpoint of suitability (responsiveness) for actual use in this application, the belt transmission mechanism that was judged as a was determined to be an acceptable level.
[総合判定]
本課題を解決し得るベルト伝動機構としての総合的な判定（ランク付け）の基準は、上記２つの試験項目（エージングの必要性、応答性）における判定の結果から、以下の通りとした。
ランクＡ：上記評価（エージングの必要性、応答性）で、いずれもａ判定であった場合は、本課題の解決策として充分に満足できるランク（合格）とした。
ランクＢ：上記評価（エージングの必要性、応答性）で、１つでもｂ判定があった場合は、本課題の解決策として不充分なランク（不合格）とした。
[Comprehensive judgment]
The criteria for comprehensive judgment (ranking) as a belt transmission mechanism capable of solving this problem were as follows based on the judgment results for the above two test items (need for aging and responsiveness).
Rank A: If all of the above evaluations (need for aging, responsiveness) were evaluated as A, the product was ranked as fully satisfactory as a solution to this problem (passed).
Rank B: If even one of the above evaluations (need for aging, responsiveness) was judged as b, it was ranked as insufficient as a solution to the problem (fail).
［検証結果］
検証結果を表６に示す。
The verification results are shown in Table 6.
（オートテンショナの構成を変更した比較：実施例１、比較例１～４）
実施例１のオートテンショナ（２つのテンションローラに対して、２つのテンションローラの各基軸部間に張設されたばねの付勢作用と、揺動軸を中心とする揺動作用とが共に働くように構成）をベースに、オートテンショナの構成（オートテンショナの搭載の有無を含む）を変更し、比較した。２つのテンションローラに対して、ばねの付勢作用が働くオートテンショナをベルト伝動機構に有する場合（実施例１、比較例２、４）は、エージングが不要（ａ判定）であり、２つのテンションローラに対して、ばねの付勢作用のみならず、揺動軸を中心とする揺動作用も働く実施例１では、応答性もａ判定（総合判定でもランクＡ）であったが、２つのテンションローラに対して、ばねの付勢作用のみが働き、揺動軸を中心とする揺動作用が働かない比較例２、ならびに、２つのテンションローラに対して、ばねの付勢作用のみならず、揺動軸を中心とする揺動作用も働くが、ばねが２つのテンションローラの各基軸部間に張設されていない比較例４は、応答性がｂ判定（総合判定でもランクＢ）となった。
一方、ベルト伝動機構にオートテンショナをベルト伝動機構に有しない比較例１、ならびに２つのテンションローラに対して、ばねの付勢作用が働かず、揺動軸を中心とする揺動作用のみが働くオートテンショナをベルト伝動機構に有する比較例３は、エージングが必要（ｂ判定）となり、総合判定でランクＢであった。
(Comparison of autotensioner configurations: Example 1, Comparative Examples 1 to 4)
Based on the autotensioner of Example 1 (configured so that the biasing action of a spring stretched between the base shafts of the two tension rollers and the oscillating action around the oscillating shaft work together for two tension rollers), the configuration of the autotensioner (including whether or not an autotensioner is installed) was changed and a comparison was made. In cases where the belt transmission mechanism has an autotensioner in which a spring biasing action acts on the two tension rollers (Example 1, Comparative Examples 2 and 4), aging is not necessary (rating a). In Example 1, in which not only the spring biasing action but also the swinging action about the swing shaft acts on the two tension rollers, the responsiveness was also rated a (rank A in the overall judgment). However, in Comparative Example 2, in which only the spring biasing action acts on the two tension rollers and no swinging action about the swing shaft acts on them, and in Comparative Example 4, in which not only the spring biasing action but also the swinging action about the swing shaft acts on the two tension rollers but a spring is not stretched between the base portions of the two tension rollers, the responsiveness was rated b (rank B in the overall judgment).
On the other hand, comparison example 1, which did not have an autotensioner in the belt transmission mechanism, and comparison example 3, which had an autotensioner in the belt transmission mechanism in which the spring biasing action did not work on the two tension rollers and only the oscillating action around the oscillating shaft worked, required aging (rating b) and were overall ranked B.
（歯付ベルトの心線種を変更した比較：実施例１～３）
実施例１の歯付ベルト（Ｅガラス繊維：Ａ１）をベースに、歯付ベルトの心線を構成する繊維材料（フィラメントの材質）を変更し、比較した。実施例１よりも弾性率が大きい高強度ガラス繊維（Ｋガラス繊維：Ａ２）の心線を用いた実施例２、実施例２よりもさらに弾性率が大きい炭素繊維（Ａ３）の心線を用いた実施例３と、心線（即ちベルト）がより高弾性率かつ低伸度なものになるほど、駆動プーリの回転数毎の回転角度差（絶対値の最大値）の水準が小さくなり、応答性（正逆切替時の駆動に対する応答性）が高くなる傾向が見られ、これらの条件（実施例１～３）ではランクＡであった。
(Comparison of toothed belts with different core wire types: Examples 1 to 3)
The fiber material (filament material) constituting the core wire of the toothed belt was changed and compared based on the toothed belt (E glass fiber: A1) of Example 1. Example 2 used a core wire of high-strength glass fiber (K glass fiber: A2) with a higher elastic modulus than Example 1, and Example 3 used a core wire of carbon fiber (A3) with an even higher elastic modulus than Example 2. As the core wire (i.e., the belt) had a higher elastic modulus and lower elongation, the level of the rotation angle difference (maximum absolute value) per rotation speed of the drive pulley became smaller, and the responsiveness (responsiveness to drive when switching between forward and reverse) tended to become higher, and under these conditions (Examples 1 to 3), the belt was ranked A.
（得られた効果）
以上の検証結果から、実施例１～３のベルト伝動機構をロボットアーム駆動用途等の正逆回転可能に駆動されるベルト伝動機構に適用した場合は、２つのテンションローラに対して、２つのテンションローラの各基軸部間に張設されたばね（引張ばね）の付勢作用と、揺動軸を中心とする揺動作用とが共に働くように構成されたオートテンショナを備えているため、エージング［空運転（ならし走行）後、軸間距離の調整等によるベルトの張直し（張力調整作業）］を行わなくても、所定のベルト取付張力（５Ｎ／ｍｍ幅程度）を確保して、ベルト走行初期の張力低下を自動的に調整（是正）することができるとともに、正逆切替時の駆動に対する応答性の指標となる回転角度差（絶対値）を許容範囲内（０．２°以内）に常時収めることができることから、正逆回転を伴う動作の速度が増加しても、位置決め精度を繰り返し確保して、同期伝動を確実なものとすることができることが伺えた。
(Effects Obtained)
From the above verification results, when the belt transmission mechanisms of Examples 1 to 3 are applied to a belt transmission mechanism that can be driven to rotate in both directions, such as for driving a robot arm, an autotensioner is provided that is configured so that the biasing action of the spring (tension spring) stretched between the base shafts of the two tension rollers and the swinging action centered on the swinging shaft work together with respect to the two tension rollers. Therefore, even without aging (retensioning the belt by adjusting the center distance after idle running (break-in running) (tension adjustment work)), a predetermined belt installation tension (about 5 N/mm width) can be secured and a decrease in tension at the beginning of belt running can be automatically adjusted (corrected). In addition, the rotation angle difference (absolute value), which is an index of responsiveness to drive when switching between forward and reverse, can be kept within the allowable range (within 0.2°) at all times. Therefore, even if the speed of the operation involving forward and reverse rotation increases, positioning accuracy can be repeatedly secured and synchronous transmission can be ensured.
１ ベルト伝動機構
１１ 第２アーム
２ 駆動プーリ
２１ 駆動軸
２２ 回転中心
３ 従動プーリ
３１ 従動軸
３２ 回転中心
４ 歯付ベルト
５ オートテンショナ
５１ 第１テンションローラ
５１Ａ 第１基軸部
５２ 第２テンションローラ
５２Ａ 第２基軸部
５３ 揺動軸
５４ ばね
５５ 摺動部材
５６ 第１揺動アーム
５６１ 先端部
５６２ 基端部
５７ 第２揺動アーム
５７１ 先端部
５７２ 基端部
Ｒ 中心軸
ＰＬ プーリ中心線
ＲＬ ローラ中心線
REFERENCE SIGNS
Claims (5)
回転自在に支持された従動プーリと、
前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に巻き掛けられた歯付ベルトと、
前記駆動プーリの回転中心と前記従動プーリの回転中心とを結ぶプーリ中心線を挟む両側の位置でそれぞれの基軸部を中心に回転自在に設けられ、前記歯付ベルトに接触する２つのテンションローラを介して、前記歯付ベルトの張力を自動的に適度に保つオートテンショナと、を有するベルト伝動機構であって、
前記オートテンショナは、
前記２つのテンションローラの回転中心同士を結ぶローラ中心線と前記プーリ中心線との交点から離間した、前記プーリ中心線上の点または前記プーリ中心線の延長線上の点を通り、前記駆動プーリ及び前記従動プーリとは離間した位置で独立し、且つ、前記駆動軸と平行な方向に延びるように設けられた揺動軸と、
一方の端部には、一方の前記テンションローラの前記基軸部が設けられるとともに、一方の前記テンションローラの中心軸を中心に下方に円筒状に突出する第１凸部が形成され、他方の端部が、前記揺動軸に対して回転自在に支持されている、第１揺動アームと、
一方の端部には、他方の前記テンションローラの前記基軸部が設けられるとともに、他方の前記テンションローラの中心軸を中心に上方に円筒状に突出する第２凸部が形成され、他方の端部が、前記第１揺動アームの他方の端部よりも下方で前記揺動軸に対して回転自在に支持されている、第２揺動アームと、
前記第１揺動アームの前記第１凸部と前記第２揺動アームの前記第２凸部との間に張設され、前記２つのテンションローラを、前記ローラ中心線に沿って、互いに引き寄せる方向又は互いに離間させる方向に付勢するばねと、を備え、
前記２つのテンションローラは、前記第１揺動アームおよび前記第２揺動アームを介して、前記揺動軸を中心に揺動することを特徴とするベルト伝動機構。 a drive pulley fixed to a drive shaft that is rotatably driven in forward and reverse directions by a drive source;
a rotatably supported driven pulley;
a toothed belt wound between the driving pulley and the driven pulley;
Two tension rollers are provided rotatably around their respective base shafts at positions on both sides of the pulley center line connecting the rotation center of the drive pulley and the rotation center of the driven pulley, and contact the toothed belt. an autotensioner that automatically maintains the tension of the toothed belt at an appropriate level through the belt transmission mechanism,
The auto tensioner is
The drive pulley and the a swing shaft that is independent from the driven pulley and is provided to extend in a direction parallel to the drive shaft ;
One end is provided with the base shaft part of one of the tension rollers, and a first convex part that protrudes downward in a cylindrical shape around the center axis of one of the tension rollers, and the other end a first swing arm that is rotatably supported with respect to the swing shaft;
One end is provided with the base shaft portion of the other tension roller, and a second convex portion that protrudes upward in a cylindrical shape centering on the central axis of the other tension roller. a second swing arm that is rotatably supported with respect to the swing shaft below the other end of the first swing arm;
The tension roller is stretched between the first protrusion of the first swing arm and the second protrusion of the second swing arm, and draws the two tension rollers toward each other along the roller center line. a spring that biases in the direction or in the direction of separating them from each other ,
The belt transmission mechanism is characterized in that the two tension rollers swing about the swing shaft via the first swing arm and the second swing arm .
前記２つのテンションローラは、前記歯付ベルトの外周面に接触するように設けられている、請求項１に記載のベルト伝動機構。 The spring is a tension spring,
2. The belt transmission mechanism according to claim 1, wherein the two tension rollers are provided so as to come into contact with an outer circumferential surface of the toothed belt.
当該ロボットアームを駆動させる、請求項１～４の何れかに記載のベルト伝動機構。 the driving pulley and the driven pulley are fixed to a robot arm;
The belt transmission mechanism according to any one of claims 1 to 4 , which drives the robot arm.
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