特許 7499323 駆動システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-05

(45)【発行日】2024-06-13

(54)【発明の名称】駆動システム

(51)【国際特許分類】

   F16H 21/14 20060101AFI20240606BHJP

   H02K 7/06 20060101ALI20240606BHJP

   H02K 7/075 20060101ALI20240606BHJP

【ＦＩ】

F16H21/14

H02K7/06 A

H02K7/075

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2022522940

(86)(22)【出願日】2020-10-19

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-12-19

(86)【国際出願番号】 EP2020079357

(87)【国際公開番号】W WO2021074447

(87)【国際公開日】2021-04-22

【審査請求日】2022-06-13

(31)【優先権主張番号】102019216106.5

(32)【優先日】2019-10-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】505257752

【氏名又は名称】フィジック インストゥルメント（ピーアイ）ゲーエムベーハー アンド ツェーオー．カーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】エーベルト，ミヒャエル

(72)【発明者】

【氏名】ルドルフ，クリスティアン

(72)【発明者】

【氏名】ザンデル，クリスティアン

【審査官】前田 浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０８９７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５０－０５６２８０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】国際公開第２００９／１２３５５１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ ２１／１４

Ｈ０２Ｋ ７／０６

Ｈ０２Ｋ ７／０７５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力軸（２）と、
出力軸（３）と、
前記入力軸（２）および前記出力軸（３）にそれぞれ連結される、少なくとも２つの連結要素（４）と、を備え、
少なくとも１つの連結要素（４）は弾性変形可能部分（４ａ）を有し、
前記弾性変形可能部分（４ａ）は前記連結要素（４）の隣接部分とは異なる材料を有し、前記弾性変形可能部分（４ａ）は材料結合によって前記連結要素（４）に統合されることを特徴とし、
前記連結要素（４）は、前記入力軸（２）および前記出力軸（３）上に、互いに位相が異なるように配置されることを特徴とする、駆動システム（１ａ，１ｂ）。

【請求項2】

前記弾性変形可能部分（４ａ）の弾性変形によって、動作中に、駆動力の少なくとも一部が吸収されるように、前記弾性変形可能部分（４ａ）が構成され、前記駆動システムの効率が５０～１００％の間の範囲にあり、および／または、入力軸（２）と出力軸（３）との間におけるトルク変動が０～５０％の間の範囲にあることを特徴とする、請求項１に記載の駆動システム（１ａ，１ｂ）。

【請求項3】

前記弾性変形可能部分（４ａ）は、前記入力軸（２）と前記出力軸（３）との間において厳密にまたは実質的に中央に配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の駆動システム。

【請求項4】

前記弾性変形可能部分（４ａ）は、ばねまたはエラストマーの形態の、弾性要素（５）を有することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の駆動システム。

【請求項5】

前記入力軸（２）および前記出力軸（３）の各々は、１つ以上の偏心部分（２ａ，３ａ）を備え、各連結要素は、対応する偏心部分（２ａ，３ａ）に連結されることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の駆動システム。

【請求項6】

各連結要素（４）は、前記入力軸（２）の端面（２ｂ）および／または前記出力軸（３）の端面（３ｂ）に連結されることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の駆動システム。

【請求項7】

前記入力軸（２）および前記出力軸（３）は、共通の筐体（６）に、弾性可能に搭載されることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の駆動システム。

【請求項8】

前記出力軸（３）は、回転軸に沿って延在する長手方向スロット（３ｃ）を有することを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載の駆動システム。

【請求項9】

前記出力軸（３）は、前記長手方向スロット（３ｃ）に配置される光ファイバをクランプ留めするために、前記長手方向スロット（３ｃ）の領域にクランプ装置を有することを特徴とする、請求項８に記載の駆動システム。

【請求項10】

少なくとも１つの連結要素（４）はＵ字形であることを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載の駆動システム。

【請求項11】

前記出力軸（３）は、前記出力軸（３）の回転軸を中心に＋／－１３５°の回転角度で調節可能であることを特徴とする、請求項８～１０のいずれか一項に記載の駆動システム。

【請求項12】

複数の脚と、少なくとも１つの請求項１～１１のいずれか一項に記載の駆動システムとを備えるヘキサポッドであって、前記駆動システムのうちの１つの前記出力軸（３）が、前記駆動システムを作動させることによってそれらを動かすために、前記ヘキサポッドの前記脚のうちの１つに接続されることを特徴とする、ヘキサポッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の序文に記載の駆動システムに関する。

【背景技術】

【0002】

設置空間要件および搭載理由に起因して、および、熱影響を低減するために、エネルギ変換器（たとえば、モータ）は、アクチュエータ軸から局所的に離されて配置され得る。しかしながら、この要件は、入力側から出力側へのエネルギ伝達を必要とする。

【0003】

先行技術から、連結要素（たとえば、接続ロッド）による入力軸からそれに平行に配置される出力軸へのトルクの伝達が知られている。これに関して、たとえば、ＤＥ１０ ２００７ ０３５ ３０９Ａ１、ＷＯ２００９／１２３５５１Ａ１およびＵＳ８ ９２５ ４０６Ｂ１において開示される駆動システムは、入力軸と出力軸との間に、１つより多い連結要素を備える。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、このようなドライブは、軸だけでなく連結要素の組立および製造公差ならびに連結要素の軸への取付けによって、故障しやすくなる。したがって、故障が防止される、入力軸と、出力軸と、それらの間に接続される少なくとも２つの連結要素とを有する駆動システムを提供することが、本発明の目的である。

【課題を解決するための手段】

【0005】

この目的に取り組むために、本発明は、請求項１に記載の駆動システムであって、入力軸と、出力軸と、入力軸および出力軸にそれぞれ連結される少なくとも２つの連結要素とを備え、少なくとも１つの連結要素が弾性変形可能部分を有し、弾性変形可能部分は連結要素の隣接部分とは異なる材料または断面を有する、駆動システムを提供する。

【0006】

連結要素の弾性変形可能部分によって、連結要素を軸に接続する、連結要素の２つの接続部分の間に、フレキシブルな距離が存在することとなる。少なくとも１つの連結要素が弾性変形可能部分を有するため、動作中に弾性変形可能部分が弾性変形することによって、軸中心線の位置合わせにおけるずれおよび連結要素の長さにおける差異は相殺される。この構成によれば、がたつきがなく精密なトルクの伝達がそれにもかかわらず保証される。さらに、本発明に係る駆動システムは、低温範囲（極低温度まで）および超高真空における使用にも適している。平行に搭載されたモータによって、駆動システムはコンパクトなままである。さらに、本発明に係る駆動システムの構成要素は、精密に製造されなければならないとともに軸中心線の正確な調節を要するギアまたは摩擦車と比べて遜色がない。

【0007】

好ましい実施形態は、従属請求項の主題である。
弾性変形可能部分の弾性変形によって駆動力の少なくとも一部が動作中に吸収されるように、弾性変形可能部分が構成され、駆動システムの効率が５０～１００％の間の範囲、好ましくは９０～９５％の間の範囲、好ましくは９５～９９％の間の範囲にあり、および／または、入力軸と出力軸との間におけるトルク変動が０～５０％の間の範囲、好ましくは１～２５％の間の範囲、好ましくは１～１０％の間の範囲にある場合、有利であり得る。比較的低い効率および高いトルク変動を有する駆動システムは、出力軸が通常わずかな回転のみを行う位置決めシステムにおいて用いられ得るが、高い効率および低いトルク変動を有する本発明に係る駆動システムは、好ましくは、連続的にかつ比較的高速で回転する出力軸の要件に適合する。

【0008】

弾性変形可能部分が入力軸と出力軸との間において厳密にまたは実質的に中央に位置する場合、有用であり得る。弾性変形可能部分の対称配置によって、連結要素の弾性または可撓性が連結要素の長手方向範囲に沿って両方向に均一に作用し得る。

【0009】

弾性変形可能部分が、好ましくはばねまたはエラストマーの形態の、弾性要素を含む場合、有利であり得る。弾性要素の適切な選択によって、弾性変形可能部分の弾性が選択的に調節され得る。

【0010】

本発明によれば、弾性変形可能部分は、連結要素の隣接部分とは異なる材料または異なる断面を有する。その結果、弾性変形可能部分は材料結合によって連結要素に統合されてもよく、および／または、連結要素全体が１つの部品で形成されてもよい。

【0011】

入力軸および出力軸の両方が１つ以上の偏心部分を有し、各連結要素が対応する偏心部分に連結される場合、有利であり得る。連結要素の単純かつ信頼性の高い接続は、たとえば、偏心部分を受容する連結要素の端部における接続部分によって、偏心部分を介して達成され得る。

【0012】

各連結要素が入力軸の端面および／または出力軸の端面に連結される場合も有益であり得る。これは、その回転軸に沿った入力軸または出力軸への自由なアクセスを可能にし得る。

【0013】

連結要素が、入力軸および出力軸上に、好ましくは互いに６０°または９０°位相が異なるように配置される場合、有用であり得る。この配置は、可動空間における特異点を回避しながら、入力軸と出力軸との間におけるより一定のまたはより均一なトルク伝達を提供し得る。

【0014】

入力軸および出力軸が、好ましくは共通の筐体に、特に好ましくは弾性変形可能な筐体に弾性可能に搭載される場合、有用であり得ることがわかっている。これは、駆動システムの故障のリスクをさらに低減し得る。

【0015】

出力軸が回転軸に沿って延在する長手方向スロットを有する場合、有利であり得る。長手方向スロットは、光ファイバを収容し得る。

【0016】

出力軸が、長手方向スロットに配置される光ファイバをクランプ留めするために、長手方向スロットの領域にクランプ装置を有する場合、有利であり得る。これは、光ファイバが出力軸の回転軸上に位置決めおよび固定されることを可能にする。

【0017】

連結要素の１つまたは両方がＵ字形である場合、有用であり得る。Ｕ字形の連結要素の特定可動空間は、たとえば、光ファイバを位置決めするために使用され得る軸付近における自由空間をもたらし得る。

【0018】

出力軸が回転軸を中心に＋／－１３５°の回転角度で調節可能である場合、好都合であり得る。これは、その使用事例がこのような回転角度の範囲を要求する位置決めシステムを提供し得る。

【0019】

本発明の別の局面は、複数の脚と、少なくとも１つの先行する実施形態のいずれかに係る駆動システムとを含むヘキサポッドであって、駆動システムのうちの１つの出力軸が、駆動システムの作動によるその動作のために、ヘキサポッドの脚のうちの１つに接続される、ヘキサポッドに関する。

【0020】

用語および定義
連結要素の弾性変形可能部分。

【0021】

連結要素の弾性変形可能部分は、少なくとも連結要素の長手方向（軸中心線に垂直な方向）において、連結要素の他の部分よりもより高い弾性、したがってより低いヤング率を有する。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明に係る駆動システムの第１の実施形態の概略断面図である。

【図2】駆動システムの第１の実施形態の斜視図である。

【図3】駆動システムの第１の実施形態の長手方向断面を示す図である。

【図4】本発明に係る駆動システムの第２の実施形態の斜視図である。

【図5】駆動システムの第２の実施形態の正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

好ましい実施形態の詳細な説明
図１は、駆動システムの第１の実施形態を概略的に示す。駆動システム１ａは、駆動軸２と、それに平行に配置された出力軸３とを含む。両軸２，３は、転がり軸受を介して搭載される。転がり軸受の軸受配置および種類は、ここではより詳細に特定しない。特定の用途の要件に適合するために、転がり軸受の軸受配置および選択について様々な選択肢が存在することは言うまでもない。転がり軸受に加えて、滑り軸受の使用も可能である。

【0024】

さらに、駆動システム１ａは、２つの連結要素４を含む。連結要素の数は、２つに限定されない。特に、駆動システム１ａは、２つよりも多い連結要素４を含んでもよい。本実施形態において、各連結要素４は、接続部分４ｂ，４ｃを介して、入力軸２および出力軸３の偏心部分２ａ，３ａに接続される。この場合、接続は、好ましくは、転がり軸受を介してなされ、対応する転がり軸受が連結要素４の接続部分４ｂ，４ｃに接続されるとともに、内側リングが入力軸２または出力軸３の偏心部分２ａ，３ａに接続される。他の種類の接続に加えて、滑り軸受が転がり軸受の代わりに用いられてもよい。偏心部分２ａ，３ａまたは連結要素４は、好ましくは、入力軸２または出力軸３の回転軸に対して互いに６０°または９０°位相が異なるように配置される。

【0025】

本発明によれば、連結要素４の少なくとも１つは、弾性変形可能部分４ａを含む。駆動システム１ａが２つよりも多い連結要素４を含む場合、少なくともその数の連結要素４は、弾性変形可能部分４ａを有する連結要素４の数が連結要素４の総数よりも１つ少なくなるように、弾性変形可能部分４ａを含む。弾性変形可能部分４ａは、好ましくは、各連結要素４の接続部分４ｂ，４ｃの間、または入力軸２および出力軸３のそれぞれの偏心部分２ａ，３ａの間において、厳密にまたは実質的に中央に配置される。連結要素４の中間部分４ｄ，４ｅは、各接続部分４ｂ，４ｃを弾性変形可能部分４ａに接続する。弾性変形可能部分４ａは、たとえばエラストマーまたはばねの形態の、弾性要素５として形成されてもよい。接続部分４ｂ，４ｃ、中間部分４ｄ，４ｅおよび弾性要素５は、個々の部品であってもよく、各々異なる材料を有してもよく、好ましくは連結要素４を形成するために材料結合によって接合される。加えて、１つの実施形態において、接続部分４ｂ，４ｃおよび中間部分４ｄ，４ｅは、１つの部品で形成されてよく、したがって同じ材料で作製されてもよい。さらに、連結要素４全体が一体構成であってもよい。この場合、弾性変形可能部分４ａは、連結要素４の中間部分４ｄ，４ｅまたは接続部分４ｂ，４ｃよりも小さい断面を特徴とし得る。

【0026】

連結要素４のすべての実施形態において、弾性変形可能部分は接続部分４ｂ，４ｃの可変間隔を提供し、これにより連結要素４の長さの差異、軸中心線の平行性におけるずれ、ならびに全体的に、駆動システム１ａの個々の構成要素の組立および製造公差を相殺し、駆動システム１ａの故障を防止する。その結果、入力される力の一部は、弾性変形に起因して弾性変形可能部分４ａによって吸収され、これは駆動システム１ａの効率に影響し、入力軸２と出力軸３との間のトルク変動をもたらす。

【0027】

図２および図３は、駆動システム１ａの第１の実施形態の斜視図および長手方向断面をヘキサポッドの一部としてそれぞれ示す。特に、出力軸３は、出力軸３の回転に基づいて線形運動を実行するように構成される、ヘキサポッドのアクチュエータ７または脚に接続される。入力軸２および出力軸３は、共通の筐体６に搭載され、筐体６も好ましくは弾性設計である。これは、軸２，３の弾性的な搭載を可能にし、これはシステムへ追加の可撓性を導入し、故障のリスクをさらに低減する。

【0028】

本出願において、駆動システム１ａは、出力軸３の連続的かつ高速の回転のために設計される。駆動システム１ａの故障を確実に防止するために、弾性変形可能部分４ａは好適な吸収能を有するが、好ましくは、駆動システム１ａの効率は少なくとも９５％であり、および／または、入力軸２と出力軸３との間におけるトルク変動は２０％以下である。

【0029】

図４および図５は、本発明に係る駆動システム１ｂの第２の実施形態を示す。第１の実施形態との主な相違点は、連結要素４の接続部分４ｂ，４ｃが入力軸２および出力軸３の端面２ｂ，３ｂに接続されており、２つの連結要素４がそれぞれの端面２ｂ，３ｂから異なる距離にあるということである。特に、連結要素４は、１つの連結要素４が軸２，３の端面２ｂ，３ｂに垂直な方向に対して他の連結要素４の上方に位置するように、軸２，３の端面２ｂ，３ｂに回転可能に取り付けられる。連結要素４の位相オフセットは、本実施形態においても実現されてもよく、好ましくは６０°である。

【0030】

特定の材料または特定の形状で作成された弾性要素５としての、または低減された断面を有する部分としての弾性変形可能部分４ａの様々な実施形態が、駆動システム１ａの第１の実施形態に関して既に説明されている。

【0031】

さらに、光ファイバを受容するために、出力軸３は受容部分３ｄを有して提供され、受容部分３ｄは、端面３ｂから突き出ているとともに、端面３ｂに垂直な方向に対して連結要素４を越えて突出している。本実施形態において、連結要素４は、Ｕ字形に形成されて、出力軸３が両方向において回転角度まで回転することを可能にし、回転角度において連結要素４は受容部分３ｄによってブロックされる。特に、本実施形態において、出力軸３の回転は、回転軸を中心に＋／－１３５°の回転角度に制限される。入力軸２および出力軸３の端面２ｂ，３ｂへの連結要素４の取付けは、回転軸に沿った入力軸２および出力軸３のそれぞれへの自由アクセスを保証する。

【0032】

出力軸３には、受容部分３ｄ内へ軸方向に延在するとともに出力軸３の回転軸まで径方向に延在する、光ファイバを受容するための長手方向スロット３ｃも形成される。光ファイバは、出力軸３および／または受容部分３ｄの長手方向スロット３ｃに提供されるクランプ装置によって、出力軸３の回転軸上にクランプ留めされてもよい。

【0033】

駆動システム１ｂの第２の実施形態は、光ファイバのための位置決めシステムとして特に好適であり、偏光角は、その回転軸を中心にファイバを回転させることによって光を連結するために精密に調節され得る。駆動システム１ｂの故障を防止するために、駆動システム１ｂの弾性変形可能部分４ａも好適な吸収能を有し、駆動システム１ｂの効率は少なくとも５０％であり、および／または、入力軸２と出力軸３との間におけるトルク変動は５０％以下である。

【符号の説明】

【0034】

参照番号の一覧
１ａ，１ｂ 駆動システム
２ 入力軸
２ａ 入力軸の偏心部分
２ｂ 入力軸の端面
３ 出力軸
３ａ 出力軸の偏心部分
３ｂ 出力軸の端面
３ｃ 出力軸の長手方向スロット
３ｄ 出力軸の受容部分
４ 連結要素
４ａ 弾性変形可能部分
４ｂ，４ｃ 連結部分
４ｄ，４ｅ 中間部分
５ 弾性要素
６ 筐体
７ 調節要素

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】