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▶ 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.カーゲーの特許一覧

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-12-19
(54)【発明の名称】駆動システム
(51)【国際特許分類】
   F16H 21/14 20060101AFI20221212BHJP
   H02K 7/06 20060101ALI20221212BHJP
   H02K 7/075 20060101ALI20221212BHJP
【FI】
F16H21/14
H02K7/06 A
H02K7/075
【審査請求】有
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2022522940
(86)(22)【出願日】2020-10-19
(85)【翻訳文提出日】2022-06-13
(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
(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
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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
【テーマコード(参考)】
3J062
5H607
【Fターム(参考)】
3J062AB21
3J062AB29
3J062AC01
3J062AC07
3J062BA01
3J062BA16
3J062BA31
3J062CB06
3J062CB20
3J062CB46
5H607BB01
5H607CC03
5H607DD03
5H607EE49
5H607EE52
5H607EE60
5H607JJ08
(57)【要約】
本発明は、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、を備える、駆動システムに関する。軸、連結要素およびそれらの軸への取付けに関する組立および製造公差を吸収することにより、駆動システムの故障を防止するために、少なくとも1つの連結要素は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異なる断面を有する。
【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または断面を有す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、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(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、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、好ましく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、先行請求項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、先行請求項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】
前記連結要素(4)は、前記入力軸(2)および前記出力軸(3)上に、好ましくは60°または90°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、先行請求項のいずれか一項に記載の駆動システム。
【請求項8】
前記入力軸(2)および前記出力軸(3)は、好ましくは共通の筐体(6)に、特に好ましくは弾性変形可能な筐体(6)に、弾性可能に搭載されることを特徴とする、先行請求項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、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、先行請求項のいずれか一項に記載の駆動システム。
【請求項10】
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、先行請求項のいずれか一項に記載の駆動システム。
【請求項11】
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、先行請求項のいずれか一項に記載の駆動システム。
【請求項12】
前記出力軸(3)は、前記回転軸を中心に+/-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9~11のいずれか一項に記載の駆動システム。
【請求項13】
複数の脚と、少なくとも1つの先行請求項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
【手続補正書】
【提出日】2022-06-13
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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、
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または断面を有し、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、および/または、前記連結要素(4)全体が1つの部品として形成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、好ましく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】
前記連結要素(4)は、前記入力軸(2)および前記出力軸(3)上に、好ましくは60°または90°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、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】
前記入力軸(2)および前記出力軸(3)は、好ましくは共通の筐体(6)に、特に好ましくは弾性変形可能な筐体(6)に、弾性可能に搭載されることを特徴とする、請求項1~7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、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1~8のいずれか一項に記載の駆動システム。
【請求項10】
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1~9のいずれか一項に記載の駆動システム。
【請求項11】
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1~10のいずれか一項に記載の駆動システム。
【請求項12】
前記出力軸(3)は、前記回転軸を中心に+/-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9~11のいずれか一項に記載の駆動システム。
【請求項13】
複数の脚と、少なくとも1つの請求項1~12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。
【国際調査報告】