| 【発明の名称】 |
可変バックラッシギヤ機構 |
| 【発明者】 |
【氏名】有竹 洋
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| 【要約】 |
【課題】２つの出力ギヤによって、それと噛み合う入力ギヤにおける同じ歯をはさむように構成された従来のアンチバックラッシギヤでは、噛み合うギヤをはさむ力をスプリングにより強くすることで、バックラッシのないギヤ機構を実現していたが、ギヤ間の摩擦が大きくギヤの寿命が短くなるとともに、高速回転時にパワーロスが多いという問題があった。
【解決手段】出力ギヤと噛み合う２つの入力ギヤの回転方向を圧電素子で拘束し、ギヤの回転速度に応じて、圧電素子への印加電圧を変化させることにより、ギヤのバックラッシを調整できる構成とした。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ギヤボックスに対して回転自在に支持され、互いに噛み合うように配置された第１のギヤ及び第２のギヤと、第２のギヤと同じ有効径とモジュールを有し、第２のギヤに対して回転自在に支持され、第１のギヤに噛み合うように配置された第３のギヤと、第３のギヤを第２のギヤに対して回転方向に移動させ、第１のギヤと第２のギヤとの間のバックラッシを調整するためのアクチュエータとを備えた可変バックラッシギヤ機構。
【請求項２】 上記アクチュエータとして、上記移動方向に伸縮可能な圧電素子を用いたことを特徴とする請求項１記載の可変バックラッシギヤ機構。
【請求項３】 上記アクチュエータとして、気体が封入され上記移動方向に伸縮可能なピストンと、このピストン内部の気体の温度を変化させる温度制御手段とを具備したことを特徴とする請求項１記載の可変バックラッシギヤ機構。
【請求項４】 上記アクチュエータとして、上記移動方向に可撓性を有するバイメタルを用いたことを特徴とする可変バックラッシギヤ機構。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えばカメラの視線方向やレーダアンテナの指向方向等を制振するスタビライザのように、高精度な位置決め駆動を行うギヤボックスのギヤ機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は、従来のアンチバックラッシギヤ機構の構成例を示す図である。１はギヤボックス、２は軸受、３は軸受２に支持された入力ギヤ、４は軸受２に支持され、入力ギヤ３に噛み合っている出力ギヤ、５は出力ギヤ４の軸に対して回転自由に支持され、出力ギヤ４と同じ有効径とモジュールをもつはさみギヤ、６は出力ギヤ４とはさみギヤ５の間に取付けられ、出力ギヤ４とはさみギヤ５により入力ギヤ３をはさむ様に回転方向のトルクを発生するためのスプリング、７は入力ギヤ３を回転させるためのモータ、８は出力ギヤ４に接続された被駆動物である。
【０００３】このように構成されたアンチバックラッシギヤ機構においては、モータ７の発生するトルク、もしくは被駆動物８の慣性質量が大きい場合、入力ギヤ３と出力ギヤ４の間のバックラッシを排除するため、スプリング６のばね力を大きくし、入力ギヤ３をはさむ力を強くすることで、アンチバックラッシギヤ機構を構成していた。このアンチバックラッシギヤ機構を、被駆動物８を回動させる駆動部に用いることにより、被駆動物８の回転位置を高精度に位置決めすることができる。例えば、飛行機、ヘリコプター、車両等のように激しい振動や動揺が発生する環境下に有る移動体に搭載され、旋回／俯仰の２軸で回動可能なカメラの視野方向を所望の方向に保持する（空間安定させる）スタビライザにおいて、このアンチバックラッシギヤ機構を備えた駆動部を用いることにより、旋回軸及び俯仰軸が正転／反転を繰り返すようなカメラの視線方向の位置決め動作を高精度に行うことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のアンチバックラッシギヤ機構では、上述のように、入力ギヤ３をはさむ力を強くすることで、被駆動物８の正転／反転を繰り返し行う精密位置決め時に、バックラッシのないギヤ機構を実現していた。しかし、入力ギヤ３と出力ギヤ４は、はさみギヤ５の間のはさみ力が強いと、ギヤ間の摩擦が大きくなるため、ギヤの寿命が短くなり、また被駆動物８を高速回転させる時に騒音が大きく、パワーロスが多いため、消費電力が多いという問題があった。
【０００５】この発明は、以上のような従来のアンチバックラッシギヤ機構の問題を解決するためになされたものであり、被駆動物８の高速回転時はバックラッシを大きくし、被駆動物８の精密位置決め時にはバックラッシを小さくすることで、騒音が少なく、ギヤ寿命を長くし、精密な位置決めが出来るギヤボックスを得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１の発明による可変バックラッシギヤ機構は、ギヤボックスに対して回転自在に支持され、互いに噛み合うように配置された第１のギヤ及び第２のギヤと、第２のギヤと同じ有効径とモジュールを有し、第２のギヤに対して回転自在に支持され、第１のギヤに噛み合うように配置された第３のギヤと、第３のギヤを第２のギヤに対して回転方向に移動させるためのアクチュエータとを備えたものである。
【０００７】第２の発明による可変バックラッシギヤ機構は、アクチュエータとして圧電素子を用いたものである。
【０００８】第３の発明による可変バックラッシギヤ機構は、アクチュエータとして、気体が封入したピストンと、ピストン内の気体の温度を制御する温度制御手段とを用いたものである。
【０００９】第４の発明による可変バックラッシギヤ機構は、アクチュエータとしてバイメタルを用いたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１（ａ）〜（ｄ）は、この発明に係る実施の形態１の可変バックラッシギヤ機構を示す構成図である。図１−（ａ）は構成図を示し、図１−（ｂ），（ｄ）はギヤまわりの詳細図を示し、図１−（ｃ）は圧電素子１１まわりの詳細図を示す。図１において、１１は従来例のスプリング６と概ね同じ位置に配置される圧電素子、１２は圧電素子１１の直線方向の伸縮を出力ギヤ４とはさみギヤ５の間の相対角度変位に変換するため１１の軸方向の回転をフリーにするためのピン、１３は圧電素子１１に電力を供給するためのリング、１４はリング１３を介して電力を供給するためのブラシ、１５はモータ７の回転数を検出し、設定以上の回転数になるとブラシ１４、リング１３を介して圧電素子１１が伸びる方向に電圧をかけるためのドライバ回路、１６はモータ７の回転数を検出するタコジェネレータである。
【００１１】このように構成された可変バックラッシギヤ機構は、従来例と同様に、モータ７で発生した駆動トルクを入力ギヤ３、出力ギヤ４、はさみギヤ５を介して被駆動物８に伝達する。ここで、ドライバ回路１５から圧電素子１１に電圧を加えない状態では図１（ｂ）のようにバックラッシが小さい状態となるようにしておく。そこで、圧電素子１１が伸びる方向にドライバ回路１５から電圧を加えると、図１（ｄ）のようにバックラッシが大きい状態となる。ドライバ１５は、モータ７の回転数をタコジェネレータ１６により検知して、設定値以上の回転数になると圧電素子１１に電圧を加え、その伸展によってバックラッシを大きくする（例えば、出力ギヤ４とはさみギヤ５が入力ギヤ３における隣接する歯にそれぞれ当接する位置まで、出力ギヤ４とはさみギヤ５が相対的に回転する）ように自動制御する。またドライバ１５は、モータ７の回転数をタコジェネレータ１６により検知して、設定値より小さい回転数になると圧電素子１１に印加する電圧を遮断し、その伸縮によりバックラッシを小さくする（例えば、出力ギヤ４となさみギヤ５とで入力ギヤ３における同じ歯を挟む位置まで、出力ギヤ４とはさみギヤ５が相対的に回転する）ように自動制御する。なおこの制御は、タコジェネレータ１６により検知される速度に応じて、圧電素子１１への印加電圧を調整し、バックラッシの大きさを適度に調整するものであっても良い。
【００１２】この実施の形態では、モータの回転速度が大きい場合は、ギヤ系に適切な量のバックラッシを確保し、動作音を小さく、ギヤに無理な負荷をかけず長寿命を確保し、消費電力を小さくすることが可能である。また、正転／反転を繰り返して精密な位置決めを行うときはモータの回転速度が小さいため、ギヤ系のバックラッシを小さくすることによって、その位置決め動作がバックラッシに影響されにくい駆動系にすることが可能である。
【００１３】実施の形態２．図２は、この発明に係る実施の形態２の可変バックラッシギヤ機構を示す構成図である。図２−（ａ）は構成図を示し、図２−（ｂ），（ｃ）はギヤまわりの詳細図を示す。図２において、２，３，４，５，７，８，１６については、従来例および実施の形態１と同様である。１は従来例と同様であるが、ギヤボックス内部が外気に対して気密されていない。２１は従来例のスプリング６と同じ位置に配置されるピストン、２２はギヤボックス内の温度を変化させるためのペルチェ素子、２３はタコジェネレータ１６で検出された速度によりペルチェ素子をドライブするドライバ回路、２４はピストン２１に封入した例えば空気、窒素などの気体である。
【００１４】このように構成された可変バックラッシギヤ機構は、従来例と同様に、モータ７で発生した駆動トルクを入力ギヤ３、出力ギヤ４、はさみギヤ５を介して被駆動物８に伝達する。ここで、常温の状態では図２（ｂ）のようにバックラッシが小さい状態となるようにしておく。そこで、ドライバ回路２３およびペルチェ素子２２によりギヤボックス１内の温度を上げると、ピストン２１内部の気体２２が膨張し、図２（ｃ）のようにバックラッシが大きい状態となる。ドライバ２３は、モータ７の回転数をタコジェネレータ１６により検知して、設定以上の回転数になると、バックラッシを大きくするように自動で働く。
【００１５】この実施の形態では、第１の発明のアクチュエータを気体に封入したピストンとし、気体の温度を変化させる温度制御手段により、ピストンの長さを制御するものである。気体を封入したピストンは圧電素子に比べて圧縮に対して剛性が低いため、過大な入力トルクが加えられても、ギヤを損傷せず緩衝することが可能である。また、スプリングなどが不要であり、ギヤボックスの小型化が可能である。
【００１６】実施の形態３．図３は、この発明に係る実施の形態３の可変バックラッシギヤ機構を示す構成図である。図３−（ａ），（ｃ）はギヤまわりの詳細図を示し、図３−（ｂ）はバイメタルを構成する２種類の金属板の詳細図を示す。図３において、３，４，５，１３，１４については、従来例および実施の形態１と同様である。３１，３２は熱膨張率の異なる２種類の金属板であり、従来例のスプリング６と同じ位置に配置され、両者を接合してバイメタルを構成している。また、その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００１７】このように構成された可変バックラッシギヤ機構は、バイメタル通電しない状態では図３（ｂ）のようにバックラッシが小さい状態となるようにしておく。そこで、バイメタルに通電することにより、内部の電気抵抗のため発熱し、図３（ｃ）のように金属板１と金属板２の熱膨張率の差により変形し、バックラッシが大きい状態となる。ドライバ回路１５は、モータ７の回転数をタコジェネレータ１６により検知して、設定以上の回転数になると、バックラッシを大きくするように自動で通電状態となる。
【００１８】この実施の形態では、第１の発明のアクチュエータをバイメタルとするものである。バイメタルは圧電素子に比べて剛性が低く配置できるため、過大な入力トルクが加えられても、ギヤを損傷せず緩衝することが可能である。また、バイメタル自体に通電することにより、内部抵抗による発熱をもちいて変形させるため、第３の発明のように、温度制御手段が不要である。
【００１９】
【発明の効果】この発明は以上説明したように構成されているので、以下に記載される効果を奏する。
【００２０】第１の発明によれば、有効径およびモジュールが同じの重ねあわせた２枚のギヤの相対角をアクチュエータにより可変とすることで、上記ギヤに勘合するギヤとの間のバックラッシを可変とするものである。それにより、モータ回転速度が大きい場合は、ギヤ系に適切な量のバックラッシを確保し、動作音を小さく、ギヤに無理な負荷をかけず長寿命を確保し、消費電力を小さくすることが可能である。また、精密な位置決めを行うときは、モータの回転速度が小さいため、ギヤ系のバックラッシを小さくなり、バックラッシに影響されにくい駆動系にすることが可能である。
【００２１】また、第２の発明によれば、第１の発明のアクチュエータを圧電素子とするものである。圧電素子は圧縮および引き張りに対して剛性が高いため、モータにより入力されるトルクが大きくても、設定したバックラッシ量を維持することが可能であり、また、圧電素子は、変形量を印加電圧によりオープンループで制御できるため、圧電素子の駆動回路（ドライバ回路）が簡単に構成できる。
【００２２】また、第３の発明によれば、第１の発明のアクチュエータを気体を封入したピストンとし、気体の温度を変化させる温度制御手段により、ピストンの長さを制御するものである。気体を封入したピストンは圧電素子に比べて圧縮に対して剛性が低いため、過大な入力トルクが加えられても、ギヤを損傷せず緩衝することが可能である。また、スリップリングが不要であり、ギヤボックスの小型化が可能である。
【００２３】また、第４の発明によれば、第１の発明のアクチュエータをバイメタルとするものである。バイメタルは圧電素子に比べて剛性が低く配置できるため、過大な入力トルクが加えられても、ギヤを損傷せず緩衝することが可能である。また、バイメタル自体に通電することにより、内部抵抗による発熱をもちいて変形させるため、第３の発明のように、温度制御手段が不要である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１１月１０日（１９９９．１１．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０２４３９
【弁理士】
【氏名又は名称】宮田 金雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１４１０４１（Ｐ２００１−１４１０４１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月２５日（２００１．５．２５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３１９４４４ |
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