(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
継手であって、
負荷軸線に直角な第一の端部部材と、
第二の端部部材であって、前記第一の端部部材から第一の距離の点にて前記負荷軸線に対して直角である第二の端部部材と、
前記負荷軸線上において前記第一の端部部材に設けられた穴と、
前記負荷軸線上において前記第二の端部部材に設けられた穴と、
前記第一及び第二の端部部材同士を結合している第一及び第二の撓み部材であって、前記負荷軸線に対して平行であり且つ互いに直径方向に沿って対向する位置に配置されている第一及び第二の撓み部材を含む、撓み部材の第一の対と、
前記第一及び第二の端部部材同士を結合している第三及び第四の撓み部材であって、前記軸線に対して平行であり且つ互いに直径方向に沿って対向する位置に配置されている第三及び第四の撓み部材を含む、撓み部材の第二の対と、
前記負荷軸線に対して直角であり且つ前記第一及び第二の撓み部材の中間点の近くに結合されている第一の横断部材と、
前記負荷軸線に沿い且つ前記第一の端部部材の前記穴を貫通して延びており、前記第一の横断部材に取り付けられている第一のロッドと、
前記負荷軸線に対して直角であり且つ前記第三及び第四の撓み部材の中間点の近くに結合されている第二の横断部材と、
前記負荷軸線に沿い且つ前記第二の端部部材の前記穴を貫通して延びており、前記第二の横断部材に取り付けられている第二のロッドと、
を含んでいる継手。
【請求項２】
請求項１に記載の継手であって、
前記ロッドの軸線方向に延び且つ前記第一及び第二の端部部材に対して剛接されている複数の剛性のセパレータを更に含んでいる、継手。
【請求項３】
請求項２に記載の継手であって、
前記撓み部材の各々が、前記第一及び第二の端部部材と前記セパレータとの間に挟まれた一体の基部を含んでいる、継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、低摩擦の回転継手、特に、連鎖リンク機構のための、回転に対してコンプライアンス（受容性）を示す端部を提供するべく、安定した二軸枢動形式の撓み継手を提供するための装置に関する。
【０００２】
【背景】
簡単な球状のボールとソケットとの結合は、回転運動に対してはこれを許容し且つ軸線方向には動かない継手を提供する。この形式の継手は、軸線方向の力が精密に伝達され且つ回転が比較的抑制されないリンク機構又はロッド又は支柱のための端部取り付け部材として使用される。しかしながら、ボールとソケットとの端部結合は、大きな摩擦による損失を伴うという特徴がある。この特徴は、同結合を、低出力の精密継手用としては望ましくないものとしている。特に閉ループのフィードバック制御において用いるのは望ましくない。閉ループのフィードバック制御において、ボールとソケットとの端部結合が引っかかったり滑ったりする動作を過剰に行うと不安定となってしまう。図４に示された継手４のような枢動撓み部材は、上述したような用途に対して、概ね、より有用である。この装置は、弾性的に変形する撓みブレード４ａによって、完全に直線状に動作する。撓みブレード４ａは、所望のリンク機構４ｃが、固定された端部又は他のリンク機構４ｄとともに回転するのを可能にする。リンクの軸（図４における方向４ｂ）に直交する２つの軸線の回りに回転することに対するコンプライアンス（許容性）は望ましい。従って、これに関する撓みを説明するために、二軸という用語が使用されることが多い。リンク軸を中心とする回転に対する許容性もまた、このタイプの撓みによって達成される。ただし、これはほとんどの用途においてはそれほど重要ではない。
【０００３】
たとえブレードタイプの、枢動を可能とする撓み性が首尾良く利用されて来たとしても、これらは、ある種の性能の限界を有している。特に、軸線方向の負荷担持能力が弱いことである。回転に対する剛性（抵抗性）を低くするためには、互いに間隔をあけて配置したブレード４ａは、４ｂの方向に沿った圧縮負荷すなわち軸線方向の負荷の下で挫屈を受け易くさせるように、細長くなければならない。これらの負荷担持能力を増大させるためには、ブレード４ａを種々の方法で厚くすることができるが、このことは、これらのブレードの可撓性をより小さくし且つ回転の動き難くさを増すことになり、結合効率を低下させる。回転運動に対する剛性すなわち抵抗を最少にすること、これは、出来る限り薄いブレードを必要とするものであるが、目ざすのは、その一方で軸線方向の強度が最も大きいブレードとすることである。
【０００４】
【発明の概要】
本発明の目的は、ブレード形式の二軸回転継手であって、回転摩擦および故障が最も少なく、且つ、より大きな軸線方向の圧縮負荷を担持することもできる二軸回転継手を提供することである。
【０００５】
本発明によれば、安定した枢動撓み継手は、回転端部部材同士を結合するために薄い撓み部材（ブレード）を使用し、枢動接続部が各撓み部材の中間点近くに配置されている。
【０００６】
本発明によれば、撓み継手は、負荷のかかる方向の軸線（負荷軸線すなわち図４の４ｂ）に直角な第一の端部部材と、第二の端部部材であって、前記第一の端部部材から第一の距離にある前記負荷軸線に対して直角な第二の端部部材と、前記負荷軸線上において前記第一の端部部材に設けられた穴と、前記負荷軸線上において前記第二の端部部材に設けられた穴と、を含み、これらの第一及び第二の撓み部材は、前記負荷軸線に対して平行であり且つ互いに直径方向に沿って対向する位置に配置されており、更に、前記第一及び第二の端部部材同士を結合している第三及び第四の撓み部材であって、前記負荷担持軸線に対して平行であり且つ互いに直径方向に沿って対向する位置に配置されている第三及び第四の撓み部材と、前記負荷軸線に対して直角であり且つ前記第一の撓み部材と第二の撓み部材との中間点近くに結合されている第一の横断部材と、前記軸線に沿い且つ前記第一の端部部材の穴を貫通して延び且つ前記第一の横断部材に取り付けられている第一のロッドと、前記軸線に対して直角であり且つ前記第三の撓み部材と第四の撓み部材との中間点近くに結合されている第二の横断部材と、前記軸線に沿い且つ前記第二の端部部材の穴を貫通して延び且つ前記第二の横断部材に取り付けられている第二のロッドと、を含み、前記第一のロッドと第二のロッドとは、継手をリンク機構及び／又は所望の固定された取り付け箇所に取り付けるために使用され、この装置は、比較的制限されない、すなわち追従性のある回転を許容しつつ、上述したような機材間で軸線方向の負荷を撓みなく伝達するように動作する。
【０００７】
本発明の一つの特徴によれば、互いに直径方向に沿って対向する位置に配置された４つの連結用セパレータであって、軸線方向に延びる剛性のセパレータは、撓み部材が第一および第二の端部部材とセパレータとの間に配置された状態で第一の端部部材と第二の端部部材とを固定して、撓み部材のための骨組を形成する。
【０００８】
本発明の一つの特徴によれば、各撓み部材の端部には基部が設けられ、この基部は、剛性のセパレータによって端部部材に取り付けられる。
本発明の利点は、各ブレード（撓み部材）の撓みが、圧縮及び引っ張りの両方において軸線方向の負荷に対して反作用することである。その結果、撓み部材の故障すなわちブレードの故障は、撓み部材が弾性限界に到達したときにのみ起こる。
【０００９】
【詳細な説明】
本発明の上記した利点を失うことなく、当業者は、本発明の本質から逸脱することなく、本発明を全体的に又は部分的に変形させることができる。図１において撓みブレードアセンブリ９は、固定の円形の端部部材１４及び１６に対して撓むか又は移動する（若干回転する）ことができるように、横断部材３０に対して平行な軸線１２の回りを移動可能である制御ロッド１０を含んでいる（図２における角度θを参照）。端部部材１４及び１６は、弾力性を有している金属、樹脂又は複合材によって作られた、薄いばね板状又はブレード形式の撓み部材１８，２０によって互いに結合されている。４つのブレードである撓み部材、すなわち上記した第一及び第二の撓み部材１８，２０と第三及び第四の撓み部材２２，２４とが存在し、これらの端部は全て、端部部材１４及び１６に結合されていることが、図３によって認識されるべきである。ブレードである撓み部材１８，２０は、図１に示されているように、横断部材３０を介し且つ平面に沿って制御ロッド１０に取り付けられている。ブレードである撓み部材の第二の対２２，２４は、ブレードである撓み部材１８，２０の面に対して直角な面に沿って位置し且つ横断部材３２を介して第二の制御ロッド２６に取り付けられている（図６ないし図９参照）。
【００１０】
従って、制御ロッド１０の動き又は若干の回動は、ブレードである撓み部材と端部部材との間の機械的な結合によって、制御ロッド２６の同様な回動に対して直角であり、これによって、２つの制御ロッド間の二軸回転の許容性が与えられる。
【００１１】
制御ロッド１０は、横棒すなわち横断部材３０に取り付けられており、横断部材（横棒）３０の一端３０ａは、ブレードである撓み部材１８の中間点の出来るだけ近くに、例えば溶接によって取り付けられており、同様に、他端３０ｂは、ブレードである撓み部材２０の中間点に取り付けられている。制御ロッド２６は、横断部材（横棒）３２に取り付けられており、横断部材（横棒）３２もまた同様に、横断部材（横棒）３０に対していくらかの間隙を与えつつ、端部３２ａ，３２ｂが各々の撓み部材２２，２４の中間点にできるだけ近接して取り付けられている。ロッド１０及び２６が各々の横断部材（横棒）３０及び３２に取り付けられている点３０ｃ及び３２ｃは、中間ブレード撓み点である。
【００１２】
図１，２及び３における継手は、３２ｃのようなブレード撓み点を介して、圧縮及び引っ張りの両方の形態で軸線方向の負荷に反作用する。負荷経路は、横断部材を通り、次いで各ブレードである撓み部材を通ってつながっている。この負荷経路は、次いで分かれて、負荷の一部分はブレードである撓み部材の一部分に引っ張りを生じさせ、負荷の他の部分はブレードである撓み部材の他の部分に圧縮を生じさせる。軸線方向の負荷経路は静的に決定することができなくなるので、ブレードである撓み部材の各区分によって反作用される負荷の大きさは、いくつかの要素に依存する。第一に、ブレードの長さ方向に沿った枢動点の位置は、ブレードである撓み部材の相対的な剛性と、軸線方向の負荷に対する撓み部材の反作用とを決定する。各ブレードである撓み部材の負荷の大きさを決定する他の要素は、ブレードである撓み部材の圧縮部分及びその挫屈に対する安定性である。圧縮側が負荷に対して安定していない場合には、撓み部材は挫屈するであろう。従って、引っ張り側は、全ての負荷に対して反作用しなければならない。言い換えると、撓み部材及びロッド１０，２６を介する反作用は、ブレードである撓み部材を引っ張り状態とさせて、挫屈のおそれを最少にする。
【００１３】
一つの形態においては、ブレードである撓み部材１８，２０，２２，２４の各々の長さは１．９０５センチメートル（０．７５インチ）であり、これらの撓み部材はチタン６Ａ１−４Ｖによって作られている。結合点３４は０．７６２センチメートル（０．３インチ）であり、ブレードである撓み部材は断面が０．３３０×０．７６２センチメートル（０．１３×０．３インチ）である（図２参照）。これらの特性を備えたブレードが図４に示すような一般的な形状になされた場合には、各ブレードである撓み部材のための挫屈負荷は４０．８キログラム（９０ポンド）である。図２に示すように、ブレードが撓み且つ若干回転したときに、付加的な応力を追加することなく、このような負荷に遭遇する。本発明と同じ寸法及び材料の構成のブレードが形成される場合に、撓み部材のための許容可能な負荷は、９０．７キログラム（２００ポンド）まで増大せしめられる。この安定した撓みは、この負荷に反動し且つ５度（θ）の回転を受けるときに、構造的に安定したままである。
【００１４】
図６ないし９は、製造が容易なアセンブリ内の上記した基本的な撓み構造の実施形態を示している。この実施形態は、互いに直径方向に沿って対向する位置に配置され且つ締結部材３９によって剛性の端部部材４０に固定され、撓み部材１８，２０，２２，２４のための骨組みを形成している、４つの柱又はセパレータ３５，３６，３７及び３８を使用している。この実施形態においては、撓み部材は、前述した実施例の場合と同じ数だけ設けられているが、これらは、例えば、剛性のセパレータ３５，３６，３７，３８と端部部材４０との間に挟まれた一体の基部２２ａを含んでいる。端部部材とセパレータとの機械的な組み合わせによって、撓み部材のための剛性の骨組みが製造され、一方、２つのロッド間の結合は、既に説明したように、撓み部材１８，２０，２２及び２４によって単独で同じ利点を提供することがわかる。
【００１５】
既に説明したいくつかの変形及び変更に加えて、当業者は、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、全体的に又は部分的に、本発明及び本発明の構成要素及び機能に変形を施すことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明を具体化した、安定した撓みブレードアセンブリの側面図である。
【図２】  図２は、線２−２に沿った断面図である。
【図３】  図３は、軸線方向に沿って対向し且つ各々本発明による一対の撓みブレードに結合された結合ロッドを有する継手を示す図である。
【図４】  図４は、従来技術において使用される撓み継手を示している。
【図５】  図５は、図３の線５−５に沿った断面図である。
【図６】  図６は、図８の線６−６に沿った断面図である。
【図７】  図７は、図８の線７−７に沿った断面図である。
【図８】  図８は、本発明の側面図である。
【図９】  図９は、図８の線９−９に沿った断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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