JPH0476183A

JPH0476183A - 部材の姿勢制御装置および掘削機の掘削方向制御装置

Info

Publication number: JPH0476183A
Application number: JP2189883A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kuwana; 桑名　昭二; Yoshihide Kiyozawa; 芳秀清沢; Akio Ikeda; 昭夫池田
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc; Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-07-18
Filing date: 1990-07-18
Publication date: 1992-03-10
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: CA2047282A1; EP0467335A2; DE69113898D1; US5316090A; EP0467335B1; CA2047282C; DE69113898T2; EP0467335A3; JPH0814233B2; US5307885A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は操作軸、探針などの部材の姿勢あるいは方向を
制御するための制御装置に関し、更に詳しくは、複数個
の中空型調和歯車変速機を利用して部材の姿勢あるいは
方向制御を行うように構成された部材の姿勢制御装置に
関するものである。

また、本発明は、石油井掘削機などに代表される掘削機
の掘削方向を制御するための制御装置に関するものであ
り、中空型の調和歯車変速機を利用して掘削機ドリルの
回転シャフトをその回転軸線とほぼ直交する方向に変位
せしめることにより、その先端に支持されているドリル
ビットの掘削方向を制御するように構成された掘削機の
掘削方向制御装置に関するものである。

〔従来の技術および解決しようとする課題〕近年におい
ては、ＮＣ工作機械の進歩、ＩＣ製造技術の進歩などに
伴って、微細加工が要求される製造工程が多くなってき
ている。微細加工を行うための製造工程においては、加
工機械あるいは被加工物の位置あるいは姿勢を、目標と
する場所および方向となるように正確に設定する必要が
ある。一方、石油井掘削機の分野においても、固い岩盤
などを迂回させて掘削動作を継続させるために、ドリル
の進行方向を変更するための制御装置が必要とされてい
る。また、掘削中に何らかの原因により掘削方向に狂い
が起きた場合においても、掘削方向を目標とする方向に
修正するために、ドリルビットの進行方向を制御する必
要がある。

本発明の課題は、このような点に鑑みて、複数個の中空
型調和歯車変速機を用いて精度良く被駆動部材の方向あ
るいは姿勢制御を行うことのできる部材の姿勢制御装置
を実現することにある。

また、本発明は、石油井掘削機などに代表される掘削機
において、複数個の中空型調和歯車変速機を用いること
により、簡単な構成で駆動可能であり、かつ精度良く掘
削方向を制御可能な掘削機の掘削方向制御装置を実現す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するために、本発明においては、中空
型調和歯車変速機に着目し、これによって偏心回転する
偏心中空部を備えた偏心回転部材を利用して、部材の姿
勢あるいは方向制御を精度良く行うようにしている。

すなわち、本発明の部材の姿勢制御装置は、複数の中空
型調和歯車変速機と、これらの調和歯車変速機のそれぞ
れの出力要素に連結され、対応する各変速機回転軸に対
して偏心回転する偏心中空部を備えた複数の偏心回転部
材とを有し、これら中空型調和歯車変速機の中空部およ
び偏心回転部材の偏心中空部を貫通した状態に被駆動部
材を装着し、偏心回転する各偏心中空部の内周面によっ
て、被駆動部材をその部材軸線とほぼ直交する方向に向
けて微小移動させる構成を採用している。

ここに、各中空型調和歯車変速機の駆動源としては、中
空モータを利用することができる。

また、本発明の掘削機の掘削方向制御装置は、複数の中
空型調和歯車変速機と、これらの調和歯車変速機の出力
要素のそれぞれに連結され、対応する各変速機回転軸に
対して偏心回転する偏心中空部を備えた複数の偏心回転
部材とを有し、これら複数の中空型調和歯車変速機の中
空部および複数の偏心回転部材の中空部内を貫通した状
態に、掘削機ドリルの回転シャフトを装着し、複数の偏
心回転部材における偏心中空部の偏心回転により、これ
らの内周面に当接している回転シャフトの部分をシャフ
ト中心軸線とほぼ直交する方向に向けて変位させる構成
を採用している。

ここに、各調和歯車変速機の駆動源としては、中空モー
タを利用することができる。この代わりに、回転シャフ
トの回転力を直接利用することもできる。また、中空型
調和歯車変速および偏心回転部材が、回転シャフトと共
に回転することを防止するための機構としては、これら
を回転シャフトの外周に軸方向不動に配置した環状ハウ
ングの内側に組み込み、この環状ハウジングの外周面に
、例えば外方に突出した回転防止用突起を形成する等、
適宜な環状ハウジング回転防止手段を具備させて行うこ
とができる。

〔作用〕

複数の中空型調和歯車変速機によって、それぞれに連結
されている偏心回転部材を回転させると、それらに形成
された偏心中空部が偏心回転する。

これらの偏心中空部内には被駆動部材が貫通しているの
で、被駆動部材は偏心中空部の偏心回転量に応じて、部
材軸線にほぼ直交する方向に向けて移動される。従って
、各偏心中空部の偏心回転量を相対的に制御することに
より、被駆動部材の姿勢を目標とする方向に設定するこ
とができる。

一方、本発明の掘削機の掘削方向制御装置においても、
同じく複数の調和歯車変速機によってそれらに連結され
ている偏心回転部材を相対的に偏心回転させると、これ
らによって支持されている回転シャフトの部分がシャフ
ト中心軸線にほぼ直交する方向に変位せしめられる。す
なわち、回転シャフトの外周に当接している複数の偏心
回転部材の偏心中空部内周面が相対的に偏心回転し、か
かる回転に伴って、中空部内周面によって回転シャフト
の外周部分が中心軸線とほぼ直交する方向に向けて相対
的に移動する。この結果、複数の偏心回転部材の偏心中
空部によって規定される回転シャフトの進行方向が変更
される。

例えば、２個の中空型調和歯車変速機と、これらのそれ
ぞれに連結された２個の偏心回転部材を備えた構成のも
のにおいては、偏心回転部材の偏心中空部の中心を結ぶ
直線が、それまでの回転シャフトの中心軸線方向に対し
て、相対回転量に応じた方位に向けて、相対回転量に応
じた角度だけ傾斜する。よって、これらの偏心回転部材
の間に位置する回転シャフトの部分が偏心中空部の中心
を結ぶ直線に沿う方向に向けて変位する。従って、この
後は、回転シャフトは変位せしめられた方向に向けて進
行するので、その先端に保持されているドリルビットの
掘削方向が変位せしめられた方向に変更されることにな
る。

〔実施例〕

以下に、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

Ｕ桝第１図および第２図には、本発明を適用した被駆動部材
たる非回転円柱軸の姿勢制御装置を示しである。まず、
第１図を参照して、本例の姿勢制御装置１０１の全体構
成を説明する。この姿勢制御装置１０１は、同軸状態に
連結した中空型の第１の調和歯車減速機１０２と、同じ
く中空型のＡＣサーボモータ１０３から構成される中空
アクチュエータ１０４を有している。この中空アクチュ
エータ１０４の一方の端には、中空型の第１の電磁クラ
ッチ１０５が同じく同軸状態に隣接配置され、この第１
の電磁クラッチ１０５の入力側が中空アクチュエータの
減速回転出力要素に連結されている。電磁クラッチ１０
５の出力側は、第１の偏心回転円板１０６に連結されて
いる。一方、中空アクチュエータ１０４の他方の端の側
には、中空型の第２の電磁クラッチ１０７が同軸状態に
隣接配置され、この電磁クラッチの入力側が、中空アク
チュエータ１０４の高速回転出力要素に連結されている
。第２の電磁クラッチ１０７の出力側は、同軸状態で隣
接配置した中空型の第２の調和歯車減速機１０８の入力
側に連結されている。この第２の調和歯車変速機１０８
の出力側は、中空型の第３の電磁クラッチ１０９の入力
側に連結され、この第３の電磁クラッチの出力側は、第
２の偏心回転円板１１０に連結されている。

上記の第１の電磁クラッチ１０５、中空アクチュエータ
１０４、第２の電磁クラッチ１０７、第２の調和歯車減
速機１０８および第３の電磁クラッチ１０９によって形
成される中空部１１１内には、遊嵌状態で被駆動部材と
しての円柱軸１１２が貫通している。ここに、上記の第
１および第２の偏心回転円板１０６．１１０はそれぞれ
回転軸線１０１ａを中心とする回転円板であり、これら
の中央部分には、円形にくり抜かれた偏心中空部１０６
ｂ、１１０ｂが形成されている。これらの偏心中空部１
０６ｂ、１１０ｂの中心軸１１２ａは、回転軸１０１ａ
に対して同一側にｅだけ偏心した偏心軸となっている。

そして、これらの偏心中空部１０６ｂ、１１０ｂを貫通
して上記の円柱軸１１２が延び、これらの偏心中空部の
内周面１０６ｃ、１１０ｃによって、円柱軸１１２の両
端部分１１２Ａ、１１２Ｂが支持されている。

上記の中空アクチュエータ１０４の構造を説明する。こ
のアクチュエータ１０４を構成するサーボモータ１０３
は、ロータ１０３ａに結合された中空の出力軸１０３ｂ
を有しており、この出力軸１０３ｂの一方の端が、第１
の調和歯車減速機１０２の波動発生器１０２ａに結合さ
れている。波動発生器１０２ａの外周には、カップ型の
弾性外歯歯車１０２ｂが配置され、さらに、この外歯歯
車１０２ｂの外周には、剛性内歯歯車１０２ｃが配置さ
れている。この剛性内歯歯車１０２Ｃは機構１０１のハ
ウジング１１３の側に固定されている。弾性外歯歯車１
０２ｂは、第１の電磁クラッチ１０５の入力側に連結さ
れている。一方、上記のモータ１０３の出力軸１０３ｂ
の他方の端は、第２の電磁クラッチ１０７の入力側に連
結されている。

次に、第２の調和歯車減速機１０８は、上述した第１の
調和歯車減速機１０２と左右対象の構成となっており、
その波動発生器１０８ａが第２の電磁クラッチ１０７の
出力側に連結されている。

波動発生器１０８ａの外周にはカップ型の弾性外歯歯車
１０８ｂが配置され、さらに、この外側には剛性内歯歯
車１０８Ｃが配置されている。剛性内歯歯車１０８ｃは
ハウジング１１３の側に固定されている。弾性外歯歯車
１０８ｂは第３の電磁クラッチ１０９の入力側に連結さ
れている。この電磁クラッチ１０９の出力側は、第２の
偏心回転円板１１０に連結されている。

本例の姿勢制御装置１０１において、そのモータ１０３
を付勢すると、第１の調和歯車減速機１０２が駆動され
、その弾性外歯歯車１０２ｂから減速回転出力が得られ
る。従って、第１の電磁クラッチ１０５をオンにして接
続状態に設定すると、この減速回転出力がクラッチ１０
５を介して第１の偏心回転円板１０６に伝達され、この
円板１０６が回転軸線１０１ａを中心として偏心回転す
る。

また、第２の電磁クラッチ１０７をオンにして接続状態
に設定すると、モータ出力軸１０３ｂが第２の調和歯車
減速機１０８の側に連結して、二の減速機１０日が駆動
する。この結果、この調和歯車減速機１０８の弾性外歯
歯車１０８ｂから減速回転出力が得られる。従って、こ
の状態において、第３の電磁クラッチ１０９をオンにし
て接続状態に設定すると、この減速回転出力が第２の偏
心回転円板１１０に伝達され、この円板１１０が回転軸
線１０１ａを中心として偏心回転する。

第２図には、第２の偏心回転円板１１０を固定しておき
、第１の偏心回転円板１０６を１８０度回転させた場合
の円柱軸１１２の姿勢の変化を示しである。第２図（Ａ
）に示すように、第１および第２の偏心回転円板１０６
．１１０の偏心中空部１０６ｂ、１１０ｂが、回転軸線
１０１ａに対して同一方向にｅだけ偏心した状態にある
ものとする。この状態において、第２および第３の電磁
クラッチ１０７．１０９を切断状態に保持し、第１の電
磁クラッチ１０５のみを接続状態にして、モータ１０３
を付勢する。この結果、モータ回転力は、第１の調和歯
車減速機１０２を介して減速されて第１の偏心回転円板
１０６の側へ伝達される。従って、モータ１０３の駆動
を制御することによって、第２図（Ｂ）に示すように、
第１の偏心回転円板１０６を１８０度だけ回転した位置
にすることができる。この状態においては、円柱軸１１
２の姿勢、すなわちその軸線１１２ａは、回転軸線１０
１ａに対してθ（＝ｔ　ａ　ｎ−’　（２ｅ／ｌ））だ
け傾斜した姿勢となる。

同様にして、３個の電磁クラッチを選択的に接話するこ
とにより、第１および第２の偏心回転円板１０６．１１
０を同時にあるいは選択的に、所定の角度だけ相対的に
回転させることによって、円柱軸１１２の姿勢を微細に
制御することができる。

上記の例では、第１および第２の調和歯車減速機として
所謂カップ型のものを使用したが、この代わりに、所謂
フラット型の調和歯車減速機を使用することもできる。

また、中空型の調和歯車減速機の代わりに、通常の調和
歯車減速機を用いても良い。

また、上記の例では、１個の中空アクチュエータによっ
て第１および第２の調和歯車変速機を駆動するようにし
ているが、それぞれの調和歯車変速機を駆動するための
専用の中空アクチュエータをそれぞれ配置するようにし
てもよい。

さらに、姿勢制御の対象となる被駆動部材としては、上
述のような円柱軸に限らず、他の形状の部材であっても
よいことは勿論である。また、例えば、姿勢制御される
円柱軸によってテーブルなどを支持するようにすれば、
テーブル面の姿勢も制御可能となる。

なお、使用する偏心運動部材の個数は、２個に限定され
るものではなく、それ以上であってもよい。

第」ｊ弓１１医次に、第３図ないし第６図には、本発明の別の実施例に
係る石油井掘削機の掘削方向制御装置を示しである。

（全体構成）まず、第３図に本例の石油井掘削機の全体構成を示しで
ある。この図において、１は石油井掘削機であり、２は
その回転シャフトである。この回転シャフト２の先端部
分は、ドリルカラー３が同軸状態に接続されており、こ
のドリルカラー３の先端に、ドリルビット４が支持され
ている。回転シャフト２の上端側は、これを回転駆動さ
せるための駆動機構（図示せず）に連結されている。そ
して、上記のドリルカラー３の外周を囲む状態に、掘削
方向制御機構部５が取付けられている。

（掘削方向制御機構部）第４図（Ａ）に示すように、この掘削方向制御機構部５
は、上下に離間配置した上側方向制御部６および下側方
向制御部７から構成されており、それぞれの方向制御部
は中空型の調和歯車減速機６１．７１を中心に構成され
ている。これらの調和歯車減速機６１．７１への回転入
力は、ドリルカラー３から、電磁クラッチ２１．１１を
介して行われる。また、これらの調和歯車減速機６１．
７１からの減速回転出力は、偏心回転円板６２．７２に
それぞれ伝達され、これらの偏心回転円板が相対的に偏
心回転することにより、ドリルカラー３の進行方向が制
御されるようになっている。

なお、双方の方向制御部６．７の構造は同一であり、以
下においては、下側の方向制御部７の構成を中／ら弓こ
説明する。

（方向制御部７）第５図には、この下側の方向制御部７の部分を示しであ
る。方向制御部７は中空型の調和歯車減速機７１から構
成されている。中空型の調和歯車減速機７１は、ドリル
カラー３の外周に配置した中空形状の波動発生器７１１
と、この外側に同軸状態に配置した弾性外歯歯車７１２
と、さらにその外側に同じく同軸状態に配置した２個の
剛性内歯歯車７１３．７１４とから構成されている。−
方の側の剛性内歯歯車７１３は、環状ハウジング８の内
周面に一体的に形成されている。これに対して、他方の
剛性内歯歯車７１４は、環状ハウジング８の内周面に対
して回転自在に支持された偏心回転円板７２の内周面に
形成されている。

この偏心回転円板７２には、偏心中空部７２１が形成さ
れており、この偏心中空部７２１の中心７２１ａは、調
和歯車減速機７１の回転中心軸７１ａに対して一定の距
離ｅだけ偏心している。そして、この偏心中空部７２１
は、ドリルカラー３が嵌入する寸法に設定され、その内
周面７２１ｂには、ドリルカラー３の外周面３１に当接
するローラーベアリング７３が取付けられている。

ここに、ドリルカラー３の外周面３１には、条の環状突
起３２．３３が形成されており、これらの間にはベアリ
ング９を介して、環状ハウジング８の内周面８１に形成
した環状突起８２が差し込まれており、これによって、
環状ハウジング８はドリルカラー３と一体となってその
軸線方向に移動するようになっている。また、ドリルカ
ラー３に形成した環状突起３２の上側環状面３２ａと、
上述した環状の波動発生器７１１の下側環状面７１１ａ
との間は、電磁クラッチ１１およびオルダム継手１２を
介して連結されている。

一方、上記の偏心回転板７２における外周面７２ａの上
方側の部分、およびこれに対峙している環状ハウジング
８の内周面８１の部分には、これらの間の相対回転量を
検知するための検出器１２を構成する一対の検出素子１
２ａ、１２ｂが配置されている。また、この検出器１２
の上側においては、上記の電磁クラッチ駆動用の電源ユ
ニット１３が取付けられている。さらに、この電源ユニ
ット１３に浮動充電を行うための発電機ユニット１４が
、環状ハウジングの側に取りつけた固定子１４ａおよび
ドリルカラーの側に取りつけた回転子１４ｂから構成さ
れている。これに加えて、電源ユニット１３の隣接位置
には、電磁クラッチの駆動制御などを行う駆動制御ユニ
ッ）１５が環状ハウジングの内周面８１に取付けられて
いる。

次に、環状ハウジング８の外周面８２ａには、そこから
半径方向の外側に突出した複数の回転防止用突起部８３
が軸線方向に延びており、これらがドリルビット４によ
って形成された掘削孔の内周面内に嵌入することにより
、環状ハウジング８自体の回転が阻止されるようになっ
ている。また、環状ハウジング８の内部には、その軸線
方向に延びる貫通孔８５が円周方向に向けて等角度間隔
で形成されており、これらの貫通孔８５は、ドリルビッ
ト４の側から地上側へ向けての泥水還流路を形成してい
る。

（方向制御部６）次に、上側に位置する方向制御部６も、環状ハウジング
８の内側に構成されている。第４図（Ａ）に示すように
、上述した方向制御部７と同じく、中空型の調和歯車減
速機６１を中心に構成されており、この減速機は、波動
発生器６１１と、弾性外歯歯車６１２と、２個の剛性内
歯歯車６１３．６１４とから構成されている。そして、
一方の剛性内歯歯車６１３が環状ハウジングの内周面８
１に形成され、他方の剛性内歯歯車６１４が、偏心回転
円板６２に形成されている。この偏心回転円板６２には
偏心中空部６２１が形成されており、この内周面内にベ
アリングを介してドリルカラー３が回転自在に貫通して
いる。調和歯車減速機６１への回転入力は、ドリルカラ
ーの外周に形成した環状突起３５から、電磁クラッチ２
１を介して行われる。電磁クラッチ２１の駆動は前述の
下側方向制御部７のそれと同様構成の駆動制御ユニット
２５によって行われ、偏心回転板６２の環状ハウジング
８に対する相対回転量が検出器２２によって検出される
。

（制御系）第６図には、本例の掘削方向制御機構部５の制御系の概
要を示しである。図において、２００は石油井掘削機１
の全体の駆動制御を司るホストコンピュータであり、２
０１は掘削方向制御機構部のコントローラである。ホス
トコンピュータ２００からは、掘削方向を規定する方位
および角度を表す指令信号２００Ｓがコンローラ２０１
に供給される。コントローラ２０１は、受は取った指令
信号２００Ｓに基づき、各偏心回転円板６２．７２の目
標回転位置を演算する目標回転位置演算部２０２を有し
ている。また、各方向制御部６．７に取りつけた検出器
１２．２２の検出信号１２Ｓ、２２Ｓに基づき、各偏心
回転円板６２．７２の実際の回転位置を演算する実回転
位置演算部２０３を有しており、さらに、各偏心回転円
板６２．７２の実際の回転位置が目標とする回転位置と
なるように、各調和歯車減速機６１．７１を駆動させる
ための駆動信号２０４Ｓを発生する駆動信号発生部２０
４を有している。この駆動信号発生部２０４から発生さ
れた駆動信号２０４Ｓは、それぞれの調和歯車減速機の
駆動制御ユニット１５．２５に送られる。この駆動信号
２０４Ｓを受は取ると、各駆動制御ユニット１５．２５
は、電磁クラッチ１１．２１を制御することによって、
各調和歯車減速機６１．７１を駆動して、その出力要素
である剛性内歯歯車６１４．７１４を目標とする回転位
置まで回転して、そこに固定する。すなわち、これらの
出力要素が形成されている偏心回転板６２．７２０回転
位置を目標回転位置とする。

なお、このような駆動制御は、ホストコンピューター内
に予め格納した制御プログラグを実行することによって
達成される。

（掘削方向制御動作）上記構成の掘削方向制御機構部５の動作を、第４図を参
照して説明する。初期状態においては、第４図（Ａ）に
示すように、偏心回転円板６２．７２の中心６２１ａ、
７２１ａが共に、調和歯車減速機６１．７１の回転中心
軸６１ａ、７１ａに対して、図面に向かって左側に最大
偏心量ｅだけ偏心した状態にあり、これら偏心回転円板
の相対回転量は零であるものとする。

この状態において、一方の電磁クラッチ２１のみを接続
状態に切り換えて、調和歯車減速機６１を駆動させて、
その出力要素である剛性内歯歯車６１４を１８０度回転
させたとする。この結果、剛性内歯歯車６１４が形成さ
れている偏心回転円板６２が１８０度回転して、その中
心６２１ａの位置は、第４図ＣＢ）に示すように、図面
に向かって右側に移動して、調和歯車減速機の回転中心
軸６１ａに対して右側に最大偏心量ｅだけ偏心した状態
となる。すなわち、初期状態（第４図（Ａ））に比べて
、偏心回転板の中心６２１ａは距離２ｅだけ右側に向け
て移動した状態になる。これに対して、他方の偏心回転
円板７２は初期状態のままに保持されているので、その
中心７２１ａは初期状態のままであり、回転中心軸７１
ａに対して左側に距離ｅだけ偏心した位置に留まってい
る。

この結果、偏心回転円板６２．７２の中心６２１ａ、７
２１ａを通る直線Ａは、第４図（Ａ）に示す初期状態に
比べて、θ（＝ｔａｎ　−’２ｅ／　１、但し、ｌは中
心点間距離）だけ傾いた状態になる。従って、これらの
偏心回転円板６２．７２内を貫通しているドリルカラー
３は第４図（Ｂ）に示すように、直線Ａに沿う方向に向
けて変位し、この後の掘削方向は、この直線Ａの方向に
切り換わることになる。

これに対して、上記の場合とは逆に、下側の偏心回転板
７２のみを第４図（Ａ）の状態から１８０度回転した場
合には、第４図（Ｃ）に示すように、上下の偏心回転板
の中心を結ぶ直線Ａは、逆方向にｅだけ傾く。従って、
今度は、この方向に向けてドリルカラー３が変位し、こ
の後の掘削方向はこの直線Ａの方向に切り換わることに
なる。

このようにして、偏心回転円板６２．７２の相対回転量
を制御することにより、掘削方向の方位および角度を制
御することができる。なお、通常の石油井掘削機におい
ては、この傾斜角度θは約０．５ないし０．７度程度と
される。また、上下の偏心回転円板間の距離！は可能な
限り短くすることが好ましく、例えば２ｍ程度に設定さ
れる。

（他の実施形態）なお、上記の例では、２個の調和歯車減速機を使用して
いるが、３個以上の調和歯車減速機によって３個以上の
偏心回転円板を相対回転させ、これによって回転シャフ
トを撓めて変位させるようにしてもよいことは勿論であ
る。

また、上記の例では、上下の調和歯車減速機６１．７１
の回転力をドリルカラー３から得るようにしているが、
この代わりに、ドリルカラーの外周に配置する環状ハウ
ジングの内周に中空サーボモータを取付け、この中空サ
ーボモーフによって調和減速機を駆動するようにしても
よい。

さらに、上記の例は石油井掘削機についてのものである
が、水、温泉、天然ガス、地熱井等を掘削する所謂井戸
堀機さらには推進工法におけるトンネル掘削機などの他
の掘削機の掘削方向制御機構として本発明を適用できる
ことは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の部材の姿勢制御装置にお
いては、複数の中空型の調和歯車変速機を備え、これら
の調和歯車変速機よって偏心回転する偏心中空部を備え
た偏心回転部材を用いて、調和歯車変速機内を貫通した
状態に装着した被駆動部材の姿勢を制御するようにして
いる。従って、本発明の装置においては、精度および応
答性の高い調和歯車変速機を利用しているので、制御性
の優れた部材の姿勢制御装置を実現することができる。

また、このような制御装置の要素として、中空型の調和
歯車変速機および偏心中空部を利用しているので、設置
スペースが少なくて済むという利点がある。

一方、本発明の掘削機の掘削方向制御装置においても、
複数の中空型調和歯車変速機によって偏心回転する複数
の偏心回転板によって、ドリルビットを先端に保持した
回転シャフトの部分を支持し、これらの偏心回転板を相
対的に偏心回転させることによって、回転シャフトを変
位せしめて、その先端に支持されているドリルビットの
掘削方向を変更するようにしている。従って、この構成
の装置においても、精度および応答性の高い調和歯車変
速機を利用しているので、制御性に優れた掘削方向制御
装置を実現することができる。また、中空型の調和歯車
変速機を利用しているので、回転シャフトの外周にコン
パクトに構成することができ、設置スペースが少なくで
済むという利点もある。

さらに、調和歯車変速機の駆動力として回転シャフトの
回転力を利用する場合には、別個にモータなどの駆動力
発生機構を取りつける必要がないので、よりコンパクト
に構成できるという利点も得られる。これに加えて、本
発明の機構においては、各部が組み込まれている環状ハ
ウジングには回転防止手段が形成されているので、本発
明の機構が回転シャフトと共に回転してしまうことを防
止でき、定位置に確実に固定できるので好ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る部材の姿勢制御装置を
示す概略構成図、第２図（Ａ）および（Ｂ）は第１図の
装置の動作を示すための説明図である。第３図は本発明の別の実施例に係る石油井掘削機の掘削
方向制御装置を示す模式図、第４図（Ａ）ないしくＣ）
はそれぞれ第３図の掘削方向制御装置による掘削方向の
制御動作を説明するための説明図、第５図（Ａ）は第３
図の掘削方向制御装置を構成する一方の方向制御部を示
す部分拡大縦断面図、第５図（Ｂ）は第５図（Ａ）に示
す方向制御部の部分横断面図、第６図は第３図の掘削方
向制御装置の制御系を示す概略ブロック図である。〔符号の説明〕策土傅災施拠１０１・・・姿勢制御装置Ｉｏｔａ・・・回転軸線１０２・・・第１の調和歯車減速機１０３・・・サーボモータ１０５・・・第１のクラッチ１０６・・・第１の偏心回転円板１０６ｂ・・・偏心中空部１０７・・・第２のクラッチ１０Ｂ・・・第２の調和歯車減速機１０９・・・第３のクラッチ１１０・・・第２の偏心回転円板１１０ｂ・・・偏心中空部１１１・・・中空部１１２・・・円柱軸（被駆動部材）１１２ａ・・・偏心軸星ｌ少皇施■ ｌ・・・石油井掘削機２・・・回転シャフト３・・・ドリルカラー４・・・ドリルビット５・・・掘削方向制御機構部６・・・方向制御部６１・・・調和歯車減速機１ａ・・・回転中心２・・・偏心回転板２１・・・偏心中空部２１ａ・・・偏心回転板の中心・・・方向制御部１・・・調和歯車減速機１ａ・・・回転中心２・・・偏心回転板２１・・・偏心中空部２１ａ・・・偏心回転板の中心・・・環状ハウジング３・・・回転防止用突起部ｌ、２１・・・電磁クラッチ２．２２・・・検出器５．２５・・・駆動制御ユニット。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の中空型調和歯車変速機と、これらの調和歯
車変速機のそれぞれの出力要素に連結され、対応する各
変速機回転軸に対して偏心回転する偏心中空部を備えた
複数の偏心回転部材と、前記中空型調和歯車変速機の中
空部および前記偏心回転部材の前記偏心中空部を貫通し
た状態に装着された被駆動部材とを有し、偏心回転する
前記偏心中空部の内周面によって、前記被駆動部材がそ
の部材軸線とほぼ直交する方向に向けて移動されるよう
になっていることを特徴とする部材の姿勢制御装置。
（２）請求項第１項において、少なくとも一つの中空モ
ータと、この中空モータの出力回転を、前記複数の調和
歯車変速機のそれぞれに対して選択的に伝達可能な回転
力伝達制御手段とを有し、前記被駆動部材は、前記中空
モータの中空部内を貫通した状態に装着されていること
を特徴とする部材の姿勢制御装置。
（３）複数の中空型調和歯車変速機と、これらの調和歯
車変速機のそれぞれの出力要素に連結され、対応する各
変速機回転軸に対して偏心回転する偏心中空部を備えた
複数の偏心回転部材と、前記中空型調和歯車変速機の中
空部および前記偏心回転部材の偏心中空部内を貫通した
状態に装着された掘削機ドリルの回転シャフトとを有し
、偏心回転する前記偏心回転部材の偏心中空部の内周面
によって、これらの内周面に当接している前記回転シャ
フトの部分がシャフト中心軸線とほぼ直交する方向に向
けて変位せしめられるようになっていることを特徴とす
る掘削機の掘削方向制御装置。
（４）請求項第３項において、前記の調和歯車変速機の
回転入力要素の回転駆動は、調和歯車変速機に隣接され
た中空モータまたは前記回転シャフトの外周面に一体的
に形成される環状突起と前記の調和歯車変速機の回転入
力要素間に配置された接続・切断可能な回転力伝達経路
を介して行われることを特徴とする掘削機の掘削方向制
御装置。
（５）請求項第３項または第４項において、前記の調和
歯車変速機、前記の偏心回転部材並びに中空モータは、
前記回転シャフトの外周に軸方向不動に固定配置した環
状ハウジングの内側に組み込まれており、この環状ハウ
ジングの外周面には、環状ハウジング回転防止手段が設
けられていることを特徴とする掘削機の掘削方向制御装
置。