JP2007198573A - 動力伝達方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な機構で電動機の回転方向を逆転することなく直線移動の方向を反転して、ドアなど被駆動物で発生する挟み込みを防止する。
【解決手段】回転運動を直線運動に変換する動力伝達装置ＤＤであって、電動機ＭＭと、電動機ＭＭによって回転駆動される雌ネジ１と、回転可能に且つ雌ネジ１に対して軸方向に相対移動可能に支持され、雌ネジ１よりも径が小さく雌ネジ１を貫通して偏心位置で螺合した雄ネジ２と、雄ネジ２を回転可能な状態と回転不能な状態とに切り換えるブレーキ部材ＢＫとを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転運動を直線運動に変換する動力伝達方法および装置に関する。さらに詳しくは、直線運動によって被駆動体が移動して対象物に接触したときに、それによって被駆動体が設定値以上の外力を受けると直線運動の方向を反転して移動し、対象物に必要以上の押し付け力を発生させることを防止することができる動力伝達方法および装置に関する。

直線運動機構は世の中のあらゆる場所で様々な用途に使用されている。

直線運動して開閉する電車やエレベーター、建物のドアなどは、電動モーターや空気圧シリンダーによって駆動されている（特許文献１）。これらドアの開閉を確実に早く行うためには駆動力を大きくするのが望ましい。しかしながら、ドアを通過する物や人、衣服の一部が挟み込まれる不都合が想定されるため、ドアを閉じるときの駆動力を大きく設定できない。
特開平７−１８６９４６

これらドアでは、挟み込みが発生したとき人力によって扉を押し戻して挟み込みから逃れることが出来るように、電動機駆動系ではトルクリミッターを設置したり、空気圧駆動系では空気圧シリンダーへの供給圧力を調整して閉鎖力を決定している。それでも、ドアを押し戻すために必要な力は、成人男性の腕力が必要であり、女性や子供、老人の力では挟み込みから逃れることが困難である。特に、電車のドアでは、身体の一部や衣服を挟み込んだまま電車が発車した場合には重大な事故が起きるおそれがある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされたもので、簡単な機構で電動機などの回転方向を逆転することなく直線移動の方向を反転して、ドアなどにおける挟み込みを防止する動力伝達方法および装置を提供することを目的とする。

本発明に係る方法は、回転運動を直線運動に変換する動力伝達方法であって、雌ネジと前記雌ネジよりも径の小さい雄ネジとを偏心位置で螺合させておき、前記雌ネジを回転させて前記雄ネジをその軸方向に直線移動させ、前記雄ネジを前記雌ネジに対して相対回転可能な状態と相対回転不能な状態とに切り換えることにより、前記雄ねじの直線移動の方向を反転させる。

１つの実施形態によると、前記雄ネジが相対回転不能な状態で直線移動しているときにその推力が所定値を越えた場合に相対回転可能な状態に切り換える。

本発明に係る装置は、回転運動を直線運動に変換する動力伝達装置であって、回転駆動源と、前記回転駆動源によって回転駆動される雌ネジと、回転可能に且つ前記雌ネジに対して軸方向に相対移動可能に支持され、前記雌ネジよりも径が小さく前記雌ネジを貫通して偏心位置で螺合した雄ネジと、前記雄ネジを回転可能な状態と回転不能な状態とに切り換えるブレーキ部材と、を有する。

好ましくは、前記ブレーキ部材が、前記雄ネジの一端部に一体的に設けられたブレーキ板に押当することによって前記ブレーキ板の回転を拘束するブレーキライニングと、前記ブレーキ板と前記ブレーキライニングとが押当するように付勢するバネ部材と、前記ブレーキライニングおよび前記バネ部材を収容し、前記雄ネジの軸方向への移動によって直線移動されるべき被駆動体に対して固定的に設けられたハウジングとを有する。

本発明によると、簡単な機構で電動機などの回転方向を逆転することなく直線移動の方向を反転して、ドアなどにおける挟み込みを防止することができる。

本発明の実施形態において、動力伝達装置ＤＤは、電動機の回転運動をネジ機構によって直線運動に変換し、ネジの差動回転運動を利用して電動機の回転方向を逆転することなく直線移動方向を反転させる機構である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。

図１および図２は本発明の実施形態に係る動力伝達装置ＤＤの断面正面図、図３は図１の動力伝達装置ＤＤのＡ−Ａ線矢視断面側面図、図４はネジの差動回転運動によって直線移動方向が反転する原理を説明するための図である。

図１および図２において、電動機ＭＭによりベルトを介して駆動される雌ネジ１は、雌ネジ１を回転自在に支持する雌ネジベアリング５を介してハウジング３に装着される。雌ネジ１と同一ピッチで且つ直径が小である雄ネジ２は、雌ネジ１と偏心して設置された雄ネジベアリング７によって回転自在に且つ軸方向に移動自在に支持される。雄ネジベアリング７は、ベアリングホルダー４によって雌ネジ１と雄ネジ２とが偏心位置で螺合するように保持され、ハウジング３に取り付けられる。スペーサー６は、雄ネジベアリング７と雌ネジベアリング５とを隔てる。

雄ネジ２の片側端の同軸心上に固定取り付けされたブレーキ板８は、軸端ベアリング１２によって回転自在に支持され、バネ１３は、その付勢力によって、軸端ベアリング１２を介してブレーキ板８をブレーキライニング９に押し付ける。これによって、無負荷時には、雄ネジ１の回転が拘束される。バネ１３および軸端ベアリング１２は、雄ネジ２と同軸心上に配置されるように、被駆動体取付ブラケット１０とカバー１１とによって固定される。被駆動体取付ブラケット１０とカバー１１とは、ネジ結合によって一体化されている。

雄ネジ２の他端は、ベアリング１５によって回転自在に支持される。さらに、ベアリング１５は、被駆動体１７に取り付けられた支持ブラケット１４によって、雄ネジ２の同軸心上で軸方向に所定の距離だけ移動自在に支持される。

図１には、例えば扉など被駆動体１７が外部から反力を受けずに左方向に移動している状態が示されている。雌ネジ１は、電動機ＭＭの回転出力で矢印方向に回転駆動され、これによって雄ネジ２を左方向に移動させる。

図２には、被駆動体１７が外部から反力を受け、被駆動体取付ブラケット１０が移動することができずに停止している状態を示す。このときに、雌ネジ１の矢印方向の回転によって雄ネジ２が左方向に移動し、バネ１３の付勢力に抗してバネ１３を撓ませ、ブレーキ板８をブレーキライニング９から離す。これによって、雄ネジ２の回転拘束が解除され、雄ネジ２は回転不能な状態から回転可能な状態に切り換えられる。
すなわち、動力伝達装置ＤＤは、回転運動を直線運動に変換するものであり、回転駆動源である電動機ＭＭと、電動機ＭＭによって回転駆動される雌ネジ１と、回転可能に且つ雌ネジ１に対して軸方向に相対移動可能に支持され、雌ネジ１よりも径が小さく雌ネジ１を貫通して偏心位置で螺合した雄ネジ２と、雄ネジ２を回転可能な状態と回転不能な状態とに切り換えるブレーキ部材ＢＫとを有する。ブレーキ部材ＢＫは、雄ネジ２の一端部に一体的に設けられたブレーキ板８に押当することによってブレーキ板８の回転を拘束するブレーキライニング９と、ブレーキ板８とブレーキライニング９とが押当するように付勢するバネ部材１３と、ブレーキライニング９およびバネ部材１３を収容し、雄ネジ２の軸方向への移動によって直線移動されるべき被駆動体１７に対して固定的に設けられたハウジング１０，１１とを有する。

バネ部材１３として、本実施形態では複数個の皿バネが用いられる。これ以外に、圧縮コイルバネ、板バネ、空気バネなどを用いることも可能である。ブレーキ部材ＢＫとして、例えば雄ネジ２を延長して円柱状のロッドとし、そのロッドの外周面に対して摩擦によって回転を拘束するような構成としてもよい。その他、ブレーキ部材ＢＫとして、雄ネジ２を回転可能な状態と回転不能な状態とに切り換える種々の構造のものを採用してもよい。

次に、図４（Ａ）（Ｂ）によって、偏心して螺合された直径が異なりネジピッチが等しい雌ネジ１と雄ネジ２が、雌ネジ１の回転方向を逆転することなく雄ネジ２の回転拘束と拘束解除によって、雄ネジ２の移動方向を反転する仕組みを説明する。

偏心して螺合された直径が異なりネジピッチが等しい雌ネジ１と雄ネジ２は、それぞれのネジリード角の違いによりネジ山円周上の１点で接触する。その接触点円直径を、雌ネジ１の接触点直径２０と雄ネジ２の螺合接触円直径２１とで示す。

図４（Ａ）は、雌ネジ１のみが回転し、雄ネジ２は回転を拘束された状態を示す。雌ネジ１のネジ山と雄ネジ２のネジ山との回転開始時の接触点２２は、例えば、雌ネジ１が半回転することによって、その軌跡が円弧２４を描いて点２３に至る。雌ネジ１と雄ネジ２とは螺互いに螺合しているので、図１に示す左ネジの組み合わせでは雄ネジ２は左方向に１／２ピッチ分の距離を移動する。

図４（Ｂ）は、雌ネジ１が回転し、雄ネジ２も回転の拘束を解除されて回転可能な状態を示す。

雄ネジ２のネジ山は外力で雌ネジ１のネジ山に押し付けられるため、雄ネジ２は雌ネジ１との接触点で転がりながら供回りする。つまり、雌ネジ１の回転によって、雄ネジ２は雌ネジ１に内接した状態で共に回転する。ここで、説明を単純化するため、雌ネジ１のネジ山の接触円直径２０が雄ネジ２のネジ山の接触点直径２１の１．５倍とする。雌ネジ１のネジ山と雄ネジ２のネジ山との回転開始時の接触点２２は、雌ネジ１が半回転（１８０度回転）することによって、雌ネジ１についてはその軌跡が円弧２４を描いて点２３に至り、雄ネジ２についてはその軌跡が円弧２６を描いて点２５に至る。そのときに、２つの円弧２４，２６の円周長さは互いに等しいので、雌ネジ１の側の円弧２４の中心角は１８０度であるのに対し、雄ネジ２の側の円弧２６の中心角はその１．５倍の２７０度となる。

つまり、雌ネジ１が半回転すると雄ネジ２は３／４回転する。これは、ネジのかみ合わせから見れば、雌ネジ１に対して雄ネジ２が１／４回転分だけ位相が進んだことになる。これは、雄ネジ２から見れは、雌ネジ１がその実際の回転方向とは逆の方向に１／４回転だけ回転したことになる。したがって、これによって、雄ネジ２はそれまでとは逆の方向である右方向に１／４ピッチ分の距離を移動する。即ち、図２に示す状態では、雌ネジ１が同じ方向に回転しているにも係わらず、つまり逆転を行わないにも係わらず、雄ネジ２の移動方向が切り換わって１／４ピッチ分の距離を右方向に移動する。

雄ネジ２のネジ山の接触点直径２１をｄで表し、雌ネジ１のネジ山の接触円直径２０をＤで表し、雌ネジ１の回転開始からの回転角度をΘで表すと、雌ネジ１のネジ山接触点の軌跡の円弧長Ｌは、
Ｌ＝（Ｄ／２）×Θ
雄ネジ２のネジ山接触点の軌跡の円弧長ｌは、雌ネジ１のネジ山接触点の軌跡の円弧長Ｌと等しいため、
Ｌ＝ｌ＝（ｄ／２）×θ＝（Ｄ／２）×Θ
となり、雄ネジ２の回転角度θと雌ネジ１の回転角度Θとの関係は
θ＝（Ｄ／ｄ）×Θ
となる。

図１に示すようにネジが左ネジであれば、雄ネジ２が回転不能に固定されている場合、雌ネジ１が時計方向にΘ回転すれば、雄ネジ２は、
Ｓ１＝（Θ／２π）×ネジピッチ
で示される距離Ｓだけ左方向に移動する。

被駆動体１７に設定値以上の反力、つまりバネ１３の付勢力に打ち勝つ力が働き、図２に示すように雄ネジ２が回転可能な状態となった場合には、上述と同様、雌ネジ１がΘ回転すれば、雄ネジ２は、θ〔＝（Ｄ／ｄ）×Θ〕で示される角度だけ同じ時計方向に回転する。

このとき、雄ネジ２と雌ネジ１との回転角度差Ａは、
Ａ＝〔（Ｄ／ｄ）−１〕×Θ
となり、雄ネジ２が雌ネジ１より多く回転する。その結果として、雄ネジ２は、雌ネジ１が逆回転していないにも係わらず、それまでとは逆方向である右方向に移動する。その移動距離Ｓ２は、
Ｓ２＝〔（Ｄ／ｄ）−１〕×（Θ／２π）×ネジピッチ
で示される。

上述の説明で明らかなとおり、このようにして、被駆動体を直線運動させる駆動力が大きくても、外部からの小さな力で、駆動用の電動機の回転を逆転することなく直線移動方向を反転できる動力伝達機構が構成できる。

本実施形態によれば、構成要素が少なく単純な部品構成で、設定加重以上の外力によって、電動機を逆回転することなく直線運動の移動方向を反転できる動力伝達機構を安価に製造することが出来る。本実施形態の動力伝達装置ＤＤをドアなどに応用すれば、電動機を逆転させてドア移動方向を反転させるために必要とされる複雑な負荷検出回路とモーター制御回路を用いることなしに、人や物の挟み込みを防止できるドア駆動装置が実現できる。

本発明の実施形態に係る動力伝達装置の断面正面図である。 動力伝達装置の雄ネジが回転可能な状態を示す断面正面図である。 図１の動力伝達装置のＡ−Ａ線矢視断面側面図である。 ネジの差動回転によって移動方向が反転する原理を説明するための図である。

符号の説明

ＤＤ 動力伝達装置
１ 雌ネジ
２ 雄ネジ
３ ハウジング
４ ベアリングホルダー
５ 雌ネジベアリング
６ スペーサー
７ 雄ネジベアリング
８ ブレーキ板
９ ブレーキライニング
１０ 被駆動体取付ブラケット
１１ カバー
１２ 軸端ベアリング
１３ バネ
１４ 支持ブラケット１４
１５ ベアリング
１６ 止め輪
１７ 被駆動体
１８ 固定フレーム
２０ 雌ネジのネジ山の接触円直径
２１ 雄ネジのネジ山の接触点直径
２２ 雌ネジのネジ山の回転開始時の雄ネジのネジ山との接触点
２３ 雌ネジ接触点移動点
２４ 雌ネジ接触点の軌跡を示す円弧
２５ 雄ネジ接触点移動点
２６ 雄ネジ接触点の軌跡を示す円弧

Claims (4)

1. 回転運動を直線運動に変換する動力伝達方法であって、
   雌ネジと前記雌ネジよりも径の小さい雄ネジとを偏心位置で螺合させておき、
   前記雌ネジを回転させて前記雄ネジをその軸方向に直線移動させ、
   前記雄ネジを前記雌ネジに対して相対回転可能な状態と相対回転不能な状態とに切り換えることにより、前記雄ねじの直線移動の方向を反転させる、
   ことを特徴とする動力伝達方法。
2. 前記雄ネジが相対回転不能な状態で直線移動しているときにその推力が所定値を越えた場合に相対回転可能な状態に切り換える、
   請求項１記載の動力伝達方法。
3. 回転運動を直線運動に変換する動力伝達装置であって、
   回転駆動源と、
   前記回転駆動源によって回転駆動される雌ネジと、
   回転可能に且つ前記雌ネジに対して軸方向に相対移動可能に支持され、前記雌ネジよりも径が小さく前記雌ネジを貫通して偏心位置で螺合した雄ネジと、
   前記雄ネジを回転可能な状態と回転不能な状態とに切り換えるブレーキ部材と、
   を有することを特徴とする動力伝達装置。
4. 前記ブレーキ部材は、
   前記雄ネジの一端部に一体的に設けられたブレーキ板に押当することによって前記ブレーキ板の回転を拘束するブレーキライニングと、
   前記ブレーキ板と前記ブレーキライニングとが押当するように付勢するバネ部材と、
   前記ブレーキライニングおよび前記バネ部材を収容し、前記雄ネジの軸方向への移動によって直線移動されるべき被駆動体に対して固定的に設けられたハウジングとを有する、
   請求項３記載の動力伝達装置。