JP2013507168A - 円弧運動の変換装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】円弧運動の変換装置及びその方法の提供。
【解決手段】本発明はモーターなどの回転動力発生手段において発生する回転運動の方向を直線運動に変換し、これをさらに円弧運動に変換する装置及び方法に係り、さらに詳しくは、回転動力発生手段によって回転駆動されて回転動力を伝える回動軸及びギアなどの動力伝達手段から構成される駆動部Ａなどによって一方の側と連動される偏心カムＢが回転運動（１次偏心回転運動）をするが、前記偏心カムＢの一方の側に連結されて２次直線往復動する連結ロッドＣと、ピンｐなどの係合手段により前記連結ロッドＣと連結される駆動溝ｈ、ｈ’と、一方の側がヒンジ軸ｔに固定される上下の運動変換部材Ｄ、Ｄ’により３次円弧運動をするに当たって、偏心カムの回転運動を増幅して円弧運動をするように構成されて、最終的に偏心回転運動を直線運動に変換した後、さらに増幅された円弧運動に変換する円弧運動の変換装置及びその方法に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、偏心回転運動を直線運動に変換した後に、さらに円弧運動に運動方向を変換するが、偏心カムの回転半径を最大限に活用して最終的に増幅された円弧運動を利用できるように構成された装置及び方法に係り、さらに詳しくは、偏心回転運動を直線運動に変換した後、さらに円弧運動に変換するときに、偏心カムの回転半径を最大限に効率よく用いて最終的な運動部材の円弧運動の量を増幅することにより、これを用いた種々の機械装置及び方法を適用可能にする装置及び方法に関する。

通常、内燃機関や、電気によって供給される回転動力と連動されて回転する偏心カムにより運動方向を変換して用いる機械としては、種々のものが開発されている。すなわち、１次運動方向の変換による方法が適用される装置は一般的なものであり、偏心回転運動を直線往復動または円弧運動に変換して用いることは一般的であると言える。

しかしながら、上記の如き偏心カムにより直接的に円弧運動または直線往復動に運動方向を変換して用いる変換手段においては、変換手段そのものが抵抗を受けてしまう結果、運動方向を変換する偏心カムに直接的に抵抗が伝わるばかりではなく、動力を切り替えて伝える最終点偏心カムが構成されることにより、偏心カムに与えられる負荷と駆動上の非効率性を克服することが困難である。

かようなカムを用いた運動方向の変換手段が適用された技術として、電動歯ブラシの駆動装置が提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。これは、歯磨きが自動的に行われる電動歯ブラシの駆動装置であって、電動歯ブラシ内に取り付けられる筐体と、筐体の下部に取り付けられ、その下端にバッテリに接続される端子が設けられる駆動モーターと、駆動モーターの回転軸と係合される駆動ギアと、筐体の一方の側に垂直に回転自在に設けられ、前記駆動ギアに噛合する動力伝達ギアと、動力伝達ギアに一体的に形成される偏心カムと、偏心カムに噛合する円弧状曲面部が下端に形成されるリンク部材と、リンク部材の上端と係合され、前記偏心カムの回転に伴い上下左右に回転される歯ブラシの毛アームと、筐体と歯ブラシの毛アームとの間に介在されてリンク部材の円弧状曲面部が前記偏心カムに常に噛合するように弾性力を提供するコイルばねと、を備える電動歯ブラシの駆動装置である。同技術は、基本的に偏心カムに連動されるリンク部材運動の変換を用いた電動歯ブラシの駆動装置に関するものであり、偏心運動を１次的に変換してこれを用いた技術である。

以上述べたように、従来において、偏心カムを用いた偏心回転運動の方向を一次的に変換して用いる技術が通常的であるが、この技術の場合、相対的に小さな力がかかる構成であれば、適用し易いかもしれないが、相対的に高い馬力と回転力が用いられ、最終的な駆動時に多くの抵抗を受ける機械的装置には偏心カムに直接的に多大な負荷がかかって多くの問題点が発生し、しかも、効率も高くないという問題がある。

さらに、最終的な運動部材の運動幅を増やすためには、偏心カムの回転半径を大きくすることを余儀なくされるが、回転半径が大きくなるほど、高い遠心力が偏心カムに発生し、これにより、高いＲＰＭが求められる装置または最終的な運動部材の運動幅が大きな装置には適用し難いのが現状である。

この理由から、偏心カムを用いた回転運動の運動変換装置において、偏心カムに負荷があまりかからず、しかも、様々な運動方向の変換を行う装置、特に、偏心回転運動を直線運動に変換し、これをさらに円弧運動に変換する装置において、最終的に運動の量を増幅して用いることのできる方法及び装置に関する技術の開発が望まれるのが現状である。

大韓民国特許登録番号１０−０７４０６０２号

本発明は上記の従来の技術における問題点を解消するために案出されたものであり、偏心カムを用いた円弧運動の運動方向の変換をより効率よく行うとともに、偏心カムの回転運動を最大限に効率よく円弧運動に変換して用いるためものである。すなわち、本発明は、偏心カムの偏心回転力を直線往復動に変換した後、これをさらに円弧運動に変換する方法及び技術を提供するに当たって、少ない偏心量でも最終的に増幅された距離の円弧運動をすることに着目して案出されたものであり、これを用いて、ＲＰＭが大きいか、あるいは、大容量の電力が用いられる偏心カムを用いて円弧運動を発生する装置に適用可能な装置及び方法を提供するところにその目的がある。

前記課題を解決するために、本発明に係る円弧運動の変換装置は、偏心カムＢの回転運動を直線往復動に変換する連結ロッドＣと、前記連結ロッドＣの直線運動を円弧運動に変換する運動変換部材Ｄと、から構成されるが、前記連結ロッドＣを運動変換部材Ｄに連結するに当たって、一方の側がヒンジ軸ｔに固定された運動変換部材Ｄに駆動溝ｈを凹設して、前記駆動溝ｈに係止された連結ロッドＣが直線往復動をするときに連動される駆動溝ｈの位置をずらすことにより、運動変換部材Ｄに円弧運動を行わせる。このとき、前記運動変換部材を上下部に分けて設けられるが、それぞれの駆動溝ｈ、ｈ’を両方とも含むようにピンなどにより一本の連結ロッドＣに連結され、前記駆動溝ｈ、ｈ’は連結ロッドＣとの係合点ｐを中心として互いに角をなして交差または遭遇するように凹設されて、連結ロッドの直線運動に伴い、上下の運動変換部材Ｄ、Ｄ’は互いに逆方向に円弧運動をするようになっている。なお、前記駆動溝ｈの形状と軸の位置に応じて、運動方向と移動距離を種々に変更可能にしている。

本発明に係る円弧運動の変換装置及びその方法によれば、偏心カムの回転を直線運動に変換した後、円弧運動をするにあたって、互いに逆方向に移動される部材によって距離が最終的に増幅された円弧運動効果を導き出すことにより、偏心カムに多大な負荷がかかるような機器または偏心カムを用いるが、長い移動距離が必要となる円弧運動の機器に効率よく適用することができ、大容量の駆動体において偏心カムに集中する負荷及び故障などの非効率性を解決して安定した駆動関係を提供することにより、様々な装置に適用することができるなど、産業全般の円弧運動駆動装置に広く適用することができる。

本発明に係る円弧運動の変換装置の好適な実施形態を示す分解図。 本発明に係る円弧運動の変換装置の好適な実施形態を示す例示図。 本発明に係る円弧運動の変換装置の好適な実施形態を示す平面図。 本発明に係る円弧運動の変換装置の好適な実施形態を示す平面図。 本発明に係る円弧運動の変換装置の好適な実施形態を示す平面図。 本発明に係る円弧運動の変換装置の好適な実施形態を示す平面図。

通常の回転動力発生装置である内燃機関、モーターなどによって回転動力が発生すれば、機械的な動力伝達手段である様々なギア、カム、軸などによって動力が伝わり、このような回転動力を用いて様々な産業機械を駆動する。このような回転運動の方向を変換して用いる機械的な装置の代表例として、偏心カムが挙げられる。

これらの方法は、背景技術において上述したように、様々な機械的装置の運動変換に適用されており、これにより、偏心カムを用いて回転運動をその他の運動方向に変換するような装置において、１次的な変換、すなわち、偏心回転運動を様々な方向の運動に変換して用いている。

本発明は、このような運動において、偏心回転運動を円弧運動に変換して用いる装置及び方法における使用上の効率性と安定性などを高めて様々な機械装置に適用可能なものを提供するためのものであり、通常、偏心カムを用いた運動方向の変換を通じて円弧運動をする動力装置の場合、円弧運動媒体の動きの範囲は偏心カムの大きさによって決定されるため、円弧運動を大きくするために偏心カムの直径を大きくすれば、遠心力が発生するため、高速回転が不可能であり、これにより、高いＲＰＭを必要とする装置においては、偏心カムの直径が大きい場合、駆動が不可能であった。また、円弧運動の動力変換の直接的な媒介体となるため、ＲＰＭが高くなるか、あるいは、円弧運動につながる運動体の重さまたは運動量に応じて直接的に多大な負荷がかかるといった問題点が発生して、破綻したり持続的に使用できなくなり、特に、電力の消耗が高い大容量の機械装置には適用し難いものであった。

そこで、本発明は、同じ偏心カムの回転力を用いて円弧運動の範囲を増幅して使用可能な装置及び方法に係り、運動方向に応じて、偏心運動（１次）、直線運動（２次）、円弧運動（３次）の順に変更して円弧運動を行うに当たって、円弧運動（３次）の運動範囲を増幅して機器に適用可能にする方法を達成する装置及び方法に関する。

以下、添付図面に基づき、本発明の構成及び作用を詳述する。図１及び図２に示すように、回転動力発生手段によって回転運動が軸またはギアなどの運動伝達手段である駆動部Ａを介して一方の側に連結される偏心カムＢに伝わって偏心回転運動を行うこととなる（１次偏心回転運動）。上記の駆動部Ａは、適用される装置及び状況に応じて種々に構成することができ、場合によっては、回転動力源に軸を介して偏心カムＢを直結してもよい。

前記偏心カムＢの一方の側に連結ロッドＣを連結するが、偏心カムＢの回転に連動されるように連結ロッドＣを連結する。前記連結ロッドＣは、連結された偏心カムＢの回転に伴い直線往復動をするが、必要に応じて、連結ロッドＣの運動を案内する案内ガイド（図示せず）を設けてもよい（２次直線往復動）。

図１及び図２に示すように、前記連結ロッドＣに一方の側に連結されて円弧運動をする運動変換部材Ｄが連結されるが、前記運動変換部材Ｄは、一方の側が回転可能に本体（図示せず）の一方の側にヒンジ軸ｔにより固定され、駆動溝ｈが凹設されるが、前記連結ロッドＣと駆動溝ｈとが互いに連動して駆動可能に係合される。このとき、前記駆動溝ｈに連結ロッドＣを移動可能に設けるとき、駆動溝ｈの上下部に連結ロッドを一対設け、駆動溝ｈを含めてピン係合することにより構成してもよく、一本の連結ロッドＣを駆動溝ｈの上部または下部の一方の側に延ばして係止手段を用いて駆動溝ｈ内において連結ロッドＣが互いに連動されるように係止して構成してもよいなど、種々の公知の連結手段を適用することが可能である。

このため、ヒンジ軸ｔにより固定された運動変換部材Ｄは、連結ロッドＣの直線往復運動に対応して駆動溝ｈが移動し、これにより、前記運動変換部材Ｄが運動をする。

前記運動変換部材Ｄが円弧運動をするためには、前記駆動溝ｈの凹設方向が重要であるが、直線往復手段である前記連結ロッドＣの運動方向と交わる斜め方向に駆動溝ｈを凹設すれば、前記連結ロッドの直線運動に伴い駆動溝ｈが連動され、これにより、前記運動変換部材Ｄは円弧運動をする。

以下、図３及び図４に基づき、上記の基本的な構成における、運動範囲の増幅についてより詳述する。本発明においては、前記駆動溝ｈを有し、本体にヒンジ軸ｔにより固定される運動変換部材Ｄを上下に分けて設けて駆動するが、上述した基本的な構成において、駆動溝ｈの凹設方向に応じて、運動変換部材Ｄが円弧運動をすることが分かる。このような原理を用いて、上下の運動変換部材Ｄ、Ｄ’の駆動溝ｈ、ｈ’が交わるように凹設すれば、上下の運動変換部材Ｄ、Ｄ’は互いに逆方向に円弧運動をし、これにより、同じ直径の偏心カムの回転を用いて両側に運動範囲を広げることができるので、運動範囲を増幅する効果が得られる。より具体的に、前記それぞれの駆動溝ｈ、ｈ’は、上述したように、連結ロッドＣの運動方向と交わる斜め方向に凹設されるが、これらの駆動溝ｈ、ｈ’を全て含むように連結ロッドＣに連結される。なお、前記それぞれの駆動溝ｈ、ｈ’は、前記連結ロッドＣと前記駆動溝ｈ、ｈ’との係合点ｐを中心として互いに角をなして交差、または遭遇するように凹設される。これにより、連結ロッドＣの直線運動に伴い、それぞれの運動変換部材Ｄ、Ｄ’はそれぞれの駆動溝ｈ、ｈ’に移動に伴い互いに逆方向に円弧運動をする。

前記運動変換部材Ｄの一方を偏心カムにより駆動したときに動く運動範囲をＷとするとき、上記のように上下二つの運動変換部材Ｄ、Ｄ’を用いた場合に、同じ条件であれば、それぞれ逆方向にＷ分ずつ移動するはずであるため、その範囲はＷ１＋Ｗ２となり、移動範囲が２倍に増幅される。これにより、同じ偏心カムの回転により広い範囲の運動領域が形成され、このような方法及び装置を用いると、様々な機器に効率よく適用することができる。

このとき、上記のように一本の連結ロッドＣにより、二つの運動変換部材Ｄ、Ｄ’を一つに連結して駆動してもよいが、本発明はこれに限定されるものではなく、必要に応じて、上記の運動変換部材Ｄ、Ｄ’の駆動溝ｈ、ｈ’が重ならないようにして、それぞれに対応する連結ロッドＣ、Ｃ’を別々に設けてもよいことはいうまでもない。すなわち、運動装置の必要性に応じて、多数の連結ロッドと、これに対応するそれぞれの駆動溝を有する運動変換部材とを別設して運動範囲を増幅して駆動することが可能になる。

図５及び図６に示すように、増幅される運動の幅を様々に調節することもできるが、上述したように、運動変換部材Ｄは、一方の側がヒンジ軸ｔにより固定され、前記ヒンジ軸ｔと、前記駆動溝ｈ、ｈ’上の連結ロッドＣの係合点ｐとの間の距離に応じて、円弧運動の幅を変えてももよい。すなわち、図５に示すように、同じ条件下で、前記ヒンジ軸ｔと係合点ｐとの間の距離が遠ければ、円弧運動の幅が狭く、偏心カムＢの回転にかかる負荷も小さく、前記ヒンジ軸ｔと係合点ｐとの間の距離が短ければ、円弧運動の幅が広くなり、これにより、偏心カムＢの回転にかかる負荷は大きくなることが分かる。なお、図６に示すように、駆動溝ｈ、ｈ’の交差角に応じて移動範囲を変えてもよい。

Ａ：駆動部、
Ｂ：偏心カム、
Ｃ、Ｃ’：連結ロッド、
ｐ：係合点、
Ｄ、Ｄ’：運動変換部材、
ｈ、ｈ’：駆動溝、
ｔ：ヒンジ軸、

Claims (10)

1. 動力手段によって回転駆動される駆動部と、
   前記駆動部の一方の側に設けられて偏心回転運動（１次偏心回転運動）をする偏心カムと、
   前記偏心カムに一方の側が連結されて、偏心カムの運動に連動して前後に直線往運動（２次直線往復動）し、前方に延設される連結ロッドと、
   二重に重なり合うように設けられ、一方の側が回転自在に本体にヒンジ軸により固定され、前記連結ロッドが前記駆動溝の上を移動可能に係合され、それぞれの駆動溝が連結ロッドとの係合点を中心として互いに角をなして交差、遭遇または延長するときに交わるように凹設されて、連結ロッドの直線運動に伴い、互いに逆方向に円弧運動（３次円弧運動）をする運動変換部材と、
   を備える円弧運動の変換装置。
2. 前記偏心カムと連動される連結ロッドをそれぞれ運動変換部材の駆動溝と係合されるように多数設けることを特徴とする請求項１に記載の円弧運動の変換装置。
3. 前記係合点を中心として互いに角をなして交差、遭遇または延長するときに交わるように凹設されるそれぞれの駆動溝の交差角は、一つの内角が０〜９０°であることを特徴とする請求項１または２に記載の円弧運動の変換装置。
4. 動力手段によって回転駆動される駆動部と、
   前記駆動部の一方の側に設けられて偏心回転運動（１次偏心回転運動）をする偏心カムと、
   前記偏心カムに一方の側が連結されて、偏心カムの運動に連動して前後に直線往運動（２次直線往復動）し、前方に延設される連結ロッドと、
   一方の側が回転自在に本体にヒンジ軸により固定され、駆動溝が凹設されるが、前記連結ロッドが前記駆動溝の上を移動可能に係合されて円弧運動（３次円弧運動）をする運動変換部材と、
   を備えることを特徴とする円弧運動の変換装置。
5. 前記運動変換部材の駆動溝は、前記直線往復手段の連結ロッドの運動方向と交わる斜め方向に凹設されて、ヒンジ軸を中心として円弧運動がなされることを特徴とする請求項１または４に記載の円弧運動の変換装置。
6. 動力手段によって偏心回転運動する偏心カムの回転運動を、連結ロッドを介して一方の側方向への直線往復動に変換し、前記連結ロッドの運動と連動される駆動溝がそれぞれ凹設された運動変換部材を二重に重ねて一方の側を本体にヒンジ軸により固定するが、それぞれの駆動溝が連結ロッドとの係合点（ｐ）を中心として互いに角をなして交差、遭遇または延長するときに交わるように凹設されて、連結ロッドの直線運動に伴い、前記運動変換部材が逆方向に円弧運動をすることを特徴とする円弧運動の変換方法。
7. 前記偏心カムと連動される連結ロッドを区分してそれぞれ運動変換部材の駆動溝と係合することを特徴とする請求項６に記載の円弧運動の変換方法。
8. 前記運動変換部材の駆動溝の交差角を変えることにより、円弧運動の幅が調節されることを特徴とする請求項６に記載の円弧運動の変換方法。
9. 動力手段によって偏心回転運動する偏心カムの回転運動を連結ロッドを介して一方の側方向への直線往復動に変換し、一方の側が回転自在にヒンジ軸に固定され、駆動溝が凹設された運動変換部材を介して前記連結ロッドの直線往復動を運動変換部材の円弧運動に変換することを特徴とする円弧運動の変換方法。
10. 前記運動変換部材のヒンジ軸と駆動溝との間の距離を変えることにより、円弧運動の幅が調節されることを特徴とする請求項６または９に記載の円弧運動の変換方法。

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