JP2830657B2 - カム機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種装置において回転運
動を直線運動に変換するカム機構に係る。

【０００２】

【従来の技術】駆動装置から駆動力を受け、これを直線
運動に変換する要素は多くの装置、機械において必要で
あり、この場合に使用される頻度の高いのがカム機構で
ある。たとえば図３に示すように１枚のカム１２ａの曲
面上で接触するローラ３１ａを一端に軸支するアーム３
ａは、支点軸２２ａにおいて回動自在に支持され、支点
軸に対してローラと反対方向の端部でピン１０１を介し
てリンク１０２と係合し、リンク１０２が他端において
直線運動体６ａと回動自在に係合している。この構成に
よってカムの回転運動は直線運動体６ａの直線運動に変
換されるのである。

【０００３】図３のカム機構においてカムの曲面にロー
ラが密着してその回転運動を正確に伝えるため、空圧シ
リンダ４ａを装置に固定してこの先端でアームを押圧し
ている。しかし、このような１枚のカムに１本のアーム
が接触する構造では、カムの回転数が増加して高速運動
となると、ローラがカムの曲面に完全に応動させるため
には空圧シリンダ４ａの押圧力を強くしなければなら
ず、そのためにカムの回転力を強くしなければならない
という欠点があった。

【０００４】この課題を解決するために提案されたのが
２枚のカムと、このカムにそれぞれ接触する２本の揺動
アームよりなる確動カム機構である。たとえば特開昭５
５−１２６１５３号公報は、図４に示すように回転軸１
ｂに位相を変えて並列固着した２枚のカム１１ｂ、１２
ｂよりなる駆動カムと、その駆動カムを両側より挟み、
一方側において前記第一のカム１１ｂと常に接触する第
一の接触平面１０３と、他方側において常に第二のカム
１２ｂと接触し、かつ、第一の接触平面と平行な第二の
接触平面１０４を有する二股状の従動節３ｂとによって
構成している。

【０００５】別の従来技術としては図５に示す特開昭５
２−７３２７２号公報もある。すなわち、回転軸１ｃに
よって回転する２枚のカム１１ｃ、１２ｃの曲面に接触
する２本のアーム２ｃ、３ｃの一端をスプリング１０５
で連結し、一方のアーム３ｃの他端は別の揺動ビーム１
０６に接触し、揺動ビーム１０６は該接触点側でスプリ
ング１０７で吊支され、他方で直線運動体６ｃと係合し
ている。このように２枚のカムとそれぞれ接触する２本
のアームの協動によって、高速に回転するカムの運動に
応動して直線運動に変換し、装置の高速化を実現する大
きな貢献を果しているのである。その他、２枚のカムに
よってそれぞれ揺動する２本のアームの従来技術として
は、実開昭６３−８６４６１号もあり、従来、１個のカ
ムを挟んで２個のローラが圧接し、それぞれのローラを
具えた２本のアームの一端をそれぞれ支点で回動自在に
支承し、それぞれの他端を空気シリンダで連結して挾圧
力を付勢していた構成を改め、２個のカムにそれぞれ圧
接する２個のローラを具えた２本のアームに置換し、か
つ、アームの他端同士を連結してローラに与える付勢力
を空気シリンダから弾性ばねに置換した構成を提案して
いる。また、実開昭６０−１８０８ ５５号でも基本構成
として２個のカムと２本のアームとを具え、それぞれの
アームの一端同士を弾性ばねによって連結した構成を示
している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図４の従来技術は１枚
のカム機構に比べると確かにカムの動きにアームが追随
するという進歩が認められるが、アーム（従動節３ｂ）
は一体物として形成され、２枚のカムの曲面に接触する
２面を具えているとは言え、両接触面間の間隔は固定し
た値に決められているから、やはりカム曲面の加工誤差
に伴うがたつきが全くないとは言えず、カム軸の回転が
高速となるにつれて振動、騒音などの懸念が完全に解消
したとは言い難い。また、このような構成では、直線運
動体側に何かの異常が発生して停止し、なお回転を続け
るカムとの間に急激な過負荷がかかったときに、これを
逃す方法がなくカム機構の破壊を防ぐ手段がないという
課題があり、結局、過負荷の発生する懸念の全くないよ
うな軽負荷の用途でしか適用できないという制約があ
る。同時にこの型式のカム機構はカムの回転運動を直線
運動に変換するとはいえ、直線運動は支点軸２２ｂを中
心とする回動運動によるのであるから、このままでは直
線運動体６ｂは厳密に言えば円弧を描いて回動すること
となり、円弧の膨らみが無視できない大型装置において
完全な直線運動を必要とするときには、リンクなどを介
装して装置の複雑化やがたつきの発生源をさらに増加す
るという負の要件を追加せざるを得ない。

【０００７】また、図５に示す従来技術についても、２
本のアームとこれに連接する揺動ビームとをスプリング
で連繋してがたつきを軽減した効果を謳っているが、ア
ーム３ｃの端部接触点は揺動ビーム１０６の上端部に接
触する自由端１０８であり、スプリングで支持している
とは言え高速のカム回転に対してはカム曲面での躍動が
避けられないから、振動、騒音の原因が全く解消したこ
とにはならないという課題が依然残っている。また、揺
動ビームの他端に係合した直線運動体６ｃは、厳密に言
えば支点１０９を中心とする円弧運動であり、前例同
様、直線運動体の作動軌跡が厳しく求められる装置に対
しては、このままでは適用できないという課題もある。

【０００８】さらに実開昭６３−８６４６１号および実
開昭６０−１８０８５５号の従来技術でも、それぞれの
アームが別々の支点によって回動自在に支持されてお
り、構造が複雑化すると共に加工誤差の重なる機会が増
加し、運転が高速化するほど、がたつき、振動、躍動な
どの不安定要因が高まり、機械の大型化と共に深刻な課
題となる可能性は否定できない。また、図３〜図５に示
した従来技術と同様にそれぞれ支点を中心とする回動運
動がリンク機構によって直線運動に変換する通常の構成
に依存し、支点を軸とする円弧運動を変換するときの円
弧の膨らみを吸収するために、当然クリアランスを許容
しなければ変換できないから、さらに大きながたつきと
誤差を誘発する必然性が残され、大型重機械への適用を
妨げるマイナス要因ともなっている。

【０００９】本発明は以上に述べた課題を解決するため
に、カムの回転運動が高速であっても完全に追随して、
正確な直線運動に変換する他、直線運動体に何かの異常
が発生し停止しても対応が容易なカム機構の提供を目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るカム機構
は、１本の回転軸１へ位相をずらして取り付けられた２
枚のカム１１、１２と、それぞれのカムの曲面に接触す
るローラ２１，３１を回転自在に軸支して揺動する２本
の揺動アーム２、３からなり、２本の揺動アームは１本
の支点軸２２を中心としてそれぞれ回動する連結体を形
成し、それぞれの一方の端部には前記ローラ２１，３１
を装着すると共に、支持軸２２を越えた他方の両揺動ア
ーム間へ油圧シリンダ４を制御自在に介装し、さらに揺
動アーム３の端部を連結輪６１で形成し、該連結輪６１
の内側へ円板６２を回転自在に嵌入し、該円板の中心か
ら偏心した位置の円孔へ回転自在に嵌入したピン６３を
箱体６０に支承し、該箱体６０の一端は直線用のガイド
へ嵌合し、他端は直線運動体６へ固定したことによって
前記の課題を解決した。

【００１１】

【作用】本発明のカム機構は、共通の支点軸を中心とし
てそれぞれ回動する連結体を形成する２本の揺動アーム
が、その一端ではカムの曲面と接触するローラを具え、
支点軸を越えて反対側には両揺動アーム間に油圧シリン
ダを介在させているから、油圧シリンダから揺動アーム
を外側へ向かって押し広げるように圧力を加えると、支
点軸を越えた反対側のローラはそれぞれカムの曲面へ押
し付けられるという作用が発揮される。通常の運転状態
においては、高速で回転するカムを両側から挟み込んだ
２本の揺動アームによって、カムの回転運動は完全に捉
えられ他方に係合する直線運動体６に正確に伝えらる。
すなわち、油体圧シリンダから複数の接触点で絶え間な
く加わる押圧力があるため、ローラがカムの曲面上で躍
動しようとする作用を完全に阻止するのである。

【００１２】当然のことながら、油圧シリンダで両揺動
アームを付勢しているのであるから、この油圧シリンダ
を利用して油圧駆動の制御手段を連結し、過負荷検出・
解除機能さえ付加しておけば、直線運動体に異常が発生
しても速やかに対応できるという従来技術に見られなか
った作用を付加することも可能である。特に２本のアー
ムを同期揺動させるためには、圧縮・膨張自在な流体で
ある空気などの気体では負荷に対応する制御機能を高精
度で果たすことが不可能であり、非圧縮性の油圧シリン
ダであることが条件となり、先に引用した多くの従来技
術が空気シリンダを多用しているのとは異なる観点に立
って限定している。

【００１３】カムの回転運動から直線運動体へ運動を伝
える点について、本発明では特に留意した構成を採って
いる。すなわち、図２（Ａ）（Ｂ）に示すようにレバー
３は支点軸２２を中心として距離Ｒの位置で直線運動体
６と接続し、直線運動体６にストロークＳの垂直運動を
与える。すなわち、レバー３はローラ３１と反対側端部
において連結輪６１を形成し、該連結輪へその中心から
偏心した位置に円孔を有する円板６２を回動自在に内嵌
し、該円孔へ回動自在に内嵌したピン６３を箱体６０に
支承している。該箱体の脚部６４はガイド６５の案内孔
６６に沿って直線方向へ摺動自在に嵌入している。連結
輪６１の中心Ｑは半径Ｒの円弧に沿って運動するから垂
直線に対しては円弧の高さＦだけのずれが生じる。中心
Ｑが点Ｐ１にあるときに中心Ｑから距離Ｅだけ偏心した
ピン６３の中心とＰ１とはθ１の角度を形成している
が、中心Ｑが点Ｐ２へ移動したときにはピン６３の中心
と点Ｐ２との形成する角度はθ２となりピン６３が連結
輪内で中心Ｑの回りを回動する。したがってＥ＞Ｆの条
件さえ満たされればレバー３の端部を構成する連結輪６
１が揺動すれば、直線運動体６に接続する箱体６０はガ
イド６５に案内されて直線往復運動に変換する作用を発
揮するのである。

【００１４】

【実施例】図１は本発明実施例を示す斜視図（一部油圧
系統図）である。このカム機構の駆動は、従揺動アーム
２の先端で軸支するローラ２１が従カム１１の小径から
大径に沿うとき、主揺動アーム３の先端で軸支するロー
ラ３１は主カム１２の大径から小径に沿い、従揺動アー
ム２のローラ２１が従カム１１の大径から小径に沿うと
き主揺動アーム３のローラ３１は主カム１２の小径から
大径に沿うように２枚のカムの位相をずらしているから
２本の揺動アームが協動するのである。装置が正常に運
転している間は、油圧シリンダ４の各室の圧力変動はな
く、両揺動アームの両ローラが両カムの曲面に密着して
カムの回転に完全に追随して直線運動に変換する。すな
わち、両ローラで２枚のカムを挾むとは言え、従来技術
（図４）のように固定的に挟んでいるのではなく、ま
た、図５のように開放された自由端で接続しているので
もないから，カムの曲面に多少の加工誤差があったとし
ても油圧シリンダによって吸収してローラが絶えずカム
曲面に圧接し、僅かなローラの躍動も発生しないという
相違点が現われる。

【００１５】カムの回転運動を直線運動体の直線運動に
変換する特別の作用については既に述べたが、大型の機
械、装置類に組み込んで使用される場合には、揺動アー
ム先端の円弧の軌跡が無視できないほど直線から乖離す
るから、特に大型のカム機構で寸法精度を必要とするす
る場合に実施すると大きな利点となる。カムの回転運動
を被駆動体の正確な直線運動に変換するためには、従来
リンク機構を主体として適用しているが、がたつきの生
じる要素を余分に加える結果となるので製品の精度を維
持する上で問題があり、また従来多用されてきた平面同
士間の摺動によるときは機械仕上げの点で難があってや
はり製品の精度維持の上で難点となりやすい。その点、
本実施例のような全面円周面上の回転摺動によって運動
を伝達する方式は、加工の容易さ、精度の確保とその持
続に有利である。

【００１６】本発明の実施例は大型の装置、特に強力に
作動する重機械に好適である。すなわち、従来技術のカ
ム機構に比べると、運転中のトラブルによって予期でき
ない過負荷に遭遇したとき、適切な対応をとることがで
きる特徴を具えている。図１はその一例を示すもので、
このように本発明のカム機構の油圧シリンダ４へ油圧制
御装置５を連結した構成の一例を示したが、その他の制
御の方式と組み合わせてもよいことは言うまでもない。
この例における油圧制御装置５は、図において圧力検知
器５１、過負荷弁５２、ポンプ５３、作動検知器５４、
ノンリークバルブ５５などの部材と、これらを連繋する
配管によって組み立てられている。いま、従揺動アーム
２のローラ２１が従カム１１の小径から大径に沿ってい
るときに、直線運動体６が何かのトラブルによって停止
したとすると、従揺動アーム２のローラ２１は従カム１
１から押圧力を受けるが、主揺動アーム３は主カム１２
からの押圧力を受けることがなく直線運動体と共にほと
んど動かないから従揺動アーム２が支点軸２２の回りに
回転して油圧シリンダ４のロッド４１を圧縮方向に押圧
する。すなわち、従揺動アーム２へ支点軸２２を中心と
した屈折力が働くから、シリンダ側室内の圧力が増大し
過負荷弁５２が作動してシリンダ側室の圧力を排除し
て、従揺動アーム２に加わる屈折力も消滅する。主揺動
アームのローラ３１が、主カム１２の大径から小径に沿
って作動しているから、過負荷弁５２が作動すると、過
負荷弁５２の作動検知器５４から異常信号が発信されて
カムの回転が緊急停止する。

【００１７】主揺動アーム３のローラ３１が主カム１２
の小径から大径に沿っているときに、直線運動体６に何
かのトラブルが生じて停止すると、従揺動アーム２のロ
ーラ２１が従カム１１の大径から小径に沿いながら主揺
動アーム３はほとんど動かないから、油圧シリンダ４の
ロッド４１が伸張し、ローラを介してカムを挾むように
押圧していた油圧力が開放されて減少する。このために
圧力検知器５１が作動して異常信号を発信しカム回転が
緊急停止する。この場合には、従揺動アーム２を屈折さ
せる力が働かないから、油圧力を開放する過負荷弁を設
ける必要はないのである。

【００１８】この実施例においては、油圧シリンダ４の
圧力を抽圧制御装置５によって０にすると、両揺動アー
ム２、３を自由に回動できるからローラ２１、３１や油
圧シリンダ４を交換したり補修するなどのメンテナンス
上に優れた利点がある。

【００１９】

【発明の効果】本発明にかかるカム機構は以上に述べた
とおり、高速回転するカムの曲面から確実にその作動を
受けて直線運動体に伝達する。カムの曲面に多少の加工
誤差があっても必ずローラが追随し、カムの曲面上でロ
ーラが離れて躍動することはない。運動の変換において
は、直線運動体への伝達が完全な直線に変えて行なわ
れ、しかも従来のようにリンク機構の助けを借りる必要
もないから、がたつき、振動の防止上、好条件となり、
連結空間を小さくし装置の小形軽量化を図ることができ
るという効果もある。また、大型装置で直線運動体に大
きな負荷のかかる部材として使用されたときには、運転
トラブルによってカム機構に過負荷がかかる非常時に、
カム機構を緊急停止し装置の破壊を防止する機能を付加
することができる。このように本発明はカム、ローラ、
アーム、付勢力の各部材の組合わせによって従来技術を
遙かに凌駕する高速運転時の追従性を特徴の一面とする
と共に、カムの回転運動から直線運動に変換する過程に
おいて介入する誤差の排除も別の特徴として具え、この
二大要件が相俟ってこそ、初めて高級な高速大型重機械
への適用が最も有効な結果を招く根拠となる。したがっ
て本発明のカム機構は、大型の重機械に適用すると最も
その長所を生かすことができると言える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の斜視図（一部配管図）である。

【図２】（Ａ）（Ｂ）によって本発明の運動変換装置の
作用を示す説明図である。

【図３】従来技術を示す正面図である。

【図４】別の従来技術を示す正面図である。

【図５】さらに別の従来技術を示す正面図である。

【符号の説明】

１ 回転軸 ２ 従揺動アーム ３ 主揺動アーム ４ 油圧シリンダ ５ 油圧制御装置 ６ 直線運動体 １１ 従カム １２ 主カム ２１ 従ローラ ２２ 支点軸 ３１ 主ローラ ６０ 箱体 ６１ 連結輪 ６２ 円板 ６３ ピン ６４ 脚部 ６５ ガイド ６６ 案内孔 ６７ 接続部（直線運動体）

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16H 25/16 F16H 25/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １本の回転軸１へ位相をずらして取り付
   けられた２枚のカム１１、１２と、それぞれのカムの曲
   面に接触するローラ２１，３１を回転自在に軸支して揺
   動する２本の揺動アーム２、３からなるカム機構におい
   て、２本の揺動アームは１本の支点軸２２を中心として
   それぞれ回動する連結体を形成し、それぞれの一方の端
   部には前記ローラ２１，３１を装着すると共に、支点軸
   ２２を越えた他方の両揺動アーム間へ油圧シリンダ４を
   制御自在に介装し、さらに揺動アーム３の端部を連結輪
   ６１で形成し、該連結輪６１の内側へ円板６２を回転自
   在に嵌入し、該円板の中心から偏心した位置の円孔へ回
   転自在に嵌入したピン６３を箱体６０に支承し、該箱体
   ６０の一端は直線用のガイドへ嵌合し、他端は直線運動
   体６へ固定したことを特徴とするカム機構。