JP3465118B2 - 機械式制御ユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機械式制御ユニットに
係り、特に１本の入力軸をモータで回転させることによ
り、該入力軸に同期する減速回転、該入力軸に同期する
間欠回転、該間欠回転の停止期間中に軸方向に移動して
ピンを出没させる位置決め動作及び入力軸に同期する水
平往復運動を１つの制御ユニットから同時に取り出すこ
とができるようにし、各種自動機械の駆動ユニットとし
て使用するに好適な機械式制御ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動機械においては、回転、往復運動等
の運動が組み合わされて使用されるが、それらの各種の
運動を詳しく解析したところ、同期する複数種類の回転
運動、該回転運動に同期する間欠回転運動及び往復運動
が主なものであり、これらが組み合わされて構成されて
いることが判った。

【０００３】しかし、従来それらの運動は、それに適し
た機構部品、特に非常に多くのカムやカム軸、リンク機
構及び歯車等の高価な機構部品が自動機械ごとに設計、
製作されており、そのため自動機械のコストが高く付く
ばかりでなく、計画から製作までに長期間を要するとい
う欠点があった。

【０００４】また自動機械は、大量に生産されるものは
少なく、通常少数台しか製作しないものが多いが、たと
え１台の製作でも設計に要する費用及び工数は、製作台
数に無関係に同じ工数を要し、製作台数が少なければ少
ないだけ不経済となっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は，上記した従
来技術の欠点を除くためになされたものであって、その
目的とするところは、駆動装置によって回転駆動される
入力軸、該入力軸の回転と同期する減速回転出力軸、間
欠回転軸、位置決め軸、軸方向に往復運動する複数の摺
動ロッド及びその駆動機構をすべて１つの収納ケース内
に収納することにより、自動機械に必要とされる各種の
運動を該収納ケースから取り出して利用できるようにす
ることであり、またこれによって自動機械の設計時にそ
の都度、独自の機構部品、例えば多くのカム、カム軸、
リンク機構及び歯車等の高価な機構部品を設計、製作す
る必要性をなくして自動機械を従来に比べて非常に短時
間でかつ安価に設計、製作できるようにすることであ
る。

【０００６】また他の目的は、上記した構成により、自
動機械に共通の各種運動要素を機械式制御ユニットに組
み込み、該機械式制御ユニットを利用して自動機械を設
計、製作できるようにすることである。

【０００７】更に他の目的は、回転、往復運動等の運動
を機械的に機構部品の組合せのみで構成することによっ
て、各種の出力運動を入力軸と確実に同期して作動させ
ることができるようにすることである。

【０００８】また他の目的は、駆動装置によって回転駆
動される入力軸からウオーム及びウオームホィールによ
り減速した回転運動、またゼネバ機構による間欠回転、
カム機構による該間欠回転する軸の位置決め運動及びラ
ック・ピニオン機構による往復運動を取り出すことがで
きるようにすると共に、該すべての機構を１つの収納ケ
ース内に収納することにより、入力軸と完全に同期する
各種の運動を小型の制御ユニットから取り出して自動機
械に使用できるようにすることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】要するに本発明（請求項
１）は、駆動装置によって回転駆動される入力軸と、該
入力軸の回転を減速して出力する回転出力軸と、前記入
力軸に連結され間欠的に回転する間欠回転軸と、該間欠
回転軸と平行に配設されかつ該間欠回転軸が停止状態に
あるとき前記入力軸に連動するカムにより駆動され軸方
向に摺動する位置決め軸と、前記入力軸に連結され該入
力軸と同期して軸方向に摺動する複数の摺動ロッドとを
備え、前記入力軸、前記回転出力軸、前記間欠回転軸、
前記位置決め軸及び前記摺動ロッドをすべて１つの収納
ケース内に収納したことを特徴とするものである。

【００１０】また本発明（請求項２）は、駆動装置によ
って回転駆動される入力軸と、ウオームホィールが固定
され前記入力軸に設けられたウオームと噛合して減速回
転する中間回転軸と、該中間回転軸に固定されたはす歯
歯車と噛合するはす歯歯車が設けられ前記中間回転軸の
回転を変換して出力する回転出力軸と、ゼネバ歯車及び
ゼネバ軸ギヤが配設され該ゼネバ歯車が前記中間回転軸
に固定されたピンに噛合して間欠的に回転するゼネバ中
間軸と、前記ゼネバ軸ギヤと噛合する間欠軸ギヤが固定
されて間欠的に回転する間欠回転軸と、前記中間回転軸
に配設されたカムによって駆動され前記間欠回転軸が停
止状態にあるとき出没する如く軸方向に摺動する前記間
欠回転軸と平行に配設された位置決め軸と、前記間欠回
転軸に回動自在に嵌合し前記中間回転軸に配設されたカ
ムによって揺動駆動されるピニオンに噛合するラックが
形成され前記入力軸と同期して軸方向に摺動する複数の
摺動ロッドとを備え、前記入力軸、前記中間回転軸、前
記回転出力軸、前記ゼネバ中間軸、前記間欠回転軸、前
記位置決め軸及び前記摺動ロッドをすべて１つの収納ケ
ース内に収納したことを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】本発明の機械式制御ユニットは、１本の入力軸
を回転駆動することにより、各種の自動機械で必要とす
る該入力軸に同期する減速回転、間欠回転及び該間欠回
転されたものの位置決め運動及び複数の往復運動を行う
機構部を１台の収納ケース内に収納したので、該機械式
制御ユニットから必要な運動を取り出して使用すること
により自動機械を製作する際、多くのカム、カム軸、リ
ンク機構及び歯車等の高価な機構部品をその都度設計、
製作することなく自動機械を短期間でかつ安価に設計、
製作することができる。

【００１２】

【実施例】以下本発明を図面に示す実施例に基いて説明
する。図１から図６において、本発明に係る機械式制御
ユニット１は、入力軸２と、中間回転軸３と、回転出力
軸４と、ゼネバ中間軸５と、間欠回転軸６と、位置決め
軸８と、摺動ロッド９と、収納ケース１０とを備えてい
る。

【００１３】収納ケース１０は、すべての機構部を収納
するケースであって、内部にボス、リブ等が形成され
た、例えば鋳物で製作された四角柱状ケース１０ａに上
蓋１０ｂ及び底板１０ｃがねじ１１によって固定されて
構成されている。

【００１４】入力軸２は、図１、図２、図６及び図１０
において、収納ケース１０に配設されたボールベアリン
グ１２によって収納ケース１０に水平かつ回動自在に支
持されており、中央にはウオームギヤ１３が固定されて
いる。

【００１５】収納ケース１０から外方に突出した入力軸
２の端部には、駆動装置の一例たるギヤードモータ１４
が連結されて（図１）該入力軸２を一定回転数で回転さ
せるようになっている。

【００１６】中間回転軸３は、図３、図４及び図６にお
いて、入力軸２によって駆動される中間軸であり、上蓋
１０ｂ及び底板１０ｃに配設されたボールベアリング１
５によって回動自在に支持され、入力軸２と直交し垂直
に配設されている。

【００１７】中間回転軸３には、上方から順に立体カム
１６、ピン１８が固定されたゼネバ駆動リング１９、ウ
オームホィール２０、はす歯歯車２１及び板カム２２が
固定され、ウオームホィール２０は、入力軸２に固定さ
れたウオームギヤ１３と噛合して入力軸２の回転を１／
１０に減速して回転させるようになっている。

【００１８】回転出力軸４は、入力軸２の回転を減速し
て出力するための軸であって、入力軸２と直交して水平
に配設されており、収納ケース１０に配設されたボール
ベアリング２３によって回動自在に支持され、中央には
はす歯歯車２１と噛合するはす歯歯車２４が固定され、
キー溝４ａが形成された両端は、収納ケース１０から外
方に突出し、回転を取り出せるように構成されている。

【００１９】回転出力軸４の回転速度は、ウオームギヤ
１３とウオームホィール２０の減速度は１／１０に、は
す歯歯車２１とはす歯歯車２４のギヤ比は１：１に設定
されているので、入力軸２の回転速度の１／１０の回転
速度で回転するようになっている。

【００２０】ゼネバ中間軸５は、間欠回転軸６を間欠回
転させるための中間軸であり、図３、図４及び図６にお
いて、ボールベアリング２５によって中間回転軸３と平
行に回動自在に支持され、ゼネバ歯車２６及びゼネバ軸
ギヤ２８が固定されており、該ゼネバ歯車２６に形成さ
れた４つの係合溝２６ａは、中間回転軸３に固定された
ピン１８に噛合して中間回転軸３が１回転するごとに１
／４回転ずつ間欠的に回転するように構成されている。

【００２１】即ち、入力軸２が１０回転すると、ゼネバ
中間軸５が１／４回転ずつ間欠的に回転するようになっ
ている。

【００２２】間欠回転軸６は、図１から図６において、
間欠回転を出力するための軸であり、収納ケース１０に
配設されたボールベアリング２９，３０によってゼネバ
中間軸５と平行に回動自在に支持されており、中央には
ゼネバ軸ギヤ２８と噛合する間欠軸ギヤ３１が固定され
ている。

【００２３】ゼネバ軸ギヤ２８と間欠軸ギヤ３１とのギ
ヤ比は、１：２に設定されているので、間欠回転軸６は
ゼネバ中間軸５により駆動されて該ゼネバ中間軸５の１
／２の回転速度で間欠的に回転するようになっている。

【００２４】即ち、入力軸２が８０回転すると、間欠回
転軸６は１／８回転ずつ８回間欠回転して１回転するよ
うになっており、該間欠回転軸６は、図１に示す如く、
インデックステーブル３２を取り付けてゆっくりと１／
８回転ずつ間欠回転させるのに好適な軸である。

【００２５】位置決め軸８は、インデックステーブル３
２に設けられた位置決め穴（図示せず）に該位置決め軸
８の先端を挿入させて位置決めするためのものであり、
図１、図２、図６及び図９において、上蓋１０ｂに設け
られたブッシング３３に摺動自在に嵌合し、その先端は
インデックステーブル３２に設けられた位置決め穴に容
易に挿入できるようにテーパ状に形成されている。

【００２６】ピン３４によって収納ケース１０に揺動自
在に配設されたカムレバー３５の先端に設けられたコロ
３６は、立体カム１６のカム面に当接し、該カム面に沿
ってカムレバー３５をピン３４を中心として揺動させる
ようになっている。

【００２７】カムレバー３５の中間部には、連結ロッド
３８の一端が回動自在に連結され、該連結ロッド３８の
他の一端は、ピン３９によって収納ケース１０に揺動自
在に配設された揺動レバー４０の一端に連結されてい
る。

【００２８】揺動レバー４０の他の一端は、二又状に形
成されており、該二又部に位置決め軸８の下端が挿入さ
れ、ピン４１によって回動自在に連結されると共に収納
ケース１０との間に引張りばね４２が配設されて揺動レ
バー４０を、図９において反時計方向に付勢している。

【００２９】そして中間回転軸３と共に立体カム１６が
回転すると、カム面に沿ってコロ３６が転動してカムレ
バー３５をピン３４を中心として揺動させるようになっ
ている。

【００３０】カムレバー３５の揺動運動は、連結ロッド
３８を介して揺動レバー４０に伝達され、該揺動レバー
４０をピン３９を中心として揺動させて位置決め軸８を
ブッシング３３中で摺動させ、先端を収納ケース１０か
ら出没させてインデックステーブル３２に設けられた位
置決め穴に挿入し、該インデックステーブル３２を位置
決めするように構成されている。

【００３１】立体カム１６のカム面とゼネバ歯車２６と
の位相関係は、ゼネバ歯車２６の係合溝２６ａとピン１
８との係合が解除され、ゼネバ中間軸５の回転が休止期
間にあるとき、カム面が山部から谷部に降下した後、山
部に上昇するように形成されており、間欠回転軸６、即
ちインデックステーブル３２が停止しているとき、位置
決め軸８の先端を収納ケース１０から出没させてインデ
ックステーブル３２の位置決め穴に挿入して位置決めす
るように構成されている。

【００３２】摺動ロッド９は、往復運動を取り出すため
のものであって、図２、図４、図６及び図８において、
収納ケース１０に設けられた滑り軸受４３に摺動自在に
嵌合し、互いに直交する方向に２本ずつ平行に配設され
ており、夫々ラック９ａが形成されている。

【００３３】摺動ロッド９のラック９ａは、間欠回転軸
６にボールベアリング４５によって回動自在に嵌合する
ピニオン４６に噛合して配設され、またピニオン４６の
ボス４６ａにねじ４８によって固定された駆動レバー４
９の先端に設けられたコロ５０は、引張りばね５１によ
って板カム２２に当接する方向に付勢され、板カム２２
の回転に伴なってコロ５０が該板カム２２上を転動し、
駆動レバー４９を揺動させることによりピニオン４６を
揺動回転させるように構成されている。

【００３４】ピニオン４６の揺動回転により、該ピニオ
ン４６にラック９ａが噛合する摺動ロッド９は、平行に
配設された摺動ロッド９が互いに逆方向に往復運動する
ように構成されている。

【００３５】本発明は、上記のように構成されており、
以下その作用について説明する。図１、図２及び図７に
おいて、ギヤードモータ１４により入力軸２を回転させ
ると、該回転はウオームギヤ１３及びウオームホィール
２０により１／１０に減速されて中間回転軸３を回転さ
せる。

【００３６】中間回転軸３の回転は、はす歯歯車２１及
び２４によって回転出力軸４に等速で伝達され、該回転
出力軸４を入力軸２の回転速度の１／１０の回転速度で
回転させるので、キー溝４ａが形成され収納ケース１０
から外方に突出した両端に必要に応じて自動機械の作動
部の回転軸（図示せず）をを連結して該回転軸を等速回
転で回転させることができる。

【００３７】図１１において、線図（ｆ）及び（ｅ）
は、入力軸２及び回転出力軸４の回転数（回転数の累
計）ｎ₂ ，ｎ₄ を夫々横軸に、回転の角速度ω₂ ，ω₄
を夫々縦軸に表わしたものであり、入力軸２が一定角速
度ω₂ で１０回転すると（線図（ｆ））、回転出力軸４
は入力軸２の回転速度が１／１０に減速された一定角速
度ω₄ で１回転する（線図（ｅ））。

【００３８】中間回転軸３の回転により、ゼネバ駆動リ
ング１９が回転すると、該ゼネバ駆動リング１９に固定
されたピン１８が、やがてゼネバ歯車２６の係合溝２６
ａに係合してこれを回転させ、中間回転軸３が１回転す
るごとにゼネバ中間軸５を１／４回転ずつ間欠的に回転
させる。

【００３９】図１１において、線図（ｃ）は、ゼネバ中
間軸５の回転数ｎ₅ を横軸に、該ゼネバ中間軸５の回転
角速度ω₅ を縦軸に夫々表わしたものであり、入力軸２
が１０回転する間にゼネバ中間軸５は１／４回転ずつ４
回間欠回転し、合計４／４＝１回転する。

【００４０】ゼネバ中間軸５の間欠回転は、更にギヤ比
が１：２に設定されているゼネバ軸ギヤ２８及び間欠軸
ギヤ３１によって間欠回転軸６に伝達される。図１１に
おいて、線図（ｂ）は、間欠回転軸６の回転数ｎ₆ を横
軸に、該間欠回転軸６の回転角速度ω₆ を縦軸に夫々表
わしたものであり、ゼネバ中間軸５の回転を１／２に減
速させて間欠回転軸６を間欠的に回転させる。

【００４１】即ち、入力軸２が４０回転すると、間欠回
転軸６は１／８回転ずつ４回間欠回転しながら４／８＝
１／２回転し、入力軸２が８０回転して初めて８／８＝
１回転することになる。

【００４２】図９において、中間回転軸３の回転はま
た、立体カム１６を回転させて該立体カム１６のカム面
に当接するコロ３６を介してカムレバー３５をピン３４
を中心として揺動させる。

【００４３】カムレバー３５の該揺動運動は、連結ロッ
ド３８を介して揺動レバー４０に伝達されてこれを揺動
させ、ブッシング３３に摺動自在に嵌合する位置決め軸
８を上下方向に移動させ、その先端を収納ケース１０か
ら出没させる。

【００４４】図１１において、線図（ｄ）は、横軸に位
置決め軸８の往復回数ｎ₈ を、縦軸に該位置決め軸８の
往復変位Ｈ₈ を夫々表わしたものであり、間欠回転軸６
と位置決め軸８の動作タイミングは、線図（ｂ）及び
（ｄ）に示す如く、間欠回転軸６が１／８回転して停止
状態にあるとき、位置決め軸８が作動するように設定さ
れているので、例えば間欠回転軸６にインデックステー
ブル３２を固定し、該インデックステーブル３２が１／
８回転して停止したとき位置決め軸８の先端を収納ケー
ス１０から突出させてインデックステーブル３２の位置
決め穴に挿入し、位置決めすることができる。

【００４５】図６及び図８において、中間回転軸３はま
た板カム２２を回転させ、該板カム２２のカム面に当接
するコロ５０は、板カム２２のカム面上を転動しながら
駆動レバー４９を揺動運動させて該駆動レバー４９が固
定されたピニオン４６を間欠回転軸６を中心として揺動
させ、ピニオン４６に夫々のラック９ａが噛合する４本
の摺動ロッド９を往復運動させる。

【００４６】摺動ロッド９の往復運動は、互いに平行に
配設された２本の軸の運動位相が１８０°ずれており、
一方の摺動ロッド９が突出するときには、他方の摺動ロ
ッド９は引き込まれるようになっている。図１１におい
て、線図（ａ）は、横軸に摺動ロッド９の往復回数ｎ₉
を、縦軸に該摺動ロッドの往復変位Ｈ₉ を夫々表わした
ものであり、作動タイミングは入力軸２が１０回転する
間に１往復するように設定されている。

【００４７】上述し、また図１１に示す如く機械式制御
ユニット１は、入力軸２にモータ１４を接続して回転さ
せるだけで、回転出力軸４は入力軸２の回転数の１／１
０に減速された一定速の連続回転運動を、また間欠回転
軸６は回転出力軸４が１回転するごとに１／８回転の間
欠回転運動を、更に間欠回転軸６の１／８回転の間欠回
転運動ごとにその休止期間中に位置決め軸８の１回の上
下運動及び回転出力軸４の１回転ごとに夫々１往復の摺
動ロッド９の往復運動を行うので、該出力軸から必要と
する運動を選択して自動機械に連結して利用できる。

【００４８】

【発明の効果】本発明は、上記のように駆動装置によっ
て回転駆動される入力軸、該入力軸の回転と同期する減
速回転出力軸、間欠回転軸、位置決め軸、軸方向に往復
運動する複数の摺動ロッド及びその駆動機構をすべて１
つの収納ケース内に収納したので、自動機械に必要とさ
れる各種の運動を該収納ケースから取り出して利用でき
るという効果があり、またこの結果自動機械の設計時に
その都度、独自の機構部品、例えば多くのカム、カム
軸、リンク機構及び歯車等の高価な機構部品を設計、製
作する必要性がなくなり、自動機械を従来に比べて非常
に短時間でかつ安価に設計、製作できるという効果があ
る。

【００４９】また上記した構成により、自動機械に共通
の各種運動要素を機械式制御ユニットに組み込み、該機
械式制御ユニットを利用して自動機械を設計、製作でき
る効果がある。

【００５０】更には、回転、往復運動等の運動を機械的
に機構部品の組合せのみで構成したので、各種の出力運
動を入力軸と確実に同期して作動させることができると
いう効果がある。

【００５１】また駆動装置によって回転駆動される入力
軸からウオーム及びウオームホィールにより減速した回
転運動、またゼネバ機構による間欠回転、カム機構によ
る該間欠回転する軸の位置決め運動及びラック・ピニオ
ン機構による往復運動を取り出すことができる効果があ
ると共に、該すべての機構を１つの収納ケース内に収納
したので、入力軸と完全に同期する各種の運動を小型の
制御ユニットから取り出して自動機械に使用できるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】機械式制御ユニットの斜視図である。

【図２】機械式制御ユニットの内部機構の斜視図であ
る。

【図３】機械式制御ユニットの内部機構の縦断面斜視図
である。

【図４】機械式制御ユニットの内部機構の縦断面図であ
る。

【図５】機械式制御ユニットの平面図である。

【図６】機械式制御ユニットの内部機構の分解斜視図で
ある。

【図７】入力軸から間欠回転軸に運動を伝達する機構の
部分横断面要部拡大平面図である。

【図８】中間回転軸から回転出力軸及び摺動ロッドに運
動を伝達する機構の部分横断面要部拡大平面図である。

【図９】位置決め軸の作動機構の要部縦断面図である。

【図１０】入力軸部の縦断面図である。

【図１１】入力軸及び各出力軸の関係及び作動速度を示
すタイミングチャート図である。

【符号の説明】

１ 機械式制御ユニット ２ 入力軸 ３ 中間回転軸 ４ 回転出力軸 ５ ゼネバ中間軸 ６ 間欠回転軸 ８ 位置決め軸 ９ 摺動ロッド ９ａ ラック １０ 収納ケース １３ ウオーム １４ 駆動装置の一例たるモータ １６ カム １８ ピン ２０ ウオームホィール ２１ はす歯歯車 ２２ カム ２４ はす歯歯車 ２６ ゼネバ歯車 ２８ ゼネバ軸ギヤ ３１ 間欠軸ギヤ ４６ ピニオン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16H 37/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動装置によって回転駆動される入力軸
   と、該入力軸の回転を減速して出力する回転出力軸と、
   前記入力軸に連結され間欠的に回転する間欠回転軸と、
   該間欠回転軸と平行に配設されかつ該間欠回転軸が停止
   状態にあるとき前記入力軸に連動するカムにより駆動さ
   れ軸方向に摺動する位置決め軸と、前記入力軸に連結さ
   れ該入力軸と同期して軸方向に摺動する複数の摺動ロッ
   ドとを備え、前記入力軸、前記回転出力軸、前記間欠回
   転軸、前記位置決め軸及び前記摺動ロッドをすべて１つ
   の収納ケース内に収納したことを特徴とする機械式制御
   ユニット。
2. 【請求項２】 駆動装置によって回転駆動される入力軸
   と、ウオームホィールが固定され前記入力軸に設けられ
   たウオームと噛合して減速回転する中間回転軸と、該中
   間回転軸に固定されたはす歯歯車と噛合するはす歯歯車
   が設けられ前記中間回転軸の回転を変換して出力する回
   転出力軸と、ゼネバ歯車及びゼネバ軸ギヤが配設され該
   ゼネバ歯車が前記中間回転軸に固定されたピンに噛合し
   て間欠的に回転するゼネバ中間軸と、前記ゼネバ軸ギヤ
   と噛合する間欠軸ギヤが固定されて間欠的に回転する間
   欠回転軸と、前記中間回転軸に配設されたカムによって
   駆動され前記間欠回転軸が停止状態にあるとき出没する
   如く軸方向に摺動する前記間欠回転軸と平行に配設され
   た位置決め軸と、前記間欠回転軸に回動自在に嵌合し前
   記中間回転軸に配設されたカムによって揺動駆動される
   ピニオンに噛合するラックが形成され前記入力軸と同期
   して軸方向に摺動する複数の摺動ロッドとを備え、前記
   入力軸、前記中間回転軸、前記回転出力軸、前記ゼネバ
   中間軸、前記間欠回転軸、前記位置決め軸及び前記摺動
   ロッドをすべて１つの収納ケース内に収納したことを特
   徴とする機械式制御ユニット。