JP3728206B2 - 間欠伝動装置 - Google Patents

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Description

技術分野
本発明は、入力された回転駆動力を、間欠回転駆動力として伝達する間欠伝動装置の改良に関する。
背景技術
ゼネバ歯車は、入力時に入力される連続的な回転駆動力を、間欠的な回転駆動力として出力する間欠伝動装置の例として知られている。すなわち、ゼネバ歯車によって、駆動力が出力軸に伝達される駆動期間と、駆動力が出力軸に伝達されない非駆動期間を交互に作り出す事ができるのである。
米国特許2,606,235号に従来の一般的なゼネバ歯車が開示されている。ここで開示されるゼネバ歯車機構の中心部分は、図12に示される通り、駆動体D1と従動体D2で構成される。駆動体D1は、係合ピンPを支持する部材B1と駆動体側凹部R1と円弧面Sを有する部材B2を有する。従動体D2は、係合ピンPに対して係合する4つの従動体側凹部R2と、前記円弧面Sに対応する4つの円弧形状の凹部を形成する面R3が形成された部材B3を有する。
駆動体D1が回転すると、係合ピンPが、4つの従動体側凹部R2の一つと係合し、従動体D2を90度回転させる。この間、従動体D2の部材B3の先端は、駆動体D1に設けられた凹部R1に入り込み、駆動体D1の回転と共に、回転する事が許可される。
90度の回転の後、従動体D2の凹部R2から係合ピンPが離脱し、駆動体D1は、回転し続けるが、凹部R3と駆動体D1の円弧面Sとのスライド接当により、従動体D2の回転は一定期間規制される。これが繰り返し行われ、連続した駆動体D1の回転は、間欠回転運動として従動体D2に伝達される。
このようなゼネバ歯車では、従動体の回転が規制されている間に従動体D2から駆動体D1に対して、反力がかかった場合、これを駆動体D1の係合ピンPのみで受けていたため、反力が大きい場合など、係合ピンPだけでは、十分に対応できない場合もあった。
本発明は、従来のゼネバ歯車に対して改良をもたらすものである。
発明の開示
本発明による間欠伝動装置も、大きく分けて駆動体と、従動体に分ける事ができる。駆動体は、第1カム面を有する第1カムと第2カム面と円弧面を有する第2カムと回転規制手段を有する中間体を備える。従動体は、第1カム面と接当する第1被接当部と第2カム面と接当する第2被接当部と、回転規制手段と接当する凹部を有する従動体本体を備える。
本発明の間欠伝動装置では、従動体の非駆動期間において、第2被接当部が、第2カムの円弧面と接当する事に加え、従動体本体の凹部が駆動体の中間部に設けられた回転規制手段と接当する。従って、非駆動期間において従動体に反力がかかっても、2つの方法により回転が規制されており、大きな反力に対しても十分な対応が可能である。
また、駆動体よりの従動体への回転駆動力の伝達は、カム面を介して行われ、このカム面の形状を変化させる事により任意の出力回転角度のプロファイルを得る事が可能となる。
本発明のその他の特徴や優れた作用効果は、以下の発明の実施形態に関する説明と図面より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明による間欠伝動装置を示す斜視図であり、
図2〜図6は、図1に示される本発明の間欠伝動装置の作用を説明するために、駆動体が、従動体に対して異なる角度にある状態を示した平面図であり、
図7は、駆動体に設けられた中間部材に設けられた、回転体のためのガイド溝の形状を示した図であり、
図8は、図1に示される本発明の間欠伝動装置が、図4に示される状態にある際の断面図であり、
図9は、駆動体からの入力回転角度の関数としての出力回転角度を示すグラフであり、
図10は、本発明による間欠伝動装置の別実施形態を示す平面図であり、
図11は、本発明による間欠伝動装置の更なる別実施形態を示す断面図であり、
図12は、従来の間欠伝動装置の一例であるゼネバ歯車を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
次に、添付の図を参照して、本発明による間欠伝動装置について説明する。
図1では、本発明による間欠伝動装置1の好適実施形態が示されている。上で説明された通り、間欠伝動装置1は、連続的な回転駆動力を入力することにより、駆動期間の間、設定された角度だけ駆動力が出力され、その後一定の期間は駆動力が伝達されない非駆動期間(非伝達期間)があり、その後、また、設定された角度だけ駆動力が出力されるということが繰り返される間欠駆動を行うための装置である。
この様な間欠伝動装置は、色々な分野での利用が可能であるが、特に最近になり、LSI等の製造機器の一部として利用される場合など、間欠伝動装置が非常に正確な動きをすることが期待される場合が多い。
図1を参照して、先ず、本発明による間欠伝動装置1の全体的な構造を説明する。間欠伝動装置1は、大まかには、連続的に回転駆動される駆動体2と、駆動体2により間欠的に駆動される従動体3を有する。ここでは、駆動体2が180度回転する間に、従動体3が90度回転するように構成されている。駆動体2の中心部分は、3層構造を有する。第1カム4が図1では、一番上に配置されている。この第1カム4には、円弧状の第1円弧面4aと、従動体3と接当する第1カム面4bが形成されている。
第1カム4の下には、回転規制手段を構成する回転体であるローラ7が設けられている。このローラ7の下には、第2カム5が備えられている。この第2カム5の側面には、図2に示される通り、円弧状の第2円弧面5aと、凹部を形成する第2カム面5bが形成されている。
従動体3の中心部分も3層構造を有する。従動体本体10の上には、周方向に間隔を開けて設けられた第1被係合部としての第1被係合ローラ12が4つ備えられている。従動体本体10の周面には均等に間隔を開けて、円弧状の凹部10aが4箇所に設けられている。従動体本体10の下側には、第2カム5と接当する第2被係合部15としての第2被係合ローラ15が4つ間隔を開けて設けられている。図1及び、図2から図6で示される通り、平面視において第1被係合ローラ12は、夫々、円弧状の凹部10aの底の部分の領域に設けられており、第2被係合ローラ15は、第1被係合ローラ12の間に設けられている。
本発明による間欠伝動装置1の詳しい構造を説明する前に、図2から図6を参照して、この間欠伝動装置1がどのように作用するか説明する。
先ず、間欠伝動装置1には、最低限2つの機能を有する部分が必要である。一つは、設定角度分、従動体3を回転させる部分である。もう一つは、従動体3を設定角度分回転させた後に、従動体3の更なる回転を規制する部分である。
駆動体2の第1カム4の第1カム面4bと第2カム5の第2カム面5bが、従動体3の第1被係合ローラ12に対して接当し、従動体3を回転させる部分である。
図2に示される状態では、従動体3の第1被係合ローラ12が、駆動体2の第1円弧面4aと接当しており、従動体3の駆動が開始されようとする状態を示している。すなわち、この間欠伝動装置1は駆動期間の開始位置にある。
この状態から、駆動体2が約45度回転した状態が、図3で示されている。ここでは、第1被係合ローラ12が、駆動体2の第1カム面4bと接当しており、従動体3が、駆動体2により回転させられている。この時、従動体3の第2被係合ローラ15は、駆動体2の第2カム5の凹部5bに入り込んでいる。更に、駆動体2が約45度回転した状態が、図4に示されている。この時点から、更に駆動体2が従動体3を回転させるために、図5で示される通り、駆動体2の第2カムの凹部を形成する面5bが第2被係合ローラ15に接当する。この様にして、従動体3が90度の角度で、駆動体2によって回転させられる。
その後、駆動体2が回転を続ける間、従動体3は回転しない。この間は、実施際には、図6に示される通り、従動体3の凹部10aのローラ7に対する摺動と、2個の第2被係合ローラ15の第2円弧面5aに対する接当により従動体3の回転は規制されている。
次に、図1と図7、及び図8を参照して、間欠伝動装置1の構造を詳細に説明する。
図8は、間欠伝動装置1の断面図である。ここでは、連続的に駆動体2に回転駆動力を入力する入力軸30及びその軸芯Xが示されている。この入力軸30が、図示されていない駆動装置に作用的に連結されているのである。この入力軸30の下端は、通常のベアリング機構22を介して、支持部材21に対して取付けられている。また、入力軸30の上端は、ベアリング機構24を介して支持部材23に対して取付けられている。支持部材21及び23の平面形状は夫々円形であり、平面視において前記入力軸30の軸芯Xは、支持部材21及び23の円の中心とはわずかに変位して配置されている。この構造により、支持部材21及び23の一方、或いは両方をケースCに対して回転させる事により、従動体3に対する入力軸30の軸芯Xの位置を微妙に調節する事ができる。
入力軸30には、その外周の表面に軸芯X方向に延びた溝が形成されている。また、第1カム4、第2カム5、中間体6の軸方向内側には、前記溝に対応する凹部が設けられ、溝と凹部の間に介在するストッパ31が設けられている事により、これらが、入力軸30に対して一体回転する。
次に、図1や図2等に示される第1カム4の第1カム面4bと、第2カム5の第2カム面5bの平面視における形状について説明する。これらの第1カム面4bと第2カム面5bは、夫々、第1カム4の円弧状面4aを除いた部分と、第2カム5の円弧状部分5bを除いた部分である。第2カム面5bは、第2カム5の円弧面5aより径方向内側に入り込んでいる凹部を形成している。
第1カム面4bと第2カム面5bが、夫々、以下で詳しく説明される第1被接当部12と第2被接当部15に接当する事により従動体3が駆動される。更に詳しく説明すると、駆動期間の前半において、第1カム面4bが第1被接当部12に摺動することにより、従動体3が駆動体2に駆動され、駆動期間の後半においては、第2カム面5bの第2被接当部15に対する接当により引き続き従動体3が駆動体2に駆動される。
そして、第1カム面4b及び第2カム面5bの平面視における形状は、入力軸30の入力回転角度に対する出力軸40の出力回転角度のプロファイルが、図9において実線で示されるグラフGとなるように形成されている。この図9では、図2で示されるとおり、第1カム4が真上を向いている状態にある駆動期間の開始点を入力回転角度の原点としている。この状態から、第1カム4が図9において真下を向くまでが駆動期間であり、その後、第1カム4が図9において時計回りに回転し、図2の状態に戻るまでが非駆動期間に相当する。
ここで、入力軸30の入力回転角速度は一定であると想定すると、図9のグラフにおいて、入力回転角度の代わりに時間軸を用いても、出力回転角度のグラフGの形状は同じものとなる。この場合、入力回転角度が0度から90度までの期間が、駆動期間の前半の領域と対応し、90度から180度までの期間が、駆動期間の後半の領域と対応する。入力回転角度が90度の位置が、駆動期間の中間点となる。駆動期間の前半に対応するグラフGの部分と、後半に対応する部分がGaとGbで示されている。この様に考えると、出力回転角の角速度は、図9のグラフGの各位置における接線の傾斜角度に比例している事が分かる。
図9の点線Sは、グラフの原点と、駆動期間の入力回転角度が180度である点における最大出力回転角度(本実施形態では90度)の点を結んだ直線である。従って、この直線Sは入力回転角度に対して、一定の角速度で回転駆動力が伝達された場合の出力回転角度を示す。
第1カム面4b及び第2カム面5bの形状のために、入力回転角度がゼロの位置(駆動期間の開始点)付近と、入力角度が180度(駆動期間の終了点)付近では出力回転角の角速度はゼロである。従って、本発明による間欠伝動装置では、駆動期間の初めと終わりにおいて、従動体側に急激な加速度のためにショックを与えることなくスムースな非駆動状態から駆動状態への変位が可能となっている。
また、駆動期間の前半領域な少なくとも大部分において、出力回転角度の角加速度が正であり、駆動期間の後半領域の少なくとも大部分において、出力回転角度の角加速度が負である。
更に、入力回転角度が0度から180度の一つの前記駆動期間中に、角加速度がゼロとなる点は、駆動期間の開始点と、駆動期間の終了点と、開始点と終了点の間の中間点である一点のみである。
他の特徴は、等業者が見れば図9から容易に知る事ができる。
次に、第1カム4と第2カム5の間に配置される回転規制手段の複数の回転体7について説明する。これらの回転体7は本実施形態では、すべて円筒状のローラ7である。回転体7が円筒状であると、ローラ同士の摺接が線上で行われ、ローラ7の摩耗が少なくなるという特性を有する。また、ローラ7は、金属製のローラ7aと、樹脂製のローラ7bが交互に配置されて構成されている。これにより、金属同士が摺接して起きるノイズを抑制する事ができる。
夫々のローラ7自体が自転しながら、第1カム4と第2カム5の間に配置された中間体6の周囲を移動可能である。これらのローラ7は、図8に示される通り、第1カム4の下面に形成された第1ガイド溝4cと、第2カム5の上面に形成された第2ガイド溝5cの両方に案内されて移動する。これらの第1と第2ガイド溝、及び以下で説明される中間部材6の外周面6a、6bがガイド手段を構成する。こららの第1ガイド溝4cと第2ガイド溝5cの形状は、図7で示されている。
図7で示される通り、中間体6には、曲率半径がR1の円弧状の側面6aと、非円弧状の側面6bが形成されている。非円弧状の側面6bは、駆動期間中に、従動体本体10の凹部10aでない部分(径方向に突出している部分)に対して中間体6及び回転規制手段7が接当しないように、径方向内側に入り込んだ形状をしている。
図8では、簡単のために詳しく描かれていないが、第1カム4の第1ガイド溝4cと第2カム5の第2ガイド溝5cの、第1軸芯Xに対して径方向内側の辺よりも、中間体6の外周面6a及び6bの方が、径方向外側に配置されている。このため、間欠伝動装置が非駆動期間中にあり、従動体3の回転が規制されている間で、ローラ7が従動体本体10の凹部10aと摺接している間は、複数の円柱状ローラ7が中間体6の円弧状の外周面6aに対して接当しながら移動する。
また、ガイド手段の平面視における屈曲部の曲率半径R1、R2、R3の内、最小の値を有する曲率半径R2は、ローラ7の半径よりも実質的に大きい。このため、ガイド手段に急な曲がり角が無く、ローラ7のガイド手段の周方向の移動が促進される。
また、ローラ7を円筒状にすることにより、第1カム4の第1ガイド溝4cと第2カム5の第2ガイド溝5cが、少々ローラ7の寸法と異なっていても、中間体6の円弧状の外周面6aを正確に切り出す事により、ローラ7の従動体3の凹部10aに対する正確な接当を得る事が可能となる。また、中間体6の外周面6aを正確な円弧にすることも、中間体6を旋盤などにより回転させながら加工する事ができるので比較的簡単に行う事ができる。
もちろん、回転体を図11に示される球状体207として形成する事も可能である。この場合、中間体を上下2つの部分206aと206bとに分けて製造し、これらに球状体207を案内するためのガイド溝を掘削して形成する必要がある。ガイド溝は、球状体207が離脱する事を規制するために、中間体の外周部では、球状体207の直径より小さい開口部を形成する必要がある。この場合、第1カム204や、第2カム205にローラ用の溝を形成する必要はない。このガイド溝の平面視における形状は、上記のガイド手段の特徴を有している。
次に、図8を参照して従動体3の構造について詳しく説明する。
従動体3側に設けられた出力軸40が第2軸芯Y回りで、ベアリング機構25と26を介して回転可能にケースCに支持されている。出力軸40の底部分は、円錐状の部分を有しており、これに対して摺接するローラベアリングをベアリング機構26は有している。これにより、図8の下方向に出力軸40に対してかかる力にたいして十分に支持する事ができる。出力軸40と従動体本体10の間の連結も、駆動軸30の場合と同じで、軸芯Y方向に延びた溝が、出力軸40の表面に設けられ、この溝と、従動体本体10の出力軸40との係合孔に設けられた溝との間で係合するストッパ41により行われる。
従動体本体10の上面には、第1被係合部としての4つの第1被係合ローラ12が備えられている。これは、従動体本体10の側面に設けられた円弧状の凹部10aの底部領域と対応して配置されている。第1被係合ローラ12は、従動体本体10と、出力軸40に対して固定され一体回転する上側ディスク11の間で支持されている軸芯部13と、この軸芯部13回りで自由回転可能の筒状体12を有する。この筒状体12は、上下2段に配置される2つのベアリングを有する。
従動体本体10の下側に設けられる第2被接当部としての第2被接当ローラ15も、第1被接当ローラ12と同様の構造を有している。すなわち、第2被接当ローラ15は、従動体本体10と、出力軸40に対して固定され一体回転する下側ディスク14の間で支持されている軸芯部16と、この軸芯部16回りで自由回転可能の筒状体15を有する。この筒状体15は、上下2段に配置される2つのベアリングを有する。
次に、図10を参照して、本発明の別実施形態について説明する。
上で説明された好適実施形態では、駆動体2が180度回転する間に、従動体3が90度回転駆動され、その後、駆動体2が更に180度回転する間、従動体3の回転は規制されるよう構成されていた。
図10で示される間欠伝動装置では、駆動体101が180度回転する間に、従動体102は、45度回転し、その後駆動体101が更に180度回転する間に、従動体102の回転は規制される構成である。
図10より明らかなとおり、上記の好適実施形態に対応する第1カム104及び第2カム105に夫々第1カム面104b及び第2カム面が形成されている。これらに対して接当する第1非接当部112及び第2非接当部115が設けられている。これらの第1カム面104b及び第2カム面の平面視における形状は、上記好適実施形態で説明された出力回転角度のプロファイルを得るような形状となっている。
第1非接当部112は、従動体本体110の上側に設けられた8個のローラ部材を有する。また、第2非接当部115は従動体本体110の下側に設けられた8個のローラ部材を有する。これらのローラの構造は上記の好適実施形態と同じ構造である。従動体本体110には同様に8つの凹部110aが形成され、第1カム104及び第2カム105の間に設けられた回転規制手段と接当可能となっている。
この別実施形態の他の特徴は、矛盾が発生しないかぎり、上記の好適実施形態における特徴を取り入れる事が出きる。
また、回転規制手段が複数の回転体を有するものをこれら2つの実施形態において利用していたが、構造を更に簡単にするために、回転体を用いずに、従動部の凹部に対して摺接する円弧状面を中間部材の外周面に設ける事も可能である。
ここで記載された説明及び添付される図面より容易考え得るその他の特徴も、本発明の範囲に含まれる。

Claims (18)

  1. 第1軸芯(X)回りで回転する駆動体(2)へ加えられる連続的な回転駆動力を、駆動期間の間のみ第2軸芯(Y)回りで回転可能の従動体(3)に伝達し、非駆動期間には、従動体(3)に対して前記回転駆動力が伝達されない間欠伝動装置において、
    前記駆動体(2)は、
    第1カム面(4b)を有する第1カム(4)と、
    第1カム(4)とは前記第1軸芯(X)に沿った方向に変位して配置され、第2カム面(5b)及び円弧面(5a)を有する第2カム(5)と、
    前記第1カム(4)及び前記第2カム(5)とは前記第1軸芯(X)に沿った方向に変位して配置され、回転規制手段(7、207)を有する中間体(6)とを備え、
    前記従動体(3)は、
    前記駆動期間の少なくとも一部の期間において前記第1カム面(4b)により接当されることにより、前記駆動体(2)より前記回転駆動力を受ける第1被接当部(12)と、
    前記駆動期間の少なくとも一部の期間において前記第2カム面(5b)により接当されることにより、前記駆動体(2)よりの前記回転駆動力を受け、前記非駆動期間の少なくとも一部の期間において前記第2カム(5)の前記円弧面(5a)により接当される事により、前記従動体(3)の回転を規制する第2被接当部(15)と、
    前記第2軸芯(Y)に沿う方向において、前記駆動体(2)の前記中間体(6)に対応する位置に配置され、前記非駆動期間の少なくとも一部の期間において前記中間体(6)の回転規制手段(7、207)と接当することにより、前記従動体(3)の回転を規制する凹部(10a)を有する従動体(3)本体を備えている間欠伝動装置。
  2. 前記中間体(6)は、前記第1軸芯(X)方向において前記第1カム(4)と第2カム(5)の間に配置されている請求項1に記載の間欠伝動装置。
  3. 前記第1被接当部(12)は、前記従動体(3)本体より前記第2軸芯(Y)と平行の方向に突出する筒状体(12)である請求項1に記載の間欠伝動装置。
  4. 前記第1被接当部(15)は、前記従動体(3)本体より、前記第2軸芯(Y)と平行で、前記第1被接当部(12)とは反対の方向に突出する筒状体(15)である請求項1に記載の間欠伝動装置。
  5. 前記筒状体(12)、(15)は、その軸芯部回りに回転可能である請求項3叉は4に記載の間欠伝動装置。
  6. 前記筒状体は、前記軸芯部回りに回転可能のベアリング(12)、(15)を有する請求項5に記載の間欠伝動装置。
  7. 前記回転規制手段(7、207)は複数の回転体(7、207)を有する請求項1に記載の間欠伝動装置。
  8. 前記回転体(7、207)は筒状のローラ(7)である請求項7に記載の間欠伝動装置
  9. 前記回転体(7、207)は球状体(207)である請求項7に記載の間欠伝動装置。
  10. 前記複数の回転体(7、207)の各々は、ガイド手段(4c、5c、6a)(4c、5c、6a)に沿って自転及び、前記第1軸芯(X)に関して周方向に移動可能である請求項7に記載の間欠伝動装置。
  11. 前記ガイド手段(4c、5c、6a)は、前記第1カム(4)の下面および、前記第2カム(5)の上面にそれぞれ設けられた溝(4c、5c)を有する請求項10に記載の間欠伝動装置。
  12. 前記ガイド手段(4c、5c、6a)は、前記中間体(6)の外周面に設けられた円弧状のガイド面(6a)を有し、少なくとも前記複数の回転体(7、207)が前記従動体(3)と接当している間、前記回転体(7、207)が前記ガイド面(6a)と接当する請求項10に記載の間欠伝動装置。
  13. 前記ガイド手段(4c、5c、6a)は、平面視において閉じた曲線の形状をしており、この閉じた曲線の内側の曲線の最小曲率半径(R3)は、前記回転体(7、207)の半径より大きい請求項10に記載の間欠伝動装置。
  14. 前記複数の回転体(7、207)は、交互に配置された樹脂製の回転体(7)と金属製の回転体(7)を有する請求項7に記載の間欠伝動装置。
  15. 第1被接当部(12)は、従動体(3)本体に設けられた前記凹部(10a)の底の位置に対応して配置されており、前記第2被接当部(15)は、平面視において前記第1被接当部(12)の間に配置されている請求項1に記載の間欠伝動装置。
  16. 前記駆動期間の前半においては、前記第1カム(4)の第1カム面(4b)が前記第1被接当部(12)と接当することにより、前記従動体(3)が前記駆動体(2)に駆動され、前記駆動期間の後半においては、前記第2カム(5)の第2カム面(5b)が前記第1被接当部(15)と接当することにより、前記従動体(3)が前記駆動体(2)に駆動される請求項1に記載の間欠伝動装置。
  17. 前記第1カム面(4b)及び前記第2カム面(5b)の平面視における形状は、前記駆動期間中の前記従動体(3)の出力回転角度を前記駆動体(2)に対する入力回転角度の関数とした際に、前記駆動期間の前半領域の少なくとも大部分において、出力回転角度の角加速度が正であり、前記駆動期間の後半領域の少なくとも大部分において、出力回転角度の角加速度が負となるよう形成されている請求項1に記載の間欠伝動装置。
  18. 一つの前記駆動期間中に、前記角加速度がゼロとなる点は、前記駆動期間の開始点と、前記駆動期間の終始点と、前記開始点と前記終始点の間の一点のみであるよう前記第1カム面(4b)及び前記第2カム面(5b)の平面視における形状が形成されている請求項17に記載の間欠伝動装置。
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