JP3884803B2 - ２次元運動生成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力軸回転を出力部材のＸ方向およびこれに対して直交するＹ方向の２次元運動に変換するようにした２次元運動生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の２次元運動生成装置としては、例えば実公平６−１６３６５号公報（Int.Cl.G12B 5/00）に開示されたものが知られている。この従来の装置は２基の駆動モータを備え、一方の駆動モータの回転軸に設けた第１アームと、更に他の第２アームとか連結板および第１レールとを用いて平行クランク機構を構成し、該第１レールに摺動可能に２個の第１，第２スライダを設ける一方、他方の駆動モータの回転軸に第３アームを設け、この第３アームに設けた第３スライダに摺動可能に取付けた第２レールを前記第１レールに対して直角に配置する。そして、出力部材となるテーブルに前記第１，第２スライダを固定すると共に、前記第２レールを固定するようになっている。
【０００３】
そして、一方の駆動モータを駆動して第１アームを回転することにより、平行クランク機構を介してテーブルに移動力を加え、このテーブルを第２レールと第３スライダにガイドさせてＸ方向に直線的に移動させる。一方、他方の駆動モータを駆動して第３アームを回転することにより、前記テーブルを第１レールと第１，第２スライダにガイドさせてＹ方向に直線的に移動させる。従って、前記２基の駆動モータをそれぞれ駆動することにより、前記テーブルをＸ，Ｙの２次元方向に直線的に移動できるようになっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の２次元運動生成装置にあっては、駆動モータつまり駆動源を２基設ける必要がある。また、これら駆動モータの回転をテーブルの２次元方向の移動に変換するにあたって、一方の駆動モータには第１アーム，第２アーム，連結板および第１レール等の複数の部材を用いて構成される平行クランク機構を連結すると共に、該第１レールをテーブルに取付けるための第１，第２スライダを設ける必要がある。一方、他方の駆動モータでは第３アーム，第３スライダおよびテーブルに取付けられる第２レールとを設ける必要がある。
【０００５】
従って、前記従来の装置では駆動源を２個必要とし、またこれら駆動源の回転からテーブルを２次元方向の移動に変換するための構成部品が著しく多くなり、かつ構成が複雑で、その分、故障の発生原因が増加し耐久性に劣ると共に、平行クランク機構の作動を伴うため、装置の高速運転を達成し難いという各種課題があった。
【０００６】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて、単一駆動源の回転運動を２次元方向の運動に変換できるようにし、かつこの変換を可能とする装置構成を簡単化し、耐久性が高くかつ高速運転が可能となる２次元運動生成装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために請求項１に示す本発明の２次元運動生成装置は、回転駆動力が入力される入力軸と、スライド基面上に、Ｘ方向およびこれと直交するＹ方向の２次元方向に移動自在に設けられた出力部材と、前記出力部材にＸ方向に長く形成された第１案内溝と、前記出力部材に互いに間隔を隔ててＹ方向に長く形成された第２，第３案内溝と、前記第１案内溝および前記第２，第３案内溝に、それぞれ係合部材を介して揺動先端部が係合された第１，第２，第３揺動アームと、前記入力軸回転を、前記第１揺動アームの揺動運動に変換する第１揺動変換機構と、前記入力軸回転を、前記第２，第３揺動アームの互いに同期する揺動運動に変換する第２，第３揺動変換機構と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に示す本発明の２次元運動生成装置は、前記第１揺動変換機構と前記第２，第３揺動変換機構とは、入力軸に一体回転可能に設けられ、外周面に所定の幾何学的曲線からなるテーパリブをそれぞれ形成した第１，第２，第３ローラギアカムと、これら第１，第２，第３ローラギアカムのテーパリブにカムフォロアを介して係合される第１，第２，第３従節ターレットとを備えたカム機構でそれぞれ構成したことを特徴とする。
【０００９】
更に、請求項３に示す本発明の２次元運動生成装置は、前記第１揺動変換機構と前記第２，第３揺動変換機構の一方とは、入力軸に一体回転可能に設けられ、外周面に所定の幾何学的曲線からなるテーパリブをそれぞれ形成した第１，第２ローラギアカムと、これら第１，第２ローラギアカムのテーパリブにカムフォロアを介して係合される第１，第２従節ターレットとを備えたカム機構でそれぞれ構成する一方、前記第２，第３揺動変換機構の他方は、前記第２，第３揺動アームそれぞれに一体回転可能に設けた第１，第２ギアを互いに噛合させたギア機構で構成したことを特徴とする。
【００１０】
以上の構成になる本発明の２次元運動生成装置の作用を、以下に述べる。
【００１１】
請求項１の２次元運動生成装置にあっては、入力軸の回転は第１揺動変換機構を介して第１揺動アームを揺動運動させると共に、第２，第３揺動変換機構を介して第２，第３揺動アームを揺動運動させる。
【００１２】
前記第１揺動アームが揺動運動されると、揺動先端部の係合部材が第１案内溝を介して、スライド基面上で出力部材を移動させようとする。このとき、互いに間隔を隔てて形成した第２，第３案内溝に第２，第３揺動アームの係合部材がそれぞれ係合しているため、出力部材はこれら第２，第３案内溝の係合部材によってその移動方向が規制されて、当該出力部材はこれら第２，第３案内溝が長く形成されているＹ方向に回転することなく直線的に移動する。
【００１３】
一方、前記第２，第３揺動アームが同期して揺動運動されると、それぞれの揺動先端部の係合部材が第２，第３案内溝を介して、スライド基面上で出力部材を移動させようとする。このとき、前記第２，第３揺動アームは相互に離れた位置で互いに同期して揺動されるため、かつ第１案内溝に第１揺動アームの係合部材が係合しているため、出力部材は第１案内溝の係合部材によってその移動方向が規制されて、当該出力部材は第１案内溝が長く形成されているＸ方向に回転することなく直線的に移動する。
【００１４】
また、請求項２の２次元運動生成装置にあっては、前記第１揺動変換機構と前記第２，第３揺動変換機構とを、入力軸に一体回転可能に設けられ、外周面に所定の幾何学的曲線からなるテーパリブをそれぞれ形成した第１，第２，第３ローラギアカムと、これら第１，第２，第３ローラギアカムのテーパリブにカムフォロアを介して係合される第１，第２，第３従節ターレットとを備えたカム機構でそれぞれ構成したので、入力軸の回転によって第１，第２，第３ローラギアカムがそれぞれ回転すると、それぞれのローラギアカムのテーパリブに係合したカムフォロアは、テーパリブの幾何学的曲線に沿って各第１，第２，第３従節ターレット周りに往復移動するため、これら第１，第２，第３従節ターレットが揺動回転される。従って、各第１，第２，第３従節ターレットの回転軸に第１，第２，第３揺動アームをそれぞれ取付けることにより、従節ターレットそれぞれの揺動回転を各揺動アームに伝達することができる。
【００１５】
更に、請求項３の２次元運動生成装置にあっては、前記第１揺動変換機構と前記第２，第３揺動変換機構の一方とを、入力軸に一体回転可能に設けられ、外周面に所定の幾何学的曲線からなるテーパリブをそれぞれ形成した第１，第２ローラギアカムと、これら第１，第２ローラギアカムのテーパリブにカムフォロアを介して係合される第１，第２従節ターレットとを備えたカム機構でそれぞれ構成したので、前記請求項２で述べたと同様に入力軸回転によってローラギアカムのテーパリブに係合されたカムフォロアは各第１，第２従節ターレット周りに往復移動してこれら第１，第２従節ターレットを揺動回転することができる。一方、前記第２，第３揺動変換機構の他方は、前記第２，第３揺動アームそれぞれに一体回転可能に設けた第１，第２ギアを互いに噛合させたギア機構で構成したので、第２揺動アームと第３揺動アームとの間では互いに噛合された第１ギアおよび第２ギアを介して揺動回転を伝達できるため、これら第２，第３揺動アームは互いに同期して逆方向に揺動回転される。このように、第２，第３揺動アームが逆方向に揺動回転した場合にも、それぞれを同期させておくことにより、出力部材を平行状態を保った状態でスライド基面上で上記Ｘ方向に回転することなく直線的に移動させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１から図８は本発明にかかる２次元運動生成装置の一実施形態を示し、図１は２次元運動生成装置の平面図、図２は２次元運動生成装置の断面平面図、図３は２次元運動生成装置の断面正面図、図４は２次元運動生成装置の断面側面図、図５から図８は２次元運動生成装置の作動状態を順を追ってそれぞれ示す平面図である。
【００１７】
即ち、本実施形態の２次元運動生成装置１０は、図１から図４に示すように箱型に形成されるハウジング１１を備え、このハウジング１１にベアリング１２，１２ａを介して入力軸１４が回転自在に取付けられると共に、該ハウジング１１の上面に出力部材としての移動テーブル１６が配置され、前記入力軸１４の回転によって、移動テーブル１６をＸ方向（図１中上下方向）およびこれに対して直交するＹ方向（図１中左右方向）へ２次元移動させるようになっている。
【００１８】
前記ハウジング１１の上面１１ａにはガイドブロック１８が固定され、該ガイドブロック１８の上面をスライド基面１８ａとして、このスライド基面１８ａ上に前記移動テーブル１６が相対移動自在に載置される。また、前記ガイドブロック１８の周縁部には、移動テーブル１６の上面に折り返される保持部１８ｂが形成され、この保持部１８ｂと前記スライド基面１８ａとの間に移動テーブル１６の周縁部をスライド可能に挟むことにより、該移動テーブル１６の離脱を防止するようになっている。
【００１９】
前記移動テーブル１６の図３中左端部の下面１６ａには、Ｘ方向に長溝となる第１案内溝２０が形成されると共に、該移動テーブル１６の中央部の下面および図中右端部の下面に、それぞれがＹ方向に長溝となる第２案内溝２２および第３案内溝２４が適宜間隔Ｌをもって形成される。
【００２０】
一方、前記スライドブロック１８には、前記第１，第２，第３案内溝２０，２２，２４の形成位置に対応して開口部１８ｃ，１８ｄ，１８ｅが形成され、これら開口部１８ｃ，１８ｄ，１８ｅにはそれぞれに対応して第１，第２，第３揺動アーム２６，２８，３０が配置される。このとき、第２，第３揺動アーム２８，３０も前記第２，第３案内溝２２，２４と同様に前記間隔Ｌ分だけ離隔される。前記第１，第２，第３揺動アーム２６，２８，３０は、ハウジング１１の上面１１ａおよび下面１１ｂに、それぞれベアリング３２，３２…を介して回転自在に支持された回転軸３４，３６，３８の上端部に、ビス４０，４０…を介して一体回転可能に取付けられる。
【００２１】
また、前記第１，第２，第３揺動アーム２６，２８，３０の先端部上側には、それぞれカムフォロア４２，４４，４６が回転自在に取付けられ、これらカムフォロア４２，４４，４６は、それぞれが対応する前記第１，第２，第３案内溝２０，２２，２４に摺動自在に係合される。
【００２２】
前記入力軸１４には、前記回転軸３４，３６，３８に対応する位置に第１，第２，第３ローラギアカム４８，５０，５２が一体回転可能に取付けられる。これら第１，第２，第３ローラギアカム４８，５０，５２は、外周面４８ａ，５０ａ，５２ａに所定の幾何学的曲面を成すテーパリブ５４，５６，５８が形成される。また、前記回転軸３４，３６，３８には、第１，第２，第３従節ターレット６０，６２，６４がそれぞれ対応して一体回転可能に取付けられる。
【００２３】
前記第１，第２，第３従節ターレット６０，６２，６４の外側には、それぞれ一対のカムフォロア６０ａ，６０ｂ、６２ａ，６２ｂ、６４ａ，６４ｂが所定間隔を設けて取付けられ、これら対を成すカムフォロア６０ａ，６０ｂ、６２ａ，６２ｂ、６４ａ，６４ｂは、前記テーパリブ５４，５６，５８の両側を挟み込むようにして係合される。そして、前記第１ローラギアカム４８と前記第１従節ターレット６０とによって第１揺動変換機構６６が構成され、前記第２ローラギアカム５０と前記第２従節ターレット６２とによって第２揺動変換機構６８が構成され、かつ、前記第３ローラギアカム５２と前記第３従節ターレット６４とによって第３揺動変換機構７０が構成される。
【００２４】
ここで、前記第２，第３ローラギアカム５０，５２は、それぞれに形成されたテーパリブ５６，５８の幾何学的形状が同一に形成され、かつ、それぞれの回転位相が同一となるように配置される。また、前記第１ローラギアカム４８は、テーパリブ５４が前記第２，第３ローラギアカム５０，５２のテーパリブ５６，５８とは異なる予め設定した幾何学的形状をもって形成される。
【００２５】
以上の構成により本実施形態の２次元運動生成装置１０にあっては、入力軸１４に回転駆動力が入力されると、該入力軸１４と共に第１，第２，第３ローラギアカム４８，５０，５２が同期して回転される。すると、それぞれのローラギアカム４８，５０，５２のテーパリブ５４，５６，５８に係合したカムフォロア６０ａ，６０ｂ、６２ａ，６２ｂ、６４ａ，６４ｂが、テーパリブ５４，５６，５８の幾何学的曲線に沿って入力軸１４の軸心Ｃ方向に沿って往復移動されるため、第１，第２，第３従節ターレット６０，６２，６４が揺動回転する。これら前記第１，第２，第３従節ターレット６０，６２，６４の揺動回転は、回転軸３４，３６，３８を介して第１，第２，第３揺動アーム２６，２８，３０に伝達され、これら第１，第２，第３揺動アーム２６，２８，３０を揺動回転する。
【００２６】
このとき、第１ローラギアカム４８のテーパリブ５４は、第２，第３ローラギアカム５０，５２のテーパリブ５６，６８と異なる幾何学的形状をもって形成されているため、第１揺動アーム２６と第２，第３揺動アーム２８，３０とは異なるタイミングで揺動回転される。一方、第２，第３ローラギアカム５０，５２は、それぞれに形成されたテーパリブ５６，５８の幾何学的形状が同一に形成され、かつそれぞれの回転位相が同一となるように配置されているため、第２，第３揺動アーム２８，３０は同期して同一回転角で揺動回転される。
【００２７】
従って、図５の初期状態から図６に示すように前記第１揺動アーム２６が反時計回りに揺動回転されると、揺動先端部のカムフォロワ４２が第１案内溝２０を介して、スライド基面１８ａ上で移動テーブル１６を移動させようとする。このとき、互いに距離Ｌを隔てて形成した第２，第３案内溝２２，２４に第２，第３揺動アーム２８，３０のカムフォロワ４４，４６がそれぞれ係合しているため、移動テーブル１６はこれら第２，第３案内溝２２，２４のカムフォロワ４４，４６によってその移動方向が規制されて、当該移動テーブル１６はこれら第２，第３案内溝２２，２４が長く形成されているＹ方向で図中右方に直線的に移動する。
【００２８】
一方、前記図６の状態から図７に示すように前記第２，第３揺動アーム２８，３０が同期して時計回りに揺動回転されると、それぞれの揺動先端部のカムフォロワ４４，４６が第２，第３案内溝２２，２４を介して、スライド基面１８ａ上で移動テーブル１６を移動させようとする。このとき、前記第２，第３揺動アーム２８，３０は相互に距離Ｌ離れた位置で互いに同期して揺動されるため、かつ第１案内溝２０に第１揺動アーム２６のカムフォロワ４２が係合しているため、移動テーブル１６は第１案内溝２０のカムフォロワ４２によってその移動方向が規制されて、当該移動テーブル１６は第１案内溝２０が長く形成されているＸ方向で図中下方に直線的に移動する。
【００２９】
そして、図７の状態から図８に示すように第１揺動アーム２６が時計回りに揺動回転することにより、移動テーブル１６は図６とは逆方向の、Ｙ方向で図中左方に戻される。また、図８の状態から前記図５に示したように第２，第３揺動アーム２８，３０が反時計回りに揺動回転することにより、移動テーブル１６は図７とは逆方向の、Ｘ方向で図中上方に戻され、初期状態に復帰される。
【００３０】
従って、本実施形態の２次元運動生成装置１０にあっては、単一の入力軸１４の回転からスライド基面１８ａ上における移動テーブル１６のＸ方向およびＹ方向への２次元直線運動を生成することができる。そしてこのような運動を、移動テーブル１６自体に形成した第１，第２，第３案内溝２０，２２，２４に第１，第２，第３揺動アーム２６，２８，３０のカムフォロワ４２，４４，４６を直接係合させるというきわめて簡単な構成で得ることができる。従って、当該運動を生成するための構成部品数を削減できて、これにより２次元運動生成装置１０の耐久性を著しく向上できて導入伝達トルクを増大でき、また滑らかな作動を確保することができて運動装置１０の高速運転化を図ることができる。
【００３１】
図９から図１２は本発明の他の実施形態の２次元運動生成装置１０ａを示し、前記実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。図９は２次元運動生成装置の平面図、図１０は２次元運動生成装置の断面平面図、図１１は２次元運動生成装置の断面正面図、図１２は２次元運動生成装置の断面側面図である。
【００３２】
即ち、この実施形態の２次元運動生成装置１０ａは、前記実施形態と同様に入力軸１４の回転を、第１，第２，第３揺動変換機構６６，６８，７０を介して第１，第２，第３揺動アーム２６，２８，３０の揺動回転に変換されるようになっている。ここで、前記第１揺動変換機構６６と第２揺動変換機構６８とは、前記実施形態と同様に第１，第２ローラギアカム４８，５０と、カムフォロア６０ａ，６０ｂ、６２ａ，６２ｂを設けた第１，第２従節ターレット６０，６２とを備えたカム機構で構成されるが、第３揺動変換機構７０は、第２揺動アーム２８に一体回転可能に設けた第１ギア７２と、前記第３揺動アーム３０に一体回転可能に設けて前記第１ギア７２に噛合させた第２ギア７４とを備えたギア機構で構成してある。
【００３３】
従って、この実施形態の２次元運動生成装置１０ａにあっては、入力軸１４の回転は第１，第２ローラギアカム４８，５０と第１，第２従節ターレット６０，６２とを介して第１，第２揺動アーム２６，２８の揺動回転に変換される。一方、第３揺動変換機構７０が第１ギア７２と第２ギア７４とで構成されているので、第３揺動アーム３０には、互いに噛合されたこれら第１，第２ギア７２，７４を介して第２揺動アーム２８の揺動回転が伝達される。本実施形態では第１，第２ギア７２，７４は揺動回転に必要な回転角を伝達できる必要最小限の大きさで扇形に形成される。
【００３４】
ところで、前記第２，第３揺動アーム２８，３０は互いに逆方向に揺動回転されることになるが、これら第２，第３揺動アーム２８，３０は同期して回転されるので、移動テーブル１６を平行状態を保った状態でＸ方向およびＹ方向に直線移動させることができる。
【００３５】
図１から図８に示した前記実施形態にあっては、第２，第３案内溝２２，２４間に適宜間隔Ｌを設けるに、それぞれの案内溝２２，２４を分離して形成した場合を開示したが、これに限ることなく本実施形態に示すように両案内溝２２，２４を連続させて形成してもよい。
【００３６】
本実施形態にあっては、カム機構とギア機構とによる複合構成により、２次元運動生成装置１０を更に簡単な構造とすることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に示す２次元運動生成装置にあっては、入力軸回転を第１，第２，第３揺動変換機構を介して第１，第２，第３揺動アームの揺動運動に変換させ、第１揺動アームの係合部材を出力部材のＸ方向に長く形成した第１案内溝に係合させると共に、第２，第３揺動アームの係合部材を出力部材に互いに間隔を隔ててＹ方向に長く形成した第２，第３案内溝に係合させることによって、単一の入力軸の回転からスライド基面上における出力部材のＸ方向およびＹ方向への２次元直線運動を生成することができる。そしてこのような運動を、出力部材自体に形成した第１，第２，第３案内溝に第１，第２，第３揺動アームの係合部材を直接係合させるというきわめて簡単な構成で得ることができる。従って、当該運動を生成するための構成部品数を削減できて、これにより２次元運動生成装置の耐久性を著しく向上できて導入伝達トルクを増大でき、また滑らかな作動を確保することができて運動装置の高速運転化を図ることができる。
【００３８】
また、本発明の請求項２に示す２次元運動生成装置にあっては、前記第１，第２，第３揺動変換機構をカム機構により簡単な構成とすることができ、またカム機構によるスムーズな動作により２次元運動生成装置の耐久性をさらに向上させることができる。
【００３９】
更に、本発明の請求項３に示す２次元運動生成装置にあっては、カム機構とギア機構とによる複合構成により、２次元運動生成装置を更に簡単な機構で構成することができるという各種優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す２次元運動生成装置の平面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す２次元運動生成装置の断面平面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す２次元運動生成装置の断面正面図である。
【図４】本発明の一実施形態を示す２次元運動生成装置の断面側面図である。
【図５】本発明の一実施形態の２次元運動生成装置の初期状態を示す平面図である。
【図６】本発明の一実施形態で出力部材のＹ方向右方への移動状態を示す平面図である。
【図７】本発明の一実施形態で出力部材のＸ方向下方への移動状態を示す平面図である。
【図８】本発明の一実施形態で出力部材のＹ方向左方への移動状態を示す平面図である。
【図９】本発明の他の実施形態を示す２次元運動生成装置の平面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態を示す２次元運動生成装置の断面平面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態を示す２次元運動生成装置の断面正面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態を示す２次元運動生成装置の断面側面図である。
【符号の説明】
１０ ２次元運動生成装置
１１ ハウジング
１４ 入力軸
１６ 移動テーブル
１８ａ スライド基面
２０ 第１案内溝
２２ 第２案内溝
２４ 第３案内溝
２６ 第１揺動アーム
２８ 第２揺動アーム
３０ 第３揺動アーム
４２，４４，４６ カムフォロア
４８ 第１ローラギアカム
５０ 第２ローラギアカム
５２ 第３ローラギアカム
６０ 第１従節ターレット
６２ 第２従節ターレット
６４ 第３従節ターレット
６６ 第１揺動変換機構
６８ 第２揺動変換機構
７０ 第３揺動変換機構
７２ 第１ギア
７４ 第２ギア
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力軸回転を出力部材のＸ方向およびこれに対して直交するＹ方向の２次元運動に変換するようにした２次元運動生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の２次元運動生成装置としては、例えば実公平６−１６３６５号公報（Int.Cl.G12B 5/00）に開示されたものが知られている。この従来の装置は２基の駆動モータを備え、一方の駆動モータの回転軸に設けた第１アームと、更に他の第２アームとか連結板および第１レールとを用いて平行クランク機構を構成し、該第１レールに摺動可能に２個の第１，第２スライダを設ける一方、他方の駆動モータの回転軸に第３アームを設け、この第３アームに設けた第３スライダに摺動可能に取付けた第２レールを前記第１レールに対して直角に配置する。そして、出力部材となるテーブルに前記第１，第２スライダを固定すると共に、前記第２レールを固定するようになっている。
【０００３】
そして、一方の駆動モータを駆動して第１アームを回転することにより、平行クランク機構を介してテーブルに移動力を加え、このテーブルを第２レールと第３スライダにガイドさせてＸ方向に直線的に移動させる。一方、他方の駆動モータを駆動して第３アームを回転することにより、前記テーブルを第１レールと第１，第２スライダにガイドさせてＹ方向に直線的に移動させる。従って、前記２基の駆動モータをそれぞれ駆動することにより、前記テーブルをＸ，Ｙの２次元方向に直線的に移動できるようになっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の２次元運動生成装置にあっては、駆動モータつまり駆動源を２基設ける必要がある。また、これら駆動モータの回転をテーブルの２次元方向の移動に変換するにあたって、一方の駆動モータには第１アーム，第２アーム，連結板および第１レール等の複数の部材を用いて構成される平行クランク機構を連結すると共に、該第１レールをテーブルに取付けるための第１，第２スライダを設ける必要がある。一方、他方の駆動モータでは第３アーム，第３スライダおよびテーブルに取付けられる第２レールとを設ける必要がある。
【０００５】
従って、前記従来の装置では駆動源を２個必要とし、またこれら駆動源の回転からテーブルを２次元方向の移動に変換するための構成部品が著しく多くなり、かつ構成が複雑で、その分、故障の発生原因が増加し耐久性に劣ると共に、平行クランク機構の作動を伴うため、装置の高速運転を達成し難いという各種課題があった。
【０００６】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて、単一駆動源の回転運動を２次元方向の運動に変換できるようにし、かつこの変換を可能とする装置構成を簡単化し、耐久性が高くかつ高速運転が可能となる２次元運動生成装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために請求項１に示す本発明の２次元運動生成装置は、回転駆動力が入力される入力軸と、スライド基面上に、Ｘ方向およびこれと直交するＹ方向の２次元方向に移動自在に設けられた出力部材と、前記出力部材にＸ方向に長く形成された第１案内溝と、前記出力部材に互いに間隔を隔ててＹ方向に長く形成された第２，第３案内溝と、前記第１案内溝および前記第２，第３案内溝に、それぞれ係合部材を介して揺動先端部が係合された第１，第２，第３揺動アームと、前記入力軸回転を、前記第１揺動アームの揺動運動に変換する第１揺動変換機構と、前記入力軸回転を、前記第２，第３揺動アームの互いに同期する揺動運動に変換する第２，第３揺動変換機構と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に示す本発明の２次元運動生成装置は、前記第１揺動変換機構と前記第２，第３揺動変換機構とは、入力軸に一体回転可能に設けられ、外周面に所定の幾何学的曲線からなるテーパリブをそれぞれ形成した第１，第２，第３ローラギアカムと、これら第１，第２，第３ローラギアカムのテーパリブにカムフォロアを介して係合される第１，第２，第３従節ターレットとを備えたカム機構でそれぞれ構成したことを特徴とする。
【０００９】
更に、請求項３に示す本発明の２次元運動生成装置は、前記第１揺動変換機構と前記第２，第３揺動変換機構の一方とは、入力軸に一体回転可能に設けられ、外周面に所定の幾何学的曲線からなるテーパリブをそれぞれ形成した第１，第２ローラギアカムと、これら第１，第２ローラギアカムのテーパリブにカムフォロアを介して係合される第１，第２従節ターレットとを備えたカム機構でそれぞれ構成する一方、前記第２，第３揺動変換機構の他方は、前記第２，第３揺動アームそれぞれに一体回転可能に設けた第１，第２ギアを互いに噛合させたギア機構で構成したことを特徴とする。
【００１０】
以上の構成になる本発明の２次元運動生成装置の作用を、以下に述べる。
【００１１】
請求項１の２次元運動生成装置にあっては、入力軸の回転は第１揺動変換機構を介して第１揺動アームを揺動運動させると共に、第２，第３揺動変換機構を介して第２，第３揺動アームを揺動運動させる。
【００１２】
前記第１揺動アームが揺動運動されると、揺動先端部の係合部材が第１案内溝を介して、スライド基面上で出力部材を移動させようとする。このとき、互いに間隔を隔てて形成した第２，第３案内溝に第２，第３揺動アームの係合部材がそれぞれ係合しているため、出力部材はこれら第２，第３案内溝の係合部材によってその移動方向が規制されて、当該出力部材はこれら第２，第３案内溝が長く形成されているＹ方向に回転することなく直線的に移動する。
【００１３】
一方、前記第２，第３揺動アームが同期して揺動運動されると、それぞれの揺動先端部の係合部材が第２，第３案内溝を介して、スライド基面上で出力部材を移動させようとする。このとき、前記第２，第３揺動アームは相互に離れた位置で互いに同期して揺動されるため、かつ第１案内溝に第１揺動アームの係合部材が係合しているため、出力部材は第１案内溝の係合部材によってその移動方向が規制されて、当該出力部材は第１案内溝が長く形成されているＸ方向に回転することなく直線的に移動する。
【００１４】
また、請求項２の２次元運動生成装置にあっては、前記第１揺動変換機構と前記第２，第３揺動変換機構とを、入力軸に一体回転可能に設けられ、外周面に所定の幾何学的曲線からなるテーパリブをそれぞれ形成した第１，第２，第３ローラギアカムと、これら第１，第２，第３ローラギアカムのテーパリブにカムフォロアを介して係合される第１，第２，第３従節ターレットとを備えたカム機構でそれぞれ構成したので、入力軸の回転によって第１，第２，第３ローラギアカムがそれぞれ回転すると、それぞれのローラギアカムのテーパリブに係合したカムフォロアは、テーパリブの幾何学的曲線に沿って各第１，第２，第３従節ターレット周りに往復移動するため、これら第１，第２，第３従節ターレットが揺動回転される。従って、各第１，第２，第３従節ターレットの回転軸に第１，第２，第３揺動アームをそれぞれ取付けることにより、従節ターレットそれぞれの揺動回転を各揺動アームに伝達することができる。
【００１５】
更に、請求項３の２次元運動生成装置にあっては、前記第１揺動変換機構と前記第２，第３揺動変換機構の一方とを、入力軸に一体回転可能に設けられ、外周面に所定の幾何学的曲線からなるテーパリブをそれぞれ形成した第１，第２ローラギアカムと、これら第１，第２ローラギアカムのテーパリブにカムフォロアを介して係合される第１，第２従節ターレットとを備えたカム機構でそれぞれ構成したので、前記請求項２で述べたと同様に入力軸回転によってローラギアカムのテーパリブに係合されたカムフォロアは各第１，第２従節ターレット周りに往復移動してこれら第１，第２従節ターレットを揺動回転することができる。一方、前記第２，第３揺動変換機構の他方は、前記第２，第３揺動アームそれぞれに一体回転可能に設けた第１，第２ギアを互いに噛合させたギア機構で構成したので、第２揺動アームと第３揺動アームとの間では互いに噛合された第１ギアおよび第２ギアを介して揺動回転を伝達できるため、これら第２，第３揺動アームは互いに同期して逆方向に揺動回転される。このように、第２，第３揺動アームが逆方向に揺動回転した場合にも、それぞれを同期させておくことにより、出力部材を平行状態を保った状態でスライド基面上で上記Ｘ方向に回転することなく直線的に移動させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１から図８は本発明にかかる２次元運動生成装置の一実施形態を示し、図１は２次元運動生成装置の平面図、図２は２次元運動生成装置の断面平面図、図３は２次元運動生成装置の断面正面図、図４は２次元運動生成装置の断面側面図、図５から図８は２次元運動生成装置の作動状態を順を追ってそれぞれ示す平面図である。
【００１７】
即ち、本実施形態の２次元運動生成装置１０は、図１から図４に示すように箱型に形成されるハウジング１１を備え、このハウジング１１にベアリング１２，１２ａを介して入力軸１４が回転自在に取付けられると共に、該ハウジング１１の上面に出力部材としての移動テーブル１６が配置され、前記入力軸１４の回転によって、移動テーブル１６をＸ方向（図１中上下方向）およびこれに対して直交するＹ方向（図１中左右方向）へ２次元移動させるようになっている。
【００１８】
前記ハウジング１１の上面１１ａにはガイドブロック１８が固定され、該ガイドブロック１８の上面をスライド基面１８ａとして、このスライド基面１８ａ上に前記移動テーブル１６が相対移動自在に載置される。また、前記ガイドブロック１８の周縁部には、移動テーブル１６の上面に折り返される保持部１８ｂが形成され、この保持部１８ｂと前記スライド基面１８ａとの間に移動テーブル１６の周縁部をスライド可能に挟むことにより、該移動テーブル１６の離脱を防止するようになっている。
【００１９】
前記移動テーブル１６の図３中左端部の下面１６ａには、Ｘ方向に長溝となる第１案内溝２０が形成されると共に、該移動テーブル１６の中央部の下面および図中右端部の下面に、それぞれがＹ方向に長溝となる第２案内溝２２および第３案内溝２４が適宜間隔Ｌをもって形成される。
【００２０】
一方、前記スライドブロック１８には、前記第１，第２，第３案内溝２０，２２，２４の形成位置に対応して開口部１８ｃ，１８ｄ，１８ｅが形成され、これら開口部１８ｃ，１８ｄ，１８ｅにはそれぞれに対応して第１，第２，第３揺動アーム２６，２８，３０が配置される。このとき、第２，第３揺動アーム２８，３０も前記第２，第３案内溝２２，２４と同様に前記間隔Ｌ分だけ離隔される。前記第１，第２，第３揺動アーム２６，２８，３０は、ハウジング１１の上面１１ａおよび下面１１ｂに、それぞれベアリング３２，３２…を介して回転自在に支持された回転軸３４，３６，３８の上端部に、ビス４０，４０…を介して一体回転可能に取付けられる。
【００２１】
また、前記第１，第２，第３揺動アーム２６，２８，３０の先端部上側には、それぞれカムフォロア４２，４４，４６が回転自在に取付けられ、これらカムフォロア４２，４４，４６は、それぞれが対応する前記第１，第２，第３案内溝２０，２２，２４に摺動自在に係合される。
【００２２】
前記入力軸１４には、前記回転軸３４，３６，３８に対応する位置に第１，第２，第３ローラギアカム４８，５０，５２が一体回転可能に取付けられる。これら第１，第２，第３ローラギアカム４８，５０，５２は、外周面４８ａ，５０ａ，５２ａに所定の幾何学的曲面を成すテーパリブ５４，５６，５８が形成される。また、前記回転軸３４，３６，３８には、第１，第２，第３従節ターレット６０，６２，６４がそれぞれ対応して一体回転可能に取付けられる。
【００２３】
前記第１，第２，第３従節ターレット６０，６２，６４の外側には、それぞれ一対のカムフォロア６０ａ，６０ｂ、６２ａ，６２ｂ、６４ａ，６４ｂが所定間隔を設けて取付けられ、これら対を成すカムフォロア６０ａ，６０ｂ、６２ａ，６２ｂ、６４ａ，６４ｂは、前記テーパリブ５４，５６，５８の両側を挟み込むようにして係合される。そして、前記第１ローラギアカム４８と前記第１従節ターレット６０とによって第１揺動変換機構６６が構成され、前記第２ローラギアカム５０と前記第２従節ターレット６２とによって第２揺動変換機構６８が構成され、かつ、前記第３ローラギアカム５２と前記第３従節ターレット６４とによって第３揺動変換機構７０が構成される。
【００２４】
ここで、前記第２，第３ローラギアカム５０，５２は、それぞれに形成されたテーパリブ５６，５８の幾何学的形状が同一に形成され、かつ、それぞれの回転位相が同一となるように配置される。また、前記第１ローラギアカム４８は、テーパリブ５４が前記第２，第３ローラギアカム５０，５２のテーパリブ５６，５８とは異なる予め設定した幾何学的形状をもって形成される。
【００２５】
以上の構成により本実施形態の２次元運動生成装置１０にあっては、入力軸１４に回転駆動力が入力されると、該入力軸１４と共に第１，第２，第３ローラギアカム４８，５０，５２が同期して回転される。すると、それぞれのローラギアカム４８，５０，５２のテーパリブ５４，５６，５８に係合したカムフォロア６０ａ，６０ｂ、６２ａ，６２ｂ、６４ａ，６４ｂが、テーパリブ５４，５６，５８の幾何学的曲線に沿って入力軸１４の軸心Ｃ方向に沿って往復移動されるため、第１，第２，第３従節ターレット６０，６２，６４が揺動回転する。これら前記第１，第２，第３従節ターレット６０，６２，６４の揺動回転は、回転軸３４，３６，３８を介して第１，第２，第３揺動アーム２６，２８，３０に伝達され、これら第１，第２，第３揺動アーム２６，２８，３０を揺動回転する。
【００２６】
このとき、第１ローラギアカム４８のテーパリブ５４は、第２，第３ローラギアカム５０，５２のテーパリブ５６，６８と異なる幾何学的形状をもって形成されているため、第１揺動アーム２６と第２，第３揺動アーム２８，３０とは異なるタイミングで揺動回転される。一方、第２，第３ローラギアカム５０，５２は、それぞれに形成されたテーパリブ５６，５８の幾何学的形状が同一に形成され、かつそれぞれの回転位相が同一となるように配置されているため、第２，第３揺動アーム２８，３０は同期して同一回転角で揺動回転される。
【００２７】
従って、図５の初期状態から図６に示すように前記第１揺動アーム２６が反時計回りに揺動回転されると、揺動先端部のカムフォロワ４２が第１案内溝２０を介して、スライド基面１８ａ上で移動テーブル１６を移動させようとする。このとき、互いに距離Ｌを隔てて形成した第２，第３案内溝２２，２４に第２，第３揺動アーム２８，３０のカムフォロワ４４，４６がそれぞれ係合しているため、移動テーブル１６はこれら第２，第３案内溝２２，２４のカムフォロワ４４，４６によってその移動方向が規制されて、当該移動テーブル１６はこれら第２，第３案内溝２２，２４が長く形成されているＹ方向で図中右方に直線的に移動する。
【００２８】
一方、前記図６の状態から図７に示すように前記第２，第３揺動アーム２８，３０が同期して時計回りに揺動回転されると、それぞれの揺動先端部のカムフォロワ４４，４６が第２，第３案内溝２２，２４を介して、スライド基面１８ａ上で移動テーブル１６を移動させようとする。このとき、前記第２，第３揺動アーム２８，３０は相互に距離Ｌ離れた位置で互いに同期して揺動されるため、かつ第１案内溝２０に第１揺動アーム２６のカムフォロワ４２が係合しているため、移動テーブル１６は第１案内溝２０のカムフォロワ４２によってその移動方向が規制されて、当該移動テーブル１６は第１案内溝２０が長く形成されているＸ方向で図中下方に直線的に移動する。
【００２９】
そして、図７の状態から図８に示すように第１揺動アーム２６が時計回りに揺動回転することにより、移動テーブル１６は図６とは逆方向の、Ｙ方向で図中左方に戻される。また、図８の状態から前記図５に示したように第２，第３揺動アーム２８，３０が反時計回りに揺動回転することにより、移動テーブル１６は図７とは逆方向の、Ｘ方向で図中上方に戻され、初期状態に復帰される。
【００３０】
従って、本実施形態の２次元運動生成装置１０にあっては、単一の入力軸１４の回転からスライド基面１８ａ上における移動テーブル１６のＸ方向およびＹ方向への２次元直線運動を生成することができる。そしてこのような運動を、移動テーブル１６自体に形成した第１，第２，第３案内溝２０，２２，２４に第１，第２，第３揺動アーム２６，２８，３０のカムフォロワ４２，４４，４６を直接係合させるというきわめて簡単な構成で得ることができる。従って、当該運動を生成するための構成部品数を削減できて、これにより２次元運動生成装置１０の耐久性を著しく向上できて導入伝達トルクを増大でき、また滑らかな作動を確保することができて運動装置１０の高速運転化を図ることができる。
【００３１】
図９から図１２は本発明の他の実施形態の２次元運動生成装置１０ａを示し、前記実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。図９は２次元運動生成装置の平面図、図１０は２次元運動生成装置の断面平面図、図１１は２次元運動生成装置の断面正面図、図１２は２次元運動生成装置の断面側面図である。
【００３２】
即ち、この実施形態の２次元運動生成装置１０ａは、前記実施形態と同様に入力軸１４の回転を、第１，第２，第３揺動変換機構６６，６８，７０を介して第１，第２，第３揺動アーム２６，２８，３０の揺動回転に変換されるようになっている。ここで、前記第１揺動変換機構６６と第２揺動変換機構６８とは、前記実施形態と同様に第１，第２ローラギアカム４８，５０と、カムフォロア６０ａ，６０ｂ、６２ａ，６２ｂを設けた第１，第２従節ターレット６０，６２とを備えたカム機構で構成されるが、第３揺動変換機構７０は、第２揺動アーム２８に一体回転可能に設けた第１ギア７２と、前記第３揺動アーム３０に一体回転可能に設けて前記第１ギア７２に噛合させた第２ギア７４とを備えたギア機構で構成してある。
【００３３】
従って、この実施形態の２次元運動生成装置１０ａにあっては、入力軸１４の回転は第１，第２ローラギアカム４８，５０と第１，第２従節ターレット６０，６２とを介して第１，第２揺動アーム２６，２８の揺動回転に変換される。一方、第３揺動変換機構７０が第１ギア７２と第２ギア７４とで構成されているので、第３揺動アーム３０には、互いに噛合されたこれら第１，第２ギア７２，７４を介して第２揺動アーム２８の揺動回転が伝達される。本実施形態では第１，第２ギア７２，７４は揺動回転に必要な回転角を伝達できる必要最小限の大きさで扇形に形成される。
【００３４】
ところで、前記第２，第３揺動アーム２８，３０は互いに逆方向に揺動回転されることになるが、これら第２，第３揺動アーム２８，３０は同期して回転されるので、移動テーブル１６を平行状態を保った状態でＸ方向およびＹ方向に直線移動させることができる。
【００３５】
図１から図８に示した前記実施形態にあっては、第２，第３案内溝２２，２４間に適宜間隔Ｌを設けるに、それぞれの案内溝２２，２４を分離して形成した場合を開示したが、これに限ることなく本実施形態に示すように両案内溝２２，２４を連続させて形成してもよい。
【００３６】
本実施形態にあっては、カム機構とギア機構とによる複合構成により、２次元運動生成装置１０を更に簡単な構造とすることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に示す２次元運動生成装置にあっては、入力軸回転を第１，第２，第３揺動変換機構を介して第１，第２，第３揺動アームの揺動運動に変換させ、第１揺動アームの係合部材を出力部材のＸ方向に長く形成した第１案内溝に係合させると共に、第２，第３揺動アームの係合部材を出力部材に互いに間隔を隔ててＹ方向に長く形成した第２，第３案内溝に係合させることによって、単一の入力軸の回転からスライド基面上における出力部材のＸ方向およびＹ方向への２次元直線運動を生成することができる。そしてこのような運動を、出力部材自体に形成した第１，第２，第３案内溝に第１，第２，第３揺動アームの係合部材を直接係合させるというきわめて簡単な構成で得ることができる。従って、当該運動を生成するための構成部品数を削減できて、これにより２次元運動生成装置の耐久性を著しく向上できて導入伝達トルクを増大でき、また滑らかな作動を確保することができて運動装置の高速運転化を図ることができる。
【００３８】
また、本発明の請求項２に示す２次元運動生成装置にあっては、前記第１，第２，第３揺動変換機構をカム機構により簡単な構成とすることができ、またカム機構によるスムーズな動作により２次元運動生成装置の耐久性をさらに向上させることができる。
【００３９】
更に、本発明の請求項３に示す２次元運動生成装置にあっては、カム機構とギア機構とによる複合構成により、２次元運動生成装置を更に簡単な機構で構成することができるという各種優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す２次元運動生成装置の平面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す２次元運動生成装置の断面平面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す２次元運動生成装置の断面正面図である。
【図４】本発明の一実施形態を示す２次元運動生成装置の断面側面図である。
【図５】本発明の一実施形態の２次元運動生成装置の初期状態を示す平面図である。
【図６】本発明の一実施形態で出力部材のＹ方向右方への移動状態を示す平面図である。
【図７】本発明の一実施形態で出力部材のＸ方向下方への移動状態を示す平面図である。
【図８】本発明の一実施形態で出力部材のＹ方向左方への移動状態を示す平面図である。
【図９】本発明の他の実施形態を示す２次元運動生成装置の平面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態を示す２次元運動生成装置の断面平面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態を示す２次元運動生成装置の断面正面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態を示す２次元運動生成装置の断面側面図である。
【符号の説明】
１０ ２次元運動生成装置
１１ ハウジング
１４ 入力軸
１６ 移動テーブル
１８ａ スライド基面
２０ 第１案内溝
２２ 第２案内溝
２４ 第３案内溝
２６ 第１揺動アーム
２８ 第２揺動アーム
３０ 第３揺動アーム
４２，４４，４６ カムフォロア
４８ 第１ローラギアカム
５０ 第２ローラギアカム
５２ 第３ローラギアカム
６０ 第１従節ターレット
６２ 第２従節ターレット
６４ 第３従節ターレット
６６ 第１揺動変換機構
６８ 第２揺動変換機構
７０ 第３揺動変換機構
７２ 第１ギア
７４ 第２ギア
Claims (3)
- 回転駆動力が入力される入力軸と、
スライド基面上に、Ｘ方向およびこれと直交するＹ方向の２次元方向に移動自在に設けられた出力部材と、
前記出力部材にＸ方向に長く形成された第１案内溝と、
前記出力部材に互いに間隔を隔ててＹ方向に長く形成された第２，第３案内溝と、
前記第１案内溝および前記第２，第３案内溝に、それぞれ係合部材を介して揺動先端部が係合された第１，第２，第３揺動アームと、
前記入力軸回転を、前記第１揺動アームの揺動運動に変換する第１揺動変換機構と、
前記入力軸回転を、前記第２，第３揺動アームの互いに同期する揺動運動に変換する第２，第３揺動変換機構と、を備えたことを特徴とする２次元運動生成装置。 - 前記第１揺動変換機構と前記第２，第３揺動変換機構とは、入力軸に一体回転可能に設けられ、外周面に所定の幾何学的曲線からなるテーパリブをそれぞれ形成した第１，第２，第３ローラギアカムと、これら第１，第２，第３ローラギアカムのテーパリブにカムフォロアを介して係合される第１，第２，第３従節ターレットとを備えたカム機構でそれぞれ構成したことを特徴とする請求項１に記載の２次元運動生成装置。
- 前記第１揺動変換機構と前記第２，第３揺動変換機構の一方とは、入力軸に一体回転可能に設けられ、外周面に所定の幾何学的曲線からなるテーパリブをそれぞれ形成した第１，第２ローラギアカムと、これら第１，第２ローラギアカムのテーパリブにカムフォロアを介して係合される第１，第２従節ターレットとを備えたカム機構でそれぞれ構成する一方、
前記第２，第３揺動変換機構の他方は、前記第２，第３揺動アームそれぞれに一体回転可能に設けた第１，第２ギアを互いに噛合させたギア機構で構成したことを特徴とする請求項１に記載の２次元運動生成装置。
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