JP4267577B2

JP4267577B2 - 回転・揺動変換機構

Info

Publication number: JP4267577B2
Application number: JP2004570127A
Authority: JP
Inventors: 修川合
Original assignee: Techno Science Co Ltd
Current assignee: Techno Science Co Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: WO2004088172A1; EP1610033B1; JPWO2004088172A1; ATE474159T1; CN1759262A; CA2515800C; EP1610033A1; DE60333397D1; US20060169070A1; CN100436874C; EP1610033A4; AU2003220942A1; CA2515800A1

Description

【技術分野】
本発明は、回転運動と揺動運動（往復回動運動）を相互に変換する機構に関する。
【背景技術】
回転運動と揺動運動を相互に変換する回転・揺動変換機構は、各種機械において用いられている。図６には、従来の回転・揺動変換機構の一例を示す。この回転・揺動変換機構１００は、回転軸１０１と、揺動部材１０２と、楕円板１０３から構成され、回転軸１０１の連続回転運動を揺動部材１０２の揺動運動に変換するものである。揺動部材１０２は、断面楕円形状の内壁面１０４を有するすり鉢状（円錐状）の部材であり、その頂部１０２Ａにおいて、軸受１０５を介して回転軸１０１に取り付けられている。これにより、回転軸１０１は、揺動部材１０２に対して軸回転することができる。また、揺動部材１０２は、回転軸１０１に対して揺動可能となっている。つまり、揺動部材１０２の中心軸は、回転軸１０１上の中立位置から、回転軸１０１に対して傾いた位置をとることができる。楕円板１０３は、回転軸１０１の軸回りに、楕円の中心よりも偏心した位置で固定されている。
図７には、この回転・揺動変換機構１００の動作を示す。図７（Ａ）に示すように、回転軸１０１が回転の初期位置にあるとき、楕円板１０３の先端部１０３Ａは、右方向を向いて、揺動部材１０２の内壁面右側部分１０４Ａと接している。これにより、揺動部材１０２は、揺動の揺動の右側限界に押しやられている。この状態から、回転軸１０１を時計回転方向に回転させると、楕円板１０３は、図７（Ａ）に矢印で示すように回転していき、図７（Ａ）に一点鎖線で示すように、揺動部材１０２の内壁面左側部分１０４Ｂに接するに至る。
この状態から、回転軸１０１が更に回転すると、楕円板１０３は揺動部材１０２を左方向に押していく。これにより、揺動部材１０２は、図７（Ｂ）に実線で示す揺動の左側限界まで押しやられる。ここから、更に回転軸１０１が回転すると、楕円板１０３は、再び、揺動部材１０２の内壁面右側部分１０４Ａに接するに至り、揺動部材１０２を右方向に押していく。このようにして、揺動部材１０２は、回転軸２の連続回転運動にしたがって、図７（Ｂ）に一点鎖線で示す揺動の右側限界と、図７（Ｂ）に実線で示す揺動の左側限界との間で、左右に揺動運動を行う。
しかしながら、このような従来の回転・揺動変換機構１００には、次のような問題点がある。まず、回転・揺動変換機構１００では、回転軸１０１と揺動部材１０２の間に楕円板１０３を介在させているので、揺動部材１０２の揺動角度を大きくとることができない。すなわち、楕円板１０３を回転軸１０１の回りでバランスよく回転させるためには、回転軸１０１の中心から楕円板１０３の基端部１０３Ｂの長さｌ（図７（Ｂ）参照）を、ある程度以上、確保する必要がある。このため、揺動部材１０２の揺動角度を大きくするのには限界がある。
また、回転・揺動変換機構１００では、回転軸１０１の回転動作の一部しか揺動部材１０２の揺動に変換されない。すなわち、例えば図７（Ａ）において、楕円板１０３が実線で示す位置から一点鎖線で示す位置に移動する間は、楕円板１０３は揺動部材１０２に接触しないので、この間の回転軸１０１の回転は、揺動部材１０２の揺動に寄与しない。このため、回転・揺動変換機構１００は、回転軸１０１の回転力が、揺動部材１０２の揺動力に効率よく変換されているとは言えない。
本発明は、上記事実に鑑みなされたもので、簡素な構成で、回転運動を大きな角度の揺動運動に変換しうる回転・揺動変換機構を提供することを目的とする。また、本発明は、回転軸に与えられた回転トルクを効率よく揺動トルクに変換しうる回転・揺動変換機構を提供することを目的とする。
【発明の開示】
本発明は、回転・揺動変換機構において、回転中心軸線の回りで回転可能な回転軸と、軸回りで往復回動可能な揺動軸と、前記揺動軸に取り付けられた揺動部材とを備え、前記回転軸に、前記回転中心軸線に対して傾いた傾斜部を設け、前記揺動部材に、前記傾斜部の両側に配置される一対の挟持面を設けた。このような構成により、回転軸が回転すると、傾斜部は、回転中心軸線の回りで回転しながら向きを変えていき、向きを変えた側に配置された挟持面に接し、この挟持面を押圧して、揺動部材を傾かせる。これにより、回転軸の回転に伴って、揺動部材は左右に揺動し、この揺動部材の揺動にしたがって、揺動軸には往復回動運動が与えられる。このように、本発明によれば、回転軸と揺動軸と揺動部材からなる簡素な構成で、回転軸の回転運動を揺動部材の揺動運動（揺動軸の往復回動運動）に変換できる。
また、本発明では、前記揺動軸は、前記傾斜部の基端の側方に配置され、前記回転中心軸線と直交する方向に延びていてもよい。これにより、揺動部材の揺動幅（揺動の最大角度）及び揺動軸の回動幅（回動の最大角度）は、傾斜部の回転中心軸線に対する傾斜角度と等しくできる。したがって、揺動部材の揺動幅（揺動軸の回動幅）の設定及び変更は、傾斜部の傾斜角度の変更により容易に行える。また、揺動幅として、大きな角度を設定することができる。
前記一対の挟持面は、前記傾斜部の両側に僅かな隙間をもって配置されていてもよい。これにより、回転軸の回転運動中、略全ての時間にわたって傾斜部が挟持面に接し続けるようにできるので、回転軸の回転を無駄なく揺動軸の揺動に変換することができる。したがって、回転軸の回転トルクを、効率よく、揺動軸の揺動トルクに変換できる。
前記一対の挟持面は、前記傾斜部の両側に前記傾斜部と略平行に配置されていてもよい。これにより、傾斜部が挟持面に広い範囲で接するようにできるので、揺動部材を安定的に揺動運動させることができ、安定した回転・揺動変換を行える。
前記揺動部材は、一対の板状の挟持部を備えた断面Ｕ字型の部材であり、前記傾斜部は、前記断面Ｕ字型の部材の底部に形成された開口部から前記挟持部の間に挿入されていてもよい。
前記開口部は、前記断面Ｕ字型の部材の底部の略中央に形成されていてもよい。
前記断面Ｕ字型の部材の底部は、前記回転軸の回転中心軸線と直交して配置されていてもよい。
前記断面Ｕ字型の部材は、底部の両側を、前記揺動軸と、前記揺動軸と略同一直線状に配置された支持軸により支持されていてもよい。
前記揺動軸及び前記支持軸は、前記断面Ｕ字型の部材の底部内側面に取り付けられていてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
図１から図３には、本発明の回転・揺動変換機構１の一実施形態を示す。図示されるように、回転・揺動変換機構１は、主として、回転中心軸線回りで回動する回転軸２と、軸回りで往復回動する揺動軸３と、回転軸２と揺動軸３とを連結する揺動部材４とから構成される。
回転軸２の基端側は、回転軸２の回転中心軸線に沿って延びる垂直部２Ａとなっている。この垂直部２Ａは、連続回転運動をするモータ１０に連結される。これにより、回転軸２には、モータ１０により、回転中心軸線の回りの連続回転運動が与えられる。なお、垂直部２Ａは、軸受５を介して、図示されないハウジングに、回転可能に支持されている。
一方、回転軸２の先端側は、屈曲部２Ｂにおいて、所定の傾斜角度αで屈曲している。これにより、屈曲部２Ｂより先端側の部分は、回転中心軸線に対して角度αで傾斜した傾斜部２Ｃとなっている。
揺動部材４は、断面Ｕ字型の部材で、下端の湾曲した底部４Ａと、この底部４Ａから略平行に延び出す板状の挟持部４Ｂ、４Ｃとからなる。挟持部４Ｂ、４Ｃは、これらの間に回転軸２の傾斜部２Ｃを挟み込む部分であって、回転軸２の径よりも僅かに大きな間隔をもって配置されている。挟持部４Ｂ、４Ｃの傾斜部２Ｃと相対する面は、挟持面４Ｄ、４Ｅである。底部４Ａの略中央から挟持部４Ｂ、４Ｃの一部にかけては、開口部４Ｆが形成されている。回転軸２の傾斜部２Ｃは、この開口部４Ｆから、挟持部４Ｂ、４Ｃの間に挿入されている。ここで、挟持面４Ｄ、４Ｅは、傾斜部２Ｃから僅かな隙間をもって、傾斜部２Ｃと平行に配置される。
詳しくは後述するように（図４及び図５の説明参照）、回転・揺動変換機構１の動作時に、回転軸２が回転運動すると、傾斜部２Ｃが揺動部材４の挟持面４Ｄ、４Ｅと接して、挟持面４Ｄ、４Ｅ上を摺動しながら揺動部材４を押圧することにより、揺動部材４が揺動運動する。この場合、揺動部材４は、中立位置（図２の状態）の片側について傾斜部２Ｃの傾斜角度αと等しい角度まで揺動する（図３参照）。したがって、揺動部材４の揺動の最大角度（揺動幅）は、傾斜部２Ｃの傾斜角度αを変更することにより、容易に変更できる。また、従来の回転・揺動変換機構に比較して、揺動幅を大きな角度とすることができる。具体的に、揺動の最大角度は、中立位置の片側について０度〜８０度（両側で０度〜１６０度）程度の範囲で、任意に設定できる。本実施形態では、傾斜角度αは８０度としている。
揺動部材４は、揺動軸３と支持軸６によって両側から支持される。これにより、揺動部材４は、揺動軸３及び支持軸６を中心として揺動可能となっている。揺動軸３の端部３Ａは、揺動部材４の一方の側部において、底部４Ａの内側に固定される。一方、支持軸６の端部６Ａは、揺動部材４の反対側の側部において、底部４Ａの内側に固定される。これにより、揺動軸３と支持軸６は、先端同士が相対するように、同一直線状に配置される。また、揺動軸３と支持軸６は、それぞれ軸受７と軸受８により、図示されないハウジングに対して、回転可能に支持される。この場合、回転軸２の屈曲部２Ｂ（すなわち傾斜部２Ｃの基端）が、揺動軸３及び支持軸６の側方に配置されるようにする。これにより、揺動部材４は、回転軸２の傾斜部２Ｃの傾斜角度αと等しい角度まで、揺動する。
揺動軸３は、図示されない揺動運動させるべき対象（例えば何らかの工具等）に連結される。揺動部材４が揺動運動すると、揺動軸３は揺動部材４と同じ角度で往復回動運動し、この往復回動運動が、揺動させるべき対象に伝達される。
次に、図４及び図５にしたがって、回転・揺動変換機構１の動作について説明する。
図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）には、揺動部材４が中立位置にある状態を示す。この中立位置では、回転軸２の傾斜部２Ｃは、揺動軸３と垂直な平面内にあり、揺動部材４は、回転軸２の回転中心軸線（垂直部２Ａの軸線）の方向に起立している。この場合、傾斜部２Ｃが、揺動軸３側を向いている場合（実線及び破線で示す）と、支持軸６側を向いている場合（図に一点鎖線で示す）とがある。以下の説明では、傾斜部２Ｃが揺動軸３側を向いている状態を初期状態とする。
この初期状態から、回転軸２が図４及び図５で反時計回り方向に回転していくと、傾斜部２Ｃは、挟持部４Ｂ内側の挟持面４Ｄに沿って滑りながら、図の右側を向いていく。この場合、揺動軸３の軸線方向から見た傾斜部２Ｃの傾斜角度は徐々に増大して行く。このため、揺動部材４は、傾斜部２Ｃに押されて、徐々に図の右側へと傾斜していく。揺動軸３は、揺動部材４と共に、時計回転方向に回動する。
このようにして、図４（Ｃ）に示すように、傾斜部２Ｃが揺動軸３と垂直方向を向く位置まで回転すると、揺動部材４は、揺動の右側限界に達する。つまり、揺動部材４は、傾斜部２Ｃの傾斜角度αで右側に傾いた状態となり、また揺動軸３は回動角度αで時計回転方向へ回動した状態となる。
この状態から、更に回転軸２が回転していくと、傾斜部２Ｃは、挟持部４Ｃ内側の挟持面４Ｅに沿って滑りながら、中立位置に戻って行く。この場合、揺動軸３の軸線方向から見た傾斜部２Ｃの傾斜角度は、徐々に減少していくので、揺動部材４は、傾斜部２Ｃに押されて、徐々に起立していく。また、揺動軸３は、反時計回転方向に回動する。このようにして、傾斜部２Ｃが、図４（Ｂ）に一点鎖線で示す位置に戻ると、揺動部材４は再び中立位置に戻る。
この中立位置から、回転軸２が更に回転していくと、回転・揺動変換機構１は、揺動部材４が右側へ傾動したのと対称な動作を、左側に行う。つまり、傾斜部２Ｃは、今度は左側に向けて動いていき、これにしたがって、揺動部材４は左側に傾き、揺動軸３は反時計回転方向に回動していく。傾斜部２Ｃが図４（Ａ）に示す位置に達すると、揺動部材４は左側に最大角度（−α）に傾き、揺動軸３の反時計回転方向への揺動は最大角度（−α）となる。この最大揺動位置を過ぎると、傾斜部２Ｃは、図４（Ｂ）に実線及び破線で示す初期位置に向けて動いていく。これにより、揺動部材４は起立していき、揺動軸３は時計回転方向へ回動する。傾斜部２Ｃが図４（Ｂ）に示す初期位置に戻ると、揺動の１サイクル（左右への角度α×２の揺動１回）が終了する。
このように、本実施形態の回転・揺動変換機構１によれば、回転軸２の１回転（３６０度回転）を、揺動軸３の１サイクルの往復回動（揺動部材４の左右への角度αの揺動）に変換することができる。この場合、揺動軸３の回動角度の幅（揺動部材４の揺動角度の幅）は、回転軸２の傾斜部２Ｃの傾斜角度αと等しいので、この傾斜角度αを変更することによって、容易に設定及び変更することができる。また、この回動幅（揺動幅）は、大きな角度に至るまで、非常に広い範囲で設定しうる。具体的に、傾斜部２Ｃの傾斜角度は０度〜８０度程度の範囲で変更することが可能であるので、揺動軸３の回動幅は、０度〜１６０度の広い範囲で設定しうる。
また、回転軸２の回転運動は、全体が、回転軸３の回動動作（揺動部材４の揺動動作）に変換される。つまり、回転軸２の回転動作中、略全ての時間にわたって傾斜部２Ｃは揺動部材４の挟持面４Ｄ又は４Ｅに接して、揺動部材４を動かし続けているので、回転軸２の回転動作で、揺動部材４の揺動動作に寄与しない部分はなく、回転軸２に与えられた回転トルクは、無駄なく、揺動軸３の揺動に使われる。したがって、効率の良い回転・揺動変換をすることができる。
また、回転・揺動変換機構１は、回転軸２と揺動軸３と揺動部材４とからなる簡素な構成のものであるので、部品点数及び製造工数が少なくてすみ、低コストで高性能な回転・揺動機構１を提供できる。
なお、上記実施形態では、回転・揺動変換機構１を、回転運動を揺動運動（往復回動運動）に変換する機構として説明したが、回転・揺動変換機構１は、揺動運動（往復回動運動）を回転運動に変換する機構としても使用しうる。また、変換された揺動運動は、揺動軸３を介して取り出すのでなく、揺動部材４から直接取り出すようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の回転・揺動変換機構がモータに取り付けられた状態を示す正面図である。
【図２】同じく本発明の実施形態の回転・揺動変換機構がモータに取り付けられた状態を示す側面図であり、揺動部材が中立位置にある状態を示す。
【図３】同じく本発明の実施形態の回転・揺動変換機構がモータに取り付けられた状態を示す側面図であり、揺動部材が左右の限界まで揺動した状態を示す。
【図４】同じく本発明の実施形態の回転・揺動変換機構を示す斜視図であり、（Ａ）は揺動部材が左側の限界まで揺動した状態を、（Ｂ）は揺動部材が中立位置にある状態を、（Ｃ）は揺動部材が右側の限界まで揺動した状態を、それぞれ示す。
【図５】同じく本発明の実施形態の回転・揺動変換機構を示す平面図であり、（Ａ）は揺動部材が左側の限界まで揺動した状態を、（Ｂ）は揺動部材が中立位置にある状態を、（Ｃ）は揺動部材が右側の限界まで揺動した状態を、それぞれ示す。
【図６】従来の回転・揺動変換機構を示す斜視図である。
【図７】従来の回転・揺動変換機構を示す断面図である。

Claims

回転中心軸線の回りで回転可能な回転軸と、
軸回りで往復回動可能な揺動軸と、
前記揺動軸に取り付けられた揺動部材とを備え、
前記回転軸に、屈曲部と前記回転中心軸線に対して傾いた傾斜部を設け、
前記屈曲部を前記揺動軸の軸線上に配置し、
前記揺動部材に、前記傾斜部の両側に配置される一対の挟持面を設けた回転・揺動変換機構。
前記揺動軸は、前記回転中心軸線と直交する方向に延びている請求項１に記載の回転・揺動変換機構。
前記一対の挟持面は、前記傾斜部の両側に僅かな隙間をもって配置されている請求項１又は請求項２に記載の回転・揺動変換機構。
前記一対の挟持面は、前記傾斜部の両側に前記傾斜部と略平行に配置されている請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の回転・揺動変換機構。
前記揺動部材は、一対の板状の挟持部を備えた断面Ｕ字型の部材であり、前記傾斜部は、前記断面Ｕ字型の部材の底部に形成された開口部から前記挟持部の間に挿入されている請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の回転・揺動変換機構。
前記開口部は、前記断面Ｕ字型の部材の底部の略中央に形成されている請求項５に記載の回転・揺動変換機構。
前記断面Ｕ字型の部材の底部は、前記回転軸の回転中心軸線と直交して配置されている請求項５又は請求項６に記載の回転・揺動変換機構。
前記断面Ｕ字型の部材は、底部の両側を、前記揺動軸と、前記揺動軸と略同一直線状に配置された支持軸により支持されている請求項５から請求項７のいずれか一つに記載の回転・揺動変換機構。
前記揺動軸及び前記支持軸は、前記断面Ｕ字型の部材の底部内側面に取り付けられている請求項８に記載の回転・揺動変換機構。