JP6153769B2

JP6153769B2 - カム装置

Info

Publication number: JP6153769B2
Application number: JP2013102767A
Authority: JP
Inventors: 正明堀; 勝之飯田
Original assignee: Sankyo Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sankyo Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2017-06-28
Anticipated expiration: 2033-05-15
Also published as: JP2014224548A

Description

本発明はローラギアカム機構のカム装置に係り、特に等速性に優れたカム装置に関するものである。

印刷装置では、印刷ムラを無くすために、フィルムの送りには高精度での等速性が要求されており、これに応えて、従来から、送り機構の構成要素の一つとして特許文献１に示すような遊星ローラ減速装置が用いられている。

特開２００３−３０１９０５号公報特開２００２−５９３３０号公報

最近では、送りの高速化やタイミングの高精度制御も要求されているが、上記した遊星ローラ減速装置は摩擦伝達方式なので、送りローラへのトルクの伝達効率や回転量の制御に限界があり、それらの要求に応えることは難しい。
一方、特許文献２に示すように、ローラギアカムと、前記ローラギアカムのテーパリブと係合するカムフォロアが複数放射状に配置されたターレットとを備えた、ローラギアカム機構のカム装置は従来から割出用に利用されており、モーターからターレット側に機械的にころがり接触で回転力が伝達されると共に、ノンバックラッシ状態での伝達が実現されているので、トルクの伝達効率や回転量の制御の点からは優れている。しかしながら、このカム装置をフィルムの送りのように連続の処理乃至加工にそのまま適用するとなると、等速性にゆらぎが出てくる。

本発明は上記従来の問題に着目して為されたものであり、減速装置として連続の処理乃至加工に適用した場合にも、等速性にゆらぎの出ない、改善された有用なカム装置を提供することを、その目的とする。

本発明者らは、試行錯誤の結果、カムフォロアが受ける予圧の変動が等速性におけるゆらぎの発生に繋がっていること、さらには、複数のローラギアカムを利用し、それらの配置の決定に工夫を凝らすことで、ゆらぎの発生を抑制できることを見出し、以下の解決手段を提案するに至った。
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の発明は、ローラギアカムと、前記ローラギアカムのテーパリブと係合するカムフォロアが複数放射状に配置されたターレットとを備え、前記ローラギアカムの回転により軸方向に位相が変位するテーパリブに前記カムフォロアが順次係合することで前記ローラギアカムと前記ターレットとの間で回転運動が伝達されるカム装置において、
複数のローラギアカムを、カムフォロアが同時に受ける押し側の予圧の総和と引き側の予圧の総和の差を小さくする方向で互いに係合位相をずらして配置したことを特徴とするカム装置である。

請求項２の発明は、請求項１に記載したカム装置において、ターレット中心からローラギアカムの軸線への垂線を基準線とし、前記ローラギアカム側のテーパリブとそれらがそれぞれ当たって係合する前記ターレット側のカムフォロアの係合面との前記基準線方向の距離を予圧の代用値として利用して、この距離の総和の差が小さくなる方向で各ローラギアカムの係合位相を互いにずらして配置したことを特徴とするカム装置である。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載したカム装置において、同じ係合位相のローラギアカムを２個設け、各ローラギアカムを係合位相が互いに１８０度ずれた状態で配置したことを特徴とするカム装置である。

請求項４の発明は、請求項３に記載したカム装置において、カムフォロアの本数を奇数に設定し、各ローラギアカムをターレット中心に対して直径方向対称な位置に配置したことを特徴とするカム装置である。

請求項５の発明は、減速装置として利用することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載したカム装置である。

請求項６の発明は、請求項５に記載したカム装置において、複数のローラギアカムの駆動源が単一のモーターであることを特徴とするカム装置である。

本発明のカム装置を減速装置として利用すれば、トルクの伝達効率や回転量の制御の良さをそのまま生かしながら、連続の処理乃至加工に適用した場合にも等速性のゆらぎの発生が抑制される。
しかも、ローラギアカムを複数併用したことにより結果的にトルクも大きくできる。

第１の実施の形態に係るカム装置の一部断面平面図である。図１のカム装置の一つのローラギアカムが受ける予圧の説明図である。図２の一つのローラギアカムによる係合位相の変位に伴う予圧の変動を説明する図である。図１の二つのローラギアカムによる予圧の変動の抑制メカニズムを説明する図である。第２の実施の形態に係るカム装置の一部断面平面図である。第３の実施の形態に係るカム装置の一部断面平面図である。

本発明の第１の実施の形態に係るカム装置１について、図面にしたがって説明する。このカム装置１は、減速装置として利用されている。
図１に示すように、カム装置１では、ハウジング３内に以下の構成部材が組み込まれている。
軸受支持された出力軸（図示省略）の外周にドーナツ円盤状のターレット５が取付けられており、このターレット５の外周には複数（奇数）のカムフォロア７が放射状に等間隔をもって設けられている。各カムフォロア７は回転自在になっており、その回転方向がターレット５の回転方向の接線方向となるように位置決めされている。

ターレット５の中心に対して直径方向対称な位置に、第１ローラギアカム９と第２ローラギアカム１７が配置されている。これらのローラギアカム９、１７は同じ形状に成形されている。
第１ローラギアカム９の外周面にはテーパリブ１１が所定の幾何学的曲線をもって全体的に螺旋状に形成されている。ターレット５と第１ローラギアカム９とは直角のねじれ関係をもって配置されており、隣接するカムフォロア７、７どうしの間にテーパリブ１１が楔のように入り込んで係合するようになっている。
第１ローラギアカム９は円筒状になっており、軸受支持された第１入力軸１３が挿通している。第１入力軸１３の一端側には第１サーボモーター１５が連結されており、モーターからの回転駆動力が入力される。

この構成では、テーパリブ１１がその名の通りテーパ形状になっているので、第１入力軸１３とターレット５側の出力軸との軸間距離を近づけることで、モーターの駆動中、カムフォロア７、７がテーパリブ１１側から押し側と引き側の双方向側から予圧を常時受けて、ノンバックラッシが実現されている。
また、カムフォロア７が転がりながらテーパリブ１１に案内されてトルクを伝達するので、トルクがスムーズに伝達される。

而して、モーターの駆動中は、複数のカムフォロア７にテーパリブ１１が複数の箇所で同時に係合するが、上記した予圧は常に押し側と引き側とでバランスが取れているわけではない。
予圧の大きさについて、図２は係合の説明図に基づいて説明する。
この図では、カムフォロア７Ａ、７Ｂが押し側、すなわちカムフォロア７が荷重を受ける側で係合し、カムフォロア７Ｄ、７Ｅが引き側、すなわち回り止めにより隙間を発生させない側でテーパリブ１１に係合する直前の状態を示している。正確に言えば、この直前でも、係合しているが、説明の便宜のために、全てのカムフォロア７からテーパリブ１１を離している。

ターレット５の中心から第１ローラギアカム９の軸線方向（Ａ）への垂線を基準線（Ｓ）とする。テーパリブ１１は円周状に配置されたカムフォロア７に係合するために、その軸線方向（Ａ）の両端側に現れるテーパリブ１１Ａ、１１Ｄは大きく傾いている。そのため、上述したようにノンバックラッシを実現するために、第１ローラギアカム９とターレット５の軸間距離を近づけた場合、第１ローラギアカム９側のテーパリブ１１Ａ〜Ｄとそれらがそれぞれ当って係合するターレット５側のカムフォロア７、７……の係合面との基準線（Ｓ）方向の距離には差が出てくる。
基準線（Ｓ）方向の距離に差がある場合には、距離の小さい方が先に当たって係合するので、強く係合する、すなわち予圧が大きくなることになる。

結果として、カムフォロア７Ａ、７Ｂ、７Ｄ、７Ｅの同時係合時には、カムフォロア７Ａ、７Ｂが押し側、すなわちカムフォロア７が荷重を受ける側で予圧を受けるが、押し側では、カムフォロア７Ａにテーパリブ１１Ａが当るまでの基準線（Ｓ）方向の移動量（α１）と、カムフォロア７Ｂにテーパリブ１１Ｂが当るまでの基準線（Ｓ）方向の移動量（α２）を比較すると、α１＜α２となり、カムフォロア７Ａにテーパリブ１１Ａが当ってから、カムフォロア７Ｂにテーパリブ１１Ｂが当ることになり、カムフォロア７Ａがカムフォロア７Ｂより強く係合するので、カムフォロア７Ａの受ける予圧Ｐ（Ａ）はカムフォロア７Ｂの受ける予圧Ｐ（Ｂ）より大きくなっている。

一方、カムフォロア７Ｄ、７Ｅが引き側、すなわち回り止めにより隙間を発生させない側で予圧を受けるが、引き側では、カムフォロア７Ｅがテーパリブ１１Ｄに当るまでの基準線（Ｓ）方向の移動量（α３）と、カムフォロア７Ｄがテーパリブ１１Ｃに当るまでの基準線（Ｓ）方向の移動量（α４）を比較すると、α３＜α４となり、カムフォロア７Ｅがテーパリブ１１Ｄに当たってから、カムフォロア７Ｄがテーパリブ１１Ｃに当ることになり、カムフォロア７Ｅがカムフォロア７Ｄより強く係合するので、カムフォロア７Ｅの受ける予圧Ｐ（Ｅ）はカムフォロア７Ｄの予圧Ｐ（Ｄ）より大きくなっている。

図２で示す係合では、基準線（Ｓ）方向からの距離Ｐ（Ａ）、Ｐ（Ｅ）が等しく、Ｐ（Ｂ）、Ｐ（Ｄ）が等しいので、Ｐ（Ａ）＝Ｐ（Ｅ）、Ｐ（Ｂ）＝Ｐ（Ｄ）とで、押し側の予圧の総和と引き側の予圧の総和は等しくなっている。
一方、図３に示すように、第１ローラギアカム９が回転すると、テーパリブ１１の係合位相が変位する。
位相（１）では、カムフォロア７Ａ、７Ｂが押し側で、カムフォロア７Ｃ、７Ｄが引き側でそれぞれ回転しつつ、基準線（Ｓ）を挟んで対称に係合しており、
位相（２）では、カムフォロア７Ａ、７Ｂが押し側で、カムフォロア７Ｃ、７Ｄが引き側でそれぞれ回転しつつ、基準線（Ｓ）より右方側にずれた位置で対称的に係合しており、引き側のカムフォロア７Ｅがテーパリブ１１に当たる直前になっており、
位相（３）では、カムフォロア７Ａ、７Ｂが押し側で、カムフォロア７Ｄ、７Ｅが引き側でそれぞれ回転しつつ、基準線（Ｓ）を挟んで対称に係合しており、
位相（４）では、カムフォロア７Ｂ、７Ｃが押し側で、カムフォロア７Ｄ、７Ｅが引き側でそれぞれ回転しつつ、基準線（Ｓ）より左方側にずれた位置で対称的に係合しており、押し側のカムフォロア７Ａがテーパリブ１１から離脱する直前になっており、
位相（５）では、カムフォロア７Ｂ、７Ｃが押し側で、カムフォロア７Ｄ、７Ｅが引き側でそれぞれ回転しつつ、基準線（Ｓ）を挟んで対称に係合している。

すなわち、上記した変位で、Ｐ［位相（２）］では、予圧は押し側が大きく、Ｐ［位相（５）］では、予圧は引き側が大きくなって、予圧がアンバランスになる場合がある。

一方、図１のカム装置１における第２ローラギアカム１７側のテーパリブ１９は、第１ローラギアカム９側のテーパリブ１１と同じ幾何学的曲線をもって全体的に螺旋状に形成されている。第１ローラギアカム９と第２ローラギアカム１７は同じリード方向になっている。また、第２入力軸２１を回転駆動する第２サーボモーター２３は、第１ローラギアカム９側の第１サーボモーター１５と同期している。
第１ローラギアカム９側のテーパリブ１１に対して、第２ローラギアカム１７側のテーパリブ１９は、係合位相が１８０度ずれた状態で配置している。

この第１ローラギアカム９と、第２ローラギアカム１７のカムフォロア７との係合位相の変位は、図４に示すようになっている。
このとき、テーパリブ１１、１９の予圧がかかる部位の幅寸法と、それぞれのテーパリブ間距離を便宜的に等しく「１」に設定し、押し側と引き側双方向の距離の総和と、押し側、引き側それぞれの距離の総和を計算すると、□内に示す数値になっている。
一つのローラギアカムだけだと、押し側と引き側で距離が（２：４）、（４：２）とアンバランスとなるときが出てくるが、二つのローラギアカムを併用し、一方のローラギアカムが（２：４）のときに、他方のローラギアカムが（４：２）になっているので、押し側と引き側でそれぞれ距離を総和すると、（６：６）となり、押し側と引き側で距離の総和が等しくなってバランスが取れている。
上記した距離は予圧の大きさに比例するので、上記した距離関係に設定することで、予圧のバランスが取れていることになる。

このカム装置１では、上記したように、予圧のバランスを取ることで、等速性におけるゆらぎの発生が抑制されている。
また、第１ローラギアカム９と、第２ローラギアカム１７を二つ併用したことでトルクが二倍になっている。
さらに、カムフォロア７の本数が奇数になっているので、第１ローラギアカム９と、第２ローラギアカム１７をターレット５の直径方向に対称的に配置することができるので、ハウジング３を慣用的な四角形状に設定できている。

本発明の第２の実施の形態に係るカム装置２５を、図５に示す。
図５では、カム装置１と同じ構成部分は同じ符号を付すことで説明を省略する。
このカム装置２５は、第１の実施の形態に係るカム装置１と異なり、３つのローラギアカム２７、３１、３５が配されている。ローラギアカム２７にはサーボモーター２９が、ローラギアカム３１にはサーボモーター３３が、ローラギアカム３５にはサーボモーター３７がそれぞれ連結されている。
３つのローラギアカム２７、３１、３５が三角形を為すようにターレット５を囲んでおり、ハウジング３９はこれらローラギアカム２７、３１、３５を囲む部位では外方に突出した形状になっている。
各ローラギアカムの構成は、第１の実施の形態に係るローラギアカム９と同じになっている。
なお、ローラギアカム２７、３１、３５の係合箇所のバランスを上手く取るために、カムフォロア７は偶数に設定されている。

トルクを大きくしたい場合には、このようにローラギアカムの数を増やすことも可能である。ローラギアカム３１に対してローラギアカム２７が相方となって、互いに係合位相を１８０°ずらして配置されている。ローラギアカム３５には相方となるローラギアカムは設けられていないが、何らの考慮なしに、三つのローラギアカムを併用した場合に比べれば、トルクを大きくしながら、等速性のゆらぎの発生をある程度は抑えることができている。

本発明の第３の実施の形態に係るカム装置４１を、図６に示す。
図６では、カム装置１と同じ構成部分は同じ符号を付すことで説明を省略する。
このカム装置４１は、第１の実施の形態に係るカム装置１と異なり、共用サーボモーター４３が使用されている。この共用サーボモーター４３の出力軸がギア４５に連結され、ギア４５とギア４７は噛合し、ギア４５とギア４９は噛合し、ギア４９とギア５１は噛合している。ギア４９は支持部５３によりハウジング３内に回転可能に支持されており、ギア５１が第１ローラギアカム９側の第１入力軸１３に、ギア４７が第２ローラギアカム１７側の第２入力軸２１にそれぞれ連結されている。
このように、モーターを共用することで、安定した同期性を容易に確保することができる。

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的構成は、この実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更などがあっても発明に含まれる。
例えば、ローラギアカムの個数は複数であればよく、４個でも良い。
また、テーパリブの係合数も限定されず、カムの長さに応じて変えればよい。
さらに、入力軸とローラギアカムは同一部材で構成されていてもよい。
すなわち、特許請求されている形状的、物理的特徴等を満たすものであれば、従来からあるまたは将来案出されるその他の部位の形状的特徴を付加し、素材を任意に選択しても、本発明の範囲に含まれる。

１‥‥カム装置（第１の実施の形態）
３‥‥ハウジング５‥‥ターレット７‥‥カムフォロア
９‥‥第１ローラギアカム１１‥‥テーパリブ
１３‥‥第１入力軸１５‥‥第１サーボモーター
１７‥‥第２ローラギアカム１９‥‥テーパリブ
２１‥‥第２入力軸２３‥‥第２サーボモーター
２５‥‥カム装置（第２の実施の形態）
２７、３１、３５‥‥ローラギアカム２９、３３、３７‥‥サーボモーター
３９‥‥ハウジング
４１‥‥カム装置（第３の実施の形態）
４３‥‥共用サーボモーター４５、４７、４９、５１‥‥ギア

Claims

ローラギアカムと、前記ローラギアカムのテーパリブと係合するカムフォロアが複数放射状に配置されたターレットとを備え、前記ローラギアカムの回転により軸方向に位相が変位するテーパリブに前記カムフォロアが順次係合することで前記ローラギアカムと前記ターレットとの間で回転運動が伝達されるカム装置において、
複数のローラギアカムを、カムフォロアが同時に受ける押し側の予圧の総和と引き側の予圧の総和の差を小さくする方向で互いに係合位相をずらして配置したことを特徴とするカム装置。
請求項１に記載したカム装置において、
ターレット中心からローラギアカムの軸線への垂線を基準線とし、前記ローラギアカム側のテーパリブとそれらがそれぞれ当たって係合する前記ターレット側のカムフォロアの係合面との前記基準線方向の距離を予圧の代用値として利用して、この距離の総和の差が小さくなる方向で各ローラギアカムの係合位相を互いにずらして配置したことを特徴とするカム装置。
請求項１または２に記載したカム装置において、
同じ係合位相のローラギアカムを２個設け、各ローラギアカムを係合位相が互いに１８０度ずれた状態で配置したことを特徴とするカム装置。
請求項３に記載したカム装置において、
カムフォロアの本数を奇数に設定し、各ローラギアカムをターレット中心に対して直径方向対称な位置に配置したことを特徴とするカム装置。
減速装置として利用することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載したカム装置。
請求項５に記載したカム装置において、
複数のローラギアカムの駆動源が単一のモーターであることを特徴とするカム装置。