JPH06109093A - カム機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カムの高速回転に追随し、完全な直線運動に
変換するカム機構の改善。 【構成】 ２枚のカム１１、１２に接する２本の揺動ア
ーム２、３は、同一の支点軸２２で開閉自在に支持され
るハサミ様体である。揺動アームはそれぞれの一端には
カムの曲面と接触するローラ２１、３１を軸支し、支点
軸を隔てた他方に両者間を付勢する流体圧シリンダ４を
介装している。 【効果】 カム曲面の多少の加工誤差を吸収し必ずロー
ラが追随する。リンクなしでもカムによる揺動運動を完
全な直線運動に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種装置において回転運
動を直線運動に変換するカム機構に係る。

【０００２】

【従来の技術】駆動装置から駆動力を受け、これを直線
運動に変換する要素は多くの装置、機械において必要で
あり、この場合に使用される頻度の高いのがカム機構で
ある。たとえば図３に示すように１枚のカム１２ａの曲
面上で接触するローラ３１ａを一端に軸支するアーム３
ａは、支点軸２２ａにおいて回動自在に支持され、支点
軸に対してローラと反対方向の端部でピン１０１を介し
てリンク１０２と係合し、リンク１０２が他端において
直線運動体６ａと回動自在に係合している。この構成に
よってカムの回転運動は直線運動体６ａの直線運動に変
換されるのである。

【０００３】図３のカム機構においてカムの曲面にロー
ラが密着してその回転運動を正確に伝えるため、空圧シ
リンダ４ａを装置に固定してこの先端でアームを押圧し
ている。しかし、このような１枚のカムに１本のアーム
が接触する構造では、カムの回転数が増加して高速運動
となると、ローラがカムの曲面に完全に応動させるため
には空圧シリンダ４ａの押圧力を強くしなければなら
ず、そのためにカムの回転力を強くしなければならない
という欠点があった。

【０００４】この課題を解決するために提案されたのが
２枚のカムと、このカムにそれぞれ接触する２本の揺動
アームよりなる確動カム機構である。たとえば特開昭５
５−１２６１５３号公報は、図４に示すように回転軸１
ｂに位相を変えて並列固着した２枚のカム１１ｂ、１２
ｂよりなる駆動カムと、その駆動カムを両側より挟み、
一方側において前記第一のカム１１ｂと常に接触する第
一の接触平面１０３と、他方側において常に第二のカム
１２ｂと接触し、かつ、第一の接触平面と平行な第二の
接触平面１０４を有する二股状の従動節３ｂとによって
構成している。

【０００５】別の従来技術としては図５に示す特開昭５
２−７３２７２号公報もある。すなわち、回転軸１ｃに
よって回転する２枚のカム１１ｃ、１２ｃの曲面に接触
する２本のアーム２ｃ、３ｃの一端をスプリング１０５
で連結し、一方のアーム３ｃの他端は別の揺動ビーム１
０６に接触し、揺動ビーム１０６は該接触点側でスプリ
ング１０７で吊支され、他方で直線運動体６ｃと係合し
ている。このように２枚のカムとそれぞれ接触する２本
のアームの協動によって、高速に回転するカムの運動に
応動して直線運動に変換し、装置の高速化を実現する大
きな貢献を果しているのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図４の従来技術は１枚
のカム機構に比べると確かにカムの動きにアームが追随
するという進歩が認められるが、アーム（従動節３ｂ）
は一体物として形成され、２枚のカムの曲面に接触する
２面を具えているとは言え、両接触面間の間隔は固定し
た値に決められているから、やはりカム曲面の加工誤差
に伴うがたつきが全くないとは言えず、カム軸の回転が
高速となるにつれて振動、騒音などの懸念が完全に解消
したとは言い難い。また、このような構成では、直線運
動体側に何かの異常が発生して停止し、なお回転を続け
るカムとの間に急激な過負荷がかかったときに、これを
逃す方法がなくカム機構の破壊を防ぐ手段がないという
課題があり、結局、過負荷の発生する懸念の全くないよ
うな軽負荷の用途でしか適用できないという制約があ
る。同時にこの型式のカム機構はカムの回転運動を直線
運動に変換するとはいえ、直線運動は支点軸２２ｂを中
心とする回動運動によるのであるから、このままでは直
線運動体６ｂは厳密に言えば円弧を描いて回動すること
となり、円弧の膨らみが無視できない大型装置において
完全な直線運動を必要とするときには、リンクなどを介
装して装置の複雑化やがたつきの発生源をさらに増加す
るという負の要件を追加せざるを得ない。

【０００７】また、図５に示す従来技術についても、２
本のアームとこれに連接する揺動ビームとをスプリング
で連繋してがたつきを軽減した効果を謳っているが、ア
ーム３ｃの端部接触点は揺動ビーム１０６の上端部に接
触する自由端１０８であり、スプリングで支持している
とは言え高速のカム回転に対してはカム曲面での躍動が
避けられないから、振動、騒音の原因が全く解消したこ
とにはならないという課題が依然残っている。また、揺
動ビームの他端に係合した直線運動体６ｃは、厳密に言
えば支点１０９を中心とする円弧運動であり、前例同
様、直線運動体の作動軌跡が厳しく求められる装置に対
しては、このままでは適用できないという課題もある。

【０００８】本発明は以上に述べた課題を解決するため
に、カムの回転運動が高速であっても完全に追随して、
正確な直線運動に変換する他、直線運動体に何かの異常
が発生し停止しても対応が容易なカム機構の提供を目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るカム機構
は、同一の回転軸１へ位相をずらして取り付けられた２
枚のカム１１、１２とそれぞれのカムに接触して揺動す
る２本の揺動アーム２、３からなり、２本の揺動カムは
同一の支点軸２２を中心として開閉するハサミ様体であ
り、該揺動アーム２、３の一端にはそれぞれカムの曲面
と接触するローラ２１、３１を回転自在に軸支し、前記
支点軸２２を隔てた他方には両揺動アーム間へ伸縮自在
に流体圧シリンダ４を介装したことによって前記の課題
を解決した。

【００１０】また、この構成において、揺動アーム３の
ローラの３１と支点軸２２を隔てた反対側の端部で連結
輪６１を形成し、該連結輪６１の内側へ円板６２を回転
自在に嵌入し、円板の中心から偏心した位置に設けた円
孔へ回転自在に嵌入したピン６３は両端面を挾む箱体６
０の側面に設けた孔へ嵌合し、該箱体６０の直線方向へ
延出する脚部６４がガイド６５に穿孔した案内孔６６へ
摺動自在に嵌入し、箱体の反対側へ延出する脚部が直線
運動体６の接続部６７と固定していることがきわめて望
ましい。

【００１１】

【作用】本発明のカム機構は、共通の支点軸を中心とし
て開閉するハサミ様体の２本の揺動アームが、その一端
ではカムの曲面と接触するローラを具え、支点軸を越え
て反対側には両揺動アーム間に流体圧シリンダを介在さ
せているから、流体圧シリンダから揺動アームを外側へ
向かって押し広げるように圧力を加えると、支点軸を越
えた反対側のローラはそれぞれカムの曲面へ押し付けら
れるという作用が発揮される。通常の運転状態において
は、高速で回転するカムを両側から挟み込んだ２本の揺
動アームによって、カムの回転運動は完全に捉えられ他
方に係合する直線運動体６に正確に伝えらる。すなわ
ち、流体圧シリンダから複数の接触点で絶え間なく加わ
る押圧力があるため、ローラがカムの曲面上で躍動しよ
うとする作用を完全に阻止するのである。

【００１２】当然のことながら、流体圧シリンダで両揺
動アームを付勢しているのであるから、この流体圧シリ
ンダを利用して流体駆動の制御手段を連結し、過負荷検
出・解除機能さえ付加しておけば、直線運動体に異常が
発生しても速やかに対応できるという従来技術に見られ
なかった作用を付加することも可能である。

【００１３】カムの回転運動から直線運動体へ運動を伝
える点について、本発明では特に留意した構成を採って
いる。すなわち、図２（Ａ）（Ｂ）に示すようにレバー
３は支点軸２２を中心として距離Ｒの位置で直線運動体
６と接続し、直線運動体６にストロークＳの垂直運動を
与える。すなわち、レバー３はローラ３１と反対側端部
において連結輪６１を形成し、該連結輪へその中心から
偏心した貫通孔を有する円板６２を回動自在に内嵌し、
該貫通孔へ回動自在に内嵌したピン６３を箱体６０の両
側面に設けた円孔へ嵌合している。該箱体の脚部６７は
ガイド６５の案内孔６６に沿って直線方向へ摺動自在に
嵌入している。連結輪６１の中心Ｑは半径Ｒの円弧に沿
って運動するから垂直線に対しては円弧の高さＦだけの
ずれが生じる。中心Ｑが点Ｐ１にあるときに中心Ｑから
距離Ｅだけ偏心したピン６３の中心とＰ１とはθ１の角
度を形成しているが、中心Ｑが点Ｐ２へ移動したときに
はピン６３の中心と点Ｐ２との形成する角度はθ２とな
りピン６３が連結輪内で中心Ｑの回りを回動する。した
がってＥ＞Ｆの条件さえ満たされればレバー３の端部を
構成する連結輪６１が揺動すれば、直線運動体６に接続
する箱体６０はガイド６５に案内されて直線往復運動に
変換する作用を発揮するのである。

【００１４】

【実施例】図１は本発明実施例を示す斜視図（一部油圧
系統図）である。このカム機構の駆動は、従揺動アーム
２の先端で軸支するローラ２１が従カム１１の小径から
大径に沿うとき、主揺動アーム３の先端で軸支するロー
ラ３１は主カム１２の大径から小径に沿い、従揺動アー
ム２のローラ２１が従カム１１の大径から小径に沿うと
き主揺動アーム３のローラ３１は主カム１２の小径から
大径に沿うように２枚のカムの位相をずらしているから
２本の揺動アームが協動するのである。装置が正常に運
転している間は、流体圧シリンダ４の各室の圧力変動は
なく、両揺動アームの両ローラが両カムの曲面に密着し
てカムの回転に完全に追随して直線運動に変換する。す
なわち、両ローラで２枚のカムを挾むとは言え、従来技
術（図４）のように固定的に挟んでいるのではなく、ま
た、図５のように開放された自由端で接続しているので
もないから，カムの曲面に多少の加工誤差があったとし
ても流体圧シリンダによって吸収してローラが絶えずカ
ム曲面に圧接し、僅かなローラの躍動も発生しないとい
う相違点が現われる。

【００１５】カムの回転運動を直線運動体の直線運動に
変換する特別の作用については既に述べたが、大型の機
械、装置類に組み込んで使用される場合には、揺動アー
ム先端の円弧の軌跡が無視できないほど直線から乖離す
るから、特に大型のカム機構で寸法精度を必要とするす
る場合に実施すると大きな利点となる。カムの回転運動
を被駆動体の正確な直線運動に変換するためには、従来
リンク機構を主体として適用しているが、がたつきの生
じる要素を余分に加える結果となるので製品の精度を維
持する上で問題があり、また従来多用されてきた平面同
士間の摺動によるときは機械仕上げの点で難があってや
はり製品の精度維持の上で難点となりやすい。その点、
本実施例のような全面円周面上の回転摺動によって運動
を伝達する方式は、加工の容易さ、精度の確保とその持
続に有利である。

【００１６】本発明の実施例は大型の装置、特に強力に
作動する重機械に好適である。すなわち、従来技術のカ
ム機構に比べると、運転中のトラブルによって予期でき
ない過負荷に遭遇したとき、適切な対応をとることがで
きる特徴を具えている。図１はその一例を示すもので、
このように本発明のカム機構の流体圧シリンダ４へ流体
駆動制御装置５を連結した構成が好ましいが、図は流体
圧シリンダの作動を制御する油圧機構を例示したものに
過ぎず、その他の制御の方式と組み合わせてもよいこと
は言うまでもない。この例における流体駆動制御装置５
は、図において圧力検知器５１、過負荷弁５２、ポンプ
５３、作動検知器５４、ノンリークバルブ５５などの部
材と、これらを連繋する配管によって組み立てられてい
る。いま、従揺動アーム２のローラ２１が従カム１１の
小径から大径に沿っているときに、直線運動体６が何か
のトラブルによって停止したとすると、従揺動アーム２
のローラ２１は従カム１１から押圧力を受けるが、主揺
動アーム３は主カム１２からの押圧力を受けることがな
く直線運動体と共にほとんど動かないから従揺動アーム
２が支点軸２２の回りに回転して流体圧シリンダ４のロ
ッド４１を圧縮方向に押圧する。すなわち、従揺動アー
ム２へ支点軸２２を中心とした屈折力が働くから、シリ
ンダ側室内の圧力が増大し過負荷弁５２が作動してシリ
ンダ側室の圧力を排除して、従揺動アーム２に加わる屈
折力も消滅する。 主揺動アームのローラ３１が、主
カム１２の大径から小径に沿って作動しているから、過
負荷弁５２が作動すると、過負荷弁５２の作動検知器５
４から異常信号が発信されてカムの回転が緊急停止す
る。

【００１７】主揺動アーム３のローラ３１が主カム１２
の小径から大径に沿っているときに、直線運動体６に何
かのトラブルが生じて停止すると、従揺動アーム２のロ
ーラ２１が従カム１１の大径から小径に沿いながら主揺
動アーム３はほとんど動かないから、流体圧シリンダ４
のロッド４１が伸張し、ローラを介してカムを挾むよう
に押圧していた流体圧力が開放されて減少する。このた
めに圧力検知器５１が作動して異常信号を発信しカム回
転が緊急停止する。この場合には、従揺動アーム２を屈
折させる力が働かないから、流体圧力を開放する過負荷
弁を設ける必要はないのである。

【００１８】この実施例においては、流体圧シリンダ４
の圧力を流体駆動制御装置５によって０にすると、両揺
動アーム２、３を自由に回動できるからローラ２１、３
１や流体圧シリンダ４を交換したり補修するなどのメン
テナンス上に優れた利点がある。

【００１９】

【発明の効果】本発明にかかるカム機構は以上に述べた
とおり、高速回転するカムの曲面から確実にその作動を
受けて直線運動体に伝達する。カムの曲面に多少の加工
誤差があっても必ずローラが追随し、カムの曲面上でロ
ーラが離れて躍動することはない。運動の変換において
は、直線運動体への伝達が完全な直線に変えて行なわ
れ、しかも従来のようにリンク機構の助けを借りる必要
もないから、がたつき、振動の防止上、好条件となり、
連結空間を小さくし装置の小形軽量化を図ることができ
るという効果もある。また、大型装置で直線運動体に大
きな負荷のかかる部材として使用されたときには、運転
トラブルによってカム機構に過負荷がかかる非常時に、
カム機構を緊急停止し装置の破壊を防止する機能を付加
することができる。したがって本発明のカム機構は、大
型の重機械に適用すると最もその長所を生かすことがで
きると言える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の斜視図 （一部配管図）であ
る。

【図２】（Ａ）（Ｂ）によって本発明の運動変換装置の
作用を示す説明図である。

【図３】従来技術を示す正面図である。

【図４】別の従来技術を示す正面図である。

【図５】さらに別の従来技術を示す正面図である。

【符号の説明】

１ 回転軸 ２ 従揺動アーム ３ 主揺動アーム ４ 流体圧シリンダ ５ 流体駆動制御装置 ６ 直線運動体 11 従カム 12 主カム 21 従ローラ 22 支点軸 31 主ローラ 60 箱体 61 連結輪 62 円板 63 ピン 64 脚部 65 ガイド 66 案内孔 67 接続部（直線運動体）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一の回転軸１へ位相をずらして取り付
   けられた２枚のカム１１、１２とそれぞれのカムに接触
   して揺動する２本の揺動アーム２、３からなる確動カム
   において、２本の揺動アームは同一の支点軸２２を中心
   として開閉するハサミ様体であり、該揺動アーム２、３
   の一端にはそれぞれカムの曲面と接触するローラ２１、
   ３１を回転自在に軸支し、前記支点軸２２を隔てた他方
   には両揺動アーム間へ伸縮自在に流体圧シリンダ４を介
   装したことを特徴とするカム機構。
2. 【請求項２】 請求項１において、揺動アーム３はロー
   ラの３１と支点軸２２を隔てた反対側の端部に連結輪６
   １を形成し、該連結輪６１の内側へ円板６２を回転自在
   に嵌入し、円板の中心から偏心した位置に設けた円孔へ
   回転自在に嵌入したピン６３は両端面を挾む箱体６０の
   側面に設けた孔へ嵌合し、該箱体６０の直線方向へ延出
   する脚部６４がガイド６５に穿孔した案内孔６６へ摺動
   自在に嵌入し、箱体の反対側が直線運動体６の接続部６
   ７と固定していることを特徴とするカム機構。