JPH0689825B2 - 運動変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は連続的な回転運動を間欠的回転運動、揺動回転
運動等の特殊な回転運動、或いはこれら回転運動同士、
若しくはこれら回転運動と直線運動とを組合わせたよう
な運動等の所定形式の運動に変換するための運動変換装
置に関するものである。

従来の技術及び発明が解決しようとする問題点 一般に上記運動変換装置は、モータ等の駆動装置に連結
される入力軸と、ターンテーブル或いはコンベヤ等の被
駆動体に連結される出力軸とを備え、入力軸の連続回転
運動を伝動カム装置によつて上記した如き所定形式の運
動に変換し、この変換された運動を出力軸を介して被駆
動体に伝達する構成になつている。しかして上記の如く
入力軸の連続的回転運動を出力軸の所定形式の運動に変
換する運動変換装置においては、その作動時に出力軸に
作用するトルクが常えず変動すると共に、そのトルクの
反力が変動トルクとして入力軸に作用する。上記の入力
軸に作用する変動トルクは特に高速作動時に大きくな
り、入力軸の均一な回転を妨げて作動時の振動及びそれ
に伴う作動誤差を生じる要因になるとともに、その変動
トルクを補うために大きな動力を生じる大きな駆動装置
を使用したり伝動カム装置を大きくしたりすることが必
要になるとの問題点があつた。

特公昭60−32058号公報には上記問題点を解決する運動
変換装置が示されている。即ちこの装置は、伝動カム装
置とは別のトルク補償カム装置を入力軸に取付けてこの
トルク補償カム装置によつて慣性質量体を回転させるよ
う構成し、入力軸に作用する上記変動トルクを、トルク
補償カム装置によつて慣性質量体を回転させるときに入
力軸に加えられる変動トルクによつて相殺する構成にし
たものである。しかしながら、この運動変換装置には、
入力軸に大きな変動トルクが作用するときにはこれに対
応して慣性質量体を大きなものにしなければならず、装
置が大型化してしまうとの問題点があつた。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決する運動変換装
置を提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明は、伝動カム装置を介して入力軸の連続回転運動
を出力軸の所定形状の運動に変換する運動変換装置にお
いて、カムとカムフオロワとを有しカムが入力軸に連結
されるとともに、カムフォロワがローラ部とそのローラ
部を転動可能に支持する中心軸とを有するローラフォロ
ワから構成されているトルク補償カム装置と、トルク補
償カム装置に負荷を加えるための負荷体を構成する気体
圧シリンダ装置とを備え、上記気体圧シリンダ装置が、
気体圧が導入されるシリンダと、そのシリンダ内に収容
されていて上記カムフオロワの中心軸に直結され、シリ
ンダ内に導入された気体の圧力によつてカムフォロワの
ローラ部のカムのカム面に接触させる方向へ押圧される
とともに、カムが回転したときにカム面の形状に応じて
その気体を圧縮、膨張させつつシリンダ内で往復移動可
能になつているピストンとを有しており、上記伝動カム
装置を介して入力軸の運動を出力軸の運動に変換すると
きに入力軸に作用する変動トルクを、上記トルク補償カ
ム装置の作動及びそれに伴う上記ピストのシリンダ内で
の往復移動により入力軸に加えられる変動トルクによつ
て相殺する構成にすることによつて、上記従来技術の問
題点を解決する。

実施例 以下本発明の実施例を添付図面によつて説明する。

第１図及び第２図は、本発明の第１実施例を示すもので
ある。この第１実施例の運動変換装置Ａは、駆動装置即
ちモータ17によつて駆動される入力軸１の連続回転運動
を伝動カム装置３を介して出力軸２の間欠的回転運動に
変換するための間欠駆動装置として構成されている。上
記モータ17と入力軸１とは、モータ17の回転軸17aに嵌
着されたプーリ19と、締結部材18を介して入力軸１に嵌
着されたプーリ20と、これらプーリ19,20間に巻掛けら
れたベルト21とを介して作動的に連結され、モータ17に
よつて入力軸１を連続的に回転駆動するようになつてい
る。

また、上記伝動カム装置３の主動部材は、入力軸１に連
結された立体カム７（図示実施例ではローラギヤカム）
より構成され、一方その従動部材は、立体カム７に順次
係合する複数のカムフオロワ５を周縁に突設したターレ
ツト６より構成されており、上記ターレツト６の中央部
に出力軸２が嵌着されている。

また、上記運動変換装置Ａは、トルク補償カム装置４
と、トルク補償カム装置４に負荷を加えるための負荷体
を構成する空気圧シリンダ装置９とを備えている。トル
ク補償カム装置４の主動部材と従動部材とは、それぞれ
締結部材８を介して入力軸１に連結されたカム15、カム
15のカム面15aに係合するカムフオロワ16とで構成され
ている。上記空気圧シリンダ装置９は、空気入口12及び
パイプ13を通して圧縮空気が導入される作用室14aを有
しカム15の外周面の右方部に隣接して配列されているシ
リンダ14と、そのシリンダ14の作用室14a内に収容さ
れ、その作用室14a内でカム15の軸線に直交する方向へ
往復移動可能になつているピストン10とを有しており、
パイプ13の途中には、作用室14a内の空気圧を調節し、
それによつてトルク補償カム装置４に加えられる負荷を
調節するための圧力調整装置22が設けられている。

図示実施例においては、上記トルク補償カム装置４のカ
ム15は、中央部が入力軸１に嵌着されている円盤状のカ
ムになつており、カム15の外表面15cに、その外表面の
外方（第１図の下方）へ開いた凹所15bが形成されてい
る。この凹所15bはカム15の周方向へ連続した輪郭の外
周面及び内周面15dを有し、その外周面が上記カム面15a
になつている。一方、上記カムフオロワ16は、カム面15
aにころがり接触するローラ部16aと、ローラ部16aを転
動可能に支持する中心軸16bとを有する単一のローラフ
オロワから構成されており、中心軸16bが、空気圧シリ
ンダ装置９のピストン10のロツド10aに連結されていて
そのロツド10aによつて支持されている。そして、上記
ピストン10は、シリンダ14の作用室14aに導入された空
気の圧力によつて常時右方へ押圧され、それによつてカ
ムフオロワをカム15のカム面15aに接触させている。

なお、ピストン10は、ボルト23によつてシリンダ14内で
の回転を防止されており、またシリンダ14は、ボルト25
によつてハウジング26に固定されている。また、図中24
はニツプル、26は、シリンダ14に穿設した空気通孔27の
外端を閉鎖するプラグを示している。

上記運動変換装置は、モータ17によつて入力軸１及びこ
れに一体に連結された伝動カム装置３の立体カム７を連
続的に回転させ、その回転を、立体カム４とカムフオロ
ワ５との係合によつてターレツト６及びこれに連結され
た出力軸２の間欠回転運動に変換して、ターンテーブル
或いはコンベヤ等の被駆動体（図示されていない）に伝
達するようになつている。また。上記入力軸１の回転に
伴つて、該入力軸１に一体に連結されたトルク補償カム
装置４のカム15が連続的に回転し、その回転がカム15と
カムフオロワ16との係合によつて、シリンダ14内でのピ
ストン10の往復運動に変換される。そしてこのピストン
の往復運動は、シリンダ14の作用室14a内に導入されて
この作用室内に閉じこめられている空気を圧縮、膨張さ
せつつ行われる。しかして、このようにトルク補償カム
装置４を作動させてピストン10の往復移動を生じること
によつて、運動変換装置Ａの作動時に入力軸１に変動ト
ルクが殆ど作用しなくなるのである。

すなわち、上記の如く伝動カム装置３を介して入力軸１
の連続的回転運動を出力軸２の間欠的回転運動に変換
し、その出力軸２の運動を被駆動体に伝達するときに
は、作動時の摩擦抵抗及び特に被駆動体の慣性等に起因
して出力軸２に作用する負荷即ちトルクが常えず変動
し、そのトルクの反力が変動トルクとして入力軸１に作
用する。このようにして入力軸１に変動トルクが作用す
ると入力軸１の均一な回転が妨げられ、これが運動変換
装置の振動及び作動誤差等を生じる要因になるととも
に、その変動トルクを補うために大きな動力を生じる大
きな駆動装置を使用したり伝動カム装置３を大きくした
りすることが必要になる。しかしながら、図示実施例に
おいては、上記の如く入力軸１に加えられる変動トルク
が、トルク補償カム装置４が作動してピストン10が作用
室14a内の空気を圧縮、膨張させつつ往復移動するとき
に入力軸に加えられる変動トルクによつて相殺されるた
めに、入力軸１には殆ど変動トルクが作用しないのであ
る。

上記運動変換装置Ａを設計する際は、伝動カム装置３を
介して被駆動体を間欠駆動するときに入力軸１に加えら
れる変動トルクQ₁と、トルク補償カム装置４を介してピ
ストン10を往復移動させるときに入力軸１に加えられる
変動トルクQ₂との和が０になるように、運動変換装置の
各部の構成を決定すればよいのである。従来間欠駆動装
置等のカムを使用する装置の作動時に入力軸に作用する
変動トルクを計算することは広く行われており、上記の
如く変動トルクQ₁とQ₂との和を０にするとの条件が与え
られたときに装置各部の構成を決定することは、当業者
にとつて容易なことである。その決定法について略述す
れば、まず上記変動トルクQ₁は、被駆動体の慣性負荷に
よるトルク、摩擦によるトルク、粘性によるトルク等が
合成されたトルクであり、変動トルクQ₂は空気圧シリン
ダ装置９による空気の圧縮膨張によるトルクであると仮
定した場合に、次式（１）及び（２）で表わされる。

上式（１）及び（２）は、間欠駆動装置の作動時に入力
軸に作用する変動トルクを計算するための周知の公式と
同様である。従つて式（１）及び（２）についての詳細
な説明は省略し、該式内で使用されている各パラメータ
の物理的意味のみを簡単に説明すれば、次の如くであ
る。

A₁,V₁及びS₁:伝動カム装置３の出力軸２の加速度、速度
及び変位 m₁:被駆動体の負荷質量 C₁:粘性抵抗係数 K₁:ばね定数 F₀₁:の初期張力 Ff₁:摩擦力 Fg₁:重力による力 θ_１及びθ₂:割り付け角（出力軸２が１回の割出、即ち
１回の間欠回転をするのに要する入力軸１の回転角） K₂:空気圧によるばね定数 V₂及びS₂:空気圧シリンダ装置９のピストン10の速度及
び変位 r₁〜r₅:作用点までの回転半径 運動変換装置Ａの設計時には、まず入力軸１の回転数、
出力軸２の運動型式及び伝動カム装置３の構成等を、該
装置Ａに連結すべき被駆動体の型式及びその負荷質量等
に応じ、従来の間欠駆動装置の場合と同様の方法で決定
する。しかして、上記の決定がなされたときには、上式
（１）に使用されている各パラメータの数値の算出が可
能になる。

次に、上式（１）及び（２）において変動トルクQ₁とQ₂
の差Q₃（非保存系トルク）を最小にするようにトルク補
償カム装置４及び空気圧シリンダ装置９の構成を決定す
るのである。即ち、Q₁,Q₂及びQ₃の関係を下式（３）、
（４）に示すようなものにする。

Q₁−Q₂＝Q₃ Q₃≪Q₁ ……（３） ここで、伝動カム装置３の立体カム７とトルク補償カム
装置４のカム15とが同一の入力軸１に嵌着されていて該
入力軸と一体に回転し、入力軸１に加えられる変動トル
クを相殺する時、θ_１とθ_２は等しくなる。従つて上式
（４）を次式（５）のように簡略化することができる。

m₁（A₁＋V₁）r₁＋C₁V₁ ²r₂＋k₁（S₁×V₁）r₃ ＋（F₀₁＋Ff₁＋Fg₁）V₁・r₄−k₂（S₂×V₂）r₅＝Q₃ ……
（５） しかして、式（５）において、A₁,V₁,S₁,m₁,C₁,k₁,F₀₁,
Ff₁及びFg₁については既に判明しているために、例えば
Q₃≪Q₁、すなわちQ₃が最小になるようにk₂の値を適当値
に設定することによつてV₂及びその積分値であるS₂を決
定できるのである。このようにして決定されたk₂、V₂及
びS₂に基いてトルク補償カム装置４及び空気圧シリンダ
装置９の構成を設計できるものである。

なお、伝動カム装置３が作動したときに入力軸１に作用
する変動トルクは、慣性負荷トルク、摩擦によるトル
ク、粘性によるトルク等が合成されたトルクであるが、
高速作動時には慣性負荷トルクが著しく大きくなり、変
動トルクは実質的に慣性負荷トルクによつて決定される
と言える。そして、トルク補償カム装置４及び空気圧シ
リンダ装置９は、この慣性負荷トルクを相殺するために
入力軸１にトルクを加えるようになつている。即ち、ト
ルク補償カム装置４と空気圧シリンダ装置９との作動関
係は、トルク補償カム装置４によつて往復運動させられ
るピストン10の運動エネルギを、その運動によつて作用
室14a内で空気が圧縮、膨張するエネルギに変換してい
るものと言うことができる。そして、このような空気の
圧縮、膨張エネルギがポテンシヤルエネルギと同じ次元
を有していてこれと同価のものであり、従つてトルク補
償カム装置４と空気圧シリンダ装置９とが、エネルギ保
存の法則が成り立つ力学系、即ち保存系の作動を行つて
いることは、力学上明らかである。従つて、その作動に
よつて保存系に属する慣性負荷トルクを相殺できる一
方、非保存系に属する摩擦及び粘性によるトルク等は相
殺できないのである。

既述の如く、図示実施例における空気圧シリンダ装置９
には、作用室14a内の空気圧を調節するための圧力調整
装置22が設けられているが、この構成は、伝動カム装置
３の作動によつて入力軸１に加えられる変動トルクの大
きさが変化したときに、その変化に応じて作用室14a内
の空気圧を変化させ、それによつて変化した変動トルク
即ち慣性負荷トルクをトルク補償カム装置４及び空気シ
リンダ装置９の作動によつて好適に相殺することを可能
にする利点をもたらす。即ち、例えば入力軸１の回転速
度が上昇すれば伝動カム装置の作動によつて入力軸に加
えられる慣性負荷トルクは増大するが、このようなとき
には圧力調整装置を調節して作用室14a内の空気圧を増
大させることによつて、その増大した慣性負荷トルクを
良好に相殺できるのである。なお、圧力調整装置22は、
基本的には、作用室14a内の空気圧を一定に維持するた
めの装置である。即ち、入力軸１の回転速度が上昇すれ
ば圧力調整装置22によって作用室14aの圧力を上昇させ
る調整を行うが、入力軸１がその上昇した回転速度を定
常的に回転する定常運動状態に達したときには、作用室
14a内の空気圧は一定の増大した値に維持されていれば
良いのであるから、圧力調整装置22はその圧力を維持す
る機能を果すにすぎない。換言すれば、定常運転時に
は、圧力調整装置22は、作用室14aの空気が逃げないよ
うに遮断しているだけである。空気が逃げてしまったの
では、良好なトルク補償は不可能になる。

第３図及び第４図は本発明の第２実施例を示している。
この第２実施例は、第１実施例におけるトルク補償カム
装置の空気シリンダ装置との構成を変更したものであ
る。即ち、第２実施例においては、トルク補償カム装置
4Aのカム15Aは、中心を入力軸１の中心軸線と整合させ
るようにしてボルト30によつて入力軸１に連結された円
盤状のカムになつており、カム15Aの外表面15c′に、そ
の外表面の外方（第３図の下方）へ開いた凹所15b′が
形成されている。この凹所15b′は、カム15Aの周方向へ
連続しかつ入力軸１の軸線を含む一平面Ｘに対して上下
（第４図）に対称形になるように湾曲した輪郭の外周面
を有し、その外周面がカム15Aのカム面15a′になつてい
る。一方、トルク補償カム装置15Aのカムフオロワ16A
は、上記カム面15a′の、互いに180度隔てられた位置の
それぞれにころがり接触する２つのローラフオロワから
構成されている。これら各カムフオロワ16Aは、それぞ
れがカム面15a′にころがり接触するローラ部16a′と、
ローラ部16a′を転動可能に支持する中心軸16b′とを有
している。

また、空気圧シリンダ装置9Aは、カム15Aの外側に、そ
のカム15Aと対面するように設けられたシリンダ14Aと、
このシリンダ内の、入力軸１の軸線から互いに逆方向
（第１、２図の左右方向）へ等距離隔てられた位置に収
容された２つのピストン10A,10Bとを有しており、これ
らピストン10A,10Bが、それぞれ各カムフオロワ16Aの中
心軸16b′に直結されてそのカムフオロワ16Aを支持して
いる。上記シリンダ14Aの、２つのピストン10A,10Bの間
の部分が作用室14a′になつており、この作用室14a′
に、空気入口12及びバイブ13を通して圧縮空気が導入さ
れるようになつている。そして、各ピストン10A、10Bは
作用室14a′内の圧縮空気によつて互いに離れる方向へ
押圧されており、その押圧力によつて各カムフオロワ16
Aがカム面15a′に接触させられている。

上記第２実施例におけるトルク補償カム装置4Aおよび空
気圧シリンダ装置9Aも、第１実施例のそれと同様の原理
によつて、伝動カム装置３を介して入力軸１の連続回転
運動を出力軸２の間欠回転運動に変換するときに入力軸
１に加えられる変動トルクを相殺するような変動トルク
を入力軸１に加えるようになつている。しかして、第２
実施例においては、入力軸１の左右両側にピストン10
A、10Bが配列されていてこれらピストンが左右対称の運
動をするようになつている。即ち、カム15Aの回転に応
じて各ピストンが移動するときには、各ピストンは互い
に逆方向（即ち互いに離れる方向か互いに近付く方向）
へ同一量だけ移動する。従つて、作動時の動的バランス
が得られて作動を円滑に行える利点がある。そして、こ
の第２実施例は、カム面15a′が上記一平面Ｘに対して
対称形になつているために、伝動カム装置３の作動によ
り入力軸１に加えられる変動トルクのパターンが、入力
軸の180度の回転毎に同一のパターンの繰り返しになる
場合に好適に使用できるものである。

なお、上記した点以外の第２実施例の構成は第１実施例
のそれと実質的に同一であり、第３図、第４図におい
て、第１図、第２図と同様の要素は同様の参照符号で示
されている。

発明の効果 以上より明らかなように、本発明によれば、伝動カム装
置を介して入力軸の運動を出力軸の運動に変換するとき
に入力軸に作用する変動トルクを、トルク補償カム装置
及び空気圧シリンダ装置の作動によつて入力軸に加えら
れる変動トルクによつて相殺することができ、装置の不
当な大型化及び消費動力の不当な増大等を伴なわずに作
動時の振動及び作動誤差を好適に減じることができると
いう効果がある。

また、本発明においては、トルク補償カム装置における
カムフォロワ即ちローラフォロワの中心軸と気体圧シリ
ンダ装置のピストンとが直結されている。即ち、カムフ
ォロワとピストンとが、これらの間にリンク機構等を介
在させることなく、直結されている。従って、装置全体
が小型になるとともに、カムフォロワの変位がそのまま
ピストンの変位となって両者が一体的に変位するため
に、リンク機構等の介在している部材による慣性トルク
を考慮せずにトルク補償カム装置のカムのカム面の形状
を決定でき、そのカムの設計が容易になる等の利点が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の運動変換装置を示す部分
断面平面図、第２図は上記運動変換装置の部分断面正面
図、第３図は本発明の第２実施例の運動変換装置の部分
断面平面図、第４図は第３図の運動変換装置の部分断面
正面図である。 １……入力軸、２……出力軸、３……伝動カム装置、4,
4A……トルク補償カム装置、５……カムフオロワ、６…
…ターレツト、７……立体カム、9,9A……空気圧シリン
ダ装置、10,10A,10B……ピストン、14,14A……シリン
ダ、15,15A……カム、16,16A……カムフオロワ、17……
モータ、22……圧力調整装置。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】伝動カム装置を介して入力軸の連続回転運
   動を出力軸の所定形式の運動に変換する運動変換装置に
   おいて、カムとカムフォロワとを有しガムが入力軸に連
   結されるとともに、カムフォロワがローラ部とそのロー
   ラ部を転動可能に支持する中心軸とを有するローラフォ
   ロワから構成されているトルク補償カム装置と、トルク
   補償カム装置に負荷を加えるための負荷体を構成する気
   体圧シリンダ装置とを備え、上記気体圧シリンダ装置
   が、気体が導入されるシリンダと、そのシリンダ内に収
   容されていて上記カムフォロワの中心軸に直結され、シ
   リンダ内に導入された気体の圧力によってカムフォロワ
   のローラ部をカムのカム面に接触させる方向へ押圧され
   るとともに、カムが回転したときにカム面の形状に応じ
   てその気体を圧縮、膨張させつつシリンダ内で往復移動
   可能になっているピストンとを有しており、上記伝動カ
   ム装置を介して入力軸の運動を出力軸の運動に変換する
   ときに入力軸に作用する変動トルクを、上記トルク補償
   カム装置の作動及びそれに伴う上記ピストンのシリンダ
   内での往復移動により入力軸に加えられる変動トルクに
   よって相殺する構成にしたことを特徴とする運動変換装
   置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の運動変換装置
   において、上記気体圧シリンダ装置が、シリンダ内の気
   体圧を調節する圧力調整装置を備えている運動変換装
   置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項又は第２項記載の運
   動変換装置において、上記カムが円盤状のカムであり、
   そのカムの外表面に、該カムの周方向に連続した輪郭の
   外周面を有しかつカムの外表面の外方へ開いた凹所が形
   成されていて、その凹所の上記外周面が上記カム面にな
   っており、上記カムフォロワが上記カム面にころがり接
   触するローラ部を有する単一のローラフォロワから構成
   されるとともに、上記ピストンが、上記ローラフォロワ
   の中心軸に直結された単一のピストンから構成されてい
   る運動変換装置。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項又は第２項記載の運
   動変換装置において、上記カムが円盤状のカムであり、
   そのカムの外表面に、その外表面の外方へ開いた凹所が
   形成され、該凹所が、カムの周方向に連続し、かつ入力
   軸の軸線を含む一平面に対して対称形になるように湾曲
   した輪郭の外周面を有していて、その外周面が上記カム
   面になっており、上記カムフォロワが、上記外周面の、
   互いに180度隔てられた２つの位置のそれぞれにころが
   り接触するローラ部を有する２つのローラフォロワから
   構成されるとともに、上記ピストンが、それぞれのロー
   ラフォロワの中心軸に直結されこれらローラフォロワに
   よって互いに離接するように往復移動させられるように
   なった２つのピストンから構成されている運動変換装
   置。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第１項から第４項までの任
   意の一項に記載の運動変換装置において、上記伝動カム
   装置が、入力軸に連結された立体カムと、その立体カム
   に順次係合する複数のカムフォロワが周縁に突設される
   と共に上記出力軸に連結されたターレットとを備え、入
   力軸の連続回転運動を上記立体カムを介して上記ターレ
   ットの間欠的回転運動に変換しこれを出力軸より取出す
   よう構成した運動変換装置。