JPS6333975B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、カムを用いて物体に所定の運動を与
える装置に関し、特に、その高速化、高精度化を
可能にするカム駆動方法及び装置を提供するもの
である。

以下、特に、精度を要求されるVTRシリンダ
加工のカム装置について説明する。

第１図は、一般のVTRのシリンダ部を示すも
ので、テープ１はガイドローラ２ａ，２ｂを介し
て、テープのエツジが下部の固定シリンダ３の外
周面に設けられたテープガイド用案内部４（以
下、リードと呼ぶ。）に沿うように、上部回転シ
リンダ５と、下部固定シリンダ３の外周面に巻き
つけられ、一定速度で走行する。磁気ヘツド６は
上部回転シリンダ５に取付けられており、テープ
１を斜めに横断するように走行し、磁気信号の記
録、再生を行なう。

したがつて、上部シリンダ５、下部シリンダ３
の外周面、及び下部シリンダ３に設けられたリー
ド４によつて構成されるテープガイドが正しく製
作、組立されていないと、テープ１と磁気ヘツド
６の接触状態が不安定になり、VTRの再生画像
にムラが発生することになる。

例えば、シリンダ外周面の真円度は、磁気ヘツ
ドとテープの接触状態を変動せしめ、又、リード
の直線性誤差は、テープにシワを発生させ、いず
れも、再生画像に不都合をもたらす。

一方、下部シリンダのリードは、通常、第２図
に示すように、旋盤によつて加工される。つまり
旋盤主軸７に固定され回転する下部シリンダ３に
対し、刃物台８に固定されたバイト９が、旋盤主
軸７の回転に同期して、図中矢印の方向に往復運
動をすることによつて所定形状が形成される。し
たがつて、刃物台８の往復運動における位置の推
移は、リード形状と一致したものでなければなら
ない。

従来、この刃物台８へ所定のリード形状に一致
した運動を与える方法として、最も広く行なわれ
ているのは、第３図に示す様に、旋盤の主軸７に
リード形状と相似な曲線を有する端面カム１０を
取り付け、該端面カムのカム曲線を、カムフオロ
ア１１を介して、刃物台８の運動として与える方
法である。１２は刃物台８の往復直線運動のガイ
ドであり、又、１３はカムフオロア１１を端面カ
ム面に押しつけるためガイド１２と往復ロツド１
４との間に介在されたバネである。

尚、第３図には示していないが、往復ロツド１
４の内部には、リード加工時の刃物送りの機構が
設けられている。

上記の様なカム装置を用いてリードの加工を行
なう場合に発生する現象は、 (1) 往復ロツドの位置の変化に伴ないバネのたわ
み量が変化し、カム面とカムフオロアの接触力
が変化する。

(2) 往復ロツドの往復運動に伴なう慣性効果によ
り、カム面とカムフオロアの接触力が変動し、
更に、高速の運動を行なう場合にはカムフオロ
アがカム面よりジヤンプする。

(3) 往復ロツドの往復運動に伴なう加工装置全体
の振動が発生する、 等である。

これ等の現象は、1μの加工精度を要求するリ
ード加工においては、重大な影響を及ぼす。つま
り、カムフオロアのカム面からのジヤンプ現象
は、言うまでもないが、カム面とカムフオロアの
接触力、つまり、カムに加わる力の変動は、主軸
の回転精度を悪化させ、シリンダの真円度誤差に
決定的な影響を及ぼす。又、加工装置の振動は極
力避けなければならない。

従来の加工装置は、以上の様な問題点を有して
いるため、加工の高速化は極めて困難であつた。

本発明は、上記従来のカム装置の有する問題点
を解決し、加工時間の飛躍的な短縮と、精度の向
上をもたらす、カムの駆動方法及び装置を提供す
るものである。

以下、図を用いて本発明を詳細に説明する。

第４図は本発明によるリード加工用カム装置の
一実施例を示すものである。

往復ロツドの後端には、プランジヤ型電磁石よ
りなる負荷補償装置１７が設けられている。１５
はソレノイド電磁石、１６はプランジヤーで、往
復ロツド１４の後端に直結されている。ソレノイ
ド電磁石１５に流す電流Ｉは、主軸の１回転に相
当する時間を１周期として、あらかじめ設定した
波形（図中１８で示す。）のもとに供給される。
電流波形１８は、以下の原理によつて決定され
る。

第５図ａ，ｂは従来のリード加工用カム装置の
原理を示すものである。つまり、質量ｍは従動
部、つまり往復ロツド、刃物台、刃物及びカムフ
オロア等、往復電動する物体の質量の総和であ
る。第５図ａは、バネに力を加えない時の自然の
状態、つまり自由長の場合を示しており、この時
のカムフオロアの位置をｘ＝０とする。第５図ｂ
は、リード加工中の状態を示すもので、このとき
の運動方程式は式(1)である。但し、バイトに加わ
る切削力（動作点に加わる負荷）は無視してい
る。

mx¨＋kx＝ｆ（ｔ） ……(1) ここで、ｆ（ｔ）はカムフオロワとカム面の接
触力であり、ｘ（ｔ）、つまりリード形状より決ま
る位置曲線を与えることにより求められる。カム
フオロアがカム面に正しく追従して運動するため
にはｆ（ｔ）はつねに正でなければならない。一
例として、リード形状が正弦曲線であると仮定す
ると、ｘ（ｔ）は ｘ（ｔ）＝ａ sin（2πN／60ｔ）＋x₀……(2) 式(2)で表わされる（ａは正弦曲線の振巾、Ｎは
主軸回転数、x₀はバネの初期たわみ量）。

式(1)、(2)より、ｆ（ｔ）は、次式の如く求めら
れる。

ｆ（ｔ）＝−ａ｛ｍ（2πN／60）²−ｋ｝ sin（2πN／60ｔ）＋kx₀ ……(3) この式の意味を図示すれば第６図の様になる。
図中１，２，２の曲線はそれぞれ低速、中速、高
速の回転数における、ｆ（ｔ）の値を示すもので
ある。高速回転になるにつれ、慣性力の影響によ
り、ｆ（ｔ）の振巾が大きくなり、さらには、ｆ
（ｔ）＜０となる部分が現われる。つまり、回転数
を増大するにつれカム面に加わる力の変動の巾が
大きくなり、ついには、カムフオロアが追従でき
なくなつてジヤンプ現象を起こすことを示してい
る。実際のリード曲線においては、テープが当る
部分ではリード形状は直線であることなど、事情
は更に複雑であるが、基本的な傾向は変らない。

さて、本発明を原理図で示すと、第５図ｃの様
になる。つまり、プランジヤ型電磁石によつて往
復ロツドに加える力をｐ（ｔ）とすると、系の運
動方程式は、次式で表わされる。

mx¨＋kx＝ｐ（ｔ）＋f₀ ……(4) f₀はカムフオロアとカム面の間の最適な接触力
で、これが一定値となる様ｐ（ｔ）を設定する。

従つて、プランジヤ型電磁石によつて往復ロツ
ドに加えるべき力ｐ（ｔ）は次式によつて求めら
れる。

ｐ（ｔ）＝mx¨＋kx−f₀ ……(5) 更に、プランジヤ型電磁石に加えるべき電流値
Ｉはプランジヤ型電磁石の電流−力特性によつて
逆算すれば良い。

又、カム装置の運動が複雑、或は動作点に加わ
る負荷変動が複雑で、上記の如く、理論的にｐ
（ｔ）を求めることが困難な場合には実験によつ
てｆ（ｔ）を求め、これよりｐ（ｔ）を求めてもよ
い。

要約すれば、本発明はカム機構を有する装置に
おいて、その従動部の任意の位置に負荷補償用ア
クチユエータを設置し、従動部の運動に伴なう慣
性力、或は動作点に加わる負荷の変動等によつて
誘起されるカムとカムフオロアの間の接触力の変
動が相殺される様にあらかじめ設定した力、或は
トルクを上記アクチユエータにより、従動部に加
えることにより、カムとカムフオロア間の接触力
を一定に保ち、安定な動作を可能にするものであ
る。

尚、第５図ｃにおいて、カムフオロアをカムに
押しつけるためにバネ要素ｋを設けているが、バ
ネの変形に伴なう押しつけ力の変動が大である場
合には、変位に無関係に一定の押しつけ力を発生
する要素、例えば、空圧シリンダをバネ要素の代
りに用いればバネ定数ｋは零に近くなり、kxの
項は無視でき、効果的である。

更に、これ等、押しつけ力を発生する要素は、
負荷補償装置のアクチユエータで代用することが
可能であり、第５図ｄに示す如くアクチユエータ
による出力p′（ｔ）は次式の如くになる。

p′（ｔ）＝mx¨−f₀ ……(6) 従つて式(5)と比較すれば、バネのたわみ量によ
る力の変動分を考慮する必要がなく、構成が簡略
になるという利点を有している。

尚、前述のリード加工用カム装置は、単純な往
復運動のカム機構の場合を示したが、より一般的
な場合として、その実施例を第７図に示す。

第７図において、２０はカム、２１はカムフオ
ロア、２２はレバー、２３はロツド、２４は直線
ガイド２５によつて案内される往復ロツドであ
る。この場合には、負荷補償用アクチユエータと
して例えば、図中、F₁（ｔ）或はF₂（ｔ）で示す
如く、従動部に力を与えたり、又、Ｔ（ｔ）で示
す如く、レバー２２の回転支点部２６にトルクと
して与えても良い。但し、２７はバネ、２８は動
作点である。従つて力のアクチユエータとして
は、例えば前述の電磁石によつて与える方法、或
はより強大な力が必要な場合には空圧、油圧のシ
リンダを使用し、作動流体の圧力を圧力制御弁に
よつてコントロールし、所定の力を与える方法を
とればよい。又、トルクのアクチユエータとして
は、例えばトルクモータを用い、該トルクモータ
に加える電圧を制御することによつて所定のトル
クを従動部に与える方法をとればよい。

以上、本発明によるカム駆動方法及び装置を用
いれば、従来、カムフオロアのジヤンピング、或
は、カムに加わる力の変動によつて不可能であつ
たカム機構の高速、かつ高精度な駆動が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はVTRシリンダのテープガイド部の斜
視図、第２図はVTR下部シリンダリード部の加
工装置の断面図、第３図は従来のリード加工用カ
ム装置の断面図、第４図は本発明の一実施例にお
けるリード加工用カム装置の断面図、第５図はカ
ム装置の運動解析の説明図、第６図は従来のカム
装置におけるカムフオロアのカムに加わる力の説
明図、第７図は本発明の他の実施例の断面図であ
る。 １０……端面カム、１１……カムフオロア、１
２……ガイド、１３……バネ、１４……往復ロツ
ド、１５……ソレノイド電磁石、１６……プラン
ジヤー、１７……負荷補償装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定形状を有し、回転可能に支持されたカム
   と、前記所定形状に沿つて前記カムと当接するカ
   ムフオロアと、前記カムフオロアと連結した従動
   部と、前記従動部を支持する支持台と、前記従動
   部と前記支持台との間に設けられ、前記カムフオ
   ロアを前記カムに当接するように、前記カムの回
   転軸方向に付勢するバネと、前記従動部に以下の
   計算式により求められる力Ｐ Ｐ＝mx¨＋kx−ｆ 但し、 Ｐ：従動部に負荷する力 ｍ：従動部の質量 ｋ：前記バネのバネ定数 ｘ：前記バネが自由長のときを原点とした場合
   の、前記回転軸方向の、前記カムフオロアの現
   時点の位置 x¨：カムに追従するカムフオロアがカムの形状に
   より発生する現時点の位置における前記回転軸
   方向の加速度 ｆ：カムフオロアがカムに当接する設定圧力 を前記回転軸方向に負荷する負荷補償手段とから
   成ることを特徴とするカム駆動装置。