(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定速回転しているカム軸と、
前記カム軸上に回転可能に配設された回転カムと、
位相調整用モータと、前記位相調整用モータの回転軸と一体的に回転する位相調整用ドライブシャフトと、この位相調整用ドライブシャフトの外周上に一体回転可能に設けられたドライブギアと、このドライブギアと噛合されて前記位相調整用ドライブシャフトの外周上を回転しながら公転する複数の遊星ギアと、前記遊星ギアと噛合されて回転する上下一対のインターナルギアとを有してなる位相調整ユニットと、
前記下インターナルギアと前記カム軸とを一体的に回転させるための第１の回転動力伝達手段と、
前記上インターナルギアと前記回転カムを一体的に回転させるための第２の回転動力伝達手段とを備え、
前記位相調整用ドライブシャフトの回転を前記位相調整用モータの駆動で制御して前記回転カムの位相を調整することを特徴とするカムタイミング可変装置。
【請求項２】
前記第１の回転動力伝達手段は、前記カム軸上に固定されて一体に回転する第１の出力側タイミングプーリと、前記下インターナルギア上に固定されて一体に回転する第１の入力側タイミングプーリと、前記第１の出力側タイミングプーリと前記第１の入力側タイミングプーリとの間に張設された動力伝達用の第１のタイミングベルトとで構成され、
前記第２の回転動力伝達手段は、前記回転カムと一体に回転する第２の入力側タイミングプーリと、前記上インターナルギア上に固定されて一体に回転する第２の出力側タイミングプーリと、前記第２の出力側タイミングプーリと前記第２の入力側タイミングプーリとの間に張設された動力伝達用の第２のタイミングベルトとで構成した請求項１に記載のカムタイミング可変装置。
【請求項３】
定速回転しているカム軸と、
前記カム軸上に回転可能に配設された回転カムと、
位相調整用モータと、前記位相調整用モータの回転軸と一体的に回転する位相調整用ドライブシャフトと、この位相調整用ドライブシャフトの外周上に回転可能に設けられた上下一対の減速機構と、前記上下一対の減速機構と作動結合されて回転する上下一対のインターナルギアとを有してなる位相調整ユニットと、
前記下インターナルギアと前記カム軸とを一体的に回転させるための第１の回転動力伝達手段と、
前記上インターナルギアと前記回転カムを一体的に回転させるための第２の回転動力伝達手段とを備え、
前記位相調整用ドライブシャフトの回転を前記位相調整用モータの駆動で制御して前記回転カムの位相を調整することを特徴とするカムタイミング可変装置。
【請求項４】
前記第１の回転動力伝達手段は、前記カム軸上に固定されて一体に回転する第１の出力側タイミングプーリと、前記下インターナルギア上に固定されて一体に回転する第１の入力側タイミングプーリと、前記第１の出力側タイミングプーリと前記第１の入力側タイミングプーリとの間に張設された動力伝達用の第１のタイミングベルトとで構成され、
前記第２の回転動力伝達手段は、前記回転カムと一体に回転する第２の入力側タイミングプーリと、前記上インターナルギア上に固定されて一体に回転する第２の出力側タイミングプーリと、前記第２の出力側タイミングプーリと前記第２の入力側タイミングプーリとの間に張設された動力伝達用の第２のタイミングベルトとで構成した請求項３に記載のカムタイミング可変装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、カムを実際に変えずにカムチャート上のタイミングを切り換え可能にするためのカムタイミング可変装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５はカムチャートの一例を示したものである。このカムチャートは、カムが１回転する間にカムフォロアの変位量が時間と共に変化している状態を示したものである。図５に示すカム機構では、カムは時間ｔ5を要して１回転する。このとき、カムフォロアは時間ｔ1までは最上端に保持され、時間ｔ1になると下降を開始して時間ｔ2で最下端に到達し、これが時間ｔ3まで続き、時間ｔ3から再び上昇を開始して時間ｔ4で最上端位置に到達し、時間ｔ5に至る軌跡を描く構造になっている。この構造では、図５中に示すカムチャート上の丸数字１と２，２と３，３と４，４と１との間の時間を各々独立させて変更する場合は、カム自体を変更する等の必要があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のカム機構では、カムチャート上の特定の部分だけの動作を変えるような場合には、カム自体を交換する必要があり、非常に面倒であった。また、工場でのＦＡ（Factory automation）機器等では、取り扱われるワークによってタイミング変更が必要となる場合が多く、特に多品種のワークを扱う生産設備等では頻繁なタイミング変更が行われることになる。したがって、多品種のワークを扱うＦＡ機器では、カム機構は余り利用されず、高価なロボット機構が使用されていた。
【０００４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的はカム自体を交換せずに、カムチャートのタイミングを簡単に切り換えることができるカムタイミング可変装置を提供することにある。さらに、他の目的は、以下に説明する内容の中で順次明らかにして行く。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のカムタイミング可変装置は、定速回転しているカム軸と、前記カム軸上に回転可能に配設された回転カムと、位相調整用モータと、前記位相調整用モータの回転軸と一体的に回転する位相調整用ドライブシャフトと、この位相調整用ドライブシャフトの外周上に一体回転可能に設けられたドライブギアと、このドライブギアと噛合されて前記位相調整用ドライブシャフトの外周上を回転しながら公転する複数の遊星ギアと、前記遊星ギアと噛合されて回転する上下一対のインターナルギアとを有してなる位相調整ユニットと、前記下インターナルギアと前記カム軸とを一体的に回転させるための第１の回転動力伝達手段と、前記上インターナルギアと前記回転カムを一体的に回転させるための第２の回転動力伝達手段とを備え、前記位相調整用ドライブシャフトの回転を前記位相調整用モータの駆動で制御して前記回転カムの位相を調整することを特徴としている（請求項１）。
【０００６】
また、上記目的を達成するため、本発明のカムタイミング可変装置は、定速回転しているカム軸と、前記カム軸上に回転可能に配設された回転カムと、位相調整用モータと、前記位相調整用モータの回転軸と一体的に回転する位相調整用ドライブシャフトと、この位相調整用ドライブシャフトの外周上に回転可能に設けられた上下一対の減速機構と、前記上下一対の減速機構と作動結合されて回転する上下一対のインターナルギアとを有してなる位相調整ユニットと、前記下インターナルギアと前記カム軸とを一体的に回転させるための第１の回転動力伝達手段と、前記上インターナルギアと前記回転カムを一体的に回転させるための第２の回転動力伝達手段とを備え、前記位相調整用ドライブシャフトの回転を前記位相調整用モータの駆動で制御して前記回転カムの位相を調整することを特徴としている（請求項３）。
【０００７】
【作用】
これによれば、主回転駆動系から回転カムに伝えられる回転を、位相調整用モータを介して制御される可変手段により変えると、回転カムの回転が変化し、カムチャートのタイミングが実効的に切り換えられる。したがって、カム自体を実際に交換しなくても、交換したと同等のカムを得ることができる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。
図１及び図２は本発明の第１の実施例を示すカムタイミング可変機構を示すもので、図１はその概略縦断側面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。
【０００９】
図１及び図２において、カム軸１は装置フレーム１０２（図２参照）に同じく図示せぬ軸受を介して回転可能に支持されている。このカム軸１には、後述する手段によりカムタイミングを変えることが可能なカム（以下、「可変カム２」と言う）と、入力側タイミングプーリ３、出力側タイミングプーリ４、固定カム５、及び固定カム６等が取り付けられている。
【００１０】
また、可変カム２の外周には、カム面２Ａが形成されており、このカム面２Ａに図２に示すようにカムフォロア４０が周面で当接されている。このカムフォロア４０は、一端がベアリング４１を介して枢軸４２に回転可能に取り付けられているレバー４３上にピン４４を介して回転可能に取り付けられている。なお、レバー４３の他端側は図示せぬバネ手段により可変カム２の方向に回動付勢されていて、この付勢でカムフォロア４０がカム面２Ａに常に当接されている。そして、可変カム２が定速で回転されると、カムフォロア４０はカム面２Ａに制御されて、本実施例の場合では図５に示すカムチャートと近似のカムチャートを描く。なお、このカムチャートはカム面２Ａが変更されれば、当然変わってくるものである。
【００１１】
符号７はカム軸１と可変カム２との間に介装されたベアリング、８はカム軸１と入力側タイミングプーリ３との間に介装されたベアリング、９はベアリング７とベアリング８との間に介装されたスリーブ、１０，１１はそれぞれカム軸１に取り付けられたスナップリングであり、このスナップリング１０，１１でベアリング７，８のスラスト方向の移動を抑える。また、可変カム２と入力側タイミングプーリ３との間はボルト１２により固定され、この固定で可変カム２と入力側タイミングプーリ３は一体に、カム軸１に対して自由に回転できる構造になっている。
【００１２】
さらに詳述すると、出力側タイミングプーリ４は、ボルト１３で一体的に固定結合されているブラケット１４を介してカム軸１に取り付けられている。なお、符号１５はブラケット１４をカム軸１に固定しているキーである。したがって、出力側タイミングプーリ４はカム軸１と常に一体に回転する。
【００１３】
固定カム５，６は、それぞれボルト１６で一体に固定結合されているブラケット１７を介してカム軸１に取り付けられている。符号１８はブラケット１７をカム軸１に固定しているキーである。したがって、固定カム５，６は、カム軸１と一体に回転する。
【００１４】
次に、符号２０は位相調整ユニットである。この位相調整ユニット２０は、下ケース半体２１Ａと上ケース半体２１Ｂとでなるケース２１を有し、このケース２１を装置フレーム１０２に固定して取り付けられている。
【００１５】
符号２２は位相調整用ドライブシャフトで、この位相調整用ドライブシャフト２２の両端は下ケース半体２１Ａと上ケース半体２１Ｂにそれぞれベアリング２３，２４を介して回転可能に取り付けられている。また、位相調整用ドライブシャフト２２の一端側は上ケース半体２１Ｂを貫通して上方に突出されており、この上ケース半体２１Ｂより突出している一端２２ａに位相調整用モータ２５の回転軸２５ａがカップリング２７を介して一体回転可能に取り付けられている。
【００１６】
上記位相調整用モータ２５は、パルスモータあるいはサーボモータ等が使用され、また取付軸２８を介して上ケース半体２１Ｂに固定して取り付けられており、制御部部１００に制御されて駆動される。この制御部１００には、ワークの情報がプログラムされて格納されているメモリ１０１からの情報が入力され、情報に基づいて位相調整用モータ２５を制御する。
【００１７】
さらに、ケース２１内において、位相調整ユニット２０には、減速機構２９が配設されている。この減速機構２９は遊星ギア機構として形成されており、位相調整用ドライブシャフト２２の中間部分の外周に一体に設けられているドライブギア３０と、このドライブギア３０に噛合された４つの遊星ギア３１と、この４つの遊星ギア３１と噛合された出力側インターナルギア３２Ａ及び入力側インターナルギア３２Ｂを備えている。
また、出力側インターナルギア３２Ａと入力側インターナルギア３２Ｂは互いに上下に分かれて配置されており、共にベアリング３３Ａ，３３Ｂを介して位相調整用ドライブシャフト２２に回転可能に取り付けられている。なお、ここで出力側インターナルギア３２Ａと入力側インターナルギア３２Ｂは、減速比等は共に同条件である。
【００１８】
加えて、出力側インターナルギア３２Ａの外周には、出力側タイミングプーリ３４がボルト３５で固定されて一体回転可能に取り付けられているとともに、入力側インターナルギア３２Ｂの外周には入力側タイミングプーリ３６がボルト３７で固定されて一体回転可能に取り付けられている。そして、出力側タイミングプーリ３４と入力側タイミングプーリ３との間、及び入力側タイミングプーリ３６と出力側タイミングプーリ４との間には、それぞれタイミングベルト３８，３９が掛け渡されている。
【００１９】
次に、このように構成されたタイミング可変機構の動作を説明する。
(1) まず、カム軸１が図示せぬモータにより定速回転され、位相調整用モータ２５の駆動は停止され、この位相調整用モータ２５によりドライブギア３０が停止保持されている状態の場合について説明する。
この場合では、カム軸１の回転は、出力側タイミングプーリ４、タイミングベルト３９、入力側タイミングプーリ３６を順に介して入力側インターナルギア３２Ｂに伝えられ、この入力側インターナルギア３２Ｂが定速回転されるとともに、入力側インターナルギア３２Ｂ側からの駆動力で遊星ギア３１がドライブギア３０の外周上で定速回転される。また、この遊星ギア３１に追従して出力側インターナルギア３２Ａが入力側インターナルギア３２Ｂと同回転数出力する。そして、出力側インターナルギア３２Ａの回転が出力側タイミングプーリ３４、タイミングベルト３８を順に介して入力側タイミングプーリ３に伝達され、この入力側タイミングプーリ３と一体に可変カム２がカム軸１上で定速回転される。これにより、可変カム２のカム面２Ａに当接されているカムフォロア４０が例えば図５に近似のカムチャートを描いて移動制御され、これと一体にレバー４３が回動されて図示せぬ部材を操作する。
【００２０】
(2) 次に、位相調整用モータ２５が速度Ｎwで駆動された場合について説明する。
この場合では、カップリング２７を介して位相調整用モータ２５の出力軸２５ａと連結固定されている位相調整用ドライブシャフト２２もドライブギア３０と一体に速度Ｎwで回転する。
ここで、カム軸１と一体的に回転する入力側タイミングプーリ３６の回転数がＮs、遊星ギア３１が遊動する円の直径をＲとすると、遊星ギア３１の回転数ＮD1は、次式(a)で求められる。
【００２１】
ＮD1＝［（１＋Ｒ）／Ｒ］・Ｎs    …  (a)
【００２２】
また、出力側タイミングプーリ３４の回転数ＮD2は、次式(b)で求められる。
【００２３】
ＮD2＝−（１／Ｒ）・Ｎw    …  (b)
【００２４】
ここで、入力側タイミングプーリ３６の入力と位相調整用ドライブシャフト２２の入力を合成すると、出力側タイミングプーリ３４の合成された出力回転速度Ｎは、次式(c)で求められる。
【００２５】
Ｎ＝［（１＋Ｒ）／Ｒ］・Ｎs ±（１／Ｒ）・Ｎw    …  (c)
なお、ここで符号±は、位相調整用ドライブシャフト２２の回転方向と入力側タイミングプーリ３６の回転方向による。
【００２６】
また、位置調整用ドライブシャフト２２の入力定格角速度をＸD（deg/s）、位相調整用モータ２５の最高角速度Ｘω（deg/s）とすると、位置調整用ドライブシャフト２２が位相調整用モータ２５により回転力を与えられたときの出力側タイミングプーリ３４の角度θ（deg/s）は、モータ２５が例えば図６の加減速のとき次式(d)で求められる。
【００２７】
θ＝ＸD・ｔs ±［（Ｘω・ｔa＋Ｘω・ｔb）］／２    …(d)
なお、ここでのｔaはドライブギア３０（位相調整用ドライブシャフト２２）がマイナス方向に回転した量、ｔbはドライブギア３０がプラス方向に回転した量、ｔsは（ｔa＋ｔb）である。
【００２８】
したがって、このカムタイミング可変装置では、メモリ１０１に入っている制御プログラムに基づいて、制御部１００により位相調整用モータ２５を正（＋）または負（−）の方向に回転、または停止させることにより、例えば図５に示したカムチャートにおける丸数字１と２，２と３，３と４，４と１との間の時間を各々独立させて変更することができる。すなわち、同じカム（可変カム２）を使用して、そのカムチャート上のタイミングを簡単に切り換えてワークに合った種々なカムを形成することができる。これにより、本発明装置を多品種のワークを扱うＦＡ機器等にも適用することが可能になり、ワークの生産コストを低減させることができる。
【００２９】
図３及び図４は本発明の第２の実施例を示すカムタイミング可変機構を示すもので、図３はその概略縦断側面図、図４は図３のＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。また、図３及び図４において図１及び図２と同一符号を付したものは図１及び図２と同一のものを示している。
【００３０】
そして、図１及び図２に示した第１の実施例のカムタイミング可変装置とこの第２の実施例のカムタイミング可変装置とで大きく異なる点は、第１の実施例のカムタイミング可変装置における位相調整ユニット２０内の減速機構２９に遊星ギア機構を使用していたのに対して、第２の実施例のカムタイミング可変装置における位相調整ユニット２０内の減速機構２９にはハーモニックドライブシステムを用いた点にあり、この第２の実施例の場合では減速比を高くすることができる。したがって、減速比の低いものを使用したいときには第１の実施例の構造を、減速比の高いものを使用したいときには第２の実施例の構造を使用すると良い。
【００３１】
そこで、第１の実施例と第２の実施例とで異なる構造の部分を説明すると、この第２の実施例における位相調整ユニット２０では、位相調整用ドライブシャフト５１の両端は下ケース半体２１Ａと上ケース半体２１Ｂにそれぞれベアリング２３，２４を介して回転可能に取り付けられている。また、位相調整用ドライブシャフト５１の一端側は上ケース半体２１Ｂを貫通して上方に突出されており、この上ケース半体２１Ｂより突出している一端５１ａに位相調整用モータ２５の回転軸２５ａがカップリング２７を介して一体回転可能に取り付けられている。
【００３２】
さらに、ケース２１内の減速機構２９は、上述したようにハーモニックドライブシステムとして構成さている。また、位相調整用ドライブシャフト５１の中間部分の外周にはキー５２で固定されているスリーブ５３が一体回転可能に設けられている。このスリーブ５３上には、出力側減速機５６と入力側減速機５７とが互いに上下に分かれて配置されており、共にベアリング５４，５５を介して位相調整用ドライブシャフト５１に回転可能に取り付けられている。
【００３３】
加えて、位置調整用ドライブシャフト５１上には、出力側インターナルギア３２Ａと入力側インターナルギア３２Ｂが共にベアリング３３Ａ，３３Ｂを介して回転可能に取り付けられている。なお、ここで出力側インターナルギア３２Ａと入力側インターナルギア３２Ｂは、減速比等は共に同条件である。
【００３４】
また、出力側インターナルギア３２Ａの外周には、出力側タイミングプーリ３４がボルト３５で固定されて一体回転可能に取り付けられているとともに、入力側インターナルギア３２Ｂの外周には入力側タイミングプーリ３６がボルト３７で固定されて一体回転可能に取り付けられている。そして、出力側タイミングプーリ３４と入力側タイミングプーリ３との間、及び入力側タイミングプーリ３６と出力側タイミングプーリ４との間には、それぞれタイミングベルト３８，３９が掛け渡されている。
【００３５】
次に、このように構成されたタイミング可変機構の動作を説明する。
(1) まず、カム軸１が図示せぬモータにより定速回転され、位相調整用モータ２５の駆動は停止され、この位相調整用モータ２５で位置調整用ドライブシャフト５１が停止保持されている状態の場合について説明する。
この場合では、カム軸１の回転は、出力側タイミングプーリ４、タイミングベルト３９、入力側タイミングベルト３６を順に介して入力側インターナルギア３２Ｂに伝えられ、この入力側インターナル３２Ｂが定速回転される。また、入力側インターナルギア３２Ｂ側からの駆動力で入力側減速構５７が定速回転されるとともに、この回転が出力側減速機５６に伝えられ、さらに出力側インターナルギア３２Ａ、出力側タイミングプーリ３４、タイミングベルト３８を順に介して入力側タイミングプーリ３に伝達され、この入力側タイミングプーリ３と一体に可変カム２がカム軸１上で定速回転される。これにより、可変カム２のカム面２Ａに当接されているカムフォロア４０が第１の実施例の場合と同様に例えば図６に近似のカムチャートを描いて移動制御され、これと一体にレバー４３が回動されて図示せぬ部材を操作する。
【００３６】
(2) 次に、カム軸１と可変カム２との位相をずらしてカムチャートのタイミングを変える場合には、メモリ１０１に入っている制御プログラムに基づいて、制御部１００により位相調整用モータ２５を正（＋）または負（−）の、タイミングをずらす方向に回転、または停止させると、第１の実施例の場合と同様にして例えば図５に示したカムチャートにおける丸数字１と２，２と３，３と４，４と１間の時間を各々独立させて変更することができる。すなわち、同じカム（可変カム２）を使用して、そのカムチャート上のタイミングを簡単に切り換えてワークに合った種々なカムを形成することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、主回転駆動系から回転カムに伝えられる回転を、位相調整用モータを介して制御される可変手段により変えると、回転カムの回転が変化し、カムチャートのタイミングが実効的に切り換えられる。したがって、カム自体を実際に交換しなくても、交換したと同等のカムを得ることができる。これによりカムチャート上のタイミングを切り換えて、種々なカムを簡単に形成することが可能になり、例えば多品種のワークを扱うＦＡ機器等にも適用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例として示すカムタイミング可変装置の概略縦断側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例として示すカムタイミング可変装置の概略縦断側面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。
【図５】カムチャートの一例を示す図である。
【図６】出力側タイミングプーリの角度θを求めるためモータ条件を示す図である。
【符号の説明】
１  カム軸
２  可変カム（回転カム）
３  入力側タイミングプーリ（第１の入力側タイミングプーリ）
４  出力側タイミングプーリ（第２の出力側タイミングプーリ）
２０  位相調整ユニット
２２  位置調整用ドライブシャフト
２５  位相調整用モータ
２９  減速機構
３０  ドライブギア
３１  遊星ギア
３２Ａ  上インターナルギア
３２Ｂ  下インターナルギア
３４  出力側タイミングプーリ（第２の出力側タイミングプーリ）
３６  入力側タイミングプーリ（第１の入力側タイミングプーリ）
３８  第２のタイミングベルト
３９  第１のタイミングベルト
１００  制御部
１０１  メモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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