(57)【要約】【課題】微小な振幅操作が容易に実現でき、かつ、応答曲線を容易に制御することが可能なカム機構を提供する。【解決手段】スリット３を形成した円筒状のカムシャフト２に荷重６ａを加え、カムシャフト２をたわませた状態で回転させることで、たわみ方に差が生じ非線形な挙動を示す。この非線形な応答曲線がカムの挙動を実現する。スリット３の端部には、このスリット３の端部にかかる負荷を分散するための孔が形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムシャフトにスリットが形成され、上記カムシャフトは、スリットを挟んで一方側に荷重が加えられ、他方側が固定部により回転可能に固定されていることを特徴とするカム機構。
【請求項２】
前記スリットが複数形成されていることを特徴とする請求項１記載のカム機構。
【請求項３】
前記スリットの端部に、このスリットの端部にかかる負荷を分散するための孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のカム機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カムの挙動を実現する機構に関し、特に、微小変位カムとして適用されるカム機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カムの挙動を実現する機構として一般的に知られているものは、自動車用内燃機関等に利用され、回転駆動するシャフト部とカム部とによってピストンやバルブなどを稼動させるカム機構である。このような従来のカム機構を表すものとして、特許文献１に記載されたカム機構が挙げられる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１７０４１２号公報
【０００４】
この特許文献１の図３、図６において、カムシャフト１が回転することにより、カム５，６の外形特性に従ってピストンやバルブなどを稼動するカム機構が示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のカム機構は、シャフト部とカム部の、少なくとも二つの部品からなり、カム機構の加工や組み立てに手間が掛かる。また、成形されたカムは、その一つの動作にしか適応できないため、異なる動作が必要な場合には、カム部を研磨したり、カム自体を作成しなおしたりする必要があり、非常に手間が掛かる。特に、微小変位カムなど変位が微小なカム機構の振幅操作及び応答曲線の制御には、カムを小型にし、かつ、外形状の成形に高い精度が要求されるため、これを実現するカム部を作成するには大変手間やコストが掛かっていた。
【０００６】
本発明は、前記の課題を解決するものであり、特に、微小な振幅操作が容易に実現でき、かつ、応答曲線を容易に制御することが可能なカム機構を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のカム機構は、カムシャフトにスリットが形成され、上記カムシャフトは、スリットを挟んで一方側に荷重が加えられ、他方側が固定部により回転可能に固定されていることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、スリットが形成されているカムシャフトに荷重を加え、カムシャフトをたわませた状態で回転させることによってカム機構を実現することができる。すなわち、上方から下方へ荷重が加えられる場合において、スリットが上方にある時はたわみが大きくなり、さらに回転してスリットが下方にある時はたわみが小さくなる。また、スリットが左右横方向にある時はスリットの影響は少なく、カムシャフト自体の弾性分によるたわみが得られる。したがって、そのたわみ方の差により上記カムシャフトの表面高さは非線形な挙動すなわち、非線形な応答曲線を示し、それによってカムの挙動を実現する。
【０００９】
本発明の請求項２記載のカム機構は、前記スリットが複数形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、円筒状のカムシャフトにスリットが複数形成されているため、スリットが一ヶ所の場合よりたわみは増加する。
【００１１】
本発明の請求項３記載のカム機構は、前記スリットの端部に、このスリットの端部にかかる負荷を分散するための孔が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前記スリットの端部に円孔が形成されているため、スリットの端部にかかる負荷が分散する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明実施の形態を、図面を引用しながら説明する。
【００１４】
本発明のカム機構の概念を表す模式図を図１に示す。カム機構１は、カムシャフト２、カムシャフト２の端面と平行に形成されたスリット３、スリット３の端部に形成された孔４、固定部としてベアリング５、及び荷重６ａを加えるための負荷装置６からなる。また、負荷装置６は先端部の高さ位置の変位を感知する機能を持つ。上記カムシャフト２の一方側は、ベアリング５によりカムシャフト２を回転可能に固定され、スリット３を挟んだ他方側に荷重６ａを加えることで、たわみδが発生する。たわみδの発生により、スリット３の端部に局所的に負荷がかかるが、孔４により、この負荷が分散されることとなる。この孔４は、ほぼ円形であるが、上記スリット３の端部に負荷が分散されれば、ほぼ円形ではなく半円形や楕円等でも良い。上記カムシャフト２は、円筒形状であるが、丸棒状や多角棒状等でも良く、内部中空でも内部中実でも良い。本実施の形態では、円筒形状のカムシャフト２に軸と直交方向のスリット３が設けられているため、スリット３は円弧形状となり、孔４は円弧状のスリット３の両端において外周表面に円形となって現れる。つまり、スリット３の両端部がほぼ円形の孔４として外周表面に表れる。
【００１５】
カムシャフト２に、一定の荷重６ａを下方向に加えることによって、図２（ａ）に示されるように、スリット３が上方にある時は、たわみδは大きくなり、図２（ｂ）に示されるようにカムシャフト２の回転によりスリット３が下方にある時は、たわみδは小さくなる。また、スリット３が左右横方向にある時は、スリット３の影響は少なく、カムシャフト２自体の弾性分によるたわみδが得られることとなる。このことにより、たわみδの応答曲線は非線形な挙動を示し、これに伴い、負荷装置６の先端部の高さ位置が上下動することとなり、カムの挙動を実現する。
【００１６】
なお、スリット３については複数でも良い。スリット３を複数にすることで、たわみδを増加させることができる。負荷装置６は、重り等による荷重６ａを付加する手段と、高さ位置の変位を感知する手段とを分けるようにしても良い。また、荷重６ａはいずれの方向から加えても良く、荷重６ａの大きさや、荷重６ａを加える位置、あるいはベアリング５による回転固定位置を調整することによってたわみδを制御することができる。また、ベアリング５の位置や負荷装置６の位置は、必ずしもカムシャフト２の端部である必要はなく、スリット３を挟んで両側に位置していれば良い。
【００１７】
（実施例）
以下に、実際に製作したカム機構の応答特性実験を説明する。
【００１８】
本実施例の円筒状のカムシャフト２を図３に示す。基本部材としてアルミニウムを使用し、寸法は、全長２ａを４５０ｍｍ、直径２ｂを１０ｍｍ、厚さ２ｃを１ｍｍとした。
【００１９】
図３に示すように、円筒状のカムシャフト２に第１のスリット３ａ、第２のスリット３ｂ、及び、各スリット３ａ，３ｂの端部に形成された孔（円形）４を形成する。第１のスリット３ａは、カムシャフト２の端面２ｄから１００ｍｍの位置に形成し、第２のスリット３ｂは、第１のスリット３ａからさらに１００ｍｍの位置に形成する。また、スリット３ａ，３ｂの寸法は、深さ３ｃを５ｍｍ、幅３ｄを０．３ｍｍとし、スリット３ａ，３ｂの端部に形成する円孔４の半径４ａを１ｍｍとする。
【００２０】
前記カムシャフト２を回転させたときの、力学的応答特性を調べる実験装置の側面図を図４に、斜視図を図５に示す。
【００２１】
前記カムシャフト２の端面２ｄから３００ｍｍの位置５ａ、及び３６８ｍｍの位置５ｂの二ヶ所をベアリング５で回転可能に固定し、スリット３ａ，３ｂが形成されている方の端部に負荷装置６（荷重６ａを付加する手段）として約６００ｇの重りを配する。このようなカムシャフト２を右回転で４５°毎に回転させ、たわみδを測定する。なお、たわみδは負荷装置６がない状態におけるカムシャフト２の表面位置を基準とした実験時におけるカムシャフト２の表面位置の変位量であり、カムシャフト２の回転角度θは鉛直方向を０°とする。また、たわみδの測定すなわち、高さ位置の変位を感知する手段にはレーザー変位計７を使用し、スリット３ａ，３ｂが形成されている方の端面２ｄから１５０ｍｍの位置７ａを計測点とした。
【００２２】
以上の条件で実験を行い、得られた測定結果（応答曲線）を図６に示す。
【００２３】
実験は４回行い、それぞれの測定値を平均した値がグラフのプロット点となっている。図６により、θが０°付近ではスリット３ａ，３ｂが上方にあるため、たわみδは大きくなり、θが１８０°付近ではスリット３ａ，３ｂが下方にあるため、たわみδは小さくなることがわかる。
【００２４】
すなわち、スリット３ａ，３ｂを形成した円筒状のカムシャフト２に荷重６ａを加えた状態にて、カムシャフト２を回転させることにより、たわみ方に差が生じ、カムシャフト２の表面位置は非線形な挙動を示す。この非線形な応答曲線がカムの挙動を実現する。
【００２５】
本発明は、本実施の形態におけるカムシャフト２の材質及び形状や、スリット３，３ａ，３ｂ及び円孔４の形成位置、数量、及び形状を限定するものではなく、カムシャフトにスリットを形成するカム機構であれば本発明に含むものとする。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のカム機構は、円筒状のカムシャフトにスリットを形成することでカムの挙動を実現できるため、従来のようにシャフト部とカム部とを個別に成形して組み立て及び位置合わせを行う必要がなく、製作を容易に行うことができる。また、従来のように小型、かつ、高精度なカムを作成する必要がなく、円筒状のカムシャフトにスリット及び円孔を形成することで、非線形な応答曲線が得られ、荷重の大きさや荷重を加える位置、あるいはベアリングによる回転固定位置を調整することによって微小な振幅操作が容易に実現できる。つまり、微小変位カムなど高い精度が要求されるカム機構の作成に好適であるといえる。
【００２７】
また、本発明のカム機構は、上述した効果に加え、スリットの円孔の作用によって、スリットにかかる負荷を分散させることができ、かつ、スリットを複数形成することによってたわみを増加させることができる。
【００２８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカム機構の概念を表す模式図
【図２】（ａ）はカムシャフト２において、スリット３が上方にあるときに負荷６ａがかかった状態の側面図、（ｂ）はカムシャフト２において、スリット３が下方にあるときに負荷６ａがかかった状態の側面図
【図３】スリット３を形成したカムシャフト２の平面図
【図４】実験装置の側面図
【図５】実験装置の斜視図
【図６】応答特性を表すグラフ
【符号の説明】
１    カム機構
２    円筒状のカムシャフト
２ａ  円筒の全長
２ｂ  円筒の直径
２ｃ  円筒の厚み
２ｄ  円筒の端面
３    スリット
３ａ  第１のスリット
３ｂ  第２のスリット
３ｃ  スリットの深さ
３ｄ  スリットの幅
４    円孔
４ａ  円孔の半径
５    ベアリング
５ａ  第１のベアリング固定部
５ｂ  第２のベアリング固定部
６    負荷装置
６ａ  荷重
７    レーザー変位計
７ａ  レーザー計測位置
δ   たわみ
【図１】
2005009597.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005009597.tif 000005
【図４】
2005009597.tif 000006
【図５】
2005009597.tif 000007
【図６】
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