(57)【要約】【課題】従動節として往復運動するクランクに大きな回転トルクをかけることができ、安定した動作を実現することができる、カム機構およびそれを用いた揚水風車を提供する。【解決手段】偏芯した位置に回転軸を有する円盤と、該円盤の外周に配置した円形ベアリングを介して、前記円盤に対して回動可能に軸止したクランクとを有することを特徴とするカム機構およびそれを用いた揚水風車。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏芯した位置に回転軸を有する円盤と、該円盤の外周に配置した円形ベアリングを介して、前記円盤に対して回動可能に軸止したクランクとを有することを特徴とするカム機構。
【請求項２】
請求項１に記載したカム機構を有することを特徴とする揚水風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カム機構およびそれを用いた揚水風車に関する。
具体的には、従動節の運動とその運動を導くためのカムの輪郭曲線とが一平面内にある平面カム機構およびそれを用いた揚水風車に関する。
【背景技術】
【０００２】
カム機構とは、特殊な形状を持った原動節に回転運動または直線運動を与えて、これと対偶をなす従動節に複雑な往復運動をさせる機構をいう。
カム機構のうち、従動節の運動とその運動を導くためのカムの輪郭曲線とが一平面内にあるものを平面カムといい、例えば図３に示すように、カムの輪郭曲線を「おむすび型」にし、このカムの輪郭曲線上にローラー７を走行させることによって、カムの回転軸２´とカムの輪郭曲線との距離の変化に応じて複雑な動作をローラー７にさせることができる。
【０００３】
図３に示すような平面カムは、目的に合わせてカム形状を適宜選択することによって、ローラー７に複雑な動作をさせる上で効果的であるが、カムの輪郭曲線とローラー７との転がり接触によってローラーの動作を規定しているため、ローラー７がカムの表面に衝突する際の衝撃によってローラーの動作が不安定となるうえ、ローラー７とカムとの接触抵抗によってローラー７を往復運動させるため、ローラー７を往復運動させる駆動力を大きくすることができないという問題点があった。
【０００４】
また、このような平面カム機構は、種々の機械に用いられており、例えば、特開平８−１３５７６３号公報（特許文献１）には、平面カム機構が田植え装置に応用されている。
この特許文献１の装置は、回転又は揺動駆動されるカム部材に形成された平滑なカム面に、支持杆に枢支したローラを当接させ、このローラのカム動作により作動部を作動させるカム機構において、ローラを支持杆に突設した取付軸にベアリングを枢支し、このベアリングのアウターの外周にアウターの硬度より低い軟質な部材により形成したガイドカラーを圧着勘合させ、前記カム面に回転当接するように構成することにより、カム部材とローラの衝撃を抑制して円滑なカム伝動を行うことを目的としている。
この方法により、軟質なガイドカラーを設けることによって、カム部材とローラの衝撃を抑制することはできるが、カム部材とローラとの衝撃自体がなくなるわけではないので根本的な問題解決はできなかった。
【０００５】
また、自動車などのクランクシャフトには、図４に示すようなカム機構が用いられている。
このクランクシャフトは、左右対称に配置された円盤１の回転軸２´´に偏芯軸８を有するクランク５´が設けられており、円盤１の回転に連動してクランク５´が上下に往復運動を繰り返すことを利用して、回転運動を往復運動に変換する装置として広く利用されている。
【０００６】
図４に示すクランクシャフトは、円盤１´に偏芯軸８を有するクランク５´を接続し、このクランク５´を回転することによって偏芯軸８に図４の上下方向に振幅の大きな往復動作をさせることできるが、このクランクシャフトも機構上大きな回転トルクをかけることができないためクランク５´の偏芯軸８を往復運動させる駆動力を大きくすることができないという問題点があった。
【特許文献１】特開平８−１３５７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、従動節として往復運動するクランクに大きな回転トルクをかけることができ、安定した動作を実現することができる、カム機構およびそれを用いた揚水風車を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前述の課題を解決するために鋭意検討の結果、偏芯した位置に回転軸を有する円盤の外周に配置した円形ベアリングを介して、前記円盤に対して回動可能に軸止したクランクを設けることにより、従動節として往復運動するクランクに大きな回転トルクをかけることができ、安定した動作を実現することができる、カム機構およびそれを用いた揚水風車を提供するものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）偏芯した位置に回転軸を有する円盤と、該円盤の外周に配置した円形ベアリングを介して、前記円盤に対して回動可能に軸止したクランクとを有することを特徴とするカム機構。
（２）（１）に記載したカム機構を有することを特徴とする揚水風車。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、偏芯した位置に回転軸を有する円盤の外周に配置した円形ベアリングを介して、前記円盤に対して回動可能に軸止したクランクを設けることにより、従動節として往復運動するクランクに大きな回転トルクをかけることができ、安定した動作を実現することができる、カム機構およびそれを用いた揚水風車を提供することができ、産業上有用な著しい効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
発明を実施するための最良の形態について、図１乃至図４を用いて詳細に説明する。
図３は、従来の平面カム機構を例示する図である。
図３において、２´は回転軸、７はローラーを示す。
図３に示すように、カムの輪郭曲線を例えば「おむすび型」のようにし、この輪郭曲線にローラー７を接触させることによって、カムを回転軸２´を中心に回転させると、回転軸２´とローラー７の接触面との距離が変化するため、ローラー７に図３に矢印で示すような往復動作をさせることができるうえ、カムの輪郭形状を変えることによって、さらに複雑な動作を実現することができる。
【００１１】
しかし、図３に示すような平面カムは、ローラー７がカムの輪郭曲線に衝突することが避けられないため、衝突時に不安定な動作が発生するうえ、ローラー７の往復動作の駆動力は、カムの接触面から受ける一点に集中した力のみであることから、ローラー７の駆動力を大きくすることは困難であった。
【００１２】
図４は、従来のカム機構を用いたクランクシャフトを例示する図である。
図４において、１´は円盤、２´´は回転軸、８は偏芯軸を示す。
図４に示すように、通常のクランクシャフトは動作や荷重のバランスをとるため、左右対称の位置に円盤１´を設け、この円盤１´に偏芯軸８を有するクランクを接続することによって、円盤１´を回転させると、偏芯軸８がクランクの腕の長さｄ´を振幅として上下に往復動作をさせることができる。
【００１３】
しかし、このクランクシャフトは、図４に示すような棒状のクランクによって駆動力を伝達するため、クランクの往復動作に大きな駆動力をかけることができなかった。
【００１４】
図１は、本発明におけるカム機構の実施形態を例示する図である。
図１において、１は円盤、２は回転軸、３はベアリング中心、４は円形ベアリング、５はクランク、６はクランク軸を示す。
本発明のカム機構は、偏芯した位置に回転軸２を有する円盤１と、該円盤１の外周に配置した円形ベアリング４を介して、前記円盤１に対して回動可能に軸止したクランク５とを有することを特徴とする。
【００１５】
図１に示すように、本発明のカム機構は、円盤１の中心から偏芯した位置に回転軸２を有する円盤１の外周に配置された円形ベアリング４を介して、円盤１とクランク５とが回動可能に軸支されているので、円盤１が回転軸２を中心に回転すると、円盤１の中心と回転軸２との距離ｄを振幅としてクランク５を上下方向に往復運動させることができる。
本発明は、円形ベアリング４を介して、円盤１とクランク５とが回動可能に軸支されているので、円盤１とクランク５との回動を円滑にし、回転時の抵抗を提言することができるうえ、クランク５の往復動作を安定させることができる。
【００１６】
また、円形ベアリング４を円盤１の外周に配置したため、円形ベアリング４の直径を大きくすることができるため、この円形ベアリング４を介して円盤１と回動可能に軸支されるクランク５を大きくすることができ、その結果、クランク５に働く駆動力を大きくすることができる。
また、本発明によれば、簡単な機構でスムーズな動作を実現することができるので、従来の機構で必要とされていた、潤滑油を充満させたギアボックスを設ける必要がなくなる。
【００１７】
なお、本発明においては、円形ベアリング４の方式は問わないが、図１および図２に示すようなボールベアリングを用いることによって、円盤１とクランク５との回動をさらに円滑にすることができる。
また、例えば円盤１の先にプロペラを設けて風車とし、クランク軸６に往復動ポンプのシリンダーを接続することによって、風車が回転する回転運動を往復運動に変換し、貯水槽に溜められた水を汲み上げる揚水風車として用いることができる。
【００１８】
図２は、本発明におけるカム機構の動作を説明する図である。
図２（a）〜（d）は、円盤を右方向に１回転した場合のクランクの動作順序を示している。
まず、図２（a）に示すように、図１の状態から円盤１を右回りに回転させると、ベアリング中心３は、回転軸２に対して矢印の方向（左斜め上）に移動し、その結果、クランクは上方に移動する。
【００１９】
次に、図２（b）に示すように、図２（a）の状態から円盤１をさらに右回りに回転させると、ベアリング中心３は、回転軸２に対して矢印の方向（右斜め上）に移動し、その結果、クランクはさらに上方に移動する。
【００２０】
次に、図２（c）に示すように、図２（b）の状態から円盤１をさらに右回りに回転させると、ベアリング中心３は、回転軸２に対して矢印の方向（右斜め下）に移動し、その結果、クランクは下方に移動する。
【００２１】
そして、図２（ｄ）に示すように、図２（ｃ）の状態から円盤１をさらに右回りに回転させると、ベアリング中心３は、回転軸２に対して矢印の方向（左斜め下）に移動し、その結果、クランクはさらに下方に移動する。
このようにして、円盤を１回転させると、クランクは図２に矢印で示す上下方向に１サイクルの往復運動をする動作を行うことがわかる。
【実施例】
【００２２】
本発明のカム機構を、防災用水を貯蔵する貯水槽内の水を循環させる揚水風車に用いたところ、風車の回転力を安定した往復運動に変換することができ、自然エネルギーである風力を利用して防災用水を循環させる公園を実現することができた。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、揚水風車に限らず、安定して回転運動を往復運動に変換するカム機構として広く利用することができ、産業上極めて利用度の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明におけるカム機構の実施形態を例示する図である。
【図２】本本発明におけるカム機構の動作を説明する図である。
【図３】従来の平面カム機構を例示する図である。
【図４】従来のカム機構を用いたクランクシャフトを例示する図である。
【符号の説明】
【００２５】
１、１´  円盤
２、２´、２´´  回転軸
３  ベアリング中心
４  円形ベアリング
５  クランク
６  クランク軸
７  ローラー
８  偏芯軸
ｄ、ｄ´  振幅
【図１】
2007247539.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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