JP2007198573A - 動力伝達方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な機構で電動機の回転方向を逆転することなく直線移動の方向を反転して、ドアなど被駆動物で発生する挟み込みを防止する。
【解決手段】回転運動を直線運動に変換する動力伝達装置DDであって、電動機MMと、電動機MMによって回転駆動される雌ネジ1と、回転可能に且つ雌ネジ1に対して軸方向に相対移動可能に支持され、雌ネジ1よりも径が小さく雌ネジ1を貫通して偏心位置で螺合した雄ネジ2と、雄ネジ2を回転可能な状態と回転不能な状態とに切り換えるブレーキ部材BKとを有する。
【選択図】 図1
【解決手段】回転運動を直線運動に変換する動力伝達装置DDであって、電動機MMと、電動機MMによって回転駆動される雌ネジ1と、回転可能に且つ雌ネジ1に対して軸方向に相対移動可能に支持され、雌ネジ1よりも径が小さく雌ネジ1を貫通して偏心位置で螺合した雄ネジ2と、雄ネジ2を回転可能な状態と回転不能な状態とに切り換えるブレーキ部材BKとを有する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、回転運動を直線運動に変換する動力伝達方法および装置に関する。さらに詳しくは、直線運動によって被駆動体が移動して対象物に接触したときに、それによって被駆動体が設定値以上の外力を受けると直線運動の方向を反転して移動し、対象物に必要以上の押し付け力を発生させることを防止することができる動力伝達方法および装置に関する。
直線運動機構は世の中のあらゆる場所で様々な用途に使用されている。
直線運動して開閉する電車やエレベーター、建物のドアなどは、電動モーターや空気圧シリンダーによって駆動されている(特許文献1)。これらドアの開閉を確実に早く行うためには駆動力を大きくするのが望ましい。しかしながら、ドアを通過する物や人、衣服の一部が挟み込まれる不都合が想定されるため、ドアを閉じるときの駆動力を大きく設定できない。
特開平7−186946
これらドアでは、挟み込みが発生したとき人力によって扉を押し戻して挟み込みから逃れることが出来るように、電動機駆動系ではトルクリミッターを設置したり、空気圧駆動系では空気圧シリンダーへの供給圧力を調整して閉鎖力を決定している。それでも、ドアを押し戻すために必要な力は、成人男性の腕力が必要であり、女性や子供、老人の力では挟み込みから逃れることが困難である。特に、電車のドアでは、身体の一部や衣服を挟み込んだまま電車が発車した場合には重大な事故が起きるおそれがある。
本発明は上述の問題に鑑みてなされたもので、簡単な機構で電動機などの回転方向を逆転することなく直線移動の方向を反転して、ドアなどにおける挟み込みを防止する動力伝達方法および装置を提供することを目的とする。
本発明に係る方法は、回転運動を直線運動に変換する動力伝達方法であって、雌ネジと前記雌ネジよりも径の小さい雄ネジとを偏心位置で螺合させておき、前記雌ネジを回転させて前記雄ネジをその軸方向に直線移動させ、前記雄ネジを前記雌ネジに対して相対回転可能な状態と相対回転不能な状態とに切り換えることにより、前記雄ねじの直線移動の方向を反転させる。
1つの実施形態によると、前記雄ネジが相対回転不能な状態で直線移動しているときにその推力が所定値を越えた場合に相対回転可能な状態に切り換える。
本発明に係る装置は、回転運動を直線運動に変換する動力伝達装置であって、回転駆動源と、前記回転駆動源によって回転駆動される雌ネジと、回転可能に且つ前記雌ネジに対して軸方向に相対移動可能に支持され、前記雌ネジよりも径が小さく前記雌ネジを貫通して偏心位置で螺合した雄ネジと、前記雄ネジを回転可能な状態と回転不能な状態とに切り換えるブレーキ部材と、を有する。
好ましくは、前記ブレーキ部材が、前記雄ネジの一端部に一体的に設けられたブレーキ板に押当することによって前記ブレーキ板の回転を拘束するブレーキライニングと、前記ブレーキ板と前記ブレーキライニングとが押当するように付勢するバネ部材と、前記ブレーキライニングおよび前記バネ部材を収容し、前記雄ネジの軸方向への移動によって直線移動されるべき被駆動体に対して固定的に設けられたハウジングとを有する。
本発明によると、簡単な機構で電動機などの回転方向を逆転することなく直線移動の方向を反転して、ドアなどにおける挟み込みを防止することができる。
本発明の実施形態において、動力伝達装置DDは、電動機の回転運動をネジ機構によって直線運動に変換し、ネジの差動回転運動を利用して電動機の回転方向を逆転することなく直線移動方向を反転させる機構である。
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
図1および図2は本発明の実施形態に係る動力伝達装置DDの断面正面図、図3は図1の動力伝達装置DDのA−A線矢視断面側面図、図4はネジの差動回転運動によって直線移動方向が反転する原理を説明するための図である。
図1および図2において、電動機MMによりベルトを介して駆動される雌ネジ1は、雌ネジ1を回転自在に支持する雌ネジベアリング5を介してハウジング3に装着される。雌ネジ1と同一ピッチで且つ直径が小である雄ネジ2は、雌ネジ1と偏心して設置された雄ネジベアリング7によって回転自在に且つ軸方向に移動自在に支持される。雄ネジベアリング7は、ベアリングホルダー4によって雌ネジ1と雄ネジ2とが偏心位置で螺合するように保持され、ハウジング3に取り付けられる。スペーサー6は、雄ネジベアリング7と雌ネジベアリング5とを隔てる。
雄ネジ2の片側端の同軸心上に固定取り付けされたブレーキ板8は、軸端ベアリング12によって回転自在に支持され、バネ13は、その付勢力によって、軸端ベアリング12を介してブレーキ板8をブレーキライニング9に押し付ける。これによって、無負荷時には、雄ネジ1の回転が拘束される。バネ13および軸端ベアリング12は、雄ネジ2と同軸心上に配置されるように、被駆動体取付ブラケット10とカバー11とによって固定される。被駆動体取付ブラケット10とカバー11とは、ネジ結合によって一体化されている。
雄ネジ2の他端は、ベアリング15によって回転自在に支持される。さらに、ベアリング15は、被駆動体17に取り付けられた支持ブラケット14によって、雄ネジ2の同軸心上で軸方向に所定の距離だけ移動自在に支持される。
図1には、例えば扉など被駆動体17が外部から反力を受けずに左方向に移動している状態が示されている。雌ネジ1は、電動機MMの回転出力で矢印方向に回転駆動され、これによって雄ネジ2を左方向に移動させる。
図2には、被駆動体17が外部から反力を受け、被駆動体取付ブラケット10が移動することができずに停止している状態を示す。このときに、雌ネジ1の矢印方向の回転によって雄ネジ2が左方向に移動し、バネ13の付勢力に抗してバネ13を撓ませ、ブレーキ板8をブレーキライニング9から離す。これによって、雄ネジ2の回転拘束が解除され、雄ネジ2は回転不能な状態から回転可能な状態に切り換えられる。
すなわち、動力伝達装置DDは、回転運動を直線運動に変換するものであり、回転駆動源である電動機MMと、電動機MMによって回転駆動される雌ネジ1と、回転可能に且つ雌ネジ1に対して軸方向に相対移動可能に支持され、雌ネジ1よりも径が小さく雌ネジ1を貫通して偏心位置で螺合した雄ネジ2と、雄ネジ2を回転可能な状態と回転不能な状態とに切り換えるブレーキ部材BKとを有する。ブレーキ部材BKは、雄ネジ2の一端部に一体的に設けられたブレーキ板8に押当することによってブレーキ板8の回転を拘束するブレーキライニング9と、ブレーキ板8とブレーキライニング9とが押当するように付勢するバネ部材13と、ブレーキライニング9およびバネ部材13を収容し、雄ネジ2の軸方向への移動によって直線移動されるべき被駆動体17に対して固定的に設けられたハウジング10,11とを有する。
すなわち、動力伝達装置DDは、回転運動を直線運動に変換するものであり、回転駆動源である電動機MMと、電動機MMによって回転駆動される雌ネジ1と、回転可能に且つ雌ネジ1に対して軸方向に相対移動可能に支持され、雌ネジ1よりも径が小さく雌ネジ1を貫通して偏心位置で螺合した雄ネジ2と、雄ネジ2を回転可能な状態と回転不能な状態とに切り換えるブレーキ部材BKとを有する。ブレーキ部材BKは、雄ネジ2の一端部に一体的に設けられたブレーキ板8に押当することによってブレーキ板8の回転を拘束するブレーキライニング9と、ブレーキ板8とブレーキライニング9とが押当するように付勢するバネ部材13と、ブレーキライニング9およびバネ部材13を収容し、雄ネジ2の軸方向への移動によって直線移動されるべき被駆動体17に対して固定的に設けられたハウジング10,11とを有する。
バネ部材13として、本実施形態では複数個の皿バネが用いられる。これ以外に、圧縮コイルバネ、板バネ、空気バネなどを用いることも可能である。ブレーキ部材BKとして、例えば雄ネジ2を延長して円柱状のロッドとし、そのロッドの外周面に対して摩擦によって回転を拘束するような構成としてもよい。その他、ブレーキ部材BKとして、雄ネジ2を回転可能な状態と回転不能な状態とに切り換える種々の構造のものを採用してもよい。
次に、図4(A)(B)によって、偏心して螺合された直径が異なりネジピッチが等しい雌ネジ1と雄ネジ2が、雌ネジ1の回転方向を逆転することなく雄ネジ2の回転拘束と拘束解除によって、雄ネジ2の移動方向を反転する仕組みを説明する。
偏心して螺合された直径が異なりネジピッチが等しい雌ネジ1と雄ネジ2は、それぞれのネジリード角の違いによりネジ山円周上の1点で接触する。その接触点円直径を、雌ネジ1の接触点直径20と雄ネジ2の螺合接触円直径21とで示す。
図4(A)は、雌ネジ1のみが回転し、雄ネジ2は回転を拘束された状態を示す。雌ネジ1のネジ山と雄ネジ2のネジ山との回転開始時の接触点22は、例えば、雌ネジ1が半回転することによって、その軌跡が円弧24を描いて点23に至る。雌ネジ1と雄ネジ2とは螺互いに螺合しているので、図1に示す左ネジの組み合わせでは雄ネジ2は左方向に1/2ピッチ分の距離を移動する。
図4(B)は、雌ネジ1が回転し、雄ネジ2も回転の拘束を解除されて回転可能な状態を示す。
雄ネジ2のネジ山は外力で雌ネジ1のネジ山に押し付けられるため、雄ネジ2は雌ネジ1との接触点で転がりながら供回りする。つまり、雌ネジ1の回転によって、雄ネジ2は雌ネジ1に内接した状態で共に回転する。ここで、説明を単純化するため、雌ネジ1のネジ山の接触円直径20が雄ネジ2のネジ山の接触点直径21の1.5倍とする。雌ネジ1のネジ山と雄ネジ2のネジ山との回転開始時の接触点22は、雌ネジ1が半回転(180度回転)することによって、雌ネジ1についてはその軌跡が円弧24を描いて点23に至り、雄ネジ2についてはその軌跡が円弧26を描いて点25に至る。そのときに、2つの円弧24,26の円周長さは互いに等しいので、雌ネジ1の側の円弧24の中心角は180度であるのに対し、雄ネジ2の側の円弧26の中心角はその1.5倍の270度となる。
つまり、雌ネジ1が半回転すると雄ネジ2は3/4回転する。これは、ネジのかみ合わせから見れば、雌ネジ1に対して雄ネジ2が1/4回転分だけ位相が進んだことになる。これは、雄ネジ2から見れは、雌ネジ1がその実際の回転方向とは逆の方向に1/4回転だけ回転したことになる。したがって、これによって、雄ネジ2はそれまでとは逆の方向である右方向に1/4ピッチ分の距離を移動する。即ち、図2に示す状態では、雌ネジ1が同じ方向に回転しているにも係わらず、つまり逆転を行わないにも係わらず、雄ネジ2の移動方向が切り換わって1/4ピッチ分の距離を右方向に移動する。
雄ネジ2のネジ山の接触点直径21をdで表し、雌ネジ1のネジ山の接触円直径20をDで表し、雌ネジ1の回転開始からの回転角度をΘで表すと、雌ネジ1のネジ山接触点の軌跡の円弧長Lは、
L=(D/2)×Θ
雄ネジ2のネジ山接触点の軌跡の円弧長lは、雌ネジ1のネジ山接触点の軌跡の円弧長Lと等しいため、
L=l=(d/2)×θ=(D/2)×Θ
となり、雄ネジ2の回転角度θと雌ネジ1の回転角度Θとの関係は
θ=(D/d)×Θ
となる。
L=(D/2)×Θ
雄ネジ2のネジ山接触点の軌跡の円弧長lは、雌ネジ1のネジ山接触点の軌跡の円弧長Lと等しいため、
L=l=(d/2)×θ=(D/2)×Θ
となり、雄ネジ2の回転角度θと雌ネジ1の回転角度Θとの関係は
θ=(D/d)×Θ
となる。
図1に示すようにネジが左ネジであれば、雄ネジ2が回転不能に固定されている場合、雌ネジ1が時計方向にΘ回転すれば、雄ネジ2は、
S1=(Θ/2π)×ネジピッチ
で示される距離Sだけ左方向に移動する。
S1=(Θ/2π)×ネジピッチ
で示される距離Sだけ左方向に移動する。
被駆動体17に設定値以上の反力、つまりバネ13の付勢力に打ち勝つ力が働き、図2に示すように雄ネジ2が回転可能な状態となった場合には、上述と同様、雌ネジ1がΘ回転すれば、雄ネジ2は、θ〔=(D/d)×Θ〕で示される角度だけ同じ時計方向に回転する。
このとき、雄ネジ2と雌ネジ1との回転角度差Aは、
A=〔(D/d)−1〕×Θ
となり、雄ネジ2が雌ネジ1より多く回転する。その結果として、雄ネジ2は、雌ネジ1が逆回転していないにも係わらず、それまでとは逆方向である右方向に移動する。その移動距離S2は、
S2=〔(D/d)−1〕×(Θ/2π)×ネジピッチ
で示される。
A=〔(D/d)−1〕×Θ
となり、雄ネジ2が雌ネジ1より多く回転する。その結果として、雄ネジ2は、雌ネジ1が逆回転していないにも係わらず、それまでとは逆方向である右方向に移動する。その移動距離S2は、
S2=〔(D/d)−1〕×(Θ/2π)×ネジピッチ
で示される。
上述の説明で明らかなとおり、このようにして、被駆動体を直線運動させる駆動力が大きくても、外部からの小さな力で、駆動用の電動機の回転を逆転することなく直線移動方向を反転できる動力伝達機構が構成できる。
本実施形態によれば、構成要素が少なく単純な部品構成で、設定加重以上の外力によって、電動機を逆回転することなく直線運動の移動方向を反転できる動力伝達機構を安価に製造することが出来る。本実施形態の動力伝達装置DDをドアなどに応用すれば、電動機を逆転させてドア移動方向を反転させるために必要とされる複雑な負荷検出回路とモーター制御回路を用いることなしに、人や物の挟み込みを防止できるドア駆動装置が実現できる。
DD 動力伝達装置
1 雌ネジ
2 雄ネジ
3 ハウジング
4 ベアリングホルダー
5 雌ネジベアリング
6 スペーサー
7 雄ネジベアリング
8 ブレーキ板
9 ブレーキライニング
10 被駆動体取付ブラケット
11 カバー
12 軸端ベアリング
13 バネ
14 支持ブラケット14
15 ベアリング
16 止め輪
17 被駆動体
18 固定フレーム
20 雌ネジのネジ山の接触円直径
21 雄ネジのネジ山の接触点直径
22 雌ネジのネジ山の回転開始時の雄ネジのネジ山との接触点
23 雌ネジ接触点移動点
24 雌ネジ接触点の軌跡を示す円弧
25 雄ネジ接触点移動点
26 雄ネジ接触点の軌跡を示す円弧
1 雌ネジ
2 雄ネジ
3 ハウジング
4 ベアリングホルダー
5 雌ネジベアリング
6 スペーサー
7 雄ネジベアリング
8 ブレーキ板
9 ブレーキライニング
10 被駆動体取付ブラケット
11 カバー
12 軸端ベアリング
13 バネ
14 支持ブラケット14
15 ベアリング
16 止め輪
17 被駆動体
18 固定フレーム
20 雌ネジのネジ山の接触円直径
21 雄ネジのネジ山の接触点直径
22 雌ネジのネジ山の回転開始時の雄ネジのネジ山との接触点
23 雌ネジ接触点移動点
24 雌ネジ接触点の軌跡を示す円弧
25 雄ネジ接触点移動点
26 雄ネジ接触点の軌跡を示す円弧
Claims (4)
- 回転運動を直線運動に変換する動力伝達方法であって、
雌ネジと前記雌ネジよりも径の小さい雄ネジとを偏心位置で螺合させておき、
前記雌ネジを回転させて前記雄ネジをその軸方向に直線移動させ、
前記雄ネジを前記雌ネジに対して相対回転可能な状態と相対回転不能な状態とに切り換えることにより、前記雄ねじの直線移動の方向を反転させる、
ことを特徴とする動力伝達方法。 - 前記雄ネジが相対回転不能な状態で直線移動しているときにその推力が所定値を越えた場合に相対回転可能な状態に切り換える、
請求項1記載の動力伝達方法。 - 回転運動を直線運動に変換する動力伝達装置であって、
回転駆動源と、
前記回転駆動源によって回転駆動される雌ネジと、
回転可能に且つ前記雌ネジに対して軸方向に相対移動可能に支持され、前記雌ネジよりも径が小さく前記雌ネジを貫通して偏心位置で螺合した雄ネジと、
前記雄ネジを回転可能な状態と回転不能な状態とに切り換えるブレーキ部材と、
を有することを特徴とする動力伝達装置。 - 前記ブレーキ部材は、
前記雄ネジの一端部に一体的に設けられたブレーキ板に押当することによって前記ブレーキ板の回転を拘束するブレーキライニングと、
前記ブレーキ板と前記ブレーキライニングとが押当するように付勢するバネ部材と、
前記ブレーキライニングおよび前記バネ部材を収容し、前記雄ネジの軸方向への移動によって直線移動されるべき被駆動体に対して固定的に設けられたハウジングとを有する、
請求項3記載の動力伝達装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006020989A JP2007198573A (ja) | 2006-01-30 | 2006-01-30 | 動力伝達方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006020989A JP2007198573A (ja) | 2006-01-30 | 2006-01-30 | 動力伝達方法および装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007198573A true JP2007198573A (ja) | 2007-08-09 |
Family
ID=38453361
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006020989A Pending JP2007198573A (ja) | 2006-01-30 | 2006-01-30 | 動力伝達方法および装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007198573A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011169254A (ja) * | 2010-02-19 | 2011-09-01 | Aisin Seiki Co Ltd | 回転駆動装置 |
CN105276117A (zh) * | 2014-06-20 | 2016-01-27 | 百大科技股份有限公司 | 螺杆 |
-
2006
- 2006-01-30 JP JP2006020989A patent/JP2007198573A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011169254A (ja) * | 2010-02-19 | 2011-09-01 | Aisin Seiki Co Ltd | 回転駆動装置 |
CN105276117A (zh) * | 2014-06-20 | 2016-01-27 | 百大科技股份有限公司 | 螺杆 |
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