(57)【要約】回転送り軸の異常な回転を防止する回転送り軸の安全装置が、回転送り軸の動力伝達機構の何れかの回転軸（５０、８０）に設けられ、周方向に複数の開口部（１０２ａ、２０２ａ）が形成された回転部材（１０２、２０２）と、回転送り軸のハウジング（５４、６２）に、回転部材の周方向に離間させて配置され、回転部材の開口部に受容されるように進退可能に設けられた少なくとも２つの飛込みピン（１０４、１０６：２０４、２０６）とを具備し、回転軸が任意の回転位置に割り出されていても、飛込みピンのうち少なくとも１つの飛込みピンが、開口部内に受容されるようにした回転送り軸の安全装置が提供される。
2012160706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転送り軸の異常な回転を防止する回転送り軸の安全装置において、
前記回転送り軸の動力伝達機構の何れかの回転軸に設けられ、周方向に複数の開口部が形成された回転部材と、
前記回転送り軸のハウジングに、前記回転部材の周方向に離間させて配置され、前記回転部材の開口部に受容されるように進退可能に設けられた少なくとも２つの飛込みピンと、
を具備し、前記回転軸が任意の回転位置に割り出されていても、前記飛込みピンのうち少なくとも１つの飛込みピンが、前記開口部内に受容されるようにしたことを特徴とする回転送り軸の安全装置。
【請求項２】
前記回転部材が、工作機械のワークを取り付ける回転テーブルと、該回転テーブルに対して一体的に、かつ、同心に取付けられた環状部材とを具備し、
前記環状部材に形成された前記開口部が、前記回転テーブルの回転軸線方向に開口するように形成されている請求項１に記載の回転送り軸の安全装置。
【請求項３】
前記回転部材が、工作機械のワークを取り付ける回転テーブルを動力伝達機構を介して駆動する駆動モータの出力軸と共に回転するように、該出力軸に取付けられており、
前記開口部が、前記出力軸に関して半径方向外側に開口している請求項１に記載の回転送り軸の安全装置。
【請求項４】
前記飛込みピンを前記開口部に向けて進出させたとき、前記開口部内に受容されなかった飛込みピンを後退させる請求項１から３のいずれか１項に記載の回転送り軸の安全装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は産業機械、特に工作機械の回転送り軸の異常な回転を防止する回転送り軸の安全装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工作機械の分野では、一層の効率化が求められている。効率を高める１つの方法として、工作機械の各送り軸の駆動モータや主軸の駆動モータの出力を高め、加工を高速化して加工時間を短縮することが考えられる。然しながら、そのためには、工作機械の各構成部材の強度を高めることが必要となり工作機械が大型化してしまう問題や、工具寿命が短くなる問題がある。
また、工作機械の効率を高めるためには、加工済ワークと未加工ワークとの交換に要する時間を短縮することも必要となる。加工済ワークと未加工ワークとの交換では、特に小型の工作機械において、しばしば作業者が工作機械に直接アクセスすることが必要となる。その際の作業者の安全性を確保することが必要となる。
一方、工作機械の分野では、加工プロセスも複雑化しており、ワークと工具とを相対的に直交三軸方向に移動させて加工するのみならず、更に、１つまたは複数の回転送り軸を加えて、４軸以上の送り軸を有した工作機械も増えている。こうした４軸以上の送り軸を有した工作機械では、ワークは回転テーブル上に直接取り付けられたり、回転テーブル上に固定されたロータリワークヘッドまたはイケール等のワーク取付部材に取り付けられるようになっている。そのため、作業者が加工済ワークをワーク取付部材から取り外し、未加工ワークをワーク取付部材に取り付ける段取り作業を行っている間に、予期せず回転テーブルが回転してしまうと、段取り作業が阻害され、作業者の安全性が低下する。そのために、回転テーブルが回転しないように固定するための装置が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２９１８７３２号公報
【特許文献２】ＷＯ２００８／０２９４８６号公報
【発明の概要】
【０００４】
特許文献１には、回転送り軸を任意の回転位置で固定するクランプ装置が開示されている。特許文献１のクランプ装置は、テーブルベースの内周面側に設けられテーブルとの対面部にクランプシューの薄肉部を有したクランプ手段を備えており、加工部に設けられた油圧源から、クランプ手段に圧力油を供給して、薄肉部をテーブルに圧着させてテーブルを固定するようになっている。
また、特許文献２には、サブパレット載置台の下方に突出した軸部の円周４箇所に割出し穴が形成されており、該割出し穴の何れか１箇所に割出しピンが横方向から挿入されようにしたワークセッティングステーションが開示されている。割出しピンは、基台の下方部に設けたペダルにリンク結合されており、作業者がペダルを踏むと割出しピンと割出し穴との係合が外れ、サブパレット載置台は手動で旋回自在となる。
特許文献１のクランプ装置ではクランプシューが必要となり、構造が複雑で、小型の工作機械に適用するのには適していない。
また、特許文献２のワークセッティングステーションでは、サブパレット載置台の回転位置によっては割出しピンが割出し穴に挿入できないこともあり、パレット載置台を任意の回転位置に固定することができない。
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、工作機械の回転送り軸を任意の回転位置で固定し、予期しない回転送り軸の回転を防止しした、回転送り軸の安全装置を提供することを目的としている。
本発明によれば、回転送り軸の異常な回転を防止する回転送り軸の安全装置において、前記回転送り軸の動力伝達機構の何れかの回転軸に設けられ、周方向に複数の開口部が形成された回転部材と、前記回転送り軸のハウジングに、前記回転部材の周方向に離間させて配置され、前記回転部材の開口部に受容されるように進退可能に設けられた少なくとも２つの飛込みピンとを具備し、前記回転軸が任意の回転位置に割り出されていても、前記飛込みピンのうち少なくとも１つの飛込みピンが、前記開口部内に受容されるようにした回転送り軸の安全装置が提供される。
本発明によれば、回転送り軸の回転軸が任意の回転位置に割り出されていても、飛込みピンのうち少なくとも１つの飛込みピンが、回転部材の開口部内に受容されるので、任意の回転位置で回転軸の回転を阻止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
図１は、本発明の第１の実施の形態による回転送り軸の安全装置を備えたマシニングセンタの略示側面図である。
図２は、第１の実施の形態による安全装置と共に示す、図１のマシニングセンタのＢ軸回転テーブルの断面図である。
図３は、図２の安全装置の環状部材の平面図である。
図４は、本発明の原理を説明するための概略図である。
図４Ａは、本発明の原理を説明するための概略図である。
図４Ｂは、本発明の原理を説明するための概略図である。
図５は、第２の実施の形態による安全装置と共に示す、ロータリワークヘッドの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下、図１〜図５を参照して、本発明によるマシニングセンタの実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るマシニングセンタの概略構成を示す側面図であり、便宜上図示のように前後方向および上下方向を定義し、この定義に従い各部の構成を説明する。なお、紙面に垂直な方向を左右方向と定義し、紙面の奥側を左、手前側を右とする。
図１を参照すると、本発明の第１の実施の形態による回転送り軸の安全装置を備えた工作機械機械としてのマシニングセンタ１０が図示されている。マシニングセンタ１０は、工場の床面に固定されるベッド１２、該ベッド１２の後面に直線送り機構を介して上下方向（Ｙ軸方向）に移動可能に取付けられた上下移動体１４、該上下移動体１４の上面に直線送り機構を介して左右方向（Ｘ軸方向）に移動可能に取付けられた左右移動体１６、該左右移動体１６の上面に直線送り機構を介して前後方向（Ｚ軸方向）に移動可能に取付けられた前後移動体１８を具備する。前後移動体１８の前部に主軸２２を前後方向の回転軸線を中心に回転可能に支持する主軸頭２０が取り付けられており、主軸２２の先端部に工具Ｔが取り付けられている。
上下方向、左右方向および前後方向の直線送り機構は、例えばガイドレールとガイドブロックによる案内装置、およびボールねじとボールねじを回転駆動するサーボモータによる駆動装置により構成することができる。工具Ｔは、主軸２２とともに主軸頭２０内に設けられたスピンドルモータにより回転駆動される。
ベッド１２の上面には、本発明を適用する回転送り軸を形成する回転テーブル２６が鉛直方向の軸線（Ｂ軸）を中心に回転可能に取り付けられている。回転テーブル２６の上面には両面にワーク取付面を有するイケール２８が取付けられており、該イケール２８の各面にはワークＷ、Ｗ′が取付けられている。この構成により、ワークＷに対して工具Ｔが直交３軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向）および回転１軸方向（Ｂ軸）に相対移動可能となり、ワークＷを所望の形状に加工することができる。
ベッド１２の左右側方には左右一対の支柱３０が立設されており、該支柱３０の上端部に工具交換装置３２が設けられている。工具交換装置３２は、左右の支柱３０の上端部に架設されたマガジンベース３４と、マガジンベース３４に回転可能に支持された工具マガジン３６とを有する。マガジンベース３４は、前側が高く、後側が低くなるように傾斜して設けられ、工具マガジン３６も同様に傾斜して設けられている。
マシニングセンタ１０は全体が略直方体形状のカバー３８によって包囲されている。カバー３８は、その正面に開口部４０が設けられており、該開口部４０はアクセスドア４２によって開閉される。アクセスドア４２には、ドアロック４２ａが設けられており、加工中にアクセスドア４２が開かれないようになっている。
カバー３８内において、ベッド１２の上方には水平の仕切壁４４と、水平方向に進退可能に設けられたシャッタ４６とが配設されており、これによってカバー３８内の空間が、仕切壁４４およびシャッタ４６の上方のマガジン３２を収納する空間と、仕切壁４４およびシャッタ４６の下方のワークＷを配置する空間とに分割される。シャッタ４６は、工具交換に際して開いて工具交換を可能とする。工具交換が完了すると、シャッタ４６が閉じて、加工中に発生する加工屑や加工液が工具マガジン３６へ飛散することを防止する。
該仕切壁４４およびシャッタ４６の下側のワークＷを配置する空間は、更に、Ｂ軸中心よりアクセスドア４２側をワークセッティングステーションＷＳと称し、Ｂ軸中心より工具Ｔ側を加工空間ＭＳと称する。
また、移動体１４、１６、１８の前方には主軸頭カバー４８が立設されている。主軸頭カバー４８には開口部４８ａが設けられており、該開口部４８ａを通して主軸２２および工具Ｔが加工空間ＭＳ内に突出している。主軸頭カバー４８は上下方向および左右方向に伸縮可能であり、主軸頭２０の上下動および左右動に伴い開口部４８ａも上下、左右に移動する。
図２を参照すると、回転テーブル２６はシャフト５０に固定されており、該シャフト５０は、軸受、好ましくはクロスローラベアリング５２によって、Ｂ軸を中心として回転可能にハウジング５４に支持されている。ハウジング５４はベッド１２の上面に固定されている。ハウジング５４の内周面５４ａにはステータ５６が固定され、シャフト５０の外周面５０ａにはロータ５８が固定されており、ステータ５６およびロータ５８はＢ軸送りモータを形成する。
図２に示す第１の実施の形態による回転送り軸の安全装置１００は、回転テーブル２６の下面に固定された環状部材１０２、ハウジング５２に固定された第１と第２の飛込みピン１０４、１０６、第１と第２の飛込みピン１０４、１０６の下端部１０４ａ（第２の飛込みピン１０６の下端部は図示されていない）に結合された第１と第２のアクチュエータ１０８、１１０を具備している。回転テーブル２６には、環状部材１０２を受容する環状の凹所２６ａが形成されている。ハウジング５４には、第１と第２の飛込みピン１０４、１０６を受容するＢ軸に平行な開口部またはＢ軸方向に開口した開口部５４ｂ（図２には第１の飛込みピン１０４のための開口部５４ｂのみが図示されている）が形成されている。本実施の形態では、回転テーブル２６、シャフト５０および環状部材１０２が、Ｂ軸の回転送り軸の動力伝達機構の回転軸に設けられた回転部材を形成している。
第１と第２のアクチュエータ１０８、１１０は同一のアクチュエータであるので、以下、第１のアクチュエータ１０８についてのみ説明する。第１のアクチュエータ１０８は、本実施の形態では流体圧シリンダ、特に空圧シリンダであって、シリンダ１０８ａ、該シリンダ１０８ａ内に摺動可能に配設されたピストン１０８ｂ、該ピストン１０８ｂに取り付けられシリンダ１０８ａから突出するピストン棒１０８ｃ、シリンダ１０８ａ内に作動流体としての圧縮空気を導入、排気するための第１と第２のポート１０８ｄ、１０８ｅを有している。アクチュエータ１０８には、ピストン１０８ｂまたはピストン棒１０８ｃの位置、つまり飛込みピン１０４の軸方向の位置を検知するための位置センサ（図示せず）が取り付けられている。
図３を参照すると、環状部材１０２には、第１と第２の飛込みピン１０４、１０６の上端部１０４ｃ、１０６ｃ（図４参照）を受容可能に形成された複数の開口部１０２ａが形成されている。複数の開口部１０２ａは、環状部材１０２の周方向に等間隔に配置されており、かつ、Ｂ軸を中心とした回転テーブル２６の回転動作範囲をカバーできる範囲に亘って配設されている。また、回転テーブル２６をＢ軸を中心として３６０°に亘って回転させることが望ましい場合には、図４に示すように、環状部材１０２の全周に亘って開口部１０２ａを配設してもよい。開口部１０２ａは円形の穴に限らず、環状部材１０２の外周に向って開放されたＵ字形の切欠き形状であってもよい。
図４、４Ａ、４Ｂを参照して、本発明の原理について説明する。なお、図４は本発明の原理を説明することを目的とした概略図であって、環状部材１０２および開口部１０２ａの実際の縮尺とは異なっており、また、開口部１０２ａの個数も実際のものとは異なっている。
本発明では、Ｂ軸を中心として回転テーブル２６がどのような回転位置で停止しても、第１と第２の飛込みピン１０４、１０６のうち何れか一方または双方が、環状部材１０２の開口部１０２ａと係合するようになっている点を特徴としている。そのためには、飛込みピン１０４、１０６の中心が開口部１０２ａのピッチ円上にある場合、以下の不等式を満たすことが必要となる。
θｐ＜θｈ＋２（（ｓｉｎ−１（Ｒｈ／Ｒ）−（ｓｉｎ−１（Ｒｐ／Ｒ））…（１）
θｈ−２（（ｓｉｎ−１（Ｒｈ／Ｒ）−（ｓｉｎ−１（Ｒｐ／Ｒ））＜θｐ…（２）
ここで、
Ｒ：環状部材１０２において開口部１０２ａが配置されているピッチ円の半径
Ｒｈ：開口部１０２ａの半径
Ｒｐ：第１と第２の飛込みピン１０４、１０６の先端部１０４ｃ、１０６ｃの半径
θｈ：隣接する２つの開口部１０２ａの中心と環状部材１０２の中心Ｏとを結ぶ直線が形成する角度
θｐ：第１と第２の飛込みピン１０４、１０６の中心と環状部材１０２の中心Ｏとを結ぶ直線が形成する角度
である。
不等式（１）は図４Ａに示す場合であり、環状部材１０２の中心Ｏから第１と第２の飛込みピン１０４、１０６の各々の側面へ引いた各２本の接線のうち外側の接線が形成する角度が、環状部材１０２の中心Ｏから隣接する２つの開口部１０２ａの各々の側面へ引いた各２本の接線のうち外側の接線が形成する角度よりも小さくなる場合である。
不等式（２）は図４Ｂに示す場合であり、環状部材１０２の中心Ｏから第１と第２の飛込みピン１０４、１０６の各々の側面へ引いた各２本の接線のうち内側の接線が形成する角度が、環状部材１０２の中心Ｏから隣接する２つの開口部１０２ａの各々の側面へ引いた各２本の接線のうち内側の接線が形成する角度よりも大きくなる場合である。
なお、不等式（１）、（２）はより一般的に
ｎθｈ−２（（ｓｉｎ−１（Ｒｈ／Ｒ）−（ｓｉｎ−１（Ｒｐ／Ｒ））＜θｐ＜ｎθｈ＋２（（ｓｉｎ−１（Ｒｈ／Ｒ）−（ｓｉｎ−１（Ｒｐ／Ｒ））…（３）
のように表すことができる。ここで、ｎは１以上の整数である。
以下、本実施の形態の作用を説明する。
標準的な加工プロセスでは、加工空間ＭＳ側のワークＷの加工が終了すると、回転テーブル２６がＢ軸を中心として１８０°回転して、加工済ワークＷが未加工ワークＷ′と交換される。これによって、加工済ワークＷはワークセッティングステーションＷＳに配置され、未加工ワークＷ′が加工空間ＭＳ内で工具Ｔに対面するように配置される。このとき、回転テーブル２６は、Ｂ軸送りモータ５６、５８のトルクによって所望の回転位置に保持される。次いで、作業者がアクセスドア４２を開いて、加工済ワークＷをイケール２８から取り外し、新たな未加工ワークをイケール２８に取り付ける。次いで、作業者がアクセスドア４２を閉じると加工可能状態となり、加工プログラムに従ってワークＷの加工が開始される。加工中は、ドアロック４２ａによってアクセスドア４２が開かないようになっている。
本実施の形態によれば、作業者は、加工プログラム実行中のＢ軸動作を伴わない時間帯に作業者が例えばＭコードにより割込み指令または段取り指令を送出することによって、加工中であってもワークセッティングステーションＷＳへ安全にアクセス可能となる。割込指令または段取り指令によって、第１と第２のアクチュエータの双方が起動する。本実施の形態のように第１と第２のアクチュエータが空圧シリンダ１０８、１１０である場合には、第１のポート１０８ｄに圧縮空気が供給される。これによって、第１と第２の飛込みピン１０４、１０６がハウジング５４から上方に突出する。既述したように、本実施の形態によれば第１と第２の飛込みピン１０４、１０６の何れか一方または双方の先端部１０４ｃ、１０６ｃが、環状部材１０２の開口部１０２ａ内に進入し、回転テーブル２６の予期しない回転が防止される。このとき、飛込みピン１０４、１０６のための位置センサが、飛込みピン１０４、１０６の何れか一方または双方がハウジング５４から十分に突出していることを検知すると、ドアロック４２ａがアンロックされ、アクセスドア４２を開くことが可能となる。
なお、飛込みピン１０４、１０６の一方しかハウジング５４から十分に突出していないことが検知された場合は、十分に突出していない方の飛込みピンを直ちに後退させるため、第２のポート１０８ｅに圧縮空気が供給されるように空圧回路を切換える。これは、飛込みピンのアクチュエータが環状部材１０２を上方へ向けて押圧する、つまり回転テーブル２６に偏った力を作用させて変位させないための措置である。飛込みピン１０４、１０６の一方しか環状部材１０２の開口部１０２ａに進入していない場合に回転テーブル２６が予期しないで回転すると、開口部１０２ａの直径と飛込みピン１０４または１０６の上端部１０４ｃまたは１０６ｃの直径との差分だけ回転テーブル２６は回転してしまう。通常この直径の差分は安全上問題とならない寸法であり、本発明では許容している。
加工空間ＭＳ側でワークを加工中に、アクセスドア４２を開き、ワークセッティングステーションＷＳでワークの取外し、取付け作業を行う。そしてオペレータドア４２を閉め、割込みまたは段取りの解除場合をＭコードを用いて送出することによりドアロック４２ａがロックされ、Ｂ軸動作を伴う加工プロセスが実行される。このように安全装置１００が作動することによって、ワークの加工中に作業者は安全に段取り作業を行うことができるとともに、作業者が加工済ワークをイケール２８から取り外し、新たな未加工ワークをイケール２８に取り付けている間にもワークＷの加工が可能となり、加工時間を短縮可能となる。
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明する。図５において、ロータリワークヘッド６０は一種の回転テーブルであり、図１の回転テーブル２６上に固定された本体６２を具備している。本体６２はハウジングを形成しており、該本体６２内の上方部分には、シャフト６４がＺ軸に平行な中心軸線（Ｃ軸）周りに回転可能に支持されている。Ｃ軸を形成するシャフト６４の両端部にはワーク取付面板６６、６８が取り付けられる。ロータリワークヘッド６０は、更に、シャフト６４に取り付けられたウォームホイール７０、ウォームホイール７０に係合するウォームギア７２、ウォームギア７２に取り付けられ該ウォームギア７２と共に回転するプーリ７４、該プーリ７４に係合するベルト７６、プーリ７４の反対側でベルト７６に係合し、Ｃ軸駆動モータ（図示せず）の出力軸８０に取り付けられた駆動プーリ７８を具備している。
第２の実施の形態による安全装置２００は、前記Ｃ軸駆動モータの出力軸８０に取り付けられ、該出力軸８０と共に回転する回転部材２０２を具備している。該回転部材２０２には、半径方向外側に開口した複数の開口部２０２ａが形成されている。安全装置２００は、更に、開口部２０２ａに係合可能なように、出力軸８０に関して半径方向に延びる第１と第２の飛込みピン２０４、２０６、本体６２内に固定され、該第１と第２の飛込みピン２０４、２０６を半径方向に進退させる第１と第２のアクチュエータ２０８、２１０を具備している。第１と第２のアクチュエータ２０８、２１０は、第１の実施の形態と同様に流体左シリンダ、特に空圧シリンダである。
第１と第２の飛込みピン２０４、２０６および開口部２０２ａは、第１の実施の形態と同様に、回転部材２０２がどのような回転位置に停止しても、第１と第２の飛込みピン２０４、２０６の何れか一方または双方が開口部２０２ａに係合可能なように位置決めされている。
本実施の形態では、ウォームホイール７０とウォームギア７２との間の減速比を例えば１／６０にすると、回転部材２０２の回転量の１／６０がワーク取付面板６６、６８の回転量となる。従って、回転部材２０２には粗く開口部２０２ａを形成してよい。また、１つの飛込みピン２０４または２０６しか開口部２０２ａに受容されない場合でも、ワーク取付面板６６、６８を直接押圧していないので、受容されない飛込みピンを後退させる制御は必ずしも行わなくてよい。
第１の実施の形態のＢ軸を形成する回転テーブル２６の駆動方式を第２の実施の形態で開いたウォームホイールとウォームギア方式にする場合は、安全装置を第２の実施の形態の回転部材の半径方向に飛込みピンを配置する方式にすることができる。また、第２の実施の形態のＣ軸を形成するロータリワークヘッド６０の安全装置を、回転部材２０２及び飛込みピン２０４、２０６に代えて、ワーク取付面板６６または６８の本体６２側に内蔵した第１の実施の形態相当の環状部材と飛込みピンで成る方式にすることもできる。
このように本発明の回転送り軸の安全装置によれば、複数の開口部を有する回転部材と少なくとも２つの飛込みピンという簡単な構成で、回転送り軸がどの回転位置に停止していても、少なくとも１つの飛込みピンが何れかの開口部と必ず係合し、回転送り軸の異常な回転を防止することができる。従って、ワークの加工中であっても回転テーブルに取り付けられたワーク取付部材に対するワークの段取り作業を安全に行うことができる。
【符号の説明】
【０００７】
２６    回転テーブル
６０    ロータリワークヘッド
１００    安全装置
１０２    環状部材
１０２ａ    開口部
１０４    第１の飛込みピン
１０６    第２の飛込みピン
１０８    第１のアクチュエータ
１１０    第２のアクチュエータ
２００    安全装置
２０２    回転部材
２０２ａ    開口部
２０４    第１の飛込みピン
２０６    第２の飛込みピン
２０８    第１のアクチュエータ
２１０    第２のアクチュエータ
【図１】
2012160706.tif 000003
【図２】
2012160706.tif 000004
【図３】
2012160706.tif 000005
【図４】
2012160706.tif 000006
【図４Ａ】
2012160706.tif 000007
【図４Ｂ】
2012160706.tif 000008
【図５】
2012160706.tif 000009
【国際調査報告】
2012160706.tif 000010
2012160706.tif 000011
2012160706.tif 000012
2012160706.tif 000013