(57)【要約】      （修正有）【課題】スプラインを良好に摺動させることができ、また、コストの低廉化および、組み立ての容易なアーム支持機構および工具交換装置を提供する。【解決手段】筒状に形成された筒状部材２１と、筒状部材２１内に嵌挿された出力軸２２と、筒状部材２１の外周面に設けられたカムフォロアと、カムフォロアを介して、筒状部材２１を周方向に回転させる第１カムと、出力軸２２に連結されたリンクバーと、リンクバーを介して、筒状部材２１および出力軸２２を回転駆動する第２カムと、出力軸２２の表面上に該出力軸２２の周方向に交差する方向に形成された溝部２２ａと、溝部２２ａに配置され、溝部２２ａの表面に沿って転動可能な転動部材５０と、転動部材５０を筒状部材２１内の定位置で回転可能に支持する支持部５３と備える。【選択図】図４
2006192524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成された筒状部材と、
前記筒状部材内に嵌挿された出力軸と、
前記筒状部材の外周面に設けられたカムフォロアと、
前記カムフォロアを介して、前記筒状部材を周方向に回転させる第１カムと、
前記出力軸に連結されたリンクバーと、
前記リンクバーを介して、前記筒状部材および前記出力軸を回転駆動する第２カムと、
前記出力軸の表面上に該出力軸の周方向と交差する方向に形成された溝部と、
前記溝部に配置され、前記溝部の表面に沿って転動可能な転動部材と、
前記転動部材を前記筒状部材内の定位置で回転可能に支持する支持部と、
を備えたアーム支持機構。
【請求項２】
前記支持部は、前記筒状部材の内周面上に形成された凹部を備え、
前記転動部材は、球形状に形成されると共に、前記凹部内に嵌め込まれ、前記転動部材の一部が前記凹部から突出するように配置された、請求項１に記載のアーム支持機構。
【請求項３】
前記支持部は、前記筒状部材に螺着して支持部材により構成し、前記支持部材の先端部に前記凹部が形成された、請求項２に記載のアーム支持機構。
【請求項４】
前記溝部の断面形状をゴシックアーチ形状とした、請求項２または請求項３に記載のアーム支持機構。
【請求項５】
前記転動部材は、環状部材を含み、
前記支持部は、前記筒状部材の内方に突出する突出部を含み、
前記出力軸の周方向における前記溝の幅が、前記環状部材の径より大きい、請求項１に記載のアーム支持機構。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のアーム支持機構を備えた、工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アームが進退・回転運動するアーム支持機構および、このアーム支持機構を備える工具交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アームが進退・回転運動するアーム支持機構や、このアーム支持機構を備えた工具交換装置が知られている。このアーム支持機構や工具交換装置としては、例えば、特開平１１−９９４２８号公報に記載されたものが知られている。特開平１１−９９４２８号公報に記載されたアーム支持機構は、スプライン軸と、このスプライン軸を周方向に回転駆動する第１の駆動機構部と、この第１の駆動機構部と連動してスプライン軸を軸方向に進退駆動する第２の駆動機構部とを備えてなり、第１の駆動機構部が、スプライン軸の外周に嵌合する筒状部材と、この筒状部材の外周に設けられた複数個の球状体と、これらの球状体を介して筒状部材に回転力を付与する複数のカム溝を外周面に有するウォームカムと、このウォームカムを回転駆動する駆動軸とを備えている。この筒状部材の内周面上には、複数の歯部が周方向に沿って形成されており、スプラインの外表面上には、この歯部に係合する歯部が形成されている。また、この特開平１１−９９４２８号公報には、上記のように構成されたアーム支持機構のスプライン軸の先端部に工具交換アームを備える工具交換装置が記載されている。
【０００３】
このように構成されたアーム支持機構においては、第１駆動機構部がスプラインおよび筒状部材を回転駆動させ、また、第２駆動機構部がスプラインを軸線方向に摺動させる。このため、スプラインの先端部に設けられた工具交換アームが回転または上下方向に変位することにより、工作機械のスピンドルに装着された工具を他の工具と交換することができる。なお、工具交換を行なう際に、筒状部材とスプラインとを良好に摺動させるには、筒状部材の内周面上に形成された歯部と、スプラインの外周面上に形成された歯部との嵌め合わせの精度を高める必要がある。
【特許文献１】特開平１１−９９４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来のアーム支持機構およびこのアーム支持機構を備えた工具交換装置においては、筒状部材に形成された歯部と、スプラインに形成された歯部とを精度よく形成する必要があるため、筒状部材とスプラインとを製造するには、専門の加工設備が必要となり、生産コストがかかるという問題があった。
【０００５】
また、筒状部材とスプラインとを組み立てるには、筒状部材に形成された歯部と、スプラインに形成された歯部との間の隙間を調整する必要があり、良好に組み立てるには、長年の経験が必要となり、量産することが困難であるという問題があった。さらに、筒状部材とスプラインとが水平方向に配置された場合には、下面側で筒状部材とスプラインとの摩擦が大きくなり、良好にスプラインが摺動し難いという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、スプラインを良好に摺動させることができ、また、コストの低廉化および、組み立ての容易なアーム支持機構および工具交換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るアーム支持機構は、１つの局面では、筒状に形成された筒状部材と、筒状部材内に嵌挿された出力軸と、筒状部材の外周面に設けられたカムフォロアと、カムフォロアを介して、筒状部材を周方向に回転させる第１カムと、出力軸に連結されたリンクバーと、リンクバーを介して、筒状部材および出力軸を回転駆動する第２カムと、出力軸の表面上に該出力軸の周方向と交差する方向に形成された溝部と、溝部に配置され、溝部の表面に沿って転動可能な転動部材と、転動部材を筒状部材内の定位置で回転可能に支持する支持部とを備える。好ましくは、上記支持部は、筒状部材の内周面上に形成された凹部を備え、転動部材は、球形状に形成されると共に、凹部内に嵌め込まれ、転動部材の一部が凹部から突出するように配置される。好ましくは、上記支持部は、筒状部材に螺着して支持部材により構成し、支持部材の先端部に凹部が形成される。好ましくは、上記溝部の断面形状をゴシックアーチ形状する。好ましくは、上記転動部材は、環状部材を含み、支持部は、筒状部材の内方に突出する突出部を含み、出力軸の周方向における溝の幅が、環状部材の径より大きくされる。本発明に係る工具交換装置は、１つの局面では、上記アーム支持機構を備える。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、スプラインが良好に摺動するアーム支持機構および工具交換装置を低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１から図１４を用いて、本発明にかかる実施の形態について説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１にかかるアーム支持機構１００および工具交換装置２００の斜視図である。この図１に示されるように、アーム支持機構１００は、ケーシング１０と、筒状に形成されたタレット（筒状部材）２１と、このタレット２１内に嵌挿された出力軸２２と、タレット２１の外周面上に等間隔に複数形成されたカムフォロア２０と、ケーシング１０に設けられた回転軸３５と、この回転軸３５に回転可能に支持されたローラカムギア２５とを備えている。また、アーム支持機構１００は、ローラカムギア２５に形成され、カムフォロア２０を介してタレット２１および出力軸２２とを周方向に回転させるカム（第１カム）４１と、出力軸２２に連結されたリンク（リンクバー）２４と、ローラカムギア２５に形成されリンク２４を介してタレット２１および出力軸２２を周方向に回転させる溝カム（第２カム）４０とを備えている。
【００１１】
さらに、アーム支持機構１００は、駆動源としてのモータ２８と、このモータ２８に連結された回転軸２７と、この回転軸２７が嵌挿されたウォームギア２６と、出力軸２２の下端部に設けられた工具交換アーム６０とを備えている。
【００１２】
工具交換装置２００は、アーム支持機構１００と、出力軸２２の下端部に設けられた工具交換アーム６０とを備えており、この工具交換装置２００は、マシニングセンタに設けられている。このマシニングセンタは、複数の工具を収納された工具収納室としてのツールマガジンと、先端部に工具が装着され、被加工物に切削や研削等の加工を施すスピンドルとを備えている。なお、回転軸３５は、水平方向に配置されており、出力軸２２は、この回転軸３５と交差する方向に配置されている。そして、回転軸３５と出力軸２２とは直交するように配置されている。なお、本実施の形態においては、アーム支持機構１００および工具交換装置２００は、マシニングセンタに適用されているが、これに限られない。すなわち、出力軸２２が、出力軸２２の周方向に交差する方向に変位する構成を有する機構であれば、上記アーム支持機構１００を適用することができる。
【００１３】
ローラカムギア２５は、円盤状に形成されており、円形状に形成された側面２５ａ、２５ｂと、この側面２５ａ、２５ｂに連設された周面２５ｃとを備えている。また、ローラカムギア２５は、一方の側面２５ａ上に形成された溝カム４０と、この溝カム４０が形成された側面２５ａの外周縁部に形成されたギア部４２と、周面２５ｃ上に形成されたカム４１とを備えている。
【００１４】
溝カム４０は、環状に形成されており、側面２５ａの中心に近接した位置に形成された円弧部４０ａと、側面２５ｂの中心から離間した位置に形成された円弧部４０ｂと、この円弧部４０ａと円弧部４０ｂとを連設する連設部４０ｃ、４０ｄとを備えている。すなわち、回転軸３５を中心として、円弧部４０ａの径は、円弧部４０ｂの径より小径に形成されている。
【００１５】
カム４１は、側面２５ｂと周面２５ｃとの稜線部に配置された稜線区間と、周面２５ｃの中央部付近に配置され周方向に延在する中央区間と、稜線部区間と中央部区間とを連設する第１連設区間と、中央部区間と稜線部区間とを連結する第２連結区間等を備えており、タレット２１の外周面上に形成されたカムフォロア２０と係合するように形成されている。
【００１６】
リンク２４は、リンクバー２４ａ、２４ｂ、２４ｃにより構成されている。リンクバー２４ａは、一方の端部が、軸部３０に回転自在に支持されており、他方の端部が軸部３２に回転自在に支持されている。また、リンクバー２４ｂは、一方の端部が軸部３１に回転自在に支持されており、他方の端部が軸部３３に回転自在に支持されている。さらに、リンクバー２４ｃは、一方の端部が軸部３３に回転自在に支持されており、他方の端部が軸部３４に回転自在に支持されている。また、リンクバー２４ｃには、溝カム４０に沿って変位するカムフォロア５６が設けられている。
【００１７】
ここで、軸部３０は、出力軸２２に設けられており、軸部３２は、ケーシング１０に固定されている。また、軸部３１は、リンクバー２４ａのうち、軸部３２の近傍に形成されており、軸部３４は、ケーシング１０に固定されている。軸部３３は、リンクバー２４ｂとリンクバー２４ｃとを連結しており、リンクバー２４ｂ、２４ｃの駆動に合わせて位置が変位可能に構成されている。
【００１８】
このため、ローラカムギア２５が回転軸３５を中心に回転すると、リンクバー２４ｃに形成されたカムフォロア５６が溝カム４０により変位して、リンクバー２４ａを介して出力軸２２を上下方向に変位させる。
【００１９】
出力軸２２のタレット２１の下部付近には、フランジ２３が設けられており、このフランジ２３は、軸線方向に互いに離間して配置された鍔部２３ａ、２３ｂを備えている。この鍔部２３ａと鍔部２３ｂとの間には、環状溝２３ｃが形成されている。鍔部２３ａ、２３ｂが出力軸２２に嵌挿され、環状溝２３ｃ内には、軸部３０が設けられている。また、出力軸２２のタレット２１より上方には、軸受４５が配置されており、この軸受４５は、ケーシング１０に固定されている。
【００２０】
回転軸２７は、モータ２８により回転駆動され、ウォームギア２６は、回転軸２７により回転させられる。ウォームギア２６の外表面には、ローラカムギア２５に形成されたギア部４２と歯合するギア部が形成されている。このため、ウォームギア２６が回転すると、ローラカムギア２５が回転軸３５を中心に回転する。
【００２１】
図２は、タレット２１と、タレット２１に嵌挿された状態の出力軸２２との斜視図であり、この図２に示されるように、出力軸２２の外周面上には、出力軸２２の軸線Ｏ方向に沿って溝部２２ａが形成されている。なお、本実施の形態においては、溝部２２ａは、出力軸２２の軸線Ｏ方向に向けて延在しているが、これに限られない。すなわち、溝部２２２ａは、出力軸２２の周方向と交差するように形成されてもよい。
【００２２】
図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図であり、この図３に示されるように、タレット２１は、中央部にタレット２１の軸線方向に延在する貫通孔２１ａが形成されており、この貫通孔２１ａ内に出力軸２２が嵌挿されている。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線における断面図であり、この図４に示されるように、タレット２１の中央部に形成された貫通孔２１ａは、断面円形状に形成されており、出力軸２２の断面形状も円形状に形成されている。
【００２３】
溝部２２ａ上には、溝部２２ａの表面上に沿って転動可能な転動部材５０が配置されており、この転動部材５０は、球体状に形成されている。タレット２１には、タレット２１の外周面と貫通孔２１ａ内とを連通する貫通孔５２が形成されている。貫通孔５２は、周方向に３箇所形成されており、この貫通孔５２の内周面上には、ネジ部５１ａが形成されている。この貫通孔５１内には、支持部材５３が螺着されており、支持部材５３の表面上には、ネジ部５１ａに螺合するネジ部５３ａが形成されている。
【００２４】
この支持部材５３の内径側の先端部には、凹部５１が形成されており、この凹部５１は、転動部材５０の表面形状に沿うように球面形状に形成されている。このように、支持部材５３は、転動部材５０をタレット５０内の定位置で回転可能に支持するように構成されている。そして、転動部材５０は、凹部５１内に嵌め込まれ、転動部材５０の一部が凹部５１から突出するように配置されている。そして、この転動部材５０のうち、凹部５１から突出した部分が溝部２２ａに接触するように配置されている。このように、出力軸２２に接触しているのは、転動部材５０であり、転動部材５０が出力軸２２を周方向から４点支持している。このため、タレット２１の内周面と、出力軸２１の外周面とは、僅かに離間している。
【００２５】
転動部材５０には、熱処理が施されており、この転動部材５０は、出力軸２２との間に生じる繰り返し荷重に対しても、変形や欠けが生じ難い程度の硬度を有する。出力軸２２の外表面上には、溝部２２ａが周方向に４箇所形成されている。
【００２６】
なお、本実施の形態１においては、転動部材５０および支持部材５３は、タレット２１の周方向に４箇所に設けているが、これに限られない。図５は、本実施の形態１に係るアーム支持機構１００の第１変更例を示した断面図であり、例えば、この図５に示されるように、転動部材５０および支持部材５３をタレット２１の周方向に３箇所設けてもよい。すなわち、転動部材５０および支持部材５３は、タレット２１の周方向に１箇所以上設けられておればよい。
【００２７】
さらに、本実施の形態においては、転動部材５０によりタレット２１内の定位置で回転可能に支持されているが、これに限られない。図６は、本実施の形態１に係るアーム支持機構１００の第２変形例を示す断面図であり、この図６に示されるように、転動部材５０は、タレット２１の内周面上に形成された凹部５１Ａ内に嵌めこめられるように配置されてもよい。なお、この凹部５１Ａを形成するには、まず、軸線Ｏを介して対向する位置にタレット２１に貫通孔５１Ｂを形成する。そして、この貫通孔５１Ｂから凹部５１Ａを形成する工具をタレット２１内に挿入して、凹部５１Ａを形成する。この場合においても、貫通孔２１ａの表面上には、少なくとも１つ以上の凹部５１Ａが形成されておればよい。
【００２８】
図７は、図４における溝部２２ａの部分を拡大した断面図であり、この図７に示されるように、溝部２２ａは、ゴシックアーチ形状に形成されている。この溝部２２ａの内側面２２ｂ、２２ｃは、円弧状に形成されている。この内側面２２ｂ，２２ｃの曲率半径は転動部材５０の径より長くされており、内側面２２ｂの曲率中心と、内側面２２ｃの曲率中心は、出力軸２２の周方向に沿ってずれるように配置されている。
【００２９】
そして、内側面２２ｂと内側面２２ｃとの境界部分は、溝部２２ａの底部に位置している。溝部２２ａの底部は、出力軸２２の周方向の幅が、転動部材５０の径より小さくされている。このため、嵌め込まれた転動部材５０の表面が溝部２２ａの底面側から僅かに離間するように配置されている。さらに、内側面２２ｂ、２２ｂの曲率半径が転動部材５０の径より長く形成されているため、転動部材５０は、内側面２２ｂ、２２ｃの中腹部分に接触するように配置されている。
【００３０】
転動部材５０と溝部２２ａとの接触部分は、円弧状に形成されているため、転動部材５０と溝部２２ａとの接触部分の面積は広く、転動部材５０と溝部２２ａの内側面２２ｂ，２２ｂとの間に生じる面圧が低く抑えられている。さらに、溝部２２ａの開口縁部の径は、転動部材５０の径より大径に形成されている。このため、転動部材５０と溝部２２ａとの接触部分は、側面２２ｂ、２２ｃの中腹部分に位置する。これにより、溝部２２ａの開口縁部と転動部材５０とが接触し難く、溝部２２ａの開口縁部に変形が生じたり、欠けが生じたりすることを抑制する。
【００３１】
図８は、図２に示されたタレット２１と、出力軸２２との分解斜視図であり、この図８に示されるように、支持部材５３は、上端面に六角穴が形成されており、工具を用いてタレット２１の径方向に位置調整可能とされている。このため、支持部材５３の先端部に配置された転動部材５０を径方向に押圧する押圧力を調整可能に構成されている。なお、本実施の形態においては、支持部材５３の上端面に六角穴が形成されているが、これに限られない。すなわち、タレット２１の径方向に関して支持部材５３の位置調整を行なうことができる位置調整手段が設けられておればよい。また、支持部材５３は、タレット２１の周方向に４箇所設けられており、軸線方向に２箇所形設けられ、計８箇所設けられている。
【００３２】
図９は、図２におけるＩＸ−ＩＸ線における断面図であり、この図９に示されるように、タレット２１には、内周面と外周面との間を貫通する貫通孔５４が周方向に４箇所形成されており、カムフォロア２０が嵌め込まれている。このカムフォロア２０は、貫通孔５４内に嵌めこまれる軸部２０ａと、タレット２１の外周面上に突出する突出部２０ｂとを備えている。この突出部２０ｂは、円柱状に形成されており、カム４１と係合するように形成されており、軸部２０ａの内径側の端部は、出力軸２２から離間した位置に配置されている。貫通孔５４は、出力軸２２に形成された溝部２２ａに対して周方向にずれた位置に形成されている。
【００３３】
図１０（ａ）は、縦軸にタレット２１の旋回角度をとり、横軸にローラカムギア２５の旋回角度をとり、タレット２１の作動線図を示した図である。また、図１０（ｂ）は、縦軸に出力軸２２の上下方向の変位をとり、横軸にローラカムギア２５の旋回角度を取り、出力軸２２の作動線図を示した図である。さらに、図１１は、初期状態におけるアーム支持機構１００の斜視図であり、この図１１および図１０（ａ）、（ｂ）に示されるように、初期状態においては、リンクバー２４ｃに設けられたカムフォロア５６は、溝カム４０に形成された円弧部４０ａに配置されており、カムフォロア２０は、旋回角度が０°の位置でカム４１に係合している。このため、タレット２１および出力軸２２は、旋回角度が０°とされ、上下方向の変位が０ｃｍとなるように配置されている。そして、スピンドルの先端部に装着される工具を交換する際には、まず、ローラカムギア２５が旋回方向Ｔに向けて旋回する。
【００３４】
図１０（ａ）、（ｂ）に示されるように、ローラカムギア２５の旋回角度が１５°になるとタレット２１は、旋回を開始し、ローラカムギア２５の旋回角度が６５°になる際には、タレット２１の旋回角度は、８４°となる。
【００３５】
図１２は、ローラカムギア２５の旋回角度が６５°となった際におけるアーム支持機構１００の斜視図であり、この図１２に示されるように、カムフォロア２０は、カム４１により旋回方向Ｐに向けて８４°回転し、タレット２１が旋回方向Ｐに向けて８４°回転する。図４において、転動部材５０は、凹部５１内に嵌め込まれ、タレット２１内の定位置に支持されているため、タレット２１が周方向に向けて旋回すると、転動部材５０もタレット２１と共に、旋回方向Ｐに向けて変位する。転動部材５０は、凹部５１内に嵌め込まれている一方で、一部が凹部５１から突出しており、凹部５１から突出した部分が溝部２２ａ内に嵌め込まれている。このため、転動部材５０が旋回方向に変位すると、転動部材５０は、溝部２２ａの内側面を旋回方向に向けて押圧する。溝部２２ａの内側面が旋回方向に向けて押圧されると、出力軸２１は旋回方向Ｐに向けて旋回する。このため、タレット２１が旋回方向に８４°旋回すると、出力軸２２も旋回方向Ｐに向けて８４°旋回する。
【００３６】
また、図１２において、ローラカムギア２５の旋回角度が０°以上６５°以下の範囲においては、リンクバー２４ｃに設けられたカムフォロア５６は、溝部４０に形成された円弧部４０ａに位置している。このため、リンクバー２４ｃの軸部３３側の端部は、軸部３４を中心として、上方に回動しており、上死点に位置している。
【００３７】
リンクバー２４ｃとリンクバー２４ｂとは、軸部３３を介して連結されているため、軸部３３が上死点に位置する際には、リンクバー２４ｂも上死点に位置する。ここで、リンクバー２４ｂとリンクバー２４ｃとは軸部３１を介して連結されており、リンクバー２４ａはケーシング１０に固定された軸部３２に支持されている。このため、リンクバー２４ｂが上死点に位置することにより、リンクバー２４ａの軸部３０側の端部は、軸部３２を中心に上死点に位置している。このように、ローラカムギア２５の旋回角度が１５°以上６５°以下の範囲においては、出力軸２５が旋回方向Ｐに向けて漸次旋回し、旋回角度が８４°となると共に、出力軸２１の上下方向のストロークは、初期状態の０ｃｍに維持される。そして、出力軸２２の先端部に配置された工具交換アーム６０は、上死点で旋回方向Ｐに８４°旋回して、ツールマガジン内に収納され新たに取り替える対象工具を取りにいく。なお、この対象工具は、工具交換アーム６０により取出されるための取出し位置に既に配置されている。
【００３８】
さらに、図１０（ａ）、（ｂ）に示されるように、ローラカムギア２５の旋回角度が、６５°以上１１５°以下の範囲においては、タレット２１の旋回運動は、停止し、タレット２１の旋回角度は８４°に維持される。その一方で、出力軸２２は上死点に維持される。そして、ローラカムギア２５の旋回角度が１１５°以上となると、出力軸２２が下降する。
【００３９】
図１３は、ローラカムギア２５の旋回角度が１１５°以上となった際におけるアーム交換装置の斜視図であり、この図１３に示されるように、ローラカムギア２５の旋回角度が１１５°以上となると、カムフォロア５６が溝カム４０の連結部４０ｃに沿って摺動する。カムフォロア５６は、ローラカムギア２５の内径側か外径側に向けて漸次変位する。このため、溝カム４０は、リンク２４を介して、出力軸２２を下方に変位させる。ここで、図４に示されるように、転動部材５０は、出力軸２２の溝部２２ａ上に配置されているため、出力軸２２が軸線方向に沿って変位すると、転動部材５０は、溝部２２ａの表面を転動したりまたは滑る。すなわち、転動部材５０は、支持部材５３により凹部５１内にて転動可能に支持されているため、出力軸２２が軸線方向に向けて摺動する際には、溝部２２ａの表面を滑ったり、転動したりする。このため、出力軸２１と転動部材５０との間の摩擦が軽減されている。また、転動部材５０と、凹部５１の内表面との間においても、転動部材５０が転動または滑ることにより、支持部材５３と転動部材５０との間に生じる摩擦が軽減されている。
【００４０】
さらに、図５において、転動部材５０と、溝部２２ａとの接触部分の面積は広いため、転動部材５０に集中応力が生じ難く、転動部材５０と溝部２２ａとの間に生じる摩擦が小さく抑えられている。このため、出力軸２２が上下方向にストロークする際に、転動部材５０と溝部２２ａとの間に大きな摩擦が生じることなく、良好に出力軸２２ａが上下方向にストロークする。なお、転動部材５０は、出力軸２２の周方向と交差する方向に溝部２２ａが形成された場合においても、溝部２２ａの表面上を転動することができる。このため、出力軸２２の摺動形態は、軸線Ｏ方向に沿ってストロークする場合に限られず、溝部２２を出力軸２２上に螺旋状に形成することにより、周方向に旋回しつつ軸線Ｏ方向に摺動する形態も取ることができる。
【００４１】
このように、ローラカムギア２５の旋回角度が１１５°以上となると、出力軸２２は、旋回方向Ｐの旋回角度が８４°に維持された状態で、下方に向けてストロークを開始する。そして、工具交換アーム６０は、取出し位置に位置すると共に、取出し位置に配置された対象工具をツールマガジン内から取出し始める。
【００４２】
そして、図１０（ａ）、（ｂ）に示されるように、ローラカムギア２５がさらに旋回方向Ｔに向けて旋回して、旋回角度が１４３°になると、タレット２１が旋回方向Ｐと反対方向に向けて旋回し始める。この際、図１において、カム４１は、カムフォロア２０を旋回方向Ｐと反対方向に向けて旋回する。その一方で、カムフォロア５６は、溝カム４０の連結部４０ｃの部分を摺動しており、溝カム４０は、リンク２４を介して、出力軸２２をさらに下方に変位させる。
【００４３】
このため、軸部３１は、旋回方向Ｐと反対方向に旋回しつつ、下方に向けて変位する。この際、出力軸２２の下端部に設けられた工具交換アーム６０は、対象工具をツールマガジンから取出しつつ、旋回することにより、対象工具をスピンドルに向けて搬送し始める。そして、図１０（ａ）、（ｂ）において、ローラカムギア２５の旋回角度が１６５°となると、出力軸２２の下方への変位が停止し、初期状態の状態より１１６ｃｍ下方の位置で停止する。
【００４４】
図１において、ローラカムギア２５の旋回角度が１６５°となる際には、リンクバー２４ｃに形成されたカムフォロア５６が溝カム４０の円弧部４０ｂに位置する。このため、カムフォロア５６の径方向の変位が停止し、出力軸２４の下方への変位が停止する。その一方で、カム４１は、カムフォロア２０を旋回方向Ｐと反対方向に旋回させる。このため、タレット２１および出力軸２２とが旋回方向Ｐと反対方向に向けて旋回する。この際、工具交換アーム６０は、ツールマガジンから対象工具の抜き取りを完了する。
【００４５】
そして、図１０（ａ）、（ｂ）および図１において、ローラカムギア２５の旋回角度が１６５°以上２３５°以下の範囲においては、カム４１は、カムフォロア２０を旋回方向Ｐと反対方向に旋回させ続ける。その一方で、カムフォロア５６は、溝カム４０の円弧部４０ｂの部分を摺動しており、出力軸２２の上下方向の位置を初期状態の位置から１１６ｃｍ下方の位置に支持している。
【００４６】
この際、工具交換アーム６０は、軸線Ｏを中心として、旋回方向Ｐと反対方向に向けて旋回して、対象工具をスピンドルの先端部に向けて搬送する。ローラカムギア２５の旋回角度が２３５°となると、カムフォロア５６が溝部４０の連設部４０ｄに位置する。このため、ローラカムギア２５が２３５°よりさらに旋回すると、カムフォロア５６は、ローラカムギア２５が旋回するに従って、漸次回転軸３５に近接し、下方に向けて変位する。このように、カムフォロア５６が下方に変位することにより、リンク２４を介して、出力軸２２が上方に変位する。
【００４７】
この際、工具交換アーム６０は、対象工具をスピンドルの前面付近にまで搬送している。そして、出力軸２２が旋回方向に向けて旋回することにより、工具交換アーム６０が対象工具をスピンドルの正面に向けてさらに正確に変位させる。また、出力軸２２が上方に向けて変位することにより、工具交換アーム６０は、対象工具をスピンドル内に向けて挿入する。すなわち、工具交換アーム６０は、スピンドルに対する対象工具の位置合わせを行ないつつ、対象工具をスピンドル内に挿入している。
【００４８】
そして、ローラカムギア２５の旋回角度が２５７°以上になると、出力軸２２の旋回が停止し、出力軸２２の旋回角度が−９６°とされる。その一方で、出力軸２２の上昇は維持される。この際、工具交換アーム６０は、スピンドルに対する対象工具の位置決めを完了しており、出力軸２２が上方に向けて変位することにより、工具交換アーム６０が対象工具をスピンドル内に向けて挿入する。
【００４９】
さらに、ローラカムギア２５が旋回することにより、出力軸２２がさらに上方に向けて変位する。そして、ローラカムギア２５の旋回角度が２８５°になると、図１において、カムフォロア５６が溝カム４０の円弧部４０ａに位置することにより、出力軸２２の変位が停止する。この際、出力軸２２は、上死点に位置し、工具交換アーム６０は、スピンドル内に対象工具の挿入を完了する。
【００５０】
そして、図１０（ａ）、（ｂ）において、ローラカムギア２５が旋回して３１０°になると、タレット２１および出力軸２１が旋回を開始する一方で、出力軸２２は上死点に維持される。さらに、ローラカムギア２５が旋回して旋回角度が３６０°になると、出力軸２２の旋回角度は、−１８０°となり、さらに、出力軸２２の位置は、上死点に位置することになり、初期状態と同じ状態となる。そして、再度新たに工具を交換する際には、上記工具交換動作を繰り返すことにより、工具の交換を行なう。
【００５１】
なお、本実施の形態においては、出力軸２２が上下方向に配置されているが、これに限られない。例えば、出力軸２２を水平方向に寝かせた状態に配置してもよい。この場合、下側に配置された転動部材５０には、出力軸２２の重さ分の荷重がかかる。そして、出力軸２２が軸線Ｏ方向に向けて摺動する際には、転動部材５０が転動または溝部２２ａの表面を滑ることにより、出力軸２２と転動部材５０との間に大きな摩擦が生じることなく、良好に出力軸２２が摺動する。すなわち、出力軸２２は、鉛直方向に配置される場合に限られず、鉛直方向と交差する方向に配置されてもよい。
【００５２】
なお、好ましくは、出力軸２２を水平方向に配置する。この場合、出力軸２２の周方向に配置された各転動部材５０に出力軸２２の重さがかかり難く、各転動部材５０にかかる荷重を軽減することができるためである。
【００５３】
このように構成されたアーム支持機構１００および工具交換装置２００においては、出力軸２２が周方向と交差する方向に旋回する際には、転動部材５０が転動したり、溝部２２ａの表面を滑ることにより、出力軸２２に生じる摩擦力を小さく抑えられているため、出力軸２２は、軸線Ｏ方向に良好に摺動することができ、出力軸２２に焼き付き等の弊害が生じることを抑制することができる。
【００５４】
また、上記のように構成されたアーム支持機構１００および工具交換装置２００においては、出力軸２２の旋回運動および摺動運動は、いずれも、転動部材５０により行なわれるため、転動部材５０の寸精度および硬度が確保することにより、出力軸２２を精度よく駆動することができる。すなわち、転動部材５０の寸法精度や硬度を確保することにより、出力軸２２の駆動の精度を確保することができるため、アーム支持機構１００および工具交換装置２００の生産コストを低廉に抑えることができる。
【００５５】
さらに、本実施の形態に係るアーム支持機構１００および工具交換装置２００においては、支持部材５３を出力軸２２の径方向に向けて位置調整可能に構成されているため、転動部材５０の位置を調整することにより、出力軸２２とタレット２１との芯だしを容易に行なうことができる。その上、溝部２２ａはゴシックアーチ形状に形成されているため、転動部材５０に大きな面圧がかかることを防止することができ、さらに、溝部２２ａの開口部に変形が生じたり、欠けが生じたりすることを抑制することができる。
【００５６】
また、出力軸２２の摺動態様は、軸線Ｏ方向に沿って摺動する場合に限られず、軸線Ｏ方向にストロークしつつ、周方向に旋回する摺動態様も取ることができ、溝部２２ａの形状を変更することで、ツールマガジンやスピンドルの配置位置に合わせて容易に、工具交換アームの駆動経路を変更することができる。
【００５７】
（実施の形態２）
図１４を用いて、本発明に係る実施の形態２について説明する。図１４は、実施の形態２に係るアーム支持機構３００のうち、タレット２１と出力軸２２との断面図であり、この図１４に示されるように、タレット２１内には、出力軸２２が嵌挿されている。
【００５８】
タレット２１の内周面上には、内方に向けて突出する突出部６１が形成されており、この突出部６１の先端部には、中央部に開口部６２ａが形成された環状部材６２が形成されている。
【００５９】
この環状部材６２は、開口部６２ａ内に突出部６１の先端部が嵌挿されており、突出部６１を中心に回転自在に支持されている。そして、出力軸２２の表面上には、溝部２２ａが形成されており、この溝部２２ａの出力軸２２の周方向の幅は、環状部材６２の径より大径に形成されている。
【００６０】
溝部２２ａは、断面形状が略四角形形状に形成されており、底面２２ｆと、底面２２ｆに対して直交する側面２２ｇ、２２ｈとを備えている。
【００６１】
ここで、溝部２２ａの出力軸２２の周方向の幅は、環状部材６２が溝部２２ａの側面２２ｇ、２２ｈに当接した状態で、突出部６１を中心に転動可能であればよく、具体的には、環状部材６２が溝部２２ａの側面２２ｇ、２２ｈのいずれか一方に当接した場合に、環状部材６２が他方の側面２２ｇ、２２ｈに当接しない程度であればよい。すなわち、環状部材６２は、溝部２２ａ内に嵌め込まれており、溝部２２ａの周面に沿って転動可能に支持されている。なお、上記構成以外の構成については、上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００６２】
上記のように構成されたアーム支持機構３００およびこのアーム支持機構３００を備える工具交換装置においては、タレット２１が旋回方向Ｐまたは旋回方向Ｐと反対方向に旋回する際には、環状部材６２が溝部２２ａの側面２２ｇ、２２ｈのいずれか一方と当接して、出力軸２２を旋回させる。
【００６３】
そして、出力軸２２が軸線Ｏ方向に向けて摺動する際には、環状部材６２が溝部２２ａの側面２２ｇ、２２ｈと接触し、突出部６１を中心として転動することにより、環状部材６２と出力軸２２との間の摩擦力が軽減される。
【００６４】
本実施の形態２に係るアーム支持機構３００およびこのアーム支持機構３００を備える工具交換装置によれば、上記実施の形態１と同様に出力軸２２と環状部材６２との間の摩擦力を軽減することができるため、出力軸２２を良好に摺動することができる。
【００６５】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、アーム支持機構およびこのアーム支持機構を備えた工具交換装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】実施の形態１にかかるアーム支持機構および工具交換装置の斜視図である。
【図２】タレットと、タレットに嵌挿された状態の出力軸との斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
【図５】実施の形態１に係るアーム支持機構の変更例を示した断面図である。
【図６】実施の形態１に係るアーム支持機構の第２変形例を示す断面図である。
【図７】図４における溝部の部分を拡大した断面図である。
【図８】図２に示されたタレットと、出力軸との分解斜視図であり。
【図９】図２におけるＩＸ−ＩＸ線における断面図である。
【図１０】（ａ）は、タレット２１の作動線図を示した図であり、（ｂ）は、出力軸２２の作動線図を示した図である。
【図１１】初期状態におけるアーム支持機構１００の斜視図である。
【図１２】ローラカムギアの旋回角度が６５°となった際におけるアーム支持機構の斜視図である。
【図１３】ローラカムギアの旋回角度が１１５°以上となった際におけるアーム交換装置の斜視図である。
【図１４】実施の形態２に係るアーム支持機構のうち、タレットと出力軸との断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
２０  カムフォロア、２１  タレット（筒状部材）、２２  出力軸、２４  リンク（リンクバー）、２５  ローラカムギア、４０  溝カム（第２カム）、４１カム（第１カム）、３５  回転軸、６０  工具交換アーム、１００  アーム支持機構、２００  工具交換装置。
【図１】
2006192524.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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