(57)【要約】【課題】より小型化されたカム装置を実現する。【解決手段】（Ａ）その中心軸の軸方向に直進可能な軸であって、前記軸方向に並んだ互いに径が異なる大径部と小径部、を有する軸と、（Ｂ）回転可能なカムと、（Ｃ）前記カムの回転によって揺動可能な揺動アームであって、該揺動アームの長手方向一端部に、前記カムと係合するためのカムフォロア、を備えた揺動アームと、（Ｄ）前記軸を直進させるように付勢するための付勢部材であって、（ｄ１）その内部に、前記小径部を嵌合させるための円筒部と、（ｄ２）該円筒部の軸方向端部に隣接する隣接部であって、前記揺動アームの長手方向他端部と係合するための係合部、を備えた隣接部と、を有し、前記揺動アームの揺動により前記円筒部及び前記隣接部が前記中心軸の軸方向に直進すると、該円筒部によって前記軸を付勢する付勢部材と、（Ｅ）を備えることを特徴とするカム装置。【選択図】図１０
2008082422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）その中心軸の軸方向に直進可能な軸であって、
前記軸方向に並んだ互いに径が異なる大径部と小径部、を有する軸と、
（Ｂ）回転可能なカムと、
（Ｃ）前記カムの回転によって揺動可能な揺動アームであって、該揺動アームの長手方向一端部に、前記カムと係合するためのカムフォロア、を備えた揺動アームと、
（Ｄ）前記軸を直進させるように付勢するための付勢部材であって、
（ｄ１）その内部に、前記小径部を嵌合させるための円筒部と、
（ｄ２）該円筒部の軸方向端部に隣接する隣接部であって、前記揺動アームの長手方向他端部と係合するための係合部、を備えた隣接部と、
を有し、前記揺動アームの揺動により前記円筒部及び前記隣接部が前記中心軸の軸方向に直進すると、該円筒部によって前記軸を付勢する付勢部材と、
（Ｅ）を備えることを特徴とするカム装置。
【請求項２】
請求項１に記載のカム装置において、
前記円筒部の外径が、前記大径部の外径以下であることを特徴とするカム装置。
【請求項３】
請求項２に記載のカム装置において、
前記軸を収容するハウジングであって、
該ハウジングの前記軸方向の一端部に、該軸方向に沿って形成された中空部、を有するハウジング、が備えられ、
前記軸が直進する際、前記大径部及び前記円筒部は前記中空部内を移動することを特徴とするカム装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のカム装置において、
前記軸は、前記軸方向に直進可能で、かつ、該軸の中心軸回りに回動可能な第一軸であり、
前記カム及び前記カムフォロアは、それぞれ、前記第一軸を直進させるための直進用カム及び直進用カムフォロアであり、
前記第一軸を回動させるために回転可能な回動用カムと、
該回動用カムと係合するための回動用カムフォロアと、
前記直進用カム及び前記回動用カムを回転させるために回転軸回りに回転する第二軸と、
が備えられていることを特徴とするカム装置。
【請求項５】
請求項４に記載のカム装置において、
前記第一軸は、前記小径部の軸方向の両端部のうち、前記大径部と隣接した端部とは反対側の端部、と隣接した固定部、を有し、
該固定部には、前記円筒部の前記第一軸に対する相対位置を保持するための保持部材、が固定されており、該保持部材によって、前記付勢部材と前記第一軸とは一体的に直進することを特徴とするカム装置。
【請求項６】
請求項５に記載のカム装置において、
前記第一軸は、前記付勢部材に対して相対回動可能であり、
前記隣接部は、
前記第一軸の中心軸に沿う方向に延出した側壁であって、該側壁の、前記中心軸と交差する断面が円弧状となった側壁、を有し、
前記係合部は、
前記側壁上において楕円状に形成され、その長径方向が前記側壁の外周方向に沿った係合穴であることを特徴とするカム装置。
【請求項７】
請求項６に記載のカム装置において、
前記第一軸とスプライン結合したターレットであって、該ターレットの外周上に前記回動用カムフォロアを備え、かつ、前記回動用カムの回転によって前記第一軸の中心軸回りに該第一軸と一体的に回動可能なターレット、が備えられ、
該第一軸は、前記側壁が該第一軸の半径方向において前記回動用カムフォロアの外側を移動するように、前記ターレットに対して相対的に直進可能であることを特徴とするカム装置。
【請求項８】
請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のカム装置であって、
前記小径部の外周面と前記円筒部の内周面との間に、複数の転動体が、前記小径部の外周方向に並んだ状態で設けられていることを特徴とするカム装置。
【請求項９】
（Ａ１）その中心軸の軸方向に直進可能な軸であって、前記軸方向に並んだ互いに径が異なる大径部と小径部、を有する軸と、
（Ａ２）回転可能なカムと、
（Ａ３）前記カムの回転によって揺動可能な揺動アームであって、該揺動アームの長手方向一端部に、前記カムと係合するためのカムフォロア、を備えた揺動アームと、
（Ａ４）前記軸を直進させるように付勢するための付勢部材であって、その内部に前記小径部を嵌合させるための円筒部と、該円筒部の軸方向端部に隣接する隣接部であって、前記揺動アームの長手方向他端部と係合するための係合部、を備えた隣接部と、を有し、前記揺動アームの揺動により前記円筒部及び前記隣接部が前記中心軸の軸方向に直進すると、該円筒部によって前記軸を付勢する付勢部材と、
（Ａ５）を備えたカム装置と、
（Ｂ）その長手方向両端部に工具を把持可能な把持アームであって、該把持アームの長手方向中央部が前記軸に支持され、かつ、該軸と一体的に直進する把持アームと、
（Ｃ）を具備することを特徴とする工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カム装置、特に、中心軸の軸方向に直進可能な軸と、回転可能なカムと、前記カムの回転により揺動可能な揺動アームであって、該揺動アームの長手方向一端部に前記カムと係合するカムフォロアを備えた揺動アームと、該揺動アームの揺動により前記軸を直進させるように付勢するための付勢部材とを有するカム装置に関する。また、当該カム装置と、その長手方向両端部に工具を把持可能な把持アームであって、該把持アームの長手方向中央部が前記軸に支持され、かつ、該軸と一体的に直進する把持アームとを備えた工具交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
中心軸の軸方向に直進可能な軸と、回転可能なカムと、前記カムの回転により揺動可能な揺動アームであって、該揺動アームの長手方向一端部に前記カムと係合するカムフォロアを備えた揺動アームと、該揺動アームの揺動により前記軸を直進させるように付勢するための付勢部材と、を有するカム装置は既に知られている。このようなカム装置では、前記カムの回転により前記揺動アームが揺動すると、該揺動アームと係合した付勢部材が、該揺動アームの揺動によって前記軸を該軸の中心軸の軸方向に付勢することにより、当該軸が前記軸方向に直進するようになる。すなわち、前記付勢部材によって、前記揺動アームの揺動動作が、前記軸の前記軸方向への直進動作に変換されることになる。また、こうしたカム装置における軸の直進動作は、例えば、工作機械の工具を交換する工具交換装置等において利用されている。
【０００３】
ところで、近年、工具交換装置の省スペース化が求められており、これに伴って、当該工具交換装置の構成要素であるカム装置を小型化する必要性が生じている。但し、カム装置の小型化を図る上で、軸の移動範囲（すなわち、軸のストローク長）に応じて、前記揺動アームの揺動範囲を確保する必要がある。さらに、該揺動アームの揺動を前記軸の直進移動に変換させるために、前記付勢部材の設置スペースを確保しなければならない。このため、前記揺動アームの揺動範囲、及び、前記付勢部材の設置スペースを確保しつつ、カム装置を小型化する方法が既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−５２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記付勢部材の形状や設置箇所等によっては、前記カム装置の小型化が十分に図れない虞がある。  
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、より小型化されたカム装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
主たる本発明は、（Ａ）その中心軸の軸方向に直進可能な軸であって、前記軸方向に並んだ互いに径が異なる大径部と小径部、を有する軸と、（Ｂ）回転可能なカムと、（Ｃ）前記カムの回転によって揺動可能な揺動アームであって、該揺動アームの長手方向一端部に、前記カムと係合するためのカムフォロア、を備えた揺動アームと、（Ｄ）前記軸を直進させるように付勢するための付勢部材であって、（ｄ１）その内部に、前記小径部を嵌合させるための円筒部と、（ｄ２）該円筒部の軸方向端部に隣接する隣接部であって、前記揺動アームの長手方向他端部と係合するための係合部、を備えた隣接部とを有し、前記揺動アームの揺動により前記円筒部及び前記隣接部が前記中心軸の軸方向に直進すると、該円筒部によって前記軸を付勢する付勢部材と、（Ｅ）を備えるカム装置である。
【０００６】
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも次のことが明らかにされる。
【０００８】
（Ａ）その中心軸の軸方向に直進可能な軸であって、前記軸方向に並んだ互いに径が異なる大径部と小径部、を有する軸と、（Ｂ）回転可能なカムと、（Ｃ）前記カムの回転によって揺動可能な揺動アームであって、該揺動アームの長手方向一端部に、前記カムと係合するためのカムフォロア、を備えた揺動アームと、（Ｄ）前記軸を直進させるように付勢するための付勢部材であって、（ｄ１）その内部に、前記小径部を嵌合させるための円筒部と、（ｄ２）該円筒部の軸方向端部に隣接する隣接部であって、前記揺動アームの長手方向他端部と係合するための係合部、を備えた隣接部と、を有し、前記揺動アームの揺動により前記円筒部及び前記隣接部が前記中心軸の軸方向に直進すると、該円筒部によって前記軸を付勢する付勢部材と、（Ｅ）を備えるカム装置。  
このような構成によって、より小型化されたカム装置が実現されることとなる。
【０００９】
また、前記円筒部の外径が、前記大径部の外径以下であることとしてもよい。  
前記軸が直進する際、前記付勢部材も該軸の中心軸の軸方向に直進することとなる。この際、円筒部の外径が前記大径部の外径以下である場合には、円筒部が他の部材と干渉することなく直進可能となるように、円筒部の可動範囲に合わせて該円筒部周辺のスペースを拡張する必要もなく、カム装置がより一層小型化される。
【００１０】
また、前記軸を収容するハウジングであって、該ハウジングの前記軸方向の一端部に、該軸方向に沿って形成された中空部、を有するハウジング、が備えられ、前記軸が直進する際、前記大径部及び前記円筒部は前記中空部内を移動することとしてもよい。  
かかる場合には、前記中空部の径を短く設計することが可能となる。これにより、前記ハウジングがコンパクト化し、カム装置がより小型化する。つまり、前記円筒部の外径を前記大径部の外径以下とする上記の構成が、より有意義なものとなる。
【００１１】
また、前記軸は、前記軸方向に直進可能で、かつ、該軸の中心軸回りに回動可能な第一軸であり、前記カム及び前記カムフォロアは、それぞれ、前記第一軸を直進させるための直進用カム及び直進用カムフォロアであり、前記第一軸を回動させるために回転可能な回動用カムと、該回動用カムと係合するための回動用カムフォロアと、前記直進用カム及び前記回動用カムを回転させるために回転軸回りに回転する第二軸と、が備えられていることとしてもよい。  
かかる場合には、直進及び回動の複合的な動作を行う軸を備えたカム装置について、小型化を図ることが可能となる。
【００１２】
また、前記第一軸は、前記小径部の軸方向の両端部のうち、前記大径部と隣接した端部とは反対側の端部、と隣接した固定部、を有し、該固定部には、前記円筒部の前記第一軸に対する相対位置を保持するための保持部材、が固定されており、該保持部材によって、前記付勢部材と前記第一軸とは一体的に直進することとしてもよい。  
かかる場合には、前記付勢部材が、該付勢部材の相対位置を保持されながら前記第一軸を付勢するため、該第一軸が直進する際の位置決め精度が向上することになる。
【００１３】
また、前記第一軸は、前記付勢部材に対して相対回動可能であり、前記隣接部は、前記第一軸の中心軸に沿う方向に延出した側壁であって、該側壁の、前記中心軸と交差する断面が円弧状となった側壁、を有し、前記係合部は、前記側壁上において楕円状に形成され、その長径方向が前記側壁の外周方向に沿った係合穴であることとしてもよい。  
第一軸は前記付勢部材に対して相対回動する場合は、該第一軸が前記付勢部材と一体的に回動する場合と比較して、前記側壁の外周方向の長さを短くすることが可能となる。この結果、前記付勢部材が小型化するため、より一層、カム装置を小型化することが可能となる。
【００１４】
また、前記第一軸とスプライン結合したターレットであって、該ターレットの外周上に前記回動用カムフォロアを備え、かつ、前記回動用カムの回転によって前記第一軸の中心軸回りに該第一軸と一体的に回動可能なターレット、が備えられ、該第一軸は、前記側壁が該第一軸の半径方向において前記回動用カムフォロアの外側を移動するように、前記ターレットに対して相対的に直進可能であることとしてもよい。  
かかる場合、付勢部材が前記第一軸を直進させるために前記第一軸の中心軸の軸方向へ直進する際、該付勢部材と前記回動用カムフォロアとの衝突を回避することが可能となる。この結果、前記第一軸の直進動作と回動動作とが互いに干渉しなくなり、換言すれば、前記直進動作と前記回動動作とをオーバーラップさせることも可能となるため、該第一軸がより迅速に動作するようになる。
【００１５】
また、前記小径部の外周面と前記円筒部の内周面との間に、複数の転動体が、前記小径部の外周方向に並んだ状態で設けられていることとしてもよい。  
かかる場合には、前記転動体が前記小径部と前記円筒部との間で転動することにより、前記第一軸が前記付勢部材に対して相対回動し易くなる。また、前記転動体を設けない場合と比較して、前記円筒部の軸方向における長さ、及び、前記第一軸の小径部の軸方向における長さとが短くなる。この結果、第一軸の軸長を短くすることが可能となり、さらに、カム装置を小型化することが可能となる。
【００１６】
さらに、（Ａ１）その中心軸の軸方向に直進可能な軸であって、前記軸方向に並んだ互いに径が異なる大径部と小径部、を有する軸と、（Ａ２）回転可能なカムと、（Ａ３）前記カムの回転によって揺動可能な揺動アームであって、該揺動アームの長手方向一端部に、前記カムと係合するためのカムフォロア、を備えた揺動アームと、（Ａ４）前記軸を直進させるように付勢するための付勢部材であって、その内部に前記小径部を嵌合させるための円筒部と、該円筒部の軸方向端部に隣接する隣接部であって、前記揺動アームの長手方向他端部と係合するための係合部、を備えた隣接部と、を有し、前記揺動アームの揺動により前記円筒部及び前記隣接部が前記中心軸の軸方向に直進すると、該円筒部によって前記軸を付勢する付勢部材と、（Ａ５）を備えたカム装置と、（Ｂ）その長手方向両端部に工具を把持可能な把持アームであって、該把持アームの長手方向中央部が前記軸に支持され、かつ、該軸と一体的に直進する把持アームと、（Ｃ）を具備する工具交換装置も実現可能である。  
かかる工具交換装置では、カム装置が小型化する結果、前記工具交換装置全体が小型化することとなる。
【００１７】
＝＝＝マシニングセンタの概要＝＝＝
次に、図１乃至図４を用いて、カム装置１００を利用した工具交換装置の一例としての自動工具交換装置（所謂、オートマチックツールチェンジャーと呼ばれるものであり、以下、ＡＴＣ３０と省略する）を備えた工作機械（以下、マシニングセンタ１と言う）について説明する。図１は、マシニングセンタ１の概念図であり、マシニングセンタ１が有する各主要構成要素の配置を上方から示した図である。図２は、カム装置１００の外観についての模式図であり、カム装置１００の正面図（右図）と、側面図（左図）とがそれぞれ示されている。図３は、把持アーム３１を取り付けたカム装置１００の正面模式図である。図４は、工具交換動作時における、主軸１０、ツールマガジン２０、及び、把持アーム３１の各機器の動作例について説明するための図である。そして、工具交換動作の進行に伴って、前記各機器の状態は、図４中の（ａ）図、（ｂ）図、（ｃ）図、（ｄ）図の順に変化する。なお、図１には、矢印にて、Ｘ軸及びＹ軸が示されている。また、図２及び図３には、矢印にて、カム装置１００の上下方向が示されている。
【００１８】
マシニングセンタ１は、複数の工具Ｔを備え、当該複数の工具Ｔを用いて複合的な機械加工を行う工作機械である。このマシニングセンタ１では、数値制御により加工工具の交換及び機械加工が自動的に行われる。また、当該マシニングセンタ１は、図１に示すように、主軸１０と、ツールマガジン２０と、ＡＴＣ３０と、制御装置（不図示）とを備えている。さらに、本実施の形態に係るマシニングセンタ１は、所謂、横型マシニングセンタであり、主軸１０が、図１のＸ軸方向に沿って延出している。
【００１９】
主軸１０は、主軸台１２（一般的に、コラムとも呼ばれる）に回転自在に支持されており、該主軸１０の先端には工具Ｔが脱着可能に設けられている。そして、当該主軸１０の先端に工具Ｔが装着された状態で、該主軸１０が前記工具Ｔと一体的に回転すると、マシニングセンタ１は切削等の加工動作を開始する。なお、本実施の形態に係る主軸１０は、前記主軸台１２に対して、図１中、記号Ｐにて示す方向（すなわち、Ｙ軸方向）に相対移動可能である。なお、主軸台１２は基台１４上に固定されている。
【００２０】
ツールマガジン２０は、その内部に複数の工具Ｔを収納するためのものであり、後述するＡＴＣ３０が工具交換動作を行う際、交換用工具Ｔａが交換位置（図４の（ａ）図中、実線にて示された交換用工具Ｔａの位置）に配置させるための割出動作を行う。また、主軸１０に装着された使用済工具Ｔｂは、ＡＴＣ３０によって回収された後、前記ツールマガジン２０に収納される。ここで、交換用工具Ｔａと使用済工具Ｔｂとは、ＡＴＣ３０による工具交換動作の対象となる工具Ｔである。そして、使用済工具Ｔｂは、使用目的を果たして前記主軸１０から取り外されるものであり、交換用工具Ｔａは、加工目的の切替え等により新たに前記主軸１０に装着されるものである。
【００２１】
ＡＴＣ３０は、前記主軸１０（より正確には、主軸台１２）に並設されており、前記主軸１０の先端に装着される工具Ｔを、加工目的に応じて交換する装置である。具体的に説明すると、ＡＴＣ３０は、前記主軸１０から使用済工具Ｔｂを、前記ツールマガジン２０から交換用工具Ｔａを、それぞれ回収した後、前記交換用工具Ｔａを主軸１０の先端に装着し、使用済工具Ｔｂをツールマガジン２０に収納する。また、このＡＴＣ３０は、把持アーム３１と、カム装置１００と、駆動モータ４０とを備えている。
【００２２】
把持アーム３１は、その長手方向両端部に、工具Ｔを把持するためのクランプ部３１ａを備えている。つまり、本実施の形態に係る把持アーム３１は、２個のクランプ部３１ａを有し、交換用工具Ｔａ及び使用済工具Ｔｂを同時に把持することが可能である。なお、前記２個のクランプ部３１ａは、図３に示すように、それぞれの開口が互いに反対向きとなるように、前記把持アーム３１の長手方向両端部に設けられている。そして、前記クランプ部３１ａに工具Ｔが係合すると、不図示のクランプ機構によって、該工具Ｔは前記クランプ部３１ａに把持されるようになる。
【００２３】
また、把持アーム３１の長手方向中央部は、カム装置１００が備える第一軸としての支持軸１１０の先端に支持されている。当該支持軸１１０は、その中心軸１１０ａが前記主軸１０の軸方向に沿っており、該支持軸１１０の中心軸１１０ａの軸方向（すなわち、図１中、記号Ｑにて示す方向）に往復直進可能であり、かつ、該中心軸１１０ａ回りに（すなわち、図１中、記号Ｒにて示す回動方向に）回動可能となっている。これにより、前記把持アーム３１は、前記支持軸１１０と一体的に、方向Ｒへ回動し、かつ、方向Ｓに往復直進することになる。そして、前記把持アーム３１が、前記支持軸１１０と一体的に回動動作と往復直進動作を行うことにより、交換用工具Ｔａと使用済工具Ｔｂとの交換が行なわれる。
【００２４】
カム装置１００は、図２に示すように、前述した支持軸１１０と、該支持軸１１０に回動動作を行わせるための回動用カム機構１４０と、前記支持軸１１０に往復直進動作を行わせるための直進用カム機構１５０とを備えている（例えば、図６参照）。また、回動用カム機構１４０と、直進用カム機構１５０とは、それぞれ、回転可能なカムを有している。さらに、カム装置１００には、回転自在な第二軸としての駆動軸１２０が設けられており、該駆動軸１２０がその中心軸回りに回転すると、各カムは該駆動軸１２０と一体的に回転し、これに伴って前記支持軸１１０は回動動作及び往復直進動作を行うようになる。なお、回動用カム機構１４０及び直進用カム機構１５０をはじめ、カム装置１００の構成に関する詳細については、後述の『カム装置の構成例』の項で説明する。
【００２５】
駆動モータ４０は、カム装置１００の駆動源であり、該駆動モータ４０の回転は、不図示の駆動力伝達機構（例えば、ハイポイドギア等を含むギア機構）によって前記駆動軸１２０に伝達される。そして、この駆動モータ４０が起動すると、その駆動力が、前記駆動軸１２０及び前記複数のカム機構を介して前記支持軸１１０に伝達される。
【００２６】
制御装置（ＮＣ装置ともいう）は、ＣＰＵ、及び、数値制御プログラムが記憶されたメモリ等を有しており、前記数値制御プログラムに従って、マシニングセンタ１各部を制御する装置である。具体的には、この制御装置から送られる制御信号によって、前記主軸１０の回転及び主軸台１２に対する相対的直進動作、ツールマガジン２０における割出動作、ＡＴＣ３０による工具交換動作等が、それぞれ制御される。
【００２７】
次に、このように構成されたマシニングセンタ１における、ＡＴＣ３０が主軸１０の先端から使用済工具Ｔｂを取り外し、新たに交換用工具Ｔａを装着する際の動作例について説明する。
【００２８】
先ず、工具交換動作の開始前は、Ｘ軸方向において、主軸１０は把持アーム３１から離間している（すなわち、主軸１０は、図４の（ａ）図中、破線にて示す位置にある）。そして、前記制御装置から制御信号が送られると、前記主軸１０は、図４の（ａ）図に示すように、Ｘ軸方向において、前記把持アーム３１（より正確には、該把持アーム３１を支持する前記支持軸１１０）に近づくように直進する。そして、前記主軸１０は、前記把持アーム３１が該主軸１０の先端に装着されている使用済工具Ｔｂを把持可能な位置に到達する。一方、ツールマガジン２０では、所望の交換用工具Ｔａが工具交換位置に配置されるように、割出動作が行われる。
【００２９】
その後、前記駆動モータ４０が起動すると、前記カム装置１００内の回動用カム機構１４０が、前記支持軸１１０を回動させる。これにより、該支持軸１１０と前記把持アーム３１が図４の（ａ）図に示された矢印方向へ一体的に回動するようになる。この回動動作により、前記把持アーム３１は、図４の（ｂ）図に示すように、交換用工具Ｔａと使用済工具Ｔｂとを同時に把持するようになる。
【００３０】
前記交換用工具Ｔａと前記使用済工具Ｔｂとが前記クランプ部３１ａにより把持された後、前記把持アーム３１は、前記支持軸１１０と一体的に、該支持軸１１０の中心軸１１０ａの軸方向（すなわち、図１におけるＸ軸方向であり、以下、単に支持軸１１０の軸方向と言う）に直進する。この直進動作により、前記使用済工具Ｔｂは前記主軸１０の先端から取り外され、前記交換用工具Ｔａはツールマガジン２０から回収される。
【００３１】
そして、交換用工具Ｔａと使用済工具Ｔｂとを把持した状態の把持アーム３１は、前記支持軸１１０と一体的に、図４の（ｂ）図に示す矢印方向に約１８０度回動する。この回動動作により、前記交換用工具Ｔａ及び前記使用済工具Ｔｂの位置が、それぞれ置き換えられ、特に前記交換用工具Ｔａは、図４の（ｃ）図に示すように、前記主軸１０の正面に位置するようになる。
【００３２】
さらに、前記把持アーム３１は、前述した直進動作の際に該把持アーム３１が移動した経路を引き返すように直進する。この直進動作により、前記把持アーム３１が所定の位置まで戻ってくると、前記交換用工具Ｔａは前記主軸１０の先端に装着され、前記使用済工具Ｔｂはツールマガジン２０に収納される。
【００３３】
その後、前記把持アーム３１は、図４の（ｃ）図に示す矢印方向に、前記支持軸１１０と一体的に回動すると、図４の（ｄ）図に示す待機姿勢となり、次の工具交換動作に備えるようになる。他方、交換用工具Ｔａが装着された主軸１０は、図４の（ｄ）図に示すように、前記把持アーム３１から離間するように直進した後、前記制御装置から加工動作開始についての制御信号が送られてくるまで待機する。
【００３４】
以上の一連の動作が実行されることにより、マシニングセンタ１における工具交換動作が完了する。なお、本実施の形態では、カム装置１００内において、回動用カム機構１４０と直進用カム機構１５０とは、互いに干渉しない構成となっている（詳しくは後述する）。このため、前記把持アーム３１の回動動作及び直進動作（換言すると、支持軸１１０の回動動作及び直進動作）はオーバーラップさせることが可能である。かかる場合には、ＡＴＣ３０において、より迅速な工具交換動作が行われることになる。但し、これに限定されるものではなく、前記把持アーム３１の各動作はオーバーラップせず、該把持アーム３１は、前回の動作を終えた後に、次の動作に移ることとしてもよい。
【００３５】
＝＝カム装置の構成例＝＝＝
次に、本実施の形態に係るカム装置１００の構成例を、図５乃至図１０を用いて説明する。図５は、図２におけるＨ−Ｈ断面の模式図である。図６は、図２におけるＩ−Ｉ断面の模式図である。図７は、図２におけるＪ−Ｊ断面の模式図である。図８及び図９は、支持軸１１０の往復直進動作について説明するための図である。そして、図８は、前記支持軸１１０がハウジング１３０から突出する方向に直進して、前記支持軸１１０の直進範囲の一端に到達したときの、前記Ｉ−Ｉ断面（左図）及び図７におけるＫ−Ｋ断面（右図）を示している。図９は、前記支持軸１１０がハウジング１３０内に収容される方向に直進して、前記直進範囲の他端に到達したときの、前記Ｉ−Ｉ断面（左図）及び前記Ｋ−Ｋ断面（右図）を示している。図１０は、付勢部材１６０の外観を模式的に示す斜視図である。なお、図５乃至図７と、図８の左図及び図９の左図とには、矢印にて、カム装置１００の上下方向が示されている。
【００３６】
本実施の形態では、カム装置１００は、図５及び図６に示すように、支持軸１１０、駆動軸１２０、ハウジング１３０、回動用カム機構１４０、直進用カム機構１５０等を備えている。
【００３７】
支持軸１１０は、前述したように、該支持軸１１０の先端にて、前記把持アーム３１の長手方向中央部を支持している。また、本実施の形態では、前記支持軸１１０の外径は、図８等に示すように、該支持軸１１０の軸方向において四段階に変化している。具体的に説明すると、前記支持軸１１０は、大径部１１１と、小径部１１２と、固定部１１３と、摺動部１１４とを有し、順に外径が小さくなっている。大径部１１１は、その先端にて把持アーム３１を固定支持する部分であり、図５等に示すように、ハウジング１３０から突出している。小径部１１２は、前記大径部１１１に隣接し、後述する付勢部材１６０の円筒部１６１に嵌合した状態で該付勢部材１６０を支持する部分である。固定部１１３は、前記小径部１１２の軸方向の両端部のうち、前記大径部１１１と隣接した端部とは反対側の端部と隣接し、後述する保持部材１７０を固定する部分である。摺動部１１４は、前記固定部１１３に隣接し、支持軸１１０が前記軸方向に直進移動する際に、後述するターレット１４３に対して摺動する部分である。
【００３８】
駆動軸１２０は、回転自在にハウジング１３０に備えられた軸であり、前述したように、回動用カム機構１４０及び直進用カム機構１５０を駆動するために、該駆動軸１２０の中心軸回りに回転する。
【００３９】
ハウジング１３０は、その内部に、回動用カム機構１４０、直進用カム機構１５０、支持軸１１０、及び、駆動軸１２０等を収容する筐体である。このハウジング１３０は、駆動軸軸受１３２を介して前記駆動軸１２０を回転可能に支持し、ターレット軸受１３３を介して後述のターレット１４３を回動可能に支持している。また、ターレット１４３は前記支持軸１１０の摺動部１１４と結合しているため、ハウジング１３０は、間接的に前記支持軸１１０を支持している。なお、前記ターレット軸受１３３の一端面には、図３等に示すように、ターレット１４３の前記支持軸１１０の軸方向におけるガタツキ、を抑えるための軸受締付部材１３３ａが備えられている。さらに、前記ハウジング１３０の奥行方向（換言すると、前記支持軸１１０の軸方向）の両端部のうち、前記大径部１１１により近い一端部には、図５等に示すように、前記大径部１１１の外径よりも大きい径の通し穴１３０ａが設けられている。また、当該通し穴１３０ａの先には、筒状の突出部１３１が、前記ハウジング１３０の奥行方向一端面にボルト止めされた状態で設けられている。そして、この突出部１３１は、前記支持軸１１０のうち、前記ハウジング１３０から突出した部分を取り巻くように設けられている。すなわち、前記ハウジング１３０の奥行方向一端部には、前記支持軸１１０の軸方向に沿う中空部１３４が形成されており、該中空部１３４の径（すなわち、突出部１３１の内径）は前記支持軸１１０の大径部１１１より長くなっている。
【００４０】
なお、当該中空部１３４の先端には、図５等に示すように、前記大径部１１１と前記突出部１３１との間を軸封するためのシール部材１３１ａが設けられている。また、前記中空部１３４内には、前記支持軸１１０の大径部１１１側を支持するための支持部材（不図示）が設けられている。このため、前記支持軸１１０は、該支持軸１１０の軸方向において両持ち支持されるようになり、前記支持軸１１０の先端に固定された把持アーム３１によって該支持軸１１０に作用するオーバーハング荷重の影響（例えば、支持軸１１０の撓み等）が軽減される。なお、前記支持軸１１０の大径部１１１側を支持するものは、前記支持部材に限定されず、例えば、前記シール部材１３１ａを介して、前記ハウジング１３０の突出部１３１に支持されることとしてもよい。
【００４１】
回動用カム機構１４０は、前記支持軸１１０を回動させるためのカム機構であり、図５に示すように、回動用カムの一例としてのローラギアカム１４１と、回動用カムフォロア１４２と、ターレット１４３とを有している。
【００４２】
ローラギアカム１４１は、前記駆動軸１２０に支持され、該駆動軸１２０と一体的に回転可能となっている。このローラギアカム１４１の外周面には、図７に示すように、螺旋状のテーパーリブが形成されている。
【００４３】
回動用カムフォロア１４２は、前記ローラギアカム１４１に係合するカムフォロアである。ターレット１４３は、前記ローラギアカム１４１の従節であり、図７に示すように、該ターレット１４３の外周には、４個の前記回動用カムフォロア１４２が十字状に並ぶように設けられている。このターレット１４３は、該ターレット１４３に設けられた前記回動用カムフォロア１４２が、回転状態の前記ローラギアカム１４１と係合するように、前記ローラギアカム１４１の近傍に配置されている。また、ターレット１４３は前記支持軸１１０の摺動部１１４と結合するための結合穴を備えており、前記摺動部１１４は当該結合穴に嵌合して前記ターレットと結合している。さらに、本実施の形態では、前記ターレット１４３の、前記結合穴の内面にはスプライン１４３ａが形成され、前記ターレット１４３と前記摺動部１１４とはスプライン結合している。このため、前記ローラギアカム１４１が回転すると、前記支持軸１１０は、該支持軸１１０の中心軸１１０ａ回りに、前記ターレット１４３と一体的に回動することになる。
【００４４】
このように構成された回動用カム機構１４０では、駆動軸１２０の回転に伴って、ローラギアカム１４１が回転すると、回転状態のローラギアカム１４１と係合した前記回動用カムフォロア１４２が、該ローラギアカム１４１のテーパーリブ表面上を摺動することにより、ターレット１４３と前記支持軸１１０とが一体的に回動する。つまり、前記回動用カムフォロア１４２は、駆動軸１２０の回転により前記支持軸１１０を回動させるものである。
【００４５】
なお、支持軸１１０が回動する際の回動角度、及び、回動開始時点は、ローラギアカム１４１のカムプロファイル、すなわち、ローラギアカム１４１のテーパーリブの形状によって調整されている。
【００４６】
直進用カム機構１５０は、前記支持軸１１０を、該支持軸１１０の軸方向に直進させるためのカム機構であり、図６に示すように、直進用カムの一例としての溝カム１５１と、直進用カムフォロア１５２と、揺動アーム１５３と、付勢部材１６０等を有している。
【００４７】
溝カム１５１は、図６に示すように、前記ローラギアカム１４１の中心軸（すなわち、駆動軸１２０の中心軸）の軸方向における、該ローラギアカム１４１の一端面に形成されている。すなわち、本実施の形態では、ローラギアカム１４１と溝カム１５１とは単一のカムボディに備えられており、該溝カム１５１はローラギアカム１４１とともに前記駆動軸１２０に支持され、該駆動軸１２０と一体的に回転可能である。また、この溝カム１５１は、前記駆動軸１２０を取り囲むように無端環状に形成されている。
【００４８】
直進用カムフォロア１５２は、前記溝カム１５１に係合するカムフォロアである。揺動アーム１５３は、前記溝カム１５１の従節であり、図６に示すように、該揺動アーム１５３の長手方向一端部に前記直進用カムフォロア１５２が備えられている。この揺動アーム１５３は、前記駆動軸１２０に沿うように前記ハウジング１３０に固定された揺動軸１５３ｂに、揺動自在に支持されている。また、前記揺動アーム１５３は、前記ローラギアカム１４１の、前記溝カム１５１が形成されている端面よりも外側に、前記直進用カムフォロア１５２が回転状態の前記溝カム１５１に係合可能となるように配置されている。そして、前記駆動軸１２０の回転に伴って前記溝カム１５１が回転し、前記直進用カムフォロア１５２が該溝カム１５１に沿って摺動すると、該直進用カムフォロア１５２に連動して、前記揺動アーム１５３が前記揺動軸１５３ｂ回りに揺動する。また、揺動アーム１５３の長手方向中央部は、図６に示すように、長手方向端部よりも幅広となっている。そして、当該中央部には、前記駆動軸１２０の径よりも大きな内径を備え、前記揺動軸１５３ｂを中心とする円弧状の開口部１５３ｃが、前記揺動アーム１５３の揺動範囲に亘って形成されている。これにより、前記揺動アーム１５３は、駆動軸１２０と干渉することなく、揺動可能となる。また、揺動アーム１５３の長手方向他端部には、後述する付勢部材１６０と係合するための円柱状の突起部１５３ａが設けられている。
【００４９】
付勢部材１６０は、前記揺動アーム１５３の揺動を前記支持軸１１０に伝達し、該支持軸１１０を直進移動させるように付勢する部材である。また、付勢部材１６０は、図１０に示すように、円筒部１６１と、隣接部１６２と、前記揺動アーム１５３と係合する係合部としての係合穴１６３と、回転止め部１６４等を備えている。
【００５０】
円筒部１６１は、該円筒部１６１の内部に前記支持軸１１０の小径部１１２を嵌合させて、該小径部１１２に支持される部分である。そして、円筒部１６１に小径部１１２が嵌合すると、該小径部１１２の中心軸と前記円筒部１６１の中心軸が略同軸となり、また、前記小径部１１２の外周面と円筒部１６１の内周面との間に潤滑油の油膜が形成されている。換言すると、前記小径部１１２と前記円筒部１６１との間には、油膜が形成される程度の隙間が設けられている。これにより、円筒部１６１は、前記小径部１１２に対して相対回動可能となる。さらに、前記円筒部１６１は、該小径部１１２と一体的に直進移動可能となるように該小径部１１２に支持されている。すなわち、前記支持軸１１０が中心軸１１０ａ回りに回動する際には、該支持軸１１０は前記付勢部材１６０に対して相対回動する。他方、前記支持軸１１０が前記中心軸１１０ａの軸方向に直進移動する際には、該支持軸１１０は前記付勢部材１６０と一体的に直進移動する。また、前記支持軸１１０が該支持軸１１０の軸方向に直進する際、前記大径部１１１と前記小径部１１２に嵌合された状態の円筒部１６１とは、前記ハウジング１３０に形成された中空部１３４内を移動するようになる（図８及び図９参照）。ここで、本実施の形態では、円筒部１６１の外径が、図５等に示すように、前記支持軸１１０の大径部１１１の外径以下となっている。このため、前記支持軸１１０が直進する際、前記小径部１１２に支持された円筒部１６１は、前記ハウジング１３０に衝突することなく、該ハウジング１３０に形成された中空部１３４内に進入可能となる（図８参照）。また、前記円筒部１６１の、該円筒部１６１の中心軸（すなわち、支持軸１１０の中心軸１１０ａ）の軸方向における長さは、前記小径部１１２の中心軸の軸方向の長さより長くなっている。さらに、円筒部１６１の内径は、２段階に変化している。そして、前記円筒部１６１の内周面のうち、より大きい内径を有した部分と前記支持軸１１０の固定部１１３との間には、図８及び図９に示すように、後述の保持部材１７０が設けられている。
【００５１】
隣接部１６２は、前記円筒部１６１の軸方向の両端部のうち、前記大径部１１１からより離れている側の端部に隣接する部分である。そして、この隣接部１６２は、図１０に示すように、前記円筒部１６１の軸方向（すなわち、支持軸１１０の軸方向）に沿って延出した側壁１６２ａ、及び、該側壁１６２ａの一端に隣接し、該側壁１６２ａと前記円筒部１６１とを連結する連結壁１６２ｂとを有している。本実施の形態では、前記側壁１６２ａは、図１０に示すように、円弧状に湾曲している。換言すると、前記側壁１６２ａの、前記支持軸１１０の中心軸１１０ａと交差する断面は、円弧状（本実施の形態では、略四分の一の円弧）となっている。係合穴１６３は、前記隣接部１６２に設けられた、前記揺動アーム１５３の前記突起部１５３ａと係合するためのものである。この係合穴１６３は、前記支持軸１１０の軸方向において、前記隣接部１６２の側壁１６２ａの両端部のうち、前記円筒部１６１からより離れている側の端部に形成されている。また、前記係合穴１６３は、前記側壁１６２ａ上に形成された楕円状の穴であり、該係合穴１６３の長径は前記側壁１６２ａの外周方向に沿っており、かつ、前記揺動アーム１５３の揺動範囲に応じた長さとなっている。そして、前記隣接部１６２の側壁１６２ａは、前記支持軸１１０の軸方向において、前記係合穴１６３に前記揺動アーム１５３の突起部１５３ａが係合可能となる位置まで延出している。
【００５２】
ここで、前記支持軸１１０（より正確には、前記支持軸１１０の摺動部１１４）と前記ターレット１４３とはスプライン結合しているため、前記支持軸１１０が該支持軸１１０の軸方向に直進する際、前記摺動部１１４が前記ターレット１４３の結合穴内を摺動する。すなわち、前記支持軸１１０は、前記ターレット１４３に対して相対的に直進するようになる。また、図９に示すように、支持軸１１０の半径方向において、前記側壁１６２ａと前記回動用カムフォロア１４２との間には間隔が設けられている。すなわち、前記支持軸１１０の直進動作時、前記側壁１６２ａが前記半径方向において前記回動用カムフォロア１４２の外側を通るようになる。このため、前記付勢部材１６０は、前記支持軸１１０が直進する際、前記回動用カムフォロア１４２と衝突することがない。
【００５３】
回転止め部１６４は、前記隣接部１６２の側壁１６２ａ上の、前記係合穴１６３よりも上方に設けられた部分であり、前記支持軸１１０の回動動作時、前記付勢部材１６０が前記支持軸１１０とともに回動しないように、該付勢部材１６０を拘束するものである。すなわち、本実施の形態において、前記支持軸１１０は、前記付勢部材１６０に対して相対回動するようになる。前記回転止め部１６４には、図１０に示すように、前記支持軸１１０に沿って形成された穴が設けられている。そして、前記ハウジング１３０内において、前記支持軸１１０に沿うように固定された固定軸１６４ａが、前記回転止め部１６４に設けられた前記穴に嵌合している。すなわち、前記付勢部材１６０は、前記支持軸１１０の小径部１１２の他、前記固定軸１６４ａにも支持される形になる。これにより、前記付勢部材１６０は、前記支持軸１１０が回動しても、該支持軸１１０とともに回動することがない。
【００５４】
以上のような構成の付勢部材１６０では、前記揺動アーム１５３が揺動すると、該揺動アーム１５３の突起部１５３ａが前記係合穴１６３内を該係合穴１６３の長径方向に移動する。この際、前記突起部１５３ａは、前記支持軸１１０の軸方向において、前記係合穴１６３の内面を押圧するようになる。そして、前記突起部１５３ａの押圧を受け、前記付勢部材１６０の円筒部１６１と隣接部１６２とが、前記支持軸１１０の軸方向に直進する。この際、前記揺動アーム１５３の揺動が前記付勢部材１６０に伝達されて、該付勢部材１６０の円筒部１６１が前記支持軸１１０を該支持軸１１０の軸方向に付勢する。これにより、支持軸１１０は、該支持軸１１０の軸方向に該付勢部材１６０と一体的に直進するようになる。
【００５５】
また、本実施の形態では、前述したように、前記支持軸１１０の固定部１１３と前記円筒部１６１との間に、保持部材１７０が備えられている。この保持部材１７０は、前記円筒部１６１の前記支持軸１１０に対する相対位置を保持するための部材である。そして、この保持部材１７０により、前記円筒部１６１は、前記相対位置を維持しながら、前記支持軸１１０を付勢するようになる。この結果、前記付勢部材１６０は、前記支持軸１１０と一体的に直進可能となる。
【００５６】
具体的に説明すると、前記付勢部材１６０の円筒部１６１が、前記保持部材１７０と前記支持軸１１０の大径部１１１によって挟まれた状態で前記小径部１１２に支持されている（すなわち、保持部材１７０は、前記円筒部１６１が前記小径部１１２から抜け外れることを防止している）。この結果、該円筒部１６１の前記支持軸１１０の軸方向におけるガタツキが軽減されるようになり、前記付勢部材１６０全体は前記支持軸１１０と一体的に直進移動するようになる。換言すると、前記円筒部１６１は、前記保持部材１７０によって前記小径部１１２上を摺動しないように拘束されている。なお、前記保持部材１７０は、セットボルトにより前記支持軸１１０の固定部１１３に固定されている。
【００５７】
このような直進用カム機構１５０では、駆動軸１２０の回転が、先ず、溝カム１５１内を摺動する直進用カムフォロア１５２によって、該直進用カムフォロア１５２を備えた揺動アーム１５３の揺動に変換される。さらに、前記揺動アーム１５３と係合した付勢部材１６０が、揺動状態の揺動アーム１５３に押圧されると、該付勢部材１６０の円筒部１６１が前記支持軸１１０を該支持軸１１０の軸方向に付勢し、該支持軸１１０は直進するようになる。すなわち、前記付勢部材１６０が、前記揺動アーム１５３の揺動動作を、前記支持軸１１０の直進動作に変換する。この結果、前記支持軸１１０は、該支持軸１１０の中心軸１１０ａの軸方向において、一定の移動範囲（以下、直進範囲と言う）を往復するようになる。
【００５８】
ここで、前記支持軸１１０が、前記大径部１１１がハウジング１３０から突出する方向に直進して、前記直進範囲の一端に達すると、図８に示すように、前記円筒部１６１が前記中空部１３４内に進入し、付勢部材１６０の隣接部１６２（特に、隣接部１６２の側壁１６２ａ）は、前記支持軸１１０の軸方向において、回動用カムフォロア１４２から離間するようになる。他方、前記支持軸１１０が、前記大径部１１１がハウジング１３０内に収容される方向に直進して、前記直進範囲の他端に達すると、図９に示すように、前記隣接部１６２が、前記ターレット１４３と前記回動用カムフォロア１４２を取り囲むような位置に達する。
【００５９】
なお、前記直進範囲は前記揺動アーム１５３の揺動範囲によって決まるものである。また、前記支持軸１１０の直進開始時点は、前記揺動アーム１５３の揺動開始時点である。ここで、該揺動アーム１５３の揺動範囲及び揺動開始時点は、溝カム１５１のカムプロファイルによって調整される。したがって、前記直進範囲と前記直進開始時点も、当該溝カム１５１のカムプロファイルによって調整されることとなる。
【００６０】
以上のように構成されたカム装置１００では、駆動モータ４０が起動すると、回動用カム機構１４０と直進用カム機構１５０とは、それぞれ、互いに干渉することなく前記支持軸１１０を駆動する。すなわち、前記支持軸１１０を回動させるための各機器の動作（すなわち、ローラギアカム１４１、回動用カムフォロア１４２、及び、ターレット１４３の各動作）と、前記支持軸１１０を直進させるための各機器の動作（すなわち、溝カム１５１、直進用カムフォロア１５２、揺動アーム１５３、及び、付勢部材１６０の各動作）とは、互いに干渉することがない。このため、ローラギアカム１４１及び溝カム１５１の、それぞれのカムプロファイルを調整すれば、前述したように、前記支持軸１１０の回動動作と直進動作とをオーバーラップさせることが可能となる。
【００６１】
＜＜円筒部１６１と小径部１１２との結合方法について＞＞
上記の実施形態では、支持軸１１０の小径部１１２は、付勢部材１６０の円筒部１６１に嵌合しており、前記支持軸１１０が前記付勢部材１６０に対して相対回動可能となるように、前記小径部１１２と前記円筒部１６１との間には油膜が形成される程度の隙間が設けられている例について説明した。すなわち、前記円筒部１６１は前記小径部１１２に対してスライド結合していることになる。但し、このような場合には、前記付勢部材１６０が前記支持軸１１０と一体的に直進する際、前記円筒部１６１の中心軸が前記支持軸１１０の中心軸１１０ａと一致しなくなる場合がある。換言すると、前記付勢部材１６０が直進移動する際に、前記隙間に起因したガタツキが生じ、前記円筒部１６１の中心軸が前記支持軸１１０の中心軸１１０ａに対して傾いてしまうことがある。このような傾きが生じると、前記付勢部材１６０の円筒部１６１が適切に前記支持軸１１０を付勢できなくなるため、前記油膜が形成される程度の隙間を確保しつつ、前記傾きを極小化する必要がある。そして、当該傾きを極小化するためには、前記円筒部１６１の中心軸方向における該円筒部１６１の長さを長くする方法が考えられるが、該円筒部１６１の長さが長くなるほど、前記支持軸１１０（より正確には、支持軸１１０の小径部１１２）の軸長も長くなってしまう。
【００６２】
このため、前記支持軸１１０の軸長を長くすることなく、前記支持軸１１０が前記付勢部材１６０に対して相対回動可能となるように、前記円筒部１６１と前記小径部１１２とを結合させる他の方法について、図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は、円筒部１６１と小径部１１２との結合方法の他例について説明するための図である。図１２は、図１１中の保持部材１７１周辺の拡大図である。
【００６３】
例えば、図１１に示すように、前記小径部１１２の外周面と前記円筒部１６１の内周面との間に、鉄球等の転動体１７２を嵌め入れ、前記小径部１１２と前記円筒部１６１とを、前記転動体１７２を介して結合させる方法が考えられる。かかる場合には、転動体１７２が前記小径部１１２と前記円筒部１６１の間において転動することにより、前記支持軸１１０が前記付勢部材１６０に対して相対回動し易くなる。
【００６４】
ここで、前記転動体１７２を用いる場合、該転動体１７２は、前記小径部１１２の外周方向に並んだ状態で複数設けられることになる。また、図１２に示すように、前記小径部１１２と前記円筒部１６１との間には、前記転動体１７２を収容するための転動体収容溝１１５が形成されることになる。そして、転動体１７２は、転動体収容溝１１５に収容されると転動可能となる。さらに、転動体収容溝１１５に収容された転動体１７２は、前記円筒部１６１の、前記支持軸１１０の軸方向におけるガタツキを軽減する機能も備えている。そして、該転動体１７２に対しては、支持軸１１０の固定部１１３に固定された保持部材（図８及び図９に示した保持部材１７０とは異なる保持部材）により、前記支持軸１１０の大径部１１１に向かうような予圧が付与される。そして、この当該与圧が付与されると、前記転動体１７２は、前記円筒部１６１のガタツキを軽減するようになる。換言すると、前記保持部材１７１は、前記転動体１７２を介して、前記円筒部１６１の前記支持軸１１０に対する相対位置を保持するものである。なお、前記保持部材１７１は、ネジ切り加工されたネジ部１７１ａを備えており、前記固定部１１３と螺着することにより、該固定部１１３に固定される。そして、前記ネジ部１７１ａの締付度合いを調整することにより、前記与圧が調整される。
【００６５】
このように、転動体１７２に与圧が付与されることによって、円筒部１６１のガタツキが軽減されるため、前記円筒部１６１の中心軸が前記支持軸１１０の中心軸１１０ａに対して傾くこともなくなる。この結果、前記転動体１７２を設けずに前記円筒部１６１に小径部１１２を嵌合させただけの構成のように、支持軸１１０の軸長を長くする必要もなくなる。さらに、前述した、支持軸１１０に作用するオーバーハング荷重の影響をより軽減することも可能となる。
【００６６】
＝＝＝本実施の形態に係るカム装置の有効性について＝＝＝
上述したとおり、本実施の形態に係るカム装置１００は、（Ａ）中心軸１１０ａの軸方向に直進可能な支持軸１１０であって、前記軸方向に並んだ互いに径が異なる大径部１１１と小径部１１２、を有する支持軸１１０と、（Ｂ）回転可能な溝カム１５１と、（Ｃ）該溝カム１５１の回転によって揺動可能な揺動アーム１５３であって、該揺動アームの長手方向一端部に、前記溝カム１５１と係合するための直進用カムフォロア１５２を備えた揺動アーム１５３と、（Ｄ）前記支持軸１１０を直進させるように付勢するための付勢部材１６０であって、（ｄ１）その内部に、前記小径部１１２を嵌合させるための円筒部１６１と、（ｄ２）該円筒部１６１の軸方向端部に隣接する隣接部１６２であって、前記揺動アーム１５３の長手方向他端部に設けられた突起部１５３ａと係合するための係合穴１６３、を備えた隣接部１６２とを有し、前記揺動アーム１５３の揺動により前記円筒部１６１及び前記隣接部１６２が前記中心軸１１０ａの軸方向に直進すると、該円筒部１６１によって前記支持軸１１０を付勢する付勢部材１６０と、（Ｅ）を備えるカム装置である。このような構成であれば、カム装置１００がより小型化されたものとなる。
【００６７】
すなわち、カム装置を小型化する方法が既に提案されているが、発明が解決しようとする課題の項で説明した通り、付勢部材の形状や設置箇所等によっては、前記カム装置の小型化が十分に図れない虞がある。本発明に係るカム装置１００は、このような課題を解決するものであるが、当該カム装置１００の有効性について、図１３を用い、従来提案されたカム装置を小型化する方法と比較して説明する。図１３は、従来提案された方法により小型化されたカム装置（以下、旧カム装置２００という）を示す図であり、図８の右図に対応する図である。
【００６８】
カム装置を小型化する際には、前述したように、前記揺動アーム１５３の揺動範囲、及び、前記付勢部材の設置スペースを確保する必要がある。このため、旧カム装置２００においては、前記支持軸１１０の軸方向に移動可能なスライダー２２０が付勢部材として、前記支持軸１１０の側方に設けられている。そして、図１３に示すように、前記スライダー２２０の前記軸方向における一端に、前記揺動アーム１５３に設けられた突起部１５３ａが係合している。また、前記支持軸１１０の大径部１１１に環状溝２１０が隣接しており、該環状溝２１０に嵌合する嵌合部２２２が、前記スライダー２２０の前記軸方向における他端に設けられている。さらに、前記スライダー２２０を前記軸方向に沿う方向に移動させるためのガイド部材２３０が、前記軸方向に沿うように、前記支持軸１１０の近傍に設けられている。
【００６９】
このように構成された旧カム装置２００では、前記揺動アーム１５３が揺動すると、前記スライダー２２０が前記ガイド部材２３０に沿って、前記支持軸１１０の軸方向に沿う方向へ移動する。これに伴って、該スライダー２２０に設けられた嵌合部２２２が環状溝２１０の側面を付勢するようになる。この結果、前記支持軸１１０が前記軸方向に直進するようになる。このような旧カム装置２００は、確かに、揺動アーム１５３の揺動範囲を確保するためのスペースが縮小されているため、幾分、小型化されたものにはなっている。
【００７０】
しかしながら、前記スライダー２２０を移動させるために前記ガイド部材２３０を設けなければならず、これに伴って、当該ガイド部材２３０を設けられるためのスペースを別途確保しなければならない。このため、旧カム装置２００は、十分に小型化されたものにはなっていない。特に、前記ガイド部材２３０を前記支持軸１１０の直進範囲に応じた長さにすると、図１３に示すように、該ガイド部材２３０が、ハウジング１３０の中空部１３４内まで達することもある。かかる場合、当該中空部１３４を形成する突出部１３１が肥大化することとなり、これに伴って、旧カム装置２００周辺の他の機器（例えば、把持アーム３１等）も大型化することとなる。また、前記ガイド部材２３０が前記軸方向における長さが長くなると、撓みが発生することもあり、前記支持軸１１０が直進する際の位置決め精度が低下する虞もある。さらに、前記支持軸１１０を直進させるための部品数も多く、旧カム装置２００の内部構成が煩雑なものとなっている。
【００７１】
これに対し、本実施の形態に係るカム装置１００では、付勢部材１６０の円筒部１６１に支持軸１１０の小径部１１２を嵌合させ、前記揺動アーム１５３が付勢部材１６０の隣接部１６２に設けられた係合穴１６３と直接係合している。すなわち、本実施の形態に係るカム装置１００は、旧カム装置２００と異なり、前記環状溝２１０、前記嵌合部２２２、及び、前記ガイド部材２３０が不要となる。このため、付勢部材１６０は簡単な構成となり、また、支持軸１１０を直進させるための部品数も少なくなる。そして、前記付勢部材１６０が前記支持軸１１０に支持されるため、該付勢部材１６０の設置スペースも縮小される。この結果、カム装置１００はより小型化されたものになる。
【００７２】
また、前述したように、支持軸１１０が該中心軸１１０ａの軸方向に直進する際には、前記付勢部材１６０は該支持軸１１０と一体的に直進することとなる。そして、本実施の形態では、付勢部材１６０の円筒部１６１の外径が前記大径部１１１の外径以下であるため、該円筒部１６１が他の部材と干渉することなく直進可能となるように、円筒部１６１周辺のスペースを拡張する必要もない。この結果、前述したハウジング１３０の突出部１３１の肥大化も回避される。さらに、前記小径部１１２が嵌合している状態の円筒部１６１が前記支持軸１１０を付勢することによって該支持軸１１０は直進するため、旧カム装置２００のように、ガイド部材２３０の撓みに起因して前記支持軸１１０が直進する際の位置決め精度が低下するようなこともない。
【００７３】
＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
以上、上記実施の形態に基づき本発明に係るカム装置等を説明したが、上記の発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【００７４】
上記実施の形態では、本発明に係るカム装置１００を用いたＡＴＣ３０を例にとって説明した。但し、これに限定されるものではなく、例えば、本発明に係るカム装置１００は、ピックアンドプレース装置等においても利用可能である。
【００７５】
また、上記実施の形態では、ハウジング１３０の奥行方向一端部に、支持軸１１０の軸方向に沿う中空部１３４が形成され、前記支持軸１１０が直進する際、該支持軸１１０の大径部１１１と、付勢部材１６０の円筒部１６１は前記中空部１３４内を移動することとしたが、これに限定されるものではない。例えば、前記ハウジング１３０は、突出部１３１を備えてなく、該ハウジング１３０の奥行方向一端部に、前記通し穴１３０ａのみが設けられることとしてもよい（換言すると、前記ハウジング１３０に中空部１３４が設けられていなくてもよい）。但し、前記ハウジング１３０に前記中空部１３４が設けられている場合、該中空部１３４の径は前記円筒部１６１の外径以上に設計される必要がある。ここで、上記実施の形態のように、前記円筒部１６１の外径が前記大径部１１１の外径以下であれば、中空部１３４をより小さくすることが可能となり、前記ハウジング１３０がよりコンパクトになる。これにより、カム装置１００がさらに小型化し、前記円筒部１６１の外径を前記大径部１１１の外径以下にする構成が、より有意義なものとなる。かかる点において、上記実施の形態の方がより望ましい。
【００７６】
また、上記実施の形態では、前記支持軸１１０は、該支持軸１１０の軸方向に直進する直進動作と、該支持軸１１０の中心軸回りに回動する回動動作を行うこととしたが、これに限定されるものではない。例えば、前記支持軸１１０は、直進動作のみ行うこととしてもよい。
【００７７】
また、上記実施の形態では、前記支持軸１１０の固定部１１３には、前記円筒部１６１の前記支持軸１１０に対する相対位置を保持するための保持部材１７０、が固定されている例について説明した。そして、該保持部材１７０によって、付勢部材１６０と前記支持軸１１０とは一体的に直進するようになるが、これに限定されるものではない。例えば、前記保持部材１７０が設けられておらず、前記円筒部１６１と前記小径部１１２との間に発生する摩擦力によって、前記付勢部材１６０が前記支持軸１１０とともに直進することとしてもよい。但し、前記摩擦力によって前記付勢部材１６０が前記支持軸１１０とともに直進する場合には、前記円筒部１６１の前記支持軸１１０の軸方向におけるガタツキが顕著になる虞がある。これに対し、前記保持部材１７０により、前記付勢部材１６０の相対位置を保持させる場合、前記ガタツキも軽減される。このため、前記円筒部１６１が適切に前記支持軸１１０を付勢することとなり、該支持軸１１０が直進する際の位置決め精度も向上する。かかる点において、上記実施の形態の方がより望ましい。
【００７８】
また、上記実施の形態では、前記支持軸１１０は、前記付勢部材１６０に対して相対回動可能である例について説明した。かかる場合、前記隣接部１６２の側壁１６２ａは、前記支持軸１１０の中心軸１１０ａと交差する断面が円弧状となり、前記係合穴１６３は、その長径方向が前記側壁１６２ａの外周方向に沿った楕円状の穴として前記側壁１６２ａ上に形成されることとなる。但し、これに限定されるものではなく、例えば、前記支持軸１１０は、前記付勢部材１６０と一体的に回動することとしてもよい。
【００７９】
前記係合穴１６３の、前記側壁１６２ａの外周方向における長さ（以下、単に係合穴１６３の長さという）は、前記揺動アーム１５３の揺動範囲に応じた長さである必要がある。また、前記側壁１６２ａの外周方向の長さは、前記係合穴１６３の長さに応じて確保されなければならない。
【００８０】
ここで、前記付勢部材１６０が前記支持軸１１０と一体的に回動する場合、該付勢部材１６０と前記揺動アーム１５３とが係合するためには、前記係合穴１６３は環状穴である必要があり、また、前記側壁１６２ａは、当該係合穴１６３を設けるために、前記支持軸１１０を取り巻くような円筒状となっていなければならない。
【００８１】
これに対し、前記支持軸１１０が前記付勢部材１６０に対して相対回動する場合には、前記支持軸１１０の回転によって前記付勢部材１６０と前記揺動アーム１５３との係合位置は変化しない。このため、前記係合穴１６３の長さをより短く設計することが可能となる。そして、前記係合穴１６３の長さが短くなるほど、前記側壁１６２ａの外周の長さについてもより短く設計することが可能となる（すなわち、前記側壁１６２ａが円筒状である必要がなくなる）。これにより、前記付勢部材１６０がよりコンパクト化し、さらにカム装置１００が小型化される。かかる点において、上記実施の形態の方がより望ましい。
【００８２】
また、上記実施の形態では、前記小径部１１２と前記円筒部１６１の間には、油膜が形成されている程度の隙間、あるいは、複数の転動体１７２が設けられていることとした。しかし、これに限定されるものではなく、前記小径部１１２の外周面と前記円筒部１６１の内周面が面接触していることとしてもよい。但し、前記支持軸１１０が、前記付勢部材１６０に対して相対回動する場合、前記小径部１１２の外周面と前記円筒部１６１の内周面が面接触していると、接触面に発生する摩擦力が、前記支持軸１１０の回動に対する抵抗となる。この結果、該支持軸１１０が回動動作を行う際の位置決め精度が低下する虞がある。これに対し、前記小径部１１２と前記円筒部１６１の間には、前記隙間、あるいは、前記転動体１７２を設けることにより、前記支持軸１１０は適切に相対回動するため、前記位置決め精度も高くなる。また、前記転動体１７２を設けた場合には、前述したように、前記支持軸１１０の軸長を短く設計することも可能となり、さらにカム装置１００が小型化される。かかる点において、上記実施の形態の方がより望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】マシニングセンタ１の概念図である。
【図２】カム装置１００の外観についての模式図である。
【図３】把持アーム３１を取り付けたカム装置１００の正面模式図である。
【図４】工具交換動作時における、主軸１０、ツールマガジン２０、及び、把持アーム３１の各部の動作例について説明するための図である。
【図５】カム装置１００の断面図であり、図２におけるＨ−Ｈ断面を示す。
【図６】カム装置１００の断面図であり、図２におけるＩ−Ｉ断面を示す。
【図７】カム装置１００の断面図であり、図２におけるＪ−Ｊ断面を示す。
【図８】支持軸１１０が、該支持軸１１０の直進範囲の一端に達したときの、図２ＡにおけるＩ−Ｉ断面及び図７におけるＫ−Ｋ断面を示す。
【図９】支持軸１１０が、該支持軸１１０の直進範囲の他端に達したときの、図２ＡにおけるＩ−Ｉ断面及び図７におけるＫ−Ｋ断面を示す。
【図１０】付勢部材１６０の外観を模式的に示す斜視図である。
【図１１】円筒部１６１と小径部１１２との結合方法の他例についての説明図である。
【図１２】図１１中の保持部材１７１周辺の拡大図である。
【図１３】従来提案された方法により小型化されたカム装置を示す図であり、図８の右図に対応する図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  マシニングセンタ            １０  主軸
１２  主軸台                    １４  基台
２０  ツールマガジン            ３０  自動工具交換装置（ＡＴＣ）
３１  把持アーム                ３１ａ  クランプ部
４０  駆動モータ                １００  カム装置
１１０  支持軸                    １１０ａ  中心軸
１１１  大径部                    １１２  小径部
１１３  固定部                    １１４  摺動部
１１５  転動体収容溝              １２０  駆動軸
１３０  ハウジング                １３０ａ  通し穴
１３１  突出部                    １３１ａ  シール部材
１３２  駆動軸軸受                １３３  ターレット軸受
１３３ａ  軸受締付部材            １３４  中空部
１４０  回動用カム機構            １４１  ローラギアカム
１４２  回動用カムフォロア        １４３  ターレット
１４３ａ  スプライン              １５０  直進用カム機構
１５１  溝カム                    １５２  直進用カムフォロア
１５３  揺動アーム                １５３ａ  突起部
１５３ｂ  揺動軸                  １５３ｃ  開口部
１６０  付勢部材                  １６１  円筒部
１６２  隣接部                    １６３  係合穴
１６４  回転止め部                １６４ａ  固定軸
１７０  保持部材                  １７１  保持部材
１７１ａ  ネジ部                  １７２  転動体
２００  旧カム装置                ２１０  環状溝
２２０  スライダー                ２２２  嵌合部
２３０  ガイド部材                Ｔ    工具
Ｔａ  交換用工具                  Ｔｂ  使用済工具
【図１】
2008082422.tif 000003
【図２】
2008082422.tif 000004
【図３】
2008082422.tif 000005
【図４】
2008082422.tif 000006
【図５】
2008082422.tif 000007
【図６】
2008082422.tif 000008
【図７】
2008082422.tif 000009
【図８】
2008082422.tif 000010
【図９】
2008082422.tif 000011
【図１０】
2008082422.tif 000012
【図１１】
2008082422.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2008082422.tif 000015