(57)【要約】【課題】簡単な構成でありながら、短いサイクルタイムでの工具交換動作とシャッター開閉動作とを確実に同期させることができ、シャッターの開閉動作を含めた工具交換動作全体の高速運転を確保することができるシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置を提供する。【解決手段】ハウジング２内部に、入力回転軸３で駆動されるローラギアカムおよびリフト用溝カムを備え、カムから出力される回転運動とリフト運動によりハウジング２外部に備えた工具交換用アーム５を駆動して工具交換動作を行わせるとともに、ハウジング２外部に備えられ複数の板材でなるシャッター５７を工具交換用アーム５の工具交換動作に応じて開閉動作させるために、入力回転軸３によってシャッター開閉用揺動運動を出力する開閉用溝カムと、開閉用溝カムのシャッター開閉用揺動運動をハウジング２内部から外部へ出力するシャッター駆動用回転軸１１とを設け、複数の板材が重ね合わされて開放される構成とした。【選択図】　　　　図１
2004098212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内部に、単一の入力回転軸によって回転駆動されてそれぞれ回転運動およびリフト運動を出力する回転運動変換用カムおよびリフト運動生成用カムを備え、これらカムから出力される各運動によって該ハウジング外部に備えた工具交換用アームを駆動して工具交換動作を行わせるようにしたカム式自動工具交換装置において、
上記ハウジング外部に備えられるシャッターを上記工具交換用アームの工具交換動作に応じて開閉動作させるために、該ハウジング内部に、上記単一の入力回転軸によって回転駆動されてシャッター開閉用揺動運動を出力する開閉運動生成用カムを設けるとともに、該開閉運動生成用カムのシャッター開閉用揺動運動を該ハウジング内部から外部へ出力するシャッター駆動用回転軸を設け、
前記シャッターは複数の板材にて構成され、前記入力回転軸の回転動作により前記複数の板材が重ね合わされて開放されることを特徴とするシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置。
【請求項２】
前記開閉運動生成用カムのシャッター開閉用揺動運動を前記シャッター駆動用回転軸に伝達するために、前記ハウジングに揺動自在に支持され、該開閉運動生成用カムに係合されるカムフォロワを一端に有し、他端にセクターギアを有する揺動アームと、該シャッター駆動用回転軸に設けられ、該セクターギアに噛合される従動ギアとを備えることを特徴とする請求項１に記載のシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置。
【請求項３】
前記シャッター駆動用回転軸の回転角度範囲を前記揺動アームの揺動角度範囲よりも大きくするために、前記セクターギアの回転半径が前記従動ギアの回転半径よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項２に記載のシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置。
【請求項４】
前記シャッターは、スライドガイドにスライド自在に設けられるとともに、クランク機構を介して前記シャッター駆動用回転軸に連結されて、スライダクランク機構を構成することを特徴とする請求項１〜３いずれかの項に記載のシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置。
【請求項５】
前記クランク機構は、シャッター駆動用回転軸に設けられた揺動アームと、該揺動アームと前記複数の板材とをそれぞれ連結し、互いに長さの異なる複数のストロークロッドにて構成され、各ストロークロッドは、長さが短い順に前記揺動アームの先端側から前記シャッター駆動用回転軸に向かって配置されていることを特徴とする請求項１〜４いずれかの項に記載のシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置。
【請求項６】
前記シャッターの開閉動作期間中に前記工具交換用アームの工具交換動作を並行して実行させるために、前記回転運動変換用カムおよび前記リフト運動生成用カムと前記開閉運動生成用カムとは、工具交換動作タイミングと開閉動作タイミングとがオーバーラップするカムプロフィールで形成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれかの項に記載のシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置。
【請求項７】
前記回転運動変換用カム、前記リフト運動生成用カム、並びに前記開閉運動生成用カムが、前記単一の入力回転軸に設けられた単一のカムボディに備えられていることを特徴とする請求項１〜６いずれかの項に記載のシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、簡単な構成でありながら、短いサイクルタイムでの工具交換動作とシャッター開閉動作とを確実に同期させることができ、シャッターの開閉動作を含めた工具交換動作全体の高速運転を確保することができるシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動工具交換装置としては、０．５〜１秒という高速度のサイクルタイムで工具交換を実行することができ、またその交換動作の運動精度や安定性がきわめて高いカム式の自動工具交換装置が多く採用されている。そしてこの自動工具交換装置と、実際に加工を行う工作機械の加工スペースとの間には、加工スペースで発生する切削くずや油などが自動工具交換装置の方へ飛散することを防止する目的で、シャッターが設けられている。
【０００３】
このシャッターは、加工スペースでの加工作業中は当該加工スペースと自動工具交換装置との間を仕切るために閉じられるとともに、工具交換の際には自動工具交換装置の工具交換用アームを加工スペース内に挿入することができるように開かれる。シャッターを開閉するには、当該シャッターを相当のストロークで移動させる必要があることから、従来シャッターの駆動には、大きなストロークを簡単に得ることができるシリンダー形式の駆動装置が用いられており、特に駆動源として周辺を汚損するおそれのない空気を利用したエアシリンダーが採用されている。またこの種のシリンダー形式では、開閉ストロークの始点・終点をリミットスイッチなどのセンサで検出するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、カム式自動工具交換装置がモータ駆動であるのに対し、シャッターは上述のエアシリンダー駆動であって、このように両者に対して別々の駆動源を利用していたため、高速度のサイクルタイムにおいて、シャッターの開閉作動と工具交換用アームの工具交換動作の同期をとることはきわめて難しかった。また、自動工具交換装置は高速動作可能であるにもかかわらず、エアシリンダー駆動のシャッターでは上記センサによる開閉ストロークの確認、特に「開放」の確認を待たなければ、工具交換用アームによる工具交換動作を開始することができず、このために工具交換動作全体としての高速化を達成することが困難であった。
さらに、工具交換を可能とする領域分だけ開放させたシャッターは、その開放した領域を覆うだけの大きさを必要とするため、相当の大きさを有することとなり、シャッターを開放した際の収納スペースが大きく必要となると共に、このシャッターを高速にて移動させることは困難であった。
【０００５】
また、シャッターの開閉動作を工具交換動作と簡単に同期させるために、シャッターを、自動工具交換装置のカムを駆動する回転駆動軸で駆動することが考えられる。しかしながら、ストローク動作を行うシリンダーとは異なり、回転駆動軸の回転動作からシャッターの開閉に必要なストロークを創り出すためには、複雑な機構を組み込む必要がある。例えば、回転駆動軸とシャッターとの間にラックアンドピニオン方式などの機構を挿入することが想定されるが、このような構成にあってもシャッターの開閉に必要な相当のストロークを得るには、さらに相当のギア比の正逆転可能な減速機を組み込む必要がある。
【０００６】
結局、自動工具交換装置のカムを駆動する回転駆動軸を共用してシャッターを開閉作動させる機構は、エアシリンダー方式に比べて、きわめて複雑なものになってしまうという課題があった。
【０００７】
本発明はかかる従来の課題に鑑みて創案されたもので、簡単な構成でありながら、短いサイクルタイムでの工具交換動作とシャッター開閉動作とを確実に同期させることができ、シャッターの開閉動作を含めた工具交換動作全体の高速運転を確保することができるシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置は、ハウジング内部に、単一の入力回転軸によって回転駆動されてそれぞれ回転運動およびリフト運動を出力する回転運動変換用カムおよびリフト運動生成用カムを備え、これらカムから出力される各運動によって該ハウジング外部に備えた工具交換用アームを駆動して工具交換動作を行わせるようにしたカム式自動工具交換装置において、上記ハウジング外部に備えられるシャッターを上記工具交換用アームの工具交換動作に応じて開閉動作させるために、該ハウジング内部に、上記単一の入力回転軸によって回転駆動されてシャッター開閉用揺動運動を出力する開閉運動生成用カムを設けるとともに、該開閉運動生成用カムのシャッター開閉用揺動運動を該ハウジング内部から外部へ出力するシャッター駆動用回転軸を設け、前記シャッターは複数の板材にて構成され、前記入力回転軸の回転動作により前記複数の板材が重ね合わされて開放されることを特徴とする。
【０００９】
また、前記開閉運動生成用カムのシャッター開閉用揺動運動を前記シャッター駆動用回転軸に伝達するために、前記ハウジングに揺動自在に支持され、該開閉運動生成用カムに係合されるカムフォロワを一端に有し、他端にセクターギアを有する揺動アームと、該シャッター駆動用回転軸に設けられ、該セクターギアに噛合される従動ギアとを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、前記シャッター駆動用回転軸の回転角度範囲を前記揺動アームの揺動角度範囲よりも大きくするために、前記セクターギアの回転半径が前記従動ギアの回転半径よりも大きく形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、前記シャッターは、スライドガイドにスライド自在に設けられるとともに、クランク機構を介して前記シャッター駆動用回転軸に連結されて、スライダクランク機構を構成することを特徴とする。
【００１２】
また、前記クランク機構は、シャッター駆動用回転軸に設けられた揺動アームと、該揺動アームと前記複数の板材とをそれぞれ連結し、互いに長さの異なる複数のストロークロッドにて構成され、各ストロークロッドは、長さが短い順に前記揺動アームの先端側から前記シャッター駆動用回転軸に向かって配置されていることを特徴とする。
【００１３】
また、前記シャッターの開閉動作期間中に前記工具交換用アームの工具交換動作を並行して実行させるために、前記回転運動変換用カムおよび前記リフト運動生成用カムと前記開閉運動生成用カムとは、工具交換動作タイミングと開閉動作タイミングとがオーバーラップするカムプロフィールで形成されていることを特徴とする。
【００１４】
さらに、前記回転運動変換用カム、前記リフト運動生成用カム、並びに前記開閉運動生成用カムが、前記単一の入力回転軸に設けられた単一のカムボディに備えられていることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかるシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１および図２に示すように、カム式自動工具交換装置１のハウジング２には、図示しないモータ等の駆動源によって回転駆動される入力回転軸３と、工具を把持するグリップ４を両端に有して工具交換動作を行う、ハウジング２の外部に備えられた工具交換用アーム５を駆動する出力軸６と、ハウジング２外部に備えられ２枚のシャッター板５７ａ，５７ｂにて構成されたシャッター５７にそれぞれ連結されたストロークロッド５２，５３と旋回アーム５１とを結合して構成された、シャッター５７の開閉動作を行うクランク機構５０の旋回アーム５１を駆動するシャッター駆動用回転軸１１とが設けられ、入力回転軸３を回転駆動することにより、工具交換動作とシャッター５７の開閉動作とが同時に行われるようになっている。
【００１６】
図３および図４には主に、工具交換動作を創り出す機構部分が示されている。
潤滑油が溜められるハウジング２内部には主に、軸受１２によってその両端が回転自在に支持された単一の入力回転軸３と、この入力回転軸３に設けられ、これと一体に回転されて入力回転軸３の軸回転を工具交換動作に必要な回転運動（オシレートインデックス運動）に変換して出力するローラギアカム１３と、ハウジング２に取り付けられた筒状部材１４内に軸受１５を介して回転自在に支持され、回転用カムフォロワ１６を介してローラギアカム１３に係合された円筒体状のターレット１７と、筒状部材１４に取り付けられた円筒状ガイド部材１８内に先端側６ａが回転自在かつスライド自在に挿入されるとともに、ターレット１７内に挿入された基端側６ｂが当該ターレット１７と回転方向には係合しかつ軸方向にはスライド自在にスプライン嵌合された出力軸６と、ローラギアカム１３の一方の端面に形成され、入力回転軸３の軸回転から工具交換動作に必要なリフト運動を出力するリフト用溝カム１９と、ハウジング２に支持ピン２０を介して揺動自在に支持され、第１リフト用カムフォロワ２１を介してリフト用溝カム１９に係合されるとともに、第２リフト用カムフォロワ２２が出力軸６に形成された環状係合部２３に係合されたリフト用アーム２４とが備えられる。
【００１７】
図示例にあっては、ターレット１７には、その回転方向に沿って間隔を隔てて４つの回転用カムフォロワ１６が回転自在に取り付けられ、このターレット１７と出力軸６の基端側６ｂとのスプライン嵌合は、これらターレット１７の内周面および出力軸６の基端側６ｂの外周面の輪郭形状が四角形状とされて構成され、また第１および第２リフト用カムフォロワ２１，２２はリフト用アーム２４に回転自在に取り付けられ、さらに出力軸６の環状係合部２３は、第２リフト用カムフォロワ２２を両側から挟む一対のフランジ２５から構成されている。そして、回転自在なターレット１７に回転用カムフォロワ１６を介して係合されるローラギアカム１３が回転運動変換用カムとして機能し、揺動自在なリフト用アーム２４に第１リフト用カムフォロワ２１を介して係合されるリフト用溝カム１９がリフト運動生成用カムとして機能する。
【００１８】
ローラギアカム１３で回転されるターレット１７は、スプライン嵌合された出力軸６を回転させて、出力軸６に取り付けられた工具交換用アーム５を回転駆動する。またリフト用溝カム１９で揺動されるリフト用アーム２４は、ターレット１７に対してスプライン嵌合された出力軸６を当該ターレット１７およびガイド部材１８に対してスライドさせて、出力軸６に取り付けられた工具交換用アーム５をリフト駆動する。回転される出力軸６に対して揺動のみを行うリフト用アーム２４の第２リフト用カムフォロワ２２とを連係させる環状係合部２３は、第２リフト用カムフォロワ２２を挟んだ状態で出力軸６とともに回転でき、これにより出力軸６の回転を妨げることなく、出力軸６をリフト用アーム２４でスライドさせることができる。
【００１９】
そして、出力軸６に取り付けられた工具交換用アーム５は、入力回転軸３の軸回転で回転駆動されるローラギアカム１３およびリフト用溝カム１９によって当該出力軸６が回転運動およびリフト運動されることにより、工具交換動作を行うことになる。
【００２０】
また、図３および図５〜図７には主に、シャッター５７の開閉動作を創り出す機構部分が示されている。この機構は、リフト用溝カム１９が形成された端面とは反対側のローラギアカム１３の端面に形成され、入力回転軸３の軸回転からシャッター５７の開閉動作に必要なシャッター開閉用揺動運動を出力する開閉用溝カム２６と、ハウジング２に支持ピン２７を介して揺動自在に支持され、その一端には開閉用溝カム２６に係合される開閉用カムフォロワ２８が回転自在に設けられ、揺動される他端にはセクターギア２９が形成された開閉用揺動アーム３０と、軸受３１によってその両端がハウジング２に回転自在に支持され、当該ハウジング２内外を貫通する上記シャッター駆動用回転軸１１と、シャッター駆動用回転軸１１に設けられ、当該シャッター駆動用回転軸１１を回転駆動すべくセクターギア２９に噛合される従動ギア３２とから構成される。
【００２１】
従って本実施形態にあっては、ローラギアカム１３、リフト用溝カム１９および開閉用溝カム２６が、単一の入力回転軸３に設けられた単一のカムボディ３３に備えられている。これにより、機構部品を内蔵するハウジング２を小さくすることができて装置１全体をコンパクト化できるとともに、運動精度および運転安定性を高く確保することができる。しかしながら、これらカム１３，１９，２６を別々のカムボディに個別に形成した上で、これらを単一の入力回転軸３に設けるようにしてもよいことはもちろんである。
【００２２】
そして、揺動自在な開閉用揺動アーム３０に開閉用カムフォロワ２８を介して係合される開閉用溝カム２６が、シャッター開閉用揺動運動を出力する開閉運動生成用カムとして機能し、この開閉用溝カム２６は、開閉用揺動アーム３０を往復揺動運動させてセクターギア２９を上下に振り動かし、このセクターギア２９の往復揺動運動によって従動ギア３２が正逆方向に回され、この従動ギア３２の正逆回転がシャッター駆動用回転軸１１に伝達されて、シャッター駆動用回転軸１１は、シャッター開閉用揺動運動を正逆回転運動としてハウジング２の内部から外部へと出力する。
【００２３】
クランク機構５０を介してシャッター５７に連結されたシャッター駆動用回転軸１１は、工具交換用アーム５の工具交換動作を創り出すローラギアカム１３およびリフト用溝カム１９とともに回転駆動される開閉用溝カム２６から出力されるシャッター開閉用揺動運動によって、当該工具交換動作に応じてシャッター５７を開閉動作させるようになっている。
【００２４】
そしてさらに、図１のシャッター駆動用回転軸１１にクランク機構５０の長短２本のストロークロッド５２，５３を介して連結されたシャッター５７は図８、図９に示すように、その両端がスライドガイド５４にスライド自在に支持され、これによりシャッター５７はクランク機構５０とともにスライダクランク機構５５を構成する。このスライダクランク機構（ピストンシリンダ機構）５５は簡単な構成でありながら、例えば自動車用エンジンにおいて２０ｒｐｓ程度の高速動作の実績がある機構であり、本実施形態のカム式自動工具交換装置１における０．５〜１秒という高速な工具交換動作に十分応じることが可能である。また、旋回アーム５１を含むクランク機構５０を大型化することにより、ハウジング２自体のコンパクト化を確保しつつ、シャッター５７の開閉ストロークを十分に大きく設定することができる。
【００２５】
本実施形態のシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置の好適なシャッター５７は、当該シャッター５７にて閉塞されるべき領域（以下、閉塞領域という）を、板材としての第１シャッター板５７ａ及び第２シャッター板５７ｂにて閉塞可能に形成されている。これら第１シャッター板５７ａ及び第２シャッター板５７ｂは、ほぼ同じ大きさに形成され、開放状態すなわち閉塞領域からシャッター５７が退避する退避領域に至った退避状態では、２枚のシャッター板５７ａ，５７ｂは互いに対向してほぼ全面が重なり合い、閉塞状態ではスライド方向に並べて配置されると共に、それらの境界部分では一部が重なるように構成されている。
【００２６】
このため、２枚のシャッター板５７ａ、５７ｂをそれらの両端にて支持するスライドガイド５４は、２枚のシャッター板５７ａ、５７ｂが重なって退避されるように、図９に示す如くシャッター板５７ａ、５７ｂ毎にそれぞれ設けられたレール部５４ａが平行に配設されている。
【００２７】
ここで、セクターギア２９を揺動運動させる開閉用溝カム２６のカムプロフィールの設定は、セクターギア２９と従動ギア３２とのギア比も考慮して、図６および図７に示すようにシャッター５７の１回の開閉動作を、クランク機構５０の旋回アーム５１の最大限１８０°範囲での往復旋回動作、すなわち最大限クランク機構５０の上死点および下死点間の往復旋回動作によって創り出すために、従動ギア３２、ひいてはシャッター駆動用回転軸１１を１８０°の範囲（図中、ＸとＹの範囲で示す）で正逆回転させるようになされる。
【００２８】
また殊に、セクターギア２９の回転半径Ｒは従動ギア３２の回転半径ｒよりも大きく形成され、これによりセクターギア２９の小さな角度範囲での揺動運動で、従動ギア３２を大きな回転角度範囲にわたって回転させることができ、シャッター駆動用回転軸１１の回転角度範囲を開閉用揺動アーム３０の揺動角度範囲よりも大きくすることができる。従って、シャッター駆動用回転軸１１には回転角度範囲の大きな回転を出力させつつ、揺動運動する開閉用揺動アーム３０を内蔵するハウジング２を小型化することができる。
【００２９】
図１０、図１１はクランク機構５０によるシャッター５７の動作を説明するための説明図であり、図１０は第１シャッター板５７ａの動作を説明するための図、図１１は第２シャッター板５７ｂの動作を説明するための図である。
【００３０】
クランク機構５０は、ハウジング２の外部にて、シャッター駆動用回転軸１１に設けられた旋回アーム５１と、旋回アーム５１に回動自在に設けられた長さの異なる２本のストロークロッド５２，５３とで構成されている。これらストロークロッド５２，５３のうち、短い方のストロークロッド５２は、旋回アーム５１の先端側に設けられ、長い方のストロークロッド５３は、旋回アーム５１のほぼ中央に設けられている。そして、シャッター５７を閉じた状態にて、カム式自動工具交換装置１のハウジング２に近い側に位置する第１シャッター板５７ａに、短い方のストロークロッド５２が回動自在に結合され、ハウジング２に遠い側に位置する第２シャッター板５７ｂに、長い方のストロークロッド５３が回動自在に結合されている。
【００３１】
そして、入力回転軸３の軸回転によりローラギアカム１３が回転し、この回転に伴って揺動された旋回アーム５１は、図７に示す開閉用溝カム２６の最小半径部近傍にて先端が揺動範囲の最も高い位置に至り、第１シャッター板５７ａは最も引き上げられてハウジング２側に最接近し（図１０−ａ）、第２シャッター板５７ｂは第１シャッター板５７ａと退避領域との間に位置する（図１１−ａ）。
一方、旋回アーム５１は、図６に示す開閉用溝カム２６の最大半径部近傍にて、先端が揺動範囲の最も低い位置に至り、２枚のシャッター板５７ａ，５７ｂは退避領域にて重なって退避されている（図８−ｂ）。したがって、このクランク機構５０による第２シャッター板５７ｂの移動距離は、第１シャッター板５７ａの移動距離のほぼ半分となるように設定されており、第２シャッター板５７ｂの移動速度は第１シャッター板５７ａの移動速度のほぼ半分となるように設定されている。
【００３２】
以上の構成を備えた本実施形態にかかるシャッター駆動機構を備えたカム式工具自動交換装置１の作用を、図２４に示したローラギアカム１３、リフト用溝カム１９および開閉用溝カム２６による出力軸６の回転（オシレートインデックス）運動およびリフト運動並びにシャッター駆動用回転軸１１によるシャッター開閉運動のタイミング線図の一例に基づいて説明する。
【００３３】
本実施形態の工具交換動作では、初期状態（図２４中、ａ〜ｂ）にある工具交換用アーム５がまず一方向に９０°旋回され、これにより一方のグリップ４は図示しない工作機械の主軸に装着されている使用済みの工具Ｔａを、同時に他方のグリップ４は図示しない工具マガジンに装着されている交換用の工具Ｔｂを把持する（同図中、ｂ〜ｄ）。
次いで、工具交換用アーム５はその位置で一方向にリフト動作され、これにより交換用工具Ｔｂおよび使用済み工具Ｔａをそれぞれ工具マガジンおよび主軸から引き抜く（同図中、ｄ〜ｆ）。
次いで、工具交換用アーム５はリフト位置を保ったままで反対方向に１８０°旋回され、これにより交換用工具Ｔｂを主軸側に、また使用済み工具Ｔａを工具マガジン側に移送する（同図中、ｆ〜ｉ）。
次いで、工具交換用アーム５はその位置で反対方向にリフト動作され、これにより交換用工具Ｔｂを主軸に装着すると同時に、使用済み工具Ｔａを工具マガジンに戻す（同図中、ｉ〜ｊ）。
最後に、工具交換用アーム５はそのリフト位置を保ったままで１８０°旋回と同じ方向に９０°旋回され、これにより各グリップ４が工具Ｔａ，Ｔｂから離脱するとともに工具交換用アーム５が初期状態に復帰される（同図中、ｊ〜ｌ）。
【００３４】
この工具交換動作は、入力回転軸３の３６０°の一回転によって達成される。そしてこの入力回転軸３の３６０°の一回転によって同時に、シャッター５７が一回開閉作動される。
【００３５】
シャッター５７は、工具交換用アーム５が初期状態にあるときに、工具交換動作よりも先行して開き始め（同図中、ａ〜）、工具Ｔａ，Ｔｂを移送するために１８０°の旋回を開始した工具交換用アーム５が第１回目として最初にシャッター位置を横切る直前に全開される（同図中、ｇ）。このシャッター５７の全開状態は、１８０°旋回する工具交換用アーム５が第２回目として再びシャッター位置を横切るまで維持され（同図中、ｇ〜ｈ）、工具交換用アーム５がシャッター位置を経過するとその直後からシャッター５７は閉じ始め（同図中、ｈ〜）、そして工具交換用アーム５が初期状態に復帰した後に、それに後行して全閉される（同図中、ｌ〜３６０°）。
【００３６】
図２４に示したタイミング線図に従う工具交換用アーム５の工具交換動作とシャッター５７の開閉動作の相関関係を、さらに図１２〜図２３に従って説明する。
【００３７】
図１２に示すａ段階では、セクターギア２９の一端部が従動ギア３２に噛み合っており、クランク機構５０は下死点近傍の折り曲げ状態にあって、これによりシャッター５７が閉じられているとともに、工具交換用アーム５はシャッター５７と平行に位置する初期状態にある。
【００３８】
図１３に示すｂ段階では、シャッター駆動用回転軸１１が回り始め、クランク機構５０が伸長動作を開始してシャッター５７のシャッター板５７ａ，５７ｂのいずれもが移動し始め、シャッター５７が開き始める。
【００３９】
図１４に示すｃ段階では、シャッター５７が開き続けて工具交換用アーム５の高さ位置よりも下がるとともに、９０°旋回を開始した工具交換用アーム５はシャッター位置を斜めに横切って、使用済み工具が装着されている工作機械の主軸側へと進入する。
【００４０】
図１５に示すｄ段階では、セクターギア２９のほぼ中央部が従動ギア３２に噛み合っており、クランク機構５０は伸長動作を続けてシャッター５７が開き続けるとともに、工具交換用アーム５は９０°旋回を完了してシャッター位置を直角に横切り、これに伴って工具Ｔａ，Ｔｂを把持する。
【００４１】
図１６に示すｅ段階では、引き続きシャッター５７が開き続けるとともに、リフト運動を開始した工具交換用アーム５は下降を続けて工具Ｔａ，Ｔｂを引き抜いていく。
【００４２】
図１７に示すｆ段階では、クランク機構５０が伸長動作を継続してシャッター５７が開き続けるとともに、工具交換用アーム５はリフト運動を完了して工具Ｔａ，Ｔｂを完全に引き抜く。
【００４３】
図１８に示すｇ段階では、セクターギア２９の他端部が従動ギア３２に噛み合っており、クランク機構５０は上死点に達することで伸び切った状態となり、２枚のシャッター板５７ａ，５７ｂは退避領域にて重なって停止している。これによりシャッター５７は工具Ｔａ，Ｔｂの通過を許容できる全開状態になるとともに、１８０°旋回を開始した工具交換用アーム５は第１回目としてシャッター位置にさしかかって、使用済み工具Ｔａが工具マガジン側へと進入する。
【００４４】
図１９に示すｈ段階では、シャッター５７の全開状態が維持されるとともに、１８０°旋回する工具交換用アーム５は今度は、交換用工具Ｔｂを工作機械の主軸側に差し入れるように、第２回目としてシャッター位置を横切る。
【００４５】
図２０に示すｉ段階では、逆方向に回り始めたシャッター駆動用回転軸１１によって折り曲げ動作を開始したクランク機構５０により、シャッター板５７ａ，５７ｂのいずれもが上昇し始めることによりシャッター５７が閉じ始める。このとき工具交換用アーム５は１８０°旋回を完了してシャッター位置を直角に横切った状態になる。
【００４６】
図２１に示すｊ段階では、シャッター５７が閉まり続けるとともに、シャッター位置を横切った状態での工具交換用アーム５の上昇動作が完了して各工具Ｔａ，Ｔｂがそれぞれ主軸および工具マガジンに装着される。
【００４７】
図２２に示すｋ段階では、クランク機構５０がさらに折り曲げ動作を行ってシャッター５７の閉じ動作が継続されるとともに、工具Ｔａ，Ｔｂから離脱させるための９０°旋回を開始した工具交換用アーム５はその旋回動作を許容する閉じ具合にあるシャッター位置を斜めに横切って初期状態へと復帰していく。
【００４８】
図２３に示すｌ段階では、工具交換用アーム５が初期状態への復帰を完了し、シャッター板５７ａ，５７ｂのいずれもが閉塞領域を閉じる方向に移動し、シャッター５７は全閉状態に向かってさらに継続して閉じられる。最終的に工具交換用アーム５およびシャッター５７は図１２のａ段階に戻る。
【００４９】
このように第１の実施形態のローラギアカム１３、リフト用溝カム１９および開閉用溝カム２６は、工具交換用アーム５の工具交換動作タイミングとシャッター５７の開閉動作タイミングとをオーバーラップさせるカムプロフィールで形成されているので、シャッター５７の開閉動作期間中に工具交換用アーム５の工具交換動作を並行して実行させることができ、これにより装置運転の高速化を達成することができる。
【００５０】
以上のような構成を備えた本実施形態にかかるシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置１にあっては、３つのカム１３，１９，２６を単一の入力回転軸３で駆動でき、すなわちシャッター５７を、自動工具交換装置１のカム１３，１９を駆動する入力回転軸３で駆動することができて、シャッター５７の開閉動作を工具交換動作と簡単に同期させることができ、この際、ハウジング２内部では主に回転運動もしくは揺動運動を生じさせるようにし、特にシャッター５７を開閉するためのシャッター開閉用揺動運動をシャッター駆動用回転軸１１でハウジング２内部から外部へ出力させるようにしたので、シャッター５７の開閉ストロークをハウジング２内部で確保する必要がなく、装置１が複雑化することを防止できて、簡単な構成でありながら、短いサイクルタイムでの工具交換動作とシャッター開閉動作とを確実に同期させることができ、シャッター５７の開閉動作を含めた工具交換動作全体の高速運転を確保することができる。
【００５１】
さらに、シャッター５７を閉塞領域のほぼ半分のサイズをなす２枚のシャッター板５７ａ，５７ｂで構成し、シャッター５７開放時には、それらを重ならせて退避させるので、図２５に示すように、１枚の板材で構成されるシャッター７７を用いた場合と比べ、装置をコンパクト化し省スペース化を図ることが可能となる。
【００５２】
また、シャッター５７を構成する２枚のシャッター板５７ａ，５７ｂの重量Ｍは、１枚の板材よりなるシャッター７７の重量のほぼ半分であり、かつ、第２シャッター板５７ｂの移動量Ｘは１枚構成のシャッター７７の移動量の半分の距離となる。このため、それら本実施形態のシャッター５７を用いた場合と１枚構成のシャッター７７を用いた場合との仕事量を概算すると、１枚構成のシャッター７７を用いた場合の仕事量Ｊ１は、Ｊ１＝４ＭＸとなり、本実施形態の２枚構成のシャッター５７を用いた場合の仕事量Ｊ２は、Ｊ２＝２ＭＸ＋ＭＸ＝３ＭＸとなる。したがって、２枚構成のシャッター５７を用いた方が仕事量が小さくなる。これにより、シャッター動作の更なる高速化を図ることが可能となるとともに、高い制動性能を得ることが可能となるため、シャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置の更なる高性能化を図ることが可能となる。
【００５３】
そしてこのように工具交換動作とシャッター５７の開閉動作を確実に同期させうることから、従来のようにシャッターの開閉ストロークの確認、特に「開放」の確認を待たなければ、工具交換用アームによる工具交換動作を開始することができないなどという不都合を解決することができる。
【００５４】
また、装置１全体の動作がカム１３，１９，２６やギヤ２９，３２、スライダクランク機構５５などからなるメカニカルな動力伝達機構によって統一的に創り出されるため、不確定な動きがなく、装置１の信頼性を高く確保することができる。
【００５５】
そして特に、カム機構やクランク機構という高速動作に実績のあるこれら機構によって、短いサイクルタイムでの工具交換動作とシャッター開閉動作のタイミングを的確に同期させることができる。
【００５６】
さらに、開閉用溝カム２６および開閉用揺動アーム３０、セクターギア２９、従動ギア３２、さらには旋回アーム５１を含むクランク機構５０という簡単な機構でありながら、入力回転軸３の一方向回転動作から大きな正逆旋回運動を得て、シャッター５７の開閉に必要な往復ストロークを効率よく創り出すことができる。
【００５７】
本実施形態においては、第１シャッター板５７ａと第２シャッター板５７ｂとをそれぞれ支持してスライドするレール部５４ａを有するスライドガイド５４を用いる構成を示したが、図２６，図２７に示すように、第２シャッター板５７ｂのスライドガイド５６近傍かつ退避領域側に位置させて、第１シャッター板５７ａと位相を同じくする支持部５８を備え、この支持部５８にて第１シャッター板５７ａと同じレール部５４ａに支持されてスライドする構成としても良い。この場合には、２枚のシャッター板５７ａ，５７ｂが退避領域にて重なったときに、支持部５８が第１シャッター板５７ａと干渉しないように切欠部分５９を設けておく。このように２枚構成のシャッターを１つのレール部５４ａによって支持することにより、さらにコンパクト化を図ることが可能となる。
【００５８】
本実施形態においては、シャッター５７を構成する板材の数を２枚としたが、これに限らず、シャッターはさらに多くの板材にて構成されていてもよい。このとき、ストロークロッドの数、長さ等は、シャッター板の数、大きさ、配置等の構成に応じて適宜設定する。
【００５９】
また本実施形態においては、短い方のストロークロッドを旋回アームの先端側に設け、長い方のストロークロッドを旋回アームのほぼ中央に設けた例を示したが、ストロークロッドの配置はこれに限るものではない。例えば、複数のストロークロッドのうち、最も短い方のストロークロッドが旋回アームの回転中心側に、最も長い方のストロークロッドが旋回アームの先端側になるように、旋回アームの先端側から長い順に配置したり、また、シャッター板の構成に合わせて適宜長さを違えてストロークロッドを配置するなど適宜変更可能な構成としてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上要するに、本発明にかかるシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置にあっては、簡単な構成でありながら、短いサイクルタイムでの工具交換動作とシャッター開閉動作とを確実に同期させることができ、シャッターの開閉動作を含めた工具交換動作全体の高速運転を確保することができる。
【００６１】
特に、シャッターは複数の板材で構成され、シャッター開放時には、それらが重ね合わせられるので、１枚の板材で構成されるシャッターを用いた場合と比べ、装置をコンパクト化し省スペース化を図ることが可能となる。
【００６２】
また、複数の板材にて構成されたシャッターの各板材は、１枚で構成されるシャッターの板材より軽量であり、また、シャッター開閉動作における一部の板材の移動距離も短くなる。このため、複数の板材にて構成されたシャッターは、１枚構成のシャッターより開閉動作における仕事量が小さくなる。よって、シャッター動作の更なる高速化を図ることが可能となるとともに、高い制動性能を得ることが可能となる。
【００６３】
また、ハウジング内部では主に回転運動もしくは揺動運動を生じさせるようにし、シャッターを開閉するためのシャッター開閉用揺動運動をシャッター駆動用回転軸でハウジング内部から外部へ出力させるようにしたので、シャッターの開閉ストロークをハウジング内部で確保する必要がなく、装置が複雑化することを防止できる。
【００６４】
また、装置全体の動作がカムやギヤ、クランク機構などからなるメカニカルな動力伝達機構によって統一的に創り出されるため、不確定な動きがなく、装置の信頼性を高く確保することができる。
【００６５】
特に、クランク機構を、揺動アーム複数の板材とをそれぞれ連結する複数のストロークロッドの長さを互いに異ならせ、各ストロークロッドの長さが短い順に揺動アームの先端側からシャッター駆動用回転軸に向かって配置するという極めて簡単な方法にてシャッターの開閉動作を実現したので、複数の板材を用いる構成としても複雑な制御を必要とせず、確実に動作させることが可能となる。
【００６６】
また、開閉運動生成用カムおよび揺動アーム、セクターギア、従動ギア、さらにはクランク機構という簡単な機構でありながら、入力回転軸の一方向回転動作から大きな正逆旋回運動を得て、シャッターの開閉に必要な往復ストロークを効率よく創り出すことができる。
【００６７】
また殊に、セクターギアの回転半径を従動ギアの回転半径よりも大きく形成したので、セクターギアの小さな角度範囲での揺動運動で、従動ギアを大きな回転角度範囲にわたって回転させることができ、シャッター駆動用回転軸の回転角度範囲を揺動アームの揺動角度範囲よりも大きくすることができる。従って、シャッター駆動用回転軸には回転角度範囲の大きな回転を出力させつつ、揺動運動する揺動アームを内蔵するハウジングを小型化することができる。
【００６８】
シャッターをクランク機構とともにスライダクランク機構として構成していて、簡単な構成でありながら高速動作の実績がある当該スライダクランク機構により、カム式自動工具交換装置における高速な工具交換動作に十分に対応したシャッター開閉機構を得ることができる。また、クランク機構を大型化することにより、ハウジング自体のコンパクト化を確保しつつ、シャッターの開閉ストロークを十分に大きく設定することができる。
【００６９】
回転運動変換用カム、リフト運動生成用カムおよび開閉運動生成用カムを、工具交換用アームの工具交換動作タイミングとシャッターの開閉動作タイミングとをオーバーラップさせるカムプロフィールで形成したので、シャッターの開閉動作期間中に工具交換用アームの工具交換動作を並行して実行させることができ、装置運転の高速化を達成することができる。
【００７０】
回転運動変換用カム、リフト運動生成用カムおよび開閉運動生成用カムを、単一の入力回転軸に設けられた単一のカムボディに備えたので、ハウジングを小さくすることができて装置全体をコンパクト化できるとともに、運動精度および運転安定性を高く確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置の好適な一実施形態を示す概略正面図である。
【図２】図１に示したシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置の概略底面図である。
【図３】図１に示したシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置の底面断面図である。
【図４】図１に示したシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置の正面断面図である。
【図５】図１に示したシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置の背面断面図である。
【図６】図１のシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置に適用される開閉用溝カムから従動ギアまでの機構を示す説明図である。
【図７】図６の開閉用溝カムから従動ギアまでの機構の作動を説明するための説明図である。
【図８】図１に示したシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置のシャッター開放状態及び閉止状態を示す正面図である。
【図９】図１のシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置に適用されるスライドガイドを説明するための説明図である。
【図１０】クランク機構による第１シャッター板の動作を説明するための説明図である。
【図１１】クランク機構による第２シャッター板の動作を説明するための説明図である。
【図１２】図１に示したシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置の作動の第１段階を説明する説明図である。
【図１３】図１に示したシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置の作動の第２段階を説明する説明図である。
【図１４】図１に示したシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置の作動の第３段階を説明する説明図である。
【図１５】図１に示したシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置の作動の第４段階を説明する説明図である。
【図１６】図１に示したシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置の作動の第５段階を説明する説明図である。
【図１７】図１に示したシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置の作動の第６段階を説明する説明図である。
【図１８】図１に示したシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置の作動の第７段階を説明する説明図である。
【図１９】図１に示したシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置の作動の第８段階を説明する説明図である。
【図２０】図１に示したシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置の作動の第９段階を説明する説明図である。
【図２１】図１に示したシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置の作動の第１０段階を説明する説明図である。
【図２２】図１に示したシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置の作動の第１１段階を説明する説明図である。
【図２３】図１に示したシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置の作動の第１２段階を説明する説明図である。
【図２４】図１に示したシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置のローラギアカム、リフト用溝カムおよび開閉用溝カムによる出力軸の回転運動およびリフト運動並びにシャッター駆動用回転軸の回転運動のタイミング線図である。
【図２５】本実施形態における一効果を説明するための説明図である。
【図２６】本実施形態における変形例を説明するための説明図である。
【図２７】図２６に示したシャッター駆動機構を備えたカム式自動工具交換装置におけるシャッター開放状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１　カム式自動工具交換装置
２　ハウジング
３　入力回転軸
５　工具交換用アーム
１１　シャッター駆動用回転軸
１３　ローラギアカム
１９　リフト用溝カム
２６　開閉用溝カム
２８　開閉用カムフォロワ
２９　セクターギア
３０　開閉用揺動アーム
３２　従動ギア
３３　カムボディ
５０　クランク機構
５１　旋回アーム
５２　ストロークロッド
５３　ストロークロッド
５４，５６　スライドガイド
５４ａ　レール部
５５　スライダクランク機構
５７　シャッター
５７ａ　第１シャッター板（板材）
５７ｂ　第２シャッター板（板材）
５８　支持部
５９　切欠部分
【図１】
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【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
2004098212.tif 000026
【図２５】
2004098212.tif 000027
【図２６】
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【図２７】
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