(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動されるローラギアカムの側方に配置され、該ローラギアカムと係合するカムフォロワを有して回転運動を伝達するターレットと、上記ローラギアカムの端面近傍に配置され、該端面のカム部と係合して往復揺動運動を伝達する揺動アームと、上記ターレットと結合されて軸周りに回転運動されるとともに、上記カムフォロワを避けた位置に係合部を有して、軸方向に沿って上方位置と下方位置との間を往復直線運動される出力軸を備えたカム装置において、
上記カムフォロワの側方に上記出力軸の軸方向に沿って移動自在にスライダーを設け、該スライダーの一端を上記揺動アームに連結するとともに他端を上記係合部と係合させ、
上記出力軸が上記下方位置に位置する際には、上記出力軸の軸方向において、上記スライダーの上記一端が上記揺動アームに連結される位置と、上記スライダーの上記他端が上記係合部に係合される位置とが、上記カムフォロアを基準として互いに逆側に設けられ、
上記出力軸が上記上方位置に位置する際には、上記出力軸の軸方向において、上記スライダーの上記一端が上記揺動アームに連結される位置と、上記スライダーの上記他端が上記係合部に係合される位置とが、ともに、上記カムフォロアよりも上方に設けられることを特徴とするカム装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力回転を、出力軸の軸周りの回転運動および軸方向に沿う往復直線運動に変換するカム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のカム装置は例えば、ピックアンドプレース装置や、工作機械の工具交換を自動化する自動工具交換装置に用いられている。図１０，図１１は従来の工具交換装置に用いられているカム装置１を示し、入力軸２によって回転されるローラギアカム３を備え、該ローラギアカム３の回転が、これの外周面に所定の幾何学的曲線をもって形成されるテーパーリブ３ａとこれに係合されるカムフォロア４ａとを介して、ターレット４に伝達されこれを揺動回転するようになっている。つまり、テーパーリブ３ａはローラギアカム３の肉厚方向（回転中心軸方向）に曲線が変化しており、この曲線の変化がターレット４に回転角変化として取り出される。また、上記ターレット４には出力軸５がスプライン嵌合され、出力軸５はターレット４に対してその軸方向への相対移動が許容されつつ回転方向に係止されている。
【０００３】
また、ローラギアカム３の一方の端面には溝カム３ｂが形成され、上記入力軸２の回転はまた、該溝カム３ｂに係合される揺動アーム６を介して往復揺動運動として取り出され、該揺動アーム６の先端部を上記出力軸５に係合して、該出力軸５を軸方向に往復直線運動させるようになっている。従って、上記出力軸５は、ターレット４と揺動アーム６によって、入力軸２の回転により回転運動と往復直線運動との複合運動を行うこととなり、該出力軸５の先端部に取り付けた図外の工具保持アームが、ツールマガジンまで旋回した位置で上昇して工具を掴持した後に下降し、その後、逆方向に旋回して工作機械まで工具を搬送し、その位置で上昇して該工具を装着した後に下降するという動作を自動的に繰り返すことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来のカム装置１にあっては、ローラギアカム３とターレット４との係合箇所は、ローラギアカム３の回転中心から下ろされて出力軸５と直角をなす直線上に設定する必要がある。
一方、ローラギアカム３の一方の端面に配置された揺動アーム６は、その基端部６ａがハウジング７に枢着されるとともに、中間部に設けたカムフォロア６ｂが上記溝カム３ｂに係合され、そして、先端部６ｃがカムフォロア６ｄを介して出力軸５の環状溝５ａに直接係合される。
【０００５】
このため、出力軸５にはこれを回転運動させるためのターレット４と、軸方向に往復直線運動させるための揺動アーム６の係合部分とが存在することになり、これら両者の干渉を避けるために揺動アーム６の係合部分、つまり環状溝５ａはターレット４から軸方向に離隔した位置に設けられる。このように従来のカム装置１では、ターレット４と環状溝５ａとを互いに離隔させることにより、揺動アーム６の揺動範囲を確保するようにしている。
【０００６】
そして、上記入力軸２から上記出力軸５に至る一連の各構成部材はハウジング７内に収納されるようになっているが、上記揺動アーム６の揺動スペースをターレット４から離れた場所に確保する必要があるため、該ハウジング７は大型化してしまう。特に、環状溝５ａを出力軸５の出力側に設定した場合には、ターレット４から離れる方向の揺動アーム６の最大揺動角を確保するために、図１１に示すようにハウジング７には出力軸５方向に向かって膨出する傾斜部分７ａが形成される。
【０００７】
このようにハウジング７が大型化されることにより、この自動工具交換装置を工作機械に組み付ける際のレイアウトが困難になるとともに、上記傾斜部分７ａのためにハウジング７を工作機械の取付け面から離して取り付ける必要があり、これらのことから結果的に工作機械全体の大型化が来されてしまう。
【０００８】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたもので、出力軸を軸方向に往復直線運動させるための揺動アームの往復揺動範囲を、出力軸を回転運動させるためのカムフォロワの配置に制約されることなく設定することができるようにして、揺動アームに所要の揺動ストロークを確保しつつ、ハウジングのコンパクト化を達成することができるカム装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明は、回転駆動されるローラギアカムの側方に配置され、該ローラギアカムと係合するカムフォロワを有して回転運動を伝達するターレットと、上記ローラギアカムの端面近傍に配置され、該端面のカム部と係合して往復揺動運動を伝達する揺動アームと、上記ターレットと結合されて軸周りに回転運動されるとともに、上記カムフォロワを避けた位置に係合部を有して、軸方向に沿って上方位置と下方位置との間を往復直線運動される出力軸を備えたカム装置において、
上記カムフォロワの側方に上記出力軸の軸方向に沿って移動自在にスライダーを設け、該スライダーの一端を上記揺動アームに連結するとともに他端を上記係合部と係合させ、
上記出力軸が上記下方位置に位置する際には、上記出力軸の軸方向において、上記スライダーの上記一端が上記揺動アームに連結される位置と、上記スライダーの上記他端が上記係合部に係合される位置とが、上記カムフォロアを基準として互いに逆側に設けられ、
上記出力軸が上記上方位置に位置する際には、上記出力軸の軸方向において、上記スライダーの上記一端が上記揺動アームに連結される位置と、上記スライダーの上記他端が上記係合部に係合される位置とが、ともに、上記カムフォロアよりも上方に設けられることを特徴とする。
【００１０】
本発明のカム装置１０は自動工具交換装置として構成される場合を示し、基本的には、回転駆動されるローラギアカム１３の側方に配置され、該ローラギアカム１３と係合するカムフォロワ２０を有して回転運動を伝達するターレット１４と、上記ローラギアカム１３の端面１３ａ近傍に配置され、該端面１３ａのカム部としての溝カム１９と係合して往復揺動運動を伝達する揺動アーム１５と、上記ターレット１４と結合されて軸周りに回転運動されるとともに、上記カムフォロワ２０を避けて形成された係合部としての環状溝２２を有して、軸方向に往復直線運動される出力軸１６を備えていて、その特徴とするところは上記カムフォロワ２０の側方に上記出力軸１６の軸方向に沿って移動自在にスライダー３０を設け、該スライダー３０の基端部３０ａを上記揺動アーム１５に連結するとともに先端部３０ｂを上記環状溝２２と係合させたことにある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１から図９は本発明のカム装置の一実施形態を示し、図１は断面平面図、図２は断面正面図、図３は図２中Ａ−Ａ線からの要部断面図、図４はスライダーと出力軸との関係を示す正面図、図５は揺動アームとスライダーとの係合部分を示す拡大断面図、図６は出力軸の下降状態を正面図（ａ）と側面図（ｂ）で示す説明図、図７は出力軸の上昇状態を正面図（ａ）と側面図（ｂ）で示す説明図、図８は工具保持アームを取り付けたカム装置の平面図、図９は工具保持アームを取り付けたカム装置の正面図である。
【００１２】
本発明のカム装置１０は自動工具交換装置として構成される場合を示し、基本的には、回転駆動されるローラギアカム１３の側方に配置され、該ローラギアカム１３と係合するカムフォロワ２０を有して回転運動を伝達するターレット１４と、上記ローラギアカム１３の端面１３ａ近傍に配置され、該端面１３ａのカム部としての溝カム１９と係合して往復揺動運動を伝達する揺動アーム１５と、上記ターレット１４と結合されて軸周りに回転運動されるとともに、上記カムフォロワ２０を避けて形成されて上記揺動アーム１５と係合する係合部としての環状溝２２を有して、軸方向に往復直線運動される出力軸１６を備えていて、その特徴とするところは上記カムフォロワ２０の側方に上記出力軸１６の軸方向に沿って移動自在にスライダー３０を設け、該スライダー３０の基端部３０ａを上記揺動アーム１５に連結するとともに先端部３０ｂを上記環状溝２２と係合させたことにある。
【００１３】
即ち、本実施形態のカム装置１０は図１，図２に示すようにハウジング１１内に、入力軸１２，ローラギアカム１３，ターレット１４，揺動アーム１５および出力軸１６等の各構成部材が組み付けられて構成される。入力軸１２はその両端がベアリング１７，１７ａを介してハウジング１１に回転自在に両持ち支持される。該入力軸１１にはローラギアカム１３が一体回転可能に取付けられ、該ローラギアカム１３の回転によって上記ターレット１４を揺動回転し、かつ、上記揺動アーム１５を上下揺動運動させるようになっている。
【００１４】
上記ローラギアカム１３には、その外周面にテーパーリブ１８が所定の幾何学的曲線をもって形成されるとともに、該ローラギアカム１３の一方の端面１３ａには入力軸１２を取り囲むように溝カム１９が所定の幾何学的曲線をもって無端環状に形成される。
【００１５】
上記ターレット１４は、上記ローラギアカム１３の直径に略等しい長さをもった筒状に形成されて該ローラギアカム１３近傍に配置され、その内周にはスプライン１４ａが形成されるとともに、その外周には４個のカムフォロア２０が十字状に突設して設けられる。これら４個のカムフォロア２０は、それらのうち２個または１個が上記テーパーリブ１８に係合し、ローラギアカム１３の回転に伴ってカムフォロア２０がテーパーリブ１８の曲線に倣って摺動することにより、ターレット１４が揺動回転される。
【００１６】
上記出力軸１６には、基端部１６ａ側に、上記ターレット１４の長さに略相当する長さで断面矩形状の摺動軸部１６ｂが形成され、該摺動軸部１６ｂは上記ターレット１４のスプライン１４ａに軸方向へ摺動自在に、かつ回転方向には係止されて嵌合される。そして、該出力軸１６の出力端部１６ｃはハウジング１１から出没自在かつ回転自在に突出され、この出力端部１６ｃはハウジング１１にシール２１を介して支持される。また、上記摺動軸部１６ｂの出力端部１６ｃ側の端部には、出力軸１６の軸方向移動力が入力される環状溝２２が一体に設けられる。
【００１７】
上記揺動アーム１５は、上記ローラギアカム１３の溝カム１９が形成された端面１３ａ側に配置され、その基端部１５ａは支軸２３を介してハウジング１１に回動自在に枢支されるとともに、先端部１５ｂは上記ターレット１４の側方へ延設され、その先端部１５ｂの該ターレット１４側には、カムフォロア２４が取付けられる。また、上記揺動アーム１５の中間部１５ｃは幅広に形成され、その側方には上記溝カム１９に係合されるカムフォロア２５が取付けられ、該溝カム１９に該カムフォロア２５が係合してローラギアカム１３が回転することにより、揺動アーム１５は上記支軸２３を中心に上下往復揺動運動される。更に、該揺動アーム１５の幅広となった中央部には、上記入力軸１２の径より大きな幅をもって上記支軸２３を中心とする円弧状開口部１５ｄが、該揺動アーム１５の揺動範囲に亘って形成され、該円弧状開口部１５ｄによって入力軸１２と揺動アーム１５との干渉が避けられる。
【００１８】
ここで、本実施形態では上記ターレット１４に対して上記揺動アーム１５が配置されたと同じ側に、該ターレット１４と重複する配置で上記出力軸１６の軸方向に移動自在にスライダー３０が設けられる。該スライダー３０は全体として所定厚をもったプレート状に形成され、上記ターレット１４のカムフォロア２０との干渉を避けるために、これらカムフォロワ２０の移動軌跡とスライダー３０との間に所定の間隔が設けられる。該スライダー３０は、図３に示すように上記ハウジング１１と該ハウジング１１に固定されるスライドガイド３１との間に挟持された状態で摺動自在となっている。
【００１９】
上記スライダー３０の基端部３０ａには、図４に示すようにこれの摺動方向に対して直角となる方向に延びる長穴３２が形成され、該長穴３２に上記揺動アーム１５のカムフォロア２４が摺動自在に係合される。また、上記スライダー３０の先端部３０ｂには、図５の拡大図に示すように揺動アーム１５の配置側とは反対側に固定される取付座３３を介してカムフォロア３４が取付けられ、該カムフォロア３４が上記出力軸１６の環状溝２２に係合される。
【００２０】
上記スライドガイド３１には、スライダー３０の肉厚の略半分程度を嵌合する溝部３１ａが形成されるとともに、その中央部には上記取付座３３の摺動範囲に亘って、該取付座３３の幅より若干広い開口部３１ｂが形成される。そして、該開口部３１ｂの両側には１対の滑動部材３５が取り付けられ、これら滑動部材３５間で上記取付座３３が円滑に摺動されるようになっている。
【００２１】
ところで、上記出力軸１６の出力端部１６ｃには、図８，図９に示すように工具保持アーム４０が嵌着され、工作機械４１に用いられる工具４２を交換するようになっている。即ち、前記工具保持アーム４０には両端部に工具４２のクランプ部４０ａが設けられ、その中間部が上記出力軸１６に取付けられる。両端部のクランプ部４０ａで工具４２を着脱可能に保持するようになっており、一端部のクランプ部４０ａに新たな工具４２を保持させるとともに、他端部のクランプ部４０ａに不要となった工具４２を保持させる。そして、工具保持アーム４０を１８０°旋回させ、工具保持アーム４０を上方へリフト運動させて新たな工具４２を工作機械４１にセットするとともに、不要となった工具４２を工具マガジン４３へ戻し、その後さらに工具保持アーム４０を下方へリフト運動させて９０°旋回させることにより、工具交換の一連の動作が完了されるようになっている。
【００２２】
以上の構成により本実施形態のカム装置１０は、入力軸１２の回転によりローラギアカム１３が回転駆動されると、該ローラギアカム１３のテーパーリブ１８に係合されたカムフォロア２０を介してターレット１４は揺動回転し、このターレット１４の揺動回転はスプライン１４ａを介して嵌合された出力軸１６に伝達され、該出力軸１６の出力端部１６ｃに取り付けた工具保持アーム４０を旋回させる。この工具保持アーム４０の旋回量は、テーパーリブ１８の幾何学的曲線によって設定される。
【００２３】
一方、上記ローラギアカム１３の溝カム１９に係合されたカムフォロア２５を介して、該ローラギアカム１３の回転は揺動アーム１５を往復揺動運動させ、この往復揺動運動は先端部１５ｂのカムフォロア２４を介してスライダー３０に伝達される。即ち、図６はスライダー３０の初期状態を示し、揺動アーム１５の先端部１５ｂが図中上方へ揺動されることに伴って上記スライダー３０が図７に示すように図中上方へ移動する。すると、該スライダー３０の先端部３０ｂのカムフォロア３４が出力軸１６の環状溝２２に係合しているため、該出力軸１６はスライダー３０の移動に伴ってハウジング１１から突出する方向に移動する。
【００２４】
また、上記揺動アーム１５はローラギアカム１３の更なる回転により下方へ揺動し、これによってスライダー３０は初期状態に復帰して、出力軸１６をハウジング１１内に没入させる方向に移動させ、結果的にローラギアカム１３の連続した回転により、出力軸１６は所定のストローク量をもって往復直線運動されることになる。
【００２５】
そして、上記出力軸１６の回転運動により出力端部１６ｃの工具保持アーム４０を適宜に旋回運動させるとともに、該出力軸１６の往復直線運動により工具保持アーム４０を上下リフト運動させる。このとき、テーパーリブ１８のカム形状と溝カム１９のカム形状とを予め調整して工具保持アーム４０の旋回運動とリフト運動とのタイミングを設定することによって、工具４２の脱着を適正に行うことができる。
【００２６】
本実施形態のカム装置１０では、ローラギアカム１３の端面１３ａの溝カム１９に係合する揺動アーム１５の往復揺動運動は、まずスライダー３０に伝達されてこれを出力軸１６の軸方向に沿って移動させ、そして該スライダー３０の移動によって出力軸１６をその軸方向へ移動させることができる。従って、上記揺動アーム１５の往復揺動運動の出力軸１６への伝達にスライダー３０が介在されることにより、従来のようにカムフォロワを避けて形成される環状溝に揺動アームを直接係合させていた構造と異なり、カムフォロワ２０の配設位置に制約されることなく揺動アーム１５の往復揺動範囲を任意に広く設定することができるようになる。これによって、例えばハウジング１１が同一スペースであれば、従来よりもストローク範囲を拡大できるとともに、また同一ストロークであれば従来よりもハウジング１１をコンパクト化することができる。
【００２７】
これにより例えば、ハウジング１１を出力軸１６の突出方向へ膨出させることなく、すなわち該ハウジング１１の上端面１１ａを、該出力軸１６を囲繞する筒状ハウジング１１ｂに対して直角をなす水平平坦面で形成することができるようになり、工具保持アーム４０の両端部を図９に示したように、ハウジング１１に向かってＬ字状に折曲することを可能にして工具４２の実質的な交換位置をハウジング１１に近付けることができ、カム装置１０を工作機械４１に組み付けた際の全体構成をコンパクト化することができる。
【００２８】
ところで、本実施形態では入力軸１２をローラギアカム１３の両側でそれぞれハウジング１１側に両持ち支持した関係上、揺動アーム１５に円弧状開口部１５ｄを形成して、入力軸１２と揺動アーム１５との干渉を避けるようにした場合を開示したが、上記入力軸１２を揺動アーム１５の反対側で片持ち支持することにより、上記円弧状開口部１５ｄは設ける必要がなくなる。また、図示例にあっては、ローラギヤカム１３の端面１３ａに一体に溝カム１９を形成する場合を示したが、これらカム１３，１９を別々に製造して入力軸１２にそれぞれ組み付けるようにしてもよい。また、本実施形態のカム装置１０は工具交換装置として構成された場合を開示したが、これに限ることなく入力軸回転を出力軸の回転運動および往復直線運動に変換する他の機構に用いることもできる。更に、テーパーリブや溝カムについては、他の形態のカムであってもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかるカム機構にあっては、揺動アームの往復揺動運動の出力軸への伝達にスライダーが介在されることにより、従来のようにカムフォロワを避けて形成される環状溝に揺動アームを直接係合させていた構造と異なり、カムフォロワの配設位置に制約されることなく揺動アームの往復揺動範囲を任意に広く設定することができるようになる。これによって、例えばハウジングが同一スペースであれば、従来よりもストローク範囲を拡大できるとともに、また同一ストロークであれば従来よりもハウジングをコンパクト化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す断面平面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す断面正面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す図２中Ａ−Ａ線からの要部断面図である。
【図４】本発明の一実施形態を示すスライダーと出力軸との関係を示す正面図である。
【図５】本発明の一実施形態を示す揺動アームとスライダーとの係合部分の拡大断面図である。
【図６】本発明の一実施形態を示す出力軸の下降状態を説明する説明図である。
【図７】本発明の一実施形態を示す出力軸の上昇状態を説明する説明図である。
【図８】本発明の一実施形態を示す工具保持アームを取り付けたカム装置の平面図である。
【図９】本発明の一実施形態を示す工具保持アームを取り付けたカム装置の正面図である。
【図１０】従来のカム装置を示す断面平面図である。
【図１１】従来のカム装置を示す断面正面図である。
【符号の説明】
１０  カム装置
１１  ハウジング
１２  入力軸
１３  ローラギアカム
１３ａ  ローラギアカムの端面
１４  ターレット
１５  揺動アーム
１６  出力軸
１８  テーパーリブ
１９  溝カム
２０  カムフォロワ
２２  環状溝
３０  スライダー
【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】
0004634575.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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