(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転変換用カムを有して回転駆動される入力主軸と、該入力主軸と併設され、回転伝達手段を介して該入力主軸の回転が伝達されて当該入力主軸と同期回転される入力副軸と、上記入力主軸に設けられた少なくとも２つの主軸側リフト生成用カムと、上記入力副軸に設けられた少なくとも２つの副軸側リフト生成用カムと、これら少なくとも４つの副軸側リフト生成用カムおよび主軸側リフト生成用カムから出力されるリフト運動が入力されてリフトされるリフトプレートと、上記回転変換用カムより出力される回転運動が入力されて回転されるターレットと、これらターレットおよびリフトプレートそれぞれから回転運動およびリフト運動が入力されて回転動作およびリフト動作される出力軸とを備えるとともに、該出力軸には、これに回転運動を入力する上記ターレットが一体に形成されていることを特徴とするカム装置。
【請求項２】
前記ターレットを含む前記出力軸は中空筒体状に形成され、該出力軸内に、その回転動作およびリフト動作をガイドするガイド体が挿入されていることを特徴とする請求項１に記載のカム装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カムを主体とする装置構成としてエコロジー化を確保する一方で、高回転トルクの伝達が可能でありながら小型であるとともに、かつ高速運転を実現することができて、重量物を扱うＡＰＣ装置などの各種機械装置のベースマシンとして好ましく適用することができるカム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種工作機械に適用されている従来の自動パレット交換装置（ＡＰＣ装置）にあっては、パレット、そしてまたその上に搭載されるワークが相当の重量を有することから、パレットを昇降させるリフト動作には油圧装置が用いられる一方で、パレットを旋回させる回転動作にはウオームギヤ機構が用いられ、これら油圧装置およびウオームギヤ機構により重量物を扱うに必要な大きな出力を得るようにしている。
【０００３】
他方、ＡＰＣ装置と同様な運動を出力するものとして、軽量なワークを対象としたピックアンドプレース装置や自動工具交換装置（ＡＴＣ装置）が知られている。これらピックアンドプレース装置などはカムを主体として構成されていて、具体的には入力軸にローラギヤカムなどの回転変換用カムを設けるとともに、当該回転変換用カムに一体的に溝カムを形成したりあるいは入力軸に別途板カムを組み付けるなどしてリフト生成用カムを設けるようにし、回転変換用カムの回転出力をターレットを介して出力軸に入力し、かつまたリフト用カムのリフト出力をレバーを介して出力軸に入力することで、出力軸にリフト動作と回転動作とを行わせるようになっている。
【０００４】
そして特にターレットと出力軸とは、両者間での回転伝達を確保しつつ出力軸のリフト動作を許容するために、スプライン結合されていて、これにより出力軸はターレットで回転動作されながら、これと干渉することなくレバーによってリフト動作されるようになっている（実開昭６３−１２１８５２号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のＡＰＣ装置では、油圧装置がオイルを利用するために作業環境が悪化するという課題があった。すなわち、油圧装置ではそのメンテナンス作業が煩雑であることに加えて、漏洩したり飛散したオイルを処理する設備を工場施設として備える必要があり、さらに使用後のオイルの廃棄処分に際しても適切な対応が求められることになる。このように、油圧装置を備えた従来のＡＰＣ装置には種々の課題があり、現在の環境問題に対する社会的要請も相俟って、環境改善に資するエコロジー技術としてこのような油圧装置を用いることのない装置の開発が望まれている。
【０００６】
また、従来のＡＰＣ装置では、駆動形態が異なる油圧装置によるリフト動作とウオームギヤ機構による回転動作とを的確に同期させることが困難であり、従ってリフト動作から回転動作へ、そしてまた回転動作からリフト動作への切替時にはこれら油圧装置およびウオームギヤ機構双方を一旦停止させる必要があって、装置運転の高速化が難しいという課題もあった。
【０００７】
このような油圧装置の採用、そしてまたリフト動作および回転動作を出力させるためにこれら油圧装置とウオームギヤ機構とを組み合わせた従来のＡＰＣ装置の課題の解決にあたっては、上述したカムを主体とする従来のピックアンドプレース装置などの構成をそのまま流用することが考えられる。この場合、重量物を取り扱うことができるように、入力軸や出力軸、アーム、ターレットなどの構成部品を大型化する必要がある。
【０００８】
特に、ピックアンドプレース装置などでは、軽量なワークを対象としていることから必要回転トルクは小さくてよく、このためリフト動作を考慮して回転トルクの伝達を出力軸とターレットのスプライン結合によっている。しかしながら、スプライン結合では、重量物を扱うのに必要な高トルクの回転を伝達することは難しく、またスプライン結合をそのまま適用する場合には、ターレットおよび出力軸を相当大型化する必要があり、このことも相俟って装置がきわめて大型化してしまうという課題があった。このようにＡＰＣ装置自体が大型化すると、これを据え付ける工場設備の基礎も堅牢なものにする必要が生じたり、駆動源も大出力のものが要求されることになるという課題があった。
【０００９】
以上の課題は、ＡＰＣ装置を例にとって説明したが、リフト動作および回転動作双方の運動を出力して重量物を扱う大型の機械装置においては共通の課題であった。
【００１０】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みてなされたもので、カムを主体とする装置構成としてエコロジー化を確保する一方で、高回転トルクの伝達が可能でありながら小型であるとともに、かつ高速運転を実現することができて、重量物を扱うＡＰＣ装置などの各種機械装置のベースマシンとして好ましく適用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。
【００１１】
【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のカム装置にあっては、回転変換用カムを有して回転駆動される入力主軸と、該入力主軸と併設され、回転伝達手段を介して該入力主軸の回転が伝達されて当該入力主軸と同期回転される入力副軸と、上記入力主軸に設けられた少なくとも２つの主軸側リフト生成用カムと、上記入力副軸に設けられた少なくとも２つの副軸側リフト生成用カムと、これら少なくとも４つの副軸側リフト生成用カムおよび主軸側リフト生成用カムから出力されるリフト運動が入力されてリフトされるリフトプレートと、上記回転変換用カムより出力される回転運動が入力されて回転されるターレットと、これらターレットおよびリフトプレートそれぞれから回転運動およびリフト運動が入力されて回転動作およびリフト動作される出力軸とを備えるとともに、該出力軸には、これに回転運動を入力する上記ターレットが一体に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、前記ターレットを含む前記出力軸は中空筒体状に形成され、該出力軸内に、その回転動作およびリフト動作をガイドするガイド体が挿入されていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかるカム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〜図６に示した実施形態にあっては、カム装置をＡＰＣ装置１に適用した場合が示されている。据付脚部２を有する筐体状のハウジング３には、入力主軸４と入力副軸５とが水平方向にかつ間隔を隔てて互いに平行に併設されるとともに、これら入力主軸４と入力副軸５との間にはこれらと交差する上下方向に、回転動作およびリフト動作される出力軸６が設けられる。
【００１４】
入力主軸４は、その両端が軸受部材７を介してハウジング３に回転自在に支持され、図示しない回転駆動源によって一方向へ連続的に回転駆動されるようになっている。入力副軸５は入力主軸４と同径で形成され、その両端が軸受部材８を介してハウジング３に回転自在に支持される。この入力副軸５と入力主軸４との間には、入力主軸４の回転を入力副軸５に伝達して入力副軸５を入力主軸４と同期回転させる、すなわち少なくとも同じ回転数で一方向に連続回転させる回転伝達手段９が設けられる。
【００１５】
図示例にあってはこの回転伝達手段９は、入力主軸４に設けられこれと一体的に回転される駆動ギヤ１０と、ハウジング３に回転自在に支持され駆動ギヤ１０に噛合される第１アイドルギヤ１１と、ハウジング３に回転自在に支持され第１アイドルギヤ１１に噛合される第２アイドルギヤ１２と、入力副軸５に設けられ第２アイドルギヤ１２に噛合されて入力副軸５を回転駆動する従動ギヤ１３とから構成され、駆動ギヤ１０と従動ギヤ１３とが同一のもの、第１・第２アイドルギヤ１１，１２も同一のものが用いられて、入力主軸４と入力副軸５とを逆方向に等しい回転数で回転させることができるようになっている。入力主軸４と入力副軸５とが異径であっても、回転伝達手段９のギヤ比を適宜設定することにより両者を同期回転させることができることはもちろんである。
【００１６】
入力主軸４には、回転変換用カムとして、入力主軸４の一方向連続回転から、回動と停止を繰り返す間欠回転運動を生成するローラギヤカム１４が設けられる。このローラギヤカム１４は、出力軸６に設けられた後述するターレット１５の回転伝達用カムフォロワ１６と係脱自在に係合され、当該回転伝達用カムフォロワ１６を介してそのカムプロフィールに従う間欠回転運動をターレット１５に出力するようになっている。
【００１７】
入力主軸４には、主軸側リフト生成用カムとして、入力主軸４の一方向連続回転からリフト運動を生成する板カム１７がローラギヤカム１４の両側にそれぞれ１つずつ、少なくとも２つ設けられる。これら板カム１７は同一カムプロフィールで、かつ入力主軸４周りに同一の位相で設けられる。本実施形態にあっては、これら板カム１７はローラギヤカム１４の両側面を加工することによって、当該ローラギヤカム１４に一体的に形成されている。板カム１７は必要に応じて、ローラギヤカム１４と別体で入力主軸４に取り付けるようにしてもよい。
【００１８】
入力副軸５にも、副軸側リフト生成用カムとして、入力副軸５の一方向連続回転からリフト運動を生成する板カム１８が入力主軸側の板カム１７にそれぞれ相対向させて１つずつ、少なくとも２つ設けられる。これら板カム１８は、入力副軸５が入力主軸４と逆回転することから入力主軸側の板カム１７を反転させたカムプロフィールでかつ入力副軸５周りに互いに同一の位相で設けられ、入力主軸４および入力副軸５が一回転する間にすべての板カム１７，１８が等しいリフト運動を生成するようになっている。
【００１９】
入力主軸４と入力副軸５の回転方向が同じである場合には、すべての板カム１７，１８は同一カムプロフィールで同位相で設けられる。また入力主軸４と入力副軸５とが異径であっても、入力主軸４と入力副軸５それぞれの板カム１７，１８のカムプロフィールを適宜設定することによってすべての板カム１７，１８に等しいリフト運動を生成させることができることはもちろんである。そして入力主軸側の板カム１７とローラギヤカム１４とが同じ入力主軸４に設けられ、かつまた入力副軸側の板カム１８は入力副軸５が入力主軸４と同期回転されることにより、これらリフト運動と回転運動のタイミングは完全に同期するようになっている。
【００２０】
他方、出力軸６は中空円筒体状に形成され、ハウジング３底部から立設された中実円柱状のガイド体１９に挿入して設けられる。そして出力軸６はこのガイド体１９を介してハウジング３に対しその全体が回転自在かつ上下方向にスライド自在に支持され、当該ガイド体１９によってその回転動作およびリフト動作がガイドされる。
【００２１】
この出力軸６には、その軸方向ほぼ中間部に位置させてリフトプレート２０が設けられる。このリフトプレート２０は、入力主軸・入力副軸間の幅がローラギヤカム１４と干渉しない外形寸法で形成されるとともに、その四隅にはそれぞれ板カム１７，１８の直上に達するアーム部２１が一体的に形成され、これらアーム部２１の先端には、互いに等しいリフト運動を生成する各板カム１７，１８と係合するリフト用カムフォロワ２２が設けられる。これにより、板カム１７，１８のカムプロフィールに従うリフト運動がリフト用カムフォロワ２２を介してリフトプレート２０に入力されてリフトプレート２０は水平状態を保ったままリフトされ、そしてこのリフト運動がリフトプレート２０から出力軸６に入力されて、出力軸６は傾くことなく直上方向へ安定的にリフト動作されるようになっている。
【００２２】
出力軸６の上端部にはこれを覆うようにしてリング状部材２３が設けられ、このリング状部材２３の下端と出力軸６周りに形成されたリフトプレート２０の環状凹部２４との間には、リフト運動伝達時にリフトプレート２０と出力軸６との間に発生するスラストを支持しつつ、リフトプレート２０に対する出力軸６の相対回転を許容するために、スラスト軸受２５が介設される。そして、出力軸６上端部のリング状部材２３には、ワークＷを搭載するパレット２６がボルトで取り付けられるとともに、このパレット２６の旋回運動およびリフト運動を安定化させるために、ガイド体１９の上端２７がリング状部材２３を貫通して、パレット２６の旋回中心に形成された孔部２８に回転自在かつ上下方向に相対移動自在に係合されている。
【００２３】
また出力軸６には、リフトプレート２０の下方に、ローラギヤカム１４と係合する回転伝達用カムフォロワ１６を有するターレット１５が備えられる。回転伝達用カムフォロワ１６は、ターレット１５の周方向に沿って等間隔を隔てて設けられている。これによりターレット１５は、ローラギヤカム１４が出力する間欠回転運動を出力軸６に入力するようになっている。
【００２４】
そして特にこのターレット１５は、出力軸６に対して何らの接合を行うことなく、出力軸６そのものの一部分として当該出力軸６と一体に形成され、従って、出力軸６およびターレット１５は一つの部品に作り込まれた機能部分となっていて、当該部品の材質そのものの高い剛性をもって結合された形態となっている。なお、ハウジング３には、出力軸６の貫通部分をシールするシール部材２９が設けられている。
【００２５】
また図５および図６には、一方向に連続回転駆動される入力主軸４で回転駆動されるローラギヤカム１４および板カム１７，１８それぞれから出力される間欠回転運動およびリフト運動のタイミング線図およびこれに従うＡＰＣ装置１の作動状況が示されている。
【００２６】
入力主軸４が３６０°一回転する間において、リフトプレート２０を介して板カム１７，１８により出力軸６がガイド体１９にガイドされつつ上昇リフト動作を行う間（(a)-(b)）は、ローラギヤカム１４は、入力主軸４が回転しても回転変位を出力しないドエル期間にあってターレット１５は回転停止状態にあり、次いで、出力軸６の上昇リフト動作が完了して停止状態になるとターレット１５を介してローラギヤカム１４により出力軸６がガイド体１９にガイドされつつ１８０°の回転動作を行い（(b)-(c)）、次いで、出力軸６の１８０°までの回転動作が完了しローラギヤカム１４がドエル期間に入ってターレット１５が回転停止状態になると板カム１７，１８により出力軸６がガイド体１９にガイドされつつ下降リフト動作を行う（(c)-(d)）ようになっていて、このような動作が入力主軸４の一回転ごとに繰り返される。なお、下降リフト動作の完了から次回の上昇リフト動作の開始までの間には、板カム１７，１８のカムプロフィールの設定により、僅かな期間の停止状態(d)が創り出されるようになっている。
【００２７】
従って、出力軸６に取り付けられたパレット２６は、入力主軸４の一回転目で上昇、１８０°の旋回、下降を行い、続けて二回転目で再度上昇、同方向へ１８０°の旋回、下降を行うという、二回転で完了する動作を連続的に行うことになる。そしてこの間、出力軸６をリフトさせ回転させる入力主軸４および入力副軸５は、減速されたり停止されたりすることなく、等速で連続回転されるようになっている。
【００２８】
この一連の作動においては、出力軸６に一体に形成されたターレット１５は当該出力軸６とともに上下にリフトされることとなり、すなわちローラギヤカム１４および板カム１７，１８のカムプロフィールに従ってローラギヤカム１４のドエル期間中（このとき、ローラギヤカム１４のカムプロフィールは、これに係合する回転伝達用カムフォロワ１６が変位を生じない上下方向にまっすぐなものとなっている）に出力軸６が上昇リフトを完了したときに回転伝達用カムフォロワ１６がローラギヤカム１４に係合してその後のローラギヤカム１４の回転運動がターレット１５に入力されるとともに、その後のローラギヤカム１４のドエル期間中に出力軸６が下降リフトをするときには回転伝達用カムフォロワ１６がローラギヤカム１４から離脱されるようになっている。
【００２９】
なお、この回転伝達用カムフォロワ１６のローラギヤカム１４からの離脱の程度は、リフト量との関係で調整することができ、これらの噛み合いが完全には外れないように設定しても、あるいは完全に外れるように設定してもよい。完全に外れるように設定した場合には、噛み合いの復元を確実化するために、ターレット１５もしくは出力軸６の回転を阻止する回り止めなどを設けることが望ましい。
【００３０】
以上説明した本実施形態にかかるカム装置にあっては、互いに同期回転される入力主軸４および入力副軸５に備えた少なくとも４つの板カム１７，１８によってリフトプレート２０にリフト運動を入力して出力軸６をリフト動作させるようにしたので、これら板カム１７，１８で重量物の荷重負荷を分担しつつ、出力軸６を傾かせることなく直上方向へ安定的にリフト運動させることができ、重量物の負荷が加わる出力軸６の運動安定性を向上させることができる。
【００３１】
また、出力軸６にターレット１５を一体に形成したので、リフト運動や回転運動が入力されるこれら部分を大型化することなく相当の剛性を確保することができ、出力軸６に対し従来と遜色のないリフト動作および回転動作を保証しつつ、ターレット１５に高回転トルクを入力することができて、装置構成をコンパクトに維持しながら、適切に重量物を扱うことができる。
【００３２】
また、油圧装置を排除したカム１４，１７，１８を主体とした装置構成であるので、メンテナンスが容易であるとともに、エコロジー化に寄与させることができる。また、入力主軸側の板カム１７とローラギヤカム１４とが同じ入力主軸４に設けられ、かつまた入力副軸側の板カム１８は入力副軸５が入力主軸４と同期回転されることにより、これらリフト運動と回転運動のタイミングを完全に同期させることができ、装置運転の高速化を達成することができる。
【００３３】
さらに、ターレット１５を一体に備えた出力軸６を中空筒体状に形成し、その回転動作およびリフト動作を、出力軸６内に挿入したガイド体１９でガイドするようにしたので、このガイド体１９により重量物を扱う出力軸６に加わる負荷を支持しつつその運動を適切に案内することができて、出力軸６の運動安定性を向上させることができる。また、ハウジング３に設けたガイド体１９をパレット２６に係合させるようにしたので、パレット２６の旋回およびリフトの運動安定性を向上させることができる。
【００３４】
上記実施形態にあっては、リフト生成用カムとして板カム１７，１８を例示して説明したが、これに代えて溝カムを採用してもよい。また上記実施形態にあっては、本発明にかかるカム装置をＡＰＣ装置１に適用した場合を例にとって説明したが、これに限ることなく、リフト動作および回転動作双方の運動を出力して重量物を扱う各種の大型機械装置に適用できることはもちろんである。
【００３５】
【発明の効果】
以上要するに、本発明にかかるカム装置にあっては、カムを主体とする装置構成としてエコロジー化を確保できるとともに、出力軸にターレットを一体に形成したことで高回転トルクの伝達が可能でありながら装置の小型化を達成でき、かつ入力主軸の回転からリフト運動と回転運動を出力させることができて高速運転を実現することができ、さらに少なくとも４つのリフト生成用カムで荷重負荷分担して重量物を適切に荷重支持することができて、重量物を扱うＡＰＣ装置などの各種機械装置のベースマシンとして好ましく適用することができる。
【００３６】
また、ガイド体により、重量物を扱う出力軸の運動を適切に案内することができて、その運動安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるカム装置をＡＰＣ装置に適用した場合の好適な一実施形態を示す側断面図である。
【図２】図１のＡＰＣ装置の平面断面図である。
【図３】図１のＡＰＣ装置の外観斜視図である。
【図４】図１のＡＰＣ装置の出力軸の下降リフト状態を示す部分拡大側断面図である。
【図５】図１のＡＰＣ装置に適用されるローラギヤカムと板カムのタイミング線図である。
【図６】図１のＡＰＣ装置の作動を説明するための説明図である。
【符号の説明】
４  入力主軸
５  入力副軸
６  出力軸
９  回転伝達手段
１４  ローラギヤカム
１５  ターレット
１７  入力主軸側の板カム
１８  入力副軸側の板カム
１９  ガイド体
２０  リフトプレート
【図１】
0004598993.tif 000002
【図２】
0004598993.tif 000003
【図３】
0004598993.tif 000004
【図４】
0004598993.tif 000005
【図５】
0004598993.tif 000006
【図６】
0004598993.tif 000007