(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動力が入力する入力シャフトには、この入力シャフトの回転によって揺動するアームが連結されており、そのアームの揺動によって出力シャフトが軸心方向に摺動するような自動工具交換装置において、
前記入力シャフトには、ほぼ螺旋状の溝を備え軸心方向のほぼ中央部にくびれ部を有する摺動用ウォームが形成されており、
前記アームは、揺動軸である支点部と、このアームが揺動した際に前記支点部を中心に円弧状に移動する力点部及び作用点部とを有し、
この力点部は、前記摺動用ウォームのほぼ螺旋状の溝と係合し前記入力シャフトの回転に伴い前記くびれ部に沿って移動され前記のほぼ螺旋状の溝から揺動力を受ける摺動用球状部材を含んでおり、
前記アームの作用点部は、前記出力シャフトに連結されている
ことを特徴とする自動工具交換装置。
【請求項２】
前記アームは、
前記摺動用球状部材を部分的に収容する凹部を一端面に有するピストンと、
このピストンを収容するシリンダ部と、
このシリンダ部の中に配設され且つ前記ピストンの他端面に係合して前記ピストン及び摺動用球状部材を前記摺動用ウォームに向けて付勢する弾性部材とを備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の自動工具交換装置。
【請求項３】
前記入力シャフトには、ほぼ螺旋状の溝を備えた回転用ウォームが形成され、
前記出力シャフトの外周には、スプラインを介して係合しこの出力シャフトを軸心方向に摺動自在に支持すると共にこの出力シャフトと一体的に回転する回転伝達部材が配設されており、
前記回転伝達部材の外周には、前記回転用ウォームのほぼ螺旋状の溝と係合し前記入力シャフトの回転に伴い前記回転伝達部材及び出力シャフトを一体回転させる回転力を受ける回転用球状部材が複数配設されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の自動工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アームの揺動によって、工具の交換を行う出力シャフトが摺動する自動工具交換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、実開昭６４−００１８３０号公報に開示された従来の自動工具交換装置の断面図である。図示しない駆動装置に接続した入力シャフト１と、出力シャフト２とは、直交する向きに配設されている。出力シャフト２の外周面には、スプライン３を介してタレット４が配設されている。タレット４は、テーパーローラーベアリング５によって回転自在に支持されている。これにより、出力シャフト２は、タレット４に対して摺動自在であり、且つ、タレット４と一体となって回転することができるようになっている。タレット４の外周面には、カムフォロア６が複数設けられている。このカムフォロア６は、入力シャフト１に形成されたローラギヤカム７のテーパリブ８に係合している。
【０００３】
アーム９は、その支点部１０がハウジングに支持され、揺動自在に設けられている。このアーム９の力点部１１は、ローラギヤカム７の一面に形成された平面溝カム１２に係合している。アーム９の力点部１１としては、磨損の問題を考慮して、例えばカムフォロア等のローラーが使用されていることが多かった。また、アームの作用点部１３は、出力シャフト２の端部に形成された環状の溝１４に係合している。
【０００４】
かかる自動工具交換装置の動作について説明する。図示しない駆動装置により入力シャフト１が回転すると、ローラギヤカム７のテーパリブ８によって、複数のカムフォロア６が順次付勢され、タレット４及び出力シャフト２が一体となって回転する。また、入力シャフト１が回転すると、平面溝カム１２に沿ってアーム９の力点部１１が移動し、アーム９が揺動する。これにより、アーム９の作用点部１３において接続した出力シャフト２はその軸心方向に摺動する。以上のように、回転及び摺動する出力シャフト２を介して工具の交換が行えるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した自動工具交換装置においては、出力シャフト２が障害物に接触し所定の動作ができないとき、あるいは、工具の脱着がスムーズに行えないときなど、出力シャフト２に過負荷がかかった場合にも、図示しない駆動モータはすぐに停止せず、カムフォロア等のアームの力点部１１が破損する恐れがあった。
【０００６】
従って、本発明は、このような問題を解決するためのものであり、出力シャフトに過負荷が作用しても、アームの力点部の破損を防止することができる自動工具交換装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、この発明は、駆動力が入力する入力シャフトに、この入力シャフトの回転によって揺動するアームが連結され、そのアームの揺動によって出力シャフトが軸心方向に摺動するような自動工具交換装置において、入力シャフトには、ほぼ螺旋状の溝を備え軸心方向のほぼ中央部にくびれ部を有する摺動用ウォームが形成されており、アームは、揺動軸である支点部と、このアームが揺動した際に支点部を中心に円弧状に移動する力点部及び作用点部とを有し、この力点部は、摺動用ウォームのほぼ螺旋状の溝と係合し入力シャフトの回転に伴いくびれ部に沿って移動されほぼ螺旋状の溝から揺動力を受ける摺動用球状部材を含んでおり、アームの作用点部は、出力シャフトに連結されている
ことを特徴とする。
【０００８】
また、アームは、摺動用球状部材を部分的に収容する凹部を一端面に有するピストンと、このピストンを収容するシリンダ部と、このシリンダ部の中に配設され且つピストンの他端面に係合してピストン及び摺動用球状部材を摺動用ウォームに向けて付勢する弾性部材とを備えることができる。
【０００９】
更に、入力シャフトに、ほぼ螺旋状の溝を備えた回転用ウォームを形成し、出力シャフトの外周に、スプラインを介して係合しこの出力シャフトを軸心方向に摺動自在に支持すると共にこの出力シャフトと一体的に回転する回転伝達部材を配設し、回転伝達部材の外周に、回転用ウォームのほぼ螺旋状の溝と係合し入力シャフトの回転に伴い回転伝達部材及び出力シャフトを一体回転させる回転力を受ける回転用球状部材を複数配設するように構成してもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を、自動工具交換装置に実施した場合の実施の形態について図面を基に説明する。
図１は、自動工具交換装置に関する縦断面図である。
自動工具交換装置は、本体２１と、駆動モータ２２と、ボルトにより本体２１及び駆動モータ２２を接続する中継部２３とを備えている。本体２１のハウジング内には、駆動モータ２２の駆動力が入力される入力シャフト２４と、工具の交換を行うように動作する出力シャフト２５と、その出力シャフト２５を軸心方向すなわち前後方向に摺動させるアーム２６とが設けられている。
【００１１】
入力シャフト２４は、ハウジング内に設けられた２つのテーパーローラーベアリング２７によって回転自在に支持されており、入力シャフト２４の一端は、駆動モータ２２の駆動軸２８に連結されている。入力シャフト２４には、出力シャフト２５を回転させるための回転用ウォーム２９と、回転用ウォーム２９の下方にあって出力シャフト２５を摺動させるための摺動用ウォーム３０とが形成されている。
【００１２】
出力シャフト２５は、本体２１のハウジング及びこのハウジングに連結された筒状のシャフトカバー３１に収容され、外周面には、スプライン３２が部分的に形成されている。このスプライン３２の部分には、タレット３３が嵌合している。出力シャフト２５とタレット３３は、相互に回転を伝達する関係であると同時に、出力シャフト２５がタレット３３に対して摺動可能な関係でもある。
【００１３】
タレット３３の外周面には、それぞれに金属製ボール（回転用球状部材）３４が転動可能に且つ部分的に収容された凹部が六箇所周方向に等間隔で形成されている。ハウジングとシャフトカバー３１との間には、ほぼ筒状のリテーナ３５が配設されている。上記の金属製ボール３４は、リテーナ３５の内周面に形成された環状の溝にも転動可能に且つ部分的に収容されている。これにより、出力シャフト２５及びタレット３３は、一体的に回転するように上記金属製ボール３４を介してリテーナ３５に支持されている。
【００１４】
入力シャフト２４と出力シャフト２５とは、図２に示されるように、直交せずに、近距離でほぼ直角に交叉する位置関係にある。入力シャフト２４に形成された上記の回転用ウォーム２９は、タレット３３とほぼ同じ高さに形成されている。回転用ウォーム２９の外表面には、ほぼ螺旋状の溝３６が形成されている。リテーナ３５の側部には、切り欠き３７が形成されており、回転用ウォーム２９の外周部がこの切り欠き３７内に部分的に侵入し、上記のほぼ螺旋状の溝３６が金属製ボール３４と係合している。回転用ウォーム２９のほぼ螺旋状の溝３６は、入力シャフト２４が回転した際、回転用ウォーム２９の回転に伴ってタレット３３の金属製ボール３４を動かし、タレット３３及び出力シャフト２５を図５のタイミングチャートのように回転させるような溝となっている。
【００１５】
タレット３３の金属製ボール３４は、タレット３３に回転力を伝達すると同時に、タレット３３を回転自在に支持するものであり、従来技術におけるカムフォロアとしての役割とテーパーローラーベアリングとしての役割を兼備する。したがって、自動工具交換装置をコンパクトにすることができ、また、部品点数を少なくすることができる。
【００１６】
アーム２６は、出力シャフト２５の下方に位置し、図３に示されるように、ハウジングの左右側方において、テーパーローラーベアリング３８によって揺動自在に支持されている。すなわち、このアーム２６は、図３及び図４に示されるように、両端が上記のようにテーパーローラーベアリング３８に支持された揺動軸部（支点部）３９と、この揺動軸部３９の端部に形成されほぼ前後方向に延長するシリンダ部４０と、揺動軸部３９の中央部及びシリンダ部４０の上方に基部を有しほぼ上方に延長するレバー部（作用点部）４１とから構成されている。
【００１７】
レバー部４１の先端には、カムフォロア（作用点部）４２が設けられており、このカムフォロア４２は、出力シャフト２５の後端に形成された環状の溝４３内に転動自在に組み付けられている。これにより、揺動軸部３９を中心にアーム２６が揺動すると、レバー部４１の先端にあるカムフォロア４２が円弧状に移動し、出力シャフト２５がその軸心方向に摺動する。また、カムフォロア４２が係合している溝４３は環状に形成されているため、出力シャフト２５が摺動しながら回転する場合にも、出力シャフト２５の回転がカムフォロア４２によって阻害されることはない。
【００１８】
シリンダ部４０は、図４に示されるように、両端が開口した筒状部分である。シリンダ部４０の中には、ピストン４４（力点部）が収容されている。シリンダ部４０の前方の開口からは、ピストン４４の一端が突出している。シリンダ部４０の後方の開口には、プラグ４５が取り付けられている。ピストン４４の一端面には、金属製ボール（摺動用球状部材，力点部）４６が転動可能に且つ部分的に収容された凹部４７が形成されている。また、摺動用ウォーム３０には、ほぼ螺旋状の溝４８が形成されており、ピストン４４の凹部４７に収容された金属製ボール４６は、摺動用ウォーム３０のほぼ螺旋状の溝４８にも転動可能に且つ部分的に収容されている。摺動用ウォーム３０のほぼ螺旋状の溝４８は、入力シャフト２４の回転に伴ってピストン４４に設けられた金属製ボール４６を動かし、アーム２６を揺動させて出力シャフト２５を図５のタイミングチャートのように摺動させるような溝となっている。
【００１９】
ピストン４４の他端面からは、ピストンロッド４９が延びており、このピストンロッド４９の周囲には、複数の皿ばね（弾性部材）５０が配設されている。これにより、ピストン４４及び金属製ボール４６は、複数の皿ばね５０の弾性力によって摺動用ウォーム３０に向けて常に付勢されている。複数の皿ばね５０とプラグ４５との間には、カラー５１が配設されている。かかる構造は、後述するように、過負荷による破損を防止するトルクリミッターとしての機能を提供する。
【００２０】
摺動用ウォーム３０は、外径が上下方向に亙って一様ではなく、上下方向のほぼ中央部が最も外径の小さくなっているくびれ部５２を有している。このくびれ部５２の形状は、アーム２６の揺動を妨げない形状であって、図４に示す摺動用ウォーム３０の縦断面において、アーム２６が揺動した場合のピストン４４端面の円弧状の軌跡に対応した形状になっている。入力シャフト２４が回転すると、ピストン４４の凹部４７に収容された金属製ボール４６は、摺動用ウォーム３０のほぼ螺旋状の溝４８によってくびれ部５２に沿って上方又は下方に案内され、ピストン４４は、この金属製ボール４６から、くびれ部５２のほぼ接線方向の揺動力Ｆを受け、アーム２６全体が揺動するようになっている。このとき、ピストン４４の金属製ボール４６は、球状であるため応力の集中が起きにくく、十分な強度を有しており、従来のカムフォロアのように破損する恐れはない。また、金属製ボールは、カムフォロアと比較して小型のものでも強度的に十分であるため、その分、自動工具交換装置をコンパクトにすることができる。
【００２１】
次に、以上のように構成された自動工具交換装置の動作について説明する。出力シャフト２５の先端には、図６の概念図に示されるように、一端に回収すべき工具５３を把持し、他端に新たに取り付けるべき工具５４を把持する腕５５が取り付けられているものとする。
【００２２】
まず、入力シャフト２４の回転角度位置が０度〜１３度未満では、アーム２６は揺動せず、出力シャフト２５は摺動しない。
入力シャフト２４の回転角度位置が１３度〜４５度未満では、アーム２６のレバー部４１が後方に揺動し、図６の（ａ）から（ｂ）に示されるように、出力シャフト２５が後退して回収すべき工具５３が取付部５６から引き抜かれる。
入力シャフト２４の回転角度位置が４５度〜８３度未満では、図６の（ｂ）から（ｃ）に示されるように、出力シャフト２５は回転しながら後退する。
入力シャフト２４の回転角度位置が８３度〜２５２度未満では、出力シャフト２５は回転するが、摺動しない。出力シャフト２５は、図６の（ｂ）から（ｄ）までの間に１８０度回転する。これにより、新たに取り付けるべき工具５４が、工具に取付部５６に対向する位置に移動している。また、入力シャフト２４の回転角度位置が２５２度〜２７８度未満では、出力シャフト２５は回転も摺動もしない。
入力シャフト２４の回転角度位置が２７８度〜３４７度未満では、アーム２６のレバー部４１が前方に揺動し、図６の（ｄ）から（ｅ）に示されるように、出力シャフト２５が前方して新たに取り付けるべき工具５４が取付部５６にセットされる。
【００２３】
以上のように、工具の交換が行われるが、この間、出力シャフト２５の動作中に過負荷がかかったときには、アーム２６に設けられたピストン４４及び複数の皿ばね５０からなるトルクリミッターが作動する。すなわち、アーム２６のシリンダ部４０のピストン４４は、複数の皿ばね５０による弾性力を越える力が作用すると、複数の皿ばね５０を圧縮してシリンダ部４０の内部に向けて移動することが可能なので、出力シャフト２５に過負荷がかかった場合には、金属製ボール４６は、ピストン４４と共にシリンダ部４０の内部に向けて移動し、摺動用ウォーム３０のほぼ螺旋状の溝から外れる。このため、本実施の形態では、従来のように駆動モータが停止するまで出力シャフト２５と駆動モータとの間の部品に過負荷が作用することはなく、かかる部品の破損が防止されている。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の自動工具交換装置によれば、アームの力点部は、摺動用ウォームのほぼ螺旋状の溝と係合するが球状部材であるため、出力シャフトに過負荷がかかっても破損しにくくなっている。
また、請求項２に記載の自動工具交換装置によれば、出力シャフトに過負荷がかかった場合には、摺動用球状部材が摺動用ウォームのほぼ螺旋状の溝から外れるようになっているので、出力シャフトと駆動モータとの間の部品の破損を防止することができる。
請求項３に記載の自動工具交換装置によれば、回転用球状部材が、タレットに回転力を伝達する役割と、タレットを回転自在に支持する役割とを兼用しているので、自動工具交換装置をコンパクトにすることができ、また、部品点数を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係る自動工具交換装置に関する縦断面図である。
【図２】  図１の自動工具交換装置のハウジングの内部構造を主に示す上面断面図である。
【図３】  図１の自動工具交換装置のハウジングの内部構造を主に示す正面断面図である。
【図４】  図１の自動工具交換装置のアーム周辺部を示す部分拡大図である。
【図５】  出力シャフトの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】  工具の交換が行われる過程を概念的に示した説明図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、それぞれ、入力シャフトの回転角度位置が１３度、４５度、８３度、２５２度及び３４７度であるときの工具交換状態を示す図である。
【図７】  従来の自動工具交換装置の断面図である。
【符号の説明】
２４  入力シャフト
２５  出力シャフト
２６  アーム
２９  回転用ウォーム
３０  摺動用ウォーム
３２  スプライン
３３  タレット
３４  金属製ボール
３９  揺動軸部
４０  シリンダ部
４１  レバー部
４２  カムフォロア
４４  ピストン
４６  金属製ボール
４７  凹部
５０  皿ばね
５２  くびれ部。
【図１】
0003919302.tif 000002
【図２】
0003919302.tif 000003
【図３】
0003919302.tif 000004
【図４】
0003919302.tif 000005
【図５】
0003919302.tif 000006
【図６】
0003919302.tif 000007
【図７】
0003919302.tif 000008