(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムと、付勢手段により前記カムに相対付勢されたカムフォロアとを有し、動作部が所定の動作を行う際に出力軸に作用するトルクの変動を緩和するトルク補償装置であって、
前記出力軸に直交する面内に設けられ、同一円周上に所定間隔離間して形成された傾斜方向の異なる第１傾斜部および第２傾斜部を有するカムと、
前記動作部が所定の動作を行う際に前記出力軸の回転と連動して回転するとともに、前記カムに対して前記出力軸に直交する面内で所定角度相対回転する回転体と、
この回転体に設けられ、前記カムと係合するとともに、前記回転体が前記カムに対して所定角度相対回転する間に前記第１傾斜部と第２傾斜部との間を移動するカムフォロアと、
前記カムを前記カムフォロアに対して前記出力軸の軸線方向に相対移動自在に取り付ける取付部材と、
前記カムまたは前記カムフォロアを付勢して前記第１傾斜部または前記第２傾斜部に前記カムフォロアを押し付ける付勢手段と、
からなることを特徴とするトルク補償装置。
【請求項２】
カムと、付勢手段により前記カムに相対付勢されたカムフォロアとを有し、動作部が所定の動作を行う際に出力軸に作用するトルクの変動を緩和するトルク補償装置であって、
前記動作部が所定の動作を行う際に前記出力軸の回転と連動して回転する回転体と、
この回転体に設けられ、前記出力軸に直交する面内の同一円周上に所定間隔離間して形成された傾斜方向の異なる第１傾斜部および第２傾斜部とを有するカムと、
前記カムと係合するとともに前記回転体が所定角度相対回転することにより前記第１傾斜部と第２傾斜部との間を移動するカムフォロアと、
このカムフォロアを前記カムに対して前記出力軸の軸線方向に相対移動自在に取り付ける取付部材と、
前記カムまたは前記カムフォロアを付勢して前記第１傾斜部または前記第２傾斜部に前記カムフォロアを押し付ける付勢手段と、
からなることを特徴とするトルク補償装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のトルク補償装置において、前記付勢手段を前記出力軸に直交する面内の同一円周上または径の異なる同心円上に複数設けたこと、を特徴とするトルク補償装置。
【請求項４】
前記カムには同一円周上または径の異なる同心円上に前記第１傾斜部および第２傾斜部を複数設けるとともに、前記第１傾斜部および第２傾斜部に対応して前記カムフォロアを同一円周上または径の異なる同心円上に複数設けたこと、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のトルク補償装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばＮＣ工作機械の刃物台やテーブル，自動工具交換装置（ＡＴＣ）のような動作部が割出し回転等の所定の動作を行う際に、前記動作部を取り付ける出力軸に作用するトルクの変動を緩和するトルク補償装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＣ工作機械の刃物台やテーブル，自動工具交換装置（ＡＴＣ）のように、カムとカムフォロアとによって割出し回転や送り等の所定の動作を行う動作部においては、動作の途中における刃物台やテーブル，自動工具交換装置のアーム等を取り付ける出力軸に作用するトルクは、動作の開始から終了まで一定にならず、動作の開始と終了の際に大きくなるのが一般的である。これは、動作の開始時には静止した状態の力を素早く移動させるために加速方向に大きなトルクが必要となり、動作の終了時には動作を続けようとする力の慣性力により減速方向に大きなトルクが必要となるからである。そのため、前記軸にはこのトルクの変動による回転むら等の動作むらが生じ、動作部の動作時間を遅延させたり動作特性に悪影響を及ぼしたりする。
【０００３】
従来より、このような不都合を回避すべく、種々のトルク補償装置が提案されている。図４は従来のトルク補償装置を概念図で示したものである。刃物台等の動作部が取り付けられた出力軸３５にはカム３１が取り付けられ、このカム３１に対して出力軸３５に直交する方向からカムフォロア３２がばね３３によって付勢されている。このトルク補償装置によれば、動作部が所定の動作を開始する際には、付勢されたカムフォロア３２によって加速方向に力が作用し、所定の動作を終了する際には減速する方向に力が作用する。
また、特公平６−８９８２５号公報に記載された運動変換装置は、出力軸に直交する方向に配置されたシリンダによってカムフォロアをカムに付勢し、シリンダに供給する流体の圧力を変えることによって付勢力を調節できるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のトルク補償装置は、いずれも軸に対して直交する方向からカムフォロアをカムに付勢しているものであり、カムを含む平面内でトルク補償装置の占める面積が大きくなり、装置が大型化するという不都合がある。また、図４で示すトルク補償装置では、カムフォロアを付勢させるために設けることのできるばねの本数に制限があり、トルク変動が大きくなった場合に加えることのできる力の大きさに限度があるという問題がある。
さらに、特公平６−８９８２５号公報に記載された運動変換装置では、シリンダの付勢力を増減変更することによりトルクの変動の大きさに応じて加える力の大きさを変更することができるという特徴はあるものの、装置が図４に示す場合よりもさらに大型化し、シリンダ等の駆動源やこれを制御する制御手段が必要となって装置が複雑かつ高価になるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、動作部が所定の動作を開始する際には加速方向に力を作用させ、停止する際には減速方向に力を作用させることのできるトルク補償装置であって、簡素な構成で装置を小型かつ安価にすることができ、動作部の力の大きさに合わせて付勢手段の付勢力を容易に変更することのできるトルク補償装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、請求項１に記載の発明は、カムと、付勢手段により前記カムに相対付勢されたカムフォロアとを有し、動作部が所定の動作を行う際に出力軸に作用するトルクの変動を緩和するトルク補償装置であって、前記出力軸に直交する面内に設けられ、同一円周上に所定間隔離間して形成された傾斜方向の異なる第１傾斜部および第２傾斜部を有するカムと、前記動作部が所定の動作を行う際に前記出力軸の回転と連動して回転するとともに、前記カムに対して前記出力軸に直交する面内で所定角度相対回転する回転体と、この回転体に設けられ、前記カムと係合するとともに、前記回転体が前記カムに対して所定角度相対回転する間に前記第１傾斜部と第２傾斜部との間を移動するカムフォロアと、前記カムを前記カムフォロアに対して前記出力軸の軸線方向に相対移動自在に取り付ける取付部材と、前記カムまたは前記カムフォロアを付勢して前記第１傾斜部または前記第２傾斜部に前記カムフォロアを押し付ける付勢手段とからなることを特徴とするトルク補償装置である。
請求項２に記載の発明は、カムと、付勢手段により前記カムに相対付勢されたカムフォロアとを有し、動作部が所定の動作を行う際に出力軸に作用するトルクの変動を緩和するトルク補償装置であって、前記動作部が所定の動作を行う際に前記出力軸の回転と連動して回転する回転体と、この回転体に設けられ、前記出力軸に直交する面内の同一円周上に所定間隔離間して形成された傾斜方向の異なる第１傾斜部および第２傾斜部とを有するカムと、前記カムと係合するとともに前記回転体が所定角度相対回転することにより前記第１傾斜部と第２傾斜部との間を移動するカムフォロアと、カムフォロアを前記カムに対して前記出力軸の軸線方向に相対移動自在に取り付ける取付部材と、前記カムまたは前記カムフォロアを付勢して前記第１傾斜部または前記第２傾斜部に前記カムフォロアを押し付ける付勢手段とからなることを特徴とするトルク補償装置である。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のトルク補償装置において、前記付勢手段を前記出力軸に直交する面内の同一円周上または径の異なる同心円上に複数設けたこと、を特徴とするトルク補償装置である。
請求項４に記載の発明は、前記カムには同一円周上または径の異なる同心円上に前記第１傾斜部および第２傾斜部を複数設けるとともに、前記第１傾斜部および第２傾斜部に対応させて前記カムフォロアを同一円周上または径の異なる同心円上に複数設けたこと、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のトルク補償装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施形態を図面に従って詳細に説明する。なお、以下の説明で動作部は、ＮＣ工作機械に設けられ、多数本の工具を貯蔵する工具貯蔵マガジンと主軸との間で工具の交換を行う自動工具交換装置（ＡＴＣ）を例に挙げて説明するが、本発明はこのようなＡＴＣに限らず割出し回転を行う刃物台やテーブル等の他の動作部にも適用が可能である。
図１は本発明のトルク補償装置の説明図にかかり、自動工具交換装置の要部の断面図、図２はトルク補償装置を図１のＩ−Ｉ方向から見た図、図３は本発明の作用の説明図である。なお、以下の説明において「前」と記載するときには図１の左側を、「後」と記載するときには同右側を指すものとする。
【０００８】
ＡＴＣの筐体１の内部には、工具を把持する図示しない把持部を両端に有するアーム５を前端に取り付けて回転する出力軸である回転軸４と、図示しないモータ等の駆動体により回転されるカム軸２と、このカム軸２と回転軸４との間に配置された取付部材としての中間軸３とが平行に設けられている。
カム軸２は、両端を軸受１５ａ，１５ｂによって回転自在に支持され、後端には歯車１１がキー２ｂにより一体に固着されている。この歯車１１は、前記駆動体の駆動により回転される歯車１０と噛合していて、前記駆動体の駆動による歯車１０の回転により回転させる。このカム軸２には、カム溝６ａが形成されたドラムカム６およびカム７がキー２ｂ，２ａにより一体に固着されている。ドラムカム６には、図示しない揺動アームの下端に取り付けられたカムフォロアが係合する。また、前記揺動アームの上端は、回転軸４の後端に設けられた係合部１８と係合する。そして、ドラムカム６の回転とともに前記揺動アームが前後に揺動すると、この揺動にともなって回転軸４が前後に進退移動する。
【０００９】
中間軸３の前端は筐体１との間に挿入されたカラー３ｂによって支持されている。中間軸３の他端は、筐体１に取り付けられた保持部材２７によって支持されキー３ｃにより回転が規制されている。中間軸３の前端側には回転体であるホルダ８が軸受１６ａ，１６ｂにより中間軸３に対して回転自在に設けられ、このホルダ８にカム７と係合して所定のタイミングでホルダ８を回転させるカムフォロア８ａが取り付けられている。また、ホルダ８の前端側には歯部１２が全周にわたって形成されている。
【００１０】
筐体１の上部前方側に形成された穴には円筒状の支持部材９が嵌入され、この支持部材９の貫通穴を挿通して筒状の保持体１３が設けられている。この保持体１３は、支持部材９の貫通穴に設けられた軸受１７ａ，１７ｂによって支持部材９に対して回転自在である。保持体１３の後端には歯部１３ａが全周にわたって形成され、ホルダ８の歯部１２と噛合している。回転軸４は保持体１３の貫通穴を挿通して設けられ、スプライン溝等によって保持体１３と一体になって回転するとともに、前後方向に進退移動自在である。
上記態様により、図示しない主軸に工具を着脱する際には、モータ等の駆動体が駆動してカム軸２を一回転させると、カム７とカムフォロア８ａとの係合により所定のタイミングで中間軸３のホルダ８が１／４回転（９０度回転）され、歯部１２の１／２の歯数を有する歯部１３ａにより回転軸４が１／２回転、つまりアーム５が１８０度回転される。なお、ホルダ８の歯部１２およびこの歯部１２の１／２の歯数を有する保持体１３の歯部１３ａとで減速手段が構成される。
【００１１】
［トルク補償装置の説明］
この実施形態において、アーム５を回転させる回転軸４が回転を開始する際，および回転を停止する際に、回転軸４に作用するトルクの変動を緩和するトルク補償装置２０は、取付部材である中間軸３の途中部位に設けられている。
中間軸３の途中には、部分的にスプライン溝３ａが形成され、このスプライン溝３ａに嵌合されて中間軸３により回転を規制された円盤状のスライダ２１が、中間軸３の軸線方向に進退移動自在に設けられている。このスライダ２１の前面には、同一円周上の対称位置の２箇所に、傾斜方向の異なる第１傾斜部２３ａと第２傾斜部２３ｂを有するカム部２３が形成されている。すなわち、この実施形態では、前記した２つのカム部２３がカムを構成している。
また、この実施形態では、上述したような減速手段により回転軸４の回転角（１８０度）に対してホルダ８の回転角を９０度と小さくしているので、同一の円周上に２つ（またはそれ以上）のカム部２３を設けることが可能である。また、カム部２３の幅は、ホルダ８が回転する回転角度（１／４回転）βよりも若干大きい角度αで形成され、この角度αの間に対向して第１傾斜部２３ａおよび第２傾斜部２３ｂと、第１傾斜部２３ａおよび第２傾斜部２３ｂの間の平坦部２３ｃが形成されている。
【００１２】
第１傾斜部２３ａおよび第２傾斜部２３ｂの傾斜角（中間軸３に直交する面に対する勾配角）の大きさは、後述するばね２４によって後述のカムフォロア２２がカム部２３に押し付けられる際の付勢力および出力軸である回転軸４に付与される回転開始時または回転終了時の力の大きさ等によって決定される。すなわち、このトルク補償装置２０によってアーム５が回転を開始する際（加速時）およびアーム５が回転を停止する際（減速時）に回転軸４に加えようとするトルクを大きくするときには、第１傾斜部２３ａおよび第２傾斜部２３ｂの傾斜角を大きくし、加速時および減速時のトルクを小さくするときには、第１傾斜部２３ａおよび第２傾斜部２３ｂの傾斜角を小さくすればよい。また、第１傾斜部２３ａおよび第２傾斜部２３ｂの傾斜角は同じとしてもよいが、このトルク補償装置２０によって回転軸４に加えようとするトルクの大きさを加速時と減速時で異なるものとするときには、異なる傾斜角とすればよい。
【００１３】
ホルダ８のスライダ２１に対向する面には、カム部２３に係合するカムフォロア２２が同一円周上の対称位置に２個設けられている。このカムフォロア２２は、ホルダ８の一方側への回転（図２において時計回り方向の回転）とともに、カム部２３の一方の第１傾斜部２３ａから平坦部２３ｃを通って他方の第２傾斜部２３ｂまで移動し、他方側への回転（図２において反時計回り方向の回転）とともに他方の第２傾斜部２３ｂから平坦部２３ｃを通って一方の第１傾斜部２３ａに移動するものである。なお、カム部２３の幅はホルダ８の回転角度よりも若干大きい角度αで形成されているので、アーム５の回転開始時および回転終了時にはカムフォロア２２は必ず第１傾斜部２３ａまたは第２傾斜部２３ｂの途中部位に位置している。
【００１４】
スライダ２１の後ろ側にはばね受け部材２５が対向配置されている。そして、このばね受け部材２５とスライダ２１との間に付勢手段としての圧縮コイルばね２４（以下、ばね２４と記載）が介在していて、スライダ２１を常時ホルダ８側に付勢している。すなわち、このばね２４により、カムフォロア２２がカム部２３の第１傾斜部２３ａまたは第２傾斜部２３ｂに一定の付勢力で押し付けられる。
この実施形態では、ばね２４は中間軸３の軸線を中心とする同心円上に均等間隔で８本設けられている。なお、図１および図２において符号２１ａは、スライダ２１の後面に形成されたばね２４の端部を受けるための穴である。このように構成することにより、本発明では、カムフォロア２２をカム部２３に付勢させるための付勢手段であるばね２４の本数を簡単に増やすことができ、出力軸である回転軸４の力が大きくなり、動作の開始時または終了時におけるトルクの変動が大きくなっても迅速かつ簡単に対処することができるようになる。なお、スライダ２１を常時ホルダ８側に付勢することができるものであれば、前記付勢手段は上記のばね２４に限らず、皿ばねやゴム，シリンダ等であってもよい。
【００１５】
さらに、この実施形態では、ばね２４によるカムフォロア２２の付勢力を微調整できるように、付勢力の調整手段が設けられている。すなわち、この実施形態では、ばね受け部材２５は中間軸３に前後位置調整可能に嵌装され、保持部材２７の後面側から螺入された複数本（この実施形態では円周上に均等間隔で３本）のボルト２６でばね受け部材２５をばね２４の付勢力に抗して押すことにより、ばね受け部材２５を中間軸３に沿った適宜の位置で位置決めすることができるようになっている。そして、前記３本のボルト２６を均等に保持部材２７に螺入または螺出することによって、ばね受け部材２５の中間軸３に沿った前後位置を変更し、スライダ２１とばね受け部材２５との距離、つまり、ばね２４の長さを長短変更してばね２４による付勢力を強弱変更する。このような付勢力の調整手段を設けることにより、付勢手段であるばね２４による付勢力の微調整が可能になって、トルク補償装置２０により付与される回転軸４のトルクの大きさを微調整することができるようになる。
【００１６】
［作用の説明］
この発明のトルク補償装置２０の作用を図３に従って説明する。
アーム５が回転を開始する際には、カムフォロア２２は一方の第１傾斜部２３ａの上方に位置している。従って、カムフォロア２２には、第１傾斜部２３ａに直交する垂直方向力Ｓと、この垂直方向力Ｓの水平方向の分力Ｈが作用している。なお、垂直方向力Ｓの鉛直方向の分力Ｖはばね２４（図１参照）による付勢力（正確には、８本のばね２４の付勢力の総和をカムフォロア２２の数で割った付勢力）に等しい。この実施形態において、第１傾斜部２３ａの傾斜角をθとすると、水平方向の分力ＨはＨ＝Ｖｔａｎθで表される。この水平方向の分力Ｈは、図３(a) で示すように、アーム５を回転させる際に必要な力力Ｆと同方向に作用するから、アーム５が回転する際には、前記した力力Ｆから分力Ｈを差し引いた分の力をモータ等の駆動体から加えるだけでアーム５が回転を開始する。そのため、アーム５の回転開始時において前記駆動体にかかる力も小さくてすみ、アーム５が迅速かつ円滑に回転を開始する。
アーム２０が回転して停止する際には、カムフォロア２２は図３(b) で示すように平坦部２３ｃを通り、他方の第２傾斜部２３ｂに沿って上昇する。この際、図３(c) で示すように、水平方向の分力Ｈは前記とは逆向きに作用する。すなわち、アーム５が停止する際には前記した力力Ｆと逆の方向に分力Ｈによるトルクが回転軸４に作用し、力力Ｆによるトルクを水平方向の分力Ｈによるトルクが相殺して滑らかなアーム５の回転の停止を実現する。
【００１７】
ところで、カムフォロア２２はホルダ８とともに前後方向の移動が規制され、カム部２３は中間軸３に沿って前後に移動が可能であるため、アーム５の回転によってカムフォロア２２が第１傾斜部２３ａの下方へ移動すると、カム部２３を取り付けたスライダ２１がばね２４に押されて前方側へ移動する。すなわち、カムフォロア２２が第１傾斜部２３ａの下方へ移動するほどばね２４が伸びてカムフォロア２２のカム部２３に対する付勢力が小さくなり、水平方向の分力Ｈもその分だけ小さくなる。反対に、第２傾斜部２３ｂを上昇する際には、第２傾斜部２３ｂの上に向かうほど水平方向の分力Ｈも大きくなる。従って、この発明においても、第１傾斜部２３ａおよび第２傾斜部２３ｂの形状や長さ等を適宜に選択することにより、アーム５が回転を開始した際および回転を停止する際の力力Ｆと分力Ｈとの合計をほぼ一定にして、回転軸４に作用するトルクの変動を緩和することができるものである。
【００１８】
本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態によりなんら限定されるものではない。
例えば、上記の実施形態では中間軸３にトルク補償装置２０を設けているが、出力軸である回転軸４にトルク補償装置２０を設けてもよい。また、固定側にカム部２３を、回転側にカムフォロア２２を設けているが、固定側にカムフォロア２２を、回転側にカム部２３を設けるものとしてもよい。さらに、カム部２３とカムフォロア２２とはいずれか一方が相対的に進退移動すればよく、カム部２３を回転体であるホルダ８に設け、カムフォロア２２をスライダ２１に設けるものとしてもよい。
また、上記の説明では同一円周上に２つのカム部２３を設け、これに対応して同一円周上に２つのカムフォロア２２を設けるものとして説明しているが、他のカム部２３やカムフォロア２２等に干渉しない範囲内であれば径の異なる同心円上にカム部２３，カムフォロア２２を複数設けるものとしてもよい。このように、本発明では、装置を大型化することなく複数のカム部２３とカムフォロア２２とからなるトルク補償装置を提供することが可能である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、従来、カムに対して出力軸に直交する方向から付勢していたカムフォロアを、出力軸に対して平行な方向から付勢させることができるようになり、装置を簡素かつコンパクトなものにすることができるとともに、付勢用のばねの本数を増やすことが容易になり、出力軸に作用するトルクが大きくなった場合でも容易に対処することができるようになる。また、カムとカムフォロアを同一円周上または径の異なる円周上に複数設けることが容易になり、出力軸の周囲から均等に適度の大きさの力を付与することによりより円滑な動作が可能になる。
このように、本発明によれば、動作の開始時には加速方向に、また、動作の終了時には減速方向に適度の大きさの力を加えて、出力軸のトルクの変動を有効に緩和することができ、動作部の円滑な動作を可能にするトルク補償装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトルク補償装置を有するＮＣ工作機械の自動工具交換装置の一例にかかり、その要部の断面図である。
【図２】トルク補償装置を図１のＩ−Ｉ方向から見た図である。
【図３】本発明の作用の説明図である。
【図４】トルク補償装置の従来例にかかり、その概略説明図である。
【符号の説明】
１                            筐体
２                            カム軸
３                            中間軸（取付部材）
４                            回転軸
５                            アーム
８                            ホルダ
１０，１１                    歯車
１２，１３ａ                  歯部
２０                          トルク補償装置
２１                          スライダ
２２                          カムフォロア
２３                          カム部
２３ａ                        第１傾斜部
２３ｂ                        第２傾斜部
２３ｃ                        平坦部
２４                          ばね（付勢手段）
２６                          調節ボルト（付勢力調整手段）
【図１】
0003827389.tif 000002
【図２】
0003827389.tif 000003
【図３】
0003827389.tif 000004
【図４】
0003827389.tif 000005