JP4634575B2 - カム装置 - Google Patents
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Description
【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
Claims (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。
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