JP5994058B2 - ワーク交換装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク交換装置に関する。

従来より、工作機械においては、ワークの交換を効果的に行うため、種々の提案がなされている。例えば、特許文献１では、ロボットアームによってワークを掴み、工作機械とワークパレットとの間でワークを搬送することで、加工後のワークと加工前のワークの交換を行っている。

特開平７−８８７０２号公報

しかしながら、上述した装置では、ロボットアームによってワークを１つずつ搬送しているため、加工後のワークを工作機械から取り外して、新たなワークを取り付けるには、ロボットアームは、工作機械とワークパレットの間を少なくとも一往復しなければならず、効率的とはいえなかった。したがって、ワークの交換をさらに効率化するためには、未だ改善の余地があった。本発明は、この問題を解決するためになされたものであり、ワークの交換を効率的に行うことができるワーク交換装置を提供することを目的とする。

本発明に係るワーク交換装置は、支持部と、前記支持部に対して所定の方向に移動可能に支持される移動部と、前記移動部に支持され、当該移動部の移動方向と平行な平面上で回転可能な回転部と、前記回転部における回転中心を挟んだ両端部にそれぞれ配置され、ワークを着脱自在に固定する第１及び第２のワーク固定具と、前記第１及び第２のワーク固定具におけるワークの固定の向きを、前記回転部の回転位置に関わらず一定とするように、当該第１及び第２のワーク固定具の向きを調整する回転調整機構と、を備えている。

この構成によれば、ワークを着脱自在に固定する２つのワーク固定具を両端部に設けた回転部を備えているため、各ワーク固定具にワークを固定した状態で回転部を回転させると、両ワークの位置を入れ替えることができる。ここで、本発明は、第１及び第２のワーク固定具におけるワークの固定の向きを、回転部の回転位置に関わらず一定とするように、当該第１及び第２のワーク固定具の向きを調整する調整機構を備えているため、例えば、ワークを下向きで固定するようにワーク固定具の向きを設定すると、この向きのままで回転部を回転させることができる。これにより、ワークの向きを変えずに２つのワークの位置を同時に入れ替えることができるため、ワークの交換時間を短縮することができる。また、ワークを固定する向きが変わらないため、ワーク固定具に不要な負荷が作用するのを防止することができる。さらに、回転部は、移動部の移動方向と平行な平面上を回転するため、ワークの交換に要するスペースを小さくすることができる。なお、本発明における「所定の方向」とは直線に沿う方向、曲線に沿う方向のいずれであってもよく、上下方向、水平方向など、種々の方向をとり得る。

回転調整機構は種々の構成を取ることができるが、例えば、回転調整機構が、第１のワーク固定具に連結され、回転部に対して回転自在に支持される第１の回転具と、第２のワーク固定具に連結され、回転部に対して回転自在に支持される第２の回転具と、を備えることができる。そして、回転部の回転に伴って第１及び第２の回転具を回転させ、第１及び第２のワーク固定具の向きが一定となるよう調整するように構成することができる。なお、回転具とは、軸体、歯車、スプロケットなど、所定の軸周りに回転するものであれば特には限定されない。

さらに、具体的には、ワーク交換装置を次のように構成することができる。すなわち、前記移動部に取り付けられ、前記回転部を前記回転中心周りに回転自在に支持する中央回転具をさらに設けることができる。また、前記回転調整機構が、前記中央回転具、第１の回転具、及び第２の回転具に掛け渡される少なくとも１つの無端ベルト部材をさらに設けることかできる。そして、前記中央回転具、第１の回転具、及び第２の回転具が、同じ径を有し、前記回転部が前記中央回転具に対して回転すると、前記無端ベルト部材を介して、前記回転部の回転角度と同じ回転角度だけ、前記第１の回転具及び第２の回転具が回転するように構成することができる。

なお、中央回転具も、第１及び第２の回転具と同様に、軸体、歯車、スプロケットなど、所定の軸周りに回転するものであれば特には限定されない。また、無端ベルト部材は、複数あってもよい。すなわち、回転部が中央回転具に対して回転すると、無端ベルト部材を介して、回転部の回転角度と同じ回転角度だけ、第１の回転具及び第２の回転具が回転するように構成されていればよいので、例えば、３つの回転具すべてに掛け渡される無端ベルト部材を用いるほか、第１の回転具と中央回転具に掛け渡される無端ベルト部材と、第２の回転具と中央回転具に掛け渡される無端ベルト部材との２つの無端ベルト部材を用いてもよい。

上記ワーク交換装置において、第１及び第２のワーク固定具の構成は、ワークを着脱自在に固定できるのであれば、特には限定されないが、例えば、前記第１及び第２のワーク固定具が、それぞれ、ワークを把持するために開閉する一対の挟持アームを有し、当該挟持アームにより、ワークが前記各固定具の下部に下向きに固定されるように構成することができる。

上記ワーク交換装置において、前記移動部を、ワークの受け取りまたは受け渡しを行う第１の位置と、前記回転部を回転させる第２の位置との間で移動可能とし、前記各ワーク固定具が、ワークを固定する第１のポジションと、ワークを離脱する第２のポジションとをとり得るように構成することができる。そして、前記移動部が第１の位置にあるとき、前記各ワーク固定具が第１のポジションを取りうるように構成することができる。

ここで、本発明に係るワーク交換装置は、回転部が回転するため、回転部の回転とワーク固定具の駆動とが干渉しないようにすることが好ましい。このような構成としては、例えば、前記各ワーク固定具を前記第１及び第２のポジションに変移させる固定具駆動機構をさらに設け、前記固定具駆動機構が、前記各固定具に対して接離可能な作動具を備え、前記作動具が前記固定具に対して接触しているときに、前記各ワーク固定具が前記第２のポジションを取り、前記作動具が前記各ワーク固定具から離間しているときに、前記各ワーク固定具が前記第１のポジションを取り、且つ、前記回転部が前記移動部に対して回転可能となるように構成することができる。

ワーク交換装置の動作の向きは、例えば、次のようにすることができる。すなわち、前記回転部の回転中心を通る軸線が、水平方向に延び、前記回転部は長手方向に延びる部材により構成され、鉛直方向に延びる平面上で回転するように構成できる。このようにすると、例えば、水平面上に配置された２つのワークの位置を入れ替えるときに、回転部が水平方向に移動しないため、ワークの交換に要するスペースを小さくすることができる。

本発明に係るワーク交換によれば、ワークの交換を効率的に行うことができる。

歯車加工システムの側面図である。 Ｘ方向から見たワーク交換装置の正面図である。 図２において支持板よりも前側の部材を取り外した状態を示す正面図である。 図２の平面図である。 図２の右側面図である。 図２において回転支持部よりも前側の部材を取り外した状態を示す正面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図（ａ）及びそのＣ−Ｃ線断面図（ｂ）である。 図２のＡ−Ａ線断面図（ａ）及びそのＤ−Ｄ線断面図（ｂ）である。 図６のＥ−Ｅ線断面図である。 図６に示す回転支持部の下部の拡大正面図である。 歯車加工システムの動作を説明する正面図である。 歯車加工システムの動作を説明する正面図である。 歯車加工システムの動作を説明するタイミングチャートである。

以下、本発明に係るワーク交換装置を歯車加工装置に適用した場合の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。ここでは、歯車を加工する歯車加工装置と、加工対象である歯車の交換を行うワーク交換装置とで構成された歯車加工システムについて、図面を参照しつつ説明する。図１は、歯車加工システムの側面図である。以下では、まず、歯車加工装置について説明し、その後、ワーク交換装置について説明する。なお、以下では、図１に示すＸ−Ｙ方向、図２に示すＹ−Ｚ方向を参照しつつ説明を行う。

まず、歯車加工装置から説明する。図１に示すように、この歯車加工装置１０は、基台１０１を有しており、この基台１０１上には、ワークＷを回転自在に挟持する主軸台１０２及び心押し台１０３が設けられている。主軸台１０２は、基台１０１上に配置された支持部１０４上を同図のＸ方向に移動可能となっており、心押し台１０３に近接することで、ワークＷを回転自在に挟持するようになっている。また、これら主軸台１０２と心押し台１０３との間には、工具が取り付けられた工具ユニット１０５が設けられている。主軸台１０２及び心押し台１０３の先端には、それぞれ、ワークＷを軸方向から支持する軸部材１０２１、１０３１がそれぞれ回転自在に設けられている。主軸台１０２の軸部材１０３１は、内蔵されているモータ（図示省略）によって回転駆動する。

図１に示すように、工具ユニット１０５は、内歯車形状の砥石からなる工具１０５１が回転自在に取り付けられた環状の本体部１０５２を備えている。この本体部１０５２は、図１のＸ方向に開口を向けるように配置され、本体部１０５２の上端には、モータ１０５３が固定されている。そして、このモータ１０５３を駆動すると内歯車形状の工具１０５１が本体部１０５２に対して回転する。このように構成された工具ユニット１０５は、図示を省略する切り込み駆動部によって支持され、Ｙ方向に移動する。

次に、ワーク交換装置について、図面を参照しつつ説明する。図２はＸ方向から見たワーク交換装置の正面図、図３は図２において後述する支持板よりも前側の部材を取り外した状態を示す正面図、図４は図２の平面図である。このワーク交換装置１は、Ｙ−Ｚ平面上を回転可能な回転部４を備え、この回転部４によって、待機位置にある加工前のワークと、加工位置にある加工後のワークを入れ替えるためのものである。具体的には、回転部４の両端部に加工前のワークと加工後のワークをそれぞれ固定し、この状態で回転部４を回転させて両者の位置を入れ替える。待機位置とは図示を省略するが、加工前のワークが配置されているパレットなどで構成されている。加工位置とは、上述した歯車加工装置の主軸台に支持される位置を意味する。なお、以下では、説明の便宜上、図２の正面図を基準として、図１の右側を「前」又は「前面側」、左側を「後」又は「背面側」と称するとともに、図２の左右方向を「左」、「右」、または幅方向と称することがある。

図２〜図４に示すように、このワーク交換装置１は、上述した主軸台１０２の支持部１０４上に配置されている。支持部１０４上には、主軸台１０２の左側から上方に延びる連結部材１０６が設けられており、この連結部材１０６の上端に、ワーク交換装置１が取り付けられている。ワーク交換装置１は、連結部材１０６に取り付けられる支持板２と、この支持板２の前面に取り付けられた移動板３とを備えており、移動板３が支持板２に対して上下動するようになっている。移動板３には、上述した回転部４が回転支持部５を介して回転自在に支持されており、回転部４の両端には、着脱自在にワークＷを把持する第１及び第２のワーク固定具６，７が取り付けられている。このように、このワーク交換装置１では、移動板３の上下動、回転部４の回転、及び各ワーク固定具６，７によるワークＷの着脱という３種類の動作が行われ、これらの動作を組み合わせることでワークＷの交換を行う。そして、これらの動作は、支持板２に取り付けられた駆動ユニット８を駆動源として行われる。

そこで、まず、駆動ユニット８について説明する。駆動ユニット８は、直方体状に形成され、支持板２の背面に取り付けられている。駆動ユニット８の前面には回転軸（図示省略）が突出し、右側面には上下方向に揺動する第１アーム８１が取り付けられ、左側面には前後方向に揺動する第２アーム８２が取り付けられている。これら回転軸の回転、及び各アーム８１，８２の揺動は、駆動ユニット８に内蔵されたモータにより行われる。

次に、各動作のための機構を順に説明する。最初に、移動板３の上下動について、図５及び図６も参照しつつ説明する。図５は図２の右側面図、図６は図２において回転支持部よりも前側の部材を取り外した状態を示す正面図である。上述したように、移動板３の駆動は、駆動ユニット８の右側面に設けられ、上下方向に揺動する第１アーム８１によって行われる。図３〜図６に示すように、第１アーム８１の先端の左側には、円筒状のカムフォロワー８１１が取り付けられており、左右方向に延びる軸線周りに回転可能となっている。このように構成された第１アーム８１が移動板３を上下動させる。

次に、移動板３について説明する。図３に示すように、支持板２の前面には、上下方向に平行に延びる一対のレール２１が取り付けられており、移動板３は、このレール２１に沿って上下動可能となっている。また、図４に示すように、移動板３の右側の端部には、駆動ユニット８からの動力を受ける動力受け部２２が設けられている。この動力受け部２２は、上下方向に隙間を空けて配置された２個の板部材２２１１，２２１２を備えている。そして、これら板部材２２１１，２２１２の隙間には、第１アーム８１のカムフォロワー８１１が配置されている。すなわち、第１アーム８１は、駆動ユニット８の右側面から移動板３の右側の端部まで延び、先端のカムフォロワー８１１が一対の板部材２２１１，２２１２の間に配置されている。この構成により、第１アーム８１が上下に揺動すると、カムフォロワー８１１が板部材２２１１，２２１２を上下に押し遣り、移動板３が上下動する。カムフォロワー８１１は、板部材２２１１，２２１２の間の隙間で回転しつつ、前後方向にも移動可能であるため、第１アーム８１の揺動は、スムーズに移動板３の上下動に変換される。なお、上下動を行う移動板３の最も高い位置が本発明の第１の位置に相当し、最も低い位置が第２の位置に相当する。

また、動力受け部２２には、上方に延びるブラケット２２２が取り付けられており、このブラケット２２２の上端部には、下方に延びるバランス用エアシリンダ２２３が取り付けられている。より詳細に説明すると、エアシリンダ２２３は、シリンダ本体２２３１と、このシリンダ本体２２３１に対して進退するピストン部２２３２とで構成されており、図３に示すように、シリンダ本体２２３１が支持板２の右側に取り付けられ、ピストン部２２３２の先端がブラケット２２２に取り付けられている。このバランス用エアシリンダ２２３は、第１アーム８１の急速な動作を吸収し、移動板３が上下動するときに衝撃が伝達しないようになっている。

次に、回転部４の動作について、図７も参照しつつ説明する。図７は図２のＡ−Ａ線断面図である。上述したように、回転部４の回転は、駆動ユニット８の回転軸により行われる。この回転軸は、駆動ユニット８の上部側に設けられており、支持板２を貫通して、支持板２の前面に突出している。回転軸８０の先端には、円板状の係合部８０１が取り付けられている。係合部８０１の前面には、径方向に直線状に延びる凸部８０２が設けられており、この凸部８０２が後述する被係合部に係合し、これを回転させる。

図６に示すように、移動板３の前面には、回転部４を支持する回転支持部５が取り付けられている。回転支持部５は、上下方向に延びる中央フレーム５１を有しており、この中央フレーム５１の内部には、上下方向に並ぶ第１収容部５１１及び第２収容部５１２が形成されている。また、中央フレーム５１の両側には、後述するワーク固定具６，７の駆動機構を支持する側部フレーム５２，５３がそれぞれ設けられている。中央フレーム５１の収容部５１１，５１２は円形状に形成され、連通するように接触している。そして、図７に示すように、第１収容部５１１には、伝動歯車５４が収容され、この伝動歯車５４に固定された回転軸５４１が第１収容部５１１内で回転自在に支持されている。伝動歯車５４の回転軸５４１は、移動板３に形成された貫通孔から背面側に突出し、その先端に上述した被係合部５４２が取り付けてられている。図４に示すように、被係合部５４２には、係合部８０１の凸部８０２と係合する直線状の凹部５４３が形成されており、これら凸部８０２と凹部５４３とが係合した状態で駆動ユニット８の回転軸が回転すると、伝動歯車５４が回転するようになっている。

図７に示すように、第２収容部５１２には、円筒状の軸部材５５が固定されており、軸部材５５は回転支持部５から前方へ突出している。軸部材５５の外周面には、軸受け５５１を介して、後述するする回転部４のスリーブ４１が回転自在に支持されている。このスリーブ４１の外周面には歯が形成されており、伝動歯車５４と噛み合っている。したがって、上述した係合部８０１と被係合部５４２とが係合しているときに、駆動ユニット８の回転軸が回転すると、その回転力が係合部８０１、被係合部５４２、及び伝動歯車５４を介して、スリーブ４１に伝動され、回転部４が回転するように構成されている。なお、移動板３は、上下動するため、支持板２から突出する係合部８０１と、移動板３の背面に設けられている被係合部５４２とは、移動板３が支持板２の上部側に配置されているときに係合する。すなわち、移動板３が支持板２の下方に移動したときは、係合部８０１から被係合部５４２が離間するため、駆動ユニット８からの回転軸の回転は伝動しない。

続いて、回転部４及び各ワーク固定具６、７の向きを調整する回転調整機構について、図８も参照しつつ説明する。図８（ａ）は図２のＡ−Ａ線断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。図４及び図８（ａ）に示すように、回転部４は、長方形状に延びる回転部本体４２と、上述したように、この回転部本体４２の背面側に取り付けられる円筒状のスリーブ４１とを有している。回転部本体４２の両端部には、第１ワーク固定具６及び第２ワーク固定具７がそれぞれ、回転自在に取り付けられている。スリーブ４１は、上述したように、回転支持部５の第２収容部５１２に回転自在に支持され、伝動歯車５４と噛み合っている。スリーブ４１の内部に配置されている軸部材５５は、回転部本体４２の内部まで延び、先端に中央スプロケット４３が固定されている。

図８（ａ）に示すように、各ワーク固定具６，７は、回転部本体４２から前方へ突出する本体部６１，７１をそれぞれ有しており、この本体部６１，７１が軸受けを介して回転部本体４２に回転自在に支持されている。すなわち、各ワーク固定具６，７の本体部６１，７１は、回転部本体４２から前方へ水平に延びる軸線周りに回転するようになっている。また、図２及び図８（ａ）に示すように、各本体部６１，７１において、回転部本体４２に収容されている部分の外周面にはスプロケットが取り付けられている（以下では、説明の便宜上、第１ワーク固定具６のスプロケットを第１スプロケット６２、第２ワーク固定具７のスプロケットを第２スプロケット７２と称することとする）。また、中央スプロケット４３、第１及び第２スプロケット６２，７２は、同じ径を有している。中央スプロケット４３と第１スプロケット６２には、第１無端ベルト部材４４が掛け渡されており、中央スプロケット４３の回転が第１スプロケット６２に伝動される。また、第１無端ベルト部材４４の外周面には第１テンションローラ４６が接触しており、これにより第１無端ベルト部材４４に所定の張力が作用するようになっている。第１テンションローラ４６は、回転部本体４２において、中央スプロケット４３と第１スプロケット６２との間に、回転自在に取り付けられている。

一方、中央スプロケット４３と第２スプロケット７２には、第２無端ベルト部材４５が掛け渡されており、中央スプロケット４３の回転が第２スプロケット７２に伝動される。図８（ａ）に示すように、第２無端ベルト４５は、中央スプロケット４３において、第１無端ベルト部材４４よりも軸方向に前方へずれた位置に掛け渡されており、第１無端ベルト部材４４と干渉しないように配置されている。また、第２無端ベルト部材４５の外周面には第２テンションローラ４７が接触しており、これにより第１無端ベルト部材４４に所定の張力が作用するようになっている。第２テンションローラ４７は、回転部本体４２において、中央スプロケット４３と第２スプロケット７２との間に、回転自在に取り付けられている。以上のような構成から、駆動ユニット８の回転軸が回転すると、回転部４のスリーブ４１が回転し、これと一体となって回転部本体４２も回転する。このとき、中央スプロケット４３は回転しないが、回転部４が回転するため、相対的には、回転部４に対して中央スプロケット４３は回転することになる。そのため、この回転力が各無端ベルト部材４４，４５に伝動し、第１及び第２スプロケット６２，７２が回転する。このとき、中央スプロケット４３、第１及び第２スプロケット６２，７２は、同じ径を有しているため、中央スプロケット４３の相対的な回転角度と、同じ回転角度だけ第１及び第２スプロケット６２，７２が回転する。すなわち、回転部本体４２と同じ回転角だけ、第１及び第２スプロケット６２，７２が回転部本体４２に対して相対的に回転するため、両ワーク固定具６，７は回転部４が回転しても向きが変わらないようになっている。この点は、後に詳述する。

また、図４に示すように、両ワーク固定具の本体部の後端には、スリーブ側を向く突起がそれぞれ形成されている。そして、第１ワーク固定具６の突起６８は、回転支持部５の第１側部フレーム５２に形成されたレール５２１に係合している。このレール５２１は、回転部４の回転方向に沿って円弧状に延びている。一方、第２ワーク固定具７の突起７８も同様に、回転支持部５の第２側部フレーム５３に形成されたレール５３１に係合している。このレール５３１も、回転部４の回転方向に沿って円弧状に延びている。以上の構成により、回転部４は、レール５２１、５３１に支持された状態で回転するため、鉛直面内で安定的に回転する。

次に、各ワーク固定具６、７によるワークＷの着脱機構について、図９も参照しつつ説明する。図９は図８の状態から挟持アームが離間した状態を示す動作図であり、図９（ａ）は図２のＡ−Ａ線断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。まず、各ワーク固定具６、７について説明する。両ワーク固定具６、７は、同様の構成をしているため、以下では、第１ワーク固定具６について説明し、第２ワーク固定具７の説明は省略する。

図８に示すように、ワーク固定具６には、下方に延びる一対の挟持アーム６３が設けられており、これら挟持アーム６３が近接離間することでワークＷを挟持する。上述したワーク固定具６の本体部６１は筒状に形成されており、本体部６１の先端には下側に開口を有するカバー部材６４が取り付けられている。本体部６１の内部には、作動棒６５が前後方向に移動可能に支持されている。作動棒６５の後端部は、本体部６１から突出し、さらに回転部本体４２の背面から突出可能になっている。作動棒６５の前端部には、作動棒６５よりも径の大きい円筒状の押圧部６５１が取り付けられている。押圧部６５１の先端にはバネ６５２が配置されており、このバネ６５２によって押圧部６５１が背面側へ付勢されている。これにより、作動棒６５の後端は常時は、回転部本体４２から背面側へ突出した状態となり、後述する固定具駆動機構が駆動すると、前方へ移動するようになっている。

押圧部６５１の前方には、これを挟むように、一対の揺動部材６６が配置されている。この揺動部材６６は前後方向に延びる棒状に形成され、中央付近に設けられた上下方向に延びる回転軸を中心に、揺動するように構成されている。より詳細に説明すると、各揺動部材６６の背面側の端部には、カムフォロワー６６１が回転自在に設けられており、図９（ａ）に示すように、作動棒６５が前進すると、押圧部６５１が揺動部材６６の間に進入し、両揺動部材６６のカムフォロワー６６１同士が離間するように、両者を外側に押し遣る。これにより、揺動部材６６は揺動し、前方の先端部同士が近接する。揺動部材６６の先端はカバー部材６４の内部に進入し、カバー部材６４内に支持されている一対のアーム支持部６７と係合している。図８（ｂ）に示すように、各アーム支持部６７は上下方向に延びる部材であり、上端部同士がバネ６７１で連結され、互いに離間するように付勢されている。一方、各アーム支持部６７の下端部は回転軸６７２により回転自在に支持されており、上端部同士が近接離間するように揺動する。また、上述した揺動部材６６の先端は、アーム支持部６７の上下方向の中央部に係合している。そして、各挟持アーム６３は、各アーム支持部６７に連結され、下方に延びている。

このような構成により、図８に示すように、アーム支持部６７は、バネ６７１によって常時は、上端部同士が離間するように付勢されており、これに伴って、アーム支持部６７１から下方に延びる挟持アーム６３は、常時は互いに近接した位置にある。これにより、両挟持アーム６３は、ワークＷの挟持が可能となる。この態様が本発明の第１のポジションに相当する。一方、図９に示すように、作動棒６５が押し込まれて前進し、揺動部材６６の先端部同士が近接すると、アーム支持部６７の上端部同士がバネ６７１に抗して近接する。これに伴って、アーム支持部６７から下方に延びる挟持アーム６３は、互いに離間するように移動するため、挟持アーム６３からワークＷが離脱する。この態様が本発明の第２のポジションに相当する。

次に、作動棒６５を押し込む固定具駆動機構について、図１０及び図１１も参照しつつ説明する。図１０は図６のＥ−Ｅ線断面図、図１１は図６に示す回転支持部の下部の拡大正面図である。図１に示すように、駆動ユニット８の第２アーム８２は、前後に揺動するように構成されているが、その先端には前後方向に延びる棒状部材８３が回転自在に取り付けられている。これにより、第２アームが揺動すると、棒状部材８３が前後進するように構成されている。図４に示すように、棒状部材８３は、支持板２の側面を超えて前方に突出している。支持板２の前面の左側には前方へ突出するブラケット２４が取り付けられており、このブラケット２４は、移動板３の上方から移動板３を超えてその前方まで延びている。そして、ブラケット２４の先端には上下方向に延びる第１作動軸９１が回転自在に支持されている。図６に示すように、第１作動軸９１においてブラケット２４の下面側には、径方向に延びる連結部材９１１が固定されており、この連結部材９１１の先端が、棒状部材８３の先端と回転自在に連結されている。したがって、棒状部材８３が前後進すると、連結部材９１１が揺動し、これによって第１作動軸９１が軸線周りに回転するようになっている。

図６及び図１０に示すように、第１作動軸９１において、連結部材９１１の下方には径方向に前側へ延びる第１固定片９１２が固定されている。また、第１作動軸９１とは反対側の回転支持部５の右側端部には、上下方向に延びる第２作動軸９２が回転自在に支持されている。この第２作動軸９２にも、第１固定片９１２と同様の構成の第２固定片９２２が固定されている。両固定片９１２，９２２は上下方向の同じ位置に配置されており、同じ向きになるように各作動軸９１，９２から径方向に延びている。そして、両固定片９１２，９２２の先端は、幅方向に延びる連結棒９３で連結されている。連結棒９３の各端部と固定片９１２，９２２とは回転自在に連結されている。これにより、第１作動軸９１が回転すると、これに伴って第１固定片９１２が揺動する。第１固定片９１２の揺動は、連結棒９３を介して第２固定片９２２に伝動され、第２固定片９２２も第１固定片９１２と同じ角度で揺動する。これにより、第２作動軸９２が回転する。したがって、両作動軸９１，９２は、同じ角度だけ回転するように構成されている。

図６に示すように、両作動軸９１，９２は、それぞれ回転支持部５の側部フレーム５２，５３に支持されつつ、下方に延びている。ここで、第２作動軸９２は右側の側部フレーム５３が主軸台１０２と干渉するのを避けるため、第１作動軸９１よりも短くなっている。そして、図８（ａ）に示すように、各作動軸９１，９２の下端部には、それぞれ３個のリンク部材、つまり第１〜第３リンク部材９４１〜９４３，９５１〜９５３が連結されたリンク機構９４，９５が設けられている。各第１リンク部材９４１，９５１は、第１及び第２作動軸９１，９２にそれぞれ固定されている。そして、最も先端側に配置されている第３リンク部材９４３、９５３は、中心付近に設けられた回転軸周りに揺動するようになっており、第３リンク部材９４３、９５３の先端が前後方向に揺動するようになっている。そして、各第３リンク部材９４３、９５３の先端が各ワーク固定具６，７の作動棒６５，７５を押圧するようになっている。より詳細には、各作動軸９１，９２により動作する第３リンク部材９４３、９５３は、幅方向の外側にそれぞれ突出するように延びており、各作動軸９１，９２の回転により、第３リンク部材９４３、９５３の先端が揺動する。ここで、常時は、図８に示すように、各第３リンク部材９４３、９５３の先端部は、後退しており、作動棒６５，７５から離間している。また、第３リンク部材９４３、９５３が作動棒６５，７５を押圧可能となるのは、回転部本体４２が水平になっているときであり、回転部本体４２が水平となる回転位置にあり、両ワーク固定具６，７が回転部本体４２の両端部で水平に支持されているときに、第３リンク部材９４３、９５３の先端と作動棒６５，７５とが対向する位置にある。したがって、回転部本体４２が水平になっているときに、駆動ユニット８の第２アーム８２が駆動すると、図９に示すように、各第３リンク部材９４３、９５３の先端が前方に揺動し、作動棒６５，７５を押圧する。これにより、各ワーク固定具６，７の挟持アーム６３，７３が離間する。

続いて、上記のように構成された歯車加工システムの動作について、図１２及び図１３を参照しつつ説明する。まず、図１２（ａ）に示すように、ワーク交換装置１の左側には加工前のワークＷ１が待機位置に配置されており、右側には加工後のワークＷ２が配置されている。加工後のワークＷ２は主軸台１０２に支持されている。この状態で、固定具駆動機構を駆動し、各ワーク固定具６，７の挟持アーム６３，７３を離間させる。すなわち、両挟持アーム６３，７３の間にワークＷ１，Ｗ２が入るようにする。次に、図１２（ｂ）に示すように、駆動ユニット８の第１アーム８１を下方に揺動させ、移動板３を降下させる。移動板３は、各ワーク固定具６，７の挟持アーム６３，７３の間にワークＷ１，Ｗ２が入る位置まで降下させる。この動作とともに、固定具駆動機構を駆動し、各ワーク固定具６，７の挟持アーム６３，７３を近接させ、それぞれワークＷ１，Ｗ２を挟持させる。この状態で、加工後のワークＷ２については、主軸台１０２を移動してワークＷ２から軸部材１０２１を離脱させる。

これに続いて、図１２（ｃ）に示すように、駆動ユニット８の第１アーム８１を上方に揺動させ、移動板３を上昇させる。移動板３が上昇すると、駆動ユニット８の回転軸の係合部８０１と、伝動歯車５４の回転軸５４１の被係合部５４２とが係合し、回転軸の回転が回転部４に伝動可能な状態となる。続いて、回転軸を回転させると、回転部４が鉛直平面内で回転する。図１２（ｄ）は回転部４が矢印の方向に回転を開始した直後の状態を示しており、第１ワーク固定具６が下降し、第２ワーク固定具７が上昇している様子を示している。このとき、回転部４の回転に伴って中央スプロケット４３が回転部４に対して相対的に回転するが、この回転は第１及び第２無端ベルト４４，４５を介して第１及び第２スプロケット６２，７２に伝動される。上述したように、中央スプロケット４３、第１及び第２スプロケット６２、７２は径が同じであるため、回転部４の回転角と同じ角度だけ、第１及び第２スプロケット６２，７２が回転する。これにより、両ワーク固定具６，７は、下向きを維持したまま、つまりワークＷ１，Ｗ２を下向きに把持したまま、回転部４とともに中央スプロケット４３の周りを回転する。

図１２（ｄ）の状態から、回転部４がさらに回転すると、第１ワーク固定具６は中央スプロケット４３の下側を通過し、第２ワーク固定具７は上側を通過する。そして、回転部４は、図１３（ａ）の状態を経て図１３（ｂ）の状態まで１８０度回転する。こうして、図１３（ｂ）の状態では、第１ワーク固定具６が右側に配置され、第２ワーク固定具７が左側に配置され、両ワークＷ１，Ｗ２の位置が入れ替わる。すなわち、第１ワーク固定具６に挟持されている加工前のワークＷ１は、主軸台１０２の上方に配置され、第２ワーク固定具７に挟持されている加工後のワークＷ２は、待機位置の上方に配置される。ここから、図１３（ｃ）に示すように、第１アーム８１を駆動して、移動板３を下降させた後、加工前のワークＷ１を主軸台１０２に固定する。そして、この動作とともに、図１３（ｄ）に示すように、固定具駆動機構を駆動し、挟持アーム６３、７３を開くと、ワークＷ１，Ｗ２がワーク固定具６、７から離脱可能な状態となる。以上の動作を繰り返すことで、加工前のワークと加工後のワークを連続的に交換することができる。

上述した一連の動作は、駆動ユニット８の第１及び第２アーム８１、８２、回転軸を、図１４に示すタイミングチャートに基づいて駆動することで行われる。まず、時刻ｔ０において第２アーム８２は前方に位置しており、これによって挟持アーム６３、７３は開いた状態となっている。そして、時刻ｔ１からｔ３において第１アーム８１が下方へ揺動すると、これに伴って移動板３が下降する。移動板３の下降は時刻ｔ３で完了するが、その直前の時刻ｔ２において、第２アーム８２が後方への揺動を開始し、挟持アーム６３、７３が閉じる動作が開始される。すなわち、移動板３が完全に下降してから挟持アーム６３、７３がワークＷを挟持するのではなく、移動板３の下降完了の直前から挟持アーム６３、７３が動作を開始し、移動板３の下降完了後、すみやかに挟持アーム６３、７３がワークＷを挟持するようになっている。そして、時刻ｔ４においてワーク固定具６，７によってワークＷの挟持が完了すると、第１アーム８１が上方への揺動を開始する。すなわち、移動板３が上昇を開始する。そして、時刻ｔ５において第１アーム８１の揺動が完了し、移動板３の上昇が完了すると、駆動ユニット８の回転軸が回転を開始する。回転軸は時刻ｔ５からｔ６の間に１８０°回転し、これによって回転部４が１８０°回転する。これにより、各ワーク固定具６、７の左右の位置が入れ替わる。

回転部４の回転が完了すると、時刻ｔ６からｔ８に亘って第１アーム８１が下方に揺動し、移動部３が再び下降する。そして、第１アーム８１の下降が完了する時刻ｔ８の直前の時刻ｔ７に、第２アーム８２が前方へ揺動を開始し、挟持アーム６３、７３を開いていく。そして、移動部３の下降の完了後、すみやかに挟持アーム６３、７３がワークＷを離脱する。時刻ｔ９において、挟持アーム６３，７３が完全に開き、ワークＷが離脱すると、第１アーム８１が上方への揺動を開始し、移動部３が上昇していく。そして、時刻ｔ１０で、移動部３の上昇が完了すると、一連の動作が終了する。

以上のように、本実施形態によれば、ワークＷを着脱自在に固定する２つのワーク固定具６，７を両端部に設けた回転部４を備えているため、各ワーク固定具６，７にワークＷ１，Ｗ２を固定した状態で回転部４を回転させると、両ワークＷ１，Ｗ２の位置を入れ替えることができる。また、回転調整機構を備えているため、例えば、ワークＷ１，Ｗ２を下向きで固定するようにワーク固定具６、７の向きを設定すると、この向きのままで回転部４を回転させることができる。これにより、ワークＷ１，Ｗ２の向きを変えずに２つのワークＷ１，Ｗ２の位置を同時に入れ替えることができるため、ワークＷ１，Ｗ２の交換時間を短縮することができる。また、ワークＷ１，Ｗ２を固定する向きが変わらないため、ワーク固定具６、７に不要な負荷が作用するのを防止することができる。さらに、回転部４は、鉛直平面内で回転するため、水平面内でワークを交換するのに比べ、ワークの交換に要するスペースを小さくすることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、上記回転調整機構は、機械的な機構で、各ワーク固定具６、７の向きが一定とのなるように調整しているが、回転部４の回転位置に関わらず、ワーク固定具６，７の向きを一定とするように調整できるのであれば、その構成は特には限定されない。例えば、電気的な構成を採用することもできる。例えば、各ワーク固定具６、７の回転具（例えば、第１及び第２スプロケット）をモータで回転させ、各モータの回転を同期させれば、各ワーク固定具６、７の向きを一定とすることができる。

ワーク固定具６、７の構成は、ワークを着脱自在に固定できるのであれば、特には限定されない。

上記実施形態では、本発明に係るワーク交換装置を、歯車加工装置のワーク（歯車）を交換する場合に適用したが、これに以外の工作機械に適用できるのはいうまでもなく、歯車以外のワークを交換することもできる。

２ 支持板（支持部）
３ 移動板（移動部）
４ 回転部
６ 第１ワーク固定具
７ 第２ワーク固定具
４３ 中央スプロケット（中央回転具）
４４ 第１無端ベルト部材
４５ 第２無端ベルト部材
６２ 第１スプロケット（第１の回転具）
６３ 挟持アーム
６５ 作動棒（作動具）
７２ 第２スプロケット（第２の回転具）
７３ 挟持アーム
７５ 作動棒（作動具）

Claims (6)

1. 並列に並んだ加工前のワークと加工後のワークとを入れ替えるためのワーク交換装置であって、
   ワークを保持する主軸台に隣接された支持部と、
   前記支持部に対して、前記加工前のワークと加工後のワークとが並ぶ方向とは垂直な方向に移動可能に支持され、前記主軸台に近接又は離間する移動部と、
   前記移動部に支持され、当該移動部の移動方向と平行な平面上で回転可能な回転部と、
   前記回転部における回転中心を挟んだ両端部にそれぞれ配置され、ワークを固定する第１のポジションと、ワークを離脱する第２のポジションと、をとり得るようにそれぞれ構成され、ワークを着脱自在に固定する第１及び第２のワーク固定具と、
   前記第１及び第２のワーク固定具の向きを、前記回転部の回転位置に関わらず前記主軸台の方向を向くように、当該第１及び第２のワーク固定具の向きを調整する回転調整機構と、
   前記各ワーク固定具を前記第１及び第２のポジションに変移させる固定具駆動機構と、
   を備え、
   前記移動部は、前記主軸台より離間した第１の位置と、前記第１の位置よりも前記主軸台に接近した第２の位置と、の間で移動可能に構成され、
   前記移動部が前記第２の位置に位置しているときに、前記固定具駆動機構の作動により前記各ワーク固定具は前記第１のポジションから前記第２のポジションを取り、前記主軸台にワークの受け渡しを行い、
   前記移動部が前記第１の位置に位置しているときに、前記各ワーク固定具は前記第１のポジションのままで前記回転部は前記移動部に対して回転可能となるよう構成される、
   ワーク交換装置。
2. 前記調整機構は、
   前記第１のワーク固定具に連結され、前記回転部に対して回転自在に支持される第１の回転具と、
   前記第２のワーク固定具に連結され、前記回転部に対して回転自在に支持される第２の回転具と、
   を備え、
   前記回転部の回転に伴って前記第１及び第２の回転具を回転させ、前記第１及び第２のワーク固定具の向きが一定となるよう調整する、請求項１に記載のワーク交換装置。
3. 前記移動部に取り付けられ、前記回転部を前記回転中心周りに回転自在に支持する中央回転具をさらに備え、
   前記調整機構は、
   前記中央回転具、第１の回転具、及び第２の回転具に掛け渡される少なくとも１つの無端ベルト部材をさらに備え、
   前記中央回転具、第１の回転具、及び第２の回転具は、同じ径を有しており、
   前記回転部が前記中央回転具に対して回転すると、前記無端ベルト部材を介して、前記回転部の回転角度と同じ回転角度だけ、前記第１の回転具及び第２の回転具が回転する、請求項２に記載のワーク交換装置。
4. 前記第１及び第２のワーク固定具は、それぞれ、ワークを把持するために開閉する一対の挟持アームを有し、当該挟持アームにより、前記各ワーク固定具に前記ワークが主軸台に向けて固定される、請求項１から３のいずれかに記載のワーク交換装置。
5. 前記固定具駆動機構は、前記各ワーク固定具に対して接離可能な作動具を備えており、
   前記作動具が前記各ワーク固定具に対して接触しているときに、前記各ワーク固定具が前記第２のポジションを取り、
   前記作動具が前記各ワーク固定具から離間しているときに、前記各ワーク固定具が前記第１のポジションを取り、且つ、前記回転部が前記移動部に対して回転可能となる、請求項１〜４のいずれか１項に記載のワーク固定装置。
6. 前記回転部の回転中心を通る軸線は、水平方向に延び、
   前記回転部は一方向に延びる部材により構成され、鉛直方向に延びる平面上で回転する、請求項１から５のいずれかに記載のワーク交換装置。