JP4695779B2 - カム装置 - Google Patents

Description

【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、回転駆動される入力軸に設けた回転変換用カムおよびリフト生成用カムそれぞれから出力される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を有するカム装置において、上記出力軸には、上記回転変換用カムから出力される回転運動を該出力軸に入力するターレットが一体に形成されており、上記リフト生成用カムが出力するリフト運動を上記出力軸に入力する揺動アームが設けられており、上記揺動アームの一端部は、支持ピンを介してハウジングに支持されており、上記揺動アームの中央部には、上記リフト生成用カムと係合する揺動アーム用カムフォロワが設けられており、上記揺動アームの他端部には、リフト用カムフォロワが設けられており、当該リフト用カムフォロワは、上記出力軸に設けられた環状係合溝と係合しており、上記入力軸は、上記揺動アームを貫通しており、上記揺動アームには、上記入力軸の貫通箇所に、上記揺動アームの揺動動作の軌跡に沿う長孔が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】
さらに、前記揺動アームが、該出力軸を両側から挟み込んで一対設けられることを特徴とする。
【００１４】
【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７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、水平方向に入力軸４が設けられるとともに、入力軸４に隣接させてこれ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５が設けられる。
【００１５】
入力軸４は、その両端が軸受部材６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。この入力軸４には、回転変換用カムとして、入力軸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７が設けられる。このローラギヤカム７は、出力軸５に設けられた後述するターレット８の回転伝達用カムフォロワ９と係脱自在に係合され、当該回転伝達用カムフォロワ９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８に出力するようになっている。
【００１６】
また入力軸４には、リフト生成用カムとして、入力軸４の一方向連続回転からリフト運動を生成する板カム１０がローラギヤカム７の両側に一対設けられる。これら板カム１０は同一カムプロフィールで、かつ入力軸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１０はローラギヤカム７の両側面を加工することによって、当該ローラギヤカム７に一体的に形成されている。板カム１０は必要に応じて、ローラギヤカム７と別体で入力軸４に取り付けるようにしてもよい。
【００１７】
これら板カム１０は、ハウジング３の内壁に支点ピン１１を介して一端部が支持されたリフト手段としての揺動アーム１２の中央部に設けられた揺動アーム用カムフォロワ１３と係合され、リフト運動を生成する板カム１０のカムプロフィールに従って揺動アーム１２の他端部を上下方向に往復動させるようになっている。そして板カム１０とローラギヤカム７とを同じ入力軸４に設けていることにより、これらリフト運動および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。
【００１８】
他方、出力軸５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１４に挿入して設けられる。そして出力軸５はこのガイド体１４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１４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。そして、ハウジング３から外方へ延出された出力軸５の突出端には、ワークＷを搭載するパレット１５が取り付けられる。
【００１９】
また出力軸５には、その回転方向に沿って環状係合溝１６が形成され、この環状係合溝１６の上壁と下壁との間には、これに挟み込んで揺動アーム１２の他端部に設けられたリフト用カムフォロワ１７が摺動自在に係合される。これにより、リフト用カムフォロワ１７は環状係合溝１６内で摺動されて出力軸５の回転動作を妨げることがない一方で、当該環状係合溝１６に対し上下方向に係合して板カム１０が出力するリフト運動を出力軸５に入力するようになっている。特に、ローラギヤカム７両側の一対の揺動アーム１２は図５にも示すように、出力軸５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べく、出力軸５にその両側からほぼ等しいリフト力を入力するために、当該出力軸５をその直径方向に沿って水平方向左右両側から挟み込むように配置される。
【００２０】
また出力軸５には環状係合溝１６の下方に、ローラギヤカム７と係合する回転伝達用カムフォロワ９を有するターレット８が備えられる。回転伝達用カムフォロワ９は、ターレット８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８は、ローラギヤカム７が出力する間欠回転運動を出力軸５に入力するようになっている。
【００２１】
そして特にこのターレット８は、出力軸５に対して何らの接合を行うことなく、出力軸５そのものの一部分として当該出力軸５と一体に形成され、従って、出力軸５およびターレット８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。
【００２２】
なお、ハウジング３高さを低く抑えるために入力軸４が揺動アーム１２を貫通して設けられるとともに、支点ピン１１周りに揺動される揺動アーム１２には、これが揺動動作する際に入力軸４と干渉しないように、入力軸４の貫通箇所にその揺動動作の軌跡に沿う長孔１８が形成されている。また、ハウジング３には、出力軸５の貫通部分をシールするシール部材１９が設けられている。
【００２３】
また図６および図７には、一方向に連続回転駆動される入力軸４で回転されるローラギヤカム７および板カム１０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。
【００２４】
入力軸４が３６０°一回転する間において、揺動アーム１２を介して板カム１０により出力軸５がガイド体１４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７は、入力軸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８は回転停止状態にあり、次いで、出力軸５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８を介してローラギヤカム７により出力軸５がガイド体１４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５の１８０°までの回転動作が完了しローラギヤカム７がドエル期間に入ってターレット８が回転停止状態になると板カム１０により出力軸５がガイド体１４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１０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。
【００２５】
従って、出力軸５に取り付けられたパレット１５は、入力軸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５をリフトさせ回転させる入力軸４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。
【００２６】
この一連の作動においては、出力軸５に一体に形成されたターレット８は当該出力軸５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７および板カム１０のカムプロフィールに従ってローラギヤカム７のドエル期間中（このとき、ローラギヤカム７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９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５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９がローラギヤカム７に係合してその後のローラギヤカム７の回転運動がターレット８に入力されるとともに、その後のローラギヤカム７のドエル期間中に出力軸５が下降リフトをするときには回転伝達用カムフォロワ９がローラギヤカム７から離脱されるようになっている。
【００２７】
なお、この回転伝達用カムフォロワ９のローラギヤカム７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８もしくは出力軸５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。
【００２８】
以上説明した本実施形態にかかるカム装置にあっては、出力軸５にターレット８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５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８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。
【００２９】
また、油圧装置を排除したカム７，１０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。
【００３０】
また、単一の入力軸４にローラギヤカム７と板カム１０とを設けて、当該入力軸４の回転から回転動作とリフト動作の双方を出力させることができるので、これら動作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。
【００３１】
さらに、ターレット８を一体に備えた出力軸５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５内に挿入したガイド体１４でガイドするようにしたので、このガイド体１４により重量物を扱う出力軸５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５の運動安定性を向上させることができる。
【００３２】
また、出力軸５にリフト運動を入力する揺動アーム１２を、出力軸５を両側から挟み込む配置で一対設けたので、これら揺動アーム１２で重量物の荷重負荷を分担しつつ、出力軸５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、この面からも出力軸５の運動安定性を向上させることができる。
【００３３】
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１０を例示して説明したが、これに代えてローラギヤカム７の両側面に溝カムを凹設して構成するようにしてもよい。
【００３４】
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、かつ単一の入力軸回転で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、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。
【００３７】
さらに、出力軸を両側から挟んで一対設けたリフト手段により、重量物の荷重負荷を一対のリフト手段で分担して支持させつつ、出力軸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装置の出力軸の上昇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装置の環状係合溝およびターレット部分の拡大正面図である。
【図６】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７】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 入力軸
５ 出力軸
７ ローラギヤカム
８ ターレット
１０ 板カム
１２ 揺動アーム
１４ ガイド体

Claims (3)

1. 回転駆動される入力軸に設けた回転変換用カムおよびリフト生成用カムそれぞれから出力される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を有するカム装置において、
   上記出力軸には、上記回転変換用カムから出力される回転運動を該出力軸に入力するターレットが一体に形成されており、
   上記リフト生成用カムが出力するリフト運動を上記出力軸に入力する揺動アームが設けられており、
   上記揺動アームの一端部は、支持ピンを介してハウジングに支持されており、
   上記揺動アームの中央部には、上記リフト生成用カムと係合する揺動アーム用カムフォロワが設けられており、
   上記揺動アームの他端部には、リフト用カムフォロワが設けられており、当該リフト用カムフォロワは、上記出力軸に設けられた環状係合溝と係合しており、
   上記入力軸は、上記揺動アームを貫通しており、
   上記揺動アームには、上記入力軸の貫通箇所に、上記揺動アームの揺動動作の軌跡に沿う長孔が形成されていることを特徴とするカム装置。
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。
3. 前記揺動アームが、該出力軸を両側から挟み込んで一対設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のカム装置。

Images