JP4964118B2 - 自動パレット交換装置 - Google Patents

Description

本発明は自動パレット交換装置（Automatic Pallet Changer、APC）に関するものであって、ベインが一体に形成されたシャフトと前記ベインの回転を制限するストッパーの間に油圧油を供給または回収することにより前記油圧油の圧力によって、ベインが具備されたシャフトが回転するようにして、前記シャフトとストッパーを収容したハウジングと前記シャフトの上・下側油圧板の間に油圧油を供給または回収することにより前記油圧油の圧力によって、前記シャフトが上下動するようになっており、このシャフトの運動によって、パレットが有機的に連動するようにした自動パレット交換装置に関するものである。

各種の切削加工方法または非切削加工方法で金属または非金属の素材を適当な工具を使って、所定の形状を有するように加工する機械装置を工作機械という。
前記工作機械は加工過程で切削を担当するチップ（tip）ないしドリル（drill）によって加工過程でチップ（chip）の発生の可否により切削工作機械と金属成形機械に分類される。

加工過程で素材からチップが発生する切削工作機械にはダイ（lathe）、ミリング機、マシニングセンター（machining center）、ドリリング機、ボーリング機、研削機、ギヤ加工機、特殊加工機などがあって、加工過程で素材からチップが発生しない金属成形機械には機械式プレス、空圧式プレス、切断折曲機、鍛造機、引抜機などがある。

前記切削工作機械は技術の発達に応じた生産性の向上に対する要求によって自動化および数値制御（ＮＣ）化が急速に進展しているところ、最近ではその間、回転型ダイ系とミリング系に二分化されて進められてきた切削工作機械の数値制御化が互いに複合的に結合して多機能マシニングセンターが出現したし、産業現場の幅広い需要に力づけられて、前記マシニングセンターの市場は急速に拡大している傾向にある。

前記マシニングセンターとはいくつかの種類の切削加工工程を一つの工作機械で自動的に遂行する工作機械として、ほとんど工具の自動交換機能と加工物の２面以上を自動的に加工できる機能を備えている。前記マシニングセンターはその発達の根元をどこに置いたにせよ大きく非回転体部品を加工する非回転型マシニングセンターと回転体部品を加工する回転型マシニングセンターに区分することができる。

非回転体部品を対象に加工する前記非回転型マシニングセンターはＮＣミリングマシインまたはＮＣドリリングマシインを発展母体にして、色々な部分を改良したし、ここに自動工具交換装置（Automatic Tool Changer、ATC）、ツールマガジン、自動パレット交換装置が組合わせて、構成される。
回転体部品を対象に加工する前記回転型マシニングセンターはＮＣダイを発展母体にしているので回転体部品を旋削後に角度分割、溝加工、孔加工、タップ作業などの色々な加工をしながら、自動工具交換装置以外に自動パレット交換装置が組合わせて、構成される。

前記で説明した通り前記非回転型ないし回転型マシニングセンターには自動パレット交換装置が必須的に採用されている傾向がある。
前記自動パレット交換装置は、駆動方式により、カム（Cam）−シャフト（Shaft）方式、ラック（rack）−ピニオン（pinion）方式、ボール（ball）−スクリュー（screw）方式、ベイン（vane）−ストッパー（stoper）方式に分類することができる。

図１は従来のカム−シャフト方式の自動パレット交換装置を示した図面であり、前記カム−シャフト方式の自動パレット交換装置は上・下運動するシャフト１２０と前記シャフト１２０と連動されて、回転運動するカム１５０で構成される。
前記カム−シャフト方式は油圧またはモータなどの動力伝達手段から動力を伝達された前記シャフト１２０は上・下に運動するようになって前記シャフト１２０と連動された前記カム１５０は前記シャフト１２０の上下運動に連動されて、回転力を持つようにする方式で、構成部品が多くて、製作および維持補修が難しくて、それによって製作時間と製作費用が増加するという問題点があった。

図２は従来のラック−ピニオン方式の自動パレット交換装置を示した図面であり、前記ラック−ピニオン方式の自動パレット交換装置は一側にのこぎり歯が形成されたラック１６０と前記ラック１６０のこぎり歯と噛み合わせるのこぎり歯が外周面に具備されたピニオン１６１で構成される。
前記ラック−ピニオン方式は動力伝達手段によって、前記ラック１６０が上・下運動をして前記ラック１６０の上・下運動によって、前記ピニオン１６１が回転力を持つようにする方式で構造が複雑で、製造工程に困難があることはもちろん、単純にのこぎり歯の噛合による動力伝達方式を採択することによって正確で、安定した動力伝達が行われないという問題点があった。

図３は従来のボール−スクリュー方式の自動パレット交換装置を示した図面であり、前記ボール−スクリュー方式の自動パレット交換装置はスクリュー型ボールロッド１７１が形成された中心軸とボール１７０が具備されたピストンで構成される。

前記ボール−スクリュー方式は中心軸を囲んで、ハウジングに固定されたピストンに油圧を印加して、前記ピストンが上・下運動をして前記ピストンの上・下運動によって、前記ピストンに具備されたボール１７０が前記中心軸のスクリュー型ボールロッド１７１について上・下運動するようになって前記中心軸が回転電力を持つようにする方式で構造が複雑で、製造工程に困難があることはもちろん、上・下運動で回転運動で運動エネルギーの変換過程でエネルギー損失が発生し、前記ボール１７０とスクリュー型ボールロッド１７１の摩擦が増加することによって耐久性が低下するという問題点があった。
同時に、流体を動力伝達の媒体に使うことによって流体の供給または回収する過程で流体の迅速な供給または回収が行われることができない場合、流体の圧力によって、反力が発生し、それと反対に流体の供給または回収がとても迅速に行われる場合、部材の間に衝突による反力が発生するという問題点があった。

本発明は前記の問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の目的はベインとストッパーを利用して、前記自動パレット交換装置の構成を単純化することによって製作および維持補修が容易な自動パレット交換装置を提供することにある。
本発明の他の目的は油圧油の供給と回収過程で前記油圧油の流通量を適切に調節することによって、油圧油の供給と回収過程で反力が増加しないようにすることはもちろん性能が向上するようにした自動パレット交換装置を提供することにある。

前記のような目的を達成するための本発明による自動パレット交換装置は回転可能なように中心軸が中空に形成された円筒形のシャフト；前記シャフトの上部と下部に配置されて、前記シャフトと一体に形成される上側油圧板と下側油圧板；前記シャフトの外周面を一部囲むように前記上側油圧板と下側油圧板の間に挿入されて前記シャフトに一体に備わるベイン；前記シャフトの外周面に配置されて、前記シャフトの流動を制限するストッパー；内部に前記シャフトとストッパーを収容して内部面に油圧供給口が形成されるハウジング；前記ハウジングに結締されて、前記ストッパーを固定する固定アーム；および前記シャフトと連動されて、上・下および左・右に動くパレット；からなることを特徴とする。
また、前記ベインの一側面と、前記ベインの一側面と円周方向で一定角度に離隔した位置の他側面には油圧油流通部がそれぞれ形成されることを特徴とする。

ここで、前記油圧油流通部は前記ベインの一側面または他側面から前記ベインの円周方向に向かうに従って深さが小さくなる四角溝形状になって油圧油の供給と回収をする第１流通部と、前記ベインの一側面または他側面から前記ベインの円周方向に向かうに従って深さが小さくなって幅が狭くなる三角溝形状になって油圧油の供給、回収、衝撃緩和をする第２流通部になることを特徴とする。
また、前記ストッパーは前記上側油圧板と下側油圧板の間に配置されて、固定アームによって、左・右回動が制限されるのを特徴とする。
同時に、前記ストッパーの外部面には前記固定アームによって、固定されるように上・下側で長くなった楕円形上の固定部が陥入され、形成されることを特徴とする。

以下、前記のような構成を有する本発明による自動パレット交換装置に対して添付した図面を参考にして詳細に説明する。

実施例
図４は本発明による自動パレット交換装置の分解斜視図であり、図５はシャフトの斜視図であり、図６は本発明による自動パレット交換装置の断面図であり、図７はシャフトの回転運動を示す例示図であり、図８はシャフトの上・下運動を示す例示図である。

図４は本発明の自動パレット交換装置を示した図面であり、図５はシャフトを示した図面であり、前記自動パレット交換装置は回転可能なように中心軸が中空に形成された円筒形のシャフト２０と、前記シャフトの上部と下部に配置されて、前記シャフトと一体に形成される上・下側油圧板２３、２４と、前記シャフト２０の外周面を一部囲むように前記上・下側油圧板２３、２４の間に挿入されて前記シャフト２０に一体に備わるベイン２１と、前記シャフトの外周面に配置されて、前記ベイン２１の一側面または他側面に接して、前記シャフト２０の回転運動を制限するストッパー３０と、前記シャフト２０とストッパー３０を収容するハウジング１０と、前記ハウジング１０に結締されて、前記ストッパー３０を固定する固定アーム１１と、前記シャフト２０と連動して、上・下と左・右に動くパレット４０からなる。

前記シャフト２０の上・下部にそれぞれ配置されて、前記シャフト２０と一体に形成される前記上側油圧板２３と下側油圧板２４は前記ハウジング１０の内周面に接するように前記内周面のような形状に構成される。
前記上側油圧板２３と下側油圧板２４の間に挿入されて前記シャフト２０と一体に備わる前記ベイン２１は、前記シャフト２０の外周面の一部分を囲むように所定の形状になって、前記シャフト２０の外周面をはじめとする上側油圧板２３の下側面と下側油圧板２４の上側面に接して固定されることによって、前記シャフト２０や、前記上側油圧板２３および下側油圧板２４と連動する。

前記ベイン２１の一側面と他側面には前記シャフト２０が回転するように動力を伝達する動力伝達媒体の油圧油が流通する油圧油流通部２２がそれぞれ形成される。
前記油圧油流通部２２は、前記ベイン２１の一側面または他側面から前記ベイン２１の円周方向に向かうに従って深さが小さくなる四角溝形状になって油圧油の供給と回収をする第１流通部２２ａと、前記ベイン２１の一側面または他側面から前記ベイン２１の円周方向に向かうに従って深さが小さくなって幅が狭くなる三角溝形状に流体の供給と回収はもちろん衝撃を緩衝する第２流通部２２ｂが形成される。

前記第１流通部２２ａと第２流通部２２ｂは、ハウジング１０の油圧油ポット１２から油圧油が供給されたり回収される過程で油圧油が流通される所であり、前記第１流通部２２ａと第２流通部２２ｂの大きさと形状によって流通する流体の量と速度が増加ないし減少することができる。
前記第１流通部２２ａと第２流通部２２ｂによって流通する流体の量が増加するとき、前記シャフト２０の回転速度は増加するようになるが、ストッパー３０とベイン２１の間に衝突が発生してそれによって反力が発生するようになる。

それと反対に前記第１流通部２２ａと第２流通部２２ｂによって流通する流体の量が減少するとき、前記シャフト２０の回転速度が減少するようになりながら、前記ストッパー３０とベイン２１の間に充填された流体が回収される過程で回収が遅れて、反力が発生するようになる。
そのために、前記第１流通部２２ａと第２流通部は、各々前記ベイン２１の一側面または他側面から前記ベイン２１の円周方向に向かうに従って深さが小さくなる四角溝、前記ベイン２１の一側面または他側面から前記ベイン２１の円周方向に向かうに従って深さが小さくなる三角溝形状になって流通する油圧油の量と速度を適切に制限することによって、前記シャフト２０の回転運動を効果的に制御できるようになっている。

前記シャフト２０と一緒にハウジング１０に受容されて、前記シャフト２０の回転運動を制限する前記ストッパー３０は、前記上側油圧板２３と下側油圧板２４の間に挿入されて前記ハウジング１０に結締された固定アーム１１によって、前記ハウジング１０に固定される。
この時に、前記ストッパー３０が前記固定アーム１１によって固定されるように前記ストッパー３０の外部面には、前記固定アーム１１が挿入されるように長い楕円形状の固定部３１が陥入形成されている。
前記固定部３１は上下方向に長い楕円形状に形成され、前記固定アーム１１によって左・右回動は制約を受けるが、上下方向には前記固定部３１と固定アーム１１のスキ間範囲内で流動可能なようになっている。

図６は自動パレット交換装置の断面を示した図面であり、図７と図８は前記自動パレット交換装置の作動を示した図面であり、前記ハウジング１０に形成された油圧油ポット１２から前記ストッパー３０とベイン２１の一側面の間に油圧油が供給され、前記ストッパー３０と前記ベイン２１の他側面の間に充填された油圧油は、前記ハウジング１０の油圧油ポット１２を通じて、回収されることによって前記シャフト２０は回転運動するようになる。
これとは反対に、前記ストッパー３０と前記ベイン２１の他側面の間に 油圧油が供給され、前記ストッパー３０とベイン２１の一側面に充填された油圧油が回収されるようになれば、前記シャフト２０は反対に回転するようになる。

前記ベイン２１の一側面または他側面と前記ストッパー３０の間に油圧油を供給または回収する前記油圧油ポット１２は前記ベイン２１の一側面と他側面に形成された第１流通部２２ａと第２流通部２２ｂに対応するように前記ハウジング１０に形成される。
前記上側油圧板２３の上側と下側油圧板２４の下側にも前記ハウジング１０から油圧油が供給または回収され、その圧力によって、前記シャフト２０は上・下に流動するようになる。このとき、前記シャフト２０は前記ストッパー３０の外部面に形成された固定部３１と前記ハウジング１０に結締されて、前記ストッパー３０を固定した固定アーム１１の間のスキ間内で上・下動することになる。

前記ベイン２１、シャフト２０、ストッパー３０、そしてハウジング１０が接する接触面は０.０５ｍｍの間隔で離隔して、油圧油の供給または回収過程で前記油圧油が漏洩しなくなって、それによって油圧油の漏れを防止する目的でシーリング部材を追加しなくてもよいことは当然である。
同時に前記ベイン２１、シャフト２０、ストッパー３０、そしてハウジング１０が接する接触面が０.０５ｍｍの間隔で離隔されることによって、供給される油圧油によって油粕が形成され、自然に潤滑されるという長所がある。
本発明は前記実施例に限定されなくて、適用範囲が多様なことは当然のことであり、請求範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することがなくて、本発明が属する分野で通常の知識を有する者ならば、誰でも多様な変更実施が可能である。
［発明の効果］

以上のように本発明によれば、ベインとストッパーを利用して、自動パレット交換装置の構成を単純化して、それによって製作と維持補修が容易であるとの作用効果がある。
本発明によれば、油圧油の供給と回収をする油圧油流通部を通して、油圧油の供給量と回収量を適切に調節するようにすることによって、シャフトの回転速度が向上して反力が減少するなど自動パレット交換装置の性能が向上するという作用効果がある。
本発明によれば、シャフトの回転運動はもちろん上・下運動が特別な装置を追加しなくても一つの装置で行われるという作用効果がある。
本発明によれば、それぞれの部材が精密加工を通して製作されることによって部材と部材間の接触面を通して、 油圧油が漏洩しないことはもちろん、付随的にシーリング部材が追加されなくても作動が可能で、同時に油圧油によって、自然潤滑されることによって別途の潤滑が必要でないという作用効果がある。

図１は従来のカム-シャフト方式の自動パレット交換装置断面図である。 図２は従来のラック-ピニオン方式の自動パレット交換装置断面図である。 図３は従来のボール-スクリュー方式の自動パレット交換装置断面図である。 図４は本発明による自動パレット交換装置分解斜視図である。 図５はシャフトの斜視図である。 図６は本発明による自動パレット交換装置の断面図である。 図７はシャフトの回転運動を示す例示図である。 図８はシャフトの上・下運動を示す例示図である。

符号の説明

１０:ハウジング
１１:固定アーム
１２: 油圧油ポット
２０:シャフト
２１:ベイン
２２: 油圧油流通部
２２ａ:第１流通部
２２ｂ:第２流通部
２３:上側油圧板
２４:下側油圧板
３０:ストッパー
３１:固定部
４０:パレット
１５０:カム
１６０:ラック
１６１:ピニオン
１７０:ボール
１７１: ボールロッド

Claims (3)

1. 回転可能なように中心軸が中空に形成された円筒形のシャフト;
   前記シャフトの上部と下部に配置されて、前記シャフトと一体に形成される上側油圧板と下側油圧板;
   前記シャフトの外周面を一部囲むように前記上側油圧板と下側油圧板の間に挿入されて前記シャフトに一体に備わるベイン;
   前記シャフトの外周面に配置されて、前記シャフトの回転運動を制限するストッパー;
   内部に前記シャフトとストッパーを収容して内部面に油圧供給口が形成されるハウジング;
   前記ハウジングに結締されて、前記ストッパーを固定する固定アーム;および
   前記シャフトと連動されて上・下および左・右に動くパレット;からなり、
   前記ベインの一側面と、前記ベインの一側面と円周方向で一定角度に離隔した位置の他側面には油圧油流通部がそれぞれ形成され、
   前記油圧油流通部は前記ベインの一側面または他側面から前記ベインの円周方向に向かうに従って深さが小さくなり、前記ベインの一側面または他側面の部分が開放され、反対側の部分が閉鎖された形態の四角溝形状になって油圧油の供給と回収をする第１流通部と、前記ベインの一側面または他側面から前記ベインの円周方向に向かうに従って深さが小さくなって幅が狭くなり、前記ベインの一側面または他側面の部分が開放され、反対側の部分が閉鎖された形態の三角溝形状になって油圧油の供給、回収、衝撃緩和をする第２流通部からなることを特徴とする自動パレット交換装置。
2. 前記ストッパーは前記上側油圧板と下側油圧板の間に配置されて、固定アームによって、左・右回動が制限されることを特徴とする請求項１に記載の自動パレット交換装置。
3. 前記ストッパーの外部面には前記固定アームによって、固定されるように上下方向に長くなった楕円形状の固定部が陥入形成されていることを特徴とする請求項２に記載の自動パレット交換装置。

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