JP6835675B2 - カム装置 - Google Patents

Description

本発明は、工具を所望方向に直線移動させるカム装置に関する。

従来、工具を所望方向に直線移動させるカム装置が知られている。特許文献１には、カム装置として、プレス金型におけるパンチ保持装置が開示されている。

特許文献１に記載のパンチ保持装置は、駆動軸を水平方向に伸縮させるリニアシリンダ（アクチュエータ）と、カム面（傾斜面）を有し、直動シリンダの駆動軸に連結されたカムドライバ（セレクトバー）と、カムドライバのカム面と摺動するカム面（傾斜面）を有するカムスライダ（セレクトリング）と、カムスライダに保持されたパンチと、リターンスプリングと、を備えている。

このパンチ保持装置において、リニアシリンダの駆動軸の駆動により、カムドライバがリニアシリンダの駆動軸の伸張方向に水平移動すると、カムドライバのカム面とカムスライダのカム面との摺接により、カムスライダが下方へ移動する。これにより、カムスライダに保持されたパンチが下方に移動して、プレス金型に配置されたワークにパンチ加工を施す。この際、パンチの下方への移動に伴い、リターンスプリングが縮小方向に付勢される。また、カムドライバがリニアシリンダの駆動軸の縮小方向に水平移動すると、リターンスプリングの復元力により、カムスライダが上方に押し戻される。これにより、カムスライダに保持されたパンチが上方に移動して、パンチがプレス金型に配置されたワークから離れる。

特開２００４−３３０２１７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のパンチ保持装置は、カムドライバの水平方向の移動をカムスライダの垂直方向の移動に変換して、カムスライダに保持されたパンチを垂直方向に移動させる構造であるため、リニアシリンダの駆動軸が水平方向に伸縮し、かつカムドライバが水平方向に移動するように、リニアシリンダおよびカムドライバをプレス金型に対して平行配置しなければならない。このため、パンチ保持装置のプレス金型への投影面積が大きくなり、これが金型の設計自由度を狭めている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、金型への投影面積を小さくして、金型の設計自由度を確保することが可能なカム装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明のカム装置では、カムドライバの回転運動をカムスライダの直線運動に変換して工具を直線移動させる。

例えば、本発明は、
工具を直線移動させるカム装置であって、
一方の端面に形成された第一のカム面を有し、直線移動が拘束された状態で回転可能なカムドライバと、
一方の端面に形成され、前記カムドライバの第一のカム面と摺接する第二のカム面を有し、回転が拘束された状態で、直線移動可能なカムスライダと、
前記カムスライダの前記第二のカム面を前記カムドライバの前記第一のカム面に押圧する方向に付勢するスプリングと、を備え、
前記第一のカム面は、
軸心に対して対称に配置された一対の第一カムプロファイルを有し、
前記第一カムプロファイルは、
円周方向に傾斜した第一の傾斜カム面と、
前記第一の傾斜カム面の上端側に隣接する第一の上端側平坦面と、
前記第一の傾斜カム面の下端側に隣接する第一の下端側平坦面と、を有し、
前記第二のカム面は、
軸心に対して対称に配置された一対の第二カムプロファイルを有し、
前記第二カムプロファイルは、
前記第一の傾斜カム面と同方向の円周方向に傾斜した第二の傾斜カム面と、
前記第二の傾斜カム面の上端側に隣接する第二の上端側平坦面と、
前記第二の傾斜カム面の下端側に隣接する第二の下端側平坦面と、を有し、
前記第一の上端側平坦面と前記第二の上端側平坦面とが接触した状態において、前記カムドライバが前記カムスライダに対して正転方向に回転することにより、前記第一の傾斜カム面と前記第二の傾斜カム面とが摺接して、当該回転に従って前記カムスライダが下死点方向へ直線移動する状態と、前記第一の下端側平坦面と前記第二の上端側平坦面とが摺接して、前記カムスライダが前記下死点で一定に維持される状態と、を実現し、
前記第一の下端側平坦面と前記第二の上端側平坦面とが摺接した状態において、前記カムドライバが前記カムスライダに対して反転方向に回転することにより、前記第一の傾斜カム面と前記第二の傾斜カム面とが摺接して、当該回転に従って前記カムスライダが上死点方向へ直線移動する状態と、前記第一の上端側平坦面と前記第二の上端側平坦面とが接触して、前記カムスライダが前記上死点に維持される状態と、を実現する。

本発明では、カムドライバの回転運動をカムスライダの直線運動に変換して工具を直線移動させるので、カムドライバをロータリシリンダで回転駆動する場合、ロータリシリンダ、カムドライバ、およびカムスライダを、金型に対して垂直に配置することができる。このため、金型への投影面積を小さくして、金型の設計自由度を確保することができる。

図１（Ａ）は、本発明の一実施の形態に係るカム装置１の平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すカム装置１のＡ−Ａ断面図である。 図２（Ａ）、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）は、カムドライバ４の平面図、底面図および正面図であり、図２（Ｄ）は、図２（Ａ）に示すカムドライバ４のＢ−Ｂ断面図であり、図２（Ｅ）は、カムドライバ４の第一カム面４０を直線状に展開した図である。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、カムスライダ５の平面図、底面図および正面図であり、図３（Ｄ）は、図３（Ａ）に示すカムスライダ５のＣ−Ｃ断面図であり、図３（Ｅ）は、カムスライダ５の第二カム面５０を直線状に展開した図である。 図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、ホルダ６の平面図および底面図であり、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）に示すホルダ６のＤ−Ｄ断面図である。 図５（Ａ）は、ブラケット８の平面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示すブラケット８のＥ−Ｅ断面図であり、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）に示すブラケット８のＦ−Ｆ断面図である。 図６（Ａ）は、カバー９の平面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示すカバー９のＧ−Ｇ断面図である。 図７（Ａ）は、上死点におけるカム装置１の状態を示す図であり、図７（Ｂ）は、下死点におけるカム装置１の状態を示す図である。

以下に、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１（Ａ）は、本実施の形態に係るカム装置１の平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すカム装置１のＡ−Ａ断面図である。

本実施の形態に係るカム装置１は、図示していないプレス金型に対してパンチ２を垂直方向に移動することにより、このプレス金型に配置された図示していないワークにパンチ加工を施すための装置である。図示するように、カム装置１は、二面取りされた駆動軸３０を有するロータリシリンダ３と、カムドライバ４と、カムスライダ５と、ホルダ６と、リターンスプリング７と、ブラケット８と、カバー９と、を備えている。

カムドライバ４は、ロータリシリンダ３の駆動軸３０に連結され、ブラケット８およびカバー９により直線移動が拘束された状態で、ロータリシリンダ３により回転駆動される。

図２（Ａ）、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）は、カムドライバ４の平面図、底面図および正面図であり、図２（Ｄ）は、図２（Ａ）に示すカムドライバ４のＢ−Ｂ断面図であり、図２（Ｅ）は、カムドライバ４の第一カム面４０を直線状に展開した図である。

図示するように、カムドライバ４は、一方の端面４１が開口し、他方の端面４２が閉口した円筒状のカムドライバ本体４３と、カムドライバ本体４３の一方の端面４１に形成された第一カム面４０と、カムドライバ本体４３の他方の端面４２の中央に形成され、ロータリシリンダ３の駆動軸３０が挿入される二面取りされた挿入孔４４と、カムドライバ本体４３の他方の端面４２側において外周面４５から径方向外方に張り出したフランジ４６と、を備えている。

第一カム面４０は、軸心Ｏを中心とするピッチ円Ｃ上で、円周方向に凹凸を周期的に繰り返す。具体的には、第一カム面４０は、軸心Ｏに対して対称となるように配置された２つのカムプロファイル４０６を有する。カムプロファイル４０６は、ピッチ円Ｃの円周方向に傾斜した傾斜カム面４０１と、傾斜カム面４０１の上端部４０２側に隣接する第一平坦面４０４と、傾斜カム面４０１の下端部４０３側に隣接する第二平坦面４０５と、を有する。

カムスライダ５は、ブラケット８により回転が拘束された状態で直線移動可能に配置され、カムドライバ４と連携してロータリシリンダ３の駆動軸３０の回転運動を直線運動に変換する。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、カムスライダ５の平面図、底面図および正面図であり、図３（Ｄ）は、図３（Ａ）に示すカムスライダ５のＣ−Ｃ断面図であり、図３（Ｅ）は、カムスライダ５の第二カム面５０を直線状に展開した図である。

図示するように、カムスライダ５は、一方の端面５１が開口し、他方の端面５２が閉口した、カムドライバ４のカムドライバ本体４３と同径の円筒状のカムスライダ本体５３と、カムスライダ本体５３の一方の端面５１に形成された第二カム面５０と、軸心Ｏに沿ってカムスライダ本体５３の外周面５４に形成された回り止め５５と、を備えている。

第二カム面５０は、軸心Ｏと垂直な線（径方向の線）Ｌに対してカムドライバ４の第一カム面４０と相補的形状であり、第一カム面４０と摺接する。第二カム面５０は、軸心Ｏを中心とするピッチ円Ｃ上で、円周方向に凹凸を周期的に繰り返す。具体的には、第二カム面５０は、軸心Ｏに対して対称となるように配置された２つのカムプロファイル５０６を有する。カムプロファイル５０６は、第一カム面４０の傾斜カム面４０１と同じ傾斜角度で同方向にピッチ円Ｃの円周方向に対して傾斜した傾斜カム面５０１と、傾斜カム面５０１の上端部５０２側に隣接する第一平坦面５０４と、傾斜カム面５０１の下端部５０３側に隣接する第二平坦面５０５と、を有する。

ホルダ６は、パンチ２を保持しており、カムスライダ５の他方の端面５２側に配置され、カムスライダ５とともに垂直方向に移動する。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、ホルダ６の平面図および底面図であり、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）に示すホルダ６のＤ−Ｄ断面図である。

図示するように、ホルダ６は、カムドライバ４のカムドライバ本体４３およびカムスライダ５のカムスライダ本体５３と同径の円板状部材であり、カムスライダ本体５３の他方の端面５２と当接する上面６１と、リターンスプリング７のばね座として機能する下面６２と、上面６１および下面６２を貫くパンチ２保持用の装着孔６０と、を備えている。装着孔６０は、パンチ２がホルダ６から脱落するのを防止するため、上面６１側の直径が下面６２側の直径よりも大きい、パンチ２のシャフト（本体部分）２０およびフランジ２１の段差に合わせた段付き孔となっている。

ブラケット８は、カムドライバ４、カムスライダ５、ホルダ６、およびリターンスプリング７を保持する。

図５（Ａ）は、ブラケット８の平面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示すブラケット８のＥ−Ｅ断面図であり、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）に示すブラケット８のＦ−Ｆ断面図である。

図示するように、ブラケット８は、底面８１を有し、カムドライバ４のカムドライバ本体４３、カムスライダ５のカムスライダ本体５３、およびホルダ６と同径の円筒室８０を備えている。

円筒室８０は、カムドライバ４、カムスライダ５、ホルダ６、およびリターンスプリング７を円筒室８０内に収容するための開口部８２と、開口部８２に形成され、カムドライバ４のフランジ４６と当接して、円筒室８０内に収容されたカムドライバ４の回転を許容しつつ下方への移動を拘束する段差面８３と、軸心Ｏに沿って形成され、カムスライダ５の回り止め５５と係合して、円筒室８０内に収容されたカムスライダ５の上下方向の移動を許容しつつ回転を拘束する係合部８４と、底面８１の中央に形成され、ホルダ６に保持されたパンチ２を挿入するための挿入孔８５と、リターンスプリング７を収容するための収容穴８６と、を有する。ここで、図１（Ｂ）に示すように、ホルダ６に保持されたパンチ２は、刃部２３を外部に突き出すようにして、挿入孔８５に挿入される。また、リターンスプリング７は、一方の端部を底面８１から円筒室８０内に突き出すようにして、収容穴８６に収容される。

カバー９は、ブラケット８の円筒室８０の開口部８２に取り付けられ、円筒室８０内に収容されたカムドライバ４の上方への移動を拘束する。

図６（Ａ）は、カバー９の平面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示すカバー９のＧ−Ｇ断面図である。

図示するように、カバー９は、ブラケット８の円筒室８０より大径の円筒状部材であり、図示していないボルト等によって円筒室８０の開口部８２に取り付けられる。カバー９の中央には、上面９１および下面９２を貫き、ロータリシリンダ３の駆動軸３０が回転可能に挿入される挿入孔９０が形成されている。ここで、図１（Ｂ）に示すように、ロータリシリンダ３は、駆動軸３０を挿入孔９０に挿入した状態で、上面９１に設置される。

上記構成のカム装置１は、例えば次のようにして組み立てられる。

まず、ブラケット８の円筒室８０内の収容穴８６にリターンスプリング７を挿入する。つぎに、ホルダ６を円筒室８０内に収容して、ホルダ６の下面６２にリターンスプリング７を当接させつつ、ホルダ６に保持されたパンチ２を円筒室８０の挿入孔８５に挿入する。つぎに、カムスライダ５の他方の端面５２がホルダ６の上面６１と対向するようにして、カムスライダ５の回り止め５５を円筒室８０の係合部８４に係合させつつ、カムスライダ５を円筒室８０内に収容する。それから、カムドライバ４の第一カム面４０がカムスライダ５の第二カム面５０と対向するようにして、カムドライバ４を円筒室８０内に収容し、カムドライバ４のフランジ４６を円筒室８０の段差面８３に当接させる。そして、カバー９を円筒室８０の開口部８２に取り付ける。最後に、カバー９の挿入孔９０を介してカムドライバ４の二面取りされた挿入孔４４に、ロータリシリンダ３の駆動軸３０を挿入して、カバー９の上面９１にロータリシリンダ３を設置する。以上により、カム装置１が組み立てられる。

つぎに、本実施の形態に係るカム装置１の動作原理を説明する。

図７（Ａ）は、上死点（パンチ２が最上端まで移動した位置）におけるカム装置１の状態を示す図であり、図７（Ｂ）は、下死点（パンチ２が最下端にまで移動した位置）におけるカム装置１の状態を示す図である。図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、ともに、図１（Ａ）に示すカム装置１のＡ−Ａ断面図（図１（Ｂ））に相当する。

図７（Ａ）において、ロータリシリンダ３に駆動軸３０が正転方向である＋Ｒ方向に回転駆動すると、カムドライバ４が、上下方向の移動が拘束された状態で＋Ｒ方向に回転する。この際、カムスライダ５の回転が拘束されているため、カムドライバ４の第一カム面４０の傾斜カム面４０１とカムスライダ５の第二カム面５０の傾斜カム面５０１との摺動により、カムスライダ５が下方Ｄへ押し出される。その結果、ホルダ６に保持されているパンチ２が下方Ｄに移動する。また、リターンスプリング７が縮小方向に付勢される。そして、カムドライバ４の第一カム面４０の第二平坦面４０５とカムスライダ５の第二カム面５０の第一平坦面５０４とが当接する位置まで、カムドライバ４が＋Ｒ方向へ回転すると、図７（Ｂ）に示すように、下死点に到達する。下死点に到達して、第一カム面４０の第二平坦面４０５とカムスライダ５の第二カム面５０の第一平坦面５０４とが互いに摺接した状態では、カムドライバ４の回転にかかわらず、カムスライダ５の直線移動が拘束される。

つぎに、図７（Ｂ）において、ロータリシリンダ３に駆動軸３０が反転方向である−Ｒ方向に回転駆動すると、カムドライバ４が上下方向の移動が拘束された状態で−Ｒ方向に回転する。この際、カムドライバ４は、カムスライダ５に対して、カムドライバ４の第一カム面４０の傾斜カム面４０１とカムスライダ５の第二カム面５０の傾斜カム面５０１との間に隙間が形成される方向に回転するが、リターンスプリング７によりホルダ６が上方Ｕに付勢されているため、カムスライダ５は、カムドライバ４の第一カム面４０の傾斜カム面４０１とカムスライダ５の第二カム面５０の傾斜カム面５０１とを摺動させながら、ホルダ６とともに上方Ｕに押し戻される。その結果、ホルダ６に保持されているパンチ２が上方Ｕに移動する。そして、カムドライバ４の第一カム面４０の第一平坦面４０４とカムスライダ５の第二カム面５０の第一平坦面５０４とが当接する位置まで、カムドライバ４が−Ｒ方向へ回転すると、図７（Ａ）に示すように、上死点に到達する。

以上、本発明の一実施の形態について説明した。

本実施の形態では、カムドライバ４の回転運動をカムスライダ５の直線運動に変換して、カムスライダ５と連動するホルダ６に保持されたパンチ２を直線移動させるので、ロータリシリンダ３、カムドライバ４、およびカムスライダ５を、プレス金型に対して垂直に配置することができる。このため、プレス金型への投影面積を小さくして、プレス金型の設計自由度を確保することができる。

また、本実施の形態では、ブラケット８の円筒室８０の底面８１に収容穴８６を設けて、収容穴８６にリターンスプリング７を挿入し、このリターンスプリング７によりホルダ６を押し上げる方向に付勢している。このため、ロータリシリンダ３の駆動軸３０を正転方向（＋Ｒ方向）に回転駆動することにより下方Ｄへ移動したパンチ２を、ロータリシリンダ３の駆動軸３０を反転方向（−Ｒ方向）に回転駆動することにより上方Ｕへ移動させることができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

例えば、上記の実施の形態では、カムドライバ４のカムドライバ本体４０およびカムスライダ５のカムスライダ本体５０をそれぞれ円筒状としているが、これらは円柱状であってもよい。

また、上記の実施の形態では、ロータリシリンダ３を用いて駆動軸３０を回転駆動する場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、ロータリアクチュエータにより駆動軸３０を回転駆動するものであればよい。

また、上記の実施の形態では、プレス金型に対してパンチ２を垂直方向に移動することにより、このプレス金型に配置されたワークにパンチ加工を施すカム装置１を例にとり説明したが、本発明は、工具を所望方向に直線移動させる様々なカム装置に適用可能である。

１：カム装置、 ２：パンチ、 ３：ロータリシリンダ、 ４：カムドライバ、 ５：カムスライダ、 ６：ホルダ、 ７：リターンスプリング、 ８：ブラケット、 ２０：パンチ２のシャフト、 ２１：パンチ２のフランジ、 ２３：パンチ２の刃部、 ３０：ロータリシリンダ３の駆動軸、 ４０：第一カム面、 ４１、４２：カムドライバ本体４３の端面、 ４３：カムドライバ４のカムドライバ本体、 ４４：カムドライバ４の挿入孔、 ４５：カムドライバ本体４３の外周面、 ４６：カムドライバ４のフランジ、 ５０：第二カム面、 ５１、５２：カムスライダ本体５３の端面、 ５３：カムスライダ５のカムスライダ本体、 ５４：カムスライダ本体５３の外周面、 ５５：カムスライダ５の回り止め、 ６０：ホルダ６の装着孔、 ６１：ホルダ６の上面、 ６２：ホルダ６の下面、 ８０：ブラケット８の円筒室、 ８１：円筒室８０の底面、 ８２：円筒室８０の開口部、 ８３：開口部８２の段差面、 ８４：ブラケット８の係合部、 ８５：ブラケット８の挿入孔、 ８６：ブラケット８の収容穴、 ９０：カバー９の挿入孔、 ９１：カバー９の上面、 ９２：カバー９の下面９２、 ４０１：第一カム面４０の傾斜カム面、 ４０２：傾斜カム面４０１の上端部、 ４０３：傾斜カム面４０１の下端部、 ４０４：第一カム面４０の第一平坦面、 ４０５：第一カム面４０の第二平坦面、 ４０６：第一カム面４０のカムプロファイル、 ５０１：第二カム面５０の傾斜カム面、 ５０２：傾斜カム面５０１の上端部、 ５０３：傾斜カム面５０１の下端部、 ５０４：第二カム面５０の第一平坦面、 ５０５：第二カム面５０の第二平坦面、 ５０６：第二カム面５０のカムプロファイル

Claims (4)

1. 工具を直線移動させるカム装置であって、
   一方の端面に形成された第一のカム面を有し、直線移動が拘束された状態で回転可能なカムドライバと、
   一方の端面に形成され、前記カムドライバの第一のカム面と摺接する第二のカム面を有し、回転が拘束された状態で、直線移動可能なカムスライダと、
   前記カムスライダの前記第二のカム面を前記カムドライバの前記第一のカム面に押圧する方向に付勢するスプリングと、を備え、
   前記第一のカム面は、
   軸心に対して対称に配置された一対の第一カムプロファイルを有し、
   前記第一カムプロファイルは、
   円周方向に傾斜した第一の傾斜カム面と、
   前記第一の傾斜カム面の上端側に隣接する第一の上端側平坦面と、
   前記第一の傾斜カム面の下端側に隣接する第一の下端側平坦面と、を有し、
   前記第二のカム面は、
   軸心に対して対称に配置された一対の第二カムプロファイルを有し、
   前記第二カムプロファイルは、
   前記第一の傾斜カム面と同方向の円周方向に傾斜した第二の傾斜カム面と、
   前記第二の傾斜カム面の上端側に隣接する第二の上端側平坦面と、
   前記第二の傾斜カム面の下端側に隣接する第二の下端側平坦面と、を有し、
   前記第一の上端側平坦面と前記第二の上端側平坦面とが接触した状態において、前記カムドライバが前記カムスライダに対して正転方向に回転することにより、前記第一の傾斜カム面と前記第二の傾斜カム面とが摺接して、当該回転に従って前記カムスライダが下死点方向へ直線移動する状態と、前記第一の下端側平坦面と前記第二の上端側平坦面とが摺接して、前記カムスライダが前記下死点で一定に維持される状態と、を実現し、
   前記第一の下端側平坦面と前記第二の上端側平坦面とが摺接した状態において、前記カムドライバが前記カムスライダに対して反転方向に回転することにより、前記第一の傾斜カム面と前記第二の傾斜カム面とが摺接して、当該回転に従って前記カムスライダが上死点方向へ直線移動する状態と、前記第一の上端側平坦面と前記第二の上端側平坦面とが接触して、前記カムスライダが前記上死点に維持される状態と、を実現する
   ことを特徴とするカム装置。
2. 請求項１に記載のカム装置であって、
   前記カムスライダの他方の端面側に配置され、前記工具を保持するためのホルダをさらに備える
   ことを特徴とするカム装置。
3. 請求項１または２に記載のカム装置であって、
   前記カムドライバおよび前記カムスライダを保持するブラケットをさらに備え、
   前記ブラケットは、
   前記カムドライバを、直線移動を拘束した状態で回転可能に保持するとともに、前記カムスライダを、回転を拘束した状態で直線移動可能に保持する
   ことを特徴とするカム装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載のカム装置であって、
   前記カムドライバを回転駆動するロータリアクチュエータをさらに備える
   ことを特徴とするカム装置。

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