JPH0757459B2 - 交換搬送装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、マシニングセンタ等の工作機械において、
ワーク搬送用のパレット、または工具等を交換搬送する
ために用いる交換搬送装置に関する。

従来技術 マシニングセンタ等の工作機械においては、未加工のワ
ークを、段取位置から、機械の加工位置に搬送し、ま
た、加工済みのワークを加工位置から段取位置に退避さ
せるためにパレットが用いられ、前記両位置間におい
て、ワークを積載したパレットを搬送する装置は、パレ
ットチェンジャとして広く知られている所である。

かかるパレットチェンジャの一例として、それぞれ、未
加工のワークと加工済みのワークとを積載するための２
枚のパレットを、同時に、互いに逆方向に搬送すること
ができるように、２組のパレット支承機構を有するとと
もに、この２組のパレット支承機構を、同時に、交換的
に、各所定位置に駆動するための水平駆動機構を備えた
ものが知られている。

而して、パレット支承機構としては、同一水平面内を互
いに逆方向に回動する一対のアームを用い、当該アーム
が、互いに大きく離間する開位置と、両者が互いに接近
する閉位置とをとることによって、支承されるパレット
の着脱を行なわしめることができるものであり、かかる
形式のパレット支承機構は、重量物であるパレットを下
方から支承し、また、それを、所定位置のパレットテー
ブル上に置くために、アームの開閉駆動機構のみなら
ず、アームの上下動駆動機構をも併せ有することが必要
である。

発明が解決しようとする問題点 かかる従来技術によるときは、パレットチェンジャは、
パレット支承機構の水平駆動機構と、アームの開閉駆動
機構と、アームの上下動駆動機構との３種の駆動機構を
備えることとなるので、全体装置が複雑であるばかりで
なく、これらの駆動機構は、それぞれ独立の駆動源によ
って駆動されており、パレット交換サイクル中において
時系列的に作動する必要があり、したがって、それぞれ
の動作についての安全確認動作が必須であるから、装置
のサイクルタイムが過大になるおそれがあるという問題
点が避けられないものであった。而して、かかる事情
は、ワーク搬送用のパレットチェンジャの他、工具を交
換搬送するために用いられるツールチェンジャにおいて
も、そのまま適合するものである。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題点に
鑑み、アームの開閉駆動機構と上下動駆動機構との駆動
源を共通化することによって、駆動源の数を減らすこと
ができるから全体装置を著るしく簡素化できるばかりで
なく、両機構の動作間における安全確認動作が不要とな
るからサイクルタイムの短縮にも寄与することができ
る、新規の交換搬送装置を提供することにある。

問題点を解決するための手段 かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、水平方
向に回動可能な回転フレームと、その回転フレーム上の
仮想長方形の各頂点に配設した垂直軸を中心に回動自在
な４本のパレット支承用アームを設け、各アームは、そ
れぞれ、前記垂直軸に嵌合し、且つ、垂直軸の軸方向に
も移動可能な円筒カムに突設する一方、各円筒カムは、
回転フレーム内で上下動する１枚のリフティングプレー
トに突設したカムフォロワに係合せしめるとともに、リ
フティングプレートの上限付近において、リフティング
プレートと直接係合する突出部を形成した上、上下動規
制機構を備え、しかも、前記仮想長方形の一辺上の２本
のアームに対応する各円筒カムの溝カムを互いに逆傾斜
に形成して、これら２本のアームが一対となって開閉動
作をなすようにしたことをその要旨とする。

作 用 而して、この構成によるときは、リフティングプレート
を上昇せしめるときは、リフティングプレートに突設し
たカムフォロワを介して、４本のアームにそれぞれ対応
している各円筒カムを回転駆動することができ、このと
き、回転フレーム上の仮想長方形の一辺上の２本のアー
ムに対応する各円筒カムは、互いに逆傾斜に形成した溝
カムを有するので、前記２本のアームは、一対となって
閉動作をなし、搬送すべきパレットまたは工具（以下、
本項においては、単に、パレットという）の両側下方に
回動せられる一方、リフティングプレートを、さらに、
その上限付近以上に上昇せしめるときは、リフティング
プレートが円筒カムに設けられた突出部に直接係合する
から、円筒カムと、それに固着されているアームとは、
リフティングプレートと一体となって上方へ押し上げら
れる結果、パレットは、閉位置にある状態の２本のアー
ムによって下方から支承された状態に至る。したがっ
て、その後、回転フレームを水平方向に駆動して、これ
を回動すれば、所定位置へのパレットの搬送をすること
ができるものである。なお、４本のアームが、それぞ
れ、突設されている各円筒カムは、１枚のリフティング
プレートに突設したカムフォロワに係合しているから、
リフティングプレートの上昇による、全アームの閉動作
と上昇動作とは、連続的な一挙動で行なうことができ
る。

次に、アームを開位置に復帰するためにリフティングプ
レートを下降するときは、まず、リフティングプレート
によって押し上げられている円筒カムが下降するから、
アームに支承せられているパレットも、同時に下降す
る。したがって、これによって、所定位置のパレットテ
ーブル上にパレットを載置することができ、その後、リ
フティングプレートをさらに下降せしめれば、各円筒カ
ムが、カムフォロワによって前回と逆の方向に回転せし
められるから、各アームは開方向に駆動せられることに
なり、パレットを解放することができるものである。

なお、以上の各動作において、リフティングプレートは
１枚のみであって、４本のアームの各１本を突設してい
る４個の円筒カムは、リフティングプレートに突設した
４個のカムフォロワと１対１に対応しているものである
から、４本のアームは、各２本１組の２組のものが同時
に開閉運動をすることができ、したがって、その各１組
について１個のパレットを支承せしめることによって、
２個のパレットの同時交換搬送ができるものである。

実施例 以下、図面を以って実施例を説明する。

交換搬送装置は、水平方向に回動可能な回転フレーム10
と、回転フレーム10上の仮想長方形ABCDの各頂点Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄを中心に回動自在な４本のパレット支承用の
アーム30、30…とを備えてなる（第１図）。ただし、以
下に例示するものは、ワークをパレット上に載置して交
換搬送するためのパレットチェンジャである。

回転フレーム10は、上板11と下板12とを有する枠体であ
って、ベース41上に組み立てられた水平駆動機構40によ
って支持されている（第２図）。

水平駆動機構40は、外筒42と、内筒43とからなってい
て、後者は、テーパベアリング44、44を介して、前者内
に、回動自在に装着されている。また、外筒42には、シ
リンダ45aとピストン45bとからなる油圧シリンダ45、45
が取り付けられていて、それぞれのポート45c、45cから
圧油を供給することによって左右に駆動できるラック46
が設けてある。ラック46は、内筒43に嵌着したピニオン
47と噛合して、ラックピニオン機構を形成している。

内筒43には、キャップ43aで封じられるオイルチャンバ4
3bが形成され、ここにはピストンロッド48が挿着され
て、両者は、１本の油圧シリンダを形成している。ま
た、外筒42と内筒43との間には、ロータリジョイント49
が介装されており、これを介して、外筒42に設けたポー
ト42a、42aは、それぞれ、オイルチャンバ43bの上下両
端部に連通されている。そこで、ポート42a、42aの一方
から圧油を供給するときは、ピストンロッド48は、内筒
43の中心軸上を上下動することができるものとする（た
だし、第２図においては、ピストンロッド48は、その上
限位置に図示してある）。

回転フレーム10の下板12は、水平駆動機構40の内筒43の
上端面に固着されており、また、前記ピストンロッド48
は、キャップ43aを介して、下板12を貫通し、回転フレ
ーム10内に突出している。

回転フレーム10は、上板11と下板12とを、２本のガイド
ポスト13、13を介して連結することによって組み立てら
れており、このガイドポスト13、13に対しては、メタル
13a、13aを介して、リフティングプレート14が上下動自
在に装着されている。また、リフティングプレート14
は、前記ピストンロッド48の先端に固着されている。

回転フレーム10上の仮想長方形ABCDの各頂点Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄに対応する位置には、それぞれ、垂直軸15、15…
が配設されている。各垂直軸15は、その両端部が、ベア
リング15a、15bを介して、上板11と下板12とに回動自在
に軸支されている一方、各垂直軸15には、ボールスプラ
イン15cを介して、円筒カム16が嵌合してある。

円筒カム16の表面には、その回動範囲90゜に亘る旋回用
の溝カム16aが形成してあって（第３図）、この溝カム1
6aには、リフティングプレート14に突設したカムフォロ
ワ14aが係合している（第４図）。ただし、溝カム16a
は、両端にレスト部を付設した斜行溝カムであって、仮
想長方形ABCDの一辺AB、CD上の頂点Ａ、Ｂと頂点Ｃ、Ｄ
にある各２本の垂直軸15、15に嵌合している円筒カム1
6、16について、それぞれ、互いに、その傾斜方向が逆
に形成してあるものとし、したがって、リフティングプ
レート14が上下動するときには、頂点Ａ、Ｂと頂点Ｃ、
Ｄの各位置に対応する各２本の円筒カム16、16は、互い
に逆方向に回動するものとする。

溝カム16aの上方には、Ｌ字形の拘束用の溝カム16bが形
成してあり（第３図）、この溝カム16bには、上板11と
下板12との間に立設した固定ブラケット17に固着された
カムフォロワ17aが係合している（第４図）。溝カム16b
は、その長さは、円筒カム16の回動範囲90゜をカバーす
るものとし（第３図）、リフティングプレート14の上下
動ストローク△のうち、上方のリフトストロークδに対
応する側の一端に、短い曲り部を設けてある。なお、溝
カム16aが第３図の図示に対して逆傾斜となっている円
筒カム16においては、溝カム16bも、第３図の左右勝手
違いに形成されているものとする。

円筒カム16の溝カム16a、16bの上方、殊に、溝カム16a
の上端部の上方には、突出部16cが形成してある（第３
図、第４図）。突出部16cは、リフティングプレート14
の上方に突出していて（第５図）、リフティングプレー
ト14がその上下動ストローク△の上限付近、すなわち、
アーム30、30…を開閉するための開閉ストローク△ｎの
終端に至ると、リフティングプレート14の上面が突出部
16cの下面に当接して両者が係合し（同図（Ａ））、そ
の後、円筒カム16が、δ＝△−△ｎだけ、さらに上方に
押し上げられるようになっている（同図（Ｂ））。

円筒カム16の外周には、平面部16dが形成され、そこに
は、止めねじ31、31…によって、断面Ｌ字形のアーム30
の基端部が固着されている（第２図、第４図）。アーム
30は、仮想長方形ABCDの各一辺AB、CD上の頂点Ａ、Ｂと
頂点Ｃ、Ｄとに対応する各２本のものが、互いに対向す
る方向に水平片30a、30aを有し、水平片30aの上面に
は、位置決めピン30bが突設してある。

かかる構成のパレットチェンジャの作動は次のとおりで
ある。

まず、水平駆動機構40の外筒42に設けたポート42a、42a
のうち、オイルチャンバ43bの上端部に連通している側
に圧油を供給すると、ピストンロッド48が下方に駆動さ
れるから、回転フレーム10内のリフティングプレート14
は、その下限位置をとる。このとき、リフティングプレ
ート14に突設されたカムフォロワ14a、14a…は、それぞ
れ、仮想長方形ABCDの頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各位置にあ
る円筒カム16、16…の溝カム16a、16a…の下端のレスト
部に係合しており、円筒カム16、16…は、その待機位置
にある（第３図、第５図（Ａ）における実線）。そこ
で、このとき、各円筒カム16、16…に固着されているア
ーム30、30…が開位置（第１図における実線の位置）を
とるように、各円筒カム16に対するアーム30の取付け角
度を定めておくものとする。

２本のアーム30、30によって、パレットＰを支承するに
は、外筒42に設けたポート42a、42aのうち、オイルチャ
ンバ43bの下端側に連通する側のものに圧油を供給し、
ピストンロッド48を介して、リフティングプレート14を
上昇せしめる。すなわち、リフティングプレート14を下
限位置から上昇せしめると、カムフォロワ14a、14a…
も、リフティングプレート14と一体に上昇するから、各
カムフォロワ14aは、それが係合している円筒カム16の
溝カム16aに係合しつつ上昇する。溝カム16aは、円筒カ
ム16の周方向に傾斜した斜行溝カムであるので、このと
き、円筒カム16は、溝カム16aの傾斜方向で決まる方向
に回転せしめられる。いま、仮想長方形ABCDの頂点Ａ、
Ｂと、頂点Ｃ、Ｄとに対応する各円筒カム16、16は、互
いに逆方向に回転するように、それぞれの溝カム16a、1
6aを逆傾斜に形成してあるから、この回転方向を、第１
図の矢印K2、K2…のように定めれば、各円筒カム16に固
着されているアーム30の回転方向もこれに従い、頂点
Ａ、Ｂと頂点Ｃ、Ｄとに対応する各２本のアーム30、30
が、一対となって閉じるようにすることができる。

一方、溝カム16a、16a…は、リフティングプレート14の
上下動ストローク△のうち、その開閉ストローク△ｎを
円筒カム16の回動範囲90゜に対応せしめてあるから、結
局、アーム30、30は、リフティングプレート14が下限位
置から開閉ストローク△ｎの範囲を上昇することに対応
して、それぞれ、90゜旋回して、その閉位置をとること
ができるものである（第１図の二点鎖線）。ここで、リ
フティングプレート14には４個のカムフォロワ14a、14a
…が突設されており、その各々が、４個の円筒カム16、
16…の溝カム16a、16a…に、それぞれ、係合しているか
ら、４本のアーム30、30…は、リフティングプレート14
の上昇に対して一斉に回転動作をすることができる。

なお、リフティングプレート14の上昇過程において、カ
ムフォロワ14aが溝カム16aの傾斜部分を進行する際に
は、円筒カム16は、カムフォロワ14aによって、回転力
のみならず、上方への押上げ方向の力をも受けるが、円
筒カム16は、この間においては、別の溝カム16bと別の
カムフォロワ17aとの係合によってその上下動を阻止さ
れているので、その運動は、カムフォロワ14aと溝カム1
6aとによって規制される回転運動のみに限定される。ま
た、このときの円筒カム16の回転は、ボールスプライン
15cが円滑な回転運動を許容しないので、専ら、円筒カ
ム16が嵌合している垂直軸15が回転することによる。

閉位置をとった一対のアーム30、30は、その位置におい
て互いに平行となり、適当なパレットテーブル上に載置
されたパレットＰを、両側から抱きかかえるようになる
から、このとき、パレットＰの下面が、各アーム30の位
置決めピン30bより若干高くなるようにしておけば、ア
ーム30の水平片30aがパレットＰの下方に両側から挿入
されるようにすることができる（第１図）。

リフティングプレート14は、その上限付近、すなわち開
閉ストローク△ｎの終端においては、各円筒カム16に形
成された突出部16cに係合するから（第５図（Ａ））、
以下、さらに、リフティングプレート14を上昇せしめる
ときは、円筒カム16は、それが嵌合している垂直軸15の
軸方向に、上方に移動する。これによって、各円筒カム
16に固着されているアーム30もまた上昇するから、アー
ム30の水平片30aは、パレットＰの下面に当接し、パレ
ットＰを下方から支承して、図示しないパレットテーブ
ルから、これを浮上させることができる。同時に、アー
ム30の位置決めピン30bが、パレットＰの下面に設けて
あるピン孔Paに挿入されるので、パレットＰの正確な位
置決めを行なうことができるものである（第６図）。

リフティングプレート14が、その開閉ストローク△ｎを
越えて、リフトストロークδの範囲を上昇するときは、
リフティングプレート14が、直接、円筒カム16、16…を
押し上げるので、カムフォロワ14aと溝カム16aとの相対
関係は、一定に保たれる。すなわち、開閉ストローク△
ｎの終端において、カムフォロワ14aと溝カム16aの上端
との間に余裕寸法があるように、両者の相対関係を定め
ておけば、パレットＰ、および、パレットＰ上の図示し
ないワークの全重量は、アーム30、30…、円筒カム16、
16…、リフティングプレート14、ピストンロッド18を介
してベース41にかかることとなり、カムフォロワ14aに
は、何ら過大な重量が負荷されるおそれがない。

一方、水平駆動機構40の油圧シリンダ45、45の一方の側
のポート45cに圧油を供給すると、その油圧シリンダ45
のピストン45bが、他方の油圧シリンダ45の側に移動す
る。これによってラック46が駆動されるから、ラック46
と噛合するピニオン47を介して内筒43が回動せしめら
れ、したがって、回転フレーム10を水平方向に回動する
ことができる。２本の油圧シリンダ45、45のうち、いず
れの側に圧油を供給するかによって、ラック45の移動方
向を反転することができるから、結局、回転フレーム10
は、左右に往復回転駆動することができることとなり
（第１図の矢印K1）、ラック46の全ストロークが回転フ
レーム10の回転角度180゜に対応するように、ラック46
とピニオン47との駆動定数を選定しておけば、回転フレ
ーム10は、水平駆動機構40によって、頂点Ａ、Ｂと、頂
点Ｃ、Ｄとに対応する各２本のアーム30、30によって支
承中のパレットＰ、Ｐを、回転フレーム10を挟む対称の
２位置、すなわち、その加工位置と段取位置との間に、
交換的に、同時に搬送することができる。

一方、パレットＰを支承している一対のアーム30、30
は、リフティングプレート14を下降せしめることによっ
て、リフティングプレート14のリフトストロークδの範
囲においてはリフティングプレート14と一体的に下降
し、それ以降は、カムフォロワ14a、14a…が、それぞれ
係合している円筒カム16を、前述と逆方向に回転せしめ
ることによって、開位置に復帰することができる。

すなわち、１枚のリフティングプレート14の上昇下降運
動によって、４本のアーム30、30…は、そのうちの各２
本のものが一対となって、回転フレーム10を挟む両位置
において、それぞれ、閉位置をとってパレットＰを支承
し、また、開位置をとってパレットＰを解放することが
できるから、パレットＰ、Ｐ上にワークを固定して載置
した上、水平駆動機構40による回転フレーム10の180゜
の水平回動運動と組み合わせることによって、パレット
チェンジャは、図示しない工作機械に対する加工済ワー
クの取出しと、未加工ワークの搬入との両作業を、同時
に、交換的に実施することができるものである。

なお、以上の説明において、円筒カム16の、回動中にお
ける上下動阻止用の溝カム16bとカムフォロワ17aとは、
他の任意の上下動規制機構、たとえば、円筒カム16の上
下両端面に当接するストッパと、円筒カム16の所要回動
位置（すなわち、その円筒カム16に固着されているアー
ム30の閉位置）において、このストッパの機能を無効に
するための、円筒カム16に設けた切欠きとの組合せに変
更することができるものとする。

さらに、垂直軸15に対する円筒カム16の周方向の回動運
動と、軸方向の上下動運動とを許容するために、垂直軸
15の両端に装着したベアリング15a、15bと、垂直軸15と
円筒カム16との間の介装したボールスプライン15cとを
使用しているが、これに代えて、円筒カム16の内面を単
純な摺動メタル構造とし、両方向の運動が自在であるよ
うにしてもよい。また、ボールスプライン15cに代え
て、普通のスプライン、または、キーとキー溝の組合せ
を使用することもできることはいうまでもない。

また、リフティングプレート14を上下動させるための駆
動源としては、油圧シリンダのみならず、他の流体圧シ
リンダ、あるいは、電気的駆動装置を使用することも可
能である。

なお、この発明は、パレットチェンジャの他、工具を交
換搬送するためのツールチェンジャを含む一般的な交換
搬送装置として、広く適用することができるものであ
る。

発明の効果 以上説明したように、この発明によれば、回転フレーム
と、回転フレーム上の仮想長方形の各項点にある垂直軸
を中心に回動自在な４本のアームとを備え、このアーム
は、それぞれ、垂直軸に嵌合し、且つ、垂直軸の軸方向
に移動可能な円筒カムに固着し、また、各円筒カムは、
回転フレーム内のリフティングプレートに突設したカム
フォロワと係合させるとともに、リフティングプレート
の上限付近においては、リフティングプレートと直接係
合するようにし、さらに、溝カムの傾斜方向を変えるこ
とによって、４本のアームのうちの２本ずつが一対とな
って開閉動作をなすようにすることによって、アームの
開閉運動と上下動運動とは、ともに、リフティングプレ
ートを上下動せしめることによって達成され、したがっ
て、その駆動源としては、リフティングプレートを駆動
するための単一のもので足るから、両運動に対して個別
の駆動源を備える場合に比して、全体装置を著るしく簡
素化することができるのみならず、時系列的に遂行され
る両運動間に安全確認動作を介入せしめる必要がないか
ら、サイクルタイムを大きく短縮することが可能である
という優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は実施例を示し、第１図は全体平面
説明図、第２図は垂直軸とピストンロッドとガイドポス
トとを含む屈折平面についての断面表示を含む全体側面
説明図、第３図は円筒カムの展開説明図、第４図は一部
切欠き要部平面説明図、第５図（Ａ）、（Ｂ）はリフテ
ィングプレートと円筒カムとの係合状態を示す説明図、
第６図はパレットとアームとの関係説明図である。 Ｐ……パレット ABCD……仮想長方形 AB、CD……辺 Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ……頂点 △……ストローク △ｎ……開閉ストローク 10……回転フレーム 14……リフティングプレート 14a……カムフォロワ 15……垂直軸 15a、15b……ベアリング 15c……ボールスプライン 16……円筒カム 16a……溝カム 16c……突出部 30……アーム 30b……位置決めピン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水平方向に回動可能な回転フレームと、該
   回転フレーム上の仮想長方形の各頂点に配設した垂直軸
   を中心に回動自在な４本のパレット支承用のアームとを
   備え、該アームは、それぞれ、前記垂直軸に嵌合し、該
   垂直軸の軸方向に移動可能な円筒カムに突設する一方、
   該円筒カムは、それぞれ、前記回転フレーム内で上下動
   する１枚のリフティングプレートに突設したカムフォロ
   ワに係合するとともに、前記リフティングプレートのス
   トロークの上限付近において、該リフティングプレート
   に係合する突出部を形成した上、上下動規制機構を備
   え、しかも、前記仮想長方形の一辺上にある２本の前記
   アームに対応する前記円筒カムの溝カムを互いに逆傾斜
   に形成して、前記２本のアームが一対となって開閉動作
   をなすようにしてなる交換搬送装置。
2. 【請求項２】前記上下動規制機構は、前記リフティング
   プレートのストロークのうち、前記上限付近より下方の
   範囲において機能することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の交換搬送装置。