JP2000126969A - 迅速工具交換型マシニングセンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具交換能率が高いマシニングセンタを提供
する。 【解決手段】 工具保持装置２４２は退避位置と工具交
換位置とに移動し、工具交換位置において、工具交換位
置に位置する主軸ヘッド４４の工具チャックと同じ向き
で平行に並ぶ。主工具交換装置２４０は工具交換軸２９
０，一対の工具保持アーム２９４を備え、工具交換軸２
９０は、回転主軸とは逆向きに延び、その軸線が工具交
換位置にある工具保持装置２４２と工具チャックとの両
軸線の中央位置において平行に延びている。補助工具交
換装置２４４は一対の工具保持アーム４８０を備え、Ｘ
軸，Ｚ軸方向に移動する。工具保持装置２４２，工具チ
ャックが工具交換位置に位置する状態で工具交換軸２９
０が回転，軸方向移動して新，旧の加工工具を交換し、
補助工具交換装置２４４が旧加工工具を工具ストッカ２
４６に戻し、新加工工具を受け取って工具保持装置２４
２に保持させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は迅速工具交換型マシ
ニングセンタに関するものであり、特に、工具交換能率
の向上に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マシニングセンタにおいては、回転主軸
の工具チャックに保持された加工工具が自動で交換さ
れ、１つのワークピースに複数種類の加工が施される。
そのため、従来のマシニングセンタには、例えば、複数
種類の加工工具が収納された工具ストッカと、先端部に
工具チャックを備えた回転主軸と、それら工具ストッカ
と回転主軸とにそれぞれ保持された加工工具を自動で交
換する自動工具交換システムとを含むものがある。この
自動工具交換システムのうちで最も単純なものは、工具
ストッカと回転主軸とが、回転主軸の回転軸線と直角な
方向において並んで設けられるとともに、それらの間の
工具交換が、工具交換軸と、工具交換軸の軸線と直交す
る一直線に沿って互いに逆向きに延び出し、各自由端部
に設けられた工具保持部において加工工具を保持する一
対の工具保持アームとを含む工具交換装置により行われ
るものである。この形態の工具交換装置を便宜上双アー
ム型工具交換装置と称することとする。工具ストッカに
は複数の工具保持部が設けられ、それら工具保持部の各
々に加工工具が保持されるとともに、複数の工具保持部
が一斉に移動させられ、双アーム型工具交換装置との間
で加工工具の受渡しを行う工具受渡位置に選択的に移動
させられる。工具受渡位置は、工具保持部が、回転主軸
の工具チャックと同じ向きで平行に並ぶ状態となる位置
に設定される。「同じ向き」とは、工具保持部と、回転
主軸の工具チャックとの加工工具を受け入れる部分が同
じ向きに開口しており、それらに保持された加工工具が
同じ向きに延び出す状態となることを意味する。また、
双アーム型工具交換装置は、工具交換軸の軸線が、工具
受渡位置に位置決めされた工具保持部の軸線と工具チャ
ックの軸線との中央に位置し、工具交換軸が回転主軸お
よび工具受渡位置に位置決めされた工具保持部と同じ向
きで平行に並ぶ状態となるように設置される。工具交換
軸に工具交換に必要な運動を付与する交換運動付与装置
が、回転主軸を回転可能に保持する主軸ヘッドと工具ス
トッカとの間に配設され、その交換運動付与装置から工
具交換軸が、回転主軸の向きと同じ向きに延び出させら
れるのである。

【０００３】工具の交換は、工具交換軸の回転および軸
方向の移動により行われる。工具交換軸の回転により、
一対の工具保持アームの各工具保持具が、回転主軸の工
具チャックに保持された加工工具と、工具受渡位置に位
置決めされた工具ストッカの工具保持部が保持する加工
工具とを保持し、その状態から工具交換軸が前進させら
れることにより、加工工具が工具チャックおよび工具保
持部から抜き出される。続いて、工具交換軸が１８０度
回転させられた後、後退させられ、工具ストッカの工具
保持部から受け取った加工工具を工具チャックに保持さ
せ、工具チャックから受け取った加工工具を工具ストッ
カに戻す。このマシニングセンタによれば、工具交換軸
の回転および軸方向の移動によって、加工工具を迅速に
交換することができる。

【０００４】しかしながら、このマシニングセンタにお
いては、前述のように、工具交換軸に工具交換に必要な
運動を付与する交換運動付与装置が、回転主軸を回転可
能に保持する主軸ヘッドと工具ストッカとの間に配設さ
れるため、それらの相互の干渉を避ける必要上、回転主
軸と工具保持部との軸線間距離が大きくなる。そのた
め、回転主軸と工具保持部との間で加工工具を行う一対
の工具保持アームの長さを長くせざるを得ず、加工工具
および工具保持アームの慣性モーメントが大きくなって
迅速に回動させることができず、工具交換時間を短縮す
ることが困難であるという問題があった。慣性モーメン
トの大きいものを大きな加速度および減速度で回動させ
るためには、大きな力を必要とし、工具交換軸に工具交
換運動を付与する工具交換運動付与装置が大形化し、あ
るいは振動が大きくなって工具交換に支障をきたすから
である。また、工具保持アームに保持された加工工具に
は、大きな慣性力（加工工具が描く円軌跡の周方向の
力）および遠心力（加工工具が描く円軌跡の半径方向の
力）等が作用し、工具保持アームから脱落する恐れがあ
るため、脱落を防止する爪部材等が配設されるのが普通
であるが、それでも、工具保持アームが長い場合には迅
速に回動させることはできない。工具保持アームの回転
速度を小さくすれば、上記問題は解消できるが、加工工
具の交換に要する時間が長くなって、マシニングセンタ
の稼働率が低下してしまう。

【０００５】以上は、双アーム型工具交換装置による工
具交換が、回転主軸と工具ストッカとの間で直接行われ
る場合について説明したが、工具ストッカと双アーム型
工具交換装置との間に、一時的に加工工具を預かる一時
預かり装置や、加工工具の搬送および交換を行う補助工
具交換装置等が設けられ、それら全部により自動工具交
換システムが構成される場合がある。この場合には、双
アーム型工具交換装置は、回転主軸と、一時預かり装置
や補助工具交換装置との間で加工工具の交換を行うこと
となり、一時預かり装置や補助工具交換装置の工具保持
部の軸線と工具交換軸の軸線との間の距離は、工具スト
ッカの工具保持部の軸線と工具交換軸の軸線との間の距
離より小さくできることが多いのであるが、回転主軸の
軸線と工具交換軸の軸線との間の距離は変わらず、結
局、工具保持アームを長くせざるを得ないからである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題，課題解決手段，作用お
よび効果】本発明は、以上の事情を背景とし、加工工具
を能率良く交換することができる迅速工具交換型マシニ
ングセンタを提供することを課題として為されたもので
あり、本発明によって、下記各態様のマシニングセンタ
が得られる。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各
項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する
形式で記載する。これは、本明細書に記載の技術的特徴
およびそれらの組合わせの幾つかの理解を容易にするた
めであり、本明細書に記載の技術的特徴やそれらの組合
わせが以下のものに限定されると解釈されるべきではな
い。 （１）先端部に工具チャックを備えて回転する回転主軸
と、少なくとも、工具チャックと同じ向きで平行に並ぶ
工具交換位置を取り得る工具保持装置と、それら工具チ
ャックと工具保持装置とが前記工具交換位置にある状態
で、それら工具チャックと工具保持装置とにそれぞれ保
持されている加工工具を自動で交換する双アーム型工具
交換装置とを含むマシニングセンタであって、前記双ア
ーム型工具交換装置が、工具交換軸と、その工具交換軸
を前記回転主軸とは逆向きに延び出す状態で、その工具
交換軸の軸線のまわりに回転可能かつ軸方向に移動可能
に保持するとともに、その工具交換軸の軸線が、前記工
具交換位置にある工具チャックと工具保持装置との両軸
線の中央位置においてそれら両軸線と平行に延びる状態
となるように配設されたハウジングと、前記工具交換軸
の前記ハウジングの外部に突出した先端から、その工具
交換軸の軸線と直交する一直線に沿って互いに逆向きに
延び出し、各自由端部にそれぞれ加工工具を保持する工
具保持部を備えた一対の工具保持アームと、前記ハウジ
ング内に設けられ、前記工具交換軸に、前記一対の工具
保持アームが前記工具チャックと前記工具保持装置とに
それぞれ保持されている加工工具を交換するのに必要な
交換運動を付与する交換運動付与装置とを含むマシニン
グセンタ（請求項１）。「工具交換軸が回転主軸とは逆
向きに延び出す」とは、工具交換軸がハウジングから延
び出す向きと、回転主軸が主軸ヘッドのハウジングから
突出する向きとが逆、すなわち回転主軸の先端面と工具
交換軸の先端面とが互いに逆向きということである。マ
シニングセンタは、回転主軸が水平に延びる横型でもよ
く、垂直に延びる立型でもよく、傾斜方向に延びるもの
でもよく、種々の態様のマシニングセンタに本発明を適
用することができる。工具保持装置により保持され、こ
れから加工に用いられる加工工具（新加工工具と称す
る）と、工具チャックに保持され、使用の済んだ加工工
具（旧加工工具と称する）とが双アーム型工具交換装置
によって交換される。工具保持装置は、前述のように、
工具ストッカ，一時預かり装置，加工工具の搬送および
交換を行う補助工具交換装置等の工具保持部により構成
される。工具交換時には、工具交換軸が軸方向において
移動させられ、ハウジングから伸長させられるとともに
回転させられ、一対の工具保持アームの各工具保持部
が、工具チャックと工具保持装置とによりそれぞれ保持
された旧加工工具と新加工工具とを保持する。その状態
から工具交換軸がハウジング側へ収縮させられ、新，旧
の加工工具が工具チャックおよび工具保持装置から引き
出される。そして、工具交換軸が１８０度回転させら
れ、新加工工具が工具チャックに対向させられ、旧加工
工具が工具保持装置に対向させられた上で、工具交換軸
が伸長させられ、新加工工具が工具チャックにより保持
され、旧加工工具が工具保持装置により保持される。最
後に、工具交換軸が一定角度回転させられ、一対の工具
保持アームの各工具保持部が新加工工具および旧加工工
具から離間させられる。工具交換軸のこれら回転および
軸方向の移動は、すべて交換運動付与装置により付与さ
れる。工具交換軸は、回転主軸とは逆向きに延び出す状
態で設けられており、双アーム型工具交換装置の交換運
動付与装置およびそれのハウジングが、工具交換時に一
対の工具保持アームが描く回動軌跡に対して、主軸ヘッ
ドおよび工具保持装置とは反対側に配設される。したが
って、回転主軸の工具チャックの軸線と工具保持装置の
軸線との距離を短くすることができ、工具保持アームを
短くすることができる。その結果、加工工具を保持した
工具保持アームの慣性モーメトが小さくなり、工具交換
運動付与装置の大形化、振動の発生、加工工具の脱落等
を回避しつつ工具交換軸の回転速度を大きくすることが
でき、工具交換時間を短縮して、マシニングセンタの稼
働率を高めることができる。工具保持アームは、上記の
ように、加工工具を保持した状態における慣性モーメン
トを小さくするために、できる限り短くすることが望ま
しく、例えば、工具交換軸の軸線から工具保持アームの
工具保持部の中心線までの距離が１７５mmである場合に
は、双アーム型工具交換装置の全工具交換運動の所要時
間を０．７〜０．８sec にすることができる。工具保持
アームの長さは、２４０mm以下，２２０mm以下あるいは
２００mm以下と短くすることが望ましい。 （２）前記交換運動付与装置が、１本の入力軸の一方向
の等速回転を前記交換運動に変換するカム装置を含む
(2)項に記載のマシニングセンタ。カム装置によれば、
カムの形状の設定により、工具交換軸の回転速度，回転
角度および移動速度，移動距離を容易に設定し得るとと
もに、精度良く回転，移動させることができる。また、
工具交換軸の伸長，収縮と、回転とを別個の駆動源の駆
動力によって行う場合に比較して、工具交換運動を短時
間で行わせることができ、工具交換時間を短縮できる。
しかも、駆動源は１本の入力軸を一方向に等速回転させ
得るものであればよいため、安価なものを採用可能であ
る。 （３）前記カム装置が、互いに係合するローラギヤカム
およびローラギヤを備え、前記入力軸の一方向の等速回
転を前記工具交換軸の工具交換に必要な不等速回転に変
換する第１カム装置と、互いに係合する回転カムおよび
カムフォロワを備え、前記入力軸の等速回転を前記工具
交換軸の工具交換に必要な軸方向運動に変換する第２カ
ム装置とを含む (2)項に記載のマシニングセンタ。本態
様のカム装置はコンパクトに構成することができ、特
に、ローラギヤカムと回転カムとが一体的に回転する形
態である場合にコンパクトに構成することができるた
め、交換運動付与装置およびそれを収容するハウジング
を小形化することができる。交換運動付与装置およびハ
ウジングは、主軸ヘッドと工具保持装置との間に設置さ
れるわけではないため、大形となっても工具保持アーム
を長くする必要は生じないが、主軸ヘッドの前方空間に
設置されるため、できる限り小形化して加工の邪魔にな
らないようにすることが望ましい。 （４）当該マシニングセンタが、さらに、前記回転主軸
を左右方向であるＺ軸方向に延びる姿勢で回転可能に支
持する主軸ヘッドと、その主軸ヘッドを上下方向である
Ｙ軸方向に移動させるＹ移動装置と、前記回転主軸と対
向する位置に設けられ、ワークピースを保持するワーク
ホルダと、そのワークホルダを前後方向であるＸ軸方向
に移動させるＸ移動装置と、前記主軸ヘッドと前記ワー
クホルダとの一方を前記Ｚ軸方向に移動させるＺ移動装
置とを含む (1)項ないし (3)項のいずれか１つに記載の
マシニングセンタ。本態様のマシニングセンタにおいて
は、加工工具の交換により加工の種類が変えられるとと
もに、ワークピースと加工工具とのＸ軸，Ｙ軸およびＺ
軸の各方向における相対移動により、加工工具によるワ
ークピースの加工部位が変えられる。ワークホルダに保
持されたワークピースは、ワークホルダと主軸ヘッドと
がＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸の各方向に相対移動させられる
ことにより、加工工具に対して位置決めされるととも
に、加工を施される。回転主軸に取り付けられている加
工工具による加工が終了すれば、双アーム型工具交換装
置，工具保持装置等を含む自動工具交換システムにより
加工工具が交換され、次の加工がワークピースに施され
る。予定された全部の種類の加工が終了すれば、加工済
みのワークピースと未加工のワークピースとが交換され
る。ワークホルダと主軸ヘッドとの一方を、Ｘ移動装
置，Ｙ移動装置およびＺ移動装置によりＸ軸方向，Ｙ軸
方向およびＺ軸方向の３方向に移動させることも可能で
あるが、この場合には３方向に移動させるものを剛性高
く支持することが必要である。それに対し、本態様にお
いては、ワークホルダと主軸ヘッドとの一方を２方向、
他方を１方向に移動させるため、３方向に移動させる場
合に比較して支持剛性が低くて済む。 （５）前記Ｙ移動装置が、当該マシニングセンタのベッ
ドから垂直に立ち上がったコラムと、そのコラムにＹ軸
方向に平行に設けられたＹガイドに案内され、前記主軸
ヘッドを支持するＹスライドと、そのＹスライドをＹ軸
方向に移動させるＹスライド駆動装置とを含む (4)項に
記載のマシニングセンタ。 （６）前記Ｚ移動装置が、前記ベッド上にＺ軸方向に平
行に設けられ、前記コラムをＺ軸方向に案内するＺガイ
ドと、前記コラムをＺ軸方向に移動させるコラム駆動装
置とを含む (5)項に記載のマシニングセンタ。ベッド上
にコラムを位置固定に設け、そのコラム上にＹガイドを
設け、Ｙスライドを案内させるとともに、Ｙスライド上
にＺガイドを設けてＺスライドを案内させ、Ｚスライド
に主軸ヘッドを保持させてもよいが、その場合には、コ
ラムから回転主軸の先端までの距離が長くなり、加工工
具の保持剛性が不足し易い。それに対し、本態様におい
ては、コラムがＺ軸方向に移動させられてＺスライドと
して機能し、コラムに設けられたＹスライドに主軸ヘッ
ドが保持されるため、コラムから回転主軸先端までの距
離が短くて済み、加工工具の支持剛性を高くすることが
容易である。また、ワークホルダをＸ移動装置とＺ移動
装置とによりＸ軸方向とＺ軸方向との両方に移動させる
ことも可能であるが、この場合には、ワークホルダの位
置が高くなることを避け得ず、それに伴ってコラムも高
くする必要が生じ、結局、マシニングセンタ全体の高さ
が高くなってしまう。特に、ワークホルダを (8)項に記
載の垂直軸線回転装置により回転させる場合には、垂直
軸線回転装置の分だけワークホルダの位置が高くなるた
め、一層問題が大きい。それに対し、本態様によれば、
ワークホルダの位置を低くすることができ、それに応じ
てコラムも低くできて、マシニングセンタ全体をコンパ
クトに構成することができる。 （７）前記Ｘ移動装置が、前記ワークホルダを支持する
Ｘスライドと、前記ベッド上にＸ軸方向に平行に設けら
れ、前記Ｘスライドを案内するＸガイドと、前記Ｘスラ
イドをＸ軸方向に移動させるＸスライド駆動装置とを含
む (4)項ないし (6)項のいずれか１つに記載のマシニン
グセンタ。 （８）前記ワークホルダと前記Ｘスライドとの間に設け
られ、ワークホルダをＸスライドに対して垂直軸線まわ
りに相対回転させるワークホルダ垂直軸線回転装置を含
む (7)項に記載マシニングセンタ。ワークホルダを垂直
軸線まわりに回転させることにより、そのワークホルダ
に保持されるワークピースの垂直軸線まわりの回転姿勢
を変更することができ、加工の自由度が増す。 （９）前記ワークホルダと前記Ｘスライドとの間に設け
られ、ワークホルダをＸスライドに対して水平軸線まわ
りに相対回転させるワークホルダ水平軸線回転装置を含
む (7)項または (8)項に記載のマシニングセンタ。ワー
クホルダを水平軸線まわりに回転させることにより、そ
れに保持されたワークピースの水平軸線まわりの回転姿
勢を変更することができる。 （１０）前記工具チャックが、前記Ｙ移動装置と前記Ｚ
移動装置とによって、工具チャックに保持された加工工
具により前記ワークホルダに保持されたワークピースの
加工が行われる加工スペースから外れた前記工具交換位
置へ移動させられる (6)項に記載のマシニングセンタ。
加工スペースには、Ｘ移動装置，ワークホルダ等がある
ため、双アーム型工具交換装置および工具保持装置は、
加工スペースから外れたスペースに設けられ、工具チャ
ックの工具交換位置も加工スペースから外れたスペース
内に設定される。加工工具を加工のためにワークピース
に対して移動させるＹ移動装置およびＺ移動装置により
工具チャックを工具交換位置へ移動させれば、工具交換
位置を加工スペースから十分外れた位置に設定すること
が容易となる。 （１１）前記工具保持装置が、回動軸線のまわりに回動
する回動アームに設けられており、その回動アームの回
動により、前記工具交換位置とその工具交換位置から離
れた退避位置とに移動させられる (1)項ないし(10)項の
いずれか１つに記載のマシニングセンタ（請求項２）。
本態様における工具保持装置は、工具チャックとの間に
おける加工工具の交換に備えて、新加工工具を保持した
状態で、工具交換位置に待機させられる。交換後、旧加
工工具を保持した工具保持装置は、回動アームの回動に
よって退避位置へ移動させられ、退避位置において、工
具ストッカ，あるいは補助工具交換装置等、新加工工具
を保持した装置との間で加工工具の交換を行う。本態様
の工具保持装置は、双アーム型工具交換装置の工具交換
動作に対して加工工具を保持，解放可能な構成を有す
る。工具チャックから受け取った旧加工工具と、工具チ
ャックに渡す新加工工具との交換が、回転主軸の工具チ
ャックとの間での工具交換位置から離れた退避位置で行
われるため、工具保持装置との間で加工工具の交換を行
う装置の配置，構成が容易である。また、工具保持装置
を回動アームの回動により工具交換位置と退避位置とに
移動可能なものとすれば、工具保持装置を保持してフレ
ームに支持されるものを、工具交換位置へ移動させられ
た工具チャックから離して設けることができ、工具交換
位置にある工具保持装置の軸線と、回転主軸の工具チャ
ックの軸線との距離を短くすることが容易となり、双ア
ーム型工具交換装置の工具保持アームを短くすることが
できる。(4)項ないし(11)項に記載の各特徴は、 (1)項
に記載の特徴、すなわち、工具交換軸が回転主軸とは逆
向きである特徴とは別個に採用することも可能である。 （１２）当該マシニングセンタが、さらに、複数の加工
工具を収納する工具ストッカと、主工具交換装置として
の前記双アーム型工具交換装置とは別に設けられ、前記
工具ストッカに保持された加工工具の任意の１つと、前
記工具保持装置に保持された加工工具とを交換する補助
工具交換装置とを含む (1)項ないし(11)項のいずれか１
つに記載のマシニングセンタ（請求項３）。本態様にお
いては、前記主工具交換装置，工具保持装置および補助
工具交換装置により自動工具交換システムが構成されて
いる。工具ストッカには、複数の工具保持部が設けられ
ており、それら複数の工具保持部が工具保持部移動装置
により移動させられ、選択的に工具受渡位置に位置決め
される。複数の工具保持部の各々に保持される加工工具
を固定的に決め、使用済みの加工工具を、それが保持さ
れていた元の工具保持部に戻すようにしてもよく、ある
いは、空いている任意の工具保持部に加工工具を戻すよ
うにしてもよい。前者の場合は、加工工具の交換によっ
て、複数の工具保持部の各々に保持される加工工具が変
わらないため、加工工具の管理や、工具ストッカによる
工具保持部の工具受渡位置への位置決め制御が容易であ
り、後者の場合は、工具ストッカにおける工具保持部の
移動時間を短縮することができる。自動工具交換システ
ムが補助工具交換装置を備えない場合には、前者を実施
することはできないが、備えている本態様によれば、前
者，後者共に実施可能なのである。 補助工具交換装置
としては、双アーム型工具交換装置が適している。補助
工具交換装置が加工工具を保持して移動し、加工工具搬
送装置を兼ねる場合には特にそうである。補助工具交換
装置が双アーム型工具交換装置である場合には、工具保
持装置との間で新，旧の加工工具を交換し、その後、工
具ストッカとの間で新，旧加工工具の交換を行うことが
できる。なお、工具保持装置と工具ストッカとの間で直
接、新，旧の加工工具の交換が行われるようにすること
も可能である。しかし、補助工具交換装置を設ければ、
工具チャックとの間での加工工具に備えて、新加工工具
を保持した工具保持装置と補助工具交換装置とを待機さ
せることによって、２つの新加工工具を待機させるに近
い状態が得られ、工具チャックに対する短い時間間隔で
の新加工工具の供給が可能となり、１つの加工工具によ
る加工時間が特に短い場合でも回転主軸に工具待ちをさ
せる必要がなくなって、マシニングセンタの稼働率が向
上する。また、工具ストッカおよび工具保持装置の配置
の自由度が高くなり、設計が容易となる。 （１３）少なくとも前記補助工具交換装置を複数含む(1
2)項に記載のマシニングセンタ。１つの加工工具による
加工時間が短く、工具チャックが工具交換位置において
新加工工具を受け取ってから、加工スペースへ移動し、
加工終了後に再び工具交換位置へ戻ってくるまでの時間
（主軸側サイクルタイムと称する）が、工具チャックと
工具保持装置との間における加工工具の交換終了から、
工具保持装置が新加工工具を保持して工具交換位置にお
いて交換に備えて待機する状態となるまでの時間（スト
ッカ側サイクルタイムと称する）よりも短ければ、工具
チャックは工具交換位置で待たなければならない。スト
ッカ側サイクルタイムの長さは、補助工具交換装置の工
具保持装置と工具ストッカとの間における往復移動時間
および補助工具交換装置と工具ストッカとの間における
工具交換時間によって決まる。補助工具交換装置を複数
設ければ、工具保持装置との間における加工工具の交
換，工具ストッカとの間における加工工具の交換，工具
保持装置と工具ストッカとの間における往復移動等の動
作を並行して行わせることが可能となり、ストッカ側サ
イクルタイムを見かけ上短縮し、工具チャックを工具交
換位置で待たせる事態の発生を回避することができる。
ただし、これは、ある加工工具の主軸側サイクルタイム
は短いが、次の加工工具のそれは長いというように、長
短の主軸側サイクルタイムが混在する場合に、短い主軸
側サイクルタイムに対処する上で有効であるということ
であって、すべての主軸側サイクルタイムがほぼ同じで
ある場合には、実際のストッカ側サイクルタイムを短縮
する以外に対策なない。本項に記載の特徴は、 (1)項な
いし(11)項に記載の特徴とは別個に採用することも可能
である。 （１４）前記主工具交換装置，工具保持装置および補助
工具交換装置が、前記工具チャックに保持された加工工
具により前記ワークホルダに保持されたワークピースの
加工が行われる際における前記Ｘスライドの上方のスペ
ースに配設された(12)項または(13)項に記載のマシニン
グセンタ（請求項４）。主工具交換装置等は、ワークピ
ースに加工を施すために不可欠な種々の構成要素を避け
て設けることが必要であるとともに、加工工具が到達可
能な位置に設けることが必要である。回転主軸はＹ軸方
向には移動することができるが、Ｘ軸方向には移動する
ことはできない。したがって、工具チャックに保持され
た加工工具によりワークホルダに保持されたワークピー
スの加工が行われる際におけるＸスライドの上方のスペ
ース、すなわち、コラムのワークホルダ側のスペースの
上部に主工具交換装置等を設けることは、マシニングセ
ンタ全体の大形化を回避しつつ、主工具交換装置，工具
保持装置および補助工具交換装置を配設する上で有効で
ある。なお、自動工具交換システムが、補助工具交換装
置を備えないものである場合でも、双アーム型工具交換
装置および工具保持装置を、加工時におけるＸスライド
の上方のスペースに配設することは有益である。 （１５）前記回転主軸に取り付けられた加工工具により
前記ワークホルダに保持されたワークピースが加工され
る加工スペースより手前側の搬送スペースを、前記Ｚ軸
方向に走行し、ワークピースの搬送と前記ワークホルダ
に対する着脱とを行うワークロボットを備えた (4)項な
いし(14)項のいずれか１つに記載のマシニングセンタ
（請求項５）。本態様のマシニングセンタにおいては、
ワークロボットは未加工のワークピースを保持して搬入
し、ワークホルダから加工済みのワークピースを受け取
るとともに、未加工のワークピースをワークホルダに保
持させる。ワークピースに対する予定された全部の種類
の加工が終了すれば、ワークロボットにより加工済みの
ワークピースと未加工のワークピースとが交換され、加
工済みのワークピースがワークロボットにより搬出され
る。ワークロボットは、マシニングセンタが１台であれ
ば、ワーク供給装置から未加工のワークピースを受け取
り、加工済みのワークピースをワーク収納装置へ収納す
る。複数台のマシニングセンタがライン状に並べられて
加工ラインを構成するのであれば、ワークロボットは、
それら複数台のマシニングセンタに共用でもよく、専用
でもよい。前者の場合は、ワークロボットは加工済みの
ワークピースを次に加工を行うマシニングセンタへ搬送
し、後者の場合は、次に加工を行うマシニングセンタに
対して設けられたワークロボットにワークピースを引き
渡す。ワークロボットとしては、ワークホルダより上方
を走行する後述の天吊ロボットや、ワークホルダ，主軸
ヘッド等が設けられたベッドの側面にＺ軸方向に平行に
配設された走行レールに沿って走行するロボットや、当
該マシニングセンタが設けられた床面上にＺ軸方向に平
行に配設された走行レールに沿って走行する地走行ロボ
ット等が採用可能である。本態様によれば、１台のマシ
ニングセンタにより、複数種類の加工をワークピースに
施すことができるとともに、ワークピースの着脱，搬送
をワークロボットにより、自動で迅速に行うことができ
る。ワークピースはパレットや治具を使用することな
く、ワークホルダに直接保持させることができ、治具等
の製作費や製作日数が不要となり、ワークピースの加工
コストの節減や納期の短縮が可能となる。また、ワーク
ロボットは、加工スペースより手前側のスペースである
搬送スペースを走行し、主軸ヘッドと前後方向にずれて
いるため、主軸ヘッドとの干渉を回避することが容易で
ある。さらに、搬送スペースと加工スペースとが当該マ
シニングセンタの前後方向にずれているため、ワークロ
ボットの走行とワークピースの加工とのインタロック、
すなわちワークロボットの走行とＸ移動装置，Ｙ移動装
置，Ｚ移動装置等の作動とのインタロックをとる必要が
なく、ワークピースの加工と搬送とを能率良く行うこと
ができる。また、 (5)項に記載のマシニングセンタにお
けるように、Ｙ移動装置がベッドから垂直に立ち上がっ
たコラムを備えていても、ワークロボットの搬送スペー
スは加工スペースから外れているため、ワークロボット
がコラムと干渉することはなく、種々の効果が得られ
る。例えば、ワークロボットが天吊ロボットであって、
動力アクチュエータにより伸縮させられる伸縮アームを
備えたロボットである場合、搬送スペースが加工スペー
スの手前側に設けられていなければ、天吊ロボットは加
工スペースの上方を走行し、ワークホルダ上において停
止し、伸縮アームが伸長させられてワークホルダに対す
るワークピースの着脱を行う。そのため、天吊ロボット
と、加工スペースに設けられたコラムとの干渉を回避す
るために、天吊ロボットの走行経路をコラムより上方に
設けることが必要であり、マシニングセンタ全体の高さ
が高くなる。また、走行レールとワークホルダとの上下
方向の距離が大きくなるため、伸縮アームの長さが長く
なり、上下方向のストロークも長くなる。しかも、ワー
クピースの着脱後、伸縮アームがコラムより上方へ上昇
し、水平方向にコラムを越えて移動するまで、主軸ヘッ
ドの移動を開始することができず、時間のロスが多くな
る。それに対し、搬送スペースが加工スペースの手前側
に設けられることにより、ワークロボットが伸縮アーム
を備えた天吊ロボットであっても、コラムと干渉するこ
とはなく、走行レールを低い位置に配設することがで
き、マシニングセンタ全体が背の高いものにならず、コ
ンパクトに構成することができる。また、伸縮アームの
長さが短く、伸縮ストロークが短くて済み、ワークピー
スの着脱に要する時間が短くて済む。さらに、伸縮アー
ムがワークホルダと干渉しない位置まで移動すれば、ワ
ークホルダを移動させて加工を開始することができ、時
間のロスが少なくて済む。天吊ロボットが、(20)項に記
載の回動アームを備えたロボットであっても、走行レー
ルを低い位置に配設することが可能となり、上述の場合
と似た効果が得られる。また、 (8)項に記載のマシニン
グセンタにおけるように、ワークホルダを垂直軸線回転
装置により垂直軸線まわりに回転させる場合、ワークホ
ルダの回転は、Ｘスライドの加工スペースに向かっての
移動とワークロボットのワークホルダから離間する向き
の移動との少なくとも一方によって、ワークロボットと
の間にワークホルダを回転させ得るスペースが生じれ
ば、直ちに開始することができる。本項に記載の特徴
は、上記 (1)項ないし(14)項の各々に記載の特徴とは別
個に採用することも可能である。 （１６）前記ワークロボットが、前記搬送スペースの上
方に前記Ｚ軸方向に平行に配設された走行レールに沿っ
て走行し、下向きに延びたアームの下端に前記ワークピ
ースを保持して搬送する搬送チャックを備え、その搬送
チャックと前記ワークホルダとの間でワークピースを受
け渡しする天吊ロボットである(15)項に記載のマシニン
グセンタ。走行レールが上方に設けられているため、作
業者がワークホルダや主軸ヘッドに対して作業を行うと
き、走行レールが邪魔になることがなく、容易に作業を
行うことができる。 （１７）前記ワークホルダが、ワークピースを心出しし
て保持するワークチャックである (1)項ないし(16)項の
いずれか１つに記載のマシニングセンタ。ワークホルダ
として、ワークピースを心出しして保持するワークチャ
ックを使用すれば、ワークロボットもワークピースを心
出しして保持する搬送チャック装置を備えたものとする
ことによって、両者の間のワークピースの受渡しを迅速
に行うことが可能となり、加工能率を向上させることが
できる。ワークチャックとしては、例えば、３個の爪部
材を備え、それら爪部材が軸対称状態を保って一斉に接
近，離間し、ワークピースを把持，解放する３つ爪チャ
ック、あるいはＶ字形断面の溝を備えた爪部材を２個備
え、それら爪部材が軸対称状態を保って互いに接近，離
間し、ワークピースを把持，解放するチャック等が好適
である。 （１８）前記ワークホルダが、ワークピースを心出しし
て保持するワークチャックであり、前記搬送チャック装
置が、ワークピースを心出しして保持するチャックを２
個互いに同軸かつ反対向きに備え、それら２個のチャッ
クの軸線に直角な回転軸線のまわりに回転させられるこ
とにより、２個のチャックの各々が選択的に前記ワーク
チャックと同軸に対向可能なものである(16)項に記載の
マシニングセンタ。本態様によれば、ワークロボット
は、未加工のワークピースと加工済みのワークピースと
を同時に保持することができる。そのため、ワークピー
スのワークチャックからの取外しとワークチャックへの
取付けとの間に、いちいちワーク収納装置およびワーク
供給装置へ移動して加工済みのワークピースを収納し、
未加工のワークピースを受け取らなくてもよく、ワーク
ピースのワークホルダに対する着脱を短時間で行うこと
ができ、ワークピースの交換を能率よく行うことができ
る。 （１９）前記Ｘ移動装置が、前記ワークチャックを前記
走行レールの下方のワーク受渡位置まで移動させるもの
であり、前記天吊ロボットのアームが動力アクチュエー
タにより伸縮させられる伸縮アームであって、その伸縮
アームの伸長状態において前記搬送チャックの２個のチ
ャックの一方が前記ワークチャックと同軸に対向する(1
8)項に記載のマシニングセンタ。アームが伸縮アームで
ある場合、ワークロボットによるワークチャックに対す
るワークピースの着脱は、天吊ロボットとワークチャッ
クとがＸ軸方向において同じ位置に位置する状態で行わ
れる。そのため、ワークチャックが加工スペースから搬
送スペースへ、すなわち走行レールの下方のワーク受渡
位置へ移動させられる。ワークチャックがマシニングセ
ンタの最も手前まで出てくるのであり、作業者はワーク
チャックに十分接近することができ、保守，点検等の作
業を容易に行うことができる。 （２０）前記ワークロボットの前記アームが、Ｚ軸に平
行な回動軸線のまわりに回動可能な回動アームであり、
その回動アームが、前記走行レールの下方位置から前記
加工スペースに向かって一定角度回動させられた状態
で、前記搬送チャックの２個のチャックの一方が前記ワ
ークチャックと同軸に対向する(18)項に記載のマシニン
グセンタ。アームが回動アームである場合、搬送スペー
スは、加工スペースより手前側であって、ワークチャッ
クよりも手前側に設けられる。ワークチャックはワーク
ロボットの搬送スペースまでＸ軸方向に移動させられる
必要がなく、ワークロボットが、回動アームの回動によ
って搬送チャック装置を加工スペース内へ移動させ、２
個のチャックの一方をワークチャックと同軸に対向させ
る。ワークピースの着脱は、ワークチャックが、加工の
ためのＸ軸方向移動領域のうちで最も手前側に位置する
状態で行われるようにしてもよく、あるいは、ワークチ
ャックが、加工に必要なＸ軸方向移動領域より更に手前
側へ移動させられた状態で行われるようにしてもよい。
後者の場合、回動アームの回動角度が小さくて済むとと
もに、ワークチャックがより手前側に出てくるため、作
業者のワークチャックに対する作業が容易となる。 （２１）前記Ｙ移動装置が、当該マシニングセンタのベ
ッドから垂直に立ち上がったコラムと、そのコラムにＹ
軸方向に平行に設けられたＹガイドに案内され、前記主
軸ヘッドを支持するＹスライドと、そのＹスライドをＹ
軸方向に移動させるＹスライド駆動装置とを含み、前記
Ｘ移動装置が、前記ワークホルダを支持するＸスライド
と、前記ベッド上にＸ軸方向に平行に設けられ、前記Ｘ
スライドを案内するＸガイドと、前記ＸスライドをＸ軸
方向に移動させるＸスライド駆動装置とを含み、前記ベ
ッドが、平面視において、前記Ｘガイドを備えた部分が
前記コラムを支持する部分に隣接するとともにそのコラ
ムを支持する部分より手前側へ突出し、それにより、コ
ラムを支持する部分の手前側であってＸガイドを備えた
部分の側方に、ベッド中央部に向かって入り込んだ入り
込部を有するものであり、かつ、前記ワークロボット
が、前記ベッドの、前記コラムを支持する部分より手前
側へ突出した部分の上方スペースにＺ軸方向に平行に配
設された走行レールに沿って走行し、下向きに延びたア
ームの下端に前記ワークピースを保持して搬送する搬送
チャック装置を備え、その搬送チャック装置と前記ワー
クホルダとの間でワークピースを受け渡しする天吊ロボ
ットである(15)項に記載のマシニングセンタ。ベッドの
Ｘガイドを備えた部分がコラムを支持する部分より手前
側へ突出していれば、ワークホルダをその突出部へ移動
させてワークロボットによるワークピースの着脱を行う
ことができる。作業者はベッド中央部に向かって入り込
んだ入り込部に入ることによって、コラム上の主軸ヘッ
ドに十分接近することができ、また、ワークホルダをベ
ッドの突出部上へ移動させれば、ワークホルダに正対す
ることができ、主軸ヘッドやワークホルダに対する保
守，点検等の作業を容易に行うことができる。本態様に
おいては、ワークロボットが天吊ロボットであって走行
レールが上方にあるため、作業者が入り込部に入ること
を妨げない。 （２２）前記Ｚ移動装置が、前記ベッド上にＺ軸方向に
平行に設けられ、前記コラムをＺ軸方向に案内するＺガ
イドと、前記コラムをＺ軸方向に移動させるコラム駆動
装置とを含む(21)項１記載のマシニングセンタ。本態様
においては、コラムがＺ軸方向に移動させられ、ワーク
ホルダはＺ軸方向に移動させられないため、ベッドの手
前側へ突出させられる部分の左右方向の幅が小さくてよ
く、また、必要に応じてコラムをＺ軸方向においてワー
クホルダから最も遠い位置へ移動させることができ、ベ
ッドの入り込部に入り込んでの作業者による主軸ヘッド
やワークホルダに対する作業が一層容易となる。 （２３）前記工具保持部が、前記一対の工具保持アーム
の各自由端部に形成され、工具保持アームの回動につれ
て前記加工工具の被保持部にその被保持部の半径方向か
ら係合して被保持部を保持する保持凹部と、その保持凹
部に対して保持位置と退避位置とに相対移動可能に設け
られ、退避位置において保持凹部が前記被保持部と係合
することを許容し、その係合後、保持位置に移動して被
保持部に係合し、保持凹部の被保持部からの離脱を防止
する保持爪とを含む (1)項ないし(22)項のいずれか１つ
に記載のマシニングセンタ。加工工具は、被保持部を有
する部分と、刃部とが一体に構成されたものでもよく、
別体に構成されたものでもよい。後者の場合、被保持部
を有する部分は工具ホルダと称され、刃部を有する狭義
の加工工具を取り外し可能に保持した広義の加工工具と
して、工具チャックに着脱される。加工工具は、保持爪
により保持凹部からの離脱を防止された状態で工具保持
アームにより保持される。したがって、工具保持アーム
の回動時に、加工工具に作用する慣性力や遠心力によっ
て、加工工具が保持凹部から離脱することが防止され、
工具保持アームの回転速度を大きくすることが可能とな
り、工具交換に要する時間を短縮し得る。本項に記載の
特徴は (1)項ないし(22)項の各々に記載の特徴とは別個
に採用することができる。 （２４）前記工具保持部が、前記保持爪を前記保持位置
に向かって付勢する保持爪付勢用弾性部材と、前記保持
爪の前記退避位置への退避を許容する解除状態と、退避
を許容しないロック状態とに切換えが可能なロック装置
とを含む(23)項に記載のマシニングセンタ。ロック装置
がロック状態にある状態では、保持爪による加工工具の
保持が解除されることがなく、より確実に加工工具が保
持される。 （２５）前記ロック装置が、ロック位置と解除位置とに
移動可能なロック部材と、そのロック部材を解除位置に
向かって付勢するロック部材付勢用弾性部材と、前記ハ
ウジングに固定的に設けられ、前記工具交換軸が前記ハ
ウジング内に向かって収縮させられ、前記工具保持アー
ムに保持された加工工具が前記工具チャックおよび前記
工具保持装置から抜き出されるにつれて、前記ロック部
材の後端に当接してそのロック部材を前記ロック部材付
勢用弾性部材の弾性力に抗して前記ロック位置へ移動さ
せ、工具交換軸の回転にかかわらずその状態を維持する
ロック部材駆動部材とを含む(24)項に記載のマシニング
センタ（請求項６）。本態様のマシニングセンタにおい
ては、工具交換軸の収縮運動を利用してロック装置がロ
ック状態とされ、工具交換軸の収縮後に工具保持アーム
が回動させられる時期にはロック装置が必然的にロック
状態となって、加工工具に作用する慣性力，遠心力等に
より加工工具が工具保持アームの工具保持部から離脱す
ることが防止される。本態様によれば、工具交換軸の収
縮を利用してロック部材をロック位置へ移動させること
ができ、ロック部材駆動専用のアクチュエータを設ける
場合に比較して構成を単純化し得る。 （２６）前記ロック部材が、前記一対の工具保持アーム
の各々に対応して、前記工具交換軸の軸線を中心とする
一円周上に２個設けられており、前記ロック部材駆動部
材が前記工具交換軸のまわりに前記一円周に沿って形成
された円環状の駆動面を備えた(25)項に記載のマシニン
グセンタ。本態様によれば、一対の工具保持アームの各
々に設けられた保持爪をロックする２個のロック部材を
共通の駆動部材によりロック位置へ駆動し、工具交換軸
の回転にかかわらずロック位置に維持することができ
る。なお、ロック部材を中空の工具交換軸の軸線上に１
個設け、一対の工具保持アームの各々に設けられた２つ
の保持爪に共通に作用するものとすることも可能であ
る。この構成は、ロック部材駆動装置が、ロック部材を
ロック位置と解除位置とに移動させる流体圧シリンダ等
専用のアクチュエータを備えたものである場合に特に採
用が容易であるが、ロック部材駆動装置がハウジングに
固定的な駆動部材を含むものである場合にも採用するこ
とができる。例えば、駆動部材を中空の工具交換軸に後
方から嵌入して先端面が駆動面として機能する駆動軸と
するのである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態であるマ
シニングセンタを図面に基づいて詳細に説明する。図１
において１０はマシニングセンタである。マシニングセ
ンタ１０の左右方向であるＺ軸方向（図１においては左
右方向）において一方の側に隣接してワーク供給装置１
２が設けられ、他方の側に隣接してワーク収納装置１４
が設けられている。

【０００８】ワーク供給装置１２は、図１および図２に
示すように、走行台１８上に周回可能に設けられた複数
のワークストッカ２０を備えている。これらワークスト
ッカ２０はそれぞれ、基台２２上に立設された３本の棒
状の位置決め部材２４を有し、これら位置決め部材２４
に受け板２６が、位置決め部材２４の軸線方向に移動可
能に嵌合され、受け板２６上にワークピース２８が複数
個ずつ積載されている。基台２２には車輪が設けられる
とともに、複数のワークストッカ２０の各基台２２は互
いに連結されており、図示しないワークストッカ周回装
置により、走行台１８上を一斉に周回させられる。それ
により複数のワークストッカ２０のうちの１つが、後述
するワークロボットにワークピース２８を供給するワー
クピース供給位置に位置決めされる。ワークピース供給
位置には、受け板２４を位置決め部材２２に対して昇降
させる受け板昇降装置３２が設けられており、ワークピ
ースが１個、取り出される毎に受け板２６が上昇させら
れ、ワークピース２８が常に同じ高さでワークロボット
に渡される。

【０００９】ワーク収納装置１４は、ワーク供給装置１
２と同様に構成されており、対応する部分には同一の符
号を付して説明を省略する。ワーク収納装置１４におい
ては、複数のワークストッカ２０がワークストッカ周回
装置により周回させられ、そのうちの１つがワーク収納
位置に位置決めされる。受け板２４は、空の状態では、
ワーク収納位置に設けられた受け板昇降装置３２により
上昇端位置へ移動させられており、ワークピース２８を
受け取る毎に、ワークピース１個分ずつ下降させられ、
ワークロボットが高さ方向において常に同じ位置でワー
クピース２８をワークストッカ２０に収納し得るように
されている。

【００１０】マシニングセンタ１０を説明する。マシニ
ングセンタ１０のベッド４０上には、ワークホルダたる
ワークチャック４２および主軸ヘッド４４が設けられて
いる。ベッド４０の左右方向においてワーク供給装置１
２側の部分には、突条を成し、直線状のガイドレール４
８が一対、前後方向であるＸ軸方向（図２においては上
下方向）に平行に設けられており、これら一対のガイド
レール４８がＸガイドを構成している。Ｘ軸方向と前記
Ｚ軸方向とは、水平面内において直角である。

【００１１】一対のガイドレール４８には、Ｘスライド
５０がＸ軸方向に移動可能に嵌合されている。Ｘスライ
ド５０は、駆動源たるＸサーボモータ５２（図１４参
照）と、送りねじおよびナット（図示省略）を含み、Ｘ
サーボモータ５２の回転を直線運動に変換する運動変換
装置とを含むＸスライド駆動装置５４により、ガイドレ
ール４８に案内されつつＸ軸方向に移動させられる。一
対のガイドレール４８，Ｘスライド５０およびＸスライ
ド駆動装置５４がＸ移動装置５６を構成している。

【００１２】Ｘスライド５０には、図１および図２に示
すように、垂直軸線まわりに回転する回転台６０が設け
られており、回転用サーボモータ６２（図１４参照）を
駆動源とする回転台駆動装置により、垂直軸線まわりに
正逆両方向において任意の角度回転させられる。回転台
６０には、回転軸６６が水平軸線まわりに回転可能に保
持されており、回転用サーボモータ６８（図１４参照）
を駆動源とする回転軸駆動装置により、水平軸線まわり
に正逆両方向において任意の角度回転させられる。

【００１３】回転軸６６に、前記ワークチャック４２が
同心に設けられている。回転軸６６はワークホルダ保持
部材を構成しているのである。ワークチャック４２は、
本実施形態においては、把持部材たる３個の把持爪が軸
対称状態を保って一斉に接近，離間させられることによ
り、ワークピース２８を心出しして把持し、解放する３
つ爪チャックとされている。ワークチャック４２は、Ｘ
移動装置５６により、前後方向であるＸ軸方向に移動さ
せられ、回転台６０の回転により、図２に二点鎖線で示
すように、垂直軸線まわりに正逆両方向に任意の角度回
転させられ、回転軸６６の回転により水平軸線まわりに
正逆両方向に任意の角度回転させられる。前記回転台６
０および回転台駆動装置が、ワークチャック４２とＸス
ライド５０との間に設けられ、ワークチャックを垂直軸
線まわりに回転させるワークホルダ垂直軸線回転装置た
るワークチャック垂直軸線回転装置７２を構成し、前記
回転軸６６および回転軸駆動装置が、ワークチャック４
２とＸスライド５０との間に設けられ、ワークチャック
４２を水平軸線まわりに回転させるワークホルダ水平軸
線回転装置たるワークチャック水平軸線回転装置７４を
構成している。なお、図２において符号７０はフレキシ
ブル配線・配管等保護具であり、ベッド４０とＸスライ
ド５０との間に設けられた信号伝達線，給電線等を保護
する。

【００１４】ベッド４０上には、一対のガイドレール４
８に対して、ワーク収納装置１４側に隣接して、別の一
対のガイドレール８０がＺ軸方向に平行に設けられてい
る。一対のガイドレール８０は、一対のガイドレール４
８にＺ軸方向に隣接して設けられているのであり、更に
詳細には、一対のガイドレール４８の長手方向の中間部
に隣接して設けられ、一対のガイドレール４８は、一対
のガイドレール８０より手前側へ延び出している。

【００１５】これら一対のガイドレール８０は、一対の
ガイドレール４８と同様に、直線状の突条を成し、Ｚガ
イドを構成している。一対のガイドレール８０には、コ
ラム８４がＺ軸方向に移動可能に嵌合されている。コラ
ム８４は、ベッド４０から垂直に立ち上がっており、駆
動源たるＺサーボモータ８６（図３，図１４参照）と、
送りねじおよびナットを含み、Ｚサーボモータ８６の回
転を直線運動に変換する運動変換装置とを含むコラム駆
動装置により、Ｚ軸方向に移動させられる。一対のガイ
ドレール８０およびコラム駆動装置が、Ｚ移動装置８８
を構成している。

【００１６】コラム８４の前記一対のガイドレール４８
側の面には、一対のガイドレール９０が上下方向である
Ｙ軸方向に平行に設けられ、Ｙガイドを構成している。
本実施形態においてＹ軸方向は、Ｘ軸方向とＺ軸方向と
にそれぞれ直角である。一対のガイドレール８０は、直
線状の突条を成す。一対のガイドレール９０には、Ｙス
ライド９２がＹ軸方向に移動可能に嵌合されており、Ｙ
サーボモータ９４（図１４参照）と、送りねじおよびナ
ットを含み、Ｙサーボモータ９４の回転を直線運動に変
換する運動変換装置とを含むＹスライド駆動装置によ
り、Ｙ軸方向に移動させられる。コラム８４，一対のガ
イドレール８０，Ｙスライド９２およびＹスライド駆動
装置がＹ移動装置９６を構成している。

【００１７】Ｙスライド９２に、前記主軸ヘッド４４が
設けられている。主軸ヘッド４４は、そのハウジング内
に、回転主軸１００を左右方向であるＺ軸方向に延びる
姿勢で回転可能に支持しており、Ｚ移動装置８８および
Ｙ移動装置９６により、Ｚ軸方向およびＹ軸方向に移動
させられる。回転主軸１００は、主軸サーボモータ１０
２（図１４参照）を駆動源とする主軸回転駆動装置によ
り、Ｚ軸方向に平行な自身の軸線まわりに回転させられ
る。回転主軸１００は、先端部に工具チャック１０４
（図４参照）を備えており、加工工具１０６を把持，解
放する。本実施形態においては、コラム８４がＺ軸方向
に移動させられてＺスライドとして機能し、コラム８４
に設けられたＹスライド９２に主軸ヘッド４４が保持さ
れるため、コラム８４から回転主軸先端までの距離が短
くて済み、加工工具１０６の支持剛性を高くすることが
できる。

【００１８】加工工具１０６は、図４に示すように、工
具の一種であるドリル１０８と、ドリル１０８を保持す
る工具ホルダ１１０とを含んでいる。工具ホルダ１１０
は、テーパ状のシャンク１１２，シャンク１１２の大径
側の端部に設けられたボトルグリップ１１４，シャンク
１１２の小径側の端部に突設されたプルスタッド１１６
等を含む。ボトルグリップ１１４は、シャンク１１２の
大径側の端部から半径方向外向きに設けられたフランジ
１１８と、フランジ１１８の軸線方向の中央部に設けら
れた円環状の溝１２０とを含み、加工工具１０６の被保
持部を構成している。また、ボトルグリップ１１４の直
径方向に隔たった２箇所にそれぞれ、係合溝１２２が形
成されている（図４には、一方の係合溝１２２のみが図
示されている）。さらに、プルスタッド１１６には、突
出端側ほど直径が漸減するテーパ面１２４および突出端
側ほど直径が漸増するテーパ面１２６が形成されてい
る。なお、工具はドリル１０８に限らず、リーマ，中ぐ
り工具等、種々の工具が加工に用いられる。そのため、
図６，図１１等において加工工具１０６の工具に相当す
る部分は矩形で表され、工具が軸線方向および直径方向
において占める最大の大きさが示されている。

【００１９】回転主軸１００内には、図４に示すよう
に、その先端面に開口し、先端面ほど直径が増大し、シ
ャンク１１２のテーパに対応するテーパのテーパ穴１３
０，テーパ穴１３０に続く段付穴１３２が形成され、段
付穴１３２の小径穴部１３４には、ドローバー１３６が
軸方向に移動可能に嵌合されている。ドローバー１３６
は円筒状を成し、先端部に設けられた複数個の半径方向
穴１３８にそれぞれ、係合部材たる鋼球１４０がドロー
バー１３６の半径方向に移動可能に嵌合されている。ま
た、回転主軸１００の先端面には、直径方向に隔たった
２箇所にそれぞれ、突起１４４が設けられている。

【００２０】加工工具１０６が工具チャック１０４に保
持されるときには、図４（ｂ）に示すように、シャンク
１１２がテーパ穴１３０に嵌合されるとともに、プルス
タッド１１６がドローバー１３６内に嵌入させられる。
この際、ドローバー１３６は、鋼球１４０が大径穴部１
４２内にあって、半径方向穴１３８から外向きに突出す
ることが許容された解放位置にあり、プルスタッド１１
６は、テーパ面１２４が鋼球１４０を半径方向穴１３８
から押し出しつつドローバー１３６に嵌入させられる。
この状態で、ドローバー１３６が小径穴部１３４内へ引
き込まれれば、図４（ａ）に示すように、鋼球１４０は
半径方向穴１３８内へ押し込まれつつ、プルスタッド１
１６に設けられたテーパ面１２６に係合し、斜面の作用
によりプルスタッド１１６をドローバー１３６内へ引き
込む。それにより、テーパ状のシャンク１１２がテーパ
穴１３０にしまり嵌合され、加工工具１０６が工具チャ
ック１０４により保持される。また、回転主軸１００の
先端に設けられた突起１４４がボトルグリップ１１４に
形成された係合溝１２２に嵌合され、回転主軸１００の
回転が加工工具１０６に伝達される状態となる。本実施
形態においては、テーパ穴１３０，回転主軸１００のテ
ーパ穴１３０が設けられた部分，ドローバー１３６およ
び鋼球１４０が工具チャック１０４を構成しているので
ある。

【００２１】ドローバー１３６が小径穴部１３４から抜
け出す向きに、すなわち工具チャック１０４が加工工具
１０６を保持する状態が得られる保持位置から解放位置
に向かって移動させられれば、ドローバー１３６の鋼球
１４０を保持する部分が大径穴部１４２内へ移動し、鋼
球１４０が半径方向外向きに移動可能な状態となる。そ
のため、加工工具１０６に回転主軸１００から抜け出す
向きの力が加えられれば、プルスタッド１１６は、テー
パ面１２６によって鋼球１４０を半径方向穴１３８から
抜け出す向きに移動させつつ、ドローバー１３６から抜
け出させられ、加工工具１０６を工具チャック１０４か
ら抜き出すことができる。なお、図２および図３におい
て符号１４８は、フレキシブル配線・配管等保護具であ
り、ベッド４０とコラム８４との間に設けられた信号伝
達線，給電線等を保護する。

【００２２】コラム８４のＺ軸方向の移動を案内する一
対のガイドレール８０は、ワークチャック４２のＸ軸方
向の移動を案内する一対のガイドレール４８の長手方向
（前後方向）の中間部に隣接して設けられている。その
ため、図２に示すように、ベッド４０は、平面視におい
て、ベッド４０の一対のガイドレール４８を備えた部分
がコラム８４を支持する部分に隣接するとともに、コラ
ム８４を支持する部分より手前側へ突出した突出部１５
８を備え、それにより、コラム８４を支持する部分の手
前側であって、一対のガイドレール４８を備えた部分の
側方に、ベッド中央部に向かって入り込んだ入り込部１
６０を有する。Ｘ移動装置５６はワークチャック４２を
コラム８４より手前側の突出部１５８へ移動させ、ここ
においてワークチャック４２に対するワークロボット
（後述する）によるワークピース２８の着脱が行われ
る。

【００２３】ワークチャック４２により保持されたワー
クピース２８の加工時には、ワークチャック４２と加工
工具１０６とのＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸の各方向における
相対移動により、加工工具１０６に対するワークピース
２８の加工部位が変えられるとともに、ワークピース２
８の垂直軸線まわりの回転あるいは水平軸線まわりの回
転により加工姿勢が変更される。そして、ワークチャッ
ク４２に保持された未加工のワークピース２８は、ワー
クチャック４２と主軸ヘッド４４とが、Ｘ軸，Ｙ軸およ
びＺ軸の各方向において相対移動させられることによ
り、加工工具１０６に対して位置決めされるとともに、
加工を施される。加工は、ベッド４０上の、加工工具１
０６が移動可能なスペースにおいて行われる。加工工具
１０６によってワークピース２８に加工が施されるスペ
ースが加工スペース１６２であり、ベッド４０の突出部
１５８より奥側のスペースである。ワークロボットによ
るワークチャック４２に対するワークピース２８の着脱
のために、ワークチャック４２は突出部１５８へ移動さ
せられるが、突出部１５８上のスペースは、ワークピー
ス２８の軸線まわりの側面の加工に利用される。Ｘスラ
イド５０を、図２に実線で示すように、突出部１５８へ
移動させるとともに、ワークチャック４２を垂直軸線ま
わりに回転させ、図２に二点鎖線で示すように、その軸
線をＸ軸方向に平行とするとともに、加工スペース１６
２側に向け、加工工具１０６によりワークピース２８の
側面に加工が施されるようにするのである。

【００２４】ベッド４０のコラム８４を支持する部分の
うち、最も手前側の部分であって、ベッド４０のＺ軸方
向に隔たった両側面にはそれぞれ、図２および図３に示
すように、支柱１８０が、ベッド４０から上方へ立ち上
がる状態で設けられている。これら支柱１８０の上部
は、ベッド４０のコラム８４を支持する部分より手前側
へ突出させられており、その前面においてＺ軸方向に平
行に支持された梁１８２に、直線状の突条を成す一対の
ガイドレール１８４がＺ軸方向に平行に設けられ、走行
レールを構成している。これら一対のガイドレール１８
４は、ベッド４０の、コラム８４を支持する部分より手
前側へ突出した部分である突出部１５８の上方スペース
であって、加工スペース１６２より手前側のスペースの
上方にＺ軸方向に平行に配設されているのである。

【００２５】一対のガイドレール１８４に、天吊ロボッ
ト１９０のスライド１８６がＺ軸方向に走行可能に嵌合
されている。天吊ロボット１９０は、駆動源たるロボッ
ト走行用サーボモータ１８８（図１４参照）と、送りね
じおよびナットを含み、サーボモータ１８８の回転を直
線運動に変換する運動変換装置とを含むロボット走行装
置により、ガイドレール１８４に案内されて、Ｚ軸方向
に走行させられ、ワークピース２８の搬送とワークチャ
ック４２に対する着脱とを行う。ベッド４０の、コラム
８４を支持する部分より手前側へ突出した突出部１５８
の上方スペース、すなわち加工スペース１６２より手前
側のスペースの上側部分である搬送スペース１９２を、
天吊ロボット１９０はＺ軸方向に走行するのである。突
出部１５８の上方のスペースを含み、天吊ロボット１９
０が走行するスペース全部が搬送スペース１９２であ
る。搬送スペース１９２は走行スペースでもある。

【００２６】前述のように、Ｘ移動装置５６はワークチ
ャック４２を突出部１５８へ移動させ、ワークチャック
４２は搬送スペース１９２の下方へ移動させられるので
あるが、ワークチャック４２は上下方向の寸法は小さ
く、天吊ロボット１９０の走行に支障はない。図２に一
点鎖線で示し、図７に二点鎖線で示すように、このワー
クチャック４２が天吊ロボット１９０を案内するガイド
レール１８４の下方に位置し、かつ、Ｚ軸方向に平行な
姿勢のワークチャック４２の軸線とチャック２００の軸
線とのＸ軸方向における位置が一致し、チャック２００
がワークチャック４２と同軸に対向可能な位置がワーク
受渡位置である。なお、前記ワーク供給装置１２のワー
クピース供給位置およびワーク収納装置１４のワークピ
ース収納位置は、天吊ロボット１９０の走行経路内に設
定されている。

【００２７】天吊ロボット１９０のスライド１８６から
は、図３に示すように、伸縮アーム１９４が下向きに延
び出させられている。天吊ロボット１９０は、伸縮アー
ム１９４の延出端部（下端部）に、ワークピース２８を
保持して搬送する搬送チャック１９６を備えている。搬
送チャック装置１９６は、２個のチャック２００を備え
ている。これらチャック２００はチャック本体２０２を
共用し、互いに同軸かつ反対向きに設けられるととも
に、チャック本体２０２において伸縮アーム１９４に、
２個のチャック２００の軸線に直角であって、Ｘ軸方向
に平行な軸線まわりに回転可能に保持されている。この
軸線は、伸縮アーム１９４の長手方向と、天吊ロボット
１９０の移動方向との両方に直角な軸線でもある。した
がって、チャック本体２０２が、図示しないチャック回
転装置によって回転させられることにより、搬送チャッ
ク装置１９６が、２個のチャック２００の軸線に直角な
軸線まわりに回転させられ、２個のチャック２００の軸
線はＺ軸方向に平行な垂直面内において回転し、軸線が
水平な状態で２個のチャック２００の各々が選択的にワ
ークチャック４２と同軸に対向可能である。

【００２８】２個のチャック２００はいずれも、ワーク
チャック４２と同様に、３個の把持爪２０４（図３参
照）を備えた三つ爪チャックであり、それら把持爪２０
４は、軸対称状態を保って一斉に接近，離間させられ、
ワークピース２８を心出しして保持する。また、２個の
チャック２００はそれぞれ、把持爪２０４によるワーク
ピース２８の把持を解放した状態で、ワークピース２８
を押し出す押出装置２０６を備えている。押出装置２０
６は、３個の押出突起２０８を有する押出部材たるプッ
シャプレート２１０と、プッシャプレート２１０を、ワ
ークピース２８をチャック２００から押し出す向きに付
勢する付勢装置とを含んで構成されている。

【００２９】伸縮アーム１９４は、スライド１８６内に
設けられた動力アクチュエータ（図示省略）により伸縮
させられ、それにより搬送チャック装置１９６が昇降さ
せられる。搬送チャック装置１９６は、伸縮アーム１９
４の伸長により、図３に二点鎖線で示すように、２個の
チャック２００の水平な状態にある軸線がワークチャッ
ク４２の軸線と同じ高さになるワーク着脱位置へ移動さ
せられ、収縮により、実線で示すように、スライド１８
６に近接した退避位置へ移動させられる。

【００３０】前記ワークチャック４２，主軸ヘッド４
４，Ｘ移動装置５６，Ｙ移動装置９６およびＺ移動装置
８８等、ベッド４０上に設けられたマシニングセンタ１
０の構成要素等は、ハウジング２２０（図３に外形のみ
を示す）により覆われている。但し、天吊ロボット１９
０を設けるための支柱１８０，梁１８２，ガイドレール
１８４等は、ハウジング２２０の外にあり、ハウジング
２２０の搬送スペース１９２内に位置する部分は、図３
に示すように、ハウジング２２０の天井部分が低くさ
れ、天吊ロボット１９０が走行する走行通路２２２が形
成されている。前記搬送チャック装置１９６は、退避位
置へ移動した状態では、ハウジング２２０から搬送スペ
ース１９２へ出て走行通路２２２内に位置する状態とな
る。

【００３１】ハウジング２２０の天井の走行通路２２２
を構成する部分のうち、ワーク受渡位置へ移動させられ
たワークチャック４２に対応する部分には、天吊ロボッ
ト１９０のハウジング２２０内への進入およびワークチ
ャック４２に対するワークピース２８の着脱動作を許容
する大きさの開口が設けられるとともに、開口を覆うシ
ャッタが設けられ、シャッタ開閉装置により自動的に開
閉させられるようにされている。

【００３２】また、ハウジング２２０の、ベッド４０に
設けられた前記入り込部１６０に対応する部分には、図
示は省略するが、扉が開閉可能に設けられ、作業者が入
り込部１６０に入り込み、扉を開いてワークチャック４
２や主軸ヘッド４４に対して保守，点検等の作業を行う
ことができるようにされている。作業者は、ベッド中央
部に向かって入り込んだ入り込部１６０に入ることによ
り、コラム８４上の主軸ヘッド４４に十分接近すること
ができ、また、ワークチャック４２を突出部１５８上へ
移動させれば、ワークチャック４２に正対することがで
き、主軸ヘッド４４やワークチャック４２に対する保
守，点検等の作業を容易に行うことができる。天吊ロボ
ット１９０の移動を案内するガイドレール１８４は上方
にあり、作業者が入り込部１６０に入ることを妨げな
い。

【００３３】図１および図５に示すように、工具チャッ
ク１０４に保持された加工工具１０６により、ワークチ
ャック４２に保持されたワークピース２８の加工が行わ
れる際におけるＸスライド５０の上方のスペースであっ
て、コラム８４のワークチャック４２側のスペースの上
部は、仕切部材たる仕切壁２３０により仕切られて自動
工具交換システム配設スペース２３２が設けられてい
る。仕切壁２３０はボックス状に設けられ、自動工具交
換システム配設スペース２３２と加工スペース１６２と
が仕切られており、自動工具交換システム配設スペース
２３２内には、図５ないし図７に示すように、自動工具
交換システム２３８が配設されている。自動工具交換シ
ステム２３８は、主工具交換装置２４０，工具保持装置
２４２および補助工具交換装置２４４を含む。主工具交
換装置２４０，工具保持装置２４２および補助工具交換
装置２４４は、工具チャック１０４により保持された加
工工具１０６により、ワークチャック４２に保持された
ワークピース２８の加工が行われる際におけるＸスライ
ド５０の上方のスペース、すなわちコラム８４のワーク
チャック４２側のスペースの上部に設けられているので
ある。また、工具ストッカ２４６が、自動工具交換シス
テム配設スペース２３２および加工スペース１６２に跨
がって位置するとともに、一部がハウジング２２０外に
突出した状態で設けられている。自動工具交換システム
２３８は、工具ストッカ２４６から取り出した加工工具
１０６と、回転主軸１００に取り付けられている加工工
具１０６とを自動で交換する。

【００３４】工具ストッカ２４６を説明するが、よく知
られたものであり、簡単に説明する。工具ストッカ２４
６は、複数の工具保持部を備え、回転主軸１００に取り
付けられるべき複数種類の加工工具１０６が収納されて
いる。これら工具保持部は、加工工具１０６の軸線方向
の移動によって加工工具を保持し、あるいは加工工具１
０６の離脱を許容するものとされている。複数の工具保
持部はトラック状に連結されており、図示しない工具保
持部移動装置により循環させられ、予め設定された工具
受渡位置に選択的に位置決めされる。工具ストッカ２４
６は、ベッド４０上に設けられた枠体２４８に、工具保
持部が加工工具１０６をＸ軸方向と平行な姿勢で保持す
るように設けられている。なお、図５および図７には、
ベッド４０に設けられた枠体の一部が図示されている。

【００３５】前記回転主軸１００に取り付けられた工具
チャック１０４は、加工工具１０６の交換時には、Ｙ移
動装置９６およびＺ移動装置８８により移動させられ、
図５および図１１に二点鎖線で示すように工具交換位置
へ移動させられる。工具交換位置は、Ｙ軸方向において
は、加工スペース１６２から上方へ外れ、Ｚ軸方向にお
いては、Ｘスライド５０近傍の位置である。工具交換位
置へ移動させられた状態における工具チャック１０４の
上方であって、自動工具交換システム配設スペース２３
２内の位置に、図５および図１１に示すように、工具保
持装置２４２が設けられている。

【００３６】工具保持装置２４２は、図１１に示すよう
に、垂直な回動軸線のまわりに回動可能に設けられた回
動アーム２５０に設けられている。前記枠体２４８に固
定の取付部材２５４には、駆動源たる油圧揺動アクチュ
エータの一種である油圧揺動シリンダ２５６が取り付け
られており、回動アーム２５０は、油圧揺動シリンダ２
５６により、図１１に実線で示すようにＸ軸方向に平行
になる位置と、二点鎖線で示すようにＺ軸方向に平行に
なる位置とに回動させられる。油圧揺動シリンダが回動
アーム回動装置を構成している。

【００３７】工具保持装置２４２は、回動アーム２５０
の自由端部に設けられている。工具保持装置２４２は、
加工工具１０６の軸線方向の移動によって加工工具を保
持し、あるいは加工工具１０６の離脱を許容するものと
されており、回動アーム２５０の回動軸線と回動アーム
２５０の長手方向との両方に直角な姿勢で設けられてい
る。工具保持装置２４２の軸線は水平なのである。工具
保持装置２４２は、回動アーム２５０がＸ軸方向に平行
となる位置へ回動させられた状態において、図１１に実
線で示すように、工具チャック１０４より上側におい
て、工具チャック１０４と同じ向きで平行に並ぶ状態と
なるように設けられている。この位置が工具保持装置２
４２の工具交換位置である。「工具チャック１０４と同
じ向き」とは、工具保持装置２４２と、工具チャック１
０４との加工工具１０６を受け入れる部分が同じ向きに
開口しており、それらに保持された加工工具１０６が同
じ向きに延び出す状態となることを意味する。

【００３８】また、回動アーム２５０がＺ軸方向に平行
となる位置へ回動させられた状態では、工具保持装置２
４２は、図１１に二点鎖線で示すようにＸ軸方向に平行
となり、工具交換位置から離れた退避位置に位置させら
れる。工具保持装置２４２は、回動アーム２５０の回動
により、工具交換位置と退避位置とに移動させられるの
である。なお、回動アーム２５０の２つの回動端はそれ
ぞれ、ストッパ２６０，２６２により決められるととも
に、２つの回動端への回動がそれぞれ回動端検出スイッ
チ２６４，２６６により検出され、それらスイッチ２６
４，２６６の検出信号に基づいて油圧揺動シリンダ２５
６が駆動される。回動アーム２５０の回動がストッパ２
６０，２６２によって止められることにより、工具保持
装置２４２は工具交換位置および退避位置に精度良く停
止させられ、加工工具１０６の交換を確実に行うことが
できる。

【００３９】主軸ヘッド４４は、図１に示すように、コ
ラム８４およびＹスライド９２からＺ軸方向に突出させ
られており、工具チャック１０４が工具交換位置へ移動
させられたとき、図５および図１１に示すように、コラ
ム８４およびスライド９２が工具交換位置に位置する工
具保持装置２４２と干渉することがない。主軸ヘッド４
４は、工具チャック１０４が工具交換位置へ移動させら
れたとき、コラム８４やスライド９２と、工具交換位置
に位置する工具保持装置２４２との干渉を回避するのに
十分な長さ、コラム８４から突出させられているのであ
り、それにより、工具保持装置２４２をＹ軸方向におい
て、工具交換位置へ移動させられた工具チャック１０４
に対して近接した位置に設けることができ、共に工具交
換位置に位置する工具チャック１０４と工具保持装置２
４２とのＹ軸方向における距離が短い。主軸ヘッド４４
のコラム８４からの突出量が少なければ、共に工具交換
位置に位置する工具チャック１０４と工具保持装置２４
２とを、Ｘ軸方向およびＺ軸方向において同じ位置であ
って、上下方向に隔たった位置に位置させるためには、
工具保持装置２４２をコラム８４より上方に位置させな
ければならず、工具保持装置２４２と工具チャック１０
４との上下方向の距離が長くなる。それに対し、主軸ヘ
ッド４４のＹスライド９２からの突出量を大きくすれ
ば、工具保持装置２４２がスライド９２やコラム８４と
干渉することはなく、共に工具交換位置に位置する工具
保持装置２４２と工具チャック１０４とを近接させるこ
とができるのである。

【００４０】主工具交換装置２４０を説明する。主工具
交換装置２４０は、図１１に示すように、Ｚ軸方向にお
いては、工具交換位置に位置する工具保持装置２４２と
工具ストッカ２４６との間であって、工具交換位置に位
置する工具保持装置２４２に対して、工具交換位置へ移
動させられた工具チャック１０４，回転主軸１００，コ
ラム８４等とは反対側に設けられ、Ｙ軸方向（上下方
向）においては、図５に示すように、工具交換軸が、工
具保持装置２４２と、工具交換位置へ移動させられた工
具チャック１０４との間に位置するように設けられてい
る。後に、詳細に説明する。

【００４１】主工具交換装置２４０は、工具交換軸２９
０，ハウジング２９２，一対の工具保持アーム２９４お
よび交換運動付与装置２９６を含んでいる。ハウジング
２９２内には、図８および図９に示すように、入力軸３
００がＹ軸方向（上下方向）に平行な軸線まわりに回転
可能に支持されており、入力軸３００にはローラギヤカ
ム３０２が固定されている。ローラギヤカム３０２はリ
ブ３０４を備えている。入力軸３００は、図示しない駆
動源たる電動モータおよび電動モータの回転を入力軸３
００に伝達する回転伝達装置を含む回転駆動装置によ
り、自身の軸線まわりに一方向に等速で回転させられ、
それによりローラギヤカム３０２が回転させられる。

【００４２】工具交換軸２９０は、図６，図８および図
１１に示すように、ハウジング２９２により、前記回転
主軸１００とは逆向きに延び出す状態で、Ｚ軸方向に平
行な自身の軸線まわりに回転可能かつ軸方向に移動可能
に保持されており、ハウジング２９２は、工具交換軸２
９０の軸線が、それぞれ工具交換位置にある工具チャッ
ク１０４と工具保持装置２４２との両軸線の中央位置に
おいて、それら両軸線と平行に延びる状態となるように
配設されている。「回転主軸１００とは逆向きに延び出
す」とは、工具交換軸２９０がハウジング２９２から延
び出す向きと、回転主軸１００が主軸ヘッド４４のハウ
ジングから突出する向きとが逆、すなわち回転主軸１０
０の先端面と工具交換軸２９０の先端面とが互いに逆向
きということであり、主工具交換装置２４０の交換運動
付与装置２９６およびそれのハウジングを構成するハウ
ジング２９２が、工具交換時に一対の工具保持アーム２
９４が描く回動軌跡に対して、主軸ヘッド４４および工
具保持装置２４２とは反対側に配設されている。それぞ
れ工具交換位置にある工具チャック１０４および工具保
持装置２４２の各軸線と工具交換軸２９０の軸線とは、
Ｚ軸方向においては隣接し、Ｘ軸方向においては同じ位
置に位置し、また、これら３本の軸線は、上下方向（Ｙ
軸方向）においては距離を隔てて位置する。

【００４３】工具交換軸２９０のハウジング２９２内に
位置する端部には、図９に示すように、スプライン部３
１０が設けられ、タレット３１２に設けられたスプライ
ン穴３１４に、軸方向に相対移動可能かつ相対回転不能
に嵌合されている。タレット３１２は、ハウジング２９
２に回転可能かつ軸方向に移動不能に保持されるととも
に、カムフォロワたるローラ３１６が複数個（本実施形
態においては４個）、等角度間隔に、かつ工具交換軸２
９０の回転軸線と直交する軸線まわりに回転可能に設け
られている。ローラ３１６は、ローラギヤカム３０２の
リブ３０４に噛み合わされ、ローラギヤカム３０２の回
転に伴って正方向あるいは逆方向に回転させられ、ある
いは停止させられる。入力軸３００の一方向の等速回転
が、工具交換軸２９０の工具交換に必要な不等速回転に
変換されるのであり、タレット３１２およびローラ３１
６がローラギヤを構成し、ローラギヤカム３０２と共に
第１カム装置３１８を構成している。

【００４４】ローラギヤカム３０２にはまた、その回転
軸線と直角な一方の端面に、カム溝３２２が設けられて
いる。ハウジング２９２には、揺動レバー３３４が、そ
の長手方向の一端部において軸３３６により、入力軸３
００と平行な軸線まわりに回動可能に支持されており、
揺動レバー３３４の中間部に回転可能に取り付けられた
カムフォロワたるローラ３３８がカム溝３２２に嵌合さ
れ、他端部に回転可能に取り付けられた係合部材たるロ
ーラ３４０が、工具交換軸２９０に同心状に設けられた
円環状の係合溝３４２に係合させられている。

【００４５】ローラギヤカム３０２が回転させられれ
ば、ローラ３３８がカム溝３２２内を移動し、揺動レバ
ー３３４が回動させられ、工具交換軸２９０が軸方向に
移動させられ、ハウジング２９２外に向かって伸長させ
られ、あるいはハウジング２９２内に向かって収縮させ
られ、あるいは停止させられる。本実施形態において
は、ローラギヤカム３０２と回転カムとが一体に形成さ
れているのであり、回転カムおよびローラ３３８が第２
カム装置３４４を構成し、前記第１カム装置３１８と共
にカム装置３４６を構成している。

【００４６】ローラギヤカム３０２のリブ３０４および
回転カムのカム溝３２２は、ローラギヤカム３０２が１
回転する間に、図１０に示すように、工具交換軸２９０
に軸方向の運動と回転とを付与するように設けられてい
る。カム装置３４６を含む交換運動付与装置２９６は、
工具交換軸２９０に、一対の工具保持アーム２９４が工
具チャック１０４と工具保持装置２４２とにそれぞれ保
持されている加工工具１０６を交換するのに必要な交換
運動を付与するのである。工具交換軸２９０が待機位置
（後述するように、一対の工具保持アーム２９４がＸ軸
方向に平行な水平な姿勢となり、加工工具１０６の交換
に備えて待機する位置）から正方向へ９０度回転させた
状態で停止させ、回転方向における停止状態において、
工具交換軸２９０を軸方向に移動させてハウジング２９
２内に向かって収縮させるとともに、その移動の完了前
に、逆方向へ１８０度回転させ、回転の完了前に伸長を
開始させ、伸長の完了後、回転が完了し、その後、逆方
向へ９０度回転させるように設けられている。工具交換
軸２９０の回転の一部と軸方向運動の一部とが重複して
行われるのであり、その分、工具交換時間が短くて済
む。なお、正方向および逆方向については、後に説明す
る。また、工具交換軸２９０がハウジング２９２外へ最
も伸長した伸長端位置において、一対の工具保持アーム
２９４は加工工具１０６を工具保持装置２４２および工
具チャック１０４に押し込み、ハウジング２９２内へ最
も収縮した収縮端位置において、一対の工具保持アーム
２９４は加工工具１０６を工具保持装置２４２および工
具チャック１０４から抜き出すため、伸長端位置を押込
位置、収縮端位置を抜出位置と称する。

【００４７】工具交換軸２９０のハウジング２９２の外
部に突出した先端に、前記一対の工具保持アーム２９４
が設けられている。図１２に示すように、一対の工具保
持アーム２９４は一体に形成されており、工具交換軸２
９０のハウジング２９２の外部に突出した先端から、工
具交換軸２９０の軸線と直交する一直線に沿って互いに
逆向きに延び出す状態で工具交換軸２９０に固定され、
各自由端部にそれぞれ工具保持部３５０を備えている。
主工具交換装置は、双アーム型工具交換装置なのであ
る。これら工具保持アーム２９４および工具保持部３５
０の構成は同じであり、一方の工具保持アーム２９４お
よび工具保持部３５０を代表的に説明する。

【００４８】工具保持アーム２９４の自由端部には、ほ
ぼ半円形状を成す保持凹部３６６が、工具保持アーム２
９４の長手方向に直角な方向に開口する状態で形成され
ている。保持凹部３６６の工具交換軸２９０の軸線に平
行な方向の中間部には、ほぼ半円環状を成す係合突起３
６８が突設されている。保持凹部３６６にはまた、その
凹部を画定する円の中心に対応する位置に、係合突起３
７０が係合突起３６８よりも、係合凹部３６６の開口側
へ突出して設けられている。

【００４９】工具保持アーム２９４内には、工具保持ア
ーム２９４の自由端側に開口する有底の嵌合穴３７６が
工具保持アーム２９４の長手方向と平行に形成されると
ともに、保持爪３７８が移動可能に嵌合されている。保
持爪３７８は、組立ての都合上、別部材である主部材３
８０と補助部材３８２とが一体的に組み付けられて成
り、組付け後は、一体の保持爪３７８として機能する。
主部材３８０は有底円筒状を成し、嵌合穴３７６内に配
設された案内部材３８４に移動可能に嵌合されている。
案内部材３８４は、工具保持アーム２９４にボルト３８
６によって固定されている。補助部材３８２は、主部材
３８０の開口側に嵌合され、係合部材たるピン３８８が
主部材３８０，補助部材３８２にわたって嵌合されるこ
とにより、主部材３８０に軸方向に相対移動不能かつ相
対回転不能に組み付けられている。なお、保持爪３７８
は、一体の部材により形成してもよい。

【００５０】保持爪３７８は、補助部材３８２側から嵌
合穴３７６に嵌合され、主部材３８０の補助部材３８２
が取り付けられた側とは反対側の端部であって、嵌合穴
３７６からの突出端部には、図１２に示すように、傾斜
面３９２が形成されている。この傾斜面３９２は、工具
保持アーム２９４が回動させられて保持凹部３６６が加
工工具１０６のボトルグリップ１１４に係合させられる
とき、加工工具１０６が描く相対回動軌跡に対して、加
工工具１０６の回動方向の上流側から下流側に向かうに
従って、回動軌跡の外側から内側に入る向きに傾斜させ
られている。主部材３８０にはまた、傾斜面３９２の最
も保持凹部３６６側の部分に、前記係合突起３６８を含
む円環状の突起の一部を成す係合突起３９４が設けられ
ている。

【００５１】保持爪３７８は、主部材３８０と案内部材
３８４との間に配設された保持爪付勢用弾性部材たる圧
縮コイルスプリング３９６（以下、スプリング３９６と
略称する）により、嵌合穴３７６から突出する向きであ
って、加工工具１０６のボトルグリップ１１４に係合
し、保持凹部３６６のボトルグリップ１１４からの離脱
を防止する保持位置に向かって付勢されている。スプリ
ング３９６の付勢による保持爪３７８の移動限度は、補
助部材３８２が案内部材３８４に係合することにより規
定され、保持爪３７８の工具保持アーム２９４からの脱
落が防止されている。保持爪３７８は、後述するよう
に、スプリング３９６の付勢力に抗して後退させられる
ことにより、保持凹部３６６が加工工具１０６のボトル
グリップ１１４と係合することを許容する退避位置へ移
動させられる。なお、主部材３８０のボルト３８６に対
する移動は、主部材３８０に形成された長穴４００によ
り許容される。また、ボルト３８６および長穴４００
は、保持爪３７８の工具保持アーム２９４に対する回転
を阻止する。さらに、補助部材３８２の主部材３８０と
は反対側の端部には、保持爪３７８の移動方向に対して
傾斜させられた傾斜面４０２が形成されている。

【００５２】本実施形態においては、工具保持アーム２
９４の長さ、すなわち工具交換軸２９０の軸線から保持
凹部３６６の中心線までの距離は、１８５mmとされてい
る。工具交換軸２９０は、前述のように、ハウジング２
９２に、回転主軸１００とは逆向きに延び出す状態で設
けられており、主工具交換装置２４０の交換運動付与装
置２９６およびハウジング２９２が、工具交換時に一対
の工具保持アーム２９４が描く回動軌跡に対して、主軸
ヘッド４４および工具保持装置２４２とは反対側に配設
されており、回転主軸１００の工具チャック１０４の軸
線と工具保持装置２４２の軸線との距離を短くすること
ができる。また、前述のように、主軸ヘッド４４はコラ
ム８４から突出させられており、工具チャック１０４が
工具交換位置へ移動させられたとき、Ｙ軸スライド９２
やコラム８４が、工具交換位置へ移動させられた工具保
持装置２４２と干渉することがなく、共に工具交換位置
に位置する工具チャック１０４と工具保持装置２４２と
を、上下方向（Ｙ軸方向）において互いに近接して設
け、工具チャック１０４の軸線と工具保持装置２４２の
軸線との距離を短くすることができる。そのため、共に
工具交換位置に位置する工具チャック１０４と工具保持
装置２４２との両軸線の中央位置に位置させられた工具
交換軸２９０の軸線と、工具交換位置に位置する工具保
持装置２４２および工具チャック１０４の各軸線との間
の距離を短くすることができ、工具保持アーム２９４の
長さを１８５mmとすることができるのである。

【００５３】工具保持アーム２９４にはまた、ロック装
置４１０が設けられている。ロック装置４１０は、ロッ
ク部材４１２を含む。工具保持アーム２９４の、ハウジ
ング２９２側の面には、保持部材４１４が固定されると
ともに、工具保持アーム２９４および保持部材４１４に
わたって、工具交換軸２９０の軸線と平行に延び、前記
嵌合穴３７６と、保持部材４１４の後端面とに開口する
嵌合穴４１６が形成され、ロック部材４１２がロック位
置と解除位置とに移動可能に嵌合されている。保持部材
４１４は、工具保持アーム２９４に固定された後は、工
具保持アーム２９４として機能する。ロック部材４１２
の嵌合穴３７６側の端部には、傾斜面４２０を有するく
さび部４２２が設けられている。傾斜面４２０は、前記
保持爪３７８側に設けられ、ロック部材４１２が工具保
持アーム２９４に対して相対的に前進させられる際に、
ロック部材４１２の移動方向の下流側から上流側に向か
うに従って前記保持爪３７８に接近する向きに傾斜させ
られている。保持爪３７８に設けられた前記傾斜面４０
２は、この傾斜面４２０と対応する傾斜を有する。

【００５４】ロック部材４１２は、保持部材４１４に設
けられた回転阻止部材たるピン４２６の先端部が、ロッ
ク部材４１２に形成された軸方向に延びる係合凹部たる
溝４２８に嵌入させられることにより、軸方向の相対移
動を許容されるとともに、工具保持アーム２９４に対す
る回転を阻止され、傾斜面４２０が傾斜面４０２に係合
可能とされている。ピン４２６，溝４２８，ボルト３８
６，長穴４００が、ロック部材４１２および保持爪３７
８の工具保持アーム２９４に対する位相を決め、ロック
部材４１２と保持爪３７８とを、傾斜面４２０が傾斜面
４０２に当接可能に位置決めする位置決め装置を構成し
ているのである。

【００５５】また、ロック部材４１２は、ロック部材付
勢用弾性部材の一種である圧縮コイルスプリング４３０
（以下、スプリング４３０と称する）により解除位置に
向かって付勢されている。解除位置は、くさび部４２２
が嵌合穴４１６の嵌合穴３７６と交差する部分から退出
し、傾斜面４２０が傾斜面４０２から離間し、保持爪３
７８が退避位置へ退避することを許容する位置であり、
ロック部材４１２が解除位置にあるとき、ロック装置４
１０は解除状態にある。ロック部材４１２がスプリング
４３０の付勢力に抗して前進させられ、傾斜面４２０が
傾斜面４０２に極く近接し、あるいは当接し、図１３に
示すように、くさび部４２２が、傾斜面４０２と、嵌合
穴４１６の傾斜面４０２と対向する面とに挟まれて保持
爪３７８の退避位置への退避を実質的に許容しない位置
がロック位置である。ロック部材４１２がロック位置に
あるとき、ロック装置４１０はロック状態にある。以
上、保持凹部３６６，保持爪３７８，スプリング３８
６，ロック装置４１０が工具保持部３５０を構成してい
る。さらに、ロック部材４１２の後端部、すなわち傾斜
面４２０が形成された側とは反対側の端部には、摩擦軽
減部材たる球４３２が回転可能に保持されている。

【００５６】他方の工具保持アーム２９４も同様に構成
されているが、一方の工具保持アーム２９４に対して、
ちょうど１８０度位相を異にする状態で設けられ、一対
の工具保持アーム２９４の各保持凹部３６６は、工具交
換軸２９０の回転方向において同じ方向に開口させられ
ている。また、ロック部材４１２は、一対の工具保持ア
ーム２９４に対応して、工具交換軸２９０の軸線を中心
とする一円周上に２個設けられている。保持凹部３６６
の開口側が工具保持アーム２９４の回動方向において下
流側になる際の工具交換軸２９０の回転方向を正方向、
上流側になる際の回転方向を逆方向とする。

【００５７】前記ハウジング２９２には、円環状のロッ
ク部材駆動部材４５０が工具交換軸２９０と同心に固定
されている。このロック部材駆動部材４５０の先端面が
円環状の駆動面４５２を構成し、工具交換軸２９０のま
わりに、２個のロック部材４１２が設けられた一円周に
沿って形成されている。駆動面４５２は、工具交換軸２
９０の伸縮につれて球４３２を介してロック部材４１２
に当接，離間し、工具交換軸２９０が前記引出位置（収
縮端位置）にある状態では、駆動面４５２がロック部材
４１２に係合してロック位置に位置させ、押込位置（伸
長端位置）にある状態では、ロック部材４１２から離
れ、ロック部材４１２は解除位置に位置する。

【００５８】なお、前記自動工具交換システム配設スペ
ース２０２を画定する仕切壁２３０のうち、工具保持ア
ーム２９４に対応する部分には開口が設けられるととも
に、図５に示すように、シャッタ４６０が開閉可能に設
けられており、工具交換軸２９０の回転により、工具保
持アーム２９４が、自動工具交換システム配設スペース
２３２から、回転主軸１００等が設けられたスペース内
へ進入し得るようにされている。シャッタ４６０は、図
示しないシャッタ開閉装置により自動的に開閉させられ
る。

【００５９】補助工具交換装置２４４を説明する。補助
工具交換装置２４４は、図５ないし図７に示すように、
一対の工具保持アーム４８０，Ｘ移動装置４８２および
Ｚ移動装置４８４を含んでいる。Ｚ移動装置４８４は、
ハウジング２２０の外に、枠体２４８およびブラケット
４８６に支持されて設けられている。ブラケット４８６
に固定の支持台４８８上には、直線状の突条を成す一対
のガイドレール４９０がＺ軸方向に平行に設けられてＺ
ガイドを構成するとともに、Ｚスライド４９２がＺ軸方
向に移動可能に嵌合されている。Ｚスライド４９２は、
駆動源たるＺサーボモータ４９４（図１４参照），送り
ねじ４９６およびナットを含む運動変換装置を備えたＺ
スライド駆動装置５００により、ガイドレール４９０に
案内されてＺ軸方向に移動させられる。これらガイドレ
ール４９０，Ｚスライド４９２，Ｚスライド駆動装置５
００がＺ移動装置４８４を構成している。

【００６０】Ｚスライド４９０上には、一対の直線状の
案内溝がＸ軸方向に平行に設けられてＸガイドを構成す
るとともに、Ｘスライド５０４にＸ軸方向に平行に設け
られ、直線状の突条を成す一対のガイドレール５０６が
Ｘ軸方向に移動可能に嵌合されている。Ｘスライド５０
４およびガイドレール５０６はＸ軸方向に長く、Ｘスラ
イド５０４には、Ｚスライド４９２上に、Ｘ軸方向に平
行に設けられた駆動源たる流体圧シリンダの一種である
油圧シリンダ５０８のピストンロッド５１０が係合させ
られている。したがって、ピストンロッド５１０の伸縮
により、Ｘスライド５０４がＸ軸方向において往復移動
させられる。油圧シリンダ５０８がＸスライド駆動装置
を構成し、案内溝，Ｘスライド５０４と共にＸ移動装置
４８２を構成している。

【００６１】Ｘスライド５０４には、回転軸５１６がＸ
軸方向に平行な軸線まわりに回動可能に取り付けられる
とともに、駆動源たる油圧揺動アクチュエータの一種で
ある油圧揺動シリンダ（図示省略）により１８０度往復
回動させられる。油圧揺動シリンダが回動装置を構成し
ている。一対の工具保持アーム４８０は、回転軸５１６
に、回転軸５１６の軸線と直交する一直線に沿って互い
に逆向きに延び出す状態で取り付けられ、各自由端部に
それぞれ、工具保持部５１８が設けられている。補助工
具交換装置は、双アーム型工具交換装置なのである。Ｘ
スライド５０４は、Ｚスライド４９０からハウジング２
２０側へ延び出させられており、その延出端部および一
対の工具保持アーム４８０は、図６に示すように、ハウ
ジング２２０に設けられた図示しない開口を通って、ハ
ウジング２２０内に位置させられている。この開口は、
一対の工具保持アーム４８０のＺ軸方向の移動を許容す
るように設けられている。なお、図７には、工具保持ア
ーム４８０が一対あることをわかり易くするために、一
対の工具保持アーム４８０は上下方向に平行な姿勢で図
示されている。

【００６２】回転軸５１６はＸ軸方向に平行に設けられ
ており、回転軸５１６の回転により、一対の工具保持ア
ーム４８０は、Ｚ軸方向に平行な垂直面内において回動
させられる。これら工具保持部５１８はそれぞれ、図示
しない一対の把持爪が、Ｘ軸方向に平行な軸線まわりに
開閉可能に連結されるとともに、図示しない弾性部材に
より閉じる向きに付勢された構成を有する。一対の把持
爪は、一対の工具保持アーム４８０が水平な姿勢でＺ軸
方向に移動させられることにより開閉させられ、加工工
具１０６に係合，離脱させられる。補助工具交換装置２
４４は、一対の工具保持アーム４８０が水平な状態で、
前記工具保持装置２４２と同じ高さに位置する位置に設
けられている。また、前記工具ストッカ２４６は、図６
に示すように、その工具保持部が、退避位置に位置する
工具保持装置２４２に対して、Ｘ軸方向に同じ位置に位
置するように設けられ、また、工具受渡位置は、工具保
持装置２４２および水平状態における一対の工具保持ア
ーム４８０と同じ高さの位置に設定されている。

【００６３】本マシニングセンタ１０は、図１４に示す
制御装置５３０により制御される。制御装置５３０は、
ＰＵ（プロセッシングユニット）５３２，ＲＯＭ５３
４，ＲＡＭ５３６およびそれらを接続するバス５３８を
含むコンピュータ５４０を主体とするものである。バス
５３８には入力インタフェース５４２が接続され、前記
回動端検出スイッチ２６４，２６６等が接続されてい
る。また、バス５３８には出力インタフェース５４４が
接続され、Ｘサーボモータ５２を始めとする各種アクチ
ュエータが駆動回路５４６を介して接続されている。こ
れら駆動回路５４６とコンピュータ５４０とにより制御
装置５３０が構成されているのである。なお、図１４に
は、マシニングセンタ１０に設けられて制御装置５３０
により制御される全部のアクチュエータが図示されてい
るわけではなく、Ｘサーボモータ５２等が代表的に図示
されている。コンピュータ５４０のＲＯＭ５３４には、
天吊ロボット１９０によるワークピース２８の搬送，着
脱，加工工具１０６によるワークピース２８の加工，自
動工具交換システム２３８による加工工具１０６の交換
等のための種々のプログラムが格納されている。なお、
Ｘサーボモータ５２は、駆動源たるモータの一種である
電動モータであり、回転角度および回転速度の精度の良
い制御が可能なモータであり、サーボモータに代えてス
テップモータを用いてもよい。Ｙサーボモータ９４等、
他のサーボモータについても同じである。

【００６４】次に作動を説明する。マシニングセンタ１
０においては、天吊ロボット１９０がワークピース２８
を搬送し、ワークチャック４２に着脱し、ワークチャッ
ク４２と加工工具１０６とがＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸の各
方向に相対移動させられてワークチャック４２に保持さ
れたワークピース２８に、工具チャック１０４が保持し
た加工工具１０６により加工が施される。自動工具交換
システム２３８により、工具チャック１０４が保持する
加工工具１０６が交換され、複数種類の加工がワークピ
ース２８に施される。

【００６５】天吊ロボット１９０によるワークピース２
８の搬送，ワークチャック４２への着脱を説明する。ワ
ークチャック４２に保持されたワークピース２８に加工
が施されている間に、天吊ロボット１９０はワーク供給
装置１２へ移動させられ、ワークピース供給位置に位置
決めされたワークストッカ２０からワークピース２８を
受け取る。ワークピース２８の受取り時には、搬送チャ
ック装置１５６が回転させられ、２個のチャック２００
の軸線が上下方向に平行とされるとともに、図示しない
動力アクチュエータにより伸縮アーム１９４が伸長させ
られ、２個のチャック２００のうち、下向きのチャック
２００が未加工のワークピース２８を把持する。ワーク
ピース２８の把持後、伸縮アーム１９４が収縮させられ
て、ワークピース２８をワークストッカ２０から取り出
すとともに、天吊ロボット１９０はワークチャック４２
へ走行させられる。この際、チャック搬送装置１５６は
ワークピース２８を受け取ったままの姿勢で走行させら
れる。

【００６６】天吊ロボット１９０は、空のチャック２０
０が、ワーク受渡位置へ移動させられた状態でのワーク
チャック４２に把持された加工済みのワークピース２８
よりも、ややコラム８４側へ外れた着脱待機位置へ移動
させられ、ワークピース２８に対する加工の終了を待
つ。ワークピース２８に予定された全部の加工の終了
後、加工済みのワークピース２８が未加工のワークピー
ス２８に交換される。天吊ロボット１９０によるワーク
チャック４２に対するワークピース２８の着脱時には、
ワークチャック４２はＸ移動装置５６により、図２に一
点鎖線および図７に二点鎖線で示すように、ワーク受渡
位置まで移動させられる。また、ワークチャック４２
は、軸線がＺ軸方向と平行となり、Ｚ軸方向においてコ
ラム８４側へ向けられ、かつ、水平軸線まわりの位相は
予め設定された原位置とされる。ワーク受渡位置におい
ては、ワークチャック４２の軸線は、チャック２００の
軸線とＸ軸方向の位置が一致させられる。

【００６７】そして、ハウジング２２０の天井の走行通
路２２２を形成する部分に設けられたシャッタが開か
れ、伸縮アーム１９４が伸長させられてハウジング２２
０内へ進入させられる。進入後、搬送チャック装置１５
６が回転させられ、２個のチャック２００の軸線がＺ軸
方向と平行とされるとともに、空のチャック２００がワ
ークチャック４２側に向けられ、ワークチャック４２と
同軸に対向させられる。このとき、空のチャック２００
は拡開させられている。

【００６８】次いで、天吊ロボット１９０が、空のチャ
ック２００が、ワークチャック４２により保持された加
工済みのワークピース２８に向かう向きに移動させら
れ、チャック２００がワークピース２８を把持する。ワ
ークピース２８はプッシャプレート２１０を付勢装置の
付勢力に抗して後退させつつ、３個の把持爪２０４内に
嵌入させられる。天吊ロボット１９０の停止後、チャッ
ク２００が収縮させられてワークピース２８を把持し、
次いでワークチャック４２が開かれてワークピース２８
を解放する。

【００６９】その後、天吊ロボット１９０が、ワークチ
ャック４２から離れる向きに移動させられ、加工済みの
ワークピース２８がワークチャック４２から抜け出させ
られる。その状態で搬送チャック装置１５６が１８０度
回転させられ、他方のチャック２００に把持された未加
工のワークピース２８がワークチャック４２と正対させ
られる。そして、天吊ロボット１９０が、未加工のワー
クピース２８がワークチャック４２に接近する向きに移
動させられ、ワークピース２８がワークチャック４２の
把持爪の間へ進入させられる。そして、チャック２００
が拡開させられ、ワークピース２８の把持が解放され
る。この際、ワークピース２８はプッシャプレート２１
０により押され、ワークチャック４２に設けられた図示
しない把持面に押し付けられる。その後、ワークチャッ
ク４２が収縮させられ、ワークピース２８を把持する。

【００７０】このように未加工のワークピース２８をワ
ークチャック４２に渡した天吊ロボット１９０は、小距
離、ワークチャック４２から離れる向きに移動させら
れ、チャック２００がワークピース２８から抜け出させ
られた後、伸縮アーム１９４が収縮させられ、ハウジン
グ２２０外へ抜け出させられる。また、搬送チャック装
置１５６が回転させられ、チャック２００の軸線が上下
方向に平行となるようにされる。そして、天吊ロボット
１９０はワーク収納装置１４へ移動させられ、加工済み
のワークピース２８をワークストッカ２０に収納する。
収納後、天吊ロボット１９０はワーク供給装置１２へ走
行し、未加工のワークピース２８を受け取って着脱待機
位置へ移動し、ワークピース２８の着脱に備えて待機さ
せられる。

【００７１】未加工のワークピース２８をワークチャッ
ク４２に渡したチャック２００が、ワークピース２８か
ら抜け出させられたならば、伸縮アーム１９４が収縮を
開始する前にワークチャック４２を加工スペース１６２
へ移動させることができる。加工のためにワークチャッ
ク４２を垂直軸線まわりに回転させるのであれば、Ｘス
ライド５０の加工スペース１６２に向かっての移動と、
伸縮アーム１９４の収縮との少なくとも一方によって、
天吊ロボット１９０との間にワークチャック４２を回転
させ得るスペースが生じれば、直ちにワークチャック４
２が垂直軸線まわりに回転させられる。したがって、伸
縮アーム１９４のハウジング２２０外への退出とワーク
チャック４２の加工スペース１６２への移動（更には回
転）とを並行して行うことができ、より早く加工を開始
することができる。伸縮アーム１９４がハウジング２２
０外へ退出した後、シャッタが閉じられる。このように
本マシニングセンタ１０においては、搬送スペース１９
２が加工スペース１６２の手前側にあり、天吊ロボット
１９０はコラム８４と干渉することなく走行し、ワーク
ピース２８の着脱，搬送を自動で迅速に行う。

【００７２】加工工具１０６の交換を説明する。図１５
に、主工具交換装置２４０，工具保持装置２４２，補助
工具交換装置２４４，工具ストッカ２４６，シャッタ４
６０の作動タイミングを示す。ワークチャック４２に保
持された１つのワークピース２８には、複数種類の加工
工具１０６によって複数種類の加工が施され、１つの加
工工具１０６による加工が終了する毎に、工具チャック
１０４が保持する加工工具１０６が、次にワークピース
２８に加工を施す加工工具１０６に交換される。加工工
具１０６の交換に備えて待機している状態では、図１１
に実線で示すように、主工具交換装置２４０において
は、工具交換軸２９０がハウジング２９２から外へ伸長
させられて押込位置にあり、一対の工具保持アーム２９
４はＸ軸方向に平行な姿勢となる待機位置に位置させら
れている。これら工具保持アーム２９４の各工具保持部
３５０はいずれも空である。また、工具保持装置２４２
は工具交換位置にあり、新たに工具チャック１０４に保
持させる加工工具１０６（新加工工具１０６と称する）
を保持している。さらに、補助工具交換装置２４４は待
機位置に位置している。補助工具交換装置２４４の待機
位置は、一対の工具保持アーム４８０がＺ軸方向に平行
な姿勢となり、Ｘ軸方向においては、退避位置に位置す
る際の工具保持装置２４２と同じ位置に位置し、Ｚ軸方
向においては、退避位置に位置する際の工具保持装置２
４２から小距離離れた位置である。一対の工具保持アー
ム４８０のうち、工具保持装置２４２に近い側の工具保
持アーム４８０が空であり、遠い側（工具ストッカ２４
６に近い側）の工具保持アーム４８０は、別の新加工工
具１０６を保持している。

【００７３】加工工具交換時には、工具チャック１０４
がＹ移動装置９６およびＺ移動装置８８によって工具交
換位置へ移動させられる。それにより、工具チャック１
０４は、図５および図１１に示すように、工具保持装置
２４２および工具交換軸２９０の下方において、工具保
持装置２４２と同じ向きで平行に並ぶ状態とされる（図
５には、図示の都合上、工具保持装置２４２は、退避位
置に位置する状態が示されている）。また、工具交換軸
２９０は、回転主軸１００とは逆向きに延び出すととも
に、その軸線は、工具チャック１０４と工具保持装置２
４２との両軸線の中央位置において、それら両軸線と平
行に延びる状態となる。

【００７４】工具チャック１０４の工具交換位置への移
動後、工具交換軸２９０が正方向に９０度回転させられ
る。加工工具交換時には、仕切壁２３０に設けられたシ
ャッタ４６０が開かれ、工具保持アーム２９４は工具交
換軸２９０の回転により回動させられ、仕切壁２３０に
設けられた開口を通り、図５に示すように、自動工具交
換システム配設スペース２３２から、工具チャック１０
４が位置するスペースへ突出させられる。

【００７５】この際、一対の工具保持アーム２９４はい
ずれも空であり、一方の工具保持アーム２９４が、工具
チャック１０４に保持された加工工具１０６（この加工
工具１０６を旧加工工具１０６と称する）を保持し、他
方の工具保持アーム２９４が、工具保持装置２４２に保
持された新加工工具１０６を保持する。

【００７６】工具交換軸２９０が押込位置に位置する状
態では、一対の工具保持アーム２９４において、保持爪
３７８は、スプリング３９６の付勢により、補助部材３
８２が案内部材３８２に当接しているが、ロック部材４
１２がロック部材駆動部材４５０の駆動面４５２から離
れて解除位置にあり、ロック部材４１２による保持爪３
７８のロックが解除されており、保持爪３７８は退避位
置へ退避することができる。ロック装置４１０が解除状
態にあるのである。そのため、工具保持アーム２９４の
回転につれて、保持爪３７８および保持凹部３６６は加
工工具１０６のボトルグリップ１１４に半径方向から接
近し、保持爪３７８に設けられた傾斜面３９２がボトル
グリップ１１４のフランジ部１１８に係合し、斜面の効
果によって保持爪３７８がスプリング３９６の付勢力に
抗して退避位置へ移動させられ、保持凹部３６６がボト
ルグリップ１１４に係合することを許容する。保持凹部
３６６は、ボトルグリップ１１４に半径方向から係合
し、その係合突起３６８が突出させられていない部分
は、ボトルグリップ１１４のフランジ部１１８に係合
し、係合突起３６８，３７０はそれぞれ、溝１２０，係
合溝１２２に係合し、加工工具１０６は軸方向に移動不
能かつ回転不能に保持凹部３６６に保持される。保持凹
部３６６がボトルグリップ１１４に係合した後、保持爪
３７８に設けられた係合突起３９４が溝１２０に嵌入
し、係合突起３９４の両側の部分がフランジ部１１８に
係合し、保持凹部３６６の加工工具１０６からの離脱を
防止する。加工工具１０６は保持爪３７８により保持凹
部３６６からの離脱を防止された状態で工具保持アーム
２９４により保持されるのである。工具保持アーム２９
４により保持される。このように工具交換軸２９０が回
転させられて一対の工具保持アーム２９４が新，旧の加
工工具１０６を保持するとき、ドローバー１３６が解放
位置へ移動させられて工具チャック１０４による旧加工
工具１０６の保持が解除される。

【００７７】工具交換軸２９０が正方向に９０度回転さ
せられ、一対の工具保持アーム２９４がそれぞれ、新加
工工具１０６，旧加工工具１０６を保持したならば、工
具交換軸２９０は収縮させられ、新，旧加工工具１０６
がそれぞれ、工具保持装置２４２，工具チャック１０４
から抜き出される。それにつれて一対の工具保持アーム
２９４にそれぞれ設けられたロック部材４１２の後端が
球４３２を介して駆動面４５２に当接し、その状態から
更に工具交換軸２９０が収縮させられることにより、工
具保持アーム２９４はスプリング４３０の付勢力に抗し
てロック部材４１２に対して移動させられる。ロック部
材４１２が、スプリング４３０の付勢力に抗してロック
位置へ移動させられるのである。それにより、くさび部
４２２が、保持爪３７８に設けられた傾斜面４０２と、
嵌合穴４１６の内周面とにより構成されるくさび形状の
空間へ進入し、傾斜面４２０が傾斜面４０２に極く近接
し、あるいは当接し、くさび部４２２が、傾斜面４０２
と、嵌合穴４１６の傾斜面４０２に対向する部分とに挟
まれ、保持爪３７８が実質的に退避位置へ退避しない状
態が得られる。ロック装置４１０がロック状態に切り換
えられるのである。それにより、保持爪３７８が保持位
置に保たれ、保持爪３７８による加工工具１０６の保持
が解除されることがなく、加工工具１０６が工具保持ア
ーム２９４により、より確実に保持される。

【００７８】工具交換軸２９０の収縮の終了前に、工具
交換軸２９０が逆方向への回転を開始させられて１８０
度回転させられ、新加工工具１０６が工具チャック１０
４に正対させられ、旧加工工具１０６が工具保持装置２
４２に正対させられる。前記駆動面４５２は円環状を成
すため、この回転の際、ロック部材４１２の球４３２が
駆動面４５２から外れることはなく、ロック部材４１２
はロック位置に保たれ、保持爪３７８による加工工具１
０６の保持が解除されることがなく、工具保持アーム２
９４が加工工具１０６を保持した状態に保たれる。その
ため、一対の工具保持アーム２９４の回動時に加工工具
１０６に作用する慣性力，遠心力等により加工工具１０
６が工具保持部３５０から離脱することが防止される。

【００７９】回転の終了前に、工具交換軸２９０が伸長
を開始させられ、新加工工具１０６が工具チャック１０
４に嵌合され、旧加工工具１０６が工具保持装置２４２
に嵌合されて脱落不能に保持される。工具チャック１０
４においては、ドローバー１３６が回転主軸１００内に
引っ込む向きに（保持位置に向かって）移動させられ、
加工工具１０６が工具チャック１０４により保持され
る。伸長後、工具交換軸２９０が逆方向に更に９０度回
転させられ、工具保持部３５０が新，旧加工工具１０６
から離脱させられ、工具保持アーム２９４が待機位置に
戻る。

【００８０】工具交換軸２９０が伸長させられるのにつ
れて、ロック部材４１２が工具保持アーム２９４に対し
て後退させられ、スプリング４３０の付勢により解除位
置へ移動させられて、ロック装置４１０が解除状態に切
り換えられる。工具交換軸２９０が押込位置へ移動した
状態では、ロック部材４１２はロック部材駆動部材４５
０の駆動面４５２から離れて解除位置にあり、くさび部
４２２が、嵌合穴４１６の嵌合穴３７６と交差する部分
から、嵌合穴４１６の後部側へ抜け出させられているた
め、保持爪３７８は退避位置へ退避することができる。
そのため、工具保持アーム２９４が逆方向に回動させら
れるとき、傾斜面３９２の斜面の作用により、保持爪３
７８はスプリング３９６の付勢力に抗して退避させら
れ、保持凹部３６６がボトルグリップ１１４から離脱す
ることを許容し、工具保持アーム２９４は加工工具１０
６から抜け出させられる。

【００８１】このように工具交換軸２９０が逆方向に９
０度回転させられることにより、一対の工具保持アーム
２９４は、Ｘ軸方向に平行な姿勢となる待機位置に戻
り、次の交換に備えて待機させられる。また、工具チャ
ック１０４には新加工工具１０６が取り付けられ、工具
チャック１０４はＹ移動装置９６およびＺ移動装置８８
により加工スペースへ移動させられ、新加工工具１０６
によるワークピース２８の加工が開始される。工具保持
アーム２９４が待機位置に戻り、自動工具交換システム
配設スペース２３２内に入れば、仕切壁２３０に設けら
れたシャッタ４６０が閉じられる。

【００８２】旧加工工具１０６を保持した工具保持装置
２４２は、図１６に示すように、回動アーム２５０の回
動により退避位置へ移動させられる。移動後、補助工具
交換装置２４４の工具保持アーム４８０がＺ軸方向に工
具保持装置２４２に接近する向きに移動させられ、工具
保持部５１８が、工具保持装置２４２に保持された旧加
工工具１０６を保持する。保持後、工具保持アーム４８
０はＸ軸方向に移動させられ、旧加工工具１０６を工具
保持装置２４２から引き出される。次いで、工具保持ア
ーム４８０は１８０度回動させられ、新加工工具１０６
が工具保持装置２４２に正対させられる。そして、Ｘ軸
方向に移動させられ、新加工工具１０６が工具保持装置
２４２に嵌合されるとともに脱落不能に保持される。

【００８３】工具保持装置２４２が新加工工具１０６を
保持したならば、工具保持アーム４８０は、Ｚ軸方向に
おいて工具保持装置２４２から離れる方向へ移動させら
れる。それにより、工具保持部５１８が開いて新加工工
具１０６から外れ、その状態で工具保持アーム４８０
は、旧加工工具１０６を保持してＸ移動装置５６および
Ｚ移動装置８８により工具ストッカ２４６へ走行させら
れる。この移動時には、一対の工具保持アーム４８０の
うち、旧加工工具１０６を保持した工具保持アーム４８
０がＺ軸方向において工具ストッカ２４６側にある。工
具保持アーム４８０は、図１７に示すように、旧加工工
具１０６が工具ストッカ２４６の、工具受渡位置に位置
する空の工具保持部に正対する状態でＸ軸方向において
工具ストッカ２４６に接近する向きに移動させられ、旧
加工工具１０６が工具保持部に保持され、工具ストッカ
２４６に戻される。

【００８４】工具ストッカ２４６においては、先に新加
工工具１０６を補助工具交換装置２４４に渡した後、旧
加工工具１０６が収容されていた工具保持部が工具受渡
位置へ移動させられており、旧加工工具１０６が、それ
が保持されていた元の工具保持部に戻される。複数の工
具保持部の各々に保持される加工工具１０６が固定的に
決められているのである。次いで、工具保持アーム４８
０がＺ軸方向へ移動させられ、工具保持部５１８が旧加
工工具１０６が抜け出させられる。抜出し後、工具スト
ッカ２４６において工具保持部が移動させられ、次に供
給する新加工工具１０６を保持した工具保持部が工具受
渡位置へ移動させられる。この移動の間に、一対の工具
保持アームは１８０度回動させられ、新加工工具１０６
が工具受渡位置へ移動させられた後、Ｚ軸方向に移動さ
せられて工具保持部５１８が新加工工具１０６を保持す
る。

【００８５】工具保持部５１８が新加工工具１０６を保
持した後、一対の工具保持アーム４８０Ｘ移動装置５６
およびＺ移動装置８６により、待機位置へ移動させら
れ、工具保持装置２４２との間での加工工具１０６の交
換に備えて待機させられる。また、工具ストッカ２４６
においては、工具保持部が移動させられ、現在、工具チ
ャック１０４に保持されて加工に使用されている加工工
具が収容されていた工具保持部が工具受渡位置へ移動さ
せられる。

【００８６】このように、工具チャック１０４が保持す
る旧加工工具１０６は、主工具交換装置２４０により、
工具保持装置２４２が保持している新加工工具１０６と
交換されるのであるが、本実施形態においては、工具交
換軸２９０に設けられた一対の工具保持アーム２９４の
各長さは１８５mmとされていて短く、加工工具１０６の
脱落の恐れなく、工具保持アーム２９４を高速で回動さ
せることができ、工具交換時間が短く、マシニングセン
タ１０の稼働率を高めることができる。

【００８７】なお、上記実施形態において天吊ロボット
１９０は、伸縮アーム１９４を有するものとされていた
が、図１８に示すマシニングセンタ６００の天吊ロボッ
ト６０２のように、回動アーム６０４を有するものとし
てもよい。マシニングセンタ６００のベッド６０１には
ワークチャック６０６が設けられ、図示しないＸ移動装
置によりＸ軸方向に移動させられるとともに、ワークチ
ャック垂直軸線回転装置およびワークチャック水平軸線
回転装置によりそれぞれ、垂直軸線まわりおよび水平軸
線まわりに回転させられる。

【００８８】ベッド６０１には、天吊ロボット６０２の
移動を案内する走行レールたるガイドレール６０８が支
柱６０９および梁６１０によりＺ軸方向に平行に設けら
れている。ガイドレール６０８は、ベッド６０１の図示
しないコラムを支持する部分より手前側のスペースであ
って、最も手前側へ移動したワークチャック６０６を支
持する部分より手前側のスペースの上方にＺ軸方向に平
行に設けられており、天吊ロボット６０２のスライド６
１２がＺ軸方向に移動可能に嵌合され、ロボット走行装
置によりＺ軸方向に移動させられる。本実施形態におい
ては、ワークチャック６０６，コラムが設けられて加工
が行われるスペースが加工スペース６１４であり、加工
スペース６１４より手前側であって、最も手前側へ移動
したワークチャック６０６より手前側のスペースが搬送
スペース６１６であり、天吊ロボット６０２は搬送スペ
ース６１６をＺ軸方向に走行する。

【００８９】スライド６１２には、回動盤６１８が垂直
軸線まわりに回動可能に、かつスライド６１２から下方
へ延び出す状態で取り付けられており、図示しない回動
盤回動装置により回動させられる。回動盤６１８の下部
に、回動アーム６０４が水平軸線まわりに回動可能に取
り付けられ、図示しない回動アーム回動装置により、正
逆両方向に任意の角度回動させられる。回動アーム６０
４の下端に搬送チャック装置６２０が、回動アーム６０
４の長手方向に平行な軸線まわりに回転可能に取り付け
られている。搬送チャック装置６２０は、２個のチャッ
ク６２２を備えており（図１８には１個のみ図示されて
いる）、それらチャック６２２は同軸にかつ互いに反対
向きに設けられ、搬送チャック装置６２０は、２個のチ
ャック６２２の軸線が、搬送チャック装置６２０の回転
軸線と直角になる状態で回動アーム６０４に取り付けら
れている。搬送チャック装置６２０は、図示しないチャ
ック回転装置により回転させられる。

【００９０】回動アーム６０４は、その回動軸線が、図
１８に示すように、Ｚ軸方向と平行となる姿勢において
図示しない回動アーム回動装置によって回動させられる
ことにより、図１８に実線で示すように、ガイドレール
６０８の下方位置と、下方位置から加工スペース６１４
に向かって一定角度回動させられた位置であって、２個
のチャック６２２の一方がワークチャック６０６と同軸
に対向するワークピース着脱位置とに移動させられる。
また、搬送チャック装置６２０が図示しないチャック回
転装置によって回転させられることにより、２個のチャ
ック６２２が選択的にワークチャック６０６と同軸に対
向可能である。

【００９１】なお、ベッド６０１上に設けられたワーク
チャック６０６等および天吊ロボット６０２は、ハウジ
ング６２６により覆われている。ハウジング６２６に
は、手動で開閉される扉６２８が設けられており、作業
者は扉６２８を開いて搬送スペース６１６内に入り、天
吊ロボット６０２やワークチャック６２６等に対する作
業を行うことができる。また、ベッド６０１には、シャ
ッタ６３０が設けられ、加工スペース６１４と搬送スペ
ース６１６とが仕切られている。シャッタ６３０はシャ
ッタ開閉装置により自動で開閉されるが、手動で開閉す
ることができ、作業者が開いてワークチャック６０６や
主軸ヘッド等に対して作業を行うことができる。

【００９２】天吊ロボット６０２がワーク供給装置から
ワークピースを取り出す際には、回動盤６１８が回動さ
せられ、回動アーム６０４の回動軸線がＸ軸方向と平行
とされる。また、搬送チャック装置６２０が回転させら
れ、チャック６２２の軸線が、回動アーム６０４の回動
軸線と直角にされる。この状態で回動アーム６０２が回
動させられれば、２個のチャック６２２の一方が下向き
の状態でワークピースに接近し、回動アーム６０４が回
動盤６１８の軸線に対してちょうど直角になった状態に
おいて未加工のワークピースを把持する。ワーク供給装
置は、前記実施形態におけると同様に構成され、ワーク
ピースを１個供給する毎に、ワークピースが載置された
受け板が上昇させられ、チャック６２２は、常に、回動
アーム６０４が回動盤６１８の回動軸線に対して直角な
姿勢でワークピースを把持することができる。

【００９３】把持後、天吊ロボット６０２はワークチャ
ック６０６へ走行させられるとともに、回動盤６１８が
回動させられ、回動アーム６０４の回動軸線がＺ軸方向
に平行とされる。また、搬送チャック装置６２０が回転
させられ、チャック６２２の軸線が回動アーム６０４の
回動軸線と平行であって、回動アーム６０４がＺ軸方向
に平行な軸線まわりに加工スペース６１４に向かって回
動させられるとき、２個のチャック６２２のうち、空の
チャック６２２がワークチャック６０６と同軸に対向す
る状態となる位置へ回転させられる。

【００９４】ワークチャック６０６は、ワークピースの
着脱時には、図１８に示すように、最も手前側の位置で
あって、搬送スペース６１６側へ移動させられるととも
に、その軸線がＺ軸方向に平行になり、水平軸線まわり
において原位置に位置させられる。ワークチャック６０
６に対するワークピースの着脱時には、シャッタ６３０
が開かれる。その状態で回動アーム６０４が加工スペー
ス６１４に向かって回動させられれば、空のチャック６
２２がワークチャック６０６と同軸に対向させられ、ワ
ークチャック６０６からワークピースを受け取る。受取
り後、搬送チャック装置６２０が１８０度回転させら
れ、未加工のワークピースを把持したチャック６２２が
ワークチャック６０６と同軸に正対させられ、ワークピ
ースをワークチャック６０６に渡す。なお、詳細な説明
は省略するが、ワークチャック６０６とチャック６２２
との間における加工済みのワークピースおよび未加工の
ワークピースの受渡し時には、チャック６２２は軸線方
向に移動させられる。加工済みのワークピースの受取り
後、回動アーム６０４が回動させられ、ガイドレール６
０８の下方位置へ移動させられた後、天吊ロボット６０
２はワーク収納装置へ走行させられる。なお、回動アー
ム６０４が下方位置へ回動させられて加工スペース６１
４から退出すれば、シャッタ６３０が閉じられ、加工が
開始される。

【００９５】加工済みのワークピースをワーク収納装置
に収納する場合には、回動アーム６０４の回動軸線がＸ
軸方向に平行にされるとともに、搬送チャック装置６２
０が、その回転軸線が回動アーム６０４の回動軸線と直
角であって、加工済みのワークピースを把持したチャッ
ク６２２が下向きとなる位置へ回転させられる。ワーク
収納装置へ移動したならば、回動アーム６０４が回動さ
せられて加工済みのワークピースがワーク収納装置に置
かれる。ワーク収納装置は前記実施形態のワーク収納装
置と同様に構成されており、受け板がワークピースが１
個、置かれる毎に下降させられ、常に、回動アーム６０
４が回動盤６１８の軸線に対して直角な姿勢で、チャッ
ク２００がワークピースを収納することができるように
されている。次いで、天吊ロボット６０２はワーク供給
装置へ移動し、未加工のワークピースを受け取った後、
ワークチャック６０６に隣接する着脱待機位置へ走行さ
せられ、ワークピースの着脱に備えて待機させられる。
なお、ハウジング６２６には、天吊ロボット６０２がワ
ーク供給装置およびワーク収納装置との間でワークピー
スの受渡しを行う際に回動アーム６０４がハウジング６
２６外へ突出するための開口が設けられている。

【００９６】上記各実施形態において、補助工具交換装
置は１つ設けられていたが、複数設けてもよい。補助工
具交換装置を複数設ける例を図１９に基づいて説明す
る。本実施形態のマシニングセンタ６４８においては、
２つの補助工具交換装置６５０，６５２が設けられてい
る。これら補助工具交換装置６５０，６５２は、前記補
助工具交換装置２４４と同様に構成されており、対応す
る構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。こ
れら補助工具交換装置６５０，６５２は上下に並んで設
けられているが、各装置６５０，６５２の工具保持アー
ム４８０間の距離を短くするために、本実施形態におい
ては、上側の補助工具交換装置６５２は、下側の補助工
具交換装置６５０とは逆向きに（水平面に対して対称
に）設けられている。

【００９７】また、工具保持装置６５４が設けられた回
動アーム６５６は、その回動アーム６５６を回動させる
油圧揺動シリンダ６５８ごと、油圧シリンダ６６０のピ
ストンロッド６６２に取り付けられている。工具保持装
置６５４および回動アーム６５６は、上記各実施形態に
おけると同様に構成されている。また、油圧シリンダ６
６０は、駆動源たる流体圧アクチュエータの一種である
流体圧シリンダであり、ベッドに設けられた枠体に下向
きに取り付けられている。図１９には、補助工具交換装
置６５０，６５２，工具保持装置６５４，回動アーム６
５６の配置が図示され、ハウジング，枠体等の図示は省
略されている。

【００９８】ピストンロッド６６２の伸縮により、工具
保持装置６５４および回動アーム６５６が昇降させら
れ、図１９に実線で示すように、下側の補助工具交換装
置６５０の工具保持アーム４８０との間で加工工具の交
換を行う第１位置と、二点鎖線で示すように、上側の補
助工具交換装置６５２の工具保持アーム４８０との間で
加工工具の交換を行う第２位置とに選択的に移動させら
れる。油圧シリンダ６６０は、工具保持装置移動装置た
る昇降装置であり、工具交換位置選択装置でもある。工
具保持装置６５４は、第１位置に位置する状態で回動ア
ーム６５６の回動により工具交換位置と退避位置とに移
動させられ、工具交換位置において主軸ヘッドの工具チ
ャックとの間で新，旧の加工工具を交換する。

【００９９】２つの補助工具交換装置６５０，６５２
は、前記実施形態の補助工具交換装置２４４と同様にし
て、工具保持装置６５４との間で加工工具の交換を行う
が、一方の補助工具交換装置の工具保持アームが工具保
持装置６５４との間で加工工具の交換を行うときには、
他方の補助工具交換装置の工具保持アームは工具ストッ
カへ移動して加工工具の交換を行い、互いに干渉するこ
とはない。２つの補助工具交換装置６５０，６５２の各
一対の工具保持アームの一方が工具保持装置に向かって
移動し、他方が工具ストッカに向かって移動するとき、
それらは水平な姿勢にあり、互いに干渉することなく、
すれ違うことができる。なお、工具ストッカには、工具
受渡位置が上下に隔たった２箇所に設定され、２つの補
助工具交換装置６５０，６５２はそれぞれ、Ｚ軸方向に
平行な姿勢を取る工具保持アーム４８０と同じ高さに設
けられた工具受渡位置へ移動させられた工具保持部との
間で加工工具の交換を行う。

【０１００】工具保持装置６５４は、補助工具交換装置
６５０との間で加工工具の交換を行う場合には、第１位
置に位置させられ、退避位置において補助工具交換装置
６５０との間で、新，旧の加工工具の交換を行った後、
工具交換位置へ移動させられる。工具保持装置６５４が
補助工具交換装置６５２との間で加工工具の交換を行う
場合には、退避位置へ移動させられるとともに第２位置
へ移動させられ、加工工具の交換後、第１位置へ移動さ
せられるとともに工具交換位置へ移動させられる。

【０１０１】このように補助工具交換装置を２つ設けれ
ば、工具保持装置６５４との間における加工工具の交
換，工具ストッカとの間における加工工具の交換，工具
保持装置６５４と工具ストッカとの間における往復移動
等の動作を並行して行わせることが可能であり、１つの
加工工具による加工時間が短くても、工具チャックを工
具交換位置で待たせる事態の発生を回避することができ
る。

【０１０２】補助工具交換装置を２つ設ける場合、それ
ら補助工具交換装置との間での加工工具の交換のために
回動アームおよび工具保持装置を移動させることは不可
欠ではない。例えば、２つの補助工具交換装置の工具保
持アームを、それら２つの補助工具交換装置の工具保持
部が１つの工具保持装置と一致する位置へ回動させれば
よい。図２０に概略的に示すように、２つの補助工具交
換装置６７０，６７２の各一対ずつの工具保持アーム６
７４を、工具保持装置６７６の軸線を含む平面（本実施
形態においては水平面）に対して互いに反対側（本実施
形態においては上側と下側）に対称に設け、それぞれ一
対の工具保持アーム６７４が設けられた回転軸の各々
を、油圧アクチュエータの一種である油圧揺動シリンダ
によりそれぞれ回転させ、各一対の工具保持アーム６７
４の工具保持部を選択的に同じ工具保持装置６７６と一
致させるのである。

【０１０３】一対の工具保持アーム６７４を、図２０に
実線で示すように、一方の工具保持アーム６７４の自由
端部に設けられた工具保持部６７８の軸線が工具保持装
置６７２の軸線と一致する工具交換位置と、二点鎖線で
示すように、ほぼ水平となり、加工工具を保持して走行
する走行位置とに回動させる。２つの補助工具交換装置
６７０，６７２の工具保持アーム６７４は、工具保持装
置６７２に対しては同じ位置で加工工具の受渡しを行う
が、工具ストッカに対しては図２０に実線で示す２つの
位置で加工工具の受渡しを行う。したがって、工具スト
ッカの工具保持部の停止位置（工具受渡位置）は、補助
工具交換装置６７０との間で加工工具の受渡しを行う場
合と補助工具交換装置６７２との間で行う場合とで異な
ることになる。工具保持アーム６７４の工具交換位置で
の停止は、工具保持アーム６７４あるいは工具保持アー
ム６７４と一体的に回動する部材がストッパに当接する
ことにより行われる。それによって、工具保持アームが
工具交換位置に精度良く停止させられ、加工工具の交換
を確実に行うことができる。一方、工具保持アーム６７
４の走行位置での停止は、図示しないセンサと電磁弁と
の共同で行われる。工具保持アーム６７４が走行位置に
到達したことが、光電センサ等の非接触型センサやリミ
ットスイッチ等の接触型センサにより検出され、その検
出信号に応じて、油圧揺動シリンダの作動油通路に配設
された電磁弁が作動させられ、作動油の供給と排出との
少なくとも一方が阻止されることにより、油圧揺動シリ
ンダが停止させられて工具保持アーム６７４の回動が止
められるのである。したがって、工具保持アーム６７４
の走行位置での停止位置精度は工具交換位置におけるほ
ど高くはないが、２つの補助工具交換装置６７０，６７
２がすれ違う際に、それぞれの工具保持アーム６７４の
接触を回避するには十分である。

【０１０４】加工工具の工具保持装置６７６への取付
け，取外しは、前記補助工具交換装置２４４と同様に行
われ、工具保持アーム６７４の、その回動軸線に平行な
方向（Ｘ軸方向）の移動によって加工工具が工具保持装
置６７６に着脱され、Ｚ軸方向の移動によって、工具保
持部６７８が、工具保持装置６７６に保持された加工工
具に対して係合，離脱させられる。工具保持部６７８
は、前記工具保持部５１８と同様に開閉可能に設けられ
た一対の把持爪を備えているが、これら一対の把持爪
は、工具保持アームがＺ軸方向に対して傾斜した工具交
換位置にある状態でＺ軸方向に移動させられることによ
り、加工工具に係合，離脱し得る形状とされている。

【０１０５】２つの補助工具交換装置６７０，６７２
は、交互に工具保持装置６７６との間で新，旧加工工具
の交換を行う。２つの補助工具交換装置６７０，６７２
の作動は工具保持装置６７６の軸線を含む水平面に対し
て面対称であるため、補助工具交換装置６７０について
のみ、図２１を参照しつつ説明する。図２１において、
○は新加工工具を、●は旧加工工具をそれぞれ表し、矢
印は工具保持アーム６７４の回動方向および回動角度を
表す。図２１ (a)は、補助工具交換装置６７０が新加工
工具のみを保持して工具保持装置６７６に向かって右方
へ移動する状態を示す。補助工具交換装置６７０が補助
工具交換装置６７２とすれ違った後、工具保持アーム６
７４は図２１ (b)に示す工具交換位置へ回動させられ、
さらに右方へ移動することにより工具保持装置６７６に
保持されている旧加工工具に係合する。Ｘ軸方向の移動
により旧加工工具が工具保持装置６７６から抜き出され
た後、図２１ (c)に示すように工具保持アーム６７４が
１８０度回動させられ、Ｘ軸方向の移動により新加工工
具が工具保持装置６７６に挿入され、Ｚ軸方向の移動に
より新加工工具から離脱させられる。その後、工具保持
アーム６７４が図２１(d)に示すように走行位置へ回動
させられ、空の工具保持アーム６７４を先にして左方の
工具ストッカに向かって走行させられる。補助工具交換
装置６７２とすれ違った後、工具保持アーム６７４が図
２１ (e)に示すように工具交換位置へ回動させられ、さ
らに左方へ走行させられて、工具ストッカに保持された
新加工工具と係合する。新加工工具の抜き取り後、工具
保持アーム６７４が図２１ (f)に示すように１８０度回
動させられ、旧加工工具が工具ストッカに戻される。最
後に、図２１ (g)に示すように工具保持アーム６７４が
走行位置へ回動させられて、図２１ (a)と同じ状態に戻
り、１サイクルの工具交換動作が終了する。

【０１０６】なお、上記実施形態において、補助工具交
換装置は２つ設けられていたが、３つ以上設けてもよ
く、また、工具保持装置は１つ設けられていたが、複数
設けてもよい。

【０１０７】また、上記各実施形態において、工具保持
装置２４２，６５４，６７２，６７６は、工具チャック
１０４から受け取った旧加工工具を補助工具交換装置２
４４，６５０，６５２，６７０，６７２に渡し、新加工
工具を受け取るようにされていたが、工具ストッカとの
間で直接加工工具の交換を行うようにしてもよい。

【０１０８】さらに、上記各実施形態において、工具保
持装置は、回動アームに設けられ、加工工具の軸線方向
の移動によって加工工具を保持し、あるいは加工工具の
離脱を許容するものとされていたが、その他に、例え
ば、工具保持装置として双アーム型工具交換装置を設け
ることも可能である。この場合には、主工具交換装置と
工具保持装置とが共に双アーム型工具交換装置とされる
こととなる。ただし、これら双アーム型工具交換装置の
工具交換運動や工具交換運動付与装置の構成まで同じと
する必要はない。

【０１０９】あるいは、工具ストッカにより工具保持装
置を構成してもよい。例えば、図２２に示すように、主
軸ヘッド６９０に、主軸回転軸線と直角な方向に隣接し
て工具ストッカ６９２を設ける。工具ストッカ６９２の
工具受渡位置へ移動させられた工具保持部６９４は、工
具チャック６９６（回転主軸の先端部をチャック本体と
して構成される）と同じ向きで平行に並ぶ状態となり、
その工具保持部６９４と工具チャック６９６との両軸線
の中央位置に、主工具交換装置６９８を、工具交換軸７
００が図示しないハウジングから回転主軸とは逆向きに
延び出す状態で設ける。図２１において符号７０２は、
工具保持アームである。

【０１１０】さらに、図１〜図２１に示す各実施形態に
おいて、工具保持装置は、工具交換位置に位置すると
き、工具交換位置へ移動させられた工具チャックの上方
に位置するようにされていたが、回転主軸の軸線まわり
のいずれの位置に位置させてもよい。加工スペースから
遠く、加工工具の交換が可能な位置に設けられればよい
のであり、工具交換位置へ移動させられた工具チャック
（主軸ヘッド）との干渉を避け、工具チャックと近接し
た位置に設ける。工具交換軸は、工具交換位置に位置さ
せられた工具保持装置および工具チャックの位置に応じ
て設けられ、回転主軸とは逆向きに延び出す向きに設け
られ、その軸線は、工具保持装置および工具チャックの
各軸線の中央位置においてそれら両軸線と平行に延びる
状態とされる。

【０１１１】また、上記各実施形態において、Ｘガイ
ド，Ｙガイド，Ｚガイド，走行レール，補助工具交換装
置２４４，６５０，６５２，６７０，６７２のＺガイド
は、直線状を成す突条のガイドレールにより構成されて
いたが、直線状の溝により構成してもよい。また、補助
工具交換装置２４４等のＸガイドは直線状の溝により構
成されていたが、直線状を成す突条のガイドレールによ
り構成してもよい。

【０１１２】また、補助工具交換装置２４４等の一対の
工具保持アーム４８０等が、工具ストッカ２４６に旧加
工工具を戻した後、新加工工具を把持する前に１８０度
回動させられ、加工工具を保持する工具保持部５１８が
変えられることは不可欠ではなく、ここで１８０度回動
させなくてもよい。

【０１１３】以上、本発明の幾つかの実施形態を詳細に
説明したが、これは文字通り例示であり、本発明は、前
記〔発明が解決しようとする課題，課題解決手段および
効果〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知
識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態であるマシニングセンタを
示す正面図である。

【図２】上記マシニングセンタをワークロボットおよび
自動工具交換システムを除き、ワーク供給装置およびワ
ーク収納装置と共に示す平面図である。

【図３】上記マシニングセンタを示す右側面図である。

【図４】上記マシニングセンタを構成する回転主軸に設
けられた工具チャックおよび加工工具を示す正面図（一
部断面）である。

【図５】上記マシニングセンタの自動工具交換システム
を主に示す背面図である。

【図６】上記マシニングセンタの自動工具交換システム
を主に示す平面図である。

【図７】上記マシニングセンタの自動工具交換システム
を主に示す左側面図である。

【図８】上記自動工具交換システムの構成要素である主
工具交換装置の交換運動付与装置を示す平面図（一部断
面）である。

【図９】上記交換運動付与装置を示す右側面図（一部断
面）である。

【図１０】上記交換運動付与装置により工具交換軸に付
与される回転および軸方向運動とローラギヤカムの回転
角度との関係を示す線図である。

【図１１】上記自動工具交換システムを示す平面図であ
る。

【図１２】上記主工具交換装置を構成する工具保持アー
ムを示す側面図（一部断面）である。

【図１３】上記工具保持アームを示す正面図（一部断
面）であり、図１２におけるXIII-XIII 図である。

【図１４】上記マシニングセンタを制御する制御装置を
示すブロック図である。

【図１５】上記マシニングセンタにおける加工工具の交
換を説明するタイムチャートである。

【図１６】上記自動工具交換システムによる加工工具交
換時の作動状態を示す図である。

【図１７】上記自動工具交換システムによる加工工具交
換時の別の作動状態を示す図である。

【図１８】本発明の別の実施形態であるマシニングセン
タに設けられた天吊ロボットを示す側面図である。

【図１９】本発明の更に別の実施形態であるマシニング
センタを構成する２つの補助工具交換装置，工具保持装
置および回動アーム等を示す背面図である。

【図２０】本発明の更に別の実施形態であるマシニング
センタを構成する２つの補助工具交換装置および工具保
持装置を概略的に示す正面図である。

【図２１】図２０に示すマシニングセンタの補助工具交
換装置による工具ストッカおよび工具保持装置との間に
おける加工工具の交換を説明する図である。

【図２２】本発明の更に別の実施形態であるマシニング
センタの自動工具交換システムを構成する工具保持装置
および主工具交換装置を工具ストッカと共に概略的に示
す図である。

【符号の説明】

１０：ワークロボット付マシニングセンタ ４０：ベ
ッド ４２：ワークチャック ４４：主軸ヘッド
４８：ガイドレール ５６：Ｘ移動装置 ７２：ワークチャック垂直軸線回転装置 ７４：ワー
クチャック水平軸線回転装置 ８０：ガイドレール
８４：コラム ８８：Ｚ移動装置 ９０：ガイド
レール ９２：Ｙスライド ９６：Ｙ移動装置
１００：回転主軸 １０４：工具チャック １０
６：加工工具 １１０：工具ホルダ １１４：ボトルグリップ １６０：入り込部 １６
２：加工スペース １８４：ガイドレール １９
０：天吊ロボット １９２：搬送スペース １９
４：伸縮アーム １９６：搬送チャック装置 ２０
０：チャック ２２０：ハウジング ２４０：主工
具交換装置 ２４２：工具保持装置 ２４４：補助
工具交換装置 ２４６：工具ストッカ ２５０：回
動アーム ２９０：工具交換軸 ２９２：ハウジン
グ ２９４：工具保持アーム ２９６：交換運動付
与装置 ３１８：第１カム装置 ３４４：第２カム
装置 ３４６：カム装置 ３５０：工具保持部 ３６６：
保持凹部 ３７８：保持爪 ４１０：ロック装置
４１２：ロック部材 ４５０：ロック部材駆動部材
５３０：制御装置 ６００：マシニングセンタ
６０１：ベッド６０２：天吊ロボット ６０４：回
動アーム ６０６：ワークチャック６１４：加工スペ
ース ６１６：搬送スペース ６２０：搬送チャッ
ク装置 ６２２：チャック ６２６：ハウジング
６４８：マシニングセンタ６５０，６５２：補助工具
交換装置 ６５４：工具保持装置 ６５６：回動ア
ーム ６７０，６７２：補助工具交換装置 ６７
６：工具保持装置 ６９０：主軸ヘッド ６９２：工具ストッカ ６９
６：工具チャック ６９８：主工具交換装置 ７０
０：工具交換軸 ７０２：工具保持アーム

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部に工具チャックを備えて回転する
   回転主軸と、 少なくとも、工具チャックと同じ向きで平行に並ぶ工具
   交換位置を取り得る工具保持装置と、 それら工具チャックと工具保持装置とが前記工具交換位
   置にある状態で、それら工具チャックと工具保持装置と
   にそれぞれ保持されている加工工具を自動で交換する双
   アーム型工具交換装置と を含むマシニングセンタであって、 前記双アーム型工具交換装置が、 工具交換軸と、 その工具交換軸を前記回転主軸とは逆向きに延び出す状
   態で、その工具交換軸の軸線のまわりに回転可能かつ軸
   方向に移動可能に保持するとともに、その工具交換軸の
   軸線が、前記工具交換位置にある工具チャックと工具保
   持装置との両軸線の中央位置においてそれら両軸線と平
   行に延びる状態となるように配設されたハウジングと、 前記工具交換軸の前記ハウジングの外部に突出した先端
   から、その工具交換軸の軸線と直交する一直線に沿って
   互いに逆向きに延び出し、各自由端部にそれぞれ加工工
   具を保持する工具保持部を備えた一対の工具保持アーム
   と、 前記ハウジング内に設けられ、前記工具交換軸に、前記
   一対の工具保持アームが前記工具チャックと前記工具保
   持装置とにそれぞれ保持されている加工工具を交換する
   のに必要な交換運動を付与する交換運動付与装置とを含
   むことを特徴とするマシニングセンタ。
2. 【請求項２】 前記工具保持装置が、回動軸線のまわり
   に回動する回動アームに設けられており、その回動アー
   ムの回動により、前記工具交換位置とその工具交換位置
   から離れた退避位置とに移動させられることを特徴とす
   る請求項１に記載のマシニングセンタ。
3. 【請求項３】 当該マシニングセンタが、さらに、 複数の加工工具を収納する工具ストッカと、 主工具交換装置としての前記双アーム型工具交換装置と
   は別に設けられ、前記工具ストッカに保持された加工工
   具の任意の１つと、前記工具保持装置に保持された加工
   工具とを交換する補助工具交換装置とを含むことを特徴
   とする請求項１または２に記載のマシニングセンタ。
4. 【請求項４】 当該マシニングセンタが、さらに、 前記回転主軸を左右方向であるＺ軸方向に延びる姿勢で
   回転可能に支持する主軸ヘッドと、 その主軸ヘッドを上下方向であるＹ軸方向に移動させる
   Ｙ移動装置と、 前記回転主軸と対向する位置に設けられ、ワークピース
   を保持するワークホルダと、 そのワークホルダを前後方向であるＸ軸方向に移動させ
   るＸ移動装置と、 前記主軸ヘッドと前記ワークホルダとの一方を前記Ｚ軸
   方向に移動させるＺ移動装置とを含み、かつ、前記主工
   具交換装置，工具保持装置および補助工具交換装置が、
   前記工具チャックに保持された加工工具により前記ワー
   クホルダに保持されたワークピースの加工が行われる際
   における前記Ｘスライドの上方のスペースに配設された
   ことを特徴とする請求項３に記載のマシニングセンタ。
5. 【請求項５】 前記回転主軸に取り付けられた加工工具
   により前記ワークホルダに保持されたワークピースが加
   工される加工スペースより手前側の搬送スペースを、前
   記Ｚ軸方向に走行し、ワークピースの搬送と前記ワーク
   ホルダに対する着脱とを行うワークロボットを備えたこ
   とを特徴とする請求項４に記載のマシニングセンタ。
6. 【請求項６】 前記工具保持部が、 前記一対の工具保持アームの各自由端部に形成され、工
   具保持アームの回動につれて前記加工工具の被保持部に
   その被保持部の半径方向から係合して被保持部を保持す
   る保持凹部と、 その保持凹部に対して保持位置と退避位置とに相対移動
   可能に設けられ、退避位置において保持凹部が前記被保
   持部と係合することを許容し、その係合後、保持位置に
   移動して被保持部に係合し、保持凹部の被保持部からの
   離脱を防止する保持爪と その保持爪を前記保持位置に向かって付勢する保持爪付
   勢用弾性部材と、 前記保持爪の前記退避位置への退避を許容する解除状態
   と、退避を許容しないロック状態とに切換えが可能なロ
   ック装置とを含み、かつ、ロック装置が、 ロック位置と解除位置とに移動可能なロック部材と、 そのロック部材を解除位置に向かって付勢するロック部
   材付勢用弾性部材と、 前記ハウジングに固定的に設けられ、前記工具交換軸が
   前記ハウジング内に向かって収縮させられ、前記工具保
   持アームに保持された加工工具が前記工具チャックおよ
   び前記工具保持装置から抜き出されるにつれて、前記ロ
   ック部材の後端に当接してそのロック部材を前記ロック
   部材付勢用弾性部材の弾性力に抗して前記ロック位置へ
   移動させ、工具交換軸の回転にかかわらずその状態を維
   持するロック部材駆動部材とを含むことを特徴とする請
   求項１ないし５のいずれか１つに記載のマシニングセン
   タ。