JP2002283165A - 工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 円筒溝カムに係合して揺動回動する揺動レバ
ー（揺動部材）の他端が相手部材に接近する速度を小さ
くして衝撃力を少なし、異音の発生を防止し、耐久性を
向上できる工具交換装置を提供する。 【解決手段】 第１円筒溝カム２２（第２円筒溝カム２
３）に係合して揺動回動する揺動部材の他端に設けた摺
接子４７（揺動レバーの他端の接触子４１）が相手部材
に接近する速度を小さくすべく、第１円筒溝カム２２
（第２円筒溝カム２３）の３６０度展開形状において上
死点２２ａ（２３a ）と下死点２２ｂ（２３ｂ）との間
を繋ぐ中途部の形状を、従来はＳ字状曲線であったが
（図７（ａ）参照）、本発明では、ダブルＳ字状曲線２
２ｃ（２３ｃ）とする（図７（ｂ）参照）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は工作機械の主軸と工
具マガジンとにセットされた工具を交換するための工具
交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、主軸と工具マガジンとの間で、工
具を交換可能な工作機械が知られている。これらの工作
機械は、工具交換実施用の工具交換機の工具把持装置を
備え、その工具把持装置を構成する工具交換アームの先
端に設けられた把持部によって、主軸及び工具マガジン
それぞれにセットされた工具における工具ホルダ部を把
持し、該工具交換アームの旋回によって、工具の位置を
変えて交換する。

【０００３】この種の工具把持装置の工具把持形式とし
ては、工具を両側から挟持するタイプと工具を片側から
ひっかけた後に押圧固定するタイプがある。この後者の
タイプを開示するものとして、例えば実公平５−１３４
６９号公報が挙げられる。この公報に記載の工具把持装
置の工具交換アームの運動工程は、アーム待機位置から
該所定角度旋回して工具交換位置に移動し、工具交換ア
ームの両端に設けられた把持部が、それぞれ主軸に装着
された使用後の工具と工具マガジンにセットされた新し
い工具とを把持する工程と、把持が完了した後、工具交
換アームが軸方向に移動して、工具交換位置から離れて
１８０゜旋回し、工具の位置を換える工程と、その後、
前記工具交換アームが軸方向に移動して工具交換位置に
戻り、新しい工具を主軸に装着した後、工具の把持を解
除し、使用後の工具を工具マガジンに収納する工程と、
収納が完了した後、所定角度逆旋回し、アーム待機位置
に戻る工程とから構成されている。

【０００４】一方、工作機械の主軸側の工具装着部のテ
ーパ孔に続く中心孔内に軸方向に移動可能に設けたドロ
ーバにより、コレットを介して工具ホルダを引き込み装
着することを、前記工具交換動作に連動させるように構
成している。

【０００５】そのために、特開平１１−５８１６７号公
報に開示されているように、工具交換装置におけるＡＴ
Ｃ駆動軸には、円周カム溝が形成されたカム体を２つ設
け、一方のカム体では、その円周カム溝に嵌合するカム
フォロアを有する揺動レバーを介して旋回軸に係合させ
て、ＡＴＣ駆動軸が一回転する間に、工具交換アーム
（前記旋回軸）を軸方向に一往復移動させる。他方のカ
ム体では、その円周カム溝に嵌合するカムフォロアを有
する揺動部材を介して、ＡＴＣ駆動軸が一回転する間
に、前記工具の脱着工程で前記ドローバを主軸の軸線に
沿って移動させて、工具ホルダの離脱と装着とを実行す
るように構成している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記揺
動レバーの他端が旋回軸に関連させた箇所や揺動部材に
おける他端が前記ドローバに関連させた箇所では、それ
らの係合子と関連箇所との間に隙間が存在するため、前
記各円筒カム溝の形態によっては、前記揺動部材または
揺動レバーの他端が相手部材に対して大きい速度で衝突
し、異音を発したり、衝撃力が大きいために衝突箇所に
塑性変形が起こり、ガタツキが酷くなり、耐久性が劣化
するという問題があった。

【０００７】本発明は前記課題を解決すべく、円筒カム
溝の形態を工夫することにより、静粛で耐久性を向上さ
せた工具交換装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明の工具交換装置は、両端部に
把持部と工具把持機構とを備えたアーム本体を、旋回機
構及び進退動機構を介して、待機位置から旋回させて、
工具交換位置にて主軸先端部における工具装着部の工具
ホルダ及び工具マガジンの取付け部における工具ホルダ
を把持して後、工具交換位置から遠ざかるようにアーム
本体を後退させ、その後１８０度旋回し、次いで前記両
把持部を前記工具装着部及び工具マガジンの取付け部に
接近させるようにアーム本体を前進させて工具交換を実
行すると共に、前記工具装着部における着脱機構を作動
させて工具ホルダの脱着を実行するように構成してなる
工具交換装置において、回転駆動軸に設けられた第１円
筒溝カムに接触するカムフォロア付き揺動部材を介し
て、前記着脱機構を脱着操作するように構成し、該第１
円筒溝カムは、前記揺動部材の他端が着脱機構に当接す
るときの接近速度を小さくするように形成されているこ
とを特徴とする。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の工具交換装置において、前記進退動機構は、回転駆動
軸に設けられた第２円筒溝カムに接触するカムフォロア
付き揺動レバーを介して、前記アーム本体を進退運動さ
せるように構成し、前記第１円筒溝カムは、前記アーム
本体における把持部に把持された前記工具ホルダが前記
工具装着部に接近するときの速度を小さくするように形
成されているものである。

【００１０】そして、請求項３に記載の発明は、請求項
１または請求項２に記載の工具交換装置において、前記
円筒溝カムの展開形状は、上死点部と下死点部とを繋ぐ
中途部位の形状をダブルＳ字状曲線にて形成したもので
ある。

【００１１】他方、請求項４に記載の発明は、請求項１
に記載の工具交換装置において、前記旋回機構には、回
転駆動軸に設けられた平面溝カムに接触するカムフォロ
ア付き揺動部材を介して、前記アーム本体を往復回動さ
せる連動機構を設け、前記平面溝カムは、前記アーム本
体における把持部に把持された前記工具ホルダが前記工
具マガジンの取付け部及び主軸の工具装着部における工
具ホルダに接近するときの前記連動機構の速度を小さく
するように形成されているものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を一層
明確にするため、本発明の好適な実施例を図面と共に説
明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に
何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属
する限り、種々の態様で実施できることはいうまでもな
い。

【００１３】まず、本実施例の工具交換装置４が装着さ
れたマシニングセンタを主に図１〜図３を参照して、概
説する。このマシニングセンタでは、主軸２及び主軸モ
ータ３を備えた主軸台１が、直立して固定されたコラム
に対して昇降可能に案内支持され、図示しないＺ軸送り
モータ及び送りネジにより上下方向に移動される。主軸
台１の右側方には、回転型の工具マガジンと工具交換装
置４とが配置されている。

【００１４】主軸２の下端部（先端部）には、先端に工
具Ｔが装着された工具ホルダ５のテーパー部５ａを被嵌
するテーパー孔状の工具装着部６が設けられており、主
軸２の中心軸孔に挿通したドローバ７とコレット８等か
らなり、後に詳述する工具着脱機構９が配置され、後述
するように、工具着脱機構９におけるアンクランプリン
グ１０が下降動すると、前記工具Ｔ付きの工具ホルダ５
（以下単に工具ホルダ５という）のテーパー部５ａの先
端（上端）の内径孔部に係合したコレット８が窄まり、
工具ホルダ５が離脱でき、逆に、前記ドローバ７の外周
に配置したコイルバネ（図示せず）の付勢力でドローバ
７及びアンクランプリング１０が上昇位置にあるときに
は、コレット８が前記テーパー部５ａの先端（上端）の
内径孔部内で広がって、工具ホルダ５を離脱不能となる
ように構成されている。

【００１５】図示しない工具マガジンは、工具ホルダ５
を着脱可能に保持し通常水平の姿勢にある保持ポット
を、回転盤の周辺部に複数備えたものである。その最下
位に位置した保持ポットのみ９０゜下方に回転して垂直
な姿勢をとり、本実施例の工具交換装置４によって工具
交換可能な状態になる。

【００１６】工具マガジンと主軸２との間で工具ホルダ
５を交換するための工具交換装置４は、工具交換駆動モ
ータ１５や工具交換アームＡ等から構成されている。本
実施例の工具交換アームＡは、その旋回軸２５と同一軸
線上に延びるアーム中軸６２を有するアーム支持体１６
と、アーム中軸６２を中心にアーム支持体１６に回動可
能に支持され、両端に工具を支持するための把持部１７
を有するアーム本体１２とから構成されており、主軸２
と工具マガジンとにセットされた工具ホルダ５を、把持
部１７による把持と工具交換アームの旋回と上下動とを
利用して交換するものである。

【００１７】図２に工具交換アームＡの動きを引き起こ
す前記工具交換装置４全体の構成を、図４及び図５
（ａ）〜図５（ｃ）に工具交換アームＡの断面図を示
す。次に、アーム本体１２の旋回機構及び進退動機構に
ついて詳述する。図２に示すように、工具交換装置４の
ＡＴＣ駆動軸１８は工具交換駆動モータ１５に結合され
て鉛直方向を向いて配置され、上下位置の軸受１９（下
方の軸受は図示せず）を介してハウジング１１に回転自
在に軸支されている。ＡＴＣ駆動軸１８には後述するよ
うに４つのカム、即ち、パラレルカム２１，第１円筒溝
カム２２，第２円筒溝カム２３，平面溝カム２４が設け
られている。

【００１８】一方、ＡＴＣ駆動軸１８の側方には、旋回
軸２５が鉛直向きに配置されている。この旋回軸２５の
上部外周にはスプライン部が形成されており、該スプラ
イン部は、ハウジング１１に軸受２０を介して回転自在
に支持されたスプライン孔付きの支軸２８に摺動自在且
つ回転可能に被嵌しており、また、前記旋回軸２５の上
端部にはその中心軸に沿って所定の深さの孔が開けられ
ており、この孔にブッシュを介して嵌まる長軸状の支持
部材３１がハウジング１１の上部に固定されており、こ
れらによって、後述するように旋回軸２５は昇降可能、
且つ回転可能に軸支されている。なお、支軸２８の外周
に形成されたフランジ部の上下面には、カム２１の従動
子としての従動ローラ３８の軸が固定されている。

【００１９】前記旋回軸２５の下端は、旋回軸２５の外
径より大きい孔径を持つ略円筒形状の回動作動体２９を
貫通し、ブッシュ３０と回動作動体２９とをガイドとし
て中心軸周りの回動と軸方向の往復運動が可能に支承さ
れている。

【００２０】ハウジング１１の下端に穿設された孔に、
ブッシュ２７を介して前記回動作動体２９が貫通してお
り、該回動作動体２９は、前記旋回軸２５の回動とは独
立して、中心軸周りの回動ができるように支承されてい
る。また、図２に示すように、旋回軸２５の上下方向中
央近辺に固定された、円周溝をもつ円筒部材３６を有
し、後述の揺動レバー４０の動きに連動して円筒部材３
６が上下されることによって、該旋回軸２５は図２の実
線状態から二点鎖線状態まで往復移動する。

【００２１】図２及び図８に示すように、水平往復揺動
する揺動部材３２の基端をハウジング１１の下面から立
設する枢支軸３３に対して水平回動可能に支持する。前
記ＡＴＣ駆動軸１８の下端に設けられた平面溝カム２４
には、下向きに開放した平面カム溝２４ａが形成されて
おり、該平面溝カム２４の下面と前記揺動部材３２とを
平行状に対峙させて配置する。そして、該揺動部材３２
の中途部に上向きに立設した軸に支持されたローラ状の
カムフォロア３４が、前記平面カム溝２４ａ内に摺接す
るように嵌め入れられている。また、前記揺動部材３２
の先端側で下向きに突出する軸の下端に設けたローラ状
の係合子３５が回動作動体２９の上端部に凹み形成され
た係合部に対して位相決めされて外れ不能且つ相対的に
回転可能に嵌まるように連結されている。

【００２２】また、連動機構としての回動作動体２９の
下端部の互いに１８０゜離れた２ヶ所には、下方が開い
た凹部７１ａ、７１ｂが設けられ（図５（ａ）参照）、
該凹部７１ａ、７１ｂを介して後述する工具交換アーム
Ａのアーム回転軸５１と嵌合している。

【００２３】前記アーム中軸６２の上端部に一体的に形
成され、半径方向外側に延在する上フランジ６１と、ア
ーム中軸６２の下端部に嵌合された円盤状のアーム支持
体１６との間に前記アーム本体１２を回動可能に挟持し
ている。アーム本体１２は、中央部が該アーム回転軸５
１の下部に嵌合され、アーム本体１２の両端部には工具
ホルダ５を把持するための把持部１７を有する。

【００２４】アーム中軸６２が貫通する中空円筒形状の
アーム回転軸５１は、その上部にフランジ５１ａを有
し、その上端部には、平面視で中心角度１８０度だけ隔
てて２ヶ所に上方に突出した非円形断面（実施形態では
矩形断面）の凸部７２ａ、７２ｂが設けられ（図４及び
図６参照）、これら凸部７２ａ、７２ｂは、前記回動作
動体２９の下端に設けた凹部７１ａ，７１ｂに対向する
ように構成されている。また、アーム回転軸５１の下部
外周にはフランジ５２ａを被嵌している。

【００２５】回動作動体２９の下端に設けられた前記各
凹部７１ａ、７１ｂと、アーム本体１２の上端に設けら
れた前記各凸部７２ａ、７２ｂとが嵌合することによ
り、回動作動体２９とアーム本体１２とは、一体的に運
動することができる。図４にアーム本体１２の水平方向
の部分断面図を示すように、該アーム本体１２は、アー
ム中軸６２を中心として対称に構成され、その両端には
把持部１７，１７が、互いに逆向き面した工具当接部５
６，５６を有して設けられている。

【００２６】また、アーム本体１２の中央部に設けられ
たフランジ５２ａの外側には中心に対して対称な位置に
２つの透孔５５，５５が設けられている。該各透孔５５
には、後述するツールロックピン９１及びアームロック
ピン９２が鉛直方向に挿通され、該各透孔５５内で所定
角度回動できるように形成されている（図４参照）。

【００２７】図４に示すように、アーム本体１２の内部
には、工具当接部５６が面した側の側面に近接して、前
記透孔５５と把持部１７との間に長手方向に延び、その
中央よりも透孔５５側に小さくなる段部を有する段付挿
通孔５８が設けられている。該段付挿通孔５８には、工
具当接部５６に当接した工具を押圧固定するためのロー
ラ８１を一端に回転自在に軸支した係止部材としてのロ
ーラシャフト８０が挿通されている。該ローラシャフト
８０は、その棒状円柱形状の中央に透孔５５側に小さく
なる段部を有し、前記段付挿通孔５８を摺動可能に貫通
している。また、前記ローラシャフト８０の中央部には
長円形のスロット８３が設けられており、アーム本体１
２に固定された直交ピン５９を該スロット８３に挿通さ
せることによって、ローラシャフト８０の自軸回りの回
転を防止している。更に、前記段付挿通孔５８の段部と
ローラシャフト８０の段部との間には、バネ８５が弾力
的に圧縮介挿され、ローラシャフト８０を把持部１７側
に付勢している図５（ａ）及び図６から分かるように、
旋回軸２５とアーム支持体１６とを接続するためのフラ
ンジ２５ｂは、図６に示すように、円盤の相対する部分
を平行に切り欠いた形状をしていて、その上面の中央部
が旋回軸２５の下面と結合されている。また、該フラン
ジ２５ｂの下面は２ヶ所の円周部でアーム支持体１６の
上面にピン７６を用いて結合されている。前記凹部７１
ａ、７１ｂと凸部７２ａ、７２ｂとの嵌合はフランジ２
５ｂの上面から上方に少し離れた位置で行われる。後述
するように、旋回軸２５とアーム支持体１６との回転運
動は、旋回軸２５及びアーム支持体１６を下方に移動さ
せて前記嵌合部の嵌合を解除した状態で行われるが、回
動作動体２９とアーム回転軸５１との回転運動は、旋回
軸２５及びアーム支持体１６が上方に引き上げられて、
回動作動体２９とアーム回転軸５１とが前記嵌合部で嵌
合した状態で行われる。

【００２８】図６にアーム本体１２が待機位置（２点鎖
線）にある時と工具交換位置（実線）にある時を示すよ
うに、前記凸部７２ａ，７２ｂは、アーム支持体１６の
上フランジ６１においてフランジ２５ｂの側部に設けら
れた透孔７３内を所定角度回転するだけであるので、フ
ランジ２５ｂによりその回動が妨げられることはない。

【００２９】図４及び図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すよ
うに、アーム支持体１６には、前記ローラシャフト８０
の先端に設けられたローラを把持された工具に押圧後固
定するために、ローラシャフト８０の摺動をロックする
一対のツールロック機構ＴＲと、アーム本体１２をアー
ム中軸６２に対してロックあるいは解除するための一対
のアームロック機構ＡＲとが各々軸対称に設けられてい
る。図４では、アーム中軸６２を中心として、右方にツ
ールロック機構ＴＲが、左方にアームロック機構ＡＲが
配置されているように示されているが、図４に示すよう
に、ツールロック機構ＴＲの一方とアームロック機構Ａ
Ｒの一方とは互いに近接して設けられている。

【００３０】まず、ツールロック機構ＴＲについて説明
する。図５（ａ）に示すように、前記上フランジ６１に
は、アーム中軸６２の中心軸線に対し対称な位置に貫通
孔６５，６５が設けられ、アーム支持体１６には、前記
貫通孔６５，６５に鉛直軸線上で対向する位置に、下方
に小さくなる段付挿通孔６８，６８が設けられている。
また、前記貫通孔６５及び段付挿通孔６８を貫通するよ
うにしてツールロックピン９１が設けられている。ツー
ルロックピン９１は、長軸形状の略中央位置に上方に向
かって断面が小さくなるテーパを有するフランジ９１ａ
を有し、その上端部が前記貫通孔６５を貫通しており、
下端部が前記段付挿通孔６８に挿通されている。そし
て、段付挿通孔６８の段部上面と前記フランジ９１ａの
底面間には、バネ９３が弾力的に圧縮介挿され、ツール
ロックピン９１を上方に付勢している。該ツールロック
ピン９１が上昇したとき、フランジ９１ａのテーパ面が
アーム本体１２の透孔５５に突き出たローラシャフト８
０の端部を押圧することにより、ローラシャフト８０の
透孔５５側への摺動をロックする。

【００３１】次に、アームロック機構ＡＲについて説明
する。前記アーム支持体１６の上フランジ６１には、ア
ーム中軸６２に対し対称な位置に貫通孔６７，６７が設
けられ（図４参照）、下フランジ６３の前記貫通孔６
７，６７に鉛直軸線上で対向する位置には、下方に小さ
くなる段付挿通孔６９，６９が設けられている。また、
前記貫通孔６７及び段付挿通孔６９を貫通するようにし
てアームロックピン９２が設けられている。アームロッ
クピン９２は、長軸形状の略中央位置に上方に向かって
断面が小さくなるテーパを有するフランジ９２ａを有
し、その上端部が前記貫通孔６７を貫通しており、下端
部が前記段付挿通孔６９を挿通している。そして、段付
挿通孔６９の段部上面と前記フランジ９２ａの底面間に
は、バネ９５が弾力的に圧縮介挿され、アームロックピ
ン９２を上方に付勢している。該アームロックピン９２
が上昇したとき、そのテーパ面が前記アーム回転軸５１
の側面に設けられた丸溝５１ｂ（図４参照）に嵌合する
ことにより、アーム本体１２のアーム支持体１６に対す
る回動をロックする。

【００３２】次に、本実施形態の工具交換装置４の動き
を説明する。本発明の工具把持装置４は、旋回により工
具当接部５６を工具ホルダ５に当接させた後に把持をロ
ーラ８１によりロックさせるタイプのものである。工具
交換工程は、工具交換位置から旋回平面内において所定
角度離れたアーム待機位置から該所定角度旋回して工具
交換位置に移動し、工具交換アームＡの両端に設けられ
た把持部１７がそれぞれ主軸２に装着された使用後の工
具ホルダ５と、マガジンにセットされた新しい工具ホル
ダ５とを把持する工程（図１参照）、把持が完了すると
工具交換アームＡが下降して１８０゜旋回し、工具ホル
ダ５の位置を換える工程（図５（ａ）参照）、その後、
前記工具交換アームＡが上昇し、新しい工具ホルダ５を
主軸２に装着した後、工具ホルダ５の把持を解除する一
方、使用後の工具ホルダ５をマガジンに収納する工程、
収納が完了した後、所定角度逆旋回し、アーム待機位置
に戻る工程からなる。

【００３３】以下各工程の動作について詳細に説明す
る。上述のように、工具交換アームＡは、待機位置から
所定角度旋回して工具把持位置に移動して工具を把持
し、最終的に工具を交換した後、工具交換位置から前記
待機位置に逆旋回する機構が備えられている。これは、
本実施例の工具把持機構が、工具交換アームＡの工具当
接部を工具に対し片側から当接させるタイプであるから
である。この動きに係わるのは、ＡＴＣ駆動軸１８周囲
の円筒部材の下面の平面溝カム２４であり、詳細に図示
しないが、平面溝カム２４の平面カム溝の形状は、図８
（平面溝カム２４の下面図）に示すように、閉じたリン
グ状であって、ＡＴＣ駆動軸１８を中心とし、半円以上
の範囲（図８において位相Ｃ１からＣ２までの略右半円
の領域）における半径Ｒ１の小径円弧部２４ａと、図８
のＡ１からＤまでの位相に相当する箇所の（半径Ｒ１よ
り大きい）大径円弧部２４ｂと、それらを繋ぐ連結部
（中途部）２４ｃとからなる。この連結部２４ｃはＳ字
状曲線が２つ連なる略ダブルＳ字状曲線であり、特に、
連結部２４ｃの終端（小径円弧部２４ａの位相Ｃ１への
接近部分（位相Ｂから位相Ｃ１の区間）揺動部材３２の
回動速度が大きく減速される変曲点を有する。

【００３４】平面溝カム２４が図８において反時計方向
に回動するとき、前記揺動部材３２におけるカムフォロ
ア３４が位相Ｃ１から位相Ｃ２までの小径円弧部２４ａ
に位置するときには、アーム本体１２が下降位置で１８
０度旋回する区域であって、カムフォロア３４が半径Ｒ
１の小径部２４ａの箇所に位置するから、揺動部材３２
は図８において右側の位置で静止状態に保持される。図
８の位相Ａ１からＤ（Ａ０より若干進んだ位相）の位相
までの区間は、前記大径円弧部２４ｂにカムフォロア３
４が位置するから、この区間では、揺動部材３２は図８
において左側に偏位したまま静止している待機位置に相
当する。

【００３５】そして、カムフォロア３４が連結部２４c
のうち、位相Ｄから位相Ｃ１に進むにつれて、アーム本
体１２の両先端部（把持部１７、１７）が工具装着部の
工具ホルダ５及び工具マガジンの取付け部における工具
ホルダ５に水平方向から接近する区間となる。その接近
区間の最終段階で、各把持部１７の工具当接部５６が各
工具ホルダ５の係合溝に衝突するときの衝撃力を極小に
するため、前記連結部２４ｃの平面カム溝の形状を、揺
動部材３２、ひいては連動機構の回動速度が大きく減速
される変曲点を有するように設定するのである。

【００３６】このように、平面溝カム２４の連結部２４
c の形状を設定すると、工具ホルダ５の交換作業時のう
ち、把持部１７が工具ホルダ５に接近するときの接近速
度が極小となり、把持部１７（工具当接部５６）と工具
ホルダ５との衝突による衝撃力がほとんど無くなり、異
音の発生や、衝撃力による両部材の塑性変形が発生せ
ず、耐久性が向上するのである。

【００３７】なお、位相Ｃ２から位相Ａ１までの区間で
は、アーム本体１２の両先端部（把持部１７、１７）が
工具装着部の工具ホルダ５及び工具マガジンの取付け部
における工具ホルダ５に対して離れ移動する区間に相当
することになる。

【００３８】また、工具交換アームＡは、旋回軸２５の
軸方向に往復移動する。これは、工具ホルダ５を主軸台
１や工具マガジンから抜き取ったり、クランプするため
である。この動きに係わるのは、ＡＴＣ駆動軸１８回り
の円筒部材の周面上部に形成された第２円筒溝カム２３
である（図２参照）。該第２円筒溝カム２３には支持点
４４を回動支点として揺動する揺動レバー４０が、その
中央付近に設けられたカムフォロア（係合子）４３を介
して係合しており、該揺動レバー４０の先端に設けられ
た接触子４１が、旋回軸２５に固定された円筒部材３６
の円周溝に係合している。このためＡＴＣ駆動軸１８が
１回転すると、前記揺動レバー４０が揺動し、旋回軸２
５及びこれに固定されている工具交換アームＡを、中心
軸に沿って１往復進退動運動させるのである。

【００３９】前記の場合、従来の第２円筒溝カム２３の
一周分（３６０度）を展開した展開形状は、図７（ａ）
に示すように、上死点２３ａ（前記テーパー部５ａが前
記テーパー孔にきっちりと嵌まる当接状態）と下死点２
３ｂ（前記テーパー部５ａが前記テーパー孔から最も離
れた状態）とを繋ぐ中途部位２３ｃを単なるＳ字状曲線
にて形成していた。

【００４０】しかし、このカム溝形状では、前記工具ホ
ルダ５のテーパー部５ａが前記テーパー孔にきっちりと
嵌まる当接時、即ち接近するときのアーム本体１２の上
昇速度が大きくて、当接時に部材同士の衝撃力が大きく
なるという問題があった。

【００４１】そこで、本実施形態では、アーム本体１２
の先端の把持部１７に把持された工具ホルダ５のテーパ
ー部５ａが、主軸２における工具装着部６であるテーパ
ー孔に接近するときの、前記テーパー部５ａの接近速度
を小さくするように、前記第２円筒溝カム２３の形状を
工夫したものである。

【００４２】その実施形態としては、図７（ｂ）に示す
ように、第２円筒溝カム２３の一周分（３６０度）を展
開した展開形状において、前記上死点２３ａと下死点２
３ｂとを繋ぐ中途部位のカム溝形状をダブルＳ字状曲線
（Ｓ字状曲線を２つ繋げたもの）２３ｃにて形成したも
のである。このように形成すると、このダブルＳ字状曲
線２３ｃにおける中途の変曲点２３ｄ（前半のＳ字状曲
線と後半のＳ字状曲線との連接点）で、一旦アーム本体
１２の上昇速度が減速される。しかも、それに続く後半
のＳ字状曲線の勾配を小さくでき、即ちアーム本体１２
の上昇速度が小さい状態に設定できるから、その後半の
Ｓ字状曲線の終端部、即ち、前記上死点２３ａに至る時
には、アーム本体１２の上昇速度ひいては前記テーパー
部５ａの接近速度を極めて小さくできるのである。従っ
て、前記従来の衝撃力をほとんど無くすることができる
ので、この衝突による異音の発生や、衝突による部材の
変形が無くなるのである。

【００４３】他方、図２に示すように、本実施例の工具
交換装置４は、使用後の工具ホルダ５を主軸２から抜き
取るための機構を有する。即ち、ＡＴＣ駆動軸１８外側
の円筒部材の周面上部には第１円筒溝カム２２が形成さ
れており、該第１円筒溝カム２２に嵌まるローラ状のカ
ムフォロア４５を一端に備えた側面視略Ｌ字状の揺動部
材４２の中途部がハウジング１１に対して支点４６にて
上下回動可能に支持されている。そして、前記揺動部材
４２の他方の上に延びるアーム４２ａ先端にはローラ状
の摺接部４７が設けられている。

【００４４】一方、図３に示すように、工具着脱機構９
は、主軸２と一体的に昇降動する主軸台１のケース１ａ
内には、前述したように、主軸２の中心軸孔に挿通した
ドローバ７とコレット８とアンクランプリング１０とを
備えると共に、前記アンクランプリング１０の上面に当
接可能なローラ状の係合子４８が一端に備えられた側面
視略Ｌ字状の連動レバー４９の中途部が支軸５０に回動
可能に支持されている。そして、この連動レバー４９の
上向きに延びるアーム部４９ａの先端に設けたローラ状
の摺接部８６は、前記ケース１ａ内において、横移動可
能に配置された連杆８７の一端部材８７ａに常時当接す
るようにバネ８８にて付勢されている構成である。従っ
て、連動レバー４９の一端の係合子４８は、工具ホルダ
５の離脱動作以外の状態ではアンクランプリング１０上
面に対して非当接状態である。

【００４５】主軸２への工具ホルダ５の交換時、即ち、
主軸台１を所定高さだけ上昇させたときには、前記揺動
部材４２におけるアーム４２ａ先端のローラ状の摺接部
４７が、前記連杆８７の他端の被押圧部８７ｂと適宜隙
間隔てて対峙できるように構成されている。

【００４６】工具交換作動時には、第１円筒溝カム２２
のカム溝形状につれてローラ状のカムフォロア４５を介
して揺動部材４２が、図２の実線状態から二点鎖線状態
へと揺動し、該揺動部材４２の先端の摺接部４７が前記
連杆８７の他端の被押圧部８７ｂを押するので、連動レ
バー４９の揺動回動（下向き回動）にて、係合子４８を
介してアンクランプリング１０を下方に押す。この動き
により、工具脱着機構９におけるドローバ７が下向きに
押され、工具ホルダ５のテーパー部５ａの先端（上端）
の内径孔部に係合したコレット８が窄まり、工具ホルダ
５が離脱できるのである。

【００４７】その場合、従来の前記第１円筒溝カム２２
の一周分（３６０度）を展開した展開形状は、図７
（ａ）に示すように、上死点２２ａ（前記摺接部４７が
連杆８７を押し進めた状態）と下死点２２ｂ（前記摺接
部４７が連杆８７の他端の被押圧部８７ｂから離れてい
る状態）とを繋ぐ中途部位２２ｃを単なるＳ字状曲線に
て形成していた。

【００４８】しかし、このカム溝形状では、前記摺接部
４７が連杆８７の他端の被押圧部８７ｂを押すべく接近
する速度が大きくて、当接時に部材同士の衝撃力が大き
くなり、その衝撃力で衝突部分が塑性変形したり、大き
な異音を発するという問題があった。その他、連動レバ
ー４９の係合子４８とアンクランプリング１０の上面と
の間にも隙間があるので、衝突するときの衝撃力が大き
い。

【００４９】そこで、本実施形態では、第１円筒溝カム
２２の展開形状を、前記揺動部材４２の他端の摺接部４
７が工具着脱機構９における連杆８７の非摺接部８７ｂ
に当接するときの接近速度が小さくなるように、工夫し
たものである。

【００５０】その実施形態としては、図７（ｂ）に示す
ように、第１円筒溝カム２２の一周分（３６０度）を展
開した展開形状において、前記上死点２２ａと下死点２
２ｂとを繋ぐ中途部位のカム溝形状をダブルＳ字状曲線
（Ｓ字状曲線を２つ繋げたもの）２２ｃにて形成したも
のである。このように形成すると、このダブルＳ字状曲
線２２ｃにおける前半のＳ字状曲線の勾配が小さくな
り、且つ前半のＳ字状曲線と後半のＳ字状曲線との連接
点である変曲点２２ｄの近傍でその勾配がさらに小さく
なるから、揺動部材４２の他端の摺接部４７が、前記非
摺接部８７ｂに接近する速度を減速し、摺接部４７と前
記非摺接部８７ｂとの間に隙間が存在していても、両部
材４７、８７ｂとの衝撃力を少なくして、衝突による部
材の塑性変形を少なくし、異音の発生を抑えることがで
きる。同様に、連動レバー４９の係合子４８がアンクラ
ンプリング１０の上面に接近する速度も抑えて衝撃力に
よる塑性変形を抑えることができる。

【００５１】しかも、それに続く後半のＳ字状曲線の勾
配を少なくして、即ち、摺接部４７が、前記非摺接部８
７ｂに接近する速度を小さい状態に設定できるから、そ
の後半のＳ字状曲線の経路中で、アンクランプリング１
０の下降速度も抑えて、ドローバ７とコレット８とより
なる工具ホルダ５の離脱を静粛に行えるのである。

【００５２】

【発明の効果】以上に詳述したように、請求項１に記載
の発明の工具交換装置は、両端部に把持部と工具把持機
構とを備えたアーム本体を、旋回機構及び進退動機構を
介して、待機位置から旋回させて、工具交換位置にて主
軸先端部における工具装着部の工具ホルダ及び工具マガ
ジンの取付け部における工具ホルダを把持して後、工具
交換位置から遠ざかるようにアーム本体を後退させ、そ
の後１８０度旋回し、次いで前記両把持部を前記工具装
着部及び工具マガジンの取付け部に接近させるようにア
ーム本体を前進させて工具交換を実行すると共に、前記
工具装着部における着脱機構を作動させて工具ホルダの
脱着を実行するように構成してなる工具交換装置におい
て、回転駆動軸に設けられた第１円筒溝カムに接触する
カムフォロア付き揺動部材を介して、前記着脱機構を脱
着操作するように構成し、該第１円筒溝カムは、前記揺
動部材の他端が着脱機構に当接するときの接近速度を小
さくするように形成されているので、揺動部材の他端と
着脱機構との間に隙間があっても、当該他端が着脱機構
に対して極めてゆっくりと静粛に当接するから、当接部
における衝撃力が少なく。塑性変形した異音が発生せ
ず、装置の耐久性を向上させる。

【００５３】請求項２に記載の発明では、前記進退動機
構は、回転駆動軸に設けられた第２円筒溝カムに接触す
るカムフォロア付き揺動レバーを介して、前記アーム本
体を進退運動させるように構成し、前記第１円筒溝カム
は、前記アーム本体における把持部に把持された前記工
具ホルダが前記工具装着部に接近するときの速度を小さ
くするように形成されているものであり、この構成によ
っても、アーム本体による工具ホルダが前記工具装着部
に接近するときの速度を小さくでき、両部材が極めてゆ
っくりと静粛に当接するから、当接部における衝撃力が
少なく。塑性変形した異音が発生せず、装置の耐久性を
向上させるという効果をを奏する。

【００５４】そして、請求項３に記載の発明は、請求項
１または請求項２に記載の工具交換装置において、前記
円筒溝カムの展開形状は、上死点部と下死点部とを繋ぐ
中途部位の形状をダブルＳ字状曲線にて形成したもので
あから、前半及び後半のＳ字状曲線の両勾配を小さくで
きると共に、両曲線の変曲点の勾配も極めて小さいか
ら、前記の接近もしくは当接の速度を極めて小さくでき
るという効果を奏する。

【００５５】他方、請求項４に記載の発明は、請求項１
に記載の工具交換装置において、前記旋回機構には、回
転駆動軸に設けられた平面溝カムに接触するカムフォロ
ア付き揺動部材を介して、前記アーム本体を往復回動さ
せる連動機構を設け、前記平面溝カムは、前記アーム本
体における把持部に把持された前記工具ホルダが前記工
具マガジンの取付け部及び主軸の工具装着部における工
具ホルダに接近するときの前記連動機構の速度を小さく
するように形成されているものである。

【００５６】このように、平面溝カムの形状を設定する
と、工具ホルダの交換作業時のうち、把持部が工具ホル
ダに接近するときの接近速度が極小となり、把持部と工
具ホルダとの衝突による衝撃力がほとんど無くなり、異
音の発生や、衝撃力による両部材の塑性変形が発生せ
ず、耐久性が向上するのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】主軸台及び工具交換装置の平面図である。

【図２】図１のII−II線矢視で示す工具交換装置の一部
切欠き側面図である。

【図３】図１の III−III 線矢視で示す主軸台の一部切
欠き側面図である。

【図４】アーム本体の水平方向部分断面図である。

【図５】（a ）は工具交換装置におけるアーム本体が下
降した位置の側断面図、（ｂ）はアーム本体に把持され
た工具ホルダが主軸の工具装着部に接近した状態の側断
面図、（ｃ）は装着完了した状態の側断面図である。

【図６】アーム本体の平面図である。

【図７】（ａ）は従来例の第１円筒溝カム及び第２円筒
溝カムの展開図、（ｂ）は本実施形態による第１円筒溝
カム及び第２円筒溝カムの展開図である。

【図８】平面溝カムの形状及びその位相に対応する揺動
部材とカムフォロアの位置を示す作用説明図である。

【符号の説明】

Ａ 工具交換アーム １ 主軸台 ２ 主軸 ４ 工具交換装置 ５ 工具ホルダ ５ａ テーパー部 ６ 工具装着部 ７ ドローバ ８ コレット ９ 工具着脱機構 １０ アンクランプリンク １１ ハウジング １２ アーム本体 １７ 把持部 １８ ＡＴＣ駆動軸 ２２ 第１円筒溝カム ２３ 第２円筒溝カム ２９ 回動作動体 ３２ 揺動部材 ３４ カムフォロア ３５ 係合子 ４０ 揺動レバー ４１ 接触子 ４２ 揺動部材 ４３、４５ カムフォロア ４７ 摺接部 ４８ 係合子 ４９ 連動レバー ８６ 摺接子 ８７ 連杆 ８７ｂ 被押圧部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端部に把持部と工具把持機構とを備え
   たアーム本体を、旋回機構及び進退動機構を介して、待
   機位置から旋回させて、工具交換位置にて主軸先端部に
   おける工具装着部の工具ホルダ及び工具マガジンの取付
   け部における工具ホルダを把持して後、工具交換位置か
   ら遠ざかるようにアーム本体を後退させ、その後１８０
   度旋回し、次いで前記両把持部を前記工具装着部及び工
   具マガジンの取付け部に接近させるようにアーム本体を
   前進させて工具交換を実行すると共に、前記工具装着部
   における着脱機構を作動させて工具ホルダの脱着を実行
   するように構成してなる工具交換装置において、 回転駆動軸に設けられた第１円筒溝カムに接触するカム
   フォロア付き揺動部材を介して、前記着脱機構を脱着操
   作するように構成し、 該第１円筒溝カムは、前記揺動部材の他端が着脱機構に
   当接するときの接近速度を小さくするように形成されて
   いることを特徴とする工具交換装置。
2. 【請求項２】 前記進退動機構は、回転駆動軸に設けら
   れた第２円筒溝カムに接触するカムフォロア付き揺動レ
   バーを介して、前記アーム本体を進退運動させるように
   構成し、 前記第１円筒溝カムは、前記アーム本体における把持部
   に把持された前記工具ホルダが前記工具装着部に接近す
   るときの速度を小さくするように形成されていることを
   特徴とする請求項１に記載の工具交換装置。
3. 【請求項３】 前記円筒溝カムの展開形状は、上死点部
   と下死点部とを繋ぐ中途部位の形状をダブルＳ字状曲線
   にて形成したことを特徴とする請求項１または請求項２
   に記載の工具交換装置。
4. 【請求項４】 前記旋回機構には、回転駆動軸に設けら
   れた平面溝カムに接触するカムフォロア付き揺動部材を
   介して、前記アーム本体を往復回動させる連動機構を設
   け、 前記平面溝カムは、前記アーム本体における把持部に把
   持された前記工具ホルダが前記工具マガジンの取付け部
   及び主軸の工具装着部における工具ホルダに接近すると
   きの前記連動機構の速度を小さくするように形成されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の工具交換装置。