JP2008238347A

JP2008238347A - 自動工具交換装置

Info

Publication number: JP2008238347A
Application number: JP2007083565A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Kitaura; 一郎北浦
Original assignee: Pascal Engineering Corp
Current assignee: Pascal Engineering Corp
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2008-10-09
Also published as: WO2008129842A9; WO2008129842A1; TW200909123A

Abstract

【課題】主軸から出力軸に進退駆動力を伝達して出力軸を出力軸の回転と同期する所定の進退パターンで進退させる進退駆動伝達機構において、高い耐久性と作動信頼性を確保し、小型化を実現し、コンパクトに構成することができる自動工具交換装置を提供する。
【解決手段】昇降駆動伝達機構８において、揺動アーム６１の基端部が中間軸６０に固定されて先端部が出力軸５に連動連結され、回転カム部材６２が主軸３に固定的に設けられ、ボールタレット６３が中間軸６０に固定的に設けられ、ボールタレット６３のうち出力軸５が所要の進退ストローク進退する際に回転カム部材６２のカム部と対向する外周部分に、複数のボール６５が周方向適当間隔おきに装着されて、回転カム部材６２のカム部の外周部分に複数のボール係合溝６６が形成され、これらボール係合溝６６に複数のボール６５のうち対応する１又は複数のボール６５を係合可能に構成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、工作機械主軸に工具を着脱して交換する自動工具交換装置に関し、特に、工具把持アームが先端部側に固定された出力軸を、その出力軸の回転と同期して進退させる進退駆動伝達機構を改良した自動工具交換装置に関するものである。

従来、一般的な自動工具交換装置では、主軸が本体フレームに回転自在に装着され、出力軸が主軸の軸直交方向と平行方向へ延びるように本体フレームに回転自在に且つ進退自在に装着され、出力軸の先端部側に工具把持アームが固定され、この工具把持アームを介して工作機械主軸に工具が着脱され交換される。

そのために、自動工具交換装置には、主軸を回転させる主軸モータと、主軸から出力軸に回転駆動力を伝達して出力軸を所定の回転パターンで回転させる回転駆動伝達機構と、主軸から出力軸に進退駆動力を伝達して出力軸を出力軸の回転と同期する所定の進退パターンで進退させる進退駆動伝達機構とが設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の自動工具交換装置の進退駆動伝達機構では、揺動軸が入力軸（主軸）及び出力軸の軸直交方向と平行方向へ延びるように本体フレームに回転自在に装着され、入力軸に摺動用ウォームが形成され、揺動軸にアームとシリンダが固定的に設けられ、アームの先端部が出力軸に連動連結されている。シリンダの内部にピストン及びピストンを突出側へ付勢する皿バネが装着され、ピストンの先端部に１つのボールが装着され、このボールが摺動用ウォームに形成された１つの環状のボール係合溝に係合している。

つまり、揺動軸側の１つのボールが皿バネで付勢された状態で、入力軸側の１つの環状のボール係合溝に常時係合し、入力軸が回転すると、このボールとボール係合溝によって、アームが揺動軸と一体的にボール係合溝の形状に応じた回動パターンで回動するので、出力軸が所定の進退パターンで進退する。
特開平１１−９０７５３号公報

従来の自動工具交換装置において、特許文献１のような進退駆動伝達機構では、１つのボールが１つのボール係合溝に常時係合しているため、主軸（入力軸）から出力軸に進退駆動力を伝達する際、この１つボールに常時集中的に荷重が作用するので、更に、出力軸には進退方向へ過負荷が作用する場合があり、この過負荷を回避するために、特許文献１の進退駆動伝達機構には、皿バネを利用した過負荷保護手段が設けられている。しかし、皿バネによりボールが一定負荷を常時受け、また、皿バネの付勢力を小さくすると皿バネが撓んでガタが生じ易くなるので、高い耐久性と作動信頼性を確保することが難しい。

また、出力軸の所要の進退ストロークを確保するためには、アームの先端の振り幅を大きくする必要があり、そのために、ボール係合溝が形成された回転カム部材（摺動用ウォーム）の軸方向幅を大きくすること、アームの長さを長くすること、の少なくとも一方が必要であるが、何れも、進退駆動伝達機構、自動工具交換装置が大型化する要因になる。

ところで、自動工具交換装置において、回転駆動伝達機構として、特許文献１にも開示されているように、主軸に固定的に設けられた回転カム部材と、出力軸に固定的に設けられたボールタレットとを備えたものが周知であり、このボールタレットには、その全周に亙って複数（例えば、６個）のボールが周方向に間隔を空けて装着されている。

しかし、自動工具交換装置において、進退駆動伝達機構には、回転駆動伝達機構のようなボールタレットが採用せれておらず、その理由として、回転駆動伝達機構が主軸の回転運動を出力軸の回転運動に変換するものであるのに対して、進退駆動伝達機構が主軸の回転運動を出力軸の進退運動に変換するものでもあり、ボールタレットは部品点数（特に、ボールの数）が多いので複雑であり、回転駆動伝達機構のボールタレットを単に適用するのでは、この課題を解消できないし、高い耐久性と作動信頼性を確保できない虞があるので、特許文献１の実施例やその従来例のような機構が採用されているのが実情である。

本発明の目的は、主軸から出力軸に進退駆動力を伝達して出力軸を出力軸の回転と同期する所定の進退パターンで進退させる進退駆動伝達機構において、高い耐久性と作動信頼性を確保し、小型化を実現し、コンパクトに構成することができる自動工具交換装置を提供することである。

請求項１の自動工具交換装置は、本体フレームと、本体フレームに回転自在に装着された主軸と、主軸を回転させる主軸モータと、主軸の軸直交方向と平行方向へ延びるように本体フレームに回転自在に且つ進退自在に装着され先端部側に工具把持アームが固定された出力軸と、主軸から出力軸に回転駆動力を伝達して出力軸を所定の回転パターンで回転させる回転駆動伝達機構と、主軸から出力軸に進退駆動力を伝達して出力軸を出力軸の回転と同期する所定の進退パターンで進退させる進退駆動伝達機構とを備えた自動工具交換装置において、前記進退駆動伝達機構は、前記主軸及び出力軸の軸直交方向と平行方向へ延びるように本体フレームに回転自在に装着された中間軸と、前記中間軸に基端部が固定され前記出力軸に先端部が連動連結された揺動アームと、前記主軸に固定的に且つ主軸と同軸状に設けられた回転カム部材と、前記中間軸に固定的に且つ中間軸と同軸状に且つ前記回転カム部材のカム部に近接状に設けられたタレットと、前記タレットのうち出力軸が所要の進退ストローク進退する際に前記カム部と対向する外周部分に、周方向適当間隔おきに装着されてタレットのタレット本体の外周面よりも外方へ部分的に突出する複数の従動子と、前記回転カム部材のカム部の外周部分に形成され、前記複数の従動子のうち対応する１又は複数の従動子が係合可能な複数の係合溝とを備えたことを特徴とする。

この自動工具交換装置では、主軸モータにより主軸が回転されると、回転駆動伝達機構により、主軸から出力軸に回転駆動力が伝達されて、出力軸が所定の回転パターンで回転され、進退駆動伝達機構により、主軸から出力軸に進退駆動力が伝達されて、出力軸が出力軸の回転と同期する所定の進退パターンで進退され、この出力軸の先端部側に固定された工具把持アームを介して、工作機械主軸に工具が着脱され交換される。

進退駆動伝達機構においては、中間軸が主軸及び出力軸の軸直交方向と平行方向へ延びるように本体フレームに回転自在に装着され、揺動アームの基端部が中間軸に固定されて先端部が出力軸に連動連結され、回転カム部材が主軸に固定的に且つ主軸と同軸状に設けられ、タレットが中間軸に固定的に且つ中間軸と同軸状に且つ回転カム部材のカム部に近接状に設けられている。

タレットのうち出力軸が所要の進退ストローク進退する際にカム部と対向する外周部分に、複数の従動子が周方向適当間隔おきに装着され、タレットのタレット本体の外周面よりも外方へ部分的に突出している。出力軸の所要のストロークに対応するタレットの所要の回転角度は１８０度未満の角度（例えば、５０〜６０度）であり、タレットが所要の回転角度回動する際にカム部と対向するタレットの外周部分に、複数（例えば、２〜４個）の従動子が周方向適当間隔おきに装着され、複数の従動子をタレットの全周に亙って設ける必要はない。

回転カム部材のカム部の外周部分には複数（例えば、２本）の係合溝が形成され、これら係合溝に複数の従動子のうち対応する１又は複数の従動子が係合可能であり、これら従動子と係合溝によって出力軸の前記進退パターンが作られる。ここで、タレットの回転角度に関わらず、少なくとも１個の従動子が係合溝に係合し、この場合、タレットの回転角度によって、任意の１つの従動子については、係合溝に係合した状態と係合解除した状態とが作られ、例えば、複数の従動子が係合溝に係合した状態と１個の従動子が係合溝に係合した状態とが作られる。

ここで、請求項１の従属請求項として次の構成を採用可能である。
前記複数の従動子が複数のボールからなる（請求項２）。前記複数の従動子が複数のカムフォロアからなる。この自動工具交換装置が少なくとも工作機械主軸に工具を着脱するときの前記出力軸の工具着脱位置において、複数のボールが複数の係合溝に係合するように構成される（請求項３）。前記出力軸の待機位置において、複数のボールが複数の係合溝に係合するように構成される。前記複数の係合溝は、夫々、断面形状がゴシックアーチ形状に又は円弧形状に、且つ非環状に形成される（請求項４）。前記本体フレームに対して中間軸をその軸方向へ位置調節可能な中間軸位置調節構造を備える（請求項５）。

請求項１の自動工具交換装置によれば、主軸から出力軸に進退駆動力を伝達して出力軸を出力軸の回転と同期する所定の進退パターンで進退させる進退駆動伝達機構において、主軸及び出力軸の軸直交方向と平行方向へ延びる中間軸を本体フレームに回転自在に装着し、揺動アームの基端部を中間軸に固定して先端部を出力軸に連動連結し、回転カム部材を主軸に固定的に且つ主軸と同軸状に設け、タレットを中間軸に固定的に且つ中間軸と同軸状に且つ回転カム部材のカム部に近接状に設け、タレットのうち出力軸が所要の進退ストローク進退する際にカム部と対向する外周部分に、複数の従動子を周方向適当間隔おきに装着して、タレットのタレット本体の外周面よりも外方へ部分的に突出させ、回転カム部材のカム部の外周部分に複数の係合溝を形成し、これら係合溝に複数の従動子のうち対応する１又は複数の従動子を係合可能に構成した。

従って、タレットの回転角度に関わらず、少なくとも１個の従動子を係合溝に係合させ、この場合、タレットの回転角度によって、任意の１つの従動子について、係合溝に係合した状態と係合解除した状態とを作ることができるので、複数の従動子をローテションして使用できるようになり、係合溝も複数あるので、更に、複数の従動子が複数の係合溝に係合した状態では、主軸から出力軸に進退駆動力を伝達する際、また、出力軸に進退方向へ過負荷が作用した場合にも、複数の従動子に荷重を分散させることができるので、従動子と係合溝の損傷を極力防止することができ、高い耐久性と作動信頼性を確保できる。

しかも、任意の１つの従動子について、係合溝に係合した状態と係合解除した状態とを作ることができるので、回転カム部材の軸方向幅を抑えて、更に、揺動レバーの長さを抑えて、タレットの回動可能角度を大きくして、出力軸の所要の進退ストロークを確保することができ、更に、複数の従動子をタレットの全周に亙って設ける必要がなくなるので、進退駆動伝達機構の部品点数（従動子の数）を減らして、進退駆動伝達機構の構造をできるだけ簡単化し、進退駆動伝達機構の小型化を実現して、自動工具交換装置をコンパクトに構成することができる。

請求項２の自動工具交換装置によれば、複数の従動子が複数のボールからなるので、複数の従動子の構成を簡単化して、複数の係合溝（ボール係合溝）に複数のボールのうち対応する１又は複数のボールを確実に係合させることができる。

請求項３の自動工具交換装置によれば、この自動工具交換装置が少なくとも工作機械主軸に工具を着脱するときの出力軸の工具着脱位置において、複数のボールが複数の係合溝に係合するように構成したので、工作機械主軸に工具を着脱するときに出力軸に進退方向へ過負荷が作用した場合でも、複数のボールに荷重を確実に分散させて、高い耐久性と作動信頼性を確保することができる。

請求項４の自動工具交換装置によれば、複数の係合溝を、夫々、断面形状がゴシックアーチ形状に又は円弧形状に形成したので、ボールを受け止める係合溝部分の面積を大きくして、高い耐久性と作動信頼性を確保することができ、また、複数の係合溝を、夫々、非環状に形成したので、係合溝を環状に形成する場合に比べると、係合溝を加工する際の加工端が回転カム部材の軸方向端部に臨むので、係合溝の加工精度の向上を期待できる。

請求項４の自動工具交換装置によれば、本体フレームに対して中間軸をその軸方向へ位置調節可能な中間軸位置調節構造を備えたので、中間軸をその軸方向へ簡単に位置調節することができ、これにより、タレットを中間軸の軸方向へ位置調節して、ボールと係合溝との間の不要なバックラッシュを無くして、ボールと係合溝とを適正に係合させ、進退駆動伝達機構の作動信頼性を確保することができる。

本発明の自動工具交換装置では、主軸から出力軸に進退駆動力を伝達して出力軸を出力軸の回転と同期する所定の進退パターンで進退させる進退駆動伝達機構が、主軸及び出力軸の軸直交方向と平行方向へ延びるように本体フレームに回転自在に装着された中間軸と、中間軸に基端部が固定され出力軸に先端部が連動連結された揺動アームと、主軸に固定的に且つ主軸と同軸状に設けられた回転カム部材と、中間軸に固定的に且つ中間軸と同軸状に且つ回転カム部材のカム部に近接状に設けられたタレットと、タレットのうち出力軸が所要の進退ストローク進退する際にカム部と対向する外周部分に、周方向適当間隔おきに装着されてタレットのタレット本体の外周面よりも外方へ部分的に突出する複数の従動子と、回転カム部材のカム部の外周部分に形成され、複数の従動子のうち対応する１又は複数の従動子が係合可能な複数の係合溝とを備えている。

図１〜図５に示すように、自動工具交換装置１は、矩形箱状の本体フレーム２と、左右方向へ延びるように本体フレーム２に回転自在に装着された主軸３と、主軸３を回転させる主軸モータ４と、上下方向へ延びるように本体フレーム２に回転自在に且つ昇降自在に装着され下端部側に工具把持アーム６（図４参照）が固定された出力軸５と、主軸３から出力軸５に回転駆動力を伝達して出力軸５を所定の回転パターンで回転させる回転駆動伝達機構７と、主軸３から出力軸５に昇降駆動力を伝達して出力軸５を出力軸５の回転と同期する所定の昇降パターンで昇降させる進退駆動伝達機構に相当する昇降駆動伝達機構８とを備えている。

本体フレーム２は、前後両側が開口したケース本体１０と、ケース本体１０の前側開口をカバーする前カバー１１と、ケース本体１０の後側開口をカバーする後カバー１２とを有し、これらカバー１１，１２はケース本体１０に複数のボルト１３，１４で固定されている。ケース本体１０の左壁と右壁の上後部には主軸用孔部１５ａ，１５ｂが形成され、ケース本体１０の上壁と下壁の前左部には出力軸用孔部１５ｃ，１５ｄが形成され、前カバー１１と後カバー１２の下右部には中間軸用孔部１５ｅ，１５ｆが形成されている。

主軸３は、その大半が本体フレーム２内に収容され、主軸３の左部が主軸用孔部１５ａ内を通って本体フレーム２の左側へ突出し、この主軸３の左部に主軸モータ４の駆動力が入力される。主軸用孔部１５ａには環状部材２０が内嵌螺合され、この環状部材２０を主軸３が貫通し、主軸３と環状部材２０との間に環状シール２１が装着され、環状部材２０の右側において主軸用孔部１５ａと主軸３との間にベアリング２２が装着されている。主軸用孔部１５ｂにはリング部材２３が内嵌されて複数のボルト２３ａで固定され、このリング部材２３にカバー部材２４が内嵌螺合され、カバー部材２４と主軸３との間にベアリング２５が装着されている。

主軸モータ４は、本体フレーム２の左側に配設されたモータユニット３０に設けられている。モータユニット３０は、ケース本体１０の左壁に複数のボルト３１ａで固定されたケース部材３１と、ケース部材３１内に主軸３と同軸上に回転自在に収容された回転部材３２とを有し、ケース部材３１の下側に主軸モータ４が配設されている。主軸３の左側部分が回転部材３２に内嵌されてキー部材３３により相対回転不能に連結され、主軸モータ４により回転部材３２と共に主軸３が回転駆動される。

ここで、主軸３の回転角度を検出するために、ケース部材３１にロータリエンコーダ３５が装着されている。このロータリエンコーダ３５において、被検出部となるロータリ軸３６が主軸３と一体的に回転するように、回転部材３２の左端部分に軸部材３７が内嵌固定され、この軸部材３７の左端部にロータリ軸３６が固定されている。尚、３８はモータ４に電力を供給する為の給電端子用の部材である。

出力軸５は主軸３の前側に配設され、上小径部５ａと下大径部５ｂとを有する。出力軸５の大半が本体フレーム２内に収容され、出力軸５の上端部が出力軸用孔部１５ｃ内を通って本体フレーム２の上側へ突出し、出力軸５の下部が出力軸用孔部１５ｄ内を通って本体フレーム２の下側へ突出し、出力軸５の上部に主軸３からの回転駆動力が入力され、出力軸５の上下方向中央近傍部に主軸３からの昇降駆動力が入力される。

ケース本体１０の上壁には、筒孔を形成する出力軸用孔部１５ｃを含むサポート部１０ａが下方へ延びるように形成され、このサポート部１０ａに固定筒部材４０が内嵌されて複数ボルト４０ａでケース本体１０に固定されている。固定筒部材４０には回転筒部材４１が内嵌され、上下１対のベアリング４２により回転自在に、更に回転筒部材４１に外嵌装着されたストップリング４３により上下移動不能に支持されている。出力軸５の上小径部５ａが回転筒部材４１に内嵌され、回転筒部材４１と一体的に回転すると共に上下に相対移動可能にスプライン結合されている。ケース本体１０の上壁には、出力軸用孔部１５ｃ及び出力軸５を上側から覆うカバー部材４４が複数のボルト４４ａで固定されている。

出力軸用孔部１５ｄに下部筒部材４５の上端部が内嵌されて複数ボルト４５ａでケース本体１０に固定され、下部筒部材４５の下端部には鍔部材４６が複数のボルト４６ａで固定されている。下部筒部材４５には大径孔部４５ｂと小径孔部４５ｃとが上下に連通し貫通状に形成され、出力軸５の下大径部５ｂが下部筒部材４５を貫通して延び、小径孔部４５ｃに筒状の軸受部材４７を介して摺動自在に内嵌され、下大径部５ｂと小径孔部４５ｃとの間に環状シール４８が装着されている。

工具把持アーム６は水平方向に細長い部材であり、その長さ方向中央部分が出力軸５の下端部に外嵌固定され、工具把持アーム６の両端部分に工具を夫々把持可能な１対の把持部６ａ，６ｂが設けられている（図７参照）。

回転駆動伝達機構７は、主軸３に固定的に且つ主軸３と同軸状に設けられた回転カム部材５０と、出力軸５と同軸状に且つ回転カム部材５０のカム部に近接状に設けられたボールタレット５１と、ボールタレット５１の外周部分に周方向適当間隔（例えば、４５度間隔）おきに装着されてボールタレット５１のタレット本体５２の外周面よりも外方へ部分的に突出する複数（例えば、８個）のボール５３と、回転カム部材５０のカム部の外周部分に形成され、複数のボール５３のうち対応するボール５３が係合可能な複数のボール係合溝５４とを備えている。

回転カム部材５０は主軸３に一体成形されて、フレーム本体２内の左部に配置され、回転カム部材５０の前側にボールタレット５１が配置され、タレット本体５２は回転筒部材４１の下端部分に形成されている。固定筒部材４０の下端部分が、タレット本体５２に複数のボール５３を保持するボールリテーナ５５に形成され、このボールリテーナ５５は、その後側部分が切り欠かれて、ボール５３とボール係合溝５４とを係合可能にしている。

昇降駆動伝達機構８は、主軸３及び出力軸５の軸直交方向と平行方向（前後方向）へ延びるように本体フレーム２に回転自在に装着された中間軸６０と、中間軸６０に基端部が固定され出力軸５に先端部が連動連結された揺動アーム６１と、主軸３に固定的に且つ主軸３と同軸状に設けられた回転カム部材６２と、中間軸６０に固定的に且つ中間軸６０と同軸状に且つ回転カム部材６２のカム部に近接状に設けられたボールタレット６３と、ボールタレット６３のうち出力軸５が所要の進退ストローク進退する際に前記カム部と対向する外周部分に、周方向適当間隔（例えば、４５度間隔）おきに装着されてボールタレット６３のタレット本体６４の外周面よりも外方へ部分的に突出する複数（例えば、４個）の従動子としてのボール６５と、回転カム部材６２のカム部の外周部分に形成され、複数のボール６５のうち対応する１又は複数のボール６５が係合可能な複数（例えば、２つ）のボール係合溝６６とを備えている。

中間軸６０は主軸３の下側、且つ出力軸５の右側に配設されている。中間軸用孔部１５ｅにはカバー部材７０が内嵌螺合され、このカバー部材７０の後側において中間軸用孔部１５ｅと中間軸６０との間にベアリング７１が装着されている。中間軸用孔部１５ｆには筒状部材７２が内嵌されて複数のボルト７２ａで固定され、この筒状部材７２にカバー部材７３が内嵌螺合され、このカバー部材７３の前側において筒状部材７２と中間軸６０との間にベアリング７４が装着されている。

回転カム部材６２は主軸３に外嵌されてキー部材７５により相対回転不能に、また主軸３に外嵌装着されたストップリング７６，７７により左右移動不能に連結され、フレーム本体２内の右部に配置されている。回転カム部材６２の下側にボールタレット６３が配置され、タレット本体６４は中間軸６０の後部に一体成形されている。筒状部材７２の前端部分が、タレット本体６４に複数のボール６５を保持するボールリテーナ７８に形成され、このボールリテーナ７８は、その上側部分が切り欠かれて、ボール６５とボール係合溝６６とを係合可能にしている。

揺動アーム６１は、その基端部が中間軸６０に外嵌されてキー部材７９により相対回転不能に、また、中間軸６０に外嵌装着されたストップリング８０により前後移動不能に連結されている。揺動アーム６１の先端部には前後方向を軸心とする係合ローラ８１が装着され、この係合ローラ８１が出力軸５の上小径部５ａに固定的に設けられた１対の鍔８２に係合している。ここで、下側の鍔８２と下部筒部材４５の大径孔部４５ｂの底部との間に、出力軸５を上方へ付勢する圧縮コイルバネ８３が装着され、この付勢力により、出力軸５及び、工具把持アーム６やそれが保持する工具の進退（上下）移動を補助する。

図４は、この自動工具交換装置１が少なくとも工作機械主軸に工具を着脱するときの出力軸５が工具着脱位置（上限位置）に位置している状態を示しており、このとき、複数（２個）のボール６５が複数（２つ）のボール係合溝６６に係合している。また、例えば、２つボール係合溝６６は、夫々、断面形状がゴシックアーチ形状に形成され（図１０参照）、且つ非環状に形成されている（図９−１参照）。尚、２つボール係合溝６６の断面形状を円弧形状にしてもよい。尚、ケース本体１０の上壁には、回転カム部材６２の上側に位置する内部確認用の穴１０ｂが形成され、その穴１０ｂを開閉自在に塞ぐ蓋８４が複数のボルト８４ｄで固定されている。

図１０に示すように、各ボール係合溝６６の断面形状であるゴシックアーチ形状について詳細に説明すると、このゴシックアーチ形状は、ボール６５の中心Ｏに対して、ボール係合溝６６と反対側へ少しずれた点Ｏ１，Ｏ２を夫々中心とし、ボール６５の半径ｒよりも大きな曲率半径Ｒを有する、図１０における左右２つの円弧６６ａ，６６ｂを合わせた形状になっている。これにより、ボール６５は常に２つの円弧６６ａ，６６ｂに対して２つの点Ｐ１，Ｐ２においてボール係合溝６６に面接触に近い状態で接触することになる。

ここで、主軸３の左右方向の位置を調節する主軸位置調節構造９０が設けられ、この主軸位置調節構造９０では、環状部材２０とカバー部材２４に夫々ネジ９１，９２が左右方向に内嵌螺合され、環状部材２０とカバー部材２４の装着位置を調節してから、ネジ９１，９２を締結することで、環状部材２０とカバー部材２４が弛み止めされて固定され、こうして、ボール５３とボール係合溝５４とが、その間にバックラッシュを作ることなく適切に係合するように、主軸３の左右方向の位置を調節できる。

また、中間軸６０の前後方向の位置を調節する中間軸位置調節構造９５が設けられ、この中間軸位置調節構造９５では、カバー部材７０，７３に夫々ネジ９６，９７が前後方向に内嵌螺合され、カバー部材７０，７３の装着位置を調節してから、ネジ９６，９７を締結することで、カバー部材７０，７３が弛み止めされて固定され、こうして、ボール６５とボール係合溝６６とが、その間にバックラッシュを作ることなく適切に係合するように、中間軸６０の前後方向の位置を調節できる。

次に、この自動工具交換装置１の工具交換動作について、図６、図７に基づいて説明する。前記のように、工具把持アーム６の両端部分に工具を把持可能であり、工具が工作機械主軸等に保持された状態で、工具把持アーム６が回転することで、その工具を把持したり把持解除したりできる。主軸３の回転角度が０度のときに、工具把持アーム６の工具を把持していない一端部６ａが工作機械主軸ＭＳに対して７５度回転した位置にある。

ここで、工作機械主軸ＭＳに装着されている工具Ａを、工具把持アーム６の他端部６ｂに把持されている工具Ｂに交換する場合について説明する。主軸３が０度のとき、工作機械主軸ＭＳ、工具把持アーム６、工具Ａ，Ｂの位置関係は図７−１のようになり、ここから主軸３が３６０度連続的に回転すると、工具Ａ，Ｂが交換される。先ず、図７−１，２に示すように、主軸３の回転角度が３度になったときから、工具把持アーム６が矢印ｍ方向へ回転し、主軸３の回転角度が５６度になり、工具把持アーム６の回転角度が７５度になると、工具把持アーム６の一端部６ａが工具Ａを把持する。このとき、工具把持アーム６の他端部６ｂへの工具Ｂの装着が開始される。

その後、主軸３の回転角度が８９度になるまでに、工作機械主軸ＭＳから工具Ａがクランプ解除され、次に、図７−２，３に示すように、主軸３の回転角度が８９度になってから、工具把持アーム６が下降して、工作機械主軸ＭＳから工具Ａが取り外され、続いて、図７−３，４に示すように、主軸３の回転角度が１１５度から１４４度になるまで、工具把持シーム６が下降するとともに、工具把持アーム６が矢印ｍ方向へ回転し、主軸３の回転角度が１４４度になると、工具把持アーム６が１１５ｍｍ下降する。

続いて、図７−４，５に示すように、主軸３の回転角度が１４４度になってからも、工具把持アーム６が矢印ｍ方向へ回転して工具Ａ，Ｂの位置が入れ代わり、続いて、図７−５，６に示すように、主軸の回転角度３が２２５度から２５５度になるまでの間、工具把持アーム６が矢印ｍ方向へ回転するとともに上昇する。続いて、図７−６，７に示すように、主軸３の回転角度が２８５度になると、工具把持アーム６が１１５ｍｍ上昇して、工作機械主軸ＭＳに工具Ｂが装着される。このとき、工具把持アーム６の一端部６ａからの工具Ａの取外しが開始される。その後、主軸３の回転角度が３０４度になるまでに、工作機械主軸ＭＳに工具Ｂがクランプされ、次に、図７−７，８に示すように、主軸３の回転角度が３５７度になるまでの間、工具把持アーム６度が矢印ｎ方向へ回転して１８０度になり、主軸３の回転角度が３６０度（０度）になって終了する。

回転駆動伝達機構７においては、前記の回転パターンとなるように、ボール５３とボール係合溝５４等が構成され、昇降駆動伝達機構８においては、前記の昇降パターンとなるように、ボール６５とボール係合溝６６等が構成されている。

ここで、昇降駆動伝達機構８の実施例と比較例について図８、図９に基づいて説明する。この実施例では、図８−１に示すように、ボールタレット６３に２つボール６５を９０度あけて設けた場合、比較例では、図８−２に示すように、ボールタレット６３に１つボール６５を設けた場合について考察する。

先ず、比較例では、図９−２の回転カム部材６２の外周面の展開図に示すように、１つのボール係合溝６６が回転カム部材６２に環状に形成され、１つのボール６５が１つのボール係合溝６６に常時係合する状態を保持する必要があり、ボールタレット６３の最大回動角度はαになる。

一方、実施例では、図９−１の回転カム部材６２の外周面の展開図に示すように、２つのボール係合溝６６が回転カム部材６２に非環状に形成され、１つのボール６５が１つのボール係合溝６６に常時係合する状態を保持しなくても、少なくとも１つのボール６５がボール係合溝６６に係合しておけばよく、各ボール６５についてボール係合溝６６と係合状態と係合解除状態を作ることができるので、ボールタレット６３の最大回動角度はαよりも大きなβになる。

つまり、回転カム部材６２の軸方向の幅を比較例も実施例も同じにした場合、ボールタレット６３の回動角度、つまり、出力軸５の昇降ストロークが比較例よりも実施例の方が大きくなり、言い換えると、出力軸５の所要昇降ストロークを確保するためには、回転カム部材６２の軸方向の幅が実施例よりも比較例の方が大きくなる。

以上説明した自動工具交換装置１によれば次の効果を奏する。
主軸３から出力軸５に昇降駆動力を伝達して出力軸５を出力軸５の回転と同期する所定の昇降パターンで昇降させる昇降駆動伝達機構８において、主軸３及び出力軸５の軸直交方向と平行方向へ延びる中間軸６０を本体フレーム２に回転自在に装着し、揺動アーム６１の基端部を中間軸６０に固定して先端部を出力軸５に連動連結し、回転カム部材６２を主軸３に固定的に且つ主軸３と同軸状に設け、ボールタレット６３を中間軸６０に固定的に且つ中間軸６０と同軸状に且つ回転カム部材６２のカム部に近接状に設け、ボールタレット６３のうち出力軸５が所要の進退ストローク進退する際に回転カム部材６２のカム部と対向する外周部分に、複数のボール６５を周方向適当間隔おきに装着して、ボールタレット６３のタレット本体６４の外周面よりも外方へ部分的に突出させ、回転カム部材６２のカム部の外周部分に複数のボール係合溝６６を形成し、これらボール係合溝６６に複数のボール６５のうち対応する１又は複数のボール６５を係合可能に構成した。

従って、ボールタレット６３の回転角度に関わらず、少なくとも１個のボール６５をボール係合溝６６に係合させ、この場合、ボールタレット６３の回転角度によって、任意の１つのボール６５について、ボール係合溝６６に係合した状態と係合解除した状態とを作ることができるので、複数のボール６５をローテションして使用できるようになり、ボール係合溝６６も複数あるので、更に、複数のボール６５が複数のボール係合溝６６に係合した状態では、主軸３から出力軸５に昇降駆動力を伝達する際、また、出力軸５に昇降方向へ過負荷が作用した場合にも、複数のボール６５に荷重を分散させることができるので、ボール６５とボール係合溝６６の損傷を極力防止することができ、高い耐久性と作動信頼性を確保することができる。

しかも、任意の１つのボール６５について、ボール係合溝６６に係合した状態と係合解除した状態とを作ることができるので、回転カム部材６２の軸方向幅を抑えて、更に、揺動レバー６１の長さを抑えて、ボールタレット６３の回動可能角度を大きくして、出力軸５の所要の進退ストロークを確保することができ、更に、複数のボール６５をボールタレット６３の全周に亙って設ける必要がなくなるので、昇降駆動伝達機構８の部品点数（ボール６５の数）を減らして、昇降駆動伝達機構８の構造をできるだけ簡単化し、昇降駆動伝達機構８の小型化を実現して、自動工具交換装置１をコンパクトに構成できる。

この自動工具交換装置１が少なくとも工作機械主軸ＭＳに工具Ａ，Ｂを着脱するときの出力軸５の工具着脱位置において、複数のボール６５が複数のボール係合溝６６に係合するように構成したので、工作機械主軸ＭＳに工具Ａ，Ｂを着脱するときに出力軸５に昇降方向へ過負荷が作用した場合でも、複数のボール６５に荷重を確実に分散させて、高い耐久性と作動信頼性を確保することができる。

複数のボール係合溝６６を、夫々、断面形状がゴシックアーチ形状に形成したので、ボール６５を受け止めるボール係合溝６６部分の面積を大きくして、高い耐久性と作動信頼性を確保することができ、また、複数のボール係合溝６６を、夫々、非環状に形成したので、ボール係合溝６６を環状に形成する場合に比べると、ボール係合溝６６を加工する際の加工端が回転カム部材６２の軸方向端部に臨むので、ボール係合溝６６の加工精度の向上を期待することができる。

本体フレーム２に対して中間軸６０をその軸方向へ位置調節可能な中間軸位置調節構造９５を備えたので、中間軸６０をその軸方向へ簡単に位置調節することができ、これにより、ボールタレット６３を中間軸６０の軸方向へ位置調節して、ボール６５とボール係合溝６６との間の不要なバックラッシュを無くして、ボール６５とボール係合溝６６とを適正に係合させ、昇降駆動伝達機構８の作動信頼性を確保することができる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を付加して実施可能である。例えば、ボール６５、ボール係合溝６６の数を適宜設定可能である。また、ボール６５の代わりにカムフォロア等の種々の従動子を適用可能であり、この場合、ボール係合溝６６の代わりに従動子に応じた係合溝を適用する。また、この自動工具交換装置２３を横向き、つまり、出力軸５が水平方向になるようにして使用可能である。この場合、圧縮コイルバネ８３を省略することができる。

自動工具交換装置の平面図である。自動工具交換装置の左側面図である。図２のIII −III 線断面図である。図３のIV−IV線断面図である。図４のＶ−Ｖ線断面図である。主軸回転角度−出力軸回転角度の作動曲線である。主軸回転角度−出力軸昇降位置の作動曲線である。自動工具交換装置（主軸角度＝０度）の作動説明図自動工具交換装置（主軸角度＝５６度）の作動説明図自動工具交換装置（主軸角度＝１１５度）の作動説明図自動工具交換装置（主軸角度＝１４４度）の作動説明図自動工具交換装置（主軸角度＝２２５度）の作動説明図自動工具交換装置（主軸角度＝２５５度）の作動説明図自動工具交換装置（主軸角度＝２８５度）の作動説明図自動工具交換装置（主軸角度＝３５７度）の作動説明図実施例の昇降駆動伝達機構の図である。比較例の昇降駆動伝達機構の図である。実施例のボール係合溝の展開図である。比較例のボール係合溝の展開図である。ボールとボール係合溝を含む要部の断面図である。

符号の説明

１自動工具交換装置
２本体フレーム
３主軸
４主軸モータ
５出力軸
６工具把持アーム
７回転駆動伝達機構
８進退駆動伝達機構
６０中間軸
６１揺動アーム
６２回転カム部材
６３ボールタレット
６５ボール
６６ボール係合溝

Claims

本体フレームと、本体フレームに回転自在に装着された主軸と、主軸を回転させる主軸モータと、主軸の軸直交方向と平行方向へ延びるように本体フレームに回転自在に且つ進退自在に装着され先端部側に工具把持アームが固定された出力軸と、主軸から出力軸に回転駆動力を伝達して出力軸を所定の回転パターンで回転させる回転駆動伝達機構と、主軸から出力軸に進退駆動力を伝達して出力軸を出力軸の回転と同期する所定の進退パターンで進退させる進退駆動伝達機構とを備えた自動工具交換装置において、
前記進退駆動伝達機構は、
前記主軸及び出力軸の軸直交方向と平行方向へ延びるように本体フレームに回転自在に装着された中間軸と、
前記中間軸に基端部が固定され前記出力軸に先端部が連動連結された揺動アームと、
前記主軸に固定的に且つ主軸と同軸状に設けられた回転カム部材と、
前記中間軸に固定的に且つ中間軸と同軸状に且つ前記回転カム部材のカム部に近接状に設けられたタレットと、
前記タレットのうち出力軸が所要の進退ストローク進退する際に前記カム部と対向する外周部分に、周方向適当間隔おきに装着されてタレットのタレット本体の外周面よりも外方へ部分的に突出する複数の従動子と、
前記回転カム部材のカム部の外周部分に形成され、前記複数の従動子のうち対応する１又は複数の従動子が係合可能な複数の係合溝と、
を備えたことを特徴とする自動工具交換装置。
前記複数の従動子が複数のボールからなることを特徴とする請求項１に記載の自動工具交換装置。
この自動工具交換装置が少なくとも工作機械主軸に工具を着脱するときの前記出力軸の工具着脱位置において、複数のボールが複数の係合溝に係合するように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の自動工具交換装置。
前記複数の係合溝は、夫々、断面形状がゴシックアーチ形状に又は円弧形状に、且つ非環状に形成されたことを特徴とする請求項２又は３に記載の自動工具交換装置。
前記本体フレームに対して中間軸をその軸方向へ位置調節可能な中間軸位置調節構造を備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の自動工具交換装置。