JP2009233755A - 工具交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グリップアームの姿勢が保持できなくなった場合に、把持部が主軸ヘッドに干渉するのを防止できる工具交換装置を提供する。
【解決手段】工具交換装置では、マガジン本体の裏面にガイド部材８０を備えている。このガイド部材８０のガイド面８４には、グリップアーム４０の後端側に設けられたローラ６４が転動する。このガイド面８４の湾曲形状において、マガジン本体側の曲率半径は、主軸ヘッド側の曲率半径よりも小さくなっている。よって、圧縮コイルバネ６０によってガイド面に付勢されたローラ６４は、マガジン本体側よりも主軸ヘッド側に向かって移動する。従って、溝８６からローラ６４が離脱してしまった場合でも、ローラ６４は主軸ヘッド側に移動してグリップアーム４０が揺動するので、把持部４６が主軸ヘッドに干渉するのを防止できる。
【選択図】図１１

Description

本発明は、工具交換装置に関し、詳細には、工作機械の主軸に装着する工具を自動的に交換できる工具交換装置に関する。

従来より、被加工物であるワークに対して、「ネジ切り」、「孔開け」、「座ぐり」等の加工を単一の装置で複合的に行うことができる工作機械が知られている。このような工作機械には、タップやドリル等の複数の工具を収納すると共に、それら複数の工具の中から所望の工具を選択して、主軸に既に装着されている工具と自動的に交換することができる工具交換装置が設けられている。例えば、主軸ヘッドを昇降させ、フレームに固定された工具マガジンとの間で、カム機構を利用して工具交換を行う工具交換装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、図１６に示す従来の工具交換装置２００が知られている。この工具交換装置２００は、支持軸２０１を中心に回転可能に支持された円盤状のマガジン本体２０２を備えている。マガジン本体２０２の外周には、周方向に沿って複数の支点台２１０が固定されている。それら支点台２１０には、グリップアーム２２０が枢支軸２２１を中心に揺動可能に軸支されている。そのグリップアーム２２０の一端には、工具を把持するための把持部２２４が設けられている。さらに、枢支軸２２１の近傍には、主軸ヘッド（図示外）側に向けてカムフォロア２２３が回転自在に軸支されている。このカムフォロア２２３は、主軸ヘッドの昇降によって、その主軸ヘッドの前面に固定されたカム体（図示外）の傾斜面を転動する。これにより、グリップアーム２２０が枢支軸２２１を中心に揺動するので、マガジン本体２０２の最下方位置に割り出されたグリップアーム２２０の把持部２２４を、主軸に近接する「近接位置」と、主軸から離間する「退避位置」との間で移動させることができる。

また、グリップアーム２２０の他端２２５には行止り孔２２８が設けられている。その内側には、鋼球２２６を保持した鋼球保持部材２２９が収納されている。鋼球保持部材２２９の内部には、圧縮コイルバネ２２７が収納されている。一方、マガジン本体２０２のボス部２０３には、断面円弧状の案内面２０６が周設された円筒状のグリップ支持カラー２０５が外挿されている。このグリップ支持カラー２０５の案内面２０６には、グリップアーム２２０の他端２２５から出退する鋼球２２６の一部が弾力的に当接している。これにより、グリップアーム２２０の他端２２５側が案内面２０６に沿ってガイドされるので、安定した揺動動作を行うことができる。

また、案内面２０６のマガジン本体２０２側には第１ノッチ溝２０７が周設され、主軸ヘッド側には第２ノッチ溝２０８が周設されている。第１ノッチ溝２０７に鋼球２２６が嵌着することで、把持部２２４が近接位置に移動した状態で、グリップアーム２２０の姿勢が保持される。一方、第２ノッチ溝２０８に鋼球２２６が嵌着することによって、把持部２２４が退避位置に移動した状態で、グリップアーム２２０の姿勢が保持される。
特開平２−１５９３６号公報

しかしながら、この工具交換装置２００では、グリップアーム２２０の行止り孔２２８と鋼球保持部材２２９との間に切粉を噛み込んでしまうと、鋼球保持部材２２９が動かなくなる可能性がある。また、鋼球２２６と鋼球保持部材２２９との間に切粉を噛み込んだ場合、グリップ支持カラー２０５の案内面２０６を鋼球２２６が滑らかに転動しなくなる可能性がある。これらの原因によって、グリップアーム２２０の動作不良を引き起こすという問題点があった。さらに、鋼球２２６が動かなくなると、鋼球２２６に圧縮コイルバネ２２７による付勢をかけることができない。これにより、第１ノッチ溝２０７及び第２ノッチ溝２０８に嵌着した鋼球２２６が、加工中や機械運搬中の振動によって離脱してしまい、グリップアーム２２０が勝手に揺動して、把持部２２４が主軸ヘッドに干渉する虞があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、グリップアームの姿勢が保持できなくなった場合に、把持部が主軸ヘッドに干渉するのを防止できる工具交換装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の工具交換装置は、工作機械の主軸を回転可能に支持する主軸ヘッドと、当該主軸ヘッドを昇降可能に支持するコラムと、当該コラムに固定され、一軸線を中心に回転割出可能に設けられたマガジン本体を回転可能に支持する支持部材と、前記マガジン本体の外周に放射状に設けられ、前記主軸に取り付ける工具を把持する把持部を一端に有する複数のグリップアームと、前記グリップアームの前記一端と他端との間を軸支し、前記マガジン本体の外周に固定される支点台と、前記グリップアームの前記他端を、前記マガジン本体と前記主軸ヘッドの間でガイドするガイド部材とを備え、回転割り出しされた前記グリップアームが前記支点台を中心に揺動することによって、前記把持部が、前記主軸に近接する近接位置と、前記主軸から離間する退避位置との間を往復移動する工具交換装置において、前記ガイド部材に設けられ、前記他端側を保持することによって、前記グリップアームの姿勢を、前記把持部が前記退避位置に移動する加工姿勢に保持するための保持手段と、当該保持手段から離脱した前記他端部を、前記保持手段側に移動させることによって、前記グリップアームを前記加工姿勢に復帰させる姿勢復帰手段とを備えている。

また、請求項２に係る発明の工具交換装置は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記ガイド部材は、前記マガジン本体と前記主軸ヘッドとの間を往復移動する前記グリップアームの前記他端側の軌跡に沿って湾曲するガイド面を備え、前記グリップアームは、前記ガイド面を摺動する摺動部材と、前記他端に設けられ、前記摺動部材を前記ガイド面に対して接離可能に支持する支持手段と、当該支持手段に設けられ、前記摺動部材を前記ガイド面に対して付勢する付勢手段と
を備え、前記保持手段は、前記ガイド面に設けられ、前記摺動部材を嵌着させるための溝であって、前記姿勢復帰手段は、前記摺動部材と、前記ガイド面と、前記付勢手段とから構成され、前記ガイド面の前記支点台を中心とする曲率半径は、前記マガジン本体側よりも前記主軸ヘッド側の方が大きいことを特徴とする。

また、請求項３に係る発明の工具交換装置は、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記グリップアームの重心は、前記支点台よりも前記一端側であって、かつ前記主軸ヘッド側に配置されている。

また、請求項４に係る発明の工具交換装置は、請求項２又は３に記載の発明の構成に加え、前記グリップアームの前記支点台よりも前記一端側に回動可能に軸支されたカムフォロアと、前記主軸ヘッドの前記グリップアームに対向する面に設けられ、前記主軸ヘッドの昇降によって、前記カムフォロアに当接するカム面を備え、前記グリップアームを揺動させるカム部材とを備え、前記カム部材には、前記カムフォロアに当接して前記マガジン本体側に付勢することによって、前記グリップアームを前記加工姿勢に復帰させる当接面が設けられている。

また、請求項５に係る発明の工具交換装置は、請求項２乃至４の何れかに記載の発明の構成に加え、前記摺動部材は、ローラであることを特徴とする。

請求項１に係る発明の工具交換装置では、ガイド部材に設けられた保持手段によって、グリップアームの他端部が保持される。これによって、グリップアームの姿勢を加工姿勢に保持することができる。加工姿勢では、把持部が退避位置に移動するので、主軸に装着された工具に把持部が干渉しない。さらに、保持手段から他端部が離脱した場合、姿勢復帰手段によって、他端部を保持手段側に移動させることができる。これにより、グリップアームの姿勢を加工姿勢に復帰させることができるので、把持部が近接位置に移動して主軸ヘッドに干渉するのを防止できる。

また、請求項２に係る発明の工具交換装置では、請求項１に記載の発明の効果に加え、グリップアームの他端部に設けられた支持部材に摺動部材が支持され、その摺動部材がガイド部材のガイド面に沿って摺動する。支持部材は摺動部材をガイド面に対して接離可能に支持すると共に、摺動部材は付勢手段によってガイド面に付勢されている。これにより、グリップアームの揺動に伴い、摺動部材をガイド面に対して常時密着させて摺動させることができる。即ち、グリップアームを安定して揺動させることができる。さらに、ガイド面に形成された溝に対して、摺動部材を強固に嵌着させることができるので、グリップアームの姿勢を確実に保持できる。また、ガイド面の支点台を中心とする曲率半径は、マガジン本体側よりも主軸ヘッド側の方が大きくなっている。さらに、摺動部材は付勢手段によってガイド面に付勢されているので、付勢手段による付勢力の一部は、摺動部材を主軸ヘッド側に摺動させるように働く。従って、保持手段から他端部が離脱した場合に、グリップアームの姿勢を加工姿勢に復帰させることができる。

また、請求項３に係る発明の工具交換装置では、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、グリップアームの重心は、支点台よりも一端側であって、かつ主軸ヘッド側に配置されているので、グリップアーム全体は、把持部が主軸ヘッドから離間するように揺動する。これにより、保持手段から他端部が離脱した場合に、グリップアームの姿勢を加工姿勢に復帰させることができる。

また、請求項４に係る発明の工具交換装置では、請求項２又は３に記載の発明の効果に加え、主軸ヘッドの昇降によって、カムフォロアがカム部材のカム面に沿って転動することによって、グリップアームを揺動させることができる。このカムフォロアは、グリップアームの支点台よりも一端側に回動可能に軸支されている。このカムフォロアに対して、カム部材に設けられた当接面を当接させることで、カムフォロアをマガジン本体側に付勢する。つまり、グリップアームの一端側をマガジン本体側に付勢することができる。これにより、保持手段から他端部が離脱した場合、グリップアームの一端側をマガジン本体側に付勢できるので、把持部が主軸ヘッドに干渉するのを防止できる。

また、請求項５に係る発明の工具交換装置では、請求項２乃至４の何れかに記載の発明の効果に加え、摺動部材はローラであるので、ガイド面を滑らかに摺動させることができる。

以下、本発明の一実施形態である工具交換装置２について、図面を参照して説明する。図１は、工作機械１に付設された工具交換装置２の要部を破断した右側面図である。なお、以下説明において、図１の左側を工作機械１の前側とし、右側を工作機械１の後ろ側とし、紙面手前側を工作機械１の右側とし、紙面奥行き側を工作機械１の左側とする。

工作機械１の構成について概略的に説明する。図１に示すように、工作機械１は、土台となるベース（図示外）と、該ベースの上部後方に立設された柱状のコラム５と、該コラム５の前面に沿って昇降可能に支持された主軸ヘッド１０と、該主軸ヘッド１０の内側に回転可能に支持され、工具７を保持する工具ホルダ８が着脱可能に装着される工具装着穴（図示外）を有する主軸１２と、該主軸１２に装着される工具７の交換を自動的に行う工具交換装置２とを備える。主軸ヘッド１０の上部には、主軸１２を回転駆動させるための主軸モータ１３が支持されている。ベース上には、ワークをＸＹ方向に移動可能に保持するテーブル装置（図示外）が設置されている。工作機械１は、主軸ヘッド１０が昇降すると共に、高速回転する主軸１２に装着された工具ホルダ８に把持された工具７がワークに接触することで、テーブル装置に保持されたワークに所望の加工を施す。

コラム５の左右両面には、主軸ヘッド１０を左右両側から挟んで前方に延設された一対のフレーム６（図１では１枚のみ図示）が設けられている。一対のフレーム６の各先端間にはマガジン支持台１４が固定されている。マガジン支持台１４の前面側に本発明の工具交換装置２が配設されている。マガジン支持台１４の上部には、工具交換装置２の後述するマガジン本体２０を保護するための側面視略Ｌ字型のマガジンカバー１５が設けられている。

工具交換装置２の構造について説明する。図１に示すように、工具交換装置２は、円盤状のマガジン本体２０と、該マガジン本体２０の外周に沿って放射状に配置され、工具ホルダ８を把持するための複数のグリップアーム４０（図１では、上下２本のグリップアーム４０のみ図示）とを備えている。

マガジン本体２０について説明する。図１に示すように、円盤状のマガジン本体２０の中心は、マガジン支持台１４から工作機械１の前側に向かって斜め下方に延びる回動軸２２の先端に固定されている。回動軸２２の後端は、マガジン支持台１４の内側に設けられた回転割出機構（図示外）の一部に連結されている。この回転割出機構は、図示しないサーボモータ、エンコーダ、複数のギヤ及びカム等を備える。サーボモータ及びエンコーダは、工作機械１の制御装置（図示外）に接続されている。工作機械１の制御装置は、エンコーダの出力信号に基づき、サーボモータのフィードバック制御を行うことで、マガジン本体２０の回転割出位置を制御する。

マガジン本体２０の裏面の外周には、グリップアーム４０を揺動可能に軸支するための側面視Ｌ字型の複数の支点台３０が、マガジン本体２０の周方向に沿って各々固定されている。支点台３０は、マガジン本体２０の裏面に固定された台座部３１（図２参照）と、該台座部３１の一端から略直角に立設された軸支部３２（図２参照）とを備えている。この支点台３０の軸支部３２の先端部に、グリップアーム４０の後述する軸支部４７（図２参照）が軸支されている。グリップアーム４０は支点台３０を中心に揺動する。

なお、本実施形態の工具交換装置２では、主軸ヘッド１０を昇降させると共に、後述するカム機構を利用することで、複数のグリップアーム４０のうち、マガジン本体２０の最下方位置に割り出された１本のグリップアーム４０のみを揺動させる。割出状態のグリップアーム４０の後述する把持部４６（図２参照）が、主軸１２に近接する「近接位置」と、主軸１２から離間する「退避位置」との間を移動する。

マガジン本体２０の裏面であって、複数の支点台３０が固定された各位置よりも径方向内側には、グリップアーム４０の後端側を、マガジン本体２０と主軸ヘッド１０との間でガイドするための板状のガイド部材８０が、複数のグリップアーム４０にそれぞれ対応する各位置に固定されている。ガイド部材８０は、全てのグリップアーム４０の揺動を安定させることができる。ガイド部材８０の形状については後述する。

図２乃至図５を参照してグリップアーム４０の構造について説明する。図２は、ガイド部材８０にガイドされたグリップアーム４０の斜視図（把持部４６：近接位置）である。図３は、ガイド部材８０にガイドされたグリップアーム４０の斜視図（把持部４６：退避位置）である。図４は、グリップアーム４０の裏側を斜め下側から見た斜視図である。図５は、グリップアーム４０の下側を斜め下側から見た斜視図である。

図２，図３に示すように、グリップアーム４０は、支点台３０に軸支される略円柱状の軸支部４７と、該軸支部４７の外周面から軸線に直交する方向に延設された角柱状のアーム本体４５と、該アーム本体４５の延設方向の先端部から緩やかに湾曲しつつ略水平に延設され、工具ホルダ８を把持するための把持部４６と、前記軸支部４７の外周面からアーム本体４５の延設方向とは反対方向に突設されたブロック状の後端部４８と、該後端部４８の一部に一端側が回動可能に軸支され、他端側にローラ６４（図４参照）を軸支する側面視長尺状のローラ支持部材５０と、該ローラ支持部材５０の他端と軸支部４７との間に配設され、ローラ支持部材５０の他端を軸支部４７から離間する方向に付勢する円筒状の圧縮コイルバネ６０とを備える。

軸支部４７について説明する。図４，図５に示すように、軸支部４７の両端面には、軸支部４７と同軸上に突出する円柱状の突起部４７１，４７１が各々設けられている。突起部４７１，４７１は、支点台３０（図２参照）の軸支部３２の先端部に設けられた軸支穴（図示外）に内挿される。これにより、軸支部４７が支点台３０に軸支されるので、グリップアーム４０が支点台３０を中心に揺動可能となる。

アーム本体４５について説明する。図２，図３に示すように、アーム本体４５の主軸ヘッド１０側に向けられた側面の幅方向一端側には、カムフォロア７３を回転可能に軸支するカムフォロア支持部６２が設けられている。カムフォロア７３は、主軸ヘッド１０の昇降により、主軸ヘッド１０の前面に固定された後述する固定カム１１０のカム面１１１（図１０参照）に沿って転動する。固定カム１１０は、主軸ヘッド１０がマガジン本体２０の回転可能な位置へ上昇したときに、近接位置にあるグリップアーム４０を退避位置に回動させる機能を有する。なお、図２乃至図５では図示していないが、アーム本体４５の外側に向かう側面に沿って、主軸１２周辺から飛散する切粉から保護するためのカバー９０（図７参照）が固定されている。また、図２に示すカムフォロア７３が本発明の「カムフォロア」に相当する。

把持部４６について説明する。図３，図５に示すように、把持部４６の先端側には、工具ホルダ８を把持するための平面視略Ｃ状の把持穴４６３が設けられている。把持穴４６３に外部から工具ホルダ８が挿入されると、把持穴４６３の内縁部に対して、工具ホルダ８の外周面に周設された溝部１８（図８参照）が係止する。把持部４６の２つに分岐する各先端部には、長尺板状の支持フレーム４６１，４６２が突出している。支持フレーム４６１，４６２の中央部分には軸支穴４６５，４６５が各々設けられている。支持フレーム４６１，４６２の軸支穴４６５，４６５に対して、軸部４６６が内挿されている。支持フレーム４６１，４６２は、支持フレーム４６１，４６２の軸支穴４６５，４６５を中心に回動する。支持フレーム４６１，４６２の各先端には、ローラ７１，７２が回動可能に軸支されている。ローラ７１，７２は、把持穴４６３に直交する方向に軸心を有する。円筒状の圧縮コイルバネ４６４は、アーム本体４５に凹状に形成されたバネ固定部（図示外）と、支持フレーム４６１，４６２の側面に凹状に形成されたバネ固定部（図示外）との間に配設されている。

把持部４６に工具ホルダ８が把持される仕組みについて説明する。把持部４６のローラ７１，７２の間から、把持穴４６３に向かって工具ホルダ８が押し込まれると、ローラ７１，７２が工具ホルダ８の溝部１８に沿って転動する。このとき、ローラ７１，７２間は工具ホルダ８の幅によって外方に広げられ、支持フレーム４６１，４６２が回動することにより圧縮コイルバネ４６４が圧縮させられる。把持穴４６３の内縁部に工具ホルダ８の溝部１８が係合すると、圧縮コイルバネ４６４が伸長し支持フレーム４６１，４６２が回動することにより、ローラ７１，７２が元の位置に向かって内方に移動する。これにより、工具ホルダ８が、ローラ７１，７２によって把持穴４６３側に付勢されるので、工具ホルダ８が把持穴４６３からの抜けを防止できる。従って、把持部４６に工具ホルダ８が確実に把持される。

後端部４８について説明する。図２，図３に示すように、後端部４８の主軸ヘッド１０側（図１参照）に向けられた側面には、カムフォロア７４を回転可能に軸支するカムフォロア支持部６３が設けられている。カムフォロア７４は、主軸ヘッド１０の昇降により、主軸ヘッド１０の前面に固定された後述する浮動カム１２０（図１０参照）のカム面１２１に沿って転動する。浮動カム１２０は、主軸ヘッド１０がマガジン本体２０の回転可能位置から下降したときに、退避位置にあるグリップアーム４０を近接位置に回動させる機能を有する。

本実施形態のグリップアーム４０では、カムフォロア７３，７４を固定カム１１０及び浮動カム１２０の各カム面１１１，１２１に各々転動させることで、グリップアーム４０の揺動を安定かつ確実なものとしている。なお、固定カム１１０及び浮動カム１２０を利用したグリップアーム４０の揺動動作については後述する。

図４，図５に示すように、後端部４８の軸支部４７に連結された部位とは反対側の部位には、板状の突起部６５が設けられている。突起部６５の両面には、板面に直交する方向に突出する円柱状の軸６７，６７が突設されている。

ローラ支持部材５０の構造について説明する。図４，図５に示すように、ローラ支持部材５０は、平面視略長方形の板状の連結部５３と、該連結部５３の幅方向の両端部に各々立設された一対の長尺状の板部５１，５２と、該板部５１，５２に回転可能に支持されたローラ６４とを備える。板部５１，５２の長手方向一端側には軸支穴５５が各々設けられ、他端側には軸支穴５６が各々設けられている。板部５１，５２間の前記一端側に対して、後端部４８の突起部６５が挟まれている。突起部６５の軸６７，６７は、板部５１，５２の各軸支穴５５，５５に内挿されている。これにより、ローラ支持部材５０は、後端部４８の突起部６５を中心に回動する。

ローラ６４の軸部６８は、板部５１，５２の軸支穴５６，５６に内挿されている。ローラ６４は、板部５１，５２間の連結部５３の上側において回動する。ローラ６４は、ガイド部材８０のガイド面８４（図２，図３参照）に沿って転動する。連結部５３のローラ６４に対向する上面とは反対側の下面には、圧縮コイルバネ６０の上端部を当接して位置決めするために、凹状に形成された凹部５３１（図５参照）が設けられている。

圧縮コイルバネ６０について説明する。図４，図５に示すように、円筒状の圧縮コイルバネ６０は、軸支部４７の外周面と、ローラ支持部材５０の連結部５３の下面との間に配設されている。圧縮コイルバネ６０の下端部は、軸支部４７の外周面に凹状に形成されたバネ固定部４７３（図４参照）に固定されている。圧縮コイルバネ６０の上端部は、連結部５３の下面に形成された凹部５３１（図５参照）を当接させている。図２，図３に示すように、圧縮コイルバネ６０を圧縮しながらローラ６４を押し下げ、ローラ６４をガイド部材８０のガイド面８４に当接させている。

図２，図３に示すように、グリップアーム４０は、ガイド部材８０のガイド面８４に対してローラ６４を転動させている。このローラ６４を転動させる機構は、従来の工具交換装置２００（図１６参照）のように、鋼球２２６をグリップアーム２２０の他端２２５に設けられた行止り孔２２８から直線的に出退させる機構とは異なる。つまり、ローラ６４は直線的に動くのではなく回転するので、ローラ６４に切粉が付着しても、その回転が妨げられることはない。よって、切粉の影響を受けることなく、ガイド面８４に対してローラ６４を転動させることができるので、グリップアーム４０を安定して揺動させることができる。

ローラ６４を軸支するローラ支持部材５０は、後端部４８の突起部６５に対して回動可能に軸支されている。圧縮コイルバネ６０は、ローラ支持部材５０のローラ６４が軸支されている側を付勢している。ローラ６４は、圧縮コイルバネ６０の弾性力によってガイド面８４に向かって付勢される。ローラ６４には常時圧力をかけた状態で、ガイド部材８０のガイド面８４を転動させることができる。圧縮コイルバネ６０は、ガイド部材８０のガイド面８４に形成された後述する溝８５，８６に対してローラ６４を強固に嵌着させることができる。

ローラ６４を付勢する手段である圧縮コイルバネ６０は交換が容易である上に安価である。従来の工具交換装置２００（図１６参照）では、行止り孔２２８内に切粉が入ると、圧縮コイルバネ６０の伸縮に不具合を起こすことがあったが、本実施形態では、圧縮コイルバネ６０が外部に露出されているので、圧縮コイルバネ６０に切粉が付着しても振動等によって落下する。よって、圧縮コイルバネ６０の伸縮を良好に維持できる。

図６を参照してグリップアーム４０の後端側をガイドするガイド部材８０の形状について説明する。図６は、ガイド部材８０の側面図である。以下の説明では、複数のガイド部材８０のうち、マガジン本体２０の最下方位置にあるガイド部材８０を一例として説明する。図６の上側をガイド部材８０の上側とし、下側をガイド部材８０の下側とし、右側を主軸ヘッド１０側とし、左側をマガジン本体２０側とする。

ガイド部材８０は、マガジン本体２０の裏面から主軸ヘッド１０側（図１参照）に向かって略垂直に固定される板状のガイド部８１を備えている。そのガイド部８１のマガジン本体２０に固定される側の一端部の両面には、マガジン本体２０に固定するためのブロック状の固定部８２，８２が設けられている。

ガイド部８１のグリップアーム４０の後端側に向けられた下端部（図２参照）には、固定部８２，８２側からマガジン本体２０に向かって山なりに湾曲したガイド面８４が形成されている。そのガイド面８４の固定部８２，８２側の一端部には、ローラ６４を嵌着させるための溝８５が形成されている。その反対側の他端部には、同様の溝８６が形成されている。溝８５にローラ６４（図４参照）が嵌着することで、図２に示すように、把持部４６が主軸１２に近づく近接位置に移動した状態のグリップアーム４０の姿勢を保持できる。溝８６にローラ６４が嵌着することで、図３に示すように、把持部４６が主軸１２から遠ざかる退避位置に移動した状態のグリップアーム４０の姿勢を保持できる。なお、把持部４６が退避位置に移動した時のグリップアーム４０の姿勢が本発明の「加工姿勢」に相当する。

図６に示すように、ガイド部８１の主軸ヘッド１０側に延びる先端部８７の下側には、溝８６から主軸ヘッド１０側に向かうにつれて、グリップアーム４０の後端側から徐々に離れる方向に傾斜するテーパ面８８が設けられている。テーパ面８８は、グリップアーム４０のローラ６４を、外側からガイド面８４に向かってガイドする部位である。

ガイド面８４の湾曲形状は、グリップアーム４０の軸支部４７をＰ点とした場合に、そのＰ点を回動中心とする円の軌跡をベースにして形成されている。ガイド面８４の溝８５側の曲率半径（ｒ１）は、溝８６側の曲率半径（ｒ２）よりも小さくなるように調整されている。ガイド面８４を摺動するローラ６４は、溝８５側よりも溝８６側に向かって移動し易くなっている。このようなガイド面８４に沿って、グリップアーム４０の後端側にあるローラ６４を転動させる。

ガイド面８４の曲率半径が一定でなくても、点Ｐとガイド面８４との間の距離に応じて、ローラ支持部材５０が適宜回動すると共に、ローラ６４が圧縮コイルバネ６０によってガイド面８４に向かって付勢される。これにより、ローラ６４をガイド面８４に密着して転動させることができるので、グリップアーム４０の後端側を、マガジン本体２０と主軸ヘッド１０との間で安定してガイドできる。即ち、グリップアーム４０の揺動動作を安定化できる。

図７乃至図１３を参照してグリップアーム４０の揺動させる機構とその動作について説明する。図７は、マガジン本体２０が回転可能な位置に主軸ヘッド１０が上昇した様子を示した図（把持部４６：近接位置）である。図８は、主軸ヘッド１０の昇降によってグリップアーム４０が揺動する様子を示した図（把持部４６：退避位置）である。図９は、主軸ヘッド１０の昇降によってグリップアーム４０が揺動する様子を示した図（溝８６からローラ６４が離脱した状態）である。図１０は、グリップアーム４０の揺動動作を示す図（ローラ６４が溝８５に嵌着）である。図１１は、グリップアーム４０の揺動動作を示す図（ローラ６４がガイド面８４を摺動）である。図１２は、グリップアーム４０の揺動動作を示す図（ローラ６４が溝８６に嵌着）である。図１３は、溝８６からローラ６４が離脱した際のグリップアーム４０の姿勢を示した図である。

グリップアーム４０を揺動させるためのカム機構について説明する。図８に示すように、主軸ヘッド１０の前面には、固定カム１１０と、浮動カム１２０とが横並びに固定されている。固定カム１１０は、グリップアーム４０のカムフォロア７３に対応する位置に固定されている。浮動カム１２０は、グリップアーム４０のカムフォロア７４に対応する位置に固定されている。図１０に示すように、板状の固定カム１１０は、主軸ヘッド１０の前面に対して略垂直に立設されている。カムフォロア７３に対向する側の一端部には、下側から中段位置にかけて、工作機械１の前方に向かって緩やかに湾曲しながら膨出し、その中段位置から上段位置まで垂直面を有するカム面１１１が形成されている。カム面１１１の上部には、垂直面から主軸ヘッド１０側に向かって傾斜し、カムフォロア７４に下側から当接して押さえることによって、グリップアーム４０の揺動を制限するテーパ面１１２が形成されている。なお、図１０に示す固定カム１１０が本発明の「カム部材」に相当し、テーパ面１１２が本発明の「押さえ面」に相当する。

板状の浮動カム１２０は、主軸ヘッド１０の前面に対して略垂直に立設されている。カムフォロア７４に対向する側の一端部には、固定カム１１０のカム面１１１とは対称的に、上側から下側にかけて、工作機械１の前方に向かって緩やかに湾曲しながら膨出するカム面１２１が形成されている。浮動カム１２０の内部には、浮動カム１２０を主軸ヘッド１０から離間する方向に付勢する圧縮コイルバネ（図示外）が内蔵されている。浮動カム１２０のカム面１２１を転動するカムフォロア７４は、内蔵された圧縮コイルバネによって主軸ヘッド１０から離間する方向に付勢されている。

カム機構を利用したグリップアーム４０の揺動動作について説明する。図７に示すように、マガジン本体２０の回転によって最下方位置に所望のグリップアーム４０が割り出される。このとき、ローラ６４はガイド面８４の溝（図６参照）に嵌着しているので、把持部４６が主軸１２に近接する近接位置に移動した状態でその姿勢が保持されている。この状態では、把持部４６に把持された工具ホルダ８は、主軸１２の工具装着穴の下方に位置する。

主軸ヘッド１０が下降を開始すると、主軸１２の工具装着穴に工具ホルダ８が装着される。図１０に示すように、カムフォロア７４が浮動カム１２０のカム面１２１に当接し、カムフォロア７３が固定カム１１０のカム面１１１に当接する。次いで、主軸ヘッド１０がさらに下降を続けると、カムフォロア７４は浮動カム１２０のカム面１２１に沿って転動し、カムフォロア７３は固定カム１１０のカム面１１１に沿って転動する。グリップアーム４０は、カムフォロア７３と固定カム１１０によって時計回り（グリップアーム４０を右側面から見た時）に揺動すると共に、ガイド面８４の溝８５からローラ６４が離脱する。さらに、グリップアーム４０の揺動に伴って、主軸１２に装着された工具ホルダ８から把持部４６が引き離される。

図１１に示すように、主軸ヘッド１０がさらに下降するに従いローラ６４はガイド面８４に沿って主軸ヘッド１０側に向かって転動する。ローラ６４がガイド面８４に沿ってガイドされることで、グリップアーム４０の後端側の軌跡がばらつかない。よって、グリップアーム４０を安定して揺動させることができる。図１２に示すように、グリップアーム４０がさらに揺動し、ローラ６４がガイド面８４の溝８６に嵌着すると、把持部４６が退避位置に移動した状態で、グリップアーム４０の姿勢が保持される。その後、主軸ヘッド１０はさらに下降し、浮動カム１２０のカム面１２１からカムフォロア７４が離れ、固定カム１１０のカム面１１１からカムフォロア７３が離れる。こうして、グリップアーム４０の揺動による主軸１２への工具ホルダ８の装着が完了する。

次に、ローラ６４が溝８６から離脱してしまった場合のグリップアーム４０の動作について説明する。

ワークの加工中の振動によって、ローラ６４が溝８５から離脱してしまった場合、グリップアーム４０の姿勢が保持できない。このとき、グリップアーム４０が勝手に揺動してしまうと、把持部４６が主軸ヘッド１０に干渉する虞がある。

図６に示すように、本実施形態では、ガイド部材８０のガイド面８４において、溝８５側の曲率半径（ｒ１）は、溝８６側の曲率半径（ｒ２）よりも小さくなっている。従って、ガイド面８４を摺動するローラ６４（図１３参照）は、溝８５側よりも溝８６側に向かって移動し易くなっている。ローラ６４は、圧縮コイルバネ６０によってガイド面８４に対して付勢されている。よって、ローラ６４が溝８５側から溝８６側に向かって移動する方向に、圧縮コイルバネ６０の付勢力が作用する。図１３に示すように、溝８６からローラ６４が離脱してしまった場合でも、ローラ６４は溝８６側に向かって移動し、把持部４６は主軸ヘッド１０から離れるため、把持部４６が主軸ヘッド１０に干渉するのを防止できる。

図９，図１３に示すように、本実施形態では、ローラ６４が溝８６から離脱し、ローラ６４がガイド面８４をマガジン本体２０側に転動した場合でも、主軸ヘッド１０が上昇する際、カムフォロア７３に対して固定カム１１０のカム面１１１の上部に形成されたテーパ面１１２を下側から当接させることができる。テーパ面１１２がカムフォロア７３を徐々にマガジン本体２０側に押圧するため、ローラ６４が溝８６に嵌着する。把持部４６が主軸ヘッド１０に向かって移動しないので、主軸ヘッド１０に干渉するのを防止できる。

本実施形態のグリップアーム４０の重心は、支点台３０に軸支された状態で、軸支部４７よりも主軸ヘッド１０側に位置するように調整されている。グリップアーム４０の重心部分は、軸支部４７を中心に、マガジン本体２０側に向かうようにして回動する。即ち、グリップアーム４０の把持部４６は、退避位置に向かって移動するので、ガイド面８４の溝８６からローラ６４が離脱してしまった場合でも、把持部４６が主軸ヘッド１０に干渉するのを防止できる。

図１４，図１５を参照してグリップアーム４０のメンテナンス作業におけるローラ６４のガイド面８４に対する着脱方法について説明する。図１４は、ローラ６４をガイド部材８０のガイド面８４から離脱させた状態を示した図である。図１５は、ローラ６４をガイド部材８０のテーパ面８８に当接させた状態を示した図である。

ローラ６４をガイド面８４に外側から取り付ける方法について説明する。支点台３０に軸支されたグリップアーム４０の後端側を主軸ヘッド１０側に引き出す。この状態で、図１４に示すように、圧縮コイルバネ６０を圧縮させながらローラ６４を押し下げる。

次いで、図１５に示すように、ローラ６４を押し下げた状態で、ガイド部材８０の先端部８７に形成されたテーパ面８８に当接させる。テーパ面８８は、ガイド面８４の溝８６から主軸ヘッド１０側に向かうにつれて、グリップアーム４０の後端側から徐々に離れる方向に傾斜している。テーパ面８８に沿って、ローラ６４をガイド面８４側に向かって転動させると、ガイド面８４側に近づくにつれて、ローラ６４は徐々に押し下げられる。テーパ面８８と溝８６との境界を越えると、圧縮コイルバネ６０の弾性復帰力によって、ローラ６４は溝８６に勢いよく嵌着する。ローラ６４をテーパ面８８に当接させ、ガイド面８４側に押し込むだけの簡単な作業で、ローラ６４をガイド面８４に当接させることができる。よって、グリップアーム４０のメンテナンス時の作業性を向上できる。なお、ローラ６４は、ローラ支持部材５０に軸支されているので、作業中にローラ６４が脱落する虞もない。

ローラ６４をガイド面８４から外側に取り外す方法について説明する。圧縮コイルバネ６０を圧縮させながら、ローラ６４を溝８６から押し下げて離脱させる。次いで、ローラ６４をテーパ面８８と溝８６との境界を乗り越えさせる。上記したように、テーパ面８８は、溝８６から主軸ヘッド１０側に向かうにつれて、グリップアーム４０の後端側から徐々に離れる方向に傾斜している。よって、テーパ面８８に沿ってローラ６４を少しずつ転動させることで、圧縮コイルバネ６０が徐々に伸長するので、ローラ６４が溝８６から離脱した途端に、圧縮コイルバネ６０の弾性復帰力で跳ね上がるのを防止できる。従って、ローラ６４をガイド面８４から外側に安全に抜き出すことができるので、グリップアーム４０のメンテナンス時の作業性を向上できる。

なお、本実施形態のガイド部材８０は、従来の工具交換装置２００のように、グリップアームの後端側から鋼球を圧縮コイルバネで出退可能に支持するものに利用することもできる。例えば、ガイド面８４から鋼球を抜き出す際に、テーパ面８８に沿って鋼球を摺動させることによって、鋼球が勢いよく飛び出すのを防止できる。

以上説明したように、本実施形態の工具交換装置２では、マガジン本体２０の外周に沿って複数のグリップアーム４０を備えている。グリップアーム４０は、支点台３０によって揺動可能に軸支されている。マガジン本体２０の中心側から外側に向かって延びるグリップアーム４０の先端部には、工具ホルダ８を把持するための把持部４６が設けられている。その反対の後端側は、マガジン本体２０の裏面に固定されたガイド部材８０のガイド面８４に沿ってガイドされる。

第１の特徴として、グリップアーム４０の後端側には、ガイド面８４に沿って転動させるローラ６４が設けられている。ローラ６４は、後端部４８の突起部６５に回動可能に軸支されたローラ支持部材５０に軸支される。ローラ支持部材５０のローラ６４が軸支される側は、軸支部４７に一端側が固定された圧縮コイルバネ６０によってガイド面８４に向かって付勢される。これにより、ローラ６４をガイド部材８０のガイド面８４に対して密着させながら転動させることができる。ローラ６４は、切粉の影響を受けることなく、ガイド面８４に沿って転動することができるので、グリップアーム４０を安定して回動させることができる。

第２の特徴として、ローラ６４を転動させるガイド部材８０のガイド面８４の湾曲形状は、グリップアーム４０の軸支部４７をＰ点とした場合に、Ｐ点を回動中心とする円の軌跡に沿ってほぼ形成されている。ガイド面８４の溝８５側の曲率半径（ｒ１）は、溝８６側の曲率半径（ｒ２）よりも小さくなるように調整されている。ガイド面８４を摺動するローラ６４は、溝８５側よりも溝８６側に向かって移動し易くなっている。例えば、溝８６からローラ６４が離脱してしまった場合、ローラ６４を溝８６側に向かって自動的に移動させることができる。これにより、把持部４６が主軸ヘッド１０に干渉するのを防止できる。

ローラ６４は、圧縮コイルバネ６０によってガイド面８４に対して付勢されているので、ローラ６４が溝８５側から溝８６側に向かって移動する方向に、圧縮コイルバネ６０の付勢力が作用する。溝８６からローラ６４が離脱してしまった場合でも、ローラ６４は溝８６側に向かって移動し、把持部４６は主軸ヘッド１０から離れるため、把持部４６が主軸ヘッド１０に干渉するのを防止できる。

第３の特徴として、ローラ６４が溝８６から離脱してしまった場合、カムフォロア７３に対して、固定カム１１０のカム面１１１の上部に形成されたテーパ面１１２が下側から当接させる。テーパ面１１２がカムフォロア７３を徐々にマガジン本体２０側に押圧するため、ローラ６４が溝８６に嵌着する。把持部４６が主軸ヘッド１０に向かって移動しないので、主軸ヘッド１０に干渉するのを防止できる。

第４の特徴として、ガイド部材８０の先端部８７には、テーパ面８８が形成されている。テーパ面８８は、ガイド面８４の溝８６から主軸ヘッド１０側に向かうにつれて、グリップアーム４０の後端側から徐々に離れる方向に傾斜している。例えば、ローラ６４をガイド面８４に対して外側から押し込む場合、ローラ６４を押し下げ、テーパ面８８に沿ってガイド面８４側に向かって転動させる。ローラ６４はガイド面８４に近づくにつれて徐々に押し下げられ、テーパ面８８と溝８６との境界を越えると、圧縮コイルバネ６０の弾性復帰力によって、溝８６に勢いよく嵌着する。よって、ローラ６４をテーパ面８８に当接させて、ガイド面８４側に押し込むだけの作業で、ローラ６４をガイド面８４に当接させることができるので、取り付け時の作業性を向上できる。

ローラ６４をガイド面８４から外側に抜き出す場合、ローラ６４を溝８６から押し下げて離脱させる。次いで、ローラ６４をテーパ面８８と溝８６との境界を乗り越えさせ、テーパ面８８に沿ってローラ６４を転動させる。このとき、圧縮コイルバネ６０が徐々に伸長するので、ローラ６４が溝８６から離脱した途端に、圧縮コイルバネ６０の弾性復帰力で跳ね上がるのを防止できる。このようにして、ローラ６４をガイド面８４から外側に安全に抜き出すことができる。

なお、本発明の工具交換装置は、上記実施形態に限らず、各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、上記実施形態では、グリップアーム４０のローラ６４を付勢する手段として圧縮コイルバネ６０を用いたが、板バネや、ねじりコイルバネ等を用いてもよい。

本発明の工具交換装置は、マガジン本体に対して揺動可能に支持されたグリップアームを備えた工具交換装置に適用可能である。

工作機械１に付設された工具交換装置２の要部を破断した右側面図である。 ガイド部材８０にガイドされたグリップアーム４０の斜視図（把持部４６：近接位置）である。 ガイド部材８０にガイドされたグリップアーム４０の斜視図（把持部４６：退避位置）である。 グリップアーム４０の裏側を斜め下側から見た斜視図である。 グリップアーム４０の下側を斜め下側から見た斜視図である。 ガイド部材８０の側面図である。 主軸ヘッド１０の昇降によってグリップアーム４０が揺動する様子を示した図（把持部４６：近接位置）である。 主軸ヘッド１０の昇降によってグリップアーム４０が揺動する様子を示した図（把持部４６：退避位置）である。 主軸ヘッド１０の昇降によってグリップアーム４０が揺動する様子を示した図（溝８６からローラ６４が離脱した状態）である。 グリップアーム４０の揺動動作を示す図（ローラ６４が溝８５に嵌着）である。 グリップアーム４０の揺動動作を示す図（ローラ６４がガイド面８４を摺動）である。 グリップアーム４０の揺動動作を示す図（ローラ６４が溝８６に嵌着）である。 溝８６からローラ６４が離脱した際のグリップアーム４０の姿勢を示した図である。 ローラ６４をガイド部材８０のガイド面８４から離脱させた状態を示した図である。 ローラ６４をガイド部材８０のテーパ面８８に当接させた状態を示した図である。 従来の工具交換装置２００の要部を破断した右側面図である。

符号の説明

１ 工作機械
２ 工具交換装置
５ コラム
６ フレーム
７ 工具
８ 工具ホルダ
１０ 主軸ヘッド
１２ 主軸
２０ マガジン本体
２２ 回動軸
３０ 支点台
４０ グリップアーム
４６ 把持部
４７ 軸支部
５０ ローラ支持部材
６０ 圧縮コイルバネ
６４ ローラ
７３ カムフォロア
８０ ガイド部材
８４ ガイド面
８５ 溝
８６ 溝
１１０ 固定カム
１１１ カム面
１１２ テーパ面

Claims (5)

1. 工作機械の主軸を回転可能に支持する主軸ヘッドと、当該主軸ヘッドを昇降可能に支持するコラムと、当該コラムに固定され、一軸線を中心に回転割出可能に設けられたマガジン本体を回転可能に支持する支持部材と、前記マガジン本体の外周に放射状に設けられ、前記主軸に取り付ける工具を把持する把持部を一端に有する複数のグリップアームと、前記グリップアームの前記一端と他端との間を軸支し、前記マガジン本体の外周に固定される支点台と、前記グリップアームの前記他端を、前記マガジン本体と前記主軸ヘッドの間でガイドするガイド部材とを備え、回転割り出しされた前記グリップアームが前記支点台を中心に揺動することによって、前記把持部が、前記主軸に近接する近接位置と、前記主軸から離間する退避位置との間を往復移動する工具交換装置において、
   前記ガイド部材に設けられ、前記他端側を保持することによって、前記グリップアームの姿勢を、前記把持部が前記退避位置に移動する加工姿勢に保持するための保持手段と、
   当該保持手段から離脱した前記他端部を、前記保持手段側に移動させることによって、前記グリップアームを前記加工姿勢に復帰させる姿勢復帰手段と
   を備えたことを特徴とする工具交換装置。
2. 前記ガイド部材は、前記マガジン本体と前記主軸ヘッドとの間を往復移動する前記グリップアームの前記他端側の軌跡に沿って湾曲するガイド面を備え、
   前記グリップアームは、
   前記ガイド面を摺動する摺動部材と、
   前記他端に設けられ、前記摺動部材を前記ガイド面に対して接離可能に支持する支持手段と、
   当該支持手段に設けられ、前記摺動部材を前記ガイド面に対して付勢する付勢手段と
   を備え、
   前記保持手段は、前記ガイド面に設けられ、前記摺動部材を嵌着させるための溝であって、
   前記姿勢復帰手段は、前記摺動部材と、前記ガイド面と、前記付勢手段とから構成され、
   前記ガイド面の前記支点台を中心とする曲率半径は、前記マガジン本体側よりも前記主軸ヘッド側の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載の工具交換装置。
3. 前記グリップアームの重心は、前記支点台よりも前記一端側であって、かつ前記主軸ヘッド側に配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の工具交換装置。
4. 前記グリップアームの前記支点台よりも前記一端側に回動可能に軸支されたカムフォロアと、
   前記主軸ヘッドの前記グリップアームに対向する面に設けられ、前記主軸ヘッドの昇降によって、前記カムフォロアに当接するカム面を備え、前記グリップアームを揺動させるカム部材と
   を備え、
   前記カム部材には、前記カムフォロアに当接して前記マガジン本体側に付勢することによって、前記グリップアームを前記加工姿勢に復帰させる当接面が設けられたことを特徴とする請求項２又は３に記載の工具交換装置。
5. 前記摺動部材は、ローラであることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の工具交換装置。

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