JP2725399B2 - 工具マガジンの駆動機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は、外周に複数の工具を保持し、水平軸線もし
くは傾斜軸線の周りに回動することによって、前記工具
の一つを選択するようにされた工作機械の工具マガジン
に関し、特にその駆動機構に係わるものであって、小
型，軽量，低コストの機構にかかわらず、作動が確実で
安全な機構で、しかも高速での割出しが可能なものを提
供しようとするものである。

［従来の技術］ 従来、この種の工具マガジンは、外周に配置された複
数の工具ポットに、種々の工具、例えばドリル，タップ
及びエンドミルを始めとする各種フライス等、直径，長
さ，重量の異なるものをランダムに収納保持している。

このため、工具マガジンの回転軸が垂直なものならば
ともかく、水平もしくは傾斜にされている場合では、前
記工具重量のアンバランスに基づくモーメントがこの回
転軸に加わるので、単純な回転駆動機構では、たいへん
その回転が不安定で、回転駆動力が去勢されたとき工具
マガジンが妄動する危険がある。従って、従来は工具マ
ガジンの周囲に設けられた複数の位置決め穴に位置決め
ピンを嵌入させて工具マガジンを強制的に固定し、割出
し位置での妄動を防止するか、または、バレルカム，ロ
ーラギヤ，パラレルカム等の各種インデックス機構また
はゼネバ機構等、複雑で高価な機構を使用して、位置決
めピンを使用せずに回転駆動力が去勢されたときの各位
置決め位置での妄動を防止する方法がとられていた。

［発明が解決しようとする課題］ 近年、工作機械の高速化が進行するにつれ、工具交換
に要する時間、即ち非加工時間の短縮が緊急の課題とさ
れてきたが、このためには、交換する工具の移動距離を
できるだけ短縮して工具交換に要する時間を短くするこ
とが可能な工作機械、つまり工具マガジンを主軸ヘッド
に直接搭載し、主軸に取り付けられた工具がワークから
必要最小限度の距離だけ離れた位置で工具交換できる工
作機械の実現が強く望まれるようになった。

しかしながら、既述したような位置決めピンを使用す
るものでは、その位置決めピンを作動するための機構が
必要となるだけでなく、回転割出しに必要な時間の他に
回転割出しの前後に位置決めピンの抜き差しの時間を必
要とし、高速化に不適である。また、各種インデックス
機構やゼネバ機構を使用するものでは、前記位置決めピ
ンを必要としないが、複雑で部品点数が多く、その大き
さ，重量も大となり主軸ヘッドに工具マガジンを直接搭
載するには無理がある。また、工具マガジンの回転速度
自体を低速にしなければならず、やはり工具交換の高速
化を実現することができない。

本発明は上記問題点を解決するためになされ、位置決
めピンを使用する必要がなく、しかも回転駆動力の去勢
時にも工具マガジンを割出し位置に安定に維持し、小型
・軽量・低コストかつ高速割出しの可能な工具マガジン
の駆動機構を提供し、主軸ヘッドに直接搭載可能な工具
マガジンを提供することを目的とする。

発明の構成 ［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成するために本発明の採用した手段
は、 水平軸線もしくは傾斜軸線の周りに回転可能に機枠に
支持され、前記軸線を中心とする円周上に複数の工具を
装着・保持する工具マガジンと、前記軸線を含む一平面
に対しその軸線と所定距離隔たった位置で直交する軸線
の周りに回転可能に機枠に支持された駆動軸と、その駆
動軸を回転駆動するためのモータと、前記工具マガジン
と前記駆動軸との間に設けられた唯一の食違い傘歯車と
よりなり、 前記一組の食違い傘歯車には、少なくとも工具マガジ
ンに装着される複数の工具の重量のアンバランスの予想
される最大値に対し、そのアンバランスによって生じる
工具マガジンからの回転力を前記駆動軸に伝達させない
非可逆回転伝達性が付与されていることをその第１の要
旨とし、 前記一組の食違い傘歯車を高減速比のものとしたこと
を第２の要旨とする。

［作用］ 上記構成を有する本発明の工具マガジンの駆動機構
は、水平もしくは傾斜軸線の周りに回転可能に支持され
た工具マガジンと、その工具マガジンを回転駆動するた
めの駆動軸との間に唯一組の食違い傘歯車を介在させた
だけであるが、その一組の食違い傘歯車には、工具マガ
ジンに装着される複数の工具の重量アンバランスの予想
される最大値に対し、そのアンバランスによって工具マ
ガジンの回転軸に生じる回転モーメントを駆動軸には伝
達しない、いわゆる非可逆回転伝達性が付与されている
ために、部品点数が少ない極めてシンプルな機構である
にもかかわらず、前記のような位置決めピンやその駆動
機構を必要とせず、前記モータの去勢時に妄動の虞のな
いものとすることができる。

前記の非可逆回転伝達歯車としては、普通にはウォー
ム歯車機構が考えられ、ウォーム歯車機構ではウォーム
のリード角を前記回転モーメントを考慮して計算・選定
することで前記の非可逆回転伝達性を付与することがで
きる。しかし、ウォーム歯車機構でこのような非可逆回
転伝達性を有するものは、機構上ウォームの軸とウォー
ム歯車の軸との軸間距離を極めて大きくしなければなら
ず、どうしても機構の大型化を免れることができない。

これに反し、食違い傘歯車（一般には、ハイポイド・
ギヤとも呼ばれる）では減速比，ピニオン軸とギヤ軸と
のオフセット量を前記回転モーメントを考慮して選定す
ることで、この非可逆回転伝達性を得ることができる。
特に、上記の高減速比食違い傘歯車機構では、ウォーム
歯車機構に比べ、両軸の軸間距離を小さくすることがで
きるため、より一層の小型化を促進する。また、前記の
減速比を大きくしても、その軸間距離をウォーム程大き
くする必要がなく、極めて好都合である。

［実施例］ 次に、本発明に係る工具マガジンの駆動機構の実施例
について図面に基づき説明する。第１図は実施例の工具
マガジンの駆動機構の組付け状態を示す断面図、第２図
は工具収納部を取り外した工具マガジン駆動側の正面
図、第３図は実施例の工具マガジンの駆動機構を搭載し
た小型のNC制御工作機械であるマシニングセンタの要部
斜視図、第４図はその平面図である。

第３図，第４図に示すように、マシニングセンタ１
は、加工に用いる工具を着脱可能に保持する図示しない
主軸が内蔵された加工ヘッド２を、水平面でＸ−Ｙ方向
に移動自在なワークテーブル３に対して近接・離間可能
にコラム４に支持したいわゆる立て型のマシニングセン
タであり、加工ヘッド２の向かって左側面には、主軸の
軸線Ｌに直交する軸線Ｍを中心として回動自在な工具マ
ガジン５と、軸線Ｌに平行な軸線Ｎを中心として回転す
るとともにこの軸線Ｎの軸方向にそって上下動する工具
交換アーム６とからなる自動工具交換装置７とを備えて
いる。

又、コラム４の上部には、送りネジ８を介して加工ヘ
ッド２を上下動させるためのＺ軸送りモータ９を、加工
ヘッド２の上部には、主軸を回転させるための主軸モー
タ10を、工具マガジン５の上部には、工具マガジン５を
回動するためのマガジン用モータ11と工具マガジン５下
部の工具交換位置において後述する工具ポットを旋回さ
せるためのポット旋回用モータ12とを、これらの回転軸
を主軸の軸線Ｌと平行にして備える。更に、加工ヘッド
２の向かって右側面には、加工ヘッド２に内蔵された図
示しない工具交換アーム駆動機構を介して工具交換アー
ム６を回転・上下動させるための交換アーム用モータ13
を備えている。

従って、このマシニングセンタ１は、Ｚ軸送りモータ
９による加工ヘッド２の上方退避，主軸モータ10による
主軸オリエンテーション，マガジン用モータ11による工
具マガジン５における次工程工具ポットの工具交換位置
への回転割出し，ポット旋回用モータ12による工具ポッ
トの下方への旋回，交換アーム用モータ13による工具交
換アーム６の工具把持・抜取・回転・挿入・開放といっ
た工具交換動作を実行して工具マガジン５に収納された
複数の工具Ｔを自動交換しつつ、所望する工具によるワ
ークの連続加工を実施する。

次に、上記した工具マガジン５について、第１図，第
２図を用いて詳細に説明する。

工具マガジンの駆動機構の組付け状態を断面視する第
１図に示すように、工具マガジン５は、加工ヘッド２側
面に直接組付け・固定されるブラケット14のシャフト15
に軸受16を介して回動自在に軸支されたものであり、軸
受16に直に組み付けられるマガジン本体17と、マガジン
本体17の軸心嵌合穴18に嵌合・固定された大歯車19と、
マガジン本体17に組付け・固定されたポットアーム20に
旋回軸21を中心として旋回自在に軸支された複数個の工
具ポット22と、既述したマガジン用モータ11と、このマ
ガジン用モータ11の回転軸にカップリング23を介して連
結され軸受ブラケット24により軸支されたピニオンシャ
フト25は、その先端に設けられマガジン本体17の大歯車
19に噛み合うピニオン26等の他、工具ポット22を旋回さ
せるための後述する各種構成部材を備えている。尚、こ
のピニオン26はネジ歯車として形成されている。

ピニオン26と大歯車19とについて詳述すると、マガジ
ン用モータ11に一体になって回転するピニオン26とマガ
ジン本体17に固定された大歯車19とは、第５図に示すよ
うに食違って互いに噛み合い、マガジン用モータ11とマ
ガジン本体17との間に、減速比が50:1である一組の食違
い傘歯車（ハイポイド・ギヤ）を構成している。

工具ポット22は（第１図参照）、マガジン本体17外周
に等分割に８個設置されており、マガジン本体17ととも
にその外周とブラケット14の筒状側壁27内周との間を回
転し、工具Ｔを収納するテーパ孔28と工具の位置決めを
行うポットキー29とを備え、テーパ孔28底部の図示しな
い弾性把持部材により工具のプルスタッドを把持しその
工具を保持する。また、個々の工具ポット22は、工具収
納側と反対側に旋回用ローラ30を軸支する突出片31を備
え、工具交換位置に割り出された時に旋回用ローラ30が
旋回用把持部材32に把持され、この旋回用把持部材32が
図中Ａで示す如く上昇することにより、二点鎖線で示す
ように90度旋回し、旋回用把持部材32が同図に示す位置
に復帰（降下）することにより水平なもとの位置に戻
る。尚、マガジン本体17の外周には、工具ポット22が水
平な位置に復帰する際に、筒状側壁27内周との衝突を緩
和すべくＯリング33が設けられている。

又、マガジン本体17の端面には、その回動中心を中心
とする同心円上に図示しない複数のスリット孔の組合せ
を工具ポット数分有し、中央に貫通孔34aを有する回転
スリット34が、蓋体35,リング材36とともに固定されて
いる。

一方、シャフト15の端面には、回転スリット34を挟ん
で図示しない発光ダイオードと受光ダイオードとをそれ
ぞれ対向させる発光側板材37,受光側板材38が固定され
ている。そして、この発光ダイオード，受光ダイオード
をそれぞれ備えた発光側板材37,受光側板材38とから回
転位置検出器を構成し、各スリット孔を通過した光を受
光ダイオードが受光し、そのオン・オフ状態の組合せに
より、工具交換位置における工具ポットのポット番号を
判別する。

更に、ブラケット14内には、第２図に示すように、既
述した工具ポット22旋回用の旋回用把持部材32を上下動
させるために、その駆動源となる旋回用モータ12の回転
軸に形成された雄ネジ39に螺合し廻り止め40により上記
モータ12の回転にともなって上下動する上下動伝達部材
41と、この上下動伝達部材41にボールジヨイント42を介
して連結されその先端が旋回用把持部材32に嵌合・固定
された中間シャフト43と、その外周を案内する二股状の
シャフトブラケット44と、このシャフトブラケット44か
ら突出し旋回用把持部材32を貫通して支持する支持シャ
フト45とが設けられている。

上記構成を有する実施例のマニシングセンタ１におけ
る工具マガジンの駆動機構によれば、工具マガジン５と
これを回動するためのマガジン用モータ11との間に、ピ
ニオン26と大歯車19とを食違えて噛み合わせた一組の高
減速比の食違い傘歯車を介在させることにより、マガジ
ン用モータ11の回転を、円周上に８個の工具を保持する
工具マガジン５に好適に伝達することができると共に、
工具マガジン５における工具の重量アンバランスに基づ
く工具マガジン５自体の回転がマガジン用モータ11に伝
達することを回避できる。

即ち、マガジン用モータ11と工具マガジン５との間の
回転伝達に非可逆性を持たせることができ、この結果、
工具ポット22の割出し・停止完了後に工具マガジン５が
回動してしまうといった不測の事態を防止することがで
きる。

更に、大歯車19とピニオン26との軸間距離を、ウォー
ムとウォームホイール等を組合せて使用する従来のもの
に比べて短くすることができ、しかも、大歯車19の軸方
向における高減速比の食違い傘歯車の収納高さを大歯車
19の厚みとピニオン26の径との和程度に低くすることが
できる。このため、工具マガジン５自体の小型化・軽量
化を図ることができる。この結果、工具マガジン５をワ
ークの加工中に加工ヘッド２と共に移動させる本実施例
のマシニングセンタ１では、加工ヘッド２における重量
アンバランスを最小限に抑え、その加工精度が向上す
る。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこ
うした実施例に何等限定されるものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得る
ことは勿論である。例えば、立て型のマシニングセンタ
に限らず、横型マシニングセンタ，回動自在な工具マガ
ジンを搭載したNC制御施盤等に適用できることは勿論で
ある。又、本実施例ではピニオン26と大歯車19とからな
る歯車の減速比を50:1としたが、工具マガジン５に装着
される複数の工具の重量アンバランスの予想される最大
値に応じて適宜変更することができる。

発明の効果 以上実施例を含めて詳述したように、本発明の工具マ
ガジンの駆動機構によれば、工具マガジンと駆動軸との
間に唯一組の食違い傘歯車を設け、この歯車に、少なく
とも工具マガジンに装着される複数の工具の重量アンバ
ランスの予想される最大値に対し、そのアンバランスに
よって生じる工具マガジンからの回転力を駆動軸に伝達
させない非可逆回転伝達性を付与しているので、割出し
・停止完了後の工具マガジンが工具の重量アンバランス
に基づいて回動してしまうといった不測の事態を防止す
ることができる。

更に、大歯車とピニオンとの軸間距離を、ウォームと
ウォームホイール等を組合せて使用する従来のものに比
べて短くすることができ、しかも、大歯車の軸方向にお
ける高減速比の食違い傘歯車の収納高さを、大歯車の厚
みとピニオンの径との和程度に低くすることができるた
め、一組の食違い傘歯車を配置するスペースを必要最小
限にとどめ工具マガジン自体の小型化・軽量化を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の工具マガジンの駆動機構の組付け状態
を示す断面図、第２図は工具収納部を取り外した工具マ
ガジン駆動側の正面図、第３図は実施例の工具マガジン
の駆動機構を搭載した小型のNC制御工作機械であるマシ
ニングセンタの要部斜視図、第４図はその平面図、第５
図は食違い傘歯車における大歯車とピニオンとの関係を
説明するための説明図である。 １…マシニングセンタ、２…加工ヘッド ５…工具マガジン 11…マガジン用モータ、15…シャフト 17…マガジン本体 19…大歯車、22…工具ポット 26…ピニオン、Ｍ…マガジン軸

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水平軸線もしくは傾斜軸線の周りに回転可
   能に機枠に支持され、前記軸線を中心とする円周上に複
   数の工具を装着・保持する工具マガジンと、 前記軸線を含む一平面に対しその軸線と所定距離隔たっ
   た位置で直交する軸線の周りに回転可能に機枠に支持さ
   れた駆動軸と、 その駆動軸を回転駆動するためのモータと、 前記工具マガジンと前記駆動軸との間に設けられた唯一
   組の食違い傘歯車とよりなり、 前記一組の食違い傘歯車には、少なくとも工具マガジン
   に装着される複数の工具の重量のアンバランスの予想さ
   れる最大値に対し、そのアンバランスによって生じる工
   具マガジンからの回転力を前記駆動軸に伝達させない非
   可逆回転伝達性が付与されていること を特徴とする工具マガジンの駆動機構。
2. 【請求項２】前記一組の食違い傘歯車を、高減速比のも
   のとしたことを特徴とする請求項１記載の工具マガジン
   の駆動機構。