JP3359244B2 - 工具交換アームの工具の把持機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械のスピン
ドルに装着される工具とツールストッカに保持される工
具とを自動的に交換する自動工具交換装置（オートツー
ルチェンジャ）の工具交換アームに関する。更に詳述す
ると、本発明は、自動工具交換装置の工具交換アームが
工具を把持する機構の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動工具交換装置は、アームの両端に設
けられた把持部が工具を保持しながら回転することによ
り、工具が貯留されるツールストッカ（ツールホルダ）
と工作機械のスピンドルとの間で工具を受け渡しして自
動的に工具を交換するものである。図５（Ａ）に示すよ
うに、この自動工具交換装置において従来より用いられ
ている工具交換アームの工具把持機構１０１では、アー
ム１０２の先端に設けられたほぼ半円形状の内周面を有
する把持部１０３に工具１０４を嵌め合わせ、該工具１
０４の外側から工具押え１０５を押さえ付けることによ
り工具１０４の把持を行っている。

【０００３】ここで、把持部１０３における工具１０４
の着脱は以下のように行われる。先ず、アーム１０２′
を（図５（Ａ）において時計回りに）回転させて工具１
０４と工具押え１０５′とを当接させ、この工具押え１
０５′をその長手方向に退避させて工具１０４を把持部
１０３内に収める。退避した工具押え１０５はばね１０
６の付勢力により復帰して工具１０４を把持部１０３の
反対側から押えて把持する。次に、工具１０４をツール
ストッカ等から抜き取るためにアーム１０２を軸方向に
スライドさせる。このとき、図５（Ｂ）に示すように、
アーム支持体１０７により押し込まれていたロックピン
１０９がばね１０８によって外側に摺動する。これによ
り、工具押え１０５の切り欠き部１０５ａにロックピン
１０９の大径部が係止され、工具押え１０５は工具１０
４を脱落させないように往復動不可能にロックが掛けら
れる。そして、アーム１０２を回転させ、軸方向にスラ
イドさせて工具１０４をスピンドル等に装着する。この
とき、ロックピン１０９が押し込まれて工具押え１０５
のロックは解除される。この後にアーム１０２を反時計
回りに回転させ、工具押え１０５を一度押し開くように
して工具１０４を外している。このようにして、スピン
ドルとストッカとの間で工具の交換が自動的に行われ
る。

【０００４】また、工具押え１０５は往復動するものの
他に、図６に示すように揺動するものもある。この場
合、工具押え１０５の構成が異なるのみで、工具１０４
を把持する動作と作用は図５に示すものと同様である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た各工具把持機構１０１では、工具押え１０５が押し開
けられる際に工具１０４に当接される部分と工具１０４
と把持した時に工具１０４に接触する部分とが同一なの
で、アーム１０２が回転して工具１０４を把持するとき
に十分に減速する前に工具押え１０５が工具１０４に当
接してしまう。すなわち、図７に示すように、アーム１
０２の回転角度θが１８０度に近付かないうちに工具１
０４と工具押え１０５とが当接されるので、アーム速度
Ｖ１が最大速度時に比べて十分減速されない。このた
め、工具装着の際に打撃音を生じたり工具１０４に打痕
が生じてしまう虞がある。

【０００６】また、工具押え１０５は、工具１０４の通
過空間内に大きく突出していると工具１０４と当接した
際の退避が困難になるので、工具１０５の保持されてい
る外周部分の角度（以下把持角θと呼ぶ）を大きくし難
い。そのため、アーム１０２の回転速度が大きい場合に
工具１０４の脱落が生じてしまうことがある。

【０００７】さらに、工具押え１０５のロックはロック
ピン１０９の大径部と工具押え１０５の切り欠き部１０
５ａとの係合によりなされるので、ロックピン１０９が
工具押え１０５の直径の長さだけ摺動しなければ確実な
ロックはなされない。このため、アーム１０２を軸方向
にスライドさせて工具１０４をスピンドルやストッカか
ら抜き取る際に十分な長さのスライドが完了する前に工
具１０４が脱落してしまうことがある。

【０００８】そこで、本発明は、工具を装着させる際の
打撃音と工具への打痕を少なくすると共に工具交換中の
工具の脱落を防止できる工具交換アームの工具の把持機
構を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の請求項１は、中心軸を中心にして回転し工
具を把持する工具交換アームの工具の把持機構におい
て、工具の外周に沿って該工具を把持する一対の工具把
持部材を有する把持部と、該把持部の各工具把持部材を
互いに揺動させる軸とを備えると共に、工具と当接しこ
の工具の押圧力により軸を中心に工具把持部材の一方を
揺動させて工具を把持部により把持させる当接部を当該
工具把持部材と一体的に備え、かつ、一方の工具把持部
材に該一方の工具把持部材と連動して揺動するレバーを
設け、該レバーには一方の工具把持部材を工具を把持す
る方向へ付勢させる把持側部と一方の工具把持部材を工
具を離す方向へ付勢させる離隔側部とを備えると共に、
一方の工具把持部材が工具を把持した把持状態のとき把
持側部を押圧し、一方の工具把持部材が工具を離した状
態のとき離隔側部を押圧する押圧部を有する押圧部材と
該押圧部材に押圧力をチャージする付勢手段とを設けて
いる。したがって、当接部をアームと一体的な工具把持
部材の工具との接触面に近い位置に配置することができ
る。このため、アームが回転して工具を把持する際は、
アームが工具を把持する位置で停止する直前のアームが
十分減速した状態で工具と当接部とが当接する。また、
当接部を工具からの押圧力と同方向に移動させることに
より、工具の把持を行うことができるようになる。さら
に、大きな把持角を有する工具把持部材に工具を面接触
させて把持させることができる。

【００１０】また、工具把持部材が工具を把持するとき
と工具を離したときとの何れのときも工具把持部材が押
圧部材及び付勢手段により固定される。

【００１１】請求項２記載の本発明は、押圧部材に軸と
カム面とを備えると共に押圧部材のカム面と摺動するカ
ム面と軸とを備えるカム部材を設け、一方の工具把持部
材が工具を離す方向へ揺動しようとしても、押圧部材が
揺動させないように押圧部材又はカム部材の軸から各々
のカム面までの距離を異ならせている。したがって、工
具把持部材が工具を把持しているときにカム部材と押圧
部材との間でくさび効果が生ずると、これらカム部材と
押圧部材とは固定される。押圧部材が固定されることに
より、工具把持部材も固定される。

【００１２】請求項３記載の本発明は、カム部材を押圧
部材が固定される方向に付勢する付勢手段と、工具交換
アームが一方の軸方向へスライドするのに伴いカム部材
を付勢方向と逆の方向へ揺動させるイジェクターピンと
を備えている。したがって、イジェクターピンが作動し
ていないときは付勢手段により押圧部材が固定され、イ
ジェクターピンが摺動して作動状態になると押圧部材の
固定が解除される。これにより、把持部が工具を把持す
る際あるいは把持された工具を離す際にイジェクターピ
ンを作動状態にすることによって押圧部材が揺動可能と
される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

【００１４】図１に、本発明の工具交換アームの工具の
把持機構の一実施形態を示す。アーム２１の両端部に
は、夫々把持機構１，１が設けられている。この把持機
構１は、軸５を中心に互いに揺動される一対の工具把持
部材３，４から成る把持部２を有している。そして、こ
の把持機構１は押圧部材８と、カム部材１３と、２つの
付勢手段１２，１７と、イジェクターピン１８とを備え
ている。押圧部材８は揺動可能に取り付けられた揺動工
具把持部材４とカム部材１３との間に揺動可能に設けら
れている。

【００１５】固定工具把持部材３は、中心軸２２を中心
に回転する工具交換アーム２１の先端に設けられた固定
部材であり、もう一方の揺動工具把持部材４は、固定工
具把持部材３に対して軸５を中心に揺動可能に設けられ
ている。両者の内側の面３ａ，４ａは工具２０の外周面
に合わされた形状とされ、互いに向き合わされている。
工具把持部材３と４とで工具２０を把持するとき（以
下、把持状態と呼ぶ）の把持角θは、本実施形態では２
７０度程度である。このため、十分に大きな角度での面
接触により工具２０が把持されるので、把持されている
工具２０が脱落する虞が大きく減少する。ただし、把持
角θが２７０度に限られないのは勿論である。

【００１６】また、揺動工具把持部材４には当接部６と
レバー７とが設けられている。当接部６は揺動工具把持
部材４の内側の面４ａの最も固定工具把持部材３側に設
けられた突起物である。当接部６は把持状態では工具２
０と接触しないが、工具２０を把持しない状態（以下、
分離状態と呼ぶ）では、工具２０の通過空間内の固定工
具把持部材３の内側面３ａに近接した箇所に位置され
る。これにより、図２に示すように、工具２０の把持を
行う際は、工具２０と固定工具把持部材３とが十分に近
づいた時に工具２０と当接部６とが当接し、さらに工具
２０と固定工具把持部材３とが接近することにより当接
部６が工具２０の押圧方向と同方向に押し込まれる。こ
れに伴い、揺動工具把持部材４が揺動して、工具２０を
背面から把持する。また、揺動工具把持部材４の端にカ
ムフォロアー２７が取り付けられている。このカムフォ
ロアー２７の側部のうち把持状態では把持側部７ａが、
分離状態では離隔側部７ｂが押圧部材８に設けられてい
る押圧部９に当接する。

【００１７】押圧部材８は軸１０を中心に揺動可能な扇
形の部材であり、軸１０を中心とした円弧の部分にはカ
ム部材１３と摺接するカム面１１が設けられている。こ
の押圧部材８は圧縮コイルばねから成る付勢手段１２に
よって図１において時計回りに付勢されており、押圧部
９を介して揺動工具把持部材４に付勢している。

【００１８】カム部材１３は軸１４により揺動自在に設
けられた略扇状の部材である。軸１４を中心とした略円
弧の部分にはカム面１１と摺接するカム面としての摺接
面１５が設けられている。この摺接面１５は軸１４から
の距離が一定ではなく、（図１において）時計回りに揺
動させるとカム面１１に接触する部分の半径が大きくな
るように形成されている。このため、カム部材１３が時
計回りに揺動されると押圧部材８との間でくさび効果を
生じてこれらカム部材１３、押圧部材８が固定される。
このカム部材１３は例えば圧縮コイルばねから成る付勢
手段１７により押圧部材８を固定する方向に付勢されて
いる。

【００１９】カム部材１３には軸方向に沿って孔１６が
形成され、この孔１６には、図４に示すようにアーム２
１の中心軸２２の長手方向に往復動可能にイジェクター
ピン１８が設けられている。このイジェクターピン１８
はテーパを挟んで大径部と小径部とを備える断面円形の
棒状部材である。このテーパと当接する孔１６の縁は面
取りされている。イジェクターピン１８は圧縮コイルば
ねから成る付勢手段１９によりアーム支持体２３の方向
へ付勢され、アーム２１がアーム支持体２３から離隔し
たときはアーム２１のアーム支持体２３側から突出して
いる一方、アーム２１が軸方向にスライドしてアーム支
持体２３に近接するとイジェクターピン１８は内部に押
し込まれる。なお、符号２４はアーム２１の蓋部分であ
る。

【００２０】以上のように構成された工具交換アームの
工具の把持機構１によると、以下のようにスピンドルや
ストッカの工具２０が把持される。先ず、分離状態の把
持部２においては、揺動工具把持部材４が図２に示すよ
うに工具の着脱が可能になる位置まで揺動して開かれて
いる。このとき、押圧部材８の押圧部９は離隔側部７ｂ
に当接して揺動工具把持部材４を広げる方向へと付勢し
ていると共に、揺動工具把持部材４の当接部６は工具２
０と当接可能な位置にある。また、イジェクターピン１
８はアーム支持体２３と当接して押し込まれている。

【００２１】そして、アーム２１を回転させてこの分離
状態の把持部２に工具２０を把持させる。把持部２内の
当接部６が最初に工具２０と当接すると、工具２０から
の押圧力により揺動工具把持部材４は反時計回りに揺動
され、工具２０を把持する把持状態へと変移する。これ
に伴い、レバー７の押圧部９に対する接触部位は離隔側
部７ｂから把持側部７ａに変化する。すなわち、離隔側
部７ｂを介して押圧部材８の押圧部９と当接していたレ
バー７は、押圧部９と摺接しながら図１に示す把持状態
の位置まで移動して把持側部７ａをもって押圧部９と接
触するようになる。これにより、揺動工具把持部材４は
反時計方向へと付勢される。この揺動工具把持部材４
は、固定工具把持部材３と協働して、押圧部材８による
付勢力のみにより工具２０を把持する。

【００２２】次に、アーム２１を軸方向にスライドさせ
て、把持部２により把持させた工具２０をスピンドル又
はストッカから抜き出す。このとき、アーム支持体２３
に当接してアーム２１内に押し込まれていたイジェクタ
ーピン１８が付勢手段１９による付勢力によって突出す
る。すると、カム部材１３と接触しているイジェクター
ピン１８の軸径が細くなり、カム部材１３が付勢手段１
７の付勢力により時計方向へ揺動する（図４において
は、下方向へ移動する）。このカム部材１３の摺接面１
５は、カム部材１３が時計回り方向へ揺動するとカム面
１１に接する部分の半径が大きくなるように形成されて
いるため、押圧部材８のカム面１１に当接するくさび効
果により押圧部材８が揺動するのを防止する。これによ
り、押圧部材８に当接している揺動工具把持部材４の揺
動も不可能とされる。したがって、固定工具把持部材３
と共に工具２０を把持する揺動工具把持部材４は工具２
０を保持しながらロックされる。

【００２３】そして、工具２０の所定の位置まで（例え
ば１８０度）回転したアーム２１は、アーム支持体２３
の方へスライドしてスピンドルやストッカに工具２０を
装着する。このときイジェクターピン１８は再びアーム
支持体２３に当接してアーム２１内に押し込まれ、カム
部材１３と当接するイジェクターピン１８の軸径が太く
なる。この際、イジェクターピン１８のテーパとカム部
材１３の面取り部とが摺接し、カム部材１３が反時計方
向へ揺動され、カム面１５と摺接面１１との接触が解か
れる。したがって、押圧部材８及び揺動工具把持部材４
のロックが解除される。そして、アーム２１を反時計方
向へ回転させると、既に固着された工具２０が揺動工具
把持部材４を押し広げるようにはたらく。このとき、押
圧部９と摺接しながら時計方向へ揺動するレバー７は、
押圧部９との接触部位が把持側部７ａから離隔側部７ｂ
に変化する。このため、工具２０を離して分離状態とさ
れた揺動工具把持部材４は、押圧部材８を介して再び時
計回り方向へ付勢される。

【００２４】以上のように工具の着脱が行われる本実施
形態においては、図７に示すようにアーム２１の回転角
度Ａ２が１８０度に十分近付いてから当接部６と工具２
０とが当接するので、アーム速度Ｖ２は十分に減速され
ている。例えば、従来の当接時のアーム速度Ｖ１は６３
％であったのに対し、本実施形態のアーム速度Ｖ２は３
６％にまで低減することができた。このため、打撃音や
打痕の発生を十分防止できる。

【００２５】また、本実施形態においてはカム部材１３
に係合しているイジェクターピン１８を大径部と小径部
とが入れ替われる長さだけ摺動させればカム部材１３を
揺動させることができるので、アーム２１を僅かにスラ
イドさせた時点で揺動工具把持部材４をロックすること
ができる。

【００２６】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能
である。例えば、図１に示すように押圧部材８又はその
軸１０にアーム２１の回転方向に沿った棒２５を取り付
け、この棒２５の先端に錘２６を取り付けても構わな
い。この場合、アーム２１が回転するときの錘２６の遠
心力を利用して押圧部材８を時計回り方向へさらに付勢
することができる。

【００２７】

【発明の効果】上述したように、請求項１記載の本発明
の工具交換アームの工具の把持機構は、中心軸を中心に
して回転し工具を把持する工具交換アームの工具の把持
機構において、工具の外周に沿って該工具を把持する一
対の工具把持部材を有する把持部と、該把持部の各工具
把持部材を互いに揺動させる軸とを備えると共に、工具
と当接しこの工具の押圧力により軸を中心に工具把持部
材の一方を揺動させて工具を把持部により把持させる当
接部を当該工具把持部材と一体的に備えているので、当
接部をアームと一体的な工具把持部材の工具との接触面
に近い位置に配置することができる。このため、アーム
が回転して工具を把持する際に、アームが工具を把持す
る位置で停止する直前のアームが十分減速した状態で工
具と当接部とを当接させることができる。また、当接部
を工具からの押圧力と同方向に移動させることにより、
工具の把持を行うことができるようになる。したがっ
て、工具装着時の工具及び当接部の打撃音と打痕の発生
を防止することができる。

【００２８】さらに、大きな把持角を有する工具把持部
材に工具を面接触させて把持させることができるので、
工具へ部分的に集中する衝撃を与えることなく打痕の発
生を防止すると共に、工具は工具把持部材により安定し
て把持され工具交換アームの回転中に工具が脱落するの
が減少する。

【００２９】さらに、請求項１記載の本発明の工具交換
アームの工具の把持機構においては、一方の工具把持部
材に該一方の工具把持部材と連動して揺動するレバーを
設け、該レバーには一方の工具把持部材を工具を把持す
る方向へ付勢させる把持側部と一方の工具把持部材を工
具を離す方向へ付勢させる離隔側部とを備えると共に、
一方の工具把持部材が工具を把持した把持状態のとき把
持側部を押圧し、一方の工具把持部材が工具を離した状
態のとき離隔側部を押圧する押圧部を有する押圧部材と
該押圧部材に押圧力をチャージする付勢手段とを設けて
いるので、工具把持部材が工具を把持するときと工具を
離したときとの何れのときも工具把持部材は固定され
る。したがって、把持部に工具を把持させた把持状態で
アームを回転させても、工具は安定に保持され、把持部
からずれたり、脱落するのがさらに減少される。

【００３０】請求項２記載の本発明の工具交換アームの
工具の把持機構においては、押圧部材に軸とカム面とを
備えると共に押圧部材のカム面と摺動するカム面と軸と
を備えるカム部材を設け、一方の工具把持部材が工具を
離す方向へ揺動しようとしても、押圧部材が揺動させな
いように押圧部材又はカム部材の軸から各々のカム面ま
での距離を異ならせているので、押圧部材とカム部材と
はくさび効果により固定される。したがって、工具が安
定して保持されると共にアームの回転中に工具が把持部
からずれたり、脱落するのが防止される。

【００３１】請求項３記載の本発明の工具交換アームの
工具の把持機構においては、カム部材を押圧部材が固定
される方向に付勢する付勢手段と、工具交換アームが一
方の軸方向へスライドするのに伴いカム部材を付勢され
る方向と逆の方向へ揺動させるイジェクターピンとを供
えているので、付勢手段によりロックが強化され、イジ
ェクターピンの作動によりロックが解除される。このた
め、工具の脱落をさらに確実に防止できる。また、カム
のくさび効果を利用することによりイジェクターピンの
ストロークを短くすることができるので、アームの軸方
向への摺動時に僅かに摺動することによりロックが行わ
れる。このため、工具をスピンドル等から抜く際の脱落
が防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工具交換アームの工具の把持機構の一
実施形態を示す図である。

【図２】工具交換アームの工具の把持機構と工具とが当
接した状態を示す図である。

【図３】工具交換アームを示す縦断面図である。

【図４】イジェクターピンの構造を示す断面図である。

【図５】（Ａ）は従来の工具交換アームの工具の把持機
構を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＶ−Ｖ線による断
面図を示す。

【図６】従来の工具交換アームの工具の把持機構を示す
図である。

【図７】工具交換アームの回転速度を示す図である。

【符号の説明】

１ 把持機構 ２ 把持部 ３ 固定工具把持部材 ４ 揺動工具把持部材 ５ 軸 ６ 当接部 ７ レバー ７ａ 把持側部 ７ｂ 離隔側部 ８ 押圧部材 ９ 押圧部 １０ 軸 １１ カム面 １２ 付勢手段 １３ カム部材 １４ 軸 １５ 摺接面（カム面） １８ イジェクターピン ２０ 工具 ２１ 工具交換アーム ２２ （工具交換アームの）中心軸

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心軸を中心にして回転し工具を把持す
   る工具交換アームの工具の把持機構において、前記工具
   の外周に沿って該工具を把持する一対の工具把持部材を
   有する把持部と、該把持部の各工具把持部材を互いに揺
   動させる軸とを備えると共に、前記工具と当接しこの工
   具の押圧力により前記軸を中心に前記工具把持部材の一
   方を揺動させて前記工具を前記把持部により把持させる
   当接部を当該工具把持部材と一体的に備え、かつ、前記
   一方の工具把持部材に該一方の工具把持部材と連動して
   揺動するレバーを設け、該レバーには前記一方の工具把
   持部材を前記工具を把持する方向へ付勢させる把持側部
   と前記一方の工具把持部材を前記工具を離す方向へ付勢
   させる離隔側部とを備えると共に、前記一方の工具把持
   部材が前記工具を把持した把持状態のとき前記把持側部
   を押圧し、前記一方の工具把持部材が前記工具を離した
   状態のとき前記離隔側部を押圧する押圧部を有する押圧
   部材と該押圧部材に押圧力をチャージする付勢手段とが
   設けられたことを特徴とする工具交換アームの工具の把
   持機構。
2. 【請求項２】 前記押圧部材に軸とカム面とを備えると
   共に前記押圧部材のカム面と摺動するカム面と軸とを備
   えるカム部材を設け、前記一方の工具把持部材が前記工
   具を離す方向へ揺動しようとしても、前記押圧部材が揺
   動させないように前記押圧部材又は前記カム部材の軸か
   ら各々のカム面までの距離を異ならせたことを特徴とす
   る請求項１記載の工具交換アームの工具の把持機構。
3. 【請求項３】 前記カム部材を前記押圧部材が固定され
   る方向に付勢する付勢手段と、前記工具交換アームが一
   方の軸方向へスライドするのに伴い前記カム部材を付勢
   方向と逆の方向へ揺動させるイジェクターピンとを備え
   たことを特徴とする請求項２記載の工具交換アームの工
   具の把持機構。