JP3693720B2 - 工具着脱装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械や測定機などに用いられる工具着脱装置に関する。詳しくは、互いに直交する３軸方向へ移動可能に設けられた主軸に工具ホルダを取り付け、この工具ホルダに対して工具を着脱する工具着脱装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
工作機械や測定機などでは、これら機械の自動化とともに、工具を自動的に交換してむだな時間を節約し、生産性や測定能率を向上させるために工具交換装置が用いられている。
従来の工具交換装置、たとえば、工作機械に用いられる工具交換装置としては、工具側にプルスタッドを設けるとともに、主軸内にコレットチャックおよびこのコレットチャックを進退させながら開閉するシリンダなどの駆動源を設け、工具交換にあたって、コレットチャック内に工具のプルスタッドが挿入されると、駆動源によってコレットチャックを閉じる構造が知られている。
また、三次元測定機などに用いられる工具交換装置の１つとして、主軸に永久磁石を介して測定工具、たとえば、タッチ信号プローブなどを着脱自在に保持した構造が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の工作機械などに用いられる工具交換装置の構造では、工具交換装置内に駆動源を備える構造であるから、高価になるうえ、構造も複雑化するという欠点がある。しかも、駆動源を備えている関係から、真空中での使用ができない。つまり、熱が逃げないため、別に放熱手段が必要となる。
また、永久磁石を利用した工具交換装置は、たとえば、工具がワークなどに衝突した場合に脱落する危険を伴う。
【０００４】
本発明の目的は、このような従来の欠点を全て解消し、簡易な構造で工具を確実に着脱でき、しかも、使用環境が制約されることがないうえ、使用時において工具の脱落の危険性が少ない工具着脱装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる工具着脱装置は、互いに直交する３軸方向へ移動可能に設けられた主軸に工具ホルダを取り付け、この工具ホルダに対して工具を着脱する工具着脱装置であって、前記工具ホルダおよび工具にそれぞれ形成され前記主軸の軸線方向に互いに係合、当接する一対の締結面と、この一対の締結面のうちのいずれか一方に突出形成されその締結面側にテーパ面を有する係合突起と、前記他方の締結面に形成され前記係合突起が挿入可能な係合穴と、この係合穴内に開閉自在に設けられ閉塞時に前記係合突起のテーパ面に係合しながら一方の締結面を他方の締結面に付勢する一対のコロと、この一対のコロを常時閉じる方向へ付勢するとともに前記主軸の工具着脱動作と協働して前記一対のコロを開閉する開閉機構とを備え、前記開閉機構は、前記工具ホルダ内に回動自在に設けられかつ内端部に前記コロを保持するとともに外端部が前記工具ホルダから外部に突出された一対のアームと、前記一対のコロが閉じる方向へ前記一対のアームを回動付勢する付勢手段と、前記工具を保持しかつ前記アームの外端部が摺接するカムを含んで構成され、前記主軸の工具着脱動作と協働して前記一対のコロが開閉する方向へ前記一対のアームを回動させながら前記工具ホルダに対して工具を着脱させる治具とを備え、前記アームの回動支点から前記コロまでの距離よりも前記アームの回動支点から前記カムに摺接するアームの外端部までの距離が長く形成されていることを特徴とする。
【０００６】
このような構成によれば、主軸が工具着脱動作を行うと、開閉機構との協働により一対のコロが開閉される。一対のコロが開いた状態において、係合突起を係合穴内に挿入したのち一対のコロを閉じると、一対のコロが係合突起のテーパ面に係合しながら一方の締結面を他方の締結面に付勢するから、これにより、工具ホルダに対して工具を装着させることができる。この状態では、一対のコロが常時閉じる方向へ付勢されているから、使用時において工具が脱落する危険が少ない。しかも、その際の締結力はコロを閉じる方向へ付勢する付勢力と係合突起のテーパ面の角度により決定されるから、テーパ面の角度を摩擦角以下に設定することによって小さな付勢力で大きな締結力を維持することができる。
【０００７】
一方、工具ホルダから工具を離脱させるには、一対のコロを開く。すると、コロが係合突起から外れるから、この状態において、工具ホルダから工具を離脱させることができる。従って、一対のコロを開閉させて係合突起のテーパ面に係合、離脱させる簡易な構造で工具を確実に着脱できる。しかも、一対のコロを開閉させるにも、主軸の工具着脱動作と治具との協働により行うため、開閉のための駆動源を必要としないから、使用環境が制約されることもない。つまり、真空中での使用も可能である。
【０００９】
また、前記開閉機構は、前記工具ホルダ内に回動自在に設けられかつ内端部に前記コロを保持するとともに外端部が前記工具ホルダから外部に突出された一対のアームと、前記一対のコロが閉じる方向へ前記一対のアームを回動付勢する付勢手段と、前記工具を保持しかつ前記アームの外端部が摺接するカムを含んで構成され、前記主軸の工具着脱動作と協働して前記一対のコロが開閉する方向へ前記一対のアームを回動させながら前記工具ホルダに対して工具を着脱させる治具とを備え、前記アームの回動支点から前記コロまでの距離よりも前記アームの回動支点から前記カムに摺接するアームの外端部までの距離が長く形成されている。
従って、主軸が工具着脱動作を行うと、その工具着脱動作と治具との協働により前記一対のコロが開閉する方向へ前記一対のアームが回動されながら、工具ホルダに対して工具が着脱されるから、工具の着脱を主軸の工具着脱動作によって自動的に行うことができる。しかも、一対のコロの開閉を一対のアームの回動によって行うようにしたから、構造を簡単化できる。さらに、この構成では、工具側には係合突起のみを設けるだけでよいから、工具側に係合穴や一対のコロを設ける構成に比べ、全体の構成を簡易にできる。
【００１０】
ここで、前記治具は、前記工具をその軸線に対して直交する方向へスライド自在に保持する工具保持部と、この工具保持部の両側に設けられ前記主軸の工具着脱動作と協働して前記一対のコロが開閉する方向へ前記一対のアームを回動させるカムとを有し、前記カムは、工具ホルダに対して工具を装着する際において、前記主軸がその軸線方向へ移動したとき前記一対のアームの外端部に当接しながら前記一対のコロが開く方向へ前記一対のアームを回動させる第１のカム部と、前記主軸がその軸線に対して直角方向へ移動したとき前記一対のアームの外端部に当接しながら前記一対のコロが閉じる方向へ前記一対のアームを前記付勢手段の付勢力により回動させる第２のカム部とを備える構成が好ましい。
【００１１】
このように構成すれば、工具ホルダに対して工具を装着するにも、主軸をその軸線方向へ移動させたのち、その軸線に対して直角方向へ移動させるだけで、工具ホルダに対して工具を装着することができるから、工具ホルダに対する工具の装着を簡易にかつ迅速に行うことができる。なお、工具ホルダから工具を離脱させるには、主軸を上記とは逆に移動させるだけでよいから、工具ホルダからの工具の離脱も簡易にかつ迅速に行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明にかかる工具着脱装置を適用した三次元測定機を示している。同三次元測定機１は、被測定物Ｗを載置するテーブル２と、このテーブル２の前後方向（Ｙ軸方向）へ移動自在に設けられた門形コラム３と、この門形コラム３のＸ軸ビーム３Ｂに沿って左右方向（Ｘ軸方向）へ移動自在に設けられたＸ軸スライダ４と、このＸ軸スライダ４に上下方向（Ｚ軸方向）へ昇降自在に設けられたＺ軸スピンドル５とを含み構成されている。ここで、Ｚ軸スピンドル５は、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向へ移動可能な主軸を構成している。
【００１７】
前記主軸を構成するＺ軸スピンドル５の先端には、工具着脱装置６を介して、複数種の工具８の中からいずれかの工具８が選択的に取り付けられるようになっている。いずれかの工具８、たとえば、タッチ信号プローブ８がＺ軸スピンドル５の先端に取り付けられたのち、そのタッチ信号プローブ８がＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向へ移動されながら被測定物Ｗに接触されると、そのときに発せられるタッチ信号に基づいて各軸における移動変位量が変位検出器（図示省略）から読み取られ、これらの変位量データを基に被測定物Ｗの寸法や形状が求められる。
【００１８】
前記工具着脱装置６は、図２に示すように、前記Ｚ軸スピンドル５の下端に取り付けられた工具ホルダ２１と、各工具８を収納した複数（図２では１つのみ表している）の治具としてのラック４１とを含んでいる。なお、図２に示された工具８は、一対の測定子８Ａ，８Ｂの間隔から穴の内径を測定する内径測定工具である。工具８には、前記工具ホルダ２１の下面（締結面２２）と当接する締結面１２が形成されているとともに、それより下方位置に前記ラック４１に係合保持される環状溝１３が形成されている。締結面１２には、その締結面１２側にテーパ面１４を有する係合突起１５と、一対の位置決めピン１６Ａ，１６Ｂと、接続端子１７Ａ，１７Ｂとがそれぞれ設けられている。
【００１９】
前記工具ホルダ２１には、図３に示すように、前記締結面２２に前記係合突起１５が挿入可能な係合穴２３および前記位置決めピン１６Ａ，１６Ｂが挿入される位置決め孔２４Ａ，２４Ｂがそれぞれ形成されているとともに、内部に開閉自在でかつ閉塞時に前記係合突起１５のテーパ面１４に係合しながら工具８の締結面１２を締結面２２に付勢する一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが設けられている。ここで、締結面１２，２２は、位置決めピン１６Ａ，１６Ｂと位置決め孔２４Ａ，２４Ｂとが係合する関係から、前記Ｚ軸スピンドル５の軸線方向に互いに係合、当接されるようになっている。なお、図示していないが、工具ホルダ２１の締結面２２には工具８の接続端子１７Ａ，１７Ｂと接続される接続端子が設けられ、これらの接続端子を通じて工具８に電力が供給されるとともに、工具８からの信号がコネクタ２７（図２参照）を通じてデータ処理装置などに送信されるようになっている。
【００２０】
また、前記一対のコロ２５Ａ，２５Ｂを常時閉じる方向へ付勢するとともに前記Ｚ軸スピンドル５の工具着脱動作と協働して一対のコロ２５Ａ，２５Ｂを開閉する開閉機構３１Ａが設けられている。開閉機構３１Ａは、前記工具ホルダ２１内にピン３２Ａ，３２Ｂを介して回動自在に設けられかつ内端部に前記コロ２５Ａ，２５Ｂを適当な遊びをもって保持するとともに外端部が前記工具ホルダ２１に形成された長孔２６Ａ，２６Ｂから外部に突出された一対のアーム３３Ａ，３３Ｂと、前記一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが閉じる方向へ前記一対のアーム３３Ａ，３３Ｂを回動付勢する付勢手段３７Ａ，３７Ｂと、前記ラック４１とから構成されている。
【００２１】
前記アーム３３Ａ，３３Ｂの外端部、つまり、工具ホルダ２１から外部へ突出された端部には、ベアリング３６Ａ，３６Ｂが装着されている。
前記付勢手段３７Ａ，３７Ｂは、前記工具ホルダ２１内において、前記各アーム３３Ａ，３３Ｂの真上に昇降自在に設けられた押圧子３４と、この押圧子３４を常時下方へ付勢し、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが閉じる方向へ前記一対のアーム３３Ａ，３３Ｂを回動付勢するばね３５とから構成されている。
【００２２】
前記ラック４１は、図２に示すように、ベース４２と、このベース４２に立設された２本の支柱４３と、この支柱４３の上端に水平に取り付けられた保持プレート４４とから構成されている。保持プレート４４には、前記工具８の環状溝１３をスライド自在に保持する工具保持部４５と、この工具保持部４５の両側に設けられたカム４６とから構成されている。カム４６は、上面が水平面状をなした第１のカム部４７と、上面が傾斜面状をなした第２のカム部４８とを備えている。
【００２３】
前記第１のカム部４７は、Ｚ軸スピンドル５がカム４６の真上に位置した状態から、Ｚ軸方向に沿って下降してきたとき（工具装着時）、工具８に設けられた係合突起１５が一対のコロ２５Ａ，２５Ｂに当接する前に、アーム３３Ａ，３３Ｂの外端部に取り付けられたベアリング３６Ａ，３６Ｂに当接しながら一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが開く方向へ一対のアーム３３Ａ，３３Ｂを回動させる。
前記第２のカム部４８は、ベアリング３６Ａ，３６Ｂが第１のカム部４７に当接した状態から、Ｚ軸スピンドル５がその軸線に対して直角方向（Ｙ軸方向）へ移動したとき（工具装着時）、つまり、ベアリング３６Ａ，３６Ｂが第２のカム部４８を下降していくと、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが閉じる方向への一対のアーム３３Ａ，３３Ｂの回動を許容する。また、ベアリング３６Ａ，３６Ｂが第２のカム部４８を上昇していくと、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが開く方向へ一対のアーム３３Ａ，３３Ｂを回動させるようになっている。
【００２４】
次に、本実施の形態における作用を説明する。
いま、図２において、工具ホルダ２１に工具８が取り付けられているものとする。この状態において、Ｚ軸スピンドル５がＹ軸方向に沿ってＹ1 方向へ移動すると、工具８の環状溝１３が保持プレート４４の工具保持部４５に係合しながら挿入されていく。このとき、ベアリング３６Ａ，３６Ｂがカム４６の第２のカム部４８を上昇していくため、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが開く方向へ一対のアーム３３Ａ，３３Ｂが回動される。やがて、ベアリング３６Ａ，３６Ｂがカム４６の第１のカム部４７に達すると、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが係合突起１５のテーパ面１４から外れる。続いて、Ｚ軸スピンドル５がＺ軸方向に沿ってＺ1 方向へ上昇すると、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが係合突起１５のテーパ面１４から外れているから、工具８から工具ホルダ２１が外れる。
【００２５】
一方、工具ホルダ２１に新たな工具８を装着するには、ラック４１に保持された工具８の真上にＺ軸スピンドル５を位置させたのち、Ｚ軸スピンドル５をＺ軸方向に沿ってＺ2 方向へ下降させる。すると、位置決め孔２４Ａ，２４Ｂと一対の位置決めピン１６Ａ，１６Ｂとが係合していくとともに、ベアリング３６Ａ，３６Ｂがカム４６の第１のカム部４７に当接する。さらに、下降させると、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが開く方向へ一対のアーム３３Ａ，３３Ｂが回動される。続いて、この状態から、Ｚ軸スピンドル５をＹ軸方向に沿ってＹ2 方向へ移動させると、工具８の環状溝１３が保持プレート４４の工具保持部４５からスライドされながら外れる。このとき、ベアリング３６Ａ，３６Ｂがカム４６の第２のカム部４８を下降していくため、前記一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが閉じる方向へ一対のアーム３３Ａ，３３Ｂが回動されるから、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが係合突起１５のテーパ面１４に係合した状態で工具ホルダ２１に工具８が装着される。
【００２６】
第１の実施の形態によれば、各工具８の締結面１２にテーパ面１４を有する係合突起１５および位置決めピン１６Ａ，１６Ｂをそれぞれ設けるとともに、Ｚ軸スピントル５に工具ホルダ２１を取り付け、この工具ホルダ２１の締結面２２に係合突起１５が挿入可能な係合穴２３、位置決めピン１６Ａ，１６Ｂが挿入される位置決め孔２４Ａ，２４Ｂ、閉塞時に係合突起１５のテーパ面１４に係合しながら工具８の締結面１２を締結面２２に付勢する一対のコロ２５Ａ，２５Ｂを設け、この一対のコロ２５Ａ，２５ＢをＺ軸スピンドル５の工具着脱動作によって開閉させる開閉機構３１Ａを設けたので、つまり、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂを開閉させて係合突起１５のテーパ面１４に係合、離脱させる簡易な構造で工具８を確実に着脱させることができる。
【００２７】
また、工具ホルダ２１に工具８が装着された状態では、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが常時閉じる方向へ付勢されているから、使用時において工具８が脱落する危険を回避できる。しかも、その際の締結力はコロ２５Ａ，２５Ｂを閉じる方向へ付勢する付勢力とテーパ面１４の角度により決定されるから、テーパ面１４の角度を摩擦角以下に設定することによって小さな付勢力で大きな締結力を維持することができる。さらに、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂを開閉させるにも、Ｚ軸スピンドル５の工具着脱動作により行うため、開閉のための駆動源を必要としないから、真空中での使用も可能である。このことは、既存の測定機にも簡単に取り付けることができる利点がある。
【００２８】
また、開閉機構３１Ａを、工具ホルダ２１内に回動自在に設けられかつ内端部に前記コロ２５Ａ，２５Ｂを保持した一対のアーム３３Ａ，３３Ｂと、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが閉じる方向へ一対のアーム３３Ａ，３３Ｂを回動付勢する付勢手段３７Ａ，３７Ｂと、工具８を保持しかつＺ軸スピンドル５の工具着脱動作と協働して一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが開閉する方向へ前記一対のアーム３３Ａ，３３Ｂを回動させながら工具ホルダ２１に対して工具８を着脱させるラック４１とから構成したから、Ｚ軸スピンドル５が工具着脱動作を行うと、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが開閉しながら係合突起１５のテーパ面１４に係合、離脱し、工具ホルダ２１に対して工具８が着脱されるから、工具の着脱をＺ軸スピンドル５の工具着脱動作によって自動的に行うことができる。
【００２９】
この際、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂの開閉を一対のアーム３３Ａ，３３Ｂの回動によって行うようにしたから、構造を簡単化できる。しかも、同一寸法の係合突起１５のテーパ面１４に対しては、工具ホルダ２１の底壁の板厚ｔとコロ２５Ａ，２５Ｂの直径ｄの２つの要素のみでコロ２５Ａ，２５Ｂの接触位置（高さ位置）が決まるので、コロ２５Ａ，２５Ｂを開閉するためのアーム３３Ａ，３３Ｂにはコロ２５Ａ，２５Ｂとの間に適当な遊びを持たせてあれば運動精度は不要である。よって。この点からも作りやすい利点がある。
【００３０】
また、ラック４１には、工具８をその軸線に対して直交する方向へスライド自在に保持する工具保持部４５と、工具ホルダ２１に対して工具８を装着する際において、Ｚ軸スピンドル５がその軸線方向へ移動したとき一対のアーム３３Ａ，３３Ｂの外端部に当接しながら一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが開く方向へ一対のアーム３３Ａ，３３Ｂを回動させる第１のカム部４７と、Ｚ軸スピンドル５がその軸線に対して直角方向へ移動したとき一対のアーム３３Ａ，３３Ｂの外端部に当接しながら一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが閉じる方向へ一対のアーム３３Ａ，３３Ｂを回動させる第２のカム部４８とを設けたので、工具ホルダ２１に対して工具８を装着するにも、Ｚ軸スピンドル５をその軸線方向へ移動させたのち、その軸線に対して直角方向へ移動させるだけでよく、また、工具ホルダ２１から工具８を離脱するにも、Ｚ軸スピンドル５を上記とは逆に移動させるだけでよいから、工具ホルダ２１に対する工具８の着脱を簡易にかつ迅速に行うことができる。しかも、各アーム３３Ａ，３３Ｂの外端部にはベアリング３６Ａ，３６Ｂを取り付けたので、第１、第２のカム部４７，４８との摩耗を低減できる。
【００３１】
なお、第１の実施の形態において、付勢手段としては、図４に示すような引張コイルばね３７を用いてもよい。
【００３２】
〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態を図５〜図７に示す。なお、これらの図の説明にあたって、第１の実施の形態と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
本実施の形態にかかる工具着脱装置においては、図５〜図７に示すように、前記係合突起１５および位置決めピン１６Ａ，１６Ｂが前記工具ホルダ２１側に設けられているとともに、前記係合穴２３、位置決め孔２４Ａ，２４Ｂおよび一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが前記工具８側にそれぞれ設けられている。
【００３３】
また、本実施の形態にかかる開閉機構３１Ｂは、前記工具８側にスライド自在に設けられ前記一対のコロ２５Ａ，２５Ｂを保持した一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂと、前記一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが閉じる方向へ前記一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂを付勢するコイルばねからなる付勢手段５５Ａ，５５Ｂと、前記工具８を保持しかつ前記Ｚ軸スピンドル５の工具着脱動作と協働して前記一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが開閉する方向へ前記一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂをスライドさせながら前記工具ホルダ２１に対して工具８を着脱させる治具としてのラック６１とを含んで構成されている。
【００３４】
前記一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂは、前記工具８の上端面側に設けられたベースプレート５１とカバプーレート５２との間にＺ軸スピンドル５の軸線に対して直交する方向へかつ互いに接近、離間する方向へスライド自在に設けられているとともに、外端部が前記工具８の外側に露出されている。各スライダ５３Ａ，５３Ｂの内端部には、前記一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが保持されている。従って、一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂが接近すると一対のコロ２５Ａ，２５Ｂは離間し、逆に、一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂが離間すると一対のコロ２５Ａ，２５Ｂは接近するようになっている。
前記付勢手段５５Ａ，５５Ｂは、一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂの間に設けられ、これらが互いに離れる方向へ付勢している。
【００３５】
前記ラック６１は、前記工具８の一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂを挟持しかつ一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが開く方向へ前記一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂを付勢する第１の溝部６２と、この第１の溝部６２からテーパ状に拡開しその第１の溝部６２から前記Ｚ軸スピンドル５がその軸線に対して直角方向へ移動したとき前記一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが閉じる方向へ前記一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂを付勢手段５５Ａ，５５Ｂの付勢力によりスライドさせる第２の溝部６３とを備えている。
【００３６】
いま、図５において、工具ホルダ２１に工具８が取り付けられているものとする。この状態において、Ｚ軸スピンドル５がＹ軸方向に沿ってＹ1 方向へ移動すると、工具８の一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂがラック６１の第２の溝部６３から第１の溝部６２内に挿入されていく。すると、一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂが付勢手段５５Ａ，５５Ｂの付勢力に抗して互いに接近する方向へ移動される結果、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが開かれ、係合突起１５のテーパ面１４から外れる。続いて、Ｚ軸スピンドル５がＺ軸方向に沿ってＺ1 方向へ上昇すると、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが係合突起１５のテーパ面１４から外れているから、工具８から工具ホルダ２１が外れる。
【００３７】
一方、工具ホルダ２１に新たな工具８を装着するには、ラック６１に保持された工具８の真上にＺ軸スピンドル５を位置させたのち、Ｚ軸スピンドル５をＺ軸方向に沿ってＺ2 方向へ下降させる。すると、位置決め孔２４Ａ，２４Ｂと一対の位置決めピン１６Ａ，１６Ｂとが係合するとともに、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂの間に係合突起１５が挿入された状態となる。この状態から、Ｚ軸スピンドル５をＹ軸方向に沿ってＹ2 方向へ移動させると、工具８の一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂがラック６１の第１の溝部６２から第２の溝部６２へ向かうに従って、一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂが付勢手段５５Ａ，５５Ｂの付勢力によって互いに離間する方向へ移動される結果、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが閉じられ、係合突起１５のテーパ面１４に係合した状態で工具ホルダ２１に工具８が装着される。
【００３８】
第２の実施の形態によれば、工具ホルダ２１に対して工具８を装着するにも、Ｚ軸スピンドル５をその軸線方向へ移動させたのち、その軸線に対して直角方向へ移動させるだけで、工具ホルダ２１に対して工具８を装着することができるから、工具ホルダ２１に対する工具８の装着を簡易にかつ迅速に行うことができる。また、工具ホルダ２１から工具８を離脱するにも、Ｚ軸スピンドル５を上記とは逆に移動させればよいから、工具ホルダ２１からの工具８の離脱も簡易にかつ迅速に行うことができる。
【００３９】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、この実施形態に限られるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。
開閉機構３１Ａ，３１Ｂについては、上記各実施の形態で挙げた構成に限らず、Ｚ軸スピンドル５（主軸）の工具着脱動作と協働して一対のコロ２５Ａ，２５Ｂを開閉できる機構であれば、いずれでもよい。
また、上述した各実施の形態では、三次元測定機については説明したが、本発明は三次元測定機に限らず、工作機械やロボットなどの主軸に対して工具を着脱する装置に適用できる。また、主軸に対して新たな工具に交換する場合に限らず、同一工具を着脱する場合にも適用できる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の工具着脱装置によれば、簡易な構造で工具を確実に着脱でき、しかも、使用環境に制約されることがないうえ、使用時において工具の脱落の危険性が少ない、という効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる三次元測定機を示す斜視図である。
【図２】同上実施の形態における工具着脱装置を示す分解斜視図である。
【図３】同上実施の形態における工具ホルダを示す断面図である。
【図４】同上実施の形態の変形例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態にかかる工具着脱装置を示す分解斜視図である。
【図６】同上実施の形態における工具ホルダおよび工具を示す分解斜視図である。
【図７】同上実施の形態における工具ホルダおよび工具を示す断面図である。
【符号の説明】
５ Ｚ軸スピンドル（主軸）
８ 工具
１２ 締結面
１４ テーパ面
１５ 係合突起
２１ 工具ホルダ
２２ 締結面
２３ 係合穴
２５Ａ，２５Ｂ コロ
３１Ａ，３１Ｂ 開閉機構
３３Ａ，３３Ｂ アーム
３７Ａ，３７Ｂ，３７ 付勢手段
４１ ラック（治具）
４５ 工具保持部
４６ カム
４７ 第１のカム部
４８ 第２のカム部
５３Ａ，５３Ｂ スライダ
５５Ａ，５５Ｂ 付勢手段
６１ ラック（治具）
６２ 第１の溝部
６３ 第２の溝部
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械や測定機などに用いられる工具着脱装置に関する。詳しくは、互いに直交する３軸方向へ移動可能に設けられた主軸に工具ホルダを取り付け、この工具ホルダに対して工具を着脱する工具着脱装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
工作機械や測定機などでは、これら機械の自動化とともに、工具を自動的に交換してむだな時間を節約し、生産性や測定能率を向上させるために工具交換装置が用いられている。
従来の工具交換装置、たとえば、工作機械に用いられる工具交換装置としては、工具側にプルスタッドを設けるとともに、主軸内にコレットチャックおよびこのコレットチャックを進退させながら開閉するシリンダなどの駆動源を設け、工具交換にあたって、コレットチャック内に工具のプルスタッドが挿入されると、駆動源によってコレットチャックを閉じる構造が知られている。
また、三次元測定機などに用いられる工具交換装置の１つとして、主軸に永久磁石を介して測定工具、たとえば、タッチ信号プローブなどを着脱自在に保持した構造が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の工作機械などに用いられる工具交換装置の構造では、工具交換装置内に駆動源を備える構造であるから、高価になるうえ、構造も複雑化するという欠点がある。しかも、駆動源を備えている関係から、真空中での使用ができない。つまり、熱が逃げないため、別に放熱手段が必要となる。
また、永久磁石を利用した工具交換装置は、たとえば、工具がワークなどに衝突した場合に脱落する危険を伴う。
【０００４】
本発明の目的は、このような従来の欠点を全て解消し、簡易な構造で工具を確実に着脱でき、しかも、使用環境が制約されることがないうえ、使用時において工具の脱落の危険性が少ない工具着脱装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる工具着脱装置は、互いに直交する３軸方向へ移動可能に設けられた主軸に工具ホルダを取り付け、この工具ホルダに対して工具を着脱する工具着脱装置であって、前記工具ホルダおよび工具にそれぞれ形成され前記主軸の軸線方向に互いに係合、当接する一対の締結面と、この一対の締結面のうちのいずれか一方に突出形成されその締結面側にテーパ面を有する係合突起と、前記他方の締結面に形成され前記係合突起が挿入可能な係合穴と、この係合穴内に開閉自在に設けられ閉塞時に前記係合突起のテーパ面に係合しながら一方の締結面を他方の締結面に付勢する一対のコロと、この一対のコロを常時閉じる方向へ付勢するとともに前記主軸の工具着脱動作と協働して前記一対のコロを開閉する開閉機構とを備え、前記開閉機構は、前記工具ホルダ内に回動自在に設けられかつ内端部に前記コロを保持するとともに外端部が前記工具ホルダから外部に突出された一対のアームと、前記一対のコロが閉じる方向へ前記一対のアームを回動付勢する付勢手段と、前記工具を保持しかつ前記アームの外端部が摺接するカムを含んで構成され、前記主軸の工具着脱動作と協働して前記一対のコロが開閉する方向へ前記一対のアームを回動させながら前記工具ホルダに対して工具を着脱させる治具とを備え、前記アームの回動支点から前記コロまでの距離よりも前記アームの回動支点から前記カムに摺接するアームの外端部までの距離が長く形成されていることを特徴とする。
【０００６】
このような構成によれば、主軸が工具着脱動作を行うと、開閉機構との協働により一対のコロが開閉される。一対のコロが開いた状態において、係合突起を係合穴内に挿入したのち一対のコロを閉じると、一対のコロが係合突起のテーパ面に係合しながら一方の締結面を他方の締結面に付勢するから、これにより、工具ホルダに対して工具を装着させることができる。この状態では、一対のコロが常時閉じる方向へ付勢されているから、使用時において工具が脱落する危険が少ない。しかも、その際の締結力はコロを閉じる方向へ付勢する付勢力と係合突起のテーパ面の角度により決定されるから、テーパ面の角度を摩擦角以下に設定することによって小さな付勢力で大きな締結力を維持することができる。
【０００７】
一方、工具ホルダから工具を離脱させるには、一対のコロを開く。すると、コロが係合突起から外れるから、この状態において、工具ホルダから工具を離脱させることができる。従って、一対のコロを開閉させて係合突起のテーパ面に係合、離脱させる簡易な構造で工具を確実に着脱できる。しかも、一対のコロを開閉させるにも、主軸の工具着脱動作と治具との協働により行うため、開閉のための駆動源を必要としないから、使用環境が制約されることもない。つまり、真空中での使用も可能である。
【０００９】
また、前記開閉機構は、前記工具ホルダ内に回動自在に設けられかつ内端部に前記コロを保持するとともに外端部が前記工具ホルダから外部に突出された一対のアームと、前記一対のコロが閉じる方向へ前記一対のアームを回動付勢する付勢手段と、前記工具を保持しかつ前記アームの外端部が摺接するカムを含んで構成され、前記主軸の工具着脱動作と協働して前記一対のコロが開閉する方向へ前記一対のアームを回動させながら前記工具ホルダに対して工具を着脱させる治具とを備え、前記アームの回動支点から前記コロまでの距離よりも前記アームの回動支点から前記カムに摺接するアームの外端部までの距離が長く形成されている。
従って、主軸が工具着脱動作を行うと、その工具着脱動作と治具との協働により前記一対のコロが開閉する方向へ前記一対のアームが回動されながら、工具ホルダに対して工具が着脱されるから、工具の着脱を主軸の工具着脱動作によって自動的に行うことができる。しかも、一対のコロの開閉を一対のアームの回動によって行うようにしたから、構造を簡単化できる。さらに、この構成では、工具側には係合突起のみを設けるだけでよいから、工具側に係合穴や一対のコロを設ける構成に比べ、全体の構成を簡易にできる。
【００１０】
ここで、前記治具は、前記工具をその軸線に対して直交する方向へスライド自在に保持する工具保持部と、この工具保持部の両側に設けられ前記主軸の工具着脱動作と協働して前記一対のコロが開閉する方向へ前記一対のアームを回動させるカムとを有し、前記カムは、工具ホルダに対して工具を装着する際において、前記主軸がその軸線方向へ移動したとき前記一対のアームの外端部に当接しながら前記一対のコロが開く方向へ前記一対のアームを回動させる第１のカム部と、前記主軸がその軸線に対して直角方向へ移動したとき前記一対のアームの外端部に当接しながら前記一対のコロが閉じる方向へ前記一対のアームを前記付勢手段の付勢力により回動させる第２のカム部とを備える構成が好ましい。
【００１１】
このように構成すれば、工具ホルダに対して工具を装着するにも、主軸をその軸線方向へ移動させたのち、その軸線に対して直角方向へ移動させるだけで、工具ホルダに対して工具を装着することができるから、工具ホルダに対する工具の装着を簡易にかつ迅速に行うことができる。なお、工具ホルダから工具を離脱させるには、主軸を上記とは逆に移動させるだけでよいから、工具ホルダからの工具の離脱も簡易にかつ迅速に行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明にかかる工具着脱装置を適用した三次元測定機を示している。同三次元測定機１は、被測定物Ｗを載置するテーブル２と、このテーブル２の前後方向（Ｙ軸方向）へ移動自在に設けられた門形コラム３と、この門形コラム３のＸ軸ビーム３Ｂに沿って左右方向（Ｘ軸方向）へ移動自在に設けられたＸ軸スライダ４と、このＸ軸スライダ４に上下方向（Ｚ軸方向）へ昇降自在に設けられたＺ軸スピンドル５とを含み構成されている。ここで、Ｚ軸スピンドル５は、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向へ移動可能な主軸を構成している。
【００１７】
前記主軸を構成するＺ軸スピンドル５の先端には、工具着脱装置６を介して、複数種の工具８の中からいずれかの工具８が選択的に取り付けられるようになっている。いずれかの工具８、たとえば、タッチ信号プローブ８がＺ軸スピンドル５の先端に取り付けられたのち、そのタッチ信号プローブ８がＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向へ移動されながら被測定物Ｗに接触されると、そのときに発せられるタッチ信号に基づいて各軸における移動変位量が変位検出器（図示省略）から読み取られ、これらの変位量データを基に被測定物Ｗの寸法や形状が求められる。
【００１８】
前記工具着脱装置６は、図２に示すように、前記Ｚ軸スピンドル５の下端に取り付けられた工具ホルダ２１と、各工具８を収納した複数（図２では１つのみ表している）の治具としてのラック４１とを含んでいる。なお、図２に示された工具８は、一対の測定子８Ａ，８Ｂの間隔から穴の内径を測定する内径測定工具である。工具８には、前記工具ホルダ２１の下面（締結面２２）と当接する締結面１２が形成されているとともに、それより下方位置に前記ラック４１に係合保持される環状溝１３が形成されている。締結面１２には、その締結面１２側にテーパ面１４を有する係合突起１５と、一対の位置決めピン１６Ａ，１６Ｂと、接続端子１７Ａ，１７Ｂとがそれぞれ設けられている。
【００１９】
前記工具ホルダ２１には、図３に示すように、前記締結面２２に前記係合突起１５が挿入可能な係合穴２３および前記位置決めピン１６Ａ，１６Ｂが挿入される位置決め孔２４Ａ，２４Ｂがそれぞれ形成されているとともに、内部に開閉自在でかつ閉塞時に前記係合突起１５のテーパ面１４に係合しながら工具８の締結面１２を締結面２２に付勢する一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが設けられている。ここで、締結面１２，２２は、位置決めピン１６Ａ，１６Ｂと位置決め孔２４Ａ，２４Ｂとが係合する関係から、前記Ｚ軸スピンドル５の軸線方向に互いに係合、当接されるようになっている。なお、図示していないが、工具ホルダ２１の締結面２２には工具８の接続端子１７Ａ，１７Ｂと接続される接続端子が設けられ、これらの接続端子を通じて工具８に電力が供給されるとともに、工具８からの信号がコネクタ２７（図２参照）を通じてデータ処理装置などに送信されるようになっている。
【００２０】
また、前記一対のコロ２５Ａ，２５Ｂを常時閉じる方向へ付勢するとともに前記Ｚ軸スピンドル５の工具着脱動作と協働して一対のコロ２５Ａ，２５Ｂを開閉する開閉機構３１Ａが設けられている。開閉機構３１Ａは、前記工具ホルダ２１内にピン３２Ａ，３２Ｂを介して回動自在に設けられかつ内端部に前記コロ２５Ａ，２５Ｂを適当な遊びをもって保持するとともに外端部が前記工具ホルダ２１に形成された長孔２６Ａ，２６Ｂから外部に突出された一対のアーム３３Ａ，３３Ｂと、前記一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが閉じる方向へ前記一対のアーム３３Ａ，３３Ｂを回動付勢する付勢手段３７Ａ，３７Ｂと、前記ラック４１とから構成されている。
【００２１】
前記アーム３３Ａ，３３Ｂの外端部、つまり、工具ホルダ２１から外部へ突出された端部には、ベアリング３６Ａ，３６Ｂが装着されている。
前記付勢手段３７Ａ，３７Ｂは、前記工具ホルダ２１内において、前記各アーム３３Ａ，３３Ｂの真上に昇降自在に設けられた押圧子３４と、この押圧子３４を常時下方へ付勢し、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが閉じる方向へ前記一対のアーム３３Ａ，３３Ｂを回動付勢するばね３５とから構成されている。
【００２２】
前記ラック４１は、図２に示すように、ベース４２と、このベース４２に立設された２本の支柱４３と、この支柱４３の上端に水平に取り付けられた保持プレート４４とから構成されている。保持プレート４４には、前記工具８の環状溝１３をスライド自在に保持する工具保持部４５と、この工具保持部４５の両側に設けられたカム４６とから構成されている。カム４６は、上面が水平面状をなした第１のカム部４７と、上面が傾斜面状をなした第２のカム部４８とを備えている。
【００２３】
前記第１のカム部４７は、Ｚ軸スピンドル５がカム４６の真上に位置した状態から、Ｚ軸方向に沿って下降してきたとき（工具装着時）、工具８に設けられた係合突起１５が一対のコロ２５Ａ，２５Ｂに当接する前に、アーム３３Ａ，３３Ｂの外端部に取り付けられたベアリング３６Ａ，３６Ｂに当接しながら一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが開く方向へ一対のアーム３３Ａ，３３Ｂを回動させる。
前記第２のカム部４８は、ベアリング３６Ａ，３６Ｂが第１のカム部４７に当接した状態から、Ｚ軸スピンドル５がその軸線に対して直角方向（Ｙ軸方向）へ移動したとき（工具装着時）、つまり、ベアリング３６Ａ，３６Ｂが第２のカム部４８を下降していくと、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが閉じる方向への一対のアーム３３Ａ，３３Ｂの回動を許容する。また、ベアリング３６Ａ，３６Ｂが第２のカム部４８を上昇していくと、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが開く方向へ一対のアーム３３Ａ，３３Ｂを回動させるようになっている。
【００２４】
次に、本実施の形態における作用を説明する。
いま、図２において、工具ホルダ２１に工具８が取り付けられているものとする。この状態において、Ｚ軸スピンドル５がＹ軸方向に沿ってＹ1 方向へ移動すると、工具８の環状溝１３が保持プレート４４の工具保持部４５に係合しながら挿入されていく。このとき、ベアリング３６Ａ，３６Ｂがカム４６の第２のカム部４８を上昇していくため、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが開く方向へ一対のアーム３３Ａ，３３Ｂが回動される。やがて、ベアリング３６Ａ，３６Ｂがカム４６の第１のカム部４７に達すると、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが係合突起１５のテーパ面１４から外れる。続いて、Ｚ軸スピンドル５がＺ軸方向に沿ってＺ1 方向へ上昇すると、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが係合突起１５のテーパ面１４から外れているから、工具８から工具ホルダ２１が外れる。
【００２５】
一方、工具ホルダ２１に新たな工具８を装着するには、ラック４１に保持された工具８の真上にＺ軸スピンドル５を位置させたのち、Ｚ軸スピンドル５をＺ軸方向に沿ってＺ2 方向へ下降させる。すると、位置決め孔２４Ａ，２４Ｂと一対の位置決めピン１６Ａ，１６Ｂとが係合していくとともに、ベアリング３６Ａ，３６Ｂがカム４６の第１のカム部４７に当接する。さらに、下降させると、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが開く方向へ一対のアーム３３Ａ，３３Ｂが回動される。続いて、この状態から、Ｚ軸スピンドル５をＹ軸方向に沿ってＹ2 方向へ移動させると、工具８の環状溝１３が保持プレート４４の工具保持部４５からスライドされながら外れる。このとき、ベアリング３６Ａ，３６Ｂがカム４６の第２のカム部４８を下降していくため、前記一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが閉じる方向へ一対のアーム３３Ａ，３３Ｂが回動されるから、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが係合突起１５のテーパ面１４に係合した状態で工具ホルダ２１に工具８が装着される。
【００２６】
第１の実施の形態によれば、各工具８の締結面１２にテーパ面１４を有する係合突起１５および位置決めピン１６Ａ，１６Ｂをそれぞれ設けるとともに、Ｚ軸スピントル５に工具ホルダ２１を取り付け、この工具ホルダ２１の締結面２２に係合突起１５が挿入可能な係合穴２３、位置決めピン１６Ａ，１６Ｂが挿入される位置決め孔２４Ａ，２４Ｂ、閉塞時に係合突起１５のテーパ面１４に係合しながら工具８の締結面１２を締結面２２に付勢する一対のコロ２５Ａ，２５Ｂを設け、この一対のコロ２５Ａ，２５ＢをＺ軸スピンドル５の工具着脱動作によって開閉させる開閉機構３１Ａを設けたので、つまり、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂを開閉させて係合突起１５のテーパ面１４に係合、離脱させる簡易な構造で工具８を確実に着脱させることができる。
【００２７】
また、工具ホルダ２１に工具８が装着された状態では、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが常時閉じる方向へ付勢されているから、使用時において工具８が脱落する危険を回避できる。しかも、その際の締結力はコロ２５Ａ，２５Ｂを閉じる方向へ付勢する付勢力とテーパ面１４の角度により決定されるから、テーパ面１４の角度を摩擦角以下に設定することによって小さな付勢力で大きな締結力を維持することができる。さらに、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂを開閉させるにも、Ｚ軸スピンドル５の工具着脱動作により行うため、開閉のための駆動源を必要としないから、真空中での使用も可能である。このことは、既存の測定機にも簡単に取り付けることができる利点がある。
【００２８】
また、開閉機構３１Ａを、工具ホルダ２１内に回動自在に設けられかつ内端部に前記コロ２５Ａ，２５Ｂを保持した一対のアーム３３Ａ，３３Ｂと、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが閉じる方向へ一対のアーム３３Ａ，３３Ｂを回動付勢する付勢手段３７Ａ，３７Ｂと、工具８を保持しかつＺ軸スピンドル５の工具着脱動作と協働して一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが開閉する方向へ前記一対のアーム３３Ａ，３３Ｂを回動させながら工具ホルダ２１に対して工具８を着脱させるラック４１とから構成したから、Ｚ軸スピンドル５が工具着脱動作を行うと、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが開閉しながら係合突起１５のテーパ面１４に係合、離脱し、工具ホルダ２１に対して工具８が着脱されるから、工具の着脱をＺ軸スピンドル５の工具着脱動作によって自動的に行うことができる。
【００２９】
この際、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂの開閉を一対のアーム３３Ａ，３３Ｂの回動によって行うようにしたから、構造を簡単化できる。しかも、同一寸法の係合突起１５のテーパ面１４に対しては、工具ホルダ２１の底壁の板厚ｔとコロ２５Ａ，２５Ｂの直径ｄの２つの要素のみでコロ２５Ａ，２５Ｂの接触位置（高さ位置）が決まるので、コロ２５Ａ，２５Ｂを開閉するためのアーム３３Ａ，３３Ｂにはコロ２５Ａ，２５Ｂとの間に適当な遊びを持たせてあれば運動精度は不要である。よって。この点からも作りやすい利点がある。
【００３０】
また、ラック４１には、工具８をその軸線に対して直交する方向へスライド自在に保持する工具保持部４５と、工具ホルダ２１に対して工具８を装着する際において、Ｚ軸スピンドル５がその軸線方向へ移動したとき一対のアーム３３Ａ，３３Ｂの外端部に当接しながら一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが開く方向へ一対のアーム３３Ａ，３３Ｂを回動させる第１のカム部４７と、Ｚ軸スピンドル５がその軸線に対して直角方向へ移動したとき一対のアーム３３Ａ，３３Ｂの外端部に当接しながら一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが閉じる方向へ一対のアーム３３Ａ，３３Ｂを回動させる第２のカム部４８とを設けたので、工具ホルダ２１に対して工具８を装着するにも、Ｚ軸スピンドル５をその軸線方向へ移動させたのち、その軸線に対して直角方向へ移動させるだけでよく、また、工具ホルダ２１から工具８を離脱するにも、Ｚ軸スピンドル５を上記とは逆に移動させるだけでよいから、工具ホルダ２１に対する工具８の着脱を簡易にかつ迅速に行うことができる。しかも、各アーム３３Ａ，３３Ｂの外端部にはベアリング３６Ａ，３６Ｂを取り付けたので、第１、第２のカム部４７，４８との摩耗を低減できる。
【００３１】
なお、第１の実施の形態において、付勢手段としては、図４に示すような引張コイルばね３７を用いてもよい。
【００３２】
〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態を図５〜図７に示す。なお、これらの図の説明にあたって、第１の実施の形態と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
本実施の形態にかかる工具着脱装置においては、図５〜図７に示すように、前記係合突起１５および位置決めピン１６Ａ，１６Ｂが前記工具ホルダ２１側に設けられているとともに、前記係合穴２３、位置決め孔２４Ａ，２４Ｂおよび一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが前記工具８側にそれぞれ設けられている。
【００３３】
また、本実施の形態にかかる開閉機構３１Ｂは、前記工具８側にスライド自在に設けられ前記一対のコロ２５Ａ，２５Ｂを保持した一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂと、前記一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが閉じる方向へ前記一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂを付勢するコイルばねからなる付勢手段５５Ａ，５５Ｂと、前記工具８を保持しかつ前記Ｚ軸スピンドル５の工具着脱動作と協働して前記一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが開閉する方向へ前記一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂをスライドさせながら前記工具ホルダ２１に対して工具８を着脱させる治具としてのラック６１とを含んで構成されている。
【００３４】
前記一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂは、前記工具８の上端面側に設けられたベースプレート５１とカバプーレート５２との間にＺ軸スピンドル５の軸線に対して直交する方向へかつ互いに接近、離間する方向へスライド自在に設けられているとともに、外端部が前記工具８の外側に露出されている。各スライダ５３Ａ，５３Ｂの内端部には、前記一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが保持されている。従って、一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂが接近すると一対のコロ２５Ａ，２５Ｂは離間し、逆に、一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂが離間すると一対のコロ２５Ａ，２５Ｂは接近するようになっている。
前記付勢手段５５Ａ，５５Ｂは、一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂの間に設けられ、これらが互いに離れる方向へ付勢している。
【００３５】
前記ラック６１は、前記工具８の一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂを挟持しかつ一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが開く方向へ前記一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂを付勢する第１の溝部６２と、この第１の溝部６２からテーパ状に拡開しその第１の溝部６２から前記Ｚ軸スピンドル５がその軸線に対して直角方向へ移動したとき前記一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが閉じる方向へ前記一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂを付勢手段５５Ａ，５５Ｂの付勢力によりスライドさせる第２の溝部６３とを備えている。
【００３６】
いま、図５において、工具ホルダ２１に工具８が取り付けられているものとする。この状態において、Ｚ軸スピンドル５がＹ軸方向に沿ってＹ1 方向へ移動すると、工具８の一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂがラック６１の第２の溝部６３から第１の溝部６２内に挿入されていく。すると、一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂが付勢手段５５Ａ，５５Ｂの付勢力に抗して互いに接近する方向へ移動される結果、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが開かれ、係合突起１５のテーパ面１４から外れる。続いて、Ｚ軸スピンドル５がＺ軸方向に沿ってＺ1 方向へ上昇すると、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが係合突起１５のテーパ面１４から外れているから、工具８から工具ホルダ２１が外れる。
【００３７】
一方、工具ホルダ２１に新たな工具８を装着するには、ラック６１に保持された工具８の真上にＺ軸スピンドル５を位置させたのち、Ｚ軸スピンドル５をＺ軸方向に沿ってＺ2 方向へ下降させる。すると、位置決め孔２４Ａ，２４Ｂと一対の位置決めピン１６Ａ，１６Ｂとが係合するとともに、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂの間に係合突起１５が挿入された状態となる。この状態から、Ｚ軸スピンドル５をＹ軸方向に沿ってＹ2 方向へ移動させると、工具８の一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂがラック６１の第１の溝部６２から第２の溝部６２へ向かうに従って、一対のスライダ５３Ａ，５３Ｂが付勢手段５５Ａ，５５Ｂの付勢力によって互いに離間する方向へ移動される結果、一対のコロ２５Ａ，２５Ｂが閉じられ、係合突起１５のテーパ面１４に係合した状態で工具ホルダ２１に工具８が装着される。
【００３８】
第２の実施の形態によれば、工具ホルダ２１に対して工具８を装着するにも、Ｚ軸スピンドル５をその軸線方向へ移動させたのち、その軸線に対して直角方向へ移動させるだけで、工具ホルダ２１に対して工具８を装着することができるから、工具ホルダ２１に対する工具８の装着を簡易にかつ迅速に行うことができる。また、工具ホルダ２１から工具８を離脱するにも、Ｚ軸スピンドル５を上記とは逆に移動させればよいから、工具ホルダ２１からの工具８の離脱も簡易にかつ迅速に行うことができる。
【００３９】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、この実施形態に限られるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。
開閉機構３１Ａ，３１Ｂについては、上記各実施の形態で挙げた構成に限らず、Ｚ軸スピンドル５（主軸）の工具着脱動作と協働して一対のコロ２５Ａ，２５Ｂを開閉できる機構であれば、いずれでもよい。
また、上述した各実施の形態では、三次元測定機については説明したが、本発明は三次元測定機に限らず、工作機械やロボットなどの主軸に対して工具を着脱する装置に適用できる。また、主軸に対して新たな工具に交換する場合に限らず、同一工具を着脱する場合にも適用できる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の工具着脱装置によれば、簡易な構造で工具を確実に着脱でき、しかも、使用環境に制約されることがないうえ、使用時において工具の脱落の危険性が少ない、という効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる三次元測定機を示す斜視図である。
【図２】同上実施の形態における工具着脱装置を示す分解斜視図である。
【図３】同上実施の形態における工具ホルダを示す断面図である。
【図４】同上実施の形態の変形例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態にかかる工具着脱装置を示す分解斜視図である。
【図６】同上実施の形態における工具ホルダおよび工具を示す分解斜視図である。
【図７】同上実施の形態における工具ホルダおよび工具を示す断面図である。
【符号の説明】
５ Ｚ軸スピンドル（主軸）
８ 工具
１２ 締結面
１４ テーパ面
１５ 係合突起
２１ 工具ホルダ
２２ 締結面
２３ 係合穴
２５Ａ，２５Ｂ コロ
３１Ａ，３１Ｂ 開閉機構
３３Ａ，３３Ｂ アーム
３７Ａ，３７Ｂ，３７ 付勢手段
４１ ラック（治具）
４５ 工具保持部
４６ カム
４７ 第１のカム部
４８ 第２のカム部
５３Ａ，５３Ｂ スライダ
５５Ａ，５５Ｂ 付勢手段
６１ ラック（治具）
６２ 第１の溝部
６３ 第２の溝部
Claims (2)
- 互いに直交する３軸方向へ移動可能に設けられた主軸に工具ホルダを取り付け、この工具ホルダに対して工具を着脱する工具着脱装置であって、
前記工具ホルダおよび工具にそれぞれ形成され前記主軸の軸線方向に互いに係合、当接する一対の締結面と、
この一対の締結面のうちのいずれか一方に突出形成されその締結面側にテーパ面を有する係合突起と、
前記他方の締結面に形成され前記係合突起が挿入可能な係合穴と、
この係合穴内に開閉自在に設けられ閉塞時に前記係合突起のテーパ面に係合しながら一方の締結面を他方の締結面に付勢する一対のコロと、
この一対のコロを常時閉じる方向へ付勢するとともに前記主軸の工具着脱動作と協働して前記一対のコロを開閉する開閉機構とを備え、
前記開閉機構は、前記工具ホルダ内に回動自在に設けられかつ内端部に前記コロを保持するとともに外端部が前記工具ホルダから外部に突出された一対のアームと、前記一対のコロが閉じる方向へ前記一対のアームを回動付勢する付勢手段と、前記工具を保持しかつ前記アームの外端部が摺接するカムを含んで構成され、前記主軸の工具着脱動作と協働して前記一対のコロが開閉する方向へ前記一対のアームを回動させながら前記工具ホルダに対して工具を着脱させる治具とを備え、前記アームの回動支点から前記コロまでの距離よりも前記アームの回動支点から前記カムに摺接するアームの外端部までの距離が長く形成されていることを特徴とする工具着脱装置。 - 請求項１に記載の工具着脱装置において、前記治具は、前記工具をその軸線に対して直交する方向へスライド自在に保持する工具保持部と、前記カムとを有し、前記カムは、工具ホルダに対して工具を装着する際において、前記主軸がその軸線方向へ移動したとき前記一対のアームの外端部に当接しながら前記一対のコロが開く方向へ前記一対のアームを回動させる第１のカム部と、前記主軸がその軸線に対して直角方向へ移動したとき前記一対のアームの外端部に当接しながら前記一対のコロが閉じる方向へ前記一対のアームを前記付勢手段の付勢力により回動させる第２のカム部とを備えていることを特徴とする工具着脱装置。
Priority Applications (1)
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| JP29265795A JP3693720B2 (ja) | 1995-11-10 | 1995-11-10 | 工具着脱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP29265795A JP3693720B2 (ja) | 1995-11-10 | 1995-11-10 | 工具着脱装置 |
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