JP4962070B2 - 工具交換装置 - Google Patents

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、ワークに対して、「ネジ切り」、「孔開け」、「座ぐり」等の多種に渡る加工等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工具を予め所定の収納箇所に多数収納し、所望の工具を適時選択して、加工が終了した工具と自動的に交換できる工具交換装置（ＡＴＣ）が付設されているのが一般的である。工具交換装置は種々の形式のものが提案されており、例えば、主軸ヘッドを垂直方向（Ｚ軸方向）に移動させ、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８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マガジンベース２０２を備え、該マガジンベース２０２の外周には、支持軸２０１を中心とする円周方向に所要の中心角で複数の支点台２５１が固定されている。そして、これら各支点台２５１に対して、枢支軸２５２を介してグリップアーム２５０が揺動自在に枢支されている。さらに、グリップアーム２５０を軸支する枢支軸２５２の近傍には、主軸ヘッド（図示外）側に向かってカムフォロア２５３が回転自在に軸支され、そのカムフォロア２５３が、主軸ヘッドの前面に設けられたカム体（図示外）の傾斜面に対して当接可能となっている。これにより、主軸ヘッドが昇降移動すると、グリップアーム２５０のカムフォロア２５３が主軸ヘッドに設けられたカム体の傾斜面を摺動するため、グリップアーム２５０の自由端に設けられた把持部２５５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揺動させることができる。

また、グリップアーム２５０の反自由端には、行止り孔２５６が穿設されている。この行止り孔２５６には、圧縮コイルバネ２５７とともに、鋼球２５８が弾力的に収納され、その鋼球２５８の一部が行止り孔２５６の開孔から突出されている。さらに、マガジンベース２０２におけるボス部２０２ａには、断面円弧状を呈する案内面２１１を外周に周設した鉄製のグリップ支持カラー２１０が外挿されている。そして、その案内面２１１に対してグリップアーム２５０の反自由端から突出する鋼球２５８が弾力的に当接している。さらに、その案内面２１１のマガジンベース２０２側にはノッチ溝２１２が周設され、割出待機状態にあるグリップアーム２５０は、その鋼球２５８をノッチ溝２１２に落着させることによって、グリップアーム２５０をその姿勢で安定保持させることができる。
特開平２−１５９３６号公報

しかしながら、図８に示す従来の工具交換装置２００では、マガジンベース２０２のボス部２０２ａには、鉄製のグリップ支持カラー２１０が外挿され、該グリップ支持カラー２１０はマガジンベース２０２とともに旋回するため、マガジンベース２０２ににかかる重量が重くなり、マガジンベース２０２を早く回転させることができないという問題点があった。

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、マガジンベースにかかる重量を軽くすることが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、前記主軸ヘッドを昇降可能に支持するコラムと、前記コラムに固定され、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、工具を把持する把持部を先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先端と後端との間を軸支し、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、前記グリップアームの前記後端を、前記マガジン本体と前記主軸ヘッドとの間でガイドするガイド部材を備え、前記ガイド部材は、前記支持部材に固定されていることを特徴とする。

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、回転割り出しされ且つ前記主軸に最も近接する前記グリップアームの前記後端に相対する位置にのみ配置されていることを特徴とする。

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、前記ガイド部材によってガイドされた前記グリップアームの前記後端を保持することによって、前記把持部が前記近接位置に移動した状態で前記グリップアームの姿勢を保持する保持部材を備えていることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明の工具交換装置は、請求項３に記載の発明の構成に加え、前記保持部材は板バネであって、前記把持部が前記近接位置に移動するように、前記グリップアームの前記後端を押圧する押圧部を備えていることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明の工具交換装置は、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の構成に加え、前記グリップアームの前記後端には、前記ガイド部材のガイド面を転動するローラが設けられていることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明の工具交換装置置は、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の構成に加え、前記マガジン本体を覆うカバーと、前記カバーの内側に設けられ、前記マガジン本体を回転駆動させるモータとを備えていることを特徴とする。

また、請求項７に係る発明の工具交換装置は、請求項６に記載の発明の構成に加え、前記モータにはエンコーダが固定され、当該エンコーダは前記カバーの内側に配置されてい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、グリップアームの後端がガイド部材によってマガジン本体と主軸ヘッドとの間をガイドされるので、グリップアームの先端の把持部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を確実に往復移動させることができる。そして、ガイド部材は支持部材に固定されているので、マガジン本体にガイド部材の重量がかからない。よって、マガジン本体に負荷がかかならないので、マガジン本体をより早く回転させることが可能になる。

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、ガイド部材は、回転割り出しされ且つ主軸に最も近接するグリップアームの後端に相対する位置にのみに配置されているので、ガイド部材をより小さく設計することができる。これにより、ガイド部材にかかるコストを削減できるとともに、マガジン本体周囲の構成を簡素化することができる。

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、ガイド部材によってガイドされたグリップアームの後端を保持部材によって保持できるので、把持部を近接位置に移動させた状態でグリップアームの姿勢を保持することができる。

また、請求項４に係る発明の工具交換装置では、請求項３に記載の発明の効果に加え、板バネである保持部材の押圧部によって、把持部が近接位置に移動するようにグリップアームの後端が押圧される。これにより、把持部を近接位置に移動させた状態でグリップアームの姿勢を保持することができる。

また、請求項５に係る発明の工具交換装置では、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の効果に加え、グリップアームの後端には、ガイド部材のガイド面を転動するローラが設けられているので、ガイド面を摺動することによって生じる摩擦を軽減することができる。

また、請求項６に係る発明の工具交換装置では、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の効果に加え、マガジン本体を覆うカバーの内側に、マガジン本体を回転駆動させるモータが設けられているので、工作機械の主軸周囲等から飛散する切粉や切削液の飛沫がモータに付着することを防止できる。

また、請求項７に係る発明の工具交換装置では、請求項６に記載の発明の効果に加え、モータにはエンコーダが固定されているので、マガジン本体の回転角度のフィードバック制御が可能となる。さらに、そのエンコーダもカバーの内側に配置されているので、工作機械の主軸周囲等から飛散する切粉や切削液の飛沫がエンコーダに付着することを防止できる。

以下、本発明の第１実施形態である工具交換装置２について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、工作機械１及び工具交換装置２の要部を示す縦断面図であり、図２は、グリップアーム６０、保持リング５５、ガイド部材７０、可動カム２８及び固定カム２９の相互の位置関係を示す斜視図である。なお、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。

第１実施形態の工具交換装置２は、工作機械１の主軸３０に装着された工具５を、グリップアーム６０の揺動によって他の工具に自動的に交換する装置である。そして、この工具交換装置２では、グリップアーム６０の後端側をガイドするガイド部材７０が、工作機械１のコラム１０側に固定されている点が特徴である。

はじめに、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、基台となるベース（図示外）の上部後方に立設された柱状のコラム１０と、該コラム１０の前面に沿って昇降可能に支持された主軸ヘッド２４と、該主軸ヘッド２４の前方下部の内側に回転可能に支持され、工具５を保持する工具ホルダ７が着脱可能に装着される主軸３０と、主軸ヘッド２４の前側に配設され、主軸３０に装着された工具ホルダ７を他の工具を保持する工具ホルダに自動的に交換する工具交換装置２とを主体に構成されている。

また、コラム１０の左右両側面には、主軸ヘッド２４を内側に挟むようにして前方に延びるフレーム１８（図１では、一枚のフレーム１８のみ図示）が各々設けられている。そして、それら一対のフレーム１８の前端部には、マガジン支持台３７が固定され、該マガジン支持台３７に対して、工具交換装置２のマガジンベース４１が支持されている。さらに、そのマガジン支持台３７の上部には、工作機械１の前側に向かって斜め前方に延設され、マガジンベース４１を覆って保護するための断面略Ｌ字型のマガジンカバー１９が固定されている。このマガジンカバー１９は、主軸３０の周囲から飛散する切粉、切削液の飛沫がマガジンベース４１に付着するのを防止するものである。なお、図１に示すフレーム１８、マガジン支持台３７が本発明の「支持部材」に相当する。

そして、主軸ヘッド２４の上部には、主軸３０を回転させるためのサーボモータ２２が固定されている。また、ベース上にはテーブル（図示外）が設置されている。そして、そのテーブル上に固定されたワーク（被加工物）に対して、主軸ヘッド２４が昇降し、主軸３０が高速回転することによって所望の切削加工がなされる。

次に、主軸ヘッド２４の昇降機構について説明する。図１に示すように、コラム１０の前面には、上下方向に延設されたボールねじ１２が上側軸受部１４と、下側軸受部１５とによって回転可能に支持されている。そして、主軸ヘッド２４の背面に固定されたナット１３に対して、そのボールねじ１２がねじ込まれて挿通している。さらに、ボールねじ１２の上端部は、上側軸受部１４の上部に固定されたサーボモータ（図示外）の駆動軸に対してカップリング（図示外）を介して連結されている。よって、ボールねじ１２は、サーボモータの駆動によって正逆両方向に回転される。そして、ボールねじ１２が正逆方向に回転すると、そのボールねじ１２に螺合するナット１３が昇降し、該ナット１３に連結する主軸ヘッド２４が昇降移動するようになっている。

次に、主軸ヘッド２４の内部構造について説明する。図１に示すように、主軸ヘッド２４の前方下部の内側には、上下方向に回転軸を有する主軸３０が回転可能に支持されている。この主軸３０は、主軸ヘッド２４の上部に固定されたサーボモータ２２の駆動軸に対してカップリング２３を介して連結されている。よって、主軸３０はサーボモータ２２の回転駆動によって回転する。さらに、主軸３０の先端部（下端部）には、工具ホルダ７のテーパ装着部７ａを装着するためのテーパ穴３１が設けられている。このテーパ穴３１にテーパ装着部７ａが装着されると、テーパ装着部７ａから上方に突出するプルスタッド７ｂが、主軸３０の内部に設けられホルダ挟持部材３２により挟持される。そして、このホルダ挟持部材３２が、主軸３０の中心を通る孔の中に同軸上に挿通して配置されたドローバー３４によって下方に押圧されると、ホルダ挟持部材３２によるプルスタッド７ｂの挟持が解除されるようになっている。

また、主軸ヘッド２４の後方上部の内側には、右側面視略Ｌ字型のクランクレバー２０が支軸２１を介して揺動自在に軸支されている。このクランクレバー２０は、垂直方向に延びる垂直レバー２０ｂと、該垂直レバー２０ｂの下端部から前方に向かって略水平に延びる水平レバー２０ａとから構成されている。そして、水平レバー２０ａの先端部は、ドローバー３４に直交して突設されたピン３５に対して係合可能となっている。また、垂直レバー２０ｂの背面上部には板カム体３６が固定され、その板カム体３６は、上側軸受部１４に固定されたカムフォロア１７と接離可能となっている。さらに、垂直レバー２０ｂと主軸ヘッド２４との間には、引張コイルバネ（図示外）が弾力的に介装されている。よって、クランクレバー２０を右側面から見た場合、クランクレバー２０は時計回りに常時付勢されているので、水平レバー２０ａによるピン３５に対する押圧は常時解除されている。

例えば、主軸３０のテーパ穴３１に、工具ホルダ７のテーパ装着部７ａが装着された状態において、主軸ヘッド２４が上昇すると、クランクレバー２０に設けた板カム体３６がカムフォロア１７に摺動する。この場合、クランクレバー２０は、右側面から見た場合に、支軸２１を中心に反時計回りに回転する。すると、水平レバー２０ａはピン３５に係合しつつ下方に押圧するので、ドローバー３４を介してホルダ挟持部材３２が付勢される。よって、ホルダ挟持部材３２によるプルスタッド７ｂの挟持が解除される。このようにして、工具５を保持する工具ホルダ７が主軸３０に対して着脱可能に装着される。

次に、本発明に係る工具交換装置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、鍔付き円筒状のマガジンベース４１と、該マガジンベース４１の鍔部４２の裏面の外周に沿って揺動可能に列設された複数のグリップアーム６０（図１では、上下２本のグリップアーム６０のみ図示）とを主体に構成されている。そして、フレーム１８に固定されたマガジン支持台３７には、工作機械１の前側に向かって斜め下方に延びる支持軸４５が軸受４６によって回転可能に支持され、その支持軸４５に対してマガジンベース４１が外挿されている。これにより、マガジンベース４１は、工作機械１の前方に、円形状の鍔部４２の正面を向けて配置され、回転可能に支持された状態となっている

次に、マガジンベース４１について説明する。図１に示すように、マガジンベース４１は、支持軸４５が内挿される筒状のボス部４３と、該ボス部４３の外周面の前端側に鍔状に設けられた鍔部４２とを主体に構成されている。そして、鍔部４２の主軸ヘッド２４の前面に対向する裏面には、グリップアーム６０の後端側を保持するための保持リング５５がボス部４３の外周を取り囲むように周設されている。この保持リング５５の径方向外側に対向する外周面には、グリップアーム６０の後述する当接部６４から突出する鋼球６８の一部が落着するためのノッチ溝５５ａ（図２参照）が設けられている。そして、このような保持リング５５は、マガジンベース４１とともに回転する。また、ボス部４３の後端部には、支持軸４５を中心とする割出円板４７が外挿して固定されている。さらに、割出円板４７の背面側（主軸ヘッド２４に対向する面）には、ローラ形状のカムフォロア（図示外）が複数のグリップアーム６０の配設位置に対応して各々設けられている。

また、マガジン支持台３７の上部にはケーシング５１が固定され、そのケーシング５１の上部にはマガジンベース４１の回転割出用のサーボモータ５０が固定されている。そして、ケーシング５１の内側では、サーボモータ５０の回転軸に対して、複数のギヤ（図示外）とカム（図示外）とからなる回転割出機構の一部が連結されている。さらに、その回転割出機構のカムに形成されたカム溝（図示外）に対して、割出円板４７の複数のカムフォロアが順次嵌合している。これにより、割出円板４７は間欠的な割出回転をすることができる。なお、図示しないが、サーボモータ５０にはエンコーダが固定され、該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。よって、工作機械１では、エンコーダの出力信号に基づいて、サーボモータ５０のフィードバック制御を行うことができる。

ところで、マガジンベース４１の背面側には、マガジン支持台３７から下方に延設された支持板５２が配置されている。そして、その支持板５２の下端部には、回転割り出しされ、且つ主軸３０に最も近接するグリップアーム６０の後端側に相対するように、本発明の特徴であるガイド部材７０が連結されている。このガイド部材７０は、グリップアーム６０の後端側（後述する当接部６４）を主軸ヘッド２４とマガジンベース４１との間でガイドすることによって、グリップアーム６０の揺動動作を安定させるものである。そして、このガイド部材７０は、図８に示す従来の工具交換装置２００のグリップ支持カラー２１０に相当するものである。

次に、ガイド部材７０の構造について詳細に説明する。図２に示すように、平面視Ｔ型のガイド部材７０は、支持板５２の下端部に沿って略水平に連結された板状の連結部７１と、該連結部７１のマガジンベース４１の鍔部４２の裏面に対向する側面の中央から、マガジンベース４１の鍔部４２側に向かって延設された板状のガイド部７２とから構成されている。さらに、そのガイド部７２におけるグリップアーム６０の後端側に対向する面には、側面視円弧状に形成されたガイド面７２ａが設けられている。このガイド面７２ａには、グリップアーム６０の後述する当接部６４から突出する鋼球６８の一部が弾力的に当接するようになっている。

そして、このような構造からなるガイド部材７０は、マガジン支持台３７に固定された支持板５２に支持されている。よって、マガジンベース４１に対してガイド部材７０の重量の負荷がかからない。つまり、マガジンベース４１を回転可能に支持する支持軸４５に対して、ガイド部材７０の重量の負荷がかからないので、マガジンベース４１をより早く回転させることができる。さらに、ガイド部材７０は、マガジンベース４１の最下端に回転割り出しされたグリップアーム６０の後端側（後述する当接部６４）に相対する位置にのみ設けられているので、図８に示す従来のグリップ支持カラー２１０に比べ、ガイド部材７０をコンパクトに設計することができる。これにより、マガジンベース４１のボス部４３の周囲の構造を簡素化できるので、部品の交換や、メンテナンス等を容易にすることができる。

また、支持板５２に支持されたガイド部材７０において、ガイド部７２の先端部の近傍には、マガジンベース４１の鍔部４２の裏面に固定された保持リング５５が隣接している。そして、ガイド部７２のガイド面７２ａと、保持リング５５のノッチ溝５５ａ（図２参照）とが互いに連続した形状になっている。よって、グリップアーム６０の当接部６４を、ガイド部材７０のガイド面７２ａに摺動させてガイドするとともに、当接部６４から突出する鋼球６８を、保持リング５５のノッチ溝５５ａに落着させることができる。

次に、グリップアーム６０の構造について説明する。図１に示すように、グリップアーム６０は、マガジンベース４１の鍔部４２の裏面の外周側であって、所要の中心角で周方向に複数本（例えば、１４本）固定されている。図２に示すように、グリップアーム６０は、マガジンベース４１の鍔部４２の裏面の外周側に固定される支点台６２を揺動動作の支点とする。グリップアーム６０は、その支点台６２に設けられた枢支軸６７を介して軸支され、山成りに折れ曲がった棒状のアーム本体６１と、該アーム本体６１の自由端となる先端側に設けられ、工具ホルダ７を把持するＹ字形状の把持部６３と、アーム本体６１の反自由端に設けられ、圧縮コイルバネ（図示外）を収納して鋼球６８を弾力的に支持する筒状の当接部６４と、アーム本体６１の枢支軸６７に軸支される部分から主軸ヘッド２４側に突出して設けられ、カムフォロア６６を回転自在に支持するカムフォロア支持部６５とを主体に構成されている。

支点台６２は、側面視略Ｌ字状に形成され、板状の固定部６２ａと、該固定部６２ａの一端部から斜めに延設され、枢支軸６７を支持する軸支部６２ｂとから構成されている。固定部６２ａには、固定部６２ａの厚み方向に貫通する固定穴（図示外）が設けられ、マガジンベース４１の鍔部４２の外周に列設された固定穴（図示外）に対応している。よって、固定部６２ａの固定穴を、鍔部４２の外周に列設された固定穴に合わせ、ボルトで固定することによって、支点台６２がマガジンベース４１に固定されるので、グリップアーム６０全体をマガジンベース４１に固定することができる。

把持部６３は、図１に示す工具ホルダ７の外径部に周設された溝部（図示外）を挟持するための非開閉式の２股部６９と、該２股部６９の内端部に設けられ、圧縮コイルバネ（図示外）によって弾力的に後退可能に収納される一対の支持ピン７６（図２では、片方の支持ピン７６のみ図示）とで構成されている。さらに、２股部６９の両側に分かれる各端部の外側には、支持ピン７６の中心を回転中心とするカムフォロア７５が各々設けられている。このカムフォロア７５は、主軸ヘッド２４の先端部（下端部）に設けられた固定カム２９のカム面２９ａに沿って摺動することによって、把持部６３を主軸３０に装着された工具ホルダ７の溝部に正確にガイドするためのものである。そして、ガイドされた把持部６３の２股部６９が工具ホルダ７の溝部に位置合わせされると、一対の支持ピン７６がその溝部に挿通して当接し、圧縮コイルバネを押し戻しながら後退することによって、工具ホルダ７が把持部６３に把持される。

カムフォロア６６は、図１に示す主軸ヘッド２４の前面に固定された可動カム２８のカム面２８ａに摺動する。この可動カム２８は、主軸ヘッド２４の前面に支軸２５によって軸支されている。さらに、可動カム２８と主軸ヘッド２４との間には、圧縮コイルバネ（図示外）が配設されているので、可動カム２８は弾力的に浮いた状態で支持されている。よって、カムフォロア６６が可動カム２８のカム面２８ａを摺動すると、アーム本体６１が枢支軸６７を中心に揺動し、カムフォロア７５が主軸ヘッド２４の先端部に設けられた固定カム２９のカム面２９ａに向かって弾力的に押圧されるようになっている。

当接部６４は、図８に示す従来の構造と同じである。当接部６４は、筒状に形成され、その内側の行止り孔（図示外）には、圧縮コイルバネ（図示外）と、該圧縮コイルバネに緩衝部材（図示外）を介して付勢される鋼球６８とが収納されている。そして、その鋼球６８の一部は行止り孔の開孔から突出し、上記したガイド部材７０のガイド面７２ａに弾力的に当接している。さらに、その当接部６４から突出する鋼球６８が、ガイド面７２ａに沿って摺動してガイドされることによって、グリップアーム６０の揺動を安定して行うことができる。さらに、当接部６４は、ガイド面７２ａにおけるマガジンベース４１側にガイドされると、そのガイド面７２ａから外れて、マガジンベース４１に固定された保持リング５５のノッチ溝５５ａに落着する。これにより、割出位置にあるグリップアーム６０の把持部６３を、主軸３０の近接位置に移動させた状態で、グリップアーム６０の姿勢を安定保持させることができる。また、割出待機位置にあるグリップアーム６０の把持部６３を、主軸ヘッド２４側に移動させた状態で、グリップアーム６０の姿勢を安定保持させることができる。

次に、上記構成からなるグリップアーム６０の揺動動作について、図２を参照して説明する。図１に示す主軸ヘッド２４を上下方向に往復移動させると、マガジンベース４１の最下端に回転割り出しされて主軸３０に最も近接する位置のグリップアーム６０のカムフォロア７５が、固定カム２９のカム面２９ａに当接し、カムフォロア６６が可動カム２８のカム面２８ａに当接する。そして、これらカムフォロア７５及びカムフォロア６６が各カム面２９ａ、２８ａに沿ってそれぞれ摺動すると、グリップアーム６０の当接部６４から突出する鋼球６８が保持リング５５のノッチ溝５５ａから離脱し、ガイド部材７０の円弧状のガイド面７２ａに沿って摺動する。つまり、マガジンベース４１の最下端に回転割り出しされたグリップアーム６０のみが枢支軸６７を中心にマガジンベース４１の前後方向に揺動可能となる。一方、割り出し待機状態にある他のグリップアーム６０では、それぞれの当接部６４の鋼球６８が保持リング５５のノッチ溝５５ａに落着している。そのため、グリップアーム６０は揺動することなく、その姿勢が保持される。このように、回転割り出しされたグリップアーム６０のカムフォロア７５，６６のみが、固定カム２９及び可動カム２８に当接して摺動可能となるので、回転割り出しされたグリップアーム６０のみが揺動可能となる。そして、その他の割出待機状態にあるグリップアーム６０は、把持部６３が主軸ヘッド２４から離れた位置でその姿勢が保持される。

以上説明したように、第１実施形態の工具交換装置２では、マガジンベース４１の最下端に回転割り出しされたグリップアーム６０の後端側（当接部６４）をガイドするガイド部材７０が、マガジンベース４１側ではなく、マガジン支持台３７に固定された支持板５２に連結されているので、マガジンベース４１に対してガイド部材７０の重量の負荷がかからない。つまり、マガジンベース４１を回転可能に支持する支持軸に対してガイド部材７０の重量の負荷がかからないので、マガジンベース４１をより早く回転させることが可能である。さらに、ガイド部材７０は、回転割り出しされたグリップアーム６０の当接部６４に相対する形状であるので、図８に示す従来のグリップ支持カラー２１０に比べて、ガイド部材７０をコンパクトに設計することができる。これにより、マガジンベース４１のボス部４３の周囲の構造を簡略化できるので、工具交換装置２の部品の交換や、メンテナンス等を容易にすることができる。

次に、第２実施形態の工具交換装置１２０について、図３乃至図７を参照して説明する。図３は、工作機械１と工具交換装置１２０の要部を示す縦断面図であり、図４は、グリップアーム８０、ガイド保持部材９０、可動カム２８及び固定カム２９の相互の位置関係を示す斜視図であり、図５は、グリップアーム８０の揺動を示す説明図（摺動ローラ８８が保持バネ１０４に保持された状態）であり、図６は、グリップアーム８０の揺動を示す説明図（摺動ローラ８８が第１ガイド面９２に当接した状態）であり、図７は、グリップアーム８０の揺動を示す説明図（摺動ローラ８８が第２ガイド面９３に押し込まれた状態）である。

第２実施形態の工具交換装置１２０は、第１実施形態の工具交換装置２の変形例である。この工具交換装置１２０では、第１実施形態のガイド部材７０に変えて、グリップアーム８０の後端側をガイドし、且つ主軸ヘッド２４側で保持可能なガイド保持部材９０を備えた点が特徴である。なお、工具交換装置１２０は、第１実施形態と同様に工作機械１に設けられるものであるため、工作機械１に関しては、図１に示す符号と同符号を付すとともに説明を省略する。

まず、工具交換装置１２０の構造について説明する。図３に示すように、工具交換装置１２０は、円盤状のマガジンベース１２１と、該マガジンベース１２１の裏面の外周に沿って揺動可能に列設された複数のグリップアーム８０（図３では、上下２本のグリップアーム８０のみ図示）とを主体に構成されている。そして、マガジンベース１２１の支持構造は、第１実施形態のマガジンベース４１の支持構造と異なっている。

マガジンベース１２１の支持構造について説明する。図３に示すように、コラム１０の左右両側面には、主軸ヘッド２４を内側に挟むようにして前方に延びるフレーム１１８（図３では、一枚のフレーム１１８のみ図示）が各々設けられ、それら一対のフレーム１１８の前端部には、マガジン支持台１３７が固定されている。そして、そのマガジン支持台１３７の内側には減速機１２２が設けられている。さらに、その減速機１２２の入力軸１２３は主軸ヘッド２４側に向かって斜め上方に突出し、出力軸１２４は主軸ヘッド２４の前側に向かって斜め下方に突出している。そして、その出力軸１２４の先端には、マガジンベース１２１の貫通する中央部が固定されている。一方、入力軸１２３の先端は、マガジン支持台３７の内側に固定された玉軸受部１２６に軸支されている。さらに、その入力軸１２３の玉軸受部１２６と減速機１２２との間には、ブレーキ歯車１２７がフランジ状に設けられている。つまり、ブレーキ歯車１２７を回転させると、入力軸１２３が回転するようになっている。

さらに、マガジン支持台１３７の内側にはサーボモータ１３０が固定されている。そして、そのサーボモータ１３０の駆動軸の先端には、ブレーキ歯車１２７よりも小さい歯車１２８が先端に設けられている。そして、その歯車１２８の外周と、ブレーキ歯車１２７の入力軸１２３に設けられたブレーキ歯車１２７の外周とが互いに噛合している。また、ブレーキ歯車１２７のマガジンベース１２１側に対向する側面には、位置決め用の凹部（図示外）が複数設けられている。そして、その最下方に位置する凹部に対して、マガジン支持台１３７の内側にバネ１２９によって弾力的に支持された鋼球１３５の一部が落着する。

例えば、サーボモータ１３０の駆動軸が回転すると、その駆動軸の回転トルクは、歯車１２８、ブレーキ歯車１２７を介して、減速機１２２の入力軸１２３に伝達される。さらに、その入力軸１２３に伝達された回転トルクは、所定の減速比で出力軸１２４の回転として出力される。そして、この出力軸１２４の回転に伴って、マガジンベース１２１が指定された数だけ回転し、ブレーキ歯車１２７の最下方に位置する凹部に対して、鋼球１３５の一部が落着することによって、ブレーキ歯車１２７の位置が決まり、所定の工具５が割出位置に移動される。また、ブレーキ歯車１２７の凹部に対して、鋼球１３５の一部が落着しているので、入力軸１２３にトルクが加わらなくても、ブレーキ歯車１２７が勝手に回転するのを防止することもできる。

ところで、サーボモータ１３０には、エンコーダ１３１が固定されている。そして、そのエンコーダ１３１は、工作機械１の制御装置（図示外）に接続されている。よって、制御装置では、エンコーダの信号に基づいて、サーボモータ１３０のフィードバック制御が可能となっている。そして、これらサーボモータ１３０及びエンコーダ１３１は、第１実施形態と異なり、マガジン支持台１３７の上部に固定されたマガジンカバー１１９の内側に配置されている。これにより、主軸３０周囲の加工領域から飛散する切粉や、切削液の飛沫が、サーボモータ１３０及びエンコーダ１３１に付着するのを防止することができる。

さらに、マガジン支持台１３７の主軸３０に最も近接する部分には、回転割り出しされたグリップアーム８０の後端側（後述する摺動ローラ８８）に相対するように、本発明の特徴である側面視Ｌ字型のガイド保持部材９０が軸支部９１（図４参照）を中心に軸支されている。このガイド保持部材９０は、グリップアーム８０の後端側に設けられた摺動ローラ８８（図４，図５参照）を、主軸ヘッド２４とマガジンベース４１との間でガイドするとともに、主軸ヘッド２４側でその位置を保持することができる。

次に、ガイド保持部材９０について詳細に説明する。図４，図５に示すように、ガイド保持部材９０は側面視Ｌ字型の部材である。そして、そのガイド保持部材９０のＬ字に折れ曲がった内側面には、直線状の第１ガイド面９２と、その第１ガイド面９２に連続し、折れ曲がり部分に沿って湾曲する第２ガイド面９３とが形成されている。さらに、ガイド保持部材９０の折れ曲がり部分には、マガジン支持台１３７に対して揺動可能に軸支するための軸支部９１が設けられている。また、ガイド保持部材９０の第１ガイド面９２の反対面であって、軸支部９１から離れる側の一端部には、当該反対面から第１ガイド面９２に向かって所定の深さだけ窪んだ凹部９４が設けられている。この凹部９４には、コイル状のバネ７８（図５参照）の一端部が埋め込まれ、その凹部９４の開孔から突出するバネ７８の他端部が、マガジン支持台１３７の外面に当接するようになっている。これにより、ガイド保持部材９０の軸支部９１から離れる側の一端部は、図５に示す右側面から見た場合に、バネ７８の付勢によって反時計回りの方向に常時付勢された状態となっている。

上記構造からなるガイド保持部材９０において、第１ガイド面９２に、グリップアーム８０の摺動ローラ８８が摺動することによって、グリップアーム８０の後端側が主軸ヘッド２４とマガジンベース１２１との間でガイドされる。さらに、摺動ローラ８８が第２ガイド面９３に摺動して押し込まれることによって、バネ７８の付勢によってガイド保持部材９０が、右側面から見た時の反時計回りに回転する。すると、摺動ローラ８８が第２ガイド面９３の面によって両側から挟持されるので、摺動ローラ８８を保持することができる。これにより、グリップアーム８０の後端側を主軸ヘッド２４側に移動させた状態で、グリップアーム８０の姿勢を保持することができる。なお、ガイド保持部材９０によるグリップアーム８０の姿勢保持については後述する。

次に、グリップアーム８０の構造について説明する。図３に示すように、グリップアーム８０は、マガジンベース１２１の背面の外周側であって、所要の中心角で周方向に複数本（例えば、１４本）固定されている。図４に示すように、グリップアーム８０は、マガジンベース１２１の裏面の外周側に固定される支点台１００を揺動動作の支点とする。グリップアーム８０は、その支点台１００に設けられた枢支軸８７を介して軸支され、山成りに折れ曲がった棒状のアーム本体８１と、該アーム本体８１の自由端となる先端側に設けられ、図１に示す工具ホルダ７を把持するＹ字形状の把持部８３と、アーム本体８１の反自由端に設けられ、摺動ローラ８８を軸支するローラ支持部８４と、アーム本体８１の枢支軸８７に軸支される部分から主軸ヘッド２４側（図３参照）に突出して設けられ、カムフォロア８６を回転自在に支持するカムフォロア支持部８５とを主体に構成されている。そして、このアーム本体８１の外側面には、切粉の衝突を防ぐための金属板である鎧カバー９７が固定されている。

支点台１００は、第１実施形態の支点台６２とは異なり、断面コの字型に構成されている。図４に示すように、支点台１００は、マガジンベース１２１の裏面の外周にビス等によって固定される固定板１０１と、該固定板１０１の左右両端部から、固定板１０１の内側面に対して直角に各々延設された右側支持板１０２、及び左側支持板１０３とを主体に構成されている。

そして、右側支持板１０２と左側支持板１０３との間には枢支軸８７が渡設され、該枢支軸８７を中心にアーム本体８１が軸支されている。これにより、グリップアーム８０が揺動可能となっている。さらに、固定板１０１の上端部の中央には、揺動するグリップアーム８０の摺動ローラ８８を保持するための板バネである保持バネ１０４が設けられている。この保持バネ１０４は、固定板１０１の上端部の中央から上方に延設された短冊板状の第１保持部１０５と、該第１保持部１０５の先端部から略直角に折り曲げられた第２保持部１０６と、該第２保持部１０６の先端部から斜め上方に延設された第３保持部１０７とから構成されている。この保持バネ１０４は、第１実施形態の保持リング５５と同じ機能を有するものである。

例えば、このような保持バネ１０４の内側に、グリップアーム８０の摺動ローラ８８が押し込まれると、第２保持部１０６と第３保持部１０７とが接する角部が摺動ローラ８８の外周面に当接する。このとき、摺動ローラ８８は、保持バネ１０４の角部によって保持バネ１０４の内側に付勢される。これにより、グリップアーム８０の把持部８３を主軸３０に移動させた状態で、グリップアーム８０の姿勢を安定保持させることができる。なお、図４に示す第２保持部１０６と第３保持部１０７とが接する角部が本発明の「押圧部」に相当する。

把持部８３は、第１実施形態のグリップアーム６０の把持部６３と同じ構造である。把持部８３は、非開閉式の２股部８９と、該２股部８９の内端部に設けられ、圧縮コイルバネ（図示外）によって弾力的に後退可能に収納される一対の支持ピン９６（図２では、片方の支持ピン９６のみ図示）とで構成されている。さらに、２股部８９の両側に分かれる各端部の外側には、支持ピン９６の中心を回転中心とするカムフォロア９５が各々設けられている。このカムフォロア９５は、主軸ヘッド２４の先端部（下端部）に設けられた固定カム２９のカム面２９ａに沿って摺動することによって、把持部６３を主軸３０に装着された工具ホルダ７の溝部に正確にガイドするためのものである。そして、ガイドされた把持部８３の２股部８９が工具ホルダ７の溝部に位置合わせされると、一対の支持ピン９６がその溝部に挿通して当接し、圧縮コイルバネを押し戻しながら後退することによって、工具ホルダ７が把持部８３に把持される。

カムフォロア８６は、図３に示す主軸ヘッド２４の前面に固定された可動カム２８のカム面２８ａに摺動する。これにより、アーム本体８１が枢支軸８７を中心に揺動し、カムフォロア９５が主軸ヘッド２４の先端部に設けられた固定カム２９のカム面２９ａに向かって弾力的に押圧されるようになっている。

ローラ支持部８４は、２枚の支持板によって摺動ローラ８８を挟み込んで軸支する。そして、この摺動ローラ８８が、ガイド保持部材９０の第１ガイド面９２、第２ガイド面９３を摺動することによって、ローラ支持部８４が主軸ヘッド２４とマガジンベース１２１との間をガイドされる。これにより、グリップアーム８０の揺動を安定して行うことができる。また、ガイド保持部材９０の第１ガイド面９２、第２ガイド面９３に摺動ローラ８８を摺動させることによって、第１ガイド面９２、第２ガイド面９３との摩擦を少なくすることができる。なお、図４に示す摺動ローラ８８が本発明の「ローラ」に相当する。

次に、上記構成からなるグリップアーム８０の揺動動作について説明する。まず、図５に示すように、マガジンベース１２１の最下端に回転割り出しされて主軸３０に最も近接する位置に移動されたグリップアーム８０のカムフォロア９５が固定カム２９のカム面２９ａに当接し、カムフォロア８６が可動カム２８のカム面２８ａに当接する。そして、主軸ヘッド２４が上昇した場合、カムフォロア８６が可動カム２８のカム面２８ａによって主軸ヘッド２４から離れる方向に付勢される。すると、グリップアーム８０が、右側面から見た時の反時計回りに揺動し、カムフォロア９５が固定カム２９のカム面２９ａの奥側に沿って移動する。これに対し、摺動ローラ８８は保持バネ１０４の内側に押し込まれる。すると、摺動ローラ８８は、第２保持部１０６と第３保持部１０７との角部によって保持バネ１０４の内側に付勢されるので、摺動ローラ８８は、保持バネ１０４の内側に保持される。このようにして、割出位置にあるグリップアーム８０の把持部８３を主軸３０側に移動させ、グリップアーム８０の姿勢を安定保持させることができる。

次いで、主軸ヘッド２４が下降した場合、グリップアーム８０のカムフォロア９５は固定カム２９によって下方に付勢されつつ、カム面２９ａを手前側に摺動する。すると、グリップアーム８０が、右側面から見た時の時計回りに揺動し始める。そして、摺動ローラ８８が保持バネ１０４の内側から離脱するとともに、ガイド保持部材９０の第１ガイド面９２を主軸ヘッド２４側に向かって摺動する。ここで、図６に示すように、ガイド保持部材９０のマガジンベース１２１側の一端部はバネ７８によって付勢されているので、ガイド保持部材９０の第１ガイド面９２に摺動ローラ８８が当接すると、第１ガイド面９２が摺動ローラ８８によって上方に押し上げられる。よって、バネ７８はマガジン支持台１３７とガイド保持部材９０との間で圧縮されるので、ガイド保持部材９０が右側面から見た時の時計回りに少し回転する。

次いで、摺動ローラ８８が主軸ヘッド２４側に向かって第１ガイド面９２を摺動し、バネ７８に相当する位置を通過すると、摺動ローラ８８とバネ７８との相対距離が徐々に離れるため、ガイド保持部材９０が右側面から見た時の反時計回りに徐々に回転する。そして、図７に示すように、摺動ローラ８８が第２ガイド面９３に押し込まれると、バネ７８の付勢によってガイド保持部材９０がさらに右側面から見た時の反時計回りに回転する。すると、摺動ローラ８８の両側が第２ガイド面９３の面によって挟持されるので、摺動ローラ８８が保持される。これにより、把持部８３が主軸３０から離間する退避位置に移動した状態で、マガジンベース１２１の最下端に回転割り出しされたグリップアーム８０の姿勢を保持することができる。このように、ガイド保持部材９０は、グリップアーム８０の後端側をガイドするのみならず、把持部８３が主軸３０の退避位置に移動した状態で、グリップアーム８０の姿勢を保持することができる。

以上説明したように、第２実施形態の工具交換装置１２０では、第１実施形態のガイド部材７０と同様に、マガジンベース１２１の最下端に回転割り出しされたグリップアーム８０の後端側をガイドするガイド保持部材９０は、マガジンベース１２１側ではなく、マガジン支持台１３７に軸支されている。よって、第１実施形態と同様に、マガジンベース１２１に対してガイド保持部材９０の重量の負荷がかからない。つまり、マガジンベース１２１をより早く回転させることが可能である。さらに、ガイド保持部材９０は、回転割り出しされたグリップアーム８０の摺動ローラ８８に相対する形状であるので、図８に示す従来のグリップ支持カラー２１０に比べて、ガイド保持部材９０をコンパクトに設計することができる。これにより、マガジンベース１２１の周囲の構造を簡略化できるので、工具交換装置２の部品の交換や、メンテナンス等を容易にすることができる。また、マガジンベース１２１の周囲の構造が簡略化されたことによって生じた空間に、サーボモータ１３０及びエンコーダ１３１を配置することができる。これにより、サーボモータ１３０及びエンコーダ１３１を、マガジンカバー１１９の内側に配置することができるので、切粉や、切削液の飛沫がサーボモータ１３０及びエンコーダ１３１に付着することを防止することができる。

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。第１実施形態では、サーボモータ５０は、マガジンカバー１９の外側に配置されているが、第２実施形態のように、マガジンカバー１９の内側に配置してもよい。

また、第１実施形態では、ガイド部材７０は、支持板５２を介してマガジン支持台３７に固定されているが、マガジン支持台３７に直接固定してもよい。

本発明の工具交換装置は、マガジンベース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及び工具交換装置２の要部を示す縦断面図である。 グリップアーム６０、保持リング５５、ガイド部材７０、可動カム２８及び固定カム２９の相互の位置関係を示す斜視図である。 工作機械１と工具交換装置１２０の要部を示す縦断面図である。 グリップアーム８０、ガイド保持部材９０、可動カム２８及び固定カム２９の相互の位置関係を示す斜視図である。 グリップアーム８０の揺動を示す説明図（摺動ローラ８８が保持バネ１０４に保持された状態）である。 グリップアーム８０の揺動を示す説明図（摺動ローラ８８が第１ガイド面９２に当接した状態）である。 グリップアーム８０の揺動を示す説明図（摺動ローラ８８が第２ガイド面９３に押し込まれた状態）である。 従来の工具交換装置２００におけるグリップアーム２５０の支持構造を示した断面図である。

符号の説明

２ 工具交換装置
５ 工具
１８ フレーム
２４ 主軸ヘッド
３０ 主軸
３７ マガジン支持台
４１ マガジンベース
４５ 支持軸
５２ 支持板
５５ 保持リング
６０ グリップアーム
６２ 支点台
６３ 把持部
６４ 当接部
７０ ガイド部材
８０ グリップアーム
８３ 把持部
８８ 摺動ローラ
９０ ガイド保持部材
１００ 支点台
１０４ 保持バネ
１１８ フレーム
１１９ マガジンカバー
１２０ 工具交換装置
１２１ マガジンベース
１３０ サーボモータ
１３１ エンコーダ
１３７ マガジン支持台

Claims (7)

1. 工作機械の主軸を回転可能に支持する主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドを昇降可能に支持するコラムと、前記コラムに固定され、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、工具を把持する把持部を先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先端と後端との間を軸支し、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、
   前記グリップアームの前記後端を、前記マガジン本体と前記主軸ヘッドとの間でガイドするガイド部材を備え、
   前記ガイド部材は、前記支持部材に固定されていることを特徴とする工具交換装置。
2. 前記ガイド部材は、回転割り出しされ且つ前記主軸に最も近接する前記グリップアームの前記後端に相対する位置にのみ配置されていることを特徴とする請求項１に記載の工具交換装置。
3. 前記ガイド部材によってガイドされた前記グリップアームの前記後端を保持することによって、前記把持部が前記近接位置に移動した状態で前記グリップアームの姿勢を保持する保持部材を備えている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. 前記保持部材は板バネであって、
   前記把持部が前記近接位置に移動するように、前記グリップアームの前記後端を押圧する押圧部を備えたことを特徴とする請求項３に記載の工具交換装置。
5. 前記グリップアームの前記後端には、前記ガイド部材のガイド面を転動するローラが設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の工具交換装置。
6. 前記マガジン本体を覆うカバーと、
   前記カバーの内側に設けられ、前記マガジン本体を回転駆動させるモータと
   を備えていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の工具交換装置。
7. 前記モータにはエンコーダが固定され、当該エンコーダは前記カバーの内側に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の工具交換装置。

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