JPWO2004037484A1

JPWO2004037484A1 - 工作機械とツールマガジン

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Publication number: JPWO2004037484A1
Application number: JP2004546369A
Authority: JP
Inventors: 福田　達也; 達也福田; 義雄岩瀬; 容成朴
Original assignee: Kira Corp; Meko Seiki Inc
Current assignee: Kira Corp; Meko Seiki Inc
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2006-02-23
Also published as: WO2004037484A1

Abstract

本発明は、ツール交換の高速化を実現する技術を提供する。本発明は、ツールを交換する工作機械に関する。この工作機械は，ツールを着脱可能にクランプする主軸と、複数のツールを収納するツールマガジンと、ツールを把持するツール把持部を有し、回転可能であり、主軸とツールマガジンとの間でツールを交換するアームを備える。アームは、第１位置と第２位置の間を揺動するレバー部材（６０ａ）を有する。レバー部材が第１位置にあるときにはレバー部材又はレバー部材と連携する部材がツール把持部（７０ａ）に把持されたツール（３２）に当接するとともに、レバー部材が第２位置にあるときにはレバー部材又は前記した連携部材がツール把持部に把持されたツールから離反する。そして第１位置が、ツール把持部に把持されたツールがアームの回転停止時にレバー部材に加える力によって、レバー部材が第１位置から第２位置側に揺動しない位置に設定されている。

Description

本発明は、ツールを自動的に交換する工作機械に関する。また工作機械に用いられるアーム装置とツールマガジンに関する。特に、ツール交換の高速化を実現する技術に関する。本明細書でいう「ツール」には、ツールを固定したツールホルダや、ツールとツールホルダが一体となったものも含む。

本発明に最も関連すると思われる工作機械が特許第２８９７９６９号公報に開示されている。この公報に開示されている工作機械は、ツールを着脱可能にクランプする主軸と、複数のツールを収納するツールマガジンと、主軸とツールマガジンの間でツールを交換するアームを備える。アームは、その両端にツール把持部を有している。アームは、待機位置から回転することによって、一方のツール把持部で主軸のツールを把持し、他方のツール把持部でツールマガジンのツールを把持する。次いでアームは主軸の伸びる方向に沿って主軸から遠ざかる向きに移動する。これによりアーム把持部が把持しているツールが、主軸やツールマガジンから抜かれる。次にアームは１８０度回転する。これにより、主軸から抜かれたツールがツールマガジン側に移動し、ツールマガジンから抜かれたツールが主軸側に移動する。そしてアームが主軸の伸びる方向に沿って主軸に近づく向きに移動することによって、主軸から抜かれたツールがツールマガジンに収納されるとともに、ツールマガジンから抜かれたツールが主軸でクランプされる。その後アームは、主軸の動作に干渉しない待機位置まで回転する。
図１５に、上記公報に記載されている工作機械で用いられるアーム５００の構造を簡単に示している。図中の符号５０２はツール把持部であり、符号５１０はツール把持部５０２が把持しているツールであり、アーム５００は軸５０１の回りに回転可能であるとともに、軸５０１に沿って進退可能である。アーム５００には、第１位置（図１５（ａ）の位置）と第２位置（図１５（ｂ）の位置）の間を揺動するレバー部材５０４が設けられている。レバー部材５０４の第１端５０４ａには、アーム５００の長さ方向に摺動可能な連結部材５０６が接続されている。レバー部材５０４は、その第２端５０４ｂが図中の上下方向に変位可能である。レバー部材５０４の第２端５０４ｂが上下方向に変位してレバー部材５０４が揺動すると、第１端５０４ａはアーム５００の長さ方向に変位し、これにより連携部材５０６がアーム５００の長さ方向に摺動する。レバー部材５０４が図１５（ａ）の第１位置にある状態では、連携部材５０６がツール５１０に当接している。これにより、ツール把持部５０２のツール５１０がロックされる。レバー部材５０４が第１位置から第２位置に揺動すると、連携音附５０６が反ツール把持部方向に摺動し、連携部材５０６がツール５１０から離反する（即ちツール５１０がアンロックされる）。この工作機械は、アーム５００の回転中はレバー部材５０４を第１位置に置いてツール５１０をロックしておき、アーム５００が高速で回転してもツール把持部５０２からツール５１０が落ちないようしている。また主軸やツールマガジンとの間でツールの受渡しをするときは、レバー部材５０４を第２位置に置いてツール５１０をアンロックし、ツール５１０の受渡しがスムーズに行われるようにしている。
上記の工作機械では、アーム５００の回転停止時のショックによって、ツール５１０が連携部材５０６を図１５の左方向に押し返すことがある。これにより、第１位置のレバー部材５０４の第１端５０４ａに左方向の力が作用し、第１位置にあるレバー部材５０４が第２位置側に揺動してしまうことがある。この現象が生じるとツール５１０のロックが不完全になってしまうために、アーム５００の回転停止時にツール５１０が落下する可能性がある。このために、この工作機械では、アーム５００の回転速度を遅くしてアーム５００の回転停止時にレバー部材５０４に作用する力を抑える必要がある。従って、ツール交換の高速化に限界がある。

本発明は、ツール把持部のツールから力を受けてもロック位置にあるロック機構がアンロック位置に変位しない工作機械を提供する。これによってアームの回転速度を上げ、ツール交換の高速化を実現可能とする。
本発明の工作機械は、ツールを着脱可能にクランプする主軸と、複数のツールを収納するツールマガジンと、それぞれでツールを把持する一対のツール把持部を有するとともに回転可能であり、主軸とツールマガジンとの間でツールを交換するアームを備える。アームには、第１位置と第２位置の間を揺動するレバー部材が設けられている。レバー部材が第１位置にあるときはレバー部材又はレバー部材と連携する部材がツール把持部に把持されたツールに当接するとともに、レバー部材が第２位置にあるときはレバー部材又は前記した連携部材がツール把持部に把持されたツールから離反する。そして、前記した第１位置が、ツール把持部に把持されたツールがアームの回転停止時にレバー部材に加える力によって、レバー部材が第１位置から第２位置側に揺動しない位置に設定されている。
図１４に、上記した本発明に係る工作機械のアームを簡単に示す。なお図１４に示したアーム６００は本発明の一つの形態であり、本発明がアーム６００の構造に限定されることはない。図１４の実線で示された符号６０４は、第１位置にあるレバー部材である。レバー部材６０４が第２位置にあるときは、各部材は前記した図１５（ｂ）と同様の位置になる。図１４に示されるように、第１位置のレバー部材６０４は連携部材６０６と一直線になるように位置している。従ってアーム６００の回転停止時に左方向の力を受けたとしても、レバー部材６０４は第２位置側に揺動せずに第１位置を保つ。
なお本発明で設定されるレバー部材６０４の第１位置は、図１４の実線で示された位置に限定されない。例えば、図１４の破線で示されるように、レバー部材６０４と連携部材６０６が一直線になる位置よりも反第２位置側の位置に第１位置が設定されてもよい。この場合も、左方向の力を受けたレバー部材６０４が第２位置側に揺動しない。但し、第１位置にあるレバー部材６０４が反第２位置側にさらに揺動することを禁止するストッパが必要である。
上記した本発明の工作機械は、ツール把持部のツールによって加えられた力を受けても第１位置にあるレバー部材が第２位置側に揺動しないために、アームの回転速度を上げることができる。これにより、ツール交換の高速化が実現される。
なお図１４では連携部材がツールに当接する構造の例を示したが、第１位置にあるレバー部材自体がツールに当接することによってツールをロックする構造の場合でも、本技術を適用することができる。
次に、ツール交換の高速化を実現する第二の発明を開示する。この発明の工作機械は、ツールを着脱可能にクランプする主軸と、ツールを収納するツールポットを複数有するツールマガジンと、主軸とツールマガジンとの間でツールを交換するアームを備える。各ツールポットは、収納しているツールをロックする位置と、アンロックする位置との間を移動するロック・アンロック部材を有する。ツールマガジンは、第１位置と第２位置の間を移動するとともにツール交換位置にあるツールポットの前記したロック・アンロック部材に接触する部材を有する。前記した接触部材が第１位置にあるときには接触しているロック・アンロック部材がツールをロックするとともに、前記した接触部材が第２位置にあるときには接触しているロック・アンロック部材がツールをアンロックする。そして前記した接触部材が、主軸にツールをクランプ・アンクランプする機構に接続されており、主軸に対するツールのクランプ・アンクランプ動作に伴なって第１位置と第２位置の間を移動する。
この工作機械では、次に使用するツールを選択するためにツールマガジンが回転する間は各ツールポットが収納しているツールをロックし、ツールポットからツールが外れることを防止している。またツールポットが収納しているツールをアームに渡すときや、ツールポットにアームが運んできたツールを収納するときは、ツールをアンロックし、ツールの受渡しをスムーズに行なえるようにしている。本発明では、ロック・アンロック部材と接触する部材を、主軸にツールをクランプ・アンクランプする機構と接続し、その機構の動作に伴なって接触部材が第１位置と第２位置の間を移動するようにしている。具体的には、上記の機構の動作によって主軸からツールをアンクランプするときに、接触部材が第１位置から第２位置に移動するようにする。主軸からツールをアンクランプする動作と、ツールポットからツールをアンロックする動作を一つの機構が同時に実現するために、ツール交換動作をスムーズに行なうことができる。これによりツール交換の高速化を図れる。また上記の機構の動作によって主軸にツールをクランプするときに、接触部材が第２位置から第１位置に移動するようにする。主軸にツールをクランプする動作と、ツールポットにツールをロックする動作を一つの機構が同時に実現するために、ツール交換動作をスムーズに行なうことができる。これによりツール交換の高速化を図れる。
次に、ツール交換の高速化を実現する第三の発明を開示する。この発明の工作機械は、ツールを着脱可能にクランプする主軸と、ツールを収納するツールポットを複数有するツールマガジンと、主軸が伸びている方向に沿って移動可能であり、主軸とツールマガジンとの間でツールを交換するアームを備える。各ツールポットは、収納しているツールをロックする位置と、アンロックする位置との間を移動するロック・アンロック部材を有する。ツールマガジンは、第１位置と第２位置の間を移動するとともにツール交換位置にあるツールポットの前記のロック・アンロック部材に接触する部材を有する。前記した接触部材が第１位置にあるときには接触しているロック・アンロック部材がツールをロックするとともに、前記した接触部材が第２位置にあるときには接触しているロック・アンロック部材がツールをアンロックする。そして前記した接触部材が、アームを主軸が伸びている方向に沿って移動させる機構に接続されており、アームの移動動作に伴なって第１位置と第２位置の間を移動する。
この第三の発明は、アームが主軸方向に沿って移動するのに連動して接触部材が移動する点が上記した第二発明と異なる。ここでは、アームが主軸から遠ざかる方向に移動して主軸とツールポットからツールを抜くときに、接触部材が第１位置から第２位置に移動するようにする。ツールポットからツールをアンロックする動作と、アームを主軸から遠ざかる方向に移動させて主軸とツールポットからツールを抜く動作を一つの機構が同時に実現するために、ツール交換動作をスムーズに行なうことができる。これによりツール交換の高速化を図れる。またアームが主軸に近づく方向に移動して主軸とツールポットにツールを挿入するときに、接触部材が第２位置から第１位置に移動するようにする。アームが把持しているツールを主軸とツールポットに挿入する動作と、ツールポットにツールをロックする動作を一つの機構が同時に実現するために、ツール交換動作をスムーズに行なうことができる。これによりツール交換の高速化を図れる。
また、ツール交換機能を持つ工作機械のためのツール交換用のアーム装置自体も本発明の創造物である。このアーム装置は、ツールを把持するツール把持部を有するアームと、第１位置と第２位置の間を揺動するレバー部材とを有する。レバー部材が第１位置にあるときにはレバー部材又はレバー部材に連携する部材がツール把持部に把持されたツールに当接するとともに、レバー部材が第２位置にあるときにはレバー部材又は前記した連携部材がツール把持部に把持されたツールから離反する。そして、前記した第１位置が、ツール把持部に把持されたツールがレバー部材に加える力によって、レバー部材が第１位置から第２位置側に揺動しない位置に設定されている。
上記のアーム装置によると、ツール把持部のツールによって加えられた力を受けても第１位置にあるレバー部材が第２位置側に揺動しないために、アームの回転速度を上げることができる。これにより、ツール交換の高速化が実現される。
また、ツール交換機能を持つ工作機械のためのツールマガジン自体も本発明の創造物である。このツールマガジンは、それぞれにツールを収納する複数のツールポットと、各ツールポットに設けられており、収納しているツールをロックする位置と、アンロックする位置との間を移動するロック・アンロック部材と、第１位置と第２位置の間を移動するとともにツール交換位置にあるツールポットの前記したロック・アンロック部材に接触する部材とを有する。前記した接触部材が第１位置にあるときには接触しているロック・アンロック部材がツールをロックするとともに、前記した接触部材が第２位置にあるときには接触しているロック・アンロック部材がツールをアンロックする。そして、前記した接触部材が主軸にツールをクランプ・アンクランプする機構に接続されて用いられる。
このツールマガジンによると、主軸にツールをクランプ（アンクランプ）する動作と、ツールポットにツールをロック（アンロック）する動作を一つの機構が同時に実現するために、ツール交換動作をスムーズに行なうことができる。これによりツール交換の高速化を図れる。
次のツールマガジンもまた本発明の創造物である。即ち、このツールマガジンは、それぞれにツールを収納する複数のツールポットと、各ツールポットに設けられており、収納しているツールをロックする位置と、アンロックする位置との間を移動するロック・アンロック部材と、第１位置と第２位置の間を移動するとともにツール交換位置にあるツールポットの前記したロック・アンロック部材に接触する部材とを有する。前記した接触部材が第１位置にあるときには接触しているロック・アンロック部材がツールをロックするとともに、前記した接触部材が第２位置にあるときには接触しているロック・アンロック部材がツールをアンロックする。そして、前記した接触部材がツール交換アームを主軸の伸びている方向に沿って移動させる機構に接続されて用いられる。アームが把持しているツールを主軸とツールポットに挿入（主軸とツールポットから抜く）する動作と、ツールポットにツールをロック（ツールポットからツールをアンロック）する動作を一つの機構が同時に実現するために、ツール交換動作をスムーズに行なうことができる。これによりツール交換の高速化を図れる。

図１は、本発明に係る工作機械の正面図を示す。
図２は、図１の工作機械を矢印Ｄ２方向に見た図を示す。
図３は、アームの平面図を示す。
図４は、図３のアームの正面図を示す。
図５は、図４のアームが反主軸側に移動したときの図を示す。
図６は、図１の工作機械を矢印Ｄ６方向に見た図を示す。
図７（ａ）は、ツールをロックしている状態のツールポットとその周辺図を示す。
図７（ｂ）は、図７（ａ）を右側から見た図を示す。
図８（ａ）は、ツールをアンロックしている状態のツールポットとその周辺図を示す。
図８（ｂ）は、図８（ａ）を右側から見た図を示す。
図９は、第二実施例のアームの平面図を示す。
図１０は、図９のアームの正面図を示す。
図１１は、図９のアームが反主軸側に移動したときの図を示す。
図１２は、図１１のアームの正面図を示す。
図１３は、第三実施例の工作機械を示す。
図１４は、本発明に係る工作機械のアームの構造を簡単に示す。
図１５（ａ）、（ｂ）は、従来の工作機械のアームの構造を簡単に示す。

＜第１実施例＞
以下、図面を参照して本発明の工作機械の実施例について説明する。まず図１を参照して工作機械１０の構成を説明する。図１は、工作機械１０の概略構成を示す正面図である。
工作機械１０は、主軸装置２０と、ツールマガジン８０と、主軸装置２０とツールマガジン８０の間に設けられたアーム５０等を備える。図１では、工作機械１０に備えられる他の構成要素（例えばワークの支持台等）は図示省略しており、本発明に関連する要素のみを図示している。
主軸装置２０は、ツール３２ｃが着脱可能に装着される主軸２２と、その主軸２２を回転可能に支持する主軸ハウジング２４等から構成されている。主軸装置２０の下方にはワーク（図示省略）がセットされ、そのワークはツール３２ｃによって加工される。図１では、ツールの具体的形状を図示省略しており、ツールホルダのみを図示している。工作機械１０で用いられるツールの種類は多岐に亘り、加工対象となるワークも様々である。
主軸ハウジング２４にはベアリング（図示省略）が内蔵されている。主軸ハウジング２４は、そのベアリングを介して主軸２２を回転可能に支持している。図１では、主軸ハウジング２４の内部構成を極めて簡略化して示している。主軸装置２０には、図示省略のモータが内蔵されている。そのモータは主軸２２に連結されている。モータが駆動すると主軸２２が軸Ｃ１回りに回転する。これにより、ツール３２ｃがワークを加工する動作が実現される、
主軸装置２０の上部には、略円筒形状の連携部材１７０と梃子１５２が設置されている。連携部材１７０は、その下部に鍔部１７０ａを形成している。鍔部１７０ａにローラ１６２が当接している。ローラ１６２は、梃子１５２の一端（以下では第１の端部という）に接続されている。図６に、梃子１５２の形状が良く示されている。なお図６は、図１の矢印Ｄ６方向に工作機械１０を見た図である。梃子１５２は支点１５０の回りに回転可能であり、上部の端部（以下では第２の端部という）には、ローラ１６４が接続されている。そのローラ１６４は、図６に良く示されているカム機構２１１に連結されている。この点は後で詳しく説明するが、カム機構２１１が動作することによって、連携部材１７０が上下に移動する。図１においては、連携部材１７０が最上位置にある。
連携部材１７０とツール３２ｃの間に、ツール３２ｃを主軸２２にクランプ・アンクランプする部材（以下ではクランプ部材という）が設けられている（クランプ部材は図示省略している）。クランプ部材は、連携部材１７０に連結されている。また主軸２２は、連携部材１７０を上方に付勢するバネを内蔵している。連携部材１７０が上方に付勢されることによってクランプ部材も上方に付勢される。これによりクランプ部材がツール３２ｃをクランプする。連携部材１７０が梃子１５２の動作によって下方に移動すると、クランプ部材も下方に移動する。クランプ部材が下方に移動すると、クランプ部材によるツール３２ｃのクランプが解除され、ツール３２ｃが主軸２２から容易に抜けるようになる。なおクランプ部材に関する詳しい構造は、特願２００２−２２８３３９号に示されている。
アーム５０は略長方形状を有している。図３から図５に、アーム５０の形状が詳細に示されている。アーム５０は、軸Ｃ２（図１）回りにアーム５０を回転させるとともに図１の上下方向にアーム５０を移動させるアーム軸１２２に接続されている。アーム５０の上部には、アーム軸１２２を回転可能かつ上下移動可能に支持するアーム軸ハウジング１２０が設置されている。アーム軸ハウジング１２０には、アーム軸１２２を運動させるモータ（図示省略）が内蔵されている。アーム５０のより詳細な構成や動作については後で説明する。
図２に良く示されるように、ツールマガジン８０は、周上に複数のツール３２ａ，３２ｂ等を保持している（図２では全てのツールに符号を付していない）。なお図２は、図１の矢印Ｄ２方向に工作機滅１０を見た図である。図１では、最上位置と最下位置にあるツール３２ａ，３２ｂのみを図示している。本実施例のツールマガジン８０は、２０本のツール３２（このようにアルファベットを省略して符号を記載する場合がある）を収納している。ツール３２はツールポット８６に収納されている。図１においては、ツール３２ａはツールポット８６ａに収納されており、ツール３２ｂはツールポット８６ｂに収納されている。
ツールマガジン８０は回転中心軸９０を有している。この回転中心軸９０には、ベアリングを介して各ツールポット８６が連結されている。ツールマガジン８０は、符号８４で示されるモータを駆動源として、各ツールポット８６を回転させる（各ツール３２を軸Ｃ３回りに回転させる）。図１の符号８８は、最下位置にあるツールポット８６ｂを、軸Ｃ４回りに９０度回転させるシリンダである。実線によって示されたツールポット８６ｂは９０度回転前のものであり、破線によって示されたツールポット８６ｂは９０度回転後のものである。ツールポット８６ｂが９０度回転して破線で示された状態に位置すると、そのツールポット８６ｂが収納しているツール３２ｂをアーム５０が把持できるようになる（即ちツール交換位置である）。図中の符号８２は、各ツール３２の回転位置を正確に位置決めして一時的に固定するストッパ用シリンダである。
図７と図８に、ツールポット８６の形状を詳細に示している。図７（ａ）は、ツール交換位置にある図（即ち図１の破線のツールポット８６の図）を示しており、一部を断面図で示している。図７（ａ）では、ツールポット８６の周辺の様子も示している。図７（ｂ）は、図７（ａ）を右側から見た図である。ツールポット８６は、略円筒形状を有している。ツールポット８６に収納されているツール（ツールホルダ）３２は、下方から上方に向かうにつれて径が小さくなっている。但し、最上部にはやや径が大きい膨出部２３２が設けられている。ツールポット本体８７の側面には４つの孔が貫通している（その内の２つの孔が図に示されている）。図に示された一つの孔に２つの球体２２４ａ，２２６ａが収納されている。図に示された他方の孔にも２つの球体２２４ｂ，２２６ｂが収納されている。図に示されていない各孔にも２つの球体が収納されている。なおツールポット本体８７に設けられる孔の数は変更することが可能であり、４つより多くしたり少なくしたりできる。内側に収納されている球体２２６ａ，２２６ｂは、外側に収納されている球体２２４ａ，２２４ｂよりも径が小さい。なお本実施例では内側の球体の径が外側の球体の径よりも小さいが、同じ大きさの径にするもできる。また内側の球体の径を外側の球体の径よりも大きくすることもできる。
ツールポット８６は、本体８７の孔を塞ぐ円筒体２２０を有している。円筒体２２０は、本体８７に対して上下方向に摺動可能である。円筒体２２０の上部２２０ａは、その内面が削られた形状を有している。ツールポット本体８７と円筒体２２０の間にバネ２２２が設置されている。図７の状態では、バネ２２２は自然長となっている。円筒体２２０が下方に移動すると、バネ２２２による上方の付勢力が円筒体２２０に作用する。
図７の状態では、円筒体２２０によって各球体２２４ａ，２２４ｂ，２２６ａ，２２６ｂがツール３２側に押し込まれている。これにより、球体２２６ａ，２２６ｂがツール３２に接触し、ツール３２が上下方向に移動不可能となっている（即ちツール３２がロックされている）。図８（ａ）に、図７の状態から円筒体２２０が下がったときのツールポット８６とその周辺の様子を示している。図８（ｂ）は、図８（ａ）を右側から見た図である。図８（ａ）に良く示されるように、円筒体２２０が下がると、ツールポット本体８７の孔と円筒体上部２２０ａとが同じ高さになる。円筒体上部２２０ａは内面が削られているために、円筒体２２０が球体２２４ａ，２２４ｂをツール側に押し込む力が緩和される。このために、球体２２４ａ，２２６ａ，２２４ｂ，２２６ｂが、孔内を反ツール側に転動できるようになる。この状態では、ツール３２を下方に移動させると、ツール３２がツールポット８６から容易に抜ける（即ちツール３２はアンロック状態である）。
ツールポット８６の右側には、円筒体２２０を上下動させる機構２５０が備えられている。この上下動機構２５０は、接触部材２１８とレバー部材２１４とねじりバネ２１６とワイヤ２１０等によって構成されている。上下動機構２５０は、ツールポット８６の軸Ｃ４回りの９０度回転に伴なって回転するものではない。即ち、上下動機構２５０は、位置がほぼ固定されているものであって、９０度回転したツールポット８６（円筒体２２０）を受け入れる。
円筒体２２０の鍔部２２０ｂの上面に接触部材２１８が接触している。この接触部材２１８は、レバー部材２１４と連結されている（レバー部材２１４の形状は図７（ｂ），図８（ｂ）を見ると分かり易い）。レバー部材２１４にはピン２２８が挿入されており、そのピン２２８はツールマガジン８０下方の固定部材に取り付けられている。レバー部材２１４は、ピン２２８を中心として揺動可能である。ピン２２８には、ねじりバネ２１６が嵌め込まれている。ねじりバネ２１６の一端はピン２１９と接触しており、他端はピン２２１と接触している。ピン２１９はツールマガジン８０下方の固定部材に差し込まれている。ピン２２１は、レバー部材２１４に固定されている。
レバー部材２１４に、ワイヤ２１０の一端が接続されている。ワイヤ２１０の他端は、図６に示されるようにカム機構２１１のレバー部材２００に接続されている。カム機構２１１の動作は後で詳しく説明するが、この動作によってワイヤ２１０が矢印Ａ方向や矢印Ｂ方向に案内される。なお図中の符号２１２は、ワイヤ２１０を位置決めする部材である。
図７の状態でＡ方向にワイヤ２１０が案内されると、ピン２２８を中心としてＤ３方向にレバー部材２１４が揺動し、図８の状態になる。この場合、ねじりバネ２１６によって、レバー部材２１４にＤ４方向のバネ力が付勢する。但し、カム機構２１１のレバー部材２００がワイヤ２１０をＡ方向に引張る力は、レバー部材２１４を付勢するＤ４方向のバネ力よりも大きい。このために、カム機構２１１のレバー部材２００がワイヤ２１０をＡ方向に引張る力を解除しない限り、レバー部材２１４は図８の状態を維持する。カム機構２１１のレバー部材２００がワイヤ２１０をＡ方向に引張る力を解除すると、ねじりバネ２１６のバネ力によってレバー部材２１４がＤ４方向に揺動し、図７の状態に戻る。
先に述べたように、レバー部材２１４には接触部材２１８が連結されている。レバー部材２１４がＤ３方向に揺動すると接触部材２１８は下方に案内される。これにより接触部材２１８と接触している円筒体２２０が下方に移動し（図８の状態になる）、ツール３２がアンロックされる。図８の状態からレバー部材２１４がＤ４方向に揺動すると接触部材２１８が上方に移動する。この場合、バネ２２２による上方の付勢力によって円筒体２２０が上方に移動し（図７の状態に戻る）、ツール３２がロックされる。
次に、図３から図５を参照して、アーム５０の構成を詳細に説明する。図３は、最上位置にあるアーム５０の平面図である。図４は、図３のアーム５０の正面図であり、その内部構造の一部が示されている。図５は、最下位置にあるアーム５０の正面図であり、その内部構造の一部が示されている。
アーム５０は、アーム軸１２２を中心として図３の左右方向に伸びるアーム枠５１を有している。アーム５０の左右端部には、ツール３２を把持するツール把持部７０ａ，７０ｂが形成されている。
アーム枠５１の中央付近には、アーム軸１２２を挟むようにして２つの孔が設けられている。それぞれの孔からは部材５６ａ，５６ｂが上方に突出している。この様子は、図４に良く示されている。部材５６ａ，５６ｂの上端は、丸みを帯びた形状を有している。部材５６ａ，５６ｂの上端は、アーム軸ハウジング１２０の下面１２０ａと接触している。部材５６ａは、アーム５０の内部を上下方向に伸びている。アーム５０の内部にはバネ６２ａが配置されており、そのバネ６２ａが部材５６ａの下部に当接している。部材５６ａは、バネ６２ａによって上方に付勢されている。図４では部材５６ａしか図示されていないが、部材５６ｂに関しても同様の構成である。即ち、部材５６ｂもバネによって上方に付勢されている。部材５６ａ，５６ｂがバネによって上方に付勢されていても、部材５６ａ，５６ｂの上端とアーム軸ハウジング下面１２０ａが接触しているために、部材５６ａ，５６ｂの上方への移動が禁止されている。
部材５６ａにはレバー部材６０ａの一端が接続されている。レバー部材６０ａの他端は、連結部材５４ａの左端に連結されている。アーム５０が最上位置にある状態（図３や図４の状態）では、レバー部材６０ａは右上がりに伸びている。これに対し、アーム５０が最下位置にある状態（図５の状態）では、レバー部材６０ａはほぼ左右方向（やや左上がり）に伸びている。以下では、図３や図４の状態のレバー部材６０ａの位置を第２位置と記載し、図５の状態のレバー部材６０ａの位置を第１位置と記載する。連結部材５４ａは、アーム５０の長さ方向に伸びる略円柱形状を有している。連結部材５４ａは、アーム枠５１に対してアーム５０の長さ方向に摺動可能である。部材５６ｂにも、同様にレバー部材６０ｂ（これは図示されていない）が接続されており、そのレバー部材６０ｂには連結部材５４ｂが連結されている。なおアーム５０は右半分の構造と左半分の構造が同じであるために、以下では右半分の構造を中心に説明していく。しかもアルファベットを省略して符号を記載する場合がある。
図３や図４の状態からアーム軸１２２（アーム５０）が下方に移動すると、図５の状態になる。この過程では、アーム軸ハウジング１２０とアーム５０の距離が除々に広がっていく。部材５６はバネ６２によって上方に付勢されているために、アーム５０が下方に移動するにつれて部材５６が上方に移動する。図５に良く示されるように、アーム５０が最下位置までくると、アーム軸ハウジング下面１２０と部材５６の上端が接触しない状態になる。
アーム５０が下方に移動して部材５６が上方に移動すると、第２位置にあるレバー部材６０は揺動して第１位置に到達する。連結部材５４は、レバー部材６０の揺動に連動してツール把持部７０の方向に摺動する。これにより連結部材５４ａの右端に接続されている調整部材５８ａがツール把持部７０ａのツール３２に当接する。調整部材５８ａは、その左右方向の位置を調整可能に構成されている部材である。調整部材５８ａの位置を予め調整しておくことによって、ツール３２を確実に把持することができる。
第１位置のレバー部材６０は、その左端がその右端よりもやや上方に位置している。なお部材５６は、その下部の径がアーム枠５１の孔径よりも大きく構成されている。このために部材５６は、上方に移動するとアーム枠５１に接触し、それ以上上方に移動することが禁止される。この状態が図５である。部材５６がそれ以上上方に移動することが禁止されるために、レバー部材６０が反第２位置側にさらに揺動することも禁止される。
本実施例のアーム５０は、第１位置にあるレバー部材６０の左端を、ツール３２が加える力の作用線（連結部材５４の長さ方向に伸びる線）の上方に位置するようにし、第２位置にあるレバー部材６０の左端が上記作用線の下方に位置するようにしている。即ち、第１位置のレバー部材６０の左端と第２位置のレバー部材６０の左端が、力の作用線を境とした上下の領域に跨って位置するように構成している。このようにアーム５０を構成にしたことにより、アーム５０の回転停止時にツール３２が連結部材５４を左方向に押しても、その力によって第１位置のレバー部材６０が第２位置側にも反第２位置側にも揺動しない。従って、アーム５０を高速で回転させることができ、ツール交換の高速化が実現されている。
次に、図６を参照して、梃子１５２やカム機構２１１の詳しい構成について説明する。図６に示されるように、梃子１５２はＴ字形状を有している。梃子１５２の第１の端部にはローラ１６２が接続されており、そのローラ１６２は連携部材１７０の鍔部１７０ａに当接している（図１参照）。梃子１５２の第２の端部にはローラ１６４が接続されている。ローラ１６４は、カム機構２１１を構成するレバー部材２００の二股部１８０に受け入れられている。梃子１５２の第３の端部にはローラ１６０が接続されている。このローラ１６０には、空圧シリンダ１５４のピストンが連結されている。梃子１５２は、その中央が揺動支点１５０にされている。
カム機構２１１は、カム板１９０と、そのカム板１９０を回転させるモータ５と、レバー部材２００等から構成されている。カム板１９０は、略楕円形状を有している。レバー部材２００は、符号１９２を支点として揺動可能である。レバー部材２００の上部には、カム板１９０と接触しているローラ１９４が接続されている。カム板１９０が回転するとローラ１９４の位置が変位し、これによりレバー部材２００が揺動する。
本工作機械１０は、空圧シリンダ１５４を設けることによって、カム板１９０を回転させるモータの小型化が図られている。この点のより詳細な説明は、特開２００２−１２６９１６号公報に記載されている。
レバー部材２００にはワイヤ２１０の一端が接続されている。ワイヤ２１０は、揺動支点１９２よりやや下方に接続されている。ワイヤ２１０は、図６の状態からレバー部材２００が左回り方向に揺動するとＡ方向に案内される（引張られる）。逆に、レバー部材２００が右回り方向に揺動するとワイヤ２１０はＢ方向に案内される。
次に、上記の構成を有する工作機械１０のツール交換動作について説明する。
（１）図示省略されている主軸装置２０を上下動させる機構によって主軸装置２０が上死点まで上昇すると、梃子１５２の第２の端部に設けられているローラ１６４がカム機構２１１に連携される（レバー部材２００の二股部１８０に連結される）。
（２）主軸装置２０が上死点まで上昇すると、アーム軸１２２を回転させてアーム５０を回転させる。これにより、主軸２２にクランプされているツール３２と、ツール交換位置にあるツールポット８６が収納しているツール３２とがアーム５０で同時に把持される。なお、この動作に先だって、ツールマガジン８０が軸Ｃ３回りに回転して次に使用するツール３２が選択されている。さらに選択されたツール３２を収納しているツールポット８６が軸Ｃ４回りに９０度回転している。
この（２）の動作時には、アーム５０のレバー部材６０は第２位置にあり、調整部材５８がツール把持部７０側に飛び出していない。このため、アーム５０が回転しても、主軸２２のツール３２やツールポット８６のツール３２に調整部材５８が接触しない。
（３）アーム５０の回転動作が開始されると空圧シリンダ１５４がオンされる。但し、このとき梃子１５２はまだ動作しない。
（４）カム板１９０を回転させるモータ５が駆動し、レバー部材２００、ローラ１６４、梃子１５２、ローラ１６２を介して連携部材１７０に下向きの力を付与する。これにより、連携部材１７０が下方に移動し、ツール３２が主軸２２からアンクランプされる。このとき、上記（３）でＯＮされた空圧シリンダ１５４によって、連携部材１７０を下向きに移動させる力が補助される。
このときレバー部材２００は、軸１９２を中心に左回り方向に揺動する。従ってワイヤ２１０がＡ方向に案内されて、ツールポット８６のツール３２がアンロックされる。
主軸２２からツール３２をアンクランプする動作と、ツールポット８６からツール３２をアンロックする動作が、一つの機構によって同時に実現されているために、ツール交換動作をスムーズに行なうことができる。これによりツール交換が高速化されている。
（５）次に、アーム軸１２２を下方に移動させることによってアーム５０を下方に移動させる。これにより、主軸２２とツールポット８６からツール３２を抜く。この動作が行なわれると、アーム５０の部材５６が上方に移動し、レバー部材６０が第１位置に置かれる。これによりアーム５０の調整部材５８がツール３２に当接してそのツール３２がロックされる。
（６）次に、アーム軸１２２を回転させてアーム５０を回転させる。これにより、主軸２２にクランプされていたツール３２がツールマガジン８０側に移動し、ツールマガジン８０に収納されていたツール３２が主軸２２の直下に移動する。
（７）次に、アーム軸１２２を上方に移動させてアーム５０を上方に移動させる。これにより、主軸２２にツール３２が挿入されるとともに、ツールポット８６（このツールポットは主軸２２に挿入されるツールを収納していたものである）にもツールが挿入される。
この動作に伴なって、アーム軸ハウジング１２０が部材５６を下方に押し、部材５６が下方に移動する。これにより、レバー部材６０が第２位置に置かれることになる。従って連結部材５４がツール３２から離反して、ツール３２がアンロックされる。
（８）上記（７）の動作が行なわれると、カム板１９０を回転させてレバー部材２００、ローラ１６４、梃子１５２、ローラ１６２を介して連携部材１７０を下方に押し下げている力を解除する。これにより、連携部材１７０が上方に移動し、ツール３２が主軸２２にクランプされる。
このときレバー部材２００は、軸１９２を中心に右回り方向に揺動する。従ってワイヤ２１０がＢ方向に案内されて、ツールポット８６においてツール３２がロックされる。
主軸２２にツール３２をクランプする動作と、ツールポット８６にツール３２をロックする動作が、一つの機構によって同時に実現されているために、ツール交換動作をスムーズに行なうことができる。これによりツール交換が高速化されている。
なおこの（８）の動作に先だって、空圧シリンダ１５４がオフされて圧縮空気が抜かれている。
（９）次に、アーム軸１２２を回転させて主軸２２の動作に干渉しない位置までアーム５０を回転させる。これによりアーム５０が待機位置に戻る。
＜第２実施例＞
ここでは第１実施例と異なる部分を中心に説明する。第１実施例では、アームが回転することによって、アーム把持部にツールを把持したり、アーム把持部からツールを取り出したりする。第２実施例では、主軸装置やツールマガジンがアームに接近したりアームから遠ざかることによって、アームと主軸間や、アームとツールマガジン間でツールの受渡しを行なう。この工作機械のアームの構成を説明する。図９から図１２に、本実施例のアーム３５０の構成を示している。アーム３５０の両端には、ツール把持部３７０ａ，３７０ｂが設けられている。ツール把持部３７０ａは、はさみ部材３７２ａ，３７３ａを有している。２つのはさみ部材３７２ａ，３７３ａがツール３３２を挟み込むことによってツール３３２が把持される。
はさみ部材３７２ａは、ピン３８０ａを支点としてアーム枠３５１に対して揺動可能である。同様に、はさみ部材３７３ａは、ピン３８１ａを支点としてアーム枠３５１に対して揺動可能である。２つのはさみ部材３７２ａ，３７３ａの間に、バネ３７４ａが挿入されている。このバネ３７４ａのバネ力が付勢しているはさみ部材３７２ａ，３７３ａは、キー３９０ａに当接することによって、これ以上揺動することが禁止されている。
主軸装置が移動して、主軸装置にクランプされているツール３３２をはさみ部材３７２ａ，３７３ａの間に差し込むと、はさみ部材３７２ａ，３７３ａが開きながらツール３３２を挟み込む。はさみ部材３７２ａ，３７３ａが開いた状態ではバネ３７４ａのバネ力がはさみ部材３７２ａ，３７３ａに付勢する。完全にツール３３２を挟み込むと、はさみ部材３７２ａ，３７３ａは図９の状態に戻る。
ツール把持部３７０ｂの構造もツール把持部３７０ａの構造と同様である。アーム３５０の方向にツールマガジンが移動して、はさみ部材３７２ｂ，３７３ｂの間にツール３３２が差し込まれると、はさみ部材３７２ｂ，３７３ｂがツール３３２を挟み込む。なお本実施例ではツールマガジン自体が移動しているが、ツールポットやそれに準ずるものが移動するようにしてもよい。
図１０は、図９の状態のアーム３５０の正面図である。符号３５６ａ，３６０ａ，３６２ａは、第１実施例の符号５６ａ，６０ａ，６２ａとそれぞれ同じ部材である。符号３５４ａは、レバー部材３６０ａに連結しているとともにアーム枠３５１の長さ方向に摺動可能な連結部材である。
図１１は、アーム軸４２２が下方に移動したときの図である。図１２は、図１１の状態のアーム３５０の正面図である。アーム軸４２２が下方に移動すると、部材３５６ａが上方に移動してレバー部材３６０ａが揺動する。以下では、図１１や図１２のレバー部材３６０の位置を第１位置と記載し、図９や図１０のレバー部材３６０の位置を第２位置と記載する。
レバー部材３６０が第２位置から第１位置に揺動すると、連結部材３５４ａがツール把持部３７０ａの方向に移動する。これにより、連結部材３５４ａがはさみ部材３７２ａ，３７３ａの間に嵌り込む（図１１参照）。この状態では、はさみ部材３７２ａ，３７３ａが開くことができないために、ツール３３２が強固にロックされている。このとき、レバー部材３６０ａが、反第２位置側に揺動することができない点は、第１実施例と同様である。第１位置のレバー部材３６０ａは、上記した第１実施例のようにやや左上がりに伸びている。従って、アーム３５０の回転停止時にツール３３２が連結部材３５４ａを左方向に押しても、その力によってレバー部材３６０ａが揺動しない。本実施例のアーム３５０の構成によっても、アーム３５０を高速で回転させることができ、ツール交換の高速化が実現されている。
＜第三実施例＞
ここでは第１実施例と異なる点を中心に説明する。図１３に、本実施例の工作機械の図を示す。第１実施例と同じ部材には、第１実施例と同じ符号を付している。本実施例は、ワイヤ２１０が部材４００に接続されている点が第１実施例と異なる。部材４００は、アーム軸１２２の上下動に連動する部材である。アーム軸１２２（アーム５０）が上方に移動すると部材４００も上方に移動し、ワイヤ２１０が矢印Ｂ方向に案内される。これによりツールポット８６にツール３２がロックされる。逆に、アーム軸１２２（アーム５０）が下方に移動すると部材４００も下方に移動し、ワイヤ２１０が矢印Ａ方向に案内される。これによりツールポット８６からツール３２がアンロックされる。
本実施例では、アーム５０が上方に移動して主軸２２とツールポット８６にツール３２が挿入されるときに、ツールポット８６にツール３２がロックされる。またアーム５０が下方に移動して主軸２２とツールポット８６からツール３２が抜かれるときに、ツールポット８６からツール３２がアンロックされる。この実施例では、ツールポット８６にツール３２をロック・アンロックする動作と、アーム５０を上下動する動作が一つの機構によって同時に実現されているために、ツール交換動作をスムーズに行なうことができる。本実施例の構成によっても、ツール交換の高速化が実現される。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば上記実施例では、部材５６やバネ６２等を用いてレバー部材６０を揺動させる。しかしながらアーム５０に、レバー部材６０を揺動するための駆動源を設けるようにしてもよい。
また上記実施例では、レバー部材６０に連携されている調整部材５８がツール３２に当接してツール３２をロックしているが、レバー部材６０自体がツール３２に当接してツール３２をロックするようにしてもよい。レバー部材６０の第１位置を、アーム５０の回転停止時に力を受けても第２位置側に揺動しない位置に設定すれば、アーム５０の回転速度を上げることができ、ツール交換の高速化を実現できる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時における請求の範囲に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

本発明に最も関連すると思われる工作機械が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている工作機械は、ツールを着脱可能にクランプする主軸と、複数のツールを収納するツールマガジンと、主軸とツールマガジンの間でツールを交換するアームを備える。アームは、その両端にツール把持部を有している。アームは、待機位置から回転することによって、一方のツール把持部で主軸のツールを把持し、他方のツール把持部でツールマガジンのツールを把持する。次いでアームは主軸の伸びる方向に沿って主軸から遠ざかる向きに移動する。これによりアーム把持部が把持しているツールが、主軸やツールマガジンから抜かれる。次にアームは１８０度回転する。これにより、主軸から抜かれたツールがツールマガジン側に移動し、ツールマガジンから抜かれたツールが主軸側に移動する。そしてアームが主軸の伸びる方向に沿って主軸に近づく向きに移動することによって、主軸から抜かれたツールがツールマガジンに収納されるとともに、ツールマガジンから抜かれたツールが主軸でクランプされる。その後アームは、主軸の動作に干渉しない待機位置まで回転する。

図１５に、特許文献１に記載されている工作機械で用いられるアーム５００の構造を簡単に示している。図中の符号５０２はツール把持部であり、符号５１０はツール把持部５０２が把持しているツールであり、アーム５００は軸５０１の回りに回転可能であるとともに、軸５０１に沿って進退可能である。アーム５００には、第１位置（図１５（ａ）の位置）と第２位置（図１５（ｂ）の位置）の間を揺動するレバー部材５０４が設けられている。レバー部材５０４の第１端５０４ａには、アーム５００の長さ方向に摺動可能な連結部材５０６が接続されている。レバー部材５０４は、その第２端５０４ｂが図中の上下方向に変位可能である。レバー部材５０４の第２端５０４ｂが上下方向に変位してレバー部材５０４が揺動すると、第１端５０４ａはアーム５００の長さ方向に変位し、これにより連携部材５０６がアーム５００の長さ方向に摺動する。レバー部材５０４が図１５（ａ）の第１位置にある状態では、連携部材５０６がツール５１０に当接している。これにより、ツール把持部５０２のツール５１０がロックされる。レバー部材５０４が第１位置から第２位置に揺動すると、連携部材５０６が反ツール把持部方向に摺動し、連携部材５０６がツール５１０から離反する（即ちツール５１０がアンロックされる）。この工作機械は、アーム５００の回転中はレバー部材５０４を第１位置に置いてツール５１０をロックしておき、アーム５００が高速で回転してもツール把持部５０２からツール５１０が落ちないようしている。また主軸やツールマガジンとの間でツールの受渡しをするときは、レバー部材５０４を第２位置に置いてツール５１０をアンロックし、ツール５１０の受渡しがスムーズに行われるようにしている。
特許第２８９７９６９号公報

上記の工作機械では、アーム５００の回転停止時のショックによって、ツール５１０が連携部材５０６を図１５の左方向に押し返すことがある。これにより、第１位置のレバー部材５０４の第１端５０４ａに左方向の力が作用し、第１位置にあるレバー部材５０４が第２位置側に揺動してしまうことがある。この現象が生じるとツール５１０のロックが不完全になってしまうために、アーム５００の回転停止時にツール５１０が落下する可能性がある。このために、この工作機械では、アーム５００の回転速度を遅くしてアーム５００の回転停止時にレバー部材５０４に作用する力を抑える必要がある。従って、ツール交換の高速化に限界がある。
本発明は、ツール把持部のツールから力を受けてもロック位置にあるロック機構がアンロック位置に変位しない工作機械を提供する。これによってアームの回転速度を上げ、ツール交換の高速化を実現可能とする。

本発明の工作機械は、ツールを着脱可能にクランプする主軸と、複数のツールを収納するツールマガジンと、それぞれでツールを把持する一対のツール把持部を有するとともに回転可能であり、主軸とツールマガジンとの間でツールを交換するアームを備える。アームには、第１位置と第２位置の間を揺動するレバー部材が設けられている。レバー部材が第１位置にあるときはレバー部材又はレバー部材と連携する部材がツール把持部に把持されたツールに当接するとともに、レバー部材が第２位置にあるときはレバー部材又は前記した連携部材がツール把持部に把持されたツールから離反する。そして、前記した第１位置が、ツール把持部に把持されたツールがアームの回転停止時にレバー部材に加える力によって、レバー部材が第１位置から第２位置側に揺動しない位置に設定されている。

図１４に、上記した本発明に係る工作機械のアームを簡単に示す。なお図１４に示したアーム６００は本発明の一つの形態であり、本発明がアーム６００の構造に限定されることはない。図１４の実線で示された符号６０４は、第１位置にあるレバー部材である。レバー部材６０４が第２位置にあるときは、各部材は前記した図１５（ｂ）と同様の位置になる。図１４に示されるように、第１位置のレバー部材６０４は連携部材６０６と一直線になるように位置している。従ってアーム６００の回転停止時に左方向の力を受けたとしても、レバー部材６０４は第２位置側に揺動せずに第１位置を保つ。
なお本発明で設定されるレバー部材６０４の第１位置は、図１４の実線で示された位置に限定されない。例えば、図１４の破線で示されるように、レバー部材６０４と連携部材６０６が一直線になる位置よりも反第２位置側の位置に第１位置が設定されてもよい。この場合も、左方向の力を受けたレバー部材６０４が第２位置側に揺動しない。但し、第１位置にあるレバー部材６０４が反第２位置側にさらに揺動することを禁止するストッパが必要である。
上記した本発明の工作機械は、ツール把持部のツールによって加えられた力を受けても第１位置にあるレバー部材が第２位置側に揺動しないために、アームの回転速度を上げることができる。これにより、ツール交換の高速化が実現される。
なお図１４では連携部材がツールに当接する構造の例を示したが、第１位置にあるレバー部材自体がツールに当接することによってツールをロックする構造の場合でも、本技術を適用することができる。

次に、ツール交換の高速化を実現する第二の発明を開示する。この発明の工作機械は、ツールを着脱可能にクランプする主軸と、ツールを収納するツールポットを複数有するツールマガジンと、主軸とツールマガジンとの間でツールを交換するアームを備える。各ツールポットは、収納しているツールをロックする位置とアンロックする位置との間を移動するとともにツールをロックする位置に向けて付勢されているロック・アンロック部材を有する。ツールマガジンは、複数のツールポットのなかの一つを選択的にツール交換位置に移動する。ツール交換アームは、少なくとも２つのツール把持部を有しており、一方のツール把持部によって主軸からツールを離脱するときには他方のツール把持部によってツール交換位置にあるツールポットからツールを離脱し、一方のツール把持部によって主軸にツールを挿入するときには他方のツール把持部によってツール交換位置にあるツールポットにツールを挿入する。この工作機械は、、第１位置と第２位置の間を移動する部材を有する。前記した部材が第１位置にあるときにはロック・アンロック部材がツールをロックする位置にあるとともに、前記した部材が第２位置に移動するときにはツール交換位置にあるツールポットのロック・アンロック部材がツールをアンロックする位置に移動する。そして前記した部材が、主軸にツールをクランプ・アンクランプする機構に接続されており、主軸に対するツールのクランプ・アンクランプ動作に伴なって第１位置と第２位置の間を移動する。

この工作機械では、次に使用するツールを選択するためにツールマガジンが回転する間は各ツールポットが収納しているツールをロックし、ツールポットからツールが外れることを防止している。またツールポットが収納しているツールをアームに渡すときや、ツールポットにアームが運んできたツールを収納するときは、ツールをアンロックし、ツールの受渡しをスムーズに行なえるようにしている。本発明では、ロック・アンロック部材と接触する部材を、主軸にツールをクランプ・アンクランプする機構と接続し、その機構の動作に伴なって接触部材が第１位置と第２位置の間を移動するようにしている。具体的には、上記の機構の動作によって主軸からツールをアンクランプするときに、接触部材が第１位置から第２位置に移動するようにする。主軸からツールをアンクランプする動作と、ツールポットからツールをアンロックする動作を一つの機構が同時に実現するために、ツール交換動作をスムーズに行なうことができる。これによりツール交換の高速化を図れる。また上記の機構の動作によって主軸にツールをクランプするときに、接触部材が第２位置から第１位置に移動するようにする。主軸にツールをクランプする動作と、ツールポットにツールをロックする動作を一つの機構が同時に実現するために、ツール交換動作をスムーズに行なうことができる。これによりツール交換の高速化を図れる。

次に、ツール交換の高速化を実現する第三の発明を開示する。この発明の工作機械は、ツールを着脱可能にクランプする主軸と、ツールを収納するツールポットを複数有するツールマガジンと、主軸が伸びている方向に沿って移動可能であり、主軸とツールマガジンとの間でツールを交換するアームを備える。各ツールポットは、収納しているツールをロックする位置と、アンロックする位置との間を移動するロック・アンロック部材を有する。ツールマガジンは、第１位置と第２位置の間を移動するとともにツール交換位置にあるツールポットの前記のロック・アンロック部材に接触する部材を有する。前記した接触部材が第１位置にあるときには接触しているロック・アンロック部材がツールをロックするとともに、前記した接触部材が第２位置にあるときには接触しているロック・アンロック部材がツールをアンロックする。そして前記した接触部材が、アームを主軸が伸びている方向に沿って移動させる機構に接続されており、アームの移動動作に伴なって第１位置と第２位置の間を移動する。

この第三の発明は、アームが主軸方向に沿って移動するのに連動して接触部材が移動する点が上記した第二発明と異なる。ここでは、アームが主軸から遠ざかる方向に移動して主軸とツールポットからツールを抜くときに、接触部材が第１位置から第２位置に移動するようにする。ツールポットからツールをアンロックする動作と、アームを主軸から遠ざかる方向に移動させて主軸とツールポットからツールを抜く動作を一つの機構が同時に実現するために、ツール交換動作をスムーズに行なうことができる。これによりツール交換の高速化を図れる。またアームが主軸に近づく方向に移動して主軸とツールポットにツールを挿入するときに、接触部材が第２位置から第１位置に移動するようにする。アームが把持しているツールを主軸とツールポットに挿入する動作と、ツールポットにツールをロックする動作を一つの機構が同時に実現するために、ツール交換動作をスムーズに行なうことができる。これによりツール交換の高速化を図れる。

また、ツール交換機能を持つ工作機械のためのツール交換用のアーム装置自体も本発明の創造物である。このアーム装置は、ツールを把持するツール把持部を有するアームと、第１位置と第２位置の間を揺動するレバー部材とを有する。レバー部材が第１位置にあるときにはレバー部材又はレバー部材に連携する部材がツール把持部に把持されたツールに当接するとともに、レバー部材が第２位置にあるときにはレバー部材又は前記した連携部材がツール把持部に把持されたツールから離反する。そして、前記した第１位置が、ツール把持部に把持されたツールがレバー部材に加える力によって、レバー部材が第１位置から第２位置側に揺動しない位置に設定されている。
上記のアーム装置によると、ツール把持部のツールによって加えられた力を受けても第１位置にあるレバー部材が第２位置側に揺動しないために、アームの回転速度を上げることができる。これにより、ツール交換の高速化が実現される。

また、ツール交換機能を持つ工作機械のためのツールマガジン自体も本発明の創造物である。このツールマガジンは、それぞれにツールを収納する複数のツールポットと、その複数のツールポットのなかの一つを選択的にツール交換位置に移動する移動機構と、各ツールポットに設けられており、収納しているツールをロックする位置とアンロックする位置との間を移動するとともに、ツールをロックする位置に向けて付勢されているロック・アンロック部材と、第１位置と第２位置の間を移動する部材とを有する。前記した部材が第１位置にあるときにはロック・アンロック部材がツールをロックする位置にあるとともに、前記した部材が第２位置にあるときにはツール交換位置にあるツールポットのロック・アンロック部材がツールをアンロックする位置に移動する。そして、前記した部材が主軸にツールをクランプ・アンクランプする機構に接続されて用いられる。
このツールマガジンによると、主軸にツールをクランプ（アンクランプ）する動作と、ツールポットにツールをロック（アンロック）する動作を一つの機構が同時に実現するために、ツール交換動作をスムーズに行なうことができる。これによりツール交換の高速化を図れる。

次のツールマガジンもまた本発明の創造物である。即ち、このツールマガジンは、それぞれにツールを収納する複数のツールポットと、各ツールポットに設けられており、収納しているツールをロックする位置と、アンロックする位置との間を移動するロック・アンロック部材と、第１位置と第２位置の間を移動するとともにツール交換位置にあるツールポットの前記したロック・アンロック部材に接触する部材とを有する。前記した接触部材が第１位置にあるときには接触しているロック・アンロック部材がツールをロックするとともに、前記した接触部材が第２位置にあるときには接触しているロック・アンロック部材がツールをアンロックする。そして、前記した接触部材がツール交換アームを主軸の伸びている方向に沿って移動させる機構に接続されて用いられる。アームが把持しているツールを主軸とツールポットに挿入（主軸とツールポットから抜く）する動作と、ツールポットにツールをロック（ツールポットからツールをアンロック）する動作を一つの機構が同時に実現するために、ツール交換動作をスムーズに行なうことができる。これによりツール交換の高速化を図れる。

＜第１実施例＞
以下、図面を参照して本発明の工作機械の実施例について説明する。まず図１を参照して工作機械１０の構成を説明する。図１は、工作機械１０の概略構成を示す正面図である。
工作機械１０は、主軸装置２０と、ツールマガジン８０と、主軸装置２０とツールマガジン８０の間に設けられたアーム５０等を備える。図１では、工作機械１０に備えられる他の構成要素（例えばワークの支持台等）は図示省略しており、本発明に関連する要素のみを図示している。

主軸装置２０は、ツール３２ｃが着脱可能に装着される主軸２２と、その主軸２２を回転可能に支持する主軸ハウジング２４等から構成されている。主軸装置２０の下方にはワーク（図示省略）がセットされ、そのワークはツール３２ｃによって加工される。図１では、ツールの具体的形状を図示省略しており、ツールホルダのみを図示している。工作機械１０で用いられるツールの種類は多岐に亘り、加工対象となるワークも様々である。
主軸ハウジング２４にはベアリング（図示省略）が内蔵されている。主軸ハウジング２４は、そのベアリングを介して主軸２２を回転可能に支持している。図１では、主軸ハウジング２４の内部構成を極めて簡略化して示している。主軸装置２０には、図示省略のモータが内蔵されている。そのモータは主軸２２に連結されている。モータが駆動すると主軸２２が軸Ｃ１回りに回転する。これにより、ツール３２ｃがワークを加工する動作が実現される、

主軸装置２０の上部には、略円筒形状の連携部材１７０と梃子１５２が設置されている。連携部材１７０は、その下部に鍔部１７０ａを形成している。鍔部１７０ａにローラ１６２が当接している。ローラ１６２は、梃子１５２の一端（以下では第１の端部という）に接続されている。図６に、梃子１５２の形状が良く示されている。なお図６は、図１の矢印Ｄ６方向に工作機械１０を見た図である。梃子１５２は支点１５０の回りに回転可能であり、上部の端部（以下では第２の端部という）には、ローラ１６４が接続されている。そのローラ１６４は、図６に良く示されているカム機構２１１に連結されている。この点は後で詳しく説明するが、カム機構２１１が動作することによって、連携部材１７０が上下に移動する。図１においては、連携部材１７０が最上位置にある。
連携部材１７０とツール３２ｃの間に、ツール３２ｃを主軸２２にクランプ・アンクランプする部材（以下ではクランプ部材という）が設けられている（クランプ部材は図示省略している）。クランプ部材は、連携部材１７０に連結されている。また主軸２２は、連携部材１７０を上方に付勢するバネを内蔵している。連携部材１７０が上方に付勢されることによってクランプ部材も上方に付勢される。これによりクランプ部材がツール３２ｃをクランプする。連携部材１７０が梃子１５２の動作によって下方に移動すると、クランプ部材も下方に移動する。クランプ部材が下方に移動すると、クランプ部材によるツール３２ｃのクランプが解除され、ツール３２ｃが主軸２２から容易に抜けるようになる。なおクランプ部材に関する詳しい構造は、特願２００２−２２８３３９号に示されている。

アーム５０は略長方形状を有している。図３から図５に、アーム５０の形状が詳細に示されている。アーム５０は、軸Ｃ２（図１）回りにアーム５０を回転させるとともに図１の上下方向にアーム５０を移動させるアーム軸１２２に接続されている。アーム５０の上部には、アーム軸１２２を回転可能かつ上下移動可能に支持するアーム軸ハウジング１２０が設置されている。アーム軸ハウジング１２０には、アーム軸１２２を運動させるモータ（図示省略）が内蔵されている。アーム５０のより詳細な構成や動作については後で説明する。

図２に良く示されるように、ツールマガジン８０は、周上に複数のツール３２ａ，３２ｂ等を保持している（図２では全てのツールに符号を付していない）。なお図２は、図１の矢印Ｄ２方向に工作機械１０を見た図である。図１では、最上位置と最下位置にあるツール３２ａ，３２ｂのみを図示している。本実施例のツールマガジン８０は、２０本のツール３２（このようにアルファベットを省略して符号を記載する場合がある）を収納している。ツール３２はツールポット８６に収納されている。図１においては、ツール３２ａはツールポット８６ａに収納されており、ツール３２ｂはツールポット８６ｂに収納されている。
ツールマガジン８０は回転中心軸９０を有している。この回転中心軸９０には、ベアリングを介して各ツールポット８６が連結されている。ツールマガジン８０は、符号８４で示されるモータを駆動源として、各ツールポット８６を回転させる（各ツール３２を軸Ｃ３回りに回転させる）。図１の符号８８は、最下位置にあるツールポット８６ｂを、軸Ｃ４回りに９０度回転させるシリンダである。実線によって示されたツールポット８６ｂは９０度回転前のものであり、破線によって示されたツールポット８６ｂは９０度回転後のものである。ツールポット８６ｂが９０度回転して破線で示された状態に位置すると、そのツールポット８６ｂが収納しているツール３２ｂをアーム５０が把持できるようになる（即ちツール交換位置である）。図中の符号８２は、各ツール３２の回転位置を正確に位置決めして一時的に固定するストッパ用シリンダである。

図７と図８に、ツールポット８６の形状を詳細に示している。図７（ａ）は、ツール交換位置にある図（即ち図１の破線のツールポット８６の図）を示しており、一部を断面図で示している。図７（ａ）では、ツールポット８６の周辺の様子も示している。図７（ｂ）は、図７（ａ）を右側から見た図である。ツールポット８６は、略円筒形状を有している。ツールポット８６に収納されているツール（ツールホルダ）３２は、下方から上方に向かうにつれて径が小さくなっている。但し、最上部にはやや径が大きい膨出部２３２が設けられている。ツールポット本体８７の側面には４つの孔が貫通している（その内の２つの孔が図に示されている）。図に示された一つの孔に２つの球体２２４ａ，２２６ａが収納されている。図に示された他方の孔にも２つの球体２２４ｂ，２２６ｂが収納されている。図に示されていない各孔にも２つの球体が収納されている。なおツールポット本体８７に設けられる孔の数は変更することが可能であり、４つより多くしたり少なくしたりできる。内側に収納されている球体２２６ａ，２２６ｂは、外側に収納されている球体２２４ａ，２２４ｂよりも径が小さい。なお本実施例では内側の球体の径が外側の球体の径よりも小さいが、同じ大きさの径にするもできる。また内側の球体の径を外側の球体の径よりも大きくすることもできる。

ツールポット８６は、本体８７の孔を塞ぐ円筒体２２０を有している。円筒体２２０は、本体８７に対して上下方向に摺動可能である。円筒体２２０の上部２２０ａは、その内面が削られた形状を有している。ツールポット本体８７と円筒体２２０の間にバネ２２２が設置されている。図７の状態では、バネ２２２は自然長となっている。円筒体２２０が下方に移動すると、バネ２２２による上方の付勢力が円筒体２２０に作用する。
図７の状態では、円筒体２２０によって各球体２２４ａ，２２４ｂ，２２６ａ，２２６ｂがツール３２側に押し込まれている。これにより、球体２２６ａ，２２６ｂがツール３２に接触し、ツール３２が上下方向に移動不可能となっている（即ちツール３２がロックされている）。図８（ａ）に、図７の状態から円筒体２２０が下がったときのツールポット８６とその周辺の様子を示している。図８（ｂ）は、図８（ａ）を右側から見た図である。図８（ａ）に良く示されるように、円筒体２２０が下がると、ツールポット本体８７の孔と円筒体上部２２０ａとが同じ高さになる。円筒体上部２２０ａは内面が削られているために、円筒体２２０が球体２２４ａ，２２４ｂをツール側に押し込む力が緩和される。このために、球体２２４ａ，２２６ａ，２２４ｂ，２２６ｂが、孔内を反ツール側に転動できるようになる。この状態では、ツール３２を下方に移動させると、ツール３２がツールポット８６から容易に抜ける（即ちツール３２はアンロック状態である）。
ツールポット８６の右側には、円筒体２２０を上下動させる機構２５０が備えられている。この上下動機構２５０は、接触部材２１８とレバー部材２１４とねじりバネ２１６とワイヤ２１０等によって構成されている。上下動機構２５０は、ツールポット８６の軸Ｃ４回りの９０度回転に伴なって回転するものではない。即ち、上下動機構２５０は、位置がほぼ固定されているものであって、９０度回転したツールポット８６（円筒体２２０）を受け入れる。

円筒体２２０の鍔部２２０ｂの上面に接触部材２１８が接触している。この接触部材２１８は、レバー部材２１４と連結されている（レバー部材２１４の形状は図７（ｂ），図８（ｂ）を見ると分かり易い）。レバー部材２１４にはピン２２８が挿入されており、そのピン２２８はツールマガジン８０下方の固定部材に取り付けられている。レバー部材２１４は、ピン２２８を中心として揺動可能である。ピン２２８には、ねじりバネ２１６が嵌め込まれている。ねじりバネ２１６の一端はピン２１９と接触しており、他端はピン２２１と接触している。ピン２１９はツールマガジン８０下方の固定部材に差し込まれている。ピン２２１は、レバー部材２１４に固定されている。
レバー部材２１４に、ワイヤ２１０の一端が接続されている。ワイヤ２１０の他端は、図６に示されるようにカム機構２１１のレバー部材２００に接続されている。カム機構２１１の動作は後で詳しく説明するが、この動作によってワイヤ２１０が矢印Ａ方向や矢印Ｂ方向に案内される。なお図中の符号２１２は、ワイヤ２１０を位置決めする部材である。

図７の状態でＡ方向にワイヤ２１０が案内されると、ピン２２８を中心としてＤ３方向にレバー部材２１４が揺動し、図８の状態になる。この場合、ねじりバネ２１６によって、レバー部材２１４にＤ４方向のバネ力が付勢する。但し、カム機構２１１のレバー部材２００がワイヤ２１０をＡ方向に引張る力は、レバー部材２１４を付勢するＤ４方向のバネ力よりも大きい。このために、カム機構２１１のレバー部材２００がワイヤ２１０をＡ方向に引張る力を解除しない限り、レバー部材２１４は図８の状態を維持する。カム機構２１１のレバー部材２００がワイヤ２１０をＡ方向に引張る力を解除すると、ねじりバネ２１６のバネ力によってレバー部材２１４がＤ４方向に揺動し、図７の状態に戻る。
先に述べたように、レバー部材２１４には接触部材２１８が連結されている。レバー部材２１４がＤ３方向に揺動すると接触部材２１８は下方に案内される。これにより接触部材２１８と接触している円筒体２２０が下方に移動し（図８の状態になる）、ツール３２がアンロックされる。図８の状態からレバー部材２１４がＤ４方向に揺動すると接触部材２１８が上方に移動する。この場合、バネ２２２による上方の付勢力によって円筒体２２０が上方に移動し（図７の状態に戻る）、ツール３２がロックされる。

次に、図３から図５を参照して、アーム５０の構成を詳細に説明する。図３は、最上位置にあるアーム５０の平面図である。図４は、図３のアーム５０の正面図であり、その内部構造の一部が示されている。図５は、最下位置にあるアーム５０の正面図であり、その内部構造の一部が示されている。
アーム５０は、アーム軸１２２を中心として図３の左右方向に伸びるアーム枠５１を有している。アーム５０の左右端部には、ツール３２を把持するツール把持部７０ａ，７０ｂが形成されている。
アーム枠５１の中央付近には、アーム軸１２２を挟むようにして２つの孔が設けられている。それぞれの孔からは部材５６ａ，５６ｂが上方に突出している。この様子は、図４に良く示されている。部材５６ａ，５６ｂの上端は、丸みを帯びた形状を有している。部材５６ａ，５６ｂの上端は、アーム軸ハウジング１２０の下面１２０ａと接触している。部材５６ａは、アーム５０の内部を上下方向に伸びている。アーム５０の内部にはバネ６２ａが配置されており、そのバネ６２ａが部材５６ａの下部に当接している。部材５６ａは、バネ６２ａによって上方に付勢されている。図４では部材５６ａしか図示されていないが、部材５６ｂに関しても同様の構成である。即ち、部材５６ｂもバネによって上方に付勢されている。部材５６ａ，５６ｂがバネによって上方に付勢されていても、部材５６ａ，５６ｂの上端とアーム軸ハウジング下面１２０ａが接触しているために、部材５６ａ，５６ｂの上方への移動が禁止されている。

部材５６ａにはレバー部材６０ａの一端が接続されている。レバー部材６０ａの他端は、連結部材５４ａの左端に連結されている。アーム５０が最上位置にある状態（図３や図４の状態）では、レバー部材６０ａは右上がりに伸びている。これに対し、アーム５０が最下位置にある状態（図５の状態）では、レバー部材６０ａはほぼ左右方向（やや左上がり）に伸びている。以下では、図３や図４の状態のレバー部材６０ａの位置を第２位置と記載し、図５の状態のレバー部材６０ａの位置を第１位置と記載する。連結部材５４ａは、アーム５０の長さ方向に伸びる略円柱形状を有している。連結部材５４ａは、アーム枠５１に対してアーム５０の長さ方向に摺動可能である。部材５６ｂにも、同様にレバー部材６０ｂ（これは図示されていない）が接続されており、そのレバー部材６０ｂには連結部材５４ｂが連結されている。なおアーム５０は右半分の構造と左半分の構造が同じであるために、以下では右半分の構造を中心に説明していく。しかもアルファベットを省略して符号を記載する場合がある。

図３や図４の状態からアーム軸１２２（アーム５０）が下方に移動すると、図５の状態になる。この過程では、アーム軸ハウジング１２０とアーム５０の距離が徐々に広がっていく。部材５６はバネ６２によって上方に付勢されているために、アーム５０が下方に移動するにつれて部材５６が上方に移動する。図５に良く示されるように、アーム５０が最下位置までくると、アーム軸ハウジング下面１２０と部材５６の上端が接触しない状態になる。
アーム５０が下方に移動して部材５６が上方に移動すると、第２位置にあるレバー部材６０は揺動して第１位置に到達する。連結部材５４は、レバー部材６０の揺動に連動してツール把持部７０の方向に摺動する。これにより連結部材５４ａの右端に接続されている調整部材５８ａがツール把持部７０ａのツール３２に当接する。調整部材５８ａは、その左右方向の位置を調整可能に構成されている部材である。調整部材５８ａの位置を予め調整しておくことによって、ツール３２を確実に把持することができる。
第１位置のレバー部材６０は、その左端がその右端よりもやや上方に位置している。なお部材５６は、その下部の径がアーム枠５１の孔径よりも大きく構成されている。このために部材５６は、上方に移動するとアーム枠５１に接触し、それ以上上方に移動することが禁止される。この状態が図５である。部材５６がそれ以上上方に移動することが禁止されるために、レバー部材６０が反第２位置側にさらに揺動することも禁止される。

本実施例のアーム５０は、第１位置にあるレバー部材６０の左端を、ツール３２が加える力の作用線（連結部材５４の長さ方向に伸びる線）の上方に位置するようにし、第２位置にあるレバー部材６０の左端が上記作用線の下方に位置するようにしている。即ち、第１位置のレバー部材６０の左端と第２位置のレバー部材６０の左端が、力の作用線を境とした上下の領域に跨って位置するように構成している。このようにアーム５０を構成にしたことにより、アーム５０の回転停止時にツール３２が連結部材５４を左方向に押しても、その力によって第１位置のレバー部材６０が第２位置側にも反第２位置側にも揺動しない。従って、アーム５０を高速で回転させることができ、ツール交換の高速化が実現されている。

次に、図６を参照して、梃子１５２やカム機構２１１の詳しい構成について説明する。図６に示されるように、梃子１５２はＴ字形状を有している。梃子１５２の第１の端部にはローラ１６２が接続されており、そのローラ１６２は連携部材１７０の鍔部１７０ａに当接している（図１参照）。梃子１５２の第２の端部にはローラ１６４が接続されている。ローラ１６４は、カム機構２１１を構成するレバー部材２００の二股部１８０に受け入れられている。梃子１５２の第３の端部にはローラ１６０が接続されている。このローラ１６０には、空圧シリンダ１５４のピストンが連結されている。梃子１５２は、その中央が揺動支点１５０にされている。
カム機構２１１は、カム板１９０と、そのカム板１９０を回転させるモータ５と、レバー部材２００等から構成されている。カム板１９０は、略楕円形状を有している。レバー部材２００は、符号１９２を支点として揺動可能である。レバー部材２００の上部には、カム板１９０と接触しているローラ１９４が接続されている。カム板１９０が回転するとローラ１９４の位置が変位し、これによりレバー部材２００が揺動する。
本工作機械１０は、空圧シリンダ１５４を設けることによって、カム板１９０を回転させるモータの小型化が図られている。この点のより詳細な説明は、特開２００２−１２６９１６号公報に記載されている。
レバー部材２００にはワイヤ２１０の一端が接続されている。ワイヤ２１０は、揺動支点１９２よりやや下方に接続されている。ワイヤ２１０は、図６の状態からレバー部材２００が左回り方向に揺動するとＡ方向に案内される（引張られる）。逆に、レバー部材２００が右回り方向に揺動するとワイヤ２１０はＢ方向に案内される。

次に、上記の構成を有する工作機械１０のツール交換動作について説明する。
（１）図示省略されている主軸装置２０を上下動させる機構によって主軸装置２０が上死点まで上昇すると、梃子１５２の第２の端部に設けられているローラ１６４がカム機構２１１に連携される（レバー部材２００の二股部１８０に連結される）。
（２）主軸装置２０が上死点まで上昇すると、アーム軸１２２を回転させてアーム５０を回転させる。これにより、主軸２２にクランプされているツール３２と、ツール交換位置にあるツールポット８６が収納しているツール３２とがアーム５０で同時に把持される。なお、この動作に先だって、ツールマガジン８０が軸Ｃ３回りに回転して次に使用するツール３２が選択されている。さらに選択されたツール３２を収納しているツールポット８６が軸Ｃ４回りに９０度回転している。
この（２）の動作時には、アーム５０のレバー部材６０は第２位置にあり、調整部材５８がツール把持部７０側に飛び出していない。このため、アーム５０が回転しても、主軸２２のツール３２やツールポット８６のツール３２に調整部材５８が接触しない。
（３）アーム５０の回転動作が開始されると空圧シリンダ１５４がオンされる。但し、このとき梃子１５２はまだ動作しない。

（４）カム板１９０を回転させるモータ５が駆動し、レバー部材２００、ローラ１６４、梃子１５２、ローラ１６２を介して連携部材１７０に下向きの力を付与する。これにより、連携部材１７０が下方に移動し、ツール３２が主軸２２からアンクランプされる。このとき、上記（３）でＯＮされた空圧シリンダ１５４によって、連携部材１７０を下向きに移動させる力が補助される。
このときレバー部材２００は、軸１９２を中心に左回り方向に揺動する。従ってワイヤ２１０がＡ方向に案内されて、ツールポット８６のツール３２がアンロックされる。
主軸２２からツール３２をアンクランプする動作と、ツールポット８６からツール３２をアンロックする動作が、一つの機構によって同時に実現されているために、ツール交換動作をスムーズに行なうことができる。これによりツール交換が高速化されている。
（５）次に、アーム軸１２２を下方に移動させることによってアーム５０を下方に移動させる。これにより、主軸２２とツールポット８６からツール３２を抜く。この動作が行なわれると、アーム５０の部材５６が上方に移動し、レバー部材６０が第１位置に置かれる。これによりアーム５０の調整部材５８がツール３２に当接してそのツール３２がロックされる。

（６）次に、アーム軸１２２を回転させてアーム５０を回転させる。これにより、主軸２２にクランプされていたツール３２がツールマガジン８０側に移動し、ツールマガジン８０に収納されていたツール３２が主軸２２の直下に移動する。
（７）次に、アーム軸１２２を上方に移動させてアーム５０を上方に移動させる。これにより、主軸２２にツール３２が挿入されるとともに、ツールポット８６（このツールポットは主軸２２に挿入されるツールを収納していたものである）にもツールが挿入される。
この動作に伴なって、アーム軸ハウジング１２０が部材５６を下方に押し、部材５６が下方に移動する。これにより、レバー部材６０が第２位置に置かれることになる。従って連結部材５４がツール３２から離反して、ツール３２がアンロックされる。
（８）上記（７）の動作が行なわれると、カム板１９０を回転させてレバー部材２００、ローラ１６４、梃子１５２、ローラ１６２を介して連携部材１７０を下方に押し下げている力を解除する。これにより、連携部材１７０が上方に移動し、ツール３２が主軸２２にクランプされる。
このときレバー部材２００は、軸１９２を中心に右回り方向に揺動する。従ってワイヤ２１０がＢ方向に案内されて、ツールポット８６においてツール３２がロックされる。
主軸２２にツール３２をクランプする動作と、ツールポット８６にツール３２をロックする動作が、一つの機構によって同時に実現されているために、ツール交換動作をスムーズに行なうことができる。これによりツール交換が高速化されている。
なおこの（８）の動作に先だって、空圧シリンダ１５４がオフされて圧縮空気が抜かれている。
（９）次に、アーム軸１２２を回転させて主軸２２の動作に干渉しない位置までアーム５０を回転させる。これによりアーム５０が待機位置に戻る。

＜第２実施例＞
ここでは第１実施例と異なる部分を中心に説明する。第１実施例では、アームが回転することによって、アーム把持部にツールを把持したり、アーム把持部からツールを取り出したりする。第２実施例では、主軸装置やツールマガジンがアームに接近したりアームから遠ざかることによって、アームと主軸間や、アームとツールマガジン間でツールの受渡しを行なう。この工作機械のアームの構成を説明する。図９から図１２に、本実施例のアーム３５０の構成を示している。アーム３５０の両端には、ツール把持部３７０ａ，３７０ｂが設けられている。ツール把持部３７０ａは、はさみ部材３７２ａ，３７３ａを有している。２つのはさみ部材３７２ａ，３７３ａがツール３３２を挟み込むことによってツール３３２が把持される。

はさみ部材３７２ａは、ピン３８０ａを支点としてアーム枠３５１に対して揺動可能である。同様に、はさみ部材３７３ａは、ピン３８１ａを支点としてアーム枠３５１に対して揺動可能である。２つのはさみ部材３７２ａ，３７３ａの間に、バネ３７４ａが挿入されている。このバネ３７４ａのバネ力が付勢しているはさみ部材３７２ａ，３７３ａは、キー３９０ａに当接することによって、これ以上揺動することが禁止されている。
主軸装置が移動して、主軸装置にクランプされているツール３３２をはさみ部材３７２ａ，３７３ａの間に差し込むと、はさみ部材３７２ａ，３７３ａが開きながらツール３３２を挟み込む。はさみ部材３７２ａ，３７３ａが開いた状態ではバネ３７４ａのバネ力がはさみ部材３７２ａ，３７３ａに付勢する。完全にツール３３２を挟み込むと、はさみ部材３７２ａ，３７３ａは図９の状態に戻る。
ツール把持部３７０ｂの構造もツール把持部３７０ａの構造と同様である。アーム３５０の方向にツールマガジンが移動して、はさみ部材３７２ｂ，３７３ｂの間にツール３３２が差し込まれると、はさみ部材３７２ｂ，３７３ｂがツール３３２を挟み込む。なお本実施例ではツールマガジン自体が移動しているが、ツールポットやそれに準ずるものが移動するようにしてもよい。

図１０は、図９の状態のアーム３５０の正面図である。符号３５６ａ，３６０ａ，３６２ａは、第１実施例の符号５６ａ，６０ａ，６２ａとそれぞれ同じ部材である。符号３５４ａは、レバー部材３６０ａに連結しているとともにアーム枠３５１の長さ方向に摺動可能な連結部材である。
図１１は、アーム軸４２２が下方に移動したときの図である。図１２は、図１１の状態のアーム３５０の正面図である。アーム軸４２２が下方に移動すると、部材３５６ａが上方に移動してレバー部材３６０ａが揺動する。以下では、図１１や図１２のレバー部材３６０の位置を第１位置と記載し、図９や図１０のレバー部材３６０の位置を第２位置と記載する。
レバー部材３６０が第２位置から第１位置に揺動すると、連結部材３５４ａがツール把持部３７０ａの方向に移動する。これにより、連結部材３５４ａがはさみ部材３７２ａ，３７３ａの間に嵌り込む（図１１参照）。この状態では、はさみ部材３７２ａ，３７３ａが開くことができないために、ツール３３２が強固にロックされている。このとき、レバー部材３６０ａが、反第２位置側に揺動することができない点は、第１実施例と同様である。第１位置のレバー部材３６０ａは、上記した第１実施例のようにやや左上がりに伸びている。従って、アーム３５０の回転停止時にツール３３２が連結部材３５４ａを左方向に押しても、その力によってレバー部材３６０ａが揺動しない。本実施例のアーム３５０の構成によっても、アーム３５０を高速で回転させることができ、ツール交換の高速化が実現されている。

＜第三実施例＞
ここでは第１実施例と異なる点を中心に説明する。図１３に、本実施例の工作機械の図を示す。第１実施例と同じ部材には、第１実施例と同じ符号を付している。本実施例は、ワイヤ２１０が部材４００に接続されている点が第１実施例と異なる。部材４００は、アーム軸１２２の上下動に連動する部材である。アーム軸１２２（アーム５０）が上方に移動すると部材４００も上方に移動し、ワイヤ２１０が矢印Ｂ方向に案内される。これによりツールポット８６にツール３２がロックされる。逆に、アーム軸１２２（アーム５０）が下方に移動すると部材４００も下方に移動し、ワイヤ２１０が矢印Ａ方向に案内される。これによりツールポット８６からツール３２がアンロックされる。
本実施例では、アーム５０が上方に移動して主軸２２とツールポット８６にツール３２が挿入されるときに、ツールポット８６にツール３２がロックされる。またアーム５０が下方に移動して主軸２２とツールポット８６からツール３２が抜かれるときに、ツールポット８６からツール３２がアンロックされる。この実施例では、ツールポット８６にツール３２をロック・アンロックする動作と、アーム５０を上下動する動作が一つの機構によって同時に実現されているために、ツール交換動作をスムーズに行なうことができる。本実施例の構成によっても、ツール交換の高速化が実現される。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば上記実施例では、部材５６やバネ６２等を用いてレバー部材６０を揺動させる。しかしながらアーム５０に、レバー部材６０を揺動するための駆動源を設けるようにしてもよい。
また上記実施例では、レバー部材６０に連携されている調整部材５８がツール３２に当接してツール３２をロックしているが、レバー部材６０自体がツール３２に当接してツール３２をロックするようにしてもよい。レバー部材６０の第１位置を、アーム５０の回転停止時に力を受けても第２位置側に揺動しない位置に設定すれば、アーム５０の回転速度を上げることができ、ツール交換の高速化を実現できる。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時における請求の範囲に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

本発明に係る工作機械の正面図を示す。図１の工作機械を矢印Ｄ２方向に見た図を示す。アームの平面図を示す。図３のアームの正面図を示す。図４のアームが反主軸側に移動したときの図を示す。図１の工作機械を矢印Ｄ６方向に見た図を示す。図７（ａ）は、ツールをロックしている状態のツールポットとその周辺図を示す。図７（ｂ）は、図７（ａ）を右側から見た図を示す。図８（ａ）は、ツールをアンロックしている状態のツールポットとその周辺図を示す。図８（ｂ）は、図８（ａ）を右側から見た図を示す。第二実施例のアームの平面図を示す。図９のアームの正面図を示す。図９のアームが反主軸側に移動したときの図を示す。図１１のアームの正面図を示す。第三実施例の工作機械を示す。本発明に係る工作機械のアームの構造を簡単に示す。従来の工作機械のアームの構造を簡単に示す。

次に、ツール交換の高速化を実現する第二の発明を開示する。この発明の工作機械は、ツールを着脱可能にクランプする主軸と、ツールを収納するツールポットを複数有するツールマガジンと、主軸とツールマガジンとの間でツールを交換するアームを備える。各ツールポットは、収納しているツールをロックする位置とアンロックする位置との間を移動するとともにツールをロックする位置に向けて付勢されているロック・アンロック部材を有する。ツールマガジンは、複数のツールポットのなかの一つを選択的にツール交換位置に移動する。ツール交換アームは、少なくとも２つのツール把持部を有しており、一方のツール把持部によって主軸からツールを離脱するときには他方のツール把持部によってツール交換位置にあるツールポットからツールを離脱し、一方のツール把持部によって主軸にツールを挿入するときには他方のツール把持部によってツール交換位置にあるツールポットにツールを挿入する。この工作機械は、第１位置と第２位置の間を移動するとともにツール交換位置にあるツールポットのロック・アンロック部材に接触する接触部材を有する。前記した接触部材が第１位置にあるときには各ツールポットのロック・アンロック部材がツールをロックする位置にあるとともに、前記した接触部材が第２位置に移動するときにはツール交換位置にあるツールポットのロック・アンロック部材がツールをアンロックする位置に移動する。そして前記した接触部材が、主軸にツールをクランプ・アンクランプする機構に接続されており、主軸に対するツールのクランプ・アンクランプ動作に伴なって第１位置と第２位置の間を移動する。

また、ツール交換機能を持つ工作機械のためのツールマガジン自体も本発明の創造物である。このツールマガジンは、それぞれにツールを収納する複数のツールポットと、その複数のツールポットのなかの一つを選択的にツール交換位置に移動する移動機構と、各ツールポットに設けられており、収納しているツールをロックする位置とアンロックする位置との間を移動するとともに、ツールをロックする位置に向けて付勢されているロック・アンロック部材と、第１位置と第２位置の間を移動するとともにツール交換位置にあるツールポットのロック・アンロック部材に接触する接触部材とを有する。前記した接触部材が第１位置にあるときには各ツールポットのロック・アンロック部材がツールをロックする位置にあるとともに、前記した接触部材が第２位置にあるときにはツール交換位置にあるツールポットのロック・アンロック部材がツールをアンロックする位置に移動する。そして、前記した接触部材が主軸にツールをクランプ・アンクランプする機構に接続されて用いられる。
このツールマガジンによると、主軸にツールをクランプ（アンクランプ）する動作と、ツールポットにツールをロック（アンロック）する動作を一つの機構が同時に実現するために、ツール交換動作をスムーズに行なうことができる。これによりツール交換の高速化を図れる。

Claims

ツールを着脱可能にクランプする主軸と、
複数のツールを収納するツールマガジンと、
ツールを把持するツール把持部を有し、回転可能であり、主軸とツールマガジンとの間でツールを交換するアームと、
アームに設けられており、第１位置と第２位置の間を揺動するレバー部材とを有し、
前記レバー部材が第１位置にあるときにはレバー部材又はレバー部材に連携する部材がツール把持部に把持されたツールに当接するとともに、前記レバー部材が第２位置にあるときにはレバー部材又は前記連携部材がツール把持部に把持されたツールから離反し、
前記第１位置が、ツール把持部に把持されたツールがアームの回転停止時に前記レバー部材に加える力によって、前記レバー部材が前記第１位置から前記第２位置側に揺動しない位置に設定されていることを特徴とする工作機械。
ツールを着脱可能にクランプする主軸と、
ツールを収納するツールポットを複数有するツールマガジンと、
主軸とツールマガジンとの間でツールを交換するアームと、
各ツールポットに設けられており、収納しているツールをロックする位置と、アンロックする位置との間を移動するロック・アンロック部材と、
ツールマガジンに設けられており、第１位置と第２位置の間を移動するとともにツール交換位置にあるツールポットの前記ロック・アンロック部材に接触する部材とを有し、
前記接触部材が第１位置にあるときには接触している前記ロック・アンロック部材がツールをロックするとともに、前記接触部材が第２位置にあるときには接触している前記ロック・アンロック部材がツールをアンロックし、
前記接触部材が主軸にツールをクランプ・アンクランプする機構に接続されており、主軸に対するツールのクランプ・アンクランプ動作に伴なって第１位置と第２位置の間を移動することを特徴とする工作機械。
ツールを着脱可能にクランプする主軸と、
ツールを収納するツールポットを複数有するツールマガジンと、
主軸の伸びている方向に沿って移動可能であり、主軸とツールマガジンとの間でツールを交換するアームと、
各ツールポットに設けられており、収納しているツールをロックする位置と、アンロックする位置との間を移動するロック・アンロック部材と、
ツールマガジンに設けられており、第１位置と第２位置の間を移動するとともにツール交換位置にあるツールポットの前記ロック・アンロック部材に接触する部材とを有し、
前記接触部材が第１位置にあるときには接触している前記ロック・アンロック部材がツールをロックするとともに、前記接触部材が第２位置にあるときには接触している前記ロック・アンロック部材がツールをアンロックし、
前記接触部材がアームを主軸の伸びている方向に沿って移動させる機構に接続されており、アームの移動動作に伴なって第１位置と第２位置の間を移動することを特徴とする工作機械。
ツール交換機能を持つ工作機械のためのツール交換用のアーム装置であり、
ツールを把持するツール把持部を有するアームと、
第１位置と第２位置の間を揺動するレバー部材とを有し、
前記レバー部材が第１位置にあるときにはレバー部材又はレバー部材に連携する部材がツール把持部に把持されたツールに当接するとともに、レバー部材が第２位置にあるときにはレバー部材又は前記連携部材がツール把持部に把持されたツールから離反し、
前記第１位置が、ツール把持部に把持されたツールが前記レバー部材に加える力によって、前記レバー部材が前記第１位置から前記第２位置側に揺動しない位置に設定されていることを特徴とするツール交換用のアーム装置。
ツール交換機能を持つ工作機械のためのツールマガジンであり、
それぞれにツールを収納する複数のツールポットと、
各ツールポットに設けられており、収納しているツールをロックする位置と、アンロックする位置との間を移動するロック・アンロック部材と、
第１位置と第２位置の間を移動するとともにツール交換位置にあるツールポットの前記ロック・アンロック部材に接触する部材とを有し、
前記接触部材が第１位置にあるときには接触している前記ロック・アンロック部材がツールをロックするとともに、前記接触部材が第２位置にあるときには接触している前記ロック・アンロック部材がツールをアンロックし、
前記接触部材が主軸にツールをクランプ・アンクランプする機構に接続されて用いられるツールマガジン。
ツール交換機能を持つ工作機械のためのツールマガジンであり、
それぞれにツールを収納する複数のツールポットと、
各ツールポットに設けられており、収納しているツールをロックする位置と、アンロックする位置との間を移動するロック・アンロック部材と、
第１位置と第２位置の間を移動するとともにツール交換位置にあるツールポットの前記ロック・アンロック部材に接触する部材とを有し、
前記接触部材が第１位置にあるときには接触している前記ロック・アンロック部材がツールをロックするとともに、前記接触部材が第２位置にあるときには接触している前記ロック・アンロック部材がツールをアンロックし、
前記接触部材がツール交換アームを主軸の伸びている方向に沿って移動させる機構に接続されて用いられるツールマガジン。