(57)【要約】      （修正有）【課題】複数機種の工具マガジンに使用可能なツールポットを安定した品質で安価に製造する方法、及び耐用年数が長く軽量でリサイクル可能なツールポットを提供する。【解決手段】複数機種の工具マガジンに対応して保持孔５４の開口部端面に設けられた複数個のキー６０、６８を、熱可塑性樹脂にガラス繊維を含有させたガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を射出成形してツールポット本体５３と一体成形し、該ツールポットを使用する工具マガジンに適合するキー以外のキー６０、６８を削除する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の工具を着脱可能に収納する工具マガジンに着脱可能に設けられ各工具を回り止めして着脱可能に保持する各ツールポットの製造方法にして、
ツールポット本体、および前記工具に設けられたキー溝と係合して前記ツールポット本体の保持孔に挿入された工具を回り止めするために複数機種の工具マガジンに対応して前記保持孔の開口部端面に設けられた複数個のキーを、熱可塑性樹脂にガラス繊維を含有させたガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を射出成形して一体成形し、該ツールポットを使用する工具マガジンに適合するキー以外のキーを削除することを特徴とする工具マガジンのツールポットの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記ガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形材料は、繊維長が２００〜３００μｍで、繊維径が１０〜１５μｍのガラス繊維を１５から４５重量パーセント含有し、射出成形時に金型温度を８０〜１２０℃に保つことを特徴とする工具マガジンのツールポットの製造方法。
【請求項３】
工具を回り止めして着脱可能に保持するとともに、工具マガジンに設けられた複数のポット収納部の係合部に各係合溝が係脱することにより前記工具マガジンに係脱可能に収納されるツールポットにして、
ツールポット本体を熱可塑性樹脂にガラス繊維を含有させたガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形材料で成形し、該ツールポット本体は前記工具が保持される保持孔を形成する薄肉の壁部と、両端部のリブと、該両端部リブを連結する数本の軸線方向リブを有し、前記係合溝を前記両端部リブに形成したことを特徴とする工具マガジンのツールポット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の工具を着脱可能に収納する工具マガジンのツールポットの製造方法及びかかる工具マガジンのツールポットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にマシニングセンタ等の工作機械の工具マガジンにおいては、割出し回転されるマガジン円板の外周に複数のツールポットを支持し、各ツールポットに設けた保持孔に工具を挿入し、工具に設けたキー溝を前記保持孔の開口部端面に突設したキーに係合させて工具をツールポットに回り止めして着脱可能に保持し、次に使用する工具を保持するツールポットを工具取出し位置で前記マガジン円板から取出して９０°旋回させ、ツールポットを工作機械の主軸と平行にした状態でツールポットと主軸との間で工具を工具交換装置により同時交換している。
【０００３】
従来、このようなツールポットの本体は、図１０に示すようにフェノール樹脂で成形されていた。フェノール樹脂は衝撃強度が弱いので、金属製のキー部材１０を本体１１の保持孔１２の開口端部の外周側面にビス１３で固定し、キー部材１０のキー部１４を保持孔１２の開口部端面１５に突出させていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
金属製キー部材をツールポット本体にビスで固定することは、製作工数が増えるとともに、金属製ビスの頭がツールポットを案内する樹脂製のガイドプレートを摩耗させるという不具合があった。また、強度をあげるために全体の肉厚が厚くなり、重量を十分下げることができなかった。さらに、フェノール樹脂は熱硬化性のため、ツールポットが摩耗して使用不可能となってもリサイクルできない問題があった。
【０００５】
そして、工具マガジンに使用するツールポットのキーは、ツールポットが使用される工具マガジンの機種に応じてキーの位相を異ならせる必要がある。このために工具マガジンの機種に応じた位相で金属製キー部材をツールポット本体に固定することは製作工数が増える問題があった。
【０００６】
発明はかかる従来の問題点を解決するためになされたもので、複数機種の工具マガジンに使用可能なツールポットを安定した品質で安価に製造する方法、及び耐用年数が長く軽量でリサイクル可能なツールポットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、複数の工具を着脱可能に収納する工具マガジンに着脱可能に設けられ各工具を回り止めして着脱可能に保持する各ツールポットの製造方法にして、前記ツールポットの本体、および前記工具に設けられたキー溝と係合して前記本体の保持孔に挿入された工具を回り止めするために複数機種の工具マガジンに対応して前記保持孔の開口部端面に設けられた複数個のキーを、熱可塑性樹脂にガラス繊維を含有させたガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を射出成形して一体成形し、該ツールポットを使用する工具マガジンに適合するキー以外のキーを削除することである。
【０００８】
請求項２に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記ガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形材料は、繊維長が２００〜３００μｍで、繊維径が１０〜１５μｍのガラス繊維を１５から４５重量パーセント含有し、射出成形時に金型温度を８０〜１２０℃に保つことである。
【０００９】
請求項３に記載の発明の構成上の特徴は、工具を回り止めして着脱可能に保持するとともに、工具マガジンに設けられた複数のポット収納部の係合部に各係合溝が係脱することにより前記工具マガジンに係脱可能に収納されるツールポットにして、該ツールポットの本体を熱可塑性樹脂にガラス繊維を含有させたガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形材料で成形し、該ツールポットの本体は前記工具が保持される保持孔を形成する薄肉の壁部と、両端部のリブと、該両端部リブを連結する数本の軸線方向リブを有し、前記係合溝を前記両端部リブに形成したことである。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、複数機種の工具マガジンに対応して保持孔の開口部端面に設けられた複数個のキーを、熱可塑性樹脂にガラス繊維を含有させたガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を射出成形してツールポット本体と一体成形し、該ツールポットを使用する工具マガジンに適合するキー以外のキーを削除するので、複数機種用に同一形状のツールポットを多数作成することが可能となり、量産効果で安定した品質のツールポットを安価に生産することができる。
【００１１】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、繊維長が２００〜３００μｍで、繊維径が１０〜１５μｍのガラス繊維を１５から４５重量パーセント含有したガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を、射出成形時に金型温度を８０〜１２０℃に保って一体成形するので、ガラス繊維による強化の効果が顕著に現れ、弾性率、引張り強さ、衝撃強さが高く軽量で十分な強度を有するツールポットを提供することができる。
【００１２】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、ツールポット本体をガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形材料で一体成形し、工具が保持される保持孔を形成する薄肉の壁部と、両端部のリブと、該両端部リブを連結する数本の軸線方向リブとで形成したので、ツールポットを極めて軽くすることができる。さらに、工具は保持孔内に薄い肉厚の壁部で振動を吸収して保持されるので、工具マガジンの割出し回転中に工具が振動によりツールポットから落下することを防止できる。そして、工具マガジンに設けられたポット収納部の係合部に係脱する係合溝の磨耗が極めて少ないので、ツールポットの耐用年数を飛躍的に伸ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１，２に基づいて本発明にかかる工具マガジンのツールポットを備えた工具マガジン装置について説明する。図1において図略のベッド上には、Ｘ軸方向にコラム１０が摺動可能に案内支持され、工具交換時に図1に示す工具交換位置P2に図略のサーボモータにより移動されるようになっている。コラム１０の前面には主軸ヘッド１１が上下方向に摺動可能に案内支持され、図略のサ−ボモータにより上下移動されるようになっている。
【００１４】
主軸ヘッド１１には主軸１２がＺ軸と平行な軸心回りに回転可能に支承され、図略の主軸モータにより回転駆動されるようになっている。主軸１２の先端には、工具１３が着脱可能に装着されている。工具１３はドリル等の切削工具が工具ホルダに装着されて構成されている。前記ベッド上には、工具交換装置２０が、前記工具交換位置P2に位置決めされたコラム１０と後述する工具マガジン３０との間に設置されている。工具交換装置２０は、両端に工具１３を把持する把持部２２を有し、主軸１２と平行な軸線Ｈ回りに回転可能で軸線Ｈ方向に進退自在な工具交換アーム２１と、この工具交換アーム２１を軸線Ｈ回りで所定角度正逆回転させるとともに前進後退させるカム機構を備えた図略の駆動装置とから構成されている。
【００１５】
ベッド上に立設された固定基板３１上には、マガジンの割出し回転体であるマガジン円板３２がＸ軸と平行な水平軸線回りに割出し回転可能に支承され、割出しモータ３３により割出し回転されるようになっている。マガジン円板３２の円周上には矩形状の複数のポット収納部３４が等間隔に設けられ、工具１３を着脱可能に保持するツールポット５０に設けられた係合溝５１が、各ポット収納部３４の内側に突設された係合部３５に放射方向に離脱可能に係合されている。
【００１６】
固定基板３１にはマガジン円板３２のポット収納部３４を取り巻くように固定のガイドレール３６が設置され、ツールポット５０がポット収納部３４から離脱するのを規制している。ガイドレール３６及び固定基板３１は工具取出し位置P0において切り欠かれ、ツールポット５０をマガジン円板３２から取り出せるようになっている。
【００１７】
固定基板３１には、ツールポット５０を工具取出し位置P0から工具交換位置P1へ搬送するポット搬送装置４０が設けられている。固定基板３１には回転軸４２がブラケットを介して鉛直軸線回りに回転可能に軸承され、回転軸４２の下端には、ガイドレール３６の切欠き部（工具取出し位置P0）に対応して配置された一対のフック４１が基部４４で固定されている。フック４１には、マガジン円板３２の回転につれて工具取出し位置P0を通過するツールポット５０を両側から挟み込むようにツールポット５０に設けられたフック係合溝５２に係合する案内部４３が夫々設けられている。回転軸４２の上端には、回転板４５が固着され、回転板４５に固定基板３１に一端がＹ軸と平行な軸線回りに回動可能に支持されたフック旋回用シリンダ４６のピストンロッドの先端がピン４８を介して枢支され、フック旋回用シリンダ４６の作動により回転軸４２とともにフック４１を９０°旋回するようになっている。ツールポット５０は工具取出し位置P0から工具交換位置P1まで搬送される際にガイドレール３６の切欠き部に設けられた上下一対のガイドプレート４７によって案内支持される。４９はフック４１に固定された案内部で、フック４１が工具交換位置P1に旋回されたとき、ガイドレール３６の切欠き部に整列し、マガジン円板３２が割出し回転されたときツールポット５０がポット収納部３４から離脱することを規制する。
【００１８】
本発明に係る工具マガジンのツールポット５０を図３に基づいてさらに詳細に説明する。ツールポット５０の本体５３は、ガラス繊維強化熱可塑性の樹脂成形材料で一体成形され、中心部に工具１３を保持するテーパ状の保持穴５４が設けられている。本体５３の前端部には環状のリブ５５が設けられ、後端部には断面略正方形のリブ５６が設けられ、これら両端部リブ５５，５６を連結して４本の軸線方向リブ５７が設けられている。５８は薄肉の壁部で、両端部リブ５５，５６及び軸線方向リブ５７との間で保持穴５４を覆っている。本体５３の両側面には、マガジン円板３２のポット収納部３４の内側に突設された係合部３５が着脱可能に係合する係合溝５１が両端部リブ５５，５６において夫々設けられている。各係合溝５１のマガジン円板側の端部には、係合部３５との係脱を容易にするためにテーパ部５９が設けられている。本体５３後端部のリブ５６の他方両側面には、フック４１の案内部４３に係脱するフック係合溝５２が保持孔５４の軸線と直角な方向に設けられている。
【００１９】
６０は保持孔５４が開口する本体５３の前端面に本体５３と一体に成形されたキーで、工具１３に設けられたキー溝と係合し、保持孔５４に挿入されてツールポット５０に保持された工具１３を回り止めするようになっている。本体５３の後端部のリブ５６には、図４に示すように保持孔５４の後端小径部に金属製のリング６１が融着され、リブ５６には外周面からリング６１に向かって4個のディテント穴６２が放射方向に穿設され、リング６１に穿設された４個のボール支持穴６３と連通している。各ボール支持穴６３にはボール６４が遊嵌され、ボール６４とディテント穴６２に螺合された押え金６５との間には圧縮バネ６６が介挿されている。ボール６４は圧縮バネ６６により内方に付勢されて一部がリング６１の内径内側に突出し、保持孔５４に挿入された工具１３のプルスタッド６７に係脱可能に係合して工具１３の脱落を防止するようになっている。
【００２０】
本体５３は、ガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を射出成形して一体成形され、後端部のディテント穴６２及び押え金６５が螺合するネジ以外は殆ど機械加工の必要がない。ガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形材料としては、繊維長が２００〜３００μｍで、繊維径が１０〜１５μｍのガラス繊維をナイロン系樹脂であるポリアミド６６（Ｎ６６）に３０重量パーセント含有したものを使用した。そして、射出成形時に金型温度を８０〜１２０℃に保つことにより、弾性率、引張り強さを８％向上することができた。このようにして成形したツールポット５０は、従来のフェノール樹脂で成形されたものに比して引張り強さで約４倍、衝撃強さで約１０倍強度が高くなった。このガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の曲げ弾性率は、図５に示すようにガラス繊維の含有率が１５％程度から高くなるが、４５％を超えるとガラス繊維同士の干渉が生じ、ガラス繊維が折れて却って低下する。
【００２１】
ガラス繊維を含有してガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を構成する熱可塑性樹脂としては、Ｎ６，ＰＥＴ，ＰＢＴ，ＰＰ，ＰＣ，ＡＢＳ等も使用可能である。Ｎ６６，Ｎ６，ＰＥＴ，ＰＢＴ，ＰＰ等の結晶性の樹脂を使用したガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の方がＡＢＳ，ＰＣ，等の非晶性の樹脂を使用したガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形材料より引張り強さの向上、連続使用可能温度の向上等、ガラス繊維を含有したことによる効果が高く（図6参照）、本体５３の成形材料に適している。
【００２２】
上記のように構成した実施形態において、主軸１２に装着された工具１３を交換するために、コラム１０は図１に示す工具交換位置P2に移動され、次ぎに使用される工具１３を保持するツールポット５０がポット搬送装置４０によって工具取出し位置Ｐ0から工具交換位置P1に搬送される。ポット搬送装置４０が工具取出し位置Ｐ0に位置するとき、マガジン円板３２が回転割出しされると、ポット収納部３４に収納されたツールポット５０が固定のガイドレール３６に案内されながら工具取出し位置Ｐ0に順次割出され、工具取出し位置Ｐ0に位置するフック４１の案内部４３に案内されながら通過する。次に使用する工具１３を保持するツールポット５０が工具取出し位置Ｐ0に割出されると、マガジン円板３２の割出し回転が停止され、フック４３がフック旋回用シリンダ４６によって９０度旋回される。フック４３の旋回によりツールポット５０がマガジン円板３２のポット収納部３４より離脱され、ガイドレール４７に案内されながら旋回される。
【００２３】
次に、工具交換装置２０の工具交換アーム２１が反時計方向に所定角度回転し、アーム両端に設けられた工具把持部２２が、工具交換位置Ｐ0に搬送された次に使用される工具１３と、主軸１２に装着されている工具１３とを把持する。このとき工具把持部２２に設けられた回り止めキーは各工具１３の一方のキー溝と係合する。各工具１３に設けられた他方のキー溝は、ツールポット５０に設けられたキー６０と主軸１２に設けられたキー２５とに夫々係合している。その後、工具交換アーム２１が前進して両工具１３を主軸１２先端の工具装着孔及びツールポット５０の保持孔５４から抜き出し、１８０度回転して後退することによって両工具１３を主軸１２とツールポット５０との間で交換する。この工具交換時にツールポット５０のキー６０と工具１３に設けたキー溝とは係脱し一部衝突することもあるが、キー６０は上記ガラス繊維強化熱可塑性成形材料で本体５３と一体成形され、衝撃強さがフェノール樹脂に比べて約１０倍高いので破損することはない。
【００２４】
マガジン円板３２は、主軸１２に装着されていた工具１３を保持するツールポット５０を収納するポット収納部３４を工具取出し位置Ｐ0に割出すように割出し回転される。工具交換装置２０による工具交換が完了すると、コラム１０は、加工位置に復帰され、主軸１２に装着されていた工具１３を保持するツールポット５０は工具交換位置Ｐ1から工具取出し位置Ｐ0に戻され、この工具１３に対応するポット収納部３４に収納される。
【００２５】
上述のようにツールポット５０は、ポット搬送装置４０により工具取出し位置Ｐ0と工具交換位置P1との間で搬送され、係合溝５１が工具円板３２のポット収納部３４の係合部３５と係脱する。これにより従来のフェノール樹脂製のツールポットでは、旋回半径が小さく係合部３５との擦りが生じ易い後端部のリブ５６に設けた係合溝５１で摩耗が生じていた。そこで、ツールポット５０を１５万回ポット収納部３４に出し入れし、リブ５６の係合溝５１の繰返し摩耗テストを行ったところ、本発明にかかるツールポット５０の本体５３は上述のようなガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形材料で成形され、耐摩耗性が高くなっているため、リブ５６の係合溝５１の図７に示す６個所（A1，A2，B1，B2，C1，C2）の摩耗が、図８に示すようにフェノール樹脂製のツールポットに比して極めて少なくなっている。また、摩耗が多くなってツールポット５０を使用できなくなっても、本体５３は熱可塑性樹脂にガラス繊維を含有したガラス繊維強化熱可塑性樹脂成形材料で成形しているので、リサイクルが可能である。さらに、ツールポット５０がガイドレール４７に案内されながら旋回されるとき、フェノール樹脂製のツールポットでは金属製のキー部材１０を本体１１にネジ止めするビスの頭がガイドレール４７の表面を擦って摩耗させていたが、ツールポット５０においては、キー６０は本体５３と一体成形されているので、樹脂同士の摺動でありガイドレール４７を摩耗させることがない。さらに、本体５３は両端部リブ５５，５６、軸線方向リブ５７及び薄肉の壁部５８で構成し、工具１３を保持穴５４に薄い肉厚の壁部５８で振動を吸収して保持するので、マガジン円板３２の割出し回転、ポット搬送装置４０による搬送中に、工具１３がツールポット５０から脱落することがない。また、本体５３はリブと薄肉の壁構造とし駄肉を削除しているので、成形材料の使用量が減少し、ツールポット５０が軽量、安価となり、工具マガジンの省エネルギ化を図ることができる。
【００２６】
主軸１２と工具交換位置P１に搬送されたツールポット５０とが水平方向の略同一高さに位置する図１及び図２に示す機種の工具マガジン３０、ポット搬送装置４０においては、図９に示すように工具交換アーム２１の反時計方向の所定角度回転により工具把持部２２の回り止めキー２３はツールポット５０に保持された工具１３の一方のキー溝に上方から係合する。このためツールポット５０のキー６０は工具１３の他方のキー溝と下方で係合して工具１３を位置決めしている。ところが、主軸１２と工具交換位置P１に搬送されたツールポット５０とが垂直方向に並ぶ別の機種の工具マガジン、ポット搬送装置においては、工具交換アーム２１の反時計方向の所定角度回転により工具把持部２２の回り止めキー２３はツールポット５０に保持された工具１３の一方のキー溝に一方の横方向から係合する。このためツールポット５０のキー６８は工具１３の他方のキー溝と反対側の横方向位置で係合しなければならない。従ってこのような工具マガジンに使用するツールポット５０のキー６８は図１及び図２に示す工具マガジン３０に使用するツールポット５０のキー６０と位相を約９０度異ならせる必要がある。ツールポット５０のキー６０，６８の位相が異なるだけで、他の部分が同じ場合、キー６０，６８を有する本体５３を射出成形にて多数成形し、その後に、ツールポット５０を使用する工具マガジンに適合するキー以外のキーを切削して削除するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る工具マガジンのツールポットを備えた工具マガジンの断面図である。
【図２】図１のII方向から見た側面図である。
【図３】ツールポットの斜視図である。
【図４】図３のIV−IV線に沿って断面にした図である。
【図５】ガラス繊維の含有率と曲げ弾性率の関係を示す図である。
【図６】結晶性樹脂と非晶性樹脂のガラス繊維含有による効果を比較した図である。
【図７】係合溝の摩耗測定個所を示す図である。
【図８】繰返し摩耗テストの結果を示す表である。
【図９】工具交換アームの作動を示す図である。
【図１０】フェノール樹脂製のツールポットを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２８】
１２…主軸、１３…工具、２０…工具交換装置、３０…工具マガジン、３４…ポット収納部、３５…係合部、４０…ポット搬送装置、４１…フック、４３…案内部、４７…ガイドレール、５０…ツールポット、５１…係合溝、５２…フック係合溝、５３…本体、５４…保持孔、５５，５６…両端部リブ、５７…軸線方向リブ、５８…壁部、６０，６８…キー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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