(57)【要約】本発明は、工具（２４、７３）を保持するためのスピンドル（７２）を有するマシニングセンタ（７０）において工具の取り外しおよび取り付けを行なうための工具交換装置（８０）であって、工具を保持するための複数の位置（２１）を備えている工具棚（２０）と、前記スピンドルおよび前記複数の位置の間で動くことができる旋回アーム（３０）とを有する工具交換装置を提供する。該複数の位置のそれぞれが工具を保持するためのクリップ（２２）を有し、該クリップのそれぞれが２つのアーム（２３）を備えており、該クリップの第１の側にある方のアーム（２３Ｂ）が傾斜面（２５）を有している。前記旋回アームが少なくとも２つの把持具（３１、３３）を有し、前記把持具のそれぞれが少なくとも１つのカム面（３４）を規定しており、該カム面が、前記クリップ内の工具の取り出しを可能にするため、前記クリップの前記傾斜面と係合するよう構成および配置されている。
2005518947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具（２４、７３）を保持することができるスピンドル（７２）を有するマシニングセンタ（７０）において、工具（２４、７３）の取り外しおよび取り付けを行なうための工具交換装置（８０）であって、
工具（２４、７３）を保持することができる複数の位置（２１）を備え、該複数の位置のそれぞれが工具を保持するためのクリップ（２２）を有し、該クリップのそれぞれが２つのアーム（２３）を有している工具棚（２０）、および
少なくとも２つの把持具（３１、３３）を有し、前記スピンドルおよび前記複数の位置の間で動くことができる旋回アーム（３０）
を備えており、
前記クリップの第１の側にある前記アーム（２３Ｂ）が、傾斜面（２５）を有するとともに、前記把持具のそれぞれが、少なくとも１つのカム面（３４）を規定しており、該カム面が、前記クリップにおける工具の差し入れおよび取り外しの少なくとも一方を可能にするため、前記クリップの前記傾斜面と係合するよう構成および配置されている
ことを特徴とする工具交換装置。
【請求項２】
工具が前記クリップに載せられ、前記傾斜面が該工具を所定の位置に係止すべく噛着することを特徴とする請求項１に記載の工具交換装置。
【請求項３】
前記旋回アームが、さらに第１のシリンダ（５２）および第２のシリンダ（５４）を備え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。
【請求項４】
前記第１のシリンダが、前記旋回アームを前記工具位置へ移動させることを特徴とする請求項３に記載の工具交換装置。
【請求項５】
前記第１のシリンダおよび前記第２のシリンダが、前記旋回アームを前記スピンドルへと移動させることを特徴とする請求項３に記載の工具交換装置。
【請求項６】
前記把持具のそれぞれが、さらに一対の可動爪（３２Ａ、３２Ｂ）を備えており、該爪が、該爪の間に工具が保持されない第１の位置、および該爪の間に工具が保持される第２の位置を有し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。
【請求項７】
前記把持具のそれぞれが、さらにばね機構（３８）を備え、該ばね機構は、工具が保持されていないときに前記爪を前記第１の位置へと付勢し、該ばね機構は、前記爪が前記第２の位置にあるとき、工具が前記把持具内で堅固に保持されるよう前記爪を前記第１の位置に向かって駆動することを特徴とする請求項６に記載の工具交換装置。
【請求項８】
複数の工具（２４、７３）のうちの１つを保持することができるスピンドル（７２）、ならびに
工具棚（２０）および旋回アーム（３０）を備え、前記スピンドルにおいて前記複数の工具の取り外しおよび取り付けを行なうための工具交換装置（８０）であって、前記工具棚（２０）が、それぞれが前記工具のうちの１つをそれぞれ２つのアーム（２３）を有するクリップ（２２）で保持することができる複数の位置（２１）を備えており、前記旋回アーム（３０）が、少なくとも２つの把持具（３１、３３）を備えて、前記スピンドルおよび前記複数の位置の間で動くことができる工具交換装置（８０）
を備えるマシニングセンタ（７０）であって、
前記工具交換装置において、
前記クリップの第１の側にある前記アーム（２３Ｂ）が、傾斜面（２５）を有するとともに、前記把持具のそれぞれが、少なくとも１つのカム面（３４）を規定しており、該カム面が、前記クリップにおける工具の差し入れおよび取り外しの少なくとも一方を可能にするため、前記クリップの前記傾斜面と係合するよう構成および配置されている
ことを特徴とするマシニングセンタ。
【請求項９】
前記旋回アームが、さらに第１のシリンダ（５２）および第２のシリンダ（５４）を備えていることを特徴とする請求項８に記載のマシニングセンタ。
【請求項１０】
前記第１のシリンダが、前記旋回アームを前記工具位置へ移動させることを特徴とする請求項９に記載のマシニングセンタ。
【請求項１１】
前記第１のシリンダおよび前記第２のシリンダが、前記旋回アームを前記スピンドルへと移動させることを特徴とする請求項９に記載のマシニングセンタ。
【請求項１２】
枠体（８１）に、前記工具棚の工具に手動でアクセスするためのアクセス・ドア（８２）を備え、該アクセス・ドアが前記工具を保持するための前記位置の少なくとも１つを有しており、該位置が前記工具棚の一部であって、該アクセス・ドア位置が前記クリップを備えていることを特徴とする請求項８に記載のマシニングセンタ。
【請求項１３】
前記アクセス・ドアにある前記クリップが、前記傾斜面を、他の前記クリップと反対向きに配置して有し、前記把持具のうちの１つの前記カム面が、他の前記把持具のカム面と反対向きに配置されていることを特徴とする請求項１２に記載のマシニングセンタ。
【請求項１４】
前記把持具のそれぞれが、さらに一対の可動爪（３２Ａ、３２Ｂ）を備えており、該爪が、該爪の間に工具が保持されない第１の位置、および該爪の間に工具が保持される第２の位置を有していることを特徴とする請求項８に記載のマシニングセンタ。
【請求項１５】
前記把持具のそれぞれが、さらにばね機構（３８）を備え、該ばね機構が、前記工具が保持されていないときに前記爪を前記第１の位置へと付勢し、該ばね機構が、前記爪が前記第２の位置にあるとき、前記工具が前記把持具内で堅固に保持されるよう前記爪を前記第１の位置に向かって駆動することを特徴とする請求項１４に記載のマシニングセンタ。
【請求項１６】
前記クリップのそれぞれがさらにキー（３５）を備えるとともに、前記工具のそれぞれがさらにキー溝（３７）を備えており、前記工具が前記工具位置の前記クリップによって保持されるとき、該クリップのキーが該キー溝と係合して固定されることを特徴とする請求項８に記載のマシニングセンタ。
【請求項１７】
前記把持具のそれぞれがさらにキー（３６）を有し、前記工具が前記把持具によって把持されるとき、該把持具のキーが前記キー溝と係合して固定されることを特徴とする請求項１６に記載のマシニングセンタ。
【請求項１８】
スピンドル（７２）において工具（２４、７３）の取り外しおよび取り付けを行なうための旋回アーム（３０）と、工具を保持することができる位置（２１）を有する工具棚（２０）とを備える工具交換装置（８０）を有しているマシニングセンタ（７０）において、工具を交換するための方法であって、
カム面（３４）を規定する少なくとも２つの把持具（３１、３３）を、前記旋回アーム上に設けること、
２つのアーム（２３）を有し該アームの１つ（２３Ｂ）が傾斜面（２５）を有している工具保持装置（２２）を、前記工具棚上の各位置に設けること、
前記把持具のうちの１つを、前記工具保持装置と係合するように動かすこと、
前記傾斜面を有している工具保持装置の前記アームを、前記把持具の前記カム面に係合させること、
前記工具保持装置を解放すること、および
前記傾斜面を有している工具保持装置の前記アームを、前記把持具の前記カム面から引き離すこと
を特徴とする方法。
【請求項１９】
さらに、工具保持装置の前記アームを前記把持具の前記カム面から引き離す前に、工具を前記工具保持装置から取り出すこと、および、工具保持装置の前記アームを前記把持具の前記カム面から引き離す前に、工具を前記工具保持装置へと挿し入れること、の１つを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記係合工程が、前記把持具の１つをばね機構で付勢することを含んでいる請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マシニングセンタ、研磨機、および旋盤などの工作機械システムに関する。さらに詳しくは、本発明の領域には、工作機械システムのスピンドル内の工具および該工具に関係するホルダを交換するための機構が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
典型的なコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）工作機械システムは、工具交換機構を有するマシニングセンタを含んでいる。この機構は、機械加工用のスピンドルから特定の工具を該工具のホルダも含めて取り外し、別の工具およびホルダと置き換える。この形式のマシニングセンタによって、種類の異なる複数の工具をスピンドルに取り付ける必要があるであろう複数の機械加工作業を、実行することができる。このように、従来の機械加工システムは、要求に応じて使用できる複数の工具を有している。
【０００３】
最新のマシニングセンタの開発においては、工具交換機構、すなわち或る工具およびホルダを棚から取り出して機械加工位置で動作しているスピンドルに配置する装置に、かなりの注目が置かれてきた。例えば、（ハーグ（Ｈａｇｕｅ）らによる）米国特許第３，８４４，０２８号明細書の自動工具交換装置が、そのような自動工具交換機構の例である。
【０００４】
工具の供給は、さまざまな形式で行なうことができる。典型的には、工具は、マシニングセンタの数値制御システムに組み込まれた可動部材上に搭載される。次いで、この可動部材を制御して、所望の工具を自動工具交換機構によって取り出すための所定の位置へと動かすことができる。この形式の工具保管および取り出し機構が、図１に示されている。詳細に説明すると、マガジン１０が、工具ホルダをしっかりと把持するように構成された複数の工具収納部１２を備えている。マガジン１０は、工具収納部１２を駆動チェイン１４あるいは類似の収納部位置決め機構で互いに接続してなるチェイン形式の機構であって、ハブ１５の周囲に巻きつけられ、数値制御システムまたは手動システムの指示のもとでモータ（図示されていない）によって駆動される。実際の動作においては、或る特定の工具収納部１２を工具交換のための位置に位置させるべく、駆動チェイン１４を階段状に駆動することができる。さらに、マガジン１０は、工具収納部１２、駆動チェイン１４、およびハブ１５を囲んで支持する筐体１７を備えている。図２には、マシニングセンタ１１に接続されマシニングセンタ１１とともに配置されたマガジン１０が示されている。
【０００５】
工具交換装置の分野における本件出願人の従前の業務が、２００２年３月７日発行の国際公開第０２／１８０９４号パンフレットに開示されている。この従前の業務において、スピンドルを備える加工機械、複数の工具保持位置を有する工具棚、およびスピンドルと工具棚との間、具体的には工具およびスピンドルにアクセスするための位置を移動する旋回アームを備える工具交換装置が開発された。この工具交換装置は、さらに、前記位置に対するアームの位置を検出することができるセンサ、および回転機構を備えており、回転機構は、モータ、モータに付属するプーリ、歯車、ならびに、モータ、プーリおよび歯車に取り付けられたベルトを有している。歯車は複数の位置を有しており、各位置がそれぞれ、工具棚の各工具に対応している。
【０００６】
さらに、本件出願人による従前の工具交換装置は、スピンドルにアクセスできる位置と工具棚上の位置との間での旋回アームの移動を容易にするため、垂直機構および水平機構を備えている。工具棚上の位置には、複数の突起を有するフォークが備えられ、旋回アームには、一方が他方に対して９０°に配置された２つの把持具が備えられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、可動アームを備え、工具保持位置の傾斜面と相互作用する把持具アームのカム面を使用して、静止している工具棚からマシニングセンタのスピンドルへと、工具を取り出して挿入する工具交換装置である。
【０００８】
本発明によれば、工具交換装置が、工具を保持するための位置を複数有する工具棚、および、マシニングセンタのスピンドルにアクセスできる位置を含む前記複数の位置の間を移動できるよう構成および配置されたアームを備えている。前記位置のそれぞれは、さらに複数の突起を有するクリップを備えている。前記可動アームが２つの把持具を有しており、該２つの把持具の一方が、該２つの把持具の他方に対して約９０°の角度に配置されている。前記複数の位置のそれぞれが工具を保持するためのクリップを有し、該クリップのそれぞれが２つのアームを有しており、該クリップの第１の側にある方のアームが、傾斜面を有している。前記旋回アームが把持具を少なくとも２つ有し、各把持具が少なくとも１つのカム面を規定しており、該カム面は、前記クリップにおける工具の差し入れおよび取り外しの少なくとも一方を可能にするため、前記クリップの前記傾斜面と係合するよう構成および配置されている。
【０００９】
さらに本発明は、工具交換装置を備え、該工具交換装置が、機械のスピンドルにて、あるいは工具を保持するための位置を有する工具棚にて工具の取り外しおよび取り付けを行なうための旋回アームを備えているマシニングセンタにおいて、工具を交換するための方法であって、前記旋回アーム上にカム面を規定する少なくとも２つの把持具を設けること、２つのアームを有し、該アームの１つが傾斜面を有している工具保持装置を前記工具棚上の各位置に設けること、前記把持具のうちの１つを、前記工具保持装置と係合するように動かすこと、前記傾斜面を有している工具保持装置の前記アームを、前記把持具の前記カム面に係合させること、前記工具保持装置を解放すること、および、前記傾斜面を有している工具保持装置の前記アームを、前記把持具の前記カム面から引き離すこと、を含んでいる方法を提供する。
【００１０】
本発明の利点は、工具交換装置組立体において部品の数がより少ないため、工具交換装置の信頼性が従来の工具交換装置よりも高くなる点にある。
【００１１】
本発明の利点は、工具交換装置が取り扱いにおいて軽量かつコンパクトであり、空間の限られたマシニングセンタに容易に適合できる点にある。
【００１２】
本発明の他の利点は、スピンドルの工具を交換するための時間がより短い点にある。
【００１３】
本発明の別の利点は、工具交換装置により多くの工具棚を容易に追加することができ、より多くの工具を保管できるようになり、より幅広い交換能力がもたらされる点にある。
【００１４】
本発明の他の利点および利益については、以下の詳細な説明および添付の図面から、容易に理解することができる。
【００１５】
添付の図面と関連しつつ行なわれる本発明の実施の形態についての以下の説明を参照することによって、本発明の前記の特徴および目的、その他の特徴および目的、ならびにそれらを達成するための方法がより明らかになり、本発明そのものをよりよく理解することができるであろう。
【００１６】
複数の図面を通して、対応する参照符号は対応する部品を示している。図面は本発明の実施の形態を示しているが、これら図面は必ずしも比例尺ではなく、本発明をよりよく示し説明するため、或る特徴が誇張されている場合もある。ここでの例示は、本発明の実施の形態をいくつかの種類について示しており、そのような例示は、いかなるかたちでも本発明の範囲を制限するものとして解釈すべきではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の原理についての理解を容易にする目的で、以下、図面に示した実施の形態を参照し、これら実施の形態を説明するために固有の表現を使用する。しかしながら、それが本発明の技術的範囲を制限しようとするものではないことは、理解できるであろう。本発明は、図示および説明する装置および方法におけるあらゆる変形およびさらなる改善を包含し、当業者であれば通常思い浮かべるであろう本発明の原理のさらなる応用をも包含する。
【００１８】
図３に、枠体７１内に動作可能に配置されたマシニングセンタ７０を示す。枠体７１は、マシニングセンタ７０内の屑を封じ込めている。マシニングセンタ７０は、部品７５を加工するための工具７３を保持することができるスピンドル７２を備えている。テーブル７４が、マシニングセンタ７０内かつスピンドル７２の直下に配置されている。加工部品７５は、機械加工のためにテーブル７４上に置かれ、通常は、押圧部材（図示されていない）によってテーブル７４に固定されている。スピンドル７２は、加工部品７５を成形すべく工具７３のための動力を供給する主スピンドル・モータ７６に取り付けられている。表示および制御のためのパネル７９は、ここでは１個の独立した設備として示されているが、作り付けでも可動式でもよく、または枠体７１の基盤に取り付けられた首振りアーム上にあってもよい。工具交換装置８０は枠体７１の内部に取り付けられ、工具交換装置８０のアクセス・ドア８２は、枠体７１のドア７７の近傍にある。工具交換装置８０の前側に、マシニングセンタ７０の動作時間の間も含め、手動で工具交換装置８０にアクセスして工具棚２０において工具２４を交換するためのアクセス・ドア８２が示されている。この技術分野において公知のように、工具７３および工具２４は工具ホルダを含んでおり、そのような工具の移動は、必然的に対応するホルダの移動をともなっていることに注意すべきである。スピンドル７２、加工部品７５、および加工領域１１０（図３には示されていない）へのアクセスを可能にするため、マシニングセンタ７０の前面に引き戸７８が設けられている。機械の後部のアクセス・ドア（図示されていない）によって、機械部品および電気部品に容易かつ快適にアクセスすることができる。
【００１９】
図４に示すとおり、工具交換装置８０の枠体８１は、一般に、梁と柱からなる組立体で作られている。可動アーム３０が工具棚２０上の工具にアクセスでき、さらにスピンドル７２と相関できるよう、枠体８１が、可動アーム３０および工具棚２０のための支持を提供し、可動アーム３０および工具棚２０を相対的に位置決めし、工具交換装置８０を枠体７１（図３に示されている）に固定している。工具交換装置８０の前面には、アクセス・ドア８２が示されている。枠体８１の底部は、一般に４本の梁９０からなる組立体で作られ、工具交換装置８０に安定をもたらしている。４本の梁９０がＸ字形状の梁組立体を構成し、各梁９０の一端が、工具交換装置８０の底部の中心である一点に集まっている。２本が工具交換装置８０の前側に位置し１本が工具交換装置８０の右手側に位置する３本の垂直柱９１が、例えば溶接によって工具交換装置８０の底部に取り付けられ、柱９１の各端部が、梁９０の外側端に取り付けられている。取り付けは、アングル材９４を水平梁９０から垂直柱９１への移行部材として用いることによって実現されている。工具棚２０は、図４に示すとおり柱９１の間に挟まれている。
【００２０】
枠体８１は、さらに把手組立体１００を備えており、図４に示すとおり、この把手組立体１００が、前側の２本の柱９１の上端に取り付けられている。把手組立体１００は、マシニングセンタ７０内およびマシニングセンタ７０外への工具交換装置８０の運搬を容易にしている。把手組立体１００は、通常、２枚の別々の板１０１および１０２へと溶接された把手１０３で作られている。把手組立体１００を、追加の工具棚２０で補ってもよく、あるいは追加の工具棚２０で置き換えてもよく、図１０に置き換えが示されている。壁９２の下端が底部梁９０に取り付けられ、壁９２の上端が棒１０４に取り付けられている。棒１０４の他端は、垂直機構５０の上部の支持および案内に取り付けられている。シリンダによって駆動されるドア８３が、壁９２の一辺に蝶番で取り付けられている。２本の棒９５が工具交換装置８０へと、棒９５の上端が荷揚げ把手組立体１００に、棒９５の下端が工具棚２０の縁に取り付けられている。アクセス・ドア８２の一辺が、２本の棒９５のうちの１つに蝶番で取り付けられている。
【００２１】
マシニングセンタ７０における工具の取り外しおよび取り付けのため、工具交換装置８０は、複数の交互保持位置２１を有する工具棚２０を備えている。可動アーム３０は、この複数の位置２１とマシニングセンタ７０のスピンドル７２にアクセスできる位置との間で移動できるように構成および配置されている。各位置２１は、図１１に示されているとおり、Ｕの字形状の基部２６、および基部２６へと取り付けられたフォークすなわちクリップ２２を備えており、フォーク２２はそれぞれ複数の突起２３、詳しくは左突起２３Ａおよび右突起２３Ｂを有しており、各突起の端部がわずかに曲げられている。各フォーク２２は、突起２３Ａが平らな状態のままである一方で、他方の突起２３Ｂが、突起２３Ｂが突起２３Ａと平行な面内に位置するように途中で傾斜面２５において上方に曲げられている。可動アーム３０は、互いに９０°の角度で配置された２つの把持具、すなわち取り付け用把持具３１および取り外し用把持具３３を有している。把持具３１および３３はそれぞれ、工具を把持するための爪３２Ａおよび３２Ｂを備えている。各把持具の一方の爪３２Ｂは、工具棚２０の工具の取り出しまたは工具棚２０への工具の配置のいずれかのため、フォーク２２と関連して動作するカム３４を有している。工具の取り出し動作においては、取り出しのため工具をフォーク２２から解放すべく取り付け用把持具３１の把持具爪３２Ｂのカム３４が突起２３Ｂを持ち上げるよう、アーム３０がフォーク２２の下方へと動く。複数段の工具棚２０を可能にするため、可動アーム３０は、後述する回転、垂直、および水平の移動機構と組み合わされる。
【００２２】
フォーク２２の突起２３Ａおよび２３Ｂは、突起２３Ａおよび２３Ｂが、選択された工具を解放すべく把持具３１の爪３２Ａおよび３２Ｂのカムで操作され、あるいは工具を挿入すべく把持具３３の爪３２Ａおよび３２Ｂのカムで操作されるよう、弾性特性を有する材料から作られる。図示の例の実施の形態では、突起２３Ａおよび２３Ｂは、金属薄板から作られている。代案として、突起２３Ａおよび２３Ｂを耐久性のあるプラスチック材料から作ることもできる。各工具棚２０のフォーク２２は、同じ構造および同じ向きを有し、すなわち、曲げられている突起２３Ｂが、各クリップの同じ側に位置している。しかしながら、手動アクセス・ドア８２に位置するクリップ２２は、他のクリップ２２の１８０°反対を向いている。例えば、工具棚２０のクリップ２２が、突起２３Ｂを自身の左側に配置して有しているならば、手動アクセス・ドア８２のクリップ２２は、突起２３Ｂを自身の右側に配置して有する。この反転構造は、作業者が工具をアクセス・ドアの位置に手動で置き、次いで工具交換装置がこれを取り出して工具棚の位置に置くという作業を容易にする。
【００２３】
図１２および１３を参照すると、旋回アーム３０の端部、すなわち把持具３１および３３を有する部分が示されている。カム３４に加えて、各把持具は、キー３６、および把持具に対して１８０°に配置されたばね３８を備えている。キー３６は、把持具３１または３３における工具２４または工具７３の正確な位置決めを可能にすべく設けられ、工具がキー溝３７によってスピンドル７２内または工具位置２１内に正確に整列する。把持具３１および３３は、展張および収縮の能力を備えなくては工具を把持することができないため、ばね３８が設けられている。ばね３８は、把持具を閉じた位置すなわち工具が保持されていない状態へと付勢するが、工具を受け入れるべく把持具がわずかに広がることを、把持具が工具を堅固にしっかりと把持するよう把持具への引っ張り力を保ちつつ許容する。図１３に示すように、工具２４は取り付け用把持具３１内に把持され、しっかりとした把持が保たれるため、後述のとおり、工具２４を容易に工具棚２０からスピンドル７２へと動かすことができる。
【００２４】
さらに、各工具位置２１も、把持具３１および３３のキー３６と同様のキー３５を備えており、工具が取り出しの際に把持具３１に適切に整列するよう、工具位置２１にある各工具を整列させるために使用することができる。この結果、工具２４のキー溝がすでに把持具３１のキー３６との係合のための適切な位置にあるため、工具を回転させる必要がなくなる。代案として、ここに述べたキーおよびキー溝の構成に代えて、ピンを利用することもできる。
【００２５】
工具を検出して把持具の１つに工具が保持されていることを知らせるため、把持具３１および３３にセンサを備えてもよい。あるいは、把持具の爪が開いていることを検出するようにセンサを備え、把持具の１つまたは両者が空であることを知らせてもよい。
【００２６】
工具２４および７３、ならびに工具棚２０の工具位置２１に保持されている他の工具が、標準的な設計および構成であることに注意すべきである。標準化された工具を使用することによって、工具交換装置の特別な部品または動作の必要がなくなる。前記のキー３６は、位置決めのために工具に設けられた標準のキー溝と噛み合う。このように、標準化された工具を使用することにより、工具交換装置および工具交換工程から、余分な要素および工程を取り除くことができる。
【００２７】
図４、５、６ａ、および６ｂに示されているように、可動アーム３０は、回転機構４０と組み合わされている。回転機構４０は、一端がアダプタ４６へと接続されたモータ４１を備えている。次いで、このアダプタ４６が、工具交換装置８０の底部に取り付けられた耳４７に取り付けられている。アダプタ４６は、図５に示すようにプーリ４２を有し、このプーリ４２が、モータ４１の軸の回転によって回転させられる。プーリ４２は、ベルト４３の一端でモータ４１へと取り付けられている。ベルト４３の他端は、歯車４４のプーリ４８へと取り付けられている。歯車４４は、工具交換装置８０の底部に取り付けられ、その中心の周りを回転可能である。ここで例示した実施の形態においては、歯車４４の中心が工具棚２０の中心と一致している。しかしながら、アーム３０がいくつかの方向に動くことができるため、回転機構４０が、工具棚２０に対して他の位置関係にあってもよい。歯車４０は、通常は、工具棚２０の中央位置に配置される。歯車４４の面は、垂直軸５１に対しておおむね直交する方向にある。
【００２８】
図６ａおよび６ｂに示すとおり、歯車４４は歯車４４の外径に複数の歯４９を有している。各歯４９の間には隙間があり、歯４９はおおむね外側を向いている。歯車４４の歯４９の数は、工具棚２０の位置２１の数に対応させてもよい。センサ４５が、工具交換装置８０の底部に取り付けられている。マシニングセンタ７０のコントローラからのアルゴリズム的入力と組み合わせ、センサ４５を、或る特定の工具を工具棚２０に位置させるために使用することができる。アルゴリズム的入力が、センサ４５によって、位置２１にある工具２４および歯車４４の歯４９に対する可動アーム３０の位置を参照して判断される。歯４９の数よりも工具位置のほうが多い構成においては、２つ以上のセンサからの入力にもとづいて計算を行なうため、歯車４４の穴３９、あるいはその他の物理的目印を、１つ以上の追加のセンサとともに用いることができる。マシニングセンタ７０が工具交換手順にあるとき、モータ４１が自身の軸の回転を開始し、アダプタ４６上のプーリ４２を順に回転させる。次いで、プーリ４２がベルト４３を回転させ、ベルト４３が歯車４４のプーリ４８を回転させて歯車４４を所定の位置まで回転させる。センサ４５は、歯車４４の歯４９の位置が工具棚２０の位置２１にある特定の工具に対応するよう、較正されている。特定の歯車歯４９に対応する位置へと歯車４４を動かすことによって、アーム３０が所望の工具の領域へと動かされ、当該領域への移動の後、ピン（図示されていない）が、選択された歯車歯の隙間へと投入され、アーム３０を選択された工具の取り出しのための正確な位置へと押し付ける。
【００２９】
図４および５に示すように、可動アーム３０は垂直機構５０に組み合わされている。垂直機構５０は、工具棚２０のおおむね中央の位置に配置された垂直軸５１を備えている。シリンダ５２が、垂直軸５１に対しほぼ平行な向きに配置されるとともに、端部５６によってアーム３０へと作用可能に接続されたロッド５３を有している。アーム３０は、垂直軸５１に摺動可能に取り付けられており、シリンダ５２によってロッド５３が展張または格納されたとき、アーム３０はロッド５３が変位した距離に相当する距離だけ軸５１上を変位する。図１４に示した第２の実施の形態においては、アーム３０によって工具棚から工具を取り出せるよう、ロッド５３がシリンダ５２の動作によって或る距離の変位を行い、さらにアーム３０によって工具２４をスピンドル７２に置くことができるよう、ロッド５３がシリンダ５２および５４ならびにロッド５５の動作によって第２の更なる変位を行なうよう、シリンダ５２が第２のシリンダ５４および第２のロッド５５と協働する。第２のシリンダ５４はシリンダ５２の下方に位置し、ロッド５５および端部５６によって柱（図示されていない）に取り付けられている。アーム３０をスピンドル７２まで展張したいと望む場合、シリンダ５２がロッド５３を動かしてアーム３０を変位させ、さらにシリンダ５４がロッド５５を動かし、これにより固定されている柱ではなくシリンダ５２および５４が変位させられ、アーム３０をロッド５３および５５の変位に相当する距離、すなわちスピンドル７２までの距離だけ変位させる。さらに、軸５１は、いずれかの端部にアーム３０の接近を検出するセンサ（図示されていない）を有していてもよく、工作機械のコントローラにおいてこのセンサを、アーム３０の位置を検知するため、あるいはアーム３０の移動を制限するために利用することができる。
【００３０】
図４および５に示すように、工具交換装置８０は水平機構６０と組み合わされている。水平機構６０は、垂直軸５１を中心として旋回する直線軌道６１を備えている。さらに、直線軌道６１は、垂直軸５１の両側に位置する２本の垂直柱６５に取り付けられている。２本の垂直柱６５は、可動アーム３０の垂直モーメントに沿って直線軌道６１の安定化を助ける。直線軌道６１は、側面に水平方向の溝が設けられた組立体６３から構成されている。組立体６３は、板組立体６４の間に挟まれている。板組立体６４は、直線軌道６１の各側にそれぞれ１つの板から構成されている。図４に示すように、可動アーム３０は、板組立体６４の各側の内面に取り付けられている。したがって、可動アーム３０と板組立体６４は、直線軌道６１の水平溝に沿って同時に移動する。
【００３１】
図４に示すとおり、工具交換装置８０は、工具棚２０の工具に手動でアクセスするため、工具交換装置８０の片側に位置するアクセス・ドア８２を備えている。アクセス・ドア８２は、複数ある位置２１のうちの１つに近接して位置し、複数ある位置２１のうちの１つに手でアクセスできるような寸法とされている。アクセス・ドア８２が、工具を保持するための位置２１を追加で備えていてもよい。アクセス・ドア８２が閉じられているときは常に、アクセス・ドア８２の追加の位置２１が、工具棚２０の位置２１に沿って位置しているであろう。スピンドル７２へのアクセスをもたらすため、シリンダによって駆動されるドア８３が、工具交換装置８０の一面に取り付けられている。工具交換装置８０がマシニングセンタ７０内に据え付けられ、シリンダによって駆動されるドア８３が閉じられているとき、シリンダによって駆動されるドア８３が、マシニングセンタ７０からの屑が工具交換装置８０の部屋に進入しないように保つ。シリンダによって駆動されるドア８３は、シリンダ８４によって開閉することができる。
【００３２】
他の実施の形態においては、工具交換装置８０に工具棚２０を複数備えることができる。工具棚２０を、各工具棚２０が間に間隔を有して上下に重なるように配置することができる。図１０に、工具棚２０を２つ備える工具交換装置８０を示す。第２の工具棚２０を、工具交換装置８０の上部に、下方の棚と上方の棚との間に間隔をあけて据え付けることができる。間隔の大きさは、工具棚２０に保管される工具の寸法および形状によって決まる。
【００３３】
第１の実施の形態において、可動アーム３０は、図６ａおよび６ｂに示されているように、可動アーム３０の待機位置または休止位置から工具把持位置まで、工具棚２０の所定の新しい工具２４に向かって駆動される。新しい工具２４は、マシニングセンタ７０のスピンドル７２で作業中の工具７３を置き換えるためのものである。可動アーム３０が回転および展張され、爪３２を備えた把持具３１の１つが工具２４の側方に位置する。次いで、図７および８に示すように、爪３２が工具２４上へとたたまれ、工具２４を堅固に把持する。続いて、可動アーム３０が格納および回転させられ、マシニングセンタ７０のスピンドル７２の位置に向かって移動させられる。同時にドア８３が開かれ、可動アーム３０は、工具を有していない把持具３１をスピンドル７２内の工具７３に向かって延ばすことができる。可動アーム３０は、把持具３１の爪３２がスピンドル７２内の工具７３の側方に至ったとき停止させられる。次いで、爪３２が工具７３上へとたたまれて工具７３を堅固に把持する。続いて、スピンドル７２から使用中の工具７３を取り出すため、可動アーム３０が下方へと動かされる。次に、新しい工具２４を有する把持具３１がスピンドル７２の直下に位置するよう、可動アーム３０が回転する。次いで、新しい工具２４をスピンドル７２へと挿入するため、新しい工具２４が可動アーム３０によって上方へと運ばれる。把持具３１が解放され、爪３２はもはや新しい工具２４を把持していない。図９に、上記の工具交換工程が示されている。可動アーム３０が待機位置へと引っ込み、駆動されていたドア８３が、工具交換装置８０とマシニングセンタ７０の間で閉じられる。
【００３４】
第２の実施の形態、すなわち具体的に言えば薄板金属クリップ２２およびカム３４を使用する実施の形態は、以下の工具交換方法をもたらす。図１５〜２０を参照し、工具交換装置および工具交換装置のアームの動作を説明する。図１５に示すように、アーム３０が工具棚２０の選択された工具位置２１まで、シリンダ５２（図１４）の動作によって矢印１０６および１０８で示すとおり回転および展張する。把持具３１および３３は、取り付け用把持具３１が工具棚２０、詳しくは選択された工具位置２１と取り合うように位置している。アーム３０が工具棚２０へと完全に展張されるやいなや、ばねで付勢されている爪３２が、選択された工具２４を把持する。爪３２が工具２４へと近づくと、取り付け用把持具３１上に位置するカム３４が工具２４を囲んでいる金属薄板クリップ２２の曲げられている方の突起２３Ｂを持ち上げ、工具２４の係止を解除する。工具２４の係止が解除された後、アーム３０が格納され、工具２４が工具棚２０から取り出される。図１６を参照すると、アーム３０が、工作機械のスピンドル７２に整列する位置へと矢印１１２で示すとおり回転し、さらに把持具３１および３３が、取り外し用把持具３３が工作機械のスピンドル７２へと向くよう９０°回転（矢印１１４）させられる。次いで、工作機械のスピンドル７２が、スピンドル７２が工具２４を受け取ることができる取り付け用位置へと、下方に向かって移動する。
【００３５】
図１７を参照すると、アーム３０が、シリンダ５２および第２のシリンダ５４の動作を通じて、矢印１１６で示すとおりスピンドル７２に向かって展張される。取り外し用把持具３３がスピンドル７２と取り合うための位置へと置かれるよう把持具を回転させてあるため、空である爪３２の対を、スピンドル内にある工具７３を受け取るために利用できる。取り外し用把持具３３の爪３２によって工具７３が把持され、スピンドル７２の先端に位置するスピンドル口金６８（図３）が解放される。口金６８が解放された後、工具交換装置に組み合わされている工作機械の形式に応じて、アーム３０が下方へと動かされるか、あるいはスピンドル７２が上方へと動かされる。スピンドル７２またはアーム３０の動きにより、「古い」工具すなわち工具７３が、スピンドル７２から取り外される。取り外しの後、把持具が再び、矢印１１８で示すとおり先の回転と反対の方向に９０°回転させられ、これにより「新しい」工具すなわち工具２４を有する取り付け用把持具が、スピンドル７２の下方に置かれる。次いで、工作機械の形式に応じてスピンドル７２が下方へと動かされるか、あるいはアーム３０が上方へと動かされ、工具２４がスピンドル７２に近接し、「新しい」工具を用いての工作機械の動作のため、スピンドル口金６８（図３）がスピンドル７２内に工具２４を把持する。
【００３６】
次に図１９を参照すると、工具２４をスピンドル７２に置いた後、シリンダ５２および５４の動作によって、アーム３０が矢印１２０の方向に格納される。続いて、工作機械は、「新しい」工具すなわち工具２４を使用して機械加工工程を続けることができる。今や、アーム３０は工具棚２０の領域内にあり、図２０に矢印１２２で示すとおり、工具７３の返却のため工具棚の空いている工具位置２１へと回転することができる。「古い」工具７３を有している取り外し用把持具３３が、空いている工具位置２１に対して９０°ずれているため、取り外し用把持具３３が工具棚の位置２１へと向くよう、把持具３１および３３が９０°回転させられる。次いで、アーム３０が、選択された空の工具棚の位置２１へと矢印１２４の方向に展張され、工具７３を置くことができる。薄板金属クリップ２２が工具７３に係合し、カム３４または把持具３３は薄板金属クリップ２２を解放するほどにはクリップに近くないため、工具７３が位置２１に確実に係止される。次いで、工具７３を工具位置に残してアーム３０が格納され、アーム３０が、次の工具を取り出すべく動きだして再び工具交換工程を開始することができる位置へと戻る。
【００３７】
本発明を、図面および以上の説明において詳細に図示および解説したが、これらは説明を目的としており本発明を限定する性格のものではないことを理解すべきである。ここでは、好ましい実施の形態のみが図示および説明されていること、および、本発明の精神の範囲内で行なわれるすべての変更および修正が保護されるべきであることを、理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】自動マシニングセンタのための従来技術の工具機構の側面立面図である。
【図２】図１の工具機構を使用する縦型スピンドル・フライス盤の斜視図であり、正面やや左側から眺めた図である。
【図３】本発明によるマシニングセンタの内部にある可動アーム式工具交換装置の斜視図である。
【図４】図３の可動アーム式工具交換装置の斜視図であり、本発明によって多数の工具が工具棚上にある。
【図５】可動アーム式工具交換装置の側面図であり、本発明による可動アームの垂直移動が示されている。
【図６】ａおよびｂは、可動アーム式工具交換装置の部分拡大上面図であり、本発明によって可動アームが可動アーム待機位置から工具把持位置へと移動する一連の出来事が、順に示されている。
【図７】本発明によるフォークの斜視図であり、フォークの２つの突起の間に工具を有している。
【図８】本発明による可動アームの斜視図であり、工具が可動アームの把持具のうちの１つに位置している。
【図９】本発明による可動アームの斜視図であり、工具が、マシニングセンタのスピンドル内の工具と交換される過程にある。
【図１０】は、本発明による可動アーム式工具交換装置の側面図であり、２つの工具棚を備えている。
【図１１】Ａは図１０の工具棚の工具位置を示した部分拡大図である。Ｂは図１０の工具棚の部分拡大図である。
【図１２】図８の把持具の部分拡大図であり、空の状態の把持具が示されている。
【図１３】図８の把持具の部分拡大図であり、工具を有した状態の把持具が示されている。
【図１４】旋回アームの運動のための二重式シリンダ機構の斜視図である。
【図１５】工具交換プロセスの動作図である。
【図１６】工具交換プロセスの動作図である。
【図１７】工具交換プロセスの動作図である。
【図１８】工具交換プロセスの動作図である。
【図１９】工具交換プロセスの動作図である。
【図２０】工具交換プロセスの動作図である。
【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６ａ】
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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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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年3月6日(2004.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具（２４、７３）を保持することができるスピンドル（７２）を有するマシニングセンタ（７０）において、工具（２４、７３）の取り外しおよび取り付けを行なうための工具交換装置（８０）であって、
工具（２４、７３）を保持することができる複数の位置（２１）を備え、該複数の位置のそれぞれが工具を保持するためのクリップ（２２）を有し、該クリップのそれぞれが２つのアーム（２３）を有している工具棚（２０）、および
少なくとも２つの把持具（３１、３３）を有し、前記スピンドルおよび前記複数の位置の間で動くことができる旋回アーム（３０）
を備えており、
前記クリップの第１の側にある前記アーム（２３Ｂ）が、傾斜面（２５）を有するとともに、前記把持具のそれぞれが、少なくとも１つのカム面（３４）を規定しており、該カム面が、前記クリップ（２２）における工具の差し入れおよび取り外しの少なくとも一方を可能にするため、前記クリップ（２２）の前記傾斜面（２５）と係合するよう構成および配置され、前記傾斜面（２５）が該工具（２４、７３）を所定の位置に係止すべく噛着するように構成されている
ことを特徴とする工具交換装置。
【請求項２】
前記旋回アームがさらに第１のシリンダ（５２）および第２のシリンダ（５４）を備え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。
【請求項３】
前記第１のシリンダが、前記旋回アームを前記工具位置へ移動させることを特徴とする請求項２に記載の工具交換装置。
【請求項４】
前記第１のシリンダおよび前記第２のシリンダが、前記旋回アームを前記スピンドルへと移動させることを特徴とする請求項２に記載の工具交換装置。
【請求項５】
前記把持具のそれぞれが、さらに一対の可動爪（３２Ａ、３２Ｂ）を備えており、該爪が、該爪の間に工具が保持されない第１の位置、および該爪の間に工具が保持される第２の位置を有し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。
【請求項６】
前記把持具のそれぞれが、さらにばね機構（３８）を備え、該ばね機構は、工具が保持されていないときに前記爪を前記第１の位置へと付勢し、該ばね機構は、前記爪が前記第２の位置にあるとき、工具が前記把持具内で堅固に保持されるよう前記爪を前記第１の位置に向かって駆動することを特徴とする請求項５に記載の工具交換装置。
【請求項７】
複数の工具（２４、７３）のうちの１つを保持することができるスピンドル（７２）、ならびに
工具棚（２０）および旋回アーム（３０）を備え、前記スピンドルにおいて前記複数の工具の取り外しおよび取り付けを行なうための工具交換装置（８０）であって、前記工具棚（２０）が、それぞれが前記工具のうちの１つをそれぞれ２つのアーム（２３）を有するクリップ（２２）で保持することができる複数の位置（２１）を備えており、前記旋回アーム（３０）が、少なくとも２つの把持具（３１、３３）を備えて、前記スピンドルおよび前記複数の位置の間で動くことができる工具交換装置（８０）
を備えるマシニングセンタ（７０）であって、
前記工具交換装置において、
前記クリップの第１の側にある前記アーム（２３Ｂ）が、傾斜面（２５）を有するとともに、前記把持具のそれぞれが、少なくとも１つのカム面（３４）を規定しており、該カム面が、前記クリップにおける工具の差し入れおよび取り外しの少なくとも一方を可能にするため、前記クリップ（２２）の前記傾斜面（２５）と係合し、前記傾斜面（２５）が該工具（２４、７３）を所定の位置に係止すべく噛着するよう構成および配置されている
ことを特徴とするマシニングセンタ。
【請求項８】
前記旋回アームが、さらに第１のシリンダ（５２）および第２のシリンダ（５４）を備えていることを特徴とする請求項７に記載のマシニングセンタ。
【請求項９】
前記第１のシリンダが、前記旋回アームを前記工具位置へ移動させることを特徴とする請求項８に記載のマシニングセンタ。
【請求項１０】
前記第１のシリンダおよび前記第２のシリンダが、前記旋回アームを前記スピンドルへと移動させることを特徴とする請求項８に記載のマシニングセンタ。
【請求項１１】
枠体（８１）に、前記工具棚の工具に手動でアクセスするためのアクセス・ドア（８２）を備え、該アクセス・ドアが前記工具を保持するための前記位置の少なくとも１つを有しており、該位置が前記工具棚の一部であって、該アクセス・ドア位置が前記クリップを備えていることを特徴とする請求項７に記載のマシニングセンタ。
【請求項１２】
前記アクセス・ドアにある前記クリップが、前記傾斜面を、他の前記クリップと反対向きに配置して有し、前記把持具のうちの１つの前記カム面が、他の前記把持具のカム面と反対向きに配置されていることを特徴とする請求項１１に記載のマシニングセンタ。
【請求項１３】
前記把持具のそれぞれが、さらに一対の可動爪（３２Ａ、３２Ｂ）を備えており、該爪が、該爪の間に工具が保持されない第１の位置、および該爪の間に工具が保持される第２の位置を有していることを特徴とする請求項７に記載のマシニングセンタ。
【請求項１４】
前記把持具のそれぞれが、さらにばね機構（３８）を備え、該ばね機構が、前記工具が保持されていないときに前記爪を前記第１の位置へと付勢し、該ばね機構が、前記爪が前記第２の位置にあるとき、前記工具が前記把持具内で堅固に保持されるよう前記爪を前記第１の位置に向かって駆動することを特徴とする請求項１３に記載のマシニングセンタ。
【請求項１５】
前記クリップのそれぞれがさらにキー（３５）を備えるとともに、前記工具のそれぞれがさらにキー溝（３７）を備えており、前記工具が前記工具位置の前記クリップによって保持されるとき、該クリップのキーが該キー溝と係合して固定されることを特徴とする請求項７に記載のマシニングセンタ。
【請求項１６】
前記把持具のそれぞれがさらにキー（３６）を有し、前記工具が前記把持具によって把持されるとき、該把持具のキーが前記キー溝と係合して固定されることを特徴とする請求項１５に記載のマシニングセンタ。
【請求項１７】
スピンドル（７２）において工具（２４、７３）の取り外しおよび取り付けを行なうための旋回アーム（３０）と、工具を保持することができる位置（２１）を有する工具棚（２０）とを備える工具交換装置（８０）を有しているマシニングセンタ（７０）において、工具を交換するための方法であって、
カム面（３４）を規定する少なくとも２つの把持具（３１、３３）を、前記旋回アーム上に設けること、
２つのアーム（２３）を有し該アームの１つ（２３Ｂ）が傾斜面（２５）を有している工具保持装置（２２）を、前記工具棚上の各位置に設けること、
前記把持具のうちの１つを、前記工具保持装置と係合するように動かすこと、
前記傾斜面を有している工具保持装置の前記アームを、前記把持具の前記カム面に係合させること、
前記工具保持装置を解放すること、および
該工具を所定の位置に係止すべく噛着できる前記傾斜面（２５）を有している工具保持装置の前記アームを、前記把持具の前記カム面から引き離すこと
を特徴とする方法。
【請求項１８】
さらに、工具保持装置の前記アームを前記把持具の前記カム面から引き離す前に、工具を前記工具保持装置から取り出すこと、および、工具保持装置の前記アームを前記把持具の前記カム面から引き離す前に、工具を前記工具保持装置へと挿し入れること、の１つを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記係合工程が、前記把持具の１つをばね機構で付勢することを含んでいる請求項１７に記載の方法。
【国際調査報告】
2005518947.tif 000025
2005518947.tif 000026