(57)【要約】【課題】工具のロック時にロック部材にかかる負荷を軽減するとともに、移動速度を調整可能とする。【解決手段】回転可能かつ昇降可能なアーム軸１２には、工具５０Ａ，５０Ｂの把持部２２Ａ，２２Ｂを有する交換用アーム２０が設けられている。交換用アーム２０には、貫通孔２４Ａ，２４Ｂが形成され、その内側にはスプリング３４により上方に付勢される昇降部材２６が設けられる。昇降部材２６の上部の突起２６Ａは、アーム軸１２の外周に設けられた当て板の底面１４Ａに接触可能である。昇降部材２６には、カム曲線を描くガイド部２８が貫通形成されている。ガイド部２８に沿って移動可能なピン４４が、リンク４２の一端に固定され、リンク４２の他端には工具ロック用の爪４６が設けられる。アーム軸１２の昇降に連動して、昇降部材２６が昇降すると、リンク４２が交換用アーム２０の長手方向に非等速で往復移動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具の把持部を両端側に有する交換用アームが一端側に設けられたアーム軸が、回転可能かつ軸方向に往復可能な自動工具交換装置のツールロック機構であって、
前記交換用アームを、前記アーム軸の軸方向に貫通し、該軸方向に昇降可能な昇降部材と、
該昇降部材を前記アーム軸の軸方向に昇降させる昇降手段と、
前記交換用アームの内側に、該交換用アームの長手方向に往復可能に設けられており、一端が前記交換用アームから露出して前記把持部に把持されたツールに当接可能であり、他端が前記昇降部材に連結されるリンクと、
前記昇降部材に、前記リンクの往復方向及び前記昇降部材の昇降方向と直交する方向に貫通形成されており、前記リンクの一端が前記ツールに当接して押圧する位置と、前記リンクの一端が前記ツールから退避した位置を規定するガイド部と、
該ガイド部に沿ってスライド可能であって、前記リンクの他端に固定され、該リンクと一体に移動するピンと、
前記昇降部材に形成されており、前記ガイド部に沿ったピンのスライドに応じて、前記リンクの他端側が昇降部材内を移動するためのリンク用移動空間と、
を備えたことを特徴とする自動工具交換装置のツールロック機構。
【請求項２】
前記ガイド部が、前記リンクを非等速に往復させるカム曲線からなることを特徴とする請求項１記載の自動工具交換装置のツールロック機構。
【請求項３】
前記昇降手段が、
前記アーム軸の外周に設けられており、該アーム軸が軸方向に往復可能に貫通するとともに、前記アーム軸を上昇させたときに、前記昇降部材の上端と接触可能な当て板と、
前記昇降部材の下端側に接触し、該昇降部材を上方に付勢する付勢手段と、
該付勢手段を、前記交換用アームの下側に保持するホルダと、
を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の自動工具交換装置のツールロック機構。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のツールロック機構と、
前記アーム軸の軸方向への往復駆動機構と、
前記アーム軸の回転駆動機構と、
を備えたことを特徴とする自動工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マシニングセンタ等の工作機械用の自動工具交換装置（ＡＴＣ）及びそのツールロック機構の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
主軸とツールマガジンとの間でツール（工具）を交換する交換用アームを備えた工作機械において、交換用アームに保持されたツールをロック・アンロックする機構として、例えば、下記特許文献１に記載の技術がある。当該文献に開示されているアーム交換装置は、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結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している。
【０００３】
図３(A)及び(B)には、当該背景技術の主要部分が示されている。アーム１００のアーム枠１０２の中央付近には、孔１０４が設けられており、その孔１０４からは部材１０６が上方に突出している。部材１０６の上端は、図示しないアーム軸ハウジングの下面と接触可能である。部材１０６は、アーム１００の内部を上下方向に延びており、アーム１００の内部にはバネ１０８が配置されており、バネ１０８が部材１０６の下部に当接しており、部材１０６は、バネ１０８によって上方に付勢されている。図３(A)に示す状態では、部材１０６はバネ１０８によって上方に付勢されていても、部材１０６の上端と、図示しないアーム軸ハウジング下面が接触しているため上方への移動が禁止されている。また、部材１０６には、レバー部材１１０の一端が接続されており、レバー部材１１０の他端は連結部材１１２の一端に連結されている。
【０００４】
図３(A)は、アーム１００が最上位置にある状態を示しており、レバー部材１１０は右上がりに伸び、連結部材１１２の先端はツールから離反している。そしてアーム１００が下方に移動してアームハウジング下面と部材１０６が離れると、バネ１０８によって部材１０６が上方に移動し（図３(B)参照）、レバー部材１１０が揺動し、それに連動して連結部材１１２がツール把持部の方向に摺動する。これにより、連結部材１１２の先端に接続されている調整部材がツール把持部のツールに当接し、ツールを確実に保持する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００４／０３７４８４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した背景技術では、部材１０６と連結部材１１２をレバー部材１１０で連結しており、これらの連結部分には、回動可能とするためにピンが用いられている。従って、レバー部材１１０に作用する力がピンの連結部分にかかり、耐久性が十分とはいえない場合がある。また、連結部材１１２の摺動速度は、レバー部材１１０の揺動，すなわち、部材１０６の上下動，ひいては、アーム軸の上下動の速度に応じて一律に規定されてしまう。しかしながら、例えば、連結部材１１２の先端の調整部材がツールに近付いてからは速度を落とすことができるようにすれば、ツールに与える衝撃を低減することができる。
【０００７】
本発明は、以上のような点に着目したもので、交換用アームに把持されたツールのロック・アンロックを行う際に、ロック部材にかかる負荷を低減し、かつ、ロック部材の移動速度を任意に調整可能な自動工具交換装置とそのツールロック機構を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のツールロック機構は、工具の把持部を両端側に有する交換用アームが一端側に設けられたアーム軸が、回転可能かつ軸方向に往復可能な自動工具交換装置のツールロック機構であって、前記交換用アームを、前記アーム軸の軸方向に貫通し、該軸方向に昇降可能な昇降部材と、該昇降部材を前記アーム軸の軸方向に昇降させる昇降手段と、前記交換用アームの内側に、該交換用アームの長手方向に往復可能に設けられており、一端が前記交換用アームから露出して前記把持部に把持されたツールに当接可能であり、他端が前記昇降部材に連結されるリンクと、前記昇降部材に、前記リンクの往復方向及び前記昇降部材の昇降方向と直交する方向に貫通形成されており、前記リンクの一端が前記ツールに当接して押圧する位置と、前記リンクの一端が前記ツールから退避した位置を規定するガイド部と、該ガイド部に沿ってスライド可能であって、前記リンクの他端に固定され、該リンクと一体に移動するピンと、前記昇降部材に形成されており、前記ガイド部に沿ったピンのスライドに応じて、前記リンクの他端側が昇降部材内を移動するためのリンク用移動空間と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
他の形態は、前記ガイド部が、前記リンクを非等速に往復させるカム曲線からなることを特徴とする。更に他の形態は、前記昇降手段が、前記アーム軸の外周に設けられており、該アーム軸が軸方向に往復可能に貫通するとともに、前記アーム軸を上昇させたときに、前記昇降部材の上端と接触可能な当て板と、前記昇降部材の下端側に接触し、該昇降部材を上方に付勢する付勢手段と、該付勢手段を、前記交換用アームの下側に保持するホルダと、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の自動工具交換装置は、前記いずれかに記載のツールロック機構と、前記アーム軸の軸方向への往復駆動機構と、前記アーム軸の回転駆動機構と、を備えたことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、工具の把持部を有する交換用アームをアーム軸方向に貫通する昇降部材にガイド部を設ける。そして、交換用アームの長手方向に沿って往復可能なリンクの一端を、前記ガイド部に沿ってスライド可能なピンを介して連結することとした。このため、ロック時にかかる負荷を軽減することができる。特に、前記ガイド部をカム形状とすることで、リンクの非等速移動が可能となり、ロック時の衝撃の低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１のツールロック機構の爪開放時を示す図であり、(A)は交換用アームの平面図，(B)は前記(A)を＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断し矢印方向見た断面図，(C)は前記(B)を＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図，(D)はツールロック機構の主要部を示す断面図である。
【図２】前記実施例１のツールロック機構の爪閉鎖時を示す図であり、(A)は交換用アームの平面図，(B)は前記(A)を＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断し矢印方向見た断面図，(C)は前記(B)を＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図，(D)はツールロック機構の主要部を示す断面図である。
【図３】背景技術の主要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
最初に、図１及び図２を参照しながら本発明の実施例１を説明する。図１は、本実施例の工具交換装置において、ツールロック機構の爪を開放した状態を示す図であり、(A)はアームの平面図，(B)は前記(A)を＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断し矢印方向見た断面図，(C)は前記(B)を＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図，(D)はツールロック機構の主要部を示す断面図である。図２は、本実施例の工具交換装置において、ツールロック機構の爪を閉鎖した状態を示す図であり、 (A)は交換用アームの平面図，(B)は前記(A)を＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断し矢印方向見た断面図，(C)は前記(B)を＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図，(D)はツールロック機構の主要部を示す断面図である。
【００１５】
本実施例の自動工具交換装置１０は、図１(B)及び図２(B)に示すように、交換用アーム２０が、アーム軸１２の一端側に設けられている。該アーム軸１２は、軸方向（図の上下方向）に往復可能であって、かつ、回転（旋回）可能に支持されている。前記アーム軸１２の外周には、該アーム軸１２が軸方向に往復可能に貫通する当て板１４が設けられている。すなわち、アーム１２軸は、当て板１４に対して昇降可能かつ回転可能となっている。このようなアーム軸１２の昇降及び回転は、図示しない駆動手段により可能となっている。アーム軸１２の両側には、ツール（工具）をクランプしてワークを加工するスピンドル（主軸）と、交換用の工具を保持する工具マガジン（いずれも図示せず）が配置されている。
【００１６】
前記交換用アーム２０は、両端にツールの把持部２２Ａ，２２Ｂを備えている。また交換用アーム２０には、中央のアーム軸１２の近傍に、該交換用アーム２０をアーム軸１２の軸方向に貫通する貫通孔２４Ａ，２４Ｂが形成されている。これら貫通孔２４Ａ，２４Ｂの内部には、前記アーム軸１２の軸方向に昇降可能な昇降部材２６が設けられている。また、前記交換用アーム２０には、その長手方向に貫通孔４０Ａ，４０Ｂが形成されている。これら貫通孔４０Ａ，４０Ｂは、前記貫通孔２４Ａ，２４Ｂに連通している。前記貫通孔４０Ａ，４０Ｂの内部には、交換用アーム２０の長手方向(図１の左右方向)に沿って往復移動可能であって、一端が前記交換用アーム２０から露出し、他端が前記昇降部材２６に連結されるリンク４２が設けられている。該リンク４２の一方の端部には、前記把持部２２Ａ，２２Ｂに把持されたツール５０Ａ，５０Ｂに当接して把持状態でロックするための爪４６が設けられている。また、前記リンク４２の他方の端部４３は、図１(A)及び図２(A)に示すように、幅が狭く形成されている。
【００１７】
次に、前記昇降部材２６と前記リンク４２の連結機構について説明する。なお、貫通孔２４Ａ及び４０Ａ側と、貫通孔２４Ｂ及び４０Ｂ側の構造は同じであるので、ここでは、貫通孔２４Ａ及び４０Ａ側を例に挙げて説明する。まず、前記昇降部材２６には、図１(B)，(D)及び図２(B)，(D)に示すように、ガイド部２８が形成されている。該ガイド部２８は、図１(C)及び図２(C)に示すように、前記リンク４２の往復方向及び前記昇降部材２６の昇降方向と略直交する方向に貫通形成されている。ガイド部２８は、前記リンク４２の一端側の爪４６が前記ツール５０Ａに当接して押圧する位置と、前記爪４６がツール５０Ａから離れて退避した位置を規定するものである。本実施例では、前記ガイド部２８は、前記リンク４２を非等速に往復移動させるために、図１(B)，(D)及び図２(B)，(D)に示すように、カム曲線を描くように形成されている。
【００１８】
また、前記昇降部材２６には、図１(B)〜(D)，図２(B)〜(D)に示すように、前記リンク４２の往復方向に長穴状の中空部３０が形成されている。該中空部３０は、前記リンク４２の端部４３が、昇降部材２６の内側で移動するための空間である。前記端部４３は、爪４６側よりも細く形成されており、リンク４２と直交するピン４４が固定されている。該ピン４４は、前記ガイド部２８に沿ってスライド可能であり、前記昇降部材２６がアーム軸１２の軸方向に昇降すると、該ピン４４に連結されたリンク４２が、交換用アーム２０の長手方向に往復移動する。
【００１９】
前記交換用アーム２０の貫通孔２４Ａの下側には、ホルダ３２が設けられており、該ホルダ３２内には、スプリング３４が設けられている。該スプリング３４は、前記昇降部材２６の底面２６Ｂに接触しており、前記昇降部材２６を上方に付勢する。一方、前記昇降部材２６の上端には突起２６Ａが形成されており、該突起２６Ａは、前記交換用アーム２０が上昇した位置にある場合（図１(B)，(D)に示す状態）では、前記当て板１４の下面１４Ａに接触しており、昇降部材２６が交換用アーム２０内に押し込まれた状態となっている。そして、交換用アーム２０が下降した位置にある場合（図２(B)，(D)に示す状態）では、前記当て板下面１４Ａと接触しなくなるため、前記スプリング３４の付勢力により、昇降部材２６は貫通孔２４Ａに沿って上方に突出する。このように昇降部材２６が昇降すると、該昇降部材２６のガイド部２８に係合したピン４４は、前記ガイド部２８に沿って移動する。このとき、該ピン４４に固定されたリンク４２は、交換用アーム２０の長手方向へ往復移動するようになる。
【００２０】
次に、本実施例の作用を説明する。まず、工具５０Ｂが図示しないスピンドル側にクランプされて使用されているときには、交換用アーム２０は、スピンドル側の工具５０Ｂとも、図示しない工具マガジン側の工具とも係合しない位置にある。工具マガジンからは工具５０Ｂと交換する工具５０Ａが、スピンドル側の工具５０Ｂと対向する位置に移送される。工具５０Ｂの使用が終わったら、図示しない駆動手段によりアーム軸１２を９０°回転して、交換用アーム２０の把持部２２Ａ，２２Ｂで、工具５０Ａ，５０Ｂを把持する（図１(A)の状態）。このとき、交換用アーム２０は図１(B)及び(D)に示すように上昇位置にあるので、昇降部材２６の突起２６Ａは、当て板下面１４Ａに接触しており、前記リンク４２のピン４４は、ガイド部２８の一番上の位置にある（図１(D)参照）。
【００２１】
次いで、図示しない昇降手段により、アーム軸１２を下降させると、交換用アーム２０も下降し、把持部２２Ｂに把持されたままの工具５０Ｂが、図示しないスピンドルから抜き取られる。また、前記交換用アーム２０の下降とともに、図２(B)，(D)に示すように、昇降部材２６の突起２６Ａが当て板下面１４Ａから離れるため、スプリング３４の付勢力により、昇降部材２６が貫通孔２４Ａ，２４Ｂに沿って上昇する。すると、前記リンク４２のピン４４は、図２(B)，(D)に示すように、ガイド部２８の下端まで移動する。
【００２２】
本実施例では、前記ガイド部２８はカム曲線を描いているため、図１(D)に示すようにピン４４がガイド部２８の左上（上端）の位置にある状態から、図２(D)のようにガイド部２８の右下（下端）の位置に移動する速度が非等速になる。具体的には、移動し始めは、ガイド部２８の傾斜が４５°程度のため、昇降部材２６の下降距離に対するピン４４の水平方向への移動量が大きいが、ガイド部２８の右下に近付くにつれて傾斜が大きくなり、下降距離に対する水平方向への移動量が少なくなる。従って、ピン４４に連結されたリンク４２が交換用アーム２０の長手方向へ移動するとき、移動し始めは速いが、工具５０Ａ，５０Ｂに近付くと速度が遅くなる。このため、爪４６と工具５０Ａ，５０Ｂの接触時の衝撃が低減される。
【００２３】
リンク４２の爪４６によって工具５０Ａ，５０Ｂをロックしたら、引き続きアーム軸１２を回転し、工具５０Ａをスピンドル側へ移送する。そして、工具５０Ａが交換可能な所定の位置まで送られてきたら、アーム軸１２を上昇させ、工具５０Ａをスピンドルに差し込む。このとき、アーム軸１２の上昇に伴い、交換用アーム２０も上昇するため、昇降部材２６の突起２６Ａが当て板下面１４Ａに接触し、ピン４４が、図２(D)に示す状態から、図１(D)に示す状態に移動する。すなわち、昇降部材２６が下降するにつれて、リンク４２が把持部２２Ａ，２２Ｂから離れる方向に移動するため、リンク４２の先端の爪４６による工具５０Ａ，５０Ｂのロックが解除される。このときに、リンク４２が工具５０Ａ，５０Ｂから退避するときの速度は、上述したロック時と逆となり、退避し始めは遅く、その後速度が増す。工具５０Ａがスピンドルに完全に差し込まれたら、アーム軸１２を反転方向に約９０°回転し、待機位置に戻る。そして、取り外された工具５０Ｂの代わりに、他の図示しない工具が、次回の交換に備えて所定の待機位置に移送される。
【００２４】
このように、実施例１によれば、次のような効果がある。
(1)工具の把持部２２Ａ，２２Ｂを有する交換用アーム２０が一端に設けられたアーム軸１２が、回転可能かつ軸方向に往復移動可能であって、前記交換用アーム２０を、アーム軸１２の軸方向に貫通する昇降部材２６に、ガイド部２８を設ける。そして、交換用アーム２０の長手方向に沿って往復可能なリンク４２の一端を、前記ガイド部２８に沿ってスライド可能なピン４４を介して連結することとした。このため、ロック時に各部材にかかる負荷を低減することができる。
(2)前記ガイド部２８がカム曲線を描くように形成したので、前記リンク４２の非等速移動が可能となり、爪４６がツール５０Ａ，５０Ｂに当たるときの衝撃の低減が可能となる。また、前記ガイド部２８のカム形状を変更することにより、速度調整が容易である。
【００２５】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した形状・寸法は一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。例えば、前記実施例では、アーム軸１２の外周部に設けた当て板下面１４Ａを昇降部材２６の上端に接触させることとしたが、これも一例であり、同様の効果を奏するように適宜設計変更可能である。例えば、アーム軸をハウジングによって昇降下降かつ回転可能に支持し、前記ハウジングの底面によって昇降部材２６の突起２６Ａを押えるようにしてもよい。
(2)前記実施例では、付勢手段としてスプリング３４を利用することとしたが、これも一例であり、公知の各種の付勢手段を用いてよい。
(3)前記実施例で示したツール（工具）は一例であり、公知の各種のツールが交換用アーム２０によって把持可能である。
(4)前記アーム軸１２の回転（旋回）機構及び往復機構も一例であり、公知の各種の機構を適用してよい。回転機構と往復機構を一の駆動機構で兼ねるようにしてもよい。
(5)前記実施例で示したガイド部２８の形状は一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。また、ガイド部２８をカム形状にせず、リンク４２を等速で往復させるように直線状に形成することを妨げるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明によれば、工具の把持部を有する交換用アームをアーム軸方向に貫通する昇降部材にガイド部を設ける。そして、交換用アームの長手方向に沿って往復可能なリンクの一端を、前記ガイド部に沿ってスライド可能なピンを介して連結する。前記ガイド部をカム形状とすることで、前記リンクの非等速移動が可能となるため、自動工具交換装置のツールロック機構の用途に適用できる。
【符号の説明】
【００２７】
１０：工具交換装置
１２：アーム軸
１４：当て板
１４Ａ：下面
２０：交換用アーム
２２Ａ，２２Ｂ：把持部
２４Ａ，２４Ｂ：貫通孔
２６：昇降部材
２６Ａ：突起
２６Ｂ：底面
２８：ガイド部
３０：中空部
３２：ホルダ
３４：スプリング
４０Ａ，４０Ｂ：貫通孔
４２：リンク
４３：端部
４４：ピン
４６：爪
５０Ａ，５０Ｂ：ツール
１００：アーム
１０２：アーム枠
１０４：孔
１０６：部材
１０８：バネ
１１０：レバー部材
１１２：連結部材
【図１】
2015013318.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015013318.tif 000005