(57)【要約】【課題】工具交換動作中に、摺動部材が案内面の溝から離脱した場合でも、グリップアームを正規の揺動動作に戻すことができる工具交換装置を提供する。【解決手段】グリップアーム９０の後端部９４の鋼球９８は案内面８３を摺動する。案内面８３は第三案内面８７で屈曲する。第三案内面８７は案内面８３のうち支軸９３１から最も離間し且つ主軸ヘッド７側の他端部から離間する位置にある。鋼球９８が案内面８３のノッチ溝８４から離脱した場合、鋼球９８は案内面８３を他端部側に摺動するが、グリップアーム９０の重心とのバランスで、第三案内面８７に自然に移動して停止する。グリップアーム９０は揺動し、カムフォロア９６はサポートカム１３のカム面の直下に移動する。該状態で主軸ヘッド７が下降すると、カムフォロア９６はサポートカム１３のカム面に当接する。グリップアーム９０は正規の揺動動作に戻る。【選択図】図１６
2015104766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸を回転可能に支持する主軸ヘッドを上下動可能に支持するコラムに、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と、前記マガジン本体の外周に放射状に設けられ、前記主軸に装着する工具を把持する把持部を一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一端と他端との間を軸支し、前記マガジン本体の外周に固定される支点台と、前記グリップアームの前記他端を、前記マガジン本体と前記主軸ヘッドの間でガイドする案内面を有する案内部材とを備え、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は、
前記案内面を摺動する摺動部と、
前記他端に設けられ、前記摺動部を前記案内面に対して接離可能に支持する支持部と、
当該支持部に設けられ、前記摺動部を前記案内面に対して付勢する付勢手段と、
前記グリップアームの前記主軸ヘッド側に設けられた第一カムフォロアと、
前記グリップアームの前記主軸ヘッド側に設けられた第二カムフォロアと
を備え、
前記案内面の前記マガジン本体側の一端側には、前記摺動部を嵌着させ、前記グリップアームの姿勢を、前記把持部が前記近接位置に移動する姿勢に保持する為の溝が設けられ、
前記工具交換装置は、更に、
前記主軸ヘッドに設けられ、前記マガジン本体に対して前記主軸ヘッドが上下動することにより、前記第一カムフォロアに当接して前記グリップアームを揺動させる第一カム面を有する第一カム部と、
前記主軸ヘッドに設けられ、前記マガジン本体に対して前記主軸ヘッドが上下動することにより、前記第二カムフォロアに当接して、前記グリップアームが揺動する範囲において前記第一カムフォロアを前記第一カム面に当接するように前記グリップアームの動作を規制する第二カム面を有る第二カム部と、
前記主軸ヘッドに設けられ、前記摺動部が前記溝から離脱した状態で、前記マガジン本体に対して前記主軸ヘッドを上方から下方に移動した場合に、前記第二カムフォロアに当接し且つ前記第二カムフォロアを前記第二カム面に案内する第三カム面を有する第三カム部と
を備え、
前記案内面は、前記一端とは反対の他端から前記一端側に離間する所定位置において、前記支点台の軸心を取り囲むように屈曲し、前記所定位置は前記案内面のうち前記支点台の前記軸心から最も離間した位置にあることを特徴とする工具交換装置。
【請求項２】
前記第三カム部は、側面視台形状であり、
前記第三カム面は下端から前記第二カム部に向かって前記マガジン本体側に突出する傾斜面を有し、
前記摺動部が前記所定位置に位置した場合に、前記第二カムフォロアは前記第三カム部の前記第三カム面の下端と上端の間で当接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】
前記第二カム部と前記第三カム部は一体化したカム部材であ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具を把持するグリップアームを備えた工具交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工具交換装置は、工具マガジンと工作機械の主軸との間で工具を交換する機構である。工具マガジンは、マガジン本体、該周囲に沿って放射状に並ぶ複数のグリップアーム、該複数のグリップアームの夫々を揺動可能に支持する複数の支点台等を備える。複数の支点台はマガジン本体の外周に沿って夫々固定し、グリップアームを揺動可能に軸支する。グリップアームは工具マガジンの一端に把持部を設ける。把持部は工具を保持する工具ホルダを着脱自在に装着する。グリップアームは支点台付近に主軸ヘッド側に向けて第一カムフォロアと第二カムフォロアを備える。主軸ヘッドがマガジン本体に対して上下動することにより、第一カムフォロアは主軸ヘッドに設けた第一カム部のカム面を摺動し、第二カムフォロアは主軸ヘッドに設けた第二カム部のカム面を摺動する。第一カム部のカム面は第一カムフォロアに当接してグリップアームを揺動させる。第二カム部のカム面は第二カムフォロアに当接して、グリップアームが揺動する範囲において第一カムフォロアを第一カム面に当接するようにグリップアームの動作を規制する。故にグリップアームは支点台を中心に安定して揺動する。
【０００３】
マガジン本体に固定した案内部材は、グリップアームの他端に設けた摺動部をマガジン本体と主軸ヘッドの間を案内する。案内部材の案内面は、支点台を中心に揺動するグリップアームの他端の軌跡に沿って略円弧状に湾曲する。案内面はマガジン本体側の一端側に溝を有する。摺動部が溝に嵌着すると、グリップアームは自身の姿勢を、把持部が主軸に近接する近接位置に移動した状態に保持する。該状態で、主軸ヘッドがＡＴＣ原点から下降すると、工具を保持する工具ホルダの上部は主軸のテーパ穴に進入し、主軸に対して装着する。第一カムフォロアが第一カム部のカム面を摺動することで、摺動部は案内面の溝から離脱し、グリップアームは支点台を中心に揺動し、把持部は主軸から離間する。
【０００４】
グリップアームに何らかの強い外部衝撃が加わると、摺動部が案内面の溝から離脱する可能性がある。摺動部が溝から離脱すると、摺動部は案内面を主軸ヘッド側に移動する。グリップアームは支点台を中心に揺動し、把持部は主軸から離間する。グリップアームはマガジン本体の前方に引き起こした状態となる。第二カムフォロアは下方に移動して位置がずれる。該状態で主軸ヘッドが下降し、第二カムフォロアが第二カム部のカム面に接触できない場合、第二カム部によるグリップアームの動作の規制は無くなる。故に第一カムフォロアは第一カム面に当接できず、グリップアームは正規の揺動動作に戻ることができない。
【０００５】
例えば、特許文献１が開示する工具交換装置は、摺動部である鋼球が案内面の溝から離脱した場合でも、グリップアームが正規の揺動動作に戻るように、主軸ヘッド前面において第二カム部の下側に隣接する位置に第三カムを設ける。上記場面で、第二カムフォロアが下方に移動して位置がずれた場合、第二カムフォロアは第三カム部のカム面に接触する。第三カム部のカム面は、第二カムフォロアを第二カム部のカム面に案内する。第二カム部のカム面は第二カムフォロアに当接して、第一カムフォロアを第一カム面に当接するようにグリップアームの動作を規制する。故にグリップアームは正規の揺動動作に戻ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−１５９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の工具交換装置では、把持部への工具ホルダの装着が不完全な場合、工具ホルダの姿勢が傾くことがある。該状態で、主軸ヘッドがＡＴＣ原点から下降した場合、工具ホルダの上部は主軸のテーパ穴に進入できず、主軸先端に衝突する可能性がある。衝突時の衝撃で、把持部は下方に大きく移動する。鋼球は溝から外れ、グリップアームは支点台を中心に大きく揺動する。グリップアームはマガジン本体の前方に大きく引き起こした状態となり、第二カムフォロアは下方に移動して大きく位置がずれる。該状態で主軸ヘッドが下がると、第二カムフォロアは第二カム部のカム面のみならず、第三カム部のカム面にも接触できない可能性があった。該場合、グリップアームは正規の揺動動作に戻ることができない。
【０００８】
本発明の目的は、工具交換動作中に、摺動部が案内面の溝から離脱した場合でも、グリップアームを正規の揺動動作に戻すことができる工具交換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る工具交換装置は、工作機械の主軸を回転可能に支持する主軸ヘッドを上下動可能に支持するコラムに、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と、前記マガジン本体の外周に放射状に設けられ、前記主軸に装着する工具を把持する把持部を一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一端と他端との間を軸支し、前記マガジン本体の外周に固定される支点台と、前記グリップアームの前記他端を、前記マガジン本体と前記主軸ヘッドの間でガイドする案内面を有する案内部材とを備え、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は、前記案内面を摺動する摺動部と、前記他端に設けられ、前記摺動部を前記案内面に対して接離可能に支持する支持部と、当該支持部に設けられ、前記摺動部を前記案内面に対して付勢する付勢手段と、前記グリップアームの前記主軸ヘッド側に設けられた第一カムフォロアと、前記グリップアームの前記主軸ヘッド側に設けられた第二カムフォロアとを備え、前記案内面の前記マガジン本体側の一端側には、前記摺動部を嵌着させ、前記グリップアームの姿勢を、前記把持部が前記近接位置に移動する姿勢に保持する為の溝が設けられ、前記工具交換装置は、更に、前記主軸ヘッドに設けられ、前記マガジン本体に対して前記主軸ヘッドが上下動することにより、前記第一カムフォロアに当接して前記グリップアームを揺動させる第一カム面を有する第一カム部と、前記主軸ヘッドに設けられ、前記マガジン本体に対して前記主軸ヘッドが上下動することにより、前記第二カムフォロアに当接して、前記グリップアームが揺動する範囲において前記第一カムフォロアを前記第一カム面に当接するように前記グリップアームの動作を規制する第二カム面を有る第二カム部と、前記主軸ヘッドに設けられ、前記摺動部が前記溝から離脱した状態で、前記マガジン本体に対して前記主軸ヘッドを上方から下方に移動した場合に、前記第二カムフォロアに当接し且つ前記第二カムフォロアを前記第二カム面に案内する第三カム面を有する第三カム部とを備え、前記案内面は、前記一端とは反対の他端から前記一端側に離間する所定位置において、前記支点台の軸心を取り囲むように屈曲し、前記所定位置は前記案内面のうち前記支点台の前記軸心から最も離間した位置にあることを特徴とする。把持部への工具の装着が不完全な場合、工具姿勢は傾く場合がある。該状態で、マガジン本体に対して主軸ヘッドを上方から下方に移動した場合、工具は主軸に装着できない。主軸は把持部に衝突する。衝突時の衝撃で、摺動部は溝から離脱し、グリップアームは支点台を中心に揺動する。摺動部は案内面を他端側に向かって摺動するが、本願の案内面の特徴的な形状とグリップアームの重心とのバランスにより、摺動部は案内面の所定位置に停止する。グリップアームの姿勢はマガジン本体側に大きく引き起こされた状態にはならない。故に第二カムフォロアは主軸ヘッド側に向けた状態を保持できる。マガジン本体に対して主軸ヘッドが上方から下方に移動した場合、第二カムフォロアは第三カム部の第三カム面に当接する。第三カム面は第二カムフォロアを第二カム面に案内するので、第二カム部材は、第一カムフォロアを第一カム面に当接するようにグリップアームの動作を規制できる。故にグリップアームは正規の揺動動作に戻ることができる。
【００１０】
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、前記第三カム部は、側面視台形状であり、前記第三カム面は下端から前記第二カム部に向かって前記マガジン本体側に突出する傾斜面を有し、前記摺動部が前記所定位置に位置した場合に、前記第二カムフォロアは前記第三カム部の前記第三カム面の下端と上端の間で当接することを特徴とする。摺動部が案内面の所定位置に停止すれば、第二カムフォロアは第三カム部の第三カム面の下端と上端の間で確実に当接する。故にグリップアームは正規の揺動動作に確実に戻ることができる。第三カム部を側面視台形状に形成することで、第三カム部の下端を主軸下端よりも上方に配置できる。
【００１１】
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、前記第二カム部と前記第三カム部は一体化したカム部材であることを特徴とする。故に工具交換装置は第二カム部と第三カム部の両方を一部材で主軸ヘッドに設けることができるので、組み付け時の工数削減、部品点数削減、位置決め簡略化等の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】工作機械１の斜視図。
【図２】主軸ヘッド７周囲を右側面から見た一部破断図。
【図３】グリップアーム９０の斜視図。
【図４】グリップアーム９０の側面図。
【図５】案内部材８０の斜視図。
【図６】案内部材８０の側面図。
【図７】主軸ヘッド７とグリップアーム９０の位置関係を示す図。
【図８】主軸ヘッド７とグリップアーム９０の位置関係を示す図。
【図９】主軸ヘッド７とグリップアーム９０の位置関係を示す図。
【図１０】主軸ヘッド７とグリップアーム９０の位置関係を示す図。
【図１１】主軸ヘッド７とグリップアーム９０の位置関係を示す図。
【図１２】主軸ヘッド７とグリップアーム９０の位置関係を示す図。
【図１３】把持部９１に工具４が傾いて装着した状態を示す図。
【図１４】主軸９先端に工具４が衝突した状態を示す図。
【図１５】衝突時の衝撃で、グリップアーム９０が前方に引き起こされた状態を示す図。
【図１６】後端部９４が第三案内面８７に移動した状態を示す図。
【図１７】図１６の状態から主軸ヘッド７が下降し、サポートカム１３のカム面にカムフォロア９６が当接した状態を示すサポートカム１３周囲の部分拡大図。
【図１８】変形例である一体カム１２０を固定した主軸ヘッド７周囲を右側面から見た図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。以下説明は、図中に矢印で示す上下、左右、前後を使用する。工作機械１の左右方向、前後方向、上下方向は、夫々、工作機械１のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向である。工具交換装置２０の向きもこれに倣う。尚、Ｚ軸原点とはＺ軸の機械原点をいう。機械原点とは、Ｘ軸、Ｙ軸の機械座標が零である位置、Ｚ軸の機械座標がワークを加工可能な上限位置となる位置である。
【００１４】
図１を参照し、工作機械１の構造を説明する。工作機械１は、基台２、機械本体３、テーブル１０、工具交換装置２０等を備える。基台２は鉄製の略直方体状の土台である。機械本体３は基台２上部後方に設け、テーブル１０上面に保持したワーク（図示略）を切削する。テーブル１０は基台２上部中央に設け、Ｘ軸モータ（図示略）、Ｙ軸モータ（図示略）、ガイド機構（図示略）により、Ｘ軸方向とＹ軸方向に移動可能である。工具交換装置２０は機械本体３上部に設けたフレーム８に固定し、機械本体３の主軸９に装着した工具４を他の工具と交換する。工作機械１は操作パネル（図示略）を備える。作業者は操作パネルにより、ＮＣプログラム、工具の種類、工具情報、各種パラメータ等を入力する。
【００１５】
図１，図２を参照し、機械本体３の構成を説明する。機械本体３は、コラム５、主軸ヘッド７、主軸９、制御箱６等を備える。コラム５は基台２上部後方に立設する。主軸ヘッド７はコラム５前面に沿ってＺ軸方向に昇降可能である。図２に示す如く、主軸ヘッド７は内部に主軸９を回転可能に支持する。主軸９はテーパ穴１８に工具ホルダ１７を装着し、主軸モータ５２の駆動により高速回転する。主軸モータ５２は主軸ヘッド７上部に設ける。工具ホルダ１７は工具４を保持する。図１に示す制御箱６は数値制御装置（図示略）を格納する。数値制御装置は工作機械１の動作を制御する。尚、本実施形態にて、「主軸９のテーパ穴１８に工具ホルダ１７を装着する」の記載は、簡略化した「主軸９に工具４を装着する」と記載と同じ意味である。
【００１６】
図２に示す如く、主軸ヘッド７はコラム５前面に設けたＺ軸移動機構によりＺ軸方向に昇降する。Ｚ軸移動機構は一対のＺ軸リニアガイド（図示略）、Ｚ軸ボール螺子２６、Ｚ軸モータ（図示略）を備える。Ｚ軸リニアガイドはＺ軸方向に延び且つ主軸ヘッド７をＺ軸方向に案内する。Ｚ軸ボール螺子２６は一対のＺ軸リニアガイドの間に配置し、上側軸受部２７と下側軸受部（図示略）により回転可能に設ける。主軸ヘッド７は背面にナット２９を備える。ナット２９はＺ軸ボール螺子２６に螺合する。Ｚ軸モータはＺ軸ボール螺子２６を正逆方向に回転する。故に主軸ヘッド７はナット２９と共にＺ軸方向に移動する。
【００１７】
図２を参照し、主軸ヘッド７の内部構造を説明する。主軸ヘッド７は前方下部内側に主軸９を回転可能に支持する。主軸９は上下方向に延びる回転軸を有する。主軸９は主軸モータ５２の駆動軸にカップリング２３を介して連結する。故に主軸９は主軸モータ５２の回転駆動で回転する。主軸９はテーパ穴１８とホルダ挟持部材１９とドローバー６９を備える。テーパ穴１８は主軸９の先端部（下端部）に設ける。ホルダ挟持部材１９はテーパ穴１８の上方に設ける。ドローバー６９は主軸９の中心を通る軸穴の中に同軸上に挿入して設ける。
【００１８】
工具ホルダ１７は一端側に工具４を保持し、他端側にテーパ装着部１７Ａとプルスタッド１７Ｂを備える。テーパ装着部１７Ａは略円錐状である。プルスタッド１７Ｂはテーパ装着部１７Ａの頂上部から軸方向に突出する。テーパ装着部１７Ａは主軸９のテーパ穴１８に装着する。テーパ穴１８にテーパ装着部１７Ａを装着すると、ホルダ挟持部材１９はプルスタッド１７Ｂを挟持する。ドローバー６９がホルダ挟持部材１９を下方に押圧すると、ホルダ挟持部材１９はプルスタッド１７Ｂの挟持を解除する。
【００１９】
主軸ヘッド７は後方上部の内側にクランクレバー６０を備える。クランクレバー６０は略Ｌ字型であり支軸６１を中心に揺動自在である。支軸６１は主軸ヘッド７内に固定する。クランクレバー６０は縦方向レバー６３と横方向レバー６２を備える。縦方向レバー６３は支軸６１からコラム５側に対して斜め上方に延びて中間部６５で上方に折曲して更に上方に延びる。横方向レバー６２は支軸６１からコラム５前方に略水平に延びる。横方向レバー６２の先端部はドローバー６９に直交して突設したピン５８に上方から係合可能である。縦方向レバー６３は上端部の背面に板カム体６６を備える。板カム体６６はコラム５側にカム面を備える。板カム体６６のカム面は上側軸受部２７に固定したカムフォロア６７と接離可能である。カムフォロア６７は板カム体６６のカム面を摺動する。引張コイルバネ（図示略）は縦方向レバー６３と主軸ヘッド７との間に弾力的に設ける。クランクレバー６０を右側面から見た場合、引張コイルバネはクランクレバー６０を時計回りに常時付勢する。故にクランクレバー６０は横方向レバー６２によるピン５８の下方向への押圧を常時解除する。
【００２０】
図２を参照し、主軸９のテーパ穴１８に対する工具ホルダ１７の脱着動作を説明する。主軸９のテーパ穴１８に、工具ホルダ１７のテーパ装着部１７Ａを装着した状態で、主軸ヘッド７はテーブル１０上のワーク加工位置から上昇する。クランクレバー６０に設けた板カム体６６はカムフォロア６７に接触して摺動する。後述するグリップアーム９０の把持部９２は工具ホルダ１７を把持する。板カム体６６のカム形状に沿ってカムフォロア６７は摺動する。クランクレバー６０は右側面から見た場合に支軸６１を中心に反時計回りに回転する。横方向レバー６２はピン５８に上方から係合してドローバー６９を下方に押圧する。ドローバー６９はホルダ挟持部材１９を下方に付勢する。ホルダ挟持部材１９はプルスタッド１７Ｂの挟持を解除する。主軸ヘッド７はＡＴＣ原点まで更に上昇する。工具ホルダ１７は主軸９のテーパ穴１８から抜ける。主軸９のテーパ穴１８に対して、工具ホルダ１７の取り外しは完了する。
【００２１】
主軸ヘッド７がＡＴＣ原点に到達すると、数値制御装置の制御指令に基づき、工具マガジン２１は回転し、ＮＣプログラムの制御コマンドが指定する工具４を工具交換位置に割り出す。工具交換位置は工具マガジン２１の最下方位置で且つ主軸９に近接して対向する位置である。工具交換位置に割り出した工具４は、ＡＴＣ原点に移動した主軸ヘッド７の下方に位置する。
【００２２】
次いで、主軸ヘッド７はＡＴＣ原点から下降し、主軸９のテーパ穴１８に対し、工具４を保持する工具ホルダ１７のテーパ装着部１７Ａが進入する。テーパ穴１８に工具ホルダ１７のテーパ装着部１７Ａが挿入した状態で、主軸ヘッド７は更に下降する。クランクレバー６０に設けた板カム体６６はカムフォロア６７に摺動する。板カム体６６のカム形状に沿ってカムフォロア６７は摺動する。クランクレバー６０は右側面から見た場合に支軸６１を中心に時計回りに回転する。故に横方向レバー６２はピン５８から離れ、ドローバー６９の下方への押圧を解除する。ドローバー６９はホルダ挟持部材１９の下方への付勢を解除し、ホルダ挟持部材１９はプルスタッド１７Ｂを挟持する。主軸９のテーパ穴１８への工具ホルダ１７の装着は完了する。
【００２３】
図１，図２を参照し、工具交換装置２０の構造を説明する。工具交換装置２０は工具マガジン２１を備える。工具マガジン２１はタレット式である。工具マガジン２１はマガジン本体７１と複数のグリップアーム９０を備える。マガジン本体７１は円盤状である。複数のグリップアーム９０はマガジン本体７１の外周に所定間隔毎に配置し、工具マガジン２１の前後方向に揺動可能に設ける。マガジン支持台４５はフレーム８に固定する。フレーム８はコラム５に固定し且つ主軸ヘッド７近傍に設ける。マガジン支持台４５は支軸７５を回転可能に支持する。支軸７５は工作機械１の前方に対して斜め下方に延びる。支軸７５はマガジン本体７１を回転可能に支持する。マガジン本体７１は工作機械１の前方に対して正面を向けて配置する。
【００２４】
図２を参照し、マガジン本体７１の構造を説明する。マガジン本体７１はボス部７３と鍔部７２を備える。ボス部７３は筒状である。支軸７５はボス部７３内に挿入する。鍔部７２はボス部７３の外周面の前端側に軸方向に直交して設ける。ボス部７３は後端部に割出円板７７を固定する。割出円板７７は支軸７５を中心とし、背面側（主軸ヘッド７に対向する面）に複数のカムフォロア（図示外）を備える。複数のカムフォロアは複数のグリップアーム９０の各位置に夫々対応して配置する。
【００２５】
減速機４１はマガジン支持台４５上部に固定する。減速機４１は複数のギヤとカム（図示略）を有する。マガジンモータ５５は減速機４１上部に固定する。マガジンモータ５５の回転軸は減速機４１と連結する。割出円板７７の複数のカムフォロアは減速機４１のカムに形成したカム溝（図示外）に夫々嵌合する。故に割出円板７７は複数のグリップアーム９０の中の一つを割り出し、マガジン本体７１の最下方位置に移動できる。
【００２６】
鍔部７２は裏面外周に沿って所定間隔毎に複数の支点台７８を固定する。支点台７８はグリップアーム９０の後述する支軸９３１を軸支する。鍔部７２は更に、複数のグリップアーム９０の夫々に対応する各位置に、板状の案内部材８０を夫々固定する。案内部材８０は後述する案内面８３を備える。グリップアーム９０の後端部９４は案内面８３を摺動する。故にグリップアーム９０は支点台７８を中心に工具マガジン２１の前後方向に安定して揺動できる。尚、板状の案内部材８０を環状に一体形成してもよい。
【００２７】
図３，図４を参照し、グリップアーム９０の構造を具体的に説明する。グリップアーム９０は、軸部９３、アーム本体９１、把持部９２、後端部９４、カムフォロア支持部９５、カムフォロア９６，９７等を備える。軸部９３は略水平方向に延びる略円柱状であり、軸方向の両端面中心から支軸９３１を夫々延出する。支点台７８は支軸９３１を回転可能に軸支する。アーム本体９１は軸部９３から軸部９３の軸線方向に直交する方向に延び且つ先端側が緩やかに湾曲する角柱状である。把持部９２は二股状でその内側に工具ホルダ１７を装着して把持する。図４に示す如く、後端部９４は行止り孔９９の内側に筒状部材１０３を介して鋼球９８と保持部材１０１を収納する。保持部材１０１は鋼球９８を先端側に保持し且つ内側に圧縮コイルバネ１０２を収納する。鋼球９８の一部は行止り孔９９の先端から外部付勢に応じて出退する。故に後端部９４は鋼球９８を出退可能に保持する。
【００２８】
図３に示す如く、カムフォロア支持部９５は軸部９３の軸方向中央部に設け、カムフォロア９６を主軸ヘッド７側（図２参照）に向けて軸支する。カムフォロア９７は、アーム本体９１の軸部９３の近傍で且つ主軸ヘッド７側の面の右端側に設ける。故に工具交換位置に割り出されたグリップアーム９０では、カムフォロア９６は主軸ヘッド７の前面の左右方向中央部に固定した後述する浮動カム１２のカム面に対向し、カムフォロア９７は、主軸ヘッド７の前面の右端部に沿って固定した後述する揺動カム１１のカム面に対向する。カムフォロア９６，９７は工具マガジン２１の左右方向に平行に延びる軸を中心に回転する。
【００２９】
図５，図６を参照し、案内部材８０の構造を説明する。案内部材８０は所定厚を有する側面視略三角形状の板部材である。案内部材８０は、自身の三角形状の斜辺に相当する端面に略円弧状の案内面８３を備え、該案内面８３がマガジン本体７１の径方向外側に向くように、鍔部７２の裏面外周に固定する（図２参照）。図６に示す如く、案内部材８０の鍔部７２の裏面に対する固定面は、凸状の係合部８９と固定穴１０５，１０６を備える。係合部８９は、鍔部７２側の固定面に設けた凹状の係合穴（図示略）に係合する。固定穴１０５，１０６は、鍔部７２側の固定面に設けた２つの固定穴（図示略）に夫々対応し、螺子等を締結する。故に案内部材８０は鍔部７２の裏面外周と一体化する。
【００３０】
図６に示す如く、案内面８３は全体的にグリップアーム９０の支軸９３１の周囲の一部を取り囲むように湾曲する。案内面８３は一端部８１と他端部８２を有する。一端部８１はマガジン本体７１側、他端部８２は主軸ヘッド７側の端部である。案内面８３は、一端部８１から他端部８２に向かって順に、ノッチ溝８４、第一案内面８５、第二案内面８６、第三案内面８７、第四案内面８８を備える。ノッチ溝８４は後端部９４の鋼球９８が嵌着する溝である。第三案内面８７は、案内面８３のうち支軸９３１から最も離間した位置で支軸９３１を取り囲むように屈曲する。第三案内面８７の位置は、グリップアーム９０の支軸９３１を中心とし、ノッチ溝８４の中心から他端部８２側に３５°ずれた位置である。該位置は、他端部８２から一端部８１側に離間する位置である。支軸９３１の位置は、支点台７８の軸心の位置に対応する。第二案内面８６と第四案内面８８は第三案内面８７の両側に夫々連続し且つ平面状に形成する。第四案内面８８は他端部８２に接続する。第一案内面８５はノッチ溝８４と第二案内面８６を略円弧状の面で接続する。
【００３１】
後端部９４の鋼球９８は、圧縮コイルバネ１０２の付勢により、案内面８３に密着して摺動する。鋼球９８がノッチ溝８４に嵌着した場合、グリップアーム９０は把持部９２が主軸９に近接する近接位置に移動した状態で姿勢を保持する。鋼球９８がノッチ溝８４から離脱した場合、後述するカム機構が無ければ、鋼球９８は、グリップアーム９０の重心とのバランスにより、支軸９３１から最も離間する位置にある第三案内面８７に向けて自然に移動し停止するようになっている。
【００３２】
図７を参照し、主軸ヘッド７の昇降により、グリップアーム９０を揺動させる為のカム機構を具体的に説明する。主軸ヘッド７は前面にカム機構を備える。カム機構は、揺動カム１１、浮動カム１２、サポートカム１３で構成する。揺動カム１１は主軸ヘッド７前面の右端部に沿って設ける。揺動カム１１のカム面は、上部から下方に向けて直線状に延び、途中から斜め後方に緩やかに傾斜する形状である。グリップアーム９０は揺動カム１１のカム面をカムフォロア９７が摺動することで揺動する。浮動カム１２は主軸ヘッド７前面の左右方向中央に設ける。浮動カム１２のカム面は、上部から中央にかけて前方に緩やかに傾斜し該中央部から下部にかけて前方に円弧状に膨出する形状である。浮動カム１２は圧縮コイルバネ（図示略）を内蔵する。浮動カム１２はカムフォロア９７が揺動カム１１を摺動する際、カムフォロア９７と揺動カム１１が離れないようにグリップアーム９０の動きを規制する。故に、該緩やかな傾斜はグリップアーム９０が揺動する時のカムフォロア９６の移動軌跡と一致する。サポートカム１３は浮動カム１２の下側に隣接して設ける。サポートカム１３は側面視台形状である。故にサポートカム１３の下端を主軸９下端よりも上方に配置できる。仮にサポートカム１３を三角形状に形成すると下端が主軸９下端よりも下方に延び、グリップアーム９０に衝突する恐れがある。サポートカム１３のカム面は、上部が浮動カム１２のカム面の最下部に連続し、上部から下部にかけて斜め後方に緩やかに傾斜する形状である。サポートカム１３はグリップアーム９０が正規の位置に存在しない時、カムフォロア９６が当接する。カムフォロア９６が浮動カム１２に向かって摺動すると、グリップアーム９０は把持部９２が主軸９に近接する位置に揺動する。
【００３３】
図７〜図１２を参照し、上記カム機構を利用したグリップアーム９０の揺動動作を説明する。以下説明では、上記工具交換動作にて、主軸ヘッド７がＡＴＣ原点から下降し、主軸９に工具ホルダ１７を装着する場面を説明する。図７に示す如く、主軸ヘッド７がＡＴＣ原点から下降する時、グリップアーム９０の後端部９４の鋼球９８は、案内面８３のノッチ溝８４に嵌着した状態である。故にグリップアーム９０は把持部９２が近接位置に移動した状態で姿勢を保持する。把持部９２は略水平状態で工具ホルダ１７を正常に装着して把持する。該状態では、工具ホルダ１７は主軸９のテーパ穴１８（図２参照）の直下に位置する。工具ホルダ１７のプルスタッド１７Ｂはテーパ穴１８の内側に向いた状態である。
【００３４】
図８，図９の順に示す如く、主軸ヘッド７は下降を開始する。プルスタッド１７Ｂはテーパ穴１８の内側に進入する。カムフォロア９６は浮動カム１２のカム面に当接し、カムフォロア９７は揺動カム１１のカム面に当接する。工具ホルダ１７は主軸９に装着する。主軸ヘッド７が更に下降すると、カムフォロア９６は浮動カム１２のカム面の上方を摺動し、カムフォロア９７は揺動カム１１のカム面の上方に摺動する。浮動カム１２は内部の圧縮コイルバネによりカムフォロア９６を主軸ヘッド７から離間する方向に付勢する。故にカムフォロア９６は浮動カム１２のカム面から離れることなく摺動する。図１０に示す如く、グリップアーム９０は支軸９３１を中心に右側面視時計回りに揺動を開始し、鋼球９８はノッチ溝８４から離脱する。把持部９２は主軸９に装着した工具ホルダ１７から徐々に離れる。
【００３５】
図１０〜図１２の順に示す如く、主軸ヘッド７が引き続き下降するに従い、鋼球９８は案内面８３を他端部８２側に向けて摺動する。グリップアーム９０は支軸９３１を中心に更に揺動するので、把持部９２は工具マガジン２１の前方に移動する。鋼球９８は案内面８３の他端部８２（図６参照）近傍まで摺動する。主軸ヘッド７がＺ軸原点で停止すると、グリップアーム９０は、把持部９２が主軸９から前方に離間する退避位置に移動した状態で姿勢を保持する。工具交換動作は終了したので、工作機械１は主軸ヘッド７をテーブル１０上に保持したワークまで下降し、ワーク加工を開始する。
【００３６】
図１３〜図１６を参照し、把持部９２に工具ホルダ１７が正常に装着していない状態で、主軸ヘッド７が下降した場合のグリップアーム９０の復帰動作を説明する。図１３に示す如く、例えば、把持部９２に工具ホルダ１７が正常に装着しておらず、工具ホルダ１７の姿勢が把持部９２に対して傾く場合がある。工具ホルダ１７のプルスタッド１７Ｂは真上を向いていないので、主軸９のテーパ穴１８から横にずれてしまう。
【００３７】
該状態で、主軸ヘッド７がＡＴＣ原点から下降すると、工具ホルダ１７のプルスタッド１７Ｂはテーパ穴１８に進入できない。図１４に示す如く、工具ホルダ１７のプルスタッド１７Ｂは主軸９の先端部に衝突してしまう。すると、図１５に示す如く、衝突時の衝撃で、把持部９２は下方に勢いよくはじき出され、工具ホルダ１７は把持部９２から脱落することも想定される。後端部９４の鋼球９８はノッチ溝８４から外れ、案内面８３を他端部８２近傍まで一気に摺動する。把持部９２は前方に大きく移動するので、グリップアーム９０は、右側面視時計回りに大きく揺動し、マガジン本体７１の前方に大きく引き起こされた状態となる。
【００３８】
該状態では、グリップアーム９０のカムフォロア支持部９５は、主軸ヘッド７側に大きく傾くので、カムフォロア９６はサポートカム１３の下部の真下に位置してしまう。仮に、該状態で主軸ヘッド７がそのまま下降すると、カムフォロア９６はサポートカム１３のカム面に接触できない可能性がある。カムフォロア９６がサポートカム１３のカム面に接触しなければ、グリップアーム９０は上記の正規の揺動動作に戻ることができない。また、カムフォロア９６がサポートカム１３の角部に衝突した場合、カムフォロア支持部９５が破損する可能性もある。
【００３９】
本実施形態では、上記の通り、案内部材８０の案内面８３の特徴的な形状により、ノッチ溝８４から離脱した鋼球９８は、支軸９３１から最も離間する位置にある第三案内面８７に向けて自然に移動するようになっている。図１５の状態では、鋼球９８はノッチ溝８４から離脱しているので、第三案内面８７に向けて自然に移動する。グリップアーム９０は、支軸９３１を中心に右側面視反時計回りに揺動するので、カムフォロア支持部９５は、マガジン本体７１側に少し戻り、カムフォロア９６はサポートカム１３のカム面の下方に位置することができる。該状態で主軸ヘッド７が下降すると、図１７に示す如く、カムフォロア９６はサポートカム１３のカム面の下端と上端の間の略中央位置に確実に当接する。故にカムフォロア９６はサポートカム１３のカム面に確実に当接できる。主軸ヘッド７が引き続き下降すると、カムフォロア９６はサポートカム１３のカム面に沿って摺動し、グリップアーム９０は鋼球９８がノッチ溝８４に嵌まる方向に揺動し、正規の位置に戻る。カムフォロア９６は浮動カム１２のカム面を摺動するので、カムフォロア９７は揺動カム１１のカム面を良好に摺動できる。故にグリップアーム９０は正規の揺動動作に戻ることができる。また、ノッチ溝８４から鋼球９８が離脱した場合に、カムフォロア９６はサポートカム１３のカム面に確実に当接できるので、工具交換装置２０はカムフォロア支持部９５が破損するのを防止できる。
【００４０】
以上説明にて、鋼球９８が本発明の摺動部に相当し、後端部９４が本発明の支持部に相当し、圧縮コイルバネ１０２が本発明の付勢手段に相当し、カムフォロア９７が本発明の第一カムフォロアに相当し、カムフォロア９６が本発明の第二カムフォロアに相当し、ノッチ溝８４が本発明の溝に相当し、揺動カム１１が本発明の第一カム部に相当し、浮動カム１２が本発明の第二カム部に相当し、サポートカム１３が本発明の第三カム部に相当する。
【００４１】
以上説明した如く、本実施形態の工具交換装置２０は工具マガジン２１を備える。工具マガジン２１はマガジン本体７１と複数のグリップアーム９０を備える。マガジン本体７１に固定した支点台７８はグリップアーム９０を揺動可能に軸支する。グリップアーム９０は一端側に把持部９２、他端側に後端部９４を備える。後端部９４は先端側に鋼球９８の一部を出退可能に保持する。マガジン本体７１は複数のグリップアーム９０の夫々に対応する位置に案内部材８０を固定する。鋼球９８は案内部材８０の案内面８３を摺動する。案内面８３は後端部９４の軌跡に沿って略円弧状に湾曲し、且つ第三案内面８７において支軸９３１を取り囲むように屈曲する特徴的な形状を有する。第三案内面８７は案内面８３のうち支軸９３１から最も離間した位置にある。主軸ヘッド７は前面に、揺動カム１１、浮動カム１２、サポートカム１３を備える。マガジン本体７１に対して主軸ヘッド７が昇降することにより、グリップアーム９０のカムフォロア９７は揺動カム１１のカム面を摺動し、カムフォロア９６は浮動カム１２のカム面を摺動する。浮動カム１２はカムフォロア９７が揺動カム１１を摺動する際、カムフォロア９７と揺動カム１１が離れないようにグリップアーム９０の動きを規制する。故にグリップアーム９０は支点台７８を中心に安定して揺動する。
【００４２】
把持部９２に対して工具ホルダ１７の姿勢が傾いた状態で、主軸ヘッド７をＡＴＣ原点から下降した場合、工具ホルダ１７は主軸９のテーパ穴１８に進入できない。主軸９先端部は工具ホルダ１７のプルスタッド１７Ｂに衝突する。衝突時の衝撃で、把持部９２は大きく下方に移動し、グリップアーム９０は支点台７８を中心に揺動する。鋼球９８はノッチ溝８４から離脱し、案内面８３を他端部８２側に向かって勢いよく摺動するが、案内面８３の特徴的な形状とグリップアーム９０の自重とのバランスにより、鋼球９８は案内面８３のうち他端部８２から離間する第三案内面８７に自然に移動して停止する。
【００４３】
グリップアーム９０は、支軸９３１を中心に右側面視反時計回りに揺動するので、カムフォロア支持部９５は、マガジン本体７１側に少し戻り、カムフォロア９６はサポートカム１３のカム面の直下に位置することができる。該状態で主軸ヘッド７が下降すると、カムフォロア９６はサポートカム１３のカム面の下端と上端の間で確実に当接するので、確実にグリップアーム９０を正規の揺動動作に戻すことができる。また、ノッチ溝８４から鋼球９８が離脱した場合に、カムフォロア９６はサポートカム１３のカム面に確実に当接できるので、工具交換装置２０はカムフォロア支持部９５が破損するのを防止できる。
【００４４】
尚、本発明は、上記実施形態の他に種々の変更が可能である。上記実施形態は、ノッチ溝８４から鋼球９８が離脱した場合に、案内部材８０における後端部９４の位置を第三案内面８７に戻し、グリップアーム９０の姿勢の傾きを調整する。これにより、主軸ヘッド７を下降した場合に、カムフォロア９６をサポートカム１３のカム面に確実に当接できる。例えば、カムフォロア９６を揺動カム１１のカム面に直接当接するように、案内部材８０における第三案内面８７の位置を変更してもよい。該場合、サポートカム１３は不要である。
【００４５】
また、上記実施形態では、主軸ヘッド７の前面にカム機構を設け、浮動カム１２とサポートカム１３は別部品であるが、例えば、図１８に示す如く、主軸ヘッド７の前面に固定した一体カム１２０のように、浮動カム１２とサポートカム１３を互いに一体化した一部品として構成してもよい。尚、図１７では、揺動カム１１の下側を破断して示している。一体カム１２０のカム面は、浮動カム１２のカム面に相当する第一カム面１２１と、サポートカム１３のカム面に相当する第二カム面１２２を有する。第一カム面１２１と第二カム面１２２は互いに上下に連続する一つのカム面を形成する。一体カム１２０を用いることで、組み付け時の工数削減、部品点数削減、位置決め簡略化等の効果を得ることができる。尚、一体カム１２０は内側に圧縮コイルバネを収納し、浮動カム１２と同じ機能を持つようにしてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態において、揺動カム１１と、グリップアーム９０のカムフォロア９７はグリップアーム９０の円滑な揺動動作を補助するものであるが、省略してもよい。
【００４７】
また、上記実施形態において、第三案内面８７の位置は、グリップアーム９０の支軸９３１を中心とし、ノッチ溝８４の中心から他端部８２側に３５°ずれた位置であるが、これ以外の角度に設定してもよいが、少なくとも、他端部８２から一端部８１側にずれた位置にするのがよい。
【符号の説明】
【００４８】
１    工作機械
４    工具
５    コラム
７    主軸ヘッド
９    主軸
１１    固定カム
１２    浮動カム
１３    サポートカム
１７    工具ホルダ
１８    テーパ穴
２０    工具交換装置
２１    工具マガジン
７１    マガジン本体
７８    支点台
８０    案内部材
８１    一端部
８２    他端部
８３    案内面
８４    ノッチ溝
８７    第三案内面
９０    グリップアーム
９１    アーム本体
９２    把持部
９３    軸部
９４    後端部
９６    カムフォロア
９８    鋼球
１０２    圧縮コイルバネ
１２０    一体カム
１２１    第一カム面
１２２    第二カム面
９３１    支軸
【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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【図１１】
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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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