(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転工具軸に把持されるシャンクを備えた工具において、シャンクと刃具との間にシャンク側が大径となる円錐面と、当該円錐面の刃具側に隣接する当該円錐面より小径で逆向きの付勢円錐面と、当該付勢円錐面の刃具側でそれらの大径端を隣接させて設けられた刃具側が小径の案内円錐面とを備えている、工具。
【請求項２】
回転工具軸に把持されるシャンクを備えた工具において、シャンクと刃具との間に円筒面と、当該円筒面の刃具側に隣接する当該円筒面より小径で刃具側が大径となった付勢円錐面と、当該付勢円錐面の刃具側でそれらの大径端を隣接させて設けられた刃具側が小径の案内円錐面とを備えている、工具。
【請求項３】
回転工具軸に把持されるシャンクを備えた工具において、刃具の反シャンク側にシャンク側が大径となる円錐面と、当該円錐面の反シャンク側に隣接する当該円錐面より小径で逆向きの付勢円錐面と、当該付勢円錐面の反シャンク側でそれらの大径端を隣接させて設けられた反シャンク側が小径の案内円錐面とを備え、前記円錐面は、工具マガジンの工具ホルダに設けた円錐凹面と嵌合する形状精度及び面精度を備えている、工具。
【請求項４】
工具マガジンに複数の工具ホルダを備え、各工具ホルダは、請求項１記載の工具の円錐面と嵌合する円錐凹面と、この円錐凹面の小径側に前記付勢円錐面より刃具側の部分が通過可能な開口と、先端が保持した工具の付勢円錐面に当接して当該工具をその刃具側に付勢する押接具とを備え、工作機械の工具軸の軸心と複数の工具ホルダの１個の軸心とを同一軸線上に一致させた状態で、工具軸の当該１個の工具ホルダに向かう進退動作で工具マガジンと工作機械との間の工具の受渡を行う、工具交換装置。
【請求項５】
工具マガジンに複数の工具ホルダを備え、各工具ホルダは、請求項２記載の工具の円筒面と嵌合する円筒凹面と、この円筒凹面の小径側に前記付勢円錐面より刃具側の部分が通過可能な開口と、先端が保持した工具の付勢円錐面に当接して当該工具をその刃具側に付勢する押接具とを備え、工作機械の工具軸の軸心と複数の工具ホルダの１個の軸心とを同一軸線上に一致させた状態で、工具軸の当該１個の工具ホルダに向かう進退動作で工具マガジンと工作機械との間の工具の受渡を行う、工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動工具交換装置（以下、「ＡＴＣ」と言う）を備えた工作機械で用いる工具及びそのような工作機械のＡＴＣに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工具を装着して回転する回転工具軸と、その工具軸に装着される工具のＡＴＣとを備えた工作機械（以下、単に「工作機械」と言う）で使用する工具は、工具軸で把持されるシャンクと、ワークを加工する刃具（砥粒ないし砥石を含む意味で用いている。）とを備えている。また、ＡＴＣは、複数の工具を収容する工具マガジンと、この工具マガジンと工具軸との間で工具を受け渡しする交換装置とを備えている。
【０００３】
工具軸と工具の結合は、開閉するチャックで工具のシャンクを把持する構造と、テーパシャンクとテーパ孔の嵌合による構造が一般的である。前者の構造では、シャンクは円筒状（ストレートシャンク）であり、後者の構造では、シャンクは刃先側が太い円錐状（テーパシャンク）である。図８は、テーパシャンク２１ｂを備えた工具２の従来の工具交換動作を模式的に示した図で、４１は工具マガジンのポット（工具ホルダ）、７は工具軸１とポット４１との間で工具２の受け渡しをする交換装置である。ポット４１は、工具のテーパシャンク２１ｂに嵌合する円錐凹面４２を備えており、工具２は、テーパシャンク２１ｂをこの円錐凹面４２に嵌合した状態でポット４１に保持される。
【０００４】
図の交換装置７は、１８０度旋回及び軸方向に進退する旋回軸７１の先端に両端にフィンガ７２を備えた旋回腕７３を装着した構造で、両端のフィンガ７２でポット４１に保持された工具の鍔２８と工具軸に保持された工具の鍔２８を把持して図で下動することにより、工具２、２を工具軸１及びポット４１から抜き取り、１８０度旋回して図で上方に移動することにより、工具２、２のテーパシャンク２１ｂを工具軸１及びポット４１に挿入することによって、ポット４１と工具軸１との間で工具２、２相互の交換を行うものである。
【０００５】
このように、従来のＡＴＣの工具マガジンは、工具軸に把持されるシャンクの部分を工具マガジンに設けた工具ホルダで保持する（ポットタイプ）か、シャンクの根本に設けた鍔の部分を工具マガジンに設けたフィンガで保持する（フィンガタイプ）かして、交換される多数の工具を収容している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ポットタイプのものは、工具軸と工具マガジンとの間で工具を受け渡しする交換装置が必要である。一方、フィンガタイプのものは、工具マガジンに設けた多数の工具ホルダにフィンガを設ける必要があり、工具マガジンの構造が複雑になると共に、工具交換時にフィンガの開閉が必要である。従って、ポットタイプ及びフィンガタイプのいずれも、ＡＴＣの構造が複雑になると共に、工具交換動作が複雑になるという問題がある。
【０００７】
この発明は、自動交換される工具をより簡単な動作で工具軸に着脱することが可能な工具、及びそのような工具を自動交換するためのＡＴＣを得ることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の工具は、工具軸に結合するシャンク２１（ストレートシャンク２１ａ又はテーパシャンク２１ｂ）と刃具３（砥石３ａ又はチップ３ｂ）とを備えた工作機械の自動交換用の工具２（２ａ〜２ｄ）において、シャンク２１と刃具３との間に、工具マガジンの工具ホルダ４に設けた円筒凹面４８又は上方が大径となった円錐凹面４２に嵌合される円筒面（以下、「保持円筒面」と言う。）３８又はシャンク２１側が大径で刃具３側が小径となった円錐面（以下、「保持円錐面」と言う。）２２を備えている。
【０００９】
この発明の工具２は、シャンク２１を工具軸のチャック（ストレートシャンクの場合）で把持するか、または工具軸のテーパ孔（テーパシャンクの場合）に嵌合して、刃具３側を下にした鉛直姿勢で工作機械の工具軸１に装着され、シャンク２１と刃具３との間に設けた保持円筒面３８又は保持円錐面２２を工具マガジン５の工具ホルダ４に設けた円筒凹面４８又は円錐凹面４２に嵌合した状態で、刃具３を下方にした鉛直姿勢で、工具マガジンの工具ホルダ４に保持される。従って工具ホルダ４は、円筒凹面４８又は円錐凹面４２の下方に、刃具３及びこの刃具を保持しているボディ２５の部分が通過可能な開口４５を備えている。
【００１０】
工具ホルダ４に上記のような開口４５を設けることが困難なとき、すなわち、工具の刃具が大きいために円筒凹面や円錐凹面の径が実用的でないほど大径になるときは、刃具３の反シャンク側に保持円錐面を設け、この保持円錐面と工具ホルダ側の円筒凹面との嵌合により、工具ホルダに工具を保持することもできる。しかしこの構造は、工具２の軸方向長さが短いときにのみ実用可能である。
【００１１】
工具ホルダ４は工具２の軸を鉛直方向にして保持するので、工具２は自重により工具ホルダ４の円筒凹面４８又は円錐凹面４２に嵌合して、工具ホルダ４内での工具２の位置が保持される。工具ホルダに保持された工具の軸心の位置精度や傾き精度を高くしたいときは、保持円錐面２２と円錐凹面４２との嵌合により工具を保持するのが好ましい。この場合には、工具ホルダ４に、工具の保持円錐面２２を工具ホルダの円錐凹面４２に付勢する押接具６（６ａ、６ｂ）を設ける。
【００１２】
この発明のＡＴＣは、工具軸１の工具装着端１１と、工具ホルダ４の円筒凹面４８の開口上端又は円錐凹面４２の大径側とを対向させた状態で、工具軸１の軸方向の進退動作とその進出端における工具軸側のチャックやプルロッドなどの工具把持装置の開閉動作とにより、工具軸１と工具マガジンの工具ホルダ４との間で、この発明の工具２を直接（交換装置を介さないで）装脱することを特徴とする。
【００１３】
この発明のＡＴＣは、工具軸１がその工具装着端１１を下方にした鉛直姿勢で工具交換を行う工作機械に特に適している。そのような工作機械では、工具マガジンの工具ホルダ４に工具２が、その保持円筒面３８又は保持円錐面２２を工具ホルダの円筒凹面４８又は円錐凹面４２に自重により嵌合する状態で保持されるので、保持円筒面３８又は保持円錐面２２と円筒凹面４８又は円錐凹面４２との工具軸方向の嵌合長さが比較的短くても工具２を正確な鉛直姿勢で工具軸１から工具ホルダ４に受け渡すことができ、従って、工具２が工具ホルダ４に正確な姿勢で保持されるから、次にその工具を工具軸１に装着するとき、当該工具が正確に工具軸１に装着されるからである。
【００１４】
この発明のＡＴＣの工具交換位置は、工具軸１の移動領域内で当該工具軸の軸心と、交換される工具を保持する工具ホルダの軸心とが正確に一致する位置に設定される。この工具交換位置は、工具軸の移動領域内の複数位置に設定することが可能である。工具マガジンに多数の工具ホルダ４を設けるときは、従来のＡＴＣと同様に、工具ホルダを工具交換位置から退避させる往復動装置や周回装置を設けてやればよい。工具軸を鉛直方向下向きにして工具交換を行う工作機械では、工具ホルダの鉛直方向上向きの姿勢を保持して往復動ないし周回移動させる構造がより好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
この発明のＡＴＣは、工具マガジンの工具ホルダ４と工作機械の工具軸１との間で工具が直接受け渡しされるため、交換装置を設けることによる機械の複雑化と、交換装置との受け渡し時に生ずる軸心位置の誤差の発生を避けることができるので、ＡＴＣの構造及び工具の交換動作を単純化することができると共に、自動交換される工具を工作機械の工具軸により正確に装着することができるという効果がある。
【００１６】
この発明の工具は、工具マガジン内で、工具に設けた保持円筒面３８又は保持円錐面２２と工具マガジンの工具ホルダに設けた円筒凹面４８又は円錐凹面４２との嵌合により保持されている。保持円筒面３８や保持円錐面２２は、シャンク２１と刃具３との間、従ってシャンク２１より刃具３に近い位置に設けられているので、テーパシャンクを工具マガジンのポットに嵌合して工具を保持する従来構造と比較しても、嵌合部が刃具３に近い分だけ刃具３の位置をより正確な位置にした状態で工具が工具マガジンに保持されることとなり、しかもその工具が交換装置を介さないで直接工具軸に装着されるので、より高い精度で工具を工具軸に装着することができる。
【００１７】
工具の保持円錐面２２と工具ホルダの円錐凹面４２との嵌合によるときは、工具マガジンの工具ホルダ４に工具２を軸心のずれや傾きのない姿勢で保持することができ、かつ工具軸１と工具ホルダ４との間で交換装置を介することなく直接工具を受け渡すことができるため、工具軸１と工具ホルダ４との間で工具２を高い精度で受け渡すことができ、従って工具軸１に装着された工具２の軸心のずれや傾きを最小限にした、高い精度での工具の装着が可能になるこの効果は、工具軸１と工具２との結合部に高い調心作用を備えさせることが困難なストレートシャンクの工具に対して特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の工具の第１実施例の側面図
【図２】図１の工具を保持する工具ホルダの断面側面図
【図３】この発明のＡＴＣの第１実施例の側面図
【図４】この発明の工具の第２実施例の側面図
【図５】図４の工具を保持する工具ホルダの断面側面図
【図６】工具とＡＴＣの参考例の断面側面図
【図７】この発明の工具とＡＴＣの第３実施例の断面側面図
【図８】従来の工具とＡＴＣの一例を示す側面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、この発明の工具及びＡＴＣについて更に説明する。図１は、この発明の工具の一例を示した図で、ガラス板の孔明け及び内周縁の加工を行う砥石の例を示した図である。
【００２０】
図１に示した小径砥石３ａは、基本形状が細い円筒形で、その先端面３１は、ガラス板を砥石軸方向に切り進む研削面とされ、当該先端面には、研削作用が発揮されない中心部がガラス板に接触するのを防止すると共に加工液を流通させるための直径方向の溝３２が設けられている。砥石３ａの先端部外周は、先端側が小径となる円錐面３３とされ、それに続く円筒面３４と、鼓形部３５とを備えている。鼓形部３５の両側の円錐面３６、３７は、くり貫いた孔の周面の表裏のエッジを斜めに削り落とす、いわゆる面取を行うための研削面となっている。
【００２１】
砥石３ａには、砥石軸２６が一体に設けられ、その先端側がストレートシャンク２１ａとなっている。砥石軸２６のシャンク２１ａと刃具となる砥石３ａとの間には、シャンク側が大径で砥石側が小径となった保持円錐面２２が形成されている。そして、この保持円錐面２２の小径端に隣接して逆方向の、すなわちシャンク２１ａ側が小径で砥石３ａ側が大径の、付勢円錐面２３が形成されている。付勢円錐面２３は保持円錐面２２より小径で、保持円錐面２２の小径端と付勢円錐面２３の小径端との連接部に、保持円錐面側が大径となる段差２７が形成されている。更に、付勢円錐面２３の大径端に連接して、砥石３ａ側が小径となった案内円錐面２４が形成されている。
【００２２】
図２は、この工具２ａを保持する工具ホルダ４の断面側面図である。工具ホルダ４は、その軸心に工具２ａの保持円錐面２２と嵌合する円錐凹面４２を備え、この円錐凹面４２を上方に向けた鉛直姿勢で所定個数が工具マガジンのテーブル５１にボルト５２で装着されている。工具ホルダ４は、円錐凹面４２の小径端に連続して貫通する開口４５を備えており、この開口は、工具２ａの砥石３ａ、案内円錐面２４及び付勢円錐面２３が通過可能な大きさである。更に工具ホルダ４は、円錐凹面４２に保持円錐面２２が嵌合した状態で工具ホルダ４に保持された工具の付勢円錐面２３に対応する位置に、ばね６１で付勢円錐面２３に押接されるボール６２を備えたボールプランジャ６ａを備えている。このボールプランジャ６ａは、工具ホルダ４の軸回りに１２０度の角度で３個設けられている。
【００２３】
図示しない工作機械の回転工具軸１は、少なくとも工具交換時に、その工具装着端１１を下に向けた鉛直方向を向いている。工具軸１には、工具のシャンク２１を把持するコレットチャック及びその開閉装置が内蔵されている。
【００２４】
工具軸１に装着された工具２ａは、工具交換位置に位置決めされた空の工具ホルダ４に向けて工具軸１を軸方向に進出させ、保持円錐面２２が円錐凹面４２に衝突する直前の進出端で停止し、コレットチャックを開くことにより、工具ホルダ４に受け渡される。
【００２５】
このとき工具の砥石３ａは、開口４５を通過し、ボールプランジャ６ａは、案内円錐面２４で押し込まれてその大径端を通過した位置で、付勢円錐面２３に対向している。工具軸１から解放された工具２ａは、ボールプランジャ６ａが付勢円錐面２３を押すことにより生ずる楔作用で、保持円錐面２２が円錐凹面４２に嵌合した状態で工具ホルダ４に保持される。この保持状態において、工具ホルダ４の軸心とこれに保持された工具２ａの軸心とは、保持円錐面２２と円錐凹面４２との円錐相互の嵌合により、ずれや傾きのない状態で保持される。
【００２６】
次に交換する工具を保持した工具ホルダを工具交換位置に位置決めし、工具軸１を軸方向に進出させ、工具のシャンク２１ａが工具軸に挿通された状態でコレットチャックを閉じ、工具軸１を上昇させることにより、工具２ａが工具軸１に受け渡される。このときボールプランジャ６ａは、付勢円錐面２３で押し込まれてその大径端を通過した後、案内円錐面２４に案内されて進出位置に戻る。工具の砥石３ａは、開口４５を通過して上昇する。
【００２７】
図４及び図５は、上記第１実施例の変形例を示した図で、図４は工具２ｃを、図５は図４の工具を保持する工具ホルダ４を示した図である。この第２実施例は、第１実施例の保持円錐面２２に代えて保持円筒面３８を設け、円錐凹面４２に代えて保持円筒面３８に嵌合する円筒凹面４８を設けたものである。円筒凹面４８は、工具側の段差２７と係合する底縁４９を備えており、ボールプランジャ６ａの押接力により、工具２ｃの保持円筒面３８は、段差２７と底縁４９とが当接した状態で、工具ホルダ４の円筒凹面４８に嵌合されて保持される。
【００２８】
シャンク２１ａを把持する工具軸のチャックは、挿入されたシャンクの僅かな軸ずれを修正して把持する機能を備えているのが普通であり、保持円筒面３８と円筒凹面４８との径差がこの許容される軸ずれの範囲内になるように保持円筒面３８と円筒凹面４８を精度良く加工することにより、保持円筒面３８と円筒凹面４８の嵌合で工具２ｃを工具ホルダ４に実用上十分な精度で保持することかできる。
【００２９】
図６は、工具とＡＴＣの工具ホルダの参考例を示した図で、テーパシャンク２１ｂと従来構造の交換装置の把持爪で工具を把持するための鍔２８とを備えた工具２ｂの例である。参考例の工具２ｂは、工具軸のテーパ孔に嵌合するテーパシャンク２１ｂと、装着された工具を引き上げてテーパシャンク２１ｂと工具軸のテーパ孔とをしっかりと嵌合させるためのプルロッドを係止するフック２９とを備えている。更に工具２ｂは、従来構造のＡＴＣでも利用できるように工具軸と工具マガジンとの間で工具を受け渡す交換装置のフィンガで保持される鍔２８を備えている。３ｂは刃具となるチップ、２５はチップ３ｂを固定するボディである。シャンク２１ｂ側が大径でチップ３ｂ側が小径となる保持円錐面２２は、鍔２８とボディ２５との間に設けられている。
【００３０】
工具マガジンの周回テーブル５１に装着された工具ホルダ４は、工具の保持円錐面２２に嵌合する円錐凹面４２を備えており、その小径側には、チップ３ｂとボディ２５とが通過可能な開口４５が貫通している。工具ホルダ４には、円錐凹面４２の軸心と交差する支軸６６に軸支されて巻ばね６５で押接端６７を円錐凹面４２側に向けて付勢した押え駒６ｂが設けられている。この押え駒６ｂは、支軸６６から反押接端側へと延びるレバー６８を備えており、工具交換位置で図示しないアクチュエータ（エアシリンダなど）にレバー６８が押動されたときに押接端６７が上方へと回動し、工具ホルダ４に挿脱される工具の鍔２８と押え駒６ｂとの干渉が回避される。
【００３１】
工具軸１と工具ホルダ４との間で工具２ｂを受け渡すときは、押え駒６ｂの押接端６７が上方へ回動した状態で行われ、交換動作が終了した後、前記アクチュエータが退避して、押え駒６ｂの押接端６７が巻ばね６５の付勢力により、工具ホルダ４に保持された工具の鍔２８を円錐凹面４２側へと押して、工具２ｂが工具ホルダ４から脱落するのを防止する。工具ホルダ４が工具交換位置から退避した状態で押え駒６ｂは巻ばね６５の付勢力により常時保持した工具の保持円錐面２２を工具ホルダの円錐凹面４２に付勢した状態で工具を保持している。これにより、工具２ｂと工具ホルダ４の軸心のずれや傾きが防止され、工具ホルダ４に保持された工具が再度工具軸１に装着されてるときの工具軸１と工具２ｂの軸心のずれや傾きを防止することができる。
【００３２】
図７は、この発明の第３実施例を示した図で、工具２ｄの刃具（砥石）３ａが大径であるため、工具ホルダ４に砥石３ａが通過可能な円筒凹面や円錐凹面を設けることができないときの例を示した図である。この例では、工具ホルダ４の構造は図２で説明したとおりの構造であり、この工具ホルダ４の円錐凹面４２に嵌合する工具２ｄの保持円錐面２２、並びに付勢円錐面２３及び案内円錐面２４は、砥石３ａの反シャンク２１ａ側に設けられている。保持円錐面２２、付勢円錐面２３及び案内円錐面２４の形状及び作用は、第１実施例で説明したとおりであり、工具２ｄは、ボールプランジャ６ａで保持円錐面２２を工具ホルダの円錐凹面４２に向けて付勢された状態で、ホルダ４に保持されている。
【符号の説明】
【００３３】
１  工具軸
2(a〜d）  工具
３  刃具
3a  砥石
3b  チップ
４  工具ホルダ
５  工具マガジン
６  押接具
6a  ボールプランジャ
6b  押え駒
11  工具装着端
21  シャンク
21a  ストレートシャンク
21b  テーパシャンク
22  円錐面（保持円錐面）
23  付勢円錐面
25  ボディ
28  鍔
30  段部
38  円筒面（保持円筒面）
42  円錐凹面
45  開口
48  円筒凹面
61  ばね
62  ボール
65  巻ばね
66  支軸
67  押接端
【図１】
0005808164.tif 000002
【図２】
0005808164.tif 000003
【図３】
0005808164.tif 000004
【図４】
0005808164.tif 000005
【図５】
0005808164.tif 000006
【図６】
0005808164.tif 000007
【図７】
0005808164.tif 000008
【図８】
0005808164.tif 000009