(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械のスピンドル（１０１）上の工具（１０ａ）を交換するための工具交換器であって、
工具（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）を保持するための複数の工具保持手段（２ａ、２ｂ、２ｃ）を有する工具ドラム（２）と、
前記工具保持手段（２ａ、２ｂ、２ｃ）と前記スピンドル（１０１）とを心合わせするよう、上部に前記工具ドラム（２）を回転自在に支持する軸キャリア（３）と、
前記軸キャリア（３）に回転自在に支持された第１結合手段（６、６ａ、７）と、
少なくとも１つのギアステージ（４、５；１３、１４、１５、１６）とを備え、前記ギアステージを介して前記第１結合手段（６、６ａ、７）は、前記工具ドラム（２）に接続されており、
前記第１結合手段（６、６ａ、７）は、前記工作機械のスピンドルストック（１０４）に回転自在に支持された第２結合手段（１０６ａ）と結合状態または非結合状態となり、少なくとも１つの第２ギアステージ（１０５、１０６ｂ）を介して前記工作機械の前記スピンドル（１０１）に接続されるようになっており、
前記工具ドラム（２）は、前記第１結合手段（６、６ａ、７）と前記第２結合手段（１０６ａ）とが結合状態にあるときに、前記少なくとも１つの第２ギアステージ（１０６ａ）、前記第２結合手段（１０６ａ）および第１結合手段（７、６ａ、６）および前記少なくとも１つの第１ギアステージ（５、４；１６、１５、１４、１３）を介して前記工作機械の前記スピンドル（１０１）によって駆動され、前記工具保持手段（２ａ、２ｂ、２ｃ）を心合わせするようになっており、
前記第１結合手段と（６、６ａ、７）と前記第２結合手段（１０６ａ）とが、結合状態において確実なロッキング接続を形成し、前記第１結合手段と（６、６ａ、７）と前記第２結合手段（１０６ａ）を、工作機械のスピンドルストックの変位方向へ第１結合手段と第２結合手段を相対的に移動させることによって、結合状態や非結合状態にさせることを特徴とする工具交換器。
【請求項２】
工作機械のスピンドル（１０１）上の工具（１０ａ）を交換するための工具交換器であって、
工具（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）を保持するための複数の工具保持手段（２ａ、２ｂ、２ｃ）を有する工具ドラム（２）と、
前記工具保持手段（２ａ、２ｂ、２ｃ）と前記スピンドル（１０１）とを心合わせするよう、上部に前記工具ドラム（２）を回転自在に支持する軸キャリア（３）と、
前記軸キャリア（３）に回転自在に支持された第１結合手段（６、６ａ、７）と、
少なくとも１つのギアステージ（４、５；１３、１４、１５、１６）とを備え、前記ギアステージを介して前記第１結合手段（６、６ａ、７）は、前記工具ドラム（２）に接続されており、
前記第１結合手段（６、６ａ、７）は、前記工作機械のスピンドルストック（１０４）に回転自在に支持された第２結合手段（１０６ａ）と結合状態または非結合状態となり、少なくとも１つの第２ギアステージ（１０５、１０６ｂ）を介して前記工作機械の前記スピンドル（１０１）に接続されるようになっており、
前記工具ドラム（２）は、前記第１結合手段（６、６ａ、７）と前記第２結合手段（１０６ａ）とが結合状態にあるときに、前記少なくとも１つの第２ギアステージ（１０６ａ）、前記第２結合手段（１０６ａ）および第１結合手段（７、６ａ、６）および前記少なくとも１つの第１ギアステージ（５、４；１６、１５、１４、１３）を介して前記工作機械の前記スピンドル（１０１）によって駆動され、前記工具保持手段（２ａ、２ｂ、２ｃ）を心合わせするようになっており、
前記第１結合手段（６、６ａ、７）は、前記第１ギアステージ（１３、１４）および第３ギアステージ（１５、１６）を介して前記工具ドラム（２）に接続されており、
前記第１ギアステージ（１３、１４）は、前記工具ドラム（２）に同心状に配置されると共に前記工具ドラム（２）と共に回転するように固定された状態で前記工具ドラム（２）に接続された第１ギア（１３）および第３ギア（１４）を備え、
前記第３ギアステージ（１５、１６）は、共に回転するように固定された状態で、前記第１結合手段（６、６ａ、７）に接続された第２ギア（１６）および第４ギア（１５）を備え、
前記第１ギアステージ（１３、１４）の前記第３ギア（１４）と前記第３ギアステージ（１５、１６）の前記第４ギア（１５）とは、相互に接続され、共に回転するように固定されていることを特徴とする、工具交換器。
【請求項３】
前記第１結合手段（６、６ａ、７）は、前記工具ドラム（３）の回転軸（３ａ）に対し、前記スピンドル（１０１）上の工具交換位置と反対側で、前記軸キャリア（３）上に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の工具交換器。
【請求項４】
前記第１結合手段（６、６ａ、７）は、第１ギアステージ（４、５）を介して前記工具ドラム（２）に接続されており、前記第１ギアステージ（４、５）は、前記工具ドラム（２）に同心状に配置されると共に、共に回転するように固定された状態で、前記工具ドラム（２）に接続された第１ギア（４）と、前記第１結合手段（６、６ａ、７）に共に回転するように固定された状態で接続された第２ギア（５）とを備えることを特徴とする、請求項１または３に記載の工具交換器。
【請求項５】
前記第１ギアステージ（４、５）は、ベベルギアとして形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の工具交換器。
【請求項６】
前記第１ギアステージ（１３、１４）は、平ギアとして形成されており、前記第３ギアステージ（１５、１６）は、ベベルギアステージとして形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の工具交換器。
【請求項７】
前記第１ギアステージ（１３、１４）の第３ギア（１４）と、前記第３ギアステージ（１５、１６）の前記第４ギア（１５）とは、前記軸キャリア（３）上に回転自在に支持された接続手段を介して接続されていることを特徴とする、請求項２または６に記載の工具交換器。
【請求項８】
前記第１および第２結合手段（６、６ａ、７、１０６ａ）は、オルダムカップリング（６ａ、７、１０６ａ）または前記第１および第２結合手段のうちの一方が溝を有し、他方の結合手段がタングを有する溝とタングのジョイントを形成することを特徴とする、請求項１〜７のうちの少なくとも１項に記載の工具交換器。
【請求項９】
前記第１結合手段（６、６ａ、７）は、前記軸キャリア（３）に対して前記スピンドルストック（１０４）を上下に移動させることにより、前記第１結合手段（１０６ａ）と結合状態または非結合状態となることを特徴とする、請求項１〜８のうちの少なくとも１項に記載の工具交換器。
【請求項１０】
少なくとも前記第１ギアステージ（４、５；１３、１４、１５、１６）と前記第２ギアステージ（１０５、１０６ｂ）とは、ステップダウンギアを形成することを特徴とする、請求項１〜９のうちの少なくとも１項に記載の工具交換器。
【請求項１１】
前記複数の工具保持手段（２ａ、２ｂ、２ｃ）は、前記工具ドラム（２）の円周に沿って均一に配置されており、スピンドルが１回転するか、またはスピンドルが整数倍回転する場合、前記工具ドラム（２）が１つの工具保持位置だけ、特に３６０°を工具保持手段（２ａ、２ｂ、２ｃ）の数で割った値に対応する角度だけ移動するような全変速に調節されるよう、前記少なくとも第１ギアステージ（４、５；１３、１４、１５、１６）と前記第２ギアステージ（１０５、１０６ｂ）のトランスミッションが設けられていることを特徴とする、請求項１〜１０のうちの少なくとも１項に記載の工具交換器。
【請求項１２】
前記第２結合手段（１０６ａ）と結合状態にある前記第１結合手段（６、６ａ、７）の回転軸は、前記スピンドル（１０１）の前記回転軸（１０１ｃ）に実質的に垂直に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１１のうちの少なくとも１項に記載の工具交換器。
【請求項１３】
前記第１および第２結合手段（６、６ａ、７、１０６ａ）が結合状態にあるときの、前記工具ドラム（２）の前記回転軸（３ａ）は、前記第１結合手段（６、６ａ、７）の回転軸に対して傾斜しており、前記工具ドラム（２）の回転軸（３ａ）と前記第１結合手段（６、６ａ、７）の回転軸との間の傾斜角は、前記少なくとも１つの第１ギアステージの少なくとも１つのベベルギア（４；１５、１６）により補償されることを特徴とする、請求項１２に記載の工具交換器。
【請求項１４】
前記軸キャリア（３）は、関節接続部（１１４ａ）により前記工作機械の固定具（１１４）に取り付けられ、枢動自在に支持されるようになっていることを特徴とする、請求項１〜１３のうちの少なくとも１項に記載の工具交換器。
【請求項１５】
スピンドルストック（１０４）と、
前記スピンドルストック（１０４）内に配置されたスピンドル（１０１）と、
前記工作機械の前記スピンドルストック（１０４）上に回転自在に支持されると共に、第２ギアステージ（１０５、１０６ｂ）を介して前記工作機械の前記スピンドル（１０１）によって駆動される第２結合手段（１０６ａ）と、
請求項１〜１４のうちの少なくとも１項に記載の前記スピンドル（１０１）上の工具（１０ａ）を交換するための工具交換器とを備え、
前記工具交換器（１）の前記第１結合手段（６、６ａ、７）は、前記第２結合手段（１０６ａ）と結合状態または非結合状態となり、
前記工作機械は、前記第２ギアステージ（１０５、１０６ｂ）、第２および第１結合手段（１０６ａ、７、６ａ、６）および少なくとも１つの第１ギアステージ（５、４；１６、１５、１４、１３）を介して前記第１結合手段（６、６ａ、７）と第２結合手段（１０６ａ）とが結合状態にあるときに前記工具保持手段（２ａ、２ｂ、２ｃ）を心合わせするよう、前記スピンドル（１０１）により前記工具ドラム（２）を駆動するようになっている工作機械。
【請求項１６】
前記工具交換器（１）に対して前記スピンドルストック（１０４）を上下に移動できることを特徴とする、請求項１５に記載の工作機械。
【請求項１７】
前記工具交換器（１）は、少なくとも１つの引張りスプリング（１１）により、前記スピンドルストック（１０４）のラジアルカム（１１６）に対して押圧され、前記スピンドルストック（１０４）が移動するときに、前記スピンドルストック（１０４）が上方に移動されると、前記スピンドル（１０１）に対する前記軸キャリア（３）の枢動運動が生じ、前記スピンドルストック（１０４）が下方に移動されると、前記スピンドル（１０１）から離間するような前記軸キャリア（３）の枢動運動が生じるように、前記軸キャリア（３）に配置されたガイド手段（１２）が前記ラジアルカム（１１６）に沿ってガイドされることを特徴とする、請求項１６に記載の工作機械。
【請求項１８】
前記第１結合手段（６、６ａ、７）は、前記軸キャリア（３）に対して前記スピンドルストック（１０４）を上下に移動させることにより、前記第２結合手段（１０６ａ）に結合状態または非結合状態となることを特徴とする、請求項１６または１７に記載の工作機械。
【請求項１９】
前記第１および第２結合手段（６、６ａ、７、１０６ａ）は、前記スピンドルストック（１０４）が最上部位置にあるときに結合状態となることを特徴とする、請求項１８に記載の工作機械。
【請求項２０】
前記最上部位置から前記スピンドルストック（１０４）が下方に移動すると、前記第１結合手段（６、６ａ、７）と前記第２結合手段（１０６ａ）との結合を外すことを特徴とする、請求項１９に記載の工作機械。
【請求項２１】
前記工作機械の機械スタンド（１１０）に固定具（１１４）が取り付けられており、この固定具の上にて、前記工具交換器（１）の軸キャリア（３）は、関節接続部（１１４ａ）により、枢動自在に支持されていることを特徴とする、請求項１５〜２０のうちの少なくとも１項に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具を保持するための、円周部に配置された複数の工具ホルダーを有する工具ドラムと、工具ホルダーとスピンドルとを心合わせ(整合)するよう工具ドラムを上部に回転自在に支持する軸キャリアと、工具ホルダーを心合わせするように工作機械のスピンドルにより、工具ドラムを駆動できるようにするトランスミッションとを備えた、工作機械のスピンドル上の工具を交換するための工具交換器に関する。
【０００２】
更に本発明は、スピンドルストックと、このスピンドルストック内に配置されたスピンドルと、スピンドル上の工具を交換するための上記工具交換器とを備え、工具ドラムの工具ホルダーを心合わせするよう、トランスミッションを介し、工作機械のスピンドルにより工具交換器の工具ドラムを駆動できる工作機械に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来技術、例えば欧州公開特許出願第EP577850A1号、同第EP16526187A1号、および同第EP1839806A1号から、工作機械のスピンドル上の工具を交換するためのかかる工具交換器が知られている。上記工具交換器は工具を保持するための工具ドラムの円周部に配置された複数の工具ホルダーを有する工具ドラムと、工具ドラムを回転させることにより工具ホルダーとスピンドルとを心合わせするよう、上部に工具交換器の工具ドラムを回転自在に支持する軸キャリアとを備える。工具ホルダーとスピンドルとを心合わせするための、工具ドラムの回転による心合わせ、および工具ドラムの回転駆動は、追加ドライブ装置を設けなくてもよいように、工作機械のスピンドルによって行われる。
【０００４】
従って、工具を選択するのに必要な工具ドラムのドラム回転およびスピンドルによる工具ホルダーの位置決めは、メインスピンドルドライブ装置により実行され、ここで、工作機械のスピンドルストックに対する工具交換器の工具交換位置において、スピンドルに取り付けられたスピンドルギアは、工具交換器のギアに噛み合い、スピンドルを回転させることにより、工具ドラムの回転を生じさせる。
【０００５】
しかしながら、ドラムを回転するのに必要な工作機械のメインスピンドルドライブ装置のトルクは、通常、高速回転レンジ内にあるので、工具ホルダーを回転自在に心合わせするように工具ドラムを駆動するには、かかるギアドライブ装置の減速では、不十分となる。この理由から、従来技術では、ステップダウンカムギアとして形成されたステップダウンギアが工具ドラム内に一体的に追加されている。
【０００６】
例えば、欧州公開特許出願第EP1652617A1号は、ボールドライブ溝を有する駆動プレートとカムドライブ溝を有する被動プレートとを備えたステップダウンカムギアを示している。更に、駆動プレートと被動プレートとの間にラジアルボールガイド開口部を有するボールガイドが設けられている。
【０００７】
駆動プレートおよび被動プレートのそれぞれのボール被動溝の構造の差に起因し、駆動プレートを回転させることにより、ボールガイドのラジアルボール開口部内でボールのラジアル運動を生じさせ、このラジアルボール開口部内でのボールのラジアル運動が、低速度の被動ディスクの回転運動に変換されることによって減速が達成されている。この場合、駆動プレートは、ギアトランスミッションを介し、工作機械のスピンドルにより駆動されており、この被動プレートは、共に回転されるように固定された状態で、工具ドラムに接続されているので、駆動プレートが駆動されると、低速度での工具ドラムの回転運動が生じる。かかるステップダウンカムギアは、例えば日本国公開特許公報第60-205058号から公知である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記タイプのステップダウンカムギアを有するかかる工具交換器には種々の欠点がある。一方、かかるステップダウンカムギアの構造は、駆動ディスク、中心ボールガイドおよび被動ディスクに大きい円周部を設けなければならないので扱いにくく、かつ大きい空間を必要とする。更に、回転運動をボールのラジアル運動に変換し、更に回転運動に変換することに起因し、大きな摩擦効果が生じるが、その摩擦は、スピンドルドライブによって克服しなければならず、更に大きな摩耗が生じる。更に工作機械のスピンドルにより工具ドラムを駆動するために、スピンドルの作業空間内、すなわちスピンドルの工具ホルダーのレンジ内に剥き出し状態のスピンドルギアを設けなければならず、このスピンドルギアを介し、ステップダウンカムギアの駆動ディスクが駆動されるようになっている。
【０００９】
したがって、従来技術から知られている工具交換器の上記欠点に鑑み、本発明の目的は、コンパクトな構造を有し、低摩擦力で工作機械のスピンドルによって駆動できる工具交換器を提供することにある。本発明の別の目的は、複雑で、かつ摩擦を生じやすいステップダウンカムギアを使用することなく、かつ工具スピンドルから工具ドラムへの有効な減速を達成することも可能である、スピンドルを介して駆動される回転自在な工具ドラムを有する工具交換器を提供することにある。換言すれば、本発明の目的は、簡単かつコンパクトな構造の効率的で低摩擦のステップダウンギアを備えた工具交換器を提供することにある。本発明の別の目的は、工具交換器の工具ドラムを駆動するために、スピンドルの作業スペース内に剥き出し状態のスピンドルギアを設けなくてもよい工具交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記目的を達成するために、請求項１に記載の工作機械のスピンドル上の工具を交換するための工具交換器および請求項１５に記載の工作機械が提供される。本発明の好ましい実施形態の特徴事項は、従属請求項に記載されている。
【００１１】
本発明によれば、工作機械のスピンドル上の工具を交換するための工具交換器は、複数の工具ホルダー、すなわち換言すれば、工具を保持するための複数の工具保持手段を有する工具ドラムと、工具ホルダーまたは工具保持手段とスピンドルとを心合わせするよう、上部に工具ドラムを回転自在に支持する軸キャリアと、軸キャリアに回転自在に支持された第１結合手段と、少なくとも１つのギアステージまたはギアアセンブリとを備え、ギアステージまたはギアアセンブリを介して第１結合手段が工具ドラムに結合されている。
【００１２】
本発明によれば、第１結合手段は、工作機械のスピンドルストックに回転自在に支持された第２結合手段と結合状態または非結合状態となり、少なくとも１つの第２ギアステージを介して工作機械のスピンドルに接続されるようになっている。更に、工具ドラムは、第１結合手段と第２結合手段とが結合状態にあるときに、少なくとも１つの第２ギアステージ、第２結合手段および第１結合手段および少なくとも１つの第１ギアステージを介して工作機械のスピンドルによって駆動され、工具保持手段を心合わせするようになっている。
第１結合手段と前記第２結合手段とが、結合状態において確実なロッキング接続を形成し、第１結合手段と前記第２結合手段を、工作機械のスピンドルストックの変位方向へ第１結合手段と第２結合手段を相対的に移動させることによって、結合状態や非結合状態にさせる。
【００１３】
従って、本発明によれば、第１ギアステージを介して工具ドラムに接続されると共に、軸キャリア上に回転自在に支持された第１結合手段が設けられる。従って、第１結合手段および第１ギアステージを介して工具ドラムを駆動することが可能である。この場合、第１ギアステージは第１結合手段を介して工具ドラムが駆動されるときに、効率的で、かつ低摩擦の減速を可能にする。
【００１４】
本発明によれば、第１結合手段は第２結合手段と結合したり、結合しないようになっており、第２結合手段は工作機械のスピンドルストック上に回転自在に支持されている。従って、スピンドルストックにおいて第２結合手段を介して工具ドラムの駆動を実行することが可能であり、この工具ドラムの駆動はスピンドルの作業空間内に位置するスピンドルギアを介して実行する必要はない。
【００１５】
本発明によれば、第１結合手段と第２結合手段が結合状態にあるとき、工作機械のスピンドルによって工具ドラムを駆動するようになっている。本発明によれば、この駆動は、少なくとも１つの第２ギアステージを介して実行され、この第２ギアステージを介し、スピンドルは第２結合手段を駆動でき、第２結合手段は、第１結合手段を駆動し、工具交換器の少なくとも１つの第１ギアステージは、第１結合手段によって駆動されるので、第１ギアステージは、工具ドラムを駆動する。従って、第１ギアステージおよび第２ギアステージの変速により、更なる減速を達成することが可能である。
【００１６】
従って、第２ギアステージと、第２および第１結合手段と少なくとも１つの第１ギアステージとの間の接続に基づき、コンパクトで効率的な低摩擦のステップダウンギアを設けることができ、速度を低下するときにこのステップダウンギアを介してスピンドルにより工具ドラムを駆動できる。この場合、工具スピンドルの作業空間内に第１結合手段と第２結合手段との間のカップリングを設けなくてもよいよう、第２結合手段は、工作機械のスピンドルストック上に回転自在に支持されている。従って、特に剥き出しのスピンドルギアを必要とすることなく、工具スピンドルの作業空間を有利に、かつ自由に適合させることができる。
【００１７】
工具ドラムの回転軸を中心として工具ドラムの周辺に沿って、工具保持手段を配置することが好ましい。この工具保持手段は、工具ドラムに一体的に形成してもよいし、工具ドラムに取り付けてもよい。この工具保持手段は、工具を支持するための工具支持手段または工具をグリップするための工具グリップ手段を含むことが好ましい。例えば工具保持手段は、工具クランプとして形成できる。
【００１８】
第１結合手段は、工具ドラムの回転軸に対し、スピンドル上の工具交換位置と反対側にて、軸キャリア上に配置することが好ましい。これによって工作機械のスピンドルの作業空間と反対に向いた工具交換器の領域内に第１結合手段が配置され、よってスピンドルの作業空間をフリーな状態にでき、工具交換器の反対側で工具ドラムの駆動を実行できるという利点が得られる。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態によれば、第１結合手段は、第１ギアステージを介して工具ドラムに接続されており、第１ギアステージは、工具ドラムに同心状に配置されると共に、共に回転するように固定された状態で、工具ドラムに接続された第１ギアと、第１結合手段に共に回転するように固定された状態で接続された第２ギアとを備える。この場合、第１ギアステージをベベルギアとして形成することが好ましい。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態によれば、工具交換器内には２つのギアを有する単一のギアステージしか設けられないので、工具交換器の工具ドラムを駆動するための、特にコンパクトなトランスミッションギアを設けることができる。この場合、１つの第１ギアステージと少なくとも１つの第２ギアステージのトランスミションの全変速によって、必要な減速を実行できる。工具ドラムの回転軸と第１結合手段の回転軸の間の傾斜角は、第１ギアステージを形成するベベルギアによって補償することが好ましい。このことは、第１ギアと第２ギアをベベルギアとし、これらベベルギアのクリアランス角度が工具ドラムの回転軸と第１結合手段の回転軸との間の傾斜角を補償することを意味する。
【００２１】
本発明の別の好ましい実施形態によれば、第１結合手段は、第１ギアステージおよび第３ギアステージを介して工具ドラムに接続されており、第１ギアステージは、工具ドラムに同心状に配置されると共に工具ドラムと共に回転するように固定された状態で工具ドラムに接続された第１ギアおよび第３ギアを備え、第３ギアステージは、好ましくは共に回転するように固定された状態で、第１結合手段に接続された第２ギアおよび第４ギアを備え、第１ギアステージの第３ギアと第３ギアステージの第４ギアとは、共に回転するように固定された状態で相互に接続されている。
【００２２】
好ましい実施形態によれば、第１ギアステージ、第２ギアステージおよび第３ギアステージのトランスミッションから全変速が得られるときに、より高い減速も有利に達成できるよう、工具交換器内に第１ギアステージと第３ギアステージとが内蔵されている。従って、この好ましい実施形態は、例えば工具ドラムの隣接する工具保持手段の間の角度が小さい場合に、工具ドラム上で、より多くの工具ホルダーを有する工具交換器に対して特に有利である。この場合、第１ギアステージは平ギアステージまたはベベルギアステージとして形成でき、第３ギアステージも平ギアステージまたはベベルギアステージとして形成できる。
【００２３】
特に好ましい実施形態によれば、第１ギアステージは、平ギアとして形成され、第３ギアステージは、ベベルギアステージとして形成される。従って、第３ギアステージのベベルギアにより、工具ドラムの回転軸と第１結合手段の回転軸との間の傾斜を有利に補償することが可能であり、よって第１ギアステージの第３ギアと第３ギアステージの第４ギアの接続部に、工具ドラムの回転軸に平行な回転軸を設け、よって工具交換器内に第１ギアステージおよび第３ギアステージを特にコンパクトに設けることが可能である。
【００２４】
第１ギアステージの第３ギアと、第３ギアステージの第４ギアとは、接続手段を介して共に回転するように固定された状態で接続されていることが好ましく、接続手段は、回転可能となるように軸キャリア上に支持されていることが好ましい。これによって、よりコンパクトな態様でギアステージの構造を設けることができるという利点が得られる。その理由は、第１結合手段と第２ギアの間の接続部、および第３ギアと第４ギアの間の接続部は、工具交換器の軸キャリア上に回転自在に支持されるからである。
【００２５】
第１結合手段と第２結合手段とは、オルダムカップリングを形成することが好ましい。従って、第１結合手段と第２結合手段との間に、特に簡単な構造のカップリングを設けることができ、このカップリングでは、更に好ましいことに、２つの結合手段のうちの一方がオルダムカップリングのうちの２つのディスクを含み、他方の結合手段がオルダムカップリングのうちの第３ディスクを含むとき、オルダムカップリングの作動モードに起因し、第１結合手段の回転軸と第２結合手段の回転軸とを正確に心合わせしなくてもよい。結合手段のうちの一方が溝を有し、他方の結合手段がタングを有する簡単な溝とタングのジョイントにより、第１結合手段と第２結合手段との間の、より簡単な構造のカップリングを設けることができる。一般に、上記オルダムカップリングまたは溝とタングのジョイントの場合のように、摩擦接続（摩擦タイプおよび／または磁気タイプの接続）、および／または確実なロッキング接続により、第１結合手段と第２結合手段との間の結合を行うことができる。
【００２６】
軸キャリアに対してスピンドルストックを上下に移動することにより、第１結合手段は第２結合手段と結合したり、または結合しなかったりするようになっていることが好ましい。これによって、軸キャリアに対して工作機械のスピンドルストックを上下に移動することにより、特に簡単な態様で、第１結合手段と第２結合手段との間を結合状態にしたり、非結合状態にすることができるという利点が得られる。
【００２７】
少なくとも第１ギアステージと第２ギアステージとは、ステップダウンギアを形成することが好ましい。このようにすることにより、第１ギアステージと第２ギアステージの全変速により減速を達成できるという利点が得られる。これによって、工作機械のスピンドルにより、ドラムを回転させるのに必要なトルクを提供することが可能となる。更に、これによって工具ドラムの回転は、工作機械のスピンドルの複数の回転に対応するので、工具ドラムの工具ホルダーを正確に心合せまたは位置決めするよう、工具ドラムの回転をより精密に制御することが可能となる。この場合、変速比は少なくとも１つの第１ギアステージおよび少なくとも１つの第２ギアステージの全変速および第１ギア、第２ギアおよび第３のギアステージのそれぞれの全変速によって事前に決定されることが好ましい。
【００２８】
工具ドラムの円周に沿って複数の工具保持手段が、均一に配置されており、スピンドルが１回転するか、またはスピンドルが整数倍回転する場合、工具ドラムが１つの工具保持位置だけ、特に３６０°を工具保持手段の数で割った値に対応する角度だけ移動するような全変速に調節されるよう、少なくとも１つの第１ギアステージと第２ギアステージのトランスミッションが設けられている。
【００２９】
これによって、全変速に正確に対応する１回のスピンドル回転または整数倍のスピンドル回転は、工具ホルダーの角度間隔に対応する角度だけ工具ドラムの回転を生じさせるので、スピンドル駆動によるドラム回転の特に簡単な制御が可能となる。このことは、スピンドル制御装置を適合化しなくても異なる数の工具を有するより大型またはより小型の工具ドラムにより、工具ドラムを特に有利に交換することが可能となる。その理由は、スピンドルを１回転またはスピンドルを整数倍回転させると、工具ドラムは１つの工具保持位置だけ移動されるように工具ドラム内に一体化されたギアステージによって全変速を得ることができるからである。この目的を達成するために、各ケースにおいて、第２ギアステージを適合化しないで、第１ギアステージおよび、例えば第１および第３ギアステージの変速を均一に配置された工具ホルダーの数に適合化するだけでよい。
【００３０】
第２ギアステージは、スピンドルが１回転すると、第２結合手段が一回転（変速比１：１）または半回転（変速比１：２）するように、変速比を例えば１：１または１：２とすることができる。従って、タングと溝のジョイント、またはオルダムカップリングのようなカップリングの好ましい構造では、スピンドルの１回転が第２結合手段の全体の一回転または半回転に正確に対応し、よってスピンドルが整数倍回転する場合に、第２結合手段の結合位置または非結合位置をそれぞれ得るようにすることが好ましい。
【００３１】
第２結合手段と結合状態にある第１結合手段の回転軸は、スピンドルのスピンドル軸に実質的に垂直に配置することが好ましい。これによって、第１結合手段と第２結合手段の双方にスピンドルのスピンドル軸に対して実質的に直角に配置された回転軸を設けることができるような、特に簡単な構造が可能となる。従って、互いに実質的に直角な回転軸を有するベベルギアにより、簡単な構造を有する第２ギアステージをコンパクトに提供できる。更に、タングおよび溝ジョイントまたはオルダムカップリングとしてカップリングを形成すると、結合状態にある第１結合手段と第２結合手段の直角回転軸により、好ましくは工作機械のスピンドルストックの変位方向に第１結合手段と第２結合手段を相対的に移動させることにより、結合手段を簡単に結合状態にしたり、非結合状態にすることが可能となる。
【００３２】
第１結合手段と第２結合手段とが結合状態にあるときの工具ドラムの回転軸は、第１結合手段の回転軸に対して傾斜していることが好ましく、工具ドラムの回転軸と第１結合手段の回転軸の間の傾斜角を少なくとも１つの第１ギアステージの少なくとも１つのベベルギアステージにより補償することが好ましい。
【００３３】
軸キャリアは、関節接続により工作機械の固定具に取り付けられ、枢動自在に支持することが好ましい。これによって、軸キャリアに回転自在に支持されている工具ドラムは、関節接続により工作機械のスピンドルに接近したり、離間したりするように、軸キャリアと共に枢動し、工作機械の工具ホルダーとスピンドルの回転軸とを心合わせし、工具を変更または交換できるという利点が得られる。
【００３４】
本発明によれば、工作機械は、スピンドルストックと、スピンドルストック内に配置されたスピンドルと、工作機械のスピンドルストック上に回転自在に支持されると共に、第２ギアステージを介して前記工作機械の前記スピンドルによって駆動される第２結合手段と、本発明の上記特徴のうちの１つに記載のスピンドル上の工具を交換するための工具交換器とを備える。この場合、工具交換器の第１結合手段は、本発明によれば第２結合手段と結合状態または非結合状態となるようになっており、工作機械は、第２ギアステージ、第２および第１結合手段および少なくとも１つの第１ギアステージを介して第１結合手段と第２結合手段とが結合状態にあるときに工具保持手段を心合わせするよう、スピンドルにより工具ドラムを駆動するようになっている。
【００３５】
従って、上記タイプの本発明の工作機械は、本発明に係わる工具交換器の上記特徴の少なくとも１つ以上を有する本発明の工具交換器を有する。この場合、工具交換器の構造に応じて、工具交換器のそれぞれの好ましい特徴において、上記と同じような利点を得ることができる。
【００３６】
好ましくは、工具交換器に対してスピンドルストックを上下に移動できる。これによって、スピンドルストックを上下動することにより、工具交換器の工具交換位置を有利に制御することが可能となる。
【００３７】
好ましくは、工具交換器は、少なくとも１つの引張りスプリングにより、スピンドルストックのラジアルカムに対して押圧され、スピンドルストックが移動するときに、スピンドルストックが上方に移動されると、スピンドルに対する軸キャリアの枢動運動が生じ、スピンドルストックが下方に移動されると、スピンドルから離間するような軸キャリアの枢動運動が生じるように、軸キャリアに配置されたガイド手段が前記ラジアルカムに沿ってガイドされる。従って、工作機械のスピンドルストックを上下動するだけで、工具交換器をスピンドルに接近させたり離間させたりするよう、工具交換器を枢動させることができる。この場合、ガイド手段は例えば軸キャリア上に配置された１つ以上のローラーを含むことができる。しかしながらガイド手段は、スピンドルストックのラジアルカムと接触した状態でガイドされる軸キャリア上、または軸キャリアに取り付けられた１つ以上の部分も含むことができる。
【００３８】
好ましくは、第１結合手段は、軸キャリアに対してスピンドルストックを上下に移動させることにより、第２結合手段に結合状態または非結合状態となるようになっている。これによってそれぞれ軸キャリアおよび工具交換器に対してスピンドルストックを上下動することにより、第１結合手段と第２結合手段を特に簡単に結合状態または非結合状態にすることが可能となる。
【００３９】
好ましくは、第１結合手段と第２結合手段とは、スピンドルストックが最上部位置にあるときに結合状態となる。これによって、スピンドルストックが制御可能な最上部位置にあるときに結合状態に達するので、特に簡単な態様で結合状態を制御できるという利点が得られる。
【００４０】
最上部位置からスピンドルストックを下方に移動させると、第１結合手段と第２結合手段の結合を外すことができることが好ましい。従って、スピンドルストックを最上部位置から下方に移動することにより、特に簡単な態様で第１結合手段と第２結合手段とが結合状態に達することができる。
【００４１】
工作機械は、工作機械のスタンドに取り付けられた固定具を備え、この固定具上に関節接続により、工具交換器の軸キャリアが枢動自在に支持されることが好ましい。従って、枢動できるように工具交換器の軸キャリアを支持できる特に簡単な構造の固定具を設けることが可能となる。
【００４２】
要約すれば本発明は、低摩擦で、工作機械のスピンドルにより駆動できるコンパクトな構造を有する工具交換器を提供するものである。工具交換器に関する本発明は、工具スピンドルから工具ドラムへの有効な減速を可能にしながら、複雑で、かつ摩擦の生じやすいステップダウンカムギアを必要とすることなく、スピンドルを介して駆動される回転自在な工具ドラムを含む工具交換器を提供する。本発明に係わる工具交換器には、簡単かつコンパクトな構造の、効率的でかつ低摩擦のステップダウンギアを設けることができる。更に本発明によれば、工具交換器の工具ドラムを駆動するためのスピンドルの作業空間内に剥き出しのスピンドルギアを設ける必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかわる工具交換器の部分断面略図を示す。
【図２】工作機械のスピンドルストックを上下動することによる、本発明の第１実施形態に係わる工具交換器のピボット運動の制御装置の構造を略図で示す。
【図３】Ａ  本発明の第１実施形態にかかわる第１結合手段と第２結合手段の結合の詳細略図を示す。                                                                    Ｂ  本発明の第１実施形態にかかわる第１結合手段と第２結合手段の結合の詳細略図を示す。                                                                    Ｃ  本発明の第１実施形態にかかわる第１結合手段と第２結合手段の結合の詳細略図を示す。
【図４】Ａ  本発明の第１実施形態に係わる工具交換器による、工作機械上の工具の交換作業を略図で示す。                                                              Ｂ  本発明の第１実施形態に係わる工具交換器による、工作機械上の工具の交換作業を略図で示す。                                                              Ｃ  本発明の第１実施形態に係わる工具交換器による、工作機械上の工具の交換作業を略図で示す。                                                              Ｄ  本発明の第１実施形態に係わる工具交換器による、工作機械上の工具の交換作業を略図で示す。
【図５】本発明の第２実施形態に係わる工具交換器の部分断面図を略図で示す。
【図６】本発明の第２実施形態に係わる工具交換器の斜視図を略図で示す。
【図７】本発明の別の実施形態に係わる、工具を収納する工具交換器の工具クランプを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。しかしながら本発明は、以下に説明する実施形態だけに限定されるものではない。本発明は特許請求の範囲に定義されている。図面中、同じ参照番号は、実施形態の同様または類似の特徴を示す。図２、５および６内の数字を付けた参照ラインの終端にあるドットに関し、これらドットは、数字を付けた参照ラインの終端を示すものであり、図示されているような対象の技術的細部として理解すべきでないことに留意すべきである。図２、５および６内の対応する端部のドットを有する対応する数字をつけた参照ラインは、少なくとも一部が直線状に描かれている。これら少なくとも一部が直線状になっている、数字を付けた参照ラインは、図示するような対象の技術的な細部を示すものではない。図３Ａにおけるドットは図示するような対象の技術的な細部を示すものではないが、図３Ｂおよび３Ｃに、拡大され、斜視状に示された図面の一部を示す。
【００４５】
図１は、本発明の第１実施形態に係わる工具交換器１の部分断面略図を例として示す。工具１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、工具保持クランプ２ａ、２ｂ、２ｃ（工具ホルダーまたは工具保持手段）により、軸キャリア３よりも上方に回転自在に支持された工具ドラム２にラジアル方向に支持または固定できる。軸キャリア３は、工作機械のスタンド１１０に固定具１１４を介して関節接続部１１４ａにより枢動自在に支持されており、そしてラジアルカム１１６に設けられたスピンドルストック１０４に対し、引っ張りスプリング１１を介して押圧されている（例えば図２参照）。スピンドルストック１０４は、スタンド１１０に対して上下動でき、このスピンドルストック１０４は、横方向に取り付けられた２つのスライド１１３ａおよび１１３ｂを有し、これらスライドは、スピンドルストック１０４が上下動するときに工作機械のスタンド１１０のガイドレール１１２上でガイドされる。
【００４６】
図２に略図で示すように、この実施形態における軸キャリア３はローラー１２を有し、このローラー１２は、引っ張りスプリング１１により、スピンドルストック１０４のラジアルカム１１６に保持されているので、スピンドルストック１０４が上下動するときにラジアルカム１１６に沿ってガイドされる。従って、スピンドルストック１０４が垂直運動（すなわち工具交換器１に対するラジアルカムによるスピンドルストック１０４が上下動）すると、工具ドラム２と共に軸キャリア３の枢動運動が生じるので、（例えば図１に示されるように）工具が工作機械のスピンドル１０１の回転軸１０１ｃに心合わせされている工具交換作業に必要な位置へ内部に保持されている工具クランプ２ａまたは工具１０ａを、移動できる。
【００４７】
スピンドルストック１０４が上方に移動すると、ラジアルカム１１６により、工具ドラム２は、加工スピンドル１０１に接近するよう枢動され、スピンドルストック１０４が下方に移動すると、工具ドラム２はスピンドル１０１から離間するように枢動される。工作機械のスピンドル１０１は、工具を保持するための工具ホルダー１０１ｂを有する、スピンドルヘッド１０１ａを備える。スピンドルヘッド１０１ａは、接続部材１０２を介し、スピンドル駆動シャフトの端部部分１０３（シャフト接続部品１０３）に共に回転するよう固定された状態に接続されており、この接続部材１０２を介し、スピンドル１０１の端部部分１０３は、回転駆動される。図１のこの実施形態では、工具ホルダー１０１ｂは、例としてテーパの急な、工具ホルダーとして形成されている。しかしながら本発明は、テーパの急な、工具ホルダーだけに限定されない。例えば、工具ホルダー１０１ｂを、中空シャフトの円錐工具ホルダーまたは他のタイプのスピンドル工具ホルダーとして形成することも可能である。
【００４８】
図１は、スピンドルストック１０４が最上部位置にあるときの、本発明の第１実施形態に係わる工具交換器１を示す。この位置において、工具ドラム２の最下部位置にある工具１０ａは、工作機械のスピンドル１０１の回転軸１０１ｃに整合しており、このように心合わせされている状態では、スピンドルストック１０４を下方に移動させることにより、スピンドル１０１の工具ホルダー１０１ｂ内にこの工具１０ａを保持できる。
【００４９】
工具ホルダー２ａ、２ｂ、２ｃとスピンドル１０１の回転軸１０１ｃとを心合わせするために、ベアリング９ａおよび９ｂにより、軸キャリア３上に工具ドラム２が回転自在に支持されている。更に、ベアリング８ａおよび８ｂにより、軸キャリア３上に第１結合手段の結合部材６が回転自在に支持されている。接合部材６は、回転自在に固定されるように、平ギア５（第２ギア）に接続されている。この平ギア５は、工具交換器１内に一体化されているベベルギア４（第１ギア）と共に、第１ギアステージを形成している。べベルギア４は、共に回転するよう固定された状態で工具ドラム２に取り付けられるか、または回転自在に固定されるよう、工具ドラム２と一体化されている。図１において、回転自在に固定された状態で、接合手段６に接続された平ギア５が例として設けられているが、ベベルギア４に接続するためにベベルギアを設けることも可能である。ギア４および５が接合部材６の回転軸と工具ドラム２の回転軸３ａとの間の傾斜角を補償するようなクリアランス角を有していれば充分である。
【００５０】
図１に示されたスピンドルストック１０４が最上部位置にあるとき、工具交換器１の接合部材６を含む第１結合手段は、結合部材１０６ａ（第２結合手段）に接続されており、この結合部材１０６ａは、ベアリング１１５ａおよび１１５ｂにより工作機械のスピンドルストック１０４上に回転自在に支持されている。結合部材１０６ａは、スピンドルストック１０４内に配置されたベベルギア１０６ｂに回転自在に固定されており、このベベルギア１０６ｂは、別のベベルギア１０５と共に第２ギアステージを形成している。ベベルギア１０５は、共に回転するように固定された状態でスピンドル１０１に接続されており、特に一例として図１内のベベルギア１０５は、共に回転するように固定された状態に、スピンドル１０１のスピンドルヘッド１０１に固定されている。図１は、工具交換器１の第１結合手段６、６ａ、７と第２結合手段の結合部材１０６ａとの間の結合状態を示す。
【００５１】
第１結合手段６、６ａ、７は、第２ギアステージ１０５、１０６ｂを介して、工作機械のスピンドル１０１に接続された第２結合手段１０６ａに結合されるようになっている。第１結合手段６、６ａ、７と第２結合手段１０６ａとが結合されている状態では、第２ギアステージ１０５、１０６ｂ、第２結合手段１０６ａ、７と第１結合手段６ａ、６との間の結合接続、および工具クランプ２ａ、２ｂ、２ｃおよび工具１０ａ、１０ｂ、１０ｃを心合わせするためのベベルギア４、５の第１ギアステージを介して、工作機械のスピンドル１０１により工具ドラム２を駆動できる。
【００５２】
この場合、工具ドラム２の回転軸３ａに対して、スピンドル１０１上の工具交換位置と反対側に、軸キャリア３に第１結合手段６、６ａ、７が配置されているので、例えば図１内にスピンドル１０１の下方領域内にあるスピンドル１０１の作業空間は、工具ホルダー１０１ｂでは空のままであり、従来技術では通常は設けられているスピンドルギアを有していない。
【００５３】
特に図１に示された本発明の第１実施形態では、ギア４と５から成る第１ギアステージを介し、工具ドラム２に第１結合手段６、６ａ、７が接続されており、ベベルギア４は、工具ドラム２と同心状に配置されており、平ギア５は、結合部材６と共に回転するよう固定された状態で結合部材６に接続されている。ギア４および５の第１ギアステージが、ベベルギアを有するベベルギアとして形成されていることに起因し、工具ドラム２の回転軸３ｃとスピンドル１０１の回転軸１０１ｃに直角に配置された接合部材６の回転軸との間の傾きを補償することが可能である。この場合、結合部材１０６ａの回転軸は、スピンドル１０１の回転軸１０１ｃにも直角となっている。第１および第２結合手段６、６ａ、７、１０６ａが結合されている状態では、工具ドラム２はスピンドル１０１に向かって枢動するので、工具ドラム２の回転軸３ｃはある傾斜角を有する。
【００５４】
ギア４と５から成る第１ギアステージとベベルギア１０５と１０６から成る第２ギアステージは、共にステップダウンギアを形成しており、スピンドル１０１が工具ドラム２を駆動するときに、このステップダウンギアによって減速を行うことができる。
【００５５】
図３Ａ〜３Ｃは、本発明の第１実施形態に係わる第１結合手段６、６ａ、７および第２結合手段１０６ａから成る結合の作動モードおよび細部をそれぞれ略図で示す。この場合、図３Ａは、図１に示されたスピンドルストック１０４の位置に対応し、スピンドルストック１０４は、最上部位置にあり、第１結合手段６、６ａ、７は第２結合手段１０６ａと結合状態にある。
【００５６】
図３Ｂに示されるように、第１結合手段６、６ａ、７および第２結合手段１０６ａから成るカップリングは、本発明のこの実施形態では、オルダムカップリングとして形成されており、ここで、第１結合手段６、６ａ、７は、一例として、オルダムカップリングの外側ディスク６ａおよび中心ディスク７を有し、第２カップリング手段は、オルダムカップリングの他の外側ディスク１０６ａを有する。図３Ｃに示されるように、このオルダムカップリングが垂直位置にある場合、スピンドルストック１０４を下方に移動させることにより、カップリング手段６、６ａ、７と１０６ａとの結合を外すことができる。再びスピンドルストック１０４を上に移動させることにより、カップリング手段６、６ａ、７と１０６ａとを再結合することができる。
【００５７】
第１結合手段６、６ａ、７と第２結合手段１０６ａとが結合されている間、または結合が外されている間、垂直方向、例えばスピンドルストック１０４の移動方向に第１結合手段６、６ａ、７の中心ディスク７の溝と第２結合手段１０６ａの外側ディスクのタングとが整合するように、これら結合手段は心合わせされている。すなわち第１結合手段および／または第２結合手段の一体的な半回転または一体的な一回転により、結合可能な状態または結合できない状態にするか、または結合可能な状態を別の結合可能な状態に、または結合できない状態を別の結合できない状態に変えることが可能である。
【００５８】
従って、本発明の特に好ましい実施形態におけるベベルギア１０５、１０６ｂの第２ギアステージのトランスミッションは、スピンドル１０１が一回転すると、第２結合手段１０６ａの一体的な一回転または一体的な半回転が生じるよう、１：１または１：２の変速比を有する。かかる実施形態では、スピンドル１０１の一体的な一回転またはスピンドル１０１の一体的な多数の回転により、結合可能な状態または結合できない状態から、別の結合可能な状態または結合できない状態に変えることが可能である。次に、ある工具位置により、すなわち工具ドラム２の円周部に沿って工具ホルダー２ａ、２ｂ、２ｃが均一に配置されている場合には、３６０度を均一に配置されている工具ホルダー２ａ、２ｂ、２ｃの数で割った角度だけ回転させると、スピンドル１０１の一回転またはスピンドル１０１の一体的な多数の回転がドラム２を回転させるような、全体の変速を行うことができるように、ギア４および５の第１ギアステージの変速比を選択することが好ましい。
【００５９】
工具ドラム２上に工具を保持する能力が例えば１４個であり、第２ギアステージ１０５、１０６ａの変速比が１：２の場合、このことは、ギア４および５の第１ギアステージに対する変速比が１：７、またはその整数倍であることを意味する。従って、第１ギアステージ４、５の変速比が１：７であり、第２ギアステージ１０５、１０６ａの変速比が１：２である場合、全変速比は１：１４となる。例えば１４の場合、等しい角度で等間隔に工具ホルダー２ａ、２ｂ、２ｃが均一に配置されている場合、スピンドル１０１が回転すると、正確に１つの工具位置だけ工具ドラム２が回転することになる。
【００６０】
本発明のこの実施形態では、結合手段は工具交換器１上の第１結合手段６、６ａ、７がオルダムカップリングの外側ディスク６ａおよび中心ディスク７を有し、一方、第２結合手段１０６ａがオルダムカップリングの他方の外側ディスクを有するようなオルダムカップリングを形成する。しかしながら本発明は、オルダムカップリングのかかる構造だけに限定されるものでなく、オルダムカップリングを含む実施形態では、工作機械のスピンドルストック１０４で第２結合手段１０６ａは、オルダムカップリングの外側ディスクおよび中心ディスクも有し、他方、第１結合手段がオルダムカップリングの他方の外側ディスクを有することもできる。オルダムカップリングを含む実施形態では、２つの結合手段の回転軸を互いに正確に位置決めしなくてもよいという利点が一般的に得られる。その理由は、同心状の位置決めから若干ずれた位置決めがなされても、カップリングの機能が制限されないからである。しかしながら、本発明は、オルダムカップリングを含む実施形態だけに限定されない。第１結合手段の回転軸と第２結合手段の回転軸を正確に位置決めすることが必要な簡単なタングと溝のジョイントにより、特に簡単なカップリングを得ることが可能となっている。上記のような確実なロッキングカップリングとは別に、（例えば摩擦力または磁力、もしくは電磁力によるけん引により、）摩擦ロッキング結合を行うことも可能である。摩擦結合の場合、オプションとしてラジアルカム１１６により、（例えば結合手段が接近するときのラジアルカムによるわずかな水平方向の往復動により）更に結合を制御することもできる。
【００６１】
図４Ａ〜図４Ｄは、本発明の第１実施形態に係わる工具交換器１による工作機械のスピンドル１０１の工具ホルダー１０１ｂ内での工具１０ａの交換作業を示す。図４Ａでは、工作機械のスピンドルストック１０４は、最上部位置にあり、カップリングの結合手段６、６ａ、７、１０６ａは結合された状態にある（図１も参照）。スピンドル１０１を回転させると、軸キャリア３上の回転可能なベアリング９ａ、９ｂを回転軸３ａを中心として工具ドラム２を回転させ（図４ａ内の矢印参照）、所定の工具１０ａとスピンドル１０１の回転軸１０１ｃとを心合わせすることができる。
【００６２】
心合わせが完了した後に、スピンドルストック１０４を下方に移動させることにより、スピンドル７の工具ホルダー１０１ｂ内に工具１０ａが保持され、ここでまず結合手段６、６ａ、７、１０６ａの結合接続が除かれ（図４Ｂ参照）、心合わせされた工具１０ａはスピンドル１０１の工具ホルダー１０１ｂ内に保持される。スピンドルストック１０４を更に下方に移動させると、ラジアルカム１１６と軸キャリア３上のローラー１２との協働により工具ドラム２は、スピンドル１０１から離間するように枢動し（図４Ｃおよび４Ｄ参照）、その後、スピンドルストック１０４の下方位置において、スピンドル１０１内に保持されている工具１０ａにより、加工品の機械加工を実行できる。
【００６３】
工具１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、スプリングアセンブリによりスピンドル１０１内にクランプされている。工具クランプデバイスを解放し、移動させるための解放力は、スピンドルストック１０４の垂直運動により、間接的に生じる。一方の側面がスプリング押圧された工具保持または解放ロッド１０７に接続されており、ベアリング１０９によりスピンドルストック１０４上に枢動自在に支持されているたわみレバー１０８はスピンドルストック１０４の垂直運動によりたわみレバー１０８内に支持されているローラー１１１および工作機械のスタンド１１０に位置するラジアルカム１１０ａによって、たわみレバー１０８の反対側で作動される（図１および図４Ｂ〜４Ｄ参照）。
【００６４】
図５は、本発明に係わる工具交換器の第２実施形態の部分断面略図を例として示す。本発明の第２実施形態に係わる工具交換器は、軸キャリア３に支持されているギアステージの数が第１実施形態の工具交換器と異なっている。この場合、図５に示された実施形態によれば、第１ギアステージ１３、１４は、平ギアステージとして形成されており、別のギアステージ１５、１６は、ベベルギアステージとして形成されている。
【００６５】
平ギアステージは、２つの平ギア１３および１４を備え、一方の平ギア（第１ギア）は、工具ドラム２に共に回転するよう固定された状態に接続されており、平ギアステージのうちの他方の平ギア１４（第３ギア）は、共に回転するように固定された状態でベベルギアステージのベベルギア１５（第４ギア）に接続され、ベアリング１８ａおよび１８ｂにより、軸キャリア３上でベベルギア１５と共に回転自在に支持されている。他方のベベルギア１６（第２ギア）は、共に回転するよう固定された状態で第１結合手段６、６ａ、７の結合部材６に取り付けられ、ベアリング１７ａおよび１７ｂにより軸キャリア３上に回転自在に支持されている。
【００６６】
この場合、ベベルギア１５および１６を有するベベルギアステージは、工具ドラム２の回転軸３ａと第１結合手段６、６ａ、７との間の傾斜角を補償する。これによって、平ギアステージの平ギア１４（第３ギア）と、ベベルギアステージのベベルギア１５（第４ギア）とを、共に回転するように固定された状態に接続する接続部材の回転軸が、工具ドラム２の回転軸に平行に走行し、よってギア１４および１５が工具ドラム２と平行に配置されている（図５参照）ので、特にコンパクトな構造を有利に可能となる。しかしながら、本発明はかかる構造だけに限定されず、ギア１３および１４のギアステージが平ギアまたはベベルギアステージとして形成され、ギア１５および１６のギアステージが平ギアまたはベベルギアステージとして形成される実施形態も提供できる。双方のギアステージがベベルギアステージとして形成される実施形態では、ベベルギアステージは共に工具ドラム２の回転軸３ａと第１結合手段６、６ａ、７の回転軸との間の傾斜角を共に補償することが好ましい。
【００６７】
図６は、本発明の第２実施形態に係わる工具交換器の斜視略図を例として示す。軸キャリア３上に回転自在に支持された２つのギアステージを有するかかる構造は、２つの協働するトランスミッションにより特にコンパクトな態様で、工具ドラム２上の多数の工具ホルダー２ａ、２ｂ、２ｃを少なくすることができる。この場合、スピンドル１０１上のギアステージ１０５、１０６ａ（第２ギアステージ）と工具交換器内で一体化された２つのギアステージ（第１および第３ギアステージ）とのトランスミッションの協働から全体の変速が得られる。従って、本発明の第２実施形態に係わる工具交換器は、小さい角度間隔、すなわち隣接して配置された工具ホルダー間の角度が小さい、多数の工具ホルダーを有する工具ドラムに特に適す。
【００６８】
工具ドラム２上に工具を保持できる能力は、例えば２１個の工具を保持できる能力となっており、第２ギアステージ１０５、１０６ａの変速比が１：２の場合、このことは、ギア１３、１４、１５および１６の２つのギアステージに対する変速比が１：１０.５、またはその整数倍となることを意味する。
【００６９】
従って、２つのギアステージ１３、１４、１５および１６の変速比は、１：１０.５であり、第２ギアステージ１０５、１０６ａの変速比が１：２である場合、全体の変速比は１：２１となり、２１の場合、等しい角度で隔置された、等しく配置された工具ホルダー２ａ、２ｂ、２ｃの場合、スピンドル１０１が１回転すると、工具ドラム２は正確に１つの工具位置だけ回転される。
【００７０】
図７は、工具１０ｃが工具クランプ２ｃ内に保持されている状態の本発明の別の実施形態に係わる工具交換器の工具クランプ２ｃを示す。上記図１〜    では、工具ドラム２の円周に沿って配置された工具クランプ２ａ、２ｂ、２ｃ内に工具１０ａ、１０ｂ、１０ｃが保持されている。工具１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、スピンドル１０１の急なテーパの工具ホルダー１０１ｂ内に保持できるように形成されている。しかしながら、本発明は、スピンドル１０１の急なテーパの工具ホルダー１０１ｂを含む実施形態だけに限定されない。他の工具ホルダーのインターフェースも可能である。例えば図７は、ＨＳＣ（中空シャフトコーンの略語）によりスピンドル１０１内に収納するのに適した工具１０ｃを示す。かかる実施形態では、スピンドル１０１上にＨＳＣ工具ホルダーが設けられることになる。上記実施形態と同じように、工具交換器の他の作動モードも実施できる。
【００７１】
要約すれば、本発明は、工作機械のスピンドルにより、低摩擦で駆動できる、コンパクトな構造を有する工具交換器を提供するものである。工具交換器に関する本発明は、工具スピンドルから工具ドラムへの有効な減速を達成することができる、複雑で、かつ摩擦の生じやすいステップダウンカムギアを必要とする事なく、スピンドルを介して駆動される回転可能な工具ドラムを有する工具交換器を提供するものである。簡単で、かつコンパクトな構造の、効率的、かつ低摩擦のステップダウンギアを、本発明に係わる工具交換器に提供できる。更に、本発明によれば、工具交換器の工具ドラムを駆動するためのスピンドルの作動空間内に、剥き出し状態のスピンドルギアを設ける必要はない。
【符号の説明】
【００７２】
１    工具交換器
２    工具ドラム
２ａ、２ｂ、２ｃ    工具クランプ（工具保持手段）
３    軸キャリア
３ａ    軸キャリアの回転軸
４    ベベルギア（第１ギア）
５    平ギア（第２ギア）
６    接合部材
６ａ    オルダムカップリングの外側ディスク
７    オルダムカップリングの中心ディスク
８ａ、８ｂ    ベアリング
９ａ、９ｂ    ベアリング
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ    工具
１１    引張りスプリング
１２    ローラー
１３    平ギア（第１ギア）
１４    平ギア（第３ギア）
１５    ベベルギア（第４ギア）
１６    ベベルギア（第２ギア）
１７ａ、１７ｂ    ベアリング
１８ａ、１８ｂ    ベアリング
１０１    スピンドル
１０１ａ    スピンドルヘッド
１０１ｂ    スピンドルの工具ホルダー
１０１ｃ    スピンドルの回転軸
１０２    接続部材
１０３    駆動シャフトの端部部分
１０４    スピンドルストック
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ    ベアリング
１０５    ベベルギア
１０６ａ    結合部材
１０６ｂ    ベベルギア
１０７    解放ロッド
１０８    たわみレバー
１０９    ベアリング
１１０    工作機械のスタンド
１１０    （工作機械スタンド上の）ラジアルカム
１１１    ローラー
１１２    ガイドレール
１１３ａ、１１３ｂ    スライド
１１４    固定具
１１４ａ    関節接続部
１１５ａ、１１５ｂ    ベアリング
１１６    （スピンドルストック上の）ラジアルカム
【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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