(57)【要約】【課題】切粉の影響を受けることなく、グリップアームの滑らかな揺動を維持できる工具交換装置を提供する。【解決手段】工具交換装置は、回転割り出しされたグリップアーム５０の後端側を保持するＬ字保持部材７０を備える。Ｌ字保持部材７０はマガジン支持台３７に対して揺動可能に軸支される。このＬ字保持部材７０の第１ガイド面７６及び第２ガイド面７７にはグリップアーム５０の摺動ローラ５８が摺動する。そして摺動ローラ５８が湾曲する第２ガイド面７７に押し込まれると、バネ７９の付勢によってＬ字保持部材７０が回転する。すると、摺動ローラ５８が第２ガイド面７７によって両側から挟持されるので摺動ローラ５８が保持される。よって、グリップアーム５０の先端と主軸ヘッド２４との間に所定の隙間が形成されるので、グリップアーム５０の先端と主軸ヘッド２４との間に切粉が入り込むのを防止できる。【選択図】図７
2008229770.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と、前記主軸ヘッドを昇降可能に支持するコラムと、前記コラムに固定され、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を回転可能に支持する支持部材と、前記マガジン本体の外周に放射状に設けられ、工具を把持する把持部を先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先端と後端との間を軸支し、前記マガジン本体の外周に固定される支点台とを備え、回転割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、
前記把持部が前記退避位置に移動した状態の前記グリップアームの前記後端を保持する保持部材を備えていることを特徴とする工具交換装置。
【請求項２】
前記保持部材は、前記支持部材に固定され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】
前記保持部材は板バネであって、
当該板バネは、
前記支持部材に固定される固定部と、
前記把持部が前記退避位置に移動するように、前記グリップアームの前記後端を押圧する押圧部と
で構成した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】
前記保持部材は、
直線状に延びる第１直線部と、
当該第１直線部の長手方向一端から垂直に延びる第２直線部と
から構成されると共に、
前記第１直線部と前記第２直線部とに挟まれる内側を、回転割出しされ且つ前記主軸に最も近接する前記グリップアームの前記後端に向けた状態で、前記第１直線部と前記第２直線部とが直交する部分を支点として前記支持部材に軸支されたＬ字状の板部材であって、
前記第１直線部は、前記支点から前記マガジン本体側に延び、
前記第２直線部は、前記支点から前記グリップアーム側に延び、
前記支持部材には、前記第１直線部の前記第２直線部に連結された一端部とは反対の他端部を前記グリップアーム側に付勢する弾性部材が固定され、
前記第１直線部の前記他端部が、前記弾性部材によって前記グリップアーム側に付勢され、前記保持部材が回動することによって、前記保持部材の内側に対して前記グリップアームの前記後端が押し込められて保持され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】
前記グリップアームの前記後端にはローラが設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の工具交換装置。
【請求項６】
前記保持部材はコの字型の板バネであって、
当該板バネは、
前記支持部材に固定される固定部と、
当該固定部の両側に各々連結された一対の押圧部と
で構成され、
前記グリップアームの前記後端は、前記板バネの内側に押し込められ、且つ一対の前記押圧部によって前記板バネの内側に付勢されることによって保持され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７】
前記グリップアームの前記後端にはローラが設けられ、
当該ローラは、前記グリップアームの前記後端の長手方向に延びる軸心を有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】
前記保持部材は、
前記グリップアームの前記後端を摺動させ、前記マガジン本体と前記主軸ヘッドとの間でガイドするガイド面と、
当該ガイド面の前記主軸ヘッド側に設けられ、前記後端を落着させるための溝と
を備えるとともに、
前記マガジン本体に固定され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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具交換装置に関し、詳細には、工作機械の主軸に装着する工具を自動的に交換できる工具交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ワークに対して、「ネジ切り」、「孔開け」、「座ぐり」等の多種に渡る加工等を単一の装置で複合的に行うことができる工作機械が知られている。このような工作機械には、タップやドリル等の工具を予め所定の収納箇所に多数収納し、所望の工具を適時選択して、加工が終了した工具と自動的に交換できる工具交換装置（ＡＴＣ）が付設されているのが一般的である。工具交換装置は種々の形式のものが提案されており、例えば、主軸ヘッドを垂直方向（Ｚ軸方向）に移動させ、フレームに固定された工具マガジンとの間で、カム機構を利用して工具交換を行う工具交換装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、図１５に示す従来の工具交換装置２００が知られている。工具交換装置２００は、支持軸２０１を中心に回転可能に支持されたマガジンベース２０２を備え、該マガジンベース２０２の外周には、支持軸２０１を中心とする円周方向に所要の中心角で複数の支点台２５１が固定されている。そして、これら各支点台２５１に対して、枢支軸２５２を介してグリップアーム２５０が揺動自在に枢支されている。さらに、グリップアーム２５０を軸支する枢支軸２５２の近傍には、主軸ヘッド２４０側に向かってカムフォロア２５３が回転自在に軸支されている。また、グリップアーム２５０の自由端には、工具を把持するための把持部２５５が設けられ、該把持部２５５の外側にはカムフォロア２５９が回転自在に軸支されている。
【０００４】
また、グリップアーム２５０の反自由端には行止り孔２５６が穿設され、その行止り孔２５６には、圧縮コイルバネ２５７とともに、鋼球２５８が弾力的に収納されている。そして、その行止り孔２５６の開孔から鋼球２５８の一部が突出されている。さらに、マガジンベース２０２におけるボス部２０２ａには、断面円弧状を呈する案内面２１１を外周に周設した鉄製のグリップ支持カラー２１０が外挿されている。そして、その案内面２１１に対してグリップアーム２５０の反自由端から突出する鋼球２５８が弾力的に当接している。さらに、その案内面２１１のマガジンベース２０２側にはノッチ溝２１２が周設されている。よって、このノッチ溝２１２に対して、割出待機状態のグリップアーム２５０の反自由端から突出する鋼球２５８を落着させることによって、グリップアーム２５０の姿勢を安定して保持することができる。
【０００５】
一方、主軸に最も近接する位置に移動した割出状態のグリップアーム２５０では、カムフォロア２５３が、主軸ヘッド２４０の前面に設けられたカム（図示外）の傾斜面を摺動する。さらに、カムフォロア２５９が、主軸ヘッド２４０の下部に設けられたカム体２９０のカム面２９０ａを摺動する。よって、グリップアーム２５０は、マガジンベース２０２の前後方向に揺動可能となる。そして、ワークを加工するために、主軸ヘッド２４０が下降した場合、把持部２５５が主軸ヘッド２４０から離間する退避位置に移動する。そして、カムフォロア２５９が主軸ヘッド２４０の前面を摺動することによって、グリップアーム２５０の姿勢が保持される。
【特許文献１】特開平２−１５９３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図１５に示す従来の工具交換装置２００では、主軸ヘッド２４０の前面を摺動するグリップアーム２５０のカムフォロア２５９は、主軸周囲の加工領域に近い。よって、その加工領域から飛散する切粉がカムフォロア２５９の軸に侵入してしまうと、カムフォロア２５９が滑らかに転動せず、グリップアーム２５０の揺動に不具合を生じる恐れがあった。また、主軸ヘッド２４０の前面にカムフォロア２５９を転動させるため、カムフォロア２５９の転動面は少なくとも主軸ヘッド２４０よりも軟らかい材質にする必要がある。これにより、カムフォロア２５９の転動面が切粉によって傷付くこともあり、グリップアーム２５０の揺動動作に不具合を生じる恐れがあった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、切粉の影響を受けることなく、グリップアームの滑らかな揺動を維持できる工具交換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の工具交換装置は、工作機械の主軸を回転可能に支持する主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドを昇降可能に支持するコラムと、前記コラムに固定され、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を回転可能に支持する支持部材と、前記マガジン本体の外周に放射状に設けられ、工具を把持する把持部を先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先端と後端との間を軸支し、前記マガジン本体の外周に固定される支点台とを備え、回転割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、前記把持部が前記退避位置に移動した状態の前記グリップアームの前記後端を保持する保持部材を備えている。
【０００９】
また、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、前記保持部材は、前記支持部材に固定されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に係る発明の工具交換装置は、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記保持部材は板バネであって、当該板バネは、前記支持部材に固定される固定部と、前記把持部が前記退避位置に移動するように、前記グリップアームの前記後端を押圧する押圧部とで構成している。
【００１１】
また、請求項４に係る発明の工具交換装置は、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記保持部材は、直線状に延びる第１直線部と、当該第１直線部の長手方向一端から垂直に延びる第２直線部とから構成されると共に、前記第１直線部と前記第２直線部とに挟まれる内側を、回転割出しされ且つ前記主軸に最も近接する前記グリップアームの前記後端に向けた状態で、前記第１直線部と前記第２直線部とが直交する部分を支点として前記支持部材に軸支されたＬ字状の板部材であって、前記第１直線部は、前記支点から前記マガジン本体側に延び、前記第２直線部は、前記支点から前記グリップアーム側に延び、前記支持部材には、前記第１直線部の前記第２直線部に連結された一端部とは反対の他端部を前記グリップアーム側に付勢する弾性部材が固定され、前記第１直線部の前記他端部が、前記弾性部材によって前記グリップアーム側に付勢され、前記保持部材が回動することによって、前記保持部材の内側に対して前記グリップアームの前記後端が押し込められて保持されることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に係る発明の工具交換装置は、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の構成に加え、前記グリップアームの前記後端にはローラが設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に係る発明の工具交換装置は、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記保持部材はコの字型の板バネであって、当該板バネは、前記支持部材に固定される固定部と、当該固定部の両側に各々連結された一対の押圧部とで構成され、前記グリップアームの前記後端は、前記板バネの内側に押し込められ、且つ一対の前記押圧部によって前記板バネの内側に付勢されることによって保持されることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７に係る発明の工具交換装置は、請求項６に記載の発明の構成に加え、前記グリップアームの前記後端にはローラが設けられ、当該ローラは、前記グリップアームの前記後端の長手方向に延びる軸心を有することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８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、前記保持部材は、前記グリップアームの前記後端を摺動させ、前記マガジン本体と前記主軸ヘッドとの間でガイドするガイド面と、当該ガイド面の前記主軸ヘッド側に設けられ、前記後端を落着させるための溝とを備えるとともに、前記マガジン本体に固定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明の工具交換装置では、回転割出しされたグリップアームが支点台を中心に揺動する。そして、把持部が退避位置に移動した状態のグリップアームの後端を、保持部材によって保持することができる。つまり、主軸周囲の加工領域から離れた位置にあるグリップアームの後端を保持するので、切粉の影響を受けにくい。これにより、切粉の影響を受けることなく、グリップアームの滑らかな揺動動作を維持することができる。また、グリップアームの姿勢を保持するために、グリップアームの先端側を主軸ヘッドの前面に当接させないので、主軸ヘッドの前面を傷付けることもない。
【００１７】
また、請求項２に係る発明の工具交換装置では、請求項１に記載の発明の効果に加え、保持部材は、マガジン本体側ではなく、コラムに固定された支持部材に固定されているので、マガジン本体に保持部材の重量の負荷がかからない。
【００１８】
また、請求項３に係る発明の工具交換装置では、請求項２に記載の発明の効果に加え、保持部材は板バネであるので構成が簡単である。そして、その板バネの固定部を支持部材に固定することによって、支持部材に保持部材を固定することができる。さらに、把持部が退避位置に移動するように、グリップアームの後端が保持部材の押圧部によって押圧される。これにより、把持部を退避位置に移動させた状態でグリップアームの姿勢を保持することができる。
【００１９】
また、請求項４に係る発明の工具交換装置では、請求項２に記載の発明の効果に加え、保持部材は支持部材に軸支されたＬ字状の板部材であって、第１直線部と前記第２直線部とに挟まれる内側を、回転割出しされ且つ主軸に最も近接するグリップアームの後端に向けた状態で、第１直線部と第２直線部とが直交する部分を支点として回動する。そして、第１直線部の第２直線部に連結された一端部とは反対の他端部が、弾性部材によってグリップアーム側に付勢されている。これにより、揺動するグリップアームの後端が保持部材の内側に移動すると、第１直線部の他端部が弾性部材によってグリップアーム側に付勢されるので、保持部材が回動する。すると、保持部材の内側に対してグリップアームの後端が押し込められて保持される。これにより、グリップアームの姿勢を保持することができる。
【００２０】
また、請求項５に係る発明の工具交換装置では、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の効果に加え、グリップアームの後端にはローラが設けられているので、保持部材との接触による摩擦を軽減できる。
【００２１】
また、請求項６に係る発明の工具交換装置では、請求項２に記載の発明の効果に加え、コの字型の保持部材の内側に対して、グリップアームの後端が押し込められると、一対の押圧部によって板バネの内側に付勢されるので、グリップアームの後端を保持することができ、グリップアームの姿勢を保持することができる。
【００２２】
また、請求項７に係る発明の工具交換装置では、請求項６に記載の発明の効果に加え、グリップアームの後端に設けられたローラの軸心は、グリップアームの後端の長手方向に延びているので、そのローラを一対の押圧部によって両側から挟み込むことができる。さらに、板バネによる付勢をローラの転動面で受けることができるので、板バネに無理な負荷を与えないようにすることができる。
【００２３】
また、請求項８に係る発明の工具交換装置では、請求項１に記載の発明の効果に加え、保持部材はマガジン本体に固定されているので、マガジン本体とともに回転する。そして、グリップアームの後端は、保持部材のガイド面によって、マガジン本体と主軸ヘッドとの間でガイドされるので、グリップアームの揺動を安定して行うことができる。また、保持部材のガイド面によってガイドされるグリップアームの後端を、ガイド面の主軸ヘッド側に設けられた溝に落着させることができるので、把持部が退避位置に移動した状態でグリップアーム姿勢を保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の第１実施形態である工具交換装置２について、図１乃至図７を参照して説明する。図１は、工作機械１及び工具交換装置２の要部を示す縦断面図であり、図２は、Ｌ字保持部材７０の斜視図であり、図３は、グリップアーム５０、Ｌ字保持部材７０、可動カム２８及び固定カム２９の相互の位置関係を示す斜視図であり、図４は、グリップアーム５０の揺動を示す説明図（摺動ローラ５８が保持バネ６４に保持された状態）であり、図５は、グリップアーム５０の揺動を示す説明図（摺動ローラ５８が第１ガイド面７６に当接した状態）であり、図６は、グリップアーム５０の揺動を示す説明図（摺動ローラ５８が第２ガイド面７７に押し込まれた状態）である。また、以下説明において、図１の左側を工作機械１の前側とし、右側を工作機械１の後ろ側とし、紙面手前側を工作機械１の右側とし、紙面奥行き側を工作機械１の左側とする。
【００２５】
なお、第１実施形態の工具交換装置２は、工作機械１の主軸３０に装着された工具５を、グリップアーム５０の揺動によって他の工具に自動的に交換する装置である。そして、この工具交換装置２では、グリップアーム５０の後端側を、マガジン支持台３７に軸支されたＬ字保持部材７０で保持することによって、グリップアーム５０の姿勢を保持できる点に特徴を有する。
【００２６】
はじめに、工作機械１の構成について概略的に説明する。図１に示すように、工作機械１は、基台となるベース（図示外）の上部後方に立設された柱状のコラム１０と、該コラム１０の前面に沿って昇降可能に支持された主軸ヘッド２４と、該主軸ヘッド２４の前方下部の内側に回転可能に支持され、工具５を保持する工具ホルダ７が着脱可能に装着される主軸３０と、主軸ヘッド２４の前側に配設され、主軸３０に装着された工具ホルダ７を他の工具を保持する工具ホルダに自動的に交換する工具交換装置２とを主体に構成されている。
【００２７】
また、コラム１０の左右両側面には、主軸ヘッド２４を内側に挟むようにして前方に延びるフレーム１８（図１では、一枚のフレーム１８のみ図示）が各々設けられている。そして、これら一対のフレーム１８の前端部には、マガジン支持台３７が固定され、該マガジン支持台３７に対して、工具交換装置２のマガジンベース４１が回転割出可能に支持されている。さらに、そのマガジン支持台３７の上部には、工作機械１の前側に向かって斜め前方に延設され、マガジンベース４１を覆って保護するためのマガジンカバー１９が固定されている。このマガジンカバー１９は、主軸３０の周囲から飛散する切粉や、切削液の飛沫がマガジンベース４１に付着することを防止するものである。また、ベース上にはテーブル（図示外）が設置され、該テーブル上にはワークが着脱可能に固定される。そして、そのワークに対して、主軸ヘッド２４が昇降し、主軸３０が高速回転することによって所望の切削加工がなされる。
【００２８】
次に、主軸ヘッド２４の昇降機構について説明する。図１に示すように、コラム１０の前面には、上下方向に延設されたボールねじ１２が上側軸受部１４と、下側軸受部１５とによって回転可能に支持されている。そして、主軸ヘッド２４の背面に固定されたナット１３に対して、そのボールねじ１２がねじ込まれて挿通している。さらに、ボールねじ１２の上端部は、上側軸受部１４の上部に固定されたサーボモータ（図示外）の駆動軸に対してカップリング（図示外）を介して連結されている。よって、ボールねじ１２は、サーボモータの駆動によって正逆両方向に回転される。そして、ボールねじ１２が正逆方向に回転すると、そのボールねじ１２に螺合するナット１３が昇降し、該ナット１３に連結する主軸ヘッド２４が昇降移動するようになっている。
【００２９】
次に、主軸ヘッド２４の内部構造について説明する。図１に示すように、主軸ヘッド２４の前方下部の内側には、上下方向に回転軸を有する主軸３０が回転可能に支持されている。この主軸３０は、主軸ヘッド２４の上部に固定されたサーボモータ２２の駆動軸に対してカップリング２３を介して連結されている。よって、主軸３０はサーボモータ２２の回転駆動によって回転する。さらに、主軸３０の先端部（下端部）には、工具ホルダ７のテーパ装着部７ａを装着するためのテーパ穴３１が設けられている。このテーパ穴３１にテーパ装着部７ａが装着されると、テーパ装着部７ａから上方に突出するプルスタッド７ｂが、主軸３０の内部に設けられホルダ挟持部材３２により挟持される。そして、このホルダ挟持部材３２が、主軸３０の中心を通る孔の中に同軸上に挿通して配置されたドローバー３４によって下方に押圧されると、ホルダ挟持部材３２によるプルスタッド７ｂの挟持が解除されるようになっている。
【００３０】
また、主軸ヘッド２４の後方上部の内側には、右側面視略Ｌ字型のクランクレバー２０が支軸２１を介して揺動自在に軸支されている。このクランクレバー２０は、垂直方向に延びる垂直レバー２０ｂと、該垂直レバー２０ｂの下端部から前方に向かって略水平に延びる水平レバー２０ａとから構成されている。そして、水平レバー２０ａの先端部は、ドローバー３４に直交して突設されたピン３５に対して係合可能となっている。また、垂直レバー２０ｂの背面上部には板カム体３６が固定され、その板カム体３６は、上側軸受部１４に固定されたカムフォロア１７と接離可能となっている。さらに、垂直レバー２０ｂと主軸ヘッド２４との間には、引張コイルバネ（図示外）が弾力的に介装されている。よって、クランクレバー２０を右側面から見た場合、クランクレバー２０は時計回りに常時付勢されているので、水平レバー２０ａによるピン３５に対する押圧は常時解除されている。
【００３１】
例えば、主軸３０のテーパ穴３１に、工具ホルダ７のテーパ装着部７ａが装着された状態において、主軸ヘッド２４が上昇すると、クランクレバー２０に設けた板カム体３６がカムフォロア１７に摺動する。この場合、クランクレバー２０は、右側面から見た場合に、支軸２１を中心に反時計回りに回転する。すると、水平レバー２０ａはピン３５に係合しつつ下方に押圧するので、ドローバー３４を介してホルダ挟持部材３２が付勢される。よって、ホルダ挟持部材３２によるプルスタッド７ｂの挟持が解除される。このようにして、工具５を保持する工具ホルダ７が主軸３０に対して着脱可能に装着される。
【００３２】
次に、本発明に係る工具交換装置２の構造について説明する。図１に示すように、工具交換装置２は、工作機械１の前方に正面を向けて配置された円盤状のマガジンベース４１と、該マガジンベース４１の裏面の外周に沿って揺動可能に軸支された複数のグリップアーム５０（図１では、上下２本のグリップアーム５０のみ図示）とを主体に構成されている。
【００３３】
マガジンベース４１の支持構造について説明する。コラム１０の左右両側面には、主軸ヘッド２４を内側に挟むようにして前方に延びるフレーム１８（図１では、一枚のフレーム１８のみ図示）が各々設けられ、それら一対のフレーム１８の前端部には、マガジン支持台３７が固定されている。そして、そのマガジン支持台３７の内側には減速機４２が設けられている。さらに、その減速機４２の入力軸４３は主軸ヘッド２４側に向かって斜め上方に突出し、出力軸４４は主軸ヘッド２４の前側に向かって斜め下方に突出している。そして、その出力軸４４の先端には、マガジンベース４１の貫通する中央部が固定されている。一方、入力軸４３の先端は、マガジン支持台３７の内側に固定された玉軸受部４６に軸支されている。さらに、その入力軸４３の玉軸受部４６と減速機４２との間には、ブレーキ歯車４７がフランジ状に設けられている。つまり、ブレーキ歯車４７を回転させると、入力軸４３が回転するようになっている。
【００３４】
さらに、マガジン支持台３７の内側にはサーボモータ２５が設置されている。そして、そのサーボモータ２５の駆動軸の先端には、ブレーキ歯車４７よりも小さい歯車４８が先端に設けられている。そして、その歯車４８の外周とブレーキ歯車４７の外周とが互いに噛合している。また、ブレーキ歯車４７のマガジンベース４１側に対向する側面には、位置決め用の凹部（図示外）が複数設けられている。そして、その最下方に位置する凹部に対して、マガジン支持台３７の内側にバネ３８によって弾力的に支持された鋼球３９の一部が落着する。
【００３５】
例えば、サーボモータ２５の駆動軸が回転すると、その駆動軸の回転トルクは、歯車４８、ブレーキ歯車４７を介して、減速機４２の入力軸４３に伝達される。さらに、その入力軸４３に伝達された回転トルクは、所定の減速比で出力軸４４の回転として出力される。そして、この出力軸４４の回転に伴って、マガジンベース４１が指定された数だけ回転し、ブレーキ歯車４７の最下方に位置する凹部に対して、鋼球３９の一部が落着することによって、ブレーキ歯車４７の位置が決まり、所定の工具５が割出位置に移動される。また、ブレーキ歯車４７の凹部に対して、鋼球３９の一部が落着しているので、入力軸４３にトルクが加わらなくても、ブレーキ歯車４７が勝手に回転することを防止することもできる。
【００３６】
ところで、サーボモータ２５には、エンコーダ２６が固定されている。そして、そのエンコーダ２６は、工作機械１の制御装置（図示外）に接続されている。よって、制御装置では、エンコーダ２６の信号に基づいて、サーボモータ２５のフィードバック制御が可能となっている。そして、これらサーボモータ２５及びエンコーダ２６は、マガジン支持台３７の上部に固定されたマガジンカバー１９の内側に配置されている。これにより、主軸３０周囲の加工領域から飛散する切粉や、切削液の飛沫が、サーボモータ２５及びエンコーダ２６に付着するのを防止することができる。
【００３７】
さらに、マガジン支持台３７の主軸３０に最も近接する部分には、回転割り出しされたグリップアーム５０の後端側（後述する摺動ローラ５８）に相対するように、本発明の特徴である側面視Ｌ字型のＬ字保持部材７０が枢支軸７３（図２参照）を中心に軸支されている。このＬ字保持部材７０は、グリップアーム５０の摺動ローラ５８（図２参照）を、主軸ヘッド２４とマガジンベース４１との間でガイドするとともに、主軸ヘッド２４側の位置で保持するための部材である。
【００３８】
次に、Ｌ字保持部材７０について詳細に説明する。図２に示すように、Ｌ字保持部材７０は側面視Ｌ字型の部材である。Ｌ字保持部材７０は、直方体状のベース部７１と、該ベース部７１の先端部から直角方向に突出する突出部７２とから構成されている。そして、ベース部７１における突出部７２に向けられた内側面には、第１ガイド面７６が設けられている。さらに、ベース部７１と突出部７２とが連結する部分の内側には滑らかに湾曲する第２ガイド面７７が設けられている。そして、ベース部７１と突出部７２との連結部分には、マガジン支持台３７に対して揺動可能に軸支されるための枢支軸７３が設けられている。このような構造からなるＬ字保持部材７０の枢支軸７３がマガジン支持台３７に軸支され、詳細には、枢支軸７３からマガジンベース４１側に向かってベース部７１が延設され、枢支軸７３から主軸３０側に向かって突出部７２が突出された状態で、Ｌ字保持部材７０がマガジン支持台３７に軸支されている。
【００３９】
また、ベース部７１の第１ガイド面７６の反対面の枢支軸７３から離れる側の一端側には、所定の深さで窪んだ円形状の凹部７４が設けられている。この凹部７４には、コイル状のバネ７９（図４参照）の一端部が埋め込まれ、その凹部７４から外側に突出するバネ７９の他端部がマガジン支持台３７の外面に当接する（図４参照）。これにより、Ｌ字保持部材７０のベース部７１における枢支軸７３から離れる側の一端部は、図４に示す右側面から見た場合に、バネ７９の付勢によって反時計回りの方向に常時付勢されている。
【００４０】
そして、上記構造からなるＬ字保持部材７０の第１ガイド面７６に対して、グリップアーム５０の摺動ローラ５８（図３参照）が摺動し、主軸ヘッド２４とマガジンベース４１との間でグリップアーム５０の後端側がガイドされる。さらに、摺動ローラ５８が第２ガイド面７７に摺動して押し込まれると、バネ７９の付勢によってＬ字保持部材７０が、右側面から見た時の反時計回りに回転する。すると、摺動ローラ５８が第２ガイド面７７の湾曲面によって両側から挟持された状態となるため、摺動ローラ５８を保持することができる。これにより、グリップアーム５０の後端側を主軸ヘッド２４側に移動させた状態で、グリップアーム５０の姿勢を保持することができる。なお、Ｌ字保持部材７０によるグリップアーム５０の姿勢保持については後述する。また、図３に示すＬ字保持部材７０のベース部７１が本発明の「第１直線部」に相当し、突出部７２が本発明の「第２直線部」に相当し、枢支軸７３が本発明の「支点」に相当し、バネ７９が本発明の「弾性部材」に相当する。
【００４１】
次に、グリップアーム５０の構造について説明する。図１に示すように、グリップアーム５０は、マガジンベース４１の背面の外周側であって、所要の中心角で周方向に複数本（例えば、１４本）固定されている。図３に示すように、グリップアーム５０は、マガジンベース４１の裏面の外周側に固定される支点台６０を揺動動作の支点とする。グリップアーム５０は、その支点台６０に設けられた枢支軸５７を介して軸支され、山成りに折れ曲がった棒状のアーム本体５１と、該アーム本体５１の自由端となる先端側に設けられ、図１に示す工具ホルダ７を把持するＹ字形状の把持部５３と、アーム本体５１の反自由端に設けられ、摺動ローラ５８を軸支するローラ支持部５４と、アーム本体５１の枢支軸５７に軸支される部分から主軸ヘッド２４側（図１参照）に突出して設けられ、カムフォロア５６を回転自在に支持するカムフォロア支持部５５とを主体に構成されている。そして、このアーム本体５１の外側面には、切粉の衝突を防ぐための金属板である鎧カバー５２が固定されている。
【００４２】
支点台６０は、断面コの字型に構成されている。この支点台６０は、マガジンベース４１の裏面の外周にビス等によって固定される固定板６１と、該固定板６１の左右両端部から、固定板６１の内面に対して直角に各々延設された右側支持板６２、及び左側支持板６３とを主体に構成されている。そして、右側支持板６２と左側支持板６３との間には枢支軸５７が渡設され、該枢支軸５７を中心にアーム本体５１が軸支されている。これにより、グリップアーム５０が揺動可能となっている。さらに、固定板６１の上端部の中央には、揺動するグリップアーム５０の摺動ローラ５８を保持するための板バネである保持バネ６４が設けられている。この保持バネ６４は、固定板６１の上端部の中央から上方に延設された短冊板状の第１保持部６５と、該第１保持部６５の先端部から略直角に折り曲げられた第２保持部６６と、該第２保持部６６の先端部から斜め上方に延設された第３保持部６７とから構成されている。
【００４３】
例えば、このような保持バネ６４の内側に、グリップアーム５０の摺動ローラ５８が押し込まれると、第２保持部６６と第３保持部６７とが接する角部が、摺動ローラ５８の転動面に当接する。このとき、摺動ローラ５８は、第２保持部６６と第３保持部６７との角部によって保持バネ６４の内側に付勢される。これにより、グリップアーム５０の把持部５３を主軸３０に移動させた状態で、グリップアーム５０の姿勢を安定保持させることができる。
【００４４】
把持部５３は、非開閉式の２股部５９と、該２股部５９の内端部に設けられ、圧縮コイルバネ（図示外）によって弾力的に後退可能に収納される一対の支持ピン６９（図３では、片方の支持ピン６９のみ図示）とで構成されている。さらに、２股部５９の両側に分かれる各端部の外側には、支持ピン６９の中心を回転中心とするカムフォロア６８が各々設けられている。このカムフォロア６８は、主軸ヘッド２４の左右両側面の下部に各々固定された固定カム２９のカム面２９ａに沿って摺動する。これによって、把持部５３を主軸３０に装着された工具ホルダ７の溝部に正確にガイドすることができる。そして、把持部５３の２股部５９が工具ホルダ７の溝部に位置合わせされると、一対の支持ピン６９がその溝部に挿通して当接し、圧縮コイルバネを押し戻しながら後退する。こうして、工具ホルダ７が把持部５３に把持される。なお、固定カム２９は、主軸ヘッド２４の前面よりも前方にやや突出して固定されている。これにより、主軸ヘッド２４が下降し、カムフォロア６８が固定カム２９のカム面２９ａから離間しても、カムフォロア６８と主軸ヘッド２４の前面との間に所定の隙間を保つことができる。
【００４５】
カムフォロア５６は、図１に示す主軸ヘッド２４の前面に固定された可動カム２８のカム面２８ａに摺動する。この可動カム２８は、主軸ヘッド２４の前面に支軸２７により軸支されている。さらに、可動カム２８と主軸ヘッド２４の間には、圧縮コイルばね（図示外）が配設されているので、可動カム２８は弾力的に浮いた状態で支持されている。これにより、カムフォロア５６は、主軸ヘッド２４から離れる方向に付勢されるので、アーム本体５１が枢支軸５７を中心に揺動する。そして、カムフォロア６８が主軸ヘッド２４の先端部に設けられた固定カム２９のカム面２９ａに向かって弾力的に押圧されるようになっている。
【００４６】
ローラ支持部５４は、２枚の支持板によって摺動ローラ５８を挟み込んで軸支している。そして、この摺動ローラ５８が、Ｌ字保持部材７０の第１ガイド面７６、第２ガイド面７７をそれぞれ摺動することによって、ローラ支持部５４が主軸ヘッド２４とマガジンベース４１との間をガイドされるので、グリップアーム５０の揺動を安定して行うことができる。また、Ｌ字保持部材７０の第１ガイド面７６、第２ガイド面７７に摺動ローラ５８を摺動させることによって、第１ガイド面７６、第２ガイド面７７との摩擦を低減することができる。
【００４７】
次に、上記構成からなるグリップアーム５０の揺動動作について説明する。まず、図４に示すように、マガジンベース４１の最下端に回転割り出しされたグリップアーム５０のカムフォロア６８が、固定カム２９のカム面２９ａに当接する。さらに、カムフォロア５６が、可動カム２８のカム面２８ａに当接する。そして、主軸ヘッド２４が上昇した場合、カムフォロア５６が可動カム２８のカム面２８ａによって主軸ヘッド２４から離れる方向に付勢される。すると、グリップアーム５０が、枢支軸５７を中心に右側面から見た時の反時計回りに揺動するので、カムフォロア６８が固定カム２９のカム面２９ａの奥側に沿って移動する。これに対し、摺動ローラ５８は保持バネ６４の内側に押し込まれる。すると、摺動ローラ５８は、第２保持部６６と第３保持部６７との角部によって保持バネ６４の内側に付勢されるので、摺動ローラ５８は、保持バネ６４の内側に保持される。このようにして、回転割出位置にあるグリップアーム５０の把持部５３を、主軸３０の近接位置に移動させた状態で、グリップアーム５０の姿勢を安定保持させることができる。
【００４８】
次いで、主軸ヘッド２４が下降した場合、グリップアーム５０のカムフォロア５６が可動カム２８のカム面２８ａを上方に向かって摺動する。そして、カムフォロア５６は主軸ヘッド２４の前面に向かって移動する。すると、グリップアーム５０が、右側面から見た時の時計回りに揺動するので、カムフォロア６８は固定カム２９のカム面２９ａを手前側に摺動する。一方、摺動ローラ５８は保持バネ６４の内側から離脱するとともに、Ｌ字保持部材７０の第１ガイド面７６を主軸ヘッド２４側に向かって摺動する。ここで、図５に示すように、Ｌ字保持部材７０のマガジンベース４１側の一端部は、バネ７９によって下方に付勢されている。よって、Ｌ字保持部材７０の第１ガイド面７６に摺動ローラ５８が当接すると、第１ガイド面７６が摺動ローラ５８によって上方に押し上げられる。すると、バネ７９はマガジン支持台１３７とＬ字保持部材７０との間で圧縮されるので、Ｌ字保持部材７０は右側面から見た時の時計回りに回転する。
【００４９】
次いで、摺動ローラ５８が第１ガイド面７６を主軸ヘッド２４側に摺動し、バネ７９に相当する位置を通過すると、摺動ローラ５８とバネ７９との相対距離が徐々に離れる。さらに、バネ７９の付勢によって、Ｌ字保持部材７０が右側面から見た時の反時計回りに回転する。次いで、図６に示すように、摺動ローラ５８が第２ガイド面７７に向かって押し込まれると、Ｌ字保持部材７０がさらに右側面から見た時の反時計回りに回転する。すると、摺動ローラ５８の両側が第２ガイド面７７によって挟まれた状態となるので、摺動ローラ５８がＬ字保持部材７０によって保持される。これにより、把持部５３が主軸３０から離間する退避位置に移動した状態で、回転割り出しされたグリップアーム５０の姿勢を保持することができる。
【００５０】
そして、図７に示すように、主軸ヘッド２４がワーク加工のために下降すると、グリップアーム５０のカムフォロア５６は、可動カム２８のカム面２８ａから離間し、カムフォロア６８は、固定カム２９のカム面２９ａから離れる。そして、グリップアーム５０の姿勢が保持された状態で、主軸ヘッド２４が下降するため、カムフォロア６８と主軸ヘッド２４の前面との間には所定の隙間が保たれる。つまり、カムフォロア６８が主軸ヘッド２４の前面を摺動しないので、カムフォロア６８と主軸ヘッド２４の前面との間に切粉が侵入することを防止できる。さらに、カムフォロア６８の転動面が切粉によって傷付くことを防止できる。よって、グリップアーム５０の滑らかな揺動動作を維持することができる。
【００５１】
以上説明したように、第１実施形態の工具交換装置２は、マガジンベース４１の最下端に回転割り出しされたグリップアーム５０の後端側をガイドして保持するＬ字保持部材７０を備えている。このＬ字保持部材７０は、マガジン支持台３７に対して揺動可能に軸支されている。さらに、Ｌ字保持部材７０には、直線状の第１ガイド面７６と、該第１ガイド面７６から滑らかに湾曲する第２ガイド面７７とが設けられている。これら第１ガイド面７６及び第２ガイド面７７に対して、グリップアーム５０の摺動ローラ５８が摺動することによって、グリップアーム５０の後端側が主軸ヘッド２４とマガジンベース４１との間で安定してガイドされる。さらに、摺動ローラ５８が第２ガイド面７７に摺動して押し込まれると、バネ７９の付勢によってＬ字保持部材７０が右側面から見た時の反時計回りに回転する。すると、摺動ローラ５８が湾曲する第２ガイド面７７によって両側から挟持されるので、摺動ローラ５８を保持することができる。これにより、グリップアーム５０の後端側を主軸ヘッド２４側に移動させた状態で、グリップアーム５０の姿勢を保持することができる。
【００５２】
さらに、グリップアーム５０のカムフォロア６８は、主軸ヘッド２４の前面から所定の隙間を空けた状態でその位置が保持される。これにより、カムフォロア６８と主軸ヘッド２４の前面との間に切粉が付着して、カムフォロア６８の転動面が損傷することを防止できるので、グリップアーム５０の滑らかな揺動動作を維持できる。さらに、Ｌ字保持部材７０はマガジン支持台３７に軸支されているので、マガジンベース４１とともに回転しない。これにより、マガジンベース４１の回転割出機構に対して、Ｌ字保持部材７０の重量の負荷がかかることを防止できる。よって、マガジンベース４１をより早く回転させることができる。また、図１５に示す従来のグリップアーム２５０のような鋼球２５８を弾力的に支持するプランジャ機構は、切粉の侵入によって不具合を生じやすいが、摺動ローラ５８は単純構造であるので、摺動ローラ５８のローラ面や軸に切粉が付着しても摺動ローラ５８の転動動作に不具合を生じにくい利点もある。
【００５３】
次に、第２実施形態である工具交換装置１００について、図８乃至図１１を参照して説明する。図８は、工作機械１及び工具交換装置１００の要部を示す縦断面図であり、図９は、グリップアーム９０、ヘッド側保持バネ１２０、ベース側保持バネ１１５、可動カム２８及び固定カム３３の相互の位置関係を示す斜視図であり、図１０は、グリップアーム９０の揺動を示す説明図（摺動ローラ９８がベース側保持バネ１１５に保持された状態）であり、図１１は、グリップアーム９０の揺動を示す説明図（摺動ローラ９８がヘッド側保持バネ１２０に保持された状態）である。また、以下説明において、図８の左側を工作機械１の前側とし、右側を工作機械１の後ろ側とし、紙面手前側を工作機械１の右側とし、紙面奥行き側を工作機械１の左側とする。また、図８では、グリップアーム９０の摺動ローラ９８を図示するため、ベース側保持バネ１１５を省略している。
【００５４】
第２実施形態の工具交換装置１００は、第１実施形態の工具交換装置２の変形例である。工具交換装置１００は、主軸ヘッド２４とマガジンベース８１との間で揺動するグリップアーム９０の後端側を、マガジン支持台７８に固定されたヘッド側保持バネ１２０によって保持できる点に特徴がある。なお、工具交換装置１００は第１実施形態と同じ工作機械１に設けられるものであるため、工作機械１については第１実施形態と同符号を付すとともに説明を省略する。
【００５５】
まず、工具交換装置１００について説明する。図８に示すように、工具交換装置１００は、円盤状のマガジンベース８１と、該マガジンベース８１の裏面の外周に沿って揺動可能に軸支された複数のグリップアーム９０（図８では、上下２本のグリップアーム９０のみ図示）とを主体に構成されている。なお、後述するが、グリップアーム９０の構造は、第１実施形態のグリップアーム５０の構造と異なっている。
【００５６】
次に、マガジンベース８１の支持構造について説明する。図８に示すように、コラム１０の左右両側面には、主軸ヘッド２４を内側に挟むようにして前方に延びるフレーム１８が各々設けられている。そして、その一対のフレーム１８の前端部には、マガジン支持台７８が固定され、そのマガジン支持台７８の内側には、第１実施形態と同様のマガジンベース８１の回転割出機構が配設されている。この回転割出機構は、減速機８２、該減速機８２の入力軸８３の先端を支持する玉軸受部８６、減速機８２の入力軸８３に設けられたブレーキ歯車８７、サーボモータ２５及びエンコーダ２６、サーボモータ２５の駆動軸に設けられ、ブレーキ歯車８７に噛合する歯車８８、ブレーキ歯車８７の側面に設けられた位置決め用の凹部（図示外）に対して落着させる鋼球８９と、該鋼球８９を弾力的に支持するコイルバネ８５等から構成されている。
【００５７】
また、マガジン支持台７８の下部には、下方に向かって突出し、回転割り出しされたグリップアーム９０の後端側（後述する摺動ローラ９８）に対して主軸ヘッド２４側から対向する突出部７８ａが設けられている。そして、その突出部７８ａのグリップアーム９０の後端側に対向する前面には、本発明の特徴であるコの字型のヘッド側保持バネ１２０が自身の開口する内側をグリップアーム９０の後端側に向けた状態で固定されている。このヘッド側保持バネ１２０は、グリップアーム９０の後端側に設けられた摺動ローラ９８を内側に押し込めた状態で保持するための部材である。
【００５８】
ここで、ヘッド側保持バネ１２０について説明する。図９に示すように、ヘッド側保持バネ１２０はコの字型の板バネであって、長方形の板状の固定部１２１、該固定部１２１の互いに対向する左右両端部からやや内側に向けた状態で斜めに各々延設された長方形の板状の右側押圧部１２２、左側押圧部１２３とから構成されている。さらに、これら右側押圧部１２２及び左側押圧部１２３の各前端部はやや外側にそれぞれ折り曲げられている。このことから、グリップアーム９０の後端側の摺動ローラ９８が押し込められやすくなっている。そして、このような構成からなるヘッド側保持バネ１２０の内側に、グリップアーム９０の摺動ローラ９８が押し込まれると、ヘッド側保持バネ１２０の右側押圧部１２２及び左側押圧部１２３によって、ヘッド側保持バネ１２０の内側に付勢される。これにより、グリップアーム９０の後端側が主軸ヘッド２４側で保持された状態で、グリップアーム９０の姿勢を保持することができる。
【００５９】
次に、グリップアーム９０の構造について説明する。図８に示すように、グリップアーム９０は、マガジンベース８１の裏面の外周側に、所要の中心角で周方向に複数本（例えば、１４本）固定されている。図９，図１０に示すように、グリップアーム９０は、マガジンベース８１の裏面の外周側に固定される支点台１０５を揺動動作の支点とする。グリップアーム９０は、支点台１０５に設けられた枢支軸９７を介して軸支され、山成りに折れ曲がった棒状のアーム本体９１と、該アーム本体９１の自由端である先端側に設けられ、図８に示す工具ホルダ７を把持するＵ字状の溝である把持溝９３と、アーム本体９１の反自由端である後端側に設けられ、くの字状に折れ曲がったローラ支持部９４と、該ローラ支持部９４の後端部に軸支された摺動ローラ９８と、アーム本体９１の枢支軸９７に軸支される部分から主軸ヘッド２４側（図８参照）に突出して設けられ、カムフォロア９６を回転自在に支持するカムフォロア支持部９５と、アーム本体９１のカムフォロア支持部９５より先端側（自由端側）に設けられ、カムフォロア１０２を主軸ヘッド２４側に向けて軸支するカムフォロア支持部１０１とを主体に構成されている。さらに、アーム本体９１のくの字状に折れ曲がった外側面には、切粉の衝突を防ぐための金属板である鎧カバー９２が固定されている。また、ローラ支持部９４とカムフォロア支持部９５との間には補強板１０４が渡設されている。なお、グリップアーム９０には、第１実施形態のグリップアーム５０のカムフォロア６８に相当するカムフォロアは設けられていない。
【００６０】
支点台１０５は、図９に示すように、断面コの字型に構成されている。この支点台１０５は、マガジンベース８１の裏面に固定される固定板１０６、該固定板１０６の互いに対向する左右両端部から、固定板１０６の内面に対して直角に各々延設された右側支持板１０７、左側支持板１０８を主体に構成されている。そして、右側支持板１０７と左側支持板１０８との間には枢支軸９７が渡設され、該枢支軸９７を中心にアーム本体９１が軸支されている。これにより、グリップアーム９０が揺動可能となっている。また、固定板１０６の上端部の中央には、上方に延びる短冊状の支持板１０９が設けられている。さらに、その支持板１０９の主軸ヘッド２４に対向する内側面には、コの字型のベース側保持バネ１１５が固定されている。
【００６１】
このベース側保持バネ１１５は、ヘッド側保持バネ１２０と同じコの字型の板バネである。ベース側保持バネ１１５は、長方形の板状の固定部１１６、該固定部１１６の互いに対向する左右両端部からやや内側に向けた状態で斜めに各々延設された長方形の板状の右側押圧部１１７、左側押圧部１１８から構成されている。さらに、これら右側押圧部１１７及び左側押圧部１１８の各前端部はやや外側にそれぞれ折り曲げられている。このことから、グリップアーム９０の後端側の摺動ローラ９８が押し込められやすくなっている。そして、このような構成からなるベース側保持バネ１１５の内側に、グリップアーム９０の摺動ローラ９８が押し込まれると、ベース側保持バネ１１５の右側押圧部１１７及び左側押圧部１１８によって、摺動ローラ９８がベース側保持バネ１１５の内側に付勢される。これにより、グリップアーム９０の後端側がマガジンベース８１側で保持された状態で、グリップアーム９０の姿勢を保持することができる。
【００６２】
カムフォロア９６は、図８，図９に示す主軸ヘッド２４の前面に固定された可動カム２８のカム面２８ａに摺動する。一方、カムフォロア１０２は、図８，図９に示す主軸ヘッド２４の前面の可動カム２８の右側に固定された固定カム３３のカム面３３ａに摺動する。なお、カムフォロア１０２は、カムフォロア９６によるアーム本体９１の揺動を補助するためのローラである。つまり、カムフォロア１０２が固定カム３３のカム面３３ａを摺動することによって、揺動するアーム本体９１の姿勢を安定して保持することができる。なお、固定カム３３のカム面３３ａは、可動カム２８のカム面２８ａに対して上下逆向きに傾斜している。これにより、アーム本体９１を安定して揺動させることができる。
【００６３】
ローラ支持部９４はくの字状に折れ曲がり、その後端側は、アーム本体９１の先端側の長手方向と平行に延設されている。そして、そのローラ支持部９４の後端部には、該後端側の長手方向に延びる軸心を有する摺動ローラ９８が軸支されている。これにより、摺動ローラ９８をヘッド側保持バネ１２０及びベース側保持バネ１１５の内側に押し込めることができる。さらに、ヘッド側保持バネ１２０の右側押圧部１２２及び左側押圧部１２３と、ベース側保持バネ１１５の右側押圧部１１７及び左側押圧部１１８とに対して、摺動ローラ９８の転動面をそれぞれ接触させることができるので、ヘッド側保持バネ１２０及びベース側保持バネ１１５に対して無理な負荷がかかることを防止することができる。
【００６４】
次に、上記構成からなるグリップアーム９０の揺動動作について説明する。まず、マガジンベース８１の最下端に回転割り出しされたグリップアーム９０のカムフォロア９６が、可動カム２８のカム面２８ａに当接する。さらに、カムフォロア１０２が、固定カム３３のカム面３３ａに当接する。そして、図１０に示すように、主軸ヘッド２４が上昇した場合、カムフォロア９６が可動カム２８のカム面２８ａによって主軸ヘッド２４から離れる方向に付勢される。さらに、カムフォロア１０２が、固定カム３３のカム面３３ａによって主軸ヘッド２４に近づく方向に付勢される。すると、グリップアーム９０が、右側面から見た時の反時計回りに揺動するため、アーム本体９１の先端側の把持溝９３が主軸ヘッド２４の下部に沿ってガイドされる。
【００６５】
一方、グリップアーム９０の後端側の摺動ローラ９８は、ベース側保持バネ１１５の内側に押し込まれる。すると、摺動ローラ９８の転動面には、右側押圧部１１７及び左側押圧部１１８が当接するとともに、摺動ローラ９８をベース側保持バネ１１５の内側に付勢する。これにより、摺動ローラ９８がベース側保持バネ１１５の内側に保持される。こうして、割出位置にあるグリップアーム９０の把持溝９３を、主軸３０側に移動させた状態で、グリップアーム９０の姿勢を安定保持させることができる。
【００６６】
次に、主軸ヘッド２４が下降した場合、図１１に示すように、グリップアーム９０のカムフォロア１０２が、固定カム３３のカム面３３ａを摺動することによって、主軸ヘッド２４の前面から離間する方向に移動する。また、カムフォロア９６は、可動カム２８のカム面２８ａを摺動することによって、主軸ヘッド２４の前面に向かって移動する。すると、グリップアーム９０が、右側面から見た時の時計回りに揺動し始める。さらに、グリップアーム９０の後端側の摺動ローラ９８が、ベース側保持バネ１１５の内側から離脱し、主軸ヘッド２４の前面に向かって移動する。これによって、グリップアーム９０の先端側は、主軸ヘッド２４の下部から離間する方向に移動する。
【００６７】
さらに、摺動ローラ９８が主軸ヘッド２４に向かって移動すると、摺動ローラ９８はヘッド側保持バネ１２０の内側に押し込められる。すると、摺動ローラ９８の転動面には、右側押圧部１２２及び左側押圧部１２３が当接するので、摺動ローラ９８がヘッド側保持バネ１２０の内側に付勢される。これにより、摺動ローラ９８がヘッド側保持バネ１２０の内側に保持される。こうして、マガジンベース８１の最下端の割出位置にあるグリップアーム９０の把持溝９３を、主軸３０から離れる退避位置に移動させた状態で、グリップアーム９０の姿勢を安定保持させることができる。
【００６８】
そして、グリップアーム９０は、摺動ローラ９８がヘッド側保持バネ１２０に保持されることによって、その姿勢が保持されている。よって、グリップアーム９０の先端側と、主軸ヘッド２４の前面との間に所定の隙間が保たれた状態で、主軸ヘッド２４が下降し、ワーク下降が実行される。これにより、グリップアーム９０の先端側と、主軸ヘッド２４の前面との間に切粉が入り込むことを防止できるので、グリップアーム９０の滑らかな揺動動作を維持することができる。
【００６９】
以上説明したように、第２実施形態の工具交換装置１００では、コの字型のヘッド側保持バネ１２０が、自身の開口する内側をグリップアーム９０の後端側に向けた状態で、マガジン支持台７８の下部に固定されている。このヘッド側保持バネ１２０は、固定部１２１、右側押圧部１２２及び左側押圧部１２３から構成されている。このような構成からなるヘッド側保持バネ１２０の内側に、グリップアーム９０の摺動ローラ９８が押し込まれると、摺動ローラ９８は、右側押圧部１２２及び左側押圧部１２３によって、ヘッド側保持バネ１２０の内側に付勢される。これにより、グリップアーム９０の後端側を主軸ヘッド２４側で保持した状態で、グリップアーム９０の姿勢を保持できる。そして、工作機械１において、ワーク加工のために主軸ヘッド２４が下降した場合、グリップアーム９０の後端側を主軸ヘッド２４側で保持できることから、グリップアーム９０の先端側と、主軸ヘッド２４の前面との間に所定の隙間を保った状態でワーク加工を実行できる。これにより、主軸３０の加工領域から飛散する切粉の影響を受けることなく、グリップアーム９０の滑らかな揺動を維持することができる。
【００７０】
次に、第３実施形態の工具交換装置について、図１２乃至図１４を参照して説明する。図１２は、グリップ支持カラー１５０、グリップアーム１６０、可動カム２８及び固定カム３３の相互の位置関係を示す斜視図であり、図１３は、グリップアーム１６０の揺動を示す説明図（鋼球１６８がベース側ノッチ溝１５２に落着した状態）であり、図１４は、グリップアーム１６０の揺動を示す説明図（鋼球１６８がベース側ノッチ溝１５２に落着した状態）である。
【００７１】
第３実施形態の工具交換装置は、図１５に示す従来の工具交換装置２００のグリップ支持カラー２１０を変形したグリップ支持カラー１５０を有し、そのグリップ支持カラー１５０の主軸ヘッド２４側に、ヘッド側ノッチ溝１５３を設けた点に特徴がある。なお、第３実施形態の工具交換装置は、第１実施形態と同じ工作機械１に設けられるものであるため、従来構造と異なるグリップ支持カラー１５０を中心に説明する。
【００７２】
グリップ支持カラー１５０について説明する。図１２に示す円筒状のグリップ支持カラー１５０は、図１５に示すマガジンベース２０２のボス部２０２ａに外挿されている。このグリップ支持カラー１５０の外周面には、断面円弧状に形成されたガイド面１５１が形成されている。そして、そのガイド面１５１のマガジンベース側（図１２の左側）にはベース側ノッチ溝１５２が周設され、主軸ヘッド側には（図１２の右側）にはヘッド側ノッチ溝１５３が周設されている。ベース側ノッチ溝１５２，ヘッド側ノッチ溝１５３は、グリップアーム１６０の後端側から突出する鋼球１６８を落着させることによって、グリップアーム１６０の姿勢を保持するためのものである。
【００７３】
グリップアーム１６０について説明する。グリップアーム１６０は、図１５に示すグリップアーム２５０と同じ構造である。図１２に示すように、グリップアーム１６０は、マガジンベースの裏面の外周側に固定される支点台１６２を揺動動作の支点とする。グリップアーム１６０は、その支点台１６２に設けられた枢支軸１６７を介して軸支され、山成りに折れ曲がった棒状のアーム本体１６１と、該アーム本体１６１の自由端となる先端側に設けられ、図１に示す工具ホルダ７を把持するＹ字形状の把持部１６３と、アーム本体１６１の反自由端に設けられ、圧縮コイルばね（図示外）を収納して鋼球１６８を弾力的に支持する筒状の当接部１６４と、アーム本体１６１の枢支軸１６７に軸支される部分から主軸ヘッド側に突出して設けられ、カムフォロア１６６を回転自在に支持するカムフォロア支持部１６５とを主体に構成されている。
【００７４】
さらに、把持部１６３は、非開閉式の２股部１６９と、該２股部１６９の内端部に設けられ、圧縮コイルバネ（図示外）によって弾力的に後退可能に収納される一対の支持ピン１７６（図１２では、片方の支持ピン１７６のみ図示）とで構成されている。さらに、２股部１６９の両側に分かれる各端部の外側には、支持ピン１７６の中心を回転中心とするカムフォロア１７５が各々設けられている。
【００７５】
次に、グリップアーム１６０の揺動動作について説明する。図１３に示すように、マガジンベースの最下端に回転割り出しされ、主軸３０に最も近接する位置に移動されたグリップアーム１６０のカムフォロア１７５が、固定カム２９のカム面２９ａに当接する。さらに、カムフォロア１６６が可動カム２８のカム面２８ａに当接する。そして、これらカムフォロア１７５及びカムフォロア１６６がカム面２９ａ，２８ａに沿って摺動すると、アーム本体１６１が枢支軸１６７を中心に揺動する。また、グリップアーム１６０の当接部１６４から突出する鋼球１６８の一部は、グリップ支持カラー１５０のガイド面１５１に当接して摺動する。これにより、グリップアーム１６０の揺動動作を安定して行うことができる。
【００７６】
そして、図１３に示すように、主軸ヘッド２４が上昇すると、カムフォロア１７５，１６６が摺動するカム面２９ａ，２８ａによって、グリップアーム１６０が右側面から見た時の反時計回りに揺動し、グリップアーム１６０の把持部１６３が主軸側に移動し、当接部１６４がマガジンベース側に移動する。この場合、当接部１６４から突出する鋼球１６８はベース側ノッチ溝１５２に落着する。これにより、グリップアーム１６０は揺動することなくその姿勢が保持される。
【００７７】
次いで、図１４に示すように、主軸ヘッド２４が下降すると、グリップアーム１６０が右側面から見た時の時計回りに揺動するため、当接部１６４の鋼球１６８は、グリップ支持カラー１５０のベース側ノッチ溝１５２から離脱して、円弧状のガイド面１５１に沿って移動する。そして、グリップアーム１６０の把持部１６３がマガジンベース側に移動し、当接部１６４が主軸ヘッド２４側に移動すると、当接部１６４から突出する鋼球１６８はヘッド側ノッチ溝１５３に落着する。これにより、グリップアーム１６０は揺動することなくその姿勢が保持される。そして、グリップアーム１６０は、当接部１６４がヘッド側ノッチ溝１５３に落着していることによって、その姿勢が保持されている。これにより、カムフォロア１７５と、主軸ヘッド２４の前面との間に所定の隙間を保った状態でワーク加工を実行できる。そして、カムフォロア１７５と主軸ヘッド２４の前面との間に切粉が付着して、カムフォロア１７５の転動面が損傷することがないので、グリップアーム１６０の滑らかな揺動を維持できる。
【００７８】
なお、本発明の工具交換装置は、上記実施形態に限らず、各種の変形が可能なことはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の工具交換装置は、マガジンベースに対して揺動可能に支持されたグリップアームを備えた工具交換装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】工作機械１及び工具交換装置２の要部を示す縦断面図である。
【図２】Ｌ字保持部材７０の斜視図である。
【図３】グリップアーム５０、Ｌ字保持部材７０、可動カム２８及び固定カム２９の相互の位置関係を示す斜視図である。
【図４】グリップアーム５０の揺動を示す説明図（摺動ローラ５８が保持バネ６４に保持された状態）である。
【図５】グリップアーム５０の揺動を示す説明図（摺動ローラ５８が第１ガイド面７６に当接した状態）である。
【図６】グリップアーム５０の揺動を示す説明図（摺動ローラ５８が第２ガイド面７７に押し込まれた状態）である。
【図７】グリップアーム５０の揺動を示す説明図（カムフォロア６８が固定カム２９から離れた状態）である。
【図８】工作機械１及び工具交換装置１００の要部を示す縦断面図である。
【図９】グリップアーム９０、ヘッド側保持バネ１２０、ベース側保持バネ１１５、可動カム２８及び固定カム３３の相互の位置関係を示す斜視図である。
【図１０】グリップアーム９０の揺動を示す説明図（摺動ローラ９８がベース側保持バネ１１５に保持された状態）である。
【図１１】グリップアーム９０の揺動を示す説明図（摺動ローラ９８がヘッド側保持バネ１２０に保持された状態）である。
【図１２】グリップ支持カラー１５０、グリップアーム１６０、可動カム２８及び固定カム３３の相互の位置関係を示す斜視図である。
【図１３】グリップアーム１６０の揺動を示す説明図（鋼球１６８がベース側ノッチ溝１５２に落着した状態）である。
【図１４】グリップアーム１６０の揺動を示す説明図（鋼球１６８がヘッド側ノッチ溝１５３に落着した状態）である。
【図１５】従来の工具交換装置２００におけるグリップアーム２５０の支持構造を示した断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１    工作機械
２    工具交換装置
５    工具
１０    コラム
１８    フレーム
２４    主軸ヘッド
３０    主軸
３７    マガジン支持台
４１    マガジンベース
５０    グリップアーム
５３    把持部
５６    カムフォロア
５７    枢支軸
５８    摺動ローラ
６０    支点台
６８    カムフォロア
７０    L字保持部材
７１    ベース部
７２    突出部
７３    軸支部
７８    マガジン支持台
７８ａ  突出部
７９    バネ
８１    マガジンベース
９０    グリップアーム
９３    把持溝
９４    ローラ支持部
９６    カムフォロア
９８    摺動ローラ
１００    工具交換装置
１０５    支点台
１１５    ベース側保持バネ
１１６    固定部
１１７    右側押圧部
１１８    左側押圧部
１２０    ヘッド側保持バネ
１２１    固定部
１２２    右側押圧部
１２３    左側押圧部
１３７    マガジン支持台
１５０    グリップ支持カラー
１５３    ノッチ溝
１６０    グリップアーム
１６２    支点台
１６３    把持部
１６４    当接部
【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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