(57)【要約】【課題】切り屑に起因したグリップアームの折損や動作の不具合の発生を防止すると共に、グリップアーム後端側における形状の自由度を向上させることができる工具交換装置を提供する。【解決手段】鋼球８５と、この鋼球８５を出退可能に支持する筒部８１と、鋼球８５を付勢する圧縮コイルバネ８３とがグリップアーム６０の内部に設けられており、グリップアーム６０によって覆われた支持軸６７の表面には、付勢された鋼球８５が係合する第一凹部９１及び第二凹部９２が形成されている。すなわち、姿勢保持機構８０がグリップアーム６０によって覆われている。そして、鋼球８５が第一凹部９１及び第二凹部９２に係合すると、両者の間に摩擦力が生じて、グリップアーム６０の姿勢が保持される。【選択図】図３
2008229768.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を軸支すると共に、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であって、
前記グリップアームに設けられ、前記支点台と係合する係合部と、
前記支点台に設けられ、前記係合部と係合することによって、前記把持部が前記退避位置に揺動した状態で前記グリップアームの第一姿勢を保持する第一被係合部と、
前記支点台に設けられ、前記係合部と係合することによって、前記把持部が前記近接位置に揺動した状態で前記グリップアームの第二姿勢を保持する第二被係合部と
を備え、
前記係合部、前記第一被係合部、及び前記第二被係合部が、前記グリップアーム又は前記支点台によって覆われていることを特徴とする工具交換装置。
【請求項２】
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を軸支すると共に、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であって、
前記支点台に設けられ、前記グリップアームと係合する係合部と、
前記グリップアームに設けられ、前記係合部と係合することによって、前記把持部が前記退避位置に揺動した状態で前記グリップアームの第一姿勢を保持する第一被係合部と、
前記グリップアームに設けられ、前記係合部と係合することによって、前記把持部が前記近接位置に揺動した状態で前記グリップアームの第二姿勢を保持する第二被係合部と
を備え、
前記係合部、前記第一被係合部、及び前記第二被係合部が、前記グリップアーム又は前記支点台によって覆われていることを特徴とする工具交換装置。
【請求項３】
前記係合部は、
前記第一被係合部及び第二被係合部に当接する当接部と、
前記当接部を前記第一被係合部及び前記第二被係合部に向けて出退可能に支持する支持手段と、
前記支持手段に設けられ、前記当接部を前記第一被係合部及び前記第二被係合部に向けて付勢する付勢手段とにより構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の工具交換装置。
【請求項４】
前記係合部は、
前記第一被係合部及び第二被係合部に当接する当接部と、
前記当接部を前記第一被係合部及び前記第二被係合部に向けて出退可能に支持する支持手段と、
前記支持手段に設けられ、前記当接部を前記第一被係合部及び前記第二被係合部に向けて付勢する付勢手段とにより構成されており、
前記支点台には、前記グリップアームを軸支するための支持軸が設けられ、
前記第一被係合部及び前記第二被係合部が前記支持軸の外周面に設けられ、
前記係合部が、前記支持軸の軸心に向く方向を前記付勢手段の付勢方向として前記グリップアームの後端側の内部に配置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５】
前記支点台には、前記グリップアームを軸支するための支持軸が設けられ、
前記付勢手段は、前記支持軸の軸線方向を自身の付勢方向として配設されていることを特徴とする請求項３に記載の工具交換装置。
【請求項６】
前記当接部は球体であり、
前記第一被係合部及び前記第二被係合部は、球面をなす凹状に形成されていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか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、工作機械の主軸と、工具を保持するマガジン本体との間でグリップアームにより工具を交換する工具交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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あらかじ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。そして、この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】
例えば、図８に示す従来の工具交換装置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、当該マガジンベース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、工具を把持するグリップアーム２５０が、支持軸２５２を介してこれらの各支点台２５１に対して揺動自在に支持されている。さらに、グリップアーム２５０における支持軸２５２の近傍には、ローラ状のカムフォロア２５３が主軸ヘッド（図示外）に向けて回転自在に支持されており、このカムフォロア２５３が、主軸ヘッドの前面に設けられたカム体（図示外）の傾斜面に対して当接可能となっている。また、グリップアーム２５０の先端側（自由端）には、工具ホルダを把持するための把持部２５５が設けられている。このような構造の工具交換装置２００によると、主軸ヘッドが昇降移動することで、グリップアーム２５０のカムフォロア２５３が、主軸ヘッドにおけるカム体の傾斜面を摺動する。これにより、グリップアーム２５０の把持部２５５を、主軸に近接する近接位置と、主軸から離間する退避位置との間で往復移動させることができる。
【０００４】
また、グリップアームの後端側（反自由端）には行止り孔２５６が穿設されており、この行止り孔２５６には圧縮コイルバネ２５７及び鋼球２５８が収納されている。そして、鋼球２５８は圧縮コイルバネ２５７によって、支持軸２５２から遠ざかる方向へ向けて付勢されると共に、その一部が行止り孔２５６の開孔から突出するように配設されている。また、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、グリップアーム２５０が往復移動すると、行止り孔２５６に配設された鋼球２５８は、グリップ支持カラー２１０の案内面２１１上を摺動する。さらに、案内面２１１のマガジンベース２０２側にはノッチ溝２１２が形成されており、把持部２５５が主軸に近づくようにグリップアーム２５０を揺動させると、鋼球２５８が案内面２１１上を摺動してノッチ溝２１２に係合するため、グリップアーム２５０の姿勢を保持することができる。
【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】
【０００５】
しかしながら、このような従来の工具交換装置では、ワークの加工時に生じる切り屑がグリップ支持カラー近傍に侵入して案内面や鋼球に付着するため、鋼球の摺動の不具合やグリップアームの折損等を引き起こすという問題点があった。また、グリップアームの後端側にグリップ支持カラーや鋼球等を配置する必要があったため、グリップアーム後端側における形状の自由度が制限されるという問題点もあった。
【０００６】
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、切り屑に起因したグリップアームの折損や動作の不具合の発生を防止すると共に、グリップアーム後端側における形状の自由度を向上させることが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】
【０００７】
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を軸支すると共に、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であって、前記グリップアームに設けられ、前記支点台と係合する係合部と、前記支点台に設けられ、前記係合部と係合することによって、前記把持部が前記退避位置に揺動した状態で前記グリップアームの第一姿勢を保持する第一被係合部と、前記支点台に設けられ、前記係合部と係合することによって、前記把持部が前記近接位置に揺動した状態で前記グリップアームの第二姿勢を保持する第二被係合部とを備え、前記係合部、前記第一被係合部、及び前記第二被係合部が、前記グリップアーム又は前記支点台によって覆われていることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２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を軸支すると共に、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であって、前記支点台に設けられ、前記グリップアームと係合する係合部と、前記グリップアームに設けられ、前記係合部と係合することによって、前記把持部が前記退避位置に揺動した状態で前記グリップアームの第一姿勢を保持する第一被係合部と、前記グリップアームに設けられ、前記係合部と係合することによって、前記把持部が前記近接位置に揺動した状態で前記グリップアームの第二姿勢を保持する第二被係合部とを備え、前記係合部、前記第一被係合部、及び前記第二被係合部が、前記グリップアーム又は前記支点台によって覆われていることを特徴とする。
【０００９】
また、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、前記係合部は、前記第一被係合部及び第二被係合部に当接する当接部と、前記当接部を前記第一被係合部及び前記第二被係合部に向けて出退可能に支持する支持手段と、前記支持手段に設けられ、前記当接部を前記第一被係合部及び前記第二被係合部に向けて付勢する付勢手段とにより構成されている。
【００１０】
また、請求項４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、前記係合部は、前記第一被係合部及び第二被係合部に当接する当接部と、前記当接部を前記第一被係合部及び前記第二被係合部に向けて出退可能に支持する支持手段と、前記支持手段に設けられ、前記当接部を前記第一被係合部及び前記第二被係合部に向けて付勢する付勢手段とにより構成されており、前記支点台には、前記グリップアームを軸支するための支持軸が設けられ、前記第一被係合部及び前記第二被係合部が前記支持軸の外周面に設けられ、前記係合部が、前記支持軸の軸心に向く方向を前記付勢手段の付勢方向として前記グリップアームの後端側の内部に配置されている。
【００１１】
また、請求項５に係る発明の工具交換装置は、請求項３に記載の発明の構成に加え、前記支点台には、前記グリップアームを軸支するための支持軸が設けられ、前記付勢手段は、前記支持軸の軸線方向を自身の付勢方向として配設されている。
【００１２】
また、請求項６に係る発明の工具交換装置は、請求項３乃至５のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記当接部は球体であり、前記第一被係合部及び前記第二被係合部は、球面をなす凹状に形成されている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明の工具交換装置では、係合部、第一被係合部、及び第二被係合部がグリップアーム又は支点台によって覆われているため、ワークの加工時に生じる切り屑が係合位置まで侵入することがない。従って、グリップアームの折損を防止すると共に、グリップアームの動作を円滑に行うことができる。また、係合部、第一被係合部、及び第二被係合部をグリップアーム及び支点台の外部に設ける場合に比べて、工具交換装置の形状の自由度を向上させることができる。
【００１４】
また、請求項２に係る発明の工具交換装置では、係合部、第一被係合部、及び第二被係合部がグリップアーム又は支点台によって覆われているため、ワークの加工時に生じる切り屑が係合位置まで侵入することがない。従って、グリップアームの折損を防止すると共に、グリップアームの動作を円滑に行うことができる。また、係合部、第一被係合部、及び第二被係合部をグリップアーム及び支点台の外部に設ける場合に比べて、工具交換装置の形状の自由度を向上させることができる。
【００１５】
また、請求項３に係る発明の工具交換装置では、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、当接部が支持手段によって出退可能に支持されると共に、この当接部が付勢手段によって第一被係合部及び第二被係合部へ付勢されるため、係合部と第一、第二被係合部との間に摩擦力を生じさせて、グリップアームの姿勢を保持することができる。
【００１６】
また、請求項４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、当接部が支持手段によって出退可能に支持されると共に、この当接部が付勢手段によって第一被係合部及び第二被係合部へ付勢されるため、係合部と第一、第二被係合部との間に摩擦力を生じさせて、グリップアームの姿勢を保持することができる。そして、第一、第二被係合部が支点台に設けられた支持軸の外周面に形成されると共に、係合部が、支持軸の軸心に向く方向を付勢手段の付勢方向としてグリップアームの後端側の内部に配置されるため、揺動動作に合わせてグリップアームの姿勢を保持することができる。
【００１７】
また、請求項５に係る発明の工具交換装置では、請求項３に記載の発明の効果に加え、付勢手段が、支点台に設けられた支持軸の軸線方向を自身の付勢方向として配設されるため、揺動動作に合わせてグリップアームの姿勢を保持することができる。
【００１８】
また、請求項６に係る発明の工具交換装置では、請求項３乃至５のいずれかに記載の発明の効果に加え、当接部及び第一、第二被係合部の角が立っている場合に比べて、部材の磨耗変形を生じ難くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の第一の実施形態である工具交換装置２について、図１乃至図４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、グリップアーム６０、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。また、図３は、把持部６３が主軸３０から離間した状態のグリップアーム６０及び可動カム２８を右側面から見た断面図であり、図４は、姿勢保持機構８０の要部を示す分解斜視図である。尚、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。
【００２０】
第一の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６０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６０の姿勢を保持するための姿勢保持機構８０がグリップアーム６０自身の内部に設けられており、姿勢保持機構８０に切り屑が侵入しない点が特徴である。
【００２１】
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ると共に、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と他の工具を保持する工具ホルダとを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。
【００２２】
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、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、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断面略Ｌ字型のマガジンカバー１９が固定されている。
【００２３】
そして、主軸ヘッド２４の上部には、主軸３０を回転させるためのサーボモータ２２が固定されている。また、ベース上にはテーブル（図示外）が設置されている。そして、そのテーブル上に固定されたワーク（被加工物）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。
【００２４】
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。
【００２５】
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の内部に設けられたホルダ狭持部材３２によって狭持される。そして、このホルダ狭持部材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、ホルダ狭持部材３２によるプルスタッド７ｂの狭持が解除されるようになっている。
【００２６】
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の下方への押圧は常時解除されている。
【００２７】
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を介してホルダ狭持部材３２が下方に付勢される。よって、ホルダ狭持部材３２によるプルスタッド７ｂの狭持が解除される。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。
【００２８】
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、鍔付き円筒状のマガジンベース４１と、該マガジンベース４１の鍔部４２の裏面の外周に沿って揺動可能に列設された複数のグリップアーム６０（図１では、上下２本のグリップアーム６０のみを図示）とを主体に構成されている。そして、フレーム１８に固定されたマガジン支持台３７には、工作機械１の前側に向かって斜め下方に延びる支軸４５が回転可能に支持され、その支軸４５に対してマガジンベース４１が外挿されている。これにより、マガジンベース４１は、工作機械１の前方に、円形状の鍔部４２の正面を向けて配置され、回転可能に支持された状態となっている。
【００２９】
次に、マガジンベース４１について説明する。図１に示すように、マガジンベース４１は、支軸４５が内挿される筒状のボス部４３と、該ボス部４３の外周面の前端側に鍔状に設けられた鍔部４２とを主体に構成されている。そして、ボス部４３の後端部には、支軸４５を中心とする割出円板４７が外挿して固定されている。さらに、割出円板４７の背面側（主軸ヘッド２４に対向する面）には、ローラ形状のカムフォロア（図示外）が複数のグリップアーム６０の配設位置に対応して各々設けられている。
【００３０】
また、マガジン支持台３７の上部にはケーシング５１が固定され、このケーシング５１の上部には、マガジンベース４１の回転割出用のサーボモータ５０が固定されている。そして、ケーシング５１の内側では、サーボモータ５０の回転軸に対して、複数のギヤ（図示外）とカム（図示外）とからなる回転割出機構の一部が連結されている。さらに、この回転割出機構のカムに形成されたカム溝（図示外）に対して、割出円板４７の複数のカムフォロアが順次嵌合している。これにより、割出円板４７は間欠的な割出回転を行うことができ、複数のグリップアーム６０の中の１つを割り出して、マガジンベース４１の最下端に位置させることを可能にしている。尚、図示しないが、サーボモータ５０にはエンコーダが固定され、該エンコーダは工作機械１の制御装置（図示外）に接続されている。よって、工作機械１では、エンコーダの出力信号に基づいて、サーボモータ５０のフィードバック制御を行うことができる。
【００３１】
次に、グリップアーム６０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６０は、マガジンベース４１の鍔部４２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２に示すように、グリップアーム６０は、マガジンベース４１の鍔部４２の裏面の外周側に固定される支点台６２を揺動動作の支点とする。グリップアーム６０は、その支点台６２に設けられた支持軸６７を介して軸支され、山なりに折れ曲がった棒状のアーム本体６１と、該アーム本体６１の自由端となる先端側に設けられ、工具ホルダ７を狭持するＹ字型状の把持部６３と、アーム本体６１の後端側における支持軸６７に軸支される部分から主軸ヘッド２４側に突出して設けられ、カムフォロア６６を回転自在に支持するカムフォロア支持部６５とを主体に構成されている。そして、このグリップアーム６０の内部には、把持部６３が主軸３０から離間した状態のグリップアーム６０の第一姿勢、及び、把持部６３が主軸３０に近接した状態のグリップアーム６０の第二姿勢を保持するための姿勢保持機構８０（図３参照）が設けられており、この点に本発明の特徴を有する。
【００３２】
支点台６２は、マガジンベース４１に固定される略板状の固定部６２ａと、該固定部６２ａの下部から斜めに延設され、支持軸６７を支持する軸支部６２ｂとから構成されている。固定部６２ａには、固定部６２ａの厚み方向に貫通する固定孔が設けられ、マガジンベース４１の鍔部４２の外周に列設された固定孔に対応している。よって、固定部６２ａの固定孔を、鍔部４２の外周に列設された固定孔に合わせてボルトで固定することによって、支点台６２がマガジンベース４１に固定される。これにより、グリップアーム６０全体をマガジンベース４１に固定することができる。
【００３３】
把持部６３は、図１に示す工具ホルダ７の外径部に周設された溝部（図示外）を狭持するための非開閉式の二股部６９と、該二股部６９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７６とで構成されている。さらに、二股部６９の両側に分かれる各端部の外側には、支持ピン７６の中心を回転中心とするカムフォロア７５が各々設けられている。このカムフォロア７５は、主軸ヘッド２４の先端部（下端部）に設けられた固定カム２９のカム面２９ａに沿って摺動することによって、主軸３０に装着された工具ホルダ７の溝部へ把持部６３を正確にガイドするためのものである。そして、ガイドされた把持部６３の二股部６９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７６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とによって、工具ホルダ７が把持部６３に狭持される。
【００３４】
カムフォロア６６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、支軸２５によって主軸ヘッド２４の前面に軸支されている。さらに、可動カム２８と主軸ヘッド２４との間には、圧縮コイルバネ（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。よって、カムフォロア６６が可動カム２８のカム面２８ａを摺動すると、アーム本体６１が支持軸６７を中心に揺動する。これにより、二股部の６９の端部に設けられたカムフォロア７５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。
【００３５】
次に、姿勢保持機構８０について説明する。図３に示すように、この姿勢保持機構８０は、ワークの加工時に生じる切り屑が侵入しないグリップアーム６０の内部に設けられている。そして、図４に示すように、姿勢保持機構８０は、筒部８１と、圧縮コイルバネ８３と、鋼球８５と、第一凹部９１と、第二凹部９２とから構成されている。
【００３６】
筒部８１は有底の円筒状に形成されており、図３に示すように、自身の開口部が支持軸６７を望むように、グリップアーム６０における後端側の内部に配設されている。そして、筒部８１の内部には圧縮コイルバネ８３が収納されており、筒部８１の後端側には鋼球８５が配設されている。圧縮コイルバネ８３は、鋼球８５と筒部８１の底面８２との間に介装されており、鋼球８５を支持軸６７へ向けて付勢している。また、鋼球８５は、筒部８１の軸線方向に弾力的に出退可能となっている。
【００３７】
また、第一凹部９１及び第二凹部９２は、支点台６２に固定された円柱状の支持軸６７の外周面に設けられており、その表面は、鋼球８５の形状に対応した球面に形成されている。この第一凹部９１は、圧縮コイルバネ８３によって付勢された鋼球８５と係合することで、把持部６３が主軸３０から離間した状態のグリップアーム６０の第一姿勢を保持する。また、第二凹部９２は、鋼球８５と係合することで、把持部６３が主軸３０に近接した状態のグリップアーム６０の第二姿勢を保持する。
【００３８】
次に、上記構成からなるグリップアーム６０の揺動動作、及び姿勢の保持について、図２及び図３を参照して説明する。まず、図３に示すように、把持部６３が主軸３０から離間した状態では、鋼球８５が第一凹部９１に係合して両者の間に摩擦力が生じ、グリップアーム６０の第一姿勢が保持される。この状態で、複数のグリップアーム６０のうちの１つが回転割出しされて、主軸３０に最も近接する場所、すなわち、マガジンベース４１の最下端に位置する。そして、主軸ヘッド２４（図１参照）を上方へ移動させると、図２に示すように、回転割出しされたグリップアーム６０のカムフォロア７５が固定カム２９のカム面２９ａに当接し、カムフォロア６６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７５及びカムフォロア６６が各カム面２８ａ，２９ａに沿ってそれぞれ摺動すると、グリップアーム６０がその把持部６３を主軸３０に近づける方向に、支持軸６７を中心として揺動する。すると、図３に示すように、第一凹部９１に係合していた鋼球８５は、グリップアーム６０の先端側へ乗り上がるように第一凹部９１から離脱し、支点台６２に固定された支持軸６７の表面上を第二凹部９２へ向けて摺動する。そして、把持部６３が主軸３０に近接する位置（主軸３０に装着された工具ホルダ７を把持する位置）まで到達すると、圧縮コイルバネ８３によって付勢された鋼球８５が第二凹部９２に落着し、両者の間に摩擦力が生じてグリップアーム６０の第二姿勢が保持される。主軸ヘッド２４（図１参照）を下方へ移動させると、グリップアーム６０はその把持部６３を主軸３０から遠ざける方向へ揺動し、鋼球８５は第一凹部９１に係合する。このように、鋼球８５が第一凹部９１及び第二凹部９２に係合することで、グリップアームの第一姿勢及び第二姿勢が保持される。
【００３９】
以上説明したように、第一の実施形態の工具交換装置２では、鋼球８５、圧縮コイルバネ８３、及び筒部８１がグリップアーム６０の内部に設けられ、第一凹部９１及び第二凹部９２が支点台６２の支持軸６７に設けられている。すなわち、グリップアーム６０の姿勢を保持するための姿勢保持機構８０がグリップアーム６０によって覆われているため、ワークの加工時に生じる切り屑が姿勢保持機構８０に侵入することがない。従って、鋼球８５が支持軸６７上を摺動する際に引っかかりが生じることがなく、部材の表面が傷つくこともない。よって、グリップアーム６０の折損を防止すると共に、摺動動作を円滑に行うことができる。また、姿勢保持機構８０を構成する鋼球８５が球体であり、且つ第一凹部９１及び第二凹部９２が球面をなしているため、部材の角が立っている場合に比べて磨耗変形が生じる虞を低くすることができる。さらに、姿勢を保持するための機構をグリップアーム６０の外部に設ける場合に比べて、工具交換装置２の形状の自由度を向上させることができる。
【００４０】
尚、第一の実施形態における鋼球８５が本発明の「当接部」に相当し、筒部８１が「支持手段」に、圧縮コイルバネ８３が「付勢手段」に相当する。そして、鋼球８５、筒部８１、及び圧縮コイルバネ８３が本発明の「係合部」に相当する。また、第一凹部９１が「第一被係合部」に相当し、第二凹部９２が「第二被係合部」に相当する。
【００４１】
次に、本発明の第二の実施形態である工具交換装置について、図５を参照して説明する。図５は、第二の実施形態の工具交換装置に設けられる姿勢保持機構２８０の要部を示す分解斜視図である。第二の実施形態の工具交換装置では第一の実施形態の工具交換装置２とは異なり、グリップアーム６０の姿勢を保持するための姿勢保持機構２８０が、支点台６２に設けられた支持軸２６７の軸線方向を圧縮コイルバネ２８３の付勢方向として、支持軸２６７と一体に設けられている点に特徴を有する。そして、工具交換装置は、姿勢保持機構２８０の構造が第一の実施形態の工具交換装置２と異なるのみである。従って、ここでは支持軸２６７と一体に設けられた工具交換装置の構造についてのみ説明し、その他の部位の構造については第一の実施形態と同じであるため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４２】
まず、姿勢保持機構２８０の構造について説明する。図５に示すように、支持軸２６７と一体に設けられると共に、グリップアーム６０の後端側に覆われている姿勢保持機構２８０は、２つの鋼球２８５ａ，２８５ｂと、鋼球支持部２８１と、圧縮コイルバネ２８３と、回動部２９０に設けられた第一凹部２９１ａ，２９１ｂ、及び第二凹部２９２ａ，２９２ｂとを主な構成要素としている。
【００４３】
鋼球支持部２８１は略円柱状に形成され、その回動部２９０側の側面２８２には、鋼球２８５ａを支持する行止り孔２８７ａと、鋼球２８５ｂを支持する行止り孔２８７ｂとが穿設されている。そして、鋼球２８５ａ，２８５ｂは、その一部が側面２８２から突出するように、行止り孔２８７ａ，２８７ｂによって支持される。また、鋼球支持部２８１における支持軸２６７側の側面２８６の中心には行止り孔２８８が穿設されており、その内部に圧縮コイルバネ２８３が収納されている。この圧縮コイルバネ２８３は、支持軸２６７と、行止り孔２８８の底面との間に介装され、鋼球支持部２８１を回動部２９０側へ付勢している。また、鋼球支持部２８１における支持軸２６７側の端部には切欠部２８９が形成されており、支点台６２に固定されている支持軸２６７には、切欠部２８９に対応する形状である蒲鉾状の回転制限部２６８が突設されている。この回転制限部２６８が切欠部２８９に係合して鋼球支持部２８１の回転を制限するため、鋼球支持部２８１は支持軸２６７の軸線方向における弾力的な往復移動のみが可能となっている。
【００４４】
また、回動部２９０は略円柱状に形成されており、その円周面に、ねじ孔を有するグリップアーム固定部２９３が突設されている。そして、グリップアーム６０には、グリップアーム固定部２９３に対応する位置に固定孔（図示外）が穿設されている。この固定孔にグリップアーム固定部２９３を挿入してボルトで固定すると、グリップアーム６０と回動部２９０とが一体に固定されて、グリップアーム６０が支点台６２に対して揺動可能に支持されると共に、姿勢保持機構２８０がグリップアーム６０によって覆われることとなる。また、回動部２９０における鋼球支持部２８１側の側面２９４には、第一凹部２９１ａ，２９１ｂ及び第二凹部２９２ａ，２９２ｂが設けられており、各凹部の表面は、鋼球２８５ａ，２８５ｂの球面に対応する形状に形成されている。そして、第一凹部２９１ａに鋼球２８５ａが係合し、且つ第一凹部２９１ｂに鋼球２８５ｂが係合することで、把持部６３が主軸３０から離間した状態のグリップアーム６０の第一姿勢が保持される。また、第二凹部２９２ａに鋼球２８５ａが係合し、且つ第二凹部２９２ｂに鋼球２８５ｂが係合することで、把持部６３が主軸３０に近接した状態のグリップアーム６０の第二姿勢が保持される。
【００４５】
次に、上記構成からなるグリップアーム６０の揺動動作、及び姿勢の保持について説明する。まず、把持部６３が主軸３０から離間した状態では、鋼球２８５ａが第一凹部２９１ａに、鋼球２８５ｂが第一凹部２９１ｂに係合して摩擦力が生じ、グリップアーム６０の第一姿勢が保持される。この状態から、グリップアーム６０がその把持部６３を主軸３０に近づける方向に揺動すると、グリップアーム６０に固定された回動部２９０は、図５における右側から見て時計回りに回動する。すると、鋼球２８５ａ，２８５ｂは、鋼球支持部２８１を支持軸２６７側に押し込みながら、回動部２９０の側面２９４上を摺動する。そして、把持部６３が主軸３０に近接する位置まで到達すると、鋼球２８５ａが第二凹部２９２ａに、鋼球２８５ｂが第二凹部２９２ｂに落着し、摩擦力によってグリップアーム６０の第二姿勢が保持される。また、グリップアーム６０の姿勢が第二姿勢から第一姿勢へ変化する場合も同様に、鋼球２８５ａ，２８５ｂは回動部２９０の側面２９４を摺動し、第一凹部２９１ａ，２９１ｂに落着する。このように、姿勢保持機構２８０は、支持軸２６７と共にグリップアーム６０の揺動動作の中心軸としての働きを行いつつ、グリップアーム６０の第一姿勢及び第二姿勢を保持する。
【００４６】
以上説明したように、第二の実施形態の工具交換装置では、鋼球２８５ａ，２８５ｂ、鋼球支持部２８１、及び圧縮コイルバネ２８３が支点台６２に設けられ、第一凹部２９１ａ，２９１ｂ及び第二凹部２９２ａ，２９２ｂが、グリップアーム６０と一体に固定される回動部２９０に設けられている。すなわち、第一の実施形態の工具交換装置２と同様に、グリップアーム６０の姿勢を保持するための姿勢保持機構２８０がグリップアーム６０に覆われているため、切り屑が姿勢保持機構２８０に侵入することがない。従って、グリップアーム６０の折損を防止すると共に、摺動動作を円滑に行うことができる。また、姿勢を保持するための機構をグリップアーム６０の外部に設ける場合に比べて、工具交換装置の形状の自由度を向上させることができる。
【００４７】
尚、第二の実施形態における鋼球２８５ａ，２８５ｂが本発明の「当接部」に相当し、鋼球支持部２８１及び支持軸２６７が「支持手段」に、圧縮コイルバネ２８３が「付勢手段」に相当する。そして、鋼球２８５ａ，２８５ｂ、鋼球支持部２８１、支持軸２６７、及び圧縮コイルバネ２８３が本発明の「係合部」に相当する。また、第一凹部２９１ａ，２９１ｂが「第一被係合部」に相当し、第二凹部２９２ａ，２９２ｂが「第二被係合部」に相当する。
【００４８】
尚、本発明は上記各実施の形態に限られず、様々な形態で実施可能である。以下、図６及び図７を参照して、上記実施の形態の変形例について説明する。図６は、変形例１の工具交換装置における姿勢保持機構３８０の要部を示す分解斜視図であり、図７は、変形例２の工具交換装置における姿勢保持機構４８０の要部を示す分解斜視図である。尚、図６に示す変形例１では、鋼球を使用せずに姿勢保持機構を構成する点が第二の実施形態と異なるのみであり、図７に示す変形例２では、姿勢保持機構４８０の部品の数及び配設位置が第一の実施形態と異なるのみである。従って、その他の部位の構造については第一及び第二の実施形態と同一の符号を付して説明を省略又は簡略化する。
【００４９】
図６に示すように、上記実施形態の変形例１としての工具交換装置に設けられる姿勢保持機構３８０は、往復移動部３８１と、圧縮コイルバネ２８３と、回動部３９０に設けられた第一溝部３９１、及び第二溝部３９２とを主な構成要素としている。略円柱状に形成された往復移動部３８１には、自身の支持軸２６７側の側面３８６に、圧縮コイルバネ２８３を収納するための行止り孔３８８が穿設されると共に、支持軸２６７側の端部に切欠部３８９が形成されている。この切欠部３８９に支持軸２６７の回転制限部２６８が係合することで、往復移動部３８１の回転が制限されている。そして、変形例１では鋼球が使用されておらず、かわりに、往復移動部３８１における回動部３９０側の端部に爪部３８７が突設されている。この爪部３８７の位置に対応して、回動部３９０における往復移動部３８１側の側面３９４には第一溝部３９１及び第二溝部３９２が形成されている。このような構成のもと、グリップアーム６０（図２参照）と回動部３９０とがグリップアーム固定部３９３を介して一体に固定されるため、グリップアーム６０の揺動動作に合わせて回動部３９０が回動する。そして、爪部３８７が第一溝部３９１に係合することでグリップアーム６０の第一姿勢が保持され、爪部３８７が第二溝部３９２に係合することでグリップアーム６０の第二姿勢が保持される。
【００５０】
このように、姿勢保持機構の形状は適宜変更が可能であり、鋼球を使用せずにグリップアーム６０の姿勢を保持することも可能である。また、図６に示す変形例１では、爪部３８７は角が立った形状となっているが、半円状や半球状等、角が立っていない形状としてもよい。同様に、第一溝部３９１及び第二溝部３９２の形状は断面コの字型に形成されているが、表面を滑らかに形成してもよい。また、爪部３８７と、この爪部３８７に対応する第一溝部３９１及び第二溝部３９２とを複数設けてもよい。尚、変形例１の爪部３８７が本発明の「当接部」に相当し、往復移動部３８１及び支持軸２６７が「支持手段」に相当する。そして、爪部３８７、往復移動部３８１、支持軸２６７、及び圧縮コイルバネ２８３が本発明の「係合部」に相当する。また、第一溝部３９１が「第一被係合部」に相当し、第二溝部３９２が「第二被係合部」に相当する。
【００５１】
次に、変形例２としての工具交換装置に設けられる姿勢保持機構４８０は、図７に示すように、支持軸４６７を支持する軸支部６２ｂの内部に圧縮コイルバネ８３が配設されており、鋼球８５を支持軸４６７の軸心方向へ向けて付勢している。また、円柱状の支持軸４６７は、グリップアーム固定部４９３を介してグリップアーム６０と一体に固定されると共に、自身の円周面には、第一凹部４９１及び第二凹部４９２が形成されている。そして、グリップアーム６０の揺動動作に合わせて支持軸４６７が回動し、鋼球８５が第一凹部４９１に係合することでグリップアーム６０の第一姿勢が保持される。また、鋼球８５が第二凹部４９２に係合することでグリップアーム６０の第二姿勢が保持される。そして、変形例２の姿勢保持機構４８０では、鋼球８５、圧縮コイルバネ８３、第一凹部４９１、及び第二凹部４９２が、軸支部６２ｂの左方及び右方にそれぞれ設けられている。
【００５２】
このように、姿勢保持機構を構成する鋼球８５、圧縮コイルバネ８３、第一凹部４９１、及び第二凹部４９２等の数は１つに限られない。また、姿勢保持機構が配設される位置も適宜変更が可能であり、上記実施形態及び変形例で示した位置以外の位置に姿勢保持機構を配設することもできる。他の例として、図５に示す姿勢保持機構２８０を変形し、グリップアーム６０と一体となって回動する回動部２９０側に鋼球、鋼球を支持する部品、及び圧縮コイルバネを配設し、支持軸２６７側に第一凹部及び第二凹部を配設することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の工具交換装置は、マガジンベースに対して摺動可能に支持されたグリップアームを供えた工具交換装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【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】グリップアーム６０、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３】把持部６３が主軸３０から離間した状態のグリップアーム６０及び可動カム２８を右側面から見た断面図である。
【図４】姿勢保持機構８０の要部を示す分解斜視図である。
【図５】第二の実施形態の工具交換装置に設けられる姿勢保持機構２８０の要部を示す分解斜視図である。
【図６】変形例１の工具交換装置における姿勢保持機構３８０の要部を示す分解斜視図である。
【図７】変形例２の工具交換装置における姿勢保持機構４８０の要部を示す分解斜視図である。
【図８】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】
【００５５】
２    工具交換装置
５    工具
１０    コラム
２４    主軸ヘッド
３０    主軸
４１    マガジンベース
６０    グリップアーム
６２    支点台
６２ｂ    軸支部
６３    把持部
６７，２６７，４６７    支持軸
８０，２８０，３８０，４８０    姿勢保持機構
８１    筒部
８３，２８３    圧縮コイルバネ
８５，２８５ａ，２８５ｂ    鋼球
９１，２９１ａ，２９１ｂ，４９１    第一凹部
９２，２９２ａ，２９２ｂ，４９２    第二凹部
２８１    鋼球支持部
２８７ａ，２８７ｂ    行止り孔
２８８，３８８    行止り孔
２９０，３９０    回動部
３８１    往復移動部
３８７    爪部
３９１    第一溝部
３９２    第二溝部
【図１】
2008229768.tif 000003
【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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