(57)【要約】      （修正有）【課題】工具を把持する際に、工具の損傷や大きな衝撃音の発生が抑制され、工具交換アームの回転速度を速くしても、正常に工具を主軸に装着させ得る工具交換装置の提供。【解決手段】動力を発生可能な動力源４２と、ケーシング６０に設けられ、軸方向に変位可能とされた出力軸２と、動力源からの動力によって出力軸を駆動する駆動機構１０と、出力軸の軸方向に沿って、出力軸に対して移動可能に設けられた第１軸部３と、出力軸の一端部に設けられた工具交換アーム１と、工具交換アームに形成され、工具を保持可能な工具保持部４４と、進退可能に工具交換アームに設けられた第２軸部４０と、第２軸部の端部に取付けられ、工具保持部に工具を固定可能な固定部材４３と、第１、第２軸部を連結するリンク機構５０とを備え、第１軸部でリンク機構を駆動することで、第２軸部と共に固定部材４３を駆動して、固定部材によって工具保持部に工具を固定する。【選択図】図１
2008238298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力を発生可能な動力源と、
ケーシングに設けられ、軸方向に変位可能とされた出力軸と、
前記動力源からの動力によって前記出力軸を駆動する駆動機構と、
前記出力軸の軸方向に沿って、前記出力軸に対して移動可能に設けられた第１軸部と、
前記出力軸の一端部に設けられた工具交換アームと、
前記工具交換アームに形成され、工具を保持可能な工具保持部と、
進退可能に前記工具交換アームに設けられた第２軸部と、
前記第２軸部の端部に取付けられ、前記工具保持部に前記工具を固定可能な固定部材と、
前記第１、第２軸部を連結するリンク機構と、
を備え、
前記第１軸部で前記リンク機構を駆動することで、前記第２軸部と共に前記固定部材を駆動して、前記固定部材によって前記工具保持部に前記工具を固定するようにした、工具交換装置。
【請求項２】
一端部が前記第２軸部に回転可能に設けられ、他端部が前記第１軸部に回転可能に接続されたリンク部材を有する、請求項１に記載の工具交換装置。
【請求項３】
前記第１軸部に形成された第１係止部と、
前記出力軸に形成され、前記第１係止部を係止して、前記出力軸と前記第１軸部とを一体的に前記出力軸の軸方向に変位可能とする第２係止部とを、
さらに備えた、請求項１または請求項２に記載の工具交換装置。
【請求項４】
前記出力軸と前記第１軸部とに対し、互いに離間する方向に弾性力を付与する弾性部材をさらに備える、請求項１から請求項３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、マシニングセンタ等の工作機械の工具を自動で交換する工具交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、マシニングセンタの主軸に装着された工具は、たとえば、特許第３２０１８０４号公報に記載された工具交換装置によって、新たな工具と交換される。そして、主軸に装着された工具を交換する際には、まず、退避していた工具交換アームが主軸に設けられた工具およびツールマガジンに配置された新たな工具を迎えにいく。
【０００３】
そして、主軸に設けられた工具は、アンクランプ装置によって、アンクランプ状態とされ、このアンクランプ状態とされた工具は、工具を把持する把持部を備えた工具交換アームによって把持される。
【０００４】
その後、工具交換アームが軸方向に変位することにより、工具が主軸から引き抜かれる。この際、工具交換アームは、ツールマガジンに配置された新たな工具も把持してツールマガジンから取り出す。そして、工具交換アームが回転し、その後、上方に変位して、新たな工具を主軸に装着する。このように、主軸に装着された工具と新たな工具とを交換する工具交換アームは、工具交換アームの先端に形成され、円弧状に形成された固定グリップと、弾性部材によって付勢され進退可能な可動グリップとを備えている。
【０００５】
可動グリップは、工具を把持する際、弾性部材の付勢力によって前進した状態とされている。工具は、弾性部材の付勢力に抗して、可動グリップを後退させて、固定グリップ内に収納される。そして、弾性部材からの弾性力によって可動グリップが前進して、可動グリップと固定グリップとによって、工具が把持される。
【特許文献１】特許第３２０１８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように構成された工具交換装置においては、工具を把持する際に、可動グリップと工具とが衝突して大きな衝撃音が生じると共に、工具が損傷するおそれがある。さらに、交換速度の向上を図るために、工具交換アームの回転速度を速くすると、可動グリップに大きな応力がかかり、弾性部材によって付勢されている可動グリップが揺動するおそれがある。このため、工具が振れたり、傾斜したりして、正常に工具を主軸に装着できない場合がある。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、工具を把持する際に、工具の損傷や大きな衝撃音の発生が抑制され、さらに、工具交換アームの回転速度を速くしても、正常に工具を主軸に装着させることができる工具交換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る工具交換装置は、動力を発生可能な動力源と、ケーシングに設けられ、軸方向に変位可能とされた出力軸と、動力源からの動力によって出力軸を駆動する駆動機構と、出力軸の軸方向に沿って、出力軸に対して移動可能に設けられた第１軸部と、出力軸の一端部に設けられた工具交換アームと、工具交換アームに形成され、工具を保持可能な工具保持部と、進退可能に工具交換アームに設けられた第２軸部と、第２軸部の端部に取付けられ、工具保持部に工具を固定可能な固定部材と、第１、第２軸部を連結するリンク機構とを備え、第１軸部でリンク機構を駆動することで、第２軸部と共に固定部材を駆動して、固定部材によって工具保持部に工具を固定するようにした。
【０００９】
好ましくは、一端部が第２軸部に回転可能に設けられ、他端部が第１軸部に回転可能に接続されたリンク部材を有する。好ましくは、第１軸部に形成された第１係止部と、出力軸に形成され、第１係止部を係止して、出力軸と第１軸部とを一体的に出力軸の軸方向に変位可能とする第２係止部とをさらに備える。好ましくは、出力軸と第１軸部とに対し、互いに離間する方向に弾性力を付与する弾性部材をさらに備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る工具交換装置によれば、弾性部材の付勢力によって固定部材を駆動せずに、リンク機構によって固定部材を駆動し、工具を固定している。このため、工具交換アームを高速回転させ、固定部材に大きな応力が加えられたとしても、固定部材はリンク機構によってその位置が規定されているため、工具の固定状態を良好に維持することができ、工具交換中に保持している工具の位置ずれの発生を抑制することができる。さらに、工具を工具保持部内に受け入れる際に、固定部材を退避させることにより、工具と固定部材との接触を防止することができる。さらに、固定部材の駆動は、リンク機構を介して第１軸部の駆動によって規定されているため、固定部材の進出速度が過大に速くなることが抑制されており、固定部材と工具とが高速で衝突することがなく、固定部材が工具を傷つけることが抑制されており、また、固定部材と工具との衝突による衝撃音の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１から図１０を用いて、本実施の形態に係る工具交換装置１００について説明する。図１は、本実施の形態に係る工具交換装置１００の断面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【００１２】
図１に示されるように、工具交換装置１００は、動力源としてのモータ４２と、モータ４２の出力軸の回転数等を制御する変速機４１と、ケーシング６０に設けられ、軸方向に変位可能とされた筒状の出力軸２と、モータ４２からの動力によって出力軸２を回転駆動させる回転駆動機構１０と、軸方向に摺動させる摺動機構３０と、出力軸２の先端部に固定された工具交換アーム１とを備えている。
【００１３】
図２に示すように、変速機４１は、モータ４２の駆動力によって駆動する回転軸３１を備えており、この回転軸３１には、ローラギア（第１ローラギア）６と、ローラギア（第２ローラギア）１３とが設けられている。
【００１４】
そして、回転駆動機構１０は、ローラギア６と、このローラギア６と係合して、回転可能に設けられたタレット４とを備えている。
【００１５】
ローラギア６は、図２に示す回転軸３１が回動することにより、周方向に回動する。このローラギア６の外周面には、カム溝６Ａが形成されている。タレット４は、図１および図２に示されるように、筒状に形成されており、外周面上には、周方向に沿って複数のボール５が回転可能に嵌め込まれている。
【００１６】
そして、ボール５は、カム溝６Ａと係合しており、ローラギア６が回動することによりカム溝６Ａの位置が変位すると、ボール５の位置も変位して、タレット４が回動する。
【００１７】
その一方で、出力軸２は、タレット４の中央部に形成された貫通孔に挿入されている。出力軸２は、タレット４に対して軸方向に摺動可能とされている一方で、周方向は、タレット４と係合して一体となって回動するようになっている。このため、タレット４が回動することにより、出力軸２も回動する。出力軸２が回動すると、工具交換アーム１も回動する。
【００１８】
摺動機構３０は、図１および図２に示すローラギア１３と、ローラギア１３に係合する従動子１１を一端部に有し、他端部に出力軸２に形成された溝１４Ａと係合する図示されないカムフォロアを有する図示されない板状の回動部材とを有する。
【００１９】
ローラギア１３の外周面上には、カム溝１５が形成されており、このカム溝１５には、従動子１１の端部に回転可能に嵌め込まれたボール１２が係合している。図示されない回動部材は、回動可能にケーシング６０に設けられいる。
【００２０】
そして、図２に示す回転軸３１が回転して、ローラギア１３が回転して、図１に示すカム溝１５の位置が変位すると、従動子１１の位置も変位する。これにより、回動部材も回動して、溝１４Ａ内に嵌め込まれたカムフォロアを介して、出力軸２を軸方向に摺動させる。これにより、工具交換アーム１も、出力軸２の軸方向に沿って変位する。なお、溝１４Ａは、出力軸２の中央部の外周面に形成された２つの環状鍔部１４間に形成されている。
【００２１】
出力軸２は、筒状に形成されており、この出力軸２には、軸方向に沿って延びる貫通孔２Ｃが形成されている。そして、出力軸２の下端部には、貫通孔２Ｃの径より大径に形成された凹部２Ａが形成されている。
【００２２】
図３は、出力軸２の下端部を詳細に示す断面図である。この図３に示されるように、出力軸２の下端部には、凹部２Ａを規定する側壁部２Ｂと、凹部２Ａと貫通孔２Ｃとの境界に形成された段差部（第２係止部）２Ｄとが形成されている。
【００２３】
そして、軸部３の下端部には、軸部３の径より大径に形成された係止部３５が設けられており、この係止部３５は、凹部２Ａ内に配置されている。図４は、係止部３５の詳細を示す斜視図である。この図４に示すように、係止部３５は、中央部に軸部３が嵌め込まれる穴部を有する天板部３５Ｃと、この天板部３５Ｃの端面に形成され、貫通孔３５Ｂが形成された脚部３５Ａとを有する。
【００２４】
そして、図３に示すように、係止部３５の天板部３５Ｃと、出力軸２の段差部２Ｄとが離間した状態から、図５に示すように、出力軸２が下方に変位することにより、段差部２Ｄに天板部３５Ｃが係止すると、軸部３と出力軸２とが一体となり下方に変位するようになっている。
【００２５】
図１において、軸部３の上端部には、円盤状の座板１８が設けられており、この座板１８と出力軸２の上端部との間には、バネ（弾性部材）１７が設けられている。このバネ１７は、出力軸２と軸部３とに対して互いに軸方向に離間する方向に付勢力を及ぼしている。さらに、溝１４Ａを規定する鍔部１４のうち、下側に位置する鍔部１４の下面には、弾性部材１６が設けられている。この弾性部材１６は、出力軸２を上方に向けて付勢している。そして、図３のように、係止部３５と段差部２Ｄとが離間している状態で、図示されない上記回動部材が回動すると、出力軸２が弾性部材１６からの付勢力に抗して、下方に向けて変位する。この際、図３および図５に示すように、出力軸２が下方に変位しても、弾性部材１７は、座板１８を上方に付勢しているため、軸部３は変位せずに、その位置が維持され、出力軸２のみが下方に変位する。そして、図５に示すように、係止部３５の天板部３５Ｃが段差部２Ｄに係止される。さらに、出力軸２が下方に変位すると、出力軸２と軸部３とが一体となって下方に変位する。
【００２６】
図１において、出力軸２の下端部に設けられた工具交換アーム１は、平板状に形成された筐体５１と、この筐体５１の両端部側に形成され、工具を受け入れるフック（工具保持部）４４と、ロッド（第２軸部）４０と、ロッドの４０の端部に設けられた固定部材４３とを備えている。
【００２７】
筐体５１は、その中央部にて、出力軸２に固定されており、筐体５１には、中央部から各フック４４側に向けて延在する２つの貫通孔４３Ａが形成されている。
【００２８】
ロッド４０は、貫通孔４３Ａ内に進退可能に設けられている。ロッド４０のフック４４側の端部には、フック４４内に受け入れられた工具をフック４４内に固定する固定部材４３が設けられており、他方の端部には、リンク機構５０が設けられている。
【００２９】
図３に示すように、リンク機構５０は、一方のロッド４０と係止部３５とを接続するリンク部材５０Ａと、他方のロッド４０と係止部３５とを接続するリンク部材５０Ｂとを備えている。
【００３０】
そして、リンク部材５０Ａは、一方のロッド４０の端部に形成された穴部に挿入されたピン４８と、一方の端部がピン４８に回転可能に設けられた板部４５と、板部４５の他端部に回転可能に設けられたピン４７とを備えている。このピン４７は、図４に示す係止部３５の貫通孔３５Ｂに回転可能に挿入されている。
【００３１】
また、リンク部材５０Ｂも、リンク部材５０Ａと同様に構成されており、他方のロッド４０の端部に形成された穴部に挿入されたピン４９と、一方の端部がピン４９に回転可能に設けられた板部４６と、板部４６の他端部に回転可能に設けられたピン４７とを備えている。このため、リンク機構５０は、係止部３５を介して、ロッド４０と軸部３とを接続している。
【００３２】
そして、図３のように、係止部３５が出力軸２の下端部より下方に突出すると、リンク部材５０Ａ、５０Ｂは、ロッド４０に対して下方に向けて傾斜する。このため、板部４５、４６の水平方向の長さが短くなり、ロッド４０の端部に設けられた固定部材４３は、フック４４から退避した状態となる。
【００３３】
そして、図５に示すように、係止部３５が、凹部２Ａ内に入り込むと、板部４５、４６は、ロッド４０の軸方向と一致するような水平な状態となる。これにより、板部４５、４６の水平方向の長さは、図３に示す状態よりも長くなり、ロッド４０の端部に設けられた固定部材４３は、フック４４に向けて進出した状態となる。
【００３４】
上記のように構成された工具交換装置１００を用いて、マシニングセンタ等の主軸に設けられた工具と、工具マガジンに配置された新たな工具との交換過程について説明する。
【００３５】
まず、工具交換装置１００の工具交換アーム１は、加工中においては、主軸から退避している。そして、主軸に装着された工具と工具マガジンに配置された新たな工具とを交換する際には、工具交換装置１００は、図１において、回転駆動機構１０を用いて、工具交換アーム１を回転させて、主軸に装着された工具および工具マガジンに配置された新たな工具を取りに行く。
【００３６】
図６において、主軸に装着された工具および工具マガジンに配置された新たな工具は、工具交換アーム１のフック４４内に受け入れられる。この際、出力軸２は、上死点に位置しており、工具交換アーム１も上死点に位置している。バネ１７は、軸部３を上方に付勢している。
【００３７】
固定部材４３は、図３に示すように、フック４４から退避した状態とされており、フック４４内に工具を受け入れる際に工具と固定部材４３とが接触することが防止されている。
【００３８】
そして、図示されないアンクランプ装置によって、主軸に装着された工具がアンクランプ状態とされる。
【００３９】
主軸に装着された工具がアンクランプ状態となると、工具交換装置１００は、摺動機構３０を用いて、出力軸２を下方に変位させる。出力軸２が下方に変位と、工具交換アーム１も下方に変位する。
【００４０】
出力軸２が下方に変位する一方で、軸部３は、バネ１７によって上方に向けて付勢されているので、軸部３は、上死点の位置に維持される。このため、軸部３の位置は上死点に固定された状態で、出力軸２が下方に変位する。このため、図３において、係止部３５の位置が固定された状態で、出力軸２が下方に変位すると、リンク部材５０Ａ，５０Ｂのピン４７の位置が固定された状態で、ピン４８、４９は下方に変位する。さらに、出力軸２が下方に変位して、係止部３５が凹部２Ａ内に入り込むと、リンク部材５０Ａ，５０Ｂの板部４５、４６が水平状態に近づき、板部４５、４６の水平方向の長さが長くなる。このため、リンク部材５０Ａ，５０Ｂが設けられたロッド４０を介して、固定部材４３がフック４４に向けて進出する。その一方で、係止部３５の天板部３５Ｃに向けて、出力軸２の段差部２Ｄが近接する。
【００４１】
図７は、固定部材４３がフック４４内に受け入れられた工具をフック４４内に固定するときの断面図である。この図７および図５に示されるように、係止部３５の天板部３５Ｃが、段差部２Ｄに係止される。この際、図７および図５に示されるように、リンク部材５０Ａ，５０Ｂの板部４５、４６が水平状態となり、固定部材４３がフック４４に向けて最も進出した状態となり、フック４４内に受け入れられた工具をフック４４内に固定する。
【００４２】
このように、固定部材４３が進出する速度は、出力軸２が下方に変位する速度によってきまり、過度の速度をもって工具と衝突することが防止されている。このため、工具を損傷するおそれがなく、さらに、工具と固定部材４３との間で大きな衝撃音が生じることを抑制することができる。
【００４３】
ここで、固定部材４３が工具をフック４４内に固定する際、係止部３５の天板部３５Ｃが出力軸２の段差部２Ｄに係止される。そして、図８に示すように、係止部３５の天板部３５Ｃと段差部２Ｄとが当接した状態で、さらに、摺動機構３０が出力軸２を下方に変位させると、軸部３と出力軸２とが一体となって下方に変位する。なお、バネ１７は、出力軸２と軸部３とに対して、互いに離間するような付勢力を及ぼすため、このバネ１７の付勢力によって、係止部３５と段差部２Ｄの係止状態が良好に維持される。
【００４４】
このようにして、主軸に装着された工具を固定した状態で主軸から引き抜くと共に、工具マガジンに配置された新たな工具を工具マガジンから取り出す。
【００４５】
そして、回転駆動機構１０によって工具交換アーム１を回転させて、摺動機構３０が工具交換アーム１を上昇させる。
【００４６】
ここで、工具を固定する固定部材４３は、ロッド４０によって支持されており、ロッド４０の他方の端部に設けられたリンク部材５０Ａ，５０Ｂも係止部３５に接続されている。
【００４７】
このため、固定部材４３に、ロッド４０の軸方向に沿って応力が加えられたとしても、固定部材４３およびロッド４０が軸方向に変位する変位代がなく、固定部材４３の位置が維持され、工具の位置ずれを良好に抑制することができる。
【００４８】
このように、一旦、工具が固定部材４３によってフック４４内に固定されると、固定された工具の位置ずれが防止されているので、高速で工具交換アーム１を出力軸２の軸方向に摺動させたり、高速で回転させることができ、短時間で、工具の搬送を行うことができる。
【００４９】
そして、上記のように新たな工具を主軸側に搬送した後に、新たな工具を主軸に挿入する。新たな工具を主軸内に挿入する過程において、軸部３の上端部がケーシング６０に設けられたストッパと当接して、上死点に位置し、軸部３および係止部３５の位置が固定される。
【００５０】
その一方で、摺動機構３０は、その後も、出力軸２をさらに上方に変位させる。これにより、係止部３５の位置が固定された状態で、出力軸２が上方に変位することにより、係止部３５の天板部３５Ｃが段差部２Ｄから離間する。
【００５１】
そして、係止部３５が出力軸２に対して相対的に下方に変位することにより、ピン４７を下方に向けて押圧する。これにより、リンク部材５０Ａ，５０Ｂがピン４８、４９を中心に回動して、水平方向の長さが短くなり、固定部材４３が後退する。そして、工具の固定状態が解除される。固定部材４３がフック４４から完全に退避した状態で、工具が主軸にクランプされる。その後、工具交換アーム１が回転して、主軸から退避する。このようにして、工具の交換を完了する。
【００５２】
図９は、本実施の形態に係る工具交換装置の工具交換アーム１の変形例を示す断面図であり、図１０は、図９の断面図である。
【００５３】
上記図１から図７に示されたリンク機構５０においては、各リンク部材５０Ａ，５０Ｂは、いずれも、ピン４７を介して係止部３５に接続されているが、図９、図１０に示すように、各々別々のピン４７Ａ，４７Ｂを介して係止部３５に接続されるような構成にしてもよい。以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、工具交換装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施の形態に係る工具交換装置の断面図である
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【図３】出力軸の下端部を詳細に示す断面図である。
【図４】係止部の詳細を示す斜視図である。
【図５】段差部に係止部に係止された状態を示す断面図である。
【図６】フック内に主軸に装着されていた工具と、新たな工具を受け入れたときの断面図である。
【図７】固定部材がフック内に受け入れられた工具をフック内に固定するときの断面図である。
【図８】係止部の天板部と段差部とが当接した状態で、さらに、摺動機構が出力軸下方に変位させたときの断面図である。
【図９】本実施の形態に係る工具交換装置の工具交換アームの変形例を示す断面図である。
【図１０】図９の断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  工具交換アーム、２  出力軸、２Ｄ  段差部（第２係止部）、３  軸部、４  タレット、５  ボール、６  ローラギア、１０  回転駆動機構、１１  従動子、１３  ローラギア、１４Ａ  カム溝、１７  バネ（弾性部材）、１８  座板、３０  摺動機構、３１  回転軸、３５  係止部、４０  ロッド、４１  変速機、４２  モータ（動力源）、４３  固定部材、４４  フック（工具保持部）、５０  リンク機構、５０Ａ，５０Ｂ  リンク部材、５１  筐体、６０  ケーシング、１００  工具交換装置。
【図１】
2008238298.tif 000003
【図２】
2008238298.tif 000004
【図３】
2008238298.tif 000005
【図４】
2008238298.tif 000006
【図５】
2008238298.tif 000007
【図６】
2008238298.tif 000008
【図７】
2008238298.tif 000009
【図８】
2008238298.tif 000010
【図９】
2008238298.tif 000011
【図１０】
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