(57)【要約】  自動工具交換装置は、加工領域（ＭＳ）と非加工領域（ＣＳ）とを仕切るカバー（１６）と、工具交換マガジン（１２Ａ、１２Ｂ）の回転に連動して回動し、カバー（１６）の開口部を開閉する開閉部材（１７Ａ、１７Ｂ）を備えている。開閉部材（１７Ａ、１７Ｂ）は、カバー（１６）の開口部の位置で加工領域（ＭＳ）と非加工領域（ＣＳ）とを仕切るプレート部（１７４Ａ、１７４Ｂ）を有している。工具交換マガジン（１２Ａ、１２Ｂ）が工具貯蔵マガジンとの間で工具交換を行う場合は、プレート部（１７４Ａ、１７４Ｂ）が、横の姿勢となってカバー（１６）の開口部を閉じる。工具交換マガジン（１２Ａ、１２Ｂ）が主軸（９Ａ、９Ｂ）との間で工具交換を行う場合は、プレート部（１７４Ａ、１７４Ｂ）が横の姿勢から傾斜の姿勢または縦の姿勢へ変位して、カバー（１６）の開口部を開く。
2018092794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸に装着される工具を貯蔵する工具貯蔵マガジンと、
前記主軸との間および前記工具貯蔵マガジンとの間で工具交換を行う回転可能な工具交換マガジンと、
前記工具交換マガジンが前記主軸との間で工具交換を行う加工領域と、前記工具交換マガジンが前記工具貯蔵マガジンとの間で工具交換を行う非加工領域とを仕切るカバーと、
前記カバーに設けられ、前記工具交換マガジンと前記主軸との間の工具の受け渡しを許容する開口部と、
前記工具交換マガジンの回転に連動して回動し、前記開口部を開閉する開閉部材と、を備え、
前記開閉部材は、前記開口部の位置で前記加工領域と前記非加工領域とを仕切るプレート部を有し、
前記工具交換マガジンが前記工具貯蔵マガジンとの間で工具交換を行う場合は、前記プレート部が、横の姿勢または縦の姿勢となって前記開口部を閉じ、
前記工具交換マガジンが前記主軸との間で工具交換を行う場合は、前記プレート部が、横の姿勢から傾斜の姿勢もしくは縦の姿勢へ、または縦の姿勢から傾斜の姿勢もしくは横の姿勢へ変位して、前記開口部を開くことを特徴とする自動工具交換装置。
【請求項２】
前記開閉部材は、
前記工具交換マガジンが前記主軸との間で工具交換を行う場合のみ、前記工具交換マガジンの回転に連動して回動し、
前記工具交換マガジンが前記工具貯蔵マガジンとの間で工具交換を行う場合は、前記工具交換マガジンの回転に連動して回動しないことを特徴とする、請求項１に記載の自動工具交換装置。
【請求項３】
前記工具交換マガジンの回転に対する前記開閉部材の連動と非連動とを切り替える切替手段をさらに備えたことを特徴とする、請求項１または２に記載の自動工具交換装置。
【請求項４】
前記切替手段は、前記工具交換マガジンに固定された押体部と、前記開閉部材に固定された被押体部とを含み、
前記工具交換マガジンが前記主軸との間で工具交換を行う場合は、前記押体部が前記被押体部に当接して、前記開閉部材が前記工具交換マガジンと一体に回動し、
前記工具交換マガジンが前記工具貯蔵マガジンとの間で工具交換を行う場合は、前記押体部が前記被押体部から離れて、前記工具交換マガジンのみが回転し、前記開閉部材は回動しないことを特徴とする、請求項３に記載の自動工具交換装置。
【請求項５】
前記押体部は、ローラと軸とを備えたカムフォロワであり、
前記被押体部は、前記カムフォロワが案内される溝を有する溝体であり、
前記溝体には、前記カムフォロワが出入り可能な切り欠きが形成されており、
前記工具交換マガジンが前記主軸との間で工具交換を行う場合は、前記カムフォロワが前記切り欠きから進入して前記溝体に当接し、
前記工具交換マガジンが前記工具貯蔵マガジンとの間で工具交換を行う場合は、前記カムフォロワが前記切り欠きから離脱して、前記カムフォロワと前記溝体との当接が解除されることを特徴とする、請求項４に記載の自動工具交換装置。
【請求項６】
前記押体部および前記被押体部の一方は、電磁石を含んでおり、
前記電磁石の吸引力により、前記押体部と前記被押体部とが当接することを特徴とする、請求項４または５に記載の自動工具交換装置。
【請求項７】
前記工具交換マガジンの回転軸と、前記開閉部材の回転軸とが偏心していることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の自動工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の自動工具交換装置に関し、特に、多数の工具を収容する工具貯蔵マガジンと、工具貯蔵マガジンの工具を主軸へ受け渡す工具交換マガジンとを有する自動工具交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複雑な形状の被加工物を加工する際には、加工内容によって異なる工作機械を使うことで、被加工物の搬入・搬送やチャッキングなどを必要とする多工程にわたる加工が行われていた。しかし近年では、工場における工作機械の設置面積あたりの生産性を向上させるために、１回のローディング／チャッキングですべての加工を行うといった工程集約が求められることが多くなっている。また、一種類の被加工物の加工だけでなく、寸法や形状の異なる複数種類の被加工物を加工する場合でも、工程集約が求められることが多い。【０００３】
１台の工作機械でこうした多品種加工等に対応する方法として、被加工物の種類が変わるたびに、作業者の手によって工具マガジンの工具の差し換えを行う方法と、大型の工具マガジンを使用して、人為的な作業を経ることなく複数種類の被加工物に対処できるようにする方法とがある。人の手によって工具を差し替える場合、工具の中には重量の大きなものもあるので、安全性において問題があり、また差し換え間違いなどの人為的ミスの可能性や、工具の差し換えに時間を要するといった難点がある。【０００４】
一方、大型の工具マガジンを使用する場合でも、設置スペースの効率化の観点からは、工具マガジンの占有面積は大きくなりすぎないことが望ましい。そこで、例えば特許文献１に開示されているように、設置スペースを拡大することなく工具収納本数を増加させるため、メインの工具貯蔵マガジンに加えて、それより収容本数の少ないサブ工具貯蔵マガジンを備えた自動工具交換装置が提案されている。この装置では、メインの工具貯蔵マガジンから主軸へ工具を受け渡す工具交換を行う場合、まず工具貯蔵マガジンの工具ポットを９０度旋回させ、その後、旋回アームによって主軸から工具を引き抜くとともに、１８０度旋回アームを旋回させて、次の工具を主軸へ装着する。【０００５】
しかしながら、旋回アームは、加工中に発生する切りくずが侵入しないように、加工領域に対して開閉部材を隔てて配置されており、開閉部材が閉まっている間は、旋回アームを旋回させることができず、主軸に工具を受け渡すための事前動作をすることができない。また、被加工物の加工がごく短時間で終わってしまい、次の工具をメインの工具貯蔵マガジンから旋回アームへ保持させるまでの時間の方が長くかかる場合などには、工具交換の待ち時間が発生し、サイクルタイムを効果的に短縮することができない。【０００６】
そこで、特許文献２に開示されている自動工具交換装置では、工具貯蔵マガジンから主軸へ工具を受け渡すまでの事前動作を加工中に行うことによって、工具交換時間の短縮を図れるようにしている。具体的には、１８０度旋回する旋回アームの代わりに、Ｖ字の付け根を中心にして回転するＶ形チェンジアームを採用し、そのチェンジアームの周辺にカバーを一体配置している。これにより、主軸が被加工物を加工している間に、自動工具交換の動作の一部を準備動作として並行処理できるとともに、特許文献１のような工具交換の待ち時間を削減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１２５６４２号公報
【特許文献２】特開２００２−２８３１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献２における自動工具交換装置のカバーは、Ｖ形チェンジアームが旋回する際、２つの工具把持部が保持する工具の外周端が通る回転軌道に接近して設けられた半円弧状の固定外周カバーと、２つの工具把持部を有する腕片の外側に配置され、Ｖ形チェンジアームの旋回に伴って当該アームと一体で回転する略Ｖ形のカバー体（以下、「Ｖ形カバー体」という。）とから構成されている。【０００９】
半円弧状の固定外周カバーの頂上部分は、工具貯蔵マガジンの割出交換位置にあるツールと対面する位置にあり、開口部が設けられている。Ｖ形カバー体の回転先端縁には、固定外周カバーの内面と接触するワイパーが設けられており、Ｖ形カバー体の先端と固定外周カバーとの隙間から切りくず等が非加工領域へ侵入することを防いでいる。加工中は、固定外周カバーの割出交換位置に対応する開口部が開放されないよう、Ｖ形カバー体がこの開口部を遮蔽できる範囲の位置に留まらなければならない。したがって、Ｖ形チェンジアームの待機位置は、主軸から離れた場所とならざるを得ず、Ｖ形チェンジアームの工具把持部を、主軸の工具交換位置まで最接近させた状態で待機させることができない。そのため、主軸との間で工具交換を行う際に、Ｖ形チェンジアームは、１８０度近くの大きな回転をしなければならない。また、工具交換を終了した後も、Ｖ形カバー体が固定外周カバーの開口部を遮蔽できる範囲の位置まで戻らなければ、主軸は加工を開始できないため、Ｖ形チェンジアームは、工具交換のために時計回りと反時計回りにほぼ１８０度ずつ、合計約３６０度近く回転しなければならず、工具交換のサイクルタイムの短縮に限界があった。【００１０】
そこで、本発明は、主軸へ工具を受け渡す前の事前準備において、工具把持部を主軸の工具交換位置まで最接近させることによって、工具交換のサイクルタイムをより短縮できる自動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】
【００１１】
本発明の自動工具交換装置は、工作機械の主軸に装着される工具を貯蔵する工具貯蔵マガジンと、主軸との間および工具貯蔵マガジンとの間で工具交換を行う回転可能な工具交換マガジンと、加工領域（工具交換マガジンが主軸との間で工具交換を行う領域）と非加工領域（工具交換マガジンが工具貯蔵マガジンとの間で工具交換を行う領域）とを仕切るカバーと、このカバーに設けられ工具交換マガジンと主軸との間の工具の受け渡しを許容する開口部と、工具交換マガジンの回転に連動して回動し上記開口部を開閉する開閉部材とを備えている。開閉部材は、カバーの開口部の位置で加工領域と非加工領域とを仕切るプレート部を有している。工具交換マガジンが工具貯蔵マガジンとの間で工具交換を行う場合は、プレート部が、横の姿勢または縦の姿勢となってカバーの開口部を閉じる。また、工具交換マガジンが主軸との間で工具交換を行う場合は、プレート部が、横の姿勢から傾斜の姿勢もしくは縦の姿勢へ、または縦の姿勢から傾斜の姿勢もしくは横の姿勢へ変位して、カバーの開口部を開く。【００１２】
本発明の好ましい実施形態においては、開閉部材は、工具交換マガジンが主軸との間で工具交換を行う場合のみ、工具交換マガジンの回転に連動して回動し、工具交換マガジンが工具貯蔵マガジンとの間で工具交換を行う場合は、工具交換マガジンの回転に連動して回動しない。【００１３】
本発明では、工具交換マガジンの回転に対する開閉部材の連動と非連動とを切り替える切替手段を設けることができる。【００１４】
この切替手段は、例えば、工具交換マガジンに固定された押体部と、開閉部材に固定された被押体部とを含む。この場合、工具交換マガジンが主軸との間で工具交換を行う場合は、押体部が被押体部に当接して、開閉部材が工具交換マガジンと一体に回動し、工具交換マガジンが工具貯蔵マガジンとの間で工具交換を行う場合は、押体部が被押体部から離れて、工具交換マガジンのみが回転し、開閉部材は回動しないようにすればよい。【００１５】
上述した押体部は、例えばローラと軸とを備えたカムフォロワであり、被押体部は、例えばカムフォロワが案内される溝を有する溝体である。好ましい実施形態では、溝体に、カムフォロワが出入り可能な切り欠きが形成されている。そして、工具交換マガジンが主軸との間で工具交換を行う場合は、カムフォロワが切り欠きから進入して溝体に当接する。また、工具交換マガジンが工具貯蔵マガジンとの間で工具交換を行う場合は、カムフォロワが切り欠きから離脱して、カムフォロワと溝体との当接が解除される。【００１６】
本発明では、押体部および被押体部の一方は、電磁石を含んでいてもよい。この場合、電磁石の吸引力により、押体部と被押体部とが当接する。【００１７】
さらに、本発明では、工具交換マガジンの回転軸と開閉部材の回転軸とが偏心していてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、工具交換マガジンが工具貯蔵マガジンとの間で工具交換を行う場合は、開閉部材によってカバーの開口部は閉じた状態であるため、主軸が加工を行っている間に、工具交換マガジンと工具貯蔵マガジンとの間で、次の工程に使う工具の事前準備を並行して行うことができ、これによって工具交換のサイクルタイムを短くすることができる。また、開閉部材が、特許文献２のようなＶ形カバー体ではなく、カバーの開口部の位置で非加工領域と加工領域とを仕切るプレート部を有するため、工具交換マガジンを主軸に最接近させた状態で非加工領域に待機させることができ、主軸との工具交換のサイクルタイムを最短にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る自動工具交換装置を備えた工作機械を示す斜視図である。
【図２】図１の工作機械の正面図である。
【図３】図１の工作機械における要部の側面図である。
【図４】工具交換マガジン用の開閉部材の正面図である。
【図５】工具交換マガジン用の開閉部材の平面図である。
【図６】工具交換マガジンが原点位置にある状態を示す図である。
【図７】工具交換マガジンが加工領域内回転をする場合の図である。
【図８】工具交換マガジンが非加工領域内回転をする場合の図である。
【図９】本発明の第２実施形態における要部の正面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態における要部の正面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態の動作を説明する図である。
【図１２】工具交換マガジンの回転に伴うカムフォロワの変位を示す図である。
【図１３】カムフォロワと溝体の詳細構造を示した図である。
【図１４】本発明の第５実施形態を示す概略図である。
【図１５】第５実施形態の変形例を示す概略図である。
【図１６】第５実施形態の他の変形例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１および図２を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る自動工具交換装置１００Ａ、１００Ｂを備えた工作機械１について説明する。以下では、２つの主軸を有する工作機械１を例に挙げる。図１は、工作機械１の全体を示す斜視図で、図２は、図１の工作機械１の正面図である。工作機械１は、その構造体として、コラムベッド５を備えている。コラムベッド５は、ベッド部２と、このベッド部２の左右両端に立設された２つのコラム部３と、この２つのコラム部３の上部間に渡された横桁部４とを有している。ベッド部２の後部には、２台の第１サドル６Ａ、６ＢがＸ軸方向（図２で左右方向）へ移動可能に設けられている。第１サドル６Ａ、６Ｂの前面には、それぞれ第２サドル７Ａ、７ＢがＹ軸方向（図２で上下方向）へ移動可能に設けられている。第２サドル７Ａ、７Ｂには、主軸ヘッド８Ａ、８ＢがＺ軸方向（図２で紙面に垂直な前後方向）へ移動可能に支持されている。主軸ヘッド８Ａ、８Ｂには、先端に工具ＴＡ、ＴＢが装着される主軸９Ａ、９Ｂが回転可能に内蔵されている。コラムベッド５の前方には、被加工物（ワーク）Ｗを固定するテーブル１０が設けられている。
【００２１】
次に、自動工具交換装置１００Ａ、１００Ｂについて説明する。コラムベッド５の横桁部４には、工具貯蔵マガジン１１Ａ、１１Ｂと主軸９Ａ、９Ｂとの間で工具ＴＡ、ＴＢを受け渡すための、回転可能な工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂがそれぞれ設けられている。工具貯蔵マガジン１１Ａ、１１Ｂは、工作機械１のコラム部３と横桁部４の上部に水平（ＸＺ平面と平行）に固定された矩形のフレーム支持体１３Ａ、１３Ｂ上に設置される。そして、横桁部４の上部には、工具貯蔵マガジン１１Ａ、１１Ｂと工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂとの間で工具Ｔを受け渡すための、工具ポット旋回手段が設けられている。工具ポット旋回手段は、工具貯蔵マガジン１１Ａ、１１Ｂと工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂとの間で工具ポット１５Ａ、１５Ｂの受け渡しが行われる割出交換位置（図８のＰ１Ａ、Ｐ１Ｂ）に対応する場所にそれぞれ設けられた、工具ポット旋回部１４Ａ、１４Ｂを有している。
【００２２】
なお、図１と図２において、便宜上、１つの構造体であるコラムベッド５の右半分を工作機械１Ａ、左半分を工作機械１Ｂと称し、以下では工作機械１Ａ側の自動工具交換装置１００Ａについて詳述する。
【００２３】
自動工具交換装置１００Ａの工具貯蔵マガジン１１Ａは、多数の工具ポット１５Ａを無端式チェーンで連結し、矩形のフレーム１３Ａ上に設けられた図示しない矩形のレールに沿って、公知の方法で周回させる矩形型の回転マガジンである。このマガジン１１Ａは、水平面（ＸＺ平面）内で回転し、工具ＴＡの割り出しを行い、工具交換マガジン１２Ａとの間で工具ポット１５Ａを受け渡す。工具貯蔵マガジン１１Ａが回転する際、工具ポット１５Ａは、工具ＴＡをその回転軸が垂直となる状態（工具ＴＡが上向きに直立した状態）で保持している。これは、工具ＴＡを可能な限り多く貯蔵しつつ、工具貯蔵マガジン１１Ａの設置スペースを極力小さくするためである。なお、工作機械１の大きさにもよるが、本例の工具貯蔵マガジン１１Ａは、７０本の工具ＴＡを収納できる（つまり工作機械１は、１４０本の工具ＴＡ、ＴＢを収納できる）。
【００２４】
図２に示す符号１６は、主軸９Ａ、９Ｂによって被加工物の加工が行われる加工領域ＭＳと、工具貯蔵マガジン１１Ａや工具交換マガジン１２Ａのある非加工領域ＣＳとを仕切る、仕切り板としてのカバーである。このカバー１６は、加工領域ＭＳで発生する切りくずや切削剤が非加工領域ＣＳへ入り込むのを防止するためのもので、工作機械１Ａ、１Ｂに共通して設けられている。カバー１６には、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂと主軸９Ａ、９Ｂとの間での工具ＴＡ、ＴＢの受け渡しを許容する開口部１６ａ（図７参照）が設けられている。この開口部１６ａは、後で詳述する開閉部材１７Ａ、１７Ｂによって開閉自在となっている。
【００２５】
図３は、工作機械１Ａの側面図であって、自動工具交換装置１００Ａの部分を拡大して示している。工具貯蔵マガジン１１Ａが回転して、次の工程で使用される工具ＴＡを収納している工具ポット１５Ａが割出交換位置Ｐ１Ａに位置決めされると、工具ポット旋回部１４Ａに工具ポット１５Ａが受け渡され、工具ポット旋回部１４Ａが９０度旋回して、工具ＴＡの回転軸は、主軸９Ａの回転軸Ｘ２Ａと平行に水平に保持される。工具ＴＡの真下には、工具交換マガジン１２Ａの工具把持部（図４のＨａＡ〜ＨｄＡ）が位置し、この工具保持部の爪部に工具ＴＡのフランジ部が把持されるように、工具ポット旋回部１４Ａが下降する。その結果、公知の方法で、工具ＴＡのフランジ部が工具交換マガジン１２Ａの工具把持部へ把持されるとともに、工具ＴＡのシャンク部は工具ポット１５Ａからアンクランプされる。工具ＴＡの受け渡しが行われると、工具ポット旋回部１４Ａは後退し、その後、上昇および旋回して空になった工具ポット１５Ａを工具貯蔵マガジン１１Ａに戻す。
【００２６】
次に、開閉部材１７Ａ、１７Ｂの役割について説明する。図４は、開閉部材１７Ａ、１７Ｂの正面図、図５は、開閉部材１７Ａ、１７Ｂの平面図である。開閉部材１７Ａ、１７Ｂは、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂが回転して主軸９Ａ、９Ｂとの間で工具ＴＡ、ＴＢを受け渡しする際には、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂの回転に連動して回動し、カバー１６の開口部１６ａを開いた状態とする（図７参照）。また、開閉部材１７Ａ、１７Ｂは、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂが、工具ポット旋回部１４Ａ、１４Ｂを介して工具貯蔵マガジン１１Ａ、１１Ｂとの間で工具を受け渡す際には、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂの回転と連動することなく、カバー１６の開口部１６ａを閉じた状態に維持する（図８参照）。つまり、開閉部材１７Ａ、１７Ｂは、カバー１６の開口部１６ａを開いたり閉じたりするシャッターの機能を有している。
【００２７】
工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂと開閉部材１７Ａ、１７Ｂの動作を、工作機械１Ａ側の工具交換マガジン１２Ａと開閉部材１７Ａを例に挙げて詳述する。図４に示すように、工具交換マガジン１２Ａは、扇形の盤体１２１Ａを有しており、回転モータ１２２Ａの回転数をコントロールする減速機１２３Ａ（図５参照）の回転部に回転可能に固定される。盤体１２１Ａの円弧部１２４Ａ上には、４つの工具把持部ＨａＡ、ＨｂＡ、ＨｃＡ、ＨｄＡが、回転軸Ｘ１Ａ（図６参照）を中心として放射状に配置されている。この回転軸Ｘ１Ａは、回転モータ１２２Ａと減速機１２３Ａに共通の回転軸であって、図２および図３に示すように、主軸９Ａの回転軸Ｘ２Ａと平行で、かつ同じ垂直平面（ＹＺ平面）上にある。なお、図４と図６は、工具交換マガジン１２Ａが原点位置にある状態を示している。
【００２８】
図２における符号１８Ａはカム機構であり、図４に示すように、カムフォロワ１８１Ａと、このカムフォロワ１８１Ａを保持するカムフォロワ保持部１８２Ａと、カムフォロワ１８１Ａを案内する溝体１８３Ａとからなる。なお、カム機構１８Ａの各部は、破線で描かれるべきであるが、図４では構造を明確にするため、あえて実線で描いてある。後で説明する図１３には、カムフォロワ１８１Ａと溝体１８３Ａの構造が示されている。図４において、カムフォロワ保持部１８２Ａは、工具交換マガジン１２Ａの盤体１２１Ａの辺部１２５Ａに、開閉部材１７Ａと平行に固定されている。図３に示すように、溝体１８３Ａは、開閉部材１７Ａの内側に固定されている。図４に示すように、溝体１８３Ａには、工具交換マガジン１２Ａ側（図４で左側）の上部に、切り欠き１８４Ａが設けられている（図１３も参照）。工具交換マガジン１２Ａが原点位置にあるとき（図４の状態）、カムフォロワ１８１Ａは、溝体１８３Ａの切り欠き１８４Ａの位置にあって、溝体１８３Ａと当接する。カム機構１８Ａは、本発明における「切替手段」の一例であり、カムフォロワ１８１Ａは本発明における「押体部」の一例であり、溝体１８３Ａは、本発明における「被押体部」の一例である。
【００２９】
図１２は、工具交換マガジン１２Ａの回転に伴い、カムフォロワ１８１Ａがどのように変位するかを示した図である。便宜上、（ｂ）〜（ｊ）では各部の符号を省略してある。工具交換マガジン１２Ａが（ａ）の位置から（ｂ）のように時計回りに回転してゆくと、（ｃ）の位置でカムフォロワ１８１Ａが溝体１８３Ａの切り欠き１８４Ａに差し掛かり、（ｄ）の位置でカムフォロワ１８１Ａが溝体１８３Ａに当接する。この状態から工具交換マガジン１２Ａがさらに時計回りに回転すると、工具交換マガジン１２Ａの回転力が、カムフォロワ１８１Ａと溝体１８３Ａを介して開閉部材１７Ａに伝達されるため、開閉部材１７Ａは工具交換マガジン１２Ａの回転と連動して、時計回りに回動する。この場合、（ｅ）〜（ｊ）に示すように、カムフォロワ１８１Ａと溝体１８３Ａとの当接点が、工具交換マガジン１２Ａの回転角度に応じて変化してゆく。これは、（ａ）に示すように、溝体１８３Ａの固定されている開閉部材１７Ａの回転軸Ｘ３Ａが、カムフォロワ１８１Ａの固定されている盤体１２１Ａの回転軸Ｘ１Ａから偏心していることに起因している。工具交換マガジン１２Ａが反時計回りに回転する場合のカムフォロワ１８１Ａの動きは、上記とは逆に（ｊ）〜（ａ）のようになる。工作機械Ｂ側の工具交換マガジン１２Ｂおよび開閉部材１７Ｂにおいても、図１２と同様の動作が行われる。
【００３０】
図１３は、カムフォロワ１８１Ａと溝体１８３Ａの詳細構造を示しており、Ａは斜視図、Ｂは平面図、Ｃは正面図、Ｄは右側面図である。工作機械Ｂ側の溝体１８３Ｂも、同様の構造を有している。溝体１８３Ａは、カムフォロワ１８１Ａが案内される溝１８５Ａを有している。また、溝体１８３Ａには、カムフォロワ１８１Ａが出入り可能な切り欠き１８４Ａが形成されている。カムフォロワ１８１Ａは、ローラ１８１ｒと軸１８１ｓとを備えた公知の構造を有している。溝１８５Ａの上下幅は、カムフォロワ１８１Ａのローラ１８１ｒの直径とほぼ同じであり、図１３のＣ、Ｄに示すように、カムフォロワ１８１Ａは、ローラ１８１ｒが溝１８５Ａの上下壁に当接した状態で変位する。図１３Ｃでは便宜上、溝体１８３Ａを固定位置としてあるが、実際には図１２で示したように、溝体１８３Ａは開閉部材１７Ａとともに回転し位置が変化してゆく。なお、本実施形態では、カムフォロワ１８１Ａにより押体部を構成し、溝体１８３Ａにより被押体部を構成した例を挙げたが、これに代えて、例えばシャフトとベアリングを用い、シャフトにより押体部を構成し、ベアリングにより被押体部を構成することも可能である。
【００３１】
工具交換マガジン１２Ａと主軸９Ａとの間で工具ＴＡが受け渡しされる場合は、工具交換マガジン１２Ａは、図６において、回転軸Ｘ１Ａを中心として時計回りの矢印方向へ回転する。この場合、カムフォロワ１８１Ａは、図１３Ｃにおいて、切り欠き１８４Ａから進入して溝体１８３Ａに当接した後、矢印ａの方向へ移動し、溝１８５Ａに案内されつつ変位してゆく。この結果、開閉部材１７Ａは、工具交換マガジン１２Ａと一体に時計回りの方向へ回動する。
【００３２】
一方、工具交換マガジン１２Ａが、工具貯蔵マガジン１１Ａとの間で工具ポット旋回部１４Ａを介して工具ＴＡの受け渡しをする場合は、工具交換マガジン１２Ａは、図６において、回転軸Ｘ１Ａを中心として反時計回りの矢印方向へ回転する。この場合、カムフォロワ１８１Ａは、図１３Ｃにおいて、溝体１８３Ａの溝１８５Ａ内を矢印ｂの方向へ移動し、左端位置まで来ると、その後は工具交換マガジン１２Ａの回転に伴って、切り欠き１８４Ａから離脱してゆく。このため、カムフォロワ１８１Ａと溝体１８３Ａとの当接が解除される。その結果、開閉部材１７Ａは、工具交換マガジン１２Ａと連動して回動せず、カバー１６の開口部１６ａを閉じたままの状態に維持する。工作機械１Ｂ側の工具交換マガジン１２Ｂと開閉部材１７Ｂの動作も、工作機械１Ａ側と同じである。
【００３３】
このように、本実施形態では、工具交換マガジン１２Ａの回転に対する開閉部材１７Ａの連動・非連動を、カムフォロワ１８１Ａと溝体１８３Ａとの当接・離脱により切り替えている。このため、工具交換マガジン１２Ａと主軸９Ａとの間で工具交換が行われる際に、カムフォロワ１８１Ａを溝体１８３Ａに当接させて、開閉部材１７Ａを工具交換マガジン１２Ａの回転に連動させることで、開閉部材１７Ａを駆動するための動力源を別途設ける必要がなくなる。工作機械１Ｂ側においても同様である。
【００３４】
ところで、上述した工作機械１では、できるだけ設置スペースを小さくするため、図２において、主軸９Ａ、９Ｂの回転軸Ｘ２Ａ、Ｘ２ＢのＸ軸方向（左右方向）の間隔を、主軸９Ａ、９ＢのＸ軸方向の移動範囲として必要な最小限の距離に設定している。工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂの回転軸Ｘ１Ａ、Ｘ１ＢのＸ軸方向の間隔も、主軸９Ａ、９ＢのＸ軸方向の間隔と同じように設定されている。
【００３５】
しかしながら、図６からわかるように、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂの工具把持部に工具ＴＡ、ＴＢを把持して、回転軸Ｘ１Ａ、Ｘ１Ｂを中心に工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂを回転させた際の、工具ＴＡ、ＴＢの外周端が通る軌道ＯＡ、ＯＢの半径の合計は、主軸９Ａ、９ＢのＸ軸方向の間隔よりも大きくなっている。そこで、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂが回転する際は、両者が干渉しないように回転角度に考慮を払う必要がある。通常は、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂを同期して回転させるか、あるいは同じ回転角度で回転させるように制御するので、両者が干渉する心配はない。工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂの回転を同期させない場合でも、干渉が生じない範囲の角度のずれであれば許容される。
【００３６】
図６に示すように、モータ１２２Ａ、１２２Ｂの回転と連動して回動する開閉部材１７Ａ、１７Ｂの回転軸Ｘ３Ａ、Ｘ３Ｂは、モータ１２２Ａ、１２２Ｂの回転軸Ｘ１Ａ、Ｘ１Ｂと平行ではあるが、回転軸Ｘ１Ａ、Ｘ１Ｂに対して、正面視で右斜め上の位置にずらして設けられている。すなわち、開閉部材１７Ａ、１７Ｂの回転軸Ｘ３Ａ、Ｘ３Ｂは、モータ１２２Ａ、１２２Ｂの回転軸Ｘ１Ａ、Ｘ１Ｂに対して偏心している。これは、開閉部材１７Ａ、１７Ｂ同士が干渉しないようにするためである。
【００３７】
次に、開閉部材１７Ａの構造について説明する（開閉部材１７Ｂの構造も同様）。図３に示すように、開閉部材１７Ａは、工具交換マガジン１２Ａの前方部を覆う前方カバー１７１Ａと、工具交換マガジン１２Ａの盤体１２１Ａの後方位置に回転可能に設けられた後方カバー１７２Ａとを有している。前方カバー１７１Ａは、モータ１２２Ａの前方を覆うプレート部１７３Ａと、工具交換マガジン１２Ａの下方全体を覆うプレート部１７４Ａとを有していて（図５も参照）、側面視でＬ字形に形成されている。後方カバー１７２Ａは、減速機１２３Ａ側に設けられるプレート部１７５Ａと、工具交換マガジン１２Ａの下方部を覆うプレート部１７６Ａとを有していて（図５も参照）、側面視でＬ字形に形成されている。図５に示すように、前方カバー１７１Ａのプレート部１７４Ａと、後方カバー１７２Ａのプレート部１７６Ａとは、一部重なり合っており、両者はネジなどで固定される。以下では、便宜上、２つのプレート部１７４Ａ、１７６Ａをまとめて、プレート部１７４Ａと表記し、２つのプレート部１７４Ｂ、１７６Ｂも、同様にプレート部１７４Ｂと表記する。プレート部１７４Ａは、開閉部材１７Ａの回転角度に応じて、図６のような横の姿勢、図７Ａのような縦の姿勢、または図７Ｂ〜Ｄのような傾斜の姿勢となる。なお、本例ではプレート部１７４Ａ、１７４Ｂは、平坦な板材からなるが、板材は完全に平坦でなくてもよく、若干折れ曲がった形状などであってもよい。また、プレート部１７４Ａ、１７４Ｂは、横の姿勢において完全に水平でなくてもよく、水平に対して所定角度（例えば５度〜２０度）傾いた状態であってもよい。同様に、プレート部１７４Ａ、１７４Ｂは、縦の姿勢において完全に垂直でなくてもよく、垂直に対して所定角度（例えば５度〜２０度）傾いた状態であってもよい。後述する他の実施形態においても同様である。
【００３８】
図４および図５の符号１９Ａは、減速機１２３Ａに固定されたガイドレールである。ガイドレール１９Ａは、開閉部材１７Ａの回転軸Ｘ３Ａを中心とする円盤であり、その円盤内にはモータ１２２Ａの回転軸Ｘ１Ａを中心とする円形の孔１９１Ａが形成されている。孔１９１Ａにモータ１２２Ａを通し、孔１９１Ａの外周部を減速機１２３Ａの固定部にネジ止めすることで、ガイドレール１９Ａは回転できない状態で減速機１２３Ａに固定されている。ガイドレール１９Ａの前面側には、後方カバー１７２Ａのプレート部１７５Ａが位置しており（図５）、このプレート部１７５Ａには、開閉部材１７Ａの回転軸Ｘ３Ａを中心とする円形の孔１７７Ａが設けられている（図４）。孔１７７Ａの直径は、ガイドレール１９Ａの直径よりも若干小さくなっている。孔１７７Ａの外周部の３か所において、カムフォロワ１７８Ａが、プレート部１７５Ａの後面側にネジ止めされ（図５）、ガイドレール１９Ａの外周端１９２Ａに沿うように配置されている（図４）。
【００３９】
図３の符号２０Ａは、減速機１２３Ａの固定部に固定されているモータカバーである。モータカバー２０Ａのブラケット部２０１Ａの先端には、開閉部材１７Ａの回転軸Ｘ３Ａを中心とするベアリング２０２Ａが保持されている。このベアリング２０２Ａは、開閉部材１７Ａの前方カバー１７１Ａのプレート部１７３Ａに固定されて、開閉部材１７Ａを回動可能に支持している。開閉部材１７Ａは、前方カバー１７１Ａのプレート部１７３Ａに固定されたベアリング２０２Ａと、ガイドレール１９Ａの外周端１９２Ａに係合する後方カバー１７２Ａのプレート部１７５Ａのカムフォロワ１７８Ａとによって、前後に両持ち状態で支持されているので、曲げモーメントが発生しにくく、安定して回動する。
【００４０】
後方カバー１７２Ａのプレート部１７５Ａの右下部には、前述したカム機構１８Ａの溝体１８３Ａが固定されている。工具交換マガジン１２Ａが、主軸９Ａと工具ＴＡの受け渡しをするため時計回りに回転すると、盤体１２１Ａに固定されたカムフォロワ１８１Ａが溝体１８３Ａに当接した状態となるため、後方カバー１７２Ａは、盤体１２１Ａと一体で時計回りに回動する。したがって、後方カバー１７２Ａと連結されている前方カバー１７１Ａも、後方カバー１７２Ａと一体に回転する。つまり、開閉部材１７Ａが工具交換マガジン１２Ａと一体で回動する。そして、この開閉部材１７Ａのプレート部１７４Ａが、図６のように横の姿勢となることで、カバー１６の開口部１６ａ（図７）が閉じられ、図７のように横の姿勢から縦の姿勢または傾斜の姿勢へ変位することで、カバー１６の開口部１６ａが開かれる。
【００４１】
工具交換マガジン１２Ａは、主軸９Ａとの間で工具ＴＡを受け渡しする場合、時計回りに回転するが、工具ＴＡの受け渡し後は原点位置に戻るため、反時計回りにも回転する。そこで、便宜上、主軸９Ａとの間で工具受け渡しが行われる際の、工具交換マガジン１２Ａの時計回りおよび反時計回りの回転を、「加工領域内回転」と称することとする。
【００４２】
一方、工具交換マガジン１２Ａが工具貯蔵マガジン１１Ａとの間で工具ＴＡの受け渡しをする場合には、工具交換マガジン１２Ａの盤体１２１Ａは、反時計回りに回転する。この場合、カムフォロワ１８１Ａは、溝体１８３Ａの切り欠き１８４Ａから離脱して、溝体１８３Ａとの当接が解除されるため、開閉部材１７Ａはカバー１６の開口部１６ａ（図７）を閉じたままの状態に維持する。このとき、開閉部材１７Ａのプレート部１７４Ａは、図６のような横の姿勢で開口部１６ａに位置し、この位置で加工領域ＭＳと非加工領域ＣＳとを仕切っている。
【００４３】
工具交換マガジン１２Ａは、工具貯蔵マガジン１１Ａとの間で工具ＴＡの受け渡しをする場合、反時計回りに回転するが、工具ＴＡの受け渡し後は原点位置に戻るため、時計回りにも回転する。そこで、便宜上、工具貯蔵マガジン１１Ａとの間で工具受け渡しが行われる際の、工具交換マガジン１２Ａの反時計回りおよび時計回りの回転を、「非加工領域内回転」と称することとする。
【００４４】
なお、図示は省略するが、工具交換マガジン１２Ａが非加工領域内回転をする場合に、開閉部材１７Ａがカバー１６の開口部１６ａを閉じたままの状態に維持するための、ストッパー機構などを設けることもできる。
【００４５】
次に、図６と図７を参照して、開閉部材１７Ａ、１７Ｂの回転軸Ｘ３Ａ、Ｘ３Ｂを、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂの回転軸Ｘ１Ａ、Ｘ１Ｂから偏心させることの意義について説明する。図６は、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂが原点位置にある状態を示した図である。図７は、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂが加工領域内回転をする場合の図で、図７Ａは、工具保持部ＨａＡ、ＨａＢが主軸９Ａ、９Ｂとの工具割出交換位置Ｐ２Ａ、Ｐ２Ｂにある状態の図、図７Ｂは、工具保持部ＨｂＡ、ＨｂＢが主軸９Ａ、９Ｂとの工具割出交換位置Ｐ２Ａ、Ｐ２Ｂにある状態の図、図７Ｃは、工具把持部ＨｃＡ、ＨｃＢが主軸９Ａ、９Ｂの工具割出交換位置Ｐ２Ａ、Ｐ２Ｂにある状態の図、図７Ｄは、工具把持部ＨｄＡ、ＨｄＢが主軸９Ａ、９Ｂの工具割出交換位置Ｐ２Ａ、Ｐ２Ｂにある状態の図である。以下では、符号ＨａＡ〜ＨｄＡを総括してＨＡと表記し、符号ＨａＢ〜ＨｄＢを総括してＨＢと表記する。
【００４６】
図６に示すように、開閉部材１７Ａのプレート部１７４Ａと、開閉部材１７Ｂのプレート部１７４Ｂとでは、左右方向の長さ（以下、「左右幅」という。）が異なっており、プレート部１７４Ａの左右幅は、プレート部１７４Ｂの左右幅よりも短くなっている。図６の符号ＯＡ、ＯＢは、工具把持部ＨＡ、ＨＢに工具ＴＡ、ＴＢを把持させた場合に、工具ＴＡ、ＴＢの外周端が通る軌道である。軌道ＯＡ、ＯＢの中心は、工具マガジン１２Ａ、１２Ｂの回転軸Ｘ１Ａ、Ｘ１Ｂである。また、符号ＱＡ、ＱＢは、開閉部材１７Ａ、１７Ｂの右下端部１７ｒＡ、１７ｒＢが通る軌道であり、符号ＲＡ、ＲＢは、開閉部材１７Ａと１７Ｂの左下端部１７ｌＡ、１７ｌＢが通る軌道である。軌道ＱＡ、ＱＢ、および軌道ＲＡ、ＲＢの中心は、開閉部材１７Ａ、１７Ｂの回転軸Ｘ３Ａ、Ｘ３Ｂであり、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂの回転軸Ｘ１Ａ、Ｘ１Ｂから約４５°右斜め上の位置に偏心している。
【００４７】
図６に示すように、開閉部材１７Ａの左下端部１７ｌＡの位置は、工具交換マガジン１２Ｂの工具把持部ＨＢに把持される工具ＴＢの外周端が通る軌道ＯＢと干渉しない位置に設定されている。また、開閉部材１７Ｂの右下端部１７ｒＢの位置は、開閉部材１７Ａの左下端部１７ｌＡの位置によって決まり、本例では、開閉部材１７Ｂの右下端部１７ｒＢは、開閉部材１７Ａの左下端部１７ｌＡとわずかに左右方向にオーバーラップしている。このように端部１７ｌＡ、１７ｒＢをオーバーラップさせる理由は、１つは切りくず等が侵入するような隙間を設けないためであり、もう１つは開閉部材１７Ａ、１７Ｂ同士の回転を抑制するためである。しかしながら、端部１７ｌＡ、１７ｒＢをオーバーラップさせることは唯一の手段ではなく、上述した目的が達成できるのであれば、他の構成を採用してもかまわない。
【００４８】
また、開閉部材１７Ｂの左下端部１７ｌＢの位置は、工具交換マガジン１２Ｂの工具把持部ＨＢに把持される工具ＴＢの外周端が通る軌道ＯＢと干渉せず、かつ、開閉部材１７Ｂの右下端部１７ｒＢが通る軌道ＱＢと干渉しない限界位置に設定されている。図６に示すように、開閉部材１７Ｂの回転軸Ｘ３Ｂが、工具交換マガジン１２Ｂの回転軸Ｘ１Ｂより右斜め上に偏心しているため、開閉部材１７Ｂが時計回りに１８０度回転した場合、その右下端部１７ｒＢが通る軌道ＱＢは、工具ＴＢの外周端が通る軌道ＯＢとほぼ同じ軌道となる。開閉部材１７Ｂの回転軸Ｘ３Ｂが偏心していない場合は、開閉部材１７Ｂの左下端部１７ｌＢの位置が、図６の位置から左側へシフトするが、回転軸Ｘ３Ｂが偏心していることで、左下端部１７ｌＢの位置を右寄りに設定することができる。
【００４９】
ところで、開閉部材１７Ａの右下端部１７ｒＡの位置を、工具交換マガジン１２Ａの工具把持部ＨＡに把持される工具ＴＡの外周端が通る軌道ＯＡと干渉しない限界位置に設定することで、開閉部材１７Ａのプレート部１７４Ａの左右幅を、必要最低限の長さとすることができる。但し、図６では、右下端部１７ｒＡの位置は、上記限界位置より若干右側へシフトした位置に設定されている。これは、開閉部材１７Ａの図示しない回転ストッパー機構を設けるスペースを考慮したためである。なお、この右下端部１７ｒＡの右側へのシフト位置は、右下端部１７ｒＡの軌道ＱＡが、回転する工具交換マガジン１２Ｂの工具ＴＢの外周端と干渉しない範囲になければならないことはいうまでもない。
【００５０】
以上のように、上記実施形態においては、開閉部材１７Ａ、１７Ｂの回転軸Ｘ３Ａ、Ｘ３Ｂを、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂの回転軸Ｘ１Ａ、Ｘ１Ｂに対して右斜め上の位置に偏心させて設けている。このため、開閉部材１７Ａ、１７Ｂの左下端部１７ｌＡ、１７ｌＢを、ともに右側へ寄せることができる。その結果、主軸９Ａ、９ＢのＸ軸方向の間隔が、工具ＴＡ、ＴＢの外周端軌道ＯＡ、ＯＢの半径の合計幅より狭くても、開閉部材１７Ａ、１７Ｂは互いに干渉することなく回動できるので、工作機械１のＸ軸方向の設置スペースを小さくすることが可能となる。
【００５１】
次に、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂが非加工領域内回転をする場合の動作につき、図８を参照しながら説明する。図８Ａは、工具保持部ＨａＡ、ＨａＢが工具貯蔵マガジン１１Ａ、１１Ｂの工具割出交換位置Ｐ１Ａ、Ｐ１Ｂにある状態の図、図８Ｂは、工具保持部ＨｂＡ、ＨｂＢが工具割出交換位置Ｐ１Ａ、Ｐ１Ｂにある状態の図、図８Ｃは、工具把持部ＨｃＡ、ＨｃＢが工具割出交換位置Ｐ１Ａ、Ｐ１Ｂにある状態の図、図８Ｄは、工具把持部ＨｄＡ、ＨｄＢが工具割出交換位置Ｐ１Ａ、Ｐ１Ｂにある状態の図である。
【００５２】
工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂが非加工領域内回転をする場合、開閉部材１７Ａ、１７Ｂは、カバー１６の開口部１６ａ（図７）を閉じたままの状態に維持する。なお、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂの非加工領域内回転によって、開閉部材１７Ａ、１７Ｂに時計回り方向（開口部１６ａを開く方向）の回動力が働く場合があるが、バネなどの付勢手段（図示省略）を設けることによって、開閉部材１７Ａ、１７Ｂが回動して開口部１６ａを開くのを防止することができる。
【００５３】
工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂと主軸９Ａ、９Ｂとの間で工具交換が行われる場合のサイクルタイムについて、工作機械１Ａ側の工具交換マガジン１２Ａを例にとって説明する。図６は、工具把持部ＨａＡが空で、工具把持部ＨｂＡ、ＨｃＡ、ＨｄＡが工具ＴＡを把持した状態で、工具交換マガジン１２Ａが原点位置で待機している図である。主軸９Ａから加工に使用された工具ＴＡを受け取る空の工具把持部ＨａＡは、非加工領域ＣＳ内において、主軸９Ａに最も近い位置で待機しており、図７Ａに示すように、最小限の回転角度（約９０度）で主軸９Ａから工具ＴＡを受け取ることができる。次に、図７Ｂに示すように、工具把持部ＨｂＡから主軸９Ａへ次工程の工具を渡す場合には、工具把持部ＨａＡと工具把持部ＨｂＡとの角度分だけ、工具交換マガジン１２Ａを時計回りに回転させればよい。工具径の大きさにもよるが、本例の工具把持部間の角度は２５度である。工具交換を終えた工具交換マガジン１２Ａは、時計回りに回転した角度と同じ角度だけ反時計回りに回転することで、原点位置（図６）に戻ることができる。工具交換マガジン１２Ａが原点位置に戻れば、開閉部材１７Ａがカバー１６の開口部１６ａを閉じるため、主軸９Ａはすぐに加工を開始することができる。つまり、特許文献２と比較して、工具交換のために必要な工具交換マガジン１２Ａの回転角度を最大４０％程度小さくすることができ、その分さらにサイクルタイムを短くすることができる。工作機械１Ｂ側の工具交換マガジン１２Ｂについても、同様のことがいえる。
【００５４】
一方、図８に示すように、工具交換マガジン１２Ａが原点位置に戻った後、非加工領域内回転をしている間は、開閉部材１７Ａによってカバー１６の開口部１６ａ（図７）が閉じたままの状態となる。このため、主軸が加工を行っている間、工具交換マガジン１２Ａと工具貯蔵マガジン１１Ａとの間で、次工程で使う工具ＴＡの準備を並行して行うことができる限りにおいては、この事前準備は工具交換のサイクルタイムに影響を及ぼさない。図８Ａからわかるように、工具交換マガジン１２Ａが非加工領域ＣＳ内で回転し、工具ポット旋回部１４Ａ（図２）との間で工具の受け渡しを行う場合に、最も回転角度が大きい工具把持部は工具把持部ＨａＡであり、その回転角度は約９０度である。主軸９Ａから受け取った工具を工具ポット旋回部１４Ａに渡し、空となった工具把持部ＨｂＢは、図８Ｂに示すように、工具ポット旋回部１４Ａから新たな工具を受け取る。このようにして、次の主軸９Ａとの工具交換のための事前準備が行われる。しかしながら、主軸９Ａの加工時間が極端に短く、事前準備動作に要する時間の方が長い場合は、この事前準備時間が工具交換のサイクルタイムを長びかせることとなる。
【００５５】
そこで、工具把持部ＨｂＡの工具を主軸９Ａが受け取った後、加工時間が極端に短い場合には、工具交換マガジン１２Ａは、工具貯蔵マガジン１１Ａとの間で、事前準備動作としての工具の受け渡しを行わず、直近に主軸９Ａへ工具を渡して空になった工具把持部ＨｂＡが主軸９Ａから工具を受け取り、図７Ｃに示すように、工具把持部ＨｃＡの工具を主軸９Ａへ渡すようにするとよい。そうすれば、事前準備動作に費やす時間が不要となり、主軸９Ａによる加工が終了すれば、すぐに工具交換に移ることができるため、サイクルタイムにロスが生じず、サイクルタイムが長くなるのを回避できる。さらに、主軸９Ａへ工具を渡して空になった工具把持部ＨｃＡが、主軸９Ａから工具を受け取り、図７Ｄに示すように、工具把持部ＨｄＡの工具を主軸９Ａへ渡すようにすることもできる。つまり、工具交換マガジン１２Ａの４つの工具把持部ＨａＡ〜ＨｄＡのうち、少なくとも１か所は空にして、最大で３つの工具を把持させることが可能である。とはいえ、主軸９Ａの加工時間との関係で、主軸９Ａが工具把持部ＨａＡ、ＨｂＡ、ＨｃＡ、ＨｄＡのうちのどれに工具を渡し、どれから工具を受け取るかについては、任意にプログラムを組むことができる。また、工具把持部ＨＡの数も、最低限２つは必要であるが、本例のように４つである必要はなく、３つや５つなどでもかまわない。
【００５６】
次に、図９を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図９では、先に述べた第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を使用している。第１実施形態の工作機械は、２つの主軸を有するものであったが、第２実施形態の工作機械は、１つの主軸を有するものである。図９は、第２実施形態の要部である工具交換マガジン１２と開閉部材２７を示している。主軸が１つの場合、工具交換マガジン１２と開閉部材２７の回転軸Ｘ１を同軸にすることができる。符号２８は、工具交換マガジン１２の回転に対する開閉部材２７の連動・非連動を切り替える切替手段であって、盤体１２１の辺部１２５に固定された押体部２８１と、開閉部材２７に固定された被押体部２８２とからなる。被押体部２８２は、側面視でＬ字状に形成された部材であって、その底辺部２８３は電磁石である。工具交換マガジン１２が加工領域ＭＳ内で時計回りに回転する際には、押体部２８１が被押体部２８２の底辺部２８３を押す力を受けて、開閉部材２７が工具交換マガジン１２と一体に回動し、カバー１６の開口部を開く。また、工具交換マガジン１２が加工領域ＭＳ内で反時計回りに回転して原点位置に戻る際には、底辺部２８３の電磁石が通電されて、電磁石の吸引力により押体部２８１が底辺部２８３に当接するため、開閉部材２７は工具交換マガジン１２と一体に反時計回りに回動し、カバー１６の開口部を閉じる。一方、工具交換マガジン１２が非加工領域内で時計回りおよび反時計回りに回転する際には、底辺部２８３の電磁石への通電は行われず、開閉部材２７がカバー１６の開口部を閉じたままの状態が維持される。なお、ここでは被押体部２８２の底辺部２８３を電磁石としたが、押体部２８１を電磁石としてもよい。また、電磁石以外に、バネのような付勢手段などを使って、開閉部材２７がカバー１６の開口部を閉じるようにしてもよく、切替手段２８はここで示したものに限定されない。
【００５７】
次に、図１０を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。図１０においても、第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を使用している。第３実施形態の工作機械は、２つの主軸を有するものである。図１０は、第３実施形態の要部である工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂと開閉部材３７Ａ、３７Ｂを示している。開閉部材３７Ａ、３７Ｂの回転軸は、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂの回転軸Ｘ１Ａ、Ｘ１Ｂと同軸である。この場合、２つの主軸のＸ軸方向の間隔は、工具把持部に把持された工具の外周端が通る軌道ＯＡ、ＯＢの半径の合計よりも小さくすることはできない。本実施形態では、開閉部材３７Ａの左端部３７ｌＡの位置を、軌道ＯＡと干渉しない位置に設定すれば、開閉部材３７Ｂの右端部３７ｒＢの位置が決まる。そして、開閉部材３７Ｂの右下端部３７ｒＢの軌道ＱＢ´が決まれば、開閉部材３７Ｂの左下端部３７ｌＢの位置も決まる。図１０は、開閉部材３７Ａ、３７Ｂのそれぞれの左右幅を最小にした例を示しているが、第１実施形態と異なり、開閉部材３７Ａ、３７Ｂの回転軸が工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂの回転軸Ｘ１Ａ、Ｘ１Ｂと同軸であるため、開閉部材３７Ｂの左下端部３７ｌＢは、工具把持部ＨＢに把持された工具の外周端が通る軌道ＯＢと接近することはない。したがって、左下端部３７ｌＢが軌道ＯＢから離れる分だけ、開閉部材３７Ｂの左右幅は広がることになる。工作機械の左右幅に制限がない場合には、主軸のＸ軸方向の間隔に応じて、開閉部材３７Ｂの左右幅を決めることができる。
【００５８】
次に、図１１を参照して、本発明の第４実施形態について説明する。前述した各実施形態では、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂと主軸９Ａ、９Ｂとの間で工具交換を行う場合、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂが図６の原点位置から時計回りに回転する例を挙げた。しかしながら、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂの工具把持部ＨＡ、ＨＢにおける工具の把持状態によっては、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂを時計回りに回転させるよりも、反時計回りに回転させたほうが、サイクルタイムをより短縮できる場合がある。
【００５９】
例えば、図１１において、工具交換マガジン１２が主軸（図示省略）との間で工具交換を行うために、（ａ）の原点位置から時計回りに回転して（ｂ）の位置に至ると、この位置で停止し、主軸に装着されている使用済の工具が工具交換マガジン１２に渡される。この後、工具交換マガジン１２は、（ｃ）のように、主軸から受け取った工具Ｔ３を把持した状態でさらに回転し、この位置で停止して交換用の工具Ｔ１を主軸に渡す。こうして工具交換を行った後、工具交換マガジン１２は（ｄ）のように反時計回りに回転し、（ｅ）の位置で停止する。そして、この位置において、主軸に工具Ｔ１を渡して空きとなった工具保持部が、工具貯蔵マガジン（図示省略）から次の交換用工具Ｔ４を受け取る。これが終わると、工具交換マガジン１２は、（ｆ）のように反時計回りに回転し、この位置で停止して、主軸から受け取った工具Ｔ３を工具貯蔵マガジンへ返す。その後、工具交換マガジン１２は、反時計回りに（ｇ）の位置までさらに回転する。そして、この位置で、主軸に装着されている使用済の工具が工具交換マガジン１２に渡される。
【００６０】
図１１の例では、工具交換マガジン１２に備わる４つの工具保持部のうち、両端の２つが、使用済工具の受け取り用となっている。このため、工具交換マガジン１２が（ａ）の原点位置から回転して、主軸の使用済工具を受け取りに行く場合は、（ｂ）のように時計回りに回転したほうが、工具交換までの時間が短くなる。これに対して、工具交換マガジン１２が（ｆ）の位置から回転して、主軸の使用済工具を受け取りに行く場合は、工具交換マガジン１２が時計回りに回転すると、（ｈ）に示すように回転角度が１８０度となり、工具交換までの時間が長くなる。しかるに、本実施形態のように、工具交換マガジン１２が（ｆ）の位置から反時計回りに回転することで、（ｇ）に示すように回転角度は１０５度で済み、工具交換までの時間が短くなる。なお、工具交換マガジン１２を時計回りに回転させるか、反時計回りに回転させるかは、工作機械１に備わるマイクロコンピュータが、工具交換マガジン１２の回転位置や、各工具把持部における工具の有無などの情報に基づいて判断する。そして、その結果に応じて、工具交換マガジン１２を回転させるモータが、所定方向に所定角度だけ回転する。
【００６１】
なお、図１１は主軸が１つの場合の例であるが、主軸が２つの場合にも、図１１と同様の回転制御を行うことができる。この回転制御においては、各主軸に対応する２つの工具交換マガジンが同じ方向に回転するようにしてもよいし（２軸同方向回転）、２つの工具交換マガジンの一方が他方に対して逆方向に回転するようにしてもよい（２軸逆方向回転）。
【００６２】
以上述べた各実施形態では、図２のように、工具貯蔵マガジン１１Ａ、１１Ｂと工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂが、主軸９Ａ、９Ｂに対して上方に配置されている工作機械を例に挙げたが、本発明は、工具貯蔵マガジンと工具交換マガジンが主軸に対して側方に配置されている工作機械にも適用することができる。図１４は、この場合の第５実施形態を示す概略図である。
【００６３】
図１４において、主軸９Ａ、９Ｂのそれぞれの側方に、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂが配置されており、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂは、同じく側方に配置された図示しない工具貯蔵マガジン（図示省略）との間で、工具の受け渡しを行う。加工領域ＭＳと非加工領域ＣＳとを仕切る左右のカバー１６には、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂと主軸９Ａ、９Ｂとの間で工具交換を行うための開口部１６ａが、主軸９Ａ、９Ｂと対応して設けられている。なお、図１４では、開閉部材１７Ａ、１７Ｂ（図４等）の図示を省略し、開閉部材のプレート部１７４Ａ、１７４Ｂのみ図示してある。
【００６４】
図１４Ａは、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂが、工具割出交換位置Ｐ１Ａ、Ｐ１Ｂにおいて、工具貯蔵マガジンから新たな工具を受け取る場合を示している。このとき、開閉部材のプレート部１７４Ａ、１７４Ｂは、縦の姿勢となっていて、カバー１６の各開口部１６ａを閉じている。
【００６５】
図１４Ｂは、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂが、主軸９Ａ、９Ｂから使用済の工具を受け取るために矢印方向へ回転し、この回転と連動して開閉部材のプレート部１７４Ａ、１７４Ｂが、縦の姿勢から傾斜の姿勢へ変位する様子を示している。このとき、プレート部１７４Ａ、１７４Ｂの傾斜に伴って、カバー１６の各開口部１６ａが開かれてゆく。
【００６６】
図１４Ｃは、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂがさらに回転して、工具割出交換位置Ｐ２Ａ、Ｐ２Ｂにおいて、主軸９Ａ、９Ｂから使用済の工具を受け取る場合を示している。このとき、プレート部１７４Ａ、１７４Ｂは、横の姿勢へ変位していて、カバー１６の各開口部１６ａを開いている。
【００６７】
図１４においては、２つの主軸９Ａ、９Ｂが横方向に並んでいるが、図１５のように、２つの主軸９Ａ、９Ｂを縦方向に並べ、工具交換マガジン１２Ａ、１２Ｂを主軸９Ａ、９Ｂに対して同じ側に配置してもよい。また、図１６のように、１つの主軸９と、プレート部１７４を有する１つの工具交換マガジン１２のみを設けてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１、１Ａ、１Ｂ  工作機械
９Ａ、９Ｂ       主軸
１００Ａ、１００Ｂ  自動工具交換装置
１１Ａ、１１Ｂ  工具貯蔵マガジン
１２Ａ、１２Ｂ  工具交換マガジン
１６  カバー
１６ａ  開口部
１７Ａ、１７Ｂ  開閉部材
１８Ａ、１８Ｂ  カム機構（切替手段）
１７４Ａ、１７４Ｂ  プレート部
１７６Ａ、１７６Ｂ  プレート部
１８１Ａ、１８１Ｂ  カムフォロワ（押体部）
１８１ｒ  ローラ
１８１ｓ  軸
１８３Ａ、１８３Ｂ  溝体（被押体部）
１８４Ａ、１８４Ｂ  切り欠き
１８５Ａ、１８５Ｂ  溝
Ｘ１Ａ、Ｘ１Ｂ  工具交換マガジンの回転軸
Ｘ３Ａ、Ｘ３Ｂ  開閉部材の回転軸
【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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【図１６】
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【国際調査報告】
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