(57)【要約】  工作機械（１００）は、主軸（５）を回転可能に支持し、主軸（５）の先端に工具（Ｔ）を取り外し可能に装着する主軸装置と、複数の工具を主軸（５）に装着される工具（Ｔ）と平行かつ同じ向きに保持する工具マガジン（５０）を有する工具交換装置であって、工具マガジン（５０）は、複数の工具のなかから選択された工具（Ｔ）を、主軸５に対して工具を装着するための第１の位置（Ｐ１）に位置決めする、工具交換装置と、加工室（Ｒ１）とマガジン室（Ｒ２）とを仕切る仕切り壁に設けられたシャッタ（７２）であって、第１の位置（Ｐ１）に位置決めされる工具（Ｔ）の軸線（Ｏｔ）に対して、工具（Ｔ）の基端側では軸線（Ｏｔ）に接近し且つ工具（Ｔ）の先端側では軸線（Ｏｔ）から遠ざかるように傾斜して配置されたシャッタ（７２）と、を備える。
2020049730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸に装着された工具を交換しながらワークを加工する工作機械において、
前記主軸を回転可能に支持し、前記主軸の先端に工具を取り外し可能に装着する主軸装置と、
複数の工具を前記主軸に装着される工具と平行かつ同じ向きに保持する工具マガジンを有する工具交換装置であって、前記工具マガジンは、前記複数の工具を周回させ、前記複数の工具のなかから選択された工具を、前記主軸に対して当該選択された工具を装着するための第１の位置に位置決めする、工具交換装置と、
ワークが加工される加工室と前記工具マガジンが収容されるマガジン室とを仕切る仕切り壁に設けられた開閉可能なシャッタであって、前記第１の位置に位置決めされる前記工具の軸線に対して、前記第１の位置に位置決めされる前記工具の基端側では前記軸線に接近し且つ前記第１の位置に位置決めされる前記工具の先端側では前記軸線から遠ざかるように傾斜して配置されたシャッタと、
を具備することを特徴とした工作機械。
【請求項２】
前記主軸は立形であり、前記工具マガジンとの間で直接的に工具を交換する、請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記シャッタは、前記工具マガジンに保持される前記工具に対して前記基端側から前記先端側に向かって開く、請求項１に記載の工作機械。
【請求項４】
前記シャッタを開閉するためのシャッタ駆動装置を更に備え、
前記シャッタは、前記仕切り壁に対して加工室側に移動可能に取り付けられ、前記シャッタ駆動装置は、前記仕切り壁に対してマガジン室側に取り付けられる、請求項１に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、主軸と工具マガジンとの間で工具を交換する工具交換装置を備える工作機械が知られている。例えば、特許文献１は、工具マガジンを備える横形マシニングセンタを開示している。工具マガジンは、加工室の上方のマガジン室に配置されており、水平な中心軸周りに回転する。加工室とマガジン室との間には、水平にスライドするシャッタが設けられている。シャッタは、加工中は閉じられ、工具を交換するときには開けられる。【０００３】
特許文献２は、工具マガジンを備える工作機械を開示している。工具マガジンは工具保管室に配置されており、加工室と工具保管室とは隔離部によって仕切られている。隔離部は、加工室と工具保管室とを連通する開口部を有している。開口部は、シャッタによって開閉されるように構成されている。シャッタは、鉛直方向に対して傾けられた傾斜部と、鉛直方向に延びる垂下部とを有している。シャッタは、ワークを加工している間は閉じられ、工具を交換するときには開けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６３２６３７４号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１８／０４７３０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、工具交換時間を短縮すること、より大径の工具を収容すること、及び、工具交換のための主軸移動ストロークを短縮して機械寸法を小型化することが可能な工作機械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】
【０００６】
本開示の一態様は、主軸に装着された工具を交換しながらワークを加工する工作機械において、主軸を回転可能に支持し、主軸の先端に工具を取り外し可能に装着する主軸装置と、複数の工具を主軸に装着される工具と平行かつ同じ向きに保持する工具マガジンを有する工具交換装置であって、工具マガジンは、複数の工具を周回させ、複数の工具のなかから選択された工具を、主軸に対して当該選択された工具を装着するための第１の位置に位置決めする、工具交換装置と、ワークが加工される加工室と工具マガジンが収容されるマガジン室とを仕切る仕切り壁に設けられた開閉可能なシャッタであって、第１の位置に位置決めされる工具の軸線に対して、第１の位置に位置決めされる工具の基端側では軸線に接近し且つ第１の位置に位置決めされる工具の先端側では軸線から遠ざかるように傾斜して配置されたシャッタと、を備える工作機械である。【０００７】
本開示の一態様に係る工作機械では、シャッタは、工具マガジンの第１の位置に位置決めされる工具の軸線に対して、工具の基端側（すなわち、主軸に把持される部分）では、軸線に接近するように（すなわち工具マガジンにより接近するように）配置される。このことは、シャッタが閉じられているときに、主軸がより工具マガジンに接近することを可能にする。したがって、工具交換のための主軸移動ストロークを短縮して機械寸法を小型化することが可能となると共に、工具交換時間を短縮することが可能となる。また、シャッタは、第１の位置に位置決めされる工具の軸線に対して、工具の先端側では軸線から遠ざかるように配置される。このことは、マガジン室において工具の先端とシャッタとの間により広い空間を提供し、したがってより大径の工具を収容することが可能となる。【０００８】
主軸は立形であってもよく、工具マガジンとの間で直接的に工具を交換する、いわゆるアームレスＡＴＣ（Automatic Tool Changer）にしてもよい。この場合、工具を交換するための追加の構成要素（例えば、工具交換アーム）を設ける必要がない。したがって、機械寸法をさらに小型化することが可能となる。【０００９】
シャッタは、第１の位置に位置決めされる工具の基端側から先端側に向かって開いてもよい。工具の先端の下方には、通常、テーブル等の他の要素を配置するための比較的大きなスペースが既に存在し得る。したがって、開いたシャッタのための追加の待機スペースを設ける必要がない。したがって、機械寸法をさらに小型化することが可能となる。【００１０】
工作機械は、シャッタを開閉するためのシャッタ駆動装置を更に備え、シャッタは、仕切り壁に対して加工室側で開閉可能に取り付けられてもよく、シャッタ駆動装置は、仕切り壁に対してマガジン室側に取り付けられてもよい。この場合、シャッタは仕切り壁に対して加工室側に取り付けられるため、仕切り壁の開口を加工室側から覆うようにシャッタを配置することが可能となる。したがって、シャッタが閉じられている間、開口は加工室に露出されず、切りくずが開口の縁部に堆積することを防止することができる。よって、切りくずが加工室からマガジン室に侵入することを防止することができる。また、シャッタ駆動装置は、仕切り壁に対してマガジン室側に取り付けられるため、切りくず及びクーラントがシャッタ駆動装置を汚染することを防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の一態様の工作機械によれば、工具交換時間を短縮すること、より大径の工具を収容すること、及び、工具交換のための主軸移動ストロークを短縮して機械寸法を小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る工作機械を示す概略斜視図である。
【図２】図１の工作機械の内部の一部を示す概略斜視図である。
【図３】ベッドを示す概略斜視図である。
【図４】図１の工作機械の概略側断面図である。
【図５】図１の工作機械の加工室の内部を示す概略斜視図である。
【図６】ベッド及び工具交換装置を示す概略斜視図である。
【図７】図６中のＸ部の概略拡大図である。
【図８】主軸が工具交換位置にあるときの主軸、シャッタ、及び、第１の位置に位置決めされた工具を示す概略側面図である。
【図９】主軸がＺ軸方向のストローク下端にあるときの主軸、シャッタ、及び、第１の位置に位置決めされた工具を示す概略側面図である。
【図１０】シャッタをマガジン室側から示す概略斜視図である。
【図１１】図８において、シャッタが鉛直に設けられたと仮定したときの概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、実施形態に係る工作機械を説明する。同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。理解を容易にするために、図の縮尺は変更されている場合がある。
【００１４】
図１は、実施形態に係る工作機械１００を示す概略斜視図であり、図２は、図１の工作機械１００の内部の一部を示す概略斜視図である。図１を参照して、工作機械１００は、例えば、立形マシニングセンタであることができる。工作機械１００は、ワークが加工される加工室、及び、工具マガジンが収容されるマガジン室を備える他の種類の工作機械であってもよい。工作機械１００は、ベッド（基台とも称され得る）１と、サドル２と、ラムベース３と、主軸頭４と、主軸５と、テーブル６と、スプラッシュガード７と、トラフ８と、切りくず回収器９と、を備えている。また、図２を参照して、工作機械１００は、工具マガジン５０を有する工具交換装置９０を備えており、主軸５に装着された工具を交換しながらワークＷを加工するように構成されている。なお、図２では、明りょうさのために、スプラッシュガード７は省略されていることに留意されたい。工作機械１００は、他の構成要素を更に有していてもよい。
【００１５】
図１を参照して、本実施形態では主軸５は立形であり、鉛直な軸線Ｏｓ周りに回転する。工作機械１００では、軸線Ｏｓに沿った方向がＺ軸方向（上下方向とも称され得る）である。また、工作機械１００では、水平方向のうち、テーブル６とベッド１の本体部１２（詳しくは後述）とが対向する方向が、Ｙ軸方向（前後方向とも称され得る）である。ベッド１の本体部１２に対してテーブル６が在る側が前側であり、その反対の側が後側である。さらに、工作機械１００では、水平方向のうち、Ｙ軸方向と垂直な方向が、Ｘ軸方向（左右方向とも称され得る）である。
【００１６】
図３は、ベッド１を示す概略斜視図である。ベッド１は、一対の脚部１１と、本体部１２と、を有する。一対の脚部１１は、床面等の基礎上に平行に配置されている。本体部１２は、脚部１１の上方に設けられている。本体部１２は、一対の側壁１２ａと、一対の側壁１２ａの上部に架け渡された天井壁１２ｂと、を有している。天井壁１２ｂは、側壁１２ａの上面に対してやや下方の位置において、一対の側壁１２ａを連結している。天井壁１２ｂの前縁は、側壁１２ａの前縁から後方に引っ込められており、主軸５と工具交換装置９０との間で工具を交換するためのスペースを提供する。
【００１７】
図４は、図１の工作機械１００の概略側断面図である。本体部１２は、マガジン室Ｒ２を画定して工具マガジン５０の周りを取り囲む、マガジン室カバー１４の一部を形成している。本体部１２の後方は、後部カバー１３によって覆われており、後部カバー１３は、本体部１２と共にマガジン室カバー１４を形成している。
【００１８】
図１を参照して、サドル２は、ベッド１の一対の側壁１２ａの上面に跨っている。サドル２は、モータに連結されたボールねじを有する送り装置（不図示）によって、ベッド１上をＹ軸方向に沿って駆動される。側壁１２ａとサドル２との間には、サドル２の移動を案内するガイド（不図示）が配置されている。サドル２によるＹ軸方向の送りは、ＮＣ装置によって制御される。
【００１９】
ラムベース３は、サドル２の前面に取り付けられている。ラムベース３は、モータに連結されたボールねじを有する送り装置（不図示）によって、サドル２上をＸ軸方向に沿って駆動される。サドル２とラムベース３との間には、ラムベース３の移動を案内するガイド（不図示）が配置される。ラムベース３によるＸ軸方向の送りは、ＮＣ装置によって制御される。
【００２０】
主軸頭４は、ラムベース３の前面に取り付けられている。主軸頭４は、モータに連結されたボールねじを有する送り装置（不図示）によって、ラムベース３上をＺ軸方向に沿って駆動される。ラムベース３と主軸頭４との間には、主軸頭４の移動を案内するガイド（不図示）が配置される。主軸頭４によるＺ軸方向の送りは、ＮＣ装置によって制御される。主軸頭４内には、軸線Ｏｓを中心にして回転する主軸５が設けられている。主軸５には、工具が装着される。
【００２１】
以上のサドル２、ラムベース３及び主軸頭４が、主軸５を回転可能に支持し、主軸５の先端に工具を取り外し可能に装着する主軸装置１０を構成する。主軸装置１０は、他の構成要素を含んでいてもよい。主軸装置１０は、工具マガジン５０に保持された工具を主軸５の先端に取り外し可能に装着するように、主軸５をＸ軸方向，Ｙ軸方向及びＺ軸方向の少なくとも一方向に移動させることができる。
【００２２】
主軸頭４の下部には、一対のＸ軸方向のシートＳ１と、Ｙ軸方向のシートＳ２とが取り付けられている。シートＳ１，Ｓ２は、加工室Ｒ１の天井面を画定しており、切りくず及びクーラントの飛散を防止する。
【００２３】
図５は、図１の工作機械１００の加工室Ｒ１の内部を示す概略斜視図である。シートＳ１，Ｓ２によって形成される天井面には、主軸頭４の下端部を通すための開口が設けられている。Ｘ軸方向のシートＳ１は、主軸頭４の左右のそれぞれに配置されている。Ｙ軸方向のシートＳ２は、主軸頭４の前方に配置されている。
【００２４】
Ｙ軸方向のシートＳ２は、可撓性を有する材料で形成されており、巻取り部Ｓ２ａによって巻き取られるように構成されている。巻取り部Ｓ２ａは、例えば、工作機械１００のスプラッシュガード７の前面に固定されることができる。シートＳ２の一方の端部は、巻取り部Ｓ２ａに固定されており、他方の端部は、主軸頭４の前面に固定されている。したがって、例えば、主軸頭４がサドル２によって前側に移動させられる場合、シートＳ２は巻取り部Ｓ２ａによって巻き取られる一方で、主軸頭４が後側に移動させられる場合、シートＳ２は巻取り部Ｓ２ａから引き出される。このような構成によって、シートＳ２は、主軸頭４（サドル２）の前後方向の移動に追従するように構成されている。
【００２５】
Ｘ軸方向のシートＳ１は、Ｙ軸方向のシートＳ２と同様な構成を有しており、Ｙ軸方向の巻取り部Ｓ２ａと同様な巻取り部（不図示）によって巻き取られるように構成されている。このような構成によって、主軸頭４が左側に移動する場合、左側のシートＳ１は巻取り部によって巻き取られる一方で、右側のシートＳ１は巻取り部から引き出される。反対に、主軸頭４が右側に移動する場合、左側のシートＳ１は巻取り部から引き出される一方で、右側のシートＳ１は巻取り部によって巻き取られる。このような構成によって、シートＳ１は、主軸頭４の左右方向の移動に追従するように構成されている。
【００２６】
図１を参照して、テーブル６は、ベッド１の本体部１２の前方に設けられている。テーブル６は、ワークＷを支持する。ワークＷは、直接的にテーブル６に取り付けられてもよく、又は、パレットを介してテーブル６に取り付けられてもよい。テーブル６は、ベッド１の脚部１１から上方に突出するテーブルベース６１によって、回転可能に支持されている。テーブル６は、例えば、モータによってＸ軸と平行な水平軸周りに回転させられる。テーブル６のこの回転方向は、Ａ軸方向と称され得る。テーブル６によるＡ軸方向の送りは、ＮＣ装置によって制御される。
【００２７】
スプラッシュガード７は、加工室Ｒ１の側面（前面、後面、左面及び右面）を画定している。スプラッシュガード７は、テーブル６の周りを取り囲んでいる。スプラッシュガード７の上部に向けて、クーラントを供給するための複数の噴出口（不図示）が設けられている。噴出されるクーラントにより、スプラッシュガード７の内壁面に付着したり堆積しようとする切りくずが洗い流される。したがって、効率よく切りくずを排出することができる。
【００２８】
図４を参照して、スプラッシュガード７は、テーブル６の直下に加工室排出口７１を有している。加工室排出口７１は、スプラッシュガード７の下端部に形成された開口によって画定されており、トラフ８へと開口している。スプラッシュガード７の前面７ａは、鉛直壁と、下部の傾斜壁とによって形成されている。また、スプラッシュガード７の後面７ｂは、傾斜壁によって形成されている。スプラッシュガード７の後面７ｂは、加工室Ｒ１とマガジン室Ｒ２とを仕切る仕切り壁７３によって規定されている。スプラッシュガード７の後面７ｂには、後面７ｂと同様な傾きを有するシャッタ７２（詳しくは後述）が設けられており、傾斜壁の一部を形成している。スプラッシュガード７は、これら鉛直壁及び傾斜壁によって、加工によって生じる切りくずを加工室排出口７１に集めるように構成されている。
【００２９】
マガジン室Ｒ２は、工具交換装置９０を収容している。マガジン室Ｒ２の天井面及び側面は、マガジン室カバー１４によって画定されている。マガジン室カバー１４は、上記のように、ベッド１の本体部１２と後部カバー１３とによって形成されることができる。マガジン室カバー１４は、工具マガジン５０の直下にマガジン室排出口１５を有している。マガジン室排出口１５は、マガジン室カバー１４の下端部に形成された開口によって画定されており、トラフ８へと開口している。マガジン室カバー１４の前面１４ａ及び後面１４ｂは、鉛直壁及び傾斜壁で形成されている。マガジン室カバー１４の前面１４ａは、仕切り壁７３によって規定されている。マガジン室カバー１４は、これら鉛直壁及び傾斜壁によって、工具から落下した切りくずを、マガジン室排出口１５に集めるように構成されている。
【００３０】
図６は、ベッド１及び工具交換装置９０を示す概略斜視図である。工具交換装置９０は、工具マガジン５０と、折損工具検出装置８０とを有している。なお、図６では、工具マガジン５０及び折損工具検出装置８０の略全体が示されている一方で、ベッド１の左半分のみが示されていることに留意されたい。また、工具マガジン５０は、複数の工具を保持することが可能であるが、図６では、簡潔さのために、１つの工具Ｔのみが示されている点にも留意されたい。工具マガジン５０は、複数の工具を、主軸５に装着される工具と平行かつ同じ向きに保持する。具体的には、工具マガジン５０は、工具Ｔの先端及び主軸５に装着される工具の先端が同じ方向（本実施形態では、下方向）に突出するような向きで、工具Ｔの基端を把持する。工具マガジン５０は、複数の工具を周回させ、複数の工具のなかから選択された工具Ｔを、主軸５に対して工具Ｔを装着するための第１の位置Ｐ１に位置決めする（詳しくは後述）。例えば、工具マガジン５０における各工具の位置は、工作機械１００の機械制御装置（不図示）によって追跡されることができる。
【００３１】
工具マガジン５０は、マガジンベース５１と、チェーン５２と、複数のグリッパ５３とを有している。マガジンベース５１は、複数（例えば４つ）のボルトＢによってマガジン室Ｒ２の天井壁（ベッド１の本体部１２の天井壁１２ｂ）から吊り下げられて固定されている。なお、図６において右上のボルトは省略されていることに留意されたい。他の実施形態では、ボルトＢの１つ又は複数は、後部カバー１３の天井壁に固定されてもよい。チェーン５２は、マガジンベース５１によって可動に支持されており、長円形の無端軌道を有している。複数のグリッパ５３は、チェーン５２に沿って均等に配置されている。工具マガジン５０は、チェーン５２を無端軌道に沿って移動させることで、複数の工具を無端軌道に沿って周回させる。
【００３２】
図７は、図６中のＸ部の概略拡大図である。グリッパ５３は、２つのアームによって工具Ｔに取り付けられたホルダを握るように構成されている。２つのアームは、弾性要素によって閉位置に付勢されており、弾性要素の付勢力に対抗して工具Ｔのホルダを押し込むことによって開かれることができる。このような機械的な構成によって、グリッパ５３は工具Ｔを保持することができる。
【００３３】
工具マガジン５０は、主軸５に対して選択された工具Ｔを装着するための第１の位置Ｐ１と、工具の折損を検出するための第２の位置Ｐ２と、を有している。第１の位置Ｐ１は、加工室Ｒ１に最も近い位置（図４において最も左側の位置）であることができる。図７を参照して、第２の位置Ｐ２は、第１の位置Ｐ１に隣接する位置であることができる。第１の位置Ｐ１に対して第２の位置Ｐ２の反対側の位置は、第３の位置Ｐ３であることができる。
【００３４】
折損工具検出装置８０は、第２の位置Ｐ２において、工具マガジン５０によって保持されている工具Ｔの折損を検出する。折損工具検出装置８０は、マガジンベース５１に固定されており、これによって、マガジン室Ｒ２の天井壁（ベッド１の本体部１２の天井壁１２ｂ）によって間接的に支持されている。代替的に、折損工具検出装置８０は、マガジン室Ｒ２の天井壁に直接的に固定され支持されてもよい。
【００３５】
折損工具検出装置８０は、先端に接触子８１を有したアーム８４をＺ軸方向に昇降させ、接触子８１が工具Ｔの下面の切れ刃に接触したことを内蔵センサで感知し、接触したときのＺ軸方向の位置で工具折損の有無を検出する公知の構造のものであるので、ここでは詳細な説明を省略する。折損工具検出装置８０の上面８５，８６，８７は、切りくずが落下しやすいよう傾斜面で形成されている。
【００３６】
図４を参照して、トラフ８は、加工室Ｒ１の下方とマガジン室Ｒ２の下方とに亘って設けられており、加工室排出口７１から落下した切りくずをマガジン室排出口１５から落下した切りくずと共に搬送する。トラフ８は、矢印Ｄで示されるように、前方から後方へと切りくずを搬送するように構成されている。トラフ８には、前方から後方へと流体（例えば、クーラント）を流す機構が設けられており、流体によって切りくずを搬送するように構成されている。代替的に又は付加的に、トラフ８の内部には、スクリューコンベアーやスクレーパコンベアー等の機械的な搬送装置が設けられていてもよい。
【００３７】
図２を参照して、切りくず回収器９は、トラフ８に接続されており、トラフ８によって搬送された切りくずを回収する。切りくず回収器９は、例えば、ドラムフィルタ９１と、リフトアップチップコンベア９２と、を有することができる。ドラムフィルタ９１は、切りくずをクーラントから分離するように構成されている。リフトアップチップコンベア９２は、ドラムフィルタ９１によって分離された切りくずを上方へ搬送するように構成されている。リフトアップチップコンベア９２によって搬送された切りくずは、例えばチップバケット（不図示）に落下することができる。切りくず回収器９には、タンク９３が接続されていてもよい。タンク９３は、ドラムフィルタによって切りくずが分離されたクーラントを貯留するように構成されている。タンク９３は、例えばポンプ（不図示）を含むことができ、回収したクーラントを再びワークＷの加工部、スプラッシュガード７へのクーラント噴出口、及びトラフ８の上流（前方）等に供給するように構成されていてもよい。切りくず回収器９は、上記と異なる他の構成を有していてもよい。
【００３８】
続いて、シャッタ７２について詳細に説明する。図４を参照して、シャッタ７２は、加工室Ｒ１とマガジン室Ｒ２とを仕切る仕切り壁７３に設けられている。シャッタ７２は、ワークを加工している間、加工によって生じる切りくずやクーラントがマガジン室Ｒ２に飛散することを防止する。
【００３９】
図８は、主軸５が工具交換位置ＣＰにあるときの主軸５、シャッタ７２、及び、第１の位置Ｐ１に位置決めされた工具Ｔを示す概略側面図であり、図９は、主軸５がＺ軸方向のストローク下端ＬＰにあるときの主軸５、シャッタ７２、及び、第１の位置Ｐ１に位置決めされた工具Ｔを示す概略側面図である。なお、図８，９では、明りょうさのために、仕切り壁７３は省略されていることに留意されたい。
【００４０】
図８を参照して、シャッタ７２は、第１の位置Ｐ１に位置決めされる工具Ｔの軸線（主軸５に回転させられる際の回転軸線）Ｏｔに対して、工具Ｔの基端側（工具Ｔに取り付けられたホルダ側。図８において上側）では軸線Ｏｔに接近し、且つ、工具Ｔの先端側（図８において下側）では軸線Ｏｔから遠ざかるように、傾斜して配置されている。このようなシャッタ７２に対して、主軸５は、工具交換位置ＣＰに位置することができる。
【００４１】
工具交換位置ＣＰの高さ（Ｚ軸方向の位置）は、主軸５に保持されている工具Ｔの基端の高さ（すなわち、主軸５に保持されている工具Ｔのホルダの高さ）が、工具マガジン５０のグリッパ５３の高さと一致するような位置であることができる。工具交換位置ＣＰの左右方向の位置（Ｘ軸方向の位置）は、主軸５の回転軸線Ｏｓと、第１の位置Ｐ１に位置決めされる工具Ｔの軸線Ｏｔとが、Ｘ軸方向において整列されるような位置であることができる。
【００４２】
工具交換位置ＣＰの前後方向の位置（Ｙ軸方向の位置）は、主軸５に保持されている工具Ｔ並びに工具Ｔを支持、案内及び駆動するための構成要素（主軸５、主軸頭４並びにこれらのガイド及び送り装置）が、シャッタ７２に干渉しないような位置であることができる。例えば、工具交換位置ＣＰの前後方向の位置は、主軸５を工具交換位置ＣＰ（図８）からＹ軸方向の位置を維持したままＺ軸方向のストローク下端ＬＰ（図９）まで移動させたときに、シャッタ７２が他の部品と干渉しないような位置に設定されることができる。また、同時に、工具交換位置ＣＰの前後方向の位置は、工具交換のための主軸５の移動ストローク（Ｙ軸方向の移動ストローク、詳しくは後述）を短くするために、工具マガジン５０により近くに設定されることが好ましい。シャッタ７２の干渉の防止及び主軸５の移動ストロークの短縮の両方を達成するためには、シャッタ７２が第１の位置Ｐ１に位置決めされる工具Ｔの基端側において軸線Ｏｔにできるだけ接近していることが好ましいことが、図８から幾何学的に理解されよう。
【００４３】
対照的に、より大径の工具Ｔをマガジン室Ｒ２に収容するためには、マガジン室Ｒ２において工具Ｔの先端とシャッタ７２との間により広い空間を提供するべく、シャッタ７２が第１の位置Ｐ１に位置決めされる工具Ｔの先端側において軸線Ｏｔからできるだけ遠ざかっていることが好ましいことが、図８から幾何学的に理解されよう。これは、工具は、通常、共通化された基端を有している一方で、その先端の径は工具に応じて変わることに因る。
【００４４】
以上のような考察を考慮して、工作機械１００では、上記のように、シャッタ７２が、第１の位置Ｐ１に位置決めされる工具Ｔの軸線Ｏｔに対して、工具Ｔの基端側では軸線Ｏｔに接近し、且つ、工具Ｔの先端側では軸線Ｏｔから遠ざかるように、傾斜して配置されている。このため、工作機械１００は、シャッタ７２と他の部品との干渉の防止、主軸５の移動ストロークの短縮、及び、より大径の工具Ｔの収容を同時に達成することができる。シャッタ７２の傾斜角度は、収容される工具の径等の様々な要因に応じて、様々な角度であることができ、例えば８°又は９°であることができる。傾斜角度は、他の値であってもよい。
【００４５】
図１１を参照して、仮にシャッタ７２が鉛直に設けられていた場合について説明する。図１１は、図８及び図９と同じ工具径の工具Ｔを主軸５及び工具マガジン５０に装着し、シャッタ７２を鉛直に設けたときの概略側面図である。図１１は、シャッタ７２が図８及び図９と同じ条件で周辺の構造物と干渉しない、主軸５と工具マガジン５０とが最も接近した位置状態を示している。このときの軸線Ｏｓと軸線Ｏｔとの距離Ｌ２は、図８における軸線Ｏｓと軸線Ｏｔとの距離Ｌ１より、（シャッタ７２の高さ）×（シャッタ７２の傾き角のｓｉｎ値）分だけ、確実に大きくなる。つまり、シャッタ７２を鉛直に設けると、工具交換のときの主軸５の移動ストロークがどうしても長くなってしまうことがわかる。
【００４６】
図８を参照して、主軸頭４には、工具交換位置ＣＰにおいて、シャッタ７２の上端部に向けてクーラントを噴射するためのノズル５ａが設けられている。シャッタ７２は上記のように傾斜されているため、シャッタ７２の上端部には、切りくずが堆積する可能性がある。工作機械１００では、この上端部に向かってノズル５ａからクーラントを噴射することによって、切りくずの堆積を防止することができる。したがって、シャッタ７２が開いたときに、切りくずがマガジン室Ｒ２に侵入することを防止することができる。また、シャッタ７２の下部にはワイパ７２ａが取り付けられ、シャッタ７２が開くとき、下端がスプラッシュガード７の後面７ｂに接触して、後面７ｂに付着している切りくずをかき落すように作用する。これにより、シャッタ７２の開閉に伴ってマガジン室Ｒ２へ侵入する切りくずを極力少なくしている。
【００４７】
図１０は、シャッタ７２をマガジン室Ｒ２側から示す概略斜視図である。工作機械１００は、シャッタ７２を開閉するためのシャッタ駆動装置１１０を備える。シャッタ７２は、仕切り壁７３に対して加工室Ｒ１側（スプラッシュガード７の後面７ｂ）で開閉可能に取り付けられる一方で、シャッタ駆動装置１１０は、仕切り壁７３に対してマガジン室Ｒ２側（マガジン室カバー１４の前面１４ａ）に取り付けられている。
【００４８】
具体的には、仕切り壁７３は、工具交換の際に主軸５を通すための開口７４を有しており、シャッタ７２は、開口７４を加工室Ｒ１側から覆うように、仕切り壁７３に摺動可能に取り付けられる。開口７４は、仕切り壁７３において、シャッタ７２が工具マガジン５０に保持される工具に対して基端側（図１０において上方）から先端側（図１０において下方）に向かって、矢印７５の方向に開くような位置に設けられている。シャッタ７２と仕切り壁７３との間には、接触式のシール、ラビリンス等の非接触式のシール、又は、これらの組合せ等のシール手段が設けられることができる。
【００４９】
シャッタ駆動装置１１０は、ブラケット１１１と、第１スライダ１１２と、第２スライダ１１３と、ガイド１１４と、ボールねじ１１５と、駆動源１１６と、を有することができる。シャッタ駆動装置１１０は、他の構成要素を更に有してもよい。
【００５０】
ブラケット１１１は、その中間部分においてシャッタ７２に固定されている。ブラケット１１１は、シャッタ７２からマガジン室Ｒ２において開口７４の側方まで延びている。第１スライダ１１２は、ブラケット１１１の一方の端部に固定されている一方で、第２スライダ１１３は、ブラケット１１１の他方の端部に固定されている。
【００５１】
ガイド１１４は、仕切り壁７３に固定されたレールと、当該レール上を移動するブロックとを含んでおり、第１スライダ１１２は、ガイド１１４のブロックに固定されている。ボールねじ１１５は、仕切り壁７３に回転可能に固定されたねじ軸と、当該ねじ軸上を移動するナットとを含んでおり、第２スライダ１１３は、ボールねじ１１５のナットに固定されている。駆動源１１６は、例えばモータであることができ、ボールねじ１１５のねじ軸を回転させる。以上のような構成によれば、駆動源１１６によってボールねじ１１５のねじ軸を回転させることによって、ボールねじ１１５のナットに第２スライダ１１３及びブラケット１１１を介して固定されたシャッタ７２が、第１スライダ１１２を介してガイド１１４によって案内されながら、工具マガジン５０に保持される工具に対して基端側から先端側に向かって開くことができる。なお、第２スライダ１１３を摺動させるための構成要素として、ボールねじ１１５及び駆動源１１６に代えて、例えば、油圧シリンダ又は空圧シリンダ等の他の駆動手動が使用されてもよい点に留意すべきである。
【００５２】
以上のような工作機械１００では、以下のような方法によって、工具を交換することができる。図４を参照して、先ず、主軸５に保持されている工具（加工に使用された工具）のホルダの高さが、工具マガジン５０のグリッパ５３の高さと一致するように、主軸５をＺ軸に沿って工具交換位置ＣＰ（図８）まで移動させる。また、工具マガジン５０の第１の位置Ｐ１には、空のグリッパ５３を配置する。また、第３の位置Ｐ３のグリッパ５３には、好ましくは、次の工具が保持されている。
【００５３】
続いて、シャッタ７２を開き、主軸５に保持されている工具のホルダが、第１の位置Ｐ１のグリッパ５３によって保持されるように、主軸５を第１の位置Ｐ１までＹ軸に沿って後退させる。続いて、主軸５が工具をアンクランプして、主軸５がＺ軸に沿って上昇する。
【００５４】
図７を参照して、続いて、チェーン５２を駆動し、第１の位置Ｐ１及び第３の位置Ｐ３のグリッパ５３を、それぞれ、第２の位置Ｐ２及び第１の位置Ｐ１に移動させる。
【００５５】
図４を参照して、続いて、主軸５がＺ軸に沿って下降し、第１の位置Ｐ１にある次の工具をクランプする。続いて、主軸５がＹ軸に沿って加工室Ｒ１まで前進する。続いて、シャッタ７２を閉じる。以上によって、工具を交換するための一連の動作が終了する。以上のような動作によって、主軸５は、工具マガジン５０との間で直接的に工具を交換するように構成されている。
【００５６】
また、折損工具検出装置８０は、加工に使用された工具が第２の位置Ｐ２に配置された後に、第２の位置Ｐ２にある工具が折損しているか否かを検出する。工具が折損していると検出された場合、折損した工具がワークＷに残されている可能性がある。したがって、この場合、次の工具の破損を防止するために、工作機械１００は加工を停止してもよい。
【００５７】
以上のような工作機械１００では、シャッタ７２は、工具マガジン５０の第１の位置Ｐ１に位置決めされる工具Ｔの軸線Ｏｔに対して、工具Ｔの基端側（すなわち、主軸に把持される部分）では、軸線Ｏｔに接近するように（すなわち工具マガジン５０により接近するように）配置される。このことは、シャッタ７２が閉じられているときに、主軸５がより工具マガジン５０に接近することを可能にする。したがって、工具交換のための主軸５の移動ストロークを短縮して機械寸法を小型化することが可能となると共に、工具交換時間を短縮することが可能となる。また、シャッタ７２は、第１の位置Ｐ１に位置決めされる工具Ｔの軸線Ｏｔに対して、工具Ｔの先端側では軸線Ｏｔから遠ざかるように配置される。したがって、マガジン室Ｒ２において工具Ｔの先端とシャッタ７２との間により広い空間が得られ、より大径の工具Ｔを収容することが可能となる。
【００５８】
また、工作機械１００では、主軸５は立形であり、工具マガジン５０との間で直接的に工具を交換する。したがって、工具を交換するための追加の構成要素（例えば、工具交換アーム）を設ける必要がない。したがって、機械寸法をさらに小型化することが可能となる。
【００５９】
また、工作機械１００では、シャッタ７２は、第１の位置Ｐ１に位置決めされる工具Ｔの基端側から先端側に向かって開く。工具Ｔの先端の下方には、通常、テーブル６等の他の要素を配置するための比較的大きなスペースが既に存在し得る。したがって、開いたシャッタ７２のための追加の待機スペースを設ける必要がない。したがって、機械寸法をさらに小型化することが可能となる。
【００６０】
また、工作機械１００は、シャッタ７２を開閉するためのシャッタ駆動装置１１０を更に備えており、シャッタ７２は、仕切り壁７３に対して加工室Ｒ１側で開閉可能に取り付けられており、シャッタ駆動装置１１０は、仕切り壁７３に対してマガジン室Ｒ２側に取り付けられている。したがって、仕切り壁７３の開口７４を加工室Ｒ１側から覆うようにシャッタ７２を配置することが可能となる。よって、シャッタ７２が閉じられている間、開口７４は加工室Ｒ１に露出されず、切りくずが開口７４の縁部に堆積することを防止することができる。これによって、切りくずが加工室Ｒ１からマガジン室Ｒ２に進入することを防止することができる。また、シャッタ駆動装置１１０は、仕切り壁７３に対してマガジン室Ｒ２側に取り付けられるため、切りくず及びクーラントがシャッタ駆動装置１１０を汚染することを防止することができる。
【００６１】
工作機械の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。当業者であれば、上記の実施形態の様々な変形が可能であることを理解するだろう。
【符号の説明】
【００６２】
５      主軸
１０    主軸装置
５０    工具マガジン
７２    シャッタ
９０    工具交換装置
１００  工作機械
１１０  シャッタ駆動装置
Ｏｔ    第１の位置に位置決めされる工具の回転軸線
Ｐ１    工具マガジンの第１の位置
Ｒ１    加工室
Ｒ２    マガジン室
Ｔ      工具
Ｗ      ワーク
【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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【国際調査報告】
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