(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸（４）に装着された工具（Ｔ）を、他の工具（Ｔ）と交換する工具交換アーム（１２）を備え、
かつ、複数の工具保持部（１５ａ，１５ａ…）が形成された工具マガジン（１５）を有するとともに、この工具マガジン（１５）における前記工具保持部（１５ａ，１５ａ…）に保持されている前記工具（Ｔ）を取り出し、前記工具交換アーム（１２）への工具交換位置（Ｐ２）まで移動して前記工具交換アーム（１２）に対して受け渡しを行う工具ローダ（１６）が設けられ、
前記工具交換アーム（１２）における一端側および他端側に、前記工具交換位置（Ｐ２）で、前記工具ローダ（１６）との間で工具（Ｔ）の受け渡しを行い、そして前記主軸（４）への工具取付位置（Ｐ１）で、前記主軸（４）との間で工具（Ｔ）の受け渡しを行う工具把持部（１３，１４）がそれぞれ形成されている工具交換装置であって、
前記工具ローダ（１６）および前記主軸（４）は、それぞれ前記工具交換アーム（１２）の長手方向に沿って移動可能とされ、
前記工具交換アーム（１２）は、その中心部を軸として回転運動のみをするように回動可能に支持され、
前記工具把持部（１３，１４）は、前記工具交換アーム（１２）の長手方向外側に向けて開口するように形成される開閉可能なクランプアーム（５１，５２）を備え、このクランプアーム（５１，５２）は、その中央部において開閉可能に枢着され、当該開閉枢着部（Ｐ）を境とする一端外側に前記工具（Ｔ）を把持する工具把持部材（５１Ａ，５２Ａ）を備え、
さらに、前記工具把持部（１３，１４）は、前記クランプアーム（５１，５２）によって前記工具（Ｔ）を把持したときに、その把持状態をロックするロック装置を備え、かつ、このロック装置による前記工具（Ｔ）のロック状態を解除するロック解除機構を備え、
前記ロック装置は、前記クランプアーム（５１，５２）の前記開閉枢着部（Ｐ）を境とする他端内側における前記クランプアーム（５１，５２）の間に回動自在に設けられるロックレバー（５４）と、
このロックレバー（５４）に設けられて、前記開閉枢着部（Ｐ）を開閉軸とする前記クランプアーム（５１，５２）の前記工具把持部材（５１Ａ，５２Ａ）の開放を不能な状態にロックするロック突起（５４Ａ，５４Ｂ）と、を備え、
前記ロック解除機構は、前記ロック突起（５４Ａ，５４Ｂ）が向き合ったときに嵌入して、前記クランプアーム（５１，５２）の前記開放不能なロック状態を解除するように前記クランプアーム（５１，５２）に設けられるロック解除孔（５１ａ，５２ａ）と、
前記主軸（４）を、前記工具交換アーム（１２）の長手方向外側から該工具交換アーム（１２）に近づける方向に移動させて、前記クランプアーム（５１，５２）が前記主軸（４）に取り付けられている前記工具（Ｔ）を把持する際に、前記主軸（４）の前記移動に伴って、前記ロック突起（５４Ａ，５４Ｂ）が前記ロック解除孔（５１ａ，５２ａ）とそれぞれ向き合って嵌入する方向に前記ロックレバー（５４）を回動させるカム（５５）と、を備えて構成されていることを特徴とする工具交換装置。
【請求項２】
前記工具ローダ（１６）は、工具保持部（１５ａ，１５ａ…）が一方向に開口した状態で直線上に配列されている工具マガジン（１５）に沿って直進して移動するようにした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】
前記工具マガジン（１５）における工具保持部（１５ａ，１５ａ…）は、複数の工具（Ｔ）を水平に並べて保持するように形成されているとともに、各工具（Ｔ）に形成されているシャンクの形状と噛み合う形状となるように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の工具交換装置。
【請求項４】
主軸（４）に装着された工具（Ｔ）を、工具交換アーム（１２）によって他の工具（Ｔ）と交換する工具交換方法において、
工具マガジン（１５）に保持された前記工具（Ｔ）を、工具ローダ（１６）で取り出して、該工具ローダ（１６）によって前記工具交換アーム（１２）の一端側または他端側が位置する工具交換位置（Ｐ２）よりも前記工具交換アーム（１２）の長手方向外側位置まで搬送し、
前記工具交換アーム（１２）の他端側または一端側が位置する工具取付位置（Ｐ１）よりも前記工具交換アーム（１２）の長手方向外側に位置する前記主軸（４）、および前記工具交換位置（Ｐ２）よりも前記工具交換アーム（１２）の長手方向外側に位置する前記工具ローダ（１６）をそれぞれ前記工具取付位置（Ｐ１）および前記工具交換位置（Ｐ２）まで移動させ、
前記工具ローダ（１６）によって搬送されてきた前記工具（Ｔ）および前記主軸（４）に取り付けられている前記工具（Ｔ）を、前記工具交換アーム（１２）の一端側および他端側に、該工具交換アーム（１２）の長手方向外側に向けて開口するように形成された工具把持部（１３，１４）によってそれぞれ把持させた後、前記工具ローダ（１６）および前記主軸（４）を後方に向けて移動退避させ、
その後、前記工具交換アーム（１２）を回転させて、前記工具交換位置（Ｐ２）における前記一端側の工具把持部（１３）または他端側の工具把持部（１４）を前記工具取付位置（Ｐ１）側に移動させるとともに、この工具取付位置（Ｐ１）における前記他端側の工具把持部（１４）または一端側の工具把持部（１３）を前記工具交換位置（Ｐ２）側に移動させ、
つぎに、前記工具ローダ（１６）および前記主軸（４）を前進させ、それぞれ工具交換位置（Ｐ２）および工具取付位置（Ｐ１）に移動復帰させることにより、前記工具ローダ（１６）および前記主軸（４）にそれぞれ工具（Ｔ）を取り付けるようにしたことを特徴とする工具交換方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械などにおける主軸に取り付けられた工具を交換する工具交換装置および工具交換方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械などにおいては加工作業に複数の工具を用いるが、一般に、これらの複数の工具は工具マガジンに収納されている。そして、必要に応じて工具マガジンから工具を取り出し、工具交換装置によって主軸に取り付けられた工具と交換して加工作業が行われる。
【０００３】
従来、このような工具交換装置に関連して、特開平１１−５８６１２号公報においては、工具交換装置を備える工具マガジンが開示されている。この工具マガジンは、フレーム上に立設される固定式であり、複数のラックユニットを有するラックを備えている。また、ラック装置の各収納位置に対して、工具を把持して搬送するロボット装置と、ラック装置と工具交換位置との間で工具を搬送する旋回アームを有するシフタを備えている。さらには、ラックユニットは、工具のフランジ部が工具の軸線に直交する方向に着脱されるグリッパを備えるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記公報に開示されている工具マガジンにおける工具自動交換装置のように、従来における工具自動交換装置は、一般に複合カム装置などの複雑な機構を有するものである。そして、工具自動交換装置自身がシフトや旋回などの動作を行っている。したがって、工具自動交換装置自体の構造が複雑とならざるを得ず、そのため故障も発生しやすい。
【０００５】
また、工具自動交換装置における旋回アームに工具を取り付ける際、把持部材によって工具を把持しているが、この把持部材を駆動するためのアクチュエータを別途必要とする。そのため、アクチュエータを駆動するための動作時間が必要になるなどの問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の主な課題は、複合カム装置などの複雑な機構の装置を用いる必要のない工具交換装置とすることにより、故障の発生などを防止し、もって信頼性の向上を図ることにある。また、工具を把持する把持装置を用いる際に、把持装置を駆動するためのアクチュエータなどを別途に設ける必要がないようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための請求項１に係る発明は、主軸に装着された工具を、他の工具と交換する工具交換アームを備え、かつ、複数の工具保持部が形成された工具マガジンを有するとともに、この工具マガジンにおける前記工具保持部に保持されている前記工具を取り出し、前記工具交換アームへの工具交換位置まで移動して前記工具交換アームに対して受け渡しを行う工具ローダが設けられ、前記工具交換アームにおける一端側および他端側に、前記工具交換位置で、前記工具ローダとの間で工具の受け渡しを行い、そして前記主軸への工具取付位置で、前記主軸との間で工具の受け渡しを行う工具把持部がそれぞれ形成されている工具交換装置であって、
前記工具ローダおよび前記主軸は、それぞれ前記工具交換アームの長手方向に沿って移動可能とされ、前記工具交換アームは、その中心部を軸として回転運動のみをするように回動可能に支持され、前記工具把持部は、前記工具交換アームの長手方向外側に向けて開口するように形成される開閉可能なクランプアームを備え、このクランプアームは、その中央部において開閉可能に枢着され、当該開閉枢着部を境とする一端外側に前記工具を把持する工具把持部材を備え、さらに、前記工具把持部は、前記クランプアームによって前記工具を把持したときに、その把持状態をロックするロック装置を備え、かつ、このロック装置による前記工具のロック状態を解除するロック解除機構を備え、前記ロック装置は、前記クランプアームの前記開閉枢着部を境とする他端内側における前記クランプアームの間に回動自在に設けられるロックレバーと、このロックレバーに設けられて、前記開閉枢着部を開閉軸とする前記クランプアームの前記工具把持部材の開放を不能な状態にロックするロック突起と、を備え、前記ロック解除機構は、前記ロック突起が向き合ったときに嵌入して、前記クランプアームの前記開放不能なロック状態を解除するように前記クランプアームに設けられるロック解除孔と、前記主軸を、前記工具交換アームの長手方向外側から該工具交換アームに近づける方向に移動させて、前記クランプアームが前記主軸に取り付けられている前記工具を把持する際に、前記主軸の前記移動に伴って、前記ロック突起が前記ロック解除孔とそれぞれ向き合って嵌入する方向に前記ロックレバーを回動させるカムと、を備えて構成されていることを特徴とする工具交換装置にある。
【０００８】
請求項１に係る本発明の工具交換装置によれば、工具マガジンの工具保持部から工具ローダで搬送されてくる工具と主軸に取り付けられている工具を交換する際、工具ローダおよび主軸を、工具交換アームの長手方向外側からその一端側および他端側に近づける方向にそれぞれ移動させることで、該一端側および他端側に外向きに開口するように形成されているそれぞれの工具把持部に、前記工具をそれぞれ把持させることができる。
また、工具ローダで搬送されてくる工具と主軸に取り付けられている工具を工具把持部のクランプアームによってそれぞれ把持したときに、この把持状態はロック装置の回動自在なロックレバーに設けられているロック突起によって開放不能にロックされる。そして、工具交換アームに近づくように移動（たとえば、工具交換アームの外側から近づくように移動）する工具ローダおよび主軸の移動に伴う。たとえば、主軸の移動に伴って、該主軸に設けられているカムが、ロックレバーに相対的に移動当接するその動きによってロックレバーを回動させることで、該ロックレバーのロック突起がクランプアームに設けられているロック解除孔にそれぞれ向き合い嵌入することによってクランプアームのロック状態が解除され、クランプアームに把持されていた工具は主軸に取り付けられる交換作業が行なわれる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記工具ローダは、前記各工具保持部が一方向に開口した状態で直線上に配列されている工具マガジンに沿って直進して移動するようにしたことを特徴とする工具交換装置にある。
【００１０】
請求項２に係る発明によれば、工具ローダとして直進移動するいわゆるリニアマガジンを用いることにより、主軸に対してあらたに取り付ける工具を容易に搬送することができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前記工具マガジンにおける工具保持部は、複数の工具を水平に並べて保持するように形成されているとともに、各工具に形成されているシャンクの形状と噛み合う形状となるように形成されていることを特徴とする工具交換装置である。
【００１２】
請求項３に係る発明では、工具マガジンにおける工具保持部を工具に形成されたシャンクと噛み合う形状としているので、工具マガジンに工具を収容しているときにも、工具の落下などを効果的に防止することができる。
【００１３】
請求項４に係る発明の工具交換方法は、主軸に装着された工具を、工具交換アームによって他の工具と交換する工具交換方法において、
工具マガジンに保持された前記工具を、工具ローダで取り出して、該工具ローダによって前記工具交換アームの一端側または他端側が位置する工具交換位置よりも前記工具交換アームの長手方向外側位置まで搬送し、前記工具交換アームの他端側または一端側が位置する工具取付位置よりも前記工具交換アームの長手方向外側に位置する前記主軸、および前記工具交換位置よりも前記工具交換アームの長手方向外側に位置する前記工具ローダをそれぞれ前記工具取付位置および前記工具交換位置まで移動させ、前記工具ローダによって搬送されてきた前記工具および前記主軸に取り付けられている前記工具を、前記工具交換アームの一端側および他端側に、該工具交換アームの長手方向外側に向けて開口するように形成された工具把持部によってそれぞれ把持させた後、前記工具ローダおよび前記主軸を後方に向けて移動退避させ、その後、前記工具交換アームを回転させて、前記工具交換位置における前記一端側の工具把持部または他端側の工具把持部を前記工具取付位置側に移動させるとともに、この工具取付位置における前記他端側の工具把持部または一端側の工具把持部を前記工具交換位置側に移動させ、つぎに、前記工具ローダおよび前記主軸を前進させ、それぞれ工具交換位置および工具取付位置に移動復帰させることにより、前記工具ローダおよび前記主軸にそれぞれ工具を取り付けるようにしたことを特徴とする工具交換方法にある。
【００１４】
請求項４に係る本発明の工具交換方法によれば、工具マガジンの工具保持部から工具ローダによって搬送されてくる工具と主軸に取り付けられている工具とを交換する際、工具ローダおよび主軸を、工具交換アームの長手方向外側からその一端側および他端側に近づける方向にそれぞれ移動させることで、該一端側および他端側に外向きに開口するように形成されているそれぞれの工具把持部に前記工具をそれぞれ把持させ、その後に、工具交換アームを単に回転運動させるのみで、交換作業を行なうことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら、具体的に説明する。
図１は、本発明に係る工具マガジンを備えるマシニングセンタの正面図、図２はその平面図、図３はその右側面図、図４はその左側面図である。
図１および図２に示すように、加工機械、たとえばマシニングセンタのベース１上にはコラム２が矢印Ｚで示す前後方向および図示せずの左右方向に移動自在に配設され、このコラム２には主軸ヘッド３が矢印Ｙで示す上下方向に移動可能に支持されている。また、主軸ヘッド３には主軸４が回動自在に支持されており、その先端にはドリルなどの工具Ｔが着脱可能に装着されている。
そして、主軸ヘッド３が図１に二点鎖線で示す下方の加工位置に移動された状態で主軸４が回転し、図示しないテーブル上のワークに対してコラム２が移動して、工具Ｔによってワークに所定の加工が施される。主軸ヘッド３の上方には、本発明に係る工具交換装置５が配設されている。
【００１６】
また、ベース１の上には、鉛直部１１Ａと水平部１１Ｂとからなるフレーム１１が立設されており、フレーム１１における水平部１１Ｂの端部は主軸ヘッド３の上方位置まで延在している。このフレーム１１の水平部１１Ｂの端部における主軸ヘッド３の上方位置には、図３に示すように、工具交換装置５の主要部を構成する工具交換アーム１２が、その長手方向中央部を通り、主軸４の軸線と平行な軸回りに回動可能となるように支持されている。
さらに、工具交換アーム１２の両端には、それぞれ工具把持部１３，１４が形成されている。工具交換アーム１２の回動動作によって、主軸４側の工具取付位置Ｐ１における工具Ｔ１と、いわゆるリニアマガジンタイプの工具ローダ１６によって工具マガジン１５から工具交換位置Ｐ２に移送された工具Ｔ２とが工具把持部１４，１３によって把持されて同時に脱着交換されるようにしている。
【００１７】
フレーム１１における水平部１１Ｂ上には、横長平板形状の工具マガジン１５が設けられ、主軸４の軸線方向に延在している。さらに、工具マガジン１５の上側縁に沿って、工具保持部である複数の保持溝１５ａ，１５ａ…が形成されており、水平な直線上に所定ピッチで配列され、それぞれ同一方向の上方に向かって開口している。
また、工具マガジン１５における保持溝１５ａ，１５ａ…には、それぞれ工具ポット１７，１７が配備されており、これらの工具ポット１７，１７…によって工具が保持されている。
【００１８】
さらに、フレーム１１における鉛直部１１Ａの後方には、昇降装置１８が設けられているとともに、補助工具マガジン１９が設けられている。そして、図示しない昇降用モータを駆動させることにより、チェーン１８Ａを介して補助工具マガジン１９に備えられている工具ポット１７に保持された工具Ｔを上方に移動させ、工具ローダ１６に取り付けることができるように構成されている。
【００１９】
また、図１，図２および図４，図５に示す工具ローダ１６の一部を構成する移動体２１は、工具受渡し位置Ｐ３と工具交換アーム１２に対応する工具交換位置Ｐ２との間において、ボールねじ２２およびガイドレール２３，２３を介してフレーム１１の水平部１１Ｂ上に前後方向に直線移動可能に支持されている。
さらに、ボールねじ２２が移動用モータ２４によって回動されて、移動体２１が前後方向に移動される。そして、移動体２１の移動を補助するケーブルベア２５が設けられている。
【００２０】
図２に示すように、工具ローダ１６を構成する回動体２６は移動体２１上に回動可能に支持され、その一部には係合ピン２６Ａが移動体２１を貫通して突設されている。カム溝２７はボールねじ２２に沿って延びるようにフレーム１１の水平部１１Ｂに形成されているとともに、工具交換アーム１２と対応する側に埋設されたカム板２８上に形成されている。このカム板２８上に形成されたカム溝２７は、湾曲部２７Ａとなっている。
そして、前記カム溝２７には回動体２６の係合ピン２６Ａが係合され、移動体２１が工具交換アーム１２と対応する一端側である右端側に移動されたとき、カム板２８における湾曲部２７Ａの作用により、係合ピン２６Ａを介して回動体２６に図２に矢印Ａで示すように、反時計方向の回動力が生起される。
【００２１】
また、回動体２６上には、図４および図５に示すように、一対の把持アーム３１，３１が移動体２１の移動方向に離間して垂設されるとともに、フック部材３２が取り付けられている。さらに、回動体２６の上には、工具マガジン１５に備えられた工具Ｔを工具交換アーム１２に受け渡すための受け渡し用シリンダ３３が水平状態で支持されている。
【００２２】
シリンダ３３のピストンロッド３４には、揺動アーム３５が回動自在に連結されており、この揺動アーム３５は、支持アーム３６の基部に支持されている。この揺動アーム３５にフック部材３２が回動自在に連結されることにより、フック部材３２の上下動機構が形成されている。
なお、回動体２６には取付アーム３７を介して一対の把持アーム３１が固定され、この把持アーム３１に沿ってフック部材３２が上下動する。
【００２３】
そして、シリンダ３３によりフック部材３２が下方位置に移動された状態で、図１に示すように、移動体２１が工具マガジン１５の各保持溝１５ａなどと対応する位置に移動されたとき、図４に示すように、工具ポット１７上のピン１７Ａがフック部材３２に係合される。そして、受け渡し用シリンダ３３によって、フック部材３２を上昇させることにより、工具ポット１７が、把持アーム３１，３１間に挿入把持される。
【００２４】
その後、工具ローダ１６の把持アーム３１，３１で工具ポット１７を把持した状態で、移動体２１の移動によって工具交換位置Ｐ２と対応する前進位置に移動される。すると、係合ピン２６Ａとカム溝２７の湾曲部２７Ａとの係合により、工具ローダ１６の回動体２１が図２に矢印Ａで示す反時計方向に回動される。これにより、工具Ｔはその軸線が主軸４の軸線方向と合致した工具交換位置Ｐ２に位置される。
次いで、工具ローダ１６および主軸４が工具交換アーム１２の長手方向に沿ってそれぞれ近づくように移動することにより、主軸４と工具ローダ１６の工具ポット１７との間で、工具Ｔ１，Ｔ２が同時に着脱交換される。
その後、工具ローダ１６が移動体２１の移動によって後方位置に復帰すると、カム溝２７の作用により、工具ローダ１６上の工具Ｔはその軸線が横向きになるように回動体２６とともに回動される。そして、工具マガジン１５における所定の保持溝１５ａに収納される。
【００２５】
ここで、工具ローダの他の形態について説明する。なお、上記の工具ローダ１６と同一の作用を有する部材については、同一の番号を付してその詳細な説明を省略する。
図６に示すように、他の形態に係る工具ローダ１６′は、ボールネジ機構４０によって工具ポット１７を上下動させるものである。ボールネジ機構４０は、ボールネジ４１を備えており、ボールネジ４１には移動ブロック４２がねじ込まれており、ボールネジ４１の作用によって上下動する構成になっている。
【００２６】
また、ボールネジ４１の側方には、ガイドレール４３が立設されており、移動ブロック４２には、ガイドレール４３に沿って移動するガイド４４が嵌め込まれている。さらに、移動ブロック４２には、工具ポット１７を把持するフック部材４５が固定されている。
そして、水平フレーム４６に固設されたボールネジ駆動モータ４７を起動させると、ボールネジ４１が回動し、ガイドレール４３に沿ってガイド４４および移動ブロック４２が上下動する。この移動ブロック４２の上下動により、フック部材４５が工具ポット１７を上下に移動する。
さらに、工具交換位置Ｐ２では、ボールネジ機構４０によって、工具ポット１７に取り付けられた工具Ｔを下降させて、図１等に示す工具交換アーム１２における工具把持部１３に挿入するようになっている。
【００２７】
次に、本発明における工具交換装置５の作用について図１、図２および図３を用いて説明する。
工具ローダ１６によって搬送され、カム溝２７によってその向きを変えられた工具Ｔ２は、工具交換アーム１２の一端側（図３における上側の工具交換位置Ｐ２）に位置する。一方、このとき主軸４に取り付けられた工具Ｔ１は、工具交換アーム１２の他端側（図３における下側の工具取付位置Ｐ１）に位置する。
そして、工具ローダ１６を工具交換アーム１２に向けて下降移動させると同時に、主軸４（主軸ヘッド３）を工具交換アーム１２に向けて上昇移動させる（図１の二点鎖線から実線の状態）。すると、工具ローダ１６に把持された工具Ｔ２が工具交換アーム１２における工具把持部１３に把持される。その一方、主軸４に取り付けられた工具Ｔ１は、工具交換アーム１２における工具把持部１４に把持される。そして、工具Ｔ１，Ｔ２がそれぞれ工具把持部１３，１４に把持されたら、工具ローダ１６および主軸４（主軸ヘッド３）をそれぞれの工具Ｔ１，Ｔ２が受け渡し把持された前記工具把持部１３，１４から離れる後方に向けて同時に移動退避させる。たとえば、主軸４の場合は、図８（ｄ）に示すように、その軸線に沿って後方に向けて移動退避させる。これによって、主軸４に取り付けれていた工具Ｔ（Ｔ１）は工具交換アーム１２の工具把持部１４に受け渡し把持されることとなる。
【００２８】
続いて、工具交換アーム１２を天地が逆になるように、１８０°回転させる。この回転により、工具Ｔ２が工具取付位置Ｐ１側に位置し、工具Ｔ１が工具交換位置Ｐ２側に位置することになる。
その後、工具ローダ１６および主軸４（主軸ヘッド３）を前進させ、それぞれの工具交換位置Ｐ２および工具取付位置Ｐ１に移動復帰させることにより、主軸４に工具Ｔ２が取り付けられるとともに、工具ローダ１６には工具Ｔ１が取り付けられる。そして、工具ローダ１６を上昇移動させるとともに、主軸４（主軸ヘッド３）を図１に示す矢印Ｙ方向に下降移動させ、工具交換アーム１２を９０°回転させることにより、工具Ｔの交換が完了する。
【００２９】
次に、本発明の好適な実施形態として、工具交換アーム１２における工具把持部１３，１４の構造について説明する。なお、両者はほぼ同一の構造を有するので、工具把持部１４側を用いてその構造を説明する。
図７および図８に示すように、工具把持部１４は、クランプアーム５１，５２を備えている。このクランプアーム５１，５２は、その長手方向ほぼ中央部位において、連結リンク５３を介してそれぞれ開閉回動自在に枢着されている。そして、図７に示すように、クランプアーム５１，５２は、連結リンク５３による開閉枢着部Ｐを境とするその一端外側（図７および図８では下端部側）に工具把持部材５１Ａ，５２Ａを備えて、工具Ｔを把持したり、開放するように形成されている。
【００３０】
さらに、工具把持部１４は、クランプアーム５１，５２によって前記工具Ｔを把持したときに、その把持状態をロックするロック装置を備え、かつ、このロック装置による工具Ｔのロック状態を解除するロック解除機構を備えている。
【００３１】
ロック装置は、図７および図８に示すロックレバー５４と、このロックレバー５４に設けられるロック突起５４Ａ，５４Ｂと、で形成されている。
ロックレバー５４は、クランプアーム５１，５２の開閉枢着部Ｐを境とするその他端内側（図７および図８では上端部側）における該クランプアーム５１，５２の間において回動自在に設けられる。
ロック突起５４Ａ，５４Ｂは、開閉枢着部Ｐを軸とするロックレバー５４の回動円周上部位に形成されて、ロックレバー５４の回動により後記するロック解除孔５１ａ，５２ａと向き合うことなく、該ロック解除孔５１ａ，５２ａから外れた状態でクランプアーム５１，５２を開放不能にロックするようになっている。
【００３２】
ロック解除機構は、図７および図８に示すように、クランプアーム５１，５２に設けられるロック解除孔５１ａ，５２ａと、主軸ヘッド３に備えられるカム５５と、で構成されている。
ロック解除孔５１ａ，５２ａは、ロックレバー５４のロック突起５４Ａ，５４Ｂがそれぞれ向き合ったときに嵌入して（図８（ｂ）および（ｃ）参照）、クランプアーム５１，５２の開放不能なロック状態を解除するように、クランプアーム５１，５２の開閉枢着部Ｐを境とするその他端内側（図７および図８では上端部側）における前記ロック突起５４Ａ，５４Ｂと対応するロックレバー５４の回動円周上部位に形成されている。
【００３３】
カム５５は、図８に示すように、主軸ヘッド３を、工具交換アーム１２の長手方向外側から該長手方向に沿って、該工具交換アーム１２の工具把持部１３または１４に近づける方向（図８（ａ）に示す矢印Ｙ方向）に上昇移動させて、図８（ｃ）に示すように、クランプアーム５１，５２が主軸４に取り付けられている工具Ｔを把持する際に、主軸ヘッド３の前記上昇移動に伴って、ロックレバー５４に設けたれているロック突起５４Ａ，５４Ｂが前記ロック解除孔５１ａ，５２ａとそれぞれ向き合って嵌入する方向にロックレバー５４をスプリング５６の付勢力に抗して回動させるように主軸ヘッド３に備えられている。
【００３４】
図７および図８に示すスプリング５７は、クランプアーム５１，５２の他端内側間に図示のように取り付けられている。
【００３５】
つぎに、主軸４に取り付けられている工具Ｔを、該主軸４から受け取る際の工具取付位置Ｐ１における工具把持部１４の作用を図７および図８を参照しながら簡単に説明する。  まず、図７（ａ）および図８（ａ）に示すように、工具Ｔを把持する前のクランプアーム５１，５２の工具把持部材５１Ａ，５２Ａは閉じた状態にある。また、ロックレバー５４のロック突起５４Ａ，５４Ｂは、ロック解除孔５１ａ，５２ａと向き合うことなく、該ロック解除孔５１ａ，５２ａから外れた状態にあり、工具把持部材５１Ａ，５２Ａは閉じられた状態でロックされている。
【００３６】
続いて、図７（ａ）に示すように、主軸ヘッド３が工具交換アーム（１２）の長手方向外側から該長手方向に沿って工具把持部１４に近づくように矢印Ｙで示す方向に上昇移動する。
そして、図７（ｂ）および図８（ｂ）に示すように、クランプアーム５１，５２の工具把持部材５１Ａ，５２Ａが主軸４に取り付けられている工具Ｔを把持しようとする状態まで主軸ヘッド３がさらに上昇移動し、この上昇移動に伴い主軸ヘッド３に設けられているカム５５が工具把持部１４のロックレバー５４に対して相対的に上昇当接する。すると、図７（ｂ）に示すように、ロックレバー５４はスプリング５６に抗して上方に向けて回動され、ロックレバー５４のロック突起５４Ａ，５４Ｂが図８（ｂ）に示すように、ロック解除孔５１ａ，５２ａに向き合ってクランプアーム５１，５２のロック状態が解除される。これによって、クランプアーム５１，５２の工具把持部材５１Ａ，５２Ａは開放可能となり、工具Ｔを把持することができる状態となる。
【００３７】
このようにして、主軸４に取り付けられていた工具Ｔが、工具交換アーム１２の工具把持部１４に把持されるその受け渡しが完了すると、図７（ｄ）に示すように、主軸ヘッド３は移動退避させる。つまり、主軸４をその軸線に沿って工具把持部１４から離れる矢印Ｚで示す後方に向けて移動退避させると、この移動に伴いロックレバー５４からカム５５が離れて、スプリング５６によってロックレバー５４が下方に回動する。これにより、図８（ｄ）に示すように、ロックレバー５４のロック突起５４Ａ，５４Ｂがそれぞれロック孔５１ａ，５２ａから外れて、クランプアーム５１，５２が開放不能となり、工具Ｔを把持したクランプアーム５１，５２の把持状態がロックされる。
【００３８】
一方、同様の作用により、工具ローダ１６側でも工具Ｔを把持する。そして、図示はしないが、このまま工具把持アーム１２を回転させて、工具Ｔの交換を行う。さらに、工具Ｔを主軸４に取り付ける際には、前記した工程と逆の工程を経ることにより、工具を主軸４に取り付けることができる。
【００３９】
続いて、本発明において、工具ポットを用いる必要のない工具マガジンの例について説明する。図９に示すように、工具マガジン６０に形成された溝６１には、工具Ｔにおけるツールシャンクのグリップ部ＴＧと嵌合する形状に形成されている。さらには、工具Ｔが回転するのを防止するための回り止め６２が形成されている。
【００４０】
この工具マガジン６０では、図９に示すように、工具マガジン６０に形成された溝６１にツールシャンクのグリップ部ＴＧを嵌入する。ツールシャンクのグリップ部ＴＧが溝６１に嵌合することにより、工具マガジン６０から工具Ｔが落下することはない。かくして、工具ポットを用いることなく、工具を保持することができる。
【００４１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。たとえば、工具交換アームにおける工具把持部を３つあるいはそれ以上とすることができる。また、工具ローダとして、いわゆるリニアマガジンタイプのものを用いたが、他の態様のものを用いることもできる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のとおり、請求項１に係る本発明の工具交換装置によれば、工具ローダによって搬送されてくる工具と主軸に取り付けられている工具とを交換するときに、工具交換アームの回転のみで行なうことができる。これにより、従来装置のように、工具交換アームを進退移動させるための複雑な機構などを設ける必要がなくなることで、簡素な構成による工具交換装置とすることができる。よって、故障などの発生が少ない信頼性の向上を実現することが可能となる。
また、工具交換アームの一端側および他端側に形成されている工具把持部によって落下などがない状態で確実に把持した状態で工具ローダおよび主軸から工具を受け取り把持し、そして、把持した工具を工具交換アームの回転によって工具交換位置および工具取付位置へと移動させた後に、工具ローダおよび主軸に取り付けることができる。
しかも、工具把持部を開放不能に保持するロックとロック解除を、主軸の移動に伴うカムのロックレバーに対する相対的な移動当接によって行なわれるようにしたことで、工具を把持させるために工具交換アームを駆動させるアクチュエータなどを別途に設ける必要がなくなる。
【００４３】
また、請求項２に係る本発明の工具交換装置によれば、工具ローダとして直進移動するいわゆるリニアマガジンを用いることにより、主軸に対してあらたに取り付ける工具を容易に搬送することができる。
【００４４】
請求項３に係る本発明の工具交換装置によれば、工具マガジンにおける工具保持部を、工具に形成されたシャンクと噛み合う形状としているので、工具マガジンに工具を収容しているときにも、工具の落下などを効果的に防止することができる。
【００４５】
請求項４に係る本発明の工具交換方法によれば、従来装置のように、工具交換アームを進退移動させるための複雑な機構などを設ける必要がなくなることで、簡素な構成にすることができる。よって、故障などの発生を効果的に防ぐことができ、その結果、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る工具交換装置を備えるマシニングセンタの正面図である。
【図２】  本発明に係る工具交換装置を備えるマシニングセンタの平面図である。
【図３】  本発明に係る工具交換装置を備えるマシニングセンタの右側面図である。
【図４】  本発明に係る工具交換装置を備えるマシニングセンタの左側面図である。
【図５】  工具ローダの平面図である。
【図６】  工具ローダの他の例の側断面図である。
【図７】  工具交換アームの工具把持部の把持作用を示す正断面図である。
【図８】  工具交換アームの工具把持部の把持作用を示す側面図である。
【図９】  工具マガジンの拡大斜視図である。
【符号の説明】
１      ベース
２      コラム
３      主軸ヘッド
４      主軸
５      工具交換装置
１１    フレーム
１２    工具交換アーム
１３，１４  工具把持部
１５    工具マガジン
１５ａ  保持溝（工具保持部）
１６    工具ローダ
１７    工具ポット
５１，５２  クランプアーム
５１Ａ，５２Ａ  工具把持部材
５１ａ，５２ａ  ロック解除孔（ロック解除機構）
５３    連結リンク
５４    ロックレバー（ロック装置）
５４Ａ，５４Ｂ  ロック突起（ロック装置）
５５    カム（ロック解除機構）
Ｔ（Ｔ１，Ｔ２）  工具
Ｐ      開閉枢着部
Ｐ１    工具取付位置
Ｐ２    工具交換位置
Ｐ３    工具受渡し位置
【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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