JP6299391B2

JP6299391B2 - 工具交換装置

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Publication number: JP6299391B2
Application number: JP2014092195A
Authority: JP
Inventors: 正輝渡邊
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2014-04-28
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2034-04-28
Also published as: JP2015208813A

Description

本発明は、グリップアームを備えた工具交換装置に関する。

工具交換装置は工具マガジンと工作機械の主軸との間で工具を交換する機構である。特許文献１が開示する工具交換装置の工具マガジンは、マガジン本体、該マガジン本体周囲に沿って放射状に並ぶ複数のグリップアーム、該複数のグリップアームの夫々を揺動可能に支持する複数の支点台等を備える。複数の支点台はマガジン本体の外周に沿って夫々固定し、グリップアームを揺動可能に軸支する。グリップアームは一端に工具又は工具ホルダを把持する把持部を備える。把持部は工具又は工具ホルダを内側に係合させる二股部と、該二股部の一対の先端部に夫々設けた一対の支持機構を備える。支持機構は筒状体の一端部に設けた開口部から二股部の内側に向けて出退する支持ピンを備える。筒状体は内部に圧縮コイルバネを収容し、圧縮コイルバネは該支持ピンを筒状体外部へ付勢する。工具交換時、二股部の内側に対して外側から工具又は工具ホルダが進入すると、支持ピンは工具又は工具ホルダの外周面に押されて後退し、二股部の内側に係合した工具又は工具ホルダを把持する。

特開２０１３−２０２６９８号公報

切削液と切粉の影響で支持ピンが動作不良になった場合、支持ピンが後退しないので、工具又は工具ホルダは容易に二股部の内側に進入又は抜けることができない。工具又は工具ホルダが支持ピンを強く押圧すると、グリップアームに過剰な負荷がかかり、グリップアームが破損する可能性もあった。

本発明の目的は、支持ピンが動作不良になった場合でも、工具又は工具ホルダを正常に保持できる工具交換装置を提供することである。

本発明の請求項１に係る工具交換装置は、工作機械の主軸を回転可能に支持する主軸ヘッドを上下動可能に支持するコラムに、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、前記主軸に装着する工具又は工具ホルダを把持する把持部を一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の前記一端と他端との間を軸支し、前記マガジン本体の外周に固定される支点台とを備え、回転割り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において、前記把持部は、前記工具又は前記工具ホルダを内側に係合させる二股部と、前記二股部の一対の端部に夫々設け、前記二股部の内側に向けて棒状の支持ピンを支持する支持機構とを備え、前記支持機構は、筒状に形成し、且つ中心軸線が同一軸線上となる位置に配置し、互いに向き合う側の端部の開口部から前記支持ピンを出退可能に支持する筒状体と、前記筒状体の内側に収納し、前記支持ピンを前記開口部に向けて付勢するバネと、前記二股部の前記端部に設け、前記筒状体を前記中心軸線に対して平行に移動可能に支持する筒状体支持部と、前記筒状体支持部に対して、前記筒状体を前記二股部の内側に向けて付勢する弾性体とを備えたことを特徴とする。例えば、ワーク加工中、筒状体の開口部と支持ピンの間の隙間に切粉等が詰まり、支持ピンが出退不能に陥る場合がある。該場合、二股部の内側に工具又は工具ホルダを挿入すると、支持ピンを介して筒状体が工具又は工具ホルダに押されるが、バネとは別箇所に配置した弾性体が圧縮することによって、筒状体は二股部の外側に向かって後退する。故に工具交換装置は支持ピンが動作不良になった場合でも、工具又は工具ホルダを正常に保持でき、グリップアームの破損を回避できる。

請求項２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、前記弾性体の弾性力は、前記バネの弾性力よりも大きいことを特徴とする。故に工具交換装置は、支持ピンの出退が不能になった後で、筒状体を二股部の外側に後退できる。即ち、支持ピンが正常に動作している状態では、筒状体は動かない。更に、支持ピンが開口部において正常に出退している際中においても、筒状体は動かない。

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、前記弾性体は、ウレタン部材であることを特徴とする。故に工具交換装置は筒状体に対して弾性力を効果的に付与できる。ウレタン部材は自身に隙間が無いので、切粉等が付着しても良好な弾性力を保持できる。

請求項４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、記弾性体は、板バネであることを特徴とする。故に工具交換装置は筒状体に対して強い弾性力を容易且つ効果的に付与できる。

請求項５に係る発明の工具交換装置は、請求項１から４の何れか一つに記載の発明の構成に加え、前記弾性体の圧縮量は、前記バネの圧縮量と同じであることを特徴とする。故に工具交換装置は支持ピンが出退不能に陥った場合でも、支持ピンの移動量を確保できる。

請求項６に係る発明の工具交換装置は、請求項１から５の何れか一つに記載の発明の構成に加え、前記弾性体は、前記筒状体支持部において、前記二股部の内側に対向する一端側とは反対の他端側に配置したことを特徴とする。弾性体は、切粉が飛散する工具又は工具ホルダ側から弾性体を遠ざけることができるので、切粉又は切削液の付着によって弾性力が低下するのを防止できる。

工作機械１の斜視図。工具交換装置２０の右側面図。グリップアーム３０の斜視図。グリップアーム３０の左側面図。図４に示すＩ−Ｉ線矢視方向断面図。図５に示す右側支持機構４５周囲の部分拡大図。右側支持機構４５のピン動作不良時に、工具ホルダ１０１が二股部４１の内側に進入した状態を示す図。図７に示す右側支持機構４５周囲の部分拡大図。グリップアーム１３０の斜視図。図９に示す左側支持機構１４６周囲の部分拡大図。左側支持機構１４６周囲の断面図。左側支持機構２４６周囲の部分拡大図。左側支持機構２４６周囲の断面図。

本発明の第１実施形態を図面を参照して説明する。以下説明は図中に矢印で示す上下、左右、前後を使用する。工作機械１の左右方向、前後方向、上下方向は、夫々、工作機械１のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向である。工具交換装置２０の向きもこれに倣う。図１に示す如く、工具交換装置２０は工作機械１に設置して使用する。

図１を参照し工作機械１の構造を説明する。工作機械１は、基台２、機械本体３、テーブル１０、工具交換装置２０等を備える。基台２は鉄製の略直方体状の土台である。機械本体３は基台２上部後方に設け、テーブル１０上面に保持したワーク（図示略）を切削する。テーブル１０は基台２上部中央に設け、Ｘ軸モータ（図示略）、Ｙ軸モータ（図示略）、ガイド機構（図示略）により、Ｘ軸方向とＹ軸方向に移動可能である。工具交換装置２０は機械本体３上部に設けたフレーム８に固定し、機械本体３の主軸９に装着した工具４を他の工具と交換する。

図１，図２を参照し機械本体３の構造を説明する。機械本体３は、コラム５、主軸ヘッド７、主軸９、制御箱６等を備える。コラム５は基台２上部後方に立設する。主軸ヘッド７はコラム５前面に沿ってＺ軸方向に昇降可能であり、内部に主軸９を回転可能に支持する（図２参照）。主軸９は下端部に設けたテーパ穴１８に工具ホルダ１０１を装着する。工具ホルダ１０１は工具４を保持する。主軸９は主軸ヘッド７上部に設けた主軸モータ１５の駆動で高速回転する。制御箱６は数値制御装置（図示略）を格納する。数値制御装置は工作機械１の動作を制御する。

図２に示す如く、Ｚ軸移動機構は一対のＺ軸リニアガイド（図示略）、Ｚ軸ボール螺子２６、Ｚ軸モータ（図示略）を備える。Ｚ軸リニアガイドはＺ軸方向に延び且つ主軸ヘッド７をＺ軸方向に案内する。Ｚ軸ボール螺子２６は一対のＺ軸リニアガイドの間に配置し、上側軸受部２７と下側軸受部（図示略）により回転可能に設ける。主軸ヘッド７は背面にナット２９を備える。ナット２９はＺ軸ボール螺子２６に螺合する。Ｚ軸モータはＺ軸ボール螺子２６を正逆方向に回転する。故に主軸ヘッド７はナット２９と共にＺ軸方向に移動する。

図２を参照し、主軸ヘッド７の内部構造を説明する。主軸ヘッド７は前方下部内側に主軸９を回転可能に支持する。主軸９は上下方向に延びる回転軸を有し、主軸モータ１５の駆動軸にカップリング２３を介して連結する。故に主軸９は主軸モータ１５の回転駆動で回転する。主軸９はテーパ穴１８とホルダ挟持部材１９とドローバー６９を備える。テーパ穴１８は主軸９の先端部（下端部）に設ける。ホルダ挟持部材１９はテーパ穴１８上方に設ける。ドローバー６９は主軸９の中心を通る軸穴の中に同軸上に挿入して設ける。

工具ホルダ１０１は一端側に工具４を保持し、他端側に、フランジ部１０２、テーパ装着部１０４、プルスタッド１０５を同軸上に備える。フランジ部１０２は、テーパ装着部１０４の基部よりも径方向外側に拡径する略円柱状に形成し、該外周面に周方向に延びる溝１０３を備える。テーパ装着部１０４は略円錐状である。プルスタッド１０５はテーパ装着部１０４の頂上部から軸方向に突出する。テーパ装着部１０４とプルスタッド１０５はテーパ穴１８に挿入する。テーパ穴１８にテーパ装着部１０４が装着すると、ホルダ挟持部材１９はプルスタッド１０５を挟持する。ドローバー６９がホルダ挟持部材１９を下方に押圧すると、ホルダ挟持部材１９はプルスタッド１０５の挟持を解除する。

主軸ヘッド７は後方上部の内側にクランクレバー６０を備える。クランクレバー６０は略Ｌ字型であり支軸６１を中心に揺動自在である。支軸６１は主軸ヘッド７内に固定する。クランクレバー６０は縦方向レバー６３と横方向レバー６２を備える。縦方向レバー６３は支軸６１からコラム５側に対して斜め上方に延びて中間部６５で上方に折曲して更に上方に延びる。横方向レバー６２は支軸６１からコラム５前方に略水平に延びる。横方向レバー６２の先端部はドローバー６９に直交して突設したピン５８に上方から係合可能である。縦方向レバー６３は上端部の背面に板カム体６６を備える。板カム体６６はコラム５側にカム面を備える。板カム体６６のカム面は上側軸受部２７に固定したローラフォロア６７と接離可能である。ローラフォロア６７は板カム体６６のカム面を摺動する。引張コイルバネ（図示略）は縦方向レバー６３と主軸ヘッド７の間に設ける。クランクレバー６０を右側面から見た場合、引張コイルバネはクランクレバー６０を時計回りに常時付勢する。故にクランクレバー６０は横方向レバー６２によるピン５８の下方向への押圧を常時解除する。

図２を参照し、主軸９のテーパ穴１８に対する工具ホルダ１０１の脱着動作を簡単に説明する。主軸９のテーパ穴１８に、工具ホルダ１０１のテーパ装着部１０４が装着した状態で、主軸ヘッド７はテーブル１０（図１参照）上のワーク加工位置から上昇する。クランクレバー６０に設けた板カム体６６はローラフォロア６７に接触して摺動する。後述するグリップアーム３０の把持部３２は工具ホルダ１０１を把持する。板カム体６６のカム形状に沿ってローラフォロア６７は摺動する。クランクレバー６０は右側面から見た場合に支軸６１を中心に反時計回りに回転する。横方向レバー６２はピン５８に上方から係合してドローバー６９を下方に押圧する。ドローバー６９はホルダ挟持部材１９を下方に付勢する。ホルダ挟持部材１９はプルスタッド１０５の挟持を解除する。主軸ヘッド７はＡＴＣ原点まで更に上昇し、主軸９のテーパ穴１８から工具ホルダ１０１が抜ける。故に工具ホルダ１０１は主軸９のテーパ穴１８から抜ける。

主軸ヘッド７がＡＴＣ原点に到達すると、数値制御装置の制御指令に基づき、工具マガジン２１は回転し、ＮＣプログラムの制御コマンドが指定する工具４を工具交換位置に割り出す。工具交換位置は工具マガジン２１の最下方位置で且つ主軸９に近接して対向する位置である。工具交換位置に割り出した工具４は、ＡＴＣ原点に移動した主軸ヘッド７の下方に位置する。

次いで、主軸ヘッド７はＡＴＣ原点から下降し、主軸９のテーパ穴１８に対し、工具４を保持する工具ホルダ１０１のテーパ装着部１０４が挿入する。テーパ穴１８に工具ホルダ１０１のテーパ装着部１０４が挿入した状態で、主軸ヘッド７は更に下降する。クランクレバー６０に設けた板カム体６６はローラフォロア６７に摺動する。板カム体６６のカム形状に沿ってローラフォロア６７は摺動する。クランクレバー６０は右側面から見た場合に支軸６１を中心に時計回りに回転する。故に横方向レバー６２はピン５８から離れ、ドローバー６９の下方への押圧を解除する。ドローバー６９はホルダ挟持部材１９の下方への付勢を解除し、ホルダ挟持部材１９はプルスタッド１０５を挟持する。主軸９は工具ホルダ１０１を装着する。

図１，図２を参照し、工具交換装置２０の構造を説明する。工具交換装置２０はタレット式の工具マガジン２１を備える。工具マガジン２１は円盤状のマガジン本体７１と複数のグリップアーム３０を備える。複数のグリップアーム３０はマガジン本体７１の外周に沿って所定間隔毎に配置し、工具マガジン２１の前後方向に揺動可能に設ける。マガジン支持台９５はフレーム８に固定する。マガジン支持台９５は支軸７５を回転可能に支持する。支軸７５は工作機械１の前方に対して斜め下方に延びる。支軸７５はマガジン本体７１を回転可能に支持する。マガジン本体７１は工作機械１の前方に正面を向けて配置する。

マガジン本体７１の構造を説明する。マガジン本体７１はボス部７３と鍔部７２を備える。ボス部７３は筒状である。支軸７５はボス部７３内に挿入する。鍔部７２はボス部７３の外周面の前端側に軸方向に直交して設ける。ボス部７３は後端部に割出円板７７を固定する。割出円板７７は支軸７５を中心とし、背面側（主軸ヘッド７に対向する面）に複数のカムフォロア（図示外）を備える。複数のカムフォロアは複数のグリップアーム３０の各位置に夫々対応して配置する。

減速機９６はマガジン支持台９５上部に固定し、複数のギヤとカム（図示略）を有する。マガジンモータ９７は減速機９６上部に固定する。マガジンモータ９７の回転軸は減速機９６と連結する。割出円板７７の複数のカムフォロアは減速機９６のカムに形成したカム溝（図示外）に夫々嵌合する。故に割出円板７７は複数のグリップアーム３０の中の一つを割り出し、マガジン本体７１の最下方位置に移動できる。

鍔部７２は裏面外周に沿って所定間隔毎に複数の支点台７８を固定する。支点台７８はグリップアーム３０の後述する支軸３３Ａを軸支する。鍔部７２は更に、複数のグリップアーム３０の夫々に対応する各位置に、板状の案内部材８０を夫々固定する。案内部材８０は案内面８３を備える。グリップアーム３０の後述する後端部３４から突出する鋼球３５は案内面８３を摺動する。故にグリップアーム３０は支点台７８を中心に工具マガジン２１の前後方向に安定して揺動できる。尚、板状の案内部材８０は環状に一体形成してもよい。

図３，図４を参照し、グリップアーム３０の構造を説明する。尚、グリップアーム３０の構造の説明は、図３，図４中に矢印で示す上下、左右、前後を使用する。グリップアーム３０は、軸部３３、アーム本体３１、把持部３２、後端部３４、ローラ支持部３６，３８、ローラ３７，３９等を備える。軸部３３は略水平方向に延びる略円柱状であり、軸方向両端面中心から支軸３３Ａを夫々延出する。支点台７８は支軸３３Ａを回転可能に軸支する。アーム本体３１は軸部３３から軸部３３の軸線方向に直交する方向に延び且つ前端側が緩やかに湾曲する腕状である。把持部３２はアーム本体３１の延出方向前端部に設け、工具ホルダ１０１を着脱可能に把持する。後端部３４は有底筒状に形成し、その内側に圧縮コイルバネ（図示略）と鋼球３５を収納する。圧縮コイルバネは鋼球３５を弾性保持し、鋼球３５の一部は後端部３４の開口端から外部付勢に応じて出退する。

ローラ支持部３６は軸部３３の外周面右側に設け、ローラ３７を前側斜め上方に軸支する。ローラ支持部３８はアーム本体３１の前側上方且つ左側の軸部３３近傍に設け、ローラ３９を前側斜め上方に軸支する。図２に示す如く、工具交換装置２０の工具交換位置（工具マガジン２１の最下端位置）に割り出したグリップアーム３０において、ローラ３７は主軸ヘッド７前面の左右方向中央部に固定した浮動カム１２のカム面に対向し、ローラ３９は主軸ヘッド７の前面の右端部に沿って固定した揺動カム１１のカム面に対向する。

図２に示す如く、揺動カム１１のカム面は、上部から下方に向けて直線状に延び、途中から斜め後方に緩やかに傾斜する形状である。該揺動カム１１のカム面をローラ３９が摺動することで、グリップアーム３０は揺動する。浮動カム１２のカム面は、上部から中央部にかけて前方に緩やかに傾斜し該中央部から下部にかけて後方に緩やかに傾斜する形状である。浮動カム１２は圧縮コイルバネ（図示略）を内蔵するので、ローラ３９が揺動カム１１を摺動する際、ローラ３９と揺動カム１１が離れないようにグリップアーム３０の動きを規制する。故に該緩やかな傾斜はグリップアーム３０が揺動する時のローラ３７の移動軌跡と一致するので、ローラ３７が浮動カム１２のカム面を摺動することで、グリップアーム３０は安定して揺動できる。

図３〜図５を参照し、把持部３２の構造を説明する。把持部３２は、二股部４１、右側支持機構４５、左側支持機構４６等を備える。二股部４１はアーム本体３１の延出方向前端部にて平面視二股状に形成し、前端は開口している。二股部４１は平面視半円弧状に湾曲する内周面を備え、該内周面の中央部には一対の係合リブ４２等を備える。一対の係合リブ４２は二股部４１の内側に向けて夫々突出する。二股部４１の内側に工具ホルダ１０１が進入した際、一対の係合リブ４２は工具ホルダ１０１のフランジ部１０２に設けた溝１０３（図２，図５参照）と係合する。

右側支持機構４５は、二股部４１の右前方に延びる一端部に直交して設け、支持ピン９０を二股部４１の内側に向けて出退可能に弾性支持する。左側支持機構４６は、二股部４１の左前方に延びる他端部に直交して設け、支持ピン９０を二股部４１の内側に向けて出退可能に弾性支持する。故に右側支持機構４５が支持する支持ピン９０と左側支持機構４６が支持する支持ピン９０は、互いに対向し、工具ホルダ１０１のフランジ部１０２を支持できる。

図６を参照し、右側支持機構４５の構造を具体的に説明する。尚、左側支持機構４６は右側支持機構４５と同じ構造であるので説明を省略する。右側支持機構４５は、外筒部４７、内筒部５１、筒状体５２、圧縮コイルバネ５９、支持ピン９０、ウレタンワッシャ８５等を備える。

外筒部４７は二股部４１の右前方に延びる一端部に一体して設け、該一端部に対して直交する方向に延びる略円筒状に形成する。尚、以下説明では、外筒部４７の二股部４１の内側に対向する一端側を外筒部４７の先端側、その反対側の他端側を後端側とする。その他の部品の向きもこれに倣うものとする。

内筒部５１は筒部５１Ａとフランジ部５１Ｂを備える。筒部５１Ａは外筒部４７よりも径の小さい略円筒状に形成し、外筒部４７の先端側から内側に挿入固定する。筒部５１Ａの後端は外筒部４７の後端と面一である。フランジ部５１Ｂは筒部５１Ａの先端部から径方向外側に延出して設け、外筒部４７の先端側の開口端に密着して固定する。内筒部５１は外筒部４７の内周面と筒状体５２との摺動性を良好にする為に用いる。

筒状体５２は筒部５２Ａとフランジ部５２Ｂを有する。筒部５２Ａは内筒部５１よりも径が小さく、内筒部５１よりも軸方向長さの長い略円筒状に形成する。筒部５２Ａは開口部４４、ピン支持孔５３、段部５４、底板７４を備える。各筒部５２Ａは中心軸線が同一軸線上となる位置に配置する。各筒部５２Ａは互いに対向する部分に開口部４４を有し、支持ピン９０は開口部４４から突出する。ピン支持孔５３は筒部５２Ａの軸方向に沿って貫通する。段部５４はピン支持孔５３を形成する内周面の軸方向中央部よりも開口部４４側にずれた位置に設け、径方向内側に縮径して形成する。底板７４は環状に形成し、筒部５２Ａの後端側に設けることで、ピン支持孔５３の底部となる。尚、ピン支持孔５３における段部５４から開口部４４に、円筒状のカラー６４を装着する。カラー６４は開口部４４と後述する支持ピン９０との隙間を閉塞するのに加えて開口部４４の内周面と支持ピン９０との摺動性を良好にする為に用いる。

環状のフランジ部５２Ｂは筒部５２Ａの先端部から後端側に少し離間した位置に、径方向外側に延出して設ける。フランジ部５２Ｂの直径は内筒部５１のフランジ部５１Ｂの直径よりも短い。後述するウレタンワッシャ８５はフランジ部５２Ｂと内筒部５１のフランジ部５１Ｂの間に配置する。故に筒状体５２は内筒部５１の内側から二股部４１の外側に向けて抜けることがない。

上記構造からなる筒状体５２は、筒部５２Ａを内筒部５１の先端側から内側に摺動自在に挿入するので、外筒部４７に対して移動自在となる。筒部５２Ａの後端側は、外筒部４７の後端側の開口端から外側に突出する。該突出した部分は外周面に係合溝５５を備える。係合溝５５は筒部５２Ａの外周面の周方向に延びる。Ｃ軸止め輪５６は係合溝５５に外方から係合する。係合溝５５に係止したＣ軸止め輪５６は内筒部５１の後端部に係止する。故に筒状体５２は内筒部５１の内側から二股部４１の内側に向けて抜けることがない。

支持ピン９０は棒状に形成する。支持ピン９０の工具ホルダ１０１と当接する先端部はテーパ状に形成する。支持ピン９０は後端部９２側の外周面にフランジ部９１を備える。フランジ部９１は径方向外側に延出する。後端部９２はフランジ部９１の中心から同軸上に後方に突出する。支持ピン９０のフランジ部９１から後端部９２までの部分は、ピン支持孔５３における段部５４と底板７４の間に収納する。フランジ部９１は、段部５４に対して筒部５２Ａの後端側から係止する。故に支持ピン９０は筒部５２Ａの開口部４４から二股部４１の内側に向けて抜けることがない。支持ピン９０の先端側は開口部４４から突出する。

圧縮コイルバネ５９は筒部５２Ａのピン支持孔５３に収納する。圧縮コイルバネ５９の一端部は支持ピン９０のフランジ部９１に後方から係止する。支持ピン９０の後端部９２は圧縮コイルバネ５９の一端部の内側に配置する。圧縮コイルバネ５９の他端部はピン支持孔５３内面に形成した係合溝に内側から係合するＣ軸止め輪５７に固定した底板７４と当接する。故に圧縮コイルバネ５９は支持ピン９０を開口部４４に向けて常時付勢できる。圧縮コイルバネ５９の外部付勢による圧縮量は支持ピン９０の移動量となる。

ウレタンワッシャ８５は環状に形成したウレタン製のワッシャであり、筒状体５２の筒部５２Ａの外周面に装着する。ウレタンワッシャ８５は内筒部５１のフランジ部５１Ｂと筒状体５２のフランジ部５２Ｂの間に配置する。ウレタンワッシャ８５の直径は内筒部５１のフランジ部５１Ｂの直径と同じであり、筒状体５２のフランジ部５２Ｂの直径よりも大きい。故に部品の寸法誤差又は組み付け誤差等で、内筒部５１に対して筒状体５２の位置がずれた時でも、筒状体５２のフランジ部５２Ｂはウレタンワッシャ８５に確実に当接できる。ウレタンワッシャ８５の弾性力は、少なくとも圧縮コイルバネ５９の弾性力よりも大きく、好ましくは圧縮コイルバネ５９の１０倍以上にするとよい。例えば、圧縮コイルバネ５９の弾性力が６Ｎ／ｍｍである時、ウレタンワッシャ８５の弾性力は９５Ｎ／ｍｍに調節するとよい。

図５，図６を参照し、右側支持機構４５と左側支持機構４６の通常のピンの動作を説明する。工具交換装置２０が把持部３２に工具ホルダ１０１を装着する時、工具ホルダ１０１は二股部４１の前方から内側に向けて進入する。工具ホルダ１０１のフランジ部１０２は右側支持機構４５が支持する支持ピン９０の先端部と、左側支持機構４６が支持する支持ピン９０の先端部に夫々当接する。工具ホルダ１０１が二股部４１の内側に更に進入するに連れ、フランジ部１０２は二本の支持ピン９０を二股部４１の外側に押し出す。ウレタンワッシャ８５の弾性力は圧縮コイルバネ５９の弾性力よりも大きいので、ウレタンワッシャ８５は圧縮せずに、圧縮コイルバネ５９が圧縮する。故に支持ピン９０のみが筒状体５２の開口部４４から後退し、筒状体５２の位置は変わらない。故に工具ホルダ１０１は二股部４１の内側の奥まで進入できる。

工具ホルダ１０１が二股部４１の内側の奥まで移動すると、フランジ部１０２の溝１０３は、二股部４１の係合リブ４２に係止する。各支持ピン９０は工具ホルダ１０１のフランジ部１０２に対して両側から挟み込むようにして当接する。故に把持部３２は工具ホルダ１０１を安定して保持できる。

尚、把持部３２から工具ホルダ１０１を抜く時、右側支持機構４５と左側支持機構４６は装着時と同様にピンが動作する。故に工具交換装置２０は工具ホルダ１０１を把持部３２から外側に正常に抜くことができる。

図７，図８を参照し、ピンが動作しない時の右側支持機構４５と左側支持機構４６の動作を説明する。例えば、工作機械１のワーク加工中、筒状体５２の開口部４４にて支持ピン９０とカラー６４の間に切粉が詰まった場合、支持ピン９０と切粉との摩擦によって、支持ピン９０は後退できず、ピンは動作不能となる。該状態で工具交換装置２０が把持部３２に工具ホルダ１０１を装着する時、上記と同様に、工具ホルダ１０１は二股部４１の前方から内側に向けて進入する。工具ホルダ１０１のフランジ部１０２は、右側支持機構４５が支持する支持ピン９０の先端部と、左側支持機構４６が支持する支持ピン９０の先端部とに夫々当接する。

工具ホルダ１０１が二股部４１の内側に更に進入するに連れ、フランジ部１０２は各支持ピン９０を二股部４１の外側に押し出そうとするが、支持ピン９０が後退しないので、支持ピン９０と筒状体５２を介してウレタンワッシャ８５に所定以上の圧力がかかる。筒状体５２のフランジ部５２Ｂはウレタンワッシャ８５を内筒部５１のフランジ部５１Ｂに向けて圧縮するので、支持ピン９０を支持する筒状体５２全体が工具ホルダ１０１に対して後退する退避動作を行う。

退避動作では、工具ホルダ１０１の二股部４１への進入距離に応じて、ウレタンワッシャ８５は圧縮する。ウレタンワッシャ８５の圧縮前の厚さＰ（図６参照）と、圧縮後の厚さＱ（図８参照）の差分は、ウレタンワッシャ８５の圧縮量であり、支持ピン９０の移動量となる。退避動作時のウレタンワッシャ８５の圧縮量は圧縮コイルバネ５９の圧縮量と同一となるように予め調整する。故に支持ピン９０の移動量と、退避動作時の支持ピン９０の移動量は同一となるので、退避動作時でも通常時と同じように、支持ピン９０が動作するので、把持部３２は工具ホルダ１０１を安定して保持できる。

退避動作は二股部４１とアーム本体３１等に過剰な負荷をかけないので、グリップアーム３０が破損するのを確実に回避できる。工具ホルダ１０１が二股部４１の奥まで移動すると、フランジ部１０２の溝１０３は二股部４１の内側に設けた係合リブ４２に係止する。各支持ピン９０は工具ホルダ１０１のフランジ部１０２に対して両側から挟み込むようにして当接する。故に工具交換装置２０はピンが動作しなくても、工具ホルダ１０１を把持部３２に対して確実に装着できる。

尚、把持部３２から工具ホルダ１０１を抜く時も、右側支持機構４５と左側支持機構４６はピンが動作しなければ、装着時と同様に退避動作を行うことができる。故に工具交換装置２０は工具ホルダ１０１を把持部３２から外側に正常に抜くことができる。

以上説明の如く、第１実施形態の工具交換装置２０は、マガジン本体７１の外周に複数のグリップアーム３０を備える。グリップアーム３０の把持部３２は二股部４１を備え、該二股部４１の左右両側の各先端部には、右側支持機構４５と左側支持機構４６を夫々備える。右側支持機構４５と左側支持機構４６は、二股部４１の内側に向けて棒状の支持ピンを出退可能に支持する機構である。右側支持機構４５と左側支持機構４６は、外筒部４７、筒状体５２、支持ピン９０、圧縮コイルバネ５９、ウレタンワッシャ８５を少なくとも備える。外筒部４７は二股部４１の左右両側の各先端部に直交して一体して設ける。筒状体５２は、外筒部４７の内側に内筒部５１を介して移動可能に設ける。筒状体５２は、二股部４１の内側に対向する先端側に設けた開口部４４から支持ピン９０を出退可能に支持する。圧縮コイルバネ５９は、筒状体５２の内側に収納し、支持ピン９０を開口部４４に向けて付勢する。ウレタンワッシャ８５は、筒状体５２の外周面に装着し、内筒部５１のフランジ部５１Ｂと、筒状体５２のフランジ部５２Ｂの間に配置する。

右側支持機構４５と左側支持機構４６の通常のピンの動作では、工具ホルダ１０１が二股部４１の前方から内側に向けて進入すると、右側支持機構４５が支持する支持ピン９０の先端部と、左側支持機構４６が支持する支持ピン９０の先端部とが工具ホルダ１０１のフランジ部１０２に夫々当接する。工具ホルダ１０１が二股部４１の内側に更に進入すると、フランジ部１０２は各支持ピン９０を二股部４１の外側に押し出すので、圧縮コイルバネ５９が圧縮する。支持ピン９０は筒状体５２の開口部４４から後退する。工具ホルダ１０１が二股部４１の奥まで移動すると、フランジ部１０２の溝１０３が、二股部４１の内側に設けた係合リブ４２に係止する。各支持ピン９０は工具ホルダ１０１のフランジ部１０２を両側から挟み込むようにして当接する。故に工具交換装置２０は工具ホルダ１０１を把持部３２に対して確実に装着できる。

工作機械１によるワーク加工中、例えば、右側支持機構４５において、筒状体５２の開口部４４と支持ピン９０の間の隙間に切粉等が詰まり、支持ピン９０が出退不能に陥った場合、二股部４１に工具ホルダ１０１が進入すると、工具ホルダ１０１は支持ピン９０を介して筒状体５２を外方に押圧する。支持ピン９０の動作不良により圧縮コイルバネ５９は圧縮しないので、別箇所に配置したウレタンワッシャ８５が圧縮する。故に支持ピン９０を支持する筒状体５２全体が工具ホルダ１０１から後退し、工具交換装置２０は工具ホルダ１０１を正常に保持でき、且つグリップアーム３０の破損を回避できる。

第１実施形態では更に、ウレタンワッシャ８５の弾性力は、圧縮コイルバネ５９の弾性力よりも大きい。故に支持ピン９０の出退が不能になった後で、ウレタンワッシャ８５が圧縮し、筒状体５２は二股部４１の外側に向かって後退できる。即ち、支持ピン９０が正常に動作している状態では、筒状体５２は動かない。更に、支持ピン９０が開口部４４において正常に出退している際中においても、筒状体５２は動かない。つまり、圧縮コイルバネ５９とウレタンワッシャ８５は同時に圧縮せず、何れか一方のみが圧縮するので、支持ピン９０が必要以上に後退するのを防止できる。

第１実施形態では更に、ウレタンワッシャ８５は弾性力を効果的に付与できる。ウレタンワッシャ８５はウレタン製で自身に隙間が無いので、切粉等が付着しても良好な弾性力を保持できる。

第１実施形態は更に、退避動作時におけるウレタンワッシャ８５の圧縮量を、通常のピン動作時における圧縮コイルバネ５９の圧縮量と同一になるように調整する。故に工具交換装置２０は、支持ピン９０が出退不能に陥った場合でも、支持ピン９０の移動量を確実に確保できる。

図９〜図１１を参照し、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態の工具交換装置は、第１実施形態のグリップアーム３０（図３参照）の代わりに、図９に示すグリップアーム１３０を備える。グリップアーム１３０の把持部１３２は、右側支持機構１４５と左側支持機構１４６を備える。第１実施形態の右側支持機構４５と左側支持機構４６は、本発明の弾性体の一例として、ウレタンワッシャ８５を備えるが、第２実施形態の右側支持機構１４５と左側支持機構１４６は、ウレタンワッシャ８５の代わりに、板バネの一種である波ワッシャ１８５を備える。波ワッシャ１８５を備えること以外の構造は第１実施形態と共通する。故に第１実施形態と共通する部分は同符号を付して説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

図１０，図１１に示す如く、波ワッシャ１８５は、筒状体５２の筒部５２Ａの外周面に装着し、内筒部５１のフランジ部５１Ｂと、筒状体５２のフランジ部５２Ｂとの間に配置する。波ワッシャ１８５は、ばね鋼製の平座金を波型に曲げたものであり、潰されることによりバネの働きをする周知のものである。波ワッシャ１８５の弾性力は、第１実施形態のウレタンワッシャ８５と同様に、少なくとも圧縮コイルバネ５９の弾性力よりも大きく、好ましくは圧縮コイルバネ５９の１０倍以上にするとよい。更に、退避動作時における波ワッシャ１８５の圧縮量は、第１実施形態と同様に、通常のピンの動作時における圧縮コイルバネ５９の圧縮量と同一になるように調整するとよい。波ワッシャ１８５は、筒状体５２に対して強い弾性力を容易且つ効果的に付与できるので、第１実施形態と同様に、ピンの動作ができない時の退避動作を行うことができる。

図１２，図１３を参照し、本発明の第３実施形態を説明する。第１実施形態の右側支持機構４５と左側支持機構４６は、ウレタンワッシャ８５を外筒部４７の先端側に配置（図６参照）する。第３実施形態の右側支持機構（図示略）と左側支持機構２４６は、ウレタンワッシャ２８５（図１３参照）を二股部４１の内側とは反対側である外筒部２４７の後端側に配置し、且つ外筒部２４７の内側に収納する点に特徴がある。左側支持機構２４６は、第１実施形態の左側支持機構４６と一部構造が共通するので、共通する部分は同符号を付して説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

図１３を参照し、左側支持機構２４６の構造を具体的に説明する。尚、右側支持機構は左側支持機構２４６と同一構造であるので、説明を省略する。左側支持機構２４６は、外筒部２４７、内筒部２５１、筒状体２５２、圧縮コイルバネ５９、支持ピン９０、カラー６４、ウレタンワッシャ２８５等を備える。圧縮コイルバネ５９と支持ピン９０、カラー６４は第１実施形態と同形状である。

外筒部２４７は二股部４１の左前方に延びる一端部に一体して設け、該一端部に対して直交する方向に延びる略円筒状に形成する。尚、以下説明では、外筒部２４７の二股部４１の内側に対向する一端側を外筒部２４７の先端側、その反対側の他端側を後端側とする。その他の部品の向きもこれに倣うものとする。外筒部２４７は後端側の開口端の内周縁部に断面Ｌ字状の切欠き部２４７Ａを設ける。内筒部２５１は外筒部２４７よりも直径の小さい略円筒状であり、外筒部２４７の先端側から内側に挿入固定する。

筒状体２５２は筒部２５２Ａとフランジ部２５２Ｂを有する。筒部２５２Ａは内筒部２５１よりも直径が小さく、且つ内筒部２５１よりも軸方向長さが長い略円筒状に形成する。筒部２５２Ａは、第１実施形態と同一の開口部４４、ピン支持孔５３、段部５４、底板７４、Ｃ軸止め輪５７、カラー６４等を備える。フランジ部２５２Ｂは筒部２５２Ａの外周面において後端部から先端側に少し離間した位置に、径方向外側に延出して設ける。フランジ部２５２Ｂは、外筒部２４７の後端側に設けた切欠き部２４７Ａの内側の端面（軸方向に直交する方向に平行な面）と内筒部２５１の後端部とに係止する。故に筒状体２５２は内筒部２５１から二股部４１の内側に向けて抜けることがない。筒状体２５２は、筒部２５２Ａを内筒部２５１の後端側から内側に摺動自在に挿入するので、外筒部２４７に対して軸方向に移動自在となる。筒部２５２Ａの後端側は、外筒部２４７の後端側の開口端から外側に突出する。

環状のウレタンワッシャ２８５は外筒部２４７の後端部に設けた切欠き部２４７Ａの内側に配置する。ウレタンワッシャ２８５は自身の内側の孔に、筒状体２５２の筒部２５２Ａの後端側を移動可能に挿入し、且つフランジ部２５２Ｂの後端側の面と密着する。環状の押さえワッシャ２５６は外筒部２４７の後端部に挿入固定する。固定方法は例えば加締め等を採用できる。筒部２５２Ａの後端側は、押さえワッシャ２５６の内側の孔を移動可能に挿入する。筒状体２５２は、フランジ部２５２Ｂがウレタンワッシャ２８５を介して押さえワッシャ２５６に当接するので、内筒部２５１の内側から二股部４１の外側に向けて抜けることがない。押さえワッシャ２５６は切欠き部２４７Ａの内側に収納するウレタンワッシャ２８５を筒状体２５２の後端側から押える。故にウレタンワッシャ２８５は外筒部２４７から脱落しない。尚、支持ピン９０、圧縮コイルバネ５９、カラー６４の配置箇所は第１実施形態と同じである。ウレタンワッシャ２８５の弾性力と圧縮量についても、第１実施形態と同様である。

左側支持機構２４６において、筒状体２５２の開口部４４と支持ピン９０の間の隙間に切粉等が詰まり、支持ピン９０が出退不能になった場合、二股部４１に工具ホルダ（図示略）が進入すると、工具ホルダは支持ピン９０を介して筒状体２５２を外方に押圧する。圧縮コイルバネ５９は圧縮できないので、ウレタンワッシャ２８５に負荷がかかってウレタンワッシャ２８５は圧縮する。故に支持ピン９０を支持する筒状体２５２全体が工具ホルダから後退する。故に第３実施形態の工具交換装置も、第１，第２実施形態と同様に、グリップアームの破損を回避できる。

更に、左側支持機構２４６は、第１，第２実施形態と同様の作用効果を得られることに加え、ウレタンワッシャ２８５を二股部４１の内側とは反対側である外筒部２４７の後端側に配置し、且つ外筒部２４７の内側に収納する（図１２参照）ので、ウレタンワッシャ２８５に切粉又は切削液が付着するのを防止できる。故に第３実施形態はウレタンワッシャ２８５が切粉又は切削液が付着することによって生ずるウレタンワッシャ２８５の損傷又は劣化を防止できる。

上記説明にて、第１実施形態の右側支持機構４５と左側支持機構４６、第２実施形態の右側支持機構１４５と左側支持機構１４６、第３実施形態の右側支持機構と左側支持機構２４６は、本発明の支持機構に相当する。第１，第２実施形態の外筒部４７、第３実施形態の外筒部２４７は、本発明の筒状体支持部に相当する。圧縮コイルバネ５９は本発明のバネに相当する。

尚、本発明は上記実施形態に限らず種々の変更が可能である。上記第１実施形態では、右側支持機構４５（及び左側支持機構４６）の退避動作時に圧縮する弾性体として、ウレタンワッシャ８５を用いているが、弾性力を有する材質であればよく、ウレタンには限定しない。更に、複数の材料で形成する樹脂材料であってもよい。更に弾性体はワッシャ形状でなくてもよく、例えば、図６において、一つ又は複数の弾性体の小片を内筒部５１のフランジ部５１Ｂと筒状体５２のフランジ部５２Ｂとの間に配置してもよい。

また、上記第１実施形態の右側支持機構４５（及び左側支持機構４６）は、内筒部５１とカラー６４は省略してもよい。第２，第３実施形態についても同様である。

また、上記第２実施形態では、右側支持機構１４５（及び左側支持機構１４６）の退避動作時に圧縮する弾性体として、波ワッシャ１８５を用いているが、板バネであれば他のワッシャ形状であってもよい。例えば、少なくとも一カ所以上で屈曲する板バネを、内筒部５１のフランジ部５１Ｂと筒状体５２のフランジ部５２Ｂとの間に一つ又は複数配置してもよい。更に、波ワッシャ１８５の山数は、圧縮コイルバネ５９との関係で波ワッシャ１８５に必要な弾性力に応じて変更すればよい。

また、上記第３実施形態では、ウレタンワッシャ２８５を二股部４１の内側とは反対側である外筒部２４７の後端側に配置するが、弾性力を有する材質であればよく、例えば、波ワッシャのような板バネを配置してもよい。また、波ワッシャを外筒部２４７の後端側に配置した場合、第２実施形態と比較して、波ワッシャに付着する切粉量を少なくできるので、波ワッシャの伸縮動作を良好に保持できる。さらに、ウレタンワッシャ２８５は外側に露出していてもよい。

また、上記第１〜３実施形態では、グリップアームの把持部は、工具ホルダ１０１を把持するものであるが、工具と工具ホルダが一体形状となった工具を把持してもよい。

１工作機械
３０グリップアーム
３２把持部
４１二股部
４５右側支持機構
４６左側支持機構
４７外筒部
５２筒状体
５９圧縮コイルバネ
７８支点台
８５ウレタンワッシャ
９０支持ピン
１３０グリップアーム
１４５右側支持機構
１４６左側支持機構
１８５波ワッシャ
２４６左側支持機構
２５２筒状体
２８５ウレタンワッシャ

Claims

工作機械の主軸を回転可能に支持する主軸ヘッドを上下動可能に支持するコラムに、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、前記主軸に装着する工具又は工具ホルダを把持する把持部を一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の前記一端と他端との間を軸支し、前記マガジン本体の外周に固定される支点台とを備え、回転割り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において、
前記把持部は、
前記工具又は前記工具ホルダを内側に係合させる二股部と、
前記二股部の一対の端部に夫々設け、前記二股部の内側に向けて棒状の支持ピンを支持する支持機構と
を備え、
前記支持機構は、
筒状に形成し、且つ中心軸線が同一軸線上となる位置に配置し、互いに向き合う側の端部の開口部から前記支持ピンを出退可能に支持する筒状体と、
前記筒状体の内側に収納し、前記支持ピンを前記開口部に向けて付勢するバネと、
前記二股部の前記端部に設け、前記筒状体を前記中心軸線に対して平行に移動可能に支持する筒状体支持部と、
前記筒状体支持部に対して、前記筒状体を前記二股部の内側に向けて付勢する弾性体と
を備えたことを特徴とする工具交換装置。
前記弾性体の弾性力は、前記バネの弾性力よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の工具交換装置。
前記弾性体は、ウレタン部材であ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。
前記弾性体は、板バネであ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。
前記弾性体の圧縮量は、前記バネの圧縮量と同じであることを特徴とする請求項１から４の何れか一つに記載の工具交換装置。
前記弾性体は、前記筒状体支持部において、前記二股部の内側に対向する一端側とは反対の他端側に配置したことを特徴とする請求項１から５の何れか一つに記載の工具交換装置。