JP2000005962A - 自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具をクランプ又はアンクランプ状態にする
高速動作を可能としたまま、このクランプ時又はアンク
ランプ時における工具交換用アームへの過負荷を減少
し、あるいはなくす。 【解決手段】 工具交換用アーム４５でチャッキングさ
れた工具ホルダ２をスピンドルよりアンクランプし、ス
ピンドルの内部に設けられたシリンダにより押し出し、
又は工具ホルダ２をスピンドルにクランプして工具交換
用アーム４５により工具ホルダ２を交換するようにした
自動工具交換装置５０において、工具交換用アーム４５
を移動させるためのカム５１に、スピンドル４内部に設
けられたシリンダにより工具ホルダ２を押し出す時にシ
リンダの押し出し速度にほぼ等しい速度で動作するカム
面５２を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動工具交換装置
に関する。更に詳述すると、本発明は、工具交換時にお
ける、スピンドルから工具ホルダをアンクランプ又は工
具ホルダをスピンドルにクランプさせるときの機構の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動工具交換装置１０１は、図１０に示
すように、ツールストッカ１０２とスピンドル１０３と
の間で工具１０４の交換を行うように設けられるもので
ある。工具交換を行う際には、まず工具交換用アーム１
０５でチャッキングされた工具ホルダ１０６をスピンド
ル１０３からアンクランプし、スピンドル１０３の内部
に設けられたシリンダにより前方へ押し出した後、工具
交換用アーム１０５の動作により完全に引き抜いて入れ
替えをしている。

【０００３】このような前方への押し出し機構として、
例えば図１１に示すようなスピンドル駆動装置１１１で
は、スピンドル１０３が工具ホルダ１０６を保持するク
ランプ位置及び工具ホルダ１０６の保持を解除するアン
クランプ位置に移動するロッド１０７と、ロッド１０７
の位置をクランプ位置またはアンクランプ位置に変更す
るピストン部材１０９と、油等の圧力媒体を圧力室１０
８に注入してピストン部材１０９の位置をクランプ位置
またはアンクランプ位置に変更する圧力付与手段（図示
せず）と、ロッド１０７をクランプ位置側に付勢する皿
ばね１１０とが設けられている。

【０００４】そして、このスピンドル駆動装置１１１に
装着した工具ホルダ１０６を高速で交換するため、圧力
媒体を圧力室１０８に注入してピストン部材１０９の位
置をクランプ位置またはアンクランプ位置に変更する圧
力付与手段（ここでは図示省略）を設け、さらに、ピス
トン部材１０９をアンクランプ位置側に付勢するばね手
段（図示省略）を設けるようにしたものがある。

【０００５】このようなスピンドル駆動装置１１１で
は、工具１０４を交換するためにロッド１０７をクラン
プ位置からアンクランプ位置に変更する際は、ロッド１
０７はピストン部材１０９に作用する圧力媒体による圧
力とばね手段の付勢力との合力により皿ばね１１０の抗
力を受けながら移動する。よって、ロッド１０７をアン
クランプ位置に移動させる際にばね手段による付勢力を
加えることができるので、アンクランプ力を増大してロ
ッド１０７のアンクランプ位置への移動を高速化するこ
とができる。

【０００６】また、ピストン部材１０９をクランプ位置
からアンクランプ位置に移動させるために圧力媒体の切
り換えを行うときに、ばね手段がピストン部材１０９を
アンクランプ位置側に付勢して移動させる。このため、
圧力媒体の切り換えでの初期応答遅れによるタイムラグ
の間にピストン部材１０９が移動できるので、ロッド１
０７のアンクランプ位置への移動の立ち上がり時間を短
縮して高速化することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに空圧または油圧駆動である内部シリンダで工具ホル
ダ１０６が実際に押されるときの速度は、カム駆動とし
た場合の工具交換用アーム１０５の引き抜き動作速度に
対して約２０倍にも達する場合がある。この場合、例え
ば図１０に示す自動工具交換装置１０１で、工具交換用
アーム１０５で工具ホルダ１０６をクランプした状態の
まま工具ホルダ１０６のみに前方への押し出し力が加わ
れば、工具交換用アーム１０５の中心軸１１２にはその
ような力が加わっていないのだから、工具交換用アーム
１０５に曲げ応力などの負荷がかかってしまう。このよ
うな速度差により工具交換用アーム１０５に負荷がかか
り続けると、何回もの繰り返し動作により過大な力が加
わることにもなり、騒音の発生、異常摩耗や破損につな
がるおそれがある。

【０００８】そこで、本発明は、工具をクランプ又はア
ンクランプ状態にする高速動作を可能としたまま、この
クランプ時又はアンクランプ時における工具交換用アー
ムへの過負荷を減少し、あるいはなくすことができる自
動工具交換装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、工具交換用アームでチャ
ッキングされた工具ホルダをスピンドルよりアンクラン
プしてスピンドル内部に設けられたシリンダにより押し
出し、又は工具ホルダをスピンドルにクランプして工具
交換用アームにより工具ホルダを交換するようにした自
動工具交換装置において、工具交換用アームを移動させ
るためのカムに、スピンドル内部に設けられたシリンダ
により工具ホルダを押し出す時にシリンダの押し出し速
度にほぼ等しい速度で動作するカム面を形成している。

【００１０】したがって、工具ホルダが前方へ押し出さ
れるのに合わせて、この工具ホルダを把持している工具
交換アームをも前方へ押し出して移動させることができ
る。この場合、カム面の形状およびこのカム面によって
動かされる各レバーやリンクなどの形状を適宜設定する
ことにより、工具交換アームの移動速度や移動幅を工具
ホルダの移動速度や移動幅に合わせることができる。こ
のように工具ホルダとこれを把持する工具交換用アーム
が同時に同量だけ移動することとなれば、このアームに
不要な過負荷がかからなくなる。

【００１１】請求項２記載の発明の自動工具交換装置に
おいては、カム面は、工具交換用アームを、シリンダの
押し出し速度に同調して押し出す段階と、本来の前後動
をさせるために押し出す段階の２段階で前後動させるよ
うに形成されたものであり、かつ両段階での前後動速度
を異ならせるようにしている。したがって、一方の段階
で工具交換時に工具交換用アームをこれまでと同様に前
後動させ得ることに加え、他方の段階において、工具交
換用アームを工具ホルダに同調させて移動させることが
できる。

【００１２】請求項３記載の発明の自動工具交換装置に
おいては、カムと、該カムと同軸に設けられるローラギ
ヤカムと、該ローラギヤと噛合するように工具交換用ア
ームの中心軸上に設けられるカムフォロアとによって、
工具交換アームを前後動及び旋回させるようにしてい
る。したがってこの場合、カムとローラギヤカムとを一
体的に回転運動させることによって、工具交換アームに
対して所定の前後動および旋回運動させて工具交換を行
うことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

【００１４】図１〜図９に、本発明の自動工具交換装置
の一実施形態を示す。この自動工具交換装置５０は、図
１０にも示したように、工具交換用アーム４５を用いて
ツールストッカとスピンドルとの間で工具５の交換を行
うものである。この工具交換用アーム４５で工具交換を
行う際には、スピンドル４の内部に設けられたシリンダ
によりこの工具ホルダ２を押し出してからスピンドル４
より抜き出してアンクランプし、又は工具ホルダ２をス
ピンドル４にクランプしている。

【００１５】そして本発明では、この工具交換用アーム
４５を移動させるためのカム５１に、シリンダによる工
具ホルダ２の押し出し速度にほぼ等しい速度で動作する
カム面５２を形成し、工具交換用アーム４５への曲げ応
力がかからないようにして過負荷を軽減させることとし
ている。

【００１６】このように、本発明はスピンドル４におい
て工具ホルダ２を前方に押し出すための機構を備えてい
ることを前提としたものであり、以下では、まずこのス
ピンドル駆動装置１から説明することとする。なお、本
明細書中で単にシリンダというときはピストン部材７や
シリンダ周壁３２、圧力室６、流体などから構成され
る、ロッド３を前後動させるための一連の油空圧アクチ
ュエータをいうものとする。

【００１７】図７〜図９に示すように、本実施形態のス
ピンドル駆動装置１は、モータ（図示せず）の回転駆動
力で回転されるスピンドル４により、工具ホルダ２に保
持される工具５を回転駆動するものである。本実施形態
中でスピンドル駆動装置１の先端側Ｔとは工具ホルダ２
を装着する側を意味し、基端側Ｂとはロッド３の長手方
向に関して先端側Ｔの反対側を意味する。そして、本実
施形態では、スピンドル駆動装置１をマシニングセンタ
の加工ヘッドの中に組み込んで使用している。

【００１８】このスピンドル駆動装置１は、スピンドル
４が工具ホルダ２を保持するクランプ位置（図８に示す
ように基端側Ｂの位置）及び工具ホルダ２の保持を解除
するアンクランプ位置（図７に示すように先端側Ｔの位
置）に移動するロッド３と、圧力室６に収容されると共
にロッド３の位置をクランプ位置またはアンクランプ位
置に変更するピストン部材７と、圧力媒体を圧力室６に
注入してピストン部材７の位置をクランプ位置またはア
ンクランプ位置に変更する圧力付与手段（図示せず）
と、ロッド３をクランプ位置側に付勢する第１ばね手段
８と、ピストン部材７をアンクランプ位置側に付勢する
第２ばね手段９とを有している。

【００１９】また、このスピンドル駆動装置１は、最も
先端側Ｔに配置されて工具ホルダ２を保持するチャック
部１０と、スピンドル４を回転させる回転駆動部（図示
せず）と、ロッド３を先端側Ｔと基端側Ｂとに移動させ
るクランプ動作部１１と、最も基端側Ｂに配置されてロ
ッド３及び工具ホルダ２を介して工具５にクーラントを
供給するクーラント供給部（図示せず）とを備えてい
る。

【００２０】回転駆動部は、モータと、該モータとスピ
ンドル４とを連結するプーリ及びベルト（図示せず）と
を備えている。

【００２１】ロッド３は、チャック部１０からクーラン
ト供給部まで連通している。ロッド３の中心部には、ク
ーラント供給部からのクーラントを工具ホルダ２に流通
させる貫通孔から成るクーラント流通孔１２が形成され
ている。ロッド３は、円管形状のスピンドル４の内部に
摺動可能に収容されている。スピンドル４は、チャック
部１０からピストン部材７の手前まで連通すると共に、
ケーシング１３に対して回転可能に軸受１４により支持
されている。

【００２２】ロッド３とスピンドル４との間には第１ば
ね手段８が嵌合されている。第１ばね手段８は、本実施
形態では多数の皿ばねから成るものとしている。図９に
示すように、第１ばね手段８の先端側Ｔは、カラー１５
を介してスピンドル４の内周の係止段部１６に当接され
ている。図７及び図８に示すように、第１ばね手段８の
基端側Ｂはカラー１７を介してロッド３の拡径部１８に
当接されている。この拡径部１８は、スピンドル４の内
径より僅かに小さい外径を有するよう形成されている。

【００２３】そして、ロッド３にピストン部材７による
外力が作用していない場合は第１ばね手段８は工具ホル
ダ２を引き込んでいる。ピストン部材７によりロッド３
が先端側Ｔに移動した場合は第１ばね手段８の全体の長
さが圧縮されて畜勢される。このとき、第１ばね手段８
はロッド３を基端側Ｂ、即ちクランプ位置側に付勢して
いる。また、第１ばね手段８がロッド３及びスピンドル
４の周方向に摩擦を有するようにしている。このため、
スピンドル４の回転によりロッド３も同時に回転する。

【００２４】また、拡径部１８の基端側Ｂには、ロッド
３に対して摺動可能なスリーブ１９と、ロッド３に対し
て相対回転及び摺動可能なピストン部材７とが設けられ
ている。スリーブ１９の周囲には固定スリーブ２０が設
けられている。この固定スリーブ２０の周囲にはストッ
パ２１が取り付けられている。ストッパ２１はスピンド
ル４の基端側Ｂの端部にねじ止めされている。固定スリ
ーブ２０はストッパ２１によりスピンドル４に固定され
ている。固定スリーブ２０の内周面にはＯリング２２が
装着されて、スリーブ１９の軸方向への摺動を制動して
いる。このため、拡径部１８が勢い良く基端側Ｂに移動
してから停止するとスリーブ１９も直ぐ停止するので、
スリーブ１９がピストン部材７に当接することを防止で
きる。

【００２５】クランプ動作部１１は、先端側Ｔと基端側
Ｂとに移動可能なピストン部材７と、ピストン部材７の
先端側Ｔに先端側圧力室２３を形成する先端側壁２４
と、ピストン部材７の基端側Ｂに基端側圧力室２５を形
成する基端側壁２６と、先端側壁２４に形成されて先端
側圧力室２３とスピンドル駆動装置１の外部とを連通す
る先端側連通孔２７と、基端側壁２６に形成されて基端
側圧力室２５とスピンドル駆動装置１の外部とを連通す
る基端側連通孔２８と、先端側壁２４及び基端側壁２６
を固定するケーシング１３と、第２ばね手段９の付勢力
を受けてピストン部材７を先端側Ｔに付勢する付勢部材
２９とを備えている。

【００２６】ピストン部材７はスピンドル４の内部のシ
リンダを構成する部材であり、工具交換用アーム４５で
チャッキングされた工具ホルダ２を前方へ押し出し、工
具交換用アーム４５による抜き出し、交換動作を容易に
するためのものである。このピストン部材７は、ロッド
３の外周に設けられた円管形状のボス部３０と円盤形状
のピストン部３１とを有している。ボス部３０とロッド
３との間には僅かな隙間Ｓ３がある。このため、ロッド
３が回転してもピストン部材７との間で摩擦を生ずるこ
とがない。

【００２７】そして、ピストン部３１が先端側Ｔ、即ち
アンクランプ位置側に移動することにより、図７に示す
ようにボス部３０の先端側Ｔがスリーブ１９を介してロ
ッド３の拡径部１８を押圧し、第１ばね手段８の抗力に
反してロッド３を先端側Ｔに移動させる。また、ピスト
ン部３１が基端側Ｂ、即ちクランプ位置側に移動するこ
とにより、図８に示すようにボス部３０とスリーブ１９
とが離隔して隙間Ｓ６を形成する。このため、クランプ
時にスピンドル４が回転しても、回転しないボス部３０
との間で摩擦を生ずることを防止できる。

【００２８】ピストン部３１の外周には、シリンダ周壁
３２が取り付けられている。このシリンダ周壁３２の先
端側Ｔに先端側壁２４が配置されると共に基端側Ｂに基
端側壁２６が配置されている。そして、これら基端側壁
２６とシリンダ周壁３２と先端側壁２４とがボルト３３
により一体化されてケーシング１３に対して摺動可能と
されている。さらに、これらシリンダ周壁３２と先端側
壁２４と基端側壁２６とが、ピストン部３１を収容する
圧力室６を形成している。これらシリンダ周壁３２と先
端側壁２４と基端側壁２６との接合部分には各々Ｏリン
グ３４，３４が利用されていると共に、ボス部３０と各
側壁２４，２６の摺接部分にもＯリング３５が用いられ
ているので、圧力室６は高い気密性を有している。さら
に、ピストン部３１の外周面には、シールリング３６が
装着されている。このため、圧力室６はピストン部３１
により二分されて、各圧力室２３，２５で気密性が保た
れている。

【００２９】第２ばね手段９は、断面矩形状のワイヤを
巻回した角形の圧縮コイルばねから成るものとしてい
る。このため、容積の小さい割に強力なばねとすること
ができる。但し、角形の圧縮コイルばねに限られないの
は勿論である。ここで、第２ばね手段９のばね力は第１
ばね手段８のばね力よりも小さく設定してる。このた
め、第２ばね手段９と第１ばね手段８とが付勢部材２９
とピストン部材７とスリーブ１９とロッド３とを介して
押し合った場合は、ロッド３は基端側Ｂ（クランプ位
置）に位置する。

【００３０】また、これら第１ばね手段８及び第２ばね
手段９のばね力は、第１ばね手段８によるロッド３のク
ランプ位置側への移動時間と、ピストン部材７及び第２
ばね手段９によるロッド３のアンクランプ位置側への移
動時間とが同等となるように設定することが好ましい。
これにより、ロッド３のアンクランプ位置側への移動時
間をクランプ位置側への移動時間と同等に高速化するこ
とができる。

【００３１】そして、各連通孔２７，２８には、圧力付
与手段である高圧空気噴出ノズル（図示せず）が取り付
けられている。また、ピストン部３１の各連通孔２７，
２８に向き合う部分には円環形状の溝３１ａが形成され
ている。このため、ピストン部３１が基端側Ｂ（クラン
プ位置）にあるときに基端側連通孔２８に高圧空気を吹
き込むと、高圧空気がピストン部３１の基端側Ｂの溝３
１ａの全体に回り込むのでピストン部３１を先端側Ｔに
容易に移動させることができる。このとき、第２ばね手
段９が付勢部材２９を介してピストン部３１を先端側Ｔ
に押圧するので、ピストン部３１のアンクランプ位置へ
の移動速度を高速化することができる。一方、ピストン
部３１が先端側Ｔ（アンクランプ位置）にあるときに先
端側連通孔２７に高圧空気を吹き込むと、高圧空気がピ
ストン部３１の先端側Ｔの溝３１ａの全体に回り込むの
でピストン部３１を基端側Ｂに容易に移動させることが
できる。

【００３２】さらに、先端側壁２４の先端側Ｔにはフッ
ク部材３７がボルト３８により固定されている。このフ
ック部材３７は、ストッパ２１の外周に対して僅かな隙
間Ｓ４を有して設置され、ストッパ２１に対して相対摺
動及び相対回転可能とされている。ここで、フック部材
３７とストッパ２１との係合部分では、フック部材３７
が内周側に突出し、その基端側Ｂでストッパ２１のフラ
ンジ部２１ａが外周側に突出している。さらに、ストッ
パ２１のフランジ部２１ａは、先端側壁２４の円形状の
凹部に径方向の隙間Ｓ８を有して収容されている。

【００３３】このため、ストッパ２１とフック部材３７
及び先端側壁２４とは軸方向の位置に拘わらず径方向に
は常に隙間Ｓ４，Ｓ８を有している。また、スピンドル
４及びストッパ２１が先端側Ｔへ付勢されて先端側壁２
４及びフック部材３７が基端側Ｂへ付勢される場合は、
ストッパ２１のフランジ部２１ａとフック部材３７とが
軸方向に当接して軸方向の隙間Ｓ５が無くなって相対移
動が制限される。

【００３４】一方、クランプ時（図８に示す）には、第
２ばね手段９によりピストン部材７と先端側壁２４とフ
ック部材３７とが先端側Ｔに付勢されるので、ストッパ
２１のフランジ部２１ａとフック部材３７との間に軸方
向の隙間Ｓ５を生ずると共にストッパ２１と先端側壁２
４との間に軸方向の隙間Ｓ７を生ずる。このため、隙間
Ｓ４，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８があるので、スピンドル４が回
転しても回転部材と非回転部材との間で接触することを
防止できる。

【００３５】また、スピンドル４の回転停止時に基端側
連通孔２８に高圧空気を吹き込むと、ピストン部３１が
基端側壁２６から離隔するように先端側Ｔへ付勢され
る。このため、ボス部３０とスリーブ１９とロッド３と
第１ばね手段８とスピンドル４とストッパ２１とに、先
端側Ｔへの付勢力が作用する。これと同時に、基端側連
通孔２８に高圧空気を吹き込むことにより、基端側壁２
６とシリンダ周壁３２と先端側壁２４とフック部材３７
には、基端側Ｂへの反力が作用する。そして、これら逆
方向への付勢力は、ストッパ２１とフック部材３７との
引っ張り合いにより相殺される。

【００３６】一方、図９に示すように、スピンドル４の
先端側Ｔの端部には、工具ホルダ２のテーパシャンク２
ａが着脱可能とされている。工具ホルダ２の先端側Ｔに
は工具５が装着されている。工具ホルダ２の回転中心部
には貫通孔３９が形成されてロッド３のクーラント流通
孔１２に連通している。このため、クーラント供給部か
らのクーラントを工具５に供給することができる。

【００３７】そして、スピンドル４の工具ホルダ２のす
ぐ基端側Ｂには、装着された工具ホルダ２のプルスタッ
ド２ｂが占位する空間４０が形成されている。また、こ
の空間４０とスピンドル駆動装置１の外部とを連通する
連通孔４１が形成されている。連通孔４１が外部に露出
した部分４２には、高圧空気噴出ノズル（図示せず）が
接続されている。また、プルスタッド２ｂが占位する空
間４０の基端側Ｂには、プルスタッド２ｂを保持するコ
レット４３が取り付けられている。コレット４３は、ロ
ッド３の先端側Ｔの端部に取り付けられている。このた
め、ロッド３がクランプ位置にあるときはコレット４３
はロッド３により基端側Ｂに付勢されているので、装着
された工具ホルダ２のプルスタッド２ｂを挟み込んで基
端側Ｂに引っ張る。これにより、工具ホルダ２は、スピ
ンドル４に対して圧接保持される。

【００３８】ここまでスピンドル駆動装置１の構成に関
する説明をしたが、次に、以下において本発明の自動工
具交換装置５０に関して説明をする。

【００３９】図１〜図３に示す本発明の自動工具交換装
置５０は、カム５１、第１レバー５３、リンク５４そし
て第２レバー５５の動きによって工具交換用アーム４５
を中心軸４６ごと前後動させ、さらにローラギヤカム５
６とカムフォロア５７の動きによってこの工具交換用ア
ーム４５を中心軸４６ごと旋回させ得るように設けられ
ている。

【００４０】工具交換用アーム４５は、フレーム５８に
設けられた軸受５９および内部に設けられた軸受６０に
よって、その回転中心である中心軸４６がその軸方向へ
の摺動が可能な状態で回転可能に支持されている。工具
交換用アーム４６の前後への摺動幅は、第２レバー５５
の揺動幅によって適宜設定される。

【００４１】カム５１は工具交換用アーム４５の前後動
のタイミングを形成するものであり、図１および図４に
示すような形状の溝からなるカム面５２が設けられてい
る。このカム面５２には第１レバー５３の一方の先端に
設けられた突起６１が係合しており、カム５１の回転に
応じてカム５１の中心６２からの距離を変化させてい
る。よって、このカム５１が回転すると突起６１が揺動
運動をし、第１レバー５３を揺動中心６３の周りに揺動
させる。

【００４２】第１レバー５３は、図１および図２に示す
ようにフレーム５８に設けられた揺動中心６３に、また
第２レバー５５は揺動中心６４にそれぞれ回転可能に取
り付けられている。第１レバー５３の端部の支点６５と
第２レバー５５の端部の支点６６の間にはリンク５４が
回転可能な状態で設けられ、第１レバー５３の揺動運動
を第２レバー５５に伝達している。この場合、第１レバ
ー５３、第２レバー５５の形状はそれぞれ揺動中心６
３，６４の両端で長さが異なる形状とされ、最終的に第
２レバー５５の先端部分において大きな揺動幅を得られ
るように形成されている。

【００４３】第２レバー５５の先端部分は、図１および
図２に示すように中心軸４６に対して回転可能な状態で
係合している。本実施形態では、図示するように中心軸
４６に固定して取り付けられたカムフォロア６７に対し
て第２レバー５５の先端部分の円柱状突起６８が係合し
ている。この場合、特に図示していないが、突起６８を
第２レバー５５の長手方向に移動可能としたり、あるい
はこの突起６８がカムフォロア６７に係合する部分を長
孔形状とするなどにより、第２レバー５５の揺動に伴う
揺動中心６４からカムフォロア６７までの距離の変化を
吸収することができる。

【００４４】なお、このカムフォロア６７は中心軸４６
の前後への摺動幅を規制するものでもあり、例えば本実
施形態では、カムフォロア６７は図１に示すようにフレ
ーム５８の内面あるいは軸受６０の段部に当接するとこ
ろまで移動可能である。

【００４５】また、この自動工具交換装置５０の内部に
は、上述したカム５１などが取付けられる回転軸６９が
設けられている。この回転軸６９は、図１に示すように
紙面と垂直方向に設けられ、その長手方向が中心軸４６
の長手方向とは異なる方向を向いている。なお、図２に
おいては回転軸６９をその中心線６９ｃのみで表してい
る。また、特にその形状までは図示していないが、図２
や図３において符号７０で示す部位の内部には、この回
転軸６９を回転させるための駆動源が設けられている。

【００４６】そしてローラギヤカム５６が、この回転軸
６９に取り付けられている。ローラギヤカム５６は、図
３に示すように、カム５１の背面側に、このカム５１と
同軸上に設けられる。この図３からもわかるように、ロ
ーラギヤカム５６は中心軸４６の直上となる位置に設け
られ、この中心軸４６を中心として設けられているカム
フォロア５７と図５に示すように係合している。なお、
本実施形態ではこのローラギヤカム５６をカム５１とは
別個のものとして設けているが、これらを例えば図５に
示すように複合カムとして一体的に設けても良いのはい
うまでもない。このローラギヤカム５６の周囲には、カ
ムフォロア５７の円柱状突起７１，…，７１と係合する
溝７２が斜めに形成されている。

【００４７】カムフォロア５７は回転軸６９の回転を中
心軸４６に伝達するものであり、図３に示すようにこの
中心軸４６に対して固定的に設けられている。本実施形
態におけるカムフォロア５７は、その周囲に図示するよ
うな６個の円柱状突起７１，…，７１が設けられたもの
であるが、この数は適宜変更可能である。また本実施形
態における円柱状突起７１は、図示するような２段形状
に形成されたものであり、さらにその外部を回転可能な
円環として溝７２との滑らかな係合を実現することも可
能であるが、この形状などは特にこのようなものに限定
されることはない。

【００４８】次に、カム面５２の形状と工具交換用アー
ム４５の動きとの関係について説明する。

【００４９】本実施形態におけるカム５１は、スピンド
ル駆動装置１のシリンダによって工具ホルダ２を押し出
すときの速度とほぼ等しい速度で工具交換用アーム４５
を前方移動させる機構を備えたものであり、さらには、
この工具交換用アーム４５を、シリンダの押し出し速度
に同調して押し出す段階と、本来の前後動をさせるため
に押し出す段階の２段階で前後動させるようにしてい
る。

【００５０】このような２段階での前後動を実現するた
め、本実施形態でのカム面５２は図４に示すような形状
に形成されている。このような形状のカム５１が時計回
りに１回転したときの工具交換用アーム４５の前後動の
様子を、図６に示す実施形態を用いて以下に説明する。
ここでは、図４に実線で示す状態を回転角０°としてい
る。

【００５１】まず図４中のＲ１の範囲では、カム面５２
の溝は円弧状である。したがってこのＳ１の範囲でカム
５１が回転しても第１レバーの突起６１は移動せず、工
具交換用アーム４５は動かない（図６中のＲ１に対
応）。工具交換アーム４５はこのように前後動はしない
が、回転角１０°から６５°にかけて時計回りに旋回し
ている。

【００５２】カム５１がさらに回転すると、突起６１は
カム面５２のＲ２の範囲に差しかかる。このＲ２におけ
るカム面５２は、僅かに中心６２からの径を増加させる
形状であり、図６に示すように回転角６５°から７２．
５°まで突起６１を移動させ、工具交換用アーム４５を
滑らかに摺動させるように形成されている。このときの
速度はシリンダによる工具ホルダ２の押し出し速度と同
じ程度であり、その摺動幅もシリンダによる工具ホルダ
２の押し出し幅と同程度とされている。そして回転角７
２．５°から８０°までのカム面５２は再び円弧状とさ
れているから、図６に示すように、工具交換用アーム４
５はＲ３の範囲で再び摺動を停止する。よって、工具交
換用アーム４５の摺動に伴う慣性をなくすことが可能で
ある。

【００５３】回転角８０°から１５０°まではＲ４の範
囲であり、ここでは突起６１が移動し、これに伴い第１
レバー５３も大きく揺動する。したがって、工具交換用
アーム４５も大きく前方へ摺動し、装置５０から突出す
ることとなる（図４中Ｒ４）。またこの途中において、
工具交換用アーム４５は再び時計回りへ旋回し始める。
そして円弧形状のＲ５で突起６１の移動が止まるので、
工具交換用アーム４５はその状態のまま止まる。

【００５４】旋回角２１０°から２８０°までのＲ６で
は、カム面５２の径がだんだん小さくなる。したがって
突起６１はこれまでと逆の動きをし、工具交換用アーム
４５を後方へ摺動させ始める。工具交換用アーム４５の
時計回りの旋回は、この後方への摺動の途中で止められ
ている。そしてＲ７において、Ｒ３と同様に一旦その摺
動が停止し、Ｒ８の範囲で再び後方へ摺動する。このＲ
８における摺動の速度は、Ｒ２におけると同様の速度と
されている。さらにカム５１が回転すると、再びＲ１の
状態に戻る。

【００５５】以上、カム面５２を図４のように形成した
本実施形態では、前方への摺動の際はＲ２とＲ４、後方
摺動の際はＲ６とＲ８というように、工具交換用アーム
４５の前方への摺動、および後方への摺動の速度を２段
階に分けるようにしている。この結果、Ｒ２の範囲つま
り第１の移動段階において、この摺動速度を工具ホルダ
２の押し出し速度に同調させることができるようにな
る。

【００５６】ここで、スピンドル駆動装置１が動作した
場合における本発明の自動工具交換装置５０の動作を、
工具ホルダ２をアンクランプする場面について述べる。

【００５７】スピンドル駆動装置１の工具ホルダ２を交
換するには、まず工具５の回転を停止させてから、先端
側連通孔２７への高圧空気の供給を停止する。これによ
り、第２ばね手段９が付勢部材２９を介してピストン部
３１を先端側Ｔに押圧して移動させる。このため、基端
側圧力室２５に次に吹き込まれる高圧空気を引き込むこ
とができると共に、ボス部３０が隙間Ｓ６を詰めてスリ
ーブ１９及び拡径部１８を押圧することができる。

【００５８】また、先端側連通孔２７への高圧空気の供
給を停止すると同時に、基端側連通孔２８に高圧空気を
供給するように切り換える。ここで、高圧空気の供給対
象の切り換えに当たり初期応答遅れによるタイムラグが
発生するが、その間に第２ばね手段９がピストン部材７
を先端側Ｔに移動させるので時間の無駄が無く立ち上が
り時間を短縮してロッド３の先端側Ｔへの移動の高速化
を図ることができる。また、ロッド３を先端側Ｔのアン
クランプ位置に移動する際は、ロッド３はピストン部材
７に作用する空気圧と第２ばね手段９の付勢力との合力
により移動される。このため、従来のようにロッド３を
ピストン部材７に作用する空気圧のみにより移動するよ
りもアンクランプ力を大きくできるので、ロッド３の先
端側Ｔへの移動の高速化が図られる。

【００５９】このように先端側Ｔへ高速移動するロッド
３および工具５に対し、自動工具交換装置５０では、こ
のロッド３などの動きに同調するように、工具交換用ア
ーム４５を前方へ移動させることができる。このときの
前方への摺動幅はレバー５３，５５やリンク５４の機構
的相対関係、およびカム面５２の形状によって定めら
れ、ならびにこのときの前方への摺動速度はカム５１の
回転速度という要素も含めて定められるものであるが、
これら各要素を適宜決めることにより、工具５の押し出
しと、工具交換用アーム４５の押し出しとを同時に、同
量だけ行うことが可能である。

【００６０】したがって、工具５をアンクランプして前
方へ押し出す際に、工具交換アーム４５に不要な曲げ応
力をはじめとする過負荷をかけることがなくなるから、
装置自体の寿命を伸ばすことができる。また、このよう
なスピンドル駆動装置１などの装置５０の高速化を図る
にあたっても、装置全体として騒音を減少させることも
可能である。

【００６１】また本発明では、上述したＲ８の範囲の後
方摺動時においても工具交換用アーム４５の摺動速度を
変化させるようにしている。したがって、工具ホルダ５
を挿入するときにスピンドル４の端面に減速密着させる
ことができるから、スピンドル４の端面の保護、さらに
は騒音の減少効果を奏させることができる。

【００６２】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば本実施形態において図６を用いて説明した
工具交換用アーム４５の前後動および旋回のタイミング
は一例に過ぎず、機器に応じて適宜設定可能である。

【００６３】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１記載の発明の自動工具交換装置によれば、工具ホルダ
が前方へ押し出されるのに合わせてこの工具ホルダを把
持している工具交換アームをも前方へ押し出して移動さ
せることができるから、工具交換用アームにかかる過負
荷を減少できる。さらにこの場合、カム面の形状などを
適宜設定することにより工具交換アームの移動速度や移
動幅を工具ホルダの移動速度や移動幅に合わせることが
できるから、過負荷を無くすようにすることもできる。
したがって、機器の高速化に対して騒音が小さくなると
ともに、動作の速度差による過負荷がなくなるため装置
の寿命が伸びる。

【００６４】また請求項２記載の発明の自動工具交換装
置では、カム面は２段階に形成され、工具交換用アーム
を本来の前後動をさせるために押し出す段階に加え、シ
リンダの押し出し速度に同調して押し出させる段階を備
えているから、工具交換用アームにかかる過負荷を減少
させることができる。しかも、工具交換用アームの後退
時も２段階とすることにより、ホルダ挿入時にスピンド
ル端面へ減速密着させてスピンドル端面を保護し、かつ
騒音を減少させることができる。

【００６５】さらに請求項３記載の発明の自動工具交換
装置においては、カムと、ローラギヤカムと、カムフォ
ロアとによって工具交換アームを前後動及び旋回させる
ようにしており、カムとローラギヤカムとを一体的に回
転運動させることによって工具交換アームに対して所定
の前後動および旋回運動させて工具交換を行うことが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動工具交換装置の内部構成を示す正
面からの縦断面図である。

【図２】図１の自動工具交換装置の横断面を示す平面図
である。

【図３】図１のIII−III線における右側面からの縦断面
図である。

【図４】カムのカム面と、各レバー、リンク、カムフォ
ロアの動きを示す簡略図である。

【図５】カムとローラギヤカムからなる複合カムの一例
を示す図である。

【図６】工具交換用アームの前後動および旋回のタイミ
ングの一例を示すグラフである。

【図７】スピンドル駆動装置がアンクランプ状態にある
ときの主要部を示す側面図である。

【図８】スピンドル駆動装置がクランプ状態にあるとき
の主要部を示す側面図である。

【図９】スピンドル駆動装置がクランプ状態にあるとき
のチャック部を示す側面図である。

【図１０】従来の自動工具交換装置の全体を示す概略図
である。

【図１１】従来のスピンドル駆動装置を示す縦断面図で
ある。

【符号の説明】

２ 工具ホルダ ４ スピンドル ４５ 工具交換用アーム ４６ 中心軸 ５０ 自動工具交換装置 ５１ カム ５２ カム面 ５６ ローラギヤカム ５７ カムフォロア

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具交換用アームでチャッキングされた
   工具ホルダをスピンドルよりアンクランプして前記スピ
   ンドル内部に設けられたシリンダにより押し出し、又は
   前記工具ホルダを前記スピンドルにクランプして前記工
   具交換用アームにより前記工具ホルダを交換するように
   した自動工具交換装置において、前記工具交換用アーム
   を移動させるためのカムに、前記スピンドル内部に設け
   られたシリンダにより前記工具ホルダを押し出す時に前
   記シリンダの押し出し速度にほぼ等しい速度で動作する
   カム面を形成したことを特徴とする自動工具交換装置。
2. 【請求項２】 前記カム面は、前記工具交換用アーム
   を、前記シリンダの押し出し速度に同調して押し出す段
   階と、本来の前後動をさせるために押し出す段階の２段
   階で前後動させるように形成されたものであり、かつ両
   段階での前後動速度を異ならせていることを特徴とする
   請求項１記載の自動工具交換装置。
3. 【請求項３】 前記カムと、該カムと同軸に設けられる
   ローラギヤカムと、該ローラギヤと噛合するように前記
   工具交換用アームの中心軸上に設けられるカムフォロア
   とによって、前記工具交換アームを前後動及び旋回させ
   ていることを特徴とする請求項１または２記載の自動工
   具交換装置。