JPH05169339A - 工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １つの駆動源で挟込みアームを確実に駆動す
ることができるとともに、工具を挟込みアームの両端で
把持した時にこれをメカ的にロックすることにより、常
に安定した把持力を得ることができるようにしたものを
提供する。 【構成】 挟込みアーム９，１０を互いに反対方向に回
転させてその両端の挟持部９ａ，１０ｂで工具を把持
し、同時に後退させた後に同一方向に旋回させて工具を
１８０°転送し工具の交換を行う工具交換装置におい
て、各アーム軸１８，１９に夫々軸歯車２０，２１を固
着するとともに、駆動源の回転動作に伴って互いに逆方
向に回転する一対のアーム駆動歯車１７，２２を備え、
前記両アーム軸１８，１９が一体に前進した時に前記各
軸歯車２０，２１と各アーム駆動歯車１７，２２とが個
別に噛合い、後退した時に前記両軸歯車２０，２１が前
記アーム駆動歯車の一方２２に同時に噛合うようにした
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＡＴＣアームを構成す
る一対の挟込みアームの両端で工具を把持して同時に１
８０°回転させることにより工具の交換を行うようにし
た、いわゆるシザーズタイプの工具交換装置の改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】上記シザーズタイプの工具交換装置は、
例えば工作機械の主軸に挿着された工具と、工具交換位
置に置かれた特定の工具とを一対の挟込みアーム（ＡＴ
Ｃアーム）の両端で夫々把持し、しかる後この挟込みア
ームを主軸の軸心方向に同時に後退させ、更にこの挟込
みアームを一方向に同時に１８０°旋回させることによ
り、工具を同時に転送して工具交換を行うようになされ
ている。

【０００３】ここに、前記一対の挟込みアームは、互い
に反対方向に回転してその両端で工具を把持し、工具を
把持した後は、同一方向に同時に旋回して工具を１８０
°転送するのであるが、この各挟込みアームには、一般
に別々の駆動源、例えば油圧シリンダとラック・ピニオ
ン機構が備えられ、この駆動源を個別に制御することに
より、各挟込みアームが所定の動作を行うようなされて
いた（例えば、特公昭４７−４３２７３号公報、同４９
−４３３０４号公報等参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例のように、一対の挟込みアームを別々の駆動源で駆
動すると、装置として複雑でかつ制御が困難になってし
まうばかりでなく、例えば一方の駆動源に故障が発生し
た場合等に、工具を確実に把持（ロック）できなくなっ
て、工具を把持した状態で挟込みアームを旋回させる
際、この時に発生する遠心力の作用で工具が挟込みアー
ムから飛び出してしまう危険性があるといった問題点が
あった。

【０００５】本発明は上記に鑑み、１つの駆動源で挟込
みアームを確実に駆動することができるとともに、工具
を挟込みアームの両端で把持した時にこれをメカ的にロ
ックすることにより、常に安定した把持力を得ることが
できるようにしたものを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る工具交換装置は、互いに独立して回転
するとともに一体となって前後動する各アーム軸の端部
に一対の挟込みアームのほぼ中央部を夫々固着し、この
各挟込みアームを互いに反対方向に回転させてその両端
の挟持部で工具を把持し、この工具を把持した挟込みア
ームを同時に後退させ同一方向に旋回させて工具を１８
０°転送し工具の交換を行う工具交換装置において、前
記各アーム軸に夫々軸歯車を固着するとともに、駆動源
の回転動作に伴って互いに逆方向に回転する一対のアー
ム駆動歯車を備え、前記両アーム軸が一体に前進した時
に前記各軸歯車と各アーム駆動歯車とが個別に噛合い、
後退した時に前記両軸歯車が前記アーム駆動歯車の一方
に同時に噛合うようにしたことを特徴とするものであ
る。

【０００７】

【作用】上記のように構成した本発明によれば、アーム
軸が前進した際（アームイン状態）には、各アーム軸に
固着した軸歯車を駆動源の回転動作によって回転する一
対のアーム駆動歯車の双方を介して互いに反対方向に回
転させて挟込みアームの両端で工具を把持し、アーム軸
が後退した際（アームアウト状態）には、各アーム軸に
固着した両軸歯車を駆動源及び一方のアーム駆動歯車を
介して同時に同方向に回転させて両挟込みアームを同一
方向に１８０°旋回させることができるとともに、この
旋回の際に、各アーム軸に固着した軸歯車をアーム駆動
歯車の一方に噛合わせることにより、軸歯車がフリーに
なることを防止してこの状態をメカ的にロックすること
ができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【０００９】図３乃至図５において、符番１は工具マガ
ジン２と中間アーム３との間で工具Ｔの受け渡しを行う
工具移送アームで、この工具移送アーム１の先端には、
工具Ｔの括れ部を挟んで保持する爪部が設けられている
とともに、シリンダ４，５を介して側方に突出自在で、
かつ上下方向に回転自在に構成され、更にこれらは一体
となってレール６に沿って前後方向に走行するようなさ
れている。

【００１０】前記中間アーム３は、平面略鈎形に形成さ
れているとともに、基端部において枢軸７を介して水平
方向に回転自在に支承され、前記工具移送アーム１から
受け渡された工具Ｔを突出端部に設けたポット部３ａで
保持した状態で水平方向に回転することにより、工具Ｔ
を工具交換位置Ｐに搬送し、またこの逆の動作で工具Ｔ
を工具交換位置Ｐから工具移送アーム１との受け渡し位
置に搬送するようなされている。

【００１１】即ち、例えば工具マガジン２内に収納され
た工具Ｔを工具移送アーム１及び中間アーム３を介して
工具交換位置Ｐに搬送する場合には、図１０に示すよう
に、同図（ａ）に示す状態から、工具移送アーム１をシ
リンダ４，５と一体に後退させて工具マガジン２に保持
された工具Ｔを工具移送アーム１の先端の爪部で掴む
（同図（ｂ））。そして、シリンダ４を介して工具移送
アーム１を側方に突出させることにより、工具Ｔを工具
マガジン２から引き抜き（同図（ｃ））、この状態で工
具移送アーム１をシリンダ３，４と一体に前進させる
（同図（ｄ））。

【００１２】次に、シリンダ５を介して、工具移送アー
ム１を上下方向に１８０°回転させて、工具Ｔを中間ア
ーム３のポット部３ａの正面に位置させ（同図
（ｅ））、シリンダ４を介して工具移送アーム１を内方
に引込めることにより、工具Ｔを中間アーム３のポット
部３ａで保持し（同図（ｆ））、工具移送アーム１をシ
リンダ４，５と一体に後退させてこの受け渡しを行う
（同図（ｇ））。

【００１３】しかる後、中間アーム３を枢軸７を中心に
水平方向に９０°回転させて、この中間アーム３のポッ
ト部３ａで保持した工具Ｔを工具交換位置Ｐに位置させ
（同図（ｈ））、これによって、一連の動作を完了する
のである。

【００１４】なお、工具交換位置Ｐにある工具Ｔ（同図
（ｈ））を工具マガジン２内に戻す（同図（ａ））場合
には、上記の逆の動作によってこれを行う。

【００１５】また、図５に示すように、前記中間アーム
３のポット部３ａで工具交換位置Ｐに保持された工具Ｔ
₁ と、工作機械の主軸８内に挿着された工具Ｔ₂ との交
換を行うための一対の挟込みアーム９，１０からなるＡ
ＴＣアーム１１が備えられているのであるが、以下にこ
の挟込みアーム９，１０（ＡＴＣアーム１１）の構成に
ついて説明する。

【００１６】即ち、この挟込みアーム９，１０は、その
ほぼ中央部で互いに重合されて略Ｘ字状に配置されてＡ
ＴＣアーム１１が構成され、通常は図５の実線で示す待
機位置（ホームポジション）にある。この待機位置にお
いて、一方の挟込みアーム９の一端（同図左側）の円弧
凹状の挟持部９ａは上方を、他端（同図右側）の同挟持
部９ｂは下方を向き、他方の挟込みアーム１０の一端
（同図左側）の円弧凹状の挟持部１０ａは下方を、他端
（同図右側）の挟持部１０ｂは下方を夫々向いている。

【００１７】そして、この各挟込みアーム９，１０が互
いに反対方向に、即ち同図においては、一方の挟込みア
ーム９が時計方向に、他方の挟込みアーム１０が反時計
方向に夫々回転することにより、同図二点鎖線で示すよ
うに、ＡＴＣアーム１１の上方を向いている挟持部９
ａ，１０ｂ同志で中間アーム３のポット部３ａで工具交
換位置Ｐに保持されている工具Ｔ₁ を、下方を向いてい
る挟持部９ｂ，１０ａ同志で工作機械の主軸８内に挿着
されている工具Ｔ₂ を夫々把持する。

【００１８】更に、前記両挟込みアーム９，１０は、一
体となって後退するとともに、一体となって同一方向に
１８０°旋回するようなされている。

【００１９】即ち、図１１に示すように、同図（ａ）の
待機位置（アームイン状態）から、上記のようにして各
挟込みアーム９，１０を互いに反対方向に回転させるこ
とにより、ＡＴＣアーム１１の両端で工具Ｔ₁ ，Ｔ₂ を
夫々把持し（同図（ｂ））、この状態でＡＴＣアーム１
１を後退させることにより、工具Ｔ₁ ，Ｔ₂ を中間アー
ム３及び工作機械の主軸８から同時に引き抜く（同図
（ｃ））。

【００２０】この後退した状態（アームアウト状態）で
ＡＴＣアーム１１を１８０°旋回させることにより、工
具Ｔ₁ ，Ｔ₂ の位置を変え、即ち中間アーム３の前面に
工具Ｔ₂ が、主軸８の前面に工具Ｔ₂ が夫々位置するよ
うになし（同図（ｄ））、しかる後、ＡＴＣアーム１１
を前進させて、中間アーム３で工具Ｔ₂ を、主軸８で工
具Ｔ₂ を夫々保持し（同図（ｅ））、更に両挟込みアー
ム９，１０を互いに反対方向に回転させて、待機位置
（アームイン状態）に復帰させる（同図（ｆ））ような
されている。

【００２１】次に、上記各挟込みアーム９，１０（ＡＴ
Ｃアーム１１）の駆動機構について説明する。

【００２２】図６に示すように、駆動源としての油圧モ
ータ１２が備えられ、上下方向に延びるこの油圧モータ
１２のモータ軸１３には、外周面に所定形状のカム溝１
４ａを設けた円筒カム１４が固着され、油圧モータ１２
と円筒カム１４とが一体に回転するようなされている。
このカム溝１４ａの外観形状の概略は、例えば図１及び
図２に示す通りであり、このカム線図については後述す
る。

【００２３】一方、この円筒カム１４のカム溝１４ａ内
に順次嵌入して摺動する複数の円筒状カムフォロア１５
ａを外周面に突設したターレット１５が備えられ、この
ターレット１５は、その中心部で前後方向に水平に延び
る回転軸１６に固着されているとともに、この回転軸１
６に一方のアーム駆動歯車１７が固着されている。

【００２４】これによって、油圧モータ１２の回転に伴
って円筒カム１４が回転し、この外周面に設けたカム溝
１４ａとターレット１５のカムフォロア１５ａを介し
て、回転軸１６ひいてはアーム駆動歯車１７が下記に示
す所定のカム曲線に沿って回転するようなされている。

【００２５】そして、１つの駆動源（油圧モータ１２）
で前記ＡＴＣアーム１１を構成する両挟込みアーム９，
１０の所定の互いに反対方向の回転及び同期した同一方
向の旋回動作を行わせるのであるが、この動作を行わせ
るために、以下の構成が備えられている。

【００２６】即ち、前記各挟込みアーム９，１０は、互
いに独立して回転するよう２重円筒状に配置され、かつ
一体となって前後動するよう構成されたアーム軸１８，
１９の端部にそのほぼ中央部において固着されていると
ともに、この各アーム軸１８，１９には、夫々同一大き
さで同一歯数の軸歯車２０，２１が固着されている。

【００２７】そして、一方の挟込みアーム９を端部に固
着したアーム軸１８に固着した軸歯車２０は、ＡＴＣア
ーム１１が前進した状態（アームイン状態）で前記一方
のアーム駆動歯車１７に、他方の挟込みアーム１０を端
部に固着したアーム軸１９に固着した軸歯車２１は、常
にアーム軸１９の軸方向に沿って平行に延びる他方のア
ーム駆動歯車２２に夫々噛み合い、ＡＴＣアーム１１が
後退した状態（アームアウトの状態）で、前記軸歯車２
０が前記一方のアーム駆動歯車１７との噛み合いを解い
て他方のアーム駆動歯車２１と噛み合う。更に、両アー
ク駆動歯車１７，２１間には、２個のアイドル歯車２
３，２４が介装されて、両者１７，２１が互いに逆方向
に回転するようなされている。

【００２８】これによって、図１に示すように、ＡＴＣ
アーム１１が前進したアームインの状態では、一方のア
ーム駆動歯車１７の回転に伴って、この駆動歯車１７に
噛み合う一方の軸歯車２０、ひいてはアーム軸１８を介
して一方の挟込みアーム９が回転し、他方の軸歯車２
１、ひいてはアーム軸１９を介して他方の挟込みアーム
１０は、前記一方のアーム駆動歯車１７によってアイド
ル歯車２３，２３を介してこれと逆方向に回転する他方
のアーム駆動歯車２２によって該アーム駆動歯車１７と
逆方向に回転する。

【００２９】また、図２に示すように、ＡＴＣアーム１
１が後退したアームアウトの状態では、２個の軸歯車２
０，２１がアーム駆動歯車２２と同時に噛み合って、２
つのアーム軸１８，１９、ひいては２つの挟込みアーム
９，１０（ＡＴＣアーム１１）が同方向に同時に旋回す
るよう構成されている。

【００３０】なお、この時、ＡＴＣアーム１１の前後動
に伴って、前記軸歯車２０が常にアーク駆動歯車１７，
２２の少なくとも一方に噛み合って、これがフリーの状
態にならないようなされている。

【００３１】つまり、図８の展開図に示すように、両ア
ーム駆動歯車１７，２２とが、アーム軸１８，１９の長
さ方向に沿って一部で重合し、アーム軸１８，１９が最
前進位置にある時、軸歯車２０は一方のアーム駆動歯車
１７とのみ噛み合い、これが後退するに従って、両アー
ム駆動歯車１７，２２の双方と同時に噛み合い、更に後
退することによって、他方のアーム駆動歯車２２にのみ
噛み合うようなされている。

【００３２】このように、アームインの状態で挟込みア
ーム９，１０を互いに逆方向に回転させることによっ
て、図５の二点鎖線で示すように、この両端で工具
Ｔ₁ ，Ｔ₂ を夫々把持し、この工具Ｔ₁ ，Ｔ₂ を把持し
た後にＡＴＣアーム１１を図１１（ｃ）に示すアームア
ウトの状態に後退させ、これを一体に同方向に同期して
回転させることにより、工具Ｔ₁ ，Ｔ₂ の位置の変更
（１８０°の回転）を行うのであるが、この時のカム曲
線と図９に示す。

【００３３】即ち、前記アームインの状態から円筒カム
１４が角度（θ₁ 〜θ₂ ）回転すると、挟込みアーム
９，１１が角度ψ₁ （例えばψ₁ ＝６５°）だけ互いに
逆方向に回転してその両端で工具Ｔ₁ ，Ｔ₂ を把持し、
更に角度（θ₂ 〜θ₃ ）回転する時には、挟込みアーム
９，１０は図５の二点鎖線に示す位置に停止し、更に角
度（θ₃ 〜θ₄ ）の回転で、ＡＴＣアーム１１は一方向
に１８０°回転し（ψ₂ −ψ₁ ＝１８０°）、この状態
で角度（θ₄ 〜θ₅ ）回転するまで停止し、しかる後、
角度（θ₅ 〜θ₆ ）回転すると、今度は挟込みアーム
９，１１が互いに逆方向に角度ψ₁ だけ回転して初期位
置に復帰するようなされている。

【００３４】また、前記ＡＴＣアーム１１を前後動させ
るための機構は、以下のように構成されている。

【００３５】即ち、図６及び図７に示すように、前記モ
ータ軸１３には、端面カム２５が固着され、この端面カ
ム２５の下端面に形成されたカム溝２５ａ内に嵌入して
摺動するカムフォロア２６を備えた従動アーム２７の基
端が枢軸２８を介して回転自在に支承され、これによっ
て端面カム２５の回転によって、従動アーム２７が枢軸
２８を中心に揺動する。一方、基端を前記モータ軸１３
に回転自在に支承された揺動アーム２９が備えられ、こ
の揺動アーム２９の途中と前記従動アーム２７の先端と
は、連結アーム３０を介して互いに回転自在に連結さ
れ、この連結アーム３０の先端に突設したピン３１が前
記アーム軸１９の下面に設けた凹部１９ａ内に嵌入して
いる。

【００３６】これにより、前記従動アーム２７の端面カ
ム２５の回転による揺動に伴って揺動アーム２９が揺動
し、この揺動アーム２９の揺動によって、ＡＴＣアーム
１１が前後動するようなされている。

【００３７】この端面カム２５のカム線図は、図９に示
すように、角度（θ₇ 〜θ₈ ）の回転に伴って、ＡＴＣ
アーム１１がストロークＳ（図８参照）だけ直線的に後
退し、この状態で角度（θ₈ 〜θ₉ ）の回転中に停止し
た後、角度（θ₉ 〜θ₁₀）の回転に伴って前進するよう
なされている。

【００３８】ここに、同図に示すように、前記ＡＴＣア
ーム１１が後退を開始する時間ｔ₁ は、前記挟込みアー
ム９，１０が互いに反対方向に回転した後のこの回転を
停止した時に、またＡＴＣアーム１１が旋回を開始する
時間ｔ₂ は、ＡＴＣアーム１１が後退中に夫々設定され
ている。

【００３９】これによって、両アーム駆動歯車１７，２
２が回転を停止した状態で軸歯車２０が横移動して、一
方のアーム駆動歯車１７から他方のアーム駆動歯車２２
への噛み合いの移行を行い、この移行を完全に終了して
も、更にＡＴＣアーム１１が後退するよう、即ちこの時
間（ｔ₁ 〜ｔ₂ ）中は、アームアウト動作のみを行うと
ともに、この時間内におけるＡＴＣアーム１１の後退に
よって、軸歯車２１が一方のアーム駆動歯車１７から他
方のアーム駆動歯車２２にのみ噛み合った状態に完全に
移行するようなされている。

【００４０】これとは逆に、ＡＴＣアーム１１が前進を
開始する時間ｔ₃ は、前記挟込みアーム９，１０が同一
方向に旋回している途中に、またＡＴＣアーム１１が旋
回を停止する時間ｔ₄ は、ＡＴＣアーム１１が前進中に
夫々設定されている。

【００４１】これによって、両アーム駆動歯車１７，２
２が回転中に軸歯車２０が横移動を開始し、両アーム駆
動歯車１７，２２が回転を停止した後に、この噛み合い
の移行を行って、この移行を完全に終了した後にこの前
進を停止するようなされている。

【００４２】なお、上記実施例の場合、両アーム駆動歯
車１７，２２間に２つのアイドル歯車２３，２４を介装
した例を示しているが、このアイドル歯車２３，２４を
介装することなく、両アーム駆動歯車１７，２２が直接
噛み合うようにして、機構としての簡素化とコストダウ
ンを図るようにすることができる。

【００４３】この場合、両アーム駆動歯車１７，２２及
び各軸歯車２０，２１の大きさを全て等しくするととも
に、この全ての歯車の歯数を６Ｎ＋３（Ｎ＝１，２，
…）枚に設定することにより、両アーム駆動歯車１７，
２２、更には、これらと各軸歯車２０，２１とが個々に
噛み合い、かつ一方のアーム駆動歯車１７と軸歯車２０
とが噛み合った状態から、この軸歯車２０が移動して、
他方のアーム駆動歯車２２に噛み合う際に、これらの位
相（歯車の山と谷）をシフト可能な状態にする必要があ
る。

【００４４】これは、各３つの歯車１７，２２，２０
（または２１）は、互いに６０°ずれた位置に配置さ
れ、しかも山と谷同志で噛み合わせる必要から、歯車を
６０°で半ピッチ分ずらしてＮ＋（１／２）にする必要
があり、３６０°ではこの６倍となって、６Ｎ＋３とな
るからである。

【００４５】

【発明の効果】本発明は上記のような構成であるので、
１つの駆動源によって、一対の挟込みアームに所定の動
作を行わせることができ、これによって構造的に比較的
簡単で、かつ制御を比較的容易となすことができる。し
かも、工具を挟込みアームで把持した時にこれを軸歯車
及びアーム駆動歯車を介してメカ的にロックすることに
より、常に安定した把持力を得て、例え油圧機器が故障
して圧油が供給されなくなったとしても、挟込みアーム
の旋回の際に該挟込みアームから工具が飛び出してしま
うことを確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のアームイン状態の要部を示
す斜視図。

【図２】同じく、アームアウト状態の要部を示す斜視
図。

【図３】工作機械全体の正面図。

【図４】同じく、平面図。

【図５】同じく、図３の一部を拡大して示す拡大正面
図。

【図６】挟込みアームの駆動機構を示す縦断正面図。

【図７】同じく、横断平面図。

【図８】歯車の配置状態を示す展開図。

【図９】挟込みアームの回転及び前後動におけるカム線
図。

【図１０】工具を工具マガジンから受け取って工具交換
位置に搬送する時の工程図。

【図１１】工具交換位置にある工具と主軸に挿着されて
いる工具とを交換する時の工程図。

【符号の説明】

１ 工具搬送アーム ２ 工具マガジン ３ 中間アーム ８ 主軸 ９，１０ 挟込みアーム １１ ＡＴＣアーム １２ 油圧モータ（駆動源） １４ 円筒カム １５ ターレット １７ アーム駆動歯車 １８，１９ アーム軸 ２０，２１ 軸歯車 ２２ アーム駆動歯車 ２５ 端面カム ２７ 従動アーム ２９ 揺動アーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井 出 常 夫 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式 会社沼津事業所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに独立して回転するとともに一体とな
   って前後動する各アーム軸の端部に一対の挟込みアーム
   のほぼ中央部を夫々固着し、この各挟込みアームを互い
   に反対方向に回転させてその両端の挟持部で工具を把持
   し、この工具を把持した挟込みアームを同時に後退させ
   同一方向に旋回させて工具を１８０°転送し工具の交換
   を行う工具交換装置において、前記各アーム軸に夫々軸
   歯車を固着するとともに、駆動源の回転動作に伴って互
   いに逆方向に回転する一対のアーム駆動歯車を備え、前
   記両アーム軸が一体に前進した時に前記各軸歯車と各ア
   ーム駆動歯車とが個別に噛合い、後退した時に前記両軸
   歯車が前記アーム駆動歯車の一方に同時に噛合うように
   したことを特徴とする工具交換装置。