JPH07227734A - 自動工具交換装置の工具把持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スムーズに弾性変形するとともに耐久性に優
れた簡単な構造の自動工具交換装置の工具把持装置を提
供する。 【構成】 所定平面２２に沿う間隙部を有する工具把持
本体部２４と、基端部６３を非固定状態で保持されて前
記間隙部に遊嵌されるとともに前記所定平面２２と平行
な面内で折曲形成され、所定平面２２に沿って弾性変形
して工具２０の環状のＶ溝２５に係合離脱可能に係合し
て工具２０を所定位置に把持する断面円形のばね部材２
６とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工作機械の自動工具交換
装置に係り、特に工具のＶ溝に係合して工具を把持する
工具把持装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マシニングセンタ等の工作機械は自動工
具交換装置を備えており、工作機械の主軸と、複数の工
具を貯蔵する工具貯蔵マガジンとのあいだで工具交換を
行う。この場合に、工具は工具把持装置により把持され
るとともに主軸に対して受け渡しが行われる。

【０００３】特開平１−２８９６３３号公報には、工具
の受け渡し時に弾性的に拡縮するばね部材を有する複雑
な構造の工具把持装置が開示されている。この工具把持
装置は、幅の広い平板ばねの先端に膨出成形加工を施し
た嵌合突起部を形成し、平板ばねの基端部に穿設したボ
ルト孔にボルトを挿入して、把持部本体の両側面に平板
ばねを固定している。また、この変形例として、ループ
状に折り曲げられてその先端を内側に４５°屈曲した一
対のヘアピンばねを、把持部本体の両側面に取付けプレ
ートを介してボルトで固定した工具把持装置も開示され
ている。

【０００４】一方、工具の受け渡し時に弾性的に拡縮す
るばね部材を有する工具把持装置の他の例として、特開
平２−５９２４４号公報に示されたものがある。この工
具把持装置は、幅の狭い一本の平板ばねの二つの先端部
をＣ字形に成形している。この板ばねで工具の下端部を
把持し、さらに工具先端のプルスタッドを、板ばねの上
部に配設されたインデックスプレートの凹部で保持して
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前者の公報の工具把持
装置においては、幅広の平板ばねを使用しているが、こ
の平板ばねは、定尺の板材を所定の幅に切断したのち板
の歪みを修正し、その後、プレス加工等により膨出成形
加工がなされる。そのため、板材の切断時に板のねじれ
や曲がりが生じたり、切断面のエッジ部にバリ等が発生
することがあり、その修正に時間が掛り、製作が非常に
煩雑であった。

【０００６】また、膨出成形加工は金型が必要なプレス
加工となるため、製作に手間が掛かっていた。また、板
ばねの基端部にボルト孔が穿設されているので、板ばね
が弾性変形を繰り返すとボルト孔の部分に集中的に荷重
がかかり、やがてボルト孔の部分から破損が起こるとい
う課題があった。

【０００７】一方、ヘアピンばねを使用した方式の場合
には、工具の抜け止めのために工具のＶ溝に合わせて先
端を内側に４５°屈曲させる三次元的な加工を行ってい
る。この加工はなかなか困難であり、また板ばねが弾性
変形を繰り返すことにより、取付けプレートで押え付け
られた折り曲げ部に集中的に荷重がかかってこの部分が
破損するという課題もあった。

【０００８】また後者の公報に示す工具把持装置におい
ては、板材を切断加工する際に、前者の公報の平板ばね
と同様に、板のねじれや曲がりが生じたり，切断面のエ
ッジ部にバリ等が発生することがあるので、その修正に
時間が掛り、加工作業が煩雑となりコストも高かった。
しかも平板ばねは、ばね自体の強度が弱く十分な抜け止
めができないので、平板ばねのみで工具を保持するのは
困難である。そのため、工具のプルスタッドをインデッ
クスプレートの凹部で保持する機能を付加しており、構
造が複雑になっていた。

【０００９】さらに、平板ばねは断面が矩形なので、平
板ばねが取付けられたプレートと平板ばねとのあいだの
接触面で、弾性変形する平板ばねのエッジ部が引っ掛か
ったりねじれたりしてスムーズに移動しない虞があっ
た。そのため、平板ばねに無理な力が掛かって、これが
平板ばねの破損の原因になっていた。

【００１０】本発明は、斯かる課題を解決するためにな
されたもので、工具の着脱時にスムーズに弾性変形する
とともに耐久性に優れた簡単な構造の自動工具交換装置
の工具把持装置を提供することを目的とする。また、本
発明の別の目的は、複数のばね部材に負荷を分散させて
ばね部材の寿命を均一化することのできる工具把持装置
を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明にかかる自動工具交換装置の工具把持装置
は、所定平面に沿う間隙部を有する工具把持本体部と、
基端部を保持されて前記間隙部に遊嵌されるとともに前
記所定平面と平行な面内で折曲形成され、前記所定平面
に沿って弾性変形して工具の溝に係合離脱可能に係合し
て前記工具を所定位置に把持する断面略円形のばね部材
とを備えたものである。

【００１２】前記自動工具交換装置が、工作機械に配設
された工具交換装置基体と、この工具交換装置基体に設
けられて、前記工作機械の主軸との工具交換の位置と待
機位置とのあいだを進退移動し、複数の工具を貯蔵する
とともに所定の工具を工具交換用割出し位置に割出して
工具交換を行う工具貯蔵マガジンとを備え、この工具貯
蔵マガジンの工具把持装置は、回転駆動されて前記割出
し動作を行う円盤状の前記工具把持本体部と、この工具
把持本体部の全周に等間隔に且つ外方に向けて複数設け
られた略Ｕ字状の前記ばね部材とを備えた場合には、本
発明がアームレス方式の自動工具交換装置に適用できる
点で好ましい。

【００１３】なお、隣り合う前記ばね部材の互いに対向
する各片方の係止部が一つの前記工具の環状のＶ溝に係
合する構成にすれば、特定のばね部材に負担がかからず
に複数のばね部材に負荷が分散されるので好ましい。

【００１４】また、前記自動工具交換装置が、工作機械
に設けられて往復移動して前記工具を把持するとともに
受け渡しを行う工具交換アームを備え、この工具交換ア
ームは、回転駆動されて前記工具の前記受け渡しを行う
前記工具把持本体部と、この工具把持本体部に設けられ
た略Ｕ字状の前記ばね部材とを備えた場合には、本発明
をアーム方式の自動工具交換装置に適用することができ
るので好ましい。

【００１５】なお、特に好ましい本発明の態様として
は、工作機械に配設された工具交換装置基体と、この工
具交換装置基体に設けられて、前記工作機械の主軸との
工具交換の位置と待機位置とのあいだを進退移動し、複
数の工具を貯蔵するとともに所定の工具を工具交換用割
り出し位置に割出して工具交換を行う工具貯蔵マガジン
とを備えた自動工具交換装置に設けられた工具把持装置
であって、駆動源により回転中心まわりに回転駆動され
て前記割出し動作を行うとともに所定平面とカバー板と
の間に間隙部が形成された円盤状の工具把持本体部と、
この工具把持本体部の全周に等間隔に且つ外方に向けて
複数設けられ、前記回転中心側に設けられた抜け止め部
材及び段部により基端部を非固定状態で挟持されて前記
間隙部内に遊嵌されるとともに前記所定平面と平行な面
内で略Ｕ字状に長く折曲形成された断面円形のばね材か
らなり、前記所定平面に沿って弾性変形して前記工具の
環状のＶ溝に係合離脱可能に係合して、前記工具把持本
体部の円弧状の被係合部に係合した前記工具を弾撥保持
するばね部材と、前記円弧状被係合部の位置に前記ばね
部材と同じ方向に向けて前記工具把持本体部に設けら
れ、前記工具のキー溝に係合離脱可能に係合して該工具
の回り止めを行うキーとを、前記工具貯蔵マガジンに設
けている。

【００１６】

【作用】本発明においては、工具把持本体部の所定平面
に沿う間隙部に遊嵌されたばね部材は、前記所定平面と
平行な面内で折曲形成されるとともに断面略円形を有し
ている。したがって、ばね部材に工具の溝が係合離脱す
る際には、ばね部材は前記所定平面に垂直な方向に対し
ての動きを規制されながら前記所定平面に沿って弾性変
形し、また略円形断面のばね部材にはエッジ部がなく締
め付け固定もされていないので、前記間隙部内をスムー
ズに摺動して拡縮動作を行う。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図１４を
参照して説明する。図１は本発明にかかる自動工具交換
装置（以下、ＡＴＣと記載）を備えた工作機械の平面
図、図２及び図３は、それぞれ図１に示すＡＴＣの正面
縦断面図及び側面縦断面図、図４は図３のIV−IV線矢視
図である。

【００１８】図１に示すように、本実施例は工作機械と
して立形のマシニングセンタ（以下、ＭＣと記載）１の
場合を示しており、ＡＴＣとして例えばアームレス方式
のＡＴＣ２の場合を示している。ＭＣ１のベッド３には
コラム４がサーボモータ５によってＹ軸方向に移動自在
に立設しており、コラム４には主軸頭６が図示しないサ
ーボモータ及びボールねじによりＺ軸方向（紙面に垂直
な方向）にＺ軸ガイド７に沿って移動可能に支持されて
いる。

【００１９】Ｚ軸を軸線方向とする主軸８が主軸頭６に
回転自在に支持されており、主軸８は、工具を着脱自在
に装着して駆動モータにより回転駆動されるようになっ
ている。主軸８には、工具をクランプ・アンクランプす
る公知の機構が内蔵されている。主軸８に対向する下方
位置には、ワーク（被加工物）を取付けるためのテーブ
ル９がベッド３に取付けられて、Ｙ，Ｚ軸と直交するＸ
軸方向にサーボモータ（図示せず）により移動自在にな
っている。直交座標系をなす座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向
に、テーブル９，コラム４および主軸頭６を、図示しな
いＮＣ装置によって位置決め制御することにより、テー
ブル９上のワークと主軸８に装着された工具とを相対的
に移動させてワークを加工する。

【００２０】ＭＣ１の加工領域１０をスプラッシュカバ
ー１１等により囲繞することにより、主軸８の工具でワ
ークを加工する加工時の切粉及びクーラント等の外部へ
の飛散を防止している。スプラッシュカバー１１の前面
には自動又は手動で開閉操作可能な開閉扉１２が設けて
あり、テーブル９上へのワークの交換作業等を可能にし
ている。開閉扉１２の近傍に設けられた操作盤１３は、
ＮＣ装置等に指令を入力するための押しボタンスイッチ
やキーボード等からなる入力手段と、ＮＣ装置等の出力
情報を表示するＣＲＴ等からなる表示手段とを備えてい
る。

【００２１】ＡＴＣ２は、工作機械としてのＭＣ１に配
設された工具交換装置基体１４と、この工具交換装置基
体１４に設けられた工具貯蔵マガジン（以下、工具マガ
ジンと記載）１５とを備えている。工具マガジン１５
は、ＭＣ１の主軸８との工具交換の位置Ｂ₁ と、主軸８
の近傍の待機位置Ｂ₂ とのあいだを進退移動し、複数の
工具を貯蔵するとともに所定の工具を工具交換用割出し
位置に割出して主軸８に対して自動的に工具交換の動作
を行う。

【００２２】図１及び図３に示すように、工具交換装置
基体１４は、ベッド３に立設固定された支持フレーム１
６と、支持フレーム１６の上部に横方向に延設固定され
た横フレーム１７とを備えており、工具マガジン１５は
横フレーム１７により支持されて、加工領域１０から離
れた待機位置Ｂ₂ に吊設されている。

【００２３】図２に示すように、ＡＴＣ２の工具マガジ
ン１５は、工具２０を把持するための工具把持装置２１
を備えている。工具把持装置２１は、所定平面２２に沿
う間隙部２３を有する工具把持本体部２４と、基端部を
保持されて間隙部２３に遊嵌されるとともに所定平面２
２と平行な面内で（即ち二次元的に）略Ｕ字状に長く折
曲形成され、所定平面２２に沿って弾性変形して工具２
０の溝としての環状のＶ溝２５に係合離脱可能に係合し
て工具２０を所定位置に把持する断面略円形のばね材か
らなるばね部材２６とを備えている。

【００２４】複数のばね部材２６が工具２０をそれぞれ
把持することにより、工具把持装置２１は複数の工具２
０を保持できるようになっている。工具マガジン１５を
待機位置Ｂ₂ から工具交換位置Ｂ₁ に移動させて（図
１）、工具把持装置２１を昇降動作させることにより、
主軸８に対して工具２０が移動するとともにばね部材２
６を介して工具２０の装着及び離脱の動作を行うように
なっている。

【００２５】図３及び図４に示すように、横フレーム１
７には上下一対の互いに平行なガイドレール３０が矢印
Ｄと平行な方向に取付けられており、工具マガジン１５
に設けられた上下一対の互いに平行なスライド部材３１
がガイドレール３０に往復移動自在に係合している。ス
ライド部材３１は、工具マガジン１５の基部をなすブラ
ケット３２に固定されている。

【００２６】図２に示すように、ブラケット３２には、
縦方向に配設されたシャフト３３が軸方向に移動自在に
嵌合しており、シャフト３３の下部には工具把持装置２
１が取付けられている。ブラケット３２の上部に設けら
れた昇降シリンダ３４のピストンロッド３５が、シャフ
ト３３の上端部３６に係合部材３７を介して係合してお
り、シャフト３３を介して工具把持装置２１及び工具２
０をＺ軸方向に昇降動作させている。

【００２７】工具把持装置２１の取付け部材３８には、
回り止め用シャフト４０が取付けられており、取付け部
材３８はシャフト３３に固定されている。回り止め用シ
ャフト４０は、シャフト３３と平行に配設され且つブラ
ケット３２に軸方向に摺動自在に嵌合しており、シャフ
ト３３が回転しないように回り止めをしている。

【００２８】ブラケット３２には、回り止め用シャフト
４０に対向する検出器４１，４２が上下にそれぞれ取付
けられている。検出器４１，４２は、昇降シリンダ３４
によって駆動されてシャフト３３及び工具把持装置２１
とともに昇降動作する回り止め用シャフト４０の昇降位
置の検出を行い、これにより、工具２０の昇降位置を検
出している。工具把持装置２１の工具把持本体部２４
は、回転駆動されて割出し動作を行うようになってお
り、円盤状に構成されている。工具把持本体部２４のマ
ガジンプレート４３は、シャフト３３の下端部４４に軸
受４５を介して回転中心Ｓまわりに回動自在に取付けら
れている。

【００２９】図３及び図４に示すように、工具把持本体
部２４には駆動源としての割出しモータ４６が取付けら
れており、割出しモータ４６を回転駆動することによ
り、ゼネバカム４７を有する割出し機構４８が動作す
る。マガジンプレート４３は、割出しモータ４６により
駆動される割出し機構４８により所要角度回動して、所
定のばね部材２６に把持された所定の工具２０又は所定
の空のばね部材２６を工具マガジン１５の割出し位置に
割出す。

【００３０】横フレーム１７には、進退シリンダ４９が
矢印Ｄと平行な方向に取付けられている。進退シリンダ
４９のピストンロッド５０は、連結部材５１を介してブ
ラケット３２に連結されている。ガイドレール３０，ス
ライド部材３１，進退シリンダ４９及び連結部材５１に
より、工具マガジン１５を進退移動させる移動手段が構
成されている。この移動手段により、工具マガジン１５
は、ＭＣ１の主軸８との工具交換の位置Ｂ₁ と待機位置
Ｂ₂ とのあいだを進退移動する。即ち、進退シリンダ４
９を動作させることにより、ガイドレール３０に案内さ
れたスライド部材３１に固定されたブラケット３２を含
む工具マガジン１５が、矢印Ｄ方向に進退移動する。

【００３１】工具マガジン１５には、工具把持装置２１
とこれに把持された工具２０とを囲繞するように密閉構
造に形成されたカバー装置５２が取付けられている。カ
バー装置５２は、工具マガジン１５の前記進退移動動作
に合わせて割出し位置の部分が開閉して工具交換ができ
るようになっている。

【００３２】次に、工具マガジン１５の構成について、
図５乃至図１２を参照しながら説明する。図５は本発明
の第１実施例にかかる工具把持装置２１を有する工具マ
ガジン１５の平面図で、マガジンプレート４３などを含
む詳細図である。図６は図５の工具マガジン１５の底面
図であり、マガジンプレート４３の片側の図示を省略し
ている。図７は図６の部分詳細図、図８は図６のVIII線
矢視図、図９は図２の部分拡大図で、図５のIX−IX線に
よる断面を示している。図１０は図５に示すマガジンプ
レート４３の底面図、図１１は図１０のXI−XI線断面
図、図１２は図１０に示すマガジンプレート４３の部分
拡大平面図で、キーが取外された状態の長溝の部分を示
している。

【００３３】図５乃至図８に示すように、工具把持装置
２１は、円盤状の工具把持本体部２４と、工具２０を把
持するばね部材２６と、工具２０の回り止めを行うキー
６０とを備えている。工具把持本体部２４は、割出しモ
ータ４６（図３）により回転中心Ｓまわりに回転駆動さ
れて割出し動作を行うとともに、所定平面２２とこの平
面２２を覆うカバー板６１とのあいだに間隙部２３が形
成されている。

【００３４】キー６０は、ばね部材２６と同じ方向を向
いて工具把持本体部２４に設けられており、本実施例の
キー６０は長溝６５内に係止されている。長溝６５は、
工具把持本体部２４のマガジンプレート４３の外周縁に
形成された円弧状の被係合部６４の位置に、ばね部材２
６と同じ方向（本実施例では回転中心Ｓに対して放射
状）に向けてマガジンプレート４３の上面８３に形成さ
れている。キー６０は、工具２０のキー溝６６に係合離
脱可能に係合して工具２０の回り止めを行うためのもの
である。

【００３５】ばね部材２６は、工具把持本体部２４の全
周に等間隔に且つ外方に向けて複数（本実施例では１６
個）設けられている。ばね部材２６は、回転中心Ｓ側に
設けられた抜け止め部材６２により基端部６３を抜け止
めされて間隙部２３内に遊嵌されている。

【００３６】なお本実施例では、ばね部材２６は回転中
心Ｓを中心として半径方向外方に放射状に配列されてい
るが、各ばね部材２６の長手方向中心線が回転中心Ｓを
通らないように規則的に偏心させてもよい。このように
すれば、工具マガジン１５の回転中心Ｓの移動軌跡と、
主軸中心を通り工具交換用割出し位置を含む線とを互い
に平行にして、工具マガジン１５をコラム４や主軸８周
りの構成部材から遠ざけた位置に待機させるとともに往
復移動動作を行うことができる。これにより、工具マガ
ジン１５を大きくしてもＭＣ１の構成部材に接触などす
ることがなくなるので好ましい。

【００３７】図７に示すように、ばね部材２６は、所定
平面２２に沿って弾性変形して工具２０の溝としての環
状のＶ溝２５に係合離脱可能に係合して、工具把持本体
部２４の円弧状の被係合部６４に係合した工具２０を弾
撥保持する。ばね部材２６は、１本のばね鋼の丸棒をそ
の長手方向の中心で折り曲げて略Ｕ字状に形成してもよ
いが、１本のばね鋼のパイプにより形成すれば軽量化及
び強度の向上の点から好ましい。また、ばね部材２６の
外周断面が真円形の場合には市販品の材料を使用できる
点で好ましいが、断面は略円形であればよく、楕円形な
ど円形に近い形状であってもよい。

【００３８】１本のばね鋼を二次元的に折曲形成された
ばね部材２６は、基端部６３から長手方向にＵ字状に長
く延びるＵ字状部６８と、Ｕ字状部６８の一対の先端部
をＳ字状及び逆Ｓ字状にそれぞれ折り曲げて対向させた
一対の係止部６９とからなっている。係止部６９は、工
具中心側を中心とする湾曲部８７と、工具中心とは反対
側を中心として湾曲部８７に続く湾曲部８８とを有して
連続的に折り曲げ形成されている。係止部６９特にその
湾曲部８８が工具２０のＶ溝２５に係合することによ
り、工具２０が把持される。

【００３９】Ｖ溝２５に係合するばね部材２６は、工具
２０をばね力に抗して係合離脱させるとともに、被係合
部６４に係合している工具２０を、被係合部６４から外
方に抜け出ないように係止部６９により被係合部６４の
方向にばね力で押圧付勢してしっかりと保持している。

【００４０】一個の工具２０を一個のばね部材によりそ
れぞれ把持してもよいが、本実施例では、隣り合うばね
部材２６の互いに対向する各片方の係止部６９どうしが
一組になって、一つの工具２０の環状Ｖ溝２５に係合す
るようにしている。即ち、隣り合うばね部材２６が共同
で工具２０を把持することとなる。これにより、一個の
工具２０の負荷を両方のばね部材２６に分散させて、各
ばね部材２６の寿命を均一にしている。

【００４１】図７及び図８に示すように、被係合部６４
は、円盤状のマガジンプレート４３の外周部に円周方向
に均等に複数（即ち、ばね部材２６と同数の１６個）形
成されており、部分円弧状をなして工具２０を係合離脱
自在に係合させている。円弧状の被係合部６４の中心
が、被係合部６４に係合した保持状態の工具２０の中心
に一致するようになっている。被係合部６４の内周縁部
７０は、工具２０の断面略Ｖ字形のＶ溝２５に嵌合でき
るように、Ｖ溝２５に対応した略Ｖ字状の断面形状をな
している。

【００４２】図７，図９及び図１０に示すように、マガ
ジンプレート４３の底面７１には、ばね部材２６を係止
する複数の凸部７２が、平らな前記所定平面２２より高
く一体的に形成されている。凸部７２は、被係止部６４
の部分に一体的に連続して配設されている。凸部７２
は、ドーナツ状のカバー板６１を支持するために所定平
面２２より高くなっている外方支持面７３と、外方支持
面７３より更に高い外周面７４とからなっている。凸部
７２の両側面７７は、回転中心Ｓ方向に向けて略直線状
に且つ放射状に形成されており、ばね部材２６のＵ字状
部６８に対向している。

【００４３】外方支持面７３と同じ高さの内方支持面７
５が、回転中心Ｓに近い位置に同心状に形成されてい
る。カバー板６１は外方支持面７３と内方支持面７５と
に密着し、締結部材例えばボルト７６，７６ａにより、
外方支持面７３と内方支持面７５にそれぞれ締結固定さ
れている。所定平面２２と内方支持面７５との間は同心
状の段部８６になっている。所定平面２２は、外方支持
面７３及び内方支持面７５より低くなっているので、カ
バー板６１を取付けた場合には、カバー板６１と所定平
面２２とのあいだに間隙部２３が形成されることとな
る。この間隙部２３の内部にばね部材２６のＵ字状部６
８を装着している。マガジンプレート４３に抜け止め部
材としての抜け止めボルト６２をねじ込んで、ボルト６
２の先端の円筒部７８と、段部８６とにより、ばね部材
２６の基端部６３を非固定状態で挟持している。

【００４４】ばね部材２６の外径は間隙部２３の隙間寸
法より僅かに小さくなっているので、Ｕ字状部６８は間
隙部２３内で図８の矢印Ｅに示すように自由に往復移動
することができる。このように、ばね部材２６はマガジ
ンプレート４３とカバー板６１とのあいだに非固定状態
で遊嵌されているので、所定平面２２及びカバー板６１
に沿って自由に拡縮動作を行う。

【００４５】図７に示すように、一つのばね部材２６に
関して言えば、その一対の係止部６９は互いに離れて拡
る方向（矢印Ｆ方向）に付勢力が働く構造になってい
る。従って、隣り合うばね部材２６の互いに対向する各
片方の係止部６９が一つの工具２０のＶ溝２５にそれぞ
れ係合することにより工具２０を弾撥把持できる。

【００４６】このように、ばね部材２６は所定平面２２
及びカバー板６１に沿って拡り又は縮むように弾性変形
をして工具２０を着脱自在に保持する。また、マガジン
プレート４３の底面７１側にカバー板６１が取付けられ
ているので、ばね部材２６は凸部７２から脱落せずに間
隙部２３内で自由に拡縮動作を行う。ばね部材２６は、
無負荷状態では拡るようになっているので、工具２０を
把持していない状態では凸部７２の先端部７９に圧接し
ている。

【００４７】図７乃至図９に示すように、工具２０の係
合部外周面８０に、凸部７２の円弧状内周面８１及びマ
ガジンプレート４３の円弧状内周面８２が密着するよう
になっている。これにより、被係合部６４に係合し且つ
ばね部材２６の係止部６９がＶ溝２５に係合することに
より把持された工具２０が、軸振れを起こさないように
している。また、ばね部材２６をマガジンプレート４３
の底面７１側に配設したので、工具２０の外径部８５が
マガジンプレート４３に接触することはない。

【００４８】図５、図１１及び図１２に示すように、マ
ガジンプレート４３の上面８３には、回転中心Ｓ方向に
向けてＵ字状の長溝６５が形成されており、長溝６５は
被係合部６４側に開放して連通している。長溝６５内に
はキー６０が、ねじ孔８４に螺合されたボルト７６等の
締結部材により係止されている。各被係合部６４に係合
している工具２０のキー溝６６にキー６０が係合するこ
とにより回り止めをして、被係合部６４内で工具２０が
自由回転しないようにしている。

【００４９】キー６０は、ばね部材２６と同じ方向即ち
半径方向外方を向いており、所定の割出し位置に来る
と、キー６０も主軸８の方向を向くこととなる。これに
より、自動工具交換時にはキー６０は主軸８のキーの方
向と同一の方向に位置し、工具交換される工具２０のキ
ー溝６６にはマガジンプレート４３側および主軸８側の
それぞれのキーがスムーズに係合離脱する。

【００５０】次に、本実施例の動作について説明する。
工具マガジン１５は、待機位置Ｂ₂ にある時は、ＭＣ１
の加工動作の邪魔にならない場所に静止している。この
状態で、工具が取付けられた主軸８を回転駆動するとと
もに、テーブル９，コラム４及び主軸頭６をＸ，Ｙ，Ｚ
軸方向にＮＣ装置により相対移動制御することにより、
テーブル９上に載置されたワークを加工する。

【００５１】この加工工程が終了した後、次工程の加工
がある場合には、所望の他の工具に自動工具交換動作を
行う必要がある。そこで、まず最初に主軸８の回転動作
を停止し、クーラントの供給停止を行った後、主軸オリ
エンテーション動作を行い、主軸８及び主軸８に装着さ
れた工具を所定の回転方向角度に位置決めする。次い
で、主軸８に現在装着されている工具を受け取って把持
するための所定の空の被係合部６４を割出し位置に移動
させるため、割出しモータ４６を駆動し、割出し機構４
８を介してマガジンプレート４３を所要角度回転させて
割出し動作をさせる。

【００５２】一方、進退シリンダ４９を駆動してピスト
ンロッド５０を伸長する方向に移動させて、ブラケット
３２，シャフト３３及び工具把持本体部２４等を含む工
具マガジン１５を、待機位置Ｂ₂ から工具交換位置Ｂ₁
に移動させる。工具マガジン１５が工具交換位置Ｂ₁ に
到着すると、主軸８に装着されている工具のＶ溝２５
に、空の被係合部６４に位置する一対の係止部６９を係
合させてそのばね力に抗して工具を弾撥保持するととも
にキー６０により回り止めを行う。これにより、係止部
６９に保持された工具のＶ溝２５が被係合部６４の内周
縁部７０に係合してしっかりと保持される。

【００５３】次いで、主軸８の工具クランプ・アンクラ
ンプ機構により主軸８の工具をアンクランプ状態にし、
昇降シリンダ３４を駆動して、工具把持本体部２４を下
降させて、工具を主軸８の工具装着部より引き抜く。次
に、割出しモータ４６により、マガジンプレート４３に
割出し動作させ、次加工用の所定の工具２０を保持して
いる被係合部６４を割出し位置に移動させる。次いで、
昇降シリンダ３４により工具把持本体部２４を上昇さ
せ、主軸８の工具装着部に所定の工具２０を装着し、前
記工具クランプ・アンクランプ機構により工具２０を主
軸８にクランプさせる。最後に、進退シリンダ４９を駆
動してピストンロッド５０を縮退方向に移動させ、工具
マガジン１５を工具交換位置Ｂ₁ から待機位置Ｂ₂ に移
動させる。このようにして自動工具交換動作が終了した
後、次工程の加工を行うこととなる。

【００５４】次に、工具把持装置２１に工具２０が着脱
される場合について説明する。図７に示すように、工具
２０を工具把持装置２１に装着するときは、ばね部材２
６は、凸部先端部７９に圧接している状態Ｇ₁ から、Ｖ
溝２５に係合しながらばね力に抗して基端部６３付近を
支点として弾性変形して最も移動した状態Ｇ₂となる。
次いで、Ｖ溝２５が被係合部６４に係合するとばね力に
より少し元に戻ってＧ₃ の状態になってＶ溝２５に係合
して工具２０を弾撥把持する。これらの状態Ｇ₁ 乃至Ｇ
₃ においては、常にばね部材２６の付勢力が作用してい
るので、工具２０はばね部材２６により常に付勢されな
がら工具把持装置２１に装着される。なお、工具２０を
離脱させる時は前記と逆の動作が行われる。

【００５５】工具２０を係止部６９に着脱する際には、
ばね部材２６にはその長手方向に力がかかる。ところ
が、基端部６３が、ボルト６２の円筒部７８とマガジン
プレート４３の段部８６とのあいだに挟持されているの
で、ばね部材２６は長手方向の動きを規制されることと
なりこの方向には移動しない。また、ばね部材２６が拡
縮動作をする時は、図７乃至図９に示すように間隙部２
３内でＵ字状部６８が、基端部６３付近を支点として矢
印Ｅに示すように所定平面２２とカバー板６１とに沿っ
てスムーズに往復移動する。

【００５６】このように、ばね部材２６は、断面円形な
ので工具把持本体部２４に対して引っ掛かったりねじれ
たりすることなくスムーズに弾性変形して工具２０を着
脱させる。このとき、ばね部材２６の全体で負荷を受け
止めており、従来のように局部的に応力が集中すること
がないので、ばね部材２６の耐久性は極めて優れてい
る。発明者の行った実験によれば、ばね部材２６が６０
０万回以上拡縮動作をしても破損することはなく耐久性
に優れていることが確認されている。

【００５７】また、Ｓ字状及び逆Ｓ字状に滑らかに折曲
形成された係止部６９に工具２０のＶ溝２５が係合する
ようにしており、またＵ字状部６８は間隙部２３内では
僅かな隙間をもって装着されている。従って、ばね部材
２６が工具２０を把持していない時は、ばね部材２６に
は上下に少し遊びがある。ところが、ばね部材２６が工
具２０を把持した状態では、Ｖ溝２５が被係合部６４に
係合して上下方向に位置決めされるので、ばね部材２６
も上下方向の位置を規制されて動かなくなる。そのた
め、工具２０は被係合部６４とばね部材２６との間にガ
タつくことなくばね力によりしっかりと把持されるの
で、抜け出ることはない。よって、工具マガジン１５の
回転動作や移動時に、貯蔵中の工具２０が動くことはな
い。

【００５８】また、作業者が手動で工具２０を工具把持
装置２１に装着する際には、ばね部材２６がガイドの役
目を果たす。即ち、工具２０のＶ溝２５をばね部材２６
に係合させながら装着すれば、Ｖ溝２５が係止部６９に
より案内されつつ被係合部６４に係合するので、手動に
よる装着作業が容易になる。

【００５９】また、ばね部材２６は、工具把持本体部２
４側に遊嵌されて自由に弾性変形するので、ばね部材２
６にねじり力等の無理な力がかかることはない。また、
表面にエッジ部がない円形なので接触面積も少なく引っ
掛かることもないので、円滑に移動することができ、且
つ優れた耐久性を有する。

【００６０】ばね部材２６を上述のような所定の形状に
加工する場合には、断面円形の市販の１本の棒状又はパ
イプ状のばね鋼を同一平面内で即ち二次元的に折り曲げ
て加工するだけでよいので、製造が極めて容易であり、
正確な寸法に加工できる。また、市販のばね鋼はその直
径の加工精度がよいので、ばね部材２６を正確な寸法に
形成でき、係止部６９は高精度で工具２０のＶ溝２５に
係合する。

【００６１】なお、本実施例の変形例として、ばね部材
２６の直径を大きくすれば、ばね部材２６の強度を大き
くとることができる。したがって、被係合部６４を有し
ていない場合でもばね部材２６のみで工具２０を把持す
ることも可能であり、工具把持装置を簡略化できる。

【００６２】また、本実施例のようにばね部材２６を長
手方向に長く形成すれば、係止部６９の撓み代を大きく
とることができるので、Ｖ溝２５の直径が異なる種々の
規格の工具２０であっても、ばね部材２６を交換するこ
となく把持できる。工具２０の規格としては、例えばＶ
溝２５の直径が５３ｍｍのＢＴツール、同じく５６．３
６ｍｍのＣＡＴツール及び５６．２５ｍｍのＤＩＮツー
ル等がある。このように工具の規格が違う場合には、従
来は工具把持装置を別のものに取り替える必要があった
が、本実施例によれば、全く同一のばね部材２６により
いずれの工具をも無理なくまた破損することなく把持す
ることが可能である。

【００６３】ところで、加工工程によっては必ずしも工
具マガジン１５の全ての工具収納位置を使うとは限らな
いことから、いくつかの被係合部６４が空の状態のまま
で使用される場合がある。このように工具収納位置に
「むら」がある場合に、本実施例のように隣り合うばね
部材２６の各係止部６９により工具２０を把持するよう
にすれば、ばね部材２６に加わる応力が分散されて、な
るべく多くのばね部材２６を使うことができ、ばね部材
２６の寿命が長くなる。また、隣りの工具収納位置が空
のときは１個あたりのばね部材２６の変位量が半分にな
り、寿命がさらに改善される。

【００６４】図１３は、本発明の第２実施例にかかる工
具貯蔵マガジンの部分詳細底面図で、図７相当図であ
る。本実施例では、一個の工具２０を一個のばね部材２
６ａでそれぞれ把持している。即ち、ばね部材２６ａの
Ｕ字状部６８ａの各先端部をＳ字状及び逆Ｓ字状に折曲
形成して係止部６９ａを形成している。ばね部材２６ａ
の材料は前記ばね部材２６と同様であるが、その一対の
係止部６９ａが互いに近づく方向に付勢力が働く構造に
なっている。また、基端部６３ａは抜け止め部材６２ａ
と段部８６とにより被固定状態で挟持されている。Ｕ字
状部６８ａは凸部７２を挟むようにして配設されてい
る。なお、他の構成は第１実施例と同様である。

【００６５】このようにすれば、一個の工具２０に対し
て一個のばね部材２６ａが特定されることとなり、例え
ば特定個所のばね部材２６ａのみの材料や形状などを変
えたい場合や、空の工具把持位置のばね部材２６ａを取
外しておく場合などに便利である。

【００６６】図１４は、本発明の第３実施例にかかる工
具交換アームの底面図である。本実施例のＡＴＣの工具
把持装置２１ａは、工作機械に設けられて往復移動して
工具２０を把持するとともに受け渡しを行う工具交換ア
ーム９０を備えている。工具交換アーム９０は、据付け
型工具貯蔵マガジンと主軸との間、又はこれらと中間の
移送装置との間を往復移動して工具の受け渡しを行うの
に使われる。

【００６７】工具交換アーム９０は、回転中心Ｓまわり
に例えば正逆方向に１８０°回転駆動されて工具２０の
前記受け渡しを行う工具把持本体部２４ａと、工具把持
本体部２４ａに設けられて基端部６３ｂを保持された略
Ｕ字状のばね部材２６ａとを備えている。

【００６８】工具把持本体部２４ａには、所定平面２２
ａとカバー板６１ａとの間に間隙部２３ａが形成されて
いる。ばね部材２６ａは第２実施例のばね部材と同様の
構成を有している。その基端部６３ｂは、工具把持本体
部２４ａに取付けられた抜け止め部材としてのボルト６
２ｂと、工具把持本体部２４ａに形成された段部８６ａ
とにより非固定状態で挟持されている。カバー板６１ａ
は、工具把持本体部２４ａの凸部７２ａの支持面７３ａ
と回転中心Ｓ側の面７５ａとに密着するとともに、間隙
部２３ａを形成するように所定平面２２ａとは隙間をも
って取付けられている。

【００６９】ばね部材２６ａは、間隙部２３ａに遊嵌さ
れるとともに所定平面２２ａと平行な面内で即ち二次元
的に折曲形成され、所定平面２２ａとカバー板６１ａと
に沿って弾性変形して工具２０の環状のＶ溝２５に係合
離脱可能に係合して工具２０を所定位置に把持するよう
にしている。

【００７０】本実施例の工具把持本体部２４ａは図中左
右方向に長い矩形状を有しており、回転中心Ｓに対して
図中左右対称形にばね部材２６ａ等が一対設けられてい
る。なお、本実施例の変形例として、片側のみにばね部
材２６ａ等を設けて一つの工具２０のみを把持するよう
にしてもよい。かかる構成の本実施例によれば前記第１
実施例と同様の作用効果を奏する。

【００７１】上述のように本発明によれば、１本のばね
鋼を二次元的に折り曲げ加工したのみの極めて簡単な構
造のばね部材により、工具のＶ溝をガイドできるととも
に強い把持力を発揮させることができ、折曲加工も極め
て簡単で容易に製作することができる。なお、各図中同
一符号は同一又は相当部分を示す。

【００７２】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、工
具の着脱時にばね部材がスムーズに弾性変形するととも
に、工具把持装置を耐久性に優れた簡単な構造にするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる自動工具交換装置を備えた工作
機械の平面図である。

【図２】図１に示す自動工具交換装置の正面縦断面図で
ある。

【図３】図１に示す自動工具交換装置の側面縦断面図で
ある。

【図４】図３のIV−IV線矢視図である。

【図５】図５乃至図１２は本発明の第１実施例を示す図
で、図５は工具把持装置を有する工具貯蔵マガジンの平
面図である。

【図６】図５の工具貯蔵マガジンの底面図である。

【図７】図６の部分詳細図である。

【図８】図６のVIII線矢視図である。

【図９】図２の部分拡大図であり、図５のIX−IX線によ
る断面を示している。

【図１０】図５に示すマガジンプレートの底面図であ
る。

【図１１】図１０のXI−XI線断面図である。

【図１２】図１０に示すマガジンプレートの部分拡大平
面図で、キーが取外された状態の長溝の部分を示してい
る。

【図１３】本発明の第２実施例にかかる工具貯蔵マガジ
ンの部分詳細底面図である。

【図１４】本発明の第３実施例にかかる工具交換アーム
の底面図である。

【符号の説明】 １ マシニングセンタ（工作機械） ２ 自動工具交換装置 ８ 主軸 １４ 工具交換装置基体 １５ 工具貯蔵マガジン ２０ 工具 ２１，２１ａ 工具把持装置 ２２，２２ａ 所定平面 ２３，２３ａ 間隙部 ２４，２４ａ 工具把持本体部 ２５ 工具の溝（環状のＶ溝） ２６，２６ａ ばね部材 ４６ 割出しモータ（駆動源） ６０ キー ６１ カバー板 ６２ 抜け止めボルト（抜け止め部材） ６３，６３ａ，６３ｂ 基端部 ６４ 被係合部 ６６ 工具のキー溝 ６９，６９ａ 係止部 ８６，８６ａ 段部 ９０ 工具交換アーム Ｂ₁ 工具交換の位置 Ｂ₂ 待機位置 Ｓ 回転中心

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定平面に沿う間隙部を有する工具把持
   本体部と、基端部を保持されて前記間隙部に遊嵌される
   とともに前記所定平面と平行な面内で折曲形成され、前
   記所定平面に沿って弾性変形して工具の溝に係合離脱可
   能に係合して前記工具を所定位置に把持する断面略円形
   のばね部材とを備えたことを特徴とする自動工具交換装
   置の工具把持装置。
2. 【請求項２】 前記自動工具交換装置は、工作機械に配
   設された工具交換装置基体と、この工具交換装置基体に
   設けられて、前記工作機械の主軸との工具交換の位置と
   待機位置とのあいだを進退移動し、複数の工具を貯蔵す
   るとともに所定の工具を工具交換用割出し位置に割出し
   て工具交換を行う工具貯蔵マガジンとを備え、 この工具貯蔵マガジンの工具把持装置は、回転駆動され
   て前記割出し動作を行う円盤状の前記工具把持本体部
   と、この工具把持本体部の全周に等間隔に且つ外方に向
   けて複数設けられた略Ｕ字状の前記ばね部材とを備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の自動工具交換装置の工
   具把持装置。
3. 【請求項３】 隣り合う前記ばね部材の互いに対向する
   各片方の係止部が、一つの前記工具の環状のＶ溝に係合
   することを特徴とする請求項２記載の自動工具交換装置
   の工具把持装置。
4. 【請求項４】 前記自動工具交換装置は、工作機械に設
   けられて往復移動して前記工具を把持するとともに受け
   渡しを行う工具交換アームを備え、 この工具交換アームは、回転駆動されて前記工具の前記
   受け渡しを行う前記工具把持本体部と、この工具把持本
   体部に設けられた略Ｕ字状の前記ばね部材とを備えたこ
   とを特徴とする請求項１記載の自動工具交換装置の工具
   把持装置。
5. 【請求項５】 工作機械に配設された工具交換装置基体
   と、この工具交換装置基体に設けられて、前記工作機械
   の主軸との工具交換の位置と待機位置とのあいだを進退
   移動し、複数の工具を貯蔵するとともに所定の工具を工
   具交換用割り出し位置に割出して工具交換を行う工具貯
   蔵マガジンとを備えた自動工具交換装置に設けられた工
   具把持装置であって、 駆動源により回転中心まわりに回転駆動されて前記割出
   し動作を行うとともに所定平面とカバー板との間に間隙
   部が形成された円盤状の工具把持本体部と、 この工具把持本体部の全周に等間隔に且つ外方に向けて
   複数設けられ、前記回転中心側に設けられた抜け止め部
   材及び段部により基端部を非固定状態で挟持されて前記
   間隙部内に遊嵌されるとともに前記所定平面と平行な面
   内で略Ｕ字状に長く折曲形成された断面円形のばね材か
   らなり、前記所定平面に沿って弾性変形して前記工具の
   環状のＶ溝に係合離脱可能に係合して、前記工具把持本
   体部の円弧状の被係合部に係合した前記工具を弾撥保持
   するばね部材と、 前記円弧状被係合部の位置に前記ばね部材と同じ方向に
   向けて前記工具把持本体部に設けられ、前記工具のキー
   溝に係合離脱可能に係合して該工具の回り止めを行うキ
   ーとを、 前記工具貯蔵マガジンに設けたことを特徴とする自動工
   具交換装置の工具把持装置。