JPH11239941A - 工作機械の工具交換アーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具交換時間を短縮することが可能な工作機
械の工具交換アームを提供すること。 【解決手段】 本発明の工作機械の工具交換アーム１０
０は、回転軸１４により回転前進後退駆動され回転方向
に開口した工具把持部１１を両端にもつアーム部材１
と、アーム部材１に軸支され工具把持部１１を開閉する
押さえレバー２と、工具把持部１１の締め方向に押さえ
レバー２を押圧付勢するバネ装置３と、押さえレバー２
を回動させるカム部材４とを有する。押さえレバー２が
アーム部材１に内蔵されていないのでアーム部材１を短
く形成でき、モーメントアームが短くなって工具Ｔの慣
性力が軽減されるうえ、工具Ｔを把持したアーム部材１
の慣性モーメントが低減されるので、工具交換アーム１
００を急速旋回させることが可能になり、工具交換時間
が短縮される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転工具を駆動す
る工具主軸を有する工作機械の技術分野に属し、より詳
しくは、工作機械の回転工具を自動的に交換する工具自
動交換装置の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の回転工具を自動的に交換する
工具自動交換装置の従来技術としては、実公昭５３−５
２１４４号公報に公告されている工作機械の工具交換ア
ームがある。この工作機械の工具交換アームは、回転軸
により軸支されるととともに回転駆動および前進後退駆
動され、同一回転方向に開口して形成された一対の工具
把持部を両端にもつアーム部材を主体として構成されて
いる。同アーム部材には、上記工具把持部を開閉する押
さえレバーが、同工具把持部の根本付近にピボットで回
動自在に取り付けられている。同アーム部材は、この押
さえレバーを閉じ方向に押圧付勢するバネ装置と、この
押さえレバーを工具を把持した閉じ位置で固定するロッ
ク装置とを内蔵している。

【０００３】この工作機械の工具交換アームが、工具把
持部で工具をつかむ場合には、押さえレバーに形成され
た斜面に工具の鍔（つば）部分が当接して押さえレバー
を押し開き、同鍔部分が工具把持部に押さえレバーで保
持される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来技術による工作機械の工具交換アームでは、バネ装
置およびロック装置がアーム部材に内蔵されていたの
で、アーム部材を短縮することが困難であり、軽量化も
困難であった。それゆえ、アーム部材のモーメントアー
ムおよび質量が大きくなるので慣性モーメントが大きく
なり、高速で旋回させることには大きなトルクが必要で
あり、アーム部材の高速旋回による工具交換時間の短縮
は難しかった。

【０００５】そのうえ、長いアーム部材の先端付近で工
具が把持されているので、アーム部材を高速で旋回させ
ると、角加速度による周方向の加速度も遠心加速度によ
る半径方向の加速度も大きくなり、アーム部材の工具把
持部と工具の鍔部（被把持部）とに過大な力がかかりか
ねない。その結果、アーム部材の旋回角速度および角加
速度を低く抑えておかざる得ないので、アーム部材の旋
回に要する時間がかかり、工具交換時間の短縮の妨げに
なっていた。

【０００６】そればかりではなく、アーム部材が工具把
持部で工具を把持する際には、常に工具を挟み込む方向
に押さえレバーを付勢しているバネ装置の押圧力に反し
て、押さえレバーに工具の被把持部を当接させる。そし
てさらに工具の鍔部に押さえレバーの斜面部が当接して
滑らされ、摩擦力とともに生じる押圧力で押さえレバー
がこじ開けられて、工具の鍔部がアーム部材の工具把持
部に把持されるに至っている。それゆえ、アーム部材の
工具把持部で工具を把持する際には、押さえレバーや工
具の鍔部に無理な力がかからないように、ゆっくりとア
ーム部材を旋回させて工具把持部に工具の鍔部を挟み込
む必要があった。このこともまた、工具交換時間の短縮
の妨げになっていた。

【０００７】そこで本発明は、前述の従来技術よりも工
具交換時間を短縮することが可能な工作機械の工具交換
アームを提供することを解決すべき課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するために、発明者は以下の手段を発明し
た。 （第１手段）本発明の第１手段は、請求項１記載の工作
機械の工具交換アームである。本手段では、工具把持部
を先端にもつアーム部材に、押さえレバーが内蔵されて
おらず外付けになっているので、アーム部材の長さを短
くかつその質量を軽くすることができる。また、アーム
部材の長さおよび質量が小さいのでアーム部材の慣性モ
ーメントが小さいばかりではなく、押さえレバーおよび
バネ装置がアーム部材の回転軸近くにあり、押さえレバ
ーおよびバネ装置を含めての工具交換アームの慣性モー
メントが小さい。さらに、アーム部材が短いのでその先
端の工具把持部に工具を把持した状態でも、工具および
工具交換アームの慣性モーメントが小さいので、アーム
部材の角速度の加速・減速がより高速で行われるように
なる。また、アーム部材が短いので把持されている工具
にかかる加速度が低減され、アーム部材の工具把持部お
よび工具の被把持部に過大な慣性力をかけることなく、
短時間でアーム部材を旋回させることが可能になる。

【０００９】そればかりではなく、アーム部材の工具把
持部が工具を把持する際に、カム部材により適正に押さ
えレバーが回動して、工具把持部に工具の被把持部を受
け入れる。しかる後、カム部材による押さえレバーの回
動が解除され、バネ装置の作用で押さえレバーが工具把
持部に工具の被把持部を押さえ込むに至る。それゆえ、
押さえレバーと工具の被把持部との間には、従来技術の
ように無用の摩擦力や押圧力が作用することがないの
で、工具把持部による工具の把持は、スムースに短時間
で行われるようになる。また、交換すべき工具を工具把
持部から離す場合にも、無用の摩擦力や押圧力を作用さ
せることなく、カム部材の作用で押さえレバーがアーム
部材の工具把持部を開くので、工具を離す作用もスムー
スに短時間で行われる。

【００１０】したがって本手段によれば、前述の従来技
術よりも工具交換時間を短縮することが可能になるとい
う効果がある。 （第２手段）本発明の第２手段は、請求項２記載の工作
機械の工具交換アームである。本手段では、アーム部材
は、二回回転対称形状をしていて同一回転方向に開口す
る一対の工具把持部を両端にもち、押さえレバーおよび
前記バネ装置は、一対二組が装備されている。それゆ
え、一方の工具把持部が主軸に対して工具の取付け・取
り外しを行っている間に、他方の工具把持部は工具交換
位置で工具の交換をされていることができ、合理的であ
る。すなわち、一方の工具把持部が主軸から工具を外し
て旋回し工具交換位置までくると、他方の工具把持部が
工具交換位置から次の工具を把持して主軸の位置にまで
くるので、アーム部材を約半回転させるだけで主軸の工
具を交換することが可能になる。

【００１１】したがって本手段によれば、前述の第１手
段の効果に加えて、なおいっそう工具交換時間を短縮す
ることが可能になるという効果がある。 （第３手段）本発明の第３手段は、請求項３記載の工作
機械の工具交換アームである。本手段では、工作機械の
主軸から見て、アーム部材が主軸から離れて前進した状
態では、ロック装置により、アーム部材の両端の工具把
持部を閉じる位置で両押さえレバーがロックされる。そ
れゆえ、アーム部材が主軸から離れて前進した状態で
は、アーム部材の両端の工具把持部を閉じる位置で両押
さえレバーがロックされており、工具が工具把持部から
外れる恐れがないのでアーム部材を急速旋回させること
ができる。

【００１２】逆に本手段では、アーム部材が主軸へ向か
って後退した状態では、ロック装置により両押さえレバ
ーはアンロックされる。アーム部材が主軸へ向かって後
退した状態では、両押さえレバーはアンロックされるの
で、工具把持部から無理な力をかけることなく工具を外
すことができる。すなわち、主軸に工具を押し込んだ状
態で、工具を工具把持部から離すことができ、その際に
無理な力がかかることがない。

【００１３】したがって本手段によれば、前述の第１手
段の効果に加えて、なおいっそう工具交換時間を短縮す
ることが可能になるという効果がある。 （第４手段）本発明の第４手段は、請求項４記載の工作
機械の工具交換アームである。本手段では、押さえレバ
ーは、工具把持部とアーム部材の回転中心とを結んだ線
に対して交差して配設され、アーム部材に設けられたピ
ボット部によって旋回可能に軸支され、回転軸の外周に
配設されたカム部材によって開閉される。それゆえ、押
さえレバーを軸支するピボット部の位置を工具交換アー
ムの回転中心に近づけて配置しても、押さえレバーを開
閉するためのカム部材の突出部を大きく形成することが
できるので、工具交換アームの長さを短くしてその旋回
半径を小さくすることができる。

【００１４】したがって本手段によれば、前述の第１手
段ないし第３手段の効果に加えて、なおいっそう工具交
換アームの旋回速度を速くすることができるという効果
がある。

【００１５】

【発明の実施の形態および実施例】本発明の工作機械の
工具交換アームの実施の形態については、当業者に実施
可能な理解が得られるよう、以下の実施例で明確かつ十
分に説明する。 ［実施例１］ （実施例１の概略構成）本発明の実施例１としての工作
機械の工具交換アーム１００は、図１〜３に示すよう
に、工具Ｔを保持して回転駆動する主軸Ｓ（図１参照）
と、工具Ｔが一時的に置かれる工具交換位置Ｐ（図３参
照）との間で、工具Ｔを自動的に交換する装置である。
本実施例の工具交換アーム１００は、主要構成要素とし
て、アーム部材１と、押さえレバー２と、バネ装置３
と、カム部材４と、ロック装置としてのロックヘッド１
７ａとを有する。

【００１６】アーム部材１は、図１に示すように、スラ
イドピン１５および軸部材１６を介して回転軸１４によ
り軸支されるとともに、回転軸１４によって回転駆動お
よび前進後退駆動される部材である。アーム部材１はま
た、図２および図３に示すように、その回転軸１４（図
１参照）まわりに１８０°回転すると同一形状になる二
回回転対称形状をしており、同一回転方向に開口する一
対の工具把持部１１を両端にもつ。アーム部材１は一本
であるが、一本のアーム部材１に対して押さえレバー２
およびバネ装置３は、一対二組が装備されている。

【００１７】各押さえレバー２は、それぞれアーム部材
１の中間部にピボット部２０を介して回動可能に軸支さ
れ、アーム部材１の両端の工具把持部１１を開閉する先
端部としての押さえローラー２１をもつ。各バネ装置３
は、アーム部材１に内蔵されており、それぞれその先端
部３１で押さえレバー２に当接し、工具把持部１１を閉
じる方向に押さえレバー２を押圧付勢する。カム部材４
は、アーム部材１の回転軸１４と同軸にアーム部材１を
支える外筒部材１８に固定されており、押さえレバー２
の後端部としてのカムローラー２２と当接して二ヶ所の
突出部４１，４３で押さえレバー２を回動させて、工具
把持部１１を開放する。

【００１８】図１に示すように、アーム部材１の中央部
の前面（主軸と背向する面）には、低い円筒状の空間を
形成する凹部１０があり、押さえレバー２が工具把持部
１１を開放した状態では、凹部１０にバネ装置３の後端
部が突出するようになっている。しかし、回転軸１４と
同軸に配設されたロックヘッド１７ａが主軸方向へ後退
すると、アーム部材１の凹部１０にロックヘッド１７ａ
が嵌合するようになっており、ロックヘッド１７ａが嵌
合した状態ではバネ装置３の後端部が凹部１０に突出す
ることはできない。すなわち、ロックヘッド１７ａは、
アーム部材１の凹部１０に嵌合することによってバネ装
置３の後退を阻止し、工具把持部１１を閉じた状態に押
さえレバー２をロックするロック装置を構成している。

【００１９】それゆえ、主軸Ｓから見て、アーム部材１
が主軸Ｓから離れて前進した状態では、ロックヘッド１
７ａが凹部１０に嵌合し、アーム部材１の両端の工具把
持部１１を閉じる位置で両押さえレバー２はロックされ
る。逆に、アーム部材１が主軸Ｓへ向かって後退した状
態では、アーム部材１の凹部１０からロックヘッド１７
ａが外れており、バネ装置３が後退可能となって両押さ
えレバー２はアンロックされ、工具把持部１１は開放可
能となる。

【００２０】（実施例１の詳細構成）以上が本実施例の
工作機械の工具交換アーム１００の構成の概略である
が、次に工具交換アーム１００の構成についてより詳し
く説明する。図１に示すように、主軸Ｓと同一の基台
（図略）に固定されている工具交換アーム基台５は、内
蔵した駆動装置（図略）によって回転駆動および前進後
退駆動される回転軸１４を、主軸Ｓと対抗して平行に突
出した状態に支持している。回転軸１４は、図３に示す
ように、工具交換位置Ｐの直上で、かつ主軸中心Ａとは
直上から５２度をなし、アーム部材１の工具把持部１１
の中心が描く円軌跡が主軸中心Ａおよび工具交換位置Ｐ
を通る位置に配設されている。

【００２１】再び図１に示すように、工具交換アーム基
台５にはまた、略中空円筒体である外筒部材５１が回転
軸１４と同軸状に固定されており、外筒部材５１は、円
筒状の内部空間５０を形成している。外筒部材５１の内
部空間５０には、スライドピン１５、軸部材１６の一
部、摺動リング部材１８、および複数の固定ボルト１９
等が収容されている。また、外筒部材５１の先端部に
は、内周がリング状のカム部材４が複数のボルトで固定
されている。

【００２２】回転軸１４の先端部には、略中空円筒状の
軸部材１６の基端部が、回転軸１４と同軸に複数の固定
ボルト１９で強固に固定されており、軸部材１６の先端
部には軸部材１６と同軸にアーム部材１の中央部が八本
のボルトで固定されている。それゆえ、アーム部材１
は、回転軸１４と同軸に配設されているだけではなく、
回転軸１４に軸部材１６を介して固定されているので、
回転軸１４の回転運動および前進後退運動に従って回転
駆動および前進後退駆動される。

【００２３】回転運動および前進後退運動が可能な軸部
材１６の外周面と、固定されている外筒部材５１の内周
面との間には、略中空円筒体状の摺動リング部材１８が
挿置されており、軸部材１６の剛性を補強している。摺
動リング部材１８は、外筒部材５１の内周面との間に適
正な摩擦力を生じるように外径が設定されており、軸部
材１６の外周面との間には弱い摩擦力しか発生しないよ
うに内径が設定されている。

【００２４】また、外筒部材５１の先端面には、外筒部
材５１の内周面より内側に突出したリング状の規制部材
５１ａが固定されている。この規制部材５１ａは、後述
する摺動リング部材１８が主軸方向に後退しすぎること
を規制することを目的として設けられている。摺動リン
グ部材１８には、軸部材１６を貫通して配設されたスラ
イドピン１５の両端が嵌合する一対の貫通孔が形成され
ている。一方、軸部材１６には、軸部材１６の軸線方向
に長い長円形の貫通孔１６ａが軸線方向と直交する方向
に形成されており、同貫通孔１６ａには、円筒状のスラ
イドピン１５が、軸部材１６に対し所定範囲で前後動可
能に嵌合している。軸部材１６にはさらに、回転軸１４
と同軸に貫通孔１６ｂが形成されており、同貫通孔１６
ｂには、先端部が貫通孔１６ｂの内径よりも直径が大き
いロックヘッド１７ａであるロック軸１７が、前後方向
に摺動可能にはめ込まれている。そして、このロックヘ
ッド１７ａを先端にもつロック軸１７をスライドピン１
５が貫通していて、同部材はスライドピン１５に固定さ
れている。ロック軸１７の外周にはスプリング２５が配
設されている。スプリング２５の一端は、ロックヘッド
１７ａに当接しており、スプリング２５の他端は、外筒
部材５１の内周に固定されたスナップリング当接して移
動が規制されている。

【００２５】それゆえ、図１に示すアーム部材１が主軸
Ｓに接近した状態から回転軸１４が軸線方向に移動し、
軸部材１６が回転軸１４の移動に連動して移動すること
によってアーム部材１が主軸Ｓから離れて前進すると、
軸部材１６の移動に対して摺動リング部材１８が取り残
されるので、スライドピン１５を介してロック装置とし
てのロックヘッド１７ａがアーム部材１の凹部１０に嵌
合する。その結果、バネ装置３の後端部がアーム部材１
の凹部１０に入れなくなり、アーム部材１の両端の工具
把持部１１を閉じる位置で両方の押さえレバー２がロッ
クされる。それゆえ、アーム部材１が主軸Ｓから離れて
前進した状態では、アーム部材１の両端の工具把持部１
１を閉じる位置で両押さえレバーがロックされており、
工具Ｔが工具把持部１１から外れる恐れがないので、ア
ーム部材１を急速旋回させることが可能になる。

【００２６】逆に再び図１に示すように、主軸Ｓから見
てアーム部材１が主軸Ｓへ向かって後退した状態では、
規制部材５１ａに後退を規制されて摺動リング部材１８
が前方に取り残されるので、スライドピン１５を介して
ロック装置としてのロックヘッド１７ａがアーム部材１
の凹部１０から抜け出す。すると再び図３に示すよう
に、各バネ装置３の後端部が凹部１０の空間に突き出す
ことができるようになり、各バネ装置３によって付勢さ
れている各押さえレバー２はアンロックされる。それゆ
え、アーム部材１が主軸Ｓへ向かって後退した状態で
は、両方の押さえレバー２はアンロックされるので、工
具把持部１１から無理な力をかけることなく工具Ｔを外
すことができる。

【００２７】すなわち、主軸Ｓに工具を押し込んだ状態
で、工具Ｔを工具把持部１１から離すことができ、その
際に無理な力がかかることがない。さらに、工具交換位
置Ｐに位置した反対側の工具把持部１１でも、無理な力
をかけることなく、工具把持部１１に把持させる工具Ｔ
を工具中間搬送装置（図略）により交換することができ
る。

【００２８】アーム部材１は、再び図２および図３に示
すように、両端に同一回転方向に向かって開口した工具
把持部１１を有し、工具把持部１１の内周の二ヶ所に
は、突条１２が形成されている。また、各工具把持部１
１の開口部の反対側には、ネジの軸が周方向と同一方向
にありネジの延長線が把持された工具Ｔの中心線を通る
位置および方向に、一本の調整ネジ１３が螺合されてお
り、工具Ｔの把持深さを適正に調整できるようになって
いる。

【００２９】各押さえレバー２は、図４に示すように、
三段の階段状の形状をした部材であり、その中間部でア
ーム部材１の中間部にピボット部２０をもって回動可能
に支持されている。各押さえレバー２の一端には、アー
ム部材１の工具把持部１１に工具Ｔを把持する押さえロ
ーラー２１が回転自在に軸支されており、押さえローラ
ー２１は、工具Ｔの鍔部（被把持部）に当接する押さえ
レバー２の先端部を形成している。押さえローラー２１
の外周面には、全周にわたってリング状の突条２２形成
されており、押さえローラー２１は、突条２２をもって
工具Ｔの鍔部の外周部と当接しこれを工具把持部１１に
把持する機能を持つ。それゆえ、アーム部材１の工具把
持部１１に押さえレバー２で工具Ｔを締め付けたり緩め
たりする際に、押さえレバー２の先端の押さえローラー
２１と工具Ｔの鍔部との間では、押さえローラー２１が
転がるので、摩擦があまり発生しない。その結果、押さ
えレバー２の先端部だけではなく、工具Ｔの鍔部の摩滅
も抑制される。

【００３０】逆に各押さえレバー２の他端には、カム部
材４の外周面（カム面）と当接してスムースに回転する
カムローラー２３が回転自在に軸支されており、カムロ
ーラー２３は、カム部材４に当接する押さえレバー２の
後端部を形成している。それゆえ、押さえレバー２の後
端部とカム部材４との間の転がり摩擦力は小さく、押さ
えレバー２の後端部は滑らかにカム部材４の外周面に沿
って転がり移動する。また、同じ理由で、押さえレバー
２の後端部の摩耗も抑制される。

【００３１】ここで、押さえレバー２のピボット部の回
転軸と、押さえローラー２１の回転軸と、カムローラー
２３の回転軸とは、互いに平行であるばかりではなく、
アーム部材１の回転軸１４に対しても平行である。な
お、図２に示すように、押さえレバー２を軸支するピボ
ット部２０は、アーム部材１の先端と回転中心とを結ぶ
中心線Ｌ上より、回転方向にややオフセットした位置に
設けられ、押さえレバー２がアーム部材１の先端と回転
中心Ｃとを結ぶ中心線Ｌと、ほぼ６０°の角度をもって
交差するように配置されている。また、この押さえレバ
ー２を工具把持部１１に対して開くためのカム部材４の
突出部４１，４３は、アーム部材１が角度位置５２°
（および２３２°）にある場合に、アーム部材１の回転
方向とは逆の位置、すなわち押さえレバー２のカムロー
ラー２３よりもやや後方に位置している。これにより、
カム部材４の突出部４１，４３によって押さえレバー２
がピボット部２０を中心に旋回し、工具把持部１１と距
離を取って工具把持部１１を開くことになる。それゆ
え、アーム部材１の半径を短くして押さえレバー２の取
付け位置をアーム部材１の回転中心Ｃに近づけても、カ
ム部材４の突出部４１，４３の突出量の調整で十分な押
さえレバー２の開き角度が確保できるので、アーム部材
１の旋回半径をより小さくすることができる。

【００３２】再び図３に示すように、各押さえレバー２
は、ピボット部２０と押さえローラー２１との中間部に
バネ装置３の先端面３１が当接する被押圧面をもち、常
にバネ装置３によって工具把持部１１を閉じる方向に押
圧付勢されている。逆に、各押さえレバー２の後端部を
形成するカムローラー２３は、カム部材４の外周に形成
された突出部４１，４３および平坦部４２，４４に当接
して転がる。そして、カム部材４のカムローラー２３が
カム部材４の突出部４１，４３に乗り上げると、カム部
材４がバネ装置３の付勢力に逆らって押さえレバー２の
カムローラー２３を外側へ押し出し、押さえレバーを回
動させる。すなわち、押さえレバー２のカムローラー２
３がカム部材４の突出部４１，４３に乗り上げると、押
さえレバー２が回動してアーム部材１の工具把持部１１
が開かれる。なお、回転軸１４と同軸に外筒部材５１に
固定されているカム部材４の形状は、１８０°回転させ
ると元の形状と同一になる二回回転対称形状をしてい
る。

【００３３】同じく図３に示すように、一対のバネ装置
３は、アーム部材１に内蔵されて、回転軸１４の軸線方
向と直交する同一軸線上に配設されている。各バネ装置
３の先端面３１は、互いに背向して配設されており、各
押さえレバー２のピボット部と押さえローラー２１との
中間部に形成された被押圧面に当接し、同被押圧面を押
圧付勢する。各バネ装置３の後端面３２は、アーム部材
１の中央部の凹部１０を挟んで互いに対向しており、各
押さえレバー２が開位置にある場合には凹部１０に突出
している。

【００３４】なお、押さえレバー２が開位置（緩め位
置）にあって各押さえレバー２の後端部が凹部１０に突
出している場合には、ロックヘッド１７ａが凹部１０に
嵌合して各押さえレバー２をロックすることはできな
い。ただし、次の作用の項で説明するように、押さえレ
バー２が開位置にあって各押さえレバー２の後端部が凹
部１０に突出している場合には、ロックヘッド１７ａが
凹部１０に進入することがないように、運用シーケンス
が定められている。

【００３５】各バネ装置３は、図５に示すように、先端
面３１が曲面で形成され後端面３２が平面で形成された
プッシュロッド３０と、圧縮されてプッシュロッド３０
を先端方向に押圧付勢しているコイルスプリング３３と
からなる。したがって、以上の説明でバネ装置３の先端
面３１および後端面３２と呼んできたものは、プッシュ
ロッド３０の先端面３１および後端面３２である。

【００３６】（実施例１の作用効果）本実施例の工作機
械の工具交換アーム１００は、以上のように構成されて
いるので、以下のように運用されて作用する。すなわ
ち、図６および図７に示すように、主軸Ｓに保持されて
いる工具Ｔを新しい工具Ｔに交換するシーケンスは、回
転軸１４の回転と前進後退によって駆動される本実施例
の工具交換アーム１００の作用によって行われる。

【００３７】先ず、アーム部材１の工具把持部１１が角
度位置０°の待機位置にあって何も把持しておらず、押
さえレバー２も開位置にある初期状態（図２参照）か
ら、工具交換シーケンスは開始される。この初期状態で
は、アーム部材１は主軸Ｓから見て後退位置にあり、主
軸Ｓに保持されている工具Ｔの鍔部と同一平面にアーム
部材１の工具把持部１１の回転面が位置している。

【００３８】この初期状態の待機位置から、アーム部材
１は正方向（工具把持部１１が開口している方向）に５
２°だけ回転（図７の）して、アーム部材１の工具把
持部１１の中心が主軸Ｓの主軸中心Ａに一致し、工具把
持部１１で工具Ｔの鍔部を把持するに至る。この際、押
さえレバー２の後端部は、カム部材４の突出部４１のな
だらかな斜面を転がりおりて、工具Ｔの鍔部がアーム部
材１の工具把持部１１に入り込むにつれ、押さえレバー
２の先端部が工具Ｔの鍔部を押さえて工具把持部１１を
閉じるにいたる。この状態では、押さえレバー２はバネ
装置３の押圧付勢力によって工具Ｔを工具把持部１１に
保持している。

【００３９】なお、角度位置２３２°にある反対側の工
具把持部１１は、図略の工具中間搬送装置によって工具
交換位置Ｐに搬送された新しい（次の工程で使用する）
工具Ｔを把持する。次に、回転運動はせずに５２°の角
度位置を保ったまま、図６の下段に示すように、工具交
換アーム１００は主軸Ｓから見て前進し、主軸Ｓから工
具Ｔをまっすぐに抜き取る（図１参照）。すると、図
１、図３および図６に示すように、ロックヘッド１７ａ
がアーム部材１の凹部１０に嵌合し、バネ装置３の後退
が妨げられるので、押さえレバー２は、アーム部材１の
工具把持部１１に工具Ｔを締め付けたままの位置でロッ
クされる。また、押さえレバー２を含めて工具交換アー
ム１００が後退するので、押さえレバー２の後端部はカ
ム部材４から外れ、カム部材４の突出部４１，４３によ
って押さえレバー２が開くことはなくなる。

【００４０】こうして、ロック装置の作用により工具Ｔ
が工具把持部１１にしっかりと把持された状態で、アー
ム部材１は２３２°の角度位置まで急速旋回する（図７
の）。この旋回運動がかなり急速であっても、ロック
装置によって工具Ｔが工具把持部１１にしっかりと把持
されているので、工具Ｔにかかる慣性力によって工具Ｔ
が工具把持部１１から脱落することは有効に防止されて
いる。

【００４１】この際、図６の上段に示すように、５３°
から２３２°まで角度位置が急速に移動する過程で、カ
ム部材４の突出部４３を押さえレバー２の後端部２３が
通過するかに見える（図２参照）。しかし、押さえレバ
ー２を含めて工具交換アーム１００が後退しているの
で、押さえレバー２の後端部２３は、カム部材４を回転
軸１４の軸線方向に外れており、カム部材４の突出部４
３の脇をすり抜けるだけであって、押さえレバー２が開
くことはない。

【００４２】主軸Ｓから抜き取った工具Ｔが前述のよう
に２３２°の角度位置にあるとき、アーム部材１の反対
側の工具把持部１１に把持されている工具Ｔは、５２°
の角度位置にあり、主軸中心Ａの前方に位置している。
そこで、この回転角度を保ったまま、図６の下段に示す
ように、アーム部材１を主軸Ｓに向かって後退させる
と、工具把持部１１に把持された工具Ｔは、主軸Ｓにま
っすぐにはめ込まれる。この際、後退の途中でロックヘ
ッド１７ａがアーム部材１の凹部１０から外れ、押さえ
レバー２を締め位置に固定しているロックが解除される
が、押さえレバー２はバネ装置３に付勢されてなお締め
位置に留まり続ける。

【００４３】その結果、工具Ｔは、アーム部材１の工具
把持部１１から外れることなく、アーム部材１がさらに
後退するにつれて主軸Ｓに十分な深さまで挿入され、再
び図１に示すように、主軸Ｓに保持されるに至る。一
方、２３２°の角度位置にある主軸Ｓから外された工具
Ｔは工具交換位置Ｐにあり、この工具Ｔについても、バ
ネ装置３に付勢された押さえレバー２によってアーム部
材１の工具把持部１１に把持されたままの状態を保つ。

【００４４】しかる後、アーム部材１が先ほどとは逆方
向に回動し、アーム部材１の一方の工具把持部１１が角
度位置２３２°から１８０°にまで復帰する（図７の
）。アーム部材１が逆転するにつれて、各押さえレバ
ー２の後端部のカムローラー２３がカム部材４の突出部
４１，４３に乗り上げ、押さえレバー２は、図２および
図３の矢印Ｕに示すように、緩め位置に回動する。それ
ゆえ、角度位置５２°の主軸中心Ａにあるアーム部材１
の他方の工具把持部１１は、工具Ｔから離脱するととも
に、押さえレバー２は、主軸Ｓに保持された工具Ｔを緩
やかに開放する。したがって、主軸Ｓに保持された工具
Ｔには無理な力がかかることなく、アーム部材１の他方
の工具把持部１１から工具Ｔは開放される。

【００４５】一方、主軸Ｓから外された工具Ｔを把持し
ているアーム部材１の一方の工具把持部１１が、角度位
置２３２°から１８０°にまで復帰するにしたがって、
押さえレバー２は、工具Ｔから離脱して緩め位置に移動
し、工具Ｔを工具交換位置Ｐに置いていくことになる。
そして、主軸Ｓが工作している間に、主軸Ｓから外され
た工具Ｔは、次の工程で使用される工具Ｔに工具中間搬
送装置（図略）によって交換させられる。それゆえ、角
度位置１８０°の待機位置にある間に、次の工程で使用
される工具Ｔが工具交換位置Ｐに準備され、次の工具交
換シーケンスに対する準備を整えておかれる。なおその
間、アーム部材１の他方の工具把持部１１は、工具Ｔを
把持することなく角度位置０°の待機位置にあって、次
回の工具交換シーケンスが始まるまで待機を続ける。

【００４６】以上のように、本実施例の工具交換アーム
１００は、角度位置０°からいったん２３２°まで急速
旋回した後、角度位置１８０°まで逆回転する間（すな
わち結果的に半回転する間）に、主軸Ｓから使用済み工
具Ｔの取り外しと、主軸Ｓに次の工程で使用する工具Ｔ
の取付けとを行う。さらに、アーム部材１の一方の工具
把持部１１が角度位置１８０°の工具交換位置Ｐにあっ
て待機状態にある間（すなわち主軸Ｓが工作している
間）に、使用済みの工具Ｔを、次の工程で使用する工具
Ｔに交換する作業も行われる。こうして、工具交換がス
ムースに行われるようになる。

【００４７】（実施例１の効果）本実施例の工作機械の
工具交換アーム１００は、前述のように構成されており
以上のように作用するので、次のような効果を発揮す
る。すなわち一言で言えば、本実施例の工作機械の工具
交換アーム１００によれば、極めて短時間のうちに主軸
Ｓの工具Ｔを交換することが可能になり、工作機械の作
業効率が向上するという効果がある。

【００４８】その第１の理由は、アーム部材１が短くな
り、工具Ｔが移動する旋回半径が小さくなっているの
で、角加速度や角速度によって工具Ｔにかかる慣性力が
抑制され、より急激な急速旋回が可能になっているから
である。その第２の理由は、工具交換アーム１００の回
転半径が小さくなった結果、工具交換アーム１００の慣
性モーメントも小さく抑制されているので、同じ回転駆
動力（トルク）であっても、より急速に工具交換アーム
１００を旋回させることが可能になっているからであ
る。

【００４９】すなわち、工具把持部１１を先端にもつア
ーム部材１に、押さえレバー２が内蔵されておらず外付
けになっているので、アーム部材１の長さを短くかつそ
の質量を軽くすることができる。また、アーム部材１の
長さおよび質量が小さいのでアーム部材１の慣性モーメ
ントが小さいばかりではなく、押さえレバー２およびバ
ネ装置３がアーム部材１の回転軸近くにあり、押さえレ
バー２およびバネ装置３を含めての工具交換アーム１０
０の慣性モーメントが小さい。さらに、アーム部材１が
短いので、その先端の工具把持部１１に工具Ｔを把持し
た状態でも、工具Ｔをも含む工具交換アーム１００の慣
性モーメントが小さいので、アーム部材１の角速度の加
速・減速がより高速で行われるようになる。また、アー
ム部材１が短いので、把持されている工具Ｔにかかる加
速度が低減され、アーム部材１の工具把持部１１および
工具Ｔの鍔部に過大な慣性力をかけることなく、短時間
でアーム部材１を旋回させることが可能になる。なお、
カム部材４は工具交換アーム基台５に固定されており、
アーム部材１と一緒に回転することはないので、全く慣
性モーメントを生じることがない。

【００５０】また、本実施例の工具交換アーム１００で
は、アーム部材１は、二回回転対称形状をしていて同一
回転方向に開口する一対の工具把持部１１を両端にも
ち、押さえレバー２およびバネ装置３は、一対二組が装
備されている。それゆえ、一方の工具把持部１１が主軸
Ｓに対して工具の取付けのあとで待機状態にある間に、
他方の工具把持部１１は工具交換位置Ｐで工具Ｔの交換
をされていることができ、合理的である。すなわち、一
方の工具把持部１１が主軸Ｓから工具Ｔを外して旋回し
工具交換位置Ｐを過ぎた角度位置までくると、他方の工
具把持部１１が工具交換位置Ｐから次の工具を把持して
主軸Ｓの位置にまでくるので、アーム部材１を約半回転
させるだけで主軸Ｓの工具Ｔを交換することが可能にな
る。

【００５１】さらに、工作機械の主軸Ｓから見て、アー
ム部材１が主軸Ｓから離れて前進した状態では、ロック
装置としてのロックヘッド１７ａにより、アーム部材１
の両端の工具把持部１１に対して締め位置で両押さえレ
バー２がロックされる。それゆえ、アーム部材１が主軸
Ｓから離れて前進した状態では、アーム部材１の両端の
工具把持部１１に対して締め位置で両押さえレバー２が
ロックされており、工具Ｔが工具把持部１１から外れる
恐れがないので、アーム部材１をよりいっそう急速に旋
回させることができる。

【００５２】逆に、アーム部材１が主軸Ｓへ向かって後
退した状態では、ロックヘッド１７ａがアーム部材１の
凹部１０から外れて、両押さえレバー２はアンロックさ
れる。アーム部材１が主軸Ｓへ向かって後退した状態で
は、両押さえレバー２はアンロックされるので、工具把
持部１１から無理な力をかけることなく、工具把持部１
１から工具Ｔを外すことができる。すなわち、主軸Ｓに
工具Ｔを押し込んだ状態で、工具Ｔを工具把持部１１か
ら離すことができ、その際に無理な力がかかることがな
い。

【００５３】そればかりではなく、アーム部材１の工具
把持部１１が工具Ｔを把持する際に、カム部材４により
適正に押さえレバー２が回動して、工具把持部１１に工
具Ｔの鍔部を受け入れる。しかる後、カム部材４による
押さえレバー２の回動が解除され、バネ装置３およびロ
ック装置の作用で、押さえレバー２が工具把持部１１に
工具Ｔの鍔部を押さえ込むに至る。それゆえ、押さえレ
バー２と工具Ｔの鍔部との間には、従来技術のように無
用の摩擦力や押圧力が作用することがないので、アーム
部材１の旋回角速度を抑制してゆっくりと旋回させる必
要がなくなる。その結果、主軸Ｓに保持されている工具
Ｔを把持する際にも、アーム部材１を比較的高速旋回さ
せることが可能になり、工具把持部１１による工具Ｔの
把持はスムースに短時間で行われるようになる。また、
交換すべき工具Ｔを工具把持部１１から離す場合にも、
無用の摩擦力や押圧力を作用させることなく、カム部材
４の作用で押さえレバー２がアーム部材１の工具把持部
１１を開くので、工具Ｔを離す作用もスムースに短時間
で行われる。

【００５４】以上詳述したように、本実施例の工作機械
の工具交換アーム１００によれば、極めて短時間のうち
に主軸Ｓの工具Ｔを交換することが可能になり、その結
果、工作機械の作業効率が向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１としての工具交換アームの構成を示
す部分断面側面図

【図２】 実施例１としての工具交換アームの構成を示
す正面図

【図３】 実施例１としての工具交換アームの構成を示
す背面図

【図４】 実施例１の押さえレバーの構成を示す断面図

【図５】 実施例１のバネ装置の構成を示す断面図

【図６】 実施例１の工具交換アームの作用を示すタイ
ムチャート

【図７】 実施例１の工具交換アームの回転動作を示す
模式図

【符号の説明】

１００：工作機械の工具交換アーム １：アーム部材 １０：凹部 １１：工具把持部 １２：突条 １３：調整ネジ １４：回転軸 １５：スライドピン １６：軸部材 １６ａ，１６ｂ：貫通孔 １７：ロック軸 １７ａ：ロックヘッド（ロック装置
として） １８：摺動リング部材 １９：固定ボルト ２５：コイルスプリング ２：押さえレバー ２０：ピボット部 ２１：押さえローラー（先端部として） ２２：突条 ２３：カムローラー ３：バネ装置 ３０：プッシュロッド ３１：先端面 ３２：後端
面 ３３：コイルスプリング ４：カム部材 ４１，４３：突出部 ４２，４４：平坦部 ５：工具交換アーム基台 ５０：内部空間 ５１：外筒部材 ５１ａ：規制部
材 Ａ：主軸中心 Ｃ：回転軸中心 Ｌ：アーム部材の
中心線 Ｐ：工具交換位置 Ｓ：主軸 Ｔ：工具（回転工
具）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸により軸支されるとともに回転駆動
   および前進後退駆動され、回転方向に開口した工具把持
   部を先端にもつアーム部材と、 該アーム部材に回動可能に軸支され、該アーム部材の該
   工具把持部を開閉する先端部をもつ押さえレバーと、 該先端部で該工具把持部を閉じる方向に該押さえレバー
   を押圧付勢するバネ装置と、 該押さえレバーと当接し該押さえレバーを回動させるカ
   ム部材と、を有することを特徴とし、 工具を保持して回転駆動する主軸と、該工具が一時的に
   置かれる工具交換位置との間で、該工具を自動的に交換
   する工作機械の工具交換アーム。
2. 【請求項２】前記アーム部材は、二回回転対称形状をし
   ていて同一回転方向に開口する一対の前記工具把持部を
   両端にもち、 前記押さえレバーおよび前記バネ装置は、一対二組が装
   備されている請求項１記載の工作機械の工具交換アー
   ム。
3. 【請求項３】前記主軸から見て、前記アーム部材が該主
   軸から離れて前進した状態では、該アーム部材の両端の
   前記工具把持部を閉じる位置で両前記押さえレバーをロ
   ックし、該アーム部材が該主軸へ向かって後退した状態
   では、両該押さえレバーのロックを解除するロック装置
   を有する請求項１記載の工作機械の工具交換アーム。
4. 【請求項４】前記押さえレバーは、前記アーム部材の前
   記工具把持部と該アーム部材の回転中心とを結んだ線に
   対し交差して配設されるとともに、該アーム部材に設け
   られたピボット部によって旋回可能に軸支され、前記カ
   ム部材によって開閉される、 請求項１〜３のうちいずれかに記載の工作機械の工具交
   換アーム。