特開 2021-137924 工具交換装置およびその制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-137924(P2021-137924A)

(43)【公開日】2021年9月16日

(54)【発明の名称】工具交換装置およびその制御装置

(51)【国際特許分類】

   B23Q 3/157 20060101AFI20210820BHJP

【ＦＩ】

   B23Q3/157 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2020-38324(P2020-38324)

(22)【出願日】2020年3月6日

(71)【出願人】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116676

【弁理士】

【氏名又は名称】宮寺 利幸

(74)【代理人】

【識別番号】100191134

【弁理士】

【氏名又は名称】千馬 隆之

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(74)【代理人】

【識別番号】100180448

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 亨祐

(72)【発明者】

【氏名】石山 尚弥

【テーマコード（参考）】

3C002

【Ｆターム（参考）】

3C002FF03

3C002FF05

3C002KK04

(57)【要約】

【課題】故障の低減を図った工具交換装置およびその制御装置を提供する。
【解決手段】工具交換装置１０は、筒状のアーム軸２５と、前記筒状のアーム軸内に配置され、その軸方向に変位可能な、変位軸部２１と、前記筒状のアーム軸の一端部に配置され、工具を把持するための把持部３２を有する、アーム３０と、前記把持部に把持される工具をロックするためのロック部材３３と、前記アーム軸に対する前記変位軸部の相対移動に応じて、前記ロック部材に前記工具をロックさせるロック機構（リンク３５、ロックシャフト３４）と、前記変位軸部の相対移動の範囲を制限する制限機構（貫通孔２５ａ、ロッド２１ｂ）と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状のアーム軸と、
前記筒状のアーム軸内に配置され、その軸方向に変位可能な、変位軸部と、
前記筒状のアーム軸の一端部に配置され、工具を把持するための把持部を有する、アームと、
前記把持部に把持される工具をロックするためのロック部材と、
前記アーム軸に対する前記変位軸部の相対移動に応じて、前記ロック部材に前記工具をロックさせるロック機構と、
前記変位軸部の相対移動の範囲を制限する制限機構と、
を備える、工具交換装置。

【請求項2】

請求項１に記載の工具交換装置であって、
前記制限機構は、前記筒状のアーム軸の内側側面に形成される孔部と、前記変位軸部の側面上に形成され、前記孔部に挿入される突起部と、を有し、
前記突起部が前記孔部の上側または下側に当接することによって、前記アーム軸に対する前記変位軸部の相対移動が制限される、工具交換装置。

【請求項3】

請求項２に記載の工具交換装置であって、
前記孔部は、前記軸方向に沿って延びる長孔である、工具交換装置。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項に記載の工具交換装置であって、
前記変位軸部の相対移動を検出する検出器をさらに備える、工具交換装置。

【請求項5】

請求項４に記載の工具交換装置であって、
前記変位軸部の前記相対移動の範囲は、第１の相対位置と、第２の相対位置と、を含み、
前記変位軸部が前記第１の相対位置にあるとき、前記ロック部材は前記工具をロックし、
前記変位軸部が前記第２の相対位置にあるとき、前記ロック部材は前記工具のロックを解除し、
前記検出器は、前記第１の相対位置と前記第２の相対位置間での前記変位軸部の移動を検出する、工具交換装置。

【請求項6】

請求項４または５に記載の工具交換装置を制御する制御装置であって、
前記工具交換装置が、前記変位軸部を移動させるためのモータをさらに備え、
前記制御装置は、前記モータの動作を制御する、モータ制御部を備え、
前記モータ制御部は、前記モータが前記変位軸部を移動させる動作中に、前記検出器が前記変位軸部の相対移動を検出しない場合、前記モータの動作を停止させる、制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工具交換装置およびその制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械の主軸上の工具を交換する工具交換装置が開発されている。工具交換装置は、工具を把持するアーム、および把持された工具をロック、アンロックするロック機構を備える。このロック機構は、外力によって動作するリンクと、外力の非印加時にリンクを復帰させる弾性部材（例えば、バネ）を有することが多い。

【0003】

しかしながら、多数回のロック、アンロックによって、弾性部材が消耗するなどして、工具交換装置が故障することがある。この結果、工具のロックが不確実になり、工具の交換中に工具がアームから落下などするおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５−０１３３１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、故障の低減を図った工具交換装置およびその制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の態様に係る工具交換装置は、筒状のアーム軸と、前記筒状のアーム軸内に配置され、その軸方向に変位可能な、変位軸部と、前記筒状のアーム軸の一端部に配置され、工具を把持するための把持部を有する、アームと、前記把持部に把持される工具をロックするためのロック部材と、前記アーム軸に対する前記変位軸部の相対移動に応じて、前記ロック部材に前記工具をロックさせるロック機構と、前記変位軸部の相対移動の範囲を制限する制限機構と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、故障の低減を図った工具交換装置およびその制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る工具交換装置を表す図である。

【図2】実施形態に係る工具交換装置を表す図である。

【図3】変位軸部とアーム軸を側面から見た状態を表す側面図である。

【図4】図４Ａ〜図４Ｄは、工具交換装置を表す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

実施形態に係る工具交換装置１０について、図面を参照しながら以下、詳細に説明する。図１、図２は、実施形態に係る工具交換装置１０を表す。図１、図２の工具交換装置１０はそれぞれ、工具（図示せず）をロックしないアンロック状態、工具をロックするロック状態にある。

【0010】

工具交換装置１０は、ＮＣ制御装置５０（制御装置）に制御され、変位軸部２１、アーム軸２５、およびアーム３０を昇降および回転させ、工具をロックする。図１、図２に示されるように、工具交換装置１０は、筐体１１、モータ１３、減速機構１４、カム１７、リンク１８、変位軸部２１、筒状体２２、回転係合部２３、アーム軸２５、昇降係合部２６、検出器２７、およびアーム３０を有する。このうち、カム１７、リンク１８、回転係合部２３、昇降係合部２６は、変位軸部２１などを昇降、回転させるカム機構を構成する。

【0011】

筐体１１は、内部空間１１ａおよび連通孔１１ｂを有する。カム機構の潤滑性を保持するために、内部空間１１ａは液状の潤滑材Ｌが入っている。この結果、内部空間１１ａは、潤滑材Ｌによって満たされる潤滑材領域と、その上方の大気（気化した潤滑材Ｌの成分を含んでもよい）によって満たされる大気領域に区分できる。但し、これらの領域の境界は、注入あるいは消費した潤滑材Ｌの量によって変動する。連通孔１１ｂは、大気領域に開口し、内部空間１１ａ（大気領域）を外部（大気）と連通させる。

【0012】

モータ１３は、筐体１１の外部に取り付けられ、筐体１１内に回転力を供給する。後述のように、モータ１３は、変位軸部２１を移動、回転することができる。減速機構１４は、モータ１３から出力される回転数を適宜な値まで減速する。なお、減速機構１４の一例として、ウォームギア、ウォームホイルの組み合わせを用いることができるが、これに限定されず、種々の減速機構（例えば、ギア）を用いることができる。

【0013】

カム１７は、減速機構１４を介して、モータ１３によって回転軸Ｏを中心に回転される。この例では、回転軸Ｏはモータ１３の軸と直交しているが、並行であってもよい。カム１７は、略円柱形状を有し、その端面に溝１７ａが、その周側面に溝１７ｂ（図示せず）が形成されている。溝１７ａは、区間Ａ１〜Ａ４に区分できる。溝１７ａは、区間Ａ１、Ａ３では略円弧形状であり、区間Ａ２、Ａ４では略直線形状を有する。溝１７ｂは、溝１７ａの区間Ａ１〜Ａ４と対応する区間Ｂ１〜Ｂ４に区分される。溝１７ｂは、区間Ｂ２、Ｂ４ではカム１７の周に略平行であり、区間Ｂ１、Ｂ３ではカム１７の周に対して傾く。

【0014】

リンク１８は、リンク本体１８ａ、支点１８ｂ、突起部１８ｃ、突起部１８ｄを有する。リンク本体１８ａは、全体として、棒形状あるいは細長い板形状を有する。支点１８ｂは、リンク本体１８ａの一端に配置され、回転可能に筐体１１に固定される。すなわち、リンク１８は、この支点１８ｂを中心に回転できる。突起部１８ｃは、カム１７の溝１７ａに挿入（係合）される。突起部１８ｄは、リンク本体１８ａの他端に配置され、昇降係合部２６に係合する。

【0015】

変位軸部２１は、略円柱形状であり、下端にリンク接続部２１ａを有する。後述のように、リンク接続部２１ａはリンク３５と接続され、ロック部材３３をロック、アンロックさせる。変位軸部２１の上部に筒状体２２、回転係合部２３が、下部にアーム軸２５、昇降係合部２６（ガイドリング）が配置される。

【0016】

筒状体２２、回転係合部２３は、アーム軸２５、昇降係合部２６とは分離され、これらの相対的な移動（昇降）を規制しない。筒状体２２の上端は、筐体１１に対して軸回転可能に支持される。筒状体２２は、略筒形状を有し、その内部に変位軸部２１の上部を保持する。変位軸部２１は、筒状体２２に対して一体的に回転し、かつ相対的昇降が可能に係合する。

【0017】

回転係合部２３は、略リング形状を有し、筒状体２２の下端近傍の外周に固定され、筒状体２２と共に回転可能である。回転係合部２３は、溝１７ｂに係合する係合突起部２３ａを有する。

【0018】

アーム軸２５は、段部２５１を有する筒状（より具体的には、略円筒形状）の部材である。段部２５１は、略リング形状を有し、アーム軸２５の上端に配置されて、アーム軸２５と一体に移動し、後述のように、検出器２７の検出対象となる。アーム軸２５の内部に変位軸部２１が昇降可能（アーム軸２５の軸方向に移動可能）に配置される。すなわち、変位軸部２１は、アーム軸２５（および段部２５１）に対して移動できる。但し、後述のように、その範囲は制限される。

【0019】

昇降係合部２６は、略リング形状を有し、アーム軸２５の外周に配置され、リンク１８の突起部１８ｄに係合する。しかし、昇降係合部２６は、アーム軸２５には直接固定されず、変位軸部２１に固定される。これら変位軸部２１、アーム軸２５、昇降係合部２６の結合関係の詳細は後述する。

【0020】

昇降係合部２６は、略リング形状の側面に貫通孔を有する筒状部２６ａ、その上下にリング状の突出部２６ｂ、２６ｃを有する。突出部２６ｂは、後述のように、検出器２７の検出対象となる。なお、後述の非検出期間Ｔ０１の有無の判定を考慮すると、アーム３０がアンロック状態のとき（後述のロッド２１ｂが貫通孔２５ａの上側に当接）、突出部２６ｂはアーム軸２５の段部２５１と接触または近接していることが好ましい（例えば、後述の貫通孔２５ａの長径より小さな間隔で、突出部２６ｂと段部２５１が配置される）。

【0021】

図３は、変位軸部２１とアーム軸２５を側面から見た状態を表す側面図である。以下、図３を参照して、変位軸部２１、アーム軸２５、昇降係合部２６の結合関係の詳細を説明する。

【0022】

アーム軸２５は、筒状であり、その内部と外周を繋ぐ一対の貫通孔２５ａを有する。この貫通孔２５ａを通じて、アーム軸２５内の変位軸部２１と、アーム軸２５外の昇降係合部２６が接続される。すなわち、変位軸部２１の外周と昇降係合部２６の内周がロッド２１ｂを介して接続、固定される。

【0023】

ここでは、変位軸部２１および昇降係合部２６それぞれに、固定用の貫通孔を形成し、ロッド２１ｂを貫通、係合させることで、変位軸部２１および昇降係合部２６を互いに固定している。但し、変位軸部２１および昇降係合部２６が互いに固定されていれば、固定用の貫通孔を形成しなくてもよい。すなわち、変位軸部２１の外周と昇降係合部２６の内周が突起などにより固定されていれば足りる。

【0024】

貫通孔２５ａは上下方向（軸方向）に沿って延びる長孔形状である。一方、ロッド２１ｂは、略円柱形状であり、貫通孔２５ａ内を通過する。すなわち、ロッド２１ｂ（変位軸部２１）は、貫通孔２５ａの長径の範囲で、アーム軸２５に対して、上下に変位可能である。ロッド２１ｂは、貫通孔２５ａの上下端に達すると、これに係合し、貫通孔２５ａに対する変位が規制される。一方、貫通孔２５ａの短径は、ロッド２１ｂの直径と略同一であり、貫通孔２５ａ（アーム軸２５）に対するロッド２１ｂ（変位軸部２１）の回転は規制される。

【0025】

すなわち、貫通孔２５ａの長径が変位軸部２１の軸方向であることから、変位軸部２１はアーム軸２５に対して、その軸方向に所定範囲で昇降可能であり、この所定範囲に達すると、アーム軸２５と一体に昇降する。一方、貫通孔２５ａの短径が、変位軸部２１の径方向であり、ロッド２１ｂの径と略同一であることから、変位軸部２１はアーム軸２５と一体に回転する。

【0026】

貫通孔２５ａとロッド２１ｂの組み合わせは、アーム軸２５に対する変位軸部２１の相対移動の範囲を制限する制限機構として機能する。ロッド２１ｂ（突起部）が貫通孔２５ａ（孔部）の上側または下側に当接することによって、アーム軸２５に対する変位軸部２１の相対移動が制限される。貫通孔２５ａは、アーム軸２５の内側側面に形成される孔部として機能する。ロッド２１ｂは、変位軸部２１の側面上に形成され、貫通孔２５ａ（孔部）に挿入される突起部として機能する。

【0027】

ロッド２１ｂが貫通孔２５ａの下側に当接するとき（変位軸部２１がアーム軸２５に対して第１の相対位置にあるとき）、ロック部材３３は把持部３２に把持される工具をロックする（図２参照）。一方、ロッド２１ｂが貫通孔２５ａの上側に当接するとき（変位軸部２１がアーム軸２５に対して第２の相対位置にあるとき）、ロック部材３３は把持部３２に把持される工具のロックを解除する（図１参照）。すなわち、工具のロック、アンロックに適正な範囲で変位軸部２１を相対移動できるように、貫通孔２５ａに対するロック部材３３の可動範囲が規定される。

【0028】

アーム３０は、アーム軸２５の下端部に接続され、アーム軸２５と共に、昇降、回転する。アーム３０は、略直方体形状をなし、アーム本体３１、把持部３２、ロック部材３３、ロックシャフト３４、リンク３５を有する。アーム３０は、いわゆるダブルアームであり、一対の把持部３２、一対のロック部材３３を有する。

【0029】

アーム本体３１は、シャフト収容部３１ａ、リンク収容部３１ｂに区分できる。シャフト収容部３１ａは、ロックシャフト３４を収容する空間を有する。リンク収容部３１ｂは、リンク３５を収容する空間を有する。

【0030】

把持部３２は、工具を把持する。ロック部材３３は、把持部３２に把持された工具をロック、アンロックする。ロック部材３３は、ロックシャフト３４、リンク３５によって、変位軸部２１のリンク接続部２１ａに接続される。

【0031】

ロックシャフト３４は、ロック部材３３に接続される一端と、リンク３５の一端（把持部３２の側端）に接続される他端を有する。リンク３５の他端（中央側端）は、変位軸部２１のリンク接続部２１ａに回転可能に接続される。リンク３５は、アーム軸２５に対する変位軸部２１の相対移動に応じて、ロック部材３３を動かし、把持部３２に把持された工具をロックさせる。ロックシャフト３４、リンク３５は、把持部３２に把持された工具をロックさせるロック機構として機能する。

【0032】

既述のように、変位軸部２１は、アーム軸２５に対して、貫通孔２５ａの範囲で上下に変位できる。変位軸部２１の降下によって、リンク３５の中央側端部が下がり、ロックシャフト３４を把持部３２に向かって押し出す。この結果、ロック部材３３は、把持部３２に把持された工具をロックする（図２参照）。逆に、変位軸部２１をアーム軸２５に対して、上昇させると、ロック部材３３は、把持部３２に把持された工具のロックを解除する（図１参照）。

【0033】

このように、アーム軸２５に対して変位軸部２１を移動（昇降）することで、工具のロック、およびその解除が可能である。すなわち、実施形態のアーム３０は、リンク３５やロック部材３３を復帰させる弾性部材（例えば、バネ）を用いる必要がない。このため、弾性部材が消耗することによる工具交換装置１０の故障を低減できる。

【0034】

検出器２７は、例えば、筐体１１に固定され、アーム軸２５に対する変位軸部２１の相対移動を検出する。既述のように、ロッド２１ｂが貫通孔２５ａの下側、上側に当接する範囲（相対移動範囲の上限：第２の相対位置、下限：第１の相対位置の範囲）で、変位軸部２１はアーム軸２５に対して相対的に移動できる。検出器２７は、第１の相対位置と第２の相対位置間での変位軸部２１の移動を検出する。

【0035】

ロッド２１ｂが貫通孔２５ａの上側に当接するとき、検出器２７は、昇降係合部２６の突出部２６ｂに近接し、突出部２６ｂを検出する（図１参照）。一方、ロッド２１ｂが貫通孔２５ａの下側に当接するとき、検出器２７は、昇降係合部２６の突出部２６ｂに近接せず（図２参照）、突出部２６ｂを検出しなくなる。このように、検出器２７は、相対移動範囲の上限からの移動および復帰を検出する。

【0036】

相対移動範囲が限定されていることを考慮すると、検出器２７は、実質的に、相対移動範囲の上限から下限への（第２の相対位置から第１の相対位置への）、あるいはその逆方向での変位軸部２１の移動を検出していることになる。

【0037】

ここで、ロッド２１ｂが貫通孔２５ａの下側に当接した状態で変位軸部２１が下方に移動することを考える。この場合、変位軸部２１と共に、アーム軸２５も移動し、検出器２７は、アーム軸２５の段部２５１に近接し、段部２５１を検出する。さらに、アーム軸２５の移動が進むと、検出器２７は、アーム軸２５の段部２５１に近接せず、段部２５１を検出しなくなる。

【0038】

すなわち、ロッド２１ｂが貫通孔２５ａの上側に当接した状態から変位軸部２１を下方に移動させると、検出器２７の検出結果は次の（１）〜（４）のように推移する。このとき、リンク３５は後述の破損がない通常の状態とする。
（１）突出部２６ｂの検出：検出期間Ｔ１１
（２）突出部２６ｂ（および段部２５１）の非検出：非検出期間Ｔ０１
（３）段部２５１の検出：検出期間Ｔ１２
（４）段部２５１（および突出部２６ｂ）の非検出：非検出期間Ｔ０２

【0039】

検出器２７は、接触しなくても、突出部２６ｂを検出できる近接センサであることが好ましい。検出器２７に接触センサを用いると、検出器２７と突出部２６ｂが接触することで消耗、故障しやすくなる。なお、検出器２７は、突出部２６ｂと段部２５１を識別する必要はないが、これらを識別させてもよい。

【0040】

アーム３０内の機構、例えば、リンク３５が破損すると（一例として、リンク３５が、アーム本体３１に固着する）、変位軸部２１がアーム軸２５に対して変位しなくなる（変位軸部２１とアーム軸２５が一体的に移動する）可能性がある。この場合、検出期間Ｔ１１、Ｔ１２の間の非検出期間は存在しないか、あっても比較的短時間となり（前述のように、突出部２６ｂは、好ましくは、アーム軸２５の段部２５１と接触または近接する）、本来の非検出期間Ｔ０１と区別できる。この非検出期間Ｔ０１の有無によって、変位軸部２１がアーム軸２５に対して相対的に移動するか否か（アーム３０が通常の状態か否か、すなわち故障の有無）を判定できる。なお、この判定は、モータ制御部５１が行える。

【0041】

より詳細には、検出期間、非検出期間の長さに基づいて、非検出期間Ｔ０１の有無を判定できる。例えば、変位軸部２１の降下開始からの検出期間Ｔ１の長さが基準値Ｌ１より長い（Ｔ１＞Ｌ１）場合、非検出期間Ｔ０１が存在しない（検出期間Ｔ１１、Ｔ１２が１の検出期間Ｔ１として検出）と判定できる。また、基準値Ｌ１以下の検出期間Ｔ１（Ｔ１≦Ｌ１）の後に非検出期間Ｔ０があったとき、次のように判定する。すなわち、この非検出期間Ｔ０の長さが基準値Ｌ２より長ければ（Ｔ０＞Ｌ２）、この非検出期間Ｔ０を非検出期間Ｔ０１と判定し、そうでなければ（Ｔ０≦Ｌ２）、非検出期間Ｔ０１は存在しないと判定できる。

【0042】

ＮＣ制御装置５０は、モータ制御部５１を有する。モータ制御部５１は、工具交換装置１０のモータ１３の動きを制御する。既述のように、モータ１３は、カム１７を回転させることで、変位軸部２１を昇降（移動）させる。

【0043】

モータ制御部５１は、工具交換装置１０から検出器２７の検出信号を受ける。この検出信号は、変位軸部２１が相対移動範囲の上限側にあるか否か（相対移動範囲が狭いことを考慮すると、実質的には、上限側、下限側のいずれにあるか否か）を表す。

【0044】

モータ制御部５１は、検出信号を用いて、モータ１３が変位軸部２１を移動させる動作中に、検出器２７が変位軸部２１の相対移動を検出するか否かを判断する。すなわち、モータ１３が変位軸部２１を降下させる場合、変位軸部２１の位置は、相対移動範囲の上限（第２の相対位置）から下限（第１の相対位置）に切り換わる。一方、モータ１３が変位軸部２１を上昇させる場合、変位軸部２１の位置は、相対移動範囲の下限から上限に切り換わる。

【0045】

モータ制御部５１は、モータ１３が変位軸部２１を移動させる動作中に、検出器２７がアーム軸２５に対する変位軸部２１の相対移動を検出しないとき、モータ１３の動作、ひいては、変位軸部２１の昇降を停止させる。既述のように、モータ制御部５１は、検出器２７による検出期間、非検出期間の長さに基づいて、非検出期間Ｔ０１の有無（アーム軸２５に対する変位軸部２１の相対移動の有無）を判定できる。モータ１３と変位軸部２１の動作は同期しているため、検出器２７の反応から工具交換装置１０の故障（ロック機構の不具合）を検出できる。このとき、モータ制御部５１は、工具交換動作（モータ１３）を停止する。また、モータ制御部５１は、表示または音声を用いて、作業者に警告するアラーム機能を有する。

【0046】

（工具交換装置１０の動作）
工具交換装置１０は、ＮＣ制御装置５０に制御され、次のように動作する。

【0047】

（１）待機状態（図４Ａ、図１）
リンク１８の突起部１８ｃは、カム１７の溝１７ａの区間Ａ１と区間Ａ４の境界付近に配置され、回転係合部２３の係合突起部２３ａは溝１７ｂの区間Ｂ１と区間Ｂ４の境界付近に配置されるとする。このとき、モータ１３は未動作である。
相対的移動 以下、モータ１３が動作し、カム１７が回転することで、リンク１８の突起部１８ｃは、溝１７ａの区間Ａ１〜Ａ４を移動し、回転係合部２３の係合突起部２３ａは溝１７ｂの区間Ｂ１〜Ｂ４を移動するものとする。

【0048】

（２）アーム３０の回転（図４Ａ〜図４Ｂ）
モータ１３が駆動されて、カム１７の回転が始まる。突起部１８ｃは、溝１７ａの区間Ａ１内を移動し、係合突起部２３ａは溝１７ｂの区間Ｂ１内を移動する。このとき、変位軸部２１（アーム軸２５、アーム３０）は、昇降せず回転する。

【0049】

変位軸部２１が昇降せず回転するのは次のように説明できる。溝１７ｂは、区間Ｂ１でカム１７の周に対して傾く。このため、係合突起部２３ａは、区間Ｂ１を移動するときにカム１７の軸方向に動き、回転係合部２３を回転させる。回転係合部２３が回転すると、筒状体２２、ひいては変位軸部２１が回転する。一方、溝１７ａは、区間Ａ１では回転軸Ｏを中心とする略円弧形状である。このため、突起部１８ｃは、区間Ａ１内を移動するときに、回転軸Ｏからの距離が一定に保たれるため、実質的に昇降せず、リンク１８が回動することもない。この結果、リンク１８の突起部１８ｄ、ひいては昇降係合部２６、変位軸部２１が昇降することはない。

【0050】

（３）工具のロック（図４Ｂ〜図４Ｃ、図２）
突起部１８ｃは、溝１７ａの区間Ａ２に達し、その中で移動する。一方、係合突起部２３ａは溝１７ｂの区間Ｂ２内を移動する。このとき、変位軸部２１（アーム軸２５、アーム３０）は、回転せず降下する。

【0051】

変位軸部２１が回転せず昇降するのは次のように説明できる。突起部１８ｃは、区間Ａ２を移動するときに、回転軸Ｏからの距離が変化することで、昇降（ここでは降下）し、リンク１８が回動する。この結果、リンク１８の突起部１８ｄ、ひいては昇降係合部２６、変位軸部２１が昇降する。一方、溝１７ｂは、区間Ｂ２でカム１７の周に平行である。このため、係合突起部２３ａは、区間Ｂ２を移動するときにカム１７の軸方向に動かず、回転係合部２３を回転させることもない。回転係合部２３が回転しないため、筒状体２２、変位軸部２１も回転しない。

【0052】

このように、変位軸部２１は、アーム軸２５に対して相対的に移動（降下）する。この結果、リンク３５が動作して、ロック部材３３がマガジンなどに配置される工具をロックする。このとき、アーム軸２５（アーム３０）は昇降しない。既述のように、このときにアーム軸２５に対する変位軸部２１の移動が検出されないと、ＮＣ制御装置５０はモータ１３の動作、ひいては工具の交換作業を停止させることができる。

【0053】

（４）アーム３０の降下（図４Ｃ〜図４Ｄ）
突起部１８ｃが溝１７ａの区間Ａ２をさらに移動することで、変位軸部２１がさらに降下する。この結果、変位軸部２１のロッド２１ｂがアーム軸２５の貫通孔２５ａ下端に当接する。このため、変位軸部２１と一体に、アーム軸２５（アーム３０）が降下する。このとき、工具がロックされていることから、工具がマガジンなどから引き抜かれる。

【0054】

その後は、次のような経過を辿り、工具が交換される。

【0055】

（５）アーム３０の回転
突起部１８ｃは、溝１７ａの区間Ａ３内を移動し、係合突起部２３ａは溝１７ｂの区間Ｂ３内を移動する。このとき、変位軸部２１（アーム軸２５、アーム３０）は、昇降せず回転する。

【0056】

（６）工具のアンロック
突起部１８ｃは、溝１７ａの区間Ａ４に達し、その中で移動する。一方、係合突起部２３ａは溝１７ｂの区間Ｂ４内を移動する。このとき、変位軸部２１（アーム軸２５、アーム３０）は、回転せず上昇する。

【0057】

変位軸部２１は、アーム軸２５に対して相対的に移動（上昇）する。この結果、リンク３５が動作して、ロック部材３３が把持部３２に把持される工具のロックを解除する。このとき、アーム軸２５（アーム３０）は昇降しない。既述のように、このときにアーム軸２５に対する変位軸部２１の移動が検出されないと、ＮＣ制御装置５０はモータ１３の動作、ひいては工具の交換作業を停止させることができる。

【0058】

（７）アーム３０の上昇
突起部１８ｃが溝１７ａの区間Ａ４内をさらに移動することで、変位軸部２１をさらに上昇させる。この結果、変位軸部２１のロッド２１ｂがアーム軸２５の貫通孔２５ａ上端に当接する。このため、変位軸部２１と一体に、アーム軸２５（アーム３０）が上昇する。この結果、工具を工作機械の主軸に取り付けることが可能となる。

【0059】

〔実施形態から得られる技術的思想〕
上記実施形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。

【0060】

〔１〕工具交換装置（１０）は、筒状のアーム軸（２５）と、前記筒状のアーム軸（２５）内に配置され、その軸方向に変位可能な、変位軸部（２１）と、前記筒状のアーム軸（２５）の一端部に配置され、工具を把持するための把持部（３２）を有する、アーム（３０）と、前記把持部（３２）に把持される工具をロックするためのロック部材（３３）と、前記アーム軸（２５）に対する前記変位軸部（２１）の相対移動に応じて、前記ロック部材（３３）に前記工具をロックさせるロック機構（リンク３５、ロックシャフト３４）と、前記変位軸部（２１）の相対移動の範囲を制限する制限機構（貫通孔２５ａ、ロッド２１ｂ）と、を備える。これにより、外力の非印加時にリンクを復帰させる弾性部材（例えば、バネ）を用いる必要が低減し、弾性部材が消耗することによる工具交換装置（１０）の故障を低減できる。

【0061】

〔２〕前記制限機構（貫通孔２５ａ、ロッド２１ｂ）は、前記筒状のアーム軸（２５）の内側側面に形成される孔部（貫通孔２５ａ）と、前記変位軸部（２１）の側面上に形成され、前記孔部（貫通孔２５ａ）に挿入される突起部（ロッド２１ｂ）と、を有し、前記突起部（ロッド２１ｂ）が前記孔部（貫通孔２５ａ）の上側または下側に当接することによって、前記アーム軸（２５）に対する前記変位軸部（２１）の相対移動が制限される。これにより、アーム軸（２５）に対する変位軸部（２１）の相対移動の範囲を制限し、工具のロック、アンロックに適正な範囲で変位軸部（２１）を相対移動できる。

【0062】

〔３〕孔部（貫通孔２５ａ）は、前記軸方向に沿って延びる長孔である。これにより、アーム軸（２５）に対して変位軸部（２１）の昇降を可能とし、かつアーム軸（２５）と変位軸部（２１）を一体的に回転可能となる。

【0063】

〔４〕変位軸部（２１）の相対移動を検出する検出器（２７）をさらに備える。これにより、変位軸部（２１）の相対移動を検出し、工具交換装置（１０）の故障を検出できる。

【0064】

〔５〕前記変位軸部（２１）の前記相対移動の範囲は、第１の相対位置と、第２の相対位置と、を含み、前記変位軸部（２１）が前記第１の相対位置にあるとき、前記ロック部材（３３）は前記工具をロックし、前記変位軸部（２１）が前記第２の相対位置にあるとき、前記ロック部材（３３）は前記工具のロックを解除し、前記検出器（２７）は、前記第１の相対位置と前記第２の相対位置間での前記変位軸部（２１）の移動を検出する。これにより、第１の相対位置と第２の相対位置間での前記変位軸部（２１）の移動を検出し、より的確な故障の判定が可能となる。

【0065】

〔６〕工具交換装置（１０）を制御する制御装置（ＮＣ制御装置５０）であって、前記工具交換装置（１０）が、前記変位軸部（２１）を移動させるためのモータ（１３）をさらに備え、前記制御装置（ＮＣ制御装置５０）は、前記モータ（１３）の動作を制御する、モータ制御部（５１）を備え、前記モータ制御部（５１）は、前記モータ（１３）が前記変位軸部（２１）を移動させる動作中に、前記検出器（２７）が前記変位軸部（２１）の相対移動を検出しない場合、前記モータ（１３）の動作を停止させる。これにより、モータ（１３）が前記変位軸部（２１）を移動させる動作中に、前記検出器（２７）が前記変位軸部（２１）の相対移動を検出しない場合に、故障と判定し、モータ（１３）の動作を停止することで、工具交換装置（１０）を用いた交換作業中の安全性を向上できる。

【符号の説明】

【0066】

１０…工具交換装置 １１…筐体
１１ａ…内部空間 １１ｂ…連通孔
１３…モータ １４…減速機構
１７…カム １７ａ、１７ｂ…溝
１８、３５…リンク １８ａ…リンク本体
１８ｂ…支点 １８ｃ、１８ｄ…突起部
２１…変位軸部 ２１ａ…リンク接続部
２１ｂ…ロッド ２２…筒状体
２３…回転係合部 ２３ａ…係合突起部
２５…アーム軸 ２５ａ…貫通孔
２６…昇降係合部 ２６ａ…筒状部
２６ｂ、２６ｃ…突出部 ２７…検出器
３０…アーム ３１…アーム本体
３１ａ…シャフト収容部 ３１ｂ…リンク収容部
３２…把持部 ３３…ロック部材
３４…ロックシャフト ５０…ＮＣ制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】