特許 6429968 工具交換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6429968

(24)【登録日】2018年11月9日

(45)【発行日】2018年11月28日

(54)【発明の名称】工具交換装置

(51)【国際特許分類】

   B23Q 3/157 20060101AFI20181119BHJP

【ＦＩ】

   B23Q3/157 C

   B23Q3/157 R

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-191245(P2017-191245)

(22)【出願日】2017年9月29日

【審査請求日】2017年9月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000154990

【氏名又は名称】株式会社牧野フライス製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100153084

【弁理士】

【氏名又は名称】大橋 康史

(74)【代理人】

【識別番号】100160705

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 健太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100174942

【弁理士】

【氏名又は名称】平方 伸治

(72)【発明者】

【氏名】▲鶴▼田 淑之

(72)【発明者】

【氏名】中畑 彰

(72)【発明者】

【氏名】柳田 文博

【審査官】 久保田 信也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１２５６４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１０３６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭５７−４４５６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０００−１４１１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／１０６７６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０３１９２３９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第４３９４９０８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１９１０１７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｑ ３／１５７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

工作機械の主軸に把持した工具を交換する工具交換装置において、
工具を取外し可能に保持し、かつ、平面に沿った第１の循環経路を移動する複数の第１の工具保持部を有する、第１の工具マガジンであって、選択された第１の工具保持部を、第１の待機位置に配置する、第１の工具マガジンと、
工具を取外し可能に保持し、かつ、前記平面の法線方向に見て前記第１の循環経路の内側にある第２の経路を移動する複数の第２の工具保持部を有する、第２の工具マガジンであって、前記第２の工具保持部の各々は、工具が前記第２の経路の内側に向かって突出するように、かつ、前記工具の中心軸線が、前記第１の循環経路が含まれる前記平面に対して傾斜するように、前記工具を保持し、当該第２の工具マガジンが、選択された第２の工具保持部を、第２の待機位置に配置する、第２の工具マガジンと、
前記工具をクランプ及びアンクランプすることができ、かつ、前記第１の待機位置と、前記第２の待機位置と、次工具待機位置と、の間を移動可能である、シフタと、
前記次工具待機位置にある工具と、工作機械の主軸にある工具とを交換する、交換アームと、
を備えることを特徴とする、工具交換装置。

【請求項2】

工作機械の主軸に把持した工具を交換する工具交換装置において、
工具ポットを取外し可能に保持し、かつ、平面に沿った第１の循環経路を移動する複数の第１の工具ポット保持部を有する、第１の工具マガジンであって、選択された第１の工具ポット保持部を、第１の待機位置に配置する、第１の工具マガジンと、
工具ポットを取外し可能に保持し、かつ、前記平面の法線方向に見て前記第１の循環経路の内側にある第２の経路を移動する複数の第２の工具ポット保持部を有する、第２の工具マガジンであって、前記第２の工具ポット保持部の各々は、工具が前記第２の経路の内側に向かって突出するように、かつ、前記工具の中心軸線が、前記第１の循環経路が含まれる前記平面に対して傾斜するように、前記工具ポットを保持し、当該第２の工具マガジンが、選択された第２の工具ポット保持部を、第２の待機位置に配置する、第２の工具マガジンと、
前記工具ポットをクランプ及びアンクランプすることができ、かつ、前記第１の待機位置と、前記第２の待機位置と、次工具待機位置と、の間を移動可能である、シフタと、
前記次工具待機位置にある前記工具ポットと、工作機械の主軸と、の間で工具を交換する、交換アームと、
を備えることを特徴とする、工具交換装置。

【請求項3】

前記第１の工具ポット保持部と、前記第２の工具ポット保持部とは、同じ工具ポットを保持することができる、請求項２に記載の工具交換装置。

【請求項4】

前記第１の工具ポット保持部の各々は、前記工具の中心軸線が、前記第１の循環経路が含まれる前記平面に対して垂直になるように、前記工具ポットを取外し可能に保持する、請求項２に記載の工具交換装置。

【請求項5】

前記シフタが、前記第１の待機位置にある前記工具の中心軸線、及び、前記第２の待機位置にある前記工具の中心軸線、の双方に垂直である旋回軸線周りに旋回可能である、請求項２に記載の工具交換装置。

【請求項6】

前記第１の工具マガジンは、前記工具ポットが保持されないシフタ回避領域を有しており、
前記シフタは、前記シフタ回避領域を通して、前記第１の待機位置から移動可能である、請求項２に記載の工具交換装置。

【請求項7】

前記複数の第２の工具ポット保持部の間の間隔は、前記複数の第１の工具ポット保持部の間の間隔よりも大きい、請求項２に記載の工具交換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作機械において、主軸と、複数の工具を収納した工具マガジンとの間で、工具を交換するための工具交換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、様々な工具交換装置が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１は、円環状の工具マガジンを備える工具交換装置を開示している。この工具マガジンは、その円環形状を含む平面が前後方向に沿うように、コラムの側方に配置されている。工具マガジンでは、工具の中心軸線が横形主軸の回転軸線と垂直になるように、複数の工具が収容される。工具マガジンとコラムとの間には、ポット旋回手段が配置されている。このポット旋回手段は、選択された工具ポットを工具マガジンから取り外して、工具の中心軸線が主軸の回転軸線と平行になるように、かつ、工具の先端が工具マガジンの内側を向くように、工具ポットを９０度旋回させる。ポット旋回手段とコラムとの間には、交換アームが配置されている。この交換アームは、ポット旋回手段によって旋回された工具と、主軸に装着された工具と、を交換する。

【0003】

特許文献２は、円環状の工具マガジンと、この工具マガジンの内側に配置されたより小さな円環状のサブ工具マガジンと、を備える工具交換装置を開示している。工具マガジン及びサブ工具マガジンの各々は、その円環形状を含む平面が前後方向に沿うように、コラムの側方に配置されている。工具マガジン及びサブ工具マガジンの各々では、工具の中心軸線が横形主軸の回転軸線と垂直になるように、複数の工具が収容される。サブ工具マガジンに収容されている工具は、一旦、工具ポット受け渡し手段によって、工具マガジンに受け渡しされる。工具マガジンの側方には、特許文献１のポット旋回手段及び交換アームと類似の工具ポット旋回手段及び工具交換手段が配置されている。このような構成によって、工具マガジンに収容された工具に加えて、サブ工具マガジンに収容された工具が使用可能となっている。

【0004】

特許文献３は、循環回動軌跡を有する工具マガジンを備える工具交換装置を開示している。この工具マガジンは、循環回動軌跡に沿って、複数の工具保持部を有している。工具保持部の各々は、それぞれ循環回動軌跡の内側及び外側を向くように互いに９０°をなす、２つの工具ポットを含んでいる。選択された工具保持部が工具交換位置に配置されたとき、工具保持部は、第１の工具ポットにアクセス可能な第１の工具姿勢、又は、第２の工具ポットにアクセス可能な第２の工具姿勢、のいずれかに回転される。このような構成によって、第１の工具ポット及び第２の工具ポットの双方に収容された工具が使用可能となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−９４２７３号公報

【特許文献2】特開２００７−１２５６４２号公報

【特許文献3】特許第５９２５３９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

工作機械においては、様々な形状の工具、例えば、長尺な工具が使用される場合がある。したがって、工作機械においては、より多くの工具を収容可能であり、かつ、より長尺な工具を収容可能な工具交換装置のニーズが存在する。この場合に、占有面積を増大させることなく、長尺な工具を収容可能であると好ましい。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様は、工作機械の主軸に把持した工具を交換する工具交換装置において、工具ポットを取外し可能に保持し、かつ、平面に沿った第１の循環経路を移動する複数の第１の工具ポット保持部を有する、第１の工具マガジンであって、選択された第１の工具ポット保持部を、第１の待機位置に配置する、第１の工具マガジンと、工具ポットを取外し可能に保持し、かつ、第１の循環経路が含まれる平面の法線方向に見て第１の循環経路の内側にある第２の経路を移動する複数の第２の工具ポット保持部を有する、第２の工具マガジンであって、第２の工具ポット保持部の各々は、工具が第２の経路の内側に向かって突出するように、かつ、工具の中心軸線が、第１の循環経路が含まれる平面に対して傾斜するように、工具ポットを保持し、当該第２の工具マガジンが、選択された第２の工具ポット保持部を、第２の待機位置に配置する、第２の工具マガジンと、工具ポットをクランプ及びアンクランプすることができ、かつ、第１の待機位置と、第２の待機位置と、次工具待機位置と、の間を移動可能である、シフタと、次工具待機位置にある工具ポットと、工作機械の主軸と、の間で工具を交換する、交換アームと、を備える、工具交換装置である。

【0008】

本開示の一態様に係る工具交換装置では、平面に沿った第１の循環経路を有する第１の工具マガジンの内側に、第２の工具マガジンが設けられる。第２の工具マガジンでは、工具の中心軸線が、第１の循環経路が含まれる平面に対して傾斜するように、工具ポットが保持されるため、工具の中心軸線が、上記の平面に対して垂直又は平行になるように、工具ポットが保持される場合に比して、より長尺な工具が収容可能である。また、工具が第２の経路の内側に向かって突出するように、工具ポットが保持されるため、第２の経路の外側、すなわち、第１の循環経路の外側に追加のスペースは必要ない。したがって、占有面積を増大させることなく、より長尺な工具を収容可能である。

【0009】

第１の工具ポット保持部と、第２の工具ポット保持部とは、同じ工具ポットを保持することができてもよい。この場合、第１の工具マガジンと第２の工具マガジンとで共通の工具ポットを使用することができ、工具ポットの種類の増加を防止することができる。

【0010】

第１の工具ポット保持部の各々は、工具の中心軸線が、第１の循環経路が含まれる平面に対して垂直になるように、工具ポットを取外し可能に保持してもよい。この場合、第１の工具マガジンでは、第２の工具マガジンに比して、より短い工具が収容可能である。したがって、両工具マガジンを使い分けることができる。

【0011】

シフタが、第１の待機位置にある工具の中心軸線、及び、第２の待機位置にある工具の中心軸線、の双方に垂直である旋回軸線周りに旋回可能であってもよい。この場合、第１の待機位置と次工具待機位置との間での工具ポットの移動、及び、第２の待機位置と次工具待機位置との間での工具ポットの移動を、同じ旋回軸線を中心とした旋回動作で実現可能である。

【0012】

第１の工具マガジンは、工具ポットが保持されないシフタ回避領域を有しており、シフタは、シフタ回避領域を通して、第１の待機位置から移動可能であってもよい。この場合、シフタが第１の待機位置から移動する際に、工具ポットを迂回するための空間が必要なく、シフタを第１の工具マガジンに近い位置に配置することが可能となる。したがって、占有面積を小さくすることができる。

【0013】

複数の第２の工具ポット保持部の間の間隔が、複数の第１の工具ポット保持部の間の間隔よりも大きくてもよい。この場合、第２の工具マガジンにおいて、隣接する工具同士の間隔が確保される。したがって、長尺な工具同士の接触を防止することができる。

【発明の効果】

【0014】

本開示の一態様によれば、占有面積を増大させることなく、長尺な工具を収容可能である工具交換装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態に係る工具交換装置を備える工作機械の平面図である。

【図2】図１の工作機械の左側面図である。

【図3】図１の工具交換装置の動作を説明する図である。

【図4】図１の工具交換装置の動作を説明する図である。

【図5】図１の工具交換装置の動作を説明する図である。

【図6】図１の工具交換装置の動作を説明する図である。

【図7】図１の工具交換装置の動作を説明する図である。

【図8】図１の工具交換装置の動作を説明する図である。

【図9】図１の工具交換装置の動作を説明する図である。

【図10】図１の工具交換装置の動作を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照して、実施形態に係る工具交換装置を説明する。同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。理解を容易にするために、図の縮尺は変更されている場合がある。

【0017】

図１は、実施形態に係る工具交換装置を備える工作機械の平面図である。図１を参照して、工作機械１００は、横形マシニングセンタである。他の実施形態では、工作機械１００は、立形マシニングセンタ等、一般的に工具交換装置を設けることが可能な他の工作機械であってもよい。工作機械１００は、ベッド１０と、コラム２０と、テーブル３０と、工具交換装置４０と、スプラッシュガード５０と、を備えている。

【0018】

ベッド１０は、例えば、工場の床等に固定され得る。コラム２０は、ベッド１０上で、ベッド１０の後部に設けられている。コラム２０は、ベッド１０上をレール２４に沿って左右方向（Ｘ軸方向）に移動する。コラム２０の前側面には、鉛直方向（Ｙ軸方向）に移動可能なサドル２１が設けられている。サドル２１の前側面からは、主軸頭２２が前方に突出している。主軸頭２２は、主軸２３を、水平な回転軸線Ｏｓを中心に回転可能に支持している。主軸２３に、工具Ｔが装着される。テーブル３０は、ベッド１０上でコラム２０の前方に設けられている。テーブル３０は、ベッド１０上をレール３１に沿って前後方向（Ｚ軸方向）に移動する。テーブル３０には、ワークがパレットを介して取り付けられる又はパレットを介さず直接に取り付けられる。工作機械１００では、主軸２３に装着された工具Ｔによって、テーブル３０に取り付けられたワークを加工する。コラム２０のＸ軸方向の移動、サドル２１のＹ軸方向の移動、及び、テーブル３０のＺ軸方向の移動は、ＮＣ装置によって制御される。

【0019】

工具交換装置４０は、コラム２０の左側方に設けられている。スプラッシュガード５０は、加工室５１と、工具収納室５２と、を有している。加工室５１は、ベッド１０、コラム２０及びテーブル３０を収容しており、工具収納室５２は、工具交換装置４０を収容している。加工室５１と工具収納室５２との間には、壁５３が設けられている。壁５３には、シャッター（不図示）によって開閉可能な開口５４が設けられている。

【0020】

次に、工具交換装置４０について詳しく説明する。工具交換装置４０は、第１の工具マガジン４１と、第２の工具マガジン４２と、シフタ４３と、交換アーム４４と、を備えている。

【0021】

図２は、図１の工作機械の左側面図である。図２は、主に工具収納室５２を示しており、したがって、主に工具交換装置４０を示している。図２では、開口５４を介して、加工室５１にある主軸２３の一部が視認可能である。しかしながら、図２では、加工室５１にある他の構成要素は、壁５３によって視認することができない。

【0022】

図２を参照して、第１の工具マガジン４１は、第１のマガジン本体４１ａと、複数の第１の工具ポット保持部４１ｂと、を有している。第１のマガジン本体４１ａは、概ね、円環形状、又は、円形の無端形状（若しくは、閉じた線形状）を有している。第１のマガジン本体４１ａは、コラム２０の側方において、その無端形状がＹＺ平面に沿うように配置されている。第１のマガジン本体４１ａの配置の方向は、これに限られない。第１のマガジン本体４１ａは、例えば、不図示のフレームに設けられた複数のローラによって、回転可能に支持されることができる。第１のマガジン本体４１ａは、ベルト、チェーン及び／又は歯車等を介して、モータ等のアクチュエータに接続されている（不図示）。これによって、図１に示されるように、第１のマガジン本体４１ａは、Ｘ軸方向に平行な回転軸線Ｏｍ１の周りに回転するように構成されている。第１のマガジン本体４１ａの回転は、機械制御装置によって制御される。

【0023】

図２を参照して、複数の第１の工具ポット保持部４１ｂは、第１のマガジン本体４１ａの無端形状に沿って配置されている。したがって、第１のマガジン本体４１ａが回転するにつれて、複数の第１の工具ポット保持部４１ｂは、平面（本実施形態では、ＹＺ平面）に沿った円形の第１の循環経路（又は、無端経路）Ｒ１を移動する。第１のマガジン本体４１ａは、完全に回転することができるように構成されており、したがって、経路Ｒ１は循環経路となる。第１の工具マガジン４１は、選択された第１の工具ポット保持部４１ｂを、第１の待機位置Ｓ１に配置するように構成されている。

【0024】

第１の工具ポット保持部４１ｂの各々は、第１のマガジン本体４１ａの内側で工具ポットＰを取外し可能に保持する。第１の工具ポット保持部４１ｂは、例えば、第１のマガジン本体４１ａの内側に向かって突出する板バネ等の弾性手段を含むことができる。図１を参照して、第１の工具ポット保持部４１ｂは、工具Ｔの中心軸線Ｏｔが、第１の循環経路Ｒ１が含まれる平面（本実施形態では、ＹＺ平面）に対して垂直になるように、工具ポットＰを保持する。別の観点では、第１の工具ポット保持部４１ｂは、工具Ｔの中心軸線が、第１の工具マガジン４１の回転軸線Ｏｍ１に対して平行になるように、工具ポットＰを保持する。工具ポットＰは、図示しない周知の手段を用いて工具Ｔを取外し可能に収納している。第１の工具ポット保持部４１ｂでは、標準的な又は比較的短い工具Ｔが収容される。

【0025】

第２の工具マガジン４２は、第１の循環経路Ｒ１が含まれる平面の法線方向（本実施形態では、Ｘ方向）に見て、第１の工具マガジン４１の内側に配置されている。図２を参照して、第２の工具マガジン４２は、第２のマガジン本体４２ａと、複数の第２の工具ポット保持部４２ｂと、を有している。第２のマガジン本体４２ａは、概ね扇形形状を有している。第２のマガジン本体４２ａの形状は、これに限定されず、他の実施形態では、第２のマガジン本体４２ａは、第１の循環経路Ｒ１が含まれる平面の法線方向に見て第１の工具マガジン４１の内側で、所定の経路に沿って移動することができる任意の形状であり得る。図１を参照して、第２のマガジン本体４２ａは、第１のマガジン本体４１ａの内側に配置されており、第１の工具マガジン４１の円環形状の中心軸線Ｏｍ１と、第２の工具マガジン４２の扇形形状の中心軸線Ｏｍ２とが、整列されている。

【0026】

図２を参照して、より具体的には、第２のマガジン本体４２ａは、概ね扇形の枠体であり、円弧形状の第１の部分４２ｃと、第１の部分４２ｃの両端から内側に中心軸線に向かって延びる一対の第２の部分４２ｄと、を含んでいる。第１の部分４２ｃ及び一対の第２の部分４２ｄは、一体成形されていてもよい、又は、別体に形成されて互いに連結されていてもよい。第１の部分４２ｃは、例えば、１２０°〜１８０°程度の円弧形状であることができる。

【0027】

図１に示されるように、第２の部分４２ｄは、まず、第１の部分４２ｃの端部から内側に延び、続いて、ベッド１０から遠ざかる方向に屈曲している。このような構成によって、第２のマガジン本体４２ａは、中心軸線Ｏｍ２に沿って出っ張り、かつ、第１の工具マガジン４１の内側を通る形状を有している。図２を参照して、一対の第２の部分４２ｄは、円弧形状の中心軸線上において互いに連結されており、回転中心部４２ｅを形成している。

【0028】

回転中心部４２ｅは、第１の工具マガジン４１のアクチュエータとは別のアクチュエータ（例えば、モータ等）に接続されている。図１に示されるように、第２のマガジン本体４２ａは、Ｘ軸方向に平行な回転軸線Ｏｍ２の周りに回転するように構成されている。第２のマガジン本体４２ａの回転は、機械制御装置によって制御される。第２の工具マガジン４２の回転は、第１の工具マガジン４１の回転と独立して制御され得る。

【0029】

図２を参照して、複数の第２の工具ポット保持部４２ｂは、第２のマガジン本体４２ａの第１の部分４２ｃに沿って、配置されている。したがって、第２のマガジン本体４２ａが回転するにつれて、複数の第２の工具ポット保持部４２ｂは、円形の第２の経路Ｒ２を移動する。図２から明らかなように、円形の第２の経路Ｒ２は、第１の循環経路Ｒ１が含まれる平面の法線方向（本実施形態では、Ｘ方向）に見て、第１の循環経路Ｒ１の内側にある。第２の経路Ｒ２は、第１の循環経路Ｒ１と同様に、ＹＺ平面に沿っている。第２のマガジン本体４２ａは、完全に回転してもよい。この場合、第２の経路Ｒ２は、循環経路となる。また、第２のマガジン本体４２ａは、完全に回転しなくてもよい（すなわち、円周方向において任意の２点の間を移動してもよい）。この場合、第２の経路Ｒ２は、循環経路ではない。

【0030】

第２の工具マガジン４２は、通常時は、第１の工具マガジン４１とシフタ４３との間での工具ポットＰの移動を妨害しないように、第１の循環経路Ｒ１が含まれる平面の法線方向（本実施形態では、Ｘ方向）に見て、シフタ４３と重ならない回避位置（例えば、図２に示される位置）に位置する。また、第２の工具マガジン４２は、第２の工具マガジン４２とシフタ４３との間で工具ポットＰを移動する際には、選択された第２の工具ポット保持部４２ｂを、第２の待機位置Ｓ２に配置する（図１参照）。第２の待機位置Ｓ２は、第１の工具マガジン４１の円周方向において、第１の待機位置Ｓ１と同じ角度に位置する。また、第２の待機位置Ｓ２は、第１の工具マガジン４１の半径方向において、第１の待機位置Ｓ１よりも内側に位置する。

【0031】

第２の工具ポット保持部４２ｂの各々は、工具ポットＰを取外し可能に保持する。第２の工具ポット保持部４２ｂは、第２のマガジン本体４２ａの内側に向かうように、かつ、第１の循環経路Ｒ１が含まれる平面（ＹＺ平面）に対して傾斜するように、突出する板バネ等の弾性手段を含むことができる。第２の工具ポット保持部４２ｂは、工具Ｔが第２の経路Ｒ２の内側に向かって突出するように、かつ、工具Ｔの中心軸線Ｏｔが、第１の循環経路Ｒ１が含まれる平面（ＹＺ平面）に対して傾斜するように、工具ポットＰを保持する。より詳細には、第２の工具ポット保持部４２ｂは、工具Ｔが第１の工具マガジン４１の内側を貫通するように、又は、少なくとも部分的に通るように、工具ポットＰを保持する。第１の工具ポット保持部４１ｂと、第２の工具ポット保持部４２ｂとは、同じ工具ポットＰを保持することができる。第２の工具ポット保持部４２ｂでは、比較的長い工具Ｔが収容される。

【0032】

複数の第２の工具ポット保持部４２ｂの間の間隔は、複数の第１の工具ポット保持部４１ｂの間の間隔よりも大きくなっている。具体的には、本実施形態では、第１の工具マガジン４１は、３６個の第１の工具ポット保持部４１ｂを有しており、したがって、第１の工具ポット保持部４１ｂは、円周方向において１０°の間隔で配置されている。第２の工具マガジン４２は、１２０°又は約１２０°の領域に５個の第２の工具ポット保持部４２ｂを有しており、したがって、第２の工具ポット保持部４２ｂは、３０°又は約３０°の間隔で配置されている。第１の工具ポット保持部４１ｂ及び第２の工具ポット保持部４２ｂの数及び間隔は、これらの値に限定されず、他の実施形態では他の値であってもよいことが理解されよう。

【0033】

図１を参照して、シフタ４３は、第１の待機位置Ｓ１にある第１の工具ポット保持部４１ｂと、第２の待機位置Ｓ２にある第２の工具ポット保持部４２ｂと、次工具待機位置Ｓ３と、の間で、工具ポットＰを相互に移動可能である。シフタ４３は、コラム２０と第１の工具マガジン４１との間に配置されている。シフタ４３は、工具ポットＰをクランプ及びアンクランプすることが可能な、爪状のクランプ機構４３ａを有している。シフタ４３は、旋回軸線４３ｂの周りに旋回可能である。図１に示されるように、旋回軸線４３ｂは、第１の待機位置Ｓ１にある工具Ｔの中心軸線Ｏｔ、及び、第２の待機位置Ｓ２にある工具Ｔの中心軸線Ｏｔ、の双方に垂直である。シフタ４３は、旋回軸線４３ｂの周りに、第１の待機位置Ｓ１と、第２の待機位置Ｓ２と、次工具待機位置Ｓ３と、の間を移動する。図１に示されるように、次工具待機位置Ｓ３は、第１の工具マガジン４１の円周方向において、第１の待機位置Ｓ１及び第２の待機位置Ｓ２と同じ角度に位置する。また、次工具待機位置Ｓ３は、第１の工具マガジン４１の半径方向において、第１の待機位置Ｓ１及び第２の待機位置Ｓ２よりも内側に位置する。第１の待機位置Ｓ１と次工具待機位置Ｓ３との間の旋回角度は、例えば９０°であり、第２の待機位置Ｓ２と次工具待機位置Ｓ３との間の旋回角度は、例えば４５°又は約４５°である。シフタ４３の旋回移動は、機械制御装置によって制御される。

【0034】

交換アーム４４は、次工具待機位置Ｓ３にある工具ポットＰと、主軸２３と、の間で工具Ｔを交換する。交換アーム４４は、コラム２０とシフタ４３との間に配置されている。交換アーム４４は、アーム部４４ａと、シャフト部４４ｂと、を有している。シャフト部４４ｂは、主軸２３の回転軸線Ｏｓに平行である。アーム部４４ａは、シャフト部４４ｂの先端から径方向に両側に延在しており、その両端に工具を把持するグリッパーを含んでいる。アーム部４４ａは、主軸２３の回転軸線Ｏｓと平行な並進移動と、主軸２３の回転軸線Ｏｓと垂直な平面（ＸＹ平面）内の回転移動と、が可能である。これらの移動は、不図示のカム機構等によって実現することができる。交換アーム４４の並進移動及び回転移動は、機械制御装置によって制御される。

【0035】

次に、工具交換装置４０の動作について説明する。図３〜図１０は、図１の工具交換装置の動作を説明する図である。図３〜図１０は、図１に示される工作機械１００のうち、シフタ４３及び交換アーム４４を含む領域の拡大図を示している。

【0036】

図３では、主軸２３に工具Ｔが装着されており、シフタ４３が次工具待機位置Ｓ３において次の工具Ｔを保持している。図３では、主軸２３の工具Ｔは、次工具待機位置Ｓ３の工具Ｔよりも短い。第１の待機位置Ｓ１には、空の第１の工具ポット保持部４１ｂが位置している。第２の工具マガジン４２は、回避位置に位置しており、したがって、第２の待機位置Ｓ２は空いている。

【0037】

図３に示されるように、工具交換指令が発信されると、まず、不図示のシャッターが開き、加工室５１と工具収納室５２とが開口５４を通じて連通する。続いて、図４に示されるように、交換アーム４４が９０°回転し、主軸２３の工具Ｔと次工具待機位置Ｓ３の工具Ｔとを把持する。工具Ｔが把持された後に、主軸２３は、工具Ｔをアンクランプする。

【0038】

続いて、図５に示されるように、交換アーム４４が、主軸２３及びシフタ４３の工具ポットＰから両工具Ｔを引き抜くように並進移動し、続いて１８０°回転し、続いて両工具Ｔを主軸２３及びシフタ４３の工具ポットＰに挿入するように並進移動する。これによって、両工具Ｔが交換される。工具Ｔが挿入された後に、主軸２３は、工具Ｔをクランプする。交換アーム４４が９０°回転し、両工具Ｔから交換アーム４４が外される。加工を行う際には、シャッターが閉じられてもよく、加工室５１と工具収納室５２とが遮断されてもよい。

【0039】

続いて、図６に示されるように、シフタ４３が、次工具待機位置Ｓ３から第１の待機位置Ｓ１まで、９０°旋回する。これによって、工具ポットＰが、板バネ等の弾性手段の付勢力に抗して、第１の工具ポット保持部４１ｂにはまり込む。工具ポットＰが第１の工具ポット保持部４１ｂに保持された後に、シフタ４３は、工具ポットＰをアンクランプする。

【0040】

続いて、図７に示されるように、シフタ４３が第２の待機位置Ｓ２にアクセスすることを可能にするために、第１の工具マガジン４１が回転し、工具ポットＰが保持されていない空の第１の工具ポット保持部４１ｂ（シフタ回避領域）を、第１の待機位置Ｓ１に配置する。これに関して、シフタ４３は、第２の待機位置Ｓ２にアクセスするために、第１の待機位置Ｓ１から第２の待機位置Ｓ２に移動する必要がある。この場合、工具ポットＰが第１の待機位置Ｓ１に配置されていると、シフタ４３は、第１の待機位置Ｓ１から第２の待機位置Ｓ２に移動できない、何故ならば、工具ポットＰとシフタ４３とが干渉するからである。したがって、第１の工具マガジン４１は、シフタ４３を第１の待機位置Ｓ１から移動するためのシフタ回避領域を有している。シフタ回避領域としては、例えば、図７に示されるように、工具ポットＰが無い空の第１の工具ポット保持部４１ｂが使用され得る。この場合には、例えば第１の工具マガジン４１のある工具Ｔが主軸２３で使用されていると、図２に示されるように、２個の第１の工具ポット保持部４１ｂが空になる。また、例えば、シフタ回避領域として、板バネすら設けられていないスペース（工具ポットＰを配置できないスペース）が、第１の工具マガジン４１に設けられてもよい。

【0041】

続いて、図８に示されるように、シフタ４３が、第１の待機位置Ｓ１から第２の待機位置Ｓ２まで旋回する。続いて、図９に示されるように、第２の工具マガジン４２が回転し、次に使用される比較的長い工具Ｔを保持する第２の工具ポット保持部４２ｂが、第２の待機位置Ｓ２に配置される。シフタ４３は、工具ポットＰをクランプする。

【0042】

続いて、図１０に示されるように、シフタ４３が旋回し、板バネ等の弾性手段の付勢力に抗して、第２の工具ポット保持部４２ｂから工具ポットＰを引き抜き、シフタ４３が、第２の待機位置Ｓ２から次工具待機位置Ｓ３まで旋回する。次の工具交換指令が発信されるまで、比較的長い工具Ｔは、次工具待機位置Ｓ３で待機する。次の工具交換指令が発信されると、図３〜図５に示される動作と同様な動作によって、工具Ｔが交換される。

【0043】

以上、実施形態に係る工具交換装置４０では、ＹＺ平面に沿った第１の循環経路Ｒ１を有する第１の工具マガジン４１の内側に、第２の工具マガジン４２が設けられる。図１に示されるように、第２の工具マガジン４２では、工具Ｔの中心軸線Ｏｔが、第１の循環経路Ｒ１が含まれるＹＺ平面に対して傾斜するように、工具ポットＰが保持されるため、第１の工具マガジン４１に比して、より長尺な工具Ｔが収容可能である。また、工具Ｔが第２の経路Ｒ２の内側に向かって突出するように、工具ポットＰが保持されるため、第２の経路Ｒ２の外側、すなわち第１の循環経路Ｒ１の外側に追加のスペースは必要ない。したがって、占有面積を増大させることなく、より長尺な工具Ｔを収容可能である。

【0044】

また、工具交換装置４０では、第１の工具ポット保持部４１ｂと、第２の工具ポット保持部４２ｂとは、同じ工具ポットＰを保持する。したがって、第１の工具マガジン４１と第２の工具マガジン４２とで共通の工具ポットＰを使用することができ、工具ポットＰの種類の増加を防止することができる。

【0045】

また、工具交換装置４０では、第１の工具ポット保持部４１ｂの各々が、工具Ｔの中心軸線ＯｔがＹＺ平面に対して垂直になるように、工具ポットＰを取外し可能に保持する。したがって、第１の工具マガジン４１では、第２の工具マガジン４２に比して、短い工具Ｔが収容可能である。したがって、第１の工具マガジン４１を比較的短い工具Ｔを収容するために使用することができ、第２の工具マガジン４２を比較的長い工具Ｔを収容するために使用することができ、両工具マガジンを使い分けることができる。

【0046】

また、工具交換装置４０では、シフタ４３が、第１の待機位置Ｓ１にある工具Ｔの中心軸線Ｏｔ、及び、第２の待機位置Ｓ２にある工具Ｔの中心軸線Ｏｔ、の双方に垂直である旋回軸線４３ｂ周りに旋回可能である。したがって、第１の待機位置Ｓ１と次工具待機位置Ｓ３との間での工具ポットＰの移動、及び、第２の待機位置Ｓ２と次工具待機位置Ｓ３との間での工具ポットＰの移動を、同じ旋回軸線４３ｂを中心とした旋回動作で実現可能である。

【0047】

また、工具交換装置４０では、第１の工具マガジン４１は、工具ポットＰが保持されないシフタ回避領域を有しており、シフタ４３は、シフタ回避領域を通して、第１の待機位置Ｓ１から移動可能である。したがって、シフタ４３が第１の待機位置Ｓ１から移動する際に、工具ポットＰを迂回するための空間が必要なく、シフタ４３を第１の工具マガジン４１に近い位置に配置することが可能となる。したがって、占有面積を小さくすることができる。

【0048】

また、工具交換装置４０では、複数の第２の工具ポット保持部４２ｂの間の間隔が、複数の第１の工具ポット保持部４１ｂの間の間隔よりも大きい。したがって、第２の工具マガジン４２において、隣接する工具Ｔ同士の間隔が確保される。したがって、長尺な工具Ｔ同士の接触を防止することができる。

【0049】

工具交換装置の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。当業者であれば、上記の実施形態の様々な変形が可能であることを理解するだろう。例えば、上記の実施形態では、第１の工具マガジン４１は、複数の第１の工具ポット保持部４１ｂが取り付けられた円環状の第１のマガジン本体４１ａを回転させる形式であり、第１の循環経路Ｒ１は円形である。しかしながら、他の実施形態では、第１の工具マガジンは、例えば、複数の第１の工具ポット保持部が楕円、長円又は多角形等の無端形状を有するガイドレール上を移動させられる形式であってもよく、この場合、第１の循環経路は、楕円、長円又は多角形であってもよい。第２の工具マガジン４２の第２の経路Ｒ２も、同様に、様々な形状であり得る。

【0050】

本実施形態では、工具マガジンに工具ポットを介して工具を保持する方式の実施例で説明したが、工具マガジンに工具を直接保持する方式のポットレス工具交換装置にも本発明は適用できる。両者の違いは、それぞれの構成要素が工具を工具ポットを介して保持するか、工具ポットを介さずに直接保持するかの違いである。

【符号の説明】

【0051】

１０ ベッド
２０ コラム
２１ サドル
２２ 主軸頭
２３ 主軸
２４ レール
３０ テーブル
３１ レール
４０ 工具交換装置
４１ 第１の工具マガジン
４１ａ 第１のマガジン本体
４１ｂ 第１の工具ポット保持部
４２ 第２の工具マガジン
４２ａ 第２のマガジン本体
４２ｂ 第２の工具ポット保持部
４２ｃ 第１の部分
４２ｄ 第２の部分
４２ｅ 回転中心部
４３ シフタ
４３ａ クランプ機構
４３ｂ 旋回軸線
４４ 交換アーム
４４ａ アーム部
４４ｂ シャフト部
５０ スプラッシュガード
５１ 加工室
５２ 工具収納室
５３ 壁
５４ 開口
１００ 工作機械
Ｏｍ１ 中心軸線
Ｏｍ２ 中心軸線
Ｏｓ 回転軸線
Ｏｔ 中心軸線
Ｐ 工具ポット
Ｒ１ 第１の循環経路
Ｒ２ 第２の経路
Ｓ１ 第１の待機位置
Ｓ２ 第２の待機位置
Ｓ３ 次工具待機位置
Ｔ 工具

【要約】

【課題】占有面積を増大させることなく、より長尺な工具を収容可能である工具交換装置を提供すること。
【解決手段】工具交換装置（４０）は、第１の工具マガジン（４１）と、第２の工具マガジン（４２）と、シフタ（４３）と、交換アーム（４４）と、を備える。第１の工具マガジン（４１）は、第１の循環経路（Ｒ１）を移動する複数の第１の工具ポット保持部（４１ｂ）を有する。第２の工具マガジン（４２）は、第１の循環経路（Ｒ１）が含まれる平面（ＹＺ）の法線方向に見て、第１の循環経路（Ｒ１）の内側にある第２の経路（Ｒ２）を移動する、複数の第２の工具ポット保持部（４２ｂ）を有する。第２の工具ポット保持部（４２ｂ）の各々は、工具（Ｔ）が第２の経路（Ｒ２）の内側に向かって突出するように、かつ、工具（Ｔ）の中心軸線（Ｏｔ）が平面（ＹＺ）に対して傾斜するように、工具ポット（Ｐ）を保持する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】