特開 2023-183791 工作機械、ツールシャンク、ツールマガジンならびに加工ツール

(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】P2023183791

(43)【公開日】2023-12-28

(54)【発明の名称】工作機械、ツールシャンク、ツールマガジンならびに加工ツール

(51)【国際特許分類】

   B23B 31/20 20060101AFI20231221BHJP

   B23Q 3/155 20060101ALI20231221BHJP

【ＦＩ】

B23B31/20 F

B23Q3/155 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022097518

(22)【出願日】2022-06-16

(71)【出願人】

【識別番号】523036340

【氏名又は名称】Ｇ．Ｄ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100172225

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 宏行

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 貞夫

(72)【発明者】

【氏名】高田 秀彦

【テーマコード（参考）】

3C002

3C032

【Ｆターム（参考）】

3C002DD11

3C002HH01

3C032BB12

3C032JJ14

(57)【要約】

【課題】ツールマガジンに密集して収納可能な複数の工具を交換して使用することができる工作機械、ツールシャンク、ツールマガジンならびに加工ツールを提供する。
【解決手段】工作機械は、開口に向かって広がるテーパ穴１１ａが形成され、テーパ穴１１ａとは反対側にツールシャンク移動機構１５が設けられたスピンドル主軸１１と、テーパ穴１１ａに配置されてツールシャンク移動機構１５に接続され、テーパ穴１１ａの開口側に加工ツール（工具）が取り付けられるツール保持穴１３ａとツール保持穴１３ａから外周面まで貫通する複数のスリ割りが形成されたチャック部１３ｄを有するツールシャンク１３と、を備える。ツールシャンク移動機構１５ツールシャンク１３をテーパ穴１１ａの奥に移動させ（矢印ａ）、ツール保持穴１３ａの径を縮めて加工ツールを保持する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸を軸として回転し、開口に向かって広がるテーパ穴が形成され、前記テーパ穴の開口とは反対側にツールシャンク移動機構が配置されたスピンドル主軸と、
前記テーパ穴に配置されて前記ツールシャンク移動機構に接続され、前記テーパ穴の開口側に先端に加工刃を有する加工ツールが取り付けられるツール保持穴と前記ツール保持穴から外周面まで貫通する複数のスリ割りが形成されたチャック部を有するツールシャンクと、を備え、
前記ツールシャンク移動機構が前記ツールシャンクを前記テーパ穴の奥に移動させて前記ツール保持穴の径を縮めることによって前記加工ツールを保持する、工作機械。

【請求項2】

前記ツールシャンクは、前記テーパ穴に挿入される側にプルスタッドを有し、
前記ツールシャンク移動機構は、前記テーパ穴の開口側に前記プルスタッドを保持するクランプ機構を、更に備え、
前記クランプ機構が、前記テーパ穴に挿入された前記ツールシャンクの前記プルスタッドを保持し、
前記ツールシャンク移動機構が前記プルスタッドを保持した前記クランプ機構を引いて前記ツールシャンクを前記テーパ穴の奥に移動させる、請求項１に記載の工作機械。

【請求項3】

前記ツールシャンクの前記外周面には、凹状のキー溝が形成され、
前記テーパ穴のテーパ面には、前記テーパ穴に配置された前記ツールシャンクの前記キー溝に係合するキー溝係止部が形成された、請求項１または２に記載の工作機械。

【請求項4】

前記加工ツールの前記ツール保持穴に挿入される側の端部には、ツール保持穴の奥側に突出するタングが形成され、
前記ツールシャンクの前記ツール保持穴の奥面には、前記加工ツールの前記タングが係合するタング挿入穴が形成された、請求項１に記載の工作機械。

【請求項5】

前記加工ツールは、先端に前記加工刃を有する工具と、前記工具の基部側に外嵌された外嵌部材と、を備え、
前記ツールシャンクは、前記外嵌部材を保持する、請求項１に記載の工作機械。

【請求項6】

前記外嵌部材の前記ツール保持穴に挿入される側の端部には、ツール保持穴の奥側に突出するタングが形成され、
前記ツールシャンクの前記ツール保持穴の奥面には、前記加工ツールの前記タングが係合するタング挿入穴が形成された、請求項５に記載の工作機械。

【請求項7】

前記ツールシャンクには、前記テーパ穴に挿入される側に前記ツール保持穴まで貫通する貫通孔が形成されており、
前記ツールシャンク移動機構に接続された前記ツールシャンクの前記貫通孔に挿入される押し出し部材を前記ツール保持穴の中まで移動させて、前記ツール保持穴に装着された前記加工ツールを前記ツール保持穴から押し出す押し出し機構を、更に備えた、請求項１に記載の工作機械。

【請求項8】

マガジン本体と、
加工ツールが保持され、前記マガジン本体に対して没突可能に設けられた複数の加工ツールホルダと、を有するツールマガジンを、更に備え、
前記ツールシャンクに加工ツールを取り付ける際に、
前記複数の加工ツールホルダのうち前記ツールシャンクに取り付けられる加工ツールを保持する加工ツールホルダは、保持する加工ツールを前記ツール保持穴に押し付ける、請求項１に記載の工作機械。

【請求項9】

前記ツールシャンクに加工ツール工具を取り付ける際に、
前記複数の加工ツールホルダのうち保持する加工ツールが前記スピンドル主軸と干渉する加工ツールホルダは、保持する加工ツールが前記スピンドル主軸から遠ざかる方向に移動する、請求項８に記載の工作機械。

【請求項10】

加工ツールは、先端とは反対側に加工刃よりも直径が大きな筒状の外巻部を有し、
前記外巻部の加工刃側の縁部には、前記外巻部の一部が切り欠かれた切り欠き部が形成され、
前記加工ツールホルダは、保持する前記加工ツールの前記縁部が当接する当接部を有し、
前記当接部には、外側に突出して前記加工ツールの前記切り欠き部が係合する位置決め部が形成されている、請求項８に記載の工作機械。

【請求項11】

前記加工ツールホルダに挿入された前記加工ツールを把持する把持機構を、更に備える、請求項８に記載の工作機械。

【請求項12】

前記ツールマガジンの加工ツールホルダが保持する加工ツールに近づく方向、および、遠ざかる方向に前記スピンドル主軸を往復移動させる主軸移動機構を、更に備え、
前記主軸移動機構が前記スピンドル主軸を往復移動させることで、前記ツールシャンクの前記チャック部が保持する前記加工ツールを交換する、請求項８から１１のいずれかに記載の工作機械。

【請求項13】

工作機械のスピンドル主軸に形成されたテーパ穴に装着されるツールシャンクであって、
先端に加工刃を有する加工ツールが取り付けられるツール保持穴と前記ツール保持穴から外周面まで貫通する複数のスリ割りが形成されたチャック部を有し、
前記テーパ穴の奥に移動することで前記ツール保持穴の径が縮まり前記加工ツールを保持する、ツールシャンク。

【請求項14】

工作機械のスピンドル主軸に形成されたテーパ穴に装着された請求項１１に記載のツールシャンクのツール保持穴に取り付けられる複数の加工ツールを保持するツールマガジンであって、
マガジン本体と、
加工ツールが保持され、前記マガジン本体に対して没突可能に設けられた複数の加工ツールホルダと、を有し、
前記スピンドル主軸に加工ツール工具が取り付けられる際に、
前記複数の加工ツールホルダのうち前記ツールシャンクに取り付けられる加工ツールを保持する加工ツールホルダは、保持する加工ツールを前記ツール保持穴に押し付ける、ツールマガジン。

【請求項15】

前記加工ツールホルダに挿入された前記加工ツールを把持する把持機構を、更に備える、請求項１４に記載のツールマガジン。

【請求項16】

工作機械のスピンドル主軸に形成されたテーパ穴に装着された請求項１１に記載のツールシャンクのツール保持穴であって、奥面にタング挿入穴が形成された前記ツール保持穴に取り付けられる加工ツールであって、
先端に加工刃を有し、
前記先端とは反対側には、前記タング挿入穴に係合するタングが形成された、加工ツール。

【請求項17】

先端に前記加工刃を有する工具と、前記工具の基部側に外嵌された外嵌部材と、を備え、
前記タングは、前記外嵌部材の前記先端とは反対側に形成された、請求項１６に記載の加工ツール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ツールマガジンに収納される工具を保持するツールシャンクを有する工作機械、ツールシャンク、ツールマガジンならびに加工ツールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、工具収納部に収納されるドリルなどの工具を自動で交換してワークを加工する工作機械が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載の工作機械（マシニングセンタ）では、下部に工具を保持させた複数のツールホルダを作製して、予め工具収納部に収納している。そして、工具の交換の際は、自動工具交換装置によって所望の工具を保持するツールホルダを工具収納部から取り出して、工作機械のスピンドル主軸の下方に移動させる。そして、スピンドル主軸を下降させてツールホルダの上部をスピンドル主軸に形成されたテーパ穴に挿入し、ツールホルダをスピンドル主軸に装着させることで、工具を交換している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－１５５３４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１を含む従来技術では、工具を自動で交換することはできるものの、工具収納部が収納可能な工具数は工具収納部が収納可能なツールホルダ数で制限されてしまう。さらに、工具を保持するツールホルダの外形寸法は工具単体よりも数倍も大きいことから、自動で交換可能な工具数を増やすと工具収納部や自動工具交換装置のサイズが大きく、かつ重くなってしまうという問題点があった。そのため、より多くの工具を密集させて工具収納部に収納し、自動で交換させるためには、さらなる改善の余地があった。

【0005】

そこで本発明は、ツールマガジンに密集して収納可能な複数の工具を交換して使用することができる工作機械、ツールシャンク、ツールマガジンならびに加工ツール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】

本発明の工作機械は、回転軸を軸として回転し、開口に向かって広がるテーパ穴が形成され、前記テーパ穴の開口とは反対側にツールシャンク移動機構が配置されたスピンドル主軸と、前記テーパ穴に配置されて前記ツールシャンク移動機構に接続され、前記テーパ穴の開口側に先端に加工刃を有する加工ツールが取り付けられるツール保持穴と前記ツール保持穴から外周面まで貫通する複数のスリ割りが形成されたチャック部を有するツールシャンクと、を備え、前記ツールシャンク移動機構が前記ツールシャンクを前記テーパ穴の奥に移動させて前記ツール保持穴の径を縮めることによって前記加工ツールを保持する。

【0007】

本発明のツールシャンクは、工作機械のスピンドル主軸に形成されたテーパ穴に装着されるツールシャンクであって、先端に加工刃を有する加工ツールが取り付けられるツール保持穴と前記ツール保持穴から外周面まで貫通する複数のスリ割りが形成されたチャック部を有し、前記テーパ穴の奥に移動することで前記ツール保持穴の径が縮まり前記加工ツールを保持する。

【0008】

本発明のツールマガジンは、工作機械のスピンドル主軸に形成されたテーパ穴に装着された請求項１１に記載のツールシャンクのツール保持穴に取り付けられる複数の加工ツールを保持するツールマガジンであって、マガジン本体と、加工ツールが保持され、前記マガジン本体に対して没突可能に設けられた複数の加工ツールホルダと、を有し、前記スピンドル主軸に加工ツール工具が取り付けられる際に、前記複数の加工ツールホルダのうち前記ツールシャンクに取り付けられる加工ツールを保持する加工ツールホルダは、保持する加工ツールを前記ツール保持穴に押し付ける。

【0009】

本発明の加工ツールは、工作機械のスピンドル主軸に形成されたテーパ穴に装着された請求項１１に記載のツールシャンクのツール保持穴であって、奥面にタング挿入穴が形成された前記ツール保持穴に取り付けられる加工ツールであって、先端に加工刃を有し、前記先端とは反対側には、前記タング挿入穴に係合するタングが形成された。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、ツールマガジンに密集して収納可能な複数の工具を交換して使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施の形態の工作機械の要部の構成を示す概略図

【図2】本発明の一実施の形態の工作機械においてツールシャンクが取付けられるスピンドル主軸の要部の分解図

【図3】本発明の一実施の形態の工作機械のスピンドル主軸に取り付けられたツールシャンクのツール保持穴を（ａ）開いた状態の側方断面図（ｂ）縮めた状態の側方断面図

【図4】本発明の一実施の形態の工作機械のスピンドル主軸に取り付けられたツールシャンクのツール保持穴を（ａ）開いた状態を下方から見た説明図（ｂ）縮めた状態を下方から見た説明図

【図5】本発明の一実施の形態の工作機械においてスピンドル主軸から工具を取り外す工程の説明図

【図6】本発明の一実施の形態の工作機械においてスピンドル主軸から工具を取り外す工程の説明図

【図7】本発明の一実施の形態の工作機械においてスピンドル主軸に工具を取り付ける工程の説明図

【図8】本発明の一実施の形態の工作機械においてスピンドル主軸に工具を取り付ける工程の説明図

【図9】本発明の一実施の形態の工作機械においてスピンドル主軸に工具を取り付ける工程の説明図

【図10】本発明の一実施の形態の工作機械の変形例のスピンドル主軸に取り付けられるツールシャンクの（ａ）平面図（ｂ）側面図（ｃ）正面図

【図11】本発明の一実施の形態の工作機械の変形例のスピンドル主軸の要部の（ａ）側方断面図（ｂ）底面図

【図12】本発明の一実施の形態の工作機械の変形例においてスピンドル主軸に取り付けられる加工ツールの（ａ）平面図（ｂ）側面図（ｃ）正面図

【図13】本発明の一実施の形態の工作機械の変形例において使用されるツールマガジンの加工ツールホルダの（ａ）平面図（ｂ）側方断面図（ｃ）正面断面図

【図14】本発明の一実施の形態の工作機械の変形例において加工ツールを取り付けたスピンドル主軸とツールマガジンの要部の断面図

【図15】（ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態の工作機械の他の変形例においてスピンドル主軸から工具を取り外す工程の説明図

【図16】（ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態の工作機械の他の変形例においてスピンドル主軸から工具を取り外す工程の説明図

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に図面を用いて、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。以下で述べる構成、形状等は説明のための例示であって、工作機械、ツールシャンク、加工ツール、ツールマガジンの仕様に応じ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において対応する要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

【0013】

まず図１～図５を参照して、工作機械１の構成について説明する。図１において、工作機械１は、主軸装置１０、工具収納装置２０、制御装置３０を備えている。主軸装置１０は、上下方向（Ｚ軸方向）の回転軸ＣＬを軸として回転するスピンドル主軸１１を有する主軸ヘッド１２を備えて構成されている。スピンドル主軸１１の回転開始、回転停止、回転速度、回転停止位置などの回転に関する動作は、制御装置３０によって制御される。主軸ヘッド１２は、制御装置３０によって制御されるヘッド移動機構３１によって上下方向のみに、または上下方向と水平方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に移動する。

【0014】

図２において、スピンドル主軸１１の下部には、下方に開口するテーパ穴１１ａが形成されている。テーパ穴１１ａは、回転軸ＣＬに回転対称でテーパ穴１１ａの開口１１ｂ（図２参照）に向かって広がる形状をしている。テーパ穴１１ａには、略円錐形で下方に向かって広がる形状を有するツールシャンク１３が配置されている。ツールシャンク１３の上部には、プルスタッド１４が装着されている。ツールシャンク１３の下部には、下面に開口するツール保持穴１３ａが形成されている（図３、図４参照）。

【0015】

図１において、スピンドル主軸１１において、テーパ穴１１ａの開口１１ｂとは反対側には、下部にクランプ機構１５ａを備えるツールシャンク移動機構１５が配置されている。クランプ機構１５ａは制御装置３０によって制御されており、テーパ穴１１ａに挿入されたツールシャンク１３のプルスタッド１４を保持し、または、保持するプルスタッド１４を開放する機能を有している。すなわち、ツールシャンク移動機構１５は、テーパ穴１１ａの開口１１ｂ側にプルスタッド１４を保持するクランプ機構１５ａを備えている。

【0016】

ツールシャンク移動機構１５は制御装置３０によって制御されており、クランプ機構１５ａを上下に移動させる機能を有している。すなわち、クランプ機構１５ａがプルスタッド１４を保持してツールシャンク移動機構１５にツールシャンク１３が接続された状態で、ツールシャンク移動機構１５がクランプ機構１５ａを上下に移動せることでツールシャンク１３がテーパ穴１１ａ内を上下に移動する（図３参照）。

【0017】

図１、図５において、ツール保持穴１３ａには、先端に加工刃を有するドリルなどの工具４０が取り付けられる。工具４０において、ツール保持穴１３ａに保持される根本（基部）付近には、工具４０の加工刃の先端とは反対側の基部側の外周を囲うカラー４１が装着されている。以下、工具４０とカラー４１が一体化した物を「加工ツール４２」と称する。例えば、加工ツール４２は、工具４０の外径より内径が大きく、線膨張係数が大きな筒状の金属で形成されるカラー４１（外嵌部材）を工具４０の基部に外嵌（例えば、焼き嵌め）することで形成される。すなわち、加工ツール４２は、先端に加工刃を有する工具４０と、工具の基部側に外嵌された外嵌部材（カラー４１）と、を備えて構成されている。

【0018】

図５において、本実施の形態の加工ツール４２には、工具４０の外径には依存せずに、外径が一定のカラー４１が使用される。すなわち、カラー４１は、工具４０の外径に対応して内径が異なっていても、外径Ｄ３は一定（同一）である。これによって、工具４０が異なる加工ツール４２であっても、ツールシャンク１３に保持される部分（外嵌部材）の外径Ｄ３は一定となる（例えば、図５の加工ツール４２Ｐと、図８の加工ツール４２Ｑを参照）。そのため、ツールシャンク１３を交換することなく、スピンドル主軸１１のテーパ穴１１ａに装着したツールシャンク１３に工具４０が異なる加工ツール４２を保持させることができる。

【0019】

このように、加工ツール４２は、先端に加工刃を有する工具４０と、工具４０における基部側に外嵌された外嵌部材（カラー４１）と、を備えており、ツールシャンク１３のツール保持穴１３ａは、加工ツール４２の外嵌部材を保持する。そして、外嵌部材の外径Ｄ３は工具４０の外径に関わらず一定である。これによって、工作機械１に取り付けた工具４０を交換する際にツールシャンク１３は交換する必要が無く、外径が異なる工具４０であっても自在に交換することができる。また、工具４０と一体化させたツールホルダを作製し、そのツールホルダを交換する従来の方式と比較して、交換対象となる加工ツール４２を大幅に小型化、軽量化することができる。さらに、本実施の形態の工作機械１はツールシャンク１３が工具４０毎に交換する交換部品ではないため、工具４０と一体化させたツールホルダを使用する従来の工作機械と比較して、交換部品を大幅に削減することができる。

【0020】

図１において、工具収納装置２０は、加工ツール４２（工具４０）を保持する複数の加工ツールホルダ２１をマガジン本体２２に有するツールマガジン２３を備えて構成されている。ツールマガジン２３は、制御装置３０によって制御されるマガジン移動機構３２によって工作機械１の内部を移動する。ツールマガジン２３は、マガジン移動機構３２に着脱可能に構成されている。スピンドル主軸１１に取付けられている加工ツール４２Ｐは、後述する加工ツール取り外し動作によってスピンドル主軸１１から取り外されて、ツールマガジン２３の空の加工ツールホルダ２１Ｐに回収される（図５、図６参照）。また、ツールマガジン２３の加工ツールホルダ２１Ｑに保持されている加工ツール４２Ｑは、後述する加工ツール取り付け動作によってスピンドル主軸１１に取り付けられる（図７～図９参照）。

【0021】

次に図２～図４を参照して、スピンドル主軸１１とツールシャンク１３の詳細な構成について説明する。図２において、ツールシャンク１３に装着されるプルスタッド１４の下部には雄ねじ部１４ａが形成されている。ツールシャンク１３は、弾性変形するスチール、超硬合金、サーメットなどで形成されている。ツールシャンク１３の上部には、雄ねじ部１４ａに対応する雌ねじ部１３ｂが形成されている。雄ねじ部１４ａを雌ねじ部１３ｂにねじ合わせて取り付けることで、ツールシャンク１３の上部にプルスタッド１４が固定される。

【0022】

ツールシャンク１３の下部には、ツールシャンク１３の外周面からツール保持穴１３ａまで貫通する複数のスリ割り１３ｃが形成されている。この例では、４本のスリ割り１３ｃが形成されており、ツールシャンク１３の下部は、４つに分割されている（図４参照）。なお、ツールシャンク１３の分割数（スリ割り１３ｃの数）は４つに限定されることはなく、３つでも、５つ以上でもよい。

【0023】

図２、図３において、ツールシャンク１３の外周面のテーパ角度は、スピンドル主軸１１のテーパ穴１１ａのテーパ面のテーパ角度と同じ、または、やや大きく形成されている。プルスタッド１４が装着されたツールシャンク１３は、プルスタッド１４側からスピンドル主軸１１のテーパ穴１１ａに挿入される。さらに、ツールシャンク１３は、プルスタッド１４がクランプ機構１５ａに保持されるまで押し上げられてスピンドル主軸１１に装着される。このように、ツールシャンク１３は、テーパ穴１１ａに挿入される側にプルスタッド１４を有している。

【0024】

図２～図４において、スピンドル主軸１１の下面におけるテーパ穴１１ａの開口１１ｂの外側には、脱落防止取付け部１６が配置されている。脱落防止取付け部１６には、円板状の脱落防止板１７がねじ１８で係止されている。脱落防止板１７の中央部には、ツールシャンク１３のツール保持穴１３ａよりも径が大きな開口部１７ａが形成されている。脱落防止取付け部１６に取り付けられた脱落防止板１７は、テーパ穴１１ａに挿入されたツールシャンク１３が落下（脱落）することを防止する。また、脱落防止板１７は、ツールシャンク移動機構１５によって昇降するツールシャンク１３の下限の位置を規制する。

【0025】

このように、脱落防止取付け部１６、脱落防止板１７、ねじ１８は、ツールシャンク１３の落下を防止し、昇降するツールシャンク１３の下限の位置を規制する脱落防止部１９を形成する。すなわち、スピンドル主軸１１には、ツール保持穴１３ａよりも大きな開口部１７ａを有し、ツールシャンク１３がテーパ穴１１ａから外れることを防止する脱落防止部１９が設けられている。なお、脱落防止部１９は、脱落防止取付け部１６、脱落防止板１７、ねじ１８で形成される構成に限定されることはない。例えば、脱落防止部１９は、脱落防止取付け部１６と脱落防止板１７が一体的に形成された部材をねじ１８でスピンドル主軸１１の下面に固定する構成であってもよい。

【0026】

次に、図３、図４を参照して、スピンドル主軸１１とツールシャンク１３によるツール保持穴１３ａの開閉動作について説明する。図３（ａ）と図４（ａ）は、ツールシャンク１３が下限の位置にある状態を示している。すなわち、ツールシャンク移動機構１５は下降した状態であり、ツールシャンク１３の下面が脱落防止板１７に当接している。この状態では、ツールシャンク１３の外周面はテーパ穴１１ａのテーパ面から離れており、ツール保持穴１３ａの内径Ｄ１は、加工ツール４２のカラー４１の外径Ｄ３よりも大きい（Ｄ１＞Ｄ３）。以下、このツール保持穴１３ａが開いた状態を「ツール解放状態」と称する。

【0027】

図３（ｂ）と図４（ｂ）は、ツールシャンク移動機構１５がツールシャンク１３を上方に引き上げ（矢印ａ）、ツールシャンク１３の外周面がテーパ穴１１ａのテーパ面に当接している状態を示している。この状態では、ツールシャンク１３のスリ割り１３ｃの幅が狭まり、ツール保持穴１３ａの内径Ｄ２はツール解放状態での内径Ｄ１より小さくなって、加工ツール４２のカラー４１の外径Ｄ３と同じか、外径Ｄ３よりも小さくなる（Ｄ２≦Ｄ３）。このように、クランプ機構１５ａはテーパ穴１１ａに挿入されたツールシャンク１３のプルスタッド１４を保持し、ツールシャンク移動機構１５はプルスタッド１４を保持したクランプ機構１５ａを引いてツールシャンク１３をテーパ穴１１ａの奥に移動させてツール保持穴１３ａの径を縮める。以下、このツール保持穴１３ａの径が縮んだ状態を「ツール保持状態」と称する。

【0028】

ツール保持穴１３ａに加工ツール４２Ｑ（工具４０）のカラー４１側が挿入された後に、ツールシャンク移動機構１５がツールシャンク１３を引き上げてツール保持状態となると、加工ツール４２Ｑがツールシャンク１３に保持される（図８参照）。また、ツール保持状態からツールシャンク移動機構１５がツールシャンク１３を押し下げられてツール解放状態となると、加工ツール４２Ｐがツールシャンク１３から解放される（図５参照）。

【0029】

このように、ツールシャンク１３の下部において、中央に形成されたツール保持穴１３ａと、ツール保持穴１３ａからツールシャンク１３の外周面まで貫通して形成された複数のスリ割り１３ｃを含む部分は加工ツール４２を掴むチャック部１３ｄを構成する。すなわち、ツールシャンク１３は、テーパ穴１１ａに挿入される側にプルスタッド１４を有し、反対側に加工ツール４２（工具４０）が取り付けられるツール保持穴１３ａとツール保持穴１３ａから外周面まで貫通する複数のスリ割り１３ｃが形成されたチャック部１３ｄを有し、テーパ穴１１ａの奥に移動することでツール保持穴１３ａの径が縮まる。

【0030】

次に、図５を参照して、ツールマガジン２３の詳細な構成について説明する。ツールマガジン２３は、マガジン移動機構３２によって移動して、保持する複数の加工ツール４２（工具４０）をスピンドル主軸１１に供給する機能を備えている。また、ツールマガジン２３は、スピンドル主軸１１に取り付けられていた加工ツール４２を回収する機能を備えている。加工ツールホルダ２１は上方に開口した有底の筒状をしている。加工ツール４２は、カラー４１側を上に向けて、工具４０の先端側から加工ツールホルダ２１のツール載置穴２１ａに挿入される。

【0031】

ツール載置穴２１ａの内径は、加工ツール４２のカラー４１の外径Ｄ３より小さく、全ての工具４０の外径より大きくなるように形成されている。そして、ツール載置穴２１ａの上部には、開口から所定の深さまでの内径がカラー４１の外径Ｄ３よりもやや大きな穴が形成されている。これにより、ツール載置穴２１ａの内壁には段差が形成される。ツール載置穴２１ａにおいて、内壁に段差が形成された位置は、ツール載置穴２１ａに挿入された加工ツール４２のカラー４１の加工刃側の縁部が当接するツールホルダ当接部２１ｂ（当接部）となる。ツール載置穴２１ａに挿入された加工ツール４２は、カラー４１の加工刃側の縁部がツールホルダ当接部２１ｂに当接する状態で加工ツールホルダ２１に保持される。これにより、保持されている加工ツール４２が加工ツールホルダ２１の上方から突出する長さは、略同じになる。

【0032】

図５において、ツールマガジン２３のマガジン本体２２には、加工ツールホルダ２１の外径よりもやや大きな複数のホルダ移動穴２２ａが上下に貫通して形成されている。マガジン本体２２において、ホルダ移動穴２２ａの周囲には、弾性体であるばね２４の下部を保持する弾性体保持穴２２ｂが形成されている。加工ツールホルダ２１は、弾性体保持穴２２ｂにばね２４を装着した状態で上方からホルダ移動穴２２ａに挿入される。加工ツールホルダ２１の上部には、外周面から外側に延出する弾性体係止部２１ｃが形成されている。弾性体保持穴２２ｂに装着されたばね２４の上端は、下方から弾性体係止部２１ｃに当接する。ホルダ移動穴２２ａに取り付けられた加工ツールホルダ２１は、ばね２４によって上方に付勢される。

【0033】

加工ツールホルダ２１の底部２１ｄには、下方に延出する停止板固定棒２１ｅが設けられている。ホルダ移動穴２２ａに挿入され、ホルダ移動穴２２ａの下部開口２２ｃから突出した加工ツールホルダ２１の停止板固定棒２１ｅには、下部開口２２ｃよりも外径が大きな円板状の停止板２５が固定される。ばね２４によって付勢される加工ツールホルダ２１の上限位置は、停止板２５が下部開口２２ｃの周囲のマガジン本体２２の下面に当接することで規制される。このように、ツールマガジン２３は、マガジン本体２２と、加工ツール４２（工具４０）が保持され、マガジン本体２２に対して没突可能に設けられた複数の加工ツールホルダ２１と、を有する。

【0034】

次に、図５～６を参照して、スピンドル主軸１１から加工ツール４２を取り外す加工ツール取り外し動作（加工ツール取り外し工程）について説明する。加工ツール取り外し動作は、制御装置３０がヘッド移動機構３１（主軸移動機構）、ツールシャンク移動機構１５、マガジン移動機構３２を制御することによって実現される。図５において、制御装置３０はマガジン移動機構３２を制御して、ツールマガジン２３が有する複数の加工ツールホルダ２１のうち、空の加工ツールホルダ２１Ｐを交換対象の加工ツール４２Ｐが取付けられているスピンドル主軸１１の下方に移動させる（矢印ｂ１）。

【0035】

次いで制御装置３０はヘッド移動機構３１（主軸移動機構）を制御して、スピンドル主軸１１に取り付けられている加工ツール４２Ｐのカラー４１Ｐの加工刃側の縁部がツールホルダ当接部２１ｂに当接するまで主軸ヘッド１２を下降させる（矢印ｂ２）。これにより、加工ツール４２Ｐが工具４０の先端側から加工ツールホルダ２１Ｐに挿入される。この際、加工ツール４２Ｐが挿入された加工ツールホルダ２１Ｐに隣接する加工ツールホルダ２１は、保持する加工ツール４２の上面がスピンドル主軸１１（または、脱落防止取付け部１６、もしくは、ねじ１８）や主軸ヘッド１２の下面に押されて下方に移動する（矢印ｂ３）。すなわち、保持する加工ツール４２（工具４０）がスピンドル主軸１１と干渉する加工ツールホルダ２１は、保持する加工ツール４２がスピンドル主軸１１から遠ざかる方向（下方）に移動する。

【0036】

隣接する加工ツールホルダ２１が下方に移動することによって、隣接して保持されている加工ツール４２が空の加工ツールホルダ２１Ｐへの交換対象の加工ツール４２Ｐの回収動作の障害となることが回避される。このように、ツールマガジン２３には、スピンドル主軸１１や主軸ヘッド１２の下面と干渉する範囲にも、複数の加工ツール４２が収納されている。すなわち、本実施の形態のツールマガジン２３は、スピンドル主軸１１に取り付けられる工具４０（加工ツール４２）を密集して収納することができる。これによって、ツールマガジン２３が大幅に小型化、軽量化される。また、予め加工対象のワークに対応する加工ツール４２を搭載した予備のツールマガジン２３を用意し、工作機械１に装着されているツールマガジン２３と交換することで、加工対象の変更に伴う工作機械１の構成の変更を容易に行うことができる。

【0037】

図５において、次いで制御装置３０はツールシャンク移動機構１５を制御して、ツールシャンク１３を下降させてツール解放状態とする（矢印ｂ４）。すなわち、ツールシャンク１３のツール保持穴１３ａを広げて、加工ツール４２Ｐをツールシャンク１３のチャック部１３ｄから解放させる。

【0038】

図６において、次いで制御装置３０はヘッド移動機構３１（主軸移動機構）を制御して、スピンドル主軸１１に設けられた脱落防止部１９などがツールマガジン２３に保持されている加工ツール４２，４２Ｐと干渉しない高さまで主軸ヘッド１２を上昇させる（矢印ｃ１）。主軸ヘッド１２の上昇に伴い、下方に移動していた加工ツールホルダ２１は、ばね２４の付勢力によって上限位置まで上昇する（矢印ｃ２）。

【0039】

次に、図７～９を参照して、スピンドル主軸１１に加工ツール４２を取り付ける加工ツール取り付け動作（加工ツール取り付け工程）について説明する。加工ツール取り付け動作は、制御装置３０がヘッド移動機構３１、ツールシャンク移動機構１５、マガジン移動機構３２を制御することによって実現される。図７において、制御装置３０はマガジン移動機構３２を制御して、ツールマガジン２３が保持している複数の加工ツール４２のうち、取り付け対象の加工ツール４２Ｑをツール解放状態のスピンドル主軸１１の下方に移動させる（矢印ｄ１）。

【0040】

次いで制御装置３０はヘッド移動機構３１（主軸移動機構）を制御して、加工ツール４２Ｑがツールシャンク１３のツール保持穴１３ａに挿入され、加工ツール４２Ｑの上面がツール保持穴１３ａの天井部に当接するまで下降させる（矢印ｄ２）。この際、制御装置３０はヘッド移動機構３１を制御して、加工ツール４２Ｑを保持する加工ツールホルダ２１Ｑが上限位置から所定量だけ下降する位置に移動するまで押し下げる（矢印ｄ３）。これにより、ばね２４によって加工ツール４２Ｑを押し上げてツール保持穴１３ａの天井部に押し付ける付勢力Ｆが発生する。

【0041】

また、主軸ヘッド１２の下降に伴い、加工ツール４２Ｑを保持する加工ツールホルダ２１Ｑに隣接する加工ツールホルダ２１が保持している加工ツール４２が押し下げられる（矢印ｄ４）。これによって、隣接して保持されている加工ツール４２が加工ツール４２Ｑのスピンドル主軸１１への取り付け動作の障害となることが回避される。

【0042】

図８において、次いで制御装置３０はツールシャンク移動機構１５を制御して、ツールシャンク１３を上昇させてツール保持状態とする（矢印ｅ１）。すなわち、ツールシャンク１３のツール保持穴１３ａを縮めて、加工ツール４２Ｑをツールシャンク１３のチャック部１３ｄに保持させる。ツールシャンク移動機構１５がツールシャンク１３を上昇させる間、ばね２４の付勢力Ｆによって加工ツール４２Ｑがツール保持穴１３ａの天井部に押し付けられることで（矢印ｅ２）、加工ツール４２Ｑがツール保持穴１３ａに確実に保持される。すなわち、工具収納装置２０のツールマガジン２３は、ツールシャンク１３のチャック部１３ｄが加工ツール４２Ｑを保持する際に、加工ツール４２Ｑを下方からツール保持穴１３ａの天井部に向けて上方に押し付ける機能を有している。

【0043】

図９において、次いで制御装置３０はヘッド移動機構３１（主軸移動機構）を制御して、スピンドル主軸１１に取り付けられた加工ツール４２Ｑがツールマガジン２３に保持されている加工ツール４２と干渉しない高さまで主軸ヘッド１２を上昇させる（矢印ｆ１）。主軸ヘッド１２の上昇に伴い、下方に移動していた加工ツールホルダ２１は、ばね２４の付勢力によって上限位置まで上昇する（矢印ｆ２）。次いで制御装置３０はマガジン移動機構３２を制御して、ツールマガジン２３が主軸装置１０の加工作業に干渉しない位置まで退避させる（矢印ｆ３）。

【0044】

このように、ツールマガジン２３では、スピンドル主軸１１に加工ツール４２Ｑ（工具４０）が取り付けられる際に、複数の加工ツールホルダ２１のうち保持する加工ツール４２がスピンドル主軸１１と干渉する加工ツールホルダ２１は、保持する加工ツール４２がスピンドル主軸１１から遠ざかる方向（下方）に移動する（図７の矢印ｄ４）。また、ツールマガジン２３では、スピンドル主軸１１に加工ツール４２Ｑが取り付けられる際に、複数の加工ツールホルダ２１のうちスピンドル主軸１１に取り付けられる加工ツール４２Ｑを保持する加工ツールホルダ２１Ｑは、保持する加工ツール４２Ｑをツール保持穴１３ａに押し付ける（図８の矢印ｅ２）。

【0045】

これによって、ツールマガジン２３に複数の工具４０を密集して収納することが可能となり、また、ツールマガジン２３に収納している工具４０（加工ツール４２Ｑ）を、確実にスピンドル主軸１１に取り付けることができる。なお、上述したツールマガジン２３は、ばね２４の付勢力Ｆによって干渉する加工ツールホルダ２１をスピンドル主軸１１から遠ざかる方向に移動させ、スピンドル主軸１１に取り付ける工具４０をツール保持穴１３ａに押し付けているが、ツールマガジン２３はこの構成に限定されることはない。例えば、ツールマガジン２３は、制御装置３０で制御され、加工ツールホルダ２１を昇降させるシリンダを備え、シリンダによって加工ツールホルダ２１を昇降させる構成であってもよい。

【0046】

このように、工作機械１は、ツールマガジン２３の加工ツールホルダ２１が保持する加工ツール４２に近づく方向（下方）、および、遠ざかる方向（上方）にスピンドル主軸１１を往復移動させる主軸移動機構（ヘッド移動機構３１）を、備えている。そして、工作機械１は、主軸移動機構がスピンドル主軸１１を往復移動（上下動）させ、ツールシャンク移動機構１５がツールシャンク１３を往復移動させることで、ツールシャンク１３のチャック部１３ｄが保持する加工ツール４２を交換する。すなわち、本実施の形態の工作機械１は、ツールマガジン２３から加工ツール４２を取り出してチャック部１３ｄに取り付ける自動工具交換装置などの追加の装置を必要とせず、主軸装置１０のシンプルな交換動作のみで、工具４０（加工ツール４２）を自動で交換することができる。

【0047】

次に図１０～図１４を参照して、工作機械１の変形例について説明する。以下、工作機械１の変形例を単に「工作機械１Ａ」と称する。工作機械１Ａは、スピンドル主軸が回転する際に工具に高い負荷が加わっても、テーパ穴とツールシャンク、ツール保持穴と加工ツールが滑って空転しないように、キー溝やタングが形成されているところが工作機械１とは異なる。また、ツールシャンクがツールシャンク移動機構に直接接続されているところが工作機械１とは異なる。以下、工作機械１と同じ部分には同じ符号を付して、詳細な説明は省略する。

【0048】

図１０、図１１において、工作機械１Ａのスピンドル主軸１１Ａに形成されたテーパ穴１１Ａａに配置されるツールシャンク１３Ａの下部には、ツール保持穴１３Ａａと複数のスリ割り１３Ａｃが形成されている。また、ツールシャンク１３Ａの上部には、上方に突出する雄ねじ部１３Ａｅが形成されている。さらに、ツールシャンク１３Ａの外周面には、凹状のキー溝１３Ａｆが形成されている。この例では、ツールシャンク１３Ａには、対向する位置に２つのキー溝１３Ａｆが形成されている。なお、キー溝１３Ａｆの数は２つに限定されることはなく、１つでも、３つ以上でもよい。

【0049】

図１１において、スピンドル主軸１１Ａに配置されたツールシャンク移動機構１５Ａはクランプ機構を備えておらず、下部にツールシャンク１３Ａの雄ねじ部１３Ａｅに対応する雌ねじ部１５Ａｂが形成されている。また、スピンドル主軸１１Ａに形成されたテーパ穴１１Ａａのテーパ面には、テーパ面から突出し、テーパ穴１１Ａａに配置されたツールシャンク１３Ａのキー溝１３Ａｆに係合するキー溝係止部１１Ａｃが形成されている。

【0050】

ツールシャンク１３Ａをスピンドル主軸１１Ａに接続する際は、ツールシャンク移動機構１５Ａを下部がテーパ穴１１Ａａから突き出る程度に下降させ、キー溝係止部１１Ａｃがツールシャンク１３Ａに干渉しない状態でツールシャンク１３Ａの雄ねじ部１３Ａｅをツールシャンク移動機構１５Ａの雌ねじ部１５Ａｂにねじ合わせて取り付ける。そして、ツールシャンク１３Ａのキー溝１３Ａｆがテーパ穴１１Ａａのキー溝係止部１１Ａｃに係合するようにツールシャンク１３Ａの回転位置を合わせた状態で、ツールシャンク移動機構１５Ａを上昇させる。これによって、ツールシャンク１３Ａのキー溝１３Ａｆがテーパ穴１１Ａａのキー溝係止部１１Ａｃに係合する。

【0051】

このように、ツールシャンク１３Ａは、テーパ穴１１Ａａに配置されてツールシャンク移動機構１５Ａに接続され、テーパ穴１１Ａａの開口側に先端に加工刃を有する加工ツール４２Ａが取り付けられるツール保持穴１３Ａａとツール保持穴１３Ａａから外周面まで貫通する複数のスリ割り１３Ａｃが形成されたチャック部１３Ａｄを有する。そして、キー溝１３Ａｆをキー溝係止部１１Ａｃに係合させることで、スピンドル主軸１１Ａが回転する際にテーパ穴１１Ａａとツールシャンク１３Ａが滑って空転することが防止される。なお、キー溝係止部１１Ａｃはテーパ穴１１Ａａに形成する構成に限定されることはない。例えば、図３、図４に示す脱落防止部１９の脱落防止取付け部１６をキー溝係止部として兼用する構成であってもよい。

【0052】

図１１において、ツールシャンク１３Ａは雄ねじ部１３Ａｅと雌ねじ部１５Ａｂによってツールシャンク移動機構１５Ａに固定されるため、使用状態でツールシャンク１３Ａがテーパ穴１１Ａａから外れることがない。そのため、スピンドル主軸１１Ａには工作機械１のスピンドル主軸１１が備える脱落防止部は配置されていない。なお、ツールシャンク１３Ａをツールシャンク移動機構１５Ａに固定する方法はねじ止めに限定されることはなく、例えば、ピンによって固定するようにしてもよい。

【0053】

図１２において、ツール保持穴１３Ａａに取り付けられる加工ツール４２Ａは、先端に加工刃を有する工具４０と、工具４０の基部側に外嵌された外嵌部材であるカラー４１Ａを備えている。カラー４１Ａ（外嵌部材）のツール保持穴１３Ａａに挿入される側（加工刃の先端とは反対側）の端部には、ツール保持穴１３Ａａの奥側に突出するタング４１Ａａが形成されている。すなわち、加工ツール４２Ａのツール保持穴１３Ａａに挿入される側の端部には、ツール保持穴１３Ａａ側に突出するタング４１Ａａが形成されている。この例では、加工ツール４２Ａには、対向する位置に２つのタング４１Ａａが形成されている。なお、タング４１Ａａの数は２つに限定されることはなく、１つでも、３つ以上でもよい。

【0054】

図１１において、ツールシャンク１３Ａのツール保持穴１３Ａａの奥面（天井面）には、加工ツール４２Ａのタング４１Ａａが係合するタング挿入穴１３Ａｇが形成されている。加工ツール４２Ａは、タング４１Ａａがタング挿入穴１３Ａｇに係合するようにツール保持穴１３Ａａに取り付けられる（図１４参照）。これによって、スピンドル主軸１１Ａが回転する際に、ツール保持穴１３Ａａと加工ツール４２Ａが滑って空転することが防止される。

【0055】

図１２において、加工ツール４２Ａのカラー４１Ａ（外巻部）の加工刃側の縁部には、カラー４１Ａの一部が切り欠かれた切り欠き部４１Ａｂが形成されている。この例では、加工ツール４２Ａには、対向する位置に２つの切り欠き部４１Ａｂが形成されている。なお、切り欠き部４１Ａｂの数は２つに限定されることはなく、１つでも、３つ以上でもよい。

【0056】

図１３、図１４において、ツールマガジン２３Ａが有する複数の加工ツールホルダ２１Ａは、保持する加工ツール４２Ａの加工刃側の縁部が当接する当接部２１Ａｂをそれぞれ有している。そして、当接部２１Ａｂには、外側に突出して加工ツール４２Ａの切り欠き部４１Ａｂが係合する位置決め部２１Ａｃが形成されている。

【0057】

図１４において、複数の加工ツールホルダ２１Ａは、位置決め部２１Ａｃの位置が揃うようにツールマガジン２３Ａのマガジン本体２２に取り付けられ、ばね２４によって上方に付勢されている。位置決め部２１Ａｃの位置を揃えることにより、加工ツールホルダ２１Ａが保持する全ての加工ツール４２Ａは、タング４１Ａａの位置が一致する。制御装置３０は、スピンドル主軸１１Ａを停止させる際、ツール保持穴１３Ａａのタング挿入穴１３Ａｇがツールマガジン２３Ａに保持される加工ツール４２Ａのタング４１Ａａの位置と一致するように回転位置を合わせて停止させる。これによって、加工ツール取り外し動作、および、加工ツール取り付けし動作において、加工ツール４２Ａのタング４１Ａａがツール保持穴１３Ａａのタング挿入穴１３Ａｇに係合し、加工ツール４２Ａの切り欠き部４１Ａｂが加工ツールホルダ２１Ａの位置決め部２１Ａｃに係合するように、加工ツール４２Ａの取り外し、取り付けを自動で実行することができる。

【0058】

次に図１５を参照して、工作機械１の他の変形例について説明する。以下、工作機械１の他の変形例を単に「工作機械１Ｂ」と称する。工作機械１Ｂは、ツール保持穴１３Ｂａに装着されている加工ツール４２Ａをツール保持穴１３Ｂａから押し出す押し出し機構５１を備えているところが工作機械１、工作機械１Ａとは異なる。以下、工作機械１、工作機械１Ａと同じ部分には同じ符号を付して、詳細な説明は省略する。

【0059】

図１５（ａ）において、ツールシャンク１３Ｂには、テーパ穴１１Ａａに挿入される側（上側）にツール保持穴１３Ｂａまで貫通する貫通孔１３Ｂｈが形成されている。スピンドル主軸１１Ａには、ツールシャンク移動機構１５Ｂを貫通し、ツールシャンク１３Ｂの貫通孔１３Ｂｈに挿入される押し出し部材５０を有し、押し出し部材５０を上下に移動させる押し出し機構５１が配置されている。押し出し機構５１は、制御装置３０によって制御される。

【0060】

次に、図１５（ｂ）を参照して、工作機械１Ｂが押し出し機構５１によって加工ツール４２Ａを押し出す工程について説明する。ツールシャンク１３Ｂが加工ツール４２Ａを保持している状態（図１５（ａ））から加工ツール４２Ａを取り出す際は、まず、制御装置３０はツールシャンク移動機構１５Ｂを下降させ（矢印ｇ１）、接続されているツールシャンク１３Ｂを下降させる。これにより、ツールシャンク１３Ｂのツール保持穴１３Ｂａが広がる。次いで制御装置３０は、押し出し機構５１を制御して、押し出し部材５０を下降させる（矢印ｇ２）。これにより、加工ツール４２Ａが押し出し部材５０によって押されてツール保持穴１３Ｂａから押し出される。

【0061】

このように、押し出し機構５１は、ツールシャンク移動機構１５Ｂに接続されたツールシャンク１３Ｂの貫通孔１３Ｂｈに挿入される押し出し部材５０をツール保持穴１３Ｂａの中まで移動させて、ツール保持穴１３Ｂａに装着された加工ツール４２Ａをツール保持穴１３Ｂａから押し出す。加工ツール４２Ａは、加工時に発生する摩擦熱によって膨張し、ツール保持穴１３Ｂａから抜けづらくなることがある。本実施の形態の工作機械１Ｂでは、押し出し部材５０が加工ツール４２Ａを押し出すことで、確実にツール保持穴１３Ｂａから加工ツール４２Ａを取り出すことができる。

【0062】

次に図１６を参照して、工作機械１の他の変形例について説明する。以下、工作機械１の他の変形例を単に「工作機械１Ｃ」と称する。工作機械１Ｃは、工具収納装置２０Ｃがツールマガジン２３の加工ツールホルダ２１に挿入された加工ツール４２を把持する把持機構５２を備えているところが、工作機械１とは異なる。以下、工作機械１と同じ部分には同じ符号を付して、詳細な説明は省略する。

【0063】

図１６（ａ）において、工具収納装置２０Ｃは、ツールマガジン２３が備える複数の加工ツールホルダ２１の上部に、一対の把持部材５３をそれぞれ備えている。一対の把持部材５３は、制御装置３０によって制御される把持機構５２によって水平方向に開閉移動する。加工ツールホルダ２１に加工ツール４２が挿入されている状態で、把持部材５３が加工ツール４２に向かう閉方向に移動すると、加工ツール４２は一対の把持部材５３によって保持される。一対の把持部材５３が加工ツール４２を保持している状態で、把持部材５３が加工ツール４２から離れる開方向に移動すると、加工ツール４２は一対の把持部材５３から解放される。把持機構５２は、工具収納装置２０Ｃのマガジン移動機構３２に配置する構成であっても、ツールマガジン２３に配置する構成であってもよい。

【0064】

次に、図１６（ａ）、図１６（ｂ）を参照して、工作機械１Ｃがスピンドル主軸１１に取り付けられた加工ツール４２をツールマガジン２３の加工ツールホルダ２１に保持させる工程について説明する。図１６（ａ）において、まず、制御装置３０はスピンドル主軸１１を下降させて（矢印ｈ１）、ツールシャンク１３のツール保持穴１３ａに保持されている加工ツール４２をツールマガジン２３の加工ツールホルダ２１に挿入させる。次いで制御装置３０は把持機構５２を制御し、把持部材５３を閉方向に移動させて（矢印ｈ２）、一対の把持部材５３で加工ツール４２を保持させる。

【0065】

図１６（ｂ）において、次いで制御装置３０は、ツールシャンク移動機構１５を下降させて（矢印ｈ３）、接続されているツールシャンク１３を下降させる。これにより、ツールシャンク１３のツール保持穴１３ａが広がる。次いで制御装置３０は、スピンドル主軸１１を上昇させる（矢印ｈ４）。これにより、加工ツール４２がツール保持穴１３ａから取り外されて、ツールマガジン２３の加工ツールホルダ２１に保持される。加工ツール４２は、加工時に発生する摩擦熱によって膨張し、ツール保持穴１３ａから抜けづらくなることがある。本実施の形態の工作機械１Ｃでは、把持機構５２が加工ツール４２を把持することで、確実に加工ツール４２をツール保持穴１３ａから取り出すことができる。

【0066】

上記説明したように、本実施の形態の工作機械１は、回転軸ＣＬを軸として回転し、開口１１ｂに向かって広がるテーパ穴１１ａが形成され、テーパ穴１１ａの開口１１ｂとは反対側にクランプ機構１５ａが設けられたスピンドル主軸１１と、テーパ穴１１ａに挿入され、挿入される側にプルスタッド１４を有し、反対側に先端に加工刃を有する加工ツール４２（工具４０）が取り付けられるツール保持穴１３ａとツール保持穴１３ａから外周面まで貫通する複数のスリ割り１３ｃが形成されたチャック部１３ｄを有するツールシャンク１３と、を備えている。そして、クランプ機構１５ａが、テーパ穴１１ａに挿入されたツールシャンク１３のプルスタッド１４を保持し、保持するプルスタッド１４を引いてツールシャンク１３をテーパ穴１１ａの奥に移動させてツール保持穴１３ａの径を縮めることによって加工ツール４２を保持する。これによって、工作機械１は、複数の工具４０を交換自在に装着させることができる。

【0067】

また、本実施の形態のツールシャンク１３は、工作機械１のスピンドル主軸１１に形成されたテーパ穴１１ａに装着されるツールシャンク１３であって、テーパ穴１１ａに挿入される側にプルスタッド１４を有し、反対側に先端に加工刃を有する加工ツール４２（工具４０）が取り付けられるツール保持穴１３ａとツール保持穴１３ａから外周面まで貫通する複数のスリ割り１３ｃが形成されたチャック部１３ｄを有し、テーパ穴１１ａの奥に移動することでツール保持穴１３ａの径が縮まる。これによって、ツールシャンク１３は、複数の工具４０を交換自在に保持することができる。

【0068】

また、本実施の形態のツールマガジン２３は、工作機械１のスピンドル主軸１１が有するツール保持穴１３ａに取り付けられる先端に加工刃を有する複数の加工ツール４２（工具４０）を保持するツールマガジン２３であって、マガジン本体２２と、工具４０が保持され、マガジン本体２２に対して没突可能に設けられた複数の加工ツールホルダ２１と、を有している。そして、ツールマガジン２３は、スピンドル主軸１１に工具４０が取り付けられる際に、複数の加工ツールホルダ２１のうち保持する工具４０が主軸ヘッドと干渉する加工ツールホルダ２１は、保持する工具４０がスピンドル主軸１１から遠ざかる方向に移動する。これによって、加工ツール取り付け動作の障害となることなく、小型軽量なツールマガジン２３に複数の工具４０を密集して収納することができる。

【0069】

また、本実施の形態の加工ツール４２Ａは、工作機械１Ａのスピンドル主軸１１Ａに形成されたテーパ穴１１Ａａに装着されたツールシャンク１３Ａのツール保持穴１３Ａａであって、奥面にタング挿入穴１３Ａｇが形成されたツール保持穴１３Ａａに取り付けられる加工ツール４２Ａであって、先端に加工刃を有し、先端とは反対側には、タング挿入穴１３Ａｇに係合するタング４１Ａａが形成されている。これによって、スピンドル主軸１１Ａが回転する際に、工具４０に高い負荷が加わってもツール保持穴１３Ａａと加工ツール４２Ａが滑って空転することが防止される。

【0070】

なお、上記ではスピンドル主軸１１，１１Ａの回転軸ＣＬの方向が上下方向（Ｚ軸方向）の工作機械１，１Ａを例に説明したが、工作機械１，１Ａのスピンドル主軸１１，１１Ａの回転軸ＣＬの方向は上下方向に限定されることはない。例えば、工作機械１，１Ａは、スピンドル主軸１１，１１Ａの回転軸ＣＬの方向が水平方向であってもよい。その場合、ツールマガジン２３，２３Ａは複数の工具４０（加工ツール４２，４２Ａ）を回転軸ＣＬの方向に沿う水平方向に出し入れ可能に保持する。

【産業上の利用可能性】

【0071】

ツールマガジンに密集して収納可能な複数の工具を交換して使用することができる工作機械、工具を着脱可能に保持するツールシャンク、複数の工具を密集して収容することができるツールマガジンならびに工具を備える加工ツールを提供する。

【符号の説明】

【0072】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 工作機械
１１、１１Ａ スピンドル主軸
１１ａ、１１Ａａ テーパ穴
１１ｂ 開口
１１Ａｃ キー溝係止部
１３、１３Ａ、１３Ｂ ツールシャンク
１３ａ、１３Ａａ、１３Ｂａ ツール保持穴
１３ｃ、１３Ａｃ スリ割り
１３ｄ、１３Ａｄ チャック部
１３Ａｆ キー溝
１３Ａｇ タング挿入穴
１３Ｂｈ 貫通孔
１４ プルスタッド
１５、１５Ａ、１５Ｂ ツールシャンク移動機構
１５ａ クランプ機構
１７ａ 開口部
１９ 脱落防止部
２１、２１Ａ、２１Ｐ、２１Ｑ 加工ツールホルダ
２１Ａｂ 加工ツール当接部（当接部）
２１Ａｃ 位置決め部
２２ マガジン本体
２３、２３Ａ ツールマガジン
４０ 工具
４１、４１Ａ、４１Ｐ カラー（外嵌部材、外巻部）
４１Ａａ タング
４１Ａｂ 切り欠き部
４２、４２Ａ、４２Ｐ、４２Ｑ 加工ツール
５１ 押し出し機構
５２ 把持機構
ＣＬ 回転軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】