特許 7708995 工作機械

(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】

(24)【登録日】2025-07-07

(45)【発行日】2025-07-15

(54)【発明の名称】工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23Q 3/155 20060101AFI20250708BHJP

   B23Q 11/08 20060101ALI20250708BHJP

【ＦＩ】

B23Q3/155 G

B23Q11/08 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2025521073

(86)(22)【出願日】2025-02-04

(86)【国際出願番号】 JP2025003586

【審査請求日】2025-04-11

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【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】110003683

【氏名又は名称】弁理士法人桐朋

(72)【発明者】

【氏名】岩立 龍

【審査官】亀田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－３０５６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２４－５９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２７１１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１２８８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２５６５２７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｑ ３／１５５ － ３／１５７

Ｂ２３Ｑ １１／００ － １１／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

工具を着脱可能に保持する主軸と、
前記主軸を保持し、上下方向に移動可能な主軸頭と、
前記主軸頭の前方に設けられ、複数の前記工具を保持可能であると共に、前記主軸に保持される前記工具を交換する自動工具交換装置と、
前記主軸頭と前記自動工具交換装置との隙間を上方から覆う保護部材と、
を備え、
前記保護部材の上面は、前記上下方向と前後方向とに直交する方向に傾斜する傾斜面を有する、工作機械。

【請求項2】

請求項１に記載の工作機械において、
前記保護部材は、前記自動工具交換装置に固定される、工作機械。

【請求項3】

請求項１に記載の工作機械において、
複数の前記保護部材を備え、
複数の前記保護部材の各々は、前記自動工具交換装置、又は、前記自動工具交換装置を支持する支持構造体に固定される、工作機械。

【請求項4】

請求項１に記載の工作機械において、
前記自動工具交換装置を覆う保護カバーをさらに備え、
前記保護カバーのうち、前記主軸頭と向かい合う部分には、凹部又は段差部が形成され、
前記保護部材は、前記凹部又は前記段差部の内側に位置する、工作機械。

【請求項5】

請求項１又は４に記載の工作機械において、
前記保護部材は、前記自動工具交換装置を支持する支持構造体に固定される、工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０１５－１２８８１１号公報には、タレット機構部への切粉及び切削液の侵入を防ぐカバーを有する工具交換装置が開示されている。

【発明の概要】

【0003】

異物の侵入を防止し得る工作機械が待望されている。

【0004】

本開示の態様は、工作機械であって、工具を着脱可能に保持する主軸と、前記主軸を保持し、上下方向に移動可能な主軸頭と、前記主軸頭の前方に設けられ、複数の前記工具を保持可能であると共に、前記主軸に保持される前記工具を交換する自動工具交換装置と、前記主軸頭と前記自動工具交換装置との隙間を上方から覆う保護部材と、を備え、前記保護部材の上面は、前記上下方向と前後方向とに直交する方向に傾斜する傾斜面を有する。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】図１は、一実施形態に係る工作機械の斜視図である。

【図2】図２は、工作機械の平面図である。

【図3】図３は、工作機械の部分側面図である。

【図4】図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線に沿った部分断面図である。

【図5】図５は、工作機械の部分斜視図である。

【図6】図６は、第１変形例に係る工作機械の部分断面図である。

【図7】図７は、第１変形例に係る工作機械の部分斜視図である。

【図8】図８は、第２変形例に係る工作機械の部分断面図である。

【図9】図９は、第３変形例に係る工作機械の部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

工作機械において、加工対象物の加工時に、加工室内で切粉と切削液（クーラント）とが飛散すると、飛散した切粉及び切削液が自動工具交換装置と主軸頭との隙間（空間）に異物として侵入する。当該隙間に異物が侵入すると、工具の交換動作を含む工作機械の動作に影響を及ぼす可能性がある。具体的には、切粉が工具に付着した状態で主軸が工具を保持するとき、主軸と工具との間に切粉が噛み込まれる可能性がある。

【0007】

本開示は、自動工具交換装置と主軸頭との隙間への異物の侵入を容易に防止し得る工作機械を提供し得る。

【0008】

図１は、一実施形態に係る工作機械１０の斜視図である。図２は、工作機械１０の平面図である。図３は、工作機械１０の部分側面図である。図１に示すように、工作機械１０は、主軸１２（図３参照）と、主軸頭１４と、台座１６と、コラム１８と、テーブル２０と、複数のテレスコピックカバー２２ｘ、２２ｙと、一対の支持部材２４と、支持構造体２６と、自動工具交換装置２８と、保護カバー３０と、保護部材３２と、スプラッシュガード３４とを備える。

【0009】

以下の説明では、上下方向をＺ方向と呼称する。上方向を＋Ｚ方向と呼称すると共に、下方向を－Ｚ方向と呼称する。上下方向に直交する方向のうち、自動工具交換装置２８から主軸頭１４に向かう方向を＋Ｙ方向（後方向）と呼称する。上下方向に直交する方向のうち、主軸頭１４から自動工具交換装置２８に向かう方向を－Ｙ方向（前方向）と呼称する。＋Ｙ方向と－Ｙ方向とを合わせてＹ方向（前後方向）と呼称する。Ｚ方向及びＹ方向に直交する方向をＸ方向と呼称する。前方から工作機械１０を＋Ｙ方向に視たときの右方向を＋Ｘ方向と呼称する。前方から工作機械１０を＋Ｙ方向に視たときの左方向を－Ｘ方向と呼称する。

【0010】

図３に示すように、工作機械１０は、主軸１２に取り付けられた工具３６により、不図示の加工対象物（ワーク）を加工する。工具３６としては、例えば、ドリル、フライス、タップ、リーマ、バイト等が挙げられる。工作機械１０は、例えば、マシニングセンタである。

【0011】

主軸１２は、Ｚ方向に延びている。主軸１２の下端部は、主軸１２の先端部である。主軸１２は、工具３６を着脱可能に保持する。具体的には、工具３６は、工具ホルダ３８に保持される。工具３６は、工具ホルダ３８を介して、主軸１２に取り外し可能に取り付けられる。工具３６は、主軸１２の先端部に設けられた装着穴４０に工具ホルダ３８が挿入されることで、主軸１２に取り付けられる。

【0012】

主軸頭１４は、Ｚ方向に平行な回転軸（Ｚ軸）を中心に主軸１２を回転可能に支持する。具体的には、主軸頭１４の上部には、主軸回転用モータ４２が設けられている。主軸回転用モータ４２が駆動することで、主軸１２は、Ｚ軸を中心に回転する。従って、工具３６が主軸１２に保持されているとき、工具３６は、主軸１２と一緒に回転する。なお、主軸回転用モータ４２は、例えば、スピンドルモータである。

【0013】

図１に示すように、コラム１８は、台座１６から＋Ｚ方向に延びている。主軸頭１４は、コラム１８の前方（－Ｙ方向側）に位置する。主軸頭１４は、Ｚ方向に移動可能にコラム１８に取り付けられている。コラム１８は、主軸頭１４のＺ方向への移動を案内する。具体的には、コラム１８には、主軸移動用モータ４４が設けられている。主軸移動用モータ４４が駆動することで、主軸頭１４は、コラム１８に沿ってＺ方向に移動する。主軸移動用モータ４４は、例えば、サーボモータである。

【0014】

テーブル２０は、台座１６に支持されている。テーブル２０は、主軸頭１４と台座１６との間に位置する。テーブル２０は、加工対象物を支持する。テーブル２０は、不図示のＸ軸用の移動機構によってＸ方向に移動可能であると共に、不図示のＹ軸用の移動機構によってＹ方向に移動可能である。主軸頭１４のＺ方向への移動と、テーブル２０のＸ方向及びＹ方向への移動とによって、工作機械１０は、加工対象物を３次元に加工することができる。

【0015】

複数のテレスコピックカバー２２ｘ、２２ｙは、工作機械１０による加工対象物の加工時に発生した切粉及び切削液から、Ｘ軸用の移動機構とＹ軸用の移動機構とを保護する。具体的には、一方のテレスコピックカバー２２ｙは、テーブル２０のＹ方向への移動に応じてＹ方向に伸縮することで、Ｙ軸用の移動機構を覆い隠す。他方のテレスコピックカバー２２ｘは、テーブル２０のＸ方向への移動に応じて伸縮することで、Ｘ軸用の移動機構を覆い隠す。

【0016】

工作機械１０のうち、台座１６の上面よりも＋Ｚ方向に位置する構成要素は、スプラッシュガード３４で囲われている。スプラッシュガード３４で囲われた空間は、工作機械１０の加工室４６である。複数のテレスコピックカバー２２ｘ、２２ｙの端部は、スプラッシュガード３４における４つの側面カバーのうち、いずれか１つの側面カバーに当接する。

【0017】

図２に示すように、コラム１８には、一対の支持部材２４がＸ方向に間隔を空けて設けられている。図１に示すように、一対の支持部材２４は、コラム１８から－Ｙ方向に沿って延びている。図２に示すように、支持部材２４の先端部は、主軸頭１４よりも前方に位置する。支持部材２４の先端部には、支持構造体２６が取り付けられている。

【0018】

支持構造体２６は、主軸頭１４の前方で、Ｘ方向に沿って延びている。支持構造体２６の一端部は、＋Ｘ方向側の支持部材２４の先端部に連結されている。支持構造体２６の他端部は、－Ｘ方向側の支持部材２４の先端部に連結されている。支持構造体２６の両端部には、アーム４８が下方に延びている（図４参照）。アーム４８には、Ｘ方向に延びる揺動軸部５０が貫通している。

【0019】

図１に示すように、自動工具交換装置２８は、主軸頭１４の前方に位置する。図３に示すように、自動工具交換装置２８は、主軸頭１４及び支持構造体２６に対して、Ｙ方向に向かい合っている。自動工具交換装置２８は、主軸１２に取り付けられる工具３６を自動で交換する。

【0020】

自動工具交換装置２８は、旋回式のタレット（マガジン）５２とタレット旋回駆動部５４とを有する。タレット旋回駆動部５４は、サーボモータ等の旋回用モータである。タレット旋回駆動部５４が駆動することで、タレット５２は、該タレット５２の中心軸回りに回転（旋回）する。

【0021】

図２及び図４に示すように、タレット旋回駆動部５４には、一対のアーム５６がＸ方向に間隔を空けて設けられている。一対のアーム５６は、支持構造体２６の一対のアーム４８に向かって延びている。図４に示すように、アーム５６は、揺動軸部５０に軸支されている。そのため、自動工具交換装置２８は、アーム５６と揺動軸部５０とを介して支持構造体２６に支持されている。自動工具交換装置２８は、揺動軸部５０回りに揺動可能である。

【0022】

図２に示すように、タレット５２は、周方向に沿って設けられた複数のグリップ５８を有する。グリップ５８は、工具ホルダ３８を介して工具３６を取り外し可能に保持する。

【0023】

図３に示すように、自動工具交換装置２８は、保護カバー３０で覆われている。具体的には、保護カバー３０は、前面カバー３０ｆと背面カバー３０ｒとを有する。

【0024】

前面カバー３０ｆは、自動工具交換装置２８を前方から覆う。前面カバー３０ｆは、タレット５２が旋回するとき、当該タレット５２と一緒に回転する。前面カバー３０ｆには、周方向に沿って複数の切欠６０が形成されている。切欠６０の数は、グリップ５８の数と同じである。周方向において、複数の切欠６０の間隔は、複数のグリップ５８の間隔と同じである。

【0025】

背面カバー３０ｒは、自動工具交換装置２８を後方から覆うと共に、タレット旋回駆動部５４に連結されている。そのため、タレット５２が旋回するとき、背面カバー３０ｒは回転しない。背面カバー３０ｒは、主軸頭１４及び支持構造体２６と向かい合っている。

【0026】

図４に示すように、背面カバー３０ｒの径方向の内側には、凹部６２が形成されている。凹部６２は、前方に凹んでいる。タレット旋回駆動部５４の一部は、背面カバー３０ｒの凹部６２から後方に突出している。なお、背面カバー３０ｒには、凹部６２に代えて、段差部６４が形成されてもよい。

【0027】

図３に示すように、前面カバー３０ｆがタレット５２を前方から覆うと共に、背面カバー３０ｒがタレット５２を後方から覆ったとき、複数の切欠６０と背面カバー３０ｒの縁部とによって、複数の孔６６が形成される。グリップ５８は、孔６６を介して、外部に露出する。工具３６は、孔６６を介して、グリップ５８に着脱可能である。

【0028】

図４に示すように、保護部材３２は、主軸頭１４と自動工具交換装置２８との隙間６８を上方から覆う。具体的には、保護部材３２は、板状の部材である。保護部材３２は、背面カバー３０ｒと、主軸頭１４の前方に位置する支持構造体２６との間の空間を上方から覆う。保護部材３２は、自動工具交換装置２８が揺動軸部５０回りに揺動しても、主軸頭１４及び支持構造体２６と干渉しないように、主軸頭１４と自動工具交換装置２８との隙間６８を上方から覆っている。

【0029】

工作機械１０において、加工対象物の加工時に、切粉及び切削液が飛散する。図５で白抜きの矢印に示すように、飛散した切粉及び切削液は、上方から落下する。本実施形態では、主軸頭１４と自動工具交換装置２８との隙間６８が保護部材３２によって上方から覆われているので、落下した切粉及び切削液が異物として当該隙間６８に侵入することを防ぐことができる。

【0030】

図５に示すように、保護部材３２の上面３２ａは、Ｘ方向に対して斜め下方向に傾斜する傾斜面３２ｂである。具体的には、保護部材３２の上面３２ａのうち、＋Ｘ方向側の部分は、＋Ｘ方向に行くほど、斜め下方向に傾斜している。保護部材３２の上面３２ａのうち、－Ｘ方向側の部分は、－Ｘ方向に行くほど、斜め下方向に傾斜している。

【0031】

これにより、上方から保護部材３２の上面３２ａに落下した異物は、実線の矢印で示すように、傾斜面３２ｂに沿って移動する。移動した異物は、平面視で、主軸頭１４と自動工具交換装置２８との隙間６８の外側の空間に排出される。この結果、保護部材３２の上面３２ａに異物が堆積することを防ぐことができる。また、保護部材３２の前方に位置する自動工具交換装置２８と、保護部材３２の後方に位置する主軸頭１４及び支持構造体２６とに向かって異物が移動することを阻止することができる。

【0032】

図４に示すように、保護部材３２は、自動工具交換装置２８に固定されている。具体的には、保護部材３２には、背面カバー３０ｒに沿って延びる固定アーム７０が設けられている。固定アーム７０を背面カバー３０ｒに固定することで、保護部材３２が自動工具交換装置２８に固定される。これにより、自動工具交換装置２８と主軸頭１４との隙間６８の上方に保護部材３２を容易に配置することができる。なお、固定アーム７０は、ネジ等によって、背面カバー３０ｒに固定される。

【0033】

図６は、第１変形例に係る工作機械１０Ａの部分断面図である。図７は、第１変形例に係る工作機械１０Ａの部分斜視図である。第１変形例に係る工作機械１０Ａにおいて、本実施形態に係る工作機械１０（図１～図５参照）と同じ構成要素については、同じ参照符号を付けて、詳細な説明を省略する。

【0034】

第１変形例では、保護部材３２は、支持構造体２６に固定されている。保護部材３２は、例えば、ネジ等によって支持構造体２６に固定される。Ｘ方向における保護部材３２の両端部には、一対のアーム４８との干渉を避けるための切欠７２が形成されている。保護部材３２は、自動工具交換装置２８が揺動軸部５０回りに揺動しても、自動工具交換装置２８と干渉しないように、主軸頭１４と自動工具交換装置２８との隙間６８を上方から覆っている。第１変形例でも、保護部材３２を支持構造体２６に固定することで、自動工具交換装置２８と主軸頭１４との隙間６８の上方に保護部材３２を容易に配置することができる。

【0035】

図８は、第２変形例に係る工作機械１０Ｂの部分断面図である。図８では、工作機械１０Ｂの－Ｘ方向側の部分を破断して図示している。第２変形例では、工作機械１０Ｂに複数の保護部材３２ｄ、３２ｕが備わる。具体的には、自動工具交換装置２８と主軸頭１４との隙間６８の上方において、２つの保護部材３２ｄ、３２ｕがＺ方向に間隔を空けて位置している。上側の保護部材３２ｕは、背面カバー３０ｒに固定されている。上側の保護部材３２ｕは、背面カバー３０ｒの上側部分と支持構造体２６との間に位置する。下側の保護部材３２ｄは、支持構造体２６に固定されている。下側の保護部材３２ｄは、背面カバー３０ｒの凹部６２又は段差部６４の上側部分と支持構造体２６との間の部分空間に位置する。なお、平面視で、上側の保護部材３２ｕと下側の保護部材３２ｄとは、互いに重なり合っていることが望ましい。

【0036】

第２変形例では、自動工具交換装置２８と主軸頭１４との隙間６８の上方において、複数の保護部材３２ｄ、３２ｕがＺ方向に間隔を空けて配置されているので、当該隙間６８への異物の侵入を効果的に阻止することができる。

【0037】

図９は、第３変形例に係る工作機械１０Ｃの部分断面図である。第３変形例では、保護部材３２は、支持構造体２６に固定されている。保護部材３２は、背面カバー３０ｒの凹部６２又は段差部６４と支持構造体２６との間の部分空間に位置する。そのため、保護部材３２の少なくとも一部は、凹部６２又は段差部６４の内側に位置している。第３変形例では、保護部材３２と自動工具交換装置２８とが干渉することなく、自動工具交換装置２８と主軸頭１４との隙間６８を上方から覆うことができる。

【0038】

上記実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

【0039】

（付記１）
本開示の工作機械（１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）は、工具（３６）を着脱可能に保持する主軸（１２）と、前記主軸を保持し、上下方向（Ｚ）に移動可能な主軸頭（１４）と、前記主軸頭の前方に設けられ、複数の前記工具を保持可能であると共に、前記主軸に保持される前記工具を交換する自動工具交換装置（２８）と、前記主軸頭と前記自動工具交換装置との隙間（６８）を上方から覆う保護部材（３２、３２ｄ、３２ｕ）と、を備え、前記保護部材の上面（３２ａ）は、前記上下方向と前後方向（Ｙ）とに直交する方向（Ｘ）に傾斜する傾斜面（３２ｂ）を有する。

【0040】

（付記２）
付記１に記載の工作機械において、前記保護部材は、前記自動工具交換装置に固定されてもよい。

【0041】

（付記３）
付記１に記載の工作機械において、複数の前記保護部材を備え、複数の前記保護部材の各々は、前記自動工具交換装置、又は、前記自動工具交換装置を支持する支持構造体（２６）に固定されてもよい。

【0042】

（付記４）
付記１に記載の工作機械において、前記自動工具交換装置を覆う保護カバー（３０）をさらに備え、前記保護カバーのうち、前記主軸頭と向かい合う部分（３０ｒ）には、凹部（６２）又は段差部（６４）が形成され、前記保護部材は、前記凹部又は前記段差部の内側に位置してもよい。

【0043】

（付記５）
付記１又は４に記載の工作機械において、前記保護部材は、前記自動工具交換装置を支持する支持構造体に固定されてもよい。

【0044】

本開示について詳述したが、本開示は上述した個々の実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、又は、請求の範囲に記載された内容とその均等物から導き出される本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、置き換え、変更、部分的削除等が可能である。また、これらの実施形態は、組み合わせて実施することもできる。例えば、上述した実施形態において、各動作の順序や各処理の順序は、一例として示したものであり、これらに限定されるものではない。また、上述した実施形態の説明に数値又は数式が用いられている場合も同様である。

【符号の説明】

【0045】

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…工作機械
１２…主軸
１４…主軸頭
２６…支持構造体
２８…自動工具交換装置
３０…保護カバー
３０ｒ…背面カバー
３２、３２ｄ、３２ｕ…保護部材
３２ａ…上面
３２ｂ…傾斜面
３６…工具
６２…凹部
６４…段差部
６８…隙間

【要約】

工作機械は、主軸と、上下方向に移動可能な主軸頭と、主軸頭の前方に設けられ、主軸に保持される工具を交換する自動工具交換装置と、主軸頭と自動工具交換装置との隙間を上方から覆う保護部材と、を備え、保護部材の上面は、上下方向と前後方向とに直交する方向に傾斜する傾斜面を有する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】