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発明の名称 工作機械
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−34472
公開日 平成10年(1998)2月10日
出願番号 特願平9−97918
出願日 平成9年(1997)4月2日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】田辺 徹
発明者 ルドルフ ハニンガー / ハンス ヘニング ウィンクラー
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 工具ホルダ(19)用受容部(17)を備えて主軸軸線(12)の周りを回転する主軸(11)と、この主軸(11)の周囲に配設される若干数の工具交換器(24)とを含み、各工具交換器がその掴み腕(25)で工具ホルダ(19)を担持しており、この工具ホルダが、それを担持する掴み腕(25)によって、受容部(17)の上方の主軸(11)から離間したマガジン位置と受容部(17)付近の動作位置との間を移動可能となった工作機械において、工具ホルダ(19)が、それらのマガジン位置のときそれらの長手軸線(20)を主軸軸線(12)に対して傾けて配置されて、主軸(11)から斜め下方を向くことを特徴とする、工作機械。
【請求項2】 工具ホルダ(19)の長手軸線(20)が、マガジン位置のとき主軸軸線(12)に対して30°〜60°の角度(22)を成すことを特徴とする、請求項1記載の工作機械。
【請求項3】 前記角度(22)が約45°であることを特徴とする、請求項2記載の工作機械。
【請求項4】 各掴み腕(25)が、1辺が他の辺とは異なる長さを有する不等辺四角形である四棒リンク機構の一部であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項記載の工作機械。
【請求項5】 四棒リンク機構の各2つの相対向する辺が異なる長さを有することを特徴とする、請求項4記載の工作機械。
【請求項6】 工具ホルダ(19)が、それらのマガジン位置のとき少なくとも部分的に空洞(21)に嵌合していることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項記載の工作機械。
【請求項7】 主軸軸線(12)の方向で摺動可能なスリーブ(15)に工具交換器(24)が取付けられており、掴み腕(25)がそれぞれ2本の棒(27、28)を介して関節式にスリーブ(15)に結合されており、各掴み腕(25)がそれぞれ第1軸(31)を介して第1棒(27)に、又第2軸(32)を介して第2棒(28)に結合されており、両方の棒(27、28)が第3若しくは第4軸(33、34)を介して関節式にスリーブ(15)に結合されており、これら4本の軸(31、32、33、34)が四棒リンク機構の隅を形成することを特徴とする、請求項2〜6のいずれか1項記載の工作機械。
【請求項8】 第1棒(27)が第2棒(28)の上方に配置されており、第1軸(31)と第3軸(33)との間の距離が第2軸(32)と第4軸(34)との間の距離よりも大きいことを特徴とする、請求項7記載の工作機械。
【請求項9】 第1棒(27)が第2棒(28)の上方に配置されており、第1軸(31)と第2軸(32)との間の距離が第3軸(33)と第4軸(34)との間の距離よりも大きいことを特徴とする、請求項7又は8記載の工作機械。
【請求項10】 第2棒(28)に蓋(46)が取付けられており、付属の工具ホルダ(19)がその動作位置にあるとき、この蓋が空洞(21)を覆うことを特徴とする、請求項6、及び請求項7〜9のいずれか1項記載の工作機械。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、工具ホルダ用受容部を備えて主軸軸線の周りを回転する主軸と、この主軸の周囲に配設される若干数の工具交換器とを含み、各工具交換器がその掴み腕で工具ホルダを担持しており、この工具ホルダが、それを担持する掴み腕によって、受容部の上方の主軸から離間したマガジン位置と受容部付近の動作位置との間を移動可能となった工作機械に関するものである。
【0002】
【従来の技術】発明の属する技術分野に記載された種類の工作機械はドイツ公開特許公報第3829105号により公知である。
【0003】公知の工作機械では、主軸を取り囲むスリーブが設けられており、このスリーブが主軸の長手軸線に対して相対的に移動することができる。このスリーブに多数の工具交換器が固着されており、それらの掴み腕は下端がそれぞれ掴み具となっており、この掴み具に工具ホルダが装着されている。工具ホルダは掴み腕を頼りに、スリーブの摺動によって選択的に動作位置に移動可能、又そこからスリーブ内に挿入可能である。
【0004】掴み腕は、動作位置とマガジン位置との間で揺動するときに工具ホルダが実質的に軸線を垂直にして保持されるようにする平行運動機構の一部である。マガジン位置のとき掴み腕は垂直方向上方に揺動しており、工具ホルダは受容部の上方でスリーブの領域内にある。工具ホルダはそれらの円錐部が、スリーブの半径方向突起に設けられる空洞内に導入されている。これらの空洞は工具ホルダ用筒体として働いて、公知の工作機械の作業室内を飛散する金属切屑から工具ホルダを保護する。1加工操作の間に、次に使用すべき工具ホルダの円錐部に金属切屑が達して、そこにある切削油剤の故にそこに付着したままとなることのないことが、こうして確保される。この付着が起きると、この工具ホルダの交換時及び嵌着時に問題を生じることがあろう。
【0005】公知の工作機械では更に各掴み腕に蓋が設けられており、掴み腕が動作位置に揺動すると、いまや工具ホルダから開放される空洞をこの蓋が閉鎖する。これにより、動作位置にある工具ホルダに付属した空洞内に金属切屑の達することが防止される。
【0006】公知の工作機械では、工具ホルダが回転可能に掴み具内で支承されて、工具ホルダが動作位置のときにも各掴み具が工具ホルダ付近に留まることができるように、掴み具は設計されている。これらの理由から掴み具はかなりの半径方向寸法を有する。
【0007】公知の工作機械では欠点として、一方で、掴み具の前記寸法の故に周方向スペース需要が比較的大きく、工具ホルダの数が決まっている場合公知の工作機械はかなりの横方向寸法を有することになる。
【0008】他方で、欠点として、軸線を垂直に整列させた工具が動作位置からマガジン位置に移動するとき上方にかなり移動して、マガジン位置のとき、工具を装着した主軸が実行する動作過程を工具が損なうことのないように、工具交換器は比較的大きな行程を実行しなければならない。平行運動機構が2本の比較的長い棒を含み、マガジン位置のときこれらの棒が主軸軸線をほぼ横切って延び、動作位置のときには主軸軸線に対してほぼ平行に整列していることによって、この比較的大きな行程は達成される。これらの棒が長く構成されていればいるほど、工具交換中にこれらの棒が約90°揺動するときに達成可能な行程は大きくなる。
【0009】この構成によって、公知の工作機械はきわめて幅広に構成されるだけでなく、作業経過に支障を生じることなく工具交換を可能とするためにかなりの高さも必要となる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】そのことを前提に、本発明の課題は、前述の欠点が取り除かれるように、発明の属する技術分野に指摘された種類の工作機械を改良することである。特に、設計上及び製造技術上簡単な構造において、幅の点でも高さの点でも工作機械の寸法を低減することが可能でなければならない。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、請求項1〜10のいずれかに記載の工作機械を要旨とする。
【0012】
【発明の実施の形態】発明の属する技術分野に記載された種類の工作機械において、前述の課題は、本発明によれば、工具ホルダが、それらのマガジン位置のときそれらの長手軸線を主軸軸線に対して傾けて配置されて、主軸から斜め下方を向くことによって解決される。
【0013】本発明の根底にある課題がこうして完全に解決される。工具ホルダはいまや軸線を垂直にして保持されるのではなく、工具交換中に外方にも揺動するので、工具が他の作業過程を妨げないようにマガジン位置のとき工具自体が主軸を基準に適宜な高さにあることは、僅かな行程で既にもたらすことができる。工具が、従って工具ホルダが、いまや角度の点で離反しようと努めるので、所定数の工具ホルダについていまや一層少ない周面が必要とされ、これによっても新規な工作機械の外寸が低減する。工具ホルダの小径円錐部はいまや、公知の工作機械におけるよりも一層内側で主軸付近にあり、工具ホルダを把持する掴み具は一層外側にある。従って、工具ホルダ数が決まっている場合、工具交換器は全体として主軸に一層近づけることができ、これによっても横方向寸法が低減する。
【0014】つまり、まとめるなら、工具ホルダの傾斜配置が2つの利点をもたらし、両方の利点とも新規な工作機械の横寸法を小さくする。一方で工具ホルダは主軸に一層近づけることができ、他方で、工具を特定の高さに運ぶのに必要な垂直方向行程が一層小さくなる。しかし最後に指摘した措置は、例えば平行運動機構の場合棒をそれに応じて一層短く設計することができることを意味しており、これにより、横寸法だけでなく、やはり高さも減少する。
【0015】この場合1展開において好ましくは工具ホルダの長手軸線が、マガジン位置のとき、主軸軸線に対して30°〜60°の角度を成し、前記角度が好ましくは約45°である。
【0016】この角度が下側範囲の値、つまり例えば30°であるとき、工具はマガジン位置において外方にさして突出しないが、しかしその代わりに適宜に大きな垂直方向行程を実行しなければならない。前記範囲の上端では僅かな行程が必要とされるだけであるが、しかしその代わりに工具自体がかなり外方を向くことになる。これら両方の値の間の良好な妥協点が約45°である。
【0017】各掴み腕が、1辺が他の辺とは異なる長さを有する不等辺四角形である四棒リンク機構の一部であるのが、全体として好ましい。
【0018】掴み腕を揺動させるのに四棒リンク機構の特殊態様、つまり平行運動機構を使用することは、発明の属する技術分野に指摘したドイツ公開特許公報第3829105号により既に公知である。平行運動機構の利点は、軸線を垂直にした工具ホルダの整列が揺動中維持されることにある。本願の発明者達はいまや、1辺が他の3辺よりも例えば短くなった単純な不等辺四角形が、公知の平行運動機構と同様に利用することのできるきわめて単純な構造であり、しかし揺動中に同時に傾動運動を引き起こすことに気づいた。つまりこの措置は特に設計上有利である。
【0019】更に、四棒リンク機構の各2つの相対向する辺が異なる長さを有するのが好ましい。
【0020】この場合利点として、この措置によって傾動運動がなお一層強まり、工具ホルダを持ち上げて適宜に傾動させるのに必要となる垂直方向行程が一層小さくなる。つまりこの措置も設計上有利である。
【0021】工具ホルダが、それらのマガジン位置のとき少なくとも部分的に空洞に嵌合していると、全体として好ましい。
【0022】この措置は、マガジン位置のとき工作機械の作業室内を飛散する金属切屑から工具ホルダが保護されるというそれ自体周知の利点を有する。
【0023】更に、主軸軸線の方向で摺動可能なスリーブに工具交換器が取付けられており、掴み腕がそれぞれ2本の棒を介して関節式にスリーブに結合されており、各掴み腕がそれぞれ第1軸を介して第1棒に、又第2軸を介して第2棒に関節式に結合されており、両方の棒が第3若しくは第4軸を介して関節式にスリーブに結合されており、これら4本の軸が四棒リンク機構の隅を形成するのが好ましい。
【0024】この措置も設計上有利である。先行技術により既にそれ自体知られているように、外部力、例えばピストン・シリンダユニットを介して操作することのできる四棒リンク機構を形成するには、ごく僅かな部材が必要とされるだけである。
【0025】その際更に、第1棒が第2棒の上方に配置されており、第1軸と第3軸との間の距離が第2軸と第4軸との間の距離よりも大きいのが好ましい。
【0026】この場合利点として、両方の可動軸、つまり第1軸と第2軸の摺動時に工具ホルダの揺動、つまり傾動を自動的にもたらす不等辺四棒リンク機構がこの簡単な方法で形成される。
【0027】この利点は、選択的に、第1軸と第2軸との間の距離が第3軸と第4軸との間の距離よりも大きいときに達成される。
【0028】しかし最後に指摘した2つの措置は、上で既に触れたように、有利な仕方で傾動運動の強化を達成するために一緒に適用することもできる。
【0029】最後になお、第2棒に蓋が取付けられており、当該工具ホルダがその動作位置にあるとき、この蓋が空洞を覆うのが好ましい。この措置もそれ自体既に公知であり、付属の工具ホルダが動作位置にあるとき空洞内に金属切屑が達することのないようにする。つまり、この空洞内に金属切屑が溜ると、空洞によって本来保護された工具ホルダの円錐部が尚且つ汚れて、それ自体望ましい空洞の利点がやはり達成されなくなる事態となることがある。
【0030】その他の利点は明細書及び添付図面から明らかとなる。
【0031】前記特徴及び以下になお説明する特徴はその都度記載した組合せにおいてだけでなく、本発明の枠から逸脱することなく他の組合せや単独でも勿論適用することができる。
【0032】
【実施例】本発明の1実施例が図面に示されており、以下に詳しく説明される。
【0033】図1に符号10とした本発明による工作機械が回転主軸11を有し、この主軸は矢印13で示したように主軸軸線12の周りを回転し、略示した主軸頭14内で支承されている。
【0034】スリーブ15が主軸軸線12の方向で長手摺動可能に主軸頭14で支承されており、このスリーブの周面に配設して複数の交換腕16が固着されている。
【0035】長手軸線20を有する符号19に示唆した工具ホルダの円錐部18用受容部17が主軸の下端に設けられている。
【0036】図1に示すマガジン位置のとき円錐部18はスリーブ15内に設けられる空洞21のなかにあり、この空洞によって円錐部は周囲を飛散する金属切屑から保護される。
【0037】認めることができるように、工具ホルダ19は図1において主軸軸線12に対して、斜め下及び外方を向くように傾いており、その長手軸線20は約45°の角度22で主軸軸線12と交差する。
【0038】工具ホルダ19のこの傾斜配置によって、工具ホルダ19が軸線を垂直にして整列した場合よりも多くの工具ホルダを主軸11の所定周面にわたって収容することができる。また逆に、工具ホルダ19の数が決まっている場合、図1に示すように工具ホルダが傾いて整列しているとき、必要となる周面が少なくなる。この傾斜整列の他の利点として、図1では見易くする理由から図示されていない工具をかなり上方に持ち上げるのに必要となる垂直方向行程は僅かにすぎない。この持上げは傾動運動によって促進される。
【0039】図1に示すマガジン位置と主軸11の受容部17の下方の図2に示す動作位置との間での工具ホルダ19の移動は、交換腕16を含む工具交換器24を介して行われる。この工具交換器が掴み腕25を含み、この掴み腕は下端が掴み具26となって工具ホルダ19を担持している。
【0040】掴み腕25は第1棒27と第2棒28とを介して関節式に交換腕16に結合されている。このために掴み腕25は第1軸31を介して関節式に第1棒27に、又第2軸32を介して関節式に第2棒28に結合されている。第1棒27は第3軸33を介して、又第2棒28は第4軸34を介して、関節式にスリーブ15に結合されており、これら4本の軸31、32、33、34が四棒リンク機構の四隅を形成する。
【0041】この四棒リンク機構は不等辺であり、軸31、33の間の距離は軸32、34の間の距離よりも大きい。更に、軸31、32の間の距離は軸33、34の間の距離よりも大きい。
【0042】軸の間の距離は四棒リンク機構の辺であり、つまりこの四棒リンク機構の上辺と外辺は下辺若しくは内辺よりもそれぞれ大きい。こうして、第1棒27が軸33の周りを右に回転するとき掴み腕25は軸32の上方で右に、又軸32の下方で左に揺動する。この状態が図2に示されている。
【0043】四棒リンク機構の揺動は、軸39のホルダ38を介して関節式にスリーブ15の交換腕16に固着されるピストン・シリンダユニット37を介して行われる。ホルダ38がシリンダ41を把持し、そのピストン42は軸43を介して関節式に第1棒27に結合されている。
【0044】図1においていまやピストン42がシリンダ41から進出すると、これによって第1棒27が軸33の周りを図1で右下へと揺動し、L形材として構成される第2棒28がこの揺動運動に追従して、その軸34の周りを右下へと回転する。
【0045】この揺動運動によって、工具ホルダ19はその円錐部18が空洞21から解放され、最後に図2に示す動作位置を占め、その長手軸線20が主軸軸線12と一直線に並ぶことになる。いまや図2においてスリーブ15が上方に移動すると、円錐体18は受容部17内に係合して、符号45に示唆しただけの締付機構によってそこで引き入れられる。
【0046】図2に示す位置のとき空洞21は、第2棒28に設けられる蓋46によって閉鎖される。
【0047】図1と図2を比較してなお認めることができるように、図1に示すマガジン位置と図2に示す動作位置との間で工具交換器24が工具ホルダ19を揺動させるとき、ピストン・シリンダユニット37も軸39の周りで一定の揺動運動を実行する。
【0048】主軸11の周面に配設して特定数、例えば8個の工具交換器24が配置されていることは自明である。




 

 


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