(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-31
(45)【発行日】2022-11-09
(54)【発明の名称】チャックの部品交換装置
(51)【国際特許分類】
B23B 31/39 20060101AFI20221101BHJP
【ＦＩ】
B23B31/39
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2018077828
(22)【出願日】2018-04-13
(65)【公開番号】P2018176419
(43)【公開日】2018-11-15
【審査請求日】2021-04-07
(31)【優先権主張番号】P 2017083079
(32)【優先日】2017-04-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000241588
【氏名又は名称】豊和工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100078721
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 喜樹
(72)【発明者】
【氏名】永翁 博
【審査官】山本 忠博
(56)【参考文献】
【文献】特開昭６０－０９９５０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６０－２２８００７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平４－１１５８０９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｂ ３１／００－３１／４２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
工作機械のチャックの前面に設けた半径方向の取付溝に、部品を着脱するためのチャックの部品交換装置であって、前記取付溝の外側延長上に位置して前記取付溝に対する前記部品の出し入れを案内可能なガイド部を備え、
前記ガイド部は、前記取付溝の後側内面の延長上に位置して前記部品を前後方向で位置決めする後ガイド面と、前記取付溝の左右内面の延長上に位置して前記部品を左右方向で位置決めする左右一対の横ガイド面とを含み、
各前記横ガイド面は、互いに、前記部品の出し入れ方向で前記ガイド部における前記取付溝寄りの同じ位置に同じ形状で部分的に配置されていることを特徴とするチャックの部品交換装置。
【請求項2】
前記横ガイド面の上下に、前記横ガイド面間の間隔を上下に拡開させる上傾斜面と下傾斜面とがそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１に記載のチャックの部品交換装置。
【請求項3】
少なくとも前記後ガイド面と前記下傾斜面とには、圧流体の噴出口が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のチャックの部品交換装置。
【請求項4】
前記ガイド部を、前記取付溝の外側延長上となる交換位置と、前記チャックから離間する退避位置との間で移動させる移動手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のチャックの部品交換装置。
【請求項5】
前記移動手段は、基端が前記工作機械の機体へ回転可能に連結され、先端に前記ガイド部を設けた旋回アームであることを特徴とする請求項４に記載のチャックの部品交換装置。
【請求項6】
前記移動手段は、前記チャックが取り付けられる主軸の外周へ軸受を介して基端部が回転可能に連結され、前記基端部から半径方向外側へ突出する先端部に前記ガイド部が設けられた旋回盤と、前記旋回盤を回転動作させる回転制御機構とを含んでなることを特徴とする請求項４に記載のチャックの部品交換装置。
【請求項7】
前記ガイド部に、前記取付溝に出し入れされる前記部品を検出する検出手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のチャックの部品交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、工作機械に用いられるチャックの爪等の部品を自動交換するためのチャックの部品交換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
工作機械に用いられるチャックにおいて、例えばワークを把持する爪は、ワークの形状や大きさに応じて部品として複数準備されており、ワークに応じて爪を交換する必要が生じた場合には、爪交換装置によって自動交換される。この爪交換装置として、例えば特許文献１には、工作機械の基部でチャックの上部に、ジョー（爪）を着脱可能に固定するジョーホルダーが位置決め可能な位置決めプレートを設け、ジョーをチャックへ固定する際には、ロボットアームで位置決めプレートへジョーホルダーを取り付けて位置決めした後、ジョーホルダーでのジョーの保持状態を解除すると共に、チャック側のロック機構を解除した状態で、ジョーをジョーホルダーに設けたスライドレールに沿ってチャックの取付溝へ移動させ、ロック機構によってジョーをチャックに固定するようにしたジョー自動交換装置の発明が開示されている。
また、特許文献２には、このような位置決めプレートを用いずに、ロボットアームの先端へ選択的に装備されるナットランナーハンドとジョーハンドとを用い、工具主軸にジョー用工具を装備させて、ロボットアームと工具主軸とで共同して爪を交換するようにした自動交換システムの発明が開示されている。
また、特許文献２には、このような位置決めプレートを用いずに、ロボットアームの先端へ選択的に装備されるナットランナーハンドとジョーハンドとを用い、工具主軸にジョー用工具を装備させて、ロボットアームと工具主軸とで共同して爪を交換するようにした自動交換システムの発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１４－２３７２１２号公報
【文献】特許第４９５５５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１の交換装置においては、チャックの上部に位置決めプレートが常に位置しているため、工具が干渉するおそれがある上、切粉が付着してジョーホルダーの位置決めが円滑に行えないおそれも生じる。また、ジョーホルダーを位置決めプレートに固定した上で、ジョーホルダーに設けたスライドレールにジョーをスライドさせてチャックの取付溝に対して着脱を行うため、爪の交換に時間が掛かってしまう。
一方、特許文献２の交換システムのように位置決めプレートを設けなければ干渉や時間のロスは生じないが、チャックの取付溝に爪を正確に位置決めして直線移動させるためには高い精度が必要となり、取付溝への挿入時にこじれが生じたり、切粉によって挿入できなかったりするおそれがある。
一方、特許文献２の交換システムのように位置決めプレートを設けなければ干渉や時間のロスは生じないが、チャックの取付溝に爪を正確に位置決めして直線移動させるためには高い精度が必要となり、取付溝への挿入時にこじれが生じたり、切粉によって挿入できなかったりするおそれがある。
【0005】
そこで、本発明は、爪等の部品を短時間で正確且つ確実にチャックに対して着脱することができるチャックの部品交換装置を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、工作機械のチャックの前面に設けた半径方向の取付溝に、部品を着脱するためのチャックの部品交換装置であって、取付溝の外側延長上に位置して取付溝に対する部品の出し入れを案内可能なガイド部を備え、ガイド部は、取付溝の後側内面の延長上に位置して部品を前後方向で位置決めする後ガイド面と、取付溝の左右内面の延長上に位置して部品を左右方向で位置決めする左右一対の横ガイド面とを含み、各横ガイド面は、互いに、部品の出し入れ方向でガイド部における取付溝寄りの同じ位置に同じ形状で部分的に配置されていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、横ガイド面の上下に、横ガイド面間の間隔を上下に拡開させる上傾斜面と下傾斜面とがそれぞれ形成されていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２の構成において、少なくとも後ガイド面と下傾斜面とには、圧流体の噴出口が設けられていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの構成において、ガイド部を、取付溝の外側延長上となる交換位置と、チャックから離間する退避位置との間で移動させる移動手段を備えたことを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４の構成において、移動手段は、基端が工作機械の機体へ回転可能に連結され、先端にガイド部を設けた旋回アームであることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項４の構成において、移動手段は、チャックが取り付けられる主軸の外周へ軸受を介して基端部が回転可能に連結され、基端部から半径方向外側へ突出する先端部にガイド部が設けられた旋回盤と、旋回盤を回転動作させる回転制御機構とを含んでなることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れかの構成において、ガイド部に、取付溝に出し入れされる部品を検出する検出手段が設けられていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、横ガイド面の上下に、横ガイド面間の間隔を上下に拡開させる上傾斜面と下傾斜面とがそれぞれ形成されていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２の構成において、少なくとも後ガイド面と下傾斜面とには、圧流体の噴出口が設けられていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの構成において、ガイド部を、取付溝の外側延長上となる交換位置と、チャックから離間する退避位置との間で移動させる移動手段を備えたことを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４の構成において、移動手段は、基端が工作機械の機体へ回転可能に連結され、先端にガイド部を設けた旋回アームであることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項４の構成において、移動手段は、チャックが取り付けられる主軸の外周へ軸受を介して基端部が回転可能に連結され、基端部から半径方向外側へ突出する先端部にガイド部が設けられた旋回盤と、旋回盤を回転動作させる回転制御機構とを含んでなることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れかの構成において、ガイド部に、取付溝に出し入れされる部品を検出する検出手段が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
請求項１に記載の発明によれば、横ガイド面と後ガイド面とで取付溝に対する部品の案内を確保しつつ、ガイド部における取付溝寄りの同じ位置へ同じ形状で部分的に配置される左右一対の横ガイド面により、部品の出し入れのストロークを短くすることができる。よって、部品を短時間で正確且つ確実にチャックに対して着脱することができる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、横ガイド面の上下に上傾斜面と下傾斜面とをそれぞれ形成したことで、部品が横ガイド面間に進入する際に多少の誤差があっても上傾斜面又は下傾斜面で修正でき、横ガイド面で確実にガイドすることができる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項２の効果に加えて、後ガイド面と下傾斜面とに圧流体の噴出口を設けたことで、部品を交換する際に噴出口から吹き出す圧流体により、部品に付着した切粉等を除去することができる。
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れかの効果に加えて、ガイド部を、取付溝の外側延長上となる交換位置と、チャックから離間する退避位置との間で移動させる移動手段を備えたことで、ガイド部が工具と干渉したり、切粉が付着したりするおそれが低減される。
請求項５に記載の発明によれば、請求項４の効果に加えて、移動手段を旋回アームとしているので、省スペースで移動手段が形成できると共に、ガイド部を大きく離間させることができる。
請求項６に記載の発明によれば、請求項４の効果に加えて、移動手段を、主軸の外周へ軸受を介して連結される旋回盤と回転制御機構とを含んでなる構成としているので、移動手段を機体内で省スペースでコンパクトに形成することができる。
請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至６の何れかの効果に加えて、ガイド部に部品を検出する検出手段を設けたことで、部品の着脱の際に部品の有無が確認でき、着脱を確実に行うことができる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、横ガイド面の上下に上傾斜面と下傾斜面とをそれぞれ形成したことで、部品が横ガイド面間に進入する際に多少の誤差があっても上傾斜面又は下傾斜面で修正でき、横ガイド面で確実にガイドすることができる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項２の効果に加えて、後ガイド面と下傾斜面とに圧流体の噴出口を設けたことで、部品を交換する際に噴出口から吹き出す圧流体により、部品に付着した切粉等を除去することができる。
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れかの効果に加えて、ガイド部を、取付溝の外側延長上となる交換位置と、チャックから離間する退避位置との間で移動させる移動手段を備えたことで、ガイド部が工具と干渉したり、切粉が付着したりするおそれが低減される。
請求項５に記載の発明によれば、請求項４の効果に加えて、移動手段を旋回アームとしているので、省スペースで移動手段が形成できると共に、ガイド部を大きく離間させることができる。
請求項６に記載の発明によれば、請求項４の効果に加えて、移動手段を、主軸の外周へ軸受を介して連結される旋回盤と回転制御機構とを含んでなる構成としているので、移動手段を機体内で省スペースでコンパクトに形成することができる。
請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至６の何れかの効果に加えて、ガイド部に部品を検出する検出手段を設けたことで、部品の着脱の際に部品の有無が確認でき、着脱を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】機体内でチャックを正面から見た説明図である（爪交換アームは退避位置）。
【図2】チャックの平面図である（爪交換アームは退避位置）。
【図3】（Ａ）は爪交換アームを交換位置としたチャックの平面図、（Ｂ）はその正面図である。
【図5】ガイド片を示す斜視図である。
【図6】爪を取り出す際のロック機構の状態を示す説明図である。
【図7】爪を取り出す際のガイド部との関係を示す説明図で、（Ａ）は上方への爪のスライド状態、（Ｂ）は前方への爪の取り外し状態である。
【図8】爪を取り付ける際のチャックの正面図である。
【図9】爪を取り付ける際のロック機構の状態を示す説明図である。
【図10】爪を取り付ける際のロック機構の状態を示す説明図である。
【図11】ガイド片の変更例を示す説明図である。
【図12】ガイド片の変更例を示す説明図である。
【図13】後ガイド面の変更例を示す説明図である。
【図14】変更例の爪交換装置の説明図で、（Ａ）は旋回盤を交換位置としたチャックの平面を、（Ｂ）はその正面をそれぞれ示す。
【図15】旋回盤を退避位置としたチャックの正面図である。
【図17】ストッパ交換アーム及びチャックの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、ＮＣ旋盤等の工作機械の機体内において、チャックを正面から見た説明図、図２はチャックの平面図、図３は爪交換時のチャックの平面図である。図１において、１は機体、２はワークを把持するチャック、３は加工空間を仕切るカバー、４は部品交換装置としての爪交換アームである。
まず，チャック２は、図４にも示すように、機体１内に設けた図示しない主軸の先端に設けられ、正面視が円形状のベース５と、そのベース５内へ放射状に設けられ、軸心に設けたプランジャ６の進退動によって放射方向へ移動する３つのマスタジョー７，７・・と、各マスタジョー７の前側（図４の左側）でチャック２の前面に設けられてベース５の周面に開口する３つの取付溝８，８・・と、各取付溝８に取り付けられる部品としての３つの爪９，９・・とを備えている。
図１は、ＮＣ旋盤等の工作機械の機体内において、チャックを正面から見た説明図、図２はチャックの平面図、図３は爪交換時のチャックの平面図である。図１において、１は機体、２はワークを把持するチャック、３は加工空間を仕切るカバー、４は部品交換装置としての爪交換アームである。
まず，チャック２は、図４にも示すように、機体１内に設けた図示しない主軸の先端に設けられ、正面視が円形状のベース５と、そのベース５内へ放射状に設けられ、軸心に設けたプランジャ６の進退動によって放射方向へ移動する３つのマスタジョー７，７・・と、各マスタジョー７の前側（図４の左側）でチャック２の前面に設けられてベース５の周面に開口する３つの取付溝８，８・・と、各取付溝８に取り付けられる部品としての３つの爪９，９・・とを備えている。
【0010】
爪９は、横断面形状が取付溝８と同形のベースジョー１０と、ベースジョー１０の前面にボルトで固定されるトップジョー１１とからなり、取付溝８に嵌合挿入されたベースジョー１０が、マスタジョー７内に設けられたロック機構１２にロックされることで、マスタジョー７に固定される。
ここではプランジャ６が後退すると、各マスタジョー７が軸心側へ移動して爪９を一体に移動させてワークの外径を把持でき、プランジャ６が前進すると、各マスタジョー７が外周側へ移動してワークをアンクランプする。
ここではプランジャ６が後退すると、各マスタジョー７が軸心側へ移動して爪９を一体に移動させてワークの外径を把持でき、プランジャ６が前進すると、各マスタジョー７が外周側へ移動してワークをアンクランプする。
【0011】
ロック機構１２は、前面にラック１４を備えた係合ブロック１３と、係合ブロック１３の前側上方に設けられるロックピン１５と、係合ブロック１３の後側側方に設けられるロック解除ピン１６とを備えてなる。
係合ブロック１３は、マスタジョー７内に設けられて前端が取付溝８と連通する前後方向の収容室１７内で、ラック１４が取付溝８内に突出する前進位置と、ラック１４が取付溝８内から退避する後退位置との間で前後移動可能に収容されている。係合ブロック１３の上面には、ロックピン１５の下方に位置する擂り鉢状の係止凹部１８が形成され、後部には、後面から前下がり傾斜する傾斜溝１９が形成されている。
係合ブロック１３は、マスタジョー７内に設けられて前端が取付溝８と連通する前後方向の収容室１７内で、ラック１４が取付溝８内に突出する前進位置と、ラック１４が取付溝８内から退避する後退位置との間で前後移動可能に収容されている。係合ブロック１３の上面には、ロックピン１５の下方に位置する擂り鉢状の係止凹部１８が形成され、後部には、後面から前下がり傾斜する傾斜溝１９が形成されている。
【0012】
ロックピン１５の下端は、係止凹部１８の形状に合わせた先細り形状に形成され、ロックピン１５の前面には、マスタジョー７に前面から螺合されるストッパネジ２０が係止する上下方向の凹部２１が形成されている。よって、ロックピン１５は、マスタジョー７から抜け止めされた状態で上下移動可能となっている。
このロックピン１５は、係合ブロック１３の前進位置では、係止凹部１８が真下に位置することで、下端が係止凹部１８に係止するロック位置まで下降できる。このときロックピン１５の上端はマスタジョー７の上面と略面一となる。逆に、係合ブロック１３の後退位置では、係止凹部１８が真下からやや後方にずれて、先端を係止凹部１８に係止させたロック解除位置となる。このときロックピン１５の上端は、マスタジョー７の上面から突出する。
このロックピン１５は、係合ブロック１３の前進位置では、係止凹部１８が真下に位置することで、下端が係止凹部１８に係止するロック位置まで下降できる。このときロックピン１５の上端はマスタジョー７の上面と略面一となる。逆に、係合ブロック１３の後退位置では、係止凹部１８が真下からやや後方にずれて、先端を係止凹部１８に係止させたロック解除位置となる。このときロックピン１５の上端は、マスタジョー７の上面から突出する。
【0013】
ロック解除ピン１６は、収容室１７に連通して上下方向に形成された有底孔２２内で上下動可能に収容されて、上端を、有底孔２２の上部に形成された大径部２３内に露出させている。ロック解除ピン１６の側面には、係合ブロック１３の傾斜溝１９へ横向きに挿通されるガイドピン２４が設けられている。また、マスタジョー７の上面には、大径部２３に隣接して位置決め凹部２５（図２）が形成されている。
よって、ロック解除ピン１６が下降すると、ガイドピン２４が相対的に傾斜溝１９に沿って下降することで、係合ブロック１３を後退位置まで後退させる。このロック解除位置では、ロック解除ピン１６の上端は、マスタジョー７の上面よりも下方にあって大径部２３内に没入している。逆に係合ブロック１３が前進位置まで前進すると、ガイドピン２４が相対的に傾斜溝１９に沿って上昇することで、ロック解除ピン１６を上昇させる。このロック位置では、ロック解除ピン１６の上端は、マスタジョー７の上面と略面一となる。
よって、ロック解除ピン１６が下降すると、ガイドピン２４が相対的に傾斜溝１９に沿って下降することで、係合ブロック１３を後退位置まで後退させる。このロック解除位置では、ロック解除ピン１６の上端は、マスタジョー７の上面よりも下方にあって大径部２３内に没入している。逆に係合ブロック１３が前進位置まで前進すると、ガイドピン２４が相対的に傾斜溝１９に沿って上昇することで、ロック解除ピン１６を上昇させる。このロック位置では、ロック解除ピン１６の上端は、マスタジョー７の上面と略面一となる。
【0014】
そして、爪交換アーム４は、機体１に下端が回転可能に連結される移動手段としての円弧状の旋回アーム３０と、旋回アーム３０の上端に連結されるガイド部３１とを備えている。
まず旋回アーム３０は、機体１内に設けた図示しない回転制御機構によって、図１に示すようにガイド部３１がカバー３の外に位置する退避位置と、図３に示すように、カバー３内の加工空間内に進入したガイド部３１がチャック２の上方に非接触状態で位置する交換位置との間で回転可能となっている。旋回アーム３０内には、ガイド部３１へ圧縮空気を供給する図示しないエア供給路が設けられている。
まず旋回アーム３０は、機体１内に設けた図示しない回転制御機構によって、図１に示すようにガイド部３１がカバー３の外に位置する退避位置と、図３に示すように、カバー３内の加工空間内に進入したガイド部３１がチャック２の上方に非接触状態で位置する交換位置との間で回転可能となっている。旋回アーム３０内には、ガイド部３１へ圧縮空気を供給する図示しないエア供給路が設けられている。
【0015】
ガイド部３１は、図４にも示すように、四角ブロック状の本体３２の前面に、左右一対のガイド片３３，３３を突設してなり、本体３２内には、前後にロック用シリンダ３４とロック解除用シリンダ３５とが設けられている。
まず、前側のロック用シリンダ３４は、交換位置でロック機構１２のロックピン１５の軸線上の上方に位置するエアシリンダで、シリンダ室３６内のピストン３７と、ピストン３７の上下に設けられて本体３２を貫通する上側ロッド３８と下側ロッド３９とを備えている。ピストン３７は、シリンダ室３６内への圧縮空気の供給により、下側ロッド３９がマスタジョー７の上面に当接する下死点と、下側ロッド３９がマスタジョー７の上面から上方に離れる上死点との間を移動するようになっている。上側ロッド３８の上端には、被検知体４０が取り付けられて、本体３２の上面に設けた上下の近接センサ４１，４１によって被検知体４０を検知することで、上死点と下死点とが検知可能となっている。
まず、前側のロック用シリンダ３４は、交換位置でロック機構１２のロックピン１５の軸線上の上方に位置するエアシリンダで、シリンダ室３６内のピストン３７と、ピストン３７の上下に設けられて本体３２を貫通する上側ロッド３８と下側ロッド３９とを備えている。ピストン３７は、シリンダ室３６内への圧縮空気の供給により、下側ロッド３９がマスタジョー７の上面に当接する下死点と、下側ロッド３９がマスタジョー７の上面から上方に離れる上死点との間を移動するようになっている。上側ロッド３８の上端には、被検知体４０が取り付けられて、本体３２の上面に設けた上下の近接センサ４１，４１によって被検知体４０を検知することで、上死点と下死点とが検知可能となっている。
【0016】
後側のロック解除用シリンダ３５は、交換位置でマスタジョー７の上面中央よりも後方に位置するエアシリンダで、シリンダ室４２内のピストン４３と、ピストン４３の下側に設けられて本体３２を貫通する押圧ロッド４４とを備えている。押圧ロッド４４の下端には、本体３２の下面に設けたガイド凹部４５内で上下移動可能な押圧ブロック４６が、ボルト４７で連結されている。ピストン４３は、シリンダ室４２内への圧縮空気の供給により、押圧ブロック４６が本体３２の下面から突出する下死点と、押圧ブロック４６がガイド凹部４５内へ没入する上死点との間を移動するようになっている。
この押圧ブロック４６は、前部がマスタジョー７の上面にオーバーラップしており、その下面には、マスタジョー７の有底孔２２に対応する押圧突起４８と、位置決め凹部２５に対応する位置決め突起４９とが左右に並設されている。
この押圧ブロック４６は、前部がマスタジョー７の上面にオーバーラップしており、その下面には、マスタジョー７の有底孔２２に対応する押圧突起４８と、位置決め凹部２５に対応する位置決め突起４９とが左右に並設されている。
【0017】
押圧突起４８と位置決め突起４９とは、押圧ブロック４６の下死点で有底孔２２の大径部２３と位置決め凹部２５とにそれぞれ進入するものであるが、ここでは位置決め突起４９の方が押圧突起４８よりも下方に長く形成されている。すなわち、押圧ブロック４６が上死点から下降する際、先に位置決め突起４９が位置決め凹部２５に進入してガイド部３１に対してマスタジョー７を位置決めした後、押圧突起４８が大径部２３に進入するようになっている。位置決め突起４９の下端は、先細りのテーパ状となっている。
【0018】
そして、ガイド片３３，３３は、内法がベースジョー１０の左右幅よりも広い間隔となるように形成されているが、内面下部には、図５にも示すように、互いの対向側へ突出するガイド突起５０，５０が形成されて、ガイド突起５０，５０に、ベースジョー１０の左右幅に合わせて内法を設定した矩形状の横ガイド面５１，５１が形成されている。各ガイド突起５０の上側には、下方へ行くに従って徐々に内側へ突出して横ガイド面５１と連続する上傾斜面５２が形成され、各ガイド突起５０の下側には、上方へ行くに従って徐々に内側へ突出して横ガイド面５１と連続する下傾斜面５３が形成されている。この左右の上傾斜面５２，５２により、横ガイド面５１，５１間の間隔が上方へ拡開し、左右の下傾斜面５３，５３により、横ガイド面５１，５１間の間隔が下方へ拡開するようになっている。
【0019】
また、ガイド片３３，３３の前端内側には、前方へ行くに従って内法が拡開する一対の前テーパ面５４，５４が形成されて、ガイド片３３，３３の根元内側には、横ガイド面５１と直交してガイド片３３の全長に亘る後ガイド面５６，５６をそれぞれ上下方向に備えた一対の段部５５，５５が形成されている。
ここでの横ガイド面５１，５１は、後ガイド面５６，５６の上下方向の中間位置よりも下方にあって、各横ガイド面５１の上下長さは、後ガイド面５６の上下長さの半分以下となっている。
ここでの横ガイド面５１，５１は、後ガイド面５６，５６の上下方向の中間位置よりも下方にあって、各横ガイド面５１の上下長さは、後ガイド面５６の上下長さの半分以下となっている。
【0020】
以上の如く構成された工作機械において、まず、チャック２から爪９を取り外す際には、爪交換アーム４を退避位置から図３，４の交換位置に移動させた後、図６に示すように、ロック解除用シリンダ３５側のピストン４３を上死点から下降させて押圧ロッド４４と共に押圧ブロック４６を下降させる。すると、前述のように先に位置決め突起４９が位置決め凹部２５に挿入されてマスタジョー７をガイド部３１に対して位置決めした上で、下死点で押圧突起４８が大径部２３に進入してロック解除ピン１６をロック解除位置まで押し込む。これにより、ガイドピン２４が傾斜溝１９を下降して係合ブロック１３を後退位置へ後退させ、ラック１４をベースジョー１０の背面に設けたラック１０ａから離間させる。この係合ブロック１３の後退と共に係止凹部１８が後退することで、ロックピン１５は、係止凹部１８のガイドにより、上端が突出するロック解除位置へ移動する。
【0021】
この状態で、図示しないロボットアームにより、トップジョー１１を把持して爪９を取付溝８に沿って上方へスライドさせる。すると、図７（Ａ）に示すように、取付溝８から突出したベースジョー１０が、ガイド突起５０，５０の間に嵌合して左右の側面を横ガイド面５１，５１の間に当接させると共に、後面の両側を後ガイド面５６，５６に当接させる。よって、爪９は、ベースジョー１０が横ガイド面５１，５１と後ガイド面５６，５６とにガイドされて取付溝８からこじれることなく一直線上に引き出される。なお、ベースジョー１０が横ガイド面５１，５１の間に入り込む際、左右に多少の誤差があっても、下傾斜面５３，５３によって位置の修正がなされる。
【0022】
そして、ベースジョー１０が横ガイド面５１，５１を越えると、それよりも広いガイド片３３，３３の間に達するため、そのまま図６の矢印及び図７（Ｂ）に示すように、ガイド片３３，３３の間からベースジョー１０を前方へ抜き取ることができる。よって、ガイド片３３，３３の間よりも上方へ爪９を移動させる必要がなくなり、短いストロークで爪９を取り外すことができる。
【0023】
一方、新たな爪９を取り付ける際、図８に示すように、ロボットアームにより、トップジョー１１を把持した爪９を、ベースジョー１０を後にして、横ガイド面５１，５１の上側でガイド片３３，３３の間に前方から進入させて、ベースジョー１０の後面両側を後ガイド面５６，５６に当接させる。そして、そのまま爪９を下方へスライドさせると、ベースジョー１０が、ガイド突起５０，５０の間に嵌合して左右の側面を横ガイド面５１，５１の間に当接させる。よって、爪９は、図９に示すように、ベースジョー１０が横ガイド面５１，５１と後ガイド面５６，５６とにガイドされてこじれることなく一直線上に下降して取付溝８内へ導かれる。なお、ベースジョー１０が横ガイド面５１，５１の間に入り込む際、左右に多少の誤差があっても、上傾斜面５２，５２によって位置の修正がなされる。
【0024】
ベースジョー１０が取付溝８内へ進入した後、図１０に示すように、ロック用シリンダ３４側のピストン３７を上死点から下降させて、下方へ突出した下側ロッド３９によってロックピン１５をマスタジョー７内のロック位置まで押し込む。すると、ロックピン１５の下端が係止凹部１８に係止することで係合ブロック１３が係止凹部１８の形状に沿って前進位置まで移動し、ラック１４をベースジョー１０のラック１０ａに係合させる。このとき、ロック解除用シリンダ３５ではピストン４３を上死点に引き上げて押圧ロッド４４と共に押圧ブロック４６を上死点に退避させておく。よって、係合ブロック１３の前進に伴い、傾斜溝１９内をガイドピン２４が上昇することでロック解除ピン１６がロック位置に復帰することになる。
以上の手順を、チャック２を回転させて取付溝８を順番にガイド部３１の下方へ割り出して繰り返すことで、全ての爪９の交換が可能となる。
以上の手順を、チャック２を回転させて取付溝８を順番にガイド部３１の下方へ割り出して繰り返すことで、全ての爪９の交換が可能となる。
【0025】
このように、上記形態の爪交換アーム４によれば、取付溝８の外側延長上に位置して取付溝８に対する爪９の出し入れを案内可能なガイド部３１を備え、ガイド部３１は、取付溝８の後側内面の延長上に位置して爪９を前後方向で位置決めする後ガイド面５６と、取付溝８の左右内面の延長上に位置して爪９を左右方向で位置決めする左右一対の横ガイド面５１，５１とを含み、横ガイド面５１は、爪９の出し入れ方向でガイド部３１における取付溝８寄りの位置へ部分的に配置されていることで、横ガイド面５１と後ガイド面５６とで取付溝８に対する爪９の案内を確保しつつ、爪９の出し入れのストロークを短くすることができる。よって、爪９を短時間で正確且つ確実にチャック２に対して着脱することができる。
【0026】
特にここでは、横ガイド面５１の長さを、後ガイド面５６の長さの半分以下としているので、爪９の出し入れのストロークをより短くすることができる。
また、横ガイド面５１の上下に、横ガイド面５１，５１間の間隔を上下に拡開させる上傾斜面５２と下傾斜面５３とをそれぞれ形成しているので、爪９が横ガイド面５１，５１間に進入する際に多少の誤差があっても上傾斜面５２又は下傾斜面５３で修正でき、横ガイド面５１，５１で確実にガイドすることができる。
また、横ガイド面５１の上下に、横ガイド面５１，５１間の間隔を上下に拡開させる上傾斜面５２と下傾斜面５３とをそれぞれ形成しているので、爪９が横ガイド面５１，５１間に進入する際に多少の誤差があっても上傾斜面５２又は下傾斜面５３で修正でき、横ガイド面５１，５１で確実にガイドすることができる。
【0027】
そして、ガイド部３１を、取付溝８の外側延長上となる交換位置と、チャック２から離間する退避位置との間で移動させる移動手段（旋回アーム３０）を備えたことで、ガイド部３１が工具と干渉したり、切粉が付着したりするおそれが解消される。
また、ガイド部３１の移動手段として、基端が機体１へ回転可能に連結され、先端にガイド部３１を設けた旋回アーム３０としているので、省スペースで移動手段が形成できると共に、ガイド部３１を大きく離間させることができる。
また、ガイド部３１の移動手段として、基端が機体１へ回転可能に連結され、先端にガイド部３１を設けた旋回アーム３０としているので、省スペースで移動手段が形成できると共に、ガイド部３１を大きく離間させることができる。
【0028】
なお、爪の出し入れ方向での横ガイド面の長さは、上記形態に限らず、後ガイド面の長さの半分以下であれば増減して差し支えない。また、一平面で横ガイド面を形成する形態に限らず、出し入れ方向に複数の横ガイド面を断続的に配置することも可能である。後ガイド面も同様である。さらに、上下傾斜面は何れか一方のみとしてもよいし、両方とも省略してもよい。
【0029】
そして、図１１に示すガイド部３１のように、各ガイド突起５０における上傾斜面５２及び下傾斜面５３に、前後方向に複数の空気の噴出口５７，５７・・を形成して、後ガイド面５６，５６を含む本体３２の前面にも、上下方向に複数の空気の噴出口５８，５８・・を、上下に複数並べて形成することもできる。これらの噴出口５７，５８から、旋回アーム３０及びガイド部３１内に設けた図示しないエア供給路を介して圧縮空気を、ベースジョー１０が横ガイド面５１，５１に到達する前のタイミングから吹き出させるようにすればよい。
このように、後ガイド面５６と上下傾斜面５２，５３とに、圧流体としての空気の噴出口５７，５８を設ければ、爪９を取付溝８に対して出し入れする際に噴出口５７，５８から吹き出す空気により、爪９に付着した切粉等を除去することができる。なお、噴出口の位置や数は適宜変更可能で、上傾斜面５２側の噴出口５７は省略してもよい。また、圧流体としてはクーラント等も採用できる。
このように、後ガイド面５６と上下傾斜面５２，５３とに、圧流体としての空気の噴出口５７，５８を設ければ、爪９を取付溝８に対して出し入れする際に噴出口５７，５８から吹き出す空気により、爪９に付着した切粉等を除去することができる。なお、噴出口の位置や数は適宜変更可能で、上傾斜面５２側の噴出口５７は省略してもよい。また、圧流体としてはクーラント等も採用できる。
【0030】
また、上記形態ではガイド片をガイド部の本体の全長に亘って設けているが、これに限らず、図１２に示すように、ガイド突起５０，５０の部分のみにガイド片３３，３３を設けて短く形成することもできる。
このようにすればガイド片３３，３３自体の上下寸法を短くでき、ガイド片３３，３３間に対する爪９の出し入れの方向に自由度が増す。
さらに、後ガイド面５６，５６は、ガイド部３１の本体３２の全長に亘って設ける必要はなく、例えば図１３に示すように、本体３２の前面において、ガイド片３３，３３よりも上側に段部５５，５５を部分的に設けて、段部５５，５５の前面のみを後ガイド面５６，５６とすることもできる。この段部５５は、本体３２の下端まで長く形成してもよい。
このようにすればガイド片３３，３３自体の上下寸法を短くでき、ガイド片３３，３３間に対する爪９の出し入れの方向に自由度が増す。
さらに、後ガイド面５６，５６は、ガイド部３１の本体３２の全長に亘って設ける必要はなく、例えば図１３に示すように、本体３２の前面において、ガイド片３３，３３よりも上側に段部５５，５５を部分的に設けて、段部５５，５５の前面のみを後ガイド面５６，５６とすることもできる。この段部５５は、本体３２の下端まで長く形成してもよい。
【0031】
一方、ガイド部の本体内の構造も、チャック側のロック機構に合わせて適宜変更可能で、旋回アームも、円弧状でなくＬ字状や直線状としたりできる。勿論移動手段としてはこのような旋回アームに限らず、ボールねじ等のアクチュエータを用いてガイド部を交換位置と退避位置との間で直線移動させることも可能である。
また、ガイド部の退避位置も機体の外部に限らず、工具との干渉等のおそれがなければ機体の内部に設定してもよい。
また、ガイド部の退避位置も機体の外部に限らず、工具との干渉等のおそれがなければ機体の内部に設定してもよい。
【0032】
図１４は、退避位置を機体内とした爪交換装置６５の一例を示すもので、（Ａ）が平面、（Ｂ）が正面をそれぞれ示している。
この爪交換装置６５では、移動手段として、旋回盤６６と、回転制御機構としてのエアシリンダ６７とが用いられる。まず旋回盤６６は、リング状の基端部６８が、チャック２が取り付けられる主軸６０の先端外周に軸受６１を介して回転可能に装着されて、回転中心から半径方向へ突出する先端部６９の前面にガイド部３１が設けられている。また、基端部６８において、回転中心を挟んで先端部６９との反対側の外周には、半径方向で外側へ突出する突片７０が形成されている。
さらに、機体内には、エアシリンダ６７のシリンダ７１の基端が回転可能に連結されて、シリンダ７１から突出するピストンロッド７２の先端は、突片７０の前面へ回転可能に連結されている。但し、回転制御機構としてはエアシリンダに限らず、油圧シリンダやボールねじ等のアクチュエータの他、歯車やカム機構等を用いてもよい。
この爪交換装置６５では、移動手段として、旋回盤６６と、回転制御機構としてのエアシリンダ６７とが用いられる。まず旋回盤６６は、リング状の基端部６８が、チャック２が取り付けられる主軸６０の先端外周に軸受６１を介して回転可能に装着されて、回転中心から半径方向へ突出する先端部６９の前面にガイド部３１が設けられている。また、基端部６８において、回転中心を挟んで先端部６９との反対側の外周には、半径方向で外側へ突出する突片７０が形成されている。
さらに、機体内には、エアシリンダ６７のシリンダ７１の基端が回転可能に連結されて、シリンダ７１から突出するピストンロッド７２の先端は、突片７０の前面へ回転可能に連結されている。但し、回転制御機構としてはエアシリンダに限らず、油圧シリンダやボールねじ等のアクチュエータの他、歯車やカム機構等を用いてもよい。
【0033】
ここではエアシリンダ６７のピストンロッド７２が伸長動作すると、図１４に示すように、旋回盤６６は、先端部６９に設けたガイド部３１が上側の取付溝８の上側延長上となる交換位置に旋回し、ピストンロッド７２が収縮動作すると、図１５に示すように、ガイド部３１が当該取付溝８の上側延長上から離間する退避位置に旋回するようになっている。
また、ガイド部３１の本体３２の下面には、図１６に示すように、倒Ｌ字状のブラケット７３がボルト７４で固定されており、ブラケット７３の下端には、検出手段としてのセンサ７５が、検出面を前向きにした姿勢で取り付けられている。このセンサ７５は、旋回盤６６の交換位置では、取付溝８の後面延長上に検出面を位置させて、取付溝８に出し入れされる爪９のベースジョー１０の移動を検出するもので（なお、図１４（Ｂ）ではセンサ７５を示すためトップジョー１１の一部を図面上切り欠いている。）、例えばボールプランジャスイッチ等の接触式のものが使用されるが、非接触式であってもよい。
また、ガイド部３１の本体３２の下面には、図１６に示すように、倒Ｌ字状のブラケット７３がボルト７４で固定されており、ブラケット７３の下端には、検出手段としてのセンサ７５が、検出面を前向きにした姿勢で取り付けられている。このセンサ７５は、旋回盤６６の交換位置では、取付溝８の後面延長上に検出面を位置させて、取付溝８に出し入れされる爪９のベースジョー１０の移動を検出するもので（なお、図１４（Ｂ）ではセンサ７５を示すためトップジョー１１の一部を図面上切り欠いている。）、例えばボールプランジャスイッチ等の接触式のものが使用されるが、非接触式であってもよい。
【0034】
よって、この爪交換装置６５において、チャック２から爪９を取り外す際には、エアシリンダ６７のピストンロッド７２を伸長動作させて旋回盤６６を図１５の退避位置から図１４の交換位置に移動させる。
次に、先の形態と同様に、ガイド部３１でロック解除用シリンダ３５側のピストン４３を上死点から下降させてロックピン１５をロック解除位置へ移動させて、図示しないロボットアームにより、前述のようにトップジョー１１を把持して爪９を取付溝８に沿って上方へスライドさせ、ガイド片３３，３３の間から前方へ抜き取ることで爪９を取り外すことができる。このとき、センサ７５によってベースジョー１０の移動を検出することで、爪９の取り出しが確認できる。
次に、先の形態と同様に、ガイド部３１でロック解除用シリンダ３５側のピストン４３を上死点から下降させてロックピン１５をロック解除位置へ移動させて、図示しないロボットアームにより、前述のようにトップジョー１１を把持して爪９を取付溝８に沿って上方へスライドさせ、ガイド片３３，３３の間から前方へ抜き取ることで爪９を取り外すことができる。このとき、センサ７５によってベースジョー１０の移動を検出することで、爪９の取り出しが確認できる。
【0035】
一方、新たな爪９を取り付ける際は、ロボットアームにより、トップジョー１１を把持した爪９を、ベースジョー１０を後にして、ガイド片３３，３３の間に前方から進入させて、ベースジョー１０の後面両側を後ガイド面５６，５６に当接させた後、爪９を下方へスライドさせると、爪９は一直線上に下降して取付溝８内へ導かれる。ここでもセンサ７５によってベースジョー１０の移動を検出することで、爪９の挿入が確認できる。
その後、ロック用シリンダ３４側のピストン３７を上死点から下降させて、ロックピン１５をマスタジョー７内のロック位置まで押し込むと、係合ブロック１３が前進して爪９がロックされる。
以上の手順を、チャック２を回転させて取付溝８を順番にガイド部３１の下方へ割り出して繰り返すことで、全ての爪９の交換が可能となる。
その後、ロック用シリンダ３４側のピストン３７を上死点から下降させて、ロックピン１５をマスタジョー７内のロック位置まで押し込むと、係合ブロック１３が前進して爪９がロックされる。
以上の手順を、チャック２を回転させて取付溝８を順番にガイド部３１の下方へ割り出して繰り返すことで、全ての爪９の交換が可能となる。
【0036】
このように、変更例の爪交換装置６５においても、爪９を短時間で正確且つ確実にチャック２に対して着脱することができる。
特にここでは、移動手段を、チャック２が取り付けられる主軸６０の外周へ軸受６１を介して基端部６８が回転可能に連結され、基端部６８から半径方向外側へ突出する先端部６９にガイド部３１が設けられた旋回盤６６と、旋回盤６６を回転動作させるエアシリンダ６７とを含んでなるものとしているので、移動手段を機体内で省スペースでコンパクトに形成することができる。
また、ガイド部３１に、取付溝８に出し入れされる爪９を検出するセンサ７５を設けているので、爪９の着脱の際に爪９の有無が確認でき、着脱を確実に行うことができる。
なお、検出手段としてはセンサに限らずマイクロスイッチ等も採用できるし、検出手段による爪の検出は、爪交換アームを用いた先の形態においても行うことができる。但し、検出手段は省略することもできる。
特にここでは、移動手段を、チャック２が取り付けられる主軸６０の外周へ軸受６１を介して基端部６８が回転可能に連結され、基端部６８から半径方向外側へ突出する先端部６９にガイド部３１が設けられた旋回盤６６と、旋回盤６６を回転動作させるエアシリンダ６７とを含んでなるものとしているので、移動手段を機体内で省スペースでコンパクトに形成することができる。
また、ガイド部３１に、取付溝８に出し入れされる爪９を検出するセンサ７５を設けているので、爪９の着脱の際に爪９の有無が確認でき、着脱を確実に行うことができる。
なお、検出手段としてはセンサに限らずマイクロスイッチ等も採用できるし、検出手段による爪の検出は、爪交換アームを用いた先の形態においても行うことができる。但し、検出手段は省略することもできる。
【0037】
さらに、上記形態や変更例では、取付溝を上側に割り出して爪の交換を行っているが、移動手段の形態等によっては上側に限らず、チャックの横側や下側をガイド部の交換位置としても同様に爪の交換は可能である。
加えて、上記形態では、チャックに対する爪の取り外しと取り付けとを一つずつ順番に行っているが、最初に爪交換アームや爪交換装置を用いずにロボットアームによってチャックから全ての爪を取り外した後、爪交換アームや爪交換装置を用いて爪の取り付けを連続して行う手順としても差し支えない。
加えて、上記形態では、チャックに対する爪の取り外しと取り付けとを一つずつ順番に行っているが、最初に爪交換アームや爪交換装置を用いずにロボットアームによってチャックから全ての爪を取り外した後、爪交換アームや爪交換装置を用いて爪の取り付けを連続して行う手順としても差し支えない。
【0038】
そして、チャックには、図１７に示すように、チャック２Ａの前面に設けた半径方向の取付溝８ａ，８ａ・・に対し、爪９ａ，９ａ・・ではなく、ワークＷをチャック２Ａの前面で位置決めするための位置決め凸部８１をそれぞれ前面に備えた部品としてのストッパ８０，８０・・が、着脱可能に設けられている場合がある。
このようなチャック２Ａに対しても、ストッパ８０の後面及び左右の側面に合わせて、後ガイド面５６，５６と部分的な横ガイド面５１，５１とを有するガイド部３１を備えたストッパ交換アーム４Ａを用いれば、爪の場合と同様にストッパ８０の交換が可能である。すなわち、横ガイド面５１と後ガイド面５６とで取付溝８ａに対するストッパ８０の案内を確保しつつ、ストッパ８０の出し入れのストロークを短くすることができ、ストッパ８０を短時間で正確且つ確実にチャック２Ａに対して着脱することができる。
なお、このような爪以外の部品の交換に際しても検出手段の採用による部品の有無は確認可能である。
このようなチャック２Ａに対しても、ストッパ８０の後面及び左右の側面に合わせて、後ガイド面５６，５６と部分的な横ガイド面５１，５１とを有するガイド部３１を備えたストッパ交換アーム４Ａを用いれば、爪の場合と同様にストッパ８０の交換が可能である。すなわち、横ガイド面５１と後ガイド面５６とで取付溝８ａに対するストッパ８０の案内を確保しつつ、ストッパ８０の出し入れのストロークを短くすることができ、ストッパ８０を短時間で正確且つ確実にチャック２Ａに対して着脱することができる。
なお、このような爪以外の部品の交換に際しても検出手段の採用による部品の有無は確認可能である。
【符号の説明】
【0039】
１・・機体、２，２Ａ・・チャック、３・・カバー、４・・爪交換アーム、４Ａ・・ストッパ交換アーム、５・・ベース、６・・プランジャ、７・・マスタジョー、８，８ａ・・取付溝、９・・爪、１０・・ベースジョー、１１・・トップジョー、１２・・ロック機構、１３・・係合ブロック、１４・・ラック、１５・・ロックピン、１６・・ロック解除ピン、１８・・係止凹部、１９・・傾斜溝、２２・・有底孔、２３・・大径部、２４・・ガイドピン、２５・・位置決め凹部、３０・・旋回アーム、３１・・ガイド部、３２・・本体、３３・・ガイド片、３４・・ロック用シリンダ、３５・・ロック解除用シリンダ、３６，４２・・シリンダ室、３７，４３・・ピストン、３８・・上側ロッド、３９・・下側ロッド、４４・・押圧ロッド、４５・・ガイド凹部、４６・・押圧ブロック、４８・・押圧突起、４９・・位置決め突起、５０・・ガイド突起、５１・・横ガイド面、５２・・上傾斜面、５３・・下傾斜面、５５・・段部、５６・・後ガイド面、５７，５８・・噴出口、６０・・主軸、６１・・軸受、６５・・爪交換装置、６６・・旋回盤、６７・・エアシリンダ、６８・・基端部、６９・・先端部、７２・・ピストンロッド、７３・・ブラケット、７５・・センサ、８０・・ストッパ、８１・・位置決め凸部。
【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】
【図17】