JP2011079104A - チャック装置 - Google Patents

Abstract

【課題】テーパ面を有するワークをそのテーパ面で把握するのに好適なチャック装置について、チャッキングの精度を高める。
【解決手段】チャック本体１０に対し、主軸２の径方向にスライド可能にジョーホルダ２０を取り付け、各ジョーホルダ２０に対し、主軸２の軸心を含む平面上を回動可能にジョー３０を取り付ける。各ジョーホルダ３０を進退動させ、各ジョー３０を正逆回動させることで、そのグリップ部３１をワークＷの周面に沿わせて確実に把握することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、工作機械の主軸端に取り付けられ、テーパ面を有するワークをそのテーパ面で把握するのに好適なチャック装置およびチャック方法に関する。

円すいころ軸受の軌道輪のように、周面にテーパ面を有するワーク（加工対象物）を工作機械で加工する際には、工作機械の主軸端に取り付けられたチャック装置によりそのテーパ面を把握する必要が生じる。

このようなワークのテーパ面を把握するためのチャック装置として、特許文献１に開示されているように、内径把握型コレットのその内径面自体をテーパ面にしたコレットチャック装置がある。
また、特許文献２に開示されているように、加工時にはチャック装置とワークのテーパ面との隙間を樹脂で充填して固定し、加工が終わると樹脂を溶かして取り除くことでワークをチャックから取り外し可能としたチャック装置がある。

しかし、特許文献１のコレットチャック装置の場合、コレットのテーパ面の傾斜角および径と、ワークのテーパ面の傾斜角および径とが、設計誤差などにより一致しない場合、両テーパ面間に隙間が生じて十分な把握力を得ることができず、チャッキングの精度が悪い欠点がある。
また、特許文献２のチャック装置の場合、使用のたびに、樹脂の充填作業および除去作業を繰り返す必要があるため、チャッキングに手間や時間がかかる欠点がある。

特開平０７−０５１９０９号公報 特開平０６−０３９６０１号公報

そこでこの発明の解決すべき課題は、テーパ面を有するワークをそのテーパ面で把握するのに好適なチャック装置について、チャッキングの精度を高め、かつチャッキングの時間を短縮することである。

上記した課題を解決するため、発明にかかるチャック装置を、工作機械の主軸端に固定され、その先端部にワークの端面を当てて位置決めするチャック本体と、前記チャック本体に対し、前記主軸の径方向にスライド可能に取り付けられ、前記主軸の周方向に並列する複数のジョーホルダと、前記各ジョーホルダに対し、前記主軸の軸心を含む平面上を回動可能に取り付けられ、前記ワークの周面への対向箇所にグリップ部を有する複数のジョーと、前記各ジョーホルダを前記主軸の径方向に進退動させる第１の駆動手段と、前記各ジョーを前記主軸の軸心を含む平面上を正逆回動させる第２の駆動手段を備える構成としたのである。
そして、前記第１および第２の駆動手段により、前記各ジョーを移動させてそのグリップ部の面全体で前記ワークの周面を把握可能としたのである。

ジョーを主軸の径方向に進退動可能とし、さらに主軸の軸心を含む平面上を正逆回動可能としたので、動きの自由度が高く、そのグリップ部をワークの周面（把握面）に沿わせてワークを確実に把握することができ、チャッキングの精度が高まる。
チャッキングの精度が高く、把握力が強いため、ワークが焼入鋼からなる場合のような、高負荷の加工にも対応できる。

またジョーのみでワークを把握するため、特許文献２のチャック装置のように使用のたびに樹脂の充填作業および除去作業を繰り返す必要はない。
さらに、ジョーを回動させることでその傾斜角度を変更可能であるため、把握面の傾斜角度が異なる種々のワークをチャックする際にもジョーを取り替える必要がない。
そのため、手間をかけることなく短時間でチャッキングすることができる。

ワークの把握面の略全体をほぼ均等の力で把握するため、チャッキング時のワークの変形を防止することができる。
さらに、構造が簡単であるため、大量生産が可能であり、製造コストを抑えることができる。

このようなチャック装置としては、いわゆるワークの外周面を把握する外径チャック方式およびワークの内周面を把握する内径チャック方式のいずれもが含まれる。
内径チャック方式の場合には前記ワークは内周面を有する円筒形ワークであり、前記各ジョーホルダはこの円筒形ワークに差し込まれ、前記各ジョーはジョーホルダの外径側に取り付けられることになる。

チャック装置が内径チャック方式の場合には、前記第１の駆動手段を、前記主軸を挿通し、主軸の軸方向にスライド可能なドローバーと、前記各ジョーホルダを、互いに接近する向きに付勢する弾性部材と、前記ジョーホルダの内径側に形成され、前記ドローバーの当接により前記主軸の径方向に押されるテーパ部から構成すると構造が簡単で信頼性が高いため好ましい。

また、この内径チャック方式の場合において、前記ジョーを、その先端部が後端部よりも前記主軸の軸心から離れる向きに傾斜する位置と、前記主軸の軸心に対して平行となる位置との間を回動可能にする構成が採用できる。
このように構成すると、ワークの内周面がテーパ面である場合に、ジョーを主軸の軸心に対して平行にすることでワークをテーパ面の小径側からチャック装置に装填することができ、ついでジョーを先端部が後端部よりも主軸の軸心から離れる向きに回動させて把握することが可能である。
この場合、ワークをチャック装置に引き込む方向に力が作用するため、より把握力を増すことができる。

前記第２の駆動手段を、前記主軸の軸方向にスライド可能なピストンを有するシリンダと、前記ジョーとピストンとをリンク結合するアームから構成すると構造が簡単で信頼性が高いため好ましい。

前記ジョーのグリップ部が、前記ワークの周面が当接したか否かを判別する着座センサを、前記主軸の軸方向に並列して複数有する構成を採用すると、グリップ部の面全体でワークを把握したか否かが簡単な構成で確認できるため好ましい。

具体的なチャック方法としては、前記複数のジョーのグリップ部を前記ワークのテーパ面に対向させるステップと、前記複数のジョーを、そのグリップ部の一部が前記ワークのテーパ面に当接するまで前記主軸の径方向にスライドさせるステップと、前記ジョーのグリップ部の一部が前記ワークのテーパ面に当接した状態から、前記複数のジョーを、そのグリップ部の略全体が前記ワークのテーパ面に当接するまで前記主軸の軸心を含む平面上を回動させるステップからなるのが好ましい。

あるいは、前記複数のジョーのグリップ部を前記ワークのテーパ面に対向させるステップと、前記複数のジョーを、前記主軸の径方向に所定量スライドさせるサブステップと、前記主軸の軸心を含む平面上を所定角度回動させるサブステップを交互に繰り返すことでそのグリップ部の全体を前記ワークのテーパ面に当接させるステップからなるのが好ましい。

ジョーを主軸の径方向に進退動可能とし、かつ主軸の軸心を含む平面上を正逆回動可能としたので、動きの自由度が高く、ワークの周面を確実に把握可能となる。

第１実施形態のチャック装置の縦断面図 第１実施形態のチャック装置の縦断面図 第１実施形態のチャック装置の縦断面図 第１実施形態のチャック装置の縦断面図 第２実施形態のチャック装置の縦断面図 第３実施形態のチャック装置の縦断面図

以下、図面を参照しつつこの発明の実施形態について説明する。

図１から図４に示す第１実施形態の内径チャック方式のチャック装置１は、工作機械の主軸台の主軸２の先端部に取り付けられ、内周面がテーパ面ｔとなっている円筒形ワークＷのそのテーパ面ｔの把握に好適に用いられる。

詳しくは、チャック装置１は、主軸２の端部（主軸端）に固定されるチャック本体１０と、チャック本体１０に対して主軸２の径方向にスライド可能に取り付けられる複数のジョーホルダ２０と、各ジョーホルダ２０に対して主軸２の軸心を含む平面上を回動可能に取り付けられる複数のジョー３０を備える。
また、工作機械の主軸２には、入れ子状にドローバー３が挿通している。ドローバー３は、主軸２の軸方向にスライド可能であり、その先端部が先細りのテーパをなしている。

チャック本体１０は、主軸２の端に固定されたドーナツ板形のベース１１と、ベース１１の前面の周縁部に固定されたスリーブ１２と、スリーブ１２の先端部に固定されたストッパリング１３と、からなり、ドーナツ板形のベース１１には、ドローバー３が挿通している。

ブロック型のジョーホルダ２０は、主軸２の周方向に等間隔を置いて複数配置され、その後部はチャック本体１０のスリーブ１２およびストッパリング１３に周囲を囲まれている。
ジョーホルダ２０は、主軸２の径方向にスライド可能となるように、その後端部がチャック本体１０のベース１１の前面に嵌めあわされている。さらに、各ジョーホルダ２０は図示省略の弾性部材によりドローバー３に接近する向きに付勢されている。

またジョーホルダ２０の内径部には、ドローバー３の先端部と同方向に傾斜するテーパ部２１が形成されている。ここで先端部を除いたドローバー３の径は、弾性部材の付勢により互いに接近した複数のジョーホルダ２０のテーパ部２１同士を結んだ仮想円の径よりも大きくなっている。
したがって、ドローバー３が前進するとその先端部がジョーホルダ２０のテーパ部２１に当接し、ついで楔作用によりジョーホルダ２０を径方向に押す。そのため、ジョーホルダ２０は互いに離反する方向にスライドする。またドローバー３が後退するとこのような径方向への押圧からジョーホルダ２０は解除され、再び互いに接近する方向にスライドすることになる。
これら、ドローバー３、弾性部材、テーパ部２１は、チャック装置１の第１の駆動手段を構成する。

さらに、各ジョーホルダ２０には、シリンダ２２が内蔵されており、そのピストンは、シリンダ２２に連通する図示省略の油通路から送り込まれる作動油により、主軸２の軸方向にスライド可能となっている。
また、ジョーホルダ２０の外径部は、先細りとなってならい部２３を構成している。

各ジョー３０は、その先端部が後端部よりも主軸２の軸心に近づく向きに傾斜した状態で、先端部がジョーホルダ２０の先端部へとピン結合され、このピン結合部を中心に主軸２の軸心を含む平面上を回動可能となっている。

また、ジョー３０の後端部とシリンダ２２のピストンのロッド部とは、アーム３２によりリンク結合されている。このため、ピストンが主軸２の軸方向に進退動すると、ジョー３０は正逆回動するようになっている。
その回動範囲は、ジョー３０がジョーホルダ２０のならい部２３にならう位置とシリンダ２２のピストンが限界まで前進した位置の間である。なお、図示の如くストッパリング１３の先端部は、ジョー３０の回動の邪魔にならないように内径側が切り欠かれている。
これらシリンダ２２、アーム３２はチャック装置１の第２の駆動手段を構成する。

また、ジョー３０はその外径側にグリップ部３１を有し、このグリップ部３１には、図示省略の主軸２の軸方向に並列する複数の着座センサが付属している。着座センサはエア圧の変化により、前記ワークＷの周面がグリップ部３１に当接したか否かを判別可能に構成されている。

第１実施形態のチャック装置１の構成は以上のようであり、次に図１から図４を参照してその動作について説明する。

まず図１から図２のように、円筒形のワークＷに、チャック装置１のジョーホルダ２０を差し込み、ワークＷの端面をチャック本体１０のストッパリング１３に当てると、ワークＷは位置決めされる。このときに、ワークＷの軸方向の前方から心押し台のセンタ４が押し付けられて抜け止めがなされる。この状態で、図示のようにワークＷの内周テーパ面ｔとジョー３０のグリップ部３１とは対向している。

つぎに、図２から図３のように、ドローバー３を前進させてジョーホルダ２０を径方向に移動させ、ジョー３０のグリップ部３１の一部がワークＷのテーパ面ｔに当接するようにする。グリップ部３１の一部がワークＷのテーパ面ｔに当接したかどうかは、着座センサの少なくとも一つのエア圧が変化することで判定可能である。

さらに、図３のように、シリンダ２２を作動させてジョー３０をグリップ部３１の略全体がワークＷのテーパ面ｔに当接するまで回動させる。グリップ部３１の全体がワークＷのテーパ面ｔに当接したかどうかは、着座センサのすべてのエア圧が変化することで判定可能である。

ワークＷのチャック装置１による主軸台への固定が確認されると、図４のように、主軸を回転させ、刃物台に取り付けられたバイトＢにより、ワークＷの切削加工を行う。加工後は前記したのと逆の動作を行うことでワークＷはチャック装置１から取り外される。

このように、ジョー３０を主軸２の径方向に進退動可能とし、さらに主軸２の軸心を含む平面上を正逆回動可能としたので、動きの自由度が高く、そのグリップ部３１をワークＷの周面（把握面）に沿わせて確実に短時間で把握することができる。
なお、複数のジョー３０は個別に回動制御してもよいし、同期させて回動制御してもよい。

図５に示す第２実施形態の外径チャック方式のチャック装置１も、工作機械の主軸２の端に取り付けられ、外周面がテーパ面ｔとなっている円筒形ワークＷのそのテーパ面ｔの把握に好適に用いられる。
第１実施形態のチャック装置１と同様の構成については、くわしい説明を省略する。

この実施形態において、ジョーホルダ２０は、チャック本体１０のスリーブ１２およびストッパリング１３を囲むように、主軸２の周方向に等間隔を置いてベース１１に取り付けられ、主軸２の径方向にスライド可能となっている。
ジョーホルダ２０は、ねじ送り等の公知の手段によりスライド位置を変更可能になっている。

各ジョー３０は、その内径側にグリップ部３１を有し、その先端部がジョーホルダ２０の先端部にピン結合され、後端部とジョーホルダ２０に内蔵されるシリンダ２２のピストンのロッド部とがアーム３２によりリンク結合されることで、ジョー３０は主軸２の軸心を含む平面上を正逆回動可能になっている。

第２実施形態のチャック装置１の構成は以上のようであり、次にその動作について説明する。
円筒形のワークＷの端面をチャック本体１０のストッパリング１３に当てると、ワークＷは位置決めされ、ワークＷの軸方向の前側から心押し台のセンタ４を押し付けると、抜け止めがなされる。
この状態で、ワークＷの外周テーパ面ｔとジョー３０のグリップ部３１とは対向している。

つぎに、ジョーホルダ２０を径方向に所定量移動させることと、シリンダ２２を作動させてジョー３０を所定角度回動させることとを、グリップ部３１の略全体がワークＷのテーパ面ｔに当接するまで繰り返す。全体が当接したか否かは着座センサのすべてのエア圧が変化することで判定可能である。
ここでジョーホルダ２０の一回の動作あたりの径方向へのスライド量、平面状の回動角度は任意に設定可能である。

図６に示す第３実施形態のチャック装置１は、内径チャック方式においてジョー３０の傾斜方向が、上記第１実施形態と逆向き、すなわちジョー３０の先端部が後端部よりも主軸２の軸心から離れる向きに傾斜している。
この場合、ジョー３０は主軸２の軸心に対して平行になるまで回動可能とする。

このように構成すると、ジョー３０を主軸２の軸心に対して平行にすることでワークＷをテーパ面ｔの小径側からチャック装置１に装填することができる。ついでジョー３０を回動させてチャックすることが可能である。この場合、ワークＷをチャック装置１に引き込む方向に力が作用するため、より把握力を増すことができる。
また、ワークＷのテーパ面ｔの小径側からチャック装置１に装填する際にも、チャック装置１を主軸２から取り外す必要がなく、チャッキングの際に手間や時間がかからない。
同様に外径チャック方式においても、ジョー３０の傾斜方向を第２実施形態と逆向きに構成してもよい。

チャック本体１０の構造は、実施形態に限定されず、要は主軸２に固定され、ワークＷの端面を当てて位置決めできればよい。
ジョーホルダ２０の構造も実施形態に限定されず、要はチャック本体１０に対して主軸２の径方向にスライド可能に取り付けられていればよい。ジョーホルダ２０の数も、３つ、４つ等任意である。
ジョー３０の構造や数も実施形態に限定されず、要はワークＷを把持可能であればよい。
ジョーホルダ２０を径方向に移動させる第１の駆動手段、およびジョー３０を回動させる第２の駆動手段も、実施形態に限定されることはなくモータ等の公知の駆動機構を用いることができる。着座センサもエア式以外の公知のものを用いてもよいし、場合により省略可能である。
このチャック装置１は、周面がテーパ面でないワークの把握にも用いられることは無論である。

１ チャック装置
２ 主軸
３ ドローバー
４ 心押し台のセンタ
１０ チャック本体
１１ ベース
１２ スリーブ
１３ ストッパリング
２０ ジョーホルダ
２１ テーパ部
２２ シリンダ
２３ ならい部
３０ ジョー
３１ グリップ部
３２ アーム
Ｗ ワーク
ｔ テーパ面
Ｂ バイト

Claims (8)

1. 工作機械の主軸端に固定され、その先端部にワークの端面を当てて位置決めするチャック本体１０と、
   前記チャック本体１０に対し、前記主軸２の径方向にスライド可能に取り付けられ、前記主軸２の周方向に並列する複数のジョーホルダ２０と、
   前記各ジョーホルダ２０に対し、前記主軸２の軸心を含む平面上を回動可能に取り付けられ、前記ワークの周面への対向箇所にグリップ部３１を有する複数のジョー３０と、
   前記各ジョーホルダ２０を前記主軸の径方向に進退動させる第１の駆動手段と、
   前記各ジョー３０を前記主軸２の軸心を含む平面上で正逆回動させる第２の駆動手段を備えるチャック装置。
2. 前記ワークは内周面を有する円筒形ワークであり、
   前記各ジョーホルダ２０はこの円筒形ワークに差し込まれ、
   前記各ジョー３０はジョーホルダ２０の外径側に取り付けられる請求項１に記載のチャック装置。
3. 前記第１の駆動手段は、
   前記主軸２を挿通し、主軸２の軸方向にスライド可能なドローバー３と、
   前記各ジョーホルダ２０を、互いに接近する向きに付勢する弾性部材と、
   前記ジョーホルダ２０の内径側に形成され、前記ドローバー３の当接により前記主軸２の径方向に押されるテーパ部２１からなる請求項２に記載のチャック装置。
4. 前記ジョー３０は、その先端部が後端部よりも前記主軸２の軸心から離れる向きに傾斜する位置と、前記主軸２の軸心に対して平行となる位置との間を回動可能な請求項２または３に記載のチャック装置。
5. 前記第２の駆動手段は、
   前記主軸２の軸方向にスライド可能なピストンを有するシリンダ２２と、
   前記ジョー３０とピストンとをリンク結合するアーム３２からなる請求項１から４のいずれかに記載のチャック装置。
6. 前記ジョー３０のグリップ部３１は、前記ワークの周面が当接したか否かを判別する着座センサを、前記主軸２の軸方向に並列して複数有する請求項１から５のいずれかに記載のチャック装置。
7. 外周面または内周面にテーパ面を有するワークのそのテーパ面を、工作機械の主軸端上に周方向に並列配置された複数のジョー３０のグリップ部３１で把握するチャック方法であって、
   前記複数のジョー３０のグリップ部３１を前記ワークのテーパ面に対向させるステップと、
   前記複数のジョー３０を、そのグリップ部３１の一部が前記ワークのテーパ面に当接するまで前記主軸２の径方向にスライドさせるステップと、
   前記ジョー３０のグリップ部３１の一部が前記ワークのテーパ面に当接した状態から、前記複数のジョー３０を、そのグリップ部３１の略全体が前記ワークのテーパ面に当接するまで前記主軸２の軸心を含む平面上を回動させるステップからなるチャック方法。
8. 外周面または内周面にテーパ面を有するワークのそのテーパ面を、工作機械の主軸端上に周方向に並列配置された複数のジョー３０のグリップ部３１で把握するチャック方法であって、
   前記複数のジョー３０のグリップ部３１を前記ワークのテーパ面に対向させるステップと、
   前記複数のジョー３０を、前記主軸２の径方向に所定量スライドさせるサブステップと、前記主軸２の軸心を含む平面上を所定角度回動させるサブステップを交互に繰り返すことでそのグリップ部３１の略全体を前記ワークのテーパ面に当接させるステップからなるチャック方法。

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