JP2015189000A - 締付チャック - Google Patents

Abstract

【課題】締付力を捉えるためのセンサーを締付あごに配置した場合にも、締付力の伝達、及び、締付あごによるワークの締付及び拘束に影響を与えることがないように構成する。【解決手段】チャック駆幹体（２）と、複数の締付あご（４）と、締付力を捉えるべく少なくとも一つの締付あご（４）に備え付けられたセンサー（１１）とを備える締付チャックであって、締付あご（４）が、根元あご（５）と、この根元あご（５）に、ほぞ継ぎ部（７）を通じて取り付けられる継ぎ付けあご（６）とを備えてなり、センサー（１１）がほぞ継ぎ部（７）に備え付けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、チャック駆幹体を備え、チャック駆幹体中の半径方向に延びる案内受入部中に複数の締付あごが位置・姿勢（位置及び姿勢の少なくとも一方、以下同様）をシフト可能に案内された締付チャックに関する。

この複数の締付あごは、根元あごと、この根元あごに対してほぞ継ぎ状に取り付けられる継ぎ付けあごとを含んでなる。また、複数の締付あごのうちの少なくとも一つには、締付力を捉えるためのセンサーが備え付けられている。

今日の工作機械は、機械スピンドルを非常に高い回転数で回転させることができ、これにより、加工時間を顕著に短縮し、製造効率を有意に高めることができる。しかしながら、ワークの内側から締付・拘束を行う内締め(internal chucking)、及びワークの外側から締付・拘束を行う外締め(external chucking)のいずれでも、原理上、次のような問題が生じる。すなわち、締付あごからワークに作用する締付力が、遠心力により変化するという問題が生じる。特には、外締めの場合に、締付力が減少する。そのため、ワークを確実に締め付けて拘束するということを、常に確実に実現することはできない。このことは、一方では、次のことを引き起こし得る。すなわち、遠心力により締め付け力の損失が生じるにも関わらず、最小限の締付力を確保し続ける程度にまで、初期の締め付け力を大きくすることとなる。しかし、このようにすることは、信頼性の点から見て、満足できるものでないので、締付あごの位置・姿勢をシフトさせるための、一連の部材からなる駆動伝達系の中に、センサーが配置される。このセンサーは、実際に作用する力を捉えて、センサー信号を制御回路に伝えることができるようにし、これにより、締付力が変動した際に、変動をキャンセルすることができる。

ヨーロッパ特許EP1998932B

本発明の根底をなす課題は、導入部で述べたような締付チャックについて、センサーを配置することによって、締付力の伝達、及び、締付あごによるワークの締付及び拘束に影響を与えるということがないように構成することである。

上記課題は、導入部で述べたような締付チャックにおいて、センサーがほぞ継ぎの箇所に備え付けられることにより解決される。

これにより、センサーは、根元あごと、継ぎ付けあごとの間の接合面に位置し、ワークに対する締付あごの位置・姿勢による影響を受けない。このことにより、特には、次のような実施態様が可能となっている。すなわち、センサーは、駆動伝達系の内部または伝動面に直接に組み込まれるのでなく、駆動伝達系に対して平行に配置されるのであり、駆動伝達系中に位置する構成部材の変化を捉える。

本発明にしたがう締付チャックの斜視図である。根元あご及び継ぎ付けあごが嵌め込まれた状態にて示す。 図１の締付チャックについての、中心軸に沿った断面図である。 取り外された状態の一つのみの締付あごについての中心軸方向の断面図である。各締付あごは、根元あご及び継ぎ付けあごから形成されている。 図３中の根元あごについての斜視図である。 第1の変形例の根元あご及び継ぎ付けあごについての、図３と同様の断面図である。 第1の変形例の根元あごについての、図４と同様の斜視図である。 図４の根元あごについて、センサーパッドの小片が設けられた状態にて示す、図４と同様の斜視図である。 第2の変形例の根元あごについての、図７並びに図４と同様の斜視図である。 第1の変形例の根元あごに対応する継ぎ付けあごの斜視図であり、センサーパッドの小片が取り付けられた状態にて示す。 第3の変形例の根元あごについての、図４と同様の斜視図である。 第4の変形例の根元あごについての、図４と同様の斜視図である。 第5の変形例の根元あごについての、図４と同様の斜視図である。 第6の変形例の根元あごについての、図４と同様の斜視図である。 位置決め・補正部材が備えられた場合についての、図３と同様の中心軸方向断面図である。 図８に示す第2の変形例の根元あごが、根元あご本体と、これとは別体の断面略T字形のスライドブロックとからなる場合（第7の変形例）についての、図８並びに図４と同様の斜視図である。 図15に示す第7の変形例の根元あごが、継ぎ付けあごと互いに組み付けられた状態を示す、図３と同様の中心軸方向の断面図である。センサーパッドの小片、並びに、給電配線及び信号配線が備えられた状態を示す。 第8の変形例の根元あごについての、図４と同様の斜視図である。継ぎ付けあご、及び、取り付けネジは省かれている。

本発明の枠内において、次のようであるならば、特に好ましい。すなわち、根元あご及び継ぎ付けあごのうちの一方のあごに、溝または凹部と、この溝または凹部の壁面に対して垂直に配置された壁面を有するほぞ（臍; tenon）とが設けられ、根元あご及び継ぎ付けあごのうちの他方のあごに、前記一方のあごにおける溝または凹部と、ほぞとにそれぞれ対応する構造、特には、ほぞと、溝または凹部とが設けられる。このような場合において、センサーは、前記一方のあごのほぞにおける、前記他方のあごを向く表面に設けられる。このようなほぞを通じて、すなわち、駆動伝達系を通じて、締付駆動のための力が、各締付あご中にて、根元あごから継ぎ付けあごへと導かれ、継ぎ付けあごからワークへと導かれる。ここで、ほぞには、締付チャックの半径方向すなわち放射方法に、押圧力が作用する。この押圧力は、ほぞの変形を引き起こす。この変形を、センサーにより捉えることができる。なお、一方のあごの長手方向または横断方向に延びる溝が設けられる場合、この一方のあごにおけるほぞは、複数が設けられて溝に垂直に配列されるか、または、溝に垂直の方向に延びるように設けることができる。特には、一方のあごに、その長手方向寸法または横断方向寸法の全体にわたって延びる一つの溝またはほぞを設け、この溝またはほぞを挟む両側に、特にはこの溝またはほぞを挟むように、それぞれ、一対のほぞ、または一対の溝を設けることができる。

本発明の枠内において、さらには、センサーが根元あごに配置されるならば好ましい。というのは、次のような実施形態が可能となるからである。すなわち、締付力の検出の可能性に悪影響を与えることなく、根元あごを、任意の継ぎ付けあごとともに作動させることができ、したがって、継ぎ付けあごを交換するという選択の自由が与えられる。

センサーが歪ゲージにより形成されているならば好ましい。特には、センサーが、小片状のセンサーパッドにより形成されているならば好ましい。このセンサーパッドは、基板または基体に、歪ゲージの計測構造体が設けられたものである。このようなセンサーの技術分野において、次のような実施形態を取り得る。すなわち、例えばレーザー溶着またはレーザー溶接により、ほぞ継ぎ部に固定して取り付け、大きな熱負荷が、前記一方のあごの全体には及ばないようにするという実施形態を取り得る。

本発明の枠内において、次のような実施形態を取ることもできる。すなわち、小片状のセンサーパッドが、ほぞに備え付けられており、基体としてのほぞに、スパッタリングと、フォトリソグラフィーにより、測定構造体が、直接に形成されているという実施形態をとることもできる。したがって、根元あごと、小片状のセンサーパッドとを、別個に製作してから互いに接続させるということが必ず必要というのではなく、小片状のセンサーパッド自体を前記一方のあごの一体の構成部分として設けることができる。これに関連して、ほぞが、スライドブロックに形成されているならば好ましい。このスライドブロックは、前記一方のあご中に配置可能なものである。直接に構造体を設けるためには、所要の成膜装置に装入する必要があるが、このような形態であると、スライドブロックだけを装入すればよく、かなりかさ（嵩）の大きい根元あごまたは継ぎ付けあごを装入する必要がないという利点が得られる。スライドブロックは、小片状のセンサーパッドを溶着または溶接しておくのにも用いることができる。すなわち、センサーパッドの構造体を直接に作りつける場合以外にも用いることができる。また、ほぞ継ぎは、ほぞが凹部に完全に嵌め込まれるものでなくてもよく、ほぞが、溝の長さ方向寸法の一部の領域に嵌め込まれるものであって良い。すなわち、ほぞが溝中または凹部中にてスライド可能な形態であっても、ほぞ継ぎと呼ぶことにする。

スライドブロックは、直方体ブロック状であると剛性が充分でないことから、変形がセンサーにより部分的にのみ捉えられるおそれがある。このことから、スライドブロックの剛性を高めるには、スライドブロックに、補強用棚状突起が備えられる。スライドブロックは、特には、T字形の断面を有している。

本発明の枠内において、次のことが想定されている。すなわち、根元あごと、継ぎ付けあごとの間には、これら相互の間の位置・姿勢についての細かい調整を行うべく、位置決め・補正機構が備えられる。この、位置決め・補正機構でもって、特には、センサーのゼロ検出信号及び静止信号について調整可能である。

本発明の枠内において、さらには、次のことが想定されている。すなわち、非接触のエネルギー及びデータの伝達のための遠隔測定（テレメトリー）装置が備えられるか、または、根元あごに、蓄電セル及び無線モジュールが備えられることが想定されている。遠隔測定装置は、好ましくは、電波または光による、エネルギーの受け取り及びデータの送信を自動的に行う装置である。

次に、図面に示されている実施例を参照しつつ、本発明について詳しく説明する。

図１に示された実施例において、締付チャック１は、低ヒステリシスのチャック駆幹体２を備えたレバー式のチャックとして描かれている。この締付チャック１における半径方向に延びる案内受入部３中には、それぞれ、締付あご４が案内されている。各締付あご４は、根元あご５と、根元あご５に対してほぞ継ぎ７により取り付けられた継ぎ付けあご６とから形成されている。ここで、ほぞ継ぎ７は、次のようにして形成されている。すなわち、溝８と、溝８に対して垂直の方向に配列される複数のほぞ９とが、根元あご５及び継ぎ付けあご６のうちの一方の側に形成される。そして、この溝８及びほぞ９にそれぞれ対応する構造、特には、それぞれ対応するほぞ９及び溝８が、根元あご５及び継ぎ付けあご６のうちの他方の側に設けられる。図３及び図４の実施形態によると、根元あご５に、その中心線に沿って全長にわたって延びる大きな溝８が形成されており、この溝８を形成するレール状の突条としての２つの溝壁１０には、それぞれ、中央部にほぞ９が形成されている。したがって、これらの２つのほぞ９は、溝８が延びる方向（あごの長手方向）と垂直の方向（あごの横断方向）に配列されている。

締付力を捉えるべく、センサー１１が、締付あご４に、特には、ほぞ継ぎ７の部分に備え付けられる。ここで、センサー１１は、根元あご５または継ぎ付けあご６に備え付ける形態をとることができる。根元あご５に設ける形態であると、締付力の取得に影響を与えることなしに、継ぎ付けあご６を交換できるという利点が得られる。センサー１１は、歪ゲージ１２により形成されている。この歪ゲージ１２は、従前よりの形態にて、ほぞ９に、貼り付けることにより容易に配置することができる。

しかしながら、好ましい実施形態であって、そのために図示された実施形態においては、センサー１１が、薄膜構造体としての小片状のセンサーパッド１３により形成されている。このセンサーパッド１３は、レーザー溶着により、ほぞ９に、取り付けて固定することができる。ここでのセンサーパッド１３は、厚みが0.1〜0.2mmの金属箔からなる基板を含んで形成される。この基板の表面には、歪ゲージの計測構造が、スパッタリング及びフォトリソグラフィーにより形成されている。接着剤による固定・取り付けを行うという別の形態も同様に可能である。

図４〜１５には、根元あご５または継ぎ付けあご６の種々の箇所に、小片状のセンサーパッド１３を配置可能であることを示す。すなわち、根元あご５におけるほぞ継ぎ７のほぞ９に設けることも、継ぎ付けあご６におけるほぞ継ぎ７のほぞ９に設けることもできる。一般には、次のような形態をとることもできる。すなわち、溝８の領域の中に配置することを想定することがきる。または、複数のセンサー１１またはセンサーパッド１３を設けることもできる。計測体（計測対象となっている部分または部材）の寸法は、すなわち、例えばほぞ９の寸法は、最大の力が加わった際に、充分に大きな変形が生じ、これにより、充分に大きな長手方向及び横方向の歪が生じるように選択・設定される。必要な歪を得るためには、ほぞ継ぎ７の形状や形態について、必要な歪を得るのに適したものとすることができる。

図１１〜１３においては、各ほぞ９に、根元あごの長手方向または横方向に延びる溝、並びに、孔１７及びポケット部のいずれかを設けることにより、ほぞ９の剛性に影響を与え、これにより、ほぞ９に配置されたセンサーパッド１３の感度に影響を与えることにつき示されている。また、孔１７を通じて、給電配線及び信号配線を、直接、小片状のセンサーパッド１３の薄膜構造体にまで導くことができる。

孔１７を通じて導くことができるということは、小片状のセンサーパッド１３の薄膜構造体を、センサーパッド１３の基板の根元側の面（図では下向きの面）に設けるという、代替的な実施形態をも可能にする。このような実施形態により、センサーパッド１３の薄膜構造体、及び、この薄膜構造体における、はんだ付けされた配線との接続箇所は、外部から保護されるのであり、さらには、樹脂による埋め込みを行うことができる。回転する締付チャック１からのエネルギー及び信号の伝達のためには、無線自動送受信機などによる遠隔測定（テレメトリー）装置が備えられる（図１７）。

図１４に示す実施例においては、調節ネジ１４が備えられる。この調節ネジ１４を用いて、根元あご５に対する継ぎ付けあご６の位置・姿勢を調整することができる。この調整により、根元あご５と継ぎ付けあご６との間の位置・姿勢のアライメントを行うにあたり、特定の初期条件を実現することができる。

図１５には、小片状のセンサーパッド１３を、根元あご５または継ぎ付けあご６の本体のほぞ９に直接溶着する必要が必ずしもないことを示す。小片状のセンサーパッド１３は、経済的な理由、並びに、製造工程上及び組み立て工程上の理由から、根元あご５または継ぎ付けあご６の本体に嵌め込むスライドブロック１５に設けることができる。

小片状のセンサーパッド１３は、必ずしも、根元あご５と別個に製作してから、レーザー溶着などにより根元あご５に固定するという必要がない。小片状のセンサーパッド１３を実現するにあたり、薄膜構造体を、根元あご５に直接設けることができるからである。分割しない完全な形（丸ごと）の根元あご５に、薄膜構造体を直接に設けることは、通常、成膜設備の処理スペースにコストがかかるために選択肢から外される。そのため、根元あご５の本体にぴったりと嵌め込まれるスライドブロック１５を用いることができる。このスライドブロック１５は、T字状に形成され、したがって、２つの補強用棚状突起１６を有しており、根元あご５に取り付けられている。

根元あご５に、蓄電セルと無線モジュールとを備え付けるという実施形態をとることもでき、このようにして、センサー１１により捉えられたデータを、定置された処理系統に送信することができる。

図１６に示すように、スライドブロック１５を用いる際に、根元あご５中の位置・姿勢を補正するための位置決め・補正部材（例えば調整ネジ１４）を用いて、微調整を行うことを想定することができる。

１…締付チャック； ２…チャック駆幹体； ３…案内受入部；
４…締付あご； ５…根元あご； ６…継ぎ付けあご；
７…ほぞ継ぎ部； ８…溝（凹部）； ９…ほぞ（臍）；
１０…溝壁； １１…センサー； １２…歪ゲージ；
１３…小片状のセンサーパッド； １４…調整ネジ；
１５…スライドブロック； １６…補強用の棚状突起；
１７…通孔； １８…給電用及び信号用の配線； １９…ポケット

Claims (12)

1. チャック駆幹体（２）と、チャック駆幹体（２）中にて、半径方向に延びる案内受入部（３）中を案内されて位置・姿勢をシフト可能な複数の締付あご（４）と、締付力を捉えるべく少なくとも一つの締付あご（４）に備え付けられたセンサー（１１）とを備える締付チャックであって、締付あご（４）が、根元あご（５）と、この根元あご（５）に、ほぞ継ぎ部（７）を通じて取り付けられる継ぎ付けあご（６）とを備えてなるものにおいて、センサー（１１）がほぞ継ぎ部（７）に備え付けられたことを特徴とする締付チャック。
2. ほぞ継ぎ部（７）が、溝（８）または凹部と、この溝または凹部の壁面に対して垂直に配置された壁面を有するほぞ（９）とにより形成され、根元あご（５）及び継ぎ付けあご（６）のうちの一方のあごに、これらの溝（８）または凹部と、ほぞ（９）とが形成され、根元あご（５）及び継ぎ付けあご（６）のうちの他方のあごに、これらの溝（８）または凹部と、ほぞ（９）とにそれぞれ対応する、ほぞ（９）と、溝（８）または凹部とが形成されており、
   センサー（１１）が、一方のあごのほぞ（９）における、他方のあごを向く面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の締付チャック。
3. センサー（１１）が根元あご（５）に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の締付チャック。
4. センサー（１１）が歪ゲージを用いて形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のドリルチャック。
5. センサー（１１）は、歪ゲージを形成した基体により形成されたセンサーパッド（１３）により形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の締付チャック。
6. ほぞ（９）は、一方のあごに配置可能なスライドブロック（１５）に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の締付チャック。
7. センサーパッド（１３）がほぞ（９）に備えられ、ほぞ（９）には、スパッタリング及びフォトリソグラフィーにより、センサーパッド（１３）の計測構造体が直接に設けられていることを特徴とする請求項５または６に記載の締付チャック。
8. ほぞ（９）には、孔（１７）とポケット（１９）が設けられ、これらを通って、給電配線及び信号配線が、基体の根元側の面に形成された計測構造体への導通を行うべく延びていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の締付チャック。
9. スライドブロック（１５）が補強用の棚状突出部（１６）を備えることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の締付チャック。
10. 根元あご（５）と継ぎ付けあご（６）との間、またはスライドブロック（１５）には、微調整のための位置決め・補正機構（１４）が備えられることを特徴とする請求項２〜９のいずれかに記載の締付チャック。
11. エネルギー及びデータの非接触での伝達を行うための遠隔測定装置が備えられることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の締付チャック。
12. 根元あご（５）には、蓄電セル及び無線モジュールが備えられることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の締付チャック。

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