JP3025097B2 - 円筒状被加工物の保持装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば電子写真機用シ
リンダなどの様に外径の数倍以上の長さを有する円筒形
状の被加工物を切削加工するための円筒状被加工物の保
持装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、直径に対して長さの長い円筒状の
被加工物を旋盤などで切削加工する場合（特にその内周
面及び外周面を加工する場合）には、図７（ａ）に示す
様に、被加工物１２の一端部近傍の外周面あるいは内周
面をコレットチャックまたは３つ爪チャックなどの保持
機構５０によりクランプすると共に、他端部近傍を心押
し台に取り付けられたセンタと呼ばれる保持部材５２で
保持し、切削抵抗による被加工物１２の位置ずれを防止
する様にされていた。ところが、薄肉の円筒状の被加工
物１２を切削加工する場合、この様な保持方法では、保
持力が小さいため、切削力により被加工物１２が振動を
起こす場合がある。そこで、図７（ｂ）に示す様に他端
もコレットチャックまたは３つ爪チャック等の保持機構
５０によりクランプするということが行われてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例においては、被加工物１２の加工前の真直度の精
度が悪い場合、あるいは被加工物１２の両端を保持する
保持機構５０の同軸度の精度が悪い場合には、保持機構
５０により被加工物１２をクランプした時に、被加工物
１２が弾性変形する可能性があった。

【０００４】被加工物１２が弾性変形した状態で保持さ
れたままで切削加工を行った場合、加工直後の状態で
は、被加工物１２の真直度の精度は切削加工機のバイト
５４と被加工物１２の相対的な移動精度で決定されるた
め、高精度に仕上げられているが、被加工物１２の保持
を解除すると同時に、クランプ動作時に生じた弾性変形
分が復元するため、この復元分が加工直後の真直度の精
度に加えあわされて、真直度が劣化するという問題が発
生する。

【０００５】被加工物１２のクランプ動作に伴う弾性変
形量は、被加工物１２の外径が小さい程、また、被加工
物１２の肉厚が薄い程大きくなる傾向にある。クランプ
動作に伴う弾性変形量を小さくするためには、被加工物
１２の両端部を保持する保持機構５０の同軸度を高精度
に設定する必要がある上、被加工物１２は、加工前の真
直度の精度が良いものを選択して使用する必要がある。
また、保持力を小さくすることによってクランプ動作に
伴う弾性変形量を小さくすることもある程度は可能であ
るが、保持力を小さくした場合には、切削力により、加
工中に被加工物１２が位置ずれを起こし、加工精度が劣
化する虞がある。

【０００６】また、被加工物１２の両端を保持する保持
機構５４の同軸度を予め精度良く設定しておくことは可
能であるが、精度の良い被加工物１２を選定することは
生産コストの増大につながる。従って、本発明は上述し
た課題に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、被加工物の真直度の精度の良いものを選択しな
くとも、切削加工物の最終的な真直度を高精度に仕上げ
ることができる様な、円筒状被加工物の保持装置及び保
持方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、目
的を達成するために、本発明に係わる円筒状被加工物の
保持装置は、円筒状の被加工物の外周面を切削加工によ
り加工する場合に用いられる円筒状被加工物の保持装置
において、先端が前記円筒状被加工物の内周に入り込む
筒部と、該筒部に形成され３つ以上の球体を保持する貫
通穴とを有するケージと、該ケージの前記筒部内に配置
され、該筒部に保持された前記球体が前記円筒状被加工
物の内周面に当接するように前記球体を移動させるため
のテーパ部を備えた駒部材と、前記ケージの前記筒部内
に配置され、前記駒部材を前記円筒状被加工物の軸方向
に移動させるための駆動手段と、前記駒部材と前記駆動
手段とを連結すると共に、該駆動手段により前記駒部材
と一体に前記軸方向に移動される連結部材であって、前
記筒部の所定部分に当接して前記駒部材の前記軸方向へ
の移動量を規制するための当接部を有する連結部材と、
前記駒部材と前記連結部材の当接部との相対位置を調整
するための調整手段とを具備することを特徴としてい
る。

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【作用】以上のように、本発明は構成されているので、
円筒状被加工物の内周面あるいは外周面を３つ以上の球
体で支持することにより、円筒状被加工物の長手方向の
傾きを拘束しない状態で円筒状被加工物を保持すること
が可能となるので、円筒状被加工物にクランプ動作によ
る弾性変形が生じにくくなり真直度の精度の良い切削加
工物を加工することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明するので
あるが、具体的な実施例について説明する前に、本発明
により、円筒状被加工物の加工精度を向上させる原理に
ついて説明する。円筒状の被加工物を保持装置によりク
ランプする際の、被加工物の弾性変形の様子を構造解析
によって求めた結果、被加工物の両端の自由度が少ない
程、すなわち過剰に拘束されている程、弾性変形による
真直度の劣化が著しいことが明らかになった。構造解析
は単純な薄肉円筒の一端部を全方向拘束（ＸＹＺ方向の
自由度及びＸ軸Ｙ軸Ｚ軸回りの回転自由度の６自由度を
全て拘束）とし、他端に実際の被加工物の真直度に相当
する強制変位を与えるという条件で行った。そして、こ
の様に、一端部を全方向拘束とした場合の結果と、円筒
の軸が傾く方向のみ自由とした場合の結果とを比較し
た。その結果、傾きに対し自由度を持っている場合の方
が、被加工物の真直度が良くなることが分かった。更
に、一端を傾きに対して自由とするのみでなく、他端も
傾きに対して自由とした場合、すなわち被加工物の両端
を傾きに対して自由とした場合には、一層被加工物の真
直度が良くなることが分かった。

【００１６】従って、以下の実施例においては、円筒状
の被加工物を保持するときに、被加工物の軸の傾きを許
容する様に保持することにより、加工物の真直度を向上
させる様にしている。具体的には、被加工物の両端部を
保持する部分に球体を複数個用い、この球体を押し出し
用の駒部材により被加工物の円筒面に押し付ける構造を
採用している。この様な構造によれば、被加工物の真直
度が悪かったり、あるいは被加工物の両端を保持する回
転軸の同軸度が悪い場合でも、被加工物の円筒面と球体
の接触時に、球体が円筒面上を微小量転動することによ
り被加工物に対して傾きの自由度を与えることが可能と
なる。これにより、被加工物は傾いた状態で保持される
こととなり、弾性変形量が小さく押さえられることとな
る。

【００１７】なお、被加工物の円筒面と球体とはころが
り接触状態であり、且つ保持球体と駒部材もころがり接
触状態となっているが、駒部材が円筒軸回りに回転しな
い様にしておけば切削中に切削力によって被加工物が回
転することはない。以下、本発明の好適な実施例につい
て、図面を参照して詳細に説明する。 （第１の実施例）図１は、第１の実施例の円筒状被加工
物の保持装置により、円筒状の被加工物を保持した状態
を示した図である。

【００１８】図１において、薄肉円筒状の被加工物１２
は、その両端部を２つの保持装置１４，１６によりクラ
ンプされている。この状態で、保持装置１４，１６が図
中矢印で示した方向に回転すると、被加工物１２が、こ
れらの保持装置１４，１６と一体的に回転し、回転して
いる被加工物１２に、図示した様にバイト１８を当てる
ことにより、被加工物１２の外周面を切削加工すること
ができる。

【００１９】図２は、保持装置の一部を拡大して示した
図である。保持装置１４，１６は、全く同一の構造であ
るので、図２にはそれらの代表として、保持装置１４の
構造を示している。図２において、保持装置１４は、そ
の外殻部を構成する略円筒形状のケージ２０を備えてい
る。このケージ２０の円筒状の側壁の先端部に近い位置
には、円周を等角度間隔で分割した３個所に、貫通穴２
０ａが形成されている。この貫通穴２０ａの夫々には、
この貫通穴２０ａからケージ２０の外方に突出すること
により被加工物１２の内周面をクランプする球体２２
が、緩く嵌合した状態で配置されている。

【００２０】一方、ケージ２０の中心部には、このケー
ジ２０の延出方向に沿って、不図示のエアシリンダから
伸びるピストンロッド２４が配置されている。このピス
トンロッド２４は、ケージ２０に対して、ケージ２０の
延出方向に相対的にスライド可能にされている。ピスト
ンロッド２４の先端部には、円錐状の押圧面２６ａを有
する駒部材２６が取り付けられている。押圧面２６ａに
は、球体２２が当接する様にされているので、ピストン
ロッド２４が図中矢印Ａで示される方向にスライドする
ことにより、球体２２は、貫通穴２０ａにガイドされた
状態で、押圧面２６ａの傾斜に沿って、ケージ２０の外
方（矢印Ｂで示される方向）に押し出される。

【００２１】ピストンロッド２４の中間部にはフランジ
部２４ａが形成されており、このフランジ部２４ａの図
中左側端部がケージ２０に設けられた段部２０ｂに当接
することにより、球体２２がケージ２０から最も突出し
た状態が規定される様になされている。球体２２がケー
ジ２０から最も突出した状態においては、球体２２は、
被加工物１２の内周面に当接し、被加工物１２は、保持
装置１４にクランプされている。

【００２２】なお、ケージ２０に形成された貫通穴２０
ａの、ケージ２０の外周面に開口する端部には、保持装
置１４に被加工物１２がクランプされていない状態にお
いて、球体２２がケージ２０の外方に抜け落ちない様に
するための突起部２０ｃが形成されている。次に、上記
の様に構成された保持装置１４による、被加工物１２の
クランプ動作について説明する。

【００２３】まず、不図示のエアシリンダを動作させて
いない図２に示した状態において、ケージ２０の先端部
を、図示した様に被加工物１２の内部に進入させる。こ
の状態で、不図示のエアシリンダを動作させて、ピスト
ンロッド２４を矢印Ａで示した方向に移動させる。ピス
トンロッド２４はケージ２０の内壁に案内されて移動
し、フランジ部２４ａが、ケージ２０の段部２０ｂに当
接した位置で停止する。

【００２４】このピストンロッド２４の矢印Ａ方向への
移動に伴って、駒部材２６が、ケージ２０に対して移動
し、ケージ２０内に配置された球体２２が駒部材２６の
押圧面２６ａの傾斜に沿って矢印Ｃ方向に押しだされ
る。フランジ部２４ａがケージ２０の段部２０ｂに当接
してピストンロッド２４が停止した時の３つの球体２２
の外接円の直径が、被加工物１２の内径より大きけれ
ば、球体２２は被加工物１２の内周面に押し付けられ
る。ケージ２０内に配置されている球体２２の個数を３
個以上にすれば、被加工物１２は、各球体２２のみによ
り保持され、保持装置１４に対して固定されることとな
る。

【００２５】なお、被加工物１２が球体２２によって、
保持され、固定された状態においては、３つの球体２２
の外接円は、ケージ２０の内周面と同軸の円周となって
いる。次に、図３は、真直度の精度の悪い曲がった被加
工物１３を保持した状態を示した図である。

【００２６】真直度の精度の悪い被加工物をクランプし
た場合、球体２２が押し付けられる被加工物１３の内面
の断面形状は楕円形状となる。しかしながら、最低３個
の球体２２が被加工物１３の内壁面を軸方向に微小量こ
ろがり移動することにより、この３個の球体２２の外接
円に一致する位置で、被加工物１３を保持することがで
きる。

【００２７】このとき被加工物１３も微小変位する場合
があるが、この場合の変位は、被加工物１３の一端部を
保持する保持装置１４の備える３つの球体２２の外接円
と、他端部を保持する保持装置１６の備える３つの球体
２２の外接円の中心とを結んだ直線上に被加工物１３が
移動する変位であるので、クランプ動作に伴う被加工物
１３の弾性変形による真直度の精度の変化量は微小であ
る。

【００２８】なお、クランプ動作が終了した後には、球
体２２は、ピストンロッド２４に固定された駒部材２６
と被加工物１３の内壁面に挟まれ、且つ軸方向及び円周
方向の動きを、ケージ２０の貫通穴２０ａにより拘束さ
れているので、もはや転動することはできず、被加工物
１３は、軸回りに回転することなく、ケージ２０に対し
て固定される。

【００２９】この実施例に基づく保持装置を試作し、評
価した結果、クランプ前の外径部の真直度の精度が６０
μｍの被加工物（外径１６ｍｍ，肉厚０．７ｍｍ，全長
２５０ｍｍ）の場合、両端の内周面を保持する保持装置
間の同軸度を１μｍに設定した場合で、保持状態での外
径部の真直度精度は５８μｍであった。更に、その後、
被加工物の外径部を切削加工した結果、切削加工後にク
ランプを解除した状態での被加工物の外径部の真直度は
２〜３μｍと極めて高精度に仕上がっていた。このとき
の切削抵抗主分力は約１００ｇｆであったが、切削力に
よる被加工物の連れ回り、ビビリ振動などは全く発生し
なかった。

【００３０】なお、従来の開き型のコレットチャックに
よって、同程度の真直度精度の被加工物をクランプした
場合、このクランプ状態（保持状態）での外径部の真直
度は２３μｍと小さくなるものの、外径切削加工後、ク
ランプを解除した状態での外径部の真直度は１０μｍと
なり、クランプによる弾性変形量がクランプ解除後に復
元し、真直度が低くなっていることが分かった。 （第２の実施例）第１の実施例においては、球体２２を
ケージ２０の外方に押し出すための駒部材２６に円錐状
の斜面２６ａを形成する様にしたが、この第２の実施例
においては、図４に示した様に、駒部材２８に球面また
は疑似球面の斜面２８ａを形成する様にしている。この
ように、駒部材２８に球面または疑似球面の斜面２８ａ
を形成すれば、球体２２と駒部材２８の転動が滑らかに
行われるため、繰り返し使用に伴う球体２２と駒部材２
８の摩耗が少なくなる。 （第３の実施例）第１及び第２の実施例において、球体
２２の被加工物１２（１３）への押し付け力が強すぎる
場合、被加工物１２（１３）の保持される部分周辺での
被加工物の真円度、あるいは直径が変化する。また、加
圧力が小さすぎる場合には切削力に絶え得る十分な保持
力が得られないという問題が発生する。前述した外径１
６ｍｍ，肉厚０．７ｍｍ，全長２５０ｍｍのアルミニウ
ム材の被加工物１２（１３）を内径保持する場合の最適
条件は、３つの球体２２の外接円の直径を１４．６４ｍ
ｍとした状態、すなわち、被加工物１２（１３）の内径
に対する保持代を０．０４ｍｍとした状態である。

【００３１】従って、球体２２の被加工物１２（１３）
に対する保持代を最適に設定する機構が必要となる。こ
の第３の実施例は、図５に示した様に、駒部材３０をピ
ストンロッド２４に対してねじ込む構造とし、駒部材３
０をピストンロッド２４に対して軸方向に微調整できる
様にしたものである。 （第４の実施例）円筒形状の被加工物の両端部を保持す
る際、両端それぞれの保持に、この発明に係わる保持装
置を用いるのが、被加工物の保持に伴う弾性変形を最小
限に押さえるのに有効であるが、切削力が大きい場合、
あるいは要求される切削加工精度がさほど高くない場合
などには一端部の保持のみに、この発明に係わる保持装
置を用い、他端部の保持には従来通りのコレットチャッ
クあるいは３つ爪チャックなどを用いても良い。この第
４の実施例は、図６に示した様に、被加工物の一端部の
保持に、この発明に係わる保持装置を用い、他端部の保
持にコレットチャックあるいは３つ爪チャックを用いた
ものである。

【００３２】前述した被加工物１２（１３）（外径１６
ｍｍ，肉厚０．７ｍｍ，全長２５０ｍｍ）の一端部の内
周面をこの発明に係わる保持装置で保持し、他端部の内
周面を開き型のコレットチャック３２で保持した場合、
クランプ前に外径部の真直度が６０μｍであった被加工
物１２（１３）が、クランプ状態では、その真直度が５
６μｍとなり、外径切削加工後、クランプを解除した状
態では外径部の真直度は６μｍ程度となった。この値
は、第１の実施例の場合と比較すると劣っているが、両
端とも従来の保持装置により保持した場合の切削加工後
の真直度よりは改善されている。本実施例ではより大き
な切削力が作用する加工条件の場合に、切削力による被
加工物の連れ回りを防止する効果が大きい。

【００３３】以上説明した様に、薄肉円筒形状の被加工
物の保持装置において、球体を被加工物に対して押し付
ける機構を設けることによって、クランプに伴う被加工
物の弾性変形による外径部の真直度の変化を防止するこ
とができ、切削加工後、クランプを解除した場合に良好
な真直度精度が得られる。また、被加工物の両端を保持
する保持装置の同軸度を精度良く設定すれば、加工前の
外径部の真直度が悪い被加工物でも精度良く加工するこ
とが可能であり、加工前の被加工物の選別が不要とな
り、製造コストが低減される。

【００３４】更には、被加工物に接触する部分が球体の
ため、ころがり接触状態となり、被加工物及び保持装置
の繰り返し使用に伴う損傷が少ない。従って、加工機械
の保守作業の手間を低減させる効果もある。なお、本発
明は、その主旨を逸脱しない範囲で、上記実施例を修正
または変形したものに適用可能である。

【００３５】例えば、上記実施例では、球体を３個使用
する場合について説明したが、これに限定されることな
く、３個以上であれば、もっと多くの球体を使用する様
にしても良い。また、被加工物の内周面を保持する様に
説明したが、装置の構成を僅かに変更することにより、
被加工物の外周面を保持することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の円筒状被加工物の保持装置によ
り、円筒状の被加工物を保持した状態を示した図であ
る。

【図２】保持装置の一部を拡大して示した図である。

【図３】真直度の精度の悪い曲がった被加工物１３を保
持した状態を示した図である。

【図４】第２の実施例の保持装置の一部を拡大して示し
た図である。

【図５】第３の実施例の保持装置の一部を拡大して示し
た図である。

【図６】第４の実施例を示した図である。

【図７】従来例を示した図である。

【符号の説明】

１２ 被加工物 １４，１６ 保持装置 １８ バイト ２０ ケージ ２２ 球体 ２４ ピストンロッド ２６，２８，３０ 駒部材 ３２ コレットチャック ５０ 保持機構 ５２ 保持部材

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状の被加工物の外周面を切削加工に
   より加工する場合に用いられる円筒状被加工物の保持装
   置において、 先端が前記円筒状被加工物の内周に入り込む筒部と、該
   筒部に形成され３つ以上の球体を保持する貫通穴とを有
   するケージと、 該ケージの前記筒部内に配置され、該筒部に保持された
   前記球体が前記円筒状被加工物の内周面に当接するよう
   に前記球体を移動させるためのテーパ部を備えた駒部材
   と、 前記ケージの前記筒部内に配置され、前記駒部材を前記
   円筒状被加工物の軸方向に移動させるための駆動手段
   と、 前記駒部材と前記駆動手段とを連結すると共に、該駆動
   手段により前記駒部材と一体に前記軸方向に移動される
   連結部材であって、前記筒部の所定部分に当接して前記
   駒部材の前記軸方向への移動量を規制するための当接部
   を有する連結部材と、 前記駒部材と前記連結部材の当接部との相対位置を調整
   するための調整手段とを具備することを特徴とする円筒
   状被加工物の保持装置。