JP4216406B2 - 引き込み式チャック - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は旋盤用チャックに係り、詳しくは、飛び越し掴みを行う引き込み式チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
引き込み式チャックの内、ワークの外周をクランプする、すなわち、チャックの中心軸に垂直な方向に力を加えてワークを把持する機能を備えたものに、図４に示すようなものがある。以下、この構成とその作用を説明するが、図において、符号を付しながら、説明のないものについては、後述のこの発明の実施形態で同一符号を付したものによって把握されるので、ここでは説明はせず、実施形態の項を参照されたい。
【０００３】
図４に示したものは、ハウジング３内に、一端が図示しない旋盤のドローバに接続され、他端にジョウピース６が固定された三本の円柱シャフト５、……が、図に一点鎖線で示すチャックの中心軸に沿ってドローバから遠ざかる向きに広がる円錐面の等角位（この場合は、シャフト５が三本であるから１２０°毎）の母線上に配設されている。各シャフト５の周面には、シャフト５の軸に平行なガイド溝５ａが設けられていて、その溝５ａに、図５に拡大して示すような、ハウジング３側に固定されたガイドピン３４が嵌入されている。
【０００４】
上記の構成により、前記シャフト５、……をドローバで引いた際に、シャフト自身の軸回りの回動が規制され、シャフト５の移動途中でジョウピース６、……の把持部がワークＷの周面に当接して、当接後、さらにシャフト５がドローバ側に移動することによって、チャックの中心軸に向かう向きの分力によって、ワークＷの周面を押圧してチャッキングするようになっている。
【０００５】
他方、図示はしないが、上記円柱シャフトがチャックの中心軸に平行に設けられていて、シャフトをドローバで引いた際、シャフトの先端に設けられたジョウピースがワークの端面（チャックの中心軸に垂直な面）に当接して、ワークをチャックの中心軸に平行な方向に押圧して把持するのが引き込み式のフェイスクランプチャックである。
【０００６】
このフェイスクランプチャックでは、ワークのセット時に前記ジョウピースのワークの把持部がチャックの中心軸を向いていたのでは、ワークをセットできないので、ワークのセット時とチャッキング時とでジョウピースの向きを変換できるよう、シャフト周面のガイド溝として、前記した平行部だけでなく、シャフトの軸に対して傾斜した傾斜部を有するものをドローバ寄りに設けて、シャフトをドローバで引いて行く際に、最初、ガイドピンが傾斜部を相対的に移動して、シャフトが自身の軸周りに回動し、平行部との境界位置に来た時に、ジョウピースの把持部が完全にワークの把持領域に入ってくるようにしている。
【０００７】
その後は、ガイドピンがガイド溝の平行部を相対的に移動して、ジョウピースはチャックの中心軸に平行な方向に移動し、その途中でワークの端面に当接し、その後、さらにドローバ側に移動することによってワークに圧力を加えてチャッキングするようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような引き込み式チャックの内、ワークＷの周面をクランプする機能を備えた前者のもの（図４に示す）は、「アンチャック代」に限度があるため、ジョウピース６の「開き代」より大きな径の所を通して、小さい径を掴む、いわゆる「飛び越し掴み」ができない。
【０００９】
また、後者のフェイスクランプ方式は、ジョウピースの開き代は大きいが、ジョウピースがワークの端面に当接して、チャックの中心軸方向に押圧して把持すものであるので、センタリング機能がなく、外周を基準として精密な加工を行なう際に問題がある。
【００１０】
そこで、この発明は、そのような引き込み式チャックにセンタリング機能をもたせることを課題とし、併せて、ワークの途中、あるいは端部に、把持部より大径の部分を有する形状のワークを、その小径の部分でチャッキングする「飛び越し掴み」が行えるようにすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明の引き込み式チャックは、前記各ガイド溝が、前記円柱シャフトの周面に沿ってシャフトの軸に斜めに交差する傾斜部と平行に走る平行部とがドローバ側からこの順に連設されたものとなっており、かつ、前記ドローバを引いた際に、各ガイドピンが各ガイド溝の前記傾斜部を相対的に移動し終わる位置で前記各ジョウピースのワークの把持部がチャックの中心軸方向を向き、続いて、前記平行部を移動する途中で前記把持部がワークの周面に当接するようにしたのである。
【００１２】
このようなチャックでは、ワークはその周面で把持されることになる。すなわち、センタリング作用を受けることになり、この発明のチャックはセンタリング機能を有したものとなる。
【００１３】
上記構成において、各シャフト間で、それぞれのガイド溝における前記傾斜部の配設形態を異ならせた構成とすることができる。ここで、「傾斜部の配設形態」とは、平行部に対する傾き角だけでなく、その経路長も含む。
【００１４】
傾斜部の傾きや経路長を各シャフト間で異ならせると、その軸回りの回動のタイミングを変えることができて、そのシャフトに取り付けたジョウピースの回転のタイミングをずらすことができる。ジョウピース相互の回転のタイミングをずらせることにより、例えば、ジョウピースの把持部をチャックの中心軸中心に向かう向き、すなわち、ワークの周面に向かせる際に、一つ乃至二つのジョウピースの動作を他より遅らせるようにすれば、その遅れたジョウピースの占める空間分だけ、ワークのセット空間に隙間を作ることができるので、全てのジョウピースの把持部が同じタイミングでワークの方に向かう場合に比べて、より大きなワークをセットすることが可能となる。また、小さい径のワークは、ジョウピースが回転する際、ジョウピースの先端が干渉することがあるが、この発明では、ジョウピース同士の干渉を防ぐことができる（詳細は後述の実施形態の項参照）。
【００１５】
すなわち、「飛び越し掴み」の対象とするようなワークをチャックにセットする際のように、非把持部である大径部とジョウピースが干渉しないように、かつ、ワークのセットが終わってチャッキングする際には、全てのジョウピースの把持部が等しくワークの方を向いて、ワークの方に寄って行くようにすることができる。
【００１６】
そのような飛び越し掴みを行なうために、上記円柱シャフトとして第１、第２、第３の三本の円柱シャフト有し、前記第１の円柱シャフトの上記傾斜部の経路長が前記第２、第３の円柱シャフトの傾斜部のものよりも長くなっており、前記第２の円柱シャフトのガイド溝の傾斜部の平行部に対する傾きが前記第１の円柱シャフトのものと等しくなっており、前記第３の円柱シャフトのガイド溝の傾斜部の平行部に対する傾きが前記第２の円柱シャフトのものの負の値となった構成とすることができる。この構成のチャックの詳細とその動作の説明は後述の実施形態の項参照。
【００１７】
上記各構成において、上記ガイドピンに代えて、上記ガイド溝に下部が緩やかに嵌入する球体をそのガイド溝に挿入して、その球体の上部が緩やかに嵌入する筒穴を上記ハウジングに設け、バネが挿嵌された棒体をその筒穴に挿入して、前記バネが前記球体の上面を押圧すべく、前記棒体の下面と前記球体の頂点の間にクリアランスを持たせた形で前記棒体をハウジングに固定するのが好ましい。
【００１８】
そのようにすれば、前記球体は、その周囲をガイド溝の内壁とハウジングの筒穴の内壁および上方の棒体の下端面とで囲まれていて、大きな移動は規制されているが、それらとの間に僅かのクリアランスがあり、そのクリアランスの範囲でいかなる方向にも移動自在であるので、その球体がガイド溝を相対移動して、スイングシャフトの軸方向の直線移動と軸回りの回動動作を規定する際、周囲とはころがり接触で接触するので、棒体のピンのようにへたったり欠損したりするおそれがない。また、消耗品であるこの球体は、棒体のピンのように特殊なものではなく、一般的に使用されているものが使えるので、保全性に優れる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照してこの発明のチャック装置の実施の形態を説明するが、チャックの中心軸方向に長さ、厚みを有するものについては、適宜、旋盤寄りに係る要素は”旋盤側”、これと反対側に係る要素は”前側”と付して説明する。
【００２０】
チャッキングするワークは、図１乃至図３に一点鎖線で示すように、チャッキングの対象となる長手小径の部分ｗ₂ の端部にそのチャッキング部より半径方向に広がりを持つ大径の部分ｗ₁ を有するものである（全体を符号Ｗで示す）。
【００２１】
この実施形態のチャック装置は、図１と図２に示すように、図示しない旋盤の端面に円板状のアダプタープレート１とバックプレート２と円筒状のハウジング３がこの順に旋盤の主軸と軸芯を一にしてボルト４で固定されている。
【００２２】
ハウジング３内には、そのハウジング３の軸と同心で旋盤側に頂点を向けた姿勢の直円錐の円周を三等分した位置の母線上に軸を置く形で円柱状のスイングシャフト５が三本嵌入されている（以下、個別に示す際は、５１、５２、５３の符号を付して説明する）。各スイングシャフト５の前端にはワークＷをチャックするジョウピース６（以下、このジョウピース６を、前記各スイングシャフト５１、５２、５３に対応させて個別に説明する際は、それぞれ６１、６２、６３の符号を付して説明する）がボルト７で固定されている。
【００２３】
前記バックプレート２には旋盤の主軸と同芯軸上にガイド穴２ａが貫通しており、このガイド穴２ａに断面Ｔ字形状の回転体を成すアクチュエータ８の主軸部８ａが嵌入している。
【００２４】
このアクチュエータ８には、その軸に同心に前側が大径で旋盤側が小径の段付き貫通穴８ｄが設けられている。この貫通穴８ｄの旋盤側小径部に、旋盤側に向かってドローバボルト９が挿入されており、そのネジ部が図示しないドローバに接続されている。貫通穴８ｄの前側大径部には段付き円柱状のストッパ１０の旋盤側小径部が嵌入されており、そのストッパ１０の大径部がハウジング３の陥没面に当接してボルト１１で固定されている。ストッパ１０の前側小径部１０ａがワークＷの当接部となっている。
【００２５】
前記アクチュエータ８の大径部８ｂには穴８ｃが空けられており、その穴８ｃに、前記スイングシャフト５の旋盤側端部に取り付けられたボルト１２の頭が係合してアクチュエータ８とスイングシャフト５が接続されている。
【００２６】
また、その大径部８ｂの一部には、前記バックプレート２に圧入された回り止め用ピン１３の突出端が挿入されていて、アクチュエータ８が軸回りに回動するのを阻止している。
【００２７】
さらに、各スイングシャフト５には、その周面に断面が略半円形のガイド溝５ａが刻まれている（以下、個別のスイングシャフト５１、５２、５３に対応するガイド溝５ａを説明する際は、５１ａ、５２ａ、５３ａの符号を付して説明する）。各スイングシャフト５の溝は、その始点と終点のスイングシャフト５の軸方向の位置は三つとも同じである。
【００２８】
各溝５ａは、スイングシャフト５の軸に平行な部分（以下単に平行部５ｂといい、個別のスイングシャフト５１、５２、５３に対応するものについては、５１ｂ、５２ｂ、５３ｂの符号を付して説明する）と、シャフトの周面に沿ってシャフトの軸に斜めに交差する部分（以下、単に傾斜部５ｃといい、個別のスイングシャフト５１、５２、５３に対応するものについては、５１ｃ、５２ｃ、５３ｃの符号を付して説明する）が連設された「くの字」形状を成しているが、この「くの字」形状は、三本のスイングシャフト５１、５２、５３について全てが同じ形状ではなく、５１の平行部５１ｂは５２、５３のものより短く、その分傾斜部５１ｃが長くなっている。また、５２と５３のスイングシャフトの溝５２ａ、５３ａはそれぞれの傾斜部５２ｃ、５３ｃの向きが平行部５２ｂ、５３ｂを対称軸とする線対称の位置にある。
【００２９】
そして、各溝５ａの内部には、緩やかに嵌入する大きさの球体２１の下半分が嵌入しており、その上半分はハウジング３の半径方向に設けられた段付き状の筒穴２２の下部の小径部の中に緩やかに嵌入している。この筒穴２２には、球体２１の上部にバネ２３付きのピン２４が取り付けられている。このピン２４は段付き状で、大径部の周面に雄ねじ２４ａが刻まれていて、その雄ねじ２４ａの部分が前記筒穴の大径部内面に刻まれた雌ねじに螺合してハウジング３に取り付けられている。そして、その小径部にバネ２３が挿嵌されており、このバネ２３が球体２１をガイド溝５ａ内に押圧している。このピン２４のピン先と球体２１の頂点の間にはクリアランスが設けてあり、球体２１に対しては、このクリアランスとともに、筒穴２２の内壁とのクリアランス、ガイド溝５ａの内壁とのクリアランスがあるので、そのクリアランスの範囲でいかなる方向にも揺動自在となっており、前記バネ２３によるガイド溝５ａ方向への押圧のみが唯一の規制力となっている。
【００３０】
この球体２１とバネ２３によるガイド溝５ａのガイド構造は、前記図５に示したガイドピン３４に対応するものであって、そのものは、市販の六角穴付きボルトの先端３４ａをピン状に加工して、そのピン先３４ａが円柱シャフト５のガイド溝５ａに至ようにハウジングの周面からねじ込んで設置したものであるが、そのピン先３４ａがガイド溝５ａを何度も摺動する内に簡単にへたってしまうという問題があった。特に、ジョウピース６をスイングシャフト５の軸回りに回動させるためにガイド溝５ａが途中で方向を変えているので、その方向転換部分でガイドピン３４が方向転換する際に、溝５ａの壁から非常に大きな力を受けることが、簡単にへたったり、甚だしい場合には折れてしまうといったことの原因となっている。そこで、この実施形態では、そのような従来の棒状のガイドピン３４に代えて、上記のような球体とバネの構成を採用したのである。
【００３１】
上記のようにしたことにより、前記球体２１は、その周囲をガイド溝５ａの内壁とハウジングの筒穴２２の内壁および上方のバネ（２３）付きピン２４の下端とで囲まれていて、大きな移動は規制されているが、それらとの間に僅かのクリアランスがあり、そのクリアランスの範囲でいかなる方向にも移動自在であるので、その球体２１がガイド溝５ａを相対移動して、スイングシャフト５の軸方向の直線移動と軸回りの回動動作を規定する際、周囲とはころがり接触で接触するので、全体が棒形状のみの前記ガイドピン３４のようにへたったり欠損したりして、作動不良を起こすといったおそれがなくなる。
【００３２】
また、ガイド溝５ａも、その球体構造に合わせて、通常は簡単なＶ溝とするところを、前記したように、断面半円にして球体２１の球面の当たりを多くして磨耗を押さえている。
【００３３】
なお、このピン２４が設けられているハウジング３内の周方向の位置は、図に示すように、前記スイングシャフト５のガイド溝５ａの平行部５ｂに球体２１が嵌入している時に、ジョウピース６が中心軸の方向（チャッキング方向）を向く位置である。以上が、この実施形態のチャックの構造であるが、次に、ワークＷのセットからチャッキングに至るまでの動作を説明する。
【００３４】
前記図１は、ワークＷのチャッキング前、ワークＷをハウジング３内にセットした状態であり、図２はワークＷのチャッキングを完了した状態である。また、図３（ａ）の正面図の状態は図１の側断面図の状態に、図３（ｂ）の正面図は図２の側断面図に対応している。
【００３５】
それらのシャフト５１、５２、５３の端部に固定されたジョウピース６１、６２、６３の動作は、最初、ワークＷをセットする前は、図３（ａ）に示したような状態になっており、ワークの大径部ｗ₁ がセット可能なように開いている。この状態でワークＷをセットして、三つのシャフト５１、５２、５３をドローバで一緒に引くと、各ジョウピース６１、６２、６３はともに、ワークＷに寄りつつ、チャックの中心軸に平行な軸の回りに回転し始めるが、シャフト５２、５３のジョウピース６２、６３がシャフト５１のジョウピース６１より先に回転を終え、把持部が完全にワークＷを把持する向きに向く。
【００３６】
さらにドローバを引くと、二本のスイングシャフト５２、５３では、ガイド用球体２１が平行部５２ｂ、５３ｂに移り、この平行部５２ｂ、５３ｂでは、ジョウピース６２、６３は回転せずに、ドローバの方に移動しつつ、ワーク小径部の周面に寄るように移動する。
【００３７】
そして、スイングシャフト５２、５３におけるガイド用球体２１が平行部５２ｂ、５３ｂをしばらく移動したところで、スイングシャフト５１のジョウピース６１の把持部が、ジョウピース６２、６３と干渉することなく完全にワークＷを把持する向きに向き、以降、三つのジョウピース６１、６２、６３の全てが、ドローバ側に移動しつつ、チャックの中心軸に向かう形のチャッキング動作を行なう。そして、各シャフト５のガイド溝５ａに対する球体２１が平行部５１ｂ、５２ｂ、５３ｂの終点に達する手前でワーク小径部ｗ₂ の周面に当接し、その位置からさらに終点側に移動することにより、ワークＷに圧力を掛けてこれをチャッキングする。こうして、この実施形態のチャックでは、ワークＷの長手小径部ｗ₂ の周面を押圧するのでセンタリングを行なうことになる。
【００３８】
チャッキングの後、旋盤が回転してワークＷの加工が行われるが、加工が終了してワークＷを解放する際には、チャッキングの場合と反対の動作が行われる。この時は、スイングシャフト５１のジョウピース６１が他の二つのジョウピース６２、６３より先に回転を始め、図３におけるジョウピース６１とジョウピース６３とが干渉しないようにしている。全てのジョウピースが回転して、図３（ａ）におけるその原点位置に戻そうとした場合、ジョウピース６３とジョウピース６１が干渉して、その原点位置に戻れないからである。
【００３９】
このことは、図２の（ｂ）、（ｃ）に示したように、スイングシャフト５１のガイド溝５１ａの平行部５１ｂをスイングシャフト５２、５３のガイド溝５２ａ、５３ａの平行部５２ｂ、５３ｂより短くして先に傾斜部５１ｃへ移行するようにしていることにより実現される。
【００４０】
なお、全てのジョウピースを周方向に回転させた場合と、上記の方法とを比較した場合、上記の方法の方がジョウピースの「開き代」が明らかに大きく、対象ワークが拡大する。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明は、引き込み式チャックにおいて、各シャフトの周面に設けるガイド溝を、その周面に沿ってシャフトの軸に斜めに交差する傾斜部と平行に走る平行部とをドローバ側からこの順に連設して形成し、かつ、ドローバを引いた際、その溝を相対移動するハウジング側のガイドピンが前記傾斜部を移動し終わる位置で各ジョウピースのワークの把持部がチャックの中心軸の方を向き、続いて、前記平行部を移動する途中で前記把持部がワークの周面に当接するようにしたので、ジョウピースの把持部がワークの周面に当接してワークを把持することができる。すなわち、ワークにセンタリング作用を施すことができる。
【００４２】
そして、上記各ガイド溝における傾斜部の配設形態（傾斜部の平行部に対する傾きやその経路長）を各シャフト間で異ならせるようにすれば、各シャフトがその軸回りに回動するタイミングがずれて、各ジョウピースが互いに干渉しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ジョウピースが開いた状態の実施形態の側断面図である。
【図２】（ａ）にジョウピースが閉じた状態の実施形態の側断面図を示し、（ｂ）、（ｃ）にガイド溝を示したものである。
【図３】（ａ）に図１の状態の平面図を示し、（ｂ）に図２の状態の平面図を示したものである。
【図４】従来例の側断面図である。
【図５】従来例の要部拡大図である。
【符号の説明】
１ アダプタープレート
２ バックプレート
３ ハウジング
４、７ ボルト
５ スイングシャフト
６ ジョウピース
８ アクチュエータ
９ ドローバボルト
１０ ストッパ
２１ 球体
２２ 筒穴
２３ バネ
２４、３４ ガイドピン
３４ａ ピン先
Ｗ ワーク
ｗ₁ 大径部
ｗ₂ 小径長尺部

Claims (4)

1. 旋盤の主軸に固定されるハウジング（３）内に、一端が前記旋盤のドローバに接続され、他端にジョウピース（６）を有する複数の円柱シャフト（５）が前記チャックの中心軸に沿ってドローバから遠ざかる向きに広がる円錐面の等角位の母線上に配設されており、各シャフト（５）の周面には、前記チャックの中心軸方向において各シャフト（５）同士で始点と終点を等しくしたガイド溝（５ａ）が設けられており、各ガイド溝（５ａ）に、ハウジング（３）側に固定されたガイドピン（３４）が嵌入しており、前記円柱シャフト（５）を前記ドローバで引いた際に、シャフト（５）自身の軸回りの回動が規制されるようになっている引き込み式チャックにおいて、
   前記各ガイド溝（５ａ）は、前記シャフト（５）の周面に沿ってシャフト（５）の軸に斜めに交差する傾斜部（５ｃ）と平行に走る平行部（５ｂ）とがドローバ側からこの順に連設されて形成されており、かつ、前記ドローバを引いた際、前記各ガイドピン（３４）が各ガイド溝（５ａ）の前記傾斜部（５ｃ）を相対的に移動し終わる位置で前記各ジョウピース（６）のワーク（Ｗ）の把持部がチャックの中心軸を向き、続いて、前記平行部（５ｂ）を移動する途中で前記把持部がワーク（Ｗ）の周面に当接し、その位置からさらに前記平行部（５ｂ）を終点側に移動することにより、ワーク（ W ）に圧力を掛けてこれをセンタリングしてチャッキングするようになっており、
   前記ワーク（Ｗ）は、前記ジョウピース（６）が把持する小径の部分（ｗ２）よりも旋盤側に、半径方向に広がりを持つ大径の部分（ｗ１）を有し、その大径の部分（ｗ１）は、
   前記各ガイドピン（３４）が各ガイド溝（５ａ）の前記平行部（５ｂ）を外れた前記傾斜部（５ｃ）内にある状態で前記各ジョウピース（６）の把持部間を通り抜けてセット可能で、前記各ガイドピン（３４）が各ガイド溝（５ａ）の前記傾斜部（５ｃ）を相対的に移動し終わる位置における前記各ジョウピース（６）の把持部間を通り抜けできないことを特徴とする引き込み式チャック。
2. 上記各円柱シャフト（５）間で、それぞれのガイド溝（５ａ）の上記傾斜部（５ｃ）の形態を異ならせたことを特徴とする請求項１に記載の引き込み式チャック。
3. 上記円柱シャフト（５）として第１、第２、第３の三本の円柱シャフト（５１，５２，５３）を有し、前記第１の円柱シャフト（５１）の上記傾斜部（５１ｃ）の経路長が前記第２、第３の円柱シャフトの傾斜部（５２ｃ，５３ｃ）のものより長くなっており、前記第２の円柱シャフト（５２）のガイド溝（５２ａ）の傾斜部（５２ｃ）の平行部（５２ｂ）に対する傾きが前記第１の円柱シャフト（５１）のものと等しくなっており、前記第３の円柱シャフト（５３）のガイド溝（５３ａ）の傾斜部（５３ｃ）の平行部（５３ｂ）に対する傾きが前記第２の円柱シャフト（５２）のものの負の値となっていることを特徴とする請求項２に記載の引き込み式チャック。
4. 上記ガイドピン（３４）に代えて、上記ガイド溝（５ａ）に下部が緩やかに嵌入する球体（２１）をそのガイド溝（５ａ）に挿入して、その球体（２１）の上部が緩やかに嵌入する筒穴（２２）を上記ハウジング（３）に設け、バネ（２３）が挿嵌された棒体（２４）をその筒穴（２２）に挿入して、前記バネ（２３）が前記球体（２１）の上面を押圧すべく、前記棒体（２４）の下面と前記球体（２１）の頂点の間にクリアランスを持たせた形で前記棒体（２４）をハウジング（３）に固定して成る機構を構築したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の引き込み式チャック。

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