WO2020110931A1

WO2020110931A1 - チャック装置

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Publication number: WO2020110931A1
Application number: PCT/JP2019/045762
Authority: WO
Inventors: 智也廣本; 弘也大西
Original assignee: 株式会社北川鉄工所
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2020-06-04
Also published as: TW202027883A; JPWO2020110931A1

Abstract

コンパクトなジョー解除機構を有するチャック装置を提供すること。　本発明によれば、チャック本体部と、該チャック本体部の前面に、径方向に移動可能に設置された複数のジョーと、前記チャック本体部内で前端側が前記各ジョーの後面と係合可能に設けられたロックピンと、前記ロックピンを前記各ジョーの後面側に常に付勢する付勢手段と、前記ロックピンを前記付勢手段による付勢力に抗して、前記ロックピンと前記ジョーとの係合を解除するジョー解除機構と、を備えた、チャック装置であって、前記ロックピンの後端側は、前記チャック本体部後方から突出した状態とされ、且つ、前記チャック本体部の外周面より外方に延在する被押圧部が設けられ、前記ジョー解除機構は、直動機構と、レバー機構と、変換機構とを備え、前記レバー機構の一端側は、前記変換機構を介して前記直動機構に連結され、前記直動機構からの動力による力が、前記レバー機構と前記変換機構とによって増力され、且つその方向が変換されて前記被押圧部に加えられ、それによって、前記ジョーと前記ロックピンの係合を解除することを特徴とするチャック装置が提供される。

Description

チャック装置

　本発明は、ジョーを自動交換する際に作用するジョー解除機構を有するチャック装置に関する。

　特許文献１では、ジョーの抜け出しを防ぐためのロックピン（ロックボルト）の傾斜面に当接された押圧ピンをジョー自動交換装置側のシリンダーピンで押し込んでいくことで、くさび作用によって、ロックピンを付勢手段の付勢力に抗って後方に移動させ、これによって、ジョーの交換を可能とする構成が開示されている。

特開２０１４－２３７２１２号公報

　ロックピンは、ジョー側へ押圧するように常時付勢されているため、特許文献１のように、くさび作用によってロックピンを後退させるには、押圧ピンを押す力は大きくする必要があり、それを実現しようとすると、押圧ピンを押圧する大型装置がジョー自動交換ユニット側に必要である。また、そのような大型装置はチャックの外部に設けなければならない問題がある。
　一方で、チャックの外部領域は、旋盤（工作機械の一例）の刃物台がチャック近傍まで接近する等の理由でスペースがある方が好ましい。

　本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、コンパクトなジョー解除機構を有するチャック装置を提供することを目的とする。

　本発明によれば、チャック本体部と、該チャック本体部の前面に、径方向に移動可能に設置された複数のジョーと、前記チャック本体部内で前端側が前記各ジョーの後面と係合可能に設けられたロックピンと、前記ロックピンを前記各ジョーの後面側に常に付勢する付勢手段と、前記ロックピンを前記付勢手段による付勢力に抗して、前記ロックピンと前記ジョーとの係合を解除するジョー解除機構と、を備えた、チャック装置であって、前記ロックピンの後端側は、前記チャック本体部後方から突出した状態とされ、且つ、前記チャック本体部の外周面より外方に延在する被押圧部が設けられ、前記ジョー解除機構は、直動機構と、レバー機構と、変換機構とを備え、前記レバー機構の一端側は、前記変換機構を介して前記直動機構に連結され、前記直動機構からの動力による力が、前記レバー機構と前記変換機構とによって増力され、且つその方向が変換されて前記被押圧部に加えられ、それによって、前記ジョーと前記ロックピンの係合を解除することを特徴とするチャック装置が提供される。

　本発明のチャック装置のジョー解除機構は、直動機構からの動力による力がレバー機構と変換機構とによって増力され、且つその方向が変換されて被押圧部に加えられるので、チャック本体部の外部領域にコンパクトに取り付けることができる。

　好ましくは、前記記載のチャック装置であって、前記ジョー解除機構は、前記チャック本体部の外部に当該チャック本体部と隙間を有した状態で工作機械に取り付けられる、チャック装置である。
　好ましくは、前記記載のチャック装置であって、前記直動機構の出力軸方向は、前記チャック本体部の回転軸方向に対して略垂直な状態とされている、チャック装置である。
　好ましくは、前記記載のチャック装置であって、前記レバー機構は、レバー部材と、工作機械に固定される固定プレートと、該固定プレートと前記レバー部材とを揺動可能に連結する揺動ピンと、を備える、チャック装置である。
　好ましくは、前記記載のチャック装置であって、前記変換機構は、前記直動機構の出力軸に設けられたくさびピンと、前記レバー部材に設けられたくさび溝を備え、前記変換機構は、前記出力軸の軸方向移動に伴って前記くさびピンが前記くさび溝内を移動することによって前記出力軸の軸方向と非平行な方向の力を前記レバー部材に加えるように構成される、チャック装置である。
　好ましくは、前記記載のチャック装置であって、前記くさび溝は、円弧状である、チャック装置である。
　好ましくは、前記記載のチャック装置であって、当該くさびピンに対して回転可能な状態で嵌合される円筒部材を備え、該円筒部材が前記くさび溝と係合している、チャック装置である。

本発明に係る、ジョー２０を取り付けたチャック装置１０を前面側から見た状態を示した図である。図２Ａ～図２Ｂは、図１のＢ－Ｂ断面図であり、図２Ａはロックピン１２とジョー２０とが係合した状態を示し、図２Ｂは、ロックピン１２とジョー２０との係合を解除した状態を示す。図３Ａ～図３Ｂは、それぞれ、図１のジョー解除機構１４を矢印Ａ方向から見た図であり、図３Ａは、ジョー解除機構１４が作用していない状態を示し、図３Ｂは、ジョー解除機構１４が作用してロックピン１２が押し出されている状態を示す。図３Ｂのレバー機構３０及び変換機構４０の近傍の拡大図に注釈を加えた説明図である。本発明に係るジョー解除機構１４の変形例を示した図である。

　以下、本発明のジョー解除機構の好適な実施態様について、図面を用いて具体的に説明する。なお、本実施態様における説明では、回転軸Ｌに平行な方向を「軸方向」、回転軸Ｌを中心とする半径方向を「径方向」、チャック装置１０に対してジョー２０側を「前」、その反対側を「後」とする。また、本発明は、以下の実施態様に限定されるものではないし、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

　本発明のチャック装置１０は、図１～図２に示すように、チャック本体部１１と、ロックピン１２と、被押圧部材（「被押圧部」の一例）１３と、ジョー解除機構１４等を備えたものとなっている。具体的には、チャック装置１０は、旋盤（「工作機械」の一例）に取り付けられ、ワークを把持する用途で使用される。チャック本体部１１は、旋盤の主軸に取り付けられる。ジョー解除機構１４は、チャック本体部１１の外部に、チャック本体部１１と隙間を有した状態で（別の表現では、チャック本体部１１が回転しても干渉しないように）旋盤１８に取り付けられる。本明細書では、旋盤１８は、主軸以外の部位（例えば、旋盤１８の筐体）を示す。旋盤の主軸は、旋盤１８に対して回転可能となっている。

　チャック本体部１１は、図示しない回転駆動機構（モータ等）によって、回転軸Ｌを中心として回転することができるようになっている。チャック本体部１１の前面には、図１に示すように、複数のジョー２０が回転軸Ｌを中心として回転方向に所定角度間隔で配されている。夫々のジョー２０は、図２に示すように、チャック本体部１１の前面側に設けられたジョー取付溝１１ａに取り付けられており、このジョー取付溝１１ａにガイドされることで径方向にスライド可能となっている。尚、本実施態様では３本のジョーが回転軸Ｌを中心として回転方向に１２０度間隔で配されているが、この構成は飽くまで一例であり、これに限らず２本のジョーが１８０度間隔で配されても良いし、４本のジョーが９０度間隔で配されても良く、その他適宜変更を施すことができる。

　それぞれのジョー２０は、トップジョー２１と、マスタージョー２２を備える。トップジョー２１は、マスタージョー２２に固定されている。マスタージョー２２は、軸方向前側にいくにつれて、回転軸Ｌ側に傾くような傾斜したカム溝２２ａを設けている。このカム溝２２ａは、チャック本体部１１の中心付近で軸方向（回転軸Ｌに平行な方向）にスライド可能な状態で収容されたウェッジプランジャ１５のカム凸条１５ａにカム連結可能となっている。このため、チャック本体部１１内でウェッジプランジャ１５が軸方向に移動すると、カム溝２２ａとカム凸条１５ａとからなるカム機構によって、軸方向の移動が径方向の移動に変換され、ジョー２０が径方向にスライド可能となっている。

　また、本発明のチャック装置１０は、図示しないジョー自動交換装置（ロボット等）でジョー２０を自動的に交換することが可能な構成となっている。このため、ジョー取付溝１１ａは、チャック本体部１１の外周部に達するまで設けられており、ジョー取付溝１１ａに取り付けられたジョー２０をジョー取付溝１１ａの外端部から外方に引き抜くことができるようにしている。ジョー取付溝１１ａからのジョー２０の引き抜き動作は、例えば、ジョー自動交換装置側（ロボット）がジョーを取りにくることで行われる。

　本実施態様においては、チャック装置１０がチャック動作（ジョー２０を径方向にスライドさせる動作）を行う際には、ウェッジプランジャ１５が、マスタージョー２２のカム溝２２ａとウェッジプランジャ１５のカム凸条１５ａとがカム連結している区間で軸方向に移動されるものの、チャック装置１０に取り付けたジョー２０を交換する際には、図２に示すように、ウェッジプランジャ１５が、マスタージョー２２とのカム連結が外れるまで軸方向後方位置まで後退するようになっている。

　ロックピン１２は、ジョー２０の交換時にジョー２０を所定の位置（交換位置）で支持するものとなっている。本実施態様においては、ロックピン１２の前端部に、嵌合用凸部１２ａを設けており、図２に示すように、この嵌合用凸部１２ａをジョー２０（本実施態様においてはマスタージョー２２）の後面側に設けられたロックピン嵌合凹部２２ｃに嵌合させることにより、ジョー２０を支持し、ジョー取付溝１１ａにおける交換位置まで移動されてきたジョー２０が交換位置から動かないようにしている。また、ロックピンは上述の支持用途のみならず、ロックピン嵌合凹部２２ｃに嵌合用凸部１２ａが嵌合された状態を確認させ、嵌合中とみなされた場合に、上述のカム連結の動作に入るといった安全確認用にも用いられている。

　また、ロックピン１２の後端部を、チャック本体部１１の後面側から後方に突き出た状態とするとともに、その後端部に被押圧部材１３を固定している。この被押圧部材１３は、チャック本体部１１の外周面付近であって、当該外周面よりも外方に突き出るように設けられている。

　さらに、ロックピン１２は、ロックピン付勢手段１７（本実施態様においてはコイルバネ）によって、その嵌合用凸部１２ａがジョー取付溝１１ａ内に突出するように前方に付勢された状態となっており、後述のジョー解除機構１４を、被押圧部材１３に押圧作用させることによって、ロックピン付勢手段１７の付勢力に抗ってロックピン１２を後退させることができるようになっている。

　すなわち、図２Ａに示すように、ロックピン１２で支持されたジョー２０を、ジョー自動交換装置を用いてジョー取付溝１１ａから外方に引き抜こうとする際には、ロックピン１２を後退させて、嵌合用凸部１２ａをロックピン嵌合凹部２２ｃから外す必要があり、ジョー解除機構１４を被押圧部材１３に押圧作用させることで、ロックピン１２を強制的に後退させるようにしている。

（ジョー解除機構）
　図１及び図３に示すように、ジョー解除機構１４は、チャック本体部１１の外部において、被押圧部材１３を押圧可能に、旋盤１８に取り付けられている。本実施態様では、図１に示すように、チャック本体部１１を正面から見て上側に１つ取り付けられており、その位置に各ジョー２０を回転させて、ジョー解除機構１４を駆動することでジョー２０を１個ずつ取り外すことが可能になっている。コストはあがるが、スペースに余裕がある場合などによっては、各ジョー２０にジョー解除機構１４を設け、全てのジョー２０を１回の作業で取り外すようにしても良い。

　図３に示すように、ジョー解除機構１４は、直動機構５０（往復運動機構）、レバー機構３０及び変換機構４０等を備えている。レバー機構３０と変換機構４０とによって直動機構５０からの動力による力が増力され、且つその方向が変換されて被押圧部材１３に加えられ、それによって、ジョー２０とロックピン１２の係合が解除される。

　直動機構５０は、旋盤１８に取り付けられており、一方向に伸長可能な出力軸５１が設けられている。この出力軸５１は、回転軸Ｌに対して略垂直な状態で設けられている。これによって、ジョー解除機構１４を軸方向にコンパクトにすることができる。直動機構５０は、出力軸５１を往復運動させることができる機構であり、例えば、シリンダ機構やネジ送り機構が挙げられる。

　出力軸５１は、直動機構５０に設けられたピストンロッド５２と、そのピストンロッド５２を拡張するように取り付けられた拡張ロッド５３を備える。出力軸５１は、本実施態様ではピストンロッド５２と拡張ロッド５３とで構成されているが、それに限らず、サイズによっては、ピストンロッド５２のみの構成であっても構わない。拡張ロッド５３は、ピストンロッド５２の軸と拡張ロッド５３の軸とが一致するようにピストンロッド５２に固定されている。

　出力軸５１にはくさびピン５４が設けられている。くさびピン５４は、出力軸５１の先端部の近傍に設けることが好ましい。また、くさびピン５４は、出力軸５１の軸と直交するように設けることが好ましい。くさびピン５４は、拡張ロッド５３に設けても、ピストンロッド５２に設けても構わない。

　レバー機構３０は、一端側が変換機構４０を介して直動機構５０（より具体的には、出力軸５１、拡張ロッド５３）に連結されており、他端側は、旋盤１８に対して揺動可能に取り付けられている。

　具体的には、レバー機構３０は、レバー部材３１と、旋盤に固定される固定プレート３２と、固定プレート３２とレバー部材３１とを揺動可能に連結する揺動ピン３３を備える。レバー部材３１は、好ましくは、略Ｌ字状である。揺動ピン３３は、好ましくは、固定プレート３２と直交する。

　具体的には、レバー部材３１の他端側は、揺動ピン３３に嵌合され、止め輪３４によって、揺動ピン３３の軸方向の動きは規制されるものの揺動可能な状態となっている。すなわち、レバー部材３１は、固定プレート３２に対して、揺動ピン３３を中心に（支点として）揺動可能に設けられている。

　レバー部材３１の一端側には、くさび溝３５が設けられており、このくさび溝３５は、円弧状であり、旋盤側の第１くさび溝面３５ａと、旋盤側とは反対側の第２くさび溝面３５ｂを備える。本実施態様では、くさび溝３５は、円弧状の溝としており、これによって、ピストンロッド５２の軸に対するくさび溝面３５ａの角度がレバー部材３１の揺動による変化量を小さくすることができる。また、レバー部材３１の揺動に関わらず、被押圧部材１３を押圧する力を一定とすることができる。一方で、サイズ・スペースなどによっては、これに限らず直線状の傾斜した溝にしても良い。また、くさび溝３５は、貫通された形状に限らず、凹状形状であっても良い。

　また、レバー部材３１の旋盤側外縁部（図３のくさび溝３５の紙面下側）には、旋盤側に向かって突出するとともに、被押圧部材１３を押圧する凸条作用点ｃ部が設けられている。

　変換機構４０は、くさびピン５４と、くさび溝３５を備える。変換機構４０は、出力軸５１の軸方向移動に伴ってくさびピン５４がくさび溝３５内を移動することによって出力軸５１の軸方向と非平行な方向（好ましくは出力軸５１の軸方向に直交する方向、以下、「鉛直方向」という。）の力をレバー部材３１に加えるように構成されている。

　このようなジョー解除機構１４によれば、直動機構５０を駆動して出力軸５１を当該軸方向に沿ってレバー機構３０側（図３の紙面右側）に向かって移動させると、出力軸５１に設けられたくさびピン５４が、くさび溝３５の第１くさび溝面３５ａに沿って移動するようになる。それによって、レバー部材３１は、揺動ピン３３を支点ａとして旋盤側に回転（増力）することとなる。このとき、出力軸５１の軸方向の移動が鉛直方向の移動に変換されることで、凸条作用点ｃ部が被押圧部材１３を増力して押圧することとなる。

　反対に、直動機構５０を駆動して出力軸５１を直動機構５０内に戻るよう（図３の紙面左側）に移動させると、くさびピン５４が、第２くさび溝面３５ｂに沿って移動するようになる。それによって、レバー部材３１は、揺動ピン３３を支点ａとして元の位置に回転して復帰することとなる。このとき、被押圧部材１３を押圧する凸条作用点ｃ部は押圧が解除され、被押圧部材１３とは非接触状態となっている。それにより、チャック本体部１１は回転可能となる。

　具体的には、図４に示すように、出力軸５１の軸方向の移動に伴って、レバー機構３０の力点ｂ部（くさびピン５４と第１くさび溝面３５ａとの当接部）は、第１くさび溝面３５ａと直交する方向へ押圧力Ｆを受ける。それによって、力点ｂ部には出力軸５１の軸方向の分力Ｆ１と鉛直方向の分力Ｆ２が作用される。このとき、第１くさび溝面３５ａは出力軸５１の軸に対して４５°よりも小さい角度で形成されているため、Ｆ２は増力されてレバー機構３０に作用する。

　また、ジョー解除機構１４は、レバー機構３０を採用しているため、支点ａ部から凸条作用点ｃ部までの距離ｎと支点ａ部から力点ｂ部までの距離ｍとすると、梃子の原理により、増力されたＦ２は、距離比ｍ／ｎ倍に相当する増力されたＦ３として被押圧部材１３に作用する。

　本実施態様では、ｍ≒ｎとしているため、距離比ｍ／ｎは限りなく１に近いため、Ｆ２とＦ３との関係は、Ｆ２≒Ｆ３となっているが、被対象物へ付与する増力等によって距離比を適宜設定することで増力をさらに高めるようにしても構わない。

　このように、変換機構４０とレバー機構３０とを組み合わせることで、ジョー解除機構１４をチャック本体部の外部領域にコンパクトに取り付けることができる。

　また、被押圧部材１３の押圧力も変換機構４０とレバー機構３０との調整によって適宜設定することが可能となる。

　また、第１くさび溝面３５ａと第２くさび溝面３５ｂとを有するくさび溝３５を設けることで、回転されたレバー部材３１を元の位置に戻す機構（レバーの戻り機構）を別途設ける必要がなく、シンプルな構成にすることが可能となる。

　回転軸Ｌの軸方向についての、ジョー解除機構１４の長さは、直動機構５０の長さ以下であることが好ましい。チャック本体部１１の径方向についての、ジョー解除機構１４の長さは、直動機構５０の幅（直動機構５０の高さ方向と出力軸５１の軸に垂直な方向の長さ）以下であることが好ましい。出力軸５１の軸方向の長さは、変換機構４０及びレバー機構３０によって所定の押圧力が被押圧部材１３に付与できる構成となるようなサイズを最低限設けておけば良い。このような構成によれば、ジョー解除機構１４をコンパクトにすることができ、チャック本体部１１の外部領域に刃物台がチャックに近づくことができるだけのスペースを確保することができる。

　さらに、図５に示すように、当該くさびピン５４に対して回転可能な状態で嵌合される円筒部材５５（ブッシュ）を備え、該円筒部材５５はくさび溝３５と係合状態となっていることが好ましい。これにより、円筒部材５５は、くさび溝３５の第１くさび溝面３５ａ及び第２くさび溝面３５ｂに沿って、くさびピン５４周りを回転しながら移動することができる。したがって、ジョー解除機構１４が動作するとき、くさびピン５４とくさび溝３５は、接触圧力が生じた状態で相対的に移動するが、くさびピン５４に対して回転可能な円筒部材５５でくさびピン５４を覆う（嵌合させる）ことで、円筒部材５５とくさび溝３５との相対的な移動速度、移動量を小さくすることで、くさび溝３５の摩耗量を小さくすることができる。また、くさびピン５４の外周面と円筒部材５５の内周面との隙間を小さくすることで、接触圧力を小さくし、くさびピン５４の摩耗量を小さくすることができる。尚、円筒部材５５は、ブッシュに限らず回転可能な状態で嵌合されるものであれば、ベアリング等でも構わない。

：１０：チャック装置、：１１：チャック本体部、：１２：ロックピン、：１３：被押圧部材、：１４：ジョー解除機構、：２０：ジョー、：３０：レバー機構、：３１：レバー部材、：３２：固定プレート、：３３：揺動ピン、：３５：くさび溝、：３５ａ：第１くさび溝面、：３５ｂ：第２くさび溝面、：４０：変換機構、：５０：直動機構、：５１：出力軸、：５４：くさびピン、：Ｌ：回転軸

Claims

　チャック本体部と、
　該チャック本体部の前面に、径方向に移動可能に設置された複数のジョーと、
　前記チャック本体部内で前端側が前記各ジョーの後面と係合可能に設けられたロックピンと、
　前記ロックピンを前記各ジョーの後面側に常に付勢する付勢手段と、
　前記ロックピンを前記付勢手段による付勢力に抗して、前記ロックピンと前記ジョーとの係合を解除するジョー解除機構と、を備えた、チャック装置であって、
　前記ロックピンの後端側は、前記チャック本体部後方から突出した状態とされ、且つ、前記チャック本体部の外周面より外方に延在する被押圧部が設けられ、
　前記ジョー解除機構は、直動機構と、レバー機構と、変換機構とを備え、
　前記レバー機構の一端側は、前記変換機構を介して前記直動機構に連結され、
　前記直動機構からの動力による力が、前記レバー機構と前記変換機構とによって増力され、且つその方向が変換されて前記被押圧部に加えられ、それによって、前記ジョーと前記ロックピンの係合を解除することを特徴とするチャック装置。
　請求項１に記載のチャック装置であって、
　前記ジョー解除機構は、前記チャック本体部の外部に当該チャック本体部と隙間を有した状態で工作機械に取り付けられる、チャック装置。
　請求項１又は請求項２に記載のチャック装置であって、
　前記直動機構の出力軸方向は、前記チャック本体部の回転軸方向に対して略垂直な状態とされている、チャック装置。
　請求項１～請求項３の何れか１つに記載のチャック装置であって、
　前記レバー機構は、レバー部材と、工作機械に固定される固定プレートと、該固定プレートと前記レバー部材とを揺動可能に連結する揺動ピンと、を備える、チャック装置。
　請求項４に記載のチャック装置であって、
　前記変換機構は、前記直動機構の出力軸に設けられたくさびピンと、前記レバー部材に設けられたくさび溝を備え、
　前記変換機構は、前記出力軸の軸方向移動に伴って前記くさびピンが前記くさび溝内を移動することによって前記出力軸の軸方向と非平行な方向の力を前記レバー部材に加えるように構成される、チャック装置。
　請求項５に記載のチャック装置であって、
　前記くさび溝は、円弧状である、チャック装置。
　請求項５又は請求項６に記載のチャック装置であって、
　当該くさびピンに対して回転可能な状態で嵌合される円筒部材を備え、
　該円筒部材が前記くさび溝と係合している、チャック装置。