JP2003071619A - 電動チャック装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】係合部材の駆動力を増力伝達機構を介してドロ
ーチューブに伝達することにより、主軸回転に対する耐
久性を向上させるとともに、主軸の高速回転を可能とす
る電動チャック装置を提供する。 【解決手段】主軸５の先端に設けられ、把持爪を開閉す
るための開閉機構が設けられたチャックと、把持爪を開
閉駆動するための駆動用モータ１と、主軸の貫通孔内に
主軸の軸線方向に進退移動可能に設けられ、開閉機構を
作動する進退移動部材４と、進退移動部材に主軸の軸線
方向の駆動力を伝達するための被係合部７７と、被係合
部と係合して被係合部に主軸の軸線方向の駆動力を伝達
する係合部材３と、被係合部と進退移動部材との間に設
けられ、被係合部に印加された主軸の軸線方向の駆動力
を増力して進退移動部材に伝達する増力伝達機構７と、
駆動用モータの回転運動を係合部材の主軸の軸線方向の
直線運動に変換する変換機構とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械のチャッ
クの開閉駆動を駆動用モータによって行い、油圧ユニッ
ト等を不要とする電動チャック装置に関し、特に、増力
伝達機構を介して把持爪の開閉駆動を行うようにして、
チャックの開閉駆動部の主軸回転に対する耐久性を向上
させ、主軸の回転速度の高速化に適応可能な電動チャッ
ク装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】旋盤等の工作機械の主軸端には工作物を
つかむためのチャックが取り付けられている。このチャ
ックの把持爪の開閉を油圧シリンダにより行うものが公
知である。これは、主軸後部に設けたチャックシリンダ
を油圧により駆動して、主軸内のドローチューブを進退
移動させ、くさび機構、レバー機構等の伝達機構を介し
て把持爪を開閉動作させるものである。このように油圧
を使用したチャックでは、作動油の劣化等により作動油
の交換作業が必要となって保守コストが増加したり、交
換作業等により作動油漏れが生じて環境を汚染したりす
るという問題点があった。

【０００３】また、チャックシリンダは主軸が高速回転
を行うと油圧シリンダに圧油を供給するロータリバルブ
部からの発熱量が大きくなり、主軸、主軸台等に熱変位
を生じさせて工作機械の加工精度を低下させてしまうと
いう問題点があった。さらに、油圧ユニットはポンプを
駆動する駆動モータが常時回転しているとともに、作動
油が所望の圧力以上になった場合には圧力制御弁より逃
がして作動油の圧力を維持しているため、電力消費が多
く省エネルギーという観点からも問題であった。

【０００４】このような問題点を解決するものとして、
本出願人は特願２０００−３９６５２０号において、駆
動用モータの駆動力によってドローチューブを進退移動
させチャックの開閉駆動を行う電動チャック装置に関す
る技術を提案した。この電動チャック装置は、駆動用モ
ータの駆動力をねじ機構等により係合部材の進退移動に
変換し、この係合部材をドローチューブに設けた被係合
部に係合させて、ドローチューブを進退移動させチャッ
クの開閉駆動を行うものである。また、この電動チャッ
ク装置は、チャックに被把持物を把持しているときには
主軸とドローチューブとを連結状態とし、チャックの把
持爪の開閉動作を行うときには主軸とドローチューブと
を非連結状態とするクラッチと、このクラッチに連結・
非連結を切り換えるための電流を供給する給電手段とを
備えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の特願２０００−
３９６５２０号において提案された電動チャック装置
は、チャックの開閉駆動に油圧ユニットを不要として、
油圧ユニットによる前述のような種々の問題点を解消
し、また、主軸回転中にも把持爪の開閉駆動を可能と
し、さらに、被把持物を所定の把持力で把持可能とする
ものである。しかし、この電動チャック装置は、主軸に
クラッチと給電手段とを設ける必要があるため、主軸の
回転速度の高速化が進むと主軸の慣性モーメントが大き
くなって、主軸の回転の加減速に必要な時間が増加して
しまうおそれがあった。

【０００６】そして、この電動チャック装置において主
軸にクラッチを設けない場合には、チャックの把持状態
における把持力を係合部材と被係合部との間で受けるこ
とになり、主軸の回転速度の高速化が進むと主軸の回転
によるこれらの開閉駆動部の耐久性に問題を生じるおそ
れがあった。しかし、主軸の回転速度はますます高速化
する傾向にあり、高速回転に適した電動チャック装置が
求められている。

【０００７】そこで、本発明は、係合部材の駆動力を増
力伝達機構を介してドローチューブに伝達し把持爪の開
閉駆動を行うことにより、チャックの開閉駆動部の主軸
回転に対する耐久性を向上させ、主軸の回転速度の高速
化に適応可能な電動チャック装置を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電動チャック装置は、主軸台に回転可能に
支持された主軸の先端に設けられ、被把持物を把持する
把持爪を開閉するための開閉機構が設けられたチャック
と、前記把持爪を開閉駆動するための駆動用モータと、
前記主軸の貫通孔内に前記主軸の軸線方向に進退移動可
能に設けられ、前記開閉機構を作動する進退移動部材
と、前記主軸の後方に前記主軸の軸線方向に移動可能に
設けられ、前記進退移動部材に前記主軸の軸線方向の駆
動力を伝達するための被係合部と、前記主軸の軸線方向
に進退移動可能に、かつ、前記主軸の回転を許容するよ
うに設けられ、前記被係合部と係合して前記被係合部に
前記主軸の軸線方向の駆動力を伝達する係合部材と、前
記被係合部と前記進退移動部材との間に設けられ、前記
被係合部に印加された前記主軸の軸線方向の駆動力を増
力して前記進退移動部材に伝達する増力伝達機構と、前
記駆動用モータと前記係合部材との間に設けられ、前記
駆動用モータの回転運動を前記係合部材の前記主軸の軸
線方向の直線運動に変換する変換機構とを有するもので
ある。

【０００９】また、上記の電動チャック装置において、
前記増力伝達機構は、前記被係合部の前記主軸軸線方向
の移動を、流体の受圧面積比によって増力するシリンダ
装置を介して前記進退移動部材に伝達するものとするこ
とができる。

【００１０】また、上記の電動チャック装置において、
前記増力伝達機構は、前記被係合部の前記主軸軸線方向
の移動を、傾斜角度を利用して増力する機構を介して前
記進退移動部材に伝達するものとすることができる。

【００１１】また、上記の電動チャック装置において、
前記係合部材は、その中心が前記主軸の軸線上を移動す
るように配置されたものであることが好ましい。

【００１２】また、上記の電動チャック装置において、
前記係合部材は、前記被係合部の全周方向から均一に係
合するものであることが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。図１（ａ）は、本発明により開閉
動作を行うチャック６の断面図であり、図１（ｂ）は、
チャック６のＸ矢視方向から見た部分拡大図である。図
２は、チャック６の正面図であり、図１（ａ）における
右方向から見た図である。チャック６は、ＮＣ（数値制
御）旋盤等の工作機械の主軸５の先端に取り付けられて
いる。なお、工作機械はターニングセンタ、研削盤など
であってもよい。主軸５は、主軸台５１（図９参照）に
回転可能に支持され、主軸モータ（図示せず）によって
回転駆動される。主軸５の先端にはチャック本体６０が
ボルト６０ａで固定されており、主軸５とチャック６と
は一体的に回転駆動される。

【００１４】チャック本体６０には、チャック本体６０
に形成された案内溝によって半径方向に移動可能にマス
タージョー６２が設けられている。マスタージョー６２
は所定角度（例えば１２０度）ごとに複数個（例えば３
個）設けられている。マスタージョー６２の把持爪６１
側端部にはＴ溝および一方のセレーションが、把持爪６
１のマスタージョー６２側端面には他方のセレーション
が形成されている。セレーションの噛み合いによって位
置が定められた把持爪６１は、Ｔ溝に嵌り込んでいるＴ
ナットのねじ穴にボルト６１ａをねじ込むことにより、
マスタージョー６２にそれぞれ固定されている。この把
持爪６１によって、工作物を複数方向（例えば３方向）
から把持し、主軸５を回転駆動するとともに、工作物と
バイト等の加工工具とを主軸軸線方向および主軸軸線と
直交する方向に相対移動させることにより工作物の加工
を行う。

【００１５】把持爪６１の開閉動作は、くさび部材６３
を前後方向（主軸５の軸線方向）に駆動することによ
り、くさび部材６３と係合するマスタージョー６２が半
径方向に移動して生じる。くさび部材６３は、前後駆動
部材６４により前後方向に駆動される。前後駆動部材６
４は、ドローチューブ４とねじ結合により結合されてい
る。このドローチューブ４が進退移動部材に対応する。
そして、ドローチューブ４の前端に形成された凹溝に
は、中間部材６０ｃの後方の凸部が係合している。ま
た、回り止め部材６０ｂに形成された凹溝にも中間部材
６０ｃの前方の凸部が係合している。図１（ｂ）に、こ
れらの凹溝と凸部の係合構造が示されている。回り止め
部材６０ｂはチャック本体６０にボルト６０ｄで固定さ
れている。

【００１６】したがって、ドローチューブ４は主軸５に
対して主軸５の軸線方向にのみ移動可能であり、回転方
向に関してはドローチューブ４は主軸５と一体に回転す
る。このドローチューブ４を主軸５に対して前後方向
（図１における右左方向）に進退移動させることによ
り、前後駆動部材６４を前後方向に駆動して、その結果
として把持爪６１を開閉駆動することができる。なお、
くさび部材６３と前後駆動部材６４は、図１（ａ）のよ
うに一体のものであってもよく、別体のものが固定され
ているものであってもよい。

【００１７】図３は、ドローチューブ４を進退移動させ
るための駆動機構を示す図である。主軸５およびドロー
チューブ４の後端には、増力伝達機構としての流体圧増
力部７が設けられている。流体圧増力部７の主な構成要
素は、主軸５の後端に固定された固定ピストン７２、ド
ローチューブ４の後端に固定された駆動ピストン７１、
および、シリンダ本体７４である。主軸５の後端には、
軸端取付部材７０が固定されており、その軸端取付部材
７０に固定ピストン７２が固定されている。また、ドロ
ーチューブ４の後端には、固定ピストン７２の内周側に
配置された駆動ピストン７１が固定されている。

【００１８】固定ピストン７２の外周側には、シリンダ
本体７４が配置されており、このシリンダ本体７４は、
主軸５に対して軸線方向に移動可能に設けられている。
シリンダ本体７４の後部側には、被係合部支持部材７６
が固定されている。被係合部支持部材７６には、軸受７
６１を介して相対回転可能に環状の被係合部７７が設け
られている。被係合部支持部材７６と被係合部７７は、
主軸５の軸線方向に対しては相対移動不能となってい
る。被係合部７７の外周には、円周方向の係合溝７７１
が形成されている。

【００１９】一方、主軸５を支持する主軸台（図３には
図示せず）には回転駆動型の駆動用モータ１が設置され
ている。駆動用モータ１の出力軸には、ボールねじ軸２
が接続されている。ボールねじ軸２にはボールナット３
１が螺合しており、ボールナット３１は係合部材３の一
端部である根元部に固定されている。また、係合部材３
の他端部である先端部は、係合溝７７１にちょうどはま
り込む形状に形成されており、係合溝７７１に係合して
いる。

【００２０】そして、駆動用モータ１を回転駆動するこ
とにより、ボールねじ軸２を回転させ、係合部材３およ
びそれと係合している被係合部７７を主軸５の軸線方向
に移動させることができる。係合部材３の先端部が被係
合部７７の係合溝７７１に係合しているため、係合部材
３およびボールナット３１は回転運動が規制されて主軸
５の軸線方向にのみ移動する。被係合部７７を主軸５の
軸線方向に移動させると、その駆動力は流体圧増力部７
によって増力され、増力された駆動力により駆動ピスト
ン７１およびドローチューブ４を軸線方向に駆動するこ
とができる。

【００２１】次に、流体圧増力部７の構成を詳しく説明
する。主軸５に固定された固定ピストン７２と、その外
周側のシリンダ本体７４とは、全体形状が略円筒形に形
成されている。これらは互いに液密かつ摺動可能に組み
合わされており、これらの間に環状の油室Ａ１および油
室Ｂ１が形成されている。そして、シリンダ本体７４の
前端部には、前部閉塞部材７５が固定されており、油室
Ａ１の前端側を閉塞している。これらの油室Ａ１および
油室Ｂ１は、シリンダ本体７４と固定ピストン７２との
軸線方向の相対移動により、それぞれの内容積が変化す
る。

【００２２】また、ドローチューブ４に固定され全体形
状が略円筒形の駆動ピストン７１と、その外周側の固定
ピストン７２とは、互いに液密かつ摺動可能に組み合わ
されており、これらの間に環状の油室Ａ２および油室Ｂ
２が形成されている。そして、固定ピストン７２の後端
部には、後部閉塞部材７３が固定されており、油室Ｂ２
の後端側を閉塞している。これらの油室Ａ２および油室
Ｂ２は、駆動ピストン７１と固定ピストン７２との軸線
方向の相対移動により、それぞれの内容積が変化する。

【００２３】油室Ａ１と油室Ａ２とは、固定ピストン７
２に形成された流体通路によって互いに連通されてい
る。そして、油室Ａ１および油室Ａ２には、所定体積の
作動流体が封入されている。また、油室Ｂ１と油室Ｂ２
も、固定ピストン７２に形成された流体通路によって互
いに連通されており、これらの油室Ｂ１および油室Ｂ２
中に所定体積の作動流体が封入されている。これらの作
動流体は、油室Ａ１と油室Ａ２との間、または、油室Ｂ
１と油室Ｂ２との間を移動するものであり、外部から供
給する必要はなく、外部に油圧源等も必要ない。

【００２４】流体圧増力部７の増力比は、油室Ａ１、油
室Ａ２、油室Ｂ１および油室Ｂ２の軸線方向と直交する
面での断面積によって決定される。ここでは、油室Ａ１
の断面積ＳＡ１と油室Ｂ１の断面積ＳＢ１が等しくなっ
ており、また、油室Ａ２の断面積ＳＡ２と油室Ｂ２の断
面積ＳＢ２が等しくなっている。そして、例えば、増力
比を４とする場合には、ＳＡ２／ＳＡ１＝ＳＢ２／ＳＢ
１＝４とすればよい。このように、油室Ａ１、油室Ａ
２、油室Ｂ１および油室Ｂ２の断面積比を適宜設定する
ことにより所望の増力比を得ることができる。

【００２５】駆動用モータ１を回転駆動してボールねじ
軸２を回転させ、係合部材３を介して被係合部７７およ
びシリンダ本体７４を図３の左方向に移動させた場合、
油室Ａ１内の作動流体は油室Ａ２に移動し、油室Ｂ２内
の作動流体は油室Ｂ１に移動する。この作動流体の移動
により、駆動ピストン７１が左側に移動し、ドローチュ
ーブ４等を介して把持爪６１が把持方向に移動する。

【００２６】把持爪６１が工作物と当接した後、さらに
被係合部７７およびシリンダ本体７４を左方向に移動さ
せると、これらの油室の断面積比すなわち増力比に応じ
た駆動力により駆動ピストン７１が左方向に駆動され
る。すなわち、把持爪６１が工作物を所定の把持力で把
持する。例えば、増力比が４であれば、係合部材３によ
る駆動力の４倍の駆動力でドローチューブ４を駆動して
把持爪６１で工作物を把持することができる。同様に、
駆動用モータ１を反対方向に回転駆動すれば、増力され
た駆動力によりドローチューブ４を右方向に駆動して把
持爪６１で工作物を把持することができる。

【００２７】次に、本発明のチャック装置による、把持
爪６１の開閉動作の概要を説明する。本発明において
は、主軸５を停止させた状態でも、主軸５を回転させた
ままの状態でも、把持爪６１の開閉動作を行うことが可
能である。把持爪６１の開閉動作を行うには、駆動用モ
ータ１を所定方向に回転駆動して、係合部材３により被
係合部７７およびシリンダ本体７４を進退移動させ、さ
らに、増力した駆動力によりドローチューブ４を進退移
動させて把持爪６１の開閉駆動を行う。すなわち、把持
爪６１を解放方向に移動させて工作物を解放したり、把
持爪６１を把持方向に移動させて工作物を把持したりす
る。

【００２８】工作物を把持した場合には、把持力が駆動
用モータ１の駆動トルクに対応する大きさに達したとき
に、駆動用モータ１の回転が停止する。駆動用モータ１
を、その位置で停止させておくことにより、把持爪６１
は工作物を把持してロック状態となり緩むことはない。
なお、駆動用モータ１は、摩擦ブレーキ等により所定位
置で停止させるようにしてもよいし、所定の把持力に対
応する駆動トルクを常に発生するようにトルク制御を行
ってもよい。

【００２９】このように、把持爪６１による把持力は駆
動用モータ１の駆動トルクまたは摩擦ブレーキ等によっ
て保持される。このため、係合部材３、被係合部７７に
主軸５の軸線方向の力が作用することになる。しかし、
流体圧増力部７によって増力された駆動力がドローチュ
ーブ４に伝達されているため、係合部材３および被係合
部７７に作用する力は、ドローチューブ４の駆動力に比
べて増力比分だけ小さくなる。例えば、増力比が４であ
れば、係合部材３および被係合部７７に作用する軸線方
向の力は、ドローチューブ４の駆動力の１／４になる。

【００３０】このため、被係合部７７と被係合部支持部
材７６との間の軸受７６１等に摩耗や破損等の問題が発
生しにくくなる。また、係合部材３、被係合部７７およ
び軸受７６１等に作用する力が小さくなるため、主軸５
の回転速度を高速化しても軸受７６１等の摩耗や破損等
の問題が発生しにくくなり、主軸の高速回転が可能とな
る。また、工作物を把持した状態で把持爪をロックする
ためのクラッチや給電手段等が不要となるため、主軸の
慣性モーメントを小さくすることができ、主軸の回転の
加減速に必要な時間を短縮することができる。

【００３１】さらに、流体圧増力部７は流体の受圧面積
比によって増力するシリンダ装置であり、増力伝達機構
の構成が簡素なものとなるので、増力伝達機構の信頼性
を向上させるとともに、増力伝達機構のコストを低減さ
せることができる。なお、この実施の形態において、流
体圧増力部７の油室Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２に封入され
る作動流体としては、石油系作動油や乳化型作動油等の
非圧縮性の適宜の流体を使用することができる。

【００３２】また、駆動用モータ１としては、回転位置
および回転速度の制御ならびに駆動トルクの制御が可能
な制御モータが好ましい。回転位置の制御が可能な制御
モータであれば把持爪６１の位置の制御を行うことがで
き、回転速度の制御が可能な制御モータであれば把持爪
６１の移動速度の制御を行うことができる。また、駆動
トルクの制御が可能な制御モータであれば、把持爪６１
による把持力を駆動トルクによって直接的に制御するこ
とができる。

【００３３】すなわち、ＮＣ加工プログラム、ＭＤＩ等
から把持径、把持力等を指令することで、工作物を所望
の把持条件で把持することができる。したがって、主軸
を回転させたままの状態であっても、把持径、把持力の
変更等を行うことができる。さらに、トルクのフィード
バック、位置のフィードバックをかけることにより、把
持力等を所望の値に保持することができる。

【００３４】図４は、被係合部とドローチューブとの間
に設けられる増力伝達機構の、他の実施の形態を示す図
である。この場合のドローチューブ４も、主軸５に対し
て軸線方向に移動可能かつ回転方向には移動不能に設け
られている。主軸５の後端部には、軸端取付部材８０が
固定されており、この軸端取付部材８０に増力伝達機構
である傾斜角増力部８の増力部本体８１が取り付けられ
ている。増力部本体８１は全体形状が略円筒形状であ
り、この増力部本体８１の内周面側には、移動係止部材
８２が配置されている。

【００３５】移動係止部材８２は全体形状が略円筒形状
であり、増力部本体８１に対して軸線方向および回転方
向に移動可能に設けられている。移動係止部材８２の外
周面の後部には、図５に展開図を示すようならせん状の
カム溝８２１が形成されており、このカム溝８２１に
は、増力部本体８１に固定されたカムフォロア８１１が
係合している。カム溝８２１は、主軸５の軸線Ｌの方向
に対して所定の一定角度Ｃをなすように形成されてい
る。このカムフォロア８１１およびカム溝８２１は、円
周方向に均等に複数個所（例えば、４個所）に設けられ
ている。

【００３６】カムフォロア８１１とカム溝８２１の係合
により、移動係止部材８２と増力部本体８１との相対移
動に制限が加わる。すなわち、移動係止部材８２と増力
部本体８１との間に作用する軸方向の力が小さいときに
は、移動係止部材８２が増力部本体８１に対して移動可
能であるが、移動係止部材８２と増力部本体８１との間
に作用する軸方向の力が大きくなると、移動係止部材８
２はカムフォロア８１１とカム溝８２１の摩擦力によっ
てロックして、軸方向の力によっては移動できなくな
る。このような動作を行わせるには、カム溝８２１の軸
線方向に対する角度を適宜の値に設定すればよい。例え
ば、軸線Ｌ方向に対するカム溝８２１の角度Ｃが６０度
となるように形成する。

【００３７】移動係止部材８２の内周面には、環状の当
接溝８２２が形成されている。この当接溝８２２の構成
については、後に詳しく説明する。また、ドローチュー
ブ４の後端部には、伝達部材８３が固定されている。伝
達部材８３は全体形状が略円筒形状であり、移動係止部
材８２の内周側に配置されている。伝達部材８３の軸方
向中央部には、半径方向の収納孔８３１が円周方向に均
等に複数個（例えば、３個）設けられている。これらの
収納孔８３１には、それぞれ、球体のボール部材８４が
収納されている。

【００３８】ボール部材８４は、収納孔８３１内を半径
方向に移動可能に配置されている。ただし、収納孔８３
１の外周部側の端部は、ボール部材８４の直径より若干
小さく形成されており、これにより、ボール部材８４が
収納孔８３１より抜け出ないようにしている。また、伝
達部材８３と移動係止部材８２との間には、圧縮ばね８
３ａと圧縮ばね８３ｂが設けられている。すなわち、伝
達部材８３が軸線方向に移動したとき、圧縮ばね８３ａ
または圧縮ばね８３ｂを介して移動係止部材８２が移動
する構成となっている。

【００３９】伝達部材８３の内周側には、駆動部材８５
が配置されている。駆動部材８５は全体形状が略円筒形
状であり、伝達部材８３内を軸線方向に移動可能に配置
されている。駆動部材８５の前方側の外周には、ボール
駆動溝８５１が円周方向に形成されている。このボール
駆動溝８５１の構成については、後に詳しく説明する。
駆動部材８５の後部側には、軸受８６を介して相対回転
可能に環状の被係合部８７が設けられている。駆動部材
８５と被係合部８７は、主軸５の軸線方向に対しては相
対移動不能となっている。被係合部８７の外周には、円
周方向の係合溝８７１が形成されている。

【００４０】一方、主軸５を支持する主軸台（図４には
図示せず）には回転駆動型の駆動用モータ１が設置され
ている。そして、図３のものと同様に、ボールねじ軸２
とボールナット３１により、係合部材３を軸線方向に進
退移動させることができる。係合部材３の先端部は、係
合溝８７１に係合している。駆動用モータ１を回転駆動
することにより、ボールねじ軸２を回転させ、係合部材
３およびそれと係合している被係合部８７を主軸５の軸
線方向に移動させることができる。被係合部８７および
駆動部材８５を主軸５の軸線方向に移動させると、その
駆動力は傾斜角増力部８によって増力され、増力された
駆動力により伝達部材８３およびドローチューブ４を軸
線方向に駆動することができる。

【００４１】次に、傾斜角増力部８の構成と動作を詳し
く説明する。この傾斜角増力部８は、ボール部材８４を
傾斜面に当接させて駆動し、傾斜角度により増力された
駆動力を伝達部材８３を介してドローチューブ４に伝達
するものである。図６から図８は、傾斜角増力部８の動
作状態を示す断面図である。図６は、例えば、把持爪６
１が工作物を解放した状態であり、駆動部材８５は前方
（図６の右方向）に移動した状態となっている。この状
態から、駆動部材８５を矢印方向（後方）に移動させ
て、把持爪６１により工作物の把持動作（例えば、外締
め、すなわち工作物を外周側から把持する動作）を行
う。

【００４２】移動係止部材８２の内周側に設けられた円
周方向の当接溝８２２は、断面が台形状に形成されてお
り、当接溝８２２の後方側には後方傾斜面８２３が、前
方側には前方傾斜面８２４が設けられている。また、後
方傾斜面８２３と前方傾斜面８２４との軸線方向の間隔
は、ボール部材８４の直径よりも少し大きく設定されて
いる。すなわち、ボール部材８４が当接溝８２２内に入
り込んだ場合でも、ボール部材８４と両傾斜面のいずれ
か一方との間には隙間が存在する。また、後方傾斜面８
２３および前方傾斜面８２４は、軸線方向と直交する方
向に対して所定の傾斜角度θ２（例えば、２０度）を有
する面である。

【００４３】また、駆動部材８５の外周側に設けられた
円周方向のボール駆動溝８５１には、中央凹部の後方側
に後方駆動面８５２が、前方側に前方駆動面８５３が設
けられたものである。後方駆動面８５２および前方駆動
面８５３は、軸線方向に対して小さな傾斜角度θ１（例
えば、８度）を有する円錐面である。図６の状態から、
矢印方向に駆動部材８５を移動させると、駆動部材８５
のみが移動し、ボール部材８４と後方傾斜面８２３との
係合が解除される。

【００４４】図７は、駆動部材８５をさらに矢印方向に
移動させた状態を示す。この状態では、ボール部材８４
の自重により、上方のボール部材８４はボール駆動溝８
５１の中央凹部に落ち込み、下方のボール部材８４は収
納孔８３１の外周側に位置する状態となる。この状態で
は、駆動部材８５の移動がボール部材８４を介して伝達
部材８３およびドローチューブ４に伝達され、ドローチ
ューブ４を矢印方向に移動させる。このとき、移動係止
部材８２は、圧縮ばね８３ａを介して矢印方向に移動す
る。なお、移動係止部材８２は、カムフォロア８１１お
よびカム溝８２１の係合により、矢印方向の移動と同時
に円周方向にも回動される。

【００４５】把持爪６１が工作物に当接すると、伝達部
材８３およびドローチューブ４の移動が停止する。移動
係止部材８２は、ボール部材８４と当接溝８２２の前方
傾斜面８２４とが当接することにより移動を停止する。
そして、下方のボール部材８４は前方傾斜面８２４によ
り、主軸の中心軸方向（駆動部材８５側）に移動する。
駆動部材８５をさらに矢印方向に移動させると、ボール
部材８４はボール駆動溝８５１の中央凹部から外れて前
方駆動面８５３に当接するようになり、前方駆動面８５
３によって半径方向外側に駆動される。図８が、この状
態を示す図である。

【００４６】ボール部材８４が半径方向外側に駆動され
て移動係止部材８２の前方傾斜面８２４を押圧すると、
カムフォロア８１１とカム溝８２１との間の摩擦力が増
大して、移動係止部材８２と増力部本体８１とが相対的
にロックされるため、移動係止部材８２は移動できなく
なる。そして、ボール部材８４が半径方向外側に押圧さ
れると、前方傾斜面８２４により矢印方向に大きな力が
発生し、これにより、伝達部材８３を介してドローチュ
ーブ４にも矢印方向に駆動力が伝達される。

【００４７】このときのドローチューブ４に伝達される
駆動力は、駆動部材８５の矢印方向の駆動力に対して、
前方駆動面８５３および前方傾斜面８２４の傾斜角度θ
１，θ２によって定まる増力比だけ増大される。この増
力比分だけ増大されたドローチューブ４の駆動力によ
り、把持爪６１が駆動されて工作物を把持する。そし
て、ドローチューブ４の駆動力と駆動部材８５の駆動力
との差の力を、カムフォロア８１１とカム溝８２１との
間で受けることになる。言い換えれば、把持爪６１が工
作物を把持している把持力の反力は、その大部分をカム
フォロア８１１とカム溝８２１との間で受けている。

【００４８】把持している工作物を解放する場合には、
駆動部材８５を矢印方向と逆方向（前方）に駆動すれば
よい。また、工作物の把持動作を外締めの場合として説
明したが、内締め（工作物を内周側から把持する動作）
の場合には、駆動部材８５を前方に駆動すればよい。内
締めの場合でも、以上の把持動作と同様の動作により、
ボール部材８４が後方駆動面８５２と後方傾斜面８２３
によって増力されて前方に駆動され、伝達部材８３およ
びドローチューブ４を前方に増力駆動する。

【００４９】図４の実施の形態のチャック装置において
も、駆動用モータ１による把持爪６１の開閉動作は図３
の実施の形態と同様である。主軸５を停止させた状態で
も、主軸５を回転させたままの状態でも、把持爪６１の
開閉動作を行うことができる。把持爪６１の開閉動作を
行うには、駆動用モータ１を所定方向に回転駆動して、
係合部材３により被係合部８７および駆動部材８５を進
退移動させ、さらに、増力した駆動力によりドローチュ
ーブ４を進退移動させて把持爪６１の開閉駆動を行う。
すなわち、把持爪６１を解放方向に移動させて工作物を
解放したり、把持爪６１を把持方向に移動させて工作物
を把持したりする。

【００５０】工作物を把持した場合には、把持力が駆動
用モータ１の駆動トルクに対応する大きさに達したとき
に、駆動用モータ１の回転が停止する。駆動用モータ１
を、その位置で停止させておくことにより、把持爪６１
は工作物を把持してロック状態となり緩むことはない。
なお、駆動用モータ１は、摩擦ブレーキ等により所定位
置で停止させるようにしてもよいし、所定の把持力に対
応する駆動トルクを発生して停止した状態となるように
トルク制御を行ってもよい。

【００５１】傾斜角増力部８の増力比により被係合部８
７と駆動部材８５との間に作用する軸方向の力が小さく
なるため、被係合部８７と駆動部材８５との間の軸受８
６等に摩耗や破損等の問題が発生しにくくなる。また、
係合部材３、被係合部８７および軸受８６等に作用する
力が小さくなるため、主軸５の回転速度を高速化しても
摩耗や破損等の問題が発生しにくくなり、主軸の高速回
転が可能となる。また、工作物を把持した状態で把持爪
をロックするためのクラッチや給電手段等が不要となる
ため、主軸の慣性モーメントを小さくすることができ、
主軸の回転の加減速に必要な時間を短縮することができ
る。

【００５２】さらに、傾斜角増力部８は傾斜角度を利用
して増力する簡素な構成の機構であり、増力伝達機構の
信頼性を向上させるとともに、増力伝達機構のコストを
低減させることができる。また、傾斜角増力部８は、封
入流体を使用せずに実現することができるので、封入流
体の補充や交換等の必要がなく、メインテナンス作業が
軽減される。

【００５３】次に、他の形態の係合部材について説明す
る。図９は、他の形態の係合部材３２の駆動機構を示す
一部断面図である。また、図１０は、図９におけるＹ−
Ｙ矢視断面図である。主軸台５１に回転可能に支持され
た主軸５の後部には、傾斜角増力部８が設けられてい
る。また、主軸台５１には取付部材５２が固定されてお
り、この取付部材５２に設けられたモータ取付部５３に
は、モータ取付部材５６を介して駆動用モータ１が取り
付けられている。そして、取付部材５２の後部には４本
の案内部材５４が主軸軸線と平行に設けられている。

【００５４】係合部材３２は、中央部に円形孔を有する
円板状に形成されており、案内部材５４によって主軸軸
線と平行に移動可能に設けられている。係合部材３２の
内周部は、被係合部８７の係合溝８７１に係合してい
る。また、係合部材３２は、係合部材３２の中心点が主
軸５の中心軸線上を移動するように配置されている。そ
して、係合部材３２の内周部は、被係合部８７に対して
その全周方向から均一に係合している。

【００５５】取付部材５２の後部には、ボールねじ軸２
が回転可能に設けられており、ボールねじ軸２の前端に
は歯付プーリ１３が固定されている。また、係合部材３
２にはボールナット３１が固定されており、このボール
ナット３１がボールねじ軸２と螺合されている。また、
駆動用モータ１の出力軸には歯付プーリ１１が固定され
ており、駆動用モータ１の回転は、歯付プーリ１１、歯
付ベルト１２、歯付プーリ１３によりボールねじ軸２に
伝達される。そして、ボールねじ軸２の回転により係合
部材３２が主軸軸線方向に移動される。

【００５６】この形態の係合部材３２によれば、係合部
材３２の中心が主軸５の中心軸線上を移動し、係合部材
３２と被係合部８７の係合が全周方向から均一になされ
るため、両者の間に軸方向以外の不要な力が作用するこ
とがなく、軸方向駆動動作が極めて安定したものとな
る。なお、図９では増力伝達機構として傾斜角増力部８
を利用したものを示したが、流体圧増力部７または他の
任意の増力伝達機構を利用するようにしてもよい。

【００５７】なお、以上のいずれの実施の形態において
も、主軸５の停止時または回転時にかかわらずチャック
６の解放または把持動作が可能である。そのため、長尺
の棒材を順次繰り出して加工を行うバーフィード加工等
の加工においても主軸を停止させることなく高能率に加
工を遂行することができる。なお、以上の実施の形態に
おいては、チャックの把持爪の開閉駆動をくさび機構に
よって行っているが、くさび機構に限らず、レバー機
構、スクロール機構やその他の任意の機構で行うように
してもよい。

【００５８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下のような効果を奏する。

【００５９】被係合部に印加された駆動力を増力伝達機
構によって増力して進退移動部材に伝達するようにした
ので、係合部材や被係合部等に作用する力が小さくな
り、被係合部を支持する軸受等に摩耗や破損等が発生し
にくくなる。また、このため、主軸の回転速度を高速化
しても摩耗や破損等の問題が発生しにくくなり、主軸の
高速回転が可能となる。さらに、工作物を把持した状態
で把持爪をロックするためのクラッチや給電手段等が不
要となるため、主軸の慣性モーメントを小さくして、主
軸の回転の加減速に必要な時間を短縮することができ
る。

【００６０】増力伝達機構を流体の受圧面積比によって
増力するシリンダ装置としたので、増力伝達機構の構成
が簡素なものとなり、増力伝達機構の信頼性を向上させ
るとともに、増力伝達機構のコストを低減させることが
できる。

【００６１】増力伝達機構を傾斜角度を利用して増力す
る機構としたので、増力伝達機構を簡素な構成の機構に
より、かつ、封入流体を使用せずに実現することができ
る。このため、増力伝達機構の信頼性を向上させるとと
もに、増力伝達機構のコストを低減させることができ、
さらに封入流体の補充や交換等のメインテナンス作業も
軽減できる。

【００６２】係合部材をその中心が主軸の軸線上を移動
するように配置したので、両者の間に軸方向以外の不要
な力が作用することがなく、軸方向駆動動作が極めて安
定したものとなる。

【００６３】係合部材と被係合部の係合が全周方向から
均一になされるようにしたので、両者の間に軸方向以外
の不要な力が作用することがなく、軸方向駆動動作が極
めて安定したものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明により開閉動作を行うチャック
の断面図である。

【図２】図２は、チャックの正面図である。

【図３】図３は、ドローチューブを進退移動させるため
の駆動機構を示す図である。

【図４】図４は、他の形態の駆動機構を示す図である。

【図５】図５は、カム溝とカムフォロアを示す展開図で
ある。

【図６】図６は、傾斜角増力部の動作状態を示す断面図
である。

【図７】図７は、傾斜角増力部の動作状態を示す断面図
である。

【図８】図８は、傾斜角増力部の動作状態を示す断面図
である。

【図９】図９は、他の形態の係合部材の駆動機構を示す
一部断面図である。

【図１０】図１０は、図９におけるＹ−Ｙ矢視断面図で
ある。

【符号の説明】

１…駆動用モータ ２…ボールねじ軸 ３，３２…係合部材 ４…ドローチューブ ５…主軸 ６…チャック ７…流体圧増力部 ８…傾斜角増力部 ３１…ボールナット ５１…主軸台 ５２…取付部材 ５３…モータ取付部 ５４…案内部材 ６０…チャック本体 ６０ａ，６１ａ…ボルト ６０ｂ…回り止め部材 ６０ｃ…中間部材 ６１…把持爪 ６２…マスタージョー ６３…部材 ６４…前後駆動部材 ７０，８０…軸端取付部材 ７１…駆動ピストン ７２…固定ピストン ７３…後部閉塞部材 ７４…シリンダ本体 ７５…前部閉塞部材 ７６…被係合部支持部材 ７７，８７…被係合部 ８１…増力部本体 ８２…移動係止部材 ８３…伝達部材 ８４…ボール部材 ８５…駆動部材 ７６１，８６…軸受 ７７１，８７１…係合溝 ８１１…カムフォロア ８２１…カム溝 ８２２…当接溝 ８２３…後方傾斜面 ８２４…前方傾斜面 ８３１…収納孔 ８５１…ボール駆動溝 ８５２…後方駆動面 ８５３…前方駆動面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主軸台（５１）に回転可能に支持された主
   軸（５）の先端に設けられ、被把持物を把持する把持爪
   （６１）を開閉するための開閉機構（６３）が設けられ
   たチャック（６）と、 前記把持爪（６１）を開閉駆動するための駆動用モータ
   （１）と、 前記主軸（５）の貫通孔内に前記主軸（５）の軸線方向
   に進退移動可能に設けられ、前記開閉機構（６３）を作
   動する進退移動部材（４）と、 前記主軸（５）の後方に前記主軸（５）の軸線方向に移
   動可能に設けられ、前記進退移動部材（４）に前記主軸
   （５）の軸線方向の駆動力を伝達するための被係合部
   （７７，８７）と、 前記主軸（５）の軸線方向に進退移動可能に、かつ、前
   記主軸（５）の回転を許容するように設けられ、前記被
   係合部（７７，８７）と係合して前記被係合部（７７，
   ８７）に前記主軸（５）の軸線方向の駆動力を伝達する
   係合部材（３，３２）と、 前記被係合部（７７，８７）と前記進退移動部材（４）
   との間に設けられ、前記被係合部（７７，８７）に印加
   された前記主軸（５）の軸線方向の駆動力を増力して前
   記進退移動部材（４）に伝達する増力伝達機構（７，
   ８）と、 前記駆動用モータ（１）と前記係合部材（３，３２）と
   の間に設けられ、前記駆動用モータ（１）の回転運動を
   前記係合部材（３，３２）の前記主軸（５）の軸線方向
   の直線運動に変換する変換機構（２，３１）とを有する
   電動チャック装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載した電動チャック装置であ
   って、 前記増力伝達機構（７）は、前記被係合部（７７）の前
   記主軸（５）軸線方向の移動を、流体の受圧面積比によ
   って増力するシリンダ装置を介して前記進退移動部材
   （４）に伝達するものである電動チャック装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載した電動チャック装置であ
   って、 前記増力伝達機構（８）は、前記被係合部（８７）の前
   記主軸（５）軸線方向の移動を、傾斜角度を利用して増
   力する機構を介して前記進退移動部材（４）に伝達する
   ものである電動チャック装置。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載した電
   動チャック装置であって、 前記係合部材（３２）は、その中心が前記主軸（５）の
   軸線上を移動するように配置されたものである電動チャ
   ック装置。
5. 【請求項５】請求項４に記載した電動チャック装置であ
   って、 前記係合部材（３２）は、前記被係合部（８７）の全周
   方向から均一に係合するものである電動チャック装置。