JP2004298993A

JP2004298993A - ダイヤフラムチャック

Info

Publication number: JP2004298993A
Application number: JP2003094584A
Authority: JP
Inventors: Fujio Takano; 藤雄高野
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】ワークの把持力を任意に調整することが可能であり、種々のワークの固定に対して的確に対応することが可能であると共に、ワークの外径寸法のバラツキに対しても柔軟に対応し、かかるワークを確実に把持することが可能なダイヤフラムチャックを提供する。
【解決手段】ワークの把持部を収容する中空部を有して略円筒形状に形成されると共に、軸方向への圧縮に伴って半径方向の内側へ向けて弾性変形するクランプ部を備えたダイヤフラムと、このダイヤフラムの外周面が嵌合する貫通孔を有するチャックヘッドと、前記貫通孔の内周面に形成されて該貫通孔内に嵌合したダイヤフラムの軸方向への移動を係止する規制段部と、前記ダイヤフラムの軸方向に沿って進退自在に設けられ、ワークを前記ダイヤラムの中空部内に把持する際に、該ダイヤフラムを前記規制段部に向けて押圧するスライドシャフトとから構成される。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、旋盤等の工作機械においてワークを把持するダイヤフラムチャックに係り、詳細には、ワークの把持力を任意に且つ容易に調整可能とするための改良に関する。
【０００２】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１１４６１３号公報
【特許文献２】特開２０００−２３７９０６号公報
【特許文献３】特開２０００−２５４８０９号公報
【０００４】
従来より、旋盤等の工作機械に加工対象物たるワークを固定するためのチャック機構としては、空気圧や油圧等の流体圧力を媒介として動作するダイヤフラムチャックが知られている（特開平６−１１４６１３号公報、特開２０００−２３７９０６号公報、特開２０００−２５４８０９号公報等）。
【０００５】
一般に、この種のダイヤフラムチャックは、図６に示すように、自由端をワークＷの中心軸に向けて放射状に配置された複数の可撓性ダイヤフラム１００と、これらダイヤフラム１００の自由端の一面側に配置されたワーク把持爪１０１と、空気圧又は油圧によって進退すると共に前記ワーク把持爪１０１と反対側から前記ダイヤフラム１００の自由端を押圧する解放ピストン１０２とから構成されている。
【０００６】
このように構成された従来のダイヤフラムチャックは前記解放ピストン１０２の進退動作に合わせてワークＷの把持及び解放を行う。すなわち、前記解放ピストン１０２に対して流体圧力を作用させ、かかる解放ピストン１０２を図中の矢線方向へ進出させて各ダイヤフラム１００の自由端を押圧してやると、ダイヤフラム１００が撓み、その自由端に取り付けられたワーク把持爪１０１が互いに拡開する。これにより、ワーク把持爪１０１の間にワークＷを挿入することが可能となる。この状態から、解放ピストン１０２を後退させ（紙面右方向）、各ダイヤフラム１００に生じていた撓みを取り除いてやると、ワーク把持爪１０１がダイヤフラム１００の弾性力を利用してワークＷを把持することになる。一方、ワークＷをダイヤフラムチャックから取り外す際には、前記解放ピストン１０２を再度進出させてダイヤフラム１００の自由端の押圧を行い、ワーク把持爪１０１を互いに拡開させる。これにより、ワークＷを取り外すことが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように構成された従来のダイフラムチャックは、ワークを取り付け又は取り外しを行う際に解放ピストンをダイヤフラムに対して作用させており、ワーク把持爪がワークを固定している最中は解放ピストンとダイヤフラムが完全に離間した状態にある（図６に示す状態）。このため、ワーク把持爪がワークに対して及ぼしている把持力はダイヤフラムの弾性力によって一義的に決定してしまい、かかる把持力を微妙に調整することができないといった不具合があった。従って、例えば加工対象物であるワークの剛性が低い場合には、あまりに大きな把持力でワークを固定すると、かかるワークが変形してしまうおそれがあった。
【０００８】
また、ワークの外径に加工誤差が存在すると、かかるワークを把持した際のダイヤフラムの弾性変形量が異なってくることから、ワーク把持爪の発揮する把持力がワークの外径に応じて増加又は減少してしまい、ワークの固定状態が不安定なものになり易いといった問題点もあった。
【０００９】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ワークの把持力を任意に調整することが可能であり、種々のワークの固定に対して的確に対応することが可能であると共に、ワークの外径寸法のバラツキに対しても柔軟に対応し、かかるワークを確実に把持することが可能なダイヤフラムチャックを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のダイヤフラムチャックは、ワークの把持部を収容する中空部を有して略円筒形状に形成されると共に、軸方向への圧縮に伴って半径方向の内側へ向けて弾性変形するクランプ部を備えたダイヤフラムと、このダイヤフラムの外周面が嵌合する貫通孔を有するチャックヘッドと、前記貫通孔の内周面に形成されて該貫通孔内に嵌合したダイヤフラムの軸方向への移動を係止する規制段部と、前記ダイヤフラムの軸方向に沿って進退自在に設けられ、ワークを前記ダイヤラムの中空部内に把持する際に、該ダイヤフラムを前記規制段部に向けて押圧するスライドシャフトとから構成されることを特徴とするものである。
【００１１】
このように構成された本発明のダイヤフラムチャックでは、前記ダイヤフラムの中空部内にワークの把持部を挿入した後、前記スライドシャフトでダイヤフラムを軸方向へ押圧すると、かかるダイヤフラムは前記規制段部によって軸方向への移動を係止されていることから、チャックヘッドの貫通孔内で軸方向へ圧縮されることになる。このとき、前記ダイヤフラムに設けられたクランプ部は該ダイヤフラムの軸方向への圧縮に伴って半径方向の内側に向けて弾性変形し、この変形によってダイヤフラムの中空部内に挿入されたワークの把持部がクランプ部によって把持されることになる。
【００１２】
すなわち、本発明のダイヤフラムチャックでは、スライドシャフトでダイヤフラムを押圧することにより、かかるダイヤフラムに設けられたクランプ部がワークを把持する一方、スライドシャフトによる押圧を解除すると、クランプ部によるワークの把持が解放されるようになっており、ピストンの進退に伴うワークの把持及び解放が従来のダイヤフラムチャックとは全く逆に生じるようになっている。このため、スライドシャフトによる押圧力を調整すれば、ダイヤフラムに設けられたクランプ部の弾性変形量が調整され、かかるクランプ部でワークを把持する力を任意に調整することが可能となる。従って、ワークの構造や材質等に適した把持力でワークをクランプすることが可能であり、種々のワークを的確な把持力で固定することができる他、ワークの把持部の外径が加工誤差を含んでいる場合であっても、実際のワークの把持部の外径寸法に柔軟に対応し、やはり該ワークを的確に固定することができるものである。
【００１３】
ここで、前記ダイヤフラムとしては、スライドシャフトによって軸方向へ圧縮された際に、半径方向の内側へ向けて弾性変形するクランプ部を備えたものであれば、その形状は適宜設計変更して差し支えないが、一例としては、ダイヤフラム全体を金属薄板から円筒状に形成すると共に、かかる円筒の内周面に周方向に沿って設けられた断面Ｖ字状の凸条を形成し、この凸条をクランプ部とすることが考えられる。このようにダイヤフラムを形成した場合、かかるダイヤフラムをスライドシャフトによって軸方向へ圧縮すると、クランプ部としての凸条が潰されて、その凸条の先端部が半径方向の内側に向けて進出し、その結果としてダイヤフラムの中空部に収容したワークの把持部を締め付けることが可能となる。
【００１４】
また、ダイヤフラムの他の例としては、複数の金属製スリーブの軸方向端面の間にゴムリング等の弾性リングをクランプ部として挟み込むことが考えられる。このダイヤフラムの場合、かかるダイヤフラムをスライドシャフトによって軸方向へ圧縮すると、金属製スリーブの間に位置する弾性リングが押し潰され、かかる弾性リングが半径方向へ拡がることになる。このとき、ダイヤフラムの外周面はチャックヘッドの貫通孔に嵌合していることから、前記弾性リングは金属スリーブの外周面側へ拡がることができず、結果として弾性リングは金属スリーブの内周面側へ拡がる。これにより、ダイヤフラムの軸方向への圧縮によって変形した前記弾性リングが該ダイヤフラムの中空部に収容したワークの把持部を締め付けることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いながら本発明のダイヤフラムチャックを詳細に説明する。
図１は、円筒状ナットの内周面に雌ねじ溝を形成するねじ研削盤の主軸に対して本発明のダイヤフラムチャックを適用した例を示すものである。このダイヤフラムチャックは、円筒状のワークＷが挿入される貫通孔１０を有するチャックヘッド１と、このチャックヘッド１の貫通孔１０内に装着された略円筒状のダイヤフラム２と、このダイヤフラム２に対して押圧力を及ぼし、かかるダイヤフラム２にワークＷの把持及び解放を行わせるスライドシャフト３とを備えている。
【００１６】
前記チャックヘッド１は図示外のスピンドルによって保持されており、かかるスピンドルに回転を与えると、前記貫通孔１０の中心を回転軸として回転するように構成されている。前記貫通孔１０の内周面にはワークＷが挿入される側の開口縁部に対応して規制段部１１が形成されており、前記ダイヤフラム２はこの規制段部１１とは反対側の開口から前記貫通孔１０内に嵌合している。
【００１７】
また、前記ダイヤフラム２はＳＵＰ、ＳＫ等の金属薄板を略円筒状に形成したものであり、その外径は前記チャックヘッド１の貫通孔１０の内径よりも僅かに小さく形成され、かかる貫通孔１０内に嵌合するようになっている。このダイヤフラム２の外周面には周方向に沿って環状の凹溝が形成されており、この凹溝に対応してダイヤフラム２の内周面に形成された環状の凸条２０が前記中空部内にワークＷを把持するためのクランプ部として機能する。かかる凸条２０は金属薄板を断面略Ｖ字状に屈曲させて形成されており、図１に示すダイヤフラム２では前記凸条２０が軸方向へ間隔をおいて一対形成されている。従って、このダイヤフラム２は蛇腹状の形状を与えられており、前記凸条２０が弾性変形することで軸方向へ伸縮することが可能となっている。
【００１８】
前記ダイヤフラム２はこれをチャックヘッド１の貫通孔１０に嵌合させた際に、かかる貫通孔１０内には完全に収容されず、軸方向の一端が貫通孔１０から突出するように構成されており、この突出端を前記スライドシャフト３が軸方向へ押圧するようになっている。
【００１９】
一方、前記スライドシャフト３はチャックヘッド１に対して進退自在に設けられており、図示外のピストンに対して油圧や空気圧等の流体圧力を作用させることにより、図１中の紙面左右方向へ任意に進退させることができるようになっている。このスライドシャフト３の先端には押しリング３０が装着されており、かかる押しリング３０はチャックヘッド１の貫通孔１０から突出した前記ダイヤフラム２の軸方向端面と当接する環状の押圧作用面３１を備えている。従って、スライドシャフト３をチャクヘッド１に向けて進出させると、押しリング３０の押圧作用面３１がダイヤフラム２の軸方向端面と接触し、かかるダイヤフラム２に対して軸方向の押圧力を及ぼし得るようになっている。
【００２０】
また、前記ダイヤフラム２はチャツクヘッド１と共に回転することから、前記押しリング３０はスラストベアリング３２を介してスライドシャフト３に装着されており、押しリング３０がダイヤフラム２に連れ回されても、かかる押しリング３０の回転をスライドシャフト３に伝達しないように構成されている。
【００２１】
更に、前記スライドシャフト３の中心にはクーラント液をワークＷに対して供給するための供給パイプ３３が内蔵されており、かかる供給パイプ３３の先端には前記押しリング３０の中心を貫通する噴出ノズル３４が設けられている。この噴出ノズル３４はダイヤフラム２の中空部と対向しており、前記供給パイプ３３を通してクーラント液を送ると、噴出ノズル３４の先端から噴き出たクーラント液がダイヤフラム２内に固定されたワークＷに対して供給されるようになっている。
【００２２】
尚、図１中の符号１２は前記ワークＷをチャックヘッド１と同期回転させるための回り止めであり、前記ダイヤフラム２によって把持されたワークＷに係合するようになっている。
【００２３】
図２及び図３は前記ダイヤフラム２を用いたワークＷの固定方法を示すものである。図２に示すように、ダイヤフラム２に形成された凸条２０の内径はワークＷの外径よりも僅かに大きく設定されており、ダイヤフラム２に対して何ら外力を加えていない状態では、ワークＷをチャックヘッド１の貫通孔１０、すなわち貫通孔１０に嵌合するダイヤフラム２の中空部に対して挿入することができる。
【００２４】
ダイヤフラム２の中空部内にワークＷに固定するには、かかるワークＷをダイヤフラム２の中空部内に挿入した後、スライドシャフト３をチャックヘッド１に向けて進出させ、スライドシャフト３の先端に装着された押しリング３０でチャックヘッド１から突出したダイヤフラム２の軸方向端面を押圧してやる。図３に示すように、押圧力Ｆでダイヤフラム２を軸方向へ圧縮してやると、ダイヤフラム２それ自体はチャックヘッド１に形成された規制段部１１によって軸方向への移動を係止されていることから、断面略Ｖ字状に形成されたダイヤフラム２の凸条２０が軸方向に沿って弾性的に押し潰され、かかるダイヤフラム２が軸方向へ圧縮されることになる。このとき、かかる凸条２０の先端部はダイヤフラム２の中心に向かって進出し、中空部に挿入されていたワークＷの外周面を締め付ける。これにより、ワークＷが前記凸条２０によって把持され、ダイヤフラム２内に固定される。
【００２５】
また、ワークＷを取り外す際には、スライドシャフト３をチャックヘッド１から後退させ、押しリング３０によってダイヤフラム２に加えていた押圧力Ｆを除去してやれば良い。押圧力Ｆを除去することにより、軸方向へ圧縮されていたダイヤフラム２は元の形状に復元し、つまるところ断面Ｖ字条の凸条２０も元の形状に復元することから、かかる凸条２０によるワークＷの締め付けも解除され、ダイヤフラム２によるワークＷのクランプ状態が解かれる。
【００２６】
このように、本実施例のダイヤフラムチャックでは、スライドシャフト３を進出させてダイヤフラム２を軸方向へ押圧した際に、かかるダイヤフラム２内に挿入したワークＷのクランプが行われる一方、スライドシャフト３を後退させてダイヤフラム２に対して印加していた押圧力を取り除くと、ワークＷのクランプ状態が解除され、チャックヘッド１に対するワークＷの取り付け及び取り外し作業を行うことができる。
【００２７】
このとき、ダイヤフラム２がワークＷを把持する力は該ダイヤフラム２の凸条２０がワークＷを締め付ける力に相当するので、かかる凸条２０の弾性変形の度合いが大きくなる程、換言すれば該凸条２０が軸方向へ押し潰される度合いが大きい程、ダイヤフラム２によるワークＷの把持力は強くなる。従って、本実施例のダイヤフラムチャック２では、スライドシャフト３がダイヤフラム２の軸方向端面に及ぼす押圧力Ｆを調整することにより、かかるダイヤフラム２がワークＷを把持する力を自在に調整することが可能となる。
【００２８】
このため、ダイヤフラム２の発揮する把持力をワークＷの剛性に応じて調整することが可能であり、ワークＷをチャックヘッド１に固定した際に、余りに大きな把持力によってワークＷが変形してしまう等のトラブルを容易に避けることができるものである。また、ダイヤフラム２にクランプさせるワークＷの外径に加工誤差が存在するような場合であっても、スライドシャフト３の進出量を微調整することにより、的確な把持力でワークＷをクランプすることが可能となり、ワークＷをチャックヘッド１に対して確実に固定することができるものである。
【００２９】
また、本実施例のダイヤフラムチャックでは、ワークＷをダイヤフラム２によってクランプしている最中はスライドシャフト３の先端に装着した押しリング３０がダイヤフラム２の軸方向端面と常に緊密に接触していることから、ワークＷの研削加工中に前記押しリング３０の中心に設けた噴出ノズル３４からクーラント液を噴き出させると、総てのクーラント液が円筒状ワークＷの中空部を通じてチャックヘッド１から外部へ流出することになる。このため、ワークに付着することなくチャックヘッドの外に流出してしまうクーラント液は一切なく、必要最低限の量のクーラント液でワークＷの研削加工を行うことが可能となる。
【００３０】
次に、図４及び図６は本発明のダイヤフラムチャックに使用することが可能なダイヤフラムの他の例を示すものである。
このダイヤフラム４は、同一軸心上に配置された複数の金属製スリーブ４０と、互いに隣接するスリーブ４０の軸方向端面のに間に挟まれて該スリーブ同士を結合する弾性リング４１とから構成されており、全体として略円筒形状に形成されている。前記弾性リング４１はゴムやウレタン等の弾性体をリング状に形成したものであり、隣接するスリーブ４０の軸方向端面に接着されている。
【００３１】
この図４に示したダイヤフラム４も図２に示したダイヤフラム２と全く同様に使用することができる。すなわち、図４に示すように、ダイヤフラム４に設けられた弾性リング４１の内径はワークＷの外径よりも僅かに大きく設定されており、ダイヤフラム４に対して何ら外力を加えていない状態では、ワークＷをチャックヘッド１の貫通孔１０、すなわち貫通孔１０に嵌合するダイヤフラム４の中空部に対して挿入することができる。
【００３２】
ダイヤフラム４の中空部内にワークＷに固定するには、かかるワークＷをダイヤフラム４の中空部内に挿入した後、スライドシャフト３をチャックヘッド１に向けて進出させ、スライドシャフト３の先端に装着された押しリング３０でチャックヘッド１から突出したダイヤフラム４の軸方向端面を押圧してやる。図５に示すように、押圧力Ｆでダイヤフラム４を軸方向へ圧縮してやると、ダイヤフラム４それ自体はチャックヘッド１に形成された規制段部１１によって軸方向への移動を係止されていることから、ダイヤフラム４の弾性リング４１はスリーブ４０によって押し潰され、かかるダイヤフラム４が軸方向へ圧縮されることになる。このとき、押し潰された弾性リング４１はスリーブ４０の内周面よりも内径側へ、又はスリーブ４０の外周面よりも外径側へはみ出そうとするが、ダイヤフラム４それ自体がチャックヘッド１の貫通孔１０に嵌合しているため、弾性リング４１はスリーブ４０の外周面側には殆どはみ出すことが出来ず、結果的にスリーブ４０の内径側へ向けて大きくはみ出すことになる。このため、ダイヤフラム４を軸方向へ圧縮すると、前記弾性リング４１が中空部に挿入されていたワークＷの外周面を締め付け、これによりワークＷが前記弾性リング４１によって把持され、ダイヤフラム４内に固定される。
【００３３】
また、ワークＷを取り外す際には、スライドシャフト３をチャックヘッド１から後退させ、押しリング３０によってダイヤフラム４に加えていた押圧力Ｆを除去してやれば良い。押圧力Ｆを除去することにより、軸方向へ圧縮されていたダイヤフラム４は元の形状に復元し、つまるところ弾性リング４１も元の形状に復元することから、かかる弾性リング４１によるワークＷの締め付けも解除され、ダイヤフラム４によるワークＷのクランプ状態が解かれる。
【００３４】
従って、図４に示したダイヤフラム４を用いた場合も、スライドシャフト３がダイヤフラム４の軸方向端面に及ぼす押圧力Ｆを調整することにより、かかるダイヤフラム４がワークＷを把持する力を自在に調整することが可能となり、ワークＷの剛性に応じた的確な把持力で該ワークのクランプを行うことができる他、ワークＷの外径に加工誤差が存在するような場合であっても、かかるワークＷをチャックヘッド１に対して確実に固定することができるものである。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明のダイヤフラムチャックによれば、スライドシャフトによるダイヤフラムの押圧力を調整することで、かかるダイヤフラムのクランプ部がワークを把持する力を任意に調整し得るので、種々のワークの固定に対して的確に対応することが可能であると共に、ワークの外径寸法のバラツキに対しても柔軟に対応し、かかるワークを確実に把持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したダイヤフラムチャックの一例を示すものである。
【図２】実施例に係るダイヤフラムにワークを挿入した状態を示す図である。
【図３】実施例に係るダイヤフラムでワークをクランプした状態を示す図である。
【図４】ダイヤフラムの他の例を示す図である。
【図５】図４に示したダイヤフラムでワークをクランプした状態を示す図である。
【図６】従来のダイヤフラムチャックの一例を示す図である。
【符号の説明】
１…チャックヘッド、２…ダイヤフラム、３…スライドシャフト、１０…貫通孔、１１…規制段部、Ｗ…ワーク

Claims

ワークの把持部を収容する中空部を有して略円筒形状に形成されると共に、軸方向への圧縮に伴って半径方向の内側へ向けて弾性変形するクランプ部を備えたダイヤフラムと、このダイヤフラムの外周面が嵌合する貫通孔を有するチャックヘッドと、前記貫通孔の内周面に形成されて該貫通孔内に嵌合したダイヤフラムの軸方向への移動を係止する規制段部と、前記ダイヤフラムの軸方向に沿って進退自在に設けられ、ワークを前記ダイヤラムの中空部内に把持する際に、該ダイヤフラムを前記規制段部に向けて押圧するスライドシャフトとから構成されることを特徴とするダイヤフラムチャック。
前記ダイヤフラムは金属薄板から形成される一方、前記クランプ部はダイヤフラムの内周面に周方向に沿って設けられた断面Ｖ字状の凸条であり、前記スライドシャフトによるダイヤフラムの押圧の際に、前記凸条の先端部が半径方向の内側に向けて進出し、中空部内に収容されたワークを締め付けることを特徴とする請求項１記載のダイヤフラムチャック。
前記ダイヤフラムは、同一軸心上に配置された複数の金属製スリーブと、互いに隣接するスリーブの軸方向端面の間に挟まれた前記クランプ部としての弾性リングとから構成され、前記スライドシャフトによるダイヤフラムの押圧の際に、かかる弾性リングが半径方向の内側に向けて変形し、中空部内に収容されたワークを締め付けることを特徴とする請求項１記載のダイヤフラムチャック。