JP2005111593A

JP2005111593A - チャック装置及びそれを用いた加工装置

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Publication number: JP2005111593A
Application number: JP2003346700A
Authority: JP
Inventors: Shiro Mitsuhashi; 史朗三津橋
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2005-04-28
Also published as: DE102004048722B4; US20050079024A1; DE102004048722A1

Abstract

【課題】軸部を高い剛性で把持して加工能率を向上すると共に、高精度に位相合わせを行ってラインの直交率を向上することができ、更に、一部の冶工具交換や偏心量調整機構によって段取り替えを簡易に行うことができるチャック装置及びそれを用いた加工装置を提供する。
【解決手段】軸部に対して所定の偏心量を有する偏心部を備えたワークＷを把持するチャック装置２０であって、軸部を保持可能なコレットチャック４０と、コレットチャック４０に軸部を保持する把持力を付与するようにコレットチャック４０を駆動するチャック駆動機構５０と、偏心部の位相合わせを行うため、偏心部と接触するように旋回可能な一対のアーム部６０と、一対のアーム部６０を駆動するアーム駆動機構７０と、偏心量に基づいて、主軸に対するチャック装置２０の位置を調節可能な偏心量調節機構３０と、を備えたことを特徴とするチャック装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、トロイダル型無段変速機のピボットシャフト等、軸部に対して所定の偏心量を有する偏心部を備えたワークを把持するためのチャック装置及びそれを用いてワークを加工する加工装置に関する。

従来、一方の軸部に対して所定の偏心量を有する偏心軸又は偏心孔である偏心部を備えた自動車部品等のワーク（以後、偏心ワークと呼ぶ）を加工する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、図３に示すように、一方の軸部１０１に対して所定の偏心量を有する偏心部１０２を備えたトロイダル型無段変速機のピボットシャフト１０３を加工する際、加工される偏心部１０２の軸芯を主軸の回転中心に合わせる作業（以後、位相合わせと呼ぶ）を行うチャック装置として、図４に示されたものが知られている。

図４に示されたチャック装置では、主軸１０４の回転中心Ｏ_１から所定の偏心量離れた位置にＶ受け１０５が取付けられており、Ｖ受け１０５にピボットシャフト１０３の一方の軸部１０１を当接させている。また、主軸１０４には、ピン部材１０６まわりに揺動可能な略Ｌ字形のリンク部材１０７が設けられている。リンク部材１０７の一端には、油圧シリンダ機構１０８のピストン部材１０９が連結されており、油圧シリンダ機構１０８を駆動することで、リンク部材１０７の他端に設けられた平板等のワーク押え１１０が上側から一方の軸部１０１を押さえ込む。従って、この場合、一方の軸部１０１は、Ｖ受け１０５とワーク押さえ１１０の３箇所の当接する平面によって把持されている。
特開平８−１５５７０８号公報（第６−８頁、第１図）

しかしながら、従来のチャック装置では、軸部１０１は３箇所の当接する平面で把持しているので、把持剛性が比較的低く、そのため、切削または研削加工における加工能率という面で不利である。

また、偏心ワークであるピボットシャフト１０３はその形状の通りアンバランスである為、位相合わせを精度良く行うことが難しい。実際、チャックされる一方の軸部１０１を押さえながら、加工される偏心部１０２の軸芯を主軸１０４の回転中心Ｏ_１に合わせるためには、押さえられている一方の軸部１０１がその位置で回転しなければならない。その際、平面によって把持するチャック装置では、そのような回転力を生み出すことは容易ではなく、チャックをこじるような力が発生する可能性がある。また、このようなこじりを回避する為には、複雑な位相合わせ装置が必要となる。

位相合わせの精度を軸の振れ回り量で評価するとすれば、少なくとも振れ回り量が加工取り代以下でなければ、加工されない箇所が残ることになる。また、加工されない箇所が残らないとしても、加工しない他の部位との間に幾何学的な公差があれば、それを満たすために振れ回り量をさらに小さな値に収めなければならない。しかしながら、上述したように、振れ回り量を許容値以下に精度良く収めることは難しい。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、軸部に対して所定の偏心量を有する偏心部を備えたワークの加工において、軸部を高い剛性で把持して加工能率を向上すると共に、高精度に位相合わせを行ってラインの直行率を向上することができ、更に、一部の治工具の交換や偏心量調整機構によって段取り替えを簡易に行うことができるチャック装置及びそれを用いた加工装置を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。
（１）軸部に対して所定の偏心量を有する偏心部を備えたワークを把持し、主軸に装着可能なチャック装置であって、
前記軸部と前記偏心部の一方を保持可能なコレットチャックと、
前記コレットチャックに前記軸部と偏心部の一方を保持する把持力を付与するように前記コレットチャックを駆動するチャック駆動機構と、
前記軸部と前記偏心部の他方の位相合わせを行うため、前記軸部と前記偏心部の他方と接触するように旋回可能な一対のアーム部と、
前記一対のアーム部を駆動するアーム駆動機構と、
前記偏心量に基づいて、前記主軸に対するチャック装置の位置を調節可能な偏心量調節機構と、
を備えたことを特徴とするチャック装置。
（２）位相合わせを行う際、前記コレットチャックの把持力は、前記アーム部が前記ワークを押すことによって生じる回転モーメントより小さい値に設定することを特徴とする（１）に記載のチャック装置。
（３）軸部に対して所定の偏心量を有する偏心部を備えたワークを加工する加工装置であって、
（１）に記載のチャック装置を備え、前記ワークを前記チャック装置に把持した状態で前記ワークを加工することを特徴とする加工装置。
（４）（３）に記載の加工装置によって加工されたことを特徴とするハーフトロイダル型無段変速機のピボットシャフト。

本発明によれば、次のような効果が得られる。
（ｉ）コレットチャックによる把持方式としたので、偏心ワークの加工において、高い把持剛性によって加工能率を向上できるのでサイクルタイムを短縮することができる。
（ｉｉ）偏心ワークの位相合わせ精度を向上することができ、振れ回り量が抑えられ、不適格なチャック状態の発生が少なくなり、黒皮残り不良の低下と位相決めやり直し作業を削減することができる。
（ｉｉｉ）偏心ワークの偏心量をスペーサによって簡易に調整できる。
（ｉｖ）芯出し等を必要としない簡易なセット替えで各種の偏心部品の寸法に対応することができる。
（ｖ）上述の効果により、偏心ワークのコストダウンを図ることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係るチャック装置及び加工装置の一実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態では、背景技術と同様、軸部と軸部に対して所定の偏心量を有する偏心部を備えたトロイダル型無段変速機のピボットシャフトを偏心ワークＷとする。

図１を参照すると、本発明の加工装置である円筒研削盤１０は、テーブル１１上に、偏心ワークWを把持するチャック装置２０が備え付けられた主軸１２と、砥石１５が装着された砥石スピンドル１６を支持する砥石台１７を有する。主軸１２は、移動機構（図示せず）によってテーブル１１に対して、主軸１２の軸方向（図１のＸ方向）に移動自在であり、また、砥石台１７は、移動機構（図示せず）によってテーブル１１に対して、Ｘ方向と直交する方向（図１のＹ方向）に移動自在である。

このような円筒研削盤１０では、主軸１２による偏心ワークＷの回転とＸ方向の移動、また、砥石スピンドル１６による砥石１５の回転と砥石台１７のＹ方向の移動により、偏心ワークＷの研削加工が行われる。

チャック装置２０は、図２に示されるように、チャック本体２１が主軸１２の支持面１３上に突き当てられると共に、偏心量調整機構３０を介して図２の上下方向、即ち、後述するＬ_１方向に位置決め調整可能に取付けられている。また、チャック装置２０は、主軸１２の回転中心Ｏ_１から所定の偏心量だけ離れた位置に中心Ｏ_２を有して、軸部１０１と偏心部１０２の一方（本実施形態では、偏心部１０２）を保持可能なコレットチャック４０と、コレットチャック４０に軸部１０１と偏心部１０２の一方を保持する保持力を付与するようにコレットチャック４０を駆動するチャック駆動機構５０とを備える。さらに、チャック装置２０は、軸部１０１と偏心部１０２の他方の位相合わせを行うため、軸部１０１と偏心部１０２の他方（本実施形態では、軸部１０１）と接触するように旋回可能な一対のアーム部６０と、一対のアーム部６０を駆動するアーム駆動機構７０とを備えている。

なお、本実施形態では、コレットチャック４０の中心Ｏ_２と主軸１２の回転中心Ｏ_１とを結んだ線をＬ_１とする。ここで、チャック装置２０の位相合わせは、偏心部１０２の軸芯がコレットチャク４０の中心Ｏ_２と一致した状態で、軸部１０１の軸芯が主軸１２の回転中心Ｏ_１と一致するようにし、即ち、各軸芯が線Ｌ_１上に位置するように行われる。

偏心量調整機構３０は、線Ｌ_１方向において、チャック装置２０の外周面に一対のスペーサ３１を配設し、偏心ワークＷの偏心量に基づいて、主軸１２の回転中心Ｏ_１と把持された偏心ワークＷの軸部１０１の軸芯が一致するように、主軸１２に対するチャック装置２０の位置を調整する。また、偏心量調整機構３０は、一対のスペーサ３１を用いてチャック装置２０の位置決め調整を行った後、主軸１２のボルト孔１４にボルト３２を挿入することでチャック装置２０を主軸１２に固定している。また、チャック装置２０はボルト（図示せず）により主軸１２の回転中心Ｏ_１方向に固定している。

これにより、偏心量が異なる何種類もの偏心ワークＷを加工する場合には、一方のスペーサ３１を厚くし、他方のスペーサ３１を同じ量だけ薄くなるようにスペーサ３１を交換する。即ち、厚みの異なるスペーサ３１を複数種類用意すれば、単なるスペーサ３１の交換で所定の偏心量を精度良く決定することができる。

コレットチャック４０は、底部４１に連結された円筒状の基部４２と、基部４２から軸方向に突出し、周方向に分割されて円周状に形成された把持部４３とを有する外径コレット４４と、コレットチャック４０とは独立してチャック本体２１に配設された偏心ワークＷを軸方向に位置決めする突当て４５とを備える。また、外径コレット４４は、コレットチャック４０を収容するチャック本体２１の孔の内周面に形成されたテーパ面２２の傾斜角度に沿ったテーパ状の外周面４６を備えている。

チャック駆動機構５０は、チャック本体２１内に設けられた外径把持用シリンダ機構５１を備え、第１のシリンダ室５２内に油圧を供給することで第１のピストンを構成するドローバー５３を軸方向へ移動可能に配設している。また、ドローバー５３の先端部には、外径コレット４４が取付けられており、ドローバー５３を軸方向へ後退させることで、把持部４３がチャック本体２１のテーパ面２２に案内されつつ、弾性変形することにより縮径する。これにより、偏心部１０２が外径全面に亘ってコレットチャック４０に把持される。

なお、外径コレット４４は、把持される偏心ワークＷの形状に応じて用いられる。把持される偏心ワークＷの外径寸法が何種類もある場合、第一に外径コレット４４の内径に収まる寸法であれば、特に外径コレット４４を交換する必要なく、そのままのセットで許容される。なお、同一の外径コレット４４の使用が許容されるのは直径の差が約１ｍｍである。第二に、外径コレット４４の内径よりも大きい場合は、外径コレット４４を交換する必要がある。外径コレット４４は、チャック本体２１とテーパで嵌合するため、いちいち芯出しをする必要は無く、単なる交換で済む。

アーム部６０は、線Ｌ_１に対して線対称に設けられたチャック本体２１の一対の筒部２３に、旋回かつ軸方向移動可能に収容された一対の旋回ロッド６１と、筒部２３の開口部に形成されたアーム収容部２４に収容可能とし、一対の旋回ロッド６１の先端に取付けられた一対の位相合わせアーム６２とを備える。また、一対の位相合わせアーム６２は、それぞれ、線Ｌ_１と直交する線Ｌ_２の方向から偏心ワークＷの軸部１０１の外周面と接触する接触面６３を有する接触片６４と、接触片６４の接触位置を微調整するための調整ボルト６５とを備える。

アーム駆動機構７０は、一対の位相合わせアーム６２を軸方向に移動可能とする一対のアーム前後退用シリンダ機構７１と、一対の位相合わせアーム６２を旋回可能とする旋回機構であるアーム旋回用シリンダ機構８０とラック＆ピニオン機構９０（例えば、（株）近藤製作所ＺＲＢシリーズメカローター）を備える。

各アーム前後退用シリンダ機構７１は、油圧の供給によって第２のピストン７２が第２のシリンダ室７３内を軸方向に移動するように構成されており、第２のピストン７２に連結された旋回ロッド６１を介して、位相合わせアーム６２を軸方向に移動可能とする。

また、アーム旋回用シリンダ機構８０は、油圧の供給によって第３のピストン８１が第３のシリンダ室８２内を往復動可能であるように構成されている。ラック＆ピニオン機構９０は、第３のピストン８１の先端に連結され、対向する両側面に帯状歯列９１を備えたラック部９２と、ラック部９２の各帯状歯列９１と噛合して、互いに逆方向に回転する一対のピニオン部９３とを備える。各ピニオン部９３の中心部には、回転軸９４が連結されており、回転軸９４の先端は、第２のピストン７２に形成された係合孔７４に固定される。これにより、アーム旋回シリンダ機構８０に設けられた第３のピストン８１を往復動することで、一対のピニオン部９３を旋回させ、ピニオン部９３に連結されて一体回転する回転軸９４、第２のピストン７２、旋回ロッド６１を介して、一対の位相合わせアーム６２を旋回する。

次に、本実施形態におけるチャック装置２０の作用について説明する。
図２に示されるように、偏心ワークＷの偏心部１０２が外径コレット４４の把持部４３に挿入された状態で外径把持用シリンダ機構５０のドローバー５３が引き込まれる。これにより、外径コレット４４がチャック本体２１のテーパ面２２に沿って縮径し、コレットチャック４０は偏心ワークＷを把持する。

偏心ワークＷは、外径コレット４４の引き込み作用によって、外径コレット４４の内部もしくは外部に付設された位置決めストッパー（図示せず）により軸線方向の位置決めが行われる。
なお、コレットの引き込み量は約１ｍｍであるが、この引き込み量が不十分な場合には、外部にワーク押し機構を設けてもよい。

次に位相合わせを行う際には、予めコレットチャック４０による把持力を小さくしておく。具体的に、チャック駆動機構５０の把持力は、位相合わせアーム６２が偏心ワークＷの外径を押すことによって生じる回転モーメントよりも若干小さい値に設定する。これにより、偏心ワークＷを外径コレット４４内に把持した状態で、位相合わせの作業が実行される。

この状態で、アーム前後退用シリンダ機構７１に油圧を供給することで、チャック本体２１のアーム収容部２４内に収容された一対の位相合わせアーム６２を前進させて軸方向外側に位置させる。さらに、アーム旋回用シリンダ機構８０に油圧を供給することで、ラック＆ピニオン機構９０を介して、一対の位相合わせアーム６２が偏心ワークＷを両側から挟むように旋回する。

一対の位相合わせアーム６２は、一つのラック部９２によって作動されるため、同調した動きとなり、一対の位相合わせアーム６２の内、いずれか一方が偏心ワークＷに接触すると、偏心ワークＷは偏心部１０２を中心として回転を始め、他方のアーム６２に接触するまで移動する。両方の位相合わせアーム６２が偏心ワークＷと接触した状態では、偏心ワークＷはこれ以上動けないので位相合わせはこの時点で完了する。
なお、この段階で、微調整が必要な場合は、調整ボルト６５によって位相合わせアーム６２の接触片６４の位置が変更される。

位相合わせが完了した後、コレットチャック４０は偏心ワークＷを強く把持する。また、位相合わせアームは、逆方向に旋回して偏心ワークＷとの接触を解除し、さらに軸方向に後退させることで、チャック本体２１のアーム収容部２４に格納される。以上で、チャック動作は完了する。

また、偏心ワークＷの所定の偏心量とコレットチャック４０の中心Ｏ_２と主軸１２の回転中心Ｏ_１間の距離を一致させる為には、一対のスペーサ３１を交換することで行われる。これにより、セットした偏心量はバラツキが少なく、±５μｍ程度に収まる。

このようにして、チャック装置２０に把持された偏心ワークＷを主軸１２によって回転させると共に、砥石１５を備えた砥石スピンドル１６を回転させ、主軸１５及び砥石台１７をＸＹ方向に移動させることで、研削加工が行われる。

従って、本実施形態によれば、図２に示すようなコレットチャック４０にて偏心ワークＷの外径全面が把持されるため、把持剛性が大幅に改善され、加工能率を向上することができる。実験では、従来技術に示された把持方式に対して、約３０％の把持剛性のアップが確認できた。

また、偏心ワークＷを位相合わせアーム６２の回転モーメントより小さい把持力で把持した状態で、同期して旋回する一対の位相合わせアーム６２を用いて、ワーク外径を両側から挟み込むようにして位相合わせを行っているので、偏心ワークの位相合わせ精度を向上することができ、振れ回り量が抑えられる。また、不適格なチャック状態が少なくなり、黒皮残り不良の低下と位相決めやり直し作業を削減することができ、ライン直行率を向上する。
さらに、偏心ワークＷの偏心量の調整をスペーサ３１を用いて行っているので、簡易な調整が可能である。

また、偏心ワークＷの把持にコレットチャック４０を用いて行っているので、芯出しを行う必要がなく、外径コレット４４の内径よりも大きい軸部を把持する場合には、外径コレットを単に交換するだけでよく、簡易なセット替えで各種の偏心ワークＷの寸法に対応できる。
さらに、上記のような効果により、偏心ワークＷの加工コストを削減することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能であり、請求項の主旨を越えない範囲で、本実施形態を応用した種々の方法で同じ効果が得られる場合についても本考案に含まれる。

本実施形態では、チャック装置を備えた加工装置として、円筒研削盤を上げたが、研削加工以外にも、切削加工等、種々の加工装置に適用することができる。
また、本実施形態では、アーム駆動機構における旋回機構として、ラック＆ピニオン式の回転アクチュエータを採用したが、回転アクチュエータは所要の動きを行うことができる他の機構によって構成されてもよい。

さらに、外径把持用シリンダ機構、アーム前後退用シリンダ機構、アーム旋回用シリンダ機構は、エアシリンダであってもよい。
また、本実施形態の偏心ワークは両側が軸部であるピボットシャフトについて説明したが、偏心ワークは、偏心部が軸部に対して所定の偏心量を有する偏心孔である部品であってもよい。

本実施形態のチャック装置を備えた円筒研削盤を示す上面図である。偏心ワークを把持する本実施形態のチャック装置を示し、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、（ｂ）はその側面図である。本発明の偏心ワークである、トロイダル型無段変速機のピボットシャフトを示し、（ａ）は正面図であり、（ｂ）はその側面図である。従来のチャック装置を示し、（ａ）は偏心ワークが把持された状態を示す正面図であり、（ｂ）は偏心ワークがＶ受けに保持された状態を示す上面図である。

符号の説明

１０円筒研削盤（加工装置）
１２主軸
２０チャック装置
２１チャック本体
３０偏心量調整機構
４０コレットチャック
４４外径コレット
４５突当て
５０チャック駆動機構
５１外径把持用シリンダ機構
６０アーム部
６２位相合わせアーム
７０アーム駆動機構
７１アーム前後退用シリンダ機構
８０アーム旋回用シリンダ機構
９０ラック＆ピニオン機構
９２ラック部
９３ピニオン部
１０１軸部
１０２偏心部
１０３ピボットシャフト
Ｗ偏心ワーク

Claims

軸部に対して所定の偏心量を有する偏心部を備えたワークを把持し、主軸に装着可能なチャック装置であって、
前記軸部と前記偏心部の一方を保持可能なコレットチャックと、
前記コレットチャックに前記軸部と偏心部の一方を保持する把持力を付与するように前記コレットチャックを駆動するチャック駆動機構と、
前記軸部と前記偏心部の他方の位相合わせを行うため、前記軸部と前記偏心部の他方と接触するように旋回可能な一対のアーム部と、
前記一対のアーム部を駆動するアーム駆動機構と、
前記偏心量に基づいて、前記主軸に対するチャック装置の位置を調節可能な偏心量調節機構と、
を備えたことを特徴とするチャック装置。
位相合わせを行う際、前記コレットチャックの把持力は、前記アーム部が前記ワークを押すことによって生じる回転モーメントより小さい値に設定することを特徴とする請求項１に記載のチャック装置。
軸部に対して所定の偏心量を有する偏心部を備えたワークを加工する加工装置であって、
請求項１に記載のチャック装置を備え、前記ワークを前記チャック装置に把持した状態で前記ワークを加工することを特徴とする加工装置。
請求項３に記載の加工装置によって加工されたことを特徴とするハーフトロイダル型無段変速機のピボットシャフト。