JP2007015038A - ダイヤフラム型エアーチャック - Google Patents

Abstract

【課題】チャック高速回転時のダイヤフラムにかかる遠心力を正確に相殺させ、高速回転時におけるワークの脱落を防止する。
【解決手段】チャックは、工作機械のスピンドルに着脱自在に装着されるチャック本体と、このチャック本体のシリンダ室にスライド自在に嵌合配置されたピストン２２と、該ピストンに連結するダイヤフラム１０と、該ダイヤフラム１０の表側に突設された爪取付台１６と、複数の割り２０により複数のブロック１８ａに分割され中心部にワーク保持孔１９を有し各ブロック１８ａが爪取付台１６にねじ止めされるワーク把持用の爪１８とを備えている。チャックのダイヤフラム１０の裏側には、複数の割り３６が形成され複数のブロック３４ａに分割された遠心力相殺バランサー３４がねじ止めされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＮＣ旋盤などの工作機械に用いられるダイヤフラム型のエアーチャックに関する。

ＮＣ旋盤などの工作機械に用いられるダイヤフラム型のエアーチャックにおいて、チャックが高速で回転すると、爪取付台及びそれに取り付けられた爪に遠心力が生じ、その遠心力よって、ダイヤフラムが引っ張られ、変形し、爪のワーク保持力が減少し、チャックがある回転数を超えると、爪からワークが外れてしまう。これを防止するため、従来、ダイヤフラムの爪取付台の反対側に位置させて、ダイヤフラムの裏側の面に突起体を設け、ダイヤフラム表側の爪取付台及びそれに取り付けられた爪と裏側の突起体の遠心力がダイヤフラムに対して反対方向に作用するようにし、これにより、爪のワーク保持力の減少を防止したエアーチャックが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平１０−１８０５１０公報

ダイヤフラムの裏側に突起体を設けて、この突起体に遠心力を発生させ、この遠心力をダイヤフラムの表側の爪に発生する遠心力とを相殺させ、爪のワーク保持力の減少を防止する構成は、ある程度の効果は生じるが、ある値以上の回転数になると、爪の遠心力に伴うダイヤフラムの変形によりワーク保持孔が開いてしまい、チャックを、目標とする高回転数で回転できなかった。ダイヤフラムの回転数を上げるため、ダイヤフラム裏側のバランス用の突起体の重量をいろいろと変化させて実験を行ったが、満足すべき実験結果が得られなかった。このように、従来のバランス用の突起体では、爪の遠心力を正確に相殺させることができず、ダイヤフラムが、その表側の爪と裏側の突起体との遠心力のかかり方の不一致により、一方向に変形し、チャックがある値以上の回転数になると、爪が初期ワーク保持力を維持できないという問題点があった。
本件発明者は、爪とバランス用の突起体との遠心力のかかり方の相違は、爪と突起体との形状の相違、特に割りの有無にあるのではないかとの仮説を着想し、ダイヤフラムの裏側に、表側のワーク把持用の爪と同一形状の爪をバランサーとして取り付けたところ、従来の突起体を用いた実験結果に比し、飛躍的に優れた実験結果を得ることができた。
本発明は、高速回転域でのチャックの、遠心力によるワーク保持力の減少の問題を解決することを目的とするものである。

上記目的を達成するため本発明は、内径部にシリンダ室が形成され、工作機械のスピンドル等に着脱自在に装着されるチャック本体と、前記シリンダ室にスライド自在に嵌合配置されたピストンと、該ピストンに連結するダイヤフラムと、該ダイヤフラムの表側に突設された爪取付台と、軸方向に複数の割りが形成され、この割りにより複数のブロックに分割され中心部にワーク保持孔を有し各ブロックが前記爪取付台にねじ止めされるワーク把持用の爪とを備え、前記シリンダ室に空圧装置からエアーを給排出して前記ピストンを駆動し、前記爪のワーク保持孔にワークを所定の圧力で保持させあるいはワークを解放するようにしたダイヤフラム型エアーチャックであって、前記ダイヤフラムの裏側に、複数のバランサー取付台を突設し、該バランサー取付台に、軸方向に複数の割りが形成され複数のブロックに分割された遠心力相殺バランサーをねじ止めしたものである。
また本発明は、前記ワーク把持用の爪が、大径な肉厚の周壁部と、該周壁部に一体的に形成された小径な周壁部と、前記大径な周壁部を複数のブロックに分割する割りと、前記各ブロックの内周面によって形成されるワーク保持孔と、前記各ブロックごとに軸方向に穿設された各ブロックを前記爪取付台にねじ止めするためのねじ挿入用の穴とから成り、前記遠心力相殺バランサーが、大径な肉厚の周壁部と、該周壁部に一体的に形成された小径な周壁部と、前記大径な周壁部を複数のブロックに分割する割りと、前記各ブロックの内周面によって形成される孔と、前記各ブロックごとに軸方向に穿設された各ブロックを前記ダイヤフラム裏側のバランサー取付台にねじ止めするためのねじ挿入用の穴とから成るものである。
また本発明は、前記ワーク把持用の爪と前記遠心力相殺バランサーとがほぼ同一形状であり、互いのブロックの数が同数であることを特徴とするものである。
また本発明は、前記ダイヤフラム表側のワーク把持用の爪の重量と、前記ダイヤフラム裏側の遠心力相殺バランサーの重量を略同一としたものである。
また本発明は、前記ダイヤフラム裏側の遠心力相殺バランサーの重量を、前記ダイヤフラム表側のワーク把持用の爪の重量より重くしたものである。

本発明は、ダイヤフラムの裏側に、複数の割りを有する遠心力相殺バランサーを取り付けたので、ダイヤフラムの表側に作用するワーク把持用の爪の遠心力をダイヤフラムの裏側に発生する遠心力相殺バランサーの遠心力で正確に相殺することができ、チャックの初期ワーク保持力を高速回転域で一定に維持することができる。

以下に本発明の構成を添付した図面を参照して詳細に説明する。
２ａは、工作機械のスピンドルのフランジの端面にボルトによって脱着可能に装着されるエアーチャック本体２の取付ベースであり、盤状部材から構成されている。取付ベース２ａの管状部には、エアー流通用ロータリーチューブ（図示省略）が結合される取付穴４が形成されている。２ｂは、一端部が取付ベース２ａにボルトにより固定されたシリンダーであり、該シリンダー２ｂと前記取付ベース２ａは、チャック本体２を構成している。

前記シリンダー２ｂには、一体的に、軸方向に対して垂直に隔壁部６が形成され、該隔壁部６と、シリンダー２ｂの内周面と、前記取付ベース２ａの内壁面との間に、シリンダー室８が形成されている。１０は、盤状のダイヤフラムであり、肉厚の外径部が前記シリンダー２ｂの他端にボルトにより固定されている。前記ダイヤフラム１０の中央部には管状部１２が形成され、該管状部１２の内周面に、前記取付ベース２ａの中央部に一体的に形成された筒状部１４の外周面が軸方向にスライド自在に嵌合している。

前記ダイヤフラム１０の外側面に一体的に突設された複数個の爪取付台１６に、ワーク保持用の爪１８の、割り２０によって分割された８個のブロック１８ａの各々がねじによって固定されている。前記爪１８の中心部には、各ブロック１８ａの内側の周面によって囲まれたワーク保持孔が形成されている。前記ピストン２２の外周面は、密封状態で前記シリンダー２ｂの内周面に軸方向にスライド自在に嵌合している。

前記ピストン２２の管状部２４の内周面は、前記取付ベース２ａの筒状部１４の外周面にスライド自在に嵌合し、該管状部２４の先端は、前記ダイヤフラム１０の管状部１２の端面に連結している。また、ピストン２２の管状部２４の外周面は、密封状態で、前記隔壁部６の内径部に密封状態でスライド自在に嵌合し、管状部２４の内周面は、密封状態で、筒状部１４の外周面にスライド自在に嵌合している。前記取付ベース２ａには、第１のエアー流通路２６と第２のエアー流通路通路２８が形成されている。前記第１のエアー流通路はピストン２２の一方側のシリンダ室８と連通し、前記第２のエアー流通路２８は、シリンダー２ｂに形成されたエアー流通路３０と連通し、該エアー流通路３０は、ピストン２２の他方側のシリンダ室８と連通している。

前記ダイヤフラム１０の裏側には、前記爪取付台１０と対向して、バランサー取付台３２が突設され、これに、前記ワーク把持用の爪１８と略相似形の遠心力相殺バランサー３４がねじにより固定されている。前記爪３４は大径な肉厚の周壁部３８と小径な周壁部４０から成り、周壁部３８に割り３６が穿設され、これら割り３６により、周壁部３８が８個のブロック３４ａに分割され、各ブロック３４ａは、各分割側面が互いに所定の隙間を存して対面している。

各ブロック３４ａにはそれぞれねじ挿入用の穴３５が軸方向に穿設され各ブロック３４ａは、穴３５に挿入されたねじにより対応するバランサー取付台３２に固定されている。また、各ブロック３４ａの内側の各周面が同軸円柱線上に配置され、各ブロック３４ａで囲まれた中心部に円柱状の孔４２が形成されている。前記ワーク把持用の爪１８も、図３に示す爪３４の構造と同一の構造を有し、大径な肉厚の周壁部４４と、該周壁部４４に一体的に形成された小径な周壁部４６と、前記大径な周壁部４４を複数のブロック８ａに分割する割り２０と、前記各ブロック８ａの内周面によって形成されるワーク保持孔１９と、前記各ブロック１８ａごとに軸方向に穿設された、各ブロック１８ａを前記爪取付台１６にねじ止めするためのねじ挿入用の穴４８とから構成されている。

本実施形態では、前記遠心力相殺バランサー３４は、前記ワーク把持用の爪１８よりも小さいものが採用されているが、チャックの回転数をより高くする場合には、遠心力相殺バランサー３４の重量をワーク把持用の爪１８と同等か、あるいはそれよりも重くする。前記取付穴４に連結するエアー流通ロータリーチューブ（図示省略）は、３層構造を有し、その第１のエアー流通路が、取付ベース２ａの第１のエアー流通路２６を介してピストン２２の一方の受圧面に連通している。ロータリーチャーブの第２のエアー流通路は、取付ベース２ａの第２のエアー流通路２８と、シリンダー２ｂのエアー流通路３０を介して、ピストン２２の他方の受圧面に連通している。前記ロータリーチューブの第１と第２のエアー流通路は空圧装置に連通している。

次に本実施形態の作用について説明する。
まず、第１のエアー流通路２６から圧縮エアーをピストン２２の、一方の受圧面側のシリンダ室８に送るととともに、他方の受圧面側のシリンダ室８のエアーを抜く。これにより、ピストン２２は、図１中、右方向に、シリンダ室２ｂ内を移動し、ダイヤフラム１０の肉薄部が変形して、爪１８のワーク保持孔１９が開く。この状態でワーク（図示省略）をワーク保持孔１９に挿入する。次に、ピストン２２の一方の受圧面側のシリンダ室８のエアーを抜くと、ダイヤフラム１０へのエアーの押圧力が解除され、ダイヤフラム１０の復帰弾力により爪１８がワークを所定の初期ワーク保持力で把握する。このワーク保持力は、第２のエアー流通路２８から圧縮エアーをピストン２２の、他方の受圧面側のシリンダ室８に送るととともに、一方の受圧面側のシリンダ室８のエアーを抜いて空圧により設定するようにしても良い。

爪１８にワークを把握させ、ワークの爪１８へのセットが完了したら、工作機械のスピンドルを高速で回転させ、チャックを高速で回転させる。回転しているダイヤフラム１０の表側の爪１８には円の中心方向に向心加速度を与える向心力と、外に働く力である遠心力が働く。ダイヤフラム１０の裏側の遠心力相殺バランサー３４にも、同様に向心力と、外に働く遠心力が生じる。爪１８に働く遠心力は、チャックの回転数の増加に応じて増大し、ダイヤフラム１０に作用し、ダイヤフラム１０を変形させ、ワーク保持孔１９を開かせる方向に働く。

遠心力相殺バランサー３４に働く遠心力は、爪３４の中心の孔４２を開かせる方向に働き、ダイヤフラム１０に作用する。ダイヤフラム１０の表側の爪１８の遠心力によるダイヤフラム１０に対する変形力と、ダイヤフラム１０の裏側の遠心力相殺バランサー３４の遠心力によるダイヤフラム１０に対する変形力は、互いに相殺する方向に働き、チャックの回転力が高速となっても、ダイヤフラム１０は変形せず、チャックのワーク保持孔１９は、開くことなく、初期ワーク保持力を保持する。チャックの回転数を更に上げるには、遠心力相殺バランサー３４の大きさを、ワーク把持用の爪１８より大きくし、該爪１８よりも重くする。

これは、ワーク把持用の爪１８に作用する切削抵抗を考慮したものである。工作機械の刃物からの切削抵抗により、ダイヤフラム１０が変形しようとする分、遠心力相殺バランサー３４の遠心力を大きくし、ダイヤフラム１０に、ワーク把持用の爪１８のワーク保持孔１９が閉じる方向に、遠心力を作用させることで、ワーク保持孔１９が、高速回転に伴う、爪１８の遠心力によって開く動作が阻止される。ワーク把持用の爪１８と遠心力相殺バランサー３４の大きさを略同一とすれば、ワーク把持用の爪１８と遠心力相殺バランサー３４の遠心力は、同一の大きさとなり、互いに相殺する。

この場合、切削抵抗分の、ダイヤフラム１０に、ワーク保持孔１９を開く方向に働く変形力が作用することにより、ワーク把持用の爪１８の初期ワーク保持力を保持できるチャックの限界回転数が低くなってしまうが、この場合でも、あるいは、図１に示す実施形態のように、遠心力相殺バランサー３４の大きさが、ワーク把持用の爪１８より小さく、該爪１８よりも軽くても、従来の割りを有しないバランサを用いた場合に比し、ワーク把持用の爪１８の初期ワーク保持力を維持できる限界回転数を高くすることができることが実験により確認されている。

本発明にかかるダイヤフラム型エアーチャックの断面図である。 ワーク把持用の爪を取り外した状態のチャックの側面図である。 遠心力相殺バランサーを示し、（Ａ）は左側面図、（Ｂ）は一部断面正面図、（Ｃ）は右側面図である。 ダイヤフラムの外観図である。

符号の説明

２ チャック本体
２ａ 取付ベース
２ｂ シリンダー
４ 取付穴
６ 隔壁部
８ シリンダ室メモリ
１０ ダイヤフラム
１２ 管状部
１４ 筒状部
１６ 爪取付台
１８ 爪
１８ａ ブロック
１９ ワーク保持孔
２０ 割り
２２ ピストン
２４ 管状部
２６ 第１のエアー流通路
２８ 第２のエアー流通路
３０ 流通路
３２ バランサー
３４ 遠心力相殺バランサー
３４ａ ブロック
３５ 穴
３６ 割り
３８ 周壁部
４０ 周壁部
４２ 孔
４４ 周壁部
４６ 周壁部
４８ 穴

Claims (5)

1. 内径部にシリンダ室が形成され、工作機械のスピンドル等に着脱自在に装着されるチャック本体と、前記シリンダ室にスライド自在に嵌合配置されたピストンと、該ピストンに連結するダイヤフラムと、該ダイヤフラムの表側に突設された爪取付台と、軸方向に複数の割りが形成され、この割りにより複数のブロックに分割され中心部にワーク保持孔を有し各ブロックが前記爪取付台にねじ止めされるワーク把持用の爪とを備え、前記シリンダ室に空圧装置からエアーを給排出して前記ピストンを駆動し、前記爪のワーク保持孔にワークを所定の圧力で保持させあるいはワークを解放するようにしたダイヤフラム型エアーチャックであって、前記ダイヤフラムの裏側に、複数のバランサー取付台を突設し、該バランサー取付台に、軸方向に複数の割りが形成され複数のブロックに分割された遠心力相殺バランサーをねじ止めしたことを特徴とするダイヤフラム型エアーチャック。
2. 前記ワーク把持用の爪が、大径な肉厚の周壁部と、該周壁部に一体的に形成された小径な周壁部と、前記大径な周壁部を複数のブロックに分割する割りと、前記各ブロックの内周面によって形成されるワーク保持孔と、前記各ブロックごとに軸方向に穿設された各ブロックを前記爪取付台にねじ止めするためのねじ挿入用の穴とから成り、前記遠心力相殺バランサーが、大径な肉厚の周壁部と、該周壁部に一体的に形成された小径な周壁部と、前記大径な周壁部を複数のブロックに分割する割りと、前記各ブロックの内周面によって形成される孔と、前記各ブロックごとに軸方向に穿設された各ブロックを前記ダイヤフラム裏側のバランサー取付台にねじ止めするためのねじ挿入用の穴とから成ることを特徴とする請求項１に記載のダイヤフラム型エアーチャック。
3. 前記ワーク把持用の爪と前記遠心力相殺バランサーとがほぼ同一形状であり、互いのブロックの数が同数であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のダイヤフラム型エアーチャック。
4. 前記ダイヤフラム表側のワーク把持用の爪の重量と、前記ダイヤフラム裏側の遠心力相殺バランサーの重量を略同一としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の中のいずれか１つの請求項に記載のダイヤフラム型エアーチャック。
5. 前記ダイヤフラム裏側の遠心力相殺バランサーの重量を、前記ダイヤフラム表側のワーク把持用の爪の重量より重くしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の中のいずれか１つの請求項に記載のダイヤフラム型エアーチャック。

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