JP2008246632A5 - - Google Patents

Description

フローティングチャック機構

本発明は、支持したワークを加工する加工装置において、ワークをクランプするフローティングチャック機構に関する。

従来より、例えば、円筒研削盤等の加工装置の両センタ間に支持された円筒形ワークを把持して回転駆動させる際に、ワーク把持部（ワークの回転軸に直交する方向からワークを挟み込むクランプ爪）の中心と、センタ（ワークの回転軸方向から挟み込み、ワークの回転軸回りにワークを回転させる）の回転軸との芯ずれ吸収手段として、クランプ爪部がずれを吸収する種々のフローティングチャック機構が提案されている。
例えば、特許文献１に記載された従来技術では、ラジアル方向にフローティングできるダイヤフラムにクランプ爪を取り付け、ダイヤフラムの戻り変形によりクランプ爪部が自動的に求心移動するフローティングチャック構造が提案されている。
また、特許文献２に記載された従来技術では、各クランプ爪が油圧シリンダで駆動され、高速回転でも遠心力で把持力の低下を回避することができるフローティングチャックが提案されている。
また、特許文献３に記載された従来技術では、揺動アームとバネによりクランプ爪が求心移動するフローティングチャックが提案されている。
特開２００３−１４５３２６号公報 特開平１１−２５４２１４号公報 実開平５−９３７１０号公報

特許文献１に記載された従来技術は、クランプ爪部が自動求心移動する構造であり、クランプ爪で把持可能なワークの径の範囲は、ダイヤフラムの差動範囲に基づいて決定してしまう。従って、例えば、径の大きなワークの加工で使用したチャック（クランプ爪を備えたチャック）を、径の小さなワークの加工に使用できず、その場合はチャックを交換しており、非常に手間がかかる。
また、特許文献２に記載された従来技術は、クランプ爪部が自動求心移動する構造であり、油圧シリンダ機構でクランプ爪を駆動し、対象とするワークの径の範囲を広くすることができるが、構造が非常に複雑である。
また、特許文献３に記載された従来技術は、揺動アームにてクランプ爪部が自動求心移動する構造であり、クランプ爪で把持可能なワークの径の範囲が狭く、特許文献１と同様に、径の大きなワークの加工で使用したチャック（クランプ爪を備えたチャック）を、径の小さなワークの加工に使用できず、その場合はチャックを交換しており、非常に手間がかかる。
また、特許文献１及び３の機構では、クランプ爪の把持力が不均等になり易く、ワークＷを歪ませる原因となり易い。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、クランプ爪で支持可能な径の範囲がより広く、且つ構造がよりシンプルなフローティングチャック機構を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりのフローティングチャック機構である。
請求項１に記載のフローティングチャック機構は、対向して配置された一対のセンタ部材を通る回転軸に沿って円筒状のワークを両端部から前記センタ部材にて挟み込み、前記回転軸の回りに前記ワークを回転させるための主軸を前記両端部の少なくとも一方側に備えた加工装置において、前記主軸に設けられて前記ワークの外周方向から前記ワークを挟んで保持することで保持した前記ワークを前記回転軸の回りに回転させるとともに前記回転軸と前記ワークの外径の中心とのずれを示す芯ずれを吸収するフローティングチャック機構である。
そして、フローティングチャック機構は、前記ワークを外周方向から挟む複数のクランプ爪を備えたチャック本体部と、前記主軸に固定されて当該主軸とともに回転するチャックベース部とを備える。
前記チャックベース部は、板状のプレート部材であり、複数個所に切欠溝が設けられていることで、前記主軸に固定される固定部と、前記回転軸に直交するスライド面に沿ってスライド可能なスライド部と、前記固定部に対して前記スライド部がスライド可能となるように連結する平行リンク機構と、が形成されている。
そして、前記スライド部には、前記回転軸に直交するＸ軸方向にスライド可能なＸ軸方向揺動領域と、前記回転軸に直交するとともに前記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向にスライド可能なＹ軸方向揺動領域と、が形成されており、前記平行リンク機構には、前記Ｘ軸方向揺動領域を前記Ｘ軸方向にスライド可能とするＸ軸方向平行リンク機構と、前記Ｙ軸方向揺動領域を前記Ｙ軸方向にスライド可能とするＹ軸方向平行リンク機構と、が形成されている。
そして、前記チャック本体部が前記スライド部に固定され、前記チャック本体部が自動的に前記芯ずれを吸収するように前記スライド面に沿ってスライドする。

また、本実施の形態に記載のフローティングチャック機構では、前記チャックベース部は、板状のプレート部材であり、前記プレート部材の複数個所に切欠溝が形成されていることで、前記固定部と、前記スライド部と、前記固定部に対して前記スライド部が前記スライド面に沿ってスライド可能となるように連結する平行リンク機構とが、前記スライド面内に形成されている。

また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりのフローティングチャック機構である。
請求項２に記載のフローティングチャック機構は、対向して配置された一対のセンタ部材を通る回転軸に沿って円筒状のワークを両端部から前記センタ部材にて挟み込み、前記回転軸の回りに前記ワークを回転させるための主軸を前記両端部の少なくとも一方側に備えた加工装置において、前記主軸に設けられて前記ワークの外周方向から前記ワークを挟んで保持することで保持した前記ワークを前記回転軸の回りに回転させるとともに前記回転軸と前記ワークの外径の中心とのずれを示す芯ずれを吸収するフローティングチャック機構である。
そして、フローティングチャック機構は、前記ワークを外周方向から挟む複数のクランプ爪を備えたチャック本体部と、前記主軸に固定されて当該主軸とともに回転するチャックベース部とを備える。
前記チャックベース部は、前記主軸に固定される固定部と、前記固定部に対して前記回転軸に直交するＸ軸方向と前記回転軸に直交するとともに前記Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向とにスライド可能なスライド部と、前記スライド部をスライド可能に構成された平行リンク機構と、が前記回転軸の方向に連結されて構成されている。
そして、前記チャック本体部が前記スライド部に固定され、前記チャック本体部が自動的に前記芯ずれを吸収するようにスライドする。

請求項１に記載のフローティングチャック機構を用いれば、クランプ爪が求心移動するのでなく、クランプ爪を備えたチャック本体部が求心移動する。従って、クランプ爪で支持可能な径の範囲と、求心移動範囲とが関係なく、支持可能な径の範囲が広いチャック本体部をチャックベース部に取り付ければよい。
これにより、クランプ爪で支持可能な径の範囲がより広く、且つ構造がよりシンプルなフローティングチャック機構を容易に実現することができる。

また、請求項１に記載のフローティングチャック機構によれば、チャックベース部の構造を非常にシンプルにすることができる。

また、請求項２に記載のフローティングチャック機構によれば、チャックベース部の構造を非常にシンプルにすることができる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明のフローティングチャック機構を備えた加工装置の主軸台１の一実施の形態を示している。
なお、各図において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに直交しており、Ｘ軸とＺ軸は水平方向を示し、Ｙ軸は垂直方向を示している。また、Ｚ軸は回転軸Ｚ１の方向を示している。

●［主軸台１の構成とワークＷの保持状態（図１、図２）］
主軸台１は、例えば加工装置の基台に固定される主軸台座１０と、回転軸Ｚ１回りに回転駆動可能な主軸１２を備えている。主軸１２における回転軸Ｚ１と同軸上には、ワークＷを支持する一対のセンタ部材２０が設けられている。
主軸１２には、チャック本体部４０を取り付けるためのチャックベース部３０が固定され、チャックベース部３０にチャック本体部４０が取り付けられている。チャックベース部３０及びチャック本体部４０には、センタ部材２０及びワークＷを挿通可能な貫通孔が、回転軸Ｚ１と同軸に設けられている。
また、チャック本体部４０には、ワークＷを外周方向（回転軸Ｚ１に直交する方向（なお、直交する方向に対して傾斜していてもよい））から挟み込むクランプ爪４１が複数設けられている。

なお、図１は、一対のセンタ部材２０において、一方のセンタ部材２０が主軸台座１０に固定されており（主軸１２に設けられた貫通孔にセンタ部材２０が挿通されている）センタ部材２０は主軸１２とともに回転せずに固定されており、他方のセンタ部材２０も回転せずに心押台６０に固定されている例を示している。
本実施の形態にて説明するフローティングチャック機構では、ワークＷを両端部から挟み込む一対のセンタ部材２０を必須としているが、この一対のセンタ部材２０は回転しても固定であってもよく、回転する場合は双方のセンタ部材２０が回転し、固定の場合は双方のセンタ部材２０が固定である。
例えば、双方のセンタ部材２０が固定の場合では、一方のセンタ部材側が主軸で他方のセンタ部材側が心押台という構成（図１の構成）と、双方のセンタ部材側が主軸という構成にすることができる。また、双方のセンタ部材２０が回転する場合では、一方のセンタ部材側が主軸（センタ部材が主軸に固定）で他方のセンタ部材側が心押台（心押台側ではセンタ部材は駆動されず空転する）という構成と、双方のセンタ部材側が主軸（センタ部材が主軸に固定）という構成にすることができる。
一対のセンタ部材２０は、回転軸Ｚ１上に対向して配置され、ワークＷの両端部から回転軸Ｚ１方向に沿ってワークＷを挟んで保持する。そして、チャック本体部４０のクランプ爪４１にて、ワークＷの外周方向（回転軸Ｚ１に直交する方向（なお、直交する方向に対して傾斜していてもよい））からワークＷを挟んで保持（把持）する。
そして、主軸１２は回転駆動可能であり、ワークＷを把持したチャック本体部４０と主軸１２がワークＷを回転軸Ｚ１回りに回転させる。

このとき、ワークＷの両端部には、一対のセンタ部材２０が嵌合される嵌合孔が設けられており、この嵌合孔はワークＷの回転中心に対して高精度に位置決めされている。
ここで、クランプ爪４１で保持するワークＷの保持個所はワークＷの外周部であり、ワークＷにおける保持個所の外径寸法の精度が高く、外径の中心と回転中心（回転軸Ｚ１）とが一致している場合は、図２の上図に示すように、センタ部材２０とチャック本体部４０とが回転軸Ｚ１に対して同軸上に位置する。
しかし、ワークＷにおける保持個所の外径寸法の精度が低く、外径の中心と回転中心（回転軸Ｚ１）とが一致しない場合は、図２の下図に示すように、センタ部材２０とチャック本体部４０とが回転軸Ｚ１に対して同軸上に位置しないことになる。このように、芯がずれていてもクランプ爪４１でワークＷを保持できる機構が、フローティングチャック機構である。

従来技術（例えば、特許文献１〜特許文献３）のフローティングチャック機構では、クランプ爪４１が芯ずれを吸収するように移動しており、クランプ爪４１にワークを保持する保持力を与えながら、芯のずれをも吸収する構造としていた。このため、構造が複雑化し、クランプ爪４１の保持可能な径の範囲が狭い。
本実施の形態にて説明するフローティングチャック機構は、芯ずれの吸収としてクランプ爪４１を移動するのでなく、クランプ爪４１を備えているチャック本体部４０を移動させる構造とした。これによって、クランプ爪４１及びチャック本体部４０の構造がシンプルであるとともに、クランプ爪４１による保持可能な径の範囲が広い汎用のチャック本体部４０を利用できる。

●［チャックベース部３０の構造と動作（図３、図４）］
次に、図３を用いてチャックベース部３０の構造を説明する。
図３の例に示すチャックベース部３０は、所定の厚さの１枚の板状のプレート部材を用い、複数の切欠溝ＡＡ’、ＢＢ’〜ＨＨ’を設けて形成されている。切欠溝ＡＡ’は、位置Ａを始点として位置Ａ’を終点とする溝であり、他の溝も各始点の位置から対応する終点の位置までの溝である。
切欠溝ＡＡ’、ＢＢ’〜ＨＨ’の各々は、互いに繋がっていない。例えば、レーザ加工装置等で切欠溝ＡＡ’、ＢＢ’、ＣＣ’、ＤＤ’を形成することで、主軸固定領域３１（固定部に相当）を構成する。また、同様に切欠溝ＥＥ’、ＦＦ’、ＧＧ’、ＨＨ’を形成することで、水平揺動領域３２（スライド部に相当）と、垂直揺動領域３３（スライド部に相当）を構成する。
図３の例に示すチャックベース部３０では、主軸固定領域３１と水平揺動領域３２とが、４個の水平方向平行リンク機構ＸＬにて接続された構成となる。同様に、水平揺動領域３２と垂直揺動領域３３とが、４個の垂直方向平行リンク機構ＹＬにて接続された構成となる。
また、主軸固定領域３１には、主軸１２に取り付けるための取り付け孔が設けられており、垂直揺動領域３３には、チャック本体部４０を取り付けるための取り付け孔が設けられている。

次に、図４を用いてチャックベース部３０の動作について説明する。
上記に説明した構成を有することで、チャックベース部３０では、主軸固定領域３１に対して水平揺動領域３２が相対的に水平方向（Ｘ軸方向）にスライド移動可能であり、水平揺動領域３２に対して垂直揺動領域３３が相対的に垂直方向（Ｙ軸方向）にスライド移動可能である。
この移動の動作を図４の上段及び中段に記載した模式図で説明する。
図４の上段の模式図は、水平方向（Ｘ軸方向）にも垂直方向（Ｙ軸方向）にもスライド移動していない状態を示している。主軸固定領域３１と水平揺動領域３２との間は、溝Ｍ１２にて切り離されており、各領域は水平方向平行リンク機構ＸＬにて接続されている。また、水平揺動領域３２と垂直揺動領域３３との間は、溝Ｍ２３にて切り離されており、各領域は垂直方向平行リンク機構ＹＬにて接続されている。

チャック本体部４０を取り付けた垂直揺動領域３３が主軸固定領域３１に対して水平方向にスライド移動する場合は、水平方向平行リンク機構ＸＬによって図４の中段左図のように動作する。この動作を図３の形状で示すと、図４の下段左図に示すものとなる。
また、チャック本体部４０を取り付けた垂直揺動領域３３が主軸固定領域３１に対して垂直方向にスライド移動する場合は、垂直方向平行リンク機構ＹＬによって図４の中段右図のように動作する。この動作を図３の形状で示すと、図４の下段右図に示すものとなる。
このように、主軸固定領域３１に対して、チャック本体部４０を取り付けた垂直揺動領域３３は、Ｚ軸方向に平行な回転軸Ｚ１に直交する面（スライド面に相当）に沿って、Ｘ軸方向（水平方向）、及びＹ軸方向（垂直方向）にスライド移動が可能である。

●［チャックベース部におけるその他の構造（図５）］
チャックベース部の構造は、図３に示すチャックベース部３０の構造に限定されるものではなく、他の構造も考えられる。
例えば、図５の例に示すチャックベース部５０は、主軸固定部材５１（固定部に相当）と水平揺動部材５２（スライド部に相当）と垂直揺動部材５３（スライド部に相当）とをＺ軸方向（回転軸の方向に相当）に連結して構成されている。
主軸固定部材５１における水平揺動部材側に設けられたピンと水平方向平行リンク機構ＸＬの孔とを嵌合させ、水平揺動部材５２における主軸固定部材側に設けられたピンと水平方向平行リンク機構ＸＬの孔とを嵌合させる。同様に、水平揺動部材５２における垂直揺動部材側に設けられたピンと垂直方向平行リンク機構ＹＬの孔とを嵌合させ、垂直揺動部材５３における水平揺動部材側に設けられたピンと垂直方向平行リンク機構ＹＬの孔とを嵌合させる。
上記に説明した構造にて、チャックベース部５０は、主軸固定部材５１に対して水平揺動部材５２が水平方向（Ｘ軸方向）に相対的にスライド移動可能であり、更に、水平揺動部材５２に対して垂直揺動部材５３が垂直方向（Ｙ軸方向）に相対的にスライド移動可能である。

以上に説明したチャックベース部３０（または５０）の主軸固定領域３１（または主軸固定部材５１）を、主軸１２に取り付け、垂直揺動領域３３（垂直揺動部材５３）にチャック本体部４０を取り付けることで、チャック本体部４０を回転軸Ｚ１に直交するスライド面に沿ってスライド移動可能とすることができる。これにより、クランプ爪４１ではなくクランプ爪４１を備えたチャック本体部４０を自動的に求心移動させることが可能であり、芯ずれを吸収することができるとともに、クランプ径の範囲が広い汎用のチャック本体部４０（例えば、コレットチャック等）を利用可能である。
なお、チャックベース部３０（または５０）は、回転軸Ｚ１回りに回転する方向については高い剛性を有している。

次に、本実施の形態にて説明したフローティングチャック機構の動作について説明する。
まず、把持部の外径の中心が回転軸Ｚ１と芯ずれしているワークＷを両センタ部材２０で支持する（両センタ部材２０は回転軸Ｚ１上に位置している）。
次に、クランプ爪４１によるクランプ動作を開始する。
すると、まずクランプ爪４１に近い側の把持部の外径部が当該クランプ爪４１に接触し、チャック本体部４０が取り付けられている垂直揺動領域３３（垂直揺動部材５３）がスライド移動を開始し（垂直方向及び水平方向に移動する）、チャック本体部４０が求心移動してワークＷのクランプが完了する。
また、クランプ爪に求心移動する複雑な機構を用いていないため、ワークＷの把持力を均等とすることができ、ワークＷの歪み等の発生を防止することができる。
このように、本実施の形態にて説明したフローティングチャック機構によれば、ワークＷの歪みの発生を防止して、高精度に加工することができる。
また、シンプルな構造により、低コストで信頼性の高いフローティングチャック機構を実現することができる。
また、ワークＷの把持部の外径寸法のばらつきや、外径の異なるワークＷに対して、把持可能な径の範囲が広く、径に応じた交換回数がより少ないフローティングチャック機構を提供することができる。

本発明のフローティングチャック機構は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、本実施の形態にて説明したフローティングチャック機構は、研削盤の他にも、両センタ部材２０にてワークＷを支持する種々の工作機械に適用することが可能である。

本発明のフローティングチャック機構を備えた加工装置の主軸台１の一実施の形態を説明する図である。 センタ部材２０に対してチャック本体部４０が求心移動する様子を説明する図である。 チャックベース部３０の構造の例を説明する図である。 チャックベース部３０の動作を説明する図である。 チャックベース部におけるその他の構造の例を説明する図である。

１ 主軸台
１０ 主軸台座
１２ 主軸
２０ センタ部材
３０ チャックベース部
３１ 主軸固定領域（固定部）
３２ 水平揺動領域（スライド部）
３３ 垂直揺動領域（スライド部）
４０ チャック本体部
４１ クランプ爪
６０ 心押台
ＡＡ’〜ＨＨ’ 切欠溝
ＸＬ 水平方向平行リンク機構
ＹＬ 垂直方向平行リンク機構
Ｚ１ 回転軸
Ｗ ワーク

Claims (2)

1. 対向して配置された一対のセンタ部材を通る回転軸に沿って円筒状のワークを両端部から前記センタ部材にて挟み込み、前記回転軸の回りに前記ワークを回転させるための主軸を前記両端部の少なくとも一方側に備えた加工装置において、
   前記主軸に設けられて前記ワークの外周方向から前記ワークを挟んで保持することで保持した前記ワークを前記回転軸の回りに回転させるとともに前記回転軸と前記ワークの外径の中心とのずれを示す芯ずれを吸収するフローティングチャック機構であって、
   前記ワークを外周方向から挟む複数のクランプ爪を備えたチャック本体部と、
   前記主軸に固定されて当該主軸とともに回転するチャックベース部とを備え、
   前記チャックベース部は、板状のプレート部材であり、複数個所に切欠溝が設けられていることで、前記主軸に固定される固定部と、前記回転軸に直交するスライド面に沿ってスライド可能なスライド部と、前記固定部に対して前記スライド部がスライド可能となるように連結する平行リンク機構と、が形成されており、
   前記スライド部には、前記回転軸に直交するＸ軸方向にスライド可能なＸ軸方向揺動領域と、前記回転軸に直交するとともに前記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向にスライド可能なＹ軸方向揺動領域と、が形成されており、
   前記平行リンク機構には、前記Ｘ軸方向揺動領域を前記Ｘ軸方向にスライド可能とするＸ軸方向平行リンク機構と、前記Ｙ軸方向揺動領域を前記Ｙ軸方向にスライド可能とするＹ軸方向平行リンク機構と、が形成されており、
   前記チャック本体部が前記スライド部に固定され、前記チャック本体部が自動的に前記芯ずれを吸収するように前記スライド面に沿ってスライドする、
   フローティングチャック機構。
2. 対向して配置された一対のセンタ部材を通る回転軸に沿って円筒状のワークを両端部から前記センタ部材にて挟み込み、前記回転軸の回りに前記ワークを回転させるための主軸を前記両端部の少なくとも一方側に備えた加工装置において、
   前記主軸に設けられて前記ワークの外周方向から前記ワークを挟んで保持することで保持した前記ワークを前記回転軸の回りに回転させるとともに前記回転軸と前記ワークの外径の中心とのずれを示す芯ずれを吸収するフローティングチャック機構であって、
   前記ワークを外周方向から挟む複数のクランプ爪を備えたチャック本体部と、
   前記主軸に固定されて当該主軸とともに回転するチャックベース部とを備え、
   前記チャックベース部は、前記主軸に固定される固定部と、前記固定部に対して前記回転軸に直交するＸ軸方向と前記回転軸に直交するとともに前記Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向とにスライド可能なスライド部と、前記スライド部をスライド可能に構成された平行リンク機構と、が前記回転軸の方向に連結されて構成されており、
   前記チャック本体部が前記スライド部に固定され、前記チャック本体部が自動的に前記芯ずれを吸収するようにスライドする、
   フローティングチャック機構。