JP2010131684A - ダイヤフラムチャック - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成にして小型化を図ると共に、位置決め精度の再現性を得ることができるダイヤフラムチャックを提供する。
【解決手段】主軸１１の先端面１１ｃに対向して設けられる弾性変形可能なダイヤフラム２１の中央部に、ワークＷが取り付けられる取付治具２３の軸部２３ｂの外径よりも僅かに小さな内径を有する中心孔２１を形成し、この中心孔２１の外周部に対して、先端面１１ｃ側から押圧可能なピストン部材１５を備え、このピストン部材１５の押圧力によりダイヤフラム２１を弾性変形させ、中心孔２１ａを拡径または縮径させることにより、中心孔２１ａによる軸部２３ｂの把持及び解放を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイヤフラムの弾性変形を利用して、工作機械の主軸に対するワークの取り付けまたは取り外しを行うダイヤフラムチャックに関する。

従来から、旋盤等の工作機械に対して、ワークの取り付けまたは取り外しを行うためのチャック機構として、空気圧や油圧等の流体圧力を媒体として動作するダイヤフラムチャックが知られている。このような、ダイヤフラムチャックでは、ワーク中心軸に向けて放射状に配置したダイヤフラムの自由端に、ワークを把持可能なワーク把持爪を設け、流体圧力によって進退可能なピストンをダイヤフラムの自由端に押圧させるようにしている。これにより、ピストンの進退動作に合わせて、ワークの把持及び解放が可能となっている。

即ち、ワークを取り付ける場合には、ピストンを前進させてダイヤフラムの自由端に押圧させることにより、ダイヤフラムが撓んで、その自由端に設けられたワーク把持爪が互いに拡開することになる。これにより、ワーク把持爪の間にワークを挿入することが可能となる。そして、この状態から、ピストンを後退させて、ダイヤフラムに生じた撓みを取り除くことにより、ワーク把持爪がダイヤフラムの弾性力を利用して、挿入されたワークＷを把持することになる。この結果、ワークが取り付けられた状態となる。一方、ワークを取り外す場合には、ピストンを再度前進させて、ダイヤフラムの自由端への押圧を行い、ワーク把持爪を互いに拡開させる。これにより、ワークを取り外すことが可能となる。

このような、従来のダイヤフラムチャックは、例えば、特許文献１に開示されている。

特開平６−１１４６１３号公報

しかしながら、従来のダイヤフラムチャックにおいては、ワーク把持爪を用いてワークを把持するため、ダイヤフラムチャックの大型化を招いてしまう。また、各ワーク把持爪の取付精度によっては、ワークの位置決め（心出し）精度が低下してしまい、これにより、別の工作機械において次加工を行う場合には、前加工時のダイヤフラムチャックに対する位置決め精度の再現性が難しく、結果的に、ワークの加工精度が低下するおそれがある。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、簡素な構成にして小型化を図ると共に、位置決め精度の再現性を得ることができるダイヤフラムチャックを提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係るダイヤフラムチャックは、
回転可能に支持される主軸の先端面に対向するように設けられ、圧力を加えることにより弾性変形するダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの中央部に形成され、被加工物が取り付けられる取付治具の軸部の外径よりも僅かに小さな内径を有する中心孔と、
流体圧力の作用によって前記先端面側から前記中心孔の外周部を押圧する押圧手段とを備え、
前記押圧手段の押圧力により前記ダイヤフラムを弾性変形させ、前記中心孔を拡径または縮径させることにより、前記中心孔による前記軸部の把持及び解放を行う
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係るダイヤフラムチャックは、
前記押圧手段は、
前記主軸の貫通孔を塞ぐように前記先端面に設けられる円筒状のシリンダ部材と、
前記貫通孔内及び前記シリンダ部材内において前記ダイヤフラムの軸方向に摺動可能に支持され、前記中心孔の外周部を押圧可能とするピストン部材と、
前記ピストン部材によって区画された前記貫通孔内の２つのシリンダ室に流体圧力を供給することにより、前記ピストン部材を摺動させる流体圧力供給手段とから構成される
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係るダイヤフラムチャックは、
前記軸部が前記中心孔に把持されたときに、前記取付治具の傾きを防止する傾き防止部材を備える
ことを特徴とする。

従って、本発明に係るダイヤフラムチャックによれば、弾性変形可能なダイヤフラムの中心孔の外周部を押圧して、この中心孔を拡径または縮径させ、中心孔による取付治具の軸部の把持及び解放を行うことにより、簡素な構成にして小型化を図ると共に、位置決め精度の再現性を得ることができる。

以下、本発明に係るダイヤフラムチャックについて図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例に係るダイヤフラムチャックにワークを取り付けた状態を示した図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、図２は本発明の一実施例に係るダイヤフラムチャックからワークを取り外した状態を示した図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、図示しない工作機械には、中空状の主軸１１が回転可能に支持されている。主軸１１の中央部には、貫通孔１１ａが形成されており、この貫通孔１１ａの先端には、摺動孔１１ｂが形成されている。摺動孔１１ｂは、貫通孔１１ａの内径よりも大きな内径で形成されており、その先端面１１ｃに開口している。

主軸１１の摺動孔１１ｂには、円筒状のシリンダ部材１４が嵌入されている。シリンダ部材１４は、先端側の円筒部１４ａと基端側のフランジ部１４ｂとを有しており、このフランジ部１４ｂが主軸１１の先端面１１ｃに支持されている。

主軸１１内及びシリンダ部材１４内には、円筒状のピストン部材１５が摺動可能に支持されている。ピストン部材１５は、先端側のクランプロッド部１５ａと、基端側のスリーブ部１５ｂと、これらクランプロッド部１５ａとスリーブ部１５ｂとの間の軸方向中間部に形成されるフランジ部１５ｃとを有している。

クランプロッド部１５ａは、シリンダ部材１４内に摺動可能に支持されており、その内周面先端側には、凹状の係合部１５ｄが形成されている。なお、係合部１５ｄには、詳細は後述するが、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すように、クランプボール１６がピストン部材１５の進退動作に応じて収納可能となっている。スリーブ部１５ｂは、クランプロッド部１５ａの外径よりも大きな外径で形成されており、主軸１１の貫通孔１１ａ内に摺動可能に支持されている。フランジ部１５ｃは、スリーブ部１５ｂの外径よりも更に大きな外径で形成されており、主軸１１の摺動孔１１ｂ内に摺動可能に支持されている。

ここで、上述したように、ピストン部材１５をその内側に支持するシリンダ部材１４を、主軸１１の摺動孔１１ｂを塞ぐように支持することにより、密閉空間が摺動孔１１ｂとピストン部材１５の外周面との間に形成されることになる。そして、この密閉空間がピストン部材１５のフランジ部１５ｃによって、２つのシリンダ室１３ａ，１３ｂに区画されている。

一方、主軸１１の先端側には、エア供給装置（流体圧力供給手段）１２のエア通路１２ａ，１２ｂが形成されており、これらエア通路１２ａ，１２ｂは、シリンダ室１３ａ，１３ｂに連通している。即ち、エア供給装置１２からエア通路１２ａ，１２ｂを介してシリンダ室１３ａ，１３ｂにエアを供給することにより、ピストン部材１５は主軸１１内及びシリンダ部材１４内において進退可能となっている。

また、ピストン部材１５内には、スライドロッド１７が摺動可能に支持されている。スライドロッド１７は、軸部１７ａと、この軸部１７ａの先端に形成される当接部１７ｂとを有している。そして、クランプロッド部１５ａ内における軸部１７ａの径方向外側には、ばね１８が設けられる一方、スリーブ１５ｂ内における軸部１７ａの径方向外側には、ばね１９が設けられている。

即ち、ばね１８は、軸部１７ａの径方向外側において、当接部１７ｂとクランプロッド部１５ａとの間に介在されており、ばね１９は、軸部１７ａの径方向外側において、スリーブ部１５ｂと主軸１１の貫通孔１１ａとの間に介在されている。これにより、ピストン部材１５は、ばね１９のばね力により前方に付勢された状態となっており、スライドロッド１７は、ばね１８のばね力により前方に付勢された状態となっている。

シリンダ部材１４の円筒部１４ａの径方向外側には、環状のベース２０が設けられており、このベース２０の端面には、ダイヤフラム２１が設けられている。ダイヤフラム２１は、弾性変形可能な金属薄板を円形状に形成したものであって、その中央部には、所定の内径を有する中心孔２１ａが開口されている。また、ダイヤフラム２１の外周部には、その周方向に等角度間隔で複数（図では４つ）のストッパピン（傾き防止部材）２２が支持されている。

そして、前記工作機械により加工されるワーク（被加工物）Ｗは、取付治具２３に取り付けられており、この取付治具２３は、ダイヤフラム２１に着脱可能に装着されている。取付治具２３は、軸部２３ｂと、この軸部２３ｂの一端側に設けられる円板状のワーク取付部２３ａと、軸部２３ｂの他端側に設けられるプルスタッド部２３ｃとを有している。

軸部２３ｂの外径は、ダイヤフラム２１の中心孔２１ａの内径よりも僅かに大きく形成されており、プルスタッド部２３ｃの外径は、ダイヤフラム２１の中心孔２１ａの内径よりも僅かに小さく形成されている。なお、詳細は後述するが、軸部２３ｂの外径がダイヤフラム２１の中心孔２１ａの内径よりも僅かに大きく形成されるものの、ダイヤフラム２１が弾性変形するため、軸部２３ｂをその中心孔２１ａに挿入可能となっている。

このように、取付治具２３の軸部２３ｂがダイヤフラム２１の中心孔２１ａに挿入された状態では、そのプルスタット部２３ｃは、係合部１５ｄに収納されるクランプボール１６を介して、ピストン部材１５のクランプロッド部１５ａに引き込まれることになり、ばね１８のばね力に抗してスライドロッド１７の当接部１７ｂを押し戻すようになっている。このとき、ワーク取付部２３の下面はストッパピン２２に当接することになる。

次に、取付治具２３（ワークＷ）の取り付け動作及び取り外し動作について説明する。

先ず、取付治具２３を取り付ける場合には、図２（ａ），（ｂ）に示すように、エアをエア通路１２ｂを介してシリンダ室１３ｂに供給することにより、ピストン部材１５を前進させ、そのクランプロッド部１５ａの先端を、ダイヤフラム２１の中心孔２１ａの外周部に押圧させる。このとき、ピストン部材１５は、ばね１９のばね力によって付勢されているため、滑らかに主軸１１の貫通孔１１ａ内及び摺動孔１１ｂ内を摺動し、これと同時に、スライドロッド１７も、ばね１８のばね力によって、前方に摺動することになる。これにより、ダイヤフラム２１の中央部が、通常の表面位置から外方へ伸び出すように弾性変形し、その中心孔２１ａが僅かに拡径される。

次いで、このように、僅かに拡径された中心孔２１ａに、ワークＷが取り付けられた取付治具２３の軸部２３ｂを挿入して、そのプルスタッド部２３ｃをスライドロッド１７の当接部１７ｂに当接させる。

そして、この状態から、エアをエア通路１２ａを介してシリンダ室１３ａに供給して、ピストン部材１５をばね１９のばね力に抗して後退させることにより、ダイヤフラム２１の中心孔２１ａの外周部に対する押圧力を解除する。このとき、ダイヤフラム２１の中央部が、通常の表面位置へと引っ込むように変形し、その中心孔２１ａが元に戻るように縮径される。

これにより、ダイヤフラム２１の弾性復元力によるセンタリング効果によって、取付治具２３の軸部２３ｂがその中心孔２１ａに把持された後、引き込まれた取付治具２３のプルスタッド部２３ｃは、スライドロッド１７をばね１８のばね力に抗して後退させると共に、クランプボール１６を介してピストン部材１５の係合部１５ｄに係合されることになる。そして、そのプルスタッド部２３ｃが、更にクランプロッド部１５ａによって引き込まれることにより、クランプ状態となる。

このとき、図１（ｂ）に示すように、取付治具２３のプルスタッド部２３ｃがクランプされると共に、そのワーク取付部２３ａの下面がストッパピン２２に当接するため、取付治具２３の傾きが防止される。これにより、ワークＷがダイヤフラムチャックに取り付けられた状態となる。

また、取付治具２３を取り外す場合には、ピストン部材１５を再度前進させ、取付治具２３のプルスタッド部２３ｃをアンクランプ状態にすると共に、ダイヤフラム２１の中心孔２１ａの外周部への押圧を行うことにより、ダイヤフラム２１の中央部を弾性変形させ、その中心孔２１ａを僅かに拡径させる。これにより、ワークＷを取り外すことが可能となる。

従って、本発明に係るダイヤフラムチャックによれば、弾性変形可能なダイヤフラム２１の中心孔２１ａの外周部を押圧して、この中心孔２１ａを拡径または縮径させ、取付治具２３の軸部２３ｂに対する把持及び解放を行うことにより、従来のように、ワーク把持爪等を設ける必要がなくなるため、構成が簡素となり、小型化を図ることができる。また、ワークＷを再加工する場合や、複数の工作機械を使用してワークＷを加工する場合でも、ダイヤフラム２１の中心孔２１ａによって、ワークＷが取り付けられた取付治具２３の軸部２３ｂに対する把持及び解放を行うので、容易にワークＷの位置決め精度の再現性を得ることができる。更に、取付治具２３の軸部２３ｂが中心孔２１ａに把持されたときに、そのワーク取付部２３ａの下面にストッパピン２２が当接することにより、取付治具２３の傾きを防止すことができるので、ワークＷの位置決め精度の向上を図ることができる。

本発明は、ワークの外径寸法にばらつきが生じても、ワークを確実に把持することができるダイヤフラムチャックに適用可能である。

本発明の一実施例に係るダイヤフラムチャックにワークを取り付けた状態を示した図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。 本発明の一実施例に係るダイヤフラムチャックからワークを取り外した状態を示した図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。

符号の説明

１１ 主軸
１１ａ 貫通孔
１１ｂ 摺動孔
１１ｃ 先端面
１２ エア供給装置
１２ａ，１２ｂ シリンダ室
１３ａ，１３ｂ エア通路
１４ シリンダ部材
１４ａ 円筒部
１４ｂ フランジ部
１５ ピストン部材
１５ａ クランプロッド部
１５ｂ スリーブ部
１５ｃ フランジ部
１５ｄ 係合部
１６ クランプボール
１７ スライドロッド
１７ａ 軸部
１７ｂ 当接部
１８，１９ ばね
２０ ベース
２１ ダイヤフラム
２１ａ 中心孔
２２ ストッパピン
２３ 取付治具
２３ａ ワーク取付部
２３ｂ 軸部
２３ｃ プルスタッド部
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. 回転可能に支持される主軸の先端面に対向するように設けられ、圧力を加えることにより弾性変形するダイヤフラムと、
   前記ダイヤフラムの中央部に形成され、被加工物が取り付けられる取付治具の軸部の外径よりも僅かに小さな内径を有する中心孔と、
   流体圧力の作用によって前記先端面側から前記中心孔の外周部を押圧する押圧手段とを備え、
   前記押圧手段の押圧力により前記ダイヤフラムを弾性変形させ、前記中心孔を拡径または縮径させることにより、前記中心孔による前記軸部の把持及び解放を行う
   ことを特徴とするダイヤフラムチャック。
2. 請求項１に記載のダイヤフラムチャックにおいて、
   前記押圧手段は、
   前記主軸の貫通孔を塞ぐように前記先端面に設けられる円筒状のシリンダ部材と、
   前記貫通孔内及び前記シリンダ部材内において前記ダイヤフラムの軸方向に摺動可能に支持され、前記中心孔の外周部を押圧可能とするピストン部材と、
   前記ピストン部材によって区画された前記貫通孔内の２つのシリンダ室に流体圧力を供給することにより、前記ピストン部材を摺動させる流体圧力供給手段とから構成される
   ことを特徴とするダイヤフラムチャック。
3. 請求項１または２に記載のダイヤフラムチャックにおいて、
   前記軸部が前記中心孔に把持されたときに、前記取付治具の傾きを防止する傾き防止部材を備える
   ことを特徴とするダイヤフラムチャック。

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