JP2010158730A - チャック装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒形のワークをその内径面からＯリングを押し付けることで保持するチャック装置について、内径寸法の異なる複数のワークを保持可能とする。
【解決手段】チャック装置１０のベース１３とドローバーのヘッド１２ａの間にクランプリング１４を配置し、その外周にテーパ面１４ａを設ける。テーパ面１４ａとヘッド、ベースの間にＯリング１６を配置する。ヘッド１２ａにワークＷを被せ、ベース１３に当てて位置決めし、ドローバー１２をスライドさせて、Ｏリング１６をクランプリング１４とヘッド１２ａ、ベース１３で挟み込む。Ｏリング１６は、ベース１３に向けてスライドしながら軸方向に圧縮し、かつテーパ面１４ａに内周から押し広げられて拡径することで、ワークＷはベース１３側に引き込まれて着座し保持される。Ｏリング１６は圧縮と拡径とで径方向への変形量が非常に大きくなるため、内径寸法の異なる複数種のワークＷを保持可能である。
【選択図】図３

Description

この発明は、円筒形のワークを内径面から保持するためのチャック装置、およびそのチャック装置を用いた平面研削盤、ならびに円筒形のワークを内径面から保持するチャック方法に関する。

特許文献１に示すように、円筒形のワークを、その内径面に環状弾性体を押し付けることで保持するチャック装置が知られている。
このチャック装置では、円筒形のベースの外周に環状弾性体としてのＯリングと、金属製などで剛性の高いスペーサとを交互に外嵌し、このスペーサをベースの軸方向にスライド可能に構成している。

このチャック装置を用いる際には、まずＯリングおよびスペーサの外周にワークをかぶせ、この状態でスペーサをスライドさせてＯリングを軸方向に圧縮させる。
すると、Ｏリングは扁平に押しつぶされてベースの径方向へと広がるため、ワークの内径面に押し当てられる。
このようにして、Ｏリングによってワークが内径面から保持されることになる。

特開２００６−２６８３１号公報

ここで、Ｏリングが破損しない範囲で圧縮する場合、その圧縮による変形量（径方向への拡大量）はごく小さなものである。
したがって、この種のチャック装置で保持可能なワークは、圧縮前のＯリングの外周に外嵌した状態でその内径面とＯリングの外周との隙間が非常に小さいものに限られる。

なぜならば、ワークの内径と圧縮前のＯリングの外径との寸法差が大きいと、Ｏリングを圧縮してもワークの内径にまで届かず、ワークに押し当てて保持することができないからである。
このように、従来のＯリングを圧縮だけする方式のチャック装置では、同一のチャック装置で内径寸法の異なる複数のワークを保持することが困難であった。

そこで、この発明の解決すべき課題は、円筒形のワークをその内径面から弾性環状体を押し付けることで保持するチャック装置について、内径寸法の異なる複数のワークを保持可能とすることである。

上記課題を解決するため、発明にかかるチャック装置では、Ｏリングなどの弾性環状体を軸方向に圧縮して扁平に変形させると同時に、内径から押し広げて拡径させることでワークを引き込みながら内径から保持する構成を採用したのである。

具体的にはチャック装置について、ワークの端面を当てて位置決めするベースと、前記ベースを挿通し、先端部のヘッドにワークが被せられ、このヘッドがベースに接近するチャック位置と、ヘッドがベースから離反するアンチャック位置との間で、軸方向にスライド可能なドローバーと、前記ベースとドローバーのヘッドの対向面間にあって、軸方向にスライド可能にドローバーに外嵌し、その外周に軸方向両端から軸方向中央に向けてそれぞれ上り勾配に傾斜するテーパ面を有するクランプリングと、前記クランプリングのテーパ面とドローバーのヘッドとの間、および前記クランプリングのテーパ面とベースとの間にそれぞれ配置された並列する環状弾性体と、を備える構成を採用したのである。
そして、前記ドローバーのアンチャック位置からチャック位置へのスライドにより、前記各環状弾性体がそれぞれドローバーのヘッドとクランプリングまたはクランプリングとベースに挟み込まれて軸方向に圧縮して扁平に変形し、かつ前記各環状弾性体がそれぞれクランプリングのテーパ面に内周から押し広げられて拡径することで、ワークの内径面に押し当てられるようにしたのである。

Ｏリングなどの弾性環状体を、軸方向に圧縮して扁平に変形させたうえに内周から押し広げて拡径させるため、その径方向への全体的な変形量（拡大量）が非常に大きく、内径寸法の異なる複数種のワークを保持することが可能となる。
このとき、ドローバーの引き込みにより、環状弾性体はベースに向けて微少にスライドしながら圧縮、拡径していくため、ワークはベース方向へと引込まれつつチャックされることになり、ワークのベースへの着座がスムーズになされる。
また、環状弾性体の径方向への全体的な変形量が大きいため、ワークの内径面に押し当てられる力も大きくなり、ワークの保持力が向上する。
さらに、弾性環状体の全体的な変形量が大きいので、アンチャック時の弾性環状体とワークの隙間を大きくとることができ、チャック装置へのワークの着脱が容易になる。

前記ドローバーのヘッドとクランプリングの間、および前記ベースとクランプリングとの間にそれぞれ装填され、前記ドローバーのヘッドとクランプリングとが離反する向き、前記ベースとクランプリングとが離反する向きにそれぞれ付勢する復帰ばねをさらに備えるのが好ましい。

このように構成すると、ドローバーのチャック位置からアンチャック位置への復帰が速やかになされ、加工済みのワークのチャック解除が速やかになされる。

前記ドローバーのヘッドおよび前記ベースが、それぞれのクランプリングとの対向面に、前記ドローバーのチャック位置からアンチャック位置へのスライドにより、前記環状弾性体に係合する復元爪を有するのが好ましい。

このように構成すると、この復元爪が弾性環状体に係合して引っ張ることで、弾性環状体が速やかにチャック前の状態に戻されるため、チャックの解除がスムーズになされる。

前記クランプリングが、ドローバーのヘッドとの対向面および前記ベースとの対向面に、ドローバーのアンチャック位置からチャック位置へのスライド時に、ドローバーのヘッドとクランプリングの対向面同士およびクランプリングとベースの対向面同士が密着するのを防止するリンキング防止凹面を有するのが好ましい。

このように構成すると、ワークのチャック時にクランプリングとベースとが密着するのが抑制される。

前記ドローバーのヘッドおよびクランプリングが、軸方向に貫通するエア抜き孔を有すると、ワークのチャック時にチャック装置内の圧力が高まるのを防止するのと同時に、アンチャック時にチャック装置内に負圧が発生するのを防止する。

この発明を平面研削盤全体として考察すると、上記の構成を採用したチャック装置を含む主軸台と、ワークを研削可能な研削砥石を含む研削台と、を備える平面研削盤であることが理解される。

前記主軸台が、前記チャック装置を前進動および後退動させる引き込み作動部をさらに備えると、チャック装置全体を前後に移動させることができるため、ワークの着脱操作が容易となる。
また、引き込み作動部によるワークチャック後の引込み動作は、ワークをベースに押付けて確実に着座させる機能をも兼ねる。
この場合において、前記引き込み作動部の後退量を制限する引き込み量制限部をさらに備えるのが好ましい。

また、この発明を方法的観点から考察すると、円筒形のワークに環状弾性体を挿入する工程と、この環状弾性体を軸方向から圧縮して扁平に変形させ、かつこの環状弾性体を内周から押し広げて環を拡径させることで、ワークの内径に押し当ててワークを保持する工程と、を含むチャック方法であることが理解される。

円筒形のワークをその内径面から弾性環状体を押し付けることで保持するチャック装置を以上のように構成したので、内径の異なる複数種のワークを保持することが可能となった。

平面研削盤の平面図 主軸台の一部断面平面図 チャック装置の動作を示す要部断面図 チャック装置の動作を示す要部断面図

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図１および図２に示す実施形態の平面研削盤１は、円筒形のワークＷを研削するのに使用される。

ワークＷの研削は、ワークＷを主軸台２のチャック装置１０により保持したうえで、砥石台３の回転する研削砥石３ａを当てることにより行う。
この平面研削盤１は、チャック装置１０に新規な構造を採用したことで、内径の異なる複数種のワークＷを保持することが可能となっている。
その他、研削砥石３ａなどチャック装置１０以外の構造については、従来の平面研削盤１と同様であり、図面に示した構造に限定されない。

図２から図４に示すチャック装置１０は、ワークＷをセットし、ドローバー１２の引き込み操作をおこなうことでそのワークＷを内径面から保持する。
すなわちドローバー１２の引き込み操作により、Ｏリング１６を軸方向に圧縮および拡径させて径方向に大きく変形させ、これによりＯリング１６をワークＷの内径面に押し当てることで保持をおこなっている。

このチャック装置１０は、その後部が主軸台２の作動装置２０に回転可能に連結され、またそのほぼ全体が主軸台２のハウジング２ａに収納され軸受を介して回転可能に支持されている。
なお作動装置２０は、前後方向に延びる支持ロッド２ｂを介して前記ハウジング２ａに対して回転不能に固定されている。

チャック装置１０は、ハウジング２ａの軸受に支持される円筒形のスピンドル１１と、このスピンドル１１内を軸方向にスライド可能に挿通するドローバー１２とを備える。

スピンドル１１は外筒１１ａと内筒１１ｂの二重筒構造であり、内筒１１ｂの後部は外筒１１ａから外へと突出し、作動装置２０に軸受を介して回転可能に支持されている。
また、内筒１１ｂの突出部分の外周にはスプラインが形成され、ベルト・プーリー機構Ｂにより、スピンドル１１全体が回転駆動可能に構成されている。
一方、外筒１１ａの前端はベース１３により閉塞されている。

スピンドル１１の内筒１１ｂを挿通するドローバー１２は、バーの先端に円板形のヘッド１２ａを設けて構成されている。
このドローバー１２の後部は、内筒１１ｂから外へと突出し、作動装置２０に軸受を介して回転可能に支持されている。

またスピンドル１１の内筒１１ｂの後端とドローバー１２の後部との間には、チャックばね１５が装填されることで、ドローバー１２は後退する方向に付勢されている。
さらに、ドローバー１２のヘッド１２ａはスピンドル１１の前端から外へと突出し、このヘッド１２ａには貫通するエア抜き孔１２ｃが形成されている。

スピンドル１１の外筒１１ａ前端を閉塞するベース１３は、外筒１１ａに取り付けられるスリーブ１３ａと、スリーブ１３ａの前端を閉塞するリングプレート１３ｂとを備える。
円筒形のワークＷは、このスリーブ１３ａの前端に端部が当てられることで位置決めされる。

また、ドローバー１２は、リングプレート１３ｂを挿通し、そのヘッド１２ａとリングプレート１３ｂとはスピンドル１１の外において対向している。
ここでリングプレート１３ｂとヘッド１２ａの対向面には、それぞれＬ字型に屈曲する復元爪１３ｃ、１２ｄが周方向に間隔をおいて複数形成されている。

さらに、ドローバー１２のヘッド１２ａと、リングプレート１３ｂとの間にはクランプリング１４が配置されている。
このクランプリング１４は、ドローバー１２に軸方向にスライド可能に外嵌している。
図示のように、クランプリング１４は、その肉厚が軸方向の両端から中央に向かって漸増している。
つまりクランプリング１４は、その外周面が軸方向の前端および後端から軸方向の中央に向かって上り勾配に傾斜しているテーパ面１４ａをなしている。

また、このテーパ面１４ａには周方向に間隔をおいて切り欠きが形成され、前記したヘッド１２ａおよびリングプレート１３ｂの復元爪１２ｄ、１３ｃは、この切り欠き内に収まっている。
また、クランプリング１４の前面および後面は外周を残して凹み、リンキング防止凹面１４ｂを構成している。
さらにクランプリング１４には、前後のリンキング防止凹面１４ｂの底間を貫通するエア抜き孔１４ｃが形成されている。

ドローバー１２のヘッド１２ａとクランプリング１４の対向するリンキング防止凹面１４ｂとの間には、復帰ばね１２ｂが装填されている。
同様に、リングプレート１３ｂとクランプリング１４の対向するリンキング防止凹面１４ｂとの間にも復帰ばね１２ｂが装填されている。
復帰ばね１２ｂにより、ヘッド１２ａ、クランプリング１４、リングプレート１３ｂは互いに離反する向きに付勢されている。

さらに、クランプリング１４のテーパ面１４ａとドローバー１２のヘッド１２ａとの間、およびクランプリング１４のテーパ面１４ａとリングプレート１３ｂの間には、それぞれドローバー１２に遊嵌するＯリング１６が配置されている。

一方、主軸台２の作動装置２０は、ドローバー１２を軸方向にスライドさせるチャック作動部２１、チャック装置１０全体を前進動および後退動させる引き込み作動部２２、および引き込み作動部２２の後退量を規制する引き込み量制限部２３、を備える。

チャック作動部２１は、楔形のスライダ２１ａと、このスライダ２１ａを左右にスライドさせるシリンダ２１ｂと、を備える。
一方チャック装置１０のドローバー１２の後端は、楔形の軸受ブロック１７に軸支され、かつチャックばね１５で後退方向に付勢されることで、軸受ブロック１７の後面斜面がスライダ２１ａの前面斜面に衝合している。
シリンダ２１ｂによりスライダ２１ａを左右にスライドさせると、楔作用で軸受ブロック１７が前進後退し、これによりドローバー１２が前後にスライドする。
このドローバー１２のヘッド１２ａがベース１３から離反する前進位置をアンチャック位置と呼び、ヘッド１２ａがベース１３に接近する後退位置をチャック位置と呼ぶ。

いま、図３（ａ）および図４（ａ）に示すように、ドローバー１２がアンチャック位置にある状態で、ドローバー１２のヘッド１２ａにワークＷを被せ、その端部をベース１３に当てて位置決めする。
ここからチャック作動部２１を作動させて、ドローバー１２をチャック位置まで後退させる。

すると、図３（ｂ）および図４（ｂ）のように、ドローバー１２のヘッド１２ａとクランプリング１４、リングプレート１３ｂとクランプリング１４が接近する。
これにより、それぞれのＯリング１６が、ヘッド１２ａとクランプリング１４、リングプレート１３ｂとクランプリング１４の間に挟みこまれる。
したがって、Ｏリング１６は軸方向に圧縮されて扁平に変形する。
同時にＯリング１６は、内周からクランプリング１４のテーパ面１４ａに楔作用で押し広げられて拡径する。
このようにして、拡径と軸方向への圧縮とでＯリング１６は径方向に大きく変形して広がってワークＷの内径面に押し当てられ、ワークＷはチャック装置１０に保持される。
このとき、ドローバー１２の引き込みにより、Ｏリング１６はベース１３に向けて微少にスライドしながら圧縮、拡径していくことになる。
そのため、ワークＷはベース１３の方向へと引込まれながらチャックされていくことになり、ワークＷのベース１３への着座がスムーズになされる。

また、ドローバー１２のヘッド１２ａおよびクランプリング１４にエア抜き孔１２ｃ、１４ｃが形成されてリングプレート１３ｂとヘッド１２ａとの間の空気が抜けるようになっているため、チャック装置１０の内圧が高くならないようになっている。
また、リンキング防止凹面１４ｂにより、クランプリング１４とヘッド１２ａ、リングプレート１３ｂが密着するのが防止されている。

ここでＯリング１６は、圧縮による変形とテーパ面１４ａの押し広げによる拡径とで、その径方向への変形量が非常に大きくなるため、内径寸法の異なる複数種のワークＷを保持することが可能である。
また、径方向への全体的な変形量が大きいため、ワークＷの内径面に押し当てられる力も大きくなり、ワークＷの保持力も向上している。

こうしてワークを保持した状態で、チャック装置１０をベルト・プーリー機構Ｂで回転駆動させ、上述の回転する研削砥石３ａにより研削加工を行う。
加工が終わると、再びチャック作動部２１を作動させてドローバー１２をアンチャック位置に前進させる。
すると、Ｏリング１６の挟み込みが解除されて復元弾性で径方向に縮むため、ワークＷのチャックが解除される。

このとき、復帰ばね１２ｂによりヘッド１２ａ、クランプリング１４、リングプレート１３ｂが速やかに離反し、かつこの離反時にＯリング１６に復元爪が係合して引っ張るため、Ｏリング１６の復元が速やかになされ、チャック解除の応答性が高まっている。
またＯリング１６の変形量が大きいので、アンチャック時のワークＷとの隙間を大きくとることができ、チャック装置１０へのワークＷの着脱が容易になっている。
さらに、エア抜き孔１２ｃ、１４ｃにより、アンチャック時にチャック装置内に負圧が発生するのが防止されている。

さらに図２のように、引き込み作動部２２は、チャック作動部２１を支持するスライダ２２ａと、このスライダ２２ａを前進および後退動させるシリンダ２２ｂと、シリンダ２２ｂと平行に後方に延びるガイドロッド２２ｃと、を備える。
シリンダ２２ｂによりスライダ２２ａを前進後退させ、これによりチャック装置１０全体を所望の位置まで前進後退させることで、ワークＷのチャック装置１０へのローディングを容易にすることができる。
なお、引き込み作動部によるワークチャック後の引込み動作は、ワークＷをベース１３に押付けて確実に着座させる機能をも兼ねている。

ブロック形の引き込み量制限部２３は、引き込み作動部２２の後方に配置され、ガイドロッド２２ｃがその前面に当接することで、それ以上引き込み作動部２２が後退できないようになっている。
この引き込み量制限部２３は、ねじ送り等により前後に位置を微調整可能であり、これにより引き込み作動部２２、ひいてはチャック装置１０全体の後退量を調整可能としている。

以上説明したことを方法的に言い換えると、この実施形態は、円筒形のワークＷにＯリング１６を挿入する工程と、このＯリング１６を軸方向に圧縮して扁平に変形させ、かつこのＯリング１６を内周から押し広げて環を拡径させることで、ワークＷの内径面に押し当てる工程と、を含むチャック方法であることが理解される。

１ 平面研削盤
２ 主軸台
２ａ ハウジング
２ｂ 支持ロッド
３ 砥石台
３ａ 研削砥石
１０ チャック装置
１１ スピンドル
１１ａ 外筒
１１ｂ 内筒
１２ ドローバー
１２ａ ヘッド
１２ｂ 復帰ばね
１２ｃ エア抜き孔
１２ｄ 復元爪
１３ ベース
１３ａ スリーブ
１３ｂ リングプレート
１３ｃ 復元爪
１４ クランプリング
１４ａ テーパ面
１４ｂ リンキング防止凹面
１４ｃ エア抜き孔
１５ チャックばね
１６ Ｏリング
１７ 軸受ブロック
２０ 作動装置
２１ チャック作動部
２１ａ スライダ
２１ｂ シリンダ
２２ 引き込み作動部
２２ａ スライダ
２２ｂ シリンダ
２２ｃ ガイドロッド
２３ 引き込み量制限部
Ｗ ワーク
Ｂ ベルト・プーリー機構

Claims (9)

1. 円筒形のワークＷを内径面から保持するチャック装置１０であって、
   前記ワークＷの端面を当てて位置決めするベース１３と、
   前記ベース１３を挿通し、先端部のヘッド１２ａにワークＷが被せられ、このヘッド１２ａがベース１３に接近するチャック位置と、ヘッド１２ａがベース１３から離反するアンチャック位置との間で、軸方向にスライド可能なドローバー１２と、
   前記ベース１３とドローバーのヘッド１２ａの対向面間にあって、軸方向にスライド可能にドローバー１２に外嵌し、その外周に軸方向両端から軸方向中央に向けてそれぞれ上り勾配に傾斜するテーパ面１４ａを有するクランプリング１４と、
   前記クランプリングのテーパ面１４ａとドローバーのヘッド１２ａとの間、および前記クランプリングのテーパ面１４ａとベース１３との間にそれぞれ配置された並列する環状弾性体１６と、を備え、
   前記ドローバー１２のアンチャック位置からチャック位置へのスライドにより、前記各環状弾性体１６がそれぞれドローバーのヘッド１２ａとクランプリング１４またはクランプリング１４とベース１３に挟み込まれて軸方向に圧縮して扁平に変形し、かつ前記各環状弾性体がそれぞれクランプリングのテーパ面１４ａに内周から押し広げられて拡径することで、ワークＷの内径面に押し当てられるチャック装置。
2. 前記ドローバーのヘッド１２ａとクランプリング１４の間、および前記ベース１３とクランプリング１４との間にそれぞれ装填され、前記ドローバーのヘッド１２ａとクランプリング１４とが離反する向き、前記ベース１３とクランプリング１４とが離反する向きにそれぞれ付勢する復帰ばね１２ｂをさらに備える請求項１に記載のチャック装置。
3. 前記ドローバーのヘッド１２ａおよび前記ベース１３が、それぞれのクランプリング１４との対向面に、前記ドローバー１２のチャック位置からアンチャック位置へのスライドにより、前記環状弾性体１６に係合する復元爪１２ｄ、１３ｃを有する請求項１または２に記載のチャック装置。
4. 前記クランプリング１４が、ドローバーのヘッド１２ａとの対向面および前記ベース１３との対向面に、ドローバー１２のアンチャック位置からチャック位置へのスライド時に、ドローバーのヘッド１２ａとクランプリング１４の対向面同士およびクランプリング１４とベース１３の対向面同士が密着するのを防止するリンキング防止凹面１４ｂを有する請求項１から３のいずれかに記載のチャック装置。
5. 前記ドローバーのヘッド１２ａおよびクランプリング１４が、軸方向に貫通するエア抜き孔１２ｃ、１４ｃを有する請求項１から４のいずれかに記載のチャック装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のチャック装置１０を含む主軸台２と、前記ワークＷを研削可能な研削砥石３ａを含む砥石台３と、を備える平面研削盤。
7. 前記主軸台２が、前記チャック装置１０を前進動および後退動させる引き込み作動部２２をさらに備える請求項6に記載の平面研削盤。
8. 前記主軸台２が、前記引き込み作動部２２の後退量を制限する引き込み量制限部２３をさらに備える請求項７に記載のチャック装置。
9. 円筒形のワークＷに環状弾性体１６を挿入する工程と、
   この環状弾性体１６を軸方向に圧縮して扁平に変形させ、かつこの環状弾性体１６を内周から押し広げて環を拡径させることで、ワークＷの内径面に押し当てる工程と、を含むチャック方法。

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