JP2010162633A - 心補償機能付加装置 - Google Patents

Abstract

【課題】心補償機能を有しないチャック１０に、その心補償機能を簡単に付加する。
【解決手段】旋盤の主軸に固定した主チャック１０の前面に同一心に着脱可能に心補償機能付加装置２０を固定する。この装置２０の各把持爪３０はシリンダ２６内のピストン３１と一体となって、各シリンダは圧力流体閉回路２７で連通されている。その閉回路に介設された駆動シリンダ２５のピストン２８は主チャックの把持爪６の進退によって押圧される。ドローバ１を後退させると、把持爪６がピストン２８を押してシリンダ２５内の圧力流体ａが連通孔２７を介して進退用シリンダに送り込まれ、把持爪３０が本体２１の軸心ｏに向かって進行してワークＷを把持する。このとき、各把持爪のシリンダが圧力流体閉回路で連通されているため、各把持爪は均等な力でワークを把持する。すなわち心補償機能を発揮する。心補償機能付加装置を外せば、主チャックは通常のチャッキング作用をなす。
【選択図】図２

Description

この発明は、旋盤の主軸に固定された主チャックの前面に着脱可能に固定されて、両センタ・ボス穴などを基準として、把持爪がワークの内周又は外周に倣って均等な力で把持する心補償型チャックとするための心補償機能付加装置であって、前記主チャックがその心補償機能を有しない場合、その主チャックに心補償機能を付加する装置に関するものである。

この種の旋盤の主軸に固定されてワークを把握するチャックには、その把握部を同心基準とする求心型と上記心補償型があり、前者が一般的な把握形式であるため、その求心型が多く普及しているが、心補償型もそれなりの需要がある。
このため、心補償型のチャックを用意して、必要な時に、求心型チャックを心補償型チャックに取替えたり、求心型チャックを取付けた旋盤とは別途に、心補償型チャックを取付けた旋盤を用意したりしている。
また、１つのチャックに、求心機能と心補償機能を持たせたものもある（特許文献１、特許請求の範囲、図１参照）。

特開２００６−１０２８５８号公報

上記の求心機能と心補償機能を持ったチャックはそれなりに有効であるが、その構造が複雑であって、コスト的に高いものとなっている。
今日のコスト削減の要求の下、心補償機能を有しないチャックにおいて、その心補償機能を簡単に付加できることが望まれている。

この発明は、上記の実情に鑑み、心補償機能を有しないチャックに、その心補償機能を簡単に付加し得るようにすることを課題とする。

上記課題を達成するために、この発明は、心補償機能を有しないチャックにその心補償機能を有する装置を着脱自在に取付け得ることとしたのである。
このようにすれば、心補償機能が必要で無い場合は、その心補償機能の装置を外せば、常に主軸に取り付けているチャックの機能でワークを把握して作業をすることができる。一方、心補償機能が必要であれば、その心補償機能を有する装置を既存のチャックに取付けることによってその心補償機能でワークを把握して作業をすることができる。

この発明の構成としては、旋盤の主軸に固定した主チャックの前面に着脱可能に固定される心補償機能付加装置であって、前記主チャックは、その前面に進退可能な押圧子を有し、前記心補償機能付加装置は、その環状本体の外周面又は内周面にその外周面から外側に向かって又は内周面から内側に向かって進退してワークを把握する複数の把持爪を有しており、その各把持爪は心補償機能付加装置内のそれぞれのシリンダ内のピストンと一体となって、その各シリンダは圧力流体閉回路で連通されており、その圧力流体閉回路にはピストンの進退によって加圧減圧する駆動シリンダが介設されて、その駆動シリンダ内のピストンは前記主チャックの押圧子の進退によって押圧可能とした構成を採用することができる。

この構成の心補償機能付加装置は、主チャックの前面に固定されれば、主チャックの押圧子の進退によって駆動シリンダが作動して圧力流体閉回路内を加圧減圧し、その加圧減圧によって各把持爪のシリンダ内の圧力流体圧も加圧減圧されて、そのシリンダ内のピストンが進退し、その進退に伴ってピストンに一体の把持爪も進退して、両センタ・ボス穴などを基準としたワークの把持又は解放を行う。
このとき、各把持爪の作動用シリンダが圧力流体閉回路で連通されて、各把持爪は均等な力でワークを押し、心補償機能を発揮してワークを把握する。また、把持爪の内側への進行によってワークを把握する場合は外径把握となり、外側への進行によってワークを把握する場合は内径把握となり、前者の場合、把持爪は環状本体の内周面に設けられ（環状本体内周面に把持爪を有し）、後者の場合は、把持爪は環状本体の外周面に設けられる（環状本体外周面に把持爪を有する）。

この構成の心補償機能付加装置の主チャックへの取付けは、種々の手段を採用することができ、例えば、ボルト止め、磁石吸着止め等を採用する。このとき、主チャックの押圧子によってこの心補償機能付加装置を作動し得る限りにおいて、この心補償機能付加装置を主チャックに同一心に固定したり、偏心して固定したりすることができるが、主チャックの把持爪で心補償機能付加装置を作動、例えば、後記実施形態のように、把持爪６で把持爪３０を作動する場合には、同一心とすれば、その作動を円滑に行い得る。

その主チャックの押圧子を既設の把持爪とすれば、主チャックはその把持爪によって通常のチャッキングを行うことができる。その既設の把持爪を採用した構成の一例としては、前記主チャックを揺動引込式チャックとして、その揺動式引込チャックは、チャック本体内に、その中心軸上を進退するドローバとともに進退するアクチュエータフランジを設けるとともに、チャック本体の前部にはアクチュエータフランジに接続された複数のジョウアクチュエータを設け、その各ジョウアクチュエータは、ドローバとともにアクチュエータフランジが進退することにより主チャックの径方向へ揺動し、そのジョウアクチュエータに設けた把持爪でワークを把握する構成であって、その把持爪を前記押圧子としたものとし得る。

心補償機能付加装置の把持爪は２個以上の複数であれば、ワークを把握することができるため、その数は適宜に決定すれば良いが、例えば、従来のチャックの把持爪数に対応して３個としたりして、下記の各把持爪のワークへの作用力のベクトル量の総和がゼロとなって釣り合う条件を満たせば、その数は任意である。
すなわち、心補償機能は、両センタ・ボス穴などを基準としてセットされたワークを各把持爪でもって把握した際、その各把持爪のワークへの作用力のベクトル量の総和がゼロとなって釣り合い、ワークを動かすことなく固定するものである。このため、各把持爪はそのワークへの作用力のベクトル量の総和がゼロとなって釣り合うように環状本体の周囲に配設する。
したがって、心補償機能付加装置の把持爪も従来の心補償型（コンペセイティング）チャックの把持爪と同様な配置にすれば良く、ワークの把握形状（各把持爪のワークへの把持点を結んだ包絡線）、例えば、円形状、楕円形状、四角等の多角形状や一部切り欠き形状等に応じて種々の態様が考えられる。

例えば、ワークの断面形状が円形、同正多角形のように、その各把持点の包絡線（把握形状）が円形となる場合には、各把持爪は、環状本体の外周面又は内周面の同一円周等分位置にその環状本体の軸心から放射方向に進退自在に設ければ、例えば、図４に示すように、ワークＷが円柱体の場合、その周囲３等分位置でそのワークＷを把持爪で把握するようにすると、各把持爪のワークＷへの作用力（ａ、ｂ、ｃ）のベクトルは、センタ・ボス穴等による基準点ｏに向かう同一大きさとすると、その総和はゼロとなって（ベクトル（ａ＋ｂ＋ｃ）＝０）、上記条件を満たすことができる。
また、把持爪が４個以上の２の倍数個ある場合には、２個を一組としてその中心点が同一円周等分位置になって、その等分位置から同一円周上左右等距離に１個の把持爪を設けて上記条件を満たすものとすることができる。例えば、図５に示すように、円柱体のワークＷの周囲３等分位置ｓから同一円周上左右等距離（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ）に１個設けた計６個とする（ベクトル（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ）＝０）。このとき、その等分位置ｓの円周と把持爪の把持点の包絡線円周は、同一中心の異なる円周としたりすることができ、各把持爪は環状本体の軸心（センタ孔中心ｏ）から放射方向に進退自在に設ける。

一方、ワークの把握形状がその中心線（上記基準線）に対して異形の（前記中心軸におけるＸ軸及びＹ軸に対して対象でない）場合、例えば、クランク軸、カムや、アルミ精密鋳造品で数カ所の孔が開いており、その2個所を基準に加工する場合等は、スペーサをワークと把持爪との間に介在して把握形状の中心線が上記基準線ｏ中心の円形となるようにしたり、例えば、図６に示すように、異形のワークＷへの把持爪の把持力（作用力はボス穴の中心ｏに向かう）の位置及び大きさを変えて、そのベクトル量の総和がゼロ（ベクトル（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）＝０）となるようにしたりする。このとき、ボス穴基準ｏと主チャックの中心線とは一致させた場合と偏心させた場合が考えられる。図示のボス穴基準ｏは、主チャック中心から右に偏心しており、左上下側面にガイドブロック等を設けてワークを動かないようにする。なお、作用力の大きさは、例えば、ピストンの進退で把持爪を作動させる場合は、そのピストンの受圧面積の調整によって変化させる。
また、把握形状が楕円のようにその把持点の包絡線が円形とならないが、ＸＹ軸の両者に対して対称となる場合には、そのＸＹ軸方向に進退する把持爪（Ｘ軸方向又はＹ軸方向の２個又は両軸方向の４個）としたり、把持爪を４個以上の２の倍数個として、２個を一組としてその中心線がＸ軸方向（把持爪は４個）又はＹ軸方向（同４個）又は両軸方向（同８個）になるようにしたりした配列をする。このとき、各把持爪は楕円の中心（上記基準線ｏ）を向かって進退するようにする。
このように、ワークの把握形状に応じて任意複数の把持爪を任意の位置に設けることができるが、その把持爪のワークへの作用力のベクトル量の総和がゼロになるように適宜に計算して決める。

圧力流体閉回路に介設される駆動シリンダは１つでも良いが、上記押圧子の数に合わせることが好ましい。例えば、３個とする。複数の場合は、その複数の駆動シリンダを心補償機能付加装置（環状本体）の軸心を中心とする同一円周等分位置に設けることができる。このとき、環状本体と主軸を同一軸心とし、かつ、押圧子は主チャックの把持爪とすることができる。

上記圧力流体は、この種の旋盤において用いられる作動油でも良いが、長期間使用した場合、この心補償機能付加装置に介設したＯリングの磨耗・切断や締結ねじの緩み等により圧力流体が漏れると、閉回路内の圧力流体が減り、当初の把握最小径が大きくなったり、作動不良が起きたりして問題となる。このとき、圧力流体の流出速度が速いと、その問題は瞬時に生じるため、圧力流体には、仮に漏れても、流出速度が遅くてそのような問題が直ぐに生じにくい粘度の高いものを用いて漏出し難くすると良い。例えば、旋盤に使用される通常の作動油に比べて高粘度の作動油、低粘度グリース、又は前記通常の作動油とグリースを混合したもの等の錆や腐食を生じさせないとともにＯリングを劣化させ難く、かつ入手し易いものを使用することが好ましいが、スライム等でもよい。
その圧力流体の粘度は、高すぎると、閉回路等への充填が難しくなるとともに、その充填流体内にエア溜まりが生じて作動力が円滑に把持爪に伝わらない恐れがある。このため、その恐れが生じないように、実験などによって、その粘度は適宜に設定する。例えば、クリームスープの粘度程度とする。

また、仮に、圧力流体が漏れた場合、その漏れを速やかに発見し得ることが好ましい。通常の作動油は、薄く黄色みをおびた透明色で、かつ、チャックの周りにはその作動油が付着しているため、圧力流体をその作動油とした場合、漏れても、圧力流体の漏れとは判別し難い。このため、その漏れの発見をし易くするため、圧力流体には作動油と明瞭に峻別し得る着色をすることが好ましい。その着色は、例えば、朱肉（光明丹）、青インク、墨（カーボン）等の粉末や液体を圧力流体に混入して、発見しやすい濃い色としたり、市販の着色作動油や着色グリースを使用したりする。

この発明は、以上のように構成したので、心補償機能を有しないチャックに、その心補償機能を簡単に付加し得るようにすることができるため、既設のチャックに安価にして簡単に心補償機能を持たせることができる。

この発明の一実施形態の切断正面図 同実施形態の切断右側面図 同実施形態の心補償機能付加装置を取外した斜視図 ワーク把持力の一作用説明図 ワーク把持力の他の作用説明図 ワーク把持力のさらに他の作用説明図

一実施形態を図１乃至図３に示し、この実施形態は揺動引込式チャックであって、同図に示すように、この発明の主チャック１０となるチャック本体の中心軸（軸心）ｏ上に位置するドローバ１がその軸方向に進退可能となっており、そのドローバ１の前方には固定ボルト２を介してサポートドローバ３が同心軸に接続されて、ドローバ１とサポートドローバ３とは一体に進退するようになっている。

そのサポートドローバ３にアクチュエータフランジ４が一体に設けられて、そのアクチュエータフランジ４の周囲３等分位に（１２０度間隔で）ジョウアクチュエータ５がそれぞれ接続されている。ジョウアクチュエータ５とアクチュエータフランジ４の接続は、従来と同様に、球状部５ａ、球面軸受部５ｂ等による構成（詳細は特許文献１参照）となっており、アクチュエータフランジ４の進退に伴ってジョウアクチュエータ５がチャック本体の中心（軸心）ｏに向かって（径方向に）揺動する。

この各ジョウアクチュエータ５に把持爪（ジョウ）６をボルトでもって取付け、ドローバ１を後退する（図１において左方に引く）ことによって把持爪６を前記中心軸ｏに向かって進行させてワークＷを把握する。すなわち、求心機能でもってワークを把握する。把持爪６はワークの把握形状等によって適宜な形状のものを採用する。

この発明は、以上の構成のチャック１０に心補償機能付加装置２０を着脱可能に取付け得るようにしたことが特徴であり、この心補償機能付加装置２０は、円環状本体２１にボルト２２を貫通させてチャック１０の本体前面に円筒状スリーブ２３を介してねじ込むことによってチャック１０に同一心に締結される（取付けられる）。ボルト２２は本体２１の同一円周等分位置に設けられるが、その数は２以上であれば任意である。

心補償機能付加装置本体２１には、その軸心ｏを中心とする同一円周３等分位置に外面のみに開口する駆動シリンダ２５とその駆動シリンダ２５の間の３等分位に内外面に開口する把持爪進退用（作動用）シリンダ２６がそれぞれ形成されており、各シリンダ２５、２６にはこの旋盤の作動油と異なる色に着色した圧力流体ａが充填され、それぞれ連通孔２７でもって連通された閉回路となって均一な流体圧がかかるようになっている。なお、圧力流体ａの充填・補給は、図示していないが、装置本体２１の外周部等に閉止栓付供給口を設けて、その供給口を上側に持ってきて（位置させて）、エアを逃がしながら行う。

駆動シリンダ２５はＯリング２８ａを介してピストン２８が進退自在に嵌められており、このピストン２８が押されると（中心ｏに向かって移動すると）、シリンダ２５内の圧力流体ａが連通孔２７を介して進退用シリンダ２６に送り込まれる。このとき、各ピストン２５の大きさ（受圧面）は同一とする。
進退用シリンダ２６はその外面側の開口が栓２９によって液密に封止され、Ｏリング３１ａを介して把持爪（ジョウ）３０と一体のピストン３１が進退自在に嵌められている。把持爪３０は本体２１の内周面に突出しており、上記駆動シリンダ２５からシリンダ２６内に圧力流体ａが送り込まれると、その把持爪３０は本体２１の軸心ｏに向かって進行する。このとき、同様に、各ピストン３１の大きさ（受圧面）は同一とする。

心補償機能付加装置２０は以上の構成であり、図１、図２に示すように、主チャック１０の把持爪６が解放状態（最外側に位置した状態）において、主チャック１０のチャック本体前面に固定センタ８をボルトで取付けた後、その主チャック１０にボルト２２でもって締結すると、その主チャック１０の把持爪６の内側に心補償機能付加装置２０の駆動シリンダ２５のピストン２８の外面が当接又は近接する。固定センタ８は、上記の主チャック２０の求心機能によるワーク把握時に邪魔とならなければ、主チャック本体に取付けたままでも良い。

この状態において、図１、図２に示すように、上記固定センタ８の中心軸（主チャック１０の中心軸ｏ）上に両センタ基準の円柱状ワークＷを位置させ、図示を省いた前端部センタ穴をテールストックで押付けて固定した後、ドローバ１を後退させると、把持爪６が中心軸ｏに向かい進行してピストン２８を押す。このピストン２８が押されると、シリンダ２５内の圧力流体ａが連通孔２７を介して進退用シリンダ２６に送り込まれ、把持爪３０が本体２１の軸心に向かって進行してワークＷを把持する。
このとき、各把持爪３０のシリンダ２６が閉回路２７で連通されているため、各把持爪３０は均等な力による心補償機能でもってワークＷを把持する。

この心補償機能でもってワークＷを把握した状態で加工し、加工が終了すれば、ドローバ１を前進させ、把持爪６を後退させてピストン２８への押圧力を解放する。この解放によって、ワークＷは心補償機能付加装置２０の把持爪３０内から取外し得る。このとき、進退用シリンダ２６内のｓ部分（図１参照）に圧縮コイルばねを装填しておけば、前記押圧力の解放に伴ってそのばねによって把持爪３０をシリンダ２６内に後退させることができて、ワークＷの取外しが容易となる。

この実施形態では、ワークＷが円柱形状をした両センタ基準のシャフトで、把握形状は両センタ中心軸ｏを中心とした円状であり、環状本体２１と主チャック１０（主軸）の軸心が一致し、その軸心ｏに対して各把持爪３０がそのワークＷへの作用力のベクトル量の総和がゼロになるように配置されているため、ワークＷが表面加工のされていない素材等の場合のように、把持爪３０による把握形状（円形）の中心に対してセンタ穴が若干偏心しても、その偏心は小さく、各把持爪３０の進退量もよって自動的に調整され、両センタの保持力によってワークＷを弾性変形させたり、固定センタ８を微妙に曲げさせたりすることによる芯ズレも生じない。

上記実施形態は、心補償機能付加装置２０の本体２１の内周面に把持爪３０を突出させた外径把握型のものであったが、栓２９と把持爪３０の位置を逆に、すなわち、把持爪３０を本体２１の外周面に突出したものとすれば、内径把握型とすることができる。この場合、その把持爪３０による内径把握に支障がなければ、主チャック１０は上記実施形態の外径把握型でよいが、内径把握型として、駆動シリンダ２５もピストン２８が心補償機能付加装置本体２１の内周面に突出した態様とすることができる。

また、主チャック１０も実施形態のジョウアクチュエータ５等による揺動型に限らず、クサビ形パワーチャック等の把持爪が中心に向かって進退し得るものであれば、上記心補償機能付加装置２０を取付け得る限りにおいて、例えば、スクロールチャックにおいてもこの発明とすることができる。なお、実施形態の揺動型やクサビ形パワーチャックの場合、特に、クサビ形パワーチャックの場合は、チャックの剛性が高いため、この心補償機能付加装置２０の作用を確実に担保できる。

主チャック１０による心補償機能付加装置２０の把持爪３０の進退は、主チャック１０の把持爪６に限らず、ピストン２８を押し得るものであれば何れでも良い。例えば、主チャック１０に専用の押圧子を設けてもよい。さらに、その押圧子は手動のものでも良い。
押圧子は、上述の内径把握型のように、チャック本体の内方から外方に向かって進退するものでも採用できる。この場合は、同様に、心補償機能付加装置２０の駆動シリンダ２５はその本体２１の内周面にピストン２８が突出するようにすると良い。

このように、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、この発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ドローバ
４ アクチュエータフランジ
５ ジョウアクチュエータ
６ 把持爪（押圧子）
８ 固定センタ
１０ 主チャック
２０ 心補償機能付加装置
２１ 心補償機能付加装置本体
２２ 心補償機能付加装置取付けボルト
２５ 駆動シリンダ
２６ 把持爪進退用シリンダ
２７ シリンダ連通孔（圧力流体閉回路）
２８ 駆動シリンダのピストン
３０ 心補償機能付加装置の把持爪
３１ 把持爪進行用シリンダのピストン
Ｗ 両センタ基準ワーク
ａ 圧力流体
ｏ 主軸の中心軸（環状本体の軸心）

Claims (5)

1. 旋盤の主軸に固定した主チャック（１０）の前面に着脱可能に固定される心補償機能付加装置（２０）であって、
   上記主チャック（１０）は、その前面に進退可能な押圧子を有し、上記心補償機能付加装置（２０）は、その環状本体（２１）の外周面又は内周面にその外周面から外側に向かって又は内周面から内側に向かって進退してワーク（Ｗ）を把握する複数の把持爪（３０）を有しており、
   上記各把持爪（３０）は上記心補償機能付加装置（２０）内のそれぞれのシリンダ（２６）内のピストン（３１）と一体となって、その各シリンダ（２６）は圧力流体閉回路で連通されており、その圧力流体閉回路にはピストン（２８）の進退によって加圧減圧する駆動シリンダ（２５）が介設されて、その駆動シリンダ（２５）内のピストン（２８）は上記主チャック（１０）の押圧子の進退によって押圧可能であることを特徴とする心補償機能付加装置。
2. 上記複数の把持爪（３０）は、上記環状本体（２１）の外周面又は内周面の同一円周等分位置にその環状本体（２１）の軸心（ｏ）から放射方向に進退自在に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の心補償機能付加装置。
3. 上記把持爪（３０）が４個以上の２の倍数個ある場合、２個を一組としてその中心点が同一円周等分位置となって、その等分位置から同一円周上左右等距離に１個の把持爪（３０）を設けて、各把持爪（３０）は上記環状本体（２１）の軸心（ｏ）から放射方向に進退自在に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の心補償機能付加装置。
4. 上記圧力流体（ａ）は着色したものとしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の心補償機能付加装置。
5. 上記圧力流体（ａ）は、高粘度作動油、低粘度グリース、又は作動油とグリースを混合したものとしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の心補償機能付加装置。

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