JP2011045960A - チャック付き主軸装置および把持対象物の把持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 把持対象物を把持して芯出しするときに、把持対象物に歪みを生じさせず、かつ把持した把持対象物を高精度に回転させることができるチャック付き主軸装置を提供する。
【解決手段】 主軸２２の軸端にスクロールチャック１を設ける。スクロールチャック１は、チャック爪操作用回転体１２の回転操作でチャック爪１１を径方向に進退動作させる。主軸２２の回転角度位置を検出する位置検出器４１と、主軸駆動モータ４を閉ループで制御する位置決め制御手段５ａとを備える。位置決め制御手段５ａを機能させた状態で、チャック爪操作用回転体１２を回転させたときに、位置決め制御手段５ａが求める偏差量または制御出力から、スクロールチャック１の把持力を検出する把持力検出手段５ｂと把持力表示手段６とを設ける。
【選択図】 図１

Description

この発明は、主軸端のスクロールチャックによって、把持対象物の円形状の外周面または内周面をクランプして芯出しを行うチャック付き主軸装置、およびこのチャック付き主軸装置を用いた把持対象物の把持方法に関する。

寸法測定機、加工機等には、外周面または内周面からなる被把持面が断面円形のワークを機械的に把持して芯出しする芯出し装置が設けられている。このような芯出し装置の一つにスクロールチャック装置がある。スクロールチャックは、円周方向に並ぶ３個〜６個のチャック爪を有し、これらチャック爪によりワークの外周面または内周面を把持するものである。

スクロールチャックは、ワークの芯出し自体は精度良く行うことができるが、ワークを把持するときにチャック爪がワークの被把持面を強く押圧することにより、ワークに歪みが生じる可能性がある。寸法測定機における測定対象物の把持手段として利用される場合、ワークに歪みが生じると、その歪みが測定誤差となって現れる。また、加工機に用いられ、芯出し装置によって精密加工品、例えばレンズを把持して加工する場合には、チャック爪による把持を解除したときにレンズの歪みが解放され、加工面に歪みの痕跡が残ってしまう。

上記したような把持時における把持対象物の歪みを防止するための技術が、例えば特許文献１に提案されている。この提案はレンズの芯出し装置に関するものであり、レンズの外周面を把持してレンズの芯出しを行うチャック爪（スライドコマ）を、レンズの中心に対して径方向に進退自在に配置したスクロールチャックと、チャック爪を進退させてスクロールチャックに把持力を生じさせる駆動モータと、把持力を検出する圧力検出器と、前記駆動モータを制御する制御装置とを備えた構成とされている。

詳しくは、スクロールチャックは、チャック爪を保持するチャック本体に対し中心軸回りに回転自在な操作用回転体を有し、この操作用回転体に設けられた中心軸回りの螺旋状のガイド突条にチャック爪のガイド溝が係合している。これにより、操作用回転体をチャック本体に対し相対的に回転させることで、前記各チャック爪が径方向に進退する。操作用回転体は、スクロールチャックの外部に設けた駆動モータにより回転させられる。

この構成により、駆動モータで操作用回転体を回転させることで、チャック爪を径方向に進退させて、チャック爪によりレンズを把持して芯出しする。その際、チャック爪によるレンズの把持力を圧力検出器で検出し、その出力値を制御装置に取り込み、制御装置により、圧力検出器の出力がレンズに歪みを生じさせない程度の所定の圧力に達した時点で駆動モータの出力を停止させるように制御することで、レンズの歪みを防止できる。

特開平６−２４６５７３号公報

しかし、上記芯出し装置は、駆動モータ、圧力検出器、および制御装置の各構成要素が、スクロールチャックに直接取付けられているか、またはタイミングベルト、ケーブル等を介して接続されている。このため、把持対象物をスクロールチャックと共に回転させる場合、スクロールチャックに前記各構成要素を搭載して同時に回転させる必要がある。それには、各構成要素を搭載するスペースの確保、各構成要素を搭載したことによる重量増加、重量アンバランス等が問題になる。

特に、高精度の寸法測定機や加工機等においては、スクロールチャックによって把持対象物を把持して回転させる場合、振動等の発生を抑えるため、回転部を静圧空気軸受で支持するのが望ましい。しかし、一般に静圧空気軸受は転がり軸受と比較して負荷容量や剛性が低い。そのため、回転部を静圧空気軸受で支持した場合、上記のようにスクロールチャックに前記各構成要素を搭載すると、回転部の重量増加、重量アンバランス等によって回転精度が悪くなり、測定精度や加工精度に悪影響が出る。

この発明の目的は、把持面となる外周面または内周面が円筒状の把持対象物を把持して芯出しするときに、この把持対象物に歪みを生じさせずに、できるだけ確実に把持でき、かつ把持した把持対象物を高精度に回転させることができるチャック付き主軸装置を提供することである。
この発明の他の目的は、上記チャック付き主軸装置を用いて把持対象物を良好に把持する把持方法を提供することである。

この発明にかかるチャック付き主軸装置は、その前提構成として、回転自在に支持された主軸２２と、この主軸２２の軸端に設けられ把持対象物Ｗを把持するスクロールチャック１と、前記主軸２２を回転駆動する主軸駆動モータ４と、前記主軸２２の回転角度位置を検出する位置検出器４１と、前記主軸２２の回転角度位置の指令値と前記位置検出器４１で検出された検出値との偏差量を求めこの偏差量が零となるように前記主軸駆動モータ４を閉ループで制御する位置決め制御手段５ａとを備える。前記把持対象物Ｗは、外周面または内周面からなる被把持面が断面円形状の物体である。スクロールチャック１は、チャック本体１０と、このチャック本体１０に円周方向に並べて配置され、それぞれが径方向に進退自在な複数のチャック爪１１と、前記チャック本体１０に対し中心軸回りに回転自在なチャック爪操作用回転体１２と、このチャック爪操作用回転体１２の回転動作を前記各チャック爪１１の径方向の進退動作に変換する回転・進退変換機構とを有する。
この構成のチャック付き主軸装置において、前記位置決め制御手段５ａを機能させた状態で、前記チャック爪操作用回転体１２を前記主軸２２に対して相対的に回転させたときに、前記位置決め制御手段５ａが求める前記偏差量またはこの偏差量から得る制御出力から、前記スクロールチャック１が前記把持対象物Ｗを把持する把持力を検出する把持力検出手段５ｂを設けたことを特徴とする。なお、以上の構成のチャック付き主軸装置を、以下、「この発明の基本構成のチャック付き主軸装置」と称す。

この構成によれば、閉ループ制御形式の位置決め制御手段５ａが求める偏差量またはこの偏差量から得る制御出力から、スクロールチャック１が把持対象物Ｗを把持する把持力を検出する把持力検出手段５ｂを設けたため、作業者による把持操作の停止、またはチャック把持動作を自動で行う場合の把持動作停止の判断に、把持力検出手段５ｂの検出した把持力を利用することができる。そのため、把持対象物Ｗに歪みを生じさせない範囲で、できるだけ締め付け力を大きくして確実に把持し、芯出しすることができる。また、主軸駆動モータ４を閉ループ制御する位置決め制御手段５ａが求める偏差量またはこの偏差量から得る制御出力から把持力を検出するため、圧力検出器等の把持力の検出用部品をスクロールチャック１と一体回転するように設けなくて済む。そのため、主軸２２にはスクロールチャック１および把持対象物Ｗが同軸上に設置、搭載されているのみであって、スクロールチャック１を含む回転部の重量増加、重量アンバランス等を防げる。そのため、把持対象物Ｗを高精度に回転させることができる。

チャック爪操作用回転体１２は、手動で回転させても、動力を用いて回転させてもよいが、手動で回転させる場合は、例えば次の構成とする。すなわち、この発明のチャック付き主軸装置において、前記チャック爪操作用回転体１２は手動で回転操作可能なものとする。前記把持力検出手段５ｂは、前記チャック爪操作用回転体１２の回転操作時における前記主軸駆動モータ４の駆動電流または電圧を、前記スクロールチャック１が把持対象物Ｗを把持する力に換算する把持力換算手段からなり、この把持力換算手段によって求められた力を目視可能に表示する把持力表示手段６を設ける。この把持力表示手段６は、指針で表示するメータ類に表示するものであっても、表示装置の画面に画像で表示するものであっても良く、メータ類または画面表示装置等の表示装置６ａと、この表示装置６ａに対してその表示情報を出力する手段とでなる。
このように、把持力を目視可能に表示する把持力表示手段６を設けた場合、作業者は、把持力表示手段６の表示を見て、適切な把持力と判断したときにチャック爪操作用回転体１２の回し操作を止めれば良い。そのため、把持対象物Ｗに歪みを生じさせない範囲で、できるだけ締め付け力を大きくして確実に把持することができる。

この発明の上記基本構成のチャック付き主軸装置において、前記位置決め制御手段５ａを機能させた状態で、前記チャック爪操作用回転体１２を前記主軸２２に対して相対的に回転させたときに、前記把持力検出手段５ｂの検出する把持力を設定把持力と比較し、前記把持力が前記設定把持力に達すると前記位置決め制御手段５ａの制御を停止させる制御解除手段５ｃを設けても良い。前記設定把持力の値は、試験運転や解析等によって適宜の値に設定すれば良い。制御解除手段５ｃの設定値は、設定値を変更可能なものとすることが好ましい。
位置決め制御手段５ａの制御を停止すると、主軸２２が自由に回転できるようになって、チャック爪操作用回転体１２を回転させても締め付け動作が生じなくなる。そのため、上記のように把持力が設定把持力に達すると前記位置決め制御手段５ａの制御を停止させる制御解除手段５ｃを設けることで、作業者による把持力判断の誤りや見過ごし、あるいは動力を用いて回転させる場合の制御不良等が生じても、締め付け力の過多による把持対象物Ｗの歪みの発生が防止できる。前記制御解除手段５ｃは、チャック爪操作用回転体１２を手動で回転させるようにした場合と、動力を用いて回転させるようにした場合のいずれにも適用できる。

この発明の上記いずれかの構成のチャック付き主軸装置において、前記チャック爪操作用回転体１２の外周部に回転被伝達部１２ａを設け、この回転被伝達部１２ａに駆動輪５０を介して回転を与えるチャック爪操作用駆動源５１と、前記駆動輪５０を前記回転被伝達部１２ａに対して接触する回転伝達可能状態と非接触となる回転伝達不能状態とに切換駆動源５３によって切り換える切換機構５２とを設けても良い。

このようにチャック爪操作用駆動源５１を設けた場合は、この駆動源５１の動力を用い、チャック爪操作用回転体１２の回転によるスクロールチャック１の締め付けや、締め付け解除が行える。この場合に、チャック爪操作用回転体１２の外周部に形成した回転被伝達部１２ａに接触する駆動輪５０を介して回転伝達を行うようにし、駆動輪５０を回転被伝達部１２ａに対して接触状態と非接触状態とに切り換える切換機構５２を設けた場合は、スクロールチャック１には上記回転被伝達部１２ａをチャック爪操作用回転体１２の外周部に形成するだけで良く、回転部の重量増加や重量アンバランス等を回避することができる。
チャック爪操作用駆動源５１の操作は、操作盤を用いて作業者のスイッチ操作の手動操作で行うようにしても良く、また自動で行うようにしても良い。手動操作で行う場合、前記把持力表示手段６を設けた場合は、この把持力表示手段６の表示情報を見て、適宜の把持力となったときに、チャック爪操作用駆動源５１を停止させれば良い。

チャック爪操作用駆動源５１の操作を自動で行うようにする場合は、把持動作制御手段８１を設ける。この把持動作制御手段８１は、前記駆動輪５０が前記回転被伝達部１２ａに接して前記チャック爪操作用駆動源５１をチャック爪操作用回転体１２が把持動作側に回転する方向に駆動し、かつ前記主軸が一定の回転角度位置を保つように前記位置決め制御手段５ａを機能した状態で、前記把持力検出手段５ｂで検出される把持力が設定把持力に達すると前記チャック爪操作用駆動源５１を駆動停止させるものとする。

前記把持動作制御手段８１は、さらに、所定の把持開始指令に応答して、前記切換駆動源５３を前記駆動輪５０が前記回転被伝達部１２ａに接して回転伝達可能状態となるように動作させ、前記チャック爪操作用駆動源５１を把持動作側に駆動させ、かつ前記主軸２２が一定の回転角度位置を保つように前記位置決め制御手段５ａを機能させ、前記把持力検出手段５ｂで検出される把持力が所定値に達すると前記チャック爪操作用駆動源５１を駆動停止させ、前記切換駆動源５３を前記駆動輪５０が前記回転被伝達部１２ａから離れて回転伝達不能状態となるように動作させるという一連の制御を行うものとしても良い。

また、把持動作制御手段８１は、さらに次の把持解除の制御を行う機能を有するものとしても良い。すなわち、この把持動作制御手段８１は、所定の把持解除指令に応答して、前記切換駆動源５３を前記駆動輪５０が前記回転被伝達部１２ａに回転伝達可能状態となるように動作させ、前記チャック爪操作用駆動源５１を把持解除側に動作させ、所定の条件が充足されると前記チャック爪操作用駆動源５１を駆動停止させ、前記切換駆動源５３を前記駆動輪５０が前記回転被伝達部１２ａから離れた回転伝達不能状態となるように動作させるという一連の制御を行う機能を有するものとする。

この発明の上記基本構成、またはこれに前記把持力表示手段６を設けたチャック付き主軸装置において、主軸駆動モータ４を利用してスクロールチャック１の締め付けを行うようにしても良い。すなわち、この発明において、前記主軸２２を支持したハウジング２０に対する、前記スクロールチャック１の前記チャック爪操作用回転体１２の回転を回転止め解除可能に止めるストッパ機構６０を設けても良い。
この構成の場合、ストッパ機構６０によりチャック爪操作用回転体１２の回転止め状態として主軸駆動モータ４で主軸２２を回転させることにより、スクロールチャック１の締め付け動作が行える。この場合に、前記把持力検出手段５ｂで検出される把持力が設定把持力に達すると主軸駆動モータ４の位置決め制御手段５ａの制御を停止させることにより、把持対象物Ｗに歪みを生じさせない範囲で、できるだけ締め付け力を大きくして確実に把持し、芯出しすることができる。主軸駆動モータ４をチャック爪操作用回転体１２の締め付け駆動に用いるため、締め付け駆動用の駆動源が不要であり、ストッパ機構６０を追加するだけで済む。そのため構成が簡素となる。

前記ストッパ機構６０を設けた場合に、次の把持動作制御手段８８を設けても良い。この把持動作制御手段８８は、前記ストッパ機構６０を前記チャック爪操作用回転体１２の回転止め状態とし、かつこの回転止め状態で主軸２２を回転させることにより前記チャック爪操作用回転体１２に対するチャック本体１０の相対回転で把持動作を生じる回転方向となる所定の指令位置を前記位置決め制御手段５ａに与えて前記位置決め制御手段５ａを機能させた状態で、前記把持力検出手段５ｂで検出される把持力が所定値に達すると前記位置決め制御手段５ａの制御を停止させるものとする。

前記把持動作制御手段８８は、次のように自動化を進めたものとしても良い。例えば、この把持動作制御手段８８は、所定の把持開始指令に応答して、前記ストッパ機構６０を前記チャック爪操作用回転体１２の回転止め状態とし、かつこの回転止め状態で主軸を回転させることにより前記チャック爪操作用回転体１２に対するチャック本体の相対回転で把持動作を生じる回転方向となる所定の指令位置を前記位置決め制御手段５ａに与えて前記位置決め制御手段５ａを機能させ、前記把持力検出手段５ｂで検出される把持力が所定値に達すると前記位置決め制御手段５ａの制御を停止させ、前記ストッパ機構６０を回転止め解除状態にするという一連の制御を行うものとする。

なお、この構成の場合に、把持動作制御手段８８に次の把持解除制御機能を付加させても良い。例えば、把持動作指令手段８９から指令される所定の把持解除指令に応答して、ストッパ機構６０をチャック爪操作用回転体１２の回転止め状態とし、かつこの回転止め状態で主軸２２を回転させることにより前記チャック爪操作用回転体１２に対するチャック本体１０の相対回転で把持解除動作を生じる回転方向となる所定の指令位置を前記位置決め制御手段５ａに与えてこの位置決め制御手段５ａを機能させ、所定の条件が充足されると前記位置決め制御手段５ａの制御を停止させ、前記ストッパ機構６０を回転止め解除状態にするという一連の制御を行うものとする。前記所定の条件は、例えば、前記回転止め状態からの主軸２２の回転開始から設定時間が経過することなどである。

前記ストッパ機構６０は、前記チャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合することでチャック爪操作用回転体１２の回転を拘束するストッパ部材６２と、このストッパ部材６２を動作させるストッパ駆動源６３とを有し、このストッパ駆動源６３は、前記ストッパ部材６２を非係合側へ付勢する付勢手段６６と、永久磁石６８と電磁石６５ｂの反発力または吸着力により前記付勢手段６６の付勢力に抗して前記ストッパ部材６２を前記被係合部６１に係合する側へ駆動する電磁式の係合駆動源６７とを有するものとしても良い。
この構成の場合、常時は付勢手段６６の付勢力によりストッパ部材６０がチャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合しない状態に保持して、チャック爪操作用回転体１２の回転を拘束せず、係合駆動源６７によりストッパ部材６２をチャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合させることで、チャック爪操作用回転体１２の回転を拘束する。

前記ストッパ機構６０は、前記チャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合することでチャック爪操作用回転体１２の回転を拘束するストッパ部材６２と、このストッパ部材６２を動作させるストッパ駆動源６３とを有し、このストッパ駆動源６３は、前記ストッパ部材６２を非係合側へ付勢する付勢手段６６と、空気圧により前記付勢手段６６の付勢力に抗して前記ストッパ部材６６を前記被係合部６１に係合する側へ駆動する空気圧式の係合駆動源７０とを設けたものであっても良い。
この構成も、前記構成同様、常時は付勢手段６６の付勢力によりストッパ部材６２がチャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合しない状態に保持して、チャック爪操作用回転体１２の回転を拘束せず、係合駆動源７０によりストッパ部材６２をチャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合させることで、チャック爪操作用回転体１２の回転を拘束する。

前記ストッパ機構６０は、前記チャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合することでチャック爪操作用回転体１２の回転を拘束するストッパ部材６２と、このストッパ部材６２を動作させるストッパ駆動源６３とを有し、このストッパ駆動源６３は、前記チャック爪操作用回転体１２およびストッパ部材６２のそれぞれの互いに上下に対向する部位を磁性材料で形成し、通電によりストッパ部材６２の磁性材料部位を励磁させるコイル７３を設けてなるものであってもよい。
この構成によれば、常時はストッパ部材６２が自重で下方位置に位置し、チャック爪操作用回転体１２の被係合部６１にストッパ部材６２の係合部６２ｂが係合しない状態とされて、チャック爪操作用回転体１２の回転を拘束せず、コイル７３に通電してストッパ部材６２の磁性材料部位を励磁すると、ストッパ部材６２の磁性材料部位がチャック爪操作用回転体１２の磁性材料部位に吸着されることにより、ストッパ部材６２が重力に抗して上昇して被係合部６１に係合し、チャック爪操作用回転体１２の回転を拘束する。

前記ストッパ機構６０は、前記チャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合することでチャック爪操作用回転体１２の回転を拘束するストッパ部材６２と、このストッパ部材６２を動作させるストッパ駆動源７５とを有し、前記ストッパ部材６２は、前記被係合部６１にストッパ部材６２を係合および係合解除する方向にリードの方向を合わせたねじ機構７６を介して支持部材７４に支持され、前記ストッパ駆動源７５は、前記支持部材７４に対して前記ストッパ部材を中心軸６４回りに回転させるストッパ駆動モータ７５からなるものであっても良い。
この構成によれば、常時はストッパ部材６２のチャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合しない状態にして、チャック爪操作用回転体１２の回転を拘束せず、ストッパ駆動モータ７５でストッパ部材６２を支持部材に対し中心軸６４回りに相対的に回転させて、ストッパ部材６２をチャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合させることで、チャック爪操作用回転体１２の回転を拘束する。

この発明において、前記主軸を回転自在に支持する軸受が空気軸受であっても良い。
空気軸受は、他の軸受、例えば転がり軸受よりも精度良く支持することができる。その一方で、空気軸受は転がり軸受と比較して負荷容量や剛性が低いという欠点があるが、このチャック付き主軸装置の場合、前述したように、主軸駆動モータ、位置検出器、および制御手段を、主軸を支持する固定側に設けることができるため、上記欠点が問題にならない。

この発明の把持対象物Ｗの把持方法は、この発明の請求項２に記載のチャック付き主軸装置を用いた把持対象物Ｗの把持方法であって、前記スクロールチャック１のチャック爪が非把持位置にある状態で、前記スクロールチャック１の所定位置に把持対象物Ｗを配置する過程と、前記主軸２２が所定の回転角度位置を維持するように前記位置決め制御手段５ａを機能させた状態で、手動で前記チャック爪操作用回転体１２を前記チャック爪１１が把持対象物Ｗの被把持面側へ径方向移動する方向に回転操作する過程と、把持力表示手段６に表示された把持力を見て、目標の把持力に達すると前記チャック爪操作用回転体１２の回転を止める過程とを含む。
この方法によると、この発明のチャック付き主軸装置を用いて、把持対象物Ｗに歪みを生じさせずに、できるだけ確実に把持することができる。

この発明のチャック付き主軸装置は、回転自在に支持された主軸と、この主軸の軸端に設けられ把持対象物を把持するスクロールチャックと、前記主軸を回転駆動する主軸駆動モータと、前記主軸の回転角度位置を検出する位置検出器と、前記主軸の回転角度位置の指令値と前記位置検出器で検出された検出値との偏差量を求めこの偏差量が零となるように前記主軸駆動モータを閉ループで制御する位置決め制御手段とを備え、前記把持対象物は、外周面または内周面からなる被把持面が断面円形状の物体であり、前記スクロールチャックは、チャック本体と、このチャック本体に円周方向に並べて配置され、それぞれが径方向に進退自在な複数のチャック爪と、前記チャック本体に対し中心軸回りに回転自在なチャック爪操作用回転体と、このチャック爪操作用回転体の回転動作を前記各チャック爪の径方向の進退動作に変換する回転・進退変換機構とを有するチャック付き主軸装置において、前記位置決め制御手段を機能させた状態で、前記チャック爪操作用回転体を前記主軸に対して相対的に回転させたときに前記位置決め制御手段が求める前記偏差量またはこの偏差量から得る制御出力から、前記スクロールチャックが前記把持対象物を把持する把持力を検出する把持力検出手段を設けたため、把持面となる外周面または内周面が円筒状の把持対象物を把持して芯出しするときに、この把持対象物に歪みを生じさせずに、できるだけ確実に把持でき、かつ把持した把持対象物を高精度に回転させることができる。

この発明のチャック付き主軸装置において、前記チャック爪操作用回転体は手動で回転操作可能であり、前記把持力検出手段は、前記チャック爪操作用回転体の回転操作時における前記主軸駆動モータの駆動電流または電圧を、前記スクロールチャックが把持対象物を把持する力に換算する把持力換算手段からなり、この把持力換算手段によって求められた力を目視可能に表示する把持力表示手段を設けた場合は、作業者は、把持力表示手段の表示を見て、適切な把持力と判断したときにチャック爪操作用回転体の回し操作を止めれば良く、そのため、把持対象物に歪みを生じさせない範囲で、できるだけ締め付け力を大きくして確実に把持することができる。

この発明のチャック付き主軸装置において、前記チャック爪操作用回転体の外周部に回転被伝達部を設け、この回転被伝達部に駆動輪を介して回転を与えるチャック爪操作用駆動源と、前記駆動輪を前記回転被伝達部に対して接触する回転伝達可能状態と非接触となる回転伝達不能状態とに切換駆動源によって切り換える切換機構とを設けた場合は、チャック爪操作用駆動源の動力を用いてスクロールチャックの把持動作を行うにつき、把持対象物に歪みを生じさせずに、できるだけ確実に把持でき、かつ把持した把持対象物を高精度に回転させることができる。

この発明のチャック付き主軸装置において、前記主軸を支持したハウジングに対する、前記スクロールチャックの前記チャック爪操作用回転体の回転を回転止め解除可能に止めるストッパ機構を設けた場合は、主軸駆動モータを利用してチャック爪操作用回転体の回転が行え、しかも把持対象物に歪みを生じさせずに、できるだけ確実に把持でき、かつ把持した把持対象物を高精度に回転させることができる。

この発明の把持対象物の把持方法は、この発明の請求項２に記載のチャック付き主軸装置を用いた把持対象物の把持方法であって、前記スクロールチャックのチャック爪が非把持位置にある状態で、前記スクロールチャックの所定位置に把持対象物を配置する過程と、前記主軸が所定の回転角度位置を維持するように前記位置決め制御手段を機能させた状態で、手動で前記チャック爪操作用回転体を前記チャック爪が把持対象物の被把持面側へ径方向移動する方向に回転操作する過程と、把持力表示手段に表示された把持力を見て、目標の把持力に達すると前記チャック爪操作用回転体の回転を止める過程とを含むため、把持対象物に歪みを生じさせずに、できるだけ確実に把持することができる。

（Ａ）はこの発明の第１の実施形態にかかるチャック付き主軸装置の装置本体の平面図、（Ｂ）はそのＩＢ−ＩＢ断面図に回転制御装置および表示手段の外観図を加えた図である。 同チャック付き主軸装置のスクロールチャックを図１（Ａ）のII矢視方向から見た部分図である。 同チャック付き主軸装置のチャック爪操作用回転体の平面図である。 同チャック付き主軸装置の制御系のブロックである。 同チャック付き主軸装置の把持対象物の把持方法を示すフローチャートである。 この発明の第２の実施形態にかかるチャック付き主軸装置の制御系のブロックである。 同チャック付き主軸装置の把持対象物の把持方法を示すフローチャートである。 この発明の第３の実施形態にかかるチャック付き主軸装置の装置本体の断面図に回転制御装置および表示手段の外観図を加えた図である。 同チャック付き主軸装置の制御系のブロックである。 この発明の第４の実施形態にかかるチャック付き主軸装置の装置本体の断面図に回転制御装置および表示手段の外観図を加えた図である。 同チャック付き主軸装置の制御系を示すブロックである。 同チャック付き主軸装置のストッパ機構の１例を示す断面図である。 同ストッパ機構の異なる例を示す断面図である。 同ストッパ機構のさらに異なる例を示す断面図である。 同ストッパ機構のさらに異なる例を示す一部破断側面図である。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図５と共に説明する。この実施形態は、手動でスクロールチャックの締め付けを行うように構成した例である。図１において、このチャック付き主軸装置は、把持対象物Ｗを把持するスクロールチャック１、およびこのスクロールチャック１を支持し回転させる主軸装置２からなる装置本体３と、制御装置５とを備え、さらにスクロールチャック１による把持対象物Ｗの把持力を表示する把持力表示手段６が設けられている。把持対象物Ｗは、内周面または外周面からなる被把持面が断面円形状の物体である。把持対象物Ｗは、図示の例では、内周面および外周面の両面が円筒面の円筒体であり、内周面がスクロールチャック１で把持される把持対象面とされる。

スクロールチャック１は、中心軸９が上下方向を向くチャック本体１０と、このチャック本体１０の上部に半径方向にスライド自在に設けられた３個のチャック爪１１と、チャック本体１０に対し中心軸９回りに回転自在なチャック爪操作用回転体１２とを有する。チャック本体１０は、中心部に連通孔１３を有する円板状のベース部１０ａと、このベース部１０ａの内端部から上方に立ち上がる円筒部１０ｂと、この円筒部１０ｂの上端に固定され、それぞれが周方向に並べて配置された３個の扇形板状部１０ｃとで構成される。隣合う各扇形板状部１０ｃの間で、径方向に延びる溝状部１４が形成され、この溝状部１４にチャック爪１１が嵌まり込んでいる。各扇形板状部１０ｃの前記溝状部１４内の互いに対向する面に、突条からなるガイドレール１５（図２）が設けられており、このガイドレール１５に沿ってチャック爪１１が案内される。この例では、ガイドレール１５は断面凸状であり、このガイドレール１５にチャック爪１１の凹面凹状の摺動部１６が径方向に摺動自在に係合している。

図１に示すように、チャック爪操作用回転体１２は、チャック本体１０のベース部１０ａと各扇形板状部１０ｃとの間で、かつ円筒部１０ｂの外周側に位置している。チャック爪１１は、内端部が上方に突出する爪部１１ａとされ、把持対象物Ｗの内径面が被把持面である場合は爪部１１ａの外径面を被把持面に当接させ、把持対象物Ｗの外径面が被把持面である場合は爪部１１ａの内径面を被把持面に当接させる。チャック爪１１の爪部１１ａよりも外径側の上面は、内径面が被把持面である把持対象物Ｗを載せる平面状の載置面１１ｂとされている。

チャック爪操作用回転体１２の上面には、図３に示すような螺旋状のガイド突条１７が設けられ、各チャック爪１１の下面には、図１のように、前記ガイド突条１７に摺動自在に係合するガイド溝１８が設けられている。これにより、チャック爪操作用回転体１２が回転すると、ガイド突条１７に対するガイド溝１８の係合位置が変わり、チャック爪１１がガイドレール１４に沿って径方向に移動する。

主軸装置２は、上部フランジ部２０ａでフレームＦに固定された円筒状のハウジング２０を有し、このハウジング２０の内周に、静圧空気軸受２１を介して主軸２２が回転自在に支持されている。フレームＦは、このチャック付き主軸装置が設置される機械、例えば寸法測定機または加工機のものである。主軸２２は、軸方向長さのうちの大半を占める本体部２２ａと、この本体部２２ａの下端に続きフランジ状に外周側へ突出しその上下面が平面である円形のスラスト板部２２ｂと、このスラスト板部２２ｂの下側に位置する小径部２２ｃとでなる。静圧空気軸受２１は、ハウジング２０と主軸２２との間に介在し、ハウジング２０に対し固定された上下の軸受スリーブ２３，２４を有する。上側の軸受スリーブ２３は、主軸２２のスラスト板部２２ｂの上側に位置し、内周面が主軸２２の本体部２２ａの外周面に僅かな隙間を介して対向している。下側の軸受スリーブ２４は、主軸２２のスラスト板部２２ｂの下側に位置し、主軸２２の小径部２２ｃと間隔をあけて設けられている。つまり、軸受スリーブ２３，２４により、主軸２２の本体部２２ａの外周面およびスラスト板部２２ｂの上下両面を囲んだ状態となっている。

軸受スリーブ２３，２４には、主軸２２の本体部２２ａの外周面およびスラスト板部２２ｂの上下両面と、これらの面に対向する軸受スリーブ２３，２４の面との間に圧縮空気を吐出するための給気孔２５，２６，２７が形成されている。これら給気孔２５，２６，２７は、それぞれ円周方向に等間隔で複数箇所に配置されている。各給気孔２５，２６，２７には、ハウジング２０の内部に形成された給気路２８、軸受スリーブ２３の内部に形成された給気路２９、および軸受スリーブ２４の内部に形成された給気路３０を介して、外部から圧縮空気が供給される。スラスト板部２２ｂの上下両面は、ハウジング２０の内周面に設けた環状連通溝３１を介して連通している。また、軸受スリーブ２３の内周面に排気用円周溝３２が、軸受スリーブ２３の内周面と下面とのコーナー部に排気用円周切欠き３３がそれぞれ形成されている。これら排気用円周溝３２および排気用円周切欠き３３は、軸受スリーブ２３の内部に形成された排気路３４およびハウジング２０の内部に形成された排気路３５を介して外部と連通している。

給気路２８の給気口２８ａから圧縮空気を供給すると、その圧縮空気は、給気路２８，２９，３０を通って各給気孔２５，２６，２７から、主軸２２の本体部２２ａと軸受スリーブ２３との間のジャーナル軸受部３６，３７、および主軸２２のスラスト板部２２ｂと軸受スリーブ２３，２４との間のスラスト軸受部３８，３９に吐出される。それにより、上記ジャーナル軸受部３６，３７およびスラスト軸受部３８，３９に空気の通路となる微小な軸受空間が形成され、主軸２２が軸受スリーブ２３，２４に対して非接触の状態で回転自在に支持される。ジャーナル軸受部３６，３７およびスラスト軸受部３８，３９を通過した空気は、排気用円周溝３２および排気用円周切欠き３３から排気路３４，３５を介して外部へ排出される。

主軸駆動モータ４は、主軸２２の小径部２２ｃの下端に設けられている。具体的には、前記小径部２２ｂの下端にモータロータ４ａを一体に取付け、このモータロータ４ａの外周面に内周面が対向するモータステータ４ｂをハウジング２０の内周に固定してある。モータステータ４ｂのコイル（図示せず）に通電することにより、モータロータ４ａとモータステータ４ｂ間に電磁力が作用して、モータロータ４ａが回転する。それにより、モータロータ４ａと一体の主軸２２も回転する。

また、主軸駆動モータ４の下方には、主軸２２の回転角度位置を検出する位置検出器４１が設けられている。位置検出器４１は、主軸２２の小径部２２ｃから同軸心で下方に延びる円板取付軸４２と、この円板取付軸４２に取付けられ円周上に位置情報が記録された回転円板４３と、この回転円板４３に記録された位置情報を読み取る位置検出部４４とでなる。例えば、回転円板４３に記録された位置情報は、円周方向に一定間隔で開けられた開口（図示せず）であり、位置検出部４４は、回転円板４３における開口が配置されている円周を挟んで上下両側に設けられた投光部４４ａと受光部４４ｂとで構成することができる。回転円板４３に磁気で位置情報を記録し、その位置情報を位置検出部４４で読み取るようにしてもよい。位置検出器４１は、インクリメンタル式のものであっても、アブソリュート式のものであっても良い。

図４に示すように、制御装置５は、主軸駆動モータ４の回転を制御する位置決め制御手段５ａを有している。位置決め制御手段５ａは、制御装置５の上位制御手段（図示せず）や操作盤の入力等によって与えられる主軸回転角度位置の指令値と、位置検出器４１で検出された検出値との偏差量を求め、この偏差量が零となるように主軸駆動モータ４に動作指令を与える閉ループ制御のサーボ機構を構成する。上記動作指令は、モータ駆動電流または電圧として出力する。位置決め制御手段５ａは、上位制御手段等から与えられる主軸回転角度位置の指令値が時間と共に変化する場合、その変化に応じて主軸駆動モータ４を回転させることになり、上位制御手段から与えられる主軸回転角度位置の指令値が一定である場合、主軸駆動モータ４を、指令値の主軸回転角度位置を維持するように停止させる制御を行う。この実施形態では、スクロールチャック１の手動による把持および把持解除操作のために主軸駆動モータ４を一定の回転角度位置で停止させる指令を位置決め制御手段５ａに与える停止位置指令手段７１が設けられている。停止位置指令手段７１は、例えば操作盤（図示せず）に設けられたスイッチ等からなる。停止位置指令手段７１は、主軸駆動モータ４を、この停止位置指令手段７１のオン操作時の主軸回転角度位置を保つように位置指令を与えるものであっても、また設定された回転角度位置の位置指令を与えるものであっても良い。なお、制御装置５は、電子回路により構成され、例えばマイクロコンピュータとその制御プログラムを含む電子回路等により構成される。

上記制御装置５に、把持力検出手段５ｂが設けられている。把持力検出手段５ｂは、位置決め制御手段５ａを機能させた状態で、図１のチャック爪操作用回転体１２を主軸２２に対して相対的に回転させたときに、位置決め制御手段５ａが求める前記偏差量またはこの偏差量から得る制御出力の値から、スクロールチャック１が把持対象物Ｗを把持する把持力を検出する手段である。この把持力検出手段５ｂは、この例では、主軸駆動モータ４の駆動電流または電圧を、スクロールチャック１が把持対象物Ｗを把持する力に換算する把持力換算手段からなる。この換算は、入力値（例えば駆動電流または電圧）と把持力との対応関係を設定した演算式やテーブル等の関係設定手段（図示せず）に従って行われる。把持対象物Ｗを把持する力は、例えばトルク値で示される力である。

把持力表示手段６は、上記把持力換算手段となる把持力検出手段５ｂによって求められた力を目視可能に表示する手段であり、表示装置６ａと表示情報出力手段６ｂとでなる。表示装置６ａは、指針で表示するメータであっても、また液晶表示装置等の画像表示装置であっても良い。表示装置６ａが上記指針で表示するメータである場合、表示情報出力手段６ｂは、把持力検出手段５ｂで検出された把持力をそのまま表示装置６ａへ出力するものであっても良い。表示装置６ａが画像表示装置である場合、表示情報出力手段６ｂは把持力検出手段５ｂによって求められた力に応じて、表示装置６ａに表示させる画像の画像データを生成して出力する。上記画像は、グラフであっても数値であっても良い。表示装置６ａによる把持力の表示は、トルク値で表示するようにしても良く、または適切な締め付けトルクとして任意に設定される基準トルク値に対する割合等で表示するものであっても良い。

このチャック付き主軸装置による把持対象物の把持方法を、図５のフローチャートと共に説明する。
給気路２８の給気口２８ａから圧縮空気を供給して、静圧空気軸受２１により主軸２２を回転自在に支持する（Ｓ１）。そして、図４の停止位置指令手段７１のオン操作により位置決め制御手段５ａの制御動作を機能させ、主軸２２が所定の回転位置を維持するように位置決めする（Ｓ２）。この状態で、スクロールチャック１の所定位置（例えば上面の中央）に把持対象物Ｗを配置する（Ｓ３）。図１の例のように内径面が被把持面である把持対象物Ｗの場合は、各チャック爪１１の載置面１１ｂの上に把持対象物Ｗを載置する。把持対象物Ｗを配置したなら、手動でチャック爪操作用回転体１２を、チャック爪１１が外径側へ移動する方向に回転操作する。それにより、各チャック爪１１が把持対象物Ｗの被把持面に当接する。詳しくは、一つのチャック爪１１が最初に当接し、そのチャック爪１１に押されて把持対象物Ｗが位置をずらせながら、残りのチャック爪１１が順に当接する。その過程で、把持対象物Ｗが芯出しされる（Ｓ４）。

さらに、チャック爪操作用回転体１２を回転操作する。すると、各チャック爪１１が把持対象物Ｗを強く押圧し、その力が一定値を超えると、チャック爪操作用回転体１２の回転がチャック本体１０に伝わるようになり、チャック本体１０および主軸２２が回転する。それにより、主軸２２の回転角度位置の指令値と位置検出器４１で検出される検出値とに偏差が生じ、位置決め制御手段５ａの位置決め制御機能により、主軸２２を元の回転角度位置へ戻す側に主軸駆動モータ４を回転させるモータ駆動電流または電圧の制御出力がなされる。この偏差や制御出力は、スクロールチャック１の締め付け力が強くなるに従って大きくなる。
把持力換算手段からなる把持力検出手段５ｂは、このときの主軸駆動モータ４の駆動電流または電圧を検出し、それを、スクロールチャック１が把持対象物Ｗを把持する力、例えばトルク値に換算する。この把持力検出手段５ｂによって求められた力は、把持力表示手段６の表示装置６ａに目視可能に表示される（Ｓ５）。
作業者は、把持力表示手段６の表示を見ながら、チャック爪操作用回転体１２を回転させ、把持力表示手段６に表示された力が、目標値以上の大きさになると、チャック爪操作用回転体１２の回転操作を停止する（Ｓ６）。このとき、把持対象物Ｗを歪ませない限度を超えた場合や、限度に近づいた場合は、チャック爪操作用回転体１２の回転操作を停止する。これにより、把持対象物Ｗを歪ませずに、かつ必要な把持力を確保して、しっかりと把持することができる。

この構成のチャック付き主軸装置は、上記のように把持力表示手段６に表示された把持力を見ながら、チャック爪操作用回転体１２を回転させることにより、把持対象物Ｗを歪ませずに、かつ必要な把持力を確保して、しっかりと把持することができる。また、主軸駆動モータ４を閉ループ制御する位置決め制御手段５ａが求める偏差量またはこの偏差量から得る制御出力から把持力を検出するため、圧力検出器等の把持力の検出用専用部品をスクロールチャック１と一体回転するように設けなくて済む。そのため、主軸２２にはスクロールチャック１および把持対象物Ｗが同軸上に設置，搭載されているのみであって、スクロールチャック１を含む回転部の重量増加、重量アンバランス等を防げる。そのため、主軸軸受として、負荷容量や剛性の面で劣る静圧空気軸受を用いても、チャックされた把持対象物Ｗを高精度に回転させることができ、把持力の検出手段を設けながら、高精度な支持が可能な静圧空気軸受を用いることができる。

図６は、この発明の第２の実施形態にかかるチャック付き主軸装置における回転制御装置の構成を示す。この実施形態は、図１〜図５に示す第１の実施形態に係るチャック付き主軸装置において、制御装置５に、次の制御解除手段５ｃを設けたものである。制御解除手段５ｃは、回転角度位置が一定位置を保つように位置決め制御手段５ａを機能させた状態で、チャック爪操作用回転体１２（図１）を主軸２２に対して相対的に回転させたときに、把持力検出手段５ｂの検出する把持力を設定把持力と比較し、検出した把持力が前記設定把持力に達すると位置決め制御手段５ａの制御を停止させる手段である。なお、把持力表示手段６は必ずしも設けなくても良い。把持力表示手段６を設けない場合、把持力検出手段５ｂは、トルク値等に変換する把持力換算機能を有するものでなくても良く、位置決め制御手段５ａは出力をそのまま制御解除手段５ｃに伝達するものであっても良い。また、制御解除手段５ｃに設定される設定把持力は、試験運転や解析結果等に応じて適宜設定すれば良い。また、この設定把持力は、把持力の単位である必要はなく、比較する入力の単位（例えば電流値や電圧値）に対応した単位とすれば良い。この構成におけるその他の構成は、図１〜５に示す実施形態と同様である。

図７は、この実施形態のチャック付き主軸装置による把持対象物の把持方法を示すフローチャートである。この実施形態の場合、圧縮空気の供給過程（Ｓ１）から、手動でチャック爪操作用回転体１２を、チャック爪１１が外径側へ移動する方向に回転操作する過程（Ｓ４）までは、図５と共に前述した方法と同じである。
この実施形態では、把持力検出手段５ｂの出力が、常に制御解除手段５ｃによって設定把持力と比較される。すなわち、チャック爪操作用回転体１２を回転操作して、チャック本体１０および主軸２２が回転することにより、主軸２２の回転角度位置の指令値と位置検出器４１で検出される検出値とに偏差が生じると、位置決め制御手段５ａの制御機能により、主軸２２を元の回転角度位置へ戻す側に主軸駆動モータ４を回転させるモータ駆動電流または電圧が出力される。この駆動電流または電圧の出力、またはこの出力を把持力に換算した値である把持力が、制御解除手段５ｃで設定把持力と比較される（Ｓ５）。この比較の結果は、検出された把持力が設定把持力に達すると、制御解除手段５ｃが位置決め制御手段５ａの制御動作を停止させる（Ｓ６）。これにより、チャック本体１０が主軸２２ともに回転自在となって、チャック爪操作用回転体１２を回転させてもスクロールチャック１が把持対象物Ｗを把持する力は増大しない。前記設定把持力を、把持対象物Ｗが歪まない程度の力の値に設定しておくことにより、把持対象物Ｗを歪ませずにしっかりと把持することができる。

図８および図９は、この発明の第３の実施形態を示す。図８において、このチャック付き主軸装置は、チャック爪操作用回転体１２の外周に、回転被伝達部となる歯車部１２ａが設けられ、この歯車部１２ａに駆動輪である駆動歯車５０を介して回転を与えるチャック爪操作用駆動源５１と、駆動歯車５０をチャック爪操作用回転体１２の歯車部１２ａに対して噛み合う位置と噛み合わない位置とに切り換える切換機構５２とが設けられている。チャック爪操作用駆動源５１は電動のモータからなり、その出力軸に前記駆動輪５０が設けられている。
切換機構５２は、位置固定の支持台５２ａの上に可動台５２ｂを主軸２２の中心軸に対して垂直な方向となる水平方向に移動自在に設け、この可動台５２ｂに前記チャック爪操作用駆動源５１を設置してあり、切換駆動源５３を有している。切換駆動源５３は、例えばエアシリンダ等の流体圧シリンダであり、シリンダ本体５３ａが支持台５２ａに固定され、ピストンロッド５３ｂが可動台５２ｂに連結されている。ピストンロッド５３ｂを進退させることにより、可動台５２ｂと共に切換駆動源５３および駆動歯車５０が水平方向に移動し、駆動歯車５０の位置がチャック爪操作用回転体１２からなる歯車に対して噛み合う位置と噛み合わない位置とに切り換わる。支持台５２ａは、主軸装置２のハウジング２０を設置した基台に固定設置されている。

制御装置５は、この実施形態では、主軸駆動モータ４を制御する手段に加えて、チャック爪操作用駆動源５１および切換駆動源５３を制御する機能を備えた把持動作制御手段８１を有している。
図９に示すように、制御装置５は、位置決め制御手段５ａおよび把持力制御手段５ｂを有し、さらに把持力動作制御手段８１を有している。また、把持力表示手段６が設けられている。上記、位置決め制御手段５ａ、把持力制御手段５ｂ、および把持力表示手段６については、図１〜図５に示した実施形態と同様であり、ここではその説明を省略する。

前記把持動作制御手段８１は、前記駆動歯車５０がチャック爪操作用回転体１２の回転被伝達部である歯車部１２ａに噛み合ってチャック爪操作用駆動源５１をチャック爪操作用回転体１２が把持動作側に回転する方向に駆動し、かつ主軸２２が一定の回転角度位置を保つように位置決め制御手段５ａが機能した状態で、前記把持力検出手段５ｂで検出される把持力が設定把持力に達すると、チャック爪操作用駆動源５１を駆動停止させるものである。

把持動作制御手段８１は、具体的には、制御解除手段５ｃと、切換制御部８２と、爪操作駆動制御部８３とを有し、所定の把持開始指令に応答して次の一連の制御を行う。前記所定の把持開始指令は、把持開始指令手段８４から与えられる。把持開始指令手段８４は、操作盤等に設けられたスイッチ類、または制御装置５に対する上位制御装置等に設けられる。上記一連の制御として、切換制御部８２は、駆動歯車５０がチャック爪操作用回転体１２の歯車部１２ａに噛み合って回転伝達可能状態となるように切換駆動源５１を動作させる。この後、爪操作駆動制御部８３が、チャック爪操作用駆動源５１を把持動作側に駆動させ、かつ前記主軸２２が一定の回転角度位置を保つように位置決め制御手段５ａを機能させる。爪操作駆動制御部８３は、把持力検出手段５ｂで検出される把持力が設定把持力に達すると、チャック爪操作用駆動源５１を駆動停止させる。この後、切換制御部８２は、切換駆動源５３を駆動歯車５０が前記歯車部１２ａから離れて回転伝達不能状態となるように動作させる。

制御解除手段５ｃは、把持力検出手段５ｂで検出される把持力が設定把持力に達すると、位置決め制御手段５ａの位置決め制御を解除させる。制御解除手段５ｃに設定する設定把持力と、爪操作駆動制御部８３に設定する設定把持力とは、互いに異なっていても、また同じであっても良い。

把持動作制御手段８１は、スクロールチャック１に把持動作を行わせる制御の機能に加え、把持解除を行わせる制御機能を有するものとしても良い。例えば、把持動作制御手段８１は、所定の把持解除指令に応答して、切換制御部８２により切換駆動源５３を駆動歯車５０が歯車部１２ａに回転伝達可能状態となるように動作させ、この後、爪操作駆動制御部８３によりチャック爪操作用駆動源５１を把持解除側に動作させ、所定の条件が充足されるとチャック爪操作用駆動源５１を駆動停止させ、この後、切換制御部８２により切換駆動源５３を駆動歯車５０が歯車部１２ａから離れた回転伝達不能状態となるように動作させるようにしても良い。把持解除時は、把持対象物Ｗに歪みを生じさせることがないため、チャック爪操作用駆動源５１を駆動停止させる上記停止条件は、例えばタイマの設定時刻が経過したこと等であっても良い。

この実施形態のチャック付き主軸装置は、常時は駆動歯車５０がチャック爪操作用回転体１２の歯車部１２ａに対して噛み合わない位置に退避している。その状態で主軸２２の回転が行われる。把持対象物Ｗを把持する時、および把持解除させる時に、切換駆動源５３を進出動作させて、駆動歯車５０をチャック爪操作用回転体１２の歯車部１２ａ噛み合わせ、回転体駆動モータ５１を回転駆動して、チャック爪操作用回転体１２を回転させる。これにより、上記と同様に把持対象物Ｗの芯出し、および把持力の調整が行われる。

なお、図８，図９の実施形態のチャック付き主軸装置では、把持力表示手段６を設けたが、把持動作制御手段８１を設けた場合、必ずしも把持力表示手段６を設けなくても良い。また、上記実施形態では、把持動作制御手段８１を設けたが、把持力表示手段６を設けた場合は、把持動作制御手段８１を設けずに、手動で操作するようにしても良い。例えば切換駆動原５３およびチャック爪操作用駆動源５１の動作をスイッチ類等の手動操作で制御するようにし、第１の実施形態と同様に、把持力表示手段６に表示される把持力を見て、作業者の判断により切換駆動原５３およびチャック爪操作用駆動源５１の操作を行うようにしても良い。

図１０および図１１はこの発明の第４の実施形態を示す。図１０において、このチャック付き主軸装置の装置本体３は、チャック爪操作用回転体１２の回転を拘束する状態と拘束しない状態とに切換動作するストッパ機構６０が設けられている。ストッパ機構６０は、ハウジング２０の上部フランジ部２０ａにおける一部分が径方向外側に張り出した張り出し部２０ａの上に設置されている。ストッパ機構６０は、チャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合することでチャック爪操作用回転体１２の回転を拘束するピン状のストッパ部材６２を有し、このストッパ部材６２をストッパ駆動源６３で進退させることで、ストッパ部材６２が被係合部６１に係合する状態と係合しない状態とに切り換える。被係合部６１は、主軸軸心からの距離がストッパ部材６と同一距離の円周上に設けられた孔である。ストッパ駆動源６３は、シリンダ装置、電磁ソレノイド等を用いても良く、また後述の図１２〜１５に示す各例のものが使用できる。

図１１に示すように、このチャック付き主軸装置において、制御装置５は、図４に示す制御装置５に、次の把持動作制御手段８８を加えた構成とされる。この把持動作制御手段８８は、把持動作指令手段８９から指令される所定の把持動作指令に応答して、ストッパ駆動源６３を動作させてストッパ機構６０をチャック爪操作用回転体１２の回転止め状態とし、かつこの回転止め状態で主軸２２を回転させることによりチャック爪操作用回転体１２に対するチャック本体１０の相対回転で把持動作を生じる回転方向となる所定の指令位置を前記位置決め制御手段５ａに与え、この位置決め制御手段５ａを機能させた状態で、前記把持力検出手段５ｂで検出される把持力が所定値に達すると前記位置決め制御手段５ａの制御を停止させるものとする。

前記把持動作制御手段８８は、次のように自動化を進めたものとしても良い。例えば、この把持動作制御手段８８は、前記所定の把持開始指令に応答して、ストッパ駆動源６３を動作させてストッパ機構６０をチャック爪操作用回転体１２の回転止め状態とし、かつこの回転止め状態で主軸２２を回転させてチャック爪操作用回転体１２に対するチャック本体１０の相対回転で把持動作を生じる回転方向となる所定の指令位置を前記位置決め制御手段５ａに与えてこの位置決め制御手段５ａを機能させ、把持力検出手段５ｂで検出される把持力が設定把持力に達すると前記位置決め制御手段５ｂの制御を停止させ、前記ストッパ機構６０を回転止め解除状態にするという一連の制御を行うものとする。

なお、この構成の場合に、把持動作制御手段８８に次の把持解除制御機能を付加させても良い。例えば、把持動作指令手段８９から指令される所定の把持解除指令に応答して、ストッパ機構６０をチャック爪操作用回転体１２の回転止め状態とし、かつこの回転止め状態で主軸２２を回転させることにより前記チャック爪操作用回転体１２に対するチャック本体１０の相対回転で把持解除動作を生じる回転方向となる所定の指令位置を前記位置決め制御手段５ａに与えてこの位置決め制御手段５ａを機能させ、所定の条件が充足されると前記位置決め制御手段５ａの制御を停止させ、前記ストッパ機構６０を回転止め解除状態にするという一連の制御を行うものとする。前記所定の条件は、例えば、前記回転止め状態で主軸２２の回転を開始してから一定時間を経過することなどである。

また、図１０，図１１に示す実施形態において、前記把持動作制御手段８８は、単に、前記制御解除手段５ｃ（図６）として構成しても良い。すなわち、ストッパ機構６０を係合状態とし、位置決め制御手段５ａを機能させた状態で、主軸駆動モータ４の回転によりチャック爪操作用回転体１２を主軸２２に対して相対的に回転させたときに、把持力検出手段５ｂの検出する把持力を設定把持力と比較し、検出した把持力が設定把持力に達すると前記位置決め制御手段５ａの制御を停止させるものとしても良い。この場合、ストッパ機構６０の係脱動作は、手動のスイッチ操作で行うようにする。

前記ストッパ機構６０の各種の具体例を以下に示す。
図１２に示すストッパ機構６０は、軸心６４が上下方向に沿うシリンダ状のストッパ本体６５を備え、このストッパ本体６５の上壁中心部に設けた貫通孔６５ａにストッパ部材６２が挿通されている。ストッパ部材６２は、下端にフランジ状のピストン部６２ａを有し、このピストン部６２ａがストッパ本体６５の内周面に沿って上下に摺動自在に嵌合している。ストッパ本体６５の上壁とピストン部６２ａとの間には、ストッパ部材６２を下向き、すなわちチャック爪操作用回転体１２の前記被係合部６１に係合しない側へ付勢する付勢手段６６が設けられている。この付勢手段６６の作用により、常時はストッパ部材６２の上端がチャック爪操作用回転体１２の下面よりも低い位置に保たれている。付勢手段６６は、例えば圧縮コイルばねである。付勢手段６６は、後述する電磁式の係合駆動源６７と共に、前記ストッパ駆動源６３を構成する。

電磁式の係合駆動源６７は、ピストン部６２ａの底面側の中央部に埋設された永久磁石６８と、ストッパ本体６５の底面から上方に突出する磁性材料からなる突起部６５ｂと、この突起部６５ｂの外周に巻かれたコイル６９とでなる。コイル６９に直流の電流を流すことにより、突起部６５ｂが磁化されて電磁石になり、永久磁石６８と突起部６５ｂからなる電磁石間に磁気反発力が働き、前記付勢手段６６の付勢力に抗して、図において二点鎖線で示すようにストッパ部材６２を上方に持上げる。それにより、ストッパ部材６２の上端がチャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合する。コイル６９への通電を停止すると、元の状態に戻る。

この構成によれば、常時は付勢手段６６の付勢力によりストッパ部材６２がチャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合しない状態に保持して、チャック爪操作用回転体１２の回転を拘束せず、係合駆動源６７によりストッパ部材６２をチャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合させることで、チャック爪操作用回転体１２の回転を拘束する。

図１３に示すストッパ機構６０は、軸心６４が上下方向に沿うストッパ本体６５を備え、このストッパ本体６５の上壁中心部に設けた貫通孔６５ａにストッパ部材６２が挿通されている。ストッパ部材６２は、下端にフランジ状のピストン部６２ａを有し、このピストン部６２ａがストッパ本体６５の内周面に沿って上下に摺動自在に嵌合している。ストッパ本体６５の内周面とピストン部６２ａの外周面間は気密性が保持され、ピストン部６２ａの下側のストッパ本体６５の内部は密閉されたシリンダ室６５ｃとされている。ストッパ本体６５の上壁とピストン部６２ａとの間には、ストッパ部材６２を下向き、すなわちチャック爪操作用回転体１２の前記被係合部６１に係合しない側へ付勢する付勢手段６６が設けられている。この付勢手段６６の作用により、常時はストッパ部材６２の上端がチャック爪操作用回転体１２の下面よりも低い位置に保たれている。付勢手段６６は、例えば圧縮コイルばねである。付勢手段６６は、後述する空気圧式の係合駆動源７０と共に、前記ストッパ駆動源６３を構成する。

空気圧式の係合駆動源７０は、ストッパ本体６５、ストッパ部材６２のピストン部６２ａ、外部に設けた圧縮空気供給装置（図示せず）等で構成され、圧縮空気供給装置から供給される圧縮空気をストッパ本体６５の空気供給孔６５ｄからシリンダ室６５ｃ内に送り込むことで、空気圧の力により、前記付勢手段６６の付勢力に抗して、図において二点鎖線で示すようにストッパ部材６２を上方に持上げる。それにより、ストッパ部材６２の上端がチャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合する。圧縮空気の供給を停止すると、元の状態に戻る。

この構成によれば、常時は付勢手段６６の付勢力によりストッパ部材６２がチャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合しない状態に保持して、チャック爪操作用回転体１２の回転を拘束せず、係合駆動源７０によりストッパ部材６２をチャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合させることで、チャック爪操作用回転体１２の回転を拘束する。

図１４に示すストッパ機構６０は、軸心６４が上下方向に沿うストッパ本体６５を備え、このストッパ本体６５の上壁中心部に設けた貫通孔６５ａにストッパ部材６２が挿通されている。ストッパ部材６２は、上端部がチャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合する係合部６２ｂとされ、その下側にフランジ部６２ｃが形成され、下端に錘部６２ｄが設けられている。これにより、ストッパ部材６２は、常時は、自重でストッパ本体６５の上面にフランジ部６２ｃが載る高さまで落下しており、係合部６２ｂと被係合部６１との係合が外れた状態になっている。

ストッパ本体６５はアルミニウム等の非磁性材料からなり、ストッパ部材６２は鉄などの磁性材料からなる。また、チャック爪操作用回転体１２は、少なくとも被係合部６１の周囲は磁性材料からなる。つまり、チャック爪操作用回転体１２およびストッパ部材６２のそれぞれの互いに上下に対向する部位は、それぞれ磁性材料で形成されている。ストッパ部材６２の外周には、外部電源と配線７２で接続されたコイル７３が巻かれている。このコイル７３は、前記ストッパ駆動源６３である。

この構成によれば、常時はストッパ部材６２が自重で下方位置に位置し、チャック爪操作用回転体１２の被係合部６１にストッパ部材６２の係合部６２ｂが係合しない状態とされて、チャック爪操作用回転体１２の回転を拘束せず、コイル７３に通電してストッパ部材６２を励磁すると、ストッパ部材６２のフランジ部６２ｃがチャック爪操作用回転体１２に吸着されることにより、ストッパ部材６２が重力に抗して上昇して被係合部６１に係合し、チャック爪操作用回転体１２の回転を拘束する。

図１５に示すストッパ機構６０は、ストッパ部材６２と、このストッパ部材６２を支持する支持部材７４と、ストッパ駆動源としてのストッパ駆動モータ７５とを備える。ストッパ部材６２は、下端がチャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合する係合部６２ｅとされ、長手方向中央部の外周にねじ部６２ｆが設けられ、上部は断面多角形の多角形部６２ｇになっている。支持部材７４にはストッパ部材６２のねじ部６２ｆが螺合するねじ孔７４ａが設けられ、これらねじ部６２ｆとねじ孔７４ａでねじ機構７６を構成する。ねじ機構７６のリードの方向は、被係合部６１にストッパ部材６２を係合および係合解除する方向と一致させてある。ストッパ駆動モータ７５は支持部材７４に固定して設置され、その出力軸７５ａの多角形孔７５ｂに、ストッパ部材６２の前記多角形部６２ｇが嵌まり込んでいる。これにより、出力軸７５ａの回転は多角形部６２ｇに伝達可能で、出力軸７５ａに対し多角形部６２ｇが軸方向に進退可能である。

この構成によれば、常時はストッパ部材６２の係合部６２ｅがチャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合しない状態にすることで、チャック爪操作用回転体１２の回転を拘束せず、ストッパ駆動モータ７５でストッパ部材６２を支持部材７４に対し軸心６４回りに相対的に回転させて、ストッパ部材６２の係合部６２ｅをチャック爪操作用回転体１２の被係合部６１に係合させることで、チャック爪操作用回転体１２の回転を拘束する。

なお上記各実施形態では、主軸２２を静圧空気軸受２１で支持する例を取り上げたが、他の軸受、例えば転がり軸受や磁気軸受で支持させてもよい。これらの軸受であっても、把持対象物の芯出し、把持、および回転駆動等の基本的な機能については問題ない。

１…スクロールチャック
２…主軸装置
３…装置本体
４…主軸駆動モータ
５…制御装置
５ａ…位置決め制御手段
５ｂ…把持力検出手段
５ｃ…制御解除手段
６…把持力表示手段
６ａ…表示装置
６ｂ…表示情報出力手段
１０…チャック本体
１１…チャック爪
１２…チャック爪操作用回転体
１２ａ…歯車部（回転被伝達部）
２１…静圧空気軸受
２２…主軸
４１…位置検出器
５０…駆動歯車（駆動輪）
５１…チャック爪操作用駆動源
５２…切換機構
５３…切換駆動源
６０…ストッパ機構
６１…被係合部
６２…ストッパ部材
６３…ストッパ駆動源
６６…付勢手段
６７…電磁式の係合駆動源
７０…空圧式の係合駆動源
７４…支持部材
７５…ストッパ駆動モータ
７６…ねじ機構
８１…把持動作制御手段
８２…切換制御部
８３…爪操作駆動制御部
Ｗ…把持対象物

Claims (13)

1. 回転自在に支持された主軸と、この主軸の軸端に設けられ把持対象物を把持するスクロールチャックと、前記主軸を回転駆動する主軸駆動モータと、前記主軸の回転角度位置を検出する位置検出器と、前記主軸の回転角度位置の指令値と前記位置検出器で検出された検出値との偏差量を求めこの偏差量が零となるように前記主軸駆動モータを閉ループで制御する位置決め制御手段とを備え、
   前記把持対象物は、外周面または内周面からなる被把持面が断面円形状の物体であり、前記スクロールチャックは、チャック本体と、このチャック本体に円周方向に並べて配置され、それぞれが径方向に進退自在な複数のチャック爪と、前記チャック本体に対し中心軸回りに回転自在なチャック爪操作用回転体と、このチャック爪操作用回転体の回転動作を前記各チャック爪の径方向の進退動作に変換する回転・進退変換機構とを有するチャック付き主軸装置において、
   前記位置決め制御手段を機能させた状態で、前記チャック爪操作用回転体を前記主軸に対して相対的に回転させたときに前記位置決め制御手段が求める前記偏差量またはこの偏差量から得る制御出力から、前記スクロールチャックが前記把持対象物を把持する把持力を検出する把持力検出手段を設けたことを特徴とするチャック付き主軸装置。
2. 請求項１において、前記チャック爪操作用回転体は手動で回転操作可能であり、前記把持力検出手段は、前記チャック爪操作用回転体の回転操作時における前記主軸駆動モータの駆動電流または電圧を、前記スクロールチャックが把持対象物を把持する力に換算する把持力換算手段からなり、この把持力換算手段によって求められた力を目視可能に表示する把持力表示手段を設けたチャック付き主軸装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記位置決め制御手段を機能させた状態で、前記チャック爪操作用回転体を前記主軸に対して相対的に回転させたときに、前記把持力検出手段の検出する把持力を設定把持力と比較し、前記把持力が前記設定把持力に達すると前記位置決め制御手段の制御を停止させる制御解除手段を設けたチャック付き主軸装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記チャック爪操作用回転体の外周部に回転被伝達部を設け、この回転被伝達部に駆動輪を介して回転を与えるチャック爪操作用駆動源と、前記駆動輪を前記回転被伝達部に対して接触する回転伝達可能状態と非接触となる回転伝達不能状態とに切換駆動源によって切り換える切換機構とを設けたチャック付き主軸装置。
5. 請求項４において、前記チャック爪操作用駆動源を制御する把持動作制御手段を設け、この把持動作制御手段は、前記駆動輪が前記回転被伝達部に接して前記チャック爪操作用駆動源をチャック爪操作用回転体が把持動作側に回転する方向に駆動し、かつ前記主軸が一定の回転角度位置を保つように前記位置決め制御手段を機能した状態で、前記把持力検出手段で検出される把持力が設定把持力に達すると前記チャック爪操作用駆動源を駆動停止させるものとしたチャック付き主軸装置。
6. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記主軸を支持したハウジングに対する、前記スクロールチャックの前記チャック爪操作用回転体の回転を回転止め解除可能に止めるストッパ機構を設けたチャック付き主軸装置。
7. 請求項６において、前記ストッパ機構を前記チャック爪操作用回転体の回転止め状態とし、かつこの回転止め状態で主軸を回転させることにより前記チャック爪操作用回転体に対するチャック本体の相対回転で把持動作を生じる回転方向となる所定の指令位置を前記位置決め制御手段に与えて前記位置決め制御手段を機能させた状態で、前記把持力検出手段で検出される把持力が所定値に達すると前記位置決め制御手段の制御を停止させる把持動作制御手段を設けたチャック付き主軸装置。
8. 請求項６または請求項７において、前記ストッパ機構は、前記チャック爪操作用回転体の被係合部に係合することでチャック爪操作用回転体の回転を拘束するストッパ部材と、このストッパ部材を動作させるストッパ駆動源とを有し、このストッパ駆動源は、前記ストッパ部材を非係合側へ付勢する付勢手段と、永久磁石と電磁石の反発力または吸着力により前記付勢手段の付勢力に抗して前記ストッパ部材を前記被係合部に係合する側へ駆動する電磁式の係合駆動源とを有するチャック付き主軸装置。
9. 請求項６または請求項７において、前記ストッパ機構は、前記チャック爪操作用回転体の被係合部に係合することでチャック爪操作用回転体の回転を拘束するストッパ部材と、このストッパ部材を動作させるストッパ駆動源とを有し、このストッパ駆動源は、前記ストッパ部材を非係合側へ付勢する付勢手段と、空気圧により前記付勢手段の付勢力に抗して前記ストッパ部材を前記被係合部に係合する側へ駆動する空気圧式の係合駆動源とを設けたチャック付き主軸装置。
10. 請求項６または請求項７において、前記ストッパ機構は、前記チャック爪操作用回転体の被係合部に係合することでチャック爪操作用回転体の回転を拘束するストッパ部材と、このストッパ部材を動作させるストッパ駆動源とを有し、このストッパ駆動源は、前記チャック爪操作用回転体およびストッパ部材のそれぞれの互いに上下に対向する部位を磁性材料で形成し、通電によりストッパ部材の磁性材料部位を励磁させるコイルを設けてなるチャック付き主軸装置。
11. 請求項６または請求項７において、前記ストッパ機構は、前記チャック爪操作用回転体の被係合部に係合することでチャック爪操作用回転体の回転を拘束するストッパ部材と、このストッパ部材を動作させるストッパ駆動源とを有し、前記ストッパ部材は、前記被係合部にストッパ部材を係合および係合解除する方向にリードの方向を合わせたねじ機構を介して支持部材に支持され、前記ストッパ駆動源は、前記支持部材に対して前記ストッパ部材を中心軸回りに回転させるストッパ駆動モータからなるチャック付き主軸装置。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれか１項において、前記主軸を回転自在に支持する軸受が空気軸受であるチャック付き主軸装置。
13. 請求項２に記載のチャック付き主軸装置を用いた把持対象物の把持方法であって、前記スクロールチャックのチャック爪が非把持位置にある状態で、前記スクロールチャックの所定位置に把持対象物を配置する過程と、前記主軸が所定の回転角度位置を維持するように前記位置決め制御手段を機能させた状態で、手動で前記チャック爪操作用回転体を前記チャック爪が把持対象物の被把持面側へ径方向移動する方向に回転操作する過程と、把持力表示手段に表示された把持力を見て、目標の把持力に達すると前記チャック爪操作用回転体の回転を止める過程とを含むチャック付き主軸装置。

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