JP2011161518A - ダイヤフラムチャック装置及び研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、しかも、充分な爪の開きと共にワークに対する十分な保持力を確保するようにする。
【解決手段】ダイヤフラム１６３の一方の面上には、ダイヤフラム側挿通孔１６３ａの周縁において、複数の爪１６５が等間隔で離間して円状に配設されており、この複数の爪１６５は、ダイヤフラム１６３の複数の爪１６５が配置された面を正面から臨んだ場合の外観形状が大凡矩形状をなし、その長辺がダイヤフラム１６３の径方向に沿うように配置され、これら複数の爪１６５の間に占めるダイヤフラム１６３が大凡扇状をなすように構成されたものとなっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、研削装置においてワークを保持するダイヤフラムチャック装置に関し、保持力の増大と共に小型化等を図ったものに関する。

従来、研削装置等の工作加工機において、ワーク（工作物）を保持する手段としては、複数の爪をダイヤフラム上に、等間隔で円環状となるように配設し、ダイヤフラムの変形に応じて爪の配置円が拡大、縮小するように爪が変位し、工作物の保持、脱着を可能に構成されたいわゆるダイヤフラムチャック装置が公知・周知となっている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２０００−２５４８０９号公報（第２−４頁、図１−図３）

ところで、図７には、このような従来のダイヤフラムチャック装置の概略平面図が示されているが、従来、爪１８２は、その平面形状が大凡三角形状に形成されてダイヤフラム１８１上に配設されるか、図示は省略するが、大凡三角形状に形成された爪保持部材に爪が取着された状態で配設される構成などが一般的である。
かかる構成において、隣接する爪１８２同士の間隔は比較的狭く、その結果、その部分を占めるダイヤフラム１８１の面積も比較的小さいものとなっているが、ワークの着脱の容易性等のため爪１８２の開きを大とする観点からは、この隣接する爪１８２の間のダイヤフラム１８１の面積が大きいことが望ましい。

一方、工作加工機の小型化が要請される現状にあって、上述した隣接する爪１８２の間のダイヤフラム１８１の面積確保のために不用意にダイヤフラム１８１を大きくすることはできない。
しかしながら、通常、ダイヤフラムチャック装置は、シリンダとピストンによりダイヤフラムへ押圧力を与えてダイヤフラムの変形を得る構成を採るものが多く、この構成にあっては、ダイヤフラムチャック装置を小型化するとピストン面積の縮小によりダイヤフラムの押圧力が小さくなり、ダイヤフラムの変形量が小さくなってしまい、所望した爪の開きを得ることができなくなってしまうだけでなく、工作物に対する保持力の低下を招く等の問題を生ずる。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、小型で、しかも、十分な爪の開きでワークに対する十分な保持力を確保することのできるダイヤフラムチャック装置及び研削装置を提供するものである。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るダイヤフラムチャック装置は、
ダイヤフラム上に複数の爪が等間隔で離間して円状に配設され、前記ダイヤフラムの変形による前記複数の爪の縮径拡開により工作物の保持、離脱を可能としてなるダイヤフラムチャック装置であって、
前記複数の爪は、前記ダイヤフラムの前記複数の爪が配置された面を正面から臨んだ場合の外観形状が大凡矩形状をなし、その長辺が前記ダイヤフラムの径方向に沿うように配置されると共に、前記大凡矩形状の外観形状が臨まれる面において、前記複数の爪の間は、大凡扇状をなすように構成されてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するた、本発明に係る研削装置は、
上述の構成を有してなるダイヤフラムチャック装置を用いて工作物を着脱可能に保持し、当該工作物の研削加工を可能としてなるものである。

本発明によれば、爪同士の間を示すダイフラムの形状が大凡扇状となるような構成とすることにより、ダイヤフラムを大きくすることなく、小型化を図りつつも従来に比してより大きな爪の開きと、それによるワークの確実な保持が可能となるという効果を奏するものである。
また、爪の大きな開きを確保できるので、従来に比してワークの取り付け、脱着等の作業性が良く、研削作業全体の効率化に寄与するという効果を奏するものである。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図６を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における研削装置の全体構成について、図１を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態における研削装置Ｓは、特に、その全体外観、寸法が従来装置に比して非常に小型化されたもので、その正面側の横幅Ｗは、０．８ｍと、従来の大凡１／３程度の細身となっている（図１（Ａ）参照）。また、研削装置Ｓの奥行きＬは、２ｍで、従来よりやや小さくなっている（図１（Ｂ）参照）。このように、特に、正面横幅の縮小化が図られているために、その設置スペースが従来に比して大幅に削減できるものとなっている。このような小型化を可能としたのは、詳細は後述するが、ワーク研削部分の構造にある。

本発明の研削装置Ｓは、ワーク（工作物）の研削を行う砥石などが配設される本体部２０１と、本体部２０１の上方に配設されて研削量などを設定する操作盤２０２と、操作盤２０２の設定データなどを基に研削動作の制御等を行う電子回路が収納されて操作盤２０２の後方に配設される制御盤２０３と、制御盤２０３の後方に配設され、後述する静圧兼冷却用油の濾過を行う濾過装置２０４と、この濾過装置２０４に積層されるよう設けられて静圧兼冷却油の圧力を制御する油圧装置２０５と、この油圧装置２０５に積層されるように設けられる冷却のため霧状に放出された静圧兼冷却油の回収を行うミストコレクタ２０６とに大別されて構成されたものとなっている。
本体部２０１の正面上部には、前面扉２０１ａが開閉可能に設けてあり、その開閉によって、内部に設けられた後述のダイヤフラムチャック装置１７（図２参照）へ対するワークの取り付けや取り外しなどの作業が行えるようになっている。

図２には、本体部２０１内に収納、配設される研削装置Ｓの主要部の構成例が示されており、以下、同図を参照しつつ、その構成例について説明する。
本体部２０１の底部側には、基台部としてのベッド１が設けられており、このベッド１に形成された水平面であるスライド設置面２に、第１及び第２のスライド手段としての第１及び第２のスライド部１０１，１０２や、ワーク保持回転手段としてのワーク保持部１０３などが設けられるものとなっている。なお、ベッド１は、低熱膨張鋳物を用いて形成するのが、熱変位を最小限に抑える観点から好ましい。

本発明の実施の形態におけるベッド１の平面外観形状は大凡正方形状となっているが、その一つの辺に沿ってスライド設置面２より高い段部１ｃが形成されており、その頂部１ｄには、第１乃至第３の砥石スピンドル２１〜２３等が設けられるものとなっている。

スライド設定面２上には、第１のスライド部１０１が設けられている。この第１のスライド部１０１は、スライド設定面２に接合されるように固定して設けられた第１のベースプレート１１と、この第１のベースプレート１１に対向するように設けられた第１のテーブルプレート１２と、第１のベースプレート１１と第１のテーブルプレート１２との間に設けられたリニアモータ１３とに大別されて構成されたものとなっている。

本発明の実施の形態において、第１のベースプレート１１は、その全体外観形状が大凡長方形となっており、その長辺は、上述の段部１ｃと反対側のベッド１の一辺とほぼ同じ長さに設定されたものとなっている（図２参照）。
また、第１のテーブルプレート１２は、その横幅が第１のベースプレート１１の短辺とほぼ同一であるが、この短辺と直交する方向の辺の長さは、第１のベースプレート１１の長辺の大凡１／３〜２／３程度の長さとなっており、後述するように第１のベースプレート１１の長辺に沿っての往復動が容易となるようにしてある。

なお、この第１のテーブルプレート１２と第１のベースプレート１１との間には、詳細は省略するがいわゆる静圧軸受けが形成されており、第１のテーブルプレート１２はリニアモータ１３の駆動力を受けて第１のベースプレート１１の長辺に平行するように案内されて往復動可能となっている。
ここで、第１のテーブルプレート１２が往復動する方向、換言すれば、主軸１８の軸線方向と直交する方向を、便宜的に、Ｘ、Ｙ及びＺ軸により表される３次元座標におけるＸ軸方向とする（図２参照）。

そして、第１のテーブルプレート１２には、第２のスライド部１０２が載置されるように設けられている。
この第２のスライド部１０２は、その基本的な構造は、先の第１のスライド部１０１と同一のもので、第２のベースプレート１４と、この第２のベースプレート１４に対向するように設けられた第２のテーブルプレート１５と、第２のベースプレート１４と第２のテーブルプレート１５との間に設けられたリニアモータ１６とに大別されて構成されたものとなっている。

本発明の実施の形態における第２のベースプレート１４は、その横幅、すなわち、Ｘ軸方向の長さが第１のテーブルプレート１２のＸ軸方向の長さにほぼ等しく設定されている一方、Ｘ軸を含む水平面内においてＸ軸と直交する方向、換言すれば、主軸１８の軸線方向（以下、この方向を便宜的に「Ｚ軸方向」と称する）の長さは、第１のテーブルプレート１２のＺ軸方向の長さよりもやや長目のものとなっている。

一方、第２のテーブルプレート１５は、その横幅、すなわち、Ｘ軸方向の長さが第２のベースプレート１４のＸ軸方向の長さにほぼ等しく設定されている一方、Ｚ軸方向の長さは、第２のベースプレート１４のＺ軸方向の長さよりも短めに設定されたものとなっている。
そして、第２のテーブルプレート１５も第１のテーブルプレート１２同様、第２のテーブルプレート１５と第２のベースプレート１４との間に静圧軸受けが形成されており、それにより、リニアモータ１６の駆動力を受けて第１のベースプレート１２の長辺に平行するように案内されてＺ軸方向に往復動可能となっている。

さらに、第２のテーブルプレート１５の上には、ワーク保持部１０３が載置されたものとなっている。
すなわち、ワーク保持部１０３は、図示されないワークを着脱可能に保持するダイヤフラムチャック装置１７と、内部にモータ（図示せず）を有してダイヤフラムチャック装置１７を回転自在に保持する主軸１８とから構成されたものとなっている。
本発明の実施の形態においては、ベッド１に形成された段部１ｃ側に位置する第２のテーブルプレート１５の縁からダイヤフラムチャック装置１７が段部１ｃ方向へ突出するように主軸１８及びダイヤフラムチャック装置１７が、第２のテーブルプレート１５上に固定されて設けられたものとなっている。

また、第２のテーブルプレート１５上において、ワーク保持部１０３の近傍には、ドレススピンドル１９が固定されて設けられており、後述する第１乃至第３の砥石２４〜２６のドレス作業が可能となっている。

一方、段部１ｃの頂部１ｄには、第１乃至第３の砥石スピンドル２１〜２３がＸ軸方向において適宜な間隔を隔てて固定されて設けられている。これら第１乃至第３の砥石スピンドル２１〜２３には、それぞれ第１の砥石２４、第２の砥石２５、第３の砥石２６が回転可能に取り付けられており、第１乃至第３の砥石スピンドル２１〜２３は、第１乃至第３の砥石２４〜２６が、ワーク保持部１０３に臨むように段部１ｃに固設されたものとなっている。換言すれば、第１乃至第３の砥石スピンドル２１〜２３は、その軸方向が３次元座標のＺ軸方向に沿うように設けられている（図２参照）。

本発明の実施の形態においては、この段部１ｃ側が、装置の前面側、すなわち、本体部２０１の前面側となるようにベッド１が配され、作業者が前面扉２０１ａを介してワークの取り付けや取り外し、第１乃至第３の砥石２４〜２６の取り付けや交換等の作業が可能となっている（図１及び図２参照）。

また、段部１ｃには、これら第１乃至第３の砥石スピンドル２１〜１３の近傍に、ワーク交換のためのローディング装置１０４が設けられている。
本発明の実施の形態におけるローディング装置１０４は、旋回シリンダ７１と、上下シリンダ７２と、２つのエアチャック７３，７４を主たる構成要素としてなるものである。
段部１ｃに設けられた旋回シリンダ７１は、水平面内で回転可能となっているもので、この旋回シリンダ７１に上下シリンダ７２が載置されている。

上下シリンダ７２は、垂直方向での上下動が可能となっており、この上下シリンダ７２に第１及び第２のエアチャック７３，７４が積層するように設けられている。
かかる構成により、旋回シリンダ７１による旋回と、上下シリンダ７２による上下動により、ダイヤフラムチャック装置１７に対して適切な位置でローディング、アンローディング作業が行えるようになっている。

また、本発明の実施の形態においては、第１のエアチャック７４には、シート深さ測定用の第１の測定子７６が、また、第２のエアチャック７３には、内径ポスプロ測定用の第２の測定子７５が、それぞれ適宜な位置に取着されており、ローディングの際に、それぞれ測定可能に構成されたものとなっている。

かかる構成において、図示されないワークの研削作業は、まず、ダイヤフラムチャック装置１７にワーク（図示せず）を取着させ、操作盤２０２において、所望する研削に応じた設定を行う。そして、図示されない始動スイッチを押下することによって、第１のテーブルプレート１２がＸ軸方向に、第２のテーブルプレート１５がＺ軸方向に、制御盤２０３からの制御によって所望する研削に応じて往復動されながら、第１乃至第３の砥石２４〜２６が適宜選択され、研削が行われるものとなっている。
なお、本発明の実施の形態においては、第１の砥石２４は内径研削に、第２の砥石２５はシート研削に、第３の砥石２６は端面研削に、それぞれ供されるものとなっている。

次に、上記構成において、ダイヤフラムチャック装置１７のより具体的な構成について、図３乃至図６を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態におけるダイヤフラムチャック装置１７は、ダイヤフラム１６３における爪１６５の形状、配置（図３参照）を除けば、その基本的な構成は公知・周知のダイヤフラムチャック装置の構成と同様のものである。
最初に、ダイヤフラムチャック装置１７の概略構成について、図５を参照しつつ説明することとする。
すなわち、ダイヤフラムチャック装置１７は、シリンダ部材１６１と、このシリンダ部材１６１内をシリンダ部材１６１の軸方向に摺動可能に設けられたピストン部材１６２とを有する一方、シリンダ部材１６１の開口部にダイヤフラム１６３が、開口部を閉鎖するように設けられて構成されたものとなっている（図５参照）。

本発明の実施の形態におけるシリンダ部材１６１は、扁平の有底中空円筒状に形成されており、その底部の中央部分には、部材挿通穴１７１が穿設されて、爪１６５によって保持されたワーク（図示せず）が挿通可能とされている。
一方、ピストン部材１６２は、扁平の中空円筒状に形成された軸部１６２ａとフランジ部１６２ｂとに大別されてなり、フランジ部１６２ｂは、軸部１６２ａの一方端部において、その端部周縁から径方向外側に延設されたものとなっている。

そして、軸部１６２ａの外径は、シリンダ部材１６１の部材挿通穴１７１の内径にほぼ等しく設定されており、軸部１６２ａの外周面の適宜な位置には、第１のシールリング１７３が環装されて、軸部１６２ａと部材挿通穴１７１との間の気密性が確保されるようになっている。

一方、フランジ部１６２ｂの外径は、シリンダ部材１６１の内径に等しく設定されており、フランジ部１６２ｂの外周面には、第２のシールリング１７４が環装されて、フランジ部１６２ｂとシリンダ部材１６１の内周面との間の気密性が確保されるようになっている。
さらに、シリンダ部材１６１の底面に臨むフランジ部１６２ｂの面の一部は切り欠かれており、エア室１７５が形成されるようになっており、シリンダ部材１６の底部の適宜な位置に穿設されたエア導入口１７２を介して圧縮空気が導入可能となっている。

また、フランジ部１６２ｂの軸部１６２ａと反対側の面上には、複数の押上突起１７６が同一円周上に適宜な間隔を隔てて突設されており、後述するようにダイヤフラム１６３を押し上げることができるようになっている。

かかる構成において、エア導入口１７２を介してエア室１７５内に圧縮空気が導入されると、ピストン部材１６２がダイヤフラム１６３方向へ押圧力を受け、シリンダ部材１６１内をダイヤフラム１６３方向へ移動することとなる。そして、このピストン部材１６２の移動により押上突起１７６がダイヤフラム１６３に当接し、ダイヤフラム１６３を押し上げるため、ダイヤフラム１６３が変形し、ダイヤフラム１６３の変形と一体となって爪１６５が開き、図示されないワークの取り付けを行うことができるものとなっている。

図３には、爪１６５が設けられた側のダイヤフラム１６３の平面図が、また、図４には、図３のＡ−Ａ線断面図が、それぞれ示されており、以下、これらの図を参照しつつ、爪１６５及びカウンタウェイト１６６のダイヤフラム１６３への配設等について具体的に説明する。
ダイヤフラム１６３は、円盤状に形成されており、その周縁近傍には、適宜な間隔で周方向に、ダイヤフラム１６３をシリンダ部材１６１にねじ止めするためのねじ（図示せず）が挿通されるねじ用ボス１６７が、爪１６５が設けられる側と反対側へ突出するように形成されている（図３及び図４参照）。

本発明の実施の形態における爪１６５は、その平面外観形状が大凡矩形状、換言すれば大凡短冊状をなすものとなっており、長辺がダイヤフラム１６３の径方向に沿うように配設されたものとなっている（図３参照）。
また、本発明の実施の形態における爪１６５は、その縦断面における概略形状が、大凡直角三角形状をなすものとなっており、その直角部分がダイヤフラム側挿通孔１６３ａの周縁に位置するように配設されたものとなっている（図４参照）。

本発明の実施の形態においては、かかる爪１６５が等間隔で、ダイヤフラム側挿通孔１６３ａの周縁近傍において円をなすように６個配設されており、隣接する爪１６５の間のダイヤフラム１６３の平面形状は、大凡扇状をなすものとなっている（図３参照）。すなわち、例えば、図３において、隣接する２つの爪１６５の平面外周の内側の角を示す符号ａ、ｂ、ｃ、及び、ｄが付された各点を結んだ形状が、大凡扇状をなしており、従来に比して、隣接する爪１６５の間に占めるダイヤフラム１６３の面積が大きく確保されたものとなっている。

一方、ダイヤフラム１６３を挟んで爪１６５と反対側には、カウンタウェイト１６６が設けられており、爪１６５によるワーク（図示せず）の保持をより確実なものとしている。
なお、ダイヤフラム１６３、爪１６５及びカウンタウェイト１６６は、一体に形成されたものであっても、また、別体に形成されて溶接等により相互に固着されたものとしてもいずれでも良い。

かかる構成におけるダイヤフラムチャック装置１７の動作、作用は、基本的に従来と同様である。すなわち、ピストン部材１６２がエア室１７５への圧縮空気の導入によりダイヤフラム１６３側へ摺動されることにより、押上突起１７６がダイヤフラム１６３に当接してダイヤフラム１６３を押し上げるため、ダイヤフラム１６３の中央部分が膨らみ、それによって爪１６５が浮き上がり、爪１６５同士が閉じた状態から開いた状態となる。その結果、それまで保持されていたワークの取り外し、又は、新たにワークの取り付けが可能となる。

次に、上記構成における爪１６５の開き代（ストローク）について、図６を参照しつつ説明する。なお、図６は、図面を簡潔にして理解を容易にする観点からダイヤフラムチャック装置１７の要部を簡略化、模式化したものとしてある。
この図６は、複数の爪１６５が開く（拡開）前後の状態を模式的に示した模式図であり、図６（Ａ）は、複数の爪１６５同士が開く前を、図６（Ｂ）は、ピストン部材１６２の移動により複数の爪１６５同士が開いた状態を、それぞれ示している。
ここで、爪１６５の開き代（ストローク）Ｌsは、爪１６５が開く前の位置と、爪１６５が開いた後の位置のダイヤフラム１６３の直径方向における位置との差と定義されるものである（図６参照）。

例えば、本発明の実施の形態におけるダイヤフラムチャック装置１７にあって、ダイヤフラム１６３の直径を５４ｍｍ、シリンダ部材１６１内においてピストン１６１によって生ずる内圧を０.８ＭＰａとした場合の試験結果によれば、０.１３ｍｍの開き代を得ることができた。
これに対して、同一の条件の従来装置の場合、開き代は０.０９ｍｍであった。なお、いずれの場合も爪は６個である。

すなわち、上述の試験結果によれば、本発明の実施の形態におけるダイヤフラムチャック装置１７は、従来に比して、約１.４倍もの開き代を得ることができており、本発明の実施の形態におけるダイヤフラムチャック装置１７は、爪１６５の大きな開き代を得るに有効な構成を有するものであることが確認できる。
このように、従来に比して、爪１６５の大きな開き代を得ることができるのは、隣接する爪１６５の間のダイヤフラム１６３の形状を大凡扇状をなすように構成し、従来に比して、より広い面積が確保できるようにしたことによるものと考えられる。
なお、上述した本発明の実施の形態においては、爪１６５の数を６個としたが、これに限定される必要は無いことは勿論である。

本発明の実施の形態における研削装置の全体構成を示す図であって、図１（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は側面図である。 図２は、本発明の実施の形態における研削装置の主要部の構成例を示す全体斜視図である。 本発明の実施の形態におけるダイヤフラムチャック装置に用いられるダイヤフラムの平面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の実施の形態におけるダイヤフラムチャック装置の概略構成を示す断面図である。 爪の開き代を説明する模式図であり、図６（Ａ）は、爪同士が開く前の状態を示す模式図、図６（Ｂ）は爪同士が開いた状態を示す模式図である。 従来のダイヤフラムチャック装置におけるダイヤフラムの概略平面図である。

符号の説明

１３…第１のリニアモータ
１６…第２のリニアモータ
１７…ダイヤフラムチャック装置
１０１…第１のスライド部
１０２…第２のスライド部
１０３…ワーク保持部
１６３…ダイヤフラム
１６５…爪
１６６…カウンタウェイト

Claims (3)

1. ダイヤフラム上に複数の爪が等間隔で離間して円状に配設され、前記ダイヤフラムの変形による前記複数の爪の縮径拡開により工作物の保持、離脱を可能としてなるダイヤフラムチェック装置であって、
   前記複数の爪は、前記ダイヤフラムの前記複数の爪が配置された面を正面から臨んだ場合の外観形状が大凡矩形状をなし、その長辺が前記ダイヤフラムの径方向に沿うように配置されると共に、前記大凡矩形状の外観形状が臨まれる面において、前記複数の爪の間は、大凡扇状をなすように構成されてなることを特徴とするダイヤフラムチャック装置。
2. 複数の爪には、ダイヤフラムを挟んで反対側にカウンタウェイトが形成されてなることを特徴とする請求項１記載のダイヤフラムチャック装置。
3. 請求項１又は請求項２記載のダイヤフラムチャック装置を用いて工作物を着脱可能に保持し、当該工作物の研削加工を可能としてなることを特徴とする研削装置。

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