JP2013018115A - 電気的駆動機構付きの保持具 - Google Patents

Abstract

【課題】回転装置や旋削装置などにあって、シリンダ状などのワーク(加工対象物)を回転可能にセンタリングして締付保持する保持具において、液圧のための構成部材を、減らすか省くことができるものを提供する。
【解決手段】1つの平面内に配置された３つの保持部材（３，３０）を備え、これらのうちの２つは外側の保持部材（３０）であって、それぞれつかみアーム（４）に備え付けられており、つかみアーム（４）は、保持部材本体（５）中に配置されたヒンジピン（６）のまわりを振れ動き可能であり、中央の保持部材（３）は、ワークに対して直線的に位置シフト可能である。少なくとも1つの保持部材（３，３０）が電気モーター（７）により位置・姿勢をシフト可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転装置や旋削装置などにあって、シリンダ状などのワーク(加工対象物)を、特には回転可能に、センタリングして締付保持するための、ワークレストや振れ止めなどと呼ばれる保持具に関する。

保持具が３つの保持部材を有する。これら保持部材は、共通の平面内に配され、ローラーを備えている。これら保持部材のうちの外側の２つの保持部材が、つかみアームに配されている。該つかみアームは保持具本体中に配された継ぎ手ピンの周りを振れ動き可能である。そして、中央の保持部材は、ワークに対して、直線運動により位置・姿勢をシフト可能である。

上記のような保持具は、ドイツ特許出願公開DE3544961A（特開昭62-228340及びUS4754673に対応）により知られている。ここでの保持具は、油圧またはその他の液圧により駆動が行われる。また、ここで、いずれの場合も気づくように、ピストン室には充分な液圧用の液体が存在する。このようであることで、ワークをセンタリングして締付保持するための、保持具の締付力が維持される。漏れが生じると、液圧駆動の保持具にとって問題となり、この結果として、締付力の低下や損失が生じる。

ドイツ特許DE3544961C（特開昭62-228340） 特開2002-86326

したがって、本発明の根底をなす課題は、導入部で述べたような保持具について、液圧のための構成部材を、減らすか省くことができるようにすることにある。

上記の課題は、本発明によると、導入部で述べたような保持具において、少なくとも1つの保持部材が電気モーターでもって、位置・姿勢（位置及び姿勢の少なくとも一方）をシフト可能であることによって解決される。

上記の解決手段は、保持具をコンパクトに設けることができるという利点と結びついている。というのは、いずれか1つの保持部材の位置・姿勢をシフトさせるにあたり、圧力室と、この中に差し込まれる圧力ピストンとをなしで済ますことができるからである。また、本発明の保持具は、自動的なマシニングセンターに用いることもできる。というのは、マシニングセンターには、いずれにしても、電圧供給が必要だからである。本発明は、オペレーターにとり、加工についての、さらに進んだ自動化を実現するのに役立つ。また、電気モーターは、通常の低い電圧により駆動される。

本発明による保持具についての斜視図である。 図１の保持具について、駆動部カバーを省いた状態で示す斜視図である。 図１の保持具の長手方向の断面図である。

外側の２つの保持部材のうちの少なくとも一方が、電気モーターにより位置・姿勢をシフト可能であるならば好ましい。しかしながら、中央の保持部材がロッドでもって位置・姿勢をシフト可能であり、このロッドの駆動部が電気モーターにより実現されているのでも好ましい。ここで、該ロッドは、電気モーターから外側の保持部材への伝動連鎖中における1つの部材であっても良い。また、保持具の中央の保持部材についての軸方向後方への位置・姿勢のシフトは、電気モーターにより実現することができる。

上記ロッドは、次のようにして位置・姿勢をシフト可能であれば好ましいことが知られた。すなわち、リニアアクチュエーターでもって位置・姿勢をシフト可能であれば好ましいことが知られた。リニアアクチュエーターは、例えば、ステッピングモーターなどの電気モーターによる回転を軸方向の動きに変換する機械式のもの、または電磁気式のものである。このようであることから、保持具には、標準的であって、そのためにコストパフォーマンスに優れたリニアモーターを、簡単な具合に取り付けることができる。また、既に存在する保持具に、後から電気駆動機構を追加で搭載することもできる。

ロッドが、スピンドルとして設けられており、電気モーターでもって駆動可能なスピンドル部材（スピンドルに組み合わされる部材）により、位置・姿勢をシフト可能であるならば有意義である。このようであると、ロッドの位置・姿勢をシフトさせるにあたり、電気モーターの回転の動きは、まずもって直線運動に変換するという必要がない。というのは、ロッドは、今や単独で、スピンドルと、スピンドル部材との間に設けられたネジ筋により、軸方向に位置・姿勢をシフトすることとなるからである。

さらに好ましくは、スピンドル部材とスピンドルとの間に、伝動機構、特には遊星歯車伝動機構が備えられる。この伝動機構は、回転数の変換と伝達とについて決定する。また、所要の回転モーメントが確実に伝えられるようにする。

スピンドル部材は、複数の部材の組み合わせよりなるのが好ましく、好ましくは、スピンドルナットと、カップリングと、駆動輪とからなる。このように複数の部材からなることで、保持具への組み付けが容易になる。

駆動輪は、また、歯切ベルト用の歯車として設けられ、ベルト伝動機構を通じて電気モーターにより駆動可能である。このようであると、保持具についての、構造的な長さ、及び／または構造の高さ（すなわち、これらの少なくとも一方）を、低減することができるという利点が得られる。ここで、電気モーターと、駆動輪との間で電気モーターの回転数を伝達するにあたり、この伝達のための他の接続方式が排除されているわけではない。例えば、歯車同士の接続や、チェーンによる接続でもって、電気モーターの回転数を伝達するものであっても良い。

さらなる実施形態は、電気モーターを駆動制御する制御ユニットが備えられるということを特徴とする。この制御ユニットは、保持具のユーザーが、電気モーターを鋭敏かつ精密に制御するのを、容易に行えるようにする。電気モーターの回転数の調整は、制御ユニットにより単独で、自動的に行われるようにすることができる。

本発明の枠内において、次のようであると特に好ましいことが知られた。すなわち、スピンドル部材と保持具本体との間における後方側に、バネ部材を配置する。例えば、保持具本体内のシリンダ状収納空間中における、ピストン状のスピンドル部材と、該シリンダ状収納空間の前後の壁面との間に生じる前後２つの空間のうち、後方側の空間にバネ部材を配置する。このバネ部材は、好ましくは、複数（例えば２〜８枚）の皿バネからなる皿バネ積層アセンブリーとして設けられる。このような皿バネ積層アセンブリーは、締付応力の蓄積器としての役割を果たし、そのため、締付力を確実に担保する役割を果たす。締付を行っていく工程において、電気モーターにより、スピンドルがワークの側へと動き、これにより、保持部材もワークの側へと動く。保持部材がワークに突き当てられたなら直ちに、スピンドルは、もはやワークに対して軸方向に動くことができない。この結果、スピンドル部材の軸方向の位置は、保持具本体内において、バネ部材の力に逆らってシフトする。電気モーターのエネルギーは、バネ部材の圧縮または伸張にも用いられる。このようにして、バネ部材により、持続的に復元力が、スピンドル部材に加えられ、スピンドルに加えられ、これによって、ワークを保持する保持部材に加えられる。

また、応力センサーが備えられていれば好ましい。応力センサーは、好ましくは、バネ部材とスピンドル部材との間に配置される。このように応力センサーを配置することにより、バネ特性のデータを分析する以外に、作用している締付応力について直接に割り出して求めることができる。種々の応力センサーを用いることができるが、応力計測座金板、すなわち座金状の荷重センサーを用いるのが特に好ましいと思われる。この荷重センサーは、例えば、ピエゾ抵抗効果を利用した半導体ひずみゲージを円板状の薄板上、半導体製造プロセスにより設けたものである。

また、スピンドル部材とバネ部材との間に、外側へ突き出す延在部としての距離指示部を有するスペーサー座金が備えられていれば好ましい。このようであると、バネ部材の長さの変化を検知することができる。ここでの長さの変化は、バネ部材の皿バネ同士が互いに押し付け合わされるか、または、互いのピッチが引き延ばされることで生じる。特には、ここで、距離センサーが備えられると好ましいことが知られた。ここでの距離センサーは、距離指示部からの変化する距離を計測することができるものである。距離センサーは、特には、光学的な方法により距離を測定するものであり、例えば、位相差やパルス波の投光と受光との時間差や、三角測距方式により距離測定を行う。

本発明の枠内において、制御ユニットが、応力センサー及び／または距離センサー（すなわち、これらの少なくとも一方）との通信リンクを有しているならば特に好ましい。すなわち、有線、無線、光通信などにより信号の授受が可能に接続されているならば好ましい。電気モーターは、バネ特性のデータを用いることで、応力依存的に制御ユニットにより駆動制御することができる。すなわち、例えば、求められた応力及び望ましい応力レベルの少なくとも一方に応じて、制御ユニットにより駆動制御することができる。また、本発明の保持具について、距離センサーのデータを用いることにより、応力依存的に電気モーターの駆動制御を行う実施形態とするならば、非常にコストパフォーマンスが良く、特に好ましい。

保持具の構造長を短く保つためには、電気モーターを、保持具中心軸に対して軸平行に配置するならば好ましいことが知られた。

最後に、外側の２つの保持部材が、ロッドにより位置・姿勢をシフト可能であっても好ましい。このようなことは、ロッドに備えられた位置・姿勢調整用の伝動カム面により実現可能である。伝動カム面は、つかみアームに備えられた伝動カム部と組み合わさって作動を行う。

図１〜３に示された一の保持具１は、ワークをセンタリングして締付保持するためのものであり、３つの保持部材３，３０を備える。これら保持部材３，３０は、1つの共通の平面内に配置され、いずれも、締付保持時にワークの軸まわりの回転を可能にするキャスター状のローラー２を備える。これらのうち、２つの外側の保持部材３０は、それぞれ、締付保持用のつかみアーム４に取り付けられている。これらつかみアーム４は、保持具本体５に差し込まれた継ぎ手ピンを中心に振れ動き可能である。また、中央の保持部材３は、ワークに対して直線的に位置シフト可能である。３つの保持部材３，３０のうちの少なくとも1つが、電気モーター７により位置・姿勢をシフト可能である。

図示の実施例において、中央の保持部材３がロッド８により位置・姿勢をシフト可能であり、このロッド８がスピンドル９として形成されている。該ロッド８は、電気モーター７でもって駆動可能なスピンドル部材１０により、位置・姿勢をシフト可能である。ここで、スピンドル部材１０は、スピンドルナット１２と、カップリング１３と、駆動歯車１４とから形成されている。

スピンドルナット１２と、スピンドル９との間には、伝動機構１１が備えられる。図示の実施例において、伝動機構１１は、遊星歯車をなす細長い円柱状のローラー２１が備え付けられた遊星歯車機構である。

駆動歯車１４は、歯切りベルト用の歯車として設けられ、ベルト伝動機構１２を通じて、電気モーター７により駆動可能である。この電気モーター７の軸は、保持具の軸に平行に配置されている。

スピンドルナット１２と、保持具本体５との間には、軸方向後方側に、バネ部材１６が配置されている。詳しくは、スピンドルナット１２がロッド８を取り囲む円筒状部分と、これから半径方向外側にフランジ状に突き出すピストン状部分とからなり、このピストン状部分と、保持具本体５内のピストン室の後方壁面との間に、バネ部材１６が挟み込まれている。このバネ部材１６は、複数（図示の例で4枚）の皿バネ２３を備えた皿バネ積層アセンブリーとして形成されている。

電気モーター７を制御する制御ユニット１７が備え付けられる。この制御ユニット１７は、距離センサー２０との通信リンクを実現している。この距離センサー２０は、座金板１９に備えられた距離指示部１８との距離を計測する。電気モーター７は保持具の長軸と軸平行に配置され、座金板１９は、スピンドルナット１２（のピストン状部分）と、バネ部材１６との間に配置されている。

図示の実施例において、２つの外側の保持部材３０も同様に、ロッド８により位置・姿勢をシフト可能である。ここでは、ロッド８が、位置・姿勢調整用伝動カム面２４を備え、つかみアーム４が、カム面２４と組み合わさって作動する位置・姿勢調整用伝動カム部２５を備える。

図３から知られるように、ロッド８の位置が直線的にシフトする際、位置・姿勢調整用伝動カム面２４も同様に、ワークの側へと向かって位置をシフトする。このような位置・姿勢調整用伝動カム面２４の位置シフトにより、つかみアーム４は、その後方側にて、外側へと押し動かされ、ヒンジピン６のまわりを振れ動く。これにより、ワークが、一対の外側の保持部材３０によって締め付けられて保持される。

締付を解除するためには、ガイド孔２７を有する後部引き戻しレバー２６が、左右にそれぞれ備えられる。各ガイド孔２７中には、それぞれ1つの後部引き戻し部材２８が案内されている。ここで、位置・姿勢調整用伝動カム面２４は、ロッド８に接続された1つの位置・姿勢調整用伝動部材２９により形成され、この位置・姿勢調整用伝動部材２９に、左右の後部引き戻し部材２８が取り付けられている。

１…保持具； ２…キャスターローラー； ３…中央の保持部材；
４…つかみアーム； ５…保持具本体； ６…ヒンジピン；
７…電気モーター； ８…ロッド； ９…スピンドル；
１０…スピンドル部材； １１…伝動機構； １２…スピンドルナット；
１３…カップリング； １４…駆動歯車； １５…ベルト伝動機構；
１６…バネ部材； １７…制御ユニット； １８…距離指示部；
１９…座金板； ２０…距離センサー； ２１…ローラー（遊星歯車）；
２２…ベルト； ２３…皿バネ； ２４…位置・姿勢調整用伝動カム面；
２５…位置・姿勢調整用伝動カム部； ２６…後部引き戻しレバー；
２７…ガイド孔； ２８…後部引き戻し部材；
２９…位置・姿勢調整用伝動部材； ３０…外側の保持部材。

Claims (16)

1. ワークをセンタリングして締付保持するための保持具（１）であって、
   1つの平面内に配置された３つの保持部材（３，３０）を備え、これらのうちの２つは外側の保持部材（３０）であって、それぞれつかみアーム（４）に備え付けられており、
   つかみアーム（４）は、保持部材本体（５）中に配置されたヒンジピン（６）のまわりを振れ動き可能であり、
   中央の保持部材（３）は、ワークに対して直線的に位置シフト可能であるというものにおいて、
   少なくとも1つの保持部材（３，３０）が電気モーター（７）により位置・姿勢をシフト可能であることを特徴とする保持具（１）。
2. ２つの外側の保持部材（３０）は、少なくとも一方が、電気モーター（７）により位置・姿勢をシフト可能であることを特徴とする請求項１に記載の保持具（１）。
3. 中央の保持部材（３）がロッド（８）により位置シフト可能であり、ロッド（８）の駆動が電気モーター（７）でもって実現されることを特徴とする請求項１に記載の保持具（１）。
4. ロッド（８）がリニアアクチュエーターにより位置シフト可能であることを特徴とする請求項３に記載の保持具（１）。
5. ロッド（８）は、スピンドル（９）として設けられて電気モーター（７）により駆動可能なスピンドル部材（１０）により、位置シフト可能であることを特徴とする請求項３に記載の保持具（１）。
6. スピンドル（９）とスピンドル部材（１０）との間に、遊星歯車伝動機構またはその他の伝動機構（１１）が備えられることを特徴とする請求項５に記載の保持具（１）。
7. スピンドル部材（１０）は、スピンドルナット（１２）と、カップリング（１３）と、駆動輪（１４）とからなるか、または、複数の部材からなることを特徴とする請求項５または６に記載の保持具（１）。
8. 駆動輪（１４）が歯切ベルト用の歯車として設けられ、ベルト伝動機構（１５）を通じて電気モーター（７）により駆動可能であることを特徴とする請求項７に記載の保持具（１）。
9. 電気モーター（７）を駆動制御する制御ユニット（１７）が備えられることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の保持具（１）。
10. スピンドル部材（１０）と保持具本体（５）との間における軸方向後方側には、バネ部材（１６）が配置され、このバネ部材（１６）は、複数の皿バネ（２３）を備えた皿バネ積層アセンブリーとして設けられていることを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の保持具（１）。
11. 応力センサーが備えられ、この応力センサーは、バネ部材（１６）とスピンドル部材（１０）との間に配置されるか、またはその他の部位に配置されることを特徴とする請求項１０に記載の保持具（１）。
12. スピンドル部材（１０）とバネ部材（１６）との間に、距離指示部（１８）を有するスペーサー座金（１９）が備えられていることを特徴とする請求項５〜１１のいずれかに記載の保持具（１）。
13. 距離センサー（２０）が備えられていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の保持具（１）。
14. 制御ユニット（１２）が、応力センサー及び／または距離センサー（２０）との通信リンクを備えることを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の保持具（１）。
15. 電気モーター（７）は、中心軸が、保持具（１）の中心軸に平行に配置されていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の保持具（１）。
16. 外側の２つの保持部材（３０）が、ロッド（８）により位置・姿勢をシフト可能であることを特徴とする請求項３〜１５のいずれかに記載の保持具（１）。

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