JP2013158905A - 締付チャック - Google Patents

Abstract

【課題】クランクシャフトを締め付けて保持するための締付ツメ式の締付チャックにおいて、軸方向の締付作動部が、液圧デバイスによらずに作動を行うものを提供する。
【解決手段】締付チャックは、軸線方向に位置シフト可能にチャック駆幹体（１）中を案内されるセンター部材（２）と、チャック長手方向の軸線（３）から見て放射方向に位置シフト可能な締付あご（４）とを備える。センター部材（２）を軸線方向に位置シフトさせる電動機（５）が備えられる。電動機（５）のロータに回転不能に接続されたロッド（７）の先端のネジ切シャフト部にスピンドルナット（８）が組み合わさってねじ伝動部（６）を形成している。スピンドルナット（８）は、コイルバネ（９）を介してセンター部材（２）を押出す。締付作動を制御する制御ユニット（２４）が、電動機（５）への電流を計測してコイルバネ（９）の変形を検知し、フィードバック制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、締付チャックに関する。特には、クランクシャフトを締め付けて保持するための締付ツメ式のチャックに関する。

このような締付チャックには、チャック駆幹体中にて軸方向（締付チャックの中心軸の方向）に位置シフト可能に案内されるセンター部材と、チャック長手方向軸からその放射方向（半径方向）へと位置・姿勢をシフト可能な締付あごとが備えられる。このようなチャック装置は、ドイツ実用新案9113879U1から知られている。ここで、締付あごの位置・姿勢のシフトが、液圧の作用を受けるピストンにより行われる。

センター部材の位置シフトも、液圧デバイスにより実現されることが多い。このように実現される場合、センター部材の位置をシフトさせるためのピストン室は、締付あごを作動させるためのピストン中に備えることができ、このようにして、省スペースのダブルピストン構造とすることができる。

クランクシャフトを製造するにあたり、未加工のクランクシャフトの素材における両端の先端面に、正面フライスによる切削が施される。次いで、各先端面に、1つのセンタリング孔が備えられる。このセンタリング孔は、クランクシャフトについて、後に半径方向から切削加工を行うべく、クランクシャフトを軸方向に正確に締め付け固定するのを可能にするものである。通常、クランクシャフトは、２つのセンター部材でもって締付保持される。２つのセンター部材のうちの一方は、位置シフト不能に取り付けられ、もう一方は、軸方向に位置シフト可能に取り付けられる。センター部材の位置をシフトさせるのに液圧デバイスを用いたのでは、エネルギー消費量の少ない、環境にやさしい技術に対する要求を限定的にしか実現できない。このような認識から、軸方向の作動を引き起こすための新たな方法を探す必要性が生じる。

ドイツ実用新案9113879U1

したがって、本発明の課題は、導入部で述べたような締付チャック及びその駆動方法において、軸方向の締付作動部が、液圧デバイスによらずに締付作動を行うものを提供することにある。

上記課題は、本発明の締付チャックによると、センター部材を軸方向に位置シフトさせるためのアクチュエータとして電動機が備えられることによって解決される。

本発明に関連した利点は、電動機がセンター部材を電気的に位置シフトさせるということである。このようであるので、センター部材を軸方向に位置シフトさせるにあたり、オンかオフかというだけの２値的な位置シフトとは異なり、きめ細かく、無段階調整可能であって、エネルギーの点で効率的な位置シフトを実現できる。これに対応して、クランクシャフトを製造する際には、電動機を作動させてセンター部材についてクランクシャフトの先端面にてセンタリングを行う。そして、この後に、クランクシャフトの位置・姿勢を半径方向から固定する締付あごによる締付を行う。

本発明の第１の実施形態の締付チャックについての縦断面図である。 液圧システムを備えた、従来より公知の締付チャックの縦断面図である。 本発明の他の実施形態の締付チャックについての縦断面図である。

センター部材を軸線方向に位置シフトさせるために、ねじ伝動部などのスピンドル式駆動部が備えられるならば特に好ましいことが明らかになった。スピンドル式駆動部は、一般には、ねじ伝動部であり、ねじ伝動部は、通常、ボールねじ伝動機構、ローラーねじ伝動機構、またはすべりねじ伝動機構からなる。このスピンドル式駆動部より、電動機の回転運動について、センター部材を位置シフトさせるための並進運動に変換する、シンプルな実施形態が得られる。

スピンドル式駆動部が、電動機によって駆動可能なロッドと、センター部材との間に形成されているならば有意義である。このロッドは、電動機を直接スピンドル式駆動部に接続させる必要がないようにするために使用することができる。このロッドにより電動機とセンター部材との間の距離を克服することができる。このようにして、電動機について、チャック駆幹体における締付チャックの作動時に回転する部材から、空間的に隔離して配置することができる。

センター部材に取り外し可能に接続されるスピンドル部材が備えられているならば好ましいことが明らかになった。このスピンドル部材は、電動機並びに上記のロッドが回転する際に軸線方向に移動して、センター部材を駆動するものであり、使用可能なスピンドル部材には、スピンドルナット、及び、ナット部を有するロッド部材からなるスピンドルロッドなどが含まれる。スピンドル式駆動部が損耗した後に、これに組み付けられた部材を新しいものに取り替える必要が生じた場合、センター部材の全体を交換せずとも、このスピンドル部材を取り替えれば良い。

また、スピンドル部材とセンター部材との間に、バネなどの弾性部材が備えられていれば、好ましい。この弾性部材は、センター部材が、電動機の力をフルに受けつつ未加工素材の先端面に衝突して未加工素材を損傷させるということを避けるために用いられる。

電動機によって駆動可能な上記のロッドが、チャック駆幹体内に設けられたロッドベアリングにより支持されているならば特に好ましい。このロッドにおける電動機にまで延びる距離が非常に長ければ、電動機の回転運動における小さなアンバランスも、該ロッドにおけるセンター部材側の端部で、回転運動における大きな半径方向成分を生じさせる。この半径方向成分を打ち消すとともに、軸線方向における確実な案内が担保されるようにすべく、上記のロッドがロッドベアリングにより支持される。

また、電動機と上記ロッドとの間に、変速用歯車伝動機構などの伝動機構、好ましくは遊星歯車伝動機構が形成されているのが好ましい。これにより、上記ロッドに作用する高いトルクを生成することができる。

締付あごを締付作動させるために、電気で作動可能な締付モータでもって駆動可能であるネジ切中空ロッドが備えられているならば、同様に、好ましい。このようであると、締付あごを締付作動させるための液圧デバイスをも省くことができる。このようであると、クランクシャフト用の未加工素材について、まずは、センター部材を電気的に作動させて軸線に沿ったセンタリングを行い、次いで、電気的に作動する締付あごによって半径方向から保持して位置を固定するということが可能である。

ネジ切中空ロッドと締付モータのロータとの間に、波動歯車減速機が備えられているならば特に好ましい。この波動歯車減速機には、回転を行わないサーキュラ・スプライン（剛性内歯歯車）と、ロータの回転を捉えるウェーブ・ジェネレータ（波動発生器）と、トルクを伝達するようにネジ切中空ロッドに連結されているフレックススプライン（可撓性外歯歯車）とが備えられる。波動歯車減速機により、モータの高回転数を、ネジ切スリーブの、より小さな回転数へと変換して伝えることが可能であり、これにより、締付あごの位置・姿勢について、非常に精密なシフトや調整を行うことができる。

次のようであるならば好ましいことが明らかになった。すなわち、ねじ伝動部が、ネジ切中空ロッドに設けられるとともに、締付あごを位置シフトさせるためのチャック駆幹体中に案内された媒介部材が設けられているならば好ましいことが明らかになった。ねじ伝動部は、上述のように、ボールねじ伝動機構、ローラねじ伝動機構、すべりねじ伝動機構、またはその他のねじ伝動機構からなる。ねじ伝動部は、好ましくは、遊星ローラーねじまたは循環式ローラーねじである。ねじ伝動部により、チャック駆幹体中にてチャック駆幹体の長手方向軸に対し実質的に平行に配置されているところの、締付あごを位置シフトさせるための前記媒介部材を、軸線方向に位置シフトさせることができる。また、締付あごの側に、該締付あごを半径方向内側または外側へと押圧する締め付けコッターを配置することができる。

また、センター部材を位置シフトさせるためのロッドが、ネジ切中空ロッドに接しないようにして、ネジ切中空ロッドの内部を突き抜けるように配置されるならば好ましい。このようであると、締付チャックにおけるセンタリング保持及び締付保持のための作動部を非常に省スペースに構成することができる。

特に好ましい一実施形態は、センター部材と電動機との間に、軸線方向に位置シフト可能で、摩擦による係合によってセンター部材に取り外し可能に接続されたスピンドルロッドが備えられることを特徴とする。スピンドルロッドは、典型的には、上述のように、ナット部を備えたロッド部材であって、スピンドルナットと同様に、スピンドル軸の回転により軸線方向に駆動されるものである。このような実施形態であると、必要な場合に、スピンドルロッドとセンター部材との連結を解除することが可能である。電動機は、締付チャックの使用中に締付チャックとともに回転する必要がない。しかしながら、センター部材の位置・姿勢は、初期の軸線上に来るように保たれる。

上記の構成において、センター部材が、複数の別体の部材からなり、スピンドルロッドに連結するためのスピンドルロッド取付保持部と、少なくとも１つの弾性部材と、センターとからなるのが、好ましいことが明らかになった。このようであると、この構成においても、皿バネ積層体などのバネ積層体といった弾性部材を用いることにより、次のことが担保される。すなわち、センター部材が、電動機のフルの力で、締め付けの対象であるワークの先端面に衝突しないということが担保される。

好ましくは、スピンドルロッドと、電動機のロータとの間に、上述のようなねじ伝動部などのスピンドル式駆動部が形成される。これによっても、電動機の回転運動をスピンドルロッドの並進運動に変換する好ましい実施形態が得られる。

電動機をフィードバック制御する制御ユニットが備えられるなら、特に好ましい。このようであると、センター部材について、電動機により、締付チャックと同じ回転数で自らの軸線のまわりを回転するようにすることができる。そのため、センター部材は、締付チャックの作動中に中心の位置からシフトすることがない。

本発明の枠内において、上記の締付チャックを作動させる次のような方法を提供することも同様に有意義である。すなわち、軸線方向への位置シフトが可能にチャック駆幹体中を案内されるセンター部材と、弾性部材を介してセンター部材に接続されているアクチュエータと、計測装置を備えた電動機と、回転運動を並進運動に変換するための変換機構とを備えた締付チャックを作動させる方法において、電動機の回転により、前記変換機構は、アクチュエータを軸線方向に位置シフトさせ、この際、センター部材を連れ動かす。この位置シフトは、該アクチュエータがセンター部材に対して相対移動する際に、弾性部材に力を加えていくことで、復元力に逆らって弾性変形させるに至るまで行われる。また、この力によって行われた仕事量について、計測装置の測定値の変化により検出する。このような方法を提供することも有意義である。

このような方法によると、上記測定値は、センター部材が被加工ワークのセンタリングを行うべく該ワークの先端面に、いつ突き当たるかについて知るのに役立つ。ここで、好ましくは、計測装置が、電流計として設けられ、電流を測定する。電動機は常に同じ回転数で駆動されるが、ロータに作用する抵抗により、必要な電流の量はそれぞれ異なる。必要な電流の変化と、弾性部材に加えられる力との間には相関関係がある。電流の強さが大きければ大きいほど、センター部材は、それだけ強くワークに突き当てられている。

次に、図面に示すいくつかの実施形態に関して本発明を詳細に説明する。図２には、技術水準より公知であるところの、クランクシャフトを締め付けるための締付チャックであって、締付ツメ（クランプ爪または留め金）式のチャックの実施形態をなすものが示されている。この締付チャックにおいて、センター部材２及び締付あご４の位置・姿勢のシフトは、複数の液圧デバイス２５を用いて実現されている。ここで、チャック駆幹体１中を案内されているセンター部材２には、ピストン室２６中に案内されたピストン２７が備えられる。このピストン２７は、フランジ状ないし全周にわたる膨出部状である。このピストン室２６は締付ピストン２８の後方にあり、この締付ピストン２８は、締付ピストン室２９中を案内されている。締付ピストン２８は、締付チャックの長手方向の軸線３から見た放射方向（半径方向）での締付あご４の位置シフトに用いられるのであり、液圧により作動させることができる。

締め付け工程においては、まず、センター部材２を、ワークの先端面にぶつかるまで、軸線方向に位置シフトさせる。次いで、締付あご４を位置シフトさせるべく、締付ピストン２８に液圧媒体を作用させる。このようにして、締付あご４をワークに突き当てて、該ワークを半径方向から固定する。ワークの締付を解除するには、締付ピストン２８をピストン２７と同時に作動させることができる。または、まずセンター部材２を軸線方向に位置シフトさせてから、締付あご４の締付を解除することができる。

図１には、本発明の一実施形態の締付チャックであって、やはり締付ツメ式のチャックの形態をとるものを示す。締付ツメ式のチャックは、特にはクランクシャフトを締め付けるのに適している。この締付チャックは、軸線方向に位置シフト可能にチャック駆幹体１中を案内されているセンター部材２と、チャック長手方向軸（軸線）３からの放射方向（半径方向）に位置シフト可能な締付あご４とを備えている。センター部材２を軸線方向に位置シフトさせるべく、電動機５が備えられている。センター部材２にはスピンドルナット８が備え付けられている。このスピンドルナット８は、センター部材２を軸線方向に位置シフトさせるべく、ロッド７とともにねじ伝動部６を形成している。スピンドルナット８とセンター部材２との間には、コイルバネの形態の弾性部材９が備えられている。ここで、弾性部材９は、必ずしもコイルバネに関連したものである必要はない。他のタイプのバネであっても良く、例えば、皿バネ、タケノコバネ、サークリップまたは他の種類のバネであってもよい。図示の実施形態において、スピンドルナット８は、ロッド７の先端部にあるネジ切シャフト部に組み合わされており、センター部材２の根元部の凹陥部中に、回転不能に配置されている。ロッド７の回転により、ねじ伝動部６のロッド部が回転した際、スピンドルナット８が軸線方向への位置シフトを行うことで、弾性部材９を介してセンター部材２を押出すか、または、この押出力を解除してセンター部材２を引き戻す。

チャック駆幹体１中には、さらに、ロッド（用の）ベアリング１０が形成されており、このロッドベアリング１０中をロッド７が案内されている。本実施形態では、電動機５とロッド７との間に変速機１１が配置されている。また、図示の例でロッドベアリング１０は一連のボールベアリングからなる。

締付あご４を締付作動させるためには、電気で作動可能な締付モータ１２でもって駆動可能であるネジ切中空ロッド１３が備えられる。ロッド７は、ネジ切中空ロッド１３中を、その軸線に沿って、該ネジ切中空ロッド１３の内面に接することなく、突き抜けている。

ネジ切中空ロッド１３と、締付モータ１２のロータとの間には波動歯車減速機（harmonic drive）１４が備えられる。波動歯車減速機１４は、回転しないサーキュラ・スプライン（剛性内歯歯車）１５と、締付モータ１２のロータの回転を捉えるウェーブ・ジェネレータ（波動発生器）１６と、トルクを伝達するようにネジ切中空ロッド１３に連結されているフレックススプライン（可撓性外歯歯車）１７とを備えている。図示の実施形態において、締付モータ１２のロータは、ベルト伝動機構３０を介して駆動ホイール３１に接続されている。また、この駆動ホイール３１が、ウェーブ・ジェネレータ１６を駆動する。フレックススプライン１７は遊星ローラーねじ伝動機構（ボールねじのボールの代わりに遊星ローラーが備えられる伝動機構）の遊星ローラー３２を介してネジ切中空ロッド１３を軸方向に駆動する。本実施形態において、遊星ローラーねじ伝動機構の遊星ローラー３２（の保持体）は、チャック長手方向軸３と同軸に配置された複数個のバネ３３によって保持されることで軸方向の位置が固定されている。このような保持により、ネジ切中空ロッド１３の確実な駆動が担保されている。

図示の実施形態中にて見て取れるように、電動機５及び締付モータ１２は、チャック駆幹体１とともに回転するのでない、本発明の構成部材として形成されている。

締付あご４を位置シフトさせるためには、リング状の締付盤１８が、ネジ切中空ロッド１３と、チャック駆幹体１中に案内された、締付あご４の位置シフト用の媒介部材１９との間に、設けられている。締付あご４を位置シフトさせるための媒介部材１９には、締付盤１８とは逆の側に、締め付けコッター３４が備えられている。

電動機５には、フィードバック制御を行う制御ユニット２４が備え付けられている。この制御ユニット２４は、好ましくは、加工の際に、ロッド７及びネジ切中空ロッド１３の回転数と、締付チャックの回転数とについて、正確に一致するように、互いに調整を行う。このようであると、締付チャックの作動中に、締付あご４が締め付けの位置・姿勢を維持するとともにセンター部材２がセンタリングを行う位置・姿勢を維持することにつき担保されている。

図３には、本発明による締付チャックの他の実施形態を示す。この実施形態において、センター部材２と電動機５との間には、軸線方向に位置シフト可能であって、センター部材２に、取り外し可能に摩擦力で接続されているスピンドルロッド２０が備えられている。ここに図示するセンター部材２は、複数の別体の部材からなる。すなわち、スピンドルロッド２０の凹部に嵌め合わされるテーパーシャンク状のスピンドルロッド取付保持部２１と、少なくとも１つの弾性部材２２と、軸線に沿って延びるロッド部分からなる先端部材２３とから形成されている。先端部材２３をなすロッド部分の先端部分は円錐台状その他のテーパー状である。本実施形態において、スプリングワッシャーまたは皿バネ、またはその積層体が弾性部材２２として備えられている。図示の具体例において、先端部材２３の根元部は、スピンドルロッド取付保持部２１と一体のケーシング部中に、ボールベアリングを介して回転自在に接続されており、かつ、軸方向へとバネ力に逆らってわずかに位置シフトすることが可能となっている。また、先端部材２３における根元部と先端テーパー部との間の円柱部分にて、チャック駆幹体１中に差し込まれて、回転不能に接続されている。

スピンドルロッド２０を軸線方向に位置シフトさせるべく、電動機５とスピンドルロッド２０との間に、ねじ伝動部６が形成されており、ねじ伝動部６のネジ切シャフト部が、電動機５のローターに回転不能に接続されている。スピンドルロッド２０は、図示した実施形態において、ケーシング３５内に嵌め合わされており、キー（図３中の黒の塗り潰し部分）、及び、ケーシング３５内面の案内溝により、回転不能に、軸線方向に案内されている。また、図示の実施形態において、ねじ伝動部６のネジ切シャフト部が、スピンドルロッド２０のナット部に噛み合わされており、電動機５によるネジ切シャフト部の回転に伴い、スピンドルロッド２０が軸線方向に位置シフトを行う。図示の一具体例において、ネジ切シャフト部に一体に設けられたベース部がケーシング３５中にボールベアリングを介して支持されており、このベース部における後方の受入部に、電動機５のロータが差し込まれてキーを介して回転不能に接続されている。

１…チャック駆幹体； ２…センター部材； ３…チャック長手方向軸；
４…締付あご； ５…電動機； ６…ねじ伝動部；
７…ロッド； ８…スピンドルナット； ９…コイルバネ；
１０…ロッドベアリング； １１…変速機； １２…締付モータ；
１３…ネジ切中空ロッド；
１４…波動歯車減速機（ハーモニックドライブ(登録商標)）；
１５…サーキュラ・スプライン（剛性内歯歯車）；
１６…ウェーブ・ジェネレータ（波動発生器）；
１７…フレックススプライン（可撓性外歯歯車）； １８…締付盤；
１９…締付あごを位置シフトさせるための媒介部材； ２０…スピンドルロッド；
２１…スピンドルロッド取付保持部； ２２…弾性部材；
２３…センター； ２４…制御ユニット； ２５…液圧デバイス；
２６…ピストン室； ２７…ピストン； ２８…締付ピストン；
２９…締付ピストン室； ３０…ベルト伝動機構；
３１…駆動ホイール； ３２…遊星ローラーねじの遊星ローラー；
３３…バネ； ３４…締付コッター； ３５…ケーシング。

Claims (17)

1. クランクシャフトを締め付けて保持するための締付ツメ式のチャック、またはその他の締付チャックであって、
   チャック駆幹体（１）中に案内されて軸線（３）方向に位置シフト可能なセンター部材（２）と、
   締付チャックの長手方向の軸線（３）から見て放射方向に位置シフト可能な締付あご（４）とを備えたものにおいて、
   センター部材（２）を軸線（３）方向に位置シフトさせるために電動機（５）が備えられていることを特徴とする締付チャック。
2. 電動機（５）の回転によってセンター部材（２）を軸線方向に位置シフトさせるためにスピンドル式駆動部（６）が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の締付チャック。
3. スピンドル式駆動部（６）が、電動機（５）によって駆動可能なロッド（７）と、センター部材（２）との間に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の締付チャック。
4. センター部材（２）に取り外し可能に接続されたスピンドル部材（８）が備えられていることを特徴とする請求項３に記載の締付チャック。
5. スピンドル部材（８）と、センター部材（２）との間に、弾性部材（９）が備えられていることを特徴とする請求項４に記載の締付チャック。
6. 前記ロッド（７）が、チャック駆幹体（１）中に設けられたロッドベアリング（１０）により支持されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の締付チャック。
7. 前記電動機（５）と、前記ロッド（７）との間に、遊星歯車伝動機構、またはその他の変速用の伝動機構（１１）が設けられていることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の締付チャック。
8. 締付あご（４）の締付作動を行わせるべく、電気駆動可能な締付モータ（１２）でもって駆動可能であるネジ切中空ロッド（１３）が備えられることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の締付チャック。
9. ネジ切中空ロッド（１３）と、締付モータ（１２）のロータとの間に、波動歯車減速機（１４）が備えられ、該波動歯車減速機には、回転しないサーキュラ・スプライン（１５）と、前記ロータの回転を捉えるウェーブ・ジェネレータ（１６）と、トルクを伝達するべくネジ切中空ロッド（１３）に連結されているフレックススプライン（１７）とが備えられることを特徴とする請求項８に記載の締付チャック。
10. ネジ切中空ロッド（１３）と、締付あご（４）を位置シフトさせるための、チャック駆幹体（１）中に案内される媒介部材（１９）との間に、締付盤（１８）が設けられていることを特徴とする請求項８または９に記載の締付チャック。
11. 前記ロッド（７）が、ネジ切中空ロッド（１３）の内部を、該ネジ切中空ロッド（１３）に接することなしに、突き抜けていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の締付チャック。
12. センター部材（２）と、電動機（５）との間には、軸線方向に位置シフト可能なスピンドルロッド（２０）が備えられ、このスピンドルロッド（２０）が、摩擦による係合によってセンター部材（２）に取り外し可能に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の締付チャック。
13. センター部材（２）は、複数の別体の部材からなり、スピンドルロッド取付保持部（２１）と、少なくとも１つの弾性部材（２２）と、センター（２３）とから形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の締付チャック。
14. スピンドルロッド（２０）と、電動機（５）のロータとの間に、スピンドル式駆動部（６）が形成されていることを特徴とする請求項１２または１３に記載の締付チャック。
15. 電動機（５）をフィードバック制御する制御ユニット（２４）が備えられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の締付チャック。
16. 請求項５〜１１のいずれかに記載の締付チャックを作動させる方法、または、
    軸線方向に位置シフト可能にチャック駆幹体（１）中に案内されているセンター部材（２）またはセンター（２３）と、弾性部材（２２）を介してセンター部材（２）またはセンター（２３）に接続されているアクチュエータと、計測装置を有する電動機（５）と、回転運動を並進運動に変換する変換機構とを備えた締付チャックを作動させる方法において、
    電動機（５）の回転により、前記変換機構は、センター部材（２）またはセンター（２３）を連れ動かしつつ、アクチュエータを軸線方向に位置シフトさせ、
    該アクチュエータは、センター部材（２）またはセンター（２３）に対して相対移動する際に弾性部材（２２）に力を加えて行くのであり、この力により行われた仕事量が、前記計測装置の測定値の変化によって検出されることを特徴とする方法。
17. 前記計測装置が電流計として設けられ、電流を測定することを特徴とする請求項１６に記載の方法。

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