JP2014034105A - フィンガーチャック - Google Patents

Abstract

【課題】フィンガチャックを単純な構造で部品数を少なくすることによって、複雑な形状のワークに対応する。
【解決手段】フィンガチャック１０は、前端部に支点ピン１１が取り付けられているロッド１２ａと本体１２ｂとからなる直線駆動部材１２と、背面１３ｄが平面で前端部に爪１３ａと中央部にカム溝１３ｂと後端部に支点ピン１１に対応する孔１３ｃとが設けられているフィンガ１３を各背面１３ｄを合わせて組み付けられている一対のフィンガ１３、１３と、ロッド１２ａに対応する貫通孔１４ａが設けられ貫通孔１４ａに垂直な固定ピン１５が取り付けられているガイド部材１４と、ガイド部材１４を取り付けて工作機械２１に脱着可能に固定しているプレート１６とを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンのシリンダのような複雑な形状をしている機械部品の完成前の部品（以下ワークという。）をクランプするために用いられるフィンガーチャックに関する。

ワークを加工して完成される機械部品は、他の機械部品と所定の状態に組み合わされることによってのみ機能を発揮することができるために、所定の寸法精度に仕上げられなければならない。
しかし、複雑な形状の機械部品は、ワークの内外部を前後、左右、上下の各方向に工作機械で加工を施さなければならない場合もあり、完成には、１次…Ｎ次の加工工程を必要とする場合がある。このように、Ｎ次の加工工程を経て完成するワークは、加工工程の進捗に伴う段取りにおいて、いわゆる掴み替えと呼ばれる作業によって工作機械にクランプする方法を変えることがあり、掴み替えに伴う寸法精度の逸脱を防止することが重要となる。止むを得ない場合や、逆に、複数の加工工程を同時にこなすために合理的となる場合には、ワークを内側の形状に対応した爪の係止によってクランプすることがある。すなわち、掴み替えによるワークのクランプは、前工程で加工されたワークを所定の加工寸法精度に維持するために、ワーク自体の工作機械に対する相対的な位置関係を決めて着脱自在に固定できることと、機械加工時に受ける刃物との摩擦力に抗して固定した位置を確実に保持することが極めて重要となる。
ここで、特許文献１で提案されているフィンガチャックは、ワークを上部に設けられているワークガイドで工作機械に対して概略の位置を決めて、軸孔から突出し開閉する複数のフィンガジョーの開閉部に設けられてワークの内面の被係止部の形状に対応している係合爪が係合して最終の位置を決めて、係合爪とストッパとにはさんでクランプしている。

特開２０１１−１３１２９３号公報

かかる従来技術によるときは、該フィンガチャックは、フィンガジョーがそれぞれ支点軸を有するため、部品数が多く複雑な構造となっており、複雑な形状のワークや、小形のワークに適さないととともに、ワークに応じて設計することが困難であるという問題がある。

かかる目的を達成するためのこの出願に係る発明（請求項１に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、前端部に支点ピンが取り付けられているロッドと本体とからなる直線駆動部材と、背面が平面で前端部に爪と中央部にカム溝と後端部に支点ピンに対応する孔とが設けられているフィンガを背面を合わせて組み付けられている一対のフィンガと、ロッドに対応する貫通孔が設けられ貫通孔に垂直な固定ピンが取り付けられているガイド部材と、ガイド部材を取り付けて工作機械に脱着可能に固定しているプレートとを備えてなり、直線駆動部材は、工作機械に固定されている本体に対して、ロッドがプレートに設けられているガイド孔と貫通孔との中を軸方向に前進後退自在になっており、一対のフィンガは、ロッドの前進後退によって、支点ピンと固定ピンとの距離が変化すると、カム溝を固定ピンの外周に滑動させ、支点ピンを共通の回転中心として支点ピンとの相対角度を変化させ、前進して内側に閉じ、後退して外側に開き、フィンガの回転方向の外側に向けて突出して形成されている爪がワークをクランプすることをその要旨とする。

また、カム溝は、爪に向けて支点ピンの径方向の中心と一直線線上に真っ直ぐな長孔と孔に向けて回転方向の外側に向けて傾いている長孔とを接続して形成することができる。

爪は、一対のフィンガの背面側に突出して形成されていてもよい。

ここで、ガイド部材は、ワークの当接部に対応した形状に形成してもよい。

かかる発明の構成によるときは、フィンガチャックは、支点ピンと固定ピンとを共通にして一対のフィンガを背面を合わせて組み付けており、ロッドの前進後退によって、支点ピンと固定ピンとの距離を変化させることによって一対のフィンガを同時に開閉することができるという極めて単純な構造で小型化が図れており、ワークの複雑な形状に対応した爪のサイズやフィンガサイズに対して柔軟に設計的な応用が可能となる。また、単純な構造は、部品数を最小としており、市場に経済的に供給することを可能とするとともに、部品交換や保守点検を容易とすることにも貢献する。

フィンガは、ワークに係止後ロッドが後退しても、支点ピンと固定ピンとが一直線上となっているため、ロッドの軸方向の中心線と平行になり、支点ピンとの相対角度が変化しない。したがって、ワークに当接する爪は、ワークの被係止部に係止した状態で、直線駆動部材の推力を確実に伝えることによって、しっかりとクランプすることができる。

背中側に突出した一対の爪は、当接部を支点ピンの軸方向の中心線上に対称的に形成することができるため、ワークに余分なモーメントを与えずにしっかりとクランプすることができる。

ワークの位置決めのために、ガイド部材を当接部に対応した形状に形成することは、余分な部品を必要としないために合理的であり、一般的に大きな寸法でガイドできるため、位置決め精度も向上する。

全体説明図 動作説明図 要部説明図

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

フィンガチャック１０は、前端部に支点ピン１１が取り付けられているロッド１２ａと本体１２ｂとからなる直線駆動部材１２と、背面１３ｄが平面で前端部に爪１３ａと中央部にカム溝１３ｂと後端部に支点ピン１１に対応する孔１３ｃとが設けられているフィンガ１３を各背面１３ｄを合わせて組み付けられている一対のフィンガ１３、１３と、ロッド１２ａに対応する貫通孔１４ａが設けられ貫通孔１４ａに垂直な固定ピン１５が取り付けられているガイド部材１４と、ガイド部材１４を取り付けて工作機械２１に脱着可能に固定しているプレート１６とを備えている（図１（Ａ）（Ｂ））。なお、図１（Ａ）は、フィンガチャック１０を、フィンガ１３、１３を正面から図示しており、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）をＡ−Ａ方向から図示している。

直線駆動部材１２は、本体１２ｂが工作機械２１として回転する旋盤主軸に取り付けられており、ロッド１２ａが本体１２ｂに対して回転不能で前進後退自在になっている。ロッド１２ａは、径方向の中心線に平行で対称的な一対の壁１２ａ１、１２ａ１が先端部に形成されており、各壁１２ａ１には、支点ピン１１に対応している孔１２ａ２が軸方向に垂直に、また、径方向の中心線と一致するように設けられている。支点ピン１１は、壁１２ａ１、１２ａ１に通されて両端をリング１１ａ、１１ａで支点ピン１１の軸方向に固定されている。なお、直線駆動部材１２は、必要な推力とストロークとを備えるものが選定され、たとえば、エアシリンダ、油圧シリンダ、電動モータなどを使用することができる。また、旋盤主軸のような回転する工作機械２１に取り付ける場合には、本体１２ｂは、後部に図示しないロータリジョイントを介して、回転しない部分からエア配管、油圧配管、電気ケーブルといった部品を引き出して使用している。なお、ロッド１２ａの前進後退は、図面の上下方向となっている。

プレート１６は、円筒形に形成されており、旋盤主軸に取り付けるために設けられているＪＩＳの規格に対応した穴加工、孔加工が径方向に形成されており、軸方向に前進後退自在なロッド１２ａを旋盤主軸の回転中心にガイドするガイド孔１６ａが設けられており、工作機械２１に取り付けられている。したがって、ロッド１２ａは、回転する工作機械２１と一体化して旋盤主軸の回転中心で回転自在でガイド孔１６ａの中を前進後退自在となっている。

ガイド部材１４は、円筒形に形成されており、同じく円筒形に形成されているスペーサ１７を介して、旋盤主軸の回転中心に対応してプレート１６に取り付けられており、フィンガチャック１０が出入りする貫通孔１４ａと図示しない貫通孔とがガイド部材１４とスペーサ１７とにそれぞれ設けられている。したがって、フィンガ１３、１３は、ロッド１２ａの前進後退にともない貫通孔１４ａの中を出入り自在となっている。固定ピン１５は、前側を細い円柱形の前端部１５ａに、次に太い円柱形の中央部１５ｂに、次に雄ねじ部１５ｃに、後側を締結に用いる頭部１５ｄに形成されている。また、ガイド部材１４は、前端部１５ａに対応している穴１４ｂと中央部１５ｂに対応しているピン孔１４ｃと雄ねじ部１５ｃに対応している雌ねじ部１４ｄと頭部１５ｄに対応する座面１４ｅとが軸方向の中央部に径方向の中心線と一致するように貫通孔１４ａに垂直に設けられており、固定ピン１５を雄ねじ部１５ｃと雌ねじ部１４ｄとの締結によって固定している。なお、スペーサ１７は、ガイド部材１４の交換を容易にするために必要に応じて設けられており、ガイド部材がスペーサ１７と一体で形成されていてもよい。

各フィンガ１３は、爪１３ａを回転方向の外側に突出して設けており、固定ピン１５の前端部１５ａに対応している溝巾のカム溝１３ｂを爪１３ａに向けて支点ピン１１の径方向の中心と一直線上に真っ直ぐな長孔１３ｂ１と孔１３ｃに向けて回転方向の外側に向けて傾いている長孔１３ｂ２とを接続して形成している。また、爪１３ａ、１３ａは、フィンガ１３、１３の背面１３ｄ側にそれぞれ突出して形成されている（図１（Ａ）（Ｃ））。なお、実施例では、長孔１３ｂ１は、ロッド１２ａの軸方向の中心線と一致しているが、平行であっても構わない。なお、図１（Ｃ）は、フィンガ１３の部品図を示している。

一対の同一のフィンガ１３、１３は、支点ピン１１を孔１３ｃ、１３ｃに通して、正面１３ｅ、１３ｅが一対の壁１２ａ１、１２ａ１の内側にロッド１２ａと平行にガイドされることによって、支点ピン１１を共通の回転中心として回転自在となり、同時に、ロッド１２ａの前進後退によって、支点ピン１１と固定ピン１５との距離Ｌが変化すると、カム溝１３ｂ、１３ｂを固定ピン１５の外周に滑動させ、支点ピン１１を共通の回転中心として支点ピン１１との相対角度を変化させる（図１（Ａ）（Ｂ）、図２）。すなわち、フィンガ１３、１３は、固定ピン１５が真っ直ぐな長孔１３ｂ１、１３ｂ１と傾いている長孔１３ｂ２、１３ｂ２との境界にいる場合に、支点ピンとの相対角度を０度として外側に開き（以下セット位置という。）、距離Ｌをロッド１２ａの後退によって短縮して固定ピン１５を真っ直ぐな長孔１３ｂ１、１３ｂ１に滑動させると、開いた状態を維持して後退し（以下クランプ位置という。）、ロッド１２ａを前進して固定ピン１５を傾いている長孔１３ｂ２に滑動させると、支点ピンとの相対角度が発生して内側に傾いて閉まる（以下アンクランプ位置という）。なお、図２（Ａ）は、アンクランプ位置を、図２（Ｂ）は、セット位置を、図２（Ｃ）は、クランプ位置をそれぞれ示している。

実際のワークＷをクランプする作業の例を説明する（図２）。ワークＷは、図面に向かって前後方向の両側に円形の曲面が形成され、左右方向の両曲面を接続する平面が形成されており、中央部から上部が中実に、また、中央部から下部が中空で外面の輪郭に対して均一な厚みを有するスカート部Ｗａが形成されている。なお、スカート部Ｗａの下部端面Ｗａ１は、前工程で平滑な平面が形成されている。また、左右方向の中央部には、前工程で断面が円形の加工孔Ｗｂが設けられており、下から加工孔Ｗｂに向けて貫通する穴Ｗｃが中央部に設けられている。また、ガイド部材１４は、ワークＷが当接するガイド部１４ｆをスカート部Ｗａの内側の輪郭に対応した形状に形成されており、ワークＷを工作機械２１に対して相対的に位置決めをしている。

ワークＷは、アンクランプ位置で、閉じているフィンガ１３、１３を穴Ｗｃに通してスカート部Ｗａをガイド部１４ｆにセットすることによって位置決めされる。つぎに、フィンガ１３、１３は、セット位置で、開いて爪１３ａ、１３ａをワークＷに係止させ、さらに短縮して、クランプ位置で、スカート部Ｗａの下部端面Ｗａ１とガイド部１４ｆの上部との当接と、爪１３ａ、１３ａと加工孔Ｗｂとの当接とによって、ワークＷをはさんでクランプすることができる。このとき、各爪１３ａの外形は、加工孔Ｗｂの曲率に対応した曲面に形成されており（図１（Ｃ））、曲面を適切に選ぶことによって、位置決めされているワークＷの位置を変えることなく適切にクランプすることができる。加工を完了したワークＷは、アンクランプ位置で工作機械から取り外すことができる。取り外したワークＷは、必要に応じて次の工程で加工される。なお、各爪１３ａの外形は、曲面限らず、平面でも構わないし、ワークＷを爪１３ａの形状をワークＷの図示しない係止部に対応させて位置決めすることができる。
［他の実施の形態］

フィンガチャック１０は、旋盤主軸に取り付ける代わりに、ワークＷが回転せず刃物が回転するタイプの工作機械２１に取り付けることができる。この場合は、直線駆動部材１２の本体１２ｂを取り付けするためのロータリージョイントが不要になる。

フィンガチャック１０は、一対の同一のフィンガ１３、１３の代わりに、左右非対称なフィンガ３１、３２を備えることができる。たとえば、一方の爪の形状と異なる形状の爪とを組み合わせたフィンガチャックは、非対称となっているワークＷの被係止部分に対応する形状とすることによって、ワークＷを正確にクランプすることができ、図示しないカム溝の形状を変えることによって、フィンガ３１、３２の開閉を非対称にすることもできる（図３（Ａ））。

ワークＷは、ガイド部材１４をワークＷの当接部に対応した形状に形成して位置決めする代わりに、当接部以外の被係止部分の形状を利用したガイド１４ｇ、１４ｇを設けて位置決めすることができる（図３（Ｂ））。

フィンガチャック１０は、ワークＷをクランプするために工作機械２１に１個取り付ける代わりに、複数個のフィンガチャックを取り付けてワークＷをクランプすることもできる（図３（Ｃ））。

フィンガチャック３１、３２は、爪３１ａ、３２ａを交換式にすることができる。爪３１ａ、３２ａを交換することができるフィンガチャック３１、３２は、ワークＷの交換に対して爪３１ａ、３２ａの交換によって対応することができる。なお、爪３１ａ、３２ａの材質は、金属に限らず弾性体の材料を使用することによって、ワークＷの寸法誤差を吸収してクランプすることができる（図３（Ａ））。

本発明は、複雑な形状の部品を工作機械で加工する場合に使用するワークをクランプするフィンガチャックに関するものであり、産業上の利用可能性を有する。

Ｌ…距離
Ｗ…ワーク
１１…支点ピン
１２…直線駆動部材
１２ａ…ロッド
１２ｂ…本体
１３…フィンガ
１３ａ…爪
１３ｂ…カム溝
１３ｂ１…真っ直ぐな長孔
１３ｂ２…傾いている長孔
１３ｃ…孔
１３ｄ…背面
１４…ガイド部材
１４ａ…貫通孔
１５…固定ピン
１６…プレート
１６ａ…ガイド孔
２１…工作機械

Claims (4)

1. 前端部に支点ピンが取り付けられているロッドと本体とからなる直線駆動部材と、背面が平面で前端部に爪と中央部にカム溝と後端部に前記支点ピンに対応する孔とが設けられているフィンガを前記背面を合わせて組み付けられている一対のフィンガと、前記ロッドに対応する貫通孔が設けられ該貫通孔に垂直な固定ピンが取り付けられているガイド部材と、該ガイド部材を取り付けて工作機械に脱着可能に固定しているプレートとを備えてなり、前記直線駆動部材は、前記工作機械に固定されている前記本体に対して、前記ロッドが前記プレートに設けられているガイド孔と前記貫通孔との中を軸方向に前進後退自在になっており、一対の前記フィンガは、前記ロッドの前進後退によって、前記支点ピンと前記固定ピンとの距離が変化すると、前記カム溝を前記固定ピンの外周に滑動させ、前記支点ピンを共通の回転中心として前記支点ピンとの相対角度を変化させ、前進して内側に閉じ、後退して外側に開き、前記フィンガの回転方向の外側に向けて突出して形成されている前記爪がワークをクランプすることを特徴とするフィンガチャック。
2. 前記カム溝は、前記爪に向けて前記支点ピンの径方向の中心と一直線線上に真っ直ぐな長孔と前記孔に向けて回転方向の外側に向けて傾いている長孔とを接続して形成されていることを特徴とする請求項１記載のフィンガチャック。
3. 前記爪は、一対の前記フィンガの前記背面側に突出して形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のフィンガチャック。
4. 前記ガイド部材は、ワークの当接部に対応した形状に形成することによって、ワークを前記工作機械に対して相対的に位置決めすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のフィンガチャック。

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