JP2015024446A - チャック開閉装置およびそれを有する加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな構成のチャックを開閉するユニットを備えた加工装置を提供する。
【解決手段】加工装置は、主軸とともに回転するドローバーを、主軸の中心軸方向に前後に動かして主軸の先端側に設けられたチャックを開閉する開閉装置を含む。開閉装置は、ドローバーに対し、前後両方向の力を伝達するベアリングユニットを介して接続され、ドローバーと前後両方向に同期して移動する移動部材と、移動部材を前後方向に駆動するアクチュエータとを有する。アクチュエータの一例はピストンが中心軸方向に前後に移動するシリンダーユニットであり、ピストンが移動部材と連結される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ワークを把持するコレットチャックなどを、主軸を介して開閉する装置に関するものである。

特許文献１には、例えば工作機械の主軸に内蔵されたチャックシリンダのように、回転し、かつ回転体内で軸方向の駆動力を発生する回転シリンダ装置が開示されている。この種の回転シリンダ装置は、回転体としてのチャックシリンダにピストン軸を有するピストンを軸方向へ移動自在に設け、ピストンの軸方向両側に流体圧室を区画形成し、一方の流体圧室に作動流体としての作動油を、外部の圧力源から回転体と回転体を支持する支持台との間に介在する回転接手を介して供給することが記載されている。

特開２０１０−２８４７３３号公報

回転体内で軸方向の駆動力を発生する回転シリンダ装置と同等の機能を簡易な構成で、たとえば、回転接手を使用せずに提供できるようにすることが要望されている。

本発明の一態様は、主軸とともに回転するドローバーを、主軸の中心軸方向に前後に動かして主軸の先端側に設けられたチャックを開閉する開閉装置であって、ドローバーに対し、前後両方向の力を伝達するベアリングユニットを介して接続され、ドローバーと前後両方向に同期して移動する移動部材と、移動部材を前後方向に駆動するアクチュエータとを有する開閉装置である。移動部材はドローバーに対し前後両方向の力を伝達するベアリングユニットを介して接続されているので、移動部材はドローバーと同期して回転する部材でなくてもよく、典型的には回転しない部材であってもよい。したがって、アクチュエータを主軸と同期して回転させずに、アクチュエータによりドローバーを軸方向（軸方向の前後）に移動できる。このため、ドローバーを介してチャック、たとえばコレットチャックを開閉する、簡易な構成の開閉装置を提供できる。

アクチュエータの典型的なものは、ピストンが中心軸方向に前後に移動するシリンダーユニットを含むものである。ピストンを移動部材と連結し、主軸の延長方向に、または主軸と同軸状にシリンダーユニットを配置できる。シリンダーユニットのピストンロッドが移動部材を兼ねていてもよく、移動部材が中空であればドローバーが移動部材およびシリンダーユニットを貫通するように取り付けできる。

ベアリングユニットは、スラストおよびラジアル荷重を同時に処理できる自動調心ころ軸受を含むものであってもよい。スラスト方向の力を伝達する一対の第１のベアリングを含むベアリングユニットは、スラスト方向の荷重を伝えやすい。このため、チャックにワークをより安定して把持させやすい。ベアリングユニットは、一対の第１のベアリングに挟まれる位置に配置された少なくとも１つのラジアルベアリングを含んでいてもよい。

本発明の他の態様の１つは、上記の開閉装置と、開閉装置が一方の端側に接続されたドローバーと、ドローバーの他方の端側に設けられたチャックと、主軸を回転駆動するモーターと、チャックに把持されたワークを加工する加工ユニットとを有する加工装置である。特に、ドローバーがピストンロッドおよびシリンダーユニットを貫通するタイプであれば、中空タイプ（ホロータイプ）のドローバーを採用することにより、ドローバーが、ワークの供給路または排出路を兼ねることができる。

加工装置の概要を示す図。 シリンダーユニットおよびヘッドの概略構成を示す断面図。 シリンダーユニットによりチャックを開閉する様子を示す模式図であり、図３（ａ）はチャックがワークを開放した様子を示す図であり、図３（ｂ）はチャックがワークを保持した様子を示す図。

図１に、チャックでワークを把持して加工する装置の一例である旋盤（加工装置）の概略構成を示している。この加工装置１は、主軸１２のヘッド７０に収納されたチャック７１でワーク（ワークピース、被加工部材、被加工棒材）５を把持して旋回する旋回ユニット１０と、ワーク５を加工するツール８１を備えた加工ユニット８０とを含む。

旋回ユニット１０は、主軸台１１に回転自在に支持される主軸１２と、主軸１２の一方（前方９ａ）の端に設けられ、主軸１２とともに中心軸９の周りを回転するヘッド７０と、ヘッド７０に収納されたチャック（コレットチャック）７１と、主軸１２を中心軸９に沿って貫通しコレットチャック７１を操作するドローバー（シャフト）１５と、ドローバー１５によりチャック７１を開閉するユニット（開閉装置）２０と、主軸１２を回転駆動するモーター１３とを含む。

ドローバー１５は主軸１２とともに回転し、さらに、中心軸９の方向に前後に動いてコレットチャック７１を開閉する。ドローバー１５はホロータイプ（中空タイプ）のシャフトで貫通孔１６を含む。ドローバー１５は主軸１２および開閉装置２０を貫通している。このため、ドローバー１５の貫通孔１６を、チャック７１に主軸１２の後方９ｂから未加工のワーク５を供給する経路（供給路）および／または加工済みのワーク５を排出する経路（排出路）として使用できる。チャック７１に対し前方からワーク５を供給および排出してもよい。

加工装置１は、適当な圧縮空気源、例えばコンプレッサ２から供給される圧縮空気を開閉装置２０に供給する空気配管３と、開閉装置２０に対する空気の吸排気を制御するバルブ、たとえば、ソレノイドバルブ（制御バルブ）６および７とを含む。加工装置１は、さらに、加工装置１の全体の動作を制御する制御ユニット９０を含む。制御ユニット９０は、ＣＰＵおよびメモリを含むハードウェア資源を含み、プログラム（プログラム製品）に規定されたアルゴリズムにしたがって加工装置１を制御する。

制御ユニット９０は、制御バルブ６および７をオンオフ制御するバルブ制御ユニット９１と、モーター１３のオンオフを制御するモーター制御ユニット９２と、加工ユニット８０のアクチュエータを介してツール８１の位置を制御する加工制御ユニット９３とを含む。

図２に、開閉装置２０およびヘッド７０の概略構成を断面図により示している。開閉装置２０は、ドローバー１５に対しベアリングユニット４０を介して接続された移動部材６７と、移動部材６７を中心軸９に沿って前後方向Ｘに駆動するアクチュエータ３０とを含む。アクチュエータ３０が移動部材６７を介してドローバー１５を後方Ｐ１に動かすとチャック７１が開いてワークが開放され、アクチュエータ３０が移動部材６７を介してドローバー１５を前方Ｐ２に動かすとチャック７１が閉じてワークが把持される。

アクチュエータ３０はシリンダーユニット５０を含む。シリンダーユニット５０は、シリンダー部５１と、シリンダー部５１の内部で中心軸方向に動くピストン６０と、ピストン６０と一体となって動くピストンロッド６５とを含む。ピストンロッド６５は中空で、その内部をドローバー１５が貫通しており、ドローバー１５とピストンロッド６５とは前後両方向の力を伝達するベアリングユニット４０により回転可能に接続されている。したがって、ピストンロッド６５およびピストン６０は、ドローバー１５と前後両方向（Ｐ２およびＰ１の両方向）に同期して移動し、移動部材６７としての機能を果たす。

ベアリングユニット４０は、ピストンロッド６５とドローバー１５との間のスラスト方向（軸方向）の力（スラスト荷重）を伝達する一対の第１のベアリング４１および４２と、一対の第１のベアリング（スラストベアリング、スラスト軸受け）４１および４２の内側に配置された一対のラジアルベアリング（転がり軸受け）４３ａおよび４３ｂとを有する。一対のスラストベアリング４１および４２は、ピストンロッド６５またはピストン６０から中心方向に突き出た凸部６８を、ラジアルベアリング４３ａおよび４３ｂを介して挟むように配置されている。このため、ベアリングユニット４０は、ピストンロッド６５およびドローバー１５を、中心軸９の周りには相対的に回転可能に、中心軸９の軸方向（前後方向）には相互に同期して動くように連結する。ベアリングユニット４０は、スラスト軸受けと転がり軸受けとの機能を併せ持っていればよく、自動調心型の軸受けを含んでいてもよく、円筒ころ軸受を含んでいてもよい。

本例では、円筒状のドローバー１５の後端の外側（外周）に後端側が凹むように段差部１８が設けられており、スラスト軸受け４１、転がり軸受け４３ａ、凸部６８を挟んで転がり軸受け４３ｂ、スラスト軸受け４２がこの順番で前方から段差部１８に挿入され、ネジ式のキャップ１７で固定されている。これらの軸受け４１、４２、４３ａ、４３ｂの組み合わせおよび数は任意であり、また、適当なスペーサなどを組み合わせて配置してもよい。

アクチュエータ３０のシリンダー部５１は、ピストンロッド６５が挿入される貫通孔５３を備えた前後の側方板５２ａおよび５２ｂと、側方板５２ａおよび５２ｂに挟まれたリング部材５５とを含み、これらが複数のボルト３４で固定され、内部にピストン６０が動く空間が形成されている。シリンダー部５１は、側方板５２ｂから延びたアーム５６により主軸台１１に固定され、回転しないようになっている。

シリンダー部５１の内部に収納される円盤状のピストン６０およびピストンロッド６５は、シリンダー部５１の内部でＯリング３５および３７により密閉性を保ちながら軸方向（前後方向）Ｘにスライドする。ピストン６０およびピストンロッド６５はベアリングユニット４０を介してドローバー１５に接続されているので、ドローバー１５が回転してもピストン６０およびピストンロッド６５は回転せず、固定されたシリンダー部５１に対して軸方向（前後方向）Ｘにのみスライドする。したがって、Ｏリング３５および３７といった簡易な構成で密閉性を長期間にわたり保つことができる。シール方法はＯリングに限らず、ガスケットやフィンなどの公知の方法を採用できる。

また、ピストン６０の前方側の空間３１および後方側の空間３２に、固定されたシリンダー部５１を介して空気あるいは他の気体または流体を出し入れすることによりピストン６０を駆動できる。このため、空気、油などの駆動媒体をシリンダーユニット５０に供給するために回転接手は不要であり、低コストで信頼性の高い開閉装置２０を提供できる。シリンダーユニット５０は、さらに、前方の側方板５２ｂに後方に延びた棒状のガイド３６が取り付けられ、ピストン６０はガイド３６が挿入される孔６１を備えており、ピストン６０はガイド３６に沿って回転せずに前後にスライドするようになっている。

開閉装置２０は、さらに、シリンダー部５１の内部のピストン６０の前後の空間３１および３２にそれぞれ圧縮空気を導入する導入口（ポート）２１および２２を含む。これらの導入口２１および２２は、側方板５２ｂおよび５２ａを貫通するように設けられていてもよく、リング部材５５を貫通するように設けられていてもよい。前方の空間３１に導入口２１を介して圧縮空気を導入することによりピストン６０を後方Ｐ１に動かすことができ、それに連動してドローバー１５を後方Ｐ１に動かすことができる。また、後方の空間３２に導入口２２を介して圧縮空気を導入することによりピストン６０を前方Ｐ２に動かすことができ、それに連動してドローバー１５を前方Ｐ２に動かすことができる。

ピストン６０の後方の空間３２に面する側に緩衝材を配置することが有効である。ピストン６０を後方Ｐ１に動かしてチャック７１を開く際に、ピストン６０のストロークをストッパとして利用することができ、ピストン６０が側方板５２ａと接触したときの衝撃および騒音を低減できる。

この開閉装置２０においては、ピストン６０を駆動する流体はオイル等の粘性の高い液体であってもよいが、シリンダーユニット５０が回転しないので流体を供給するために回転接手は不要であり、圧縮空気などの取り扱いが容易で、漏れもそれほど気にならず、安価に入手できる気体を作動流体として用いることができる。

また、アクチュエータ３０であるシリンダーユニット５０が回転しないため開閉装置２０をハウジングで覆ったりする必要はなく安全である。さらに、シリンダーユニット５０に内蔵されたベアリングユニット４０でドローバー１５を旋回ユニット１０の後端で回転支持できる。ドローバー１５の中空部分（貫通孔）１６はワークを供給または排出する経路を兼ねており、ワークを供給または排出する口となるドローバー１５の後端を安定して支持することによりワークの出し入れも容易になる。

旋回ユニット１０のヘッド７０は、前方９ａから、ヘッド７０の前方に固定され、ワークを把持するチャック（コレットチャック）７１と、チャック７１を開閉するスリーブ７５と、スリーブ７５と連結部材７４により連結されたシャフトリング７３とを備えており、シャフトリング７３にドローバー１５が取り付けられている。チャック７１は前方９ａに向かって外周が拡大したテーパー部７２を含み、スリーブ７５はテーパー部７２の形状に対応して広がった内周面７５ａを含む。したがって、開閉装置２０によりドローバー１５が後方Ｐ１に移動するとスリーブ７５が後方Ｐ１に動いてチャック７１が開き、チャック７１からワークを解放できる。開閉装置２０によりドローバー１５が前方Ｐ２に移動するとスリーブ７５が前方Ｐ２に動いてチャック７１が閉じ、チャック７１によりワークを把持できる。

図３（ａ）に開閉装置２０により移動部材６７を後方Ｐ１に動かしてチャック７１がワーク５を解放した様子を示している。なお、主軸１２および主軸台１１の内部の構成は省略してブロックとして示している。図３（ｂ）においても同様である。制御ユニット９０のバルブ制御ユニット９１が、制御バルブ６を開（オン）し制御バルブ７を閉（オフ）にするとピストン６０の前方の空間３１に圧縮空気が導入され、後方の空間３２から空気が排出される。これにより、移動部材６７であるピストン６０およびピストンロッド６５が後方Ｐ１に移動し、それに連動してドローバー１５が後方Ｐ１に動く。したがって、スリーブ７５が後方Ｐ１に動いてチャック７１からワーク５が開放される。

図３（ｂ）に開閉装置２０により移動部材６７を前方Ｐ２に動かしてチャック７１によりワーク５を保持した様子を示している。制御ユニット９０のバルブ制御ユニット９１が、制御バルブ７を開（オン）し制御バルブ６を閉（オフ）にするとピストン６０の後方の空間３２に圧縮空気が導入され、前方の空間３１から空気が排出される。これにより、移動部材６７であるピストン６０およびピストンロッド６５が前方Ｐ２に移動し、それに連動してドローバー１５が前方Ｐ２に動く。したがって、スリーブ７５が前方Ｐ２に動いてチャック７１はワーク５を把持する。移動部材６７であるピストン６０およびピストンロッド６５に対しベアリングユニット４０によりドローバー１５は回転可能に接続されている。このため、ワーク５を把持した状態で主軸１２が回転し、それに連動してドローバー１５が回転して、開閉装置２０は回転せず、ワーク５を把持した状態を維持できる。したがって、ツール８１がワーク５の方向に移動し、ワーク５を回転させながらツール８１によりワーク５を加工できる。

この加工装置１においては、ワーク５を適当な方法、たとえばロボットアームにより前方からチャック７１に供給し、開閉装置２０によりドローバー１５を前方Ｐ２に動かしてチャック７１によりワーク５を把持し、ワーク５を加工する。加工が終了すると、開閉装置２０によりドローバー１５を後方Ｐ１に動かしてチャック７１からワーク５を解放し、ドローバー１５の貫通孔（軸孔、ホロー部分）１６を通して、ワーク５を後方に排出できる。逆に、圧縮空気を使ったり、貫通孔１６に複数のワーク５を順番に後方から詰め込むことにより、貫通孔１６を通してワーク５をチャック７１に後方から供給し、ワーク５を加工した後に前方へ排出することも可能である。

なお、上記では、中心軸方向が水平方向となる加工装置を例に説明しているが、中心軸方向が垂直方向となる加工装置であってもよく、またそれ以外の方向を向く加工装置であってもよい。また、上記では開閉装置が加工装置に組み込まれた状態を説明しているが、開閉装置を加工装置とは別に供給し、既存の加工装置に組み込むことも可能である。

また、静止型のチャックを例に説明しているが、引き型のチャック、押し型のチャックなど他のタイプのチャックであってもよい。その場合、ピストンの駆動方向とチャックの開閉方向との関係が逆になる場合がある。また、ドローバーがワークの供給あるいは排出経路を兼用しない場合は、ドローバーがシリンダーユニットを貫通しない状態で開閉装置とドローバーとを組み合わせることができる。さらに、ピストンロッドとドローバーとをシリンダー部の外側で結合してもよい。また、シリンダーユニットの代わりに、モーター等の他のタイプのアクチュエータにより移動部材を前後に動かしてもよい。

さらに、上記チャック開閉ユニットは、回転するシャフトを前後、上下等に駆動する必要のある他のタイプの加工装置や、試験装置および観察装置などに対しても使用することができる。

１ 加工装置（旋盤）
２０ チャック開閉ユニット
３０ アクチュエータ
４０ ベアリングユニット

Claims (7)

1. 主軸とともに回転するドローバーを、前記主軸の中心軸方向に前後に動かして前記主軸の先端側に設けられたチャックを開閉する開閉装置であって、
   前記ドローバーに対し、前後両方向の力を伝達するベアリングユニットを介して接続され、前記ドローバーと前後両方向に同期して移動する移動部材と、
   前記移動部材を前後方向に駆動するアクチュエータとを有する開閉装置。
2. 請求項１において、
   前記アクチュエータは、ピストンが前記中心軸方向に前後に移動するシリンダーユニットを含み、前記ピストンが前記移動部材と連結されている、開閉装置。
3. 請求項２において、前記シリンダーユニットのピストンロッドが前記移動部材を兼ねており、前記移動部材は中空で、前記ドローバーが前記移動部材およびシリンダーユニットを貫通するように取り付けられる、開閉装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記ベアリングユニットは、スラスト方向の力を伝達する一対の第１のベアリングを含む、開閉装置。
5. 請求項４において、前記ベアリングユニットは、前記一対の第１のベアリングに挟まれる位置に配置された少なくとも１つのラジアルベアリングを含む、開閉装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の開閉装置と、
   前記開閉装置が一方の端側に接続されたドローバーと、
   前記ドローバーの他方の端側に設けられたチャックと、
   主軸を回転駆動するモーターと、
   前記チャックに把持されたワークを加工する加工ユニットとを有する加工装置。
7. 請求項３に記載の開閉装置と、
   前記開閉装置が一方の端側に接続された中空タイプのドローバーであって、ワークの供給路または排出路を兼ねたドローバーと、
   前記ドローバーの他方の端側に設けられたチャックと、
   主軸を回転駆動するモーターと、
   前記チャックに把持されたワークを加工する加工ユニットとを有する加工装置。

Images