JP2015139874A - 円筒状ワーク支持装置 - Google Patents

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俊介 橋口
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Abstract

【課題】簡単な構成によってインナーコレットの動作を安定化させる。
【解決手段】円筒状ワーク支持装置10は、アウターコレット44と、第1テーパ面72及び第2テーパ面74を有するインナーコレット46と、マンドレル48と、テーパコーン50と、ドローバ52とを備える。ドローバ52は、インナーコレット46の縮小時に、インナーコレット46の一端46aに当接可能な押出部材120を備える。アウターコレット44は、インナーコレット46の縮小時に、インナーコレット46の他端46bに当接可能な規制部材130を備える。
【選択図】図2

Description

本発明は、金属製の円筒状ワークを加工する際に、この円筒状ワークを支持する円筒状ワーク支持装置に関する。
従来、金属リング等の加工品を得るために、金属製の円筒状ワークに加工を施す装置が開発されている。例えば、本出願人は、特許文献1に開示されるように、円筒状ワークを内側から支持してレーザ加工を施す円筒状ワーク切断装置を先に提案した。
特許文献1に開示の円筒状ワーク切断装置は、円筒状ワークの内側を支持するアウターコレット(保持部材)と、アウターコレットの内側で径方向に拡張又は縮小の動作を行うインナーコレット(押圧用部材)とを備える。インナーコレットの内周面には、マンドレルがテーパ接触する第1テーパ面と、テーパコーンがテーパ接触する第2テーパ面とが形成されている。
アウターコレットは、マンドレル又はテーパコーンの軸方向の動作によりインナーコレットが径方向に拡張することで、インナーコレットに押されて拡張し円筒状ワークを内側から押さえる。すなわち、この円筒状ワーク切断装置は、インナーコレットの第1及び第2テーパ面がマンドレル及びテーパコーンに対しテーパ接触することで、軸方向の動作力を軸方向に直交する方向(径方向)の作用力に変換する円筒状ワーク支持装置を有する。内側を支持された円筒状ワークは、レーザ装置により輪切り状に切断されて金属リングに加工される。
特開2011−167701号公報
しかしながら、上記のような円筒状ワーク支持装置は、マンドレルやテーパコーンに対しインナーコレットが確実に摺動することが求められる。例えば、アウターコレットの拡張状態(円筒状ワークの支持状態)で、インナーコレットがアウターコレットとマンドレルの間に挟まったまま動かなくなると、インナーコレット及びアウターコレットの収縮動作が阻害されることになる。これにより、円筒状ワーク支持装置の動作に異常が生じ、円筒状ワークの加工効率や支持精度の低下が懸念されることになる。
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであって、簡単な構成によってインナーコレットの動作を安定化させることで、加工効率及び支持精度の向上を図ることが可能な円筒状ワーク支持装置を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明に係る円筒状ワーク支持装置は、円筒状のアウターコレットと、前記アウターコレット内に収容されると共に、空洞部を内側に有する円筒状に形成され、且つ前記空洞部を構成する内周面の一端から中腹部に向かって径方向内側に傾斜する第1テーパ面、及び前記内周面の他端から前記中腹部に向かって径方向内側に傾斜する第2テーパ面を有するインナーコレットと、前記第1テーパ面にテーパ接触するマンドレルと、前記第2テーパ面にテーパ接触するテーパコーンと、前記テーパコーンに接続され、前記マンドレルと相対的に前記テーパコーンを進退させるドローバと、を備え、前記ドローバは、前記インナーコレットの縮小時に、前記インナーコレットの前記一端に当接可能な第1当接部を備え、前記アウターコレットは、前記インナーコレットの縮小時に、前記インナーコレットの前記他端に当接可能な第2当接部を備えることを特徴とする。
上記によれば、円筒状ワーク支持装置は、インナーコレットの縮小時に、インナーコレットの一端に当接可能な第1当接部と、インナーコレットの他端に当接可能な第2当接部とを備えることで、インナーコレットの動作を安定化させることができる。すなわち、アウターコレットの収縮においてドローバを移動させると、ドローバが備える第1当接部は、インナーコレットの一端を押してマンドレルから滑らせるようにインナーコレットを誘導する。また、アウターコレットが備える第2当接部は、インナーコレットの他端に接触することで、テーパコーンから滑らせるようにインナーコレットを誘導する。よって、インナーコレットが動かなくなる等の不都合を確実に防止することができ、これによりアウターコレットが円滑に収縮して、アウターコレットによる円筒状ワークの支持を効率的且つ精度良く行うことが可能となる。
この場合、前記第1当接部の前記アウターコレットの内周面に対向する周面には、前記アウターコレットに気密に接触可能なシール部材が設けられることが好ましい。
このように、円筒状ワーク支持装置は、シール部材を有することで、アウターコレット、インナーコレット、マンドレル及びテーパコーンの接触部分に、加工時に生じる粉や屑が入り込むことを遮断することができる。よって、各構成の機械的接触部分を良好な環境に維持することができる。
また、前記シール部材は、前記インナーコレットが前記アウターコレットを径方向外側に押し出した状態で、前記アウターコレットとの間にクリアランスを形成させる構成であってもよい。
このように、シール部材がアウターコレットとの間にクリアランスを形成させることで、アウターコレットが円筒状ワークを支持している際に、アウターコレットの内側に気体を容易に流動させることができる。よって、アウターコレットやインナーコレットを充分に冷却することができ、加工の効率化及び高精度化を一層期待することができる。
上記のとおり、本発明に係る円筒状ワーク支持装置は、簡単な構成によってインナーコレットの動作を安定化させることで、加工効率及び支持精度の向上を図ることができる。
本発明の一実施形態に係る円筒状ワーク支持装置を備えた円筒状ワーク切断装置を示す一部断面平面図である。 図1の円筒状ワーク支持装置の拡張状態を示す要部断面側面図である。 図1のアウターコレットを示す概略斜視図である。 図2のインナーコレットを示す概略斜視図である。 図5Aは、従来の円筒状ワーク支持装置のインナーコレットの不具合を示す第1説明図であり、図5Bは、同じくインナーコレットの不具合を示す第2説明図である。 図1の円筒状ワーク支持装置の収縮動作を示す第1要部断面側面図である。 図6に続く円筒状ワーク支持装置の収縮動作を示す第2要部断面側面図である。
以下、本発明に係る円筒状ワーク支持装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態に係る円筒状ワーク支持装置10は、図1に示すように、例えば金属製の円筒状ワークWを加工装置により切断する円筒状ワーク切断装置12において円筒状ワークWを支持する装置として構成される。なお、円筒状ワーク支持装置10が適用される装置は、円筒状ワーク切断装置12に限定されず、例えば、円筒状ワークWに対し切削、研削、接合、熱処理、塗装等の加工を行う装置でもよい。
円筒状ワーク切断装置12は、円筒状ワーク支持装置10であるモータ14、スピンドル16、ワーク保持部18を有し、さらにレーザ加工装置20(図2参照)を有する。また、円筒状ワーク切断装置12は、図示しない基台を有し、この基台上には第1基盤22及び第2基盤24が設置される。第1基盤22にはモータ14が支持され、第2基盤24には、スピンドル16が挿入されるスピンドル支持部材26が設置される。スピンドル支持部材26のスピンドル16の接触部には、ベアリング26aが設けられており、スピンドル16はスピンドル支持部材26に回転自在に支持される。
円筒状ワーク切断装置12のモータ14は、スピンドル16を回転動作させるために設けられる。モータ14の回転軸14aには、第1プーリ28が嵌合され、この第1プーリ28にはタイミングベルト30が巻きかけられる。
スピンドル16は、軸方向に所定長さを有し、その一端部にワーク保持部18を連結固定することで、ワーク保持部18と一体的に回転する部材である。スピンドル16の他端部には、第2プーリ29が嵌合され、この第2プーリ29には第1プーリ28から掛け渡されたタイミングベルト30が巻きかけられる。すなわち、スピンドル16は、モータ14の回転駆動が伝達されて回転動作を行う。
スピンドル16は、軸方向に延びる内孔32を内部に有する中空体として形成されている。この内孔32は、スピンドル16の長手方向の両端面で開口し、一方の開口には、管継手用ソケット34のソケット部36が挿入されている。ソケット部36は、円錐台形状に形成され、管継手用ソケット34の本体部38に対し回転自在に取り付けられる。
管継手用ソケット34の本体部38は、管継手38aを介して図示しない送気管が連結され、送気管は、冷却媒体用の圧縮エアを供給する圧縮エア供給源(図示せず)に接続されている。内孔32には、圧縮エア供給源から送気管及び管継手38aを介して管継手用ソケット34に流動した圧縮エアがソケット部36から供給される。
図2に示すように、ワーク保持部18は、円筒状ワークWを内側から支持する部位であり、スピンドル16に連結されて該スピンドル16に追従して回転動作する。このワーク保持部18は、第1連結部材40と第2連結部材42を介してスピンドル16に連結されている。具体的には、スピンドル16の一端部側は、他端部側に比べて内孔32の内径が大きく形成されており、この内孔32に連通する他方の開口に第1連結部材40の突部が挿入される。そして、第1連結部材40の一端面から挿入された連結ボルト41がスピンドル16の一端部にねじ止めされる。また、第1連結部材40の他端面から挿入された連結ボルト43が第2連結部材42にねじ止めされることで、スピンドル16に対する第1及び第2連結部材40、42の連結がなされる。
第1及び第2連結部材40、42は、スピンドル16の一端部の周方向に沿って周回する略リング状に形成されている。第1及び第2連結部材40、42の軸心部には連通孔40a、42aが形成されており、後述するワーク保持部18のドローバ52が貫通配置される。
ワーク保持部18は、アウターコレット44、インナーコレット46、マンドレル48、テーパコーン50及びドローバ52を含んで構成される。そして、これらの構成が機械的に連動することにより、ワーク保持部18(アウターコレット44)の外側において円筒状ワークWの支持と支持解除を行う。
アウターコレット44は、図2及び図3に示すように、全体として略円筒状に形成されており、軸方向に沿って第1小径部54、保持部56及び第2小径部58を有する。また、アウターコレット44の軸心部には、第1小径部54、保持部56及び第2小径部58を貫通する貫通孔60が形成されている。
第1小径部54は、第2連結部材42の連通孔42aに挿入される。第2連結部材42と第1小径部54には、径方向に貫通する図示しない連結孔が形成されており、両方の連結孔に図示しない連結ピンが挿入されることで、第2連結部材42とアウターコレット44の連結がなされる。
また、第1小径部54において第2連結部材42の内周面に対向する外周面には、周方向に沿ってシール溝54aが形成されている。このシール溝54aには弾性材料からなるOリング62が装着される。このOリング62により、第2連結部材42とアウターコレット44との間がシールされて圧縮エアの漏洩が抑制される。
同様に、第2小径部58の外周面には、周方向に沿ってシール溝58bが設けられると共に、シール溝58bに連なる突出端部は後述する規制部材130を取り付けるための爪部58aに形成されている。シール溝58bには、Oリング62が装着され且つ規制部材130のフック部146が挿入される。
また、アウターコレット44は、貫通孔60から側壁(外壁)に至るまで、複数本の直径方向通路64が放射状に貫通形成されている。すなわち、直径方向通路64は貫通孔60に連通する。
各直径方向通路64は、アウターコレット44の長手方向に沿って延在する。アウターコレット44は、第1小径部54の端部から第2小径部58の途中に渡って切り欠かれた直径方向通路64aと、第2小径部58の端部から第1小径部54の途中に渡って切り欠かれた直径方向通路64bとが周方向に交互に繰り返すように形成される。
アウターコレット44の保持部56の側壁には、該側壁の周回方向に沿って延在し、隣接する直径方向通路64同士を連通する周回方向通路66(環状溝)が複数本形成される。なお、図2及び図3から了解されるように、周回方向通路66は、貫通孔60に直接的に到達しておらず、直径方向通路64を介して貫通孔60に連通している。
そして、アウターコレット44の貫通孔60には、図2に示すようにインナーコレット46が挿入される。インナーコレット46は、アウターコレット44の貫通孔60よりもひと回り小さい円筒状を呈し、軸方向に空洞部68を有する。インナーコレット46の空洞部68には、マンドレル48及びテーパコーン50が挿入される。
インナーコレット46には、図4に示すように、内壁から外壁に向かうようにして貫通した複数本(本実施形態では4本)のスリット70が長手方向に沿って設けられている。スリット70は、図4中の一端46aから他端46bの手前まで延びるものと、他端46bから一端46aの手前まで延びるものとが周方向に交互に繰り返すように形成されている。インナーコレット46は、このスリット70により径方向外側に簡単に弾性変形する。
インナーコレット46の空洞部68を構成する内壁の両端側(一端46a側及び他端46b側)には、一端46a、他端46bの各々から軸方向中央領域に向かってテーパ状に狭まる第1テーパ面72と第2テーパ面74が形成されている(図2も参照)。なお、インナーコレット46の第1及び第2テーパ面72、74に連なる中腹部73(軸方向中央領域)は、所定の長さにわたって略等径である。
一方、マンドレル48は、図2に示すように、マンドレル側連結筒部76と、マンドレル側連結筒部76の一端に連なるマンドレル側円錐部78とを有する略円錐台形状に形成されている。また、マンドレル48の中心部には、軸方向に沿って挿通孔80が設けられている。この挿通孔80には、ドローバ52が微量な隙間を空けて貫通配置される。
マンドレル側連結筒部76の端部には、周方向の所定位置にネジ孔76aが形成され、このネジ孔76aには、第1連結部材40から連結ボルト77がねじ込まれる。これによりマンドレル48と第1連結部材40の連結固定がなされる。
マンドレル側円錐部78の外周面は、インナーコレット46の第1テーパ面72と同角度傾斜し、面接触(テーパ接触)するマンドレル側テーパ面84に形成されている。マンドレル側円錐部78は、このマンドレル側テーパ面84が第1テーパ面72に摺動可能に接触して、インナーコレット46の空洞部68に挿入される。
テーパコーン50は、マンドレル48と逆向きの略円錐台形状に形成され、テーパコーン側連結筒部86と、テーパコーン側連結筒部86の一端に連なるテーパコーン側円錐部88とを有する。また、テーパコーン50の中心部にも、軸方向に沿って挿通孔90が設けられている。挿通孔90には、ドローバ52が微量な隙間を空けて貫通配置される。
テーパコーン側連結筒部86の端部には、図示しない連結ボルトによってドローバ連結部材92が連結されている。このドローバ連結部材92は、ドローバ52にねじ止めされる雌ネジ部92aを軸心部に有する。すなわち、テーパコーン50は、ドローバ連結部材92を介してドローバ52に連結され、ドローバ52と一体的に軸方向に移動可能となっている。
また、ドローバ連結部材92のテーパコーン50と反対側の端面には、ドローバ52の雄ネジ部110に螺合されるナット94が取り付けられる。ドローバ連結部材92及びナット94は、ドローバ52の軸方向に対し連結位置が調整可能となっており、これによりテーパコーン50の位置が調整され、インナーコレット46の押出量を変えることができる。
テーパコーン側円錐部88の外周面は、インナーコレット46の第2テーパ面74と同角度傾斜し、面接触(テーパ接触)するテーパコーン側テーパ面96に形成されている。テーパコーン側円錐部88は、このテーパコーン側テーパ面96が第2テーパ面74に摺動可能に接触して、インナーコレット46の空洞部68に挿入される。
ドローバ52は、図1に示すように、スピンドル16の内孔32からワーク保持部18内を通過し、ワーク保持部18の端部に露出する軸部材である。ここで、スピンドル16の内孔32は、ワーク保持部18寄りの領域が他の領域よりも大径に形成され、その内部にはドローバ52の一部、油圧シリンダ98及びスプリング100が配置されている。
ドローバ52は、ワーク保持部18のテーパコーン50を軸方向に進退動作させることで、アウターコレット44の径方向の拡張及び縮小を行い、円筒状ワークWの支持と支持解除を行う。ドローバ52は、図2中において、左側から右側に向かって、第1軸部102と、第1軸部102よりも小径の第2軸部104とを有する。
ドローバ52の第1軸部102は、マンドレル48の挿通孔80を軸方向に貫通してインナーコレット46の中腹部73に達すると共に、マンドレル48の挿通孔80との間に隙間が形成される外径を有する。
第1軸部102には、径方向外側の全周を周回するように突出するフランジ部106と、周方向の一部分から径方向外側に突出する突起部108とが形成されている。フランジ部106は、スプリング100の一端を受ける座を構成し、スプリング100の付勢力によりドローバ52全体を図2中の左方向に移動させる。また、突起部108には、後述する押出部材120がねじ止め固定される。
ドローバ52の第2軸部104は、第1軸部102から右方向に延び、テーパコーン50の挿通孔90を軸方向に貫通してドローバ連結部材92及びナット94に連結されている。この第2軸部104の右端側には上述した雄ネジ部110が形成されている。
油圧シリンダ98は、スピンドル16に連結固定されると共に、ドローバ52の第1軸部102の左端部を進出可能に保持する。この油圧シリンダ98は、図示しない供給源からオイルが供給されるように構成され、オイルの供給に基づきドローバ52をワーク保持部18の設置方向(図2中の右方向)に移動させる。すなわち、油圧シリンダ98のオイル供給状態では、ドローバ52に連結されているテーパコーン50を、オイル供給停止状態よりも右方向に位置させる。
スプリング100は、ドローバ52のフランジ部106と第1連結部材40の一端面の間に配置される。スプリング100は、油圧シリンダ98のオイル供給状態でドローバ52により軸方向に収縮し、ワーク保持部18の設置方向と反対方向(図2中の左方向)にドローバ52を付勢する。このため、ドローバ52は、油圧シリンダ98のオイルの供給停止に伴い、スプリング100の弾性力により左方向に伸長し、連結されているテーパコーン50も左方向に移動させる。
また、図2に示すように、円筒状ワーク切断装置12のレーザ加工装置20は、ワーク保持部18に保持された円筒状ワークWの所定位置に対しレーザ光Lを照射する加工ヘッド112を有する。加工ヘッド112は、ワーク保持部18の外周面に対向する位置で、ワーク保持部18の軸方向にスライド移動自在に設けられる。なお、加工ヘッド112のレーザ光Lの出射部近傍には、アルゴンガスや窒素ガス、又は圧縮エア等を吐出する図示しない吐出ノズルと、吐出ノズルから吐出された気体を吸引する図示しない吸引ノズルとが設けられてもよい。
そして、本実施形態に係る円筒状ワーク支持装置10は、円筒状ワークWの支持解除時にインナーコレット46がマンドレル48やテーパコーン50に対し安定的に動作するように押出部材120(第1当接部)及び規制部材130(第2当接部)を備える。
押出部材120は、ドローバ52の突起部108に取り付けられる環状部材であり、第1連結部材40とインナーコレット46の第1小径部54の間に配置される。この押出部材120は、突起部108に連結する板部122(連結部)と、板部122の径方向外側で周方向に周回する押出環状部124とを有する。
板部122は、突起部108に対し連結ネジ126により固定されると共に、押出環状部124をドローバ52の外周面から径方向外側に所定間隔離れた位置で支持する。具体的には、マンドレル48(マンドレル側連結筒部76)の側周面よりも外側に押出環状部124を配置する。
押出環状部124は、板部122からインナーコレット46に向かって所定長さ突出する。この押出環状部124は、マンドレル48の側周面よりも外側に位置することで、ドローバ52がマンドレル48と相対的に右方向に移動した際に、ドローバ52と一緒に移動してマンドレル48を内側に収容する。すなわち、押出環状部124は、マンドレル48の径方向外側において、インナーコレット46側に移動しインナーコレット46の一端46aに接触する。これにより、押出環状部124は、インナーコレット46を右方向に押し出し、マンドレル48に対してインナーコレット46を確実に滑らせる。
また、押出環状部124の外周面には、比較的浅い凹溝124aが周方向に沿って形成されている。この凹溝124aには、弾性材料からなる第1シール部材128が装着される。
一方、規制部材130は、アウターコレット44の第2小径部58側に取り付けられ、インナーコレット46がテーパコーン50に追従することを規制する機能を有する。具体的に、規制部材130は、ドローバ連結部材92の外側を周回する内側環状部材132と、内側環状部材132の外側を周回する外側環状部材134とを組み付けることにより構成される。
内側環状部材132は、外側環状部材134に連結される内側連結部136と、この内側連結部136に連なり所定長さインナーコレット46側に向かって突出する突出部138とを有する。内側連結部136は、突出部138よりも径方向に厚く形成され、周方向の所定位置には連結ネジ140がねじ込まれるネジ孔136aが形成されている。
突出部138は、内側連結部136から所定長さ突出し、且つドローバ連結部材92の外周面に沿って摺動可能な位置に配置されている。突出部138の外周面には、比較的浅い凹溝138aが周方向に沿って形成されている。この凹溝138aには、弾性材料からなる第2シール部材142が装着される。
外側環状部材134は、内側連結部136に連結される外側連結部144と、この外側連結部144から突出部138と同方向に突出するフック部146とを有する。外側連結部144には、内側連結部136と同様にネジ孔144aが形成され、このネジ孔144aに連結ネジ140がねじ込まれることで、内側環状部材132と外側環状部材134の組付がなされる。
フック部146は、突出部138と対向する位置に配置され、アウターコレット44の第2小径部58に設けられた爪部58aに引っ掛かる。すなわち、規制部材130は突出部138とフック部146の間にアウターコレット44の第2小径部58を挟み込み、且つフック部146が爪部58aに引っ掛かることでアウターコレット44の一端部に抜けが防止されて取り付けられる。
この状態では、規制部材130の突出部138の突出端部がインナーコレット46の他端46bに対向する。そのため、インナーコレット46がテーパコーン50に引き摺られて右方向に移動した場合には、突出部138がインナーコレット46の他端46bに接触してインナーコレット46の引き摺りを規制することができる。
本実施形態に係る円筒状ワーク支持装置10(円筒状ワーク切断装置12)は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下その作用効果について説明していく。
円筒状ワークWは、例えば、矩形状の金属製薄板が切り出されて、この金属製薄板が湾曲され両端縁を溶接することにより形成される。なお、無段変速機の動力伝達用ベルトを作製するための金属リングを製造する場合、金属製薄板の厚みは0.3〜0.4mm程度のものが採用される。また、金属製薄板は、マルエージング鋼が好適である。
円筒状ワーク切断装置12は、円筒状ワークWの切断において、円筒状ワークWの内側の孔部にワーク保持部18を通す。この際、アウターコレット44は、インナーコレット46が軸心側に寄っていることで、径方向内側に縮小している。そのため、アウターコレット44の外壁と円筒状ワークWの内壁との間には、若干の隙間が存在し、ワーク保持部18に対する円筒状ワークWの取り付けが簡単化される。
次に、円筒状ワーク支持装置10は、図2に示すように、ワーク保持部18を拡張させることで円筒状ワークWを保持する。具体的には、ドローバ52を支持する油圧シリンダ98のオイル供給を停止する。これにより、ワーク保持部18の縮小状態において油圧シリンダ98にオイルが供給されていることで右側に位置していたドローバ52(図7も参照)は、フランジ部106がスプリング100の付勢作用を受けることにより左方向に移動する。
このドローバ52の左方向の移動に伴い、テーパコーン50が一体的に左方向に移動する。すなわち、第1連結部材40に固定されているマンドレル48に向かい、マンドレル48とテーパコーン50の間隔が短くなる。テーパコーン50とマンドレル48の近接移動に伴って、縮小状態となっていたインナーコレット46が径方向外側に拡張する。
具体的には、マンドレル48がインナーコレット46の内側(中腹部73方向)に入り込むことで、マンドレル側テーパ面84にテーパ接触している第1テーパ面72が径方向外側に押し出される。これと同時に、テーパコーン50がインナーコレット46の内側(中腹部73方向)に入り込むことで、テーパコーン側テーパ面96にテーパ接触している第2テーパ面74が径方向外側に押し出される。これにより、インナーコレット46全体が径方向外側に向かって略均等に拡張する。
アウターコレット44は、複数の直径方向通路64及び周回方向通路66により充分な弾性力を有しており、インナーコレット46の拡張により押圧されることで容易に弾性変形を起こして略均等に拡張する。例えば、円筒状ワークWに歪みが生じて内径が不均一である場合でも、略同一の内径となる程度に押し広げる。そのため、円筒状ワークWの断面は略真円形状となるように矯正される。
次に、円筒状ワーク切断装置12は、モータ14を駆動して回転軸14aに固定されている第1プーリ28を回転させる。これによりタイミングベルト30が周回動作し、第2プーリ29を介してスピンドル16を回転させる。このスピンドル16の回転に連れてワーク保持部18も回転動作を行う。モータ14の回転駆動力は、好ましくは、ワーク保持部18に保持された円筒状ワークWの回転速度が30〜200m/分の周速となるように設定される。
また、円筒状ワーク切断装置12の管継手用ソケット34は、ソケット部36からスピンドル16の内孔32に圧縮エアを供給する。なお、スピンドル16の回転時には、本体部38が固定状態となっておりソケット部36のみが回転動作する。
圧縮エアは、内孔32を流通し、油圧シリンダ98及びドローバ52の周囲を流れて、第1及び第2連結部材40、42の各連通孔40a、42aを通過する。ここで、アウターコレット44の拡張状態では、押出部材120に装着される第1シール部材128と、アウターコレット44の内周面との間にクリアランス129が存在する。このクリアランス129は、内孔32から供給される圧縮エアを流通させる機能を有する。すなわち、圧縮エアは、クリアランス129を介してマンドレル48側に流動し、マンドレル48の挿通孔80を流動してインナーコレット46の空洞部68に流入する。これにより、インナーコレット46を内側から冷却する。
また、圧縮エアは、アウターコレット44の貫通孔60から直径方向通路64(図3参照)を介して外壁側にも移動し、その一部が円筒状ワークWの内壁に対し、長手方向に沿って接触する。圧縮エアの残部は、周回方向通路66を流通することで円筒状ワークWの内壁に対し周回方向に沿って接触する。このようにしてアウターコレット44及びインナーコレット46に圧縮エアが到達することにより、アウターコレット44の外壁が冷却効率に優れた冷やし金として機能する。
次に、円筒状ワーク切断装置12は、加工ヘッド112から円筒状ワークWに向けてレーザ光Lを出射する。レーザ光Lは、円筒状ワークWに入射されることで入射部分を金属昇華ガスとする。これにより、円筒状ワークWが切断されて金属リングR(図6及び図7参照)が形成される。
金属リングRの加工後(円筒状ワークWの切断後)は、ワーク保持部18の縮小動作を行うことで、成形した金属リングRの回収を行う。この際、円筒状ワーク支持装置10は、ワーク保持部18の縮小動作を安定的に行うことが可能となっている。
ここで、本実施形態に係るワーク保持部18の縮小動作を説明する前に、図5A及び図5Bを参照して、従来の円筒状ワーク支持装置200の実情について先に述べていく。従来の円筒状ワーク支持装置200も、基本的に、ワーク保持部202としてアウターコレット204、インナーコレット206、マンドレル208、テーパコーン210を備える。すなわち、マンドレル208とテーパコーン210が相互に近接することで、インナーコレット206の第1及び第2テーパ面212、214に対しマンドレル側テーパ面216とテーパコーン側テーパ面218を滑らせる。これにより、インナーコレット206が径方向外側に押し出され、その外側のアウターコレット204を径方向外側に弾性変形させることで円筒状ワークWを保持する。
そのため、円筒状ワークWの支持時には、アウターコレット204とマンドレル208又はテーパコーン210との間にインナーコレット206が挟まれた状態が形成され易い。つまり、マンドレル側テーパ面216又はテーパコーン側テーパ面218に対しインナーコレット206が滑らなくなる可能性がある。
すなわち、円筒状ワークWの支持解除においてインナーコレット206及びアウターコレット204の縮小動作のため、マンドレル208とテーパコーン210を相互に離間させても、インナーコレット206の挟まれた状態が続くおそれがある。例えば、図5Aに示すように、インナーコレット206がテーパコーン210に対し滑らずにアウターコレット204とテーパコーン210の間に強く挟持される。これによりアウターコレット204内でインナーコレット206が機械的に傾いた状態となる。逆に、図5Bに示すように、インナーコレット206がマンドレル208に対し滑らずにアウターコレット204とマンドレル208の間に強く挟持されることで、やはりアウターコレット204内でインナーコレット206が機械的に傾いた状態となる。
上記のような円筒状ワーク支持装置200の実情に対し、本実施形態に係る円筒状ワーク支持装置10は、押出部材120及び規制部材130を備えることで、インナーコレット46の位置を制御することができる。具体的に、円筒状ワーク支持装置10は、ワーク保持部18による支持解除時に、油圧シリンダ98にオイルを供給することで、図6に示すようにドローバ52をスプリング100に抗して右方向に移動させる。このドローバ52の右方向の移動の際には、ドローバ52の突起部108に連結された押出部材120も一体的に右方向に移動し、押出環状部124をインナーコレット46の一端46aに接触させる。
つまり、押出部材120は、ワーク保持部18の縮小動作時に、押出環状部124によりインナーコレット46を右方向に押し出す。これによりインナーコレット46がアウターコレット44とマンドレル48の間に挟まることが防止され、インナーコレット46の第1テーパ面72がマンドレル側テーパ面84上を円滑に滑ることになる。
そして、ドローバ52をさらに右方向に移動させると、図7に示すように、押出部材120がインナーコレット46を右方向に移動させ、インナーコレット46の他端46bを規制部材130の突出部138に接触させる。規制部材130は、アウターコレット44に取り付けられて設置位置が固定されているので、インナーコレット46の他端46bを確実に受ける。これにより、インナーコレット46の右方向の移動が規制され、インナーコレット46がアウターコレット44とテーパコーン50の間に挟まることが回避される。その結果、インナーコレット46の第2テーパ面74がテーパコーン側テーパ面96上を円滑に滑ることになる。
換言すれば、円筒状ワーク支持装置10は、ワーク保持部18の縮小動作時に、押出部材120と規制部材130により、アウターコレット44の保持部56に重なる位置にインナーコレット46を誘導することができる。インナーコレット46は、マンドレル48及びテーパコーン50が相対的に両端部側に移動することで、径方向内側に略均等に収縮する。これにより、インナーコレット46に押し出されていたアウターコレット44も径方向内側に略均等に収縮することができる。よって、成形した金属リングRをワーク保持部18から容易に取り外すことが可能となる。
また、ワーク保持部18の収縮状態では、押出部材120に装着した第1シール部材128と、規制部材130に装着した第2シール部材142とがアウターコレット44の内周面に気密に接触する。これにより、アウターコレット44の貫通孔60内に金属粉等が入り込むことが抑止される。
以上のように、本実施形態に係る円筒状ワーク支持装置10によれば、押出部材120及び規制部材130を備えることで、インナーコレット46の動作を安定化させることができる。すなわち、アウターコレット44の収縮においてドローバ52を移動させると、ドローバ52が備える押出部材120は、インナーコレット46の一端46aを押してマンドレル48から滑らせるようにインナーコレット46を誘導する。また、アウターコレット44が備える規制部材130は、インナーコレット46の他端46bに接触することで、テーパコーン50から滑らせるようにインナーコレット46を誘導する。よって、インナーコレット46が動かなくなる等の不都合を確実に防止することができ、これによりアウターコレット44が確実に収縮する。その結果、ワーク保持部18による円筒状ワークWの支持を効率的且つ精度良く行うことが可能となる。
また、円筒状ワーク支持装置10は、第1及び第2シール部材128、142を有することで、金属粉や金属屑がアウターコレット44、インナーコレット46、マンドレル48及びテーパコーン50の接触部分に入り込むことを遮断することができる。よって、各構成の機械的接触部分を良好な環境に保つことができる。
また、第1シール部材128は、アウターコレット44との間にクリアランス129を形成させることで、アウターコレット44が円筒状ワークWを支持している際に、アウターコレット44の内側に圧縮エアを容易に流動させる。よって、アウターコレット44やインナーコレット46を充分に冷却することができ、加工の効率化及び高精度化を一層期待することができる。
上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。例えば、円筒状ワーク支持装置10のマンドレル48やテーパコーン50を軸方向に近接又は離間させる機構は、上記の油圧シリンダ98やスプリング100による機構に限定されず種々の構成を適用することができる。
10…円筒状ワーク支持装置 12…円筒状ワーク切断装置
18…ワーク保持部 44…アウターコレット
46…インナーコレット 48…マンドレル
50…テーパコーン 52…ドローバ
72…第1テーパ面 74…第2テーパ面
84…マンドレル側テーパ面 96…テーパコーン側テーパ面
120…押出部材 128…第1シール部材
129…クリアランス 130…規制部材
142…第2シール部材 W…円筒状ワーク

Claims (3)

  1. 円筒状のアウターコレットと、
    前記アウターコレット内に収容されると共に、空洞部を内側に有する円筒状に形成され、且つ前記空洞部を構成する内周面の一端から中腹部に向かって径方向内側に傾斜する第1テーパ面、及び前記内周面の他端から前記中腹部に向かって径方向内側に傾斜する第2テーパ面を有するインナーコレットと、
    前記第1テーパ面にテーパ接触するマンドレルと、
    前記第2テーパ面にテーパ接触するテーパコーンと、
    前記テーパコーンに接続され、前記マンドレルと相対的に前記テーパコーンを進退させるドローバと、を備え、
    前記ドローバは、前記インナーコレットの縮小時に、前記インナーコレットの前記一端に当接可能な第1当接部を備え、
    前記アウターコレットは、前記インナーコレットの縮小時に、前記インナーコレットの前記他端に当接可能な第2当接部を備える
    ことを特徴とする円筒状ワーク支持装置。
  2. 請求項1記載の円筒状ワーク支持装置において、
    前記第1当接部の前記アウターコレットの内周面に対向する周面には、前記アウターコレットに気密に接触可能なシール部材が設けられる
    ことを特徴とする円筒状ワーク支持装置。
  3. 請求項2記載の円筒状ワーク支持装置において、
    前記シール部材は、前記インナーコレットが前記アウターコレットを径方向外側に押し出した状態で、前記アウターコレットとの間にクリアランスを形成させる
    ことを特徴とする円筒状ワーク支持装置。
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