JP2015226972A - 円筒状被加工物の保持治具 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造の円筒状被加工物の保持治具を提供することである。【解決手段】外面が円柱面１１であり、両端面から内面が内側に向かって先細となる錘状の凹部１２が形成された保持部材１０と、前記各凹部１２に係合され、外面が先端に向かって先細となる錘状の部分２１を有する錘状部材２０と、前記各凹部１２に係合された前記錘状部材２０同士の間隔を調整する調整手段３０と、を備える、円筒状被加工物の保持治具１〜３とする。【選択図】図２

Description

本発明は、円筒状の被加工物を加工する際に用いられる治具に関する。

下記特許文献１には、圧縮または引張方向に力を加えることにより外径を変化させる円筒状被加工物の保持治具が開示されている。また、下記特許文献２には、被加工物の内側の中間部位に対応する外径を、被加工物の内側の端部位に相当する外径に比較して小さくした円筒状被加工物の保持治具が開示されている。

特開２０１０−２６９３７７号公報 特開２００８−２１３０８０号公報

上記特許文献１に記載の保持治具は、被加工物を保持する保持部材に対し力を加えたとき、軸方向における保持部材の外径の変化にばらつきが大きいという問題がある。また、特許文献２に記載の保持治具は、被加工物を保持する保持部材の外径寸法の精度を高くする必要があるという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、簡易な構造の円筒状被加工物の保持治具を提供することにある。

上記課題を解決するため本発明にかかる円筒状被加工物の保持治具は、外面が円柱面であり、両端面から内面が内側に向かって先細となる錘状の凹部が形成された保持部材と、前記各凹部に係合され、外面が先端に向かって先細となる錘状の部分を有する錘状部材と、前記各凹部に係合された前記錘状部材同士の間隔を調整する調整手段と、を備える。

前記保持部材にはスリットが形成されているとよい。

前記スリットは、その少なくとも一部が前記保持部材の中心軸方向に対し傾斜した形状であるとよい。

前記スリットは、その少なくとも一部が螺旋状であるとよい。

前記スリットは、前記保持部材の中心軸に沿う直線状であるとよい。

前記スリットは、前記保持部材の一方側端面から延び、他方側端面に到達しないものと、前記保持部材の他方側端面から延び、一方側端面に到達しないものと、が前記保持部材の周方向において交互に形成されているとよい。

本発明にかかる円筒状被加工物の保持治具は、保持部材に形成された先細の錘状である凹部の内側に錘状部材が係合されており、錘状部材同士の間隔を変化させることにより保持部材の外径が変化する。このように、錘状部材同士の間隔を調整することにより、保持部材の外径が変化する簡易な構造の保持治具とすることができる。

保持部材にスリットが形成されていれば、錘状部材同士の間隔を変化させたとき、スリット幅が変化することにより保持部材の外径が変化する構造となるため、保持部材の外径の調整が容易である。

上記スリットの少なくとも一部が保持部材の中心軸方向に対し傾斜した形状であれば、スリット幅を変化させたとき、保持部材の周方向における外径変化のばらつきを低減することができる。すなわち、保持部材から被加工物に伝わる荷重のばらつきを低減することができ、加工精度が向上する。スリットの少なくとも一部が螺旋状であれば、当該ばらつきの低減効果が高い。

スリットが保持部材の中心軸に沿う直線状であれば、保持部材にスリットを形成する作業（スリットの加工）が容易である。

スリットは、保持部材の一方側端面から延び、他方側端面に到達しないものと、保持部材の他方側端面から延び、一方側端面に到達しないものとが保持部材の周方向において交互に形成されていれば、スリットによって保持部材が分離してしまわない（ばらばらにならない）ようにしつつ、保持部材の中心軸方向における外径変化のばらつきを低減することができる。すなわち、保持部材から被加工物に伝わる荷重のばらつきを低減することができ、加工精度が向上する。

本発明の第一実施形態にかかる円筒状被加工物の保持治具の外観図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第二実施形態にかかる円筒状被加工物の保持治具の外観図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 図３のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の第三実施形態にかかる円筒状被加工物の保持治具の外観図である。 図６のＤ−Ｄ線断面図である。 図６のＥ−Ｅ線断面図である。

以下、本発明の一実施形態にかかる円筒状被加工物の保持治具１（以下、単に「保持治具１」というときもある）について説明する。なお、以下の説明における中心軸方向とは、保持部材１０や錘状部材２０の中心軸（図１〜図４、図６、図７に示す軸Ｘ）に沿う方向をいうものとする。

図１、図２に示す第一実施形態にかかる保持治具１は、円筒状の被加工物Ｗを保持する際に使用される治具であって、保持部材１０、錘状部材２０および調整手段３０を備える。以下、各構成について詳細に説明する。

保持部材１０は、金属材料で形成された外形が円柱形状の部材である。保持部材１０は、その外面は円柱面１１である。保持治具１使用時には、この円柱面１１である外面が、円筒状の被加工物Ｗの内周面に密着することとなる。保持部材１０の外径（円柱面１１の外径）は、円筒状の被加工物Ｗの内径よりも僅かに小さくなるように設定される。保持部材１０の両端面（中心軸方向に直交する面）には、円錘状の凹部（以下、錘状凹部１２と称する）が形成されている。錘状凹部１２は、中心軸方向内側に向かって先細となるように窪む凹部である。つまり、各錘状凹部１２は、その先端に向かうに従い、他方の錘状凹部１２に近づくような形状を有する。錘状凹部１２の中心軸線は、保持部材１０の中心軸線と一致する。

錘状部材２０は、金属材料で形成された円錐形状の部材であって、上記保持部材１０に形成された各錘状凹部１２に係合する部材である。つまり、保持治具１には、二つの錘状部材２０が用いられる。錘状部材２０は、その先端側の一部が切り取られたような形状を有する（断面で見て、先端が尖った形状ではない）。錘状部材２０の外面（外錘面２１）の傾斜角度は、錘状凹部１２の内面（内錘面１３）の傾斜角度と略同じである。したがって、各錘状凹部１２内に嵌まり込んだ錘状部材２０の外面は、各錘状凹部１２の内面に密着する。また、錘状凹部１２に係合された錘状部材２０の中心軸線は、保持部材１０の中心軸線と略一致する。

調整手段３０は、二つの錘状部材２０同士の間隔を調整するものである。本実施形態における調整手段３０は、外周にねじが形成された調整軸３１およびナット３２を有する。上記各錘状部材２０には、その中央を貫く貫通孔（中心軸線が保持部材１０の中心軸線と一致する貫通孔）である軸挿通孔２２が形成されている。当該軸挿通孔２２は、調整軸３１の直径よりも僅かに大きく形成される。調整軸３１は、両錘状部材２０に形成された軸挿通孔２２を貫くように通されている。つまり、調整軸３１の両端部分は、各錘状部材２０の端面（円錐の底面）より中心軸方向外側に突出している。当該調整軸３１の突出した両端部分にナット３２が螺合されている。つまり、ナット３２は、各錘状部材２０の端面より中心軸方向外側に位置する。少なくともいずれか一方のナット３２を錘状部材２０の端面に押し付ける方向に回転させれば、一方の錘状部材２０がナット３２に押され、他方の錘状部材２０に近づく。なお、ナット３２と錘状部材２０の端面との間には座金等が介在されているとよい。

このように構成される保持治具１は、以下のように使用される。ナット３２による錘状部材２０の押し込み（ナット３２の締め付け）がほとんどない状態のとき、すなわち、錘状部材２０が錘状凹部１２の内面に押し付けられた状態ではないとき、保持部材１０の外径に変化はない。上述したように、保持部材１０の外径は円筒状の被加工物Ｗの内径よりも僅かに小さくなるように設定されているため、当該保持部材１０を被加工物Ｗの内側に挿入することが可能である。

保持部材１０が被加工物Ｗの内側に挿入された状態で少なくともいずれか一方のナット３２を錘状部材２０に押し付ける方向に回転させると、当該ナット３２に押されて錘状部材２０同士の間隔が小さくなっていく。つまり、錘状部材２０の外面が、保持部材１０の錘状凹部１２の内面に押し付けられる。これにより、保持部材１０が径方向外側に弾性変形する。すなわち、保持部材１０の外径が大きくなる。保持部材１０の外径が大きくなると、保持部材１０の円柱面１１が被加工物Ｗの内周面に密着する。これにより、保持部材１０（保持治具１）に対して被加工物Ｗが保持される。保持部材１０（保持治具１）から被加工物Ｗを取り外す際には、ナット３２を緩める方向に回転させ、保持部材１０が弾性変形した状態を解除する。

このように、本実施形態にかかる保持治具１は、調整手段３０によって錘状部材２０同士の間隔を調整することにより、保持部材１０の弾性変形量を変化させることでその外径を変化させる。外径の変化が大きくなるようにしたい場合には、保持部材１０を弾性変形しやすい材料で形成すればよい。保持部材１０を変形させるための錘状部材２０および調整手段３０（調整軸３１およびナット３２）は、加工が容易である（高い加工精度が不要である）ため、治具の作製コスト低減につながる。

以下、本発明の第二実施形態にかかる保持治具２について、上記第一実施形態にかかる保持治具１と異なる点を中心に説明する。図３〜図５に示す本発明の第二実施形態にかかる保持治具２は、保持部材１０にスリット４０が形成されている点で上記第一実施形態にかかる保持治具１と異なるものである。

本実施形態における保持部材１０には、中心軸方向に沿う直線状のスリット４０が形成されている。保持部材１０には、周方向において等間隔に位置するように複数のスリット４０が形成されている。本実施形態では、保持部材１０の周方向において４５度間隔で複数のスリット４０が形成されている。

各スリット４０は、保持部材１０の外面（円柱面１１）から、錘状凹部１２に到達するまでの深さを有する。また、複数のスリット４０のうち、一部は保持部材１０の一方側端面から延び、他方側端面に到達しないもの（以下、第一直線状スリット４１と称することもある）であり、その他の一部は保持部材１０の他方側端面から延び、一方側端面に到達しないもの（以下、第二直線状スリット４２と称することもある）である。つまり、各スリット４０は、保持部材１０の片方の端面から、もう一方の端面の近傍まで延び、当該端面には到達しない。換言すれば、各スリット４０の先端と、当該先端側の端面との間はスリット４０によって分断されていない（以下、当該分断されていない部分を接続部４３と称する）。当該もう一方の端面とスリット４０の先端との距離（接続部４３の長さ）は適宜設定することができる。

第一直線状スリット４１と、第二直線状スリット４２は、保持部材１０の周方向において交互に位置する。仮に全てのスリット４０が保持部材１０の片方の端面からもう一方の端面に到達するまで延びるものであるとすると、スリット４０によって保持部材１０がばらばらになるところ、本実施形態では各スリット４０が保持部材１０の片方の端面からもう一方の端面に到達するまで延びるものではないため、保持部材１０がばらばらになってしまうことはない。

このような構成を備える本実施形態にかかる保持治具２では、調整手段３０によって錘状部材２０同士の間隔を狭め、錘状部材２０の外面が錘状凹部１２の内面に押し付けられると、保持部材１０に形成されたスリット４０が広がることにより保持部材１０の外径が大きくなる。つまり、第一実施形態にかかる保持治具１のように保持部材１０の変形によってその外径を変化させるものではなく、スリット４０の拡大、縮小によって保持部材１０の外径（スリット４０を含めた見かけ上の外径）を変化させるものであるため、保持部材１０の外径の調整が容易である。

また、保持部材１０に形成された複数のスリット４０は、周方向において交互に形成された第一直線状スリット４１と第二直線状スリット４２を含む。上述したように、保持部材１０がばらばらにならないようにするため、スリット４０は保持部材１０の片方の端面からもう一方の端面に到達するまで延びるものではない（接続部４３が存在するように設定される）。保持部材１０の外径を大きくする際、接続部４３が存在する箇所はスリット４０が存在する箇所に比して変化が小さい。したがって、仮に、保持部材１０の周方向において第一直線状スリット４１と第二直線状スリット４２が連続して形成される構成とした場合、同じ側に位置する接続部４３が周方向において連続してしまうため、保持部材１０の中心軸方向における外径変化にばらつきが生じてしまうこととなる。これに対し本実施形態では、第一直線状スリット４１と第二直線状スリット４２が周方向において交互に形成されている、すなわち保持部材１０の一方の端面側に位置する接続部４３と他方の端面側に位置する接続部４３が周方向において交互に存在するため、このような外径変化のばらつきを低減することができる。そのため、保持治具２に被加工物Ｗを保持させた際の、保持部材１０から被加工物Ｗに伝わる荷重のばらつきを低減することができ、被加工物Ｗの加工精度が向上する。

また、本実施形態のように、保持部材１０に形成されるスリット４０が中心軸方向に沿う直線状であれば、保持部材１０に対してスリット４０を形成する作業（スリット４０の加工）が容易である。

本発明の第三実施形態にかかる保持治具３について、上記第一実施形態にかかる保持治具１、第二実施形態にかかる保持治具２と異なる点を中心に説明する。図６〜図８に示す本発明の第三実施形態にかかる保持治具３は、保持部材１０に形成されるスリット５０の少なくとも一部が中心軸方向に対し傾斜した形状である。具体的には、本実施形態における当該スリット５０は螺旋状（「傾斜した形状」の一態様）である部分を有する。保持部材１０には複数のスリット５０が形成されている。なお、複数のスリット５０によって保持部材１０が分割されてしまわないようにするため、本実施形態における各スリット５０の「螺旋」は、３６０度未満である。

各スリット５０は、保持部材１０の外面（円柱面１１）から、錘状凹部１２に到達するまでの深さを有する。また、複数のスリット５０のうち、一部は保持部材１０の一方側端面から延び、他方側端面に到達しないもの（以下、第一螺旋状スリット５１と称することもある）であり、その他の一部は保持部材１０の他方側端面から延び、一方側端面に到達しないもの（以下、第二螺旋状スリット５２と称することもある）である。つまり、各スリット５０は、保持部材１０の片方の端面から、もう一方の端面の近傍まで延び、当該端面には到達しない。換言すれば、各スリット５０の先端と、当該先端側の端面との間はスリット５０によって分断されていない（以下、当該分断されていない部分を接続部５３と称する）。当該もう一方の端面とスリット５０の先端との距離（接続部５３の長さ）は適宜設定することができる。

第一螺旋状スリット５１と、第二螺旋状スリット５２は、保持部材１０の周方向において交互に位置する。仮に全てのスリット５０が保持部材１０の片方の端面からもう一方の端面に到達するまで延びるものであるとすると、スリット５０によって保持部材１０がばらばらになるところ、本実施形態では各スリット５０が保持部材１０の片方の端面からもう一方の端面に到達するまで延びるものではないため、保持部材１０がばらばらになってしまうことはない。

このような構成を備える本実施形態にかかる保持治具３では、調整手段３０によって錘状部材２０同士の間隔を狭め、錘状部材２０の外面が錘状凹部１２の内面に押し付けられると、保持部材１０に形成されたスリット５０が広がることにより保持部材１０の外径が大きくなる。つまり、第一実施形態にかかる保持治具１のように保持部材１０の変形によってその外径を変化させるものではなく、スリット５０の拡大、縮小によって保持部材１０の外径（スリット５０を含めた見かけ上の外径）を変化させるものであるため、保持部材１０の外径の調整が容易である。

さらに、本実施形態におけるスリット５０は、中心軸方向に対し傾斜した形状である部分を有するため、保持部材１０の中心軸方向だけでなく、周方向における外径変化のばらつきを低減することができる。例えば、上記第二実施形態のようにスリット４０が保持部材１０の中心軸方向に沿う直線状であると、周方向においてスリット４０が存在する箇所が変化しない（中心軸方向における位置によらずスリット４０の存在する箇所が周方向に変化しない）から、周方向においてスリット４０が形成された部位（付近）の外径変化は大きいが、スリット４０から離れた部位の外径変化は小さい、という構造となってしまう。これに対し本実施形態のようにスリット５０が中心軸方向に対して傾斜した部分を有するものであれば、周方向においてスリット５０が存在する箇所が変化する（中心軸方向における位置に応じてスリット５０の存在する箇所が周方向に変化する）から、保持部材１０の外径を変化させた際における、保持部材１０の周方向における外径変化のばらつきを低減することができる。本実施形態のようにスリット５０が螺旋状である部分を有していれば、当該ばらつきの低減効果が高い。そのため、保持治具３に被加工物Ｗを保持させた際の、保持部材１０から被加工物Ｗに伝わる荷重のばらつきを低減することができ、被加工物Ｗの加工精度が向上する。

また、上記第二実施形態と同様に、第一螺旋状スリット５１と第二螺旋状スリット５２が周方向において交互に形成されている、すなわち保持部材１０の一方の端面側に位置する接続部５３と他方の端面側に位置する接続部５３が周方向において交互に存在するため、（同じ側に位置する接続部５３が周方向において連続してしまうことによる）外径変化のばらつきを低減することができる。

なお、本実施形態では、スリット５０の一部が中心軸に対して傾斜した形状（螺旋状）であることを説明したが、スリット５０の全部が中心軸に対して傾斜した形状（螺旋状）であってもよい。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に何ら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で種々の改変が可能である。

上記本発明の実施形態にかかる保持治具１、２、３は、高い寸法精度が要求される円筒状部材の加工に際し好適に用いることができる。高い寸法精度が要求される円筒状部材の例としては、極低温冷凍機のシリンダが挙げられる。

１、２、３ 円筒状被加工物の保持治具
１０ 保持部材
１１ 円柱面
１２ （錘状）凹部
１３ 内錘面
２０ 錘状部材
２１ 外錘面
２２ 軸挿通孔
３０ 調整手段
３１ 調整軸
３２ ナット
４０ スリット（直線状）
４１ 第一直線状スリット
４２ 第二直線状スリット
５０ スリット（螺旋状）
５１ 第一螺旋状スリット
５２ 第二螺旋状スリット
Ｗ （円筒状の）被加工物

Claims (6)

1. 外面が円柱面であり、両端面から内面が内側に向かって先細となる錘状の凹部が形成された保持部材と、
   前記各凹部に係合され、外面が先端に向かって先細となる錘状の部分を有する錘状部材と、
   前記各凹部に係合された前記錘状部材同士の間隔を調整する調整手段と、
   を備える、円筒状被加工物の保持治具。
2. 前記保持部材にスリットが形成されている、請求項１に記載の円筒状被加工物の保持治具。
3. 前記スリットは、その少なくとも一部が前記保持部材の中心軸方向に対し傾斜した形状である、請求項２に記載の円筒状被加工物の保持治具。
4. 前記スリットは、その少なくとも一部が螺旋状である、請求項２または請求項３に記載の円筒状被加工物の保持治具。
5. 前記スリットは、前記保持部材の中心軸に沿う直線状である、請求項２に記載の円筒状被加工物の保持治具。
6. 前記スリットは、
   前記保持部材の一方側端面から延び、他方側端面に到達しないものと、
   前記保持部材の他方側端面から延び、一方側端面に到達しないものと、
   が前記保持部材の周方向において交互に形成されている、請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の円筒状被加工物の保持治具。

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