JP2016022488A - 管体チャック装置及び工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動部材のみを支持する軸受を不要にし、円筒形の管体を高速回転させる管体チャック装置及び工作機械を小型かつ安価に構成できるようにする。
【解決手段】シリンダ１６による駆動軸１５及び駆動部材１３の軸方向の移動を、駆動側傾斜面１３１と従動側傾斜面１４１との当接によって３個の把持部材１４の半径方向の移動に変換し、３個の把持部材１４によってワークＷを支持する。スリーブ１２の回転を、接続ピン１７を介して駆動部材１３及び駆動軸１５に伝達し、キー１８を介して把持部材１４に伝達する。ワークＷを、駆動部材１３、把持部材１４及び駆動軸１５とともに、スリーブ１２と一体に回転させることができる。駆動部材１３、把持部材１４及び駆動軸１５は、スリーブ１２に対して相対的に回転しない。駆動部材１３及び駆動軸１５はスリーブ１２の内周面を軸方向に摺動し、スリーブ１２に外嵌する軸受１１１に軸方向の負荷が作用することがない。
【選択図】図２

Description

この発明は、スピニング加工機等の工作機械に用いられ、円筒形の管体を回転自在に保持する管体チャック装置、及び管体チャック装置を備えた工作機械に関する。

連続回転中のワークを塑性変形させるスピニング加工等を行う工作機械は、ワークを回転自在に保持する管体チャック装置を備えている。例えば、スピニング加工機は、管体チャック装置の把持部材を円筒形の管体であるワークの内周面又は外周面に半径方向に沿って圧接させた状態で、ワークを把持部材とともに回転させ、ワークにロールを押し当ててワークに所望の塑性変形を与える。

ワークを回転支持する従来の管体チャック装置として、ワークの周方向に沿って配置されて各々がワークの半径方向に移動自在にされた複数の把持部材と、ワークの軸方向に移動自在にされた駆動部材と、を備えたものがある。駆動部材の軸方向の移動時に、複数の把持部材と駆動部材とをテーパ面で摺動させることで、把持部材を半径方向に移動させる。ワークは、半径方向に圧接する複数の把持部材によって保持される。（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１４−００４６５１号公報

しかし、ワークを確実に回転させるためには、ワークの回転時に把持部材を継続してワークに圧接させておく必要があり、駆動部材には軸方向の力が継続して作用する。従来の管体チャック装置では、駆動部材が軸受を介して回転自在に支持されているため、ワークの回転中にも軸受には駆動部材から軸方向の負荷が作用する。このため、ワークを高速回転させることが困難で、装置の破損を防ぐために軸方向の強度の高い軸受を用いる必要があり、装置の大型化やコストの上昇を招く。このような問題は、把持部材をワークの外周面又は内周面の何れに圧接させるチャック機構においても同様に生じる。

この発明の目的は、駆動部材のみを支持する軸受を不要にし、円筒形の管体を高速回転させることができる小型かつ安価な管体チャック装置及びこの管体チャック装置を備えた工作機械を提供することにある。

この発明の管体チャック装置は、シリンダ、駆動部材、複数の把持部材、を備えている。シリンダは、少なくとも第１の端部が開放した円筒形状を呈している。駆動部材は、周面の一部でシリンダに内接してシリンダの軸方向のみに沿って移動自在にしてシリンダに内挿されており、第１の端部側に駆動側傾斜面を備える。複数の把持部材のそれぞれは、シリンダの周方向における複数の位置のそれぞれでシリンダの半径方向に沿って移動自在にしてシリンダに保持され、駆動側傾斜面がシリンダの軸方向に沿って摺接する従動側傾斜面とワークの内周面又は外周面に当接する当接面とを備え、シリンダの周方向のみについて駆動部材と一体にされている。軸方向駆動源は、駆動部材にシリンダの軸方向の移動力を供給する。

軸方向駆動源から駆動部材に移動力を供給すると、駆動部材が軸方向に移動し、駆動側傾斜面が従動側傾斜面を摺動することにより、複数の把持部材が半径方向に移動する。複数の把持部材のそれぞれの当接面が近接又は離間する方向に駆動部材を移動させることで、複数の把持部材のそれぞれの当接面がワークの外周面又は内周面に圧接し、複数の把持部材によってワークが保持される。この状態でシリンダに回転力を供給すると、シリンダの回転が駆動部材を介して複数の把持部材に伝達され、シリンダ、駆動部材、複数の把持部材及びワークが一体的に回転する。

駆動部材はシリンダ及び複数の把持部材に対して周方向に移動（回転）しないため、駆動部材を軸受で支持する必要がない。駆動部材の軸方向の移動はシリンダに伝達されないため、シリンダを支持する軸受に軸方向の負荷が作用することがない。

この構成において、シリンダ内における駆動部材の軸方向の移動を許容しつつ駆動部材の周方向の移動を規制する第１規制部材を備えることが好ましい。シリンダの回転を、第１規制部材によって駆動部材に確実に伝達することができる。第１規制部材は、例えば、シリンダの内部に形成された軸方向の貫通孔と、この貫通孔を貫通するピンであって駆動部材に固定されたピンと、によって構成される。

また、シリンダに対する複数の把持部材のそれぞれの半径方向の移動を許容しつつ周方向の移動を規制する第２規制部材を備えることが好ましい。シリンダの回転を第２規制部材によって複数の把持部材のそれぞれに確実に伝達することができる。第２規制部材は、例えば、把持部材に形成された第１のキー溝と、シリンダに形成された第２のキー溝と、第１及び第２のキー溝の両方に嵌入するキーと、によって構成される。

この発明の工作機械は、上記の管体チャック装置と、シリンダを軸支するフレームと、シリンダに回転を供給する回転駆動源と、連続回転するワークを加工する加工装置と、を備えている。

この発明によれば、駆動部材はシリンダ及び複数の把持部材に対して周方向に移動しないため、駆動部材を軸受で支持する必要がない。また、駆動部材の軸方向の移動はシリンダに伝達されないため、シリンダを支持する軸受に軸方向の負荷が作用することがない。これらによって、駆動部材のみを支持する軸受を不要にすることができ、円筒形の管体を高速回転させる管体チャック装置及び工作機械を小型かつ安価に構成することができる。

この発明の実施形態に係る工作機械であるスピニングマシンの概略の平面図である。 同スピニングマシンが備える管体チャック装置の要部の側面断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、同管体チャック装置を構成する把持部材の背面図、側面断面図及び正面図である。

以下に、この発明の実施形態に係る管体チャック装置を、工作機械であるスピニングマシンに適用した場合を例にあげて説明する。

図１に示すように、スピニングマシン１００は、管体チャック装置１０、モータ２０、成形装置３０を備え、連続回転する円筒形管体のワークＷにローラ３１を押し当てて所望の形状に塑性変形を生じさせる絞り加工を行う。ローラ３１に代えて専用工具を成形装置３０に装着することにより、端部切断、バリ取り等の絞り加工以外の加工を行うこともできる。

管体チャック装置１０は、フレーム１１、スリーブ１２、駆動部材１３、３個の把持部材１４、駆動軸１５、シリンダ１６を備え、ワークＷをその軸廻りに回転自在に支持する。

フレーム１１は、軸受１１１を介してスリーブ１２を回転自在に支持する。スリーブ１２は、両端が開放した円筒形状を呈しており、第１の端部１２Ａ側を大径部１２１とし、第２の端部１２Ｂ側を小径部１２２としている。スリーブ１２の小径部１２２の外周面には、プーリ１２３が外嵌した状態で固定されている。

駆動部材１３は、大径部１２１の内径に略等しい外径の環状を呈し、大径部１２１内でワークＷの軸方向にのみ移動自在にされている。駆動部材１３の内周面は、截頭円錐形状の駆動側傾斜面１３１にされている。

３個の把持部材１４のそれぞれは、駆動部材１３の内側の位置で、ワークＷの周方向を３分割にした位置のそれぞれに配置されている。各把持部材１４の外側面は、駆動側傾斜面１３１に接触する截頭円錐形状の従動側斜面１４１にされている。

なお、駆動側傾斜面１３１及び従動側斜面１４１を互いに常時面接触する平面に形成することもできる。

各把持部材１４の外側面は、ワークＷの外周面に面接触する円筒形状の当接面１４２にされている。３個の把持部材１４のそれぞれは、半径方向にのみ移動自在にしてスリーブ１２に保持されている。保持部材１４は、２個以上であればよく、３個に限るものではない。

駆動軸１５は、一端が駆動部材１３の底面に固定され、他端がシリンダ１６のピストン１６１に固定されている。シリンダ１６は、一例として油圧シリンダであり、この発明の軸方向駆動源に相当する。シリンダ１６は、ピストン１６１の前面側及び背面側にポート１６２及び１６３を介して選択的に圧油を導入することにより、駆動軸１５を軸方向に沿って矢印Ｘ１方向及び矢印Ｘ２方向に移動させる。シリンダ１６は、油圧シリンダにかぎるものではなく、エアシリンダを用いることもできる。

駆動軸１５における軸方向の中間部分の拡径部１５１の外径は、スリーブ１２の内周面に形成されたボス部１２４の内径に等しくされている。駆動軸１５は、拡径部１５１においてボス部１２４に対して軸方向に摺動自在にされている。

管体チャック装置１０にワークＷを支持させる際には、シリンダ１６を駆動して駆動軸１５を軸方向に沿って最も矢印Ｘ１方向に移動させておき、３個の把持部材１４の間にワークＷを挿入する。

この状態からシリンダ１６を駆動して駆動軸１５を軸方向に沿って矢印Ｘ１方向に移動させると、大径部１２１内で駆動部材１３が矢印Ｘ１方向に移動し、駆動部材１３の駆動側傾斜面１３１は従動側傾斜面１４１に摺動しつつ矢印Ｘ１方向に移動する。駆動側傾斜面１３１が従動側傾斜面１４１における大径側に移動することで、３個の把持部材１４が半径方向に沿って互いに近接する方向に移動し、３個の把持部材１４の当接面１４２がワークＷの外周面に圧接することで、ワークＷが支持される。

モータ２０は、この発明の回転駆動源に相当し、出力軸２０１にプーリ２０２を固定している。プーリ２０２及びプーリ１２３には、ベルト２１が張架されている。モータ２０は、プーリ２０２、ベルト２１及びプーリ１２３を介してスリーブ１２に回転を供給する。

スリーブ１２内で、駆動部材１３は軸方向以外の方向の移動を規制されており、把持部材１４は半径方向以外の方向の移動を規制されている。また、駆動軸１５は、駆動部材１３に固定されているために駆動部材１３と一体に移動し、スリーブ１２内で軸方向以外の方向の移動を規制されている。このため、スリーブ１２が回転すると、駆動部材１３、駆動軸１５及び把持部材１４がスリーブ１２と一体的に回転し、ワークＷが軸廻りに回転する。

この発明の加工装置である成形装置３０は、モータ３３及び３４、並びにシリンダ３５を備え、ローラ３１を支持する工具台３２を矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向に沿って往復移動自在、且つ垂直軸廻りに回転自在に支持している。モータ３３及び３４、並びにシリンダ３５を駆動することにより、ローラ３１を連続回転しているワークＷの外周面に押し当てて所望の形状に成形する。

このとき、管体チャック装置１０よってワークＷを確実に支持するために、３個の把持部材１４を互いに近接する方向に付勢し、当接面１４２をワークＷの外周面に圧接させておく必要がある。そこで、ワークＷの成形中に、シリンダ１６を継続的に駆動し、駆動部材１３及び駆動軸１５を矢印Ｘ１方向に継続的に付勢しておくことになる。

しかし、駆動部材１３及び駆動軸１５は、スリーブ１２に対して相対的に回転せず、軸方向に沿ってスリーブ１２の内周面を摺動するのみであり、軸受によって回転自在に支持する必要がない。また、スリーブ１２自体は軸方向に移動することがないため、スリーブ１２を回転自在に支持する軸受１１１に軸方向の外力が作用することがない。

図２に示すように、管体チャック装置１０において、駆動軸１５は、一端部にフランジ１５２を備えている。フランジ１５２は、一例として駆動軸１５の一端部に溶接によって固定されている。フランジ１５２には、円周上の複数の位置に貫通孔１５３が形成されている。貫通孔１５３には、固定ボルト１５４が貫通する。駆動部材１３には、貫通孔１５３のそれぞれに対向する円周上の複数の位置に貫通孔１３２Ａ，１３２Ｂが形成されている。貫通孔１３２Ａ及び１３２Ｂには、固定ボルト１３３が貫通する。

互いに対向する貫通孔１５３と貫通孔１３２Ａ，１３２Ｂとの間には、接続ピン１７が配置されている。接続ピン１７は、一例として円柱形状を呈し、両端部から内部に向かって雌ねじ部１７１，１７２が形成されている。貫通孔１５３を貫通した固定ボルト１５４を雌ねじ部１７１に螺合させ、貫通孔１３２Ａ，１３２Ｂを貫通した固定ボルト１３３を雌ねじ部１７２に螺合させることにより、駆動部材１３と駆動軸１５とが一体的に固定される。接続ピン１７、固定ボルト１３３，１５４が、この発明の第１規制部材に相当する。

スリーブ１２の大径部１２１の内周面には、全周にわたって凸部１２５及び凸部１２６が互いの間に間隔を設けて形成されている。凸部１２５及び凸部１２６には、貫通孔１５３並びに貫通孔１３２Ａ，１３２Ｂに対向する円周上の複数の位置に、嵌合孔１２５１及び嵌合孔１２６１が形成されている。嵌合孔１２５１及び嵌合孔１２６１には、接続ピン１７が軸方向に摺動自在に嵌合する。接続ピン１７で一体化された駆動部材１３と駆動軸１５とが、スリーブ１２に対する軸方向のみの移動を許容されそれ以外の方向への移動を規制され、スリーブ１２と一体的に回転する。

なお、図２において、中心線より上側は駆動部材１３及び駆動軸１４が最もＸ１方向に移動した状態を示し、中心線より下側は駆動部材１３及び駆動軸１４が最もＸ２方向に移動した状態を示している。

また、スリーブ１２は、大径部１２１、小径部１２２、凸部１２５及び凸部１２６を備える形状とするために、軸方向に沿って複数の環状の部品に分割して形成し、これらの部品を溶接又は締結ボルト等によって結合することで、製造コストを低廉化できる。

図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、３個の把持部材１４は互いに同一の形状にされている。把持部材１４の外径部の従動側傾斜面１４１及び内周部の当接面１４２は、周方向について何れも円周を３等分にした円弧よりも僅かに短くされている。把持部材１４の外周面の背面側は、従動側傾斜面１４１に連続する円筒部１４３にされている。円筒部１４３には、全周にわたって鍔部１４４及び溝部１４５が形成されている。把持部材１４の背面には、周方向の中央部に半径方向に沿ってキー溝１４８が形成されている。３個の把持部材１４のそれぞれにおいて互いに対向する側面１４６の４箇所から内部に向かって円形断面の凹部１４７が形成されている。

３個の把持部材１４のうち、側面１４６が互いに対向する２個の把持部材１４の凹部１４７には、円柱状の弾性部材１９の両端部が嵌入する。弾性部材１９は、互いに対向する側面１４６を有する２個の把持部材１４を互いに離間させる方向の弾性力を発生する。

図２に示すように、鍔部１４４は、凸部１２６が溝部１４５内に位置する状態で、スリーブ１２の凸部１２５と凸部１２６との間に半径方向に沿って摺動自在に嵌入する。把持部材１４は、スリーブ１２内における軸方向に直交する面内でのみ移動を許容され、軸方向の移動を規制される。

図２に示すように、スリーブ１２の凸部１２５において把持部材１４の背面に対向する面には、キー溝１４８に対向する位置にキー溝１２７が形成されている。互いに対向するキー溝１４８及びキー溝１２７にキー１８が半径方向に沿って嵌入される。スリーブ１２の回転は、キー１８を介して把持部材１４に伝達される。したがって、把持部材１４は、当接面１４２が圧接するワークＷとともに、スリーブ１２と一体的に回転する。また、把持部材１４は、スリーブ１２内で軸方向に直交する面内における半径方向のみの移動を許容される。キー１８、キー溝１２７，１４８が、鍔部１４４、凸部１２５，１２６とともに、この発明の第２規制部材に相当する。

図２中の中心軸より上側の状態から駆動軸１５及び駆動部材１３が矢印Ｘ２方向に移動する間に、３個の把持部材１４は、弾性部材１９の弾性力により、半径方向に沿って外側に移動する。図２中の中心軸より下側の状態から駆動軸１５及び駆動部材１３が矢印Ｘ１方向に移動する間だけでなく、従動側傾斜面１４１と駆動側傾斜面１３１との当接が常時維持される。

以上のように、管体チャック装置１０は、シリンダ１６による駆動軸１５及び駆動部材１３の軸方向の移動を、駆動側傾斜面１３１と従動側傾斜面１４１との当接によって把持部材１４の半径方向の移動に変換し、把持部材１４によってワークＷを支持することができる。ワークＷを回転させるためには、スリーブ１２にモータ２０の回転を供給する。スリーブ１２の回転は、接続ピン１７を介して駆動部材１３及び駆動軸１５に伝達され、キー１８を介して把持部材１４に伝達される。ワークＷを、駆動部材１３、把持部材１４及び駆動軸１５とともに、スリーブ１２と一体に回転させることができる。

駆動部材１３、把持部材１４及び駆動軸１５は、何れもスリーブ１２に対して相対的に回転することがないため、これらを回転自在に支持する軸受を設ける必要がない。また、駆動部材１３及び駆動軸１５はスリーブ１２の内周面を軸方向に摺動するため、スリーブ１２に外嵌する軸受１１１に軸方向の負荷が作用することもない。回転チャック装置１０は、軸方向の強度の高い軸受を用いる必要がなく、装置の大型化やコストの高騰を防止できる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、この発明の管体チャック装置は、スピニングマシン１００以外の工作機械に同様に適用することができる。

１０−管体チャック装置
１１−フレーム
１２−スリーブ
１３−駆動部材
１４−把持部材
１５−駆動軸
１６−シリンダ
１７−接続ピン
１８−キー
１９−弾性部材
２０−モータ
２１−ベルト
３０−成形装置
３１−ローラ
１１１−軸受
１２１−大径部
１２２−小径部
１２３−プーリ
１３１−駆動側傾斜面
１４１−従動側傾斜面
１４２−当接面
２０２−プーリ

Claims (4)

1. 少なくとも一方の端部が開放した円筒形状を呈するスリーブと、
   前記シリンダに対して軸方向のみに移動自在にして前記スリーブに保持され、内周面に駆動側傾斜面を有する環状の駆動部材と、
   それぞれが前記スリーブの周方向における複数の位置のそれぞれで前記スリーブに対して半径方向のみに移動自在にして前記スリーブに保持され、前記駆動側傾斜面が前記軸方向に沿って摺接する従動側傾斜面とワークの内周面又は外周面に当接する当接面とを有する複数の把持部材と、
   前記駆動部材に前記軸方向の移動力を供給する軸方向駆動源と、
   を備えた管体チャック装置。
2. 前記スリーブに対する前記駆動部材の前記軸方向の移動を許容しつつ前記周方向の移動を規制する第１規制部材を備えた請求項１に記載の管体チャック装置。
3. 前記スリーブに対する複数の把持部材のそれぞれの前記半径方向の移動を許容しつつ前記周方向の移動を規制する第２規制部材を備えた請求項１又は２に記載の管体チャック装置。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の管体チャック装置と、
   前記スリーブを軸支するフレームと、
   前記スリーブに回転を供給する回転駆動源と、
   前記管体チャック装置に保持されて連続回転するワークに所定の加工を施す加工装置と、を備えた加工機械。

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