JP2017061017A - 把持機構 - Google Patents
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Abstract
【課題】 温度変化によって、ワークを把持するスクロール型チャックの爪が熱で膨張しても、ワークへの締め付けが緩まない把持機構を提供する。
【解決手段】 チャックボディと、チャック爪を開閉する駆動機構と、被把持体を把持する爪とを備えるスクロール型チャックにおいて、爪全体の開閉を担う駆動機構と噛みあう第1の爪と、該第1の爪へ取付けて被把持体を直接把持する第2の爪を有し、前記第1の爪の熱膨張係数がα1であり、前記第2の爪の熱膨張係数がα2であり、被把持体の熱膨張係数をαwとしたときに、αw < α1 < α2なる関係を有することを特徴とする。
【選択図】 図1
【解決手段】 チャックボディと、チャック爪を開閉する駆動機構と、被把持体を把持する爪とを備えるスクロール型チャックにおいて、爪全体の開閉を担う駆動機構と噛みあう第1の爪と、該第1の爪へ取付けて被把持体を直接把持する第2の爪を有し、前記第1の爪の熱膨張係数がα1であり、前記第2の爪の熱膨張係数がα2であり、被把持体の熱膨張係数をαwとしたときに、αw < α1 < α2なる関係を有することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
本発明は、温度変化が大きい環境下で、ワークを把持するチャック爪の熱膨張による締め付け力の緩みを防止する把持機構に関する。
ワークを把持するスクロール型チャックの規格としてJIS B 6151-1993が定められており、広く一般的に用いられている。
スクロール型チャックの爪には、駆動機構への噛みあいと把持部が一体となったワンピースジョーと、駆動部への噛みあいと把持部が分離したツーピースジョーとに分類される。JIS B 6151-1993によると、ジョーの材質は、55 HRC以上の硬さを持つものと規定され、一般構造用鋼や、機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼などが使用されている。これら鉄鋼材料の熱膨張係数は10〜13×10-6 /Kであることが知られている。また、駆動機構やチャックボディ及びその周辺を構成する部材も、鋳鋼品あるいは鍛造品で構成されており、同様の熱膨張係数を有する。
スクロール型チャックの爪には、駆動機構への噛みあいと把持部が一体となったワンピースジョーと、駆動部への噛みあいと把持部が分離したツーピースジョーとに分類される。JIS B 6151-1993によると、ジョーの材質は、55 HRC以上の硬さを持つものと規定され、一般構造用鋼や、機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼などが使用されている。これら鉄鋼材料の熱膨張係数は10〜13×10-6 /Kであることが知られている。また、駆動機構やチャックボディ及びその周辺を構成する部材も、鋳鋼品あるいは鍛造品で構成されており、同様の熱膨張係数を有する。
このような鉄鋼材料で構成されるスクロール型チャックの問題点として、温度変化が高い環境下で、チャック爪より熱膨張係数が著しく低い材質からなるワーク、例えば、合成石英やインバー材などを把持した際に、チャック爪がワークに対して相対的に大きく膨張することにより、ワークへの締め付け力が低下してしまうことが挙げられる。チャック爪の締め付け力が低下してワークが落下すると、ワーク自体の破損や機械本体への損傷が懸念される。
例えば、合成石英からなるワークに沿ってバーナを往復運動させて、該ワーク上に多孔質ガラス微粒子を堆積させ、光ファイバ用ガラス母材を製造する装置においては、バーナの位置に応じて合成石英ガラス製のワークを把持するチャック爪に温度変化が生じ、バーナが接近してチャック爪が膨張するとワークへの締め付け力が低下し、ワークが落下して破損することがあった。
例えば、合成石英からなるワークに沿ってバーナを往復運動させて、該ワーク上に多孔質ガラス微粒子を堆積させ、光ファイバ用ガラス母材を製造する装置においては、バーナの位置に応じて合成石英ガラス製のワークを把持するチャック爪に温度変化が生じ、バーナが接近してチャック爪が膨張するとワークへの締め付け力が低下し、ワークが落下して破損することがあった。
このような温度変化が高い環境下において、ワークへの締め付け力が緩む問題は、スクロール型チャックとは構造が異なるコレット型チャックでも発生する。特許文献1では、熱膨張によって緩む締め付け用の部材を、バネの復元力を利用することによって改善している。また、ワークを把持する部材の熱膨張係数を相対的にホルダの熱膨張係数より大きくすることによって締め付けが緩まない構造にしている。
本発明は、温度変化によって、ワークを把持するスクロール型チャックの爪が熱で膨張しても、ワークへの締め付けが緩まない把持機構を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために、チャック爪の把持部分を厚み方向で2つに分割し、熱膨張係数が異なる材質でチャック爪を構成することで、締め付けが緩まないことを見出し、本発明を達成した。
本発明の把持機構は、チャックボディと、チャック爪を開閉する駆動機構と、被把持体を把持する爪とを備えるスクロール型チャックにおいて、爪全体の開閉を担う駆動機構と噛みあう第1の爪と、該第1の爪へ取付けて被把持体を直接把持する第2の爪を有し、前記第1の爪の熱膨張係数がα1であり、前記第2の爪の熱膨張係数がα2であり、被把持体の熱膨張係数をαwとしたときに、αw < α1 < α2なる関係を有することを特徴としている。
本発明の把持機構は、チャックボディと、チャック爪を開閉する駆動機構と、被把持体を把持する爪とを備えるスクロール型チャックにおいて、爪全体の開閉を担う駆動機構と噛みあう第1の爪と、該第1の爪へ取付けて被把持体を直接把持する第2の爪を有し、前記第1の爪の熱膨張係数がα1であり、前記第2の爪の熱膨張係数がα2であり、被把持体の熱膨張係数をαwとしたときに、αw < α1 < α2なる関係を有することを特徴としている。
本発明の把持機構を用いることにより、温度変化が大きい環境下において、スクロール型チャックのジョーや把持されたワークが熱で膨張しても、ワークへの締め付け力が緩まない状態を維持することができる等の優れた効果を奏する。
本発明の把持機構は、チャックボディと、チャック爪を開閉する駆動機構と、被把持体を把持する爪を備えるスクロール型チャックにおいて、チャックボディと、チャック爪を開閉する駆動機構と、被把持体を把持する爪とを備えるスクロール型チャックであって、爪全体の開閉を担う駆動機構と噛みあう第1の爪と、該第1の爪へ取付けて被把持体を直接把持する第2の爪を備え、第1の爪の熱膨張係数をα1とし、前記第2の爪の熱膨張係数をα2とし、被把持体の熱膨張係数をαwとしたときに、αw <α1 <α2なる関係を有している。
また、チャックボディとチャック爪を開閉する駆動機構の熱膨張係数は略等しく、チャックボディとチャック爪を開閉する駆動機構の熱膨張係数をα0としたとき、これは第1の爪の熱膨張係数α1と略等しくするのが好ましい。これにより、チャック本体と第1の爪の熱膨張量も略等しくなる。
被把持体の外径をDwとし、第2の爪の厚さをdとする。チャック本体と第1の爪の熱膨張量が略等しいとき、第1の爪の内側間距離の単位温度変化当たりの変化量はα1(2d+Dw)となる。第2の爪の厚さdの単位温度変化当たりの変化量はα2dとなる。
これより、第2の爪内側間距離の単位温度当たりの変化量は2d(α1−α2)+α1Dwとなる。一方、被把持体の単位温度変化当たりの外径変化量はαwDwでされ、この数値が第2の爪内側間距離の単位温度変化当たりの変化量より大きければ、締め付け力は低下しない。すなわち、2d(α1−α2)+α1Dw ≦αwDwであれば締め付け力は低下しない。
この不等式をdについて求めると、下記の数1式となる。
この関係を満たすように第2の爪の厚さdを設計し、及び又は第1と第2の爪の材質を選定する。
これより、第2の爪内側間距離の単位温度当たりの変化量は2d(α1−α2)+α1Dwとなる。一方、被把持体の単位温度変化当たりの外径変化量はαwDwでされ、この数値が第2の爪内側間距離の単位温度変化当たりの変化量より大きければ、締め付け力は低下しない。すなわち、2d(α1−α2)+α1Dw ≦αwDwであれば締め付け力は低下しない。
この不等式をdについて求めると、下記の数1式となる。
次に、第1と第2の爪の材質は、それらの熱膨張係数α1とα2の差の絶対値が大きいほど、設計可能な第2の爪の厚さdが広がり、かつ締め付け力が低下せずに把持できる外径の範囲も広がる。
工業的に利用可能な金属材料の熱膨張係数を考慮すると、第1の爪の熱膨張係数α1が0.5〜19.0×10-6 /Kの範囲にあり、第2の爪の熱膨張係数α2が16.0〜24.0×10-6 /Kの範囲にあることが好ましい。
工業的に利用可能な金属材料の熱膨張係数を考慮すると、第1の爪の熱膨張係数α1が0.5〜19.0×10-6 /Kの範囲にあり、第2の爪の熱膨張係数α2が16.0〜24.0×10-6 /Kの範囲にあることが好ましい。
以下に、本発明に係る把持機構について、図面を用いてさらに詳細に説明する。
図1は、本発明に係る把持機構の第1の実施形態に係る概略断面図である。厚さdの第2の爪2は、取り付けボルト4によって第1の爪3へ固定されている。また、第1の爪3は、チャックボディ5の内部に設けられた駆動機構と噛みあっている。外径Dwのワーク1は、第2の爪2に把持されることによって固定される。
図1は、本発明に係る把持機構の第1の実施形態に係る概略断面図である。厚さdの第2の爪2は、取り付けボルト4によって第1の爪3へ固定されている。また、第1の爪3は、チャックボディ5の内部に設けられた駆動機構と噛みあっている。外径Dwのワーク1は、第2の爪2に把持されることによって固定される。
図2は、本発明に係る把持機構の第2の実施形態に係る概略断面図である。
第2の実施形態において、第1の爪は、駆動部と噛みあう部材16と第2の爪12を固定する部材13に分割されている。駆動部と噛みあう部材16は、チャックボディ15や駆動部と同じ熱膨張係数α0を有し、取付けネジ14bによってチャックボディ15に固定されている。第2の爪12は、取付けネジ14aによって部材13に固定されている。第2の爪を固定する部材13及び第2の爪12が、それぞれα1とα2の熱膨張係数を有することによって、図1に示した第1の実施形態と同様の効果が得られる。
第2の実施形態において、第1の爪は、駆動部と噛みあう部材16と第2の爪12を固定する部材13に分割されている。駆動部と噛みあう部材16は、チャックボディ15や駆動部と同じ熱膨張係数α0を有し、取付けネジ14bによってチャックボディ15に固定されている。第2の爪12は、取付けネジ14aによって部材13に固定されている。第2の爪を固定する部材13及び第2の爪12が、それぞれα1とα2の熱膨張係数を有することによって、図1に示した第1の実施形態と同様の効果が得られる。
図1及び図2の把持機構において、第1の爪と第2の爪を構成する材質には、表1に示すようなものが挙げられる。これらの材質を使用する環境や把持するワーク外径に応じて組み合わせることによって、幅広い厚さを持つ第2の爪の設計が可能となる。
図1及び図2に示す把持機構において、第1の爪を表1に示す機械構造用炭素鋼のS45C(α1:12.1×10-6 /K)、第2の爪を表1に示すアルミニウム合金のA5052(α2:23.8×10-6 /K)で製作することを想定した。被把持体はDw:80mmの合成石英(αw:0.6×10-6 /K)とした。これらの熱膨張係数から数1式により、第2の爪の厚さdと被把持体Dwとの関係を計算し、その結果を図3に示した。
図3から、非把持体の外径を80mmとしたとき、被把持体が緩まない第2の爪の厚さdは39.3mmが最小であった。よって、第2の爪の厚さdを40mmとしてチャックの設計を実施した。
図3から、非把持体の外径を80mmとしたとき、被把持体が緩まない第2の爪の厚さdは39.3mmが最小であった。よって、第2の爪の厚さdを40mmとしてチャックの設計を実施した。
前記材質のものを使用し、第2の爪の厚さを40mmとして、実際にチャックを製作し評価した。評価に際し、外径80mmの合成石英ワークは、チャック全体と合成石英ワークが常温(298K)の状態で固定した。合成石英ワークへの締め付けトルクは、合成石英ワークを手で持ってチャック周方向へ回転させる力を掛けても、ワークが回転しない限界程度のトルクとした。この状態でチャック全体と合成石英ワークを498Kまで温度変化させた。温度変化後に締め付け力に緩みが生じていないか、ワークを手で持って周方向へ回転させる力をチャック固定時と同程度の力で掛けたが、ワークは周方向へ回転せず、緩んでいなかった。
1 ワーク(被把持体)、
2 第2の爪、
3 第1の爪、
4 取付けネジ、
5 チャックボディ、
11 ワーク(被把持体)、
12 第2の爪、
13 第2の爪を固定する部材、
14 取付けネジ、
15 チャックボディ、
16 駆動部と噛みあう部材。
2 第2の爪、
3 第1の爪、
4 取付けネジ、
5 チャックボディ、
11 ワーク(被把持体)、
12 第2の爪、
13 第2の爪を固定する部材、
14 取付けネジ、
15 チャックボディ、
16 駆動部と噛みあう部材。
Claims (4)
- チャックボディと、チャック爪を開閉する駆動機構と、被把持体を把持する爪とを備えるスクロール型チャックにおいて、爪全体の開閉を担う駆動機構と噛みあう第1の爪と、該第1の爪へ取付けて被把持体を直接把持する第2の爪を有し、前記第1の爪の熱膨張係数がα1であり、前記第2の爪の熱膨張係数がα2であり、被把持体の熱膨張係数をαwとしたときに、αw < α1 < α2なる関係を有することを特徴とする把持機構。
- 前記チャックボディおよび前記チャック爪を開閉する駆動機構が、前記第1の爪と略等しい熱膨張係数α1を有する請求項1に記載の把持機構。
- 前記第1の爪の熱膨張係数α1が0.5〜19.0×10-6 /Kで、前記第2の爪の熱膨張係数α2が16.0〜24.0×10-6 /Kである請求項1に記載の把持機構。
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EP16190228.3A EP3147054B1 (en) | 2015-09-25 | 2016-09-22 | Arrangement comprising a gripping mechanism and a gripped body |
US15/273,726 US10086441B2 (en) | 2015-09-25 | 2016-09-23 | Gripping mechanism |
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