JP2018199176A - 装着冶具および保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークをさらに精度よく把持できる装着冶具を提供する。【解決手段】円筒状のワークの一端に挿入された状態でワークを保持し、保持装置１にワークを装着する装着冶具１０を提供する。この装着治具は、少なくとも前方の一部がワークに挿入される筒状部材であって、内部の空間を、保持装置から突き出た保持棒１１１が中心軸に沿って前後に移動する筒状部材１１を有し、筒状部材は、前方に位置する拡径部であって、保持棒が前方に動くと、当該筒状部材の内面のテーパ状の部分が保持棒の先端のテーパ状の部分に当たり、当該筒状部材の外面の少なくとも一部がワークに挿入可能な第１の径から、保持棒とワークとに挟まれた状態でワークを内側から把持する第２の径に広がる拡径部１２と、当該筒状部材を保持装置に着脱可能に取り付けるベース１６と、ベースと拡径部との間で、保持棒に接触せずに拡径部を前記第１の径に弾性的に支持するバネ部１３とを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、ワークの一端に挿入された状態でワークを把持するのに適した装着冶具および保持装置に関するものである。

特許文献１には、スプリットコレットでワークを把持するチャック装置を改善して、外周や内周を加工するワークを不均一な撓みを生じさせずに掴めるようにすることを目的とすることが記載されている。このため、特許文献１の装置は、ワーク把持部が割り溝によって周方向に複数に割られたスプリットコレットと、そのスプリットコレットの前記ワーク把持部を内外径が変化するように撓ませる駆動部を備え、前記スプリットコレットの少なくとも前記ワーク把持部における割り溝が、チャックの軸心と平行な線に対して交差する溝として構成され、前記ワーク把持部における前記割り溝の周方向振れ幅が、ワークを把持した状態での前記割り溝の溝幅よりも大きいチャック装置にした。

特開２０１６−４３４２６号公報

特許文献１においては、スプリットコレットのワーク把持部を内外径が変化するように撓ませることによりワークを把持している。しかしながら、撓む部材によりワークを精度よく把持することは難しい。

本発明の一態様は、円筒状のワークの一端に挿入された状態でワークを保持し、保持装置にワークを装着する装着冶具である。この装着冶具は、少なくとも前方の一部がワークに挿入される筒状部材であって、内部の空間を、保持装置から突き出た保持棒が中心軸に沿って前後に移動する筒状部材を有する。筒状部材は、前方に位置する拡径部であって、保持棒が前方に動くと、筒状部材の内面のテーパ状の部分が保持棒の先端のテーパ状の部分に当たり、筒状部材の外面の少なくとも一部がワークに挿入可能な第１の径から、保持棒とワークとに挟まれた状態でワークを内側から把持する第２の径に広がる拡径部と、筒状部材を保持装置に着脱可能に取り付けるベースと、ベースと拡径部との間で、保持棒に接触せずに拡径部を第１の径に弾性的に支持するバネ部とを有する。

本発明の他の態様の１つは、円筒状のワークの一端に挿入された状態でワークを保持装置に装着する装置（装着装置）である。この装置は、少なくとも前方の一部がワークに挿入される筒状部材と、保持装置から突き出た保持棒であって、筒状部材の内部の空間を、中心軸に沿って前後に移動し、ワークに挿入される保持棒とを有する。筒状部材は、前方に位置する拡径部であって、保持棒が前方に動くと、筒状部材の内面のテーパ状の部分が保持棒の先端のテーパ状の部分に当たり、筒状部材の外面の少なくとも一部がワークに挿入可能な第１の径から、保持棒とワークとに挟まれた状態でワークを内側から把持する第２の径に広がる拡径部と、筒状部材を保持装置に着脱可能に取り付けるベースと、ベースと拡径部との間で、保持棒に接触せずに拡径部を第１の径に弾性的に支持するバネ部とを含む。

この装着冶具および装着装置においては、保持装置から伸びた保持棒がワークに挿入され、保持棒とともにワークに挿入された筒状部材の前方の拡径部が保持棒により拡径されることにより、拡径部が保持棒とワークとに挟まれた状態となり、ワークに挿入された保持棒が拡径部を介して、ワークを内側から保持する。したがって、従来の装着冶具と異なり、この筒状部材を用いた装着冶具および装着装置においては、拡径部が単独でワークを保持するのではなく、拡径部は保持棒とワークとの間のスペースを埋めて、保持棒がワークを保持することを可能とする。このため、拡径部が、ワークに挿入可能な第１の径から、保持棒とワークとの間でワークを把持する第２の径に広がるあるいは撓むような構造または部材であっても、拡径部はワークに挿入された保持棒とワークとに挟まれた状態でワークを把持するので、保持棒により、把持した状態では、ワーク内部で拡径部の径が一定に保たれ、ワークを精度よく、安定して把持できる。また、保持棒は、筒状部材の拡径部を介してワークを内側から把持することにより、ワークの内径より細く、ワークに挿入可能な保持棒で、拡径部をワークの内側に密着させた状態で、ワークの内面に損傷を与えにくい状態でワークを安定して保持でき、また、拡径部が対応可能な範囲で内径の異なるワークを安定して保持できる。

この装着治具および装着装置において、拡径部がワークと保持棒とに挟まれた状態でワークを把持する際に、拡径部とワークとの接触面積が大きい方が安定してワークを保持できる。一方、この装着冶具および装着装置においては、ワークに挿入された保持棒と筒状部材とが共同でワークの荷重を支持し、保持棒がワークに挿入された状態でワークの荷重を支持するので筒状部材の拡径部のみでワークの荷重を支持することが避けられる。このため、拡径部をベースに対して支持するバネ部を、荷重を負担することを主として設計する代わりに、あるいはそれとともに、拡径部が拡径されるときの姿勢を制御するように設計することができ、典型的には、バネ部が中心軸に沿ってバネ定数が異なる部分を含んでもよい。バネ部が、拡径部を、その外面が中心軸と平行に拡径されるように支持してもよい。

典型的には、筒状部材は、剛性の高い部材、例えば、金属で形成されてもよく、少なくとも拡径部およびバネ部にわたり筒状部材を中心軸に沿って複数に分割する割溝を含んでもよい。バネ部は、弾性を持たせるために、厚みが拡径部より薄くてもよく、割溝の幅が拡径部の割溝の幅より広くてもよい。バネ部は、中心軸に沿ってバネ定数が異なる部分を含むように、割溝の幅、筒状部材のバネ部の外径、筒状部材のバネ部の厚みの少なくともいずれかが、中心軸に沿った方向に変化した部分を含んでもよい。装着冶具または装着装置は、バネ部の外側に装着された弾性部材であって、筒状部材と異なる材質の弾性部材を有していてもよい。

また、拡径部のみでワークを支持するのではないので、拡径部の長さは比較的フレキシブルとなり、テーパ状の部分の角度もフレキシブルとなる。したがって、拡径部の内面のテーパ状の部分は、傾斜角度が最大で５度のセルフロック部を含んでもよい。

筒状部材は、バネ部とベースとの間で、当該筒状部材の内面の少なくとも一部が周囲の内面に対し中心軸方向に突き出て保持棒に対しスライド可能な状態で接触する支持部をさらに含んでもよい。バネ部のより近い箇所で筒状部材を保持棒に対して支持できるので、バネ部が拡径部の姿勢を制御する基点の状態（位置）が安定し、拡径部の姿勢をいっそう精度よくバネ部により制御できる。筒状部材は、拡径部とバネ部との間に、ワークの先端が当たる位置決め部を含んでもよい。筒状部材は、拡径部の先端側に第１の径よりも縮小した挿入案内部を含んでもよい。

本発明の他の態様の１つは、上記に記載の装着冶具と、筒状部材の内部の空間を中心軸に沿って前後に移動する保持棒とを有し、筒状部材がベースを介して取り付けられた保持装置である。保持棒は手動で動かされてもよく、保持装置が保持棒を動かすアクチュエータを含んでいてもよい。また、保持装置は、装着冶具の外側でワークの外周に接するコレットチャックを含んでもよい。

本発明の異なる他の態様の１つは、上記に記載の装着装置と、保持棒を動かすアクチュエータとを有する保持装置である。本発明のさらに異なる他の態様の１つは、上記の保持装置と、保持装置に保持されたワークを加工するデバイスとを有する加工装置である。

保持装置の概略構成を示す平面図。 保持装置の概略構成を正面から見た状態で示す断面図。 装着冶具の周辺を抜き出して拡大して示す図であり、図３（ａ）は、装着冶具にワークを挿入した状態を示し、図３（ｂ）は、装着冶具がワークを把持した状態を示している。 装着冶具の異なる例を示す断面図。 保持装置に装着冶具を取り付ける様子を示す断面図。 異なる装着冶具のいくつかの例を示す断面図。 異なる回転ジョイントの概略構成を示す断面図。 異なる保持装置の概略構成を示す平面図。 保持装置に装着冶具を取り付ける様子を示す断面図。 異なる第１のアクチュエータの概略構成を示す断面図。 外径コレットチャックをさらに含む保持装置の概略構成を示す平面図。 保持装置の概略構成を正面から見た状態で示す断面図。

図１に、保持装置の概略構成を平面図により示している。図２に、保持装置の概略構成を正面から見た断面図により示している。この保持装置１は、ベンダー（不図示）などのワークの加工デバイスを含む加工装置１００において、ワーク５を曲げ加工などする際に、円筒状のワーク５の内周５ａを把持することにより保持する装置である。この保持装置１は、また、ワーク５を搬送したり、回転位相を割り出したり、ワーク５のセンターを出して保持したりするためにも好適な装置である。以下では、保持装置１について説明する。

保持装置１は、パイプなどの円筒状のワーク５の一端に装着冶具１０を挿入した状態でワーク５を保持し、保持装置１にワーク５を装着する着脱式の装着冶具１０と、装着冶具１０とともにワーク５に挿入される保持棒１１１とを含む装着装置（装着ユニット）１１０を含む。保持装置１は、さらに、装着装置１１０を台盤４１に対して回転支持するベースユニット４２と、保持棒１１１をベースユニット４２（台盤４１）に対して前後に動かす第１のアクチュエータ３０と、装着ユニット１１０をベースユニット４２に対して保持棒１１１の中心軸９の周りに回転駆動する第２のアクチュエータ５０とを含む。第２のアクチュエータ５０は、装着ユニット１１０を一定の回転速度で回転するユニットであってもよく、装着冶具１０の回転位相（回転角度、回転位置）を割り出し、装着冶具１０の位置、すなわちワーク５の位置を中心軸９に対して設定角度に位置決めする機能を含む回転位相割り出しユニットであってもよい。

装着装置１１０は、ベースユニット４２の内部にベアリング４３により回転支持された回転体１１２と、回転体１１２の中心を貫通して保持装置１および装着装置１１０の前方２に突き出し、装着冶具１０の内部を中心軸９に沿って前後に移動する保持棒１１１とを有し、回転体１１２の前方に装着冶具１０を着脱するための機構１１３を含む。着脱するための機構１１３の典型的な例はねじである。保持棒１１１は、回転体１１２から前方２に延びた前部１１１ｃと、先細にテーパ状になった先端部分１１１ａと、回転体１１２から後方３に延びた後端部（末端）１１１ｂとを含む、前後に延びる棒状の部材である。

第１のアクチュエータ３０は、回転体１１２から後方３に突き出た保持棒１１１の末端１１１ｂを、ベアリング３７を介して回転支持する回転ジョイント３４と、回転ジョイント３４を介して保持棒１１１を前後に動かす駆動機構３３とを含む。駆動機構３３は、モータとボールねじとの組み合わせ、サーボモータ、空気圧や油圧駆動などのシリンダーなどの公知の機構を採用できる。アクチュエータ（駆動機構）３３と保持棒１１１との連結固定部は、駆動シリンダ（アクチュエータ）３３のロッドと保持棒１１１とをネジ固定などで直接連結してもよいが、フローティングジョイント（回転ジョイント）３４を介した連結が望ましい。保持装置１を装着冶具１０の回転位相の割り出しに使用する場合に、回転ジョイント３４により保持棒１１１が、ワーク５を把持した装着冶具１０が取り付けられた回転体１１２と連れ回りできる。

第２のアクチュエータ５０は、モータ（回転位相割り出しモータ）５１と、モータ５１の駆動力を回転体１１２に伝達するプーリ５２およびベルト５３とを含む。第２のアクチュエータ５０により、回転体１１２の先端に取り付けられた装着冶具１０を任意の方向に回転し、装着ユニット１１０に装着された加工対象または搬送対象のワーク５を所望の角度（ひねり角度）に設定（位置決め）できる。

図３に、装着冶具１０および装着装置１１０を拡大して示している。図３（ａ）は、装着冶具１０および保持棒１１１をワーク５に挿入した状態を示し、図３（ｂ）は、保持棒１１１をさらに前進させて装着冶具１０を介してワーク５を把持した状態を示している。装着冶具１０は、保持棒１１１とともにワーク５を内側から保持するための筒状部材１１を含み、筒状部材１１の内部の空間１９を、保持装置１（回転体１１２）から突き出た保持棒１１１が中心軸９に沿って前後に移動する。

筒状部材１１は、金属製、例えばステンレススチール製で、前方側２から挿入案内部（外側テーパ部）１８と、拡径部１２と、バネ部１３と、支持部１４と、ベース部１６とを含む。拡径部１２は、内面（内面）２１がテーパ状に中心軸９方向に突き出た部分（テーパ部、テーパ穴）１２ａを含み、保持棒１１１が第１のアクチュエータ３０により前方２に動くと保持棒１１１の先端１１１ａにより押され、外面（外面）２４がワーク５に挿入可能な第１の径Ｒ１から、ワーク５と保持棒１１１の先端１１１ａとに挟まれてワーク５を内側から把持する第２の径Ｒ２に広がる。拡径部１２の外面２４の中心軸９に沿った長さ（把持長）は、ワーク５を安定して精度よく支持できるように、ワーク５の内径Ｄに対して０．５Ｄ〜３Ｄ程度が好ましい。

バネ部１３は、拡径部１２の後方３で、拡径部１２を第１の径Ｒ１に弾性的に支持し、保持棒１１１により拡径される際に拡径部１２の各片の姿勢を制御する機能を含む。

ベース１６は、筒状部材１１を回転体１１２の着脱機構１１３に対して着脱するための雄ねじ部１６ａを含む。

拡径部１２の先端側２に設けられた挿入案内部（外側テーパ部）１８は、第１の径Ｒ１より縮小（先細り）した形状で、たとえば、若干芯ずれした位置にワーク５が初期設定されていても、そのワーク５に拡径部１２および保持棒１１１を挿入できる。

支持部１４は、バネ部１３とベース１６との間で、内面２１の少なくとも一部が周囲の内面２１に対し中心軸９方向に突き出て保持棒１１１に対しスライド可能な状態で接触する。支持部１４は、内周側に保持棒１１１を摺動可能にガイドするリング状の部分（軸受け部）１５を含む。軸受け部１５は、筒状部材１１と一体で形成されていてもよく、無給油ブッシュまたはリニアブッシュ等の軸方向スライドベアリングを組み込んだ形態であってもよい。また、軸受け部１５は、軸方向に沿ってベース１６の側まで延びていてもよい。

筒状部材１１は、さらに拡径部１２とバネ部１３との境界部分に、外面２４から凸状に飛び出した位置決め部（着座部）１７を含む。ワーク５の先端５ｂが位置決め部１７に当たり、ワーク５を保持する位置が一定に決まる。位置決め部１７は、拡径部１２の拡径時の姿勢を制御するための補強部材（剛性調整部材）としての機能を備えていてもよい。

筒状部材１１は、挿入案内部１８、拡径部１２およびバネ部１３にわたり、筒状部材１１を中心軸９に沿って複数に分割する割溝（分割溝）２２および２３を含む。この筒状部材１１は、後述の図５などにも示す通り、挿入案内部１８から拡径部１２およびバネ部１３にわたり、４つの割溝２２および２３により中心軸９の周りに４つに均等に分割されている。したがって、筒状部材１１は、円周方向に４つの片に分割された挿入案内部１８および拡径部１２が、円周方向に４つの片に分割されたバネ部１３によりそれぞれ弾性的に支持され、一体として支持部１４を介して後端部のベース１６に繋がっている。割溝の数は、拡径部１２の径などに応じて３つ以下であっても、５つ以上であってもよく、好ましくは２分割から１６分割程度である。

挿入案内部１８および拡径部１２に形成される割溝２２は細い溝幅、たとえば細い線径のワイヤーカットなどで形成したものが好ましい。一方、バネ部１３の割溝２３の幅は、拡径部１２の割溝２２の幅より広くなるように形成されている。バネ部１３の割溝２３の形状を長穴形状にすることにより、バネ部１３のバネ定数を、拡径による歪みが拡径部１２に集中するのを低減できるバネ定数とすることができる。ベース１６側のバネ部開始箇所のバネ肉厚変化部および割溝２３は、撓み応力が集中しないＲ形状で繋げるのが望ましい。割溝２２および２３はレーザーカットなどの他の方法で加工してもよく、バネ部１３の割溝２３の形状も長穴状に限定されない。

図４に、装着冶具の一例を断面図により示している。この装着冶具の筒状部材８は、ワーク５を内側５ａから把持する拡径部１２を含み、拡径部１２の後方３で、拡径部１２を第１の径Ｒ１に弾性的に支持するバネ部１３の領域が短く、バネ部１３は拡径部１２が広がったときの姿勢制御能力がほとんどないものとなっている。なお、図４においては、保持棒１１１を透かした状態（点線）で示している。

この筒状部材８では、保持棒１１１が前方２に動くと、拡径部１２のテーパ部１２ａが押され、拡径部１２は一点鎖線で示した状態から、拡径部１２の後方側３の狭い範囲のバネ部１３を支点として広がり、拡径部１２がワーク５と保持棒１１１とに挟まれた状態でワーク５を把持する。拡径部１２の外面２４は実線で示したラッパ状（テーパ状）に広がった状態となり、ワーク５の内面５ａに拡径部１２が接する面積が小さい。したがって、ワーク５を精度よく保持するためには、拡径部１２が広がったときの姿勢を制御し、拡径部１２がワーク５の内面５ａに接する面積をさらに広く確保することが好ましい。

筒状部材１１においては、バネ部１３の長さが拡径部１２の長さに対し十分に確保できており、例えば、バネ部１３の長さは拡径部１２の長さと同じ程度、少なくとも半分以上であり、その間でバネ部１３を弾性変形することにより、拡径部１２の姿勢を、その外面２４が、ワーク５の内面５ａに沿うように、中心軸９にほぼ平行になるように制御しながら第２の径Ｒ２に拡径できる。したがって、拡径部１２がワーク５の内面５ａと接触する長さ（面積）を長くでき、より安定してワーク５を把持できる。また、バネ部１３の中心軸９に沿った長さを確保することにより、バネ部１３の中心軸９に沿った方向の幅、厚み、形状などを変えて中心軸９に沿ったバネ定数を変えることが可能となり、拡径部１２の姿勢をさらに精度よく制御できる。いくつかの例は、後述する図６に示している。

また、バネ部１３を設けて拡径部１２の姿勢を制御することにより、ワーク５と保持棒１１１との間に挟まれてワーク５を把持する拡径部１２として剛性の高い構造または材料を採用できる。このため、拡径部１２を介して保持棒１１１にワーク５の支持荷重を精度よく伝達でき、より安定してワーク５を保持できる。また、バネ部１３により拡径部１２を第１の径Ｒ１に縮径するので、拡径部１２をワーク５に挿入しやすく、また、ワーク５の内径が変動するワーク５であっても、拡径部１２が拡径可能な範囲であれば、同一の保持棒１１１によりワーク５を安定して保持できる。

また、バネ部１３のベース１６の側に保持棒１１１に対してスライド可能であるが周方向の位置が固定される支持部１４を設けることにより、バネ部１３の変形基点の位置を保持棒１１１に対して固定できる。このため、バネ部１３により、拡径部１２の姿勢をより精度よく制御できる。

図５に、装着冶具１０を装着ユニット１１０の回転体１１２に取り付ける様子を示している。図５においては、装着冶具１０の筒状部材１１は、上半部を断面図により示している。筒状部材１１のベース１６は、後端部に雄ネジ１６ａが形成されており、回転体１１２の着脱機構１１３の雌ねじに簡単に着脱できる。筒状部材１１を回転体１１２に取り付けると、回転体１１２から突き出た保持棒１１１が筒状部材１１の内部に挿入される。この保持装置１においては、装着冶具１０の筒状部材１１のベース（取付け固定部）１６と、保持棒１１１にあたる支持部１４の軸受け部（リング状の部分）１５と、拡径部１２の内部のテーパ状に突き出た部分（拡径テーパ部）１２ａとを、内径の異なるワークや形状の異なるワークなどに対応した複数の交換用装着冶具に対応する共通形状とし、対象内径寸法範囲内で共用可能としている。このため、部品点数の少ない簡素でコンパクトな構成で、筒状部材１１を交換するだけで、内径の異なるワーク５をチャックすることができる。

この装着冶具１０および装着ユニット１１０においては、拡径部１２をワーク５と保持棒１１１とで挟んだ状態でワーク５が保持される。したがって、拡径部１２の長さは、ワーク５に挿入できる長さであればよく、拡径部１２と保持棒１１１との共同で所定の剛性が確保できればよい。このため、筒状部材１１の拡径部１２のテーパ穴（先窄まりのテーパ状に内面から内側に突き出た部分）１２ａおよび保持棒１１１の先細のテーパ状の部分１１１ａのテーパ角度θは大きくてもよく、また、小さくてもよい。特に、テーパ角度θを摩擦力によるセルフロックが可能な傾斜角５°以下とすることが可能であり、第１のアクチュエータ３０により保持棒１１１を前方に動かし、保持棒１１１と拡径部１２とが協働してワーク５を内部から保持できる状態にセットしたのちに、第１のアクチュエータ３０の押圧力を開放しても保持棒１１１と拡径部１２とでワーク５を保持した状態を維持できる。このため、保持棒１１１を常に第１のアクチュエータ３０で加圧しなくてもワーク５を保持でき、ワーク５に過大な力が加わって変形したり、第１のアクチュエータ３０が何らかの要因で保持棒１１１を加圧できなくなったとしてもワーク５は、拡径部１２および保持棒１１１によりセルフロック把持され、安全である。

装着冶具１０の筒状部材１１の拡径部１２の内径およびバネ部１３の内径と、保持棒１１１の外径との間に拡径部１２による着脱時の縮径用隙間を設け、拡径部（把持部）１２の外径Ｒ１をワーク５の内径（把持穴）公差幅のほぼ中央値で形成し、拡径時のチャックテーパ穴１２ａと保持棒１１１のテーパ部１１１ａとの接触長を、拡径部１２がワーク５の内面５ａと接触する、あるいは接触予定の長さ（把持部長）の５０％以上にしている。このため、拡径時は、拡径部１２の全長の外周２４が真円に近い状態でワーク内面５ａに接し、テーパ穴１２ａと保持棒テーパ部１１１ａとが接触する接触長も全面（全長）となる寸法関係にしている。この設計により、拡径部１２の広い範囲を均等に拡径することができる。

図６に、幾つかの異なる装着冶具１０を示している。図６においては、装着冶具１０の筒状部材１１の上半部を断面図により示している。図６（ａ）に示した筒状部材１１では、バネ部１３の長穴状の割溝２３の幅を、拡径部１２からの距離に依存して、すなわち、中心軸９に沿って後方３から前方２に距離が短くなるほど広くなるように形成し、バネ部１３のバネ定数を制御している。図６（ｂ）に示した筒状部材１１では、バネ部１３の肉厚を、拡径部１２からの距離が短くなるほど薄くなるように形成して、バネ部１３のバネ定数を制御している。バネ部１３の有効ばね部長さＬ２の範囲のバネ定数を拡径部１２の長さ方向の中心位置Ｐ１からの距離Ｌｎに比例して大きくすることにより、有効ばね部の撓みを均等化し、かつ、拡径部１２側の撓みより有効バネ部の撓みを大きくすることにより拡径部１２の外面が中心軸９に対して平行に変形（拡径）するようにしている。ここで、拡径部１２の長さをＬ１、拡径部１２の位置決め部１７との接続部分１２ｂにおけるバネ定数をＫ０、拡径部１２の長さ方向の中心位置Ｐ１からバネ部１３の有効バネ部長さ（割溝２３の両端のＲになった部分を除いた部分の長さ）Ｌ２内の距離Ｌｎにある位置Ｐｎにおけるバネ定数をＫｎとすると、上記の条件は、以下のように定量化できる。
（１） Ｋ０／（Ｌ１／２）≧Ｋｎ／Ｌｎ
（２） 有効バネ部全長範囲のＫｎ／Ｌｎをほぼ一定の定数ｅとすると、位置Ｐｎにおけるバネ定数Ｋｎ：Ｋｎ≒Ｌｎ×ｅ

縮径バネ部１３は中心軸９方向の分割溝（割溝）が拡径部１２の溝２２の幅より広い長穴溝２３を備え、縮径バネ部１３の長さと、肉厚と、分割数と、長穴幅とで、ワーク５の内径（把持部内径）中心と筒状部材１１の軸中心、または保持棒１１１の軸中心との芯ズレを吸収して拡径部１２の挿入が容易な適当な低いバネ定数で構成し、保持棒１１１を前進させた把持状態では、軸受け部１５で軸心が固定された保持棒１１１により、筒状部材１１の軸中心にワーク５の軸中心を一致させる芯出し復元力と、芯出し後の位置に保持する保持力を（前記バネ部１３のバネ定数にあまり影響されずに）高めている。

図６（ｃ）は、拡径部１２が縮径するように、バネ部１３に歪みを印加する処理を施した筒状部材１１を示している。具体的には、拡径部１２の外径を、保持するワーク５の内径の公差の幅のほぼ中央値で形成して、拡径部１２の割溝２２およびバネ部１３の割溝２３を加工後、拡径部１２に円筒スリーブ等を挿入して拡径部１２の割溝２２の幅の範囲内で縮径させた状態で熱処理し、バネ部１３に縮径方向の歪みを付与している。ワーク５の着脱時の拡径部１２の外径を熱処理前の外径より小さく保持しているため、芯ズレ等したワーク５への着脱性を向上でき、筒状部材１１により精度よくワーク５を把持できる。拡径部１２を熱処理する際に挿入する円筒スリーブは、拡径部１２の前方側２の径が小さくなるテーパ状のものを用いて、拡径部１２の外面２４が先細りのテーパ状になるように縮径してもよい。

すなわち、図６（ｃ）においては、拡径部１２の外径を、保持するワーク５の内径の交差幅のほぼ中央値で成形し、外径と内面の拡径用のテーパ状の部分を成形後に割り溝で分割し、ワーク５の挿入時はバネ部１３の外側に装着された弾性部材あるいは熱処理による永久歪（形状記憶）でバネ部１３を縮径方向に変形させることで挿入性を確保し、拡径時の拡径部１２の外径のワーク５の内面と拡径用のテーパ状の部分の接触面積を両方とも大きくしている。

図６（ｄ）は、筒状部材１１のバネ部１３の外側に、筒状部材１１とは異なる材質、例えば、ゴム、その他のエラストマー性の部材、コイルバネ、リングバネなどからなる弾性部材２５を取り付けた装着冶具１０を示している。具体的には、バネ部１３を弱い力で縮径可能なバネ定数で形成し、拡径部１２に近い着座部（位置決め部）１７の外周に設けた半円溝または矩形溝等の縮径用弾性部材装着溝１７ａを備え、その溝１７ａに装着したゴムリングまたは引張りコイルバネリングまたはリングバネ等の弾性部材２５でバネ部１３を縮径方向に撓ませている。これにより、着脱時の拡径部１２の外径を小さくして、芯ズレワーク５等への着脱性を向上させている。

図６（ｅ）は、ワーク５のサイズや形状などにあわせて装着冶具１０の筒状部材１１のサイズ、形状等を変更する一例を示している。一点鎖線や二点鎖線で示すように、ベース１６、軸受け部１５、およびテーパ穴１２ａを保持棒１１１の形状に対応した共通の形状（サイズ）とし、拡径部１２の外径および／または着座部１７の寸法（高さ、幅）をワーク５の内径や形状に対応する任意寸法とすることができる。これにより、サイズや形状が異なるワーク５を保持装置１で保持する場合、装着冶具１０を交換するのみで、簡単に対応できる。

図７に、回転ジョイント３４ａの一例を示している。この回転ジョイント３４ａは、保持棒１１１の後端１１１ｂに、保持棒１１１から円周方向に広がるフランジを設け、その前後に回転軸受け３９を配置し、回転軸受（ベアリング）を介して保持棒１１１を前後に動かすことができる。このため、回転ジョイント３４ａの耐久性を向上できる。

ここで、従来の内径チャックには、一般的に広く用いられている三つ爪エアチャック、三つ爪スクロールチャック、スプリットコレット装置等がある。前記三つ爪エアチャックおよびスクロールチャックは、把持可能な内径範囲を比較的広範囲にカバーできる利点があり広く用いられているが、φ２０程度以下の小内径では、片持ちのチャック爪の曲げ強度から把持長さと把持力を大きくできない制約がある。また、三つ爪スクロールチャックは、駆動用アクチュエータを含めた重量が重くなる点と、加工部品点数が多い分、製作費が高価になる点で、トランスファ搬送チャックまたは多ステーションロータリーマシンのチャック等の同一内径チャックが多数個必要な場合は利用しにくい。

小径長尺パイプ曲げ加工ベンダーのパイプ送り・ひねりチャックや、重量ワークの高速搬送チャック、トランスファ加工装置等で同一内径のチャックが多数個必要な場合は、小体格でより大きな把持力と把持部剛性を高くできるスプリット内径コレットチャックが適している。スプリットコレットは、コレットの先端半部に一端が解放する軸方向の割り溝で把持部およびバネ部を周方向に複数に分割したものであって、保持棒で分割部を撓ませることでワーク把持部を拡径させてワークを保持する。

これに対し、部品点数が少ない簡素でコンパクトな構造で体格比の把持力が大きく、駆動エア解放時もワークのセルフロック保持が可能で、異なるワーク内径用のチャック交換が容易な内径装着冶具および装着装置が求められている。

本例の装着冶具１０および装着ユニット１１０は、筒状部材１１の先端側半部に、長手方向に複数の割溝２２および２３で分割されたワーク挿入案内用のテーパ部１８を備えた拡径部１２を備えており、ワーク５の内部においてワーク５と保持棒１１１と拡径部１２を挟み込んだ状態でワーク５を保持する。したがって、コンパクトな構造で把持力が大きく、セルフロック保持が可能な装着冶具１０および装着ユニット１１０を提供できる。

さらに、筒状部材１１は、保持棒１１１の拡径テーパ部１１１ａに対応した拡径テーパ穴部１２ａと、ワーク解放用（アンチャック用）の縮径バネ部１３と、必要に応じワーク軸９方向の位置決め用着座部１７とを備え、後端側に保持棒１１１の軸心を固定し軸９方向に摺動可能な軸受け部１５と、チャック取付け固定部（ベース）１６との各機能を１ピースに具備する。このため、前記拡径テーパ穴部１２ａと、保持棒軸受け部１５と、チャック取付け固定部１６とを、加工対象ワークの内径寸法範囲内で共用可能な共通形状とし、拡径部１２の外径Ｒ１と、必要に応じ着座部１７の外径と軸方向位置とを、対象ワーク５の内径に対応した任意寸法とした交換用装着冶具１０に周辺部品の取り外しなしに交換可能な内径装着ユニット１１０を提供できる。

図８に、異なる保持装置１ａの全体構成を平面図により示している。この保持装置１ａも、保持装置１ａにワーク５を装着する着脱式の装着冶具１０と、保持棒１１１とを備えた装着ユニット１１０を含む。装着ユニット１１０の保持棒駆動アクチュエータ（シリンダー）３３が第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータとしての回転位相割り出しユニット５０に連結フランジ５４を介し同軸上に連結されている。連結フランジ５４は、ロータリージョイントとしての機能をそなえていてもよく、３６０度以上の回転が必要な場合はロータリージョイントを介してシリンダー３３に油気圧配管する。したがって、最小限の部品点数で構成したコンパクトな保持装置１ａを提供できる。ワーク５を軸方向に回転させる必要がない場合は、回転位相割り出しユニット５０を用いる必要がなく、さらに最少部品で構成したコンパクトな保持装置を提供できる。

図９に、装着冶具１０の筒状部材１１を保持装置１ａに取り付ける様子を拡大して断面図により示している。装着冶具１０は、上半部を断面図により示している。装着冶具１０の筒状部材１１のベース１６は、後端に、四隅にねじ穴１６ｃが形成されたフランジ部１６ｂを含み、保持棒駆動アクチュエータ３３の取付ネジ１１３に対してフランジ部１６ｂをボルト２６でねじ留めすることにより、簡単に着脱できる。固定用フランジ１６ｂを設けることにより装着冶具１０（筒状部材１１）を簡単に着脱できる。また、保持棒１１１はアクチュエータ３３のシリンダーロッドにねじ止めされる。

図１０に示すような雄ねじと雌ねじとの組み合わせを使用することにより装着冶具１０の外径を小さくすることも可能である。

装着冶具１０（筒状部材１１）を保持装置１ａ（保持棒駆動アクチュエータ３３）に固定する方法は、上記のフランジタイプやねじ込みタイプ以外に、筒状部材１１の軸直角方向からの止めネジ固定や、インデックスプランジャまたはボールロック等のワンタッチ固定であってもよく、更に固定機構をアクチュエータで開閉する自動着脱方式等であってもよい。

図１０に、異なる装着ユニット１１０の概略構成を一部抜き出して断面図により示している。この装着ユニット１１０においては、保持棒１１１がフローティングジョイント３４ｂにより接続されている。フローティングジョイント３４ｂで接続することにより、保持棒駆動アクチュエータのロッドの軸ズレ方向の力による偏摩耗を防止できる。筒状部材１１を保持装置１ａに取り付けた後は、保持棒１１１は装着冶具１０の軸受け部１５により支持されるので、軸ずれなどを起こしにくく、精度よくワーク５を把持できる。

図１１に、異なる保持装置１ｂの概略構成を平面図により示している。図１２に、保持装置１ｂの概略構成を正面から見た断面図により示している。図１１においては、保持装置１ｂの前方側２の一部を断面図により示し、断面図において、上半部は外径チャック６０が開いた状態を示し、下半部は外径チャック６０がワーク５を把持した状態を示している。また、図１１および図１２は、それぞれ異なる端末形状のワーク５を把持した様子を示している。

この保持装置１ｂは、内径装着冶具１０によりワーク５の内周を、内径装着冶具１０の外側に配置された外径コレットチャック６０によりワーク５の外周を、どちらかまたは両方で把持することができる装置である。保持装置１ｂの装着装置１１０は、ワーク５の内周５ａを把持する着脱式の装着冶具（内径装着冶具）１０と、内径装着冶具１０の拡径部１２が内部に入った状態でワーク５の外周を掴む外径コレットチャック（外径コレット、外径チャック）６０と、外径チャック６０を開閉する外径チャック開閉ユニット７０とを含む。保持装置１ｂは、第１のアクチュエータ３０および第２のアクチュエータ５０に加え、装着ユニット１１０を中心軸９方向に沿った位置を移動する移動用の第３のアクチュエータ８０含む。

外径コレットチャック６０は、回転体１１２の外側に配置された第２の回転体１１４に取り付けられて、ワーク５の外周を把持する外爪６１と、外径チャック開閉ユニット７０により前後にスライドして、外爪６１を開閉する外径チャック開閉リング６３とを含む。

外径チャック開閉ユニット７０は、ベースユニット４２に固定された左右一対のアクチュエータ７１と、アクチュエータ７１からそれぞれ延びるロッドが接続されたＵ形型の駆動プレート７５とを含む。駆動プレート７５と外径チャック開閉リング６３は駆動プレート７５に取り付けたカムフォロアを介し外径チャック開閉リング６３が回転可能に連結されており、アクチュエータ７１を前後に駆動することにより、開閉リング６３を介して外爪６１が開閉する。

回転体（第１の回転体）１１２の外周面に前後に延びる凹部１１２ｄに第２の回転体１１４に取り付けられた回転駆動キー（回転伝達機構）７３が嵌め込まれ、第２の回転体１１４の外周面に前後に延びる凹部７４に開閉リング６３の回転駆動キー（回り止めキー）６６が嵌め込まれている。したがって、内径装着冶具１０および／または外径チャック６０でワーク５を保持した状態で、回転モータ５１を駆動することにより、保持棒１１１と、内径装着冶具１０と、外径チャック６０とを一体として回転でき、ワーク５を設定された回転角度に位置決めできる。

移動ユニット８０は、装着ユニット１１０の左右の位置を独立して制御できる左右一対のアクチュエータ８２を有し、これらのアクチュエータ８２は装着ユニット１１０を前後に動かすことで、ベースプレート４１に対する装着ユニット１１０の前後の位置を調整する。

内径チャック取付け軸（回転体）１１２の軸方向移動用アクチュエータ８２は、左右に１対配置される代わりに下側に１つであってもよく、３つ以上であってもよい。また、アクチュエータ８２は、前後２位置制御の場合は１段ストローク（１段シリンダー）、中間位置を含めた３位置制御の場合は２段シリンダーでよいが、４位置および任意位置の制御が必要な場合はボールネジタイプのサーボモータ駆動等がよい。さらに、内径チャック（内径装着冶具）１０の軸方向使用位置が３位置以上または使用位置距離が長い場合は、図１１に示すようにＵ字型プレート８３と保持棒駆動シリンダー３３を一体的に前後移動させる構成が望ましい。これにより複数のチャック使用位置があっても、保持棒駆動シリンダー３３のストロークを内径装着冶具１０の開閉に必要な最少ストロークに固定できる。

この保持装置１ｂは、回転体１１２の外周に回転軸受け４３で支持された回転可能な独立した第２の回転体（中空軸）１１４と、回転体１１４内で回転体１１２内を軸９方向にスライド移動可能な移動ユニット８０と、回転体１１４と回転体１１２とを同期回転させる駆動キー等の回転伝達機能６６および７３と、内径装着冶具１０および外径チャック６０のそれぞれに対する独立した開閉駆動シリンダー３３および７１とを備えている。したがって、内外径チャックのいずれかとワーク５とが干渉する場合等において、内径装着治具１０の前進位置と後退位置の２位置、あるいは中間位置等を含めた複数の設定位置に内外径チャックの軸方向相対位置を移動して、内径装着冶具１０と外径チャック６０との片方あるいは両方でチャックすることができる。

図１１においては、一例としてコネクタ付き端末のワーク５を把持する様子を示している。内径装着冶具１０は、内径装着冶具１０の拡管部（位置決め部）１７がワーク５の内径５ａに干渉するため後退位置で使用する。内径装着治具１０をさらに後退させる等して、内径装着冶具１０を不使用としてもよい。ワーク５のコネクタ５ｃの外径形状が異なる場合は、内径装着冶具１０で対応可能である。

図１２においては、一例としてコネクタなしの拡管端末のワーク５を内径装着治具１０で把持した状態を示している。回転体１１２をアクチュエータ８２により前進位置に移動し、保持棒１１１を後退位置で、すなわち内径装着治具１０をアンチャックした状態で、ワーク５をセットし、アクチュエータ３３により保持棒１１１を前進させ、拡径部１２を拡径してワーク５を把持する。

外径が小さい１ピース内径装着冶具１０の外周に外径チャック６０を備え、内径装着冶具１０と外径チャック６０との軸方向相対位置を設定位置移動する移動ユニット８０を備えることで、異なる把持部径あるいは形状の異種ワークにチャック交換なしで自動段取りにより対応できる。このような機能を備えた保持装置１ｂの一例は、ワークを加工するデバイスを含む加工装置用のワーク支持ユニットである。

この保持装置１ｂに、上下２段の曲げ溝を含むパイプベンダ（パイプ曲げ装置）を組み合わせることにより、自動段取りで２種類のパイプ径、異なる先端形状のパイプなどを交互に曲げ加工するセット取りが可能になる。

なお、以上においては、位置決め部１７を含む装着冶具１０を例に説明したが、位置決め部１７はなくてもよい。

拡径部１２先端のワーク挿入案内用テーパ部１８と拡径部１２外径との交点部はＲ面取りが望ましい。また、拡径部１２の外周表面２４にワーク保持の摩擦力を高めるため、放電粗し加工を施したり、あるいは周方向の凸凹溝などを形成してもよい。

また、上記においては、円筒状のワーク５を曲げ加工などする際にワーク５を保持する保持装置１を例として説明したが、本発明の装着冶具１０および保持装置１は、旋盤、フライス、その他ワークを保持して加工等する装置および装着冶具に対して広く利用できる。

以上に説明したように、本発明の装着冶具およびその装着冶具を取り付けた保持装置は、上記の実施形態に何等限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

１、１ａ、１ｂ 保持装置
１０ 装着冶具（内径装着冶具）、 １１ 筒状部材
１２ 拡径部、 １３ バネ部、 １４ 支持部、 １６ ベース
３０ 第１のアクチュエータ、
１１１ 保持棒

Claims (18)

1. 円筒状のワークの一端に挿入された状態で前記ワークを保持し、保持装置に前記ワークを装着する装着冶具であって、
   少なくとも前方の一部が前記ワークに挿入される筒状部材であって、内部の空間を、前記保持装置から突き出た保持棒が中心軸に沿って前後に移動する筒状部材を有し、
   前記筒状部材は、前方に位置する拡径部であって、前記保持棒が前方に動くと、当該筒状部材の内面のテーパ状の部分が前記保持棒の先端のテーパ状の部分に当たり、当該筒状部材の外面の少なくとも一部が前記ワークに挿入可能な第１の径から、前記保持棒と前記ワークとに挟まれた状態で前記ワークを内側から把持する第２の径に広がる拡径部と、
   当該筒状部材を前記保持装置に着脱可能に取り付けるベースと、
   前記ベースと前記拡径部との間で、前記保持棒に接触せずに前記拡径部を前記第１の径に弾性的に支持するバネ部とを有する装着冶具。
2. 請求項１において、
   前記バネ部は、前記中心軸に沿ってバネ定数が異なる部分を含み、前記拡径部が拡径されるときの姿勢を制御する、装着冶具。
3. 請求項２において、
   前記バネ部は、前記拡径部の外面が前記中心軸と平行に拡径されるように支持する、装着冶具。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記筒状部材は、少なくとも前記拡径部および前記バネ部にわたり前記筒状部材を前記中心軸に沿って複数に分割する割溝を含む、装着冶具。
5. 請求項４において、
   前記バネ部の前記割溝の幅が前記拡径部の前記割溝の幅より広い、装着冶具。
6. 請求項５において、
   前記バネ部の前記割溝の幅、前記筒状部材の前記バネ部の外径、前記筒状部材の前記バネ部の厚みの少なくともいずれかが、前記中心軸に沿った方向に変化した部分を含む、装着冶具。
7. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記拡径部の外径を、保持する前記ワークの内径の交差幅のほぼ中央値で成形し、前記外径と内面の拡径用の前記テーパ状の部分を成形後に割り溝で分割し、前記ワークの挿入時は前記バネ部の外側に装着された弾性部材あるいは熱処理による永久歪（形状記憶）で前記バネ部を縮径方向に変形させることで挿入性を確保し、拡径時の前記拡径部の外径の前記ワークの内面と拡径用の前記テーパ状の部分の接触面積を両方とも大きくした、装着治具。
8. 請求項１ないし７のいずれかにおいて、
   前記バネ部の外側に装着された弾性部材であって、前記筒状部材と異なる材質の弾性部材を有する、装着冶具。
9. 請求項１ないし８のいずれかにおいて、
   前記拡径部の内面の前記テーパ状の部分は、傾斜角度が最大で５度のセルフロック部を含む、装着冶具。
10. 請求項１ないし９のいずれかにおいて、
    前記筒状部材は、前記バネ部と前記ベースとの間で、当該筒状部材の内面の少なくとも一部が周囲の内面に対し前記中心軸方向に突き出て前記保持棒に対しスライド可能な状態で接触する支持部をさらに含む、装着冶具。
11. 請求項１ないし１０のいずれかにおいて、
    前記筒状部材は、前記拡径部と前記バネ部との間に、前記ワークの先端が当たる位置決め部を含む、装着冶具。
12. 請求項１ないし１１のいずれかにおいて、
    前記筒状部材は、前記拡径部の先端側に前記第１の径よりも縮小した挿入案内部を含む、装着冶具。
13. 請求項１ないし１２のいずれかに記載の装着冶具と、
    前記筒状部材の内部の空間を前記中心軸に沿って前後に移動する前記保持棒とを有し、
    前記筒状部材が前記ベースを介して取り付けられた保持装置。
14. 請求項１３において、
    前記保持棒を動かすアクチュエータを含む、保持装置。
15. 請求項１３または１４において、
    前記装着冶具の外側で前記ワークの外周に接するコレットチャックを含む保持装置。
16. 円筒状のワークの一端に挿入された状態で前記ワークを保持装置に装着する装置であって、
    少なくとも前方の一部が前記ワークに挿入される筒状部材と、
    前記保持装置から突き出た保持棒であって、前記筒状部材の内部の空間を、中心軸に沿って前後に移動し、前記ワークに挿入される保持棒とを有し、
    前記筒状部材は、前方に位置する拡径部であって、前記保持棒が前方に動くと、前記筒状部材の内面のテーパ状の部分が前記保持棒の先端のテーパ状の部分に当たり、前記筒状部材の外面の少なくとも一部が前記ワークに挿入可能な第１の径から、前記保持棒と前記ワークとに挟まれた状態で前記ワークを内側から把持する第２の径に広がる拡径部と、
    前記筒状部材を前記保持装置に着脱可能に取り付けるベースと、
    前記ベースと前記拡径部との間で、前記保持棒に接触せずに前記拡径部を前記第１の径に弾性的に支持するバネ部とを含む、装着装置。
17. 請求項１６に記載の装着装置と、
    前記保持棒を動かすアクチュエータとを有する保持装置。
18. 請求項１５または１７に記載の保持装置と、
    前記保持装置に保持された前記ワークを加工するデバイスとを有する加工装置。

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