JP2020066114A - チャックユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 実用性の高いチャックユニットを提供する。【解決手段】 A）機械加工機に自動交換可能に取り付けるためのシャンク部１０と、B)そのシャンク部と一体化され、保持爪２６によってワークを保持するチャック２０を有するチャック部１２とを備えたチャックユニットにおいて、チャックの開閉を、シャンク部を介して機械加工機から供給されるクーラントの圧力を利用して行うためのチャック開閉機構を設ける。チャック開閉機構は、例えば、クーラントの導入路５８、チャンバ５６，オリフィス６４を有する放出路６０，ピストン２４，圧縮コイルスプリング５４，ピストンの動作を保持爪の動作に変換する手段等を含んで構成すればよい。機械加工機であれば略必須なクーラントを利用してチャックを作動させるため、エア，作動油等の別途何らかの作動流体を必要としない。【選択図】 図１

Description

本発明は、機械加工機に自動で着脱可能なチャックユニットに関する。

機械加工機（「工作機械」と呼ぶこともできる）が備える自動交換機能によって自動交換可能なチャックユニットとして、例えば、下記特許文献に記載したようなチャックユニットが存在する。

特許第２７６０７４９号公報

上記特許文献に記載されたチャックユニットでは、自身が備えるチャックを、エア圧によって作動させるように構成されている。自動交換機能によって自動交換可能なチャックユニットには、チャックの作動方式の改良を始め、改良の余地が多分に残されており、何らかの改良を施すことによって、そのチャックユニットの実用性を向上させることが可能である。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、実用性の高いチャックユニットを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明のチャックユニットは、A）機械加工機に自動交換可能に取り付けるためのシャンク部と、B)そのシャンク部と一体化され、保持爪によってワークを保持するチャックを有するチャック部とを備え、チャックの開閉を、シャンク部を介して機械加工機から供給されるクーラントの圧力を利用して行うためのチャック開閉機構を有することを特徴とする。

本発明のチャックユニットによれば、自動交換可能とされた上、機械加工機、特に、切削加工機であれば略必須なクーラントを利用してチャックを作動させるため、エア，作動油等の別途何らかの作動流体を必要としない。したがって、本発明のチャックユニットは、実用性の高いものとなる。

発明の態様

上記本発明のチャックユニットは、工具の自動交換機能、若しくは、それと同等の機能を有する機械加工機であれば、用いられる機械加工機の種別は、特に、限定されない。例えば、スカイビングセンタ，複合旋盤等、メインスピンドルと同軸的に対向するもう１つのスピンドルを有する機械加工機において、そのもう１つのスピンドルに自動交換可能に取り付けられるようなものであってもよい。その場合、例えば、メインスピンドルに取り付けられた主たるチャックでワークを保持して切削加工を行った後に、上記もう１つのスピンドルに当該チャックユニットを取り付けて、当該チャックユニットのチャックに、主たるチャックからワークを掴み換えるようにして保持させ、当該チャックユニットのチャックにワークを保持した状態で、主たるチャックによって掴まれていた部分の切削を行うような使い方ができる。このようなワークの掴み換えは、ワークを反転する必要がないため、その反転を行う装置を設けることなく、自動で簡便に行うことができる。

本発明のチャックユニットにおけるチャック開閉機構は、a)機械加工機から供給されるクーラントが収容されるチャンバと、b)そのチャンバからクーラントをオリフィスを介して外部に放出する放出路と、c)そのチャンバ内の圧力によって第１方向に移動可能に設けられたピストンと、d)そのピストンを、第１方向とは反対の方向である第２方向に付勢する付勢手段と、e)ピストンの第１方向の移動によって保持爪をワーク保持方向に移動させ、ピストンの第２方向の移動によって保持爪をワーク離脱方向に移動させる動作変換手段とを有し、機械加工機からクーラントが供給されることで、そのクーラントを放出路から放出させつつ、オリフィスに依拠して発生するチャンバ内のクーラントの圧力によって、保持爪を、付勢手段の付勢力に抗してワーク保持方向に移動させ、機械加工機からのクーラントの供給を停止することで、付勢手段の付勢力によって、保持爪をワーク離脱方向に移動させるように構成してもよい。そのような構成によれば、クーラントを放出させながら、そのクーラントの圧力に依存して、当該チャックユニットのチャックによるワークの保持が実現されることになる。また、機械加工機側にクーラントの圧力を調整する機構を設けることで、クーラントを放出させることなくチャックを開閉させることができ、さらには、そのクーラントの圧力の調整によって、チャックによるワークの保持力の調整も可能となる。

放出されるクーラントはワークの切削に利用することが可能であるが、例えば、チャックの保持爪に向かって射出させることで、クーラントによる保持爪の洗浄が可能となる。

また、本発明のチャックユニットは、チャックを、当該チャックユニットの軸線方向と直角な方向に前記保持爪が移動するように構成し、チャック部を、付勢力を受けて上記軸線方向に平行な方向に突出するプランジャを備え、そのプランジャをその付勢力に抗して後退させた状態でチャックがワークを保持するように構成してもよい。そのようなプランジャを備えることで、チャックからのワークの離脱を円滑に行わせることができる。特に、先に説明したようなワークの掴み換え、詳しく言えば、当該チャックユニットのチャックに保持されていたワークの、上記主たるチャックへの掴み換えにおいて、その掴み換えの効率，確実性を、良好に担保することが可能になる。

さらに、本発明のチャックユニットは、保持爪が当該チャックユニットの軸線方向と平行に延びる揺動軸線まわりに揺動可能とされてもよい。例えば、１つの保持爪が、当該チャックユニットの軸線まわりの２箇所においてワークと接触した状態でそのワークを保持するような場合において、保持爪を揺動可能とすることで、その保持爪によってワークをしっかりと掴むことが可能となる。例えば、３つの保持爪を備えたチャックユニットと場合、ワークを三角形状に潰す力がワークに作用するが、１つの保持爪あたり２箇所でワークを掴むように構成することで、その作用する力を拡散させることができる。

実施例のチャックユニットの軸線を含む切断面での断面図である。 実施例のチャックユニットを示す正面図である。 実施例のチャックユニットのチャック部の構成部品である蓋体を示す図である。 実施例のチャックユニットのチャック部の構成部品であるピストンヘッドを示す図である。 実施例のチャックユニットのチャック部の構成部品である保持爪のスライダを示す図である。

以下、本発明を実施するための形態として、本発明の実施例であるチャックユニットを、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施例の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。

実施例のチャックユニット（以下、「本チャックユニット」という場合がある）は、図１に示すように、大まかに言えば、シャンク部１０と、シャンク部１０と一体化されたチャック部１２とを有している。便宜的に図の左方を前方，図の右方を後方と呼べば、シャンク部１０は、後方側に、チャック部１２は前方側に位置している。シャンク部１０は、テーパ形状とされたシャンク本体（具体的には、いわゆるＢＴ（ボトルグリップテーパ）シャンクである）１４を主体として構成され、自動工具交換装置（「ＡＴＣ装置」と呼ぶこともできる）による交換が可能なようにＶフランジ１６が設けられるとともに、後端には、プルスタッドボルト（プルボルト）１８が螺合されている。なお、実施例のチャックユニットでは、ＢＴシャンクが採用されているが、本発明のチャックユニットでは、自動工具交換可能なシャンクであれば、シャンクの種類は特に限定されない。例えば、ＨＳＫシャンク等をも採用可能である。

本チャックユニットを左方から見た図、すなわち、本チャックユニットの正面図である図２をも参照しつつ説明すれば、チャック部１２は、チャック２０を主体とするものであり、当該チャック２０のハウジングとして機能するチャック本体２２と、当該チャックユニットの軸線であるユニット軸線Ｌの延びる方向に移動可能にチャック本体２２の内部に配設されたピストン２４と、ピストン２４の進退動作によってそれぞれがユニット軸線Ｌに直角な方向に移動する３つの保持爪２６とを含んで構成されている。ちなみに、以下、ユニット軸線Ｌの延びる方向を、軸線方向（前後方向）と、ユニット軸線Ｌに直角な方向を、径方向という場合がある。なお、３つの保持爪２６は、周方向において３等配の位置に、つまり、１２０°ピッチで配置されており、径方向における外側から内側に向かって移動してワークを掴むことで、そのワークを保持するようにされている。

チャック本体２２は、シャンク本体１４と一体化されて連続する有底円筒状の基体２８と、部品図として図３に示す蓋体３０と、基体２８と蓋体３０との間に介在させられた概してリング状の環体３２とが、互いに連結されて構成されている。ちなみに、図３（ａ）は、蓋体３０を前方側から見た図（正面図）であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるｂ−ｂ断面図、図３（ｃ）は、図３（ａ）におけるｃ視での図である。

チャック本体２２内に配設されたピストン２４は、フランジ３４を有する円筒状のピストン胴３６と、ピストン胴３６に前方側から嵌め入れられたピストンヘッド３８とを含んで構成されている。ピストンヘッド３８は、部品図として図４に示す。ちなみに、図４（ａ）は、ピストンヘッド３８を前方側から見た図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるｂ−ｂ視での断面図である。

３つの保持爪２６の各々は、図５に部品図として示すスライダ４０と、スライダ４０に支持された揺動レバー４２（後述する）とを含んで構成されている。ちなみに、図５（ａ）は、スライダ４０を前方から見た図であり、図５（ｂ）は、径方向における外側から、図５（ｃ）は、当該チャックユニットの周方向の一方の側から、それぞれ見た図である。

チャック本体２２を構成する蓋体３０には、図３から解るように、１２０°ピッチで径方向に延びる３つのガイド溝４４が形成されており、３つの保持爪２６の各々のスライダ４０は、それらガイド溝４４にそれぞれ嵌り込んで配設されている。一方、ピストンヘッド３８には、図４から解るように、それぞれが軸線方向に対して傾斜して延びる３つのＴスロット４６が、１２０°ピッチで設けられており、各スライダ４０のユニット軸線Ｌに近い側の端部は、Ｔスロット４６と係合する断面Ｔ字形状の係合部４８とされている。この係合部４８は、Ｔスロット４６と同じように軸線方向に対して傾斜して延びている。３つの保持爪２６の各々のスライダ４０の係合部４８は、ピストンヘッド３８の３つのＴスロット４６とそれぞれ係合している。

軸線方向に対して傾斜するピストンヘッド３８のＴスロット４６とスライダ４０の係合部４８との係合によって、ピストン２４が軸線方向に移動すると、３つのスライダ４０は、すなわち、３つの保持爪２６は、径方向に移動する。詳しく言えば、図１から解るように、ピストン２４が後退方向、つまり、第１方向に移動すると、保持爪２６は径方向における内側、つまり、ワーク保持方向に移動し、逆に、ピストン２４が前進方向、つまり、第２方向に移動すると、保持爪２６は径方向における外側、つまり、ワーク離脱方向に移動する。それらピストン２４と保持爪２６との動作に関して言えば、互いに係合するピストンヘッド３８のＴスロット４６とスライダ４０の係合部４８とによって、動作変換手段が構成されているのである。

シャンク本体１４には、径方向の中心において前方に向かって開口する有底穴５０が設けられている。一方で、ピストン２４には、ピストン胴３６の貫通穴にピストンヘッド３８の一部が差し込まれることで、あたかも、後方に向かって開口する有底穴５２が形成されたようになっている。それら有底穴５０，有底穴５２は互いに同軸的であり、それらのの内部には、有底穴５０，有底穴５２のそれぞれの底によって両端が支持された圧縮コイルスプリング５４が配設されている。ピストン２４は、圧縮コイルスプリング５４から、前進方向の付勢力を受ける。つまり、圧縮コイルスプリング５４は、ピストン２４の後退方向である第１方向とは反対の第２方向に、ピストン２４を付勢する付勢手段を構成しているのである。

また、チャック本体２２の内部において、ピストン２４を構成するピストン胴３６のフランジ３４の前方側の面と、環体３２の後方側の面との間に、環状のチャンバ５６が区画されている。このチャンバ５６には、プルスタッドボルト１８，シャンク本体１４およびチャック本体２２の基体２８を通って形成された導入路５８を介して、クーラントが導入される。一方、ピストン２４には、それの内部に、チャンバ５６から前方外部に向かってクーラントを放出するための放出路６０が設けられている。この放出路６０の前端には、後に詳しく説明するノズル６２の一部が出入可能に差し込まれている。ちなみに、チャンバ５６からチャック本体２２の外周側にクーラントを放出するための第２放出路６１も設けられているが、この第２放出路６１には、プラグ（栓）６３によって、塞がれている。

本チャックユニットが取り付けられた機械加工機から供給されるクーラントは、導入路５８を介してチャンバ５６に収容されるものの、その収容されたクーラントは、放出路６０から、本チャックユニットの外部に放出される。しかしながら、放出路６０の途中には、オリフィス（絞り弁）６４が設けられており、放出路６０は、そのオリフィス６４を介してクーラントを放出する。このオリフィス６４の作用によって、チャンバ５６内のクーラントの圧力は上昇する。この上昇する圧力によって、ピストン２４は、圧縮コイルスプリング５４の付勢力に抗して後退し、先に説明した動作変換手段によって、保持爪２６はワーク保持方向に移動させられて、チャック２０は閉状態となる。そして、機械加工機からのクーラントの供給を停止することで、チャンバ５６内のクーラントの圧力は低下し、圧縮コイルスプリング５４の付勢力によって、ピストン２４は前進し、保持爪２６はワーク離脱方向に移動させられて、チャック２０は開状態となる。このような機能に鑑みれば、本チャックユニットは、チャンバ５６，オリフィス６４を有する放出路６０，ピストン２４，圧縮コイルスプリング５４，上述の動作変換手段を含んで構成され、機械加工機から供給されるクーラントの圧力を利用してチャック２０を開閉させるチャック開閉機構を有していると考えることができる。

なお、上記チャック開閉機構によれば、油圧，エア圧等に別途依存することなく、切削等の機械加工においては当然必要とされるクーラントによって、チャック２０を開閉させることができ、利便性に優れたチャックユニットが実現される。また、クーラントを放出させながら、チャック２０によるワークの保持が行えることは、チャックユニットの実用性を向上させるための一助となっている。

上述のノズル６２は、図１から解るように、円板形状の円板部と、円板部に立設された円柱部とを有しており、円柱部がピストンヘッド３８における放出路６０の開口に嵌入されている。ノズル６２には、放出路６０を延長するようにして射出路６６が形成されている。射出路６６は、図２から解るように、先端側が３つに分岐しており、本チャックユニットでは、クーラントは、３つの射出口から、それぞれ、３つの保持爪２６に向かって射出される。詳しく言えば、各保持爪２６にはガイド溝４４を塞ぐためのカバー片６８が付設されており、クーラントは、そのカバー片６８の前面を含めた保持爪２６の洗浄を行うようにされている。つまり、クーラントによって、保持爪２６に絡む若しくは纏わり付く切削屑等の除去が好適に行えるのである。

各保持爪２６は、先に説明した揺動レバー４２を有しており、揺動レバー４２の両端にそれぞれ、接触ブロック７０が付設されている。この接触ブロック７０は、ユニット軸線Ｌに向く面がワークと接触する面とされており、その面に滑り止めのための加工（ローレット加工）が施されている。したがって、本チャックユニットでは、円周の外面を有するワークを保持する際、各保持爪２６あたり２箇所で、つまり、図２から解るように、６０°ピッチで一円周上に位置する合計６箇所で、そのワークを保持するようにされており、しっかりとしたワークの保持が可能となっている。６箇所でワークを保持させるために、各保持爪２６は、詳しく言えば、揺動レバー４２は、図２において白抜きの矢印で示すように、ユニット軸線Ｌに平行な軸線である揺動軸線Ｌ’まわりに揺動可能とされている。具体的に言えば、図１から解るように、揺動レバー４２は、その中心において、先端に雄ねじが形成された段付き軸７２を利用することで、スライダ４０に揺動可能に支持されているのである。

また、本チャックユニットのチャック部１２には、チャック本体２２の前方側の面に、詳しくは、蓋体３０の前方側の面に突出するプランジャ７４が、１２０°ピッチで一円周上に、３つ設けられている。このプランジャ７４は、軸線方向に平行な方向にチャック本体２２の前方側の面から突出するようにされており、また、その方向に圧縮コイルスプリング７６によって付勢されている。ちなみに、図１には、ワークがチャック２０にセットされて、チャック部１２内に引っ込んだ状態が描かれている。

ワークをチャック２０にセットする際、そのワークを前方側から保持爪２６の受け部（例えば、カバー片６８）に押し当てた状態で、保持爪２６をワーク保持方向に移動させる。このようにして行うことにより、ワークがチャック２０にセットされた状態では、プランジャ７４は、先端がワークに当接し、圧縮コイルスプリング７６の付勢を受けた状態でチャック部１２の内部に引っ込む。つまり、後退させられる。ワークをチャック２０から離脱させるべく、保持爪２６をワーク離脱方向に移動させれば、圧縮コイルスプリング７６によって、プランジャ７４はワークを前方に押し出すように作用する。このような作用によって、例えば、同軸的に対向するもう一つのチャックへのワークの掴み換えの際に、その掴み換えを円滑に行うことが可能となる。

以上説明した実施例のチャックユニットでは、放出路６０からクーラントを放出させつつチャック２０を閉状態としていたが、放出路６０に設けられているオリフィス６４と第２放出路６１に設けられているプラグ６３を入れ換えて、クーラントを第２放出路６１から放出させつつチャック２０を閉状態とすることもできる。

また、上記実施例のチャックユニットは、チャンバ５６内のクーラントの圧力を高めることでチャック２０を開状態から閉状態に移行させるように構成されていたが、本発明のチャックユニットは、例えば、ピストンヘッド３８のＴスロット４６と、それと係合するスライダ４０の係合部４８とのそれぞれの傾斜を、実施例のチャックユニットとは逆向きにし、圧縮コイルスプリング５４の弾性力によってチャック２０を閉状態に維持する一方で、チャンバ５６内のクーラントの圧力を高めることでチャック２０を閉状態から開状態に移行させるように構成されてもよい。

１０：シャンク部 １２：チャック部 ２０：チャック ２２：チャック本体 ２４：ピストン ２６：保持爪 ４０：スライダ ４２：揺動レバー ４６：Ｔスロット ４８：係合部 ５４：圧縮コイルスプリング ５６：チャンバ ５８：導入路 ６０：放出路 ６２：ノズル ６４：オリフィス ６６：射出路 ７０：接触ブロック ７４：プランジャ ７６：圧縮コイルスプリング Ｌ：ユニット軸線 Ｌ’：揺動軸線

Claims (5)

1. 機械加工機に自動交換可能に取り付けるためのシャンク部と、
   前記シャンク部と一体化され、保持爪によってワークを保持するチャックを有するチャック部と
   を備え、
   前記チャックの開閉を、前記シャンク部を介して前記機械加工機から供給されるクーラントの圧力を利用して行うためのチャック開閉機構を有するチャックユニット。
2. 前記チャック開閉機構が、
   前記機械加工機から供給されるクーラントが収容されるチャンバと、
   前記チャンバからクーラントをオリフィスを介して外部に放出する放出路と、
   前記チャンバ内の圧力によって第１方向に移動可能に設けられたピストンと、
   前記ピストンを、前記第１方向とは反対の方向である第２方向に付勢する付勢手段と、
   前記ピストンの前記第１方向の移動によって前記保持爪をワーク保持方向に移動させ、前記ピストンの前記第２方向の移動によって前記保持爪をワーク離脱方向に移動させる動作変換手段と
   を有し、
   前記機械加工機からクーラントが供給されることで、そのクーラントを前記放出路から放出させつつ、前記オリフィスに依拠して発生する前記チャンバ内のクーラントの圧力によって、前記保持爪を、前記付勢手段の付勢力に抗して前記ワーク保持方向に移動させ、前記機械加工機からのクーラントの供給を停止することで、前記付勢手段の付勢力によって、前記保持爪を前記ワーク離脱方向に移動させるように構成された請求項１に記載のチャックユニット。
3. 前記放出路から放出されるクーラントが、前記保持爪に向かって射出されるように構成された請求項１または請求項２に記載のチャックユニット。
4. 前記チャックが、当該チャックユニットの軸線方向と直角な方向に前記保持爪が移動するように構成され、
   前記チャック部が、付勢力を受けて前記軸線方向に平行な方向に突出するプランジャを備え、前記プランジャをその付勢力に抗して後退させた状態で前記チャックがワークを保持するように構成された請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のチャックユニット。
5. 前記保持爪が、
   当該チャックユニットの軸線方向と平行に延びる揺動軸線まわりに揺動可能とされた請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のチャックユニット。

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