JP2023109069A - 電動チャック装置及び工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡便な構成でありながら、良好にチャック動作を行うことができる電動チャック装置及び工作機械を提供する。【解決手段】ドローバー駆動体１２０をドローバー１１０と主軸２１０との間に設け、かつ、ドローバー駆動体１２０を主軸２１０に対してドローバー駆動体軸受け２２０で回転可能に支持することとしたので、ドローバー駆動時を除いて、ドローバー１１０・ドローバー駆動体１２０・主軸２１０が一体に回転するようになり、ドローバー駆動体軸受け２２０に対する負荷が良好に低減され、簡便な構成でありながら、長寿命化を図ることができ、良好にチャック動作を行うことができるので、旋盤などに好適である。【選択図】図１

Description

本発明は、旋盤などの工作機械で使用するチャック装置及び工作機械にかかり、特に電動式のチャック装置の改良に関する。

チャック装置としては、従来油圧アクチュエータを使用するものがあるが、機構が複雑となるとともに、温度管理や廃油処理といった課題がある。そこで、電動式のチャック装置が要望されるに至っている。

電動式のチャック装置としては、例えば、下記特許文献記載のものがある。特許文献１には、安定したチャッキング圧力を得るとともに、小型軽量化と、部品点数の少ない旋盤の実現を目的とした「電動式パワーチャック装置」が開示されている。これは、コレットが設けられた軸方向に移動可能な第１の主軸と、チャックが設けられた軸方向に移動不能な第２の主軸を備えており、前記コレットが、前記第１の主軸の軸方向への移動が妨げられることなく前記チャックに係合され、前記コレットの軸方向への移動によりワークが把持または離脱されることを特徴としている。

特許文献２には、主軸の回転中にも把持爪の位置および把持力を制御して開閉駆動を行うことが可能であり、低コストで振動や摩耗が発生しにくいことを目的とした「電動チャック装置」が開示されている。これは、被把持物を把持する把持爪を開閉するための開閉機構が設けられたチャックが主軸の先端に設けられており、主軸の軸線方向に進退移動可能に設けられて前記開閉機構を作動する進退移動部材と、前記把持爪を開閉駆動する駆動用モータの駆動力を、変換機構により主軸の軸線方向に直接運動させる変換機構を介して前記進退移動部材に係合部材で伝達するようにしたことを特徴とする。

特開2001-232505号公報 特開2002-192410号公報

ところで、上述した背景技術では、主軸及びドローチューブ（ないし第二の主軸）が同軸で近接しており、それらの外側にチャックの進退機構が設けられているため、構造が非常に複雑となる。また、進退機構を保持する軸受けにかかる負荷が大きく、摩耗が激しい。また、進退機構を駆動するクラッチに対する送電・受電の機構も複雑となる。

本発明は、かかる点に着目したもので、簡便な構成でありながら、良好にチャック動作を行うことができ、長寿命化を図ることができる電動チャック装置及び工作機械を提供することを、その目的とする。

本発明の電動チャック装置は、工作機械の主軸に沿ってドローバーが設けられており、このドローバーを、前記主軸の軸方向に進退移動させることで、チャックの開閉を行う電動チャック装置であって、回転することによって、前記ドローバーの進退移動を行うドローバー駆動体を備えており、このドローバー駆動体を、前記主軸と前記ドローバーとの間に配置するとともに、前記主軸に対して回転可能に支持したことを特徴とする。

主要な形態の一つによれば、前記ドローバー駆動体の回転によって前記ドローバーを進退移動を行う進退手段を、前記ドローバー駆動体と前記ドローバーとの間に設けたネジ手段により構成したことを特徴とする。

他の形態によれば、前記ドローバー駆動体の回転駆動を行う電動駆動手段と前記ドローバー駆動体との間に電動クラッチ・ブレーキ手段を設けたことを特徴とする。例えば、前記電動クラッチ・ブレーキ手段は、ＯＮのときは、前記電動駆動手段の駆動力を前記ドローバー駆動体に伝達して前記ドローバーの進退移動を行い、ＯＦＦのときは、前記主軸にブレーキとして作用し、前記主軸が、前記ドローバー及び前記ドローバー駆動体と同期して動作することを特徴とする。更には、前記電動クラッチ・ブレーキ手段のＯＮ・ＯＦＦを行う電磁石を、前記電動駆動手段側に設けたことを特徴とする。

更に他の形態によれば、前記主軸に対して前記ドローバー駆動体を回転可能に支持する軸受手段を、ラジアル軸受けとスラスト軸受けで構成したことを特徴とする。

本発明の工作機械は、前記いずれかの電動チャック装置と、この電動チャック装置によって対象物の把持・離脱を行うチャック手段と、を備えたことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

本発明によれば、ドローバー駆動体をドローバーと主軸との間に設け、かつ、ドローバー駆動体を主軸に対してドローバー軸受けで回転可能に支持することとしたので、ドローバー駆動時を除いて、ドローバー・ドローバー駆動体・主軸が同期して動作（回転・停止）するようになり、ドローバー軸受けに対する負荷が良好に低減される。このため、簡便な構成でありながら、長寿命化を図ることができる。

本発明の一実施例を示す主要断面図である。 前記実施例の主要構成要素を示すブロック図である。 前記実施例の動作を示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は、本実施例の電動チャック装置の主軸方向（図１の左右方向）に沿った主要断面を示し、中心から上半分はクラッチＯＮの状態を示し、下半分はクラッチＯＦＦの状態を示す。また、主要部の概略構成を、図２にブロック図として示す。

まず、図２を参照して、全体の概略を説明すると、電動チャック装置１００は、旋盤のチャック２００の開閉機構２０２を開閉駆動するためのドローバー１１０と、このドローバー１１０を旋盤（図示せず）の主軸（スピンドル）２１０の軸方向に進退移動させるためのドローバー駆動体１２０と、このドローバー駆動体１２０を回転させるための動力ユニット１３０と、前記ドローバー駆動体１２０に対する動力ユニット１３０の動力の伝達・遮断（ＯＮ・ＯＦＦ）を行うための電動クラッチ・ブレーキ１４０によって構成されている。

電動クラッチ・ブレーキ１４０がＯＦＦのときは、動力ユニット１３０の駆動力のドローバー駆動体１２０への伝達が遮断されるのみならず、ドローバー駆動体１２０と主軸２１０とにブレーキをかけて、一体に回転するように作用する。ドローバー１１０は、後述するように主軸２１０と一体に回転するので、結果的に、ドローバー１１０，ドローバー駆動体１２０，主軸２１０が同期して一体に回転することとなる。

一方、電動クラッチ・ブレーキ１４０がＯＮのときは、動力ユニット１３０の駆動力がドローバー駆動体１２０に伝達され、後述するように、ドローバー１１０が主軸方向に進退移動する。これにより、チャック２００の開閉機構２０２が開閉し、対象物を挟んだり、逆に挟んでいる対象物を解放するといった動作が行われる。なお、開閉機構２０２としては、例えば前記特許文献に記載のものなど、公知のものを適用してよい。

旋盤の主軸２１０の回転がチャック２００に伝達され、これによってチャック２００が回転するようになっている。上述したドローバー駆動体１２０は、ドローバー駆動体軸受け２２０を介して前記主軸２１０に回転自在に設けられている。

次に、図１を参照して、詳細な構造を説明すると、上述した電動チャック装置１００は、旋盤のハウジング５００に設けられている。ハウジング５００の図の左側には、側面部材５０２がボルトナット手段５０２Ａによって取り付けられており、側面部材５０２の外側には、動力ユニット１３０のケース５０４が、ボルトナット手段５０４Ａによって取り付けられている。動力ユニット１３０は、ケース５０４外に設けられたサーボモータ１３２の出力が、ケース５０４内のベルトないし歯車による動力伝達機構１３４に伝達されており、この動力伝達機構１３４の出力側には、ボルトナット手段１３７で出力軸１３８が取り付けられており、その出力は、軸受け１３６Ａ～１３６Ｃで受けて、電動クラッチ・ブレーキ１４０に出力されている。また、出力軸１３８の表面には摩擦材１３９が設けられており、この摩擦材１３９を介して、動力伝達機構１３４の出力が電動クラッチ・ブレーキ１４０側に伝達されるようになっている。

一方、側面部材５０２の内側には、電動クラッチ・ブレーキ１４０の磁石保持部材１４２がボルトナット手段１４２Ａによって取り付けられており、磁石保持部材１４２には電磁石１４４が収納されている。電磁石１４４には、可動部材１４６が対峙して設けられている。可動部材１４６は、部材１４６Ａに部材１４６Ｂをボルトナット手段１４６Ｃで接合した構造となっており、部材１４６Ａと部材１４６Ｂの間にドローバー駆動体１２０の端部が挟まれている。可動部材１４６とドローバー駆動体１２０の間には、バネ１２２が設けられており、電動クラッチ・ブレーキ１４０がＯＦＦの状態ではバネ１２２は伸びており、電動クラッチ・ブレーキ１４０がＯＮとなると、バネ１２２は縮むようになる。

ドローバー駆動体１２０は、全体が円環形状となっており、厚肉部１２４Ａと薄肉部１２４Ｂを有している。厚肉部１２４Ａと可動部材１４６の間には、キー溝１４６Ｄにキー１２４Ｃが設けられており、ドローバー駆動体１２０と可動部材１４６とが一体に回転・停止するようになっている。一方、薄肉部１２４Ｂの外側には突起１２４Ｄが設けられており、これがドローバー駆動体軸受け２２０に支えられている。薄肉部１２４Ｂの内側には、ドローバー１１０との間に進退ネジ部１２６が設けられている。この進退ネジ部１２６により、ドローバー駆動体１２０が回転すると、ドローバー１１０が主軸２１０の回転軸方向に進退移動可能となっている。

次に、ドローバー駆動体軸受け２２０は、ドローバー駆動体１２０と主軸２１０との間に設けられている。ドローバー駆動体軸受け２２０は、ラジアル軸受け２２０Ａと、それを挟むスラスト軸受け２２０Ｂによって構成されており、ラジアル軸受け２２０Ａはドローバー駆動体１２０の周面に対して荷重を受けるようになっており、スラスト軸受け２２０Ｂはドローバー駆動体１２０の突起１２４Ｄに対して荷重を受けるようになっている。主軸２１０は、部材２１０Ａに対して部材２１０Ｂ，２１０Ｃがボルトナット手段２１０Ｄ，２１０Ｅによって設けられており、これらによって主軸２１０にドローバー駆動体軸受け２２０が取り付けられている。

次に、ドローバー１１０は、上述したドローバー駆動体１２０の厚肉部１２４Ａ，薄肉部１２４Ｂに対応する薄肉部１１０Ａ，厚肉部１１０Ｂを有しており、更に厚肉部１１０Ｂには、キー溝１１０Ｃが形成されている。上述した進退ネジ部１２６は、ドローバー１１０の厚肉部１１０Ｂに形成されている。一方、主軸２１０の部材２１０Ａには、キー２２２がボルトナット手段２２２Ａによって設けられており、キー２２２は、前記ドローバー１１０のキー溝１１０Ｃに嵌まり込んでいる。これにより、ドローバー１１０と主軸２１０は、同時に回転することとなる。

次に、本実施例の動作を説明する。図３(A)には電動クラッチ・ブレーキ１４０がＯＦＦの状態が示されており、同図(B)には電動クラッチ・ブレーキ１４０がＯＮの状態が示されている。

＜クラッチＯＦＦ＞ まず、クラッチＯＦＦの状態から説明すると、電動クラッチ・ブレーキ１４０の電磁石１４４には通電されていない。このため、バネ１２２は伸びた状態となり、図中に示すように隙間ΔＣが形成されている。従って、動力ユニット１３０の駆動力は遮断され、ドローバー駆動体１２０には伝達されない。一方、電動クラッチ・ブレーキ１４０の可動部材１４６は主軸２１０に接触しており、ブレーキとして作用する。このため、主軸２１０の回転・停止が、ドローバー駆動体１２０に伝達され、ドローバー駆動体１２０と主軸２１０は一体となって同期して動作する。加えて、主軸２１０とドローバー１１０は、上述したようにキー２２２によって結合しているので、主軸２１０とドローバー１１０は一体に動作する。これらにより、ドローバー１１０，ドローバー駆動体１２０，主軸２１０が一体となって同期して回転・停止するようになる。主軸２１０とドローバー駆動体１２０との間にはドローバー駆動体軸受け２２０があるが、主軸２１０とドローバー駆動体１２０とが同時に回転するため、ドローバー駆動体軸受け２２０には全く負荷がかからない。従って、ドローバー駆動体軸受け２２０の摩耗が低減されるようになる。

＜クラッチＯＮ＞ 次に、クラッチＯＮの状態を説明する。電動クラッチ・ブレーキ１４０の電磁石１４４に通電されると、可動部材１４６が電磁石１４４に吸引され、バネ１２２が縮んで隙間ΔＣがない状態となる。このため、動力ユニット１３０の駆動力が出力軸１３８から、摩擦材１３９を介してドローバー駆動体１２０に伝達されるようになる。同時に、可動部材１４６と主軸２１０との間に隙間ΔＤが形成され、可動部材１４６と主軸２１０との間のブレーキは解除される。すると、ドローバー駆動体１２０は、動力ユニット１３０のサーボモータ１３２の回転に応じて回転するようになる。ドローバー駆動体１２０が回転すると、ドローバー１１０との間に進退ネジ部１２６が設けられているため、ドローバー１１０が主軸２１０の回転軸方向に進退移動するようになる。これにより、チャック２００の開閉機構２０２が開閉することとなる。

ところで、開閉機構２０２における爪の開閉方向，開閉量，開閉速度，開閉時間などの開閉動作の態様は、ドローバー１１０の移動方向，移動量，移動速度，移動時間などの移動動作の態様に対応し、更にはサーボモータ１３２の回転方向，回転量などの回転動作の態様に対応している。このため、サーボモータ１３２の回転動作を制御すれば、開閉機構２０２の開閉動作を制御することができる。このような動作を行うための制御装置１５０を図２のように設け、これによってサーボモータ１３２や電動クラッチ・ブレーキ１４０の動作を制御するようにしてよい。

以上のように、本実施例によれば、次のような効果が得られる。
ａ，ドローバー駆動体１２０を、ドローバー１１０と主軸２１０との間に設け、かつ、ドローバー駆動体１２０を主軸に対して回転可能にドローバー駆動体軸受け２２０で支持することとしたので、ドローバー駆動時を除いて、ドローバー１１０・ドローバー駆動体１２０・主軸２１０を同期して一体で回転させることができる。これにより、ドローバー駆動体軸受け２２０に対する負荷が良好に低減され、長寿命化を図ることができる。
ｂ，ハウジング側の動力ユニット１３０とドローバー駆動体１２０との間に電動クラッチ・ブレーキ１４０を設けることとしたので、電動クラッチ・ブレーキ１４０のＯＮ・ＯＦＦを制御する電磁石１４４が回転しない。このため、電磁石１４４に対する通電を通常の配線で行うことができ、例えば前記特許文献２のような複雑な送受信コイルを必要としない。
ｃ，電動チャック装置の構造が、全体として簡略化される。

＜他の実施例＞ なお、本発明は、上述した実施例に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内において種々変更を加えることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した形状・寸法は一例であり、必要に応じて同様の機能を奏するように適宜変更してよい。
(2)前記実施例では、本発明を旋盤に適用したが、本発明の電動チャック装置は、加工対象の把持・離脱のみならず工具の把持・離脱などにも適用可能である。また、ＮＣ旋盤や加工ロボットなどにも適用可能である。
(3)前記実施例では、主軸２１０の内側にドローバー１１０を設けたが、逆の構成とすることを妨げるものではない。

本発明によれば、ドローバー駆動体をドローバーと主軸との間に設け、かつ、ドローバー駆動体を主軸に対してドローバー軸受けで回転可能に支持することとしたので、ドローバー駆動時を除いて、ドローバー・ドローバー駆動体・主軸が同期して動作（回転・停止）するようになり、ドローバー軸受けに対する負荷が良好に低減される。このため、簡便な構成でありながら、長寿命化を図ることができ、旋盤などに好適である。

１００：電動チャック装置
１１０：ドローバー
１１０Ａ：薄肉部
１１０Ｂ：厚肉部
１１０Ｃ：キー溝
１２０：ドローバー駆動体
１２２：バネ
１２４Ａ：厚肉部
１２４Ｂ：薄肉部
１２４Ｃ：キー
１２４Ｄ：突起
１２６：進退ネジ部
１３０：動力ユニット
１３２：サーボモータ
１３４：動力伝達機構
１３７：ボルトナット手段
１３８：出力軸
１３９：摩擦材
１４０：電動クラッチ・ブレーキ
１４２：磁石保持部材
１４２Ａ：ボルトナット手段
１４４：電磁石
１４６：可動部材
１４６Ａ，１４６Ｂ：部材
１４６Ｃ：ボルトナット手段
１５０：制御装置
２００：チャック
２０２：開閉機構
２１０：主軸
２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃ：部材
２１０Ｄ，２１０Ｅ：ボルトナット手段
２２０：ドローバー駆動体軸受け
２２０Ａ：ラジアル軸受け
２２０Ｂ：スラスト軸受け
２２２：キー
２２２Ａ：ボルトナット手段
５００：ハウジング
５０２：側面部材
５０２Ａ：ボルトナット手段
５０４：ケース
５０４Ａ：ボルトナット手段
ΔＣ，ΔＤ：隙間

Claims (7)

1. 工作機械の主軸に沿ってドローバーが設けられており、このドローバーを、前記主軸の軸方向に進退移動させることで、チャックの開閉を行う電動チャック装置であって、
   回転することによって、前記ドローバーの進退移動を行うドローバー駆動体を備えており、
   このドローバー駆動体を、前記主軸と前記ドローバーとの間に配置するとともに、前記主軸に対して回転可能に支持したことを特徴とする電動チャック装置。
2. 前記ドローバー駆動体の回転によって前記ドローバーを進退移動を行う進退手段を、前記ドローバー駆動体と前記ドローバーとの間に設けたネジ手段により構成したことを特徴とする請求項１記載の電動チャック装置。
3. 前記ドローバー駆動体の回転駆動を行う電動駆動手段と前記ドローバー駆動体との間に電動クラッチ・ブレーキ手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の電動チャック装置。
4. 前記電動クラッチ・ブレーキ手段は、
   ＯＮのときは、前記電動駆動手段の駆動力を前記ドローバー駆動体に伝達して前記ドローバーの進退移動を行い、
   ＯＦＦのときは、前記主軸にブレーキとして作用し、前記主軸が、前記ドローバー及び前記ドローバー駆動体と同期して動作することを特徴とする請求項３記載の電動チャック装置。
5. 前記電動クラッチ・ブレーキ手段のＯＮ・ＯＦＦを行う電磁石を、前記電動駆動手段側に設けたことを特徴とする請求項３又は４記載の電動チャック装置。
6. 前記主軸に対して前記ドローバー駆動体を回転可能に支持する軸受手段を、ラジアル軸受けとスラスト軸受けで構成したことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の電動チャック装置。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の電動チャック装置と、
   この電動チャック装置によって対象物の把持・離脱を行うチャック手段と、
   を備えたことを特徴とする工作機械。

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