JP3609966B2 - 円筒状ワークの内周用チャック - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒状ワークの内周用チャックに関し、特に内周の真円度が出ていない円筒状ワークでも、外周加工後にチャックから外された外周の真円度等加工精度の確保の可能な円筒状ワークの内周用チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、円筒状ワークの内周が工作機械の主軸端に取り付けられ、円筒状ワークの内周を支持するチャックとして、図３（ａ）は断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すＹ−Ｙ線の側面図である。図３（ｂ）に示すように開きヤトイが一般に用いられている。この開きヤトイＨＹは、工作機械の主軸５０の前端に螺合により固定されるフランジ５１と、このフランジの前端面に取り付けられる開きヤトイ部５２と、この開きヤトイ部５２の後記の貫通孔５３に貫挿される栓５４と、この栓５４の後部に連結され前記フランジ５１と前記主軸５０に貫挿されて後端を主軸５０内部に軸方向に移動可能に設けられた継手５６に連結されて前記栓５４を軸方向に進退させるドローバー５５と、から主要部が構成される。
【０００３】
前記開きヤトイ部５２は、前記フランジ５１の前端の中空部５１ｄにボルト５２ｆｂによって固定され中心に貫通孔５３ｄを備えるフランジ部５２ｆと、軸方向中央の薄肉小径部５２ｓと、この薄肉小径部５２ｓの前端に連続しその外周で円筒状ワーク（図示せず）を支持する厚肉大径のワーク支持部５２ｗとからなり、前記ワーク支持部５２ｗの前端から前記小径部５２ｓの前記フランジ部５２ｆ側近辺まで、円周方向に等間隔で複数（例えば６本）のスリット５２ｓｌが設けられている。
【０００４】
また、前記開きヤトイ部５２の前記フランジ部５２ｆは、前記フランジ５１の前端の中空部５１ｄの内周より僅かに小さな外径に形成され、この中空部５１ｄに嵌合されているが、前記フランジ５１と前記フランジ部５２ｆとの芯出しのために、前記フランジ５１の前記中空部５１ｄの周囲には円周方向に等間隔で３個以上の雌ねじ付貫通孔（ボルト用貫通孔）５１ｓｈが放射状に穿設され、この雌ねじ付貫通孔（ボルト用貫通孔）５１ｓｈのそれぞれにはボルト５１ｂが、その先端が前記開きヤトイ５２のフランジ部５２ｆの外周面に当接するようにねじ込まれている。
【０００５】
前記開きヤトイ部５２は、先端の直管状の孔５３ａと、これに続く円錐台形状のテーパ孔５３ｂと、これに続く直管状の栓ガイド孔５３ｃと、これに続く大径の孔５３ｄとからなる貫通孔５３をその中心に備えている。
【０００６】
前記栓５４は、先端に前記開きヤトイ部５２の前記円錐台形状のテーパ孔５３ｂの内面に摺接する円錐台形状のテーパ付頭部５４ｔと、これに続く直胴部５４ｂとから形成され、この直胴部５４ｂには、その後端から軸方向の一部に雌ねじ部５４ｓｈが刻設された円孔５４ｈが穿設されている。そして、この円孔５４ｈの雌ねじ部５４ｓｈに前記ドローバー５５の先端の雄ねじ部５５ｆｂがねじ込まれて連結され、このドローバー５５は、前記フランジ５１の中心の貫通孔５１ｈに案内されて軸方向後方へ延び、ドローバー５５の後端の雄ねじ部５５ｂｂが前記継ぎ手５６の前端部のねじ孔５６ｓｈにねじ込まれて連結され、ナット５５ｎによって弛み止めされている。
【０００７】
前記継ぎ手５６はその外周の前半部を前記主軸５０の中心孔５６ｈに貫挿され、キー５７によって回り止めされている。そして、前記継ぎ手の後端は図示せぬ連結棒に連結され、図示せぬアクチュエータ（例えば、回転シリンダ）によって軸方向に進退移動される。
【０００８】
前記のように構成された開きヤトイを用いて円筒状のワークを支持しその外面を機械加工する場合は、以下のようにする。
（１）図示せぬ円筒状ワークを前記開きヤトイ５２の前記ワーク支持部５２ｗに外嵌する。
（２）継ぎ手５６、ドローバー５５及び栓５４を、図示せぬ連結棒を介して図示せぬアクチュエータ（例えば、回転シリンダ）によって、図３の図面左側に後退移動させて、開きヤトイ５２のワーク支持部５２ｗを拡径させ、ワーク支持部５２ｗの外周面を円筒状ワークの内面に当接させて、これを支持する。
（３）主軸を回転しながら円筒状ワークの外面を機械加工（例えば、切削や研削）する。
（４）継ぎ手５６、ドローバー５５および栓５４を、図示せぬ連結棒を介して図示せぬアクチュエータ（例えば、回転シリンダ）によって、図３の図面右側に前進移動させて、開きヤトイ５２のワーク支持部５２ｗを縮径させ、円筒状ワークを開きヤトイ５２のワーク支持部５２ｗから抜き取る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように構成された従来の開きヤトイを用いて、前記のように円筒状ワークを加工する場合、以下のような問題点がある。
（１）図４（ａ）に示すように内周の真円度が出ていない薄肉の円筒状ワークＷの場合、これを前記の開きヤトイＨＹでその内周を支持すると、図４（ｂ）に示すように、開きヤトイＨＹの真円度の出ているワーク支持部５２ｗの外周に倣って薄肉の円筒状ワークＷが変形する。これは、開ヤトイ部５２の軸方向中央の薄肉小径部５２ｓの肉厚が十分に厚いため、薄肉の円筒状ワークＷの内周に倣って弾性変形しにくいからである。この状態で主軸５０を回転させ、円筒状ワークＷの外面を切削して、図４（ｃ）に示すように外周面が真円度の出たワークＷに加工し、加工後開きヤトイＨＹから加工済みワークＷを外すと、図４（ｄ）に示すように、弾性により円筒状ワークＷの内周が元の真円度の出ていない形状に戻るので、その結果ワークＷの外周の真円度が出なくなる。
【００１０】
（２）図５（ａ）に示すように内周の真円度の出ていない厚肉の円筒状ワークＷの場合には、これを前記の開きヤトイＨＹでその内周を支持すると、図５（ｂ）に示すように、開きヤトイＨＹの真円度の出ているワーク支持部５２ｗの外周に厚肉の円筒状ワークＷが倣わないので、ワーク支持部５２ｗの外周の一部で円筒状ワークの内周を支持することになり、安定した確実な支持ができないため、ワークＷの外周の加工中にワークＷと開きヤトイＨＹのワーク支持部５２ｗとの間に不必要なずれが発生し、正確な外周の加工ができなくなる。
（３）フランジ５１に開きヤトイＨＹを固定する際に、フランジ５１と開きヤトイＨＹとの芯出し作業に手間と時間がかかる。
【００１１】
（４）円筒状ワークＷの外周加工中に、開きヤトイＨＹの前記スリット５２ｓｌに切粉が侵入して挟まり、外周加工終了後に、円筒状ワークを抜き取ろうとしても、開きヤトイＨＹがうまく縮径せず、ワークの抜き取りに支障をきたしたり、抜き取ったあとにスリット５２ｓｌに挟まった切粉を除去する手間と時間がかかる。
【００１２】
本発明は、前記従来の開きヤトイの持つ問題点を解消し、薄肉であれ厚肉であれ、内周の真円度の出ていない円筒状ワークの内周に倣った内周の支持（チャック）が可能で、安定した確実な外周の加工が可能となるとともに、加工後に内周チャックからワークを外しても、外周の真円度の出たワークが得られるとともに主軸に内周チャックを取り付ける際に、精密な芯出し作業が不要な円筒状ワークの内周チャックであり、さらに、円筒状ワークＷの外周加工中に、開きヤトイのスリットに切粉が侵入して挟まり、外周加工終了後に、円筒状ワークを抜き取ろうとしても、開きヤトイがうまく縮径せず、ワークの抜き取りに支障をきたしたり、抜き取ったあとにスリットに挟まった切粉を除去する手間と時間がかかるというようなことのない円筒状ワークの内周チャックの提供を課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決した本発明の第１の態様は、主軸前端に固定されるフランジと、このフランジの前端に固定されるヤトイフランジと、このヤトイフランジの内部に収納されて固定されるフランジ部と、このフランジ部の前端に続く薄肉小径部と、この小径部の前端に続く厚肉大径部とからなり、先端に設けられた裁頭円錐形状の孔とこれに続く直管状の孔とからなる貫通孔を備えるとともに、前記厚肉大径部の先端から前記薄肉小径部の途中まで届く複数のスリットを円周方向に等間隔に設けられた開きヤトイと、この開きヤトイの前記貫通孔に貫挿され、先端部に裁頭円錐形状の孔に摺接する裁頭円錐形状の頭部を備え、基端が前記主軸内のドローバーの先端に連結される栓と、を備えてなる工作機械の主軸端に取付られて円筒状ワークの内周を支持する円筒状ワークの内周用チャックであって、前記開きヤトイの前端に固定され、前記開きヤトイの前記スリットにより分割形成された開きヤトイの各セグメントの位置に対応して放射状に複数のガイド孔を備えた円筒状のヤトイと、このヤトイの前記ガイド孔のそれぞれに貫挿され基端に大径部を備えたピンと、前記ヤトイの内面と前記ピンの大径部との間に装着され前記ピンを前記開きヤトイの外面方向に常時付勢する圧縮ばねとを備えることを特徴とした円筒状ワークの内周用チャックにおいて、前記ヤトイの前端面に固定され後面の中央部に、前記開きヤトイの拡径を規制する環状突起を備えたガイド蓋を、さらに備えることを特徴とした円筒状ワークの内周用チャックである。
【００１４】
前記のように構成した本発明の円筒状ワークの内周チャックで、円筒状ワークの内周を支持し主軸を回転させると、前記開きヤトイの各セグメントと前記のヤトイの前記ガイド孔のそれぞれに貫挿され基端部に大径部を備えたピンとが、開きヤトイの各セグメントとこの各セグメントに基端が当接した各ピンとに作用する遠心力により、前記ヤトイの内面と前記ピンの大径部との間に装着され前記ピンを前記開きヤトイの外面方向に常時付勢する圧縮ばねの付勢力に打ち勝って外方へ変位し、すべてのピンのそれぞれの先端が円筒状ワークの内周に倣ってこの内周に当接し、円筒状ワークの内周を支持する。これは、開きヤトイの薄肉小径部の肉厚が弾性変形しやすいように薄くしてあることと、ピンが開きヤトイの厚肉大径部の外周面の拡径によって、圧縮ばねの付勢力に打ち勝って外方へ押し出されるからである。したがって、円筒状ワークが薄肉のものである場合にも例えば外周の切削や研削加工中にワークを変形させることがないので、外周加工後に円筒状ワークを内周チャックから外しても、円筒状ワークの外周の真円度は出ている。また、円筒状ワークが厚肉のものである場合にも、安定した確実なワークの支持は可能で、外周の加工中にワークと内周チャックとの間のずれの発生による加工ミスの防止ができる。また、主軸と内周チャックの芯が多少ずれていても、前記のように開きヤトイの各セグメントとそれに対応した各ピンとに作用する遠心力で円筒状ワークの内周を支持するので、前記の芯ずれの影響は相殺され外周の加工上の問題とならない。
【００１５】
また、前記のように構成すれば、開きヤトイの遠心力による開き過ぎが防止され、開き過ぎによる開きヤトイの塑性変形を防止するとともに、開きヤトイの先端から各スリット内部に切粉が侵入して挟まり、遠心力が作用しなくなった後に開きヤトイが弾性により元の形状・位置に戻るのを妨げたりすることが防止できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を添付の図面を参照して、以下に説明するが本発明はこれに限るものではない。図１（ａ）は本発明の円筒状ワークの内周チャックの一実施の形態の断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＸ−Ｘ線の断面図、図２（ａ）〜（ｄ）は本実施の形態の作用を説明するための概略図である。
【００１７】
本実施の形態の円筒状ワークの内周チャックＩＣにおいては、図１に示すように、主軸１の前端にフランジ２がボルトで固定されている。この前端には後フランジ部３ｂｆと、この後フランジ部３ｂｆの前端に続く直胴部３ｂと、この直胴部３ｂの前端に続く前フランジ部３ｆｆとからなるヤトイフランジ３の前記後フランジ部３ｂｆがボルト３ｓｂによって固定されている。
【００１８】
前記ヤトイフランジ３の内部には開きヤトイ４が、その先端がヤトイフランジ３の前記前フランジ部３ｆｆの前端よりも突出するように収納され、固定されている。開きヤトイ４は、前記ヤトイフランジ３の内側フランジ部３ｕｆの前面にボルト３ｕｂで固定されるフランジ部４ｆと、このフランジ部４ｆの前端に続く薄肉小径部４ａと、この薄肉小径部４ａの前端に続く厚肉大径部４ｂとからなる。そして、この開きヤトイ４は、先端に設けられた円錐台形状の孔４ｆｈとこれに続く直管状の孔４ｂｈとからなる貫通孔４ｈを備えている。さらに、この開きヤトイ４は、前記厚肉大径部４ｂの先端から前記薄肉小径部４ａの途中まで届く複数（本実施の形態では、９本）のスリット４ｓを円周方向に等間隔に設けられて、複数個（本実施の形態では、９個）のセグメント４ｓｇに切り割りされている。
【００１９】
開きヤトイ４の前記貫通孔４ｈには、先端部に前記裁頭円錐形状の孔４ｆｈに摺接する裁頭円錐形状の頭部５ｔを備え、基端が前記主軸１内のドローバー６の先端にねじ込みによって連結される栓５が貫挿されている。ドローバー６は図示せぬアクチュエータ（例えば、回転シリンダ）に連結され、前記栓５を軸方向に進退させるようになっている。
【００２０】
前記ヤトイフランジ３の前端の前フランジ部３ｆｆの前面には、円筒状のヤトイ７がボルト７ｂにより固定されている。そして、このヤトイ７には前記開きヤトイ４の前記スリット４ｓにより分割形成された開きヤトイ４の各セグメント４ｓｇの各々の位置に対応して放射状に複数（本実施の形態においては９個）のガイド孔７ｇｈが形成されている。このヤトイ７の前記ガイド孔７ｇｈのそれぞれには、基端に大径部８ｂを備えたピン８が貫挿され、前記ヤトイ７の内面と前記ピン８の基端の大径部８ｂとの間には、前記ピン８を前記開きヤトイ４の厚肉大径部４ｂの外面に当接する方向に常時付勢する圧縮ばね９が装着されている。
【００２１】
さらに、前記ヤトイ７の前端面には、後面の中央部に前記開きヤトイ４の前記厚肉大径部４ｂの外面に当接して開きヤトイ４の所定限度以上の拡径を規制する環状突起１０ｒを備えたガイド蓋１０が、ボルト１０ｂにより固定されている。
【００２２】
（１）ドローバー６および栓５を、図示せぬアクチュエータ（例えば、回転シリンダ）によって、図１（ａ）の図面右側に前進移動させて、開きヤトイ４を縮径させる。その結果、ピン８がその大径部８ｂを圧縮ばね９で押されて開ヤトイに追随して内側に変位し、円筒状ワークＷをヤトイ７に外嵌しやすくなる。
（２）円筒状ワークＷを前記ヤトイ７および前記ピン８に外嵌する。
（３）ドローバー６および栓５を、図示せぬアクチュエータ（例えば、回転シリンダ）によって、図１（ａ）の図面左側に後退移動させて、開きヤトイ４の厚肉大径部４ｂを拡径させ、その外周面で各ピン８を圧縮ばね９の付勢力に打ち勝って外方へ押し出し、各ピン８の先端を円筒状ワークＷの内面に当接させて、これを支持する。
【００２３】
（４）主軸１を所定の回転数で回転させ、円筒状ワークＷの外周の機械加工（例えば、切削や研削）を行う。このとき下記式１で表される遠心力Ｆ（Ｎ）が開きヤトイ４の各セグメント４ｓｇと各ピン８に作用する。その結果、開きヤトイの各セグメント４ｓｇと各ピン８に作用する遠心力Ｆの和から圧縮ばね９の付勢力を差し引いた力が各ピン８の先端に働き、円筒状ワークＷの内周を安定して支持する。
Ｆ＝（４ｗｒπ²ｎ²）／（３６００ｇ） ………式１
ここで、
ｗ ：各セグメント又は各ピンの質量（ｋｇ）
ｒ ：各セグメント又は各ピンの回転円の半径（ｍｍ）
ｎ ：回転数（ｍｉｎ^-1）
ｇ ：重力の加速度、ただしｇ＝９８００ｍｍ／ｓ²
この時、円筒状ワークＷが図２（ａ）に示すように、内周の真円度が出ていないワークであったとしても、開きヤトイ４の薄肉小径部４ａの肉厚を弾性変形しやすいように十分薄くしておけば、前記の遠心力により、開きヤトイ４の各セグメント４ｓｇの外径及び各ピン８の先端が圧縮ばねの付勢力とのバランスにおいて、図２（ｂ）に示すように、円筒状ワークＷの内周形状に倣って拡径する。したがって、前記の遠心力Ｆを適切な値になるように設計しておけば、たとえ円筒状ワークＷが薄肉のものであっても、前記従来の開きヤトイＨＹを用いた図４（ｂ）に示したような変形を起こさない。また、前記の遠心力Ｆを適切な値になるように設計しておけば、たとえ円筒状ワークＷが厚肉のものであっても、前記従来の開きヤトイＨＹを用いた図５（ｂ）に示したような不安定、不確実な支持が起こらず、外周の加工に支障をきたさない。
【００２４】
（５）ドローバー６および栓５を、図示せぬアクチュエータ（例えば、回転シリンダ）によって、図１（ａ）の右側に前進移動させて、開きヤトイ４を縮径させ、円筒状ワークＷをヤトイ７および各ピン８の先端外周から抜き取る。前記のように内周チャックＩＣに支持されていたときに円筒状ワークは変形していなかったから、抜き取ったあともそのままの形状を保ち、外周の真円度が精度よく出ている。
【００２５】
なお、前記ヤトイ７の前端面には、後面の中央部に前記開きヤトイ４の前記厚肉大径部４ｂの外面に当接して開きヤトイ４の所定限度以上の拡径を規制する環状突起１０ｒを備えたガイド蓋１０が、ボルト１０ｂにより固定されているので、開きヤトイ４の各セグメント４ｓｇの遠心力による開き過ぎが防止され、開き過ぎによる開きヤトイ４の各セグメント４ｓｇの塑性変形が防止されるとともに、開きヤトイ４の先端から各スリット４ｓの内部に切粉が侵入して挟まり、遠心力が作用しなくなった後に開きヤトイ４が弾性により元の形状・位置に戻るのを妨げたりすることが防止される。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は以下のような優れた効果を奏する。
請求項１に係る本発明によれば、薄肉であれ厚肉であれ、内周の真円度の出ていない円筒状ワークの内周に倣った内周の支持（チャック）が可能で、安定した確実な外周の加工が可能となるとともに、加工後に内周チャックからワークを外しても、外周の真円度の出たワークが得られるとともに主軸に内周チャックを取り付ける際に、特別の芯出し作業が不要である。
【００２７】
さらに、開きヤトイの遠心力による開き過ぎが防止され、開き過ぎによる開きヤトイの塑性変形を防止するとともに、開きヤトイの先端から各スリット内部に切粉が侵入して挟まり、遠心力が作用しなくなった後に開きヤトイが弾性により元の形状・位置に戻るのを妨げたりすることが防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の円筒状ワークの内周チャックの一実施の形態の断面図、（ｂ）は図１（ａ）に示すＸ−Ｘ線の断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本実施の形態の作用を説明するための概略図である。
【図３】（ａ）は従来の開きヤトイの一例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＹ−Ｙ線の側面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は従来の開きヤトイの一例の作用を説明するための概略図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は従来の開きヤトイの一例の別の作用を説明するための概略図である。
【符号の説明】
ＩＣ 内周チャック
Ｗ 円筒状ワーク
１ 主軸
２ フランジ
２ｈ 貫通孔
３ ヤトイフランジ
３ｂｆ 後フランジ部
３ｂ 直胴部
３ｆｆ 前フランジ部
４ 開きヤトイ
４ｆ フランジ部
４ａ 薄肉小径部
４ｂ 厚肉大径部
４ｈ 貫通孔
４ｂｈ 孔
４ｆｈ 孔
４ｓ スリット
４ｓｇ セグメント
５ 栓
５ｔ 頭部
６ ドローバー
７ ヤトイ
７ｇｈ ガイド孔
８ ピン
８ｂ 大径部
９ 圧縮ばね
１０ ガイド蓋
１０ｒ 環状突起

Claims (1)

1. 主軸前端に固定されるフランジと、このフランジの前端に固定されるヤトイフランジと、このヤトイフランジの内部に収納されて固定されるフランジ部と、このフランジ部の前端に続く薄肉小径部と、この小径部の前端に続く厚肉大径部とからなり、先端に設けられた裁頭円錐形状の孔とこれに続く直管状の孔とからなる貫通孔を備えるとともに、前記厚肉大径部の先端から前記薄肉小径部の途中まで届く複数のスリットを円周方向に等間隔に設けられた開きヤトイと、この開きヤトイの前記貫通孔に貫挿され、先端部に裁頭円錐形状の孔に摺接する裁頭円錐形状の頭部を備え、基端が前記主軸内のドローバーの先端に連結される栓と、を備えてなる工作機械の主軸端に取付られて円筒状ワークの内周を支持する円筒状ワークの内周用チャックであって、
   前記開きヤトイの前端に固定され、前記開きヤトイの前記スリットにより分割形成された開きヤトイの各セグメントの位置に対応して放射状に複数のガイド孔を備えた円筒状のヤトイと、このヤトイの前記ガイド孔のそれぞれに貫挿され基端に大径部を備えたピンと、前記ヤトイの内面と前記ピンの大径部との間に装着され前記ピンを前記開きヤトイの外面方向に常時付勢する圧縮ばねとを備えることを特徴とした円筒状ワークの内周用チャックにおいて、
   前記ヤトイの前端面に固定され後面の中央部に、前記開きヤトイの拡径を規制する環状突起を備えたガイド蓋を、さらに備えることを特徴とした円筒状ワークの内周用チャック。

Images