JP3758778B2 - チャック装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はチャック装置に係り、とくにツールを主軸に取付け固定するチャック装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば研削盤における従来の工具の取付けは、図７および図８に示す構造になっている。工具本体１は円盤状をなし、その下面にリング状に砥石２が取付けられている。また円盤状をなす工具本体１の上部にはテーパ部３が一体に連設されるとともに、テーパ部３の先端部にプルスタッドボルト４が植設固定されている。
【０００３】
図７に示すような工具本体１は図８に示すようにして主軸５に取付けられるようになっている。主軸５側にはテーパハウジング６が取付けられるようになっている。テーパハウジング６の中心部にはテーパ穴７が貫通して形成されている。上記工具本体１のテーパ部３がテーパ穴７に挿入されるとともに、チャッキングフィンガ８によって上方に引張られるようになっており、これによって工具本体１が主軸５に取付け固定されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の工具本体１は、テーパ部３を有し、その先端にプルスタッドボルト４を植設するようにしている。このような工具本体１はテーパ部３をテーパハウジング６のテーパ穴７に挿入し、プルスタッドボルト４をチャッキングフィンガ８によって上方へ引張るようにしてチャッキングすることにより位置決め固定されるようになっている。
【０００５】
このような構造によると、テーパ穴７とテーパ部３のテーパ面によって位置決めされるために、高い剛性で高精度の調心精度で取付けを行なうことが可能になる。ところがテーパ部３としてＪＩＳのモールステーパ規格を用いているために、テーパ角度の比率が大きく、軸線方向の寸法の小型化が困難になっている。また主軸５側にプルスタッドボルト４をチャッキングするチャッキングシステムを必要とする欠点がある。
【０００６】
また従来のこのようなチャック装置は、工具本体１の先端部にプルスタッドボルト４を取付けるようにしているために、貫通孔を形成して中空方式とすることができない。従って工具の中心部を通して研削液等を供給することが不可能になっている。また軸線方向の図８における下方への負荷に対して弱く、このような方向の負荷が加わった場合には工具本体１の固定が解除されることになる。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、軸線方向の寸法の小型化が可能であって、スタッドボルトのチャッキングシステムを必要とせず、中空構造の採用が可能であって、しかも軸線方向のマイナス負荷に十分に耐えることが可能なチャック装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ツールを主軸に取付け固定するチャック装置において、
前記主軸側に設けられており、ボールを押圧するテーパピンと、
前記ツール側に設けられており、前記ボールと係合する傾斜溝と、
前記ボールが前記傾斜溝に係合するように前記テーパピンを付勢するばねと、
サポートリングと、を具備し、
前記サポートリングによって前記テーパピンが円周方向に沿って所定のピッチで支持され、隣接して配されている前記テーパピン間に前記テーパピンを付勢するばねが円周方向に沿って配列され、
前記回転防止ピンが前記テーパピンを付勢するばねによって前記被係合部に係合する方向に付勢されることを特徴とするチャック装置に関するものである。
【０００９】
前記主軸側に設けられており、前記主軸に取付けられた前記ツールの被係合部に係合する回転防止ピンを具備するようにしてよい。
【００１０】
前記主軸側に流体圧によって作動されるリング状シリンダを設け、該リング状シリンダのリング状ピストンによって前記テーパピンをチャックを解除する方向に押圧するようにしてよい。また前記リング状シリンダのリング状ピストンは前記主軸の回転時に非押圧位置へ移動するようにしてよい。
【００１１】
前記ツールが主軸によって回転される工具であってよい。また前記ツールが研削用の円盤状砥石であってよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態に係るチャック装置が用いられている研削盤の全体の構成を示すものであって、この研削盤は固定フレームを構成するコラム１２を備えている。そしてこのコラム１２の前面側に昇降ベース１３が昇降自在に取付けられている。昇降ベース１３には昇降フレーム１４が取付けられており、この昇降フレーム１４によって主軸１５を回転可能に支持している。
【００１３】
昇降フレーム１４の両側にはそれぞれワイヤ１６が連結されている。両側のワイヤ１６はそれぞれ一対のガイドローラ１７、１８によって案内されるとともに、ワイヤ１６の先端部にはカウンタバランスウエート１９が取付けられており、このカウンタバランスウエート１９によって昇降フレーム１４の昇降時における荷重を相殺するようにしている。
【００１４】
研削盤の主軸１５の下端側には研削ベース２３が設けられ、この研削ベース２３上に供給された半導体ウエハ２４の表面の研削を行なうようにしている。そして研削ベース２３に供給される半導体ウエハの搬送のために、主軸１５の前方にはロボット２７が配されている。ロボット２７はＸ軸方向移動レール２８を備えるとともに、このレール２８上に可動子２９がＸ軸方向に移動自在に取付けられている。そして可動子２９上には左右一対のＺ軸方向アクチュエータ３０が取付けられている。これらのアクチュエータ３０の先端部にはそれぞれピックアップヘッド３１が取付けられており、これらのピックアップヘッド３１によって半導体ウエハ２４をピックアップするようになっている。
【００１５】
上記ロボット２７の両側であってその前方側には供給台３５と排出ステーション３６とがほぼ左右対称に配されている。そして排出ステーション３６の前方には排出ローラ３７が設けられるとともに、この排出ローラ３７によって排出された半導体ウエハ２４を収納する半導体ウエハのストッカ３８が設けられている。
【００１６】
次にこのような研削盤による半導体ウエハ２４の研削について説明すると、ロボット２７の左側のＺ軸方向アクチュエータ３０のピックアップヘッド３１によって供給台３５上の半導体ウエハ２４がピックアップされ、このような状態においてロボット２７の可動子２９がＸ軸方向移動レール２８に沿って右方へ移動されると、供給台３５から研削ベース２３の前方の待機位置へ半導体ウエハ２４が供給される。同時にこのときにロボット２７の右側のＺ軸方向アクチュエータ３０のピックアップヘッド３１が研削を終った半導体ウエハ２４をピックアップし、排出ステーション３６に移動させる。
【００１７】
左側のＺ軸方向アクチュエータ３０によって待機位置へ移動された半導体ウエハ２４はさらに研削ベース２３上に移動され、この研削ベース２３上において主軸１５の先端部に取付けられている砥石によって表面の研削が行なわれる。そして研削を終った後再び半導体ウエハ２４は待機位置へ移動され、右側のＺ軸方向アクチュエータ３０のピックアップヘッド３１によって待機位置から排出ステーション３６に排出される。排出ステーション３６に排出された半導体ウエハ２４は排出ローラ３７によって半導体ウエハのストッカ３８に収納されるようになる。
【００１８】
このようにして半導体ウエハ２４の研削を行なう研削盤は、とくにその主軸の先端部に対する工具の取付けのためのチャック機構に大きな特徴を有している。この特徴を図２〜図６によって説明する。
【００１９】
主軸１５の先端部には図２および図３に示すように、ツールホルダ４２が取付けられており、このツールホルダ４２を介してツール４３が取付けられるようになっている。ここではツール４３として研削用工具が取付けられるようになっている。しかもツール４３の下面にはリング状をなす砥石４４が取付けられるようになっている。
【００２０】
まず研削用工具を構成するツール４３について説明すると、このツール４３はほぼ円盤状をなすとともに、図２および図３に示すように、その上面が円形の凹部４５になっている。そしてこの凹部４５の内周面には傾斜溝４６が形成されている。また凹部４５の底部には回転防止用座ぐり穴４７が円周方向に沿って３０°間隔で形成されている。さらに凹部４５の中心部には中心孔４８が形成されている。中心孔４８の内周面にはシールリング４９が装着されるようになっている。
【００２１】
次にこのようなツール４３を主軸１５に取付けるためのツールホルダ４２について説明する。ツールホルダ４２は結合ボルト５３を介して主軸１５の先端部に固着されている。そしてツールホルダ４２には円周方向に沿って図４に示すように３０°間隔で１２個の貫通孔５４が形成されている。これらの貫通孔５４はその下側の部分が図２に示すように大径部５５に構成されるとともに、このような貫通孔５５に先端が細くなっているテーパピン５６が挿入されるようになっている。そしてこのテーパピン５６のテーパ部５７によってツールホルダ４２の貫通孔５４と連通する横孔５８に保持されているボール５９を半径方向外周側に押圧するようになっている（図５参照）。
【００２２】
上記貫通孔５４と交互に配されるように、ツールホルダ４２上には３０°間隔で１２個の貫通孔６３が形成されている。これらの貫通孔６３には回転防止ピン６４が支持されている。回転防止ピン６４は図６に示すように、ばね６５によって下方へ押圧されるようになっている。またこのばね６５はサポートピン６６に係合されている。そしてサポートピン６６はサポートリング６７によって支持されている。なおこのサポートリング６７によって上記テーパピン５６の上端部も支持されるようになっている。
【００２３】
主軸１５の外周側には図２および図３に示すようにアウタスリーブ７１が配されている。アウタスリーブ７１は主軸１５の外周面との間に所定のクリアランスを有し、静止側に固定されている。そしてアウタスリーブ７１の下端側にはリング状シリンダ７２が固着されている。リング状シリンダ７２の下面側にはコ字状に開放された溝が形成され、この溝の部分にリング状ピストン７３が装着されている。なおリング状ピストン７３の内周面と外周面とにはそれぞれシールリング７４、７５が取付けられるようになっている。
【００２４】
上記主軸１５の中心部には貫通孔７９が形成されている。そしてこの貫通孔７９と連通するように、ツールホルダ４２には中心孔８０が形成され、さらにこの中心孔８０の先端側にはボス８１が連設されている。そして貫通孔７９および中心孔８０を貫通するように加工液ノズル８２が配されている。
【００２５】
このように本実施の形態の研削盤のチャック装置は、工具本体４３の凹部４５の内周面に設けられた傾斜溝４６にボール５９が押付けられることによって固定されるようになっている。また円周方向の位置決めは、ツールホルダ４２の外周側であってその下端側のテーパ部から成る呼込み部８６がツール４３の凹部４５の内周面に挿入されることによって徐々に調心され、最終的にツールホルダ４２の外周側の位置決め部８５によって位置決めされる。従ってツールホルダ４２の位置決め部８５とツール４３の凹部４５の内周面との間の隙間量が軸心のばらつきになる。
【００２６】
上端がサポートリング６７に結合された状態でツールホルダ４２の貫通孔６３内に保持されている回転防止ピン６４はばね６５によって常にツール４３側へ押付けられており、回転トルクによってツールホルダ４２とツール４３との間での空転が発生すると、回転防止ピン６４はツール４３の凹部４５の底面に形成されている回転防止用座ぐり穴４７に落込み、これによって回転方向のロックが行なわれ、主軸１５に対してツール４３が空転するのが防止される。
【００２７】
ツールホルダ４２内にはテーパピン５６とばね６５とが図４に示すように交互に並んで配されており、しかもテーパピン５６およびばね６５はそれぞれ３０°間隔で配されている。そしてテーパピン５６の上部とサポートピン６６の上端とはサポートリング６７にそれぞれ固定されている。このときにサポートリング６７とテーパピン５６とは常に主軸１５側へばね６５によって押圧されており、これに対してばね６５の反力によって回転防止ピン６４はツール４３側へ押圧されている。
【００２８】
次に主軸１５に対するツール４３の取付けについて説明する。テーパピン５６にはばね６５によって主軸１５側への軸線方向の力が付加されており、このためにボール５９はテーパピン５６のテーパ部５７によってツール４３の傾斜溝４６に押付けられ、これによってツール４３の固定が可能になる。
【００２９】
このときにリング状シリンダ７２の内部を負圧にすることによってリング状ピストン７３を主軸１５側へ移動させるようにしている。従って静止状態のリング状シリンダ７２のリング状ピストン７３と回転するサポートリング６７上のテーパピン５６およびサポートピン６６とが互いに接触することが防止される。またリング状シリンダ７２とツールホルダ４２との間の隙間は、圧縮空気によってエアパージされており、従ってこの隙間の部分に加工液等の侵入が防止されるようになっている。
【００３０】
ツール４３の取付けを行なう場合には、主軸１５の回転を停止させるとともに、リング状シリンダ７２内に作動圧力を加えることによって、リング状ピストン７３はツール４３側へ異動する。するとこのリング状ピストン７３はサポートリング６７の上面から突出しているテーパピン５６とサポートピン６６の上端を押圧することになる。これによってサポートリング６７がツールホルダ４２の上面に密着し、同時にテーパピン５６もツール４３側へ移動する。
【００３１】
サポートリング６７とともにテーパピン５６がツール４３側へ移動すると、テーパピン５６のテーパ部５７による押圧が解除されるために、ボール５９はフリーになり、ツール４３を取外すことが可能になる。ツール４３を取外す過程において、ボール５９はツール４３の凹部４５の内周面であって傾斜面４６よりも上側の位置決め部によってツールホルダ４２の横孔５８から脱落することが防止される。なおこのときに主軸１５の先端側のツールホルダ４２はリング状シリンダ７２のリング状ピストン７３によって押圧固定されて静止しており、このためにボール５９が主軸１５の回転に伴う遠心力で落下することがない。
【００３２】
本実施の形態に係る研削盤のチャック装置の顕著な特徴は、ツール４３に設けられている傾斜溝４６にテーパピン５６を用いてボール５９を押付けることによってツール４３をツールホルダ４２を介して主軸１５に取付け固定する構造にある。また回転防止ピン６４をツールホルダ４２内に設けておき、この回転防止ピン６４によって主軸１５に対するツール４３の空転を防止するようにしている。またテーパピン５６を主軸１５側へ押圧する付勢力と回転防止ピン６４をツール４３側へ付勢する付勢力とをばね６５を利用して同時に加圧するようにしている。
【００３３】
またチャックの解除のためにリング状シリンダ７２を用い、このリング状シリンダ７２を作動させてリング状ピストン７３によってテーパピン５６をツール４３側へ移動させ、テーパ部５７によるボール５９の押圧を解除してツール４３のチャックを解除するようにしてる。
【００３４】
このような特徴を有する構造によると、小型で薄型で、しかも軽量なチャック装置を提供することが可能になる。このようなチャック装置は防滴性と防塵性とを備えることになる。またこのようなチャック装置は、円周方向と軸線方向の高精度の位置決めが可能になる。
【００３５】
さらにこのようなチャック装置は、図２および図３に示すような中空構造とすることが可能になり、その中に加工液ノズル８２を配し、このノズル８２から研削液等の加工液を供給することが可能になる。また回転防止ピン６４と回転防止用座ぐり穴４７との係合構造によって空転防止が可能になるために、高負荷に対応できるようになる。さらにはリング状シリンダ７２に対する圧縮空気等の作動圧の供給および排出によって作動圧の１系統の操作でツール４３の着脱が可能になる。
【００３６】
以上本発明を一実施の形態について説明したが、本発明はこの実施の形態によって限定されるものではなく、本発明の技術思想が適用される各種の装置に適用可能であって、研削盤以外にもマシニングセンタやボール盤、その他各種の工作機械における主軸に対するツールの取付けに広く適用可能である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、主軸側に設けられており、ボールを押圧するテーパピンと、ツール側に設けられており、前記ボールと係合する傾斜溝と、ボールが前記傾斜溝に係合するようにテーパピンを付勢するばねと、サポートリングと、を具備し、サポートリングによってテーパピンが円周方向に沿って所定のピッチで支持され、隣接して配されているテーパピン間にテーパピンを付勢するばねが円周方向に沿って配列され、回転防止ピンがテーパピンを付勢するばねによって被係合部に係合する方向に付勢されるチャック装置に関するものである。
【００３８】
従って本発明は、ばねの付勢力を利用して主軸側のテーパピンによってボールを押圧し、このボールをツール側の傾斜溝に係合させることによってツールを主軸に取付け固定することが可能になる。
また、サポートリングを具備し、該サポートリングによってテーパピンが円周方向に沿って所定のピッチで支持され、隣接して配されているテーパピン間にテーパピンを付勢するばねが円周方向に沿って配列されているために、ばねによってテーパピンをボールを押圧する方向に付勢することが可能になるとともに、上記ばねによって回転防止ピンをツールの被係合部に係合する方向に付勢することが可能になる。
さらに、回転防止ピンがテーパピンを付勢するばねによって被係合部に係合する方向に付勢されるようにしているために、回転防止ピンが被係合部と整合されなくても、主軸を少しだけ回転させると、回転防止ピンが自動的に被係合部に落込んで係合されることになる。
【００３９】
主軸側に設けられており、主軸に取付けられたツールの被係合部に係合する回転防止ピンを具備するようにした構成によれば、回転防止ピンをツールの被係合部に係合させることによってツールの空転が防止される。
【００４２】
主軸側に流体圧によって作動されるリング状シリンダを設け、該リング状シリンダのリング状ピストンによってテーパピンをチャックを解除する方向に押圧するようにした構成によれば、リング状シリンダの作動によってチャックの解除を行なうことが可能になる。
【００４３】
リング状シリンダのリング状ピストンが前記主軸の回転時に非押圧位置へ移動するようにした構成によれば、主軸の回転時にリング状シリンダのピストンとテーパピンとの干渉が防止される。
【００４４】
ツールが主軸によって回転される工具である構成によれば、工具を主軸に取付けて固定して回転させることが可能になる。
【００４５】
ツールが研削用の円盤状砥石である構成によれば、主軸によって円盤状の砥石が回転駆動されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】研削盤の全体の構成を示す斜視図である。
【図２】チャック装置を示す縦断面図である。
【図３】ツールを取付けたチャック装置の縦断面図である。
【図４】チャック装置の要部の分解斜視図である。
【図５】テーパピンを示す分解斜視図である。
【図６】ばねと回転防止ピンの取付けを示す要部拡大斜視図である。
【図７】従来のチャックによって取付けられる工具の正面図である。
【図８】同工具の取付けを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１‥‥工具本体、２‥‥砥石、３‥‥テーパ部、４‥‥プルスタッドボルト、５‥‥主軸、６‥‥テーパハウジング、７‥‥テーパ穴、８‥‥チャッキングフィンガ、１２‥‥コラム、１３‥‥昇降ベース、１４‥‥昇降フレーム、１５‥‥主軸、１６‥‥ワイヤ、１７、１８‥‥ガイドローラ、１９‥‥カウンタバランスウエート、２３‥‥研削ベース、２４‥‥半導体ウエハ、２７‥‥ロボット、２８‥‥Ｘ軸方向移動レール、２９‥‥可動子、３０‥‥Ｚ軸方向アクチュエータ、３１‥‥ピックアップヘッド、３５‥‥供給台、３６‥‥排出ステーション、３７‥‥排出ローラ、３８‥‥半導体ウエハのストッカ、４２‥‥ツールホルダ、４３‥‥ツール（研削用工具）、４４‥‥砥石、４５‥‥凹部、４６‥‥傾斜溝、４７‥‥回転防止用座ぐり穴、４８‥‥中心孔、４９‥‥シールリング、５３‥‥結合ボルト、５４‥‥貫通孔、５５‥‥大径部、５６‥‥テーパピン、５７‥‥テーパ部、５８‥‥横孔、５９‥‥ボール、６３‥‥貫通孔、６４‥‥回転防止ピン、６５‥‥ばね、６６‥‥サポートピン、６７‥‥サポートリング、７１‥‥アウタスリーブ、７２‥‥リング状シリンダ、７３‥‥リング状ピストン、７４‥‥シールリング（内周側）、７５‥‥シールリング（外周側）、７９‥‥貫通孔、８０‥‥中心孔、８１‥‥ボス、８２‥‥加工液ノズル、８５‥‥位置決め部、８６‥‥呼込み部

Claims (6)

1. ツールを主軸に取付け固定するチャック装置において、
   前記主軸側に設けられており、ボールを押圧するテーパピンと、
   前記ツール側に設けられており、前記ボールと係合する傾斜溝と、
   前記ボールが前記傾斜溝に係合するように前記テーパピンを付勢するばねと、
   サポートリングと、を具備し、
   前記サポートリングによって前記テーパピンが円周方向に沿って所定のピッチで支持され、隣接して配されている前記テーパピン間に前記テーパピンを付勢するばねが円周方向に沿って配列され、
   前記回転防止ピンが前記テーパピンを付勢するばねによって前記被係合部に係合する方向に付勢されることを特徴とするチャック装置。
2. 前記主軸側に設けられており、前記主軸に取付けられた前記ツールの被係合部に係合する回転防止ピンを具備することを特徴とする請求項１に記載のチャック装置。
3. 前記主軸側に流体圧によって作動されるリング状シリンダを設け、該リング状シリンダのリング状ピストンによって前記テーパピンをチャックを解除する方向に押圧するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のチャック装置。
4. 前記リング状シリンダのリング状ピストンは前記主軸の回転時に非押圧位置へ移動することを特徴とする請求項３に記載のチャック装置。
5. 前記ツールが主軸によって回転される工具であることを特徴とする請求項１に記載のチャック装置。
6. 前記ツールが研削用の円盤状砥石であることを特徴とする請求項１に記載のチャック装置。

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