JP4344442B2 - チャック装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械，スピニング装置等加工機械に設けられて、被加工物や加工工具を保持するチャック装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のチャック装置は、例えば、被加工物を保持させるために旋盤，円筒研削盤等の主軸に取り付けられ、あるいは、加工工具を保持させるためにフライス盤，ボール盤等の主軸に取り付けられる。この種のチャック装置には種々のものがあるが、代表的なものは、チャック本体と、そのチャック本体に半径方向に移動可能に設けられた３個の保持爪とを備えた三つ爪チャックと、概して筒状をなし、軸方向に延びる複数の割り溝を備えたコレットと、そのコレットに形成された外周テーパ面と内周テーパ面との一方に対応するテーパ面を備えたチャック本体とを含むコレットチャックとである。
【０００３】
これらチャック装置は、被加工物，加工工具等の対象物を保持する保持状態と、対象物を解放する解放状態とに切り換える状態切換装置を含むものとされ、この状態切換装置に手動操作されるものと、動力により作動させられるものとがある。チャック装置が回転しないものである場合には、状態切換装置が多少大形であっても差し支えない場合が多いのであるが、主軸に取り付けられ、主軸と共に回転させられるものである場合には、小形化の要求が強い。特に、動力により作動させられる状態切換装置は大形になり易く、種々の不都合が生じる。例えば、主軸と共に回転するチャック装置が大形になれば、回転部の慣性モーメントが大きくなって、主軸の回転開始，回転停止を迅速に行うことができず、加工能率向上の妨げになる。また、加工機械において大形のチャック装置を配設するためのスペースを確保することが困難になる。この問題は、加工機械全体が比較的小形である場合や、１台の加工機械に複数本の主軸が設けられ、それぞれにチャック装置が設けられる場合に特に深刻となる。
【０００４】
また、状態切換装置が動力により作動するものである場合、従来は動力源として油圧シリンダが一般的に使用されていたが、油圧シリンダは作動をきめ細かに制御すること、特に作動ストロークを精度よく制御することが困難であるという問題や、加工機械に油圧を発生させる油圧スタンドを設けることが必要となり、加工機械が大形化し、コストが増大する等の問題が生じる。さらに、油圧スタンドは、加工機械の作動中は継続して作動させられるのが普通であり、そのためにエネルギ効率が低くなるという問題もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果】
本発明は、以上の事情を背景とし、上記従来技術の不都合ないし問題の少なくとも１つを解消ないし軽減することを課題としてなされたものであり、本発明によって、(a)チャック本体と、そのチャック本体に互いに接近離間可能に保持され、互いに共同して対象物を保持する複数の保持部とを備えたチャックと、(b)前記チャック本体の軸方向に移動可能な軸方向移動部材と、(c)その軸方向移動部材の軸方向の運動を前記複数の保持部の前記互いに接近離間する運動に変換する第１運動変換機構と、(d)前記軸方向移動部材の軸線のまわりに回転可能に設けられた回転部材と、(e)その回転部材を回転駆動する電動モータと、(f)前記回転部材の回転運動を前記軸方向移動部材の軸方向の運動に変換する第２運動変換機構と、(g)前記回転部材を軸方向に付勢することにより、前記第２運動変換機構を介して前記軸方向移動部材を、当該チャック装置を前記対象物を保持する状態とする向きに付勢するとともに、前記回転部材と前記軸方向移動部材との前記軸方向の相対移動に伴って付勢力が変化する弾性部材とを含むことを特徴とするチャック装置が得られる。
本発明によって、さらに、下記各態様のチャック装置および加工機械も得られる。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴およびそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、一つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではない。一部の事項のみを選択して採用することも可能なのである。
なお、下記発明の中には補正によって特許請求の範囲に記載の発明ではなくなったものもあるが、本発明を理解する上で有用な記載を含んでいるため、そのまま残すこととする。
【０００６】
（１）動力作動装置により、対象物を保持する保持状態と対象物を解放する解放状態とに切り換えられるチャック装置において、
前記動力作動装置の駆動源を電動モータとしたことを特徴とするチャック装置。
このように、チャック装置を保持状態と解放状態とに切り換えるための動力作動装置を、電動モータを駆動源とするものとすれば、油圧シリンダを駆動源とする場合の前記不都合ないし問題点を解消することができる。
（２）前記電動モータがサーボモータである (1)項に記載のチャック装置。
電動モータとしてサーボモータを使用すれば、回転角度，回転トルク，回転速度等を精度よく制御することができるため、チャック装置の作動量や作動力をきめ細かに制御することが可能となる。
（３）当該チャック装置の半径方向に移動することにより前記保持状態と前記解放状態とになる保持部材と、
当該チャック装置の軸方向に移動可能な軸方向移動部材と、
その軸方向移動部材の軸方向の運動を前記保持部材の半径方向の運動に変換する第１運動変換機構と
を含み、前記電動モータが前記軸方向移動部材に軸方向の運動を生じさせる (1)項または (2)項に記載のチャック装置。
（４）前記軸方向移動部材が、張力の伝達により当該チャック装置を前記保持状態とするドローバを含む (3)項に記載のチャック装置。
チャック装置を、ドローバを備えたものとすれば、例えば、チャックを主軸等回転軸の先端に取り付け、回転軸の後端側に動力作動装置の駆動源を設けることが可能となり、動力作動装置全体あるいはそれの駆動源の配設が容易となる。チャックの周辺には、加工工具や被加工物を保持して移動する工具台，ワークテーブル等が配設されるため、動力作動装置をチャック近傍に配設することが困難な場合が多いのであるが、本態様によればその問題が解消されるのである。
（５）前記軸方向移動部材の軸線のまわりに回転可能にかつ軸方向の移動を規制された状態で設けられた第１回転部材と、
その第１回転部材の回転運動を前記軸方向移動部材の軸方向の運動に変換する第２運動変換機構と
を含み、前記第１回転部材が前記電動モータにより回転駆動される (3)項または (4)項に記載のチャック装置。
本態様によれば、第１回転部材を回転させることにより軸方向移動部材を軸方向に移動させることができ、回転形の電動モータを動力作動装置の駆動源として採用することが容易となる。
（６）前記第２運動変換機構が、前記軸方向移動部材と一体的に設けられた第１ねじ部材と、その第１ねじ部材と螺合された第２ねじ部材とを含み、第２ねじ部部材が前記第１回転部材と一体的に構成された (5)項に記載のチャック装置。
第２運動変換機構を、互いに螺合された第１，第２ねじ部材を含むものとすれば、構成の簡単化を図ることが容易となる。
（７）前記電動モータと前記第１回転部材との間に、常には断状態に保たれ、前記保持状態と解放状態との切り換え時に接状態とされるクラッチを含む (5)項または (6)項に記載のチャック装置。
チャックが回転軸と共に回転させられるものである場合でも、通常はクラッチを断状態としておけば、動力作動装置の、少なくとも電動モータをチャックから切り離すことができ、電動モータを回転軸と共に回転させる必要がない。このことによって、電動モータの配設位置の自由度が増し、あるいは、回転軸と共に回転する回転部の慣性モーメントが小さくなる効果が得られる。なお、本項の特徴は動力作動装置の駆動源が油圧揺動モータである場合にも有効である。
（８）前記第１回転部材が、弾性部材の弾性力により前記軸方向移動部材を当該チャック装置を前記保持状態とする向きに付勢された (5)項ないし (7)項のいずれか１つに記載のチャック装置。
弾性部材の弾性力を第１回転部材に加えれば、その弾性力が第１回転部材および第２運動変換機構を介して軸方向移動部材に伝達され、チャック装置が安定して保持状態に保たれる。この効果は、電動モータと第１回転部材との間にクラッチが設けられ、回転軸の回転中はクラッチが断状態にされる場合に特に有効である。
（９）当該チャック装置がチャック本体を含み、前記保持部材がそのチャック本体に半径方向に移動可能に設けられた３個の保持爪であり、前記第１運動変換機構が、前記軸方向移動部材の軸方向の運動を前記３個の保持爪のチャック本体の軸線を対称軸とする軸対称運動に変換する機構である (3)項ないし (8)項のいずれか１つに記載のチャック装置。
保持爪は、対象物の外周面に接触して対象物を保持するものでも、対象物の内周面に接触して保持するものでもよい。
（１０）前記保持部材が、概して筒状をなし、軸方向に延びる複数の割り溝を備えたコレットであり、前記第１運動変換機構が、そのコレットに形成された外周テーパ面と内周テーパ面との一方と、その一方に対応するテーパ面を備えたチャック本体とを含む (3)項ないし (8)項のいずれか１つに記載のチャック装置。
コレットは内周面で対象物に接触して対象物を保持するものでも、外周面で対象物を保持するものでもよい。
（１１）当該チャック装置がチャック本体を含み、そのチャック本体が回転軸の先端部に固定的に設けられて回転軸と共に回転する (1)項ないし(10)項のいずれか１つに記載のチャック装置。
（１２）前記電動モータが、前記回転軸を回転可能に支持しているフレームに取り付けられた(11)項に記載のチャック装置。
（１３）前記回転軸を回転駆動する主駆動装置を含む(11)項または(12)項に記載のチャック装置。
（１４）前記主駆動装置が電動モータを含み、その電動モータが
前記フレームに固定されたステータと、
そのステータの内側に同軸に配置され、前記回転軸に固定されて回転軸と共に回転するロータと
を含む(13)項に記載のチャック装置。
このようにすれば、ロータの回転が直接回転軸に伝達され、回転軸と共に回転する回転部の慣性モーメントが小さくて済む。
（１５）前記クラッチが、
前記第１回転部材と固定的に設けられた第１クラッチ部材と、
前記回転軸と同軸にかつその回転軸と相対回転可能かつ軸方向に相対移動可能に設けられ、軸方向の移動により前記第１クラッチ部材と係合，離脱する第２クラッチ部材と
を含む (7)項に記載のチャック装置。
本項のチャック装置に、 (8)項ないし(14)項のいずれかの特徴を適用することができる。
（１６）フレームと、
そのフレームに回転可能に支持された回転軸と、
その回転軸の先端部に固定的に設けられたチャック本体と、
前記フレームに回転可能に支持され、前記第２クラッチ部材と相対回転不能かつ軸方向に相対移動可能に係合させられた第２回転部材と、
その第２回転部材に前記電動モータの回転を伝達する回転伝達部材と
を含む(15)項に記載のチャック装置。
例えば、第２回転部材をプーリとし、回転伝達部材をそのプーリに巻き掛けられたベルト，チェーン等の巻掛伝導部材としてもよく、第２回転部材を歯車とし、回転伝達部材をその歯車とかみ合う別の歯車としてもよい。
（１７）フレームと、
そのフレームに回転可能に支持された回転軸と、
その回転軸に固定されたロータと、
そのロータの外側に同軸に配設され、前記フレームに回転不能に支持されたステータと、
前記回転軸の先端部に設けられ、対象物を保持，解放するチャック装置と
を含む加工機械。
対象物は被加工物でも加工工具でもよい。対象物が被加工物である場合には、回転不能に設けられて加工工具を保持する工具保持装置が設けられ、対象物が加工工具である場合には、回転不能に設けられて被加工物を保持する被加工物保持装置が設けられる。本項の加工機械には、 (1)項ないし(16)項のいずれかの特徴を採用することができる。
（１８）動力駆動源を備え、前記チャック装置を、対象物を保持する保持状態と対象物を解放する解放状態とに切り換える状態切換装置を含み、かつ、前記動力駆動源が前記回転軸から分離されて、回転不能に設けられた(17)項に記載の加工機械。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態であるチャック装置を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に本実施形態におけるチャック装置を備える加工機械の一種である旋盤の要部を示す。チャック装置は、旋盤のフレームに回転可能に支持される回転軸としての主軸１０に同軸にかつ着脱可能に取り付けられたチャック本体１４と、チャック本体１４に等角度間隔に、かつ、半径方向に移動可能に設けられた保持部材としての３個の保持爪１６（図１にはそのうちの１つのみ図示）とを備えるチャック１８と、保持爪１６を対象物としての被加工物を保持する状態と、解放する状態とに切り換える動力作動装置２０とを備えている。本実施形態におけるチャック１８は三つ爪チャックなのである。動力作動装置２０は、駆動源としてのサーボモータ２２を含むものである。保持爪１４は、軸方向移動部材としてのドローバ２４に第１運動変換機構としての運動変換機構２６を介して連結されており、ドローバ２４の軸方向の直線運動が、運動変換機構２６によりチャック本体１２の軸線を対象軸とする軸対称運動に変換され、３つの保持爪１４が半径方向に互いに接近，離間する方向に移動させられることにより、被加工物をその外周面に接触して保持する状態と、解放する状態とに切り換えられる。ドローバ２４の軸方向の運動は、上記サーボモータ２２により生じさせられる。本実施形態における動力作動装置２０は、動力駆動源としてのサーボモータ２２を備える状態切換装置でもある。動力作動装置２０の詳しい構成については、後に説明する。
【０００８】
チャック１８は被加工物を保持した状態で主軸１０とともに回転させられる。主軸１０は、複数の部材が組み付けられることにより一体の主軸１０を構成し、チャック本体１４が取り付けられる先端部２８より後端部２９が大径となる中空円筒状をなしている。主軸１０は、旋盤のフレーム３０において概して中空円筒状をなす部分の内部に複数の軸受３２を介して回転可能に支持される。フレーム３０は、複数の部材が組み付けられることにより一体のフレーム３０として機能する。
【０００９】
主軸１０は、主駆動装置を構成する電動モータ３６により回転駆動される。本実施形態における電動モータ３６は、同期形電動モータであり、フレーム３０に固定のステータ４０と、主軸１０の後端部２９の外周面に、ステータ４０の内側に同軸に近接する状態で固定されたロータ４４とを備えている。ロータ４４は永久磁石である。電動モータ３６の起動によりロータ４４と共に主軸１０が回転させられる。電動モータ３６の回転量は、主軸１０の後端側に設けられたエンコーダ４８によって検出されるようになっている。
【００１０】
ステータ４０の外周側には、冷却装置６０が設けられている。本実施形態における冷却装置６０は、液冷式であり、中空円筒状のジャケット６２を備えるものである。ジャケット６２には、その内周面に開口する螺旋状の液通路６６と、ジャケット６２の外周面に開口し、上記液通路６６に連通する開口６８，７０とが形成されている。ジャケット６２がステータ４０の外周面に液密に嵌合されるとともに、フレーム３０に固定されている。供給口として機能する一方の開口６８（７０）から冷却液が供給され、液通路６６を通過して排出口として機能する他方の開口７０（６８）から排出されることにより、電動モータ３６の駆動により発生した熱が除去される。
【００１１】
主軸１０内部には、前記ドローバ２４が同軸にかつ軸方向に移動可能に嵌合されている。主軸１０の後端部２９の内周側にボルト等適宜の固定手段により固定された回転防止部材としてのキー８０が半径方向内向きに突出し、ドローバ２４の後端部８２の外周面に形成されたキー溝８４に係合することにより、ドローバ２４の主軸１０に対する軸方向の移動が許容されるとともに、回転が防止される。これらキー８０およびキー溝８４が回転防止装置として機能するのである。ドローバ２４は、先端部８６と後端部８２とをそれぞれ構成する２つの部材が組み付けられて一体のドローバ２４として機能し、後端部８２は運動変換機構２６に連結される先端部８６より大径とされている。
【００１２】
ドローバ２４の後端部８２の外周側には、中空円筒状の回転部材９０が設けられている。回転部材９０は、主軸１０の後端部２９の半径方向内向きに突出する保持部９４において、保持部９４に固定的に設けられた軸受メタル９６を介してドローバ２４の軸線まわりに回転可能に、かつ、軸方向の移動を弾性部材の一種である一対の皿ばね１００，１０２により規制された状態で支持されている。これら皿ばね１００，１０２は、互いに軸方向逆向きに弾性力が作用する状態で設けられ、それぞれリテーナ１０４，１０６に保持されている。皿ばね１００，１０２は、保持部９０の前端面１１０と回転部材９０との間と、保持部９４の後端面１１２と回転部材９０との間とに配設され、回転部材９０とリテーナ１０４，１０６との間にはそれぞれ軸受１１４，１１６が配設されている。したがって、回転部材９０の回転は皿ばね１００，１０２および主軸１０には伝達されないようになっている。
【００１３】
ドローバ２４の後端部８２のキー溝８４より後端側には、雄ねじ１２０が一体に設けられ、回転部材９０の内周面に形成された雌ねじ１２２にドローバ２４の雄ねじ１２０が螺合している。ドローバ２４の雄ねじ１２０が第１ねじ部材を、回転部材９０の雌ねじ１２２が第２ねじ部材をそれぞれ構成し、これら第１，第２ねじ部材が回転部材９０の回転運動をドローバ２４の直線運動に変換する第２運動変換機構として機能する。
【００１４】
回転部材９０は、前記サーボモータ２２により回転駆動される。回転部材９０は、後述するクラッチ１３０を介してサーボモータ２２に接続されている。サーボモータ２２は、フレーム３０に取り付けられている。本実施形態におけるサーボモータ２２は、ＡＣサーボモータであり、駆動源の一種である電動モータとしての電動回転モータであって、回転角度および回転速度の精度のよい制御が可能なモータである。サーボモータ２２の回転量は、図示しないエンコーダにより検出される。
【００１５】
クラッチ１３０は、回転部材９０に一体的に設けられた第１クラッチ部材１３４と、軸方向の移動により第１クラッチ部材１３４の係合部に係合，離脱させられる係合部を有する第２クラッチ部材１３８とを備える噛み合いクラッチである。本実施形態においては、第１クラッチ部材１３４は固定手段としてのボルト１４０により回転部材９０の後端面に固定されている。第２クラッチ部材１３８は、中空円筒状をなし、主軸１０に同軸に、かつ、主軸１０に対して回転可能かつ軸方向に移動可能に設けられている。第２クラッチ部材１３８の内径は、ドローバ２４の後端部８２が軸方向に移動可能に嵌合可能な大きさを有している。第２クラッチ部材１３８の外周部には、スプライン部１４２が形成され、第２回転部材としてのプーリ１４４のスプライン穴１４６に回転不能かつ軸方向に移動可能に嵌合されている。プーリ１４４はフレーム３０に軸受１５０を介して回転可能かつ軸方向に移動不能に支持されている。プーリ９０は、回転伝達部材としての無端のベルト１５２によって、サーボモータ２２の出力軸１５６に固定のプーリ１５８に連結されている。
【００１６】
第２クラッチ部材１３８の後端部には、円環状部材１６０が軸受１６２を介して回転可能かつ軸方向に移動不能に取り付けられている。円環状部材１６０の外周面には円環状溝１６４が形成され、レバー１６６の部分円環状をなす一端部から突出させられた一対のピン１６８がこの円環状溝１６４に軸方向に実質的に移動不能に係合させられている。レバー１６６の中心軸は、その軸線方向が主軸１０の軸方向に直交する状態で図示しない支持部材により回転可能に支持されている。レバー１６６の他端部は、エアシリンダ（図示省略）に連結され、エアシリンダの作動によりレバー１６６は軸方向に直交する軸線を中心に回動させられる。このレバー１６６の回動がピン１６８と円環状部材１６０の円環状溝１６４の両側面との係合により円環状部材１６０に伝達され、それに伴って第２クラッチ部材１３８が軸方向に移動させられて第１クラッチ部材１３４に係合，離脱させられることにより、クラッチ１３０が接状態と断状態とに切り換えられる。エアシリンダは、図示しない電磁制御弁により、レバー１６６の他端部に連結されたピストンロッドの伸長，収縮が制御される。これら円環状部材１６０，レバー１６６，ピン１６８およびエアシリンダが第２クラッチ部材１３８を軸方向に移動させる移動装置を構成している。なお、レバー１６６の手動操作により接状態と断状態とに切り換え可能としてもよい。
【００１７】
クラッチ１３０の上記接状態においてサーボモータ２２が起動されれば、サーボモータ２２の駆動がプーリ１５８，ベルト１５２，プーリ１４４，第２クラッチ部材１３８，第１クラッチ部材１３４を介して回転部材９０に伝達され、回転部材９０の回転運動が前記第２運動変換機構によりドローバ２４の直線運動に変換されることにより、ドローバ２４が軸方向に移動させられる。
【００１８】
本実施形態における旋盤は、制御装置１７０により制御される。制御装置１７０は、詳細な図示を省略するが、ＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，入力部，出力部等を備える含むコンピュータと駆動回路とを含むものである。電動モータ３６のエンコーダ４８やサーボモータ２２のエンコーダ等が制御装置１７０の入力部に接続され、また、駆動回路を介してサーボモータ２２，電動モータ３６およびクラッチ１３０用の電磁制御弁等が接続されている。
【００１９】
以上のように構成されたチャック装置を備える旋盤において、被加工物をチャック１８により保持する際には、クラッチ１３０が接状態に切り換えられた後、サーボモータ２２が起動され、第２クラッチ部材１３８の回転が第１クラッチ部材１３４（回転部材９０）に伝達され、ドローバ２４が軸方向に後退させられる。このドローバ２４の軸方向の運動が運動変換機構２６において３個の保持爪１６の半径方向の移動に変換されて、保持爪１６が互いに接近させられ、被加工物の外周面を保持する。
【００２０】
次に、クラッチ１３０が断状態に切り換えられた後、電動モータ３６が起動される。クラッチ１３０の断状態では、第２クラッチ部材１３８およびサーボモータ２２が、第１クラッチ部材１３４、ひいては主軸１０から分離された状態となる。したがって、電動モータ３６が起動されて主軸１０が回転させられても、主軸１０の回転は第２クラッチ部材１３８およびサーボモータ２２には伝達されない。主軸１０の回転により、チャック１８に保持された被加工物が回転させられ、図示を省略する刃物台に取り付けられた加工工具としてのバイトにより切削加工が施される。クラッチ１３０が断状態とされても、皿ばね１０２の弾性力が回転部材９０および第２運動変換機構（雌ねじ１２２および雄ねじ１２０）を介してドローバ２４に伝達されるため、ドローバ２４が後退する方向に付勢され、チャック１８は被加工物を保持し続ける。また、主軸１０の回転開始時あるいは停止時に回転部材９０に慣性モーメントが作用するにもかかわらず、雌ねじ１２２と雄ねじ１２０との間に発生する摩擦力によって回転部材９０がドローバ２４に対して相対回転することが防止され、チャック１８の保持力が変化することもない。
【００２１】
加工が終了して被加工物を解放する際には、再びクラッチ１３０が接状態に切り換えられ、サーボモータ２２の起動により回転部材９０が保持状態とは逆方向に回転させられることにより、ドローバ２４が前進させられる。したがって、保持爪１６が互いに離間させられて被加工物が解放される。
【００２２】
本実施形態によれば、動力作動装置（状態切換装置）の駆動源をサーボモータ２２とすることにより、回転角度，回転速度等の精度のよい制御が可能であるため、チャック装置の作動量や作動力を精度良く制御できる。被加工物の直径の変化に容易に対応でき、また、被加工物を適切な力で保持することができるのである。後者の特徴は、被加工物が中空円筒状で弾性変形し易いものであったり、材料が軟らかいものであったりする場合に特に有効である。また、主軸１０の主駆動装置をフレーム３０内部に配設された電動モータ３６とすることにより、主軸１０の回転開始，回転停止を迅速に行うことができ、加工能率が向上する。さらに、主軸１０の回転中には、クラッチ１３０が断状態とされることにより、サーボモータ２２には主軸１０の回転は伝達されず、主軸１０と共に回転する部分の慣性モーメントが小さくなる。また、サーボモータ２２の配設位置の自由度が増す効果も得られる。主軸１０の回転中にクラッチ１３０が断状態とされても、回転部材９０およびドローバ２４は前述のように皿ばね１０２によりチャック装置が保持状態となる方向（ドローバ２４が後退する方向）に付勢されるため、チャック装置が安定して保持状態に保たれる。さらに、動力源を油圧シリンダとする場合と比較して、チャック装置を小形化でき、また、油圧を必要としないためエネルギー効率が向上する。
【００２３】
本実施形態におけるチャック装置は、弾性部材としての皿ばね１００，１０２を互いに軸方向逆向きに弾性力が作用する状態で設けることにより、前述のようにドローバ２４の後退により前記保持状態にする形態のチャック装置と、ドローバ２４の前進により保持状態となる形態のチャック装置との両方に対応可能なものであり、例えば、図１の実施形態のチャック１８に代えて、図２に示す形態のチャックを取り付けてもよい。なお、図２に示す実施形態において、主軸１０，動力作動装置２０，電動モータ３６等は、図１に示す各実施形態と同じであるため図示は省略し、異なる部分のみについて図示，説明する。
【００２４】
図２に示すように、チャック装置は、チャック本体２０８に、等角度間隔で設けられた保持部材としての３個の保持爪２１０（図２にはそのうちの１つのみ図示）が軸対称に移動可能に保持された三つ爪チャックを含むものである。本実施形態における保持爪２１０は、前記保持爪１６とは逆に、被加工物をその内周面に接触して保持するものとされている。保持爪２１０は、ドローバ２４に運動変換機構２６と同様に構成される運動変換機構（図示省略）を介して連結されており、ドローバ２４の軸方向の直線運動が、運動変換機構によりチャック本体２０８の軸線を対称軸とする軸対称運動に変換され、３つの保持爪２１０が半径方向に互いに離間，接近する方向に移動させられることにより、対象物としての被加工物をその内周面に接触して保持する状態と、解放する状態とに切り換えられる。チャック本体２０８は、主軸１０に着脱可能に取り付けられる。本実施形態におけるチャック装置により被加工物を保持する際には、クラッチ１３０が接状態に切り換えられてサーボモータ２２が起動され、第２クラッチ部材１３８の回転が第１クラッチ部材１３４を介して回転部材９０に伝達されることにより、図２に矢印で示すようにドローバ２４が前進させられ、それによって保持爪２１０が互いに離間させられて被加工物が内周面において保持される。次に、クラッチ１３０が断状態に切り換えられた後、電動モータ３６が起動されることにより、主軸１０とともにチャック本体２０８が回転させられるのである。この時、クラッチ１３０が断状態とされても、前記皿ばね１００の弾性力により回転部材９０、ひいてはドローバ２４が前進する向きに付勢され、また、回転部材９０の回転がドローバ２４との間の摩擦力によって防止されるため、三つ爪チャックは被加工物を安定に保持し続ける。
【００２５】
このように、皿ばね１００，１０２を設けてドローバ２４の後退する方向と前進する方向との両方向に弾性力を付与することにより、ドローバ２４の後退により保持状態となるタイプと、ドローバ２４の前進により保持状態となるタイプとの両方のチャックの使用が可能となる。
弾性部材としての皿ばねは、本実施形態においてはそれぞれ１つのみ設けられていたが、複数個直列に設けてもよい。また、皿ばね以外のばね部材等、弾性部材の使用も可能である。
また、図１に示すチャック装置を、前述の場合とは逆に、ドローバ２４の前進により保持状態となり、後退により解放状態となるものにしてもよいし、また、図２に示すチャック装置を、ドローバ２４の後退により保持状態となり、前進により解放状態となるものとしてもよい。
【００２６】
電動モータ３６の冷却装置を、図３に示すように空冷式の冷却装置３００としてもよい。なお、図１に示す実施形態と同様に構成され、かつ機能する部分については、同じ符号を付して説明を省略する。冷却装置３００は、ステータ４０の外周面に嵌合される中空円筒状部３０１と、その中空円筒状部３０１の外周面から突出する複数の放熱フィン３０２とを一体に備えるものであり、フレーム３０に固定されている。電動モータ３６の駆動により発生した熱がこの表面積の広い放熱フィン３０２から放出される。
【００２７】
チャック装置は、三つ爪チャック以外にも、種々のものを採用可能であり、例えば、チャック本体と保持部材としてのコレットとを備えるコレットチャックにより対象物を保持する構成としてもよい。コレットチャックには、対象物を外側から保持する外側コレットチャックと、内側から保持する内側コレットチャックとがあり、それぞれの一例を図４および図５に示す。なお、図４，図５に示す各実施形態において、主軸１０，動力作動装置２０，電動モータ３６等は、図１または図３に示す実施形態と同じであるため図示，説明は省略し、異なる部分のみについて図示，説明する。
【００２８】
図４に外側コレットチャックの一例を示す。チャック本体４０２は、円筒状をなし、主軸１０に着脱可能に取り付けられる。チャック本体４０２の内側には、コレット４０４が同軸にかつ軸方向に移動可能に嵌合されている。コレット４０４は、容器状をなし、円筒状をなす先端部４０６から底部４０８近傍にいたる割り溝４１０が形成されており、先端部４０６が縮径，拡径可能である。先端部４０６の内周面はストレート面４１４とされる一方、外周面は先端側ほど大径となる外周テーパ面４１６が形成されている。チャック本体４０２の開口側内周面であってコレット４０４の外周テーパ面４１６に対向する部分には、外周テーパ面４１６に対応する内周テーパ面４２０が形成されている。コレット４０４は、底部４０８においてドローバ２４に適宜の固定手段により同軸に固定されている。例えば、ドローバ２４の先端部に雄ねじ部４２２を設け、ナット４２４により締め付けて底部４０８に固定してもよい。
【００２９】
図１に示す実施形態と同様にして、図４に矢印で示すように、ドローバ２４が軸方向に後退させられれば、コレット４０４が後退させられ、外周テーパ面４１６が内周テーパ面４２０に押し付けられる。したがって、コレット４０４が縮径させられ、コレット４０４のストレート面４１４が対象物としての被加工物の外周面に接触して保持する。また、ドローバ２４が前進させられれば、コレット４０４が解放状態とされる。本実施形態においては、外周テーパ面４１６および内周テーパ面４２０が第１運動変換機構を構成しているのである。
【００３０】
図５に内側コレットチャックの一例を示す。チャック本体としてのテーパ部材５０２は、断面形状が円形をなし、後端部５０４において適宜の固定手段によりドローバ２４に同軸に固定される。テーパ部材５０２の外周側には、円筒状をなすコレット５０８が同軸に嵌合されている。テーパ部材５０２は、コレット５０８の内側空間内を軸方向に移動可能に嵌合されている。コレット５０８は、先端部５１０から底部５１２近傍にいたる複数の割り溝５１４が形成されており、先端部５１０が縮径，拡径可能である。先端部５１０の外周面はストレート面５１８とされる一方、内周面は先端側ほど小径となる内周テーパ面５２０とされている。テーパ部材５０２の先端部５２４の内周テーパ面５２０に対向する部分には、内周テーパ面５２０に対応する外周テーパ面５２６が形成されている。コレット５０８は底部５１２側において主軸１０に着脱可能に取り付けられる。
【００３１】
図５に矢印で示すように、ドローバ２４が軸方向に前進させられれば、テーパ部材５０２が前進させられ、外周テーパ面５２６が内周テーパ面５２０に押し付けられる。したがって、コレット５０８が拡径させられ、コレット５０８のストレート面５１８が被加工物の内周面に接触して保持する。また、ドローバ２４が後退させられれば、コレット５０８が解放状態とされる。内周テーパ面５２０および外周テーパ面５２６が第１運動変換機構を構成している。
【００３２】
このように、コレットチャックは、コレットとテーパ部材との一方が他方に対して軸方向に移動させられることにより被加工物を保持，解放する構成であればよく、例えば、図４に示すコレットチャックにおいて、ドローバ２４がテーパ部材たるチャック本体４０２に固定され、チャック本体４０２が軸方向に移動する形態としてもよいし、図５に示すコレットチャックにおいて、コレット５０８が軸方向に移動させられる構成としてもよい。
【００３３】
以上、本発明のいくつかの実施形態を詳細に説明したが、これは例示に過ぎず、本発明は、前記〔発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるチャック装置を備えた旋盤の要部を示す正面断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態であるチャック装置の一部を示す正面図である。
【図３】本発明のさらに別の実施形態である旋盤の要部を示す正面断面図である。
【図４】本発明のさらに別の実施形態であるチャック装置の一部を示す正面断面図である。
【図５】本発明のさらに別の実施形態であるチャック装置の一部を示す正面断面図である。
【符号の説明】
１０：主軸 １４，２０８：チャック本体 １６，２１０：保持爪 ２０：動力作動装置 ２２：サーボモータ ２４：ドローバ ２６：運動変換機構 ３０：フレーム ９０：回転部材 １００，１０２：皿ばね １２０：雄ねじ １２２：雌ねじ １３０：クラッチ １３４：第１クラッチ部材 １３８：第２クラッチ部材 １４４：プーリ １５２：ベルト ４０２：チャック本体 ４０４，５０８：コレット ５０２：テーパ部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械，スピニング装置等加工機械に設けられて、被加工物や加工工具を保持するチャック装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のチャック装置は、例えば、被加工物を保持させるために旋盤，円筒研削盤等の主軸に取り付けられ、あるいは、加工工具を保持させるためにフライス盤，ボール盤等の主軸に取り付けられる。この種のチャック装置には種々のものがあるが、代表的なものは、チャック本体と、そのチャック本体に半径方向に移動可能に設けられた３個の保持爪とを備えた三つ爪チャックと、概して筒状をなし、軸方向に延びる複数の割り溝を備えたコレットと、そのコレットに形成された外周テーパ面と内周テーパ面との一方に対応するテーパ面を備えたチャック本体とを含むコレットチャックとである。
【０００３】
これらチャック装置は、被加工物，加工工具等の対象物を保持する保持状態と、対象物を解放する解放状態とに切り換える状態切換装置を含むものとされ、この状態切換装置に手動操作されるものと、動力により作動させられるものとがある。チャック装置が回転しないものである場合には、状態切換装置が多少大形であっても差し支えない場合が多いのであるが、主軸に取り付けられ、主軸と共に回転させられるものである場合には、小形化の要求が強い。特に、動力により作動させられる状態切換装置は大形になり易く、種々の不都合が生じる。例えば、主軸と共に回転するチャック装置が大形になれば、回転部の慣性モーメントが大きくなって、主軸の回転開始，回転停止を迅速に行うことができず、加工能率向上の妨げになる。また、加工機械において大形のチャック装置を配設するためのスペースを確保することが困難になる。この問題は、加工機械全体が比較的小形である場合や、１台の加工機械に複数本の主軸が設けられ、それぞれにチャック装置が設けられる場合に特に深刻となる。
【０００４】
また、状態切換装置が動力により作動するものである場合、従来は動力源として油圧シリンダが一般的に使用されていたが、油圧シリンダは作動をきめ細かに制御すること、特に作動ストロークを精度よく制御することが困難であるという問題や、加工機械に油圧を発生させる油圧スタンドを設けることが必要となり、加工機械が大形化し、コストが増大する等の問題が生じる。さらに、油圧スタンドは、加工機械の作動中は継続して作動させられるのが普通であり、そのためにエネルギ効率が低くなるという問題もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果】
本発明は、以上の事情を背景とし、上記従来技術の不都合ないし問題の少なくとも１つを解消ないし軽減することを課題としてなされたものであり、本発明によって、(a)チャック本体と、そのチャック本体に互いに接近離間可能に保持され、互いに共同して対象物を保持する複数の保持部とを備えたチャックと、(b)前記チャック本体の軸方向に移動可能な軸方向移動部材と、(c)その軸方向移動部材の軸方向の運動を前記複数の保持部の前記互いに接近離間する運動に変換する第１運動変換機構と、(d)前記軸方向移動部材の軸線のまわりに回転可能に設けられた回転部材と、(e)その回転部材を回転駆動する電動モータと、(f)前記回転部材の回転運動を前記軸方向移動部材の軸方向の運動に変換する第２運動変換機構と、(g)前記回転部材を軸方向に付勢することにより、前記第２運動変換機構を介して前記軸方向移動部材を、当該チャック装置を前記対象物を保持する状態とする向きに付勢するとともに、前記回転部材と前記軸方向移動部材との前記軸方向の相対移動に伴って付勢力が変化する弾性部材とを含むことを特徴とするチャック装置が得られる。
本発明によって、さらに、下記各態様のチャック装置および加工機械も得られる。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴およびそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、一つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではない。一部の事項のみを選択して採用することも可能なのである。
なお、下記発明の中には補正によって特許請求の範囲に記載の発明ではなくなったものもあるが、本発明を理解する上で有用な記載を含んでいるため、そのまま残すこととする。
【０００６】
（１）動力作動装置により、対象物を保持する保持状態と対象物を解放する解放状態とに切り換えられるチャック装置において、
前記動力作動装置の駆動源を電動モータとしたことを特徴とするチャック装置。
このように、チャック装置を保持状態と解放状態とに切り換えるための動力作動装置を、電動モータを駆動源とするものとすれば、油圧シリンダを駆動源とする場合の前記不都合ないし問題点を解消することができる。
（２）前記電動モータがサーボモータである (1)項に記載のチャック装置。
電動モータとしてサーボモータを使用すれば、回転角度，回転トルク，回転速度等を精度よく制御することができるため、チャック装置の作動量や作動力をきめ細かに制御することが可能となる。
（３）当該チャック装置の半径方向に移動することにより前記保持状態と前記解放状態とになる保持部材と、
当該チャック装置の軸方向に移動可能な軸方向移動部材と、
その軸方向移動部材の軸方向の運動を前記保持部材の半径方向の運動に変換する第１運動変換機構と
を含み、前記電動モータが前記軸方向移動部材に軸方向の運動を生じさせる (1)項または (2)項に記載のチャック装置。
（４）前記軸方向移動部材が、張力の伝達により当該チャック装置を前記保持状態とするドローバを含む (3)項に記載のチャック装置。
チャック装置を、ドローバを備えたものとすれば、例えば、チャックを主軸等回転軸の先端に取り付け、回転軸の後端側に動力作動装置の駆動源を設けることが可能となり、動力作動装置全体あるいはそれの駆動源の配設が容易となる。チャックの周辺には、加工工具や被加工物を保持して移動する工具台，ワークテーブル等が配設されるため、動力作動装置をチャック近傍に配設することが困難な場合が多いのであるが、本態様によればその問題が解消されるのである。
（５）前記軸方向移動部材の軸線のまわりに回転可能にかつ軸方向の移動を規制された状態で設けられた第１回転部材と、
その第１回転部材の回転運動を前記軸方向移動部材の軸方向の運動に変換する第２運動変換機構と
を含み、前記第１回転部材が前記電動モータにより回転駆動される (3)項または (4)項に記載のチャック装置。
本態様によれば、第１回転部材を回転させることにより軸方向移動部材を軸方向に移動させることができ、回転形の電動モータを動力作動装置の駆動源として採用することが容易となる。
（６）前記第２運動変換機構が、前記軸方向移動部材と一体的に設けられた第１ねじ部材と、その第１ねじ部材と螺合された第２ねじ部材とを含み、第２ねじ部部材が前記第１回転部材と一体的に構成された (5)項に記載のチャック装置。
第２運動変換機構を、互いに螺合された第１，第２ねじ部材を含むものとすれば、構成の簡単化を図ることが容易となる。
（７）前記電動モータと前記第１回転部材との間に、常には断状態に保たれ、前記保持状態と解放状態との切り換え時に接状態とされるクラッチを含む (5)項または (6)項に記載のチャック装置。
チャックが回転軸と共に回転させられるものである場合でも、通常はクラッチを断状態としておけば、動力作動装置の、少なくとも電動モータをチャックから切り離すことができ、電動モータを回転軸と共に回転させる必要がない。このことによって、電動モータの配設位置の自由度が増し、あるいは、回転軸と共に回転する回転部の慣性モーメントが小さくなる効果が得られる。なお、本項の特徴は動力作動装置の駆動源が油圧揺動モータである場合にも有効である。
（８）前記第１回転部材が、弾性部材の弾性力により前記軸方向移動部材を当該チャック装置を前記保持状態とする向きに付勢された (5)項ないし (7)項のいずれか１つに記載のチャック装置。
弾性部材の弾性力を第１回転部材に加えれば、その弾性力が第１回転部材および第２運動変換機構を介して軸方向移動部材に伝達され、チャック装置が安定して保持状態に保たれる。この効果は、電動モータと第１回転部材との間にクラッチが設けられ、回転軸の回転中はクラッチが断状態にされる場合に特に有効である。
（９）当該チャック装置がチャック本体を含み、前記保持部材がそのチャック本体に半径方向に移動可能に設けられた３個の保持爪であり、前記第１運動変換機構が、前記軸方向移動部材の軸方向の運動を前記３個の保持爪のチャック本体の軸線を対称軸とする軸対称運動に変換する機構である (3)項ないし (8)項のいずれか１つに記載のチャック装置。
保持爪は、対象物の外周面に接触して対象物を保持するものでも、対象物の内周面に接触して保持するものでもよい。
（１０）前記保持部材が、概して筒状をなし、軸方向に延びる複数の割り溝を備えたコレットであり、前記第１運動変換機構が、そのコレットに形成された外周テーパ面と内周テーパ面との一方と、その一方に対応するテーパ面を備えたチャック本体とを含む (3)項ないし (8)項のいずれか１つに記載のチャック装置。
コレットは内周面で対象物に接触して対象物を保持するものでも、外周面で対象物を保持するものでもよい。
（１１）当該チャック装置がチャック本体を含み、そのチャック本体が回転軸の先端部に固定的に設けられて回転軸と共に回転する (1)項ないし(10)項のいずれか１つに記載のチャック装置。
（１２）前記電動モータが、前記回転軸を回転可能に支持しているフレームに取り付けられた(11)項に記載のチャック装置。
（１３）前記回転軸を回転駆動する主駆動装置を含む(11)項または(12)項に記載のチャック装置。
（１４）前記主駆動装置が電動モータを含み、その電動モータが
前記フレームに固定されたステータと、
そのステータの内側に同軸に配置され、前記回転軸に固定されて回転軸と共に回転するロータと
を含む(13)項に記載のチャック装置。
このようにすれば、ロータの回転が直接回転軸に伝達され、回転軸と共に回転する回転部の慣性モーメントが小さくて済む。
（１５）前記クラッチが、
前記第１回転部材と固定的に設けられた第１クラッチ部材と、
前記回転軸と同軸にかつその回転軸と相対回転可能かつ軸方向に相対移動可能に設けられ、軸方向の移動により前記第１クラッチ部材と係合，離脱する第２クラッチ部材と
を含む (7)項に記載のチャック装置。
本項のチャック装置に、 (8)項ないし(14)項のいずれかの特徴を適用することができる。
（１６）フレームと、
そのフレームに回転可能に支持された回転軸と、
その回転軸の先端部に固定的に設けられたチャック本体と、
前記フレームに回転可能に支持され、前記第２クラッチ部材と相対回転不能かつ軸方向に相対移動可能に係合させられた第２回転部材と、
その第２回転部材に前記電動モータの回転を伝達する回転伝達部材と
を含む(15)項に記載のチャック装置。
例えば、第２回転部材をプーリとし、回転伝達部材をそのプーリに巻き掛けられたベルト，チェーン等の巻掛伝導部材としてもよく、第２回転部材を歯車とし、回転伝達部材をその歯車とかみ合う別の歯車としてもよい。
（１７）フレームと、
そのフレームに回転可能に支持された回転軸と、
その回転軸に固定されたロータと、
そのロータの外側に同軸に配設され、前記フレームに回転不能に支持されたステータと、
前記回転軸の先端部に設けられ、対象物を保持，解放するチャック装置と
を含む加工機械。
対象物は被加工物でも加工工具でもよい。対象物が被加工物である場合には、回転不能に設けられて加工工具を保持する工具保持装置が設けられ、対象物が加工工具である場合には、回転不能に設けられて被加工物を保持する被加工物保持装置が設けられる。本項の加工機械には、 (1)項ないし(16)項のいずれかの特徴を採用することができる。
（１８）動力駆動源を備え、前記チャック装置を、対象物を保持する保持状態と対象物を解放する解放状態とに切り換える状態切換装置を含み、かつ、前記動力駆動源が前記回転軸から分離されて、回転不能に設けられた(17)項に記載の加工機械。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態であるチャック装置を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に本実施形態におけるチャック装置を備える加工機械の一種である旋盤の要部を示す。チャック装置は、旋盤のフレームに回転可能に支持される回転軸としての主軸１０に同軸にかつ着脱可能に取り付けられたチャック本体１４と、チャック本体１４に等角度間隔に、かつ、半径方向に移動可能に設けられた保持部材としての３個の保持爪１６（図１にはそのうちの１つのみ図示）とを備えるチャック１８と、保持爪１６を対象物としての被加工物を保持する状態と、解放する状態とに切り換える動力作動装置２０とを備えている。本実施形態におけるチャック１８は三つ爪チャックなのである。動力作動装置２０は、駆動源としてのサーボモータ２２を含むものである。保持爪１４は、軸方向移動部材としてのドローバ２４に第１運動変換機構としての運動変換機構２６を介して連結されており、ドローバ２４の軸方向の直線運動が、運動変換機構２６によりチャック本体１２の軸線を対象軸とする軸対称運動に変換され、３つの保持爪１４が半径方向に互いに接近，離間する方向に移動させられることにより、被加工物をその外周面に接触して保持する状態と、解放する状態とに切り換えられる。ドローバ２４の軸方向の運動は、上記サーボモータ２２により生じさせられる。本実施形態における動力作動装置２０は、動力駆動源としてのサーボモータ２２を備える状態切換装置でもある。動力作動装置２０の詳しい構成については、後に説明する。
【０００８】
チャック１８は被加工物を保持した状態で主軸１０とともに回転させられる。主軸１０は、複数の部材が組み付けられることにより一体の主軸１０を構成し、チャック本体１４が取り付けられる先端部２８より後端部２９が大径となる中空円筒状をなしている。主軸１０は、旋盤のフレーム３０において概して中空円筒状をなす部分の内部に複数の軸受３２を介して回転可能に支持される。フレーム３０は、複数の部材が組み付けられることにより一体のフレーム３０として機能する。
【０００９】
主軸１０は、主駆動装置を構成する電動モータ３６により回転駆動される。本実施形態における電動モータ３６は、同期形電動モータであり、フレーム３０に固定のステータ４０と、主軸１０の後端部２９の外周面に、ステータ４０の内側に同軸に近接する状態で固定されたロータ４４とを備えている。ロータ４４は永久磁石である。電動モータ３６の起動によりロータ４４と共に主軸１０が回転させられる。電動モータ３６の回転量は、主軸１０の後端側に設けられたエンコーダ４８によって検出されるようになっている。
【００１０】
ステータ４０の外周側には、冷却装置６０が設けられている。本実施形態における冷却装置６０は、液冷式であり、中空円筒状のジャケット６２を備えるものである。ジャケット６２には、その内周面に開口する螺旋状の液通路６６と、ジャケット６２の外周面に開口し、上記液通路６６に連通する開口６８，７０とが形成されている。ジャケット６２がステータ４０の外周面に液密に嵌合されるとともに、フレーム３０に固定されている。供給口として機能する一方の開口６８（７０）から冷却液が供給され、液通路６６を通過して排出口として機能する他方の開口７０（６８）から排出されることにより、電動モータ３６の駆動により発生した熱が除去される。
【００１１】
主軸１０内部には、前記ドローバ２４が同軸にかつ軸方向に移動可能に嵌合されている。主軸１０の後端部２９の内周側にボルト等適宜の固定手段により固定された回転防止部材としてのキー８０が半径方向内向きに突出し、ドローバ２４の後端部８２の外周面に形成されたキー溝８４に係合することにより、ドローバ２４の主軸１０に対する軸方向の移動が許容されるとともに、回転が防止される。これらキー８０およびキー溝８４が回転防止装置として機能するのである。ドローバ２４は、先端部８６と後端部８２とをそれぞれ構成する２つの部材が組み付けられて一体のドローバ２４として機能し、後端部８２は運動変換機構２６に連結される先端部８６より大径とされている。
【００１２】
ドローバ２４の後端部８２の外周側には、中空円筒状の回転部材９０が設けられている。回転部材９０は、主軸１０の後端部２９の半径方向内向きに突出する保持部９４において、保持部９４に固定的に設けられた軸受メタル９６を介してドローバ２４の軸線まわりに回転可能に、かつ、軸方向の移動を弾性部材の一種である一対の皿ばね１００，１０２により規制された状態で支持されている。これら皿ばね１００，１０２は、互いに軸方向逆向きに弾性力が作用する状態で設けられ、それぞれリテーナ１０４，１０６に保持されている。皿ばね１００，１０２は、保持部９０の前端面１１０と回転部材９０との間と、保持部９４の後端面１１２と回転部材９０との間とに配設され、回転部材９０とリテーナ１０４，１０６との間にはそれぞれ軸受１１４，１１６が配設されている。したがって、回転部材９０の回転は皿ばね１００，１０２および主軸１０には伝達されないようになっている。
【００１３】
ドローバ２４の後端部８２のキー溝８４より後端側には、雄ねじ１２０が一体に設けられ、回転部材９０の内周面に形成された雌ねじ１２２にドローバ２４の雄ねじ１２０が螺合している。ドローバ２４の雄ねじ１２０が第１ねじ部材を、回転部材９０の雌ねじ１２２が第２ねじ部材をそれぞれ構成し、これら第１，第２ねじ部材が回転部材９０の回転運動をドローバ２４の直線運動に変換する第２運動変換機構として機能する。
【００１４】
回転部材９０は、前記サーボモータ２２により回転駆動される。回転部材９０は、後述するクラッチ１３０を介してサーボモータ２２に接続されている。サーボモータ２２は、フレーム３０に取り付けられている。本実施形態におけるサーボモータ２２は、ＡＣサーボモータであり、駆動源の一種である電動モータとしての電動回転モータであって、回転角度および回転速度の精度のよい制御が可能なモータである。サーボモータ２２の回転量は、図示しないエンコーダにより検出される。
【００１５】
クラッチ１３０は、回転部材９０に一体的に設けられた第１クラッチ部材１３４と、軸方向の移動により第１クラッチ部材１３４の係合部に係合，離脱させられる係合部を有する第２クラッチ部材１３８とを備える噛み合いクラッチである。本実施形態においては、第１クラッチ部材１３４は固定手段としてのボルト１４０により回転部材９０の後端面に固定されている。第２クラッチ部材１３８は、中空円筒状をなし、主軸１０に同軸に、かつ、主軸１０に対して回転可能かつ軸方向に移動可能に設けられている。第２クラッチ部材１３８の内径は、ドローバ２４の後端部８２が軸方向に移動可能に嵌合可能な大きさを有している。第２クラッチ部材１３８の外周部には、スプライン部１４２が形成され、第２回転部材としてのプーリ１４４のスプライン穴１４６に回転不能かつ軸方向に移動可能に嵌合されている。プーリ１４４はフレーム３０に軸受１５０を介して回転可能かつ軸方向に移動不能に支持されている。プーリ９０は、回転伝達部材としての無端のベルト１５２によって、サーボモータ２２の出力軸１５６に固定のプーリ１５８に連結されている。
【００１６】
第２クラッチ部材１３８の後端部には、円環状部材１６０が軸受１６２を介して回転可能かつ軸方向に移動不能に取り付けられている。円環状部材１６０の外周面には円環状溝１６４が形成され、レバー１６６の部分円環状をなす一端部から突出させられた一対のピン１６８がこの円環状溝１６４に軸方向に実質的に移動不能に係合させられている。レバー１６６の中心軸は、その軸線方向が主軸１０の軸方向に直交する状態で図示しない支持部材により回転可能に支持されている。レバー１６６の他端部は、エアシリンダ（図示省略）に連結され、エアシリンダの作動によりレバー１６６は軸方向に直交する軸線を中心に回動させられる。このレバー１６６の回動がピン１６８と円環状部材１６０の円環状溝１６４の両側面との係合により円環状部材１６０に伝達され、それに伴って第２クラッチ部材１３８が軸方向に移動させられて第１クラッチ部材１３４に係合，離脱させられることにより、クラッチ１３０が接状態と断状態とに切り換えられる。エアシリンダは、図示しない電磁制御弁により、レバー１６６の他端部に連結されたピストンロッドの伸長，収縮が制御される。これら円環状部材１６０，レバー１６６，ピン１６８およびエアシリンダが第２クラッチ部材１３８を軸方向に移動させる移動装置を構成している。なお、レバー１６６の手動操作により接状態と断状態とに切り換え可能としてもよい。
【００１７】
クラッチ１３０の上記接状態においてサーボモータ２２が起動されれば、サーボモータ２２の駆動がプーリ１５８，ベルト１５２，プーリ１４４，第２クラッチ部材１３８，第１クラッチ部材１３４を介して回転部材９０に伝達され、回転部材９０の回転運動が前記第２運動変換機構によりドローバ２４の直線運動に変換されることにより、ドローバ２４が軸方向に移動させられる。
【００１８】
本実施形態における旋盤は、制御装置１７０により制御される。制御装置１７０は、詳細な図示を省略するが、ＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，入力部，出力部等を備える含むコンピュータと駆動回路とを含むものである。電動モータ３６のエンコーダ４８やサーボモータ２２のエンコーダ等が制御装置１７０の入力部に接続され、また、駆動回路を介してサーボモータ２２，電動モータ３６およびクラッチ１３０用の電磁制御弁等が接続されている。
【００１９】
以上のように構成されたチャック装置を備える旋盤において、被加工物をチャック１８により保持する際には、クラッチ１３０が接状態に切り換えられた後、サーボモータ２２が起動され、第２クラッチ部材１３８の回転が第１クラッチ部材１３４（回転部材９０）に伝達され、ドローバ２４が軸方向に後退させられる。このドローバ２４の軸方向の運動が運動変換機構２６において３個の保持爪１６の半径方向の移動に変換されて、保持爪１６が互いに接近させられ、被加工物の外周面を保持する。
【００２０】
次に、クラッチ１３０が断状態に切り換えられた後、電動モータ３６が起動される。クラッチ１３０の断状態では、第２クラッチ部材１３８およびサーボモータ２２が、第１クラッチ部材１３４、ひいては主軸１０から分離された状態となる。したがって、電動モータ３６が起動されて主軸１０が回転させられても、主軸１０の回転は第２クラッチ部材１３８およびサーボモータ２２には伝達されない。主軸１０の回転により、チャック１８に保持された被加工物が回転させられ、図示を省略する刃物台に取り付けられた加工工具としてのバイトにより切削加工が施される。クラッチ１３０が断状態とされても、皿ばね１０２の弾性力が回転部材９０および第２運動変換機構（雌ねじ１２２および雄ねじ１２０）を介してドローバ２４に伝達されるため、ドローバ２４が後退する方向に付勢され、チャック１８は被加工物を保持し続ける。また、主軸１０の回転開始時あるいは停止時に回転部材９０に慣性モーメントが作用するにもかかわらず、雌ねじ１２２と雄ねじ１２０との間に発生する摩擦力によって回転部材９０がドローバ２４に対して相対回転することが防止され、チャック１８の保持力が変化することもない。
【００２１】
加工が終了して被加工物を解放する際には、再びクラッチ１３０が接状態に切り換えられ、サーボモータ２２の起動により回転部材９０が保持状態とは逆方向に回転させられることにより、ドローバ２４が前進させられる。したがって、保持爪１６が互いに離間させられて被加工物が解放される。
【００２２】
本実施形態によれば、動力作動装置（状態切換装置）の駆動源をサーボモータ２２とすることにより、回転角度，回転速度等の精度のよい制御が可能であるため、チャック装置の作動量や作動力を精度良く制御できる。被加工物の直径の変化に容易に対応でき、また、被加工物を適切な力で保持することができるのである。後者の特徴は、被加工物が中空円筒状で弾性変形し易いものであったり、材料が軟らかいものであったりする場合に特に有効である。また、主軸１０の主駆動装置をフレーム３０内部に配設された電動モータ３６とすることにより、主軸１０の回転開始，回転停止を迅速に行うことができ、加工能率が向上する。さらに、主軸１０の回転中には、クラッチ１３０が断状態とされることにより、サーボモータ２２には主軸１０の回転は伝達されず、主軸１０と共に回転する部分の慣性モーメントが小さくなる。また、サーボモータ２２の配設位置の自由度が増す効果も得られる。主軸１０の回転中にクラッチ１３０が断状態とされても、回転部材９０およびドローバ２４は前述のように皿ばね１０２によりチャック装置が保持状態となる方向（ドローバ２４が後退する方向）に付勢されるため、チャック装置が安定して保持状態に保たれる。さらに、動力源を油圧シリンダとする場合と比較して、チャック装置を小形化でき、また、油圧を必要としないためエネルギー効率が向上する。
【００２３】
本実施形態におけるチャック装置は、弾性部材としての皿ばね１００，１０２を互いに軸方向逆向きに弾性力が作用する状態で設けることにより、前述のようにドローバ２４の後退により前記保持状態にする形態のチャック装置と、ドローバ２４の前進により保持状態となる形態のチャック装置との両方に対応可能なものであり、例えば、図１の実施形態のチャック１８に代えて、図２に示す形態のチャックを取り付けてもよい。なお、図２に示す実施形態において、主軸１０，動力作動装置２０，電動モータ３６等は、図１に示す各実施形態と同じであるため図示は省略し、異なる部分のみについて図示，説明する。
【００２４】
図２に示すように、チャック装置は、チャック本体２０８に、等角度間隔で設けられた保持部材としての３個の保持爪２１０（図２にはそのうちの１つのみ図示）が軸対称に移動可能に保持された三つ爪チャックを含むものである。本実施形態における保持爪２１０は、前記保持爪１６とは逆に、被加工物をその内周面に接触して保持するものとされている。保持爪２１０は、ドローバ２４に運動変換機構２６と同様に構成される運動変換機構（図示省略）を介して連結されており、ドローバ２４の軸方向の直線運動が、運動変換機構によりチャック本体２０８の軸線を対称軸とする軸対称運動に変換され、３つの保持爪２１０が半径方向に互いに離間，接近する方向に移動させられることにより、対象物としての被加工物をその内周面に接触して保持する状態と、解放する状態とに切り換えられる。チャック本体２０８は、主軸１０に着脱可能に取り付けられる。本実施形態におけるチャック装置により被加工物を保持する際には、クラッチ１３０が接状態に切り換えられてサーボモータ２２が起動され、第２クラッチ部材１３８の回転が第１クラッチ部材１３４を介して回転部材９０に伝達されることにより、図２に矢印で示すようにドローバ２４が前進させられ、それによって保持爪２１０が互いに離間させられて被加工物が内周面において保持される。次に、クラッチ１３０が断状態に切り換えられた後、電動モータ３６が起動されることにより、主軸１０とともにチャック本体２０８が回転させられるのである。この時、クラッチ１３０が断状態とされても、前記皿ばね１００の弾性力により回転部材９０、ひいてはドローバ２４が前進する向きに付勢され、また、回転部材９０の回転がドローバ２４との間の摩擦力によって防止されるため、三つ爪チャックは被加工物を安定に保持し続ける。
【００２５】
このように、皿ばね１００，１０２を設けてドローバ２４の後退する方向と前進する方向との両方向に弾性力を付与することにより、ドローバ２４の後退により保持状態となるタイプと、ドローバ２４の前進により保持状態となるタイプとの両方のチャックの使用が可能となる。
弾性部材としての皿ばねは、本実施形態においてはそれぞれ１つのみ設けられていたが、複数個直列に設けてもよい。また、皿ばね以外のばね部材等、弾性部材の使用も可能である。
また、図１に示すチャック装置を、前述の場合とは逆に、ドローバ２４の前進により保持状態となり、後退により解放状態となるものにしてもよいし、また、図２に示すチャック装置を、ドローバ２４の後退により保持状態となり、前進により解放状態となるものとしてもよい。
【００２６】
電動モータ３６の冷却装置を、図３に示すように空冷式の冷却装置３００としてもよい。なお、図１に示す実施形態と同様に構成され、かつ機能する部分については、同じ符号を付して説明を省略する。冷却装置３００は、ステータ４０の外周面に嵌合される中空円筒状部３０１と、その中空円筒状部３０１の外周面から突出する複数の放熱フィン３０２とを一体に備えるものであり、フレーム３０に固定されている。電動モータ３６の駆動により発生した熱がこの表面積の広い放熱フィン３０２から放出される。
【００２７】
チャック装置は、三つ爪チャック以外にも、種々のものを採用可能であり、例えば、チャック本体と保持部材としてのコレットとを備えるコレットチャックにより対象物を保持する構成としてもよい。コレットチャックには、対象物を外側から保持する外側コレットチャックと、内側から保持する内側コレットチャックとがあり、それぞれの一例を図４および図５に示す。なお、図４，図５に示す各実施形態において、主軸１０，動力作動装置２０，電動モータ３６等は、図１または図３に示す実施形態と同じであるため図示，説明は省略し、異なる部分のみについて図示，説明する。
【００２８】
図４に外側コレットチャックの一例を示す。チャック本体４０２は、円筒状をなし、主軸１０に着脱可能に取り付けられる。チャック本体４０２の内側には、コレット４０４が同軸にかつ軸方向に移動可能に嵌合されている。コレット４０４は、容器状をなし、円筒状をなす先端部４０６から底部４０８近傍にいたる割り溝４１０が形成されており、先端部４０６が縮径，拡径可能である。先端部４０６の内周面はストレート面４１４とされる一方、外周面は先端側ほど大径となる外周テーパ面４１６が形成されている。チャック本体４０２の開口側内周面であってコレット４０４の外周テーパ面４１６に対向する部分には、外周テーパ面４１６に対応する内周テーパ面４２０が形成されている。コレット４０４は、底部４０８においてドローバ２４に適宜の固定手段により同軸に固定されている。例えば、ドローバ２４の先端部に雄ねじ部４２２を設け、ナット４２４により締め付けて底部４０８に固定してもよい。
【００２９】
図１に示す実施形態と同様にして、図４に矢印で示すように、ドローバ２４が軸方向に後退させられれば、コレット４０４が後退させられ、外周テーパ面４１６が内周テーパ面４２０に押し付けられる。したがって、コレット４０４が縮径させられ、コレット４０４のストレート面４１４が対象物としての被加工物の外周面に接触して保持する。また、ドローバ２４が前進させられれば、コレット４０４が解放状態とされる。本実施形態においては、外周テーパ面４１６および内周テーパ面４２０が第１運動変換機構を構成しているのである。
【００３０】
図５に内側コレットチャックの一例を示す。チャック本体としてのテーパ部材５０２は、断面形状が円形をなし、後端部５０４において適宜の固定手段によりドローバ２４に同軸に固定される。テーパ部材５０２の外周側には、円筒状をなすコレット５０８が同軸に嵌合されている。テーパ部材５０２は、コレット５０８の内側空間内を軸方向に移動可能に嵌合されている。コレット５０８は、先端部５１０から底部５１２近傍にいたる複数の割り溝５１４が形成されており、先端部５１０が縮径，拡径可能である。先端部５１０の外周面はストレート面５１８とされる一方、内周面は先端側ほど小径となる内周テーパ面５２０とされている。テーパ部材５０２の先端部５２４の内周テーパ面５２０に対向する部分には、内周テーパ面５２０に対応する外周テーパ面５２６が形成されている。コレット５０８は底部５１２側において主軸１０に着脱可能に取り付けられる。
【００３１】
図５に矢印で示すように、ドローバ２４が軸方向に前進させられれば、テーパ部材５０２が前進させられ、外周テーパ面５２６が内周テーパ面５２０に押し付けられる。したがって、コレット５０８が拡径させられ、コレット５０８のストレート面５１８が被加工物の内周面に接触して保持する。また、ドローバ２４が後退させられれば、コレット５０８が解放状態とされる。内周テーパ面５２０および外周テーパ面５２６が第１運動変換機構を構成している。
【００３２】
このように、コレットチャックは、コレットとテーパ部材との一方が他方に対して軸方向に移動させられることにより被加工物を保持，解放する構成であればよく、例えば、図４に示すコレットチャックにおいて、ドローバ２４がテーパ部材たるチャック本体４０２に固定され、チャック本体４０２が軸方向に移動する形態としてもよいし、図５に示すコレットチャックにおいて、コレット５０８が軸方向に移動させられる構成としてもよい。
【００３３】
以上、本発明のいくつかの実施形態を詳細に説明したが、これは例示に過ぎず、本発明は、前記〔発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるチャック装置を備えた旋盤の要部を示す正面断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態であるチャック装置の一部を示す正面図である。
【図３】本発明のさらに別の実施形態である旋盤の要部を示す正面断面図である。
【図４】本発明のさらに別の実施形態であるチャック装置の一部を示す正面断面図である。
【図５】本発明のさらに別の実施形態であるチャック装置の一部を示す正面断面図である。
【符号の説明】
１０：主軸 １４，２０８：チャック本体 １６，２１０：保持爪 ２０：動力作動装置 ２２：サーボモータ ２４：ドローバ ２６：運動変換機構 ３０：フレーム ９０：回転部材 １００，１０２：皿ばね １２０：雄ねじ １２２：雌ねじ １３０：クラッチ １３４：第１クラッチ部材 １３８：第２クラッチ部材 １４４：プーリ １５２：ベルト ４０２：チャック本体 ４０４，５０８：コレット ５０２：テーパ部材
Claims (10)
- チャック本体と、そのチャック本体に互いに接近離間可能に保持され、互いに共同して対象物を保持する複数の保持部とを備えたチャックと、
前記チャック本体の軸方向に移動可能な軸方向移動部材と、
その軸方向移動部材の軸方向の運動を前記複数の保持部の前記互いに接近離間する運動に変換する第１運動変換機構と、
前記軸方向移動部材の軸線のまわりに回転可能に設けられた回転部材と、
その回転部材を回転駆動する電動モータと、
前記回転部材の回転運動を前記軸方向移動部材の軸方向の運動に変換する第２運動変換機構と、
前記回転部材を軸方向に付勢することにより、前記第２運動変換機構を介して前記軸方向移動部材を、当該チャック装置を前記対象物を保持する状態とする向きに付勢するとともに、前記回転部材と前記軸方向移動部材との前記軸方向の相対移動に伴って付勢力が変化する弾性部材と
を含むことを特徴とするチャック装置。 - 前記電動モータがサーボモータである請求項１に記載のチャック装置。
- 前記第２運動変換機構が、前記軸方向移動部材と一体的に設けられた第１ねじ部材と、その第１ねじ部材と螺合された第２ねじ部材とを含み、第２ねじ部材が前記回転部材と一体的に構成された請求項１または２に記載のチャック装置。
- 前記軸方向移動部材および前記回転部材を前記軸方向に移動可能に保持する保持部材を含み、前記弾性部材が、前記回転部材の互いに反対向きの面と前記保持部材との間にそれぞれ設けられ、回転部材を互いに逆向きに付勢する請求項１ないし３のいずれかに記載のチャック装置。
- 前記チャック本体が回転軸の先端部に固定的に設けられて回転軸と共に回転する請求項１ないし４のいずれかに記載のチャック装置。
- 前記電動モータと前記回転部材との間に、常には断状態に保たれ、前記対象物を保持する状態と解放する状態との切り換え時に接状態とされるクラッチを含む請求項５に記載のチャック装置。
- 前記クラッチが、
前記回転部材と固定的に設けられた第１クラッチ部材と、
前記回転軸と同軸にかつその回転軸と相対回転可能かつ軸方向に相対移動可能に設けられ、軸方向の移動により前記第１クラッチ部材と係合，離脱する第２クラッチ部材と
を含む請求項６に記載のチャック装置。 - 前記回転軸を回転可能に保持するフレームと、
そのフレームに回転可能に支持され、前記第２クラッチ部材と相対回転不能かつ軸方向に相対移動可能に係合させられた、前記回転部材としての第１回転部材とは別の第２回転部材と、
その第２回転部材に前記電動モータの回転を伝達する回転伝達部材と
を含む請求項７に記載のチャック装置。 - 前記複数の保持部が、前記チャック本体に等角度間隔に保持され、前記第１運動変換機構により、チャック本体の軸線を対象軸とする軸対称運動を付与される３個の保持爪により構成された請求項１ないし８のいずれかに記載のチャック装置。
- 前記チャック本体が、円筒状をなし、外周面と内周面とのいずれかに第１テーパ面が形成されたものであり、そのチャック本体に、容器状をなし、円筒状をなす先端部から底部近傍にいたる割り溝が形成されるとともに、前記先端部に前記第１テーパ面に対応する第２テーパ面が形成されたコレットが、軸方向に相対移動可能に嵌合され、そのチャック本体に対する軸方向の相対移動に伴って縮径，拡径する前記先端部が前記複数の保持部を構成する請求項１ないし８のいずれかに記載のチャック装置。
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