JP4758972B2 - ワーク把持装置 - Google Patents

Description

本発明は、カムシャフトなどの棒状ワークの把持装置に関する。

カムシャフトは、複数のカムが所定の位相で配置されている棒状ワークの一種である。このような棒状ワークに切削加工を施すには、旋盤の主軸台に相当するワーク把持装置で把持する必要がある。このワーク把持装置は各種の構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−１２３００５号公報（図１）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図６は従来のワーク把持装置の断面図であり、ワーク保持装置としてのコレットチャック装置１００は、センタ１０１と、主コレット１０２と、補助コレット１０３と、この補助コレット１０３に切り欠き形成されているスリット１０４とを主要素とする。また、工作物１０５は、一端にセンタ穴１０６及び位相基準ピン１０７を有している。

先ず、工作物１０５の位相基準ピン１０７をスリット１０４に挿入しながら、センタ１０１にセンタ穴１０６を嵌合する。次に、ピストン構造のコレットスリーブ１０８を後退（図左へ移動）させる。すると、テーパー作用により、主コレット１０２が縮径し、補助コレット１０３が縮径する。この結果、補助コレット１０３で工作物１０５の一端を把持することができる。

ところで、工作物１０５は多様であり、位相基準ピン１０７の形態や位置は様々である。位相基準ピン１０７の形態や位置が変わったときには、補助コレット１０３を交換する。主コレット１０２やセンタ１０１は、交換しないため段取り作業替えが容易に行える。

ところで、図右に示した別の工作物１０９では、センタ穴１１１の角度θ２が、センタ１０１の角度θ１と異なっている。すなわち、工作物１０９によっては、センタ穴１１１の角度θ２が変わることがある。
この場合に、従来の技術では、センタ１０１を交換する必要がある。しかし、センタ１０１の交換は容易ではない。

近年の工作物の多様化を考えた場合、センタの交換が容易に行えることが望まれる。なお、上述の「センタ」は工作機械用語であって、先の尖った中心回転軸を指し、単なる「中心」の意味ではない。そこで、本発明では「センタ軸」と呼称して軸部材であることを明確にする。

本発明は、センタ軸の交換が容易に行えるワーク把持装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、コレット及びセンタ軸を有する回転体を備え、一端に回転方向の位置決め部及びセンタ穴を有する棒状ワークを把持する装置であり、
前記回転体に、着脱自在に筒体を備え、
この筒体は、先端に前記コレットを備え、内部に前記センタ軸を備えると共に、前記センタ軸に軸方向へ移動自在に挿入され、先端に前記位置決め部に係合する係合部を有する円筒スリーブを内部に備え、
この円筒スリーブを前進側へ押圧する押圧手段を備えているワーク把持装置において、
前記押圧手段は、前記センタ軸の中心に軸方向移動自在に挿入され先端にマグネットが埋め込まれているシャフトと、前記回転体に設けられ前記シャフトの後端を押圧する弾性部材とからなり、
前記円筒スリーブのうち前記弾性部材側の部位に、前記センタ軸の軸方向中間に軸方向に直交して挿入され前記マグネットに密着するクロスピンを掛けることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、円筒スリーブの位置を監視するスリーブ位置監視手段を備えることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、スリーブ位置監視手段は、弾性部材を収納する弾性部材収納室へ圧力流体を供給する流体供給路と、この流体供給路の圧力を測る圧力計と、弾性部材収納室から流体を排出する流体排出路と、弾性部材とシャフトとに挟まれて配置され円筒スリーブが後退位置にあるときには流体排出路の入口を開き、円筒スリーブが前進位置にあるときには流体排出路の入口を閉じる弁体とからなることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、流体は空気であることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、回転体に、着脱自在に筒体を備え、この筒体に、コレットとセンタ軸とを設けるようにした。筒体を替えるだけでセンタ軸を交換することができる。この結果、段取り替え作業を迅速に行うことができ、作業能率の向上が図れる。

また、円筒スリーブが軸方向へ移動自在であるから、棒状ワークをセンタ軸に嵌合する際に、円筒スリーブは後退する。すなわち、円筒スリーブが存在しても、ワークの軸方向の位置決めの妨げにはならず、ワークの位置決めの自動化を促すことができる。

加えて、請求項１に係る発明では、センタ軸の中心にシャフトを通し、このシャフトを弾性部材で押すことで、円筒スリーブを前進側へ付勢するようにした。
シャフトは１本で済み、弾性部材も１個で済ませることができる。結果として、押圧手段は部品点数の削減が図れ、低コスト化が図れる。
さらに、請求項１に係る発明では、シャフトの先端にマグネットが埋め込まれている。そして、センタ軸の軸方向中間に軸方向に直交してクロスピンが挿入され、このクロスピンの端部は円筒スリーブに掛かっている。そして、シャフトはマグネットの吸着作用により、クロスピンに密着している。

請求項２に係る発明では、円筒スリーブの位置をスリーブ位置監視手段で監視する。正常な作業においては、棒状ワークをセンタ軸にセットする際に、円筒スリーブは後退し、棒状ワークの位置決め部に円筒スリーブの係合部が合致したときに、円筒スリーブは前進する。
円筒スリーブを監視することで、棒状ワークの位置決め部に円筒スリーブの係合部が合致したか否かが判別でき、異常状態を迅速に発見することができ、段取り替え作業の信頼性を高めることができる。

請求項３に係る発明では、円筒スリーブの位置を、流体の圧力で監視するようにした。仮に、回転体に電気的センサを設けると、ハーネスの引き回しが困難になると共に、回転体が磁化して、周囲の鉄粉を引き寄せる可能性がある。
この点、流体であれば、ハーネスは不要であり、磁化の心配もない。

請求項４に係る発明では、流体に空気を採用した。空気は無臭、無害であるため、使い勝手がよい。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るワーク把持装置の断面図であり、ワーク把持装置１０は、前後（図右が前）に円柱部１１、１２を備えている円盤状のフランジ１３と、円柱部１１に前後に移動自在に嵌合している筒形ピストン１４と、フランジ１３を起点にしてこの筒形ピストン１４を前へ押出す圧縮ばね１５、１５と、フランジ１３の前面に連結され筒形ピストン１４の外周面を支える筒状の後部ハウジング１７と、この後部ハウジング１７の前に連結されている筒状の前部ハウジング１８と、筒形ピストン１４及び前部ハウジング１８に収納されている筒体３０（この筒体３０の詳細は図２で説明する。）と、前部ハウジング１８の前面にビス２１にて取付けたカバー２２と、このカバー２２にビス２３にて取付けた仮受けブロック２４と、からなる。カバー２２と筒体３０とは、軸方向へ延ばしたピン（図３符号２９）で連結されているため、筒体３０はカバー２２により回り止めが図られる。

図２は図１の２−２線断面図（ただし、後部ハウジング１７は除外した。）であり、筒形ピストン１４の内部には、９０°ピッチで中心へ突出する受け座２５が４個の設けられており、隣り合う受け座２５、２５の間は切欠かれて窓２６とされている。窓２６の数も４個である。
一方、筒体３０の外周面からは９０°ピッチで外へ突出する突片２７が４個設けられている。突片２７は、窓２６を通過し得る大きさに設定されている。

図の状態から、筒体３０を左右の一方へ４５°回すと、突片２７は移動して窓２６に臨む。そうすれば、筒体３０を図面奥へ移動させることで、筒形ピストン１４から外すことができる。
逆の手順で筒形ピストン１４に筒体３０を挿入し、４５°回して、受け座２５に突片２７を臨ませると、筒形ピストン１４に筒体３０を装着することができる。

図３は本発明に係るワーク把持装置の分解図であり、フランジ１３と、筒形ピストン１４と、後部ハウジング１７と、前部ハウジング１８とは、主軸台の回転部分の要部を構成するため、これらを一括して、回転体２０と呼ぶ。
この回転体２０から、筒体３０を取り外すことができることを特徴とする。

筒体３０は、先端（前端）にコレット３１を備え、内部にセンタ軸３２を備え、このセンタ軸３２の外周面に支持され、自由回転は拘束されるが軸方向（図左右）への移動は自在とされた円筒スリーブ３３を備える。
円筒スリーブ３３の先端には、凹状の係合部３４が形成されている。

そして、筒体３０の先端には、軸方向に延びるピン穴２８、２８が設けられ、カバー２２にピン２９、２９が設けられており、これらのピン２９、２９がピン穴２８、２８に挿入されることで、筒体３０の回転止めが図られる。

また、センタ軸３２の基部中心にシャフト３５が挿入されており、このシャフト３５の後端（図左端）はセンタ軸３２から突出している。シャフト３５の先端にはマグネット３５ａが埋め込まれている。そして、センタ軸３２の前後方向中間に図面表裏方向にクロスピン３６が挿入され、このクロスピン３６の端部は円筒スリーブ３３に掛かっている。そして、シャフト３５はマグネット３５ａの吸着作用により、クロスピン３６に密着している。

このクロスピン３６の存在により、円筒スリーブ３３は、回転不能にセンタ軸３２に保持されていることとなる。ただし、長穴３７の範囲だけ、クロスピン３６が移動し得るため、円筒スリーブ３３は、軸方向へ移動可能にセンタ軸３２に支持されていることになる。

また、フランジ１３から図右へ突出させた円柱部１１には、圧縮コイルばねに代表される弾性部材３８を収納する弾性部材収納室３９が設けられ、この弾性部材収納室３９に流体を供給する流体供給路４１が設けられ、弾性部材収納室３９から流体を排出する流体排出路４２が設けられている。流体供給路４１はエアコンプレッサやガスボンベなど高圧流体を発生する流体供給源４３と、流体供給路４１の途中に設けられ流体の圧力を測る圧力計４４とを付属する。

さらには、弾性部材収納室３９に、弾性部材３８を収納し、図右から有底筒状の弁体４５を挿入し、リングナット４６で弁体４５の抜け止めを図る。リングナット４６は弁体４５の前進限位置を確定する役割の果たす他に、シャフト３５の貫通を許容し、シャフト３５の後端が直接弁体４５に当たるようにする役割を果たす。
なお、弁体４５には小孔４７、４７が設けられている。この小孔４７は流体排出路４２の入口に臨んだときにだけ、流体通路の役割を果たす。

以上の構成からなるワーク把持装置の作用を次に説明する。
図４は位相合わせ開始時の説明図であり、図右からカムシャフトに代表される棒状ワーク５０の一端をセンタ軸３２に嵌合させる。棒状ワーク５０はピン状の位置決め部５１を有しているため、この位置決め部５１が円筒スリーブ３３の右端面を押す。この結果、円筒スリーブ３３は図左へ移動し、連動して、クロスピン３６が移動し、シャフト３５が移動し、弁体４５が図左へ移動する。弁体４５が移動した結果、弁体４５の小孔４７が流体排出路４２の入口に臨む。すると、弾性部材収納室３９内の流体が流体排出路４２を介して排出される。連動して、流体供給路４１の内圧も低下し、圧力計４４で圧力低下を検出させることができる。

圧力低下の情報を受けたら、棒状ワーク５０は回らないように拘束して、回転体２０（筒体３０を含む。）を低速で回す。すると、円筒スリーブ３３も回転し、結果として、係合部３４が移動して位置決め部５１に近づく。位置決め部５１に係合部３４が合致することを位相が合うという。

図５は位相合わせ完了時の説明図であり、位相が合うと、係合部３４に位置決め部５１が進入可能となる。そこで、弾性部材３８の押出し作用で、弁体４５、シャフト３５、クロスピン３６及び円筒スリーブ３３が前進して図のようになる。

すなわち、センタ軸３２の中心に軸方向移動自在に収納され一端がクロスピン３６を介して円筒スリーブ３３に連結されているシャフト３５と、回転体（フランジ１３の円柱部１１）に設けられシャフト３５の後端を押圧する弾性部材３８とで、円筒スリーブ３３を前進させる押圧手段４９を構成した。

センタ軸３２の中心にシャフト３５を通し、このシャフト３５を弾性部材３８で押すことで、クロスピン３６を介して円筒スリーブ３３を前進側へ付勢するようにしたので、シャフト３５は１本で済み、弾性部材３８も１個で済ませることができる。結果として、押圧手段４９は部品点数の削減が図れ、低コスト化が図れる。

図５において、弁体４５が前進したことにより、弁体４５は流体排出路４２の入口を閉じる。すると、流体供給路４１の内圧が上昇し、圧力計４４で圧力上昇を検出させることができる。圧力値が一定以上になれば、位相合わせが確認できたことになる。

すなわち、円筒スリーブ３３の位置を監視するスリーブ位置監視手段４０は、弾性部材３８を収納する弾性部材収納室３９へ圧力流体を供給する流体供給路４１と、この流体供給路４１の圧力を測る圧力計４４と、弾性部材収納室３９から流体を排出する流体排出路４２と、弾性部材３８とシャフト３５とに挟まれて配置され円筒スリーブ３３が後退位置にあるときには流体排出路４２の入口を開き、円筒スリーブ３３が前進位置にあるときには流体排出路４２の入口を閉じる弁体４５とからなる。

次に、筒形ピストン１４の前室５２の内圧力を高め、筒形ピストン１４を後退（図左へ移動）させる。すると、筒体３０が図左へ移動し、コレット３１が、前部ハウジング１８に設けられているテーパー５３で縮径され、棒状ワーク５０の一端を把持する。

図３に戻って、本発明では、回転体２０に筒体３０を着脱自在に備えることを特徴とする。筒体３０は、外形形状（輪郭）が同一であって、形状やサイズ違いのセンタ軸３２、形状やサイズ違いの円筒スリーブ３３を内蔵したものを多数個準備すれば、加工対象の棒状ワーク５０の形状に応じた筒体３０を選択し、選択した筒体３０を回転体２０に取付ければよく、段取り替え作業が極めて容易になる。

尚、実施例では、位置決め部５１をピン、係合部３４を凹状の窪みとした。しかし、位置決め部５１を凹、係合部３４を凸にすることもできるため、位置決め部５１と係合部３４との形状は、相対的に決定され、形状は任意である。
円筒スリーブを押出す押圧手段４９は、圧縮コイルばねが好適であるが、ミニチュアシリンダでもよく、構造は自由に選択できる。

また、スリーブ位置監視手段４０は、実施例では、流体圧力の変化を監視するものを採用した。流体であれば、仮に、回転体に電気的センサを設けると、ハーネスの引き回しが困難になると共に、回転体が磁化して、周囲の鉄粉を引き寄せる可能性がある。この点、流体であれば、ハーネスは不要であり、磁化の心配もない。ただし、エアマイクロスイッチで直接円筒スリーブの位置を監視することや、機械式リミットスイッチで直接円筒スリーブの位置を監視することは差し支えない。したがって、スリーブ位置監視手段４０は、円筒スリーブの位置を監視することができるものであれば、種類、構造は問わない。

流体で監視する場合、流体は空気、窒素ガス、水、油などの気体や液体が採用できる。窒素ガスであれば、金属の発錆を抑制することができる。しかし、価格、取扱いの点で、空気が好適である。

また、棒状ワークは、カムシャフトの他、一端に回転方向の位置決め部及びセンタ穴を有する棒状部品であれば、種類は任意である。

本発明は、カムシャフトの把持装置に好適である。

本発明に係るワーク把持装置の断面図である。 図１の２−２線断面図である。 本発明に係るワーク把持装置の分解図である。 位相合わせ開始時の説明図である。 位相合わせ完了時の説明図である。 従来のワーク把持装置の断面図である。

符号の説明

１０…ワーク把持装置、２０…回転体、３０…筒体、３１…コレット、３２…センタ軸、３３…円筒スリーブ、３４…係合部、３５…シャフト、３５ａ…マグネット、３６…クロスピン、３８…弾性部材、３９…弾性部材収納室、４０…スリーブ位置監視手段、４１…流体供給路、４２…流体排出路、４４…圧力計、４５…弁体、４７…小孔、４９…押圧手段、５０…棒状ワーク、５１…位置決め部。

Claims (4)

1. コレット（３１）及びセンタ軸（３２）を有する回転体（２０）を備え、一端に回転方向の位置決め部（５１）及びセンタ穴を有する棒状ワーク（５０）を把持する装置（１０）であり、
   前記回転体（２０）に、着脱自在に筒体（３０）を備え、
   この筒体（３０）は、先端に前記コレット（３１）を備え、内部に前記センタ軸（３２）を備えると共に、前記センタ軸（３２）に軸方向へ移動自在に挿入され、先端に前記位置決め部（５１）に係合する係合部（３４）を有する円筒スリーブ（３３）を内部に備え、
   この円筒スリーブ（３３）を前進側へ押圧する押圧手段（４９）を備えているワーク把持装置（１０）において、
   前記押圧手段（４９）は、前記センタ軸（３２）の中心に軸方向移動自在に挿入され先端にマグネット（３５ａ）が埋め込まれているシャフト（３５）と、前記回転体（２０）に設けられ前記シャフト（３５）の後端を押圧する弾性部材（３８）とからなり、
   前記円筒スリーブ（３３）のうち前記弾性部材（３８）側の部位に、前記センタ軸（３２）の軸方向中間に軸方向に直交して挿入され前記マグネット（３５ａ）に密着するクロスピン（３６）を掛けることを特徴とするワーク把持装置。
2. 前記円筒スリーブ（３３）の位置を監視するスリーブ位置監視手段（４０）を備えることを特徴とする請求項１記載のワーク把持装置。
3. 前記スリーブ位置監視手段（４０）は、前記弾性部材（３８）を収納する弾性部材収納室（３９）へ圧力流体を供給する流体供給路（４１）と、この流体供給路（４１）の圧力を測る圧力計（４４）と、前記弾性部材収納室（３９）から流体を排出する流体排出路（４２）と、前記弾性部材（３８）と前記シャフト（３５）とに挟まれて配置され前記円筒スリーブ（３３）が後退位置にあるときには前記流体排出路（４２）の入口を開き、前記円筒スリーブ（３３）が前進位置にあるときには前記流体排出路（４２）の入口を閉じる弁体（４５）とからなることを特徴とする請求項２記載のワーク把持装置。
4. 前記流体は空気であることを特徴とする請求項３記載のワーク把持装置。

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