JP4913194B2 - チャッキング装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の主軸装置に、被加工物（ワーク）を把持させるために取り付けられるチャッキング装置に関するものである。

工作機械の主軸装置によって被加工物（ワーク）を加工する際には、主軸装置の回転盤の表面に、所定の形状に形成された複数（通常は３個）のチャッキング装置が、主軸に対して放射状に取り付けられ、それらのチャッキング装置によってワークが保持される。かかるチャッキング装置が、一体的に形成されたものであると、ワークの径が異なる度に、新たなものを形成しなければならず、不経済である上、回転盤に固着させたり回転盤から取り外したりするのに多大な時間を要するという不具合もある。それゆえ、複数の円弧状のワーク把持部を形成した交換爪を本体部に対して着脱自在に設け、当該交換爪の向きを変えて本体部にネジ止めすることによって、径の異なる複数種のワークを把持可能としたチャッキング装置も提案されている（特許文献１）。

実開昭５９−９３８０６号公報

しかしながら、上記特許文献１の如き従来のチャッキング装置は、交換爪を本体部にネジ止めする際に、複数のネジによって強固に螺着させなければ、ワークへの加工作業中に交換爪が緩んで加工精度が低下してしまう。それゆえ、ワークを異なる種類のものに交換する際の交換爪の本体部へのネジ止め作業に多大な時間と手間を要する、という不具合がある。加えて、上記特許文献１のチャッキング装置では、径が大きく異なる複数種のワークを把持することは困難である。

本発明の目的は、上記従来のチャッキング装置が有する問題点を解消し、大きく径の異なる複数種のワークを把持することが可能であり、コストパフォーマンスに優れている上、ワークを異なる種類のものに交換する際に手間がかからない実用的なチャッキング装置を提供することにある。

本発明の内、請求項１に記載された発明は、工作機械の主軸装置において、主軸とともに回転する回転盤面上に放射状に取り付けられ、主軸中心に向かってスライドすることによって被加工物を保持するチャッキング装置であって、各稜線をＲ形状に面取りした三角柱状の支持部と、その支持部より大径のヘッド部とを有するアタッチメント式生爪と、
そのアタッチメント式生爪の支持部を嵌入させた状態でアタッチメント式生爪を水平面方向に固定可能で各稜線をＲ形状に面取りした三角柱の空洞状の嵌入溝を主軸方向に沿って刻設した本体部とを有しており、本体部の嵌入溝の各稜線に、嵌入溝内に挿入されたアタッチメント式生爪の支持部との間に隙間を形成するための逃がしが、支持部の各稜線の面取り部分の曲率半径より大きな曲率半径となるように設けられていることを特徴とするものである。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記本体部が、前記嵌入溝を長手方向に沿って複数刻設したものであることを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明は、請求項１、または請求項２に記載された発明において、前記本体部の嵌入溝の奥側に底板が設けられており、嵌入溝に嵌入された前記アタッチメント式生爪の柱状部分を、前記底板に螺着可能であることを特徴とするものである。

請求項１に記載のチャッキング装置は、アタッチメント式生爪と本体部とが分離しており、アタッチメント式生爪を別の形状のものに交換することによって径の異なる複数種のワークを把持することができるため、コストパフォーマンスに優れている（所定種類のワークを加工する場合にかかる総費用を安価なものとすることができる）。また、アタッチメント式生爪の柱状部分を本体部の嵌入溝に嵌入して当該本体部を主軸装置の回転盤に固着させるだけで、アタッチメント式生爪の柱状部分以外の部分によって、ワークを動かないように強固に把持することができるため、ワークを異なる種類のものに交換する際に手間がかからない。したがって、請求項１に記載のチャッキング装置によれば、短時間の内に多くの種類のワークを加工することが可能となる。

また、請求項１に記載のチャッキング装置によれば、支持部の形状が同一でヘッド部の形状のみが異なる複数のアタッチメント式生爪を予め用意しておくことによって、同一の本体部を利用したまま、径の異なる非常に多くの種類のワークを把持することが可能となる。さらに、請求項１に記載のチャッキング装置は、支持部が三角柱状に形成されているので、製造時の加工が容易である上、チャッキング装置を主軸装置の回転盤に取り付けた際の捻りモーメントに対する耐力が非常に高い。

請求項２に記載のチャッキング装置は、本体部が嵌入溝を長手方向に沿って複数刻設したものであるため、アタッチメント式生爪の支持部を挿入する嵌入溝を変更することにより、大きく径の異なる複数種のワークを把持することが可能である。

請求項３に記載のチャッキング装置によれば、アタッチメント式生爪の支持部を本体部の嵌入溝の奥側の底板に螺着することによって、ワークをきわめて強固に把持することができるため、ワークの加工精度をより一層高いものとすることが可能である。また、回転盤に対する本体部の螺着方向と本体部に対するアタッチメント式生爪の螺着方向が一致しているので、ワークを異なる種類のものに交換する作業やメンテナンス作業を行い易い。

チャッキング装置を示す説明図（斜視図）である。 本体部を示す説明図である（ａは斜視図であり、ｂは長手方向に沿った鉛直断面図である）。 アタッチメント式生爪を示す説明図である（ａは斜視図であり、ｂは正面図である）。 チャッキング装置を主軸装置の回転盤に装着する様子を示す説明図（斜視図）である。 チャッキング装置を主軸装置の回転盤に装着した状態を示す説明図（斜視図）である。 アタッチメント式生爪の装着態様を変更した状態を示す説明図（斜視図）である。 本体部の変更例を示す説明図（斜視図）である。 本体部の変更例を示す説明図（斜視図）である。 本体部の変更例を示す説明図（斜視図）である。 本体部の変更例を示す説明図（平面図）である。 アタッチメント式生爪の変更例を示す説明図（斜視図）である。 アタッチメント式生爪の変更例を示す説明図（斜視図）である。 アタッチメント式生爪の変更例を示す説明図である（ａは平面図であり、ｂは正面図である）。 チャッキング装置を主軸装置の回転盤に装着した状態を示す説明図（斜視図）である。 アタッチメント式生爪の変更例を示す説明図である（ａは平面図であり、ｂは正面図である）。 アタッチメント式生爪の変更例を示す説明図である（ａは平面図であり、ｂは正面図である）。 アタッチメント式生爪の変更例を示す説明図（斜視図）である。

以下、本発明に係るチャッキング装置について、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係るチャッキング装置（８インチ用）を示したものであり、チャッキング装置１は、主軸装置の回転盤に装着するための３個の本体部２，２・・と、それらの本体部２，２・・に取り付けられた状態で被加工物（ワーク）を把持するための３個のアタッチメント式生爪３，３・・と、アタッチメント式生爪３，３・・を本体部２，２・・に螺着するためのボルト１３，１３・・とによって構成されている。

各本体部２，２・・は、鋼鉄（Ｓ５５Ｃ，Ｓ５０Ｃ等）によって、長さ×幅×高さ＝約９５ｍｍ×約３５ｍｍ×約３７ｍｍの縦長な直方体状に形成されている（なお、本体部２の材質は、チャッキング装置１が装着される回転盤のアダプタよりも低い硬度となるように選択される）。そして、前後の左右両側に、長手方向に対して傾斜したテーパ面が設けられており、前後の水平断面が外向きに凸なＶ字状になっている。そして、表面には、アタッチメント式生爪３を嵌入させるための３種類の嵌入溝（嵌入溝）４ａ，４ｂ，４ｃが穿設されている（以下、先端側から順に第一嵌入溝、第二嵌入溝、第三嵌入溝という）。

第一嵌入溝４ａは、鉛直方向に沿ってアリ溝状に形成されており、水平断面が略台形状になっている。そして、基端側の２つのコーナーが、円弧状に面取りされた状態になっている。また、第二嵌入溝４ｂは、コーナーを面取りした三角柱状の２つの溝を鉛直な中心軸に対して１８０°位相を異ならせて重ね合わせた形状を有している。一方、第三嵌入溝４ｃは、コーナーを面取りした三角柱状に形成されている。なお、第三嵌入溝４ｃの水平断面形状は、同一の曲率半径の円でコーナーを面取りした正三角形（一辺の長さ＝約２７ｍｍ）であり、第一嵌入溝４ａの水平断面形状は、当該正三角形の一つの頂点際を除いた形状である。また、第二嵌入溝４ｂの水平断面形状は、第三嵌入溝４ｃの水平断面形状の正三角形を中心軸（正三角形の重心）に対して１８０°位相を異ならせて重ね合わせた形状である。

また、それらの第一〜第三嵌入溝４ａ，４ｂ，４ｃは、底部に、図２（ｂ）の如く、所定の厚み（約１５ｍｍ）の底板５が設けられており、所定の深さ（約２２ｍｍ）の凹部を形成した状態になっている。加えて、それらの各底板５，５・・の略中央には、アタッチメント式生爪３を螺着させる際に使用するネジ孔６が穿設されている。

また、第一嵌入溝４ａと第二嵌入溝４ｂとの間、第二嵌入溝４ｂと第三嵌入溝４ｃとの間には、それぞれ、所定の直径（約１４ｍｍ）を有する円柱状のネジ挿通孔７が形成されている。それらの各ネジ挿通孔７，７・・は、底部に、所定の厚み（約１５ｍｍ）の底板８が設けられており、それらの各底板８，８・・の略中央には、本体部２を回転盤に螺着させる際に使用するネジ孔９が穿設されている。当該ネジ孔９の周囲には、ネジ溝が螺刻されている。

一方、図３は、アタッチメント式生爪３を示したものであり、アタッチメント式生爪３は、鋼鉄（ＳＳ４００，Ｓ４５Ｃ等）によって一体的に形成されており、ワークを把持するためのヘッド部１０と、本体部２の第一〜第三嵌入溝４ａ，４ｂ，４ｃに挿入させるための支持部１１とを有している。

ヘッド部１０は、扁平な六角柱状（厚み＝約２０ｍｍ）に形成されており、外周の各稜線には、面取り加工が施されている。また、支持部１１は、各稜線を面取りした三角柱状（水平断面形状が本体部２の第一〜第三嵌入溝４ａ，４ｂ，４ｃの水平断面形状と同じ三角柱状、高さ＝約２２ｍｍ）に形成されており、各稜線（面取りされた稜線）の中心軸に対する方向は、ヘッド部１０の６つの稜線の内の３つの中心軸に対する方向と合致した状態になっている。また、図３（ｂ）の如く、ヘッド部１０の中央には、ネジ挿通孔１２が穿設されており、支持部１１の先端まで貫通した状態になっている。当該ネジ挿通孔１２は、支持部１１に穿設された部分の方が、ヘッド部１０に穿設された部分より小径になっており、その部分にネジ溝が螺刻されている。

図４は、上記の如く構成されたチャッキング装置１，１・・を主軸装置の回転盤Ｒに装着する様子を示したものである。回転盤Ｒは、扁平な円柱状に形成されており、中央には、円柱状の軸孔３１が穿設されている。そして、当該軸孔３１の中心に対して放射方向に１２０°の間隔で、３つのアダプタ３２，３２・・が固着されており、それらの各アダプタ３２，３２・・には、径方向に沿って、２つのネジ孔３３．３３が穿設されている。

小径のワークを加工する目的で、チャッキング装置１，１・・を回転盤Ｒに装着する場合には、まず、各アタッチメント式生爪３，３・・を、ヘッド部１０の稜線が回転盤Ｒの軸心を向くように配置して、各アタッチメント式生爪３，３・・の支持部１１を、それぞれ、各本体部２，２・・の第一嵌入溝４ａに挿入し、ネジ孔６を利用して、アタッチメント式生爪３をボルト１３で本体部２の底板５に螺着させる。そのように３つの本体部２，２・・にアタッチメント式生爪３，３・・を螺着させた後には、それらの各本体部２，２・・の各ネジ挿通孔７，７（ネジ孔９，９）を利用して、各本体部２，２・・を大型のボルト１４，１４で各アダプタ３２，３２・・に螺着させる。図５は、アタッチメント式生爪３を取り付けた各本体部２，２・・を回転盤Ｒに装着した状態を示したものであり、この装着態様においては、近接した３つのアタッチメント式生爪３，３・・のヘッド部１０の稜線（面取りした部分）で、径の小さいワークを把持することができる。

また、図６は、各本体部２，２・・に対するアタッチメント式生爪３の取り付け態様を変更した状態を示したものであり、アタッチメント式生爪３，３・・の嵌入位置を、第一嵌入溝４ａから第二嵌入溝４ｂへ、第二嵌入溝４ｂから第三嵌入溝４ｃへと変更することによって、より径の大きなワークを把持することが可能となる（図４（ａ），（ｂ）参照）。また、アタッチメント式生爪３，３・・を同じ第二嵌入溝４ｂに挿入する場合でも、ヘッド部１０の稜線同士の間の平坦面が回転盤Ｒの軸心の放射方向と直交するように配置して、アタッチメント式生爪３，３・・の嵌入方向を変更することによって、径の異なるワークを把持することが可能となる（図４（ａ），（ｃ）参照）。すなわち、チャッキング装置１においては、各アタッチメント式生爪３，３の嵌入位置、嵌入方向を変更することによって、径の異なる４種類のワークを把持することが可能である。なお、上記した各アタッチメント式生爪３，３・・の嵌入位置、嵌入方向の変更は、回転盤Ｒに本体部２，２・・を装着したまま実施することができる。

＜チャッキング装置の効果＞
チャッキング装置１は、上記の如く、断面形状が非円形の柱状の支持部１１およびその支持部１１より大径のヘッド部１０を有するアタッチメント式生爪３，３・・と、支持部１１を嵌入させた状態でアタッチメント式生爪３，３・・を水平面方向に固定可能な嵌入溝４ａ，４ｂ，４ｃ（すなわち、支持部１１と同一な断面形状を有する嵌入溝４ａ，４ｂ，４ｃ）を主軸方向に沿って刻設した本体部２，２・・とを有するものであり、アタッチメント式生爪３，３・・と本体部２，２・・とが分離しているので、アタッチメント式生爪３，３・・を別の形状のものに交換することによって径の異なる複数種のワークを把持することができる。また、支持部１１の形状が同一でヘッド部１０の形状のみが異なる複数のアタッチメント式生爪（３’，３”・・）を予め用意しておくことによって、同一の本体部２，２，２を利用したまま、径の異なる非常に多くの種類のワークを把持することが可能となる。したがって、チャッキング装置１は、コストパフォーマンスに優れており、所定種類のワークを加工する場合にかかる総費用を安価なものとすることができる。

また、チャッキング装置１は、各アタッチメント式生爪３，３・・の支持部１１を各本体部２，２・・の嵌入溝４ａ，４ｂ，４ｃに嵌入してそれらの本体部２，２・・を回転盤Ｒに固着させるだけで、ヘッド部１０によって、ワークを動かないように強固に把持することができるため、ワークを異なる種類のものに交換する際に手間がかからない。したがって、チャッキング装置１によれば、短時間の内に多くの種類のワークを加工することが可能となる。

また、チャッキング装置１は、各本体部２，２・・が、アタッチメント式生爪３の支持部１１と同一な断面形状を有する嵌入溝４ａ，４ｂ，４ｃを長手方向に沿って複数刻設したものであるため、アタッチメント式生爪３の支持部１１を挿入する嵌入溝を変更することにより、大きく径の異なる複数種のワークを把持することが可能である。

さらに、チャッキング装置１は、各本体部２，２・・に刻設された嵌入溝４ａ，４ｂ，４ｃの奥側に底板５が設けられており、嵌入溝４ａ，４ｂ，４ｃに嵌入されたアタッチメント式生爪３の支持部１１を、底板５に螺着可能であるので、ワークをきわめて強固に把持することができる。したがって、チャッキング装置１によれば、ワークの加工精度をより一層高いものとすることが可能である。また、チャッキング装置１は、回転盤Ｒに対する各本体部２，２・・の螺着方向と各本体部２，２・・に対するアタッチメント式生爪３，３・・の螺着方向が一致しているので、ワークを異なる種類のものに交換する作業やメンテナンス作業を行い易い。

＜チャッキング装置の変更例＞
なお、本発明に係るチャッキング装置の構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、本体部（嵌入溝、底板）、アタッチメント式生爪（ヘッド部、支持部）等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、チャッキング装置は、上記実施形態の如く、水平断面形状の異なる３種類の嵌入溝を設けたものに限定されず、図７の如く一つの嵌入溝２１を設けたもの、図８の如く水平断面形状の異なる２種類の嵌入溝２２，２３を設けたもの、図９の如く水平断面形状が同一な複数の嵌入溝２４，２５，２６を設けたもの、水平断面形状の異なる４種類以上の嵌入溝を設けたもの等に変更することも可能である。

また、嵌入溝の形状も、上記実施形態の如く、鉛直方向に沿ったアリ溝状、三角柱状の２つの溝を鉛直な中心軸に対して１８０°位相を異ならせて重ね合わせた形状、三角柱状に限定されず、水平断面形状が非円形の他の柱状（すなわち、四角柱状、六角柱状等の三角柱状以外の角柱状や、楕円柱状）に変更することも可能である。

また、嵌入溝を角柱状のものとする場合には、アタッチメント式生爪の支持部の挿入、取り外しを容易なものとするために、図１０の如く、嵌入溝２６，２７，２８の稜線部分に、逃がし１７を設け、挿入されたアタッチメント式生爪の支持部１１との間に隙間が形成されるように構成することも可能である。

一方、チャッキング装置のアタッチメント式生爪は、上記実施形態の如く、扁平な六角柱状のヘッド部を有するものに限定されず、図１１の如く扁平な三角柱状のヘッド部４５を有するもの、図１２の如く扁平な円柱状のヘッド部４６を有するもの等、扁平な角柱状、円柱状、楕円柱状のヘッド部を有するものに変更することも可能である。

また、アタッチメント式生爪を、図１３，１４の如く、基端部が欠けた扇形（平面視）のヘッド部４７を有するものに変更することも可能である。かかる構成を採用した場合には、ワークの外周とヘッド部４７との接触部分を飛躍的に増大させることができるので、円筒形等のワークを把持して加工する場合にワークの変形を高い精度で防止することが可能となる。さらに、アタッチメント式生爪を、図１５の如く、平面視が扇形のヘッド部４８を有するものに変更することも可能である。かかる構成を採用した場合には、把持するワークの径の変更に合わせてヘッド部４８先端部分（主軸に近い部分）の形状を何度も変更することが可能となるため、より一層コストパフォーマンスに優れたものとなる。なお、上記の如く、アタッチメント式生爪のヘッド部を支持部に比べて非常に大きなものとする場合には、図１６の如く、当該ヘッド部４７（４８）と支持部１１とを別個に形成し、ヘッド部４７（４８）に対して支持部１１を嵌め込み可能に構成することも可能である。

加えて、チャッキング装置のアタッチメント式生爪は、上記実施形態における本体部の第一嵌入溝の如く先端側が開口した嵌入溝のみに取り付け可能なものとする場合には、必ずしもヘッド部を設ける必要はなく、図１７の如く支持部に相当する部分のみからなるものとすることも可能である。なお、かかる構成を採用する場合には、底面に近い側のネジ挿通孔の径を表面に近い側のネジ挿通孔の径よりも小さくする必要がある。

また、アタッチメント式生爪の支持部は、上記実施形態の如き三角柱状に限定されず、水平断面形状が非円形の他の柱状（すなわち、四角柱状、六角柱状等の三角柱状以外の角柱状や、楕円柱状）に変更することも可能である。さらに、アタッチメント式生爪の支持部は、柱状のもの（上部と下部の水平断面形状が同一であるもの）にも限定されず、角錐台状のものや楕円錐台状のものに変更することも可能である。なお、かかる構成を採用した場合には、支持部の形状に合わせて、本体部の嵌入溝の形状を、逆角錐台状や逆楕円錐台状に変更する必要がある。また、上記実施形態の如く、アタッチメント式生爪の支持部を三角柱状に形成した場合には、製造時の加工が容易なものとなる上、チャッキング装置を主軸装置の回転盤に取り付けた際の捻りモーメントに対する耐力が非常に高いものとなる、というメリットがある。

また、アタッチメント式生爪は、上記実施形態の如く、本体部よりも硬度が低いものに限定されず、本体部よりも硬度が高いものでも良い。なお、アタッチメント式生爪の硬度を本体部よりも低くした場合には、ワークの加工中等に本体部が損傷しにくくなり、長期間に亘って使用することが可能となる。

加えて、上記実施形態においては、８インチのチャッキング装置の一例について説明したが、本発明のチャッキング装置は、８インチ用のものに限定されず、６インチ用のものや１０インチ用のもの等の別のサイズのものに変更することも可能である。また、上記実施形態においては、ＮＣ旋盤用のチャッキング装置（所謂、パワーチャック）の一例について説明したが、本発明のチャッキング装置は、ＮＣ旋盤用のものに限定されず、汎用旋盤用のもの（所謂、スクロールチャック）等に変更することも可能である。

本発明のチャッキング装置は、上記の如く優れた効果を奏するものであるから、種々のワークを把持させるため部材として、各種の主軸装置に好適に用いることができる。

１・・チャッキング装置
２・・本体部
３，４０〜４４・・アタッチメント式生爪
４ａ，４ｂ，４ｃ・・第一〜第三嵌入溝
５・・底板
１０，４５〜４８・・ヘッド部
１１・・支持部
２１〜２８・・嵌入溝

Claims (3)

1. 工作機械の主軸装置において、主軸とともに回転する回転盤面上に放射状に取り付けられ、主軸中心に向かってスライドすることによって被加工物を保持するチャッキング装置であって、
   各稜線をＲ形状に面取りした三角柱状の支持部と、その支持部より大径のヘッド部とを有するアタッチメント式生爪と、
   そのアタッチメント式生爪の支持部を嵌入させた状態でアタッチメント式生爪を水平面方向に固定可能で各稜線をＲ形状に面取りした三角柱の空洞状の嵌入溝を主軸方向に沿って刻設した本体部とを有しており、
   本体部の嵌入溝の各稜線に、嵌入溝内に挿入されたアタッチメント式生爪の支持部との間に隙間を形成するための逃がしが、支持部の各稜線の面取り部分の曲率半径より大きな曲率半径となるように設けられていることを特徴とするチャッキング装置。
2. 前記本体部が、前記嵌入溝を長手方向に沿って複数刻設したものであることを特徴とする請求項１に記載のチャッキング装置。
3. 前記本体部の嵌入溝の奥側に底板が設けられており、嵌入溝に嵌入された前記アタッチメント式生爪の柱状部分を、前記底板に螺着可能であることを特徴とする請求項１、または請求項２に記載のチャッキング装置。

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