JP5005007B2

JP5005007B2 - 棒材把持装置

Info

Publication number: JP5005007B2
Application number: JP2009183746A
Authority: JP
Inventors: 政治鈴木
Original assignee: Makino J Co Ltd
Current assignee: Makino J Co Ltd
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2029-08-06
Also published as: JP2011036930A

Description

本発明は、棒材把持孔周りに弾性変形可能な薄肉部を隔てて形成した圧力室に作動流体を供給することにより薄肉部を内方に膨張させて棒材把持孔に挿入された棒材を把持する棒材把持装置に関する。

マシニングセンタや旋盤などの工作機械を用いた加工では、エンドミルなどの棒状の工具や棒状のワークなどの棒状部材（以下、棒材と記載する。）を固定的に把持する棒材把持装置が用いられる。棒材把持装置には、例えば機械式に閉じるチャックやコレットなどを用いて棒材を締め付けるものがある。また、特許文献１に開示されているように、工具の軸部を流体圧力によって把持する薄肉のチャック円筒部を設けた流体チャックを棒材把持装置として用いることもある。さらに、特許文献２に開示されている棒材支持装置のように、中空筒状の基部とすり割り構造の棒材支持部とを連結する連結部に周方向に延びる細長い矩形スロットを千鳥配置で複数設けて、連結部を軸線方向に引っ張ることで径方向内方へ収縮させ、連結部内に挿入された棒材を心出し支持するものもある。

実開平５−５３８１６号公報特開２００１−１７０８０９号公報

機械的に閉じるチャックやコレットを用いて棒材を把持する場合、チャックやコレット内への切屑等の噛み込みによって故障が発生しやすいという問題がある。また、チャックやコレットの閉じ方に偏りが生じて棒材に作用する荷重が不均等になりやすく、その結果、心出し精度が悪化して、加工精度を低下させる問題がある。さらに、エンドミルを用いた加工のように大きい負荷が作用する加工では、棒状ワークを棒材把持装置で把持しても把持しきれず、加工中に棒状ワークが動いてしまったり、エンドミルが破損してしまう虞がある。

また、特許文献１に開示されるような流体チャックでは、工具把持孔から薄肉部を隔てて形成された圧力室に作動流体を供給することによって薄肉部を径方向内方に膨張させている。このとき、薄肉部の軸線方向中央部付近が特に大きく膨張して棒材を把持し、棒材と薄肉部との接触が周方向の狭い範囲で行われるので、把持が不安定になり、傾きが発生しやすいという問題がある。また、棒材と薄肉部との接触面積が小さいので把持力があまり強くないという問題もある。

さらに、特許文献２に開示されるような棒材支持装置では、連結部と棒材との接触が部分的であるので把持力が弱くなるという問題や、連結部の作成に手間がかかり、高価になりやすいという問題がある。

本発明は前述の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、流体圧力を用いて工具やワークなどの棒材を高い把持力で把持することができ、また、位置決め精度よく把持することができる棒材把持装置を提供することにある。

前述の目的を達成するため、本発明によれば、挿入軸線に沿って延びる棒材把持孔が形成された本体を備え、前記棒材把持孔周りに弾性変形可能な薄肉部を隔てて設けられた圧力室に作動流体を供給することにより、前記薄肉部を内方に膨張させて前記棒材把持孔に挿入された棒材を把持する棒材把持装置であって、前記棒材把持孔と同心で前記棒材把持孔の内側に装着されたスリーブをさらに備え、該スリーブに、前記挿入軸線と平行に延びる旋回軸線を中心として旋回可能なフラップを形成し、前記フラップは、周方向に対向させて配置した対称的なフラップ対を周方向に少なくとも三つ設けて形成され、前記フラップ対は、対面する二つのフラップの前記旋回軸線の間で前記旋回軸線と平行に延びるスリットと該スリットの各端部から前記スリットに関して対称的に前記旋回軸線まで延びる切り込みとを前記スリーブに設けることによって形成され、前記薄肉部が内方に膨張したときに、前記薄肉部に押圧された前記フラップが前記旋回軸線を中心として内方に旋回して前記棒材把持孔に挿入された棒材を締め付けるようにした棒材把持装置が提供される。

本発明の棒材把持装置では、本体の棒材把持孔周りに薄肉部を隔てて、圧力流体の供給により半径方向内方に弾性変形する圧力室が形成される。圧力流体の供給によりこの圧力室が膨張すると、フラップが薄肉部によって半径方向内方に押圧されて、旋回軸線を中心として内方に旋回し、棒材に広い範囲で接触する。したがって、薄肉部による荷重が挿入軸線方向に広い範囲に分散され、挿入軸線方向に幅をもった広い領域で棒材が把持される。

フラップをフラップ対で構成し、かつ、フラップ対を周方向に少なくとも三つ設けているので、より高い把持力と位置決め精度が得られる。

例えば、前記圧力室は、前記本体に形成された穴に、外周面に環状の凹部が形成されたカラーを嵌合することによって形成することができる。前記カラーは、ポリアミド樹脂で形成されていることが好ましい。

本発明によれば、薄肉部による荷重は挿入軸線方向に広い範囲に分散され、挿入軸線方向に幅をもった広い領域で棒材が把持されるので、流体圧力を利用した棒材把持装置において、棒材を高い把持力で位置決め精度よく把持することができる。

本発明による棒材把持装置の断面図である。図１の棒材把持装置のスリーブの側面図である。棒材把持装置のスリーブの他の実施形態を示す側面図である。

以下、図面を参照して、本発明の棒材把持装置の好ましい実施の形態を説明する。
最初に、図１及び図２を参照して、棒材把持装置１１の全体構成を説明する。棒材把持装置１１は、エンドミルのような棒状の工具や棒状のワークなどの棒材１２を把持するための装置であり、把持装置本体１３を備えている。把持装置本体１３の端面には挿入軸線１５に沿って延びる断面円形状の棒材挿入穴１７が形成されており、棒材挿入穴１７は、把持装置本体１３の内部に棒材挿入穴１７と同心に形成され挿入軸線１５に沿って延びる棒材把持孔１９に接続している。詳細には、棒材把持孔１９は、把持装置本体１３の内部に棒材挿入穴１７と同心で形成された断面円形の中空部２１（すなわち穴）内に同心で嵌合された概略円筒形状のカラー２３の内孔によって形成されている。カラー２３の外周面には凹部２５が形成されており、カラー２３を中空部２１に嵌合したときに、カラー２３の外周面の凹部２５と中空部２１の内周面とにより、カラー２３の内孔すなわち棒材把持孔１９の周りに弾性変形可能な薄肉部２７を隔てて圧力室２９を形成するようになっている。

本実施形態では、圧力室２９は環状に形成されているが、周方向に分離して等間隔で配置されるように圧力室２９を形成してもよい。カラー２３は、薄肉部２７が弾性変形しやすいようにナイロン（商標）などのポリアミド樹脂や他の合成樹脂材料で形成することが好ましい。カラー２３をポリアミド樹脂など弾性変形可能な合成樹脂で形成することにより、圧力室２９と棒材把持孔１９とを隔てる薄肉部２７が局所的ではなく全体的に均一に半径方向内方へ変形しやすくなる。しかしながら、カラー２３は、金属など他の材料で形成されることも可能である。

圧力室２９には、把持装置本体１３に形成された作動流体通路３１が連通しており、外部から作動流体通路３１を通して圧力室２９に作動流体を供給すると共に、圧力室２９内の作動流体の圧力を調整できるようになっている。なお、圧力室２９に封入される作動流体が把持装置本体１３の中空部２１の内周面とカラー２３の外周面との境界面を伝って漏出することを防止するために、圧力室２９の挿入軸線方向両側では、境界面にシール３３が設置されている。

カラー２３の内側には、さらに、概略円筒形状のスリーブ３５が嵌合、装着されており、スリーブ３５の内周面と把持装置本体１３の棒材挿入穴１７の内周面とがほぼ段差のない状態になっている。スリーブ３５の内径は、棒材把持孔１９に把持すべき棒材１２の外径より僅かに大きく、スリーブ３５と棒材１２とがすきま嵌め（例えばＨ８ｆ７程度）となるように定められる。また、スリーブ３５は弾性材料から形成されており、その外側に位置する圧力室２９内の作動流体の圧力を増加させることにより薄肉部２７が半径方向内方に膨張したときに、圧縮力を受けてスリーブ３５に形成された後述のフラップ３９ａ，３９ｂが半径方向内方に旋回するようになっていることが好ましい。さらに、棒材挿入穴１７と反対側のスリーブ３５の端部には、半径方向外方に延びるつば部３７が設けられており、つば部３７を把持装置本体１３の端部に固定できるようになっている。スリーブ３５は、棒材１２と接触するので、摩耗に強く弾性変形可能な金属材料によって形成されることが好ましい。

図２に示されているように、スリーブ３５の挿入軸線方向の中間部には、複数のフラップ対３９が周方向に等間隔で形成されている。各フラップ対３９は、挿入軸線１５と平行に延びる旋回軸線４１ａ，４１ｂを中心として旋回可能なフラップ３９ａ，３９ｂを周方向に対向させて対称的に配置することにより構成されている。各フラップ３９ａ，３９ｂは、薄肉部２７が半径方向内方に膨張したときに、薄肉部２７によって押圧されて旋回軸線４１ａ，４１ｂを中心として半径方向内方に旋回し、スリーブ３５の他の部分よりも小さい力で半径方向内方に変形するようになっている。これにより、棒材把持孔１９に挿入された棒材１２を棒材把持孔１９の中心軸線（すなわち挿入軸線１５）に向かって押圧して、棒材把持孔１９内で棒材１２を中心に位置決めしつつ把持する。フラップ３９ａ，３９ｂの旋回量は極微小であるので、フラップ３９ａ，３９ｂの旋回量に相互差はほとんどなく、棒材１２を棒材把持孔１９の中心位置に正確に位置決めすることができる。

なお、棒材把持孔１９において半径方向内方にバランスよく棒材１２を押圧し、安定的な心出し及び把持を可能とするために、少なくとも三つのフラップ対３９を形成することが好ましい。本実施の形態では、三つのフラップ対３９がスリーブ３５に設けられているが、四つ以上のフラップ対３９を設けてもよい。

フラップ対３９は、例えばワイヤ放電加工などによって、隣り合う二つの旋回軸線４１ａ，４１ｂの間に旋回軸線４１ａ，４１ｂと平行に延びるスリット４３を設けると共に、スリット４３の両端部からスリット４３に関して対称的に二つの旋回軸線４１ａ，４１ｂに至るまで延びる切り込み４５を設けることによって、形成することができる。切り込み４５は、図２に示されているように、スリット４３の両端部からそれぞれ外側に略Ｖ字形状に延びるような形状に形成されることが好ましい。しかしながら、スリット４３の両端部から延びる切り込みは、スリーブ３５の周方向成分を含んで旋回軸線４１ａ，４１ｂに至るまでスリット４３に関して対称的に延び、旋回軸線４１ａ，４１ｂを中心に旋回可能なフラップ３９ａ，３９ｂを形成できるようになっていればよい。したがって、切り込み４５は、スリット４３の両端部からスリット４３と垂直な方向に延びる形態（図３（ａ））、スリット４３の各端部から他方の端部に向かって逆Ｖ字形状に延びる形態（図３（ｂ））、スリット４３の両端部から湾曲して延びる形態（図３（ｃ））、スリット４３の両端部から直線と曲線とを組み合わせた形状に延びる形態（図３（ｄ））などの形態をとることも可能である。なお、図３においては、簡単化のために、スリーブ３５のつば部３７を省略していることに留意されたい。

また、フラップの別の実施形態を図３（ｅ）に示す。スリーブ３５に、挿入軸線１５と平行に延びる旋回軸線５１を中心として旋回可能なフラップ５３を周方向に三つ等配に形成したものである。このフラップ５３は、旋回軸線５１と平行に延びるスリット５５を設けると共に、スリット５５の両端部から周方向に旋回軸線５１に至るまで延びる切り込み５７を設けることによって、形成することができる。このスリット５５や切り込み５７の形状は、斜めの直線にしたり、曲線にしたり種々のバリエーションがある。

次に、図１に示されている棒材把持装置１１の動作について説明する。
まず、作動流体通路３１を通して圧力室２９内の作動流体の圧力を低下させてカラー２３の薄肉部２７を初期位置に戻した状態で、把持装置本体１３の棒材挿入穴１７を通して棒材把持孔１９に、エンドミルのような棒状の工具や棒状のワークなどの棒材１２を挿入する。次に、作動流体通路３１を通して圧力室２９に作動流体を供給して圧力室２９内の作動流体の圧力を増加させると、カラー２３の薄肉部２７が圧力室２９内の作動流体の圧力によって半径方向内方に膨張変形する。カラー２３が弾性変形可能なポリアミド樹脂で形成されていれば、カラー２３の薄肉部はこのとき局所的ではなく全体的にほぼ均一に膨張変形する。

カラー２３の薄肉部２７が膨張すると、カラー２３の薄肉部２７によって、スリーブ３５が半径方向内方に押圧されて収縮する。特に、スリーブ３５の各フラップ３９ａ，３９ｂは、カラー２３の薄肉部２７によって、その他の部分より小さい力で旋回軸線４１ａ，４１ｂを中心として半径方向内方へ旋回して、棒材把持孔１９に挿入された棒材１２を棒材把持孔１９の中心軸線に向かって押圧し、棒材把持孔１９内で棒材１２を中心に位置決めしつつ把持する。なお、このときの各フラップ３９ａ，３９ｂの旋回量は極微小であるので、旋回量に相互差はほとんどなく、棒材１２を棒材把持孔１９の中心位置に正確に位置決めすることができる。

棒材把持装置１１では、上述したように、棒材把持孔１９と棒材１２との間に配置されたスリーブ３５のフラップ３９ａ，３９ｂを棒材１２に接触させることにより棒材１２を把持する。したがって、従来の流体チャックなどのように棒材把持孔１９と圧力室２９を隔てる薄肉部２７の中央部が局所的に大きく膨張したとしても、フラップ３９ａ、３９ｂは、薄肉部２７の局所的に膨張した部分が直接的に棒材１２に接触する場合の接触領域よりも、挿入軸線方向に広い幅の領域で棒材１２に接触する。この結果、薄肉部２７による押圧力は挿入軸線１５の方向に広い範囲に分散され、棒材把持装置１１はより安定して棒材１２を把持すると共に、より強い把持力を棒材１２に作用させることができる。また、薄肉部２７と棒材１２との間にスリーブ３５が介在しており、薄肉部２７が棒材１２と直接的に接触しなくなるので、薄肉部２７が摩耗しにくくなる。このため、金属材料ではなく強度で劣るが弾性変形しやすい樹脂材料によって薄肉部２７を形成することが可能となる。これにより、薄肉部２７が局所的ではなく全体的に均一に膨張できるようになり、薄肉部２７による押圧力がより広い範囲に分散されて棒材１２に作用されやすくなる。この結果、棒材把持装置１１がより安定して棒材１２を把持すると共に、より強い把持力を棒材１２に作用させる効果を奏する。

本実施の形態では、フラップ対３９を周方向に少なくとも三つ形成する場合について述べたが、フラップ対３９やフラップ５３が一つだけ設けられ、棒材１２を一方向にスリーブ３５の内周面に向けて押圧して把持する構成でも、本発明によれば従来より高い把持力を得ることができる。

１１棒材把持装置
１３把持装置本体
１５挿入軸線
１９棒材把持孔
２３カラー
２５凹部
２７薄肉部
２９圧力室
３１作動流体通路
３５スリーブ
３９フラップ対
３９ａ，３９ｂフラップ
４１ａ，４１ｂ旋回軸線
４３スリット
４５切り込み

Claims

挿入軸線に沿って延びる棒材把持孔が形成された本体を備え、前記棒材把持孔周りに弾性変形可能な薄肉部を隔てて設けられた圧力室に作動流体を供給することにより、前記薄肉部を内方に膨張させて前記棒材把持孔に挿入された棒材を把持する棒材把持装置であって、
前記棒材把持孔と同心で前記棒材把持孔の内側に装着されたスリーブをさらに備え、該スリーブに、前記挿入軸線と平行に延びる旋回軸線を中心として旋回可能なフラップを形成し、前記フラップは、周方向に対向させて配置した対称的なフラップ対を周方向に少なくとも三つ設けて形成され、前記フラップ対は、対面する二つのフラップの前記旋回軸線の間で前記旋回軸線と平行に延びるスリットと該スリットの各端部から前記スリットに関し対称的に前記旋回軸線まで延びる切り込みとを前記スリーブに設けることによって形成され、前記薄肉部が内方に膨張したときに、前記薄肉部に押圧された前記フラップが前記旋回軸線を中心として内方に旋回して前記棒材把持孔に挿入された棒材を締め付けるようにしたことを特徴とする棒材把持装置。
前記圧力室は、前記本体に形成された穴に、外周面に環状の凹部が形成されたカラーを嵌合することによって形成される、請求項１に記載の棒材把持装置。
前記カラーは、ポリアミド樹脂で形成されている、請求項２に記載の棒材把持装置。