JP5065698B2

JP5065698B2 - チャック

Info

Publication number: JP5065698B2
Application number: JP2007027257A
Authority: JP
Inventors: 泰雄原島; 伸吉田
Original assignee: Koganei Corp; Howa Machinery Ltd
Current assignee: Koganei Corp; Howa Machinery Ltd
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2027-02-06
Also published as: JP2008188731A

Description

本発明は、ワークや刃具等を把持するチャックに関する。

従来のチャックとして、下記特許文献１に記載のコレットチャックが知られている。このコレットチャックでは、チャック爪の外周面のテーパー部と、チャック爪外周側にあるチャックヘッドのテーパー部の移動相互作用によってチャック爪が閉じることでワークの外周部を把持する（００１１段落、図３）。

特開２００４−２５３３４号公報

上記従来のチャックでは、単にテーパー部の移動相互作用によってチャック爪を弾性変形させてワークを把持するため、各チャック爪を均一に移動させることに配慮されていないし、チャックの把握径範囲も広くない。

そこで、請求項１及び請求項２に記載の発明は、簡易な機構で外寸の小さな小型に構成可能としながら、各チャック爪（ジョー）をチャック半径方向へ比較的に大きく均一に高精度で移動させることのできるチャックを提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、機枠内で前後移動可能に設けたプランジャと、プランジャの前進により、機枠の先端壁後面と機枠中部材の先端面とにより前後移動を規制された状態で、内方へ案内移動される複数のジョーとを備え、各ジョーの外側に、底面が後ほど内方へ向かうウェッジ面であり、両側面が案内面である案内溝を設けるとともに、プランジャの前部に、ジョーの案内溝とそれぞれ対応する複数の案内片を、各内面が案内溝のウェッジ面に重なる所定角度ごとに互いに対称なウェッジ面であり、各両側面が案内溝の案内面に重なる案内面となるように設け、プランジャの前進により、各案内片のウェッジ面がジョーの案内溝のウェッジ面上を前進して、各ジョーが内方へ移動するようにし、更に、隣接ジョー間に、各ジョーを外方へ案内されるよう付勢する弾性体を渡したことを特徴とするものである。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、機枠内で前後移動可能に設けたプランジャと、プランジャの後退または前進により、機枠の先端壁後面と機枠中部材の先端面とにより前後移動を規制された状態で、外方へ案内移動される複数のジョーとを備え、各ジョーの内側に、底面が後ほど内方または外方へ向かうウェッジ面であり、両側面が案内面である案内溝を設けるとともに、プランジャの前部に、ジョーの案内溝とそれぞれ対応する複数の案内片を、各外面が案内溝のウェッジ面に重なる所定角度ごとに互いに対称なウェッジ面であり、各両側面が案内溝の案内面に重なる案内面となるように設け、プランジャの後退または前進により、各案内片のウェッジ面がジョーの案内溝のウェッジ面上を後退または前進して、各ジョーが外方へ移動するようにし、更に、隣接ジョー間に、各ジョーを内方へ案内されるように付勢する弾性体を渡したことを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、上記目的に加えて、各ジョーの点検や交換を簡易迅速に行う目的を達成するため、上記発明において、機枠の前部を、機枠の後部に対して着脱可能なジョーホルダとし、ジョーホルダ内に、各ジョーを配置したことを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、上記目的に加えて、チャックを大型化することなくプランジャひいては各ジョーを確実容易に動作させる目的を達成するため、上記発明において、プランジャまたはこれと一体のピストンを、機枠内で流体圧により前後移動可能に設けた
ことを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、上記目的に加えて、チャックを大型化することなく、プランジャひいては各ジョーを、電気を用いて確実容易に動作させる目的を達成するため、上記発明において、機枠内にソレノイドを設け、プランジャにソレノイドの可動鉄心を一体化して、プランジャを、機枠内で前後移動可能に設けたことを特徴とするものである。

本発明によれば、ジョーの外側または内側に設けた案内溝の底面をウェッジ面にし、プランジャの前部にジョーの案内溝とそれぞれ対応するように設けた複数の案内片の内側または外側をジョーのウェッジ面と重なる所定角度ごとに互いに対称なウェッジ面とし、案内面同士による案内を受けながらのウェッジ面同士の滑りにより各ジョーを前後移動を規制された状態で移動させ、ジョーにアンクランプ状態へ復帰させる弾性体を併設したので、簡易な機構で外寸の小さな小型に構成でき、またジョーの案内溝の案内面が案内片の案内面で案内されながらジョーがウェッジ面同士の滑りによりチャック半径方向へ移動されるので、弾性変形させるコレットチャックのチャック爪に比べて、各ジョーをチャック半径方向へ比較的に大きく均一に高精度で移動させることのできるチャックを提供することができる、という効果を奏する。

以下、本発明の実施形態の例（第１〜第３形態及び変更例）について、適宜図面に基づいて説明する。

［第１形態］
図１（ａ）は第１形態に係るチャック１のアンクランプ（開放）時の中央断面図であり、図１（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、図１（ｃ）はチャック１のクランプ（把持）時の中央断面図であり、図１（ｄ）は（ｃ）のＢ−Ｂ線断面図であって、チャック１は、筒状の機枠中部材２、機枠後部材３、及び機枠中部材２の前部（図１（ａ），（ｃ）では右部）に嵌められて螺着された前部に孔４を有するキャップ状のジョーホルダ５を含む機枠６と、機枠中部材２ないしはジョーホルダ５の内側に設けられた筒状のプランジャ７と、プランジャ７の前端縁の内側に配置された複数（ここでは４個）のジョー８と、プランジャ７の中央部に嵌着されて機枠後部材３の内側に収容されたピストン１０とを含む。機枠後部材３やプランジャ７には、各種部材を挿通可能な、長手方向に沿う貫通孔が設けられている。

図２はチャック１の後面図であり、当該後面には流体（ここではエアを示すが圧油等でも良い）の出入口１２と入出口１４とが開けられ、機枠後部材３の後部肉厚内には、出入口１２からプランジャ７の後部外側の第１開口部１５へ延びる第１エア通路１６と、入出口１４からプランジャ７の中央部外側（第１エア通路１６より前側）の第２開口部１７までにわたる第２エア通路１８とが設けられている。

また、機枠後部材３の内面上であって、第１開口部１５の前後には、プランジャ７の後部について前後移動を許しながら気密に塞ぐシール２０，２１が設けられており、第２開口部１７の後には、プランジャ７の中央部について前後移動を許しながら気密に塞ぐシール２２が設けられている。一方、ピストン１０の外周面には、前後に移動しても第２開口部１７の前方を塞ぐシール２４，２６が設けられている。なお、シール２４，２６は、ピストン１０の前後端縁に設けられている。また、シール２６より前方の、機枠中部材２と機枠後部材３との嵌合部に、シール２８が設けられている。更に、シール２１，２２、シール２４，２６は、それぞれ単体のシールとすることもできる。

ピストン１０は、筒状の部材であり、プランジャ７の中央部を孔に受け入れることでプランジャ７に嵌着され、プランジャ７を一体移動させるようになっている。また、プランジャ７の後部外面に、シール２０，２１の間に位置する後部開口３０を備えるとともに、プランジャ７の中央部外面に、シール２６，２８の間に位置する前部開口３２を備えており、更にプランジャ７の内部において、後部開口３０から前部開口３２にわたるエア通路３４が設けられている。なお、このエア通路３４は、ここではプランジャ７の中空孔に筒状部材を嵌挿することで形成されている。

図３はプランジャ７の前端部および各ジョー８を示す斜視図であり、プランジャ７の前端部は、前方へ突出するようにして９０度ごとに配された４個の案内片４０に分かれている。各案内片４０は、先端部の両側面が案内面４１とされるとともに、先端部の内面に、前方へいくほどチャック１の中心軸から離れる、即ち後ほど内方（中心側）へ向かうウェッジ面４２（テーパ面）を有している。なお、各案内片４０の先端部は、ジョーホルダ５の内面に合わせて外方（外周側）へ広がっている。また、各ジョー８は、ジョーホルダ５の先端壁後面と機枠中部材２の先端面により、前後移動を規制された状態でチャック半径方向へ案内移動可能とされている。

一方、各ジョー８は、中心角を面取りした四分円柱状の部材であるが、その外面中央部には中心角へ向かう案内溝４４が形成されており、案内溝４４の両側面は案内面４１に一部重なる案内面４５とされ、案内溝４４の底面はウェッジ面４２に一部重なるウェッジ面４２と同様なウェッジ面４６とされている。更に、図１（ｂ），（ｄ）に示されるように、各ジョー８の両平面には、当該平面に対して垂直な凹部５０が設けられており、各ジョー８の隣接平面における凹部５０間に、それぞれ弾性体としてのバネ５２が渡されていて、各バネ５２が、ジョー８間を拡げるように付勢力を作用させ、対応するジョー８を外方に案内される方向へ付勢している。

このように成るチャック１の動作例について説明する。図１（ａ）のアンクランプ状態からワークＷ（刃具でも良い）のクランプを開始するに際し、孔４にワークＷの基端部を挿入して入出口１４にエアを供給すると、エアは順に第２エア通路１８、第２開口部１７を通ってシール２２，２４間に入り、ピストン１０を前方へ押す。すると、図１（ｃ）に示すように、ピストン１０が前方へ移動する。このとき、ピストン１０前方のシール２６，２８間の空間は狭くなるが、その空間内のエアは、順に前部開口３２、エア通路３４、及び後部開口３０、並びに機枠後部材３の第１開口部１５、及び第１エア通路１６を介して、出入口１２から排出される。

ピストン１０が前進すれば、これと一体のプランジャ７も前進し、各案内片４０もジョーホルダ５内で前進する。すると、各案内片４０は、両案内面４１がジョー８の案内溝４４の対応する案内面４５に案内されて前進し、各ジョー８の前後移動が機枠６によって規制されているので、ウェッジ面４２がジョー８の案内溝４４のウェッジ面４６上を前方へ滑り、対応するジョー８をバネ５２の付勢力に抗して内方（ここではチャック１の中心軸へ近づく方向）へ移動させる。各ジョー８が内方へ寄ることで、ワークＷの基端部が把持され、ワークＷがクランプ（外径把持）される。

このとき、各ジョー８は、案内片４０の両案内面４１やウェッジ面４２によって案内されながらウェッジ面４２，４６同士の滑りによりチャック半径方向（チャック中心方向）へ移動されるため、弾性変形されるコレットチャックのチャック爪に比べて、比較的大きく均一に高精度で移動する。従って、チャック１にあっては、簡易な機構によってワークＷ等の把握径範囲を広くすることができ、把握径の異なるサイズ違いのワークＷ等をジョー８の交換なしにクランプすることができて、チャックを利用する機械の稼働率を高めることができる。例えば、チャック外径が１８ｍｍのコレットチャックでワーク直径４ｍｍに対応するものでは、一般に０．５ｍｍ程度の把握径範囲であるが、第１形態に係るチャック１では、容易に２ｍｍ以上の把握径範囲に大きくすることができる。また、各ジョー８の案内溝４４にプランジャ７の案内片４０を入れているため、各案内片４０の外径を各ジョー８の外径と同程度に小さくすることができ、チャック１を外径の小さな小型に形成して、小径のコレットチャックとして用いることもできる。更に、各案内片４０の内側に、中心からの距離が前方へ拡大するウェッジ面４２を設け、ジョー８に設けた同様のウェッジ面４６と接触させているので、各案内片４０に対し案内溝４４を前方から入れることができ、プランジャ７に対するジョー８の組付けを前方から容易に行うことができて、チャック１の製造コストを低減することができる。

加えて、各バネ５２は、対応するジョー８について外方に案内されるよう付勢している。なお、念のため付言すれば、バネ５２の付勢力は、エアの供給（ピストン１０ないしはプランジャ７の前進駆動力ないしは前進位置保持力）による力を下回る。

一方、ワークＷをアンクランプする場合、入出口１４へのエアの供給停止とともに、出入口１２から順に第１エア通路１６、第１開口部１５、後部開口３０、エア通路３４、前部開口３２を経てピストン１０の前部周辺のシール２６，２８間にエアを供給し、ピストン１０を押して、ピストン１０を後退させる。このときも、シール２２，２４間は狭まり、その空間のエアは入出口１４から排出される。ピストン１０が後退すればプランジャ８の各案内片４０も後退し、各ジョー８の前後移動が機枠６によって規制されているので、各案内面４１が案内面４５に案内されながら、ウェッジ面４２がウェッジ面４６を下る。これに伴い、各ジョー８は、バネ５２の付勢により外方（ここではチャック１の中心軸から離れる方向）へ移動し、ワークＷがアンクランプされる。

第１形態に係るチャック１では、機枠６内で前後移動可能に設けたプランジャ７と、プランジャ７の前進により内方へ移動する複数のジョー８とを備え、各ジョー８の外側に、底面が後ほど内方へ向かうウェッジ面４６であり、両側面が案内面４５である案内溝４４を設けるとともに、プランジャ７の前部に、ジョー８の案内溝４４と対応する案内片４０を、内面が案内溝４４のウェッジ面４６に重なるウェッジ面４２であり、両側面が案内溝４４の案内面４５に重なる案内面４１となるように設け、プランジャ７の前進により、各案内片４０のウェッジ面４２がジョー８の案内溝４４のウェッジ面４６上を前進して、各ジョー８が内方へ移動するようにし、更に、隣接ジョー８間に、各ジョー８を外方へ案内されるよう付勢するバネ５２を渡したので、簡易な機構によって低コストでコンパクトに形成することができ、しかもサイズ違いのワークＷ等のいずれに対しても高精度で正確なクランプを行えるチャックを提供することができる。

また、チャック１にあって、機枠６の前部を、機枠６の機枠中部材２に対して着脱可能なジョーホルダ５とし、ジョーホルダ５内に、各ジョー８を配置したので、ジョーホルダ５を外すことができ、各ジョー８の点検や交換が容易である。

更に、チャック１では、プランジャ７と一体のピストン１０を、機枠６内でエア圧により前後移動可能に設けたので、プランジャ７を、工場配管の圧縮空気等を用いて移動することができ、また各種エア通路等のエア圧供給手段をプランジャに隣接して設置することができてチャック１を小型化することができる。

［第２形態］
第２形態に係るチャックは、プランジャ及びジョーの形状ないしは配置、並びにピストンの配置以外は、第１形態に係るチャック１と同様に成る。図４（ａ）は第２形態に係るチャック６１のアンクランプ時の中央断面図であり、図４（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図であり、図４（ｃ）はチャック６１のクランプ時の中央断面図であり、図４（ｄ）は（ｃ）のＤ−Ｄ線断面図である。

チャック６１では、各ジョー６８の前部が、後部外面（チャック６１の中心軸を中心とする円筒面）に対して中心軸に寄った外面（中心軸を中心とする円筒面またはこれに接する平面等）を有する把持部６９となっており、各把持部６９はジョーホルダ６５の孔６４から突出して配置され、有孔体であるワークＶの孔を把持部６９が外方へ押すことでワークＶをクランプ（内径把持）するようになっている。クランプ時、ピストン７０及びプランジャ６７が後退する。

また、プランジャ６７前端縁の案内片８０の外面（中心軸に対して外側の面）が後ほど中心寄りのウェッジ面８２となっており、これに対応するウェッジ面８６を底とする案内溝８４が、対応するジョー６８の内側に設けられている。なお、案内片８０の両側面は、案内面となっており、案内溝８４の両側面の案内面を案内する。

更に、各ジョー６８の隣接側面には、凹部９０がそれぞれ設けられたうえ、凹部９０間に、バネ９２が、当該凹部９０にバネ９２の端部を嵌めることで設置されている。バネ９２は、各ジョー６８間を狭めるように付勢力を作用させ、対応するジョー８を内方に案内される方向へ付勢している。

チャック６１では、アンクランプ状態（図４（ａ），（ｂ））において、ピストン７０の前側に通じる出入口７２にエアを供給すると、ピストン７０ないしはプランジャ６７が後退し、各案内片８０のウェッジ面８２が案内溝８４のウェッジ面８６上を後退し、各ジョー６８はジョーホルダ６５と機枠中部材６２によって前後移動を規制されているので外方へ移動し、クランプ状態（図４（ｃ），（ｄ））となる。

一方、ワークＶをアンクランプする場合、出入口７２へのエアの供給を停止するとともに、入出口７４にエアを供給すると、入出口７４からのエア圧によりピストン７０ないしはプランジャ６７が前進し、バネ９２の付勢力によりジョー６８が内方へ移動して、アンクランプ状態となる。

第２形態のチャック６１では、機枠内で前後移動可能に設けたプランジャ６７と、プランジャ６７の後退により外方へ移動する複数のジョー６８とを備え、各ジョー６８の内側に、底面が後ほど内方へ向かうウェッジ面８６であり、両側面が案内面である案内溝８４を設けるとともに、プランジャ６７の前部に、ジョーの案内溝８４と対応する案内片８０を、外面が案内溝８４のウェッジ面８６に重なるウェッジ面８２であり、両側面が案内溝の案内面に重なる案内面となるように設け、プランジャ８４の後退により、各案内片８０のウェッジ面８２がジョー６８の案内溝８４のウェッジ面８６上を後退して、各ジョー６８が外方へ移動するようにし、更に、隣接ジョー６８間に、各ジョー６８を内方へ案内されるよう付勢するバネ９２を渡したので、プランジャ６７にジョー６８を外方から組み付けることができて製造コストを低減することができ、更に第１形態と同様に、簡易な機構によって低コストでコンパクトに形成することができ、しかもサイズ違いのワークＷ等のいずれに対しても高精度で正確なクランプを行えるチャックを提供することができる。

［第３形態］
第３形態に係るチャックは、バネ及び凹部の構成以外は、第２形態に係るチャックと同様に成る。図５（ａ），（ｂ）は第３形態に係るチャックにおける図４（ｂ），（ｄ）相当図であり、バネ１０２は、各ジョー１０８の外面に設けられた凹部１０３と、機枠であるジョーホルダ１０５に設けられた小凹部１０４との間に設けられている。このような第３形態のチャックにおいても、第２形態のチャックと同様にバネ１０２が対応するジョー１０８を内方に案内される方向へ付勢して、チャックを簡易な機構によって低コストでコンパクトに形成することができ、しかもサイズ違いのワークＶ等のいずれに対しても高精度で正確なクランプを行えるチャックを提供することができる。

［変更例］
なお、主に上記実施の形態を変更して成る、本発明の他の形態を例示する。プランジャあるいはピストンを、ソレノイドにより電気的に前後移動させる。即ち、プランジャの後側等に鉄心を一体に設けるとともに、鉄心の周りであって機枠の内部にソレノイドを設け、ソレノイドに通電することで鉄心を前進あるいは後退させ、プランジャを前進あるいは後退させる。通電を停止すれば、鉄心ないしはプランジャは逆に移動して復帰する。この場合、ソレノイドや可動鉄心を機枠内のプランジャ後方等に設けてチャックを小型化することができるし、プランジャを電気的に移動してジョーによるクランプを電動化することができる。

また、第２形態（図４）において、ウェッジ面８２，８６を前へ行くほど中心寄りとなるように形成し、プランジャ６７が前進することで各ジョー６８がワークＶをクランプし、プランジャ６７が後退することで各ジョー６８がワークＶをアンクランプするようにしても良い。

本発明の第１形態に係るチャックの、（ａ）アンクランプ時の中央断面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）クランプ時の中央断面図、（ｄ）（ｃ）のＢ−Ｂ線断面図である。図１のチャックの後面図である。図１のチャックにおけるプランジャの前端部および各ジョーを示す斜視図である。本発明の第２形態に係るチャックの、（ａ）アンクランプ時の中央断面図、（ｂ）（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｃ）クランプ時の中央断面図、（ｄ）（ｃ）のＤ−Ｄ線断面図である。（ａ），（ｂ）は、本発明の第３形態に係るチャックの、図４（ｂ），（ｄ）相当図である。

符号の説明

１，６１チャック
５，６５，１０５ジョーホルダ
６機枠
７，６７プランジャ
８，６８，１０８ジョー
１０，７０ピストン
４０，８０案内片
４２，８２ウェッジ面（案内片側）
４４，８４案内溝
４６，８６ウェッジ面（案内溝側）
５２，９２，１０２バネ（弾性体）

Claims

機枠内で前後移動可能に設けたプランジャと、
プランジャの前進により、機枠の先端壁後面と機枠中部材の先端面とにより前後移動を規制された状態で、内方へ案内移動される複数のジョーとを備え、
各ジョーの外側に、底面が後ほど内方へ向かうウェッジ面であり、両側面が案内面である案内溝を設けるとともに、
プランジャの前部に、ジョーの案内溝とそれぞれ対応する複数の案内片を、各内面が案内溝のウェッジ面に重なる所定角度ごとに互いに対称なウェッジ面であり、各両側面が案内溝の案内面に重なる案内面となるように設け、
プランジャの前進により、各案内片のウェッジ面がジョーの案内溝のウェッジ面上を前進して、各ジョーが内方へ移動するようにし、
更に、隣接ジョー間に、各ジョーを外方へ案内されるよう付勢する弾性体を渡した
ことを特徴とするチャック。
機枠内で前後移動可能に設けたプランジャと、
プランジャの後退または前進により、機枠の先端壁後面と機枠中部材の先端面とにより前後移動を規制された状態で、外方へ案内移動される複数のジョーとを備え、
各ジョーの内側に、底面が後ほど内方または外方へ向かうウェッジ面であり、両側面が案内面である案内溝を設けるとともに、
プランジャの前部に、ジョーの案内溝とそれぞれ対応する複数の案内片を、各外面が案内溝のウェッジ面に重なる所定角度ごとに互いに対称なウェッジ面であり、各両側面が案内溝の案内面に重なる案内面となるように設け、
プランジャの後退または前進により、各案内片のウェッジ面がジョーの案内溝のウェッジ面上を後退または前進して、各ジョーが外方へ移動するようにし、
更に、隣接ジョー間に、各ジョーを内方へ案内されるように付勢する弾性体を渡した
ことを特徴とするチャック。
機枠の前部を、機枠の後部に対して着脱可能なジョーホルダとし、
ジョーホルダ内に、各ジョーを配置した
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のチャック。
プランジャまたはこれと一体のピストンを、機枠内で流体圧により前後移動可能に設けた
ことを特徴とする請求項１ないしは請求項３のいずれかに記載のチャック。
機枠内にソレノイドを設け、プランジャにソレノイドの可動鉄心を一体化して、プランジャを、機枠内で前後移動可能に設けた
ことを特徴とする請求項１ないしは請求項３のいずれかに記載のチャック。