JP5323370B2 - チャックの軸力操作装置 - Google Patents

Description

本発明は、旋盤等において、工作物を把握するチャックを操作するために必要な軸力を発生し操作できる軸力操作装置に関し、特に電力を駆動源とする駆動部を備える装置に関する。

従来の旋盤等に取り付けられた軸力操作装置は、そのほとんどが油圧駆動されるものであり、省エネ、環境問題などからオイルレス化への対応が切望されていた。それに呼応して今までもオイルレス化の一環として電力を駆動源とするモーターを使用した出願が数多くなされている。
これらの出願の構造は、実施は可能であるが大きなスペースが旋盤の後端に必要であり且つ重量物を主軸に取り付けることから、実用段階にはほど遠く試作品の域を出ないものであった。
そして、そのほとんどは、チャックの爪を操作するモーターを軸力操作装置の後端部にクラッチを介して備える構造であった（例えば、特許文献1、特許文献２参照）。

特開昭62‐34708号公報 特開2001‐191203号公報

これらの軸力操作装置の後端部にクラッチを備えるものは、チャックの爪を操作する大きな作用力が働いている状態でその開閉を行う必要があり、作用力の大きな強固なクラッチであった。
引用文献１に記載の電磁クラッチ２０は、スピンドル軸３０と誘導電動機１１とを切り離す役割を果たすもので、スピンドル軸３０の回転によって、誘導電動機１１が連れ回りするのを防止するものである。
電磁クラッチ２０を接続して爪を移動させ工作物を把持する場合を説明する。まず、モーター１１を回転させ、その回転により生じる小さなトルクを減速機13によって減速し大きなトルクとし、その大きなトルクをクラッチ２０によりスプライン軸２５に伝達し、スプライン軸２５に係合するスクリューナット３０によって、スピンドル３０の軸方向に変換しドローボルト３９に伝えている。
このようにクラッチ２０が伝えるトルクはモーター１１のトルクを減速機１３によって大きなものとされ、クラッチの開閉は、この大きなトルクが作用した状態で行われるために大きな作用力を要する強固なクラッチが必要となっていた。

引用文献２に記載のクラッチ１２は、主軸１と爪送り機構９を機械的に連結したり、切り離したりするクラッチである。即ち、爪の移動・工作物の把握時にはクラッチ１２を開放とし、爪送り機構９と回転子が連結された第２のモーター１０を所要トルクで回転させ、その回転力でチャックの爪３を移動させ、所要の力で工作物を把握する構造である。このクラッチ１２は、軸方向に往復動する爪送り機構９と主軸１を開閉するクラッチであり、爪送り機構９に大きな軸力を作用させた状態で、旋削加工の為に主軸１と連結する必要がある。

したがって、このクラッチ１２も先の引用文献１に記載されたクラッチ２０と同様に大きな作用力を要する強固なクラッチが必要となるのであった。
この為にモーターを使用した軸力操作装置は、モーターは言うまでもなく、大容量のクラッチが必要となり、その重量スペースにおいて、従来の油圧駆動される軸力操作装置と大きな差異が生じていた。
本発明は、上記問題点に鑑み、モーターを使用するチャックの軸力操作装置において、クラッチの作動時に小さな作用力が働く構造となし、軽量コンパクトな商品を得ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は主軸の先端に備えるチャックを回転軸の軸方向に操作するために主軸の後端部に取り付けるチャックの軸力操作装置であって、電力を駆動源とし回転力を発生する駆動部と、該駆動部の回転力を伝達又は遮断するためのクラッチ部と、前記駆動部の回転数を減速させる減速部と、前記減速部の回転力を主軸の軸方向に変換する軸力変換部と、該軸力変換部によって変換された軸方向力を操作軸に伝達するドローパイプを備え、前記減速部が前記クラッチ部と前記軸力変換部の間に備えられており、前記クラッチが軸方向に開閉する機能と回転方向の位相を検知する機能を備えているチャックの軸力操作装置である。

前記クラッチ部が駆動部と減速部の各々に回転力を伝達又は遮断する２つの係合面を備えているチャックの軸力操作装置である。

前記駆動部の回転軸が主軸の回転軸と同軸に形成されているチャックの軸力操作装置である。

前記軸力変換部の作用力は、軸方向の反力受けとして主軸が加担するチャックの軸力操作装置である。

駆動部の回転数を減速する減速部をクラッチ部と軸力変換部の間に配設するようにしたので、クラッチの作動時には爪を締め付ける軸方向の大きな軸力もしくはそれに相当する大きなトルクがクラッチに働いておらず、クラッチはモーターが発生する小さなトルクに対応する小容量のクラッチで対処できることから、省スペース、省エネルギーを可能とすることができる。

クラッチ部が駆動部と減速部の各々に回転力を伝達又は遮断する２つの係合面を備えるようにしたので、クラッチ部の係合面はチャックの爪によって工作物把握完了後、駆動部と減速部や軸力変換部との間は回転筒の係合面ａで回転力が遮断され、同時に対向する本体の係合面ｂに噛合い、主軸、減速部、軸力変換部間で相対位置が保持され、把握のロッキング状態を継続できる。

クラッチ部が軸方向に開閉する機能と回転方向の位相を検知する機能を備えるようにしたので、正常な把握状態の時は主軸本体部と減速部、軸力変換部間の相対位置は位相差ゼロであるが、過大な外力が主軸本体、軸力変換部、チャック部などに作用して変位した場合クラッチ部に位相差が発生する。この位相差を検知し異常把握状態として、常時監視ができる。

駆動部の回転する軸（回転筒）が主軸の回転軸と同軸に形成されるようにしたので、駆動部およびクラッチ部、減速部、軸力変換部が主軸と全て同軸上に構成することになり、伝達機構の簡素化と、主軸と共に回転する構成部品の直径が小さくすることができ、低慣性構造を得ることができる。これは主軸の高速化に付与することになる。

主軸を軸力変換部の軸方向の反力受けとして使用されるようにしたので、従来の油圧シリンダーと同様に主軸後端部へ取り付けが可能となり、工作物の把握による軸力は主軸で受け止められ軸力が主軸支持軸受などへ作用することがない。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、旋盤の主軸台を示す全体図で、主軸台の一部を断面で示している。旋盤の主軸台の前端にはチャック２が取り付けられ、後端には軸力操作装置３が各々アダプターを介して取り付けられている。
主軸台１の内部には、主軸軸受４．４に支持される主軸５が設けられ、主軸５の外周には、主軸を回転するためのモーターを構成する巻線６が配設されている。
主軸５の前端部には、前端フランジ７を介してチャック２が取り付けられ、チャックの爪８によって図示しない工作物を把握する。
チャックの爪８を移動させる為に、チャック２の後端から主軸５の内側を貫通するドローパイプ９が設けられ、ドローパイプ９の往復動によってチャックの爪８を開閉する。主軸５の後端には後端フランジ１０を介してドローパイプ９を往復動させるための軸力操作装置３が取り付けられている。

図２は、軸力操作装置３を主軸５の後端に取り付けた断面図である。
軸力操作装置３は、主軸５と共に回転する本体１１と、本体１１の後方に本体１１の回転軸と同軸に設けられる駆動部１２から構成される。
駆動部（モーター）１２は、旋盤の主軸台１に連接するブラケット１３を介して取り付けられる支持部材１４に備えられる固定子１５と、回転可能な回転子１６からなり、回転子１６はその回転力をクラッチ部１７へ伝達するために、前方端面には係合面ａ１９を形成する回転筒１８に接続されている。
クラッチ部１７は回転筒１８の係合面ａ１９に対応する係合面ａａ２０を備え、これらの二つの係合面は電磁クラッチにより開閉されている。クラッチ部１７の前方側には、軸力操作装置３の本体１１の後端面に形成する係合面ｂ２１に対応する係合面ｂｂ２２を備えており、これらの二つの係合面はクラッチ部１７を前方側に押圧する付勢弾性部材２６により開閉されている。
クラッチ部１７の係合面ｂｂ２２と本体１１の係合面ｂ２１の外周には回転方向の位相を検知するためのセンサー２７が設けられている。
本体１１の内部には、軸受３１を介して本体１１と同軸に配設される駆動部１２の回転力を増力し且つ軸方向力に変換する機構が設けられている。
クラッチ部１７は、伝達された回転力を増力する減速部２３に接続され、減速部２３はさらに軸力変換部２４に連結されている。減速部２３は駆動部１２の高速回転・低トルクの回転力を低回転・高トルクの回転力に変換し、この回転力を軸力変換部２４に伝達する。軸力変換部２４はナット２８とネジ軸２９からなるネジ機構３０によって回転力を軸方向力に変換する構造であり、軸方向力は主軸５と同軸に作用する。ナット２８の外周には本体１１に対して軸方向に押圧固定するための弾性体３２が設けられている。軸力変換部２４の中心には、発生する軸方向力を伝達するために回転軸方向へ移動する操作軸２５が設けられ、主軸５を貫通するドローパイプ９に接続されている。

軸力操作装置３の動きを説明する。
軸力操作装置３は、主軸５の停止状態において、駆動部（モーター）１２の回転によりその回転力が回転筒１８の係合面ａ１９とクラッチ部１７の係合面ａａ２０を噛合せた状態とし、減速部２３、軸力変換部２４に伝達され、軸力変換部２４によって軸方向力に変換され、ドローパイプ９を介してチャック２の爪８の開閉を行う。この動きによって工作物がチャックに固定され、主軸５の回転が可能になる。

主軸５の回転を行うには、図２に示すごとくクラッチ部１７を前方側に押圧する付勢弾性部材２６の作用力によって係合面ａ１９と係合面ａａ２０の噛合せを外し、両係合面間には隙間ａを設け作用力を分断し、クラッチ部１７の反対面となる係合面ｂｂ２２と本体１１に備える係合面ｂ２１を噛合せる。これによって駆動部１２は本体１１と切り離され、本体１１は旋盤の主軸５と共に回転が自在になされることになる。付勢弾性部材２６は、クラッチ部１７を本体１１に押圧し、係合面ｂｂ２２が本体の係合面ｂ２１に噛合う方向の作用力を発生させる。
この時クラッチ部１７の係合面ｂｂは、主軸５の後端に連設する本体１１に結合され、減速部２３、軸力変換部２４、操作軸２５、ドローパイプ９、チャック２と主軸前端部に作用力が伝達され、工作物の把握保持状態が継続される。したがって、軸力変換部２４によって発生する軸方向力の反力は主軸５によって加担される。
もし、回転中に過大な外力が作用した場合には、ナット２８の外周に設けられた弾性体３２の付勢力によって軸方向力を補償することができ安全な作業を可能にしている。
この際、クラッチ部１７の係合面ｂ２１の外周に設けたセンサー２７により、本体１１即ち主軸５とドローパイプ９の位相を検知することによって、チャック爪８の相対位置の設定制御が可能となる。
また、主軸５の回転時は係合面ｂ２２の回転方向位相の差異をセンサー２７で検知することで、ドローパイプ９の軸方向の動きを回転方向に変換し把握状態の正常または異常を監視可能とすることができる。

加工作業の終了に伴い主軸５の回転停止すると、クラッチ部１７の係合面ｂ２２と本体１１の係合面ｂ２１が開放され、クラッチ部１７の係合面ａａが駆動部１２側の係合面ａと噛合わされる。駆動部１２は工作物の固定時と反対方向に回転して、その回転力は減速部２３、軸力変換部２４に伝達され、操作軸２５は前記動作と反対方向に進退する。これによって、チャック爪８は図示しない加工物を開放することになる。

なお、弾性体３２はナット２８の外周に設けたが、ネジ軸２９側に設けても同様な効果が得られる。

旋盤の主軸にチャックとチャックの軸力操作装置を取り付けた断面図である。 軸力操作装置を主軸の後端に取り付けた断面図である。

符号の説明

２ チャック
３ 軸力操作装置
５ 主軸
９ ドローパイプ
１１ 本体
１２ 駆動部
１７ クラッチ部
２３ 減速部
２４ 軸力変換部

Claims (4)

1. 主軸の先端に備えるチャックを回転軸の軸方向に操作するために主軸の後端部に取り付けるチャックの軸力操作装置であって、電力を駆動源とし回転力を発生する駆動部と、該駆動部の回転力を伝達又は遮断するためのクラッチ部と、前記駆動部の回転数を減速させる減速部と、前記減速部の回転力を主軸の軸方向に変換する軸力変換部と、該軸力変換部によって変換された軸方向力を操作軸に伝達するドローパイプを備え、前記減速部が前記クラッチ部と前記軸力変換部の間に備えられており、前記クラッチが軸方向に開閉する機能と回転方向の位相を検知する機能を備えることを特徴とするチャックの軸力操作装置。
2. 前記クラッチ部が駆動部と減速部の各々に回転力を伝達又は遮断する２つの係合面を備えていることを特徴とする請求項１記載のチャックの軸力操作装置。
3. 前記駆動部の回転軸が主軸の回転軸と同軸に形成されていることを特徴とする請求項１記載のチャックの軸力操作装置。
4. 前記軸力変換部の作用力は、軸方向の反力受けとして主軸が加担することを特徴とする請求項３記載のチャックの軸力操作装置。

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