JP5431126B2 - ハイブリッド化可能な調芯機能付き高精度チャック - Google Patents

Description

本発明は、保持対象物を保持する調芯機能付きチャックの改善に関するものである。

被加工物等の保持対象物を同心に保持するチャックとして三つ爪チャックが広く使用されている。これは、チャック本体に、３つの爪を半径方向に移動可能に保持させ、爪駆動装置により同期して移動させ、被加工物の外周面または内周面を保持させるものである。
一方、電磁石の磁気吸引力により被加工物を保持面に引き付けて保持する電磁チャックも知られており、その一例が下記特許文献１に記載されている。

特開２００３−１２７０４３号公報

三つ爪チャックは、３つの爪が同期して半径方向に移動させられるため、保持対象物をチャックと同心に保持させることが容易である利点がある。しかしながら、従来の三つ爪チャックには、芯出し精度，繰返保持位置精度，耐久性等が必ずしも充分とは言えないという問題があった。また、電磁チャックは、保持対象物を磁気吸引力により吸着するものであるため、保持対象物が磁性材料製であることが必要であるという制約があり、あるいは、保持対象物の端面を吸着して保持するものであるため、芯出しの機能（調芯機能）がなく、保持対象物を芯出しして保持させるのに時間がかかるという問題がある。
本発明は、以上の事情を背景として、上記問題の少なくとも１つを解決し、従来のものより実用性の高いチャックを得ることを課題として為されたものである。

上記課題を解決するために、本発明に係るチャックは、(a)中心軸線を有するチャック本体と、(b)そのチャック本体とは別体で、それぞれにガイド溝が形成され、前記チャック本体に、前記中心軸線に直角な半径方向に延びる姿勢で、取り外し可能に固定された３つの溝形成部材と、(c)それら溝形成部材の前記ガイド溝にそれぞれ摺動可能に嵌合される嵌合部と、それら嵌合部から前記中心軸線に平行な方向に突出し、保持対象物の外周面と内周面との少なくとも一方に係合する係合部とを備えた３つの爪と、(d)前記ガイド部材の前記ガイド溝の開口側の端面にそれぞれ取り外し可能に固定され、前記爪の前記嵌合部の前記開口側の面にそれぞれ係合して、それら嵌合部の前記ガイド溝からの浮き上がりを防止する１対ずつ、合計３対の押さえ部材と、(e)前記３つの爪を互いに同期させて前記ガイド溝内を移動させる爪駆動装置とを含むものとされる。

上記のように、溝形成部材および押さえ部材をチャック本体とは別体とすれば、それらをチャック本体とは別個に加工することができ、加工の自由度が増す効果が得られる。特に、チャックが、本体の直径が１０００ｍｍ以上というように大形のものである場合には、加工に使用可能な設備が限定されるため、製作に要する期間が長くなる問題があるのに対し、本発明に従えば、比較的小形の部品を複数加工すればよく、使用可能な設備の範囲が広がり、製作に要する期間を短縮することができる。
また、溝形成部材と押さえ部材とを別体とすることによって、爪の嵌合部と嵌合される部分の寸法精度を向上させることが容易となり、チャック全体の保持位置精度を向上させ得る効果が得られる。
また、押さえ部材を溝形成部材から取り外し可能とすれば、摩耗により保持位置精度が低下した場合に、溝形成部材および押さえ部材を新しいものと交換すればよく、チャック本体ごと交換する場合に比較して、設備コストを低減させることができる。あるいは、溝形成部材と押さえ部材との少なくとも一方の修理が容易となり、メンテナンスコストを低減させることができる。

発明の態様

以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載，従来技術等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。

なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、（２）項が請求項２に、（４）項が請求項３に、（８）項が請求項４に、（１１）項が請求項５にそれぞれ相当する。また、請求項１ないし５のいずれかに（１２）項の特徴を追加したものが請求項６に相当し、その請求項６に（１５）項に記載の特徴を追加したものが請求項７に相当し、請求項６または７に（１７）項に記載の特徴を追加したものが請求項８に相当する。

（１）中心軸線を有するチャック本体と、
そのチャック本体とは別体で、それぞれにガイド溝が形成され、前記チャック本体に、前記中心軸線に直角な半径方向に延びる姿勢で、取り外し可能に固定された３つの溝形成部材と、
それら溝形成部材の前記ガイド溝にそれぞれ摺動可能に嵌合される嵌合部と、それら嵌合部から前記中心軸線に平行な方向に突出し、保持対象物の外周面と内周面との少なくとも一方に係合する係合部とを備えた３つの爪と、
前記溝形成部材の前記ガイド溝の開口側の端面にそれぞれ取り外し可能に固定され、前記爪の前記嵌合部の前記開口側の面にそれぞれ係合して、それら嵌合部の前記ガイド溝からの浮き上がりを防止する１対ずつ、合計３対の押さえ部材と、
前記３つの爪を互いに同期させて前記ガイド溝内を移動させる爪駆動装置と
を含むことを特徴とするチャック。
（２）前記溝形成部材，前記嵌合部および前記押さえ部材が、前記チャック本体の材料より対摩耗性に優れた材料から成るものとされた(1)項に記載のチャック。
本項の特徴を採用すれば、(1)項に係るチャックの保持位置精度を長く良好な状態に保ち、チャックの耐久性を向上することができる。
（３）前記溝形成部材の前記ガイド溝の前記開口側端面と、前記爪の前記嵌合部の前記開口側の面とが同一平面上に位置させられ、前記押さえ部材の、前記溝形成部材および前記嵌合部側の面が一平面とされた(1)項または(2)項に記載のチャック。
本項の特徴を採用すれば、溝形成部材の開口側端面と、嵌合部の、ガイド溝の開口側の面との少なくとも一方を単純に平面研削加工することにより、爪の嵌合部と、溝形成部材および押さえ部材との、溝深さ方向におけるクリアランスを容易に適正な大きさとすることができる。
（４）前記溝形成部材，前記嵌合部および前記押さえ部材の、前記爪の移動時に互いに摺動する摺動面が硬化させられるとともに研削加工された(1)項ないし(3)項のいずれかに記載のチャック。
本項の特徴を採用すれば、溝形成部材，嵌合部および押さえ部材の加工精度を向上させるとともに、摺動面の摩耗を抑制することができ、摺動クリアランスを適正な大きさとすることが容易となるとともに、その適正な摺動クリアランスを長期間良好に維持することができる。
（５）前記チャック本体の前面に、前記中心軸線から等角度間隔で放射状に延びる３本の嵌合溝が形成され、それら嵌合溝の各々に前記３つの溝形成部材の各々が嵌合されて固定された(1)項ないし(4)項のいずれかに記載のチャック。
本項の特徴を採用すれば、溝形成部材のチャック本体に対する位置決めが容易となるとともに、チャック本体による溝形成部材の保持剛性を高くすることができ、また、嵌合溝の深さの選定によって、溝形成部材と押さえ部材とがチャック本体の前面から突出しない状態とすることが可能となり、チャックの使い勝手が向上する。
（６）前記３つの爪の各々が、少なくとも前記嵌合部を備えたスライダと、少なくとも前記係合部を備えた爪部材とが、互いに取り外し可能に固定されて成るものである(1)項ないし(5)項のいずれかに記載のチャック。
爪部材は直接スライダに固定されてもよく、スペーサを介して間接的にスライダに固定されてもよい。また、爪部材は、互いに別体に製造され、取り外し可能に固定された親爪と子爪とを含むものでもよく、スライダに対する固定部と前記係合部とを一体に備えたものでもよい。
本項の特徴を採用すれば、１つのスライダに対し、複数種類の爪部材を準備し、選択的に固定して使用することにより、安価に複数種類の爪を得ることができる。あるいは、爪部材が使用に耐えなくなった場合に爪部材のみを新しいものと交換すればよく、メンテナンスコストを低減し得る。
（７）前記爪部材が、前記スライダに固定された親爪と、その親爪に取り外し可能に固定された子爪とを有し、それら親爪と子爪との一方に前記中心軸線を中心とする部分内周円筒面が形成され、他方に前記部分内周円筒面に対応する部分外周円筒面が形成され、それら両部分円筒面が半径方向において互いに当接させられることにより、親爪に対する子爪の半径方向位置が規定された(6)項に記載のチャック。
本項の特徴を採用すれば、子爪の親爪に対する相対位置決めを容易にし、あるいは、親爪による子爪の保持剛性を高くすることができる。
（８）前記爪駆動装置が、
前記チャック本体の中央に設けられた中央ガイド部と摺動可能に嵌合され、前記中心軸線に平行な軸方向に移動する駆動部材と、
その駆動部材と前記３つの爪の各々との間に設けられ、前記駆動部材の前記軸方向の運動を前記爪の各々の前記半径方向の運動に変換する運動変換機構と
を含み、その運動変換機構を構成する部材の互いに接触する部分が硬化させられるとともに研削加工された(1)項ないし(7)項のいずれかに記載のチャック。
本項の特徴を採用すれば、運動変換機構の寸法精度を高くすることが容易となり、かつ、耐久性を向上させることができる。
（９）前記運動変換機構が、前記駆動部材と前記３つの爪の各々との一方に前記中心軸線に対して傾斜して形成された係合溝と、他方に形成されて前記係合溝と摺動可能に嵌合された係合凸部とを含み、それら係合溝と係合凸部との摺動面が硬化させられるとともに研削加工された(8)項に記載のチャック。
（１０）前記中央ガイド部が、チャック本体とは別体に、チャック本体の材料に比較して対摩耗性に優れた材料により製作され、チャック本体に固定された中央ガイド形成部材により形成され、その中央ガイド形成部材と前記駆動部材との摺動面が硬化させられるとともに研削加工された(8)項または(9)項に記載のチャック。
本項の特徴を採用すれば、中央ガイド形成部材と駆動部材との加工精度を向上させて、両者の嵌合クリアランスを適正な大きさにすることが容易になり、かつ、耐久性を向上させることができる。
（１１）前記中央ガイド形成部材が前記チャック本体に取り外し可能に固定された(10)項に記載のチャック。
中央ガイド部材の交換あるいは、修理によって、チャックの保持位置精度の維持を容易に行うことができる。
（１２）チャック本体と一体的に電磁石を備え、その電磁石の磁気吸引力により前記チャック本体の前面に磁性材料製の保持対象物を吸着して保持する電磁チャック部と、
前記チャック本体の前記前面に沿って、そのチャック本体の中心軸線に直角な半径方向に移動可能に配設された３つの爪と、それら３つの爪を互いに同期して移動させる爪駆動装置とを含む三つ爪チャック部と
を含むことを特徴とするハイブリッドチャック。
電磁チャック部は、チャック本体の前面に直接、あるいは当てがねを介して間接に、保持対象物の平面に密着してその保持対象物を保持するため、保持対象物に歪みを生じさせることがない利点を有する反面、調芯機能を有さず、芯出し作業に長時間を要する欠点がある。また、磁気吸着力に基づく平面間の摩擦力によって保持対象物の移動を防止するものであるため、保持対象物を強固に保持することができない欠点や、保持対象物が磁性材料製のものに限られる欠点がある。
一方、三つ爪チャック部は、調芯機能を有するため、保持対象物の着脱が容易であり、また、保持対象物を強固に保持することができる利点を有している。しかし、保持対象物に歪みを生じさせ、あるいは、保持対象物を保持する際、爪の摺動クリアランスの存在に起因して、保持対象物がチャック本体から離れる方向に移動すること（保持対象物の浮き上がりと称する）を許容する傾向があり、保持位置精度低下の一因となる欠点がある。
それに対し、本項のハイブリッドチャックにおいては、三つ爪チャック部と電磁チャック部との使い分け、あるいは併用によって、両者の欠点に基づく問題を回避しつつ、両者の利点を享受することができる。
例えば、三つ爪チャック部の調芯機能を利用して保持対象物の芯出しを行った後、電磁石を磁化させて電磁チャック部に保持対象物を保持させるとともに、三つ爪チャック部を解放状態とすることができる。芯出しを行うためには、三つ爪チャックをそれほど大きな力で作動させる必要がないため、保持対象物を歪ませることが少なく、しかも最終的には三つ爪チャック部を解放状態とするのであるため、ひずみを生じさせることなく保持対象物を保持させることができる。この効果は、保持対象物が環状の被加工物である場合に特に有効である。
あるいは、電磁チャック部と三つ爪チャック部とを共に保持状態とすることによって、保持対象物を特に強固に保持させることができる。この効果は、保持対象物が剛性の高い被加工物であり、かつ、重切削を行う必要がある場合に、特に有効である。
さらに、保持対象物の特性に応じて電磁チャック部と三つ爪チャック部とを選択的に使用することにより、種々の保持対象物の保持に使用することができる。
なお、本ハイブリッドチャックの適用範囲を広くする観点から、三つ爪チャック部の駆動装置の駆動力を広い範囲で（少なくとも大小２段階に）制御し得るようにすることが望ましい。
（１３）前記チャック本体の前記前面側に、前記３つの爪をそれぞれ前記半径方向に案内する３つの案内部が等角度間隔で設けられ、前記電磁石が、それら３つの案内部の間の位置に設けられた(12)項に記載のハイブリッドチャック。
（１４）前記爪駆動装置が、
前記チャック本体の中央に設けられた中央ガイド部と摺動可能に嵌合され、軸方向に移動させられる駆動部材と、
その駆動部材と前記３つの爪の各々との間に設けられ、前記駆動部材の前記中心軸線に平行な方向の運動を前記爪の各々の半径方向の運動に変換する運動変換機構と
を含む(12)項または(13)項に記載のハイブリッドチャック。
（１５）さらに、前記駆動部材を前記チャック本体に対して前進方向に付勢する付勢装置を含み、かつ、前記駆動部材が、前記付勢装置の付勢力に抗して駆動部材を後退させる力を前記チャック本体の前記前面に対向する方向から受ける後退操作部を含む(14)項に記載のハイブリッドチャック。
本項の特徴を有するハイブリッドチャックにおいては、三つ爪チャック部の調芯機能を利用する際には、本チャックが取り付けられる装置の可動部を利用して、後退操作部に操作力を加えさせることが望ましい。例えば、工作機械であれば、加工工具を移動させるための移動部材を備えているため、その移動部材自体または移動部材に取り付けた操作部材を、後退操作部に当接させて後退方向の力を加えさせるのである。この力を受け易くするために、後退操作部はチャック本体の前面より前方へ突出させられることが望ましい。
本項のハイブリッドチャックは、駆動部材をチャック本体の後面側から駆動する必要がないため、チャック本体中央部の限られたスペースを電磁チャック部へ電流を供給するための導線の取り回しに利用することができる利点がある。
（１６）前記駆動部材が、その駆動部材を前記中心軸線に平行な方向に移動させるための駆動軸を前記チャック本体の後面側から連結可能な連結部を含む(14)項または(15)項に記載のハイブリッドチャック。
本項のハイブリッドチャックにおける三つ爪チャック部は、通常の三つ爪チャックと類似の構成を有することになる。本項に記載の連結部と前項に記載の後退操作部との両方を設けることも可能であり、そのようにすれば汎用性に優れたハイブリッドチャックが得られる。
（１７）さらに、前記三つ爪チャック部と前記電磁チャック部との作動を制御する制御装置を含み、その制御装置が、(a)前記三つ爪チャック部と前記電磁チャック部とを選択的に保持状態とする第１制御部と、(b)前記三つ爪チャック部を保持状態として保持対象物の芯出しを行った後、前記電磁チャック部を保持状態とし、かつ、三つ爪チャック部を解放状態とする第２制御部と、(c)前記三つ爪チャック部と前記電磁チャック部とを共に保持状態とする第３制御部との少なくとも１つを含む(12)項ないし(16)項のいずれかに記載のチャック。
第２制御部において、三つ爪チャック部による芯出しの後に行われる電磁チャック部の保持状態への移行と、三つ爪チャック部の解放状態への移行とは、実施形態の項における説明から明らかなように、上記記載の順序に行われることが不可欠なわけではない。
（１８）前記三つ爪チャック部が(1)項ないし(11)項のいずれかに記載のチャックの構成を有する(12)項ないし(17)項のいずれかに記載のハイブリッドチャック。
本項に記載の特徴を採用すれば、三つ爪チャック部の芯出し精度を高めることができるため、高い精度で芯出しされた保持対象物を電磁チャック部に保持させることが可能となり、保持位置精度が高く、しかも保持対象物にひずみを生じさせない理想的なチャックが得られる。また、電磁チャック部と三つ爪チャック部とを共に保持状態とする場合でも、三つ爪チャック部の爪が保持対象物を浮き上がらせることが少ないため、保持位置精度と保持剛性とが共に高い理想的なチャックが得られることとなる。

本発明の一実施形態であるハイブリッドチャックを示す正面断面図である。 上記ハイブリッドチャックの一部を示す平面図である。 図１の一部を拡大して示す図である。 図１におけるＡ矢視図である。 上記ハイブリッドチャックにより被加工物をチャックした状態を示す正面断面図である。 上記ハイブリッドチャックの爪を加工する状態を示す図である。 上記ハイブリッドチャックの爪を加工する状態を示す別の図である。 上記ハイブリッドチャックの爪を加工する状態を示すさらに別の図である。 上記ハイブリッドチャックの当てがねを加工する状態を示す図である。 本発明の別の実施形態である三つ爪チャックの一部を示す正面断面図である。

図１ないし図４に、本発明の一実施形態であるハイブリッドチャックを示す。本ハイブリッドチャック１０は、図２に示すように、電磁チャック部１２と三つ爪チャック部１４とを備えており、図１に示すように、例えば、縦型旋盤の、直径が１０００ｍｍという大径のテーブル１６に取り付けられて使用される。
電磁チャック部１２は基本的に従来のものと同じであるため、詳細な説明は省略するが、チャック本体２０と一体的に構成され、それぞれＮ極２２とＳ極２４とを有する１８個の電磁石２６を有している。チャック本体２０には、各電磁石のＮ極２２とＳ極２４とを磁気的に分離する非磁性材料製（本実施形態においてはエポキシ樹脂製）のセパレータ２８が埋め込まれている。電磁石２６は３群（図示の例では１群が６個）に分けられ、これら３群の電磁石２６が、チャック本体２０の中心軸線Ｏのまわりに等角度間隔に配置されている。さらに、各群の電磁石２６に対応して、複数の当てがね３０を取り付けるための複数本（図示の例では７本ずつ合計２１本）のＴ溝３２がチャック本体２０の前記中心軸線Ｏに直角な半径方向に延びる姿勢で形成されている。

三つ爪チャック部１４は、上記電磁石２６の３群の間にそれぞれ形成された３本のガイド溝４０に沿って半径方向に移動可能な３つの爪４２を備えている。各ガイド溝４０は、チャック本体２０に形成された３本の嵌合溝４４に嵌合された溝形成部材４６（図４参照）により形成されている。溝形成部材４６の、ガイド溝４０が開口する側の端面である一対の開口側端面４８には、一対の押さえ部材５０が密着させられ、これら一対の押さえ部材５０が、図４に示すように、溝形成部材４６と共に複数本のボルト５２によってチャック本体２０に固定されている。

一方、上記３つの爪４２の各々は、図１に示すように、スライダ６０と、そのスライダ６０に、半径方向に関して複数の相対位置に位置決めして固定することが可能な爪部材６２とを備えている。スライダ６０と爪部材６２との半径方向の相対位置決めは、両者の互いに対向する面に形成されたキー溝６３，６４とそれらキー溝に跨って配設されたキー６５とにより行われている。キー溝６３は複数形成されており、それらが選択して使用されることにより、爪部材６２の半径方向位置が複数段階に変更可能とされている。爪部材６２はＴ溝を有するスライダ６０に、Ｔブロック６６とボルト６７とにより固定されるが、爪部材６２の底面には溝６８が形成されており、この溝６８にＴブロック６６の頂部が嵌入することにより、爪部材６２のスライダ６０に対する周方向の位置決めが行われる。爪部材６２は、位置決め装置により、スライダ６０に対して、半径方向に関しても周方向に関しても位置決めされて、固定されているのである。

図１に示す爪部材６２は、直接スライダ６０に固定可能な一体部材とされているが、爪部材を、図５に示すようにスライダ６０に取り外し可能に固定される親爪７０と、その親爪７０に取り外し可能に固定される子爪７２とを含むものとすることも可能である。親爪７２も、上記爪部材６２と同様に、スライダ６０に対して、位置決め装置により半径方向にも周方向にも位置決めされて固定される。子爪７２の親爪７０に対する位置決めについては後述する。

スライダ６０は、前記ガイド溝４０に嵌合可能な嵌合部７４と、その嵌合部７４から前方へ突出し、前記一対の押さえ部材５０の間を通過して、チャック本体２０の前面７６より前方へ突出した突出部（首部と称することも可能である）７８とを備えている。ガイド溝は断面形状が単純な矩形を成すものとすることも可能であるが、図示のガイド溝４０は、幅広部８０と幅狭部８２とを有し、幅広部８０がガイド溝４０の開口側に位置する形状とされている。そして、スライダ６０は断面形状が十の字形を成し、十の字の横棒に相当する部分である一対の腕部８４が広幅部８０に嵌合され、十の字の上下に延びる棒に相当する部分の下部である脚部８６が幅狭部８２に嵌合され、上下に延びる棒の上部が前記突出部７８とされている。

チャック本体２０は鋳鉄製であるが、溝形成部材４６および押さえ部材５０は熱処理により硬化させることが可能な材料（例えば、高炭素鋼Ｓ５０Ｃ）製であり、焼入れにより硬化させるとともに、摺動クリアランスの精度確保のために必要な摺動面は研削により高精度に加工されている。具体的には、幅広部８０と幅狭部８２との間の肩面９０、幅広部８０の両側の溝側面９２（幅狭部８２の両側の溝側面でもよい）、前記開口側端面４８、および押さえ部材５０の開口側端面４８に密着する側の面である底面９４が研削加工されているのである。
一方、スライダ６０は、熱処理により硬化させることが可能な材料製とされ、表面が硬化させられている。例えば、クロムモリブデン鋼ＳＣＭ４１５製とされ、浸炭焼入れにより表面が硬化させられるのである。そして、腕部８４の両側面である腕部側面９６（脚部８６の両側面である脚部側面９８でもよい）が研削加工されている。

上記研削加工される面のうち、開口側端面４８と、２つの腕部側面９６の一方とのいずれか一方（図示の例では開口側端面４８）が現合で研削加工され、肩面９０と底面９４との間隔と、腕部８４の厚さとの差（摺動クリアランス）が５μｍ以下となるようにされている。また、幅広部８０の２つの溝側面９２間の間隔と、腕部８４の２つの腕部端面９８との間隔との差（摺動クリアランス）も１０μｍ以下に管理されている。
それに対し、上記溝形成部材４６および押さえ部材５０と、スライダ６０との各面のうち、上記以外の面の間のクリアランスは意図的に大きくされ、高精度加工の必要がないようにされている。

なお、幅狭部８２の２つの溝側面間の間隔と、脚部８６の２つの側面間の間隔（脚部８６の厚さ）との差（摺動クリアランス）が１０μｍ以下に管理されてもよい。
また、ガイド溝を矩形の横断面形状を有するものとする場合には、ガイド溝の底面と開口側端面との間隔と、嵌合部の厚さとの寸法精度を管理することによって、スライダ６０の厚さ方向の摺動クリアランスを管理することができる。

上記３つの爪４２は爪駆動装置１１０により、互いに同期して半径方向に移動させられる。その爪駆動装置１１０を拡大して図３に示すが、チャック本体２０に固定された中央ガイド形成部材１１２を備えており、その中央ガイド形成部材１１２の中央孔１１４により、駆動部材１１６の軸方向の移動が案内される。駆動部材１１６には、中央穴１１４と摺動可能に嵌合する軸部材１１８が、ボルト１１９により、取り外し可能に固定されているのである。

駆動部材１１６の外周部の１２０度間隔で互いに隔たった部分には、中心軸線Ｏに対して傾斜した係合溝としてのＴ溝１２０が形成される一方、前述のスライダ６０の内周側端部には、Ｔ溝１２０に精度良く嵌合する断面形状がＴ字形の係合凸部１２２が形成されている。駆動部材１１６は、チャック本体２０との間に設けられた複数の圧縮コイルスプリング１３０により構成される付勢装置１３２により、前進方向に付勢されており、通常は３つの爪４２が拡開位置に保たれているが、前記軸部材１１６の、チャック本体２０の前面７６から前方へ突出した突出部１３６に、後退方向の力が加えられることにより、駆動部材１１６が後退させられ、３つの爪４２が縮径させられて、保持対象物の芯出しを行う。本実施形態においては、Ｔ溝１２０と係合凸部１２２とにより、駆動部材１１６の軸方向の運動を爪４２の半径方向の運動に変換する運動変換機構１３８が構成されているのである。この運動変換機構１３８へ異物が侵入することを防止するために、駆動部材１１６にはカバー１４０が取り付けられている。さらに、スライダ６０の前端部にカバー１４２が取り付けられて、異物の進入が二重に防止されている。

上記中央ガイド形成部材１１２，軸部材１２０および駆動部材１１６は熱処理（本実施形態では焼入れ）により硬化可能な材料（例えば、高炭素鋼Ｓ４５Ｃ）から成り、硬化ささせられるとともに、中央穴１１４の内周面と軸部材１１８の外周面とは研削により精度良く加工されている。また、Ｔ溝１２０と係合凸部１２２とも硬化させられるとともに、摺動面は研削により精度良く加工されている。

前述のように、図１に示す爪部材６２に代えて、図５に示す親爪７０と子爪７２とを有する爪部材を使用することも可能である。図５に示す例では、保持対象物が、大径部１４６と小径部１４８とを備え、かつ、中心孔１５０を有する環状の被加工物１５２であり、大径部１４６側の端面が、当てがね１６０を介してチャック本体２０の前面７６に当接させられるとともに、爪部材の子爪７２により大径部１４６を外周面において保持される。

上記親爪７０と子爪７２とは、次のようにして精度良く加工される。親爪７０と子爪７２とが、それらが使用されるハイブリッドチャック１０自体のスライダ６０に取り付けられて加工されるのであり、以下、この加工方法をセルフカットと称する。
まず、図６に示すように、円環治具１６４が３つのスライダ６０に支持された状態とされる。一方、スライダ６０に、子爪加工用治具１６２を介して子爪７２が固定され、子爪加工用治具１６２が円環治具１６４の外周面に当接さられた状態で、スライダ６０が固定される。この固定は以下のようにして行われる。工作機械（図示の例では縦型旋盤）の工具台１６５（図６参照）が、軸部材１１８の突出部１３６に上方から当接させられ、駆動部材１１６が付勢装置１３２の付勢力に抗して後退位置へ移動させられる。その状態で、図３に示すセットねじ１６６が、軸部材１１８のフランジ部に当接させられることにより、駆動部材１１６を後退位置に保つ状態とされた後、工具台１６５が突出部１３６から離間させられる。その後、子爪７２の外周側の面が、工具台１６５に取り付けられたバイト１６７により、所定の直径の円筒の一部である部分円筒凸面１６８に切削加工される。以下の他の面の加工時においても同様である。
次に、図７に示すように、親爪７０がスライダ６０に固定され、前記子爪７２の部分円筒凸面１６８と同一曲率半径の部分円筒凹面１７２に切削加工される。
続いて、図８に示すように、上記部分円筒凹面１７２と部分円筒凸面１６８とが当接する状態で、子爪７２が親爪７０に固定され、子爪７２の内周側面である保持面１７４が、被加工物１５２の大径部１４６と同一またはそれより大きい曲率半径の部分円筒凹面に切削加工される。
以上の加工により、被加工物１５２の保持時に、保持面１７４は、チャック本体２０の中心軸線と中心とする円の円周上に精度良く位置させられることとなる。
前記当てがね１６０も、図９に示すように、チャック本体２０に固定された状態で、被加工物１５２を受ける受面１７６を加工され、被加工物１５２の軸方向の位置決めを精度良く行い得るようにされる。当てがね１６０の高さは、タッチプローブ１７８を使用して管理される。

上記円環治具１６４は、本ハイブリッドチャック１０の使用に際して、爪４２の芯出し精度を確認するためにも使用できる。円環治具１６４を適宜の当てがねを介してチャック本体２０の前面７６に支持させた状態（本ハイブリッドチャック１０が縦型旋盤や縦型研削盤に使用される場合には前面７６が上向きの面となるため、単に前面７６上に当てがねおよび円環治具１６４を載せるのみでよい）で、図１に示すように、制御装置１８４による工具台移動装置１８６の制御により、工作機械の工具台１８０自体または工具台１８０に取り付けた操作部材１８０を、軸部材１１８の突出部１３６に当接させて駆動部材１１６を後退させれば、３つの爪４２が縮径して円環治具１６４を保持する状態となる。この状態で、円環治具１６４の外周面にタッチプローブ１８８を接触させ、ハイブリッドチャック１０を回転させれば、爪４２の芯出し精度を確認することができるのである。

また、磁性材料製の被加工物を加工するために、その被加工物を本ハイブリッドチャック１０に保持させる場合には、以下のようにすればよい。チャック本体２０の前面７６に当てがね３０を取り付け、その当てがね３０を介してチャック本体２０の前面７６に被加工物を支持させ（ただし、当てがね３０の使用は不可欠ではない）、上記芯出し精度確認時と同様に、工具台１８０あるいは操作部材１８２により軸部材１１８および駆動部材１１６を後退させれば、三つ爪チャック部１４が縮径して、被加工物をチャック本体２０に対して芯出しする。その状態で、図１に示す制御装置１８４による電磁石駆動回路１９０の制御により、電磁石２６に通電してチャック本体２０を磁化させれば、電磁チャック部１２が磁性材料製の当てがね３０を介して被加工物１５２を強固に保持する状態となる。その後、工具台１８０あるいは操作部材１８２による軸部材１１８および駆動部材１１６の後退位置保持を解除すれば、被加工物は電磁チャック部１２のみにより保持された状態となる。なお、三つ爪チャック部による芯出し後、電磁チャック部１２による保持の前に、駆動部材１１６を後退させる向きの操作力を弱めて、三つ爪チャック１４による被加工物の拘束力を低減させた状態で、電磁チャック部１２を保持状態とすることが望ましい。また、本ハイブリッドチャック１０が上向きの場合には、電磁チャック部１２に保持させる前に、三つ爪チャック部１４による保持を解除してもよい。
上記三つ爪チャック部１４と電磁チャック部１２との制御が、作業者による１つの操作部材の操作に応じて自動で行われるように制御装置１８４が構成されることが望ましいが、不可欠ではない。作業者が複数の操作部材を順次操作するのに応じて、三つ爪チャック部１４と電磁チャック部１２との作動が順次行われるように、制御装置１８４が構成されてもよいのである。

上記のように、本ハイブリッドチャック１０においては、被加工物１５２を電磁チャック部１２に保持させる場合に、三つ爪チャック部１４により芯出しを行うことができるため、従来の電磁チャックにおいて不可欠であった作業者による芯出し作業が不要となるため、被加工物１５２のチャッキングに要する時間を著しく短縮することができ、生産能率を向上させることができる。

しかも、三つ爪チャック部１４においては、スライダ６０と溝形成部材および押さえ部材との摺動面、スライダ６０の係合突部１２２と駆動部材１１６のＴ溝１２０との摺動面、および、中央ガイド形成部材１１２の中央孔１１４と軸部材１１８との摺動面が、いずれも熱処理により硬化させられた上、研削により高精度に加工されているため、各摺動面間の摺動クリアランスが従来の三つ爪チャックの各対応部における摺動クリアランスに比較して小さく、高い芯出し精度が得られる。そして、その芯出し後は、電磁チャック部１２によって、被加工物が当てがね３０を介してチャック本体２０の前面に密着した状態で保持されるため、従来の三つ爪チャックにより保持された場合のように、被加工物の浮き上がりが回避される。以上によって、被加工物の加工精度が向上する効果が得られる。

このことは、以下の試験によって確認されている。
本発明の実施品としては、本実施形態のハイブリッドチャック１０のスライダ６０に、前記セルフカット法で加工した親爪７０および子爪７２から成る爪部材を取り付けたものを使用し、直径６８０ｍｍの被加工物１５２を三つ爪チャック部１４に保持させて、保持位置精度の測定を行った。
一方、比較例として、鋳鉄製のチャック本体に直接形成されたガイド溝にスライダが嵌合された市販の三つ爪チャックに、同一の被加工物１５２を保持させて、保持位置精度の測定を行った。
その測定結果を表１に示す。

本表１において、「爪単体の繰返精度」は、被加工物の保持，解放を繰り返した場合の、１つの子爪７２の繰返し位置決め誤差を表し、「芯出し精度」は保持された被加工物１５２の外周面の芯ぶれ量を表す。また、「最大浮上がり」は、被加工物１５２の端面が当てがね３０に密着した状態から、三つ爪チャック部１４に大径部１４６を保持させた場合における、被加工物１５２の当てがね３０からの浮上がり量を表す。
表１から明らかなように、本ハイブリッドチャック１０における三つ爪チャック部１４の保持位置精度は、比較例の保持位置精度に比較して著しく高くなっている。なお、芯出し精度は、作業者による爪部材の管理状況によって相当なばらつきがあるが、一般的には０．０５ｍｍないし０．１ｍｍ程度である。
しかも、本ハイブリッドチャック１０の製作に要する期間は１．５ヶ月と、前記従来の三つ爪チャックの所要期間の４〜６ヶ月に対して、２５％ないし３８％に短縮できることも確認された。

さらに、本ハイブリッドチャック１０においては、保持対象物の保持位置精度に影響を与える摺動面を形成する部分が、すべてチャック本体とは別体の部材により構成されているため、チャック本体とは異なる材料製とすることができ、熱処理により硬化させ、研削により高精度に加工することが可能であるため、製作当初の精度を高くすることが容易である上、使用に伴う摩耗を抑制することができ、高精度を長く維持できる。そして、それでも摩耗により保持位置精度が低下した場合には、チャック本体２０とは別体の小形部品の修理すればよいため、修理が容易であり、あるいは小形部品の交換を行えばよいため、メンテナンスコストを低減させることができる。この効果は、チャック本体２０の直径が５００ｍｍ以上，７００ｍｍ以上，１０００ｍｍ以上というように、大形のチャックにおいて特に有効である。

本発明の別の実施形態であるハイブリッドチャック２００を図１０に示す。本ハイブリッドチャック２００は、主として、爪駆動装置２０２において前記ハイブリッドチャック１０と異なる。
まず、ハイブリッドチャック２００においては、鋳鉄製のチャック本体２０の中央に形成された円孔２０４の内周側に、円筒状部材である中央ガイド形成部材２０６が嵌合され、固定されていて、その中央ガイド形成部材２０６の中央孔２０８に、駆動部材２１０が軸方向に摺動可能に嵌合されている。中央ガイド形成部材２０６と駆動部材２１０とは、共に高炭素鋼（例えばＳ５０Ｃ）製とされるとともに、それぞれの内周面と外周面とが研削により高精度に加工されている。
また、駆動部材２１０は、工作機械の主軸の中央部に軸方向に移動可能に配設されたドローバー２１２に連結されており、そのドローバー２１２により軸方向に前進，後退させられる。
その他の部分は、前記実施形態と実質的に同じであるため、説明を省略する。

本ハイブリッドチャック２００は、ドローバー２１２を駆動するドローバー駆動装置２２０と、電磁チャック１２の電磁石２６を駆動する電磁石駆動回路１９０とが、制御装置２２２により制御されることにより、以下の３通りの方法で使用可能である。
まず、前記ハイブリッドチャック１０と同様に、三つ爪チャック部１４を被加工物の芯出しにのみ使用することが可能である。
また、三つ爪チャック部１４を、加工時における被加工物の保持に使用することも可能であり、その使用の仕方に２通りある。その一つは、電磁チャック部１２と三つ爪チャック部１４とを選択的に保持状態とする方法である。例えば、まず三つ爪チャック部１４に被加工物を保持させて重切削の粗加工を行い、その後、電磁チャック部１２に被加工物を保持させて軽切削の仕上げ加工を行うのである。この場合には、粗加工時にはドローバー２１２に大きな引っ張り力を加えて被加工物を強固に保持させ、仕上げ加工時には、ドローバー２１２に粗加工時より小さい引っ張り力を加えて被加工物の芯出しを行わせた後、電磁チャック部１２に保持させることが望ましい。このようにすれば、三つ爪チャック部１４の保持力の強さと、電磁チャック部１２の被加工物の浮き上がりを防止し得る利点との両方を享受することができる。
別の１つの使用方法は、電磁チャック部１２と三つ爪チャック部１４との両方を同時に保持状態とすることにより、被加工物を特に強固に保持させる方法であり、特に重切削が必要な場合に有効である。

以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、これらは文字通り例示に過ぎず、本発明は、前記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更を施した態様で実施することができる。

１０：ハイブリッドチャック １２：電磁チャック部 １４：三つ爪チャック部 ２０：チャック本体 ２２：Ｎ極 ２４：Ｓ極 ２６：電磁石 ２８：セパレータ ３０：当てがね ３２：Ｔ溝 ４０：ガイド溝 ４２：爪 ４４：嵌合溝 ４６：溝形成部材 ４８：開口側端面 ５０：押さえ部材 ６０：スライダ ６２：爪部材 ７０：親爪 ７２：子爪 ７４：嵌合部 ７６：前面 ７８：突出部 ８０：幅広部 ８２：幅狭部 ８４：腕部 ８６：脚部 ９０：肩面 ９２：溝側面 ９４：底面 ９６：腕部側面 ９８：腕部端面 １１０：爪駆動装置 １１２：中央ガイド形成部材 １１４：中央孔 １１６：駆動部材 １１８：軸部材 １２０：Ｔ溝 １２２：係合突部 １３０：圧縮コイルスプリング １３２：付勢装置 １３６：突出部 １３８：運動変換機構 １５２：被加工物 １６０：当てがね １６２：子爪加工用治具 １６４：円環治具 １６６：セットねじ １６８：部分円筒凸面 １７２：部分円筒凹面 １７４：保持面 １７６：受面 ２００：ハイブリッドチャック ２０２：爪駆動装置 ２０６：中央ガイド形成部材 ２０８：中央孔 ２１０：駆動部材 ２１２：ドローバー

Claims (8)

1. 中心軸線を有するチャック本体と、
   そのチャック本体とは別体で、それぞれにガイド溝が形成され、前記チャック本体に、前記中心軸線に直角な半径方向に延びる姿勢で、取り外し可能に固定された３つの溝形成部材と、
   それら溝形成部材の前記ガイド溝にそれぞれ摺動可能に嵌合される嵌合部と、それら嵌合部から前記中心軸線に平行な方向に突出し、保持対象物の外周面と内周面との少なくとも一方に係合する係合部とを備えた３つの爪と、
   前記溝形成部材の前記ガイド溝の開口側の端面にそれぞれ取り外し可能に固定され、前記爪の前記嵌合部の前記開口側の面にそれぞれ係合して、それら嵌合部の前記ガイド溝からの浮き上がりを防止する１対ずつ、合計３対の押さえ部材と、
   前記３つの爪を互いに同期させて前記ガイド溝内を移動させる爪駆動装置と
   を含むことを特徴とするチャック。
2. 前記溝形成部材，前記嵌合部および前記押さえ部材が、前記チャック本体の材料より対摩耗性に優れた材料から成るものとされた請求項１に記載のチャック。
3. 前記溝形成部材，前記嵌合部および前記押さえ部材の、前記爪の移動時に互いに摺動する摺動面が硬化させられるとともに研削加工された請求項１または２に記載のチャック。
4. 前記爪駆動装置が、
   前記チャック本体の中央に設けられた中央ガイド部と摺動可能に嵌合され、前記中心軸線に平行な軸方向に移動する駆動部材と、
   その駆動部材と前記３つの爪の各々との間に設けられ、前記駆動部材の前記軸方向の運動を前記爪の各々の前記半径方向の運動に変換する運動変換機構と
   を含み、その運動変換機構を構成する部材の互いに接触する部分が硬化させられるとともに研削加工された請求項１ないし３のいずれかに記載のチャック。
5. 前記中央ガイド部が、チャック本体とは別体に、チャック本体の材料に比較して対摩耗性に優れた材料により製作され、チャック本体に取り外し可能に固定された中央ガイド形成部材により形成され、その中央ガイド形成部材と前記駆動部材との摺動面が硬化させられるとともに研削加工された請求項４に記載のチャック。
6. 前記チャック本体に電磁石が一体的に設けられ、その電磁石の磁気吸引力により前記チャック本体の前面に磁性材料製の保持対象物を吸着して保持する電磁チャック部が構成された請求項１ないし５のいずれかに記載のチャック。
7. さらに、前記駆動部材を前記チャック本体に対して前進方向に付勢する付勢装置を含み、かつ、前記駆動部材が、前記付勢装置の付勢力に抗して駆動部材を後退させる力を前記チャック本体の前記前面に対向する方向から受ける後退操作部を含む請求項６に記載のチャック。
8. さらに、前記三つ爪チャック部と前記電磁チャック部との作動を制御する制御装置を含み、その制御装置が、(a)前記三つ爪チャック部と前記電磁チャック部とを選択的に保持状態とする第１制御部と、(b)前記三つ爪チャック部を保持状態として保持対象物の芯出しを行った後、前記電磁チャック部を保持状態とし、かつ、三つ爪チャック部を解放状態とする第２制御部と、(c)前記三つ爪チャック部と前記電磁チャック部とを共に保持状態とする第３制御部との少なくとも１つを含む請求項６または７に記載のチャック。

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