JP5536487B2 - チャック装置および爪部材 - Google Patents

Description

本発明は、工作物を挟持して固定するためのチャック装置および爪部材に関する。

一般に、工作物を切削加工する工作機械（例えば、旋盤）は、工作物を固定するためのチャック装置を備えており、チャック装置に設けられた複数の爪部材（ジョー）で工作物を挟持して位置を固定するよう構成されている。従来のチャック装置としては、例えば、図６に示す特許文献１に記載のチャック装置２０が知られている。

チャック装置２０は、円筒状のステージ２１と、ステージ２１に設けられて半径方向に移動可能な摺動部材２２（マスタージョー）と、摺動部材２２に嵌め合わされたＴナット２３と、Ｔナット２３に嵌め合わされた爪２４（トップジョー）とを備えている。同図に示すように、チャック装置２０は、摺動部材２２とＴナット２３と爪２４の組を３つ備えており、３つの爪２４の内側端で工作物を挟持する。なお、図６では、Ｔナット２３と爪２４の図示を各１つ省略している。

図７は、摺動部材２２、Ｔナット２３および爪２４をステージ２１の外周面側から見た図である。同図に示すように、このチャック装置２０では、ネジ２５を締めると爪２４とＴナット２３とがネジ２５を介して固定されるとともに、Ｔナット２３の頭部によって引き上げられた摺動部材２２と爪２４とがお互いのセレーション加工面２６、２７において当接し、摺動部材２２、Ｔナット２３および爪２４が一体に固定される。

特開２０００−２８８８０９号公報

ところで、チャック装置の分野では、通常、工作物をより安定的に固定するために、工作物の形状および大きさに応じて爪２４の内側端の形状を加工している。すなわち、工作物を切削加工する前に、爪２４の取り外し→加工→取り付け→安定して固定できるか否かの確認→取り外し→再加工・・・を繰り返し行うのが一般的である。また、少量多品種生産が主流となった今日では、工作物の品種に応じて爪２４を頻繁に交換する必要がある。

しかしながら、従来のチャック装置２０では、工作物の位置ずれを防ぐために、複数のネジ２５によって爪２４とＴナット２３（摺動部材２２）がしっかりと固定されているので、爪２４の取り外し、取り付けを繰り返し行うことは、非常に時間と手間がかかるものであった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、工作物の位置ずれを防ぎつつ、比較的簡単に、かつ短時間で爪の交換を行うことができるチャック装置および爪部材を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るチャック装置は、回転軸を中心に回転可能なステージと、該ステージに設けられ、回転軸に向かう方向に沿って往復移動可能な複数の摺動部材と、該複数の摺動部材のそれぞれに設けられ、摺動部材とともに移動する複数の爪部材とを備え、該複数の爪部材で工作物を挟持するチャック装置であって、
上記爪部材は、（ａ）回転軸に向かう方向に延びた蟻型を有する爪本体と、（ｂ）蟻型に対応した蟻溝の一端面を構成し、かつ摺動部材に固定された第１爪固定部材と、（ｃ）上記一端面と対称をなす蟻溝の他端面を構成し、かつ第１爪固定部材に対してネジ部材で固定された第２爪固定部材とを含み、
ネジ部材を締めると上記一端面と他端面の間の距離が狭まることを特徴としている。

この構成によれば、ネジ部材を少し緩めて一端面と他端面との間の距離（蟻溝の幅）を僅かに広げるだけで、爪本体を蟻溝に沿ってスライドさせて取り外すことができる。また、爪本体を取り付ける際は、僅かに広がった状態の蟻溝に爪本体の蟻型をスライドさせて挿入し、ネジ部材を締めるだけでよい。つまり、この構成によれば、爪本体の交換を簡単に、かつ短時間で行うことができる。

上記チャック装置において、第１爪固定部材は、爪本体が回転軸から遠ざかる方向へ移動するのを規制する突出部を有し、突出部および爪本体は、互いに当接するための平坦な傾斜面を有し、爪本体の傾斜面および突出部の傾斜面は、いずれも、摺動部材から遠ざかるにつれて回転軸から遠ざかるように所定角度だけ傾斜していることが好ましい。

この構成では、第１爪固定部材と第２爪固定部材とを固定するネジ部材を締めることにより、第１爪固定部材側に向かう力が爪本体に働くと、爪本体が突出部の傾斜面を滑り落ちながら爪本体の位置が回転軸に向かう方向に微調整される。したがって、この構成によれば、爪本体の位置決めを高精度に行うことができ、工作物の位置ずれを防ぐことができる。

上記チャック装置において、爪本体は、工作物を挟持するための第１挟持面および第２挟持面を有し、第１挟持面と第２挟持面とで回転軸からの距離を変えることができる。

この構成によれば、爪本体が回転軸からの距離が異なる複数の挟持面を有しているので、爪本体を交換することなく品種の異なる別の工作物を固定することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る爪部材は、回転軸を中心に回転可能なステージと、該ステージに設けられ、回転軸に向かう方向に沿って往復移動可能な複数の摺動部材とを備えたチャック装置において、複数の摺動部材のそれぞれに設けられて摺動部材とともに移動し、工作物を挟持する爪部材であって、
（ａ）回転軸に向かう方向に延びた蟻型を有する爪本体と、（ｂ）蟻型に対応した蟻溝の一端面を構成し、かつ摺動部材に固定された第１爪固定部材と、（ｃ）上記一端面と対称をなす蟻溝の他端面を構成し、かつ第１爪固定部材に対してネジ部材で固定された第２爪固定部材とを含み、
ネジ部材を締めると上記一端面と他端面の間の距離が狭まることを特徴としている。

上記爪部材において、第１爪固定部材は、爪本体が回転軸から遠ざかる方向へ移動するのを規制する突出部を有し、突出部および爪本体は、互いに当接するための平坦な傾斜面を有し、爪本体の傾斜面および突出部の傾斜面は、いずれも、摺動部材から遠ざかるにつれて回転軸から遠ざかるように所定角度だけ傾斜していることが好ましい。

上記爪部材において、爪本体は、工作物を挟持するための第１挟持面および第２挟持面を有し、第１挟持面と第２挟持面とで回転軸からの距離を変えることができる。

本発明によれば、工作物の位置ずれを防ぎつつ、比較的簡単に、かつ短時間で爪の交換を行うことができるチャック装置および爪部材を提供することができる。

本発明に係るチャック装置の一実施形態を示す斜視図である。 図１に示すチャック装置の爪部材および摺動部材の斜視図である。 本発明に係る爪部材の一実施形態を示す分解斜視図であって、（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ爪本体、第１爪固定部材、第２爪固定部材の斜視図である。 図３に示す爪部材であって、（Ａ）は狭持面側から見た正面図、（Ｂ）は第２爪固定部材側から見た側面図である。 爪本体の他の実施形態を示す斜視図である。 従来のチャック装置の斜視図である。 従来のチャック装置の爪、Ｔナット、摺動部材をステージの外周面側から見た図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係るチャック装置および爪部材の好ましい実施形態について説明する。

図１に、本発明に係るチャック装置の一実施形態を示す。チャック装置１は、回転軸Ｒを中心に回転可能な円筒状のステージ２と、回転軸Ｒに向かう方向に沿って設けられた溝に案内されて往復移動可能な摺動部材３とを備えている。チャック装置１はスクロール式のチャックであり、ステージ２に設けられた不図示のハンドルを回すと、それに連動して全ての摺動部材３が一斉に移動するが、各摺動部材３を個別に移動させることができるインディペンデント式のチャックとしてもよい。

チャック装置１は、さらに摺動部材３のそれぞれに設けられた爪部材４を備えている。後述するが、爪部材４は複数のネジ部材によって摺動部材３に位置ずれのないようにしっかりと固定されており、摺動部材３が移動すると爪部材４も同じように移動する。

図１に示すように、ステージ２には摺動部材３を挿入するための３つの溝が等間隔に設けられている。そして、各溝に１つの摺動部材３が備えられ、各摺動部材３に１つの爪部材４が備えられている。つまり、チャック装置１は、摺動部材３および爪部材４の組（図２参照）を３つ備えており、３つの爪部材４によって工作物を挟持する。なお、図１では、１組の摺動部材３および爪部材４を省略している。

図３は、爪部材４を構成する各部材の斜視図である。同図に示すように、爪部材４は、工作物を挟持するための爪本体５と、爪本体５と摺動部材３の間に配置され、摺動部材３に固定されるとともに爪本体５を保持する第１爪固定部材６および第２爪固定部材７から構成されている。つまり、本実施形態において、爪本体５は、第１爪固定部材６および第２爪固定部材７を介して摺動部材３に固定されている。

なお、以下の説明において、『Ｘ方向』は摺動部材３の往復移動方向であり、本実施例においてはステージ２の半径方向を意味する。『Ｙ方向』はＸ方向に直交する方向であり、本実施例においてはステージ２の円筒接線方向を意味する。また、『Ｚ方向』はＸ方向およびＹ方向に直交する方向であり、本実施例においてはステージ２の表面に垂直な法線方向を意味する。

まず、図３（Ａ）を参照して爪本体５について説明する。爪本体５は、略直方体状の金属ブロックを切削加工したものであり、Ｘ方向先端側に工作物を挟持するための挟持面８を有し、さらにＸ方向後端側に後述する突出部１３と当接するための平坦な傾斜押圧面９を有している。挟持面８はＹＺ平面上の面である。一方、傾斜押圧面９はＹＺ平面上から所定角度だけＸ方向に傾斜しており、より詳しくは、ステージ２や摺動部材３から遠ざかるにつれて回転軸Ｒから遠ざかる方向に傾斜している（図４（Ｂ）参照）。

また、爪本体５は、Ｘ方向に延びた蟻型１０を有している。図４（Ａ）に示すように、蟻型１０はＹＺ断面視台形状とした“ほぞ”であり、ＸＹ平面上にある底面１０ｃと、第１傾斜側面１０ａおよび第２傾斜側面１０ｂとを有している。この他、爪本体５は、第１傾斜側面１０ａに鋭角をなして接する第１水平押圧面１１ａと、第２傾斜側面１０ｂに鋭角をなして接する第２水平押圧面１１ｂとを有している。第１および第２水平押圧面１１ａおよび１１ｂはいずれもＸＹ平面上の面であり、蟻型１０の底面１０ｃと平行である。

次に、図３（Ｂ）および（Ｃ）を参照して第１爪固定部材６および第２爪固定部材７について説明する。第１爪固定部材６および第２爪固定部材７は、爪本体５の蟻型１０に対応した蟻溝を構成し、当該蟻溝によって爪本体５の蟻型１０を挟持する。その一方で、第１爪固定部材６は摺動部材３に固定される。したがって、本実施形態では、第１爪固定部材６および第２爪固定部材７を介して、爪本体５と摺動部材３とが固定される。

具体的には、第１爪固定部材６は水平面１２と、水平面１２からＺ方向に突出した突出部１３と、水平面１２に設けられた２つの貫通穴１４を有している。水平面１２はＸＹ平面上の面であり、貫通穴１４は第１爪固定部材６と摺動部材３とを固定するネジ部材を挿入するためのものである。また、突出部１３は爪本体５のＸ方向への移動を規制するもので、平坦な傾斜支持面１３ａを有している。傾斜支持面１３ａは、爪本体５の傾斜押圧面９と同じ角度だけＸ方向に傾斜している（図４（Ｂ）参照）。

第１爪固定部材６は、蟻溝の一端面を構成して爪本体５の蟻型１０に係合する第１係合部１５を有している。第１係合部１５は、蟻型１０の第１傾斜側面１０ａに対応した第１傾斜押圧面１５ａと、第１水平押圧面１１ａに対応した第１水平支持面１５ｂとを有している。第１傾斜押圧面１５ａおよび第１水平支持面１５ｂのなす角は、第１傾斜側面１０ａおよび第１水平押圧面１１ａのなす角と同一である。また、第１水平支持面１５ｂおよび水平面１２は、第１水平押圧面１１ａおよび底面１０ｃよりもＺ方向の離間距離が僅かに大きい。

第２爪固定部材７は、爪本体５の蟻型１０に係合する第２係合部１６を有しており、第１爪固定部材６の側面にネジ固定されると、第２係合部１６が蟻溝の他端面を構成するようになっている。第２係合部１６は第１係合部１５と対称に構成されている。すなわち、第２係合部１６は、蟻型１０の第２傾斜側面１０ｂに対応した第２傾斜押圧面１６ａと、第２水平押圧面１１ｂに対応した第２水平支持面１６ｂとを有している。第２傾斜押圧面１６ａおよび第２水平支持面１６ｂのなす角は、第２傾斜側面１０ｂおよび第２水平押圧面１１ｂのなす角と同一である。また、第２水平支持面１６ｂおよび水平面１２は、第２水平押圧面１１ｂおよび底面１０ｃよりもＺ方向の離間距離が僅かに大きい。

図３（Ｃ）および図４（Ａ）に示すように、第２爪固定部材７は、先端形状がＹＺ断面視半円状となっている支持突起１７を有し、この支持突起１７のみにおいて第１爪固定部材６に当接している。このため、第１爪固定部材６と第２爪固定部材７とを固定するネジ部材１８を締めると、上記半円の中心を回転軸１７ａとして第２爪固定部材７が回動し、蟻溝の他端面（第２傾斜押圧面１６ａ）を構成する第２係合部１６が蟻溝の一端面（第１傾斜押圧面１５ａ）を構成する第１係合部１５寄りに移動する。すなわち、蟻溝の幅が狭まり、爪本体５の蟻型１０が挟持される。

図４（Ｂ）に示すように、爪本体５の傾斜押圧面９は突出部１３の傾斜支持面１３ａに当接する。これにより、爪本体５のＸ方向の位置決めがなされる。

続いて、図４を参照して、ネジ部材１８を締めた際の各部の動きについて説明する。

前記の通り、ネジ部材１８を締めると、回転軸１７ａまわりに第２爪固定部材７が回動し、第２係合部１６の第２傾斜押圧面１６ａが蟻型１０の第２傾斜側面１０ｂを第１係合部１５側に向かって押圧する。そして、蟻型１０の第１傾斜側面１０ａが第１係合部１５の第１傾斜押圧面１５ａに当接し、爪本体５全体を垂直方向（Ｚ方向）に押し下げる力が働く。この押し下げ力は、爪本体５の第１および第２水平押圧面１１ａ、１１ｂが、第１および第２水平支持面１５ｂ、１６ｂを押圧する力となるが、第１および第２水平押圧面１１ａ、１１ｂのＺ方向における位置は押圧されても変わらないので、結果的に、爪本体５は第１および第２水平支持面１５ｂ、１６ｂに支持されて下げ止まる。

なお、第１水平支持面１５ｂ（第２水平支持面１６ｂ）および水平面１２は、第１水平押圧面１１ａ（第２水平押圧面１１ｂ）および底面１０ｃよりもＺ方向の離間距離が僅かに大きい。したがって、図４（Ａ）に示すように、下げ止まった爪本体５の底面１０ｃおよび水平面１２は接触することなく、僅かに離間している。

爪本体５を押し下げる力は、爪本体５の傾斜押圧面９が突出部１３の傾斜支持面１３ａを垂直方向（Ｚ方向）に押圧する力にもなる（図４（Ｂ）参照）。突出部１３の傾斜支持面１３ａにこのような力が働くと、その反作用で爪本体５の傾斜押圧面９にＸ方向の力が働く。その結果、爪本体５は突出部１３の傾斜支持面１３ａ上を僅かに滑り落ちて、Ｘ方向の適当な位置に移動する。

ここで、傾斜押圧面９および傾斜支持面１３ａの傾斜角度は、２°〜４５°に設定することが好ましい。傾斜角度をこの範囲から逸脱した角度に設定すると、上記“滑り落ち”が起こらないか、または起こりにくくなり、爪本体５の位置決めが困難となる。

以上のように、本発明に係るチャック装置および爪部材によれば、蟻溝を構成する第１係合部１５および第２係合部１６によって蟻型１０が挟持され、爪本体５のＹ方向およびＺ方向の位置決めを高精度に行うことができるとともに、突出部１３との関係において、爪本体５のＸ方向の位置決めを高精度に行うことができ、ひいては工作物の位置ずれを防ぐことができる。

また、本発明に係るチャック装置および爪部材によれば、ネジ部材１８を緩めて蟻溝の幅を僅かに広げるだけで、爪本体５を蟻溝に沿ってスライドさせて取り外すことができる。また、爪本体５を取り付ける際は、僅かに広がった状態の蟻溝に爪本体５の蟻型１０をスライドさせて挿入し、ネジ部材１８を締め戻すだけでよい。つまり、本発明に係るチャック装置および爪部材によれば、爪本体５の交換を簡単に、かつ短時間で行うことができる。

以上、本発明に係るチャック装置および爪部材の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記の構成に限定されるものではない。

例えば、爪本体は、図５に示すような形状にしてもよい。この爪本体５’は、回転軸Ｒからの距離が異なる２つの挟持面８ａ、８ｂを有している。したがって、この爪本体５’によれば、大きさや形状が異なる別品種の工作物に対応することができ、爪本体５’の交換の手間をさらに省略することができる。

１ チャック装置
２ ステージ
３ 摺動部材
４ 爪部材
５ 爪本体
６ 第１爪固定部材
７ 第２爪固定部材
８ 挟持面
９ 傾斜押圧面
１０ 蟻型
１０ａ 第１傾斜側面
１０ｂ 第２傾斜側面
１０ｃ 底面
１１ａ 第１水平押圧面
１１ｂ 第２水平押圧面
１２ 水平面
１３ 突出部
１４ 貫通穴
１５ 第１係合部
１５ａ 第１傾斜押圧面
１５ｂ 第１水平支持面
１６ 第２係合部
１６ａ 第２傾斜押圧面
１６ｂ 第２水平支持面
１７ 支持突起
１８ ネジ部材

Claims (6)

1. 回転軸を中心に回転可能なステージと、前記ステージに設けられ、前記回転軸に向かう方向に沿って往復移動可能な複数の摺動部材と、前記複数の摺動部材のそれぞれに設けられ、前記摺動部材とともに移動する複数の爪部材とを備え、前記複数の爪部材で工作物を挟持するチャック装置であって、
   前記爪部材は、
   前記回転軸に向かう方向に延びた蟻型を有する爪本体と、
   前記蟻型に対応した蟻溝の一端面を構成し、かつ前記摺動部材に固定された第１爪固定部材と、
   前記一端面と対称をなす前記蟻溝の他端面を構成し、かつ前記第１爪固定部材に対してネジ部材で固定された第２爪固定部材とを含み、
   前記ネジ部材を締めると前記一端面と前記他端面の間の距離が狭まることを特徴とするチャック装置。
2. 前記第１爪固定部材は、前記爪本体が前記回転軸から遠ざかる方向へ移動するのを規制する突出部を有し、
   前記突出部および前記爪本体は、互いに当接するための平坦な傾斜面を有し、
   前記爪本体の前記傾斜面および前記突出部の前記傾斜面は、いずれも、前記摺動部材から遠ざかるにつれて前記回転軸から遠ざかるように所定角度だけ傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のチャック装置。
3. 前記爪本体は、前記工作物を挟持するための第１挟持面および第２挟持面を有し、
   前記第１挟持面と前記第２挟持面とは、前記回転軸からの距離が異なっていることを特徴とする請求項１または２に記載のチャック装置。
4. 回転軸を中心に回転可能なステージと、前記ステージに設けられ、前記回転軸に向かう方向に沿って往復移動可能な複数の摺動部材とを備えたチャック装置において、前記複数の摺動部材のそれぞれに設けられて前記摺動部材とともに移動し、工作物を挟持する爪部材であって、
   前記回転軸に向かう方向に延びた蟻型を有する爪本体と、
   前記蟻型に対応した蟻溝の一端面を構成し、かつ前記摺動部材に固定された第１爪固定部材と、
   前記一端面と対称をなす前記蟻溝の他端面を構成し、かつ前記第１爪固定部材に対してネジ部材で固定された第２爪固定部材とを含み、
   前記ネジ部材を締めると前記一端面と前記他端面の間の距離が狭まることを特徴とする爪部材。
5. 前記第１爪固定部材は、前記爪本体が前記回転軸から遠ざかる方向へ移動するのを規制する突出部を有し、
   前記突出部および前記爪本体は、互いに当接するための平坦な傾斜面を有し、
   前記爪本体の前記傾斜面および前記突出部の前記傾斜面は、いずれも、前記摺動部材から遠ざかるにつれて前記回転軸から遠ざかるように所定角度だけ傾斜していることを特徴とする請求項４に記載の爪部材。
6. 前記爪本体は、前記工作物を挟持するための第１挟持面および第２挟持面を有し、
   前記第１挟持面と前記第２挟持面とは、前記回転軸からの距離が異なっていることを特徴とする請求項４または５に記載の爪部材。

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