JP6005261B2 - ハイドロチャック - Google Patents

Description

本発明は、押込部材により加圧された加圧用流体が加圧路を通り加圧室に供給され弾性変形部を縮径させるハイドロチャックに関する。

被加工物の奥まった狭い領域を切削加工する場合には外径サイズの小さい工具チャックを用いる必要があり、従来そのようなチャックとして、油圧を用いて切削工具を把持する所謂ハイドロチャックが用いられている。この形式のチャックでは、加圧室など必要な機構の設置領域が小さく、把持機構全体のサイズがコンパクトになる。よって、奥細の狭い領域の切削加工が容易に行える。ただし、切削箇所にはクーラントを供給する必要があり、チャック機構に加えて様々な形式のクーラント供給機構が用いられる。

特許文献１に記載されたハイドロチャックは、挿入された切削工具を直接に把持するスリーブと当該スリーブを保持するボディとの間に加圧室が形成され、この中に貯留した作動油を加圧することにより、スリーブの一部に形成した弾性変形部を縮径変形させて切削工具を把持するように構成してある。
このハイドロチャックは、切削油剤などのクーラントを切削工具に供給する構造を備えておらず、被加工物を切削加工するにあたって、ハイドロチャックとは別に設けたクーラント供給装置でクーラントを切削工具に供給する必要がある。

また、特許文献２に記載されたハイドロチャックでは、切削工具を把持するボディの先端部に、切削工具のうちボディから突出した軸部分が挿通される孔部を備えたカバー盤が固定してある。このカバー盤は切削工具を把持するものではなく、孔部の内周面に軸部分長手方向に沿う溝部が形成してある。この溝部とボディから突出した切削工具の軸部分との間の隙間を介してクーラントが噴出される。

特開昭６１−９０８４３号公報 実願平６−６３２０７号公報

特許文献１のハイドロチャックでは、ハイドロチャックとは別に装備したクーラント供給装置により、ハイドロチャックに把持された切削工具にクーラントを供給する。
切削工具を被加工物に近付ける場合、クーラント供給路と被加工物との干渉を防止する必要がある。このため、被加工物の狭く奥まった領域に対して切削を行うことが困難であった。また、ハイドロチャックを装着する度にクーラントの噴出方向を設定しなければならず、切削作業が非常に煩雑なものとなっていた。

一方、特許文献２のハイドロチャックでは、所定位置にセットした被加工物を加工するために必要な切削工具のボディからの突出長さが、切削工具を把持しないカバー盤の厚み分だけ長くなる。また、油圧室（流体圧室）の構造が開示されていない。このため、加工に際する切削工具の振れが大きくなり、切削精度が損なわれることとなる。

被加工物の狭く奥まった領域に対して切削を行う場合は、スリーブを保持するボディを細く形成することが望ましい。
ボディを細く形成する場合は、ボディおよびスリーブの肉厚が径方向に薄くなる。よって、ボディとスリーブとの当接面積も縮小される。このため、双方を例えばロウ付けする場合には、両者の接合強度が小さくなりがちである。ただし、その場合でも、工具を把持するために所定の把持力を発揮させる必要がある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、狭い領域に対する正確かつ効率的な切削作業を可能とするハイドロチャックの提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明によるハイドロチャックの特徴構成は、押込部材により加圧された加圧用流体が加圧路を通り加圧室に供給され弾性変形部を縮径させるハイドロチャックにおいて、先端の細径部に開口するフランジ収容部及び前記フランジ収容部の底面に前記フランジ収容部より径小に開口するスリーブ収容部を有するボディと、被把持体が挿入される孔を備え、前記フランジ収容部の先端側から前記スリーブ収容部に嵌合挿入可能であり、前記スリーブ収容部との間に加圧用流体を貯留する加圧室を形成し、前記フランジ収容部に嵌合するフランジを備えるスリーブと、を備える点にある。

本構成では、ボディ先端の細径部に開口するフランジ収容部に嵌合するフランジをスリーブに形成することで、ボディに対するスリーブの当接面積を増大させ、ボディとスリーブとのロウ付け面積を増やしてスリーブの固定強度を高めている。これにより先端が細径でありながら把持力が高く、狭い領域に対する正確かつ効率的な切削作業が可能なハイドロチャックが得られた。

本発明の他の特徴構成は、前記ボディの内部を貫通するクーラント供給路を備えると共に、当該クーラント供給路が前記ボディの先端部に設けたクーラント噴出口に連通し、前記クーラント噴出口の周縁のうちの少なくとも一部分が、前記フランジの最大外径を規定する円弧に沿って、又は、その円弧よりも径方向内側に形成してある点にある。

本構成であれば、クーラント噴出口をハイドロチャックの中心側に偏った位置に設置できる。これにより、ハイドロチャックの大径化を抑え、狭い切削領域であってもハイドロチャックが被加工物に干渉することを防止できる。

本発明の他の特徴構成は、前記フランジの外縁の少なくとも一部が外径寸法を小さく構成してあり、前記クーラント噴出口を、前記フランジのうちの当該小径部分の径方向外側に、前記フランジの外縁から離間した状態に開口させてある点にある。

本構成であれば、クーラント噴出口の周縁の全ての部分をフランジと干渉しない状態としながら、クーラント噴出口の少なくとも一部の領域を、フランジの最大外径を規定する円弧よりも内側に形成することができる。よって、クーラント噴出口から噴出するクーラントがフランジと干渉することがなく、クーラントを所定の方向に向けて確実に噴出させることができる。

本発明の他の特徴構成は、前記フランジ収容部の底面と前記フランジとの間に空間を設け、前記加圧室が前記空間に連通すると共に、前記加圧路が前記底面に開口してある点にある。

本構成であれば、加圧路の加圧用流体がフランジ収容部の底面から流出し、この底面とフランジとの間の空間を介して加圧室の内部の加圧用流体を加圧する。このように、加圧用流体はハイドロチャックの先端側を経由する構成であるが、本構成であれば弾性変形部を縮径させる加圧機構の形成が容易となる。

即ち、本構成のごとく、加圧路をフランジ収容部の底面とフランジとの間の空間に連通させる場合には、ボディの内部に加圧路を少なくとも一本形成するだけでよい。この加圧路が連通するフランジ収容部の底面とフランジとの間の空間及び加圧室は、フランジ収容部の形状とフランジの形状を適切に設定しておき、ボディにスリーブを挿入することで容易に形成できる。

このように、本構成であればボディ外周から加圧路を設けることなく、外観も良く漏れを起こすことのない加圧路の形成が極めて容易であり、加圧機構を合理的に構成することができる。

実施形態１に係るハイドロチャックの側面図である。 実施形態１に係るハイドロチャックの正面図である。 実施形態１に係るハイドロチャックの分解斜視図である。 実施形態１に係るハイドロチャックの軸芯方向に沿う断面図である。 実施形態１に係るスリーブを外したボディ先端部を示す正面図である。 実施形態１に係るクーラント噴射部を説明する断面図である。 実施形態１に係る流体圧室の加圧構造を説明する断面図である。 実施形態２に係るハイドロチャックの正面図である。 実施形態３に係るスリーブを外したボディ先端部を示す正面図である。 実施形態３に係る流体圧室の加圧構造を説明する断面図である。 実施形態３に係るスリーブを外したボディ先端部を示す斜視図である。 実施形態４に係るスリーブを外したボディ先端部を示す正面図である。 実施形態４に係る流体圧室の加圧構造を説明する断面図である。 実施形態４に係るスリーブを外したボディ先端部を示す斜視図である。 実施形態５に係る流体圧室の加圧構造を説明する断面図である。 実施形態５に係るハイドロチャックの正面図である。 実施形態５に係るハイドロチャックの分解斜視図である。 実施形態６に係るハイドロチャックの正面図である。 実施形態６に係るハイドロチャックの分解斜視図である。

本発明のハイドロチャックに係る実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔実施形態１〕
図１〜図７は、本発明に係るハイドロチャックの実施形態１を示す。
ハイドロチャックＡは、押込部材としての操作プラグ８ｂにより加圧された加圧用流体が加圧路８を通り加圧室６に供給されて弾性変形部２ｂを縮径させ、被把持体Ｂの被把持軸Ｂ１を把持する。

具体的には、ハイドロチャックＡは、軸芯Ｘの方向に沿って設けた円筒状空間からなるスリーブ受け部５が形成され、工作機械などの機械装置に取り付けられる先細形状の金属製のボディ１を有する。また、このスリーブ受け部５に先端側から同芯状に収容された金属製のスリーブ２を有する。このスリーブ２は、切削工具などの被把持体Ｂの被把持軸Ｂ１が挿入される軸挿入孔２ａを軸芯Ｘと同芯状に備え、ボディ１との間でオイルなどの加圧用流体を貯留する加圧室６を形成する。さらに、ハイドロチャックＡは、加圧用流体を加圧室６に供給してスリーブ２に設けた弾性変形部２ｂを縮径させる加圧機構を備える。加圧機構は、加圧室６から基端部の側に延出する加圧路８及び当該加圧路８の端部に連設されて加圧用流体を加圧するようボディ１に設けられた操作プラグ８ｂを有する。尚、スリーブ２は、スリーブ受け部５に対して先端側から挿入可能であり、ボディ１の先端部に当接するフランジ７を備えると共に、当該フランジ７とボディ１との間がロウ付けされる。

ボディ１は、軸芯Ｘを回転中心とする回転体形状に形成してあり、ボディ先端の細径部に開口するスリーブ受け部５として、フランジ収容部５ａ及びフランジ収容部５ａの底面にフランジ収容部５ａより径小に開口するスリーブ収容部５ｂを同芯状に有する。

スリーブ２はボディ１の先端部からボディ１の内部（スリーブ受け部５）に嵌合挿入され、両者の接合面どうしが銀ロウなどのロウ材でろう付けされ、スリーブ２とボディ１とが一体化されている。
スリーブ２には、切削工具Ｂの被把持軸Ｂ１が把持される。ボディ１には、ハイドロチャックＡに把持された切削工具Ｂに冷却用のクーラントを噴射するクーラント噴射部３を設けてある。クーラント噴射部３の先端は、ボディ１の先端面に開口するクーラント噴出口３ａとなっている。

ボディ１は、マニピュレータに把持させるよう外周溝４が形成されたチャック本体１ａと、チャック本体１ａの先端側に一体形成されたチャック筒１ｂと、チャック本体１ａの後端側に一体形成されて工作機械のスピンドルに嵌合されるシャンク１ｃと、スリーブ２を収容する軸芯Ｘと同芯状の円形空間が形成されたスリーブ受け部５とを備えている。チャック筒１ｂは、チャック本体１ａから離れるほど小径になる円錐台形状に形成してある。

クーラント噴射部３は、図４〜図６に示すように、ボディ１の内部を貫通するクーラント供給路３ｃを備え、当該クーラント供給路３ｃがボディ１の先端部に設けたクーラント噴出口３ａに連通している。
すなわち、ボディ（チャック筒１ｂ）１の先端面１ｄに円形に開口する複数のクーラント噴出口３ａを備えている。本実施例では二つのクーラント噴出口３ａを備えている。夫々のクーラント噴出口３ａは、ボディの先端側に開口する断面が例えば円形のクーラント噴出路３ｂを複数備えている。本実施形態では二つのクーラント噴出路３ｂを備えている。一方、ボディ１の基端側では、ボディの軸心と同芯状に開口する断面円形のクーラント供給路３ｃを一つ設けてある。これらクーラント噴出路３ｂとクーラント供給路３ｃとは、ボディ径方向に沿って設けた断面円形のクーラント用連通路３ｄによって連通されている。複数のクーラント噴出口３ａと、クーラント噴出路３ｂ、クーラント用連通路３ｄの夫々は、ボディの周方向に等間隔に配置するのが好ましい。そうすることで、回転バランスを維持しつつ、クーラントを切削工具の周りに均等に噴射することができる。

このように、クーラント噴出口３ａをボディ１の先端面、つまり、ハイドロチャックＡの先端面に設けることで、ハイドロチャックＡと別にクーラント噴出装置を設ける必要がない。そのため、被加工物の奥まった狭い領域を切削する場合に切削加工が容易になる。

また、クーラント噴出口３ａをボディ１の先端面に設けてあるから、例えばクーラント噴出口３ａの開口方向を適宜設定することで、切削部に対するクーラントの供給が確実なものとなる。クーラントの噴出方向が確実に設定できれば、クーラントの噴出量をより少量化できるなど、クーラントの供給効率を高めることができる。

ボディ１の基端側にはボディ１と同芯状のクーラント供給路３ｃを一つ設け、ボディ１の先端側には、このクーラント供給路３ｃと連通する少なくとも一つのクーラント噴出路３ｂを設けて、クーラントの供給路を合理的に構成することができる。中央のクーラント供給路３ｃは、ボディ１に対して最も簡単な構成でクーラントの供給路を構成するものである。このクーラント供給路３ｃのうちボディ１の先端側には切削工具Ｂが挿入把持されるから、クーラント供給路３ｃは切削工具Ｂによって封止される。このため、クーラント供給路３ｃとクーラント噴出路３ｂとを連絡するクーラント用連絡路は、スリーブ２に把持された切削工具Ｂの基端部に対してボディ１の基端部側に設けておく。クーラント噴出路３ｂは、ボディ１のサイズや肉厚に応じて、効率の良いクーラントの供給が行えるよう切削工具Ｂの周囲に適宜形成すればよい。

クーラント供給路３ｃは、チャック筒１ｂの側ほど段階的に縮径された筒状空間で形成され、シャンク１ｃを工作機械のスピンドルに嵌合することにより工作機械の側のクーラント供給部に接続される。クーラント供給路３ｃのうちチャック筒１ｂの側は、スリーブ受け部５に連通している。なお、クーラント供給路３ｃは、スリーブ受け部５に連通しなくても良い。

二つのクーラント噴出口３ａは、軸芯Ｘを対称点とする点対称の位置に配置してある。クーラント用連通路３ｄの夫々は、チャック筒１ｂの外周側からクーラント供給路３ｃに対して軸芯Ｘを通らない斜め方向に交差する断面円形の切削孔を、各クーラント噴出路３ｂの端部に連通するように穿孔して形成してある。

二つのクーラント用連通路３ｄは、軸芯Ｘを対称点とする点対称に配置して形成してある。各クーラント用連通路３ｄのチャック筒１ｂの外周面に開口する開口部分は、図示しないプラグで液密に塞いである。

スリーブ受け部５は、ボディ１の先端側に開口部を形成する環状のフランジ収容部５ａと、フランジ収容部５ａの内側に同芯状に連通する断面円形のスリーブ収容部５ｂとを一連に備えている。

スリーブ２とボディ１との間に環状の加圧室６を形成してある。スリーブ２は、図６，図７に示すように、切削工具Ｂの被把持軸Ｂ１が挿入される断面円形の軸挿入孔２ａと、加圧室６を加圧することにより、軸挿入孔２ａに挿入された被把持軸Ｂ１を押圧して把持するよう縮径可能な薄肉環状の弾性変形部２ｂとを備えている。

スリーブ２は、軸挿入孔２ａをスリーブ収容部５ｂと同芯状に備え、フランジ収容部５ａの先端側からスリーブ収容部５ｂに嵌合挿入されて、スリーブ収容部５ｂとの間に加圧室６を形成する。
弾性変形部２ｂは、加圧室６を形成する幅広周溝６ａをスリーブ２の外周側に設けて、その幅広周溝６ａの溝底部分で形成してある。

スリーブ２の先端部には、スリーブ径方向に拡径するフランジ７が一体形成してあり、このフランジ７をフランジ収容部５ａに嵌合してある。従って、フランジ７がフランジ収容部５ａの底面に当接するまで、スリーブ２をフランジ収容部５ａからスリーブ収容部５ｂに内挿収容することにより、スリーブ２の外周面とスリーブ収容部５ｂの内周面との間に単一の加圧室６を形成してある。

すなわち、フランジ７を嵌合するフランジ収容部５ａがボディ１の先端部に形成され、スリーブ２の先端面とボディ１の先端面とが軸芯Ｘの方向に沿って同じ位置で連続するように構成してある。

このようにフランジ収容部５ａを構成することで、ボディ１とスリーブ２との当接面積を増やすことができる。例えば、フランジ７の裏面とフランジ収容部５ａの底面とが当接可能であり、フランジ７の側面とフランジ収容部５ａの内壁面とが当接可能となる。これらの部位をロウ付けすることでボディ１とスリーブ２との接合強度を高めることができる。

また、フランジ７がフランジ収容部５ａに嵌合する状態でスリーブ２をボディ１の先端側の開口部から内挿収容することで、スリーブ２の外周面とボディ１の内周面との間の加圧室６や、加圧路８と加圧室６とを連通する加圧用連通路１１を容易に形成することができる。

図５，図７に示すように、加圧室６を加圧する一対の加圧路８，９を、フランジ収容部５ａの底面に開口するようにボディ１に対称に設けてある。一方の加圧路８は、チャック本体１ａの外周面側からに径方向に穿孔して形成した操作路８ａに連通してあり、操作路８ａには操作プラグ８ｂを液密に螺合してある。他方の加圧路９は、ボディ１の回転バランスを考慮したダミーとして形成してあり、操作路８ａには直接連通していない。

フランジ収容部５ａの底面とフランジ７の裏面との間の空間１５が、各加圧路８，９と加圧室６とを連通する加圧用連通路１１を構成している。したがって、フランジ収容部５ａの底面とフランジ７の裏面との間の空間に加圧室６が連通している。

スリーブ収容部５ｂに収容したスリーブ２は、銀ロウなどを用いてろう付けし、ボディ１に対して液密に一体固定してある。操作路８ａ、各加圧路８，９、加圧用連通路１１及び加圧室６に亘ってオイルなどの加圧用流体を液密に封入してある。

六角レンチなどによる操作プラグ８ｂの操作路８ａに対するねじ込み操作で当該操作路８ａの容積を減少させることにより、加圧用流体を加圧して弾性変形部２ｂを縮径変形させ、軸挿入孔２ａに挿入された被把持軸Ｂ１を押圧して把持できるように構成してある。

ボディ１とスリーブ２との境界１０をボディ１の先端面１ｄに設けてある。このため、スリーブ２において切削工具Ｂを把持する領域がスリーブ２の先端にまで及び、ボディ１の先端部までの広い領域を用いて切削工具Ｂを把持する。よって、切削工具Ｂの把持力が高いものとなり、切削工具Ｂの振れを抑制して高精度の切削加工が可能となる。

図２に示すように、クーラント噴出口３ａの円形周縁のうちの少なくとも一部分を、フランジ７の最大外径を規定する円弧Ｌよりもボディ径方向内側に形成してある。

すなわち、図２に示すように、フランジ７の外周面形状を、軸芯Ｘを中心とする一対の円弧外周面部分７ａ及び互いに平行な一対の扁平外周面部分７ｂを、軸芯Ｘを対称点とする点対称に配置した形状とすることによって、フランジ７をフランジ周方向で異なる異径に形成してある。従って、フランジ７の最大外径を規定する円弧Ｌは、円弧外周面部分７ａの半径で軸芯Ｘを中心として描いた円形の線分を意味する。

フランジ７の外縁の少なくとも一部の外径寸法を残りの部分よりも小さく構成してあり、クーラント噴出口３ａを、フランジ７のうちの当該小径部分の径方向外側に、フランジ７の外縁から離間した状態に開口させてある。

フランジ収容部５ａは、図２，図５に示すように、各円弧外周面部分７ａが嵌合する一対の円弧内周面部分１２と、各扁平外周面部分７ｂが嵌合する一対の扁平面部分１３とを有する形状に形成してある。

〔実施形態２〕
図８は、ハイドロチャックＡの実施形態２を示す。
本実施形態では、クーラント噴出口３ａの周縁のうちの少なくとも一部分を、フランジ７の最大外径を規定する円弧Ｌのボディ径方向内側に形成してある。

本実施形態によれば、クーラント噴出口の外周径を小さくすることができるので、ボディ１の先端部分における小径化を図りながら、フランジ７及びフランジ収容部５ａの形状の簡略化を図ることができる。その他の構成は実施形態１と同様である。

〔実施形態３〕
図９〜図１１は、ハイドロチャックＡの実施形態３を示す。
本実施形態では、加圧路８，９が開口する加圧用連通路１１を形成する空間１５が、フランジ収容部５ａの底面に、スリーブ収容部５ｂの内径よりも大径となる一連の円環状の段部１６で形成されてある。
その他の構成は実施形態１と同様である。

〔実施形態４〕
図１２〜図１４は、ハイドロチャックＡの実施形態４を示す。
本実施形態では、加圧路８，９が開口する加圧用連通路１１が、フランジ収容部５ａの底面に、スリーブ収容部５ｂに接続する加圧路８，９毎の凹部１７で形成されてある。
その他の構成は実施形態１と同様である。

〔実施形態５〕
図１５〜図１７は、ハイドロチャックＡの実施形態５を示す。
本実施形態では、加圧用連通路１１を形成する空間１５が、フランジ７のフランジ収容部５ａの奥の端面側に、弾性変形部２ｂの外周面に沿った部位に、加圧路８，９の開口を臨ませる一連の円環状の溝部１８で形成されてある。
その他の構成は実施形態１と同様である。

〔実施形態６〕
図１８，図１９は、ハイドロチャックＡの実施形態６を示す。
本実施形態では、加圧用連通路１１を形成する空間１５が、フランジ７のフランジ収容部５ａの奥の端面側に、弾性変形部２ｂの外周面に沿った部位に、加圧路８，９毎に連通する凹部１９で形成されてある。
その他の構成は実施形態５と同様である。

本発明は、切削工具を工作機械に装着するために使用される様々なハイドロチャックに適用することができる。

１ ボディ
２ スリーブ
２ａ 孔
２ｂ 弾性変形部
３ａ クーラント噴出口
３ｃ クーラント供給路
５ スリーブ受け部
５ａ フランジ収容部
５ｂ スリーブ収容部
６ 加圧室
７ フランジ
８ 加圧路
８ｂ 押込部材
１５ 空間
Ｂ 被把持体
Ｌ フランジの最大外径を規定する円弧

Claims (2)

1. 押込部材により加圧された加圧用流体が加圧路を通り加圧室に供給され弾性変形部を縮径させるハイドロチャックにおいて、
   先端の細径部に開口するフランジ収容部及び前記フランジ収容部の底面に前記フランジ収容部より径小に開口するスリーブ収容部を有するボディと、
   被把持体が挿入される孔を備え、前記フランジ収容部の先端側から前記スリーブ収容部に嵌合挿入可能であり、前記スリーブ収容部との間に加圧用流体を貯留する加圧室を形成し、前記フランジ収容部に嵌合するフランジを備えるスリーブとを備え、
   前記ボディの内部を貫通するクーラント供給路を備えると共に、当該クーラント供給路が前記ボディの先端部に設けたクーラント噴出口に連通し、
   前記クーラント噴出口の周縁のうちの少なくとも一部分が、前記フランジの最大外径を規定する円弧に沿って、又は、その円弧よりも径方向内側に形成してあるハイドロチャック。
2. 前記フランジの外縁の少なくとも一部が外径寸法を小さく構成してあり、
   前記クーラント噴出口を、前記フランジのうちの当該小径部分の径方向外側に、前記フランジの外縁から離間した状態に開口させてある請求項１に記載のハイドロチャック。

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