JP6327663B2 - ホルダ体およびワーククランプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械において主軸に連結されるメインホルダと工作物または工具を保持するサブホルダとを互いに連結したホルダ体、および工作物を保持するワーククランプ装置に関する。

旋盤、フライス盤、マシニングセンタ、研削盤、ホブ盤またはボール盤などの各種工作機械においては、主軸に対して工作物または刃物などの工具が取り付けられて機械加工が行われている。このような工作機械を用いた機械加工においては、工作物や工具は主軸の中心軸に対して常に所定の位置に再現性良く取り付けられることが作業効率および生産効率の観点から強く求められる。

例えば、下記特許文献１には、工作物スピンドルの先端部に凸状の芯決めテーパを形成するとともに工作物ホルダにおける先端部に凹状の芯決めテーパを形成して、これらの各芯決めテーパを互いに嵌合することにより工作物スピンドルと工作物ホルダとを互いに同芯で連結する連結構造が開示されている。

特開２００２−４６０３７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された工作物スピンドルと工作物ホルダとの連結構造においては、工作物スピンドルおよび工作物ホルダにおける各芯決めテーパがテーパ状（錘状）に形成されるため、各芯決めテーパの成形精度および工作物スピンドルと工作物ホルダの締付力によって各芯決めテーパに作用する力にバラツキが生じて各芯決めテーパが損傷する恐れがあるとともに調心精度にバラツキが生じることがあるという問題がある。また、上記特許文献１に記載された工作物スピンドルと工作物ホルダとの連結構造においては、各芯決めテーパを高精度に成形する機械加工が困難であるという問題もあった。

本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、従来よりも成形加工が容易で部品間の締付力によって破損や調心精度にバラツキが生じることがないホルダ体およびワーククランプ装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の特徴は、工作機械の主軸に連結されるメインホルダと、工作物、または同工作物を加工する際に使用する工具を保持するサブホルダとを互いに連結したホルダ体であって、メインホルダおよびサブホルダのうちの一方には、円柱状または円筒状に形成された基準側嵌合部を有し、メインホルダおよびサブホルダのうちの他方には、基準側嵌合部に嵌合する円筒体で構成されるとともに同円筒体が基準側嵌合部に嵌合する際に径方向に弾性的に傾倒可能な厚さに形成された従側嵌合部を有し、基準側嵌合部および従側嵌合部は、互いに嵌合する際に接触し合う部分である基準側接触部および従側接触部がそれぞれ互いに嵌合する際に単一の径に形成されていることにある。

このように構成した本発明の特徴によれば、ホルダ体は、円柱状または円筒状に形成された基準側嵌合部に嵌合する円筒状の従側嵌合部が径方向内側または外側に弾性的に傾倒する厚さで形成されるとともに、互いに接触し合う基準側接触部および従側接触部がそれぞれ単一の径で形成されている。これにより、ホルダ体は、メインホルダとサブホルダとが互いに連結される際に基準側嵌合部と従側嵌合部とがそれぞれ基準側接触部および従側接触部を介して単一の径によって接触して従側接触部が径方向に傾倒するため、メインホルダとサブホルダとの間における締付力とは無関係に接触し合って調心することができる。この場合、基準側嵌合部および従側嵌合部は、それぞれ凸状の曲面形状や軸方向に直線状に延びる曲面や平面上に形成することができる。この結果、ホルダ体は、従来よりも成形加工が容易で部品間の締付力によって破損や調心精度にバラツキが生じることを防止することができる。

また、本発明の他の特徴は、前記ホルダ体において、基準側接触部は、従側接触部側に張り出して軸方向に一定の径で延びるストレート状に形成されており、従側接触部は、基準側接触部側に張り出して軸方向に一定の径で延びるストレート状に形成されていることにある。

このように構成した本発明の他の特徴によれば、ホルダ体は、基準側接触部および従側接触部がそれぞれ互いに向かって張り出してストレート状に形成されているため、成形加工が容易となる。

また、本発明の他の特徴は、孔部を有した工作物に機械加工を行う工作機械において前記工作物を着脱自在に保持するワーククランプ装置であって、工作機械の主軸に連結されるメインホルダと、工作物を加工する際に使用する工具を保持するサブホルダとが互いに連結されたホルダ体を備え、ホルダ体は、メインホルダおよびサブホルダのうちの一方には、円柱状または円筒状に形成された基準側嵌合部を有し、メインホルダおよびサブホルダのうちの他方には、基準側嵌合部に嵌合する円筒体で構成されるとともに同円筒体が基準側嵌合部に嵌合する際に径方向に弾性的に傾倒可能な厚さに形成された従側嵌合部を有し、基準側嵌合部および従側嵌合部は、互いに嵌合する際に接触し合う部分である基準側接触部および従側接触部がそれぞれ互いに嵌合する際に単一の径に形成されていることにある。この場合、工作物に形成される孔部としては、工作物を貫通する貫通孔の他に工作物の表面に開口して工作物の内部に底部を有した有底状の穴、所謂止り穴がある。

このように構成した本発明の他の特徴によれば、ワーククランプ装置は、前記ホルダ体を備えているため、ホルダ体と同様の作用効果を期待することができる。

また、本発明の他の特徴は、前記ワーククランプ装置において、さらに、ホルダ体に対して近接または離隔する方向に相対変位可能な状態でホルダ体に対向配置されて工作物の縁部をホルダ体とともに挟持するワーク支持台を備え、ホルダ体におけるサブホルダは、工作物における孔部に挿し込まれて同孔部に嵌合する嵌合テーパ部が形成された工具としてのワークアーバと、ワーク支持台に対向配置されて工作物の縁部をワーク支持台とともに挟持するワーククランプとを備えていることにある。

このように構成した本発明の他の特徴によれば、ワーククランプ装置は、孔部に嵌合する嵌合テーパが形成されたワークアーバを備えたホルダ体とワーク支持台とが互いに相対変位して工作物を挟持するため、ホルダ体が工作物を挟持する際にワークアーバが工作物の孔部内に挿通されることによって工作物の芯とホルダ体の芯とを自動的に芯決めすることができる。

また、本発明の他の特徴は、前記ワーククランプ装置において、ワークアーバは、ワーク支持台側に向かって弾性的に押された状態で支持されていることにある。

このように構成した本発明の他の特徴によれば、ワーククランプ装置は、ワークアーバがワーク支持台に向かって弾性的に押圧された状態で支持されているため、ワークアーバが工作物の孔部に嵌合した状態でホルダ体とワーク支持台とが工作物を挟持した場合であってもワークアーバが工作物に過度に圧迫することがなく工作物の損傷を防止することができる。

また、本発明の他の特徴は、前記ワーククランプ装置において、ワークアーバは、工作物における孔部に対して十分に小径の小径テーパ部と、小径テーパ部と嵌合テーパとの間において段階的に工作物における孔部の内径に近づく外径に形成された段階拡径部とを備えることにある。

このように構成した本発明の他の特徴によれば、ワーククランプ装置は、ワークアーバが小径テーパ部および段階拡径部をそれぞれ備えているため、ワークアーバにおける嵌合テーパ部が工作物を芯決め（「調心」ともいう）する前に予備的に工作物の位置を芯方向に調整することができ、より高精度な芯決めを行うことができる。

本発明に係るホルダ体を備えたワーククランプ装置の構成の概略を示す破断正面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、図１に示すホルダ体における基準側嵌合部と従側嵌合部との嵌合状態を説明するためにこれらの部分の要部を拡大して示しており、（Ａ）は基準側嵌合部を従側嵌合部に嵌合させる前の状態を示す要部拡大断面図であり、（Ｂ）は基準側嵌合部を従側嵌合部に嵌合させた状態を示す要部拡大断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、図１に示すワークアーバと工作物との嵌合状態を説明するためにワークアーバにおける要部を拡大して示しており、（Ａ）はワークアーバに工作物が嵌合する前の状態を示す要部拡大断面図であり、（Ｂ）はワークアーバに工作物が嵌合した状態を示す要部拡大断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、図１に示すワーククランプ装置がワークをクランプする過程およびアンクランプする過程を説明するための図であり、ワーククランプ装置の動作過程を示した破断正面図である。 本発明の変形例に係るホルダ体の構成の概略を示す破断正面図である。

以下、本発明に係るホルダ体およびワーククランプ装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るホルダ体１００を備えたワーククランプ装置２００の構成の概略を示す破断正面図である。このワーククランプ装置２００は、貫通孔９１を有して全体として環状に形成された工作物９０の外周部に対して歯切りを行って歯車を成形するホブ盤に取り付けられて工作物９０の保持を行う機械装置である。なお、図１においては、工作物９０を二点鎖線で示している。

（ホルダ体１００およびワーククランプ装置２００の構成）
ワーククランプ装置２００は、主として、ホルダ体１００およびワーク支持台１５０を備えている。ホルダ体１００は、ワーク支持台１５０とともに工作物９０を挟持して保持する機械装置であり、主として、メインホルダ１１０およびサブホルダ１２０を備えている。

メインホルダ１１０は、ホルダ体１００を図示しないホブ盤の主軸に着脱自在に取り付ける軸状に形成された金属製の部品であり、一方の端部にホブ盤の主軸に嵌合されるテーパ状のシャンク部１１１が形成されるとともに他方の端部に基準側嵌合部１１２がそれぞれ形成されている。すなわち、このメインホルダ１１０は、所謂テーパシャンクである。

基準側嵌合部１１２は、詳しくは図２（Ａ），（Ｂ）にそれぞれ示すように、メインホルダ１１０にサブホルダ１２０の従側嵌合部１２１が嵌合する部分であり、メインホルダ１１０における前記他方の端部に開口する有底円筒状に形成されている。この場合、基準側嵌合部１１２は、従側嵌合部１２１を収容可能な十分な深さ（例えば、従側嵌合部１２１の先端部が接触しない程度の深さ）で形成されている。この基準側嵌合部１１２には、従側嵌合部１２１の外径よりも大径に形成された基準側逃げ部１１３の一部に基準側接触部１１４が形成されている。

基準側接触部１１４は、従側嵌合部１２１における従側接触部１２３に接触して同従側接触部１２３を基準側嵌合部１１２の径方向内側に向かって押圧する部分であり、基準側逃げ部１１３上から従側接触部１２３の外径よりも小径のリング状に張り出して形成されている。この場合、基準側接触部１１４は、基準側嵌合部１１２の軸方向に一定の内径で基準側嵌合部１１２の周方向に沿って帯状に形成されている。この基準側嵌合部１１２は、少なくとも基準側接触部１１４の中心軸がシャンク部１１１の中心軸に対して所定の位置に位置するように形成されている。本実施形態においては、基準側接触部１１４の中心軸とシャンク部１１１の中心軸とが実質的に同芯（所定の公差範囲内を含む）となるように形成されている。

また、メインホルダ１１０には、一方の端部であるシャンク部１１１の先端から他方の端部側である基準側接触部１１４に貫通した状態でエア供給孔１１５が形成されている。エア供給孔１１５は、ホブ盤側から主軸を介して供給されるエアをサブホルダ１２０に導くための貫通孔である。

サブホルダ１２０は、ワークアーバ１３０およびワーククランプ１４０をそれぞれ保持するフランジ状に形成された金属製の部品であり、一方の端部に前記基準側嵌合部１１２に嵌合する従側嵌合部１２１が形成されるとともに他方の端部にアーバ収容部１２４が形成されて構成されている。これらのうち、従側嵌合部１２１は、メインホルダ１１０の基準側嵌合部１１２が嵌合する部分であり、サブホルダ１２０における前記一方の端部から張り出す有底筒状に形成されている。

この従側嵌合部１２１には、図２（Ａ），（Ｂ）にそれぞれ示すように、基準側嵌合部１１２が嵌合した際に径方向の内側に向かって弾性的に傾倒可能に形成されている。具体的には、従側嵌合部１２１は、基準側嵌合部１１２の基準側逃げ部１１３の内径よりも小径の従側逃げ部１２２の一部に従側接触部１２３が形成されて構成されている。この場合、従側逃げ部１２２は、基準側嵌合部１１２が嵌合した際に径方向の内側に向かって容易に弾性的に傾倒可能な厚さで構成されている。

一方、従側接触部１２３は、基準側嵌合部１１２における基準側接触部１１４に接触して径方向内側に向かって傾倒する部分であり、前記基準側接触部１１４の内径よりも大径のリング状に張り出して形成されている。すなわち、従側接触部１２３は、基準側接触部１１４に対して所謂しまりばめの寸法公差で構成されている。この場合、従側接触部１２３は、従側嵌合部１２１の軸方向に一定の外径で従側嵌合部１２１の周方向に沿って帯状に形成されている。

この従側嵌合部１２１は、少なくとも従側接触部１２３の中心軸がアーバ収容部１２４の中心軸に対して所定の位置に位置するように形成されている。本実施形態においては、従側接触部１２３の中心軸とアーバ収容部１２４の中心軸とが実質的に同芯（所定の公差範囲内を含む）となるように形成されている。また、この従側嵌合部１２１における従側接触部１２３の両端部分は縦断面形状において円弧状に形成されている。なお、従側嵌合部１２１における従側接触部１２３の両端部分は、基準側接触部１１４を案内し易い形状に形成することが望ましく、縦断面形状において円弧状以外の形状、例えば錐状（換言すれば、面取り）に形成することもできる。

アーバ収容部１２４は、ワークアーバ１３０を摺動自在に保持する部分であり、従側嵌合部１２１の軸線方向に延びる有底円筒状に形成されている。このアーバ収容部１２４における筒部内には、最奥部にスプリング１２５を収容した状態でワークアーバ１３０が従側嵌合部１２１の軸線方向に所定の範囲内（換言すれば、所定のストローク）で摺動自在な状態で嵌合している。また、アーバ収容部１２４における側壁には、ワークアーバ１３０内にエアを供給するためのエア供給孔１２４ａが形成されている。

また、サブホルダ１２０における従側嵌合部１２１が形成された図示上側の端面には、従側嵌合部１２１の内側の端面から従側嵌合部１２１の軸線方向に貫通した状態でエア供給孔１２６が形成されている。そして、このサブホルダ１２０は、従側嵌合部１２１がメインホルダ１１０における基準側嵌合部１１２内に嵌合した状態でボルト１２７を介してメインホルダ１１０に取り付けられている。

ワークアーバ１３０は、ワーク支持台１５０上に載置される工作物９０の位置決めを行うための金属製の工具あり、メインホルダ１１０およびサブホルダ１２０の各軸線方向に延びる筒状に形成されている。このワークアーバ１３０は、一方（図示上側）の端部側にアーバ収容部１２４に摺動自在に嵌合する円筒状の摺動部１３１が形成されるとともに、他方（図示下側）の端部側に工作物９０の貫通孔９１の内径よりも小径に形成された部分および同貫通孔９１の内径よりも大径に形成された部分を含んで構成されている。より具体的には、ワークアーバ１３０は、図３（Ａ），（Ｂ）にそれぞれ示すように、導入部１３２、小径テーパ部１３３、段階拡径部１３４および嵌合テーパ部１３５を備えている。なお、図３（Ｂ）においては、工作物９０を二点鎖線で示している。

導入部１３２は、ワークアーバ１３０が最初に工作物９０の貫通孔９１に挿入されて工作物９０の位置を矯正する部分であり、貫通孔９１の内径に対して十分に小さい一定の外径の円筒状に形成されている。小径テーパ部１３３は、工作物９０の貫通孔９１内に挿入されて工作物９０の位置を矯正する部分であり、導入部１３２の外径よりも十分（例えば、少なくとも直径で１ｍｍ以上）に小径な外径から段階拡径部１３４の外径まで連続的に変化するテーパで構成されている。

段階拡径部１３４は、工作物９０の貫通孔９１内に挿入されて工作物９０の位置を矯正する部分であり、貫通孔９１の内径よりも大きな複数の外径の円筒状に構成されている。この場合、段階拡径部１３４は、貫通孔９１の内径よりも小さい複数の外径が小径テーパ部１３３側から段階的に大きくなるように形成されている。本実施形態においては、段階拡径部１３４は、例えば、０.０１ｍｍ〜０.１ｍｍの範囲で段階的に大きくなる３つの外径（図においてａ，ｂ，ｃで示す）で形成されている。

嵌合テーパ部１３５は、工作物９０の貫通孔９１内に挿入されて工作物９０を位置決めする部分であり、段階拡径部１３４の最大外径よりも小径な外径から工作物９０の貫通孔９１の外径よりも大きな外径まで連続的に変化するテーパで構成されている。この嵌合テーパ部１３５は、工作物９０に対して塑性変形などの損傷および食い付きやくっ付きを生じさせることがないテーパ角で構成されている。この場合、嵌合テーパ部１３５は、工作物９０が金属材料で構成されて貫通孔９１の端部に４５°の面取り加工による面取り部９２が形成されている場合には、嵌合テーパ部１３５の中心軸線に対して５°以上かつ１５°以下が好適である。本実施形態においては、嵌合テーパ部１３５は、嵌合テーパ部１３５の中心軸線に対して８°のテーパ角で形成されている。これらの摺動部１３１、段階拡径部１３４および嵌合テーパ部１３５は、互いに実質的に同芯（所定の公差範囲内を含む）となるように形成されている。

また、このワークアーバ１３０には、内部にワークアーバ１３０の軸線方向に沿ってエア供給孔１３７が形成されているとともに、このエア供給孔１３７に連通した状態で摺動部１３１にエア供給孔１３６および導入部１３２にエア噴射孔１３８がそれぞれ形成されている。これらのうち、エア供給孔１３６は、エア供給孔１３７内にエアを供給するための貫通孔であり、アーバ収容部１２４に形成されたエア供給孔１２４ａに連通可能な位置に形成されている。また、エア噴射孔１３８は、エア供給孔１３６内に供給されたエアをワークアーバ１３０の外部に向かって噴射させるための孔部であり、導入部１３２の先端部に３つの貫通孔によって構成されている。

ワーククランプ１４０は、ワーク支持台１５０に支持された工作物９０をワーク支持台１５０とともに挟持して保持するための金属製の部品であり、円筒状に形成されている。より具体的には、ワーククランプ１４０の内側は、サブホルダ１２０の外周部に対して所定の隙間からなるエア貯留部１４１を介するとともに同エア貯留部１４１内でサブクランプ１４３が摺動可能な円筒状の内形に形成されている。一方、ワーククランプ１４０外側は、一方（図示上側）の端部がボルト１４４を介してサブホルダ１２０に取り付けられているとともに、他方（図示下側）の端部に押圧部１４２が形成されている。

押圧部１４２は、工作物９０における歯部を形成する内側を環状に押圧する部分であり、工作物９０に形成する歯部よりも内側部分に沿った環状で突出した状態で形成されている。サブクランプ１４３は、ワークアーバ１３０を工作物９０の貫通孔９１から離脱させる際に工作物９０を押さえるための金属製の部品であり、ワーククランプ１４０の内周部およびサブホルダ１２０のアーバ収容部１２４の外周部に対してそれぞれ摺動可能な円筒状に形成されている。このサブクランプ１４３における一方（図示上側）の端部は、ワーククランプ１４０の内周部に引っ掛けるためにフランジ状に張り出して形成されている。また、サブクランプ１４３は、ワーククランプ１４０から最も突出した状態でワークアーバ１３０における段階拡径部１３４を覆うことができる長さに形成されている。

ワーク支持台１５０は、ホルダ体１００におけるワーククランプ１４０と協働して工作物９０を挟持して保持する金属製の部品であり、ホルダ体１００に対向する端面に受け部１５１が形成されて構成されている。受け部１５１は、工作物９０における歯部を形成する内側を環状に支持する部分であり、工作物９０に形成する歯部の内側に沿う環状に突出して形成されている。この受け部１５１の内側には、凹状に窪んだワーク逃げ部１５２が形成されるとともに、このワーク逃げ部１５２の中央部にアーバ嵌合孔１５３が形成されている。

アーバ嵌合孔１５３は、ワークアーバ１３０における導入部１３２が摺動自在に嵌合するとともにワークアーバ１３０におけるエア噴射孔１３８から噴射させたエアを外部に逃がすための孔部であり、ワークアーバ１３０の軸線方向に沿って直線状に延びた後屈曲してワーク支持台１５０の側面部に開口して形成されている。

（ホルダ体１００およびワーククランプ装置２００の作動）
次に、上記のように構成したホルダ体１００およびワーククランプ装置２００の作動について図４（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら説明する。なお、本実施形態においては、リング状に形成された工作物９０の外周部に対して歯部を切削加工して歯車を成形する図示しないホブ盤にホルダ体１００およびワーククランプ装置２００を用いる一例について説明する。

まず、作業者は、メインホルダ１１０およびサブホルダ１２０をそれぞれ用意してサブホルダ１２０をメインホルダ１１０に取り付ける。具体的には、作業者は、サブホルダ１２０における従側嵌合部１２１をメインホルダ１１０における基準側嵌合部１１２内に嵌合させてボルト１２７で締め付ける。

この場合、従側嵌合部１２１は、従側接触部１２３が基準側接触部１１４よりも大径に形成されるとともに、従側逃げ部１２２が弾性的に傾倒可能な厚さで構成されているため、従側接触部１２３が基準側接触部１１４に接触することによって径方向内側に全周に亘って均等に傾倒する（図示破線矢印参照）。これにより、サブホルダ１２０は、従側嵌合部１２１の中心軸が基準側嵌合部１１２の中心軸にガタなく一致して調心されるためメインホルダ１１０に対して中心軸が合った状態となる。したがって、作業者は、従側嵌合部１２１を基準側嵌合部１１２に嵌合させた状態でボルト１２７で締め付けることによってサブホルダ１２０をメインホルダ１１０に対して同芯で連結してホルダ体１００を組み立てることができる。

また、この場合、メインホルダ１１０に対するサブホルダ１２０の軸線方向の位置は、メインホルダ１１０の図示下端面がサブホルダ１２０の図示上端面に接した位置で規定される。つまり、本実施形態におけるホルダ体１００は、基準側接触部１１４と従側接触部１２３とを軸線方向上で接触させることによって同軸線方向上で位置決めさせることができ、結果として２軸方向（径方向と軸線方向）で精密な位置決めすることができる。なお、図２（Ｂ）においては、傾倒する前の状態の従側嵌合部１２１を二点鎖線で示している。

次に、作業者は、スプリング１２５、ワークアーバ１３０、ワーククランプ１４０およびサブクランプ１４３をそれぞれ用意してこれらをサブホルダ１２０に組み付ける。具体的には、作業者は、サブホルダ１２０におけるアーバ収容部１２４内にスプリング１２５およびワークアーバ１３０をそれぞれ挿入するとともにワーククランプ１４０内にサブクランプ１４３を挿入した状態で、このワーククランプ１４０をサブホルダ１２０にボルト１４４で締め付ける。これにより、サブホルダ１２０に対してスプリング１２５、ワークアーバ１３０、ワーククランプ１４０およびサブクランプ１４３が一体的に組み付けられる。

次に、作業者は、ワーク支持台１５０を用意して前記ホルダ体１００とワーク支持台１５０とからなるワーククランプ装置２００をホブ盤に組み付ける。具体的には、作業者は、ホルダ体１００におけるメインホルダ１１０のシャンク部１１１をホブ盤における図示しない凹状のテーパ部を有する主軸に取り付ける。このシャンク部１１１のホブ盤の主軸に対する取り付けは、従来の所謂テーパシャンクの主軸への取り付けと同じ要領であるため詳しい説明は省略する。これにより、ホブ盤の主軸の中心軸上にホルダ体１００の中心軸が一致した状態、すなわち、ワークアーバ１３０の中心軸がホブ盤の主軸の中心軸に一致した状態でホルダ体１００がホブ盤の主軸に取り付けられる。

次に、作業者は、ワーク支持台１５０をホブ盤における図示しないテーブル上に取り付ける。この場合、作業者は、ワーク支持台１５０におけるアーバ嵌合孔１５３の中心軸がワークアーバ１３０の中心軸に一致するようにワーク支持台１５０をホブ盤のテーブル上に取り付ける。例えば、作業者は、ホブ盤を操作してワークアーバ１３０をテーブルに近接させてワークアーバ１３０をアーバ嵌合孔１５３に嵌合させた状態でワーク支持台１５０をホブ盤のテーブル上に取り付ける。

これにより、作業者は、ホブ盤における図示上下方向においてホルダ体１００とワーク支持台１５０とが互いに同芯で対向した状態でワーククランプ装置２００を取り付けることができる。すなわち、本実施形態におけるホブ盤は、縦側のホブ盤である。なお、ホブ盤は、水平方向にホルダ体１００とワーク支持台１５０とが対向する横型のホブ盤であってもよいことは当然である。

次に、作業者は、ワーククランプ装置２００が取り付けられたホブ盤を用いて工作物９０に対する歯切り加工を行う。具体的には、作業者は、貫通孔９１が形成された環状の工作物９０を用意した後、ワーク支持台１５０における受け部１５１上に工作物９０をセットする。この場合、工作物９０は、貫通孔９１の端部に４５°の面取り加工による面取り部９２が形成されており、作業者はこの面取り部９２が形成された面をワークアーバ１３０に向けた向きで工作物９０を受け部１５１上に載置する。そして、作業者は、ホブ盤を操作することによりホブ盤に対して歯切り加工の開始を指示する。この指示に応答してホブ盤は、図示しない加工プログラムに従って工作物９０に対する歯切り加工を開始する。この歯切り加工は、主として、次のサブステップ１〜サブステップ３の各工程によって構成されている。

サブステップ１：まず、ホブ盤は、工作物９０をクランプする。具体的には、ホブ盤は、ホルダ体１００をワーク支持台１５０側に向けて変位させる。これにより、ホルダ体１００は、ワークアーバ１３０における導入部１３２、小径テーパ部１３３、段階拡径部１３４および嵌合テーパ部１３５の順で工作物９０の貫通孔９１内に挿入して各部ごとに工作物９０の中心軸をホルダ体１００の中心軸（ホブ盤の主軸の中心軸でもある）に一致させていく（図３（Ａ），（Ｂ）参照）。

この工作物９０の調心過程においては、ホブ盤は、ワークアーバ１３０における嵌合テーパ部１３５で面取り部９２を押圧することによって工作物９０の中心軸の最終的な位置決めを行うとともに、さらにスプリング１２５の弾性力に抗してホルダ体１００をワーク支持台１５０側に押し込むことによってワーククランプ１４０における押圧部１４２を工作物９０に押し付けて工作物９０を押圧部１４２とワーク支持台１５０の受け部１５１とで挟持する。

この場合、ホルダ体１００は、工作物９０の面取り部９２を押圧する嵌合テーパ部１３５が５°〜１５°の範囲内のテーパ角で形成されるとともにスプリング１２５によって弾性的に押圧されているため、工作物９０の面取り部９２に損傷を与えることなく工作物９０の調心およびワーククランプ１４０による工作物９０の押圧を行うことができる（図４（Ｃ）参照）。なお、この工作物９０のクランプ過程においては、ホブ盤は、ホルダ体１００に対してエアの供給を行なわないため、サブクランプ１４３は工作物９０の上端面に接触した後はホルダ体１００の変位に応じてワーククランプ１４０内に没していく（図４（Ａ），（Ｂ）参照）。

サブステップ２：次に、ホブ盤は、工作物９０に対して歯切り加工を行う。具体的には、ホブ盤は、ホルダ体１００とワーク支持台１５０とで保持した工作物９０の外周部に図示しないホブ（歯切り用の切削工具）を接触させながらホルダ体１００およびワーク支持台１５０を一体的に回転させるとともにこれらのホルダ体１００およびワーク支持台１５０に対してホブを相対的に回転変位させることによって歯切り加工を行う。この場合、ホブ盤は、工作物９０の側面部がホルダ体１００とワーク支持台１５０とによって挟持されているため、貫通孔９１が損傷することなく歯切り加工を行うことができる。

サブステップ３：次に、ホブ盤は、工作物９０をアンクランプする。具体的には、ホブ盤は、ホルダ体１００におけるメインホルダ１１０のエア供給孔１１５にエアを送り込みながらホルダ体１００をワーク支持台１５０側から離隔させる方向に変位させる。この場合、ホルダ体１００は、エア供給孔１２４ａがサブクランプ１４３によって塞がれているため、エア供給孔１１５，１２６をそれぞれ介して導かれたエアはエア貯留部１４１内に貯留されてサブクランプ１４３を押圧する。

これにより、ホルダ体１００は、エア貯留部１４１内に貯留されたエアによってサブクランプ１４３がワーク支持台１５０側に押圧されて工作物９０の側面部を押圧した状態でワークアーバ１３０がワーク支持台１５０から離隔してワークアーバ１３０における嵌合テーパ部１３５の貫通孔９１に対する嵌合が解かれる（図４（Ｂ）参照）。

そして、ワークアーバ１３０は、段階拡径部１３４、小径テーパ部１３３および導入部１３２の順で工作物９０の貫通孔９１内から外れていく（図４（Ａ）参照）。この場合、ホルダ体１００は、ワーク支持台１５０から離隔するに従ってサブクランプ１４３がワーク支持台１５０側に変位していく過程でエア供給孔１２４ａがエア貯留部１４１に連通する。これにより、ホルダ体１００は、ホブ盤からエア供給孔１１５，１２６、エア貯留部１４１、エア供給孔１２４ａ，１３６，１３７を介して供給されるエアをエア噴射孔１３８から噴射させるため、歯切り加工によって生じた切削屑を工作物９０から除去しながらワークアーバ１３０を退避させることができる。

この後、作業者は、歯切り加工が施された工作物９０をワーク支持台１５０上から取り除くことによって工作物９０に対する歯切り加工作業を終えることができる。そして、作業者は、新たな工作物９０に対して歯切り加工を行う場合には、前記と同様にして新たな工作物９０をワーク支持台１５０上にセットした後、ホブ盤に対して歯切り加工の開始を指示することにより新たな工作物９０に対して歯切り加工作業を続行することができる。

一方、作業者は、サブホルダ１２０をメンテナンスのため脱着する場合においては、メインホルダ１１０をホブ盤の主軸に取り付けた状態でまたは取り外した状態でメインホルダ１１０からサブホルダ１２０を取り外した後、メンテナンス後のサブホルダ１２０を再度メインホルダ１１０に取り付けることができる。この場合、作業者は、サブホルダ１２０における従側接触部１２３は弾性変形した状態で基準側嵌合部１１２に嵌合しているため、基準側嵌合部１１２から取り外す際に従側接触部１２３および基準側嵌合部１１２に損傷を与えることなく取り外すことができ、再取付時の調心精度を長く維持することができる。

また、作業者は、サブホルダ１２０を他のサブホルダ１２０に交換する場合においては、メインホルダ１１０をホブ盤の主軸に取り付けた状態でまたは取り外した状態でメインホルダ１１０からサブホルダ１２０を取り外した後、新たなサブホルダ１２０をメインホルダ１１０に取り付けることができる。この場合、作業者は、ホルダ体１００における基準側嵌合部１１２および従側嵌合部１２１によって互いに嵌合させるだけで調心を行うことができるため、極めて容易にサブホルダ１２０の交換作業を行うことができる。

上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、ホルダ体１００およびワーククランプ装置２００は、円筒状に形成された基準側嵌合部１１２に嵌合する円筒状の従側嵌合部１２１が径方向内側に弾性的に傾倒する厚さで形成されるとともに、互いに接触し合う基準側接触部１１４および従側接触部１２３がそれぞれ単一の径で形成されている。これにより、ホルダ体１００は、メインホルダ１１０とサブホルダ１２０とが互いに連結される際に基準側嵌合部１１２と従側嵌合部１２１とがそれぞれ基準側接触部１１４および従側接触部１２３を介して単一の径によって接触して従側接触部１２３が径方向に傾倒するため、メインホルダ１１０とサブホルダ１２０との間における締付力とは無関係に接触し合って調心することができる。この結果、ホルダ体１００およびワーククランプ装置２００は、従来よりも成形加工が容易で部品間の締付力によって破損や調心精度にバラツキが生じることを防止することができる。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、変形例の説明においては、上記実施形態と同様の部分については同じ符号を付している。

例えば、上記実施形態においては、ホルダ体１００は、基準側嵌合部１１２を円筒状に形成した。しかし。基準側嵌合部１１２は、従側嵌合部１２１に嵌合可能に形成されていればよい。したがって、基準側嵌合部１１２は、円柱状に形成されていてもよい。

また、上記実施形態においては、ホルダ体１００は、メインホルダ１１０に基準側嵌合部１１２を形成するとともにサブホルダ１２０に従側嵌合部１２１を形成して構成した。しかし、ホルダ体１００は、基準側嵌合部１１２をサブホルダ１２０に形成するとともに従側嵌合部１２１をメインホルダ１１０に形成しても構成することもできる。

また、上記実施形態においては、ホルダ体１００は、基準側嵌合部１１２を基準側逃げ部１１３および基準側接触部１１４によって構成した。しかし、基準側嵌合部１１２は、少なくとも基準側接触部１１４を備えていればよいため、基準側接触部１１４のみで構成することもできる。

また、上記実施形態においては、ホルダ体１００は、従側嵌合部１２１を従側逃げ部１２２および従側接触部１２３によって構成した。しかし、従側嵌合部１２１は、少なくとも従側接触部１２３を備えていればよいため、従側接触部１２３のみで構成することもできる。また、従側嵌合部１２１は、基準側嵌合部１１２によって径方向の内側または外側に向かって弾性的に傾倒すればよく、上記実施形態のように従側接触部１２３が従側逃げ部１２２を介して傾倒してもよいし、従側接触部１２３自身が弾性的に傾倒変形してもよい。また、従側嵌合部１２１は、基準側嵌合部１１２の内部に嵌合して径方向の内側に向かって傾倒する構成の他に、基準側嵌合部１１２の外側に嵌合して径方向の外側に向かって傾倒するように構成することもできる。

また、上記実施形態においては、基準側接触部１１４および従側接触部１２３は、それぞれホルダ体１００の中心軸線方向に沿ってストレート状に形成されている。しかし、基準側接触部１１４および従側接触部１２３は、それぞれホルダ体１００の中心軸線方向に沿って一定の径で形成されていれば、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。したがって、基準側接触部１１４および従側接触部１２３は、例えば、それぞれ凸状の曲面形状や中心軸方向に直線状に延びる曲面や平面状に形成することができる。

また、上記実施形態においては、ホルダ体１００は、基準側接触部１１４と従側接触部１２３とを軸線方向上で接触させることによって２軸方向（径方向と軸線方向）で位置決めするように構成した。しかし、本発明に係るホルダ体１００は、基準側接触部１１４と従側接触部１２３との軸線方向上の位置を特定の位置に位置決めすることなく自由な位置で調心のみを行って、換言すれば径方向のみの位置決めを行ってメインホルダ１１０とサブホルダ１２０とを組み付けることもできる。すなわち、本発明に係るホルダ体１００は、基準側接触部１１４および従側接触部１２３がテーパ形状ではなくそれぞれ単一の径で形成されているため、メインホルダ１１０に対するサブホルダ１２０の軸線方向の位置は基準側接触部１１４と従側接触部１２３との接触位置に関わらず自由に設定することができる。

また、上記実施形態においては、ホルダ体１００は、サブホルダ１２０がワークアーバ１３０を保持して構成されている。しかし、ホルダ体１００は、サブホルダ１２０が工作物９０または工作物９０に機械加工を行うための工具を保持するように構成されていればよい。この場合、工具には、ワークアーバ１３０のように工作物９０の位置決めを行う金型のほか、工作物９０に切削加工を行う刃物や塑性加工を行う金型、工作物９０を保持する治具、工作物９０の各種測定を行う測定器などがある。すなわち、ホルダ体１００は、必ずしもワーククランプ１４０とともにワーククランプ装置２００を構成する必要はなく、ホルダ体１００単体で使用することができる。

また、上記実施形態においては、ワークアーバ１３０は、工作物９０の位置決めを行うために導入部１３２、小径テーパ部１３３および段階拡径部１３４を備えて構成した。しかし、ワークアーバ１３０は、少なくとも嵌合テーパ部１３５を備えていればよく、導入部１３２、小径テーパ部１３３および段階拡径部１３４を省略して構成することができる。また、この場合、嵌合テーパ部１３５は、テーパ角が中心軸線に対して中心軸線に対して５°以上かつ１５°以下が好適であるが、より好ましくは７°以上かつ１０°以下がよい。これによれば、工作物９０における貫通孔９１に対する損傷をより効果的に抑制することができる。

また、上記実施形態においては、ワークアーバ１３０は、サブホルダ１２０内においてスプリング１２５によって弾性的に保持されている。しかし、ワークアーバ１３０は、サブホルダ１２０内においてスプリング１２５を省略して固定的に保持されようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、ワーククランプ装置２００は、ホルダ体１００がメインホルダ１１０とサブホルダ１２０とを基準側嵌合部１１２および従側嵌合部１２１を介して互いに連結するように構成した。しかし、ワーククランプ装置２００は、ホルダ体１００がメインホルダ１１０とサブホルダ１２０とが基準側嵌合部１１２および従側嵌合部１２１を介することなく直接または図示しない位置決めピンを介してボルト１２７で連結されるように構成されていてもよい。また、ワーククランプ装置２００は、ホルダ体１００がメインホルダ１１０とサブホルダ１２０とが一体的に成形されて構成されていてもよい。すなわち、ホルダ体１００は、例えば、図５に示すように、サブホルダ１２０にメインホルダ１１０におけるシャンク部１１１を直接形成して構成することもできる。この場合、サブホルダ１２０には、上記実施形態におけるエア供給孔１１５に繋がった状態でエア供給孔１２６を形成する。なお、エア供給孔１２６がサブホルダ１２０の側面部に開口する部分にはメクラ栓１２６ａが設けられている。

また、上記実施形態においては、ホルダ体１００およびワーククランプ装置２００をホブ盤に装着して歯車を形成する一例について説明した。しかし、ホルダ体１００およびワーククランプ装置２００は、歯車以外の機械要素や部品の機械加工または機械加工以外の用途に広く用いることができるものである。この場合、機械加工以外の用途とは、例えば、工作機械に対する治具の脱着のための構成、工具や工作物に対して測定を行う計測器類の脱着のための構成、または工作機械のメンテナンスに必要な機器の脱着のための構成などがある。したがって、ホルダ体１００およびワーククランプ装置２００は、例えば、旋盤、フライス盤、マシニングセンタ、研削盤またはボール盤などのホブ盤以外の各種工作機械に装着して使用することができる。

９０…工作物、９１…貫通孔、９２…面取り部、
１００…ホルダ体、
１１０…メインホルダ、１１１…シャンク部、１１２…基準側嵌合部、１１３…基準側逃げ部、１１４…基準側接触部、１１５…エア供給孔、
１２０…サブホルダ、１２１…従側嵌合部、１２２…従側逃げ部、１２３…従側接触部、１２４…アーバ収容部、１２４ａ…エア供給孔、１２５…スプリング、１２６…エア供給孔、１２６ａ…メクラ栓、１２７…ボルト、
１３０…ワークアーバ、１３１…摺動部、１３２…導入部、１３３…小径テーパ部、１３４…段階拡径部、１３５…嵌合テーパ部、１３６…エア供給孔、１３７…エア供給孔、１３８…エア噴射孔、
１４０…ワーククランプ、１４１…エア貯留部、１４２…押圧部、１４３…サブクランプ、１４４…ボルト、
１５０…ワーク支持台、１５１…受け部、１５２…ワーク逃げ部、１５３…アーバ嵌合孔、
２００…ワーククランプ装置。

Claims (6)

1. 工作機械の主軸に連結されるメインホルダと、
   工作物、または同工作物を加工する際に使用する工具を保持するサブホルダとを互いに連結したホルダ体であって、
   前記メインホルダおよび前記サブホルダのうちの一方には、円柱状または円筒状に形成された基準側嵌合部を有し、
   前記メインホルダおよび前記サブホルダのうちの他方には、前記基準側嵌合部に嵌合する円筒体で構成されるとともに同円筒体が前記基準側嵌合部に嵌合する際に径方向に弾性的に傾倒可能な厚さに形成された従側嵌合部を有し、
   前記基準側嵌合部および前記従側嵌合部は、
   互いに嵌合する際に接触し合う部分である基準側接触部および従側接触部がそれぞれ互いに嵌合する際に単一の径に形成されていることを特徴とするホルダ体。
   
2. 請求項１に記載したホルダ体において、
   前記基準側接触部は、前記従側接触部側に張り出して軸方向に一定の径で延びるストレート状に形成されており、
   前記従側接触部は、前記基準側接触部側に張り出して軸方向に一定の径で延びるストレート状に形成されていることを特徴とするホルダ体。
3. 孔部を有した工作物に機械加工を行う工作機械において前記工作物を着脱自在に保持するワーククランプ装置であって、
   前記工作機械の主軸に連結されるメインホルダと、前記工作物を加工する際に使用する工具を保持するサブホルダとが互いに連結されたホルダ体を備え、
   前記ホルダ体は、
   前記メインホルダおよび前記サブホルダのうちの一方には、円柱状または円筒状に形成された基準側嵌合部を有し、
   前記メインホルダおよび前記サブホルダのうちの他方には、前記基準側嵌合部に嵌合する円筒体で構成されるとともに同円筒体が前記基準側嵌合部に嵌合する際に径方向に弾性的に傾倒可能な厚さに形成された従側嵌合部を有し、
   前記基準側嵌合部および前記従側嵌合部は、
   互いに嵌合する際に接触し合う部分である基準側接触部および従側接触部がそれぞれ互いに嵌合する際に単一の径に形成されていることを特徴とするワーククランプ装置。
   
4. 請求項３に記載したワーククランプ装置において、さらに、
   前記ホルダ体に対して近接または離隔する方向に相対変位可能な状態で前記ホルダ体に対向配置されて前記工作物の縁部を前記ホルダ体とともに挟持するワーク支持台を備え、
   前記ホルダ体における前記サブホルダは、
   前記工作物における前記孔部に挿し込まれて同孔部に嵌合する嵌合テーパ部が形成された前記工具としてのワークアーバと、
   前記ワーク支持台に対向配置されて前記工作物の縁部を前記ワーク支持台とともに挟持するワーククランプとを備えていることを特徴とするワーククランプ装置。
5. 請求項４に記載したワーククランプ装置において、
   前記ワークアーバは、
   前記ワーク支持台側に向かって弾性的に押された状態で支持されていることを特徴とするワーククランプ装置。
6. 請求項３ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載したワーククランプ装置において、
   前記ワークアーバは、
   前記工作物における前記孔部に対して十分に小径の小径テーパ部と、
   前記小径テーパ部と前記嵌合テーパとの間において段階的に前記工作物における前記孔部の内径に近づく外径に形成された段階拡径部とを備えることを特徴とするワーククランプ装置。

Images