JP6329359B2 - チャック装置 - Google Patents

Description

本発明は、旋盤等に取り付けられてワークを安定して把握するチャック装置に関する。

従来より、チャック装置にはプランジャの回転軸の軸線方向の移動を、トップジョウのチャック本体の半径方向の移動へと変換する機構として、一般的に楔式とレバー式等が採用されている。
楔式を採用したチャック装置の場合、シリンダからプランジャに伝わった回転軸の軸線方向の推力をチャック本体の半径方向の移動へと変換する際に、回転軸に対して楔角度が緩やかになるほど伝達する力が大きくなる。しかし、プランジャが回転軸の軸線方向に移動する一定ストローク量に対して、楔角度が緩やかになるほど、トップジョウがチャック本体の半径方向に移動するストローク量は少なくなる。そこで、チャック本体の半径方向に大きな推力を伝達し、尚且つ、チャック本体の半径方向に移動するストローク量を増やすためには、プランジャの回転軸の軸線方向に移動するストローク量を増やす必要がある。つまり、チャック本体の胴厚を厚くしなければならなかった。
一方、レバー式を採用したチャック装置の場合、下記特許文献１や特許文献２に開示されるチャック装置が知られている。レバー式の場合、レバーの回動軸中心（支点）からレバーの両腕の長さの比率によって、チャック本体の半径方向の推力と移動するストローク量を変えることができる。すなわち、シリンダからプランジャに伝わった回転軸の軸線方向の推力と移動するストローク量を、回転軸の半径方向の推力と移動するストローク量に効率よく伝達できる。
一般にユーザーによっては、トップジョウのストローク量が大きい（ロングストローク）チャック装置を要求されたり、胴厚の薄いチャック装置を要求されたり、様々である。
レバー式のチャック装置を採用することで、レバーの両腕の長さの比率を適宜変更することで、トップジョウのストローク量を大きくしたり、チャック本体の胴厚を薄くしたりできるようになる。さらに胴厚を薄くすることで、より旋盤の主軸に近い位置での加工も可能となる。

特開２００２−２５４２２３号公報 特開平６−２７７９１０号公報

ところで、ユーザーはワークを把握する場合には、各トップジョウが繰り返し同じストローク量を移動するといった再現精度や、センタリング把握等を要求されるが、従来のレバー式のチャック装置のように、単にレバーに設けた貫通穴に支点となるレバーピンを通し、そのレバーピンをボデーに固定するだけでは、十分な再現精度は確保できなかった。一般的に、レバーとレバーをガイドしているチャック本体との間にはレバーを回動させるために予め一定の隙間が設けられている。また、レバーピンを支持するチャック本体側に設けられた凹部や、レバーピンの外径や、レバーにレバーピンを挿入させる貫通穴などは、加工の成形誤差などが生じている。これらの要因によりレバーピンはトップジョウの移動軸に対して少なからず傾いてしまっている。また、チャック装置は回転しながら、様々な位置で停止する。つまり、停止位置によりレバーの重力を受ける方向が変化する。また、グリース等の偏り方が変化し、レバーはレバーピンの軸方向の位置が、前述の予め設けられた隙間の中で定まらずガタついてしまう。よって、チャックの回転軸から各トップジョウの移動ストローク量が各々変化し、ワークの再現精度が好ましい状態にはなりにくかった。
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、レバーのガタつきをおさえ、安定した再現精度を得ることができるチャック装置を提供することを目的とする。

この発明のチャック装置は、レバーのガタつきをおさえるレバー押し当て機構を配置することで、各マスタージョウに固定されたトップジョウの移動距離が夫々一定となるようにしている。
具体的には、第一の発明は、チャック本体と、このチャック本体内で回転軸方向へ移動可能なプランジャと、チャック本体のワーク装着側面上に、チャック本体の回転軸の軸線を中心として周方向に等角度間隔で設けられ、かつチャック本体の半径方向に嵌合摺動する複数のマスタージョウと、このマスタージョウの前端部へ設けられワークを把持する複数のトップジョウと、チャック本体に設けられたレバー室内において、チャック本体内においてプランジャと各マスタージョウとの間に設けられ、かつプランジャの回転軸の軸線方向の移動を、マスタージョウのチャック本体の半径方向の移動に変換する複数のレバーと、を備えたチャック装置において、付勢手段の復元力を用いて一方側からレバーをレバー室内のチャック本体内側面に対して直接押し当てるレバー押し当て機構がレバー各々に設けられ、レバーを押し当てることで夫々のマスタージョウのチャック本体の半径方向の移動距離が一定となるチャック装置である。
上記構成によれば、レバーのガタつきをおさえるレバー押し当て機構を配置したことにより、レバーのレバーピンの軸方向への移動をおさえることで、レバーがマスタージョウに同じ位置で当接することが可能となり、マスタージョウに固定されたトップジョウの移動距離は、繰り返し動作しても等しくすることができる。
第二の発明は、レバー押し当て機構が、チャック本体外周から前記レバー室まで貫通された貫通穴にレバーを押圧するピンと、該ピンにバネ力を伝達するバネと、該バネのバネ力を発生させるようにバネを押圧する止めねじと、が順に挿入されて構成されているチャック装置。
上記構成によれば、チャック本体外周に設けられた貫通穴にレバーがガタつかないように一端側で押圧するピンが挿入されている。ピンの他端側にはバネが挿入されており、バネは止めねじでバネ力を発生させている。これによりレバーは回転中や停止中の重力によってレバーピンの軸方向に移動しないようにチャック本体に押し当てられている。しかしながらレバーはレバーピンを支点に回動するため、回動可能な押し当て力をバネの弾性力で調整している。また、長期間の使用によりピンが磨耗しても、バネの復元力によりピンはレバーを押圧することができる。

本発明によれば、レバーを回動可能にチャック本体に押し当てることで、チャック本体のレバーに接する面をガイド面とし、そのガイド面をレバーの回動の基準面として、レバーのレバーピンの軸方向の位置を規定することが可能となり、レバーから伝動された夫々のトップジョウの移動距離を夫々一定にすることができる。
すなわち、ワークを把握するための安定した再現精度を得ることができる。

レバーの位置関係を説明する模式図で、（ａ）に従来のレバーが右側に位置しマスタージョウの嵌合孔に嵌まり込んでいる状態を示し、（ｂ）に（ａ）のレバーが左側に位置する状態を示し、（ｃ）に（ａ）図の時のトップジョウとワークの位置関係を示し、（ｄ）に（ｂ）図の時のトップジョウとワークの位置関係を示している。 本発明のチャック装置の一部切り欠き正面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図３とは異なる状態を示す図３に相当する図である。 本発明の構造を示す図４のＣ−Ｃ線拡大断面図である。

本発明を説明する前に、本発明に至った経緯を説明する。
旋盤等の工作機械に取付けられるチャック装置は、ワークを把握するトップジョウのストローク量を大きくしたい場合などは、レバーを用いたチャック装置が採用されている。
図１は、（ａ）に従来のレバーが右側に位置しマスタージョウの嵌合溝に嵌まり込んでいる状態を示し、（ｂ）に（ａ）のレバーが左側に位置する状態を示し、（ｃ）に（ａ）図の時のトップジョウとワークの位置関係を示し、（ｄ）に（ｂ）図の時のトップジョウとワークの位置関係を示している。尚、図１は、デフォルメしてあり、レバーピンの傾きやレバーとチャック本体との隙間などは実際より誇張されている。

図１に示すように、レバー２０３をチャック本体２０１に取り付ける場合、レバー２０３を支持するレバーピン２１３の外径や、レバーピン２１３を挿入するレバー２０３に設けられた貫通孔や、レバーピン２１３をチャック本体２０１に支持する貫通孔およびピン孔などは成形誤差が生じている。つまり、図１（ａ）、図１（ｂ）で示すようにレバーピン２１３は、実際には若干傾いているのである。
また、レバー２０３を回動自在に動かすためには、レバー２０３とチャック本体２０１との間は、レバーの回動に負荷がかからないように、予め一定の隙間を有した構造となっている。
すなわち、構造上、必要な隙間を有してあるが故にチャック装置の停止時における重力の影響や、回転時における遠心力や慣性力の影響などにより、レバー２０３は図１（ａ）、図１（ｂ）で示すようにレバーピン２１３の軸に対して左右方向へと移動自在となり、位置が定まらないのである。

つまり、図１（ａ）、図１（ｂ）で示すように、図示しないシリンダからの推力によりプランジャが引っ張られ、レバー２０３が回動してマスタージョウの嵌合溝２３０の下端面２３１にあたる瞬間の位置は、レバー２０３が右方向に位置する時と左方向に位置する時ではＹ量分のズレ量が発生するのである。
また、図１（ｃ）、図１（ｄ）で示すように、図１（ａ）のレバー２０３が右方向に位置している場合、トップジョウ２０５の位置とワークＷとの隙間はＸとなる。一方、図１（ｂ）のレバー２０３が左方向に位置している場合、トップジョウ２０５の位置とワークＷとの隙間はＸ＋Ｙとなる。

上記動作を考察すると、夫々の構造の成形誤差や、構造上必要な一定の隙間によって、重力や遠心力や慣性力などの外力によりレバー２０３はレバーピン２１３の軸に対して左右方向へと移動自在となり、それ故マスタージョウ２０４を押圧する位置が変動し、マスタージョウ２０４に固定されたトップジョウ２０５とワークＷとの位置も変動している。
また、チャック装置にはトップジョウ２０５は複数個取り付けられており、夫々のトップジョウの位置が変動している。
つまり、夫々のトップジョウの再現精度が不安定であり、結果、夫々のトップジョウがワークを把握する際のセンタリング把握にも影響を及ぼしている。

本発明は、成形誤差の点においては、現技術に於いては致し方ないため、レバー２０３を一方側から付勢手段を用いて押し当てることで構造上必要な隙間をなくす構造にすれば、チャック本体２０１とレバー２０３との接する面をガイド面とし、そのガイド面をレバー２０３の回動の基準面とすることで、レバー２０３のレバーピン２１３の軸方向の位置を規定することが可能となり、夫々のレバー２０３から伝動された夫々のトップジョウ２０５の移動距離を一定にすることができると着目した。ここで言う"一定"とは、繰り返し動作をしても、同じ距離になることを意味する。
以上の検討から、一方側から付勢手段を用いて押し当てることで、ワークＷを把握するための安定した再現精度を得ることが可能となる。

以下、本発明のチャック装置の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、或いはその用途を制限することを意図するものではない。
図２は、本発明のチャック装置の一部切り欠き正面図、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図、図４は、図３とは異なる状態を示す図３に相当する図をそれぞれ示している。
把握するワークは、図２〜図４に一点鎖線で示すように、ワーク全体を符号Ｗで示す。

図２〜図４に示すように、本実施形態のチャック装置１００は、円筒形状の金属製のチャック本体１０１を備える。このチャック本体１０１内には回転軸Ｒの軸線方向に移動可能な三つの嵌合穴１０２ａを有したプランジャ１０２と、チャック本体１０１のワーク装着側面の径方向に設けられた三つのアリ溝に、チャック本体１０１の回転軸Ｒの軸線を中心として周方向に三等分間隔で設けられ、かつチャック本体１０１の半径方向に嵌合摺動する嵌合溝１０４ａを有した三つのマスタジョー１０４と、夫々のマスタージョウ１０４の前端面へ設けられ、ボルト１０８で固定されてワークを把持する三つのトップジョウ１０５と、チャック本体１０１内においてプランジャ１０２と各マスタージョウ１０４との間に設けられ、かつプランジャ１０２の回転軸Ｒの軸線方向の移動を、マスタージョウ１０４のチャック本体１０１の半径方向の移動に変換するレバーピン１１３を支点として回動する三つのレバー１０３とが備えられている。
また、チャック本体１０１内には、前記レバー１０３を押し当てるレバー押し当て機構１２０がレバー１０３各々に設けられ、レバー１０３を押し当てることで夫々のマスタージョウ１０４のチャック本体１０１の半径方向の移動距離が一定となっている。

本実施例では、三つのトップジョウ、マスタージョウなどで構成された３爪チャック装置で説明しているが、三つに限らず、把握するワークの形状や把握方法やチャック装置の大きさやトップジョウの大きさ等によっては、二つまたは四つ以上のトップジョウ、マスタージョウなどで構成された２爪チャック装置または４爪以上のチャック装置でも構わない。
また、この三つのトップジョウで構成されたチャック装置１００は、前側からみて三等分した位置ごとに上記の構成が配置されているが、この構成は全く同一のため、その内の一箇所のみについて説明する。
ここで、便宜上、旋盤側を「後側」、旋盤と反対側を「前側」と定義し、例えば、マスタージョウの前側の端面を「前端面」、マスタージョウの後側の端面を「後端面」という。

プランジャ１０２は円筒状で形成されており、このプランジャ１０２の外周には、嵌合穴１０２ａが設けられている。尚、このプランジャ１０２を円柱状に形成しても構わない。このプランジャ１０２の嵌合穴１０２ａの外側には、レバー室１０７が回転軸Ｒに沿って開口しており、このレバー室１０７の略中央には、チャック本体１０１の半径方向に回動可能に、支点となるレバーピン１１３に支持されたレバー１０３が取り付けられている。
レバー１０３は略Ｌ字形状の金属板で形成されており、一方がプランジャ１０２と係合するレバー受動部１０３ａと、他方がマスタージョウ１０４と係合するレバー能動部１０３ｂと、レバー１０３の支点となる貫通孔１０３ｃとで構成されている。また、レバー１０３は、貫通孔１０３ｃとレバー受動部１０３ａとの距離ｓと貫通孔１０３ｃとレバー能動部１０３ｂとの距離ｄとの比率で力の伝達は変わりユーザー要求により適宜変更可能である。レバー１０３の一端であるレバー受動部１０３ａはプランジャ１０２の外周に設けられた嵌合穴１０２ａに嵌合している。一方、レバー１０３の他端であるレバー能動部１０３ｂは、チャック本体１０１の前側の径方向に設けられたアリ溝に嵌合摺動するマスタージョウ１０４に設けられた嵌合溝１０４ａに嵌合しており、このマスタージョウ１０４にはワークを把握するトップジョウ１０５がボルト１０８で固着されている。
チャック本体１０１の外周には、レバーピン１１３を挿入するレバーピン挿入口Ｅが設けられており、チャック本体１０１内には、マスタージョウ１０４の半径方向に移動する軸に対して略垂直な方向にレバーピン挿入口Ｅからレバー室１０７まで貫通された貫通穴１０１ａが設けられている。
また、貫通穴１０１ａとレバー室１０７の対向する面には、貫通穴１０１ａと同軸上にピン孔１０１ｂが穿設されている。
レバーピン１１３は、円柱状に形成されており、レバーピン挿入口Ｅから挿入され、貫通穴１０１ａを通り、レバー室１０７内に達している。さらに、レバーピン１１３は、レバー室１０７内に収容されたレバー１０３の略Ｌ字形状面側に設けられた貫通孔１０３ｃを通り、穴部１０１ｂまで達した状態で固定されている。
つまり、チャック本体１０１内には、レバーピン１１３に軸支されるレバー１０３が回動自在に配設されている。
また、チャック本体１０１の外周には、マスタージョウ１０３の半径方向に移動する軸に対してレバーピン挿入口Ｅと対向側に押し当て機構挿入口Ｉが設けられており、チャック本体１０１内には、この押し当て機構挿入口Ｉからレバー室１０７まで貫通された貫通穴１２４が設けられている。この貫通穴１２４にはレバー押し当て機構１２０が挿入されており、レバー１０３は、このレバー押し当て機構１２０によってチャック本体１０１に押し当てられている。

また、一般的に旋盤の主軸は正転回転している。つまり、旋盤の主軸に取り付けられたチャック装置１００は、図２を用いて説明すると、反時計回りに回転しているのである。このため、回転中はレバー１０３にはチャック装置１００の回転方向とは逆の方向に慣性力が働いている。レバー押し当て機構１２０は、このレバー１０３に働いている慣性力を加勢する方向から押し当てられている。尚、本実施形態ではレバー押し当て機構１２０は、慣性力を加勢する方向から押し当てているが、加勢する方向の反対側から押し当てても構わない。

図５は、図４のＣ−Ｃ線拡大断面図を示している。尚、図５は、デフォルメしてあり、レバーピンの傾きやレバーとチャック本体との隙間などは実際より誇張されている。
図５に示すように、レバー押し当て機構１２０は、チャック本体１０１の外周に設けられた貫通穴１２４にレバーを押圧する平行ピン１２１と、この平行ピン１２１にバネ力を伝達するコイルバネ１２２と、このコイルバネ１２２のバネ力を発生させるようにコイルバネ１２２を押圧する六角穴付止めねじ１２３と、が順に挿入されて構成されている。
平行ピン１２１は、レバー１０３より軟らかい材料で円柱状に形成されており、この円柱状の外径は、コイルバネ１２２の内径より大きい形状で形成されている。尚、平行ピンはノックピン、段付平行ピン、段付ノックピンなどのピンであっても構わない。
コイルバネ１２２は、バネの復元力によって平行ピン１２１を介してレバーを押し当てている。尚、コイルバネ１２２はバネ以外にゴムやシリコンやパッキンなどの弾性体であっても構わない。
六角穴付止めねじ１２３は、貫通穴１２４を封じる役割をしており、六角穴付止めねじ１２３のねじ部がコイルバネ１２２の一端側を押すことで、コイルバネ１２２はねじ部とレバー１０３をチャック本体１０１に押し当てている平行ピン１２１との間でバネ力を蓄勢させている。このバネ力の蓄勢により、平行ピン１２１が磨耗してもバネは復元しようとするため、レバー１０３を押し当て続けることが可能である。尚、ここでいうレバー１０３を押し当てとは、レバー１０３が回動可能な状態でチャック本体１０１に押し当てることを言い、レバー１０３が回動不能もしくは、回動に重負荷がかかる状態でチャック本体１０１に押し当てることではない。
尚、このレバー押し当て機構１２０の構成は、上述に示した構成に限らず、パッキンやゴム状シールなどの弾性体をレバー１０３とチャック本体１０１との片側面に嵌め込むことでも可能である。または、プランジャピンなどの機械要素を使用してレバー１０３をチャック本体１０１に押し当てても構わない。

以下に、図３、図４を用いて、トップジョウ１０５がワークＷを把持していない状態（図３）からワークＷを把握している状態（図４）への動作を説明する。トップジョウ１０５がワークＷを把握するためには、図示しないシリンダによってプランジャ１０２が回転軸Ｒに沿って後側にプランジャ嵌合孔１０２ｂを摺動して移動する。ここで、この動作により発生する推力をプランジャ推力とする。このプランジャ推力により、プランジャ１０２の外周に設けられた嵌合穴１０２ａに嵌合されているレバー１０３の一方であるレバー受動部１０３ａは、チャック本体１０１に固定されているレバーピン１１３を支点としてプランジャ１０２の移動と連動して時計回りに回動する。このレバー受動部１０３ａが回動すると、レバー１０３の他方であるレバー能動部１０３ｂもレバー受動部１０３ａと同様に、レバーピン１１３を支点として時計回りに回動する。レバー能動部１０３ｂは、マスタージョウ１０４に設けられた嵌合溝１０４ａに嵌合されており、レバー能動部１０３ｂの回動によって、マスタージョウ１０４は、プランジャ１０２の推力が伝達されチャック本体１０１の半径方向の中心に水平移動することとなる。これにより、マスタージョウ１０４にボルトで固定されたトップジョウ１０５もマスタージョウ１０４と連動して半径方向の中心に水平移動しワークＷを把握する。尚、前述のレバー１０３がプランジャ１０２の推力によって回動する時、夫々のレバー１０３は回動可能な状態で常にレバー押し当て機構１２０によりチャック本体１０１に押し当てられている。

つまり、レバー１０３は、レバー押し当て機構１２０によってチャック本体１０１に押し当てられているが、レバー押し当て機構１２０の押し当て力は、レバー１０３が回動はできるくらいの力となっている。
すなわち、レバー１０３を回動可能にチャック本体１０１に押し当てることで、チャック本体１０１とレバーの接する面をガイド面とし、そのガイド面をレバー１０３の回転の基準面として、レバー１０３のレバーピン１１３の軸方向の位置を規定することが可能となり、夫々のレバー１０３のレバーピン１１３の軸方向の位置を夫々一定にしている。
これにより、夫々のレバー１０３は夫々のマスタージョウ１０４に設けられた嵌合溝１０４ａと同じ位置で接することが可能となり、従って、夫々のトップジョウ１０５の移動量は夫々一定量移動することが可能である。

また、図５で示すように、レバー押し当て機構１２０は、平行ピン１２１とコイルバネ１２２と六角穴付止めねじ１２３とで構成されている。平行ピン１２１は、レバー１０３を傷つけないようにするために、レバー１０３より軟らかい材質を使用している。そのため、レバー１０３の繰り返し使用や経年劣化によって万一、平行ピン１２１の長手方向の寸法が短くなったとしても、コイルバネ１２２の復元力によって、平行ピン１２１の寸法が短くなった分、平行ピン１２１は押し出され、レバー１０３をチャック本体１０１に押し当てる作用を継続的に働かせている。

以上のように、本実施形態のチャック装置１００によると、レバーピン１１３の軸に対しての夫々のレバー１０３の位置を、レバー押し当て機構１２０によって夫々一定の位置にすることで、夫々のトップジョウ１０５の移動距離を夫々一定にすることが可能である。つまり、夫々のトップジョウ１０５の繰り返し動作の再現精度が高くなり、また、ワークＷのセンタリング把握精度もより高めることも可能である。
また、レバー押し当て機構１２０の長さは、繰り返し使用や経年劣化によって、消耗してもバネの復元力によりレバー押し当て機構１２０の長さを維持することが可能である。
このため、長期間メンテナンスフリーでチャック装置１００を使用することが可能である。

以上説明したように、本発明にかかるチャック装置は、例えば、工作機械の旋盤に設置されて、ワークを安定して把握し、高い再現精度を要求されるようなチャック装置において有用である。

１００ チャック装置
１０１ チャック本体
１０２ プランジャ
１０３ レバー
１０４ マスタージョウ
１０５ トップジョウ
１１３ レバーピン
１２０ レバー押し当て機構
１２１ 平行ピン
１２２ コイルバネ
１２３ 止めねじ
１２４ 貫通穴
Ｒ 回転軸

Claims (3)

1. チャック本体と、
   該チャック本体内で回転軸方向へ移動可能なプランジャと、
   前記チャック本体のワーク装着側面上に、チャック本体の回転軸の軸線を中心として周方向に等角度間隔で設けられ、かつチャック本体の半径方向に嵌合摺動する複数のマスタージョウと、
   該マスタージョウの前端部へ設けられワークを把持する複数のトップジョウと、
   チャック本体に設けられたレバー室内において、チャック本体内においてプランジャと各マスタージョウとの間に設けられ、かつプランジャの回転軸の軸線方向の移動を、マスタージョウのチャック本体の半径方向の移動に変換する複数のレバーと、
   を備えたチャック装置において、
   付勢手段の復元力を用いて一方側から前記レバーを前記レバー室内のチャック本体内側面に対して直接押し当てるレバー押し当て機構がレバー各々に設けられ、
   レバーを押し当てることで夫々のマスタージョウのチャック本体の半径方向の移動距離が一定となるチャック装置。
2. 前記レバー押し当て機構が、前記チャック本体外周から前記レバー室まで貫通された貫通穴にレバーを押圧するピンと、該ピンにバネ力を伝達するバネと、該バネのバネ力を発生させるようにバネを押圧する止めねじと、が順に挿入されて構成されている請求項１に記載のチャック装置。
3. 前記レバー押し当て機構による前記一方側からの押し当ては、レバーをレバーピンの軸方向へ向けて押し当てるものである請求項１に記載のチャック装置。

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