JP6345321B1

JP6345321B1 - チャック機構

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Publication number: JP6345321B1
Application number: JP2017146255A
Authority: JP
Inventors: 民和西宮
Original assignee: Kitagawa Iron Works Co Ltd
Current assignee: Kitagawa Iron Works Co Ltd
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2018-06-20
Anticipated expiration: 2037-07-28
Also published as: KR102574866B1; WO2019021603A1; CN110944781A; EP3646974A4; TW201910041A; US20200230711A1; US10926338B2; KR20200035980A; EP3646974A1; CN110944781B; JP2019025579A; TWI761532B; EP3646974B1

Abstract

【課題】ワーク把握時のトップジョーの浮き上がりを抑制することができるチャック機構を提供する。【解決手段】チャック機構は、チャック本体１０と、チャック本体内部に設置され、軸方向に移動可能なプランジャ４０と、プランジャと嵌合して、楔作用により径方向に移動可能なマスタージョー２０とを備え、チャック本体には、マスタージョーを径方向に案内する、断面Ｔ字形の案内溝１１が形成され、マスタージョーは、断面Ｔ字形をなす幅狭部２３と幅広部２４とを有し、幅広部の径方向内方には、プランジャの楔溝４１と嵌合した楔部２１が形成され、楔部の幅方向端面２１ａは、幅狭部の幅方向端面２３ａよりも幅方向外側に位置している。【選択図】図３

Description

本発明は、工作物（ワーク）を把握するチャック機構に関する。

ワークを把握するチャック機構は、チャック本体の前面に、径方向に移動可能に設置された複数のマスタージョーと、各マスタージョーの前面に取り付けられ、ワークを把握するトップジョーとを備えている。

マスタージョーを径方向に移動可能に制御する手段として、特許文献１には、マスタージョーに設けた楔部と、プランジャに設けた楔溝とを嵌合させ、プランジャを軸方向に移動させることによって、楔作用により、マスタージョーを径方向に移動させる機構が記載されている。また、マスタージョーには、楔部を補強するために、楔部に直交した補強リブが形成されている。

特許第２５６０１１４号公報

特許文献１に記載されたチャック機構では、チャック本体に案内溝（Ｔ溝）が形成され、マスタージョーは、この案内溝に案内されて、径方向に移動する。そして、プランジャが、軸方向後方に移動することによって、マスタージョーは、楔作用により、径方向内方に移動し、これにより、マスタージョーに固定されたトップジョーが、ワークを把握する。このとき、詳しくは、後述するが、以下のような問題が生じる。

すなわち、トップジョーがワークを把握したとき、ワークからの反力がトップジョーに加わるとともに、マスタージョーの楔部に、プランジャからの荷重が加わる。そのため、ワークからの反力と、プランジャからの荷重とが偶力となり、マスタージョーを回転させようとするモーメントが発生する。一方、マスタージョーは、チャック本体の案内溝によって回転が規制されているため、マスタージョーには、チャック本体から、モーメントに対抗する反力が加わる。しかしながら、マスタージョーが反力を受ける部位は薄く、剛性が低いため、反力が加わることによって、マスタージョーが弾性変形する。その結果、ワークの把握時に、マスタージョーに固定されたトップジョーが、軸方向に浮き上がってしまう現象（以下、単に「浮き上がり」という）が大きくなるという問題が発生する。

特に、チャック本体の外径は変えずに、貫通孔を大きくして、径の大きなワークを貫通孔に挿入して、ワークを加工するような場合、上記の問題が顕在化する。すわち、チャック本体の外径を変えずに、貫通孔を大きくすると、チャック本体の肉厚が減って剛性が低下するとともに、マスタージョーの長さ、即ち、チャック本体の案内溝の長さが短くなるため、マスタージョーに加わるモーメントに対抗する反力が大きくなる。そのため、チャック本体の剛性の低下と、マスタージョーに加わる反力の増大により、これらに起因したトップジョーの浮き上がりがより顕在化する。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その主な目的は、ワーク把握時のトップジョーの浮き上がりを抑制することができるチャック機構を提供することにある。

本発明に係るチャック機構は、チャック本体と、チャック本体の内部に設置され、軸方向に移動可能なプランジャと、チャック本体の軸方向前面に設置され、プランジャと嵌合して、楔作用により径方向に移動可能なマスタージョーとを備え、チャック本体の軸方向前面には、マスタージョーを径方向に案内する、断面Ｔ字形の案内溝が形成されており、マスタージョーは、断面Ｔ字形をなす幅狭部と幅広部とを有し、幅広部は、マスタージョーの径方向の外方端部から内方端部まで延存しており、幅狭部は、幅広部の軸方向前方で、外方端部から内方端部まで延存しており、幅広部の内方端部には、軸方向後方に突出した楔部が形成されており、楔部が、プランジャに形成された楔溝と嵌合しており、楔部の幅方向端面は、前記幅狭部の幅方向端面よりも、幅方向外側に位置していることを特徴とする。

本発明によれば、ワーク把握時のトップジョーの浮き上がりを抑制することができるチャック機構を提供することができる。

本発明の一実施形態におけるチャック機構の構成を模式的に示した断面図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態におけるチャック本体、及び、プランジャの構成を示した斜視図である。本発明の一実施形態におけるマスタージョーの構成を模式的に示した斜視図である。（ａ）は、マスタージョーを、図３に示した矢印Ａの方向から見た側面図で、（ｂ）は、幅狭部の幅方向端面と楔部の幅方向端面との距離Ｌと、幅広部の楔部が形成されていない部位の変位Ｄとの関係を示したグラフである。本発明の一実施形態におけるマスタージョーの他の構成を模式的に示した斜視図である。従来のチャック機構の構成を示した断面図である。従来のチャック本体の構成を示した部分斜視図である。従来のマスタージョーの構成を示した斜視図である。（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、従来のマスタージョーを幅方向から見たときの正面図、平面図、及び側面図である。

本発明を説明する前に、従来のチャック機構において、楔作用によりマスタージョーを径方向内方に移動させて、ワークを把握する際に発生する浮き上がりの要因について、図６〜図９を参照しながら説明する。

図６は、従来のチャック機構の構成を示した断面図である。また、図７は、チャック本体の構成を示した部分斜視図である。また、図８は、マスタージョーの構成を示した斜視図である。なお、本明細書における説明では、チャック本体の回転軸Ｊに平行な方向Ｘを「軸方向」とし、ワークを把握する側を「前方」、その反対側を「後方」としている。また、チャック本体の回転軸Ｊを中心とする半径方向Ｙを「径方向」とし、中心側を「内方」、その反対側を「外方」としている。

図６に示すよう、チャック本体１１０の軸方向前面に、径方向に移動可能なマスタージョー１２０が設置され、マスタージョー１２０の前面に、トップジョー１３０が取り付けられている。また、チャック本体１１０の内部には、軸方向に移動可能なプランジャ１４０が設置されている。

また、図７に示すように、チャック本体１１０の軸方向前面には、マスタージョー１２０を径方向に案内する、断面Ｔ字形の案内溝１１１が形成されている。

また、図８に示すように、マスタージョー１２０は、幅方向Ｗの長さが短い幅狭部１２３と、幅方向Ｗの長さが長い幅広部１２４とを備え、幅狭部１２３と幅広部１２４とで、断面Ｔ字形をなしている。そして、マスタージョー１２０は、幅広部１２４が、案内溝１１１の幅広溝に案内されて、径方向に移動する。

また、マスタージョー１２０には、幅広部１２４の径方向内方において、軸方向後方に突出する楔部１２１が形成されている。また、楔部１２１を補強するために、楔部１２１に直交した補強リブ１２２が形成されている。なお、チャック本体１１０には、図７に示すように、補強リブ１２２との干渉を避けるためのリブ回避溝１１２が形成されている。

ところで、マスタージョー１２０の幅広部１２４は、チャック本体１１０の案内溝１１１の幅広溝に案内されて移動するため、案内部１１１と接触する幅広部１２４の表面１２４ｃを研磨する必要がある。しかしながら、補強リブ１２２の径方向外方端面が、幅広部１２４において、チャック本体１１０の案内溝１１１と接触する部位よりも径方向外方に張り出して形成されているため、幅広部１２４の両端部における表面１２４ｃを、幅方向Ｗに沿って研磨することができない。そこで、幅広部１２４の表面１２４ｃを、径方向Ｙに沿って研磨する必要があるが、この場合、楔部１２１が研磨方向と干渉しないよう、楔部１２１の幅を狭くする必要がある。そのため、楔部１２１の幅方向端面１２１ａは、幅狭部１２３の幅方向端面１２３ａよりも、幅方向内側に位置するように形成されている。

図６に戻って、ワークを把握する際に発生する浮き上がりの要因について説明する。

図６に示すように、プランジャ１４０には、マスタージョー１２０に形成された楔部１２１と嵌合する楔溝１４１が形成されている。そして、プランジャ１４０が、軸方向後方に移動することによって、マスタージョー１２０は、楔作用により、径方向内方に移動し、これにより、マスタージョー１２０に固定されたトップジョー１３０が、ワーク（不図示）を外径把握する。

トップジョー１３０がワークを把握したとき、図６に示すように、ワークからの反力Ｆ_１がトップジョー１３０に加わる。それとともに、プランジャ１４０の楔溝１４１と嵌合したマスタージョー１２０の楔部１２１には、プランジャ１４０からの荷重Ｆ_２が加わる。そのため、ワークからの反力Ｆ_１と、プランジャ１４０からの荷重Ｆ_２とが偶力となり、マスタージョー１２０を、反時計回りに回転させようとするモーメントが発生する。

一方、マスタージョー１２０は、チャック本体１１０の案内溝１１１によって回転が規制されているため、マスタージョー１２０には、図６に示すように、チャック本体１１０から、モーメントに対抗する反力Ｒ_１、Ｒ_２が加わる。

すなわち、マスタージョー１２０には、図８に示すように、楔部１２１に、プランジャ１４０からの荷重Ｆ_２が加わるともに、幅広部１２４において、チャック本体１１０の案内溝１１１に当接する部位に、モーメントに対抗する反力Ｒ_１、Ｒ_２が加わることになる。

マスタージョー１２０に加わる荷重Ｆ_２、及び反力Ｒ_１、Ｒ_２を、マスタージョー１２０を幅方向Ｗから見たときの正面図、平面図、及び側面図で示すと、図９（ａ）〜（ｃ）のようになる。

特に、図９（ｃ）に示すように、反力Ｒ_１を受ける幅広部１２４の部位１２４ｂは、楔部１２１が形成されていないため薄く、剛性が低くなっている。そのため、この部位１２４ｂに反力Ｒ_１が加わることによって、部位１２４ｂに弾性変形が生じ、これが、ワークの把握時に、トップジョー１３０の浮き上がりを大きくする要因となる。

また、図７に示したように、チャック本体１１０には、補強リブ１２２との干渉を避けるためのリブ回避溝１１２が形成されている。そのため、チャック本体１１０は、リブ回避溝１１２が形成された部位で、肉厚が減っているため、剛性が低下している。その結果、案内溝１１に、マスタージョー１２０からの荷重（反力Ｒ_１と大きさが同じで逆向きの力）が加わることによって、チャック本体１１０にも弾性変形が生じ、これが、トップジョー１３０の浮き上がりを大きくする要因にもなる。

このような要因に起因して、浮き上がりが大きくなるという問題は、チャック本体１１０の外径は変えずに、貫通孔を大きくして、径の大きなワークを貫通孔に挿入して、ワークを加工するような場合に、特に顕在化する。すわち、チャック本体１１０の外径を変えずに、貫通孔を大きくすると、チャック本体１１０の肉厚が減って剛性が低下するとともに、マスタージョー１２０の長さ、即ち、チャック本体１１０の案内溝１１１の長さが短くなるため、マスタージョー１２０に加わるモーメントに対向する反力Ｒ_１、Ｒ_２が大きくなる。そのため、チャック本体１１０の剛性の低下と、マスタージョー１２０に加わる反力Ｒ_１、Ｒ_２の増大により、これらに起因したトップジョー１３０の浮き上がりがより顕在化する。

本願発明は、このような知見に基づき、ワーク把握時のトップジョーの浮き上がりを抑制することができるチャック機構を提供するものである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

図１は、本発明の一実施形態におけるチャック機構１の構成を模式的に示した断面図である。

図１に示すよう、本実施形態におけるチャック機構１は、チャック本体１０の軸方向前面に、径方向に移動可能なマスタージョー２０が設置され、マスタージョー２０の前面に、トップジョー３０が取り付けられている。また、チャック本体１０の内部には、軸方向に移動可能なプランジャ４０が設置されている。

図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本実施形態におけるチャック本体１０、及び、プランジャ４０の構成を示した斜視図である。

図２（ａ）に示すように、チャック本体１０の軸方向前面には、マスタージョー２０を径方向に案内する、断面Ｔ字形の案内溝１１が形成されている。

また、図２（ｂ）に示すように、プランジャ４０には、マスタージョー２０に形成された楔部と嵌合する楔溝４１が形成されている、
図３は、本実施形態におけるマスタージョーの構成を模式的に示した斜視図である。

図３に示すように、マスタージョー２０は、幅方向Ｗの長さが短い幅狭部２３と、幅方向Ｗの長さが長い幅広部２４とを備え、幅狭部２３と幅広部２４とで、断面Ｔ字形をなしている。そして、マスタージョー２０は、幅広部２４が、案内溝１１の幅広溝に案内されて、径方向に移動する。

また、マスタージョー２０には、幅広部２４の径方向内方において、軸方向後方に突出する楔部２１が形成されている。なお、本実施形態における楔部２１は、図８に示した従来の楔部１２１よりも、幅方向Ｗの長さが長くなっている。

図１に示すように、トップジョー３０がワーク（不図示）を外径把握したとき、図６に示したのと同様に、ワークからの反力Ｆ_１がトップジョー３０に加わる。それとともに、プランジャ４０の楔溝４１と嵌合したマスタージョー２０の楔部２１には、プランジャ４０からの荷重Ｆ_２が加わる。そのため、ワークからの反力Ｆ_１と、プランジャ４０からの荷重Ｆ_２とが偶力となり、マスタージョー２０を、反時計回りに回転させようとするモーメントが発生する。一方、マスタージョー２０は、チャック本体１０の案内溝１１によって回転が規制されているため、マスタージョー２０には、チャック本体１０から、モーメントに対抗する反力Ｒ_１、Ｒ_２が加わる。

すなわち、マスタージョー２０には、図３に示すように、楔部２１に、プランジャ４０からの荷重Ｆ_２が加わるともに、幅広部２４において、チャック本体１０の案内溝１１に当接する部位に、モーメントに対抗する反力Ｒ_１、Ｒ_２が加わることになる。

図４（ａ）、（ｂ）を参照しながら、本実施形態のチャック機構１における作用効果を説明する。ここで、図４（ａ）は、マスタージョー２０を、図３に示した矢印Ａの方向から見た側面図である。

図４（ａ）に示すように、本実施形態において、楔部２１は、楔部２１の幅方向端面２１ａが、幅狭部２３の幅方向端面２３ａよりも、幅方向外方に位置するように形成されている。そのため、幅広部２４において、楔部２１が形成されていない部位２４ｂに、反力Ｒ_１が加わっても、幅狭部２３の幅方向端面２３ａよりも幅方向外方に突出した部位２１ｂが支えになって、部位２４ｂの変位を小さくすることができる。これにより、ワーク把握時のトップジョー３０の浮き上がりを抑制することができる。

図４（ｂ）は、幅狭部２３の幅方向端面２３ａを基準として、楔部２１の幅方向端面２１ａまでの距離をＬとしたとき、部位２４ｂの変位Ｄと、距離Ｌとの関係を示したグラフである。なお、距離Ｌがマイナスのときの変位Ｄは、図６に示したように、楔部１２１の幅方向端面１２１ａが、幅狭部１２３の幅方向端面１２３ａよりも、幅方向内側に位置している従来の楔部１２１の場合を示す。

図４（ｂ）に示すように、楔部２１の幅方向端面２１ａが、幅狭部２３の幅方向端面２３ａよりも、幅方向外方に位置している場合（Ｌ＞０）、従来の楔部１２１（Ｌ＜０）よりも、部位２４ｂの変位Ｄが、大きく減少している。例えば、従来の楔部１２１として、Ｌ＝−３ｍｍとした場合、変位Ｄは約０．００９ｍｍであるのに対し、本実施形態の楔部２１として、Ｌ＝３ｍｍとした場合、変位Ｄは、約０．００４ｍｍであり、変位Ｄは、半分以下に低減されている。

本実施形態によれば、楔部２１の幅方向端面２１ａを、幅狭部２３の幅方向端面２３ａよりも、幅方向外方に位置する（Ｌ＞０）ように形成することによって、ワーク把握時のトップジョー３０の浮き上がりを抑制することができる。これにより、チャック本体１０の外径は変えずに、貫通孔を大きくしても、ワーク把握時のトップジョー３０の浮き上がりを抑制したチャック機構１を実現することができる。

なお、本実施形態において、楔部２１の幅方向端面２１ａを、幅狭部２３の幅方向端面２３ａよりも、幅方向外方に位置する（Ｌ＞０）ように形成することによって、本発明の効果を発揮することができるが、幅狭部２３の幅方向端面２３ａと、幅広部２４の幅方向端面２４ａとの距離をＬ_０としたとき、Ｌ≧１／３×Ｌ_０、より好ましくは、Ｌ≧２／３×Ｌ_０となるように形成することによって、本発明の効果をより発揮することができる。また、図５に示すように、楔部２１の幅方向端面２１ａを、幅広部２４の幅方向端面２４ａと面一（Ｌ＝Ｌ_０）になるように形成してもよい。

また、本実施形態において、楔部２１の幅を長くしたのに伴い、楔部２１の径方向外方側面に、楔部２１に直交して形成した補強リブ２２の幅を長くすることができる。これにより、補強リブ２２は、十分な肉厚（幅方向の厚み）を確保できるため、従来の補強リブ１２２のように、幅広部２４において、チャック本体１０の案内溝１１と接触する部位よりも径方向外方に張り出して形成しなくても、楔部２１の強度を確保することができる。そのため、チャック本体１０に、図７に示したように、補強リブ２２との干渉を避けるためのリブ回避溝１１２を形成する必要がなくなる。その結果、チャック本体１０の剛性が高くなるため、チャック本体１０の弾性変形に起因した浮き上がりを抑制することができる。また、リブ回避溝１１２を形成する加工が減るため、チャック機構１のコストダウンにもなる。

また、本実施形態において、補強リブ２２の径方向外方端面は、幅広部２４において、チャック本体１０の案内溝１１と接触する部位よりも径方向内方に位置しているため、幅広部２４の表面２４ｃの研磨は、幅方向Ｗに沿って行うことができる。そのため、楔部２１の幅を広くしても、楔部２１が、幅広部２４の表面２４ｃを研磨する方向と干渉することはない。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。

１チャック機構
１０チャック本体
１１案内溝（Ｔ溝）
２０マスタージョー
２１楔部
２１ａ楔部の幅方向端面
２２補強リブ
２３幅狭部
２３ａ幅狭部の幅方向端面
２４幅広部
２４ａ幅広部の幅方向端面
３０トップジョー
４０プランジャ
４１楔溝

Claims

チャック本体と、
前記チャック本体の内部に設置され、軸方向に移動可能なプランジャと、
前記チャック本体の軸方向前面に設置され、前記プランジャと嵌合して、楔作用により径方向に移動可能なマスタージョーと
を備えたチャック機構であって、
前記チャック本体の軸方向前面には、前記マスタージョーを径方向に案内する、断面Ｔ字形の案内溝が形成されており、
前記マスタージョーは、断面Ｔ字形をなす幅狭部と幅広部とを有し、
前記幅広部は、前記マスタージョーの径方向の外方端部から内方端部まで延存しており、
前記幅狭部は、前記幅広部の軸方向前方で、前記外方端部から前記内方端部まで延存しており、
前記幅広部の前記内方端部には、軸方向後方に突出した楔部が形成されており、該楔部が、前記プランジャに形成された楔溝と嵌合しており、
前記楔部の幅方向端面は、前記幅狭部の幅方向端面よりも、幅方向外側に位置している、チャック機構。
前記幅狭部の幅方向端面と、前記楔部の幅方向端面との距離をＬとし、前記幅狭部の幅方向端面と、前記幅広部の幅方向端面との距離をＬ_０としたとき、Ｌ≧１／３×Ｌ_０となっている、請求項１に記載のチャック機構。
前記楔部の幅方向端面は、前記幅広部の幅方向端面と面一になっている、請求項１に記載のチャック機構。
前記楔部の径方向外方側面には、該楔部よりも幅狭の補強リブが形成されている、請求項１に記載のチャック機構。
前記補強リブの径方向外方端面は、前記幅広部において、前記チャック本体の案内溝と接触する部位よりも径方向内方に位置している、請求項４に記載のチャック機構。