JP6423647B2 - 旋盤またはフライス盤またはマシニングセンタに使用するチャックユニット - Google Patents

Description

本発明は、請求項１に従ったチャックユニット、とりわけ旋盤またはフライス盤またはマシニングセンタに使用するためのチャックユニットであって、特に円筒形の基本形状を有している外筐体と、該外筐体に収納された内筐体と、該内筐体内に使用状態において鉛直な位置方向Ａの方向に移動可能に保持され、押圧力または引っ張り力をチャック対象物に伝達するための内部シリンダーとを含む、前記チャックユニットに関する。

従来技術において、すでに旋盤またはフライス盤またはマシニングセンタに使用するためのチャックユニットは知られており、それは加工される被加工製品を比較的迅速かつ確実に定位置にチャッキングするものである。

従来技術には、しかしながら、チャック力の発生、維持をさらに向上させること、という課題がまだ残されている。

これらの課題は、チャックユニット、とりわけ旋盤またはフライス盤またはマシニングセンタに使用するためのチャックユニットであって、特に円筒形の基本形状を有している外筐体と、該外筐体に収納された内筐体と、該内筐体内に使用状態において鉛直な位置方向Ａの方向に移動可能に保持され、押圧力または引っ張り力をチャック対象物に伝達するための内部シリンダーを含み、ここにおいて内筐体はバネを介して外筐体に支えられ、また、内筐体は位置方向Ａに沿って移動可能に外筐体に支えられているものであり、バネ力
蓄積部が、チャックユニットの内側に一体化され、さらに特に、外筐体に内筐体に収容されて、電気モーターが設けられ、内部シリンダーとの間に設けられた歯車装置手段で応力を位置方向Ａの方向に加えるものである。

本開示の発明の、核心となる考慮に基づけば、一方ではバネ力蓄積部が移動する内筐体をバネを介してチャックユニットの外筐体で支え、位置方向Ａに沿って移動できるようにすることによって実現し、他方では、電気モーターが、チャックユニットの内部に、好ましくは内筐体の内部に、一体化されて設けられ、間に設けられた歯車装置手段を介して対抗する力を内部シリンダーに対して位置方向Ａの方向に加える。

この組み合わせによって、一般的に適用可能な、確実で簡単に動かすことができるチャックユニットを作ることができ、たとえば、マシニングセンタや、旋盤やフライス盤―これもまた回転式である−に設けることができる。電源供給に関しては、回転式に設けたチャックユニットの場合は、摺動接点を介して実現できる。代替的には、チャックユニットを、回転していない状態において電源供給と接続することが可能であり、いずれにせよ回転していない運転状態においてのみ実行される。

好ましい実施例においては、鞘ネジ駆動装置または遊星ロール式駆動装置が含まれ、電気モーターの回転運動を、軸方向に内部シリンダーに印加される力となるように伝動する。更なる可能な実施例としては、モーター位置を考慮に入れたウォームギアと、シャフト回転端近傍のウォームホイールとを伴うウォームギア機構が含まれる。

とりわけ好ましいのは、ウォームホイールが、鞘ネジ駆動装置の内側ネジ山装備した第一の部品要素、または遊星ロール駆動装置の第一の部品要素に回転モーメントで接続されていて、とりわけ一つの単位体として設計されているものである。

ウォーム歯車機構は、よく知られているように、高い減速比を実現する。ウォーム歯車機構が鞘ネジ駆動機構または遊星ロール駆動機構と噛み合うものである場合であって、同時にウォームホイールが鞘ネジ駆動機構の第一の部品要素の周囲平面であるか、遊星ロール駆動機構の第一の部品要素であるように構成される場合、より少ない部品で、電気モーターの回転運動を内部シリンダーの軸方向運動に変換できることになる。

一つの具体的な可能な実施例においては、ウォームホイールは回転する上部セット面とともに回転する下部セット面を含み、それらによって、好ましくはボールを介して、内筐体の中で、径方向および軸方向に支持される。

これにより、チャックユニットは、比較的扁平な形状に作成されることが可能になり、電気モーターの回転軸が内部シリンダーの調節軸に直角に配置される場合には、好ましいものとなる。

同様の考察がウォーム歯車機構を想定した場合も成り立ち、ウォームギアが位置方向Ａに垂直に伸びる軸Ｓ方向に配向するのが好ましい。

結局、チャックユニットのコンパクトな構造が好ましいことを考慮にいれると、ウォーム歯車機構が、ウォームギアが直接に電気モーターの出力軸に接合せず、ウォームギアが電気モーターの出力軸に直交する配置であるのが有利である。出力軸の回転運動のウォームギアへの回転モーメントの伝動は、例えばその間に配置した歯車装置によって生じる。

本発明の好ましい実施例は、異なる構造を有する複数のバネ、とりわけ一つまたは複数のつるまきバネおよび一つまたは複数のガス圧バネ、を介して、外筐体が内筐体を支持している。これらの構造においては、本願の特許請求の範囲にもあるように、チャックユニットに電気モーターを一体化することには無関係に、先に挙げた構造の異なる複数のバネのバネ特性は、シナジー効果をもって互いに組み合わされる。つるまきバネが、小さい調整運動によっては小さい抗力を、これに対して大きい調整運動によって大きい抗力が生じるのに対し、ガス圧バネによれば、小さい調整運動によってすでに比較的大きな抗力が生じる。ここで異なった構造の両方のバネのバネ特性を重ね、その作用の仕方に応じて、またその機能を考慮して、互いに並行に、または幾分かは互い違いに配置して、結果として、小さな調整量で比較的大きな抗力を調整でき、またつるまきバネの作用に基づいてより大きな調整量でさらにこの抗力を増大できるといった、総合バネ特性を生じさせることができる。

さらなる可能な好適実施例として、、内部シリンダーを外筐体に対して固定的回転を確定できるように、内部シリンダーが回転体形状から偏った横断面形状、とりわけ楕円の横断面形状を有する少なくとも一つの断面、好ましくは先端部の断面を備える。具体的には、内部シリンダーは楕円の断面形状を有し、例えば、対応する楕円形の断面を有する外筐体の開口内を導かれ、それゆえに所望の確実さで拘束され得る。

任意選択の可能な構成として、ロック装置も考えられ、それは伝動手段を必要に応じて、とりわけ電気モーターを定位置で停止させておくためのものである。

なるほど適切なウォーム歯車装置を用いた実施例では、ウォーム歯車装置自らが有している機能によるロックがすでにあるといえるが、確実性の理由から、また、ウォーム歯車装置がロック装置として働く構造部を有していないことから、ロック装置とりわけ電気モーターを特別の高い確実性をもって定位置に止めるものはなく、生成されバネ力蓄積手段に収容された弾性力を、不所望の伝動手段の逆移動により失われてしまうことが引き起こされる。

一つの具体的な実施例において、軸方向に位置移動可能なピンのロック装置を含むことができ、該ロック装置はロックのために構成した動作機構、とりわけウォームギアの波状突起部に噛み合うこと、すなわち別の噛み合いをもたらすこと、を介して実現するものである。この軸方向に位置移動可能なピンは確実なロッキングをもたらすものであり、それはロック位置に保持されるだけのものであって保持力を与えられなければ維持できないものである。軸方向変位可能なピンの変位動作のための作動装置は電磁アクチュエータとすることもでき、それはピンを第一の位置から第二の位置に変位させ、また、第二の位置から第一の位置へと変位させることができる。場合によっては、軸方向移動可能ピンは、バネによってロッキング位置に押し付ける方向に付勢するように設計することもでき、その場合、ただ電気モーターと歯車装置の動作によるだけで、軸方向に移動可能なピンをバネ力に抗してロッキング位置から解放位置へと変位させることができる。電気モーターと歯車装置によるチャックの調整が終了するやいなや、ピンの動作機構が前記バネの作用によって、ロッキング位置へと戻る。

一つの可能な好ましい実施例は、さらにロッキングセンサを備えてもよく、それはロッキング装置がロッキング位置にあるかどうかをチェックする。具体的には、ロッキング装置の軸方向に移動可能なピンがどちらの位置に発見されるかをロッキングセンサ手段によって検出することができるものである。

さらに、任意選択的な実施の形態として、外筐体内の内筐体の移動位置を検出し、これにより間接的にバネ力蓄積部に保持されている抗力を表示または検出するためのセンサ装置が挙げられる。

さらにまた、更なるセンサ装置が考えられ、それは電気モーター、駆動軸および／または歯車手段の動作、とりわけそれらの回転数の検出を行うためのものである。

最後の好ましい実施例としては、内筐体が筐体基部要素と筐体蓋とを含むものが挙げられ、これらは着脱可能な結合要素によって互いに結合されるものである。この実施の形態では、ウォーム歯車装置、内部シリンダーを内蔵した鞘ネジ駆動装置、歯車装置を有する電気モーター、バネといった組み付け要素を内部に収容した内筐体の組み立てが、殊の外容易になる。

本発明を、以下に、更なる特徴及び長所に関して、実施態様の説明および添付の図面を用いてさらに詳しく解説する。

図１は、本発明によるチャックユニットの、完成組立状態の見取り図である。

図２は、図１のチャックユニットの、平面図である。

図３は、図２のチャックユニットの、線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。

図３ａは、図３の詳細図である。

図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。

図５は、本発明の開示と同様に有効な、ばね特性に関して同列な異なった構成のばねの、別の観点からの図解説明のための図である。

図１は、本発明によるチャックユニットの、完成組立状態の見取り図であり、図２は、図解された完成組立状態の平面図である。チャックユニットは、一つの外筐体下部要素５１と、一つの外筐体中央要素５２と一つの外筐体上部要素５３とから構成されている外筐体１２を含む。外筐体下部要素５１は、下側が固定フランジ４２となるように設計されている。外筐体上部要素５３には、外筐体上部要素の開口４４すなわち外筐体１２の開口４４の中において、内筐体１５の上部首部分４３が突き出ている（図３および４を参照）。内筐体１５の上部首部分４３にもまた、本質的に楕円形の横断面を有する一つの開口４５が設けられている。

この開口４５は、内部シリンダー１１に通じており、その上部端部の断面は開口４５の楕円形状に適合していて、やはり楕円形の横断面形状を有している。

図３は、図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って描いた断面図である。この断面図から、内筐体１５が、外筐体１２に収容されていることが見て取れる。具体的に言えば、異なった構造のばね１３、１４、すなわち、複数のつるまきバネ１３および複数のガス圧バネ１４（図４を参照）によって、内筐体が、位置方向Ａの方向にバネ１３、１４が与える抗力の作用によって移動可能に、外筐体１２から支えられて据え付けられている。内筐体１５が外筐体１２の内部をバネ１３、１４により供給される抗力に抵抗して移動可能に据え付けられることによって、ばね力蓄積部２１が構成される。

内筐体１５が外筐体１２内を、位置方向Ａに沿って案内されるために、案内手段が準備され、これによりここに示す組立状態において、外筐体１２の開口部４４の内部にあるすでに言及した首部４３を通っての案内移動が規定される。

内筐体１５の内部には、前述の内部シリンダー１１があり、それは位置方向Ａの方向に可動であるように構成されている。内部シリンダー１１は、ここに示す組立状態において、複数部分から成っており、第一の上部構造部４６と第二の下部構造部４７からなっている。

第一の上部構造部４６は、すでに言及した楕円断面を有するシリンダー１１に形をそろえられる。これに対して、チャックシリンダーの第二の下部構造部４７は、円形の断面を有しており、その外側周囲には、少なくとも一部に外ネジ山４８を有している。第一の上部構造部４６と第二の下部構造部４７は分離可能であり、とりわけネジによる結合またはほかの適切な態様によって互いに結合されている。それに代えて第一の上部構造部４６と第二の下部構造部４７は、互いに一体的に結合されているように構成してもよい。

第二の下部構造部４７に設けられた外ネジ山４８は、鞘ネジ駆動装置１９の第一の要素部材ということになるウォームホイール２５の対応する内ネジ山３８と歯合する。外ネジ山４８を装備した第二の下部構造部４７は、鞘ネジ駆動装置１９の第一の要素部材に対応した、第二の要素部材を形成する。ウォームホイール２５は、外周にウォーム歯を有しており、ウォームギア２４と協働してウォーム歯車装置を形作る。ウォームホイール２５が、内筐体１５内で軸方向及び径方向に安定するように、ウォームホイール２５は上セット面３２および同様の下セット面３３を有しており、これらによって、内筐体１５の対応するセット面４９および５０によって、ボール３４を介して支えられる。

図３の断面図から明白なように、内筐体１５は複数の部分からなり、それらは、この実施例において具体的には、筐体基礎要素３５と筐体蓋３６とを含み、筐体基礎要素３５と筐体蓋３６とは、結合要素３７とりわけ結合ネジにより、互いにしっかりと結合される。この組立構造によって、チャックユニットの、たやすく組み立てることができるという特性が保証される。すなわち、異なった個々の部品を組み立てる経過において、たとえば、内部シリンダー１１を装備したウォームホイール２５、バネ１３および１４とともに、さらに図４によってより詳細に示された部品も、筐体蓋３６を固定するより前に、たとえば少なくともバネ１３、１４およびウォームホイール２５を、少なくとも部分的に筐体基礎要素３５の中に据え付けることができる。

図４を参照すると、内筐体１５内には一つの電気モーター１６が配置されており、その回転軸２０によって、回転運動が歯車伝動装置１７に伝動されることが示されている。歯車伝動装置１７は、モーター側の歯車２２に結合しており、同様に、被駆動側の歯車２３は、回転モーメントでウォーム歯車装置１８のウォームギア２４に結合している。ウォームギア２４は、すでに言及したウォームホイール２５に噛み合っており、電気モーター１６の作動を回転運動に置き換える。ウォームギア２４は、このようにすることにより、自己抑制的に動作するようにできる、すなわち、内部シリンダーから鞘ネジ駆動装置１９に伝達された軸方向応力によってウォームホイール２５が回転運動をすることを妨げる。

代替的に、または追加的に、ロック装置２８を電磁気的に動作する作動装置３０とともに備えることもまた可能である。該作動装置３０は軸方向移動ピン２９を装備しており、それは縦軸に沿って、図４に示されているロック位置から後退した位置へと、またその逆の方向へと、移動することが可能である。図４に示されたロック位置は軸方向移動可能なピン２９を、波状突起３１の中に突出して、ウォームギア２４と回転モーメントで結合し、それにより歯車手段１７から１９、とりわけウォーウギア２４をロックする。

さらに、軸方向移動可能ピン２９が、ロック位置にあるか、後退位置にあるかを検知し確かめることができるロックセンサー手段３９が設けられる。

次に述べるのは、さらに一つのチャッキングの経過であるが、これは、内筐体１５がバネ１３、１４が生み出すバネ力蓄積部が保持していたバネ力に当面して位置を変化させることと同じく、位置方向Ａに沿った内部シリンダー１１の軸方向の調整が、調整の方向としては反対の向きになされることと理解されるべきである：電気モーター１６が回転運動を起こすと、歯車装置１７の回転軸２０を介してウォーム歯車装置１８のウォーム２４を動かし、その回転運動がウォームホイール２５の回転運動になり、それにより鞘ネジ駆動装置１９に伝動される。

鞘ネジ駆動装置１９の第一の部分要素が、鞘ネジ駆動装置１９の第二の部分要素に相対的に回転することにより、内部シリンダー１１が、例えば外筐体１２の中から外への方向に、軸方向に動く。内部シリンダー１１が、例えばチャックユニットが咥えチャックと協働し、すでに咥えチャックに突合されている加工対象物が内部シリンダー１１にさらに突き当たると、加工対象物のチャック力が、さらに高まる。これにより、内部シリンダーのさらなる力の対抗が内筐体１５の外側に向かって生じ、内筐体１５は、外筐体１２内においてバネ１３、１４の作用に抗して、反対方向に力を変換しバネ力蓄積部２１に反対応力を生み出す。

センサー装置４０を介して、外筐体１２に対して相対的な内筐体１５の調節の動きを検出することが可能であり、これにより、バネ力蓄積部２１に蓄えられた抗力を、間接的に検出できる。所望の力の値が達成されれば、電気モーター１６は停止され、歯車手段１７から１９は、ウォームギアが与える自己ロック機能および／またはすでに言及したロック手段３９によりロックされる。

電気モーター１６、シャフト回転軸２０または歯車装置１７から１９の回転運動を検出するために、センサー装置４１が設置可能であり、例えば完全な回転数を、適切な検出装置たとえばホール効果を利用して、検出することができる。

図５を参照して、いろいろな構造を有するバネ１３、１４によってバネ特性がどのようになるかの実例を示し、わずかな調整（バネ長さ）でも相対的に大きな対抗力（バネ抗力）を供給することができるかが示されており、この場合わずかな調整が優勢であるのはガス圧バネ装置のおかげである。大きな調整量（バネ長さ）については、つるまきバネも考慮の対象となり、既知の調整量に対して分かり易い量のバネ抗力が供給される。ガス圧バネとつるまきバネとの適切な組み合わせによって、所望のバネ特性を、より広い範囲において実現することが来あのうであることは、おのずから明らかである。

ここに開示したチャックユニットは、最大のコンパクトさで構成され、チャッキングを迅速、容易かつ確実に実行することを可能にする。

符号の説明
１１ 内部シリンダー
１２ 外筐体
１３ バネ、つるまきバネ
１４ バネ、ガス圧バネ
１５ 内筐体
１６ 電気モーター
１７ 歯車手段、歯車装置
１８ 歯車手段、ウォーム歯車装置
１９ 歯車手段、鞘ネジ駆動装置
２０ 回転軸（モーター）
２１ バネ力蓄積部
２２ モーター側歯車
２３ 被駆動側歯車
２４ ウォームギア
２５ ウォームホイール
２８ ロック装置
２９ 軸方向可動ピン
３０ 作動装置
３１ 波状突起
３２ 上セット面
３３ 下セット面
３４ ボール
３５ 筐体基礎要素
３６ 筐体蓋
３７ 結合要素
３８ 内ネジ山
３９ ロックセンサー手段
４０ センサー装置（バネ力蓄積部）
４１ センサー装置（電気モーター、歯車手段）
４２ 固定フランジ
４３ 上部首部分
４４ 開口（外筐体）
４５ 開口（内筐体の上部首部分）
４６ 第一の、上部構造部
４７ 第二の、下部構造部
４８ 外ネジ山
４９、５０ セット面
５１ 外筐体下部要素
５２ 外筐体中央要素
５３ 外筐体上部要素

Claims (17)

1. 旋盤およびフライス盤を含む工作機械における使用のためのチャックユニットであって、
   外筐体（１２）と、外筐体（１２）に収容される内筐体（１５）と、内筐体（１５）の内部に使用時において鉛直な位置方向Ａに調整可能に保持されている、押圧力または引っ張り力をチャックのために伝えるように構成されている内部シリンダー（１１）とを含み、
   内筐体（１５）は、バネ（１３、１４）を介して外筐体（１２）に支持され、外筐体（１２）に対する位置方向Ａに移動可能に支持されてバネ力蓄積部（２１）を形成し、内筐体（１５）に取り込まれるように、チャックユニット内部において、介在する伝動手段（１７〜２０）を介して位置方向Ａに応力を内部シリンダー（１１）に印加するための電気モーター（１６）が集積配置されている、前記チャックユニット。
2. 電気モーター（１６）が、外筐体（１２）によって取り囲まれる、請求項１に記載のチャックユニット。
3. 伝動装置手段が、電動モーター（１６）の回転運動を内部シリンダー（１１）の軸方向運動に変換するための鞘ネジ駆動装置（１９）または遊星ロール駆動装置を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のチャックユニット。
4. 伝動装置手段が、駆動側のウォームギア（２４）と被駆動側のウォームホイール（２５）とを有するウォーム歯車装置（１８）を含むことを特徴とする、請求項１または３に記載のチャックユニット。
5. ウォームホイール（２５）が、鞘ネジ駆動機構（１９）または遊星ロール駆動機構の、内ネジ山（３８）を備えた第一の部分要素と回転モーメントで結合し、それらと一体的に構成されていることを特徴とする、請求項３または４に記載のチャックユニット。
6. ウォームホイール（２５）が、回転対称形の上セット面（３２）および下セット面（３３）を含み、内筐体（１５）に径方向および／または軸方向に位置決めされて支えられることを特徴とする、請求項４または５に記載のチャックユニット。
7. 駆動軸（２０）が位置方向Ａに直角になるように配置された電気モーター（１６）を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載のチャックユニット。
8. ウォーム歯車装置（１８）のウォームギア（２４）が、位置方向Ａに直角な方向に延びる軸方向Ｓに整列している請求項４から７のいずれか一項に記載のチャックユニット。
9. 電気モーター（１６）の出力軸（２０）が、ウォーム歯車装置（１８）のウォームギア（２４）の軸方向Ｓに直角な方向に整列している請求項７または８に記載のチャックユニット。
10. 異なった構造を有する複数のバネ（１３、１４）、とりわけ一つ以上のつるまきバネ（１３）および一つ以上のガス圧バネ（１４）を介して、内筐体（１５）が外筐体（１２）に支えられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のチャックユニット。
11. 内部シリンダー（１１）が外筐体（１２）に対して相対的に回転しないように拘束するために、内部シリンダー（１１）が、少なくとも一つの横断面が回転体形状からかい離した横断面、特に楕円形横断面を有する請求項１から１０のいずれか一項に記載のチャックユニット。
12. 歯車装置（１７〜１９）を、必要な時に、とりわけ電気モーター（１６）が停止しているときにロックするための、ロック装置（２８）を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のチャックユニット。
13. ロック装置（２８）が、軸方向に移動可能なピン（２９）を含み、ピンは伝動装置（１７，１８，１９）と関係づけられたロック用突起（３１）、とりわけウォームギア（２４）の波状突起（３１）と作動装置（３０）により噛み合いおよび非噛み合い状態に持ち来すことができることを特徴とする請求項１２に記載のチャックユニット。
14. ロックセンサー装置（３９）が設けられ、該ロックセンサー装置（３９）はロック装置（２８）がロック状態であることを検出するために設計され装備されることを特徴とする請求項１２または１３に記載のチャックユニット。
15. 外筐体（１２）の内部の内筐体（１５）の調節位置、およびこれによりバネ力蓄積部（２１）において生み出される抗力を直接表示または検出するように設計され調整されたセンサー装置（４０）を有することを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載のチャックユニット。
16. 電気モーター（１６）の出力軸（２０）の回転運動および／または伝動装置（１７〜１９）、とりわけそれらの回転数を検出するように設計され装備されたセンサー装置（４１）を有することを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載のチャックユニット。
17. 内筐体（１５）が、筐体基礎要素（３５）および筐体蓋（３６）を含み、これらが解放可能な結合要素（３７）によって互いに結合されることを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載のチャックユニット。