JP6685242B2 - クランピングチャック用のソリッドなパレット - Google Patents

Description

本発明は、請求項１もしくは請求項８に記載のチャックパレットおよび当該チャックパレットを備えるクランピングシステムに関する。

チャックパレットを備えるクランピングシステムは、フライス削り、旋削または放電加工（ＥＤＭ）などの機械ツールを用いる加工物機械加工の分野において一般的に知られている。クランピングシステムは、（特にＥＤＭ用途において）機械加工される加工物または機械加工ツールを保持するために使用される。時に、機械加工中に加工物に高い切断力が加えられる。その結果、これらの高い力は、機械加工テーブルに加工物を保持するチャックシステムにも伝達される。したがって、クランピングシステムは、加えられる力に耐え、特に加工物の位置決めを正確に維持し、それによって加工物の不正確な機械加工を回避するように、剛性に設計および構成される必要がある。

クランピングシステムの剛性態様は公知である。例えば、このようなシステムはパレットとチャックとの間に６箇所以上の接触点を有するように設計することができ、それにより剛性の締付けを提供する。このような公知のシステムは、他方では、幾つかの欠点も有する。７箇所以上の接触点を有するクランピング継手は、過剰決定されている。過剰決定された継手は、高い剛性、高い耐荷重および精度の組合せに関して好ましい。問題は、いかなる詰まりまたは遊びもなく全ての基準面と接触することにつながるようにそれらを設計および製造することである。これは、高い製造公差とともに行うことができる。しかしながら、これは、今まで基準面の所要の位置精度を達成するためには十分ではなかった。その理由は、この設計が、基準面の微細な変位につながる公差チェーンを含んでいたことである。このような変位は、高精度継手において詰まりおよび微細遊びの双方に影響する。

特許出願米国特許第３７４１５７３号明細書には、過剰決定された原理が適用された早期のＥＤＭクランピング継手が記載されている。しかしながら、詰まりを回避するために、“クロース・フィッティング”（米国特許第３７４１５７３号明細書（ＵＳ３７４１５７３Ａ）、第５欄、第６３行参照）が使用されていた。これは、ｘｙ接続における小さな遊びが存在していたことを意味し、このような遊びは、今日では、またはここで取り上げられる新規の発明が意図されている用途においては、許容されない。

欧州特許第０２５５０４２号明細書の文献は、市場で“３Ｒマクロシステム”として公知のクランピングシステムを開示している。このシステムは、弾性舌片を使用する。公差チェーンを最小限に減じることに関する原理は、ｚ平面が舌片の端面の上縁と交差するｘｙ接触エッジを有することによって適用されていた。弾性舌片は、精度に関しては極めて好ましいが、新規発明によるソリッドな継手と比較して、より低い荷重限界および剛性を提供する。

欧州特許第１０６８９１９号明細書には、ソリッドな基準が使用されているクランピング継手が記載されている。パレットのｘｙ接触は、溝の２段設計により凹んだ位置にある（図３参照）。これは、これらの段部の高さの公差が接触エッジ位置精度に影響することを意味する。この公差チェーンは、困難でかつ費用のかかる製造または詰まりまたは遊びを有する継手につながる位置誤差を付加する（この欠点はさらに、欧州特許第０１５２９５９４号明細書の文献に関連してさらに後で説明される）。２段溝の目的は、パレットがテーブルまたはマガジンに配置されたときに接触エッジを保護することである。しかしながら、現実の使用では、パレットは多くの場合チャックに注意深く配置されるのではなく、雑に配置される。これは、特に自動ローディングの場合である。したがって、接触エッジは、チャックラグ基準に衝突し、損傷される恐れがある。この問題は、欧州特許第１０６８９１９号明細書において解決されていないが、新規発明の好適な実施の形態によって解決される。

出版物“ハンドブック・オブ・マシン・デザイン（Handbook of machine design）”（第１１章 かさ歯車およびハイポイド歯車 クレンザー（Krenzer）、ホッチキス（Hotchkiss）、セクション１１．７．７）には、かさ歯車設計の基本ルールが記載されている。接触パターンは、荷重とともに拡張するが、歯面の境界に達してはならない、すなわち歯面のエッジを横切ってはならない。これは、当該出版物のセクション１１．７．７において強調されている。

米国特許第３８８０２６７号明細書には、かさ歯車設計の基本ルール（前記段落参照）が適用されている過剰決定された継手が記載されている。図４および図１０において、ラグエレメント２８が、ラグエレメント２６におけるエッジ接触を回避するために湾曲されていることが示されている。図１０は、これを、ラグ２８の上部に対するｚ−面接触を有することと組み合わせて示している。真っ直ぐな面に対する湾曲の組合せは、増大する荷重による拡張した接触と、面の望ましくない公差変位とにつながる。

欧州特許第０１５２９５９４号明細書には、既に引用した米国特許第３８８０２６７号明細書の文献および出版物“ハンドブック・オブ・マシン・デザイン”による表面拡張機能を備える過剰決定された継手が記載されている。この特許文献では、弾性鋼材料の長さは、ラグおよび溝の１つの側においてのみ接触を有することによって増大されている。欠点は、片側接触が、ｘｙ−平面における並進剛性およびねじり剛性を減じるということである。これは、利用可能なｘｙ接触がより少ないことによる。別の重要な欠点は、ｚ−平面とｘｙ接触スポットとの間の軸方向距離が、生ぜしめられる公差チェーンによりスポット位置における不正確につながるということである。この公差チェーンは、溝の両側において接触を提供する場合に詰まりまたは遊びにつながる。

欧州特許出願公開第１２６６７１３号明細書の文献には、システム３Ｒ社から製品名“Macro”で市場において公知の、過剰決定された継手システムが記載されている。ホルダは、焼結された材料で形成されている。これは、接触エッジの弾性変形を許容するために、焼結された材料のより低い剛性を利用する。この製品は、短期間製造されただけであった。なぜならば、しばらくした後に詰まりにつながるからである。反復したＥＤＭ使用において、摩擦が高すぎるようになった。

本発明の課題は、公知のチャックパレットまたはクランピングシステムの欠点を排除し、特に公差チェーン、ひいては基準面の微細な変位を回避することである。

本発明の課題は、請求項１の特徴により設計されたチャックパレットによって達成される。

発明のチャックパレットにより、極めて高いカップリング剛性および耐荷重とともに、ミクロン位置繰返し精度もしくは精度を達成することが可能である。

それにより、極めてハードかつ微細な機械加工および研削が可能である。加工物は、連続した機械における全てのこれらの作業の間、全く同じパレットに取り付けられており、これにより、製造効率を高める。

加えて、パレットは、小さなｘ−ｙ−基準、例えば２つの短いｘｙ基準エッジを有しており、好適な実施の形態では、以下に続く薄い直立したｘｙ基準面も備える。これは、接触エッジもしくは接触領域を最小限にし、これにより、クランピング中の汚れおよび粒子に対するチャックパレットの不感性を高めるためにも好ましい。

テーパしかつソリッドな溝側壁とｚ−平面が接続／交差しているエッジにおいてｘｙ基準接触を有することによって、公差チェーンは本発明によって排除される。

発明のチャックパレットの別の利点は、ソリッドな溝側壁もしくはｘ−ｙ−基準面を有することであり、これは、チャックラグとのそれらの接触を、十分に規定されたエッジ接触から、クランピング時に下方へ、製造公差を吸収するための面接触へ拡張させることができる。面接触へのその拡張は、機械加工におけるパレット使用における外部荷重の結果としても生じることができる。面接触への拡張の大きさは、チャックパレットの製造、すなわちパレット製造における最後の研削プロセスによる実際の公差にも依存する。それにより、拡張は、製造公差を吸収するための所要の弾性を提供する。面接触への拡張は、テーパ角の小さな違いによって実現される。この特徴は、ソリッドな継手の製造を許容する。

発明の好適な実施の形態では、チャックの対応するラグ面に向かって突出する弾性のゴム状エレメントによる、基準面および基準エッジの保護を提供することを予測することができる。その実施の形態の特定の態様では、ゴムエレメントは、ｚ−平面もしくはｚ−基準よりも上方にも突出している。それにより、パレットがテーブルまたはマガジンに配置されたときに、ｚ−平面およびｘ−ｙ−基準面またはｘ−ｙ−基準エッジが保護される。

引用した従来技術はいずれも、単独でも、組合せでも、これらのエレメントを組み合わせていない。特に、いずれの従来技術も、同じ平面におけるｘｙｚ基準を備えるソリッドな過剰決定された継手、公差チェーンを最小限に減じること、いわゆるＣＭＭ測定（座標機械測定）およびマスターチャック制御を許容すること、ならびにｚ−平面エッジから拡張するｘｙ接触を有することを開示していない。

図１は、クランピングチャック１．１の立体的な図である。 図２ａは、チャックパレット１．３の下側の図を示している。 図２ｂは、図２ａに示された発明のチャックパレット１．３を別の角度から示している。 図２ｃは、締め付けられていないもしくは締め付けられた位置におけるチャックラグ１．５によって発明を示している。 図３は、締め付けられた位置におけるチャックラグ１．５の拡大図である。 図４は、締め付けられた位置におけるチャックラグ１．５の拡大図である。 図５は、ゴムプロテクタ２．６がｚ−平面２．１の上方に突出している態様を示している。

発明、好適な実施の形態を、発明のチャックパレットの利点および技術的効果として、概略的な図面を参照してここで説明する。

図１は、引用した欧州特許第１７４１５１１号明細書の文献に開示されているように、加工物またはツールの取付けのための、取外し可能に接続されたドロースリーブ１．２と、公知のパレット１．３とを備える、クランピングチャック１．１の立体的な図を示している。チャック１．１は、ｚ−基準平面を形成する複数のｚ−面突出部１．４を有する。チャックは、さらに、クロスにおいて４つのｘｙ−ラグ１．５を有する。これらのラグは、両側において、テーパしたｘ−ｙ−基準面を有する。パレットの位置は、締め付けられた位置において、いかなる遊びもなく、全ての（つまりｘｙｚ）方向で決定される。次いで、チャックおよびパレットのｚ−平面は接触しており、チャックのｘ−ｙ−ラグ１．５はパレットの溝（示されていない）内へ僅かに押し込まれ、上述のような接触につながる。

図２ａは、発明のチャックパレット１．３の下側の図を示している。下側は、ｚ−平面もしくはｚ−基準２．１を規定する平坦な研削された面を有する。ｚ−平面２．１は、好適には焼結されていない材料で形成された、両側にソリッドな溝側壁２．３を備えた溝２．２を有する。ソリッドであることにより、例えば欧州特許第２５５０４２号明細書（ＥＰ２５５０４２Ｂ１）に開示された弾性舌片によって代表されるように、溝側壁２．３が、ｘ−ｙ−基準面２．４の背後のスロットもしくは平行に延びかつｘ−ｙ−基準面２．４の背後のいかなるスロットも有さない。ｘ−ｙ−基準面２．４は、ソリッドな溝側壁２．３の上側部分に割り当てられている。ｘ−ｙ−基準面２．４は、ｚ−平面２．１を切断している、すなわち交差しており、ｘ−ｙ−基準エッジ２．５の正確な位置を規定している。図２にも示された発明の好適な実施の形態では、ｘ−ｙ−基準エッジ２．５は、締付け時の雑な位置決めによって生ぜしめられる損傷、および弾性プロテクタ２．６（例えばゴムで形成されている）によるその他の衝撃または衝突から保護することができる。そのプロテクタは、好適には、溝２．２の中間または溝の一方の側に配置することができる。第１の場合、ゴムプロテクタはｘ−ｙ−基準面を２つの部分に分割しており、それにより、それぞれの基準面２．４と共にソリッドな直立したバー１．６を形成している。それにより、各ｘ−ｙ−基準面部分２．４の幅は小さく、短いｘ−ｙ−基準エッジ２．５につながる。締め付けられた構成において、ｘ−ｙ−基準エッジ２．５の短いエッジ接触は、ｘ−ｙ−基準面２．４の小さな面接触４．２に拡張することができる。これらの短いエッジまたは小さな面接触は有利である。なぜならば、チャックパレットを、公知のクランピングシステムに影響する汚れおよび粒子に対してより敏感でなくするからである。本発明の１つの効果として、弾性の面拡張は、発明のチャックパレットの製造中の、製造されたｘ−ｙ−基準面の製造公差を吸収するためにも生じる。さらに有利には、弾性の面拡張は、パレットのより高い荷重における面圧力も吸収し、これにより、最大許容面圧力を超過することを回避する。

図２ｂは、図２ａに示された発明のチャックパレット１．３を別の角度から示している。

図２ｃは、締め付けられていないもしくは締め付けられた位置におけるチャックラグ１．５によって発明を示している。チャックラグ１．５のテーパしたｘ−ｙ−基準面３．１は、発明のチャックパレット１．３の溝２．２の対応するｘ−ｙ−基準面２．４よりも僅かに大きなテーパ角を有する。これは、ｚ−平面２．１のレベルにおけるエッジ接触につながる。それにより、エッジの正確な位置が決定され、所要の極めて高い精度での製造を許容する。エッジ接触もしくは線接触は、上述の説明に従って、面接触４．２（図２ｃの下側の図参照）に拡張することができる。

図３および図４は、締め付けられた位置におけるチャックラグ１．５の拡大図である。これらの図は、ｚ平面と同じレベルにおけるエッジ接触４．１を示すために誇張された形式で、傾斜角βを有するチャックラグ１．５のｘ−ｙ−基準面３．１と、傾斜角αを有するチャックパレット１．３のｘ−ｙ−基準面２．４とのテーパ角の違いを示している。図４は、左側に、チャックラグ１．５の対応するｘ−ｙ−基準面３．１とのチャックパレット１．３のソリッドな溝側壁２．３のｘ−ｙ−基準面２．４の、より低い押付けもしくはより低い荷重Ｆにおいて生じる、エッジ接触もしくは線接触４．１を示している。右側の図は、他方で、チャックシステムにより高い押付けもしくはより高い荷重Ｆが加えられたときに、エッジ接触４．１が面接触４．２に拡張する状況を示している。従来技術と比較した発明の改良点は、最初の接触または接触領域が常に線接触４．１としてｚ−平面２．１から始まるということである。これにより、ｚ−平面からの公差チェーンが生じない。これは、詰まりまたは遊びが生じないこのような正確な公差を有する過剰決定された継手を製造および測定するための能力のための前提条件である。十分に規定されたｘ−ｙ−基準エッジ２．５との接触は、最初から、クランピングチャックにおける発明のチャックパレット１．３の正確な位置決めを保証する。これは、面接触４．２への拡張が生じたときにも有効である。なぜならば、エッジ接触または線接触４．１は、締付けプロセスの間の最初の接触であり、クランピングチャックに関するチャックパレットの最終位置に対して最大の効果を有し、これにより、締付け位置の精度が高められることを保証する。その結果、エッジにおいてより高い面圧力が加えられても、この精度は残る（図４の右側の図を参照）。

図５は、ゴムプロテクタ２．６がｚ−平面２．１の上方に突出している態様を示している。それにより、ｘ−ｙ−基準エッジ２．５を損傷するリスクなしにチャックパレット１．３をテーブルまたはマガジンに配置することができる。

本発明は、クランピングチャック用のソリッドな溝側壁を備えたチャックパレットに関する。チャックパレットのｘ−ｙ−基準およびｚ−基準は、この場合、同じ平面に割り当てられている。ｘ−ｙ−基準は、ソリッドな溝側壁にも割り当てられており、この場合、ソリッドな溝側壁はテーパした輪郭を有する。ソリッドであるとは、周方向で、溝側壁がｘ−ｙ−基準面の背後にいかなるスロットまたはその他の構造的弱点も有さないことを意味する。

好適な実施の形態では、ｘ−ｙ−基準およびｘ−基準が割り当てられている平面はｚ平面である。

発明のチャックパレットは、この場合、ソリッドかつテーパした溝側壁を有する。この溝側壁は、パレットのｚ軸に対する傾斜（α）を有する。傾斜（α）は、対応するクランピングチャックにおけるチャックラグの対応する、やはりテーパしたｘ−ｙ−基準面の（ｚ軸に対する）傾斜（β）よりも小さい。

本発明によれば、対応するチャックとのチャックパレットの締め付けられた状態において、チャックにおける対応するチャックラグの対応するｘ−ｙ−基準面との、チャックパレットのｘ−ｙ−基準面の、最初に生じる線接触は、チャックパレットのｘ−ｙ−基準エッジにおける最初の線接触から、チャックラグのｘ−ｙ−基準面とチャックパレットのｘ−ｙ−基準面との間の面接触に拡張することができる。

発明のチャックの別の好適な実施の形態では、ソリッドな溝側壁は、１つまたは複数のスロットを有することができる。それにより、ソリッドな溝側壁は、その最大幅から、少なくとも１つのソリッドな直立したバーに減じられている。これにより、これらのソリッドな直立したバーのうちの１つまたは複数は、ソリッドな溝側壁のｘ−ｙ−基準面およびｘ−ｙ−基準エッジを規定する。好適には、ソリッドな溝側壁は、１つのスロットだけを有し、これにより、ｘ−ｙ−基準面を備えた２つの別個のソリッドな直立したバーを規定している。最も好ましくは、形成されたソリッドな直立したバーは、溝の両側に対称的に配置されている。

好適な実施の形態では、そのスロットはプロテクタを含む。プロテクタは、弾性であることができ、例えば、ゴムまたはゴム状材料で形成されている。プロテクタは、ねじまたは別のエレメントによってチャックパレットに固定することができる。そのプロテクタの別の実施の形態では、プロテクタは、１つまたは複数のソリッドな直立したバーまたはソリッドな溝側壁のｘ−ｙ−基準面を超えて、溝の中央に向かって突出している。最も好ましくは、プロテクタは、発明のチャックパレットのｚ−平面も超えて突出している。

発明のチャックパレットの別の実施の形態では、ソリッドな溝側壁は、焼結されていない材料で形成されている。チャックパレット全体を、焼結されていない材料から形成することもできる。

発明は、明らかに、その全ての態様における前記発明のチャックパレットと、（慣用の）クランピングチャックとを含むクランピングシステムをも含む。これは、発明のチャックパレットを、明らかにクランピングチャックとの組合せにおいて、公知の既に取り付けられたクランピングチャックと共に使用されるためにそれ自体で販売することができるからである。

１．１ クランピングチャック
１．２ ドロースリーブ
１．３ チャックパレット
１．４ チャックのｚ−面突出部
１．５ チャックラグ、ｘ−ｙ−ラグ
１．６ ソリッドな直立したバー
２．１ ｚ−平面、ｚ−基準
２．２ 溝
２．３ ソリッドな溝側壁
２．４ ｘ−ｙ−基準面
２．５ ｘ−ｙ−基準エッジ
２．６ ゴムプロテクタ
２．７ ねじ
３．１ チャックラグ１．５のテーパしたｘ−ｙ−基準面
４．１ チャックパレット１．３のｘ−ｙ−基準面２．４もしくはｘ−ｙ−基準エッジ２．５との、チャックラグ１．５のｘ−ｙ−基準面３．１の線接触
４．２ チャックパレット１．３のｘ−ｙ−基準面２．４との、チャックラグ１．５のｘ−ｙ−基準面３．１の面接触
α ｚ−軸に対する、テーパしたソリッドな溝側壁２．３もしくはｘ−ｙ−基準面２．４の傾斜
β ｚ−軸に対する、チャックラグ１．５のテーパしたｘ−ｙ−基準面３．１の傾斜

Claims (13)

1. クランピングチャック（１．１）用のソリッドな溝側壁（２．３）を備えるチャックパレット（１．３）であって、
   前記チャックパレット（１．３）のｘ−ｙ−基準およびｚ−基準は同じ平面に割り当てられており、前記ｘ−ｙ−基準は前記ソリッドな溝側壁（２．３）にも割り当てられており、該ソリッドな溝側壁（２．３）はテーパした輪郭を有しており、
   前記ｘ−ｙ−基準および前記ｚ−基準が割り当てられている平面はｚ平面であり、
   前記ソリッドな溝側壁（２．３）は、テーパしておりかつｚ−軸に対する傾斜（α）を有しており、該傾斜（α）は、前記ｚ−軸に対する対応するチャックラグ（１．５）のテーパしたｘ−ｙ−基準面（３．１）の傾斜（β）よりも小さいことを特徴とする、クランピングチャック（１．１）用のソリッドな溝側壁（２．３）を備えるチャックパレット（１．３）。
2. 前記クランピングチャック（１．１）との前記チャックパレット（１．３）の締め付けられた状態において、前記対応するチャックラグ（１．５）の前記ｘ−ｙ−基準面（３．１）との前記チャックパレット（１．３）のｘ−ｙ−基準面（２．４）の線接触（４．１）は、ｘ−ｙ−基準エッジ（２．５）における線接触（４．１）から、前記ｘ−ｙ−基準面（３．１）における面接触（４．２）へ拡張可能である、請求項１記載のクランピングチャック（１．１）用のソリッドな溝側壁（２．３）を備えるチャックパレット（１．３）。
3. 前記ソリッドな溝側壁（２．３）は、前記ソリッドな溝側壁（２．３）の幅を、少なくとも１つのソリッドな直立したバー（１．６）に減じる１つまたは複数のスロットを有し、前記バー（１．６）は、前記スロットで前記ソリッドな溝側壁（２．３）のｘ−ｙ−基準面（２．４）およびｘ−ｙ−基準エッジ（２．５）を規定している、請求項１又は２記載のクランピングチャック（１．１）用のソリッドな溝側壁（２．３）を備えるチャックパレット（１．３）。
4. 前記ソリッドな溝側壁（２．３）は、１つのスロットによって分離されたｘ−ｙ−基準面（２．４）を備えた２つのソリッドな直立したバー（１．６）を含む、請求項３記載のクランピングチャック（１．１）用のソリッドな溝側壁（２．３）を備えるチャックパレット（１．３）。
5. 前記ソリッドな直立したバー（１．６）は、溝（２．２）の両側に対称的に配置されている、請求項３記載のクランピングチャック（１．１）用のソリッドな溝側壁（２．３）を備えるチャックパレット（１．３）。
6. 前記スロットはプロテクタ（２．６）を有し、前記プロテクタ（２．６）は弾性である、請求項３から５までのいずれか１項記載のクランピングチャック（１．１）用のソリッドな溝側壁（２．３）を備えるチャックパレット（１．３）。
7. 前記プロテクタ（２．６）はゴムまたはゴム状材料で形成されている、請求項６記載のクランピングチャック（１．１）用のソリッドな溝側壁（２．３）を備えるチャックパレット（１．３）。
8. 前記プロテクタ（２．６）は、ねじ接続（２．７）によって前記チャックパレット（１．３）に固定されている、請求項６記載のクランピングチャック（１．１）用のソリッドな溝側壁（２．３）を備えるチャックパレット（１．３）。
9. 前記プロテクタ（２．６）は、前記ソリッドな直立したバー（１．６）のｘ−ｙ−基準面（２．４）を超えて溝（２．２）の中央に向かって突出している、請求項６記載のクランピングチャック（１．１）用のソリッドな溝側壁（２．３）を備えるチャックパレット（１．３）。
10. 前記プロテクタ（２．６）は、前記チャックパレット（１．３）のｚ−平面（２．１）をも超えて突出している、請求項６記載のクランピングチャック（１．１）用のソリッドな溝側壁（２．３）を備えるチャックパレット（１．３）。
11. 前記ソリッドな溝側壁（２．３）は、焼結されていない材料で形成されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のクランピングチャック（１．１）用のソリッドな溝側壁（２．３）を備えるチャックパレット（１．３）。
12. 前記チャックパレット（１．３）の全体が、焼結されていない材料で形成されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のクランピングチャック（１．１）用のソリッドな溝側壁（２．３）を備えるチャックパレット（１．３）。
13. クランピングチャック（１．１）と、請求項１から１２までのいずれか１項記載のチャックパレット（１．３）とを含む、クランピングシステム。

Images