JP6714392B2 - チャック - Google Patents

Description

本発明は、工作機械に使用する高精度のチャックに関するものである。

工作機械に使用されるチャックは、楔作用によりジョウの開閉動作を行い、被加工物であるワークを把持する。このようなチャックとして、例えば特許文献１には、スピンドルに装着されるボディと、可動部であるプランジャと、マスタジョウ及びトップジョウで構成されたチャックが示されている。

ボディの中心部には、軸芯方向に沿って摺動可能なピストンが挿入されウエッジが係合している。プランジャにはウエッジ溝が設けられ、マスタジョウのウエッジ部が、ウエッジ溝を摺動する。一方、マスタジョウは、ボディに設けられた半径方向の案内溝へ挿入されている。ウエッジ溝は軸芯方向に対して傾斜しており、ウエッジ部が摺動することにより、マスタジョウは案内溝に案内され、半径方向に摺動移動する。これにより、チャックの開閉動作を行う。

特開２０１１−１７７８７１号公報

マスタジョウがボディの案内溝を摺動可能とする上では、マスタジョウと案内溝との間には必然的に微小な隙間が存在する。微視的には、一般的な横型旋盤の場合、マスタジョウは、重力により微小な隙間の範囲内で案内溝の中で夫々の回転位相の位置に応じた夫々の姿勢となっているのである。そのため、トップジョウが半径方向に移動し、ワークがトップジョウに接触した直後に、トップジョウの回転位相の位置によりバラバラの挙動を示す。このことが把握する瞬間のワークの位置を不安定にさせ、把握精度を悪化させる原因となっていた。この傾向はチャックの長期間の使用により案内溝が摩耗し隙間が大きくなったときに顕著にあらわれる。また微小隙間のガタによるトップジョウの挙動はワーク浮上りの原因の一つである。

本発明は、トップジョウの回転位相がどの位置であっても重力の影響を受けずにマスタジョウの位置を安定させたチャックを提供することを目的とする。

本発明は、前壁面と後壁面とが対向した複数の案内溝を半径方向に有するボディと、
前記ボディ内で軸方向に前後移動するプランジャと、
前記プランジャに係合し楔作用によって夫々が前記案内溝を移動する複数のマスタジョウと、
夫々の案内溝に対応する各マスタジョウの全体を、各案内溝の前壁面に対して、弾発力により押しつけた状態に保持するサスペンションとを有し、
前記サスペンションにより、前記各マスタジョウの全体を、夫々案内溝の前壁面に対してのみに弾発力により押しつけて、ワークを把握する前の段階で倒れが生じないように保持することにより、ワークを把握したときの段階で押し付けられた前記前壁面を支点として各マスタジョウが倒れ込むように回転することを特徴とする。

本発明によれば、把握する瞬間に全てのトップジョウが同じ挙動をすることでワークの位置を安定させ、良好な把握精度を得ることができる。また、チャックの長期間の使用により案内溝が摩耗し隙間が大きくなったとしても、把握精度や浮上りへの悪影響を小さく抑えることができるという効果がある。

実施例１のチャックを示す図であり、図１Ａは縦断面を、図１ＢはＸ−Ｘ断面を、図１Ｃはサスペンションを夫々示している。 重力によるマスタジョウの姿勢を示す図であり、図２Ａはマスタジョウが上位置（回転位相０度）に存在する際の姿勢を、図２Ｂはマスタジョウが下位置（回転位相１８０度）に存在する際の姿勢を、図２Ｃはマスタジョウが中間位置（回転位相９０度ないしは２７０度）に存在する際の姿勢を示している。 ワークを把持したときのトップジョウの動きを示す図であり、図３Ａは着の断面を、図３Ｂは正面から見た姿勢を示している。 他の実施例を示す図であり、図４Ａはサスペンションがボディ側に設けられた例を示し、図４Ｂはサスペンションとして伸縮するピンを用いた例を示し、図４Ｃはサスペンションとして皿バネを用いた例を示す。

図１は実施例１の３つのトップジョウ３を有するチャック１００を示しており、実施例１のチャックを示す図であり、図１Ａは縦断面を、図１ＢはＸ−Ｘ断面を、図１Ｃはサスペンション５を夫々示している。チャック１００は、ボディ１の前方（図中右側）の面に半径方向に移動する複数（図では３つ）のトップジョウ３を、等角度間隔に備えている。

ボディ１内には回転軸Ｃの軸方向に移動するプランジャ４が挿入されており、ボディ１にはさらに半径方向へマスタジョウ２を案内する案内溝１０が設けられている。プランジャ４とマスタジョウ２とが楔作用をなすべく係合されている。

プランジャ４は、逆Ｔ字形の溝の形状をしたウエッジ部４ａを有しており、後方（図中左方向）に行くほど回転軸Ｃの軸心から離れるように溝が傾斜している。マスタジョウ２の楔部材２ａは、ウエッジ部４ａに入り込んで摺動する。一方で、マスタジョウ２の両脇のジョウキャリア２ｂは、案内溝１０を摺動する。ボディ１に対して相対的にプランジャ４を後方に引き込むと楔作用により、マスタジョウ２はボディ１により動きを規制され、案内溝１０により半径方向に軸心に向けて移動させる。トップジョウ３は、マスタジョウ２に１対１に固定されワークを把持する。プランジャ４を前方に押し出すと、マスタジョウ２は半径方向に軸心にから離れる方向に移動する。

図１Ｂにおいて、案内溝１０は、断面においてＴ字状の溝であり、半径方向に延びた前壁面１０ａ、後壁面１０ｂ及び左右壁面１０ｃ、１０ｄを有し、前壁面１０ａ、後壁面１０ｂが均一な間隔でもって対向し、左右壁面１０ｃ、１０ｄも互いに均一な間隔でもって対向している。マスタジョウ２は、両脇にジョウキャリア２ｂを有し案内溝１０の断面形状に相似する断面形状になっており、マスタジョウ２は前壁面１０ａ、後壁面１０ｂの間で前後方向の動きを規制され、左右壁面１０ｃ、１０ｄの間で左右方向の動きを規制されている。

マスタジョウ２の後側面２ｅには、有底孔２ｃが穿孔され、サスペンション５が収容されている。図１Ｃに示すように、サスペンション５はコイルバネからなるバネ部材６をコンテナ７に格納したものである。コンテナ７は、円筒状でありかつ、底部７ａを有している。バネ部材６は、有底孔２ｃの底面２ｄとコンテナ７の底部７ａとの間に圧縮状に納められている。サスペンション５は、案内溝１０の中で、マスタジョウ２を前方（図中右方向）に押す弾発力を発揮し、マスタジョウ２の両脇のジョウキャリア２ｂを案内溝１０の前壁面１０ａに押し付けた状態を、トップジョウ３によるワークの把持前から保持する。なお、案内溝１０の後壁面１０ｂには、一部にヌスミ加工によるヌスミ面１０ｅが形成されており、コンテナ７の底部７ａはヌスミ面１０ｅを摺動する。

図１において、代表して１つのトップジョウ３について、プランジャ４とマスタジョウ２及びサスペンション５が示されているが、他の２つのトップジョウ３についても、構造は同じである。いずれのマスタジョウ２も、サスペンション５の弾発力によりマスタジョウ２を同じ方向（本例では、前方（図中右方向））に押されており、案内溝１０の前壁面１０ａに押し付けられている。

次に、マスタジョウ２と案内溝１０との間には必然的に微小な隙間によるワークの把握精度への影響について説明する。図２は、チャック１００をスピンドルが重力の向きに対して水平になっている通常の旋盤に適用した場合の重力によるマスタジョウ２の姿勢を示す図である。チャック１００の向きは水平であり、重力の向きは半径方向（図の上から下）である。図において、重力によるマスタジョウ２の姿勢が破線で示されている。マスタジョウ２とそれに固定されたトップジョウ３との合成の重心Ｇの位置は通常、案内溝１０の前壁面１０ａよりトップジョウ３側にあり、重量による倒れ（回転）が発生している。倒れの向きはトップジョウ３の回転軸Ｃに対する回転位相の位置によりまちまちとなる。図２Ａに示すように、トップジョウ３の位置が軸芯の上側（回転位相０度）であれば図中時計回りに倒れる（矢印イ）。そして、ジョウキャリア２ｂは、外周側では地点ｃ１で前壁面１０ａと接触し、内周側では地点ｃ２において後壁面１０ｂと接触している。

図２Ｂに示すように、トップジョウ３の位置が軸芯の下側（回転位相１８０度）であれば図中時計回りに倒れる（矢印ロ）。そして、ジョウキャリア２ｂは、内周側では地点ｃ３で前壁面１０ａと接触し、外周側では地点ｃ４において後壁面１０ｂと接触している。図２Ｃに示すように、トップジョウ３の位置が軸芯の横（回転位相９０度若しくは２７０度）であれば円周方向において、図中時計回りに倒れる（矢印ハ）。上側は前壁面１０ａと地点ｃ５において接触し、下側は後壁面１０ｂと地点ｃ６において、また下側になる左右壁面１０ｃ、１０ｄのいずれかの前側で地点ｃ９において接触している。ワークを把握すれば把握力によるトップジョウ３の回転は重力の方向に関係なく、全てのトップジョウ３が（外径把握であれば）チャック外周側に回転する。

チャック１００の開閉動作によりトップジョウ３がワークを把握すると、ワークからの反力とプランジャ４からの力が偶力になりモーメントが発生する。このモーメントはマスタジョウ２とトップジョウ３を回転させようとするが、ボディ１の案内溝１０により規制され回転は抑えられる。しかし微視的には、ボディ１の案内溝１０とジョウキャリア２ｂとの間の微小な隙間の範囲内では、マスタジョウ２とトップジョウ３は回転する。この回転の量はトップジョウ３がワークを把握する直前にマスタジョウ３がガタの範囲のどの位置にあるかで変わる。

ワークを把握すれば把握力によるトップジョウ３の回転は重力の方向に関係なく、全てのトップジョウ３が（外径把握であれば）チャック１００の外周側に回転（矢印ニ、ホ）する。しかしながら、把握する瞬間のワークがトップジョウ３に接触した直後のガタによるトップジョウ３の回転は重力の影響を受け、トップジョウ３の回転位相の位置によりバラバラの挙動を示す。

例えば、図２Ａの状態においては、ジョウキャリア２ｂは案内溝１０との接触位置を、外周側では後壁面１０ｂの地点ｃ７、内周側では前壁面１０ａの地点ｃ８へ乗り移るように矢印二の方向に回転する。これに対して、図２Ｂの状態においては、ジョウキャリア２ｂは案内溝１０との接触位置は外周側では後壁面１０ｂの地点ｃ４のままであり、内周側では前壁面１０ａの地点ｃ３のままである。

このことがワークを把握する瞬間のワークの位置を不安定にさせ、把握精度を悪化させる原因となっている。この傾向はチャックの長期間の使用により案内溝１０が摩耗し隙間が大きくなったときに顕著にあらわれる。またガタによるトップジョウ３の回転はワーク浮上りの原因の一つである。

サスペンション５（図１）は、マスタジョウ２とトップジョウ３がワークを把持する前の段階で、３つのジョウキャリア２ｂを予め対応する案内溝１０の前後壁面１０ａ、ｂのうち一方側の壁面（実施例においては、前壁面１０ａ）に押し付けるものである。サスペンション５の弾発力は、少なくとも、マスタジョウ２とトップジョウ３がいずれの回転位相であっても重力に打ち勝って、案内溝１０の前壁面１０ａに押し付ける程度であれば良い。マスタジョウ２とトップジョウ３がワークを把持する前の段階で、倒れが生じないようにすれば良いのである。

図３は、ワークを把持したときのトップジョウ３の動きを示す図であり、図３Ａはチャック１００の断面を、図３Ｂは正面から見た姿勢を示している。サスペンション５の弾発力は、把握力による回転モーメントと比較するとはるかに弱く設定されている。なお、１１はチャック１００を図示しないスピンドル若しくはバックプレートに取り付けるボルトである。

把握直後のガタによるマスタジョウ２とトップジョウ３の回転は起こるが、外径把握の場合には全てのマスタジョウ２が案内溝１０の内周側の地点ｃ８を支点として矢印トのように回転し、ジョウキャリア２ｂの外周側か案内溝１０の後壁面１０ｂに接触するという挙動となる。全てのマスタジョウ２の挙動が同じであるので、把握する瞬間のワークの位置が安定し、高い把握精度が得られる。また、回転の支点が案内溝１０の内周側にあるので、ガタによるマスタジョウ２の回転は浮上りが小さくなるように作用する。

また、本実施例によれば、チャック１００の長期間の使用により案内溝１０が摩耗し隙間が大きくなったとしても、摩耗の程度とは把握精度や浮上りへの悪影響を小さく抑えることができる。

なお、内径把握の場合には、外径把握の場合と比べて、案内溝１０内におけるワークＷ把握直後のジョウキャリア２ｂの挙動は反対の動きになり、前壁面１０ａの外周側の地点ｃ１を支点とした回転になる。各マスタジョウ２とも同じ動きであるので、把握する瞬間のワークの位置が安定する。

上記実施例においては、ワークを把持する前の段階で、ジョウキャリア２ｂを予め案内溝１０の前壁面１０ａに押し付けていたが、ジョウキャリア２ｂを予め案内溝１０の後壁面１０ｂに押し付けてもよい。例えば、前壁面１０ａとジョウキャリア２ｂとの間にサスペンション５を挿入する。この場合において、内径把握をすると、把握直後は後壁面１０ｂの内周側の地点ｃ２を支点にする。一方、外径把握をすると、地点ｃ７を支点にするが、各マスタジョウ２とも同じ動きであるので、把握する瞬間のワークの位置が安定する。

図４を用いて、他の実施例によるチャックを説明する。図４において、実施例１のチャック１００と同一の構成については、同一の引用符号が付されている。実施例１のチャック１００においては、マスタジョウ２に有底孔２ｃを設けてサスペンション５を格納したものであったが、図４Ａのチャック１０１は、ボディ１の後壁面１０ｂのヌスミ面１０ｅに有底孔１ｃを設けて、サスペンション５を収容した例である。サスペンション５は、実施例１と同じであり、バネ部材６とコンテナ７からなる。バネ部材６は、有底孔１ｃの底面１ｄとコンテナ７の底部７ａとの間に圧縮状に納められている。サスペンション５が、実施例１と同様に、マスタジョウ２のジョウキャリア２ｂを後方から前方（図中右方向）に向け、前壁面１０ａに押しつける。なお、コンテナ７の底部７ａは、ジョウキャリア２ｂの後側面２ｅを摺動する。

図４Ｂはサスペンション５として伸縮するコイルバネからなるバネ部材６とピン８を用いたチャック１０２を示している。ボディ１側の有底孔１ｃには、さらにピン８を回転軸Ｃの方向に摺動させる案内孔１ｅが設けられており、バネ部材６は有底孔１ｃの底１ｆとピン８の頭部８ａとの間で圧縮状に納められている。チャック１０２では、サスペンション５はボディ１側に収容されているが、ジョウキャリア２ｂの後側面２ｅに設けても良い。

図４Ｃはサスペンション５としてバネ部材６として皿バネ９を用いたチャック１０３を示している。マスタジョウ２に設けられた有底孔２ｃは、バネ部材６をジョウキャリア２ｂと後壁面１０ｂとの間に収容している。押板７ｂは、ヌスミ面１０ｅと板バネ６ａの間に配置されており、ジョウキャリア２ｂを後方から前方（図中右方向）に向け、前壁面１０ａに押しつける。チャック１０３では、サスペンション５はマスタジョウ２側に収容されているが、ボディ１の側に設けても良い。

図４に示した各実施例４においては、ワークを把持する前の段階で、ジョウキャリア２ｂを予め案内溝１０の前壁面１０ａに押し付けていたが、ジョウキャリア２ｂを予め案内溝１０の後壁面１０ｂに押し付けてもよい。

上記実施例においては、チャック１００〜１０３の向きは水平であり、重力の向きは半径方向の場合を示していたが、垂直方向或いは他の向きにチャック１００〜１０３を装填する工作機械であっても、チャック１００〜１０３における３つのマスタジョウ２の動きが同じになるので、各実施例における効果を得ることが出来る。

１ ボディ
２ マスタジョウ
３ トップジョウ
４ プランジャ
５ サスペンション
６ バネ部材
７ コンテナ
８ ピン
９ 皿バネ
１０ 案内溝
１００、１０１、１０２、１０３ チャック

Claims (2)

1. 前壁面と後壁面とが対向した複数の案内溝を半径方向に有するボディと、
   前記ボディ内で軸方向に前後移動するプランジャと、
   前記プランジャに係合し楔作用によって夫々が前記案内溝を移動する複数のマスタジョウと、
   夫々の案内溝に対応する各マスタジョウの全体を、各案内溝の前壁面に対して、弾発力により押しつけた状態に保持するサスペンションとを有し、
   前記サスペンションにより、前記各マスタジョウの全体を、夫々案内溝の前壁面に対してのみに弾発力により押しつけて、ワークを把握する前の段階で倒れが生じないように保持することにより、ワークを把握したときの段階で押し付けられた前記前壁面を支点として各マスタジョウが倒れ込むように回転することを特徴とするチャック。
   
2. 請求項１のチャックにおいて、前記サスペンションは、前記案内溝の後壁面と前記マスタジョウの間に収容され、前記マスタジョウを前記前壁面に押しつけるバネ部材を有することを特徴とするチャック。