JP7020887B2 - エア圧確認用マスタおよびワーク着座検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、当金の着座面がテーパ面であるチャックに対するものであり、ワークの正確な着座検出を行うための調整作業に使用するエア圧確認用マスタに関する。

旋盤などではワークが主軸のチャックに固定され、回転するワークに切削工具を当てた切削加工が行われる。その際、ワークがチャックの着座面に対して正確に接していなければワークが余分に削られてしまうなど、仕上がり品質を低下させてしまうことになる。そこで、チャックの当金に対してワークが適正に着座しているか否かについて、ワーク着座検出装置を使用した判定が行われる。具体的には、当金の着座面に開口した検出孔へエア供給源から圧縮エアが供給され、その着座面とワークとの隙間に応じた背圧によって着座判定が行なわれる。正確な着座判定が行われるには、ワークと当金の着座面との間に隙間が生じた場合に、その隙間から流れ出るエアの漏れ量に従った背圧調整が行われていることが必要である。

その背圧調整にはワークの着座面に所定の隙間を生じさせる部材としてエア圧確認用マスタが使用される。そして、そのエア圧確認用マスタには一定のエア漏れを生じさせる調整溝が形成されているが、その溝深さは１／１００ｍｍ単位の寸法精度で形成されるものである。そこで、下記特許文献１では、ワーク表面の粗さによって隙間からの空気の漏れ量が変化してしまう点に着目したエア圧確認用マスタが提案されている。そのエア圧確認用マスタは、エア漏れを生じさせる調整溝に対して溝底から突き出すようにネジが設けられ、ネジの突出量に応じて隙間の大きさが調整可能な構成がとられている。

特開２０１７－０２４０９０号公報

前述したようにエア圧確認用マスタの調整溝は極めて微小であり、更に着座の適正状態と不適正状態とを判別するための異なる調整溝が、例えば０．０３ｍｍと０．０５ｍｍの溝深さで形成されている。そして、エア圧確認用マスタに加工された調整溝には正確性が求められるため、加工後は溝深さについてダイヤルゲージなどを使用した寸法管理が行われている。ところが、着座面に対するワークの当て面が逆円錐台形状をしたテーパ面の場合には、エア圧確認用マスタは円錐台形状であって表面がテーパ面になる。そして、そのテーパ面に調整溝が形成されることになる。しかし、そのテーパ面は円周方向に見た場合には湾曲面になっており、従来と同じように調整溝を直線的に形成したのでは正確な溝深さの寸法管理が困難であった。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、テーパ面であっても寸法管理が可能な調整溝を有するエア圧確認用マスタおよびワーク着座検出装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様におけるエア圧確認用マスタは、ワーク着座面に対応した円錐台形状の調整面と、前記調整面に対して円周方向に形成された調整溝とを備え、前記調整面は、ワーク着座面に対応した円錐台形状の第１調整面と、前記第１調整面の裏側に形成され、前記ワーク着座面に対応した円錐台形状の第２調整面とを有し、前記調整溝は、前記第１調整面に対して円周方向に形成された第１調整溝と、前記第２調整面に対して円周方向に形成され、前記第１調整溝と異なる深さの第２調整溝とを有する。

本発明の他の態様におけるワーク着座検出装置は、ワークを把持するチャックに形成された逆円錐台形状をしたワーク着座面を備えた当金と、前記ワーク着座面に形成された複数個の一つが同一円周上から外れた位置に形成されたエア排出用の検出孔と、所定の圧力でエアを供給するエア供給源と前記検出孔とを接続する検出用流路と、前記検出用流路に形成された絞り部の二次側圧力を検出する圧力スイッチと、前記二次側圧力を調整する圧力調整器と、前記ワーク着座面に対応した円錐台形状の調整面および、外れた位置に形成された一つの前記検出孔が重なるように前記調整面に対して円周方向に形成された調整溝を備えたエア圧確認用マスタとを有する。

前記構成によれば、エア圧確認用マスタの第１調整面及び第２調整面が円錐台形状のテーパ面であったとしても、第１調整溝及び第２調整溝を円周方向に形成することにより、溝深さの寸法管理が可能になる。

ワーク着座検出装置の一実施形態を示した概略構成図である。 工作機械のチャックを示した断面図である。 エア圧確認用マスタの一実施形態を示した斜視図である。 チャックの当金にエア圧確認用マスタを着座させた状態を示した図である。 エア圧確認用マスタの一部と当金の断面を示した図である。

次に、本発明に係るエア圧確認用マスタおよびワーク着座検出装置の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態のワーク着座検出装置は工作機械における主軸のチャックに構成されたものである。図１は、そのワーク着座検出装置を示した概略構成図である。旋盤などの工作機械では、例えばワークが主軸のチャックに固定され、回転するワークに切削工具を当てた切削加工が行われるため、ワークが正しく位置決めされていることが求められる。そのため、工作機械にはワークの正確な着座を検出するためのワーク着座検出装置１が組み込まれている。

ワーク着座検出装置１にはチャックの当金に検出孔１１が形成され、ワークＷがチャックによって正しく把持された場合には、検出孔１１の開口部がワークＷによって塞がれるようになっている。検出孔１１は直径１ｍｍ程度の貫通孔であり、当金の着座面に開口している。例えば、環状の当金には１２０°の間隔で３つの検出孔が形成され、三箇所でワークＷの着座確認が行われるようになっている。図面にはその一つの検出孔１１が表現されている。そして、エア供給源３から検出用流路２を通して圧縮エアが供給され、ワークＷの着座による流路内の圧力が検出されようになっている。

ワーク着座検出装置１には、例えば工場内にあるコンプレッサなどのエア供給源３から圧縮エアが送り込まれている。工作機械には圧縮エアを取り込むための接続口が形成され、その接続口から検出孔１１にまで延びる検出用流路２が設けられている。検出用流路２には、検出孔１１の所定距離手前にメタリングオリフィス４が設けられている。メタリングオリフィス４は、その二次側に供給される圧縮エアの圧力や流量を調節するものであり、流量調整弁５が一体に形成されてエア流路の絞り量が調整できるようになっている。よって、流量調整弁５により検出孔１１の背圧調整が行われるようになっている。

検出用流路２は、メタリングオリフィス４を挟んで、一次側流路２０１には供給側圧力計６が設けられ、二次側流路２０２には背圧計７や圧力スイッチ８が設けられている。本実施形態の圧力スイッチ８は、可撓性のダイアフラム８１によってボディ８２の内部が上下に仕切られ、ダイアフラム８１の下方室は接続流路８３を介して検出用流路２（二次側流路２０２）に接続され、上方室側にはダイアフラム８１にロッド８４が固定されている。ロッド８４は、スイッチ部８５のスイッチレバー８６に連結され、ダイアフラム８１が撓むことにより第１接点８７と第２接点８８についてＯＮ／ＯＦＦが切り換えられるようになっている。

第１接点８７のＯＮ信号は、二次側流路２０２内の背圧が低い状態を示す。すなわち、検出孔１１から大量に圧縮エアが噴出している状態であり、着座面１５１に対して隙間Ｇが大きいワークＷの不適正な着座状態であることが分かる。一方、第２接点８８のＯＮ信号は、二次側流路２０２内の背圧が高い状態を示す。すなわち、着座面１５１に対してワークＷが適正に着座したため、塞がれた検出孔１１から圧縮エアが排出されずに背圧が高まった状態であることが分かる。なお、この圧力スイッチ８は本実施形態で示した一例であり、異なる圧力スイッチを使用することに何ら問題はない。

本実施形態のワーク着座検出装置１は、ワークＷが着座面１５１から０．０５ｍｍ以上浮いた状態（０．０５ｍｍ以上の隙間Ｇが生じた状態）を不適切とするように設定されている。つまり、隙間Ｇが０．０５ｍｍ未満であれば適正な着座として許容され、上昇する二次側流路２０２内の背圧によって第２接点８８が所定時間内にＯＮ状態となる必要がある。従って、ワーク着座検出装置１では、そうしたワークＷと着座面１５１との隙間Ｇの大きさに応じて、圧力スイッチ８が適切に作動するための背圧調整が行われる。そして、その背圧調整にはチャックの構造に応じたエア圧確認用マスタが使用される。

ここで、図２は、工作機械の主軸を構成するチャックを示した断面図である。このチャック１０は、チャック本体１２の内部にまで一点鎖線で示すワークＷが入り込むよう構成されたものである。チャック本体１２には、その内部にワークＷを把持するコレットチャック機構１３が組み付けられ、先端部に当金１５が設けられている。

チャック１０が対象とするワークＷは、把持部分となる軸部１０１と径方向に広がった円盤形状のフランジ部１０２を有するものである。そのフランジ部１０２は、円錐台形状に形成された表面がテーパ面となっている。そのため、当金１５の着座面１５１は、そのテーパ面と一致するように逆円錐台形状のテーパ面となっている。チャックでは、回転軸Ｏに直交するする面でワークＷを受けるのが一般的である。しかし、ワークＷの場合は、その直交面が先端１０３にしかないため、仮にチャック１０の奥に当金を設けたとしても、ワークＷの姿勢を安定して着座させることが難しくなる。そこで、チャック１０には、フランジ部１０２を当てて着座させるように、当金１５が形成されている。

そして、当金１５には着座面１５１に開口した検出孔１１が形成され、その検出孔１１には作動用ロッド１７やチャック本体１２を通した検出用流路２（二次側流路２０２）が連通している。従って、チャック１０におけるワーク着座検出装置１には、このテーパ面をしたワーク着座面１５１に対応するエア圧確認用マスタが使用される。図３は、本実施形態のエア圧確認用マスタを示した斜視図である。そして、図４は、チャック１０の当金１５にエア圧確認用マスタを着座させた状態を示した図である。

エア圧確認用マスタ２０は、ワークＷに対応した形状を有し、当金１５の着座面１５１に当接するフランジ部２１と、コレットチャック機構１３によって把持される軸部２２が形成されている。フランジ部２１には、図４に断面図で示すように、周縁部分に当金１５の着座面１５１に当接する円錐台形状のテーパ面が形成され、そこに環状の第１調整面２１１と第２調整面２１２とが構成されている。第１及び第２調整面２１１，２１２が形成されたフランジ部２１は、その表裏両面の形状や両面に突き出した軸部２２が、図４に示す中心軸Ｃに直交する中心線Ｃ１を基準に対称的に形成されている。

そして、フランジ部２１には、第１及び第２調整面２１１，２１２に環状の第１調整溝２５と第２調整溝２６が形成されている。また、そのフランジ部２１には、周縁部の一部に第１調整面２１１側と第２調整面２１２側とにそれぞれ段差形状の切欠き部２１５が形成されている。その切欠き部２１５には、径方向に直交する周縁部の側面側に標記面２７，２８が形成され、第１及び第２調整溝２５，２６を区別する標記、例えば後述する溝深さの数値などが表示される。

第１及び第２調整溝２５，２６は、検出孔１１の位置に重ねられ、ワークＷが当金１５に着座した際の隙間Ｇを仮想的に作り出すものである。第１調整溝２５の深さは０．０３ｍｍであり、第２調整溝２６の深さが０．０５ｍｍである。この２つの値は隙間０．０３ｍｍが適正な着座状態を意味し、隙間０．０５ｍｍは不適正な着座状態を意味している。従って、エア圧確認用マスタ２０を使用した背圧調整では、第１及び第２調整溝２５，２６の寸法が正確でなければ、ワーク着座検出装置１における検出結果が不正確なものになってしまう

そこで、エア圧確認用マスク２０は、第１調整溝２５および第２調整溝２６が円周方向（特に本実施形態では環状）に形成され、溝深さの寸法管理が正確に行える構成となっている。つまり、従来通りであれば、エア圧確認用マスタ２０の調整溝は、中心軸Ｃから径方向へと延びる直線溝となる。しかし、本実施形態の場合、ワークＷと当金１５の着座面１５１とがテーパ面になっており、それに合わせて第１及び第２調整面２１１，２１２もテーパ面となっている。そのため、径方向の直線溝にした場合、テーパ面の傾斜に沿った直線溝となるため、溝深さの寸法管理が難しく、不確かなものになってしまう。ここで、図５は、調整溝を径方向の直線溝とした場合のエア圧確認用マスタ３０の一部と当金１５の断面を示した図である。

このエア圧確認用マスタ３０は、従来構造に従い、傾斜した調整面３３，３４に対し、直線の調整溝３１，３２が径方向に形成されている。そして、ワーク着座検出装置１における背圧調整時には、例えば調整溝３１が検出孔１１の位置に合うようにして、調整面３３が当金１５の着座面１５１に当てられる。そのため、検出用流路２を通して送られた圧縮エアは、検出孔１１から調整溝３１を通って排出さる。背圧調整は、反対側の調整溝３２についても同じようにして行われる。このとき、隙間Ｇを想定した調整溝３１，３２における圧縮エアの排出流量は、各々の溝断面積の大きさによるが、その溝断面積は溝深さによって管理されている。

図５には、一部分を拡大した丸枠内に、調整溝３１の長手方向（調整面３３の傾斜方向）に角度を変えた断面が示されている。表裏両面に形成された調整面３３，３４は各々が円錐台形状であり、テーパ面となっているその表面は、傾斜方向に見た場合、丸枠内に示すように左右方向には湾曲した曲面になっている。従って、同じ曲面をした着座面１５１に重ねた場合、調整溝３１からなる排出路３５の断面は上方に膨らんだ湾曲形状になっている。このような場合、図面上では調整溝３１の底面から着座面１５１までの高さを溝深さとして求めることができるが、実際の測定では溝深さを正確に測定することができない。

調整溝３１，３２は、その加工後にダイヤルゲージなどを使用した測定によって寸法管理が行われる。その際、溝側面近傍の溝深さＮは、調整面３３，３４を基準とすることにより寸法測定が可能である。しかし、調整溝３１，３２の幅方向にかけて排出路３５の高さが変化するため、その他の位置では基準をとることができず、例えば中央部分の溝深さＭを正確に測定することができない。ワーク着座検出装置１では、溝深さの寸法管理によって異なる２つの隙間を作り出して、着座の適否を判定するための背圧調整が行われる。従って、調整溝の寸法管理が適切でなければ背圧調整にも正確性を欠き、ひいてはワークＷの着座判定に起因する加工品質の低下につながってしまう。

そこで、本実施形態では、調整面がテーパ面である場合の調整溝について正確な寸法管理が可能な構成がとられている。すなわち、エア圧確認用マスタ２０の第１調整溝２５と第２調整溝２６とが前述したように環状に形成されている。図４には一部分を拡大した丸枠内に調整溝３１を円周方向に見た断面が示されている。円周方向に形成された第１調整溝２５（第２調整溝２６も同じ）は、幅方向がフランジ部２１の径方向となり、底面が調整面２１１の傾斜と一致した角度で形成されている。これにより当金１５の着座面１５１に対して第１及び第２調整溝２５，２６の溝深さＬが一定になる。従って、第１及び第２調整溝２５，２６は、その加工後に行われるダイヤルゲージを使用した測定では、調整面２１１，２１２を基準として行うことが可能である。

ところで、３個所に形成された検出孔１１は、背圧調整時には１つの検出孔１１だけに第１又は第２調整溝２５，２６による隙間が作られ、他の２つの検出孔１１は塞がれていなければならない。しかし、本実施形態のように環状に形成された第１及び第２調整溝２５，２６は、同一円周上に３つの検出孔１１が存在すれば、すべてに隙間ができてしまう。そこで、３つの検出孔１１のうち１つの検出孔１１だけが、第１及び第２調整溝２５，２６と重なる位置に形成され、他の２つの検出孔１１は径方向にずれた位置に形成されている。本実施形態では、図面下側に示された検出孔１１が中心線Ｃ側に近づいた位置に形成され、第１調整面２１１によって塞がれている。

続いて、工作機械に組み込まれたワーク着座検出装置１の作用について説明する。工作機械においてワークＷを加工するには、そのワークＷが主軸のチャック１０に対して把持される。ワーク着座検出装置１では、検出用流路２内にエア供給源３から圧縮エアが常時送り込まれ、検出孔１１から排出されている。そこにワークＷがチャック１０によって正しく把持されると、当金１５の着座面１５１に着座したワークＷにより検出孔１１が塞がれ、圧縮エアの排出が遮断されることで検出用流路２内の圧力が高まる。そして、二次側流路２０２の背圧が高くなって圧力スイッチ８が切り換えられ、第２接点８８がＯＮ状態となって検出信号が発信され、適正な着座状態が確認される。

ところが、ワークＷに傾きがあり着座面１５１との間に隙間Ｇが生じていると、そこから圧縮エアが漏れて二次側流路２０２内の背圧の値が低くなる。そして、その隙間Ｇが許容値を超える場合には圧力スイッチ８から検出信号が送られず、工作機械では不適正な着座と判断されて警告などの所定処理が行われる。一方、隙間Ｇが許容範囲内であれば、隙間が生じていたとしても工作機械によるワークＷの加工が実行される。ワーク着座検出装置１では、隙間Ｇの許容値を０．０５ｍｍとしているため、許容範囲内で適切に圧力スイッチ８が作動するように、エア圧確認用マスタ２０使用した背圧調整が行われる。

背圧調整は、図４に示すように、軸部２２が差し込まれた状態でエア圧確認用マスタ２０がチャック１０に把持され、当金１５の着座面１５１にフランジ部２１が当てられる。このとき、エア圧確認用マスタ２０は対称的な形状をしているが、標記面２７，２８の標記を作業者が確認することで正しい向きでチャック１０に対する差し込みが行われる。背圧調整作業は、着座面１５１に対して第１調整面２１１を着座させる第１調整と、第２調整面２１２を着座させる第２調整とが順番に行われる。その際、第１調整溝２５によって、隙間を０．０３ｍｍとする適正な着座と判断される状態が作り出され、第２調整溝２６では、隙間を０．０５ｍｍとする不適正な着座と判断される状態が作り出される。

第１調整では、検出孔１１から第１調整溝２５内に圧縮エアが排出され、その状況で二次側流路２０２内の背圧が上昇する。このとき、背圧計７が所定時間内に第１設定値にまで上昇するように、圧縮エアの流量や圧力の調整が行われる。背圧調整は、流量調整弁５によりメタリングオリフィス４の絞り量が変えられ、二次側流路２０２内の圧力低下或いは圧力上昇が調整される。こうして、０．０３ｍｍの隙間を作る第１調整溝２５により、所定時間内に第１設定値にまで背圧が上昇し、圧力スイッチ８の第２接点８８がＯＮ状態となるようにした設定が完了する。

一方、このとき二次側流路２０２内に送り込まれる圧縮エアの圧力が高すぎると、隙間Ｇが０．０５ｍｍ以上の場合であっても第２接点８８がＯＮ状態に切り換わってしまうおそれがある。そのため、続いて第２調整溝２６を検出孔１１に重ねた調整が行われる。このとき検出孔１１の開口部には０．０５ｍｍの隙間ができ、検出孔１１からは更に多くの圧縮エアが排出される。そこで、二次側流路２０２内の背圧が第１設定値よりも低い第２設定値になるように調整が行われる。第２設定値の背圧では、圧力スイッチ８は第２接点８８の切り換えが行われずＯＦＦ状態のままである。

よって、本実施形態によれば、エア圧確認用マスタ２０の第１及び第２調整面２１１，２１２が円錐台形状のテーパ面であったとしても、第１及び第２調整溝２５，２６を円周方向に形成することにより、溝深さＬの寸法管理を正確に行うことが可能になる。また、環状に形成したことにより、特に位置合わせすることなく検出孔１１に第１及び第２調整面２１１，２１２を合わせることができる。一方で、対象とする１つの検出孔１１以外の検出孔１１が径の異なる円周上にあるので、第１及び第２調整面２１１，２１２が環状であっても適切な背圧調整を行うことができる。また、エア圧確認用マスタ２０は、中心線Ｃ１を基準にした対称形状であるため、背圧の第１調整と第２調整とで向きを間違えやすいが、作業者が手に取った際に正面となり得る位置に標記面２７，２８が形成されているため、間違い回避が可能である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、第１及び第２調整面２１１，２１２が表裏両面形成された一つのエア圧確認用マスタ２０を示したが、第１調整面と第２調整面とが各々に形成された２つのエア圧確認用マスタとしてもよい。
また、前記実施形態では第１及び第２調整溝２５，２６が環状であるが、所定長さの円弧形状の溝であってもよい。
また、前記実施形態では、標記面２７，２８が切欠き部２１５の段差面に設けられているが、フランジ部２１の周縁部を円周そのままにして、その側面を標記面として第１及び第２調整溝２５，２６を区別する標記を付すようにしてもよい。
更に、第１及び第２調整溝２５，２６の両方について標記されているが、一方だけを標記するようにしてもよい。

１…ワーク着座検出装置 ２…検出用流路 ３…エア供給源 ８…圧力スイッチ １０…チャック １１…検出孔 １５…当金 ２０…エア圧確認用マスタ ２１…フランジ部 ２２…軸部 ２５…第１調整溝 ２６…第２調整溝 ２７，２８…標記面 １５１…着座面 ２０２…二次側流路 ２１１…第１調整面 ２１２…第２調整面

Claims (4)

1. ワーク着座面に対応した円錐台形状の調整面と、前記調整面に対して円周方向に形成された調整溝とを備え、
   前記調整面は、ワーク着座面に対応した円錐台形状の第１調整面と、前記第１調整面の裏側に形成され、前記ワーク着座面に対応した円錐台形状の第２調整面とを有し、
   前記調整溝は、前記第１調整面に対して円周方向に形成された第１調整溝と、前記第２調整面に対して円周方向に形成され、前記第１調整溝と異なる深さの第２調整溝とを有するエア圧確認用マスタ。
2. 前記調整溝が環状に形成された請求項１に記載のエア圧確認用マスタ。
3. 前記第１調整面および前記第２調整面は、表裏両面の形状が対称的な円盤形状のフランジ部に形成され、
   前記フランジ部には、周縁の側面部分に前記第１調整面側および前記第２調整面側を区別する標記が付されたものである請求項１又は請求項２に記載のエア圧確認用マスタ。
4. ワークを把持するチャックに形成された逆円錐台形状をしたワーク着座面を備えた当金と、
   前記ワーク着座面に形成された複数個の一つが同一円周上から外れた位置に形成されたエア排出用の検出孔と、
   所定の圧力でエアを供給するエア供給源と前記検出孔とを接続する検出用流路と、
   前記検出用流路に形成された絞り部の二次側圧力を検出する圧力スイッチと、
   前記二次側圧力を調整する圧力調整器と、
   前記ワーク着座面に対応した円錐台形状の調整面および、外れた位置に形成された一つの前記検出孔が重なるように前記調整面に対して円周方向に形成された調整溝を備えたエア圧確認用マスタと
   を有するワーク着座検出装置。

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