JP7291579B2 - チャック - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に記載された項目にしたがって、工作機械による加工のために工作物を個別に支持し、中心に配置するチャックに関する。

「チャック」という技術用語で知られているそのようなクランプ装置は、例えば特許文献１で見ることができる。ベースジョーと機械的に作動する駆動ユニットの間に、ロッカー及び駆動体が設けられ、それぞれロッカーモータの１つに接続されている。さらに、４つの駆動体が取り付けられているチャックの中央に連結リングが配置され、これらの部品間に半径方向に隙間ができるようになっている。連結リングは、チャック本体又はチャックのハウジングのクランプ軸周りに回転可能である。連結リングを回すと、ベースジョーの半径方向の送り運動が生じ、それらが工作物の方向に移動してクランプ力を生成するため、工作物が４つのクランプジョーによって保持される。

対をなして直径方向に対向する４つのクランプジョーによる工作物のクランプは機械的な過剰決定を示すため、連結リングと各駆動体の間に隙間を確保する必要がある。クランプジョーの対のいずれかが、先にクランプされる工作物に当接した場合、それに対し垂直に延びるクランプジョーがそれら自身と工作物の表面との間の残りの距離をカバーできることを保証するために、（先に工作物に当接したクランプジョー対の）送り運動を停止する必要がある。４つのクランプジョーのすべてが工作物の表面に接触している場合にのみ、対応するクランプ力が生成されるべきである。したがって、移動遊びは、クランプジョーが工作物の方向に移動する際、クランプジョーの補償として役立つ。特に、工作物が長方形の外側輪郭を有し、辺の長さが異なる寸法となる場合、直径方向に対向するクランプジョーの対の間にある、これら異なる距離を補償する必要がある。

ベースジョー又はクランプジョーに機械的に連結されている、連結リングと駆動体の間に必要な隙間があるため、かなりの不正確さがしばしば発生し、工作物の位置決めは不正確になる。これは、多数の同一工作物をクランプする際の繰り返し精度を保証できないため、工作物自体の加工エラーに繋がる。

不利なことに、また一方、そのような移動の可能性は、多くの場合、クランプ効果に関してかなりの許容偏差と関連している。そのため、必要なクランプ力は正確に予測できないか、又は事前に決定されない。パワーフローに配置された部品間の既存の動きは、これらの部品間の相対的な動きに繋がる。

ＤＥ １０ ２０１５ ２０４ ５０２ Ｂ４

したがって、本発明の課題は、多数の異なる設計の工作物の正確に配置された整列（すなわち、中心位置合わせ）を、後続のクランプ操作のために高い繰り返し精度で達成できるように、前述のタイプのチャックをさらに開発することである。

この課題は、本発明にしたがって、請求項１の事前特徴項目の特徴により解決される。

本発明のさらなる有利な実施形態は、従属請求項から生じる。

駆動ピストンとそれぞれ２つの隣接するクランプジョーの間にロッカーが設けられていること、ロッカーは、駆動ピストンに取り付けられたボルトが挿入される対称中心を有し、そのボルトの周りで、クランプジョーの工作物との接触の作用として、ロッカーが旋回可能に支持されること、及び、それぞれの場合、伝達ピンがボルトに横方向に隣接して設けられ、その反対側の端部にそれぞれのクランプジョーが取り付けられ、ロッカーに支持される。そのため、工作物への距離に関する２つの隣接するクランプジョーの距離が補償されるが、あらゆる動作の遊び、又はパワーフロー内で生じるその他の制御不能な偏向は無く、その場合、クランプされる工作物の正確な整列が各状況において保証される。

ロッカーは、駆動ピストンと移動するそれぞれのクランプジョーとの間（すなわちパワーフロー内）に設置され、ロッカーは駆動ピストンの相対運動をクランプジョーに伝達ピンを介して直接伝達するため、バックラッシュの無い、工作物の補償クランプが達成される。対になった直径方向に対向するクランプジョーは、工作物の同一の長さに割り当てられているため、長方形の工作物の場合、クランプジョーの一対が最初に工作物と接触する。これらクランプジョーのさらなる送り動作は、クランプジョーの垂直に配置された対が工作物に到達するまで中断されなくてはならない。駆動ピストンは軸方向の動きを行うため、それらロッカー及び伝達ピンもチャック本体の長手方向軸に平行に移動する。既存のヘリカルギア、駆動ピストン、及びクランプジョーにより、駆動ピストンの軸方向送り運動は、クランプジョーの半径方向送り運動に変換される。

レバーを介してクランプジョーの１つに機械的に連結された遠心重錘が、チャック本体に配置されている場合、特に有利である。そのレバーはチャック本体に取り付けられ、レバーの整列により、チャック本体の回転中に遠心重錘に作用して外側に押す求心力が発生する。その結果、レバーはチャック本体の長手方向軸の方向に移動し、半径方向の追加のクランプ力がそれぞれのクランプジョーに生成される。ロッカーと伝達ピンの形状は、クランプ力のこの追加の増大を妨げない。なぜなら、駆動ピストンによって加えられる力の流れはクランプジョーに直接作用し、チャック本体の回転により、遠心重錘が独立したクランプ力成分を生成するためである。

傾斜やジャミングを起こすことなく、それぞれの伝達ピン上でロッカーの動きを実現するために、ガイド溝がロッカーに加工され、そこに伝達ピンの１つが移動可能に挿入される。それぞれの伝達ピンに一体形成されたヘッドは、ガイド溝の幅の長手方向軸に対して遊びを有しておらず、ヘッドの２つの側面がガイド溝の内壁に当接する。その結果、運動方向におけるロッカーと伝達ピンのヘッドとの間で、遊びのない力伝達が達成される。ロッカーが片側に偏向すると、ヘッドの長さがガイド溝の長さよりも短いため、ヘッドはガイド溝内を直線的に移動する。ただし、同時に、ロッカーは非常に小さな角度範囲内で偏向するため、力は移動方向に伝達される。

ロッカーはその対称中心で駆動ピストンに掛けられ、ガイド溝とこの対称中心との間の距離は等しいため、ロッカーの偏向は４つのロッカー全てで等しく、クランプされる工作物と接触するクランプジョーに最初に割り当てられる。

図面は、本発明によるチャックを示しており、これは以下により詳細に説明される。

図１は、チャック本体を有するチャックを平面図で示し、チャック本体内に互いに直交して整列された４つのクランプジョーが半径方向に移動可能に取り付けられ、それらにより、少なくとも部分的に長方形の工作物が空間の中心に保持されている。 図２は、図１によるチャックを斜視図で、部分的に切り開いて示し、それぞれのクランプジョーに割り当てられた４つの遠心重錘は、レバーを介してこれらクランプジョーに機械的に連結されている。 図３は、図１によるチャックの駆動ピストンを示し、クランプジョーが取り外され、半径方向の送り込みのために傾斜面が配置され、及び、駆動ピストンの外側に４つのロッカーが取り付けられ、それぞれの伝達ピンを介してクランプジョーの１つに駆動可能に連結されている。 図４ａは、初期状態における図３によるチャックの駆動ピストンを断面図で示す。 図４ｂは、ロッカー偏向位置における図４ａに示すチャックの駆動ピストンを示す。 図５ａは、初期状態の図１によるチャックの部分断面を示す。 図５ｂは、図１のチャックにおいて、直径方向に対向する２つのジョーが工作物と接触し、垂直のジョーが工作物から離れた位置にあることを示す。 図５ｃは、工作物が中心位置にある図５ａのチャックを示す。

図１はチャック１を示し、これにより機械加工のため空間に中心を置かれた部分的に長方形の工作物２が、不図示の工作機械によって支持されている。チャック１は、チャック本体３から成り、それに４つのクランプジョー５、６、７及び８が移動可能に取り付けられている。

クランプジョー５及び６はＸ平面、すなわち直径方向に向かい合って位置しており、クランプジョー７及び８はそれに垂直なＹ平面に位置している。４つのクランプジョー５、６、７及び８は、チャック本体３の中心の方向へ、すなわち、それの長手方向軸４の方向及び工作物２の方向へ半径方向に移動される。ただし、クランプされる工作物２が、台形の又は星形の外側輪郭を有する場合、４つのクランプジョー５、６、又は７、８の２組みがＸ平面又はＹ平面の１つを通過しながらも、これらの平面が互いに垂直でないように、クランプジョー５、６、７、８を任意の位置に配置できる。

工作物２が異なる縁長さ（エッジ長さ）又は他の異なる外側輪郭を有する場合、－これは概略的にΔＳ１とΔＳ２により表される－クランプジョー５、６又は７、８のペアは、異なるタイムスパンで工作物２の表面に接触する。クランプジョー５、６又は７、８の間で距離ΔＳ１が距離ΔＳ２より大きい場合、異なる衝撃時間が発生する。しかし、４つのクランプジョー５、６、７、及び８は、駆動ピストン９によって同期して動かされるので、この空間的又は時間的オフセットは補償されなければならない。

加えて、工作物２を手動で又は機械で長手方向軸４に正確に整列して位置決めすることは問題である。多くの場合、工作物２の対称中心は、チャック本体３の長手方向軸４に整列されない。クランプジョー５、６、７、及び８の送り込みで、工作物２を移動し、既存の距離差を補償することで、Ｘ平面とＹ平面の両方でこの問題を解決すべきである。これは、直径方向に対向するクランプジョー５、６又は７、８が、直径方向に対向する対で、工作物２をＸ及び／又はＹ平面に移動することで達成され、工作物２の対称中心をチャック本体３の長手方向軸４に整列する。工作物２が、２つの対向するクランプジョー５、６又は７、８の間でクランプされると直ぐに、それは、それぞれのＸ平面に又はＹ平面に配置される。

しかし、クランプジョー５、６、７及び８が駆動ピストン９によって同期して移動される場合、工作物２へのクランプジョー５、６、７及び８の衝撃の時間差は、補償されなければならない。この時間又は形状の補償は、図２～図５ｃで詳細に確認できる。

図２は、駆動ピストン９が、クランプジョー５、６、７、及び８に機械加工されたヘリカルギア１０と相互作用するヘリカルギア１０を有することを示している。駆動ピストン９がクランプされる工作物２から離れ、クランプジョー５、６、７、８の間でそれらのヘリカルギア１０に押し付けられると、いずれの場合も、次にこの力の伝達により、クランプジョー５、６、７、８が長手方向軸４の方向へ半径方向に、すなわち工作物２の方向に移動する。

さらに、チャック本体３には複数の遠心重錘１９が取り付けられており、それらは移動可能であり、それぞれがレバー２０によってクランプジョー５、６、７、又は８の１つに連結されている。レバー２０は、チャック本体３に旋回可能に取り付けられている。図２に示されるチャック１の開始位置は、遠心重錘１９が長手方向軸４の近くに配置され、したがって、レバー２０がクランプされる工作物２の方向に対して斜め外向きに延びることを示している。しかし、チャック本体３が回転すると直ぐに、遠心重錘１９はそれらに作用する求心力により外向きに押され、その結果、遠心重錘１９と長手方向軸４との間の距離が増加する。したがって、遠心重錘１９に割り当てられたレバー２０の自由端も長手方向軸４から離れ、それぞれのクランプジョー５、６、７又は８に割り当てられたレバー２０の自由端は長手方向軸４の方向に移動し、したがって、工作物２を固定するための追加のクランプ力を生成する。

図３は、４つの自由空間２３が駆動ピストン９に包含され、そこに対称中心１２を有する４つのロッカー（ｒｏｃｋｅｒ）１１が挿入又は配置されることを示している。対称中心１２には、ボルト１３が係合する取り付け穴がある。ボルト１３は、駆動ピストン９によって支持されている。ロッカー１１は、ボルト１３上で回転することもできる。

２つのガイド溝１６が、ロッカー１１の側面でボルト１３の隣に加工されており、ロッカー１１が作動されていないとき、長手方向軸４に対し垂直に配向されている。これは、ロッカー１１が非作動状態では偏向されず、むしろ長手方向軸４に対し垂直に延びることを意味する。

図４ａ及び４ｂは、ロッカー１１の動作と、ロッカーとそれぞれのクランプジョー５、６、７又は８との間の力の伝達を示している。第１及び第２移送ピン１４及び１５は、それぞれのガイド溝１６にそれぞれ挿入される。第１移送ピン１４はクランプジョー５及び６に割り当てられ、第２移送ピン１５はクランプジョー７及び８に割り当てられ、それらに駆動結合される。

加えて、ヘッド１７がロッカー１１に割り当てられた移送ピン１４及び１５の自由端に設けられ、それぞれのガイド溝１６に直線的に挿入することができる。ヘッド１７の外側輪郭は、長手方向軸４の方向に延びる端面が、ガイド溝１６の内壁に当接し、長手方向軸４に対し垂直に延びる複数のヘッド１７の端面間に隙間又は空隙が生じるように、ガイド溝１６の内側輪郭に適合される。したがって、ロッカー１１が２つの可能な偏向のうちの一方へボルト１３周りに移動するとき、ヘッド１７は、ガイド溝１６に関し長手方向軸４に対して垂直に移動することができる。図４ｂによれば、クランプジョー７が最初に工作物２に突き当たるので、クランプジョー５は工作物２の方向にさらに動かされることになる。したがって、一方のクランプジョー７及び８と他方のクランプジョー５及び６との間のこの送り差は、αで示される偏向分、ロッカー１１によって補償される。駆動ピストン９はクランプされる工作物２から引き離され、クランプジョー７及び８（それらは既に工作物２と接触している）はそれらの位置に保持され、ΔＳ２からΔＳ１を引いた差分が、ロッカー１１の傾斜によって補償される。

さらに、ロッカー１１とそれぞれのクランプジョー５、６、７又は８との間の距離を橋渡しするために、伝達ウェッジ２２が４つの自由空間２３のそれぞれに配置される。それぞれの伝達ウェッジ２２には貫通穴２４が加工されており、貫通穴２４を通ってそれぞれの伝達ピン１４、１５が到達又は突出している。

伝達ウェッジ２２は、ロッカー１１とクランプジョー５、６、７、又は８との間の緩衝（バッファ）又は動力伝達として機能し、チャック本体３に取り付けられ、直線的に移動できるようになっている。

図５ａ、５ｂ及び５ｃは、チャック１の異なる動作状態及びクランプ状態に関連する、この運動シーケンスを詳細に示している。図５ａは、チャックジョー５、６、７及び８がクランプされる工作物から異なる間隔を空けていることを示している。駆動力が駆動ピストン９に加えられると直ぐに、その力はボルト１３を介してロッカー１１に伝達され、２つの伝達ピン１４及び１５を介してそれぞれのクランプジョー５、６、７又は８に伝達される。既存のヘリカルギア１０は、駆動ピストン９の線形リセットをクランプジョー５、６、７及び８の半径方向の送り運動に変換し、そのため、これらはクランプされる工作物２に向かって移動する。

図５ｂは、直径方向に対向するクランプジョー７及び８が最初に工作物２と接触すること、及び、したがってこれは、Ｙ平面において長手方向軸４に整列していることを示す。ロッカー１１は、クランプジョー５及び６のこの位置ではまだ作動されていない。

図５ｃは、クランプジョー５及び６と工作物２の間の差がロッカー１１の偏向αによってどのように埋められるか、又は補償されるかを示している。駆動ピストン９が動作方向にさらに移動されたことで、クランプジョー７及び８が、ロッカー１１の旋回により、図５ｂに示される位置に保持され、そして垂直に配置されたクランプジョー５及び６のみが、工作物２に至るまでさらに移動する。

４つすべてのクランプジョー５、６又は７及び８が工作物２の接触位置に到達すると直ぐに、駆動ピストン９が実際のクランプ力を生成する。さらに駆動されると、生成されるクランプ力はさらに大きくなる。ロッカー１１及び伝達ピン１４、１５の異なる配置は、これによって変更されず、これらは採用された平衡位置に留まる。

本発明によるチャック１によって、工作物２はしたがって、空間の中心に保持され、機械加工のための工作機械によって支持される。この工作物２は任意の外側輪郭を有することができる。なぜなら、クランプジョー５、６、７、８の内側輪郭は、異なる設計の工作物２の外側輪郭に適合し、それらを部分的に囲むことができるためである。

１ チャック
２ 工作物
３ チャック本体
４ 長手方向軸
５、６、７、８ クランプジョー
９ 駆動ピストン
１０ ヘリカルギア
１１ ロッカー
１２ 対称中心
１３ ボルト
１４ 伝達ピン
１５ 伝達ピン
１６ ガイド溝
１７ ヘッド
１９ 遠心重錘
２０ レバー
２２ 伝達ウェッジ
２３ 自由空間
２４ 貫通穴
ΔＳ１、ΔＳ２ 距離
α 偏向

Claims (9)

1. 工作機械による加工のために、工作物（２）を個別に支持し、中心に配置するチャック（１）であって、
   １つのチャック本体（３）と、
   前記チャック本体（３）に半径方向に移動可能に取り付けられ、それぞれＸ又はＹ平面に対になって配置された４つのクランプジョー（５、６、７、８）と、を有し、及び、
   前記チャック本体（３）に軸方向に移動可能であるように取り付けられた駆動ピストン（９）であって、
   前記駆動ピストン（９）及びそれぞれの前記クランプジョー（５、６、７、８）に設けられたらせん面又はヘリカルギア（１０）を介して、前記４つのクランプジョー（５、６、７、８）に駆動可能に結合された駆動ピストン（９）を有し、
   前記クランプジョー（５、６、７、８）をクランプされる前記工作物（２）の方向に同期して送るか、又は、前記工作物から離間するチャック（１）において、
   前記駆動ピストン（９）とそれぞれ２つの隣接するクランプジョー（５、７又は６、８）との間に、ロッカー（１１）が設けられること、
   前記ロッカー（１１）は、前記駆動ピストン（９）に取り付けられたボルト（１３）が挿入される対称中心（１２）を有すること、
   それぞれの伝達ピン（１４、１５）が前記ボルト（１３）の横方向に隣接して設けられ、前記ロッカー（１１）に駆動可能に連結され、前記ロッカー（１１）の反対側の前記伝達ピンの端に、それぞれの前記クランプジョー（５、６、７、又は８）が設けられ、支持されていること、
   ２つのガイド溝（１６）が前記ロッカー（１１）に形成され、前記ガイド溝（１６）のそれぞれに前記伝達ピン（１４又は１５）の一つが、わずかに直線的に移動できるように、好ましくは、前記チャック本体（３）の長手方向軸（４）に対して垂直に移動できるように挿入されていること、及び、
   前記ロッカー（１１）は、前記クランプジョー（５、６又は７、８）の前記工作物（２）への接触の作用として、前記ボルト（１３）の周りで旋回可能であることを特徴とするチャック。
2. 前記ロッカー（１１）の傾きが、共通のＸ平面又はＹ平面で移動する、前記２つの対のクランプジョー（５、６又は７、８）の一つの送り補償を生成することを特徴とする請求項１に記載のチャック。
3. 前記ロッカー（１１）の前記ガイド溝（１６）の一つに係合するヘッド（１７）が、各伝達ピン（１４、１５）に取り付けられ、及び、
   前記ロッカー（１１）及び前記駆動ピストン（９）のそれぞれの送り移動に対し垂直に延びる前記ヘッド（１７）の外縁は、前記ガイド溝（１６）の長さよりもサイズが小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のチャック。
4. 前記ヘッド（１７）は、前記ロッカー（１１）の送り方向に関して前記ガイド溝（１６）の対向する内壁（１８）の両方に当接すること、及び、
   前記ヘッド（１７）はそれらによって送り力にて作用され得ることを特徴とする請求項３に記載のチャック。
5. 遠心重錘（１９）が前記チャック本体（３）に設けられ、その場所において前記駆動ピストン（９）の送り方向に対して垂直に移動可能であるように前記チャック本体（３）に取り付けられていること、及び、
   前記遠心重錘（１９）は、レバー（２０）を介して前記クランプジョー（５、６、７、又は８）の一つに駆動可能に連結されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のチャック。
6. 前記レバー（２０）は、前記クランプジョー（５、６、７、８）がクランプ状態の間、前記チャック本体（３）の前記長手方向軸（４）の方向に傾斜されること、及び、
   前記遠心重錘（１９）は、前記チャック（１）の回転により半径方向外側に押され、半径方向に作用するクランプ力が、前記レバー（２０）を介して前記遠心重錘（１９）によって、それぞれの前記クランプジョー（５、６、７、８）に伝達されることを特徴とする請求項５に記載のチャック。
7. 前記２つの伝達ピン（１４、１５）と前記ロッカー（１１）の前記対称中心（１２）に配置された前記ボルト（１３）との間の距離は等しいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のチャック。
8. １つのロッカー（１１）に固定された前記２つの伝達ピン（１４、１５）は平行に延び、前記駆動ピストン（９）に移動可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のチャック。
9. クランプされる前記工作物（２）の外側輪郭は任意の形状を有すること、及び、
   前記クランプジョー（５、６、７、８）は、複数の前記工作物（２）の現在の前記外側輪郭に適合され、それらを部分的に囲むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のチャック。

Images