JPH029521A - 電動式チャック装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業」二の＋ＩＩ川分用］ この発明は、旋盤のチャッキングに使１１する電動式チ
ャ、り装置に係り、特に、チャック把持物の緩みをＶｊ
　Ｉトし、確実に保持できるようにした電動式チャック
装置に関する。

［従来の技術］ 旋盤のチャッキングは、油圧または空気圧によるものが
一般的である。第４図は、従来の油圧式チャック装置の
一例を示すもので、油圧装置ｔから回転′Ａ１１圧シリ
ンダ２に浦を供給してピストン３を駆動し、旋盤の主軸
（スピンドル軸）４ａの軸芯中空部に軸方向移動自在に
仲人されたドローバー４を往１σ動させて、チャック５
の爪６をチャックの径方向に移動させ、図示せぬワーク
を把持するようになっている。ここで、ドローバ−４の
軸方向の動きを、爪６の径方向の動きに￥換するには、
力！、レバ、テーパ等の動作変換機構が用いられる。

なお、図中、７はドローバ−４の移動方向を切り換える
ための切換弁である。

一方、電動式チャック装置については、未だ試作段階を
出ず、商品として市場に出されているしのはない。ただ
し、いくつかの発明、考案が、特公昭５１−４５１１１
．５３−１９８３０．５０−２４　／ｌ　６４号、実公
昭５６　２９０５０．５・１５３９５．５３−３８２０
７号などに開示されている。これらの公報記載の発明ま
たは考案の主張点は次のようなものである。

（１）メカニズム改良による把持性能の向上。

（２）チャ１キング終了の信号出力。

（３）モータトルクの段階的調整。

（４）爪の開閉度検知。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上述した従来のチャック装置においては次の
ような問題があった。

（１）油圧式、または空気圧式のチャック装置では、ｉ
ｆスケ、１・、０リング、油等について、定期的な外寸
作業が必要である。これを行わないと、浦漏れ、空気漏
れ等により、把持力が低下して緩み生じ、時によっては
把持物が回転中に外れるようなことがあった。

（２）電動式チャック装置では、停電した場合に、チャ
ックを把持できなくなり、把持物が外れることがあった
。

この発明は、このような背景の下になされたらので、チ
ャック把持物の緩みを確実に防止することのできる７ｕ
動式チャック装置を提供することを目１白とする。

［問題点を解決するための手段］ 」−記問題点を解決するためにこの発明は、電動機を駆
動源とする駆動手段によって、牽引軸を軸方向に往ｉ見
動させることによりチャ・、り爪を開閉するようにした
電動式チャック装置において、前記牽引軸の外周に螺合
され、前記駆動手段によって回動されるスクリューナノ
ｉ・と、前記スクリ」−ナツトの両端部に各々配置され
、前記・牽引軸の一方側および他方側に力が加わったと
きに前記スクリューナットの回転を抑止する第１の弾性
部材および第２の弾性部材とを貝６ｊ１１することを特
徴とする。

［イ乍月１　　］ 上記構成によれば、電動機を駆動してスクリューナツト
を回転させ、チャ・２り爪を閉じて把持物を把持すると
、把持力に応じた反力が牽引軸の軸方向にかかる。この
反力によりスクリューナノＩ・の端部にある弾性部材が
押されて撓む。そして、この撓みによりスクリューナツ
トが押圧され、スクリューナツトのねじ而に摩擦トルク
が生じる。

これにより、スクリューナツトの回転が抑止され、チャ
ック把持力が保持され、把持物の緩みが防止されろ。

［実施例］ 以下、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

第１図はこの発明の一実施例による電動式チャック装置
の要部の構成を示す部分断面図、第２図は同電動式チャ
ック装置の電気的構成を示すブロック図である。これら
の図において、１１は誘導電動機であり、その回転数は
光学的回転検出器１２（例えば、オムロン株式会社製ｒ
：　Ｅ　−Ｓ　Ｖ　３　）によって検出され、電気信号
として取り出される。

上記誘導電動機１１の出力軸１１ａは、減速機１３の入
力端に連結されている。すなわち、上記出力軸１１ａに
はピニオン１４がはめ込まれ、このピニオン１４が、ア
クチュエータユニットのケーシング１５に固定された内
ａり歯車１６にかみ合う／ｆｌ星１４１車１７とかみ合
っている。また、Ｍ　Ｊｌ　：ｉｉ市車７の回転軸は、
減速機１３の出力軸１３ａと一体形成された円盤部に回
動自在に支持され、この結果、出力軸１３ａｌｉ遊崖歯
車１７の公転にともなって自転する。出力軸１３ａは、
電磁クラッチ２０の入力ハブ２１にキー結合される一方
、電磁クラッチ２０の出カッ１ブ２２はスプライン軸２
５の外周に牛−結合されている。なお、電磁クラ、。

チ２０は、後述するスピンドル軸３０と、誘導電動機１
１とを切り離す役割を果たすもので、スピンドル軸３０
の回転によって、誘導電動機１１が連れ回りするのを防
Ｉ卜する。

」二記スプライン軸２　Ｅ）は、その中央部から右端部
（第１図の）に向けてＩＴ底円筒状の中空部２５ａをイ
１゛シ、左端部に同径の中空部２６ａを有するスプライ
ン軸２６とχ１向配置されている。上記中空部２５ａ、
２６ａの外周は、両端にフランジを有する円筒状のゲー
ジフレー１・２９に囲まれ、このゲージフレーム２９の
右端側フランジが、Ｉ＆盤のスピノドル軸（旋盤上ｆｌ
ｌ＋　）　３０の左端に形成されたスパイダ３１にネジ
で固定されている。この結果、ゲージフレーム２９はス
ピンドル軸３０と一体に回転する。

スプラインｆｌｌｌ　２５　、２６の軸部外周には、」
二記中空部２５ａ、２６ａを挾む形でボールベアリング
３３．３４がはめ込まれ、これらのボールベアリング３
３．３４は円環状のベアリングセル３３ａ。

３４ａを介して、ゲージフレーム２９とスパイダ３１の
内周にはめ込まれている。また、ベアリングセル３３ａ
、３４ａの両側には、ロードセル３５゜３６と、これら
のロードセル３５．３６の出力を増幅する増幅器３５ａ
、３６ａとが配設され、ゲージフレート２９とスパイダ
３１の内壁に固定されている。なお、上記増幅器’！３
５ａ、３６ａとともに、後述するＶ／Ｆ変換器（電圧／
周波数変換器）４９゜５０（第２図参照）が収納されて
いる。

一方、スプライン軸２５．．２６の中空部２５ａ。

２６ａを形成する内周面には、軸方向に延びる多数の溝
（スプライン）が形成され、該スプラインにはスクリュ
ーナツト３８の外周に形成されたスプラインが１￥ｎみ
合わされている。このスクリューナツト３８の軸芯中空
部内壁にはメネジが形成され、スピンドル軸３０の軸芯
中空部に挿入されたドローボルト３９の外周に形成され
たオネジに螺合されている。この結果、スクリューナｙ
　＋−３８がスプライン軸２５によって回転されると、
ドローボルト３９は軸方向に往復動し、チャック爪がチ
ャックの径方向に移動してワークを把持するようになっ
ている。なお、ドローボルト３９とスピンドル軸３０と
は図示せぬ部分で連結され、スピンドル軸３０が回転す
るとき、すなわちワーク切削時には、ゲージフレーム２
９．スピンドル軸３０およびスパイダ３１がドローボル
ト３９と一体に回転するようになっている。

上記スクリューナツト３８の両端外周には、並列組み合
わせされたｍ数の皿バネを背中合わせにして構成した、
−χ・１の皿バネ４１．４２が被嵌され、皿バネ４１は
、スプライン軸２５の中空部２５ａ端部とスクリューナ
ツト３８の中央に形成されたフランジ部との間に位置す
る一方、皿バネ４２は、スプライン軸２６の中空部２６
ａの端部とスクリューナツト３８のフランジ部との間に
位置する形となっている。したがってドローボルト３９
に外力がかからない状態においては、スクリューナツト
３８は中空部２５ａ、２６ａの真ん中に位置することと
なる。また、チャックがワークを把持した状態において
は、いずれか一方の皿バネ４１または４２が変形され、
その弾性力によってスクリューナツト３８を押圧し、ス
クリューナツト３８の回転を口・／りする。このとき、
一方のロードセル３５または３６に荷重がかかり、この
＋７；ｔ　ｍに比例した電気信号が出力される。なお、
スクリューナツト３８のフランジ部には適宜の間隔で１
１通孔が設けられ予圧バネ４３が挿入されている。該予
圧バネ４３は１１１１バネ４１．４２を外方に押圧して
力夕をなくす働きをしている。

次に、ケーシング１５の内周には、ゲージフレーム２つ
の外周を囲むようにして、回転トランス４５の固定子４
５ａが取り付けられる一方、ゲージフレーム２９の外周
には回転トランス４５の回転子’１５ｂが設けられてい
る。この回転トランス４５は増幅？＋：４３５　ａ、　
３６　ａ等に電源を供給するためのもので、回転子４５
ｂの出力はゲージフレーム２９の外周側に設けられた整
流器（図示略）によって整流され、増幅器３５ａ、３６
ａ等に供給される。

上記増幅λ＋３５ａ、３６ａの出力は、増幅’Ａ：＋　
３５８゜３６ａとともに収納されたＶ／Ｆ変換器／１９
，５０（第２図）によって電圧信号から周波数信号に変
換された後、ドローボルト３９の軸芯に設けられた１１
空部５２と、この中空部５２に挿入され、１誘導電動機
１１の軸芯を緩やかに通り敗けるバイブ状のリードガイ
ド５３の内側とを通るリード線５５によって、誘導電動
機１１の袖り：１シ側でリードツノ′・ｆ１’　５３の
一端に固定された発光ダイオード５６に専かれる。上記
リードガイド５３はドロー−１ソルト３９に、ビンを介
して軸方向摺動可能かつ一体に回転ケるように連結され
ており、ドローボルト３９の往ｉｑ動は、発光ダイオ−
Ｆ　５６に影響を与えないようになっている。また、リ
ードガイド５３の、発光ダイオード５６側の端部はベア
リング５７を介して固定側に支持されているので、リー
ドガイド５３がドローボルト３９と一体に回転しても、
リードガイド５３の外周が他の部品と接触することはな
い。なお、第１図では省略されているか、／ε側のＶ　
／　Ｆ変換器４９からの出力線は、デー／フレーム２９
に形成された溝を通り、リード徨５５に４１２列接続さ
れている。この場合、ロードしル３５，３Ｇからの出力
信号はいずれか一方からしか出力されないので、■／［
？変１％器４９　、５０の出力を発光ダイオード５６に
並列接続しても何等不都合はなく、１個の発光ダイオー
ド５６で６１むことになる。

ｌ二足発光ダイオード５６の左固定側には、発光ンイオ
ーＦ　５６と僅かの間隙を隔てて、フォトトランジスタ
５８が対向配置されており、これによって、ロードセル
３５．３６からの信号が外部に取り出される。

なお、第１図中、５９はスピンドル軸３０にブレーキを
かけるためのスピンドルブレーキである。

次に、第２図において、フォトトランジスタ５８の出力
は増幅器６１によって増幅され、インターフェイス（１
／ｌ’）６２を介してＣＩ）　Ｕ　６３に送られる。ま
た、回転検出器１２の出力はインターフェイス（１／ｌ
７）６４を介してＣＰＵ６３に供給される。更に、チャ
ック把持力の基準値やチャック爪の移動方向（内ばり時
はチャック径の外方、外ぼり時はチャック径の内方）を
人力するための人力装置６５がインターフェイス（Ｉ／
Ｆ）６６を介してＣＩ’　ＬＪ　６３に接続されている
。ここで、入力装置６５は、キーボード′と、このキー
ボードから人力したデータを表示するｌ、　Ｅ　Ｉ）表
示装置とからなっている。ＣＰＵ６３は上記各人力デー
タとロードセル３６からのフィードバック信号とによっ
て誘導電動機１１への供給電流の大きさを決定し、Ｄ／
Ａ変換器６７に供給する。Ｄ／Ａ変換器６７は、ＣＩ’
Ｕ６３から供給されたデジタル信号をアナログ信号に変
換してモータ制御装置６８に供給する。このアナログ信
号に基づいてモータ制御装置６８は、双方向サイリスク
の点弧角をコントロールして、交流電源を位相制御し、
誘導電動機１１に供給する電流をコントロールする。

次に、各項別に本実施例の動作を説明する。

（１）チャ・ツク爪の締め動作および緩め動作。

誘導電動機１１の出力トルクは、減速機１３、電磁クラ
ッチ２０を経て、スプライン軸２５に伝達され、スプラ
イン軸２５の回転にともなって、スクリューナツト３８
が回転される。これによって、ドローボルト３９が軸方
向に移動する。このようにして、スクリューナツト３８
の回転はドロー１イルト３９の引張力に変換されろ。ド
ローボルト３９の引張力は更に、図示せぬ変換機構を介
してチャ、り爪へ伝達されるが、これは従来と全く同様
なので省略する。

チャックの締め、緩めはスクリューナツト３８の回転方
向によって決定される。従って、締めの場合と連方向に
１透導電動機１１を回転させることにより、締めのとき
と同様の経路でトルクが伝達され、スクリューナット３
８が締めの場合と逆方向に回転して、チャ、り爪を緩め
る方向にドローボルト３９を移動させる。

（２）締め付は力の保持 誘導電動機ＩＩが締め方向に回転してスクリューナツト
３８を回転させると、ドローボルト３９は第１図の左方
向へ移動する。そして、チャック爪がワークを把持する
と、ドローボルト３９の移動が制止される。この時点で
、更に誘導電動機１１に１ｕ流をｔＩｌＦ、シ、スクリ
ューナツト３８に適切なトルクを加え続けるとスクリュ
ーナツト３８は４千右方向に移動して１１１１バネ４２
に変形を与える。

この時点で誘導電動機１１への７６流を切れば、皿バネ
４２のｉ（定力が、ドローボルト３９のネジの１ｆ擦ト
ルクと拮抗し、皿バネ４２の変形が保１′ｆされる。従
って、スピンドル軸（旋盤主軸）３０が回転しワークを
切削する場合に、電磁クラッチ２０を解放すれば、スピ
ンドル軸３０の回転は誘導電動機１１とは切り離される
が、チャック爪の把持力は保１．テされることとなる。

言い替えれば、このスクリューナツト３８、皿バネ４２
を中心とした機構が（ｊ在しなければ、誘ノワｍ動機１
．１は、スピンドル軸３０回転中でも拘束トルクを出力
し続けなければならないが、この機構の存在によりこの
ような束縛から話３Ｊ電動機１１を解放することができ
る。

（３）ドローボルト３９の引張力の検出■バネ４２（ま
たは皿バネ４１であるが、以下の説明では皿バネ４２の
方についてのみ説明する。

１！１（バネｌＩ　Ｉについても同様である。）が変形
されたとき、反力は２方向に伝達される。１つは、既に
述べたように、ドローボルト３９を通してワークを把（
！ｆする。

また、もう一方は、スプライン軸２６を介して、ボール
ベアリング３イの内輪→ベアリングボール〉ボールベア
リング３４の外輪→ベアリングセル：３４ａ→ロードセ
ル３６という経路を経て、スピンドル軸３０に伝達され
る伝達経路である。なお、この反力は更にスピンドル軸
３０の軸受を経て旋盤本体に至る。

従って、上記反力の経路に挿入されたロードセル３６は
、この反力を検出し、これに比例した電圧を（ｆする信
号を出力する。この信号は増幅器３６ａによって増幅さ
れた後、Ｖ　／　Ｆ変換器５０によって周波数信号に変
換され、リード線５５を介して発光ダイオード５６に供
給される。そして、発光ダイオード５６の点滅がフォト
トランジスタ５８にキャッチされ、増幅器６１で増幅さ
れた後、インターフェイス６２を介してＣＰＵ６３に供
給される。ＣＰＵ６３はこの信号を予め設定された基準
値と比較して動作信号を得、この動作信号にＪ、（づい
て操作信号を演算してＤ／Ａ変換器６７に送り、Ｄ／Ａ
変換器６７でアナログ信号に変換された操作信号によっ
て、モータ制御装置６８が誘導電動機１１を位相制御す
る。こうして、誘導電動１１１の出力トルクはロードセ
ル３６からの信号によってフィードバック制御され、チ
ャック把持力が基準値と一致するように自動制御される
。

なお、」ユ記基１ｖＩ（ｉｌ’ｌの設定は入出力装置６
５から行なわれる。

ここで、リード線５５が第１図に示すアクチュエータユ
ニットの軸芯を貝通ずることは、旋盤がワーク切削中で
、スピンドル軸３０がドローボルト３９と同一速度で回
転している最中にあっても、チャック爪の把持力を固定
部にリアルタイムで伝送できるようにする上で不可欠で
ある。また、リード線５５が上記軸芯を通ることによっ
て、発光ダイオード５６をアクチュエータユニットの端
部に取り付けられるので、油や塵埃の影響を避け、保守
の便宜を計ることができる。

（４）締め付けトルクの調整。

−１−述したように、本実施例においては、ａ−ドセル
３６の出力に基づいて、誘導電動機１１の出力トルクが
フントロールされ、チャック把持力が子ｙ）定めたられ
１＆基値と一致するように無段階にフィードバック制御
される。以下、第３図を参照してこの制御の具体的な方
法について説明する。

チャックにワークを臨ませて、誘導電動機１１を始動す
ると、チャック爪がワークに当を妾するまで誘導電動機
１１はアイドル回転する。そして、チャック爪がワーク
を把持し始めると、皿バネ４２に力がかかりｔｉｌｌバ
ネ４２が変形し始める。これが第３図の時刻【０〜【１
の間である。このアイドル期間における誘導電動機１１
の回転数が必要以上に高いと、回転系のイナーシャによ
って皿バネ４２にインパクトを与え、微細な把持力の調
整が行いにくい。このため、作業能率の許す限りアイド
ル回転数は低いほうが望ましい。従って、モータ制御装
置６８によって、誘導電動機１１への供給電〆ＡＬを適
宜に位相制御すること１こより、誘導電動機１１の回転
数をＷ４整しなければならない。回転検出’＆４１２は
このために設けられたしのである。

さて、時刻ｔｌにロードセル３６からの出力が発生する
と、ＣＩ）Ｕ６３はこれを検出して誘導電動ａｌｌｌへ
の供給電流を一旦オフする（同図（Ｃ））。

誘導電動ｆｉｌｌは時刻ｔ１から時間′１゛ａの間、イ
ナーシャによって回転し、時刻ｔ２に停止する。この時
間’ｌ’　ａの量器バネ４２の変形が進み、ロードセル
３６への加圧力は、同図（ａ）に示すように若干増加す
る。

誘導電動機１１停止後、時間′「ｂ経過した時刻ｔ３に
ＣＰ　Ｕ　Ｇ　３は誘導電動機！１にＰ１ｒＸ電流を供
給する。これによって、拘束トルクが発生し、ドローボ
ルト３９を徐々に牽引し、ロードセル３６が加圧される
。そして、ＣＰＵ６３はロードセル３６からのフィード
バック信号を照合しながら、チャックの把持力が基準値
になる時刻ｔ４まで誘導電動機１１に電流を供給する。

この間、誘導電動機ｌｌの拘束トルクの調整はモータ制
御装置６８が位相制御を行うことによって遂行される。

こうして、チャ・ツク把持力が所定の値になると、スピ
ンドル軸３０が回転されてワークの切削が行なわれ、こ
の間、ＣＰＵ６３はロードセル３６からの信号によって
、現在のチャック把持力を入出力装置６５に表示する。

以上のとおり、本実施例においては、ロードセル３６か
らの信号は次の様に利用される。

（１）締め付はモードにあっては、チャック把持力が所
定の設定値になるように、誘導電動機１１のアイドル四
転数および拘束トルクを適宜制御する。

（２）スピンドル軸３０回転時にあっては、チャック把
持力を監視する。

なお、本実施例には次のような変形例が考えられる。

（１）ＣＩ）Ｕにフロッピィディスク装置などの記憶装
置を接続して、加工データを記録することができる。

（２）他の自動装置と連動するように、インターフェイ
スを取ることができる。

（３）最適チャック把持力の追求により、この面でＣＡ
Ｍ（コンピュータ・エイデド・マニュファクチャリング
）に発展させる可能性を秘めている。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明は、電動機を駆動源とす
る駆動手段によって、牽引軸を軸方向に往復動させるこ
とによりチャック爪を開閉するようにした電動式チャッ
ク装置において、前記牽引軸の外周に螺合され、前記駆
動手段によって回動されるスラリ１−ナツトと、前記ス
クリューナツトの両端部に各々配置され、前記牽引軸の
一方側および他方側に力が加わったときに前記スクリュ
ーナツトの回転を抑止する第１の弾性部材および第２の
弾性部材とを具備するから次のような効果を奏すること
ができる。

（１）弾性部材の撓みによりスクリューナツトが押圧さ
れ、スクリューナ・ノドのねじ面に摩擦トルクが生じる
。これにより、スクリューナツトの回転が抑止され、チ
ャック把持力が保持され、把持物の緩みが防止できる。

（２）？Ｉ電動式のでガスケット、０リング、油等の定
期保守作業が不要となり、保守作業の省力化が図れる。

（３）第１、第２の弾性部材を具備したので、牽引軸の
軸方向のいずれに力が加わる場合であっても、すなわち
、内張り／４締めのいずれであって把持物の緩みを防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による電動式チャック装置
のアクチコエータユニットの構成を示す部分断面図、第
２図は同電動式チャック装置の電気的構成を示すプロ・
ツク図、第３図は同電動式チャック装置の締め付はトル
クの：Ｉ！４？！動作を説明するためのタイムチャート
、第４図は従来の油圧式チャック装置の構成を示す断面
図である。 １１・・・・・・誘導電動機、２５．２６・・・・・・
スプラインｍ（駆動手段）、３５　、３６・・・・・・
ロードセル、３８・・・・・・スクリューナツト、３９
・・・°・・・ドローボルト（牽引軸）、４１．４２・
・・・・・皿バネ（第１、第２の弾性部材）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電動機を駆動源とする駆動手段によって、牽引軸を軸方
   向に往復動させることによりチャック爪を開閉するよう
   にした電動式チャック装置において、前記牽引軸の外周
   に螺合され、前記駆動手段によって回動されるスクリュ
   ーナットと、前記スクリューナットの両端部に各々配置
   され、前記牽引軸の一方側および他方側に力が加わった
   ときに前記スクリューナットの回転を抑止する第１の弾
   性部材および第２の弾性部材とを具備することを特徴と
   する電動式チャック装置。