JPH08108304A - 工作機械のチャック開閉機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 主軸の回転時のバランス性能を確保しなが
ら、チャック把持力を高めることが可能なチャック開閉
機構を提供すること。 【構成】 チャックがワークを把持する際に、シリンダ
装置３２が出力軸３２１を出すと、レバー３４は、回転
軸３５１を中心に後方に傾く。このため、レバー３４に
よって、ピン支持用スリーブ３７は、後退するので、ピ
ン３９は、スリーブ３６を回転させる。従って、カム機
構５０では、回転スリーブ３６と従動スリーブ３８と
は、互いの段差を登りきって離間した状態に切り換わ
る。それ故、従動スリーブ３８は、後退し、皿ばね４６
を介して弾性をもってチャック駆動軸３１の後端部３１
１を後方に押す。その結果、チャック駆動軸３１は、コ
レットマウントをチャックスリーブの内側に引き込んだ
状態になるので、チャックは、閉じて、内側にあるワー
クを把持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の主軸先端部
に形成されたチャックに対する開閉機構に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】工作機械のチャックのうち、たとえば、
引き形チャックでは、図１に示すように、主軸先端部１
１１にチャックスリーブ２１が設けられ、このチャック
スリーブ２１の内側にコレットマウント２２を配置して
ある。ここで、チャックスリーブ２１の内周面２１１、
およびコレットマウント２２の外周面２２１は、いずれ
も円錐面になっているため、コレットマウント２２をチ
ャックスリーブ２１の内側に引き込むことによって、コ
レットマウント２２が自動的に閉まるようになってい
る。従って、チャック２０の把持力は、チャック駆動軸
３１の引き力で規定される。かかる動作は、コレットマ
ウント２２の背面側に延設されたチャック駆動軸３１を
介して行なわれ、それを駆動するにあたっては、従来、
シリンダ装置の駆動力をチャック駆動軸３１に直接伝達
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チャッ
ク２０に対しては、より大きな把持力が求められている
が、従来のように、シリンダ装置の駆動力をチャック駆
動軸３１に直接伝達する方法では、チャック２０の把持
力をさらに増大できる程のシリンダ装置がないため、チ
ャック２０の把持力をこれ以上増大できないという問題
点がある。かかる問題点を解消するには、シリンダ装置
からチャック駆動軸３１への駆動力伝達機構を改善する
方法があるが、かかる伝達機構は、高速で回転する主軸
１１やチャック駆動軸３１上に搭載されることから、高
いバランス性能も求められるという制約がある。このた
め、チャック２０の把持力を増大できるような伝達機構
が案出されていないのが現状である。

【０００４】かかる問題点に鑑みて、本発明では、主軸
の回転時のバランス性能を確保しながら、チャック把持
力を高めることが可能なチャック開閉機構を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、工作機械の主軸先端部に固定された
チャックを、その背面側から主軸後端部に向けて延設さ
れたチャック駆動軸を進退させて開閉する工作機械のチ
ャック開閉機構において、工作機械本体側には、チャッ
ク開閉機構の駆動源と、この駆動源に駆動されてチャッ
ク駆動軸の軸線方向に沿って揺動するレバーとを設け、
主軸後端部には、外周面に形成された周溝にレバーが差
し込まれ、このレバーの揺動に連動して主軸後端部上を
軸線方向に沿って進退可能なピン支持用スリーブと、主
軸後端部の周囲を等角度に分割する位置で先端を内側に
向けた状態でピン支持用スリーブに支持された少なくと
も二本のピンと、このピンを案内するカム溝が形成さ
れ、このピンの進退動作に連動して主軸後端部の周りを
回転可能な回転スリーブと、この回転スリーブに隣接す
る位置で主軸後端部に嵌められた従動スリーブと、この
従動スリーブと回転スリーブとの間に形成され、この回
転スリーブの一方方向の回転によって従動スリーブを軸
線方向に沿って後退させ、この後退動作に基づいてチャ
ック駆動軸に後退動作を行なわせるカム機構とを設けた
ことに特徴を有する。

【０００６】本発明では、従動スリーブの動作をばねを
介してチャック駆動軸に伝達する目的に、従動スリーブ
とチャック駆動軸の後端部との間には、それらを離間す
る方向に付勢するばねを設けることが好ましい。

【０００７】本発明において、レバーの存在にかかわら
ず、ピン支持スリーブが回転可能なように、レバーに
は、周溝内に位置する部分に周溝の側面に外輪を向ける
ころ軸受を取り付けることが好ましい。

【０００８】

【作用】本発明において、チャックが開いた状態から閉
じさせるときには、まず、チャック開閉機構の駆動源に
よって、レバーをチャック駆動軸の後方に揺動させる。
この揺動によって、ピン支持用スリーブは、チャック駆
動軸の軸線に沿って後退し、それに支持されているピン
も後退する。このとき、ピンは、回転スリーブに形成さ
れているカム溝内を移動するため、回転スリーブが回転
する。ここで、回転スリーブと従動スリーブとの間に
は、回転スリーブの回転動作を従動スリーブの後退動作
に変換するカム機構が構成されているため、回転スリー
ブの回転に伴って、従動スリーブは、チャック駆動軸を
後退させる。このようにして、駆動源の力は、レバーに
よって増大した状態でピンおよびカム溝を介して回転ス
リーブに回転力として伝達された後、回転スリーブと従
動スリーブとの間のカム機構でさらに増大した状態で伝
達される。従って、チャック駆動軸には、駆動源の駆動
力以上の力が伝達されるので、チャックの把持力が大き
い。また、レバーの動作は、ピン支持スリーブの周溝を
介して伝達されるので、チャック駆動軸の回転に支障が
ない。さらに、主軸後端部で駆動力を伝達する各部材
は、いずれもスリーブ状に形成されているので、バラン
ス性能がよい。

【０００９】

【実施例】図面を参照して、本発明の実施例を説明す
る。

【００１０】図１（ａ）は、本例のチャック開閉機構に
よって開閉されるチャックの断面図、図１（ｂ）は、チ
ャックの正面図、図２は、このチャックの開閉機構の構
成および動作を示す説明図、図３は、このチャック開閉
機構の背面図である。

【００１１】図１（ａ）において、その下半部にはチャ
ック２０が開いた状態、上半部にはチャック２０が閉じ
た状態を示してある。工作機械１では、主軸１１の先端
部１１１に円筒状のチャックスリーブ２１が固定されて
おり、その内部にコレットマウント２２が配置されてい
る。チャックスリーブ２１は、その内周面２１１が円錐
面になっている一方、コレットマウント２２の外周面２
２１も円錐面になっている。ここで、コレットマウント
２２は、図１（ｂ）に示すように、隙間２２２を介して
隣接する３つの部材がそれぞれねじ止めされた状態にあ
る。従って、コレットマウント２２は、図１（ａ）の下
半部に示すように、チャックスリーブ２１から突き出た
状態では拡がった状態にあって、ワークを解放する状態
にあり、この状態から、図１（ａ）の上半部に示すよう
に、コレットマウント２２をチャックスリーブ２１の内
部に引き込むと、各コレットマウント２２が窄んで、そ
の内側にワークを把持可能である。このような動作は、
コレットマウント２２の背面側から主軸１１の内部を同
心状に延設されたチャック駆動軸３１を介して行なわれ
る。

【００１２】図２でも、その下半部にはチャック２０を
開させた状態、上半部にはチャック２０を閉じさせた状
態を示してある。図２において、チャック駆動軸３１
は、主軸１１の内部に同心状に延設され、チャック駆動
軸３１の後端部３１１の側は、主軸１１よりも後方に突
き出た状態にある。主軸１１の後端部１１２よりの位置
には、プーリ１２がねじ止め固定されており、このプー
リ１２を介して主軸１１を回転駆動するようになってい
る。

【００１３】チャック開閉機構３０では、まず、チャッ
ク駆動軸３１および主軸１１の上方位置において、シリ
ンダ装置３２（チャック開閉機構の駆動源）が工作機械
本体１０の側にボルト止めなどによって固定されてお
り、このシリンダ装置３２は、主軸１１が回転しても回
転しない。

【００１４】シリンダ装置３２からは、後方に向けてチ
ャック駆動軸３１に平行に出力軸３２１が延びている。
出力軸３２１の先端には、その動作を伝達するためのレ
バー機構３３が構成されている。レバー機構３３では、
図３に示すように、レバー３４の上端部３４１が出力軸
３２１の先端部に回転軸３２２を介して連結され、そこ
から、チャック駆動軸３１の両側方を通って下端にまで
延びている。レバー３４の下端部３４２は、シリンダ装
置３２とは反対側において回転軸３５１を介して工作機
械本体１０の側の座部３５に支持された状態にある。レ
バー３４は、上端部３４１が出力軸３２１を両側から挟
むようにして連結され、下端部３４２も、座部３５を両
側から挟むように連結されている。レバー３４の上端部
３４１と下端部３４２との間は、チャック駆動軸３１を
跨ぐような中間部３４５になっており、この中間部３４
５の両側から内側に向かっては、シリンダ装置３２の駆
動力を伝達するためのベアリング軸受３４４を備える駆
動力伝達部３４３が対向するように構成されている。

【００１５】再び、図２において、主軸１１の後端部１
１２は、主軸１１にねじ止め固定されたカラー１１４で
構成されている。カラー１１４の周囲には、まず、後端
側に円筒状の従動スリーブ３８が被せられ、この従動ス
リーブ３８は、チャック駆動軸３１の軸線方向Ｌに沿っ
て移動可能な状態にある。

【００１６】従動スリーブ３８の外周側には、円筒状の
ピン支持用スリーブ３７が取り付けられており、このピ
ン支持用スリーブ３７は、従動スリーブ３８に対してチ
ャック駆動軸３１の軸線方向Ｌに沿って相対移動可能な
状態にある。従動スリーブ３８と主軸１１の後端部１１
２との間では、従動スリーブ３８に隣接して回転スリー
ブ３６がカラー１１４に装着されている。回転スリーブ
３６の前方には、スラスト軸受３７０および位置調節ね
じ３６９が設けられている。回転スリーブ３６の軸線方
向Ｌにおける位置は、位置調節ねじ３６９で調節可能で
ある。

【００１７】これらのスリーブのうち、まず、ピン支持
用スリーブ３７の外周面には、一条の周溝３７１が形成
されており、この周溝３７１の内部には、図３にも示す
ように、レバー３４の駆動力伝達部３４１が位置してい
る。レバー３４の駆動力伝達部３４１では、図４に示す
ように、ベアリング軸受３４４の外輪３４９が周溝３７
１の内側面３７２、３７３に向いている。また、レバー
３４の駆動力伝達部３４１では、レバー３４自身が前後
いずれかの方向に傾いたときでも、周溝３７１の内側面
３７２、３７３にベアリング軸受３４４の外輪３４９が
接触することはあっても、駆動力伝達部３４１の先端３
４６は、周溝３７１の底面３７４との間には常に隙間を
有している。従って、ピン支持用スリーブ３７は、周溝
３７１の内部にレバー３４が差し込まれていても、主軸
１１とともに回転するのに支障がない。

【００１８】再び、図２に示すように、ピン支持用スリ
ーブ３７の前端部には、その周囲を等角度に四等分する
位置に四本のピン３９がそれぞれ取り付けられており、
これらのピン３９は、先端をチャック駆動軸３１に向け
ている。かかるピン３９の先端は、回転スリーブ３６の
外周面に形成されたカム溝４０の内部に位置している。
また、回転スリーブ３６と従動スリーブ３８との間に
は、カム機構５０が構成されている。これらのカム溝４
０およびカム機構５０によって、ピン３９の進退動作を
チャック駆動軸３１の進退動作に変換するようになって
いる。

【００１９】すなわち、回転スリーブ３６のカム溝４０
は、図５に示すように、ピン３９が位置Ａから位置Ｂに
後退することによって、回転スリーブ３６が、矢印Ｃの
方向、すなわち、主軸１１の先端部１１１から後端部１
１２に向かってみたときにスリーブ３６が左周りするよ
うに形成されている。逆に、ピン３９が位置Ｂから位置
Ａに前進することによって、回転スリーブ３６は、矢印
Ｄの方向に戻るようになっている。一方、図６（ａ）に
示すように、スリーブ３６の後端面３６１と、従動スリ
ーブ３８の前端面３８１との間において、カム機構５０
では、回転スリーブ３６が矢印Ｄの方向に回転した状態
では、回転スリーブ３６の後端面３６１と、従動スリー
ブ３８の前端面３８１とは、互いの段差３６０、３８０
が降りきって近接した状態にある。これに対して、図６
（ｂ）に示すように、回転スリーブ３６が矢印Ｃで示す
方向に回転したときには、回転スリーブ３６の後端面３
６１と、従動スリーブ３８の前端面３８１とは、互いの
段差３６０，３８０を登りきって離間した状態に切り換
わるようになっている。ここで、回転スリーブ３６の軸
線方向Ｌにおける位置は、カラー１１４上に固定されて
いるため、回転スリーブ３６が矢印Ｃで示す方向に回転
したときには、従動スリーブ３８が後退するようになっ
ている。

【００２０】さらに、図２において、チャック駆動軸３
１の後端部３１１には、ナット４４が取り付けられてお
り、このナット４４と従動スリーブ３８の後端側との間
には、ばね受け４６１、４６２を介して皿ばね４６が配
置されている。ここで、皿ばね４６は、ナット４４（チ
ャック駆動軸３１の後端部３１１）と従動スリーブ３８
とを離間する方向に作用しており、従動スリーブ３８を
カム機構５０を介して回転スリーブ３６に向けて押圧し
ている。また、ナット４４の外側には、ピン支持用スリ
ーブ３７に対してねじ止め固定されたＬ形押圧板６１の
端部６１１が位置しており、この端部６１１は、図２の
下半部に示す状態では、ばね受け４６１、４６２のう
ち、皿ばね４６の後端側に位置するばね受け４６１を前
方に押しやる状態にある一方、図２の上半部に示す状態
では、ピン支持用スリーブ３７とともに後退してばね受
け４６１よりさらに後方に位置している。

【００２１】このように構成したチャック開閉機構３０
の動作を、図１ないし図６を参照して説明する。

【００２２】まず、図２の下半部を用いて、チャック２
０が開いている状態を説明しておく。この状態では、シ
リンダ装置３２の出力軸３２１が引っ込んだ状態である
ため、レバー３４は、実線で示すように、回転軸３５１
を中心に前方に傾いた姿勢にある。このため、レバー３
４によって、ピン支持用スリーブ３７は、前進した位置
にあるので、ピン３９は、図５においてスリーブ３６を
矢印Ｄの方向に回転させた状態にある。従って、カム機
構５０では、図６（ａ）に示すように、回転スリーブ３
６の後端面３６１と、従動スリーブ３８の前端面３８１
とは、互いの段差３６０、３８０が降りきって近接した
状態にある。それ故、従動スリーブ３８は、前進した状
態にあるので、チャック駆動軸３１も、前進した位置に
ある。その結果、図１（ａ）の下半部に示すように、チ
ャック駆動軸３１は、コレットマウント２２をチャック
スリーブ２１から押し出した状態にあるので、チャック
２０は、開いた状態にある。

【００２３】この状態から、チャック２０がワークを把
持する動作を詳述する。まず、図２において、シリンダ
装置３２が出力軸３２１を出すと、レバー３４は、一点
鎖線で示すように、回転軸３５１を中心に後方に傾く。
このときのレバー３４の駆動力伝達部３４１の軌跡を矢
印Ｅで示す。その結果、図２の上半部に示すように、レ
バー３４によって、ピン支持用スリーブ３７は、後退す
るので、図５において、ピン３９は、スリーブ３６を矢
印Ｃの方向に回転させる。従って、カム機構５０では、
図６（ｂ）に示すように、回転スリーブ３６の後端面３
６１と、従動スリーブ３８の前端面３８１とは、互いの
段差３６０，３８０を登りきって離間した状態に切り換
わる。それ故、従動スリーブ３８は、後退し、皿ばね４
６を介して弾性をもって、チャック駆動軸３１の後端部
３１１を矢印Ｆに示すように後方に変位量ｔだけ後退さ
せる。その結果、図１（ａ）の上半部に示すように、チ
ャック駆動軸３１は、コレットマウント２２をチャック
スリーブ２１の内側に引き込んだ状態になるので、チャ
ック２０は、閉じて、内側にあるワークを把持する。

【００２４】以降、チャック２０を再び開くときには、
逆の動作を行なう。すなわち、シリンダ装置３２の出力
軸３２１が引っ込んで、レバー３４が前方に傾くと、レ
バー３４によって、ピン支持用スリーブ３７は、前進す
る。このため、ピン３９は、図５においてスリーブ３６
を矢印Ｄの方向に回転させるので、カム機構５０では、
回転スリーブ３６の後端面３６１と、従動スリーブ３８
の前端面３８１とが近接した状態になる。併せて、ピン
支持用スリーブ３７の前進によって、Ｌ形押圧板６１の
端部６１１がばね受け４６１を前方に押すので、チャッ
ク駆動軸３１が前進し、チャック２０が開く。

【００２５】以上のとおり、本例のチャック開閉装置３
０では、シリンダ装置３２の動作をレバー３４と、カム
機構５０とを介してチャック駆動軸３１に伝達してい
る。このため、そのレバー比やカム形状によって、シリ
ンダ装置３２の出力軸３２１のストロークＳをチャック
駆動軸３１の変位量ｔに変えて、シリンダ装置３２の力
を増大した状態でチャック駆動軸３１に伝えることがで
きる。それ故、チャック駆動軸３１は、大きな力でコレ
ットマウント２２をチャックスリーブ２１の内側に引き
込むので、チャック２０は、大きな把持力を発揮する。

【００２６】また、レバー３４は、周溝３７１を介して
ピン支持用スリーブ３７を進退させるので、ピン支持用
スリーブ３７は、レバー３４に妨げられずに回転可能で
ある。従って、主軸１１が完全に停止しない状態でも、
レバー３４を動作させて、チャック２０の開閉を行なう
ことができる。

【００２７】さらに、ピン支持用スリーブ３７が受けた
力を伝達する回転スリーブ３６や従動スリーブ３７は、
バランス性能が高いスリーブであり、主軸１１とともに
回転しても、その回転に振れがない。それ故、主軸１１
の回転に高いバランス性能を確保しながら、チャック２
０の把持力を高めることができる。

【００２８】なお、本例では、引き形チャックを例に説
明したが、パワーチャックなどに適用してもよい。ま
た、本例では、チャック駆動軸３１が前進したときにチ
ャック２０が開き、チャック駆動軸３１が後退したとき
にチャック２０が閉じるようにしてあるが、それとは逆
に、チャック駆動軸３１が前進したときにチャック２０
が閉じ、チャック駆動軸３１が後退したときにチャック
２０が開くようにしてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上のとおり、本発明に係るチャック開
閉機構では、駆動源からの駆動力をレバーやカム機構を
介してチャック駆動軸に伝達しているため、そのレバー
比やカム形状によって、増大した力をチャックに伝える
ことができる。それ故、チャックは、大きな力でワーク
を把持することができる。また、レバーからの力は、周
溝を介してピン支持用スリーブに伝達されるので、ピン
支持用スリーブは、レバーに妨げられずに回転可能であ
る。従って、主軸が完全に停止しない状態でも、レバー
を動作させて、チャックの開閉を行なうことができる。
さらに、ピン支持用スリーブが受けた力を伝達する各部
材は、高いバランス性能を確保できるスリーブ状である
ため、主軸の回転に高いバランス性能を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、主軸先端部に形成したチャックの縦
断面図、（ｂ）は、チャックの正面図である。

【図２】本発明の実施例に係るチャック開閉機構の説明
図である。

【図３】図２に示すチャック開閉機構の背面図である。

【図４】図２に示すチャック開閉機構におけるレバーか
らピン支持用スリーブへの駆動力伝達部を拡大して示す
説明図である。

【図５】図２に示すチャック開閉機構における回転スリ
ーブに形成したカム溝の展開図である。

【図６】（ａ）は、図２に示すチャック開閉機構におけ
る回転スリーブと従動スリーブとの間に構成したカム機
構において、チャックを開くときの動作を示す説明図、
（ｂ）は、チャックを閉じるときの動作を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１・・・工作機械 １０・・・工作機械本体 １１・・・主軸 ２１・・・チャックスリーブ ２２・・・コレットマウント ３０・・・チャック開閉機構 ３１・・・チャック駆動軸 ３２・・・シリンダ装置（駆動源） ３３・・・レバー機構 ３４・・・レバー ３６・・・回転スリーブ ３７・・・ピン支持用スリーブ ３８・・・従動スリーブ ３９・・・ピン ４０・・・カム溝 ４６・・・皿ばね ５０・・・カム機構 １１１・・・主軸の先端部 １１２・・・主軸の後端部 １１４・・・カラー（主軸の後端部） ３１１・・・チャック駆動軸の後端部 ３２１・・・シリンダ装置の出力軸 ３４３・・・駆動力伝達部 ３４４・・・ベアリング軸受 ３７１・・・ピン支持用スリーブの周溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の主軸先端部に固定されたチャ
   ックを、その背面側から主軸後端部に向けて延設された
   チャック駆動軸を進退させて開閉する工作機械のチャッ
   ク開閉機構において、 工作機械本体側は、チャック開閉機構の駆動源と、該駆
   動源に駆動されて前記チャック駆動軸の軸線方向に沿っ
   て揺動するレバーとを有し、 前記主軸後端部は、外周面に形成された周溝に前記レバ
   ーが差し込まれ、該レバーの揺動に連動して前記主軸後
   端部上を前記軸線方向に沿って進退可能なピン支持用ス
   リーブと、前記主軸後端部の周囲を等角度に分割する位
   置で先端を内側に向けた状態で前記ピン支持用スリーブ
   に支持された少なくとも二本のピンと、該ピンを案内す
   るカム溝が形成され、該ピンの進退動作に連動して前記
   主軸後端部の周りを回転可能な回転スリーブと、該回転
   スリーブに隣接する位置で前記主軸後端部に嵌められた
   従動スリーブと、該従動スリーブと前記回転スリーブと
   の間に形成され、該回転スリーブの一方方向の回転によ
   って前記従動スリーブを前記軸線方向に沿って後退さ
   せ、この後退動作に基づいて前記チャック駆動軸に後退
   動作を行なわせるカム機構とを有することを特徴とする
   工作機械のチャック開閉機構。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記従動スリーブと
   前記チャック駆動軸の後端部との間には、それらを離間
   する方向に付勢するばねを有することを特徴とする工作
   機械のチャック開閉機構。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記レバー
   は、前記周溝内に位置する部分に該周溝の側面に外輪を
   向けるころ軸受を有することを特徴とする工作機械のチ
   ャック開閉機構。