JPWO2018186409A1

JPWO2018186409A1 - チャック機構

Info

Publication number: JPWO2018186409A1
Application number: JP2019511265A
Authority: JP
Inventors: 智也廣本
Original assignee: Kitagawa Iron Works Co Ltd
Current assignee: Kitagawa Iron Works Co Ltd
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2018-04-03
Publication date: 2020-02-27
Anticipated expiration: 2038-04-03
Also published as: KR102501360B1; EP3556495A4; US20190366448A1; CN110382147A; KR20190138634A; JP7184755B2; US11045882B2; TWI752211B; EP3556495A1; CN110382147B; WO2018186409A1; TW201841704A

Abstract

マスタージョー１１及びトップジョー１２は、互いに係合する凸部１１Ａ及び凹部１２Ａが形成され、マスタージョー内には、軸方向に移動可能な可動ピン２０と、径方向に移動可能なシャフト３０とが配設され、可動ピンは、シャフトの回転によって、軸方向に移動可能なようにシャフトに係合されており、トップジョーには、可動ピンが挿入可能なピン穴１２ｃが設けられ、シャフトの所定量の回転によって、可動ピンが、ピン穴に挿入された第１の位置、または、ピン穴から離脱した第２の位置に、それぞれロックされる。

Description

本発明は、工作物（ワーク）を把握するチャック機構に関する。

ワークを把握するチャック機構は、チャック本体の前面に、径方向に移動可能に設置された複数のマスタージョーと、各マスタージョーの前面に、着脱自在に取り付けられるトップジョーとを備えている。

特許文献１には、トップジョーの着脱を素早く行うことができるチャック機構が開示されている。そこで開示されているチャック機構は、図１０に示すように、チャック本体１００の前面に設置されたマスタージョー１１０及びトップジョー１２０に、それぞれ、互いに係合する凸部１１０Ａ及び凹部１２０Ａが形成されている。凸部１１０Ａ及び凹部１２０Ａは、円錐体の一部からなる側面（円錐面）を有しており、トップジョー１２０を、円錐体の中心軸を中心に回転させることによって、トップジョー１２０の着脱が行われる。

ところで、凸部１１０Ａの円錐面と、凹部１２０Ａの円錐面とは、トップジョー１２０が回転できるだけの隙間が設けられている。そのため、トップジョー１２０をマスタージョー１１０に取り付けた後、ワークを把握しない状態でチャック機構を回転させたとき、トップジョー１２０がマスタージョー１１０から離脱して飛散するおそれがある。これを防止するために、チャック機構には、トップジョー１２０が、マスタージョー１１０に対して回転するのを防止する係止手段が設けられている。

具体的には、図１１に示すように、マスタージョー１１０の軸方向外方から形成された孔１１０Ｂに挿入された位置決めピン１３０を、トップジョー１２０に形成された孔１２０Ｂに嵌入することによって、トップジョー１２０が、マスタージョー１１０に対して回転するのを防止している。このとき、位置決めピン１３０は、孔１１０Ｂに配設されたスプリング１４０によって、軸方向前方に付勢された状態で、孔１２０Ｂに嵌入されている。

また、図１１に示すように、マスタージョー１１０の径方向外方から形成された孔１１０Ｃに、ノッチピン１５０が挿入され、位置決めピン１３０に、ノッチピン１５０と係合する傾斜溝１３０Ａが形成されている。これにより、ノッチピン１５０を押し込むことにより、位置決めピン１３０が孔１２０Ｂから離脱することによって、回転自在となったトップジョー１２０を、マスタージョー１１０から取り外すことができる。

特開平１−３０６１０６号公報

特許文献１に開示されたチャック機構において、トップジョー１２０の回転を防止する位置決めピン１３０は、スプリング１４０によって、常に、トップジョー１２０側に付勢されている。そのため、トップジョー１２０を取り外す際、あるいは、取り付ける際、位置決めピン１３０が孔１２０Ｂから離脱した状態を維持するために、ノッチピン１５０を押し続ける必要がある。

そのため、トップジョー１２０の交換を自動で行う場合、ノッチピン１５０を押し続ける役割の装置（ロボット）と、トップジョー１２０を交換する役割の装置（ロボット）と、２台の装置（ロボット）が必要となる。そのため、自動化を導入する際のコストが増大するという問題がある。また、トップジョー１２０の交換を手動で行う場合、ノッチピン１５０を押し続ける作業と、トップジョー１２０を交換する作業を同時に行う必要がある。そのため、作業性や安全性の面で問題がある。加えて、ノッチピン１５０の押し込み量から、位置決めピン１３０が孔１２０Ｂから離脱した状態であるか否かを、目視で確認することは難しかった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その主な目的は、マスタージョー及びトップジョーに、互いに係合する凸部及び凹部が形成され、トップジョーの着脱が、マスタージョーまたはトップジョーを、凸部及び凹部の円錐面に沿って相対的に回動することによって行われるチャック機構において、トップジョーの交換を容易にしたチャック機構を提供することにある。

本発明に係るチャック機構は、チャック本体と、チャック本体の前面に、径方向に移動可能に設置された複数のマスタージョーと、各マスタージョーの前面に、着脱自在に取り付けられるトップジョーとを備えている。マスタージョー及びトップジョーは、それぞれ、軸方向に対向する部位に、円錐体の一部からなる側面を有し、互いに係合する凸部及び凹部が形成されている。マスタージョー内には、軸方向に移動可能な可動ピンと、径方向に移動可能なシャフトとが配設され、可動ピンは、シャフトの回転によって、軸方向に移動可能なように、シャフトに係合されている。トップジョーには、可動ピンが挿入可能なピン穴が設けられており、シャフトの所定量の回転によって、可動ピンが、ピン穴に挿入された第１の位置、または、ピン穴から離脱した第２の位置に、それぞれロックされるロック機構をさらに備えている。

本発明によれば、マスタージョー及びトップジョーに、互いに係合する凸部及び凹部が形成され、トップジョーの着脱が、マスタージョーまたはトップジョーを、凸部及び凹部の円錐面に沿って相対的に回動することによって行われるチャック機構において、トップジョーの交換を容易にしたチャック機構を提供することができる。

本発明の一実施形態におけるチャック機構の構成を模式的に示した斜視図である。本発明の一実施形態におけるチャック機構の構成を模式的に示した断面図である。図２に示したチャック機構において、マスタージョー及びトップジョーの構成を拡大して示した断面図である。シャフトの構成を模式的に示した斜視図である。ロックピンが、第１の溝に係合されている状態を示した拡大図である。可動ピンが、ピン穴から離脱した状態でロックされている状態を示した図である。本発明の変形例におけるシャフト及びシャフトカバーの構成を模式的に示した部分断面図である。本発明の他の変形例におけるマスタージョー及びトップジョーの構成を模式的に示した断面図である。（ａ）は、シャフトの構成を模式的に示した平面図で、（ｂ）は、ロック機構を説明した斜視図である。従来のチャック機構を示した断面図である。従来のチャック機構におけるトップジョーの係止手段の構成を示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

図１及び図２は、本発明の一実施形態におけるチャック機構の構成を模式的に示した図で、図１は斜視図、図２は断面図である。なお、本実施形態における説明では、チャック本体の回転軸Ｊに平行な方向Ｘを「軸方向」とし、回転軸Ｊを中心とする半径方向Ｙを「径方向」としている。

図１に示すように、本実施形態におけるチャック機構１は、チャック本体１０と、チャック本体１０の前面に、径方向に移動可能に設置された複数（本実施形態では３つ）のマスタージョー１１と、各マスタージョー１１の前面に、着脱自在に取り付けられるトップジョー１２とを備えている。トップジョー１２の中央側の端面は、ワークを把握する把握面１２ｂが形成されている。

図２に示すように、チャック本体１０は、複数のボルト１０ａによって、工作機械（不図示）に固定されており、回転軸Ｊを中心に回転する。

チャック本体１０の内部には、ドローナット７０が、軸方向に沿って移動可能な状態で収容されている。ドローナット７０には、プランジャー８０を介してウエッジプランジャー９０が係合している。ウエッジプランジャー９０には、軸方向に対して傾斜する楔部９０Ａが形成され、マスタージョー１１の内部には、楔部９０Ａと嵌合する傾斜溝１１ｂが形成されている。これにより、ドローナット７０の軸方向移動に伴い、ウエッジプランジャー９０が軸方向に移動することによって、マスタージョー１１の径方向の移動が制御される。

本実施形態において、マスタージョー１１及びトップジョー１２は、それぞれ、軸方向に対向する部位に、互いに係合する凸部１１Ａ及び凹部１２Ａが形成されている。凸部１１Ａ及び凹部１２Ａは、円錐体の一部からなる側面（円錐面）１１ａ、１２ａを有しており、トップジョー１２を、円錐体の中心軸を中心に回転させることによって、トップジョー１２の着脱を行うことができる。

凸部１１Ａの円錐面１１ａと、凹部１２Ａの円錐面１２ａとは、トップジョー１２が回転できるだけの隙間が設けられている。そのため、トップジョー１２をマスタージョー１１に取り付けた後、ワークを把握しない状態でチャック機構１を回転させたとき、トップジョー１２が、マスタージョー１１から離脱するのを防止するために、チャック機構１には、トップジョー１２が、マスタージョー１１に対して回転するのを防止する係止手段が設けられている。

図３は、図２に示したチャック機構１において、マスタージョー１１及びトップジョー１２の構成を模式的に示した断面図である。

図３に示すように、マスタージョー１１内には、軸方向に移動可能な可動ピン２０と、径方向に移動可能なシャフト３０とが配設されている。また、トップジョー１２には、可動ピン２０が挿入可能なピン穴１２ｃが設けられている。

シャフト３０の外周には、図４に示すように、径方向（シャフト３０の軸方向）に沿って延びる突条部３０Ａが形成されている。一方、可動ピン２０の外周には、この突条部３０Ａと係合する溝部（不図示）が形成されている、すなわち、可動ピン２０は、シャフト３０の回転によって、軸方向に移動可能なように、シャフト３０に係合されている。これにより、可動ピン２０は、シャフト３０の回転動作により、ピン穴１２ｃへの出し入れが可能となっている。

また、シャフト３０の外周には、図４に示すように、シャフト３０の径方向外方に突出するロックピン３０Ｂが設けられている。一方、マスタージョー１１内には、シャフト３０の外周を囲うシャフトカバー４０が配設されており、シャフトカバー４０の外周には、周方向に沿って、同一円周上とならない位置（径方向にずれた位置）に、一定の距離をあけて第１の溝４０Ａと第２の溝４０Ｂとが形成されている。これにより、可動ピン２０は、シャフト３０を所定量回転することによって、ロックピン３０Ｂを、第１の溝４０Ａ、または、第２の溝４０Ｂに係合し、その結果、可動ピン２０は、ピン穴１２ｃに挿入された第１の位置、または、ピン穴１２ｃから離脱した第２の位置にロックされる。

なお、シャフトカバー４０は、マスタージョー１１の径方向外方端部において、ボルト４２等でマスタージョー１１に固定されている。

ここで、シャフト３０は、スプリング５０によって、径方向外方（シャフト３０の軸方向）に付勢されている。これにより、可動ピン２０は、シャフト３０を、スプリング５０による付勢力に抗して、径方向内方に押し込みながら、所定量回転させることによって、第１の位置（第１の溝４０Ａ）、または、第２の位置（第２の溝４０Ｂ）にロックされる。

これにより、トップジョー１２は、凸部１１Ａ及び凹部１２Ａが互いに係合された状態で、可動ピン２０を、第１の位置で、ピン穴１２ｃに挿入された状態でロックすることによって、マスタージョー１１に対する回転移動を制止することができる。その結果、トップジョー１２をマスタージョー１１に取り付けた後、ワークを把握しない状態でチャック機構を回転させたとき、トップジョー１２がマスタージョー１１から離脱するのを防止することができる。

図５は、ロックピン３０Ｂが、第１の溝４０Ａに係合されている状態を示した拡大図である。ここで、第１の溝４０Ａ及び第２の溝４０Ｂの径方向にずれた距離をＤとすると、シャフト３０の端部３０Ｃが、マスタージョー１１の径方向外方に突出する突出量は、ロックピン３０Ｂが係合する第１の溝４０Ａと第２の溝４０Ｂとで、距離Ｄだけ異なっている。これにより、可動ピン２０の２つの位置（ピン穴１２ｃに挿入された第１の位置、ピン穴１２ｃから離脱した第２の位置）を、シャフト端部３０Ｃの突出量の変化を目視することによって、容易に確認することができる。また、突出量が２段階で変化するため、突出量の変化をセンサー等で確実に検出することができる。

先に示した図３は、ロックピン３０Ｂが、第１の溝４０Ａに係合されることによって、可動ピン２０が、ピン穴１２ｃに挿入された状態でロックされている状態を示す。一方、図６は、ロックピン３０Ｂが、第２の溝４０Ｂに係合されることによって、可動ピン２０が、ピン穴１２ｃから離脱した状態でロックされている状態を示す。

このロック機構は、ロックピン３０Ｂが、第１の溝４０Ａまたは第２の溝４０Ｂに係合された状態で、常に、スプリング５０によって、径方向外方に付勢されているため、シャフト３０を押し込んで回転させない限り、いずれかのロック状態が維持される。それ故に、ロックピン３０Ｂを、第２の溝４０Ｂに係合させることにより、可動ピン２０が、ピン穴１２ｃから離脱した状態を維持したまま、トップジョー１２を取り外し、あるいは、取り付けることができる。これにより、シャフト３０を押し続けることなく、トップジョー１２の交換ができるため、１台の装置（ロボット）で、トップジョー１２の交換を自動で行うことができる。また、トップジョー１２の交換を手動で行う場合でも、シャフト３０を押し続ける作業と、トップジョー１２を交換する作業を同時に行う必要がないため、作業性や安全性を向上させることができる。

ここで開示されるチャック機構によれば、シャフト３０の所定量の回転によって、可動ピン２０が、ピン穴１２ｃに挿入された第１の位置、または、ピン穴１２ｃから離脱した第２の位置に、それぞれロックされるロック機構を備えることによって、トップジョー１２の交換を容易に行うことができる。

また、シャフト３０を、スプリング５０によって、径方向外方（シャフト３０の軸方向）に付勢することによって、シャフト３０を、スプリング５０による付勢力に抗して、径方向内方に押し込みながら、所定量回転させることによって、可動ピン２０を、第１の位置、または、第２の位置にロックすることができる。

また、シャフト３０の外周にシャフトカバー４０を配設し、シャフトカバー４０の外周に、同一円周上とならない位置に、一定の距離をあけて第１の溝４０Ａと第２の溝４０Ｂとを形成することによって、シャフト３０を所定量回転することによって、シャフト３０の外周に設けたロックピン３０Ｂを、第１の溝４０Ａ、または、第２の溝４０Ｂに係合させることができる。これにより、可動ピン２０を、第１の位置、または、第２の位置にロックすることができる。

このような構成により、ロックピン３０Ｂを、第２の溝４０Ｂに係合させることによって、可動ピン２０が、ピン穴１２ｃから離脱した状態を維持したまま、トップジョー１２の交換を行うことができる。これにより、シャフト３０を押し続けることなく、トップジョー１２の交換ができるため、１台の装置（ロボット）で、トップジョー１２の交換を自動で行うことができる。また、トップジョー１２の交換を手動で行う場合でも、シャフト３０を押し続ける作業と、トップジョー１２を交換する作業を同時に行う必要がないため、作業性や安全性を向上させることができる。

さらに、シャフト３０の端部は、可動ピン２０がピン穴１２ｃに挿入された第１の位置と、ピン穴１２ｃから離脱した第２の位置とで、マスタージョー１１の径方向外方に突出する突出量が異なっているため、可動ピン２０の２つの位置を、シャフト端部３０Ｃの突出量の変化を目視することによって、容易に確認することができる。また、突出量が２段階で変化するため、突出量の変化をセンサー等で確実に検出することができる。

（変形例１）
図３に示したように、シャフト３０は、スプリング５０により、径方向外方に付勢されていても、シャフト３０の外周に突出して設けられたロックピン３０Ｂが、シャフトカバー４０の第１及び第２の溝４０Ａ、４０Ｂを含む端面で係止されているため、マスタージョー１１から径方向外方に遠心力が働いたとしても飛散しないように規制されている。

しかしながら、万一、ロックピン３０Ｂが破損等すると、上記規制が働かなくなるため、シャフト３０が、マスタージョー１１から飛散してしまう事態が生じる。

図７は、このような事態を防止する機構を備えたシャフト３０及びシャフトカバー４０の構成を模式的に示した部分断面図である。

図７に示すように、シャフト３０は、径方向外方において、外径がＷ_１の部位３２Ａと、外径がＷ_１より大きいＷ_２の部位３２Ｂとが設けられている。また、シャフトカバー４０は、Ｗ_１とほぼ同じ内径の部位４１Ａと、Ｗ_２とほぼ同じ内径の部位４１Ｂとが設けられている。このような構成により、万一、ロックピン３０Ｂが破損等をしても、径方向外方に付勢を受けたシャフト３０は、外径Ｗ_２の部位３２Ｂが、シャフトカバー４０の内径Ｗ_１の部位４１Ａで係止されるため、マスタージョー１１から径方向外方に飛散するのを防止することができる。

（変形例２）
上記本実施形態において、可動ピン２０を、ピン穴１２ｃに挿入された第１の位置、または、ピン穴１２ｃから離脱した第２の位置に、それぞれロックするロック機構として、図３等に示したように、シャフトカバー４０に、第１及びの第２の溝４０Ａ、４０Ｂ（規制溝）を形成し、この規制溝に、シャフト３０の外周に設けたロックピン３０Ｂを係合する構成を示したが、勿論、これに限定されず、他のロック機構を採用することができる。

図８及び図９（ａ）、（ｂ）は、本変形例におけるロック機構の一例を示した図である。図８は、マスタージョー１１及びトップジョー１２の構成を模式的に示した断面図、図９（ａ）は、シャフト３０の構成を模式的に示した平面図、図９（ｂ）は、本変形例におけるロック機構を説明した斜視図である。なお、本変形例において、マスタージョー１１、トップジョー１２、可動ピン２０等の構成は、上記実施形態で示した構成と同じであるため、説明は省略する。

図８、及び図９（ａ）に示すように、本変形例では、規制溝が形成されたシャフトカバー４０をなくし、シャフト３０に規制溝を形成したことを特徴とする。

本変形例におけるシャフト３０は、図９（ａ）に示すように、他の部位よりも外径の大きな円筒部３０Ｄを有し、円筒部３０Ｄの外周には、周方向に沿って、同一円周上とならない位置に、一定の距離をあけて第１の溝３１Ａと第２の溝３１Ｂとが形成されている。なお、シャフト３０の外周には、上記実施形態と同様に、可動ピン２０の軸方向の移動を可能とする突条部３０Ａが形成されている。また、シャフト３０の外周には、Ｏリング３２が嵌装される溝部３０Ｅが形成されている。

図８に示すように、マスタージョー１１の後面には、ボルト６０が埋設されており、ボルト６０の軸方向端部は、図９（ｂ）に示すように、シャフト３０に形成された第１の溝３１Ａまたは第２の溝３１Ｂに係合されるようになっている。

シャフト３０は、スプリング５０によって、径方向外方（シャフト３０の軸方向）に付勢されている。そして、シャフト３０を、スプリング５０による付勢力に抗して、径方向内方に押し込みながら、所定量回転させることによって、ボルト６０の軸方向端部が、第１の溝３１Ａ、または、第２の溝３１Ｂに係合される。これにより、シャフト３０を所定量回転することによって、可動ピン２０を、ピン穴１２ｃに挿入された第１の位置、または、ピン穴１２ｃから離脱した第２の位置にロックすることができる。

なお、シャフト３０は、ボルト６０によって、マスタージョー１１から径方向外方に飛散するのを防止されている。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、ロックピン３０Ｂを、シャフト３０の外周の両方から突出するように設けたが、片方だけから突出するように設けてもよい。前者の場合、第１及び第２の溝３１Ａ、３１Ｂは、シャフトカバー４０の径方向に対称な位置に、２カ所設けられるため、ロックピン３０Ｂに加わる荷重を分散させることができる。これにより、ロックピン３０Ｂの外径を小さくすることができる。一方、後者の場合、第１及び第２の溝３１Ａ、３１Ｂは、シャフトカバー４０の外周に１カ所だけ設ければよい。

また、上記実施形態では、マスタージョー１１及びトップジョー１２に、それぞれ、互いに係合する凸部１１Ａ及び凹部１２Ｂが形成されたものを用いたが、マスタージョー１１またはトップジョー１２を、凸部１１Ａ及び凹部１２Ａの円錐面に沿って周方向に相対的に回動することによって、トップジョー１２の着脱が行われるものであれば、その構造は特に限定されない。

また、上記変形例において、シャフト３０に形成された第１の溝３１Ａまたは第２の溝３１Ｂに係合される部材にボルト６０を用いたが、これに限定されず、例えば、ピン等を用いてもよい。

１チャック機構
１０チャック本体
１１マスタージョー
１１Ａ凸部
１１ａ円錐面
１２トップジョー
１２Ａ凹部
１２ａ円錐面
１２ｃピン穴
２０可動ピン
３０シャフト
３０Ｂロックピン
３０Ｃシャフト端部
３１Ａ第１の溝
３１Ｂ第２の溝
４０シャフトカバー
４０Ａ第１の溝
４０Ｂ第２の溝
５０スプリング

Claims

チャック本体と、
前記チャック本体の前面に、径方向に移動可能に設置された複数のマスタージョーと、
各マスタージョーの前面に、着脱自在に取り付けられるトップジョーと
を備えたチャック機構であって、
前記マスタージョー及び前記トップジョーは、それぞれ、軸方向に対向する部位に、円錐体の一部からなる側面を有し、互いに係合する凸部及び凹部が形成されており、
前記マスタージョー内には、軸方向に移動可能な可動ピンと、径方向に移動可能なシャフトとが配設され、前記可動ピンは、前記シャフトの回転によって、軸方向に移動可能なように、前記シャフトに係合されており、
前記トップジョーには、前記可動ピンが挿入可能なピン穴が設けられており、
前記シャフトの所定量の回転によって、前記可動ピンが、前記ピン穴に挿入された第１の位置、または、前記ピン穴から離脱した第２の位置に、それぞれロックされるロック機構をさらに備えている、チャック機構。
前記シャフトは、スプリングによって、径方向外方に付勢されており、
前記可動ピンは、前記シャフトを、前記スプリングによる付勢力に抗して、径方向内方に押し込みながら、所定量回転させることによって、前記第１の位置、または、前記第２の位置にロックされる、請求項１に記載のチャック機構。
前記シャフトは、その端部が前記マスタージョーの径方向外方に突出しており、
前記シャフトの端部は、前記第１の位置と、前記第２の位置とで、前記マスタージョーの径方向外方に突出する突出量が異なっている、請求項１に記載のチャック機構。
前記ロック機構は、
前記シャフトの外周を囲うように、前記マスタージョー内に配設されたシャフトカバーと、
前記シャフトの外周に、外方向に突出するように設けられたロックピンと、
を備え、
前記シャフトカバーの外周には、周方向に沿って、同一円周上とならない位置に、一定の距離をあけて第１の溝と第２の溝とが形成されており、
前記可動ピンは、前記シャフトを所定量回転することによって、前記ロックピンが、前記第１の溝、または、前記第２の溝に係合することにより、前記第１の位置、または、前記第２の位置にロックされる、請求項１〜３の何れかに記載のチャック機構。
前記トップジョーは、前記凸部及び凹部が互いに係合された状態で、前記可動ピンを、前記第１の位置で、前記ピン穴に挿入された状態でロックすることによって、前記マスタージョーに対する回転移動が制止される、請求項１〜４の何れかに記載のチャック機構。
前記トップジョーの着脱は、前記可動ピンを、前記第２の位置で、前記ピン穴から離脱した状態でロックすることによって、前記マスタージョーまたは前記トップジョーを、前記凸部及び凹部の側面に沿って周方向に相対的に回動することにより行われる、請求項１〜４の何れかに記載のチャック機構。