JPWO2019116480A1

JPWO2019116480A1 - ２段式間接着座構造

Info

Publication number: JPWO2019116480A1
Application number: JP2019559478A
Authority: JP
Inventors: 繁幸井納; 水谷　大輔; 大輔水谷; 典孝赤津
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2020-10-22
Anticipated expiration: 2037-12-14
Also published as: JP7018962B2; WO2019116480A1

Abstract

ワークに当てるロッドの移動によってエア漏れによる判定を行う２段式間接着座構造であり、複数のチャック爪によってワークを把持するチャック部にあって、そのワークに対する方向に連続して形成された第１作動室および第２作動室と、ロッド部が前記チャック部外側に突き出すように前記第１作動室に挿入された第１ピストン部材と、ロッド部が前記第１ピストン部材に押し当てられるように前記第２作動室に挿入され、軸方向に貫通孔が形成された第２ピストン部材と、前記第２作動室内に挿入され、前記第２ピストン部材を前記第１ピストン部材側に付勢する付勢部材と、前記第２作動室から前記第２ピストン部材の貫通孔および、前記第１作動室の前記第１ピストン部材を加圧する加圧部側に形成された開放孔に連通するエア流路とを有する。

Description

本発明は、チャックにおけるワークの着座確認を行うための２段式間接着座構造に関する。

工作機械では、主軸チャックにワークがクランプされ、回転するそのワークに対して切削工具が当てられるなどして所定の加工が自動で行われる。従って、加工時には主軸チャックにワークが適切にクランプされていることが必要であるため、工作機械の主軸チャックにはワークが着座した状態であるか否かの確認を行うための着座検出装置が設けられている。下記特許文献１には、エアを使用した着座確認手段に関する発明が開示されている。

具体的には、チャック装置の本体にエア流路が形成され、着座面に開口したエア吐出口に連通している。そのため、ワークが着座面に当たっていればエア吐出口に送られたエアの放出が制限されて流路内の背圧が高くなる一方、ワークが着座していなければエア吐出口からエアが放出されることによって背圧が低くなる。よって、着座検出装置では、この背圧を測定することによってワークの着座の適否について判定が行なわれる。

特開２００９−５０９４８号公報

しかしながら、ワークの着座確認は僅かな隙間のエア漏れによって判断される。そのため、従来例のように、ワークが直接エア吐出口を塞ぐことによって着座確認が行われる直接着座構造では、場合によって正確な判断が行われないことがある。ワークの剛性が低い場合には、クランプ時の把持荷重によりワークが撓んでしまい、チャックがワークを適切に把持しているにも関わらず、その僅かな歪により着座面からワークが浮いてしまうからである。そして、そのような場合には、隙間の量が僅かであってもエア漏れによって正しい判定が行なわれないことがある。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、ワークに当てるロッドの移動によってエア漏れによる判定を行う２段式間接着座構造を提供することを目的とする。

本発明の一態様における２段式間接着座構造は、複数のチャック爪によってワークを把持するチャック部にあって、そのワークに対する方向に連続して形成された第１作動室および第２作動室と、ロッド部が前記チャック部外側に突き出すように前記第１作動室に挿入された第１ピストン部材と、ロッド部が前記第１ピストン部材に押し当てられるように前記第２作動室に挿入され、軸方向に貫通孔が形成された第２ピストン部材と、前記第２作動室内に挿入され、前記第２ピストン部材を前記第１ピストン部材側に付勢する付勢部材と、前記第２作動室から前記第２ピストン部材の貫通孔および、前記第１作動室の前記第１ピストン部材を加圧する加圧部側に形成された開放孔に連通するエア流路とを有する。

前記構成によれば、チャック部の外側にロッド部を突き出す第１作動室内の第１ピストン部材に対し、第２作動室の第２ピストン部材が付勢部材によって付勢され、そのロッド部が第１作動室内の第１ピストン部材に押し当てられるようになっている。そのため、第１ピストン部材がワークに押し込まれる量よりも第２ピストン部材のロッド部と第１ピストン部材との隙間の寸法が小さくなり、第２作動室および第２ピストン部材の貫通孔を通って開放孔から放出されるエア流量を減少させることができる。

ワークを把持した状態の主軸チャックの内部構造を側面側から簡易的に示した図である。ワークを把持する方向から主軸チャックを示した正面図である。ワーク非着座時の２段式間接着座構造を示した当金部分の拡大断面図である。ワーク着座時の２段式間接着座構造を示した当金部分の拡大断面図である。ワークが歪んだ着座時の２段式間接着座構造を示した当金部分の拡大断面図である。従来の間接着座構造を模式的に示した図である。

次に、本発明に係る２段式間接着座構造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２段式間接着座構造は、工作機械の主軸チャックに構成されたものを例に挙げて説明する。すなわち、工作機械には前述したように、主軸チャックに対するワークの着座確認を行うための着座検出装置が設けられている。２段式間接着座構造は、そうした着座検出装置の一部を構成するものである。図１は、ワークを把持した状態の主軸チャックの内部構造を側面側から簡易的に示した図である。また、図２は、ワークを把持する方向から主軸チャックを示した正面図である。

主軸チャック１は、工作機械の主軸装置において回転可能に組み込まれたものであり、加工対象であるワークＷを把持した状態で回転するものである。その主軸チャック１は、円形のチャック本体２に対して３つのチャック爪３が円周方向に等間隔で配置されている。図１には１つのチャック爪３だけが示されている。そして、３つのチャック爪３は、それぞれ放射状に配置されたチャックスライド４と一体に形成され、その３つのチャックスライド４が径方向に同期して往復直線運動するよう構成されている。

チャック爪３が中心方向に移動することにより、図１に示すようにワークＷを把持したクランプが可能になり、反対に径方向外側へと移動することによりワークＷを解放するアンクランプとなる。その主軸チャック１には、３つのチャックスライド４の間に３つの当金５が設けられている。主軸チャック１がワークＷを把持する場合には、例えばオートローダによって自動搬送されたワークＷが当金５に押し当てられ、前述したようにチャック爪３によって把持される。

そして、主軸チャック１にワークＷがクランプされた場合、当金５からワークＷが浮いてしまっていては加工誤差が生じてしまうため、その当金５には着座を検出するための着座構造が設けられている。しかし、この着座構造に関しては前記課題でも述べたように、ワークＷに撓みが生じただけで把持状態とは関係なく不適切と判定されることがある。図６は、そうした従来の間接着座構造を模式的に示した図であり、Ａ状態、Ｂ状態およびＣ状態が示されている。従来の着座構造は、当金１０１内にピストン１０２が摺動するシリンダが構成され、そのピストン１０２と一体のロッド部１２１が座面１１１から外側に突き出すようになっている。

当金１０１の内部にはピストン１０２が移動する作動室１０３が形成され、ピストン１０２によって仕切られたロッド部１２１とは反対側の加圧部側１３１に、主軸チャック内を通ったエア流路２０１が連通している。また、当金１０１には、作動室１０３の加圧部側１３１を大気開放させる開放孔１０５が形成されている。従って、Ａ状態の場合には、エア流路２０１を介してエアが作動室１０３（加圧部側１３１）内に供給されると、ピストン１０２が加圧され、ロッド部１２１が座面１１１から突き出すこととなる。このときは作動室１０３内に供給されたエアは開放孔１０５から大気へ放出されるため、エア流路内の背圧は低い値となる。

一方、主軸チャックによってワークがクランプされると、ワークが着座面１１１に押し当てられ、Ｂ状態のようにロッド部１２１を介してピストン１０２が押されてエア流路２０１が塞がれる。この場合は開放孔１０５を通って大気に放出されるエアの流れが止められるため背圧が高くなり、その値を検出することによってワークが適切に把持されていると判定される。しかし、適切に把持できていたとしても、ワークが歪んでしまっていると、Ｃ状態のようにロッド部１２１が十分に押し込まれないことがある。すると、エア流路２０１がピストン１０２によって塞がれないため、作動室１０３内に供給されたエアが開放孔１０５から大気へと放出されてしまう。

従来の間接着座構造は、エア流路２０１にできたピストン１０２の隙間Ｂが、ロッド部１２１が押し込まれなかった突出量Ａいわばワークの歪による浮き上がり量と同じ寸法だけ空いてしまう。そのため、例えばこのＣ状態が０．２ｍｍ程度の浮き上がりであり、３個所ある当金１０１において生じているような場合には、着座検出装置ではＡ状態との差圧がとれずにエラー判定となってしまう。そこで、本実施形態では、こうした課題を解決すべく、図１の丸枠内に示すように、主軸チャック１の当金５に対して２段式間接着座構造１０が構成されている。図３、図４および図５は、その２段式間接着座構造１０を示した当金部分の拡大断面図であり、図６のＡ状態、Ｂ状態およびＣ状態に対応している。

主軸チャック１の３個所に設けられた当金５は、いずれもクランプ時のワークＷに向かって突き出すようにベース６上に固定され、その３個所すべてに２段式間接着座構造１０が構成されている。当金５とベース６には、その内部に第１作動室１１と第２作動室１２がワークＷに対する方向（図面横方向）に連続して形成され、第１ピストン１３と第２ピストン１４が挿入されている。当金５には凸部に着座面２１が形成され、第１作動室１１との間に貫通したロッド孔１５を通して第１ピストン１３のロッド部２２が着座面２１から突き出すようになっている。

第１作動室１１は、当金５を形成するブロックの端面に開口して形成され、第２作動室１２は、ベース６の当金５側端面に開口して形成され、その開口部同士が重なって両室が連続している。第１作動室１１に挿入された第１ピストン１３は、図３に示すロッド側ストロークエンドの停止位置ではロッド部２２が最大に突出した状態になり、図４に示すヘッド側ストロークエンドの停止位置ではロッド部２２の端面が着座面と面一となるように構成されている。

第２作動室１２は、第１作動室１１より径方向（図面上下方向）の寸法が大きく形成されている。図３に示すように、第２ピストン１４が当金５のブロックに当たる位置がロッド側ストロークエンドであり、その状態でロッド部２３（図４の丸枠内参照）が第１作動室１１内に入り込んでいる。第２ピストン１４は、軸方向に段付きの貫通孔２４が形成され、その中に挿入されたスプリング１６によって常にロッド部２３側へ付勢されている。従って、第２ピストン１４は、図３に示すようにロッド部２３が第１作動室１１内に入り込んだ状態が通常状態である。

主軸チャック１には、図１に示すようにエア流路７が形成され、第２作動室１４に連通している。また、当金５のブロックとベース６との間には、第１作動室１１の加圧部側を大気開放させる開放孔１７が形成されている。従って、主軸チャック１では、エア流路７が、第２作動室１２、第２ピストン１４の貫通孔２４、第１作動室１１および開放孔１７と連通している。着座検出装置では、このような主軸チャック１に対してエア流路７を介してエアが供給され、図３乃至図５の各状態における背圧を測定することでワークＷの着座に関する適否の判定が行われるようになっている。

着座検出装置では、例えばエアコンプレッサからは所定圧のエアがエア流路７に向けて供給され、エア配管に設けられた圧力スイッチによって流路内のエア圧を検出する背圧が測定される。そして、通常は第２作動室１２に向けてエアが供給され、第２ピストン１４の貫通孔２４を通って第１作動室１１の第１ピストン１３にエア圧が作用している。そのため、第１ピストン１３は、図３に示すようにロッド側ストロークエンドまで移動してロッド部２２が着座面２１から突出している。こうして第１ピストン１３と第２ピストン１４が離れた状態では、第１作動室１１内に流入したエアは開放孔１７を通って大気に放出される。

次に、主軸チャック１によってワークＷが正しくクランプされると、ワークＷが着座面２１に押し当てられる。そのため、図４に示すようにロッド部２２を介して第１ピストン１３が押されて移動し、第２ピストン１４に押し当てられる。このとき、第２ピストン１４はスプリング１６の付勢力に抗して、第２作動室１２内のヘッド側ストロークエンド（図面左側）に突き当てられる。そして、第１ピストン１３がロッド部２３に押し当てられて貫通孔２４が塞がれる。よって、図３に示す状態と図４に示す状態とで流路内の背圧が測定され、設定された差圧に従ってワークＷの着座の適否が判定される。

一方で、ワークＷが着座面２１から大きく離れたクランプあるいは、ワークＷを把持できなかったクランプミスのような場合には、図３と同じように第１ピストン１３と第２ピストン１４が離れて、第１作動室１１内に流入したエアは開放孔１７を通って大気に放出される。そのため、アンクランプ時との差圧が生じないことが検出されてエラー判定となる。そして、適切にワークＷを把持できていたとしても、そのワークＷが歪んでしまう場合には、図５に示すように、第１ピストン１３のロッド部２２が十分に押し込まれず、着座面２１から突出量Ｃだけ突き出してしまう。

このような場合も第１ピストン１３は第２ピストン１４とは非接触であって、第１作動室１１内に流入したエアが開放孔１７を通って大気に放出される。しかし、本実施形態では、第１作動室１１内に第２ピストン１４が入り込んでいるため、第１ピストン１３が図３と図４に示すストロークエンドの中間に位置する場合、第２ピストン１４（ロッド部２３の端面）との隙間Ｄは狭くなっている。つまり、エアを排出させて背圧測定に影響する隙間Ｄの寸法は、第１ピストン１３をワークＷが押し戻せなかった突出量Ｃに比べて寸法が小さくなっている。従って、歪によってワークＷが着座面２１から浮き上がっていたとしても、エアを大気に放出させる隙間Ｄが狭いため背圧は高い値となり、図３に示す状態との差圧によって加工可能なクランプ状態であるとの判定が可能になる。

よって、本実施形態では、２段式間接着座構造１０にしたことにより、第２ピストン１４のロッド部２３が第１作動室１１に入り込む量によって、第１ピストン１３の移動量に比較して隙間Ｄを狭くすることができる。従って、ワークＷに歪が生じて第１ピストン１３が十分に押し込まれることなくその移動量が小さい場合であっても、開放孔１７への隙間Ｄが狭いことによって加工可能なクランプ状態の判定を出すこと可能になる。また、本実施形態では、第１作動室１１と第２作動室１２は、開口部同士が重なって連続した構成であり、第２ピストン１４のストロークエンドでロッド部２３が第１作動室１１内に入るため、コンパクトな２段式間接着座構造１０になっている。そして、スプリング１６が第２ピストン１４の貫通孔２４内に挿入された構成により、更にコンパクトになっている。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、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、工作機械の主軸チャック１に構成された２段式間接着座構造１０を示したが、他のチャックに構成されたものであってもよい。
また、第１および第２作動室１１，２や第１および第２ピストン１３，１４の形状あるいはスプリング１６である付勢部材は、前記実施形態とことなるものであってもよい。

１…主軸チャック２…チャック本体３…チャック爪５…当金６…ベース７…エア流路１０…２段式間接着座構造１１…第１作動室１２…第２作動室１３…第１ピストン１４…第２ピストン１６…スプリング１７…開放孔２１…着座面２２，２３…ロッド部

Claims

複数のチャック爪によってワークを把持するチャック部にあって、そのワークに対する方向に連続して形成された第１作動室および第２作動室と、
ロッド部が前記チャック部外側に突き出すように前記第１作動室に挿入された第１ピストン部材と、
ロッド部が前記第１ピストン部材に押し当てられるように前記第２作動室に挿入され、軸方向に貫通孔が形成された第２ピストン部材と、
前記第２作動室内に挿入され、前記第２ピストン部材を前記第１ピストン部材側に付勢する付勢部材と、
前記第２作動室から前記第２ピストン部材の貫通孔および、前記第１作動室の前記第１ピストン部材を加圧する加圧部側に形成された開放孔に連通するエア流路とを有する２段式間接着座構造。
前記第２ピストン部材は、前記付勢部材に付勢されて移動した第１作動室側ストロークエンドで、そのロッド部が前記第１作動室内に入り込むように形成されたものである請求項１に記載の２段式間接着座構造。
前記第２作動室の径方向寸法が前記第１作動室の径方向寸法より大きく形成され、前記第１作動室の端部位置が、前記第２ピストン部材の第１作動室側ストロークエンドとなる請求項１又は請求項２に記載の２段式間接着座構造。
前記付勢部材は、前記第２ピストン部材の貫通孔に形成され内径拡大部に装填されたスプリングである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の２段式間接着座構造。