JP2004322291A - 被加工物保持具 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物保持具の剛性を低下させず十分な保持力を発揮させる。
【解決手段】被加工物保持具１０は、一端から他端へ向けて直径が大きくなるテーパ状シャフト１４を備える。被加工物１２に形成された円筒状貫通孔１８をシャフト１４に挿入したときには、被加工物１２の円筒状貫通孔１８とテーパ状シャフト１４との間に軸線方向楔形断面形状の間隙が形成される。被加工物保持具１０は、この間隙と相補的な軸線方向断面形状を有し且つ半径方向に拡張可能な挿入体をさらに備えており、シャフト１４の一端から被加工物１２とシャフト１４との間隙にこの挿入体１６を挿入する。そして、挿入体１６をシャフト１４の他端へ向かって押し込むことによって、挿入体１６を半径方向に拡張させ、被加工物１２をシャフト１４上に保持する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貫通孔を有した被加工物を旋盤、研削盤等の加工機械に保持するための被加工物保持具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円筒状貫通孔を有した被加工物の外周面を加工するときには、一般に、被加工物の貫通孔に被加工物保持具のシャフトを挿入してこれを保持し、この被加工物を保持した被加工物保持具を加工装置に支持させるようにする。
【０００３】
このような被加工物保持具では、従来、貫通孔の直径の加工誤差に対応するために、一端から他端に向かって直径が大きくなるように微小なテーパが付いた外周面のシャフトに被加工物の貫通孔を嵌入し、貫通孔の直径とシャフトの直径とが一致した箇所で被加工物を保持するようにしていた。
【０００４】
また、他のタイプの被加工物保持具には、シャフト上の所定位置に被加工物を位置決めした後に、油圧等を用いてシャフトの外径を変化させ、被加工物をシャフト上に保持するものもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、テーパ状シャフトを有する被加工物保持具では、シャフトの外径と被加工物の貫通孔の内径とが一致するごく狭い幅の帯状領域での接触のみで（すなわち、線接触のみで）被加工物が保持される。このため、保持力が弱く、大きな加工負荷を加えたり切削量又は研削量を大きくしたりすることができないので、加工時間が長くなるという問題が生じていた。また、被加工物の貫通孔の直径の変動により、被加工物が保持される位置が変化するという問題もある。さらに、シャフトの外周面がテーパ状になっているので、被加工物が傾いて保持されることがあり、加工精度に悪影響を及ぼし得る。
【０００６】
一方、油圧でシャフトの外径を変化させるタイプの被加工物保持具では、被加工物を定められた位置に保持でき、被加工物が傾いて保持されることもないが、油圧でシャフトの外径を変化させるので、シャフトの剛性が低下し、大きな加工負荷や大きな切削量又は研削量に耐えることができない。しがたって、微小加工量に設定せざるを得ず、テーパ状シャフトを有する被加工物保持具と同様に、加工時間が長くなるという問題が生じていた。
【０００７】
本発明の目的は、従来技術に存する問題を解消して、シャフトの剛性を低下させずに十分な保持力を発揮することができる被加工物保持具を提供することにある。また、本発明の他の目的は、被加工物を予め定められた位置に精度よく保持することができる被加工物保持具を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の被加工物保持具は、上記目的に鑑み、加工装置等に支持される被加工物保持具のテーパ状シャフト周りにその小径端部側から被加工物を挿入したときに、シャフトと被加工物の孔との間に軸線方向楔形断面形状の隙間が形成されるようにし、この隙間に軸線方向楔形断面形状の挿入体を挿入し、シャフトの大径端部へ向かって挿入体を押し込むことによって、挿入体の外周面を拡張させ、被加工物をシャフト上に保持するようにしたものである。
【０００９】
本発明の被加工物保持具においては、挿入体が半径方向に拡張可能であり、シャフトと被加工物の孔との間隙にその軸線方向楔形断面形状と相補的な軸線方向断面形状の挿入体を挿入して押し込むと、挿入体の中心軸線から挿入体の外側表面までの距離が大きくなる。したがって、挿入体をシャフトの長手方向に沿って移動させることにより、被加工物に形成された貫通孔の直径の変動に対応することができるようになる。
【００１０】
しかも、挿入体をシャフトの長手方向に沿ってシャフトの大径側へ向けて押し込むときに、シャフトのテーパ状外周面と筒状挿入体の内側表面とが協働して、挿入体の外側表面と中心軸線との平行を保ったまま挿入体を半径方向に拡張させるので、挿入体の内側表面はシャフトの外周面と面で接触する一方、挿入体の外側表面も被加工物の貫通孔の内周面と面で接触するようになる。したがって、本発明の被加工物保持具は、強い保持力で、被加工物を保持することができるようになり、被加工物に付与する加工負荷を強めること並びに加工量を増大させることが可能となる。
【００１１】
挿入体は半径方向に拡張可能な弾性体等からなる筒状挿入体であることが好ましい。このとき、挿入体の外周面と被加工物の貫通孔の内周面との接触面積並びに挿入体の内周面とシャフトの外周面との接触面積が最大となり、最も大きな保持力を発揮することが可能となる。
【００１２】
本発明の被加工物保持具において、シャフトの外周面から半径方向に延びる環状のフランジ部をさらに設ければ、このフランジ部に被加工物の半径方向端面を当接させた状態で被加工物の貫通孔とシャフトとの間隙に挿入体を挿入することにより、被加工物は一定の位置に固定され、段取り作業が簡単化される。
【００１３】
さらに、シャフトの小径端部に雄ねじ部を設け、雄ねじ部に締付ナットを係合させることができるようにすれば、締付ナットの締め付けにより、挿入体をシャフトの大径端部へ向かって押し込むことができ、挿入体の押し込み作業が容易になる。この場合、締付ナットと挿入体が一体的に移動するようになっていれば、締付ナットを緩めることによって、挿入体が被加工物の貫通孔とシャフトとの間から引き出されるので、被加工物をシャフトから解放することが容易になる。また、締付ナットと挿入体とは互いに対して回転可能に接続されているので、締付ナットの回転に伴って挿入体が回転することはない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
図１は、被加工物１２を保持した状態の本発明の被加工物保持具１０を示しており、この被加工物保持具１０は、被加工物１２を保持するシャフト１４と、挿入体１６とを含んでいる。
【００１６】
被加工物保持具１０に保持される被加工物１２には、円筒状の貫通孔１８が予め形成されており、この貫通孔１８を上記被加工物保持具１０のシャフト１４上に通して被加工物１２をシャフト１４に挿入する。
【００１７】
シャフト１４は、軸線方向に沿って一定の横断面を有した相対的に小さい直径の小径部分１４ａと、この小径部分１４ａよりも大きい直径を有し且つ軸線方向に沿って一定の断面を有した大径部分１４ｂと、小径部分１４ａと大径部分１４ｂとの間に位置し、小径部分１４ａ側から大径部分１４ｂ側へ向けて直径が大きくなるテーパ状部分１４ｃとを含んでいる。シャフト１４のテーパ状部分１４ｃの最大外径は、被加工物１２の円筒状貫通孔１８に挿入されたときに、被加工物１２の円筒状貫通孔１８の内周面とシャフト１２のテーパ状部分１４ｃの外周面との間にシャフト１４の軸線方向に楔形断面形状をした間隙が形成されるように、被加工物の貫通孔の内径よりも小さくなるように設定されている。
【００１８】
さらに、大径部分１４ｂとテーパ状部分１４ｃとの境界部には、シャフト１４の外周面から半径方向に延びる環状のフランジ部２０が設けられている。このフランジ部２０の外径は、被加工物１２の円筒状貫通孔１８の内径よりも大きくなるように設定されている。したがって、被加工物１２がシャフト１４に挿入されたときに、被加工物１２がフランジ部２０を越えてシャフト１４の大径部分１４ｂへ向かって移動することはできず、被加工物１２の軸線方向端面が必ずフランジ部２０のフランジ面と当接して停止するようになる。
【００１９】
挿入体１６は、その中央部に内孔２２が形成された円筒形状となっている。さらに具体的には、挿入体１６は、その外周面が略円筒状である一方、その内周面がシャフト１４のテーパ状部分１４ｃと相補的なテーパ形状となるように形成されており、軸線方向に楔形断面形状を有している。なお、この挿入体１６の楔形断面形状は、被加工物１２の円筒状貫通孔１８の内周面とシャフト１４の外周面との間に形成される間隙の楔形断面形状と相補的となっている。
【００２０】
また、挿入体１６は、半径方向に拡張可能となっており、例えば、ゴムなどの弾性材料から作製されている。図１に示されている挿入体１６は円筒状であるが、一般的なコレットのように、少なくとも一方の端部から軸線方向に延びるスリットが形成されており、それにより挿入体１６が半径方向に拡張可能となっていてもよい。この場合には、挿入体１６を金属やプラスチックなど弾性材料以外の材料から作製することも可能となる。また、挿入体１６が円筒を周方向に分割した形状の複数の部分から構成されている形態をとることも可能である。
【００２１】
被加工物保持具１０は、さらに、挿入体１６を大径部分１４ｂ側に押し入れるための第１の締付ナット２４と、挿入体１６と第１の締付ナット２４との間に介在する第１のカラー２６と、被加工物１２をフランジ部２０に押し付けるための第２の締付ナット２８と、被加工物１２と第２の締付ナット２８との間に介在する第２のカラー３０とを含んでいる。また、シャフト１４の小径部分１４ａには、少なくともテーパ状部分１４ｃと隣接する領域に、雄ねじ部３２が形成されており、この雄ねじ部３２には、第１の締付ナット２４及び第２の締付ナット２８を係合させることができるようになっている。なお、雄ねじ部は、第１の締付ナット２４を係合させるための第１の雄ねじ部と、第２の締付ナット２８を係合させるための第２の雄ねじ部とに分離して設けることも可能である。
【００２２】
第１の締付ナット２４は、その締め付けによって生じる力を第１のカラー２６を介して挿入体１６に伝達できるように配置される。第１のカラー２６は、主として、第１の締付ナット２４と挿入体１６との間の摩擦を低減させるためのものであり、樹脂など低摩擦材料から形成されていることが好ましい。したがって、第１のカラー２６は必須の構成要素ではなく、挿入体１６と隣接して第１の締付ナット２４を配置し、第１の締付ナット２４から挿入体１６に直接的に力を伝達させるようにしてもよい。
【００２３】
第２の締付ナット２８は、第１の締付ナット２４よりも小径部分１４ａの自由端部側に配置されている。そのため、被加工物１２に対して直接的に力を作用させることができない。そこで、第１の締付ナット２４及び第１のカラー２６と干渉することなく被加工物１２に第２の締付ナット２８の力を伝達するために、カップ形状又は有底円筒形状の第２のカラー３０が設けられている。第２のカラー３０もまた第１のカラー２６と同様に樹脂など低摩擦材料から形成されていることが好ましい。
【００２４】
また、図１に示されている実施態様では、挿入体１６と第１の締付ナット２４は、互いに対して回転可能に接続されている。この構成により、第１の締付ナット２４を回転させ小径部分１４ａの自由端部側に移動させたときに、第１の締付ナット２４に伴って挿入体１６も小径部分１４ａの自由端部側に移動するようになり、被加工物１２の貫通孔１８とシャフト１４との間隙から挿入体を引き抜くことが容易になる。
【００２５】
次に、図１に示されている被加工物保持具１０に被加工物１２を着脱する手順について説明する。
【００２６】
被加工物保持具１０に被加工物１２を保持するためには、最初に、図１に示されている被加工物保持具１０のシャフト１４を加工装置から取り外し、その大径部分１４ｂを下側にして直立させる。なお、被加工物１２にシャフト１４を貫通させるための円筒状貫通孔１８を予め形成しておく必要があることはいうまでもない。次に、シャフト１４の小径部分１４ａ側から、被加工物１２の底面（図１において左側の端面）がフランジ部２０に当接するまで、直立したシャフト１４上に被加工物１２を挿入する。このとき、被加工物１２の貫通孔１８の内周面とシャフト１４のテーパ状部分１４ｃの外周面との間には軸線方向に楔形断面形状を有した間隙が形成される。
【００２７】
次に、被加工物１２の貫通孔１８の内周面とシャフト１４のテーパ状部分１４ｃの外周面との間隙に、軸線方向断面形状がこの間隙と相補的な挿入体１６を挿入すると共に、挿入体１６と接続されている第１の締付ナットをシャフト１４の小径部分１４ａの雄ねじ部３２に係合させる。そして、挿入体１６と第１の締付ナット２４との間に第１のカラー２６を介在させた状態で第１の締付ナット２４を締め付けていく。
【００２８】
こうして、挿入体１６がシャフト１４の軸線方向に沿ってシャフト１４の大径部分１４ｂ及びフランジ部２０へ向かって移動し、挿入体１６の内周面とシャフトのテーパ状部分の外周面とが当接する位置を越えてさらに押し込まれると、シャフト１４のテーパ状部分１４ｃの外周面と挿入体１６のテーパ状内周面との協働によって、挿入体１６が内周面からシャフト１４の外周面により半径方向外側に押圧されて半径方向に拡張される。これにより、挿入体１６の外周面が被加工物１２の貫通孔１８の内周面に強く押し付けられ、被加工物１２がシャフト１４上に保持される。
【００２９】
なお、挿入体１６と第１の締付ナット２４は互いに対して回転可能に接続されているので、第１の締付ナット２４を締め付けるべく回転させているときに、挿入体１６の外周面が被加工物１２の貫通孔１８の内周面に接触した状態で挿入体１６が被加工物１２に対して回転することはない。また、第１の締付ナット２４の締め付けの際、被加工物１２は重力の作用でフランジ部２０に押し付けられているので、被加工物１２が挿入体１６の作用などによりフランジ部２０から離れることはない。したがって、被加工物１２は、常に、シャフト１４上の予め定められた位置、すなわち被加工物１２の端面がフランジ部２０に当接した位置に保持される。
【００３０】
第１の締付ナット２４によって、被加工物１２の貫通孔１８の内周面とシャフト１４の外周面との間隙に、被加工物１２を保持するのに十分に挿入体１６が押し込まれたならば、シャフト１４の小径部分１４ａに第２のカラー３０を装着する。このとき、有底円筒形状の第２のカラー３０の開口縁端部は被加工物１２の小径部分１４ａ側の端面に当接した状態で配置される。そして、この状態で、雄ねじ部３２に第２の締付ナット２８を係合させ、第２の締付ナット２８を締め付けることによって、第２のカラー３０を介して被加工物１２をシャフト１４のフランジ部２０に押し付け、被加工物１２がシャフト１４の軸線方向に移動することを防止する。
【００３１】
なお、挿入体１６は被加工物保持具１０に十分な保持力を提供するので、第２の締付ナット２８及び第２のカラー３０は必ずしも必要とされないことに留意されたい。
【００３２】
このようにして、被加工物保持具１０に被加工物１２を保持したならば、シャフト１４の小径部分１４ａ及び大径部分１４ｂを旋盤や研削盤などの加工装置のセンタシャフトなどで支持すればよい。
【００３３】
図１に示されている被加工物保持具１０から被加工物１２を取り外すためには、第２の締付ナット２８及び第２のカラー３０をシャフト１４から取り外した後、第１の締付ナット２４を締め付け時とは逆方向に回転させ、第１の締付ナット２４をシャフト１４の小径部分１４ａの自由端部に向かって移動させる。すると、第１の締付ナット２４と挿入体１６とは接続されていることから、この移動に伴って、挿入体１６がシャフト１４の外周面と被加工物１６の貫通孔１８の内周面との間から引き抜かれる。これにより、挿入体１６は、シャフト１４のテーパ状部分１４ｃの外周面により半径方向外側に押圧されることがなくなって半径方向に収縮し、被加工物１２はシャフト１４から解放される。
【００３４】
以上、図１に示されている被加工物保持具１０に基づいて本発明を説明したが、本発明は、図１に示されている実施形態に限定されるものではない。例えば、挿入体１６に、軸線方向に延びるスリットを設け、挿入体１６を半径方向に拡張可能とさせてもよい。この場合も、図１に示されている被加工物保持具１０と同様にして被加工物１２の着脱を行うことが可能である。また、雄ねじ部３２を第１の締付ナット２４が係合するための第１の雄ねじ部と、第２の締付ナット２８が係合する第２の雄ねじ部とに分離して設けることも可能である。さらに、挿入体１６と第１の締付ナット２４とを分離して設けることも可能である。この場合には、被加工物１２をシャフト１４から解放するためには、被加工物１２に対して大径部分１４ｂ側から小径部分１４ａ側に向けて外力を加えればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】被加工物が保持された状態の本発明の被加工物保持具を示している部分側断面図である。
【符号の説明】
１０…被加工物保持具
１２…被加工物
１４…シャフト
１６…挿入体
１８…貫通孔
２０…フランジ部
２４…第１の締付ナット
３２…雄ねじ部

Claims (5)

1. 一端から他端へ向けて直径が大きくなるテーパ状シャフトを備え、被加工物に形成された円筒状貫通孔を該シャフトに挿入して該被加工物をシャフト上に保持する被加工物保持具において、
   前記被加工物を前記シャフトに挿入したときに前記被加工物の円筒状貫通孔とテーパ状シャフトとの間に軸線方向楔形断面形状の間隙が形成され、前記被加工物保持具が前記間隙と相補的な軸線方向楔形断面形状を有し且つ半径方向に拡張可能な挿入体をさらに備えており、前記間隙に前記シャフトの前記一端から前記挿入体を挿入し、前記挿入体を前記シャフトの前記他端に向かって押し込むことによって、前記挿入体を半径方向に拡張させ、前記被加工物を前記シャフトに保持することを特徴とする被加工物保持具。
2. 前記挿入体は半径方向に拡張可能な筒状挿入体であり、該挿入体の内周面は前記シャフトと相補的なテーパ形状に形成されている、請求項１に記載の被加工物保持具。
3. 前記シャフトは該シャフトの外周面から半径方向に延びる環状のフランジ部を備える、請求項１に記載の被加工物保持具。
4. 前記シャフトの前記一端に雄ねじ部がさらに設けられており、該雄ねじ部に締付ナットを係合させ、該締付ナットを締め付けることにより、前記挿入体を前記シャフトの基端へ向かって押し込む、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の被加工物保持具。
5. 前記締め付けナットと前記挿入体は一体的に移動するようになっている、請求項４に記載の被加工物保持具。

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