JP4688048B2 - チャック装置 - Google Patents

Description

本発明はワーク加工用の工作機械に搭載されるチャック装置であって、特にチャック変形を起こし易い肉厚の薄いワークを把持するのに好適なチャック装置に関する。

研削加工機等の工作機械でワークを加工する場合、工作機械の主軸に装着したチャックでワークを把持して行われている。加工前のワークは通常その軸方向（厚み）寸法が不揃いであるため、チャックに把持したワークの端面を位置決めする必要がある。従来、このチャックによるワークの位置決めについては、ワークを配給するローダーのプッシャーを基準にしてワークをチャックに挿入し、チャック内の軸方向にスライド可能なストッパに押し当てながら爪でクランプしていた。このストッパは、ばねによりワークの方向に付勢されて位置決めされている（例えば、特許文献１参照）。

実開平５−３０４号公報

ところが、従来のチャックによるワークの位置決めにあっては、以下のような問題があった。

チャックの爪はストッパのばね力に逆らってワークが動かなくなるような力でクランプするので、特に肉厚が薄いワークの場合、クランプ時にチャック変形が生じてしまう。一方、チャック変形を防ぐためにストッパのばね力を弱めると、ローダーのプッシャーへの押し付け力が不充分になり、クランプ位置がばらつくことがある。しかも肉厚の薄いワークにおいてはストッパがワークの姿勢を規制する役割を果たさなくなり、ワークが傾いた状態でクランプされてしまう。よって、高精度な加工を行うことができないという問題があった。

そこで、本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、特にチャック変形を起こし易い肉厚の薄いワークであっても正確な位置決めが可能なチャック装置を提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成するため、工作機械の主軸に搭載されるチャック装置であって、上記主軸の軸線と直交する方向に開閉し、開時にワークを挿入又は解放するとともに閉時にワークを把持する第１のチャック機構部と、上記主軸の軸線方向にスライド可能に支持され、上記主軸の先端側に向かって上記ワークを付勢するスライドストッパと、上記主軸の軸線と直交する方向に開閉し、開時に上記スライドストッパを解放するとともに閉時に上記スライドストッパを把持してそのスライド動作を規制する第２のチャック機構部と、上記第１のチャック機構部と上記第２のチャック機構部とに所定力を付与して両チャック機構部を開けるように駆動し、かつ、その所定力を解除したときに上記第１のチャック機構部よりも先に上記第２のチャック機構部を閉じるように駆動する駆動機構部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明は上記構成を備えたチャック装置において、上記第１のチャック機構部と上記第２のチャック機構部は共に、所定の押圧力を受けて弾性変形するダイヤフラムと、上記ダイヤフラムの表面に放射状に設けられ、当該ダイヤフラムの弾性変形時に拡がって弾性復帰時に元に戻る複数個の爪と、から構成されたダイヤフラムチャックであることを特徴とする。

また、本発明は上記第１のチャック機構部と上記第２のチャック機構部をダイヤフラムチャックにしたチャック装置において、上記駆動機構部は、上記主軸の軸線方向にスライド可能に支持されるとともに、上記主軸内に供給される圧縮エアーの圧力を受けて、上記第１のチャック機構部を構成するダイヤフラムと上記第２のチャック機構部を構成するダイヤフラムとを押圧する一つのピストンであることを特徴とする。

また、本発明は上記駆動機構部を一つのピストンで構成したチャック装置において、上記駆動機構部は、上記ピストンと上記ダイヤフラムとの間に着脱自在に装着されたスペーサを有することを特徴とする。

本発明のチャック装置によれば、以下のような効果が得られる。

第１のチャック機構部によってワークを把持する前に、第２のチャック機構部によってスライドストッパが把持されてそのスライド動作が規制される。したがって、ワークを把持する際にスライドストッパの軸方向にばね力が作用しないので、ワークのクランプ力が必要最小限で済み、肉厚の薄いワークを把持しても変形が生じない。よって、正確な位置決めが可能になり、高精度な加工を行うことができる。

また、第２のチャック機構部によってスライドストッパにおけるワークに近接した位置が把持されるので、センタリングが向上するとともに振れが抑えられてワークの把持姿勢が安定する。

また、第１のチャック機構部と第２のチャック機構部を開閉させる駆動機構部を一つのピストンによって構成することができるので、チャック装置の内部構造が簡素化し、これにより設計変更に際しての製造コストが抑えられる。

さらに、駆動機構部においてピストンとダイヤフラムとの間に装着されるスペーサの厚みを変更することにより、第１のチャック機構部と第２のチャック機構部との間の開閉タイミングを調整できる。したがって、ワークに合わせてタイミング調整したチャック機構部とスペーサをセットにして用意しておけば、ワークが変わってもそのセットを変更するだけで容易に対応することができる。よって、ワーク変更の度に毎回位置決め調整を行う必要もなく作業者の負担が軽減される。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は本実施形態のチャック装置を搭載した工作機械の主要部を示す断面図、図２は同チャック装置を正面から見た平面図、図３は同チャック装置の動作説明図である。

まず、本実施形態のチャック装置の構成を説明する。

図１において、本実施形態ではワーク加工用の工作機械１として研削加工機の一部を示しており、この研削加工機の主軸２にチャック装置１０が搭載される。研削加工機の主軸２はボールベアリング３の内輪に取り付けられていて、その軸心周りに回転可能に構成されている。したがって、主軸２が回転するとそれに伴ってチャック装置１０も主軸２の軸心周りに回転するようになっている。そしてローダー４で配給されたワークＷをチャック装置１０で把持しながら回転させ、図示しない研削用砥石を送り込んでワークＷの端面を研削加工するというものである。

本実施形態のチャック装置１０は、以下に説明する第１のチャック機構部２０と、スライドストッパ３０と、第２のチャック機構部４０と、駆動機構部５０とを備えて構成されている。

第１のチャック機構部２０は主軸２の軸線と直交する方向に開閉し、開時にワークＷを挿入又は解放するとともに閉時にワークＷを把持する機能を有している。このチャック機構部は円形ドーム状の外側ダイヤフラム２１と、外側ダイヤフラム２１の表面に一体化されたワーク把持爪２２とから構成されたダイヤフラムチャックである。図２に示すようにワーク把持爪２２は外側ダイヤフラム２１の表面に放射状かつ等角度で複数個（本実施形態では３個）設けられている。

外側ダイヤフラム２１は内側から所定の押圧力を受けると外側に弾性変形し、この弾性変形時に３個のワーク把持爪２２，２２，…がその中心から外側へと拡がる。このとき第１のチャック機構部２０が開の状態になりワークＷが挿入又は解放される。一方、所定の押圧力を解除すると外側ダイヤフラム２１が弾性復帰し、この弾性復帰時に３個のワーク把持爪２２，２２，…が元の位置に戻る。このとき第１のチャック機構部２０は閉の状態になりワークＷが把持される。

スライドストッパ３０は主軸２の軸線方向にスライド可能に支持され、主軸２の先端側に向かってワークＷを付勢する機能を有している。このストッパは主軸２の中心に固定されたシリンダ３１と、シリンダ内にスライド可能に支持されたロッド３２と、シリンダ内底部に嵌着されてロッド３２を押圧するスプリング３３とを備えてなる。なお、シリンダ内底部にはエアー供給路３４が開通しており、この供給路から供給したエアーをロッド中心に貫通したエアー通路３５を通じてロッド先端からワークＷに吹き付けることで、ロッド先端面とワーク端面との間に残留した研削屑等を除去できるようになっている。

第２のチャック機構部４０は主軸２の軸線と直交する方向に開閉し、開時にスライドストッパ３０を解放するとともに閉時にスライドストッパ３０を把持してそのスライド動作を規制する機能を有している。このチャック機構部もまた第１のチャック機構部２０と同様なダイヤフラムチャックであり、円形ドーム状の内側ダイヤフラム４１と、内側ダイヤフラム４１の表面に一体化されたストッパ把持爪４２とから構成されている。図２に示すようにストッパ把持爪４２は内側ダイヤフラム４１の表面にワーク把持爪２２に重ならないよう放射状かつ等角度で複数個（本実施形態では３個）設けられている。

内側ダイヤフラム４１は内側から所定の押圧力を受けると外側に弾性変形し、この弾性変形時に３個のストッパ把持爪４２，４２，…がその中心から外側へと拡がる。このとき第２のチャック機構部４０は開の状態であるので、スライドストッパ３０は規制されておらず軸方向へ自由にスライド動作が可能である。一方、所定の押圧力を解除すると内側ダイヤフラム４１が弾性復帰し、この弾性復帰時に３個のストッパ把持爪４２，４２，…が元の位置に戻る。このとき第２のチャック機構部４０は閉の状態になり、スライドストッパ３０におけるワークＷに近接した位置が把持され、その軸方向へのスライド動作が規制される。

駆動機構部５０は第１のチャック機構部２０と第２のチャック機構部４０とに所定力を付与して両チャック機構部を開けるように駆動する機能と、その所定力を解除したときに第１のチャック機構部２０よりも先に第２のチャック機構部４０を閉じるように駆動する機能を有している。この機構部はエアー駆動機構であり、主軸２の軸線方向にスライド可能に支持された一つのピストン５１を備え、ピストン５１は互いに外径の異なる大中小３つの径部（大径部５１ａ、中径部５１ｂ、小径部５１ｃ）から構成される。図のように大径部５１ａは主軸２とシリンダ３１との間の空間部に嵌め込まれ、中径部５１ｂは着脱自在な円環状のスペーサ５２を挟んで内側ダイヤフラム４１の薄肉部に当接し、小径部５１ｃは外側ダイヤフラム２１の薄肉部に直接当接している。

主軸２の内部にはチャック開用のエアー通路５３が設けられており、この通路の一端は図示しない工場内のエアー供給配管に開口し、その他端は主軸２とシリンダ３１とピストン５１によって仕切られた加圧室５４に開口している。なお、加圧室５４を密閉空間とするため、主軸２とピストン５１との間はＯリング５５によってシールされている。

したがって、工場内のエアー供給配管から圧縮エアーを供給すると、その圧縮エアーはエアー通路５３を通って加圧室５４に供給され、ピストン５１を前方へとスライド動作させる推進力となる。この圧縮エアーによる推進力を受けてピストン５１が前方へとスライド動作すると、小径部５１ｃに押圧された外側ダイヤフラム２１の薄肉部が外側へと撓み変形し、ワーク把持爪２２が拡がって第１のチャック機構部２０が開いた状態になる。このとき中径部５１ｂに押圧された内側ダイヤフラム４１の薄肉部も同様に外側へと撓み変形し、ストッパ把持爪４２が拡がって第２のチャック機構部４０が開いた状態になる。

その一方、圧縮エアーの供給を停止して大気に開放すると、外側ダイヤフラム２１の薄肉部と内側ダイヤフラム４１の薄肉部が共に弾性復帰して元の形に戻る。この弾性復帰力によってピストン５１が後方位置に押し戻され、その結果として、第１のチャック機構部２０と第２のチャック機構部４０が共に閉じた状態になるように構成されている。

なお、チャック機構部を閉じる際には、第１のチャック機構部２０よりも先に第２のチャック機構部４０が閉じるようになっている。そのタイミングについては、着脱自在に装着されたスペーサ５２の厚みを変更することによって調整される。

すなわち、スペーサ５２の厚みを減少させた場合、その減少分だけ２枚のダイヤフラムが完全に元の形状に復帰するまでのタイミングにずれが生じる。つまり、圧縮エアーに押されてピストン５１が前進したとき、小径部５１ｃが外側ダイヤフラム２１を押し出し始めるタイミングよりも中径部５１ｂが内側ダイヤフラム４１を押し出し始めるタイミングの方が遅くなる。これとは逆に、圧縮エアーの押圧力が解除されたときには、内側ダイヤフラム４１が中径部５１ｂを元の位置まで押し戻し終わるタイミングよりも外側ダイヤフラム２１が小径部５１ｃを元の位置まで押し戻し終わるタイミングの方が遅くなる。このようにして、第１のチャック機構部２０よりも先に第２のチャック機構部４０が閉じるように構成されている。

以上が本実施形態のチャック装置の構成であるが、次にその動作を説明する。

図１において、この研削加工機１を用いてワークＷを研削加工する際には、チャック装置１０でワークＷを把持する。

まず、チャック装置１０において、工場内のエアー供給配管からエアー通路５３の内部に所定圧の圧縮エアーを供給する。これにより圧縮エアーはエアー通路５３から加圧室５４に供給され、ピストン５１を前進させる推進力が得られる。

ピストン５１が所定ストローク前進すると、２つのチャック機構部は、図３（ア）に示す「全開」状態になる。すなわち、小径部５１ｃに押圧された外側ダイヤフラム２１の薄肉部が外側へと撓み変形し、これに伴いワーク把持爪２２が拡がって第１のチャック機構部２０が開いた状態になる。このとき中径部５１ｂに押圧された内側ダイヤフラム４１の薄肉部も同様に外側へと撓み変形し、これに伴いストッパ把持爪４２が拡がって第２のチャック機構部４０も開いた状態になる。

このように、第１のチャック機構部２０と第２のチャック機構部４０が共に開いた状態において、ローダー４を前方移動させてプッシャー５に保持したワークＷを配給する。ここで、ワークＷの厚み寸法に応じて位置決め部材６の長さ寸法があらかじめ設定されている。そしてプッシャー５で保持したワークＷをスライドストッパ３０のロッド先端に突き当てると、ワークＷはスプリング３３のばね力によりロッド３２で前方に付勢される。これにより位置決め部材６の先端面を基準面として軸方向に正確な位置決めができる。

次に、ワークＷを軸方向に位置決めした状態で、エアー供給配管からの圧縮エアーの供給を停止する。これにより加圧室５４内の圧縮エアーが大気に開放され、ピストン５１を前進させる推進力がなくなる。

ピストン５１を前進させる推進力がなくなると、弾性変形していた外側ダイヤフラム２１の薄肉部と内側ダイヤフラム４１の薄肉部が自身の弾性力によって復帰して元の形に戻る。この弾性復帰力によって両ダイヤフラムに当接しているピストン５１が後方に押し戻され、その結果として、第１のチャック機構部２０と第２のチャック機構部４０が共に閉じた状態になる。ここで第１のチャック機構部２０と第２のチャック機構部４０の動作タイミングは以下の通りとなる。

まず、ピストン５１が中間位置付近まで後退した状態においては、２つのチャック機構部は、図３（イ）に示す「半開」状態になる。すなわち、上述したように外側ダイヤフラム２１が完全に元の形状に戻るまでのタイミングよりも内側ダイヤフラム４１が完全に元の形状に戻るまでのタイミングの方が速い。このため、第１のチャック機構部２０のワーク把持爪２２よりも第２のチャック機構部４０のストッパ把持爪４２の方が先に閉じてスライドストッパ３０をクランプするので、スライドストッパ３０の軸方向へのスライド動作が規制される。

そして、最終的にピストン５１が元の基準位置まで後退すると、２つのチャック機構部は、図３（ウ）に示す「全閉」状態になる。すなわち、外側ダイヤフラム２１が完全に元の形状に戻り、ワーク把持爪２２が閉じてワークＷをクランプする。この際、スライドストッパ３０は上述した通りストッパ把持爪４２によってクランプされており、スライドストッパ３０の軸方向にスプリング３３のばね力が作用しないので、このばね力を相殺するためにワークＷのクランプ力を大きく設定する必要がない。よって、ソフトなクランプ力でワークＷを把持できる。

最後に、ワークＷを把持した状態で、ローダー４を後方移動させてプッシャー５をワークＷから抜き取り、ローダー４を反対方向へと旋回させる。これによりワークＷの研削加工面が現れるので、チャック装置１０を主軸２の軸心周りに回転させ、図示しない研削用砥石を送り込んでワークＷの研削加工面を研削加工すればよい。

以上説明した通り、本実施形態のチャック装置１０によれば、ワークＷを把持する際に第１のチャック機構部２０よりも先に第２のチャック機構部４０が閉じてあらかじめスライドストッパ３０の動きを規制するようになっている。このため、ワークＷのクランプ力が必要最小限で済み、肉厚の薄いワークＷの場合であってもソフトなクランプ力でワークＷを把持でき、クランプ時の変形を防止できるという効果が得られる。また、スライドストッパ３０はワークＷに近接した位置で把持されるので、センタリングが向上するとともに振れが抑えられてワークＷの把持姿勢が安定するという効果もある。

さらには、第１のチャック機構部２０と第２のチャック機構部４０を開閉させる駆動機構部５０が一つのピストン５１によって構成されているので、チャック装置１０の内部構造が複雑化することがなく、設計変更に際してコストアップを招くこともない。また、駆動機構部５０においてピストン５１と内側ダイヤフラム４１との間に着脱可能に装着されるスペーサ５２の厚みを適宜変更することにより、第１のチャック機構部２０と第２のチャック機構部４０との間の開閉タイミングを調整できる。よって、ワークＷに合わせてタイミングを調整したチャック機構部とスペーサ５２をセットにして用意しておけば、ワークＷの種類や加工箇所が変わってもそのセットを変更するだけで容易に対応することができる。

本実施形態のチャック装置を搭載した工作機械の主要部を示す断面図。 図１のチャック装置を正面から見た平面図。 図１のチャック装置の動作説明図。

符号の説明

Ｗ ワーク
１ 工作機械（研削加工機）
２ 主軸
３ ボールベアリング
４ ローダー
５ プッシャー
６ 位置決め部材
１０ チャック装置
２０ 第１のチャック機構部
２１ 外側ダイヤフラム
２２ ワーク把持爪
３０ スライドストッパ
３１ シリンダ
３２ ロッド
３３ スプリング
３４ エアー供給路
３５ エアー通路
４０ 第２のチャック機構部
４１ 内側ダイヤフラム
４２ ストッパ把持爪
５０ 駆動機構部
５１ ピストン
５２ スペーサ
５３ エアー通路
５４ 加圧室
５５ Ｏリング

Claims (4)

1. 工作機械の主軸に搭載されるチャック装置であって、
   上記主軸の軸線と直交する方向に開閉し、開時にワークを挿入又は解放するとともに閉時にワークを把持する第１のチャック機構部と、
   上記主軸の軸線方向にスライド可能に支持され、上記主軸の先端側に向かって上記ワークを付勢するスライドストッパと、
   上記主軸の軸線と直交する方向に開閉し、開時に上記スライドストッパを解放するとともに閉時に上記スライドストッパを把持してそのスライド動作を規制する第２のチャック機構部と、
   上記第１のチャック機構部と上記第２のチャック機構部とに所定力を付与して両チャック機構部を開けるように駆動し、かつ、その所定力を解除したときに上記第１のチャック機構部よりも先に上記第２のチャック機構部を閉じるように駆動する駆動機構部と、を備えた
   ことを特徴とするチャック装置。
2. 上記第１のチャック機構部と上記第２のチャック機構部は共に、
   所定の押圧力を受けて弾性変形するダイヤフラムと、
   上記ダイヤフラムの表面に放射状に設けられ、当該ダイヤフラムの弾性変形時に拡がって弾性復帰時に元に戻る複数個の爪と、から構成されたダイヤフラムチャックである
   ことを特徴とする請求項１に記載のチャック装置。
3. 上記駆動機構部は、
   上記主軸の軸線方向にスライド可能に支持されるとともに、上記主軸内に供給される圧縮エアーの圧力を受けて、上記第１のチャック機構部を構成するダイヤフラムと上記第２のチャック機構部を構成するダイヤフラムとを押圧する一つのピストンである
   ことを特徴とする請求項２に記載のチャック装置。
4. 上記駆動機構部は、
   上記ピストンと上記ダイヤフラムとの間に着脱自在に装着されたスペーサを有する
   ことを特徴とする請求項３に記載のチャック装置。

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