(57)【要約】【課題】チャック装置において、チャック部でのワークの保持力を変化させることができるとともに、チャック部を容易に交換することができるものとする。【解決手段】開閉自在な把持部１０を有するチャック部５０と、把持部１０に対して空気Ａを供給する第１供給系３１とを備え、第１供給系３１内にシリンダ室３１ｔが設けられ、シリンダ室３１ｔ内に移動自在の加圧ピストン３１ｊが設けられ、加圧ピストン３１ｊに開閉自在の逆止弁３１ｓが設けられ、逆止弁３１ｓは、第１供給系３１の第１通路３１ｂに空気Ａを供給する際に開くように、かつ、加圧ピストン３１ｊの移動の際に閉じるように配置され、把持部１０が閉じた状態で加圧ピストン３１ｊが移動されると第１供給系３１の第１通路３１ｂが閉塞され、加圧ピストン３１ｊの移動によって把持部１０を閉じる作動力が調節される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉自在なチャック部と、前記チャック部に対して流動体を供給する供給経路とを備え、前記供給経路に流動体を供給することによって前記チャック部が閉じる作動をするチャック装置において、
前記供給経路中に、前記流動体の圧力を加圧する移動自在なピストンが設けられ、
前記ピストンに、前記チャック部への前記流動体の供給を遮断する、開閉自在のバルブが設けられ、
前記バルブは、前記供給経路に流動体を供給する際に開くように、かつ、前記ピストンの加圧移動の際に閉じ、前記供給経路を閉塞するように、配置され、
前記供給経路内に前記バルブを介して前記流動体が供給されて前記チャック部が閉じ、前記チャック部が閉じた状態で前記ピストンが加圧移動されると、閉塞された前記供給経路内の前記流動体が、前記ピストンの移動によって加圧され、前記チャック部を閉じる作動力が調節されるように構成されたことを特徴とするチャック装置。
【請求項２】
前記供給経路を閉塞し、前記流動体を加圧するように、前記ピストンを移動させる移動操作手段を設けたことを特徴とする請求項１のチャック装置。
【請求項３】
前記供給経路内に、前記ピストンが前記加圧を解除する方向に動いたときに前記バルブが突き当てられる突当部が形成され、
前記バルブは、前記突当部に突き当てられることにより開き、加圧された前記流動体を流出させることを特徴とする請求項１または２に記載のチャック装置。
【請求項４】
請求項１から３のうちいずれか１項に記載のチャック装置を設けた主軸を備えたことを特徴とする工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャック装置およびこのチャック装置を備えた工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、旋盤などの工作機械は、丸棒等の加工対象物（以下、ワークという。）を主軸に固定するために、チャック装置を備えている。
【０００３】
このチャック装置としては、コレットチャック装置やダイヤフラムチャック装置などが知られている（特許文献１）。
【０００４】
ダイヤフラムチャック装置は、油や空気などの流体を作動媒体としてダイヤフラム膜を弾性変形させ、その復元力を以てワークを保持させるものであるが、寸法を大きくすることなくワークの保持力を高めるものとして、複動動作する油圧ピストンを用いたものが提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１６７７７３号公報
【特許文献２】特開２００８−１８８７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に記載のものは、油圧ピストンを動作させるために、一定量の油を封入する必要があり、ワークの適用サイズ等に応じてチャック部を交換する際に、油の流出と再封入が必要となり、作業の手間が掛かるという問題がある。
【０００７】
また、油の封入量は一定であるため、チャック部でのワークの保持力を変化させることが容易ではない。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、チャック部でのワークの保持力を容易に変化させることができるチャック装置、およびこのチャック装置を備えた工作機械を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るチャック装置は、開閉自在なチャック部と、前記チャック部に対して流動体を供給する供給経路とを備え、前記供給経路に流動体を供給することによって前記チャック部が閉じる作動をするチャック装置において、前記供給経路中に、前記流動体の圧力を加圧する移動自在なピストンが設けられ、前記ピストンに、前記チャック部への前記流動体の供給を遮断する、開閉自在のバルブが設けられ、前記バルブは、前記供給経路に流動体を供給する際に開くように、かつ、前記ピストンの加圧移動の際に閉じ、前記供給経路を閉塞するように、配置され、前記供給経路内に前記バルブを介して前記流動体が供給されて前記チャック部が閉じ、前記チャック部が閉じた状態で前記ピストンが加圧移動されると、閉塞された前記供給経路内の前記流動体が、前記ピストンの移動によって加圧され、前記チャック部を閉じる作動力が調節されるように構成されたことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る工作機械は、請求項１から３のうちいずれか１項に記載のチャック装置を設けた主軸を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るチャック装置およびこのチャック装置を備えた工作機械によれば、チャック部を閉じるごとに流動体を供給し、ピストンによる流動体の加圧が可能であるため、チャック部でのワークの保持力を容易に変化させることができるとともに、チャック部を容易に交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】自動旋盤装置の、ダイヤフラムチャック装置を含む要部を示す断面図であり、ワークを保持する前の状態を示す。
【図２】図１におけるダイヤフラムチャック装置の詳細を示す図である。
【図３】チャック爪の開状態を示す図２相当の図である。
【図４】空気の供給によってダイヤフラムチャック装置を作動させてワークを保持させた、図２相当の図である。
【図５】図１相当の断面図であり、ワークの保持力を増大させた状態を示す。
【図６】図５におけるダイヤフラムチャック装置の詳細を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るチャック装置およびこのチャック装置を備えた工作機械の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１４】
（構成）
図１，２に示した自動旋盤装置２００は、本発明に係るチャック装置の一実施形態としてのダイヤフラムチャック装置１００を備えていて、本発明に係る工作機械の一実施形態である。
【００１５】
ダイヤフラムチャック装置１００は、自動旋盤装置２００の主軸１１０に取り付けられており、加工対象物３００（以下、ワーク３００という。）を保持する。
【００１６】
ダイヤフラムチャック装置１００は、主軸１１０の軸方向Ｃに対して直交する方向に開閉してワーク３００を保持するチャック部５０と、空気供給部３０とを備えている。
【００１７】
チャック部５０は、把持部１０と、空気Ａ（流動体）の供給によりチャック部５０の把持部１０を開閉駆動する駆動部２０とを備えている。
【００１８】
把持部１０は、周方向に沿って並ぶ、開閉自在の複数個のチャック爪１１を備え、駆動部２０は、供給された空気Ａによってチャック爪１１を開閉させる。
【００１９】
空気供給部３０は、空気Ａを駆動部２０に供給する第１供給系３１（供給経路）および第２供給系３２を有している。
【００２０】
なお、本実施形態の自動旋盤装置２００においては、６個のチャック爪１１が等角度間隔で配置されている。
【００２１】
駆動部２０は、軸方向Ｃに沿って進退する複動ピストン２３と、複動ピストン２３を囲むシリンダ２４とを備えている。
【００２２】
シリンダ２４によって囲まれたシリンダ室は、複動ピストン２３を挟んで第１室２１と第２室２２とに仕切られている。複動ピストン２３の外周面と内周面とにはそれぞれＯリングが設けられていて、これらのＯリングがシリンダ２４の周面に密接することで、第１室２１と第２室２２との間は気密が保たれている。
【００２３】
第１室２１には、空気Ａが供給される第１供給系３１が接続され、第２室２２には、空気Ａが供給される第２供給系３２が接続されている。第１供給系３１と第２供給系３２とは互いに独立している。
【００２４】
なお、図１を始めとして以下の図においては図示を簡略化するため、主軸１１０の中心（軸方向Ｃを示す一点鎖線）に対して上側の部分と下側の部分とは、主軸１１０の中心回りの異なる角度位置の断面として示している。
【００２５】
複動ピストン２３は、その中心側の、軸方向Ｃに沿って延びた円筒部分２３ａが、チャック爪１１に連なるダイヤフラム膜２５に連結されている。
【００２６】
図１，２に示したチャック爪１１の閉状態から、第２供給系３２を介して第２室２２に空気Ａを供給し、図３に示すように複動ピストン２３を前方Ｆに移動させて、ダイヤフラム膜２５を、前方Ｆに突出するように変形させることによって、チャック爪１１は開き、このチャック爪１１の開状態から、第２室２２を大気に開放することによるダイヤフラム膜２５の復元力によって、図１，２に示すように、チャック爪１１は閉じる。
【００２７】
図３に示したチャック爪１１の開状態で、６個のチャック爪１１に囲まれた空間にワーク３００を挿入し、第２室２２を大気に開放することによって、チャック爪１１は閉状態に戻ろうとし、ワーク３００は、ダイヤフラム膜２５の変形量に応じた保持力でチャック爪１１によって保持される。
【００２８】
この状態から、第１供給系３１の第１通路３１ｂを介して第１室２１に空気Ａを供給し、図４に示すように、複動ピストン２３を軸方向Ｃに沿って後方Ｒの側に移動させると、ダイヤフラム膜２５が後方Ｒに引っ張られて弾性変形し、チャック爪１１が閉じる方向に荷重が作用し、ワーク３００に対する把持部１０の保持力が増大し、ワーク３００を強固に保持することができる。
【００２９】
第１供給系３１は、主軸１１０の内部に配置された、図示を略したポンプなどから空気Ａが供給される第１配管３１ａと、駆動部２０の第１室２１に接続された第１通路３１ｂと、第１配管３１ａと第１通路３１ｂとの間に設けられた、第１通路３１ｂにおける空気Ａを加圧する加圧部３１ｃとを有している。
【００３０】
第２供給系３２は、主軸１１０の内部に配置された、図示を略したポンプなどから空気Ａが供給される第２配管３２ａと、駆動部２０の第２室２２に接続された第２通路３２ｂとを有している。
【００３１】
加圧部３１ｃは、シリンダ３１ｆと、シリンダ３１ｆで囲まれたシリンダ室３１ｔに設けられた、軸方向Ｃに沿って移動自在の加圧ピストン３１ｄ（ピストン）とを備えている。
【００３２】
図２に示すように、加圧ピストン３１ｄの後端部３１ｅは、軸方向Ｃに沿って進退自在に主軸１１０の内部に挿入されているチャックスリーブ１２６の前端に接していて、チャックスリーブ１２６が前方Ｆに変位すると、加圧ピストン３１ｄはチャックスリーブ１２６に押されて前方へ変位する。
【００３３】
ここで、自動旋盤装置２００には、本来は例えばコレットチャック装置などの、ダイヤフラムチャック装置１００とは異なるチャック装置が予め備えられていたところ、そのチャック装置に代えてダイヤフラムチャック装置１００が取り付けられたものである。
【００３４】
そして、チャックスリーブ１２６やこのチャックスリーブ１２６を駆動する機構は、コレットチャック装置などの本来備えられていたチャック装置を開閉動作させるために予め設けられていたものである。
【００３５】
チャックスリーブ１２６の軸方向Ｃに沿った進退は、公知の技術によるものであるため、詳細な説明は省略するが、図１，５に示すように、エアシリンダのシリンダロッド１２１によって中心Ｃ１回りに揺動駆動されるチャックレバー１２２が円筒状のボビン１２３を後方Ｒに移動させ、フィンガー１２４がボビン１２３に乗り上げることでフィンガー１２４は中心Ｃ２回りに回動し、フィンガー１２４がスリーブ押圧部材１２５を介してチャックスリーブ１２６を前方Ｆに向かって押圧することにより、チャックスリーブ１２６が前方Ｆに移動する。
【００３６】
なお、シリンダロッド１２１、チャックレバー１２２、ボビン１２３、フィンガー１２４、スリーブ押圧部材１２５およびチャックスリーブ１２６は、本発明における移動操作手段を構成している。
【００３７】
チャックスリーブ１２６が移動した状態から、エアシリンダのシリンダロッド１２１によって中心Ｃ１回りの反対方向にチャックレバー１２２を揺動させると、円筒状のボビン１２３が前方Ｆに移動し、ボビン１２３に乗り上げていたフィンガー１２４がボビン１２３から落ちて、フィンガー１２４は中心Ｃ２回りの反対方向に回動し、チャックスリーブ１２６の押圧が解除される。
【００３８】
シリンダ３１ｆによって囲まれたシリンダ室３１ｔは、加圧ピストン３１ｄを挟んで第１室３１ｇと第２室３１ｈとに仕切られている。
【００３９】
シリンダ３１ｆおよび加圧ピストン３１ｄには、第１配管３１ａからシリンダ室３１ｔの第１室３１ｇに通じる通路３１ｉが形成されている。
【００４０】
そして、加圧ピストン３１ｄの外周面と内周面およびシリンダ３１ｆにはそれぞれＯリングが設けられていて、第１室３１ｇと第２室３１ｈとの間の気密および通路３１ｉの気密が保たれている。
【００４１】
なお、第１通路３１ｂの少なくとも一部はシリンダ３１ｆに形成されていて、第１通路３１ｂは第２室３１ｈに接続されている。
【００４２】
加圧ピストン３１ｄには、上流側である第１室３１ｇと下流側である第２室３１ｈとを連通する連通路３１ｊが形成されていて、この連通路３１ｊには、連通路３１ｊを開閉する逆止弁３１ｓ（バルブ）が設けられている。
【００４３】
この逆止弁３１ｓは、コイルバネ３１ｍと弁体３１ｋとバネ押さえ３１ｎとを備え、弁体３１ｋはコイルバネ３１ｍの弾性力によって、連通路３１ｊを閉じる方向に付勢されている。
【００４４】
逆止弁により連通路３１ｊが閉じられているときは、第１室３１ｇと第２室３１ｈとの間で空気Ａの流通は生じない。すなわち、チャック部５０への空気Ａの供給を遮断する。
【００４５】
一方、逆止弁により連通路３１ｊが開かれているときは、第１室３１ｇと第２室３１ｈとの間で空気Ａの流通が許容される。すなわち、チャック部５０への空気Ａの供給の遮断を解除して、空気Ａを供給する。
【００４６】
図１〜３に示すように、加圧ピストン３１ｄが、シリンダ室の後方Ｒの端に位置している状態では、加圧ピストン３１ｄから後方Ｒに突出している逆止弁の弁体３１ｋの頭部は、第１室３１ｇの後端壁３１ｐ（突当部）に突き当たっていて、弁体３１ｋは後端壁３１ｐから前方Ｆに向かう反力により、コイルバネ３１ｍを押し縮め、逆止弁は連通路３１ｊを開いている。
【００４７】
一方、チャックスリーブ１２６が前方Ｆに移動して加圧ピストン３１ｄが前方Ｆに移動すると、弁体３１ｋの頭部は、第１室３１ｇの後端壁３１ｐから離れる。
【００４８】
この状態では、後端壁３１ｐからの反力がコイルバネ３１ｍに作用しないため、逆止弁はコイルバネ３１ｍの付勢力によって連通路３１ｊを閉じている。
【００４９】
（作用・効果）
次に、本実施形態のダイヤフラムチャック装置１００および自動旋盤装置２００の作用について説明する。
【００５０】
まず、図１，２に示す状態では、チャックスリーブ１２６が軸方向Ｃに沿った移動可能範囲のうち後方Ｒの端にあり、加圧ピストン３１ｄがシリンダ室の後方Ｒの端に位置し、第２供給系３２を介して第２室２２に空気Ａを供給して、図３に示すようにチャック爪１１を開いてワーク３００を配置した後に、第１室２１および 第２室２２が大気に開放され、図１，２に示すように、ダイヤフラム膜２５の復元力によってチャック爪１１が閉じ、ワーク３００が把持部１０に保持される。
【００５１】
ワーク３００が把持部１０に保持された状態から、図４に示すように、第１供給系３１の第１配管３１ａに空気Ａが供給されると、空気Ａは通路３１ｉを通って加圧部３１ｃの第１室３１ｇに流入する。
【００５２】
このとき、加圧ピストン３１ｄに形成された連通路３１ｊは開いているため、空気Ａは連通路３１ｊを通って第２室３１ｈに流入し、加圧ピストン３１ｄがシリンダ室の後方Ｒの端に押圧される。
【００５３】
空気Ａは、第２室３１ｈに接続された第１通路３１ｂを通って駆動部２０の第１室２１に流入する。駆動部２０の第２室２２は第２通路３２ｂおよび第２配管３２ａを通じて大気に開放されているため、空気Ａが流入した第１室２１の圧力が第２室２２よりも高くなる。
【００５４】
この結果、複動ピストン２３はシリンダ室の内部を軸方向Ｃに沿って後方Ｒに向けて移動し、ダイヤフラム膜２５を弾性変形させ、チャック爪１１によるワーク３００の保持力が増大する。
【００５５】
この状態から図５，６に示すように、チャックスリーブ１２６を前方Ｆに向かって移動させる。
【００５６】
チャックスリーブ１２６が、加圧ピストン３１ｄの後端部３１ｅを押して加圧ピストン３１ｄを前方Ｆに変位させる。これにより、逆止弁の弁体３１ｋの頭部が第１室３１ｇの後端壁３１ｐから離れ、弁体３１ｋはコイルバネ３１ｍの付勢力および第２室３１ｈ内の圧力により後方Ｒに移動し、連通路３１ｊを閉じる。
【００５７】
この結果、第１供給系３１は、加圧ピストン３１ｄよりも下流側の範囲、つまり、加圧部３１ｃの第２室３１ｈと第１通路３１ｂとが、駆動部２０の第１室２１と連通した状態で、閉塞された空間となる。
【００５８】
そして、チャックスリーブ１２６が加圧ピストン３１ｄをさらに前方Ｆに押すことで、第２室３１ｈの容積は減少し、加圧ピストン３１ｄよりも下流側の範囲の内部の圧力、すなわち閉塞された空間内に閉じこめられた空気Ａの圧力は、加圧ピストン３１ｄよりも上流側の範囲の内部の圧力、すなわち第１配管３１ａや第２配管３２ａへの空気Ａの供給圧力よりも高くなる。
【００５９】
この結果、空気Ａの供給圧力を高めることなく、複動ピストン２３を後方Ｒに押圧する荷重を増加させることができ、チャック爪１１によるワーク３００の保持力をさらに増大させることができる。
【００６０】
すなわち、チャックスリーブ１２６が軸方向Ｃに沿った移動可能範囲のうち後方Ｒの端にある状態での保持力よりも強い保持力で、把持部１０はワーク３００を保持することができる。
【００６１】
ここで、仮に、空気Ａの供給圧力を高めることなく、チャック爪１１によるワーク３００の保持力を増大させようとすると、受圧面積の大きいダイヤフラムチャック装置を使用する必要があるが、この場合ダイヤフラムチャック装置自体が大型化し、主軸回りのイナーシャーが大きくなり、主軸回りのイナーシャーが大きくなると、工作機械による加工のサイクルタイムが長くなるなど好ましくない。
【００６２】
また、外部の空圧回路上に増圧タンクを設ける等して、第１配管３１ａや第２配管３２ａへの空気Ａの供給圧力を高め、チャック爪１１によるワーク３００の保持力を増大させようとすると、ロータリージャーナル部での空気Ａの漏れが大きくなる可能性が高くなり、着座確認ポートなどを備えたものでは、空気Ａの漏れによって着座確認ができなくなり、背面側へ空気Ａが回り込んでしまうなどの問題が生じる場合がある。
【００６３】
しかし、本実施形態に係るダイヤフラムチャック装置１００および自動旋盤装置２００によれば、空気Ａの供給圧力を必要以上に高める必要がないため、主軸１１０回りのイナーシャーを大きくすることなく、ワーク３００の保持力を容易に増大させることができる。
【００６４】
また空気Ａの供給圧力を調整して、把持部１０でのワーク３００の保持力を変化させる場合であっても、この際に、供給圧力を必要以上に高める必要がないため、着座確認や背面側への空気Ａの回り込み等の問題を回避することができる。
【００６５】
本実施形態に係るダイヤフラムチャック装置１００および自動旋盤装置２００は、ダイヤフラムチャック装置１００と主軸１１０との間に、一定量の流体を封入した構造ではなく、ダイヤフラムチャック装置１００によるワーク３００の保持動作を行わせるごとに、空気Ａを流入させる構成であるため、保持しようとするワーク３００のサイズに対応して、把持部１０や駆動部２０等を別のサイズのものに交換する場合にも、封入された流体の噴出や流体の再封入などの手間を掛ける必要がなく、交換作業を簡単化することができる。
【００６６】
本実施形態に係るダイヤフラムチャック装置１００および自動旋盤装置２００は、保持力の増大をさせない、従来用いられているダイヤフラムチャック装置と同じ使い方を選択することもできる。
【００６７】
なお、図５，６に示した、保持力のさらなる増大状態から、ワーク３００の保持を解除するときは、チャックスリーブ１２６を後方Ｒに向かって移動させるとともに、第１供給系３１への空気Ａの供給を停止して第１配管３１ａを開放し、第２供給系３２に空気Ａを供給すればよい。
【００６８】
チャックスリーブ１２６が後方Ｒの端に移動すると、加圧ピストン３１ｄの下流側の範囲に閉じこめられた空気Ａの圧力により、加圧ピストン３１ｄは、後方Ｒに移動し、逆止弁の弁体３１ｋの頭部が第１室３１ｇの後端壁３１ｐに当たって、逆止弁が連通路３１ｊを開く。
【００６９】
これにより、加圧ピストン３１ｄの下流側の範囲に閉じこめられた空気Ａは、連通路３１ｊ、第１室３１ｇ、通路３１ｉ、第１配管３１ａの順に流れ、排出される。
【００７０】
この結果、複動ピストン２３を後方Ｒに押圧していた第１室２１の圧力が下がり、この動作と並行して、第２供給系３２の第２配管３２ａに供給された空気Ａが、第２通路３２ｂを通って、駆動部２０の第２室２２に流入し、複動ピストン２３を前方Ｆに押圧する。
【００７１】
複動ピストン２３が前方Ｆに向けて移動することで、ダイヤフラム膜２５が変形し、チャック爪１１が図３に示す開状態となり、ワーク３００の保持が解除される。
【００７２】
本実施形態のダイヤフラムチャック装置１００および自動旋盤装置２００は、ダイヤフラム膜２５を空気Ａによって弾性変形させるものであるが、本発明に係るチャック装置および工作機械は、ダイヤフラム膜を弾性変形させるものが空気に限定されるものではなく、その他の気体や、油などの液体など、各種の流体を適用することができる。
【００７３】
なお、本実施形態においては、チャック装置をダイヤフラムチャック装置としたが、エアやオイル等の流動体の供給に応じて開閉し、流動体の圧力に応じて保持力が調節されるチャックであればどのようなチャックであってもよい。例えば、空圧によって複数の爪が開閉するエアチャック等でもよい。
【００７４】
また、本実施形態は、ダイヤフラムチャック装置１００を備えた工作機械として自動旋盤装置を適用したものであるが、本発明に係る工作機械は、チャック装置を用いる工作機械であれば、自動旋盤装置に限らず、種々の工作機械に適用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１０    把持部
１１    チャック爪
２３    複動ピストン
２５    ダイヤフラム膜
３０    空気供給部
３１    第１供給系（供給経路）
３１ｂ  第１通路
３１ｃ  加圧部
３１ｄ  加圧ピストン（ピストン）
３１ｓ  逆止弁（バルブ）
３１ｔ  シリンダ室
５０    チャック部
１００  ダイヤフラムチャック装置（チャック装置）
１１０  主軸
１２６  チャックスリーブ（移動操作手段）
２００  自動旋盤装置（工作機械）
３００  ワーク（加工対象物）
Ａ      空気（流動体）
Ｃ      軸方向
Ｆ      前方
【図１】
2014091185.tif 000003
【図２】
2014091185.tif 000004
【図３】
2014091185.tif 000005
【図４】
2014091185.tif 000006
【図５】
2014091185.tif 000007
【図６】
2014091185.tif 000008