(57)【要約】【課題】  本発明は、チャッキング機構によりワークを把持した状態で加工を実行する工作機械においてチャッキング機構内部又はワークを洗浄するためのチャッキング機構用治具を提供する。【解決手段】  本発明のチャッキング機構用治具は、内部軸線方向に沿って一方の端部に形成された開口まで繋がる流路を形成する棒状部材と、棒状部材の端部近傍でその外周を包囲して取外可能に配設される環状部材と、棒状部材の前記開口に介挿されるガイド部材とを備えている。また、ガイド部材は、開口に介挿されたときに棒状部材の端部近傍の流路を分流するように位置決めされる軸部分と、軸部分に連結されて開口の外部に突出するように位置決めされる突出部分とを有している。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャッキング機構によりワークを把持した状態で加工を実行する工作機械においてチャッキング機構内部又はワークを洗浄するためのチャッキング機構用治具であって、
内部軸線方向に沿って一方の端部に形成された開口まで繋がる流路を形成する棒状部材と、
前記棒状部材の一方の端部近傍で該棒状部材の外周を包囲して取外可能に配設される環状部材と、
前記棒状部材の前記開口に介挿されるガイド部材とを備え、
前記ガイド部材は、開口に介挿されたときに前記棒状部材の前記一方の端部近傍の流路を分流するように位置決めされる軸部分と、該軸部分に連結されて前記開口の外部に突出するように位置決めされる突出部分とを有し、さらに、該突出部分の外周面は、前記軸部分により分流された流路を進行に従って外部に拡散させるように前記軸部分で形成された流路に対して傾斜する、ことを特徴とするチャッキング機構用治具。
【請求項２】
前記ガイド部材の軸部分は、前記棒状部材の開口から流路内部軸線方向に延びて位置決めされる板状部材であり、前記突出部分は、頂部において前記軸部分と連結する半錐形状で形成される、ことを特徴とする請求項１に記載のチャッキング機構用治具。
【請求項３】
前記ガイド部材の軸部分の一部は周面上にネジ山が付与され、前記棒状部材の開口近傍の流路の内周面には前記軸部分のネジ山と係合するネジ溝が付与される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のチャッキング機構用治具。
【請求項４】
前記棒状部材の前記一方の端部近傍は、その外周面上にネジ山が付与され、前記環状部材の内周面には前記棒状部材のネジ山に係合するネジ溝が付与される、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のチャッキング機構治具。
【請求項５】
前記棒状部材は硬材で形成され、前記環状部材は樹脂材料で形成される、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のチャッキング機構治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械用治具に関し、とりわけ加工対象たるワークを担持するスピンドル等の主軸台のチャッキング機構内部に配設するチャッキング機構用治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＣ旋盤（以下、「工作機械」と称する）は軸周りに回転するワークに切削ツールを当接させることにより切削加工を実行するように制御された工作機械である。具体的には、スピンドルがワークを担持した状態で軸周りに回転し、スピンドル近傍に配設されたタレットが担持する切削ツールをワークの表面に当接させることで切削する工程を実行する。
【０００３】
このようなＮＣ旋盤には種々のタイプが存在するが、その一つとしてメインスピンドルとサブスピンドルとを２本備えたものが知られている（以下、「２スピンドル式工作機械」と称する）。このタイプの工作機械は、メインスピンドル（１本のタイプにおけるスピンドルに相当）ではワークを一方向にしか切削加工できない問題を解決するために開発されたものである。詳細には後述するが、一旦、メインスピンドルで担持しながらワークを加工した後にワーク担持を解除し、代替に対向して配置されるサブスピンドルが担持し直して加工できなかったワークの逆側を切削加工する構成をなしている。
【０００４】
しかしながら、この２スピンドル工作機械ではサブスピンドルでのワーク加工の際にメインスピンドルにおける加工では生じ難い問題点を有していた。具体的に説明すれば、サブスピンドルにおいてワークを加工する場合、メインスピンドルにおける加工後に小ピース化したワークをサブスピンドルに備えたチャッキング機構により周囲把持し、その軸周りに回転させタレット上の切削ツールにより加工する。このとき加工されるワークは軸線方向に短く且つメインスピンドルでの加工後であるためチャッキング機構内部に切削屑が侵入し易く、チャッキング機構の把持状態を狂わせる事態が多発する。このことは加工状態が不良なワークの発生、ひいては歩留まりの悪化、生産コストの増加を招致せしめることとなる。この問題を解決すべく従来の２スピンドル工作機械においても種々の対策が講じられており概ね切削加工持に洗浄する方法が採用されている。特に、チャッキング機構の後方に配設される治具に洗浄ノズルとしての機能をもたせることが代表的である。この治具はサブスピンドルでの切削加工が終了しチャック解除がなされた際に完成ワークをチャッキング機構から押し出す（軸方向外部に押し出す）ために配設されるものであり、ここでの問題を解決するために従来品ではその軸方向内部を中空にして洗浄液を外部に噴出させ、チャッキング機構に把持された状態で後方からワーク端部およびワーク周囲を洗浄できるようにしている（詳細な構造は後述する図６、７参照）。
【０００５】
しかしながら、従来の治具は、単に内部に洗浄液の流路を設けたものであり内部流路の構成を種々提供し外部への噴出方向等を変化させたとしても実際には大きな洗浄効果を得ていないという実情があった。例えば、図６の場合には洗浄液の放出開口を傾斜させて外部に拡散放出することでワークおよびチャッキング機構内を洗浄することを企図しているが、放出流を切削屑の排除をするに必要な圧力・速度をもたせると勢い直流になり洗浄効果が大幅減退し、拡散放出するように圧力・速度を低下させると逆に切削屑を排除できなかった。また、図７の場合には、斜め方向に向かって放出流を与えるような複数の流路が形成されおりワークおよびチャッキング機構内周方向を洗浄するように企図しているが実際には各流路成型誤差や流路内流速調整の誤差程度の要因で特定流路のみからしか洗浄液が放出されない事態が生じていた。
【０００６】
さらに、上記工作機械用治具はそのワーク側端部の形状が固定でありワークをチャッキング機構から押し出す際に種々形状が異なるワークの端部形状に合致しないという問題もあり、工作治具全体をワーク形状に応じてその都度交換する必要があり、コストが大幅に増加していた。
【特許文献１】特開２００２−１０７３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上の事情に鑑みて、本発明はチャッキング機構を有する、特にサブスピンドル内のチャッキング機構を有する工作機械において、ワークおよびチャッキング機構内部の良好な洗浄を達成し、且つ種々のワーク形状等に対応可能なチャッキング機構用治具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、チャッキング機構によりワークを把持した状態で加工を実行する工作機械においてチャッキング機構内部又はワークを洗浄するためのチャッキング機構用治具を提供する。具体的には、内部軸線方向に沿って一方の端部に形成された開口まで繋がる流路（流路１０８等）を形成する棒状部材（本体１０２等）と、棒状部材の一方の端部近傍で棒状部材の外周を包囲して取外可能に配設される環状部材（ワーク押出部材１０４等）と、棒状部材の前記開口に介挿されるガイド部材（ガイド部材１０６等）とを備え、ガイド部材は、開口に介挿されたときに棒状部材の前記一方の端部近傍の流路を分流するように位置決めされる軸部分（第２部分１３２、第３部分１３４等）と、軸部分に連結されて開口の外部に突出するように位置決めされる突出部分（第１部分１３０９等）とを有し、さらに、突出部分の外周面は、軸部分により分流された流路を進行に従って外部に拡散させるように軸部分で形成された流路に対して傾斜する。
【０００９】
また、ガイド部材の軸部分は、棒状部材の開口から流路内部軸線方向に延びて位置決めされる板状部材であり、突出部分は、頂部において前記軸部分と連結する半錐形状で形成されることが好ましい。また、ガイド部材の軸部分の一部（第２部分１３２等）は周面上にネジ山が付与され、棒状部材の開口近傍の流路の内周面には前記軸部分のネジ山と係合するネジ溝が付与されても良く、棒状部材の前記一方の端部近傍は、その外周面上にネジ山が付与され、環状部材の内周面には棒状部材のネジ山に係合するネジ溝が付与されても良い。
【００１０】
さらに、棒状部材は硬材で形成され、環状部材は樹脂材料で形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ワークのチャッキング機構を有する工作機械においてワークやチャッキング機構内部に進入する切削屑を効果的に排除（洗浄）することができる。具体的には、管状部材内の流路を端部開口から介挿して位置決めする軸部分により２流路に分流し、さらに軸部分と一体連結して外部に突出する突出部分（半錐形状等）により流路の進行を外部に拡大するように開放する。これによって洗浄液はチャッキング機構内壁やワーク全体に亙って放射されることなる。その結果、切削屑を排除しながらワーク加工を実行することができ、不良ワークの発生が大幅減少し、生産コストの低廉化を達成することができる。
【００１２】
また、本発明のチャッキング機構用治具は、加工後のワークをチャッキング機構から押出して取り外すための押出用治具としても機能する。とりわけ、押出用の環状部材と本体となる管状部材とが取外可能に構成されており、押出するワーク端部の形状等に対応するには環状部材を交換するだけで足り、コストの低廉化を企図することができる。また、この構成により本体となる管状部材と、押出用の環状部材とをそれぞれ硬材および軟材の材質にすることができ、押出時におけるワークの損傷を防止できると同時に本体を高強度に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
まず、本発明の工作機械用治具の実施形態を説明する前提として該治具の使用対象たる工作機械について説明する。なお、ここで例示する工作機械は本発明の工作機用治具を用いるサブスピンドルを有しているものであれば良く、本発明の理解を助けるための一例に過ぎないことを言及しておく。図１を参照すれば、工作機械の主軸台および刃物台の配置構造が示されている。まず、工作機械１の構成を説明すると、工作機械本体１ａに固定されたメインスピンドルＳＰ1 に対して＋Ｚ軸方向側には、サブスピンドル本体２２に対して−Ｚ軸方向側にチャック（ワークチャッキング機構）２１を備えるサブスピンドルＳＰ2 が配置され、このサブスピンドルＳＰ2 は、Ｚ軸方向およびＸ軸方向のいずれの方向にも移動可能にスライド機構を介して工作機械本体１ａに取り付けられている。また、メインスピンドルＳＰ1の側方位置のうち、＋Ｘ軸方向側には、刃物台本体３２に対して＋Ｚ軸方向側にタレットヘッド３１（工具チャッキング機構）を備える第１の刃物台ＴＰ1 が設けられている一方、−Ｘ軸方向側には、第１の刃物台ＴＰ1 と同様に、刃物台本体４２に対して＋Ｚ軸方向側にタレットヘッド４１（工具チャッキング機構）を備える第２の刃物台ＴＰ2 が設けられている。ここで、第１の刃物台ＴＰ1 および第２の刃物台ＴＰ2
のいずれの側も、Ｚ軸の方向およびＸ軸の方向に移動可能なようにスライド機構を介して工作機械本体１ａに取り付けられている。このため、工作機械１においては、メインスピンドルＳＰ1 のワークチャッキング機構１１に取り付けられたワークに対して、第１の刃物台ＴＰ1 および第２の刃物台ＴＰ2 の各タレットヘッド３１，４１に取り付けられた工具（切削等ツール）で加工できる。しかも、メインスピンドルＳＰ1 ，第１の刃物台ＴＰ1 および第２の刃物台ＴＰ2 のそれらの＋Ｚ軸方向側は開放状態にあり、ここにサブスピンドルＳＰ2 は、そのワークチャッキング機構２１を−Ｚ軸方向側に向けた状態で配置されている。すなわち、メインスピンドルＳＰ1 のワークチャッキング機構１１，第１の刃物台ＴＰ1 および第２の刃物台ＴＰ2
の各タレットヘッド３１，４１は＋Ｚ軸側に向いた状態で配置されているのに対して、サブスピンドルＳＰ2 のワークチャッキング機構２１は−Ｚ軸側に向いた状態で配置されて、互いに対向する状態にある。従って、ワーク加工をする場合、まず最初の工程としてワークをワークチャッキング機構１１の内部に把持させた状態でメインスピンドルＳＰ１をＺ軸周りに回転させ、第１の刃物台ＴＰ１を−Ｘ方向にスライドさせてワークを加工し、加工が終了すれば第１の刃物台ＴＰ１を＋Ｘ方向にスライドさせる。
【００１４】
次に、メインスピンドル（及び第１の刃物台）で加工されたワークをサブスピンドルＳＰ1に移動させる工程に移行する。まず、サブスピンドルＳＰ2を−Ｚ方向にスライド移動させ、ワークチャッキング機構２１がワークチャッキング機構１１に把持されたワークを把持する。この際、ワークチャッキング機構２１がワークを把持する際にワークチャッキング機構１１はワークを解除する。そして、ワークを把持した状態でサブスピンドルＳＰ2は＋Ｚ方向にスライド移動する。図１は、まさにこの状態を示したものであり、サブスピンドルＳＰ2におけるワークチャッキング機構２１により把持されたワークが参照番号３４として黒色で略示されている。そして、このワークをワークチャッキング機構２１の内部に把持させた状態でサブスピンドルＳＰ2をＺ軸周りに回転させ、第２の刃物台ＴＰ2を＋Ｘ方向にスライドさせてワークを加工し、加工が終了すれば第２の刃物台ＴＰ2を−Ｘ方向にスライドさせる工程を実行する。この実行が終了すれば、ワークは全ての加工工程が終了し、ワークチャッキング機構２１はワークを解除し、サブスピンドル本体２２内部に配設されたチャッキング機構用治具１００（斜線）を−Ｚ方向にスライドさせることにより外部に放出する。
【００１５】
次に、従来のチャッキング機構用治具を説明した後に本発明のチャッキング機構用治具（図１で符号１００として参照）について説明する。まず図６および図７では、従来のチャッキング機構用治具２００、３００の断面図（左図）と、側面図（右図）が示されており、図の右方向側がワーク側を示している。図６のチャッキング機構用治具２００の場合、洗浄液が内部の管状流路２１２をワーク方向（左方向）に流れ、開口２１４からワーク方向に放出される。また、開口２１４は所定の角度で外部方向に開いている。このため開口からの放出流はサブスピンドルＳＰ2の軸周り回転と相俟って左方向に拡大放出されワークおよびワークチャッキング機構２１の内部を洗浄可能なように一見される。しかしながら、ここで所望される洗浄はワーク加工時に発生した切削屑を外部に搬送・放出させるためのものであり、放出流は所定圧力を有する噴流である必要がある。その反面、放出流の圧力を上昇させればさせるほど直流に近づくこととなる。従って、図６のチャッキング機構用治具２００の場合、切削屑を搬送させるだけの圧力を放出流に付与すればワーク及びワークチャッキング機構内部に満遍なく放出流を行き届かせることができず、逆にワークおよびワークチャッキング機構内部に放出流を行き届かせる程度の圧力の放出流にすれば切削屑を搬送することができないという問題を有している。
【００１６】
また、第２の従来品である図７のチャッキング機構用治具３００の場合、図６のチャッキング機構用治具２００と異なり、洗浄液は内部で傾斜する管状流路３１２を流れ、略同心円状に配置された複数の開口３１４（左側面図を参照）から放出する構成を採用している。このチャッキング機構用治具３００は洗浄液が左方向に拡大放出されるように流路３１２で案内される点で図６のチャッキング機構用治具２００における上記問題点は改善されるように一見されるが、一の流路から複数の流路３１２に分流されるため、流路３１２の内径の誤差、分岐点の形状誤差、流路内の速度差等、各開口３１４に到達するまでの流体過程が少しでも差が生じると結局は、ある特定の開口からのみしか洗浄液が放出せず、洗浄効果を大きく欠くものとなることがわかってきた。
【００１７】
さらに、図６、図７のチャッキング機構用治具２００、３００の場合、その端部２１６、３１６の径φが個々の治具ごとに固定であるため、例えば、管状ワークの場合、その端部内径（チャッキング機構用治具側の端部径）がφより大きい場合にはチャッキング機構用治具をスライド（図１を参照すればサブスピンドルＳＰ2内部でチャッキング機構用治具１００を−Ｚ方向にスライド）させたとしても、それぞれのワーク側端部２１６、３１６がワーク内に進入することとなり適切にワーク押出ができないこととなり、逆に端部２１６、３１６の径φが大きすぎるとワークチャッキング機構の端部（図示せず）に端部２１６、３１６が当接してワーク押出ができないこととなる。従って、図６、図７のごとき従来のチャッキング機構用治具では、加工されたワーク形状、大きさごとに適正なものに一体交換する必要があり、多数のチャッキング機構用治具を準備する必要があるため、コスト高になる。また、従来のチャッキング機構用治具の場合、ワーク押出の際にワークと当接する端部２１６、３１６はチャッキング機構用治具における他の部分と一体の部材で構成されているため該他の部分と同一の硬材で形成されることとなる。従って、押出時にワークに損傷を与えてしまう可能性を否定できない。
【００１８】
以上の問題を前提として次に本発明のチャッキング機構用治具の実施形態を例示する。まず、図２では本発明のチャッキング機構用治具１００の全体図、図３ではチャッキング機構用治具１００の本体（管状部材）１０２の全体図、図４ではチャッキング機構用治具１００のワーク押出部材（環状部材）１０４の半全体図、図５ではチャッキング機構用治具１００のガイド部材１０６の全体図が示されている。なお、図２〜図５の場合も上記図６、図７と同様に左方向をワーク側として示しており、さらに外部構成は実線、内部構成は点線で示している。また、図５における右図、左図はそれぞれ右側面図、左側面図を示している。
【００１９】
まず、図２に示すとおりチャッキング機構用治具１００は概ね本体１０２とワーク押出部材１０４とガイド部材１０６とで構成されている。図３を参照すれば理解されるように本体１０２は、一体に形成された先端部１１０と胴体部１１２とを含んで構成され、両者の内部軸方向に亙って管状流路１０８が形成されている。先端部１１０は胴体部１１２に比して径が小さくなっており、先端部１１０はその外周表面上にネジ山１１４が付与されている。また、先端部１１０のワーク側端部には流路１１２と流体的に接続する開口１１６が設けられている。さらに、管状流路１１２は胴体部１１２の内部においてワーク側に向かって内径が小さくなっており、そのまま先端部１１０の内部に延びている。従って、管状流路１１２内を洗浄液が搬送されると流路径の縮小により圧力上昇を招き開口１１６では高圧の噴流を得ることができる。さらに、管状流路１０８は先端部１１０の開口１１６から所定距離において後述するガイド部材１０６の結合のためにネジ溝１１８が付与されている。なお、本体１０２は所定の強度に耐えうる硬材が好ましい。
【００２０】
次に図４を参照すれば、上半分でその外形を実線、断面を点線で示し、下半分で断面図を点線で示したワーク押出部材１０４が示されている。ワーク押出部材１０４は、その内部にネジ溝１２０が付与されており、前述する本体１１２の先端部１１０のネジ山１１４と係合（ネジ結合）して図２のようにワーク押出部材１０４が先端部１１０を軸周りに包囲する構成となっている。また、ワーク押出部材１０４は、ある程度衝撃吸収可能な材質で形成され、例えばジュラコン等の樹脂材料が好ましい。さらに、その外周表面には先端部１１０とネジ結合する際の便宜を考慮して滑り止め用の溝１２２が付与されていも良い。
【００２１】
次に、図５を参照すればガイド部材１０６が示されている。この図からも明らかなようにガイド部材１０６は少なくとも３つの部分、第１部分（突出部分）１３０と第２部分１３２（軸部分）と第３部分１３４（軸部分）とで一体形成されている。このうち第１部分１３０はワーク側に向かって拡大している。第２部分１３２、第３部分１３４は、右側面図からも明らかなように共に長手方向に延びる板状部材を形成しており、第２部分１３２はその外周にネジ山１３２aが付与されている。このガイド部材１０６は図３に示す先端部１１０の開口１１８から挿入され、ネジ山１３２ａとネジ溝１１８を係合させることにより図２のようにネジ結合される。このネジ結合の際におけるユーザの便宜を考慮してガイド部材１０６の第１部分１３０の端面にはドライバ用溝１３０ａ（図５の左側面図参照）を付与している。
【００２２】
以上がチャッキング機構用治具１００の主たる構成である。次に洗浄液の流れについて説明する。上述したように洗浄液は管状流路１０８をワーク側に向かって流れる過程で流路の縮小により高圧化、高速化される。そして、本体１０２の先端部１１０に位置する開口１１８に到達する際に、その近傍でガイド部材１０６で２つの流路（図５の右側面図の斜線部が流路を形成する）に分流され、さらに高圧化、高速化され、開口１１８から２噴流として放出される。さらに、放出された噴流は、先端部１１０の外部に位置決めされたガイド部材の第１部分１３０によって上下方向に拡大放射されることとなる。この際、図５の右側面図における斜線部からも理解されるように放出される噴流は第２部分１３２、第３部分１３４である程度流量を有する２流路から第１部分１３０に衝突して流路が変化し、さらに２噴流が第１部分１３０の外周に亙って合流するため、最終的に放出される噴流は軸周りの同心円を拡大しながら放出されることとなる。この現象は、サブスピンドルＳＰ2の回転に従って本チャッキング機構用治具１００が軸周りに回転することによってさらに増強される。従って、従来のチャッキング機構用治具では達成できなかった高圧洗浄と、ワーク及びワークチャッキング機構の全域に亙る洗浄を同時に可能としている。
【００２３】
さらに、本チャッキング機構用治具１００によれば、ワーク押出部材１０４を本体１０２から取り外し可能であるため、ワークを押出する機能を発揮すべくワーク形状、大きさ等に応じた端部径を設定する際にそのワーク押出部材１０４を交換するだけで足り、さらに極小径の端部を有するワークの場合にはガイド部材１０６の第１部分を押出用として機能させることも可能である。また、ワーク押出部材１０４と本体１０２とが分離形成されていることによって両者の材質を異にすることも可能であり、所定強度を要する本体１０２を硬材とし、ワークを損傷に依拠するワーク押出部材１０４を軟材（樹脂等）にすることによって強度を有しながらワーク損傷を回避することを容易としている。
【００２４】
以上、本発明のチャッキング機構用治具の実施形態について説明してきたが、本発明のチャッキング機構用治具は、これに限定されるものではなく、洗浄液に圧縮空気を使用しても良く、加工中にチャッキング機構によりワークを把持する工作機械であれば多岐に渡って活用できる。さらに、本実施形態ではチャッキング機構用治具として説明してきたが、ワーク押出用でなくともチャッキング機構やワークの屑を排除する目的のものであれば他にも活用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】メインスピンドルとサブスピンドルとを有する工作機械の略示図である。
【図２】本発明のチャッキング機構用治具を示している。
【図３】図２のチャッキング機構用治具の本体（管状部材）を示している。
【図４】図２のチャッキング機構用治具のワーク押出部材（環状部材）を示している。
【図５】図２のチャッキング機構用治具のガイド部材を示している。
【図６】従来のチャッキング機構用治具の一例を示している。
【図７】従来のチャッキング機構用治具の他の例を示している。
【符号の説明】
【００２６】
３４…チャッキング機構
１００…チャッキング機構用治具
１０２…管状部材（本体）
１０４…環状部材（ワーク押出部材）
１０６…ガイド部材
１１０…先端部
１１４…ネジ山
１１６…開口
１２０…ネジ溝
１３０…突出部分（第１部分）
１３２，１３４…軸部分（第２部分、第３部分）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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