(57)【要約】【課題】内孔の径が大きく異なるワークでも段取り替えなしにクランプすることができる内径クランプ装置を提供する。【解決手段】支持部材Ｓに固定された円柱状のセンタマンドレル１１の外周面に摺動自在に案内支持したホルダリング２０を作動装置３０により軸線方向に往復動させ、腕部２１ｂを有する複数の把持部材２１は放射方向に揺動可能となるように基端部をホルダリングに枢支して腕部の先端部をスプリング２３によりセンタマンドレルの先端に設けたガイドヘッド１２側に付勢し、腕部の先端部のセンタマンドレル側にはガイドヘッドの先端面１２ａと当接可能な突出部２１ｆを、またこの突出部と反対側には凸球面状のクランプ部２１ｅを突出して形成する。作動装置によりホルダリングをガイドヘッドから離れる向きに移動させればクランプ部２１ｅが拡開し、ワークＷの内孔Ｗａに当接してクランプする。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径方向に拡開収縮されワークの内孔に内側から当接して同ワークを把持するクランプ部を有する内径クランプ装置において、支持部材に固定された円柱状のセンタマンドレルと、このセンタマンドレルの先端に一体的に設けられ先端側に進むにつれて小径となる先端面を有するガイドヘッドと、前記センタマンドレルの外周面に軸線方向摺動自在に案内支持され中心軸線から放射方向に延びる複数の支持溝が形成されたホルダリングと、基端部が前記各支持溝内に挿入されて前記支持溝と直交する枢支ピンにより前記放射方向に揺動可能に前記ホルダリングに支持され前記センタマンドレルの外周面に沿って前記ガイドヘッド側に延びる腕部を有する複数の把持部材と、この把持部材の腕部の先端部の前記ガイドヘッド側に突出して形成されて同ガイドヘッドの先端面と当接可能な突出部と、前記ホルダリングと把持部材の間に設けられ前記腕部の先端部を前記ガイドヘッド側に向けて回動付勢するスプリングと、前記ホルダリングを前記センタマンドレルの長手方向に沿って移動させる作動装置よりなり、前記クランプ部は凸球面状で前記腕部の先端部の前記センタマンドレルと反対側に突出して形成されたことを特徴とする内径クランプ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内径クランプ装置において、前記センタマンドレルと同軸的に前記支持部材に対し軸線方向に位置決めされて着脱可能に取り付けられるとともに、前記内孔が前記把持部材の先端部のクランプ部に当接されて支持された前記ワークの一端面が当接される基準面が形成された環状の基準金をさらに備えたことを特徴とする内径クランプ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の内径クランプ装置において、前記支持部材は回転する主軸であり、前記センタマンドレルは前記主軸に同軸的に固定したことを特徴とする内径クランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半径方向に拡開収縮されるクランプ部をワークの内孔に内側から当接することによりワークを研削盤や旋盤などの工作機械に取り付ける内径クランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の内径クランプ装置は、通常は軸線方向にスリットを設けたスリーブ状のコレットを使用し、ドローバーの先端に設けた円錐形の駒をコレットの内面に当接し、ドローバーを移動させてコレットの外径のクランプ部が拡開するように弾性変形させることにより、ワークの内径をクランプしている。しかしコレットはその弾性変形の範囲内でしか拡開収縮することができないので、拡張収縮が可能な範囲はわずかであり、内径差が異なるワークをクランプする場合には、その差がきわめて僅かな場合を除き、ワークの内径に合わせたコレットに交換する等の段取り替えをしなければならないという問題がある。
【０００３】
このような段取り替えの手間及び時間を軽減する手段としては、装置フレーム側に固定された外筒と、この外筒内に配置されて装置フレーム側に設けたアクチュエータで移動されるアーバーユニットとの相対動により作動可能な１対のコーンと、この１対のコーンに跨って配置され１対のコーンの離間又は接近作動により径方向に拡縮可能としたコレットとからなる内径クランプ装置において、アーバーユニットを外筒側のドローバーとコーン側のロッドに分割し、このロッドの基端部を嵌合及び回転式の係止機構を介してドローバーに接続したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
実開平５−３６０号公報（〔要約〕の
〔構成〕、図１）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の技術によれば、段取り替えの手間及び時間を軽減することはできるが、内径差が大きいワークをクランプする場合の段取り替えそれ自体は必要であるので、その効果は必ずしも充分ではない。本発明は、内径差が大きく異なるワークでも１つの内径クランプ装置によりクランプできるようにして、このような問題を解決することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の作用・効果】
このために、本発明による内径クランプ装置は、半径方向に拡開収縮されワークの内孔に内側から当接して同ワークを把持するクランプ部を有する内径クランプ装置において、支持部材に固定された円柱状のセンタマンドレルと、このセンタマンドレルの先端に一体的に設けられ先端側に進むにつれて小径となる先端面を有するガイドヘッドと、センタマンドレルの外周面に軸線方向摺動自在に案内支持され中心軸線から放射方向に延びる複数の支持溝が形成されたホルダリングと、基端部が各支持溝内に挿入されて支持溝と直交する枢支ピンにより放射方向に揺動可能にホルダリングに支持されセンタマンドレルの外周面に沿ってガイドヘッド側に延びる腕部を有する複数の把持部材と、この把持部材の腕部の先端部のガイドヘッド側に突出して形成されて同ガイドヘッドの先端面と当接可能な突出部と、ホルダリングと把持部材の間に設けられ腕部の先端部をガイドヘッド側に向けて回動付勢するスプリングと、ホルダリングをセンタマンドレルの長手方向に沿って移動させる作動装置よりなり、クランプ部は凸球面状で腕部の先端部のセンタマンドレルと反対側に突出して形成されたことを特徴とするものである。
【０００７】
把持部材の先端部のクランプ部をワークの内孔内に挿入した状態で、作動装置によりホルダリングをセンタマンドレルの長手方向に沿って先端のガイドヘッドから離れる向きに移動させれば、枢支ピンによりホルダリングに枢支された把持部材も同じ向きに移動してガイドヘッドの先端面に当接された各把持部材の腕部の先端部の突出部が半径方向外向きに押し出され、各把持部材の腕部の先端部及びこれに設けられたクランプ部は拡開され、各クランプ部がワークの内孔に当接してワークはクランプされる。
【０００８】
このような本発明によれば、把持部材は枢支ピンによりホルダリングに枢支されており、大きく回動自在であるので、腕部の先端部のクランプ部の拡開収縮の範囲も大きくなる。またクランプ部は腕部の先端部に凸曲面状に突出して形成されているので、大きく拡開収縮してもその全範囲でワークの内孔の内面に無理なく当接される。従って、内径差が大きく異なるワークでも、段取り替えの必要なしに、１つの内径クランプ装置によりクランプすることができる。
【０００９】
前項に記載の内径クランプ装置は、センタマンドレルと同軸的に支持部材に対し軸線方向に位置決めされて着脱可能に取り付けられるとともに、内孔が把持部材の先端部のクランプ部に当接されて支持されたワークの一端面が当接される基準面が形成された環状の基準金をさらに備えたものとすることが好ましい。このようにすれば、ワークは把持部材のクランプ部によりクランプされると同時に支持部材に軸線方向に位置決めされた基準金の基準面に一端面が確実に当接されるので、ワークは正確に位置決めされてクランプされる。
【００１０】
前各項に記載の内径クランプ装置の支持部材は回転する主軸とし、センタマンドレルは主軸に同軸的に固定するようにして実施してもよい。このようにすれば、回転する主軸にワークを同軸的に取り付けることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
先ず、図１〜図４に示す第１の実施の形態により、本発明による内径クランプ装置の説明をする。図１は本発明を適用した研削盤Ｍの全体構造を示す側面図で、ベッドＢ上には主軸（支持部材）Ｓを支持して回転駆動する主軸台Ｈと、回転砥石Ｇを支持して回転駆動する刃物台Ｔが対向して設けられ、また主軸ＳにはワークＷを支持する内径クランプ装置Ａが同軸的に取り付けられている。
【００１２】
内径クランプ装置Ａは、図２に示すように、先端にガイドヘッド１２が固定されたセンタマンドレル１１と、ホルダリング２０に揺動可能に支持された複数のチャック親爪（把持部材）２１と、チャック親爪２１の先端部を除く部分を覆うチャックカバー１６及びこれに固定された基準金１７と、チャック親爪２１を作動させる作動装置３０により構成されている。センタマンドレル１１とチャックカバー１６は、主軸Ｓの主軸端面Ｓａにボルト１３により同軸的に固定されたフランジ１０に取り付けられている。
【００１３】
図２に示すように、センタマンドレル１１は円柱状で、その根本部に形成されたフランジ部１１ａをボルト１４によりフランジ１０にねじ止めことにより、主軸Ｓに同軸的に固定されている。センタマンドレル１１の先端には同径のガイドヘッド１２が回り止めされてボルト１５により固定され、ガイドヘッド１２の先端面１２ａの外周部は、先端側に進むにつれて小径となるように、大きい半径で丸められている。
【００１４】
図２及び図３に示すように、ホルダリング２０はセンタマンドレル１１の外周面に軸線方向摺動自在に嵌合される中心孔２０ｄを有する環状で、外径が小径となる一側の端面には中心軸線から等角度間隔で放射方向に延びる複数（実施の形態では６個）の支持溝２０ａが形成されている。この小径部には各支持溝２０ａと直交する複数（実施の形態では６対）のピン穴２０ｂが形成され、またホルダリング２０の外径が大径となる部分には各支持溝２０ａと同じ角度位置に中心軸線と平行に複数（実施の形態では６個）の丸い凹座２０ｃが形成されている。
【００１５】
また主として図４に示すように、互いに同一形状の複数（同じく６個）のチャック親爪（把持部材）２１は足部２１ａと腕部２１ｂよりなる略Ｌ字状であり、その折曲部となる基端部は支持溝２０ａより僅かに狭い幅で、ホルダリング２０のピン穴２０ｂと同径のピン穴２１ｃが形成されている。各チャック親爪２１は基端部を各支持溝２０ａ内に挿入し、各ピン穴２０ｂ，２１ｃを整列させて枢支ピン２２を挿入することにより、中心軸線から放射方向に揺動可能にホルダリング２０に枢支される。この支持状態でセンタマンドレル１１の外周面に沿ってガイドヘッド１２側に延びる腕部２１ｂの先端部には、センタマンドレル１１と反対側に曲率半径が大きい略球面状のクランプ部２１ｅが突出して形成され、またガイドヘッド１２側にはその先端面１２ａと当接可能な傾斜面を有する突出部２１ｆが形成されている。枢支ピン２２は先端がピン穴２１ｃに開口されたねじ孔２１ｄにねじ込まれた押しねじ２４により抜け止めされる。ホルダリング２０の凹座２０ｃと対向する足部２１ａの後面には丸い凹座２１ｇが形成され、この両凹座２０ｃ，２１ｇの間に圧縮して介装されたスプリング２３により、チャック親爪２１は腕部２１ｂの先端部がガイドヘッド１２側に向けて回動付勢される。
【００１６】
図２に示すように、チャック親爪２１の根本側の約半分を覆う円筒状のチャックカバー１６は、根本部のフランジをボルト１８によりフランジ１０にねじ止めすることによりセンタマンドレル１１と同軸的に主軸Ｓに固定されている。チャックカバー１６の中間部の内周面にはホルダリング２０の外周面が摺動自在に嵌合され、またチャックカバー１６の先端に形成した内向きフランジにはセンタマンドレル１１と同軸的に内周面１６ａが形成されている。環状の基準金１７は、一端部の外周面をチャックカバー１６の先端の内周面１６ａに嵌合し、この外周面に続くフランジの端面をチャックカバー１６の先端面に当接して軸線方向の位置決めをした状態で、半径方向外側から内周面１６ａに開口したねじ孔に複数のボルト１９を挿入することにより、センタマンドレル１１と同軸的にチャックカバー１６に着脱可能に固定される。チャックカバー１６と反対側となる基準金１７の先端には、ワークＷの一端面Ｗｂが当接される基準面１７ａが形成されている。
【００１７】
チャック親爪２１を作動させる作動装置３０は、図２に示すように、ホルダリング２０と同様に内周面及び外周面がそれぞれセンタマンドレル１１の外周面とチャックカバー１６の内周面に摺動自在に嵌合支持されてボルト２５によりホルダリング２０に連結された円板状のローディングディスク３１と、フランジ１０の中心穴１０ａに外周面が摺動自在に嵌合支持されたジョイントナット３２と、センタマンドレル１１のフランジ部１１ａを軸線方向に摺動自在に貫通して両端がローディングディスク３１とジョイントナット３２に当接される複数（例えば３個）のパイプカラー３３と、このパイプカラー３３を通してこれら３部材３１，３２，３３を一体的に連結する複数のボルト３４よりなるものである。ジョイントナット３２には、アクチュエータ（図示省略）により移動されるドローバー３５の先端部がねじ込まれて連結されている。
【００１８】
次に上述した第１の実施の形態の作動の説明をする。ワークＷをクランプしていない不作動状態では、ドローバー３５はアクチュエータにより前進されて、作動装置３０、ホルダリング２０及びチャック親爪２１は、図２に示す状態よりも右向きに移動された位置にある。この状態では、スプリング２３により回動付勢された各チャック親爪２１は、腕部２１ｂの先端部がガイドヘッド１２の先端面１２ａに当接されて、クランプ部２１ｅは半径方向に最も収縮されている。この状態でワークＷの一端面Ｗｂを基準金１７の基準面１７ａに当接させ、クランプ部２１ｅが形成された各チャック親爪２１の先端部をワークＷの内孔Ｗａ内に挿入して、作動装置３０のドローバー３５をアクチュエータにより後退させてホルダリング２０及びチャック親爪２１を図２において左向き（ホルダリング２０がセンタマンドレル１１の先端のガイドヘッド１２から離れる向き）に移動させれば、各チャック親爪２１の腕部２１ｂの先端の突出部２１ｆは、先ずガイドヘッド１２の先端面１２ａ当接され、次いで半径方向外向きに押し出される。これにより各チャック親爪２１の腕部２１ｂの先端部及びこれに設けられたクランプ部２１ｅは拡開され、各クランプ部２１ｅがワークＷの内孔Ｗａに当接してワークＷはクランプされる。この状態において主軸台Ｈに支持された主軸Ｓを回転駆動し、刃物台Ｔを移動させて、回転砥石ＧによりワークＷの研削加工を行う。
【００１９】
なお、クランプ部２１ｅの形状は真球面に限らず、長球面、偏球面、回転放物面、回転双曲面などの正曲率を有する凸曲面ならば任意であり、各方向の曲率半径はチャック親爪２１の回動の全範囲で内孔Ｗａとの当接位置がクランプ部２１ｅの曲面の縁に達することない程度に小さくし、かつ内孔Ｗａとクランプ部２１ｅの間の面圧が過大とならない程度に大きくすればよい。
【００２０】
上述した第１の実施の形態によれば、各チャック親爪２１は基部が枢支ピン２２によりホルダリング２０に枢支されて揺動するものであるので、一体形成されて弾性変形の範囲内でしか外径を拡開収縮することができない従来のコレットに比して、腕部２１ｂの先端部のクランプ部２１ｅの拡開収縮の範囲を大きくすることができる。また腕部２１ｂの先端部に突出して形成されたクランプ部２１ｅは略球面状であるので、チャック親爪２１の回動の全範囲でワークＷの内孔Ｗａの内面に無理なく円滑に当接される。従って、内径差が大きく異なるワークでも、段取り替えの必要なしに、１つの内径クランプ装置によりクランプすることができる。
【００２１】
上述した第１の実施の形態では、この作動の際に、ワークＷは各クランプ部２１ｅによりクランプされると同時に図２において左向き（ガイドヘッド１２から離れる向き）に移動され、フランジ１０及びチャックカバー１６を介して主軸Ｓに位置決め固定された基準金１７の基準面１７ａに一端面Ｗｂが当接されるので、ワークＷは正確に位置決めされてクランプされる。なお、基準金１７はワークＷにより交換する必要があるが、ボルト１９を緩めて取り外し、交換した基準金１７はボルト１９を締め付けて取り付ければよいので、その交換はきわめて簡単である。
【００２２】
次に、図５に示す第２の実施の形態の説明をする。この第２の実施の形態は、作動装置３０を油圧式のものとした点が第１の実施の形態と異なるだけであるので、主としてこの相違点につき説明する。このようにすれば、ドローバー３５を備えていない工作機械に本発明を適用することができる。
【００２３】
この第２の実施の形態では、ボルト２５によりホルダリング２０に固定されたローディングディスク３１は、内周面及び外周面がそれぞれセンタマンドレル１１の外周面とチャックカバー１６の内周面に液密かつ摺動自在に嵌合支持されたピストンディスクであり、フランジ１０の中心穴１０ａにはピストンディスク３６の外周面が液密かつ摺動自在に嵌合支持されている。第１の実施の形態と同様、ローディングディスク３１とピストンディスク３６は複数のパイプカラー３３及びボルト３４により連結されているが、パイプカラー３３はセンタマンドレル１１のフランジ部１１ａを軸線方向に液密かつ摺動自在に貫通している。ピストンディスク３６とセンタマンドレル１１とフランジ１０の間に形成された第１作動室３７ａには第１管路３８ａにより作動油が給排され、ローディングディスク３１とセンタマンドレル１１とチャックカバー１６の間に形成された第２作動室３７ｂには第２管路３８ｂにより作動油が給排されるようになっている。
【００２４】
ワークＷをクランプしていない不作動状態では、第２作動室３７ｂ内に加圧された作動油が供給され、第１作動室３７ａ内はリザーバに連通されて、ホルダリング２０及びチャック親爪２１は、図５に示す状態よりも右向きに移動され、クランプ部２１ｅは半径方向に最も収縮されている。この状態でワークＷを基準金１７に当接させ、各チャック親爪２１の先端部を内孔Ｗａ内に挿入して、第１作動室３７ａ内に加圧された作動油を供給し、第２作動室３７ｂ内をリザーバに連通すれば、ホルダリング２０及びチャック親爪２１は左向きに移動されて、各チャック親爪２１の腕部２１ｂの先端部に設けられたクランプ部２１ｅは拡開され、ワークＷの内孔Ｗａに当接してワークＷはクランプされる。
【００２５】
この第２の実施の形態でも、第１の実施の形態と同様、内径差が大きく異なるワークでも、段取り替えの必要なしに１つの内径クランプ装置によりクランプすることができ、またワークＷは基準金１７の基準面１７ａに当接されて正確に位置決めクランプされるという効果が得られる。
【００２６】
上述した各実施の形態では、センタマンドレル１１を研削盤Ｍの主軸Ｓに同軸的に固定しており、このようにすればワークＷを回転する主軸Ｓに同軸的に取り付けることができ、この取付構造は旋盤などにもそのまま適用することができる。しかしながら本発明はこれに限られるものではなく、ベッドＢなどに固定された支持部材Ｓにセンタマンドレル１１を取り付けるようにして実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内径クランプ装置を備えた研削盤の一例を示す正面図である。
【図２】本発明による内径クランプ装置の第１の実施形態の全体構造を示す縦断面図である。
【図３】図２に示す第１の実施の形態のホルダリングを示す縦断面図及び右側面図である。
【図４】図２に示す第１の実施の形態の把持部材を示す縦断面図及び右側面図である。
【図５】本発明による内径クランプ装置の第２の実施形態の全体構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１１…センタマンドレル、１２…ガイドヘッド、１２ａ…先端面、１７…基準金、１７ａ…基準面、２０…ホルダリング、２０ａ…支持溝、２１…把持部材（チャック親爪）、２１ｂ…腕部、２１ｅ…クランプ部、２１ｆ…突出部、２２…枢支ピン、２３…スプリング、３０…作動装置、Ｓ…支持部材（主軸）、Ｗ…ワーク、Ｗａ…内孔。
【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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