(57)【要約】【課題】  ワークを十分な強度で把持する爪材を有するチャック機構を提供する。【解決手段】  ワークを把持するためのチャック機構は、ステージと、平板状の基部及び基部から突出する爪部を有する固定爪と、支持部、第１爪及び第２爪を有する可動爪とを備え、ワークをチャック機構に固定する際に、可動爪が突出部を軸に回動する。第１爪と第２爪が、ワークの内面に対してステージ側に傾いた状態でワークを把持する場合には、ワークに対して、常にステージ側に押し付ける力が働くため、ワークを高速回転させた場合であってもワークがステージと反対側に飛び出す恐れがない。【選択図】  図９
2007307660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作物を把持するチャック機構であって、
ステージと、
前記ステージに対して固定される基部及び前記基部から延在する固定爪部を有する固定爪と、
前記工作物と前記固定爪との間に設けられて工作物を把持する可動爪であって、前記固定爪部と当接する支持部、前記工作物の第１部分に当接する第１爪及び前記工作物の第１部分と異なる第２部分に当接する第２爪を有し、前記固定爪部の延在する方向において前記支持部が第１爪と第２爪との間に存在するように位置する可動爪とを備え、
前記可動爪は、前記支持部を中心として、前記基部側に傾動可能であるチャック機構。
【請求項２】
さらに、前記可動爪と前記固定爪の基部との間に緩衝部材を備え、前記可動爪と前記固定爪の基部との間に間隙が形成されている請求項１に記載のチャック機構。
【請求項３】
第１爪が第２爪よりも前記固定爪部の延在方向において前記基部に近い側に位置し、前記支持部と第１爪の先端との間の距離は、前記支持部と第２爪の先端との間の距離よりも長い請求項１又は２に記載のチャック機構。
【請求項４】
前記固定爪部の延在方向に関して、前記支持部は第２爪に近い側に位置している請求項１〜３のいずれか一項に記載のチャック機構。
【請求項５】
第１爪及び第２爪のいずれか一方の先端に、溝が形成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のチャック機構。
【請求項６】
前記溝は、前記固定爪部の延在する方向に延びている請求項５に記載のチャック機構。
【請求項７】
前記可動爪は屈曲部を有する板状部材であって、前記支持部は、前記屈曲部の稜線である請求項１〜６のいずれか一項に記載のチャック機構。
【請求項８】
前記可動爪は、前記固定爪の前記基部に対して、前記基部の面方向に移動可能に取り付けられている請求項１〜７のいずれか一項に記載のチャック機構。
【請求項９】
前記可動爪は、前記固定爪の前記基部に対して、前記基部と平行な面内において回動可能に取り付けられている請求項８に記載のチャック機構。
【請求項１０】
前記固定爪が前記工作物に対して付勢されたときに、前記可動爪が前記固定爪の前記基部側に前記稜線を中心として回動する請求項１〜９のいずれか一項に記載のチャック機構。
【請求項１１】
前記固定爪は、複数の固定爪によって構成され、各固定爪に複数の可動爪が取り付けられている請求項１〜１０のいずれか一項に記載のチャック機構。
【請求項１２】
前記複数の固定爪は、それぞれアーチ形状であり、円周状に配列されて設けられている請求項１１に記載のチャック機構。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のチャック機構を備える工作機械。
【請求項１４】
前記工作機械が、旋盤、フライス盤及びマシニングセンターからなる群から選ばれる一種である請求項１３に記載の工作機械。
【請求項１５】
工作物を把持するチャック機構に用いる爪材であって、
基部及び前記基部から延在する固定爪部を有する固定爪と、
前記工作物と前記固定爪との間に設けられる可動爪であって、前記固定爪部と当接する支持部、前記工作物の第１部分に当接する第１爪及び前記工作物の第１部分と異なる第２部分に当接する第２爪を有し、前記固定爪部の延在する方向において前記支持部が第１爪と第２爪との間に存在するように位置する可動爪とを備え、
前記可動爪は、前記支持部を中心として、前記基部側に傾動可能である爪材。
【請求項１６】
前記固定爪及び前記支持部がアーチ状であり、前記工作物が円筒状及び円環状のいずれかの形状の工作物である請求項１５に記載の爪材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作物を把持するための爪材、把持されたワークを工作機械に固定するためのチャック機構、及び、チャック機構を有する旋盤に関する。
【背景技術】
【０００２】
旋盤などの工作機械を用いて、工作物（ワーク）に切削加工等の加工処理を行う際には、スピンドルに回転可能に設けられたステージに、工作物を固定して、スピンドルと共に高速回転させる。例えば、円筒形状の工作物の外周面を加工する場合には、工作物は、その内壁面を把持してステージに固定される。このとき、高い精度で工作物を加工するためには、芯出しを高精度に行い、且つ、工作物が加工中にぶれないように十分な強度で把持する必要がある。また、工作物の形状や寸法が異なる場合には、工作物をステージに固定するための機構、例えば、チャック装置を、工作物の寸法に応じて交換しなければならない。そのような交換の手間を軽減し、且つ、寸法の異なる工作物を十分な強度で把持するためのチャック装置として、例えば、特許文献１は、タイヤホイールの内側に嵌合するチャック本体と、タイヤホイールのリム部の内面をクランプするクランプ爪を備えるタイヤホイール加工用チャックを開示している。このタイヤホイール加工用チャックにおいて、クランプ爪は、チャックの半径方向に摺動可能に設けられたレバーの先端に、ボルトにより交換可能に取り付けられている。そのため、レバーの位置を調整したり、タイヤホイールに応じてクランプ爪を取り替えたりすることによって、異なる内径のタイヤホイールを同一のチャック装置で把持することができる。
【特許文献１】特開２００２−１４４１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
工作物がステージに十分な強度で固定されていない場合には、工作物を高精度で加工できないだけではなく、高速回転中に工作物が安定に保持されず、例えば、加工中の工作物が大きく振動する現象、いわゆるビビリが生じたり、高速回転による遠心力に抗しきれずに工作物がステージから外れたりするおそれがある。そのため、工作物を十分な強度でクランプするために、チャック装置などの把持機構における、いわゆるクランプ爪は、対象となる工作物の形状に合わせて製作されるのが一般的である。この場合、工作物が上記タイヤホイールのような製造公差の小さな部材である場合には、その工作物用に製作されたクランプ爪を、同一の種類の工作物に同様に適用することができる。しかしながら、例えば、工作物が、鋳造によって製作される鋳物である場合には、その製造公差が大きいため、たとえ同一の種類の工作物であったとしても、同じクランプ爪を用いて十分な強度で把持できない場合があった。すなわち、製造公差が大きく、各工作物の寸法が微妙に異なる場合には、各工作物に合わせて、クランプ爪を加工しなければならない場合がある。さらに、工作物が円筒形である場合には、工作物は円周状に配置された複数のクランプ爪を用いて把持されるが、各工作物の寸法の微妙な違いに合わせて、各クランプ爪の締め付け強度のバランスを微妙に調整しなければならない場合もある。そのため、工作物を把持機構に固定する作業は、工数が多く困難な作業であり、熟練工であっても多くの時間を要するなどの問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、工作物の製造公差に関わらず、工作機械に対して工作物を十分な強度で、且つ、容易に固定できるチャック機構、及び、そのようなチャック機構に利用できる爪材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様に従えば、工作物を把持するチャック機構であって、ステージと、前記ステージに対して固定される基部及び前記基部から延在する固定爪部を有する固定爪と、前記工作物と前記固定爪との間に設けられて工作物を把持するための可動爪であって、前記固定爪部と当接する支持部、前記工作物の第１部分に当接する第１爪及び前記工作物の第１部分と異なる第２部分に当接する第２爪を有し、前記固定爪部の延在する方向において、前記支持部が第１爪と第２爪との間に存在するように位置する可動爪とを備え、前記可動爪は、前記支持部を中心として、前記基部側に傾動可能であるチャック機構が提供される。
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、工作物をチャック機構に固定するときに、可動爪は、支持部を中心として、固定爪の基部側（ステージ側）に傾動できる。そのため、例えば、円筒形状の工作物の内面を把持する場合であって、工作物の内面に凹凸がある場合であっても、可動爪が支持部を中心として回動して、可動爪の第１爪及び第２爪の先端が工作物の内面と当接できる。特に、円筒形状や円環形状の工作物の内面に、軸方向に延びる凹凸がある場合などに有利である。また、可動爪が支持部を中心として傾動した結果、第１爪及び第２爪の先端が、固定爪の基部に平行な面に対して、基部に向かって僅かに傾いた状態で工作物に当接した場合には、工作物は、固定爪の基部側に向かって押さえつけられた状態で固定される。そのため、たとえ工作物を高速に回転させた場合であっても、工作物が固定爪の基部と反対側に飛び出す恐れがない。ここで、工作物を把持する際には、その内側又は外側のいずれの面を把持することもできる。
【０００７】
本発明のチャック機構において、さらに、前記可動爪と前記固定爪の基部との間に緩衝部材を備え、前記可動爪と前記固定爪の基部との間に間隙が形成されていてもよい。この場合には、可動爪が傾動し得る範囲を、可動爪と固定爪の基部との間に形成された間隙の大きさによって調節することができる。すなわち、可動爪の第１爪と第２爪の両方が工作物に当接するまで可動爪が基部側に傾動できるように、可動爪と固定爪の基部との間の間隙を調整することができる。
【０００８】
本発明のチャック機構において、第１爪が第２爪よりも前記固定爪部の延在方向において前記基部に近い側に位置し、前記支持部と第１爪の先端との間の距離は、前記支持部と第２爪の先端との間の距離よりも長くてもよい。このとき、第１爪及び第２爪の先端が、固定爪の基部側に向かって回動する場合に、第２爪の先端を、強い力によって工作物の内面に押し当てることができる。ここで、支持部、第１爪及び第２爪は、それぞれ、支点、力点及び作用点となるので、てこの原理によって、支持部と第１爪の長さが、支持部と第２爪の長さに比べて長いほど、第２爪の先端は強い力で工作物に押圧される。
【０００９】
本発明のチャック機構において、前記固定爪部の延在方向に関して、前記支持部は第２爪に近い側に位置していてもよい。固定爪部の延在方向に関して、支持部が第２爪に近い側に位置するほど、固定爪部の延在方向と支持部から第１爪に向かう方向とのなす角度が小さくなる。従って、第１爪の先端に働く力について、可動爪を固定爪の基部側に向かって回動させようとする力の成分を大きくすることができる。さらに、固定爪部の延在方向に関して、支持部が第２爪に近い側に位置する場合には、支持部が固定爪部上で、固定爪の基部と反対側にスライドしやすくなる。そのとき、第１爪及び第２爪は、より大きな角度で固定爪の基部側に傾くことができる。そのような場合には、工作物を固定爪の基部側に押さえつける力が大きくなる。
【００１０】
本発明のチャック機構において、第１爪及び第２爪のいずれか一方の先端に、溝が形成されていてもよい。また、前記溝は、前記固定爪部の延在する方向に延びていてもよい。これら場合には、第１爪及び／又は第２爪の先端部の、溝が形成された領域では工作物と接触しないので、例えば把持される面に凹凸がある工作物であっても、チャック機構は、凹凸を避けて適切に把持することができる。特に溝が固定爪部の延在する方向に延びている場合には、例えば円筒形状の工作物において、その軸方向に延びる凹凸がある場合に有効である。また、本発明のチャック機構において、前記可動爪は屈曲部を有する板状部材であって、前記支持部は、前記屈曲部の稜線であってもよい。この場合には、可動爪は稜線を軸として傾動できる。
【００１１】
本発明のチャック機構において、前記可動爪は、前記固定爪の前記基部に対して、前記基部の面方向に移動可能に取り付けられていてもよく、前記可動爪は、前記固定爪の前記基部に対して、前記基部の面内において回動可能に取り付けられていてもよい。このような場合には、可動爪は把持される工作物の形状に応じて、固定爪の基部の面方向の任意の方向に微動することができ、あるいは、固定爪の基部と平行な面内において回動できるので、製造公差が大きな工作物であっても、適切に把持することができる。例えば、円筒形状または円環形状の工作物の内面を把持する場合に、その内面に周方向にそって凹凸がある場合であっても、可動爪は、凹凸に合わせて微動できるので、工作物の内面を適切に把持できる。
【００１２】
本発明のチャック機構において、前記固定爪が前記工作物に対して付勢されたときに、前記可動爪が前記固定爪の前記基部側に前記稜線を中心に回動してもよい。この場合には、工作物に対して固定爪を付勢した場合に、可動爪が固定爪の基部側に回動するので、可動爪が工作物を固定爪の基部側に向かって押圧した状態で、工作物を固定できる。そのため、例えば円筒形状の工作物を、その中心軸を回転軸として高速回転させた場合であっても、工作物が基部と反対側に飛び出してくる恐れがない。
【００１３】
本発明のチャック機構において、前記固定爪は、複数の固定爪によって構成され、各固定爪に複数の可動爪が取り付けられていてもよい。この場合には、複数の固定爪にそれぞれ取り付けられた複数の可動爪が、それぞれ微動し得る。したがって、チャック機構は、工作物の形状に合わせて可動する自由度が大きくなるので、製造公差の大きな工作物であっても、容易に把持することができる。
【００１４】
本発明のチャック機構において、前記複数の固定爪は、それぞれアーチ形状であり、円周状に配列されて設けられていてもよい。この場合には、例えば円筒形状、あるいは円環形状の工作物を、容易に、且つ、十分な強度で把持することができる。
【００１５】
本発明の第２の態様によれば、本発明のチャック機構を備える工作機械が提供される。可動爪が固定爪の基部側に傾いた状態で工作物と当接している場合には、例えば、工作物を加工するために工作物を高速で回転させていても、工作物はステージ側に押圧される力を受けているため、工作物がステージと反対側に飛び出してくる恐れがない。また、本発明のチャック機構を備える工作機械は、旋盤、フライス盤及びマシニングセンターからなる群から選ばれる一種であってもよい。この場合には、工作物をチャック機構に固定した状態で、工作物を高速移動させつつ加工する工作機械と、刃部などの切削部品を高速で移動させて工作物を加工する工作機械のいずれの場合であっても、本発明のチャック機構を利用しうる。いずれの場合であっても、工作物はチャック機構のステージ側に押圧される力を受けているため、工作物がステージと反対側に飛び出してくる恐れがない。
【００１６】
本発明の第３の態様に従えば、工作物を把持するチャック機構に用いる爪材であって、基部及び前記基部から延在する固定爪部を有する固定爪と、前記工作物と前記固定爪との間に設けられる可動爪であって、前記固定爪部と当接する支持部、前記工作物の第１部分に当接する第１爪及び前記工作物の第１部分と異なる第２部分に当接する第２爪を有し、前記固定爪部の延在する方向において前記支持部が第１爪と第２爪との間に存在するように位置する可動爪とを備え、前記可動爪は、前記支持部を中心として、前記基部側に傾動可能である爪材が提供される。また、前記固定爪及び前記支持部がアーチ状であってもよく、前記工作物が円筒状又は円環状の工作物であってもよい。
【００１７】
本発明の第３の態様によれば、この爪材を用いることによって、工作物を十分な強度で把持できる。また、工作物の製造公差が大きい場合であっても、各工作物に合わせて爪材を製作することなく、十分な強度で容易に工作物を把持することができる。
【発明の効果】
【００１８】
鋳造により製造されたワークのような、製造公差の大きな部材であっても、個々のワークに合わせて爪材を製造することなく、チャック機構にワークを固定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明のチャック機構について、図を参照しながら説明する。図１に示した旋盤１００は、加工される工作物（ワーク）を把持するためのチャック機構１と、チャック機構１を回転駆動するためのモータ（駆動源）１０１と、モータ１０１の回転軸と連動して、モータ１０１により生じた回転の動力をチャック機構１に伝達するシャフト（スピンドル）１０２と、モータ１０１の動作を制御するための制御部１０３とを備える。制御部１０３からの指令に基づいて、モータ１０３の回転方向及び回転速度等が調整される。
【００２０】
図１及び図２（ａ），（ｂ）に示すように、チャック機構１は、シャフト１０２に対して回転可能に設けられたステージ１２と、ステージ１２の先端に設けられた固定爪１１と、固定爪１１に揺動可能に設けられた可動爪１０とを備える。
【００２１】
ステージ１２は、略円筒形状の固定ステージ１３と、固定ステージに設けられた３つの可動ステージ１４を備える。固定ステージ１３の中心軸Ｘは、シャフト１０２の延在する方向と一致しており、固定ステージ１３は、シャフト１０２に対して回転可能に固定されている。すなわち、ステージ１２の中心軸Ｘは、シャフト１０２及び固定ステージ１３の回転軸と一致している。固定ステージ１３のシャフト１０２と反対側の端面１３ａには、３つの可動ステージ１４が、固定ステージ１３の半径方向に移動可能に設けられている。各可動ステージ１４は、中心角が約１２０°の略アーチ型の形状、即ち、中心部がくり貫かれたドーナツ型の円盤を、ほぼ３等分しての得られる形状であり、固定ステージ１３の中心軸Ｘを中心とする円周状に、ほぼ等間隔に設けられている。これらの可動ステージ１４は、不図示の駆動機構によって、固定ステージ１３の半径方向に駆動される。各可動ステージ１４の固定ステージ１３と反対側の端面１４ａは、平坦な面に形成されている。この端面１４ａには、固定爪１１を取り付けるためのボルト穴（不図示）が設けられており、各可動ステージ１４につき、１つの固定爪１１が取り付けられている。
【００２２】
各固定爪１１は、中心角が約１２０°の略アーチ型の形状の平面状の板材である基部１１ａと、基部１１ａの径方向の略中央部において周方向に延在し、且つ、基部１１ａの面に垂直に立設された爪部（固定爪部）１１ｂとを備える。固定爪１１は、ボルトを用いて固定ステージ１２に固定されており、シャフト１０２に対して、固定ステージ１２と一体的に回転可能に設けられている。また、図１及び図２（ｂ）においては省略されているが、固定爪１１には、後述する可動爪を固定するためのボルト４０が縲合する孔１１ｄと、可動爪と固定爪との間に置かれる緩衝部材４１を設けるための４つの孔１１ｃとが設けられている。
【００２３】
また、図３に示すように、可動爪１０は、稜線（支持部）１０ａを峰として折れ曲がった板材である基部１０ｇと、基部１０ｇの一端から図３の上方に向かって突出する第１爪１０ｂと、基部１０ｇの他端から第１爪１０ｂと同じ向きに向かって突出する第２爪１０ｃとを備える。基部１０ｇは、稜線１０ａの方向に沿って円弧状に湾曲しており、第１爪１０ｂ及び第２爪１０ｃの先端も、同じ方向に関して円弧状に形成されている。さらに、稜線１０ａも円弧状に湾曲している。また、第１爪１０ｂは第２爪１０ｃよりも長く形成されている。即ち、稜線１０ａと第１爪１０ｂの先端との間の距離Ｌ１は、稜線１０ａと第２爪１０ｃとの間の距離Ｌ２よりも長い。また、第１爪１０ｂの先端には、周方向に沿って間隔を隔てて配置され、第１爪１０ｂの厚さ方向に延在する複数の溝１０ｄが形成されている。さらに、第１爪１０ｂの第２爪１０ｃと反対側の面（背面１０ｆ）は、平坦に形成されている。また、基部１０ｇの略中央部には、第１爪１０ｂが形成されている面側から、背面１０ｆ側へ貫通する貫通孔１０ｅが形成されている。この貫通孔１０ｅには、後述するボルト４０が挿入されるが（図４参照）、貫通孔１０ｅの内径はボルト４０の径よりも若干大きく形成されている。
【００２４】
次に、可動爪１０の配置について説明する。図２（ａ）に示すように、各固定爪１１の爪部１１ｂよりも外周側には、その周方向に沿って４つの可動爪１０が取り付けられている。ここで、図４に示すように、各可動爪１０は、第１爪１０ｂを固定爪１１の基部１１ａ側に向けた状態で、固定爪１１の基部１１ａ及び爪部１１ｂに当接して取り付けられる。即ち、固定爪１１の基部１１ａは、可動爪１０の背面１０ｆと当接し、固定爪１１の爪部１１ｂは、可動爪１０の稜線１０ａの部分において当接して配置される。固定爪１１の基部１１ａの、可動爪１０の背面１０ｆと当接する領域の四隅には、後述する緩衝部材４１を設けるための４つの孔１１ｃが形成されている。また、後述するように、可動爪１０の貫通孔１０ｅには、所定のボルト４０が挿入されて、可動爪１０が固定爪１１の基部１１ａに対して傾動可能に又は摺動可能に固定される。
【００２５】
次に、チャック機構１に取り付けられる工作物であるワーク２０について図５（ａ），（ｂ）を用いて説明する。例示したワーク２０は鋳造によって一体的に製造された、鉄・モリブデン合金製の円筒状部材であって、円筒部（側部）２１と、円筒部２１の中心軸Ｏ方向の一端側（図５（ｂ）における下側）から軸Ｏ方向に延在する底板部２２とを有する。また、底板部２２の端部（端面）２２ａは、軸Ｏまで至っていないために、端部２２ａにより、円形の貫通孔が画成されている。また、ワーク２０の内面２０ａは、円筒部２１の内面から、底板部２２の端面２２ａへと滑らかに繋がる曲面として形成されている。後述するように、ワーク２０をチャック機構１に取り付けた状態で、円筒部２１の上面２１ａ、側面２１ｂ、及び底板部２２の底面２２ｂ等を切削加工することができる。
【００２６】
次に、チャック機構１において、固定爪１１及び可動爪１０を取り付ける手順について説明する。まず、チャック機構１の可動ステージ１４に、図２（ａ）に示すような配置で３つの固定爪１１をボルト締めして取り付ける。次に、図４に示すように、各固定爪１１の４つの孔１１ｃに、スプリング等の緩衝部材４１を挿入する。緩衝部材４１は、孔１１ｃに挿入された状態で、孔１１ｃの開口から一部分が突出している。
【００２７】
緩衝部材４１を固定爪１１の孔１１ｃに挿入した後で、可動爪１０の貫通孔１０ｅに所定のボルト４０を挿入して、ボルト締めによって可動爪１０を固定爪１１の基部１１ａに付勢する（図４参照）。なお、ボルト４０は、固定爪１１の基部１１ａに対して、可動爪１０を完全には締め付けていない。このとき、固定爪１１の孔１１ｃには緩衝部材４１が挿入されており、緩衝部材４１の孔１１ｃから突出している部分が、可動爪１０の背面１０ｆと当接して可動爪１１を付勢する。この状態で、可動爪１０の背面１０ｆと基部１１ａとの間には、わずかな間隙（ギャップ）Ｇ１が存在しており、ボルト４０による可動爪１０の固定爪１１に対する付勢力と、緩衝部材４１による可動爪１０に対する付勢力とがバランスしている。
【００２８】
次に、チャック機構１にワーク２０を取り付ける手順について説明する。まず、図６（ａ）に示すように、ワーク２０の内面２０ｃがチャック機構１の固定爪１１及び可動爪１０と対向する向きで、ワーク２０とチャック機構１との中心軸Ｘを合わせた状態で、ワーク２０をチャック機構１に嵌合させる。このとき、可動爪１０の第１爪１０ｂが、ワーク２０の内面２０ａに当接し、可動爪１０の第２爪１０ｃが、ワーク２０の底板部２２の端面２２ａに当接するように、各可動ステージ１４の位置を調整しておく。このとき、ワーク２０の内面２０ａの内径は、可動爪１０の第１爪１０ｂの外径よりわずかに大きい。ワーク２０の底板部２２に画成された穴の内径は、３つの固定爪１１に組み込まれた１２個の可動爪１０の第２爪１０ｃにより形成される円の外径とほぼ同一である。そのため、ワーク２０をチャック機構１に勘合させることにより、ワーク２０は、チャック機構１に仮止めされている状態となる。
【００２９】
次に、不図示の駆動機構を用いて、各可動ステージ１４を径方向の外側（ワーク２０側）に押圧する。これにより、可動爪１０の第１爪１０ｂ及び第２爪１０ｃが、それぞれワーク２０の内面２０ａと底板部２２の端面２２ａにきつく嵌合した状態で、ワーク２０がチャック機構１に対して固定される。このとき、図６（ｂ）に示すように、固定ステージ１３の端面１３ａとワーク２０の内面２０ｃとの間に、棒状のストッパ３０を配置して、ワーク２０がチャック機構１のステージ１２側に移動する量を制限することもできる。
【００３０】
このとき、図４に示したように、各可動爪１０は、固定爪１１に対して一本のボルト４０のみで締結されている。このとき、可動爪１０の、ボルト４０が挿入されている貫通孔１０ｅは、ボルト４０の径よりも若干大きな径に形成されているので、各可動爪１０はボルト４０の延在する方向に対して垂直な面内において、任意の方向に微動しうる。例えば、ボルト４０を回転軸として若干回動することができ、可動ステージ１４の半径方向、周方向に微動することもできる。さらに、固定爪１１の基部１１ａに形成された孔１１ｃには、緩衝部材４１が挿入されているので、基部１１ａと可動爪１０の背面１０ｆとの間には、ギャップＧ１が形成されている。そのため、可動爪１０は、稜線１０ａを回転軸として図４の矢印Ｒ１，Ｒ２の方向にも、僅かに回動し得る。さらに、可動爪１０は、固定爪１１の爪部１１ｂの延在する方向に微動することもできる。このとき、固定爪１１の基部１１ａと、可動爪１０の背面１０ｆとが平行でない状態となるように、揺動することもできる。また、可動爪１０の稜線１０ａと固定爪１１の爪部１１ｂとの間は固定されていないため、可動爪１０の稜線１０ａが、固定爪１１の爪部１１ｂの先端側（図４の左側）に向かってスライドしつつ、可動爪１０が矢印Ｒ１の方向に回転することもあり得る。このように、可動爪１０は、様々な方向に微動し得る自由度を有している。そのため、ワーク２０の製造公差が大きな場合であっても、可動爪１０が上述の方向などに微動することによってワーク２０の製造公差を吸収することができる。また、可動爪１０の第１爪１０ｂの先端には溝１０ｄが形成されており、可動爪１０の第１爪１０ｂの先端とワーク２０の内面２０ａとは、溝１０ｄが形成された部分を除いて接触している。即ち、可動爪１０の第１爪１０ｂの先端とワーク２０の内面２０ａとは、点接触している。そのため、例えば、ワーク２０の内面２０ａに小さな突起や窪み等の凹凸が形成されているような場合であっても、第１爪１０ｂの先端に溝１０ｄが形成されているため、可動爪１０は、凹凸などを避けて、ワーク２０の内面２０ａに当接できる。
【００３１】
次に、ワーク２０をチャック機構１に固定するときの、可動爪１０の動きについて、さらに詳細に説明する。ワーク２０をチャック機構１に仮止めしている状態では、図７に示すように、可動爪１０の第１爪１０ｂの先端及び第２爪１０ｃの先端が、それぞれワーク２０の内面２０ａ及びワーク２０の底板部２２の端面２２ａに当接し、可動爪１０の稜線１０ａが固定爪１１の基部１１ａに当接する。このとき、可動爪１０の第１爪１０ｂ及び第２爪１０ｃは、固定爪１１の基部１１ａに対してほぼ平行である。また、可動爪１０の背面と固定爪１１の基部１１ａとの間には、緩衝部材４１によるギャップＧ１が形成されている。
【００３２】
ここで、図７に示すように、ワーク２０の内面２０ａには、可動爪１０の第１爪１０ｂによる押圧力Ｆ３が働き、ワーク２０の端面２２ａには、可動爪１０の第２爪１０ｃによる押圧力Ｆ４が働く。これらの押圧力Ｆ３，Ｆ４の向きは、共にワーク２０の半径方向外側に向かう向きである。
【００３３】
図８に示すように、可動爪１０の第１爪１０ｂ及び第２爪１０ｃの先端には、押圧力Ｆ３，Ｆ４の反力Ｆ１，Ｆ２が働く。反力Ｆ１，Ｆ２はそれぞれ、押圧力Ｆ３，Ｆ４と逆向きで同じ大きさの力である。ここで、図８は、可動爪１０にかかる力を模式的に表した図であり、図を見やすくするため、可動爪１０及び固定爪１１の形状は省略してある。図８に示すように、反力Ｆ１には、第１爪１０ｂの先端から支持部１０ａへ向かう成分Ｆ１ｂと、それに垂直な成分Ｆ１ａとが存在する。同様に、反力Ｆ２には、第２爪１０ｃの先端から支持部１０ａへ向かう成分Ｆ２ｂと、それに垂直な成分Ｆ２ａとが存在する。このとき、稜線１０ａを中心軸として、可動爪１０を矢印Ｒ１の向きに回転させようとする力のモーメント（右回りのモーメント）の大きさは、力Ｆ１ａの大きさと距離Ｌ１との積であり、可動爪１０を矢印Ｒ２の向きに回転させようとする力のモーメント（左回りのモーメント）の大きさは、力Ｆ２ａの大きさと距離Ｌ２との積である。本実施形態では、距離Ｌ１の方が距離Ｌ２よりも長いので、右回りのモーメントの方が、左回りのモーメントよりも大きい。そのため、可動爪１０は、稜線１０ａを中心軸として、矢印Ｒ１の向きに回動する。
【００３４】
稜線１０ａを回転軸として、可動爪１０が矢印Ｒ１の向きに僅かに回転すると、第２爪１０ｃの先端は、チャック機構１の半径方向の外側に向かって僅かに移動することになる。この場合には、第２爪１０ｃは、ワーク２０の基部２２の端面２２ａをさらに強く圧接することになる。このようにして、チャック機構１とワーク２０は十分な強度で嵌合される。
【００３５】
ここで、可動爪の稜線及び第１爪の間の距離Ｌ１は、可動爪の稜線及び第２爪の間の距離Ｌ２よりも長い。稜線１０ａを回転軸として、可動爪１０が矢印Ｒ１の向きに回転するとき、てこの原理によってＬ１／Ｌ２の値が大きいほど、第２爪をワークに押圧する力の成分は大きくなるため、強い力でワークをチャック機構に固定できる点で有利である。また、Ｌ１の長さが大きいほど、さらに、固定爪１１の爪部１１ｂの延在する方向と可動爪１０の支持部１０ａから第１爪１０ｂの先端に向かう方向との間の角度が小さい方が、可動爪１０を固定爪１１の基部１１ａ側に回動させる力のモーメントが大きくなって有利である。
【００３６】
これまで、可動爪１０の稜線１０ａと固定爪１１の爪部１１ｂとが、同じ位置で当接している場合を説明した。しかしながら、前述の通り、可動爪１０の稜線１０ａと固定爪１１の爪部１１ｂとの間は固定されているわけではない。そのため、可動ステージ１４をワーク２０に向かって押圧する力が十分強い場合には、可動爪１０の稜線１０ａが、固定爪１１の爪部１１ｂの先端側（図７の左側）に向かってスライドしつつ、可動爪１０が矢印Ｒ１の方向に回転することもあり得る。いずれの場合であっても、チャック機構１とワーク２０とが十分な強度で嵌合されているときには、可動爪１０は、ワーク２０に対して図９に示す状態で当接する。即ち、可動爪１０が稜線１０ａを中心軸として矢印２０の方向に僅かに回転した結果、可動爪１０の第１爪１０ｂと第２爪１０ｃは、固定爪１１の基部１１ａの方へ僅かに傾いた状態でワーク２０に当接している。
【００３７】
このようにして、十分な強度でワーク２０をチャック機構１に嵌合させた後、ワーク２０をチャック機構１に固定した状態で高速回転させて、ワーク２０に所望の加工処理を加えることができる。本実施形態の場合には、ワーク２０を内側から把持しているため、ワーク２０の向きを変更することなく、ワーク２０の円筒部２１の上面２１ａ、側面２１ｂ、底板部２２の底面２２ｂ、及び、端面２２ａを切削加工することができる。
【００３８】
次に、ワーク２０がチャック機構１に嵌合している状態で、ワーク２０とチャック機構１との間に働いている力について、図９を用いて説明する。可動爪１０の第１爪１０ｂと第２爪１０ｃは、固定爪１１の基部１１ａの方へ僅かに傾いた状態で、ワーク２０に当接している。このとき、可動爪１０の第１爪１０ｂが、ワーク２０の内面２０ａを押圧する力を力ｆ１とし、可動爪１０の第２爪１０ｃが、ワーク２０の端面２２ａを押圧する力を力ｆ２とする。ここで、力ｆ１、ｆ２の向きは、固定爪１１の基部１１ａの面方向（例えば、図９における鉛直方向）に対して、可動爪１０から固定爪１１に向かう向き（図９における右向き）に傾いている。従って、力ｆ１、ｆ２はそれぞれ、ワーク２０をチャック機構１側に引き寄せる向きに働く力の成分ｆ１ａ，ｆ２ａと、ワーク２０の半径方向外側に向かう力の成分ｆ１ｂ、ｆ２ｂとを有している。
【００３９】
ここで、力の成分ｆ１ｂ，ｆ２ｂの大きさは、それぞれ可動爪１０の第１爪１０ｂ及びワーク２０の内面２０ａの間の摩擦力と、可動爪１０の第２爪１０ｃ及びワーク２０の端面２２ａの間の摩擦力の大きさに寄与する。これらの摩擦力はいずれも、ワーク２０をチャック機構１に固定した状態で高速回転させたときに、ワーク２０がチャック機構１から外れて、前方（図９の左向き）に飛び出すのを防ぐ役割を果たす。通常のチャック機構においては、略円筒形のワークに対して、その半径方向の外側に向かってワークを押圧している。この場合の押圧力は、本実施形態における力の成分ｆ１ｂ，ｆ２ｂに対応する。本実施形態においては、これらの力の成分ｆ１ｂ，ｆ２ｂに加えて、さらに、力の成分ｆ１ａ，ｆ２ａが存在する。これらの力の成分ｆ１ａ，ｆ２ａは、ワーク２０をチャック機構１側に押し付ける向きに働くので、前述の摩擦力と同様に、ワーク２０がチャック機構１から外れて、前方（図８の左向き）に飛び出すのを防ぐ役割を果たす。
【００４０】
一般に、ワークをチャック機構に固定した状態で、ワークを高速回転させた場合には、ワークに大きな遠心力が働く。この遠心力は、ワークの内径を大きくする向きに働くため、可動爪がワークの内面をその外周側に向かって押している力の大きさは、ワークが静止している状態と比べて、ワークが高速回転している状態では相対的に小さくなる。ワークと可動爪との間の摩擦力の大きさは、可動爪がワークの内面をその外周側に向かって押している力の大きさに比例するので、ワークの回転速度が上がるにつれて、ワークと可動爪との間の摩擦力は小さくなる。従って、ワークの回転速度が上がるにつれて、ワークをチャック機構から外れやすくなる。
【００４１】
これに対して、本実施形態では、ワーク２０と可動爪１０との間には、摩擦力だけでなく、ワーク２０をチャック機構側に押し付ける向きに働く力の成分ｆ１ａ，ｆ２ａも存在する。従って、ワーク２０を高速回転させた場合に、ワーク２０と可動爪１０との間の摩擦力が小さくなったとしても、力の成分ｆ１ａ，ｆ２ａの大きさは変わらないため、ワーク２０がチャック機構１から外れて、前方（図９の左向き）に飛び出すのが防止される。さらに、一旦、可動爪１０が固定爪１１の基部１１ａ側に傾動した状態でワーク２０に当接して固定された場合、可動爪１０が基部１０ａと反対側に傾動する恐れはない。なぜならば、固定爪１１の基部１１ａ側に傾動している可動爪１０を、基部１１ａと反対側に傾動させるためには、可動爪１０の第１爪１０ｂと当接している部分のワーク２０の径を広げなければならないため、可動爪１０が基部１０ａと反対側に傾動することはない。
【００４２】
なお、上記実施形態では、特定の形状の可動爪１０を用いたが、可動爪の形状はこれに限定されず、ワークの形状に合わせて変更しうる。例えば、図１０に示すような略円筒形状のワーク１２０に対しては、稜線１１０ａからほぼ同じ高さに形成された第１爪１１０ｂ及び第２爪１１０ｃを有する可動爪１１０を使用しうる。この場合も、チャック機構１をワーク１２０に押圧する際には、第１爪１１０ｂ及びワーク１２０の内面１２０ａの間と、第２爪１１０ｃ及びワーク１２０の内面１２０ａの間には、それぞれ摩擦力が働く。そのため、可動爪１１０は、稜線１１０ａを軸にして図９の時計回り方向に若干回動した状態で固定される。従って、前記実施形態と同様に、可動爪１１０の第１爪１１０ｂ及び第２爪１１０ｃは、それぞれワーク１２０の内面１２０ａに対して、ワーク１２０の半径方向外側に向かって押圧すると共に、ワーク１２０を軸方向に沿ってチャック機構側に押し付ける向きにも押圧する。
【００４３】
その他にも、ワークの形状に合わせて、図１１（ａ）に示すように、可動爪２２０の形状は、板材を稜線２２０ａにおいて折り曲げた、略Ｖ字型の形状であってもよい。このとき、第１爪２２０ｂと第２爪２２０ｃの長さは同じでもよく、一方が長くてもよい。また、図１１（ｂ）に示すように、可動爪３２０の形状は、両端を一面側に折り曲げた板材の中央に他面側に延びる支持部３２０ａを有する、略Ｙ字型の形状であってもよい。このときも、第１爪３２０ｂと第２爪３２０ｃの長さは、同じであっても、いずれか一方が長くてもよい。これらの可動爪の形状は例示であり、その他の形状であってもよい。さらに、可動爪に形成された爪の数は２つに限らず、３つ以上の爪を有していてもよい。上記実施形態では、可動爪の第１爪の先端には、溝が形成されていたが、この溝は形成されていなくてもよく、また、第２爪の先端に溝が形成されていてもよい。また、図１２に示すように、可動爪４２０の第１爪４２０ｂ及び第２爪４２０ｃの先端に、その厚さ方向直交する方向に沿った溝４２０ｄが形成されていてもよい。あるいは、溝の延びる方向はこれらに限られず、任意の方向に形成しうる。また、第１爪と第２爪の先端に形成された溝の延びる方向は、同じであっても異なってもよい。また、形成される溝の数は任意である。さらに、可動爪の支持部に関しても、本実施形態で示されたような、可動爪が屈曲した板状部材を備え、且つ、支持部が屈曲部の稜線として形成される場合に限られず、例えば図１１（ｂ）に示すように、任意の形状にし得る。
【００４４】
なお、上記実施形態において、固定爪の大きさ、材料、形状及び配置などは、ワークの形状及び材質に合わせて任意に設定しうる。例えば、ワークが略円筒形あるいは円環状の形状でなく、多角柱の形状である場合であっても、固定爪の形状をワークの形状に適合させることにより本発明の爪材を利用しうる。さらに、上記実施形態では、ワークを内側から把持する場合を例に挙げて説明してきたが、例えば図１３に示すように、ワーク５２０を外側から把持する際にも、可動爪１０及び固定爪１１を有する、本発明のチャック機構を用いることができる。さらに、本実施形態では、固定爪の基部は、可動爪の背面まで延在していたが、必ずしも可動爪の背面まで延在している必要はなく、ワークの形状に合わせて任意の形状にし得る。
【００４５】
上記実施形態においては、チャック機構は工作機械としての旋盤に取り付けられていたが、本発明のチャック機構を備える工作機械は、旋盤に限られない。上記実施形態の旋盤においては、チャック機構に固定されたワークを、高速回転させながら、ワークを加工していた。それに限らず、例えば、フライス盤及びマシニングセンターのように、ワークをチャック機構に固定した状態で、高速に移動する刃部を用いてワークを加工する工作機械に本発明のチャック機構を用いることもできる。あるいは、旋盤、フライス盤又はマシニングセンターを備える工作機械に、本発明のチャック機構を用いることもできる。いずれの場合であっても、ワークはチャック機構のステージ側に押し付けられた状態で固定されるため、加工中にワークがステージと反対側に飛び出す恐れがない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明のチャック機構によって把持されたワークは、高速に回転している状態であっても、チャック機構のステージ側（後方）に押さえつける力が働いている。従って、ワークのステージ側の端面を切削加工する場合であっても、ワークが前方に飛び出す恐れがない。従って、ワークの背面を加工する際に、ワークの向きを変える工程を省くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態に係る旋盤の概略図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明のチャック機構の正面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の破線断面図である。
【図３】図３は、可動爪の斜視図である。
【図４】図４は、可動爪を固定爪に固定した状態を表す概略図である。
【図５】図５（ａ）は、本実施形態のワークの正面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の破線断面図である。
【図６】図６（ａ）は、ワークをチャック機構に仮止めした状態を示す概略図であり、図６（ｂ）は、チャック機構をワークに押圧する際にストッパを使用している状態を示す概略図である。
【図７】図７は、図６（ａ）の拡大概略図である。
【図８】図８は、図７の状態における可動爪に働く力を示す概略図である。
【図９】図９は、ワークがチャック機構に固定された状態を示す概略図である。
【図１０】図１０は、円筒形状のワークに合わせた可動爪を表す概略図である。
【図１１】図１１（ａ）は、略Ｖ字形状の可動爪を表す概略図であり、図１１（ｂ）は、略Ｙ字形状の可動爪を表す概略図である。
【図１２】図１２は、第１爪及び第２爪に、その厚さ方向に延びる溝が形成された可動爪を表す斜視図である。
【図１３】図１３は、チャック機構がワークを外側から把持する場合を表す概略図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  チャック機構
１０  可動爪
１１  固定爪
１２  ステージ
１３  固定ステージ
１４  可動ステージ
２０  ワーク
４１  緩衝部材
【図１】
2007307660.tif 000003
【図２】
2007307660.tif 000004
【図３】
2007307660.tif 000005
【図４】
2007307660.tif 000006
【図５】
2007307660.tif 000007
【図６】
2007307660.tif 000008
【図７】
2007307660.tif 000009
【図８】
2007307660.tif 000010
【図９】
2007307660.tif 000011
【図１０】
2007307660.tif 000012
【図１１】
2007307660.tif 000013
【図１２】
2007307660.tif 000014
【図１３】
2007307660.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月6日(2007.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作物を把持するチャック機構であって、
ステージと、
前記ステージに対して固定される基部及び前記基部から延在する固定爪部を有する固定爪と、
前記工作物と前記固定爪との間に設けられて工作物を把持する可動爪であって、前記固定爪部と当接する支持部、前記工作物の第１部分に当接する第１爪及び前記工作物の第１部分と異なる第２部分に当接する第２爪を有し、前記固定爪部の延在する方向において前記支持部が第１爪と第２爪との間に存在するように位置する可動爪とを備え、
前記可動爪は、前記支持部を中心として、前記基部側に傾動可能であって、
第１爪が第２爪よりも前記固定爪部の延在方向において前記基部に近い側に位置し、前記支持部と第１爪の先端との間の距離は、前記支持部と第２爪の先端との間の距離よりも長いチャック機構。
【請求項２】
さらに、前記可動爪と前記固定爪の基部との間に緩衝部材を備え、前記可動爪と前記固定爪の基部との間に間隙が形成されている請求項１に記載のチャック機構。
【請求項３】
前記固定爪部の延在方向に関して、前記支持部は第２爪に近い側に位置している請求項１または２に記載のチャック機構。
【請求項４】
第１爪及び第２爪のいずれか一方の先端に、溝が形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載のチャック機構。
【請求項５】
前記溝は、前記固定爪部の延在する方向に延びている請求項４に記載のチャック機構。
【請求項６】
前記支持部は、稜線として形成されている請求項１〜５のいずれか一項に記載のチャック機構。
【請求項７】
前記可動爪は、前記固定爪の前記基部に対して、前記基部の面方向に移動可能に取り付けられている請求項１〜６のいずれか一項に記載のチャック機構。
【請求項８】
前記可動爪は、前記固定爪の前記基部に対して、前記基部と平行な面内において回動可能に取り付けられている請求項７に記載のチャック機構。
【請求項９】
前記固定爪が前記工作物に対して付勢されたときに、前記可動爪が前記固定爪の前記基部側に前記稜線を中心として回動する請求項１〜８のいずれか一項に記載のチャック機構。
【請求項１０】
前記固定爪は、複数の固定爪によって構成され、各固定爪に複数の可動爪が取り付けられている請求項１〜９のいずれか一項に記載のチャック機構。
【請求項１１】
前記複数の固定爪は、それぞれアーチ形状であり、円周状に配列されて設けられている請求項１０に記載のチャック機構。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のチャック機構を備える工作機械。
【請求項１３】
前記工作機械が、旋盤、フライス盤及びマシニングセンターのいずれか１つを備える請求項１２に記載の工作機械。
【請求項１４】
工作物を把持するチャック機構に用いる爪材であって、
基部及び前記基部から延在する固定爪部を有する固定爪と、
前記工作物と前記固定爪との間に設けられる可動爪であって、前記固定爪部と当接する支持部、前記工作物の第１部分に当接する第１爪及び前記工作物の第１部分と異なる第２部分に当接する第２爪を有し、前記固定爪部の延在する方向において前記支持部が第１爪と第２爪との間に存在するように位置する可動爪とを備え、
前記可動爪は、前記支持部を中心として、前記基部側に傾動可能であって、
第１爪が第２爪よりも前記固定爪部の延在方向において前記基部に近い側に位置し、前記支持部と第１爪の先端との間の距離は、前記支持部と第２爪の先端との間の距離よりも長い爪材。
【請求項１５】
前記固定爪及び前記支持部がアーチ状であり、前記工作物が円筒状及び円環状のいずれかの形状の工作物である請求項１４に記載の爪材。