(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸台に回転自在に支持された主軸を回転させるための主軸モータと、
前記主軸に設けられ、被把持物を把持する把持爪を開閉するためのチャックと、
前記チャックを相対的に固定可能な工作機械の機体に前記チャックと係合離脱自在に設けられ、前記チャックの回転を固定するためのチャック固定手段と、
前記チャックに設けられ、前記チャック固定手段により前記チャックが固定されたとき、前記主軸の回転を前記把持爪の開閉動作に変換するための運動方向変換手段と
前記運動方向変換手段の作動をロックして前記把持爪の移動を固定するための緩み止め機構と
からなる工作機械の電動チャックにおいて、
前記緩み止め機構は、
前記主軸に設けられた固定歯と、
前記チャックの本体であるチャックボディに設けられ、前記固定歯に係合離脱するための挿入歯と、
前記チャック固定手段が前記チャックの回転を固定したとき、前記挿入歯を前記固定歯から離脱させるための挿入歯駆動手段と
からなることを特徴とする工作機械の電動チャック。
【請求項２】
主軸台に回転自在に支持された主軸を回転させるための主軸モータと、
前記主軸に設けられ、被把持物を把持する把持爪を開閉するためのチャックと、
前記チャックを相対的に固定可能な工作機械の機体に前記チャックと係合離脱自在に設けられ、前記チャックの回転を固定するためのチャック固定手段と、
前記チャックに設けられ、前記チャック固定手段により前記チャックが固定されたとき、前記主軸の回転を前記把持爪の開閉動作に変換するための運動方向変換手段と
前記運動方向変換手段の作動をロックして前記把持爪の移動を固定するための緩み止め機構と
からなる工作機械の電動チャックにおいて、
前記緩み止め機構は、前記主軸に設けられた移動クラッチ歯と、
前記チャックの本体であるチャックボディに設けられ、前記移動クラッチ歯に係合離脱するための固定クラッチ歯と、
前記チャック固定手段が前記チャックの回転を固定したとき、前記移動クラッチ歯を前記固定クラッチ歯から離脱させるための移動クラッチ歯駆動手段と
からなることを特徴とする工作機械の電動チャック。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の工作機械の電動チャックにおいて、
前記運動方向変換手段に設けられ、前記主軸のトルクを増大して前記把持爪に伝達するための増力機構と
を有することを特徴とする工作機械の電動チャック。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の工作機械の電動チャックにおいて、
前記主軸モータは、前記主軸にローターを固定し、前記主軸台にステーターを固定したビルトインモータである
ことを特徴とする工作機械の電動チャック。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の工作機械の電動チャックにおいて、
前記運動方向変換手段は、
前記主軸に設けられ、螺旋状のスクロール溝が形成されたスクロールと、
前記スクロールの外周に配置され、かつ、前記スクロールに回転自在に支持されたチャックボディと、
前記把持爪に設けられ、前記スクロール溝と噛み合うスクロール歯と
からなることを特徴とする工作機械の電動チャック。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の工作機械の電動チャックにおいて、
前記チャック固定手段は、
前記チャックの本体であるチャックボディに形成された係合穴と、
前記係合穴に係合離脱する位置決めピンを駆動するための位置決めピン駆動手段と
からなることを特徴とする工作機械の電動チャック。
【請求項７】
請求項３に記載の工作機械の電動チャックにおいて、
前記増力機構は、
前記主軸に固定された駆動歯車と、
前記チャックの本体であるチャックボディに形成された内歯歯車と、
前記チャックボディに回転自在に設けられ、前記駆動歯車及び前記内歯歯車に同時に噛み合う中間歯車と
からなることを特徴とする工作機械の電動チャック。
【請求項８】
請求項３に記載の工作機械の電動チャックにおいて、
前記増力機構は、
前記主軸に固定された太陽歯車と、
前記チャックの本体であるチャックボディに形成された内歯歯車と、
前記チャックボディに回転自在に支持され、螺旋状のスクロール溝が形成されたスクロールと、
前記把持爪に設けられ、前記スクロール溝と噛み合うスクロール歯と、
前記スクロールに回転自在に設けられ、前記太陽歯車及び前記内歯歯車に同時に噛み合う遊星歯車と
からなることを特徴とする工作機械の電動チャック。
【請求項９】
請求項１ないし６から選択される１項に記載の工作機械の電動チャックにおいて、前記主軸モータは、前記把持爪の移動位置を制御可能な制御モータであることを特徴とする工作機械の電動チャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の電動チャックとその把持爪開閉方法に関する。更に詳しくは、主軸を駆動するための電動機の動力を利用してチャックの爪の開閉を行うことができる工作機械の電動チャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
旋盤の主軸端には工作物をつかむためのチャックが取り付けられている。近年、チャックの把持爪の開閉を自動化するために手動に換えて動力が用いられている。チャックの把持爪を駆動する動力は、油圧シリンダ、電動機等が使用されている。しかしながら、チャックの把持爪の駆動に動力を用いると、チャックの把持爪の駆動のために専用の油圧シリンダ、電動機等の駆動手段が必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
工作機械への駆動手段の設置台数の増加はチャック機構の複雑化、コストアップの要因ともなる。このため、本発明者等は、チャックの駆動手段を主軸の駆動電動機と共用してチャックの駆動手段が必要のない電動チャックを提案した（特開平８−１５０５３１号公報）。この電動チャックは、駆動手段は必要ないがチャックボディの外周位置に配置した環状の歯車、伝達方向の切り換えのためのシフト機構等の複雑な機構が必要である。
【０００４】
本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記目的を達成する。
本発明の目的は、被把持物を把持するチャック専用の駆動手段が不必要な工作機械の電動チャックを提供することにある。
本発明の他の目的は、機構が極めて簡素な工作機械の電動チャックを提供することにある。
本発明の他の目的は、チャックの爪の開閉制御が極めて容易な工作機械の電動チャックを提供することにある。
本発明の他の目的は、加工内容、荒加工、仕上加工、工作物の材質や形状等に応じて、工作物の把持力を自由に調整可能な工作機械の電動チャックを提供することにある。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の利点は、チャックのジョー開閉用の特別の駆動手段を備えていないのでそのチャック駆動手段からの発熱を考慮する必要がない。また構造がシンプルであるという利点がある。更に、手動によるキー入力あるいはＮＣ加工プログラムで指定した任意の把持力で、工作物を把持することができる利点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の工作機械の電動チャックは、
主軸台に回転自在に支持された主軸を回転させるための主軸モータと、
前記主軸に設けられ、被把持物を把持する把持爪を開閉するためのチャックと、
前記チャックを相対的に固定可能な工作機械の機体に前記チャックと係合離脱自在に設けられ、前記チャックの回転を固定するためのチャック固定手段と、
前記チャックに設けられ、前記チャック固定手段により前記チャックが固定されたとき、前記主軸の回転を前記把持爪の開閉動作に変換するための運動方向変換手段と
前記運動方向変換手段の作動をロックして前記把持爪の移動を固定するための緩み止め機構と
からなる工作機械の電動チャックにおいて、
前記緩み止め機構は、
前記主軸に設けられた固定歯と、
前記チャックの本体であるチャックボディに設けられ、前記固定歯に係合離脱するための挿入歯と、
前記チャック固定手段が前記チャックの回転を固定したとき、前記挿入歯を前記固定歯から離脱させるための挿入歯駆動手段とからなる。
【０００７】
本発明の第２の工作機械の電動チャックは、
主軸台に回転自在に支持された主軸を回転させるための主軸モータと、
前記主軸に設けられ、被把持物を把持する把持爪を開閉するためのチャックと、
前記チャックを相対的に固定可能な工作機械の機体に前記チャックと係合離脱自在に設けられ、前記チャックの回転を固定するためのチャック固定手段と、
前記チャックに設けられ、前記チャック固定手段により前記チャックが固定されたとき、前記主軸の回転を前記把持爪の開閉動作に変換するための運動方向変換手段と
前記運動方向変換手段の作動をロックして前記把持爪の移動を固定するための緩み止め機構と
からなる工作機械の電動チャックにおいて、
前記緩み止め機構は、前記主軸に設けられた移動クラッチ歯と、
前記チャックの本体であるチャックボディに設けられ、前記移動クラッチ歯に係合離脱するための固定クラッチ歯と、
前記チャック固定手段が前記チャックの回転を固定したとき、前記移動クラッチ歯を前記固定クラッチ歯から離脱させるための移動クラッチ歯駆動手段とからなることを特徴とする。
【０００８】
本発明でいう工作機械の機体とは、工作物を回転する主軸を備えている主軸台、工具を回転する主軸を備えている主軸頭、機体の本体を構成する台であるベッド等を含む概念であり、チャックを相対的に固定可能な工作機械を構成する部分であれば良い。運動方向変換手段は、主軸の回転運動を把持爪の被把持物（工作物）把持のための把持運動に変換する手段であり、例えば工作機械のスクロールチャックに組み込まれている機構である。
【０００９】
具体的には、このスクロールチャックとは、少なくとも主軸軸線と垂直な面上に螺旋状に形成されたスクロール溝を備えたスクロールと、このスクロールの外周に配置され、かつスクロールに回転自在に支持されたチャックボディ、及び把持爪に設けられ、スクロール溝と噛み合うスクロール歯（ラック）とから構成される。
【００１０】
チャック固定手段は、具体的には前記した回転伝達経路切換え手段と同様の構造のものでも良い。また、運動方向変換手段も前記した同様の構造のものを採用しても良い。前述の第１及び第２の工作機械の電動チャックの発明は、加工時に把持爪の緩みを防止するために、運動方向変換手段の作動をロックして把持爪の作動を固定するための緩み止め機構を配置するとより効果的である。この緩み止め機構と併用又は単独で増力機構をチャック内に配置すると更に良い。増力機構は、運動方向変換手段に設けられ、主軸のトルクを増大して把持爪に伝達するためのものである。増力機構を配置することにより、把持爪による被把持物の把持がより強力にできる。
【００１１】
緩み止め機構は、具体的には主軸に設けられた固定歯と、チャックの本体であるチャックボディに設けられ、固定歯に係合離脱するための挿入歯と、係合離脱のために挿入歯を駆動するための挿入歯駆動手段とからなる。この機構以外にも主軸とチャックボディ間の相対移動を防止するためにオンオフ可能なクラッチを配置しても良い。
【００１２】
このクラッチは、環状の移動クラッチ歯と、これに係合離脱するための環状の固定クラッチ歯とから構成したものが良い。移動クラッチ歯の駆動は、流体圧で駆動されるシリンダ駆動手段を用いると良い。チャックの外部から流体圧を供給するために流体継手を用いるが、チャック固定手段に設けた流体圧供給路を用いると機構がより簡素で効果的である。
【００１３】
増力機構は、遊星歯車機構、差動歯車機構等の減速歯車機構を採用すると良い。遊星歯車機構は、主軸に固定された太陽歯車と、チャックの本体であるチャックボディに形成された内歯歯車と、スクロールに回転自在に設けられ、太陽歯車及び内歯歯車に同時に噛み合う遊星歯車とからなる。前述した主軸モータは、主軸にローターを固定し、主軸台にステーターを固定したビルトインモータを採用するとコンパクトで、かつ簡素な構造になる。また、主軸モータは、把持爪の移動位置を制御可能な制御モータであると良い。
【００１４】
前述した第１の発明の工作機械の電動チャックは、次のようなステップで作動させるとより効果的である。最初にチャック固定手段によりチャックボディを機体に固定し、主軸モータにより主軸を回転させ、この主軸の回転を運動方向変換手段により運動方向を変換して把持爪を開閉方向に移動させる。前述の主軸の停止は、ＮＣ機能として標準的な機能である主軸のオリエンテーション機能を利用して所定の角度位置に位置決めして行うと容易に制御できる。更に、被把持物を把持する時の主軸モータの出力トルクは加工時のトルクより大きいトルクを設定すると良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［実施の形態１］
以下、本発明の最良の形態を図面にしたがって説明する。図１は本発明の実施の形態１を示すものでＮＣ旋盤の主軸台の断面図であり、図２（ａ）は図１の右側面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ矢視図である。ＮＣ旋盤の主軸台１の前面の内孔には、円筒状のベアリングリテーナ１ａがボルト（図示せず）で固定されている。
【００１６】
転がり軸受３の内輪はナット９により主軸２に固定されている。ベアリングリテーナ１ａの内孔には軸受３の外輪が挿入支持され、この軸受３により主軸２が回転自在に主軸台１に支持されている。ベアリングリテーナ１ａの前面には、フロントカバー１ｂが図示しないボルトで固定されている。主軸２の外周には、ビルトインモータ４のローター５が固定されている。ローター５の外周位置には、コイルが巻かれているステーター６が配置され、ステーター６は主軸台１に固定されている。
【００１７】
ステーター６のケース７の外周には、冷却油を通すための冷却路８が形成されている。冷却路８に冷却油を通すことにより、ビルトインモータ４からの発熱を冷却油が吸収して冷却する。ビルトインモータ４の構造、機能は公知であり、その詳細な説明はここでは省略する。主軸２および主軸台１の後部には、後記するような主軸２の回転速度（回転数）および回転角度位置を検出するための回転速度・回転角度位置検出手段（例えば、光学式エンコーダ、磁気式エンコーダ等）、主軸２を主軸オリエンテーション位置に位置決めするための主軸オリエンテーション用センサ等よりなる主軸オリエンテシーション機構が設けられている。
【００１８】
すなわち、このビルトインモータ４は、図示しない制御装置により、回転速度・回転位置検出手段の速度フィードバック信号で主軸２を所定の回転速度で回転させるだけでなく、回転速度・回転角度位置検出手段の位置フィードバック信号で主軸の回転角度位置、すなわちチャックの把持爪の移動位置を位置決め制御可能な制御モータとなる。
【００１９】
把持爪は、例えば、把持爪の移動ストローク上の所定位置（例えば、上側ストロークエンド、下側ストロークエンド）を原点として、移動・位置決め制御される。また、制御装置に主軸オリエンテーション動作指令を実行させることにより、主軸２を所定の主軸オリエンテーション角度位置（回転方向）に位置決めすることができる。
【００２０】
この主軸オリエンテーション機構、制御モータは、後述するのでここでは詳細な説明を省略する。主軸２の前端面には他の部分より直径が大きい主軸端１０が一体に形成されており、主軸端１０は、面板、チャック、センタ等を取り付けるための部分である。主軸端１０の前端面１１には、円形の面板１２がボルト１３により固定されている。面板１２には、チャック１５が取り付けられている。面板１２の前端面１６には、チャック１５を構成する部品であるスクロール１７がボルト１８で固定されている。スクロール１７の前端面には、主軸２の中心線を中心とする渦巻き状のスクロール溝１９が形成されている。
【００２１】
スクロール１７の外周にはチャックボディ２０が配置されている。チャックボディ２０は、前端面が閉じた円筒状の第１部材２１とこれに係合する環状の第２部材２２とで構成されている。第１部材２１の開放された後面にはボルト２３で環状の第２部材２２が固定されている。第１部材２１の前端面には等角度で、かつ半径方向に３本のマスタージョー案内溝２４が形成されている（図２参照）。
【００２２】
第２部材２２は、スクロール１７の外周に軸受２９により回転自在に支持されている。結局、チャックボディ２０は、スクロール１７の外周に回転自在に支持されている。図２（ｂ）に示すように、第１部材２１のマスタージョー案内溝２４には、摺動面２４ａ，２４ｂ，２４ｃが形成されている。マスタージョー案内溝２４には、マスタージョー２６が摺動自在に挿入されている。
【００２３】
マスタージョー２６には、マスタージョー案内溝２４の摺動面２４ａ，２４ｂ，２４ｃの凹凸に対応するように、摺動面２５が形成されている。マスタージョー２６の後面には、スクロール歯（ラック）２８が形成されている。マスタージョー２６の前面には、工作物を直接つかむジョー３０がボルト３１で固定されている。すなわち、工作物を把持するための把持爪は、マスタージョー２６とジョー３０とで構成される。
【００２４】
マスタージョー２６のスクロール歯２８とスクロール１７の前面のスクロール溝１９とは噛み合っている。このため、チャックボディ２０の回転を止めて主軸２を駆動するとスクロール１７が回転し、マスタージョー２６は、半径方向に駆動されてジョー３０が移動し工作物を把持及び解放する。この実施の形態１では把持爪をマスタジョー２６とジョー３０とで構成すると説明しているが、両者を一体のもので構成した把持爪であってもよい。【００２５】
（チャック固定手段４０）
チャック固定手段４０は、チャックボディ２０を回転しないように主軸台１に固定するための固定機構である。第２部材２２の外周には、位置決め穴４１が主軸２の中心線と直交する方向（半径方向）に形成されている。また、主軸台１の前面でかつチャック１５の外周位置には、位置決め部材駆動機構４２が配置されている。位置決め部材駆動機構４２は、位置決め部材４３を有しており、これにピストン４４を備えている。
【００２６】
位置決め部材４３の先端には挿入部４５を有し、この挿入部４５は位置決め穴４１に挿入される。ピストン４４は、シリンダ４６内に摺動自在に挿入されている。シリンダ４６には圧縮空気、圧油等の圧力流体が圧力流体路４７から供給されるので、ピストン４４はシリンダ４６の内部を摺動する。位置決め部材４３の挿入部４５が位置決め穴４１に挿入された位置か、又は離脱した位置かは、例えば、近接スイッチ、リミットスイッチ等のセンサー４８で検知される。
【００２７】
（実施の形態１の電動チャックの作動）
次に、前記実施の形態１の電動チャックの作動を説明する。チャック１５に工作物を把持させようとするには、後述する電動チャック制御装置（図９参照）の制御により公知の主軸オリエンテーション機構（図示せず）に指令して主軸２をあらかじめ定められた角度位置のところに停止させる。次に、圧力流体路４７に圧力流体を供給し、シリンダ４６内に空気を入れてピストン４４を駆動して、その挿入部４５をチャックボディ２０の位置決め穴４１に挿入させる。
【００２８】
この挿入部４５の位置決め穴４１への挿入により、チャックボディ２０は主軸台１に固定される。すなわち、チャックボディ２０は回転が規制された状態となる。この状態でビルトインモータ４を回転駆動して、主軸２を所定の回転速度、回転数、トルクでジョー３０が所定の把持径位置に達するように位置制御する。このビルトインモータ４の回転駆動により、主軸２の回転と共にスクロール１７も回転駆動される。
【００２９】
マスタージョー２６のスクロール歯２８とスクロール１７のスクロール溝１９とは噛み合っているので、チャックボディ２０の回転を止めて主軸２を駆動すると、マスタージョー２６は第１部材２１のマスタージョー案内溝２４内を半径方向中心部に向かって駆動されてこれと一体のジョー３０が移動し工作物を把持する。工作物の把持を解放するときは、ビルトインモータ４を逆方向に駆動させると、マスタージョー２６は第１部材２１のマスタージョー案内溝２４内を半径方向外側に向かって駆動されてジョー３０が移動し工作物を解放する。
【００３０】
[実施の形態２]
図３、図４（ａ），（ｂ）は、実施の形態２を示すものであり、図３はＮＣ旋盤の主軸台の断面図であり、図４（ａ）は図３の部分拡大図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線で切断した拡大断面図である。実施の形態２は、加工中にチャックのスクロール機構と主軸２との間で相対回転をさせないための緩み止め機構４９を備えている。前記した実施の形態１のものは、主軸２が正回転して工作物を切削するときは、ジョー３０が工作物を把持する方向に切削トルクが作用して、スクロール１７を回転させるので加工中に工作物の把持が緩むことはない。
【００３１】
実施の形態１のようなスクロールチャックは、スクロール１７のスクロール溝１９とマスタージョー２６のスクロール歯２８との噛み合いによる摩擦力により、噛み合いの相対移動を防止して工作物を把持している。しかしながら、主軸２を逆回転させて切削するとき、この摩擦力の大きさよりも切削による緩みトルクが大きい場合、主軸２とチャックボディ２０とが相対回転運動を起こしてジョー３０が移動して工作物の把持が緩むことがある。同様なことは、主軸２を正回転させて切削するとき、ジョー３０が中心から半径方向の外側に移動して工作物を内側から把持するタイプのチャックにも言える。
【００３２】
以下、この緩み止め機構４９を図４（ａ），（ｂ）に従って説明する。なお、図４（ａ），（ｂ）に示す符号は実施の形態１と実質的に同一部材は同一の符号を付されている。チャックボディ２０に形成された位置決め穴４１の内周面には、この位置決め穴４１の中心線と直交する方向に第１カム摺動孔５０が形成されている。
第１カム摺動孔５０には、ピン状の第１カム５１が摺動自在に挿入配置されている。第１カム摺動孔５０の前方には、コイルスプリング５２が挿入配置されている。第１カム５１の後端面には、第１カム５１の軸線と約４５度の傾斜を成しているカム面５３が形成されている。
【００３３】
第１カム５１の中間部には、第１カム５１の軸線と約４５度の傾斜を成すカム面５４が形成されている。第１カム５１のカム面５４は、ピン状の第２カム５５の一端に形成されたカム面５６と係合している。第２カム５５は、ピン状のものであり第２カム摺動孔５７に摺動自在に挿入配置されている。第２カム摺動孔５７の中心軸線は、第１カム５１の中心軸線と直交するように配置されている。
第２カム５５の他端には、第１カム５１の軸線と約４５度の傾斜を成すカム面５８が形成されている。カム面５８は、シリンダ筒６０の外周に形成されたカム面６１に係合している。シリンダ筒６０は環状のものであり、環状のシリンダ筒摺動孔６２に摺動自在に挿入配置されている。
【００３４】
シリンダ筒６０内には、１２０度間隔で３個の緩み止めピン摺動孔６６が形成されている。図３、図４（ａ）,（ｂ）は３個の緩み止めピン摺動孔６６の内の１個を図示したものである。緩み止めピン摺動孔６６には、緩み止めピン６５が摺動自在に挿入配置されている。緩み止めピン６５の中間部にはピストン６７が形成され、このピストン６７が緩み止めピン摺動孔６６に摺動自在に挿入されている。ピストン６７の前方には、コイルスプリング６８がチャックボディ２０との間に配置され、常時緩み止めピン６５が後方に移動するように付勢している。
【００３５】
緩み止めピン６５の前方の周面には、軸線方向に切り欠いた案内平面７０が形成されている。案内平面７０には、この平面と直交する方向にボルト７１がチャックボディ２０にねじ込んで配置されている。このボルト７１の先端と緩み止めピン６５と案内平面７０とが僅かな隙間もって配置されている。したがって、緩み止めピン６５は、緩み止めピン摺動孔６６内を回転することなく摺動可能である。緩み止めピン６５の後端には、挿入歯７２が形成されている。
【００３６】
一方、主軸２に固定されている面板１２の前面には、環状に固定歯７５が形成されている。固定歯７５に挿入歯７２が挿入されると、面板１２とチャックボディ２０との間に相対移動が生じないので、主軸２が逆回転して工作物を切削するときにジョー３０が工作物を解放する方向に切削トルクが作用しても主軸２とチャックボディ２０との間で相対回転することはない。
【００３７】
（実施の形態２の電動チャックの作動）
次に、前記実施の形態２の作動を説明する。前記実施の形態１と同様にチャック１５に工作物を把持させようとするには、図示しない制御装置の制御により後述する主軸オリエンテーション機能で主軸２をあらかじめ定められた角度位置に停止させて、チャック固定手段４０の挿入部４５をチャックボディ２０の位置決め穴４１に挿入させる。
【００３８】
この挿入部４５の位置決め穴４１への挿入により、チャックボディ２０は主軸台１に回転しないように固定される。チャックボディ２０は回転が規制された状態となる。挿入部４５の先端には、第１カム５１のカム面５３と同一傾斜のカム面（図示せず）が形成されており、挿入部４５の先端のカム面が第１カム５１のカム面５３に接し、第１カム５１をコイルスプリング５２の付勢に抗して押して、第１カム摺動孔５０に沿って移動させる。
【００３９】
第１カム５１のこの移動により、第１カム５１のカム面５４が第２カム５５のカム面５６を押して、第２カム５５を第２カム摺動孔５７に沿って移動させる（図４（ａ）の上方向）。後記する実施の形態４に示すように（図７（ａ）参照）、挿入部４５から空気圧を供給してこの空気圧によって第１カム５１を移動させても良い。
【００４０】
第２カム５５が第２カム摺動孔５７に沿って移動すると、カム面５８がシリンダ筒６０のカム面６１を押圧してシリンダ筒６０をコイルスプリング６８に抗して前方に移動させる。シリンダ筒６０の前方への移動により、シリンダ筒６０にピストン６７が係合しているので３個の緩み止めピン６５が前方に同時に移動し、挿入歯７２と固定歯７５との噛み合いが解除される。
【００４１】
この状態でビルトインモータ４を回転駆動して、主軸２を所定の回転速度と回転数で回転させ、ジョー３０が所定の把持径位置に達するように位置制御する。このビルトインモータ４の回転駆動により、主軸２の回転と共にスクロール１７も回転される。以下、前記実施の形態１と同様の作動でジョー３０を駆動する。
【００４２】
[実施の形態３]
図５、図６は、実施の形態３を示すものであり、図５はチャックの断面図であり、図６は図５の右側面図である。実施の形態３は、チャックのスクロール機構と主軸２との間に増力機構８０を配置したものである。増力機構８０は、ジョー３０が工作物を把持するときの把持力を増大させるための歯車機構である。
【００４３】
前記したように実施の形態１のものは、主軸２を逆回転させて切削するとき、スクロール溝１９とスクロール歯２８との間の摩擦力より切削による緩みトルクが大きい場合、主軸２とチャックボディ２０とが相対回転運動を起こしてジョー３０が移動して工作物の把持が緩むことがある。増力機構８０は、この緩みを防止するためにスクロール機構の締め付けトルクを通常の切削時のトルクより増大させるトルク増大機構である。以下、この増力機構８０を図５に従って説明する。なお、図５において実施の形態１と実質的に同一部材は同一の符号を付されている。
【００４４】
主軸端１０に固定された面板１２の前面８１には、駆動歯車固定板８２がボルト８３により固定されている。駆動歯車固定板８２の中心孔には、メネジ８４が形成されている。メネジ８４には、円筒状の駆動歯車本体８５の後端がねじ込んで固定されている。駆動歯車本体８５の外周には、駆動歯車８６が形成されている。結局、主軸２に駆動歯車本体８５の一端が固定されていることになる。
【００４５】
駆動歯車本体８５の前方の外周には、ニードルベアリングである転動体８７を介して円筒状のスクロール支持筒９０（第１部材２１と一体で後方に延びた小径の円筒部）が回転自在に支持して配置されている。スクロール支持筒９０の後方の内周面にはメネジが形成されており、このメネジに環状の支持リング９１がねじ込んである。支持リング９１の内孔９２は、駆動歯車本体８５の外周面に接し、スクロール支持筒９０の後端を駆動歯車本体８５で回転自在に支持している。
【００４６】
スクロール支持筒９０の前方外周には、軸受９５を介してスクロール９６が回転自在に支持され配置されている。スクロール９６の前端面には、主軸２の中心線を中心とする渦巻き状のスクロール溝１９が形成されている。このスクロール溝１９にマスタージョー２６の後面に形成されたスクロール歯（ラック）２８が噛み合っている。
【００４７】
スクロール９６の後端の内周面には、内歯歯車９７が形成されている。前述した駆動歯車８６と内歯歯車９７には、同時に３個の中間歯車１００が噛み合っている。中間歯車１００の軸１０１は、チャックボディ２０の第２部材２２にニードルベアリングである転動体１０２を介して回転自在に支持されている。結局、駆動歯車８６、中間歯車１００及び内歯歯車９７は歯車機構を構成し、一種の減速機構の役割を果たす。
【００４８】
（実施の形態３の電動チャックの作動）
次に、前記実施の形態３の作動を説明する。前記実施の形態１と同様にチャック１５に工作物を把持させようとするには、図示しない制御装置の制御により後述する主軸オリエンテーション機構で主軸２をあらかじめ定められた角度位置に停止させて、チャック固定手段４０によりチャックボディ２０を主軸台に固定する。
【００４９】
主軸２を駆動して回転させると、これと一体の駆動歯車８６が回転駆動される。駆動歯車８６の回転により、中間歯車１００が自転し、これと噛み合っている内歯歯車９７が減速して回転駆動される。この減速により主軸２のトルクは切削加工トルクより増大される。内歯歯車９７が回転されると、これと一体のスクロール９６もチャックボディ２０との間で相対回転される。
【００５０】
したがって、前述の実施の形態１と同様の原理でマスタジョー２６が主軸軸線を中心とする半径方向に移動しジョー３０を移動させる。実施の形態３のものは、実施の形態１のものに比して歯車機構からなる増力機構８０を備えているのでチャックの締め付け力が強いという特徴がある。特に、実施の形態３のものは、スペースが制限されるため大きなトルクを出すモータを組み込むことが難しいビルトインモータで、切削に必要とされる十分な締付力をチャック１５に加えることが可能となる。
【００５１】
[実施の形態４]
図７（ａ）は、実施の形態４を示すものであり、チャックの断面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した拡大断面図である。前記実施の形態３は、減速歯車機構により主軸２の回転を減速してスクロール９６に伝動するものであった。実施の形態４は、減速歯車機構を遊星歯車機構としたものである。また、緩み止め機構の駆動に空気圧を使用した点に特徴がある。
【００５２】
主軸端１０の前方には、面板１２がボルトで固定されている。主軸端１０に固定された面板１２の前面８１には、駆動歯車固定板８２がボルト８３により固定されている。駆動歯車固定板８２の中心孔には、ニードルベアリングである転動体８７を介して円筒状のスクロール支持筒９０が回転自在に支持して配置されている。スクロール支持筒９０は、その前方に延びた第１部材２１と一体である。
【００５３】
駆動歯車本体８５の外周には、駆動歯車８６が形成されている。結局、主軸２に駆動歯車本体８５が固定されていることになる。スクロール支持筒９０の前方外周には、軸受９５を介してスクロール９６が回転自在に支持されて配置されている。スクロール９６の前端面には、主軸２の中心線を中心とする渦巻き状のスクロール溝１９が形成されている。このスクロール溝１９にマスタージョー２６の後面に形成されたスクロール歯（ラック）２８が噛み合っている。
【００５４】
スクロール支持筒９０と一体の第１部材２１の内周面には、内歯歯車９７が形成されている。前述した駆動歯車８６と内歯歯車９７との間には、３個の中間歯車１００が等角度位置に配置され、両者に噛み合っている。中間歯車１００の軸１０１は、スクロール９６にニードルベアリングである転動体１０２を介して回転自在に支持され配置されている。結局、駆動歯車８６、中間歯車１００及び内歯歯車９７は遊星歯車機構を構成し、一種の減速機構の役割を果たす。すなわち、この遊星歯車機構は、駆動歯車８６が回転駆動する太陽歯車、中間歯車１００が自転と公転する歯車、内歯歯車９７が固定されるアンニュラ歯車、スクロール９６が回転駆動される腕となって歯車機構を構成する。
【００５５】
第１部材２１と一体に固定された第２部材２２には、位置決め穴４１が形成されている。位置決め穴４１には、前述した実施の形態２の位置決め部材４３（図１参照）と同様な構造をしたものが挿入される。この実施の形態４では、位置決め部材４３の中心には加圧空気を供給するための供給口（図示せず）を備えている。位置決め穴４１に位置決め部材４３が挿入されると制御弁を開にして加圧空気が供給される。
【００５６】
第２部材２２には、環状の形をしたシリンダ筒１１１が配置固定されている。第２部材２２とシリンダ筒１１１との間で環状の空間であるシリンダ室１１０が区画されており、このシリンダ室１１０は断面が矩形をしたものである。シリンダ室１１０には、環状のピストン１１２が挿入されている。シリンダ室１１０とピストン１１２とは、空気圧で作動するシリンダ機構を構成する。
【００５７】
空気圧は、第２部材２２とシリンダ筒１１１に形成された空気供給路１０１により供給され、ピストン１１２を駆動する。一方、ピストン１１２の端面の突起に接するようにその後方には、クラッチ板１１３が配置されている。一方、駆動歯車固定板８２の前方には、３本の案内ピン１１４が等角度位置に配置固定されている。案内ピン１１４には、環状の形をしたクラッチ板１１３が前後動自在に配置されている。
【００５８】
クラッチ板１１３の後方には、等角度位置にコイルスプリング１１５が配置されている。コイルスプリング１１５は、常時ピストン１１２を前方に駆動するものである。クラッチ板１１３の前方の端面には、クラッチ歯１１６が形成されている。クラッチ歯１１６と対向する位置の第２部材２２の後方には、クラッチ歯１１７が形成されている。クラッチ歯１１６とクラッチ歯１１７とが噛み合うと第２部材２２と主軸２とは相対移動しないように固定される。
【００５９】
（実施の形態４の電動チャックの作動）
次に、前記実施の形態４の作動を説明する。前記実施の形態１と同様にチャック１５に工作物を把持させようとするには、図示しない制御装置の制御により後述する主軸オリエンテーション機構により主軸２をあらかじめ定められた角度位置に停止させて、チャック固定手段４０によりチャックボディ２０を主軸台に固定する。
【００６０】
位置決め部材４３の中心を通って位置決め穴４１に供給された加圧空気は、第２部材２２とシリンダ筒１１１に形成された空気供給路１０１に供給され、ピストン１１２を駆動する。ピストン１１２の駆動により、クラッチ板１１３がコイルスプリング１１５を圧縮し後方に移動される。この移動により、クラッチ歯１１６とクラッチ歯１１７との噛み合いが解除される。この解除によりチャックボディ２０の第２部材２２と主軸２とは相対回転が可能となる。
【００６１】
前記実施の形態２で説明したように、挿入部４５が位置決め穴４１に挿入されたとき、機構的にピストン１１２を移動させても良い。チャックボディ２０が固定されているので、内歯歯車９７も固定されている。この状態で主軸２を駆動して回転させると、これと一体の駆動歯車８６が回転駆動される。駆動歯車８６の回転により、中間歯車１００が自転と公転し、スクロール９６が減速して回転駆動される。このスクロール９６の減速回転により主軸２のトルクは増大される。
【００６２】
（主軸角度検出機構１１０）
図８は、主軸の回転を検出するためのエンコーダの取り付け状態を示す断面図である。主軸２をチャック固定手段４０により所定角度位置に固定するには、主軸２を所望の角度位置に停止制御をしなければならない。このためには、主軸２の回転角度を常時検出して、その検出結果によって、主軸２を駆動するビルトインモータ４の回転を制御しなければならない。
【００６３】
主軸２の後端外周には、キーを介して検出リング固定筒１１１が回転不能に支持され、かつ固定ナット１１２により軸線方向に移動しないように固定されている。検出リング固定筒１１１の外周には、２個の環状の検出リング１１３が固定されている。検出リング１１３の外周には、定角度ピッチに凹凸が形成されている。一方、主軸台１の最後端面には、検出センサ固定環１１５がボルトにより固定されている。
【００６４】
検出センサ固定環１１５の後端面でかつ検出リング１１３の外周位置には、パルスジェネレータ１１４が配置され固定されている。主軸２が回転すると、検出リング１１３の外周面の凹凸をパルスジェネレータ１１４がパルスとして検出して主軸の回転を検出する。これらの原理は公知であり、ここでは詳細な説明は省略する。
【００６５】
[電動チャック制御装置１２０]
図９は、ＮＣ装置内の電動チャック制御装置１２０の機能ブロック図である。電動チャック制御装置１２０は、ＮＣ装置に組み込まれている制御装置である。ＮＣ装置は、ＣＰＵ１２１有しており、ＣＰＵ１２１により種々のデータ処理を行う。ＣＰＵ１２１にはバス１２２を介して、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が接続されている（図示せず）。ＣＰＵ１２１は、ＲＯＭに記憶されているシステムプログラム及びデータと、ＲＡＭにロードされるプログラム及びデータに従って動作する。
【００６６】
また、バス１２２にはインターフェース回路を介して、表示手段１２３、入力手段１２４が接続されており、これらによりオペレータとの情報の入出力を行うことができる。表示手段１２３は、ＣＲＴや液晶表示器等で構成されている。入力手段１２４はキーボードや回転式のダイヤル等で構成されている。ＲＡＭ中のメモリ領域にはＮＣ加工プログラム１３６が記憶されており、このＮＣ加工プログラム１３６に従って、インターフェース回路１２５、刃物台のＸ軸の位置決め装置１２７、刃物台のＺ軸の位置決め装置１３１にそれぞれ指令パルスを送る。
【００６７】
インターフェース回路１２５は、主軸回転指令信号を受けてアンプ１２６に送り増幅してビルトインモータ４に必要な動作を指令する。ビルトインモータ４の回転は、パルスジェネレータ１１４により検出され最終的にＣＰＵ１２１にフィードバックされ、主軸２の角度と速度が検知される。すなわち、ビルトインモータ４は、Ｚ軸の回りの回転であるＣ軸制御が可能なモータである。位置決め装置１２７は、ＣＰＵ１２１からの指令パルスを受けてアンプ１２８を介してＸ軸駆動モータ１２９を駆動する。
【００６８】
Ｘ軸駆動モータ１２９の回転は、パルスジェネレータ１３０により検出され位置決め装置１２７にフィードバックされ位置制御される。位置決め装置１３１は、ＣＰＵ１２１からの指令バルスを受けてアンプ１３２を介してＺ軸駆動モータ１３３を駆動する。Ｚ軸駆動モータ１３３の回転は、パルスジェネレータ１３４により検出され位置決め装置１３１にフィードバックされ位置制御される。
【００６９】
これらの処理は、ＣＰＵ１２１がＮＣ処理プログラムに従って動作することにより実現する。ＮＣ処理プログラムの機能は公知であり、その詳細な機能については説明を省略する。ＮＣ装置からの指令パルスにより、前述のビルトインモータ４の回転速度、回転数、トルクの大きさ、正転、逆転、停止を指定したり、Ｃ，Ｘ，Ｚ軸の各軸駆動モータ４、１２９、１３３を制御して各軸の位置決めや移動制御を行う。
【００７０】
フットスイッチ１３５は、オペレータの足により前述したチャック１５の開閉を操作するためのスイッチである。チャック制御プログラム１３７は、後述するように、ビルトインモータ４の起動・停止、チャック固定手段４０の動作等を予めプログラムされた手順で制御し、チャックの把持、解放を制御するためのプログラムである。前述したように、ビルトインモータ４のトルクとジョー３０による工作物の把持力は相関関係がある。主軸トルク設定メモリ１３８はこのビルトインモータ４のトルクを設定し、チャックの把持力を設定するためのメモリである。
【００７１】
すなわち、Ｔ＝Ｋ・α．（ただし、Ｔ：ビルトインモータの回転トルク、α：チャックの把持力、Ｋ：定数）
の関係にある。従って、主軸２のビルトインモータ４のトルクを変えることによりチャックの把持力を変化させることができる。
【００７２】
（電動チャック制御装置１２０の作動）
以下、前述の電動チャック制御装置１２０を中心とした作動の説明を、実施の形態１のＮＣ旋盤による加工を例にとって説明する。
（１）ＮＣ加工プログラムによる所定の加工を完了すると、主軸２に停止指令をＣＰＵ１２１が発する。
（２）この停止指令により、ビルトインモータ４を減速して所定角度位置で停止させ、次にチャック固定手段４０が作動してチャックボディ２０を主軸台１に固定する。
（３）オペレータは、ＮＣ操作盤（図示せず）の「切換えスイッチ」（図示せず）をチャック解放側に切り換え、チャック１５に把持されている加工済み工作物を手で掴んだ後、フットスイッチ１３５を踏む。
（４）ビルトインモータ４（以下、主軸モータという。）が低速で切削方向とは逆方向（逆回転）に回転する。
（５）所定回転すると主軸モータの回転が停止し、チャック１５は工作物を解放する。オペレータは加工済み工作物をチャック１５から取り外す。
（６）オペレータは、フットスイッチ１３５から足を外す。
【００７３】
（７）入力手段１２４から前述の主軸トルク設定メモリ１３８に所要の把持力（Kgf）を入力し、主軸モータのトルク値としてメモリに設定する。前回の設定値と同じ把持力を使用する場合はこの設定は必要ない。
（８）オペレータは、ＮＣ操作盤の「切換えスイッチ」をチャック締め側に切り換え、未加工の工作物を手で掴んで、ジョー３０の中心位置に挿入した後、フットスイッチ１３５を踏む。
（９）主軸モータが低速で正回転する。
（10）主軸モータを制御して主軸トルク設定メモリ１３８で設定した把持力で締め付け、工作物の把持を完了する。通常、工作物把持のための主軸モータのトルクは、切削時のトルクより大きく設定されている。
（11）オペレータは、フットスイッチ１３５から足を離す。
（12）オペレータは、ＮＣ操作盤の「加工開始ボタン」を押す。
（13）チャック固定手段４０が作動してチャックボディ２０を主軸台１の固定から解放する。
（14）ＮＣ装置の制御により、所定の加工を行う。
前述した電動チャックの制御は、オペーレータが手動でチャックの開閉と把持力の設定を行う方式であるが、ＮＣ加工プログラムからの指令（Ｍコード、Ｇコード）によって、チャックの開閉と把持力の設定を行っても良い。
【００７４】
[その他の実施の形態]
前記実施の形態は、主軸２の駆動にビルトインモータ４を用いたが前記説明から理解されるように、主軸２の駆動はビルトインモータ４でなくても歯車列、プーリ・ベルト機構を介して主軸を回転駆動する主軸モータでも良い。更に、前記実施の形態では、主軸２の回転角度位置（Ｃ軸）を制御するためにビルトインモータ４で兼用しているが、Ｃ軸専用のモータを別に配置したタイプであっても良い。
【００７５】
また、前記実施の形態は、スクロールチャックであったが、スクロールチャックでなくても、主軸の駆動モータの回転力を利用してネジでドローバーの主軸軸線方向の移動に変換し、このドローバーの移動をレバー機構またはくさび機構で工作物把持爪の半径方向移動に変換するものであっても良い。
【００７６】
このようなチャックは公知であり、その詳細な説明は省略する。
更に、工作物の把持爪もコレットチャックタイプであっても良い。これらはチャック機構としては公知であり、その詳細な説明は省略する。更に、チャック固定手段は主軸台に設けられているが、主軸台を搭載しているベース部に設けてもよい。また、チャック固定手段は、主軸台移動型の工作機械の場合には、主軸台に設けても良いし、主軸台の移動経路上の工作機械の機体の所定箇所に設け、この所定箇所でチャック固定手段を作動して、把持爪の開閉を行っても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上詳記したように、本発明の工作機械の電動チャックは、マシニングセンタ、円筒研削盤等の工作物チャック、工具チャック等にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１を示すものであり、ＮＣ旋盤の主軸台の断面図である。
【図２】図２は、図１の右側面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２を示すものであり、ＮＣ旋盤の主軸台の断面図である。
【図４】図４（ａ）は、図３の部分拡大図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線で切断した拡大断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態３を示すものであり、チャックの断面図である。
【図６】図６は、図５の右側面図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明の実施の形態４を示すものであり、ＮＣ旋盤の主軸台の断面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。
【図８】図８は、主軸の回転を検出するための主軸角度検出機構を示す断面図である。
【図９】図９は、電動チャックの制御装置を示す機能ブロック図である。
【図１】
0004310481.tif 000002
【図２】
0004310481.tif 000003
【図３】
0004310481.tif 000004
【図４】
0004310481.tif 000005
【図５】
0004310481.tif 000006
【図６】
0004310481.tif 000007
【図７】
0004310481.tif 000008
【図８】
0004310481.tif 000009
【図９】
0004310481.tif 000010