(57)【要約】  【課題】  圧縮流体を供給する機器の能力増強を要することなく、工具を保持する力を強くすることが可能なスピンドルのチャック開閉機構を提供する。  【解決手段】  チャック１０はスピンドル軸１１の内部に収容されて一体的に回転され、スピンドル軸１１はベアリング１２，１３を介してハウジング１４内に固定され、チャックはスピンドル軸内で前後されて先端部を開閉させる機構であって、スピンドル軸に設けられた長穴１１ｄに、チャックと一体的に前後移動するピン部材１７が通される。平常状態では、バネ部材２０がピン部材を介してチャックを後方に押している。流体送入手段を作動させると、第一及び第二の移動部材３１，３２が後方から空気圧を受けて前方に移動し、第一の移動部材は連結部材２９を介して第二の移動部材からも押圧力を受ける。第一の移動部材がピン部材等を介してチャックをバネ部材の押圧力に抗して前方へ移動させる。【選択図】  図１
2009023076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を保持させるチャックと、このチャックを内部に収容して一体的に回転させるスピンドル軸と、このスピンドル軸をベアリングを介して固定するハウジングとを備え、前記チャックが前記スピンドル軸内の前方へ移動すると前記チャックの先端部が開くと共に後方へ移動すると当該先端部が閉じるように形成されたスピンドルに設ける自動チャック開閉機構であって、
前記スピンドル軸に穿設した、直径方向に相対向し、且つ、軸方向に長い二つの長穴と、前記チャックと一体的に前後移動し、且つ、前記スピンドル軸の前記長穴から径方向外側に突出するピン部材と、このピン部材を介し、前記チャックを当該チャックが確実に閉じる程度に前記スピンドル軸内の後方へ常時押圧するバネ部材と、
前記ハウジングの内部に規定した空間に移動可能に設けた第一の移動部材及び第二の移動部材と、これら第一の移動部材と第二の移動部材との間に規定した空間を仕切る隔壁と、第一の移動部材と第二の移動部材が相互に力を伝達して連動するように前記隔壁を貫通した連動部材と、第一の移動部材の後面が露出する第一の空隙、及び第二の移動部材の後面が露出する第二の空隙に流体を送る流体送入手段とを備え、
前記流体送入手段を作動させて前記第一及び第二の空隙に流体を送ると、前記第一及び第二の移動部材が後面から流体圧を受けて前方へ移動すると共に、前記第二の移動部材は前記連動部材を介して前記第一の移動部を前方へ押圧し、前記第一の移動部は前記ピン部材を介して前記チャックを前記バネ部材の押圧力に抗して前方へ移動させるようにしたことを特徴とするスピンドルの自動チャック開閉機構。
【請求項２】
前記連動部材は、後端が前記第二の移動部材に固定され、先端が前記第一の移動部の後面に当接した軸部材からなり、前記第二の移動部材が前方へ移動するときに前記第一の移動部を前方へ押圧し、前記第一の移動部が後方に移動するときに前記前記第二の移動部材を後方へ押圧するものである請求項１に記載のスピンドルの自動チャック開閉機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピンドルのチャック開閉機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の加工装置のスピンドルにおけるチャックの開閉操作はスパナやレンチ等を用いて手動で行われているため、工具の交換に時間がかかるという問題があった。そのため、例えばプリント基板の穴あけ加工の専用機によって数種類の穴径の穴あけ作業を行う場合、各穴径に対応する複数種類の工具を複数のスピンドルそれぞれにチャッキングさせ、各スピンドルを機械本体に対し交換することにより、穴径に対応する工具を選択して使用していた。
【０００３】
しかしながら、その場合、複数種類のスピンドルを用意しなければならず、コストが高くなり、機械本体も大型化するという問題があったので、これを解決するために、既に、本発明の出願人は特許文献１のチャック開閉機構を提案している。
【０００４】
特許文献１のチャック開閉機構は、工具を保持させるチャックと、このチャックを内部に収容して一体的に回転させるスピンドル軸と、このスピンドル軸をベアリングを介して固定するハウジングとを備え、チャックがスピンドル軸内の前方へ移動するとチャックの先端部が開く一方で、後方へ移動すると先端部が閉じるように形成されたスピンドルに適用されるものである。
このチャックの開閉機構は、スピンドル軸に穿設した、直径方向に相対向し、且つ、軸方向に長い二つの長穴と、チャックと一体的に前後移動し、且つ、長穴からスピンドル軸の外周面より径方向外側に突出するピン部材と、このピン部材を介し、チャックが確実に閉じる程度に、チャックをスピンドル軸内の後方へ常時押圧するバネ部材と、ハウジングの内部に規定した空間に移動可能に設けた移動部材と、この移動部材の後面が露出する空隙に流体を送る流体送入手段とを備え、空隙に圧縮流体を送ると、移動部材が後面から流体圧を受けて前方へ移動し、且つ、ピン部材を介してチャックをバネ部材の押圧力に抗して前方へ移動させるものである。
【特許文献１】特開平９−３１４４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のチャック開閉機構は、チャックの開閉を自動化して工具の交換を速やかに行うことができるようにした点で優れた機構であるものの、このチャック開閉機構を備えるスピンドルには、ユーザーから更なる改良の要望が寄せられている。
すなわち、工具を保持する力を強くして、工具に作用する負荷の許容値を大きくしたいという要望があるが、これを実現するためには、チャックをスピンドル軸内の後方へ常時押圧するバネ部材のバネ圧を大きくする必要があると考えられ、それに伴い移動部材の後面が露出する空隙に送る圧縮流体の圧力も増加させなければならない。
【０００６】
しかしながら、チャック開閉機構を備えたスピンドルを使用する、多くの工場等では、圧縮流体を供給する機器の能力が限られており、これら流体圧を増強するためには増圧弁などを新たに設置しなければならなくなり、設備コストの増加やそのための作業や手間が煩雑であるという欠点があった。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧縮流体を供給する機器自体の能力増強や増圧弁等の新たな手段を取り付けることなく、工具を保持する力を強くすることが可能なスピンドルのチャック開閉機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明で提供されるチャック開閉機構は、工具を保持させるチャックと、このチャックを内部に収容して一体的に回転させるスピンドル軸と、このスピンドル軸をベアリングを介して固定するハウジングとを備え、前記チャックが前記スピンドル軸内の前方へ移動すると前記チャックの先端部が開くと共に後方へ移動すると当該先端部が閉じるように形成されたスピンドルに適用されるものである。
【０００９】
このチャック開閉機構は、前記スピンドル軸に穿設した、直径方向に相対向し、且つ、軸方向に長い二つの長穴と、前記チャックと一体的に前後移動し、且つ、前記スピンドル軸の前記長穴から径方向外側に突出するピン部材と、このピン部材を介し、前記チャックを当該チャックが確実に閉じる程度に前記スピンドル軸内の後方へ常時押圧するバネ部材と、前記ハウジングの内部に規定した空間に移動可能に設けた第一の移動部材及び第二の移動部材と、これら第一の移動部材と第二の移動部材との間に規定した空間を仕切る隔壁と、第一の移動部材と第二の移動部材が相互に力を伝達して連動するように前記隔壁を貫通した連動部材と、第一の移動部材の後面が露出する第一の空隙、及び第二の移動部材の後面が露出する第二の空隙に流体を送る流体送入手段とを備える。
このチャック開閉機構は、前記流体送入手段を作動させて前記第一及び第二の空隙に流体を送ると、前記第一及び第二の移動部材が後面から流体圧を受けて前方へ移動すると共に、前記第二の移動部材は前記連動部材を介して前記第一の移動部材を前方へ押圧し、前記第一の移動部材は前記ピン部材を介して前記チャックを前記バネ部材の押圧力に抗して前方へ移動させる。これによって、チャックが開き、工具の着脱が可能になる。
【００１０】
前記連動部材は、後端が前記第二の移動部材に固定され、先端が前記第一の移動部材の後面に当接するように設けられた軸部材からなり、前記第二の移動部材が前方へ移動するときに前記第一の移動部材を前方へ押圧し、前記第一の移動部材が後方に移動するときに前記前記第二の移動部材を後方へ押圧するように形成することが可能である。
【００１１】
なお、本発明のスピンドルのチャック開閉機構が取り付けられる加工装置としては、例えば、プリント基板専用の穴あけ加工機や小径穴あけ加工等を挙げることができる。
【００１２】
また、スピンドル軸内におけるチャックの前後移動によってチャックの先端部を開閉させる構造は、一般に、チャック先端からスリ割りを設け、また、チャック先端部の外径を拡大し、この拡大部分をスピンドル軸内に出し入れするようにされ、それらの係合部分はテーパ状とされる。
【００１３】
なお、各長穴の軸方向の長さは、ピン部材が各軸穴に沿って移動してチャックの開閉が可能となる程度に設定される。ピン部材は、バネ部材の後方への押圧力と、第一の移動部材が空気圧によって前方へ押される力をそれぞれチャックに伝達する伝達部材であり、伝達部材はピン部材以外の適当な部材を含んでもよい。また、流体としては、空気が望ましいものの、油を用いて本機構を油圧式のものとしても良い。
【００１４】
流体送入手段としては、コンプレッサー等を用いることができ、継手部分の開閉等を電磁弁で切り換えるようにしてもよい。
【００１５】
またチャックが開いた状態から流体送入手段の作動を停止、あるいは三方弁などを使用して弁を閉じ、排気すれば、第一及び第二の移動部材への流体の加圧が急激に減少するため、バネ部材の押圧力によってチャックが後方へ移動してチャックが閉じ、工具が保持される。この際、空隙内の流体を積極的に外部へ抜き取るようにしてもよい。
【００１６】
また第一及び第二の移動部材を後方へ移動させて元の位置に戻す力を全て前記バネ部材に負担させることもできるが、このバネ部材と共に第一及び第二の移動部材を確実に元の位置に戻すための力を負担させる別個のバネを設けることもできる。
【００１７】
更に、流体圧を有効に働かせるため、前記第一及び第二の空隙を適当なシール材によって気密もしくは水密とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のスピンドルのチャック開閉機構では、第一及び第二の移動部材がハウジング内部に規定した空間に前後に並んで配置され、第一及び第二の移動部材の間が隔壁で密に仕切られると共に、連動部材が隔壁を貫通して第一及び第二の移動部材間に設けられ、両方の移動部材を連動させるものである。
このような構成により、同じ圧縮流体の供給源から、第一の移動部材の後面が露出する第一の空隙、及び第二の移動部材の後面が露出する第二の空隙に圧縮流体をそれぞれ別々に送り込めば、この流体圧により第一の移動部材及び第二の移動部材はそれぞれ前方へ移動するように押圧される。そして、この流体圧により前方へ移動する第二の移動部材は、連動部材を介して第一の移動部材に力を伝達して前方へ移動させるので、第一の移動部材がピン部材を介してチャックを前方へ移動させる力も比較的大きなものにできる。
したがって、工具を保持する力を強くするため、チャックを押すバネ部材のバネ圧を比較的大きくした場合にも、流体送入手段から第一の空隙及び第二の空隙に送る圧縮流体の圧力は特に大きなものにする必要が無く、圧縮流体の供給機器の能力増強や増圧弁等の新たな設置といった作業や手間を省くことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１は、スピンドル１の断面図であり、これは、例えばプリント基板専用の穴あけ加工機（図示せず）等に取り付けることができるものである。
スピンドル１は、工具としてのドリル（図示せず）を保持するチャック１０と、このチャック１０を前半部分に収容するスピンドル軸１１と、このスピンドル軸１１を軸支する前方及び後方のボールベアリング１２，１３と、これらボールベアリング１２，１３を介してスピンドル軸１１を支持するハウジング１４とを備える。
【００２０】
スピンドル軸１１は、チャック１０を収容するために前半部分１１ａがほぼ円筒状に形成され、この前半部分１１ａの先端部１１ｂに内径が先端に向かって次第に拡大するテーパ部分１１ｃが設けられる。またスピンドル軸１１の前半部分の後端付近には、直径方向に相対向し、軸方向に長い二つの長穴１１ｄが穿設される。スピンドル軸１１の後端部には、モーター接続クラッチ１５が連結される。
【００２１】
チャック１０は、その外径がスピンドル軸前半部分１１ａの内径に合致するほぼ円筒状の部材であり、先端部１０ａが厚肉とされ、この厚肉部分の外周面にスピンドル軸のテーパ部分と係合する傾斜部分１０ｂが設定される。更に、チャック１０には軸方向に沿う数本のスリ割り１０ｃが先端から設けられる。
したがって、チャック１０をスピンドル軸１１内の後方へ移動させると、スピンドル軸１１のテーパ部分１１ｃがチャック１０の傾斜部分１０ｂとの係合を介してチャック先端部１０ａを締め付け、チャックが閉じる。この状態からチャック１０をスピンドル軸１１内の前方へ移動させると、スピンドル軸１１のテーパ部分１１ｃによる締付けが解除され、チャック１０が開く。
【００２２】
チャック１０の後端部１０ｄにはチャック連結棒１６が同芯状に螺着され、チャック連結棒１６の後端付近には連結ピン１７が直径方向に貫通される。連結ピン１７の両端部は、スピンドル軸１１の長穴１１ｄを通ってスピンドル軸１１の外周面より径方向外側へ突出し、スピンドル軸１１の周囲に軸方向に移動可能に設けた移動リング１８に受理・固定される。移動リング１８は、所定以上の厚さに形成され、その前端面１８ａ及び後端面１８ｂは径方向へ拡がるように平らに形成される。
【００２３】
以上のような構成により、図示されない機械本体のモーターからモーター接続クラッチ１５を介して回転駆動を受けたスピンドル軸１１は、長穴１１ｄに通された連結ピン１７と、チャック連結棒１６を介してチャック１０を一体的に回転させるものである。
【００２４】
また、スピンドル軸１１の周囲における前方ベアリング１２の後方にはバネケース１９が環装され、このバネケース１９がスピンドル軸１１と一体になって回転可能なように固定されている。バネケース１９内にはチャックバネ２０が挿設され、チャックバネ２０は移動リング１８の前端面１８ａに当接し、これを後方に押圧するものが設けられる。したがって、チャックバネ２０は、移動リング１８、連結ピン１７及びチャック連結棒１６を介して、チャック１０が確実に閉じる程度に常時チャック１０をスピンドル軸１１内の後方側へ押圧するものである。
【００２５】
ハウジング１４は、スピンドル軸を先端部付近を除いて包囲するハウジング本体２１と、ハウジング本体２１に前方から嵌め込まれて前方ベアリング１２を固定するハウジングキャップ２２とからなる。
【００２６】
ハウジング本体２１は、前方２／３程度で実質的に円筒状に形成された前方円筒部２１ａと、後方１／３程度で径方向内側へ厚肉となって後方ベアリング１３を固定する後方厚肉部２１ｂとを含む。ハウジング本体２１内には、後方厚肉部２１ｂの前端面からスピンドル軸１１に近接して前方へと突出する内部管状体２３が設けられる。この内部管状体２３はほぼ中間部に空気抜き穴２３ａが形成され、後端に径方向外側に突出するフランジ２３ｂを有し、このフランジ２３ｂが、後方厚肉部２１ｂの前端に形成された凹部２１ｃに嵌合されて固定される。またフランジ２３ｂの前面には段部２３ｃが形成されている。
内部管状体２３は、その外周面２３ｄと前方円筒部２１ａの内周面２１ｄとによりシリンダー空間を規定するものであり、このシリンダー空間には、第一の移動部材２４と第二の移動部材２５とが収容され、これら第一の移動部材２４と第二の移動部材２５との間には隔壁２６が固定される。
【００２７】
第一の移動部材２４は、シリンダー空間で気密に摺動するように内外周にＯリング２４ａが設けられた環状のピストン部２４ｂと、このピストン部２４ｂの外縁から前方へ突出するように一体に形成された管状部２４ｃとを含み、この管状部２４ｃの内側にピストン戻しばね２７が配置される。このピストン戻しばね２７は、ハウジングキャップ２２の後端面に反力を取り、第一の移動部材２４のピストン部２４ｂを後方に押し戻すためのものである。第一の移動部材２４が、図１のように、ピストン戻しばね２７により最も後方に押されたとき、第一の移動部材２４の管状部２４ｃの先端２４ｄと、ハウジングキャップ２２の後端突出部２２ａとは所定長だけ離隔し、この離隔部２８が第一の移動部材２４の前方への移動限界になる。また図１のように、第一の移動部材２４が最も後方に押されたときにも、第一の移動部材２４のピストン部２４ｂの後端面２４ｅと隔壁２６との間には、第一の空隙２９ａが形成される。
第一の移動部材２４のピストン部２４ｂの内径は、移動リング１８の後端面１８ｂの外径よりも小さく形成され、したがって、第一の移動部材２４が前方に移動したとき、ピストン部２４ｂが移動リング１８の後端面１８ｂに当接して前方へ押圧する。
【００２８】
次に、第二の移動部材２５は、シリンダー空間で気密に摺動するように内外周にＯリング２５ａが設けられた環状のピストン部材であり、前面側には前方へ突出するように軸状に形成された連動杆３０が固定される。この連動杆３０は、隔壁２６の所定位置に形成された貫通孔２６ａに貫装され、この貫通孔２６ａを気密に摺動し、その先端２９ａが、第一の移動部材２４のピストン部２４ｂの後端面に当接している。また第二の移動部材は、図１に示したように、最も後方に位置するときにも、内部管状体のフランジの段部により第二の空隙２９ｂが形成される。
【００２９】
ハウジング本体２１には、第一の空隙２９ａから前方円筒部２１ａを通って後方厚肉部２１ｂに延長する第一の空気通路３１が形成され、この第一の空気通路３１は、第二の空隙２９ｂに連通する第二の空気通路３２の途中に接続し、第二の空気通路３２は空気送入口３３を介して外部に通じる。空気送入口３３には継手３４が設置され、この継手３４に図示されないエアコンプレッサー等の空気送入源が接続される。
【００３０】
図１は、空気送入源が作動していないスピンドル１の平常状態を示し、この状態において、チャック１０は、チャック連結棒１６、連結ピン１７及び移動リング１８を介するチャックバネ２０の押圧力によって、スピンドル軸１１内の後方へ押圧され、ドリルを確実に保持する程度に閉じている。また第一の移動部材２４は、ピストン戻しばね２７の付勢によって後方に押されて連動杆３０の先端２９ａに接し、連動杆３０を介して第二の移動部材２５は後方に押されて内部管状体２３のフランジ２３ｂの段部２３ｃに接している。なお、連結ピン１７と長穴１１ｄの後端との間には多少クリアランスがある。以上の状態でスピンドル軸１１が回転されて所定の穴あけ加工が行われる。
【００３１】
そして、ドリルを径の異なるものに交換する際は、スピンドル軸１１の回転を止めた後、空気送入源を作動させる。これによって、空気が継手３４、空気送入口３３及び第二の空気通路３２を通って第二の空隙２９ｂに入り込むと共に、第二の空気通路３２から第一の空気通路３１を通って第一の空隙２９ａに入り込み、第一の移動部材２４と第二の移動部材２５の後面を空気圧によって押圧する。
【００３２】
図２を参照して、後面に空気圧を受けた第一の移動部材２４と第二の移動部材２５は、ピストン戻しバネ２７の付勢に抗して前方へ移動する。このとき、第一の移動部材２４は連動杆３０を介して第二の移動部材２５から前方へと押圧力を受ける。これにより、第一の移動部材２４のピストン部２４ｂが移動リング１８の後端面１８ｂと係合し、チャックバネ２０の押圧に抗して移動リング１８を前方へ押す。これによって、連結ピン１７が長穴１１ｄ内の前方へ移動し、これに従って、チャック連結棒１６及びチャック１０がスピンドル軸１１内の前方へ移動して、既述したようにチャック１０が開く。この状態でドリルを交換する。
【００３３】
新たなドリルをチャック１０に取り付けた後、空気送入源の作動を停止若しくは継手部３４付近に設けた電磁弁を閉じ空気を抜くと、第一の移動部材２４のピストン部２４ｂの後面、及び第二の移動部材２５の後面に対する空気圧がなくなり、ピストン戻しバネ２７の押圧力により第一の移動部材２４のピストン部２４ｂは後方に押されて元の位置に戻り（図１参照）、このピストン部２４ｂが連動杆３０を介して第二の移動部材２５を後方に押して元の位置に戻す。またチャックバネ２０の押圧力により、移動リング１８も元の位置に戻り、チャック１０がスピンドル軸１１内の後方へ移動し、再びチャック１０が閉じて、ドリルが保持される。以上の動作は瞬時的に行われるため、ドリルの交換が速やかなものとなる。
【００３４】
また、以上の実施例では、第一の移動部材２４をピストン戻しバネ２７によって元の位置まで確実に戻るようにしたが、例えば第一及び第二の空隙２９ａ，２９ｂを負圧化して第一の移動部材２４と第二の移動部材２５を元の位置まで戻してもよい。更に、空気式ではなく、油圧式によってもチャック開閉の自動化は可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】チャックが閉じた状態のスピンドルの断面図である。
【図２】圧縮流体の送入源を作動させた状態にあるスピンドルの断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  スピンドル
１０  チャック
１１  スピンドル軸
１１ｄ  長穴
１２  前方ボールベアリング
１３  後方ボールベアリング
１４  ハウジング
１６  チャック連結棒
１７  連結ピン
１８  移動リング
２０  チャックバネ
２３  内部管状体
２４  第一の移動部材
２５  第二の移動部材
２６  隔壁
２６ａ  貫通孔
２７  ピストン戻しばね
２９ａ  第一の空隙
２９ｂ  第二の空隙
３０  連動杆
３１  第一の空気通路
３２  第二の空気通路
３３  空気送入口
【図１】
2009023076.tif 000003
【図２】
2009023076.tif 000004