(57)【要約】      （修正有）【課題】任意の外形をもつ偏芯ワークの加工中心を格別の操作なく主軸の回転中心に自動的に一致させ得る構造が簡単で自動調芯機構を有する工作機械における偏芯ワークの内外径加工用チャッキング装置と、その加工方法を提供する。【解決手段】主軸１００の前部に固設されるチャック本体１０の中心に形成された貫通孔を介して、推進力発生装置により主軸１００の軸線上を進退可能なチャック作動部材３０を有し、２以上の移動部材６０が前記チャック作動部材の進退動作に基づき互いが主軸に直交する径方向に離接動作し、第１端部が前記各移動部材の外側端部と弾接し、各第１端部とは反対側の第２端部にチャック爪を有してなる２以上のクランパーを有し、中間部材４０が、前記チャック作動部材の前端と前記各移動部材の対向面間とに配され、自身も主軸の軸線から径方向に独立して遊動可能とされている。【選択図】図１
2009000752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸の前部に固設されるチャック本体と、
チャック本体の中心に形成された貫通孔に挿通され、推進力発生装置により主軸の軸線上を進退可能なチャック作動部材と、
前記チャック作動部材の進退動作に基づき互いが主軸に直交する径方向に離接動作する２以上の移動部材と、
前記チャック本体の各移動部材に対応する位置に、それぞれの中間部が枢支され、それらの第１端部が前記各移動部材の外側端部と第１端部が前記中間部を中心に回転するように接触し、各第１端部とは反対側の第２端部にチャック爪を有してなる２以上のクランパーと、
前記チャック作動部材の前端と前記各移動部材の対向面間との間に配され、前記チャック作動部材の推進方向の押力を受けて前進し、その押力を前記移動部材の径方向への移動動作の押力に変換して伝達するとともに、主軸の軸線から径方向に独立して遊動可能とされてなる中間部材と、
を備えてなることを特徴とする工作機械のチャッキング装置。
【請求項２】
前記各移動部材は互いが接近方向に付勢され、前記チャック本体上を主軸に直交する径方向に摺動可能な摺動体からなり、
各移動部材の前記中間部材との接触端面は、各移動部材間の間隔が前記チャック作動部材の推進方向に漸減する傾斜面に形成されてなる、
請求項１記載のチャッキング装置。
【請求項３】
前記クランパーの第１端部及び前記移動部材のいずかの接触面が、その対面方向に突出する湾曲面に形成されてなる請求項１又は２に記載のチャッキング装置。
【請求項４】
前記中間部材が球体である請求項１〜３のいずれかに記載のチャッキング装置。
【請求項５】
前記中間部材が裁頭円錐体又は裁頭角錐体からなり、その底面の中心から頂面の中心に向けて中心孔が形成され、前記チャック作動部材の先端から主軸線に沿って延設された支持ピンが前記中心孔に遊挿され、前記中間部材が前記支持ピンにより径方向に遊動可能に支持されてなる請求項１〜３のいずれかに記載のチャッキング装置。
【請求項６】
ワークの加工中心を工作機械における主軸線上の加工位置に位置決め固定すること、
請求項１〜５のいずれかに記載のチャッキング装置の上記チャック作動部材を推進させてワークを把持すること、及び、
ワークの内径及び／又は外径を加工すること、
を含んでなることを特徴とする工作機械における内外径加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加工中心が把持中心からずれているような偏芯ワークであっても、格別の操作を要することなくワークの加工中心を把持中心として自動的に且つ確実に把持できる工作機械におけるチャッキング装置とそのチャッキング装置を使ったワークの内外径加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、加工中心が把持中心からずれているワークの内外径を旋盤又はフライスにより加工するときは、まずワークの加工中心が主軸の回転中心となるようにワーク周面を複数のチャック爪にて把持して、実機の主軸を回転させて試し切りを行い、ずれがあった場合にはチャック爪の把持位置を手操作により調節して改めて試し切りを行い、これを繰り返しながら加工中心と主軸中心とを一致させてワークの把持位置を決めている。このチャック爪の位置決め作業は、熟練した作業員によっても長時間が費やされる。
【０００３】
こうした作業以外にも、例えば加工中心がワーク中心からずれている矩形板状のワークに対して、その加工中心位置がワーク中心位置とのずれ方向の側面（把持側面）のうち、まず一側面を切削仕上げして第１把持基準面とし、その第１把持基準面から設計上の加工中心とされる点を中心点として定め、同中心点から他側面（他の把持面）の正確な把持位置を割り出し、他側面側の余分な側面部分を切削加工して第２把持基準面とする。次いで、第１及び第２把持基準面の位置に合わせてチャック爪位置を手作業により調整してチャック位置決めをする。
【０００４】
しかるに、前述の手作業によるチャック爪位置の調整は煩雑であるばかりでなく、極めて長時間を費やせざるを得ない。そこで、加工中心（主軸中心）と把持中心との間にずれのあるワークに対して自動的に把持中心を加工中心に一致させる発明が、例えば特開昭６４−１１７０２号公報（特許文献１）、特公平１−５０５２２号公報（特許文献２）、特開２００５−９５９９６号公報（特許文献３）等に開示されている。
【０００５】
特許文献１に開示された自動偏芯チャックは、旋盤のへッドストックに設けた主軸の前部にチャック本体を固定し、このチャック本体の前部には摺動部材を直径方向に自在に移動し得るように取付けている。この摺動部材を所定位置まで移動させて停止させるストッパと、摺動部材を停止位置に固定する固定手段とが設けられ、更に前記摺動部材の前部にワークをつかむ開閉自在のチャック爪を有するチャック機構を設けてある。チャック本体には、前記摺動部材を直径方向に移動させる操作手段が設けられている。こうした構成により、１工程で２個所の偏芯加工が行えるようにされている。
【０００６】
特許文献２に開示されたクランク軸用偏芯チャック装置は、駆動装置によりスライダと把持部とが主軸の直径方向に移動され、加工されるクランク軸のピンストロークに応じて割り出された当接突起に当接することによりクランク軸が位置決め保持され、この移動と同時にバランスウエイトが連動装置を介してスライダ及び把持部とは反対方向に移動して位置決めされる。スライダと把持部の直径方向移動による偏芯チャック装置の重心の主軸軸心からの偏芯距離に応じたバランスの崩れが、バランスウエイトの前記移動により打ち消されて増加することがないように構成されている。
【０００７】
特許文献３に開示されたチャック装置は、複数のチャック爪に各々連係する複数のチャック爪ロッドを押圧部材にて押圧し、複数のチャック爪を径内方向に移動させることにより、ワークのクランプ部を把持するよう構成されている。また、前記押圧部材の中央域に球面軸受けを設置し、球面軸受けを介して押圧部材をチャック爪駆動体に対して傾動可能に支承している。このように押圧部材を傾動可能に支承することで、チャック爪駆動体に対する押圧部材の傾動角を、従来のチャック装置に比べて大きくすることができ、もって押圧部材の傾きに依存しているチャック装置の調芯量、すなわち複数のチャック爪によって把持することが可能な、ワーク外周面におけるセンタ基準からの寸法差を、従来のチャック装置に対して大幅に増大させることが可能になるというものである。
【特許文献１】特開昭６４−１１７０２号公報
【特許文献２】特公平１−５０５２２号公報
【特許文献３】特開２００５−９５９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記特許文献１に開示されたチャック装置は、ストッパ位置が不動であるため、摺動部材の停止固定位置は２箇所に限られてしまい、ワークの加工も同じ偏芯量の加工に限られてしまう。しかも寸法の異なるワークに対する加工が要求された場合には、その都度、摺動部材にワーク寸法に見合ったチャック機構を装着しなければならない。
【０００９】
また、特許文献２に開示されたチャック装置では、チャック装置の偏芯調整機構が複雑であって、且つ部品点数も多く、極めて高価なものとならざるを得ない。また、このチャック装置にあっては、スライダの移動距離（偏芯量）はチャック本体に装着されたストッパから突出する複数の当接突起の突出長さにより決まるため、上記特許文献１と同様に加工対象及び偏芯量が限られてしまい、任意の偏芯量をもつ異なる種類のワークに対する加工中心の位置決めは不可能である。
【００１０】
特許文献３に開示された調芯機構付きチャック装置によれば、それぞれがチャック爪を有し、チャック爪を互いに接離方向に移動させる複数のチャック爪ロッドをワークのチャック時に押圧する押圧部材の中央領域に球面軸受けを設けることにより、押圧部材の主軸側にラジアルスラスト軸受けを設けた従来の調芯機構付きチャック装置と比較すると、大きな調芯量、すなわち大きなずれに対する調芯を可能にするばかりでなく、調芯機構をコンパクトにできるというものである。しかるに、同特許文献３に開示されたチャック装置は、その調芯量は相変わらず小さいものであって、更なる大きな調芯量をもつワークに対しても、格別の操作を要せず確実に調芯と把持とが確実にできるチャック装置の実現が強く望まれている。
【００１１】
本発明は、こうした状況を踏まえてなされたものであり、任意の外形をもつ偏芯ワークの加工中心を格別の操作なく主軸の回転中心に自動的に一致させ得る、構造が簡単な調芯機構を有する工作機械における偏芯ワークの内外径加工用チャッキング装置と、その加工方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は、本発明の基本構成である、主軸の前部に固設されるチャック本体と、チャック本体の中心に形成された貫通孔に挿通され、推進力発生装置により主軸の軸線上を進退可能なチャック作動部材と、前記チャック作動部材の進退動作に基づき互いが主軸に直交する径方向に離接動作する２以上の移動部材と、前記チャック本体の各移動部材に対応する位置に、それぞれの中間部位が枢支され、それらの第１端部が前記各移動部材の外側端部と第１端部の前記中間部位を中心に回転するように接触し、各第１端部とは反対側の第２端部にチャック爪を有してなる２以上のクランパーと、前記チャック作動部材の前端と前記各移動部材の対向面間との間に配され、前記チャック作動部材の推進方向の押力を受けて前進し、その推進方向の押力を前記移動部材の径方向への移動動作の押力に変換して伝達するとともに、主軸の軸線から径方向に独立して遊動可能とされてなる中間部材とを備えてなることを特徴とする工作機械のチャッキング装置により効果的に達成される。
【００１３】
本発明の好適な態様によれば、前記各移動部材は互いが接近方向に付勢され、前記チャック本体上を主軸に直交する径方向に摺動可能な摺動体からなり、各移動部材の前記中間部材との接触端面は、各移動部材間の対向間隔が前記チャック作動部材の推進方向に漸減する傾斜面に形成されていることが好ましい。また、前記クランパーの第１端部の前記移動部材との接触面が、その対面方向に突出する湾曲面に形成されていることが望ましい。
【００１４】
また、前記中間部材が球体であることが好ましく、或いは前記中間部材が裁頭円錐体又は裁頭角錐体からなり、その底面の中心から頂面の中心に向けて中心孔が形成され、前記チャック作動部材の先端から主軸線に沿って延設された支持ピンが前記中心孔に遊挿され、前記中間部材が前記支持ピンにより径方向に遊動可能に支持されるように構成することもできる。
【００１５】
更に本発明は、上述のチャッキング装置を使って、加工中心が偏った偏芯ワークの内外径加工を行うことを特徴とする内外径加工方法を含んでいる。すなわち、その内外径加工方法は、ワークの加工中心を工作機械における主軸線上の加工位置に位置決め固定すること、上記構成を備えたチャッキング装置のチャック作動部材を推進させてワークを把持すること、及びワークの内径及び／又は外径を加工することを含んでいることを特徴とするとしている。
【発明の作用効果】
【００１６】
本発明にあって、チャック作動部材を推進させると、中間部材もチャック作動部材によって前方へと押し出される。このときの押力により、中間部材の周面の一部に接触する各移動部材の対向側端面が中間部材の移動方向に対して主軸線と直交する径方向、すなわち各移動部材が離間方向へと押し出される。各移動部材が離間方向に移動すると、チャック本体に中間部位が枢支された各クランパーが中間部位を中心として回動し、その第２端部に取り付けられたチャック爪間に差し入れられているワークを、２以上のチャック爪により把持する。
【００１７】
ここで、ワークの加工中心が主軸中心であれば、チャック爪間の把持中心も同じであって、前記中間部材によって移動する一対の移動部材の各移動量も異ならないため、把持完了時の各移動部材の反力は中間部材に均等にかかるようになる。その結果、中間部材の移動方向はチャック作動部材の移動方向と同様に直線的な移動を維持する。従って、ワークの加工中心が主軸中心と一致する場合には、中間部材が主軸の軸線に対して、径方向に独立して遊動可能とされているものの、ワーク把持完了時における中間部材の位置は主軸線上に止まり、中間部材は主軸線に直交する径方向に移動することなく、ワークを正確な位置にて確実に把持する。この態様は、例えばワークの外径加工に最適である。
【００１８】
一方、ワークの加工中心と主軸中心との間にずれ（偏芯）がある場合にも、チャック作動部材の推進に伴って中間部材は主軸線上を移動する。その移動により移動部材の傾斜面が中間部材から主軸線に直交する径方向の力を受けて、移動体は主軸線に対する径方向に移動する。この移動体の移動による移動方向の力が、２以上のクランパーの各第１端部に作用して、各クランパーを各中間部位を中心として把持方向に均等に回動させる。この回動の途中で、加工中心からの距離が最も離れた位置にある把持面を把持するチャック爪が同把持面に最初に当接する。チャック爪の１つが加工中心から最も離れた前記把持面に当接したのちも、チャック爪には移動部材による回動力が作用しているが、ワークの加工中心が予め位置決め固定されて不動であるため、前記移動部材は停止し不動状態となり、クランパーのそれ以上の回動も阻止される。
【００１９】
この状態にあっても、加工中心からの距離が最も離れた先の把持面よりも近い位置にある把持面を把持する他のチャック爪は、その把持方向への移動が更に必要である。他のチャック爪を移動させるため、チャック作動部材は推進方向の移動を継続する。このチャック作動部材の移動を継続すると、その間、中間部材は２以上の移動部材を離間する方向に移動させようとしている。しかるに、ワークに当接しているチャック爪をもつ先のクランパーは、チャック作動部材の移動にも関わらず不動状態にある。このとき、中間部材には、不動状態にあるクランパーの第１端部に接触している前記移動部材の反力が作用している。
【００２０】
本発明にあっては、前記中間部材が主軸線に直交する径方向に単独に独立して遊動可能であるため、ワークに当接しているチャック爪をもつ前記クランパーを相変わらず不動状態においた状態で、中間部材を介して他の移動部材を更に離間する方向へと移動させる。すなわち、中間部材とワークに当接しているチャック爪をもつ前記クランパーと接触する前記移動部材との接触位置を不動の状態を維持したまま、中間部材を主軸線に沿った推進方向の移動と、主軸線と直交する径方向への移動とを同時に行い、そのときの中間部材の推進方向に対する斜めの動きに対応して、他の前記移動部材を不動状態にある先の移動部材から離れる方向に移動させる。この移動部材の移動動作により、同移動部材に接触するクランパーが回動を続けて、遂には同クランパーのチャック爪がワークの対応する把持面に当接する。
【００２１】
こうした操作が順次各偏芯把持面に対してなされ、全ての把持面を、その把持中心を主軸中心（加工中心）から偏芯させた状態で、対応する各チャック爪によって確実に把持し、全ての把持を完了する。すなわち、偏芯ワークに対しても、単にチャック作動部材を推進作動させるだけで、自動的に正確に且つ確実に把持させることができる。この態様は、加工中心がワークの把持中心に対して偏芯する内径加工に好適である。
【００２２】
前記各移動部材が互いに接近する方向の付勢力が付与されている場合には、前記チャック爪は常態で最大のワーク把持間隔が維持されるようになり、外径や外周形状の異なる多種類のワークであっても、上述のような自動調芯機能を有していることからチャック爪間への搬入が容易となる。また、移動部材をチャック本体上を摺動する摺動体として構成することにより、移動体の安定した移動を可能にする。更に、各移動部材の前記中間部材との接触端面を上述のような傾斜面に形成するため、中間部材の推進につれて各移動部材間の間隔を同一の割合で確実に漸次広げるように移動させることができる。また、前記クランパーの第１端部の前記移動部材との接触面を外側に突出する湾曲面として形成すると、チャック本体に中間部が枢支されたクランパーの回動による移動部材の接触部分が前記回動に追随して変化し、クランパーの回動を円滑にする。
【００２３】
上記中間部材の好適な態様としては、球形状の球体、或いは中心線方向に延びる支持ピンにより遊挿支持される円錐台又は角錐台の形状をもつ裁頭円錐体又は裁頭角錐体を採用すると、チャック作動部材をワーク把持方向、つまり推進方向に移動させるに連れて、中間部材もチャック作動部材と同じ推進方向に押し出される。このとき、複数の上記移動部材の傾斜面は中間部材の周面の一部に接触しており、中間部材の推進動作によって、移動部材の相対する傾斜面間の距離が漸次拡大して、複数の移動部材を主軸線を中心として放射方向に離間させ、最初のロッド状クランバーのチャック爪がワークに当接する。前記球体、或いは裁頭円錐体又は裁頭角錐体は、それぞれ主軸線に直交する径方向に遊動可能に構成されているため、２以上のチャック爪がワークの把持面を同時に（主軸中心と加工中心が一致するワークの場合。）把持し、又はワークの偏芯把持面を、偏芯距離が大きい順に順次自動的に把持する。
【００２４】
以上の構成を備えた本発明のチャッキング装置を使って、例えば旋盤によりワークの内径加工を行う場合は、まず加工位置にワークを搬入し、旋盤の加工中心にワークの加工中心を位置決めして、ワークを仮固定する。この仮固定にはコレット等の外部装置を使えばよい。本発明にあっては、上述のとおり加工中心（主軸中心）が把持中心と一致する場合も、加工中心と把持中心とがずれている場合にも、上記チャック作動部材を作動するだけで、自動的にワークの加工中心を主軸中心に正確に一致させて、確実に且つ自動的にワークを把持する。従って、外径加工も内径加工も同一操作により素早く且つ正確に切削加工が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は、矩形状の板材からなるワークの内径加工に適用される、本発明の代表的な実施形態であるチャッキング装置と主軸との配置を示す工作機械のうちのＮＣ旋盤の一部を縦断面で示しており、図２はそのチャッキング装置を示す縦断面図、図３は図２のIII-III 線に沿った矢視断面図である。図４は図２のIV-IV 線に沿った矢視断面図である。また、図５は図２のV - V に沿った矢視断面図である。これらの図から明らかなように、本実施形態ではワークの把持は一対のチャック爪によりなされる例を挙げているが、必ずしも一対に限らず、例えば３つ又は４つのチャック爪によりワークを把持するようにしてもよい。このように、本発明にあっては図に示す実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で多様な変更が可能である。
【００２６】
本実施例によるチャッキング装置１は、ＮＣ旋盤における主軸１００の先端部にチャック本体１０を介して固設されている。このチャック本体１０は天蓋部１１と底部１２とを有する中空円筒体からなる。前記天蓋部１１には、一対のクランパー２０を挿入する２つの矩形状貫通穴１３が形成されている。この各矩形状貫通穴１３には、前記クランパー２０の中間部が主軸線と直交する方向に自由回転が可能となるようピン１４により支持されている。また、前記天蓋１１の中心にはグリスニップル１５が設けられている。
【００２７】
チャック本体１０の上記底部１２の中心部には、中空空間に連通する小径穴部１２ａと大径穴部１２ｂとが段差面１２ｃを介して形成されている。大径穴部１２ｂの外部周縁には、外側に一体に突出する大径穴部１２ｂの内径と同一の内径をもつブッシュ１６を有している。同ブッシュ１６は筒状の主軸１００に嵌挿される一方で、チャック本体１０が６本の締付けボルト１７をもって６０°の位相差で主軸１００の先端面に締付け固定される。前記主軸１００の中空部にピストンロッド１０１が液密に挿入されている。このピストンロッド１０１の先端部には、大径部３１と小径部３２とが段差面３３を介して一体に形成された段付き円柱状のチャック作動部材３０が固設されている。このチャック作動部材３０の大径部３１の周面には、図１に示すように軸線方向に延びるキー溝３１ａが形成されており、ブッシュ１６に取り付けられたキー１６ａを前記キー溝３１ａに嵌め込み、チャック作動部材３０をブッシュ１６の内面を軸線方向に案内するとともに、チャック作動部材３０が軸線回りに回転しないようにしている。前記ピストンロッド１０１が、図２に示す非作動限位置にあるとき、前記小径穴部１２ａと大径穴部１２ｂとを繋ぐ段差面１２ｃと、前記大径部３１と小径部３２とを繋ぐ段差面３３との間には作動空間Ｓが形成されており、ピストンロッド１０１が作動されると前記段差面１２ｃ，３３同士が当接してピストンロッド１０１のそれ以上の作動を止める。
【００２８】
前記チャック作動部材３０の先端には、チャック本体１０に形成された前記小径穴部１２ａの径より僅かに小さな径をもつ鋼製の球体４０が遊動自在に支持されている。本実施例にあっては、前記ピストンロッド１０１が非作動限位置にあるとき、図２に示すように、前記球体４０の半部以上が前記小径穴部１２ａからチャック本体１０の内部空間に侵入した状態にある。一方、チャック本体１０の前記内部空間の中央領域には矩形状の移動体案内ブロック５０が配されている。この移動体案内ブロック５０は、図２、図３及び図５に示すとおり、チャック本体１０の上記天蓋部１１に形成された一対の矩形状貫通穴１３の内側間を延びる一対の第１側面５１と、各矩形状貫通穴１３に沿って延びる一対の第２側面５２と、チャック本体１０の上記底部１２に接する第３側面５３とを有している。また、移動体案内ブロック５０は、前記天蓋部１１にボルトをもって固設される（図５参照）。
【００２９】
前記移動体案内ブロック５０の前記第１側面５１間には、図５に示すように、その中央部に移動体案内貫通穴５５が形成されている。また、前記天蓋部１１と移動体案内ブロック５０の前記第３側面５３とは、図５に示すように、４つの対応するネジ孔を有しており、同ネジ孔を介して、前記移動体案内ブロック５０が天蓋部１１にボルト５６をもって一体に固設される。一方、移動体案内ブロック５０の図１における手前側と奥側に第４側面（図５参照）を有し、この第４側面５４の中央部には、前記第３側面５３に向けて対向する間隔を漸減させた前記第１側面５１に平行な山形の窪み５８が第２側面５２間を貫通して形成されている。前記移動体案内貫通穴５５には本発明における一対の移動体６０が摺動可能に挿入される。更に、前記移動体案内ブロック５０の一対の第１側面５１の第２側面側端部には、前記移動体案内貫通穴５５に平行な第１側面５１間を貫通する一対のスプリング挿通孔５７が形成され、そのスプリング挿通孔５７には上記クランパー２０の第１端部（図２の下端部）２１を弾性支持する後述する引っ張りスプリング２２を挿通させる。
【００３０】
天蓋部１１は、クランパー２０を取り付けた状態でユニット化されており、チャック本体１０の他の部分から交換可能に分離／組立可能に構成されている。図５における符号１１ａ及び１１ｂは位置決めピンと位置決めボルトを示し、天蓋部１１と、同天蓋部１１が組み付けられる円筒部分の密着端面との一部対向位置にピン挿入孔１１ｃと位置決めボルト用ねじ孔が形成されている。
【００３１】
一対の前記移動体６０は、図２及び図３に示すように、円柱体の一端を傾斜面６１に形成した形状を有しており、その傾斜面６１同士の間に山形の空間を形成するように対向させて、前記移動体案内貫通穴５５に挿入されている。チャック本体１０の内部空間部に、前述のような構成をもつ移動体案内ブロック５０を配するとともに、同移動体案内ブロック５０の移動体案内貫通穴５５に移動体６０を摺動可能に挿入したことによって、図２に示すように、中間部材である上記球体４０は、上記チャック作動部材３０の先端面と、前記移動体案内ブロック５０の山形の窪み５８と、前記移動体６０の傾斜面６１との間に挟まれるようにして配されることになる。
【００３２】
本実施例にあっては、前記移動体６０の周面の一部（図２における上端面）に長手方向に延びる摺動案内溝６２が形成されており、この摺動案内溝６２に前記移動体案内貫通穴５５の対応する内面から突出する移動体案内ピン５５ａが嵌合して、前記移動体案内貫通穴５５の内部を移動体６０が円滑に摺動案内されるようにしている。前記摺動案内溝６２には、チャック本体１０の上記天蓋部１１の中心に配されたグリスニップル１５から供給されるグリスがグリス通路１１ｄを経て補給される。また、前記天蓋部１１と前記クランパー２０との間に、天蓋部１１に形成されている上記矩形状貫通穴１３を閉塞して切子等の侵入を防止するための防塵カバー１９が取り付けられている。この防塵カバー１９はクランパー２０の回動動作を妨げないように弾性的で可撓性を有することが好ましく、本実施形態ではゴム材料を採用している。
【００３３】
一対の前記クランパー２０は、図２及び図３に示すように、断面矩形のロッド部２０ａと、ロッド部２０ａの中間部から直角に突出する枢着部２０ｂとを有している。それぞれの第１端部２１には、スプリング支持ピン２３が上記移動体案内ブロック５０の第１側面５１に平行に取り付けられており、各スプリング支持ピン２３の両端には２本の上記引っ張りスプリング２２の両端がそれぞれ取り付けられる。天蓋部１１の２つの矩形状貫通穴１３に挿入された前記クランパー２０の枢着部２０ｂは、前記矩形状貫通穴１３にそれぞれ取り付けられた支持ピン１４によって回動（揺動）自在に支持される。
【００３４】
一方、各クランパー２０の第１端部２１とは反対側の第２端部２４には、互いの頭部２５ａを対向させてチャック爪であるボルト状把持部材２５が第２端部２４に形成されたねじ孔にねじ込まれている。このボルト状把持部材２５の頭部のねじ端にはナット２５ｂが取り付けられており、ワークＷの把持間隔に応じて同ナット２５ｂを操作することにより、クランパー２０の第２端部２４から直交して突出する前記頭部２５ａの突出量が調整される。本実施形態にあっては、一対のクランパー２０のうち、一方のクランパー２０の第２端部２４を図１の左右側面視でＴ字状に形成して、その突出部分の端部にそれぞれボルト状把持部材２５を取り付けている。これは、本実施形態ではクランパー２０が一対であることから、偏芯ワーク１の把持を強固にするためであるが、例えば３以上のクランパー２０を配する場合には、第２端部２４をＴ字状に形成する必要はない。
【００３５】
以上の構成を備えた本実施形態に係るチャッキング装置１をＮＣ旋盤に装着したときの、矩形板状の偏芯ワークＷを把持するまでの作動手順を、同チャッキング装置１０を簡略化して示す図６〜図１２に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係るチャッキング装置は、ＮＣ旋盤以外のワーク回転型工作機械にも適用が可能である。なお、これらの図において、上記実施形態に係るチャッキング装置１の各部材に対応する部材には同じ符号を付している。ただし、上記引っ張りスプリングは、図示の都合上、圧縮スプリングに換えている。従って、圧縮スプリングにも引っ張りスプリングと同じ符号２２を付している。
【００３６】
本実施形態においては、まず本発明に係るチャッキング装置１をＮＣ旋盤の図示せぬ主軸１００に装着する。このとき、図６に示すように、矩形板状の偏芯ワークＷの加工中心位置に予め開けられた芯出し孔Ｗａに芯出し用外部装置のコレットやノック棒等からなる芯決め部材Ｃを密嵌挿入して芯出しする。ここで、前記偏芯ワークＷは、図６に示すとおり、矩形板状を呈し、その加工中心Ｏと一長辺部分との間の寸法がＬ１、加工中心Ｏと他の長編部分との間の寸法がＬ２であって、Ｌ１＞Ｌ２の関係にある。一方、偏芯ワークＷの加工中心Ｏと対向短辺間との寸法は同一の寸法Ｌ３である。
【００３７】
芯出し用外部装置による芯出しが完了したのち、図８に示すように、前記偏芯ワークＷをクランパー２０の第２端部２４に取り付けられた一対のボルト状把持部材２５の間へと移動させて固定する。このとき偏芯ワークＷの加工中心は主軸線上にあり、本発明のチャッキング装置１によれば、この状態のままで偏芯ワークＷのチャッキングが可能であって、チャッキング終了後、改めて芯出し、自動芯出し等を行わずに、直ちに加工が開始できる。
【００３８】
ここで、例えば油圧シリンダなどの図示せぬ推進力発生装置を作動して、主軸１００の内部に挿通され主軸線上に沿ってピストンロッド１０１を伸長させることにより、チャック作動部材３０が芯出しを完了している偏芯ワークＷに向けて推進させる。このチャック作動部材３０の推進により、同チャック作動部材３０の小径部端面に支持されている球体４０も推進方向に前進する。この球体４０の前進動作により、球体４０の球面の一部が一対の移動体６０の各傾斜面６１に当接して、球体４０による主軸線に沿った押力が前記移動体６０の傾斜面６１に伝え、その押力を移動体６０に対して主軸線と直交する径方向の押力へと変換して、一対の移動体６０を互いが離間する方向に移動させる。
【００３９】
この移動体６０の移動時に、一対のクランパー２０は各第２端部２２に取り付けられたボルト状把持部材２５同士を互いに接近する方向へと回動する。この回動時にあって、まず一方のロッド状のクランパー２０の第２端部２４に取り付けられたボルト状把持部材２５の頭部２５ａが、図９に示すように、偏芯寸法の大きい側の偏芯ワークＷの把持側面に当接する。こうして一方のボルト状把持部材２５の頭部２５ａが偏芯寸法の大きい側の偏芯ワークＷの側面に当接したのちは、偏芯ワークＷが芯出し位置に固定され不動状態におかれているため、偏芯ワークＷの把持側面に当接した一方のクランパー２０の第１端部２１を押圧する移動体６０は、それ以上の移動ができなくなり、その場に止まる。
【００４０】
このとき他方の移動体６０は、偏芯ワークＷの偏芯寸法の小さい側の把持側面と他方のクランパー２０の第２端部２４に取り付けられた頭部２５ａとの間には、いまだ間隔があいているため、球体４０の前進に応じた移動が続く。この間、図１０に示すように、移動体６０により他方のクランパー２０を偏芯ワークＷに向けて仮想線で示す位置から実線で示す位置まで引き続き回動させ、遂には他方のクランパー２０の頭部２５ａが偏芯ワークＷの偏芯寸法の小さい側の把持側面に強く押し付けられ、偏芯ワークＷの加工中心（主軸中心）を変更することなく、図１０に実線で示すように、偏芯ワークＷをチャッキング装置１により強力に把持する。ここで、本発明において中間部材である球体４０が径方向に自由に遊動が可能とされているため、球体４０は、チャック作動部材３０による主軸線上の推進力を受けて前進すると同時に、前記移動体６０の傾斜面６１にも作用する主軸線に直交する方向の力により圧縮スプリング２２の弾性力に逆らって移動する。すなわち、球体の動きは、図１０に示す仮想線の位置から実線の位置へと、主軸線から離間する斜め前方への動きをとる。これは、本発明における中間部材である球体４０が主軸線上の直進動作と主軸線に直交する方向への遊動動作との両方向への動きが可能であるがために初めて実現されるものである。
【００４１】
このように本実施形態によるチャッキング装置１によれば、偏芯ワークＷの内径加工を行おうとする場合に、予め偏芯加工の加工中心位置を主軸線上に芯出ししておき、単に推進力発生装置を作動させてチャック作動部材３０を主軸線に沿って推進させるだけの操作で、偏芯ワークの把持中心を加工中心（主軸中心）に合致させて偏芯ワークＷを強力に把持することが可能となる。このことは、加工対象が偏芯ワークだけに止まらず、加工中心と把持中心とが一致する通常のワークに対しても同様であり、この場合、中間部材が主軸１００に直交する径方向に移動可能であっても、一対の移動体６０により受ける力は均等であるため径方向には移動せず、把持中心と主軸中心とが必然的に一致することになる。そのため、内径加工時の加工中心が主軸中心からずれているような偏芯ワークの外径を加工するときも、本発明に係るチャッキング装置をそのまま使用することができる。
【００４２】
偏芯ワークＷの把持がなされたのち、図１１に示すように、偏芯ワークＷの加工中心部の芯出し孔に密嵌の状態で挿入されている芯決め部材Ｃを抜き取ったあと、そのままの状態で芯出し孔に図示せぬバイトを挿入して内径加工を開始する。本実施形態では、前記芯決め部材Ｃを抜き取る前の偏芯ワークＷの把持端面位置を計測器を用いて測定するとともに、芯決め部材Ｃを抜き取ったときの偏芯ワークＷの把持端面位置を改めて測定したところ、両者の端面位置には全く変化がないことが確認された。
【００４３】
次に、移動体がロック状態になったとき、すなわち把持が完了したときの上記実施形態に係るチャッキング装置１による偏芯ワークＷの把持力について、図１２及び図１３を参照しながら具体的に説明する。図１２及び図１３は上記実施形態におけるチャッキング装置１を更に模式化して示している。ただし、これらの図は偏芯ワークＷの外径加工時の把持状態を示している。これは、上記実施形態によるチャッキング装置１によっても同様の操作で非偏芯ワークであっても、或いは異形のワークであっても、自動的に加工中心を主軸中心に一致させることができ、同時に正確に且つ確実にワークを把持可能であるがため、多様なワークの内径加工及び／又は外径加工ができることによる。
【００４４】
図１２に示すように、推進力発生装置により球体４０に推進押力Ｎが作用しているとき、移動体６０の傾斜面６１に直交する球体押力Ｆが働き、一対の移動体６０はＸ軸押力ＸＦが作用して移動体案内ブロック５０の移動体案内貫通穴５５内を同図の左右離間方向に摺動する。このとき摺動面にはＹ軸押力ＹＦが作用して、摩擦係数μ１の摩擦力μ１×ＹＦが働く。なお同図において、符号θは移動体６０の傾斜面における傾斜角を示している。
上記球体４０による移動体６０の傾斜面６１に対する球体押力Ｆは、Ｎ cosθ（０°＜θ＜90°）で表される。また、Ｘ軸押力ＸＦはＦ・ sinθで表され、Ｙ軸押力ＹＦはＦ・ cosθで表される。
【００４５】
また、本発明におけるチャッキング装置１にあっては、図１３に示すとおり、クランパー２０をリンク式としていることから、移動体６０がクランパー２０を押す力は、ボルト状把持部材２５による把持力Ｍとなる。
いま、リンク部の摩擦係数をμ２としたとき、ワークＷに対する把持力Ｍは左右２方向から働いていることと、Ｙ軸方向及びＸ軸方向の摩擦による反力ＹＦ・μ１及びＸＦ・μ２が作用することを考慮して、
式：Ｍ＝（XF−μ1 ・YF−μ2 ・XF）×２＝２Ｎ cosθ(sinθ−μ1 ・cos θ−μ2 ・sin θ）によって求めることができる。ここで、０°＜θ＜９０°である。
【００４６】
図１４Ａ及び図１４Ｂは、本発明における中間部材の変形例を示している。すなわち、この変形例によれば、中間部材として上記球体４０に代えて、円錐台状又は多角錐台状の中間部材４１，４２を採用している。ただし、これらの中間部材４１，４２は、下底の中心から上底の中心に向けて、それぞれ底部を有するピン孔４１ａ，４２ａが形成されている。一方、上記チャック作動部材３０の小径部３２の上面中心から軸線に沿って起立するピン３４を有している。前記ピン孔４１ａ，４２ａの径ｄ１は、前記円錐台状又は多角錐台状の中間部材４１，４２の径方向への遊動距離によって異なるものの、前記ピン３４の径ｄ２よりも前記遊動距離を確保できる大きな寸法に設定される。
【００４７】
次に、前記変形例による中間部材４１，４２を採用したときの、本発明に係るチャッキング装置による偏芯ワークＷの把持手順を図１５に基づいて具体的に説明する。図１５は前チャッキング装置を模式的に示している。
【００４８】
偏芯ワークＷの偏芯位置にある加工中心を、図示せぬ芯出し外部装置によって主軸線上に位置決めして、予め芯出し固定されている。この状態で、偏芯ワークをチャッキング装置１の把持空間に移動させて位置を固定する。次いで、図示せぬ油圧シリンダ等の推進力発生装置を作動して、図１５に実線で示すチャック作動部材３０を前方へと推進させる。その推進時に、前記チャック作動部材３０の先端面から突出するピン３４がピン孔４１ａ，４２ａに遊挿された中間部材４１，４２の周面の一部が左右の移動部材６０の各傾斜面６１に当接し、その推進位置の変動に伴い中間部材４１，４２の径が漸増するため、左右一対の移動部材６０の対向間隔が徐々に開き、左右一対の移動部材６０を離間方向に移動させる。
【００４９】
この移動部材６０の離間方向の移動により、移動部材６０の移動方向側先端がクランパー２０の第１端部２１を押して、左右一対のクランパー２０を、その各第２端部２４が接近する方向に回動させる。この回動の途中で、加工中心からのずれの大きい図面左側のクランパー２０の第２端部２４に取り付けられたボルト状把持部材２５が、図１０に実線ａで示すように、偏芯ワークＷのずれの大きい側の側面（把持面）に当接する。このとき、図面右側のクランパー２０のボルト状把持部材２５は図１０に実線ｂで示すように、偏芯ワークＷのずれが小さい側の側面（把持面）との間にはずれの差だけの間隔があいている。
【００５０】
このときまでは、左右のクランパー２０の第２端部２４には外部からの負荷がかかっていないため、力の均衡がとれて左右の移動体６０は同一の動きで左右に移動する。しかし、前述のように左側のクランパー２０のボルト状把持部材２５が偏芯ワークＷの側面に当接すると、同クランパー２０はそれ以上の回動が止められ、移動部材６０も移動を停止する。一方、図面右側のクランパー２０はボルト状把持部材２５と把持側面との間には、いまだ間隔があいているため、同クランパー２０は移動部材６０の移動に伴って回動を続ける。
【００５１】
このとき、中間部材４１，４２のピン孔４１ａ，４２ａの内周面とチャック作動部材３０のピン３４の外周面との間には所要の間隔があいていて、中間部材４１，４２が径方向に前記間隔の範囲内で自由に動き得るため、引き続き中間部材４１，４２は推進方向の動く間に、動きを停止した左側の移動部材６０の反力を受けて、前記推進方向の動きとともに径方向にも右側へ移動、すなわち推進方向斜め前方へと移動する。このような移動部材６０の動きによる押力を受けて、右側のクランパー２０は回動を続け、遂には図１０に実線ｃで示す位置に到達し、同クランパー２０のボルト状把持部材２５が偏芯ワークＷの偏芯量の小さい側の把持側面に当接し、左右のクランパー２０のそれ以上の回動を停止する。ここで、チャッキング装置による偏芯ワークの把持が終了するが、このとき偏芯ワークＷの加工中心は主軸線上にある。この把持が終了すると、図１１に示すように偏芯ワークの加工中心に予め形成された芯出し孔に挿入固定されている芯出し部材Ｃを前記芯出し孔から抜き取ったあとで、図示せぬバイトを挿入し、常法により内径加工を行う。
【００５２】
図１６は、本発明における移動部材の変形例を示している。この変形例によれば、上記実施形態による移動部材６０が円柱体の一端を傾斜面として、他端を円形端面としていたものを、移動部材６０を矩形断面の角柱体から構成し、その一端を傾斜面とする一方で、移動部材６０のクランパー２０の第１端部２１との弾接端面を、前記第１端部の弾接面に向けて突出する湾曲形状に形成している。このような湾曲形状に形成すると、クランパー２０の回動時に、クランパー２０の回動により直線移動する移動体６０に対する弾接端面の接触位置が移動しても、移動体６０の接触位置も追従して移動し、常に点接触（球面状湾曲面）又は線接触（円弧状湾曲面）の状態を保ち、クランパー２０に対して均等な力をもって押圧するようになる。図１５では移動体６０のクランパー２０の第１端部との接触面の形状について述べたが、逆にクランパー２０の第１端部２１の移動体６０に対する接触面形状を移動体６０に向けて突出する湾曲形状としても同様の機能を発揮する。
【００５３】
なお、本発明にあって、中間部材と移動体６０との間のかじりが無視できるのであれば、中間部材として図示せぬ有底中空円筒体や有底中空角筒体を採用することができる。この有底中空円筒体や有底中空角筒体の中空部内径は、上記ピン孔４１ａ，４２ａの径ｄ１と同様に決めればよく、上記ピン３４の径ｄ２との相対的な値となる。有底中空円筒体や有底中空角筒体の移動体６０の傾斜面６１に対するかじりを避けるためには、有底中空円筒体や有底中空角筒体の前記傾斜面６１との接触端縁を面取りすることも一つの解決策となる。以上の説明からも理解できるように、本発明にあっては、上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、多様な変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態であるチャッキング装置を適用したＮＣ旋盤の主軸部の主軸線に沿った縦断面図である。
【図２】同チャッキング装置の縦断面図である。
【図３】図２のIII-III 線に沿った矢視断面図である。
【図４】図２のIV-IV 線に沿った矢視断面図である。
【図５】図２のV-V 線に沿った矢視断面図である。
【図６】本実施形態における偏芯ワークの形状を説明する形状図である。
【図７】同偏芯ワークの芯出し部材による芯出し時の状態を示す断面図である。
【図８】中間部材の始動時の各部材間の関係を示す模式図である。
【図９】中間部材の推進方向の移動に伴うクランパーによる偏芯ワークの片側把持状態を示す模式図である。
【図１０】偏芯ワークを完全に把持するまでの状態を説明する模式図である。
【図１１】把持終了後の芯出し部材をワークから抜き取ったときの状態を説明する模式図である。
【図１２】移動部材のロック時における中間部材による移動部材に対する押力の関係を示す説明図である。
【図１３】クランパーによるワークの把持力を説明するための模式図である。
【図１４】本発明における中間部材の変形例を模式的に示す斜視図である。
【図１５】前記変形例に係る中間部材を使ったときの把持手順を説明するための模式図である。
【図１６】本発明における移動部材の変形例を示す部分模式図である。
【符号の説明】
【００５５】
１                チャッキング装置
１０                チャッキング本体
１１                天蓋部
１１ａ              位置決めピン
１１ｂ              位置決めボルト
１１ｃ              位置決め孔
１１ｄ              グリス通路
１２                底部
１２ａ              小径穴部
１２ｂ              大径穴部
１２ｃ              段差面
１３                矩形状貫通穴
１４                ピン
１５                グリスニップル
１６                ブッシュ
１６ａ              キー
１７                締付けボルト
１９                防塵カバー
２０                クランパー
２０ａ              ロッド部
２０ｂ              枢着部
２１                第１端部
２２                引っ張りスプリング（圧縮スプリング）
２３                スプリング支持ピン
２４                第２端部
２５                ボルト状把持部材
２５ａ              頭部
２５ｂ              ナット
３０                チャック作動部材
３１                大径部
３１ａ              キー溝
３２                小径部
３３                段差面
４０                球体（中間部材）
４１                中間部材（有底中空円錐台形状）
４１ａ              中間部材ピン孔（有底中空円錐台形状）
４２                中間部材（有底多角錐台形状）
４２ａ              中間部材ピン孔（有底多角錐台形状）
５０                移動体案内ブロック
５１                第１側面
５２                第２側面
５３                第３側面
５５                移動体案内貫通穴
５５ａ              移動体案内ピン
５６                ボルト
５７                スプリング挿通孔
５８                山形の窪み
６０                移動体（摺動体）
６１                傾斜面
６２                摺動案内溝
１００                主軸
１０１                ピストンロッド
Ｓ                作動空間
Ｃ                芯決め部材
Ｗ                偏芯ワーク
Ｗａ              芯出し孔
【図１】
2009000752.tif 000003
【図２】
2009000752.tif 000004
【図３】
2009000752.tif 000005
【図４】
2009000752.tif 000006
【図５】
2009000752.tif 000007
【図６】
2009000752.tif 000008
【図７】
2009000752.tif 000009
【図８】
2009000752.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2009000752.tif 000012
【図１１】
2009000752.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2009000752.tif 000016
【図１５】
2009000752.tif 000017
【図１６】
2009000752.tif 000018