JP4334055B2 - ワーク把持用チャック - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、旋盤の主軸に装着され、被加工物たるワークを把持するチャックに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
図１１に示すように、上述したチャック１は、旋盤の主軸（図示せず）に装着されるチャック本体２と、このチャック本体２の端面２ａ側に周方向等間隔且つ放射状に配設され、チャック本体２の軸心に対して離接する方向に移動可能に設けられた複数（一般に２〜４個）の把持爪１０１とを備えており、例えば、図示する如くワークＷを把持した状態でこれを回転させ、これに工具Ｔを押し当てることによってワークＷの外径部や端面等が加工される。
【０００３】
このチャック１には、従来から、その駆動形態により、例えば油圧などで駆動されるパワーチャックや、手動で駆動されるスクロールチャック，インディペンデントチャック等各種のものが存在しており、また、前記把持爪１０１には、予め多段状に成形され焼入れ加工の施された、いわゆる硬爪や、図１２に示すような、直方体形状をし、加工されるワークＷに応じてその形状が成形される、いわゆる生爪等がある。尚、図１２（ａ）はこの生爪を示す平面図であり、（ｂ）はその正面図ある。
【０００４】
ところで、現在では加工効率の面から前記主軸（図示せず）の高速化が図られており、主軸（図示せず）を高速で回転させる能力を備えた旋盤が数多く提供されている。ところが、上述した従来のチャック１においては、その把持爪１０１がチャック本体２の端面２ａ側にこれから突出するように設けられているために、前記主軸（図示せず）を高速で回転させると非常に大きな騒音を生じるという、環境面での問題を生じるに至った。
【０００５】
そこで、このような騒音が生じる原因を解明すべく、前記チャック１を回転させた際に生じる空気流を本発明者等が調査したところ、把持爪１０１が直方体形状をしたチャック１を回転させた場合、図１３及び図１４に示すような空気流を生じることが判明した。尚、図１３にはチャック１の一部分を示している。
【０００６】
即ち、図１３に示すように、▲１▼チャック本体２の端面２ａ（把持爪１０１，１０１間）については、チャック１の回転方向（矢示Ａ方向）と逆方向に向かう空気流ａと、チャック本体２の端面２ａから外周部の円周方向に向かう空気流ｃと、把持爪１０１の移動方向に沿った両側面の内、チャック本体２の回転方向と反対側の側面（以下、爪背面という）１０１ｂに向かう空気流ｂが確認され、▲２▼前記爪背面１０１ｂに対する反対側の側面（以下、爪正面という）１０１ａについては、爪正面１０１ａに沿ってチャック本体２の外周に向かう空気流ｅと、把持爪１０１の突出側端面（以下、爪端面という）１０１ｃに向かう空気流ｆが確認され、▲３▼前記爪端面１０１ｃについては、爪端面１０１ｃに沿ってチャック本体２の外周に向かう空気流ｇと、爪背面１０１ｂに向かう空気流ｈと、爪端面１０１ｃの中央部から把持爪１０１，１０１間のチャック本体２の外周に向かう空気流ｉが確認され、▲４▼前記爪背面１０１ｂについては、爪背面１０１ｂに沿ってチャック本体２の外周に向かう空気流ｄが確認された。
【０００７】
また、チャック１周辺の立体的な空気の流れを見ると、図１４に示すように、チャック本体２の外周に沿う方向の空気流ｋと、チャック本体２の中心から外周に向かう方向の空気流ｍが確認された。
【０００８】
以上のようなチャック１近傍の空気流などから上記騒音の発生原因を考察すると、次のように考えられる。即ち、まず、図１３に示した空気流から、爪正面１０１ａ付近の空気圧及び爪背面１０１ｂ付近の空気圧について考察すると、チャック本体２の端面２ａにおいて爪背面１０１ｂに向かう空気流ｂが確認されたように、爪正面１０１ａ付近の空気圧の方が爪背面１０１ｂ付近の空気圧よりも高くなっていると考えられる。このため、チャック１の回転に伴って生じるこのような圧力変動が圧力波として周囲に伝播し、把持爪１０１の数とチャック１の回転速度との積を周波数とする周期音が発生するものと考えられる。また、図１４に示した、チャック本体２の外周に沿う方向の空気流ｋとチャック本体２の中心から外周に向かう方向の空気流ｍとの境界では、これらが相互に干渉して渦を生じ易く、これにより渦音（以下、この渦音を乱流音という）が発生するものと考えられる。
【０００９】
本発明は、上述した本発明者等の新たな知見に基づきなされたものであり、高速で回転させた際に生じる騒音を極力小さく押さえることができるワーク把持用チャックの提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成するための本発明の請求項１に係る発明は、旋盤の主軸に装着されるチャック本体と、該チャック本体の端面側に放射状に且つ突出して設けられ、該チャック本体の軸心に対して離接する方向に移動可能に設けられた複数の把持爪とを備えたワーク把持用のチャックにおいて、
前記把持爪の前記移動方向に沿った両側面の一方側から他方側に貫通する貫通孔を前記把持爪に形成するとともに、その形成位置を前記移動方向における前記把持爪の中心位置よりも外寄りの領域のみとしたことを特徴とする。
【００１１】
上述したように、把持爪の移動方向に沿った両側面の内、チャック本体の回転方向とは反対側の側面、即ち爪背面付近における空気圧は、チャック本体の回転方向側の側面（爪背面と反対側の面）、即ち爪正面付近における空気圧よりも低くなっており、この圧力差が原因となって周期音を生じる。この発明によれば、爪正面及び爪背面の一方側から他方側に貫通する貫通孔を当該把持爪に設けているので、圧力の高い爪正面付近の空気がこの貫通孔を通って圧力の低い爪背面付近に流入し、これに伴って両者間の圧力差が小さくなる。これにより、圧力差によって生じる上記周期音を小さくすることができる。また、上述した爪背面付近における空気と爪正面付近における空気との圧力差はチャックの回転に伴って生じるものであることから、回転周速度の速いチャック外周側付近の圧力差が最も大きい。したがって、把持爪の中心位置よりも外寄りの領域のみに貫通孔を設けることで、最も効果的にこの圧力差を小さくすることができ、その結果、上記周期音を最も効果的に小さくすることができる。
【００１２】
前記貫通孔は、請求項２に係る発明のように、前記移動方向の開口幅が２．５ｍｍ以上であることが好ましい。これは、開口幅が２．５ｍｍより小さいと、周期音の低減効果があまり得られないからである。
【００１３】
また、本発明の請求項３に係る発明は、上記請求項１又は２の発明における前記把持爪の端面と前記両側面とが交差する両角部の少なくとも一方に斜面を形成した、即ち、把持爪の横断面形状を山形形状に形成したことを特徴とする。上述したように、チャック本体の外周に沿う方向の空気流とチャック本体の中心から外周に向かう方向の空気流との境界では、これらが相互に干渉して渦を生じ易く、これによって乱流音が発生する。この発明によれば、把持爪の横断面形状を山形形状に形成しているので、チャック本体の中心から外周に向かう方向の空気流がチャック本体の外周に沿う方向の空気流に幾分沿ったものとなり、この分だけ前記渦が生じ難くなり、その結果、前記乱流音が低減される。尚、この発明における前記把持爪の端面とは、チャック本体の端面から突出して設けられ、チャック本体の端面と平行に設けらた把持爪の面を意味する。
【００１４】
また、本発明の請求項４に係る発明は、上記請求項１又は２又は３の発明における前記チャック本体の外周側に位置する前記把持爪の側面と、前記移動方向に沿った両側面とが交差する両角部の少なくとも一方に斜面を形成したことを特徴とする。この発明によれば、前記斜面を形成しているので、チャック本体の外周に沿った方向の空気流が前記斜面に沿ったものとなると共に、チャック本体の中心から外周に向かう方向の空気流が、チャック本体の外周部分において、チャック本体の外周に沿った方向の空気流に幾分沿ったものとなる。この結果、このチャック本体の外周部分における渦の発生が抑制され、乱流音が低減される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について添付図面に基づき説明する。尚、本実施形態に係るチャックは、図１１及び図１２に示した従来のチャック１と把持爪の形状においてその構成が異なるのみである。したがって、以下の説明において、従来のチャック１と同一の構成部分については同一の符号を用いてこれを説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１に示すように、本例の把持爪１０は一般的な直方体形状を備えるものであり、その側面１０ｄがチャック本体２の中心側に、側面１０ｅがチャック本体２の外周側に位置するように、チャック本体２に取り付けられる。また、この把持爪１０には、その長手方向（把持爪１０の移動方向）に沿った両側面１０ａ，１０ｂの一方側から他方側に向けて貫通する貫通孔１２が形成されている。この貫通孔１２は、把持爪１０の長手方向における中心位置よりも側面１０ｅ側、即ち、チャック本体２の外周側に片寄った位置に設けられており、把持爪１０の下面１０ｆに開口するように設けられている。
【００１７】
この把持爪１０をチャック本体２に取り付け、図３に示すような測定装置を用いて、チャック１を回転させた際に発生する周期音及び乱流音を測定した。図中、２０は主軸台であり、２１は指向性のあるマイクロホンであり、２２はマイクロホン２１により検出された信号に周波数分析などの処理を施して音圧レベルを検出するＦＦＴアナライザである。この測定では、１９５０ｒｐｍでチャック１を回転させ、図３に示す如く、マイクロホン２１を０゜〜９０゜まで１５゜毎に移動させて、それぞれにつき音圧レベルを測定した。また、周期音については、その基本周波数（＝１９５０÷６０×３＝９７．５Ｈｚ）及び高調波の周波数を中心とした３分の１オクターブバンドの総合音圧レベルを算出し、これをもって評価の指標とした。一方、乱流音については、測定された全帯域の総合音圧レベルから上記周期音の音圧レベルを差し引き、これをもって評価の指標とした。また、把持爪１０は、その長さＬ１が１０５ｍｍ、幅Ｌ２が２８ｍｍ、高さＬ３が３５ｍｍのものを用い、貫通孔１２は把持爪１０の側面１０ｅからＬ４（＝３４．５ｍｍ）だけ離れた位置にこれを設け、その高さＹを１５ｍｍとし、開口幅Ｘを５ｍｍとした。
【００１８】
このようにして測定した結果を図４に示す。尚、比較のために貫通孔１２を有しない図１２に示した従来の把持爪１０１（把持爪１０と同寸法）を用い、同じ条件で同様の測定を行った。また、図４においては、従来の把持爪１０１の場合を「基本形状の場合」と表現し、本例の貫通孔１２を備えた把持爪１０の場合を「穴を設けた場合」と表現している。この結果から、把持爪１０に貫通孔１２を設けることで周期音を大きく低減することができ、また、乱流音もある程度低減することができることが分かる。把持爪１０の長手方向に沿った両側面１０ａ，１０ｂの内、チャック本体２の回転方向と反対側の側面（爪背面）（本例では１０ｂとする）付近における空気圧は、チャック本体２の回転方向側の側面（爪正面）（本例では１０ａとする）付近における空気圧よりも低くなっているが、貫通孔１２を設けることで、圧力の高い爪正面１０ａ付近の空気がこの貫通孔１２を通って圧力の低い爪背面１０ｂ付近に流入し、これに伴って両者間の圧力差が小さくなり、周期音が小さくなるものと考えられる。また、爪正面１０ａ付近と爪背面１０ｂ付近との圧力差がなくなることにより、図１３に示した爪背面付近の空気流ｂが爪正面付近の空気流と同様にチャック本体２の外周に向かう流れとなり、これにより乱流音が幾分低減されるものと考えられる。
【００１９】
次に、図１に示す前記貫通孔１２の高さＹを一定にして、その開口幅Ｘを種々変化させ、上記と同様の測定を行った。その結果を図５に示す。尚、図５には上述のようにして算出した周期音の音圧レベルを示している。また、把持爪１０は、その長さＬ１が１０５ｍｍ、幅Ｌ２が２８ｍｍ、高さＬ３が３５ｍｍのものを用い、貫通孔１２は把持爪１０の側面１０ｅからＬ４（＝３４．５ｍｍ）だけ離れた位置にこれを設け、その高さＹを１５ｍｍとし、開口幅Ｘをそれぞれ１．５ｍｍ，２．５ｍｍ，５ｍｍ，１０ｍｍとした。この結果から、貫通孔１２の開口幅Ｘは一定の大きさ（この例では２．５ｍｍ）以上とすることで周期音を低減することができ、且つこの大きさ以上であれば周期音の低減効果はあまり変わらないことが分かった。
【００２０】
また、図２に示すように、把持爪１０の長手方向における中心位置から側面１０ｅ側に片寄った位置に貫通孔１２ａを設けるとともに、前記中心位置から側面１０ｄ側に片寄った位置に貫通孔１２ｂを設け、それぞれの開口幅Ｘを１０ｍｍ、高さＹを１０ｍｍとして、上記と同様の条件下で発生する周期音圧を測定した。その結果を図６に示す。尚、図６においては、貫通孔１２ａを「外穴」と表現し、貫通孔１２ｂを「内穴」と表現し、貫通孔１２ａ及１２ｂの双方を設けた場合を「両穴」と表現している。この結果から、前記中心位置から側面１０ｄ側、即ち、チャック本体２の中心側に片寄った位置に貫通孔１２を設けても、あまり周期音が低減されず、逆に、前記中心位置から側面１０ｅ側、即ち、チャック本体２の外周側に片寄った位置に貫通孔１２を設けると周期音が大きく低減されることが分かる。上述した爪背面１０ｂ付近における空気圧と爪正面１０ａ付近における空気圧との差はチャック１の回転に伴って生じるものであり、回転周速度の速い外周側付近の圧力差が最も大きい。したがって、把持爪１０の中心位置よりも外周側に片寄った位置に貫通孔１２を設けることで、最も効果的にこの圧力差を小さくすることができ、その結果、上記周期音を大きく低減することができるものと考えられる。
【００２１】
この意味で、前記貫通孔１２は、把持爪１０の長手方向における中心位置から前記外周側に片寄った位置にこれを設けるのが好ましく、これにより十分な騒音軽減効果を得ることができる。また、上記圧力差はチャック本体２の端面２ａから離れた位置よりも端面２ａに近い位置の方が大きい。したがって、本例のように貫通孔１２をチャック本体２の端面２ａに極力近づけて設けるのが好ましいが、本発明において、上記端面２ａから離れた位置にこれを設けることを排除するものではない。
【００２２】
（第２の実施形態）
次に第２の実施形態に係る把持爪について説明する。図７（ａ）は、第２の実施形態に係る把持爪を示す平面図であり、（ｂ）はその側面図である。この図７に示すように、本例の把持爪３０は、その長手方向に沿った両側面３０ａ，３０ｂと端面３０ｃとが交差する両角部に斜面３０ｇを形成し、その横断面が山形形状をしたものとして構成される。
【００２３】
この把持爪３０をチャック本体２に取り付け、上記第１の実施形態に係る把持爪１０の場合と同じ条件で実験を行い、発生する周期音及び乱流音を測定した。その結果を図８に示す。尚、上記把持爪３０は、長さＬ１が１０５ｍｍ、幅Ｌ２が２８ｍｍ、高さＬ３が３５ｍｍのものを用い、斜面３０ｇを規定する各寸法、Ｌ５を１０ｍｍ，Ｌ６を１０ｍｍ，Ｌ７を８ｍｍとした。また、図８においては、従来の把持爪１０１の場合を「基本形状の場合」と表現し、本例の把持爪３０の場合を「面取りした場合」と表現している。この結果から、把持爪３０に斜面３０ｇを形成することで周期音についてはあまり低減効果が認められないものの、乱流音についてはこれをある程度低減できることが分かる。
【００２４】
上述したように、図１４に示したチャック本体２の外周に沿う方向の空気流ｋとチャック本体２の中心から外周に向かう方向の空気流ｍとの境界では、これらが相互に干渉して渦を生じ易く、これによって乱流音が発生する。本例の把持爪３０のように斜面３０ｇを設けると、これによりチャック本体２の中心から外周に向かう方向の空気流ｍがチャック本体２の外周に沿う方向の空気流ｋに幾分沿ったものとなり、この分だけ渦が生じ難くなり、その結果、乱流音が低減されるものと考えられる。
【００２５】
（第３の実施形態）
次に第３の実施形態に係る把持爪について説明する。図９（ａ）は、第３の実施形態に係る把持爪を示す平面図であり、（ｂ）はその側面図である。この図９に示すように、本例の把持爪４０は、その長手方向に沿った両側面４０ａ，４０ｂと側面４０ｅ（チャック本体２の外周側の側面）とが交差する両角部に斜面４０ｇを形成したものとして構成される。
【００２６】
この把持爪４０をチャック本体２に取り付け、上記第１の実施形態に係る把持爪１０の場合と同じ条件で実験を行い、発生する周期音及び乱流音を測定した。その結果を図１０に示す。尚、上記把持爪４０は、長さＬ１が１０５ｍｍ、幅Ｌ２が２８ｍｍ、高さＬ３が３５ｍｍのものを用い、斜面４０ｇを規定する各寸法、Ｌ８を６ｍｍ，Ｌ９を１０ｍｍ，Ｌ１０を８ｍｍとした。また、図１０においては、従来の把持爪１０１の場合を「基本形状の場合」と表現し、本例の把持爪４０の場合を「面取りした場合」と表現している。この結果から、把持爪４０に斜面４０ｇを形成することで周期音についてはあまり低減効果が認められないものの、乱流音についてはこれを大きく低減できることが分かる。
【００２７】
上述したように、図１４に示したチャック本体２の外周に沿う方向の空気流ｋとチャック本体２の中心から外周に向かう方向の空気流ｍとの境界では、これらが相互に干渉して渦を生じ易く、これによって乱流音が発生する。本例の把持爪４０のように斜面４０ｇを設けると、チャック本体２の外周に沿った方向の空気流ｋが前記斜面４０ｇに沿ったものとなると共に、チャック本体２の中心から外周に向かう方向の空気流ｍが、チャック本体２の外周部分において、前記空気流ｋに幾分沿ったものとなり、この結果、チャック本体２の外周部分における渦の発生が抑制され、乱流音が低減されるものと考えられる。
【００２８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の具体的な態様がこれに限られるものでないことは言うまでもない。例えば、上記第２の実施形態においては、斜面３０ｇを両側面３０ａ，３０ｂの角部に設けたが、これを爪正面側３０ａの角部にのみ設けても良く、同様に、第３の実施形態においては、斜面４０ｇを両側面４０ａ，４０ｂの角部に設けたが、これを爪正面側４０ａにのみ設けても良い。また、上記第１乃至第３の各実施形態は、これを単独で採用した態様としても良いが、適宜選択的にこれらを組み合わせた態様とすることもできる。特に、それぞれの効果を滅殺しない範囲で、第１乃至第３の各実施形態を全て併せ持つ態様の把持爪が、周期音及び乱流音の双方を低減できることから好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る把持爪を示す平面図及び正面図である。
【図２】第１の実施形態の変形例に係る把持爪を示す平面図及び正面図である。
【図３】騒音の音圧レベルを測定するための測定装置を示す斜視図である。
【図４】第１の実施形態に係る把持爪の騒音低減効果を示すグラフである。
【図５】第１の実施形態に係る把持爪の騒音低減効果を示すグラフである。
【図６】第１の実施形態の変形例に係る把持爪の騒音低減効果を示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る把持爪を示す平面図及び正面図である。
【図８】第２の実施形態に係る把持爪の騒音低減効果を示すグラフである。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る把持爪を示す平面図及び正面図である。
【図１０】第３の実施形態に係る把持爪の騒音低減効果を示すグラフである。
【図１１】従来のチャックを示す斜視図である。
【図１２】従来の把持爪を示す平面図及び正面図である。
【図１３】従来のチャック近傍における空気流を示す斜視図である。
【図１４】従来のチャック近傍における立体的な空気流を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ チャック
２ チャック本体
１０ 把持爪
１０ｄ，１０ｅ 側面
１０ａ 側面（爪正面）
１０ｂ 側面（爪背面）
１０ｆ 底面
１２，１２ａ，１２ｂ 貫通孔
３０ 把持爪
３０ｇ 斜面
４０ 把持爪
４０ｇ 斜面

Claims (4)

1. 旋盤の主軸に装着されるチャック本体と、該チャック本体の端面側に放射状に且つ突出して設けられ、該チャック本体の軸心に対して離接する方向に移動可能に設けられた複数の把持爪とを備えたワーク把持用のチャックにおいて、
   前記把持爪の前記移動方向に沿った両側面の一方側から他方側に貫通する貫通孔を前記把持爪に形成するとともに、その形成位置を前記移動方向における前記把持爪の中心位置よりも外寄りの領域のみとしたことを特徴とするワーク把持用チャック。
2. 前記貫通孔は、前記移動方向の開口幅が２．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のワーク把持用チャック。
3. 前記把持爪の端面と前記両側面とが交差する両角部の少なくとも一方に斜面を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のワーク把持用チャック。
4. 前記チャック本体の外周側に位置する前記把持爪の側面と、前記移動方向に沿った両側面とが交差する両角部の少なくとも一方に斜面を形成したことを特徴とする請求項１又は２又は３記載のワーク把持用チャック。

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