JPH032606B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、旋盤等における工作物のチヤツキン
グを行う電動式チヤツク装置に係わり、特に、長
尺な工作物のチヤツキングおよび高速回転化への
対応が可能な、電動式チヤツク装置に関する。

「従来の技術」 旋盤等において、工作物の把持を行うチヤツク
を作動させるためのチヤツク駆動装置として、従
来の油圧式または空気圧式のものに代えて、電動
式のもの（例えば特開昭51−45111号、特開昭53
−19830号、実開昭54−5395号、実開昭56−29050
号等）が既に発明または考案されているが、これ
ら従来の電動式チヤツク装置は、第一に、チヤツ
クの把持力を無段階に調整することができないた
め各種工作物に最適な把持力を選定することが難
しい。第二に、チヤツクの把持力を定量的に把
握、確認することができないため、チヤツクの爪
が不均等に工作物を把握してもこれを検出するこ
とができない。第三に、チヤツク駆動用のシリン
ダ等駆動手段が旋盤等の主軸（スピンドル軸）と
同軸上に配置されているので、長尺物の把持が不
可動である、といつた問題点を有するものであつ
た。

このため、本出願人は、これらの問題点を解決
し得る電動式チヤツク装置（特願昭62−23886号
「電動式チヤツク装置」）を先に提案、出願した。
第４図は、その電動式チヤツク装置の要部を示し
た部分断面図である。

該電動式チヤツク装置は、電動機３１を駆動源
とする駆動手段によつて牽引軸３２をその軸方向
に往復動させることにより図示しないチヤツク爪
（図の右方にある）を開閉するようにしたもので、
前記牽引軸３２を中空筒状に形成すると共に、こ
の牽引軸３２の外周には前記駆動手段（電動機３
１）によつて回動されるスクリユーナツト３３が
螺合され、かつ前記駆動手段の出力軸３１ａと前
記牽引軸３２とは互いにその軸線を違えて配置さ
れていると共に、駆動手段の出力軸３１ａと前記
スクリユーナツト３３との間には、この駆動手段
からの駆動力をスクリユーナツト３３に伝達する
駆動力伝達機構Ｄが介在され、さらに前記スクリ
ユーナツト３３の近傍にはその軸方向の変位量を
測定する変位測定手段３４が設けられていること
を特徴とするもので、さらには、前記駆動力伝達
機構Ｄが、内周面にねじが刻設されて前記駆動手
段の出力軸３１ａと連動する回転体３５と、前記
回転体３５の内周面に螺合して前記スクリユーナ
ツト３３外周に摺動自在に挿入されたスパイラル
歯車３６と、該スパイラル歯車の螺進方向前方に
設けられて前記スクリユーナツト３３外周に螺合
されたクラツチハブ３７とを備え、かつ、前記ス
パイラル歯車３６のクラツチハブ３７に対向する
側面にはその周方向に延在する凹凸が形成されて
いると共に、前記クラツチハブ３７のスパイラル
歯車３６に対向する側面にはこのスパイラル歯車
３６の凹凸に嵌合する凹凸が形成され、さらに前
記スパイラル歯車３６とクラツチハブ３７との間
には弾性部材３８が介在されてなるものである。

また、符号４０がスピンドル軸（主軸）であ
り、符号３９は該スピンドル軸４０および前記ス
クリユーナツト３３等と一体で回動するフレーム
である。フレーム３９は前記スクリユーナツト３
３にベアリング４１，４２を介して回動自在に設
けられ、かつその外周面に爪３９ａを形成する一
方、このフレーム３９の外方には、第４図ｂに示
されるように、位置決め用のソレノイド４３が設
けられ、このソレノイド４３によつて作動される
レバー４４を前記フレーム３９の爪３９ａに掛止
させることでフレーム３９の回動を拘束すること
ができるようになつている。フレーム３９の回動
を拘束するのは、該フレーム３９内に設けられ、
スクリユーナツト３３と一体に形成されたフラン
ジ部３３ａの該フレーム３９に対する相対位置を
変えて、このフランジ部３３ａを両側から付勢す
る皿ばね４５，４６に撓みを与え、これによつて
チヤツクの締め付け力を保持できるようにするた
めである。

「発明が解決しようとする問題点」 ところで、上記の電動式チヤツク装置において
は、駆動手段の出力軸３１ａとチヤツク爪を開閉
するための牽引軸３２とが同軸上にないため牽引
軸３２を中空筒状に形成でき長尺物の把持が可能
となり、また、牽引軸３２の外周に螺合されたス
クリユーナツト３３の変位量を検出する変位測定
手段３４が設けられているので、チヤツク爪によ
る工作物把持時に、このスクリユーナツト３３の
変位量を常時監視するこでチヤツクの把持力を定
量的に把握、確認することが可能となると共に、
チヤツクの把持力を無段階に調整することができ
る、といつた優れた効果を奏するものであるが、
上記電動式チヤツク装置においても、下記のよう
な改善すべき点があつた。

一つに、前記スクリユーナツト３３、クラツチ
ハブ３７の他、フレーム３９等が工作物加工時に
スピンドル軸（主軸）４０と一体に回転するた
め、スピンドル軸４０の回転の高速化に伴つて、
高い精度のバランスを取ることが困難となるこ
と、一つに、上記同様の原因でスピンドル軸４０
の慣性モーメントが増加し、このチヤツク装置を
例えばNC旋盤等その作動を自動制御されるもの
に適用した場合に、スピンドル軸４０のサーボ特
性を低下させること、一つに、クラツチハブ３７
等の作用によりスピンドル軸４０の回転時すなわ
ち工作時において牽引軸３２の回転が電動機３１
等に伝わらないようになつているものの、その構
成が複雑であること、一つに、スピンドル軸４０
の回転時すなわち工作物加工時には、チヤツクの
締め、緩め動作ができない、といつたことなどで
ある。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、電動機を駆動源とする駆動手段によ
つて牽引軸をその軸方向に往復動させることによ
りチヤツク爪を開閉するようにした電動式チヤツ
ク装置において、前記牽引軸を中空筒状にしてか
つ駆動側とチヤツク側との２分割に形成すると共
に前記チヤツク側牽引軸をころがり軸受を介して
前記駆動側牽引軸に同軸かつ回動自在に連結し、
さらに、前記駆動側牽引軸の外周に前記駆動手段
によつて回動されるスクリユーナツトを螺合さ
せ、かつ前記駆動手段の出力軸と前記牽引軸とを
互いにその軸線を違えて配置すると共に、駆動手
段の出力軸と前記スクリユーナツトとの間にこの
駆動手段からの駆動力をスクリユーナツトに伝達
する駆動力伝達機構を介在させ、しかも、該駆動
力伝達機構を構成して前記スクリユーナツトと同
軸かつ一体となる歯車の近傍に該歯車の軸方向の
変位量を測定する変位計測手段を設けた構成のも
のとした。

「作用」 牽引軸はチヤツク側と駆動側との２分割に構成
され、しかも、これらチヤツク側牽引軸と駆動側
牽引軸との相対回転が可能となるものであるか
ら、スピンドル軸の回転に伴うチヤツク側牽引軸
の回転を、駆動側牽引軸に伝達しないものとする
ことができる。

「実施例」 以下、本発明の実施例を添付の図面を参照して
説明する。

第１図は本発明の一実施例である電動式チヤツ
ク装置の要部の構成を示す部分側断面図である。
符号１は本装置の駆動手段たる誘導電動機であ
り、この誘導電動機１の回転数は光学的回転検出
器２によつて検出され電気信号として外部に取り
出される。

誘導電動機１の出力軸１ａにはピニオン歯車３
が取り付けられ、このピニオン歯車３は、アイド
ル歯車４を介して大歯車５に噛合、連結され、さ
らに該大歯車５は、中空筒状のスクリユーナツト
６にキー結合されている。前記ピニオン歯車３、
アイドル歯車４、大歯車５で、駆動源の出力軸１
ａの出力トルクを前記スクリユーナツト６に伝達
する駆動力伝達機構Ｄが構成される。

スクリユーナツト６は、その内周面に雌ネジが
刻設され、筒状のドローボルト（駆動側牽引軸）
９の外周に形成された雄ネジに螺合されている。
ドローボルト９は、旋盤等の主軸たるスピンドル
軸１１の軸心中空部に挿入された筒状のドローチ
ユーブ（チヤツク側牽引軸）１２に、ころがり軸
受１７を介して、該ドローチユーブ１２と軸中心
を一致させかつドローチユーブ１２が回動自在と
なるような状態で結合されている。ころがり軸受
１７としては両方向のスラスト力を受けることの
できる複式スラスト軸受がよい。

前記ドローボルト９は、その基端部９ａ外周
が、本体に固定された固定フランジ１４にスプラ
イン結合されることにより、回転方向の動きを拘
束され、軸方向の摺動のみを許容されたものとな
つている。この結果、誘導電動機１によつて前記
スクリユーナツト６が回転されると、ドローボル
ト９が軸方向に往復動し、さらに前記ころがり軸
受１７を介して前記ドローチユーブ１２もまた軸
方向に往復動して、該ドローチユーブ１２に連結
された、図示しないチヤツク爪がチヤツクの径方
向に移動して工作物を把持するようになつてい
る。

スクリユーナツト６の中間部外周には、両端部
が閉塞された筒形のフレーム１５が、アンギユラ
ベアリング７，８を介して取り付けられている。
また、このスクリユーナツト６には、径方向に膨
出するフランジ部６ａが形成されており、該フラ
ンジ部６ａと前記アンギユラベアリング７，８と
の間には複数の皿ばねを背中合わせにしてなる皿
ばね２０，２１が被嵌されている。フランジ部６
ａには、その周方向に間隔を置いて貫通孔が穿設
されていると共に、その貫通孔内には予圧ばね２
２が挿入されており、該予圧ばね２２により前記
皿ばね２０，２１のガタ付きが無くされるととも
に、アクギユラベアリング７，８が共にそれらの
外方に圧接される。

さらに、前記大歯車５、フレーム１５、固定フ
ランジ１４等を一様に覆う外フレーム１６の内周
面の、前記大歯車５の側面を臨む位置には、光電
式変位センサ１８が取り付けられている。この光
電式変位センサ１８は大歯車５の側面と該光電式
変位センサ１８間の距離を測定することにより、
スクリユーナツト６の軸方向の変位量を測定する
機能を有する。

次に、第２図において、前記変位センサ１８か
らの出力は、増幅器１８ａによつて増幅され、イ
ンターフエイス（Ｉ／Ｆ）２３を介してCPU２
４に供給される。さらに、チヤツク把持力の基準
値やチヤツク爪の移動方向（内はり時はチヤツク
径の外方、外はり時はチヤツク径の内方）を入力
するための、入力装置２５がインターフエイス
（Ｉ／Ｆ）２６を介して前記CPU２４に接続され
ている。ここで前記入力装置２５は、キーボード
とこのキーボードから入力したデータを表示する
LED表示装置とからなつている。また、前記イ
ンターフエイス（Ｉ／Ｆ）２６にはデジタル表示
装置２７が接続されており、チヤツク把持力が数
値表示されるようになつている。CPU２４は前
記各入力データと変位センサ１８からのフイード
バツク信号とによつて誘導電動機１への供給電流
の大きさを決定し、これをＤ／Ａ変換器２８に供
給する。Ｄ／Ａ変換器２８はCPU２４から供給
されたデジタル信号をアナログ信号に変換してモ
ータ制御装置２９に供給する。このアナログ信号
に基づいてモータ制御装置２９は、双方向サイリ
スタの点弧角をコントロールして、交通電源を位
相制御し、誘導電動機１に供給する電流をコント
ロールする。

次に、各項別に本実施例の動作を説明する。

チヤツク爪の締め動作および緩め動作： 誘導電動機１が駆動されると、この出力トルク
は、ピニオン歯車３、アイドル歯車４を経て大歯
車５に伝達され、大歯車５と嵌合されているスク
リユーナツト６に伝達される。このスクリユーナ
ツト６が回転すると、これに螺合するドローボル
ト９が、その基端部９ａが固定フランジ１４にス
プライン結合されていることから軸方向に移動す
る。これにより、基端部９ａでころがり軸受１７
を介して連結されているドローチユーブ１２が軸
方向に移動して、ドローチユーブ１２基端部に設
けられた図示されないチヤツク爪の締め動作、あ
るいは緩め動作が行なわれる。なお、このドロー
チユーブ１２の軸力をチヤツク爪に伝達する変換
機構は従来と同様のものであるので、図示および
説明は省略する。

ここで、前記チヤツク爪の締め、緩め動作はス
クリユーナツト６の回転方向により決定される。
従つて、誘導電動機１の回転方向の正逆により、
チヤツク爪の締め、および緩め動作のいずれかを
行うことができる。また、この段階では、スクリ
ユーナツト６に軸方向の外力が付与されていない
ので、皿ばね２０，２１の作用によりスクリユー
ナツト６は軸方向の動きはしない。

締め付け力の保持： 誘導電動機１をチヤツク爪の締め動作を行う方
向に回転させてスクリユーナツト６を一方向に回
転させると、ドローボルト９は、第１図中左方に
移動し、それに連結したドローチユーブ１２を左
方に移動させる。

そして、チヤツク爪が工作物を把持するとドロ
ーボルト９、ドローチユーブ１２の移動が制止さ
れる。この時点で、さらに誘導電動機１に電流を
加え、スクリユーナツト６に適切なトルクを与え
続けると、ドローボルト９の移動が拘束されてい
ることからスクリユーナツト６が回転しつつ第１
図中右方に螺進して皿ばね２１に変形を与える。
そして、このスクリユーナツト６の変位量はスク
リユーナツト６と一体で移動する大歯車５の側面
で、前記光電式変位センサ１８によつて検出され
る。この時点で、誘導電動機１への電流を切れ
ば、ドローボルト９の雄ねじの摩擦トルクと皿ば
ね２１の弾性力とが拮抗して、この皿ばね２１の
変形が保持される。これにより、ドローボルト９
には皿ばね２１の弾性力に起因する第１図中左方
への引張力が作用されるので、誘導電動機１によ
り、常時スクリユーナツト６にトルクを与えなく
とも、工作物を把持し続けるだけのトルクがチヤ
ツク爪に付与されることとなる。

工作物加工中（スピンドル軸回転中）の把持力
調整： 工作物加工中には、スピンドル軸１１とドロー
チユーブ１２は一体で回転しているが、スクリユ
ーナツト６に螺合されたドローボルト９はころが
り軸受１７を介して固定フランジ１４の内周で回
り止めされているので、スピンドル軸１１の回転
とは無関係に、張力発生側の駆動装置を動作させ
ることができる。したがつて、スピンドル軸１１
回転中すなわち工作物加工中であつても、誘導電
動機１を作動させて、スクリユーナツト６により
ドローボルト９を第１図中左方に移動させ、さら
に、ころがり軸受１７を介して、回転しているド
ローチユーブ１２をチヤツク爪の締め動作を行う
方向に移動させることができる。

ドローチユーブ１２の引張力の検出： 皿ばね２１（あるいは皿ばね２０であるが、以
下の説明では皿ばね２１の方についてのみ説明す
る。皿ばね２０についても同様である。）が変形
されると、反力すなわち皿ばね２１の弾性力は、
前述の如くドローボルト９を介したドローチユブ
１２の引張力としてチヤツク爪に伝達され、この
力が工作物を把持する。従つて、皿ばね２１の撓
み量はドローボルト９（ドローチユーブ１２）の
引張力に比例するので、皿ばね２１の撓み量すな
わち大歯車５の変位量を前記近接センサ１８によ
り測定すれば、ドローチユーブ１２の引張力が検
出できることになる。この近接センサ１８からの
信号は増幅器１８ａによつて増幅された後、イン
ターフエイス２３を介してCPU２４に供給され
る。CPU２４は、この信号を予め設定された基
準値と比較して動作信号を得、この動作信号に基
づいて操作信号を演算してＤ／Ａ変換器２８に送
り、Ｄ／Ａ変換器２８はこれをアナログ信号に変
換してモータ制御装置２９に送り、モータ制御装
置２９はアナログ信号に変換された操作信号に基
づいて誘導電動機１を位相制御する。こうして、
誘導電動機１の出力トルクは近接センサ１８から
の信号によつてフイードバツク制御され、チヤツ
ク把持力が基準値と一致されるように自動制御さ
れる。なお、前記基準値の設定は入力装置２５か
ら行なわれる。

締め付けトルクの調整： 前述の如く本実施例においては、変位センサ１
８の出力に基づいて誘導電動機１の出力トルクが
コントロールされ、チヤツク把持力が予め定めら
れた基準値と一致するように無段階にフイードバ
ツク制御される。以下、第３図を参照してこの制
御の具体的方法について説明する。

チヤツクに工作物を臨ませて誘導電動機１を始
動させると、スクリユーナツト６が回転し、ドロ
ーボルト９を介してドローチユーブ１２を牽引し
てチヤツク爪をそれが工作物に当接するまで移動
させる。チヤツク爪が工作物を把持し始めると、
皿ばね２１が押圧されて撓み始める。これが第３
図の時刻t₀〜t₁の間である。ここで、チヤツク爪
が工作物に当接するまでの誘導電動機１の回転い
わゆるアイドル回転中における回転数が必要以上
に高いと、回転系の慣性モーメントによつて皿ば
ね２１にインパクトが与えられ、微細な把持力の
調整が行いにくい。このため、作業能率の許す限
りアイドル回転数は低いほうが望ましく、従つ
て、モータ制御装置２９によつて誘導電動機１へ
の供給電流を適宜位相制御することにより、誘導
電動機１の回転数を調整する必要が生じる。回転
検出器２はこのために設けられたものである。

さて、皿ばね２１が撓み始めて変位センサ１８
からの出力が発生すると、CPU２４はこれを検
出して誘導電動機１への供給電流を一旦OFFす
る（同図ｃ）。誘導電動機１は、時刻t₁から時間
Taの間慣性によつて回転し、時刻t₂に停止する。
この時間Taの間皿ばね２１の変形が進み、加圧
力は同図ａに示すように若干増加する。

誘導電動機１停止から時間Tb経過した時刻t₃
に、CPU２４は誘導電動機１に再度電流を供給
する。これにより誘導電動機１に拘束トルクが発
生してドローチユーブ１２が牽引され、スクリユ
ーナツト６の変位量が増加する。そして、CPU
２４は変位センサ１８からのフイードバツク信号
を照合しながら、チヤツクの把持力が基準値にな
る時刻t₄まで誘導電動機１に電流を供給する。こ
の間、誘導電動機１の拘束トルクの調整は、モー
タ制御装置２９がこの誘導電動機１の位相制御を
行うことによつて遂行される。

従つて、本実施例に係る電動チヤツク装置によ
れば、 誘導電動機１の出力軸１ａとチヤツク爪を開
閉するためのドローボルト９およびドローチユ
ーブ１２とが同軸上にないため、これらドロー
ボルト９およびドローチユーブ１２を中空筒状
に形成することで、長尺な工作物の把持が可能
となる上、チヤツク装置自体の全長を短いもの
とすることができる。

スクリユーナツト６の変位量を検出する変位
センサ１８が設けられているので、チヤツク爪
による工作物把持時に、このスクリユーナツト
６の変位量を常時監視することでチヤツクの把
持力を定量的に把握、確認することが可能とな
ると共に、チヤツクの把握力を無段階に調整す
ることができる。といつた効果に加え、 牽引軸がドローボルト９とドローチユーブ１
２とに分割されることによつて、スピンドル軸
１１の回転がドローチユーブ１２までしか伝達
されないため、例えばスクリユーナツト６や皿
ばね２０，２１などといつた駆動機構が通常加
工時に回転させられることがなく、この結果、
振動等に係わるバランスを高い精度で取ること
が可能となつて、スピンドル軸の高速化に対応
できるばかりでなく、スピンドル軸１１の慣性
モーメントを小さくして、自動制御時における
該スピンドル軸１１のサーボ特性を向上させる
ことができる。

スピンドル軸１１の回転中すなわちドローチ
ユーブ１２の回転中においてもドローボルト９
は回転せず、しかも駆動力伝達機構Ｄによりド
ローボルト９を介してドローチユーブ１２に軸
方向の力を与えることができるから、工作物の
加工中においても、把持力の調整が可能とな
る。といつた優れた効果を奏することができ
る。

なお、本実施例には次のような変形例が考えら
れる。

CPU２４にフロツピーデイスク装置等の記
憶装置を接続して加工データを記憶することが
できる。

他の自動装置と連動するように、インターフ
エイスを取ることができる。

最適チヤツク把持力の追及により、CAM
（Computer Aided Manufacturing）のシステ
ムを構成する一要素に発展する可能性を秘めて
いる。

「発明の効果」 以上説明したとおり、本発明によれば、誘導電
動機の出力軸とチヤツク爪を開閉するための牽引
軸（ドローボルトおよびドローチユーブ）とが同
軸上にないため、これら牽引軸を中空筒状に形成
することで、長尺な工作物の把持を可能とすると
共に装置全体の全長を短いものとすることがで
き、さらに、スクリユーナツトの変位量を検出す
る変位センサが設けられているので、チヤツク爪
による工作物把持時に、このスクリユーナツトの
変位量を常時監視することでチヤツクの把持力を
定量的に把握、確認して、チヤツクの把握力を無
段階に調整することができることに加え、牽引軸
がドローボルトとドローチユーブとに分割される
ことにより、スピンドル軸の回転が駆動機構に伝
達されることがなく、この結果、振動等に係わる
バランスを高い精度で取ることができるばかりで
なく、スピンドル軸の慣性モーメントを小さくし
て、自動制御時におけるスピンドル軸のサーボ特
性を向上させ、さらには、工作物の加工中におい
てもチヤツク把持力の調整を可能とする、などと
いつた種々の優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である電動式チヤツ
ク装置の要部を示す部分断面図、第２図は同電動
式チヤツク装置の電気的構成を示すブロツク図、
第３図は同電動式チヤツク装置の締め付けトルク
の調整動作を説明するためのタイムチヤート、第
４図は従来例を示すもので、第４図ａは電動式チ
ヤツク装置の部分断面図、第４図ｂは同一部を切
欠した左側面図である。 １……誘導電動機（駆動手段）、１ａ……出力
軸、５……大歯車（歯車）、６……スクリユーナ
ツト、９……ドローボルト（駆動側牽引軸）、１
２……ドローチユーブ（チヤツク側牽引軸）、１
７……ころがり軸受、１８……光電式変位センサ
（変位計測手段）、Ｄ……駆動力伝達手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電動機を駆動源とする駆動手段によつて牽引
   軸をその軸方向に往復動させることによりチヤツ
   ク爪を開閉するようにした電動式チヤツク装置に
   おいて、前記牽引軸が中空筒状にしてかつ駆動側
   とチヤツク側との２分割に形成されると共に前記
   チヤツク側牽引軸がころがり軸受を介して前記駆
   動側牽引軸に同軸かつ回動自在に連結され、さら
   に、前記駆動側牽引軸の外周には前記駆動手段に
   よつて回動されるスクリユーナツトが螺合され、
   かつ前記駆動手段の出力軸と前記牽引軸とは互い
   にその軸線を違えて配置されていると共に、駆動
   手段の出力軸と前記スクリユーナツトとの間には
   この駆動手段からの駆動力をスクリユーナツトに
   伝達する駆動力伝達機構が介在され、しかも、該
   駆動力伝達機構を構成して前記スクリユーナツト
   と同軸かつ一体となる歯車の近傍には該歯車の軸
   方向の変位量を測定する変位計測手段が設けられ
   ていることを特徴とする電動式チヤツク装置。