JP7564866B2 - ワーク保持装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク保持装置に関する。

ディーゼルエンジンなどにおいてピストンに堆積した硬質カーボンを掻き落とすための機能部品として、エンジン内のシリンダライナ上部（ピストントップランド上死点位置）に装着され、ピストン上昇時に硬質カーボンを掻き落とすカーボンスクレーパリングが利用されている。このように機能するカーボンスクレーパリングは、薄肉であることが要求されることがある。

このようなカーボンスクレーパリングをはじめとする薄肉の金属製リング状部材を生産するにあたっては種々の装置が提案されており（特許文献１，２など参照）、たとえば、薄肉の円筒状ワークの端部をチャックして片持ち支持し、支持されていない側（製品部）を突っ切り加工などで順次切断してたとえば１０～２０本のリングにするための装置が利用されている。このような装置においては、とくに、ワークにひずみを生じさせずにチャックすること、加工時にビビリを生じさせないこと、などが重要である。

特開平９－０６６４０１号公報 特許第４５２２１０８号公報

しかし、実際には、パイプ材など特に薄肉材料をチャックした際、ワークにひずみが生じてしまうことがあり、そのことが加工後におけるリングの真円度に影響を及ぼすことがある。これは、とくにワークが薄肉である場合に顕在化しやすい。また、片持ちされるワークのオーバーハング量が大きいと加工時にビビリが発生しやすく、加工精度の確保が困難になりがちである。一方で、専用チャックを製作するとすれば非常に複雑な構造となって高価になる可能性がある。

これらの問題に対処するための一手法として加工の工程を分ける（一度のチャッキング（ワンチャック）でワークから所定数のリングを切り出すのではなく、たとえば、(1)外径加工→内径加工→切断→片方面取加工→他方面取り加工の計５回のチャッキング、あるいは(2)切断→外径加工→内径加工→片方面取加工→他方面取加工の計５回のチャッキングといったように、チャッキングを繰り返す）ことが考えられる。ところが、加工工程を分けた場合、チャックの精度の影響により、内面取り、内外径同軸度、真円度などの精度を確保することが困難な場合がある。

そこで、本発明は、薄肉の円筒ワークをより精度よく加工することを可能とするワーク保持装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、円筒状のワークの軸方向端部における被保持部を保持する装置であって、
ワークの被保持部の内周面に当接する円形の中子部材と、
ワークの被保持部の外周面を径方向内側に向け押圧する押圧部材と、
該押圧部材による押圧力が作用した際に当該押圧力の大きさと向きに応じて中子部材が径方向に移動するのを許容する調心部材と、
を備える、ワーク保持装置である。

ワークの軸方向端部の外周面と内周面をそれぞれ押圧部材と中子部材とで押圧してチャックし片持ち支持するワーク保持装置においては、ワークが真円でなかったり、厚みが均一でなかったりすると加工精度に影響を受けることがあり、これはワークが薄肉であればあるほど尚更である。この点、上記のごとき態様のワーク保持装置においては、押圧部材による外側からの押圧力の大きさと向きに応じて中子部材が径方向に移動することによりイコライズ（各部材およびワークが同心円状となるための位置補正、押圧力の分布の均一化・均質化）し、チャック時のワーク変形と加工時のビビリを抑制する。これによれば、薄肉の円筒ワークをより精度よく加工することが可能となる。

また、上記態様のワーク保持装置によれば、加工の工程を分けることなくワンチャックでワークのすべてを精度よく加工することができることから、チャッキングのたびに起こりうる影響（ワークの振れ、ズレなど）による精度低下とは無縁である。

上記のごとき態様のワーク保持装置において、調心部材は、押圧部材による押圧力の大きさと向きに応じて変形する弾性部材で構成されていてもよい。

上記のごとき態様のワーク保持装置は、中子部材を当該ワーク保持装置の所定位置に取り付けるための取付用ボルトをさらに備えており、該取付用ボルトの周囲に配置したスリーブ状の弾性部材が調心部材として用いられているものであってもよい。

上記のごとき態様のワーク保持装置におけるスリーブ状の弾性部材は、樹脂製、ゴム製あるいはシリコーン製であってもよい。

上記のごとき態様のワーク保持装置における取付用ボルトは、中子部材に設けられた透孔に差し込まれる段付きのボルトであり、弾性部材は、当該透孔と取付用ボルトとの隙間形状に合わせて形成されていてもよい。

上記のごとき態様のワーク保持装置における押圧部材として、複数の部材が周方向において等間隔に配置されていてもよい。

上記のごとき態様のワーク保持装置において、押圧部材は、ワークの被保持部との間における摩擦力を向上させるグリッパー部を備えていてもよい。

上記のごとき態様のワーク保持装置において、中子部材の周面のうちワークの内周面と当接する部分がテーパ状であってもよい。

上記のごとき態様のワーク保持装置において、ワークの被保持部は最終製品となる部分を除く部分であって、当該被保持部の内周面に中子部材のテーパ状の周面に合わせたテーパ部が前加工されたワークを保持対象としていてもよい。

上記のごとき態様のワーク保持装置は、ワークを軸方向に引き込む装置と、該引き込み装置による引き込みに伴い押圧部材にワークの径方向内側に向かう分力を作用させる傾斜壁面と、をさらに備えていてもよい。

本発明によれば、薄肉の円筒ワークをより精度よく加工することができる。

ワーク保持装置の一実施形態を示す横断面図である。 ワーク保持装置のチャック部および該チャック部にて保持されたワークをワークの先端部側から見た図である。 ワークを保持した状態のワーク保持装置のチャック部を示す縦断面図であって、図２中のIII-III線における断面図に相当する図面である。 図３に示したワーク保持装置のチャック部の爪部材の周辺を拡大して示す図である。 爪部材によるチャックを開放した状態のワーク保持装置のチャック部を示す縦断面図である。 図５に示したワーク保持装置のチャック部の爪部材の周辺を拡大して示す図である。 ワークを保持した状態であって、かつ中子部材が径方向に移動した状態のワーク保持装置のチャック部を示す縦断面図である。 図７に示したワーク保持装置のチャック部の爪部材および弾性部材（調心部材）の周辺を拡大して示す図である。 図８中の一部（符号Ａを付した円で囲んだ部分）を拡大して示す図である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する（図１～図９参照）。

図１等に示すワーク保持装置１０は、ワーク１００の基端部１０２における被保持部１１０を保持する装置である。この装置によって保持されるワーク１００は円筒状の薄肉ワークであり、保持された状態でその製品部（加工されて製品とされる部分）１２０を先端部１０１側から順次切り出され、カーボンスクレーパリングといった薄肉の金属製リング状部材２００（図１等において破線で示す）に加工される。なお、便宜上、本明細書では、ワーク保持装置１０に保持されたワーク１００の軸方向に沿って先端部１０１の側を「先端側」、基端部１０２の側を「基端側」という（図１等参照）。また、ワーク保持装置１０によってワーク１００を保持したときの仮想中心軸を符号Ｃで示す（図１等参照）。

本実施形態のワーク保持装置１０は、装置本体部２０と、チャック部３０とで構成されている（図１等参照）。装置本体部２０はチャック部３０をワーク１００の軸方向に沿って基端側（装置本体部２０がある側）へパイプ２４を介して引き込む例えば油圧式の引き込み装置（図１において符号２１で示す）を備えている。このような引き込み装置２１としては、従前から利用されている公知の装置（本明細書ではその詳細についての説明は省く）を適用することができる。なお、符号２３は、ワーク１００を加工する際、当該ワーク１００の内周の切粉を流し出すための切削液を先端側に向けて流し供給する液供給用のパイプである（図１等参照）。

装置本体部２０には、チャック部３０の一部が当接する傾斜壁面２２が形成されている（図１等参照）。この傾斜壁面２２は、基端側ほど窄んで径が小さくなるたとえばテーパ状の面で構成されている。

チャック部３０は、ワーク１００をチャックして保持し、かつ、引き込み装置２１によって基端側に向け引き込み可能に設けられている。本実施形態のワーク保持装置１０におけるチャック部３０は、ベース部材３１、中子部材３２、爪部材３３、ワークグリッパー３４、中間部材３５、ストッパー３６、取付用ボルト４２、弾性部材４４などを備えている（図２、図３等参照）。

ベース部材３１は、装置本体部２０に対し特に図示してはいないボルトで取り付けられて固定されている（図１等参照）。ベース部材３１には、中子部材３２が、当該ベース部材３１に対し相対的に径方向（仮想中心軸Ｃに垂直な方向）に移動できる状態で取り付けられている。

中子部材３２は、ワーク１００の被保持部１１０の内周面に当接する、軸方向から見て円形の部材である。本実施形態では、中子部材３２の周面３２Ｐのうちワーク１００の内周面と当接する部分を、基端側に向かうほど大径のテーパ形状としたテーパ中子を採用している（図１等参照）。このように周面がテーパ状である中子部材３２によれば、均一径の周面である嵌め合い中子に比べ、ワーク１００の当該中子部材３２に対する着脱が容易である。なお、ワーク１００として、被保持部１１０の内周面に、中子部材３２のテーパ状の周面３２Ｐに合わせたテーパ部１００ｔが前加工されたものを採用してもよい（図８等参照）。本実施形態のごとく引き込み装置２１と傾斜壁面２２の楔作用を利用することで、チャック時に中子部材３２とテーパ部１００ｔとを確実に接触させることが可能である。中子部材３２には、取付用ボルト４２を通す透孔３２Ｈが設けられている（図５等参照）。

爪部材３３は、ワーク１００の被保持部１１０の外周面を径方向内側に向け押圧する押圧部材として機能する部材であり、複数（たとえば３つ）が周方向において等間隔（１２０°おき）に配置される（図２参照）。各々の爪部材３３は、中間部材３５に形成された爪ガイド（図示省略）によって径方向に移動可能に設けられている（図２等参照）。これら爪部材３３のそれぞれは中間部材３５と連動するように設けられており（図２、図３等参照）、引き込み装置２１によってチャック部３０が装置本体部２０側に引き込まれるにつれ、傾斜壁面２２の楔作用により径方向内側に向かう分力を受け、ワーク１００をより大きな力で押圧する（図４等参照）。

なお、本実施形態では爪が二股形状である爪部材３３を採用していることから、図７等の縦断面図においては爪部材３３の取付用ボルト３３Ａやこの取付用ボルト３３Ａを通すための孔部３３Ｂが図中に表れ、爪部材３３がワーク１００の外周面に当接している部分が図示されていないため理解しづらいが、実際には孔部３３Ｂの周方向両隣の部分で爪部材３３がワーク１００の外周面に当接している。

ワークグリッパー（グリッパー部）３４は、チャック部３０におけるワーク１００の保持力を向上させる部材である。本実施形態では、爪部材３３の内部あるいはその近傍に設けた超硬スパイクを径方向内側に移動させ、その端部をワーク１００の外周面に押し当てることで摩擦力を高め、回転時のスリップを抑制しうる構成としたワークグリッパー３４を採用している（図１等参照）。

中間部材３５は、上記したごとく、引き込み装置２１によってチャック部３０が装置本体部２０側に引き込まれるにつれ、傾斜壁面２２の楔作用により径方向内側に向かう分力を爪部材３３に作用させる部材である（図４等参照）。

ストッパー３６は、ワーク１００の基端部１０２側の縁部１０２Ｅが突き当たる位置に設けられた部材で、中子部材３２と爪部材３３との間にワーク１００の基端部１０２をはめ込む際の当該ワーク１００の軸方向位置を規定する。本実施形態では、スプリングや当接板などで構成される付勢装置（図示省略）によってワーク１００のたとえば先端部１０１を基端部１０２に向けて付勢し、チャック部３０によってチャックされていない状態のワーク１００の縁部１０２Ｅをストッパー３６に接触させ、当該ワーク１００の軸方向位置を規定してその姿勢を保つようにしている。なお、ストッパー３６によってワーク１００の軸方向位置が規定された状態でチャック部３０を基端側（装置本体部２０がある側）に引き込み、楔作用を利用して爪部材３３と中子部材３２とでワーク１００をチャックすると、ストッパー３６が基端側に移動し、縁部１０２Ｅがストッパー３６から離れた状態となる（図３、図４参照）。また、ワーク１００を取り外すためにチャック部３０を先端側に移動させ、楔作用によるチャック力を緩める動作の途中では、ストッパー３６が縁部１０２Ｅに突き当たり先端側へ押し出す場合がある（図５、図６参照）。

取付用ボルト４２は、中子部材３２をベース部材３１に取り付けるために用いられるボルトである。本実施形態では、複数（たとえば３つ）の取付用ボルト４２およびこれらを通すための透孔３２Ｈを、周方向において等間隔（１２０°おき）に、かつ、爪部材３３と重ならないよう各爪部材３３に対して等間隔（各爪部材３３に対して６０°おき）となる位置に配置している（図２、図５参照）。取付用ボルト４２として段付きボルトを採用してもよい。本実施形態では、ねじ部４２ａがベース部材３１のねじ孔３１Ｈに螺合し、段部４２ｂがベース部材３１のねじ孔３１Ｈ周辺の端面に突き当たる段付きボルトを取付用ボルト４２として用いている（図１、図７～図９参照）。このような取付用ボルト４２によれば、当該ボルトの取付深さや締付けトルクなどを均質化しやすい。

中子部材３２の透孔３２Ｈは、取付用ボルト４２のねじ部４２ａを通し、軸部４２ｃや頭部４２ｄを収容する孔として設けられている。本実施形態では、透孔３２Ｈを、取付用ボルト４２の軸部４２ｃおよび頭部４２ｄの形状に合わせた段付き形状であって、かつ、これら軸部４２ｃおよび頭部４２ｄよりもある程度大きな内径の孔で形成し、取付用ボルト４２と透孔３２Ｈとの間に所定の隙間ができるようにしている（図９等参照）。この隙間には、弾性部材４４が設けられている。

弾性部材４４は、爪部材３３でワーク１００の被保持部１１０に外周側から押圧力を作用させた際、当該押圧力の大きさと向きに応じて中子部材３２が径方向に移動するのを許容する変形可能な調心部材の一例として設けられている。本実施形態の弾性部材４４はスリーブ状に形成され、取付用ボルト４２の周囲に配置されている。また、取付用ボルト４２および透孔３２Ｈが段付き形状であることに対応し、本実施形態では、径の異なる２種類のスリーブ状の弾性部材を取付用ボルト４２の周囲に配置している（図９等参照）。これら２種類のスリーブ状の弾性部材のうちの一方は、透孔３２Ｈの段部と取付用ボルト４２の頭部４２ｄとの間に挟まれて座のように機能する（図９参照）。

上記のごとき弾性変形可能であり可撓性を有する弾性部材４４の機能により、本実施形態のワーク保持装置１０においては以下のごとき調心機能が実現される。すなわち、引き込み装置２１によりチャック部３０を引き込むと、傾斜壁面２２による楔効果で爪部材３３からワーク１００の外周から押圧力が作用し、当該爪部材３３と中子部材３２とでワーク１００の被保持部１１０がチャックされる（図４等参照）。このとき、爪部材３３と中子部材３２との間で作用するワーク１００に対する押圧力が均等であれば大きな影響はないが、ワーク１００の加工精度差などといった理由で押圧力が均等でない場合、均等でないことに応じて中子部材３２に対して径方向への力が作用する。このとき、このワーク保持装置１０においては、当該力によって弾性部材４４が弾性変形し、当該力の大きさと向きに応じて中子部材３２が補正量ａ（図８参照）の分、径方向に移動することにより所謂イコライズ（各部材およびワークが同心円状となるための位置補正、押圧力の分布の均一化・均質化）機能が発揮される（図７～図９参照）。本実施形態のごとくワーク１００の端部（基端部１０２）を爪部材３３と中子部材３２とでチャックし片持ち支持するワーク保持装置１０においては、ワーク１００が真円でなかったり厚みが均一でなかったりした場合に加工精度に影響が及ぶことがあるが、この点、上記のごときイコライズ機能を備えたワーク保持装置１０によれば、このような影響を極力排除し、チャック時のワーク１００の変形や加工時のビビリを抑制することができる。また、片持ち支持の場合、加工時のビビリ発生やワーク外れのリスクを抑えようとすればチャック力（押圧力）やワーク剛性を上げる必要があるが、中子部材３２を備える本実施形態のワーク保持装置１０によれば、チャック力を上げてもワーク１００の変形が抑えられ、またワーク１００が強固に保持され、ビビリが発生しない。以上によれば、薄肉の円筒ワークをより精度よく加工することが可能となる。また、薄肉の円筒ワークをより精度よく加工するための従前の手法として、加工工程を分ける（一度のチャッキングでワークから所定数のリングを切り出すのではなく、チャッキングとリング切り出しとを繰り返す）というものがあるが、本実施形態のワーク保持装置１０によればこの手法のように加工工程を分けなくてもワンチャックのみで薄肉の円筒ワークを精度よく加工することができる。

また、上記のごとく構成された本実施形態のごときワーク保持装置１０によれば、(i)薄肉円筒ワーク１００をより精度よく加工することを可能としたことから、ワーク加工により製造されるカーボンスクレーパリングといった金属製リング状部材２００の変形を抑止して真円度を確保することができ、(ii)チャック時のワーク１００の変形や加工時のビビリを抑制することが可能であるため、従前よりも全長が長いひとつのワーク１００から金属製リング状部材２００を効率よく多数切り出すことができ、(iii)引き込み装置２１を軸方向に作動させることにより、これに応じて傾斜壁面２２の傾斜に従い斜めに動く機構の爪部材３３を利用してワーク１００の自動着脱をすることができる。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述した実施形態では、調心部材の例として取付用ボルト４２の周囲に設けた弾性部材４４を示したが上記した弾性部材４４は形状、材料、構造とも好適な一例にすぎず、同様の機能を果たすその他の部材、たとえばゴム製あるいはシリコーン製の部材などを適用しうることはいうまでもない。

本発明は、ロボットにおけるワーク保持装置、ＮＣやローダーを含むものをはじめとする各種ワーク保持装置に適用して好適なものである。

１０…ワーク保持装置
２０…装置本体部
２１…引き込み装置
２２…傾斜壁面
２３…液供給用のパイプ
２４…パイプ
３０…チャック部
３１…ベース部材
３１Ｈ…取付用ボルトが螺合するねじ孔
３２…中子部材
３２Ｈ…取付用ボルトが通る透孔
３２Ｐ…周面
３３…爪部材（押圧部材）
３３Ａ…取付用ボルト
３３Ｂ…孔部
３４…ワークグリッパー（グリッパー部）
３５…中間部材
３６…ストッパー
４２…取付用ボルト
４２ａ…ねじ部
４２ｂ…段部
４２ｃ…軸部
４２ｄ…頭部
４４…弾性部材（調心部材）
１００…ワーク
１０１…先端部
１０２…基端部
１０２Ｅ…基端部側の縁部
１００ｔ…テーパ部
１１０…被保持部
１２０…製品部
２００…カーボンスクレーパリング（最終製品たる金属製リング状部材）
ａ…補正量
Ｃ…中心軸

Claims (8)

1. 円筒状のワークの軸方向端部における被保持部を保持する装置であって、
   前記ワークの前記被保持部の内周面に当接する円形の中子部材と、
   前記ワークの前記被保持部の外周面を径方向内側に向け押圧する押圧部材と、
   該押圧部材による押圧力が作用した際に当該押圧力の大きさと向きに応じて前記中子部材が径方向に移動するのを許容する調心部材と、
   前記中子部材を当該ワーク保持装置の所定位置に取り付けるための取付用ボルトと、
   を備えていて、
   前記調心部材は、前記押圧部材による押圧力の大きさと向きに応じて変形する弾性部材で構成され、
   前記取付用ボルトの周囲に配置したスリーブ状の弾性部材が前記調心部材として用いられている、ワーク保持装置。
2. 前記スリーブ状の弾性部材は、樹脂製、ゴム製あるいはシリコーン製である、請求項１に記載のワーク保持装置。
3. 前記取付用ボルトは、前記中子部材に設けられた透孔に差し込まれる段付きのボルトであり、前記弾性部材は、当該透孔と前記取付用ボルトとの隙間形状に合わせて形成されている、請求項２に記載のワーク保持装置。
4. 前記押圧部材として、複数の部材が周方向において等間隔に配置されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のワーク保持装置。
5. 前記押圧部材は、前記ワークの前記被保持部との間における摩擦力を向上させるグリッパー部を備える、請求項４に記載のワーク保持装置。
6. 前記中子部材の周面のうち前記ワークの内周面と当接する部分がテーパ状である、請求項１から５のいずれか一項に記載のワーク保持装置。
7. 前記ワークの前記被保持部は最終製品となる部分を除く部分であって、当該被保持部の内周面に前記中子部材のテーパ状の周面に合わせたテーパ部が前加工されたワークを保持対象とする、請求項６に記載のワーク保持装置。
8. 前記ワークを軸方向に引き込む装置と、該引き込み装置による引き込みに伴い前記押圧部材に前記ワークの径方向内側に向かう分力を作用させる傾斜壁面と、をさらに備える、請求項６または７に記載のワーク保持装置。

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