JP2646076B2 - チャックのジョウ形状 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、工作機械の楔形チャックに関する。

工作機械の主軸回転数が技術の進歩とともに高速化す
るにつれ、チャックの被加工物を掴む力（把握力）は、
より強力なものにする必要がある。これはジョウ自身の
把握力が遠心力により減滅されてしまい、終局的には切
削不能となるためである。

本発明は、このようなチャックの欠点を見事に解消す
るものであり、その目的の第１は、ジョウの剛性をたか
めるとともにより強力な把握力に耐え得るチャック形状
となす工夫にある。更に目的の第２は、ジョウをより軽
量化するに最も有効な最良の形状となす工夫にある。

しかるに本発明は、後述する如き全く新規な技術思想
に基づいた楔形チャックに関するものであり、その特徴
とするところは、 チャックのボディ内には複数のウェッジ溝を備える１
つのプランジャが設けられていること、 前記プランジャは、各ウェッジ溝（５）が断面逆Ｔ字
形の空間に形成されるような対の顎部（Ｖ）を備えてい
ること、 前記ボディに設けた複数のジョウの各案内溝には、そ
の溝底部位にスロット溝（11）が設けられ、該スロット
溝（11）の幅は、前記対の顎部（Ｖ）の夫々が曲げ力の
作用で変形しながら破損する際における破損し易い破損
部位よりも狭い幅に形成されていること、 ジョウの後方のボディに対する半径方向内側端部に端
面形状逆Ｔ字型の突出部を備え、該突出部がもっぱらに
面圧負荷を荷担するひとつの楔部材ともっぱらに曲げ負
荷を荷担する補強部材とから形成されていること、 前記補強部材が、楔部材と直交し、且つ楔部材の巾
（Ｄ）よりも狭い補強部材の巾（Ｃ）に形成されている
と共にボディの半径方向へ伸延する形状に形成されてい
ること、 前記補強部材は、常時前記チャックのボディに設けた
複数のジョウの各案内溝における溝底部位に設けたスロ
ット溝（11）内に収容され得る高さを有していること、 前記楔部材の巾（Ｄ）はジョウの巾よりも狭いこと、
及び 前記楔部材は補強部材に対してボディの半径方向内方
へ取付けられると共に、後方に向かうにしたがいボディ
の半径方向外方へ傾斜しており、前記補強部材はボディ
の半径方向外方へ伸びていることにある。

本発明における楔形チャックは、チャックのボディに
設けたジョウの案内溝にスロット溝を備えるとともにこ
のスロット溝にジョウの突出部の補強部材を収納せし
め、スロット溝の幅をプランジャの顎部の夫々の破損部
位よりも狭い幅に形成して力の作用時にボディの内面で
顎部を支持できるようにすることによりチャックの把握
力を高め、更に楔形チャックのジョウ形状は、楔部材の
機能と補強部材の機能とを明瞭に区分した結果によって
得られたものであり、且つこの区分がジョウの剛性を高
めると共にその軽量化に最も有用な技術思想であるとし
た着眼点は、後述する優れた効果が得られる点でも非常
に重要なことである。

次に、斯かるチャック及びジョウ形状に関する従来技
術について説明する。

従来のチャックにおいてはプランジャの強度が弱く、
また従来のジョウ形状は、は、ボディ中心穴の内径に制
限されたところの空間域内における力学的な最強形状の
決定であった。これを別言すれば、ボディの軸線方向前
方・後方へ摺動するプランジャの外径範囲内に制限され
たところの空間域内における力学的な最強形状の決定で
ある。

以下、具体的に第１図から第４図及び第13図の従来チ
ャック構造について詳細に説明する。図において、第１
図は三つ爪チャックの上部縦断面図であって、第13図に
示す如くボディ１′の半径方向に３等分の放射線状案内
溝10′を設け、該案内溝10′に第２図示のマスタージョ
ウ２′が摺動自在に嵌挿される。そして、マスタージョ
ウ２′の前方（ボディ１′の前方Ｒ及びＳ側）にはトッ
プジョウ３′が図示しないボルトで固着され、またボデ
ィ１′中心の穴にはプランジャ４′が軸線方向前方・後
方への摺動を自在になし嵌挿されている。

しかして、プランジャ４′の外周にも第３図に示すご
とき３方向等分（１方向のみ図示する）にウェッジ溝
５′が設けてあり、マスタージョウ２′の内方に設けら
れているウェッジ部２′と噛合する。該噛合状態の詳細
が第１図のＸ−Ｘ′線切断拡大図である第４図に示され
ている。

かかるジョウの内方部分に噛合手段を備えた構造のチ
ャックにおけるプランジャは、以下の作用的欠点を持っ
ている。

今トップジョウ３′で図示しない被加工物の外径を把
握するための作動を行うと、マスタージョウ２′のウェ
ッジ部２′ａには、矢印Ｐなる力が半径方向外方へ作用
し、この力Ｐの作用によりプラツジャ４′のＴ字形ウェ
ッジ溝４′ａの顎部４′ｂには、ボディ１′の穴との接
触が離合する部分Ｑを基点として曲げモーメントＭが矢
印方向に作用する。しかして更に作用力Ｐが増大すると
該部分は応力の集中を受けジグザグ線６の如き破損が進
行する。当然ながら、離合する部分Ｑを基点にしないと
きは、Ｔ字形ウェッジ溝４′ａの最も脆弱な切欠き部位
から45度方向へ向けジグザグ線６の破損が進行する。

しかるに、このようなチャック構造におけるジョウの
力学的な強度は、作用力Ｐに充分耐え得るウェッジ部
２′ａの形状となされているはずのものである。しか
し、第２図から明らかなようにウエッジ部２′ａの形状
は、ボディ中心穴の内径に制限されたところの空間域内
をはみ出す形状とはなされていないのである。これを別
言すれば、プランジャの外径に制限されたところの空間
域内をはみ出す形状とはなされていないのである。係る
形状的な制限は、後述するごとき理由で力学的な強度に
当初からその限界を有するものなのである。

以下、本発明実施の一例を第５図から第９図に基づい
て説明する。

第５図は三つ爪チャックの縦断面図、第６図はボディ
１を斜め方向から見た拡大部分図、第７図はマスタージ
ョウ２の斜視図、第８図は第５図のＹ−Ｙ′線切断拡大
図、第９図はプランジャ４の斜視図である。

第６図に示す如く、一体に形成されたボディ１には矢
印Ｚ方向の内方から半径方向の外方へ向けたマスタージ
ョウ２を嵌挿するための案内溝10が３方向等分（１方向
のみ図示する）に設けられているほか、案内溝10の溝底
には該溝幅よりも狭く且つ半径方向外方寄りに適量の肉
厚部Ｗを残す一定長さＫで幅Ａのスロット溝11がもうけ
られており、前記案内溝10及びスロット溝11のボディ１
の内周面に組立時にボディ内側からジョウを挿入するた
めの開口部が形成されている。該スロット溝11には第７
図に示すマスタージョウ２の突出部12を構成する補強部
材60の一部が常時収容され得るようになされている。

以上の実施例において、把握力を従来にないより強力
なものとなすための工夫は、前記マスタージョウの２の
後方でボディ１の半径方向内側に備える突出部12の力学
的な剛性と強度を増大させるにある。

これについての具体的な一例を第７図に基づいて説明
する。図示の如くマスタージョウ２には、その後方のボ
ディ１に対する半径方向内側端部に突出部を備えるウェ
ッジ部12が設けてある。該ウェッジ部12は、第９図に示
すブランジャ４のウェッジ溝５と噛合するときに楔作用
を発生する前記ジョウ２の幅より狭い幅の楔部材50と、
該楔部材に直交すると共に楔部材の幅より狭い幅でボデ
ィ半径方向外方へ伸延する形状になされ楔部材を力学的
に補強する補強部材60となり、前記楔部材50は該補強部
材60に対してボディ１の中心穴側に取り付けると共に、
後方に向かうしたがいボディの半径方向外方へ傾斜して
おり、前記補強部材60は半径方向外方へ伸びている。か
かるウェッジ部12の切断端面形状は逆Ｔ字形に形成され
ていて、前記楔部材50はもっぱらに噛合時の面圧負荷を
荷担するのに対して前記補強部材60はもっぱらに噛合時
の曲げ負荷を荷担する。

しかるに、要求される補強部材60の形状は、噛合時に
おける曲げ負荷に有効なるようその断面係数Ｚが大なる
ものであること、即ち力学的計算式で説明すれば、幅を
Ｃとし、突出部12のジョウの長手方向の丈長をＬとした
とき、Ｚ＝CL²/6（C,Lは第７図示）におけるＬを大きく
することである。即ち、丈長Ｌは幅Ｃよりも大きいこと
が力学的な機能からも望ましいのである。

本実施例は、ボディ１の半径方向内方よりにスロット
11を形成し、外スロット溝11に収容される部分を備える
形状の補強部材60となることにより、前述した寸法Ｌを
極めて大きくできる工夫をなしたものである。この際、
補強部材60のジョウの長手方向の丈長Ｌが突出部の突出
方向に向かうに従って、漸減する形状に形成され、曲げ
モーメントに丈長Ｌがほぼ対応するようになっている。
しかしながら補強部材60の外方端面の形状を第７図の如
き直線とせずに、加工が困難であることを別にすれば、
力学的に合理性のある曲げモーメント線図曲線に類似さ
せるとよい。

また、楔部材の幅Ｄはジョウの幅よりも小さく形成さ
れているのでボディに案内されるジョウの案内面gsがジ
ョウのボディの半径方向における全長に亘って確保でき
把握精度が向上する（第７図では、プランジャの往復長
を増大するために楔部材50基部の面100は案内面として
いないが、プランジャの往復長を短くすれば図の一点鎖
線1₁で示すように可能となる）。

更に、第８図の一点鎖線1₂で示すように楔部材の幅Ｄ
が広くなれば、ウェッジ溝５を形成するプランジャ４の
顎部Ｖの基部が薄くなり顎部Ｖが弱くなるが、本発明の
ように楔部材の幅は狭く形成されているので顎部Ｖは強
くなる。これに加えて、楔部材の幅Ｄを狭くすれば突出
部12の重量は小さくなり、ジョウが軽量となるので、チ
ャックの高速回転が可能となる。

本実施例は以上の如く構成されていて、図示しないシ
リンダの作動によりプランジャ４をボディの軸線方向前
方・後方へ摺動移動させ、この摺動移動に伴うプランジ
ャ４の軸線方向作用力で各トップジョウ３を同時に作動
させて被加工物の外径を把握すると、夫々のマスタージ
ョウ２のウェッジ部12には半径方向の内方へ向けての力
が作用する。しかして該作用力は、ウェッジ部12の楔部
材50を押圧破壊する作用分力（面圧負荷）と、ウェッジ
部12の補強部材を曲げ破壊する作用分力（曲げ負荷）と
に分かれて荷担される。

一方被加工物の内径を把握する時は、ウェッジ部12に
は半径方向の外方へ向けての力が作用し、前記外形把握
と異なる逆方向の面圧負荷分力と曲げ負荷分力とに分か
れて荷担される。

これをマスタージョウ２における強度として検討して
みるに、楔部材50の力学的強度は、前記面圧負荷に耐え
るに充分な寸法の面積であればよく、補強部材60の力学
的強度は、前記曲げ負荷に耐えるに充分な強度であれば
よいのである。本実施例のウェッジ部12を構成する補強
部材60は、ボディ１のスロット溝11に収容される部分を
備える形状になされている特徴を有していることから、
相当に大きな断面係数Ｚのものまでが得られ、過大な曲
げ負荷にも充分耐え得るものである。そして、第７図の
ものは、丈長Ｌを従来のものよりも非常に大きくできる
ことで従来にない優れたものとなるのである。

以上詳述のように、この実施例は、ウェッジ部12の機
能を工学的に深く観察し、その形状を力学的な強度が最
大限に得られるものとなる合理的な着眼点において優れ
ており、さらにウェッジ部12を含むジョウ２全体の強度
向上及び剛性向上にまことに優れた著効を奏するもので
ある。

また、プランジャ４の外周面Ｇは、第９図に示す如く
ウェッジ溝５の端縁部まで円弧に形成されていて、且つ
ウェッジ溝５が前記マスタージョウ２のウェッジ部12の
嵌入噛合に際し、ウェッジ部12の茎部までと接触するよ
うになされているものが、後述するベアリング面の形成
からは望ましい。このことは、もし円弧の一部を切削す
る場合でも、第10図に示す如く切削幅Ｈは、マスタージ
ョウ２の楔部材の幅Ｄより小さくなるようにするとよ
い。

把握力をさらに強力にするための別な工夫は、前記補
強部材60の半径方向外方先端部全てがプランジャの外形
範囲内に制限されたところの空間域よりもさらに外方へ
はみ出し、ボディ１の内部深くへ侵入可能なスロット溝
11を備えるボディ１の構造となしたことにある。

次にプランジャ４側における力学的な強度を検討して
みると、該プランジャ４は前述の面圧負荷分力の反力を
ウェッジ溝５を形どる張り出し部材における顎部Ｖの顎
面Ｔで受け止める構造になされていることから張り出し
部材はこの面圧負荷分力の反力に十分耐え得る寸法の形
状になされている。しかし、更に被加工物の把握力を増
大させ荷担する負荷を増加させると前記張り出し部材
は、第４図に示す如き矢印Ｐ方向の曲げモーメントＭを
受け半径方向外方への弾性変形による曲げが発生する。
係る場合には、顎部Ｖの外周面Ｇをスロット溝11近傍の
内周面Ｆで支えベアリング面が形成されることから、第
４図のジグザグ線６の如き破損が進行することは全くな
くなるのである。しかるに、係るベアリング面は、プラ
ンジャ４の移動範囲全域で形成される構造になされるこ
とが望ましいのは勿論のことである。

この際該スロット溝幅Ａは、前記顎部Ｖの夫々が曲げ
力の作用で変形しながら破損する際における破損し易い
破損部位よりも狭い幅に形成されていれば顎部Ｖの外周
面Ｇはボディの内周面下で支えられ得る。第８図におい
ては、マスタージョウ２の半径方向への摺動運動に差支
えない範囲で補強部60の幅Ｃと近似的に等しくなされ、
プランジャ４が軸線方向に摺動可能な範囲でプランジャ
とボディの内周面との隙間が最小に設定され、ベアリン
グ面を形成している。このスロット溝11の加工は、半径
方向外方寄りに、且つ肉厚を残す形状となることによっ
て、ボディ１の剛性に何ら影響を与えないものとなして
ある。

把握力を強化するための工夫は、ジョウにウェッジ部
12を一体的に固設接合する丈長Ｌの寸法が作用力の増減
に対応して大小自由な大きさに選択できる構造となされ
ていることである。この点においてもこの実施例のジョ
ウ形状は、優れているものであり、丈長Ｌの寸法が自在
に選択できることは、断面係数の増大においても、また
形状係数の緩和においても力学的な配慮が得られる著効
を奏するものとなる点で優れているのである。

この新規な技術思想が、従来困難とされていたジョウ
の剛性向上と、これに反するジョウの軽量化の二面性を
見事に解決したものである。

本実施例において、第７図のごとき補強部材60の形状
をジョウから先端に向けて漸減する平面となして、或い
は図示しないが形状係数を考慮した曲面を含むものとな
して軽量化をさらにはかるものであってもよい。さら
に、また本実施例第７図ではマスタージョウ２における
ウェッジ部12の丈長Ｌの最大長さは、ジョウ長さの半分
程度になされている。この理由の第１は、力学的に充分
な強度の断面係数を得られれば、不必要に長い補強部材
60の必要はなくウェッジ部12をより軽量とすることによ
り、遠心力による把握力の減少を最小限に抑えるためで
ある。さらにその理由の第２は、ボディ１におけるスロ
ット溝11の切除部分をより少なくしボディ剛性の向上を
図るためである。なお、またスロット溝11は、回転中万
一プランジャ或いはマスタージョウの各ウェッジ部分に
破損が生じても、マスタージョウが外部に飛散しないた
めの安全を図るにも有効である。

なお、ジョウと対応するプランジャのウェッジ溝の形
状は、第８図示例の如き単なる逆Ｔ字型をなすもののほ
かに、第11図、第12図に示す如く形成し、集中応力の分
散をはかり、また負荷の曲げモーメントに対応した合理
的な切妻型の屋根形状に形成して、より一層の強度的な
安全度を高めるようになすことができる。

本発明は、叙上のような構成になされていることか
ら、従来技術においては到底得ることのできない極めて
強固なジョウの提供を可能にしたものであり、また把握
力の強力な且つ精度の高いチャックの提供をも可能にし
たものである。さらに、ジョウのウェッジ部における楔
部材を極めて薄くできることから、被加工物を挿入する
貫通穴径の大きなチャックを提供でき、さらにまた半径
方向へのジョウ移動量を非常に大きくした超ロングスト
ローク型チャックにおいてもすぐれた著効を奏するもで
ある。特に切削速度のスピードアップと、このスピード
アップに伴う精度の向上に有効であり、しかもマスター
ジョウの慣性力の減少に優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は従来の構造を示すもので、第１図はチ
ャックの上部縦断面図、第２図はマスタージョウの斜視
図、第３図はプランジャの部分斜視図、第４図は第１図
のＸ−Ｘ′線切断拡大図、第５図〜第13図は具体的な実
施例を示すもので第５図はチャックの縦断面図、第６図
はボディの部分斜視図、第７図はマスタージョウの斜視
図、第８図は第５図のＹ−Ｙ′線切断拡大図、第９図及
び第10図はプランジャの部分斜視図、第11図及び第12図
はプランジャのウェッジ溝形の他の例を示す。第13図は
従来構造を示すボディの部位分斜視図である。 １……ボディ ２……マスタージョウ（ジョウ） ３……トップジョウ ４……プランジャ ５……ウェッジ部 12……突出部 10……案内溝） 11……スロット溝 50……楔部材 60……補強部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭53−99081（ＪＰ，Ｕ) 米国特許1886083（ＵＳ，Ａ) 米国特許2191371（ＵＳ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボディ中心穴と放射方向への複数の案内溝
   とを有し組立時に内側からジョウを挿入できるようにボ
   ディ中心穴の内周面に開口部を有する一体のボディと、
   該ボディ中心穴を軸線方向前方・後方へ摺動移動し、前
   記案内溝に対応する複数のウェッジ溝を備える１つのプ
   ランジャと、該プランジャの摺動移動に連動し楔作用に
   よりボディの半径方向内方・外方へ摺動移動する複数の
   ジョウとからなるチャックが次のような形状のジョウを
   有している楔形チャック。 （ア） 前記プランジャは、各ウェッジ溝（５）が断面
   逆Ｔ字形の空間に形成されるような対の顎部（Ｖ）を備
   えていること、 （イ） 前記ボディに設けた複数のジョウの各案内溝に
   は、その溝底部位にスロット溝（11）が設けられ、該ス
   ロット溝（11）の幅は、前記対の顎部（Ｖ）の夫々が曲
   げ力の作用で変形しながら破損する際における破損し易
   い破損部位よりも狭い幅に形成されていること、 （ウ） 前記ジョウの後方のボディに対する半径方向内
   側端部に端面形状逆Ｔ字型の突出部を備え、該突出部が
   もっぱらに面圧負荷を荷担するひとつの楔部材ともっぱ
   らに曲げ負荷を荷担する補強部材とから形成されている
   こと、 （エ） 前記補強部材（60）が、楔部材（50）と直交
   し、且つ楔部材の巾（Ｄ）よりも狭い補強部材の巾
   （Ｃ）に形成されていると共にボディの半径方向へ伸延
   する形状に形成されていること、 （オ） 前記補強部材（60）が、前記スロット溝（11）
   内に収容されること、 （カ） 前記楔部材の巾（Ｄ）はジョウの巾よりも狭い
   こと、及び （キ） 前記楔部材は補強部材に対してボディの半径方
   向内方へ取付けられると共に、後方に向かうにしたがい
   ボディの半径方向外方へ傾斜しており、前記補強部材は
   ボディの半径方向外方へ伸びていること。