JP2014061573A - コレットチャック装置およびこのコレットチャック装置を備えた工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】コレットチャック装置において、既存の工作機械で対応できない大きな直径のワークにも対応することができるものとする。
【解決手段】主軸８０の先端部８１よりも軸方向Ｃに突出した先端延長部２１を有する、主軸８０に固定された筒状のホルダー２０と、主軸８０の内側に挿入された本体部３１および主軸８０の先端部８１よりも軸方向Ｃに突出したコレット押圧部３２を有するスリーブ３０と、スリーブ３０の内側に挿入された、主軸８０の先端部８１よりも軸方向Ｃに突出した把持部４２を有するコレットチャック４０と、ホルダー２０の先端延長部２１とスリーブ３０とコレットチャック４０とを主軸８０の半径方向Ｄに貫いて、コレットチャック４０の軸方向Ｃへ移動を規制するピン５０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、コレットチャック装置およびこのコレットチャック装置を備えた工作機械に関する。

従来、旋盤などの工作機械は、丸棒等の加工対象物（以下、ワークという。）を主軸に固定するために、コレットチャック装置を備えている。

コレットチャック装置は、軸方向の先端部にテーパ状外周面が形成されたコレットチャックと、コレットチャックが収容され、軸方向の先端部にテーパ状内周面が形成されたスリーブとを備えている。

スリーブは軸方向に沿って進退可能とされていて、スリーブが前進すると、スリーブのテーパ状内周面がコレットチャックのテーパ状外周面を押圧するため、コレットチャックの先端部が径方向に縮み、コレットチャックの先端部の内周面でワークの外周面を把持し、ワークを主軸に固定する。

一方、スリーブが後退すると、コレットチャックのテーパ状外周面に対するスリーブのテーパ状内周面からの押圧力が無くなり、コレットチャックの先端部が径方向に拡がってワークの把持が解除され、ワークの取り外しが可能となる。

上記のように構成されるコレットチャック装置（押しチャック）は、コレットチャックを軸方向に沿って動かないように規制する必要があり、コレットチャックの先端側に、主軸側にネジの噛み合いで固定されたチャックナットを配置し、このチャックナットに、コレットチャックの先端部に突き当てる技術（特許文献１）や、主軸の径方向に設けたピンをコレットチャックに挿入する技術が知られている（特許文献２）。

特開２０１２−１１５９２９号公報 特開２００２−３５５７０７号公報

ところで、コレットチャックの位置決め手段としてチャックナットを使用する場合、コレットチャック端面の開口径が、チャックナットとの当接部分によって制限され、把持可能な材料の径を大きくとることは容易ではない。一方、ピンを使用する場合は、コレットチャックの端面側に、コレットチャック端面の開口径を規制するものがないため、この開口径を大きくし、把持可能な材料の径を拡大することができる。

しかし、コレットチャックをピンで位置決めする場合、主軸にピンを挿入する必要があり、把持可能な材料の径を大きくとる必要がある場合に、既存の工作機械の主軸を加工するなど、既存のコレットチャック装置に代えることは容易ではない。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、既存の工作機械で対応できない大きな直径のワークにも対応することができるコレットチャック装置、およびこのコレットチャック装置を備えた工作記載を提供することを目的とするものである。

本発明に係るコレットチャック装置は、主軸内に、進退移動自在に挿入されるスリーブと、前記スリーブの内側に挿入されるコレットチャックと、前記スリーブと前記コレットチャックとを貫通して前記コレットチャックを前記主軸に位置決めするピンとを備え、前記スリーブの進退移動に応じて前記コレットチャックを開閉させるコレットチャック装置において、前記主軸の先端から軸方向に突出する、前記主軸の側に設けられた筒状のホルダーを備え、前記ピンが前記ホルダーに設けられ、前記主軸の先端から軸方向に突出する位置で、前記コレットチャックが位置決めされることを特徴とする。

本発明に係る工作機械は、本発明に係るコレットチャック装置を備えたことを特徴とする。

本発明に係るコレットチャック装置およびこのコレットチャック装置を備えた工作機械によれば、既存の工作機械の主軸自体の加工等を行うことなく、ピンによって主軸にコレットチャックを装着し、比較的大きな直径のワークにも対応することができる。

本発明の一実施形態としての自動旋盤装置について、要部である主軸およびコレットチャック装置を含む部分を示す断面図であり、把持部の直径が小さくなった状態（閉じた状態）を示す図である。 図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面を示す断面図である。 図１に示した自動旋盤装置において、把持部の直径が大きくなった状態（開いた状態）を示す図である。 主軸の中心を貫通した１本のピンでコレットチャックを固定する形態を示す、図２相当の断面図である。 ピンをノックアウトピンよりも小径とし、ピンを、ノックアウトピンに形成された長孔を通して、軸方向に沿った長孔の長さ範囲でノックアウトピンの進退移動を可能とした変形例を示す要部模式図である。

以下、本発明に係るコレットチャック装置およびこのコレットチャック装置を備えた工作機械の実施形態について、図面を用いて説明する。

図１に示した自動旋盤装置１００は、本発明に係るコレットチャック装置の一実施形態としてのコレットチャック装置１０を備えていて、本発明に係る工作機械の一実施形態である。コレットチャック装置１０は、自動旋盤装置１００の主軸８０に取り付けられており、加工対象物２００（以下、ワーク２００という。）を把持する。

コレットチャック装置１０は、主軸８０に固定された概略円筒状のホルダー２０と、主軸８０に挿入された円筒状のスリーブ３０と、スリーブ３０に挿入されたコレットチャック４０と、ホルダー２０側に取り付けられたピン５０と、スリーブ３０とコレットチャック４０との間に配置されたコイルバネ６０と、主軸８０を覆うカバー６５とを備えている。カバー６５は、主軸８０に固定され、主軸８０の先端側からスリーブ３０、ホルダー２０を覆う。

ホルダー２０は、内周面２２に、主軸８０の先端部８１の外周面８２に形成されているネジ溝８２ａに噛み合うネジ山２２ａが形成されている。

そして、ホルダー２０のネジ山２２ａが、主軸８０の外周面８２のネジ溝８２ａに噛み合うことで、ホルダー２０は主軸８０に固定されている。

主軸８０に形成されているネジ溝８２ａは、既存のコレットチャックが取り付けられていたオリジナルの状態において、コレットチャックの軸方向Ｃへの移動を防止するためのチャックナット（特許文献１の図１に示されたチャックナット）が固定されていたネジ溝である。

したがって、このネジ溝８２ａは既存のものであるため、ホルダー２０を主軸８０に固定することを目的として新たな加工等を行って形成する必要がない。

ホルダー２０は、 主軸８０の先端部８１よりも軸方向Ｃに突出した先端延長部２１を有する。先端延長部２１には、半径方向Ｄに延びた貫通孔２３が形成されている。

貫通孔２３に、ピン５０が貫通して取り付けられている。先端面２４から貫通孔２３に向けて、軸方向Ｃに沿ったネジ孔２５が形成されている。ネジ孔２５には、止めネジ２６が螺合されており、貫通孔２３に通されたピン５０を押圧し、ピン５０の抜けを防止する。

抜け止め部材は、止めネジ２６に限定されるものではなく、ピン５０が貫通孔２３から抜けるのを防止するものであれば如何なるものであってもよく、例えば、上記の止めネジ２６やクリップ、ピン５０の挿入口となる部分に設けられる蓋などであってもよい。

本実施形態においては、カバー６５によっても、抜け止め部材の機能を発揮させることが可能である。

この場合、ピン５０の端面がカバー６５に突き当たるため、ピン５０は貫通孔２３から抜け出すことができず、ピン５０が貫通孔２３から抜けるのを防止することができる。
ただし、カバー６５やピン５０の破損等を防止するため、止めネジ２６等の抜け止め部材を使用することが望ましい。

スリーブ３０は、主軸８０内に位置する本体部３１および主軸８０の先端部８１よりも軸方向Ｃに突出したコレット押圧部３２を有する。スリーブ３０は、主軸８０に対して軸方向Ｃに沿って進退自在となっている。スリーブ３０には、ピン５０が貫通する貫通孔３３が形成されている。貫通孔３３は、軸方向Ｃに沿った長孔として形成されていて、貫通孔３３の長径とピン５０の外径との差分だけ、スリーブ３０は軸方向Ｃに沿って移動することができる。

コレットチャック４０は、軸方向Ｃの後端部では一体の円筒形状に形成され、後端部よりも前方の部分は、軸方向Ｃに沿って延びたスリットによって３つの短冊状の周壁部分４１に分かれている。

コレットチャック４０の先端の把持部４２も周壁部分４１とともに３つに分かれている。スリーブ３０とコレットチャック４０とは、コイルバネ６０によって軸方向Ｃに沿って互いに反対向きに離れるように付勢されている。

本実施形態におけるコレットチャック４０の周壁部分４１は３つに分かれた構造であるが、本発明に係るコレットチャック装置では、４つ以上の周壁部分に分かれたものであってもよい。

コレットチャック４０の、周壁部分４１の内側には、周壁部分４１よりも厚く形成された厚肉の円筒部４４が一体的に設けられている。

円筒部４４は、後端部の外周面が、３つの周壁部分４１が一体となっている後端部の内周面と接合されていて、接合された部分よりも前方の部分では、３つに分かれた周壁部分４１との間に隙間が確保されている。

円筒部４４には、貫通孔４４ａが形成されている。ピン５０は、ホルダー２０の先端延長部２１から、貫通孔３３及び貫通孔４４ａを介して、スリーブ３０とコレットチャック４０とを主軸８０の半径方向Ｄに貫き、周壁部分４１を貫通して円筒部４４まで貫いている。

コレットチャック４０は、ピン５０によって主軸８０に対して軸方向Ｃへ移動が規制され、コイルバネ６０によって、円筒部４４が前方Ｆに向けてピン５０に押圧されて位置決めされ、スリーブ３０が後方Ｒに向けて付勢されている。

コレットチャック４０は、把持部４２が、主軸８０の内側ではなく外側に飛び出し、主軸８０の先端部８１よりも軸方向Ｃに突出した配置となっている。円筒部４４における、ピン５０が貫通した貫通孔４４ａは、ピン５０の外径と略同じであるため、ピン５０が貫通孔４４ａに貫通した状態では、コレットチャック４０は軸方向Ｃに沿って移動することはない。

スリーブ３０を軸方向Ｃに沿って前方に変位させ、把持部４２のテーパ状外周面が、スリーブ３０のコレット押圧部３２のテーパ状内周面からの押圧力を受けることで、周壁部分４１が弾性変形して撓み、把持部４２が半径方向Ｄの中心に向かって変位することで、把持部４２の直径Ｄ１が元の直径Ｄ２よりも小さくなってワーク２００を把持することができる。

一方、 スリーブ３０を後方に変位させ、把持部４２のテーパ状外周面に対するコレット押圧部３２のテーパ状内周面からの押圧力を無くすことによって、 周壁部分４１が弾力的に復帰し、把持部４２が半径方向Ｄに拡がり、ワーク２００の把持が解除される。

なお、円筒部４４と周壁部分４１との間の隙間によって周壁部分４１の撓みが妨げられることはない。

スリーブ３０は、主軸８０内に進退移動自在に挿入されたスリーブ押圧部材７４によって変位操作される。なおスリーブ押圧部材７４は、従来同様、エアシリンダのシリンダロッド７０によって中心Ｃ１回りに揺動駆動されるチャックレバー７１が円筒状のボビン７２を移動させ、中心Ｃ２回りにチャック爪７３を回動させることにより、進退移動する。なおボビン７２によるスリーブ押圧部材７４を介したスリーブ３０の変位操作は従来公知であるため、詳細な説明は割愛する。

以上のように構成された実施形態の自動旋盤装置１００およびコレットチャック装置１０によれば、コレットチャック４０の把持部４２は、主軸８０の外部に配置されており、コレットチャック４０の端面をチャックナットに当接させる必要がないため、コレットチャック４０の端面をチャックナットに当接させる場合に比較して、把持部４２の直径Ｄ１を大きく設定することができ、この結果、把持部４２で把持しうるワーク２００の直径を容易に拡大することができる。

また、コレットチャック４０は、ピン５０が円筒部４４に挿入して固定され、主軸８０の先端より突出した位置で位置決めされる。したがって、特許文献１に示すようなチャックナットによってコレットチャック４０の移動を止めている形式の既存の自動旋盤装置１００に対しても、主軸８０に新たに貫通孔を形成する必要がなく、主軸８０の先端にホルダー２０を突出させ、ホルダー２０にピン５０を設けることによって、コレットチャック装置４０を後付けして用いることもできる。

円筒部４４は、相対的に厚さの薄い周壁部分４１よりも厚い肉厚を有していて変形しないため、ピン５０によってコレットチャック４０の移動を阻止する性能を、周壁部分４１にピン５０を通す構成よりも高めることができる。

また、弾性変形する周壁部分４１にピン５０を通しても、周壁部分４１が弾性変形することによってピン５０と周壁部分４１との相対的な位置関係が変化し易く、寸法精度を向上させるのが困難であるが、本実施形態のように、周壁部分４１よりも剛性の高い円筒部４４にピン５０を通す構成によれば、ピン５０と周壁部分４１との相対的な位置関係が変化し難く、寸法精度を向上させることができる。

本実施形態のコレットチャック装置１０は、ピン５０が、ホルダー２０に周方向に等間隔で３本設けられており、コレットチャック４０が３本のピン５０によって位置決めされている。３本のピン５０は、コレットチャック４０の半径方向Ｄの中心部である主軸８０の中心に空間を残すように、主軸８０の中心に達しない程度の長さに形成されている。
これによって、把持部４２で把持したワーク２００を、主軸８０の内側から物理的に突いて強制的に把持部４２から排出させるノックアウトピン９０を通過させることができる。

ワーク２００を強制的に排出させるものとして、上述したノックアウトピン９０に代えて、例えば、主軸８０の内部に、把持部４２に向かって油を勢いよく噴出させるオイルブローや空気を勢いよく噴出させるエアブローなどを適用した場合は、噴出した油や空気は、障害物があっても、障害物の周囲を回り込んで進むことができるため、図４に示すように、主軸８０の中心を通過する１本のピン５０によって、コレットチャック４０を固定するようにしてもよい。

主軸８０の中心を通過する１本の長いピン５０を用いたものは、ピン５０の両端がホルダー２０で支持されるため、図２に示した、一端で支持されるピン５０と比較して、耐久性が高い。なおピン５０を１本とした場合、ピン５０の径を拡大し、ノックアウトピン９０がピン５０の内部を通過するようにすることもできる。

また、ピン５０を両端側でホルダ２０に支持する場合、ピン５０が安定して支持されるため、ピン５０を比較的容易に小径とすることができる。このため、図５に示されるように、ピン５０をノックアウトピン９０より小径とし、ノックアウトピン９０に軸方向Ｃに沿って延びた長孔９０ａを形成し、ピン５０が長孔９０ａ内を通過するように構成することもできる。この場合、ノックアウトピン９０は、長孔９０ａの範囲で進退移動が許容され、ワーク２００の排出が可能となる。

１０ コレットチャック装置
２０ ホルダー
２１ 先端延長部
３０ スリーブ
３１ 本体部
３２ コレット押圧部
４０ コレットチャック
４１ 周壁部分
４２ 把持部
４４ 円筒部
５０ ピン
６０ コイルバネ
６５ カバー
８０ 主軸
８１ 先端部
１００ 自動旋盤装置（工作機械）
２００ ワーク（加工対象物）
Ｃ 軸方向
Ｄ 半径方向
Ｄ１，Ｄ２ 直径，開口径
Ｆ 前方
Ｒ 後方

Claims (4)

1. 主軸内に、進退移動自在に挿入されるスリーブと、前記スリーブの内側に挿入されるコレットチャックと、前記スリーブと前記コレットチャックとを貫通して前記コレットチャックを前記主軸に位置決めするピンとを備え、前記スリーブの進退移動に応じて前記コレットチャックを開閉させるコレットチャック装置において、
   前記主軸の先端から軸方向に突出する、前記主軸の側に設けられた筒状のホルダーを備え、前記ピンが前記ホルダーに設けられ、前記主軸の先端から軸方向に突出する位置で、前記コレットチャックが位置決めされることを特徴とするコレットチャック装置。
2. 前記コレットチャックの内側に、前記コレットチャックの開閉に伴う変形が発生しない円筒部が一体的に形成され、
   前記円筒部に、前記ピンが挿入されて前記コレットチャックが位置決めされることを特徴とする請求項１に記載のコレットチャック装置。
3. 前記ホルダーの内周面に、前記主軸の先端部の外周面に予め形成されているねじ溝に噛み合うねじ山が形成され、前記ねじ溝と前記ねじ山との噛み合いによって前記ホルダーが記主軸に取り付けられることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載のコレットチャック装置。
4. 請求項１から３のうちいずれか１項に記載のコレットチャック装置を備えたことを特徴とする工作機械。