JP2001121326A - コレットチャック開閉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主軸モータ回転中にコレットチャックを閉じ
ておくため、チャック開閉スリーブに推力を加え続ける
必要がないコレットチャック開閉装置を得る。 【解決手段】 コレットチャック３ａの外周テーパ角度
θを、“２×tan^-1（μ／２）＜θ＜２×tan^-1μ”（但
し、μはテーパ面の摩擦係数）とし、且つ、該中空主軸
６ａと回転直動変換機１９の間、及びチャック開閉スリ
ーブ４ａと回転直動変換機１９の間に、それぞれ押しと
引きの両軸方向の力に対応するスラスト軸受２２、２３
を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動旋盤等に使用
され、加工される被削材（棒材）を把持するコレットチ
ャックを開閉するコレットチャック開閉装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コレットチャックで棒材を把持し加工す
る自動旋盤に使用される従来のコレットチャック開閉装
置について、図１１〜図１３を基に説明する。図１１に
おいて、１は主軸枠体、２は被削材である棒材、３は棒
材２を把持するコレットチャック、４はチャック開閉ス
リーブ、５はコレットチャック３とチャック開閉スリー
ブ４を、棒材２の把持を解放する方向に附勢する圧縮コ
イルバネ、６は中空主軸、７はコレットチャック３を中
空主軸６の先端にねじで嵌挿するキャップ、８は中空主
軸６とコレットチャック３などを回転駆動する主軸モー
タ、９、１０は中空主軸６とその他の回転部を回転可能
に支承する軸受、１１は主軸モータ８の回転を検出する
検出器、１２はチャック開閉スリーブ４の後端に当接
し、梃子機構によりチャック開閉スリーブ４を軸方向に
移動させるフィンガー、１３は中空主軸６の後部外周に
軸方向移動自由に嵌込まれフィンガー１２を外に押し開
くボビンである。

【０００３】次に動作について説明する。中空主軸６の
後方に嵌挿されたボビン１３を後方に摺動させる（機械
の大きさに左右されるが、一般的には、主軸停止状態に
於いて梃子または油圧機構を利用した装置によりボビン
１３を作動させる）と、フィンガー１２が押し開かれ、
フィンガー１２の梃子作用によりチャック開閉スリーブ
４が軸方向前方に押し出される。この押し出されたチャ
ック開閉スリーブ４の先端の楔でコレットチャック３の
テーパ部を軸中心方向に圧縮することにより、主軸枠体
１の後端中心部に設けられた穴から挿入されている棒材
２を把持する。コレットチャック３によって把持された
棒材２は、コレットチャック３、キャップ７、チャック
開閉スリーブ４、中空主軸６、フィンガー１２、ボビン
１３と共に主軸モータ８によって回転駆動され、コレッ
トチャック３の前方に設けられた切削工具（図示せず）
により加工される。加工が完了し棒材２を前方に進める
には、ボビン１３を前方に移動させてフィンガー１２を
閉じることにより、チャック開閉スリーブ４に作用する
力を無くする。これにより圧縮コイルバネ５によってチ
ャック開閉スリーブ４が後方に押し戻され、コレットチ
ャック３のテーパ部に作用していた圧縮力が無くなり、
棒材２がコレットチャックから解放されるので、棒材２
を前方に押し進める。棒材２を必要量押し進めた後に、
再度ボビン１３を軸方向後方に移動させ、コレットチャ
ック３に把持力を与えて棒材２を把持し、加工を繰り返
す。

【０００４】次に前記従来装置の動作を加工工程に従い
記述する。 （１）主軸モータ８を停止させる。 （２）ボビン１３を前方に摺動させ、フィンガー１２を
閉じてチャック開閉スリーブ４に作用していた押し付け
力を無くす。 （３）コレットチャック３とチャック開閉スリーブ４の
間に設けられた圧縮コイルバネ５によってチャック開閉
スリーブ４が後方に押し戻され、コレットチャック３と
のテーパ嵌合が外れる。 （４）コレットチャック３の圧縮力が無くなり棒材２が
解放される。 （５）棒材２を必要量前方に押す。（棒材を前方に押す
供給装置の説明は省略する。） （６）ボビン１３を後方に摺動させてフィンガー１２を
押し開き、梃子機構で増幅した推力をチャック開閉スリ
ーブ４に作用させる。 （７）チャック開閉スリーブ４のテーパ部をコレットチ
ャック３のテーパ部に嵌合させ、コレットチャック３の
テーパ部を外周から圧縮し棒材２を把持する。 （８）主軸モータ８を起動し、所定の回転数に加速す
る。 （９）棒材２を加工し、加工完了後、突切り工具で切り
落とす。 （１０）以後（１）から（９）の工程を繰り返す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術は、主軸
を停止状態にした後に人間が介在してボビン１３を梃子
または油圧で作動させることにより、フィンガー１２を
作動させてチャック開閉スリーブ４を前方に摺動させ、
コレットチャック３のテーパ部を圧縮して棒材２を把持
する構成であり、棒材２を把持している間はチャック開
閉スリーブ４に押付け力を作用し続けなければならなか
った。

【０００６】また、チャック解放時には、チャック開閉
スリーブ４を後方に移動させる動力として圧縮コイルバ
ネ５を用いているため、コレットチャック３のテーパと
チャック開閉スリーブ４のテーパの嵌合が噛み込むこと
なく、圧縮コイルバネ５の力でテーパ嵌合が外れるよう
に、テーパ角度θを図１２に示す如く“θ＞２×tan^{- 1}
μ”（但し、μはテーパ面の摩擦係数）の条件を満たす
角度（３０度以上）としていた。“θ＞２×tan^-1μ”
はテーパの嵌合が噛み込まない条件であり、図１３で、
θをテーパ角度、Ｐをテーパ面に作用する力、Ｑをコレ
ットチャック３の把持力、Ｆをチャック開閉スリーブ４
に作用させる推力（押し込み力）とすると、テーパ面に
作用する力Ｐによって生じるテーパ面の摩擦力はμＰで
あり、テーパ嵌合を外そうとする力はＰtan（θ／２）
である。テーパ嵌合が噛み込まないための条件は“μＰ
＜Ｐtan（θ／２）”であり、この不等式をθについて
整理すると“θ＞２×tan^-1μ”が得られる。テーパ嵌
合面の摩擦係数μは材質、表面粗度、潤滑の有無などに
より異なるが、コレットチャック３のテーパ嵌合部の材
質は鋼と鋼で若干の潤滑が有る場合の摩擦係数は概ね
０．２なので、従来技術ではテーパ角度θを２３度以上
とする必要があり、安全を見て３０度以上としていた。
それ故、コレットチャック３を閉じた時に十分な把持力
を得るため、チャック開閉スリーブ４に作用させる力と
して大きな推力を必要としていた。必要な把持力Ｑは被
削材の材質、大きさ、加工時の回転数等により異なる
が、従来技術の場合、必要とする把持力Ｑを５０００
Ｎ、テーパ角度θを３０度とすると、チャック開閉スリ
ーブ４に作用させなければならない推力Ｆは Ｆ＝５０
００×tan（３０／２）＝約１３４０Ｎ となり、この
推力を常にチャック開閉スリーブ４に作用させ続ける必
要があった。

【０００７】またこの推力を得るため、ボビン１３とフ
ィンガー１２による梃子機構を用いて力を増幅していた
ため、フィンガー部のアンバランスによる振動が発生
し、主軸モータ８を高速回転させることは困難であっ
た。更に、ワークとしての棒材２の供給は、ワークの加
工が終了して完成したワークが切り落とされた後に、主
軸モータ８を一旦停止させてからコレットチャック３を
開いて棒材２を所定量送り出し、棒材２をコレットチャ
ック３で把持した後に主軸モータ８を再び加速し、所定
の回転数に増速させて次のワークの加工を行っていた。
そのため主軸モータ８の加速減速に要する時間とエネル
ギーが無駄になっていた。

【０００８】なお、チャック開閉スリーブ４を軸方向に
移動させるため、主軸モータ８とは別個のモータ等の駆
動手段を用い、且つこの駆動手段と主軸モータ８との間
に、主軸モータ８の回転駆動力が前記駆動手段へ伝達す
るのを阻止するとともに前記駆動手段の駆動力をチャッ
ク開閉スリーブ４へ伝達する伝達手段を、介在させる構
成を採ることが考えられる。この構成を採用すれば、棒
材２の送り出し時に主軸モータ８を停止させることが不
要になり、また主軸モータ８を高速回転させることが可
能となる。ところが、このような構成を採用したとして
も、コレットチャック３が閉じている時、チャック開閉
スリーブ４に対しその閉じる方向に押圧する力を常時与
えなけれならず、このため、チャック開閉スリーブ４と
機械的に連結されスラスト方向の負荷がかかる機構部
品、例えば前記伝達手段に相当の負荷がかかり、この機
構部品の寿命が短くなるという問題点がある。また前記
駆動手段として、コレットチャック３が上述のようなも
のであるので、このコレットチャック３を閉じるために
相当の推力を発生させるものを用いる必要があり、ひい
ては大型の駆動手段を用いる必要があり、また大型の駆
動手段となるので省エネルギーの点でも問題がある。

【０００９】また従来のものは、上述のような構成であ
ったので、ワーク材質の違い等により、コレットチャッ
クの把持力を制御できないと言う問題点もあった。

【００１０】本発明は上述の問題点を解決するためにな
されたもので、主軸モータ回転中にコレットチャックを
閉じておくため、チャック開閉スリーブに推力を加え続
ける必要がないコレットチャック開閉装置を得ることを
目的とする。

【００１１】また本発明は、チャック開閉に要する動力
を減じ、省エネルギーと省スペースを図ることのできる
コレットチャック開閉装置を得ることを目的とする。

【００１２】更に、ワーク材質の違い等により、ワーク
に対する把持力を制御できるコレットチャック開閉装置
を得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係るコレットチ
ャック開閉装置は、主軸モータにて回転駆動される中空
主軸と、この中空主軸と一体的に回転し、且つ被削材を
把持するコレットチャックと、前記中空主軸の中空部に
軸方向移動自在に設けられ、前記コレットチャックの外
周部を押圧することにより前記コレットチャックを閉じ
るとともに、前記押圧を開放することにより前記コレッ
トチャックを開かせるチャック開閉スリーブと、このチ
ャック開閉スリーブを軸方向に移動させる駆動手段と、
前記中空主軸の回転駆動力が前記駆動手段へ伝達するの
を阻止するとともに、前記駆動手段の駆動力を前記チャ
ック開閉スリーブへ伝達する伝達手段とを備え、前記コ
レットチャックの外周テーパ角度を、前記チャック開閉
スリーブにて前記コレットチャックの外周部が押圧され
ることにより前記コレットチャックが閉じたとき、その
閉状態を主に前記チャック開閉スリーブとの間に発生す
る摩擦力で維持する角度としたものである。

【００１４】また本発明に係るコレットチャック開閉装
置は、前記コレットチャック開閉装置において、前記コ
レットチャックの外周テーパ角度θを、“２×tan
^-1（μ／２）＜θ＜２×tan^-1μ”（但し、μはテーパ
面の摩擦係数）としたものである。

【００１５】また本発明に係るコレットチャック開閉装
置は、前記コレットチャック開閉装置において、前記コ
レットチャックを閉状態に維持させる補助手段として、
ばねを設けたものである。

【００１６】また本発明に係るコレットチャック開閉装
置は、前記コレットチャック開閉装置において、前記駆
動手段を回転子を有するモータとするとともに、このモ
ータの回転駆動力を前記チャック開閉スリーブに対する
軸方向推力に変換する回転直動変換機を設け、前記モー
タを一方向に回転させることにより、前記チャック開閉
スリーブを前記コレットチャックを閉める方向に移動さ
せるとともに、前記モータを逆方向に回転させることに
より、前記チャック開閉スリーブを前記コレットチャッ
クを開かせる方向に移動させるようにしたものである。

【００１７】また本発明に係るコレットチャック開閉装
置は、主軸モータにて回転駆動される中空主軸と、この
中空主軸と一体的に回転し、且つ被削材を把持するコレ
ットチャックと、前記中空主軸の中空部に軸方向移動自
在に設けられ、前記コレットチャックの外周部を押圧す
ることにより前記コレットチャックを閉じるとともに、
前記押圧を開放することにより前記コレットチャックを
開かせるチャック開閉スリーブと、このチャック開閉ス
リーブを軸方向に移動させる駆動源となる、回転子を有
するチャック開閉モータと、このモータの回転駆動力を
前記チャック開閉スリーブに対する軸方向推力に変換す
る回転直動変換機とを備え、前記コレットチャックの外
周テーパ角度θを、“２×tan^-1（μ／２）＜θ＜２×t
an^-1μ”（但し、μはテーパ面の摩擦係数）とし、且
つ、該中空主軸と回転直動変換機の間、及びチャック開
閉スリーブと回転直動変換機の間に、それぞれ押しと引
きの両軸方向の力に対応するスラスト軸受を設けたもの
である。

【００１８】また本発明に係るコレットチャック開閉装
置は、主軸モータにて回転駆動される中空主軸と、この
中空主軸と一体的に回転し、且つ被削材を把持するコレ
ットチャックと、前記中空主軸の中空部に軸方向移動自
在に設けられ、前記コレットチャックの外周部を押圧す
ることにより前記コレットチャックを閉じるとともに、
前記押圧を開放することにより前記コレットチャックを
開かせるチャック開閉スリーブと、このチャック開閉ス
リーブを軸方向に移動させる駆動源となる、回転子を有
するチャック開閉モータと、このモータの回転駆動力を
前記チャック開閉スリーブに対する軸方向推力に変換す
る回転直動変換機とを備え、前記コレットチャックの外
周テーパ角度θを、“２×tan^-1（μ／２）＜θ＜２×t
an^-1μ”（但し、μはテーパ面の摩擦係数）とし、且
つ、該チャック開閉スリーブと回転直動変換機の間、及
びコレットチャックと回転直動変換機の間に、それぞれ
押しと引きの両軸方向の力に対応するスラスト軸受を設
けたものである。

【００１９】また本発明に係るコレットチャック開閉装
置は、主軸モータにて回転駆動される中空主軸と、この
中空主軸と一体的に回転し、且つ被削材を把持するコレ
ットチャックと、前記中空主軸の中空部に軸方向移動自
在に設けられ、前記コレットチャックの外周部を押圧す
ることにより前記コレットチャックを閉じるとともに、
前記押圧を開放することにより前記コレットチャックを
開かせるチャック開閉スリーブと、このチャック開閉ス
リーブを軸方向に移動させる駆動源となる、回転子を有
するチャック開閉モータと、このモータの回転駆動力を
前記チャック開閉スリーブに対する軸方向推力に変換す
る回転直動変換機とを備え、前記コレットチャックの外
周テーパ角度θを“２×tan^-1（μ／２）＜θ＜２×tan
^-1μ”（但し、μはテーパ面の摩擦係数）とし、且つ、
該チャック開閉スリーブと回転直動変換機の間に、押し
と引きの両軸方向の力に対応するスラスト軸受を設ける
とともに、前記主軸モータ及びチャック開閉モータの回
転部を、押しと引きの両軸方向の力に対応するアンギュ
ラースラスト軸受で支承したものである。

【００２０】また本発明に係るコレットチャック開閉装
置は、前記コレットチャック開閉装置において、スラス
ト軸受を、つばの軸方向両側に所定の隙間を介してベア
リングが配置されている構成とし、該スラスト軸受に推
力の作用しない状態では摩擦が生じないようにしたもの
である。

【００２１】また本発明に係るコレットチャック開閉装
置は、前記コレットチャック開閉装置において、スラス
ト軸受に作用する推力を検出する推力センサーを設け、
該推力センサーの出力を用いて前記チャック開閉モータ
の制御ループを構成し、前記チャック開閉スリーブに作
用する推力を制御するようにしたものである。

【００２２】また本発明に係るコレットチャック開閉装
置は、前記コレットチャック開閉装置において、チャッ
ク開閉モータの駆動電流を検出する電流センサーを設
け、該電流センサーの出力を用いて前記チャック開閉モ
ータの電流制御ループを構成し、チャック開閉スリーブ
に作用する推力を制御するようにしたものである。

【００２３】また本発明に係るコレットチャック開閉装
置は、前記コレットチャック開閉装置において、チャッ
ク開閉モータの駆動電流を、予め求められている電流−
トルク曲線から求められる電流値とし、対応するモータ
トルクでチャック開閉スリーブに作用する推力を間接的
に制御するようにしたものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、本発明の実
施の形態１を図１〜図６に基づいて説明する。図１は本
発明に係るコレットチャック開閉装置の側面断面を示
し、図において、１ａは自動旋盤の主軸枠体、２は棒
材、３ａは棒材２を把持するコレットチャックでその詳
細は後述する。４ａは中空主軸６ａ内に軸方向移動自在
に設けられ、一方の端部がコレットチャック３ａの外周
テーパに嵌合する中空円筒状のチャック開閉スリーブ、
５はチャック開閉スリーブ４ａの外周部に形成された段
部と中空主軸６ａの内壁に設けられた止め具との間に介
在され、チャック開閉スリーブ４ａを常時前方（図の左
方向）に附勢してコレットチャック３ａに把持力を保た
せる補助附勢手段としての圧縮コイルバネ、６ａはその
外周部に回転子鉄心が固着された中空円筒状の中空主
軸、７はコレットチャック３ａを中空主軸６ａの先端に
ねじ固定するキャップ、８は主軸枠体１ａの一部、主軸
枠体１ａの内周部に固着された固定子鉄心、中空主軸６
ａ、この中空主軸６ａの外周部に固着された回転子鉄
心、及び主軸枠体１ａに中空主軸６ａを回転自在に支持
する軸受９、１０より構成される主軸モータで、中空主
軸６ａ、チャック開閉スリーブ４ａ、コレットチャック
３ａ、該コレットチャック３ａで把持した棒材２等を一
体的に回転駆動する。

【００２５】１１は主軸モータ８の回転数、位置を検出
する検出器、１４ａは駆動手段であるチャック開閉モー
タ（サーボモータ）で、主軸枠体１ａの一部、主軸枠体
１ａの内周部に固着された固定子鉄心、主軸モータ８の
中空主軸６ａと同一軸線上に設けられる中空円筒状のチ
ャック開閉モータ軸１５ａ、このモータ軸１５ａの外周
部に固着された永久磁石、及び主軸枠体１ａにモータ軸
１５ａを回転自在に支持する軸受１６、１７より構成さ
れている。なお、このチャック開閉モータ１４ａのチャ
ック開閉モータ軸１５ａは、軸方向に僅かに移動するよ
うに軸受１６、１７に支持されている。１８はチャック
開閉モータ１４ａの回転角度を検出するエンコーダー、
１９はチャック開閉モータ１４ａの回転駆動力を軸方向
推力に変換する回転直動変換機で、ナット２０、ねじ２
１、ナット２０とねじ２１との間に介在されたボール、
チャック開閉モータ軸１５ａ等より構成されている。な
お、ナット２０は、内周部にボールの一部が嵌り込む溝
を有する中空円筒形状をなし、チャック開閉モータ軸１
５ａの端部より挿入され、フランジ部がネジ等によりチ
ャック開閉モータ軸１５ａの端面に固着されることによ
り、チャック開閉モータ軸１５ａの内周部に固着されて
いる。またねじ２１は、中空円筒形状をなし、且つ主軸
枠体１ａ内部に位置する外周部分にボールの一部が嵌り
込む螺旋状の溝を有するとともに、主軸枠体１ａと対応
する外周部分が主軸枠体１ａとスプライン機構により結
合することにより、軸方向には移動するが、回転が拘束
される構成となっている。

【００２６】２２は中空主軸６ａとチャック開閉モータ
軸１５ａとの間に設置された、伝達手段を構成するスラ
スト軸受である。なお、このスラスト軸受２２は、図３
にその詳細を示すように、中空主軸６ａの外周部にはめ
込まれたつば２２Ａがつば固定ナット２２Ｂで固定さ
れ、該つば２２Ｂが、チャック開閉モータ軸１５ａの端
部に推力センサー２４を介して固着された断面コ字状の
枠体２２Ｅ内に回転自在に設けられたベアリング２２
Ｃ、２２Ｄに、挟まれることにより、押しと引きの両方
向に対応できる構成と成っている。また該スラスト軸受
２２には、軸方向、つまりつば２２Ａとベアリング２２
Ｃ、２２Ｄとの間に、例えば０．１ｍｍから３ｍｍの、
つば２２Ａとベアリング２２Ｃ、２２Ｄとが接触しない
程度の隙間を設けている。これはスラスト軸受２２が常
時高速回転した場合の寿命の問題を無くすため、コレッ
トチャック３ａを開閉する時以外は無荷重状態で空転で
きるようにするためである。

【００２７】２３はチャック開閉スリーブ４ａと回転直
動変換機１９のねじ２１との間に設置された、伝達手段
を構成するスラスト軸受で、図３で示すスラスト軸受２
２と同様の構成と成っている。なお、このスラスト軸受
２３のつば２３Ａは、チャック開閉スリーブ４ａに固定
ナット２３Ｂで固定され、またベアリング２３Ｃ、２３
Ｄを内部に回転自在に保持する断面コ字状の枠体２３Ｅ
は、回転直動変換機１９のねじ２１の端部に固着されて
いる。なおスラスト軸受２２、２３は、中空主軸６ａの
回転駆動力が回転直動変換機１９やチャック開閉モータ
１４ａへ伝達するのを阻止するとともに、チャック開閉
モータ１４ａの駆動力をチャック開閉スリーブ４ａへ伝
達する伝達手段の役目をするものであるので、例えば電
磁クラッチでも代用することは可能である。しかしなが
ら、その伝達手段として、電磁クラッチを用いると、開
閉装置の構成が複雑になり、また加工時に伝達手段と主
軸モータとを切離す時であっても、またチャック開閉ス
リーブ４ａの駆動時にチャック開閉スリーブ４ａと駆動
手段とを接続する時であっても、常時通電する必要があ
ることから省エネルギーの問題があるので、この実施の
形態１では、伝達手段としてスラスト軸受２２、２３を
用いている。また、２４はチャック開閉モータ軸１５ａ
とスラスト軸受２２の間に作用する力を検出する推力セ
ンサーである。

【００２８】次に動作について説明する。即ち、図１に
示すように、コレットチャック３ａにて棒材２を把持さ
せるとき、チャック開閉モータ１４ａを、チャック開閉
スリーブ４ａを軸方向前方（図で左方向）に移動させる
方向に駆動する。なお、このとき、中空主軸６ａとチャ
ック開閉モータ軸１５ａとの間にスラスト軸受２２が、
またチャック開閉スリーブ４ａと回転直動変換機１９の
ねじ２１との間にスラスト軸受２３が配置されており、
主軸モータ８の回転駆動力がスラスト軸受２２、２３の
作用により、チャック開閉モータ軸１５ａや回転直動変
換機１９のねじ２１に伝達することはないので、主軸モ
ータ８を停止する必要はなく、主軸モータ８の加減速に
要する時間とエネルギーを節減できる。

【００２９】チャック開閉モータ１４ａが駆動される
と、回転直動変換機１９の機能によりチャック開閉モー
タ１４ａの回転駆動力が軸方向推力に変換され、スラス
ト軸受２３を介してチャック開閉スリーブ４ａを軸方向
前方（図で左方向）に移動させる。軸方向前方（図で左
方向）に移動させられた、コレットチャック３ａの外周
テーパ部に嵌合するチャック開閉スリーブ４ａは、コレ
ットチャック３ａのテーパ部を径方向に圧縮する。この
結果、コレットチャック３ａにて棒材２が把持される。

【００３０】即ち、前記チャック開閉スリーブ４ａへの
軸方向推力は、スラスト軸受２２、２３を介してチャッ
ク開閉スリーブ４ａと中空主軸６ａに作用、反作用とし
て作用する。チャック開閉モータ軸１５ａは、回転自在
であると共に軸方向にも少し移動自由に構成されている
が、スラスト軸受２２によって軸方向には拘束されてい
る。またねじ２１は、主軸枠体１ａとスプライン機構に
より結合されており回転は拘束されているが、軸方向に
は自由に移動できるので、ナット２０の回転によってね
じ２１が軸方向前方（図で左方向）に移動し、スラスト
軸受２３を介してチャック開閉スリーブ４ａに軸方向前
方（図で左方向）の力を作用させる。ねじ２１に生じた
推力と逆方向の推力がナット２０に生じるが、この力は
チャック開閉モータ軸１５ａとスラスト軸受２２を介し
て中空主軸６ａ及び中空主軸６ａに取り付けられたコレ
ットチャック３ａに作用する。そして、中空主軸６ａ及
びコレットチャック３ａは軸方向に拘束されているの
で、チャック開閉スリーブ４ａが相対的に軸方向に移動
し、コレットチャック３ａを閉じる。

【００３１】このとき、実施の形態１では、コレットチ
ャック３ａのテーパ角度θを図２に示すように、“２×
tan^-1（μ／２）＜θ＜２×tan^-1μ”（但し、μはテー
パ面の摩擦係数）としているので、チャック開閉スリー
ブ４ａに作用させる推力Ｆをほぼ従来の１／２以下に低
減できるとともに、チャック開閉スリーブ４ａに作用す
る推力が無くともテーパ嵌合部の摩擦によってテーパ嵌
合が緩むことがなく、更にまた、コレットチャック３ａ
を開放するためにチャック開閉スリーブ４ａをテーパ嵌
合から外す方向に作用させる引き抜き力を押し込み力以
下とすることができる。

【００３２】以下この理由を説明する。即ち、“θ＜２
×tan^-1μ”はチャック開閉スリーブ４ａに作用する推
力が無くともテーパ嵌合部の摩擦によってテーパ嵌合が
緩まないための条件である。図５で、θをテーパ角度、
Ｐをテーパ面に作用する力、Ｆをスリーブ４ａに作用す
る推力、Ｑを把持力、μをテーパ面の摩擦係数とする
と、テーパ面に作用する力Ｐによって生じるテーパ面の
摩擦力はμＰであり、テーパ嵌合を外そうとする力はＰ
tan（θ／２）である。テーパ嵌合が緩まないための条
件は“μＰ＞Ｐtan（θ／２）”であり、この不等式を
θについて整理すると“θ＜２×tan^-1μ”が得られ
る。

【００３３】また“２×tan^-1（μ／２）＜θ”はコレ
ットチャック３ａを開放するためにチャック開閉スリー
ブ４ａをテーパ嵌合から外す方向に作用させる引き抜き
力を押し込み力以下とするための条件である。同じく図
５で、スリーブ３ａをテーパ嵌合から外すのに必要な引
き抜き力は（μＰ−Ｐtan（θ／２））×cos（θ／２）
であり、スリーブ４ａをテーパ嵌合から外すのに必要な
引き抜き力を押し込み力以下とする条件は、（μＰ−Ｐ
tan（θ／２））×cos（θ／２）＜Ｆ＝Ｐsin（θ／
２）である。この不等式を整理すると、（μ−tan（θ
／２））×cos（θ／２）＜sin（θ／２）μ−tan（θ
／２）＜tan（θ／２）μ＜２tan（θ／２）２×tan^-1
（μ／２）＜θ が得られる。

【００３４】摩擦係数μは、先に説明したが、摩擦面の
状況（材質、面の粗さ、潤滑の有無と種類、温度、速度
など）により異なるが、一般的なコレットチャック３ａ
では温度、速度の影響はほとんど無く、材質と面粗さ及
び潤滑の影響が大きい。一実施例として、材質を鋼、面
粗さを研削による良好な摩擦面、若干のグリースによる
潤滑が有る場合、テーパ面の摩擦係数μは大凡０．２で
ある。また、テーパ面を硬質カーボン皮膜で覆うなどテ
ーパ嵌合面の摩擦を少なくした場合の摩擦係数は約０．
１程度となる。摩擦係数μを０．２と仮定すると、テー
パ角度θは最大２２．６度、最小１１．４度となり、約
１５度前後の角度が適当なテーパ角度となる。また、摩
擦係数μを０．１とすると、テーパ角度は最大１１．４
度、最小５．７度となり、約８度前後の角度が適当なテ
ーパ角度となる。図６にテーパ面の摩擦係数μとテーパ
角度θの関係（計算値）を示す。

【００３５】従来技術ではコレットチャック３ａのテー
パ嵌合が噛み込まないようにテーパ角度を３０度以上と
していたが、本発明では逆にテーパ嵌合を噛み込ませる
ようにしているので、テーパ角度は従来技術と比較して
約１／２以下の角度にできる。それゆえ、従来と同等な
把持力を得るためにチャック開閉スリーブ４ａに作用さ
せる推力Ｆは Ｆ＝Ｑ×tan（θ／２）から、ほぼ従来
の１／２以下に低減できる。

【００３６】また、チャック開閉スリーブ４ａに作用す
る推力が無くともテーパ嵌合部の摩擦によってテーパ嵌
合が緩むことがないため、スラスト軸受２２、２３を介
してチャック開閉スリーブ４ａをチャックが閉じる方向
に常時附勢する必要がなく、よってスラスト軸受２２、
２３等の部品にはスラスト方向の推力がかからないの
で、スラスト軸受２２、２３等の部品の長寿命化を図る
ことができる。

【００３７】また、チャック開閉スリーブに作用する推
力が無くともテーパ嵌合部の摩擦によってテーパ嵌合が
緩むことは無いが、安全のために圧縮コイルバネ５がチ
ャック開閉スリーブ４ａをチャックが閉じる方向に附勢
するように設けられているので、回転中の振動などによ
ってテーパ嵌合が緩み把持力が低下することは無い。

【００３８】またこのとき、チャック開閉モータ１４ａ
を、図４に示す制御ブロックにて制御する。即ち、図４
に於いて、コレットチャック３ａに把持力を与えるため
に、図示しない演算部でトルク指令２８が演算され、加
算点に入力される。加算点の出力はトルク−電流変換２
９によりモータ駆動電流に変換され、チャック開閉モー
タ１４ａを一方向に回転駆動する。チャック開閉モータ
１４ａの回転駆動力は、上述のように回転直動変換機１
９によって軸方向直線推力に変換され、スラスト軸受２
３等の推力伝達手段１５を介してチャック開閉スリーブ
４ａを軸方向駆動し、コレットチャック３ａに把持力を
与える。チャック開閉モータ軸１５ａとスラスト軸受２
２の間に作用する力を検出する推力センサー２４は、チ
ャック開閉スリーブ４ａに加わる推力に応じた信号を出
力するので、信号変換器３０でトルク信号に変換して加
算点に加え、トルク制御ループを構成する。また、コレ
ットチャック３ａの把持力を開放させる場合には、チャ
ック開閉モータ１４ａを逆回転駆動する。

【００３９】本制御により、コレットチャック３ａには
設定された力で棒材２を把持するように圧縮力が加えら
れる。また、チャック開閉モータ１４ａを正・逆転する
ことにより、チャック開閉スリーブ４ａを軸方向に移動
させているので、チャック開閉モータ１４ａの制御が簡
単である。また、エンコーダー１８の出力及び一般的な
サーボ制御装置を用いて、把持完了後に推力センサー２
４の出力が０になるようにチャック開閉モータ１４ａの
位置を制御することで、スラスト軸受２２、２３に設け
た軸方向の隙間でスラスト軸受２２、２３が空転するよ
うにすれば、主軸モータ回転部と、チャック開閉モータ
１４ａ及び回転直動変換機１９との間の回転力を完全に
遮断できるので、切削加工中の回転摩擦が少なくエネル
ギー損失を低減できる。

【００４０】そしてその後、棒材２、キャップ７、コレ
ットチャック３ａ及びチャック開閉スリーブ４ａは、中
空主軸６ａと共に回転し、図示しない切削工具にて棒材
２が加工されるが、主軸モータ部と、チャック開閉モー
タ軸１５ａ及び回転直動変換機１９のねじ２１との間に
はスラスト軸受２２、２３が介在しているので、主軸モ
ータ８の回転駆動力がチャック開閉モータ軸１５ａ及び
回転直動変換機１９のねじ２１に伝わることはない。即
ち、加工中はチャック開閉モータ１４ａ及び回転直動変
換機１９は主軸モータ部と完全に分離されているので、
主軸モータ８を高速回転させることができる。

【００４１】一方、コレットチャック３ａを開き棒材２
の把持を開放させるとき、チャック開閉モータ１４ａ
を、チャック開閉スリーブ４ａを軸方向後方（図で右方
向）に移動させる方向（把持時の回転方向とは逆方向）
に駆動する。なお、このときも、棒材２を把持させると
きと同様に、中空主軸６ａとチャック開閉モータ軸１５
ａとの間にスラスト軸受２２が、またチャック開閉スリ
ーブ４ａと回転直動変換機１９のねじ２１との間にスラ
スト軸受２３が配置されており、主軸モータ８の回転駆
動力がスラスト軸受２２、２３の作用により、チャック
開閉モータ軸１５ａや回転直動変換機１９のねじ２１に
伝達することはないので、主軸モータ８を停止する必要
はなく、主軸モータ８の加減速に要する時間とエネルギ
ーを節減できる。

【００４２】チャック開閉モータ１４ａが駆動される
と、回転直動変換機１９の機能によりチャック開閉モー
タ１４ａの回転駆動力が前記と同様に軸方向推力に変換
され、スラスト軸受２３を介してチャック開閉スリーブ
４ａを圧縮ばね５の弾性力に抗して軸方向後方（図で右
方向）に移動させる。軸方向後方（図で右方向）に移動
させられたチャック開閉スリーブ４ａは、コレットチャ
ック３ａのテーパ部を径方向に圧縮していた力を開放す
る。この結果、コレットチャック３ａは自身のバネ力に
よって径方向に拡張復元するため、内径が拡がり棒材２
の把持力が無くなるので、棒材２を軸方向前方（図で左
方向）に所定量移動させ、再度上述の棒材把持動作を繰
返す。

【００４３】実施の形態２．次に本発明の実施の形態２
について図７を用いて説明する。この実施の形態２は、
ねじ２１、ナット２０、ボール、チャック開閉モータ軸
１５ｂ等より成る回転直動変換機１９によって生じた軸
方向推力を、コレットチャック３ｂとチャック開閉スリ
ーブ４ｂに作用させる構成とした例である。図７におい
て、コレットチャック３ｂは、実施の形態１に示したコ
レットチャックより後方に延長され、該コレットチャッ
ク３ｂの後方にはスラスト軸受２３が設けられ、ねじ２
１に推力のみを伝達する構成で連結されている。ねじ２
１と主軸枠体１ｂとは、実施の形態１と同様に、スプラ
イン機構で連結されていて回転方向は拘束、軸方向には
移動可能となっているので、コレットチャック３ｂに連
結されたねじ２１は、スラスト軸受２３の軸方向隙間、
例えば０．１ｍｍから３ｍｍ以上は移動せず、ナット２
０が軸方向に移動する。そのため、ナット２０と一体に
構成されたチャック開閉モータ１４ｂが、主軸枠体１ｂ
に対して、キーにより回転方向は拘束され、軸方向に移
動可能に設けられていると共に、ナット２０と一体にな
ったチャック開閉モータ軸１５ｂが、スラスト軸受２２
を介してチャック開閉スリーブ４ｂと連結される構成と
なっている。また、圧縮コイルバネ５が、コレットチャ
ック３ｂの外周部に固着された止め具と、チャック開閉
スリーブ４ｂの内周部に形成された段部との間に、介在
されている。なおその他の構成、及びチャック開閉モー
タ１４ｂの制御ブロックは、実施の形態１と実質的に同
様であるので、説明を省略する。

【００４４】次に動作について説明する。即ち、図７に
示すように、コレットチャック３ｂにて棒材２を把持さ
せるとき、チャック開閉モータ１４ｂを、チャック開閉
スリーブ４ｂを軸方向前方（図で左方向）に移動させる
方向に駆動する。なおこのとき、チャック開閉スリーブ
４ｂとチャック開閉モータ軸１５ｂとの間にスラスト軸
受２２が、またコレットチャック３ｂと回転直動変換機
１９のねじ２１との間にスラスト軸受２３が配置されて
おり、主軸モータ８の回転駆動力がスラスト軸受２２、
２３の作用により、チャック開閉モータ軸１５ｂや回転
直動変換機１９のねじ２１に伝達することはないので、
主軸モータ８を停止する必要はない。

【００４５】チャック開閉モータ１４ｂが駆動される
と、回転直動変換機１９の機能によりチャック開閉モー
タ１４ｂの回転駆動力が軸方向推力に変換され、スラス
ト軸受２２を介してチャック開閉スリーブ４ｂを軸方向
前方（図で左方向）に移動させる。軸方向前方（図で左
方向）に移動させられた、コレットチャック３ｂの外周
テーパ部に嵌合するチャック開閉スリーブ４ｂは、コレ
ットチャック３ｂのテーパ部を径方向に圧縮する。この
結果、コレットチャック３ｂにて棒材２が把持される。

【００４６】即ち、前記チャック開閉スリーブ４ｂへの
軸方向推力は、スラスト軸受２２、２３を介してチャッ
ク開閉スリーブ４ｂとコレットチャック３ｂに作用、反
作用として作用する。チャック開閉モータ軸１５ｂは、
ナット２０と一体に構成されたチャック開閉モータ１４
ｂが、主軸枠体１ｂに対して、キーにより回転方向は拘
束され、軸方向に移動可能に設けられていることによ
り、回転自在であると共に軸方向に移動自由に構成され
ている。またねじ２１は、主軸枠体１ｂとスプライン機
構により結合されて回転が拘束されており、またコレッ
トチャック３ｂにスラスト軸受２３を介して連結されて
いることにより、スラスト軸受２３の軸方向隙間、例え
ば０．１ｍｍから３ｍｍ以上は移動しない。このため、
チャック開閉モータ軸１５ｂの回転によってチャック開
閉モータ軸１５ｂが軸方向前方（図で左方向）に移動
し、スラスト軸受２２を介してチャック開閉スリーブ４
ｂに軸方向前方（図で左方向）の力を作用させる。ナッ
ト２０に生じた推力と逆方向の推力がねじ２１に生じる
が、この力はスラスト軸受２３を介してコレットチャッ
ク３ｂに作用する。即ち、コレットチャック３ｂは軸方
向に移動しない中空主軸６ｂにキャップ７にて固着さ
れ、軸方向に拘束されているので、チャック開閉スリー
ブ４ｂが相対的に軸方向に移動し、コレットチャック３
ｂを閉じる。

【００４７】このとき、この実施の形態２においても、
コレットチャック３ｂのテーパ角度θを図２に示すよう
に、“２×tan^-1（μ／２）＜θ＜２×tan^-1μ”（但
し、μはテーパ面の摩擦係数）としているので、チャッ
ク開閉スリーブ４ｂに作用させる推力Ｆをほぼ従来の１
／２以下に低減できるとともに、チャック開閉スリーブ
４ｂに作用する推力が無くともテーパ嵌合部の摩擦によ
ってテーパ嵌合が緩むことがなく、更にまた、コレット
チャック３ｂを開放するためにチャック開閉スリーブ４
ｂをテーパ嵌合から外す方向に作用させる引き抜き力を
押し込み力以下とすることができる。

【００４８】また、チャック開閉スリーブ４ｂに作用す
る推力が無くともテーパ嵌合部の摩擦によってテーパ嵌
合が緩むことは無いが、安全のために圧縮コイルバネ５
がチャック開閉スリーブ４ｂをチャック３ｂが閉じる方
向に附勢するように設けられているので、回転中の振動
などによってテーパ嵌合が緩み把持力が低下することは
無い。

【００４９】また、この実施の形態２においても、実施
の形態１で説明した制御ブロック(図４)にて、チャック
開閉モータ１４ｂにて制御しているので、コレットチャ
ック３ｂには設定された力で棒材２を把持するように圧
縮力が加えられる。また、チャック開閉モータ１４ｂを
正・逆転することにより、チャック開閉スリーブ４ｂを
軸方向に移動させているので、チャック開閉モータ１４
ｂの制御も簡単である。また、エンコーダー１８の出力
及び一般的なサーボ制御装置を用いて、把持完了後に推
力センサー２４の出力が０になるようにチャック開閉モ
ータ１４ａの位置を制御することで、スラスト軸受２
２、２３に設けた軸方向の隙間でスラスト軸受２２、２
３が空転するようにすれば、主軸モータ回転部と、チャ
ック開閉モータ１４ｂ及び回転直動変換機１９との間の
回転力を完全に遮断できるので、切削加工中の回転摩擦
が少なくエネルギー損失を低減できる。

【００５０】そしてその後、棒材２、キャップ７、コレ
ットチャック３ｂ及びチャック開閉スリーブ４ｂは、中
空主軸６ｂと共に回転し、図示しない切削工具にて棒材
２が加工されるが、主軸モータ部と、チャック開閉モー
タ軸１５ｂ及び回転直動変換機１９のねじ２１との間に
はスラスト軸受２２、２３が介在しているので、主軸モ
ータ８の回転駆動力がチャック開閉モータ軸１５ｂ及び
回転直動変換機１９のねじ２１に伝わることはない。即
ち、加工中はチャック開閉モータ１４ｂ及び回転直動変
換機１９は主軸モータ部と完全に分離されている。

【００５１】一方、コレットチャック３ｂを開き棒材２
の把持を開放させるとき、チャック開閉モータ１４ｂ
を、チャック開閉スリーブ４ｂを軸方向後方（図で右方
向）に移動させる方向に駆動する。なお、このときも、
棒材２を把持させるときと同様に、チャック開閉スリー
ブ４ｂとチャック開閉モータ軸１５ｂとの間にスラスト
軸受２２が、またコレットチャック３ｂと回転直動変換
機１９のねじ２１との間にスラスト軸受２３が配置され
ており、主軸モータ８の回転駆動力がスラスト軸受２
２、２３の作用により、チャック開閉モータ軸１５ｂや
回転直動変換機１９のねじ２１に伝達することはないの
で、主軸モータ８を停止する必要はない。

【００５２】チャック開閉モータ１４ｂが駆動される
と、回転直動変換機１９の機能によりチャック開閉モー
タ１４ｂの回転駆動力が前記と同様に軸方向推力に変換
され、スラスト軸受２２を介してチャック開閉スリーブ
４ｂを圧縮コイルばね５の弾性力に抗して軸方向後方
（図で右方向）に移動させる。軸方向後方（図で右方
向）に移動させられたチャック開閉スリーブ４ｂは、コ
レットチャック３ｂのテーパ部を径方向に圧縮していた
力を開放する。この結果、コレットチャック３ｂは自身
のバネ力によって径方向に拡張復元するため、内径が拡
がり棒材２の把持力が無くなるので、棒材２を軸方向前
方（図で左方向）に所定量移動させ、再度上述の棒材把
持動作を繰返す。

【００５３】実施の形態３．次に本発明の実施の形態３
について図８を用いて説明する。この実施の形態３は、
ねじ２１に生じた推力をスラスト軸受２３を介してチャ
ック開閉スリーブ４ｃに伝達し、ナット２０に生じる逆
方向の推力を、チャック開閉モータ１４ｃの回転部を支
承する軸受１６、１７、主軸枠体１ｃ、及び主軸モータ
８の回転部を支承する軸受９、１０を通じて中空主軸６
ｃに伝える構成としたものである。このため、本実施の
形態３では、チャック開閉スリーブ４ｃとねじ２１との
間にスラスト軸受２３を設け、またチャック開閉モータ
１４ｃの回転部を支承する軸受１６、１７、及び主軸モ
ータ８の回転部を支承する軸受９、１０に、アンギュラ
ースラスト軸受を用いている。また、中空主軸６ｃとチ
ャック開閉モータ軸１５ｃとは、完全に分離されてい
る。なおその他の構成、及びチャック開閉モータ１４ｂ
の制御回路は、実施の形態１と実質的に同様であるの
で、説明を省略する。

【００５４】次に動作について説明する。即ち、図８に
示すように、コレットチャック３ｃにて棒材２を把持さ
せるとき、チャック開閉モータ１４ｃを、チャック開閉
スリーブ４ｃを軸方向前方（図で左方向）に移動させる
方向に駆動する。なおこのとき、チャック開閉スリーブ
４ｃと回転直動変換機１９のねじ２１との間にスラスト
軸受２３が配置されており、主軸モータ８の回転駆動力
がスラスト軸受２３の作用により、回転直動変換機１９
のねじ２１に伝達することはないので、主軸モータ８を
停止する必要はない。

【００５５】チャック開閉モータ１４ｃが駆動される
と、回転直動変換機１９の機能によりチャック開閉モー
タ１４ｃの回転駆動力が軸方向推力に変換され、スラス
ト軸受２３を介してチャック開閉スリーブ４ｃを軸方向
前方（図で左方向）に移動させる。軸方向前方（図で左
方向）に移動させられた、コレットチャック３ｃの外周
テーパ部に嵌合するチャック開閉スリーブ４ｃは、コレ
ットチャック３ｃのテーパ部を径方向に圧縮する。この
結果、コレットチャック３ｃにて棒材２が把持される。

【００５６】即ち、前記チャック開閉スリーブ４ｃへの
軸方向推力は、チャック開閉スリーブ４ｃと中空主軸６
ｃとに作用、反作用として作用する。チャック開閉モー
タ軸１５ｃは、ナット２０と一体に構成されたチャック
開閉モータ１４ｃが、主軸枠体１ｃに対して、キーによ
り回転方向は拘束され、軸方向に移動可能に設けられて
いることにより、回転自在であると共に軸方向に移動自
由に構成されている。またねじ２１は、主軸枠体１ｃと
スプライン機構により結合されて回転が拘束されてお
り、軸方向には自由に移動できるので、ナット２０の回
転によってねじ２１が軸方向前方（図で左方向）に移動
し、スラスト軸受２３を介してチャック開閉スリーブ４
ｃに軸方向前方（図で左方向）の力を作用させる。ねじ
２１に生じた推力と逆方向の推力がナット２０に生じる
が、この力はチャック開閉モータ軸１５ｃ、軸受１６、
１７、主軸枠体１ｃ、及び主軸モータ８の回転部を支承
する軸受９、１０を介して中空主軸６ｃに作用し、そし
て中空主軸６ｃに取り付けられたコレットチャック３ｃ
に作用する。即ち、中空主軸６ｃ及びコレットチャック
３ｃは軸方向に拘束されているので、チャック開閉スリ
ーブ４ｃが相対的に軸方向に移動し、コレットチャック
３ｃを閉じる。

【００５７】このとき、この実施の形態３においても、
コレットチャック３ｃのテーパ角度θを図２に示すよう
に、“２×tan^-1（μ／２）＜θ＜２×tan^-1μ”（但
し、μはテーパ面の摩擦係数）としているので、チャッ
ク開閉スリーブ４ｃに作用させる推力Ｆをほぼ従来の１
／２以下に低減できるとともに、チャック開閉スリーブ
４ｃに作用する推力が無くともテーパ嵌合部の摩擦によ
ってテーパ嵌合が緩むことがなく、更にまた、コレット
チャック３ｃを開放するためにチャック開閉スリーブ４
ｃをテーパ嵌合から外す方向に作用させる引き抜き力を
押し込み力以下とすることができる。

【００５８】また、チャック開閉スリーブに作用する推
力が無くともテーパ嵌合部の摩擦によってテーパ嵌合が
緩むことは無いが、安全のために圧縮コイルバネ５がチ
ャック開閉スリーブ４ｃをチャックが閉じる方向に附勢
するように設けられているので、回転中の振動などによ
ってテーパ嵌合が緩み把持力が低下することは無い。

【００５９】また、この実施の形態３においても、実施
の形態１で説明した制御ブロック(図４)にて、チャック
開閉モータ１４ｃにて制御しているので、コレットチャ
ック３ｃには設定された力で棒材２を把持するように圧
縮力が加えられる。また、チャック開閉モータ１４ｃを
正・逆転することにより、チャック開閉スリーブ４ｃを
軸方向に移動させているので、チャック開閉モータ１４
ｃの制御も簡単である。また、エンコーダー１８の出力
及び一般的なサーボ制御装置を用いて、把持完了後に推
力センサー２４の出力が０になるようにチャック開閉モ
ータ１４ｃの位置を制御することで、スラスト軸受２３
に設けた軸方向の隙間でスラスト軸受２３が空転するよ
うにすれば、主軸モータ回転部と、チャック開閉モータ
１４ｃ及び回転直動変換機１９との間の回転力を完全に
遮断できるので、切削加工中の回転摩擦が少なくエネル
ギー損失を低減できる。

【００６０】そしてその後、棒材２、キャップ７、コレ
ットチャック３ｃ及びチャック開閉スリーブ４ｃは、中
空主軸６ｃと共に回転し、図示しない切削工具にて棒材
２が加工されるが、チャック開閉スリーブ４ｃと回転直
動変換機１９のねじ２１との間にはスラスト軸受２３が
介在しているので、主軸モータ８の回転駆動力が回転直
動変換機１９のねじ２１に伝わることはない。即ち、加
工中はチャック開閉モータ１４ｃ及び、回転直動変換機
１９は主軸モータ部と完全に分離されている。

【００６１】一方、コレットチャック３ｃを開き棒材２
の把持を開放させるとき、チャック開閉モータ１４ｃ
を、チャック開閉スリーブ４ｃを軸方向後方（図で右方
向）に移動させる方向に駆動する。なお、このときも、
棒材２を把持させるときと同様に、チャック開閉スリー
ブ４ｃと回転直動変換機１９のねじ２１との間にスラス
ト軸受２３が配置されており、主軸モータ８の回転駆動
力が、スラスト軸受２３の作用により、回転直動変換機
１９のねじ２１に伝達することはないので、主軸モータ
８を停止する必要はない。

【００６２】チャック開閉モータ１４ｃが駆動される
と、回転直動変換機１９の機能によりチャック開閉モー
タ１４ｃの回転駆動力が前記と同様に軸方向推力に変換
され、スラスト軸受２３を介してチャック開閉スリーブ
４ｃを圧縮コイルばね５の弾性力に抗して軸方向後方
（図で右方向）に移動させる。軸方向後方（図で右方
向）に移動させられたチャック開閉スリーブ４ｃは、コ
レットチャック３ｃのテーパ部を径方向に圧縮していた
力を開放する。この結果、コレットチャック３ｃは自身
のバネ力によって径方向に拡張復元するため、内径が拡
がり棒材２の把持力が無くなるので、棒材２を軸方向前
方（図で左方向）に所定量移動させ、再度上述の棒材把
持動作を繰返す。

【００６３】実施の形態４．なお、上述した実施の形態
１〜３においては、図４に示す制御ブロックを用いてチ
ャック開閉モータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃを制御するも
のについて説明したが、図９に示す制御ブロックを用い
てチャック開閉モータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃを制御し
てもよい。即ち、図９に於いて、コレットチャック３
ａ、３ｂ、３ｃに把持力を与えるために、図示しない演
算部で電流指令３１が演算され、加算点に入力される。
加算点の出力電流はチャック開閉モータ１４ａ、１４
ｂ、１４ｃを一方向に回転駆動し、モータ駆動電流は電
流センサー３２により検出される。電流センサーの出力
は信号変換器３３により電流値に変換され、加算点で電
流指令値と加算されて電流制御ループを構成する。チャ
ック開閉モータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃは設定された電
流値で駆動し、該電流値に対応するトルクで回転直動変
換機１９を駆動する。チャック開閉モータ１４ａ、１４
ｂ、１４ｃの回転トルクは回転直動変換機１９によって
軸方向直線推力に変換され、この軸方向直線推力にてス
ラスト軸受２２、２３等の推力伝達手段１５を介してチ
ャック開閉スリーブ４ａ、４ｂ、４ｃを軸方向に駆動
し、コレットチャック３ａ、３ｂ、３ｃに把持力を与え
る。また、コレットチャック３ａ、３ｂ、３ｃの把持力
を開放させる場合には、チャック開閉モータ１４ａ、１
４ｂ、１４ｃを逆回転駆動する

【００６４】本制御回路によりチャック開閉モータ１４
ａ、１４ｂ、１４ｃを制御する場合であっても、実施の
形態１〜３の制御ブロックと同様に、コレットチャック
３ａ、３ｂ、３ｃには設定された力で棒材２を把持する
ように圧縮力を加えることができるようになる。また、
チャック開閉モータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃを正・逆転
することにより、チャック開閉スリーブ４ａ、４ｂ、４
ｃを軸方向に移動させているので、チャック開閉モータ
１４ａ、１４ｂ、１４ｃの制御が簡単となる。また、エ
ンコーダー１８の出力及び一般的なサーボ制御装置を用
いて、把持完了後に推力センサー２４の出力が０になる
ようにチャック開閉モータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃの位
置を制御することで、スラスト軸受２２、２３に設けた
軸方向の隙間でスラスト軸受２２、２３が空転するよう
にすれば、主軸モータ回転部と、チャック開閉モータ１
４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び回転直動変換機１９間の回転
力を完全に遮断できるので切削加工中の回転摩擦が少な
くエネルー損失を低減できる。

【００６５】実施の形態５．また、図１０に示す制御ブ
ロックを用いてチャック開閉モータ１４ａ、１４ｂ、１
４ｃを制御してもよい。即ち、図１０（ａ）に示す制御
ブロックは、前記説明した図９の制御ブロックから電流
ループ制御を削除したものである。一般に図１０（ｂ）
に示すようにモータ電流とモータトルクの間には概ね比
例関係があるので、この特徴を利用して電流ループ制御
を省いた簡易トルク制御を行わせるものである。コレッ
トチャック３ａ、３ｂ、３ｃに把持力を与えるために、
図示しない演算部で電流指令３１が演算され、出力電流
はチャック開閉モータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃに与えら
れ、チャック開閉モータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃは指定
された電流値で駆動し、該電流値に対応するトルクで回
転直動変換機１９を駆動する。チャック開閉モータ１４
ａ、１４ｂ、１４ｃの回転トルクは回転直動変換機１９
によって軸方向直線推力に変換され、この軸方向直線推
力にてスラスト軸受２２、２３等の推力伝達手段１５を
介してチャック開閉スリーブ４ａ、４ｂ、４ｃを軸方向
に駆動し、コレットチャック３ａ、３ｂ、３ｃに把持力
を与える。また、コレットチャック３ａ、３ｂ、３ｃの
把持力を開放させる場合には、チャック開閉モータ１４
ａ、１４ｂ、１４ｃを逆回転駆動する

【００６６】本制御ブロックによりチャック開閉モータ
１４ａ、１４ｂ、１４ｃを制御する場合であっても、実
施の形態１〜４の制御ブロックと同様に、コレットチャ
ック３ａ、３ｂ、３ｃには設定された力で棒材２を把持
するように圧縮力を加えることができるようになる。ま
た、チャック開閉モータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃを正・
逆転することにより、チャック開閉スリーブ４ａ、４
ｂ、４ｃを軸方向に移動させているので、チャック開閉
モータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃの制御が簡単となる。ま
た実施の形態１〜４で示す制御ブロックのような、制御
ループが存在せず、また特別なセンサを必要としないの
で、これらの実施の形態１〜４で示す制御ブロックに比
べ制御並びに回路が更に簡単となる。

【００６７】実施の形態６．なお、上述した実施の形態
においては、チャック開閉モータ軸１５ａ、１５ｂ、１
５ｃの内部に回転直動変換機１９を組み込んだ構成のも
のについて説明したが、チャック開閉モータ１４ａ、１
４ｂ、１４ｃと回転直動変換機１９は軸方向に別々に設
置しても良く、また、両者をギヤー、タイミングベルト
などで連結しても同等の効果作用を得ることができる。
また、チャック開閉モータ１５ａ、１５ｂ、１５ｃはサ
ーボモータであることが望ましいが、パルスモータ、誘
導モータでも良く、ボールねじ等で構成される回転直動
変換機１９を駆動する回転力を作用させることができれ
ば良いことは言うまでもない。また、回転直動変換機１
９としてボールねじを用いたが、チャック開閉モータ１
４ａ、１４ｂ、１４ｃとして回転モータを使用せず、リ
ニアモータで直接軸方向推力を得ても良い。また、上述
した実施の形態においては、スラスト軸受２２、２３は
両軸方向（押し引きの両方向）に対応する一体構造とし
たが、押し方向と引き方向にそれぞれ対応するスラスト
軸受を組み合わせても、または別々に離れた位置に設置
しても良く、なおまた、スラスト軸受としてアンギュラ
ースラストタイプを使用しても良いことは言うまでもな
い。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、主
軸モータ回転中にコレットチャックを閉じておくため、
チャック開閉スリーブに推力を加え続ける必要がないの
で、チャック開閉スリーブと機械的に連結されスラスト
方向の負荷がかかる機構部品、例えばスラスト軸受等の
寿命を大幅に延ばすことができる。

【００６９】また本発明によれば、コレットチャックの
外周テーパ角度θを、“２×tan^-1（μ／２）＜θ＜２
×tan^-1μ”（但し、μはテーパ面の摩擦係数）とした
ので、コレットチャックに必要な把持力を得るためにチ
ャック開閉スリーブに作用させる推力（押し込み力）は
従来の約１／２以下で十分となり、またコレットチャッ
クを開放するためにチャック開閉スリーブを引き抜く力
も押し込み力と同等以下で良いので、機械構成各部の歪
みが少なくなると共に、チャック開閉モータの容量も小
さくて良く、省エネ、省スペースが可能となる。また、
主軸モータ回転中にコレットチャックを閉じておくた
め、チャック開閉スリーブに推力を加え続ける必要がな
くなるので、チャック開閉スリーブと機械的に連結され
スラスト方向の負荷がかかる機構部品、例えばスラスト
軸受等の寿命を大幅に延ばすことができる。

【００７０】また本発明によれば、チャック開閉スリー
ブに作用する推力がなくともテーパ嵌合部の摩擦によっ
てテーパ嵌合が緩むことはないが、安全のためにチャッ
ク開閉スリーブをチャックが閉じる方向に附勢するよう
に、ばねが設けられているので、回転中の振動などによ
ってテーパ嵌合が緩み把持力が低下するようなことがな
く、ワーク把持の信頼性が向上する。

【００７１】またこの発明によれば、チャック開閉スリ
ーブを軸方向に駆動する駆動源となる、回転子を有する
モータを一方向に回転させることにより、前記チャック
開閉スリーブを前記コレットチャックを閉める方向に移
動させるとともに、前記モータを逆方向に回転させるこ
とにより、前記チャック開閉スリーブを前記コレットチ
ャックを開かせる方向に移動させるように構成したの
で、即ちチャック開閉スリーブの軸方向移動のためのモ
ータ制御として正・逆転制御だけで足りるので、このモ
ータの制御が簡単となる。

【００７２】またこの発明によれば、中空主軸と回転直
動変換機の間、及びチャック開閉スリーブと回転直動変
換機の間にそれぞれ押しと引きに対応するスラスト軸受
を設けてチャック開閉スリーブに作用する押しと引きの
力の反力を中空主軸で受け止め、且つ、スラスト軸受で
軸方向に作用する力と回転力を分離したので、簡単な構
成でもって、機械構造に無理な力を掛けることなく主軸
モータを回転させたまま、チャック開閉モータにてコレ
ットチャックを開閉することができるようになる。

【００７３】また本発明によれば、コレットチャクと回
転直動変換機の間、及びチャック開閉スリーブと回転直
動変換機の間にそれぞれ押しと引きに対応するスラスト
軸受を設けてチャック開閉スリーブに作用する押しと引
きの力の反力をコレットチャックで受け止めるようにし
たので、中空主軸及びコレットチャクを中空主軸に固定
するキャップ部分にチャック開閉のための推力が作用し
なくなり、中空主軸及びキャップ部分の強度の心配が無
く軽量化が図れる。また、簡単な構成でもって、機械構
造に無理な力を掛けることなく主軸モータを回転させた
ままチャック開閉モータの回転方向によりコレットチャ
ックを開放し、チャック開閉モータを逆方向に回転する
ことでコレットチャックを閉じ把持力を得ることができ
るようになる。

【００７４】また本発明によれば、中空主軸及びチャッ
ク開閉モータ軸をアンギュラースラスト軸受で支承し、
チャック開閉スリーブと回転直動変換機の間に押しと引
きに対応するスラスト軸受を設けてチャック開閉スリー
ブに作用する押しと引きの力の反力をチャック開閉モー
タ軸を支承するアンギュラースラスト軸受と主軸枠体及
び中空主軸を支承するアンギュラースラスト軸受で受け
止め、且つ、チャック開閉スリーブと回転直動変換機の
間に設けたスラスト軸受で軸方向に作用する力と回転力
を分離したので、簡単な構成でもって、機械構造に加工
中に無理な力を掛けることなく主軸モータを回転させた
ままチャック開閉モータの回転方向によりコレットチャ
ックを開放し、チャック開閉モータを逆方向に回転する
ことでコレットチャックを閉じ把持力を得ることができ
るようになる。

【００７５】また本発明によれば、スラスト軸受の軸方
向に例えば０．１ｍｍから３ｍｍの、つばとベアリング
が接触しない程度の隙間を設け、スラスト軸受に推力の
作用しない状態では摩擦を生じないようにしたので、主
軸が高速回転してもスラスト軸受は空転するので、スラ
スト軸受の寿命が長くできると共に、主軸モータ回転部
とチャック開閉モータ及び回転直動変換機間の回転力を
完全に遮断できるので切削加工中の回転摩擦が少なくエ
ネルギー損失を低減できる。

【００７６】また本発明によれば、回転直動変換機とス
ラスト軸受の間に設けた推力センサーによってチャック
開閉スリーブに作用する推力を検出し、チャック開閉モ
ータの回転力を制御してコレットチャックの把持力を適
正な値にできる。

【００７７】また本発明によれば、チャック開閉モータ
の駆動電流を検出する電流センサを備え、該電流センサ
ーの出力を用いて電流制御ループを構成し、チャック開
閉スリーブに作用する推力を制御できるようにしたの
で、特別な推力センサーなしでチャック開閉モータの回
転力を制御してコレットチャックの把持力を適正な値に
できる。

【００７８】更にまた本発明によれば、チャック開閉モ
ータの駆動電流を、予め求められている電流−トルク曲
線から求められる電流値とすることにより、対応するモ
ータトルクでチャック開閉スリーブに作用する推力を間
接的に制御できるようにしたので、特別なセンサーや制
御ループ無しで、廉価にコレットチャックの把持力を適
正な値にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係るコレットチャッ
ク開閉装置の側面断面図である。

【図２】 本発明の実施の形態１に係るコレットチャッ
クの側面断面図である。

【図３】 本発明の実施の形態１に係るスラスト軸受の
側面断面図である。

【図４】 本発明の実施の形態１に係るチャック開閉モ
ータの制御ブロック図である。

【図５】 本発明の実施の形態１に係る本発明のコレッ
トチャックのテーパ部の力関係を説明する図である。

【図６】 本発明の実施の形態１に係るコレットチャッ
クのテーパ部の摩擦係数と角度の関係を表わす図であ
る。

【図７】 本発明の実施の形態２に係るコレットチャッ
ク開閉装置の側面断面図である。

【図８】 本発明の実施の形態３に係るコレットチャッ
ク開閉装置の側面断面図である。

【図９】 本発明の実施の形態４に係るチャック開閉モ
ータの制御ブロック図である。

【図１０】 本発明の実施の形態５に係るチャック開閉
モータの制御ブロック図である。

【図１１】 従来のコレットチャック開閉装置の側面断
面図である。

【図１２】 従来のコレットチャックの側面断面図であ
る。

【図１３】 従来のコレットチャックのテーパ部の力関
係を説明する図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ 主軸枠体 ２ 棒材 ３ａ，３ｂ，３ｃ コレットチャック ４ａ，４ｂ，４ｃ チャック開閉スリーブ ５ 圧縮コイルバネ ６ａ，６ｂ，６ｃ 中空主軸 ７ キャップ ８ 主軸モータ ９，１０ 軸受 １１ 検出器 １４ａ，１４ｂ，１４ｃ チャック開閉モータ １５ａ，１５ｂ，１５ｃ チャック開閉モータ軸 １６，１７ 軸受 １８ エンコーダー １９ 回転直動変換機 ２０ ナット ２１ ねじ ２２，２３ スラスト軸受 ２４ 推力センサー ２２Ａ、２３Ａ つば ２２Ｂ、２３Ｂ つば固定ナット ２２Ｃ、２２Ｄ、２３Ｃ、２３Ｄ ベアリング

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸モータにて回転駆動される中空主軸
   と、この中空主軸と一体的に回転し、且つ被削材を把持
   するコレットチャックと、前記中空主軸の中空部に軸方
   向移動自在に設けられ、前記コレットチャックの外周部
   を押圧することにより前記コレットチャックを閉じると
   ともに、前記押圧を開放することにより前記コレットチ
   ャックを開かせるチャック開閉スリーブと、このチャッ
   ク開閉スリーブを軸方向に移動させる駆動手段と、前記
   中空主軸の回転駆動力が前記駆動手段へ伝達するのを阻
   止するとともに、前記駆動手段の駆動力を前記チャック
   開閉スリーブへ伝達する伝達手段とを備え、前記コレッ
   トチャックの外周テーパ角度を、前記チャック開閉スリ
   ーブにて前記コレットチャックの外周部が押圧されるこ
   とにより前記コレットチャックが閉じたとき、その閉状
   態を主に前記チャック開閉スリーブとの間に発生する摩
   擦力で維持する角度としたことを特徴とするコレットチ
   ャック開閉装置。
2. 【請求項２】 前記コレットチャックの外周テーパ角度
   θを、“２×tan^-1（μ／２）＜θ＜２×tan^-1μ”（但
   し、μはテーパ面の摩擦係数）としたことを特徴とする
   請求項１に記載のコレットチャック開閉装置。
3. 【請求項３】 前記コレットチャックを閉状態に維持さ
   せる補助手段として、ばねを設けたことを特徴とする請
   求項１または２に記載のコレットチャック開閉装置。
4. 【請求項４】 前記駆動手段が回転子を有するモータで
   あるとともに、このモータの回転駆動力を前記チャック
   開閉スリーブに対する軸方向推力に変換する回転直動変
   換機を備え、前記モータを一方向に回転させることによ
   り、前記チャック開閉スリーブを前記コレットチャック
   を閉める方向に移動させるとともに、前記モータを逆方
   向に回転させることにより、前記チャック開閉スリーブ
   を前記コレットチャックを開かせる方向に移動させるこ
   とを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のコレット
   チャック開閉装置。
5. 【請求項５】 主軸モータにて回転駆動される中空主軸
   と、この中空主軸と一体的に回転し、且つ被削材を把持
   するコレットチャックと、前記中空主軸の中空部に軸方
   向移動自在に設けられ、前記コレットチャックの外周部
   を押圧することにより前記コレットチャックを閉じると
   ともに、前記押圧を開放することにより前記コレットチ
   ャックを開かせるチャック開閉スリーブと、このチャッ
   ク開閉スリーブを軸方向に移動させる駆動源となる、回
   転子を有するチャック開閉モータと、このモータの回転
   駆動力を前記チャック開閉スリーブに対する軸方向推力
   に変換する回転直動変換機とを備え、前記コレットチャ
   ックの外周テーパ角度θを、“２×tan^-1（μ／２）＜
   θ＜２×tan^-1μ”（但し、μはテーパ面の摩擦係数）
   とし、且つ、該中空主軸と回転直動変換機の間、及びチ
   ャック開閉スリーブと回転直動変換機の間に、それぞれ
   押しと引きの両軸方向の力に対応するスラスト軸受を設
   けたことを特徴とするコレットチャック開閉装置。
6. 【請求項６】 主軸モータにて回転駆動される中空主軸
   と、この中空主軸と一体的に回転し、且つ被削材を把持
   するコレットチャックと、前記中空主軸の中空部に軸方
   向移動自在に設けられ、前記コレットチャックの外周部
   を押圧することにより前記コレットチャックを閉じると
   ともに、前記押圧を開放することにより前記コレットチ
   ャックを開かせるチャック開閉スリーブと、このチャッ
   ク開閉スリーブを軸方向に移動させる駆動源となる、回
   転子を有するチャック開閉モータと、このモータの回転
   駆動力を前記チャック開閉スリーブに対する軸方向推力
   に変換する回転直動変換機とを備え、前記コレットチャ
   ックの外周テーパ角度θを、“２×tan^-1（μ／２）＜
   θ＜２×tan^-1μ”（但し、μはテーパ面の摩擦係数）
   とし、且つ、該チャック開閉スリーブと回転直動変換機
   の間、及びコレットチャックと回転直動変換機の間に、
   それぞれ押しと引きの両軸方向の力に対応するスラスト
   軸受を設けたことを特徴とするコレットチャック開閉装
   置。
7. 【請求項７】 主軸モータにて回転駆動される中空主軸
   と、この中空主軸と一体的に回転し、且つ被削材を把持
   するコレットチャックと、前記中空主軸の中空部に軸方
   向移動自在に設けられ、前記コレットチャックの外周部
   を押圧することにより前記コレットチャックを閉じると
   ともに、前記押圧を開放することにより前記コレットチ
   ャックを開かせるチャック開閉スリーブと、このチャッ
   ク開閉スリーブを軸方向に移動させる駆動源となる、回
   転子を有するチャック開閉モータと、このモータの回転
   駆動力を前記チャック開閉スリーブに対する軸方向推力
   に変換する回転直動変換機とを備え、前記コレットチャ
   ックの外周テーパ角度θを“２×tan^-1（μ／２）＜θ
   ＜２×tan^-1μ”（但し、μはテーパ面の摩擦係数）と
   し、且つ、該チャック開閉スリーブと回転直動変換機の
   間に、押しと引きの両軸方向の力に対応するスラスト軸
   受を設けるとともに、前記主軸モータ及びチャック開閉
   モータの回転部を、押しと引きの両軸方向の力に対応す
   るアンギュラースラスト軸受で支承したことを特徴とす
   るコレットチャック開閉装置。
8. 【請求項８】 前記スラスト軸受は、つばの軸方向両側
   に所定の隙間を介してベアリングが配置されており、該
   スラスト軸受に推力の作用しない状態では摩擦を生じな
   いようにしたことを特徴とする請求項５〜７の何れかに
   記載のコレットチャック開閉装置。
9. 【請求項９】 スラスト軸受に作用する推力を検出する
   推力センサーを備え、該推力センサーの出力を用いて前
   記チャック開閉モータの制御ループを構成し、前記チャ
   ック開閉スリーブに作用する推力を制御するようにした
   ことを特徴とする請求項５〜８の何れかに記載のコレッ
   トチャック開閉装置。
10. 【請求項１０】 チャック開閉モータの駆動電流を検出
    する電流センサーを備え、該電流センサーの出力を用い
    て前記チャック開閉モータの電流制御ループを構成し、
    チャック開閉スリーブに作用する推力を制御するように
    したことを特徴とする請求項５〜８の何れかに記載のコ
    レットチャック開閉装置。
11. 【請求項１１】 チャック開閉モータの駆動電流を、予
    め求められている電流−トルク曲線から求められる電流
    値とし、対応するモータトルクでチャック開閉スリーブ
    に作用する推力を間接的に制御するようにしたことを特
    徴とする請求項５〜８の何れかに記載のコレットチャッ
    ク開閉装置。