JP2009532220A - チャック及び軸方向のすべりを防止する嵌合い機能を有する物品 - Google Patents

Abstract

チャック及び物品は、該物品がチャックに解放可能に取り付けられるように構成されている。チャック及び物品の一方には、山部が設けられ、他方には谷部が設けられる。物品がチャックに取り付けられるとき、他方に対する一方のすべりを防止することを助けるために、山部が谷部に入り込む。チャックは、先細の内腔を有するレシーバー、相補的に先細の外面を有するコレット、及びレシーバーの先端部にねじ込み式に取り付けられるように構成されているナットを含み得る。物品は、工具軸部のような軸部であってもよい。コレットの内面には、軸部に形成されている谷部に嵌合するように構成されている山部が設けられ得る。取り付け位置において、軸部は、コレットの内腔内に受け入れられるとともに、コレットの山部が軸部の谷部を少なくとも部分的に占有し、それにより、それ自身がレシーバーの内腔内に受け入れられているコレットに対する軸部の移動を防止する。

Description

工具または被加工物のような物品を工作機械に取り外し可能に取り付けるチャックは、この技術分野では周知である。そのようなチャックは、該チャックに物品を解放可能なように把持するために、膨張または半径方向に収縮する弾力性のあるコレット（collets）を使用し得る。

欧州特許出願公開第０２６３９８２号明細書 英国特許第５５１７２０号明細書 英国特許第５６５１６４号明細書 英国特許第８０２７６９号明細書 英国特許第８０８７８７号明細書 英国特許第８２７１６９号明細書 英国特許第１０４８４５８号明細書 英国特許第１３７９７００号明細書 英国特許第１０８０７７１号明細書 英国特許第１３９４３２８号明細書 英国特許第７２９０５１号明細書 欧州特許第００１３６４５号明細書 欧州特許第０２６３９８２号明細書 欧州特許第０６１８０３０号明細書 欧州特許第１０４９５５５号明細書 欧州特許第１６１６６４７号明細書 米国特許第５３２４０５０号明細書 米国特許第６７４６０２３号明細書 米国特許第６８８６８３５号明細書 特開２００４−０２５３４９号公報

特に、比較的大きな軸方向の切削力が物品に作用すると、時には、把持された物品がチャックに対して軸方向に摺動し得ることが知られている。そのような軸方向の摺動は望ましいものではなく、被加工物の品質、工具寿命またはその両方に悪影響を及ぼす恐れがある。

特許文献１は、切削工具をチャックで締めるチャック及びコレットを有する切削工具アセンブリを開示している。コレットは、切削工具の軸部が解放可能に取り付けられ得る貫通内腔を有する。コレットは、工具軸部がコレット内腔内に受け入れられ、該内腔を通って摺動可能である解放位置とコレットの把持力により工具軸部がコレットに取り付けられる取り付け位置との間を移動可能である。

改良されたチャックを提供することが本発明の目的である。この目的は、クレームに係る対象により達成される。

以下の実施態様及びその形態が、典型的であり、説明のためのものであって、範囲を限定するものではないシステム、工具及び方法とともに記載され、例示される。様々な実施態様において、１以上の上記問題が削減され、解消され、他方、別の実施態様は、別の利点または改良を対象にしている。

本発明によれば、前後方向を画定する長手方向の軸Ｌを有する切削工具アセンブリが提供される。アセンブリは、コレット及び軸部（a shank）を備えている。コレットは、前記長手方向の軸に沿って延在する貫通内腔を有する。コレットの内面は、周辺内側スロット及び山部を備え、該山部は、コレット前面、軸方向後方に向かって面している第１のスロット面、及びコレット前面と第１のスロット面との間に延在する前部内面であって、該前部内面の少なくとも一部は、半径方向内側に向かって、周辺内側スロットを有する前部内面を備えている。軸部は、長手方向の軸に沿って延在し、解放可能に前記貫通内腔内に取り付けられ、該軸部は、そこに形成されている軸部周辺スロットを有する軸部周辺外面を備えている。谷部を画定している軸部周辺スロットは、軸方向後方に向かって面している第１のスロット側面、反対の軸方向前方に向かって面している第２のスロット側面、及びそれらの間に延在しているスロット・ベース（a slot base）を備えている。コレットは、工具軸部が谷部の外側に位置決めされる山部を有するコレットの貫通内腔内に受け入れられ、該コレット貫通内腔を通って摺動可能である解放位置と、山部が少なくとも部分的に谷部に受け入れられる取り付け位置との間で移動可能である。選択的に、切削工具アセンブリは、内腔及びナットを有するレシーバー（a receiver）を有するチャック、レシーバーの内腔に受け入れられる一方で、ナットがレシーバーにねじ係合し、コレットに当接するコレットを備えている。必要に応じて、ナットは、コレットに当接するナット押し込みコーン（a nut forcing cone）を備えている。

通常は、軸部周辺外面は、該周辺外面に形成されている複数の軸部周辺スロットを有している。選択的に、複数の軸部周辺スロットは、軸部の軸部分に沿って等間隔に配置されている。

上述された代表的形態及び実施態様に加えて、さらなる形態及び実施態様が添付されている説明図及び図面を参照することにより、また、以下の詳細な説明を検討することにより明白になるだろう。

代表的な実施態様は、添付されている説明図及び図面に示されている。本明細書に開示されている代表的な実施態様及び説明図は、限定的ではなくむしろ説明のためのものとみなされることを目的としている。

説明を簡単化し明瞭化するため、図に示される構成要素は、必ずしも縮尺されて描かれていないことが理解されるだろう。例えば、いくつかの構成要素の大きさは、明確にするために、別の構成要素に対して強調されている。さらに、適切とみなされる場合、引用数字は、同じ構成要素を指し示すべく図面内で繰り返し使用される。

図１−５に示されるアセンブリ１０及びその構成部品に注目する。チャック３０は、例えば、エンドミル（an end mill）３４のような回転切削工具の軸部３２であり得る物品３２を解放可能に把持する。チャック３０は、前後方向を画定する長手方向の軸Ｌを有し、その前部レシーバー４０のナット３８によりそれに取付けられるコレット３６を受け入れる。レシーバー４０は、レシーバー雄ねじ４４がそこに形成されている概ね円筒形状のレシーバー外面４２を有する。レシーバー外面４２は、レシーバー前部４６から前方に向って面している前面５０を有するフランジ４８まで、後方に向って延在している。フランジ前面５０は、レシーバー外面４２から離れてフランジ周辺外面５２まで、外側に向って延在している。フランジ周辺外面５２は、フランジ前面５０から後方に向って面しているフランジ後面５４まで、後方に向って延在している。フランジ後面５４は、フランジ周辺外面５２から離れて後部支持台５８の支持台前部５６まで、内側に向って延在している。支持台５８は、長手方向の軸Ｌと同軸で支持台前部５６から後方に向って延在するとともに、支持台後部６２へ内側に向って先細にされている支持台外面６０を有している。したがって、支持台５８は、概略円錐台形状を有しており、例えば、フライス盤（不図示）のような回転工作機械に解放可能に取り付け可能であるように構成されている。支持台５８及びフランジ４８の形状及び機能は、重要ではなく、したがって、支持台５８及びフランジ４８の形状及び機能は、本明細書では以下さらなる説明はされない。

レシーバー４０は、そこに形成される円錐台形の内腔面６５を有する先細の内腔６４を有する。内腔面６５は、長手方向の軸Ｌと同軸で前部４６から後方に向って延在すると同時に、内側に向って収束し、内腔後端部６６において終了し、長手方向の軸Ｌと内腔円錐角βを画定する。

コレット３６は、貫通孔内面７０はもちろんのことコレット外面７２により画定される面内側把持用貫通孔６８を有する。貫通孔内面７０及びコレット外面７２の両方は、コレット前面７４から後方に向ってコレット後面７６まで延在している。コレット３６は、貫通孔内面７０とコレット外面７２の間で、且つ貫通孔内面７０及びコレット外面７２に開口している、半径方向に延在する複数の互い違いの第１のスロット７８及び第２のスロット８０を有している。第１のスロット７８は、コレット前面７４に開口し、そこから後方に向ってコレット後面７６の方へ延びている。第２のスロット８０は、コレット後面７６に開口し、そこから前方に向ってコレット前面７４の方へ延びている。第１及び第２のスロット７８、８０は、コレット３６の半径方向への膨張及び収縮を容易にする。その結果、貫通孔６８の内径が変化し、異なる径を有する種々の物品を把持し得る。第１のスロット７８は、第１のスロット間に第１の指部８１を画定する。第１の指部８１各々は、コレット前面７４から後方に向って延在し、コレット後面７６において隣接する第１の指部８１と一体化する。同様のコレットは公知であり、例えば、参照により本明細書に組み込まれている、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３、特許文献１４、特許文献１５、特許文献１６、特許文献１７、特許文献１８、特許文献１９、及び特許文献２０から知られている。

コレット外面７２は、そこに形成され、前部外面８４及び後部外面８６を画定している周辺外側スロット８２を有する。前部外面８４は、コレット全面７４から後方に向って、且つ半径方向外側に向って先細になりつつ、後方に向って面している第１のスロット壁８８まで延在している。前部外面８４は、長手方向の軸Ｌと前部円錐鋭角γ_Ｆを画定している概略円錐台形状を形成する。第１のスロット壁８８は、前部外面８４から半径方向内側に向って半径方向外側に向って面している外側スロット底面９０まで延在している。外側スロット底面９０は、第１のスロット壁８８から軸方向後方に向って前方に向って面している第２のスロット壁９２まで延在している。第２のスロット壁９２は、外側スロット底面９０から半径方向外側に向って後部外面８６まで延在している。後部外面８６は、第２のスロット壁９２から後方に向って、且つ半径方向内側に向かって先細になりつつ、コレット後面７６まで延在している。後部外面８６は、長手方向の軸Ｌと後部円錐鋭角γ_Ｒを画定している概略円錐台形状を形成している。通常、後部円錐角γ_Ｒは、前部円錐角γ_Ｆより小さい（γ_Ｒ＜γ_Ｆ）。代表的な実施態様によれば、後部円錐角γ_Ｒは、内腔円錐角βに等しい。

周辺内側スロット９４が、貫通孔内面７０に形成され、前部内面９６と後部内面９８を画定している。前部内面９６の少なくとも一部は、長手方向の軸Ｌに対して、周辺内側スロット９４の半径方向内側にある。前部内面９６は、複数の前部指部８１を横切り、コレット前面７４から軸方向後方に向って軸方向後方に向って面している第１のスロット面１００まで延在している。第１のスロット面１００は、前部内面９６から半径方向外側に向って、半径方向内側に向って面しているスロット床面１０２まで延在している。スロット床面１０２は、第１のスロット面１００から軸方向後方に向って軸方向前方に向って面している第２のスロット面１０４まで延在している。第２のスロット面１０４は、スロット床面１０２から半径方向内側に向って、後部内面９８まで延在している。第１のスロット面１００、前部内面９６、コレット前面７４、及び２つの隣接する第１のスロット７８は、第１の指部８１それぞれの内側コレット山部１０６を画定している。

ナット３８は、軸方向前方に向って面しているナット前面１１０から軸方向後方に向って面しているナット後面１１２まで延在しているナット外面１０８を有する。ナット内面１１４が、ナット後面１１２から前方に向ってナット前面１１０まで延在している。ナット内面１１４は、そこに形成され、ナット後面１１２から前方に向って延在し、ナット押し込みコーン１１８付近で終了している雌ねじ１１６を有している。ナット押し込みコーン１１８は、内側に向って先細になりつつ、雌ねじ１１６から前方に向ってナット前面１１０まで延在し、長手方向の軸Ｌとナット円錐鋭角νを画定している概略円錐台形状を形成している。代表的な実施態様によれば、ナット円錐角νは、前部円錐角γ_Ｆに等しい。

軸部３２は、長手方向の軸Ｌにほぼ平行に、その周りの周辺に延在する軸部周辺外面１２０を有する。代表的な実施態様においては、複数の、この例では３つの軸部周辺スロット１２２が軸部周辺外面１２０に形成され、軸部３２の軸部分に沿って等間隔に配置されている。しかしながら、軸部スロット１２２のどれも軸部周辺外面１２０に形成され得る。各軸部スロット１２２は、軸部周辺外面１２０から内側に向ってスロット底面１２６まで延在する、後方に向って面する第１のスロット側面１２４を有する。スロット底面１２６は、第１のスロット側面１２４から軸方向前方に向って面する第２のスロット側面１２８まで後方に向って延在している。第２のスロット側面１２８は、スロット底面１２６から外側に向って軸部周辺外面１２０まで延在している。第１のスロット側面１２４、スロット底面１２６、及び第２のスロット側面１２８は、軸部の谷部１３０を画定している。

チャック３０は、コレット後面７６が内腔後端部６６に隣接した状態で、コレット３６の後部外面８６が内腔面６５に当接した状態で、さらに、コレット３６の外側スロット８２及び前部外面８４がレシーバー前部４６に対して前方に向って突出した状態で、コレット３６を設置することにより組み立てられる。ナット３８は、ナット３８の雌ねじ１１６がレシーバー４０の雄ねじ４４に噛み合った状態でレシーバー４０に設置され、ナット押し込みコーン１１８がコレット３６の前部外面８４に当接するまで、それにねじ込むように締め付けられ、その結果、チャック３０が解放位置に達する。該解放位置において、山部１０６は、軸部３２が挿入され、貫通孔６８に対して摺動し得るように、谷部１３０の外側に配置される。

物品３２をチャック３０に把持するために、軸部３２は、コレット３６の貫通孔６８内に挿入され、その結果、軸部周辺外面１２０は、貫通孔内面７０と向き合い、軸部３２の谷生１３０は、コレット３６の谷部１０６に対向する。物品は、チャック３０を把持位置に至らせることにより、解放位置に対してナット３８をさらに締め付けることによりチャック３０に把持される。内腔面６５の内腔円錐角β及び後部外面８６の対応する後部円錐角γ_Ｒは、押し込みコーン１１８のナット円錐角ν及び前部外面８６の前部円錐角γ_Ｆより小さいので、ナット３８のそのようなさらなる締め付けは、コレット３６を内腔６４内後方に向けて強制的に動かす。コレット３６が内腔６４内後方に向けて動くと、コレット３６は、後方内側に向って収束する内腔面６５により楔のように押し込まれる。しかしながら、コレット３６は、その互い違いの第１及び第２のスロット７８、８０により弾性を有する。したがって、コレット３６が内腔面６５により楔のように押し込まれると、コレット３６は、貫通孔６８の後部内面９８が軸部周辺外面１２０に当接するまで半径方向内側に収縮し、チャック３０を把持位置に至らせ、それにより、軸部３２がチャック３０に把持される。

物品をチャック３０に取り付けるために、チャック３０は、ナット３８をレシーバー４０に締め続けることにより取り付け位置に至る。しかしながら、コレット３６は、内腔６４内を後方に向ってさらに動かすことはできない。したがって、コレット３６は曲がり、その結果、第１の指部８１各々の山部１０６は、前部内面９６がスロット底面１２６に当接するまで、軸部３２の谷部１３０内に強制的に動かされる。物品がチャック３０に取り付けられると、軸部スロット１２２の第２のスロット側面１２８がコレット３６の内側スロット９４の第１のスロット面１００に当接するまで、その軸方向前方に向って作用する力が軸部３２をコレット３６に対して軸方向前方に向って非常に小さく摺動させ、それにより、シャフトに対する物品のさらなる前方への摺動を妨げるだろう。

本願発明がある程度詳細に代表的な実施態様について記載され例示されたけれども、これはほんの一例としてなされているものであり、限定されるものとして採用されるべきではないことは、明白に理解されるべきである。本発明の範囲は、添付されているクレームによってのみ限定されるべきであり、代表的な実施態様に対する代替や修正が以下にクレームされる本発明の範囲を逸脱することなくなされ得るものと考えられる。

例えば、代表的な実施態様において、軸部周辺外面は、円筒状であるが、コレットの内面が対応するように形成されている限りにおいて、楕円形や多角形のような異なる形状が採用され得る。さらに、物品は、切削工具の軸部に限定されるものと解釈されるべきではない。角度β、ν、γ_Ｆ及びγ_Ｒは、その他の幾何学的形状に適合するように変更され得る。コレットは、必ずしも収束する円錐台形状の後部を有するものではない。コレットの山部を物品の谷部内に強制的に動かすことは、必ずしもナットの締め付けやそこに形成される円錐部分により達成されるものではない。また、谷部は、コレットに形成され、一方山部が物品に形成されていてもよい。その上、山部は、必ず物品やコレットの一体部分であると解釈されてはならない。したがって、そのような変更及び修正が本願発明の範囲から逸脱しない限り、それに含まれるものと解釈されるべきである。

代表的実施態様に係るチャック及びそれに取り付けられている物品を備えるアセンブリの斜視図である。 図１に示されるアセンブリの長手方向の軸Ｌの平面で取られている断面図である。 図１に示されるアセンブリの分解組み立て斜視図である。 図１に示されるチャックのコレットの一部断面斜視図である。 図１に示されるチャックのナットの一部断面斜視図である。

Claims (13)

1. 共通の長手方向の軸Ｌを有するチャック及び物品を備える装置であって、
   チャックに形成され、物品を受け入れるように設計されている、長手方向に延在する貫通孔、
   物品または貫通孔の一方に形成されている山部、物品または貫通孔の他方に形成されている谷部、
   チャック解放位置とチャック取り付け位置との間を移動可能なチャック、
   をさらに備え、
   解放位置において、物品は、チャックの貫通孔に対して摺動可能であり、
   取り付け位置において、山部は、谷部に受け入れられ、物品がチャックに対して摺動することが妨げられることを特徴とする装置。
2. チャックは、コレットを備え、貫通孔は、コレットに形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 山部は、コレットの内面に形成され、
   谷部は、物品に形成されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. チャックの前端部にねじで取り付けられるナットであって、コレットと当接状態になるナットをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. （ｉ）周辺外面を有する物品を用意し、チャックを貫通して延在する貫通孔であって、そこに形成される貫通孔内面を有する貫通孔を有するチャックを用意し、
   貫通孔または周辺外面のどちらかに形成される山部をそれぞれ有する物品またはチャックの一方を用意し、貫通孔または周辺外面のどちらかに形成される谷部をそれぞれ有する物品またはチャックの他方を用意し、チャックは、解放位置と取り付け位置との間を移動可能であり、
   （ｉｉ）それにより、物品が貫通孔に対して摺動し得る解放位置に、チャックを移動させ、
   （ｉｉｉ）山部が谷部に対向して位置決めされるように、物品を少なくとも部分的に貫通孔内に挿入し、
   （ｉｖ）それにより、山部が谷部に少なくとも部分的に受け入れられる取り付け位置に、チャックを移動させる、
   ステップを備えていることを特徴とする物品をチャックに取り付ける方法。
6. 物品を少なくとも部分的に貫通孔内に挿入するステップは、物品をチャック内のコレットの貫通孔内に挿入するステップを備えていることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 取り付け位置にチャックを移動させるステップは、チャックの前端部を越えてナットを締め付けるステップを備えていることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. ナットを締め付けることは、チャックの先細に形成される内腔内にコレットを後方に向けて強制的に動かし、それにより、半径方向内側方向にコレットを収縮させることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 長手方向の軸に沿って延在する貫通内腔を有するコレットであって、コレットの内面は、周辺内側スロット及び山部を備え、該山部は、コレット前面、軸方向後方に向って面する第１のスロット面、及びコレット前面と第１のスロット面との間に延在する前部内面を備え、少なくとも前部内面の一部が、半径方向内側に向って、周辺内側スロットを有するコレット、
   前記長手方向の軸に沿って延在し、前記貫通内腔に解放可能に取り付けられる軸部であって、そこに形成される周辺軸部スロットを有する軸部周辺外面を備え、該軸部スロットは、軸方向後方に向って面する第１のスロット側面、対向する軸方向前方に向って面する第２のスロット側面、及びそれらの間に延在するスロット底面を備える谷部を画定する軸部、
   を備え、
   コレットは、
   工具軸部がコレット貫通内腔に受け入れられ、該コレット貫通内腔を通って摺動可能であり、山部が谷部の外側に位置決めされる解放位置と、
   山部が谷部に少なくとも部分的に受け入れられる取り付け位置と、
   の間を移動可能であることを特徴とする前後方向を画定する長手方向の軸Ｌを有する切削工具アセンブリ。
10. レシーバー及びナットを備えるチャックであって、レシーバーが内腔を有するチャックをさらに備え、
    コレットは、レシーバーの内腔に受け入れられ、
    ナットは、レシーバーにねじ係合し、コレットに当接することを特徴とする請求項９に記載の切削工具アセンブリ。
11. ナットは、コレットに当接するナット押し込みコーンを備えていることを特徴とする請求項１０に記載の切削工具アセンブリ。
12. 軸部周辺外面は、そこに形成される複数の軸部周辺スロットを有することを特徴とする請求項９に記載の切削工具アセンブリ。
13. 複数の軸部周辺スロットは、軸部の軸部分に沿って等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の切削工具アセンブリ。

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