JP2010099825A - チャック - Google Patents

Abstract

【課題】保持した工具の軸心が設計上の軸心からずれることがないチャックを提供すること。
【解決手段】スピンドルに装着されて工具を保持するチャック１が、内径が工具のシャンク径よりも大きい円筒状の内筒２と、内径が内筒２の外径よりも大きい円筒状の外筒３と、を備えている。外筒３は、内筒２と同軸に配置されている。また、チャック１は、円周方向に等間隔に配置され、内筒２の外周面２ｂと外筒３の内周面３ａを内筒２の軸線方向の全長にわたって連結する複数のリブ４を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、スピンドルにおいてドリル等の工具を保持するためのチャックに関する。

細径のドリルを用いてワークに穴を明ける場合、切削周速度を確保するため、ドリルを高速で回転させる必要がある。しかし、従来のスリットを用いたチャック（コレット）の場合、実用的なスピンドルの回転数は毎分２０万回転程度であり、それ以上の回転数では遠心力によりチャックがドリルを保持する保持力が弱まり、加工が困難であった。

そこで、従来、ドリル軸を包み込むように配置された複数のカラーと、ドリルに取り付けられるように配置された外側リム支持部と、カラー及び外側リム支持部の間のクランプ機構と、を有する、チャックが提案されている（特許文献１参照）。このチャックは、遠心力ならびに偏心輪留め作用力に基づくクランプ力を外側リム支持部及びカラーの間に与えてカラーがドリル軸を緊密にグリップするようにクランプ機構が構成され、カラー、外側リム支持部及びクランプ機構が単一材料片で一体形成されている。このようにチャックを構成することで、ドリルを高速で回転させることができた。

特表２００２−５３５１５６号公報

しかしながら、従来のチャックでは、複数のカラーが遠心力により揺動してクランプする構造であるため、複数のカラーの質量が異なる場合、或いは、加工時におけるカラーとドリルとの接触点が円周方向に等間隔になっていない場合は、保持したドリルの軸心が設計上の軸心からずれてしまうことがあった。

このため、加工公差を小さくする必要性から複数のカラーを精度よく作成する必要があり、コストが高くなってしまっていた。

そこで、本発明の目的は、保持した工具の軸心が設計上の軸心からずれるのを防止することができるチャックを提供することにある。

本発明は（例えば、図１、図２、図５及び図６参照）、スピンドル（１０）に装着されて工具（１４）を保持するチャックにおいて、
内径が前記工具（１４）のシャンク径よりも大きい円筒状に形成された内筒（２）と、
内径が前記内筒（２）の外径よりも大きい円筒状で、前記内筒（２）と同軸に配置された外筒（３）と、
円周方向に等間隔に配置され、前記内筒（２）の外周面（２ｂ）と前記外筒（３）の内周面（３ａ）とを連結し、前記スピンドル（１０）の回転による遠心力で半径方向に移動して前記内筒（２）を変形させる複数の連結部（４），（４Ｂ）と、を備え、
前記内筒（２）の変形により前記内筒（２）の内周面（２ａ）を前記工具（１４）に圧接させて前記工具（１４）を保持する、
ことを特徴とするチャック（１），（１Ａ），（１Ｂ）にある。

また、上記チャック（１），（１Ａ）において（例えば、図１及び図５参照）、前記外筒（３）の外周面（３ｂ）に前記半径方向に突出して設けられ、前記スピンドル（１０）に圧接する複数のフランジ部（３ｆ）を備え、
前記連結部（４）は、前記内筒（２）の外周面（２ｂ）から前記外筒（３）の内周面（３ａ）に向かって前記半径方向に延びて前記内筒（２）の外周面（２ｂ）と前記外筒（３）の内周面（３ａ）とを連結し、前記スピンドル（１０）の回転による遠心力で前記外筒（３）の変形と共に前記半径方向に移動するリブ（４）であり、
前記フランジ部（３ｆ）は、前記外筒（３）の外周面（３ｂ）と前記スピンドル（１０）との間に、前記外筒（３）の変形を許容する空間（Ｒ）を形成する、
ことを特徴とするものである。

また、上記チャック（１Ａ）において、前記リブ（４）の延長線上に配置され、前記外筒（３）の外周面（３ｂ）に設けられた突出部（５）を備えた、
ことを特徴とするものである。

また、上記チャック（１Ｂ）において（例えば図６参照）、前記連結部（４Ｂ）は、
前記外筒（３）の内周面（３ａ）の所定距離の円弧を結ぶように前記外筒（３）の内周面（３ａ）に設けられた弦状部材（４ｂ）と、
前記内筒（２）の外周面（２ｂ）から前記外筒（３）の内周面（３ａ）に向かって半径方向に延び、前記内筒（２）の外周面（２ｂ）と前記弦状部材（４ｂ）の中心とを連結する接続部材（４ａ）と、を有する、
ことを特徴とするものである。

また、上記チャック（１Ｂ）において、前記接続部材（４ａ）の延長線上に配置され、前記弦状部材（４ｂ）の前記外筒（３）側に突出して形成された突起部（６）を備えた、
ことを特徴とするものである。

なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲の構成に何等影響を及ぼすものではない。

本発明によれば、内筒が変形して内筒の内周面が工具に圧接するので、工具が内筒の内周面で強固に保持される。そして、円周方向に等間隔に配置した複数の連結部の引っ張り合いにより内筒を変形させているので、内筒の内周面は円周方向に等間隔に工具に面接触し、工具の軸心が設計上の軸心からずれるのを防止することができる。

本発明の第１実施形態におけるチャックの構成図である。 チャックを支持するスピンドルの断面図である。 チャックの動作を説明する模式図である。 チャックの工具保持力の説明図である。 本発明の第２実施形態におけるチャックの構成図である。 本発明の第３実施形態におけるチャックの構成図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態におけるチャックの構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。また、図２は、チャックを支持するスピンドルの断面図である。

図1に示すチャック１は、工具１４（図２）を保持する内筒２と、スピンドル１０（図２）に保持される外筒３と、内筒２と外筒３とを連結する複数（本第１実施形態では３つ）の連結部としてのリブ４と、からなり、スピンドル１０に装着される。内筒２は、中空の円筒状であり、内径は、保持しようとする工具１４のシャンク径よりも僅かに（例えば、２μｍ）大径である。外筒３は、内径が内筒２の外径よりも大きい中空の円筒状である。外筒３は、内筒２と同軸に配置されている。外筒３の軸線Ｏ方向の両端には、外筒３の外周面３ｂよりも半径方向に突出する複数（２つ）のフランジ部３ｆが設けられている。外筒３の軸線Ｏ方向の略中央部に配置されている内筒２は、各リブ４で外筒３に連結されている。外筒３は、軸線Ｏ方向の長さが内筒２の軸線Ｏ方向の長さよりも長く形成されている。

各リブ４は、内筒２の円周方向に等間隔（本第１実施形態では、１２０度間隔）に配置されている。各リブ４は、内筒２の外周面２ｂと外筒３の内周面３ａとに直交して配置され、内筒２の外周面２ｂから外筒３の内周面３ａに向かって半径方向に延びて内筒２の外周面２ｂと外筒３の内周面３ａとを連結している。各リブ４は、軸線Ｏ方向の長さが内筒２の軸線Ｏ方向の長さと等しく形成され、内筒２の外周面２ｂと外筒３の内周面３ａとを内筒２の軸線Ｏ方向の全長に亘って連結している。

なお、外筒３の外径をＤ、全長をＬとすると、例えば、外径Ｄ、全長Ｌの円柱状の材料から放電加工によりチャック１を形成することができる。

図２（ａ）に示すように、チャック１は軸線Ｏがスピンドル１０の軸線と同軸になるようにして、回転自在なスピンドル１０に保持される。チャック１は圧入あるいは図示を省略する手段により、スピンドル１０に対して回り止めされる。このとき、２つのフランジ部３ｆはスピンドル１０に圧接しており、スピンドル１０と外筒３の外周面３ｂとの間には２つのフランジ部３ｆにより空間Ｒが形成される。図２におけるチャック１の上方には、止まり穴１１ａを備える工具ストッパ１１が配置されており、下方にはＯリングホルダ１２が配置されている。工具ストッパ１１及びＯリングホルダ１２には、Ｏリング１３が配置されている。工具１４が挿入されていない場合のＯリング１３の内径は、工具１４のシャンク１４ｓの外径（シャンク径）よりも０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ小径である。そして、同図（ｂ）に示すように、工具１４をＯリング１３に挿入すると、Ｏリング１３との摩擦力により、工具１４はＯリング１３、すなわちスピンドル１０に保持される。なお、Ｏリング１３を２個設けたが、１個であってもよい。

次に、スピンドル１０を回転させて工具１４で加工する場合のチャック１の動作について説明する。

図３は、図１に示すチャック１の動作を説明する模式図である。なお、同図においては工具１４を点線で示してある。

スピンドル１０を回転させると、回転による遠心力により、スピンドル１０及びチャック１は径方向に広がる方向に力を受ける。このとき、工具１４がないと仮定すると、各リブ４及び外筒３には遠心力が作用するので、各リブ４は内筒２の半径方向へ移動し、内筒２は各リブ４により半径方向に引っ張られて変形する。本第１実施形態では、チャック１は、３つのリブ４を有するので丸みを帯びた三角形（おむすび型）に変形する。

したがって、工具１４がチャック１に挿入されている場合、図３中のＫ部の変形に対応する力が工具１４に加わる。つまり、内筒２は、内周面２ａと、工具１４のシャンク１４ｓとの隙間の分だけ変形し、内周面２ａが工具１４のシャンク１４ｓに圧接することとなる。具体的には、内筒２の内周面２ａにおけるリブ４とリブ４の間の部分がシャンク１４ｓに圧接することとなる。この内筒２の内周面２ａが工具１４のシャンク１４ｓに圧接した際の内筒２の内周面２ａと工具１４のシャンク１４ｓとの摩擦力により、工具１４がチャック１に強固に保持される。そして、３つのリブ４が円周方向に等間隔に配置されているので、内筒２の内周面２ａにおけるリブ４とリブ４との間の部分が円周方向に等間隔で工具１４に面接触で圧接する。したがって、工具１４のシャンク１４ｓに圧接する内筒２の内周面２ａの圧接力は円周方向で均一となり、工具１４は設計上の軸心からずれることなく保持される。なお、チャック１の外筒３の外周面３ｂとスピンドル１０との間には、図２に示すように、空間Ｒが形成されているので、各リブ４の半径方向への移動による外筒３の変形が許容される。つまり、外筒３は、リブ４に対応する部分が空間Ｒ側に突出するように変形し、各リブ４は、外筒３の変形と共に半径方向に移動する。また、外筒３の軸線Ｏ方向の両端に設けたフランジ部３ｆは、外筒３が変形しても圧接状態が保持され、スピンドル１０に対するチャック１の回り止めが保持される。

次に、チャック１が工具１４を保持する力について具体的に説明する。

図４は、本発明に係るチャック１の工具保持力の説明図であり、（ａ）はスピンドル１０の回転数と工具１４の保持力との関係を示す図、（ｂ）はチャック１の寸法を示す平面断面図、（ｃ）は側面断面図である。
なお、チャック１の各部の寸法は、
内筒２の外径ｄ１：４．５ｍｍ
内筒２の内径ｄ２：３．１８ｍｍ
内筒２の全長Ｌ１：１４ｍｍ
外筒３のフランジ部３ｆの外径Ｄ１：１２ｍｍ
外筒３の中央部の外径Ｄ２：１１．５ｍｍ
外筒３の内径Ｄ３：１０ｍｍ
外筒３の端部から内筒２の端部までの距離ｌ１：２ｍｍ
外筒３の全長Ｌ２：１８ｍｍ
外筒３のフランジ部３ｆの長さｌ２：１ｍｍ
リブ４の幅ｔ：１ｍｍ
材質：ＳＵＳ４４０Ｃ（ＪＩＳ Ｇ４３０３）
である。

図４に示すように、工具１４の保持力はスピンドル１０の回転数が増加するにつれて増加し、毎分１０万回転以上であれば実用上十分な工具保持力を得ることができる。なお、内筒２の全長（図４（ｂ）における長さＬ１）を外筒３の全長（図４（ｂ）における長さＬ２）と等しくしてもよい。

このように、スピンドル１０の回転数に応じた遠心力により内筒２で工具１４を保持するようにしたので、構造が簡単であり、製造コストが安価でありながら、保持した工具１４の軸心が設計上の軸心からずれるのを防止することができる。

次に、本発明の第２実施形態におけるチャックについて説明する。

図５は、本発明の第２実施形態におけるチャックの構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）は（ｂ）のＤ−Ｄ断面図である。なお、図１と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図５に示すチャック１Ａは、リブ４の延長線上に配置され、外筒３の外周面３ｂに設けられ、連結部としてのリブ４と同じ個数の複数（本第２実施形態では３つ）の突出部５を備えている。各突出部５は、軸線Ｏ方向の長さが内筒２の軸線Ｏ方向の長さと等しく形成され、全長に亘りリブ４と同じ幅に形成されている。また、各突出部５は、外周面３ｂからの半径方向の突出量がフランジ部３ｆの半径方向の突出量よりも小さく設定されており、スピンドルに装着された場合には、非回転状態のスピンドルに非接触状態である。なお、内筒２の全長を外筒３の全長と等しくしてもよい。

このような形状にしても、図１に示すチャックと同等の性能を得ることが可能であり、上記第１実施形態と同様の効果を奏するものである。

また、突出部５は、スピンドルが回転した際に半径方向へ遠心力を受ける。そして、リブ４には、突出部５に作用する遠心力による半径方向への引張力が作用し、より効果的に工具を保持することができる。

更に、不図示のスピンドルに突出部５が嵌る不図示の凹部を形成しておくことで、突出部５を、スピンドルが回転した際のチャック１Ａの回り止めとして機能させることができる。

次に、本発明の第３実施形態におけるチャックについて説明する。

図６は、本発明の第３実施形態におけるチャック１Ｂの平面図である。なお、図１と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付して重複する説明を省略する。このチャック１Ｂの場合、外筒３の全長は内筒２の全長と同じである。

図６に示すチャック１Ｂは、複数（本第３実施形態では３つ）の連結部４Ｂを備えている。各連結部４Ｂは、円周方向に等間隔（本第３実施形態では、１２０度間隔）に配置されている。各連結部４Ｂは、接続部材４ａ及び弦状部材４ｂからなる。

まず、弦状部材４ｂは、外筒３の内周面３ａの所定距離の円弧を結ぶように外筒３の内周面３ａに設けられている。言い換えれば、弦状部材４ｂは、半径方向と直交する方向に延び、その両端が外筒３の内周面３ａに接続されている。また、弦状部材４ｂは、内筒２の軸線Ｏ方向の全長に亘って延びるように形成されている。

接続部材４ａは、内筒２の外周面２ｂから外筒３の内周面３ａに向かって半径方向に延び、内筒２の外周面２ｂと弦状部材４ｂの中心とを連結している。そして、接続部材４ａは、内筒２の外周面２ｂに対して直交すると共に、弦状部材４ｂに対して直交している。

チャック１Ｂは、弦状部材４ｂに設けられる突起部６を備えている。突起部６は、接続部材４ａの延長線上に配置され、弦状部材４ｂの中心から外筒３側に突出して形成されている。この突起部６の突出する方向は、弦状部材４ｂに対して直交している。なお、突起部６は、軸線Ｏ方向の長さが内筒２の軸線Ｏ方向の長さと等しく形成され、接続部材４ａと同じ幅に設定されている。突起部６の先端面と外筒３の内周面３ａとの間には、隙間が形成されている。このチャック１Ｂは、円柱状の材料から放電加工により形成される。

以上の構成により、チャック１Ｂを支持したスピンドルを回転させた場合には、内筒２は各連結部４Ｂによって半径方向に遠心力により引っ張られて変形する。

このとき、各連結部４Ｂの接続部材４ａには、遠心力により半径方向に移動する力が働き、弦状部材４ｂの中心が接続部材４ａに押圧されて半径方向に湾曲する。これにより、変形するのは、内筒２及び連結部４Ｂであり、外筒３には、変形させる力が６点に分散されて均等に働き、外筒３はほとんど変形しない。そして、内筒２には、連結部４Ｂに作用する遠心力による連結部４Ｂの引張力がより効果的に作用し、工具をより効果的に保持することができる。

また、突起部６にも遠心力が作用するので、接続部材４ａには、突起部６に作用する遠心力の分、内筒２を変形させようとする力が更に加わり、より効果的に工具を保持することができる。なお、図６における突起部６は省略可能である。

なお、内筒２の全長は６ｍｍ程度でもよい。

なお、上記実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記実施形態においては、連結部４又は４Ｂを３個設ける場合について説明したが、これに限定するものではなく、円周方向に等間隔に２個或いは４個以上配置するようにしてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ チャック
２ 内筒
２ａ 内周面
２ｂ 外周面
３ 外筒
３ａ 内周面
３ｂ 外周面
３ｆ フランジ部
４ リブ（連結部）
４Ｂ 連結部
４ａ 接続部材
４ｂ 弦状部材
５ 突出部
６ 突起部
１０ スピンドル
１４ 工具
１４ｓ シャンク
Ｒ 空間

Claims (5)

1. スピンドルに装着されて工具を保持するチャックにおいて、
   内径が前記工具のシャンク径よりも大きい円筒状に形成された内筒と、
   内径が前記内筒の外径よりも大きい円筒状で、前記内筒と同軸に配置された外筒と、
   円周方向に等間隔に配置され、前記内筒の外周面と前記外筒の内周面とを連結し、前記スピンドルの回転による遠心力で半径方向に移動して前記内筒を変形させる複数の連結部と、を備え、
   前記内筒の変形により前記内筒の内周面を前記工具に圧接させて前記工具を保持する、
   ことを特徴とするチャック。
2. 前記外筒の外周面に前記半径方向に突出して設けられ、前記スピンドルに圧接する複数のフランジ部を備え、
   前記連結部は、前記内筒の外周面から前記外筒の内周面に向かって前記半径方向に延びて前記内筒の外周面と前記外筒の内周面とを連結し、前記スピンドルの回転による遠心力で前記外筒の変形と共に前記半径方向に移動するリブであり、
   前記フランジ部は、前記外筒の外周面と前記スピンドルとの間に、前記外筒の変形を許容する空間を形成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のチャック。
3. 前記リブの延長線上に配置され、前記外筒の外周面に設けられた突出部を備えた、
   ことを特徴とする請求項２に記載のチャック。
4. 前記連結部は、
   前記外筒の内周面の所定距離の円弧を結ぶように前記外筒の内周面に設けられた弦状部材と、
   前記内筒の外周面から前記外筒の内周面に向かって半径方向に延び、前記内筒の外周面と前記弦状部材の中心とを連結する接続部材と、を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のチャック。
5. 前記接続部材の延長線上に配置され、前記弦状部材の前記外筒側に突出して形成された突起部を備えた、
   ことを特徴とする請求項４に記載のチャック。

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