JP2012130978A - 旋盤用チャック - Google Patents

Abstract

【課題】筒状ワークの旋削加工時にびびり振動が発生するのを防止することができる旋盤用チャックを提供する。
【解決手段】チャックは、筒状ワークを把持するためにワークの内周面を外向きに押圧する把持部が、頸部を介して、旋盤の主軸側に配置される基部に一体に形成されている。頸部は基部よりも径小である。頸部の外周面は軸線と平行に形成されている。基部の頸部との隣接部の外周面が、主軸側に向かって漸次径大のテーパ状に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、筒状ワークを内掴み状態で把持する方式の旋盤用チャック、旋盤、及び旋削加工品の製造方法に関する。

筒状ワークの端面などを旋削加工する際に用いられる旋盤用チャックとして、特開平９−１７４３０１号公報（特許文献１）に開示されたコレットチャックが公知である。このチャックを図３に示す。

同図に示すように、このチャック１０１は、ワーク１２０を内掴み状態で把持する方式のものであり、基部１０２に頸部１０３を介して把持部１０４が一体に形成されている。基部１０２は旋盤１１０の主軸１１１側に配置されて主軸１１１に取り付けられている。把持部１０４はワーク１２０内に配置されてワーク１２０の内周面１２１を外向きに押圧してワーク１２０を把持している。

このチャック１０１によりワーク１２０を把持する場合は、ワーク１２０内に把持部１０４を配置するとともに、頸部１０３に直角に係合したストッパ１３０の側面１３１にワーク１２０の主軸側端面１２３を押圧することにより、チャック１０１の軸線方向におけるワーク１２０の位置決めを行う。そしてこの状態で、ドローバー１０９を主軸１１１側へ引っ張って把持部１０４を径方向外側へ拡開させることにより、把持部１０４をワーク１２０の内周面１２１に外向きに押圧し、これによりワーク１２０を把持する。次いで、ストッパ１３０を後退させる。次いで、ワーク１２０を回転させ、旋削工具１１３によってワーク１２０の所定部位を旋削加工する。

このチャック１０１では、頸部１０３は基部１０２よりも径小に形成されるとともに、基部１０２の外周面１０２ｂと頸部１０３の外周面１０３ａとの間の段差面１０７は、頸部１０３の外周面１０３ａに対して直角をなして形成されている。したがって、基部１０２の頸部１０３との隣接部１０２ａの外周面はチャック１０１の軸線と平行に形成されている。さらに、頸部１０３は把持部１０４よりも径小に形成されるとともに、頸部１０３の外周面１０３ａと把持部１０４の外周面１０４ａとの間の段差面１０６は、把持部１０４側に向かって漸次径大のテーパ状に形成されており、これにより、該段差面１０６が把持部１０４の外周面１０４ａに対してなす角度θ１が、鈍角（即ちθ１＞９０°）になっている。

特開平９−１７４３０１号公報（図２）

而して、上記従来のチャック１０１では、当該チャック１０１により把持したワーク１２０を旋削加工するときにびびり振動が生じるという問題があった。なお、びびり振動は、加工面精度の悪化、旋削工具（バイト）の刃先の破損等の原因となる。

本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、筒状ワークの旋削加工時にびびり振動が発生するのを防止することができる旋盤用チャック、チャックを備えた旋盤、及び、チャックを用いた旋削加工品の製造方法を提供することにある。

本発明は以下の手段を提供する。

［１］ 筒状ワークを把持するために前記ワークの内周面を外向きに押圧する把持部が、頸部を介して、旋盤の主軸側に配置される基部に一体に形成された旋盤用チャックであって、
前記頸部は前記基部よりも径小であり且つ前記頸部の外周面が軸線と平行に形成されるとともに、
前記基部の前記頸部との隣接部の外周面が、前記主軸側に向かって漸次径大のテーパ状に形成されていることを特徴とする旋盤用チャック。

［２］ 前記頸部の外周面と前記隣接部の外周面とが連接している前項１記載の旋盤用チャック。

［３］ 前記頸部の外周面と前記隣接部の外周面とが断面円弧状面を介して軸線方向に滑らかに連接している前項２記載の旋盤用チャック。

［４］ 前記ワークは有底筒状のものであり、
前記把持部の先端面が、前記ワークを把持する際に該把持部の先端面に前記ワークの内側底面が押し当てられることで軸線方向におけるワークの位置決めを行うワーク位置決め部として構成されている前項１〜３のいずれかに記載の旋盤用チャック。

［５］ 前記把持部を拡開させるためのドローバーが、前記把持部の先端面の中心部から前記主軸側に向かって貫挿されており、
前記ドローバーの前記把持部側の端面が、前記ワークを把持する前の状態では軸線方向において前記把持部の先端面と同じ位置か先端面よりも前記基部側に配置されるとともに、前記把持部の先端面と前記把持部の外周面との間の角部が面取り加工されることにより、前記把持部の先端面が前記ワーク位置決め部として適するように構成されている前項４記載の旋盤用チャック。

［６］ 前記頸部は前記把持部よりも径小であり、
前記頸部の外周面と前記把持部の外周面との間の段差面が前記把持部の外周面に対してなす角度が、９０°以下に設定されている前項１〜５のいずれかに記載の旋盤用チャック。

［７］ 主軸に取り付けられる前項１〜６のいずれかに記載の旋盤用チャックを備えていることを特徴とする旋盤。

［８］ 旋盤の主軸に取り付けられたチャックにより筒状ワークを把持した状態で、前記ワークを旋削加工する旋削加工品の製造方法であって、
前記チャックとして、前項１〜６のいずれかに記載の旋盤用チャックを用いることを特徴とする旋削加工品の製造方法。

［９］ 前記ワークは有底筒状のものであり、
前記チャックとして、前項４又は５記載の旋盤用チャックを用い、
該チャックにより前記ワークを把持する際に、前記チャックの把持部の先端面に前記ワークの内側底面を突き当てることで前記チャックの軸線方向におけるワークの位置決めを行う前項８記載の旋削加工品の製造方法。

本発明は以下の効果を奏する。

前項［１］の旋盤用チャックでは、頸部は基部よりも径小であり且つ頸部の外周面が軸線と平行に形成されるとともに、基部の頸部との隣接部の外周面が、主軸側に向かって漸次径大のテーパ状に形成されていることにより、ワークの旋削加工時にびびり振動が発生するのを防止することができる。

前項［２］のチャックでは、頸部の外周面と隣接部の外周面とが連接していることにより、びびり振動の発生を確実に防止することができる。

前項［３］のチャックでは、頸部の外周面と隣接部の外周面とが断面円弧状面を介してチャックの軸線方向に滑らかに連接していることにより、頸部の外周面と隣接部の外周面との間の位置に作用する応力集中を緩和することができ、これにより、びびり振動の発生を更に確実に防止することができる。

前項［４］のチャックでは、有底筒状ワークをチャックする際に、把持部の先端面にワークの内側底面を押し当てることにより、チャックの軸線方向におけるワークの位置決めが行われる。そのため、ワークの位置決めを容易に行うことができる。

前記［５］のチャックでは、ドローバーの把持部側の端面が、ワークを把持する前の状態ではチャックの軸線方向において把持部の先端面と同じ位置か先端面よりも基部側に配置されているので、把持部の先端面にワークの内側底面を押し当てる際にドローバーの把持部側の端面が干渉しない。さらに、把持部の先端面と把持部の外周面との間の角部が面取り加工されているので、把持部の先端面にワークの内側底面を押し当てる際に把持部の先端面と把持部の外周面との間の角部がワークの内周面と内側底面との間の隅部に干渉しない。これにより、ワークの先端面にワークの内側底面を確実に押し当てることができ、その結果、ワークの位置決めを確実に行うことができる。

前項［６］のチャックでは、頸部は把持部よりも径小であり、頸部の外周面と把持部の外周面との間の段差面が把持部の外周面に対してなす角度が、９０°以下に設定されている。これにより、チャックによって把持されたワークの主軸側端面の内周縁やその近傍の内周面を旋削加工する際に、これらの部位に旋削工具の刃先を容易に当てることができ、そのため、これらの部位を容易に旋削加工することができる。

前項［７］の旋盤では、ワークの旋削加工時にびびり振動が発生するのを防止することができる。

前項［８］の旋削加工品の製造方法では、ワークの旋削加工時にびびり振動が発生するのを防止することができる。

前項［９］の旋削加工品の製造方法では、チャックの軸線方向におけるワークの位置決めを容易に行うことができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るチャックを、ワークを把持した状態で示す断面図である。 図２は、同チャックの把持部の、先端面側から見た正面図である。 図３は、従来（特開平９−１７４３０１号公報）のチャックを、ワークを把持した状態で示す断面図である。

次に、本発明の一実施形態について図面を参照して以下に説明する。

図１において、１は本発明の一実施形態に係る旋盤用チャック、１０は旋盤である。２０は円筒状ワークである。

本実施形態のチャック１は、ワーク２０を内掴み状態で把持する方式のものである。このチャック１は、詳述するとコレットチャックであって、円筒状のチャック本体１Ａとドローバー９とを具備している。チャック本体１Ａ及びドローバー９の材質は特に限定されるものではなく、例えばＳ４５Ｃ（生材）等の鋼である。

ワーク２０は、詳述すると有底円筒状のものである。ワーク２０の内周面２１は、ワーク２０の軸線と平行に形成されている。ワーク２０の内側底面２２は、ワーク２０の軸線に対して垂直に形成されている。ワーク２０の材質は特に限定されるものではなく、金属、木材、旋削加工可能なセラミック等である。

ワーク２０の内径は例えば１５〜３０ｍｍの範囲内に設定されている。ワーク２０の円筒状周壁部の肉厚は例えば２〜１０ｍｍの範囲内に設定されている。ワーク２０の主軸側端面２３から内側底面２２までの長さは例えば１０〜３０ｍｍの範囲内に設定されている。

旋盤１０は、櫛歯型ＮＣ旋盤であり、主軸線を中心に回転駆動可能な主軸１１と、旋削工具（バイト）１３が取り付けられる工具取付け部１２とを具備している。なお本発明では、旋盤１０は櫛歯型の他にタレット型などであっても良い。

本実施形態のチャック１において、チャック本体１Ａは、基部２と頸部３と把持部４とを有するとともに、把持部４が頸部３を介して基部２に一体に形成されたものである。

把持部４は、円筒状であり、ワーク２０を把持するためにワーク２０の内周面２１をワーク２０の半径外向きに押圧するものである。ここで、チャック１はコレットチャックであることから、図２に示すように、把持部４は、その中心から放射状に複数個のスリット溝４ｅが形成されることで周方向に均等に複数個の把持部エレメント４ｆに分割されている。本実施形態では、スリット溝４ｅの数、即ち把持部４の分割数は４個である。

基部２は、円筒状であり、旋盤１０の主軸１１側に配置されるものである。基部２の基端面の中心部には、主軸１１との連結部として、主軸１１側に突出したボルト部２ｃが一体に設けられている。旋盤１０の主軸１１の中心部にはねじ穴からなる主軸穴１１ａが設けられている。そして、ボルト部２ｃが主軸穴１１ａに螺合されることにより、チャック１（チャック本体１Ａ）の軸線Ｐが主軸１１の主軸線と一致するように基部２が主軸１１に取外し可能に取り付けられている。

頸部３は、円筒状であり、基部２及び把持部４よりも径小に形成されており、更に、ワーク２０の内径よりも小径に形成されている。頸部３の外周面３ａはチャック１の軸線Ｐと平行に形成されている。

ドローバー９は、把持部４を径方向外側へ拡開させるためのものであり、把持部４の先端面４ｂの中心部からチャック１の軸線Ｐに沿って把持部４、頸部３及び基部２を順次通って主軸１１側に貫挿されている。把持部４の先端面４ｂの中心部には、先端側に向かって漸次径大のテーパ穴４ｄが設けられている。ドローバー９の把持部４側の端部には、このテーパ穴４ｄに対応して膨出したテーパ状膨出部９ａが形成されており、この膨出部９ａが把持部４のテーパ穴４ｄ内に配置されている。

このドローバー９では、把持部４をワーク２０内に配置した状態でドローバー９を主軸１１側から引っ張ることにより、膨出部９ａが把持部４を外向きに押圧して、把持部４が径方向外側へ少し拡開するように把持部４及び頸部３を弾性変形させる。このように把持部４が拡開することにより、把持部４がワーク２０の内周面２１を外向きに押圧してワーク２０が把持される。一方、ドローバー９の引っ張りを解除することにより、把持部４及び頸部３の弾性復元力により把持部４が閉じられて把持部４のワーク内周面２１への押圧が解除される。ワーク２０を把持する際の把持部４の径方向外側への拡開量は０．１ｍｍ程度である。

基部２において、基部２の頸部３との隣接部２ａの外周面２ｂは、旋盤１０の主軸１１側に向かって漸次径大のテーパ状（即ちテーパ面）に形成されている。さらに、頸部３の外周面３ａと隣接部２ａの外周面２ｂとは連接しており、詳述すると、頸部３の外周面３ａと隣接部２ａの外周面２ｂとは断面円弧状面（いわゆるアール面）５を介してチャック１の軸線方向に滑らかに連接している。

なお、把持部４を分割した各スリット溝４ｅは、把持部４の先端面４ｂから頸部３を通って隣接部２ａまでチャック１の軸線Ｐと平行に延びて形成されている。

把持部４の長さは、ワーク２０の主軸側端面２３から内側底面２２までの長さよりも短く設定されている。把持部４の外径はワーク２０の内径よりも僅かに小さく設定されている。把持部４の外周面４ａは、ワーク２０の内周面２１を外向きに押圧した状態で（即ちワーク２０を把持した状態で）チャック１の軸線Ｐと平行になるように形成されている。したがって、ワーク２０の内周面２１を押圧しないときでは（即ちワーク２０を把持する前の状態では）、把持部４の外周面４ａは先端面４ｂ側に向かって僅かに漸次径小のテーパ状に形成されている。

さらに、把持部４の先端面４ｂは、ワーク２０を把持する際に該把持部４の先端面４ｂにワーク２０の内側底面２２が押し当てられることでチャック１の軸線方向におけるワーク２０の位置決めを行うワーク位置決め部として構成されている。

さらに、把持部４の先端面４ｂをワーク位置決め部として適するように構成させるため、把持部４の先端面４ｂはチャック１の軸線Ｐに対して垂直に形成されるとともに、把持部４の先端面４ｂと把持部４の外周面４ａとの間の角部４ｃが全周に亘って面取り加工されている。さらに、ドローバー９の把持部４側の端面９ｂ（即ちドローバー９の膨出部９ａ側の端面）は、ワーク２０を把持する前の状態ではチャック１の軸線方向において把持部４の先端面４ｂと同じ位置か先端面４ｂよりも基部２側に配置されている。これにより、把持部４の先端面４ｂがワーク位置決め部として適するように構成されている。

また、頸部３の外周面３ａと把持部４の外周面４ａとの間の段差面６が把持部４の外周面４ａに対してなす角度θ１は、９０°以下に設定されている。本実施形態では、この段差面６はチャック１の軸線Ｐに対して略垂直に形成されており、θ１は９０°に設定されている。

次に、本実施形態のチャック１を用いてワーク２０を旋削加工する方法について以下に説明する。

まず、旋盤１０の主軸１１の主軸穴１１ａにチャック１の基部２のボルト部２ｃを螺合させ、これにより、チャック１の軸線Ｐが主軸１１の主軸線と一致するように基部２を主軸１１に取り付ける。また、ドローバー９をチャック１（チャック本体１Ａ）に把持部４の先端面４ｂの中央部から主軸１１側へ貫挿配置する。

次いで、ワーク２０をチャック１により把持させるため、チャック１の把持部４をワーク２０内に配置させるとともに、把持部４の先端面４ｂがその全周に亘ってワーク２０の内側底面２２に当接するように把持部４の先端面４ｂにワーク２０の内側底面２２を突き当てる。これにより、チャック１の軸線方向におけるワーク２０の位置決めが行われる。この状態を維持したままでドローバー９を主軸１１側から引っ張ることにより、把持部４をワーク２０の内周面２１に外向きに押圧する。これにより、ワーク２０の軸線がチャック１の軸線Ｐと一致するようにワーク２０がチャック１の把持部４で把持される。

次いで、主軸１１を回転駆動させることでチャック１及びワーク２０をチャック１の軸線Ｐを中心に一体回転させる。そして、旋盤１０の工具取付け部１２に取り付けられた旋削工具１３（バイト）によってワーク２０の所定部位を旋削加工する。これにより、所望する有底円筒状の旋削加工品が得られる。

旋削加工が終了したら、ドローバー９の引っ張りを解除することにより、チャック１による旋削加工品（ワーク２０）の把持を解除する。そして、旋削加工品をチャック１から取り外す。

本実施形態のチャック１は次の利点を有している。

チャック１の頸部３は基部２よりも径小であり且つ頸部３の外周面３ａがチャック１の軸線Ｐと平行に形成されるとともに、基部２の頸部３との隣接部２ａの外周面２ｂが、主軸１１側に向かって漸次径大のテーパ状に形成されていることにより、ワーク２０の旋削加工時にびびり振動が発生するのを防止することができる。

すなわち、本発明者は、形状を様々に変更した複数のチャックを用いてワーク２０を旋削加工したところ、頸部３の外周面３ａと、基部２の頸部３との隣接部２ａの外周面２ｂとがそれぞれ上記のように形成されていれば、びびり振動の発生を防止できることを発見したのである。さらに本発明者は、チャック１の頸部３の外周面３ａと隣接部２ａの外周面２ｂとが連接していれば、びびり振動の発生を確実に防止できることを発見した。さらに発明者は、チャック１の頸部３の外周面３ａと隣接部２ａの外周面２ｂとが断面円弧状面５を介してチャック１の軸線方向に滑らかに連接していれば、頸部３の外周面３ａと隣接部２ａの外周面２ｂとの間の位置に作用する応力集中を緩和することができ、これにより、びびり振動の発生を更に確実に防止できることを発見した。このような効果を確実に奏するようにするため、断面円弧状面５の曲率半径は７〜２５ｍｍの範囲であることが特に望ましい。

ここで、基部２の隣接部２ａの外周面２ｂのテーパ半角（即ち、チャック１の軸線Ｐに対する隣接部２ａの外周面２ｂの傾斜角）θ２は４５°±２０°の範囲であることが特に望ましく、更に、頸部３の長さは１０〜３５ｍｍの範囲であることが特に望ましい。さらに、頸部３の外径は、基部２の外径に対して２５〜５０％に設定されるとともに、把持部４の外径に対して６０〜８０％に設定されることが特に望ましい。このように設定されることにより、びびり振動の発生をより一層確実に防止することができる。

さらに、チャック１の把持部４の先端面４ｂは、ワーク２０を把持する際に該把持部４の先端面４ｂにワーク２０の内側底面２２が押し当てられることでチャック１の軸線方向におけるワーク２０の位置決めを行うワーク位置決め部として構成されている。そのため、チャック１の軸線方向におけるワーク２０の位置決めを容易に行うことができる。

さらに、ドローバー９の把持部４側の端面９ｂが、ワーク２０を把持する前の状態ではチャック１の軸線方向において把持部４の先端面４ｂと同じ位置か先端面４ｂよりも基部２側に配置されているので、把持部４の先端面４ｂにワーク２０の内側底面２２を押し当てる際にドローバーの９把持部４側の端面９ｂが干渉しない。さらに、把持部４の先端面４ｂと把持部４の外周面４ａとの間の角部４ｃが面取り加工されているので、もしワーク２０の内周面２１と内側底面２２との間の隅部の断面形状が直角形状ではなく円弧状に形成されている場合でも、把持部４の先端面４ｂにワーク２０の内側底面２２を押し当てる際に把持部４の先端面４ｂと把持部４の外周面４ａとの間の角部４ｃがこの隅部に干渉しない。これにより、把持部４の先端面４ｂにワーク２０の内側底面２２を確実に押し当てることができ、そのため、ワーク２０の位置決めを確実に行うことができる。

さらに、チャック１の頸部３は把持部４よりも径小であり、頸部３の外周面３ａと把持部４の外周面４ａとの間の段差面６が把持部４の外周面４ａに対してなす角度θ１が、９０°以下に設定されている。これにより、ワーク２０をチャック１により把持した状態において、ワーク２０の主軸側端面２３の近傍の内周面２１と頸部３の外周面３ａとの間に比較的大きな空間Ｓが生じる。一方、図３に示した従来のチャック１０１では、頸部１０３の外周面１０３ａと把持部１０４の外周面１０４ａとの間の段差面１０６が把持部１０４の外周面１０４ａに対してなす角度θ１が鈍角（即ちθ＞９０°）に設定されているので、ワーク１２０の主軸側端面１２３の近傍の内周面１２１と頸部１０３の外周面１０３ａとの間に生じる空間Ｓ１は、本実施形態のチャック１における空間Ｓによりも小さい。したがって、本実施形態のチャック１によれば、ワーク２０の主軸側端面２３の内周縁２３ａやその近傍の内周面２１を旋削加工する際に、従来のチャック１０１に比べて、これらの部位に旋削工具１３の刃先１３ａを容易に当てることができる。そのため、これらの部位を容易に旋削加工することができる。

以上で本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に示したものであることに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々に変更可能であることは言うまでもない。

本発明は、筒状ワークを内掴み状態で把持する方式の旋盤用チャック、旋盤、及び旋削加工品の製造方法に利用可能である。

１：チャック
２：基部
２ａ：隣接部
２ｂ：隣接部の外周面
３：頸部
３ａ：頸部の外周面
４：把持部
４ａ：把持部の外周面
４ｂ：把持部の先端面
５：断面円弧状面
９：ドローバー
１０：旋盤
１１：主軸
２０：ワーク
２１：ワークの内周面
２２：ワークの内側底面
Ｐ：チャックの軸線

Claims (9)

1. 筒状ワークを把持するために前記ワークの内周面を外向きに押圧する把持部が、頸部を介して、旋盤の主軸側に配置される基部に一体に形成された旋盤用チャックであって、
   前記頸部は前記基部よりも径小であり且つ前記頸部の外周面が軸線と平行に形成されるとともに、
   前記基部の前記頸部との隣接部の外周面が、前記主軸側に向かって漸次径大のテーパ状に形成されていることを特徴とする旋盤用チャック。
2. 前記頸部の外周面と前記隣接部の外周面とが連接している請求項１記載の旋盤用チャック。
3. 前記頸部の外周面と前記隣接部の外周面とが断面円弧状面を介して軸線方向に滑らかに連接している請求項２記載の旋盤用チャック。
4. 前記ワークは有底筒状のものであり、
   前記把持部の先端面は、前記ワークを把持する際に該把持部の先端面に前記ワークの内側底面が押し当てられることで軸線方向におけるワークの位置決めを行うワーク位置決め部として構成されている請求項１〜３のいずれかに記載の旋盤用チャック。
5. 前記把持部を拡開させるためのドローバーが、前記把持部の先端面の中心部から前記主軸側に向かって貫挿されており、
   前記ドローバーの前記把持部側の端面が、前記ワークを把持する前の状態では軸線方向において前記把持部の先端面と同じ位置か先端面よりも前記基部側に配置されるとともに、前記把持部の先端面と前記把持部の外周面との間の角部が面取り加工されることにより、前記把持部の先端面が前記ワーク位置決め部として適するように構成されている請求項４記載の旋盤用チャック。
6. 前記頸部は前記把持部よりも径小であり、
   前記頸部の外周面と前記把持部の外周面との間の段差面が前記把持部の外周面に対してなす角度が、９０°以下に設定されている請求項１〜５のいずれかに記載の旋盤用チャック。
7. 主軸に取り付けられる請求項１〜６のいずれかに記載の旋盤用チャックを備えていることを特徴とする旋盤。
8. 旋盤の主軸に取り付けられたチャックにより筒状ワークを把持した状態で、前記ワークを旋削加工する旋削加工品の製造方法であって、
   前記チャックとして、請求項１〜６のいずれかに記載の旋盤用チャックを用いることを特徴とする旋削加工品の製造方法。
9. 前記ワークは有底筒状のものであり、
   前記チャックとして、請求項４又は５記載の旋盤用チャックを用い、
   該チャックにより前記ワークを把持する際に、前記チャックの把持部の先端面に前記ワークの内側底面を突き当てることで前記チャックの軸線方向におけるワークの位置決めを行う請求項８記載の旋削加工品の製造方法。

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