JP2012510904A

JP2012510904A - 側部作動式コレットロック機構

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Publication number: JP2012510904A
Application number: JP2011539529A
Authority: JP
Inventors: マコーミック、マイケル、アール．; デソウザ、ルイフロタ
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2012-05-17
Also published as: US20100140882A1; DE112009002735T5; KR20110102878A; CN102209600A; WO2010065165A1; CN102209600B; BRPI0916478A2; US8257003B2

Abstract

側部操作式コレットロック機構は、コレットと、少なくとも部分的にコレットの中に配置されるドローバーと、両端打ち込みねじの各端を螺合式に受け入れる１対の楔部材とを有する。打ち込みねじを回転させて、楔部材を下方に移動させ、それによって第一のカム面がドローバーと係合する。ドローバーとコレットがツールホルダの中に引き込まれ、シャンクをしっかりと固定する。シャンクを外すには、打ち込みねじを反対方向に回転させて、楔部材を上方に移動させ、それによって第二のカム面がドローバーと係合する。ドローバーとコレットがツールホルダから押し出され、これによってシャンクが開放される。
【選択図】図１

Description

本発明は、チャックとソケットに関し、より詳しくは、工作機械に使用するコレットとロックナットのアセンブリに関する。最も詳しくは、本発明は、コレットのクリップ装着が容易であり、その一方でコレットと切削工具をチャックから確実に外すことのできるサイドロック機構とロックナットを持つコレットとロックナットのアセンブリに関する。

工具保持用チャックアセンブリに使用されるコレットはよく知られている。この種のコレットは一般に、複数の長い、柔軟なスチール製フィンガから形成される管状本体を含む。フィンガは長さ方向のコレットソースロット（ｃｏｌｌｅｔｓａｗｓｌｏｔ）によって分離され、このスロットはコレットにある程度の半径方向の柔軟性を与え、それによってコレットは、ドリルビット等の切削工具のシャンクを選択的に把持することができる。隣接するグリップフィンガ同士は、互い違いに配置された金属ウェブのパターンによって相互接続され、一体のコレット本体を形成する。動作においては、コレット本体がチャックシャフトの、相補的な形状を持つ開口部に挿入されて、コレット本体の遠位端がシャフトから突出する状態となる。次に、シャフトの外径のねじ山と合致する内径のねじ山を有する管状ロックナットがシャフトとコレット本体の遠位端の周囲に取り付けられる。ロックナットはノーズリング（ｎｏｓｅｒｉｎｇ）を持ち、その円錐台形状のカム面はコレット本体の遠位端と係合して、ロックナットがチャックシャフトに螺合されると、コレット本体を半径方向に内側へと締め付ける。ロックナットがコレット本体の遠位端を半径方向に圧縮することによって、本体が内側に撓み、コレット本体の内径とその中に挿入される工具のシャンクの間に把持力が生じる。

残念ながら、コレットをチャックの中に締め付けるために使用されている既存のロックナットは通常、径が大きく、加工対象物との間隙が小さくなり、それによってポケット加工の能力が制限される。また、ロックナットは、製造誤差により、必然的にアンバランスの原因となる。これに加えて、オペレータがコレットをロックナットに取り付ける際に気を付けなければ、ロックナットはコレットから外れる傾向がある。コレットをチャックに組み付ける前にコレットが意図せずロックナットから外れた場合、コレットは適正に錠止されるものの、ロックナットがコレットをチャックから外すことができなくなる。ロックナットはチャックからねじ戻せるが、コレットと切削工具がチャックの中に残る。このようになった場合、コレットを外すには、保持用ノブの螺合を解除して、ドリフトを使ってコレットをツールホルダの後部から出すよりほかはない。

そのため、必然的にバランスがとられ、その一方で、既存のロックナットの使用に伴う問題を克服する解決策を提供するような、改良されたコレットロック機構が求められている。

簡潔に言えば、本発明により、コレットと、少なくとも部分的にコレットの中に配置されるドローバーであって、底面、第一の側壁および第二の側壁で形成される陥凹部およびその中で半径方向に延びる開口部を有するドローバーと、両端打ち込みねじの各端を螺合式に受け入れる１対の楔部材を含む側部作動式コレットロック機構が提供される。１対の楔部材と両端打ち込みねじは、少なくとも部分的にドローバーの開口部の中に配置される。各楔部材は、ドローバーの第一の側壁と選択的に係合する第一のカム面と、ドローバーの第二の側壁と選択的に係合する第二のカム面を有する。両端打ち込みねじを第一の方向に回転させると、第一のカム面はドローバーの第一の側壁と係合し、ドローバーをその長手方向軸に沿った第一の方向に移動させ、それによってドローバーはコレットの内面と係合して、コレットが半径方向に内側につぶれる。両端打ち込みねじを第二の方向に回転させると、第二のカム面がドローバーの第二の側壁と係合し、ドローバーをその長手方向軸に沿った第二の方向に移動させ、それによってドローバーはコレットの内面と係合しなくなり、コレットが半径方向に外側に拡張する。

別の実施形態において、工具のシャンクをツールホルダに固定するための側部作動式コレットロック機構はコレットを含み、コレットは内面を有する通路を持つ本体を有する。コレットの本体は、グリップフィンガによって分離される略平行なスロットアレイを有する。ドローバーは、複数のロッキングタブを持つ第一の部分と第二の部分を有する本体を有し、複数のロッキングタブを持つ第一の部分の少なくとも一部は、コレットの通路内に配置され、第二の部分は陥凹部およびその中で半径方向に延びる開口部を有する。陥凹部は、底面、第一の側壁および第二の側壁で形成される。１対の楔部材は、両端打ち込みねじの各端を螺合式に受け入れる。１対の楔部材と両端打ち込みねじは、少なくとも部分的にドローバーの開口部の中に配置される。各楔部材は、ドローバーの第一の側壁と選択的に係合する第一のカム面と、ドローバーの第二の側壁と選択的に係合する第二のカム面を有する。両端打ち込みねじを第一の方向に回転させると、第一のカム面はドローバーの第一の側壁と係合して、ドローバーをその長手方向軸に沿った第一の方向に移動させ、それによってドローバーのロッキングタブがコレットの内面と係合する。両端打ち込みねじを第二の方向に回転させると、第二のカム面はドローバーの第二の側壁と係合して、ドローバーをその長手方向軸に沿った第二の方向に移動させ、それによってドローバーのロッキングタブがコレットの内面と係合しなくなる。

本発明の上記およびその他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めばさらに理解されるであろう。なお、全図面を通じて、同様の文字は同様の部品を示す。

本発明のある実施形態による、ツールホルダに装着した状態の側部作動式コレットロック機構の斜視図である。図１の側部作動式コレットロック機構の斜視図である。本発明のある実施形態による側部作動式コレットロック機構のコレットの斜視図である。本発明のある実施形態による側部作動式コレットロック機構のドローバーの斜視図である。図３のドローバーの上面図である。本発明のある実施形態による側部作動式コレットロック機構の両端打ち込みねじと楔部材の斜視図である。図６の両端打ち込みねじと楔部材の側面図である。側部作動式コレットロック機構の、機構がロック位置にある状態の図２の線８−８に沿って切断した断面図である。図８に示されるコレットとドローバーの拡大図である。側部作動式コレットロック機構の、機構がロック解除位置にある状態の図２の線８−８に沿って切った断面図である。図１０に示されるコレットとドローバーの拡大図である。本発明のある実施形態による側部作動式コレットロック機構の両端打ち込みねじと楔部材の断面図である。

ここで、図を参照すると、図面のすべてを通じて、同様の番号は同様の構成要素を示しており、図１と図２には、本発明のある実施形態による側部作動式コレットロック機構が概して１０として示されている。側部作動式コレットロック機構は、コレット１２と、ドローバー１４と、両端打ち込みねじ１６と、１対の楔部材１８を含む。コレット１２は、ツールホルダ２５のチャック２２のコレット穴２１の中に受け入れられるようになされており、切削工具のシャンク２０を受け入れることができ、切削工具は、たとえばドリルビットその他（図示せず）であってもよい。コレット穴２１は略円錐台の形状であり、ツールホルダ２５の前部からツールホルダ２５の後部に向かって内側にテーパが付けられている。切削工具のシャンク２０が側部作動式コレットロック機構１０によってチャック２２に適正に取り付けられると、シャンク２０の中心線２４は、ツールホルダ２５の中心線２６とほぼ整合する。

ここで、図２と図３を参照すると、コレット１２は、弾力性のあるスチール合金で作製され、一般に、グリップフィンガ３２によって分離される略平行なアレイ状のスロット３０を有する本体２８を含む。スロット３０により、コレット１２は半径方向に圧縮され、切削工具のシャンク２０をしっかりと把持する。角度のついた鼻状部３４は、コレット１２の前面３６へと内側に向かってテーパが付けられている。コレット１２の本体２８は略円錐台の形状であり、前面３６から後面３８へと内側に向かってテーパが付けられており、これはチャック２２のコレット穴２１と同様である。図２に見られるように、コレット１２は円筒形の通路４０をさらに有し、通路４０は、コレット１２の回転軸４２に沿って同心円状に配置された、切削工具のシャンク２０を受けるための内面４１を有する。

図３に示される実施形態において、コレット１２の、前面３６の遠位にある（後面３８の近位にある）内面４１は、複数のロッキングタブ４３を有する。図９に示されるように、各ロッキングタブ４３は、側壁４３ａ、４３ｂと端壁４３ｃ、４３ｄを有する。コレット１２の内面４１はまた、前方接触面４５を有する。図の実施形態において、コレット１２は合計４つのロッキングタブ４３を有し、ドローバー１４はこれに対応する数のロッキングタブ６４を有する。しかしながら、理解されるであろうこととして、本発明は、コレットロッキングタブ４３とドローバーロッキングタブ６４の数によっては限定されず、本発明はコレットロッキングタブ４３とドローバーロッキングタブ６４が２つまたはそれ以上であっても実施できる。コレットロッキングタブ４３とドローバーロッキングタブ６４の目的を以下に説明する。

次に、図４と図５を参照すると、ドローバー１４は略円筒形の本体４４を有し、本体４４は、第一の直径の第一の部分４６と、相対的に小さく、減少された直径の第二の部分４８および第一と第二の部分４６、４８の間の中間遷移部５０を有する。長手方向軸５４に実質的に垂直な、半径方向に延びる開口部５２がドローバー１４の第一の部分４４の中に延びる。図の実施形態において、開口部５２は断面形状が実質的に非円形であり、これによって、打ち込みねじ１６を作動している間、ドローバーは長手方向軸５４に沿ってスライドできる。陥凹部５５がドローバー１４の反対側に形成され、楔部材１８の当接面となる底面５６、楔部材１８と選択的に係合してカム面として機能する１対の対向する側壁５８、６０を有する。第一の部分４６はシーリング部材６２、たとえばＯリングその他を有し、これは所望により設けてもよい冷却剤通路６３によってドローバー１４の中に供給される冷却剤のためのシール材となる。別のシーリング部材６２を陥凹部５５の反対側に設けることができる。

ドローバー１４の第二の部分４８は、外側の円周面の周囲に円周方向に配置された複数の隆起したロッキングタブ６４と、前方接触面６５を有する。隆起したロッキングタブ６４は一般に、長手方向軸５４に対して略垂直な円周方向の第一の部分６４ａと、長手方向軸５４に対して略平行な第二の部分６４ｂを有するＬ型形状である。言い換えれば、第一の部分６４ａは、第二の部分６４ｂに対して略垂直である。隆起したロッキングタブ６４の各々は、側壁６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆと１対の端壁６４ｇ、６４ｈを有する。ロッキングタブ６４の数は、具体的な用途に応じて変化させることができる。図の実施形態において、第二の部分４８は、相互に約９０度離して配置された４つのロッキングタブ６４を有する。しかしながら、理解されるであろうこととして、本発明はロッキングタブの数によって限定されず、本発明は相互の反対側に配置されたロッキングタブがいくつあっても実施できる。たとえば、本発明は、相互に６０度離して配置される６つのロッキングタブ４３、６４でも実施できる。別の例では、本発明は、相互に４５度離して配置された８つのロッキングタブ４３、６４でも実施できる。

以下により詳しく説明するように、ロッキングタブ６４の側壁６４ｅは、コレット１２の側壁４３ａと係合して、ドローバー１４がドローバー１４の長手方向軸５４に沿ってある方向に移動されるのに合わせてコレット１２を引っ張り、それによってコレット１２のグリップフィンガ３２が半径方向に内側につぶれ、工具のシャンク２０をしっかりと把持する。反対に、ドローバー１４の前方接触面６５は、コレット１２の前方接触面４５と係合して、ドローバー１４がドローバー１４の長手方向軸５４に沿って反対方向に移動されるのに合わせてドローバー１４からコレット１２を遠ざけ、それによってコレット１２のグリップフィンガ３２が半径方向に外側に拡張して、工具のシャンク２０を開放する。理解されるであろうこととして、本発明は、丸、四角その他、所望のどのような幾何学形状のロッキングタブでも実施できる。

ここで、図６、図７、図１２を参照すると、本発明の実施形態による両端打ち込みねじ１６と楔部材１８が示されている。打ち込みねじ１６は略円筒形であり、第一の端部６６、第二の端部６８および、第一と第二の端部６６、６８の間の中間部分７０を有する。第一の端部６６の外面は、たとえば右ねじでねじ切られ、一方、第二の端部６８の外面は、たとえば左ねじでねじ切られる。第一と第二の端部６６、６８は、楔部材１８に螺合させることができる。端部６６、６８の一方または両方は、工具をその中に挿入できるように、工具挿入口７２を有する。図の実施形態においては、工具挿入口７２は六角形である。

楔部材１８は略円筒形であり、相互に実質的に同一である。各楔部材１８は、打ち込みねじ１６の垂直軸７７に関して角度７６を形成する第一のカム面７４を有する。角度７６は、約１０度から約６０度の範囲、および好ましくは約２５度から約４５度の範囲、および最も好ましくは約３５度とすることができる。各楔部材１８はまた、打ち込みねじ１６の垂直軸７８に関して角度８０を形成する、第一のカム面７４の反対の第二のカム面７８を有する。角度７６は、約１０度から約６０度の範囲、および好ましくは約２５度から約４５度の範囲、および最も好ましくは約３５度とすることができる。各楔部材１８は、その中に少なくとも部分的に配置されることになるドローバー１４の開口部５２に対して相補的な断面形状を有する。打ち込みねじ１６と楔部材１８が少なくとも部分的にドローバー１４の開口部５２の中に配置されたとき、打ち込みねじ１６の垂直軸７７はドローバー１４の長手方向軸５４に対して実質的に垂直となる。

動作において、コレット１２はツールホルダ２５のコレット穴２１の中に、ドローバー１４のロッキングタブ６４がコレット１２のスロット３０の間に並ぶように挿入することによって所定の位置に設置される。コレット１２を、コレット穴２１の中にできるだけ深く押し込み、ドローバーロッキングタブ６４の側壁６４ｆがコレットロッキングタブ４３の端壁４３ｃと嵌合するまで、たとえば反時計回り方向に回転させる。ドローバーロッキングタブ６４の側壁６４ｆとコレットロッキングタブ４３の端壁４３ｃとの係合によって、コレット１２がそれ以上回転するのが制限される。この地点で、ドローバーロッキングタブ６４の第一の部分６４ａの側壁６４ｅは、コレットロッキングタブ４３の側壁４３ｂに隣接して配置される。次に、打ち込みネジ１６を、たとえば時計回り方向に回転させて、楔部材１８の第一のカム面７４を下方に移動させ、ドローバー１４の側壁６０と接触させる。その結果、ドローバー１４は、ドローバー１４の長手方向軸５４に沿って、シャンク２０から遠ざかる第一の方向に移動して、それによって、図８、図９に示されるように、ドローバーロッキングタブ６４の側壁６４ｅがコレットロッキングタブ４３の側壁４３ｂと接触する。打ち込みネジ１６が引き続き回転すると、ドローバー１４は引き続き後方に移動して、コレット１２をツールホルダ２２のコレット穴２１に引き込む。コレット１２がコレット穴２１の中に引き込まれると、コレット穴２１のテーパによって、コレット１２は半径方向に内側に圧縮され、工具のシャンク２０をしっかりと把持する。コレット１２がコレット穴２１の中に深く入るほど、より大きな力が工具のシャンク２０にかかる。機構１０は、図１に示されるようにコレット１２の前面３６がツールホルダ２５の鼻部２７と略同一平面になるときに、最大の力が発せられるように設計される。この地点で、シャンク２０はコレット１２によって所定の位置に確実に保持される。

シャンク２０をコレット１２から開放するために、打ち込みねじ１６を反対方向、たとえば反時計回り方向に回転させて、それによって楔部材１８の第二のカム面７８を上方に移動させ、ドローバー１４の側壁５８と接触させる。その結果、ドローバー１４は、ドローバー１４の長手方向軸５４に沿って、シャンク２０に向かう第二の、反対方向に移動し、それによって、図１０、図１１に示されるように、ドローバー１４の前方接触面６５がコレット１２の前方接触面４５と接触する。打ち込みねじ１６が引き続き回転すると、ドローバー１４は引き続き前方に移動して、コレット１２をツールホルダ２５のコレット穴２１から押し出す。コレット１２がコレット穴２１から押し出されると、コレット穴２１のテーパによって、コレット１２は半径方向に外側に拡張し、工具のシャンク２０を開放する。この地点で、工具をツールホルダ２５から容易に取り外すことができる。コレット１２がコレット穴２１から外れると、コレット１２は、ドローバーロッキングタブ６４の第一の部分６４ａがコレットロッキングタブ４３の付近になくなるまで、時計回り方向に回転させることができる。この地点で、コレット１２をツールホルダ２５から取り外すことができる。

理解されるであろうこととして、本発明の原理は、コレットをドローバーに連結するためのその他の手段を使って実行することもできる。たとえば、他の実施形態において、コレットは、ねじ山部分でドローバーと連結される。この実施形態では、コレットは、コレットがシャンクの上でつぶれ、コレットとシャンクの間のすべてのギャップがなくなるまで、コレットを回転させることによって手動で係合させる。次に、打ち込みネジを回転させて、ドローバーとコレットをツールホルダの中に引き込み、シャンクをしっかりと固定する。シャンクを取り外すためには、打ち込みねじを反時計回り方向に回転させて、ドローバーとコレットをツールホルダから押し出し、これによってシャンクを開放する。

以上のように、本発明の側部作動式コレットロック機構は、略円筒形の楔を用いて、高速交換型ツイストセットドローシステムで使用可能な高トルクの打ち込みねじを利用する同一平面設計を提供する。

本明細書で引用された文書、特許および特許出願は、引用によって本願に援用される。

本発明を、特定の具体的なその実施形態に関連して具体的に説明したが、理解されるべき点として、これは例示のためであって、限定するものではなく、付属の特許請求範囲に記載された範囲は、先行技術からみて可能なかぎり広く解釈されるべきである。

Claims

側部作動式コレットロック機構であって、
内面を有する本体を含むコレットと、
少なくとも部分的に前記コレットの中に配置されるドローバーであって、底面、第一の側面および第二の側面で形成された陥凹部と、その中で半径方向に延びる開口部を有するドローバーと、
両端打ち込みねじの各端を螺合式に受け入れる１対の楔部材であって、前記楔部材と前記両端打ち込みねじは少なくとも部分的に前記ドローバーの前記開口部の中に配置され、各楔部材が、前記ドローバーの前記第一の側壁と選択的に係合する第一のカム面と、前記ドローバーの前記第二の側壁と選択的に係合する第二のカム面を有するような１対の楔部材と、
を含み、
前記両端打ち込みねじを第一の方向に回転させることによって、前記第一のカム面が前記ドローバーの前記第一の側壁と係合して、前記ドローバーをその長手方向軸に沿って第一の方向に移動させ、それによって前記ドローバーは前記コレットの前記内面と係合し、前記コレットを前記第一の方向に引き、その結果、前記コレットが半径方向に内側につぶれ、
前記両端打ち込みねじを第二の方向に回転させることによって、前記第二のカム面が前記ドローバーの前記第二の側壁と係合するようにし、前記ドローバーをその長手方向軸に沿って第二の方向に移動させ、それによって前記ドローバーは前記コレットを前記第二の方向に押し、その結果、前記コレットが半径方向に外側に拡張する側部作動式コレットロック機構。
前記コレットの前記本体は、グリップフィンガによって分離される略平行なアレイ状のスロットを有する、請求項１に記載の機構。
前記ドローバーの第一の部分は、前記ドローバーがその長手方向軸に沿って移動すると、前記コレットの前記内面と係合する複数のロッキングタブを有する、請求項１に記載の機構。
前記ドローバーの、前記半径方向に延びる開口部は、その長手方向軸に対して略垂直である、請求項１に記載の機構。
前記第一のカム面は、前記両端打ち込みねじの垂直軸に対してある角度を成す、請求項１に記載の機構。
前記角度は約１０度から約６０度である、請求項５に記載の機構。
前記第二のカム面は、前記両端打ち込みねじの垂直軸に対してある角度を成す、請求項１に記載の機構。
前記角度は約１０度から約６０度である、請求項７に記載の機構。
前記ドローバーは冷却剤用通路を有する、請求項１に記載の機構。
ツールホルダに工具のシャンクを固定するための側部作動式コレットロック機構であって、
内面を有する通路を持つ本体であって、グリップフィンガによって分離される略平行なアレイ状のスロットを有する本体を有するコレットと、
少なくとも部分的に前記コレットの前記通路内に配置される複数のロッキングタブを有する第一の部分を持ち、陥凹部とその中で半径方向に延びる開口部を有し、前記陥凹部が底面、第一の側壁および第二の側壁で形成される第二の部分を持つ本体を有するドローバーと、
両端打ち込みねじの各端を螺合式に受け入れる１対の楔部材であって、前記１対の楔部材と前記両端打ち込みねじは少なくとも部分的に前記ドローバーの前記開口部の中に配置され、各楔部材は、前記ドローバーの前記第一の側壁と選択的に係合する第一のカム面と、前記ドローバーの前記第二の側壁と選択的に係合する第二のカム面を有するような１対の楔部材と、
を含み、
前記両端打ち込みねじを第一の方向に回転させることによって、前記第一のカム面は前記ドローバーの前記第一の側壁と係合して、前記ドローバーをその長手方向軸に沿って第一の方向に移動させ、それによって前記ドローバーの前記ロッキングタブが前記コレットの前記内面と係合し、
前記両端打ち込みねじを第二の方向に回転させることによって、前記第二のカム面は前記ドローバーの前記第二の側壁と係合して、前記ドローバーをその長手方向軸に沿って第二の方向に移動させ、それによって前記ドローバーの前記ロッキングタブが前記コレットの前記内面と係合する、側部作動式コレットロック機構。
前記ドローバーの前記半径方向に延びる開口部は、その長手方向軸に対して略垂直である、請求項１０に記載の機構。
前記第一のカム面は、前記両端打ち込みねじの垂直軸に対してある角度を成す、請求項１０に記載の機構。
前記角度は約１０度から約６０度の間である、請求項１２に記載の機構。
前記第二のカム面は、前記両端打ち込みねじの垂直軸に対してある角度を成す、請求項１０に記載の機構。
前記角度は約１０度から約６０度の間である、請求項１４に記載の機構。
前記ドローバーは冷却剤用通路を有する、請求項１０に記載の機構。
前記ドローバーの各ロッキングタブは、第一の角度のついた接触壁、第二の角度のついた接触壁および隆起した中央部分で形成される、請求項１０に記載の機構。
前記コレットは、第一の接触壁、第二の接触壁および隆起した中央部分で形成される複数の保持用陥凹部をさらに有する、請求項１７に記載の機構。
前記両端ねじを前記第一の方向に回転させると、前記ドローバーの前記第一の角度のついた接触壁が前記コレットの前記第一の接触壁と係合し、前記両端ねじを前記第二の方向に回転させると、前記ドローバーの前記第二の角度のついた接触壁が前記コレットの前記第二の接触壁と係合する、請求項１８に記載の機構。