JP2022020099A

JP2022020099A - テーパコレット

Info

Publication number: JP2022020099A
Application number: JP2020123370A
Authority: JP
Inventors: 明治長濱; Meiji Nagahama
Original assignee: Nikken Kosakusho Works Ltd
Current assignee: Nikken Kosakusho Works Ltd
Priority date: 2020-07-20
Filing date: 2020-07-20
Publication date: 2022-02-01

Abstract

【課題】従来よりも大きな把握力を発揮するテーパコレットを提供する。
【解決手段】テーパコレット１０は、先端から末端に向かって外径が徐々に小さくなるテーパ部１１と、テーパ部の中心軸線に沿って延びる工具挿入孔と、テーパ部に形成されるスリ割り１４とを備える。そして工具挿入孔を構成する内周面に、摩擦係数を高めるための表面処理が施される。
【選択図】図１

Description

本発明は、工具のシャンク部を把握するコレットに関する。

工作機械の主軸に装着される工具ホルダとして従来、例えば特開２０１０－１６２６８４号公報（特許文献１）に記載のものが知られている。特許文献１の工具ホルダは、コレットチャック本体と、テーパコレットと、ロックナットを備える。テーパコレットの中心には、軸線に沿って延びる工具挿入孔が形成され、エンドミル等工具のシャンク部が差し込まれる。テーパコレットは、コレットチャック本体の先端に形成されるテーパ穴に差し込まれ、ロックナットの締め付け回転に伴ってテーパ穴の奥へすべり込み、縮径してシャンク部を把握する。特許文献１のテーパコレット等、従来のコレットは、工具ホルダの内部に設けられるため錆の心配もなく、コレットの金属表面は表面処理されていない。

特開２０１０－１６２６８４号公報

近年、大型のワークや、インコネル（登録商標）等の難削材を長時間切削することが要求されている。このため工具が工具ホルダから抜け出さないよう、従来よりも確りと把握したいという要求がある。

そこでテーパコレットに対し表面処理を施し、テーパコレットの金属表面に微細な凹凸からなる被膜を形成し、摩擦係数を増大させることが考えられる。

しかしながら、テーパコレットの全表面に単純に表面処理を施すと、必ずしも把握力が大きくなるわけではないことを本発明者は見出した。すなわち、テーパコレット外周のテーパ面に被膜を形成すると、上述したテーパ穴奥へのすべり込みが阻害されてしまい、テーパコレットの縮径および工具シャンク部の把握が完全でなくなることを見出した。

本発明は、上述の実情に鑑み、従来よりも大きな把握力を発揮するテーパコレットを提供することを目的とする。

この目的のため本発明によるテーパコレットは、先端から末端に向かって外径が徐々に小さくなるテーパ部と、テーパ部の中心軸線に沿って延びる工具挿入孔と、テーパ部に形成されるスリ割りとを備え、工具挿入孔を構成する内周面に、摩擦係数を高めるための表面処理が施される。

かかる本発明によれば、テーパ面とテーパ穴の壁面との間の摩擦が増大しないので、テーパ部をテーパ穴奥へ充分すべり込ませることができる。したがってテーパコレットの縮径が阻害されない。また工具シャンク部の外周面と工具挿入孔の内周面との間の摩擦が増大される。その結果、工具は従来よりも確りと把握される。

本発明の一局面としてテーパコレットは、テーパ部から先端側へ突出する首部と、首部の先端と結合する鍔部をさらに備える。かかる局面によれば、工具ホルダのロックナット等を首部に係合させて、テーパ穴からテーパコレットおよび工具を引き抜くことができる。

本発明の他の局面としてテーパコレットは、テーパ部から末端側へ突出する円筒部と、円筒部の内周面に形成される雌ねじとをさらに備える。かかる局面によれば、引きねじを使用してテーパコレットをテーパ穴にすべり込ませることができる。

コレットに施される表面処理は、塗膜、被膜、目荒らし等、特に限定されないが、本発明の好ましい局面として、表面処理は四三酸化鉄被膜である。かかる局面によれば、テーパコレットの内周面に黒染の被膜が形成されることから、赤さびを寄せ付けず、耐久性が向上する。

このように本発明によれば、把握力が従来よりも大きくなり、大型のワークや、インコネル（登録商標）等の難削材を長時間切削することができる。

本発明の第１実施形態を示す側面図である。同実施形態を示す正面図である。同実施形態を示す断面図である。本発明の第２実施形態を示す側面図である。同実施形態を示す断面図である。本発明の第３実施形態を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態になるテーパコレットを示す側面図である。図２は、同実施形態を示す正面図であり、先端側からみた状態を表す。図３は、同実施形態を示す断面図であり、工具ホルダとともに使用状態を表す。本実施形態のテーパコレット１０は、テーパ部１１と、工具挿入孔１３と、スリ割り１４，１５と、首部１７と、鍔部１８と、円筒部１９とを備える。

図１を参照して、テーパ部１１は、テーパコレット１０の先端部および末端部を除くテーパコレット１０の大部分をなし、先端から末端に向かって外径が徐々に小さくなる。テーパ部１１の外周をテーパ面１２ともいう。

工具挿入孔１３は、テーパコレット１０の少なくとも先端に設けられ、テーパコレット１０の中心軸線（以下、軸線Ｏという）に沿って延びる。本実施形態では、工具挿入孔１３がテーパ部１１の軸線Ｏ方向略全域に渡って延びる。テーパコレット１０の原形状態で、工具挿入孔１３はテーパ部１１の先端側から一定深さまで一定内径である。

テーパ部１１の先端には首部１７および鍔部１８が同軸に設けられる。鍔部１８の外径はテーパ部１１の先端部分の外径よりも小さい。首部１７は、テーパ部１１を胴部とし鍔部１８を頭部として両者を結合する。首部１７の外径は鍔部１８の外径よりも小さい。本実施形態の鍔部１８は、軸線Ｏ方向に関し、一定外径である。ただし鍔部１８の先端側および末端側には面取りが形成されていてもよい。
テーパ部１１の先端面には環状面１６が形成される。この環状面１６は、軸線Ｏと直角な平坦面である。工具挿入孔１３は、首部１７および鍔部１８を貫通して延びる。

テーパ部１１の末端には円筒部１９が同軸に形成される。軸線Ｏ方向に関し、円筒部１９の外径は一定である。円筒部１９の中心孔１９ｎ（図３）は、工具挿入孔１３と接続する。つまり本実施形態のテーパコレット１０は軸線Ｏに沿って延びる中心孔を備える。なお、中心孔１９ｎの内径は、工具挿入孔１３の内径よりも大きい。

図１を参照して、スリ割り１４はテーパコレット１０の先端から末端に向かって延びる。具体的には、スリ割り１４は、テーパコレット先端に位置する鍔部１８および首部１７を貫通し、テーパ部１１の軸線Ｏ方向中央部を超えて、テーパコレット末端に位置する円筒部１９の近くまで、軸線Ｏと平行に延びる。反対にスリ割り１５は、テーパコレット１０の末端から先端に向かって延びる。具体的には、スリ割り１５は、円筒部１９を貫通し、テーパ部１１の軸線Ｏ方向中央部まで軸線Ｏと平行に延びる。スリ割り１４，１５は、周方向等間隔の角度で、先端側と末端側と互い違いに配置される。このためスリ割り１４，１５の軸線Ｏ方向位置は、テーパ部１１で重なる。スリ割り１４，１５の隙間が狭められることにより工具挿入孔１３は縮径する。またスリ割り１４，１５の隙間が広がることにより工具挿入孔１３は原形寸法まで復径する。

テーパコレット１０は弾性変形可能な鉄製であり、後述する使用方法により縮径したり復径したりする。図３を参照して、工具挿入孔１３を構成する内周面には表面処理が施される。これに対し、テーパ面１２は、テーパコレット１０を構成する金属素材の表面そのものである。

テーパ部１１の内周面の表面処理は、鉄表面を化学的に変性させた被膜である。本実施形態では四三酸化鉄の被膜が形成される。本実施形態の表面処理は、ＲＰＴ（Rust Proof Treatment）であり、濃水酸化ナトリウム水溶液等でテーパコレット１０の鉄表面を酸化させたものである。かかる表面処理によって、元々銀色であった鉄表面は黒染めされる。四三酸化鉄の被膜は、微小な凹凸面であり、表面処理を施される前の円滑な鉄表面の摩擦係数を、増大させる。

本実施形態では、まずテーパコレット１０の表面全体に表面処理を施し、次にテーパコレット１０の外周面を研摩加工する。これにより工具挿入孔１３を含めて、テーパコレット１０の内周面のみが表面処理を施される。この研摩加工の例として、テーパコレット１０の中心孔の両端を塞ぎバレル研摩を施すことが挙げられる。これによりテーパ面１２の表面処理は除去され、さらに円滑面にされる。

次にテーパコレット１０の使用につき説明する。

図３を参照して、テーパコレット１０は、円筒部１９からテーパ部１１まで、コレットチャック１００の先端部に形成されたテーパ穴１０１に差し込まれる。テーパ穴１０１は、テーパ面１２に対応する勾配で、末端から先端に向かって徐々に内径が大きくなる。工具挿入孔１３には、テーパコレット１０の先端から、仮想線で示す切削工具のシャンク部１１０が差し込まれる。切削工具は例えばエンドミルである。

コレットチャック１００およびロックナット１２０を備える工具ホルダは従来のもので足りる。テーパ穴１０１よりも先端側でコレットチャック１００の中心孔に形成された雌ねじ１０２に、環状のロックナット１２０が螺合する。ロックナット１２０の内周縁は、首部１７に係合し、環状面１６を押圧する。なお本実施形態では、末端側の環状面１６と先端側のロックナット１２０の間に、プレーンベアリング１３０が介在する。プレーンベアリング１３０により、環状面１６とロックナット１２０の間の摩擦が小さくされ、ロックナット１２０が回転してもテーパコレット１０の芯ずれは防止される。

ロックナット１２０を締め付け方向に回転させると、テーパコレット１０は、テーパ穴１０１の奥（末端側）へすべり込み、くさび作用によって縮径する。これによりシャンク部１１０は確りと把握される。把握を解除する場合には、ロックナット１２０を緩め方向に回転させるとよい。そうすると弾性変形していたテーパコレット１０は原形に復帰し、工具挿入孔１３が元の内径まで広がる。また首部１７に係合するロックナット１２０は先端方向へ前進し、テーパコレット１０をテーパ穴１０１から引き抜く。この際、シャンク部１１０も前進し、工具を工具ホルダから離脱させる作業が容易化される。

次に第１実施形態のテーパコレット１０と、従来例のテーパコレットについて対比実験を行った。

第１実施形態のテーパコレット１０と、従来例のテーパコレットは、全く同一の寸法であり、具体的にはＳＫ１０－６の寸法規格である（内径６ｍｍ）。ただし従来例のテーパコレットでは、表面に何らＲＰＴ表面処理が施されず、素材の鉄表面が露出する。これに対し第１実施形態のテーパコレット１０では、内周面のみＲＰＴ表面処理が施される。第１実施形態のテーパ面１２は、テーパコレット１０の素材の金属表面そのままであり、鉄表面が露出している。

工具挿入孔１３に差し込まれる工具のシャンク部１１０は、第１実施形態および従来例共、上述した６ｍｍに対応する外径寸法であり、同じ差し込み深さで差し込まれる。

テーパコレットが差し込まれる工具ホルダは、第１実施形態および従来例共、同一のコレットチャック１００およびロックナット１２０である。ロックナットは同じトルクレンチによって同じ締め付けトルクで締め付け回転されて、第１実施形態および従来例はそれぞれ、テーパ穴１０１の奥にすべり込む。

実験結果として、第１実施形態では、把握力（最大トルク）６１．１４Ｎ・ｍであった。これに対し、従来例では、把握力（最大トルク）２４．５４Ｎ・ｍであった。第１実施形態は、従来例の２．４９倍の把握力を得ることができた。

この理由として、第１実施形態では、従来例と同様に、テーパコレット１０がテーパ穴１０１の奥まで十分すべり込み、工具挿入孔１３が十分縮径しているためと考えられる。また工具挿入孔１３の内周面全体にＲＰＴ表面処理が施され、四三酸化鉄の被膜が形成されているので、工具挿入孔１３の内周面の摩擦係数が大きくなり、相手材（シャンク部１１０）との結合が良くなるためと考えられる。第１実施形態では、工具挿入孔１３の内周面に表面処理を施すことによって、当該内周面の摩擦係数がテーパ部１１の外周に形成されるテーパ面１２の摩擦係数よりも大きくなる。

これに対し従来例では、工具挿入孔１３は十分縮径しているものの、工具挿入孔の内周面と相手材（シャンク部１１０）との摩擦が第１実施形態よりも小さいためと考えられる。

次に第１実施形態のテーパコレット１０と、参考例のテーパコレットについて対比実験を行った。

第１実施形態のテーパコレット１０と、参考例のテーパコレットは、全く同一の寸法であり、具体的にはＳＫ１０－６の寸法規格である（内径６ｍｍ）。ただし参考例のテーパコレットでは、内周面のみならず外周面にもＲＰＴ表面処理が施される。これに対し第１実施形態のテーパコレット１０では、内周面のみＲＰＴ表面処理が施される。第１実施形態のテーパ面１２は、テーパコレット１０の素材の金属表面そのままであり、鉄表面が露出している。

工具挿入孔１３に差し込まれる工具のシャンク部１１０は、第１実施形態および参考例共、上述した６ｍｍに対応する外径寸法であり、同じ差し込み深さで差し込まれる。

テーパコレットが差し込まれる工具ホルダは、第１実施形態および参考例共、同一のコレットチャック１００およびロックナット１２０である。ロックナットは同じトルクレンチによって同じ締め付けトルクで締め付け回転されて、第１実施形態および参考例はそれぞれ、テーパ穴１０１の奥にすべり込む。

実験結果として、第１実施形態では上述したとおり把握力（最大トルク）６１．１４Ｎ・ｍであった。これに対し、参考例では、把握力（最大トルク）３９．９６Ｎ・ｍであった。第１実施形態は、参考例の１．５３倍の把握力を得ることができた。

この理由として参考例では、テーパコレットがテーパ穴１０１の奥まですべり込みが不十分であり、工具挿入孔１３が十分縮径していないためと考えられる。この原因として、テーパ面１２の摩擦係数が大きく、テーパコレットのすべり込みが阻害されたためと考えられる。これに対して第１実施形態では、テーパコレット１０がテーパ穴１０１の奥まで十分すべり込み、工具挿入孔１３が十分縮径している。

次に本発明の第２実施形態を説明する。図４は第２実施形態を示す側面図である。図５は、同実施形態を示す断面図であり、使用状態を表す。第２実施形態につき、前述した実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成について以下に説明する。第２実施形態のテーパコレット２０では、鍔部１８の外周にテーパ面２２が形成される。テーパ面２２は末端側から先端側に向かって徐々に外径が小さくなる。テーパ部１１の末端には、外径一定の円筒部が延設されない。

図５を参照して、コレットチャック１００の先端外周面には雄ねじ１０３が形成される。雄ねじ１０３にはロックナット１２６が螺合する。ロックナット１２６の先端には、ベアリング１２９を介して先端テーパ部材１２８が連結される。ベアリング１２９は、ロックナット１２６と先端テーパ部材１２８の間で、相対回転を許容しつつ、軸線Ｏ方向の押し引き力を伝達する。先端テーパ部材１２８はリング状であり、先端テーパ部材１２８の外周面とロックナット１２６の内周面が対面する。先端テーパ部材１２８の内周縁は、テーパコレット２０の首部１７に係合し、テーパ面２２を末端方向へ押圧する。

第２実施形態も、前述した第１実施形態と同様、工具挿入孔１３の内周面に表面処理が施され、かかる内周面の摩擦係数はテーパ面１２の摩擦係数よりも大きくされる。これにより従来よりも把握力（トルク）を増大させることができる。

次に本発明の第３実施形態を説明する。図６は第３実施形態を示す側面図である。第３実施形態につき、前述した実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成について以下に説明する。第３実施形態のテーパコレット３０では、先端側の内径と末端側の内径が異なる。

テーパコレット３０は、末端に、一定外径のストレートな円筒部３１を備える。円筒部３１はテーパ部１１の末端から突出し、テーパ部１１の軸線Ｏ方向寸法の半分以上２倍未満である。スリ割り１４は、テーパ部１１を貫通し、円筒部３１の軸線Ｏ方向中央部まで延びる。

円筒部３１の末端部内周には雌ねじ３２が形成される。テーパコレット３０は図示しないコレットチャックのテーパ穴に差し込まれ、雌ねじ３２はコレットチャックの内部に設けられる引きねじ（図略）と螺合する。そして引きねじの作用により、テーパコレット３０は末端側へ引き込まれる。

以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、本発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。例えば上述した１の実施形態から一部の構成を抜き出し、上述した他の実施形態から他の一部の構成を抜き出し、これら抜き出された構成を組み合わせてもよい。

本発明は、工作機械において有利に利用される。

１０，２０，３０テーパコレット、１１テーパ部、
１２，２２テーパ面、１３工具挿入孔、１４，１５スリ割り、
１６環状面、１７首部、１８鍔部、１９，３１円筒部、
３２雌ねじ。

Claims

先端から末端に向かって外径が徐々に小さくなるテーパ部と、
前記テーパ部の中心軸線に沿って延びる工具挿入孔と、
前記テーパ部に形成されるスリ割りとを備え、
前記工具挿入孔を構成する内周面に、摩擦係数を高めるための表面処理が施される、テーパコレット。
前記テーパ部から先端側へ突出する首部と、前記首部の先端と結合する鍔部をさらに備える、請求項１に記載のテーパコレット。
前記テーパ部から末端側へ突出する円筒部と、前記円筒部の内周面に形成される雌ねじとをさらに備える、請求項１に記載のテーパコレット。
前記表面処理は四三酸化鉄被膜である、請求項１～３のいずれかに記載のテーパコレット。