JP4485407B2 - コレットをチャックに固定する締め付け装置 - Google Patents

Description

本発明はコレット部材をチャック部材に固定する締め付け装置に関するものである。

“コレット部材”と言う表現では、現況では、コレット部材の締め付けジョーを径方向に押し出し又は押し込むことによって、物体、特に機械加工されるべき加工片を締め付けるために適用される円錐形部分をもつスロット付き締め付けスリーブ部材を表すものと理解されている。かかるコレット部材は例えば、旋削旋盤に使用されており、この場合コレット部材は旋盤のねじ山付きスピンドル上にねじ込まれるべき雌ねじ山をもっている。

既知の通常のコレット部材の基本的不利益は、Z‐軸の延長線方向のそれらの位置ばかりでなく、回転軸回りのすなわち中心の長手方向又はZ‐軸回りのそれらの角度位置の両方が、スピンドルの位置に関して、限定されていないか又は少なくとも正確に限定されていないという事実にある。旋盤内での軸対称の加工片の機械加工において、上述の不利益は二次的な重要性をもつ。しかし、軸対称でない加工片を旋盤以外の工作機械にコレット部材によって締め付ける必要性がますます頻繁に生じてきている；この場合、X−方向とZ−方向のみならず、Z−軸回りのそれらの角度方位に関しては勿論、Z−方向においても、すなわち、中心長手方向軸の延長線に沿っても、加工片の位置を正確に限定することは、極めて望ましいことである。

従来、位置的に良好に限定された手法で、すなわち、Z−方向は勿論、X−及びY−方向の両方において、かつZ−軸回りの角度方位に関して、コレット部材を使用するためには、中間パレット部材が使用されなければならず、そしてこのパレット部材にはコレット部材が固定されるようになっており、またこのパレット部材は位置決め又は心出し素子を備えている。この場合、このパレット部材は、中間パレット部材の素子と協働する位置決め又は心出し素子を備えた対応するチャック部材に取り付けることができる。

特許公報FR-A-2,694,222号は、好適には管状スリーブ部材の形状をなす工具保持部材と、工具保持部材に連結することができるディスク形部材と、上述のディスク形部材を回転させる機械によって回転させられるよう適用されるデバイスとを含む工具ドリルチャックを開示している。これに関して、閉鎖端をもつ中空の回転素子として設計されかつディスク形部材に掛合する工具保持部材が、２つの軸方向に整列した２つの部分を含み、その一方のものは、ドリルビットを受け入れるために役立ち、そしてその他方のものは、上述のドリルビットによって作られた穴内にねじ山を切るためのタップを受け入れるために役立つ。この公報は、X−及びY−方向において加工片を正確に位置決めすることについての教育的根拠を開示していない。また、Z−方向における加工片の正確な位置決めを実現するための示唆は何も開示されていない。

本発明の目的は、直接的に、容易に、迅速にかつZ−軸回りにおけるその角度方位に関しては勿論、X−、Y−及びZ−方向において良好に限定された位置において、コレット部材をチャック部材に固定するための締め付け装置を提供することにある。

上記及び他の目的は、コレット部材を締め付け固定するために適用される締め付け手段をもつチャック部材と、チャック部材に固定されるよう適用されかつコレット部材の位置をチャック部材に関して整列させるための第１の心出し手段をもつコレット部材とを含む締め付け装置で達成される。

チャック部材は、チャック部材に関してコレット部材の位置を整列させるためのかつコレット部材の第１心出し手段と協働する第２の心出し手段を備える。

コレット部材の第１の心出し手段は、チャック部材に面するコレット部材の後側に置かれた複数の第１の心出し素子を含み、チャック部材の第２の心出し手段は、寸法と場所に関してコレット部材の複数の第１の心出し素子に対応する複数の第２の心出し素子を含む。第２の心出し素子は、少なくともX−及びY−方向でチャック部材に関してコレット部材を整列させるために、コレット部材をチャック部材に固定するときに、コレット部材の第１心出し素子に掛合するよう適用される。

コレット部材は、コレット部材をチャック部材に締め付け固定するために、チャック部材の締め付け手段に掛合するよう適用される推力面を備え、又はコレット部材はコレット部材をチャック部材に締め付け固定するためにチャック部材の締め付け手段に掛合するよう適用される推力面を備えた締め付けスタッドを含む。
以下、本発明の締め付け装置の実施例を添付図面を参照して、更に詳細に説明する。

図１は、チャック部材１、チャック部材１に締め付け固定されるよう適用されるコレット部材２、及び作動ボルト３を含む締め付け装置１０の分解図を示す。同時に長手方向中心軸を構成するこの装置のZ−軸は参照数字４６によって示されている。たとえ作動ボルト３が図１に別個に示されていても、通常それはチャック部材１の本来の部品を構成しているのである。

チャック部材１は環状突出部１１を備えている。突出部１１の頂部正面に４つの心出しカム（第２の心出し手段の要部を構成する第２の心出し素子としての心出しカム）１２a、12ｂ、１２c、及び12dが置かれている。４つの心出しカム１２a、12ｂ、１２c、及び12dは突出部１１の頂部正面の周囲に沿って均等に分配されている。第１のZ−軸休止面１３aが心出しカム１２と１２bの間に置かれており、第２のZ−軸休止面１３bが心出しカム１２bと１２cの間に置かれており、第３のZ−軸休止面１３cが心出しカム１２cと１２ｄの間に置かれており、第４のZ−軸休止面１３dが心出しカム１２dと１２aの間に置かれている。４つのすべてのZ−軸休止面１３a、１３b、１３c、および１３dは突出部１１の頂部正面より上に幾分高められている。Z−軸休止面１３bの中心には割り出しピン１４が設けられていて、休止面１３bより上に聳えている。

突出部１１は、環体に沿って分配されかつ外雄ねじ山を備えた複数の締め付けボール１７を受け入れるよう適用される環状のボール保持器１６によって取り囲まれている。締め付けボール１７はボール保持器１６の穴１８内に受け入れられる。環状ボール保持器１６の外雄ねじ山上にねじ込まれているのはユニオンナット１９であり、このユニオンナットは、締め付けボール１７を径方向に変位させるために適用される内側円錐形推力面２０をもつ。ユニオンナット１９の頂部はボール保持器１６の外側に当接する密封リップ部８を備えている。ボール保持器はねじ１５によって基板２１に取り付けられる。基板２１自体は固定手段（図示せず）を備えており、この固定手段は工作機械上に設けられる適当に設計された保持器手段に取り付けられ、この工作機械に締め付け装置１０が取り付けられるようになっている。

作動ボルト３は、チャック部材１の内部に置かれるようになっていて、軸方向に、即ち軸線４６に沿ってZ−方向に可動である、作動ボルト３の変位は好適には空気圧的に行われる。作動ボルト３の正面部分は円錐形推力面４を備え、この推力面はコレット部材２を径方向に拡張させるために適用されるが、この点については詳細に後述する。

図１に１部を断面で示されているコレット部材２は、実質的に中空の円筒形をなす。コレット部材２の正面部分２３は、コレット部材２の正面部分２３を径方向に拡張かつ圧縮可能の締め付けジョー２４a、２４b、２４c、及び２４dに分割するスロット２５a、２５bを備える。かくして、この実施例のコレット部材２は全部で４つのスロットと４つの締め付けジョーを含む。コレット部材２はより少ない、例えば３つの、又はそれより多い、例えば６個又は８個の締め付けジョーを備えることもできるのは言うまでもない。コレット部材２の正面部分２３は中心穴２６を備え、その直径は特定のコレット部材２と共に使用される工具のシャフトの直径に一致する。

コレット部材２の後側は、その底に環状正面３１をもつ環状肩部２８を備えている。環状正面３１は、コレット部材２がチャック部材１に取り付けられるとき、Z−軸止め部材を構成する。肩部２８の頂側は傾斜推力面２９を備える。コレット部材２がチャック部材１内に挿入されたとき、締め付けボール１７は傾斜推力面２９に掛合して、コレット部材２をチャック部材１に固定する。

コレット部材２の下部正面３１は、位置と形状に関する限りでは、心出しカム１２a、１２b、１２c、１２dに一致する心出し溝（第１の心出し手段の要部を構成する第１の心出し素子としての心出し溝）３０a、３０bを備えており、この心出しカムはZ−軸回りの角度位置に関しては勿論、X−及びY−方向の両方において、チャック部材１に関してコレット部材１を位置決めするために役立つ。コレット部材２が全部で４個の心出し溝３０を備えることには注目すべきであるが、しかし、図１の図面ではそれらの内の２つだけを、すなわち、溝３０aと３０bを見ることができる。更に、コレット部材２の環状正面３１は、図１には見ることができないが、チャック部材１上に設けた割り出しピン１４を受け入れるために適用される割り出し開口部を備えている。シャフト部分３２はコレット部材２の中心部分を構成し、そしてコレット部材２の正面部分２３を肩部２８と連結する。

コレット部材２の正面部分２３はその後側に置かれた円錐形に狭くなっている凹所３４を備えている。この凹所３４はコレット部材２の正面部分２３の後側から穴２６まで、シャフト部分３２内で延びている。この凹所３４は突出する円錐形に広がった壁部分３５a、３５bによって画定されている。壁部分３５a、３５bはコレット部材２の正面部分２３内のスロット２５a、２５bによって細分される。かくして、全部で４個の壁部分があり、これらは上述のスロット２５a、２５bによって互いに分離されている。作動ボルト３が凹所３４内に押し込まれるや否や、締め付けジョー２４a、２４b、２４c（及び図１に示されていない第４の締め付けジョーもまた、）が径方向に押し離される。

心出し溝と心出しカムの形態は逆にすることができる、換言すれば、心出しカムはコレット部材２上にそして心出し溝はチャック部材１上に設けることができるのは言うまでもない。

図２は底から見たコレット部材２の斜視図を示す。この図では、４つの心出し溝３０a、３０b、３０c、３０dが、コレット部材２の正面部分２３から遠隔の側にある肩部２８の正面３１に機械加工されておりそして肩部２８がチャック部材１の締め付けボール１７に掛合するよう適用される推力面２９を備えていることが特に示されている。更に、割り出しピン１４を受け入れるよう適用される割り出し開口部３３が明らかに見られ、割り出しピン１４と割り出し開口部３３の協働がZ−軸回りのコレット部材２の位置の適切な限定を可能にし、かつZ−軸回りのおおよその角度位置に関する限りでは、コレット部材２のチャック部材１への正確な取り付けを保証する。

心出し溝３０a、３０b、３０c、３０dの間に置かれたコレット部材２の後部正面３１の環状面部分は、コレット部材２をチャック部材１に締め付けるときに、コレット部材２のZ−基準面を構成する。心出し溝３０a、３０b、３０c、３０dは、軸方向に見て、推力面２９の領域内でコレット部材２の肩部２８に機械加工されるという事実に起因して、また、コレット部材２は、環体に沿って配置された複数の締め付けボール１７によってこの推力面２９にZ−方向において固定されるという事実に起因して、コレット部材２は、３つのすべての軸線と角度方位に関して非常に良好に限定された位置で、チャック部材１に固定することができ、そしてこのコレット部材は非常に大きな力を、特に径方向においても、受け入れることができる。

図３はチャック部材１とこれに取り付けたコレット部材２の部分縦断面図を示す。コレット部材２は肩部２８上に設けられた推力面２９に掛合するボール１７によって、チャック部材１に固定される。締め付けボール１７はユニオンナット１９の推力面２０によって径方向内方へ押圧され、このユニオンナットは図３に示す如きその作用位置に手動で回されて行っている。締め付けボール１７はコレット部材２の肩部２８の推力面２９に対して押されているために、コレット部材２はチャック部材１に対してZ−方向に押圧される。コレット部材２の締め付けジョー２４を径方向に押し離すために設けられた作動ボルト３は、図３ではその上部作用位置で示されている。作動ボルト３が上方へ押されたとき、その円錐形推力面４は凹所３４の壁部分と、円錐形拡大壁部分３５a、２５bに夫々掛合し、その結果、コレット部材２の締め付けジョー２４a、２４b、２４c（及び２４d、図３には示されていない）は径方向に押し離される。

かかる締め付け装置１０は、その締め付けジョーを径方向に押し離すことによってコレット部材２へ取り付けられる加工片又は工具を固定するのに特に適している。コレット部材２へ取り付けられるべき中空の加工片｛（図示せず）はコレット部材２上へ押されて、その加工片は締め付けジョーを径方向へ押し離すことによってコレット部材２の円周に沿って固定されるようになる。それによって、コレット部材２の輪郭は好適には、チャック部材１に固定されるべき加工片内の凹所の内側輪郭に合うようにされる。もう１つの可能なことは、加工片に取り付けられることができそしてコレット部材２の輪郭に合う中空部分をもつアダプタを提供することである；また、加工片それ自体をコレット部材２の輪郭に合わせることも可能である。

作動ボルト３がコレット部材２の凹所３４内に押し込まれさえすれば、加工片はコレット部材２に固定される。作動ボルト３が引き戻されると、加工片はコレット部材２から除くことができる。というのは、締め付けジョー２４はそれらの無負荷の初期位置へ弾力的に戻るからである。

基本的には、コレット部材２をチャック部材１へ取り付けるとき、チャック部材１の４つの心出しカム１２a、１２b、１２c、１２dがコレット部材２の４つの心出し溝３０a、３０b、３０c、３０dに入るのは事実である。それによって、コレット部材２は、Z−軸回りのその角度方位に関しては勿論、チャック部材１に関してX−及びY−方向において位置決めされる。コレット部材２の心出し溝３０a、３０b、３０c、３０dは、チャック部材１の心出しカム１２a、１２b、１２c、１２dの寸法に適合するよう、寸法決めされていて、チャック部材１の心出しカム１２a、１２b、１２c、１２dがコレット部材２の心出し溝３０a、３０b、３０c、３０dに入るようにされ、この場合、コレット部材２はチャック部材上に緩く載せられて、0.01乃至0.1mmの範囲内の幅をもつ間隙がチャック部材のZ−軸休止面１３a、１３b、１３c、１３dとコレット部材２の環状正面３１の間に残るようにされる。ユニオンナット１９を緊締したとき、この間隙は消失する。というのは、チャック部材１の心出しカム１２a、１２b、１２c、１２dがコレット部材２の心出し溝３０a、３０b、３０c、３０dに、即ち以前の間隙幅の量だけ、より深く入るからである。それによって、コレット部材２の心出し溝３０a、３０b、３０c、３０dが幾分広げられる限りでは、材料の、通常は鋼の本来の弾性から利益が得られる。かかる変形は材料の弾性領域内で起こる；その結果、Z−方向に弾力的に伸縮性である心出し素子は回避することができる。ユニオンナット１９は緊締されているので、コレット部材２はZ−軸基準面として役立つ休止面１３a、１３b、１３c、１３d上にその環状正面３１で休止する；かくしてチャック部材１に関するコレット部材２の位置はZ−方向においても、正確に限定される。

図４は締め付け装置のもう１つの実施例の斜視図を示す。コレット部材２aは対応する加工片３９を固定するための長円形の凹所３７を備える。凹所３７の底３８は加工片３９のためのZ−基準面を構成する。この場合、加工片３７はその締め付けジョーを径方向に押し出すことによってコレット部材２aに固定されずに、締め付けジョーを径方向に押し込むことによって固定されるのである。締め付けジョーをこのように径方向に押し込むことは異なった設計をもつ作動ボルト３aによって行われる。この点については図５を参照して以下説明する。

図５は図４の締め付け装置の縦断面図を示す。作動ボルト３aを明瞭に見ることができる。円錐形推力面の代わりに、作動ボルト３aは凹所３６を備えており、その内側形状はコレット部材２a内に凹所３４を画成している壁部分３５a、３５bの輪郭に実質上一致している。作動ボルト３aの凹所３６の内側は、作動ボルト３aが上方へ押されると、円錐形壁部分３５a、３５bの外側に掛合し、その結果、締め付けジョーは内方へ押圧され、かくして、加工片３９をコレット部材２a内に締め付けることになる。

図６はコレット部材２のもう１つの実施例を示す。コレット部材２は、コレット部材２をチャック部材１に引き入れてこのチャック部材に固定するのに役立つ締め付けスタッド４１を備える。締め付けスタッド４１の下端は、チャック部材１の締め付けボール１７に掛合することができる斜面付き推力面４３をもつ周囲肩部４２を備える。チャック部材１は締め付けボルト４１を備えたコレット部材２と合わなければならないことは言うまでもない。特に、チャック部材１の締め付けボール１７は更に下方へ置かれなければならない。好適には、締め付けボルト４１は中空の円筒形をなし；それによって締め付けボルト４１を通して延びかつ締め付けジョーを押し離すか又は押し込むために役立つる作動ボルトを提供することが可能となる。

本発明の方針に沿って設計されたコレット部材２は、直接的に、簡単に、迅速に、かつ良好に限定された位置において、チャック部材１に固定することができる。

コレット部材２を固定するために手動でねじ込まれなければならないユニオンナット１９を備えることは、締め付け装置１０の設計が非常に小型のものとなり、かつコスト的に有効な手法で製造することができるという利点をもつ。コレット部材を固定するための手動で利用可能のユニオンナットの代わりに、チャック部材１はばね負荷された、空気圧的に又は液圧的に変位可能の締め付けピストンを備えることができ、このピストンの内側は、締め付けボールを径方向に変位させるために円錐状に狭くなる推力面を含んでいる。もし締め付けボルト無しでコレット部材が使用されるならば、締め付け装置全体は非常に小型に設計することができる。

チャック部材とコレット部材を含む締め付け装置の分解図である。 コレット部材の底面斜視図である。 チャック部材とこれに取り付けられたコレット部材の部分縦断面図である。 締め付け装置のもう１つの実施例の斜視図である。 図４の締め付け装置の縦断面図である。 締め付けスタッドを備えたコレット部材を示す図である。

符号の説明

１ チャック部材
２ コレット部材
３ 作動ボルト
１０ 締め付け装置
１１ 環状突出部
１２a〜１２d 心出しカム
１３a〜１３d Z−軸休止面
１６ ボール保持器
１７ 締め付けボール
１８ 穴
１９ ユニオンナット
２４a〜２４d 締め付けジョー
２８ 肩部
２９ 傾斜推力面
３０a〜３０d 心出し溝
３４ 凹所
４１ 締め付けボルト
４３ 斜面付き推力面

Claims (10)

1. コレット部材を締め付け固定するために適用される締め付け手段をもつチャック部材と、上記チャック部材に固定されるよう適用されかつ上記コレット部材の位置を上記チャック部材に関して整列させるための第１の心出し手段をもつコレット部材とを含む締め付け装置において、
   上記チャック部材が、上記コレット部材の位置を上記チャック部材に関して整列させかつ上記コレット部材の上記第１の心出し手段と協働するための第２の心出し手段をもち、
   上記コレット部材の上記第１の心出し手段が上記チャック部材に面する側である上記コレット部材の後側に置かれた複数の第１の心出し素子を含み、
   上記チャック部材の上記第２の心出し手段が寸法と場所に関して上記コレット部材の上記複数の第１の心出し素子に一致し、かつ少なくともX−及びY−方向において上記チャック部材に関して上記コレット部材を整列させるために上記コレット部材を上記チャック部材に固定するとき、上記コレット部材の上記第１の心出し素子に掛合するよう適用される複数の第２の心出し素子を含み、
   上記コレット部材又は上記コレット部材に固定された締め付けスタッドが、上記コレット部材を上記チャック部材に締め付け固定するために上記チャック部材の上記締め付け手段に掛合するよう適用される推力面を備え、
   上記コレット部材は上記複数の第１の心出し素子を合体している肩部を備え、
   上記第１の心出し素子は、上記コレット部材の締め付けジョーを有する正面部分から遠隔の側であって該コレット部材の底を構成する、上記肩部の後面上に置かれており、それによって上記第１の心出し素子間の上記後面の表面区域は、上記コレット部材が上記チャック部材に固定されるときに上記コレット部材のZ−位置を限定するためのZ−基準面を構成するよう適用されることを特徴とする締め付け装置。
2. 上記推力面は上記コレット部材の上記肩部上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の締め付け装置。
3. 上記推力面は上記コレット部材の上記締め付けスタッド上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の締め付け装置。
4. 上記第１の心出し素子は、上記チャック部材に関して上記コレット部材を、その角度方位に関しては勿論、X−及びY−方向において位置決めするために、前記肩部に沿って配置されかつ前記肩部に沿って均等に分配された少なくとも３つの心出し溝を含むことを特徴とする請求項１に記載の締め付け装置。
5. 上記第１の心出し素子は、上記チャック部材に関して上記コレット部材を、その角度方位に関しては勿論、X−及びY−方向において位置決めするために、前記肩部に沿って配置されかつ前記肩部に沿って均等に分配された少なくとも３つの心出しカムを含むことを特徴とする請求項１に記載の締め付け装置。
6. 上記チャック部材は、寸法と場所に関して上記コレット部材の上記第１の心出し素子に対応する少なくとも３つの上記第２の心出し素子を含み、前記締め付け手段は、上記コレット部材を上記チャック部材に締め付け固定するための複数の締め付けボールを備えることを特徴とする請求項１に記載の締め付け装置。
7. 上記締め付け手段は更にユニオンナットを含み、このユニオンナットの内側は、上記ユニオンナットを緊締するときに上記締め付けボールを径方向に変位させるよう適用される円錐形に狭くなった推力面をもつことを特徴とする請求項６に記載の締め付け装置。
8. 上記コレット部材の正面部分の後側は、径方向に延びるスロットによって細分された円錐状に狭くなる凹所を備え、それによって上記チャック部材上に設けられた作動ボルトが、上記コレット部材を径方向に拡張させるために上記コレット部材の上記正面部分の上記円錐状に狭くなる凹所内に押し込まれるよう適用されることを特徴とする請求項１に記載の締め付け装置。
9. 上記コレット部材の正面部分の後側は、突出する円錐状に広がる壁部分によって画定されかつ径方向に延びるスロットによって細分された凹所を備え、それによってその正面に凹所をもつ作動ボルトが、上記コレット部材を径方向に収縮させるために上記コレット部材の上記正面部分の上記円錐状に広くなる壁部分上に押し付けられるよう適用されることを特徴とする請求項１に記載の締め付け装置。
10. 上記コレット部材が、それを上記チャック部材内に挿入するときに、Z−軸回りのその概略の角度方位を決定するための割り出し開口部を備えることを特徴とする請求項１に記載の締め付け装置。

Images