JP5444579B2 - チャック装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の回転主軸に工具を取り付けるためのチャック装置に関するものである。

マシニングセンタやフライス盤等の工作機械の回転主軸には、一般的にチャック装置を介して工具が取り付けられる。チャック装置の一例として、特許文献１に記載されているものを図６に示す。このチャック装置１０１のように、チャック本体１０２、コレット１０３及びナット１０４からなるものはよく知られている。ここで、ナット１０４はコレット１０３を締め付けて工具Ｔを把持するために、チャック本体１０２に螺着されるものである。

ナット１０４はコレット１０３を締め付けて縮径させる役割を有するので、径方向内側に力を及ぼす構造にする必要がある。特許文献１に記載の発明は、このような課題を受けて、コレット１０３に形成したテーパ面１０３ａとナット１０４に形成したテーパ面１０４ａとが螺着時に当接するよう構成されている。すなわち、コレット１０３とナット１０４とがテーパ面で当接することにより、コレット１０３を軸方向に押圧するとともに、径方向内側に締め付けることができるようにしたものである。

特開２００１−２１９３１０

図６に示した工具Ｔの把持状態において、ナット１０４はチャック本体１０２に対して螺着部のみで固定されている。しかし、ねじ構造には少なからず隙間が存在するため、ナット１０４はチャック本体１０２に対して径方向に相対移動し得る。このような相対移動が生じれば、ナット１０４がチャック本体１０２に対して芯ずれし、その結果、工具Ｔが芯振れするおそれがある。

ナット１０４の締め付けによって、ある程度の回転速度までは、螺着力によって上記の相対移動を防止し、締め付け時の状態を維持できる。しかし、高速回転時に遠心力が増大すれば、螺着力だけでは相対移動を防止できないため締め付け時の状態を維持できず、ナット１０４がチャック本体１０２に対して芯ずれし、工具Ｔが芯振れする。昨今、工作機械は高速加工化が進み、主軸回転数の高速化、送り速度の高速化、及び加工精度の要求も高まる状況の下、芯振れによる工具寿命の極端な低下を抑止するためにも、上述のようなナット１０４の芯ずれに起因する工具Ｔの芯振れを防止する必要性が高まっている。

この対策として、図７に示すように、ナット１０４の後端部を延長させたガイド部１０５を設ける手段は周知である。しかし、隙間嵌めによる部品作製時の誤差等によりガイド部１０５とチャック本体１０２の間に隙間が存在する場合には、ナット１０４の芯ずれを防止することができない。隙間がないとしても、ガイド部１０５が遠心力により拡径すれば、ナット１０４がチャック本体１０２に対して芯ずれするのは免れない。

本発明は以上の課題に鑑みてなされたもので、ナット締め付け時におけるナットのチャック本体に対する芯ずれだけではなく、工作機械の高速回転時においてもナットのチャック本体に対する芯ずれを抑え、工具の芯振れを防止可能なチャック装置を提供することを目的とする。

本発明に係るチャック装置の第一特徴構成は、工作機械の回転主軸に固定され、先端部にテーパ穴を有するチャック本体と、前記テーパ穴に挿嵌され、工具を把持するよう縮径可能なコレットと、前記チャック本体に螺着可能で、前記コレットを締め付けるナットとを備え、前記工作機械の主軸回転時に前記ナットの前記チャック本体側に対する径方向への当接により相対移動を抑制する芯ずれ防止手段を前記ナットと前記チャック本体とに亘って設け、前記芯ずれ防止手段は、前記ナットの螺着部よりも後端側の内周面あるいは外周面に形成された第一ナット後端側テーパ面と、前記ナットの螺着時に前記第一ナット後端側テーパ面と当接する、前記チャック本体に形成されたチャック本体側テーパ面とによって構成され、前記ナットが螺着部よりも先端側で前記チャック本体と相対回転可能に嵌合するよう、当該ナットと当該チャック本体とに亘って嵌合部を設けた点にある。

第一特徴構成のごとく、ナットのチャック本体側に対する径方向への相対移動を抑制する芯ずれ防止手段をナットとチャック本体とに亘って設けると、この芯ずれ防止手段と螺合部での螺着という２つの手段でナットをチャック本体に対して固定できるので、ナットの芯ずれ防止効果が向上する。

また、本構成によれば、第一ナット後端側テーパ面とチャック本体側テーパ面が螺着時に当接し、径方向外側に存在する部材（チャック本体あるいはナット）の当接部近傍が拡径可能となる。この拡径により当該部材に元の形状に戻ろうとする径方向内側への弾性力が生じ、ナットのチャック本体に対する芯ずれを防止できる。また、テーパ面での当接によりくさび効果が得られ、ナットの螺着の緩み及び移動を防止することができる。さらに、新たな部材を追加する必要がないので、コスト上昇の抑制、部品点数の削減という観点からも有利なものとなる。

第二特徴構成は、工作機械の回転主軸に固定され、先端部にテーパ穴を有するチャック本体と、前記テーパ穴に挿嵌され、工具を把持するよう縮径可能なコレットと、前記チャック本体に螺着可能で、前記コレットを締め付けるナットとを備え、前記工作機械の主軸回転時に前記ナットの前記チャック本体側に対する径方向への当接により相対移動を抑制する芯ずれ防止手段を前記ナットと前記チャック本体とに亘って設け、前記芯ずれ防止手段は、前記ナットの螺着部よりも後端側の内周面あるいは外周面に形成された第二ナット後端側テーパ面と、前記ナットが螺着状態で、かつ前記チャック本体に取付可能なリング部材を取り付けた際に、前記第二ナット後端側テーパ面と当接するよう当該リング部材に形成されたリング部材側テーパ面とによって構成される点にある。

第二特徴構成によれば、第二ナット後端側テーパ面とリング部材側テーパ面が螺着時に当接し、径方向外側に存在する部材（ナットあるいはリング部材）の当接部近傍が拡径可能となる。この拡径により当該部材に元の形状に戻ろうとする径方向内側への弾性力が生じ、ナットのチャック本体に対する芯ずれを防止できる。また、テーパ面での当接によりくさび効果が得られ、ナットの螺着の緩み及び移動を防止することができる。

第三特徴構成は、前記ナットが螺着部よりも先端側で前記チャック本体と相対回転可能に嵌合するよう、当該ナットと当該チャック本体とに亘って嵌合部を設けた点にある。

第三特徴構成のように、ナットがチャック本体に対して相対回転可能に嵌合するよう構成すれば、ナットの螺着を妨げることなく、ナットが径方向に相対移動するのを防止することができる。このようなナットのチャック本体に対する径方向への相対移動を防止する手段を螺着部の先端側にも設けることにより、チャック装置全体としての芯振れ防止機能が向上する。

本発明の第１実施形態に係るチャック装置の縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係るチャック装置の縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係るチャック装置の縦断面図である。 本発明の第４実施形態に係るチャック装置の縦断面図である。 本発明の第５実施形態に係るチャック装置の縦断面図である。 従来のチャック装置の縦断面図である。 従来のチャック装置の縦断面図である。

以下、本発明に係るチャック装置の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係るチャック装置１の縦断面図を示したものである。図（ａ）はナット４をチャック本体２に螺着する前の状態を、図（ｂ）はナット４の螺着が完了し、工具Ｔを把持している状態を示している。

チャック本体２の先端部にはテーパ穴２０が設けられている。このテーパ穴２０にコレット３が挿嵌され、図示しない固定手段によってチャック本体２に固定される。コレット３には図示しない縦方向の割り溝が形成されており、縮径可能な構造となっている。ナット４は螺着部４０を有しており、螺着部２１が設けられたチャック本体２に螺着することができる。工具Ｔは、ナット４に締め付けられたコレット３によって把持される。

本実施形態では、チャック本体２の螺着部２１よりも後端側（図中左側）にチャック本体側テーパ面２ａが、ナット４の螺着部４０よりも後端側の内周面に第一ナット後端側テーパ面４ａが設けられている。これらのテーパ面はナット４がチャック本体２に螺着されたときに当接するよう構成されている。

螺着時にチャック本体２とナット４とが、チャック本体側テーパ面２ａと第一ナット後端側テーパ面４ａとで当接すると、ナット後端部４１が拡径し、ナット後端部４１には元の形状に戻ろうとする径方向内側への弾性力が生じる。この弾性力により、ナット後端部４１はチャック本体２に押し付けられるため、高速回転時にナット後端部４１に大きな遠心力が作用する場合でも、ナット４のチャック本体２に対する芯ずれを抑えることができる。

また本実施形態では、コレット３の先端付近に形成されたコレット側テーパ面３ｅと、ナット４の螺着部４０よりも先端側に形成されたナット先端側テーパ面４ｅとが、ナット４の螺着時に当接するよう構成されている。このようにコレット３とナット４とがテーパ面で当接することにより、ナット４はコレット３に対してくさび効果で強力に固定され、芯ずれを抑えることができる。また、テーパ面に働く力は軸方向と径方向に作用するので、ナット４を螺着しつつ、コレット３を効率的に縮径することができる。

以上のようにナット４は、螺着部４０の後端側ではチャック本体２に対する芯ずれが抑えられ、先端側ではコレット３に対する芯ずれが抑えられる構成となっている。すなわち、軸方向に離れた２箇所でナット４の芯ずれが防止可能な構成としているため、チャック装置全体として工具Ｔの芯振れ防止機能が向上し、高速回転時の使用にも耐え得るものとなっている。さらに、新たな部材を追加する必要がないので、コスト上昇の抑制、部品点数の削減という観点からも有利な効果が得られる。

［第２実施形態］
図２は本発明の第２実施形態に係るチャック装置１の縦断面図を示したものである。ナット後端部４１の外周面に第一ナット後端側テーパ面４ｂが形成されており、チャック本体突出部２２の内周面にチャック本体側テーパ面２ｂが形成されている。これらのテーパ面はナット４がチャック本体２に螺着されたときに当接するよう構成されている。以上の点を除けば、本実施形態は第１実施形態と同じである。

第１実施形態ではナット後端部４１が拡径することによりナット４の芯ずれ防止効果が生じていたが、本実施形態では肉厚の配分で径方向外側にあるチャック本体突出部２２が拡径したり、ナット後端部４１が縮径したりし、ナット後端部４１が径方向内側に押し付けられる。このため、ナット後端部４１が径方向外側に相対移動してナット４に芯ずれが生じるのを防止する。

なお、チャック本体２とナット後端部４１の間に径方向の空間が存在する形態を図２に示しているが、テーパ面の当接時にチャック本体突出部２２に押し付けられることによって、ナット後端部４１がチャック本体２と接するように構成してもよい。

［第３実施形態］
図３は本発明の第３実施形態に係るチャック装置１の縦断面図を示したものである。本実施形態では、ナット４の螺着部４０よりも後端側の外周面に第二ナット後端側テーパ面４ｃが設けられている。また、チャック本体２に螺着可能なリング部材５の内周面にリング部材側テーパ面５ｃが設けられている。ナット４をチャック本体２に螺着した状態で、リング部材５をチャック本体２に螺着すると第二ナット後端側テーパ面４ｃとリング部材側テーパ面５ｃとが当接するよう構成されている。

当接の過程の現象と効果は第２実施形態と同様であるので、説明を省略する。なお、チャック本体２とナット後端部４１の間に径方向の空間が存在する形態を図３に示しているが、テーパ面の当接時にリング部材先端部５０に押し付けられることによって、ナット後端部４１がチャック本体２と接するように構成してもよい。

［第４実施形態］
図４は本発明の第４実施形態に係るチャック装置１の縦断面図を示したものである。本実施形態は、第３実施形態のテーパ形状を逆にしたものである。すなわち、ナット４の内周面に第二ナット後端側テーパ面４ｄが設けられており、リング部材５の外周面にリング部材側テーパ面５ｄが設けられている。ナット４をチャック本体２に螺着した状態で、リング部材５をチャック本体２に螺着すると、これらのテーパ面が当接するよう構成されている。

第二ナット後端側テーパ面４ｄとリング部材側テーパ面５ｄとが当接すると、ナット後端部４１は拡径し、径方向内側への弾性力が生じる。この弾性力は、リング部材５を通してナット４をチャック本体２に押し付けるため、ナット４の芯ずれを防止することができる。

なお、チャック本体２とリング部材先端部５０の間に径方向の空間が存在する形態を図４に示しているが、テーパ面の当接時にナット後端部４１に押し付けられることによって、リング部材先端部５０がチャック本体２と接するように構成してもよい。

第３実施形態及び第４実施形態において、リング部材５はチャック本体２に螺着可能な構成としたが、チャック本体２に固定できれば他の取付形態でも構わない。また、リング部材５にガイド部を設け、固定に際して他部材との隙間をなくすなど、リング部材５の芯ずれをより確実に抑制する形態を選択してもよい。

［第５実施形態］
図５は本発明の第５実施形態に係るチャック装置１の縦断面図を示したものである。チャック本体２の螺着部２１よりも先端側に形成された嵌合部２３と、ナット４の螺着部４０よりも先端側に形成された嵌合部４２が、相対回転可能に嵌合するように設けられている。この点を除けば、本実施形態は第１実施形態と同じである。

チャック本体２とナット４とが相対回転可能なように隙間嵌めあるいは締まり嵌めを選択し嵌合すると、嵌合部においてナット４の径方向への相対移動が拘束されるため、ナット４のチャック本体２に対する芯ずれを防止することができる。この結果、ナット４は螺着部４０の先端側と後端側の２箇所でチャック本体２に対する芯ずれが抑えられ、工具Ｔの芯振れ防止機能を向上させることができる。なお、このような嵌合部の構成を第２実施形態〜第４実施形態に適用することも可能である。

また、以上の実施形態では、ナット４の螺着時に当接する両テーパ面が面接触する構成としたが、当接時に当接部が拡径あるいは縮径などの弾性変形をするような構成であれば、他の接触形態であってもよい。例えば、一方を断面視で円弧状の端部を有するものとし、もう一方のテーパ面と線接触する構成としてもよい。

工作機械の回転主軸が高速回転時においてもナットのチャック本体に対する芯ずれを抑え、工具の芯振れを防止可能なチャック装置を提供する。

１ チャック装置
２ チャック本体
３ コレット
４ ナット
５ リング部材
２ａ，２ｂ チャック本体側テーパ面
３ｅ コレット側テーパ面
４ａ，４ｂ 第一ナット後端側テーパ面
４ｃ，４ｄ 第二ナット後端側テーパ面
４ｅ ナット先端側テーパ面
５ｃ，５ｄ リング部材側テーパ面
２０ テーパ穴
２１ 螺着部（チャック本体側）
２２ チャック本体突出部
２３ 嵌合部（チャック本体側）
４０ 螺着部（ナット側）
４１ ナット後端部
４２ 嵌合部（ナット側）
５０ リング部材先端部

Claims (3)

1. 工作機械の回転主軸に固定され、先端部にテーパ穴を有するチャック本体と、
   前記テーパ穴に挿嵌され、工具を把持するよう縮径可能なコレットと、
   前記チャック本体に螺着可能で、前記コレットを締め付けるナットとを備え、
   前記工作機械の主軸回転時に前記ナットの前記チャック本体側に対する径方向への当接により相対移動を抑制する芯ずれ防止手段を前記ナットと前記チャック本体とに亘って設け、
   前記芯ずれ防止手段は、
   前記ナットの螺着部よりも後端側の内周面あるいは外周面に形成された第一ナット後端側テーパ面と、
   前記ナットの螺着時に前記第一ナット後端側テーパ面と当接する、前記チャック本体に形成されたチャック本体側テーパ面とによって構成され、
   前記ナットが螺着部よりも先端側で前記チャック本体と相対回転可能に嵌合するよう、当該ナットと当該チャック本体とに亘って嵌合部を設けたチャック装置。
2. 工作機械の回転主軸に固定され、先端部にテーパ穴を有するチャック本体と、
   前記テーパ穴に挿嵌され、工具を把持するよう縮径可能なコレットと、
   前記チャック本体に螺着可能で、前記コレットを締め付けるナットとを備え、
   前記工作機械の主軸回転時に前記ナットの前記チャック本体側に対する径方向への当接により相対移動を抑制する芯ずれ防止手段を前記ナットと前記チャック本体とに亘って設け、
   前記芯ずれ防止手段は、
   前記ナットの螺着部よりも後端側の内周面あるいは外周面に形成された第二ナット後端側テーパ面と、
   前記ナットが螺着状態で、かつ前記チャック本体に取付可能なリング部材を取り付けた際に、前記第二ナット後端側テーパ面と当接するよう当該リング部材に形成されたリング部材側テーパ面とによって構成されるチャック装置。
3. 前記ナットが螺着部よりも先端側で前記チャック本体と相対回転可能に嵌合するよう、当該ナットと当該チャック本体とに亘って嵌合部を設けた請求項２に記載のチャック装置。

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