KR101712036B1 - 척 장치 - Google Patents

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빅알파 카부시키가이샤
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Abstract

공작 기계의 고속 회전 시에 있어서도 너트 척 본체에 대한 심 어긋남을 억제하고, 공구 심 흔들림을 방지가능한 척 장치를 제공하기 위해 공작 기계의 회전 주축에 직접 또는 간접으로 고정되고, 선단부에 테이퍼 구멍(20)을 갖는 척 본체(2)와, 테이퍼 구멍(20)에 삽입되어 공구(T)를 파지하도록 축경가능한 콜릿(3)과, 척 본체(2)에 나착가능하고 콜릿(3)을 체결하는 너트(4)를 구비하고, 공작 기계 주축 회전시에도 너트(4)의 척 본체(2) 측에 대한 경방향으로의 접촉에 의해 상대 이동을 억제하는 심 어긋남 방지 수단이 너트(4)의 나착부(40)보다도 후단측의 내주면 또는 외주면에 형성된 제 1 너트 후단측 테이퍼면(4a)과, 너트(4)의 나착 시에 제 1 너트 후단측 테이퍼면(4a)과 접촉하는 척 본체(2)에 형성된 척 본체측 테이퍼면(2a)에 의해 구성된다.

Description

척 장치{CHUCK DEVICE}
본 발명은 공작 기계의 회전 주축에 공구를 부착하기 위한 척 장치에 관한 것이다.
머시닝 센터나 밀링 머신 등의 공작 기계의 회전 주축에는 일반적으로 척 장치를 통해서 공구가 부착되어 있다. 척 장치의 일례로서, 특허문헌 1에 기재되어 있는 것을 도 6에 나타낸다. 이 척 장치(101)와 같이, 척 본체(102), 콜릿(103) 및 너트(104)로 이루어진 것은 잘 알려져 있다. 여기에서, 너트(104)는 콜릿(103)을 체결해서 공구(T)를 파지하기 위해 척 본체(102)에 나착되는 것이다.
너트(104)는 콜릿(103)을 체결해서 축경(縮徑, 여기서 축경이란 지름이 감소됨을 의미한다.)시키는 역할을 가지므로 경방향(徑方向, 여기서 경방향이란 지름방향을 의미한다.) 내측으로 힘을 미치는 구조로 할 필요가 있다. 특허문헌 1에 기재된 발명은 이러한 과제를 받아서 콜릿(103)에 형성된 테이퍼면(103a)과 너트(104)에 형성된 테이퍼면(104a)이 나착 시에 접촉하도록 구성되어 있다. 즉, 콜릿(103)과 너트(104)가 테이퍼면에서 접촉함으로써 콜릿(103)을 축 방향으로 가압함과 아울러 경방향 내측으로 체결할 수 있도록 한 것이다.
특허문헌1: 일본 특허 공개 2001-219310
도 6에 나타낸 공구(T)의 파지 상태에 있어서, 너트(104)는 척 본체(102)에 대하여 나착(螺着, 여기서 나착이란 나사식 붙이기,즉 나사결합을 의미한다.)만으로 고정되어 있다. 그러나, 나사 구조에는 적지 않게 간극이 존재하기 때문에 너트(104)는 척 본체(102)에 대하여 경방향으로 상대 이동할 수 있다. 이러한 상대 이동이 생기면 너트(104)가 척 본체(102)에 대하여 심(芯)에서 어긋나고, 그 결과 공구(T)가 심에서 흔들릴 우려가 있다.
너트(104)의 체결에 의해, 어느 정도의 회전 속도까지는 나착력에 의해 상기 상대 이동을 방지하고, 체결 시의 상태를 유지할 수 있다. 그러나, 고속 회전시에 원심력이 증대하면 나착력만으로는 상대 이동을 방지할 수 없기 때문에 체결 시의 상태를 유지할 수 없고, 너트(104)가 척 본체(102)에 대하여 심 벗어나고, 공구(T)가 심 흔들린다. 요즈음, 공작 기계는 고속 가공화가 진행되고, 주축 회전수의 고속화, 이송 속도의 고속화, 및 가공 정밀도의 요구도 높아지는 상황 하에 심 흔들림에 의한 공구 수명의 극단적인 저하를 억지하기 위해서도 상술한 바와 같은 너트(104)의 심 어긋남에 기인하는 공구(T)의 심 흔들림을 방지할 필요성이 높아지고 있다.
이 대책으로서, 도 7에 나타낸 바와 같이, 너트(104)의 후단부를 연장시킨 가이드부(105)를 제공하는 수단은 주지이다. 그러나, 간극 끼움에 의한 부품 제작시의 오차 등에 의해 가이드부(105)와 척 본체(102) 사이에 간극이 존재할 경우에는 너트(104)의 심 어긋남을 방지할 수 없다. 틈이 없어도 가이드부(105)가 원심력에 의해 확경되면 너트(104)가 척 본체(102)에 대하여 심에서 벗어나는 것은 면하지 않는다.
본 발명은 이상의 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 너트 체결 시에 있어서의 너트 척 본체에 대한 심 어긋남뿐만 아니라, 공작 기계의 고속 회전시에 있어서도 너트 척 본체에 대한 심 어긋남을 억제하고, 공구 심 흔들림을 방지가능한 척 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 척 장치의 제 1 특징 구성은 선단부에 테이퍼 구멍을 갖는 척 본체와, 상기 테이퍼 구멍에 삽입되어 공구를 파지하도록 축경가능한 콜릿과, 상기 척 본체에 나착가능하고 상기 콜릿을 체결하는 너트를 구비하고, 회전시에도 상기 너트의 상기 척 본체측에 대한 경방향으로의 접촉에 의해 상대 이동을 억제하는 심 어긋남 방지 수단을 상기 너트와 상기 척 본체에 걸쳐 제공한 점에 있다.
제 1 특징 구성과 같이, 회전시에도 너트가 척 본체측에 대하여 경방향으로 접촉하는 심 어긋남 방지 수단을 제공하면 회전에 의해 너트에 원심력이 작용해도 심 어긋남이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 상기 접촉력은, 예를 들면 너트와 척 본체 중 어느 하나가 탄성 변형됨으로써 발생하도록 구성하면 간이한 구성으로 끝나므로 코스트면에 있어서 바람직하다.
제 2 특징 구성은 상기 심 어긋남 방지 수단은 상기 너트의 나착부보다도 후단측의 내주면 또는 외주면에 형성된 제 1 너트 후단측 테이퍼면과, 상기 너트의 나착 시에 상기 제 1 너트 후단측 테이퍼면과 접촉하는 상기 척 본체에 형성된 척 본체측 테이퍼면에 의해 구성되는 점에 있다.
제 2 특징 구성에 의하면, 제 1 너트 후단측 테이퍼면과 척 본체측 테이퍼면이 나착 시에 접촉하고, 경방향 외측에 존재하는 부재(척 본체 또는 너트)의 접촉부 근방이 확경가능해진다. 이 확경에 의해 해당 부재에 원래의 형상으로 되돌아오려고 하는 경방향 내측으로의 탄성력이 생기고, 너트의 척 본체에 대한 심 어긋남을 방지할 수 있다. 또한, 테이퍼면에서의 접촉에 의해 쐐기 효과을 얻을 수 있고, 너트의 나착의 느슨함 및 이동을 방지할 수 있다. 더욱이, 새로운 부재를 추가할 필요가 없으므로 코스트 상승의 억제, 부품점수의 삭감이라고 하는 관점에서도 유리한 것이 된다.
제 3 특징 구성은 상기 심 어긋남 방지 수단은 상기 너트의 나착부보다도 후단측의 내주면 또는 외주면에 형성된 제 2 너트 후단측 테이퍼면과, 상기 너트가 나착 상태이고, 또한 상기 척 본체에 부착가능한 링 부재를 부착했을 때에 상기 제 2 너트 후단측 테이퍼면과 접촉하도록 해당 링 부재에 형성된 링 부재측 테이퍼면에 의해 구성되는 점에 있다.
제 3 특징 구성에 의하면, 제 2 너트 후단측 테이퍼면과 링 부재측 테이퍼면이 나착 시에 접촉하고, 경방향 외측에 존재하는 부재(너트 또는 링 부재)의 접촉부 근방이 확경가능해진다. 이 확경에 의해 해당 부재에 원래의 형상에 되돌아오려고 하는 경방향 내측으로의 탄성력이 생기고, 너트 척 본체에 대한 심 어긋남을 방지할 수 있다. 또한, 테이퍼면에서의 접촉에 의해 쐐기 효과를 얻을 수 있고, 너트의 나착의 느슨함 및 이동을 방지할 수 있다.
제 4 특징 구성은 상기 너트가 나착부보다도 선단측에서 상기 척 본체와 상대 회전가능하게 감합되도록 해당 너트와 해당 척 본체에 걸쳐 감합부를 제공한 점에 있다.
제 4 특징 구성과 같이, 너트가 척 본체에 대하여 상대 회전가능하게 감합되도록 구성하면 너트의 나착을 방해하지 않고, 너트가 경방향으로 상대 이동하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 너트 척 본체에 대한 경방향으로의 상대 이동을 방지하는 수단을 나착부의 선단측에도 제공함으로써 척 장치 전체로서의 심 흔들림 방지 기능이 향상한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 척 장치의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 척 장치의 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 척 장치의 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시형태에 의한 척 장치의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 5 실시형태에 의한 척 장치의 종단면도이다.
도 6은 종래의 척 장치의 종단면도이다.
도 7은 종래의 척 장치의 종단면도이다.
이하, 본 발명에 의한 척 장치의 실시형태에 대해서 설명한다.
[제 1 실시형태]
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 척 장치(1)의 종단면도를 나타낸 것이다. 도(a)는 너트(4)를 척 본체(2)에 나착 부착하기 전의 상태를, 도(b)는 너트(4)의 나착이 완료되고, 공구(T)를 파지하고 있는 상태를 나타내고 있다.
척 본체(2)의 선단부에는 테이퍼 구멍(20)이 제공되어 있다. 이 테이퍼 구멍(20)에 콜릿(3)이 삽입되고, 도시되지 않은 고정 수단에 의해 척 본체(2)에 고정된다. 콜릿(3)에는 도시되지 않은 종방향의 분할 홈이 형성되어 있고, 축경가능한 구조로 되어 있다. 너트(4)는 나착부(40)를 갖고 있고, 나착부(21)가 제공된 척 본체(2)에 나착될 수 있다. 공구(T)는 너트(4)에 체결된 콜릿(3)에 의해 파지된다.
본 실시형태에서는 척 본체(2)의 나착부(21)보다도 후단측(도중 좌측)에 척 본체측 테이퍼면(2a)이 제공되고, 너트(4)의 나착부(40)보다도 후단측의 내주면에 제 1 너트 후단측 테이퍼면(4a)이 제공되어 있다. 이들의 테이퍼면은 너트(4)가 척 본체(2)에 나착되었을 때에 접촉하도록 구성되어 있다.
나착 시에 척 본체(2)와 너트(4)가 척 본체측 테이퍼면(2a)과 제 1 너트 후단측 테이퍼면(4a)에서 접촉하면, 너트 후단부(41)가 확경된다. 그 결과, 너트 후단부(41)에는 원래의 형상으로 돌아가려고 하는 경방향 내측으로의 탄성력이 생긴다. 이 탄성력에 의해, 너트 후단부(41)는 척 본체(2)에 프레스되기 때문에 고속 회전시에 너트 후단부(41)에 큰 원심력이 작용할 경우에서도 너트(4)의 척 본체(2)에 대한 심 어긋남을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 콜릿(3)의 선단 부근에 형성된 콜릿측 테이퍼면(3e)과, 너트(4)의 나착부(40)보다도 선단측에 형성된 너트 선단측 테이퍼면(4e)이 너트(4)의 나착 시에 접촉하도록 구성되어 있다. 이렇게 콜릿(3)과 너트(4)가 테이퍼면에서 접촉함으로써 너트(4)는 콜릿(3)에 대하여 쐐기 효과로 강력하게 고정되고, 심 어긋남을 억제할 수 있다. 또한, 테이퍼면에 작용하는 힘은 축방향과 경방향으로 작용하므로 너트(4)를 나착하면서 콜릿(3)을 효율적으로 축경할 수 있다.
이상과 같이 너트(4)는 나착부(40)의 후단측에서는 척 본체(2)에 대한 심 어긋남을 억제할 수 있고, 선단측에서는 콜릿(3)에 대한 심 어긋남을 억제할 수 있는 구성으로 되어 있다. 다시 말해, 축방향으로 이격된 2개소에서 너트(4)의 심 어긋남이 방지가능한 구성으로 되어 있기 때문에 척 장치 전체로서 공구(T)의 심 흔들림 방지 기능이 향상하고, 고속 회전시의 사용에도 견딜 수 있는 것으로 되어 있다. 더욱이, 새로운 부재를 추가할 필요가 없으므로 코스트 상승의 억제, 부품점수의 삭감이라고 하는 관점에서도 유리한 효과를 얻을 수 있다.
[제 2 실시형태]
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 척 장치(1)의 종단면도를 나타낸 것이다. 너트 후단부(41)의 외주면에 제 1 너트 후단측 테이퍼면(4b)이 형성되어 있고, 척 본체 돌출부(22)의 내주면에 척 본체측 테이퍼면(2b)이 형성되어 있다. 이들의 테이퍼면은 너트(4)가 척 본체(2)에 나착되었을 때에 접촉하도록 구성되어 있다. 이상의 점을 제외하면, 본 실시형태는 제 1 실시형태와 같다.
본 실시형태에서는 두꺼운 배분으로 경방향 외측에 있는 척 본체 돌출부(22)가 확경되거나, 너트 후단부(41)가 축경되거나 함으로써 너트 후단부(41)가 경방향 내측에 프레스될 수 있다. 이 때문에, 너트 후단부(41)가 경방향 외측에 상대 이동하는 것을 방지하고, 너트(4)의 척 본체(2)에 대한 심 어긋남을 억제할 수 있다.
또한, 척 본체(2)와 너트 후단부(41) 사이에 경방향의 공간이 존재하는 형태를 도 2에 나타내고 있지만, 테이퍼면의 접촉시에 척 본체 돌출부(22)에 프레스됨으로써 너트 후단부(41)가 척 본체(2)와 접하도록 구성되어도 좋다.
[제 3 실시형태]
도 3은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 척 장치(1)의 종단면도를 나타낸 것이다. 본 실시형태에서는 너트(4)의 나착부(40)보다도 후단측의 외주면에 제 2 너트 후단측 테이퍼면(4c)이 제공되어 있다. 또한, 척 본체(2)에 나착가능한 링 부재(5)의 내주면에 링 부재측 테이퍼면(5c)이 제공되어 있다. 너트(4)를 척 본체(2)에 나착한 상태로 링 부재(5)를 척 본체(2)에 나착하면 제 2 너트 후단측 테이퍼면(4c)과 링 부재측 테이퍼면(5c)이 접촉하도록 구성되어 있다.
접촉의 과정의 현상과 효과는 제 2 실시형태와 같으므로 설명을 생략한다. 또한, 척 본체(2)와 너트 후단부(41) 사이에 경방향의 공간이 존재하는 형태를 도 3에 나타내고 있지만, 테이퍼면의 접촉시에 링 부재 선단부(50)에 프레스됨으로써 너트 후단부(41)가 척 본체(2)와 접하도록 구성되어도 좋다.
[제 4 실시형태]
도 4는 본 발명의 제 4 실시형태에 의한 척 장치(1)의 종단면도를 나타낸 것이다. 본 실시형태는 제 3 실시형태의 테이퍼 형상을 반대로 한 것이다. 다시 말해, 너트(4)의 내주면에 제 2 너트 후단측 테이퍼면(4d)이 제공되어 있고, 링 부재(5)의 외주면에 링 부재측 테이퍼면(5d)이 제공되어 있다. 너트(4)를 척 본체(2)에 나착한 상태로 링 부재(5)를 척 본체(2)에 나착하면 이들의 테이퍼면이 접촉하도록 구성되어 있다.
제 2 너트 후단측 테이퍼면(4d)과 링 부재측 테이퍼면(5d)이 접촉하면 너트 후단부(41)는 확경되고, 경방향 내측으로의 탄성력이 생긴다. 이 탄성력은 링 부재(5)를 통해서 너트(4)를 척 본체(2)에 프레스되기 때문에 너트(4)의 심 어긋남을 방지할 수 있다.
또한, 척 본체(2)와 링 부재 선단부(50) 사이에 경방향의 공간이 존재하는 형태를 도 4에 나타내고 있지만, 테이퍼면의 접촉시에 너트 후단부(41)에 프레스됨으로써 링 부재 선단부(50)이 척 본체(2)로 접하도록 구성되어도 좋다.
제 3 실시형태 및 제 4 실시형태에 있어서, 링 부재(5)는 척 본체(2)에 나착가능한 구성으로 했지만, 척 본체(2)에 고정할 수 있으면 다른 부착 형태라도 개의치 않는다. 또한, 링 부재(5)에 가이드부를 제공하고, 고정에 즈음해서 기타 부재와의 간극을 없애는 등 링 부재(5)의 심 어긋남을 보다 확실히 억제하는 형태를 선택해도 좋다.
[제 5 실시형태]
도 5는 본 발명의 제 5 실시형태에 의한 척 장치(1)의 종단면도를 나타낸 것이다. 척 본체(2)의 나착부(21)보다도 선단측에 형성된 감합부(23)와, 너트(4)의 나착부(40)보다도 선단측에 형성된 감합부(42)가 상대 회전가능하게 감합되도록 제공되어 있다. 이 점을 제외하면, 본 실시형태는 제 1 실시형태와 같다.
척 본체(2)와 너트(4)가 상대 회전가능하도록 간극 끼움 또는 체결 끼움을 선택해서 끼우면 감합부에 있어서 너트(4)의 경방향으로의 상대 이동이 구속되기 때문에 너트(4)의 척 본체(2)에 대한 심 어긋남을 방지할 수 있다. 이 결과, 너트(4)는 나착부(40)의 선단측과 후단측의 2개소에서 척 본체(2)에 대한 심 어긋남을 억제할 수 있고, 공구(T)의 심 흔들림 방지 기능을 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 감합부의 구성을 제 2 실시형태 ~ 제 4 실시형태에 적용하는 것도 가능하다.
또한, 이상의 실시형태에서는 너트(4)의 나착 시에 접촉하는 양쪽 테이퍼면이 면접촉하는 구성으로 했지만, 접촉시에 접촉부가 확경 또는 축경 등의 탄성 변형을 하는 바와 같은 구성이면 다른 접촉 형태이어도 좋다. 예를 들면, 한쪽을 단면으로 보았을 때 원호 형상의 단부를 갖는 것으로 하고, 또한 한쪽의 테이퍼면과 선접촉하는 구성으로서도 좋다.
공작 기계의 회전 주축이 고속 회전시에 있어서도 너트 척 본체에 대한 심 어긋남을 억제하고, 공구의 심 흔들림을 방지가능한 척 장치를 제공한다.
1: 척 장치 2: 척 본체
3: 콜릿 4: 너트
5: 링 부재 2a,2b: 척 본체측 테이퍼면
3e: 콜릿측 테이퍼면 4a,4b: 제 1 너트 후단측 테이퍼면
4c,4d: 제 2 너트 후단측 테이퍼면 4e: 너트 선단측 테이퍼면
5c,5d: 링 부재측 테이퍼면 20: 테이퍼 구멍
21: 나착부(척 본체측) 22: 척 본체 돌출부
23: 감합부(척 본체측) 40: 나착부(너트측)
41: 너트 후단부 42: 감합부(너트측)
50: 링 부재 선단부

Claims (3)

  1. 선단부에 테이퍼 구멍을 갖는 척 본체,
    상기 테이퍼 구멍에 삽입되어 공구를 파지하도록 축경가능한 콜릿, 및
    상기 척 본체에 나착가능하고 상기 콜릿의 선단 부근에 형성된 콜릿측 테이퍼면과 접촉해서 상기 콜릿을 체결하는 너트 선단측 테이퍼면을 가진 너트를 구비하고;
    회전시에도 상기 너트의 상기 척 본체측에 대한 경방향으로의 접촉에 의해 상대 이동을 억제하는 심 어긋남 방지 수단을 상기 너트와 상기 척 본체에 걸쳐 설치하고,
    상기 심 어긋남 방지 수단은,
    상기 너트의 나착부보다도 후단측의 내주면 또는 외주면에 형성된 제 1 너트 후단측 테이퍼면, 및
    상기 너트의 나착 시에 상기 제 1 너트 후단측 테이퍼면과 접촉하는 상기 척 본체에 형성된 척 본체측 테이퍼면에 의해 구성되고,
    상기 너트가 나착부보다도 선단측에서 상기 척 본체와 상대 회전가능하게 감합되도록 상기 너트와 상기 척 본체에 걸쳐 감합부를 설치한 것을 특징으로 하는 척 장치.
  2. 선단부에 테이퍼 구멍을 갖는 척 본체,
    상기 테이퍼 구멍에 삽입되어 공구를 파지하도록 축경가능한 콜릿, 및
    상기 척 본체에 나착가능하고 상기 콜릿의 선단 부근에 형성된 콜릿측 테이퍼면과 접촉해서 상기 콜릿을 체결하는 너트 선단측 테이퍼면을 가진 너트를 구비하고;
    회전시에도 상기 너트의 상기 척 본체측에 대한 경방향으로의 접촉에 의해 상대 이동을 억제하는 심 어긋남 방지 수단을 상기 너트와 상기 척 본체에 걸쳐 설치하고,
    상기 심 어긋남 방지 수단은,
    상기 너트의 나착부보다도 후단측의 내주면 또는 외주면에 형성된 제 2 너트 후단측 테이퍼면, 및
    상기 너트가 나착 상태이고, 또한 상기 척 본체에 부착가능한 링 부재를 부착했을 때에 상기 제 2 너트 후단측 테이퍼면과 접촉하도록 상기 링 부재에 형성된 링 부재측 테이퍼면에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 척 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 너트가 나착부보다도 선단측에서 상기 척 본체와 상대 회전가능하게 감합되도록 상기 너트와 상기 척 본체에 걸쳐 감합부를 설치한 것을 특징으로 하는 척 장치.
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