JP2007069278A - 工具の掴持用チャック及びテーパーシャンク - Google Patents

Abstract

【課題】 工作機械のスピンドルに取付けられて工具を掴持する為のチャックであって、全長が短くて剛性が高く、そして比較的軽くて扱い易いチャックの提供。
【解決手段】 スピンドル２の穴に嵌って吊設されて下端から上方へ延びるスリット溝１２，１２・・を複数本形成したテーパーシャンク部３と、該テーパーシャンク部３の中心軸と同軸を成して形成した穴６に上端部側が嵌って下端部側は下方へ延びるストレートチャック筒４と、該ストレートチャック筒４の外周に遊嵌する為のニードルローラ８，８・・を複数個配列したローラ保持輪９、そして該ローラ保持輪９の外周には締付けナット５を嵌めて構成し、上記ストレートチャック筒４の内部穴には工具１のシャンク１１が嵌合して掴持される。
【選択図】 図１

Description

本発明はドリルなどの切削工具を掴持するチャックであり、特に剛性に優れて重切削が可能で、取り扱い易いチャックに関するものである。

チャックとは工作機械のスピンドルに切削工具を強固に掴持する為の装置であり、該チャックを介してスピンドルと共に切削工具を回転することが出来る。該チャックは切削工具を正確に掴持し、しかも切削加工に際して工具がビビルことなく安定した回転が出来るように剛性が求められる。該チャックは一般にその重量が大きく、工作機械のスピンドルに取付ける作業は大変である。

図４は従来のチャック構造を示している。切削工具(イ)のチャックはホルダー本体(ロ)を有し、このホルダー本体(ロ)は工作機械のスピンドル(ハ)に設けているテーパー穴に挿着されるテーパーシャンク部(ニ)と、このテーパーシャンク部(ニ)の下端部に形成した把持用のフランジ(ホ)を有し、このフランジ(ホ)の下方には該テーパーシャンク部(ニ)の軸線と一致して延設されるチャック筒(ヘ)を設けている。ここで、チャック筒(ヘ)の外周面は下方先端に向いて径が小さくなるテーパ面と成っている。

そして、該チャック筒(ヘ)の外周にはローラ保持輪(ト)を遊嵌し、このローラ保持輪(ト)はチャック筒(ヘ)のテーパー面とほぼ同様なテーパー角度で先端に向いて径が小さくなる筒体から形成されている。また、このローラ保持輪(ト)はチャック筒(ヘ)の先端部外周に設けた止めリングによってチャック筒(ヘ)から抜け落ちないように保持されている。

そして、ローラ保持輪(ト)には、該ローラ保持輪(ト)の軸線に対して円周方向に所定角度で傾斜させて嵌め込んだ多数のニードルローラ(チ)、(チ)・・が全面にわたって数段に配設されている。また、各ニードルローラ(チ)、(チ)・・はローラ保持輪(ト)の肉厚寸法より大きな径に形成され、これによりローラ保持輪(ト)の内周面側へ突出する各ニードルローラ(チ)、(チ)・・をチャック筒(ヘ)のテーパー外周面に当接させ、ローラ保持輪(ト)の外周面側へ突出する各ニードルローラ(チ)、(チ)・・を締付けナット(リ)の内周面に当接させる構造になっている。

締付けナット(リ)は、チャック筒(ヘ)を縮径させて目的の工具を緊密に掴持するものであり、チャック筒(ヘ)の外周にローラ保持輪(ト)で保持されたニードルローラ(チ)、(チ)・・を介して嵌合される。この締付けナット(リ)の内周面は、フランジ(ホ)と対向する端から先端に向いて径が小さくなるテーパー付き円筒面に構成されている。また、締付けナット(リ)のフランジ側の基端部内周には、シール兼用の抜け止めリングが装着されており、このシール兼用の抜け止めリングはチャック筒(ヘ)の外周面に当接することによりシール機能を発揮し、そして、ローラ保持輪(ト)の端面に当接することで締付けナット(リ)のチャックから抜け落ちを防止している。

このように構成した従来のチャックにおいて、工具(イ)を掴持する場合は、工具(イ)のシャンク(ヌ)にスプリングコレット(ル)を嵌合し、このスプリングコレット(ル)ごと工具(イ)のシャンク(ヌ)をチャック筒(ヘ)の円筒穴内に挿入する。この状態で締付けナット(リ)を時計方向に回転するならば、締付けナット(リ)のテーパー付き円筒面と当接する各ニードルローラ(チ)、(チ)・・は僅かに傾斜している為に、それ自身の軸線に直角の方向に自転しながらチャック筒(ヘ)の外周面を螺旋状に公転する為、ローラ保持輪(ト)はチャック筒(ヘ)の下側からフランジ(ホ)の方向へニードルローラ(チ)、(チ)・・の公転に伴い回転しつつ移動し、同時に締付けナット(リ)もフランジ(ホ)の方向へ上昇移動する。

これにより、締付けナット(リ)のテーパー付き円筒面とチャック筒(ヘ)の外周テーパー面間の間隙が減少するため、締付けナット(リ)は各ニードルローラ(チ)、(チ)・・を介してチャック筒(ヘ)を外周から強圧して縮径させる。その結果、チャック筒(ヘ)の円筒穴内に挿入された工具(イ)のシャンク(ヌ)はスプリングコレット(ル)を介して締付けられ、掴持される。また、締付け状態にある締付けナットを逆に反時計方向に回転するならば、ローラ保持輪(ト)がチャック筒(ヘ)の先端側へ降下移動すると共に締付けナット(リ)も同一方向へ移動する。この為に、縮径されていたチャック筒(ヘ)は元の径に復元して工具への掴持力が解除される結果、工具(イ)の抜取り、或いは交換が可能と成る。

ところで、上記締付けナット(リ)を回転するならば上昇移動してチャック筒(ヘ)及びスプリングコレット(ル)を締付け、工具(イ)のシャンク(ヌ)を掴持する。この場合、締付けナット(リ)の上端とフランジ(ホ)との間には隙間(オ)が残され、該隙間(オ)の存在によりチャック全体の剛性が低下する。その結果、工具(イ)にて重切削を行うことが出来難い。

また、従来のチャック構造は、テーパーシャンク部(ニ)の下方にフランジ(ホ)を有し、さらに該フランジ(ホ)からチャック筒(ヘ)を下方へ延ばしている。そして、工具(イ)のシャンク(ヌ)が嵌合したスプリングコレット(ル)は該チャック筒(ヘ)に嵌って掴持されているが、上記テーパーシャンク部(ニ)が嵌合している工作機械のスピンドル(ハ)からの距離が大きく成っている。このこともチャックの剛性低下を招き、しかも切削加工に際してのビビリ現象を発生する原因となる。

一方、テーパーシャンク部(ニ)、フランジ(ホ)、チャック筒(ヘ)、及び該チャック筒(ヘ)に取付けられるニードルローラ(チ)、(チ)・・を備えたローラ保持輪(ト)、それに締付けナット(リ)にて構成されるチャックは、その重量が重くなり、多数の工具(イ)、(イ)・・を備えているマシニングセンターなどでは、該チャックの取付けが大変な重労働となる。さらに、該チャックの製造コストは非常に高く、各工具ごとに準備することは容易でない。
特開２００５−１０３７３０号に係る「チャック」

このように、従来の工具掴持用チャックには上記のごとき問題がある。本発明が解決しようとする課題はこれら問題点であり、比較的軽くて取扱い易く、剛性が高くて重切削を可能とする工具掴持用チャックを提供する。

本発明に係る工具掴持用チャックは、工作機械のスピンドルに取付けて工具のシャンクを掴持することが出来る構造と成っているが、該工具掴持用チャックはテーパーシャンクとストレートチャック筒、及び締付けナットで構成している。上記テーパーシャンクは円錐台形を成して中心軸部には嵌合穴を有し、下端から上方へ延びる複数本のスリット溝が形成され、スピンドルの穴に嵌って取着される。

テーパーシャンクの穴と同心を成して上方にはネジ穴が設けられ、工作機械のスピンドルに内装されているプルスタッド下端に形成したネジ部が該ネジ穴に螺合して吊設される。上記テーパーシャンクの穴にはストレートチャック筒の上端部側が嵌合して取付けられ、そして、ストレートチャック筒の内部穴には工具のシャンクが嵌る。ストレートチャック筒の外周には複数のニードルローラを配列したローラ保持輪が嵌り、締付けナットはニードルローラを介して回転することが出来、ストレートチャック筒の穴に嵌った工具を締付けて固定する。そして上記締付けナットの上面はスピンドル下端面に当接して取付けられる。

本発明のチャックはスピンドルの穴に嵌合する円錐台形のテーパーシャンクと該テーパーシャンクの内部穴に嵌って取付けられるストレートチャック筒、及びストレートチャック筒の下端部外周に嵌る締付けナットから成る簡単な構造でコンパクトに構成されるために、その重量は従来に比較して約１／３となって軽く、その為に取扱いが便利であると共に、製作コストは約１／２程度に安くなる。

テーパーシャンクの穴に嵌ったストレートチャック筒の下端部は下方へ延びて、従来のようなフランジを有していない為にチャック全長は短くなり、また該ストレートチャック筒に取付けた締付けナットの上端面はスピンドル下端面に当接して取付けられる。従って、チャックはスピンドルと一体化することでその剛性は高くなって重切削が可能であり、また切削加工に際してビビリ現象が発生しない。そして、スピンドルから工具下端までの距離が短くなる為に、ワーク(被加工物)と工具間の空間が拡大する為に、作業がし易くなる。一方、本発明のチャックはスピンドルに嵌るテーパーシャンクが従来と共通している為に、既存の工作機械に取付けることに何ら問題はない。

図1は本発明に係る工具掴持用チャックを示す実施例である。同図の１は工具、２は工作機械のスピンドル、３はチャックのテーパーシャンク、４はストレートチャック筒、5は締付けナットをそれぞれ表している。上記テーパーシャンク３は上部を細くした円錐台形を成し、その下方へはストレートチャック筒４が同軸を成して延びている。

テーパーシャンク3の中心軸部には穴６が設けられ、該穴6の上端部はネジ穴７と成っていて、スピンドル２に内装されているプルスタッドの下端部に形成しているネジ部が螺合して吊設される。上記ストレートチャック筒４はテーパーシャンク３の上記穴6にその上端部側が嵌って固定され、下端部側はテーパーシャンク３から下方へ延びている。
上記テーパーシャンク３の下端から下方へ延びるストレートチャック筒４の外周面は、下方の径が僅かに小さくなるようにテーパーになっている。そして、該ストレートチャック筒４の外周には複数のニードルローラ８，８・・を配列したローラ保持輪９が嵌り、該ローラ保持輪9の外周には締付けナット５が嵌っている。

これら複数のニードルローラ８，８・・はローラ保持輪9の軸線に対して円周方向に所定の角度傾斜している。このローラ保持輪９はストレートチャック筒4と同じく、下方の径が僅かに小さく成っている。そして、ニードルローラ８の外径はローラ保持輪９の肉厚寸法より僅かに大きく成っている為に、ストレートチャック筒4の外周面及び締付けナット5の内周面に当接している。上記締付けナット5の内周面も下方の径が僅かに小さく成っている。

ストレートチャック筒４の内部にはスプリングコレット１０が嵌り、該スプリングコレット１０の内部には工具１のシャンク１１が嵌合している。ここで、スプリングコレット１０は軸方向に複数本のスリット溝が形成され、外周からの締付け力が作用するならば、縮径してシャンク１１を掴持することが出来る。

図２はスピンドル２の円錐台形穴にテーパーシャンク３を嵌めて取付けた場合であり、該テーパーシャンク３の中心軸部には穴６が設けられ、該穴６には図1に示したように上記ストレートチャック筒4の上端部側が嵌合する。そして、テーパーシャンク３には4本のスリット溝１２，１２・・が下端から上方へ延び、その為にスリット溝１２，１２・・にて４つのシャンク片１３，１３・・に分割されている。

ネジ穴７にプルスタッド下端のネジ部が螺合して該テーパーシャンク３は吊設され、テーパーシャンク3が引き上げられるならば、外周面１４は円錐台形穴の内面に接し、スリット溝１２の溝幅が縮小する。ストレートチャック筒４が穴6に嵌合した状態でテーパーシャンク３が引き上げられることで、ストレートチャック筒４は該穴6に固定される。この場合、テーパーシャンク3の下端面１５はスピンドル2の下端面１６より僅か上方に位置している。

ところで、工具１を掴持する場合は、まず上記ストレートチャック筒４をテーパーシャンク３から取外した状態で行われ、工具１のシャンク１１にスプリングコレット１０を嵌合し、このスプリングコレット１０ごと工具１のシャンク１１をストレートチャック筒４の円筒穴内に挿入する。この状態で締付けナット５を時計方向に回転するならば、締付けナット５のテーパー付き円筒面と当接する各ニードルローラ８，８・・は、それ自身の軸線に直角の方向に自転しながらチャック筒４の外周面を螺旋状に公転する為、ローラ保持輪９はニードルローラ８，８・・の公転に伴い回転しつつ上昇し、同時に締付けナット５も上昇する。

これにより、締付けナット５のテーパー付き円筒面とストレートチャック筒４の外周テーパー面間の間隙が減少するため、締付けナット５は各ニードルローラ８，８・・を介してストレートチャック筒４を外周から強圧して縮径させる。その結果、ストレートチャック筒４の円筒穴内に挿入された工具１のシャンク１１はスプリングコレット１０を介して締付けられ、掴持される。また、締付け状態にある締付けナット５を逆に反時計方向に回転するならば、ローラ保持輪９がチャック筒４の下方側へ移動すると共に締付けナット５も同一方向へ降下する。この為に、縮径されていたチャック筒４は元の径に復元して工具への掴持力が解除される結果、工具１の抜取り、或いは交換が可能と成る。

図３はストレートチャック筒４に締付けナット５を介して工具1を取着した場合であり、このようにストレートチャック筒４に工具１が取付け・固定されたところで、図2に示すテーパーシャンク３の穴6にストレートチャック筒４の上端部側を嵌める。この際、テーパーシャンク３を吊設しているプルスタッドを降下させ、穴6に嵌めると共に締付けナット5の上端面１７がスピンドル2の下端面１６に当接させた状態でプルスタッドを上昇させてテーパーシャンク3を引き上げる。テーパーシャンク３の外周面１４はスピンドル２の円錐台形穴の内周面に当接すると共にスリット溝１２，１２・・の溝幅が縮小してストレートチャック筒４を固定することが出来る。

本発明に係る工具掴持用チャックを示す実施例。 スピンドルにテーパーシャンクを取付けた状態。 ストレートチャック筒に締付けナットを介して工具を固定した場合。 従来の工具掴持用チャック。

符号の説明

１ 工具
２ スピンドル
３ テーパーシャンク部
４ チャック筒
５ 締付けナット
６ 穴
７ ネジ穴
８ ニードルローラ
９ ローラ保持輪
10 スプリングコレット
11 シャンク
12 スリット溝
13 シャンク片
14 外周面
15 下端面
16 下端面
17 上端面

Claims (2)

1. 工作機械のスピンドルに取付けられて工具を掴持する為のチャックにおいて、スピンドルの穴に嵌って吊設されて下端から上方へ延びるスリット溝を複数本形成したテーパーシャンク部と、該テーパーシャンク部の中心軸と同軸を成して形成した穴に上端部側が嵌って下端部側は下方へ延びるストレートチャック筒と、該ストレートチャック筒の外周に遊嵌する為のニードルローラを複数個配列したローラ保持輪、そして該ローラ保持輪の外周には締付けナットを嵌めて構成し、上記ストレートチャック筒の内部穴には工具のシャンクが嵌合して掴持可能としたことを特徴とする工具の掴持用チャック。
2. 工作機械のスピンドルに取付けられて工具を掴持する為のチャックを構成するテーパーシャンクにおいて、円錐台形を成して中心軸と同軸上には工具を取付けたストレートチャック筒の上端部側が嵌る穴を下端から所定の長さで形成し、該穴と同軸を成す上端部にはスピンドルに内装したプルスタッド下端のネジ部に螺合するネジ穴を有し、そして下端から上方へ延びるスリット溝を複数本形成し、スピンドルの穴に嵌って吊設した状態ではその下端面はスピンドル下端面より僅かに上方に位置することを特徴とするテーパーシャンク。
   
   

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