特許 6842681 チャック装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6842681

(24)【登録日】2021年2月25日

(45)【発行日】2021年3月17日

(54)【発明の名称】チャック装置

(51)【国際特許分類】

   B23Q 11/10 20060101AFI20210308BHJP

   B23B 31/00 20060101ALI20210308BHJP

   B23B 47/00 20060101ALI20210308BHJP

【ＦＩ】

   B23Q11/10 D

   B23B31/00 C

   B23B47/00 B

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2019-515061(P2019-515061)

(86)(22)【出願日】2017年4月28日

(86)【国際出願番号】JP2017017062

(87)【国際公開番号】WO2018198362

(87)【国際公開日】20181101

【審査請求日】2020年4月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000205834

【氏名又は名称】ＢＩＧ ＤＡＩＳＨＯＷＡ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】518042372

【氏名又は名称】大昭和精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】特許業務法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】土居 正幸

【審査官】 亀田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】 実開平６−２７０４６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平６−６３２０７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５４−５１０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平７−１７４５２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００２−２２４９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４７９５２９２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３０８９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−１１２７３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｑ １１／１０

Ｂ２３Ｂ ３１／００ − ３１／０６

Ｂ２３Ｂ ４７／００

Ｂ２３Ｑ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

工作機械の回転主軸に取り付けられ、工具を把持するチャック装置であって、
当該チャック装置の内部に作業流体が流通する通路と、前記通路の先端開口であって前記作業流体が前記工具に向けて吐出される吐出口とを設け、
前記吐出口からの前記作業流体の吐出方向が、
前記工具の回転方向とは反対向きであって、前記工具の軸芯方向を基準に前記吐出口の中心の回転軌跡の接線方向に下記式によって算出される角度θで傾斜するように設定されるチャック装置。

【数1】

【請求項2】

前記吐出方向が、前記工具の軸芯に向かうように設定されている請求項１に記載のチャック装置。

【請求項3】

下記式によって算出される、当該チャック装置の回転による前記吐出口における周速Ｖが１．９ｍ／ｓ〜６４．１ｍ／ｓであるときに、前記角度θが０．９度〜５５．９度に設定される請求項１又は２に記載のチャック装置。

【数2】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工具に対して作業流体を供給可能なチャック装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

チャック装置は、工作機械の回転主軸に取り付けられ、工具を固定するために用いられる。このようなチャック装置においては、作業流体の通路を設けて当該通路から工具に対して切削加工中に必要な作業流体を供給することがある。ここでいう作業流体は、被加工材との摩擦により高温となる工具先端部の冷却や、切り粉を洗い流すことを目的として供給される液体や気体である。これらの作業流体を切削加工中の工具に供給できるよう、様々な改良を施したチャック装置が開発されている。

【0003】

例えば特許文献１に記載のチャック装置においては、ノズル孔から作業流体を工具の先端部に向けて吐出すべく、ノズル孔を工具の加工点に向けて斜めに形成している。切削加工中にチャック装置から吐出された作業流体にはチャック装置の回転力が作用する。しかしながら、ノズル孔からの作業流体を工具の軸芯に向かって吐出することで、吐出後の作業流体に対する、チャック装置の回転力による影響は緩和される。

【0004】

ただし、特許文献１に記載のチャック装置では、ノズル孔が工具から離れた位置に設けられているため、工具に作業流体が達する前に離散するおそれがある。この問題を解決するには、例えば作業流体の吐出圧を高くすることが考えられる。しかし、その場合は、チャック装置全体の耐圧性能を向上させる必要があるため、チャック装置の製造コストが上昇する。また、吐出圧を高くすると、工具が受ける作業流体の流体圧も高くなることになる。このため、工具に供給された作業流体が工具から跳ね返って飛散し、工具の先端部に十分な作業流体が行き渡らないおそれもある。

【0005】

そこで、本出願人は、特許文献２に記載のチャック装置において、工具に対して作業流体を供給する通路を設けると共に、作業流体の吐出方向を回転方向とは反対向きに設定した構成を提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４−１４８４２９号公報

【特許文献2】特開２０１４−７６５３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献２に記載のチャック装置では、作業流体の吐出方向が回転方向とは反対向きに設定されているため、作業流体に作用するチャック装置の回転力の影響をより緩和することができる。これにより、吐出後の作業流体が工具の径方向外方に向けて飛散する量を減少させることができ、結果として多くの作業流体を工具に供給することができる。しかし、上述の作業流体の飛散量を効果的に減少させる上で、チャック装置における作業流体の吐出方向を適正な向きに設定するには改善の余地があった。

【0008】

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、作業流体の吐出方向を適正且つ容易に設定可能なチャック装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係るチャック装置の特徴構成は、工作機械の回転主軸に取り付けられ、工具を把持するチャック装置であって、当該チャック装置の内部に作業流体が流通する通路と、前記通路の先端開口であって前記作業流体が前記工具に向けて吐出される吐出口とを設け、前記吐出口からの前記作業流体の吐出方向が、前記工具の回転方向とは反対向きであって、前記工具の軸芯方向を基準に前記吐出口の回転軌跡の接線方向に下記式によって算出される角度θで傾斜するように設定される点にある。

【数1】

【0010】

本構成のごとく、チャック装置が、その内部に作業流体が流通する通路と、通路に連通する吐出口とを備えるとともに、吐出口からの作業流体の吐出方向が、工具の回転方向とは反対向きであると、作業流体に作用するチャック装置の回転力を緩和することができる。また、本構成では、吐出孔からの作業流体の吐出方向が、工具の軸芯方向を基準に吐出孔の回転軌跡の接線方向に角度θで傾斜させることで設定され、適正な角度θを算出する数式が示されている。したがって、数式によって算出した角度θを用いることで、チャック装置において作業流体の吐出方向を適正且つ容易に設定することができる。

【0011】

本発明の他の特徴構成は、前記吐出方向が、前記工具の軸芯に向かうように設定されている点にある。

【0012】

本構成の如く、吐出方向が工具の軸芯に向かうように設定されていると、吐出口から吐出された作業流体が工具に向けて供給され易くなる。

【0013】

本発明の他の特徴構成は、下記式によって算出される、当該チャック装置の回転による前記吐出口における周速Ｖが１．９ｍ／ｓ〜６４．１ｍ／ｓであるときに、前記角度θが０．９度〜５５．９度に設定される点にある。

【数2】

【0014】

本構成では、数２式によって算出される、チャック装置の回転による吐出口における周速Ｖと、作業流体の吐出方向を設定するための角度θとにおいて、夫々の数値範囲が特定されている。ここで、周速Ｖを算出する数２式と、角度θを算出する数１式とを比較すると、分子が共に（ｎ×Ｄｃ×π）であり、周速Ｖと角度θとは、周速Ｖが大きくなるにつれて角度θが大きくなる比例関係にある。このため、周速Ｖと角度θとの対応付けを行うことで、周速Ｖに基づく適正な角度θを容易に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】チャック装置の側面図

【図2】作業流体の吐出方向を説明する斜視図

【図3】チャック装置における吐出口の位置を説明する図

【図4】作業流体の吐出方向を設定するための角度θを説明する図

【図5】工具の軸芯に向けて作業流体を吐出するための角度θ２を説明する図

【図6】別実施形態の通路及び吐出口を示す図である。

【図7】別実施形態の通路及び吐出口を示す図である。

【0016】

本発明のチャック装置に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。

【0017】

図１に示すチャック装置Ａは、工作機械の回転主軸に、回転主軸の軸芯とチャック装置Ａの軸芯Ｑとが同軸芯になるように取り付けられる。また、チャック装置Ａには、工具Ｂ（図２参照）が軸芯Ｑと同軸芯になるように図１の右側から挿入されて把持される。これにより、主軸の軸芯と工具Ｂの軸芯とが一致する。

【0018】

チャック装置Ａのボディ１は、チャック本体１ａと、チャック筒１ｂと、シャンク１ｃと、を備えている。チャック筒１ｂはチャック本体１ａの先端側に形成されている。シャンク１ｃはチャック本体１ａの後端側に形成されて工作機械の回転主軸に取付けられる。

【0019】

チャック筒１ｂには、工具Ｂ（図２参照）を把持するための穴部（不図示）が軸芯Ｑの方向に沿って形成されている。図２に示すように、チャック筒１ｂの内部にはクーラント（作業流体の一例）が流通するクーラント噴出路３ｂ（通路の一例）が設けられている。クーラント噴出路３ｂは、軸芯Ｑの方向に延設されており、チャック筒１ｂに別途設けられるクーラント供給路（不図示）に連通する。クーラント供給路は、例えば、ボディ１の内部を貫通してボディ１の軸心方向に沿って形成される流路である。クーラント噴出路３ｂは、ボディ１の周方向に複数配置される（本実施形態では二つのクーラント噴出路３ｂ）。各クーラント噴出路３ｂにおけるボディ１の先端部には、吐出口３ａが形成されている。すなわち、ボディ１（チャック筒１ｂ）の先端面１ｄに円形に開口する複数の吐出口３ａを備えている（本実施形態では二つの吐出口３ａ）。複数の吐出口３ａをボディ１の周方向に等間隔に配置することにより、クーラントを工具Ｂの周りに均等に噴射することができる。

【0020】

ここで、工具Ｂにクーラントを確実に供給するためには、ボディ１の先端部に設けられた吐出口３ａにおいて、クーラントの吐出方向を適正に設定する必要がある。チャック装置Ａの吐出口３ａから工具Ｂに向けてクーラントを吐出する場合、吐出後のクーラントは、チャック装置Ａの回転が高速になるほどチャック装置Ａの回転力の影響を大きく受ける。このため、吐出後のクーラントは工具Ｂの軸芯Ｑから離れる方向に飛散する。そこで、図２に示すように、吐出口３ａから吐出されるクーラントの吐出方向を、工具Ｂ（チャック装置Ａ）の回転方向Ｒｄとは反対向きに設定する。具体的には、図２に示すように、クーラントの吐出方向は、吐出口３ａにおける回転方向Ｒｄの周速Ｖに対し、回転方向Ｒｄとは反対の向きに周速Ｖｙが作用するように設定される。クーラントの吐出方向は、工具Ｂの軸芯Ｑの方向を基準にチャック装置Ａを回転させたときの吐出口３ａの中心の回転軌跡（仮想円Ｓ）の接線方向(周速Ｖｙの方向)に所定の角度θで傾斜させることで設定される。

【0021】

このように、クーラントの吐出方向を、工具Ｂ（チャック装置Ａ）の回転方向Ｒｄとは反対向きにしつつ、切削工具の軸芯Ｑの方向を基準に傾斜させる角度θを適正に設定することで、吐出されるクーラントに対する、チャック装置Ａの回転力の影響を相殺することができる。これにより、チャック装置Ａが高速で回転する場合においても、吐出口３ａから吐出されるクーラントは、工具Ｂの径方向外方への飛散が抑制される。ここでは、クーラントの当該飛散を抑制するための角度θを求める計算式について考える。

【0022】

チャック装置Ａの内部を流通するクーラントの平均流速Ｖａｖ（ｍ／ｓ）は、吐出口３ａにおけるクーラント圧Ｐ（ＭＰａ）を用いることで、下記の数３式から算出することができる。

【数3】

【0023】

チャック装置Ａの回転による吐出口３ａにおける周速Ｖ（ｍ／ｓ）は、チャック装置Ａの回転数ｎ（ｍｉｎ^−１）と、吐出口３ａの中心の回転軌跡によって形成される仮想円Ｓの直径Ｄｃ（ｍｍ）（図３参照）と、円周率πとにより、下記の数４式から求められる。

【数4】

【0024】

ここで、吐出口３ａからのクーラントを工具Ｂに向けて吐出するための角度θ３（図２参照）は、軸芯Ｑの方向を基準に吐出口３ａの回転軌跡の接線方向において回転方向Ｒｄとは反対向きに傾斜するよう設定される角度θ（図２、図４参照）と、吐出口３ａから軸芯Ｑの方向を基準に軸芯Ｑに向かう方向（Ｖｘの方向）に傾斜するよう設定される角度θ２（図２、図５参照）とによって、下記の数５式から求められる。

【数5】

【0025】

一方、吐出口３ａから吐出されるクーラントの速度ベクトルは、吐出口３ａから工具Ｂの軸芯Ｑに向かう速度ベクトルＶｘと、回転軌跡（仮想円Ｓ）の接線方向において速度ベクトルＶとは反対の方向の速度ベクトルＶｙと、工具Ｂの軸芯Ｑの方向の速度ベクトルＶｚとに分解され、速度Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚは、角度θ、θ２、θ３を用いた下記の数６式〜数８式によって夫々求められる。

【数6】

【数7】

【数8】

【0026】

回転方向Ｒｄの速度ベクトルＶと回転方向Ｒｄとは反対向きの速度ベクトルＶｙとが等しく、且つ、Ｖｘ＞０の場合には、吐出方向の速度ベクトルＶｘｙは、速度ベクトルＶｘのみになるため、クーラントは工具Ｂの軸芯Ｑに向かって吐出される。

【0027】

工具Ｂの先端中心に向けてクーラントを吐出するために設定される角度θ２は、チャック装置Ａから突出する工具Ｂの長さによって変化する。ただし、工具Ｂはワーク等を加工する上で適正な長さが必要なことから、通常設定される角度θ２は大きい場合でも１５度程度である。仮に角度θ２が１５度以下である場合には、ｃｏｓθ３≒ｃｏｓθであり、その誤差範囲は４％以下に収まる。

【0028】

この誤差を無視し、ｃｏｓθ３＝ｃｏｓθとして、反回転方向の速度（周速）Ｖｙを算出する上記の数７式に代入することで、下記の数９式が得られる。

【数9】

【0029】

回転方向Ｒｄの周速Ｖと反回転方向の周速Ｖｙとが等しい場合には、上記の数４式の周速Ｖを上記の数９式に代入することで、下記の数１０式が導かれる。上記の数３式のＶａｖ（チャック装置Ａの内部を流通するクーラントの平均流速）を数１０式に代入することで下記の数１１式が導かれ、数１１式から角度θを求める下記の数１２式を導くことができる。

【数10】

【数11】

【数12】

【0030】

つまり、チャック装置Ａにおいてクーラントの吐出方向を設定する際に、上記の数１２式によって算出された角度θを用いることで、吐出口３ａからのクーラントは工具Ｂの軸芯Ｑの方向に吐出されることになる。

【0031】

さらに、角度θ２を適正に設定し、クーラントの吐出方向が工具Ｂの軸芯Ｑに向かうように設定することで、吐出口３ａから吐出されたクーラントが工具Ｂに向けて供給され易くなる。

【0032】

〔実施例１〕
チャック装置Ａに把持させる工具Ｂの工具径Ｄは３ｍｍ以下〜３２ｍｍの間で変更した。チャック装置Ａの回転数は、切削速度１００〜５００ｍ／ｍｉｎの範囲に対応して設定される。ただし、工具径Ｄが３ｍｍ以下になると、切削速度１００〜５００ｍ／ｍｉｎを満たすには高速回転に対応する特殊な工作機械が必要になる。そこで、工具径Ｄが３ｍｍ以下の場合は、チャック装置Ａの回転数を、一般的な工作機械において可能な、１０,０００〜５０，０００ｍｉｎ^−１に設定する。

【0033】

工具径Ｄに応じて、吐出口３ａの中心部の回転軌跡によって形成される仮想円Ｓの直径Ｄｃの範囲と、チャック装置Ａの回転数ｎの範囲を設定した。吐出口３ａにおけるクーラント圧（作業流体圧）Ｐは、３〜７ＭＰａに維持する。これらを基にして算出された周速Ｖ及び角度θの範囲を表１に示す。

【0034】

【表1】

【0035】

〔実施例２〕
工具径Ｄを大きくしても、チャック装置Ａの回転数を減少させずに、チャック装置Ａを高速で回転させることができる特殊な工作機械を用いた場合の例を示す。工具径Ｄを３ｍｍ以下〜３２ｍｍの間で変更し、工具径Ｄに応じて、吐出口３ａの中心部の回転軌跡によって形成される仮想円Ｓの直径Ｄｃの範囲を設定した。チャック装置Ａの回転数ｎは、２５，０００〜３５，０００ｍｉｎ^−１の範囲に維持する。吐出口３ａにおけるクーラント圧（作業流体圧）Ｐは、３〜７ＭＰａに維持する。これらを基にして算出された周速Ｖ及び角度θの範囲を表２に示す。

【0036】

【表2】

【0037】

〔他の実施形態〕
（１）本発明に係るチャック装置は、工作機械の回転主軸に取り付けられ、工具を把持するチャック装置であれば、その形式を問わず実施できる。

【0038】

（２）チャック装置Ａにおけるクーラントの吐出口３ａは、チャック筒１ｂの先端面１ｄに限らず、工具Ｂを把持する形態に応じて、ナット部材やコレットに設けてもよく、あるいはチャック筒１ｂの先端面１ｄやコレット等に接続されるカバー部材に設けてもよい。このように、クーラントの吐出口３ａは、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の目的を達成可能な範囲で任意に設けることができる。

【0039】

（３）上記の実施形態では、クーラント噴出路３ｂが全体として軸芯Ｑに対して傾斜するよう構成される例を示した。これに代えて、図６に示すように、クーラント噴出路３ｂのうち、吐出口３ａに連設される一部領域３ｂ２が、角度θに基づく吐出方向に沿うよう、軸芯Ｑに対して傾斜する構成でもよい。図６では、一部領域３ｂ２は吐出口３ａの径ｄに対して３倍の長さに設定されている。このように、クーラントを角度θに基づく吐出方向流路に沿わせて吐出するためには、一部領域３ｂ２の流路長は吐出口３ａの径ｄの３倍以上であることが好ましい。図７に示すように、クーラント噴出路３ｂのうち、吐出口３ａに連設される一部領域３ｂ３の流路を他の領域の流路よりも狭くすることで、クーラントが角度θに基づく吐出方向に沿って吐出されるよう構成してもよい。図７では、一部領域３ｂ３が吐出口３ａ近づくにつれて狭くなるように形成されている。

【0040】

このように、クーラント噴出路３ｂのうち、吐出口３ａに連設される一部領域３ｂ２，３ｂ３を角度θに基づく吐出方向に沿うように形成することで、吐出口３ａからのクーラントを工具Ｂに向けて吐出することができる。また、クーラント噴出路３ｂの一部領域３ｂ２，３ｂ３のみがクーラントの吐出方向に沿って形成されていると、クーラント噴出路３ｂにおいて一部領域３ｂ２，３ｂ３以外の他の領域は、例えばチャック装置Ａの軸芯方向に沿って形成することができる。これにより、仮にクーラントの吐出方向を設定するための角度θが大きい場合であっても、チャック装置Ａの周方向におけるクーラント噴出路３ｂの占有領域を小さくすることができる。その結果、チャック装置Ａにおいてクーラント噴出路３ｂを容易に配置することができる。

【産業上の利用可能性】

【0041】

本発明は、工具に作業流体を供給するチャック装置に広く用いることができる。

【符号の説明】

【0042】

１ ：ボディ
１ｂ ：チャック筒
１ｄ ：先端面
３ａ ：吐出口
３ｂ ：クーラント噴出路（通路）
３ｂ２ ：一部領域
３ｂ３ ：一部領域
Ａ ：チャック装置
Ｂ ：工具
Ｄ ：工具径
Ｄｃ ：吐出口の中心の回転軌跡によって形成される仮想円の直径
Ｒｄ ：回転方向
Ｑ ：軸芯
Ｓ ：仮想円
θ ：作業流体の吐出方向を回転方向の接線方向に傾斜させる角度
θ２ ：作業流体の吐出方向を軸芯に向けて傾斜させる角度
θ３ ：軸芯方向を基準とした作業流体の吐出角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】