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(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】
(24)【登録日】2023-11-08
(45)【発行日】2023-11-16
(54)【発明の名称】コレット、工作機械及びコレットの製造方法
(51)【国際特許分類】
B23B 31/20 20060101AFI20231109BHJP
B24B 41/06 20120101ALI20231109BHJP
【ＦＩ】
B23B31/20 E
B23B31/20 A
B24B41/06 J
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2020025130
(22)【出願日】2020-02-18
(65)【公開番号】P2021130140
(43)【公開日】2021-09-09
【審査請求日】2022-10-20
(73)【特許権者】
【識別番号】000133593
【氏名又は名称】株式会社ツガミ
(74)【代理人】
【識別番号】100095407
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 満
(72)【発明者】
【氏名】高安 祐平
(72)【発明者】
【氏名】望月 洋一
【審査官】増山 慎也
(56)【参考文献】
【文献】特開平０２－０７６６０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－２９５２０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－３２６１２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第１０４６４１４０（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】中国特許出願公開第１０３０７２０２９（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｂ ３１／２０
Ｂ２４Ｂ ４１／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワークを把持する把持材と、
前記把持材を内周面に保持する筒状の基材と、を備え、
前記把持材は、前記基材及び前記ワークよりも硬い超硬合金により形成されており、前記ワークの外周面と接触する把持面を有し、
前記把持面は、研磨後の複数の投射材が衝突した衝突痕により表面粗さが０．３μｍ～０．８μｍの凹凸状に形成されている、
コレット。
【請求項2】
請求項１に記載のコレットと、前記ワークを把持する前記コレットを縮径又は拡径させるコレットスリーブと、
前記コレット及び前記コレットスリーブとともに軸回転する主軸部と、
前記主軸部により軸回転される前記コレットに把持された前記ワークに接触することにより前記ワークを加工する工具と、を備える、
工作機械。
【請求項3】
ワークを把持する把持材と、前記把持材を内周面に保持する筒状の基材と、を備えるコレットの製造方法であって、
前記基材及び前記ワークよりも硬い超硬合金により形成された把持材を準備する工程と、
準備した前記把持材の前記ワークの外周面と接触する把持面を研磨する工程と、
研磨した前記把持面に、複数の投射材を衝突させて、衝突痕により表面粗さが０．３μｍ～０．８μｍの凹凸を形成する工程と、を備える、
コレットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コレット、工作機械及びコレットの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、特許文献１に記載のコレットは、周方向に沿って分割された円筒状に形成され、切削工具を把持する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特公平３－７９１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載のコレットが切削工具又はワーク等の把持対象物を把持する場合において、例えば、切削工具からワークに加わる切削力が大きくなると、コレットの把持力が不足し、把持対象物がコレットに対して滑るおそれがある。よって、コレットが把持対象物を安定的に把持することが困難であった。
【0005】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、把持対象物を安定的に把持することができるコレット、工作機械及びコレットの製造方法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】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るコレットは、ワークを把持する把持材と、前記把持材を内周面に保持する筒状の基材と、を備え、前記把持材は、前記基材及び前記ワークよりも硬い超硬合金により形成されており、前記ワークの外周面と接触する把持面を有し、前記把持面は、研磨後の複数の投射材が衝突した衝突痕により表面粗さが０．３μｍ～０．８μｍの凹凸状に形成されている。
【0007】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る工作機械は、前記コレットと、前記ワークを把持する前記コレットを縮径又は拡径させるコレットスリーブと、前記コレット及び前記コレットスリーブとともに軸回転する主軸部と、前記主軸部により軸回転される前記コレットに把持された前記ワークに接触することにより前記ワークを加工する工具と、を備える。
【0008】
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係るコレットの製造方法は、ワークを把持する把持材と、前記把持材を内周面に保持する筒状の基材と、を備えるコレットの製造方法であって、前記基材及び前記ワークよりも硬い超硬合金により形成された把持材を準備する工程と、準備した前記把持材の前記ワークの外周面と接触する把持面を研磨する工程と、研磨した前記把持面に、複数の投射材を衝突させて、衝突痕により表面粗さが０．３μｍ～０．８μｍの凹凸を形成する工程と、を備える。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、コレット、工作機械及びコレットの製造方法において、把持対象物を安定的に把持することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の一実施形態に係る工作機械の概略断面図である。
【図2】本発明の一実施形態に係るコレットの側面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係るコレットの一部を拡大した概略断面図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る研磨後におけるコレットの一部を拡大した概略断面図である。
【図5】本発明の一実施形態に係るブラスト処理中におけるコレットの一部を拡大した概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の一実施形態に係るコレット、工作機械及びコレットの製造方法について図面を参照して説明する。
図１に示すように、工作機械１は、ワークＷを加工する旋盤である。詳しくは、工作機械１は、ワークＷを把持した状態でワークＷを軸回転させる主軸１０と、主軸１０により回転軸Ａｘを中心に軸回転させられるワークＷに接触することによりワークＷを加工する工具５と、を備える。
図１に示すように、工作機械１は、ワークＷを加工する旋盤である。詳しくは、工作機械１は、ワークＷを把持した状態でワークＷを軸回転させる主軸１０と、主軸１０により回転軸Ａｘを中心に軸回転させられるワークＷに接触することによりワークＷを加工する工具５と、を備える。
【0012】
主軸１０は、コレット２０と、チャックナット１１と、主軸部１２と、コレットスリーブ１３と、を備える。
コレットスリーブ１３は、コレット２０の外周に位置し、円筒状をなす。コレットスリーブ１３は、図示しないエアシリンダ等の駆動源により、主軸１０の回転軸Ａｘに沿って移動可能に設けられる。
コレットスリーブ１３は、コレット２０の外周に位置し、円筒状をなす。コレットスリーブ１３は、図示しないエアシリンダ等の駆動源により、主軸１０の回転軸Ａｘに沿って移動可能に設けられる。
【0013】
主軸部１２は、コレットスリーブ１３の外周に位置し、円筒状をなす。主軸部１２は、図示しないモータ等の駆動源により、コレットスリーブ１３、チャックナット１１、コレット２０及びコレット２０により把持されたワークＷとともに回転軸Ａｘを中心に軸回転する。
【0014】
チャックナット１１は、略円環状をなし、コレット２０の先端に嵌め込まれる。チャックナット１１は、コレット２０の先端に嵌め込まれた状態で、コレット２０の外周面との間で主軸部１２及びコレットスリーブ１３を挟み込む。
【0015】
図２に示すように、コレット２０は、回転軸Ａｘを中心としたコレット２０の回転方向に沿って複数、例えば３つの片部２３ａ，２３ｂ，２３ｃに分割された円筒状をなす。
図１に示すように、コレット２０は、円筒状に形成される基材２４と、基材２４の内周面に固定される把持材２５と、を備える。基材２４及び把持材２５は、それぞれ３つの片部２３ａ，２３ｂ，２３ｃに分割されている。
図１に示すように、コレット２０は、円筒状に形成される基材２４と、基材２４の内周面に固定される把持材２５と、を備える。基材２４及び把持材２５は、それぞれ３つの片部２３ａ，２３ｂ，２３ｃに分割されている。
【0016】
基材２４は、鉄等の金属により形成される。基材２４の外周面には、コレット２０の先端に近づくにつれて拡径するテーパ面２１が形成される。テーパ面２１にはコレットスリーブ１３が接触する。コレットスリーブ１３が主軸１０の先端側に移動するにつれて、テーパ面２１を介して３つの片部２３ａ，２３ｂ，２３ｃの隙間が小さくなるようにコレット２０が縮径する。これにより、コレット２０がワークＷを把持する。
【0017】
把持材２５は、基材２４よりも硬い超硬合金により形成される。把持材２５は、ワークＷの外周を把持する。把持材２５は、ワークＷの外周面に接触する把持面２５ａを備える。把持面２５ａは、回転軸Ａｘに沿って延びる円環状をなす。
【0018】
図３に示すように、把持面２５ａは凹凸状に形成され、加工硬化した状態にある。
把持面２５ａの算術平均粗さは、例えば、０．３μｍ～０．８μｍに設定されることが好ましい。これにより、把持面２５ａは微少な凹凸状に形成される。把持面２５ａが微少な凹凸状に形成されることにより、把持面２５ａのワークＷの外周面への接触面積が減少し、把持材２５がワークＷを把持する把持力を高めることができる。また、把持面２５ａの凹凸は微少であるため、把持材２５がワークＷを把持する際に把持面２５ａがワークＷを傷つけることが抑制される。
また、把持面２５ａは、ブラスト（ショットブラスト）処理により粒状の投射材８（図５参照）が衝突することにより塑性変形して加工硬化した状態となる。すなわち、把持面２５ａは、複数の投射材８が衝突した衝突痕として凹凸状に形成される。把持面２５ａが加工硬化した状態にあるため、把持材２５がワークＷをより安定的に把持することができる。
さらに、ブラスト処理によれば、把持面に溝を加工する必要がないため、簡単に、かつ安価に、把持面２５ａを凹凸状に形成することができる。
把持面２５ａの算術平均粗さは、例えば、０．３μｍ～０．８μｍに設定されることが好ましい。これにより、把持面２５ａは微少な凹凸状に形成される。把持面２５ａが微少な凹凸状に形成されることにより、把持面２５ａのワークＷの外周面への接触面積が減少し、把持材２５がワークＷを把持する把持力を高めることができる。また、把持面２５ａの凹凸は微少であるため、把持材２５がワークＷを把持する際に把持面２５ａがワークＷを傷つけることが抑制される。
また、把持面２５ａは、ブラスト（ショットブラスト）処理により粒状の投射材８（図５参照）が衝突することにより塑性変形して加工硬化した状態となる。すなわち、把持面２５ａは、複数の投射材８が衝突した衝突痕として凹凸状に形成される。把持面２５ａが加工硬化した状態にあるため、把持材２５がワークＷをより安定的に把持することができる。
さらに、ブラスト処理によれば、把持面に溝を加工する必要がないため、簡単に、かつ安価に、把持面２５ａを凹凸状に形成することができる。
【0019】
次に、コレット２０の把持面２５ａの形成方法について説明する。
まず、図４に示すように、コレット２０の把持面２５ａは、図示しない研磨装置により平面状に研磨される。例えば、把持面２５ａにトラバース研磨が行われ、把持材２５が超硬材からなる場合、トラバース切り込み量を少なくし、トラバース回数を多くする必要がある。このため、平面状に研磨された把持面２５ａの算術平均の表面粗さは０．１μｍ以下となる。この場合、平面状の把持面２５ａとワークＷの接触面積が増え、ワークＷが平面状の把持面２５ａに対して滑るおそれがある。
まず、図４に示すように、コレット２０の把持面２５ａは、図示しない研磨装置により平面状に研磨される。例えば、把持面２５ａにトラバース研磨が行われ、把持材２５が超硬材からなる場合、トラバース切り込み量を少なくし、トラバース回数を多くする必要がある。このため、平面状に研磨された把持面２５ａの算術平均の表面粗さは０．１μｍ以下となる。この場合、平面状の把持面２５ａとワークＷの接触面積が増え、ワークＷが平面状の把持面２５ａに対して滑るおそれがある。
【0020】
次に、図５に示すように、平面状の把持面２５ａには、多数の球状の投射材８が図示しないブラスト装置により投射されるブラスト処理が施される。多数の投射材８が把持面２５ａに衝突することにより、把持面２５ａが加工硬化するとともに凹凸状に形成される。これにより、微細な凹凸状の把持面２５ａが形成される。
【0021】
以下、本願発明者らによる実験例を示す。
投射材８は、白色溶融アルミナで粒度♯１２０のものが使用される。投射材８の投射圧は２ＭＰａに設定される。また、投射材８の投射時間は３０秒に設定される。また、コレット２０の把持径は直径３０ｍｍである。これらの条件のもと、算術平均の表面粗さが０．０５μｍである平面状の把持面２５ａにブラスト処理が施されると、把持面２５ａの算術平均の表面粗さは０．３６６μｍとなった。ブラスト処理が施される前の算術平均の表面粗さが０．０５μｍである把持面２５ａにてワークＷを把持した状態で、図示しないロードセルを用いて推力を測定すると、３７７３Ｎにて把持面２５ａに対するワークＷの滑りが発生した。一方、ブラスト処理が施された後の算術平均の表面粗さが０．３６６μｍである把持面２５ａにてワークＷを把持した状態では、６０００Ｎ以上の推力を加えても、把持面２５ａに対するワークＷの滑りが発生しなかった。よって、ブラスト処理によるワークＷの滑りの抑制効果が確認された。
また、ブラスト処理が施される前の把持面２５ａに、ブラスト処理ではなく、粗い砥石による研磨により算術平均の表面粗さを０．５５１μｍとした。この場合では、４９５４Ｎにて把持面２５ａに対するワークＷの滑りが発生した。よって、表面粗さを粗くする手法としては、粗い砥石による研磨よりもブラスト処理がワークＷの滑りを抑制するために好適であることが確認された。
投射材８は、白色溶融アルミナで粒度♯１２０のものが使用される。投射材８の投射圧は２ＭＰａに設定される。また、投射材８の投射時間は３０秒に設定される。また、コレット２０の把持径は直径３０ｍｍである。これらの条件のもと、算術平均の表面粗さが０．０５μｍである平面状の把持面２５ａにブラスト処理が施されると、把持面２５ａの算術平均の表面粗さは０．３６６μｍとなった。ブラスト処理が施される前の算術平均の表面粗さが０．０５μｍである把持面２５ａにてワークＷを把持した状態で、図示しないロードセルを用いて推力を測定すると、３７７３Ｎにて把持面２５ａに対するワークＷの滑りが発生した。一方、ブラスト処理が施された後の算術平均の表面粗さが０．３６６μｍである把持面２５ａにてワークＷを把持した状態では、６０００Ｎ以上の推力を加えても、把持面２５ａに対するワークＷの滑りが発生しなかった。よって、ブラスト処理によるワークＷの滑りの抑制効果が確認された。
また、ブラスト処理が施される前の把持面２５ａに、ブラスト処理ではなく、粗い砥石による研磨により算術平均の表面粗さを０．５５１μｍとした。この場合では、４９５４Ｎにて把持面２５ａに対するワークＷの滑りが発生した。よって、表面粗さを粗くする手法としては、粗い砥石による研磨よりもブラスト処理がワークＷの滑りを抑制するために好適であることが確認された。
【0022】
（効果）
以上、説明した一実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）コレット２０は、把持対象物の一例であるワークＷを把持する把持材２５を備える。把持材２５は、ワークＷに接触し、複数の投射材８が衝突した衝突痕として凹凸状に形成される把持面２５ａを備える。
この構成によれば、把持面２５ａが凹凸状に形成されることにより、把持面２５ａのワークＷへの接触面積が減少し、把持材２５がワークＷを把持する把持力を高めることができる。よって、ワークＷが把持面２５ａに対して滑ることが抑制される。このため、把持材２５がワークＷをより安定的に把持することができる。
また、把持面２５ａが加工硬化した状態にある。これによっても、把持材２５がワークＷをより安定的に把持することができる。
以上、説明した一実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）コレット２０は、把持対象物の一例であるワークＷを把持する把持材２５を備える。把持材２５は、ワークＷに接触し、複数の投射材８が衝突した衝突痕として凹凸状に形成される把持面２５ａを備える。
この構成によれば、把持面２５ａが凹凸状に形成されることにより、把持面２５ａのワークＷへの接触面積が減少し、把持材２５がワークＷを把持する把持力を高めることができる。よって、ワークＷが把持面２５ａに対して滑ることが抑制される。このため、把持材２５がワークＷをより安定的に把持することができる。
また、把持面２５ａが加工硬化した状態にある。これによっても、把持材２５がワークＷをより安定的に把持することができる。
【0023】
（２）コレット２０は、把持材２５を内周面に保持する筒状の基材２４を備える。把持材２５は、基材２４よりも硬い超硬合金により形成される。
この構成によれば、把持材２５がワークＷをより安定的に把持することができる。
この構成によれば、把持材２５がワークＷをより安定的に把持することができる。
【0024】
（３）把持面２５ａは、把持面２５ａの表面粗さが０．３μｍ～０．８μｍに設定されることにより凹凸状に形成される。
この構成によれば、把持面２５ａは、微少の凹凸状に形成されるため、把持面に凹状の溝を加工する場合に比べて、把持材２５がワークＷを把持する際に把持面２５ａがワークＷを傷つけることが抑制される。
この構成によれば、把持面２５ａは、微少の凹凸状に形成されるため、把持面に凹状の溝を加工する場合に比べて、把持材２５がワークＷを把持する際に把持面２５ａがワークＷを傷つけることが抑制される。
【0025】
（４）工作機械は、コレット２０と、ワークＷを把持するコレット２０を縮径又は拡径させるコレットスリーブ１３と、コレット２０及びコレットスリーブ１３とともに軸回転する主軸部１２と、主軸部１２により軸回転されるコレット２０に把持されたワークＷに接触することによりワークＷを加工する工具５と、を備える。
この構成によれば、工具５からワークＷに加わる切削力が大きくなった場合でも、把持面２５ａが凹凸状に形成されるため、ワークＷが把持面２５ａに対して滑ることが抑制される。よって、工具５のワークＷへの１回の切り込み量を増やすことができ、１つのワークＷを加工するのに要するサイクルタイムを短縮することができる。
この構成によれば、工具５からワークＷに加わる切削力が大きくなった場合でも、把持面２５ａが凹凸状に形成されるため、ワークＷが把持面２５ａに対して滑ることが抑制される。よって、工具５のワークＷへの１回の切り込み量を増やすことができ、１つのワークＷを加工するのに要するサイクルタイムを短縮することができる。
【0026】
（５）コレット２０の製造方法は、コレット２０におけるワークＷを把持するための把持面２５ａに複数の投射材８が投射されることにより把持面２５ａを凹凸状に形成するブラスト処理工程を含む。
この製造方法によれば、把持面２５ａが凹凸状に形成されることにより、把持面２５ａがワークＷをより安定的に把持することができる。
また、コレット２０の製造方法は、ブラスト処理工程の前に、把持面２５ａを研磨する研磨工程を含んでもよい。
この製造方法によれば、ブラスト処理工程の前に、把持面２５ａが研磨されるため、ブラスト処理による把持面２５ａの表面粗さをコントロールしやすい。
この製造方法によれば、把持面２５ａが凹凸状に形成されることにより、把持面２５ａがワークＷをより安定的に把持することができる。
また、コレット２０の製造方法は、ブラスト処理工程の前に、把持面２５ａを研磨する研磨工程を含んでもよい。
この製造方法によれば、ブラスト処理工程の前に、把持面２５ａが研磨されるため、ブラスト処理による把持面２５ａの表面粗さをコントロールしやすい。
【0027】
なお、本発明は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。以下に、変形の一例を説明する。
【0028】
（変形例）
上記実施形態においては、把持材２５は、基材２４よりも硬い超硬合金により形成されていたが、これに限らず、基材２４と同一の材質により形成されてもよい。
上記実施形態においては、把持材２５は、基材２４よりも硬い超硬合金により形成されていたが、これに限らず、基材２４と同一の材質により形成されてもよい。
【0029】
上記実施形態においては、コレット２０は、把持対象物としてワークＷを把持可能であったが、これに限らず、例えば、把持対象物として工具又は検出装置を把持していてもよい。
【0030】
把持面２５ａの算術平均粗さは、例えば、０．３μｍ～０．８μｍに設定されることが好ましいがこの範囲に限定されない。例えば、下限値は０．２μｍ又は０．１μｍであってもよいし、上限値は０．９μｍ又は１．０μｍであってもよい。
【0031】
上記実施形態においては、コレット２０は、円柱状のワークＷの外周側からワークＷを把持していたが、リング状のワークＷの内周側からワークＷを把持してもよい。
【符号の説明】
【0032】
１…工作機械、５…工具、８…投射材、１０…主軸、１１…チャックナット、１２…主軸部、１３…コレットスリーブ、２０…コレット、２１…テーパ面、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ…片部、２４…基材、２５…把持材、２５ａ…把持面、Ｗ…ワーク、Ａｘ…回転軸
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
