工具の取り付け誤差低減方法
【課題】チャックに対してコレットを最適な方位で取り付けることが可能な工具の取り付け誤差低減方法を提供する。
【解決手段】チャックとコレットとをそれらの基準方位を一致させて組み合わせた基準状態からチャックに対してコレットを回転させたときの工具の代表点が描く軌跡Ｃｔに基づいて、チャックの基準方位に対してテーパ穴の軸線上の代表点Ｐ２が偏心している方位をチャック誤差方位として特定し、テーパ穴の代表点から基準状態における工具の代表点の方位に基づいて、コレットの基準方位に対する工具の代表点の方位をコレット誤差方位として特定し、チャック誤差方位とコレット誤差方位とが周方向に関して１８０°ずれるようにコレットをチャックに対して周方向に位置決めしたときに周方向の位置が揃う誤差方位マーク３０Ａ、３１Ｂ、３０Ｂ、３１Ａをチャック及びコレットのそれぞれに設ける。
【解決手段】チャックとコレットとをそれらの基準方位を一致させて組み合わせた基準状態からチャックに対してコレットを回転させたときの工具の代表点が描く軌跡Ｃｔに基づいて、チャックの基準方位に対してテーパ穴の軸線上の代表点Ｐ２が偏心している方位をチャック誤差方位として特定し、テーパ穴の代表点から基準状態における工具の代表点の方位に基づいて、コレットの基準方位に対する工具の代表点の方位をコレット誤差方位として特定し、チャック誤差方位とコレット誤差方位とが周方向に関して１８０°ずれるようにコレットをチャックに対して周方向に位置決めしたときに周方向の位置が揃う誤差方位マーク３０Ａ、３１Ｂ、３０Ｂ、３１Ａをチャック及びコレットのそれぞれに設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コレットとチャックとを用いた工具取り付け構造における工具の取り付け誤差を容易に低減できる方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械に工具を取り付けるための構造として、主軸に装着可能なツールホルダの先端部に、コレット取付穴としてのテーパ穴を有するチャックを配置し、そのチャックのテーパ穴にコレットを装着し、コレットの中心の工具取付穴に工具のシャンクを挿入し、コレットをチャック内に押し込むことにより、コレットを半径方向に収縮させて工具を締め付け保持する構造が広く用いられている。この種の工具取り付け構造では、工具の取り付け誤差により、工具の中心線が主軸の回転中心線からずれ、その結果、工具の振れ精度が低下することがある。振れ精度の向上策として、コレット等の構造を改良した工具取り付け構造が種々提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２９６５１３号公報
【特許文献２】特開平９−２４８７０５号公報
【特許文献３】特開２００２−２３９８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のチャックとコレットとを用いた取り付け構造では、コレット等の構造を改良して工具の振れ精度の改善を図っている。しかしながら、チャックのテーパ穴及びコレットの工具取付穴のそれぞれには加工誤差があり、その影響で、チャックに対するコレットの方位（周方向の位置関係）に応じて工具の振れ精度が変化する。
【０００５】
そこで、本発明は、チャックに対してコレットを最適な方位で取り付けて、工具の取り付け誤差を容易に低減することが可能な工具の取り付け誤差低減方法、その誤差低減方法に適したチャックの誤差方位特定方法、及び工具の取り付け誤差を容易に低減できる工具の取り付け構造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】
本発明の一態様は、チャック（４）のコレット取付穴（７ａ）にコレット（８）を押し込んで該コレットを半径方向に収縮させることにより、前記コレットの工具取付穴（８ｄ）に挿入された工具（１０）のシャンクを締め付け保持する工具取り付け構造に適用される工具の取り付け誤差低減方法であって、前記チャックと前記コレットとをそれらの基準方位（ＢＬ１、ＢＬ２の方向）を一致させて組み合わせた基準状態（図７の状態）から前記チャックに対して前記コレットを回転させたときの前記工具の代表点（Ｐ４）が描く軌跡に基づいて、前記チャックの前記基準方位（ＢＬ１）に対して前記コレット取付穴の軸線上の代表点（Ｐ２）が偏心している方位をチャック誤差方位として特定する工程と、前記コレット取付穴の前記代表点から前記基準状態における前記工具の前記代表点の方位に基づいて、前記コレットの前記基準方位に対する前記工具の前記代表点の方位をコレット誤差方位として特定する工程と、前記チャック誤差方位と前記コレット誤差方位とが周方向に関して１８０°ずれるように前記コレットを前記チャックに対して周方向に位置決めしたときに前記周方向の位置が揃う指標（３０Ａ、３１Ｂ；３０Ｂ、３１Ａ）を前記チャック及び前記コレットのそれぞれに設ける工程と、を備えるものである。
【０００７】
本発明によれば、チャックとコレットとをそれらの指標が一致するように周方向に位置決めすると、チャック誤差方位とコレット誤差方位とが周方向に１８０°ずれる。それにより、チャックの回転軸線に対するチャックのコレット取付穴の誤差とコレットの工具取付穴の誤差とが互いに打ち消し合うようにチャックとコレットとが組み合わされる。従って、チャックに対してコレットを最適な方位で取り付けて、工具の取り付け誤差を容易に低減することができる。
【０００８】
本発明の誤差低減方法の一形態において、前記チャック誤差方位を特定する工程では、前記コレットを回転させたときに前記工具上の前記代表点が描く円状の軌跡の中心点が前記チャックの前記基準方位に対して偏心する方位を前記チャック誤差方位として特定してもよい。
【０００９】
本発明の他の態様は、コレット（８）が装着されるべきコレット取付穴（７ａ）を有するチャック（４）の回転軸線（ＣＬ０）に対する前記コレット取付穴の誤差方位を特定するチャック誤差方位特定方法であって、前記チャックと前記コレットとをそれらの基準方位（ＢＬ１、ＢＬ２の方向）を一致させて組み合わせた基準状態（図７の状態）から前記チャックに対して前記コレットを回転させたときの工具の代表点（Ｐ４）が描く軌跡に基づいて、前記チャックの前記基準方位（ＢＬ１）に対して前記コレット取付穴の軸線上の代表点（Ｐ２）が偏心している方位をチャック誤差方位として特定するものである。
【００１０】
これによれば、コレットをチャックに対して回転させつつ工具の代表点の軌跡を求めるという簡単な手法によりチャック誤差方位を特定することができる。
【００１１】
なお、以上の説明では本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記したが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一形態に係る誤差低減方法が適用される工具取り付け構造の一例を示す図。
【図２】図１の取り付け構造で使用されるコレットの一例を示す図。
【図３】ツールホルダの軸線、チャックにおけるテーパ穴の軸線、及びコレットにおける工具取付穴の軸線の相互間に発生する誤差の一例を示す図。
【図４】図３の誤差をモデル化して示した図。
【図５】図４のモデルに関して、コレットをチャックに対して回転させたときに工具先端が描く軌跡をＸ−Ｙ平面に投影したシミュレーションの結果を示す図。
【図６】誤差方位等を求めるために使用する測定装置の一例を示す図。
【図７】コレット及びチャックに基準線を付した様子を示す図。
【図８】チャックのテーパ穴中心点及び工具先端のシャンク軸線に対する偏心量の変動、並びに傾斜を測定した結果の一例を示す図。
【図９】図７の測定装置による測定結果をＸ−Ｙ平面上にプロットした一例を示す図。
【図１０】簡易化された誤差低減方法の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図１〜図９を参照して本発明の一形態に係る誤差低減方法を説明する。まず、図１を参照して、誤差低減方法が適用される工具の取り付け構造の一例を説明する。図１は、ツールホルダ１の先端に工具１０のシャンク（以下、工具シャンクと呼ぶ。）を取り付ける工具取り付け構造の一例を示している。ツールホルダ１は、工作機械の主軸テーパ穴（不図示）に嵌め合わされるテーパ軸状のシャンク２と、そのシャンク２の大径側の端部に連なるフランジ３と、フランジ３から突出するチャック４とを備えている。チャック４は、シャンク２と同軸的に形成されたチャック本体５と、そのチャック本体５に先端面５ａの側からねじ込まれるクランプナット６とを備えている。ツールホルダ１の軸線上には、チャック本体５の先端面５ａに開口する中心穴７が形成されている。その中心穴７の先端部、すなわちチャック本体５の内周に相当する部分には、チャック本体５の先端面５ａに向かうほど拡径するテーパ穴７ａが、コレット取付穴として設けられている。
【００１４】
テーパ穴７ａにはコレット８が装着されている。コレット８は、テーパ穴７ａに嵌り合うテーパ部８ａと、先端リング部８ｂと、それらの間に位置する環状溝８ｃと、コレット８を軸線方向の全長に亘って貫通する工具取付穴８ｄとを備えている。さらに、図２に示したように、コレット８には、軸線方向に延びる多数のスリット８ｅが形成されている。図１に示したように、コレット８の環状溝８ｃは、クランプナット６の内周のリング６ａに嵌め合わされている。それにより、クランプナット６とコレット８とは軸線方向に相対移動不能に組み合わされている。従って、コレット８のテーパ部８ａをチャック４のテーパ穴７ａに嵌め合わせてクランプナット６をねじ込むと、コレット８が半径方向に収縮して工具取付穴８ｄの内径が減少する。これにより、工具取付穴８ｄに挿入される工具１０のシャンクがコレット８で締め付けられて保持される。
【００１５】
以上のような工具取り付け構造においては、ツールホルダ１のシャンク２とチャック４のテーパ穴７ａとが同軸で、かつ、コレット８の工具取付穴８ｄがテーパ穴７ａに対して同軸に保持されていれば、工具１０もシャンク２の軸線ＣＬ０と同軸に保持されるべきである。しかしながら、各部品の幾何学的誤差、あるいはコレット８を締め付けたときの変形の不均一性等に起因して各部品の軸線間で偏心や傾きが生じ、シャンク２の軸線と工具１０の軸線とは一致しない。例えば、図３に示したように、シャンク２の軸線ＣＬ０に対して、チャック４のテーパ穴７ａの軸線ＣＬ１が傾き、さらにテーパ穴７ａの軸線ＣＬ１に対してコレット８の工具取付穴８ｄの軸線ＣＬ２が傾くことにより、フランジ３の前面３ａ（換言すればチャック４の後端面）上で軸線ＣＬ０、ＣＬ１間には偏心（軸線ＣＬ０、ＣＬ１とフランジ３の前面との交点Ｐ０、Ｐ１間の距離）δ１が生じ、コレット８の先端面８ｆ上にて軸線ＣＬ１、ＣＬ２間に偏心（軸線ＣＬ１、ＣＬ２とコレット８の先端面との交点Ｐ２、Ｐ３間の距離）δ２が生じることがある。これにより、工具取付穴８ｄに装着された工具の先端はシャンク２の軸線ＣＬ０に対して振れ回り、その振れにより工作物の加工精度が悪化する。
【００１６】
上述した誤差をモデル化すれば図４の通りである。フランジ３の前面とシャンク２の軸線ＣＬ０の交点Ｐ０を原点として、フランジ３の半径方向にＸ軸を、そのＸ軸と直交する方向にＹ軸（紙面と直交する方向）を、シャンク２の軸線方向にＺ軸を取る。まず、チャック４におけるテーパ穴（以下、チャックテーパ穴と呼ぶことがある。）７ａの軸線ＣＬ１とフランジ３の前面との交点Ｐ１と原点との間には偏心量δ１が存在する。図４では、便宜上、Ｘ−Ｚ平面に交点Ｐ１を描いているが、実際には、交点Ｐ１はＺ軸回りにθ１の方位を持つ。Ｘ軸の方位が偏心量δ１の方位と一致するときはθ１＝０である。軸線ＣＬ１は、交点Ｐ１を基準としてＺ軸回りにθ２の方位を持ち、かつＺ軸方向に対してθ３の傾きを持っている。軸線ＣＬ１とコレット８の先端面８ｆとの交点Ｐ２は、交点Ｐ１に対して、軸線ＣＬ１と平行な方向に距離Ｌ１だけ離れた位置にある。その交点Ｐ２に対して、工具取付穴８ｄの軸線ＣＬ２とコレット８の先端面８ｆとの交点Ｐ３は、軸線ＣＬ１の回りにθ４の方位を持つ。また、交点Ｐ３は、交点Ｐ２に対して軸線ＣＬ１と直交する方向に偏心量δ２を持つ。そして、交点Ｐ３を基準として、工具取付穴８ｄの軸線ＣＬ２は軸線ＣＬ１の回りにθ５の方位を持ち、かつ、軸線ＣＬ１に対して軸線ＣＬ２はθ６の傾きを持っている。工具１０は軸線ＣＬ２と同軸に保持される。そのため、交点Ｐ２から工具先端Ｐ４までの距離をＬ２とすれば、工具先端Ｐ４は、Ｚ軸、すなわちシャンク２の軸線ＣＬ０に対してシャンク２の半径方向にδ３だけ離れた位置にある。
【００１７】
図５は、上記のモデルに対して、パラメータであるθ１〜θ６、δ１、δ２及びＬ１、Ｌ２に具体的数値を与えつつ、コレット８をチャック４に対して回転させたときに工具先端（工具の代表点に相当。）Ｐ４が描く軌跡をＸ−Ｙ平面（シャンク２の軸線ＣＬ０と直交する平面である。）に投影したシミュレーションの結果を示している。但し、θ１＝４０°、θ２＝３０°、θ３＝０．００５°、θ４（変数）＝０〜３６０°、θ５＝６０°、θ６＝０．０００３°、δ１＝４μｍ、Ｌ１（コレット８のテーパ穴７ａに対する接触長さ）＝２０ｍｍ、δ２＝７μｍ、Ｌ２＝５０ｍｍとした。なお、距離Ｌ２は、便宜的に工具径の５倍とした。また、図５の原点はシャンク２の軸線ＣＬ０と一致させている。
【００１８】
図５から明らかなように、コレット８をチャック４に対して回転させると、そのコレット８に保持された工具１０の先端Ｐ４は、原点から離れた位置に中心点Ｐｃを持つ半径Ｒｔの円Ｃｔを描く。中心点Ｐｃは、図３の交点Ｐ２、つまり、チャック４におけるテーパ穴７ａの軸線ＣＬ１とコレット８の先端面８ａとの交点（以下、これをチャックテーパ穴中心点と呼ぶことがある。）Ｐ２である。チャックテーパ穴中心点Ｐ２がテーパ穴７ａの代表点に相当する。原点から点Ｐ２までの距離δｃがシャンク軸線ＣＬ０に対するチャックテーパ穴中心点Ｐ２までの偏心量を示し、原点に対する点Ｐ２の方位θｃがチャックテーパ穴中心点Ｐ２の誤差方位（チャック誤差方位）である。また、コレット８を適宜の位置で停止させたときのチャックテーパ穴中心点Ｐ２から工具先端Ｐ４までのベクトルＶｔを考えたときに、そのベクトルＶｔがＸ軸方向となす角度θｔが工具先端Ｐ４の誤差方位（コレット誤差方位）であり、ベクトルＶｔの長さ、つまり円Ｃｔの半径Ｒｔがチャックテーパ穴中心点Ｐ２に対する工具先端Ｐ４のＸ−Ｙ平面上における偏心量である。
【００１９】
図５において、シャンク２の軸線ＣＬ０に対する工具先端Ｐ４の振れ回りを最小限に抑えるためには、原点からの距離が最小となる円Ｃｔ上の位置Ｐ４′に工具先端Ｐ４が一致するように、コレット８をチャック４に対して周方向に位置決めすればよい。すなわち、図５の点Ｐ４に工具先端が位置しているとすれば、そこからコレット８をチャック４に対して反時計方向に角度θｃ（図示例では２２３°）だけ回転させることにより、工具の取り付け誤差を最小限に抑えることができる。以下に、その角度θｃを特定して誤差を低減する方法を説明する。
【００２０】
まず、図６を参照して、誤差低減方法の実施に利用する測定装置を説明する。測定装置２０は、水平面上に載置されるベース２１と、そのベース２１に搭載されて鉛直方向の軸線ＣＬｖの回りに回転可能な回転テーブル２２と、回転テーブル２２に搭載された傾斜調整テーブル２３とを備えている。傾斜調整テーブル２３には、ツールホルダ１のシャンク２が装着可能である。また、傾斜調整テーブル２３は、回転テーブル２２の軸線ＣＬｖに対するシャンク２の軸線の傾きを調整可能である。ベース２１上でかつ回転テーブル２２の側方には、鉛直上方に延びるコラム２４が設けられ、そのコラム２４にはホルダ２５を介して４つのマイクロメータ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄが鉛直方向に間隔を空けて取り付けられている。下側の２つのマイクロメータ２６Ａ、２６Ｂは、それらのプローブ２６ａ、２６ｂがシャンク２の外周に接するように配置されている。下から３番目のマイクロメータ２６Ｃは、そのプローブ２６ｃが工具Ｔの下端、すなわち、コレット８の先端面８ｆに可能な限り近い位置と接触するように配置されている。さらに、最上位のマイクロメータ２６Ｄは、そのプローブ２６ｄが工具先端（コレット８の先端面８ｆから工具Ｔの直径の５倍だけ離れた位置）に接するように配置されている。つまり、マイクロメータ２６Ｃは、チャックテーパ穴中心点Ｐ２のシャンク軸線ＣＬ０に対する振れを、マイクロメータ２６Ｄは、工具先端Ｐ４のシャンク軸線ＣＬ０に対する振れをそれぞれ測定するように配置されている。
【００２１】
以上の測定装置２０においては、回転テーブル２２を回転させつつ、下段のマイクロメータ２６Ａ、２６Ｂの測定値の変動が最小となるように傾斜調整テーブル２３でシャンク２の軸線の傾きを調整すれば、シャンク２の軸線ＣＬ０を回転テーブル２２の軸線ＣＬｖと一致させることができる。また、シャンク２の軸線ＣＬ０を回転テーブル２２の軸線ＣＬｖと一致させた状態で、チャック４に対してコレット８を回転させて上段のマイクロメータ２６Ｃ、２６Ｄで工具Ｔの振れを測定することができる。例えば、図７に示すように、コレット８に４５°ピッチで設けられたスリット８ｅの一つに沿ってチャック４とコレット８とに一直線上に暫定の基準線ＢＬ１、ＢＬ２を設定し、それらの基準線ＢＬ１、ＢＬ２が周方向に関して一致する位置をマイクロメータ２６Ｃ、２６Ｄの測定開始点（０°）とする。そして、コレット８の各スリット８ｅがチャック４側の基準線ＢＬ１と順次一致するようにコレット８を４５°ずつ回転させてマイクロメータ２６Ｃ、２６Ｄの測定値を読み取ることにより、チャックテーパ穴中心点Ｐ２及び工具先端Ｐ４のそれぞれのシャンク軸線ＣＬ０に対する偏心量を４５°刻みで測定することができる。また、両マイクロメータ２６Ｃ、２６Ｄの測定値から、シャンク軸線ＣＬ０に対する工具取付穴８ｄの軸線ＣＬ２の傾きも求めることができる。そのようにしてチャックテーパ穴中心点Ｐ２及び工具先端Ｐ４のシャンク軸線ＣＬ０に対する偏心量の変動、並びに傾斜を測定した結果の一例を図８に示す。但し、チャックテーパ穴中心点Ｐ２の偏心量に関しては、理論上は一定であるが、マイクロメータ２６Ｃの測定点がコレット８の先端面８ｆから若干離れるためにその影響で変動している。
【００２２】
上記の測定結果をＸ−Ｙ平面上にプロットした一例を図９に示す。但し、図９においても、原点はシャンク２の軸線ＣＬ０に相当する。以下、図９を参照して、本形態の誤差低減方法の手順を説明する。まず、チャック４とコレット８のそれぞれの基準線ＢＬ１、ＢＬ２を一致させた状態（基準状態）で、マイクロメータ２６Ｄにより工具先端Ｐ４の基準線ＢＬ１に対する誤差方位を測定する。ここでいう誤差方位は、チャック基準線ＢＬ１に対して工具先端Ｐ４が偏心する方向を基準線ＢＬ１に対する反時計方向の角度で示した値であり、図５において基準線ＢＬ１、ＢＬ２が一致するときの角度θｔに相当する。以下では、基準線ＢＬ１、ＢＬ２が一致するときの工具先端Ｐ４の誤差方位を、基準コレット誤差方位と呼ぶことがある。
【００２３】
次に、チャック４に対してコレット８を回転させて４５°ごとの工具先端Ｐ４の偏心量を測定し、それらの測定値から工具先端Ｐ４の位置をＸ−Ｙ平面上にプロットする。但し、チャック基準線ＢＬ１をＸ軸正方向（＝０°）に合わせる。図９から明らかなように、工具先端Ｐ４の測定値は幾らかの誤差を含むため、測定値のプロット結果を結んで得られる軌跡は必ずしも円にならない。そこで、測定値を最小二乗法で近似して円Ｃｔを求める。そして、円Ｃｔの原点に対する円Ｃｔの中心点Ｐｃの偏心量δｃ及び中心点Ｐｃの方位θｃを求める。方位θｃは、Ｘ軸正方向を０°とし、そのＸ軸から原点の回りに反時計方向に測った角度である。図９の例において、偏心量δｃは１．８６μｍ、方位θｃは１４９．０８°である。ここで得られた偏心量δｃがシャンク軸線ＣＬ０に対するチャックテーパ穴中心点Ｐ２の偏心量であり、中心点Ｐ２の方位θｃが、チャック４の基準線ＢＬ１（図７参照）の方位（チャック４の基準方位に相当する。）に対するチャックテーパ穴中心点Ｐ２の誤差方位である。換言すれば、基準線ＢＬ１に対して反時計方向に角度θｃずれた位置にチャックテーパ穴中心点Ｐ２が存在する。そのチャックテーパ穴中心点Ｐ２の基準線ＢＬ１に対する方位がチャック誤差方位である。
【００２４】
以上のようにして、チャックテーパ穴中心点Ｐ２の偏心量δｃ及び誤差方位θｃを求めたならば、チャック４上の誤差方位の位置に誤差方位マーク３０Ａを、その誤差方位マーク３０Ａから１８０°離れた位置に反誤差方位マーク３０Ｂをそれぞれ設ける。マーク３０Ａ、３０Ｂはチャック４上の指標に相当する。それらのマーク３０Ａ、３０Ｂは、色、形状等の属性を変更することにより、視覚を通じて互いに識別可能とする。
【００２５】
次に、工具先端Ｐ４の基準コレット誤差方位が判明しているので、チャックテーパ穴中心点Ｐ２からの工具先端Ｐ４の方位に基づいて、コレット８の基準線ＢＬ２の方位（コレット８の基準方位に相当する。）に対する工具先端Ｐ４の誤差方位θｔを特定する。この誤差方位θｔは、図３に示したコレット８の工具取付穴８ｄの軸線ＣＬ２とコレット先端面８ｆとの交点（以下、工具取付穴中心点と呼ぶことがある。）Ｐ３が、コレット８の基準線ＢＬ２に対して偏心する方向を、反時計方向を正方向として特定した角度に相当する。以下、その誤差方位をコレット誤差方位と呼ぶことがある。図９の例において、コレット誤差方位は−９２．２３°である。そして、コレット８上のコレット誤差方位の位置に誤差方位マーク３１Ａを、その誤差方位マーク３１Ａから１８０°離れた位置に反誤差方位マーク３１Ｂをそれぞれ設ける。マーク３１Ａ、３１Ｂはコレット８上の指標に相当する。それらのマーク３１Ａ、３１Ｂは、色、形状等の属性を変更することにより、視覚を通じて互いに識別可能とする。
【００２６】
次に、図９に矢印Ｒを付して示したように、チャック４の誤差方位マーク３０Ａとコレット８の反誤差方位マーク３１Ｂとが一致し、チャック４の反誤差方位マーク３０Ｂとコレット８の誤差方位マーク３１Ａとが一致するように、コレット８をチャック４に対して回転させる。図９の例では、コレット８を反時計方向にθｂ（＝６１．３１°）回転させたときに誤差方位マーク３０Ａと反誤差方位マーク３１Ｂとが一致する。それにより、チャックテーパ穴中心点Ｐ２の偏心方向と逆方向に工具取付穴中心点Ｐ３が偏心するようにコレット８がチャック４に対して周方向に位置決めされる。その結果、シャンク２の軸線ＣＬ０に対する工具先端Ｐ４の偏心量を最小化することができる。
【００２７】
以上のように、本形態によれば、チャック４に関しては、チャック誤差方位の位置及びこれと周方向に１８０°ずれた位置にマーク３０Ａ、３０Ｂが設けられ、コレット８に関しては、コレット誤差方位の位置及びこれと周方向に１８０°ずれた位置にマーク３１Ａ、３１Ｂが設けられている。従って、チャック４の誤差方位マーク３０Ａとコレット８の反誤差方位マーク３１Ａとが合うようにコレット８をチャック４に対して周方向に位置決めするだけで、シャンク２の軸線、つまりチャック４の回転軸線の回りにおける工具先端Ｐ４の振れが最も小さくなるようにチャック４とコレット８とを組み合わせることができる。そして、複数のチャック４のそれぞれにマーク３０Ａ、３０Ｂを、複数のコレット８のそれぞれにマーク３１Ａ、３１Ｂを設けておけば、それらのチャック４とコレット８とをどのように組み合わせても、マーク３０Ａと３１Ｂ、３０Ｂと３１Ａとが一致するようにコレット８をチャック４に対して周方向に位置決めすれば、チャック４とコレット８との組み合わせを問わず、工具をその振れが最も小さくなるようにして取り付けることが可能である。
【００２８】
なお、上記の形態では、チャック４にマーク３０Ａ、３０Ｂを、コレット８にマーク３１Ａ、３１Ｂをそれぞれ設けているが、チャック４又はコレット８のいずれか一方に誤差方位マークを、他方に反誤差方位マークを設けておけば、それらのマークを利用して工具の振れを最小化することが可能である。すなわち、チャック４に誤差方位マーク３０Ａのみを、コレット８に反誤差方位マーク３１Ｂのみをそれぞれ設けるようにしてもよいし、チャック４に反誤差方位マーク３０Ｂのみを、コレット８に誤差方位マーク３１Ａのみをそれぞれ設けるようにしてもよい。
【００２９】
次に、図１０を参照して、上記の形態を簡易化した誤差低減方法の一形態を説明する。但し、本形態で利用するチャック及びコレットは図１及び図２に示した通りであり、それらの構成の説明は省略する。本形態では、まず、工程１に示すように、チャック４Ａの適当な位置に基準マークＡを付しておく。そのチャック４Ａに対してコレット８αを組み合わせ、コレット８αをチャック４Ａに対して回転させつつ工具の回転中心線（上記の形態におけるシャンク軸線ＣＬ０に相当。）に対する工具先端の振れを測定し、その工具の振れが最小になる位置を特定する。そして、振れが最小となる位置でコレット８αを止めて、マークＡと向かい合うコレット８α上の位置にマークαを付す。
【００３０】
次に、工程２Ａに示すように、チャック４Ａに代えてチャック４Ｂを用意し、そのチャック４Ｂと工程１で使用したコレット８αとを組み合わせる。コレット８αをチャック４Ｂに対して回転させつつ、工具の回転中心線（上記の形態におけるシャンク軸線ＣＬ０に相当。）に対する工具先端の振れを測定し、その工具の振れが最小になる位置を特定する。そして、振れが最小となる位置でコレット８αを止め、そのコレット８αのマークαと向かい合うチャック４Ｂ上の位置にマークＢを付す。
【００３１】
一方、工程２Ｂに示すように、工程１で使用したコレット８αに代えてコレット８βを用意し、そのコレット８βを工程１で使用したチャック４Ａと組み合わせる。コレット８βをチャック４Ａに対して回転させつつ、工具の回転中心線（上記の形態におけるシャンク軸線ＣＬ０に相当。）に対する工具先端の振れを測定し、その工具の振れが最小になる位置を特定する。そして、振れが最小となる位置でコレット８βを止め、マークＡと向かい合うコレット８β上の位置にマークβを付す。そして、工程３に示すように、チャック４Ｂとコレット８βを組み合わせる場合には、それらのマークＢ、βが一致するように、チャック４Ｂに対してコレット８βを周方向に位置決めする。これにより、コレット８βに保持された工具の振れ量を最小限に抑えることができる。
【００３２】
以上のように、一対のチャック４Ａとコレット８αとを基準として、工具の振れが最小となる周方向の位置を特定してこれを再現するためのマークＡ、αを付しておけば、それらのマークＡ、αが付されたチャック４Ａ及びコレット８αの対のいずれか一方の部品を交換しても、他方の部品に付されたマークＡ又はαを元にして新たな部品に対応するマークＢ又はβを付すことにより、工具の振れ量を最小限に抑えられる周方向の位置を再現することができる。新たなマークＢ又はβを利用してさらに他のチャック又はコレットにマークを付しておけば、工具の振れを最小限に抑えるための指標としてのマークを他のチャック又はコレットに対して順次継承させることができる。
【００３３】
本発明は上述した形態に限らず、適宜の方法でこれを実施することができる。例えば、図１の工具取り付け構造は一例に過ぎない。本発明が適用される工具取り付け構造は、チャックのテーパ穴又はストーレート穴といったコレット取付穴にコレットを押し込んでコレットを半径方向に収縮させることにより、工具のシャンクをコレットで締め付け保持する構造を有している限り、適宜に変更可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１ ツールホルダ
４ チャック
４Ａ、４Ｂ チャック
５ チャック本体
６ クランプナット
７ａ チャックのテーパ穴（コレット取付穴）
８ コレット
８ｄ 工具取付穴
８α、８β コレット
１０ 工具
２０ 測定装置
３０Ａ チャックの誤差方位マーク（チャックの指標）
３０Ｂ チャックの反誤差方位マーク（チャックの指標）
３１Ａ コレットの誤差方位マーク（コレットの指標）
３１Ｂ コレットの反誤差方位マーク（コレットの指標）
Ａ、Ｂ チャックのマーク（チャックの指標）
α、β コレットのマーク（コレットの指標）
ＢＬ１ チャック基準線
ＢＬ２ コレット基準線
ＣＬ０ シャンクの軸線
ＣＬ１ テーパ穴の軸線
ＣＬ２ 工具取付穴の軸線
Ｐ２ チャックテーパ穴中心点（チャックの代表点）
Ｐ３ 工具取付穴中心点
Ｐ４ 工具先端（工具の代表点）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コレットとチャックとを用いた工具取り付け構造における工具の取り付け誤差を容易に低減できる方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械に工具を取り付けるための構造として、主軸に装着可能なツールホルダの先端部に、コレット取付穴としてのテーパ穴を有するチャックを配置し、そのチャックのテーパ穴にコレットを装着し、コレットの中心の工具取付穴に工具のシャンクを挿入し、コレットをチャック内に押し込むことにより、コレットを半径方向に収縮させて工具を締め付け保持する構造が広く用いられている。この種の工具取り付け構造では、工具の取り付け誤差により、工具の中心線が主軸の回転中心線からずれ、その結果、工具の振れ精度が低下することがある。振れ精度の向上策として、コレット等の構造を改良した工具取り付け構造が種々提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２９６５１３号公報
【特許文献２】特開平９−２４８７０５号公報
【特許文献３】特開２００２−２３９８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のチャックとコレットとを用いた取り付け構造では、コレット等の構造を改良して工具の振れ精度の改善を図っている。しかしながら、チャックのテーパ穴及びコレットの工具取付穴のそれぞれには加工誤差があり、その影響で、チャックに対するコレットの方位（周方向の位置関係）に応じて工具の振れ精度が変化する。
【０００５】
そこで、本発明は、チャックに対してコレットを最適な方位で取り付けて、工具の取り付け誤差を容易に低減することが可能な工具の取り付け誤差低減方法、その誤差低減方法に適したチャックの誤差方位特定方法、及び工具の取り付け誤差を容易に低減できる工具の取り付け構造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】
本発明の一態様は、チャック（４）のコレット取付穴（７ａ）にコレット（８）を押し込んで該コレットを半径方向に収縮させることにより、前記コレットの工具取付穴（８ｄ）に挿入された工具（１０）のシャンクを締め付け保持する工具取り付け構造に適用される工具の取り付け誤差低減方法であって、前記チャックと前記コレットとをそれらの基準方位（ＢＬ１、ＢＬ２の方向）を一致させて組み合わせた基準状態（図７の状態）から前記チャックに対して前記コレットを回転させたときの前記工具の代表点（Ｐ４）が描く軌跡に基づいて、前記チャックの前記基準方位（ＢＬ１）に対して前記コレット取付穴の軸線上の代表点（Ｐ２）が偏心している方位をチャック誤差方位として特定する工程と、前記コレット取付穴の前記代表点から前記基準状態における前記工具の前記代表点の方位に基づいて、前記コレットの前記基準方位に対する前記工具の前記代表点の方位をコレット誤差方位として特定する工程と、前記チャック誤差方位と前記コレット誤差方位とが周方向に関して１８０°ずれるように前記コレットを前記チャックに対して周方向に位置決めしたときに前記周方向の位置が揃う指標（３０Ａ、３１Ｂ；３０Ｂ、３１Ａ）を前記チャック及び前記コレットのそれぞれに設ける工程と、を備えるものである。
【０００７】
本発明によれば、チャックとコレットとをそれらの指標が一致するように周方向に位置決めすると、チャック誤差方位とコレット誤差方位とが周方向に１８０°ずれる。それにより、チャックの回転軸線に対するチャックのコレット取付穴の誤差とコレットの工具取付穴の誤差とが互いに打ち消し合うようにチャックとコレットとが組み合わされる。従って、チャックに対してコレットを最適な方位で取り付けて、工具の取り付け誤差を容易に低減することができる。
【０００８】
本発明の誤差低減方法の一形態において、前記チャック誤差方位を特定する工程では、前記コレットを回転させたときに前記工具上の前記代表点が描く円状の軌跡の中心点が前記チャックの前記基準方位に対して偏心する方位を前記チャック誤差方位として特定してもよい。
【０００９】
本発明の他の態様は、コレット（８）が装着されるべきコレット取付穴（７ａ）を有するチャック（４）の回転軸線（ＣＬ０）に対する前記コレット取付穴の誤差方位を特定するチャック誤差方位特定方法であって、前記チャックと前記コレットとをそれらの基準方位（ＢＬ１、ＢＬ２の方向）を一致させて組み合わせた基準状態（図７の状態）から前記チャックに対して前記コレットを回転させたときの工具の代表点（Ｐ４）が描く軌跡に基づいて、前記チャックの前記基準方位（ＢＬ１）に対して前記コレット取付穴の軸線上の代表点（Ｐ２）が偏心している方位をチャック誤差方位として特定するものである。
【００１０】
これによれば、コレットをチャックに対して回転させつつ工具の代表点の軌跡を求めるという簡単な手法によりチャック誤差方位を特定することができる。
【００１１】
なお、以上の説明では本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記したが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一形態に係る誤差低減方法が適用される工具取り付け構造の一例を示す図。
【図２】図１の取り付け構造で使用されるコレットの一例を示す図。
【図３】ツールホルダの軸線、チャックにおけるテーパ穴の軸線、及びコレットにおける工具取付穴の軸線の相互間に発生する誤差の一例を示す図。
【図４】図３の誤差をモデル化して示した図。
【図５】図４のモデルに関して、コレットをチャックに対して回転させたときに工具先端が描く軌跡をＸ−Ｙ平面に投影したシミュレーションの結果を示す図。
【図６】誤差方位等を求めるために使用する測定装置の一例を示す図。
【図７】コレット及びチャックに基準線を付した様子を示す図。
【図８】チャックのテーパ穴中心点及び工具先端のシャンク軸線に対する偏心量の変動、並びに傾斜を測定した結果の一例を示す図。
【図９】図７の測定装置による測定結果をＸ−Ｙ平面上にプロットした一例を示す図。
【図１０】簡易化された誤差低減方法の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図１〜図９を参照して本発明の一形態に係る誤差低減方法を説明する。まず、図１を参照して、誤差低減方法が適用される工具の取り付け構造の一例を説明する。図１は、ツールホルダ１の先端に工具１０のシャンク（以下、工具シャンクと呼ぶ。）を取り付ける工具取り付け構造の一例を示している。ツールホルダ１は、工作機械の主軸テーパ穴（不図示）に嵌め合わされるテーパ軸状のシャンク２と、そのシャンク２の大径側の端部に連なるフランジ３と、フランジ３から突出するチャック４とを備えている。チャック４は、シャンク２と同軸的に形成されたチャック本体５と、そのチャック本体５に先端面５ａの側からねじ込まれるクランプナット６とを備えている。ツールホルダ１の軸線上には、チャック本体５の先端面５ａに開口する中心穴７が形成されている。その中心穴７の先端部、すなわちチャック本体５の内周に相当する部分には、チャック本体５の先端面５ａに向かうほど拡径するテーパ穴７ａが、コレット取付穴として設けられている。
【００１４】
テーパ穴７ａにはコレット８が装着されている。コレット８は、テーパ穴７ａに嵌り合うテーパ部８ａと、先端リング部８ｂと、それらの間に位置する環状溝８ｃと、コレット８を軸線方向の全長に亘って貫通する工具取付穴８ｄとを備えている。さらに、図２に示したように、コレット８には、軸線方向に延びる多数のスリット８ｅが形成されている。図１に示したように、コレット８の環状溝８ｃは、クランプナット６の内周のリング６ａに嵌め合わされている。それにより、クランプナット６とコレット８とは軸線方向に相対移動不能に組み合わされている。従って、コレット８のテーパ部８ａをチャック４のテーパ穴７ａに嵌め合わせてクランプナット６をねじ込むと、コレット８が半径方向に収縮して工具取付穴８ｄの内径が減少する。これにより、工具取付穴８ｄに挿入される工具１０のシャンクがコレット８で締め付けられて保持される。
【００１５】
以上のような工具取り付け構造においては、ツールホルダ１のシャンク２とチャック４のテーパ穴７ａとが同軸で、かつ、コレット８の工具取付穴８ｄがテーパ穴７ａに対して同軸に保持されていれば、工具１０もシャンク２の軸線ＣＬ０と同軸に保持されるべきである。しかしながら、各部品の幾何学的誤差、あるいはコレット８を締め付けたときの変形の不均一性等に起因して各部品の軸線間で偏心や傾きが生じ、シャンク２の軸線と工具１０の軸線とは一致しない。例えば、図３に示したように、シャンク２の軸線ＣＬ０に対して、チャック４のテーパ穴７ａの軸線ＣＬ１が傾き、さらにテーパ穴７ａの軸線ＣＬ１に対してコレット８の工具取付穴８ｄの軸線ＣＬ２が傾くことにより、フランジ３の前面３ａ（換言すればチャック４の後端面）上で軸線ＣＬ０、ＣＬ１間には偏心（軸線ＣＬ０、ＣＬ１とフランジ３の前面との交点Ｐ０、Ｐ１間の距離）δ１が生じ、コレット８の先端面８ｆ上にて軸線ＣＬ１、ＣＬ２間に偏心（軸線ＣＬ１、ＣＬ２とコレット８の先端面との交点Ｐ２、Ｐ３間の距離）δ２が生じることがある。これにより、工具取付穴８ｄに装着された工具の先端はシャンク２の軸線ＣＬ０に対して振れ回り、その振れにより工作物の加工精度が悪化する。
【００１６】
上述した誤差をモデル化すれば図４の通りである。フランジ３の前面とシャンク２の軸線ＣＬ０の交点Ｐ０を原点として、フランジ３の半径方向にＸ軸を、そのＸ軸と直交する方向にＹ軸（紙面と直交する方向）を、シャンク２の軸線方向にＺ軸を取る。まず、チャック４におけるテーパ穴（以下、チャックテーパ穴と呼ぶことがある。）７ａの軸線ＣＬ１とフランジ３の前面との交点Ｐ１と原点との間には偏心量δ１が存在する。図４では、便宜上、Ｘ−Ｚ平面に交点Ｐ１を描いているが、実際には、交点Ｐ１はＺ軸回りにθ１の方位を持つ。Ｘ軸の方位が偏心量δ１の方位と一致するときはθ１＝０である。軸線ＣＬ１は、交点Ｐ１を基準としてＺ軸回りにθ２の方位を持ち、かつＺ軸方向に対してθ３の傾きを持っている。軸線ＣＬ１とコレット８の先端面８ｆとの交点Ｐ２は、交点Ｐ１に対して、軸線ＣＬ１と平行な方向に距離Ｌ１だけ離れた位置にある。その交点Ｐ２に対して、工具取付穴８ｄの軸線ＣＬ２とコレット８の先端面８ｆとの交点Ｐ３は、軸線ＣＬ１の回りにθ４の方位を持つ。また、交点Ｐ３は、交点Ｐ２に対して軸線ＣＬ１と直交する方向に偏心量δ２を持つ。そして、交点Ｐ３を基準として、工具取付穴８ｄの軸線ＣＬ２は軸線ＣＬ１の回りにθ５の方位を持ち、かつ、軸線ＣＬ１に対して軸線ＣＬ２はθ６の傾きを持っている。工具１０は軸線ＣＬ２と同軸に保持される。そのため、交点Ｐ２から工具先端Ｐ４までの距離をＬ２とすれば、工具先端Ｐ４は、Ｚ軸、すなわちシャンク２の軸線ＣＬ０に対してシャンク２の半径方向にδ３だけ離れた位置にある。
【００１７】
図５は、上記のモデルに対して、パラメータであるθ１〜θ６、δ１、δ２及びＬ１、Ｌ２に具体的数値を与えつつ、コレット８をチャック４に対して回転させたときに工具先端（工具の代表点に相当。）Ｐ４が描く軌跡をＸ−Ｙ平面（シャンク２の軸線ＣＬ０と直交する平面である。）に投影したシミュレーションの結果を示している。但し、θ１＝４０°、θ２＝３０°、θ３＝０．００５°、θ４（変数）＝０〜３６０°、θ５＝６０°、θ６＝０．０００３°、δ１＝４μｍ、Ｌ１（コレット８のテーパ穴７ａに対する接触長さ）＝２０ｍｍ、δ２＝７μｍ、Ｌ２＝５０ｍｍとした。なお、距離Ｌ２は、便宜的に工具径の５倍とした。また、図５の原点はシャンク２の軸線ＣＬ０と一致させている。
【００１８】
図５から明らかなように、コレット８をチャック４に対して回転させると、そのコレット８に保持された工具１０の先端Ｐ４は、原点から離れた位置に中心点Ｐｃを持つ半径Ｒｔの円Ｃｔを描く。中心点Ｐｃは、図３の交点Ｐ２、つまり、チャック４におけるテーパ穴７ａの軸線ＣＬ１とコレット８の先端面８ａとの交点（以下、これをチャックテーパ穴中心点と呼ぶことがある。）Ｐ２である。チャックテーパ穴中心点Ｐ２がテーパ穴７ａの代表点に相当する。原点から点Ｐ２までの距離δｃがシャンク軸線ＣＬ０に対するチャックテーパ穴中心点Ｐ２までの偏心量を示し、原点に対する点Ｐ２の方位θｃがチャックテーパ穴中心点Ｐ２の誤差方位（チャック誤差方位）である。また、コレット８を適宜の位置で停止させたときのチャックテーパ穴中心点Ｐ２から工具先端Ｐ４までのベクトルＶｔを考えたときに、そのベクトルＶｔがＸ軸方向となす角度θｔが工具先端Ｐ４の誤差方位（コレット誤差方位）であり、ベクトルＶｔの長さ、つまり円Ｃｔの半径Ｒｔがチャックテーパ穴中心点Ｐ２に対する工具先端Ｐ４のＸ−Ｙ平面上における偏心量である。
【００１９】
図５において、シャンク２の軸線ＣＬ０に対する工具先端Ｐ４の振れ回りを最小限に抑えるためには、原点からの距離が最小となる円Ｃｔ上の位置Ｐ４′に工具先端Ｐ４が一致するように、コレット８をチャック４に対して周方向に位置決めすればよい。すなわち、図５の点Ｐ４に工具先端が位置しているとすれば、そこからコレット８をチャック４に対して反時計方向に角度θｃ（図示例では２２３°）だけ回転させることにより、工具の取り付け誤差を最小限に抑えることができる。以下に、その角度θｃを特定して誤差を低減する方法を説明する。
【００２０】
まず、図６を参照して、誤差低減方法の実施に利用する測定装置を説明する。測定装置２０は、水平面上に載置されるベース２１と、そのベース２１に搭載されて鉛直方向の軸線ＣＬｖの回りに回転可能な回転テーブル２２と、回転テーブル２２に搭載された傾斜調整テーブル２３とを備えている。傾斜調整テーブル２３には、ツールホルダ１のシャンク２が装着可能である。また、傾斜調整テーブル２３は、回転テーブル２２の軸線ＣＬｖに対するシャンク２の軸線の傾きを調整可能である。ベース２１上でかつ回転テーブル２２の側方には、鉛直上方に延びるコラム２４が設けられ、そのコラム２４にはホルダ２５を介して４つのマイクロメータ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄが鉛直方向に間隔を空けて取り付けられている。下側の２つのマイクロメータ２６Ａ、２６Ｂは、それらのプローブ２６ａ、２６ｂがシャンク２の外周に接するように配置されている。下から３番目のマイクロメータ２６Ｃは、そのプローブ２６ｃが工具Ｔの下端、すなわち、コレット８の先端面８ｆに可能な限り近い位置と接触するように配置されている。さらに、最上位のマイクロメータ２６Ｄは、そのプローブ２６ｄが工具先端（コレット８の先端面８ｆから工具Ｔの直径の５倍だけ離れた位置）に接するように配置されている。つまり、マイクロメータ２６Ｃは、チャックテーパ穴中心点Ｐ２のシャンク軸線ＣＬ０に対する振れを、マイクロメータ２６Ｄは、工具先端Ｐ４のシャンク軸線ＣＬ０に対する振れをそれぞれ測定するように配置されている。
【００２１】
以上の測定装置２０においては、回転テーブル２２を回転させつつ、下段のマイクロメータ２６Ａ、２６Ｂの測定値の変動が最小となるように傾斜調整テーブル２３でシャンク２の軸線の傾きを調整すれば、シャンク２の軸線ＣＬ０を回転テーブル２２の軸線ＣＬｖと一致させることができる。また、シャンク２の軸線ＣＬ０を回転テーブル２２の軸線ＣＬｖと一致させた状態で、チャック４に対してコレット８を回転させて上段のマイクロメータ２６Ｃ、２６Ｄで工具Ｔの振れを測定することができる。例えば、図７に示すように、コレット８に４５°ピッチで設けられたスリット８ｅの一つに沿ってチャック４とコレット８とに一直線上に暫定の基準線ＢＬ１、ＢＬ２を設定し、それらの基準線ＢＬ１、ＢＬ２が周方向に関して一致する位置をマイクロメータ２６Ｃ、２６Ｄの測定開始点（０°）とする。そして、コレット８の各スリット８ｅがチャック４側の基準線ＢＬ１と順次一致するようにコレット８を４５°ずつ回転させてマイクロメータ２６Ｃ、２６Ｄの測定値を読み取ることにより、チャックテーパ穴中心点Ｐ２及び工具先端Ｐ４のそれぞれのシャンク軸線ＣＬ０に対する偏心量を４５°刻みで測定することができる。また、両マイクロメータ２６Ｃ、２６Ｄの測定値から、シャンク軸線ＣＬ０に対する工具取付穴８ｄの軸線ＣＬ２の傾きも求めることができる。そのようにしてチャックテーパ穴中心点Ｐ２及び工具先端Ｐ４のシャンク軸線ＣＬ０に対する偏心量の変動、並びに傾斜を測定した結果の一例を図８に示す。但し、チャックテーパ穴中心点Ｐ２の偏心量に関しては、理論上は一定であるが、マイクロメータ２６Ｃの測定点がコレット８の先端面８ｆから若干離れるためにその影響で変動している。
【００２２】
上記の測定結果をＸ−Ｙ平面上にプロットした一例を図９に示す。但し、図９においても、原点はシャンク２の軸線ＣＬ０に相当する。以下、図９を参照して、本形態の誤差低減方法の手順を説明する。まず、チャック４とコレット８のそれぞれの基準線ＢＬ１、ＢＬ２を一致させた状態（基準状態）で、マイクロメータ２６Ｄにより工具先端Ｐ４の基準線ＢＬ１に対する誤差方位を測定する。ここでいう誤差方位は、チャック基準線ＢＬ１に対して工具先端Ｐ４が偏心する方向を基準線ＢＬ１に対する反時計方向の角度で示した値であり、図５において基準線ＢＬ１、ＢＬ２が一致するときの角度θｔに相当する。以下では、基準線ＢＬ１、ＢＬ２が一致するときの工具先端Ｐ４の誤差方位を、基準コレット誤差方位と呼ぶことがある。
【００２３】
次に、チャック４に対してコレット８を回転させて４５°ごとの工具先端Ｐ４の偏心量を測定し、それらの測定値から工具先端Ｐ４の位置をＸ−Ｙ平面上にプロットする。但し、チャック基準線ＢＬ１をＸ軸正方向（＝０°）に合わせる。図９から明らかなように、工具先端Ｐ４の測定値は幾らかの誤差を含むため、測定値のプロット結果を結んで得られる軌跡は必ずしも円にならない。そこで、測定値を最小二乗法で近似して円Ｃｔを求める。そして、円Ｃｔの原点に対する円Ｃｔの中心点Ｐｃの偏心量δｃ及び中心点Ｐｃの方位θｃを求める。方位θｃは、Ｘ軸正方向を０°とし、そのＸ軸から原点の回りに反時計方向に測った角度である。図９の例において、偏心量δｃは１．８６μｍ、方位θｃは１４９．０８°である。ここで得られた偏心量δｃがシャンク軸線ＣＬ０に対するチャックテーパ穴中心点Ｐ２の偏心量であり、中心点Ｐ２の方位θｃが、チャック４の基準線ＢＬ１（図７参照）の方位（チャック４の基準方位に相当する。）に対するチャックテーパ穴中心点Ｐ２の誤差方位である。換言すれば、基準線ＢＬ１に対して反時計方向に角度θｃずれた位置にチャックテーパ穴中心点Ｐ２が存在する。そのチャックテーパ穴中心点Ｐ２の基準線ＢＬ１に対する方位がチャック誤差方位である。
【００２４】
以上のようにして、チャックテーパ穴中心点Ｐ２の偏心量δｃ及び誤差方位θｃを求めたならば、チャック４上の誤差方位の位置に誤差方位マーク３０Ａを、その誤差方位マーク３０Ａから１８０°離れた位置に反誤差方位マーク３０Ｂをそれぞれ設ける。マーク３０Ａ、３０Ｂはチャック４上の指標に相当する。それらのマーク３０Ａ、３０Ｂは、色、形状等の属性を変更することにより、視覚を通じて互いに識別可能とする。
【００２５】
次に、工具先端Ｐ４の基準コレット誤差方位が判明しているので、チャックテーパ穴中心点Ｐ２からの工具先端Ｐ４の方位に基づいて、コレット８の基準線ＢＬ２の方位（コレット８の基準方位に相当する。）に対する工具先端Ｐ４の誤差方位θｔを特定する。この誤差方位θｔは、図３に示したコレット８の工具取付穴８ｄの軸線ＣＬ２とコレット先端面８ｆとの交点（以下、工具取付穴中心点と呼ぶことがある。）Ｐ３が、コレット８の基準線ＢＬ２に対して偏心する方向を、反時計方向を正方向として特定した角度に相当する。以下、その誤差方位をコレット誤差方位と呼ぶことがある。図９の例において、コレット誤差方位は−９２．２３°である。そして、コレット８上のコレット誤差方位の位置に誤差方位マーク３１Ａを、その誤差方位マーク３１Ａから１８０°離れた位置に反誤差方位マーク３１Ｂをそれぞれ設ける。マーク３１Ａ、３１Ｂはコレット８上の指標に相当する。それらのマーク３１Ａ、３１Ｂは、色、形状等の属性を変更することにより、視覚を通じて互いに識別可能とする。
【００２６】
次に、図９に矢印Ｒを付して示したように、チャック４の誤差方位マーク３０Ａとコレット８の反誤差方位マーク３１Ｂとが一致し、チャック４の反誤差方位マーク３０Ｂとコレット８の誤差方位マーク３１Ａとが一致するように、コレット８をチャック４に対して回転させる。図９の例では、コレット８を反時計方向にθｂ（＝６１．３１°）回転させたときに誤差方位マーク３０Ａと反誤差方位マーク３１Ｂとが一致する。それにより、チャックテーパ穴中心点Ｐ２の偏心方向と逆方向に工具取付穴中心点Ｐ３が偏心するようにコレット８がチャック４に対して周方向に位置決めされる。その結果、シャンク２の軸線ＣＬ０に対する工具先端Ｐ４の偏心量を最小化することができる。
【００２７】
以上のように、本形態によれば、チャック４に関しては、チャック誤差方位の位置及びこれと周方向に１８０°ずれた位置にマーク３０Ａ、３０Ｂが設けられ、コレット８に関しては、コレット誤差方位の位置及びこれと周方向に１８０°ずれた位置にマーク３１Ａ、３１Ｂが設けられている。従って、チャック４の誤差方位マーク３０Ａとコレット８の反誤差方位マーク３１Ａとが合うようにコレット８をチャック４に対して周方向に位置決めするだけで、シャンク２の軸線、つまりチャック４の回転軸線の回りにおける工具先端Ｐ４の振れが最も小さくなるようにチャック４とコレット８とを組み合わせることができる。そして、複数のチャック４のそれぞれにマーク３０Ａ、３０Ｂを、複数のコレット８のそれぞれにマーク３１Ａ、３１Ｂを設けておけば、それらのチャック４とコレット８とをどのように組み合わせても、マーク３０Ａと３１Ｂ、３０Ｂと３１Ａとが一致するようにコレット８をチャック４に対して周方向に位置決めすれば、チャック４とコレット８との組み合わせを問わず、工具をその振れが最も小さくなるようにして取り付けることが可能である。
【００２８】
なお、上記の形態では、チャック４にマーク３０Ａ、３０Ｂを、コレット８にマーク３１Ａ、３１Ｂをそれぞれ設けているが、チャック４又はコレット８のいずれか一方に誤差方位マークを、他方に反誤差方位マークを設けておけば、それらのマークを利用して工具の振れを最小化することが可能である。すなわち、チャック４に誤差方位マーク３０Ａのみを、コレット８に反誤差方位マーク３１Ｂのみをそれぞれ設けるようにしてもよいし、チャック４に反誤差方位マーク３０Ｂのみを、コレット８に誤差方位マーク３１Ａのみをそれぞれ設けるようにしてもよい。
【００２９】
次に、図１０を参照して、上記の形態を簡易化した誤差低減方法の一形態を説明する。但し、本形態で利用するチャック及びコレットは図１及び図２に示した通りであり、それらの構成の説明は省略する。本形態では、まず、工程１に示すように、チャック４Ａの適当な位置に基準マークＡを付しておく。そのチャック４Ａに対してコレット８αを組み合わせ、コレット８αをチャック４Ａに対して回転させつつ工具の回転中心線（上記の形態におけるシャンク軸線ＣＬ０に相当。）に対する工具先端の振れを測定し、その工具の振れが最小になる位置を特定する。そして、振れが最小となる位置でコレット８αを止めて、マークＡと向かい合うコレット８α上の位置にマークαを付す。
【００３０】
次に、工程２Ａに示すように、チャック４Ａに代えてチャック４Ｂを用意し、そのチャック４Ｂと工程１で使用したコレット８αとを組み合わせる。コレット８αをチャック４Ｂに対して回転させつつ、工具の回転中心線（上記の形態におけるシャンク軸線ＣＬ０に相当。）に対する工具先端の振れを測定し、その工具の振れが最小になる位置を特定する。そして、振れが最小となる位置でコレット８αを止め、そのコレット８αのマークαと向かい合うチャック４Ｂ上の位置にマークＢを付す。
【００３１】
一方、工程２Ｂに示すように、工程１で使用したコレット８αに代えてコレット８βを用意し、そのコレット８βを工程１で使用したチャック４Ａと組み合わせる。コレット８βをチャック４Ａに対して回転させつつ、工具の回転中心線（上記の形態におけるシャンク軸線ＣＬ０に相当。）に対する工具先端の振れを測定し、その工具の振れが最小になる位置を特定する。そして、振れが最小となる位置でコレット８βを止め、マークＡと向かい合うコレット８β上の位置にマークβを付す。そして、工程３に示すように、チャック４Ｂとコレット８βを組み合わせる場合には、それらのマークＢ、βが一致するように、チャック４Ｂに対してコレット８βを周方向に位置決めする。これにより、コレット８βに保持された工具の振れ量を最小限に抑えることができる。
【００３２】
以上のように、一対のチャック４Ａとコレット８αとを基準として、工具の振れが最小となる周方向の位置を特定してこれを再現するためのマークＡ、αを付しておけば、それらのマークＡ、αが付されたチャック４Ａ及びコレット８αの対のいずれか一方の部品を交換しても、他方の部品に付されたマークＡ又はαを元にして新たな部品に対応するマークＢ又はβを付すことにより、工具の振れ量を最小限に抑えられる周方向の位置を再現することができる。新たなマークＢ又はβを利用してさらに他のチャック又はコレットにマークを付しておけば、工具の振れを最小限に抑えるための指標としてのマークを他のチャック又はコレットに対して順次継承させることができる。
【００３３】
本発明は上述した形態に限らず、適宜の方法でこれを実施することができる。例えば、図１の工具取り付け構造は一例に過ぎない。本発明が適用される工具取り付け構造は、チャックのテーパ穴又はストーレート穴といったコレット取付穴にコレットを押し込んでコレットを半径方向に収縮させることにより、工具のシャンクをコレットで締め付け保持する構造を有している限り、適宜に変更可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１ ツールホルダ
４ チャック
４Ａ、４Ｂ チャック
５ チャック本体
６ クランプナット
７ａ チャックのテーパ穴（コレット取付穴）
８ コレット
８ｄ 工具取付穴
８α、８β コレット
１０ 工具
２０ 測定装置
３０Ａ チャックの誤差方位マーク（チャックの指標）
３０Ｂ チャックの反誤差方位マーク（チャックの指標）
３１Ａ コレットの誤差方位マーク（コレットの指標）
３１Ｂ コレットの反誤差方位マーク（コレットの指標）
Ａ、Ｂ チャックのマーク（チャックの指標）
α、β コレットのマーク（コレットの指標）
ＢＬ１ チャック基準線
ＢＬ２ コレット基準線
ＣＬ０ シャンクの軸線
ＣＬ１ テーパ穴の軸線
ＣＬ２ 工具取付穴の軸線
Ｐ２ チャックテーパ穴中心点（チャックの代表点）
Ｐ３ 工具取付穴中心点
Ｐ４ 工具先端（工具の代表点）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャックのコレット取付穴にコレットを押し込んで該コレットを半径方向に収縮させることにより、前記コレットの工具取付穴に挿入された工具のシャンクを締め付け保持する工具取り付け構造に適用される工具の取り付け誤差低減方法であって、
前記チャックと前記コレットとをそれらの基準方位を一致させて組み合わせた基準状態から前記チャックに対して前記コレットを回転させたときの前記工具の代表点が描く軌跡に基づいて、前記チャックの前記基準方位に対して前記コレット取付穴の軸線上の代表点が偏心している方位をチャック誤差方位として特定する工程と、
前記コレット取付穴の前記代表点から前記基準状態における前記工具の前記代表点の方位に基づいて、前記コレットの前記基準方位に対する前記工具の前記代表点の方位をコレット誤差方位として特定する工程と、
前記チャック誤差方位と前記コレット誤差方位とが周方向に関して１８０°ずれるように前記コレットを前記チャックに対して周方向に位置決めしたときに前記周方向の位置が揃う指標を前記チャック及び前記コレットのそれぞれに設ける工程と、
を備えた工具の取り付け誤差低減方法。
【請求項２】
前記チャック誤差方位を特定する工程では、前記コレットを回転させたときに前記工具上の前記代表点が描く円状の軌跡の中心点が前記チャックの前記基準方位に対して偏心する方位を前記チャック誤差方位として特定する請求項１に記載の工具の取り付け誤差低減方法。
【請求項３】
コレットが装着されるべきコレット取付穴を有するチャックの回転軸線に対する前記コレット取付穴の誤差方位を特定するチャック誤差方位特定方法であって、
前記チャックと前記コレットとをそれらの基準方位を一致させて組み合わせた基準状態から前記チャックに対して前記コレットを回転させたときの前記工具の代表点が描く軌跡に基づいて、前記チャックの前記基準方位に対して前記コレット取付穴の軸線上の代表点が偏心している方位をチャック誤差方位として特定するチャック誤差方位特定方法。
【請求項１】
チャックのコレット取付穴にコレットを押し込んで該コレットを半径方向に収縮させることにより、前記コレットの工具取付穴に挿入された工具のシャンクを締め付け保持する工具取り付け構造に適用される工具の取り付け誤差低減方法であって、
前記チャックと前記コレットとをそれらの基準方位を一致させて組み合わせた基準状態から前記チャックに対して前記コレットを回転させたときの前記工具の代表点が描く軌跡に基づいて、前記チャックの前記基準方位に対して前記コレット取付穴の軸線上の代表点が偏心している方位をチャック誤差方位として特定する工程と、
前記コレット取付穴の前記代表点から前記基準状態における前記工具の前記代表点の方位に基づいて、前記コレットの前記基準方位に対する前記工具の前記代表点の方位をコレット誤差方位として特定する工程と、
前記チャック誤差方位と前記コレット誤差方位とが周方向に関して１８０°ずれるように前記コレットを前記チャックに対して周方向に位置決めしたときに前記周方向の位置が揃う指標を前記チャック及び前記コレットのそれぞれに設ける工程と、
を備えた工具の取り付け誤差低減方法。
【請求項２】
前記チャック誤差方位を特定する工程では、前記コレットを回転させたときに前記工具上の前記代表点が描く円状の軌跡の中心点が前記チャックの前記基準方位に対して偏心する方位を前記チャック誤差方位として特定する請求項１に記載の工具の取り付け誤差低減方法。
【請求項３】
コレットが装着されるべきコレット取付穴を有するチャックの回転軸線に対する前記コレット取付穴の誤差方位を特定するチャック誤差方位特定方法であって、
前記チャックと前記コレットとをそれらの基準方位を一致させて組み合わせた基準状態から前記チャックに対して前記コレットを回転させたときの前記工具の代表点が描く軌跡に基づいて、前記チャックの前記基準方位に対して前記コレット取付穴の軸線上の代表点が偏心している方位をチャック誤差方位として特定するチャック誤差方位特定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−５１０７１（Ｐ２０１１−５１０７１Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０３６４４（Ｐ２００９−２０３６４４）
【出願日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【出願人】（５０２３５０５０４）学校法人上智学院 (50)
【出願人】（３９７０１３６５４）株式会社ムラキ (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【出願人】（５０２３５０５０４）学校法人上智学院 (50)
【出願人】（３９７０１３６５４）株式会社ムラキ (4)
【Ｆターム（参考）】
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