JP2000190110A - ツールホルダシャンクを保持する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 管状のツールホルダシャンクを解放可能に保
持する装置を提供する。 【解決手段】 ロックロッド（95）をロック位置とロ
ック解除位置の間で軸方向に往復移動させることにより
管状ツールホルダシャンク（45）を解放可能に保持する
装置である。ロックロッド（95）は回転カム（150 ）を
用いて往復移動される。カムがスプリング（200 ）を圧
縮することにより、ロックロッド（95）をロック位置に
付勢し、ロックロッドをロック解除位置に確実に移動さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はベース内にツールホ
ルダを固定する装置に関し、より詳細には、ロックロッ
ドを操作してベース内にツールホルダを保持するカムメ
カニズムに関する。

【０００２】

【従来の技術】概して、金属加工は硬質の金属からなる
カッティングインサートを用いて行われるのが一般的で
ある。かかるカッティングインサートはツールホルダに
取り付けられる。ツールホルダは旋盤や粉砕機等の機械
の一部であるベース部材に一時的に又は永久に固定され
る。

【０００３】カッティングインサートは激しい状況の下
で動作するため定期的に取り替えられる必要がある。取
替えを行うには、カッティングインサートをツールホル
ダから取り外さなければならない。金属加工作業の経済
性にとっては、ツールホルダにおけるカッティングイン
サートの取り替えに必要な時間機械を停止するのは非効
率的である。カッティングインサートを有するツールホ
ルダ全体を取り外し、既にツールホルダの所定位置に新
しいカッティングインサートを有する別のツールホルダ
と取り替えられることができるように取り外し可能なツ
ールホルダを使用することが望ましい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このことに留意しつ
つ、次に効率に対する焦点はツールホルダの取替えの簡
便さとスピードということになる。これはクイックチェ
ンジツールホルダの市販用の異なるデザインを作る動機
の１つでもあった。

【０００５】かかるデザインの一例は、エリクソン（Er
ickson）他による「ツールホルダ及びそれを解放可能に
取り付ける方法（Toolholder and Method of Releasabl
y Mounting）」と題され、本発明の出願人に譲渡される
と共に本文の記載の一部ともなっている米国特許第４，
７４７，７３５号に見られる。この特許はスプリングロ
ードされて往復動するロックロッドを示しており、該ロ
ックロッドはスプリングにより後方に付勢されてロッキ
ング部材を半径方向外方へと移動させ、ツールホルダを
ツールホルダ支持部材内に固定する。ツールホルダを解
放するには、ロッキング部材を引っ込ませ、さらにツー
ルホルダ支持部材からツールホルダを放出するように、
ロックロッドをスプリング力に抗して前進させなければ
ならない。この特許で述べられたロッキングメカニズム
は軸方向に作動されなければならず、側方に作動される
ことができない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は管状のツールホ
ルダシャンクを解放可能に保持する装置であって：前方
接面と、該前方接面と交わり該前方接面の後方に延在し
てツールホルダシャンクを収容するボアとを含むベース
部材を含み、前記ベース部材内で前端及び後端を有する
ロックロッドを含み、該ロックロッドはツールホルダシ
ャンクをボア内に引き込んでロック位置に位置させ、ツ
ールホルダシャンクをボアから解放してロック解除位置
に位置させるように後方及び前方に往復運動可能であ
り、該装置の改良点が、（ａ）回転カムがベース部材に
取り付けられ、ロックロッドを後方及び前方に往復移動
させるようにロックロッドに作用する回転カムを含み、
該カムは長手方向軸及び関連した長さを有するオフセッ
トポストを含み、該ポストは、前記ロックロッドを後方
に付勢してロック位置に位置させるように作用する第１
のカム表面と、前記ロックロッドを前方に移動させてロ
ック解除位置に位置させる第２のカム表面を有し、
（ｂ）さらにロックロッドを弾性力により後方へ付勢し
てロック位置に位置させる手段を有する、ことを含む管
状ツールホルダーシャンクを解放可能に保持する装置で
ある。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１はカッティングインサート２
０を取り付けられた前端１５を有するツールホルダ１０
を示す。カッティングインサート２０はシム（図示せ
ず）によりツールホルダ１０から離されることもでき、
カッティングインサート２０とシム２５の両者はピン３
５によりツールホルダ１０に固定されるクランプ３０等
の手段によりツールホルダ１０に保持される。ツールホ
ルダ１０は後方当接面４０と前端１５から後方に延在す
るシャンク壁５０を有する管状シャンク４５とを備え
る。ツールホルダ１０はシャンク壁５０内に位置決めス
ロット５３を有し得る。シャンク壁５０内には複数の孔
５５が離間されて配置される。ツールホルダ１０は孔５
５内に前方凹接面６０を有し得る。

【０００８】ツールホルダ１０は長手方向軸５６の回り
に位置される。長手方向軸５６は明細書中で参考のため
に用いることにする。図面で明らかなように、明細書中
に述べられる多くの特徴は長手方向軸５６の回りに対称
に存在する。このため、本発明中の説明は片割れのアイ
テムにも当てはまることを理解した上で、本明細書中で
は大方単一アイテムについて説明することにする。

【０００９】図１で示されるツールホルダは旋盤等の回
転しないツールに対して用いられるツールホルダの典型
である。しかしながらツールホルダには多様なツールが
取り付けられることができ、回転するものにも回転しな
いものにも対応し得ることを理解されたい。さらに、ツ
ールホルダ１０の前端１５に最も近い部分は、管状シャ
ンク４５に対して長手方向軸５６の回りを約９０°回転
されるのが典型的である。しかしながら本発明を説明す
る目的で現段階の向きを使用する。

【００１０】さらに図面では、ツールホルダシャンクは
受取ボアから半径方向に離間されるように示されてい
る。本発明はカム及びロックロッドに関し、ツールホル
ダと受取ボアの間のマッチングは図示のようなものであ
ってもよいし、締まりばめも含み得ることを理解された
い。

【００１１】前方当接面６７と長手方向軸５６周囲のボ
ア７０を含む開口部とを有するツールホルダ受取部材６
５は、ベース部材７５に固定されると共にその一部であ
る。

【００１２】ベース部材７５を通って延在する通路８０
内にはスタブ８５があり、スタブ８５はツールホルダ受
取部材６５のボア７０の中に延出する。ボア９０はスタ
ブ８５を通って長手方向に延在し、ロックロッド９５は
ボア９０内にスライド可能に取り付けられる。

【００１３】ロックロッド９５の前端９７の方に凹部１
００があり、凹部１００はスタブ８５を通って延在する
半径方向アパーチャ１０５と整合され得る。ロックロッ
ド９５は、ロックロッド上の任意の位置で引っ張られた
り押されたりすることにより長手方向軸５６に沿って移
動し得るが、ロックロッド９５と一体の部品であるベー
ス１１０において押し引きされるのが好ましい。ロック
ロッド９５がツールホルダ１０から離れるように引っ張
られると、アパーチャ１０５内及びロックロッド９５の
凹部１００内に配置されるロッキングエレメント１１５
が半径方向外方へと付勢される。

【００１４】図１はツールホルダベース７５から取り外
されたツールホルダ１０を示している。ツールホルダベ
ース７５内にツールホルダ１０を固定するために、ロッ
クロッド９５はロッキングエレメント１１５が凹部１０
０内に存在し、それが半径方向アパーチャ１０５内に押
し込められるように位置されている。この方向づけにお
いて、ツールホルダ１０の管状シャンク４５がボア７０
中に挿入され得る。図２で示されるように、ツールホル
ダ１０がボア７０内に位置される時には、ロックロッド
９５はツールホルダ１０から離れるように矢印１１７の
方向に引っ張られ、ロッキングエレメント１１５が凹部
１００からランプ１１６上へと半径方向外方へと押し出
される。それによりロッキングエレメント１１５は孔５
５の中に入りツールホルダシャンク４５の前方凹接面６
０と接触することになる。ロックロッド９５が矢印１１
７の方向に引っ込むと、ツールホルダ１０はツールホル
ダ受取部材６５内へと付勢され、ツールホルダ１０の後
方当接面４０がツールホルダ受取部材６５の前方当接面
６７と接触する。ロックロッド９５のこの動作により、
ツールホルダ１０がツールホルダ受取部材６５内に固定
される。

【００１５】ツールホルダ１０をツールホルダ受取部材
６５から解放するには、ロックロッド９５がツールホル
ダ１０の方へと矢印１１９の方向に付勢される。このよ
うに、ロッキングエレメント１１５が半径方向アパーチ
ャ１０５及び凹部１００内に引っ込められて適切な間隙
が設けられ、図１で示されるようにツールホルダ１０が
ツールホルダ受取部材６５から取り外されることができ
る。

【００１６】ツールホルダ１０がベース７５内にロック
されると、ツールホルダ受取部材６５の弾性による変形
が生じることにより、ツールホルダ受取部材６５内にツ
ールホルダ１０を保持する高い摩擦力が生じ得る。ツー
ルホルダ１０を解放するには、ロックロッド９５がスタ
ブ８５を越えて突き出てツールホルダ１０の管状シャン
ク４５内の衝突エリア１２０と接触するようにロックロ
ッド９５がツールホルダ受取部材６５の前端に延出され
る。このように、ロックロッド９５を継続してツールホ
ルダ１０の方に付勢することによりロックロッド９５が
衝突エリア１２０に突き当たり、それによりツールホル
ダ１０がツールホルダベース７５から放り出されること
になる。故に、ロックロッド９５を移動させることによ
り、ツールホルダ１０はベース部材７５内に固定された
り解放されたりされることができ、ツールホルダ１０の
クイックチェンジが提供される。

【００１７】本発明は、ロックロッド９５を矢印１１９
の方向に前進させて図１で示されるような解放位置にツ
ールホルダ１０を位置させ、ロックロッド９５を矢印１
１７の方向に引っ込めることにより図２で示されるよう
なロック位置にツールホルダ１０を固定するように使用
されるメカニズムに焦点を置く。

【００１８】図３及び図４では、図１及び図２で示した
メカニズムの重要なエレメントに重点を置いて示す。詳
細には、図３は図１で示されるものと同じ最前方位置に
あるロックロッド９５を示す。回転カム１５０はそれを
通る長手方向軸１５５を有すると共に、円柱形であり得
るカムポスト１６０を有する。カムポスト１６０はカム
１５０の長手方向軸１５５からオフセットした長手方向
軸１６５を有する。カムポスト１６０は少なくとも１つ
のカム表面１７０を有する。回転カム１５０がロックロ
ッド９５を通って延在するアパーチャ１８０内に位置さ
れることにより、アパーチャ１８０の壁の前方部におい
てロックロッド９５にカム従動面１８５が形成される。
カム１５０はベース部材７５（図１）内で横方向には固
定されるので、カムの長手方向軸１５５の回りを回転す
るだけである。一方ロックロッド９５は長手方向軸５６
に沿って軸方向に移動される。カム１５０の第１の位置
である図１及び図３で示されるような形態では、カムポ
スト１６０のカム表面１７０がロックロッド９５のカム
従動面１８５と接触し、ロックロッド９５がロック解除
位置へと矢印１１９の方向に付勢される。図２及び図４
で示されるようなカム１５０の第２の位置では、カムポ
スト１６０のカム表面１７０が矢印１１７の方向にロッ
クロッド９５を付勢することにより、ロッキングエレメ
ント１１５が凹部１００を離れてランプ１１６上に移動
し図２及び図４で示される形態となり、ツールホルダが
ベース部材７５内にロックされる。なお、図４はカム表
面１７０がロックロッド９５と直接接触した状態を示
す。こうしてロックロッド９５は適切な方向に移動され
るが、説明される好ましいデザインは図２に示されてお
り、図２ではカム１５０が中間のスプリング／カラー構
成を用いてロックロッド９５をロック位置に付勢する。
このスプリング／カラー構成では、カムポスト１６０が
カラー１９５に働きかけてロックロッドの後端２０５に
連結されるスプリング２００を圧縮することにより、ロ
ックロッドが矢印１１７の方向に付勢される。

【００１９】図１〜図４から、図１及び図３で示される
最前方位置から図２及び図４で示される最後方位置にカ
ム１５０が回転することにより、ロックロッドがロック
解除位置からロック位置へと付勢され、ツールホルダ１
０をツールホルダベース７５に固定する。

【００２０】図５は本発明による装置の分解図を示す。
ツールホルダ受取部材６５とともにベース部材７５を分
解して長手方向軸５６に沿ったツールホルダ受取部材６
５のボア７０、ロックロッドキャビティ２１０及びスプ
リングキャビティ２１５を露呈し、交軸方向の環状開口
部２２０とロックロッドガイド２２５とで切り離されて
いる。ボア７０内に存在するスタブ８５自体がボア９０
を有し、このボア９０を通ってロックロッド９５が延在
し、ロッキングエレメント１１５をロックロッド９５の
凹部１００と整合させる。カムポスト１６０を有するカ
ム１５０がロックロッド９５のアパーチャ１８０内に嵌
合することにより、カム表面１７０がロックロッド９５
のカム従動面１８５と接触し得る。カム１５０は交軸方
向の環状開口部２２０により横方向に拘束される。

【００２１】カラー１９５はロックロッドフランジ２４
０と接触して回転カム１５０のカムポスト１６０を囲む
までロックロッド後端２０５の上に嵌合する開口２３５
を有する。カラー１９５は、キャップ２４５によりロッ
クロッド後端２０５に固定されるスプリング２００によ
りロックロッドフランジ２４０に対して付勢される。キ
ャップは、ロックロッド後端２０５とネジで係合される
ボルト２５０によりロックロッド後端２０５に連結され
る。図５ではアイテム２００としてコイルスプリングが
示されるがこれは例示であり、一連の皿ばねが好適なハ
ードウェアである。スプリングはキャップ／ボルト構成
により圧縮される。

【００２２】別法では、ロックロッド９５の１つのセグ
メントをより可撓性を有するように製造して弾性力を提
供することにより、スプリング２００の必要性をなくす
ことが可能である。一例としては、アパーチャ１８０に
連続するロックロッド９５の断面を減少することができ
る。この構成では、カラー１９５をなくしてカムポスト
１６０をロックロッド９５と直接接触させてロックロッ
ド９５をロック位置とロック解除位置とに付勢するよう
にすることができる。しかしながらこの構成では、カム
ポスト１６０がロックロッド９５を往復運動させること
ができるようにアパーチャ１８０のサイズを小さくすべ
きである。

【００２３】ロックロッドフランジ２４０はロックロッ
ドキャビティ２１０と係合し、ロックロッド９５を交軸
方向に支持する一方でロックロッド９５の長手方向軸５
６に沿う移動を可能にする。このような形態では、好ま
しくはキャビティ２５５と係合し得るツールを用いてカ
ム１５０が回転され、ロックロッド９５をロック解除位
置からロック位置へと付勢することが可能である。

【００２４】図１の説明から、ボア７０内にツールホル
ダ１０がない場合には、カムの回転によりロックロッド
９５がカラー１９５に対して移動することなく１つのユ
ニットとして長手方向軸５６に沿って前後に往復移動さ
れる。このような状況の下では、ロックロッド９５はツ
ールホルダ受取部材６５のボア９０内で移動し、ロッキ
ングエレメント１１５は半径方向アパーチャ１０５内で
前後に自由に移動する。

【００２５】しかしながらツールホルダ１０がボア７０
に配置されると、図２で示されるようにカムポスト１６
０がカラー１９５のカム従動面１９７と接触することに
より、ロックロッド９５が後方に付勢される。次いでロ
ッキングエレメント１１５が凹部１００からランプ１１
６へと外方向に移動し、ツールホルダシャンク４５の前
方凹接面６０と接触してツールホルダ１０と係合する。
ここでカム１５０が継続して回転するとカラー１９５が
ロックロッドフランジ２４０と接触しなくなり、ロック
ロッドフランジ２４０から離れるようにロックロッド９
５に沿ってスライドすることによりスプリング２００が
圧縮され、その結果生じるスプリング力が、図２で示さ
れるようにスプリング２００をロックロッド９５に固定
するボルト２５０を介してロックロッド９５に伝わる。
ギャップ２５７はカラー１９５とロックロッドフランジ
２４０の間のこのような離間を示している。

【００２６】なおスプリング２００はカラー１９５に対
して予め負荷されている。ロックロッド９５はカラー１
９５がロックロッド９５に対して変位されなければ、ス
プリング２００と係合することなく引っ込められ得る。
しかしながら、ロッキングエレメント１１５が管状シャ
ンク４５と係合すると、ロックロッド９５が拘束される
ことになり、さらに矢印１１７の方向にカラー１９５が
移動することによりカラー１９５がロックロッド９５に
相対して移動される。こうしてスプリング２００が圧縮
され、予め負荷されていた力全部がロッキングエレメン
ト１１５に伝わり、管状シャンク４５が固定される。

【００２７】カラー１９５とロックロッド９５はロッキ
ングエレメント１１５が凹部１００からランプ１１６上
の位置に移動するまで矢印１１７の方向に移動し、この
ランプ１１６上の位置においてロッキングエレメント１
１５は管状シャンク４５と係合する。この距離をロッキ
ングストロークと呼ぶ。ロッキングエレメント１１５が
管状シャンク４５と係合するランプ１１６上の正確な位
置は製造公差に依存する。このため、このロッキング距
離を平均ロッキングストロークと呼ぶことにする。

【００２８】これを図６と図７でも示すが、これらの図
はロック解除位置とロック位置に位置する装置の側断面
図を示す。ロック解除位置（図６）では、カム表面１７
０はロックロッド９５のカム従動面１８５と接触する。
この位置では、ロッキングエレメント１１５（ファント
ムで示される）はロックロッド９５の凹部１００内に存
在する。この図ではわかりやすくするためにツールホル
ダ受取部材６５（図５）を省略した。図６に見るよう
に、カム１６０の厚さ又は直径はロックロッド９５のカ
ム従動面１８５とカラー１９５のカム従動面１９７の間
の距離に等しいか又はそれよりわずかに短い。カラー１
９５はこの間隙を設けるようにロックロッド９５のフラ
ンジ２４０（図示せず）上に存在する。

【００２９】しかしながら、ロック位置（図７）ではロ
ッキングエレメント１１５（ファントムで示される）は
ツールホルダシャンク（図示せず）と接触するまでラン
プ１１６上で変位される。わかりやすくするために、こ
の図ではツールホルダ受取部材６５とツールホルダ１０
を省略した。ここで、カム１５０がさらに回転すること
により、カラー１９５がロックロッド９５に沿って移動
してスプリング２００を圧縮し、それによりロックロッ
ド９５が引っ込められることになる。

【００３０】２つの重要な特徴を図６及び図７から知る
べきである。図６は、ロック解除位置にある場合にはカ
ム表面１７０がカムポスト１６０の中間部であるカム表
面１７０ａ上でロックロッドのカム従動面１８５と接触
することを示している。図７は、図５で示されるように
カラー１９５が開口２３５を有するので、カム表面１７
０がその上部１７０ｂと下部１７０ｃにおいてカラー１
９５のカム従動面１９７と接触することを示している。
これは２つの理由から重要である。

【００３１】第１に、カム表面１７０とカム従動面１８
５及び１９７の間の対称的な接触により、ロックロッド
９５又はカラー１９５上に非対称の力が生じるためにツ
ールホルダベース７５内でロックロッド９５が動かなく
なる可能性が最少化される。例えば、カムポスト１６０
がカム表面１７０の上部においてのみカラー１９５と接
触すると、カラー１９５がツールホルダベース７５内に
拘束され、それによりカラー１９５の長手方向における
移動が困難となり得る。

【００３２】第２に、ロックロッド９５をロック解除し
たりロックしたりすることにカム表面１７０の長手方向
の別々の部分が用いられる。図６で示されるように、カ
ム表面１７０の中間部１７０ａはロックロッド９５のカ
ム従動面１８５と接触し、カム表面１７０の上部１７０
ｂ及び下部１７０ｃはカラー１９５と接触する。このよ
うな形態では、カムポスト１６０とカム従動面１８５及
び１９７の間の磨耗面が磨耗を最小化することに使用さ
れる。後述するように、カムポスト１６０におけるカラ
ー１９５とロックロッド９５の接触も、半径方向におけ
る異なる位置で生じ得る。

【００３３】再び図１及び図２に戻って簡単に説明する
と、回転カム１５０及びカムポスト１６０はファントム
で示されている。これらのポジションは図８でも示され
る；しかしながら明示するためにカムポストの直径を小
さくしている。カムの位置を説明する際の基準として、
カムポスト１６０がツールホルダ１０（図示せず）から
最も離れるカム１５０の回転位置を０°とし、反時計回
りを正の回転とする。

【００３４】図８及び図１から、ロック解除位置ではカ
ム１５０は約１３５°の角度で方向づけられることがわ
かる。カムを１８０°の位置に回転させることは明らか
に可能であるが、ロック位置とロック解除位置との間の
カムの回転範囲を減少するためにカムの回転を意図的に
１８０°未満に限定する。このことは、ツールホルダベ
ース７５が密閉された空間にあり、カムの回転に使用さ
れるレンチ等のツールが限られた行程を有する場合に望
ましい。カム１５０はツールホルダベース７５中のボア
２６５内にねじ込みされるセットスクリュー２６０（図
５）により回転をこの範囲に限定され、セットスクリュ
ー２６０は所望のカム１５０の回転に対応する約１３５
°の弧を描いてカム１５０の回りに存在する溝２７０と
係合する。

【００３５】カム１５０が図８のＢ及び図１で示される
ロック解除位置から図８のＡ及び図２で示されるロック
位置へと移動する、即ちカム１５０がロック解除位置か
ら時計回りに回転されると、ロックロッド９５は矢印１
１７の方向に移動される。ロッキングエレメント１１５
が凹部１００から外方向に移動され、ツールホルダ１０
がボア７０内に位置すると、ロッキングエレメント１１
５はツールホルダ１０の前方凹接面６０と係合する。こ
れでロックロッド９５の長手方向の行程が制限される。
しかしながら回転カム１５０が継続して時計回りに回転
すると、カム表面１７０がスプリング２００に抗するよ
うにカラー１９５を付勢することとなり、それによりス
プリングが圧縮され、ロックロッド９５をロック位置へ
と引っ張る後方への力が増大する。

【００３６】スプリング２００の最大の変位は回転カム
が０°に回転された時に生じる。しかしながらスプリン
グ力によりカムが突然ロック解除位置に戻される可能性
を最少化するポジションで回転カム１５０を捕らえるた
めに、カム１５０を−５°の位置に過回転させ、カム１
５０のセットスクリュー２６０（図５）及び溝２７０に
よりカム１５０の回転を制限させる。この過回転により
ロックロッド９５に働くスプリング力がいくらか犠牲に
なるが、スプリング力の最小のロスは、これが提供する
プラスのロッキング特徴により正当化される。

【００３７】図８は図１及び図２と共に、ロック位置か
らロック解除位置へのカムの回転が１８０°未満である
ことも示している。ロック位置からカム１５０が反時計
回りに回転されると、カムポスト１６０がツールホルダ
１０の方に移動し、カラー１９５がロックロッドフラン
ジ２４０の方に移動するにつれてスプリング２００が弛
緩される。カラー１９５がフランジ２４０と接触する
と、カムのさらなる回転によりカムポスト１６０がロッ
クロッド９５のカム従動面１８５と接触される。次いで
ロックロッド前端９７がツールホルダ１０の衝突エリア
１２０と接触するまでロックロッド９５が矢印１１９の
方向に前進する。ここでカムがさらに回転すると正作動
が生じてベース部材７５からツールホルダ１０が放り出
される。この装置は、この正作動に利用される回転範囲
が約４５°となるように設計される。

【００３８】説明の通り、カムポストに沿う接触は対称
でありロックロッドのロック解除位置とロック位置では
カムポストの異なる場所で生じる。

【００３９】図１及び図２で示される設計にはさらに特
徴がある。カムポストの接触がカムポストに沿った同じ
場所で発生するとしても、ロックロッドをロック位置と
ロック解除位置に付勢するのにカムポストの半径方向の
異なる部分が接触されるようにカムの回転が制限されて
いる。図８で説明すると、カムポスト１６０は濃い線で
示されるセクション２７２に沿ってカラーと接触し、ロ
ックロッドを引っ込める。またカムポスト１６０は濃い
線で示されるセクション２７４に沿ってロックロッドと
接触し、ロックロッドをロック解除する。これらの表面
は半径方向のカムポスト１６０上の異なる位置にあるの
で、カムポスト１６０の磨耗が最小化される。

【００４０】ツールホルダがボア内に配置されると、図
８で示されるカム１５０の時計回り方向の回転により、
カラーを移動させロックロッドに力を伝えるカムポスト
１６０の移動が提供される。カラーがスプリングを圧縮
すると、この力はロックロッドにも伝わる。ロックロッ
ドの適切なロッキングを達成するためには、１，０００
ｌｂを越えるスプリング力を生成することはまれなこと
ではない。この力はロックロッド９５がロック解除位置
とロック位置との間で移動される時にトルクの形態でカ
ムを介して伝えられる。一般に、回転カムはレンチ等の
ハンドツールを用いて回転され、生成される高いスプリ
ング力はカムを介して高トルクの形態でレンチに伝えら
れる。その結果、ロック位置とロック解除位置の間で移
動する際にカムの望ましくない反動が生じる可能性があ
る。

【００４１】図９は０°の回転に対応するロックロッド
のロック位置Ａから１３５°の回転に対応する解放位置
Ｂへのカムポスト及びスプリングの変位を示す。ライン
２８０はカムがロック位置からロック解除位置へと回転
された時にカラー１９５との接触点におけるカムポスト
１６０の変位を反映したものである。前述したように、
カム１５０のロック位置は実際には−５°回転した場所
である；しかしながら説明の目的でそれを図９では示さ
ないことにする。図９で示されるライン２８０を調査す
ると、カムがロック解除位置へと回転されるにつれてス
ロープが次第に急になることがわかる。このラインは、
約４０°の回転で発生し得るカラー１９５のロックロッ
ドフランジ２４０との接触が生じるまでのスプリングの
変位のプロファイルを示す。これは図１で示される位置
と図２で示される位置の間のロックロッドの位置を示
す。ここで、カムがさらに回転してもスプリングはもは
や弛緩しなくなるが、ロックロッドが矢印１１９の方向
に移動してツールホルダ１０が解放される。しかしなが
らカムの回転がスプリングの変位に影響を及ぼしている
間は、かなりの力がカムポストに働き、高いトルクが生
成される。典型的なスプリングの場合には圧縮力が１，
０００ｌｂ以上になった時に、カムにより伝えられるロ
ックロッド９５のロックやロック解除に必要な力及びそ
れに関連するトルクが、このキック力の重要性を認める
程に意味を持ったものとなる。

【００４２】このキック動作を減じる設計が望ましく、
これが本発明の第２の実施形態の焦点である。カムポス
トの形状を円柱形とは違う形にすることにより、スプリ
ングの変位を行程範囲にわたって変えることができる。
図１で示される構成に再度戻ると、ツールホルダ１０が
ボア７０内に配置されない場合に、円柱形のカム１５０
がロック解除位置からロック位置に回転されると、ロッ
クロッド９５、カラー１９５、スプリング２００及びエ
ンドキャップ２０５を含むユニットがカムポスト１６０
により変位されるのでこのユニット全体が一緒になって
移動する。この構成では、カラー１９５とロックロッド
９５の間の相対移動がない。カム１５０の移動がカラー
１９５に作用しスプリング２００を圧縮するのは、ツー
ルホルダ１０によりロックロッド９５が拘束される時だ
けである。図９に見られる曲線２８０を生成するのはこ
の動作である。

【００４３】カムポストのプロファイルを変更すること
によりスプリングの変位に好ましい影響が及ぼされ、ス
プリングを圧縮解除（又は圧縮）させる回転の範囲が広
がり、さらにはカムポストに摩擦がもたらされ、純粋に
円柱形のポストを用いた場合に生成されるキック力が減
じられる。カムポストの長さに沿って偏心的な突出部を
設けることにより、カムの回転に直接作用するスプリン
グの変位を最小にすることが可能である。詳細に言え
ば、カムポストがスプリングの圧縮解除（又は圧縮）に
係わってカムに作用するトルクを小さくすることができ
る。さらに、カム回転のより大きな範囲にわたってスプ
リングが変位して圧縮解除（又は圧縮）されることによ
り、より大きな回転距離にわたってより小さい力が伝え
られることとなり、短い回転距離にわたって伝えられる
大きな力が最小化される。さらに、スプリングを圧縮解
除（又は圧縮）させるカムの回転距離を大きくすること
により、より小さなモーメントのアームを提供するポス
トの回転上の位置において力がカムポストに及び、それ
によりさらにトルクが減少する。

【００４４】図１０は３つの異なるセグメント１６１、
１６２及び１６３を有するカムポスト１６０を備えるカ
ム１５０を示す。セグメント１６１及び１６２は前述し
た形状のものとプロファイルが同じであるが、セグメン
ト１６３には突出部２９０が追加されている。図１１は
図１０のセグメント１６３と同じプロファイルを有する
単一のセグメント１６４を有するカムポスト１６０を備
えるカム１５０を示している。図１２は図１０のセグメ
ント１６３又は図１１のセグメント１６４で切断したカ
ムポスト１６０の断面図を示す。カムポストセグメント
１６１及び１６２の半径がｒ１であり、セグメント１６
３は半径ｒ１から移行して連続面を形成する半径ｒ２を
有する追加的な突出部を含むものとする。カムポスト１
６０の中心ライン１６５とカム１５０の中心ライン１５
５の交わるライン１６７をベースラインとして用いる
と、半径ｒ１からの最大偏差はベースから約６５°の角
度の場所で生じる。これは回転カムの行程の略中間であ
る。半径ｒ２の大きさは、ロッキングエレメント１１５
がランプ１１６のベースからロッキングエレメントと管
状シャンクとが係合するランプ１１６の部分へと移動す
る距離に略等しい。この距離を平均ロッキングストロー
クと呼ぶ。

【００４５】図１では、ツールホルダ１０を所定の位置
に有さずにカム１５０が回転するとロックロッド９５、
カラー１９５、スプリング２００及びエンドキャップ２
０５が１つのユニットとなって移動し、それらのエレメ
ント同士間には相対移動がないことを思い出して頂きた
い。さらに、円柱形カムポスト１６０はロックロッド９
５のカム従動面１８５とカラー１９５のカム従動面１９
７の間のロックロッドアパーチャ１８０内で自由に回転
する。変更されたカムは異なる結果を生じる。詳細に
は、図１４〜図１６で示すと共に以下により詳細に説明
するように、変更されたカム１５０はロックロッド１９
５のカム従動面１８５とカラー１９５のカム従動面１９
７の間のウェッジとして作用するので、回転時にはこれ
ら２つの部分が離れるように付勢される。ロックロッド
９５がボア７０内に配置されなくても、カム１５０の回
転により半径ｒ１とｒ２の差の最大量にスプリングが圧
縮される。

【００４６】図１２は図８のＡに対応するロック位置に
おけるカムを示す。図１３は図８のＢに対応するロック
解除位置におけるカムを示す。さらに図１４及び図１５
は、カム１５０が図１０又は図１１で図示されるものに
類似したポスト１６０を有するということを除いて図１
及び図２で示される前述のものと同じツールホルダベー
ス７５とツールホルダ１０を示す。ロック位置からロッ
ク解除位置へとカム１５０が回転すると、カラー１９５
は、前述したものと同様の形態であるカムポスト１６０
（又はカムポスト１６４）の第１セグメント１６１及び
第２セグメント１６２に従って移動する。しかしながら
突出部２９０を導入することにより、ロックロッド９５
がロック位置からロック解除位置へと移動されると、こ
の回転の全体的な結果はスプリングを圧縮解除すること
によりキック力を生成するが、突出部２９０がロックロ
ッド９５のカム従動面１８５に働きかけることにより、
ロックロッドフランジ２４０とカラー１９５がわずかに
離間される。これによりスプリングが圧縮され、ロック
ロッド９５のカム従動面１８５とカラー１９５のカム従
動面１９７の両方がカムポスト１６０を押さえつけるこ
とになる。図９で示されるライン２８２はロックロッド
とカラーの間のこのような相対移動により生じるスプリ
ングの変位を示す。カム回転の中間点である約６５°地
点においてスプリングの変位は最大となる。

【００４７】本発明を示すために数字を用いると、ロッ
クロッド９５とカラー１９５の間の最大変位は約６５°
回転した場所で発生し、ライン２８２で示されるように
約０．０５インチの値を有する。この０．０５インチと
いう値は平均ロッキング値に必要な最大スプリング変位
に一致する。ライン２８２からわかるように、図１及び
図８で説明した環状カムを用いると、０．０５インチの
スプリングの変位は約４０°の回転にわたって発生す
る。図１０及び図１１のように突出部を有するように変
更された設計では、ライン２８０に従うスプリングの偏
向は、カム突出部がライン２８２で示されるような偏向
に干渉するまでのみ可能にされる。

【００４８】例証する目的で、ライン２８０をライン２
８２上に重ね、変更された突出部による実際のスプリン
グの偏向を示すことにした。実際のスプリングの偏向は
ライン２８０とライン２８２の交差する上部分により示
される。全体の偏向が０°〜４０°という４０°の範囲
で発生する突出部付カム以外の設計に対し、突出部によ
るスプリング偏向は７０°と１３５°の間で発生する。

【００４９】図１４はツールホルダベース７５内に位置
する変更突出部を有するカムを示す。突出部２９０はロ
ックロッド９５のカム従動面１８５に隣接する位置に見
られる。カム１５０がロック位置まで時計回りに回転す
ると、突出部はロックロッドのカム従動面に対するウェ
ッジとして作用し、それにより回転初期ではオリジナル
のカムプロファイルの角度よりも大きい角度でスプリン
グの圧縮が増大するが、それと同時に摩擦に耐える回転
を導入するようにも作用する。これは図１６で示される
中間位置において示される。

【００５０】さらなる回転により突出部２９０が前進し
てロックロッド９５のカム従動面１８５と接触しなくな
り、円柱形のカム部分（図１０の１６１、１６２又は図
１１の１６４）のみがカム従動面１８５と接触するよう
になる。ロック位置のカム１５０を図１５で示す。

【００５１】カムポスト１６０の中心部１６３における
オフセットされた突出部２９０によりもたらされる効果
は、中心部１６３が円柱形プロファイルを維持し上部１
６１及び下部１６２の各々が突出部２９０と同様の突出
部を有する場合に倍増する。スプリングの圧縮解除（又
は圧縮）が図１〜図８で述べた円柱形カム設計の生じる
ものより大きい回転範囲にわたって生じる限り、所望の
効果がもたらされる。

【００５２】最後に、突出部２９０の方向づけが１８０
°シフトされるとロックロッド９５の反対側のカラー１
９５と接触が生じることを理解されたい。しかしながら
図１０からわかるように、かかる状況においてはセグメ
ント１６１及び１６２を突出セグメント１６３と交換す
ることが必要である。

【００５３】ここまで述べてきたものは、クイックチェ
ンジツールホルダのロックロッドを往復動させてツール
ホルダをツールホルダベースに固定したりツールホルダ
ベースから解放したりするのに使用され得るカムメニズ
ムである。

【００５４】この装置の詳細に述べた実施形態の変更は
本発明の範囲から逸脱することなく行われることがで
き、本発明の範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定
されると意図する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ロック解除位置にあるツールホルダベースの側
断面図を示す。

【図２】ツールホルダが固定されるロック位置にあるツ
ールホルダベースの側断面図を示す。

【図３】最前方位置のロックロッドと接触する回転カム
の等角投影図を示す。

【図４】ロックロッドをその最後方位置に付勢する回転
カムの等角投影図を示す。

【図５】本発明の分解等角投影図を示す。

【図６】図１を９０°回転させた側断面図を示す。

【図７】図２を９０°回転させた側断面図を示す。

【図８】ロック位置とロック解除位置における回転カム
の相対位置を示す。

【図９】本発明における回転カムの回転に対するスプリ
ングの変位を示すグラフである。

【図１０】本発明の第２実施形態に従う非円形セグメン
トを有する回転カムの等角投影図を示す。

【図１１】カム表面の全長に非円形位置を拡大した図１
０のカムを示す。

【図１２】ロック位置にある図１０のカムの断面上面図
を示す。

【図１３】ロック解除位置にある図１０のカムの断面上
面図を示す。

【図１４】ロック解除位置にあるツールホルダベースの
側断面図を示し、回転カムは図１１のものと同様のポス
トを有する。

【図１５】ロック位置にあるツールホルダベースの側断
面図を示し、回転カムは図１１のものと同様のポストを
有する。

【図１６】ロック解除位置とロック位置の間の位置にあ
るツールホルダベースの側断面図を示し、回転カムは図
１１のものと同様のポストを有する。

【符号の説明】

１０ ツールホルダ ４５ ツールホルダシャンク ７０ ボア ７５ ベース部材 １５０ 回転カム １７０ａ 第１のカム表面 １７０ｂ、１７０ｃ 第２のカム表面 １６０ カムポスト １６１、１６２ 第１のカムセグメント １６３ 第２のカムセグメント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート エー． エリックソン アメリカ合衆国 27609 ノースキャロラ イナ州 ローリ ペブルブルック ドライ ブ 1005 (72)発明者 ラニエル フォン ハアス ドイツ連邦共和国 デー−21502 ゲース トハハト クルムメルシュトラーセ 26

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管状ツールホルダシャンク（４５）を解
   放可能に保持する装置であって：前方接面（６７）と、
   該前方接面と交わり該前方接面の後方に延在してツール
   ホルダシャンク（４５）を収容するボア（７０）とを含
   むベース部材（７５）を含み、 前記ベース部材（７５）内で前端（９７）及び後端を有
   するロックロッド（９５）を含み、該ロックロッドはツ
   ールホルダシャンク（４５）をボア（７０）内に引き込
   んでロック位置に位置させ、ツールホルダシャンク（４
   ５）をボアから解放してロック解除位置に位置させるよ
   うに後方及び前方に往復移動可能であり、 該装置の改良点が、 （ａ）ベース部材（７５）に取り付けられ、ロックロッ
   ド（９５）を後方及び前方に往復移動させるようにロッ
   クロッドに作用する回転カム（１５０）を含み、該カム
   （１５０）は長手方向軸（１６５）及び関連する長さを
   有するオフセットポスト（１６０）を含み、該ポスト
   （１６０）が前記ロックロッド（９５）を後方に付勢し
   てロック位置に位置させるように作用する第１のカム表
   面（１７０ａ）と前記ロックロッド（９５）を前方に移
   動させてロック解除位置に位置させる第２のカム表面
   （１７０ｂ、１７０ｃ）とを有し、（ｂ）さらにロック
   ロッド（９５）を弾性力により後方へ付勢してロック位
   置に位置させる手段を有する、ことを含む管状ツールホ
   ルダシャンクを解放可能に保持する装置。
2. 【請求項２】 カムポスト（１６０）の第１のカムセグ
   メント（１６１、１６２）がカムポスト（１６０）の第
   ２のカムセグメント（１６３）とは異なる長手方向位置
   にカムポスト（１６０）に沿って位置される、ことを特
   徴とする請求項１に記載の装置。