JP2016540657A

JP2016540657A - 工具装置及び捩り振動を切り離す方法

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Publication number: JP2016540657A
Application number: JP2016538684A
Authority: JP
Inventors: ベンノシュポルス; ヘンドリクニッチェ; マヌエルマイアー
Original assignee: コメートグループゲーエムベーハー
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2034-10-23
Also published as: EP3079850A2; WO2015086207A2; JP6539659B2; HUE053185T2; US10040128B2; EP3079850B1; ES2861550T3; WO2015086207A3; DE102013225472A1; US20160303660A1; CN106163710A

Abstract

本発明は、工具ホルダ１２，１１２と、工作物を切削するための工具ヘッド及び該工具ヘッドを支持する柄２４を有する工具２０とを備えた工具装置に関し、工具ホルダ１２，１１２及び柄２４はそれぞれ、それらの軸方向に対して横断して指向する平坦表面３２，３４を有し、該平坦表面は互いに反対側に位置する。工具ホルダ１２，１１２及び柄２４は、軸方向に突出するジャーナル２２及びジャーナルを受容する受け口１８，１２６を有する連結手段１８，２２，１２６を介して互いに回転不能かつ解放可能に連結される。本発明によれば、摩擦軽減手段３６が平坦表面３２，３４の間に配置され、該手段は互いから間隔を置いて平坦表面を保持し、少なくとも１つの平坦表面に向かい合って、互いに直接接触している平坦表面３２，３４より低い摩擦係数を有し、手段３６の圧縮率は柄２４の圧縮率よりも大きくなく、工具ホルダ１２，１１２の圧縮率よりも大きくない。

Description

本発明は、請求項１のプレアンブル部分に従う工具装置及び請求項１１のプレアンブル部分に従う工具ホルダに挿入するためのスリーブに関する。

工作物を加工する機能を果たす工具ヘッドと工具ヘッドを支持する柄を有する穴あけ工具などの切削工具は、工具ホルダと共に回転するように工具ホルダに固定されて連結される。工具ホルダは、マシンスピンドルと共に回転するようにマシンスピンドルに固定されて連結されるよう意図されている。結局、マシンは工具の回転運動を伝達することができる。特に、長い切削工具又は工具装置は切削動作の間に振動する傾向がある。ここで、工具及び工具ホルダから組み立てられる工具装置の振動は人間の耳にとって不快な周波数範囲で生じる。

それゆえ、本発明の目的は、振動挙動が改善されるように最初に述べた種類の工具装置及び工具ホルダを発展させることである。

本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴を有する工具装置及び請求項１１の特徴を有するスリーブによって達成される。本発明の有利な発展形態は従属請求項の主題であり、特に請求項１で請求される工具装置において使用される、請求項１１で請求されるスリーブを具備した工具ホルダである。

本発明は、工具装置及び工具ホルダの個々の部品が単一部品のように一緒に振動せず、むしろそれぞれの場合で個々に振動するように、部品を連結解除する（切り離す）という概念を基礎としている。当該措置の結果、工作物切削の間に比較的高い周波数範囲で振動が生じ、その結果振動は人間の耳で全く感知されないか、不快でないものとして感知されることになる。

本発明に従う第１の措置によれば、摩擦軽減手段（摩擦を軽減する手段）が、互いに反対側に位置していて互いに少なくとも実質的に平行に又はできるだけ正確に平行に延在する工具の柄の平坦表面と工具ホルダの平坦表面の間に配置され、当該摩擦軽減手段は互いにある間隔を置いて平坦表面を保持することを提案している。工具と工具ホルダを切り離すために、前記摩擦軽減手段は、少なくとも１つの平坦表面に対して、また好ましくは各々の平坦表面に対して低めの摩擦係数を有し、特に互いに直接接触しているときの平坦表面よりも低い静止摩擦係数を有する。さらに、前記摩擦軽減手段の圧縮率は柄の圧縮率及び工具ホルダの圧縮率より大きくなく、その結果工具装置は、軸方向に力を受ける工作物切削の間に、平坦表面が互いに対して直接当たる場合よりも大きく圧縮されない。

前記摩擦軽減手段は油膜を有してもよく、または油膜で構成されていてもよい。結局、平坦表面の領域における柄と工具ホルダの間の摩擦は実質的に０に軽減される。加えて、油膜はほとんど圧縮性がない。しかしながら、前記摩擦軽減手段は転動体を有するスラスト軸受（axial bearing）を有してもよく、または、少なくとも１つの平坦表面に材料結合（一体結合）で結合したコーティングが当該少なくとも１つの平坦表面に配され、該コーティングは柄及び／又は工具ホルダとは異なる素材で構成されてもよい。

１つの好ましい変形によれば、摩擦低減手段は、平坦表面の間に緩く配置されたスペーサー要素を有する。当該スペーサー要素は、平坦表面に面する少なくとも１つのその表面上に摩擦低減コーティングを有してもよい。好ましくは、スペーサー要素は、転動体が受容される受容体を有する。転動体は、平坦表面に面する受容体の少なくとも１つの表面から突出し、それぞれの平坦表面に対して当接する。ここで、スペーサー要素の圧縮率は転動体の圧縮率により定義されるので、受容体はエラストマー材料から作られてもよい。転動体は受容体の中に固定されてもよく、また他には受容体に回転可能に埋め込まれてもよい。その結果摩擦がさらに低減される。

本発明の第２の方策によれば、工具ホルダが、外側スリーブと、該外側スリーブに受容されていて工具の柄を締結する締結手段を有する内側スリーブとを備えたスリーブを有することで、工具ホルダ内で連結解除（切り離し）が既に生じる。外側スリーブと内側スリーブは、エラストマー材料から作られた周方向に延在する減衰層を介して共に回転するように互いに固定連結されており、それぞれの場合に周方向に延在する肩部を有する。内側スリーブの肩部は、外側スリーブの肩部上に軸方向に支持されている。減衰層は、肩部の間に配置された区間であって、互いから間隔を置いて肩部を保持し、半径方向に延びる区間を有する。その結果、エラストマー減衰層は、外側スリーブと内側スリーブの間の全ての箇所に配置される。減衰層は、外側スリーブ及び／又は内側スリーブで生じる振動を減衰し、又は振動が他の部品にそれぞれに伝わることを防ぐ。

好ましくは、減衰層は、外側スリーブと内側スリーブにそれぞれ材料結合（一体結合）により結合している。有利には、当該材料結合による結合は、外側スリーブから内側スリーブまでの結合（内側スリーブに対する外側スリーブの結合）であり、その結果、少なくとも大部分で完全な切り離し（decoupling）が生じる。

さらに、工具ホルダは好都合には、第１端部にてマシンスピンドルに固定して挿入されてそれと共に回転する手段を有する本体であって、外側スリーブが第１端部と反対側に位置する第２端部にて本体と共に回転するように固定して受容されている本体を有する。外側スリーブは本体に一体的に結合されてもよく、又は本体に解放可能に受容されてもよい。外側スリーブは本体内の軸受面に軸方向に好都合に支持されるが、内側スリーブは、外側スリーブの肩部上に、その肩部を介してのみ軸方向に支持される。エラストマー減衰層は両肩部の間に配置されるので、ここでも満足のいく切り離しが行われるが、振動は外側スリーブから軸受面を介して本体に伝わりうる。

好都合には、内側スリーブは、好ましくは両側にて外側スリーブから軸方向に突出し、外側スリーブの外側に突出する１又は複数の部分により本体内で半径方向に案内（ガイド）される。当該案内は、滑り軸受、転がり軸受又は玉軸受によって実現されてもよい。

有利には、外側スリーブと内側スリーブの間に配置されたエラストマー減衰層を備えた工具ホルダは、最初に述べた工具装置において使用される。

以下の本文では、図面に概略的に示された２つの例示の実施形態を用いて本発明をより詳細に説明する。

斜視図にて工具ホルダ及び工具柄を備えた工具装置を示す。側面図にて工具ホルダ及び工具柄を備えた工具装置を示す。線Ａ−Ａに沿う縦断面図にて工具ホルダ及び工具柄を備えた工具装置を示す。縦断面の詳細な図を示す。斜視図にてスペーサー要素を示す。平面図にてスペーサー要素を示す。線Ａ−Ａに沿う断面における拡大図である。斜視図にて工具ホルダを示す。縦断面にて工具ホルダを示す。

図１ａ〜図１ｄに示す工具装置１０は、その一端１４から延びていてその他端１６にて工具２０用の締結手段としての受け口１８を有する切頭円錐を介してそれと共に回転するようにマシンスピンドルに固定して連結されることを意図した工具ホルダ１２を有する。工具２０において、図面は柄２４のみを示しており、柄は、受け口１８に係合するジャーナル２２を有し、ジャーナル２２と反対側の端部２６にてそれと共に回転するように工具ヘッドを固定的に締結する手段を有する。工具装置１０は、工作物切削の際、その長手中央軸２８のまわりを回転する。図１ｂでは、軸方向に柄２４を通って延びる分岐した冷媒ダクト３０が破線を用いて示されている。

受け口１８及びジャーナル２２の領域には、それぞれの場合に工具ホルダ１２及び柄２４が、長手中央軸２８に対して直角に延びる円形環状の平坦表面３２，３４を有する。工具ホルダ１２の平坦表面３２は間隔を置いて柄２４の平坦表面３４に対向している。スペーサー要素３６が平坦表面３２，３４の間に配置されており（図２ａ〜図２ｃ参照）、スペーサー要素３６は、エラストマー材料でできた環状受容体３８を有し、環状受容体の中央凹部４０を通してジャーナル２２が案内される。球状転動体４２が受容体３８に埋め込まれており、これら転動体４２は、両側で互いから離れた（反対側の）受容体３８の表面４４から少し突出し、平坦表面３２，３４に当接する。ここで、転動体４２はある材料から作られ、その材料の圧縮率は工具ホルダ１２が作られる材料の圧縮率より大きくなく、また柄２４が作られる材料の圧縮率より大きくない。平坦表面３２，３４が互いに直接当接する工具装置と比較して、平坦表面３２，３４の領域での工具ホルダ１２と柄２４の間の摩擦はかなり減少される。これは、特に、工具ホルダ１２への柄２４のクランピング（締め付け）の間及び工作物への工具２０の押圧の間に高い力が軸方向に平坦表面３２，３４に作用するので、結局、平坦表面３２，３４の間の摩擦係数が高い場合には工具２０と工具ホルダ１２が単一部品のように振動し得るため、重要である。スペーサー要素３６は、平坦表面３２，３４のそれぞれに対して、互いに直接接触しているときの平坦表面３２，３４の摩擦係数よりも低いその摩擦係数によって、平坦表面３２，３４の領域で生じる摩擦力を軽減する。その結果、工具ホルダ１２と工具２０は工具装置１０の振動に関して実質的に切り離される。

図３ａ，３ｂは、そこに示された工具ホルダ１２の代わりに工具装置１０で使用できる第２の例示の実施形態に係る工具ホルダ１１２を示す。工具ホルダ１１２は、それと共に回転するようにマシンスピンドルに固定して挿入するためのその第１端部１１６（図３ｂの左に示す）から延びる切頭円錐を有する本体１１４を有する。その第２端部１１８（図３ｂの右に示す）では、スリーブ１２０が本体１１４に挿入されており、該スリーブ１２０は、外側スリーブ１２２と、該外側スリーブ１２２に受容された内側スリーブ１２４を有する。内側スリーブ１２４は、工具柄のジャーナル用の、例えば柄２４のジャーナル２２（図１ｃ，１ｄに示す）用の締結手段としての受け口１２６を有する。外側スリーブ１２２及び内側スリーブ１２４はそれぞれの場合に、工具ホルダ１１２の縦中央軸に対して直角に延びる周方向に延在する肩部（段部）１２８，１３０を有する。肩部１２８，１３０は軸方向に互いに支持されている。減衰層１３２が外側スリーブ１２２と内側スリーブ１２４の間に配設されており、該減衰層１３２は材料結合により外側スリーブ１２２と内側スリーブ１２４の両方に結合している。減衰層１３２の区間（断面）１３４が肩部１２８，１３０の間に延びており、結局、減衰層１３２による材料結合による結合は外側スリーブ１２２と内側スリーブ１２４の間の結合にすぎない。端部側では、外側スリーブ１２２は本体１１４内の円形環状軸受面１３６に支持されている。

内側スリーブ１２４は、両側にて軸方向に外側スリーブ１２２から突出している。外側スリーブ１２２の外側に突出する第１部分１３８は、本体１１４内の中央凹部１４０に突出し、該中央凹部１４０は軸受面１３６により境界を定められており、そこで第１滑り軸受１４２の形成によって半径方向に本体１１４に当接する。間隙１４４が内側スリーブ１２４と本体１１４の間に軸方向に残っており、結局、内側スリーブ１２４は、その肩部１３０と減衰層１３２の区間１３４を介してのみ外側スリーブ１２２に支持されていて、本体１１４には直接支持されていない。しかしながら、間隙１４４が、内側スリーブ１２４が支持されるディスクにより満たされることも可能である。その際、当該ディスクは好ましくは内側スリーブ１２４にも本体１１４にも固定して結合されず、その結果ディスクは両部品に対して回転可能であり、それゆえそれらを切り離すことに寄与する。内側スリーブ１２４の第２部分１４６は、反対側で外側スリーブ１２２から突出し、本体１１４に固定された閉鎖リング１５０の内側面１４８と共に第２滑り軸受１５２を形成する。加えて、閉鎖リング１５０は外側スリーブ１２２の端部側１５４と当接し、それを本体１１４内に固定する。

要約すると、以下のことに留意すべきである。本発明は、工具ホルダ１２，１１２と、工作物を切削するための工具ヘッド及び該工具ヘッドを支持する柄２４を有する工具２０とを備えた工具装置１０に関する。工具ホルダ１２，１１２及び柄２４はそれぞれの場合に、それらの軸方向に対して横断して指向する平坦表面３２，３４を有し、該平坦表面３２，３４は互いに反対側に位置している。工具ホルダ１２，１１２及び柄２４は、軸方向に突出するジャーナル２２及び該ジャーナル２２を受容する受け口１８，１２６を有する連結手段１８，２２，１２６を介して一緒に回転するように互いに解放可能かつ固定して連結されている。本発明によれば、摩擦軽減手段３６が平坦表面３２，３４の間に配置され、該手段３６は互いから間隔を置いて平坦表面３２，３４を保持し、少なくとも１つの平坦表面３２，３４に比べて互いに直接接触しているときの平坦表面３２，３４より低い摩擦係数を有する。また、該手段３６の圧縮率は柄２４の圧縮率よりも、また工具ホルダ１２，１１２の圧縮率よりも大きくない。

１０工具装置
１２，１１２工具ホルダ
１４，１６，１１６，１１８工具ホルダの端部
１８，１２６受け口
２０工具
２２ジャーナル
２４柄
２６柄の端部
２８長手中央軸
３０冷媒ダクト
３２，３４平坦表面
３６スペーサー要素
３８受容体
４０スペーサー要素の中央凹部
４２転動体
４４表面
１１４本体
１２０スリーブ
１２２外側スリーブ
１２４内側スリーブ
１２８，１３０肩部
１３２減衰層
１３４区間
１３６軸受面
１３８，１４６内側スリーブの部分
１４０本体の中央凹部
１４２，１５２滑り軸受
１４４間隙
１４８内側面
１５０閉鎖リング
１５４端部側

本発明は、請求項１のプレアンブル部分に従う工具装置及び請求項１１のプレアンブル部分に従う捩り振動を切り離す（分離する）方法に関する。

それゆえ、本発明の目的は、振動挙動が改善されるように最初に述べた種類の工具装置及び捩り振動を切り離す方法を発展させることである。

本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴を有する工具装置及び請求項１１の特徴を有する捩り振動を切り離す方法によって達成される。

Claims

工具ホルダ（１２，１１２）と、工作物を切削するための工具ヘッド及び該工具ヘッドを支持する柄（２４）を有する工具（２０）とを備え、
前記工具ホルダ（１２，１１２）及び前記柄（２４）はそれぞれ、それらの軸方向に対して横断して指向する平坦表面（３２，３４）を有し、該平坦表面（３２，３４）は互いに反対側に位置しており、
前記工具ホルダ（１２，１１２）及び前記柄（２４）は、軸方向に突出するジャーナル（２２）及び該ジャーナル（２２）を受容する受け口（１８，１２６）を有する連結手段（１８，２２，１２６）を介して一緒に回転するように互いに解放可能かつ固定して連結される工具装置において、
摩擦軽減手段（３６）が前記平坦表面（３２，３４）の間に配置され、該摩擦軽減手段（３６）は互いから間隔を置いて前記平坦表面（３２，３４）を保持し、少なくとも１つの前記平坦表面（３２，３４）に比べて互いに直接接触しているときの前記平坦表面（３２，３４）より低い摩擦係数を有し、該摩擦軽減手段（３６）の圧縮率は前記柄（２４）の圧縮率よりも大きくなく、前記工具ホルダ（１２，１１２）の圧縮率よりも大きくない、ことを特徴とする工具装置。
前記摩擦軽減手段が油膜を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の工具装置。
前記摩擦軽減手段は、少なくとも１つの前記平坦表面（３２，３４）上にコーティングを有し、該コーティングは前記柄（２４）及び／又は前記工具ホルダ（１２，１１２）とは異なる材料からなり、それぞれの前記平坦表面（３２，３４）に一体結合で結合されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の工具装置。
前記摩擦軽減手段は転動体を有するスラスト軸受を有する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の工具装置。
前記摩擦軽減手段は、前記平坦表面の間に緩く配置されたスペーサー要素（３６）を有する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の工具装置。
前記スペーサー要素は、前記平坦表面（３２，３４）に面する少なくとも１つのその表面上に摩擦低減コーティングを有する、ことを特徴とする請求項５に記載の工具装置。
前記スペーサー要素（３６）は、受容体（３８）と転動体（４２）を有し、該転動体は、前記平坦表面（３２，３４）に面する該受容体（３８）の少なくとも１つの表面（４４）から突出し、関連する前記平坦表面（３２，３４）に対して又は両方の前記平坦表面（３２，３４）に対して当接する、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の工具装置。
前記受容体（３８）はエラストマー材料から作られる、ことを特徴とする請求項７に記載の工具装置。
前記転動体（４２）は前記受容体（３８）に回転可能に埋め込まれている、ことを特徴とする請求項７又は８に記載の工具装置。
前記転動体（４２）は前記受容体（３８）内に固定されている、ことを特徴とする請求項７又は８に記載の工具装置。
マシンスピンドルと共に回転するようにマシンスピンドルに固定連結され、それと共に回転するように材料の除去により工作物を切削する工具（２０）の柄（２４）に対して固定して回転するスリーブであって、
外側スリーブ（１２２）と、該外側スリーブ（１２２）に受容されて、エラストマー材料から作られた周方向に延在する減衰層（１３２）を介してそれと共に回転するように該外側スリーブ（１２２）に固定連結された内側スリーブ（１２４）と、を有し、該内側スリーブ（１２４）は前記柄（２４）を締結する締結手段（１２６）を有するスリーブにおいて、
前記外側スリーブ（１２２）及び前記内側スリーブ（１２４）はそれぞれ、周方向に延在する肩部（１２８，１３０）を有し、
前記内側スリーブ（１２４）の前記肩部（１３０）は、前記外側スリーブ（１２２）の前記肩部（１２８）上に軸方向に支持されており、
前記減衰層（１３２）は、前記肩部（１２８，１３０）の間に配置された区間であって、互いから間隔を置いて前記肩部を保持し、半径方向に延びる区間（１３４）を有する、ことを特徴とするスリーブ。
前記減衰層（１３２）は、前記外側スリーブ（１２２）と前記内側スリーブ（１２４）に、それぞれ一体結合で結合している、ことを特徴とする請求項１１に記載のスリーブ。
前記一体結合による結合は、前記外側スリーブ（１２２）から前記内側スリーブ（１２４）までの結合である、ことを特徴とする請求項１２に記載のスリーブ。
請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のスリーブ（１２０）と、本体（１１４）とを有する工具ホルダであって、
前記本体は、第１端部（１１６）にて前記マシンスピンドルに固定して挿入されてそれと共に回転する手段を有し、前記本体には、前記外側スリーブ（１２２）が、前記第１端部（１１６）と反対側に位置する第２端部（１１８）にて前記本体と共に回転するように固定して受容される、工具ホルダ。
前記外側スリーブ（１２２）は前記本体（１１４）に一体的に結合される、ことを特徴とする請求項１４に記載の工具ホルダ。
前記外側スリーブ（１２２）は前記本体（１１４）に解放可能に受容される、ことを特徴とする請求項１４に記載の工具ホルダ。
前記外側スリーブ（１２２）は前記本体（１１４）内の軸受面（１３６）に軸方向に支持され、前記内側スリーブ（１２４）は、前記外側スリーブ（１２２）の前記肩部（１２８）上に、その肩部（１３０）でのみ軸方向に支持される、ことを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の工具ホルダ。
前記内側スリーブ（１２４）は、好ましくは両側にて前記外側スリーブ（１２２）から軸方向に突出し、前記外側スリーブ（１２２）の外側に突出する１又は複数の部分（１３８，１４６）により前記本体（１１４）内で半径方向に案内される、ことを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の工具ホルダ。
前記内側スリーブ（１２４）は、滑り軸受、転がり軸受又は玉軸受（１４２，１５２）を介して、前記外側スリーブ（１２２）の外側に突出する１又は複数の部分（１３８，１４６）により前記本体（１１４）内で案内される、ことを特徴とする請求項１８に記載の工具ホルダ。
請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の工具ホルダ（１１２）と、材料の除去により工作物を切削する工具ヘッドを有する工具（２０）と、該工具ヘッドを支持して、前記工具ホルダ（１１２）に解放可能かつ固定して連結されてそれと共に回転する柄（２４）とを有する工具装置であって、
前記工具ホルダ（１１２）及び前記柄（２４）はそれぞれ、軸方向に対して横断して指向した平坦表面（３２，３４）を有し、該平坦表面（３２，３４）は互いに反対側に位置し、
前記工具ホルダ（１１２）及び前記柄（２４）は、軸方向に突出するジャーナル（２２）及び該ジャーナル（２２）を受容する受け口（１２６）を有する連結手段（１２６，２２）を介して一緒に回転するように互いに解放可能かつ固定して連結されており、
摩擦軽減手段（３６）が前記平坦表面（３２，３４）の間に配置され、該摩擦軽減手段（３６）は互いから間隔を置いて前記平坦表面（３２，３４）を保持し、少なくとも１つの前記平坦表面（３２，３４）に比べて互いに直接接触しているときの前記平坦表面（３２，３４）より低い摩擦係数を有し、該摩擦軽減手段（３６）の圧縮率は前記柄（２４）の圧縮率よりも大きくなく、前記工具ホルダ（１１２）の圧縮率よりも大きくない、ことを特徴とする工具装置。