JP2017530872A - 制振高速工具ホルダー - Google Patents

Abstract

本発明は、第１端部に工具を収容するための工具シャフトと、前記工具シャフトに一体に接続され、機械にクランプされるためのインターフェースを形成する機械クランプ部とを備え、前記工具シャフトは、略円錐台形状を有し、工具挿入口を有する前記第１端部における第１直径（Ｄ１）は、前記機械クランプ部における第２端部での第５直径（Ｄ５）よりも小さく、前記工具挿入口と前記機械クランプ部との間にある前記略円錐台形状の工具シャフトの一部は、外側に膨らんだ形状、好ましくは球形を有している高速工具ホルダーに関する。

Description

本発明は、工具を収容するためかつ機械にクランプされるために使用され、その特別な形状故に殊に良好な振動減衰性つまり制振性を有する制振高速工具ホルダーに関する。

工具を収容して、加工機械（旋盤）、フライス加工機械（フライス盤）、ドリル加工機械（ボール盤）等の機械にクランプされるための従来の高速工具ホルダーは、工具がクランプされる第１端部から、機械にクランプされる第２端部まで、直径が円錐状に広がっている。これは、工具による材料加工が後に行われることになる前記第１端部に、できるだけ少ないマス（質量）を配置するためである。同時に、後方領域に向かって直径が大きくなる円錐形状は、前方領域よりも大きい曲げモーメントを考慮しており、したがって必要な剛性を増大させる。高速工具ホルダーとしては、異なる部材から組み立てられ又は溶接されて特定の形状または機能を達成するようにされたものも知られている。

しかしながら、高速下かつ切断材料がある状態では、音叉で起こることと同様に、高速工具ホルダー内にその長手方向の軸つまり長手軸に横断する方向に振動が発生する。それらの振動は、フライスカッター等の工具を非常に早く摩損させることになる。高速工具ホルダーは好ましくは、焼き嵌め（シュリンクフィット）チャック、スクリューコネクタ、ハイブリッドコネクタ、又は、クランプスリーブを備えた工具ホルダーである。振動を制限するために、高速工具ホルダーはできるだけ短く形成することが好ましいが、そのことは、高速工具ホルダーのためのチャックが工作物（加工対象物）及び工作物ホルダーに当たらないよう、限られた輪郭形状、特に内側の輪郭形状のフライス加工のみしか可能としない。

例えば、DE 20 2005 014 350 U1は、請求項１の前段部分によると、工具の焼き嵌めのための工具ホルダーを開示している。しかし、この工具ホルダーは、横方向の振動の減衰の如何なる最適化も提供していない。

特許文献EP 1 273 396 A2は、工具シャフトに沿って拡大部を備えた工具を開示している。これらの拡大部は、工具、特にパーカッションドリル工具の長手方向の振動挙動を促進するものである。高速工具ホルダーにおけるような、２００００ｒｐｍから１０００００ｒｐｍまたはそれ以上の高回転速度は、その工具（それは、チゼル又はパーカッションドリルである。）のために考慮されていない。その工具は、単にシャフトの方向に作用する長手方向の力に影響を与えることを目的として最適化されているに過ぎない。

特許文献US 2012 0207 560 A1はマルチパート工具ホルダーを開示している。このマルチパート工具ホルダーは、中央シャフト部分に、環状方向に、つまり、セグメントによって、工具に挿入された減衰手段（制振手段）を有し、横方向の振動を減衰して、工具の滑らかな走行を確保する。減衰手段の挿入は複雑で、バランスを取るのが難しい。なぜならば、減衰手段が一側に僅かに径方向にずれただけでさえ、大きな不均衡となり横方向の振動に至るからで、それによって、工具及び工具ホルダーを早く損傷させてそれらを使用にふさわしくないものとする。

かかる技術水準から欠点を取り除くために、本発明の目的は、長手軸に沿った、特に、接続された工具の前部における横振動を最適に減衰する高速工具ホルダーを提供することにある。さらに、この高速工具ホルダーは、技術水準にある工具ホルダーで可能な長さよりも長い長さに対しても使用可能とすることが意図されている。

更なる目的は、当然のことであるが、例えば、取り除くか、又は次工程において補償しなければならない第１製造工程における不均衡を示すことなく容易に製造できるように、高速工具ホルダーを適合させることである。もちろん、この高速工具ホルダーは、作業中、例えばネジや同様の調整手段の変位により変位することなく均衡状態を維持することにより、できるだけ丈夫なものとなることが意図されている。このプロセスにおいて、続いて加えられていたマルチパート部材を必要とせず、回転不均衡を減少させるためのバランス調整体又はバランス調整ネジの形態を取る外側要素を持たない高速工具ホルダーが製造されることになる。

上述の目的及び本明細書から集められるその他の目的は、独立請求項1の特徴に従った装置によって達成される。本発明の他の有利な実施形態は従属請求項及び明細書に示されている。

本発明によると、第１端部に工具を収容し、第２端部で機械内にクランプされる高速工具ホルダーにおいて、前記両端部は前記高速工具ホルダーの長手軸の両側に配置されており、
中心が前記長手軸に沿っており、前記高速工具ホルダーの前記第１端部を画定し、前記第１端部に前記工具を受けるための第１ボアを有する工具挿入口が形成されている工具シャフトと、
中心が前記長手軸に沿っており、前記第１端部と反対側の端部で前記工具シャフトに一体に接続されており、前記機械内にクランプされるためのインターフェースを形成している機械クランプ部と
を備え、
前記工具シャフトは、略円錐台形状を有し、前記工具挿入口を有する前記第１端部における第１直径は、前記機械クランプ部を有する第２端部の第５直径よりも小さく、
前記工具挿入口と前記機械クランプ部との間にある前記略円錐台形状の工具シャフトの一部は、外側に膨らんだ形状、好ましくは球形を有している
ことを特徴とする高速工具ホルダーが提供される。

好ましくは、前記工具シャフトは、互いに一体に結合された第１、第２、第３部分に前記長手軸に沿って分割されており、
前記第１部分は、前記工具挿入口を有する前記第１端部に配置されており、略円錐台形状に、前記第２部分に向かう方向に第１直径から第２直径へと増大しており、略円錐台形状の実施形態は、円錐台が、オプションとして、局所的な拡大部を有することができるものであり、
前記第２部分は、前記外側に膨らんだ形状を有する部分に対応しており、前記第１部分に隣接する箇所において前記第２直径を有すると共に前記第３部分に隣接する箇所において第４直径を有し、前記第４直径は前記第２直径よりも大きいか又は等しく、前記第２部分は前記長手軸に関して前記第２部分の長さ全体にわたって前記外側に膨らんだ形状、好ましくは球形を有し、
前記第３部分は前記第２部分に隣接する箇所において前記第４直径を有すると共に、前記第５直径になるまで円錐状に増大している。

なお、明確性のために言うと、本発明の文脈において、用語「円錐形状」は「円錐台形状」と同義である。

本発明によれば、前記外側に膨らんだ形状を有する部分は前記長手軸に沿って好ましくは球形又は楕円形（卵形）を有する。これは、フライス加工によって又は外部から急に印加される力によって生じる振動を大きく減衰させるので、それらの振動は、前記長手軸に沿って、かつ、前記長手軸に横断する方向に伝わることができない。例えば、振動（揺動）に起因して僅かに中心から外れた工具シャフトの第１端部の偏倚運動によって生じる遠心力によって誘起される振動は、前記外側に膨らんだ形状を有する部分の幾何学的配置・形状によって、伝播又は増大することが防止又は強力に阻害される。

前記外側に膨らんだ形状を有する部分の好ましくは球形又は楕円形の断面形状により、横断方向の剛性はそれに対応して長手軸に沿って増大又は減少するので、長手軸に横断する方向の振動が非常に効果的に減衰される。前記第２部分の拡大部の質量の慣性の増大も振動の減衰に貢献する。しかし、前記外側に膨らんだ形状を有する部分の質量の慣性の低減も特に有利となり得る。なぜならば、大きく剛性が高められた外側に膨らんだ形状により、その部分は内側をくり抜いて中空とすることができるからである。

好ましくは、前記外側に膨らんだ形状を有する部分の内側及び／又は前記第３部分にはボア又は他のタイプの空洞が設けられているので、粒子フィラー及び／又は粘性（粘着性）フィラー及び／又はフォームをこれらの空洞に導入することができる。特に、粒子フィラーと粘性フィラーとの組み合わせが高速工具ホルダーの振動の減衰つまり制振にとって有利である。

請求項及び明細書に記載した寸法及び形状は制振にとって特に有利であることが分かっている。

前記工具挿入口は、前記第１端部ではきっちりのサイズに形成されるのが有利である。それにより、工具の挿入後、工具挿入口は工具と非常に密に嵌合して、初期の振動発生に対抗することができる。

好ましくは、前記第１部分には、高速工具ホルダーにおける工具の挿入箇所に近接して、追加の拡大部が形成されて、特に良好な剛性とそれに対応する工具保持性を作り出すようにしている。

より長さの長い高速工具ホルダーは、工作物（加工対象物）に対する加工マージンを増加させる。例えば、本発明に係る高速工具ホルダーは２００ｍｍまでの全長、例えば８０〜１８０ｍｍ、好ましくは１００〜１４０ｍｍの全長を持つことができる。

好ましくは、前記工具シャフトはクランプ直径が１〜１０ｍｍの範囲にある工具に対して適合するよう形成されている。しかし、クランプ直径が１〜６０ｍｍの範囲にある工具、又はそれより小径、例えば０．４ｍｍ、又はもっと大径で６０ｍｍを超える工具に対しても、工具シャフトを適合させることができる。

前記高速工具ホルダーの内側に、前記シャフトに沿って長手方向に延びる少なくとも１つの流路を設けるのも有利である。この流路を通って、空気、ガス、液体、又はそれらの混合物を導きまたは圧送して、例えば冷却を誘発するようにできる。前記液体は好ましくは冷却液である。前記流路は、流れ媒体を渦巻きのように回転させる内側輪郭形状を有することができる。前記流れ媒体は好ましくはガス又は液体又はそれらの混合体である。好ましくは、少なくとも２つの流路が前記第１ボアの周りに配置されている。前記少なくとも２つの流路は、好ましくは、前記第１ボアと重なっていて、工具が前記シャフトにおいて前記流れ媒体によって直接に洗浄されるようになっている。前記少なくとも２つの流路が好ましくは前記第１ボアと重なっていることは、工具を保持する、工具に対する支持ウェブを形成する。好ましくは、前記少なくとも２つの流路は前記第１部分において正面が外に向かって開いている。

前記流路内及びそこからの出口において、工具ホルダーの回転は、流れ媒体の渦巻きを生じさせることができる。この渦巻きは流れによって引き起こされる。前記流路は、工具によって加工される異なる材料のために幾つかの異なる機能を持つことができる。一つの機能は、例えば、金属製の工作物について、冷却することである。別の機能は、流路が外に向かって開いている工具挿入口の正面から押し出される流れ媒体によって、加工される工作物から研磨粒子を吹き飛ばすことである。特に、酸化ジルコニウムが加工される場合には、このように粒子を吹き飛ばすことは有利である。この場合、冷却も同時に起こり得る。好ましくは、前記流れ媒体は、大気中の湿度が１０〜２０％である空気である。同時に冷却しつつ研磨粒子例えば酸化ジルコニウム粒子を吹き飛ばすことによって、フライス加工をかなり早く行うことができる。それは、工作物におけるクラックまたはエッジ損傷を避けることにも役立つ。前記流路中に存在する流れ媒体の別のプラスの効果は、工作物及び／又は工具から研磨成分又は研磨粒子が吹き飛ばされることである。このようにして、切断刃はそのような研磨粒子から解放されるので、工具の寿命が延びることとなる。前記流れ媒体は、例えば、加湿空気又は蒸留水であってもよい。

好ましくは、前記第１ボアの周りに、前記流路中の工具のための三点支持として３つの支持ウェブがあるので、工具の回転特性が向上することになる。

本発明に係る好ましい実施形態は、次に続く図面と詳細な説明に示されている。しかし、本発明は、それに限定されることは意図されていない。

工具が挿入され得る第１部分と、拡大部を有する第２部分と、第３部分とを備えると共に、前記第３部分に一体的に接続された機械クランプ部を備え、前記第１部分は工具挿入口に追加の拡大部を有する高速工具ホルダーとしての焼き嵌めチャックを側面図で示している。 前記第１部分が第１ボアを有し、前記第２部分が第２ボアを有し、前記第３部分が第３ボアを有する図１ａの焼き嵌めチャックを長手方向の中心軸に沿った側断面図で示している。 図１ａ及び図１ｂに係る焼き嵌めチャックを前記工具挿入口を備えた外側正面の正面図で示している。 図１ａ及び図１ｂ及び図２に係る焼き嵌めチャックを斜視図で示している。 前記第２及び第３ボアが分離要素によってシールされると共に内側に充填材料が入れられている、図１ａ及び図１ｂに係る焼き嵌めチャックを断面図で示している。 図１ａ及び図１ｂの焼き嵌めチャックに類似した別の焼き嵌めチャックを断面図で示しており、この実施形態では第１部分は工具挿入口に追加の拡大部を有していない。 上記の図面の一つによる焼き嵌めチャックの別の実施形態を示しており、この焼き嵌めチャックはガス又は液体の媒体又はそれらの混合物のための流路をさらに有している。 本発明に係る焼き嵌めチャックについての測定図を示している。 図７ａのものと同じ寸法を有するが部分２に外側に膨らんだ形状を持たない、本発明の部分ではない焼き嵌めチャックについての測定図を示している。

図１ａ、１ｂ、２及び３は焼き嵌めチャックとして作られた好ましい高速工具ホルダーの異なる図を示している。この焼き嵌めチャックは第１端部において工具を収容するための工具挿入口５を有する一方、長手軸に関してこの第１端部とは反対側の第２端部において機械内にクランプされるための機械クランプ部４を有している。この焼き嵌めチャックは、前記機械クランプ部４と隣接する工具シャフトとを備え、両者は中心が前記長手軸に沿っており、かつ、両者はその軸の周りに形成され、一体に相互接続されている。なお、明確性のために言えば、前記長手軸はこの高速工具ホルダーの長手方向の中心軸である。

前記機械クランプ部４は、機械内にクランプされるためのインターフェースを形成しており、好ましくはその第２端部に、クランプ円錐４ａと、クランプシリンダ４ｂと、溝４ｃとを備え、これらは、機械クランプ部４が接続されることになっている機械のインターフェースに適合している。この目的のために、クランプ円錐４ａ、クランプシリンダ４ｂ及びその直径Ｄ６を規定する種々の基準（規格）がある。

前記工具シャフトは、前記長手軸に沿って機械クランプ部４に一体に連なるものであって、その第１外側端部に第１ボア１ｅを有する。この第１ボア１ｅは外側に対して工具挿入口５を形成しており、工具はそこに挿入されて保持される。好ましくは、工具を挿入することができるように前記工具シャフトは加熱によって熱拡張するようになっており、この場合、続く冷却によって起こる熱収縮により、工具はクランプ態様つまり締付態様で保持される。これに替えて、当然のことながら、工具シャフトは熱クランプによらず、異なるタイプの機械的クランプによって、例えばネジ接続、ハイブリッドチャック技術、及び／又はクランプスリーブによって、工具を保持するようにすることもできる。

本発明によれば、前記工具シャフトは、直列に互いに一体に結合された第１部分１、第２部分２、及び第３部分３に前記長手軸に沿って分割されている。前記第１部分１は、前記工具挿入口５を有する前記第１端部に配置されており、前記第２部分２に向かう方向に第１直径Ｄ１から第２直径Ｄ２へと大きくなる略円錐台形状に形成されている。

前記第２部分２は第１部分１とのインターフェースで第２直径Ｄ２を有し、第３部分３とのインターフェースで第２直径Ｄ２よりも大きい第４直径Ｄ４を有する。第２直径Ｄ２とのインターフェースと第４直径Ｄ４とのインターフェースとの間において、第２部分２は前記長手軸に関して全長にわたり外側に膨らんだ形状を有する。第２部分の中央部分の外側に膨らんだ形状は好ましくは、球形であるか、又は前記長手軸に沿って卵形（楕円形）の断面を有する。第２部分の中央部分において、又は、それに隣接して、この第２部分は、それに応じて、第２直径Ｄ２及び第４直径Ｄ４よりも大きい第３直径を有する。この外側に膨らんだ形状とそれによって与えられる追加の剛性は、振動を大きく回避又は減衰させることとなる。さらに、この形状は、前記長手軸を中心とする振動をより良好に吸収及び減衰させるために質量の慣性の増大を生じさせることができる。しかしながら、これに替わり、この外側に膨らんだ形状は、外側に膨らんだ形状のない形状に比べて、つまり、第２部分２が第２直径Ｄ２から第４直径Ｄ４へと円錐形状に単純に移行した場合に比べて、剛性の増大と質量の減少とを生じさせることもできる。

前記第３部分３は第２部分２とのインターフェースで第４直径Ｄ４を有し、機械クランプ部４とのインターフェースで第５直径Ｄ５を有する。好ましくは、第３部分３の直径は、第４直径Ｄ４を有する第２部分２とのインターフェースから機械クランプ部４とのインターフェースまで円錐状に大きくなる。好ましくは、円錐状の直径増大は、第１部分と同様に、同じ円錐角度、例えば、略５度の角度で起こる。機械クランプ部４に隣接する第３部分３の端部には、好ましくはリセス３ｂが形成されて、高速工具ホルダーがより簡単に機械にねじ込まれ、かつ機械から外れるようになっている。

好ましくは、第１部分１は円錐台形状を有する。好ましくは、第３部分３も同様に円錐台形状を有する。

焼き嵌めチャックは、内側に、長手軸に沿ってボア又は空洞を有する。好ましくは、この焼き嵌めチャックは、第１部分１に第１ボア１ｅを、第２部分２に第２ボア２ｅを、そして第３部分３に第３ボア３ｅを有する。好ましくは、機械クランプ部４内にもボアが延びて連続チャネルを形成している。好ましくは、前記連続チャネル又は第１ボア１ｅ及び／又は第２ボア２ｅ及び／又は第３ボア３ｅは少なくとも１つの分離要素６ａ、６ｂ、６ｃによって分離している。明確にするために言うと、ボアは異なる直径を有するボアであってもよく、円錐形又は球形又は他の任意の形状の中空を備えていてもよい。

図４は図１〜３に係る焼き嵌めチャックの一実施形態を示しており、この焼き嵌めチャックは第１分離要素６ａ、第２分離要素６ｂ及び第３分離要素６ｃによって分離された第２空洞２ｅと第３空洞３ｅとを有する。第１分離要素６ａ、第２分離要素６ｂ及び第３分離要素６ｃが焼き嵌めチャックの隣接箇所に配置されることも考えられる。例えば、図４に示されたこの実施形態の第３ボア３ｅが機械クランプ部４内まで延ばされ、したがって、第１分離要素６ａはその中に配置される。好ましくは、分離要素６ａ〜６ｃの一つは、焼き嵌めチャックに一体に接続されていてもよく、それは例えば穴が開けられておらず完全なまま残されている。図４の実施形態では、例えば、第１分離要素６ａは機械クランプ部４内に配置され、第３ボア３ｅはそれに応じて延びている。この第３ボア３ｅには、好ましくは、充填材料つまりフィラーが導入される。好ましくは、前記第２ボアは第３分離要素６ｃによって第１ボア１ｅから分離されており、したがって、閉じている。第２ボア２ｅには、好ましくは別のフィラー又はフィラーの混合物が導入される。

図５は第１部分１に追加の拡大部のない焼き嵌めチャックの好ましい実施形態を示している。

図１ａ及び図１ｂに係る焼き嵌めチャックの好ましい実施形態は、機械クランプ部４を基準として第１遠位端部の先頭部に、長手軸を中心とする追加の拡大部１ａを有する。この追加の拡大部１ａは、前記第１部分の１／３又は１／４内に配置されている。追加の拡大部１ａは、第１直径Ｄ１を有する外側端から第７直径Ｄ７まで拡径する第１円錐１ｂと、前記第７直径Ｄ７から前記第１直径Ｄ１と前記第２直径Ｄ２との中間にある直径まで縮径する第２円錐１ｃとを備える。好ましくは、第１円錐１ｂは３０°と６０°との間にある第１円錐角度で拡径する。第７直径Ｄ７は第１直径Ｄ１及び第２直径Ｄ２よりも大きい。追加の拡大部１ａは、この拡大部１ａがないときに生じる力よりも大きい力で第１ボア１ｅの第１端部で工具をクランプできるように形成されている。

好ましくは、第１ボア１ｅは工具が挿入される外側第１端で僅かに広げられており、工具がより簡単に挿入できるようになっている。しかしながら、さらに好ましいのは、工具が挿入される外側第１端で第１ボア１ｅが広げられておらず、その結果、ボア１ｅは工具の挿入領域において長手軸と平行であり、それ故、工具はより簡単にその位置に保持されることができ、しかも、振動はより良好に抑制されるか、防止すらできるようになっていることである。この目的のために、工具がより容易に第１ボア１ｅに挿入され得るように工具を面取りしてもよい。

この形状と、長手軸に沿って変化する断面とにより、最適剛性と、小さい全体質量と、長手軸に沿った振動に対する最適減衰特性とを確保すべく、第１部分１、第２部分２、及び第３部分３を備えた工具シャフトが形成される。明確にするために指摘すると、振動の減衰は、長手軸を中心とする焼き嵌めチャックの速い回転によって引き起こされうる振動を問題にしているのであり、それらの振動は、音叉のように、長手軸を横断する方向の振動である。普通使用される回転速度は、好ましくは、２００００〜１０００００回転／分（ｒｐｍ）である。しかし、たまには、１８００００ｒｐｍまでの回転速度が使用され、この回転速度に対しては高速工具ホルダーは適合化させられねばならない。高速回転は、高速切断と高速前進を可能とする。

好ましくは、前記外側に膨らんだ形状は、ゴルフボールの表面にあるような複数の凹みを有する。これは、干渉音の発生を少なくさせる。加えて、第２部分の剛性を実質的に減じることなく材料を節約するのに役立つ。したがって、質量の慣性に対する剛性の割合（質量の慣性−剛性比）が最適化される。代替として、表面に、長手方向またはその横断方向の溝が形成されてもよく、剛性及び重量の最適化の点で同様の利点がある。溝又はゴルフボール状の表面の代わりに、他のパターンも考えられる。

好ましくは、前記第２部分２の外側に膨らんだ形状は、その表面が滑らかである場合よりも大きな表面を有する。その表面は、前記外側に膨らんだ形状が滑らかな表面を有する場合よりも、好ましくは２０〜５０％、大きい。

好ましくは、前記第１部分１、第２部分２、第３部分３の長さはそれぞれ、工具シャフトの全長の２０〜６０％であり、好ましくは、前記第１部分と第２部分とを合わせた長さは、工具シャフトの全長の５０％未満である。

この高速工具ホルダーの形状構造及び種類並びに良好な減衰（制振）特性により、従来の高速工具ホルダーの場合よりもかなり大きな全長が今や可能であり、より長い切削ノッチを工作物に加工することが可能となる。

好ましくは、第２部分２はその全体が、前記第１端部を含んでいる高速工具ホルダーの半分に配置されている。これに替えて、そして、好ましくは、第２部分２はその全体が、前記第１端部を含んでいる高速工具ホルダーの１／３に配置されている。

好ましくは、第２部分２は長手軸に沿って内側中央に、フィラーが充填された第２ボア２ｅ又は空洞を含んでいる。このフィラーは、最適な追加的振動減衰を確保するように選択される。好ましくは、フィラーの比重は高速工具ホルダー材料の比重の５０％未満である。

好ましくは、第３部分３は長手軸に沿って内側中央に、フィラーが充填された第３ボア３ｅ又は空洞を含んでいる。このフィラーは、好ましくは、第２ボア２ｅに充填されているのと同じものであるが。異なるフィラーであってもよい。

好ましくは、第２空洞２ｅ及び／又は第３空洞３ｅ又は対応するボア２ｅ、３ｅは、次の粒子フィラーの少なくとも一つ又はそれらの組み合わせが充填されている：スチールボール、クロムスチールボール、プラスチックボール、セラミックボール、石英砂、石英、砂、アルミニウムボール、シリビーズ（silibead)ボール、ポリアミドボール、ポリカーボネートボールまたは他の粒子成分。粒子フィラーをケージつまり保持器のないボール軸受に配置するのも好ましい。

好ましくは、第２ボア２ｅ及び／又は第３ボア３ｅのフィラーは、粒子フィラーに加えて、高速工具ホルダーの特に良好な振動減衰を生じさせるようになっている粘性の液体又はフォームを備える。

高速工具ホルダーは好ましくは焼き嵌めチャックとして作られる。あるいは、上述の特徴を有するクランプスリーブ付きのスクリューコネクター又はハイブリッドプレッシャーコネクターとして作られ、工具シャフトの一部が内側からねじ込まれるか、もしくは、工具シャフトの大部分又は工具シャフトに長手方向に長穴が開けられて、工具をクランプするクランプスリーブを形成するようになっている。

高速工具ホルダーは好ましくは次の材料の一つからなる：金属、例えば、鋼、特に制振鋼、プラスチック、または複合材料、例えば、ガラス繊維複合材料。

好ましくは、第１部分１には第１ボア１ｅの空洞を環境に接続する通気孔も形成される。

好ましくは、環境の影響に耐えるために、高速工具ホルダーの外面にはコーティングが施されている。

好ましくは、高速工具ホルダーが連結される機械は、旋削加工機械（旋盤）、フライス加工機械（フライス盤）、又はドリル加工機械（ボール盤）である。高速工具ホルダーの振動、特に、高速回転下での振動は、工具を容易かつ早く破壊するため、機械及び高速工具ホルダー並びにこれらの連結部はできるだけ振動しないようにしなければならない。したがって、好ましいことに、本高速工具ホルダーは、長手軸に対して中心で非常にバランスがとれている。工具、例えば切断刃が２つあるフライス（ミリングカッター）等によって長手軸に横断する方向に生じる振動性の力は、できるだけ少ししか振動を生じさせないか、全く振動を生じさせないだろう。本高速工具ホルダーは、最適にそれらの振動を吸収又は減衰するようになっている。高速工具ホルダーの第２部分２における外側に膨らんだ形状により、剛性が高められると同時に、空洞つまり第２ボア２ｅによって、高速工具ホルダーの質量は減じられる。

好ましくは、工具は、フライス（ミリングカッター）、ドリル、旋削工具、又は摩擦工具であり、これらにはコーティングが施してあっても、施してなくてもよい。

好ましくは、高速工具ホルダーは材料の形状切断のために使用される。前記材料は、好ましくは歯科材料、例えばコバルトクロム合金（例えば、コロン（Coron）（登録商標））等の合金、プラスチック、ポリウレタン、アルミニウム、ガラス、鋳造品、長石セラミック、任意の種類のグレード１〜５チタン、硬質金属、鉛、スズ、亜鉛、銅、ジルコニウム酸化物、アルミニウム酸化物、ホウ素炭化物、シリコン窒化物、シリコン炭化物、ステンレス鋼、工具鋼および種々の種類の肌焼鋼である。

好ましくは、高速工具ホルダーは、動作時に丈夫であるように、ネジ等の調整要素なしで１つのピースから作られる。これは、動作中のこれらの調整要素の捩れに起因する変位や改変のおそれを回避するので、高速工具ホルダーはバランスのとれた平衡状態が維持され、不平衡が回避される。

図６に示されるように、前記シャフト内を長手方向に延びる少なくとも１つの内部流路１ｆが高速工具ホルダーに形成されている。前記内部流路１ｆは、例えば、上述の空洞内に形成されることもできるし、追加的に形成されることもできる。好ましくは、前記少なくとも１つの流路１ｆは、シャフトの中央に、かつ、シャフトの長手方向に配列された一連の流路として形成される。これらの流路１ｆは、シャフトの中心軸が同時に重心軸となるようにシャフトの中心軸の周りに配置され、シャフトが平衡状態に維持される。好ましくは、工具シャフトは、第１ボア１ｅと同軸の、媒体が流れることのできる中央流路１ｆを少なくとも１つ持つように形成される。好ましくは、工具シャフトは、代替的にまたは追加的に、その第１端部に、第１ボア１ｅと平行に、高速工具ホルダーが平衡状態に維持されるよう第１ボア１ｅの周りに対称に配置された少なくとも２つの流路１ｆを有するように形成され、流路１ｆはその中を媒体が流れるように形成される。

好ましくは、前記流路１ｆは空洞３ｅに隣接し、媒体が流れるようにその空洞に接続されている。前記媒体は、空気、ガス、蒸気、液体またはそれらの混合物であり、例えば冷却を行うために、流路内を案内されるか圧送される。前記液体は好ましくは冷却液である。前記媒体は、好ましくは、低圧または高圧で、特に、０〜１３０ｂａｒで、流路内を送られる。

図１，４，６に示されたような空洞３ｅ（これはボアであってもよい）は、好ましくは、ケージ３ｆの内形状を有しており、その一端においては第１内径（内側直径）を、他端においては第２内径を、そして、前記一端と前記他端との間に前記第１及び第２内径よりも大きな第３内径を有している。好ましくは、空洞３ｅ及びケージ３ｆには、上で詳細に記述したボール又はフィラーが充填されている。前記ケージは横方向の振動を減衰させる。

横方向の振動をさらに良好に減衰するように、空洞３ｅ内に導入され内側に充填材料を入れた別体のケージも考えられる。

図７ａは、一例として、横方向のパルス状励振への反応として、本発明に係る高速工具ホルダーの一つの減衰挙動測定値を示す。横軸は時間をミリ秒（ｍｓ）で表し、縦軸は振幅を表している。比較のために、図７ｂは工具シャフトに本発明に係る外側に膨らんだ球形または楕円形を有さないが図７ａの場合と同じ励振条件を有する高速工具ホルダーの減衰挙動を示している。より強い振動挙動と遥かに遅い振動減衰が明らかに見て取れる。

好ましくは、球形又は楕円形である部分の外側に膨らんだ形状又は隣り合う部分の第４直径Ｄ４から第５直径Ｄ５となる形状などの形状の移行領域は丸められている。前期移行領域は好ましくは連続する曲率を有する。明確にするために言うと、「形状」及び「部分の外側に膨らんだ形状」とは、高速工具ホルダーの長手方向に沿った断面形状である。

また、シャフトの第１及び第２部分の「円錐台形状」とは、好ましくは、直径が第１直径Ｄ１から第２直径Ｄ２へと、そして第４直径Ｄ４から第５直径Ｄ５へと増加している形状である。

好ましくは、第１ボア１ｅには工具挿入のための止め具が形成されている。第１ボア１ｅには、工具挿入のための止め具が形成されていなくてもよい。

高速工具ホルダーのために以下の材料を使用することができる。合成されたナイロン6、6として知られているポリアミド、ＰＣ、ＦＤＭナイロンとしても知られているポリアミド１２、ＡＢＳ、ポリエーテルイミド、ポリカーボネイト、ポリスルホン、複合材料、例えば、ガラス繊維複合材料。上述した材料の構造的形状は実施形態のものに限定されない。材料の構造的形状は、好ましくは、基本繊維、少なくとも1つのフィルム、顆粒、円盤、チューブ、ロッド形状またはそれらの成分を含む。 材料は、例えば、ウルテム（Ultem）、カプロン（Capron）、ナイラキャスト（Nylacasr）、エンドル（Endur）、ナイロン１２（Nylon 12）、オルガミド（Orgamid）、フォルトゥス（Fortus）、アクロンＫ（Akulon K）およびアクロンＦ（Akulon F）等の商品名を有する。高速工具ホルダーは好ましくは、個々または混合成分を有するナイロン６／６６共重合体からなる。組成物は、異なる構造を有することができ、かつ/又は混合化学構造を有する成分からなることができる。 好ましくは、冶金材料が、好ましくは形状フィッティング複合材として、ポリアミド、合成されたナイロン６，６、ＰＣ、ポリアミド１２、ＦＤＭナイロン、ＡＢＳ、ポリエーテルイミド、ポリカーボネート及び／又はポリスルホンと共に使用される。

その他の可能な実施形態は続く請求の範囲に記載されている。特に、上述した実施形態の種々の特徴は、それらが相互に技術的に排除し合うものでなければ、組み合わすことができる。

なお、明確にするために言うと、本明細書及び請求の範囲の文脈において、「第２部分２」は「工具挿入口と機械クランプ部との間の、外側に膨らんだ好ましくは球形を有する、略円錐台形状の工具シャフトの部分」、つまり、「外側に膨らんだ形状を有する部分」と同義である。したがって、第１部分１は、工具シャフトの別の部分であって、工具挿入口５において工具シャフトの外側端部を形成すると共に、前記外側に膨らんだ形状を有する部分と一体に接続されている部分に相当する。また、第３部分３は工具シャフトのさらに別の部分であって、前記外側に膨らんだ形状を有する部分と一体的に隣接し、他端において前記機械クランプ部に接続されている部分に相当する。

請求項に記載されている参照番号はより理解しやすくするためのものであって、それらの請求項を図面に示された実施形態に限定するものではない。

１ 工具シャフトの第１部分
１ａ 追加拡大部
１ｂ 第１円錐
１ｃ 第２円錐
１ｄ 中心軸に向かう第１円錐の第１円錐角度
１ｅ （工具シャフトの第２部分の）第１ボア
１ｆ 流路
２ 工具シャフトの第２部分
２ｅ 第２ボア
３ 工具シャフトの第３部分
３ａ 円錐角度
３ｂ リセス
３ｅ 第３ボア
３ｆ ケージ
４ 機械クランプ部
４ａ クランプ円錐
４ｂ クランプシリンダ
４ｃ 溝
５ 工具挿入口
６ａ 第１分離要素
６ｂ 第２分離要素
６ｃ 第３分離要素
Ｄ１−Ｄ７ 第１〜第７直径

Claims (15)

1. 第１端部に工具を収容し、第２端部で機械内にクランプされる高速工具ホルダーであって、これらの端部は前記高速工具ホルダーの長手軸の両側に配置されており、
   （ａ）中心が前記長手軸に沿っており、前記高速工具ホルダーの前記第１端部を画定し、前記第１端部に前記工具を収容するための第１ボア（１ｅ）を有する工具挿入口（５）が形成されている工具シャフトと、
   （ｂ）中心が前記長手軸に沿っており、前記第１端部と反対側の端部で前記工具シャフトに一体に接続されており、前記機械内にクランプされるためのインターフェースを形成している機械クランプ部（４）と
   を備え、
   （ｃ）前記工具シャフトは、略円錐台形状、好ましくは円錐台形状を有し、前記工具挿入口を有する前記第１端部における第１直径（Ｄ１）は、前記機械クランプ部における第２端部での第５直径（Ｄ５）よりも小さく、
   （ｄ）前記略円錐台形状、好ましくは円錐台形状の工具シャフトの一部は、前記工具挿入口と前記機械クランプ部との間で、外側に膨らんだ球形又は楕円形の形状を有していて、前記円錐台形状の工具シャフトと前記外側に膨らんだ形状との間に追加の材料体積が生じている
   ことを特徴とする高速工具ホルダー。
2. 前記工具シャフトは、直列に互いに一体に結合された第１部分（１）と、第２部分（２）と、及び第３部分（３）とに前記長手軸に沿って分けられており、
   前記第１部分（１）は、前記工具挿入口（５）を有する前記第１端部に配置されており、前記第２部分（２）に向かう方向に略円錐台形状に、前記第１直径（Ｄ１）から第２直径（Ｄ２）へと増大しており、
   前記第２部分（２）は、前記外側に膨らんだ形状を有する部分に対応しており、前記第１部分（１）に隣接する箇所において前記第２直径（Ｄ２）を有すると共に前記第３部分（３）に隣接する箇所において前記第２直径（Ｄ２）よりも大きいか又は等しい第４直径（Ｄ４）を有し、前記第２部分（２）は前記長手軸に関して前記第２部分の長さ全体にわたって前記外側に膨らんだ形状、好ましくは球形を有し、
   前記第３部分（３）は前記第２部分（２）に隣接する箇所において前記第４直径（Ｄ４）を有すると共に、前記第５直径（Ｄ５）になるまで円錐状に増大している
   ことを特徴とする請求項１に記載の高速工具ホルダー。
3. 前記外側に膨らんだ形状は複数の凹みのある表面を有しており、前記複数の凹みは、ゴルフボールの表面に似た態様で形成されているか、若しくは前記長手軸に横断する方向の溝形状又は前記長手軸の方向の溝形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の高速工具ホルダー。
4. 前記第２部分（２）の外側に膨らんだ形状は、この外側に膨らんだ形状が滑らかな表面を有する場合よりも３０％大きい表面を有することを特徴とする請求項１〜３の一つ又はそれ以上に記載の高速工具ホルダー。
5. 前記第１部分（１）、前記第２部分（２）、前記第３部分（３）の長さはそれぞれ、前記工具シャフトの全長の２０〜６０％であり、かつ／又は
   前記第１部分と前記第２部分とを合わせた長さは、前記工具シャフトの全長の５０％未満であり、かつ／又は
   前記第２部分（２）はその全体が、前記第１端部を含んでいる前記高速工具ホルダーの半分に配置されており、又は
   前記第２部分（２）はその全体が、前記第１端部を含んでいる前記高速工具ホルダーの１／３に配置されている
   ことを特徴とする請求項２〜４の一つ又はそれ以上に記載の高速工具ホルダー。
6. 前記外側に膨らんだ形状を有する部分は、内側中央に前記長手軸に沿って、フィラーが充填された第２ボア（２ｅ）又は空洞を有することを特徴とする請求項２〜５の一つ又はそれ以上に記載の高速工具ホルダー。
7. 前記第３部分（３）部分は、前記長手軸に沿って内側中央に、フィラーが充填された第３ボア（３ｅ）又は空洞を有することを特徴とする請求項２〜５の一つ又はそれ以上に記載の高速工具ホルダー。
8. 前記第２及び／又は前記第３ボア（２ｅ、３ｅ）のフィラーは、スチールボール、クロムスチールボール、プラスチックボール、セラミックボール、石英砂、石英、砂、アルミニウムボール、シリビーズボール、ポリアミドボール、ポリカーボネートボールまたは他の粒子成分等の粒子フィラーの一つ又はそれらの組み合わせを含んでいることを特徴とする請求項６又は７に記載の高速工具ホルダー。
9. 前記第２及び／又は前記第３ボア（２ｅ、３ｅ）のフィラーは、少なくとも１つの粒子フィラーに加えて、前記高速工具ホルダーの特に良好な振動減衰を生じさせるための粘性の液体又はフォームを含むことを特徴とする請求項８に記載の高速工具ホルダー。
10. 前記高速工具ホルダーは、前記工具シャフトが熱膨張及び収縮によって工具を締め付け保持する焼き嵌めチャックとして作られているか、又は、スクリューコネクター及びクランプスリーブによって工具を締め付け保持するようになっていることを特徴とする請求項１〜９の一つ又はそれ以上に記載の高速工具ホルダー。
11. 前記高速工具ホルダーは、金属、プラスチック、複合材料、ガラス繊維複合材料、合成されたナイロン６，６、ＰＣ、ポリアミド１２、ＦＤＭナイロン、ＡＢＳ、ポリエーテルイミド、ポリカーボネート及び／又はポリスルホン等の材料の一つからなることを特徴とする請求項１〜１０の一つ又はそれ以上に記載の高速工具ホルダー。
12. 前記高速工具ホルダーは旋削加工機械、フライス加工機械、又はドリル加工機械内にクランプされるようになっていることを特徴とする請求項１〜１１の一つ又はそれ以上に記載の高速工具ホルダー。
13. 前記工具は、コーティングが施されていない、又は、コーティングが施されている、又は、防錆コーティングが施されている、フライス、ドリル、旋削工具、又は摩擦工具であることを特徴とする請求項１〜１２の一つ又はそれ以上に記載の高速工具ホルダー。
14. 前記第１部分（１）は、前記第１端部において前記第１直径（Ｄ１）の後方に前記長手軸に沿って、第７直径（Ｄ７）を有する追加の拡大部（１ａ）を有し、この拡大部（１ａ）は先ず、前記第１直径（Ｄ１）から増大し、その後前記第７直径（Ｄ７）の後方で縮小し、その後、第２部分（２）への移行領域において第２直径（Ｄ２）まで連続して円錐状に大きくなり、前記追加の拡大部（１ａ）は局所的に、より高い剛性を生じさせ、したがって、工作物を十分強くクランプするようになっていることを特徴とする請求項２〜１３の一つ又はそれ以上に記載の高速工具ホルダー。
15. 前記第１ボア（１ｅ）は、止め具なしで、工具がその中に挿入されるよう十分広くかつ連続して形成されており、かつ／又は
    前記工具シャフトは、前記第１ボア（１ｅ）と同軸に、媒体が流れることのできる少なく１つの中央流路（１ｆ）を有するように形成されており、かつ／又は
    前記工具シャフトは、前記第１端部に、前記第１ボア（１ｅ）と平行に、前記高速工具ホルダーが平衡状態に維持されるよう前記第１ボア（１ｅ）の周りに対称に配置された少なくとも２つの流路（１ｆ）を有するように形成され、前記流路（１ｆ）はその中を媒体が流れるように形成され、かつ／又は
    前記工具シャフトは、前記第１端部に、前記第１ボア（１ｅ）と平行に、前記第１ボア（１ｅ）の周りに対称に配置され前記第１ボア（１ｅ）と交差する少なくとも２つの流路（１ｆ）を有するように形成されており、前記第１ボア（１ｅ）の非交差部分によって、工具を支持しクランプする支持ウェブが形成され、前記少なくとも２つの流路（１ｆ）は、媒体を流れさせるために前記第１端部において前記工具に向かって開いており、
    前記媒体は、ガス、空気、蒸気、液体、冷却液、又はそれらの混合物である
    ことを特徴とする請求項１〜１４の一つ又はそれ以上に記載の高速工具ホルダー。

Images