JP2018504290A - 回転工具ホルダアセンブリと工具交換方法 - Google Patents

Abstract

回転工具ホルダアセンブリ（２）は、工具受容孔と工具受容孔で受容される工具（Ｄ）を把持する工具把持手段とを有する。工具把持手段は、外側リムサポート（３１）に取り付けられ、かつ、偏心輪止め作用力が支持される工具に作用しうる工具把持位置と工具取り外し位置との間でリムに対して移動可能な、少なくとも一つの工具把持アーム（３２）を有する。工具把持手段は、工具把持アーム（３２）に作用するように配置され、かつ、外側リムサポート（３１）に対して軸方向に移動するように配置された、少なくとも一つの楔部をさらに有する。楔部（４１）の第一方向への軸移動により、工具把持アーム（３２）が工具把持位置に向かって動き、工具把持手段は、第一方向に向かって楔部を偏らせるバイアス手段（５）を有する。【選択図】図３

Description

発明の詳細な説明

本発明は、回転工具ホルダアセンブリと、該回転工具ホルダアセンブリを有する工具ホルダシャフトアセンブリと工具保持スピンドルと、に関する。該回転工具ホルダアセンブリは、通常、穴開け用のドリルビットを保持するために使用され得る。

回転工具ホルダアセンブリを設計する際に考慮すべき様々な事柄がある。一方、回転工具ホルダアセンブリは、負荷時および最大動作速度で作動時に、工具を適切に把持できなければならない。しかし同時に、工具は、始動時および低動作速度での作動時にも把持される必要がある。さらに、回転工具ホルダアセンブリは、軸およびスピンドル配置の一部を全体として形成する必要があり、これにより、良好な安定性が実現され、正確な穴開けおよび／もしくは加工が保証される。更には、作業しやすい工具交換動作を行う必要がある。

国際公開公報ＷＯ００／４４５１９は、支持される工具を把持するために遠心力と輪止め力とを使用する回転工具ホルダアセンブリを記載する。
輪止め作用力は、回転方向に対向する方向におけるオフセット圧力による力である。輪止め作用力は、輪止めつまり材木が、車輪の中心線よりもわずかに上側方向の配向で、鉄道線路上のワゴン車輪に対して配置され、ブレーキとして作用していた１９世紀に、鉄道ワゴンで元々は使用されていた。車輪が輪止めに向かって移動するような場合、圧力が、車輪軸に関して輪止めのオフセット力により増加する。クラッチは、楔作用が回転方向に対向して増加する輪止め作用に基づいて工夫されており、これにより、クラッチ作用が実現していた。国際公開公報ＷＯ００／４４５１９に記載の工具ホルダも、輪止め作用力を同様に利用する。ヒンジ付き把持アームが設けられるが、この場合、把持アーム用のヒンジの旋回軸と顎部の前縁との間の線が、工具ホルダの回転軸、ひいては、支持される工具の回転軸をも通らないように、工具を把持する顎部の前縁が配置される。輪止め作用力は、工具ホルダに対する工具の相対回転に抗する。

国際公開公報ＷＯ００／４４５１９に記載の工具ホルダでは、顎部を適切に動かすことによって把持力を起こすため、遠心効果に依存している。それにより、工具が動作速度で使用されると、輪止め作用力の効果が発揮され始め得る。しかし、国際公開公報ＷＯ００／４４５１９に記載されているような工具ホルダには、低速で工具が用いられるときに工具が十分に把持されないことがあるという問題がある。例えば大径ドリルビットなどの大径工具が、動作速度が低速になりやすいときに使用される場合に、特に不都合となり得る。

本発明は、輪止め作用力を利用する回転工具ホルダアセンブリを提供すること、ならびに、従来技術の問題に取り組むこと、を目的とする。
本発明の第一の局面によると、工具受容孔と、該工具受容孔で受容される工具を把持する工具把持手段とを有する回転工具ホルダアセンブリが提供される。工具把持手段は、外側リムサポートに取り付けられ、かつ、偏心輪止め作用力が支持される工具に作用しうる工具把持位置と工具取り外し位置との間でリムに対して移動可能な、少なくとも一つの工具把持アームを有する。工具把持手段は、工具把持アームに作用するように配置され、かつ、外側リムサポートに対して軸方向に移動するように配置された、少なくとも一つの楔部をさらに有する。楔部の第一方向への軸移動により工具把持アームが工具把持位置に向かって動き、工具把持手段は、第一方向に向かって楔部を偏らせるバイアス手段を有する。

これにより、支持される工具の把持を始めたり、および／もしくは、把持を高めたりすることができるだけでなく、簡易で効果的な設計が可能となり、工具交換動作が簡単なものとなるよう促進される。

工具把持アームは、支持される工具と係合する顎部を有してもよい。
工具把持アームは、工具ホルダの回転中に、遠心効果のもとで工具ホルダのメイン軸から離れるように移動するように配置され、かつ、工具把持位置に向かって工具把持アームを動かすように配置された、移動可能な団塊部を有してもよい。

これにより、遠心効果が、支持される工具の把持を始めたり、および／もしくは、把持を高めたりするのに役立つようになり得る。回転速度が上がるにつれて遠心効果が役立ち得る一方で、楔部とバイアス手段との作用により、比較的低回転速度でも工具を把持し得る。

少なくともいくつかの場合において、工具がある速度まで達して使用されると、輪止め作用力が工具に対して主把持作用を及ぼす。しかし、負荷のない状態、低速度、および／もしくは、始動時には、楔による把持、および／もしくは、遠心力による把持が重要であり得る。

工具把持アームは、外側リムサポートにヒンジ式にとりつけられてもよい。工具把持アームは、変形可能な一体ヒンジを介して外側リムサポートに取り付けられてもよい。工具把持アームおよび外側リムサポートは、一つの材料から一体形成されてもよい。

ヒンジ取り付けの場合、ヒンジの旋回軸と顎部の前縁との間の線が、工具ホルダアセンブリの回転軸を通らないように、工具ホルダアセンブリが配置され、これにより、輪止め作用が促進される。

バイアス手段はバネ手段を有してもよい。
バイアス手段は、スプリングパックを有してもよい。代替として、気体バネもしくは液圧式配置が設けられてもよい。

顎部は、その軸長さに沿った断面が不変であってもよい。
工具把持アームは、その軸長さに沿った断面が不変であってもよい。
外側リムサポートは、楔部の先細り形状と相補的である先細り形状を持つ楔受容部を有してもよい。

楔受容部の第一壁は、工具把持アームによって定められてもよい。第一壁に対面する楔受容部の第二壁は、上述した相補的な先細り形状を設けるために、第一壁に対して傾いていてもよい。
楔は、工具が工具ホルダアセンブリ内に挿入される一端の反対の一端から、外側リムサポート内に軸方向に挿入されてもよい。従って、楔は、外側リムサポートの内側の端から挿入されてもよい。

楔は、外側リムサポートの外側の端を越えて、軸方向に突出するように配置されてもよい。
これにより、支持される工具の取り外しの促進のため、バイアス手段の作用に反して楔の一端に力が付与されやすくなり得る。工具の取り外しに力を付与するために、別の押部を使ってもよい。

複数の工具把持アームがある場合、各々が、それぞれのアームに作用するように配置された複数の楔を設けてもよい。
プレートは、少なくとも一つの楔もしくは楔それぞれと、バイアス手段との間にもうけられてもよい。

幾つかの実施形態において、少なくとも一つの楔もしくは楔それぞれが、プレートに取り付けられてもよい。他の実施形態において、プレートは、少なくとも一つの楔もしくは楔それぞれとは別体であり、接続されてなくてもよい。

プレートが別体の場合、結果、より多くの部品が別体となるが、楔の挿入が簡単になり、および／もしくは、より大きな製造公差が許容されうる。
さらに代替として、プレートは柔軟性を有していてもよい。これにより、プレートに取り付けられた楔の挿入を容易にすることが可能となり、および／もしくは、より大きな製造公差が許容されうる。

本発明の第二の局面によると、中空シャフト部材の中に収容された上述の回転工具ホルダアセンブリを有する工具ホルダシャフトアセンブリが設けられる。
本発明の他の局面によると、本発明の第二の局面によるシャフトアセンブリを軸支する少なくとも一つのラジアル軸受を持つスピンドル体を有する工具ホルダスピンドルが設けられる。

工具ホルダアセンブリ、シャフトアセンブリ、およびスピンドルは、それぞれ、ドリルホルダアセンブリ、ドリルシャフトアセンブリ、およびドリルスピンドルでもよい。これらは、ＰＣＢドリル用であってもよい。

本発明の他の局面によると、支持される工具の把持を解放するために、バイアス手段の作用に反して楔部を押す工程を有し、上述の回転工具ホルダアセンブリ内で保持される工具を交換する方法が提供される。

その方法は、工具ホルダアセンブリが取り付けられる機械のＺ軸モータを使い、バイアス手段の作用に反して楔部を駆動する工程を有してもよい。その方法は、工具交換装置の固定面もしくは工具交換装置の領域に対して楔部の一端を押すこと、を有してもよい。

その方法は、工具ホルダアセンブリが取り付けられる機械のプレッシャフットの後退を利用して、バイアス手段の作用に反して楔部を駆動する工程を有してもよい。その方法は、楔部の一端に対してプレッシャフットの作動部を押すことを有してもよい。

上記の本発明の各局面の任意の特徴事項はそれぞれ、本発明の各他の局面の任意の特徴事項としても同様に適用でき、かつ、各局面にて、必要に応じて用語を変更して記載されうる。任意の特徴事項は、単に簡潔にするために、各局面において記載されない。

添付の図面を参照して、例示のみを目的として、本発明の実施形態について以下で説明する。

工具保持スピンドルを有する穴開け加工機が、高度に模式化して図示されている。 図１の工具保持スピンドルのシャフトアセンブリの一部の断面図である。 図２のシャフトアセンブリの回転工具ホルダアセンブリの一部が示されており、支持される工具が保持されている。 図３の工具ホルダアセンブリの一部の側面図である。 図４の工具ホルダアセンブリの一部の端面図である。 図３から図５の工具ホルダアセンブリの楔アセンブリが図示されている。 図５の工具ホルダアセンブリの一部における線ＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面図である。 工具ホルダアセンブリの工具把持アームが工具把持位置に移動するように楔アセンブリを第一方向に移動させた、図３から図５の工具ホルダアセンブリの一部が図示されている。

図１は、工具保持スピンドル１を具備するＰＣＢ穴開け機を、高度に模式化して図示する。工具保持スピンドル１は、シャフトアセンブリ１ｂを軸支する少なくとも１つのラジアル静圧空気軸受（図示なし）を持つスピンドル体１ａを有する。シャフトアセンブリ１ｂは、今回はドリルビットである工具Ｄを支持するように配置された回転工具ホルダアセンブリ２を有する。

穴開け機および工具保持スピンドルは、回転などのためにシャフトアセンブリ１ｂを駆動する従来の手段を有する。しかし、該詳細は本発明には特に関係しないので、詳細な記載は省略する。

関係ある事柄は、回転工具ホルダアセンブリの構造および動作であり、これらは、図２から図８を参照して下記に詳細に記載される。
図２は、シャフトアセンブリ１ｂの一部を断面にてより詳細に図示する。シャフトアセンブリ１ｂは、中空であり、管のようなシャフト部材１ｃを有し、回転工具ホルダアセンブリ２がシャフト部材１ｃ内に収容される。

回転工具ホルダアセンブリ２は、ボディ部３と、ボディ部３に受容される楔アセンブリ４と、楔アセンブリ４に作用するスプリングパック５と、スプリングパック５が反発するねじ付きストップ部材６と、を有する。

このように、本配置では、工具ホルダアセンブリ２は、中空シャフト部材１ｃの中に収容され、特に、スプリングパック５だけでなく楔アセンブリ４も、シャフト内に収容される。

図３は、ドリルビットＤを保持するボディ部３と楔アセンブリ４とを個別で図示する。ボディ部３および楔アセンブリ４などの構成要素は、図４の側面図および図５の端面図においても個別で図示される。図６は楔アセンブリ４を個別で図示し、図７はボディ部３に挿入された楔アセンブリ４を図示する断面図である。

図５および図７を参照すると、ボディ部３が外側リムサポート３１を有し、外側リムサポート３１が複数の（この場合３つ）工具把持アーム３２を支持することが良く見てわかる。工具把持アーム３２それぞれは、メインサポート部３２ａと工具受容孔３４に対面する顎部３３とを有する。

外側リムサポート３１および複数の工具把持アーム３２は、１つの金属から形成され、工具把持アーム３２はそれぞれ、全体としてボディ部３の材料の変形可能部分である一体ヒンジ３５を介して、外側リムサポートにヒンジ式に取り付けられる。

工具把持アーム３２それぞれは、錘部３６を有し、錘部３６は、シャフトアセンブリ１ｂ、および、それに伴って回転工具ホルダアセンブリ２が回転すると、遠心効果により外側方向に移動するように配置される。錘部３６が遠心効果により外側に向けて移動すると、これが、工具把持アーム３２が一体ヒンジ３５周りを移動させるように貢献し、結果、顎部３３および特に顎部の前縁３３ａが、支持される工具に接触する。このように、錘部が径方向外側に向かって移動すると、顎部の前縁３３ａが径方向内側に向かって移動する。しかし、このように動くには、シャフトアセンブリ、および、それに伴って回転工具ホルダアセンブリ２が、所定回転速度を越えて回転している必要がある。

楔アセンブリ４は、把持力を高めるように、かつ、遠心効果がまだ確保されていない速度でも輪止め把持力が発生できるように、設けられる。
図６を参照すると、楔アセンブリ４が、プレート４２に取り付けられた複数の（本実施形態では３つ）楔４１を有することがはっきり見てわかる。しかし、代替として、楔はプレート４２から離れていてもよい。

図５および図７を参照すると、外側リムサポート３１は、個別の複数の（本実施形態では３つ）楔受容部３７を有することが見てわかる。それぞれの楔受容部３７、および、それぞれの楔４１は、相補的な先細り形状を有する。先細り形状により、楔アセンブリ４をボディ部３内に更に挿入する方向に楔アセンブリ４が軸移動すると、楔部４１それぞれが工具把持アーム３２それぞれに作用するようになり、結果、支持される工具を把持し、輪止め作用力を発生可能とするように、顎部３３および特に前縁３３ａが、支持される工具と係合するように駆動される。従って、再び、楔の作用が、顎部の前縁３３ａを径方向内側に向かって駆動するであろう。

図７を参照すると、各楔受容部３７の先細り形状が、各把持アーム３２に対向する／対面する楔受容部３６の壁内で、（ボディ部３の軸に対して）傾斜して設けられていることが見られ得る。従って、ボディ部３軸長さに沿った把持アーム３２の断面（ボディ部３の軸に直交）は、不変である。これにより、工具ホルダアセンブリの長さに沿って工具軸を均一に把持できる。

図８が図示する状態では、楔アセンブリ４が、工具把持アーム３２が把持位置に向かって変形する程度に、ボディ部３に挿入されている。休止位置は実線で図示され、前縁は符号３３ａで示されている。変形した把持位置は、符号３３ａ´で示される前縁を使って実線ブロック形状で図示される。アームの変形／移動の程度は、図８にて図示にて強調されている。

代替として、断面が多角形の楔４１ではなく、楔は、一部が円形の表面と先細り形状付き楔面を有するピン形状であってもよい。もちろん、その場合、ボディ部３内の楔受容部は、それに対応した形状であるものとする。

図２を参照すると、動作中において、楔アセンブリ４がボディ部３と係合するよう、スプリングパック５の作用が楔アセンブリ４を駆動するよう貢献し、ボディ部３は、次に、楔アセンブリ４、および、それに伴って把持アーム３２を把持位置方向に偏らせることが把握される。言い換えれば、スプリングパック５は、楔４１に第一方向のバイアス力を付与し、アーム３２を把持位置に向かって偏らせる。工具ホルダアセンブリのこの能動的な負荷もしくはバネ荷重は、動把持力を付与し、かつ、シャフトアセンブリ１ｂ内に複雑な部材を設置せずに工具交換動作を円滑にする場合にも有利である。

図２、図３、および図７を参照すると、楔部４１それぞれの末端部が、ボディ部３の一端を越えて軸方向に突出していることが見てわかる。これにより、工具交換動作が容易になる。楔４１の一端を押す適切な形状の押部を設け、スプリングパック５の作用に反して楔４１がシャフトアセンブリ１ｂ内に押し戻されるようにしても良い。この動きが生じると、アーム３２にかかるバイアス力が取り除かれ、アーム３２が工具取り外し位置に戻ることが分かっている。この段階で、工具交換を行うことが可能である。

上記の内容から分かるように、本タイプの加工もしくは穴あけスピンドルは、一般的に、加工用のワークに対して直角にスピンドルを駆動する少なくとも一つのＺ軸モータを具備する機械に設けられる。

この同様なＺ軸モータは、工具を取り外すために楔部４１の一端に作用する必要な力を付与することで、工具交換動作を行うために用いられてもよい。もちろん、工具取り外し動作のためにＺ軸モータをこのように使用することは、楔４１がボディ部３の一端を越えて突出していなくても可能であるが、しかし、その場合、工具交換動作および／もしくは工具交換装置は、より複雑化する必要があるかもしれない。

このように、一特定の実装において、作動中に、Ｚ軸モータが工具を交換するためにスピンドル１を下方向に駆動している一方、複数の楔４１（もしくは少なくとも一つの楔４１）の一端は、工具交換装置の固定面に接触するか、もしくは、工具交換装置の領域に接触し、楔４１がシャフトアセンブリ１ｂの中に押し戻され、支持される工具が取り外される。スピンドル１が固定面から離れて上方に動くと、楔に作用しているスプリングパック５が支持される工具を再び把持させる。

他の特定の実装において、スピンドル１がその一部である機械は、加工中にワークに作用し、かつ、機械のテーブルに対してワークを保持するように設けられるプレッシャフットを具備してもよい。プレッシャフットは、スピンドル１も支持する台に取り付けられてもよい。機械は、加工中にワークからプレッシャフットを後退させる機構を有してもよい。通常、こういった機構は、工具を支持するスピンドル１とプレッシャフットとの間で、相対移動をもたらす。よって、このような実装において、プレッシャフットの後退は、支持される工具の取り外しに用いられても良い。特に、プレッシャフットは、プレッシャフットが後退することで、複数の楔４１（もしくは少なくとも一つの楔４１）の一端に反して作用するように配置される作動部を有しても良い。

また、本実施形態では、把持位置に向かって工具把持アーム３２を偏らせることは、軸が回転する速度が上昇する前の初期段階に、工具を把持するのに必要なＯリングなどの他の構造が不要となり得ることを意味する。結果、より信頼性の高い作動につながる。

Claims (19)

1. 工具受容孔と、
   該工具受容孔で受容される工具を把持する工具把持手段と、
   を有し、
   前記工具把持手段は、外側リムサポートに取り付けられ、かつ、偏心輪止め作用力が支持される工具に作用しうる工具把持位置と工具取り外し位置との間で、前記リムに対して移動可能な少なくとも一つの工具把持アームを有し、
   前記工具把持手段は、前記工具把持アームに作用するように配置され、かつ、前記外側リムサポートに対して軸方向に移動するように配置された、少なくとも一つの楔部をさらに有し、
   前記楔部の第一方向への軸移動により、前記工具把持アームが前記工具把持位置に向かって動き、
   前記工具把持手段は、前記第一方向に向かって前記楔部を偏らせるバイアス手段を有すること、
   を特徴とする回転工具ホルダアセンブリ。
2. 請求項１に記載の回転工具ホルダアセンブリにおいて、
   前記工具把持アームは、前記工具ホルダの回転中に、遠心効果のもとで前記工具ホルダのメイン軸から離れるように移動するように配置され、かつ、前記工具把持位置に向かって前記工具把持アームを動かすように配置された、移動可能な団塊部を有すること、
   を特徴とする回転工具ホルダアセンブリ。
3. 請求項１または請求項２に記載の回転工具ホルダアセンブリにおいて、
   前記工具把持アームが、前記外側リムサポートにヒンジ式に取り付けられること、
   を特徴とする回転工具ホルダアセンブリ。
4. 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の回転工具ホルダアセンブリにおいて、
   前記工具把持アームが、変形可能な一体ヒンジを介して前記外側リムサポートに取り付けられること、
   を特徴とする回転工具ホルダアセンブリ。
5. 先行するいずれかの請求項に記載の回転工具ホルダアセンブリにおいて、
   前記工具把持アームおよび前記外側リムサポートが、一つの材料から一体形成されること、
   を特徴とする回転工具ホルダアセンブリ。
6. 先行するいずれかの請求項に記載の回転工具ホルダアセンブリにおいて、
   前記バイアス手段は、バネ手段を有すること、
   を特徴とする回転工具ホルダアセンブリ。
7. 先行するいずれかの請求項に記載の回転工具ホルダアセンブリにおいて、
   前記バイアス手段は、スプリングパックを有すること、
   を特徴とする回転工具ホルダアセンブリ。
8. 先行するいずれかの請求項に記載の回転工具ホルダアセンブリにおいて、
   前記工具把持アームは、その軸長さに沿った断面が不変であること、
   を特徴とする回転工具ホルダアセンブリ。
9. 先行するいずれかの請求項に記載の回転工具ホルダアセンブリにおいて、
   前記外側リムサポートは、前記楔部の先細り形状と相補的である先細り形状を持つ楔受容部を有すること、
   を特徴とする回転工具ホルダアセンブリ。
10. 先行するいずれかの請求項に記載の回転工具ホルダアセンブリにおいて、
    前記楔は、工具が前記工具ホルダアセンブリ内に挿入される一端に対し反対の一端から、前記外側リムサポート内に軸方向に挿入されること、
    を特徴とする回転工具ホルダアセンブリ。
11. 請求項１０に記載の回転工具ホルダアセンブリにおいて、
    前記楔は、前記外側リムサポートの外側の端を越えて軸方向に突出するように配置されること、
    を特徴とする回転工具ホルダアセンブリ。
12. 先行するいずれかの請求項に記載の回転工具ホルダアセンブリにおいて、
    プレートが、前記少なくとも一つの楔もしくは前記楔それぞれと、前記バイアス手段との間にもうけられること、
    を特徴とする回転工具ホルダアセンブリ。
13. 請求項１２に記載の回転ホルダアセンブリにおいて、
    前記少なくとも一つの楔もしくは前記楔それぞれが、前記プレートに取り付けられること、
    を特徴とする回転工具ホルダアセンブリ。
14. 請求項１２に記載の回転ホルダアセンブリにおいて、
    前記プレートは、前記少なくとも一つの楔もしくは前記楔それぞれとは別体であり、接続されていないこと、
    を特徴とする回転工具ホルダアセンブリ。
15. 中空シャフト部材の中に収容された先行するいずれかの請求項に記載の回転工具ホルダアセンブリを有する、工具ホルダシャフトアセンブリ。
16. 請求項１５に記載のシャフトアセンブリを軸支する少なくとも一つのラジアル軸受を有するスピンドル体を有する、工具ホルダスピンドル。
17. 支持される工具の把持を解放するために、前記バイアス手段の作用に反して前記楔部を押す工程を有する、
    先行するいずれかの請求項に記載の回転工具ホルダ内で保持される工具を交換する方法。
18. 前記工具ホルダアセンブリが取り付けられる機械のＺ軸モータを使い、前記バイアス手段の作用に反して前記楔部を駆動する工程を有する、
    請求項１７に記載の方法。
19. 前記工具ホルダアセンブリが取り付けられる機械のプレッシャフットの後退を利用して、前記バイアス手段の作用に反して前記楔部を駆動する工程を有する、
    請求項１７に記載の方法。

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