JP2018529531A

JP2018529531A - 工具ホルダ

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Publication number: JP2018529531A
Application number: JP2018511152A
Authority: JP
Inventors: ガストン・シュベンク; ジェンス・ケテラー; マニュエル・プレトリウス
Original assignee: Sauer GmbH and Co KG
Current assignee: Sauer GmbH and Co KG
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2016-08-11
Publication date: 2018-10-11
Also published as: DE102015216596B4; KR20180096569A; WO2017036757A1; RU2701252C1; DE102015216596A1; US20180264611A1; CN108602136A; EP3344412A1

Abstract

【課題】
【解決手段】本発明は、工具２００を収容する工具ホルダ１００であって、ハウジング１０と、工具ホルダ１００の第１端部分３０に収容される工具２００に動きを伝達するための、ハウジング１０内に可動に配置される伝達要素２０と、工具ホルダ１００の第１端部分３０の反対側に位置づけられる、工具ホルダ１００の第２端部分５０にある締結部分４０であって、工具ホルダ１００を工作機械３００に締結するための締結部分４０と、工具ホルダ１００の第２端部分５０から工具ホルダ１００の第１端部分３０へと冷却剤を導くための冷却剤ライン部分６０とを備える工具ホルダ１００であり、冷却剤ライン部分６０は、伝達要素２０を通して延在する第１セクション６１を有し、当該第１セクション６１は、少なくとも一部が伝達要素２０における穴として構成される、工具ホルダ１００に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、工具を受ける工具ホルダであって、ハウジングと、工具ホルダの第１端部分に収容される工具に動きを伝達するための、ハウジング内に可動な態様で配置される伝達要素と、工具ホルダの第１端部分の反対側の第２端部分にある締結部分であって、工具ホルダを工作機械に締結するための締結部分と、工具ホルダの第２端部分から工具ホルダの第１端部分へと冷却剤を導くための冷却剤ライン部分とを備える工具ホルダに関する。

従来技術では、工作機械に使用する工具スピンドルがよく用いられ、当該工具スピンドルは、工作物が加工されている間に工具を冷却しかつ滑らかにするための連続内部チューブを有しており、この連続内部チューブによって、冷却剤が工具まで導かれる。

欧州特許第１４８０７８３（Ｂ１）号明細書は、工作機械の作動中に、工具支持具内にクランプ固定されるとともに、冷却用潤滑剤を収容するための小さい冷却剤チューブを有する、交換可能な工具ホルダ用の工具支持具を有するスピンドルと、スピンドル内部に配置されるとともに、工具支持具の内側に開いた出口開口部を有する第１チャネルとをさらに備える、工作機械について記載されており、前記小さい冷却剤チューブは、工具ホルダがクランプ固定されている間、第１チャネルの出口開口部に嵌合し、第１チャネルは、連続内部チューブを備え、その第１端部はエアロゾル発生源に接続され、その第２端部は、前記小さい冷却剤チューブに正確に嵌合接続するように設計されている。

さらに、工作物の超音波処理のための工具ホルダも知られており、この工具ホルダは、圧電システムによって振動させられる。

欧州特許第１７６３４１６（Ｂ１）号明細書は、工具ホルダと主軸端を備えた工具について記載しており、工具ホルダは、第１端部にある回転主軸端及び第２端部にある工具支持具に適用するための、かつ工具支持具に挿入できる工具ヘッドを備える、工具ホルダ支持具を有し、工具ホルダと主軸端は振動モータを形成し、当該振動モータは、圧電システムを介して工具ホルダを振動させるもので、当該圧電システムは、第１固定コイルと、当該第１コイルから距離を置いて工具ホルダにて係合する第２コイルとを備え、当該第２コイルは圧電アクチュエータに接続される。

冷却剤チューブが振動工具ホルダで使用される場合、冷却剤チューブの一方端は、スピンドルの方向で振動工具ホルダのハウジングに固定接続される。工具の方向での冷却剤チューブの他方端では、適切な密封要素によってチューブを適切に密封しなければならない。この密封要素は、連続振動運動の結果として生じる密封要素の応力を避けるために、振動システムの振動ノードの近くに位置づけられる。しかし、かかるデザインでは、チューブの断面と、その結果達成可能な冷却剤の流量とが低過ぎて、工具の最適な冷却を確保できないという問題が生じる。さらに、振動駆動装置を十分に冷却することもできない。

従って、本発明の目的は、最適化された冷却剤フィードスルーを工具ホルダに提供することである。

この目的は、請求項１に記載の工具ホルダによって達成される。従属項は、本発明に係る工具ホルダの効果的な実施形態に言及する。

工具を収容するための本発明に係る工具ホルダは、ハウジングと、前記工具ホルダの第１端部分に収容される前記工具に動きを伝達するための、前記ハウジング内に可動に配置される伝達要素と、前記工具ホルダの前記第１端部分の反対側に配される、前記工具ホルダの第２端部分にある締結部分であって、前記工具ホルダを工作機械に締結するための締結部分と、前記工具ホルダの前記第２端部分から前記工具ホルダの前記第１端部分へと冷却剤を導くための冷却剤ライン部分とを備える工具ホルダであり、前記冷却剤ライン部分は、前記伝達要素を通して延在する第１セクションを有し、当該第１セクションは、少なくとも一部が前記伝達要素における穴として構成される。

冷却剤ライン部分は、冷却剤と接触する工具ホルダの部分から成る。工具ホルダの可動部分の穴を通して導かれる（例えば、アセンブリ内で容易にダメージを受け得る）薄い壁の別個のチューブを通してではなく、この穴を通して直接に冷却剤が流れる場合、これによってデザインの安定性が増す。例えば、伝達要素は、振動させられることが可能であり、またこの振動を工具に伝達することができる。この場合、ハウジングと工具ホルダの締結部分は共に振動することはない。従って、冷却剤は、工具に至る途中で、非振動部分を通して、かつ工具ホルダの振動部分を通して導かれる。本発明に係るデザインにより、二重壁の冷却剤フィードスルーを省くことができ、従って、冷却剤を工具まで導くために、より大きい直径を使用することができ、その結果、工具の方向に導かれる冷却剤の体積流量を増すことができる。さらに、冷却剤チャネルの増した壁厚と、その結果増加した当該デザインの圧力抵抗のため、冷却剤ライン部分を通して冷却剤が導かれる際に用いられる圧力を増加することができる。従って、穴の近くの工具及び工具ホルダの部分をより良好に冷却することが可能である。最終的な分析としては、工作物の加工においてより高い精度が達成される。

前記冷却剤ライン部分は好適には、前記締結部分を通して延在する第２セクションを有し、前記第１セクションと前記第２セクションは、互いに対して可動に配置される。

この効果としては、工具ホルダのその他の部分に対する伝達部分の動き（例えば、振動）が、第２セクションに対する冷却剤ライン部分の第１セクションの対応する動きによって吸収され得るということである。冷却剤ライン部分はまた、互いに対して可動である３つ以上のセクションから成り得る。

前記第１セクションは好適には、前記第２セクションに対面する端部に、前記第２セクションに接続するように第１接続部分を有し、かつ前記第２セクションは、前記第１セクションに対面する端部に、前記第１セクションに接続するように第２接続部分を有し、前記第１接続部分と前記第２接続部分は互いに嵌合される。

互いに対して動かすことができる冷却剤ライン部分の２つのセクションを接続する当該デザインは、たとえ工具ホルダの部分が動く場合でさえ、２つの接続部分が常に重なっており、よって、工具ホルダ内に連続する冷却剤チャネルが存在することを確実にするという利点を有する。

前記第１接続部分は好適には、中空鋲として設計されており、前記伝達要素の前記穴が、当該中空鋲の内部空間を通して続くように、前記冷却剤ライン部分の前記第１セクションに配置され、かつ前記第２接続部分は好適には、前記第２セクションから前記第１セクションへと前記冷却剤を導くために、前記第１接続部分の周辺を取り囲む。

この効果は、冷却剤ライン部分の外側の工具ホルダの内部へと冷却剤が漏れることなしに、工具ホルダの固定及び／又は非振動部分から工具ホルダの可動及び／振動部分へと、冷却剤を導くことができるという点である。

工具ホルダは好適には、前記第１接続部分と前記第２接続部分との間に配置され、冷却剤が前記冷却剤ライン部分から出るのを防ぐように密封するための密封要素を備える。

この効果は、たとえ接続部分が互いに対して動かされたとしても、冷却剤は冷却剤ライン部分から一切漏れ出ることはできないという点である。

前記密封要素は好適には、塑性材料から成るリングとして設計され、当該リングは前記第１接続部分の外壁に押し当てられる。

従って、冷却剤ライン部分の第１セクションと第２セクションとの間の接続を確実に密封することができる。

前記第１接続部分の前記外壁は好適には、研磨される。

この効果は、第１端部を取り囲む第２接続部分に対して第１接続部分が動かされる場合、密封要素にダメージを与え得る機械的応力が一切生じないように、第１接続部分は、第２接続部分で動かなくなるということはない点である。

工具ホルダは好適には、前記伝達要素に接続された超音波トランスデューサであって、前記工具用の超音波振動を生成するための超音波トランスデューサを有し、前記超音波トランスデューサ、前記伝達要素及び前記冷却剤ライン部分の前記第１セクションは、前記ハウジング内に振動システムを形成し、前記冷却剤ライン部分は、前記工具ホルダ内の中心に配置され、かつ前記穴の中の前記冷却剤によって前記超音波トランスデューサを冷却するために、前記超音波トランスデューサは好適には、少なくとも部分的に、前記伝達要素の前記穴の周辺を取り囲む。

工具ホルダの冷却剤運搬要素の、かつ工具ホルダ内の超音波トランスデューサの前記配置は、工具を冷却するためだけではなく、超音波トランスデューサを冷却するためにも冷却剤を使用できるという利点がある。このことは特に、振動システムの及び工具の振動パラメータにおける熱関係の変化を防ぐために重要である。

振動システムを有する工具ホルダの場合、本発明に係るデザインにおいて第１接続部分及び第２接続部分は、最大振幅の場所で密封されなければならない。従って、かかる工具ホルダにとって、封止剤の摩耗を避けるために、第１接続部分の表面を研磨することによって平滑化することが、なおさら重要である。

前記伝達要素の前記穴は好適には、前記冷却剤が、少なくとも４.９ｍｍ^２のフロー断面を用いてかつ／又は少なくとも６０バールの圧力で、前記伝達要素を通過するように設計される。

例えば、穴は２.５ｍｍの直径を有し得る。本発明に係るデザインでは、穴の中に追加の冷却剤チューブを省くことができるため、冷却剤を導くために穴の幅全体を使用することができ、その結果、従来の冷却剤フィードスルーシステムに対して２０％高い体積流量となり、かつ工具ホルダ内の冷却剤の圧力が８０バール以下となる。これにより、とりわけ内部冷却の効率や、工具冷却の効率も高める。

前記第１セクションは好適には分岐を有し、かつ前記伝達要素は、前記冷却剤ライン部分の複数の開口部を有して、前記冷却剤が前記分岐から前記開口部へと導かれるようにする。

内部チャネルが全く無いドリル又はフライスなどの工具の場合、側面出口の形態での開口部が、冷却剤を流出させるのに適している。ここでは、圧電駆動装置も冷却剤体積流量によって冷却される。さらに、工具の外部冷却のために、比較的より高い圧力も使用することができる。

工具ホルダは好適には、前記工具ホルダ上に交換可能に配置される偏向要素であって、前記工具ホルダに収容される前記工具の方向に、前記開口部から出る前記冷却剤を偏向させるための偏向要素を備える。

この効果は、使用工具への冷却剤のジェット形状への迅速適応が、このようにして達成される点である。

工具ホルダは好適には、前記第１接続部分と前記第２接続部分の周辺に配置された安定化要素であって、前記冷却剤ライン部分の前記第１セクションと前記冷却剤ライン部分の前記第２セクションとの接続を安定化させるための安定化要素を備える。

この効果は、冷却剤ライン部分のセクションが接続されるところの工具ホルダの領域が、より安定するという点である。

前記冷却剤は好適には、空気又は水又は乳剤である。

空気と水は、費用効果高く提供することができるという利点がある。乳剤は、潤滑効果が高いという利点がある。

本発明に係る工作機械は、本発明に係る工具ホルダを有し、工作物が加工される間、前記工具ホルダ内に収容される前記工具と、前記工具ホルダの前記ハウジング内に配置される前記工具ホルダの部分とを、前記工具ホルダの軸方向に沿って前記冷却剤ライン部分内の前記冷却剤によって冷却することができる。

図１は、本発明に係る工具ホルダの一実施形態の断面図を示す。図２Ａは、本発明に係る工具ホルダの他の実施形態の断面図を示す。図２Ｂは、本発明に係る工具ホルダの他の実施形態の断面図を示す。

実施形態及び例示的図面により、以下に本発明を詳細に記載し説明する。

図１は、本発明に係る工具ホルダ１００の一実施形態の断面図を示す。工具ホルダ１００は、第１端部分３０と、第１端部分３０の反対側に配される第２端部分５０とを有する細長要素として設計されている。第１端部分３０に工具２００（図示しない）を収容できる。第２端部分５０には締結部分４０が設けられ、この締結部分４０によって、工具ホルダ１００を交換可能に工作機械３００に締め付けることができる。

工具ホルダ１００はハウジング１０を有し、このハウジング１０の中には振動システムが配置され、当該振動システムは超音波トランスデューサ７０と伝達要素２０とを有する。超音波トランスデューサ７０は、発電機（図示しない）によって励起されて機械的超音波振動を生じる積層されたディスク状の圧電素子を有する。この振動は、超音波トランスデューサ７０と伝達要素２０との機械結合によって、伝達要素２０へ、そして工具２００へと伝達される。

工作物が加工される際に工具を冷却かつ潤滑化するために、工具ホルダ１００は冷却剤ライン部分６０を有し、この冷却剤ライン部分６０を通して、冷却剤は、締結部分４０の領域の冷却剤ライン部分６０の開口部から、工具ホルダ１００を通って、伝達部分２０の領域の冷却剤ライン部分６０の開口部へと導かれて、加圧下で冷却剤ライン部分６０から出る。

冷却剤ライン部分６０の第１セクション６１は、伝達要素２０の穴として設計され、中空鋲の形態である第１接続部分６３は、当該穴に隣接する。中空鋲６３は周辺を第２接続部分６４によって取り囲まれ、この第２接続部分６４はチューブ部分として設計することができる。この目的のため、第２接続部分６４は、中空鋲６３の外径よりも若干大きいだけの内径を有する。中空鋲６３の開口部は、接続部分６４の開口部から少し離れて第２接続部分６４の内側に位置づけられる。

第２接続部分６４の空洞は、冷却剤ライン部分６０の第２セクション６２の一部であり、冷却剤ライン部分６０の第１セクション６１に隣接する。第２接続部分６４の空洞は、冷却剤ライン部分６０の移行部６６内のチャネルを通して継続し得る。このチャネルはチューブ片６７を通して継続され得るものであり、このチューブ片６７は、冷却剤を工具ホルダ１００に導入する装置（図示しない）に接続される。本実施形態では、移行部６６内のチャネル及びチューブ片６７は、冷却剤ライン部分６０の第２セクション６２の一部でもある。従って、工具ホルダ１００の第２端部分５０から、冷却剤ライン部分６０の全長を通して、工具ホルダ１００の第１端部分３０にある工具２００へと、冷却剤を導くことができる。

振動システムの超音波振動の場合、振動する工具ホルダ１００の部分とは、冷却剤ライン部分６０の第１セクション６１を形成する部分、すなわち、伝達部分２０及び中空鋲６３である。この場合、冷却剤ライン部分６０の第２セクション６２を形成する工具ホルダ１００の部分は振動しない。従って、中空鋲６３は第２（非振動）接続部分６４内で振動する。この場合、中空鋲６３と第２接続部分６４とが直接機械的接触しないようにするために、鋲壁は研磨され、Ｏリングの形態の密封要素６５が、中空鋲６３と第２接続要素６４との間の環状空間内の中空鋲６３に対して押し当てられる。従って、密封リング６５は、中空鋲６３と第２接続部分６４との間の最小距離を提供し、かつ冷却剤ライン部分６０からの冷却剤の漏出に備えて、冷却剤ライン部分６０の第１セクション６１と第２セクション６２との接続を密封する。

冷却剤は、伝達部分２０の穴の中に直接流れ込む。その結果、例えば２.５ｍｍの穴の直径全体（すなわち、例えば、４.９ｍｍ^２の断面積）を、冷却剤を導くために使うことができる。穴の周りに伝達要素２０によって形成される壁は、比較的厚い（穴の直径よりも厚い）。さらに、第２接続部分６４の周囲と、移行部６６の一部の周囲のハウジング１０内に、安定化要素８０が配置される。これは、冷却剤ライン部分６０の一部ではない、ハウジング１０内の空洞を主に避けるという役目を果たす。その結果、８０バール以下の高圧で、工具ホルダ１００を通して冷却剤を導くことができる。

穴と超音波トランスデューサ７０との間に半径方向に空洞を配することなしに、伝達部分２０の穴の周りのリング要素として、超音波トランスデューサ７０が配置される。従って、伝達部分２０を通して流れる冷却剤は、穴の周囲の壁の冷却と、伝達部分２０と超音波トランスデューサ７０との直接機械的接触によって、超音波トランスデューサ７０の冷却も提供する。

図２Ａ及び図２Ｂは、２つの異なる視点からの断面図として、本発明に係る工具ホルダ１００の他の実施形態を示しており、当該実施形態は、移行部２０の穴が分岐６８を有しており、工具２００の隣りの伝達部分２０に配される複数の開口部６９に冷却剤が導かれるようになっているという点で、図１の実施形態とは異なっている。これは、ドリルやフライスなどの、内部冷却剤チャネルを有しない工具２００が使用される際に重要である。この場合、図１で示されるように、冷却剤ライン部分６０の１つの開口部を通して、そしてさらに工具２００を通して工具先端までへと、冷却剤を導くことはできない。その代わり図２に示す実施形態では、分岐６８から、工具２００の周囲に配置することができる複数のチャネル７１（例えば、図２Ａ／Ｂに示される通り、３つのチャネル７１）の開口部６９へと、冷却剤は導かれる。

ここで冷却剤は、工具２００の周囲の工具ホルダ１００にある偏向要素２１によって、工具先端へと導かれる。偏向要素２１は、交換可能に工具ホルダ１００に取り付けることができる。このようにして、一方では、工具２００に面する側では超音波トランスデューサ７０がさらに冷却され、他方では、工具の外側も冷却される。

本発明は、上述の実施形態に限定されない。それどころか、上記実施形態の個々の態様及び／又は個々の特徴を組み合わせて、本発明の他の実施形態を提供することができる。

１００工具ホルダ
１０ハウジング
２０伝達要素
２１偏向要素
３０第１端部分
４０締結部分
５０第２端部分
６０冷却剤ライン部分
６１第１セクション
６２第２セクション
６３第１接続部分
６４第２接続部分
６５密封要素
６６伝達部分
６７チューブ片
６８分岐
６９開口部
７１チャネル
７０超音波トランスデューサ
８０安定化要素
２００工具
３００工作機械

Claims

工具（２００）を収容する工具ホルダ（１００）であって、
ハウジング（１０）と、
前記工具ホルダ（１００）の第１端部分（３０）に収容される前記工具（２００）に動きを伝達するための、前記ハウジング（１０）内に可動に配置される伝達要素（２０）と、
前記工具ホルダ（１００）の前記第１端部分（３０）の反対側に位置づけられる、前記工具ホルダ（１００）の第２端部分（５０）にある締結部分（４０）であって、前記工具ホルダ（１００）を工作機械（３００）に締結するための締結部分（４０）と、
前記工具ホルダ（１００）の前記第２端部分（５０）から前記工具ホルダ（１００）の前記第１端部分（３０）へと冷却剤を導くための冷却剤ライン部分（６０）と
を備える工具ホルダ（１００）であり、
前記冷却剤ライン部分（６０）は、前記伝達要素（２０）を通して延在する第１セクション（６１）を有し、当該第１セクション（６１）は、少なくとも一部が前記伝達要素（２０）における穴として構成されることを特徴とする、工具ホルダ（１００）。
前記冷却剤ライン部分（６０）は、前記締結部分（４０）を通して延在する第２セクション（６２）を有し、
前記第１セクション（６１）と前記第２セクション（６２）は、互いに対して可動に配置される、請求項１に記載の工具ホルダ（１００）。
前記第１セクション（６１）は、前記第２セクション（６２）に対面する端部に、前記第２セクション（６２）に接続するように第１接続部分（６３）を有し、かつ
前記第２セクション（６２）は、前記第１セクション（６１）に対面する端部に、前記第１セクション（６１）に接続するように第２接続部分（６４）を有し、
前記第１接続部分（６３）と前記第２接続部分（６４）は互いに接合される、
請求項２に記載の工具ホルダ（１００）。
前記第１接続部分（６３）は、中空鋲として設計されており、前記伝達要素（２０）の前記穴が、当該中空鋲の内部空間を通して続くように、前記冷却剤ライン部分（６０）の前記第１セクション（６１）に配置され、かつ
前記第２接続部分（６４）は、前記第２セクション（６２）から前記第１セクション（６１）へと前記冷却剤を導くために、前記第１接続部分（６３）の周辺を取り囲む、
請求項３に記載の工具ホルダ（１００）。
前記第１接続部分（６３）と前記第２接続部分（６４）との間に配置され、冷却剤が前記冷却剤ライン部分（６０）から出るのを防ぐように密封するための密封要素（６５）を備える、
請求項３又は４のいずれかに記載の工具ホルダ（１００）。
前記密封要素（６５）は、塑性材料から成るリングとして設計され、当該リングは前記第１接続部分（６３）の外壁に押し当てられる、
請求項５に記載の工具ホルダ（１００）。
前記第１接続部分（６３）の前記外壁は研磨される、
請求項６に記載の工具ホルダ（１００）。
前記伝達要素（２０）に接続された超音波トランスデューサ（７０）であって、前記工具（２００）用の超音波振動を生成するための超音波トランスデューサ（７０）を備える工具ホルダ（１００）であり、
前記超音波トランスデューサ（７０）、前記伝達要素（２０）及び前記冷却剤ライン部分（６０）の前記第１セクション（６１）は、前記ハウジング（１０）内に振動システムを形成し、
前記冷却剤ライン部分（６０）は、前記工具ホルダ（１００）内の中心に配置され、かつ
前記穴の中の前記冷却剤によって前記超音波トランスデューサ（７０）を冷却するために、前記超音波トランスデューサ（７０）は、少なくとも部分的に、前記伝達要素（２０）の前記穴の周辺を取り囲む、
先行するいずれかの請求項に記載の工具ホルダ（１００）。
前記伝達要素（２０）の前記穴は、前記冷却剤が、少なくとも４.９ｍｍ^２のフロー断面を用いてかつ／又は少なくとも６０バールの圧力で、前記伝達要素（２０）を通過するように構成される、
先行するいずれかの請求項に記載の工具ホルダ（１００）。
前記第１セクション（６１）は分岐（６８）を有し、かつ
前記伝達要素（２０）は、前記冷却剤ライン部分（６０）の複数の開口部（６９）を有して、前記冷却剤が前記分岐（６８）から前記開口部（６９）へと導かれるようにする、
先行するいずれかの請求項に記載の工具ホルダ（１００）。
前記工具ホルダ（１００）上に交換可能な態様で配置される偏向要素（７１）であって、前記工具ホルダ（１００）に収容される前記工具（２００）の方向に、前記開口部（６９）から出る前記冷却剤を偏向させるための偏向要素（７１）を備える、
請求項１０に記載の工具ホルダ（１００）。
前記第１接続部分（６３）と前記第２接続部分（６４）の周辺に配置された安定化要素（８０）であって、前記冷却剤ライン部分（６０）の前記第１セクション（６１）と前記冷却剤ライン部分（６０）の前記第２セクション（６２）との接続を安定化させるための安定化要素（８０）を備える、
先行するいずれかの請求項に記載の工具ホルダ（１００）。
前記冷却剤は空気又は水又は乳剤である、
先行するいずれかの請求項に記載の工具ホルダ（１００）。
先行するいずれかの請求項に記載の工具ホルダ（１００）を備える工作機械（３００）であって、
工作物が加工される間、前記工具ホルダ（１００）内に収容される前記工具（２００）と、前記工具ホルダ（１００）の前記ハウジング（１０）内に配置される前記工具ホルダ（１００）の部分とを、前記工具ホルダ（２００）の軸方向に沿って前記冷却剤ライン部分（６０）内の前記冷却剤によって冷却することができる、工作機械（３００）。