JP4621358B2 - 工具をクランプするための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、工具シャフトを有する工具をクランプしあるいはクランプを外すための装置に関し、この装置は工具受部を有し、この工具受部は、その自由端にて開いていて且つ導電性の材料から成る、工具シャフトを摩擦拘束的に受け入れるためのブッシュ部分を有し、更にこの装置は、工具受部のブッシュ部分を包囲して、有利には高周波交流で作動可能であり且つ環状コイルまたは円筒コイルとして形成されている、ブッシュ部分を加熱するための誘導コイルを有する。
【０００２】
この種の装置は、例えばフライスまたはドリルとして形成されている工具を工具受部にクランプするため又は工具受部からクランプ外すためのものである。このために、工具受部はブッシュ部分の領域における誘導コイルを使って加熱され、それによりブッシュ部分の穴が拡大される。工具は、そのシャフトを用いて、加熱により拡大されている受部に挿入される。ブッシュ部分を引き続いて冷却する際、工具シャフトは、冷却により収縮されるブッシュ部分の穴内で摩擦拘束的すなわち互いに摩擦力で拘束し合うように保持される。この際、工具シャフトの直径およびブッシュ部分の直径は、締力による相対回転不能な結合が冷却時に行われるように選択されていて、この結合は高速回転時に遠心力によって外されることはない。クランプ外しのためには、工具を受部から引き抜くことが可能になるまで、ブッシュ部分が誘導コイルによって新たに加熱される。クランプ外しは、加熱が外方から内方へと拡散されることで可能となるので、クランプされている工具シャフトに熱が到達する以前に先ずはブッシュ部分が加熱される。それにより、先ずはブッシュ部分の膨張が達成されるので、それと比べて冷たい工具はクランプ外しの際に受部から取り外され得る。しかし、このことは、熱膨張が僅かであり及び／又は例えば硬質合金またはセラミックから成る導電性の小さい工具が使用される場合にだけ機能する。それに対して、工具鋼から成る差込工具を使用する際にはクランプ外し過程の際に再三再四問題点が生じることになる。
【０００３】
この点から本発明の基礎を成す課題は、熱膨張が比較的大きく及び／又は導電性の材料から成る工具も、誘導加熱を使って確実にクランプされ及びクランプ外され得るように、冒頭に掲げた形式の周知の装置を改善することである。
【０００４】
前記課題を解決するために、本発明に従い、特許請求項１に記載した構成の組み合わせが提案される。本発明の有利な構成および有利な他の構成は従属項に記載されている。
【０００５】
本発明による解決策は、導電性の材料から成る工具が、これらの工具のクランプ位置の領域内の従来の誘導コイルの少なからぬ漏れ部分によってクランプ外しが困難または不可能とされるような速さで加熱されてしまうという認識に基づいている。このことを防止するために、本発明により、ブッシュ部分の自由端の領域における電磁的な漏れフィールドを、工具受部に設けられた工具の加熱が回避されるまで減少することが提案される。このことは本発明により、誘導コイルが、ブッシュ部分の自由端に隣接するその端面にて、工具のための中央の通過開口部を有し且つ導磁性で非導電性の材料から成る磁極片により被われていることによって達成される。この措置により、誘導コイルの前記端面における磁力線が磁極片内にて集中されることが達成されるので、工具受部を越える工具の突出部分は、電磁的な漏れフィールドに対して効果的に遮蔽される。
【０００６】
特に効果的な遮蔽は、磁極片がブッシュ部分の自由端を部分的に被い、軸方向および／または半径方向（即ち、軸方向、または半径方向、または軸方向および半径方向）にてブッシュ部分の自由端に当接することにより達成される。磁極片における通過開口部は、工具直径に対して過大寸法を有するので、工具に向かって、高い磁気抵抗を有する空隙が得られる。この観点の他の改善策は、磁極片が、通過開口部に向かって部分的に先細りされている横断面を有することによって達成される。
【０００７】
磁極片は環状ディスクとして形成され得て、この環状ディスクは、通過開口部に対して同軸の円錐形の凹部を有し得る。また、磁極片が、スポーク状に配置されている複数の半径方向バーにより形成されていることも基本的に可能である。
【０００８】
出来るだけ小さな電気出力でブッシュ部分の迅速な加熱を達成するために、本発明の他の有利な構成により、誘導コイルが、磁極片とは反対側のその端面および／または外側のその外殻面にて、導磁性で非導電性の材料から成る磁気遮蔽部を追加的に支持することが提案される。この際、端面側の磁気遮蔽部は、工具受部のブッシュ部分のための通過開口部を有する環状ディスクとして形成され得る。また選択的に、端面側の磁気遮蔽部は、スポーク状に配置されている複数の半径方向バーによっても形成され得る。外殻側の磁気遮蔽部は合目的には円筒ケージとして形成されていて、この円筒ケージは、周方向にて閉じているか、または、周方向にて間隔をもって互いに配置されている軸平行の複数のバーで形成され得る。
【０００９】
ブッシュ部分に対する誘導コイルのより良いセンタリングのために、磁極片が、通過開口部に対して同軸であり且つブッシュ部分の自由端を受け入れるため及び／又は誘導コイルを環状開口部にて支持するためのリング形状のセンタリングショルダーを有すると有利である。
【００１０】
提供される加熱力において電流の強さを出来るだけ小さく維持するために、本発明の他の有利な構成により、誘導コイルが、有利には多層に巻かれていて高周波リッツ線から成るコイル巻線を有することが提案される。この場合、コイル巻線の従来の水冷が不必要であることが明らかになった。加熱過程にはほんの数秒が必要とされるので、場合によっては、周囲空気を介した対流冷却で十分である。比較的高い出力要求においては、コイル巻線が必要に応じて空気で強制冷却され得る。
【００１１】
誘導コイルは合目的にはセラミック材料から成る巻型を有し、この巻型は同時に磁極片および／または磁気遮蔽部のための支持体として使用され得る。
【００１２】
試験では、ブッシュ部分の自由端の近くにおいてこのブッシュ部分が中央の領域よりも小さな速さで加熱されることが示された。ジョイント問題を回避するために、ブッシュ部分が工具シャフトを受け入れるための嵌合穴を有すると有利であり、この嵌合穴には、自由端に向かって、より大きな直径の部分が接続している。この際、ブッシュ部分は、円柱形状または円錐台形状の外面を有する。
【００１３】
工具受部は、高速回転する機械スピンドルに直接的に配置され得る。選択的に工具受部は、ブッシュ部分を支持し且つ高速回転する機械スピンドルと接続可能な連結要素を支持し得る。
【００１４】
工具受部と誘導コイルは、クランプおよびクランプ外しの目的のためだけに互いに冒頭に記載した位置に備えられる。簡単な操作性を可能とするために、工具受部と誘導コイルが互いに相対運動可能であると有利である。
【００１５】
次に、図面に図示されている実施形態に基づいて本発明を更に詳細に説明する。唯一の図は、誘導コイルとして形成されている加熱装置を用いて工具受部における工具をクランプする及びクランプ外すための装置の断面図が示されている。
【００１６】
図面に示されている工具受部１０は、その自由端にて開いているブッシュ部分１２を有し、このブッシュ部分１２は、ツイストドリルとして形成されている工具１６の工具シャフト１４を摩擦拘束的すなわち互いに摩擦力で拘束し合うように受け入れるためのものである。図示されている実施形態において工具受部１０はアダプターとして形成されていて、このアダプターは、その後方の端部にて、円錐形状の外面を有する中空シャフトとして形成されていて且つ高速回転する非図示の機械スピンドルに接続するための連結要素１８を有する。ブッシュ部分１２は、円柱状の工具シャフト１４のための嵌合穴２０並びに円錐台形状の外殻面２２を有する。ブッシュ部分１２は、端面側にて、周回する環状面２４により画定されている。周囲温度において嵌合穴２０の直径は工具シャフト１４に対して寸法不足を有する。それにより、工具１６のクランプ及びクランプ外しは、ブッシュ部分１２の温度がほぼ４５０℃まで上昇される場合にだけ可能である。
【００１７】
ブッシュ部分１２の加熱は、高周波交流で作動可能な誘導コイル２６を使って行われる。この目的のためにブッシュ部分１２は導電性の材料から構成され、この導電性の材料内には外殻領域内の誘導コイル２６の磁力線２８が進入して渦電流を発生することにより加熱が導かれる。この目的のために工具受部１０は、そのブッシュ部分１２を用いて、円筒コイルとして形成されている誘導コイル２６の中央の開口部３０に挿入される。誘導コイル２６は、セラミック材料から構成される巻型３２を含む。巻型３２上には、高周波リッツ線から成る多層の巻線３３が設けられていて、この巻線３３は高周波交流を用いて作用される。誘導コイル２６は、ブッシュ部分１２の自由端に隣接するその端部にて、巻型３２上に載置されている磁極片３４により閉ざされていて、この磁極片３４は、導磁性で非導電性の材料から構成され、工具１６を通過させるための中央開口部３６を有する。図示されている実施形態において磁極片３４は環状ディスクとして形成されていて、この環状ディスクは、ブッシュ部分１２の環状面２４を外方から部分的に被い、中央開口部３６に向かって円錐形の凹部３８を有する。磁極片３４は、環状面２４上に載置され、工具シャフト１４に向かって、磁気抵抗を増加させるリング形状の空隙４０を画定する。この措置により、コイル巻線３３から到来する磁力線２８が磁極片３４内にて集中されて直接的に環状面２４を介してブッシュ部分１２内に導入されることが達成される。このようにして、ブッシュ部分１２の環状面２４を越える工具１６の突出部分は、電磁的な漏れフィールドに対して効果的に遮蔽される。それにより、電磁的な漏れフィールドによって加熱されることなく、導電性の材料、例えば工具鋼から成る工具も使用され得ることが達成される。電磁的な漏れフィールドによって加熱されないということは、確実なクランプ外しを可能とするために必要不可欠である。
【００１８】
効率を更に改善するために、誘導コイル２６には、磁極片３４とは反対側のその端面および円筒状のその外殻面にて、導磁性で非導電性の材料から成る磁気遮蔽部４２、４４が設けられている。この際、端面側の磁気遮蔽部４２は、巻型３２の内壁４８のための通過開口部４６を有する環状ディスクとして設けられていて、それに対して外殻側の磁気遮蔽部４４は円筒ケージとして形成されている。磁力線２８は磁気遮蔽部４２、４４内にて集中されるので、電磁的な漏れフィールドの損失が最小化される。磁極片３４と磁気遮蔽部４２、４４は、軟磁性の材料、特に軟フェライト性で酸化セラミック性の材料から構成され、この軟磁性の材料では、電気的な絶縁特性により、渦電流の損失が少ない又は生じない。
【００１９】
工具受部１０と誘導コイル２６は、工具のクランプ及びクランプ外しの目的のために、互いに相対運動可能である。誘導コイル２６を含む加熱装置の他に合目的には非図示の冷却装置が設けられていて、この冷却装置にてクランプ過程が加速され得る。
【００２０】
以上の説明を総括すると以下のようになる：本発明は、工具受部１０における工具１６をクランプする及びクランプ外すための装置に関する。この目的のために工具受部１０は、その自由端にて開いているブッシュ部分１２を有し、このブッシュ部分１２は工具シャフト１４を摩擦拘束的に受け入れるためのものである。この際、工具シャフト１４はブッシュ部分１２の穴２０に焼きばめされる。この目的のために、工具受部１０のブッシュ部分１２を包囲し且つ交流で作動可能である、ブッシュ部分１２を加熱するための誘導コイル２６が設けられている。工具１６の望まれない加熱を導きうる漏れフィールドを回避するために、本発明により、誘導コイル２６が、ブッシュ部分１２の自由端に隣接するその端部にて、工具１６のための中央の通過開口部３６を有し且つ導磁性で非導電性の材料から成る磁極片３４により被われていることが提案される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 誘導コイルとして形成されている加熱装置を用いて工具受部における工具をクランプする及びスランプ外すための装置の断面図を示す図である。

Claims (26)

1. 工具シャフト（１４）を有する工具（１６）をクランプしあるいはクランプを外すための装置であって、この装置が工具受部（１０）を有し、この工具受部（１０）が、その自由端（２４）にて開いていて且つ導電性の材料から成る、工具シャフト（１４）を摩擦拘束的に受け入れるためのブッシュ部分（１２）を有し、更に、工具受部（１０）のブッシュ部分（１２）を包囲して交流で作動可能であり且つ環状コイルまたは円筒コイルとして形成されている、ブッシュ部分（１２）を加熱するための誘導コイル（２６）を有する前記装置において、
   工具受部（１０）を越える工具（１６）の突出部分が、ブッシュ部分（１２）の自由端の領域で誘導コイル（２６）の電磁的な漏れフィールドに対して遮蔽されていることを特徴とする装置。
2. ブッシュ部分（１２）の自由端に隣接している誘導コイル（２６）の端面にて、工具（１６）のための中央の通過開口部（３６）を有し且つ電気的な絶縁特性をもつ導磁性の材料から成る磁極片（３４）が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 工具シャフト（１４）を有する工具（１６）をクランプしあるいはクランプを外すための装置であって、この装置が工具受部（１０）を有し、この工具受部（１０）が、その自由端（２４）にて開いていて且つ導電性の材料から成る、工具シャフト（１４）を摩擦拘束的に受け入れるためのブッシュ部分（１２）を有し、更に、工具受部（１０）のブッシュ部分（１２）を包囲して交流で作動可能であり且つ環状コイルまたは円筒コイルとして形成されている、ブッシュ部分（１２）を加熱するための誘導コイル（２６）を有する前記装置において、
   ブッシュ部分（１２）の自由端に隣接している誘導コイル（２６）の端面にて、工具（１６）のための中央の通過開口部（３６）を有し且つ電気的な絶縁特性をもつ導磁性の材料から成る磁極片（３４）が配置されていることを特徴とする装置。
4. 磁極片（３４）がブッシュ部分（１２）の自由端（環状面２４）を部分的に被うことを特徴とする、請求項２又は３に記載の装置。
5. 磁極片（３４）が軸方向および／または半径方向にてブッシュ部分（１２）の自由端に当接することを特徴とする、請求項２〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 磁極片（３４）の通過開口部（３６）が工具直径に対して過大寸法を有することを特徴とする、請求項２〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 磁極片（３４）が、通過開口部（３６）に向かって部分的に先細りされている横断面を有することを特徴とする、請求項２〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 磁極片（３４）が環状ディスクとして形成されていることを特徴とする、請求項２〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記環状ディスクが、通過開口部（３６）に対して同軸の円錐形の凹部を有することを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 磁極片（３４）が、スポーク状に配置されている複数の半径方向バーにより形成されていることを特徴とする、請求項２〜７のいずれか一項に記載の装置。
11. 誘導コイル（２６）が、磁極片（３４）とは反対側のその端面および／または外側のその外殻面にて、電気的な絶縁特性をもつ導磁性の材料から成る磁気遮蔽部（４２、４４）を支持することを特徴とする、請求項２〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 端面側の磁気遮蔽部（４２）が、工具受部（１０）のブッシュ部分（１２）のための通過開口部（４６）を有する環状ディスクとして形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
13. 端面側の磁気遮蔽部（４２）が、スポーク状に配置されている複数の半径方向バーにより形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
14. 外殻側の磁気遮蔽部（４４）が円筒ケージとして形成されていることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記円筒ケージが周方向にて閉じていることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
16. 前記円筒ケージが、周方向にて間隔をもって互いに配置されている軸平行の複数のバーで形成されていることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
17. 磁極片（３４）が、軟磁性の材料、特に軟フェライト性で酸化セラミック性の材料から構成されていることを特徴とする、請求項２〜１６のいずれか一項に記載の装置。
18. 磁気遮蔽部（４２、４４）が、軟磁性の材料、特に軟フェライト性で酸化セラミック性の材料から構成されていることを特徴とする、請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の装置。
19. 磁極片（３４）が、通過開口部（３６）に対して同軸であり且つブッシュ部分（１２）の自由端を受け入れるため及び／又は誘導コイル（２６）を環状開口部にて支持するためのリング形状のセンタリングショルダーを有することを特徴とする、請求項２〜１８のいずれか一項に記載の装置。
20. 誘導コイル（２６）が、多層に巻かれていて高周波リッツ線から成るコイル巻線（３３）を有することを特徴とする、請求項２〜１９のいずれか一項に記載の装置。
21. コイル巻線（３３）が空気冷却されていることを特徴とする、請求項２０に記載の装置。
22. 誘導コイル（２６）が、セラミック材料から成る巻型（３２）を有することを特徴とする、請求項２〜２１のいずれか一項に記載の装置。
23. ブッシュ部分（１２）が、工具シャフト（１４）を受け入れるための嵌合穴を有し、この嵌合穴には、自由端に向かって、より大きな直径の部分が接続していることを特徴とする、請求項２〜２２のいずれか一項に記載の装置。
24. ブッシュ部分（１２）が円柱形状または円錐台形状の外殻面（２２）を有することを特徴とする、請求項２〜２３のいずれか一項に記載の装置。
25. 工具受部（１０）が、ブッシュ部分（１２）を支持し且つ高速回転する機械スピンドルと接続可能な連結要素（１８）を有することを特徴とする、請求項２〜２４のいずれか一項に記載の装置。
26. 工具受部（１０）と誘導コイル（２６）が互いに相対運動可能であることを特徴とする、請求項２〜２５のいずれか一項に記載の装置。

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