JP4638720B2 - 円筒型の軸部を備えた回転工具を収縮結合するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載された様な、主に円筒型の軸部を備えた回転工具を収縮結合するための工具ホルダに関する。

この種公知（ＵＳ ６３ １５ ５０６ Ｂ１号）の工具ホルダには、中心に差し込み部材のための受け入れ口を備えたチャックが設けられている。このチャックの中心の受け入れ口は、自由端に向かって略円錐形に拡がる円筒型の内孔を有している。この受け入れ口は、その全長で差し込み部材を受け入れることが出来る。差し込み部材は、円筒形の外側表面を備えた縦方向部分と、引き続いてそれに繋がる円錐形の外側表面を備えた縦方向部分とを有しており、これら双方の縦方向部分はチャックの受け入れ口の内側とぴたりと一致するようになっている。差し込み部材は、その円筒形の縦方向部分の辺りにねじ穴を有しており、その中に同軸に、ねじ山のついたねじがねじ込まれている。ここで、そのねじ頭は、チャックに軸方向に支持されている。この中心のねじを締めることで、差し込み部材をチャックの受け入れ口内に定着させることが出来る。ここで、上記円筒型の内孔のねじ部分に受け入れられるねじから、工具の軸部の受け入れ口までの軸方向の距離は、予め定められたものである。工具の軸部は、チャックのクランプ部内にある円錐形の受け入れ孔と差し込み部材の円錐形の外側表面に関する収縮効果により半径（ｒａｒｉａｌｅ）方向より締め付けられる。ここで、円筒型の工具の軸部の確実な固定を保証するためには、工具の軸部を極めて正確かつ僅かな直径の公差で製造して、差し込み部材の孔に適合させる必要がある。又このとき、極僅かな半径方向の締め付け力が実現される。従って例えば木工用の工具に見られるような、直径の公差が大きい工具の軸部については、上記したような工具ホルダに装着できないか、或いは少なくとも安全確実に固定することが出来ない。
ＵＳ ６３ １５ ５０６ Ｂ１号公報

従って本発明は、大きな直径の公差を有する工具の軸部であっても確実に固定することの出来る、冒頭で挙げたものと同種の工具ホルダを提供することを課題とする。

本発明によれば、冒頭で挙げた様な工具ホルダの課題は、主に円筒型の軸部を備えた回転工具を収縮結合するための工具ホルダであって、内部に差し込み部材を受け入れるための円錐形の受け入れ孔を備えたクランプ部を有するチャックと、工具の軸部を受け入れるための円筒型の内孔、及び前記クランプ部の前記受け入れ孔内に受け入れられる円錐形の外側表面を備えた差し込み部材と、からなっており、
前記差し込み部材は、前記差し込み部材が加熱されたチャック内に軸方向に押し込まれて前記チャックに装備されたのち、前記工具の軸部が差し込まれる様形成され、そして前記チャックを冷やすことにより前記工具の軸部が締め付けられ、このとき、最大限の締め付け力を伴って大きな直径の公差の無視が実現されることを特徴とする工具ホルダにより解決される。本発明のさらなる有用な特徴及び好ましい構成が従属クレームから明らかとなる。本発明の工具ホルダの構成によれば、大きな直径の公差を有する工具の軸部であっても確実に固定することが出来る。従って本発明は、例えば木工用の工具に見られるような、直径の公差が大きい円筒型の軸部を備えた工具の固定にも好適である。本発明の一連の工具ホルダは、簡素な構造であり、経済的である。チャックを加熱しなくても、差し込み部材を受け入れ口で軸方向に押圧すること無しにチャック内に入れることが出来る点は、本発明の特長である。差し込み部材を、先に僅かな半径（ｒａｒｉａｌｅ）方向の圧力下で導入した後は、その円筒型の受け入れ孔を収縮させ、円筒型の孔の直径を、受け入れ口に差し込まれた工具の軸部の直径に適合させる。チャックを加熱した後は、差し込み部材を、容易且つシンプルに、例えば力を用いずに又は僅かな軸方向の力で、熱膨張によって拡張したクランプ部にある受け入れ孔内に軸方向に差し込んで行くことが出来る。工具の軸部が差し込まれる差し込み部材の内孔に半径（ｒａｒｉａｌｅ）方向の力が作用することに基づいて、差し込み部材の装備が行われる。引き続いてチャックが冷却された後、工具の軸部は確実に固定される。差し込み部材の働きにより、工具の軸部の大きな直径の公差を無視出来る様になる。差し込み部材を、一方で収縮するチャックに、他方で工具の軸部に接触させるにあたり、収縮過程中は、軸方向の力を僅かだけ与えれば良いか、軸方向の力を全く与えなくても良い。適切に計算された受け入れ孔の円錐角と差し込み部材の円錐形の外側表面とによって、冷却によるチャックの収縮に伴って差し込み部材が軸方向に押し出されないことが保証される。加えて、この工具ホルダは、好ましくない公差があっても、極めて強い締め付け力が実現されるという特長を備えている。

さらに、請求項１に記載の収縮結合を用いてチャック内に工具を固定するための方法であって、円錐形の外側表面を備えた差し込み部材を、これに適合する、チャックのクランプ部の円錐形の受け入れ孔内に差し込む工程と、円筒型の軸部を備えた工具を、前記差し込み部材の円筒型の内孔内に差し込む工程と、前記チャックの少なくともクランプ部周りを、熱膨張を得るべく加熱する工程と、並びに、そののち、前記差し込み部材を前記クランプ部の受け入れ孔内へ軸方向に押圧した後、前記チャックの少なくとも前記クランプ部周りを冷却する工程と、からなることを特徴とする工具の固定方法を提供することも、本発明の対象である。さらなる好適な方法に係る特徴や構成が、従属クレームより追加的に導き出される。

本発明のさらなる詳細及び特長が、以下の記載より明らかとなる。

尚不必要な反復を回避するべく、請求項の全文をただ単に示すことはされていないが、その代わりにこれらはここに参照として組み込まれ、それ故やはり、これら請求項の特徴部分は、ここで発明の本質的部分を開示して明確に表現するものとして考慮される。さらに、上記及び以下の記載で言及するすべての特徴及び本発明の他の構成要素から導き出される特徴が、特別強調される訳でも、又請求項中に特に言及されている訳でもない。

発明を実施するための形態

本発明は、図中に示される一実施例に基づきより詳細に説明される。

図中には、回転工具１１の工具ホルダ１０が先細りのアタッチメントとして概略的に示されている。図では、工具ホルダ１０内に締め付けられた軸部１２だけが視認出来る様になっている。工具ホルダ１０には、クランプ部１４内の中心に、円錐形の受け入れ孔１５を有するチャック１３が設けられている。これは、図中右側に表された端部１６が開口しており、差し込み部材３０を中に挿入して受け入れるものとして用いられる。工具ホルダ１０には、クランプ部１４の後に引き続いて端部領域１７が備えられているが、この部分は本発明に重要ではなく、それ故任意の形状に変更して構わない。工具ホルダ１０は、この端部領域１７を用いて、例えばワーキングスピンドル等不図示の機械工具に公知の手法で適用出来る様になっている。端部領域１７はまた、スピンドル側に与えられた条件等に応じて、図示したものから離れた別異のものにアレンジすることが可能である。従ってこの部分を、例えば単純な軸部にアレンジすることも可能であり、このときそれは、どちらも機械工具のワーキングスピンドル内に受け入れられる、別のチャックの一部又は工具ホルダ１０自身に設けられた別のチャック内に着脱可能に適用され得る。

原理上、工具１１は任意のものである。これには、ドリル、カッター、或いは場合によってはその他のものが含まれる。工具は、焼きばめを用いて工具ホルダ１０内にしっかりと固定され、回転駆動される。工具１１の軸部１２は円筒型である。

本実施例に示されるチャック１３は、一例として表されたものである。従って、図示されていないが、チャック１３は、工具ホルダ１０と着脱可能に結合されたものであっても良い。

端部１６で終端しているチャック１３内の、円錐形の受け入れ孔１５の反対側の端部には、円筒型の空間１８があり、その中では、調節ねじ１９が、程度の差はあるが軸方向に同軸上にのびている。又この調節ねじは、外部、例えば軸方向からアクセスされることを目的としたものであり、チャック１３のねじ穴２１内に回転位置の調節が出来る様に収容されている。調節ねじ１９は、例えば軸部１２側を向いた端部に平面２２を備えており、そこに軸部１２が軸方向でぶつかることが出来る様になっている。従って、調節ねじ１９は、差し込まれる工具１１の軸方向のストッパを形成しており、これにより、工具の差し込み深さが一定になる様調節している。さらに、調節ねじ１９は、暖まったチャック１３から工具１１を押し出して取り出すのに必要であるほか、それと同時に差し込み部材３０の取り外しを容易にするためにも機能する。

差し込み部材３０は、円錐形の外側表面を備えており、その円錐角は、チャック１３内における円錐形の受け入れ孔１５のそれよりも大きくなるように選ばれる。ここで、円錐角は、自動的にロックする角度よりも小さいもの、例えば、９°よりも小さいものに制限される。尚、自動的にロックするための角度は、例えば、およそ９°〜１０°である。したがって、冷却によってチャック１３が収縮しても、差し込み部材３０が軸方向に押し出されることはない。いずれにせよ、チャック１３が暖まった後は、差し込み部材３０を、固定された工具１１を除去するために容易且何の問題も無く抜き取ることが可能である。差し込み部材３０は、内側に、円筒型の内孔３２を、工具１１の円筒型の軸部１２を受け入れる為に有している。差し込み部材３０は、例えば、材料的に及び／又は構造的に以下の様に形づくられる。すなわち、先に誘導加熱又はその他の手法で熱したチャック１３内に差し込み部材３０を軸方向に差し込み、差し込み部材３０の外側表面３１をチャック１３の受け入れ孔１５に備えることによって差し込み部材３０をチャックに装備した後、円筒型の内孔３２に工具１１の軸部１２が備えられる。そして、チャック１３を冷やすことにより、工具の軸部１２は熱収縮を経て締め付けられる。このとき、最大限の締め付け力を伴って大きな直径の公差の無視が実現される。差し込み部材３０については、力を入れなくても、又は軸方向に僅かに力を及ぼすだけで、暖まったクランプ部１４の受け入れ孔１５内へと押し込んで行く事が出来る。したがって、工具１１の軸部１２の締め付けは、差し込み部材３０を暖まったチャック１３内に軸方向に押し込んで変形させることによって行われるのではなく、引き続き行われるチャック１３の冷却によって行われる。工具ホルダ１０は、工具１１の軸部１２に適合した差し込み部材３０及び、チャック１３を暖めると全体の寸法が異なる円錐形の受け入れ孔１５の格別有用な形に基づき、暖まった状態のチャック１３内にある受け入れ孔１５の直径よりも冷えた状態のチャック１３内にある受け入れ孔１５の直径が小さくなる様形成され、工具１１を締め付けるのに有用であるという特長を有している。これにより、好ましくない公差があっても、十分に大きな締め付け力が得られる。工具ホルダ１０は、大きな直径の公差がある工具の軸部１２であっても、安全且つ確実に固定することが出来る。工具ホルダ１０は、実際、軸部１２に任意の直径の公差を有する工具１１に好適である。

差し込み部材３０は、縦方向のスロット３３を少なくとも１つ備えており、これら少なくとも１つの縦方向のスロット３３は、一方の軸方向端部で、或いはそれに代わって差し込み部材３０の両端部分で開口している。実施例に示される差し込み部材３０には数本、例えば６本の縦方向のスロット３３が、互いに円周方向に間隔を空けて配されており、これらは図の右側の軸方向端部及び／又は軸方向で相対する端部で、交互順で開口している。

チャック１３内に工具１１を固定するための一手法は、以下の通りである。ここで、まずはじめは、円錐形の受け入れ孔１５には、差し込み部材３０及び工具１１は備えられない。次に、端部１６にて開口しているチャック１３の受け入れ孔１５には、差し込み部材３０が、軸方向の圧力無しに差し込まれる。内孔３２は、工具１１の軸部１２の直径よりも大きな直径を有している。円筒型の軸部１２を備えた工具１１は、差し込み部材３０の円筒型の内孔３２に差し込まれる。ここで、工具１１の差し込み深さは、調節ねじ１９で調節される。この状態で、チヤック１３は、少なくともクランプ部１４周りが誘導加熱又は他の手法で熱せられる。熱膨張により、円錐形の内孔１５は、それ自体拡張する。このため、差し込み部材３０は、力を入れなくても、又は軸方向に僅かに力を及ぼすだけで、暖まったチャック３０内へと押し込まれ、それにより、差し込み部材３０は、チャック３０の内側に、そして工具１１の軸部１２の外側にセットされる。チャック１３を冷却すると、引き続いて収縮が起こり、軸部１２を備えた工具１１は確実に固定される。最大限の半径方向の締め付け力が得られるので、軸部１２の大きな直径の公差もまた、無視出来る様になっている。

工具ホルダ１０の中から工具１１を取り出そうとする際にはまた、チャック１３の少なくともクランプ部１４周りを再加熱して、受け入れ孔１５を熱膨張させる。そののち、差し込み部材３０は取り出される。暖まったチャック１３から工具１１及び差し込み部材３０を簡単に取り出せないときには、必要に応じて、調節ねじ１９を用いて図の左側にある軸部１２の端部を軸方向に押圧して、暖まったチャック１３から工具１１を押し出す。

工具が内部にクランプされた工具ホルダの軸周りの縦断面を示す概要図である。 図１の工具ホルダの斜視図である。

符号の説明

１０ 工具ホルダ
１１ 工具
１２ 軸部
１３ チャック
１４ クランプ部
１５ 受け入れ孔
１６ 端部
１７ 端部領域
１８ 空間
１９ 調節ねじ
２１ ねじ穴
２２ 平面
３０ 差し込み部材
３１ 外側表面
３２ 内孔
３３ 縦方向のスロット

Claims (2)

1. 円錐形の受け入れ孔（１５）を備えたクランプ部（１４）を有するチャック（１３）内に、円筒型の軸部（１２）を備えた回転工具（１１）を収縮結合するために、
   少なくとも１本の縦方向のスロット（３３）と、前記軸部（１２）を受け入れるための円筒型の内孔（３２）と、前記クランプ部（１４）の前記受け入れ孔（１５）内に受け入れられる円錐形の外側表面（３１）とを備えた差し込み部材（３０）を、該差し込み部材（３０）の前記外側表面（３１）に適合する前記受け入れ孔（１５）内に差し込む工程と、
   前記軸部（１２）を備えた前記工具（１１）を、前記差し込み部材（３０）の前記内孔（３２）内に差し込む工程と、を含む方法であって、
   差し込まれる前記工具（１１）の軸方向におけるストッパとなる様形成され、及び／又は加熱された前記チャック（１３）の中から前記工具（１１）を押し出して取り出すのに使用出来る様になっている調節ねじ（１９）を、前記チャック（１３）内の前記受け入れ孔（１５）と同軸上に調節可能に備える工程と、
   前記差し込み部材（３０）を差し込んだ後、前記チャック（１３）内に備えられた前記調節ねじ（１９）で、軸方向でぶつかる前記内孔（３２）内に差し込まれた前記工具（１１）の軸方向の差し込み深さを調節する工程と、
   前記差し込み深さを調節した後、前記チャック（１３）の少なくとも前記クランプ部（１４）周りを、熱膨張を得るべく加熱する工程と、
   前記クランプ部（１４）周りを加熱した後、前記差し込み部材（３０）を前記クランプ部（１４）の前記受け入れ孔（１５）内へ軸方向に押圧する工程と、
   前記差し込み部材（３０）を押圧した後、前記チャック（１３）の少なくとも前記クランプ部（１４）周りを冷却する工程と、を含むことを特徴とする方法。
2. 前記工具（１１）を前記チャック（１３）から取り出すために、少なくとも前記クランプ部（１４）周りを、熱膨張を得るべく加熱し、さらに、前記調節ねじ（１９）を用いて軸方向の力を前記軸部（１２）に及ぼして、加熱された前記チャック（１３）の中から前記工具（１１）を押し出すことを特徴とする請求項１に記載の方法。

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