JP5839435B2 - コレットホルダを有する工具ホルダおよび工具ホルダで用いる工具挿入体 - Google Patents

コレットホルダを有する工具ホルダおよび工具ホルダで用いる工具挿入体 Download PDF

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Description

コレットの使用により、回転工具を非常に正確に且つコンパクトな態様でクランプできる。しかしながら、全ての工具を１つのコレット内でクランプできるとは限らないため、固定工具または従動工具のためにコレットおよび工具挿入体の両方を内部に受けることができる工具ホルダを設ける必要が生じる。
独国特許第１０２ １９ ６００ Ｃ５号は、工具挿入体をコレットに加えて使用できる、コレットホルダを有する工具ホルダを開示している。この場合、工具挿入体はフランジプレートを有する。工具挿入体は、このフランジプレートを介して工具ホルダにボルト締結される。工具挿入体は、コレットと同じ円錐ボアホールによって心出しされる。
実際の作業から、コレットの複数の交換によってコレットホルダが摩耗することが明らかになった。独国特許第１０２ １９ ６００ Ｃ５号から良く知られるような工具挿入体がコレットホルダ内に直接に受けられる場合には、コレットホルダにおける摩耗が増大する。コレットホルダの形状において結果として生じる誤差は、コレットホルダに挿入される工具挿入体の位置決めおよび径方向の振れにおける誤差をかなり増大させる。その結果、工具挿入体内に受けられる切削工具が急速に摩耗する。切削工具が機械加工で使用される場合には、工作物の形状および表面に誤差が生じる可能性があり、また、生じ得る振動に起因して、工作機械の周囲の構成要素および工具ホルダに対して損傷が生じ得る。
本発明は、コレットホルダを有し且つコレットに加えて他の工具挿入体を受けることもできる工具ホルダであって、コレットホルダを工具挿入体と交換することおよびその逆を可能な限り素早く行なうことができる工具ホルダを提供するという目的に基づいている。また、本発明に係る工具挿入体およびコレットはいずれも、径方向および軸方向の振れに関して本発明に係る工具ホルダ内に最適に受けられるようになっている。また、機械加工プロセス中、最大のトルクを工具ホルダからコレットまたは工具挿入体へ伝えることができる。
この目的は、請求項１に係る工具ホルダと請求項１６に係る工具挿入体とから構成されるシステムにより本発明にしたがって達成される。
本発明に係るシステムは、コレットホルダを有する工具ホルダであって、コレットホルダが、円錐ボアホールと、円錐ボアホールに対して同軸となるように配置されて締め付けナットと協働するネジとを含む工具ホルダに基づいている。したがって、本発明は、工具挿入体を心出しするための手段が円錐ボアホールの第１の端部とネジとの間に軸方向で形成されるようにする。工具挿入体の心出しが円錐ボアホールとは無関係に達成されるという事実の結果として、円錐ボアホールはコレットをクランプするためだけに機能し、それにより、コレットホルダに生じる摩耗が工具挿入体に影響を及ぼさない。
工具挿入体を心出しするための本発明に係る別個の手段は、工具挿入体内に受けられる工具の要件にしたがって形成され得る。コレット内に保持される工具と工具挿入体内に保持される工具との間には、回転速度、機械加工力、および、機械加工のために必要とされる駆動トルクに関して著しい相違がある。
これらの相違は、全ての構成要素の精度、耐用年数、および、信頼性、したがって、機械加工される工作物の品質も著しく向上されるように本発明に係る工具ホルダに反映され得る。
コレットホルダの円錐ボアホールは、工具挿入体を径方向および軸方向で受けるべく使用されるように形成されておらず、そのため、コレットホルダにおける摩耗は、工具挿入体の位置決め精度または振れ精度に影響を及ぼさない。本発明によって提供されるような工具挿入体のホルダからのコレットホルダの切り離しに起因して、コレットホルダに生じる摩耗がもはや工具挿入体に影響を及ぼさず、結果として生じる前述した誤差がもはや生じ得ない。
工具挿入体を心出しするための手段を短いテーパ、円筒、および／または、多角形として形成できることが好ましい。
短いテーパのために選択されるテーパ角にしたがって、短いテーパは、工具挿入体を心出しすることに加えて、工具挿入体の軸方向の振れを改善することもできる。基本的な原理は、テーパ角が大きくなればなるほど、工具挿入体の軸方向の振れが、工具挿入体を心出しするための手段によって大きく影響されて改善されるということである。テーパ角を選択することにより、設計者は、全ての特定の適用ケースの制約を考慮に入れることもできる。
本発明は、様々な機能面の使用によってコレットおよび工具挿入体が工具ホルダ内に受けられるようにするため、本発明に係る工具挿入体およびコレットの両方を使用して工具をクランプする際の要件を最適に考慮することができる。
工具ホルダの他の有利な実施形態において、短いテーパは、６０°〜１４０°、好ましくは９０°〜１２０°のテーパ角を有する。この角度範囲は、一方では、工具挿入体の工具ホルダ内への挿入のための優れた心出しを達成するのに都合が良いことが分かった。しかしながら、同時に、工具ホルダの非常に正確な軸方向の振れも達成される。テーパ角の選択により、軸方向締め付け力の分布を調整して、心出しすることができるとともに、良好な軸方向の振れを達成することができる。実用的な実験により、９０°〜１２０°のテーパ角が最適であることが分かった。しかしながら、個々のケースでは、更に小さいテーパ角および更に大きいテーパ角のいずれも都合が良い場合がある。
また、本発明によれば、心出し手段を多角形接続として形成することもできる。結果として、心出しに加えて高いトルクを伝えることもでき、これは機械加工中に高い切削力が生じる場合に特に有利である。成形要素が円錐多角形として形成される場合には、工具ホルダを径方向および軸方向で受けることに加えて、回転方向での形状ロック（ｆｏｒｍ−ｌｏｃｋ：形状がぴったりと合うことでロックする態様）取り付けも遊び無く達成される。
標準的な多角形接続とは異なり、多角形は、その寸法が工具ホルダの回転軸の方向で一定である柱状多角形接続として形成されず、むしろ、工具ホルダの長手方向断面で円錐台形状を有する多角形接続として形成されば特に有利となり得る。この場合、工具挿入体を心出しするための本発明に係る手段は、３つの機能、すなわち、工具挿入体を心出しする機能、工具挿入体の良好な軸方向の振れを確保する機能、および、工具ホルダと工具挿入体との間でトルクを伝える機能を有することができる。結果は非常にコンパクトな構造である。これらの３つの機能の重み付けは、多角形の形状によって、並びに、個々のケースの要件にしたがった寸法およびテーパ角の選択によって、設計プロセス中に調整できる。
また、円錐ボアホールの第１の端部とネジとの間に軸方向接触部を設けることができる。これは、例えば３０°未満の小さいテーパ角が選択された場合、あるいは、工具挿入体を心出しするための手段が円筒状である場合にそうであることが好ましい。なぜなら、その場合には、補助的な軸方向の接触がないと、工具挿入体の軸方向の振れが不十分になるからである。
拡張された構造では、円錐ボアホールの第２の端部が円筒セグメントによって軸方向で境界付けられる。この円筒セグメントは、工具挿入体を心出しするための手段と共に、工具挿入体の径方向および軸方向の振れが改善されるようにする。特に、工具挿入体を心出しするための手段が、円筒体としてあるいは小さいテーパ角を有する短いテーパとして形成される場合には、本発明に係る円筒セグメントが有利である。
本発明に係る工具挿入体およびコレットはいずれも工具ホルダの同じネジを使用してクランプされるのが有利であり、それにより、結果として整備が容易になるとともに、工具ホルダの設置スペース要件が最小限に抑えられる。２つの異なる締め付け手段を使用してコレットおよび工具挿入体をクランプする場合には、当然、これにより、工具ホルダのための設置スペース要件が大きくなり、作業の容易さが低下する。
コレットおよび工具挿入体をクランプするために工具ホルダのネジの共同使用の更なる利点は、作業が簡単で、作業ミスがほぼ排除されるという事実において理解することもできる。
製造および幾何学的な制約、並びに、結果として選択されるテーパ角に応じて、平面の形態の第２の成形要素を短いテーパおよび円錐多角形の両方に対して割り当てることができる。これらの組み合わせおよびそれらの利点は、規格ＩＳＯ １２１６４（中空シャフトコーン）およびＩＳＯ ２６６２３（多角形の中空シャフトコーン）から良く知られている。
９０°よりも小さいテーパ角では、通常、更なる平面が使用される。９０°よりも大きいテーパ角では、通常、更なる平面を省くことができる。これは、円錐状のモールドからの突出平面が十分な軸方向支持および曲げモーメント剛性をもたらすからである。
成形要素が純粋な円筒体として形成される場合、第１の成形要素は専ら径方向の受け入れだけを担う。工具挿入体の工具ホルダ内への軸方向の受け入れも確保するためには、平面が第２の成形要素として第１の成形要素に加えられなければならない。
径方向の受け入れおよびトルク伝達の両方が第１の成形要素によって達成されるようになっている場合には、円筒体の代わりに多角形を使用することもできる。円筒体の場合と同様に、多角形が柱状の場合には、平面との組み合わせも必要である。
工具ホルダのネジを雌ネジまたは雄ネジとして形成することができる。したがって、関連する締め付けナットを雄ネジまたは雌ネジを有するように形成することができる。多くの適用ケースにおいて、従来の締め付けナットを使用できる。
本発明の他の有利な実施形態においてなされるように、ネジが雌ネジとして形成され、本発明に係る心出し手段および／または軸方向接触部が短いテーパと雌ネジとの間に配置される場合、雌ネジは、締め付けナットのための従来の工具ホルダよりも大きい直径を有する。これは、全体的概念において以下の利点をもたらす。第１に、より大きな径方向設置スペースの結果として、短いテーパまたは円錐多角形の平面または突出平面を増大させることができる。工具挿入体において、これは、曲げモーメントを吸収することに関して実質的に更に安定した支持をもたらす。
第２に、安定性および耐応力性に関して締め付けナットを最適化できる。結果として、より大きな締め付け力を締め付けナットによりコレットに対して及ぼすことができ、それにより、コレットが使用されるときの本発明に係る工具ホルダの効率が更に大きくなる。無論、本発明に係る工具ホルダが本発明に係る工具挿入体と組み合わされる場合も同じことが当てはまる。ここでも、工具挿入体に取り付けられる高性能工具に関して工具ホルダと工具挿入体とから構成されるシステムの効率を高めるためには、高い締め付け力が有利である。
従来の雌ネジよりも直径が大きい雌ネジは、締め付けナットを作動させるためのキーのための把持面が増大され、したがって、工具による締め付け力の印加が簡略化されて更に確実になるという利点も有する。そのような工具のための接触面は、しばしば、締め付けナットの前端に配置され、それにより、締め付けナットの更に幅広い環状前端が、キーとコレットとの間の想定し得るトルクの効率的で確実な伝達を行なうために利用可能な更に多くの設置空間を有する。
本発明の他の有利な実施形態において、円錐ボアホールの１つの長さは、それが金属シールコレットの使用を可能にするように寸法付けられる。これらの金属シールコレットは、市場で入手することができるとともに、コレットの交互スロットが従来のコレットと比べて幾分浅い深さを有することを特徴とする。結果として、１つのスロットの端部とコレットの前端との間には、コレットが円錐ボアホールを確実にシールできるようにする十分に幅広いバーが残る。その結果、内部冷却材供給システムにおいては、他のシーリング要素を使う必要なしに、工具ホルダおよびコレットを通じて直接に、コレット内でクランプされる工具へ冷却材を運ぶことができる。同時に、冷却材は、工具ホルダの近傍または工具ホルダ内でクランプされる工具に制御されない態様で飛散できない。
本発明の他の有利な実施形態では、円筒セグメントおよび／またはキャリアセグメントが円錐ボアホールの第２の端部に形成されるようになっている。
円筒セグメントが円錐ボアホールの第２の端部に直接に配置されてその後にキャリアセグメントが続き、あるいはその逆であるかどうかは、全体の機能にとって重要ではない。これらのセグメントの順序は、キャリアセグメントの幾何学的形状および利用可能な製造技術によってほぼ決まる。無論、最初にキャリアセグメントを配置し、その後に円筒セグメントを配置すると、幾分大きな支持効果が得られ有利であるが、逆の構造と比べた差異は非常に小さい。
円筒セグメントの結果として、本発明に係る工具挿入体の受け入れの更なる改善が径方向および軸方向の振れに関して確保される。円筒セグメントは本発明に係る工具挿入体のピンを受ける。結果として、工具挿入体の「後」端が円筒セグメント内に径方向で固定され、これは、工具挿入体と工具ホルダとの間の接続部の曲げ剛性に対して、その結果、工具ホルダ内に挿入された本発明に係る工具挿入体の径方向および軸方向の振れに対して、プラスの影響を与える。
工具挿入体と本発明に係る工具ホルダの短いテーパまたは円筒体との間の摩擦ロック接続に加えて、キャリアセグメントによっても形状ロックトルク伝達を達成することができ、そのため、切削性能が最も高い場合であっても、本発明に係る工具ホルダ内の工具挿入体の「滑り」が確実に防止される。
本発明に係るキャリアセグメントの第１の実施形態において、セグメントは、少なくとも２つ、しかしながら好ましくは３つ以上の軸方向溝を有する。これらの軸方向溝は、ある程度まで、スプラインシャフト接続の最初の部分であるが、スプラインシャフト接続の他の部分は工具挿入体上の対応するラグによって形成される。この構造では、接触面は、工具挿入体の挿入方向と平行となるように形成される。
本発明の更なる有利な実施形態において、接触面は、それらがもはや工具挿入体の挿入方向と平行に延びないがむしろ一種の楔作用によってテーパ効果が得られるように形成される。工具挿入体上のラグの対応して配置される接触面と関連して、工具挿入体の向上された軸方向締め付けがトルクに応じて達成される。これは、工具ホルダと工具挿入体との間で生じる任意の振動が効果的に減衰され、完全に抑制されることさえあるという効果を有する。
これは、工具ホルダと工具挿入体とから構成される本発明に係るシステムでクランプされる工具の効率を更に一層高める。同時に、機械加工される工作物の表面品質が高まり、工具の摩耗が減少される。
あるいは、キャリアセグメントを多角形輪郭として形成することもできる。この場合、トルクを伝えるための工具挿入体と工具ホルダとの間の従来の多角形接続は、この幅広く知られる接続の全ての利点を伴って達成され得る。多角形における接触面の制御された成形により、軸方向締め付けの前述した補強がここでも同様に達成される。接触面の微細構造を楔形状またはスクリュー形状のネジとして実行できることが好ましい。両方の微細構造は、最終的に、トルクの結果として工具挿入体が工具ホルダ内に引き込まれるという結果を得る。
前述した請求項のうちの１つに係る工具ホルダ内に工具挿入体を受けるための前述した目的は、工具ホルダ上に形成される工具挿入体を心出しするための手段と協働する対応の面を工具挿入体が有するという点において達成される。
この対応の面は、円形断面を有するあるいは多角形断面を有するピンまたは外側コーンとして形成されてもよい。
必要に応じて、工具ホルダの平面接触面と協働する軸方向接触部を設けることができる。
本発明に係るこの工具挿入体を使用することにより、工具ホルダ内での工具挿入体の心出しおよび工具挿入体の良好な軸方向の振れの両方が達成される。同時に、機械加工プロセスのために必要とされる工具ホルダと工具挿入体との間のトルクの伝達が、円錐ボアホールとは無関係に確保される。その結果、前述した機能要素、すなわち、ピンおよび／または必要に応じてキャリアを、要件にしたがって最適に構成して設計することができ、それにより、本発明に係る工具挿入体が工具ホルダ内で使用されるときに、機械加工される工作物上に高品質な表面をもたらす高い切削性能を実現できる。
工具挿入体が本発明に係る工具ホルダに接続されて、工具挿入体を心出しするための手段、軸方向接触部、ピン、および／または、キャリアのみを使用して工具挿入体が工具ホルダに固定されて位置決めされるようにするため、外側コーンとピンおよび／またはキャリアとの間の工具挿入体の領域は、工具挿入体が取り付け時に工具ホルダの円錐ボアホールと接触しないように形成される。これは、例えば、この領域に円錐輪郭を有する工具挿入体によって達成することができるが、取り付け状態で、円錐ボアホールと工具挿入体との間には少なくとも１／１０ｍｍの遊びが生じる。この遊びはタッチアップペイントの適用によって簡単に実証され得る。無論、取り付け状態では、円錐ボアホールと工具挿入体との間にかなり大きな距離を得ることもできる。例えば、工具挿入体は、本発明に係るピンと本発明に係る外側コーンとの間の領域で円筒体として構成することができる。この場合には、工具挿入体がかなり軽くなり、最も高い回転速度および最も高い切削性能において有益となり得る。軽い切削を伴う機械加工のための工具ホルダでは、円筒セグメントの付加的な支持は不要である。
本発明に係る工具挿入体を本発明に係る工具ホルダ内に取り付けることができるように、工具挿入体を取り付けるための手段が設けられ、前記手段は雄ネジまたは雌ネジを有する締め付けナットとして構成されるのが好ましく、また、締め付けナットは工具上に回転可能に支持される。これに関連して、工具挿入体を工具ホルダ内に取り付けるために必要とされる軸力を、工具挿入体に対する締め付けナットの装着が伝えることができるようにすることが重要である。例えば、この装着は、中心内部ボアホールを有する締め付けナットによってもたらすことができ、該締め付けナットは、工具挿入体の対応して寸法付けられる円筒セグメントと共に、工具挿入体に対する締め付けナットの装着をもたらす。
この場合、締め付けナットと工具挿入体との間の軸力は、例えばワイヤリングとしてあるいは長方形断面を有するリング（シーガーリングなど）として構成され得るリングによって伝えることができる。
このため、リングを部分的に収容する溝が工具挿入体の円筒支持面内に導入されるのが好ましい。締め付けナットの内部ボアホール内には対応する肩部がくり抜かれ、該肩部は、工具挿入体を越えて径方向外側に延びるリングの一部を受ける。結果として、締め付けナットの締め付け中に生じる軸力が工具挿入体に伝えられ、したがって、工具挿入体は、その対応の面が、工具挿入体を心出しするための手段により工具ホルダ内に受けられて位置決めされ、それにより、本発明に係る工具挿入体が非常に良好な径方向および軸方向の振れを有する。
また、工具挿入体と工具ホルダとの間のトルクの摩擦ロックおよび／または形状ロック伝達も可能である。構造的に必要とされる対応の面の比較的大きな直径に起因して、工具挿入体が工具ホルダ内で滑ることなく、大きなトルクを確実に伝えることができる。
工具挿入体の１つの発明形態では、キャリアが少なくとも２つのラグを有し、該ラグは、請求項１１から請求項１５に係る工具ホルダのキャリアセグメントと共に、形状ロックする回転可能に固定される接続を形成する。
本発明の他の有利な実施形態において、キャリアのラグは、工具挿入体の長手方向軸に対して５°を超える角度を成す接触面を有する。結果として、工具ホルダと工具挿入体との間のトルクの形状ロック伝達と共に、更なる軸力成分がキャリアのラグに作用し、それにより、特に大きなトルクが伝えられるときに、締め付けナットの締め付け力に加えて、キャリアからの締め付け力により、工具挿入体が心出し手段内に引き込まれる。また、対角接触面も、キャリアとキャリアの領域、またはキャリアセグメントとの間に生じ得る任意の相対的な動作が減衰されるようにする。結果として、最大切削力が更に一層増大され、機械加工される工作物の表面品質が更に一層高められる。
あるいは、キャリアが多角形断面を有することもでき、また、キャリアが請求項１４に係る工具ホルダのキャリアセグメントと共に形状ロックする回転可能に固定される多角性接続を形成することもできる。したがって、様々な他の用途から知られるトルクを伝達するための多角形接続の利点は、工具ホルダと工具挿入体とから構成される本発明に係るシステムでも利用できる。また、多角形の接触面は、それらの形状が調整される場合には更なる長手方向の力を生み出すことができる。この場合の形状は、長手方向の力を生み出すために楔効果またはネジ効果を利用できる。
内部冷却材を有する工具を使用できるように、１つの更なる有利な実施形態では、工具挿入体が中空である。このボアホールは、主に、工具ホルダから工具への冷却材の供給を容易にする。
本発明の更なる利点および有利な実施形態は、以下の図面、明細書本文、および、特許請求の範囲から得ることができる。図面、明細書本文、および、特許請求の範囲に開示される全ての特徴は、個別におよび任意の組み合わせで本発明に不可欠となり得る。
本発明に係る工具挿入体および工具ホルダの典型的な実施形態の様々な図および表示を描いている。 本発明に係る工具挿入体および工具ホルダの典型的な実施形態の様々な図および表示を描いている。 本発明に係る工具挿入体および工具ホルダの典型的な実施形態の様々な図および表示を描いている。 本発明に係る工具挿入体および工具ホルダの典型的な実施形態の様々な図および表示を描いている。 本発明に係る工具挿入体および工具ホルダの典型的な実施形態の様々な図および表示を描いている。 本発明に係る工具挿入体および工具ホルダの典型的な実施形態の様々な図および表示を描いている。 本発明に係る工具挿入体および工具ホルダの典型的な実施形態の様々な図および表示を描いている。 本発明に係る工具挿入体および工具ホルダの典型的な実施形態の様々な図および表示を描いている。 本発明に係る工具挿入体および工具ホルダの典型的な実施形態の様々な図および表示を描いている。 本発明に係る工具挿入体および工具ホルダの典型的な実施形態の様々な図および表示を描いている。 本発明に係る工具挿入体および工具ホルダの典型的な実施形態の様々な図および表示を描いている。 本発明に係る工具挿入体および工具ホルダの典型的な実施形態の様々な図および表示を描いている。
図１のａは、本発明に係る工具ホルダ１の典型的な実施形態を長手方向断面で描いている。工具ホルダ１は回転可能に支持されている。この場合、工作機械における工具ホルダ１の装着は図１に描かれていない。
工具ホルダ１は、要求にしたがって本発明に係るコレットまたは工具挿入体を受ける機能を有する。これに関連して、コレット内にクランプされる工具および工具挿入体内にクランプされる工具は、いずれも径方向および軸方向の振れに対して正確に位置決めされるようになっていなければならない。また、勿論、切削のために必要とされるトルクは、工具ホルダから図示しない工具挿入体へ、あるいは図１のａに同様に描かれないコレットへ確実に伝えられなければならない。
このため、雌ネジ３、短いテーパ５、バンド７、円錐ボアホール９、円筒セグメント１１、および、キャリアセグメント１３が工具ホルダ１内に形成される。
雌ネジ３は図示しない締め付けナットを受ける。円錐ボアホール９は、図示しないコレットを受けるとともに、一般に良く知られた態様で、コレット内に受けられる工具をクランプして案内する。
コレットに代わる手段として、本発明に係る工具挿入体（図示せず）が本発明に係る工具ホルダ内に受けられるようになっている場合、これは、この典型的な実施形態では、円錐ボアホール９の第１の端部と雌ネジ３との間に形成される短いテーパ５の使用によってなされる。
短いテーパ５は、（図示しない）工具挿入体を心出して、工具挿入体の良好な径方向の振れを確保する。短いテーパ５は、工具挿入体を心出しするための本発明に係る手段の第１の典型的な実施形態である。
短いテーパ５のテーパ角の適切な選択により、短いテーパ５は、工具挿入体の良好な軸方向の振れも達成する。
円錐ボアホール９の第２の端部には、工具挿入体の相補的なピンと協働して工具挿入体の更なる心出しをもたらす円筒セグメント１１を形成できる。短いテーパ５と円筒セグメント１１との間の距離Ｌに起因して、円筒セグメント１１上での図示しない工具挿入体１１の心出しの結果として、短いテーパ５の領域において工具挿入体の軸方向の振れも改善される。
このとき、随意的に、円筒セグメント１１には、本発明にしたがって工具ホルダ１と図示しない工具挿入体との間でトルクの形状ロック伝達を達成できるようにするキャリアセグメント１３が配置される。これに関連して、キャリアセグメント１３は例えば多角形断面を有することができ、この多角形断面は、（図示しない）工具挿入体の対応して形成される多角形キャリアと共に、形状ロック態様でトルクの伝達に寄与する。以下、キャリアセグメント１３の別の実施形態について更に詳しく説明する。
雌ネジ３が配置されるポイントにおいて、工具ホルダ１は、図１のｃから分かるように、複数の凹部を有するバンド７を有する。凹部は、工具ホルダ１を回転方向で捕捉するために（図示しない）フックレンチと係合できるようにする。
あるいは、雌ネジ３の代わりに、工具ホルダ１の外径に雄ネジを形成することもできる。この場合には、雌ネジを有する締め付けナットが使用される。図１に描かれる典型的な実施形態において、締め付けナットには雄ネジが設けられる。
図１のｂは、円筒シャフトを有する工具１７と雄ネジ２１を有する締め付けナット１９とを受ける従来のコレット１５を斜視図で描いている。
図１のｃおよびｄは、挿入されたコレット１５、工具１７、および、締め付けナット１９を有する図１のａに係る工具ホルダ１を描いている。図１のｃは正面図を描いており、一方、図１のｄは図１のｃのＡ−Ａ線に沿う断面を描いている。
図１のｄから分かるように、コレット１５は、工具ホルダ１内に円錐ボアホールの領域でのみクランプされる。短いテーパ５、円筒セグメント１１、および、キャリアセグメント１３は、コレット１５と接触しない。図１のｄに係る図面からも明らかなように、雄ネジを有する締め付けナット１９は、従来技術から知られるような従来の締め付けナットとして形成される。同じことがコレット１５に当てはまる。これは、従来のコレットおよび締め付けナット１９を使用できるため、本発明に係る工具ホルダの１つの欠くことができない利点である。したがって、円錐ボアホール１９は関連する規格にしたがって形成されるのが好ましい。
多くの場合、工具ホルダ１内の雌ネジ３の直径を決定する際には、通常の工業規格から外れて雌ネジ３の直径を大きくすることが有利となり得る。結果として、最大締め付け力を高めることができるとともに、フックレンチ（図示せず）を適用するために締め付けナット１９の端面でより多くの空間を利用できる。その結果、フックレンチの滑りに起因して生じる事故の危険が減少する。また、より大きなトルクが締め付けナットに及ぼされてもよく、このトルクは、より大きな軸方向締め付け力に明確に反映される。
図１のｂの図から分かるように、コレット１５のスロット２３．１、２３．２は、コレットの端部まで延びておらず、むしろその端部の手前で終端している。結果として、締め付けナット１５が個々の部分に分解しないようにするバー２５．１、２５．２が残り、これらのバーも円錐ボアホール９と共に金属シールを形成する。バー２５．１、２５．２の幅は、図１のｂではＬＳとして定められており、特定の下限を下回らないように形成される。これは、さもなければ、金属シールが確保されないからである。
コレット１５は一般に１ｍｍの締め付け範囲を有するため、これは、締め付けナット１９が締め付けられるときに、工具シャフトの直径に応じて、コレット１５が多かれ少なかれ工具ホルダの円錐ボアホール９内に深く押し込まれるという結果も有する。
図２は、コレット１５の様々な取り付け状況を描いている。図２のａは、工具１７のシャフト直径が最小である場合の従来のコレット１５を描いている。結果として、コレット１５は、締め付けナット１９が締め付けられるときに円錐ボアホール９内に非常に深く押し込まれる。図２のａに係るコレットの場合には、スロット２３．２が非常に長いため、これらのスロットが工具ホルダ１の円筒セグメント１１内に突出する。したがって、円錐ボアホール９とコレット１５との間の金属シールがもはや形成されない。
図２のｂおよび図２のｃに係る図面は、いわゆる金属シールコレット１５を描いている。従来のコレットとの本質的な相違はバー２５．１、２５．２の幅にある。
金属シールコレット１５は、それらが従来技術から知られるように、本発明に係る工具ホルダ１においても使用できる。このことについては、短いテーパ５によって一端が境界付けられ且つ円筒セグメント１１によって他端が境界付けられる円錐ボアホール９の長さＬが、コレット１５の締め付け範囲内においてバー２５．１、２５．２と円錐ボアホール９との間で十分な重なりが与えられるように寸法付けられることに留意すべきである。
図２のｂは、金属シールコレット１５を、最小シャフト直径を有する工具と共にクランプ状態で描いている。結果として、図２のｂでは、バー２５．１と円錐ボアホール９との間の重なりＢ１が最小であり、また、円錐ボアホール９とバー２５．１との間の重なりＡ１が最大である。
コレット１５が最大シャフト直径を有する工具１７と共に工具ホルダ１内でクランプされる場合には、状況がそれ自体逆になる。この場合には、バー２５．２と円錐ボアホールとの間の重なりが最大であり（Ｂ２および図２のｃ参照）、一方、バー２５．１と円錐ボアホール９との間の重なりが最小である（図２のｃのＡ２参照）。
測定値Ｂ１、Ａ２は円錐ボアホール９の長さＬによって影響される。しかしながら、コレット１５内のスロット２３の長さを本発明に係る工具ホルダ１の円錐ボアホールの長さＬと一致させることにより、コレット１５の締め付け範囲内にある工具１７の全てのシャフト直径で金属シールを形成するようにコレット１５が円錐ボアホール９内に配置されるようにすることができる。
明確にするため、図２のａからｃでは、全ての構成要素に参照符号が付されていない。しかしながら、図１に関する全ての主張がそれ相応に適用される。
図３は、本発明に係る工具挿入体２７の典型的な実施形態と、関連する締め付けナット１９とを描いており、これらはほぼ分解表示で描かれている。工具挿入体２７はピン２９を有しており、該ピン上には例えば円筒カッタまたはフェイスカッタ（図示せず）を装着できる。しかしながら、本発明はこのタイプの工具受けに限定されない。図３の工具挿入体２７の左端には、全てのタイプの工具を回転可能におよび固定して取り付けることができる。
図３に描かれる工具挿入体２７は、フランジ３１と、円筒接触面３３と、安全リング３５と、外側コーン３７と、ピン３９と、キャリア４１とを含む。
図３に描かれる工具挿入体２７の下側の締め付けナット４３は、雄ネジ４５および同軸ボアホール４７を有する。図３におけるボアホール４７の右端には凹部４９がくり抜かれており、該凹部は、ボアホール４７を有する締め付けナット４３が工具挿入体２７の円筒接触面３３上にスライドされるときに、工具挿入体２７の円筒接触面３３を越えて径方向外側に延びるスロット付きリング３５の一部を受ける。
図３における締め付けナット４３の左端には溝（参照符号を伴わない）が外周に形成されており、該溝はフックレンチ（図示せず）と係合するのに役立つ。
締め付けナット４３は、安全リング３５を取り外して締め付けナット４３を円筒接触面３３上にスライドさせることにより、工具挿入体２７上に装着される。円筒接触面３３は、締め付けナット４３のボアホール４７と共に、締め付けナット４３のための回転可能な装着を成す。その後、スロット付きリング３５が再び工具挿入体の溝（図７における参照符号５９参照）内に導入され、円筒接触面３３を越えて径方向外側に依然として突出するリング３５の一部が凹部４９内に嵌合する。このようにすると、軸方向の力を締め付けナット４３から工具挿入体２７へ伝えることができるとともに、工具挿入体がクランプされるときに工具挿入体２７に対する締め付けナット４３の回転が可能になる。
ピン３９は、それが工具ホルダ１の円筒セグメント１１と共に狭い隙間嵌めを形成するように、したがって、工具挿入体２７を径方向で固定するように寸法付けられる。ピンと外側コーン３７との間の軸方向距離に起因して、工具挿入体のフランジ３１およびピン２９の軸方向の振れも改善される。
図３における工具挿入体２７の右端には多角形キャリアが形成され、該キャリアは、工具ホルダのキャリアセグメント１３と共に、形状ロック接続と、工具ホルダ１と工具挿入体２７との間のトルクの伝達とを可能にする。
図４は、工具挿入体２７がクランプ状態で挿入された工具ホルダ１を描いている。これらの様々な図は、工具挿入体の円筒接触面３３上への締め付けナット４３の取り付け、および他方では、工具挿入体３７の周方向溝へのスロット付きリング３５の取り付け、また一方では、締め付けナットの凹部４９への取り付けを示す。凹部は、たとえ最大の軸方向力が働いても、スロット付きリング３５が工具挿入体２７の溝から外れて径方向に押し出されることがないようにする。
図４は、工具挿入体２７と工具ホルダ１との間の接触が短いテーパ５または外側コーン３７、円筒セグメント１１、および、ピン３９、並びに、キャリアセグメント１３およびキャリア４１に制限されることも明確に示している。円錐ボアホール９の領域では、工具挿入体２７と工具ホルダ１との間の接触がない。
工具挿入体２７を工具ホルダ１から取り外すため、締め付けナット４３が反時計回りに回転される。その結果、締め付けナット４３が工具挿入体２７のフランジ３１に対して押し付けられる。短いテーパ５における約９０〜１２０°の大きなテーパ角に起因して、また、隙間嵌めに起因して、この典型的な実施形態では、工具ホルダ１内の工具挿入体２７が工具ホルダ１の円筒セグメント１１とピン２９との間でクランプされない。
ボアホール５１（図４参照）は、次に回転動作中に切削工具を支持するキャリアピンを受ける。
Ａ−Ａ線に沿う断面図から明らかなように、円筒セグメント１１はキャリアセグメント１３よりも直径が若干大きく、そのため、工具挿入体２７の取り付けが容易である。
図５および図６は、本発明に係る工具ホルダ１および本発明に係る工具挿入体２７の典型的な実施形態を描いており、この場合、雄ネジ５３が工具ホルダ１に配置され、したがって、締め付けナット、すなわち、工具挿入体２７の締め付けナット４３が雌ネジ５５を有する。
工具ホルダ１の円錐ボアホール９、円筒セグメント１１、および、キャリアセグメント１３は、この典型的な実施形態では、図１から図４に基づいて議論された第１の典型的な実施形態におけるものと同一である。
図６は、同様に長手方向断面図で示される、本発明に係る工具ホルダ１、および、雌ネジ５５を有する締め付けナット４３を有する工具挿入体２７の第２の典型的な実施形態を描いている。これに関連して、ボアホール４７と雌ネジ５５との間には、スロット付きリング３５のための凹部４９だけでなく、リング３５の装着を容易にする環状ポケット５７も存在する。このポケット５７内には、締め付けナット４３が円筒接触面３３上にスライドされるときにワイヤリング３５が配置される。
図７から図１０は、キャリアセグメント１３およびキャリア４１の典型的な実施形態を様々な図で描いている。他の典型的な実施形態に対する本質的な相違は、キャリアセグメント１３およびキャリア４１の形状において見ることができる。工具挿入体２７が図７のａに描かれている。この図では、円筒接触面３３に切り込まれてスロット付きリング３５を容易に受ける周方向溝５９を明確に見ることができる。
全部で３つのラグ６１がキャリアセグメント１３に形成される。円筒セグメント１１と対向するラグ６１の上側には２つの接触面６３が形成され、これらの接触面は、工具挿入体２７の長手方向軸（参照符号を伴わない）に対して５〜４５°の角度をほぼ成す。図７のｂは、図７のａに係る工具挿入体２７の斜視図を描いている。
図８は、上記挿入体に適合する工具ホルダ１のキャリアセグメント１３を描いている。工具ホルダ１のキャリアセグメント１３は首部６５を有する。首部６５の下側には軸方向に面取り部６７および拡径部６９が形成される。
首部６５および面取り部６７内には複数の軸方向溝７１が存在し、そのうちの１つだけを図８において見ることができる。軸方向溝７１は数および寸法が図７に係る工具挿入体２７のラグ６１に対応しており、そのため、工具挿入体２７を上側から工具ホルダ１内に挿入できるとともに、そのプロセス中にラグ６１を軸方向溝７１を通じて拡径部６９内に導入することができる。
図９は、図７に係る工具挿入体２７が挿入された状態を示す図８に係る典型的な実施形態を断面図で描いている。工具挿入体２７のラグ６１が軸方向溝７１内に配置され、ラグの接触面６３が面取り部６７のレベルにほぼ配置されるのが分かる。図９のａに係るＢ−Ｂ線に沿う断面図から明らかなように、軸方向溝７１とラグ６１との間には回転方向に遊びがある。また、工具挿入体３７は、その形状ロック状態に達する前に工具ホルダ１に対して幾分回転できる。そのとき、接触面６３は、工具ホルダ１の面取り部６７と接触し、工具ホルダ１と工具挿入体２７との間のトルクの形状ロック伝達を確保する。
この状況が図１０に描かれている。図１０のａは、工具挿入体２７が挿入された状態の工具ホルダ１の平面図を描いており、この平面図には、図１０のｂおよび図９のａに係る断面が描かれている。工具挿入体２７は、図９のａに対し、角度βだけ工具ホルダ９に対して回転されている。この場合、ラグ６１の左側接触面６３は、工具ホルダ１の面取り部６７と接触して、工具ホルダ１と工具挿入体２７との間の形状ロック接続によるトルク伝達をサポートする。
接触面６３は、長手方向軸に対して、すなわち、工具ホルダ１の回転軸に対して平行に配置されず、明確には、工具ホルダ１の回転軸と約５〜４５°の角度を成すため、接触面６３に作用する垂直抗力ＦＮは、トルクの伝達を容易にする周方向成分と、工具挿入体２７を工具ホルダ１の短いテーパ５に抗して軸方向に引っ張る軸方向成分ＦＮ，ａとを有する。結果として、工具挿入体２７の位置の固定が向上され、工具ホルダ１と工具挿入体２７との間に生じる場合がある任意の振動または振れが効果的に減衰される。ラグ６１は対角接触面６３を両側に有しているため、この効果は、工具ホルダ１の回転方向にかかわらず得られる。
したがって、本発明に係る工具挿入体を有する本発明に係る工具ホルダ１に対して、十分な応力を時計回りおよび反時計回りの両方で作用させることもできる。これは、反時計回りの動きに応じて締め付けナット４３が緩むことにより、工具挿入体２７が工具ホルダ１内にもはや保持されなくなる危険性がないからである。
図１１に描かれる典型的な実施形態では、締め付けナット４３が「工具側」から工具挿入体２７上にスライドされる。図１１の長手方向断面から分かるように、締め付けナット４３がバンド７の左側に配置される。その結果、図１１のスロット付きリング３５が締め付けナット４３の左側に配置される。この実施形態は、締め付け力が締め付けナット４３から工具挿入体３のフランジ３１に直接導入されるという利点を有する。
図１１に描かれる工具ホルダ１では、工具挿入体２７を心出しするための手段が円錐多角形として構成される。この典型的な実施形態における適切なテーパ角αは比較的小さい約１５°であり、そのため、円錐多角形７３は、主に、工具挿入体２７の心出しおよびトルクの伝達を容易にする。テーパ角α（図１１のｂ参照）は０°（＝柱状多角形）〜約９０°の範囲内をとり得る。
したがって、円錐多角形７３と円錐ボアホール９との間には、工具ホルダ１の対応する平面７７と協働する軸方向接触部７５が形成される。そのため、工具挿入体２７の必要とされる軸方向の振れが確保される。
図１１のａは、図１１のｂのＡ−Ａ線に沿う断面図を描いており、この図から軸方向接触部７５および円錐多角形７３を明確に認識できる。
図１１のｄは、工具挿入体２７を伴わない工具ホルダ１を左側から見た図を描いており、この図からも軸方向接触部７５および円錐多角形７３を明確に認識できる。
図１１のｃは、工具挿入体２７を有する工具ホルダ１を左側から見た図を描いており、また、図１１のｅは、本発明に係る工具挿入体２７のこの典型的な実施形態の構造を明確にするために工具挿入体２７の斜視図を描いている。この斜視図では、工具ホルダの円錐多角形７３に対する対応の面７９を明確に認識できる。
この典型的な実施形態では、１つの円筒セグメント１１だけが円錐ボアホール９の第２の端部に形成される。円錐多角形７３がトルクの伝達を引き継ぐため、キャリアセグメントは必要とされない。
図１１のｆは、コレット１５を有する工具ホルダ１の長手方向断面図を描いており、この図から、コレット１５および工具挿入体２７が同一の雌ネジ３を使用し、コレット１５が円錐ボアホール９によってのみ位置決めされるのが分かる。
図１２に描かれる典型的な実施形態は図１１に描かれる典型的な実施形態にほぼ対応しており、そのため、以下では違いのみについて説明する。
締め付けナット４３は、先の典型的な実施形態と同様に、機械側から工具挿入体２７上にスライドされる。
テーパ角αは、この典型的な実施形態では比較的大きく約１００°であり、それにより、円錐多角形７３は、工具挿入体２７の心出しおよびトルク伝達に加えて、工具挿入体２７の軸方向の振れも確保する。その結果、工具ホルダ１に対する軸方向接触部および工具挿入体２７に対する平面は不要である。
また、図１２のｂにおいても容易に分かるように、工具挿入体２７は円錐ボアホール９と接触しない。
３、５３…ネジ、５…短いテーパ、９…円錐ボアホール、１１…円筒セグメント、１３…キャリアセグメント、１５…コレット、１９…締め付けナット、２７…工具挿入体、７５…軸方向接触部。

Claims (25)

  1. 締め付けナット（４３）を介して工具挿入体（２７）を保持する工具ホルダ（１）であって、
    前記工具ホルダ（１）は、
    円錐ボアホール（９）と、
    前記円錐ボアホール（９）に対して同軸となるように第１の端部で配置されるネジ（３、５３）と、
    前記工具挿入体（２７）を心出しするための手段と、
    を含み、
    前記ネジ（３、５３）は、コレット（１５）がクランプされるときに他の締め付けナット（１９）と協働し、前記円錐ボアホール（９）に対して前記コレット（１５）を押し付け、
    前記ネジ（３，５３）は、前記工具挿入体（２７）がクランプされるときに前記締め付けナット（４３）と協働し、
    前記工具挿入体（２７）は、前記円錐ボアホール（９）と接触することなく心出しされることを特徴とする、工具ホルダ（１）。
  2. 前記工具挿入体（２７）を心出しするための前記手段が、テーパ（５）、円筒、および／または、多角形（７３）として形成される、請求項１に記載の工具ホルダ。
  3. 前記円錐ボアホール（９）の第１の端部と、前記ネジ（３、５３）との間には、軸方向接触部（７５）が軸方向に形成される、請求項１または２に記載の工具ホルダ。
  4. 前記円錐ボアホール（９）は、その第２の端部にて、円筒セグメント（１１）および／またはキャリア部材によって軸方向で境界付けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の工具ホルダ。
  5. 前記テーパ（５）および多角形（７３）が、０°〜９０°のテーパ角（α）を有する、請求項２〜４のいずれか一項に記載の工具ホルダ。
  6. 前記ネジが雄ネジ（５３）として形成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の工具ホルダ。
  7. 前記ネジが雌ネジ（３）として形成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の工具ホルダ。
  8. 前記円錐ボアホール（９）の長さ（Ｌ）は、それが金属シールコレット（１５）の使用を可能にするように寸法付けられる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の工具ホルダ。
  9. 円筒セグメント（１１）およびこれに接続される前記キャリア部材が、前記円錐ボアホール（９）の第２の端部に配置される、請求項４〜８のいずれか一項に記載の工具ホルダ。
  10. 前記キャリア部材およびこれに接続される円筒セグメント（１１）が、前記円錐ボアホール（９）の第２の端部に配置される、請求項４〜８のいずれか一項に記載の工具ホルダ。
  11. 前記キャリア部材が少なくとも１つの接触面（６７）を有する、請求項４〜１０のいずれか一項に記載の工具ホルダ。
  12. 前記キャリア部材が、首部（６５）と、拡径部（６９）と、面取り部（６７）として形成される接触面とを含み、前記面取り部（６７）が、前記首部（６５）と拡径部（６９）との間に軸方向に配置される、請求項４〜１１のいずれか一項に記載の工具ホルダ。
  13. キャリア部材が、少なくとも２つの軸方向溝（７１）を有する、請求項４〜１２のいずれか一項に記載の工具ホルダ。
  14. キャリア部材の断面が、多角形輪郭に対応する、請求項４〜１１のいずれか一項に記載の工具ホルダ。
  15. 多角形断面を有するキャリア部材の接触面が、螺旋形状またはネジ形状となるように形成される、請求項１４に記載の工具ホルダ。
  16. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の工具ホルダ（１）内に受けられる工具挿入体（２７）であって、当該工具挿入体（２７）を心出しするための手段と協働する対応の面を有する、工具挿入体。
  17. 当該工具挿入体（２７）における前記対応の面が、外側コーン（５３）、円筒、および／または、多角形（７９）として形成される、請求項１６に記載の工具挿入体。
  18. 当該工具挿入体（２７）が、前記工具ホルダ（１）の円筒セグメント（１１）と協働するピン（３９）、および／または、前記工具ホルダ（１）のキャリア部材と協働するキャリア（４１）を含む、請求項１６または１７に記載の工具挿入体。
  19. 前記締め付けナット（４３）が当該工具挿入体（２７）に回転可能に支持され、当該工具挿入体（２７）を前記工具ホルダ（１）内に取り付けるために必要とされる軸方向の力が装着部（３３、４７）によって伝えられる、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の工具挿入体。
  20. 前記キャリア（４１）が少なくとも２つのラグ（６１）を有し、前記ラグ（６１）が、請求項１２および/または１３に記載の工具ホルダ（１）のキャリア部材と共に、形状ロックする回転可能に固定される接続を形成する、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の工具挿入体。
  21. 前記キャリア（４１）のラグ（６１）が少なくとも１つの接触面（６３）を有する、請求項２０に記載の工具挿入体。
  22. 前記キャリア（４１）が多角形断面を有し、前記キャリア（４１）が、請求項１４に記載の工具ホルダ（１）のキャリア部材と形状ロックする回転可能に固定される接続を形成する、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の工具挿入体。
  23. 前記キャリア（４１）の接触面が、螺旋形状またはネジ形状を成して形成されるとともに、請求項１５に記載の工具ホルダの少なくとも１つの接触面を補完するようになっている、請求項２２に記載の工具挿入体。
  24. 前記キャリア（４１）の少なくとも１つの接触面（６３）が当該工具挿入体（２７）の長手方向軸と接触角（γ）を成し、接触角（γ）が０°〜６０°の範囲にある、請求項１８〜２３のいずれか一項に記載の工具挿入体。
  25. 当該工具挿入体（２７）が中空である、請求項１６〜２４のいずれか一項に記載の工具挿入体。
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