JP6530408B2 - チャック装置 - Google Patents

Description

本発明は請求項１の前置部分によるチャック装置、並びにチャック装置に使用するコレット、ツール（工具）受領部およびクランプ（掴締）ナットに関する。

ＤＥ１０２０１１１１３４９４Ａ１は、コレットチャックの形態に設計され、ツール受領部と、ツール受領部の開口部に挿入されるツール（工具）クランプ用のコレットと、ツール受領部に対してコレットを軸方向に移動させるクランプナットとを含んだチャック装置を開示する。コレットは、ツールのツールシャンク（柄）をクランプするための円筒ボア（腔部）と、ツール受領部の対応する円錐状内側面と接触するための円錐状外側面とを有している。コレットを放射状に移動させ、クランプされるコレットの円筒ボア内に配置されるツールシャンクをクランプすることを可能にするために、コレットは周囲方向に配分されている複数の長手スリットを有する。ツールシャンクをコレットにクランプするために必要な放射作用力を発生させるために、コレットはツール受領部にネジ式接続部を介して接続され、クランプナットがツール受領部に対して回転されるとき、ツール受領部内の円錐状内側面に対して円錐状外側面を備えたコレットを移動させる。これでコレットは放射状に圧迫され、コレットの円筒ボア内でツールシャンクをクランプさせる。しかし、ツール受領部に対してクランプナットを回転させることによってコレットをクランプすることは、特にクランプナットとコレットとの間でクランプ力が非常に大きいときには摩擦を増加させ、クランプナットからコレットにトルクを伝達し、コレットに自身を捻らせる。その結果、ツールシャフトがコレットによって確実にクランプされることを必ずしも保証することはできない。

この弱点を回避するため、ＷＯ９６／０５０１２Ａ１は、クランプナットに対して回転式に取り付けられ、クランプナットとコレットとの間に配置された圧力部材を提案する。この圧力部材はコレットをツール受領部に対して軸方向に移動させ、クランプナットと圧力部材との間の摩擦を大きく減少させる。しかし、特に特定の、非常に大きなクランプ力のもとでは、このタイプの構造であってさえも、クランプナットからコレットへのトルクの伝達を信頼性高く防止しない。加えて、コレットをツール受領部から簡単に解放させるためにコレットをスナップ接続式にクランプナットに接続し、クランプナットが緩められたときにコレットをツール受領部から取り外させることが一般的である。しかしながら、コレットとツール受領部は自動的に摩擦型ロック（固定）されるように相互接続されるので、特に大きなクランプ力のもとではコレットをツール受領部から取り外すには相当な力が必要となるであろう。多くの場合に、スナップ接続は必要とされる引張力を伝達するには弱すぎる。さらに、特に大きなトルクと大きなクランプ力のもとでは、従来技術のコレットにおける長手スリットの最善未満の配分はクランプ力の不均等な配分に導くことがある。なぜなら、コレットは均質にフレキシブルな形態でクランプ力の伝達に反応しないからである。

本発明によって解決されるべき課題は、ツールシャンクをコレットに確実にクランプさせ、非常に高いクランプ力のもとであってもツールシャンクをコレットから解放させることである。

この課題は請求項１の特徴を備えたチャック装置と、請求項１１のコレットと、請求項１４のツール受領部と、請求項１８のクランプナットとで解決される。本発明の有用な実施態様は従属請求項において記載されている。

本発明によって開示されているチャック装置は、その圧力部材がツール受領部内で対応する係合部への捩れ防止接続のための連結部を含むことを特徴とする。これで圧力部材がツール受領部に対して回転することが信頼性高く防止でき、コレットへのトルクの伝達を回避することもできる。連結部は、例えば、ピン等の形状の突出部として設計でき、対応する係合部はボア等の形状の受領部として設計することができる。もちろん、突出部の形状の対応係合部を受領するように結合部を設計することも可能である。

本発明の有用な実施態様では、圧力部材とコレットが相互に対して所定の角度姿勢となる態様で、捻り防止形態で着脱式となるように圧力部材とコレットは結合手段によって相互に接続される。結合は便宜的に差込ロックの形態に設計できる。これで、コレットと圧力部材との間に定角度での単純で迅速に利用できる接続が保証され、その接続は、接続の解放に必要な引張力の伝達もできる。さらに、従来のスナップ接続とは異なり、コレットを圧力部材に接続するときにコレットを変形する必要はない。

ツール受領部内において所定角度でのコレットの捻り防止配置を確実にするため、本発明の有用な実施態様では、コレットはツール受領部内の対応するデテント（戻り防止）溝との捻り防止係合のための戻り止め突起を含む。これで、クランプナットによるクランプ時およびツールに作用するトルクによる運用時の両方でコレットの回転動作を同様に回避する。すなわち、戻り止め突起はツール受領部上に配置でき、戻り止め溝はコレット上に配置できる。

１つの内側面上で、コレットはツールへの捻り防止接続、好適には相互ロック接続のために便宜的に固定（ロック）部を含むことができる。この接続は、ツールがコレット内に確実に取り付けられ、ツールとコレットとの間の相対動作により引き起こされる磨耗が回避される効果を有する。

ツール受領部上に、結合手段によって圧力部材に接続されるコレットを簡単に取り付けさせるため、好適には、ツール受領部内の戻り止め溝は、ツール受領部内の係合部に対して、圧力部材の結合部に対するコレット上の戻り止め突起と同じ角度で配置される。このことは、特に、コレットと圧力部材との間の対応する再現可能な正確な結合の手段、例えば、差込ロック形態によって達成できる。これでコレットの戻り止め突起と圧力部材の結合部は信頼性高く迅速に、対応する戻り止め溝または係合部内に追加的な調節を必要とすることなく挿入できる。

本発明の有用な実施態様は、コレット上の戻り止め突起を、結合部が圧力部材から突き出る程度よりも大きな程度でコレットから突き出させる。このことは、取り付け時に、戻り止め突起をまずツール受領部と接触状態にし、回転動作によって戻り止め溝に係合させる。戻り止め突起が少なくとも部分的にツール受領部の戻り止め溝に係合したら直ちに、対応的に整合した角度姿勢によって結合部は、ツール受領部内の係合部に対して正確に配置されて互内に挿入できる。その結果、クランプナットはネジ式接続部によってツール受領部内に接続できる。

本発明の１好適実施態様では、少なくとも１つの球状ローラベアリング手段により圧力部材はクランプナットに対して回転式に取り付けられる。好適には、この球状ローラベアリングの球状ローラは相互に交差する設計形態で配列され、非常に強力な作用力を伝達させる。

クランプナットをツール受領部に対して適正にセンタリングする（中心に配置する、中心に位置合わせする）ため、クランプナットはツール受領部の対応する外側面と中央整合接触する円筒状内側面を有することができる。これで、ツール受領部に対するクランプナットの偏心配置がコレットに対して不都合な影響を及ぼし、ツールのクランプに対して不都合な影響を及ぼすことを防止する。

本発明の別態様は、本発明によってコレット上に配置されるコレット内の長手スリットに関する。様々な試験によって、長手スリットの形状とスリットのパターンが、特に高トルクにおいて、クランプ力の最良伝達のための決定的要素であることが示された。

よって高トルクでの確実なクランプを保証するため、本発明により提案された解決策は、コレットに最善のフレキシビリティを保証し、理想的な作用力の伝達を確実にするために、それぞれ少なくとも３本の長手スリットを含んだ少なくとも２組の長手スリットを備えたコレットを設計することである。これら組の長手スリットは、コレットを、コレットの第１端面から開始し、コレットの長さの少なくとも半分にまで延びて横断する第１長手スリットと、コレットを、第１端面の反対側に位置する端面から開始し、コレットの長さの少なくとも半分にまで延びて横断する第２長手スリットと、コレットの長さの少なくとも半分を横断するが、コレットの第１端面と第２端面から一定の距離だけ離れて開始する第３長手スリットとを含む。長手スリットの組のこのタイプの設計によって、クランプ時のコレットの比較的に湾曲部が含まれない変形が可能になる。コレットは放射状に圧迫されるが、ツールシャンクをクランプするためにコレット内に配置された円筒ボアはその円筒形状を維持する。特に、ボアの外側面線は相互に対して、並びに回転軸に対して略平行状態に残る。ボアとツールシャンクとの間の最善表面接触によって、これで確実なクランプと高いランアウト（逃げ）精度が保証される。

本発明の１有用実施態様においては、長手スリットの組は相互に対して同一角度で配置される。特に好適な実施態様では、コレットは３、４、５、６、７または８組の長手スリットを含む。寸法設定はクランプされるツールシャンクの直径に応じて決定される。本発明によれば、複数の同一設計による長手スリットを１組の長手スリット内に配置することも可能である。

長手スリットの組を有した本発明のコレットは従来のチャック装置にも利用でき、よって非常に多用途な適用形態を有する。

本発明の追加の特徴と利点は、以下の図面を参照に付した好適実施例の説明から明確になる。

本発明のチャック装置の断面図である。 図１の細部Ａの詳細図である。 図１のチャック装置１の第２の断面図である。 図３の細部Ｂの詳細図である。 図３の細部Ｃの詳細図である。 図１のチャック装置の詳細図である。

図１は、コレットチャックの形態に設計されたチャック装置１の断面図である。チャック装置１は、ツール受領部２と、クランプナット３と、圧力部材４と、コレット５とを含む。コレット５は円筒ボア６を有しており、その中に、ツール（工具、刃）のツールシャンク（図示せず）を挿入して保持できる。ツールシャンクをクランプする（締める、固定する）ためにコレット５は放射方向に変形できるが、この変形は、コレット５の周囲方向に均等に配分されている複数組の長手スリット７によって達成される。コレット５はツール受領部２に対するコレット５の軸方向の移動によって放射状に変形できる。ネジ接続部８によってツール受領部２に接続されているクランプナット３を回転することにより、コレット５は、クランプナット３とコレット５との間に配置されている圧力部材４によって、ツール受領部２の長手方向でツール受領部２内の中央開口部９内に移動できる。ツール受領部２に対するコレット５のこの長手方向の移動からコレット５に対して放射状の作用力を発生させることができるように、コレット５は、ツール受領部２の開口部９内の対応する円錐状内側面１１に当接する円錐状外側面１０を有している。よって、コレット５がツール受領部２の方向に移動すると、コレット５に作用する放射状内側方向の作用力が発生し、コレット５を圧迫して、コレット５のボア（穴）６内に配置されているツールを確実にクランプさせる。

クランプナット３とコレット５との間の圧力部材４の設計形状の結果として、クランプナット３とコレット５との間のトルクの伝達は減少する。さらに、圧力部材４は周囲に沿って配分され、ツール受領部２内の対応する係合部１３と係合する複数の結合部１２も含んでおり、ツール受領部２に対する圧力部材４の回転動作を効果的に防止する。

さらに、図１が図示するように、ツール受領部２内の開口部９は、周囲方向に配分され、その中にコレット５上の対応する戻り止め突起１５が係合する戻り止め溝１４を含む。これで、コレット５とツール受領部２との間には捩り防止接続（ｔｏｒｓｉｏｎ−ｐｒｏｏｆ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ：捻れを防止する接続）が保証される。従って、運用時にツールに作用するトルクは、コレット５とツール受領部２との間に回転動作を引き起こすことができない。回転動作を効果的に防止し、ツールとコレット５との間の関連する磨耗を効果的に防止するため、停止部１６が円筒ボア６上、あるいは好適には戻り止め突起１５の内側面上に設計され、停止部がコレット５の円筒ボア６内に突き入り、ツールのツールシャンクへの相互固定接続を保証する。

戻り止め突起１５はツール受領部２に面するコレット５の表面上に提供されている。戻り止め突起１５とツール受領部２との間には数百ミリの間隙が存在し、戻り止め突起１５はツール受領部２に放射方向で当接することができ、ツールが停止部１６を加圧したときにツールを確実に保持させる。

図２は図１の細部Ａの詳細図である。図２が図示するように、結合部１２はピン形態の突出部（凸部）として設計されており、ネジ式接続部またはプレスフィット（押し装着）接続部によって圧力部材４に剛質的に接続される。結合部１２は、止り穴の形態の受領部として設計されている対応する係合部１３内に係合する。結合部１２を係合部１３内へ容易に挿入させるために、係合部１３内に、結合部１２は幾分かの放射状の隙間を有することができる。

コレット５は、差込ロックの形状または一定角度の同様な捩り防止および着脱式接続部の形状に設計されている結合部１７によって圧力部材４に接続されている。差込ロックでは従来から観察されるように、コレット５は、圧力部材４にそれを結続し、続いて圧力部材４に対してそれを捻ることによって、圧力部材４に対する捩り防止端部位置を占領するように製造できる。結合部１７のこの端部位置で、コレット５に対する圧力部材４の位置は明確に予め決定され、再現が可能である。結合部１２と戻り止め突起（ｄｅｔｅｎｔ ｌｕｇ）１５の形態および相互に対して配置される角度は、相互に対して係合部１３と戻り止め溝（ｄｅｔｅｎｔ ｇｒｏｏｖｅ）１４が配置される設計形態および角度に一致し、それらは互いに整合され、継ぎ目なく結続される。

図３は、図１のチャック装置の第２の断面図である。図示のように、コレット５上の戻り止め突起１５は、結合部１２が圧力部材４から突き出る程度よりも大きくコレット５から突き出る。これで、ツール受領部２上にクランプナット３、圧力部材４およびコレット５を含んだ装置を取り付けるとき、まず戻り止め突起１５がツール受領部２と接触し、相互に対する単純な回転動作によって戻り止め溝１４と係合できる。戻り止め突起１５がツール受領部２の戻り止め溝１４と少なくとも部分的に係合すると直ちに、対応して整合する角度姿勢によって、結合部１２もツール受領部２内の係合部１３に対して正確に配置され、その後、ネジ式接続部８によって簡単に相互に接続できる。これで、チャック装置１の非常に迅速で容易な設置が保証される。

図３でも示すように、圧力部材４はクランプナット３に対して第１ローラベアリング１８と第２ローラベアリング１９とによって回転式に取り付けられている。ローラベアリング１８と１９は球状ローラベアリング（球面ころ軸受け）の形態に設計されている。各ローラベアリングの球状ローラは交差形態に配列されているため、それぞれのローラベアリングは押圧力と引張力の両方を独立的に伝達できる。さらに、ロックネジ２０と２１が提供されており、それらロックネジは第１ローラベアリング１８と第２ローラベアリング１９のローラ部へのアクセスを可能にしている。このローラ部は球状ローラの形態で設計されている。

ツール受領部２に対してクランプナット３をセンタリングするため、ネジ式接続部８の上流側のクランプナット３はツール受領部２の円筒状外側面２３と接触するように設計されている円筒状内側面２２を有している。これら２表面を互いにセンタリングするため、円筒状内側面２２と円筒状外側面２３の間には非常に小さな間隙が提供される。しかし、そのフィッティングは遷移フィットまたはプレスフィットの形態でも設計できる。クランプナット３を取り付ける際に、円筒状内側面２２と円筒状外側面２３は相互接触し、ツール受領部２に対するクランプナット３の同心的設計を保証する。これでツール受領部２に対するクランプナットの偏心的な変位が発生した場合に、特にコレット５内のツールのクランプのランアウト精度（原文のまま）を悪化させる可能性がある放射方向作用力がコレット５に作用しないことを保証する。

図４の詳細図は図３の細部Ｂを図示する。図４で示すように、チャック装置１の長手方向にローラベアリング１８と１９は相互に対してずれた状態で配置されている。圧力部材４がクランプナット３に安定して正確に取り付けられることを確実にするため、好適にはローラベアリング１８と１９のローラ部が相互に対して交差形態に配列されており、それぞれのローラベアリングは引張力と押圧力の両方を独立的に伝達できる。別形態では、一方のローラベアリングのローラ部は押圧方向に設置でき、他方のローラベアリングにおいては引張方向に設置できる。第２ローラベアリング１９のローラ部を圧力部材４とクランプナット３との間に挿入するために、ローラベアリング１９内に開いたネジ式ボア２４が提供される。ローラ部が第２ローラベアリング１９から事故的に脱落するのを回避するため、ネジ式ボア２４は、止めネジの形態に設計されているロックネジ２０によって栓がされている。

図５では、図３の細部Ｃが詳細図により示されている。図４の細部とは異なり、図５に示す細部Ｃでは、ロックネジ２１がネジ式ボア２５に栓をするのに使用され、そこを通ってローラ部が第１ローラベアリング１８内に挿入できる。

図６の詳細図では、図１に示すコレット５が図示されている。コレット５は、互いに対して同一角度に配置されている少なくとも２組の長手スリット７を有している。長手スリット７の各組は少なくとも３本の長手スリット２６、２７および２８を含んでいる。第１長手スリット２６はコレット５の第１端面２９から開始し、コレットの長さの少なくとも半分を延びてコレット５を横断する。第２長手スリット２７は、第１端面２９の反対側に提供されたコレット５の第２端面３０から開始し、コレットの長さの少なくとも半分を延びてコレット５を横断する。第３長手スリット２８はコレットの長さの少なくとも半分を延びてコレット５を横断するが、第１端面２９と第２端面３０からは離れた位置から開始する。コレット５の周囲方向の長手スリット２６、２７、２８はランダムな順番で配置できる。

図示する実施例に加えて、差込ロックと、係合部１３に係合する結合部１２の形態に設計されている結合部１７のみによって、ツール受領部２に対する捩り防止形態となるようにコレット５を設計することも可能である。この場合には、ツール受領部２の開口部９内の戻り止め溝１４が存在せずとも構わない。ツール受領部２に対して捩り防止となるようにツールを取り付けるためには、さらに戻り止め突起１５をツール受領部２に放射状に当接させることができ、ツールへの相互固定接続のために、それらの内側面に停止部１６を含ませるように設計することができる。

Claims (14)

1. ツールのためのチャック装置（１）であって、
   ツール受領部（２）と、
   該ツール受領部（２）内の開口部（９）内に挿入される、ツールをクランプするためのコレット（５）と、
   該ツール受領部（２）に対して該コレット（５）を軸方向に移動させるためのクランプナット（３）と、
   該クランプナット（３）と前記コレット（５）との間に設置され、前記クランプナット（３）に対して回転可能に取り付けられている圧力部材（４）とを含んでおり、
   該圧力部材を用いて、前記コレット（５）は、前記クランプナット（３）により前記ツール受領部（２）に対して軸方向に移動できるようになっており、
   前記圧力部材（４）は、前記ツール受領部（２）の対応する係合部（１３）への捩れ防止をした接続のための結合部（１２）を含んでおり、
   前記コレット（５）は、該ツール受領部（２）内の対応する戻り止め溝（１４）に捩れを防止して係合するために戻り止め突起（１５）を含んでおり、
   前記ツール受領部（２）内の前記戻り止め溝（１４）は、該ツール受領部（２）の前記係合部（１３）に対して、前記コレット（５）の前記戻り止め突起（１５）が前記圧力部材（４）の前記結合部（１２）に対して有している角度及び姿勢と、同じ角度及び姿勢を有しており、
   前記戻り止め突起（１５）は、互いに関連した回転運動によって前記戻り止め溝（１４）に係止することを特徴とするチャック装置。
2. 前記圧力部材（４）上の前記結合部（１２）は、突出部または凹部の形状に設計されており、前記ツール受領部（２）上の前記係合部（１３）は、凹部および突出部の形状にそれぞれ対応するように設計されていることを特徴とする請求項１記載のチャック装置。
3. 前記圧力部材（４）と前記コレット（５）は、該圧力部材（４）と該コレット（５）とが互いに対して所定の角度及び姿勢の状態にて、捩れ防止および取り外し可能となるように結合部（１７）によって接続されることを特徴とする請求項１または２記載のチャック装置。
4. 前記結合部（１７）は、差し込んで固定するように設計されていることを特徴とする請求項３記載のチャック装置。
5. 内側面上の前記コレット（５）の前記戻り止め突起（１５）はツールへの捩れ防止をした接続のための停止部（１６）を有していることを特徴とする請求項１記載のチャック装置。
6. 前記戻り止め突起（１５）は、前記結合部（１２）が前記圧力部材（４）から突き出る程度よりも大きく、前記コレット（５）から突き出ていることを特徴とする請求項１又は５に記載のチャック装置。
7. 前記圧力部材（４）は、少なくとも１つの球状ローラベアリング（１８、１９）によって前記クランプナット（３）に対して取り付けられており、その球状ローラは互いに交差するように配列されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のチャック装置。
8. 前記クランプナット（３）は、前記ツール受領部（２）の対応する外側面（２３）と中央で接触するための円筒状内側面（２２）を有していることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のチャック装置。
9. 前記コレット（５）は、該ツール受領部（２）に対して軸方向に変位でき、
   該コレット（５）は、少なくとも２組の長手スリット（７）を有し、
   それぞれは少なくとも３本の長手スリット（２６、２７、２８）を含んでいるものであって、
   前記長手スリット（７）のそれぞれの組は、前記コレット（５）の第１端面（２９）から始まり、該コレットの長さの少なくとも半分まで延びる、該コレット（５）を横断する少なくとも第１の長手スリット（２６）と、
   前記第１端面（２９）の反対側に提供された該コレット（５）の第２端面（３０）から始まり、該コレットの長さの少なくとも半分まで延びる、該コレット（５）を横断する少なくとも第２の長手スリット（２７）と、
   該コレットの長さの少なくとも半分まで延びるが、該コレット（５）の前記第１端面（２９）と前記第２端面（３０）から離れて始まり、該コレット（５）を横断する少なくとも第３の長手スリット（２８）と、を有していることを特徴とする請求項1に記載のチャック装置。
10. 前記長手スリット（７）の組は、互いに対して同一角度に配置されていることを特徴とする請求項９記載のチャック装置。
11. ツールのためのチャック装置（１）に取り付けられ、圧力部材（４）を用いて、クランプナット（３）により軸方向に変位できるコレット（５）を受領するための開口部（９）を備えたツール受領部（２）であって、
    前記コレット（５）は、前記該ツール受領部（２）内の開口部（９）内に挿入される、ツールをクランプするためのものであり、
    前記圧力部材（４）は、クランプナット（３）と前記コレット（５）との間に設置され、前記クランプナット（３）に対して回転可能に取り付けられるものであり、
    前記ツール受領部（２）は、前記クランプナット（３）に回転可能に接続されている前記圧力部材（４）の対応する結合部（１２）への捩れ防止をした接続のための係合部（１３）を備えており、
    前記ツール受領部（２）は、前記コレット（５）内の対応する戻り止め突起（１５）に捩れを防止して係合するために戻り止め溝（１４）を含んでおり、
    前記ツール受領部（２）内の前記戻り止め溝（１４）は、該ツール受領部（２）の前記係合部（１３）に対して、前記コレット（５）の前記戻り止め突起（１５）が前記圧力部材（４）の前記結合部（１２）に対して有している角度及び姿勢と、同じ角度及び姿勢を有しており、
    前記戻り止め溝（１４）は、互いに関連した回転運動によって前記戻り止め突起（１５）と係止することを特徴とするツール受領部。
12. 前記係合部（１３）は、ピン形状の結合部（１２）を受領するための突出部または凹部の形状に設計されていることを特徴とする請求項１１記載のツール受領部。
13. コレット（５）の対応する戻り止め突起（１５）への捩れ防止をした接続のための戻り止め溝（１４）を特徴とする請求項１１または１２記載のツール受領部。
14. クランプナット（３）の対応する内側面（２２）と中央で接触するための円筒状外側面（２３）を特徴とする請求項１１から１３のいずれかに記載のツール受領部。

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