TW201032921A - Thermally activatable chuck - Google Patents

Description

201032921 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種失盤，亦即用於將一工具夾至另一個 裝置（例如’一軸桿）之一器件。該夾盤可被用於需將一操 作工具保持在用於鑽孔、銳削、研磨、衝壓或類似用途之 器件中的任何裝置。 【先前技術】

圖1A及1B係用於將工具夾至一軸桿之一已知的彈黃爽 盤10的示意圖。圖1A係一橫截面視圖及圖iB係一平面 圖。該夾盤10包含一套管12,其被固定或整合於一小齒輪 (未顯示）。該套管12具有一孔14以用於接納一失頭16。— 彈簧18提供一力以將該夾頭16拉入該孔14中。在該套管 之内側及該夾頭16之外側上的錐形化表面協同向内施力於 鄰近一形成於其中的裂口通道20之該夾頭16的側面以夾住 被設置在該通道20中的一工具（未顯示）。

為了釋放一被夾住的工具’抵抗該彈簧18之偏壓力而將 該夾頭16從該套管12中拉出。 圖2顯示另-個已知的夾盤22之„示意性的透視圖及一 橫截面側視圖，該夾盤22通常被稱為—熱收縮夹盤 (TSC)。此夹盤22包括一單塊本體以’其具有—於其中的 孔2 6以用於接納該工具（内部太辦、9 8。λ_ 八、η外本體）28。该本體24係由諸如 鋼之導熱材料製成且被一加妖綠圔m图达 _ 务 刀熟綠圈30圍繞，該加熱線圈被 配置以措由感應加孰其外矣& 。々…丹外表面。其他的熱源可被使用。加 熱該本體24之該外表面會#复 θΒ I便其膨脹，廷打開該孔26以使一 146396.doc -4- 201032921 工具能夠被插入（或移除）。當冷卻時，該本體24收縮及該 孔26閉合，由此夹持該工具28。 【發明内容】 最普遍地說，本發明提議一種熱收縮夾盤，其中受熱本 體之一内體積被省略以便改良孔打開之大小及速度。 根據本發明，可提供一夾盤用於夾持一工具（其可具有 任一形狀），該夾盤包括：一由熱敏材料製成之本體，該 本體具有-於其中的孔以用於接納該工具；一熱激發元 件，其被配置以引發該本體之熱激發作用從而改變該孔之 周長，及一夾持構件，其被設置在該孔内部以接觸該工具 及當該孔之周長減小時將該工具緊固在該夾盤中；其申該 夾持構件之熱膨脹與該本體之熱膨脹去耦且該夾持構件包 含從該孔之該周長向内突起之一工具接觸區。該夾持構件 之該熱膨脹（及收縮）與本體去耦意味著該本體之熱膨脹（及 收縮）不受該夾持構件約束。當與一習知的TSC比較時，此 特質與一向内突起區域之組合允許移除該本體之一内部部 分，亦即有效地增加該孔之該周長。此允許該失盤可打開 更寬’同時避免該本體經受一增大的熱應力。此外，其可 允許該本體之該外周長被增加而不一定引發更高的熱應 力’此亦使得可獲得更寬的孔開口。 與該本體之最内點相比，該工具接觸區可進一步向該孔 之中心徑向地多延伸一距離’此距離為該本體之該外周長 之2%或更多，例如以使該本體能夠獲得一充分改良的開 口。該本體之該外周長可依據“而被計算，其中d為該本 146396.doc 201032921 體之平均外徑。 該夹持構件可被形成為與該本體成-單塊構件，例如如 圖5所緣示之該實施例所示。在此配置中’該孔之内周長 可猎由加工該本體與該失持構件之間的一槽（例如，一空 氣旬而被形成。該槽可藉由一放電加工（職)電線切割而 ㈣成。該夾持構件可在材料之—莖上從該本體突起。該 莖可具有較窄的圓周範圍以限制傳導至該夹持構件之熱及 由此提供該去麵功能。 替代地’該夹持構件可為—獨立的零件，附接於該本 體。該夹持構件可由比該熱敏材料更熱惰性的材料製成。 舉例而言，該夾持構件之該材料可具有比該熱敏材料之執 膨脹係數更小的-熱膨脹係數。換言之，該夹持構件 體之相對膨脹率係不同的。該等熱膨脹之該去輕可被配置 以在该孔之該周長的一變化期間允許該夹持構件與本體之 接觸表面之間（亦即，&兮r + 4士 分之間）的相對移動 夹持構件與本體相互鄰接的部 在本文中，該孔之該周長可為意味著其内表面之 ^廓變^孔之該周長之—變化可相對應於該孔之橫截面積 表^敏材料可具有—正熱膨脹係數，藉以該本體之熱激 n玄孔之該周長的—增大’亦即當該本體被加熱時該 孔打開。熱激發可為意味著加熱該本體之該外表面。該熱 激發兀件可被配置以藉由感應加熱來熱激發該本體。舉例 而言’該熱激發元件可包括一線圈用於輸送交流電流，其 146396.doc 201032921 具有環繞該本體之外表面的一個或更多個匝圈。藉由在該 線圈中的該交流電流產生之變化的磁場引發感應電流及由 此引發在該本體中的加熱。該交流電流之頻率可被選擇以 • 控制從該外表面進入該本體發生加熱的深度。 .感應加熱可使高功率密度能夠被很快（亦即，約為數秒） 且有效地（亦即，高達95。/。的加熱效率）獲得。其他的熱源 可被用於加熱該本體，例如一燃燒器或一紫外光加熱器。 φ 僅加熱該外表面之一優點係該能量需求可能小於當全部 體積被加熱時。此外，僅加熱該表面可防止該等内部零件 (例如，該工具)被加熱。然而，如上所述，加熱該外表面 至獲得孔周長之-充分變化所需的一溫度之一可能缺點係 在外側的一熱體積與在内側的一較冷體積可引起在該本體 内部的高熱應力，其亦可限制開口範圍。此缺點係相對於 圖2中的一標準熱收縮爽盤而被聞示。防止熱被傳送通過 該本體24之該願望意味著一熱外部體積32與-冷内部體積 # 34被創造。在該情況下，該本體^之材料之熱應力與屈服 強度限制該被允許的熱梯度及因此限制打開與加献時間。 本發明藉由允許移除該冷體積而克服此問題，亦即有效地 提高該本體之内徑。 具接觸區可界定用於接觸該 认β頌丄六·^攸数個接觸點。 该夾盤I被配置以便在制中僅該夾持構件接觸該工具。 舉例而s ’錢持構件可包括複數個（較佳地 :持:被:接至該孔之該内表面周圍以形成-多點= 爽持該工具。該等顯夹元件可彼此分開。它們可按圍繞該 146396.doc 201032921 孔之規則間隔被附著（例如，結合）至該孔之該内表面。附 著手段可提供撓性以允許該本體在熱膨脹或收縮期間自由 地變化形狀。凹槽可在該本體中被形成以接納該等顎夾元 件’其在此之中可為形態配合的及/或力配合的（例如，精 確配合或干涉配合及/或沖壓標記）。該等顎夾元件由此可 被夾於該本體而不約束其熱膨脹。 該等工具接觸區可被塑形以形成與該工具之一點接觸或 一線接觸。舉例而言，每一個顎夾元件可為在一轴向延伸 之一長形構件，藉以該等接觸區沿該孔所接納該工具之長 度之一部分夾持該工具。 該夾持構件可由比該可熱激發材料熱導率低的—材料製 成因此可防止熱量傳至該工具而不一定提高該本體所經 受之該熱應力。 該夾持構件可由比該可熱激發材料抗磨性高的—材料製 成。由於該夾持構件亦可經受在操作中的一溫度變化（例 如，由於該本體之熱激發），其較佳地係由具有一較低大 小的熱膨脹係數（例如，小於5χ1〇·6 K·!)之一材料製成以防 止或最小化進入該孔的該夾持構件之熱膨脹減少用於該工 :之開口。該夾持構件之存在由此可提供超越一習知熱收 縮夾盤之一額外的優·點，在習知㉟收縮夹盤中鋁合金通常 係形^該本體所必需，此乃由於僅有它們的熱膨脹係數係 足夠咼的以獲得-可接受的孔周長變化。然而，此等合金 並非抗磨損的’其限制一習知熱收縮夾盤之生命週期。 該爽持構件可由諸如陶究之一絕緣材料製成。舉例而 146396.doc 201032921 言’諸如Si3N4之陶竟材料具有小於5χΐ〇.6 ^之一相對較 低的熱膨脹係數及超過㈣取之—相對較高的硬度。 該可熱激發材料可為—紹 K 1、較佳地超過2〇χΐ 〇_6 t1 其他的金屬材料（例如鋼）。 s金，或具有例如超過1〇χ1〇_6 之一相對較高的熱膨脹係數之 該夾盤之組件可被配置在一單一外殼中或於一裝置中的 分散位置。在一實施例中，本發明可提供裝置’其包括：

一操作軸桿；一根據任-前述技術方案用於夹持一工呈的 夾盤’’及-外殼’其用於在操作期間支揮該轴桿；其中該 夾盤之該本體被安裝在該轉上且㈣激發元件被安裝在 該外殼中鄰接該本體的-區域。該裝置可為工作裝置之任 一類型’例如用於鑽孔、衝M或類㈣途。該軸桿可為被 配置以固持該夾盤之該本體的任—構件。其在操作中不需 被移動（例如，在操作中該裝置可被配置以相對於該軸桿 移動該工件)。替代地，該軸桿可被配置以執行轉動及/或 軸向移動。 此配置可提供不具有任何活動部分之—緊密的及簡單的 爽盤’其在旋轉式高速裝置中係理想的。料殼可含有額 外的組件。舉例而[該外殼可包含軸承(例如，氣體軸 承）以用於支撐一旋轉軸桿。 【實施方式】 本發明之實例參照隨附圖式在下文被詳細描述。 圖3係熱收縮夾盤40之一示意性的透視圖及橫截面側 /、係本發明之一實施例。該夾盤4〇包括—導熱材料 146396.doc 201032921 之圓柱形本體42 ’其具有一轴向延伸孔44且經調適以被機 械地連接至於其一近端46之一旋轉軸桿（未顯示）。該本體 42之該外部圓周表面48具有形成於其一遠端附近之一感應 加熱線圈50。在此實施例中，該線圈50實質上係一 c形繞 組’其被定位圍繞該外表面48及實質上環繞該本體42。該 加熱線圈50被配置以接收來自一電源（未顯示）之一交流電 流’其頻率被選定以引發在該本體42之一外層之感應加 熱。該本體42係由一傳導材料製成（例如，諸如鋁或一合 金鋼之金屬），其具有一正膨脹係數（亦即，就鋁合金來說 大約24><1〇6 1^1及就合金鋼來說大約1〇)<1〇-6{^’以使得該 外層之感應加熱導致該孔44之該周長增大（由此使該孔打 開亦即其檢截面積增大）。當加熱被停止時，該本體42 冷卻及該孔之該周長相應地減小。 三個陶瓷桿元件52被附接至該本體42内部。每一個桿元 件52與該本⑽之祕對齊及包㈣向延伸祕該本體42 之内表面而進入該孔44中之一突起接觸區54。在此實施例 中，該等桿元件52圍繞該本體42之内表面對稱地配置使得 該等轴向延伸接觸區54界定適於接觸及緊固—被插入於其 中的工具柄部或圓柱之-三點钳。舉例而言，在圖3中， 一圓柱形工具56被插入該鉗中。該等接觸區Μ被塑形以符 合该工具56之外表面。在此實施例，該等接觸面被配置以 形成與該工具56形成一直線接觸。 可藉由一形態配合及/哎—夬 一 _ 一 力配5固疋作用而將該等陶 莞才干元件52固定於該本體42(亦gp 令肢42(亦即，防止該等元件在一相 I46396.doc 201032921 ::該本體42之徑向移動)，當僅使用一形態配合固定作 ^時’該等”桿元件52可被另外膠黏。在此實施例中， 被對應塑形之凹槽在今·太种士 凹槽在林體42中形成以接納各個桿元件 。該等桿元件52藉由在該等凹槽中之—干涉配 疋於該本體42。替代地或另外地，該等㈣桿元件52可夢 由結合或類似方式而被附接至該本體仏 9 在使用中’當該孔44之橫截面根據該本體42之外層之加

熱或冷卻而減小或增加時，該等㈣桿it件被移到一起或 =以閉合或打開該鉗以緊固或移除/插人該等卫具。該 等#兀件52附接至該本體42的方式係基於使它㈣熱膨膜 去輕’亦即該本體42之該熱膨脹不因附至該#桿元件（盆 ^會迅速膨脹）而受約束。由此該配置有效地料-齒輪 進行操作’其中在熱激發作用下該本體42之移動被傳輸至 該等桿元件52。 因為該等陶|桿元件52從該本體42向内徑向地突起，所 # 以該本體42之該内周長58可大於該被緊固的工具之外周 長。如上說明，此可減少該本體所經受之熱應力及促成該 孔之有效打開。 圖4顯示通過-鑽孔裝置⑽之—示意性的橫截面，其係 本發明之另-個實施例。該鑽孔裝置包括一旋轉轴桿62， 其係藉由一待被鑽孔的表面66例如一pCB或類似物之上的 —外殼64支撐。該旋轉軸桿62可藉由在該外殼以中形成的 氣體軸承（未顯示）支樓。 相似於圖3中所描述之一夾盤68被附接至該旋轉軸桿62 146396.doc 201032921 之遠端以使其連同該轴桿62旋轉。如圓4所示，一鑽頭7〇 被緊固在該夾盤68中。該夾盤68不同於圖3係在於加熱器 件並非該夾盤本體之一部分。在此實施例令，該加熱器件 72(例如，線圈）被提供於該外殼64鄰接該夾盤“之遠端的 區域中。該夾盤68由此係緊密的，因為其外周長相當於該 本體之外周長。在其他的實施例中，該線圈亦可被整合入 該夾盤本身之該本體中。 圖5係可被用於一熱收縮夾盤之一單塊本體8〇之一示意 性的正視圖與透視圊，其係本發明之另一個實施例。在此 實施例中，該單塊本體8〇係具有一沿其轴線形成的孔8 i之 一圓柱形構件。利用一EDM電線切割技術，複數個彎曲的 夾持構件84被形成於該孔81之内表面85，此乃藉由切割一 個或更多個徑向槽83入該孔81之該内表面85及隨後從該等 徑向槽83之底部切割在該本體8〇内部的一個或更多個圓周 槽86。該等徑向槽83及圓周槽86可軸向延伸通過該整個本 體80。相鄰的圓周槽83之鄰近端藉由本體材料之一狹莖 而被彼此分離’該狹莖87將該等完整地形成的夾持構件84 連接至該本體80之一外層82。 在操作中’該外層82之該外表面88被加熱以引發其向外 膨服’其作用係打開該孔8 1。該等莖87足夠窄以限制被傳 導入該等夾持構件84之熱量從而使此等構件之熱膨脹與該 外層之熱膨脹去耦。該等圓周槽86亦輔助該去耦功能。藉 由使該等夾持構件84之熱膨脹與該外層82去耦，可防止當 該外層被加熱時該等夾持構件熱膨脹進入該孔8 i，其改良 I46396.doc •12· 201032921 可獲得之該孔之開口範圍。 【圖式簡單說明】 圖1A及1⑽'—已知的彈簧夾盤之示意圖且在上文被描 述； 圖2係一已知的熱收縮央盤之—示意性的透視圖及橫截 面側視圖且在上文被描述； 圖3係一執收縮央盤之_ —元音，地& 不葱〖生的透視圖及橫截面側視 圖’其係本發明之一實施例； 圖4係一鑽孔裝置之一示意性的橫截面側視圖，其係本 發明之一實施例；及 圖5係一熱收縮夾盤所使用之一單塊本體之一示意性的 正視圖與透視圖，其係本發明之另一個實施例。 【主要元件符號說明】 10 夹盤 12 套管 14 孔 16 夾頭 18 彈簧 20 通道 22 夾盤 24 單塊本體 26 孔 28 工具 30 加熱線圈 146396.doc 201032921 32 熱外部體積 34 冷内部體積 40 夾盤 42 本體 44 子L 46 近端 48 外部圓周表面 50 線圈 52 陶瓷桿元件 54 接觸區 56 工具 58 内周長 60 鑽孔裝置 62 旋轉轴桿 64 外殼 66 表面 68 爽盤 70 鑽頭 72 加熱器件 80 單塊本體 81 孔 82 外層 83 徑向槽 84 夾持構件 146396.doc 201032921 85 86 87 88 内表面 圓周槽 莖 外表面 146396.doc -15-

Claims (1)

1. 201032921 七、申請專利範圍： 1· 一種用於夹持一工具之夾盤，該夾盤包括： 一由熱敏材料製成之本體，該本體具有一於其中 以用於接納該工具； ^ -熱激發元件，其被配置以引發該本體之熱激發作用 從而改變該孔之周長，·及 夾持構件，其被設置在該孔内部以接觸該工具及每 該孔之周長減小時將該工具緊固在該夾盤中； 其中該夾持構件之熱膨脹與該本體之熱膨脹去麵且該 夾持構件包含從該孔之該周長向内突起之一工具接觸 區。 、 2.如：求们之夾盤’其中該夾持構件係一與該本體分離 之零件且係以一在該本體之該周長之一變化期間允許鄰 接表面之間之相對移動的方式附接至該本體。 3·如請求項2之夹盤，其中該夾持構件係一塗層，其具有 該本體之外周長之至少糊一厚度，該外周長依據Id而 被计算’其中d係該本體之平均外徑。 4. 如6月求項2或3之炎盤，其中該爽持播杜及丄 六丁农火苻構件係由比該熱敏材 料更熱惰性的材料製成。 5. 如請求項1、2及3中任一項之夾盤，甘士 盤其中加熱該本體引 發該孔之該周長之一增大。 6. 如請求項1、2及3中任一項之爽盤，t 入盟其中該工具接觸區 界定用於接觸該工具之複數個接觸點。 7. 如請求項6之夾盤，其中該夹持構件包括多個顆夹元 146396.doc 201032921 件’该等顎夾元件被附接至該孔之内表面周圍以形成— 多點钳用於失持該工具。 8·如請求項1、2及3中任一項之夾盤，其中該夾持構件係 由相比於該可熱激發材料而具有一更低熱導率及/或一更 高硬度的一材料製成。 9. 如請求項1、2及3中任一項之夾盤，其中該夾持構件係 由陶瓷製成。 10. 如請求項1、2及3中任一項之夾盤，其中該熱激發元件 經配置以藉由加熱來熱激發該本體。 11·如請求項1〇之夹盤，其中該熱激發元件包括一用於輸送 父OU·電流的線圈，該線圈具有環燒該本體之外表面以藉 由感應加熱引發熱激發的匝圈。 12. —種裝置，其包括： 一操作軸桿； 一根據任一前述請求項用於夾持—工具的失盤；及 一外殼，其用於在操作期間支撐該轴桿； 其中該夾盤之該本體被安裝在該軸桿上及該熱激發元 件被安裝在該外殼鄰接該本體的一區域中。 146396.doc 2-