JP2002540964A - 工具をクランプするための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 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）を包囲し且つ高周波交流で付勢可能である、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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、工具シャフトを有する工具をクランプする及びクランプ外すための
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付勢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１
２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、高周波交流で付勢可能な誘導コイル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３
３が設けられていて、この巻線３３は高周波交流を用いて付勢される。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１
２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３
２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を包囲し且つ高周波交流で付
勢可能である、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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 ビルツ ヴェルクツォイクファブリーク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテ ル ハフツング ウント コンパニー コ マンディートゲゼルシャフト ドイツ連邦共和国 デー・73760 オスト フィルデルン フォーゲルザングシュトラ ーセ ８ (72)発明者 イリオン インゴ ドイツ連邦共和国 デー・77963 シュヴ ァーナウ ノイエ ラインシュトラーセ ４ (72)発明者 フォス ミヒャエル ドイツ連邦共和国 デー・71229 レオン ベルク ヴァインベルクシュトラーセ 82 Ｆターム(参考） 3C016 AA02 BA08 FA23 3K059 AA08 AA10 AB20 AB28 AD01 AD08 AD34 CD52 CD62 CD66 CD72 CD73

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工具シャフト（１４）を有する工具（１６）をクランプする及
   びクランプ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（１
   ２）を有し、更に、工具受部（１０）のブッシュ部分（１２）を包囲して有利に
   は高周波交流で付勢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、 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面に
   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を特徴とする装置。
2. 【請求項２】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１に記載の装置。
3. 【請求項３】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１または２に記載の
   装置。
4. 【請求項４】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１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 【請求項５】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１〜４のいずれか一項
   に記載の装置。
6. 【請求項６】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１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 【請求項７】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６に記載の装置。
8. 【請求項８】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１〜５のいずれか一項に
   記載の装置。
9. 【請求項９】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、導磁性で非導電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１〜８のいずれか一項
   に記載の装置。
10. 【請求項１０】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９に記載の装置。
11. 【請求項１１】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９に記載
    の装置。
12. 【請求項１２】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９〜１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 【請求項１３】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１２に記載の装置。
14. 【請求項１４】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１２に記
    載の装置。
15. 【請求項１５】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１〜１４の
    いずれか一項に記載の装置。
16. 【請求項１６】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
    １〜１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 【請求項１７】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（２
    ６）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１〜１６のいずれか一項に記載の装置。
18. 【請求項１８】誘導コイル（２６）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（３３）を有することを特徴とする、請求項１〜１
    ７のいずれか一項に記載の装置。
19. 【請求項１９】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１８に記載の装置。
20. 【請求項２０】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１〜１９のいずれか一項に記載の装置。
21. 【請求項２１】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１〜２０のいずれか一項に記載の
    装置。
22. 【請求項２２】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１〜２１のいずれか一項に記載の装
    置。
23. 【請求項２３】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１〜２２のいずれか一項に記載の装置。
24. 【請求項２４】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１〜２３のいずれか一項に記載の装置。