JP2744703B2

JP2744703B2 - キックバックを最小化するように回転カムを使用してツールホルダシャンクを保持する装置

Info

Publication number: JP2744703B2
Application number: JP7526337A
Authority: JP
Inventors: エー．エリックソン、ロバート
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 1994-04-08
Filing date: 1995-03-15
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: ZA952846B; MX9602156A; WO1995027580A1; US5452631A; KR970702120A; BR9506987A; ES2097718T1; DE69510450T2; JPH09506045A; AU676115B2; DE69510450D1; CA2175699A1; CN1047743C; EP0754102B1; AU2159395A; EP0754102A1; DE754102T1; RU2108207C1; KR100207947B1; CN1144498A

Description

【発明の詳細な説明】関連出願の引照本出願は1994年４月８日に出願された「ツールホルダ
シャンクを保持する装置（Apparatus For Holding a To
olholder Shank）」と題されたケンナメタル社（Kennme
tal）のケースナンバーＫ−1174の同時係属出願であ
る。

発明の背景本発明はベース内にツールホルダを固定する装置に関
し、より詳細には、ロックロッドを操作してベース内に
ツールホルダを保持するカムメカニズムに関する。

概して、金属加工は硬質の金属からなるカッティング
インサートを用いて行われるのが一般的である。かかる
カッティングインサートはツールホルダに取り付けられ
る。ツールホルダは旋盤や粉砕機等の機械の一部である
ベース部材に一時的に又は永久に固定される。

カッティングインサートは激しい状況の下で動作する
ため定期的に取り替えられる必要がある。取替えを行う
には、カッティングインサートをツールホルダから取り
外さなければならない。金属加工作業の経済性にとって
は、ツールホルダにおけるカッティングインサートの取
り替えに必要な時間機械を停止するのは非効率的であ
る。カッティングインサートを有するツールホルダ全体
を取り外し、既にツールホルダの所定位置に新しいカッ
ティングインサートを有する別のツールホルダと取り替
えられることができるように取り外し可能なツールホル
ダを使用することが望ましい。

このことに留意しつつ、次に効率に対する焦点はツー
ルホルダの取替えの簡便さとスピードということにな
る。これはクイックチェンジツールホルダの市販用の異
なるデザインを作る動機の１つでもあった。

かかるデザインの一例は、エリクソン（Erickson）他
による「ツールホルダ及びそれを解放可能に取り付ける
方法（Toolholder and Method of Releasably Mountin
g）」と題され、本発明の出願人に譲渡されると共に本
文の記載の一部ともなっている米国特許第4,747,735号
に見られる。この特許はスプリングロードされて往復動
するロックロッドを示しており、該ロックロッドはスプ
リングにより後方に付勢されてロッキング部材を半径方
向外方へと移動させ、ツールホルダをツールホルダ支持
部材内に固定する。ツールホルダを解放するには、ロッ
キング部材を引っ込ませ、さらにツールホルダ支持部材
からツールホルダを放出するように、ロックロッドをス
プリング力に抗して前進させなければならない。この特
許で述べられたロッキングメカニズムは軸方向に作動さ
れなければならず、側方に作動されることができない。

発明の要旨本発明は管状のツールホルダシャンクを解放可能に保
持する装置であり、該装置は、前方接面と、該前方接面
と交わり該前方接面の後方に延在してツールホルダシャ
ンクを収容するボアとを含むベース部材を有する。長手
方向軸に沿って延在するベース部材内に前端及び後端を
有するロックロッドが存在する。ロックロッドは前後へ
往復移動で移動し、ボア内にツールホルダシャンクを引
き込んでロック位置に位置させ、ボアからツールホルダ
シャンクを押し出してロック解除位置に位置させる。さ
らに、ロックロッドは長手方向軸を横断するアパーチャ
を有し、ロックロッドのカム従動面として作用する前方
壁を規定する。回転カムはベース部材に取り付けられ、
ロックロッド内のアパーチャを通って延在するカムポス
トを有する。カムは前後への往復動を提供するようにロ
ックロッドに作用する。カム従動面を有するカラーはカ
ムポストに最も近いロックロッド上のフランジにスライ
ド可能に位置させる。カラーとロックロッド後端の間に
スプリングが位置されてロックロッドをロック位置に付
勢する。カムの回転によりカムポストがカラーのカム従
動面に抗するように動作してスプリングが圧縮されロッ
クロッドがロック位置に付勢され、カムが逆方向に回転
するとスプリングが圧縮解除されてロックロッドがロッ
ク解除される。カムポストはロックロッドのカム従動面
とカラーのカム従動面との重なりを作成することによ
り、スプリングの圧縮解除を制限する。

本発明の或る実施形態では、カムポストは円柱形部分
からなる第１カムセグメントと、ロックロッドのカム従
動面とカラーのカム従動面を接触させる非円柱形部分か
らなる第２カムセグメントを有する。

本発明の第２の実施形態では、カムポストはロックロ
ッドのカム従動面とカラーのカム従動面を接触させる単
一の非円柱形部分を有するカムセグメントを含む。

本発明の第３の実施形態では、カムポストは円柱形部
分を含む第１カムセグメントと、第１セクションからオ
フセットされた円柱形部分を有する第２カムセグメント
を含み、ロックロッドのカム従動面とカラーのカム従動
面はこれらセクションにより接触されたり離間されたり
する。

図面の簡単な説明本発明の以上の及び他の態様は、図面を参照しながら
本発明の以下の詳細な説明を読み進めることにより明ら
かになるであろう。以下に図面を簡単に説明する。

図１はロック解除位置にあるツールホルダベースの側
断面図で示す。

図２はツールホルダが固定されるロック位置にあるツ
ールホルダベースの側断面図を示す。

図３は最前方位置のロックロッドと接触する回転カム
の等角投影図を示す。

図４はロックロッドをその最後方位置に付勢する回転
カムの等角投影図を示す。

図５は本発明の分解等角投影図を示す。

図６は図１を90゜回転させた側断面図を示す。

図７は図２を90゜回転させた側断面図を示す。

図８はロック位置とロック解除位置における回転カム
の相対位置を示す。

図９は本発明における回転カムの回転に対するスプリ
ングの変位を示すグラフである。

図10は本発明の第２実施形態に従う非円形セグメント
を有する回転カムの等角投影図を示す。

図11はカム表面の全長に非円形位置を拡大した図10の
カムを示す。

図12はロック位置にある図10のカムの断面上面図を示
す。

図13はロック解除位置にある図10のカムの断面上面図
を示す。

図14はロック解除位置にあるツールホルダベースの側
断面図を示し、回転カムは図11のものと同様のポストを
有する。

図15はロック位置にあるツールホルダベースの側断面
図を示し、回転カムは図11のものと同様のポストを有す
る。

図16はロック解除位置とロック位置の間の位置にある
ツールホルダベースの側断面図を示し、回転カムは図11
のものと同様のポストを有する。

発明の詳細な説明図１はカッティングインサート20を取り付けられた前
端15を有するツールホルダ10を示す。カッティングイン
サート20はシム（図示せず）によりツールホルダ10から
離されることもでき、カッティングインサート20とシム
25の両者はピン35によりツールホルダ10に固定されるク
ランプ30等の手段によりツールホルダ10に保持される。
ツールホルダ10は後方当接面40と前端15から後方に延在
するシャンク壁50を有する管状シャンク45とを備える。
ツールホルダ10はシャンク壁50内に位置決めスロット53
を有し得る。シャンク壁50内には複数の孔55が離間され
て配置される。ツールホルダ10は孔55内に前方凹接面60
を有し得る。

ツールホルダ10は長手方向軸56の回りに位置される。
長手方向軸56は明細書中で参考のために用いることにす
る。図面で明らかなように、明細書中に述べられる多く
の特徴は長手方向軸56の回りに対称に存在する。このた
め、本発明中の説明は片割れのアイテムにも当てはまる
ことを理解した上で、本明細書中では大方単一アイテム
について説明することにする。

図１で示されるツールホルダは旋盤等の回転しないツ
ールに対しても用いられるツールホルダの典型である。
しかしながらツールホルダには多様なツールが取り付け
られることができ、回転するものにも回転しないものに
も対応し得ることを理解されたい。さらに、ツールホル
ダ10の前端15に最も近い部分は、管状シャンク45に対し
て長手方向軸56の回りを約90゜回転されるのが典型的で
ある。しかしながら本発明を説明する目的で現段階の向
きを使用する。

さらに図面では、ツールホルダシャンクは受取ボアか
ら半径方向に離間されるように示されている。本発明は
カム及びロックロッドに関し、ツールホルダと受取ボア
の間のマッチングは図示のようなものであってもよい
し、締まりばめも含み得ることを理解されたい。

前方当接面67と長手方向軸56周囲のボア70を含む開口
部とを有するツールホルダ受取部材65は、ベース部材75
に固定されると共にその一部である。

ベース部材75を通って延在する通路80内にはスタブ85
があり、スタブ85はツールホルダ受取部材65のボア70の
中に延出する。ボア90はスタブ85を通って長手方向に延
在し、ロックロッド95はボア90内にスライド可能に取り
付けられる。

ロックロッド95の前端97の方に凹部100があり、凹部1
00はスタブ85を通って延在する半径方向アパーチャ105
と整合され得る。ロックロッド95は、ロックロッド上の
任意の位置で引っ張られたり押されたりすることにより
長手方向軸56に沿って移動し得るが、ロックロッド95と
一体の部品であるベース110において押し引きされるの
が好ましい。ロックロッド95がツールホルダ10から離れ
るように引っ張られると、アパーチャ105内及びロック
ロッド95の凹部100内に配置されるロッキングエレメン
ト115が半径方向外方へと付勢される。

図１はツールホルダベース75から取り外されたツール
ホルダ10を示している。ツールホルダベース75内にツー
ルホルダ10を固定するために、ロックロッド95はロッキ
ングエレメント115が凹部100内に存在し、それが半径方
向アパーチャ105内に押し込められるように位置されて
いる。この方向づけにおいて、ツールホルダ10の管状シ
ャンク45がボア70中に挿入され得る。

図２で示されるように、ツールホルダ10がボア70内に
位置される時には、ロックロッド95はツールホルダ10か
ら離れるように矢印117の方向に引っ張られ、ロッキン
グエレメント115が凹部100からランプ116上へと半径方
向外方へと押し出される。それによりロッキングエレメ
ント115は孔55の中に入りツールホルダシャンク45の前
方凹接面60と接触することになる。ロックロッド95が矢
印117の方向に引っ込むと、ツールホルダ10はツールホ
ルダ受取部材65内へと付勢され、ツールホルダ10の後方
当接面40がツールホルダ受取部材65の前方当接面67と接
触する。ロックロッド95のこの動作により、ツールホル
ダ10がツールホルダ受取部材65内に固定される。

ツールホルダ10をツールホルダ受取部材65から解放す
るには、ロックロッド95がツールホルダ10の方へと矢印
119の方向に付勢される。このように、ロッキングエレ
メント115が半径方向アパーチャ105及び凹部100内に引
っ込められて適切な間隙が設けられ、図１で示されるよ
うにツールホルダ10がツールホルダ受取部材65から取り
外されることができる。

ツールホルダ10がベース75内にロックされると、ツー
ルホルダ受取部材65の弾性による変形が生じることによ
り、ツールホルダ受取部材65内にツールホルダ10を保持
する高い摩擦力が生じ得る。ツールホルダ10を解放する
には、ロックロッド95がスタブ85を越えて突き出てツー
ルホルダ10の管状シャンク45内の衝突エリア120と接触
するようにロックロッド95がツールホルダ受取部材65の
前端に延出される。このように、ロックロッド95を継続
してツールホルダ10の方に付勢することによりロックロ
ッド95が衝突エリア120に突き当たり、それによりツー
ルホルダ10がツールホルダベース75から放り出されるこ
とになる。故に、ロックロッド95を移動させることによ
り、ツールホルダ10はベース部材75内に固定されたり解
放されたりされることができ、ツールホルダ10のクイッ
クチェンジが提供される。

本発明は、ロックロッド95を矢印119の方向に前進さ
せて図１で示されるような解放位置にツールホルダ10を
位置させ、ロックロッド95を矢印117の方向に引っ込め
ることにより図２で示されるようなロック位置にツール
ホルダ10を固定するように使用されるメカニズムに焦点
を置く。

図３及び図４では、図１及び図２で示したメカニズム
の重要なエレメントに重点を置いて示す。詳細には、図
３は図１で示されるものと同じ最前方位置にあるロック
ロッド95を示す。回転カム150はそれを通る長手方向軸1
55を有すると共に、円柱形であり得るカムポスト160を
有する。カムポスト160はカム150の長手方向軸155から
オフセットした長手方向軸165を有する。カムポスト160
は少なくとも１つのカム表面170を有する。回転カム150
がロックロッド95を通って延在するアパーチャ180内に
位置されることにより、アパーチャ180の壁の前方部に
おいてロックロッド95にカム従動面185が形成される。
カム150はベース部材75（図１）内で横方向には固定さ
れるので、カムの長手方向軸155の回りを回転するだけ
である。一方ロックロッド95は長手方向軸56に沿って軸
方向に移動される。カム150の第１の位置である図１及
び図３で示されるような形態では、カムポスト160のカ
ム表面170がロックロッド95のカム従動面185と接触し、
ロックロッド95がロック解除位置へと矢印119の方向に
付勢される。図２及び図４で示されるようなカム150の
第２の位置では、カムポスト160のカム表面170が矢印11
7の方向にロックロッド95を付勢することにより、ロッ
キングエレメント115が凹部100を離れてランプ116上に
移動し図２及び図４で示される形態となり、ツールホル
ダがベース部材75内にロックされる。なお、図４はカム
表面170がロックロッド95と直接接触した状態を示す。
こうしてロックロッド95は適切な方向に移動されるが、
説明される好ましいデザインは図２に示されており、図
２ではカム150が中間のスプリング／カラー構成を用い
てロックロッド95をロック位置に付勢する。このスプリ
ング／カラー構成では、カムポスト160がカラー195に働
きかけてロックロッドの後端205に連結されるスプリン
グ200を圧縮することにより、ロックロッドが矢印117の
方向に付勢される。

図１〜図４から、図１及び図３で示される最前方位置
から図２及び図４で示される最後方位置にカム150が回
転することにより、ロックロッドがロック解除位置から
ロック位置へと付勢され、ツールホルダ10をツールホル
ダベース75に固定する。

図５は本発明による装置の分解図を示す。ツールホル
ダ受取部材65とともにベース部材75を分解して長手方向
軸56に沿ったツールホルダ受取部材65のボア70、ロック
ロッドキャビティ210及びスプリングキャビティ215を露
呈し、交軸方向の環状開口部220とロックロッドガイド2
25とで切り離されている。ボア70内に存在するスタブ85
自体がボア90を有し、このボア90を通ってロックロッド
95が延在し、ロッキングエレメント115をロックロッド9
5の凹部100と整合させる。カムポスト160を有するカム1
50がロックロッド95のアパーチャ180内に嵌合すること
により、カム表面170がロックロッド95のカム従動面185
と接触し得る。カム150は交軸方向の環状開口部220によ
り横方向に拘束される。

カラー195はロックロッドフランジ240と接触して回転
カム150のカムポスト160を囲むまでロックロッド後端20
5の上に嵌合する開口235を有する。カラー195は、キャ
ップ245によりロックロッド後端205に固定されるスプリ
ング200によりロックロッドフランジ240に対して付勢さ
れる。キャップは、ロックロッド後端205とネジで係合
されるボルト250によりロックロッド後端205に連結され
る。図５ではアイテム200としてコイルスプリングが示
されるがこれは例示であり、一連の皿ばねが好適なハー
ドウェアである。スプリングはキャップ／ボルト構成に
より圧縮される。

別法では、ロックロッド95の１つのセグメントをより
可撓性を有するように製造して弾力を提供することによ
り、スプリング200の必要性をなくすことが可能であ
る。一例としては、アパーチャ180に連続するロックロ
ッド95の断面を減少することができる。この構成では、
カラー195をなくしてカムポスト160をロックロッド95と
直接接触させてロックロッド95をロック位置とロック解
除位置とに付勢するようにすることができる。しかしな
がらこの構成では、カムポスト160がロックロッド95を
往復運動させることができるようにアパーチャ180のサ
イズを小さくすべきである。

ロックロッドフランジ240はロックロッドキャビティ2
10と係合し、ロックロッド95を交軸方向に支持する一方
でロックロッド95の長手方向軸56に沿う移動を可能にす
る。このような形態では、好ましくはキャビティ255と
係合し得るツールを用いてカム150が回転され、ロック
ロッド95をロック解除位置からロック位置へと付勢する
ことが可能である。

図１の説明から、ボア70内にツールホルダ10がない場
合には、カムの回転によりロックロッド95がカラー195
に対して移動することなく１つのユニットとして長手方
向軸56に沿って前後に往復移動される。このような状況
の下では、ロックロッド95はツールホルダ受取部材65の
ボア90内で移動し、ロッキングエレメント115は半径方
向アパーチャ105内で前後に自由に移動する。

しかしながらツールボルダ10がボア70に配置される
と、図２で示されるようにカムポスト160がカラー195の
カム従動面197と接触することにより、ロックロッド95
が後方に付勢される。次いでロッキングエレメント115
が凹部100からランプ116へと外方向に移動し、ツールホ
ルダシャンク45の前方凹接面60と接触してツールホルダ
10と係合する。ここでカム150が継続して回転するとカ
ラー195がロックロッドフランジ240と接触しなくなり、
ロックロッドフランジ240から離れるようにロックロッ
ド95に沿ってスライドすることによりスプリング200が
圧縮され、その結果生じるスプリング力が、図２で示さ
れるようにスプリング200をロックロッド95に固定する
ボルト250を介してロックロッド95に伝わる。ギャップ2
57はカラー195とロックロッドフランジ240の間のこのよ
うな離間を示している。

なおスプリング200はカラー195に対して予め負荷され
ている。ロックロッド95はカラー195がロックロッド95
に対して移動されなければ、スプリング200と係合する
ことなく引っ込められ得る。しかしなが、ロッキングエ
レメント115が管状シャンク45と係合すると、ロックロ
ッド95が拘束されることになり、さらに矢印117の方向
にカラー195が移動することによりカラー195がロックロ
ッド95に相対して移動される。こうしてスプリング200
が圧縮され、予め負荷されていた力全部がロッキングエ
レメント115に伝わり、管状シャンク45が固定される。

カラー195とロックロッド95はロッキングエレメント1
15が凹部100からランプ116上の位置に移動するまで矢印
117の方向に移動し、このランプ116上の位置においてロ
ッキングエレメント115は管状シャンク45と係合する。
この距離をロッキングストロークと呼ぶ。ロッキングエ
レメント115が管状シャンク45と係合するランプ116上の
正確な位置は製造公差に依存する。このため、このロッ
キング距離を平均ロッキングストロークと呼ぶことにす
る。

これを図６と図７でも示すが、これらの図はロック解
除位置とロック位置に位置する装置の側断面図を示す。
ロック解除位置（図６）では、カム表面170はロックロ
ッド59のカム従動面185と接触する。この位置では、ロ
ッキングエレメント115（ファントムで示される）はロ
ックロッド95の凹部100内に存在する。この図ではわか
りやすくするためにツールホルダ受取部材65（図５）を
省略した。図６に見えるように、カム160の厚さ又は直
径はロックロッド95のカム従動面185とカラー195のカム
従動面197の間の距離に等しいか又はそれよりわずかに
短い。カラー195はこの間隙を設けるようにロックロッ
ド95のフランジ240（図示せず）上に存在する。

しかしながら、ロック位置（図７）ではロッキングエ
レメント115（ファントムで示される）はツールホルダ
シャンク（図示せず）と接触するまでランプ116上で変
位される。わかりやすくするために、この図ではツール
ホルダ受取部材65とツールホルダ10を省略した。ここ
で、カム150がさらに回転することにより、カラー195が
ロックロッド95に沿って変位してスプリング200を圧縮
し、それによりロックロッド95が引っ込められることに
なる。

２つの重要な特徴を図６及び図７から知るべきであ
る。図６は、ロック解除位置にある場合にはカム表面17
0がカムポスト160の中間部であるカム表面170a上でロッ
クロッドのカム従動面185と接触することを示してい
る。図７は、図５で示されるようにカラー195が開口235
を有するので、カム表面170がその上部170bと下部170c
においてカラー195のカム従動面197と接触することを示
している。これは２つの理由から重要である。

第１に、カム表面170とカム従動面185及び197の間の
対称的な接触により、ロックロッド95又はカラー195上
に非対称の力が生じるためにツールホルダベース75内で
ロックロッド95が動かなくなる可能性が最少化される。
例えば、カムポスト160がカム表面170の上部においての
みカラー195と接触すると、カラー195がツールホルダベ
ース75内に拘束され、それによりカラー195の長手方向
における変位が困難となり得る。

第２に、ロックロッド95をロック解除したりロックし
たりすることにカム表面170の長手方向の別々の部分が
用いられる。図６で示されるように、カム表面170の中
間部170aはロックロッド95のカム従動面185と接触し、
カム表面170の上部170b及び下部170cはカラー195と接触
する。このような形態では、カムポスト160とカム従動
面185及び197の間の磨耗面が磨耗を最小化することに使
用される。後述するように、カムポスト160におけるカ
ラー195とロックロッド95の接触も、半径方向における
異なる位置で生じ得る。

再び図１及び図２に戻って簡単に説明すると、回転カ
ム150及びカムポスト160はファントムで示されている。
これらのポジションは図８でも示される；しかしながら
明示するためにカムポストの直径を小さくしている。カ
ムの位置を説明する際の基準として、カムポスト160が
ツールホルダ10（図示せず）から最も離れるカム150の
回転位置を０゜とし、反時計回りを正の回転とする。

図８及び図１から、ロック解除位置ではカム150は約1
35゜の角度で方向づけられることがわかる。カムを180
゜の位置に回転させることは明らかに可能であるが、ロ
ック位置とロック解除位置との間のカムの回転範囲を減
少するためにカムの回転を意図的に180゜未満に限定す
る。このことは、ツールホルダベース75が密閉された空
間にあり、カムの回転に使用されるレンチ等のツールが
限られた行程を有する場合に望ましい。カム150はツー
ルホルダベース75中のボア265内にねじ込みされるセッ
トスクリュー260（図５）により回転をこの範囲に限定
され、セットスクリュー260は所望のカム150の回転に対
応する約135゜の弧を描いてカム150の回りに存在する溝
270と係合する。

カム150が図８のＢ及び図１で示されるロック解除位
置から図８のＡ及び図２で示されるロック位置へと移動
する、即ちカム150がロック解除位置から時計回りに回
転されると、ロックロッド95は矢印117の方向に移動さ
れる。ロッキングエレメト115が凹部100から外方向に変
位され、ツールホルダ10がボア70内に位置すると、ロッ
キングエレメント115はツールホルダ10の前方凹接面60
と係合する。これでロックロッド95の長手方向の行程が
制限される。しかしながら回転カム150が継続して時計
回りに回転すると、カム表面170がスプリング200に抗す
るようにカラー195を付勢することとなり、それにより
スプリングが圧縮され、ロックロッド95をロック位置へ
と引っ張る後方への力が増大する。

スプリング200の最大の変位は回転カムが０゜に回転
された時に生じる。しかしながらスプリング力によりカ
ムが突然ロック解除位置に戻される可能性を最少化する
ポジションで回転カム150を捕らえるために、カム150を
−５゜の位置に過回転させ、カム150のセットスクリュ
ー260（図５）及び溝270によりカム150の回転を制限さ
せる。この過回転によりロックロッド95に働くスプリン
グ力がいくらか犠牲になるが、スプリング力の最小のロ
スは、これが提供するプラスのロッキング特徴により正
当化される。

図８は図１及び図２と共に、ロック位置からロック解
除位置へのカムの回転が180゜未満であることも示して
いる。ロック位置からカム150が反時計回りに回転され
ると、カムポスト160がツールホルダ10の方に移動し、
カラー195がロックロッドフランジ240の方に移動するに
つれてスプリング200が弛緩される。カラー195がフラン
ジ240と接触すると、カムのさらなる回転によりカムポ
スト160がロックロッド95のカム従動面185と接触され
る。次いでロックロッド前端97がツールホルダ10の衝突
エリア120と接触するまでロックロッド95が矢印119の方
向に前進する。ここでカムがさらに回転すると正作動が
生じてベース部材75からツールホルダ10が放り出され
る。この装置は、この正作動に利用される回転範囲が約
45゜となるように設計される。

説明の通り、カムポストに沿う接触は対称でありロッ
クロッドのロック解除位置とロック位置ではカムポスト
の異なる場所で生じる。

図１及び図２で示される設計にはさらに特徴がある。
カムポストの接触がカムポストに沿った同じ場所で発生
するとしても、ロックロッドをロック位置とロック解除
位置に付勢するのにカムポストの半径方向の異なる部分
が接触されるようにカムの回転が制限されている。図８
で説明すると、カムポスト160は濃い線で示されるセク
ション272に沿ってカラーと接触し、ロックロッドを引
っ込める。またカムポスト160は濃い線で示されるセク
ション274に沿ってロックロッドと接触し、ロックロッ
ドをロック解除する。これらの表面は半径方向のカムポ
スト160上の異なる位置にあるので、カムポスト160の磨
耗が最小化される。

ツールホルダがボア内に配置されると、図８で示され
るカム150の時計回り方向の回転により、カラーを変位
させロックロッドに力を伝えるカムポスト160の移動が
提供される。カラーがスプリングを圧縮すると、この力
はロックロッドにも伝わる。ロックロッドの適切なロッ
キングを達成するためには、1,0001bを越えるスプリン
グ力を生成することはまれないことではない。この力は
ロックロッド95がロック解除位置とロック位置との間で
移動される時にトルクの形態でカムを介して伝えられ
る。一般に、回転カムはレンチ等のハンドツールを用い
て回転され、生成される高いスプリング力はカムを介し
て高トルクの形態でレンチに伝えられる。その結果、ロ
ック位置とロック解除位置の間で移動する際にカムの望
ましくない反動が生じる可能性がある。

図９は０゜の回転に対応するロックロッドのロック位
置Ａから135゜の回転に対応する解放位置Ｂへのカムポ
スト及びスプリングの変位を示す。ライン280はカムが
ロック位置からロック解除位置へと回転された時にカラ
ー195との接触点におけるカムポスト160の変位を反映し
たものである。前述したように、カム150のロック位置
は実際には−５゜回転した場所である；しかしながら説
明の目的でそれを図９では示さないことにする。図９で
示されるライン280を調査すると、カムがロック解除位
置へと回転されるにつれてスロープが次第に急になるこ
とがわかる。このラインは、約40゜の回転で発生し得る
カラー195のロックロッドフランジ240との接触が生じる
までのスプリングの変位のプロファイルを示す。これは
図１で示される位置と図２で示される位置の間のロック
ロッドの位置を示す。ここで、カムがさらに回転しても
スプリングはもはや弛緩しなくなるが、ロックロッドが
矢印119の方向に移動してツールホルダ10が解放され
る。しかしながらカムの回転がスプリングの変位に影響
を及ぼしている間は、かなりの力がカムポストに働き、
高いトルクが生成される。典型的なスプリングの場合に
は圧縮力が1,0001b以上になった時に、カムにより伝え
られるロックロッド95のロックやロック解除に必要な力
及びそれに関連するトルクが、このキック力の重要性を
認める程に意味を持ったものとなる。

このキック動作を減じる設計が望ましく、これが本発
明の第２の実施形態の焦点である。カムポストの形状を
円柱形とは違う形にすることにより、スプリングの変位
を行程範囲にわたって変えることができる。図１で示さ
れる構成に再度戻ると、ツールホルダ10がボア70内に配
置されない場合に、円柱形のカム150がロック解除位置
からロック位置に回転されると、ロックロッド75、カラ
ー195、スプリング200及びエンドキャップ205を含むユ
ニットがカムポスト160により変位されるのでこのユニ
ット全体が一緒になって移動する。この構成では、カラ
ー195とロックロッド95の間の相対移動がない。カム150
の移動がカラー195に作用しスプリング200を圧縮するの
は、ツールホルダ10によりロックロッド95が拘束される
時だけである。図９に見られる曲線280を生成するのは
この動作である。

カムポストのプロファイルを変更することによりスプ
リングの変位に好ましい影響が及ぼされ、スプリングを
圧縮解除（又は圧縮）させる回転の範囲が広がり、さら
にはカムポストに摩擦がもたらされ、純粋に円柱形のポ
ストを用いた場合に生成されるキック力が減じられる。
カムポストの長さに沿って偏心的な突出部を設けること
により、カムの回転に直接作用するスプリングの変位を
最小にすることが可能である。詳細に言えば、カムポス
トがスプリングの圧縮解除（又は圧縮）に係わってカム
に作用するトルクを小さくすることができる。さらに、
カム回転のより大きな範囲にわたってスプリングが変位
して圧縮解除（又は圧縮）されることにより、より大き
な回転距離にわたってより小さい力が伝えられることと
なり、短い回転距離にわたって伝えられる大きな力が最
小化される。さらに、スプリングを圧縮解除（又は圧
縮）させるカムの回転距離を大きくすることにより、よ
り小さなモーメントのアームを提供するポストの回転上
の位置において力がカムポストに及び、それによりさら
にトルクが減少する。

図10は３つの異なるセグメント161、162及び163を有
するカムポスト160を備えるカム150を示す。セグメント
161及び162は前述した形状のものとプロファイルが同じ
であるが、セグメント163には突出部290が追加されてい
る。図11は図10のセグメント163と同じプロファイルを
有する単一のセグメント164を有するカムポスト160を備
えるカム150を示している。図12は図10のセグメント113
又は図11のセグメント164で切断したカムポスト160の断
面図を示す。カムポストセグメント161及び162の半径が
r1であり、セグメント163は半径r1から移行して連続面
を形成する半径r2を有する追加的な突出部を含むものと
する。カムポスト160の中心ライン165とカム150の中心
ライン155の交わるライン167をベースラインとして用い
ると、半径r1からの最大偏差はベースから約65゜の角度
の場所で生じる。これは回転カムの行程の略中間であ
る。半径r2の大きさは、ロッキングエレメント115がラ
ンプ116のベースからロッキングエレメントと管状シャ
ンクとが係合するランプ116の部分への移動する距離に
略等しい。この距離を平均ロッキングストロークと呼
ぶ。

図１では、ツールホルダ10を所定の位置に有さずにカ
ム150が回転するとロックロッド75、カラー195、スプリ
ング200及びエンドキャップ205が１つのユニットとなっ
て移動し、それらのエレメント同士間には相対移動がな
いことを思い出して頂きたい。さらに、円柱形カムポス
ト160はロックロッド95のカム従動面185とカラー195の
カム従動面197の間のロックロッドアパーチャ180内で自
由に回転する。変更されたカムは異なる結果を生じる。
詳細には、図14〜図16で示すと共に以下により詳細に説
明するように、変更されたカム150はロックロッド195の
カム従動面185とカラー195のカム従動面197の間のウェ
ッジとして作用するので、回転時にはこれら２つの部分
が離れるように付勢される。ロックロッド95がボア70内
に配置されなくても、カム150の回転により半径r1とr2
の差の最大量にスプリングが圧縮される。

図12は図８のＡに対応するロック位置におけるカムを
示す。図13は図８のＢに対応するロック解除位置におけ
るカムを示す。さらに図14及び図15は、カム150が図10
又は図11で図示されるものに類似したポスト160を有す
るということを除いて図１及び図２で示される前述のも
のと同じツールホルダベース75とツールホルダ10を示
す。ロック位置からロック解除位置へとカム150が回転
すると、カラー195は、前述したものと同様の形態であ
るカムポスト160（又はカムポスト164）の第１セグメン
ト161及び第２セグメント162に従って移動する。しかし
ながら突出部290を導入することにより、ロックロッド9
5がロック位置からロック解除位置へと移動されると、
この回転の全体的な結果はスプリングを圧縮解除するこ
とによりキック力を生成するが、突出部290がロックロ
ッド95のカム従動面185に働きかけることにより、ロッ
クロッドフランジ240とカラー195がわずかに離間され
る。これによりスプリングが圧縮され、ロックロッド95
のカム従動面185とカラー195のカム従動面197の両方が
カムポスト160を押さえつけることになる。図９で示さ
れるライン282はロックロッドとカラーの間のこのよう
な相対移動により生じるスプリングの変位を示す。カム
回転の中間点である約65゜地点においてスプリングの変
位は最大となる。

本発明を示すために数字を用いると、ロックロッド95
とカラー195の間の最大変位は約65゜回転した場所で発
生し、ライン282で示されるように約0.05インチの値を
有する。この0.05インチという値は平均ロッキング値に
必要な最大スプリング変位に一致する。ライン282から
わかるように、図１及び図８で説明した環状カムを用い
ると、0.05インチのスプリングの変位は約40゜の回転に
わたって発生する。図10及び図11のように突出部を有す
るように変更された設計では、ライン280に従うスプリ
ングの偏向は、カム突出部がライン282で示されるよう
な偏向に干渉するまでのみ可能にされる。

例証する目的で、ライン280をライン282上に重ね、変
更された突出部による実際のスプリングの偏向を示すこ
とにした。実際のスプリングの偏向はライン280とライ
ン282の交差する上部分により示される。全体の偏向が
０゜〜40゜という40゜の範囲で発生する突出部付カム以
外の設計に対し、突出部によるスプリング偏向は70゜と
135゜の間で発生する。

図14はツールホルダベース75内に位置する変更突出部
を有するカムを示す。突出部290はロックロッド95のカ
ム従動面185に隣接する位置に見られる。カム150がロッ
ク位置まで時計回りに回転すると、突出部はロックロッ
ドのカム従動面に対するウェッジとして作用し、それに
より回転初期ではオリジナルのカムプロファイルの角度
よりも大きい角度でスプリングの圧縮が増大するが、そ
れと同時に摩擦に耐える回転を導入するようにも作用す
る。これは図16で示される中間位置において示される。

さらなる回転により突出部290が前進してロックロッ
ド95のカム従動面185と接触しなくなり、円柱形のカム
部分（図10の161、162又は図11の164）のみがカム従動
面185と接触するようになる。ロック位置のカム150を図
15で示す。

カムポスト160の中心部163におけるオフセットされた
突出部290によりもたらされる効果は、中心部163が円柱
形プロファイルを維持し上部161及び下部162の各々が突
出部290と同様の突出部を有する場合に倍増する。スプ
リングの圧縮解除（又は圧縮）が図１〜図８で述べた円
柱形カム設計の生じるものより大きい回転範囲にわたっ
て生じる限り、所望の効果がもたらされる。

最後に、突出部290の方向づけが180゜シフトされると
ロックロッド95の反対側のカラー195と接触が生じるこ
とを理解されたい。しかしながら図10からわかるよう
に、かかる状況においてはセグメント161及び162を突出
セグメント163と交換することが必要である。

ここまで述べてきたものは、クイックチェンジツール
ホルダのロックロッドを往復動させてツールホルダをツ
ールホルダベースに固定したりツールホルダベースから
解放したりするのに使用され得るカムメニズムである。

この装置の詳細に述べた実施形態の変更は本発明の範
囲から逸脱することなく行われることができ、本発明の
範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定されると意図
する。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】管状ツールホルダシャンクを解放可能に保
持する装置であって：ａ）前方接面と、該前方接面と交わり該前方接面の後方
に延在してツールホルダシャンクを収容するボアとを含
むベース部材を含み、ｂ）長手方向軸に沿って延在するベース部材内に前端及
び後端を有するロックロッドを含み、該ロックロッドは
ツールホルダシャンクをボア内に引き込んでロック位置
に位置させ、ツールホルダシャンクをボアから押し出し
てロック解除位置に位置させるように後方及び前方に移
動可能であり、該ロックロッドは前記長手方向軸と交差
するアパーチャを有し、ロックロッドのカム従動面とし
て作用する前方壁を規定し、ｃ）ベース部材に取り付けられ、ロックロッドのアパー
チャを通って延在するカムポスト有する回転カムを含
み、該カムはロックロッドを前後に往復動させるように
ロックロッドに作用し、ｄ）カム従動面を有し、前記カムポストに近接してロッ
クロッド上のフランジに対してスライド可能に配置され
るカラーを含み、ｅ）カラーとロックロッドの後端の間に配置されロック
ロッドをロック位置に付勢するスプリングを含み、ｆ）カムの回転によりカムポストがカラーのカム従動面
に作用してスプリングが圧縮されてロックロッドがロッ
ク位置に付勢され、カムの反対方向への回転によりスプ
リングが圧縮解除されてロックロッドがロック解除さ
れ、ｇ）カムポストがロックロッドのカム従動面とカラーの
カム従動面とを係合させることによりスプリングの弛緩
を制限するように作用する、ことを特徴とする管状ツールホルダシャンクを解放可能
に保持する装置。
【請求項２】前記カムポストが、円柱部からなる第１カ
ムセグメントと、ロックロッドのカム従動面とカラーの
カム従動面を接触させる非円柱形部からなる第２カムセ
グメントとを有することを特徴とする請求項１に記載の
装置。
【請求項３】非円柱形部がカム回転のロック位置とロッ
ク解除位置の間の回転位置においてカム従動面同士の最
大の係合を生じるように最大のオフセットを有する、こ
とを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】非円柱形部の最大のオフセットがロックロ
ッドにおける平均ロッキングストロークに略等しいこと
を特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】カムポストが、ロックロッドのカム従動面
とカラーのカム従動面を接触させる単一の非円柱形部を
有するカムセグメントを含むことを特徴とする請求項１
に記載の装置。
【請求項６】非円柱形部がカム回転のロック位置とロッ
ク解除位置の間の回転位置においてカム従動面同士の最
大の係合を生じるように最大のオフセットを有する、こ
とを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】非円柱形部の最大オフセットがロックロッ
ドにおける平均ロッキングストロークに略等しいことを
特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】カムポストが円柱形部を有する第１カムセ
グメントと該第１カムセグメントからオフセットされた
円柱形部を有する第２カムセグメントとを含み、ロック
ロッドのカム従動面とカラーのカム従動面がこれら円柱
部により接触されたり離間されたりする、ことを特徴と
する請求項１に記載の装置。
【請求項９】オフセットされた円柱形部が、カム回転の
ロック位置とロック解除位置との間の回転位置において
カム従動面同士の間の最大の係合を生じるように最大の
オフセットを有する、ことを特徴とする請求項８に記載
の装置。
【請求項１０】非円柱形部の最大のオフセットがロック
ロッドにおける平均ロッキングストロークに略等しいこ
とを特徴とする請求項９に記載の装置。