JPH09505004A - 工作機械の工具ホルダと工具ヘッドとを結合するための緊締装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 工作機械の工具ホルダ（１０）と工具ヘッドとを結合するための緊締装置。本発明は、工作機械の工具ホルダ（１０）と工具ヘッドとを、円筒形又は少なくとも部分的に円錐形の位置決め孔（１２）と、対応して形成されたセンタリングピボットとを介して結合するための緊締装置であって、螺旋状に形成された案内手段を備えた回転可能な緊締軸（１４）により、緊締過程時に緊締部材（３５）が内方から外方へ切欠内で運動可能であり、これにより、工具ヘッドと工具ホルダとが摩擦接続的かつ嵌合による係合によりロック可能である形式のものに関する。緊締軸は、緊締過程時の回転角の制限のために少なくとも１つのストッパ（１６，１７）を備えている。緊締部材のためのホルダが工具ホルダ内でばね弾性的に予負荷されている。

Description

【発明の詳細な説明】 工作機械の工具ホルダと工具ヘッド とを結合するための緊締装置 本発明は、工作機械の工具ホルダと工具ヘッドとを、円筒形又は少なくとも部 分的に円錐形の位置決め孔と、対応して形成されたセンタリングピボットとを介 して結合するための緊締装置であって、緊締過程時に、螺旋状に形成された案内 手段を有する回転可能な緊締軸により緊締部材が内方から外方へ切欠内で運動可 能であり、これにより、工具ヘッドと工具ホルダとが摩擦接続的に、つまり摩擦 力による束縛による結合により、かつ形状接続的に、つまり嵌合による係合によ りロック可能である形式のものに関する。 このような形式の緊締装置はヨーロッパ特許第０３６９２１１号明細書に開示 されている。緊締のためには、短い緊締行程しか必要でないが、初めは緊締カム の勾配が大きいことに基づき、緊締部材の緊締行程が比較的大きく、それに対し て、緊締カムのそれに続くほぼフラットな部分においては、所要の高い緊締力が 加えられる。 ドイツ連邦共和国特許出願公開第３５２４７３９号明細書には、鋼ホルダのテ ーパシャンクが、緊締シリンダ内に固定されたテーパソケットの円錐形の位置決 め孔内に着脱可能に配置されている形式の緊締装置が開示されている。この位置 決め孔は溝を備えており、この溝内に、緊締部材としてのボールが、テーパソケ ット内に滑動可能に配置されていて圧縮力により軸方向に負荷される引張リング により圧入可能である。テーパソケットの後方の終端部のところには、引張リン グの後方の位置をねじ付きボルトにより固定することがてきるようにストッパリ ングが設けられている。このストッパリングと、引張ロッドの後方の終端部のた めの別のストッパリングとの間には、引張リングと引張ロッドとを軸方向に運動 させることができるように圧縮ばねが設けられている。このことのために１つの リングが役立てられており、このリングを通して引張ロッドが滑動可能であり、 かつこのリング上に圧縮ばねが支持されている。この緊締装置は構成費用が高価 であるという欠点を有している。 本発明の課題とするところは、短い緊締行程及びコンパクトな構造を有し、し かも、目標値からの大きな寸法誤差を有する部分があっても、緊締装置の確実な 緊締が保証されるように緊締装置を改良することにある。 この課題は請求項１に記載の緊締装置により解決され、請求項１の特徴とする ところは、緊締軸が緊締過程時の回転角の制限のための少なくとも１つのストッ パを有しており、かつ緊締部材のためのホルダが工具 ホルダ内でばね弾性的に予負荷されていることにある。この予負荷によりホルダ は緊締過程時に軸方向に逃げることができ、これにより例えば緊締装置の部分の 寸法誤差が考慮される。トルクレンチを使用することなく緊締を行う際に又は過 剰な緊締力で緊締を行う際に生じるおそれのある緊締部材の損傷がこのストッパ により簡単に阻止される。 本発明の別の構成がその他の請求項に記載されている。 緊締部材のためのホルダが、引張ばね、特に皿ばね又は皿ばねユニットを介し て予負荷されると有利である。ボールはその摩擦がわずかであるために、ホルダ としてのキャニスタ内に配置された緊締部材として推奨される。特に、工具ホル ダの位置決め孔とセンタリングピボットとの共通の長手方向軸線に対して半径方 向に位置するように工具ホルダに設けた孔内に緊締軸が配置されている場合には コンパクトな構造が得られる。 ストップ制限のためには複数の可能性がある。ひとつには、緊締軸にヘッドを 設け、このヘッドの外套面に半ピッチ円にわたり案内された溝を形成し、この溝 内に、溝の端面が緊締軸の回転角の制限のためのストッパを成すように工具ホル ダのピンを案内することができる。それと選択的に、緊締部材のために緊締軸に 設けた案内手段は、半径に関して緊締部材形状に適合 した球欠状の単数又は複数の凹部を有することもできる。対応する回転角が得ら れると、ボールは作業者により容易に認知されるように凹部内に落下する。この 状況の下で緊締軸の不慮の過剰回動が排除される。 有利に、かつ公知技術に基づき原理的に公知であるように、工具ホルダに対す る緊締部材のためのホルダの回動は阻止されている。このことのために、本発明 の特別な構成によれば、ピンが回動阻止部材として使用される。 ワークの加工の後に、工具ヘッドがしばしば工具ホルダ内に固定的に座着し又 は工具ヘッドのセンタリングピボットの円錐形の構成により自縛的に工具ホルダ 内に固定的に位置した場合には、この工具ヘッドの解離のために、いわゆるエジ ェクタを使用する必要がある。公知技術に基づくようにエジェクタが、これを工 具ヘッドの対応する対向面に圧着する油圧シリンダにより操作されない限りにお いて、本発明のさらに別の構成によれば、第２の螺旋状の案内手段が緊締軸に設 けられ、この案内手段によりエジェクタが操作される。 緊締時間を短縮するために、案内手段は２０°〜１６０°の回転角に制限され る。ここで回転角というのは、工具ヘッドの緊締又は解離のために緊締軸が回転 させられなければならない角度を意味している。案内手段は緊締軸の外套上に適 当な長さで、有利には１１ ５°の回転角で形成される。 本発明のさらに別の構成によれば、案内手段は２乗又はそれより高次の連続し た曲線を３次元空間で描き、その傾斜は（工具緊締過程もしくは取り外しに関連 して）連続的に、有利には双曲線的、指数的又は対数的に減少する。上述の構成 は始め緊締行程が短いことにより傾斜が比較的大きい際には、緊締部材の緊締行 程がそれに応じて大きく、かつそれに続くほぼフラットな部分で所要の高い緊締 力が著しく上昇することがでるように使用される。同じことが取り外しについて も該当する。その場合には、始めに高い力が要求され、次いで付着摩擦の克服の 後に、極めて著しく大きな緊締行程が生じさせられる。 さらに、工具ヘッドのセンタリングピボットのための切欠は緊締ボールのため の孔として又は環状溝として形成されているか及び又は傾斜面として形成された 側面を有している。 本発明のさらに別の構成よれば、案内手段が頂点（思案点）を有しており、緊 締過程時に緊締部材がこの頂点に到達するまでは連続的に次第に半径方向で外向 きに押圧され、この頂点を過ぎてからボールが緊締位置に移行する。 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。 第１図は工具ホルダの断面図、 第１ａ図は工具ホルダおよび工具ヘッドの側面図、 第２図は緊締軸の側面図、 第３図は第２図のIII−III線に沿った断面図、 第４図は弾性的な成形部材を備えた工具ホルダの側面図である。 第１図に示す工具ホルダ１０は工作機械又はタレットディスク等に取り付ける ための円錐形の軸部１１を有している。この工具ホルダ１０は円錐形の位置決め 孔１２を有している。この位置決め孔１２内には工具ヘッドに設けられた、対応 して成形されたセンタリングピボットを案内することができる。この場合、工具 ホルダに設けられた環状の当接つば１３が工具ヘッドに当接する。緊締装置は第 ２図及び第３図に示した、半径方向に配置された緊締軸１４から成っている。こ の緊締軸１４はヘッド１５を備えており、このヘッド１５の外周面には１１５° の角度にわたり延びている溝１６がフライス加工されている。この溝はベースホ ルダに結合されたピン１７のための案内手段として役立つ。この場合、溝１６の 各端面は緊締軸１４の回転角を制限するストッパとして役立つ。長手方向軸線１ ８を中心として回転可能な緊締軸１４はその外周面に緊締・取り外し軌道１９を 有している。この緊締・取り外し軌道１９の経過は第３図に認められる。この螺 旋状のガイドとして働く緊締・取り外し軌道１９、つまり原理的には二次以上の 空間曲線である軌道を介し て、緊締開始時の比較的大きな勾配に基づき、緊締行程は短い緊締運動において 比較的大きく設定することができる。工具ホルダに設けられた、当接面を形成す る当接つば１３が、工具ヘッドに設けられた環状の当該当接面に接触する際の第 １の位置は符号２０により示されている。緊締ボールは、緊締軸が長手方向軸線 を中心として回転する（矢印２１参照）時に符号２２で示した位置で最高の位置 を取り、符号２３で示した位置で緊締位置を取る。その場合、曲線の最後の部分 、つまり位置２２から位置２３までは緊締行程が明らかに短くなっており、これ により大きな力を加えることができる。緊締ボールは解離された状態で切欠２４ 内へ落下することができる。緊締軸は六角穴付ボルト２５により操作されること ができる。工具ベースホルダ１０はさらに、図示されていない緊締ボールのため のホルダ２６を備えており、このホルダはキャニスタ２６に固定的に結合された ねじの頭２９とリング２８とに支持された皿ばねユニット２７により支持されて いる。ばね２７により、矢印３０で示す方向でホルダ２６に引張力が作用してい る。 溝１６とピン１７との協働によるストッパの代わりに、第３図の左側半分に示 されているように、ボール欠状の切欠３１を緊締軌道１９に設けることができる 。緊締過程時に、ボールが緊締位置からボール欠内へ落下すると、作業者にとっ ては緊締運動に対抗して作 用する圧力がはっきりと減少する。これによっても（換言すればストッパなしで も）作業者は緊締位置がいつ得られたかを認識することができる。 本発明の緊締装置の利点とするところは、ホルダ２６が緊締過程時にばね２７ の力に抗して軸方向に逃げることができ、その結果、緊締装置は製作誤差が存在 しても損傷から保護される。それゆえ寸法公差を大きく選択することができ、具 体的には公差を５／１０ｍｍまで許容することができる。ばね弾性的に予負荷さ れたホルダ２６により、このホルダの半径方向の孔内に案内された緊締軸とに関 連して、高い強度を有するコンパクトな構造が実現される。供用されるばね力は 工具ホルダの大きさに応じて、かつ４トンまで適応可能である。皿ばね２７の代 わりに、ホルダ２６の螺旋状の溝内に係合するコイルばねを使用することができ るのはいうまでもない。この場合、コイルばねの自由端は例えばボルトなどによ り工具ベースホルダに固定的に結合される。 本発明の１構成によれば、１つの緊締カムだけにより、緊締兼解離取り外し過 程を実施することができる。このことは、緊締軸のところの緊締カムの特別な構 成と取り外し部材のボール状の形状とにより可能である。 ホルダ（キャニスタ）の軸方向の弾性は、いかなる場合でも緊締カムの上方の 頂点に緊締部材が到達し、 この頂点を緊締部材が越えることができるために必要である。ホルダの軸方向の 移動により、機械的な余裕のなさを回避することができる。 さらに、弾性的な成形部材（図４）はホルダ（キャニスタ）２６に固定的に結 合されていてもよく、又はホルダと共に一体の構造ユニットを形成していてもよ い。 工具ヘッドの緊締解除もしくは取り外しは、緊締軸１４を矢印２１とは逆の方 向に回転せしめ、これにより緊締ボールを緊締軌道１９の減少する傾斜に基づい て負荷軽減し、最終的に緊締ボールをヘッド１５の溝１６内のストッパにより制 限して終端位置へ到達させ、かつ切欠２４内へ落下せしめることにより行われる 。 緊締解除時にはまず、緊締軌道１９の最も高い位置２２を克服するために若干 高いトルク（解離トルク）が負荷される。この比較的高いトルクは同時に、例え ば振動によって緊締が不慮の解除されることに対するよい安全性を提供する。 工具ヘッドの本来の押し出しは、緊締軸１４を矢印２１とは逆の方向に回転さ せた際に、緊締軌道１９の第３図の左下の領域に示した急傾斜の部分が、エジェ クタ３２のボール状に形成された押圧部分３３と協働することにより行われる。 緊締カム１９のもっとも高い位置２２が、エジェクタ３２のボール状に形成され た終端箇所を過ぎるやいやな、このエジェクタ３２が押し出し方向３４の最大値 に達する。この最大値は工具ヘッドが確実に押し出されるように設計されている 。 緊締軸の案内手段は詳しくはヨーロッパ特許第０３６９２１１号明細書に説明 されているので、それを参照されたい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルネ フーホン ドイツ連邦共和国 Ｄ―40468 デュッセ ルドルフ ウンターラーター シュトラー セ 36

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．工作機械の工具ホルダ（１０）と工具ヘッドとを、円筒形又は少なくとも 部分的に円錐形の位置決め孔（１２）と、対応して形成されたセンタリングピボ ットとを介して結合するための緊締装置であって、螺旋状に形成された案内手段 （１９）を備えた、回転可能な緊締軸（１４）により、緊締部材が緊締過程時に 内方から外方へ切欠内で運動可能であり、これにより、工具ヘッドと工具ホルダ （１０）とが摩擦接続的に、つまり摩擦力による束縛による結合により、かつ形 状接続的に、つまり嵌合による係合によりロック可能でかつ取り外し可能である 形式のものにおいて、緊締軸（１４）が緊締過程時の回転角の制限のためのスト ッパを有しており、緊締部材のためのホルダ（２６）が工具ホルダ（１０）内で ばね弾性的に予負荷されていることを特徴とする、工作機械の工具ホルダと工具 ヘッドとを結合するための緊締装置。 ２．緊締部材のためのホルダ（２６）が、引張ばね、有利には皿ばね又は皿ば ねユニット（２７）を介して予負荷されている、請求項１記載の緊締装置。 ３．ホルダ（２６）が、緊締部材としてのボールを有するキャニスタから成っ ている、請求項１又は２記載の緊締装置。 ４．緊締軸（１４）が、工具ホルダ（１０）に設け られた孔内で、位置決め孔（１２）とセンタリングピボットとの共通の長手方向 軸線に対して半径方向で工具ホルダ（１０）に配置されている、請求項１から３ までのいずれか１項記載の緊締装置。 ５．緊締軸（１４）がヘッド（１５）を備えており、該ヘッド（１５）の外周 面に部分円にわたり案内された溝（１６）が設けられており、この溝内に、この 溝（１６）の端面が緊締軸（１４）の回転角の制限のためのストッパを成すよう に工具ホルダ（１０）のピン（１７）が案内されている、請求項１から４までの いずれか１項記載の緊締装置。 ６．緊締部材のために緊締軸（１４）に設けられた案内手段（１９）が、半径 に関して緊締部材形状に適合したボール欠状の単数又は複数の凹部（３１）を備 えている、請求項１から４までのいずれか１項記載の緊締装置。 ７．緊締部材のためのホルダ（２６）が工具ホルダ（１０）に対して相対的に 回動防止されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の緊締装置。 ８．回動防止手段としてピンが設けられている、請求項７記載の緊締装置。 ９．緊締軸（１４）に設けられた螺旋状の案内手段が、取り外しのためのエジ ェクタ（３２）の操作にも適するように形成されている、請求項１から８までの いずれか１項記載の緊締装置。 10．緊締軸の回転角を規定する案内手段（１６）が、２０°〜１６０°、有利 には１１５°の回転角にわたって延びている、請求項１から９までのいずれか１ 項記載の緊締装置。 11．緊締軸の案内手段（１９）が二次またはそれより高次の連続的な空間曲線 を描いており、該空間曲線の勾配が工具緊締過程もしくは取り外し過程に関連し て連続的に減少している、請求項１から１０までのいずれか１項記載の緊締装置 。 12．案内手段（１９）が双曲線状、指数曲線状又は対数曲線状の螺旋を３次元 空間で描いている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の緊締装置。 13．緊締ボールのための、工具ヘッドのセンタリングピボットの切欠が、孔又 は環状溝として形成されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の緊 締装置。 14．センタリングピボットの切欠が、傾斜面として形成された側面を備えてお り、緊締過程時に緊締ボールがこの側面に沿って案内される、請求項１３記載の 緊締装置。 15．案内手段（１９）が頂点（死点）を備えており、緊締部材がこの頂点に達 するまでは緊締過程時に緊締部材が連続的にさらに外方に押圧され、かつ頂点を 越えた際にボールが緊締位置へ移行する、請求項１から１４までのいずれか１項 記載の緊締装置。