JP2019059013A - カップリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】僅かな製造技術的なコストで、摩耗しにくい頑丈な構造を有するカップリング装置を提供する。【解決手段】コレットチャック６は、一体に形成されコレットチャックの長手方向に延びる複数の緊締セグメント８を有している。これらの緊締セグメントは、緊締位置へのコレットチャックの移行時に、半径方向において、ばねエレメント９によって加えられるばね力に抗して移動する。ばねエレメントは、コレットチャックの構成部分である。それぞれのばねエレメントは、互いに隣接する２つの緊締セグメントの間において緊締セグメントの長手方向に延びるように設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載されたカップリング装置に関する。

このようなカップリング装置は、欧州特許第１８３７１０７号明細書に基づいて公知である。このカップリング装置は、中空軸円錐部を工作機械側に設けられた収容部と連結するように働き、かつコレットチャックを備えており、このコレットチャックは、個々の緊締セグメントと、一方の端部において外周部に、くさび形状のリング面を備えたリング鍔とを有している。さらに、半径方向の隆起部を有するヘッドを備えた引張りロッドが設けられており、このヘッドは、緊締のために個々の緊締セグメントの方向に押圧され、このとき緊締セグメントは、半径方向外側に向かって中空軸円錐部の中空軸内に変位する。

コレットチャックは、リング鍔とは反対側に位置している他方の端部に、半径方向面を備えた懸吊鍔を有しており、半径方向面が、収容部の一部の固定の軸方向支持部を押圧する。コレットチャックは、１つの部材から形成されていて、かつ後ろ側部分に端部側のリングを備えており、このリングによってコレットチャックは、内側で引張りロッドに、かつ外側で外側の支持部に旋回可能に支持されている。リングには、緊締セグメントの薄壁の周壁部分が接続しており、この周壁部分がジョイントを形成している。緊締セグメントの半径方向の変位は、ジョイントを利用して、コレットチャックの後ろ側部分において行われる。

緊締セグメントは、緊締セグメントに皿ばね特性を与えるために、コレットチャックの後ろ側部分に室を有している。

これによって、室は、緊締エレメントの変位時に戻し力を発生させるばねエレメントを形成している。

このカップリング装置の利点は、コレットチャックが一体に形成されていることにある。つまり、これによって部材数を少なく保つことができ、これにより製造コストが大幅に減じられている。

別の利点としては、一体のコレットチャックを正確に回転対称に製造できるということがあり、これによって、高回転数時においても高いバランス品質が得られる。

このカップリング装置の欠点としては、このカップリング装置が高い摩耗しやすさを有していることにある。特に、皿ばね特性を有する、ひいてはばねエレメントを形成する室は、コレットチャックの後ろ側部分において摩耗しやすい。これらの室は、高い機械的な負荷、特にねじり負荷にさらされている。これは、通常時に、これらのばねエレメントの早期の破損を招き、これによって、コレットチャックの耐用寿命が望まれずに減少してしまう。

ゆえに、本発明の課題は、冒頭に述べた形式のカップリング装置を改良して、僅かな製造技術的なコストで、摩耗しにくい頑丈な構造を有するカップリング装置を提供することである。

この課題を解決するために、請求項１に記載の特徴が提案される。本発明の有利な実施形態および好適な発展形態は、従属請求項に記載されている。

本発明に係るカップリング装置は、中空軸円錐部を工作機械側の収容部と連結するように働き、コレットチャックと、コレットチャックを分離位置または緊締位置にもたらすことができる引張りロッドとを備えている。コレットチャックは、一体に形成されコレットチャックの長手方向に延びる複数の緊締セグメントを有している。これらの緊締セグメントは、緊締位置へのコレットチャックの移行時に、ばねエレメントによって加えられるばね力に抗して半径方向に移動する。ばねエレメントは、コレットチャックの構成部分である。それぞれのばねエレメントは、互いに隣接する２つの緊締セグメントの間において該緊締セグメントの長手方向に延びるように設けられている。

本発明に係るカップリング装置の機能は、引張りロッドの操作、つまり移動によって、コレットチャックを緊締位置と分離位置との間で移動させることができるようになっている。緊締位置において、コレットチャックは中空軸円錐部を収容部におけるその目標位置に固定し、これによって、中空軸円錐部内に支持された工具によって加工工程が実施される。これに対して、コレットチャックの分離位置では、中空軸円錐部は解放されており、場合によっては交換することができる。

本発明の基本思想は、ばねエレメントをコレットチャックに一体の構成部分として、緊締セグメントの長手方向に延びるように配置することにある。このように形成されたばねエレメントは、これによって大きな長手方向長さを有することができ、このときこれらのばねエレメントは、緊締セグメントのほぼ全長にわたって、または特に好ましくは緊締セグメントの全長にわたって延びている。これによって、緊締セグメントの半径方向の変位時、特に緊締位置へのコレットチャックの移行時に、ばねエレメントは極めて小さな変位運動だけを実施することが達成される。これによってまた、ばねエレメントは、カップリング装置の作動中に、僅かな機械的な負荷にしかさらされなくなり、その結果、長い作動時間においても、ばねエレメントの問題になるような摩耗は発生しないことになる。したがって、コレットチャックは、長い耐用寿命を有することになり、これによって、全体としてカップリング装置の頑丈な構造が実現される。

別の大きな利点として、コレットチャックの一体性によって、カップリング装置の個別部材の数を少なく保つことができ、これは、緊締セグメントを備えたばねエレメントを１回の製造ステップで製造できることによって、製造コストを最も安価にする。

別の利点としては、互いに同一に形成された緊締セグメントが挙げられる。同様に、ばねエレメントも互いに同一に形成されている。緊締セグメントとばねエレメントとは、コレットチャックの長手方向軸線に関して回転対称のアセンブリを形成している。

コレットチャックの、このようにして得られた完全な回転対称性によって、コレットチャックは、個々の緊締セグメントに基づくコレットチャックとは異なり、高回転数時においても、高いバランス品質を有している。これによって、カップリング装置は、ＨＳＣ（高速切削（high speed cutting））の分野において、つまり高速加工の分野において使用可能である。さらにまた、コレットチャックは、大きな緊締力のためにも設計可能である。

別の利点としては、コレットチャックの単純な輪郭が挙げられ、これは、製造技術的にポジティブな影響を及ぼす。このときコレットチャックの形状は、コレットチャックがＤＩＮ６９０６３−Ｓの要求を満たすように選択されている。

本発明の好適な構成によれば、それぞれの緊締セグメントは、その後端部においてジョイントを形成している。これらのジョイントは、工作機械側の収容部における切欠き内に支持されている。

さらに、それぞれの緊締セグメントは、その前端部に鍔付セグメントを有している。この鍔付セグメントは、引張りロッドのヘッドが接触している斜面を有している。さらに、鍔付セグメントは、中空軸円錐部の１つのセグメントが接触している接触面を有している。

このときばねエレメントは、ジョイントから緊締セグメントの鍔付セグメントに至るまで延びている。

このように構成されていると、引張りロッドの操作時に、緊締セグメントは、ジョイントを貫いて延びている旋回軸線に関して旋回運動を実施する。

緊締位置へのコレットチャックの移行時に、緊締セグメントの鍔付セグメントの接触面は、中空軸円錐部と係合し、これによって中空軸円錐部は収容部に固定される。

分離位置へのコレットチャックの移行時に、鍔付セグメントの接触面は、中空軸円錐部との係合外にもたらされ、このときばねエレメントの戻し力が、緊締セグメントをその出発位置に移動させる。

ばねエレメントは、コレットチャックの後端部におけるジョイントから前端部における鍔付セグメントに至るまで延びていて、かつ少なくとも、緊締セグメントのほぼ全長にわたって延びているので、ばねエレメントは、僅かな変位運動を実施するだけでよい。さらにばねエレメントにわたる均一な力分布が得られる。これによってばねエレメントの摩耗は僅かになり、かつコレットチャックの相応に長い耐用寿命が得られる。

特に好ましくは、ばねエレメントは、板ばねエレメントを形成しており、これによって、ばねエレメントはねじり負荷にさらされない。

構造上特に好適な実施形態によれば、それぞれのばねエレメントは、互いに間隔をおいて延びている２つのアームを有している。これらのアームは、ばねエレメントの長辺側の端部において、結合ウェブを介して互いに結合されている。

このように形成されたばねエレメントは、鏡面対称のフォークの形態で形成されている。ばねエレメントのアームは、互いに間隔をおいてほぼ平行に延びており、両アームはそれぞれ、隣接する２つの緊締セグメントの間の中間室内に配置されている。それぞれのアームは、その本来の自由端部において、対応配置された緊締セグメントに一体成形されている。

それぞれのアームは、単にその自由端部におけるこの一体成形部を介して、対応配置された緊締セグメントに結合されている。アームの残りは、緊締セグメントに対して間隔をおいて延びており、ひいては可動に支持されているので、アームは、ほぼその全長にわたって弾性変形することができる。これによって、力の作用時に、力がばねエレメントの全長にわたって分配される。ばねエレメントの大きな長さに基づいて、力作用時に、アームは僅かしか変位しないので、ばねエレメントは摩耗しにくい。

以下では、図面を参照しながら本発明を説明する。

緊締位置におけるコレットチャックを備えた、本発明に係るカップリング装置の実施形態を示す図である。 分離位置におけるコレットチャックを備えた、図１に示した配置形態を示す図である。 図１および図２に示した、カップリング装置のコレットチャックを示す斜視図である。 図１および図２に示した、カップリング装置のコレットチャックを示す第２の斜視図である。 図３および図４に示したコレットチャックを示す横断面図である。 図３および図４に示したコレットチャックを示す第１の縦断面図である。 図３および図４に示したコレットチャックを示す第２の縦断面図である。

図１および図２には、本発明に係るカップリング装置１の一実施形態が示されている。カップリング装置１は、工作機械の収容部３に中空軸円錐部２を連結するように働く。中空軸円錐部２内には、図示されていない工具を支持することができる。

収容部３は、軸方向において孔によって貫通されており、この孔内には、引張りロッド４がその長手方向で移動可能に支持されている。引張りロッド４は、その前端部にヘッド４ａを有している。

引張りロッド４は、中空体の形態で形成されており、中空体内には、中空軸円錐部２のガイド５が進入している。このようにして引張りロッド４は、ガイド５に沿って滑動することができ、かつこれによって強制案内されている。

カップリング装置１は、さらにコレットチャック６を有しており、コレットチャック６の一部は、収容部３内に配置されたスリーブ７内に支持されている。引張りロッド４の移動によって、コレットチャック６は、緊締位置と分離位置との間で移動することができる。

図１では、コレットチャック６は、その緊締位置で示されている。この緊締位置において、コレットチャック６は、中空軸円錐部２の円錐形状の前側部分２ａと係合しており、これによって、中空軸円錐部２は、収容部３におけるその目標位置に位置固定されている。中空軸円錐部２内に支持された工具によって、加工工程を実施することができる。

図２では、コレットチャック６は、その分離位置で示されている。この分離位置において、コレットチャック６は、中空軸円錐部２の円錐形状の前側部分２ａとはもはや係合していないので、いまや中空軸円錐部２は収容部３から取り外すことができる。

図３〜図６には、カップリング装置１のコレットチャック６がそれぞれ個別に示されている。これらの図面から分かるように、コレットチャック６は、その長手方向軸線に関して回転対称に形成されている。コレットチャック６は、本実施形態では６つの同一に形成された緊締セグメント８を有しており、これらの緊締セグメント８は、単に、同様に同一に形成されたばねエレメント９を介して結合されている。コレットチャック６は、一般的に他の数の緊締セグメント８およびばねエレメント９を有することも可能である。このように形成されたコレットチャック６は、一体に形成されており、好ましくは金属製の成形部材から成っている。

緊締セグメント８の長手方向軸線は、互いに平行に、かつコレットチャック６の長手方向軸線に対して平行に延びている。

それぞれの緊締セグメント８は、中央のセグメント８ａを有しており、この中央のセグメント８ａは、ほぼ一定の横断面を有している。緊締セグメント８のこれらの中間部材の外面は、コレットチャック６の円筒形の周面に位置している。

それぞれの緊締セグメント８の後端部には、ジョイント１０が形成されている。このジョイント１０は、緊締セグメント８の横断面拡大部の形態で形成されている。ジョイント１０は、丸く面取りされた輪郭を有している。それぞれのジョイント１０は、収容部３における切欠き１１内に支持されている。これによって、それぞれの緊締セグメント８は、収容部３内に旋回可能に支持され、旋回軸線はジョイント１０を貫いて延びている。

ジョイント１０に対して僅かな間隔をおいて、リングセグメント１２が接続しており、このリングセグメント１２は、緊締セグメント８の中央のセグメント８ａの外側から突出している。すべての緊締セグメント８のリングセグメント１２は、互いに補足し合ってリング構造を形成しており、このリング構造は、図１および図２が示すように、ジョイント１０が収容部３の切欠き１１内に挿入されている場合に、スリーブ７の段部に接触している。

緊締セグメント８の前端部には、鍔付セグメント１３が設けられており、この鍔付セグメント１３は、中央のセグメントの外側を越えて突出している。鍔付セグメント１３から中央のセグメントへの境界には、段部の形態の接触面１４が形成されている。

鍔付セグメント１３の内側は、斜面１５の形態で形成されている。この斜面１５は、引張りロッド４のヘッド４ａの輪郭に合わせられている。

図３〜図７に示されているように、それぞれのばねエレメント９は、互いに隣接する２つの緊締セグメント８の間の中間室内に延びている。ばねエレメント９は、緊締セグメント８の長手方向に延びていて、かつ鍔付セグメント１３から緊締セグメント８のジョイント１０に至るまで延びており、本実施形態では、ばねエレメント９は緊締セグメント８の全長にわたって延びている。一般的に、ばねエレメント９は、緊締セグメント８の一部にわたってしか延びていなくてもよい。

それぞれのばねエレメント９は、本実施形態では、板ばねとして形成されている。このように形成されたばねエレメント９は、互いに間隔をおいてほぼ平行に延びる２つのアーム１６を有しており、両アーム１６は、その長辺側の端部で結合ウェブ１７を介して互いに結合されている。両アーム１６は、鏡面に対して鏡面対称に形成されている。それぞれのアーム１６は、その自由端部において対応配置された緊締セグメント８に一体成形されている。そのために、アーム１６の自由端部には隆起部１８が突出しており、この隆起部１８は、緊締セグメント８への結合部を形成している。これによって、それぞれのアーム１６は、この結合箇所を起点として、対応配置された緊締セグメント８に対して僅かな間隔をおいて延びている。

カップリング装置１におけるこのように形成されたコレットチャック６の機能は、下記の通りである。すなわち、引張りロッド４のヘッド４ａをコレットチャック６の中空室内に導入することによって、引張りロッド４を用いてコレットチャック６をその緊締位置に移行させると、半径方向に作用する力が、ヘッド４ａによって緊締セグメント８の斜面１５に加えられ、これによって緊締セグメント８は、半径方向外側に向かって押圧される。これによって、緊締セグメント８は、ジョイント１０を貫いて延びている旋回軸線に関して旋回運動を実施する。このとき、ばねエレメント９は拡開され、これによってこの運動とは逆向きの戻し力を加える。

図１が示すように、コレットチャック６の緊締位置が得られると、緊締セグメント８の接触面１４は、中空軸円錐部２の円錐形状の前側部分２ａの段部に接触し、これによって中空軸円錐部２は、収容部３において位置固定される。

その後で中空軸円錐部２を分離させるために、引張りロッド４は再び戻し移動され、緊締セグメント８は、ばねエレメント９の戻し力によってその出発位置に戻る。これにより、コレットチャック６は、図２に示した分離位置をとることになり、この分離位置ではコレットチャック６は中空軸円錐部２を解放する。

１ カップリング装置
２ 中空軸円錐部
２ａ 前側部分
３ 収容部
４ 引張りロッド
４ａ ヘッド
５ ガイド
６ コレットチャック
７ スリーブ
８ 緊締セグメント
８ａ セグメント
９ ばねエレメント
１０ ジョイント
１１ 切欠き
１２ リングセグメント
１３ 鍔付セグメント
１４ 接触面
１５ 斜面
１６ アーム
１７ 結合ウェブ
１８ 隆起部

Claims (13)

1. 中空軸円錐部（２）を工作機械側に設けられた収容部（３）と連結するためのカップリング装置（１）であって、コレットチャック（６）と、該コレットチャック（６）を分離位置または緊締位置にもたらすことができる引張りロッド（４）とを備えており、前記コレットチャック（６）は、一体に形成されかつ該コレットチャック（６）の長手方向に延びる複数の緊締セグメント（８）を有しており、該緊締セグメント（８）は、前記緊締位置への前記コレットチャック（６）の移行時に、半径方向において、ばねエレメント（９）によって加えられるばね力に抗して移動され、前記ばねエレメント（９）は前記コレットチャック（６）の構成部分である、カップリング装置（１）において、
   それぞれの前記ばねエレメント（９）は、互いに隣接する２つの前記緊締セグメント（８）の間において該緊締セグメント（８）の長手方向に延びるように設けられていることを特徴とする、カップリング装置（１）。
2. 前記緊締セグメント（８）は、互いに同一に形成されている、請求項１記載のカップリング装置（１）。
3. 前記ばねエレメント（９）は、互いに同一に形成されている、請求項１または２記載のカップリング装置（１）。
4. 前記緊締セグメント（８）と前記ばねエレメント（９）とは、前記コレットチャック（６）の長手方向軸線に関して回転対称のアセンブリを形成している、請求項１から３までのいずれか１項記載のカップリング装置（１）。
5. それぞれの前記緊締セグメント（８）は、その後端部においてジョイント（１０）を形成している、請求項１から４までのいずれか１項記載のカップリング装置（１）。
6. それぞれの前記緊締セグメント（８）は、その前端部に鍔付セグメント（１３）を有しており、該鍔付セグメント（１３）は、前記引張りロッド（４）のヘッド（４ａ）が接触している斜面（１５）を有しており、前記鍔付セグメント（１３）は、前記中空軸円錐部（２）の１つのセグメントが接触している接触面（１４）を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載のカップリング装置（１）。
7. 前記ばねエレメント（９）は、前記ジョイント（１０）から前記緊締セグメント（８）の前記鍔付セグメント（１３）に至るまで延びている、請求項６記載のカップリング装置（１）。
8. 前記ばねエレメント（９）は、前記緊締セグメント（８）の全長にわたって延びている、請求項１から７までのいずれか１項記載のカップリング装置（１）。
9. 前記ばねエレメント（９）は、板ばねエレメントを形成している、請求項１から８までのいずれか１項記載のカップリング装置（１）。
10. それぞれの前記ばねエレメント（９）は、互いに間隔をおいて延びる２つのアーム（１６）を有しており、該アーム（１６）は、前記ばねエレメント（９）の長辺側の端部において、結合ウェブ（１７）を介して互いに結合されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のカップリング装置（１）。
11. それぞれ１つのアーム（１６）が、互いに隣接する２つの前記緊締セグメント（８）のうちの１つの緊締セグメント（８）の縁部に配置されている、請求項１０記載のカップリング装置（１）。
12. それぞれの前記アーム（１６）は、その自由端部において、対応配置された前記緊締セグメント（８）と一体成形されている、請求項１１記載のカップリング装置（１）。
13. 前記ばねエレメント（９）は、２つの前記アーム（１６）と共に、鏡面対称のアセンブリを形成している、請求項１０から１２までのいずれか１項記載のカップリング装置（１）。