JPH08500299A

JPH08500299A - 高速回転用カップリング装置

Info

Publication number: JPH08500299A
Application number: JP6507215A
Authority: JP
Inventors: テッドアールマサ; デイヴイツドアールシドル; ジョンエスヴアンキルク
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 1992-09-02
Filing date: 1993-08-16
Publication date: 1996-01-16
Also published as: AU5016193A; RU2106935C1; EP0726827A1; DE726827T1; RU95109095A; AU674883B2; CA2141942A1; CA2141942C; KR950702887A; KR0145216B1; WO1994005452A1; US5292213A; EP0726827A4

Abstract

(57)【要約】高速回転の応用に用いられるカップリング装置はソリッドなベースに１体に付けられたカラーをもつ長手方向軸のまわりの第１部材と、カラーの中に受け入れられるスリーブをもつ長手方向軸のまわりの第２部材とを含む。第１部材と第２部材が回転されると、スリーブはカラーの中で膨張して、スリーブとカラーの間に存在するクリアランスを最小にし又は除去する。このカップリング装置は他の応用にも用いられるが就中ミリングカッターのような工作機械に用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】高速回転用カップリング装置発明の背景本発明は機械的なカップリングに関して、より詳細に云えば高速で回転する工作機械で使用するカップリングに関する。高速回転の工具を用いる機械加工作業は工業において益々よく用いられるようになっている。このような作業は特に、フライス削り、ドリリング、中ぐりを含む。１例としてドリリング作業において、高速ドリルのような使い捨ての工具が用いられて、ドリルが修理又は交換される必要があるときにチャックに挿入及びチャックからの取外しを容易にしている。単一のドリルビットが修理され又は交換される間にドリリング作業が中断されないように交換用ドリルの在庫をもつことは機械のオペレーターにとっては当然のことであろう。他方において、機械加工作業に用いられるある種の回転工具は単一のドリルビットよりもずっと高価であって、部品の多量の在庫を維持することは不経済になる。このような１例は第１図に示されたミリングカッカー１０である。典型的なミリングカッター１０は、後端４０と前端５０をもつ１体のヘッド３０のあるシャンク２０を含む。ヘッド３０の中で前端５０に、複数の切削インサート６０がヘッド３０の周辺に取付けられ、保持スクリュー７０でヘッドに固定される。フライス削り作業を行うときにミリングカッター１０に回転運動を伝えるためにシャンク２０を掴むように平らな表面を与えるためシャンク２０の上に平面８０が設けられている。材料の中に穴をボーリングするために用いられるドリルと異なって、第１図に示されたようなミリングカッター１０は、木工作業でかんなをかけるのに類似した作業に用いられ、ミリングカッター１０はカッター軸に垂直な平面に沿って材料の層を取除く。ミリングカッター１０は、シャンク２０をしっかりと掴み且つ回転を伝える機構によって保持され駆動される。切削インサート６０の切削刃は一般に摩耗し又は破損してインサート６０の再割出し又は交換を必要とする。第１図の切削インサート６０は４つの側面をもつのが見られるので、作業片に対して未使用の縁を曝すよう割出される。ミリングカッターヘッド３０は又全体のミリングカッター１０を交換することを必要とするように破損されることもある。従ってミリングカッターが機械から取除かれることが必要となる場合がある。多数のミリングカッターを利用できるように在庫することは好ましい一方で、個々のカッターのコストは相当に高価なので、このことは実際的ではない。この問題に対する１つの解決方法は、切削インサートが既に取付けられた交換用ヘッドの在庫が与えられた時間内に利用できるような取外し可能なヘッドを有するミリングカッターを与えることであろう。このようにして、複数の交換ヘッドをもつミリングカッターの単一のシャンクのみが必要とされよう。このことによってミリングカッター全体の在庫を維持する必要を軽減する。更にヘッドが修理が不可能な程に破損されたならば、ミリングカッター全体でなくヘッドのみを交換することによって節約が実現される。しかし乍ら、このような状況の下では、もとのミリングカッター１０の構成によく似たやり方でシャンクにヘッドを固定し、ヘッドをシャンクに関して正しい中心を合わせ揃えることが重要であろう。このことは高速のミリングカッターが利用される時には特に重要である。何故ならばシャンクに関するヘッドの何等かの調整不良又は不適当な取付位置は工具のアンバランスな状態をおこし、工具の高い回転速度によって更に悪化される。本発明の１つの目的はミリングカッターのシャンクに交換可能なヘッドを提供して、全体のミリングカッターを交換する必要を軽減することである。本発明のもう１つの目的は、ヘッドの在庫が妥当なコストで供給されるミリングカッター用の単純な経済的な交換可能なヘッドを提供することである。本発明のもう１つの目的は、高速での作業中に自分から中心を合わせる傾向のあるミリングカッター用の交換可能なヘッドを提供することである。本発明のもう１つの目的は、カップリング装置の回転速度の増加と共により高い程度に自ら中心を合わせるようになる傾向をもつカップリング装置を提供することである。本発明のもう１つの目的は、高速で回転された時に自分からバランスさせる傾向のあるカップリング装置を提供することである。本発明の更にもう１つの目的は、高速で運転することができ交換可能なヘッドがシャンクに容易に取付けられ又はシャンクから取外されるミリングカッターを提供することである。本発明の概要高速回転に応用するためのカップリング装置は、第１の長手方向軸のまわりに対称であり、ベースからカラーの前面に伸びてカラーの中に空洞を規定する捕捉するカラーを有する第１の部材を含んで設けられている。又第１の長手方向軸からオフセットした第２の長手方向軸のまわりに対称であり空洞の中に受け入れられる捕捉されたスリーブを有する第２の部材が設けられている。捕捉するカラーは弾性材料から作られて放射方向の剛性を有し、捕捉されるスリーブも又弾性材料から作られて且つ捕捉するカラーよりも小さい放射方向の剛性を有する。このようにして、捕捉されるスリーブが捕捉するカラーの中に挿入され、第１部材と第２部材が回転されると、捕捉されるスリーブは捕捉するカラーより大きい比率で放射方向に伸び、且つ回転速度が増加すると捕捉するカラーに接触し、ここで第１と第２の部材の間のオフセットを最小に又は除去する傾向がある。カップリング装置の第２の実施例において、第２の部材はスリーブが一体に取付けられているベースを更に含んでいる。更にスリーブの内径はカラーの内径より小さく且つスリーブの長さはカラーの長さと等しいかこれよりも大きく、ここでスリーブはカラーよりも低い放射方向の剛性を与えている。このようにして、スリーブは依然カラーの中で拡大するが、他の応用のためにスリーブからの延長を与えることがある。図面の簡単な説明本発明の正確な性質は添付図面に関連して行われた以下の詳細な明細書を参照すればより明確になるであろうが、この図面の中において、第１図は先行技術によるミリングカッターを示すアイソメ図である。第２図は本発明によるカップリング装置の１つの実施例を示す分解アイソメ図である。第３図は第２図のIII−IIIの線に沿って見られたカップリング装置の分解断面図である。第４、５及び６図はカップリング装置を示す概略図である。第７図は本発明によるカップリング装置の側面図である。第８図は第７図に示されたカップリング装置の端面図である。第９図、１０及び１１図は本発明のカップリング装置の機構を示す第２の実施例の概略図である。本発明の詳細な説明第２図及び第３図はミリングカッター１１０に応用された本発明の１つの実施例を示す。第１の部材又はシャンク１１２は第１の長手方向軸１１４のまわりに対称である。シャンク１１２は前端１１６と後端１１８を有する。捕捉するカラー１２０はシャンク１１２のベース部分１２２からシャンク１１２の前端１１６に伸びて、シャンク１１２の中に空洞１２４と空洞の床１２５とを規定している。捕捉するカラー１２０は鋼のような弾性材料から作られ、その結果放射方向に膨張することができる。第２の部材又はヘッド１３０は第２の長手方向の軸１３１のまわりに対称であり、この軸は一般に第１の長手方向の軸１１４に平行であり且つ前端１３２と後端１３４とを有する。シャンクの空洞１２４の中に受け入れられる捕捉されるスリーブ１３６は後端１３４の方に伸びている。捕捉されるスリーブ１３６も又弾性材料から作られ、又放射方向に膨張することができる。一般にソリッドなシャンクが回転されると、シャフトの中に遠心力が発生し、シャフトの中心軸から外側にシャンクの放射方向への膨張を起させる傾向がある。部材に対する遠心力は回転軸からの部材又は部材の部分の距離のような要素に依存する。ソリッドなシャフトにおいてはシャフト材料はシャフトの放射方向の膨張を制限するように働く。しかし乍ら、貫通する孔をもつシャフトにおいては、シャフトの外側部分は依然遠心力を受けるが膨張を制限する材料は少ない。この理由で回転によって起された遠心力に曝されると、貫通孔をもつシャフトの放射方向の膨張はソリッドなシャフトの膨張よりも大きいであろう。この議論を通して、放射方向の膨張の剛性又は膨張剛性とは長手方向軸の部材のまわりの回転に曝された時に放射方向に膨張する部材の傾向を記述するために用いられる。この放射方向の膨張の剛性は部材の質量、部材の幾何学的な構成、部材の材料の剛性及び部材の回転速度の関数である。この関係を示す公式の更に詳細はワーレンＣ．ヤング著「応力と歪のロークの公式」１９８９年第６版に見出される。高い膨張剛性とは放射方向の膨張への高い抵抗を示し、一方低い膨張剛性とは放射方向の膨張への低い抵抗を示す。この議論のために、第１の部材と第２の部材両方に対する材料は同じ鋼であると想定する。この発明の利点は如何なる回転速度においても得られるがカップリング装置は毎分５．０００回転及びそれ以上の回転速度のような高速回転で用いられることが好ましい。第２図及び第３図に立ち戻ると、シャンク１１２とヘッド１３０の相対位置に依存して、第１の長手方向軸１１４ば第２の長手方向軸１３１からｄの量だけオフセットしている。捕捉されるスリーブ１３６は捕捉するカラー１２０の空洞の中に挿入されるので、シャンク１１２とヘッド１３０が回転されると、このオフセットはカラー１２０の中のスリーブ１３６の相対的位置によって制限される。更にスリーブ１３６の構成のために、捕捉されたスリーブ１３６は回転されると、捕捉するカラーよりも大きい比率で放射方向に膨張する。この理由でオフセットｄがスリーブ１３６とカラー１２０の間に制限されるのみならず、捕捉されるスリーブ１３６は、回転速度が増加すると、捕捉するカラー１２０の中で放射方向に膨張される傾向がある。このようにして、スリーブ１３６は本質的に空洞１２４の中でカラー１２０の方に膨張し、２つの部品の間のクリアランスを減少し、若しスリーブ１３６がカラー１２０に接触すると、オフセットｄを減少させ、これによりスリーブ１３６をカラー１２０の中で自己センタリングさせる傾向がある。ヘッド１３０をシャンク１１２に固定するために、ヘッド１３０の中に孔１３８があり、この孔にボルト１４０が挿入されて、シャンク１１２の中の受入れ孔１４２とかみ合わされる。切削インサート１４４はヘッド１３０の周辺の近くに固定されてヘッド１３０の前端１３２かた突き出ている。これらの切削インサート１４４は公知の技術を用いてヘッド１３０にろう付けされる。保持ノブ１６０はシャンク１１２の後端１１８においてベース部分１２２から伸び、シャンク１１２を傾斜したホールダー１６２の中に保持する軸方向の力を与えるために用いられる。保持機構（図示されていない）が用いられて保持ノブ１６０に対して張力を与え、シャンク１１２を傾斜したホールダー１６２の中に保持する。しばしば工作機械のためには、ロボットのアーム又は其の他の機械的な装置が１１２に示されたようなシヤンクを運ぶために利用され、この理由でベース１２２の周辺に環状の溝１７０が設けられている。２つの別個の要素として示されているが、傾斜したシャンク１６２と第１の部材１１２を含む単一の１体の要素をもつことは可能である。第４−６図においては、本発明の１つの実施例の作動が議論されている。第４図は第２、３図において論じられたこれらの部品を代表する部品を有する概略図を示す。特に第１の部材又はシャンク１１２は第１の長手方向の軸１１４のまわりに対称である。シャンク１１２のベース１２２から捕捉するカラー１２０が伸びてシャンク１１２の中に空洞を規定している。更に第２の部材又はヘッド１３０は第２の長手方向の軸１３１のまわりに対称であって前面１３２と後面１３４とを有し、捕捉されるスリーブ１３６を規定している。捕捉するカラー１２０の内径ｄｃ１は捕捉されるスリーブ１３６の外径ｄｓ１よりも多少大きいので、スリーブ１３６はカラー１２０の中に挿入されることができる。この結果スリーブ１３６とカラー１２０の間にクリアランス１５０が存在し、更に第１の長手方向軸１１４と第２の長手方向軸１３１の間にオフセットｄが存在する。第５図は長手方向軸のまわりの回転に曝された時の第１の部材１１２と第２の部材１３０の力学を示す。スリーブ１３６がそのまわりを回転する第２の長手方向軸１３１とヘッド１３０の捕捉されるスリーブ１３６に注目すると、このような回転は遠心力を生じてスリーブ１３６の壁を長手方向軸１３１から離れるように押し直径をｄｓ１（第４図）からｄｓ２に増加させる。第５図において、スリーブ１３６は抑制されないものが示されているので放射方向の膨張の量は放射方向膨張の剛性によって決定されよう。若しもスリーブ１３６の放射状膨張の剛性がカラー１２０の剛性よりも少ないならば、スリーブ１３６はカラー１２０よりも放射方向より多く膨張するので、スリーブ１３６は本質的にカラー１２０の中で大きくなる。このような剛性の差を生じさせる１つの方法はスリーブ１３６の中に長手方向の孔１４４を導入することである。膨張剛性に差を与える第２の方法は、カラー１２０とスリーブ１３６に対して、異なった材料の剛性をもつ異なった材料を利用することであろう。従って若しもカラー１２０とスリーブ１３６が異なった材料の剛性を持つならば、且つ特にカラーがスリーブ１３６よりも大きい材料の剛性をもつならば、スリーブはソリッドとすることができても尚カラー１２０の中で膨張することができよう。このようにすれば１４４として示されたような孔は膨張の差を生じさせるためには必要ではなくなるであろう。この議論のためには、孔１４４は含めておかれる。今、第１の部材又はシャンク１１２に注目すると、第１の長手方向軸１１４のまわりの回転に曝されると、第５図にソリッドなものとして示されているベース１２２は放射方向外側に膨張し、カラー１２０も又膨張するが、ベース１２２よりもその程度は大きい。カラー１２０はベース１２２に１体に付けられるので、付けられた時点でカラーはベース１２２によって膨張を制限される。しかし乍らシャンク１１２の前端１１６においては、カラー１２０はあまり制限されず従ってより大きく膨張する。長手方向軸１１４に沿ったカラー１２０の放射方向の膨張は直線的ではない。この結果、空洞の床１２５に近接したカラー１２０の１つの極端な位置において、カラーはｄｃ２の直径をもち、シャンク１１２の前端において、カラー１２０はｄｃ３の直径をもつであろう。第１の部材１１２のベース１２２はソリットであるために、第４図のｄｃ１と第５図のｄｃ２の間の差はｄｃ１とｄｃ３の間の差に比較して小さいであろう。しかしスリーブ１３６のｄｓ２はカラー１２０のｄｃ２よりも大きいであろう。示されたように第５図において議論されたシャンク１１２とヘッド１３６は、２つの部材の間に相互作用なしに膨張された状態で示されている。第６図は２つの部材が相互作用したときの構成を示す。膨張しない状態において、スリーブ１３６（第４図）はその時存在するクリアランス１５０をもってカラー１２０の中に容易にはめこまれる。第６図に示されたように、スリーブ１３６は、その１部分がカラー１２０に接触する迄カラー１２０の中で膨張する。カラー１２０は空洞の床１２４において全体のカラーの最低量膨張するので、膨張するスリーブ１３６によって最初に接触されるのはこの領域である。スリーブ１３６の膨張はカラー１２０の輪郭によって制限される。このようにしてクリアランス１５０は減少され、恐らくはなくなって、スリーブ１３６とカラー１２０の間にしまりばめに相当するものを与える。空洞１２４の中に挿入されて回転される、スリーブ１３６は何も制限を受けないが、カラー１２０はベース１２２によって放射方向の膨張を制限されるので、スリーブ１３６とカラー１２０の間の最初の接触はスリーブの後面１３４で起ることに注目されるべきである。更に若しもスリーブ１３６が、軸１１４と軸１３１が一致しないような位置で空洞の中に置かれたならば、放射方向に膨張した時にスリーブ１３６はカラー１２０の中でそれ自身中心を合わせる傾向を有するであろう。この理由で、長手方向軸１１４及び１３１は第６図において一致して示されている。更にカラー１２０の中のスリーブ１３６の膨張は２つの長手方向軸１１４と１３１を一致するよう揃えるのに十分ではなく、スリーブ１３６のカラー１２０に対する接触により軸を一緒になるようにするので、両者の間のオフセットした距離ｄを減らす傾向があることが認められる。第７図から第９図は第２図及び第３図に示されたミリングカッター１１０の更に詳細を与え且つ第４図から第６図に関する議論を考えて考察される。第７図及び第８図に注目すると、ヘッド又は第２の部材１３０はシャンク又は第１部材１１２に付けられて示されている。第２図に示されたように、切削インサート１４４はヘッド１３０の周辺に位置されている。切削インサート１４４はヘッド１３０の前端１３２から突き出ていることが認められよう。更にボルト１４０はヘッド１３０の前端１３２から凹んで置かれていることも認められるであろう。ヘッド１３０とシャンク１１２の正しいかみ合いを与えるために、ヘッド１３０の後面１３４は長手方向軸１３１と垂直であり、シャンク１１２の前端１１６において、これらの部品がかみ合わされた時に２つの軸が依然として互いに平行であることを確実にするために長手方向軸１１４と垂直であることが重要である。第８図において、ボルト１４０はヘッド１３０をシャンク１１２に固定するために用いられることが認められよう。これらのボルトはスリーブ１３６を軸方向に制限するのに適当なトルクで固定される。数学モデルに記載されたようなカッターのこのようなボルトに示唆されるトルクは７０インチーポンドであろう。これらのボルトにこのようなトルクを加えることによって、スリーブ１３６がカラー１２０に関して放射方向に膨張する能力にも影響を与える。しかし乍ら高速回転工具によって経験される実際の運転条件に曝された時、ヘッド１３０によって発生された遠心力に伴って誘起された振動のために、ボルト１４０とヘッド１３０の間及びヘッド１３０とカラー１２０の間に若干の相対的な滑りが生ずるものと信じられている。更にヘッド１３０の中の孔１３８（第２図）はボルト１４０のねじ山の直径よりも少し大きい直径をもち、この理由で、ボルト１４０とヘッド１３０の間に相対的な動きがない時には、高速においてスリーブ１３０によって発生された遠心力はボルト１４０をまげるのに十分であり、ここでヘッドを放射方向に膨張させるようである。しかし乍ら、このような状況においてヘッドの放射方向の膨張の剛性はボルト１４０の材料の剛性によって影響されるのであろうことが認められる。本発明の設計を利用して第２図及び第３図に示されたように長手方向軸１１４及び１３１は、スリーブ１３６がカラー１２０と隣接している時に生み出されるものよりも大きい量オフセットすることは決してない。しかし乍ら、回転速度が増加しカラー１２０に関してヘッド１３０の膨張が増加すると、これらの２つの長手方向軸１１４と１３１がより一緒に近づき、２つの部品の間の偏心を最少にすることができる。ヘッド１３０とカラー１２０を接触させるに足る大きさの回転速度においてヘッド１３０はカラー１２０の中に中心を置くので長手方向軸１１４及び１３１は重なり合うであろう。材料としては第１の部材１１２も第２の部材１３０も共に通常は鋼が用いられる。カラー１２０は第１の部材１１２のソリッドなベース部分１２２と１体である。本発明の数学的なモデルはプロトタイプに用いられた寸法を含めて作られた。しかし乍ら第２、３及び７図に示された詳細と異なって、スリーブ１３６とカラー１２０はかみ合いのために傾斜していなかった。このようなモデルにおいて、第１部材１１２と第２部材１３０は両方ともカラー１２０及びスリーブ１３６を含めて４３４０鋼から作られた。第１部材１１２のカラー１２０は１．５７５０インチ（4.000cm）の外径と１．３７８０インチ（3.500cm）の内径を有し、長さは０．２８５インチ（0.275cm）でこの深さの空洞１２４を規定していた。第２の部材１３０のスリーブ１３６は１．３７７８インチ（3.500cm）の外径と０．８２７インチ（2.101cm）の内径とを有し、その長さは０．２７６インチ（0.701cm）であった。このようにして、スリーブ１３０とカラー１２０の間の放射方向のクリアランスは０．０００１インチ（0.0003cm）である。３０．０００回転／毎分のモデル速度において、スリーブはカラー１２０に関して０．０００１インチ（0.0003cm ）の量だけ膨張し、スリーブ１３６とカラーの間のクリアランスを除去した。特に毎分３０．０００回転で回転された時、スリーブ１３６は後端１３４において放射方向に０．００００６インチ（0.0002cm）膨張し、一方カラー１２０は空洞の床１２５において、放射方向に０．００００３インチ（0.0001 cm）膨張し、カラー１２０の中でスリーブ１３６の０．００００３インチ（0.0001cm）の膨張の差を与える。この時点でスリーブ１３６はカラー１２０の中で膨張したが、カラー１２０に均一に接触する量程ではなかった。ここに記述されたものは本発明の１つの実施例であって、ここではヘッド１３０は、ヘッド１３６を通って伸びる孔によって、シャンク１１２よりも少ない放射方向の剛性を有していた。この構成は既に記載したように、ミリングカッターのような応用を有するが、本発明のカップリング装置の第２の実施例はヘッド１３０を保持するがしかしこの発明のカップリング装置に対する他の用途にも使用できるようにソロッド部分をヘッド１３０につけている。このようにして、カップリング装置は２つのシャフトを結合するために用いられ、何れのシャフトもそれらを貫通して伸びる孔をもつことを必要とされず、且つシャンクに取付けられる工具の種類が増加される。第９−１１図はこれを図式的に示している。第９図に注目すると、第１の部材又はシャンク１１２は第１の長手方向の軸１１４のまわりに対称であり且つ前の図の第１部材１１２で既に論じたものに類似の特徴を有する。しかし乍ら、第２の部材又はヘッド２３０は第２の長手方向軸２３１のまわりに対称であり且つ第２−８図に示されたような貫通する孔をもつ捕捉するスリーブ１３６をもつよりはむしろｄの量だけオフセットしており、第２の部材２３０はソリッドなシャンク２４０に１体に付けられた捕捉されるスリーブ２３６を含む。前の実施例と同様にカラー１２０の内径ｄｃ１は捕捉されるスリーブ２３６の外径ｄｓ１よりも小さい。しかし第５図に示された捕捉されるスリーブ１３６の比較的均一な放射状の膨張とは異なって、第９図に示された捕捉されるスリーブ２３６はソリッドなシャンク２４０によって制限される。このようにして捕捉されるスリーブ２３６は制限され、従って第１部材１１２のカラー１２０に類似したやり方で膨張する。第１０図はこれを示し、第１部材１１２のカラー１２０は部材１１２の前端において放射状に膨張して直径ｄｃ３となり、一方空洞床１２５の領域のカラー１２０はより少い量膨張してｄｃ２の直径となる。もう一度云うがこの膨張は非直線的である。捕捉されるスリーブ２３６がソリッドなシャンク２４０に１体に取付けられて、空洞２４２は空洞床２４４をもって形成される。空洞床２４４の反対側にスリーブ２３６の後面２４６がある。最低の回転速度においては、スリーブ２３６の膨張後の直径ｄｓ３は、空洞１２５におけるカラー１２０の膨張後の直径ｄｃ２よりも大きい。第１１図は第１部材１１２と第２部材２３０が互いに係合した状態を示す。第１０図の議論で説明されたように２つの部材が１体となって回転すると、カラー１２０はスリーブ２３６と同様に膨張する。スリーブの後面２４６は空洞床１２５におけるカラー１２０よりも大きい量放射方向に膨張し、カラー１２０とスリーブ２３６の間の接触を与える。前述のように夫々の部材の放射方向膨張剛性に依存して、スリーブ２３６とカラー１２０の間の接触の量は変化するであろう。又前述したように、このような接触によって第１部材１１２の第１の長手方向軸１１４を、第２部材２３０の第２の長手方向軸２３１に向って第１１図に示された軸が一致する点に追いやる傾向がある。第９図から第１１図に示された配設は、スリーブ２３６の長さがカラー１２０の長さよりも長いのでシャンク１１２とシャンク２４０は隣接しないことを示している。第１０図に示された膨張の輪郭から、スリーブ２３６とあカラー１２０の長さが等しくかつシャンク１１２とシャンク２４０が隣接できたとしても、カラー１２０とスリーブ２３６の間には、ある回転速度においてスリーブ２４６の後面と空洞１２５に近いカラー１２０に依然として接触が起るであろう。第４、５及び６図に示されていないのと同様に第９、１０及び１１図にも示されていないが、第１部材１１２は第２、３、７及び８図に示されたものと同様に軸方向に第２部材２３０に固定されてもよい。軸方向のボルトがソリッドなシャンク２４０の中に、少なくとも１つのねじを切られた孔を部分的にソリッドなシャンク２４０を通して与え且つその孔の片側をソリッドなシャンク２４０の側面に沿って溝を導入することによって曝すことによって導入される。代案として第１の部材１１２は２つのフランジの間のボルトを利用して、軸方向に取付けられた外側に取付けられたフランジを用いて第２部材２３０に取付けられることもできる。この議論を通して、カラーの中のスリーブの膨張は、カラーの長さに沿ったある点においてスリーブがカラーに接触する状態の方に向けられる。こうすることによって、部材の長手方向の軸の間のオフセットは減少させられる傾向にあり且つスリーブはカラーの中で中心を合わされる傾向にある。たとえスリーブがカラーに接触するよう膨張しなくとも本発明からの利得を受けることは全く可能である。特にスリーブがカラーの中に取付けられ且つ部品が本発明において論じられた構成によって高速回転に曝されている状況において、若しカラーの長手方向軸とスリーブの長手方向軸が一致せずスリーブがカラーの１部分のみにおいてカラーに接触するようにオフセットが存在するならば、本発明の設計によって、このような偏心はそのまま残るか又は減少する。しかし乍らこのような偏心は増加することはない。何故ならばスリーブはカラーの中に含まれるので、カラーの膨張よりも大きいスリーブの膨張はスリーブとカラーの間のクリアランスを減らすように働き、ここで２つの部品の間のクリアランスを減少させ、夫々の長手方向軸を互いによち近づけるように動かす。第２、３及び７図はスリーブ１３６上且つカラー１２０の中で少しの傾斜を示している。これはスリーブ１３４のカラー１０２の中での挿入を容易にすることを意図されている。カップリング装置が回転すると、スリーブ１３６の放射方向の膨張によってスリーブ１３６をカラー１２０から離そうとする傾向があると認められる。ボルト１４０はスリーブ１３６の軸方向の位置を維持するが、好ましい構成は、スリーブ１３６とカラー１２０が互いに平行な壁をもつ第４及び９図の概略図に示されているものである。首題の発明のカップリング装置は回転によって作動されるので、装置が動的にアンバランスされていることは可能である。この状態をなほすためには回転するシャフトをバランスさせるための通常の手段が用いられる。このような方法は Massa 外による「回転工具組立体をバランスさせる方法と装置と題する」１９９１年１２月２４日発行の米国特許5.074.723において論じられているように、選択的に装置から材料を除去するか又は装置の周辺に偏心重量を位置させることを含みこの特許は本申請人に譲渡されており、ここに本文書に参考として組入れられている。ここに記載されたものは工作機械特にミリングカッターに応用されるカップリング雄値であるが、本発明は高速回転の応用に対するカップリング装置として工作機械以外の領域に応用され得ることも認められるべきである。ここに記載されたものは回転するとカラーの中で膨張するスリーブを有するカップリング装置である。各種の補正が付帯する請求項の範囲の中で行われ得るものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項【提出日】１９９４年１月４日【補正内容】請求の範囲１．高速回転速度用カップリング装置において、イ）第１の長手方向軸のまわりに対称であり且つベースからカラーの前面に伸びて、カラーの中に空洞を規定する、捕捉するカラーを有する第１の部材と、ロ）第１の長手方向の軸からオフセットした第２の長手方向軸のまわりに対称であり、且つ第２の部材と１体であり且つソリッドな壁を持って均一な放射方向の膨張を促進するシリンダーを含み当該空洞の中に受けいれられる捕捉されるスリーブを有する第２の部材とを含むことを特徴とするカッブリング装置。２．請求項１のカップリング装置において、イ）捕捉するカラーは弾性材料から作られ且つ放射方向の膨張剛性を有し、ロ）捕捉されるスリーブは弾性材料から作られ且つ捕捉するカラーよりも小さい放射状膨張剛性を有するので、捕捉されるスリーブが捕捉するカラーの中に挿入され、第１部材と第２部材が回転されると、捕捉されたスリーブは捕捉するカラーよりも大きい率で放射方向に膨張し、回転速度が増加すると、捕捉するカラーに接触して、第１と第２の部材の間のオフセットを最小又は除去することを特徴とするカップリング装置。３．請求項２の装置において、第１部材のベースはソリッドであり且つカラーに接続されて、カラーにスリーブに関して高い膨張剛性を与えることを特徴とする装置。４．請求項２の装置において、装置が休止している時にはスリーブとカラーの間にクリアランスがあり、装置の回転速度が増加するとクリアランスは減少し、カラーの中でスリーブの中心を合わさせることを特徴とする装置。５．請求項２の装置において、装置が休止している時にはスリーブとカラーの間にしまりばめがあり、装置の回転速度が増加するにつれて、スリーブはカラーに対してますます大きな放射方向の力ではめこまれることを特徴とする装置。６．請求項１の装置において、第１部材のベースは貫通する孔を有し、この孔はスリーブの内径よりも小さい径を有してカラーにスリーブに関して高い放射方向の膨張剛性を与えることを特徴とする装置。７．請求項１の装置において、第２の部材は全くスリーブより成ることを特徴とする装置。８．請求項７の装置において、スリーブの前面は工具を受け入れるよう適合されていることを特徴とする装置。９．請求項８の装置において、工具はスリーブの前面の周辺に取付けられ前面を越えて突出するミリングカッターインサートを含むことを特徴とする装置。１０．請求項１の装置において、第２部材は更にベースを含み、このベースにスリーブが一体に付けられていることを特徴とする装置。１１．請求項１０の装置において、スリーブの内径はカラーの内径よりも小さく且つスリーブの長さはカラーの長さと等しいか又はこれより大きく、斯くしてスリーブにカラーよりも低い放射方向膨張剛性を与えることを特徴とする装置。１２．請求項１１の装置において、第２部材は更にベースはソリッドであって回転工具を受けいれるよう適合されていることを特徴とする装置。１３．請求項１２の装置において、回転工具は回転ドリル又はエンドミルであることを特徴とする装置。１４．請求項１３の装置において、第２部材のベースは貫通する孔を有し、この孔はスリーブの内径よりも小さい直径を有することを特徴とする装置。１５．請求項１の装置において、第１部材は第２の部材に軸方向に固定されていることを特徴とする装置。１６．請求項１５の装置において、スリーブを通って伸び、第１の部材のベースの中のねじを切られた孔に固定されたボルトが第１の部材を第２の部材に軸方向に固定するために用いられることを特徴とする装置。１７．請求項１の装置において、カラーとスリーブの断面は両方とも円形であることを特徴とする装置。１８．請求項１の装置において、装置の回転速度は少なくとも毎分５．０００回転であることを特徴とする装置。１９．請求項１の装置において、この装置は更にかみ合わされた時に第１部材と第２部材をバランスさせる手段を含むことを特徴とする装置。２０．高速回転の応用のためのカップリング装置において、イ）第１の長手方向軸のまわりに対称であり且つベースからカラーの前面に伸びる捕捉するカラーを有してカラーの中に空洞を規定し、捕捉するカラーは弾性材料で作られて放射方向の膨張剛性を有する第１の部材と、ロ）第１の長手方向軸からオフセットしている第２の長手方向軸のまわりに対称である第２部材であって、第２部材と１体の捕捉されたスリーブを含み、且つ均一な放射方向の膨張を促進するためのソリッドな壁を有するシリンダーを含み且つ当該空洞の中に受け入れられ、捕捉されるスリーブは弾性材料から作られ、捕捉するカラーよりも小さい放射方向膨張剛性を有する第２の部材とを含み、且つハ）スリーブの前面はスリーブの前面の周辺に取付けられ、前面を越えて突出するミリングカッターのインサートを受け入れるよう適合されているので、捕捉されるスリーブが捕捉するカラーの中に挿入され、第１部材と第２部材が回転される時に、捕捉されたスリーブは捕捉するカラーよりも大きい比率で放射方向に膨張し、回転スピードが増加すると捕捉するカラーに接触し、第１部材と第２部材の間のオフセットを最少に或いは除去させることを特徴とするカップリング装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ヴアンキルクジョンエスアメリカ合衆国ペンシルヴアニア州 15668 マリイスヴイルウインドヴアーロード 3727

Claims

【特許請求の範囲】１．高速回転速度用カップリング装置において、イ）第１の長手方向軸のまわりに対称であり且つベースからカラーの前面に伸びて、カラーの中に空洞を規定する、捕捉するカラーを有する第１の部材と、ロ）第１の長手方向の軸からオフセットした第２の長手方向軸のまわりに対称であり、且つ当該空洞の中に受けいれられる捕捉されるスリーブを有する第２の部材とを含むことを特徴とするカップリング装置。２．請求項１のカップリング装置において、イ）捕捉するカラーは弾性材料から作られ且つ放射方向の膨張剛性を有し、ロ）捕捉されるスリーブは弾性材料から作られ且つ捕捉するカラーよりも小さい放射状膨張剛性を有するので、捕捉されるスリーブが捕捉するカラーの中に挿入され、第１部材と第２部材が回転されると、捕捉されたスリーブは捕捉するカラーよりも大きい率で放射方向に膨張し、回転速度が増加すると、捕捉するカラーに接触して、第１と第２の部材の間のオフセットを最小又は除去することを特徴とするカップリング装置。３．請求項２の装置において、第１部材のベースはソリッドであり且つカラーに接続されて、カラーにスリーブに関して高い膨張剛性を与えることを特徴とする装置。４．請求項２の装置において、装置が休止している時にはスリーブとカラーの間にクリアランスがあり、装置の回転速度が増加するとクリアランスは減少し、カラーの中でスリーブの中心を合わさせることを特徴とする装置。５．請求項２の装置において、装置が休止している時にはスリーブとカラーの間にしまりばめがあり、装置の回転速度が増加するにつれて、スリーブはカラーに対してますます大きな放射方向の力ではめこまれることを特徴とする装置。６．請求項１の装置において、第１部材のベースは貫通する孔を有し、この孔はスリーブの内径よりも小さい径を有してカラーにスリーブに関して高い放射方向の膨張剛性を与えることを特徴とする装置。７．請求項１の装置において、第２部材は全くスリーブより成ることを特徴とする装置。８．請求項７の装置において、スリーブの前面は工具を受け入れるよう適合されていることを特徴とする装置。９．請求項８の装置において、工具はスリーブの前面の周辺に取付けられ前面を越えて突出するミリングカッターインサートを含むことを特徴とする装置。１０．請求項１の装置において、第２部材は更にベースを含み、このベースにスリーブが一体に付けられていることを特徴とする装置。１１．請求項１０の装置において、スリーブの内径はカラーの内径よりも小さく且つスリーブの長さはカラーの長さと等しいか、又はこれより大きく、斯くしてスリーブにカラーよりも低い放射方向膨張剛性を与えることを特徴とする装置。１２．請求項１１の装置において、第２の部材ベースはソリッドであって回転工具を受け入れるよう適合されていることを特徴とする装置。１３．請求項１２の装置において、回転工具は回転ドリル又はエンドミルであることを特徴とする装置。１４．請求項１３の装置において、第２の部材のベースは貫通する孔を有し、この孔はスリーブの内径よりも小さい直径を有することを特徴とする装置。１５．請求項１の装置において、第１部材は第２の部材に軸方向に固定されていることを特徴とする装置。１６．請求項１５の装置において、スリーブを通って伸び、第１の部材のベースの中のねじを切られた孔に固定されたボルトが第１の部材を第２の部材に軸方向に固定するために用いられることを特徴とする装置。１７．請求項１の装置において、カラーとスリーブの断面は両方とも円形であることを特徴とする装置。１８．請求項１の装置において、装置の回転速度は少なくとも毎分５．０００回転であることを特徴とする装置。１９．請求項１の装置において、この装置は更にかみ合わされた時に第１部材と第２部材をバランスさせる手段を含むことを特徴とする装置。２０．高速回転の応用のためのカップリング装置においてイ）第１の長手方向軸のまわりに対称であり且つベースからカラーの前面に伸びる捕捉するカラーを有してカラーの中に空洞を規定し、捕捉するカラーは弾性材料で作られて放射方向の膨張剛性を有する第１の部材と、ロ）空洞の中に受け入れられる捕捉されるスリーブを含む、第１の長手方向軸からオフセットしている第２の長手方向軸のまわりに対称であり、捕捉されるスリーブは弾性材料から作られて、捕捉するカラーよりも少ない放射方向の膨張剛性を有する第２の部材とを含み、ハ）スリーブの前面はスリーブの前面の周辺に取付けられ、前面を越えて突出するミリングカッターのインサートを受け入れるよう適合されているので、捕捉されるスリーブが捕捉するカラーの中に挿入され、第１部材と第２部材が回転される時に、捕捉されたスリーブは捕捉するカラーよりも大きい比率で放射方向に膨張し、回転スピードが増加すると捕捉するカラーに接触し、第１部材と第２部材の間のオフセットを最少に或いは除去させることを特徴とするカップリング装置。