JPH08501256A - 機械スピンドルをツールホルダーと接続するためのクランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 機械スピンドル又は基部ホルダーを、機械加工用ツール又はツールホルダーと連結するためのクランプ装置であって、離間可能な２つのクランプ要素(38,40;138,140)を具え、該クランプ要素は、機械スピンドル(10,110)又は基部ホルダーの中で固定されたホルダー(24; 124)の中に半径方向を移動可能に配備され、離間位置にて、ツールホルダー(12; 112)の内側のクランプ肩部の円周部の背後で接触する。クランプ装置(38,40; 138,140)は、ツールホルダー(12; 112)の長手方向を横切る方向に伸びて、横方向の外側端部にクランプ表面(48,50,52,54; 148,150,152,154)を有しており、２つのクランプ要素(38,40; 138,140)の４つのクランプ表面の各表面が、クランプ肩部の周囲に対して約９０度の角度間隔で分配されるように配備される。

Description

【発明の詳細な説明】 機械スピンドルをツールホルダーと接続するためのクランプ装置 本発明は、機械スピンドル又は基部ホルダーを、機械加工産業用のツールホル ダー又はツールと連結するためのクランプ装置に関するもので、離間可能(parta ble)な２個のクランプ要素を具え、該要素は機械スピンドル又は基部ホルダーの 中に固定されたホルダーに、半径方向に可動に取り付けられており、離間位置に おいて、ツールホルダーの内側の円周肩部の背後で係合する。 ツールホルダー又はツールを、機械スピンドル又は基部ホルダーの中に固定す るために、半径方向に離間可能なクランプ装置を用いることは種々知られており 、その例として、EP-B 0 172 850及びWO 88/05358を挙げることができる。同じ ことが、DIN 69893のテーパ状中空シャンクを具えたツールホルダーに関しても 当てはまる。できれば、この種のクランプ装置は、自動と手動の両方で操作され ることができるようにすべきである。 従来技術で問題となるのは、離間されたクランプ要素が、ツールホルダーのク ランプ肩部の背後で、対向する２つの位置でのみ係合することである。これは、 その接続が、２つの位置を通過する軸平面に沿う方向にのみ非 常に高度の剛性(rigidity)があり、前記平面の外側方向に曲げ力があるところで は、その剛性は不十分なものとなり得ることを意味する。 ２よりも多い個数のクランプ要素を、合理的なコストで均一に離間させること は事実上不可能である。一方、クランプ要素に、ツールホルダーのクランプ肩部 のリング形状に適合させるべくアーチ形のクランプ表面を設ける場合、クランプ 肩部、クランプ要素、離間機構及びこれら部品の付随的な配置を、クランプ表面 の表面全体がクランプ肩部に実質的に均一な圧力が作用するように精度良く構成 することはできない。この場合もまた、動力伝達は、全体又は少なくとも大部分 が、幾つかの個々の位置を通じて行なわれるが、製造者がその位置を変えること はできない。 本発明は、一般型のクランプ装置において、機械スピンドルとツールホルダー との間の動力伝達が、その周辺部に可及的に均一に分散され、両者が非常に強固 に連結されるようにすることにある。 本発明は、前述の型のクランプ装置において、クランプ要素はツールホルダー の長手方向を横切る(crosswise)ように伸びていること、及び横方向の外側端部 にクランプ表面を有し、２個のクランプ要素の４つのクランプ表面が約９０度の 角度間隔でクランプ肩部の円周部に分配されるように配備されることにより、課 題を解決するも のである。 クランプ要素の各要素は、２つのクランプ表面を有しており、クランプ要素は クランプ時に自動的に自らの調節を行ない、略同じ力が両方のクランプ表面に伝 達される。同じことが、２個のクランプ要素間における力の分配に対しても適用 される。このように、非常に均一に分配された力が周辺部に伝達されるから、連 結部の剛性は大きくなる。 差動ネジ部材(differential screw)は、クランプ要素を離間させるために設け ることが望ましい。 差動ネジ部材は、一方の端部に、ツールを接続するための六角ソケット又はそ の他の装置を有している。ツールは、ツールホルダーと機械スピンドルの中を同 一線上に伸びる径方向穴を通じて挿入される。 クランプ要素は、ホルダーの径方向の両側にあるポケットの中に、望ましくは 半径方向を移動可能に取り付けられる。両ポケットは、径方向の貫通穴を介して 連通しており、該貫通穴に差動ネジ部材が配備される。 この種のツールホルダーは通常、テーパ部が非常に平らであるため、ツールホ ルダーと機械スピンドルの間の接触により、自動的にロックされる。このため、 クランプが緩められてクランプ解除された後、ツールホルダーをエジェクトする 装置を設けることが有利である。 この目的のために、本発明のクランプ要素は傾斜面を 有しており、共に引き寄せられるとき、ホルダーの中を長手方向に移動可能に配 備された平行な軸方向ピンに当接する。クランプ要素が共に引き寄せられると、 ツールホルダーと相互作用して、エジェクト効果がもたらされる。 他の実施例として、クランプ要素を離間させる装置は、偏心カムであり、該カ ムはクランプ要素間に回転可能に配備され、正反対の位置に２つのカム表面を有 している。クランプ要素を離間させるために、偏心部材を用いることは、差動ネ ジ部材の場合に比べて、最大９０度回転させるだけでよいという利点がある。差 動ネジ部材の場合、クランプ要素を離間させるには、常に数回のフル回転を必要 とする。これは、クランプ機構を、手の届き難い位置で操作せねばならない場合 、又は他の部品のためにスペースが制限されている場合に、特に不利である。 前述の差動ネジ部材と比べて、偏心カムは、クランプあご部を緩めるために、 引張力を内向きに作用させることはできない。本発明によれば、偏心部材は径方 向に突出する少なくとも２つのあご部と接触する。偏心カムが緩められるとき、 クランプ要素に半径方向内向きの引張力が働くように、あご部は、クランプ要素 の内側にアンダーカットされたポケットの中で係合する。クランプ要素は、ツー ルホルダーをスピンドルから取り除くことができるようにするため、ホルダーの 輪郭の中に完全に引 き込まれる(retracted)ようにしなければならない。 クランプ要素は、このホルダーの中に、半径方向を変位可能(displaceably)に 取り付けられる。差動ネジ部材と異なり、偏心カムはクランプ要素と永久的に接 続されないから、ホルダー内のクランブ要素間の位置は十分に定まらない。この ため、凹所(recess)を繋ぐ２個の連結要素は、両端でホルダーと接続され、中央 部の偏心カムの軸を支持する。連結要素とホルダーの間、又は連結要素と偏心カ ムの間の接続部には少しの遊びがあり、偏心カムは２個のクランプ要素の間で、 自ら調節可能である。 この固定された位置のゆえに、クランプ要素が緩められた位置にあるとき、偏 心カムは機械スピンドルからツールホルダーをエジェクトするために使用される ことができる。この目的のために、ツールホルダーの少なくとも１つの傾斜表面 は、動作中はカム表面の１つの軌道中にあり、クランプ要素が緩められている間 は、カム表面は当接する。 偏心カムの少なくとも１つの前面端部にて、係合装置(engaging device)、例 えば中空の六角レンチの如きツールの接続を許容する装置を用いることにより、 偏心カムは差動ネジ部材と同様に動作することができる。機械スピンドルとツー ルホルダーには、偏心カムの軸方向延長線上に、径方向穴が互いに同一線上にあ り、ツールを挿入できるようにしている。 本発明の望ましい実施例について、添付の図面を参照しつつ、より詳細に説明 する。 図１は、本発明のクランプ装置の縦断面図であって、機械スピンドルとツール ホルダーの部品との連結を示す図である。 図２は、図１の２−２線に沿う断面図である。 図３は、本発明の他の実施例の縦断面図である。 図４は、図３の横断面図である。 図５は、偏心カムを拡大して示す線図である。 図６及び図７は、夫々、図３の縦断面図と図４の横断面図に対応しており、ク ランプ位置にあるときのツールホルダーを示す図である。 図８は、図５と同様の図であり、対応位置にある偏心カムを示している。 図１は、機械スピンドル(10)とツールホルダー(12)の相互作用領域の縦断面図 である。以下では、機械スピンドルとツールホルダーについてのみ説明するが、 前者の位置は基部ホルダー、後者の位置はツールでもよい。ツールホルダー(10) は、内側に平らなテーパ部(14)を有し、ツールホルダー(12)の対応する外側テー パ部(16)と接触する。テーパ部(14)の基部(18)からは、テーパ部よりも小径の盲 穴(20)が同心に形成されている。 盲穴(20)の中には、後述するクランプ装置のホルダー(24)のシリンドリカル状 ジャーナル(22)が挿入される。 ジャーナル(22)は、外側から機械スピンドル(10)の中に径方向にネジ込まれたス タッドボルト(26)を用いて、盲穴(20)の中で固定される。テーパ部(14)の内側で は、ホルダー(24)は拡大してシリンドリカル部(28)を形成し、その中央部に、径 方向に対向する２つのポケット(30)(32)が設けられ、これらポケットは径方向の 貫通穴(34)を介して連通している。径方向穴(34)の中には、差動ネジ部材(36)が 配備され、該ネジ部材は両端に螺旋方向が反対向きのネジ部（符号で示さず）を 有している。これらのネジ部は、ブロック形状のクランプ要素(38)(40)の中で螺 合され、前記クランプ要素はホルダー(24)のポケット(30)(32)の中に径方向を移 動可能に配備される。差動ネジ部材(36)が回転されると、クランプ要素(38)はポ ケット(30)(32)の内側を径方向に移動する。クランプ要素は、このようにして、 離間したり又は引き寄せられる。 この回転を与えるために、差動ネジ部材(36)は、図１の上端位置に六角ソケッ ト（図示せず）等を有しており、対応するツールを用いることにより、同一線上 にある機械スピンドル(10)とツールホルダー(12)の径方向穴(42)(44)を通して前 記六角ソケットに達することができる。 図２に示すように、クランプ要素(38)(40)は、横方向に細長い形状である。こ の効果として、クランプ要素は、離間位置において、横方向外側の２つの端部つ まりコーナ部が、内向きに突出するクランプ肩部(46)に当接する ことができる。クランプ肩部は、前述の標準に基づいて、前記タイプのツールホ ルダーの内側に設けられている。これは、２つのクランプ要素(38)(40)に、合計 ４つのクランプ表面(48)(50)(52)(54)がクランプ肩部(46)の周囲に等しく分配さ れることになる。これは、動力伝達が非常に均一に分配される結果となる。さら に、接触（連結）部は非常に高い剛性を有している。 図１に示されるように、ツールホルダー(12)のクランプ肩部(46)は内向きに傾 斜している。クランプ要素(38)(40)のクランプ表面は、クランプ肩部に対応して 傾斜している。このため、クランプ要素(38)(40)が半径方向に離間させられると き、ツールホルダーの外側テーパ部(16)は、図１の左側の機械スピンドルの内側 テーパ部の中に引き寄せられる。さらに、ツールホルダーの内側テーパ部に隣接 するフランジ（図示せず）は、機械スピンドルのリング形状をした前面に密着さ れる。 ホルダー(24)は、図１のポケット(30)(32)の右側に、軸方向に平行な穴が設け られ、該穴の中に移動可能なピン(56)(58)が配備される。ピンは、図１の左側の 方が、テーパ状又は先端がカットされた端部を有している。クランプ要素(38)(4 0)は、ピン(56)(58)に最も近い側に、凹所(60)があり、ピン(46)(48)は図１の左 側に当接できる。凹所(60)の径方向外側は、傾斜面(62)が形成されている。クラ ンプ要素(38)(40)が共に引き寄せられると、 傾斜面(62)はピン(56)(58)に当接し、ピンを図１の右側に移動させる。ピンはツ ールホルダーの内側基部(64)に当接し、図１の右側方向に圧力を作用させる。こ れにより、内側テーパ部(14)と外側テーパ部(16)の接触面間の自動ロックは妨げ られる。 図１を参照すると、ホルダー(24)の中に、軸方向に平行な冷却管(66)(68)があ り、該管を通じて冷却剤を機械スピンドルからツールに通すことができる。 図３乃至図６に本発明の他の実施例を示しており、クランプ要素は偏心部材の 作用によって離間される。説明を簡単化するため、第２実施例の部品で、第１実 施例に対応するものについては、その引用符号に100番台の番号を用いるものと し、それらについての再度の説明は省略する。 図３乃至図６は、機械スピンドル(110)とツールホルダー(112)を示している。 機械スピンドルの中には、前述したようにホルダー(124)が取り付けられている 。機械スピンドルの中に挿入されるとき、ツールホルダー(112)の外側テーパ部( 116)は機械スピンドルの内側テーパ部(114)に接触する。このとき、ホルダー(12 4)はツールホルダー(112)の内側の適当形状の凹所の中で係合する。さらに、こ の凹所には、クランプ肩部(146)が周設されている。ホルダー(124)の凹所（図示 せず）の中の略同じ高さ位置に、離間可能な２つのクランプ要素(138)(140) がある。図４及び図７を参照すると、これらクランプ要素は、前述と同じように 約９０度の角度間隔にて４つのクランプ表面(148)(150)(152)(154)を有している 。 機械スピンドル(110)とツールホルダー(112)は、直径方向の両側に穴(142)(14 4)を有している。これらの穴は、互いに同一線上にあるが、図１及び図２の実施 例に関して９０度オフセットしており、図３及び図６では、第１実施例の位置に 一点鎖線で示している。穴は、ツールホルダーをクランプするためのツールを収 容することができる。 この第２実施例では、クランプ要素(138)(140)は、２つのクランプ要素(138)( 140)の間にある偏心カム(200)の作用によって離間される。図５及び図８に、偏 心カム(200)を拡大した略断面を示している。図５及び図８を参照すると、平ら で平行な壁(206)(208)の両側に２つのカム表面(202)(204)を有している。偏心カ ムが図５の水平位置から図４の垂直位置に回転されるとき、２つのクランプ要素 (138)(140)は向かい合う面で係合し、ツールホルダーのクランプ肩部(146)の背 後でクランプされるまで、カム表面(202)(204)によって離間する方向に圧力が付 与される。偏心カム(200)は、この実施例の場合、図４及び図７の左側の一方の 前面に配備された六角ソケットによって回転される。ソケットスパナーは径方向 穴(142)(144)に適合させることができる。 偏心カム(200)の２つの端部に、偏心カムと同軸に円盤状部(212)(214)が形成 され、該円盤状部から、径方向を反対方向外向きにあご部（符号で示さず）が突 出しており、これは図３及び図６に見られる。偏心カムが離間位置に移動する途 中で、これらのあご部はクランプ要素の内側の凹所(216)(218)の中で係合する。 図３及び図６の左端部にはアンダーカットされた部分（符号で示さず）があり、 偏心カムが回転されて図６の位置から図３の位置まで戻されると、クランプ要素 は径方向内向きに駆動されて、緩められてクランプが解除される。 第１実施例と異なり、第２実施例は、２つのクランプ要素と、それらの離間要 素の間で永久的な接続はなされない。従って、偏心カムは案内(guided)されなけ ればならない。この目的のために、２つのリンク要素(220)(222)が、ホルダーの 中の凹所を通じて連繋され、２つのクランプ要素(138)(140)がホルダー(124)の 両側に取り付けられ、ネジ部材(224)(226)を用いて両端をホルダー(124)に取り 付けられる。偏心カム(200)の２つの前面の端部は、２つのリンク要素の中央部 で回転可能に取り付けられる。 外側テーパ部(116)と内側テーパ部(114)の接触面は非常に平らであるため、自 動的にロックされ、クランプ要素のクランプを解除した後でも、ツールホルダー を取り外すのが困難である。図３及び図６は中央ピン(228)を 示しており、該ピンはツールホルダー(112)の凹所の基部から突出して、ホルダ ー(124)の穴（符号で示さず）の中を通り、その凹所に侵入する。ピンの端部は 傾斜がついているか又は先端がカットされており、偏心カムの軌道中に位置決め されるから、後者が図５の水平位置に戻るとき、ピンに圧力を作用させて、ツー ルホルダーをエジェクトする。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 機械スピンドル又は基部ホルダーを、機械加工用ツールホルダー又はツー ルと連結するためのクランプ装置であって、離間可能な２つのクランプ要素(38, 40; 138,140)を具え、該要素は、機械スピンドル(10; 110)又は基部ホルダーに 固定されたホルダー(24; 124)の中に半径方向を変位可能に配備され、離間位置 にて、ツールホルダー(12; 112)の内側の周状クランプ肩部の背後で接触するも のであり、クランプ装置(38,40; 138,140)はツールホルダー(12; 112)の長手方 向を横切る方向に伸びて、横方向の外側端部にクランプ表面(48,50,52,54;148,1 50,152,154)を有しており、２つのクランプ要素(38,40; 138,140)の４つのクラ ンプ表面の各表面が、クランプ肩部の周囲に対して約９０度の角度間隔で分配さ れるように配備されることを特徴としている。 ２． 請求項１のクランプ装置であって、クランプ要素(38,40)は、螺旋方向が 反対向きのタップ穴を有しており、該タップ穴は差動ネジ部材(36)の螺旋方向が 反対向きのネジ部に螺合することを特徴としている。 ３． 請求項２のクランプ装置であって、差動ネジ部材(36)の一端部に旋盤ツー ルの係合装置があること、及び、差動ネジ部材(36)の延長線上に、機械スピンド ル (10)とツールホルダー(12)の中の径方向穴(42,44)が互いに同一線上にあること を特徴としている。 ４． 請求項１乃至３の何れかに記載のクランプ装置であって、クランプ要素(3 8,40)が、実質的にシリンドリカル状のホルダー(24)の中で、径方向の両側にあ るポケット(30,32)の中に移動可能に配備されることを特徴としている。 ５． 請求項４のクランプ装置であって、クランプ要素(38,40)は、ツールホル ダー(12)側の径方向表面が傾斜した表面(62)を有していること、及び、ホルダー の中に、長手方向に移動可能なピン(56,58)が軸方向に平行に配備され、前記ピ ンは一端部がポケット(30,32)の中で接触し、クランプ表面(38,40)が共に引き寄 せられるとき、傾斜面(62)が当接するようにし、ピン(56,58)の他端はツールホ ルダー(12)の内側基部(64)に当接することを特徴としている。 ６． 請求項１のクランプ装置であって、クランプ要素(138,140)を離間させる ため、２つのカム表面(202,204)を具えた偏心カム(200)が、クランプ要素の間に 回転可能に配備されていることを特徴としている。 ７． 請求項６のクランプ装置であって、偏心カム(200)には、半径方向に突出 する少なくとも２つのあご部(212、214)が接続されており、該あご部は、偏心カ ム(200)がクランプ解除されるとき、クランプ要素に半径 方向内向きの引張力が作用するように、クランプ要素(138,140)の内側のアンダ ーカットされたポケット(216,218)の中で接触することを特徴としている。 ８． 請求項６又は７に記載のクランプ装置であって、クランプ要素(138,140) は、ホルダー(124)の凹所の中に半径方向を変位可能に配備されること、及び、 偏心カム(200)の両方の前面の凹所はリンク要素(220,222)によって連繋され、該 リンク要素は両端がホルダー(124)と接続され、中央部で偏心カム(200)を回動さ せることを特徴としている。 ９． 請求項７又は８に記載のクランプ装置であって、偏心カム(200)のカム表 面(202,204)の中の１つのカム表面の軌道中で、少なくとも１つの傾斜面(228)が ツールホルダー(112)に繋げられ、クランプ要素のクランプが解除されるとき、 カム表面がツールホルダーに当接して、ツールホルダーをエジェクトできること を特徴としている。 １０．請求項９のクランプ装置であって、傾斜面は、ツールホルダー(112)から 突出するピン(228)のヘッド部に設けられていることを特徴としている。 １１．請求項６乃至１０の何れかに記載のクランプ装置であって、偏心カムは、 少なくとも一方の端部に、ツールを接続するための係合装置(210)を有している こと、及び、偏心カムの軸方向延長線上に、機械スピン ドル(110)とツールホルダー(112)の中の径方向穴(142,144)が互いに同一線上の 位置にあることを特徴としている。