JPS62136331A - 工具カツプリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、同軸的な孔を有するシャフトを備えた、円筒
形又は截頭円すい形の工具を回転する機械スピンドルに
接続するための工具カップリングであって、前記機械ス
ピンドルが一端部で、シャフトを受容するためにこのシ
ャフトの補角を形成する受容開口を有し、しかもこの一
端部の端面側で、シャフトの挿入深さを制限する、工具
の支持ショルダのための、回転軸線に対して直角に延び
る当接面を有している形式のもので、特に１　シャフト
の自由端部に解除可能に係合する、軸方向に緊締可能な
緊締装置のための工具カップリングに関する。

従来の技術 このような形式の工具カップリングはドイツ連邦共和国
特許公開筒３３１４５９１号明細、書によシ公知である
。この工具カップリングは、スピンドルに形成された円
すい形の受容開口に係合する截頭円すい形のセンタリン
グぎンを有している。このセンタリングビンの直径の大
きい端部は、回転軸線に対して直角に延びる工具の支持
ショルダに移行している。この支持ショルダは工具が連
結された状態で、円すい形の受容開口の端面側を形成す
る当接面に当接する。

まだトルクを伝達するために形状接続カップリングが設
けられている。センタリングぎンの円すい角度は円すい
形の受容開口の円すい角度よりも小さく、センタリング
をンは、まずその小さい方の端部範囲で円すい形の受容
開口に当接し、緊締時に、支持ショルダが当接面に当接
するまで半径方向で変形しながら円すい形の受容開口に
侵入せしめられる。

発明が解決しようとする問題点 以上のような形式の公知の工具カップリングにおいては
、その他の従来の工具カップリングと同様に、円筒形又
は截頭円すい形のシャフトを受容するスピンドルの受容
開口は、機械スピンドルが例えは２０，０００回転／分
及びそれ以上の高回転数で回転せしめられる時に遠心力
に基づいて著しく拡大する。このために工具シャフトは
その全長にわたってもはや一様に半径方向で緊締されず
、半径方向で遊びが形成される。

そこで本発明の課題は、回転数が非常に高い場合でも工
具を軸方向でも半径方向でもガイドすることができ、工
具交換のために比較的わずかな力しか必要としないよう
な工具カップリングを提供することである。

問題点を解決するための手段 この課題を解決した本発明によれば、シャフトが、この
シャフトの外周にわたって分割された多数のスリットを
有しており、これらのスリットが、半径方向で前記同軸
的な孔に通じしかもシャフトの軸方向で長く延びている
。

作用 これら複数のスリットはシャフトを局方向で分割された
多数のセグメントに仕切っている。

これらのセグメントは遠心力に従ってシャフトを半径方
向で広げる。つまり、遠心力によって規定すれた、機械
スピンドルのシャフト受容開口の半体方向の拡張寸法よ
りも大きく広げる。

工具の支持ショルダは、シャフトの半径方向の拡張の大
きさとは無関係にスピンドルの端面側に当接して、工具
をスピンドルに対して軸方向で緊張保持する緊張装置の
緊張力や作業力によって工具が軸方向でずれされるのを
阻止する。

本発明の有利な実施態様によれば、工具と機械スピンド
ルとの間に形状接続カップリングが設けられている。こ
の形状接続カップリングは、遠心力によって生せしめら
れた、工具シャフトとスピンドルとの間の摩擦力が不十
分である低回転数時においても、十分大きいトルクを伝
達するように働く。このような構造においては、緊締装
置によってもたらされた引き込み力が、スピンドルの当
接面に支持ショルダを平らに当接させるために及び、緊
締接続の安定性を保証するためにのみ用いられる。

シャフトが急勾配円すい形のシャフトであれば、シャフ
トはスリットの軸方向範囲で、機械スピンドルの受容開
口よりもやや大きい寸法を有している。この受容開口を
越える寸法は比較的わずかであるので、比較的わずかな
引き込み力で、スリットの形成されたシャフト範囲を弾
性変形させることによって前記受容開口を越える分の寸
法は減少させられる。この超過寸法は例えば、スリット
の形成された範囲を機械スピンドルの受容開口に扁平に
当てつけた時に、工具の支持面と機械スピンドルの当接
面との間に例えば０．０１間〜０．０２ｍｍのだヤツデ
が形成される程度に選定されている。このヤヤツデは、
わずかな引き込み力Ｎによって工具を引き込む時に使い
尽される。シャフトのスリット範囲における規定された
当てつけを確実にするために、シャフトの、スリットの
軸方向外側範囲は、機械スピンドルの受容開口よりも有
利にはやや小さい寸法を有している。

スリットは有利には工具の支持面にまでしか延びていな
いので、スリットの設けられたシャフト範囲は受容開口
の完全に内部に位置していて、シャフトが拡張によって
損傷を蒙むることは避け、られる。シャフト内の孔はス
リット範囲を越えて軸方向両側に達していて、特にスピ
ンドルの端面側を越えて、スピンドルの外側に存在する
シャフト範囲にまでも達している。

スリットの設けられたシャフト範囲が回転数に基づいて
、シャフトを取シ囲むスピンドルの範囲よりも大きく広
げられる作用は、次のように構成することによって補助
される。つまり、工具の支持ショルダが環状つばに設け
られていて、この環状つばの直径が、Ｄ工Ｎ（ドイツ工
業規格）２０８０若しくはＶＤＩ（ドイツ技術者協会）
２８１４による従来の工具シャフトのために規定された
直径よシも太き（選定されていることによって補助され
る。

もっばらゆっくりと回転する機械スピンドルのだめの工
具カンプリングにおいても使用できる、本発明の別の有
利な実施態様においては、工具シャフトの同軸的な孔内
に、シャフトの自白端部に向かって次第に先細りする、
緊締装置に連結可能な拡張円すい形部が軸方向しゅう動
可能に配置されておシ、この拡張円すい形部で、シャフ
トがスリット範囲で半径方向に支えられている。工具を
緊締する際に、拡張円すい形部をシャフトに対して軸方
向で調節する緊締装置が半′径方向で拡張して、工具の
低回転数時又は停止時においても半径方向の遊びを取シ
除く。

シャフトの同軸的な孔はスリット範囲で円スい形に形成
される。また例えば円筒形の孔において、半径方向に広
げられる圧力伝達部材を挿入してもよい。この圧力伝達
部材は例えば有利には、局方向で又互に配置された、横
断面が蛇行状のブシュである。

実施例 次に図面に示した実施例について本発明の構成を具体的
に説明する。

第１図及び第２図では、工作機械、例えばフライス盤の
、軸線１を中心にして少なくとも１０．０００回転／分
の非常に高速で回転するスピンドル３が示されている。

このスピンドル３の工具９側の端部は、急勾配円すい形
シャフトを備えた工具保持体若しくは急勾配円すい形の
工具９の截頭円すい形のシャフト７を受容する円すい形
の受容開口５′を有している。シャフト７はその先細シ
した側の端部でヘッド１１を有してお９、このヘッド１
１には、円すい形の受容開口５内でシャツ）７を引き込
むか及び／又は保持するための緊締装置１５が解除可能
に作用する。この緊締装置１５は、スピンドル３内で同
軸的にしゅう動可能である引張りロッド１７を有してい
る。この引張シロラド１７はその工具側の端部でコレッ
ト１３に接続されていて、他端部でばね受はヘッド１９
を有している。

軸方向で工具側端部とは反対側の、スピンドル３のショ
ルダ２１とばね受はヘッド１９との間にはばね２３が緊
張されておシ、このばね２３は、コレット１３かもシャ
フト７に作用する軸方向の引き込み及び保持力を生ぜし
める。コレット１３は引張りロッド１Ｔのしゅう動運動
に応じて、スピンドルに不動に固定されたカム２９を介
して開閉せしめられる。第１図にはコレット１３の緊締
位置が示されている。引張りロッド１７をばね２３のば
ね力に抗して円すい形の受容開口５へ向かって移動させ
ることによってコレット１３は開放され、工具９はヘッ
ド１１にぶつかるストッパ３１を介して受容開口５から
突き出される。引張シロラド１７を突き出し方向で操作
するために詳しく図示していない液圧シリンダが設げら
れている。

シャフト７の直径の大きい方の端部範囲で工具は環状つ
ば３３を備えており、この環状つば３３は、回転軸線１
に対して直角にシャフトＴに向かって延びる平らな支持
ショルダ３５を有している。この支持ショルダ３５は、
緊締位置で、回転軸線１に対して同様に直角に延びる、
スピンドル３の平らな端面３７（当接面）に当接する。

端面３７は、軸方向のリング状の切欠き３９を介して受
容開口５に移行しているので、その内径は受容開口５の
最大匣径部から半径方向で間隔を保って延びている。切
欠き３９は、工具９の支持ショルダができるだけ大きい
直径にわたってスピンドル３に軸方向で支えられること
を保証する。これは工具カップリングの安定性及び剛性
にとって有利である。

シャフト７の截頭円すい形の部分は、受容開口５の範囲
を越えて環状つば３３部分にまで延びる、回転軸線に対
して同軸的な孔を有している。回転軸線１を中心にして
同一の角度距離を保って配置された多数の、図示の実施
例では４つのスリット４３は受容開口５内でシャフトＴ
を多数の、図示の実施例では４つの軸方向に延びるセグ
メント４５に分けている。これら４つのセグメント４５
は、孔４１の直径寸法並びにスリット４３の数及び長さ
を適尚に選択することによって、シャフト７の直径がス
リット４３範囲で遠心力の影響によって、スリットの範
囲を取り囲む受容開口５の部分よりも早く広がるように
選定されている。このようにして、回転数が高くなった
時に遠心力によってスピンドル３が広がることによって
工具９０半径方向ガイドが失なわれることは避けられる
。

スリット４３は、回転軸線１を含む軸方向平面に延びて
おシ、この場合、スリット４３は支持ショルダ３５のす
ぐ近くから始まってシャフト７の直径寸法の小さい端部
から間隔を保って終っている。軸方向でシャツ）７の直
径の小さい端部とスリットとの間に存在するシャフト７
の範囲は、受容開口５及びシャフトの緊締位置に関連し
てこれよりもやや小さい寸法を有しておシ、これに対し
てスリット４３の範囲におけるシャフト７は、受容開口
５に関連してこれよりもやや大きい寸法を有している。

これによって、シャフト７は緊締位置において受容開口
５内で主にセグメント４５によってのみガイドされる。

同様の形式で支持ショルダ３５へのシャフト７の移行部
はやや小さい寸法で構成されている。セグメント４５範
囲の、受容開口５に関連してやや大きい寸法は、シャフ
ト７が受容開口に引き込まれる際に、支持ショルダ３５
がまだ端面３７に対して例えば０．０１〜０．０２ｍの
わずかな間隔を保って延びている時にセグメント４５が
すでに受容開口に当接する程度の寸法に選定されている
。セグメント４５は受容開口５内に引き込まれる際に半
径方向で弾性変形するが、完全に引き込むためには、例
えばわずかな引き込み力Ｎだけで十分である。

環状つば３３は、従来の急勾配円すい形の工具と比較し
て大きい直径寸法を有している。これによって環状つば
３３をも貫通する孔４１と連絡して、シャフト７は、受
容開口５の外側の移行範囲においても遠心力の作用を受
けて受容開口５の端面側範囲よシも確実に大きく拡張さ
れる。台形溝を有する環状つばにおいては、環状つばの
外径寸法を、以下の衣に例として挙げられているように
、ＤＩＮ（ドイツ工業規格）２０８０又はＶＤＩ（ドイ
ツ技術者協会）２８１４によって規定された直径のそれ
ぞれ１つ上の直径寸法に応じて選定すれば有利である。

表中、ＳＫは規格値、ｄｌはシャフト７の最大円すい形
直径、ｄ２は環状つば３３の外径寸法である。

セグメント４５によって生せしめられた摩擦接続は、高
回転数においてトルクを確実に伝達するのに十分である
。低回転数においても十分高いトルクを伝達することが
できるようにするために、支持ショルダ３５及び端面３
Ｔの範囲には形状接続カップリング、例えば破線で示さ
れたかみ合いクラッチ４７が設けられている。

前記工具カップリングは、工具の剛性及び安定性を改良
すると共に、低い回転数から高い回転数まで大きいトル
クの伝達を可能にする。支持ショルダ３５は受容開口５
の拡張時に工具が軸方向でずれるのを妨げるので、引き
込み力だげでなく、工具交換時に必要な押出し力も軽減
される。

第３図には、円筒形シャフトを備えた工具のための工具
カップリングの変化実施例が示されている。この工具カ
ップリングは、第１図及び第２図に示した工具カップリ
ングとは、主にシャフトの形状及びスピンドルの所属の
受容孔の形状だけが異なっているので、第１図及び第２
図の実施例と同じ部分には同一の符号にａを付けて示し
である。

円筒形のシャフト７ａは、スピンドル３ａの円筒形の受
容開口５ａ内にはめ込まれており、スピンドル３ａの端
面側３７ａを越えて環状つば３３ａ内に延びる孔４１ａ
を有している。端面３７ａは環状の切欠き３９ａによっ
て受容孔５ａから半径方向で分離されているので、環状
つば３３ａの支持ショルダ５５ａは主としてスピンドル
３ａの外径範囲だけでこのスピンドル３ａに支持されて
いる。スリット４３ａは、支持ショルダ３５＆から軸方
向でシャフト７ａの自由端部に延びていて、端部から間
隔を保って終っている。シャフト７ａの端部に形成され
た傾斜ガイド面は受容開口５ａへのガイドを容易にする
。シャフト７ａをセグメント４５ａに分割し、環状つば
３３ａに貫通孔を設けたことによって、シャフトは確実
に、遠心力によって、シャフトを取シ囲むスピンドル３
ａの範囲よりも常に太き（広げられる。環状つば３３ａ
の直径は、前記実施例と同様にそれぞれ規格よりも大き
く選定されている。例えば台形溝を有する形状において
はそれぞれの規格直径よシもそれぞれ１つ上の大きさに
選定されている。

第４図には円筒形シャフト’を有する工具の変化実施例
が示されている。この変化実施例は、円すい形シャフト
、特に短円すい形シャフトを備えた工具のカップリング
にも使用される。この変化実施例によれば、詳しく図示
していない工具スピンドル又はゆつくシ回転するスピン
ドルの静止状態においても半径方向の遊びが補償される
。工具、工具シャフト、工具の挿入機構について説明す
るために、第１図及び第２図の説明が°引き合いに出さ
れるが、この場合、同一の部分には同一の符号にｂを付
けて示されている。

工具の回転軸線１ｂに対して同軸的な、工具シャフト７
ｂの孔４Ｉｂ内には、シャフト７ｂを貫通する、軸方向
に延びるスリット４３ｂの範囲に拡張円すい形部６１が
配置されている。

拡張円すい形部６１はシャツ）７ｂの自由端部に向かっ
て次第に先細シになっていて、その先細シした端部でガ
イドピン６３を有している。

このガイドビン６３は、拡張円すい形部６１を孔４６ｔ
）にねじ込まれたナツト６７の中央の孔６５内で軸方向
でしゅう動可能にガイドしている。ぎン６３は、孔４１
ｂの外側に存在する端部、つまり円すい形部とは反対側
の端部で緊締装置のコレットに接続するために設けられ
たヘッド１　ｌ　ｂ”を有している。さらに孔４Ｉｂ内
では、ブシュ６９がナツト６７で軸方向で支えられてい
る。このブシュ６９の外周部はスリット４３ｂの範囲で
シャツ）７ｂの内周部に支えられている。ブシュ６９は
、拡張円すい形部６１に対して補角を成す内側円すい形
部７、で拡張円すい形部６１に当接している。外周部と
内周部とから交互に、多数の軸方向の溝７３が半径方向
でブシュ６９に形成されており、従ってブシュ６９はほ
ぼ蛇行状の横断面を有しているので、ブシュ６９は拡張
円すい形部６１によって半径方向で拡張可能である。工
具を緊締する際に拡張円すい形部６１は、緊締装置から
ヘッド１１１）に作用する緊締力を、スリット４３１：
を間に存在するセグメント４５ｂにブシュを介して作用
する半径方向力に置き換えて、工具が静止しているか又
はゆつくシと回転している時においても、スリット範囲
におけるシャツ）７ｂを広げる。これによってセグメン
）４５ｂの遠心力特性とは無関係に工具カップリングの
半径方向遊びが補償される。

効　　果 以上のように本発明によれば、回転数が非常に高い場合
でも工具を軸方向及び半径方向でガイトビ、工具シャフ
トの半径方向遊びを補償することができ、しかも工具変
換のために比較的わずかな力しか必要としない工具カッ
プリングが得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例による工具カップリング
の概略的な部分縦断面図、第２図は第１図のｎ−ｎ線に
沿った断面図、第３図は第２実施例による工具カップリ
ングの概略的な部分縦断面図、第４図は第３実施例によ
る工具カップリングの概略的な部分縦断面図である。 Ｌｌａｔｌｂ・・・回転軸線、３，３ａ・・・スピンド
ル、５９　５　ａ・・・受容開口、７ｔ　　７ａ＊　　
７ｂ・・・シャフト、９・・・工具、１１・・・ヘッド
、１３・・・コレット、１５・・・緊締装置、１７・・
・引張シロラド、１９・・・はね受はヘッド、２１・・
・ショルダ、２３・・・ばね、２９・・・カム、３１・
・・ストッパ、３３．３３ａ・・・環状つば、３５．３
５ａ・・・支持ショルダ、３７．３７ａ・・・端面、３
９，３９ａ・・・切欠き、４１　＊　　４１　ａ　＊　
　４　ｌ　ｂ　・・・孔、４３゜４３ａ、４３ｂ・・・
スリン　ト、　４５．４５ａ。 ４５ｂ・・・セグメント、４７・・・かみ合いクラッチ
、６１・・・拡張円すい形部、６３・・・ガイドビン、
６５・・・孔、６７・・・ナツト、６９・・・ブシュ、
７、・・・内側円すい形部材、７３・・・溝、３７．３
７＆・・・当接面（４面） １６・・・回転軸線 ７ｂ・・・シャフト ３５ｂ・・・支持ショルダ ４１ｂ・・・孔 ４３ｂ・・・スリット ＦｆＧ、４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、同軸的な孔（４１、４１ａ、４１ｂ）を有するシャ
   フト（７、７ａ、７ｂ）を備えた、円筒形又は截頭円す
   い形の工具（９）を、回転する機械スピンドル（３、３
   ａ）に接続するための工具カップリングであって、前記
   機械スピンドル（３、３ａ）が一端部で、シャフト（７
   、７ａ、７ｂ）を受容するためにこのシャフト（７、７
   ａ、７ｂ）の補角を形成する受容開口（５、５ａ）を有
   し、しかもこの一端部の端面側で、シャフト（７、７ａ
   、７ｂ）の挿入深さを制限する、工具（９）の支持ショ
   ルダ（３５、３５ａ、３５ｂ）のための、回転軸線（１
   、１ａ、１ｂ）に対して直角に延びる当接面（３７、３
   ７ａ）を有している形式のものにおいて、前記シャフト （７、７ａ、７ｂ）が、このシャフトの外周にわたって
   分割された多数のスリット（４３、４３ａ、４３ｂ）を
   有しており、これらのスリットが、半径方向で前記同軸
   的な孔（４１、４１ａ、４１ｂ）に通じしかもシャフト
   （７、７ａ、７ｂ）の軸方向で長く延びていることを特
   徴とする、工具カップリング。 ２、前記スリット（４３）がシャフト（７）の軸方向長
   さの一部だけにわたって延びている、特許請求の範囲第
   １項記載の工具カップリング。 ３、前記スリット（４３）が軸方向で支持ショルダ（３
   ７）にまで達している、特許請求の範囲第１項又は第２
   項記載の工具カップリング。 ４、前記スリット（４３）が、回転軸線（１）を有する
   軸方向縦断平面に配置されている、特許請求の範囲第１
   項から第６項までのいずれか１項記載の工具カップリン
   グ。 ５、互いに同一の角度間隔を保って少なくとも５つのス
   リット（４３）が設けられている、特許請求の範囲第１
   項から第４項までのいずれか１項記載の工具カップリン
   グ。 ６、支持ショルダ（３７）が半径方向で突出する環状つ
   ば（３３）に設けられており、前記孔（４１）がこの環
   状つば（３３）を軸方向で貫通して延びている、特許請
   求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項記載の工
   具カップリング。 ７、環状つば（３３）の直径が、ＤＩＮ（ドイツ工業規
   格）２０８０又はＶＤＩ（ドイツ技術者協会）２８１４
   に従って規定された規格直径値よりもそれぞれ１つ大き
   いシャフト （７）のために規定された直径とほぼ同じ寸法に選定さ
   れている、特許請求の範囲第６項記載の工具カップリン
   グ。 ８、シャフト（７）が截頭円すい形であって、該シャフ
   ト（７）が、スリット（４３）の軸方向範囲で機械スピ
   ンドル（３）の受容開口（５）よりもやや大きい寸法を
   有している、特許請求の範囲第１項から第７項までのい
   ずれか１項記載の工具カップリング。 ９、シャフト（７）が、このシャフト（７）の、少なく
   とも先細りする側の端部に向かってスリット（４３）に
   軸方向で接続する範囲で、機械スピンドル（３）の受容
   開口（５）よりもやや小さい寸法を有している、特許請
   求の範囲第８項記載の工具カップリング。 １０、機械スピンドル（３）の端面側の当接面（３７）
   の内周が、受容開口（５）の外周部から半径方向で間隔
   を保って延びている、特許請求の範囲第１項から第９項
   までのいずれか１項記載の工具カップリング。 １１、工具（９）と機械スピンドル（３）とが、支持シ
   ョルダ（３５）若しくは当接面（３７）の範囲でトルク
   を伝達するための形状接続カップリング（４７）を備え
   ている、特許請求の範囲第１項から第１０項までのいず
   れか１項記載の工具カップリング。 １２、工具のシャフト（７ｂ）の同軸的な孔（４１ｂ）
   内に、シャフト（７ｂ）の自由端部に向かって次第に狭
   くなる、緊締装置（１５）に連結可能な拡張円すい形部
   （６１）が軸方向しゅう動可能に配置されており、この
   拡張円すい形部（６１）にシャフト（７ｂ）がスリット
   （４３ｂ）の範囲で半径方向で支えられている、特許請
   求の範囲第１項から第１１項までのいずれか１項記載の
   工具カップリング。 １３、同軸的な孔（４１ｂ）内に、軸方向の溝（７３）
   又はスリットによって局方向で分割された、拡張円すい
   形部（６１）を取り囲む圧力伝達部材が配置されている
   、特許請求の範囲第１２項記載の工具カップリング。 １４、前記圧力伝達部材が円すい形孔を有するブシュ（
   ６９）として構成されている、特許請求の範囲第１６項
   記載の工具カップリング。 １５、溝（７３）が、半径方向外側から及び半径方向内
   側から交互に、それぞれブシュ（６９）の半径方向壁厚
   の半分よりも大きくブシュ （６９）に入り込んでいる、特許請求の範囲第１４項記
   載の工具カップリング。