(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、該位置決め孔（12）に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、螺線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へ運動可能であり、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少なくとも１つ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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
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、該位置決め孔に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、螺線状に形成された案内手段を備えた、回転可能な緊締軸により、緊締部材が緊締過程時に内方から外方へ切欠内へ運動可能であり、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かつ取り外し可能である形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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、緊締装置としてのボールが、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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の構成では、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、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ようにした。
【０００６】
【発明の効果】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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の螺線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。
【００１１】
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115゜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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１５】
図１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。緊締装置は図２及び図３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18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の経過は図３に認められる。この螺線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、図３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。
【００１６】
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、具体的には交差を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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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安全性を提供する。
【００２２】
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の図３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。
【００２３】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】工具ホルダの断面図である。
【図１ａ】工具ホルダおよび工具ヘッドの側面図である。
【図２】緊締軸の側面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】弾性的な成形部材を備えた工具ホルダの側面図である。
【符号の説明】
10  工具ホルダ、11  軸部、12  位置決め孔、13  当接つば、14  緊締軸、15  ヘッド、16  溝、17  ピン、18  長手方向軸線、19  緊締・取り外し軌道、24  切欠、25  六角穴付ボルト、26  キャニスタ、27  皿ばねユニット、28  リング、29  ねじの頭、31  切欠、32  エジェクタ、33  押圧部分、34  押し出し方向
【図２】
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【図１】
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【図１ａ】
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【図３】
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【図４】
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