(57)【要約】  焼ばめ式工具ホルダ（１０）は、工具ホルダ部分（１２ａ）と、フランジ部材（１２ｂ）と、スピンドルのテーパ化された内腔に概ね合致するテーパ化された外表面（１２ｃ）と、切削工具（１４）を受け入れるための中心内腔または開口（１２ｄ）とを含むシャンクまたは本体（１２）を有する。この中心内腔（１２ｄ）は所定のパターンに形成される複数の溝（１２ｅ）を含み、この複数の溝（１２ｅ）が、工具ホルダ部分（１２ａ）と切削工具（１４）との間の表面接触面積を減少させ、それによって、工具ホルダ部分と切削工具との間の熱伝導による伝熱量を低減する。その結果、工具ホルダ（１０）に対する工具の取り付け軸部（１２）の膨張が小さくなる。
2009519833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具ホルダ部分と、切削工具を受け入れるための中心内腔であって、所定のパターンに形成される複数の溝を含む中心内腔とを含むシャンク、
を有する焼ばめ式工具ホルダであって、
前記工具ホルダに熱を加えると前記中心内腔が外向きに膨張し、熱を取り去ると前記中心内腔が内向きに収縮して、前記切削工具を前記工具ホルダ内部に焼ばめによって強固に保持し、
前記複数の溝が、前記工具ホルダ部分と前記切削工具との間の温度差を縮減する、焼ばめ式工具ホルダ。
【請求項２】
前記複数の溝の断面形状が台形である、請求項１に記載の焼ばめ式工具ホルダ。
【請求項３】
前記所定のパターンが、らせんパターンを含む、請求項１に記載の焼ばめ式工具ホルダ。
【請求項４】
前記シャンクが、フランジ部材と、スピンドルのテーパ化された内腔に概ね合致するテーパ化された外表面とをさらに含む、請求項１に記載の焼ばめ式工具ホルダ。
【請求項５】
工具ホルダ部分と、切削工具を受け入れるための中心内腔または開口であって、前記中心内腔は所定のパターンに形成される複数の溝を含む中心内腔または開口とを含む本体、
を有する焼ばめ式工具ホルダであって、
前記複数の溝は、前記工具ホルダ部分と前記切削工具との間の表面接触面積を減少させ、それによって、前記工具ホルダ部分と前記切削工具との間の熱伝導による伝熱量を低減する、焼ばめ式工具ホルダ。
【請求項６】
前記複数の溝の断面形状が台形である、請求項５に記載の焼ばめ式工具ホルダ。
【請求項７】
前記所定のパターンが、らせんパターンを含む、請求項５に記載の焼ばめ式工具ホルダ。
【請求項８】
前記本体が、フランジ部材と、スピンドルのテーパ化された内腔に概ね合致するテーパ化された外表面とをさらに含む、請求項５に記載の焼ばめ式工具ホルダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼ばめ式溝付き工具ホルダに関する。
【背景技術】
【０００２】
工業用途において熱収縮または焼ばめ式の工具アセンブリを用いることは当該技術分野において知られている。先行技術の装置は、切削工具または他の作業工具の取り付け軸部の外径よりも僅かに小さい内径を有する単一チャック（ｕｎｉｔａｒｙ  ｃｈｕｃｋ）を用いてきた。使用に際して、工具チャックを通常は誘導加熱によって加熱し、チャックの内部に工具の取り付け軸部を挿入し得るに十分な量だけチャックを膨張させる。続いて、工具が冷却され、その間のチャックの熱収縮によって工具の取り付け軸部に一様な圧力が印加され、チャックが工具取り付け軸部の回りに収縮して取り付け軸部をその位置に強固に固定または保持することを可能にする。このタイプの熱収縮工具アセンブリは、標準的なフライスチャック（ｍｉｌｌｉｎｇ  ｃｈｕｃｋ）またはコレクトチャック（ｃｏｌｌｅｃｔ  ｃｈｕｃｋ）に対して、精度および堅固さにおいて改善をもたらすことが以前より認められてきた。
【０００３】
工具を取り外すためには、チャックを再加熱して開口を拡大する。加熱過程の間、チャックは熱を工具の取り付け軸部そのものにも伝達する。工具の取り付け軸部が膨張すると、チャックからの工具の取り外しに関する問題が生じる可能性があり、工具がチャックに把持されたまま残る結果になって、工具を取り外すための大きな力や工具ホルダに高温を加えることが必要になる場合もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、熱収縮工具アセンブリについては、特に小径の工具の場合に、チャックからの工具の容易かつ迅速な取り外しを可能にする必要性が存在する。熱膨張は、部品の寸法と、工具およびチャック間の温度差とに比例する。小型の工具においては、熱膨張が製作公差に近づくので、取り外しが問題になることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従来型の焼ばめまたは熱収縮式工具ホルダに関するこれらの問題点および他の問題点を解決するために、本発明の発明者は、工具ホルダ部分と、切削工具を受け入れるための中心内腔または開口とを含むシャンクを有する焼ばめ式工具ホルダを開発した。この場合、この中心内腔は所定のパターンに形成される複数の溝を含む。この工具ホルダに熱を加えると中心内腔が外向きに膨張し、熱を取り去ると工具ホルダが内向きに収縮して、切削工具を工具ホルダ内部に焼ばめによって強固に保持する。
【０００６】
本発明の別の態様においては、焼ばめ式工具ホルダが、工具ホルダ部分と、切削工具を受け入れるための中心内腔または開口とを含む本体を有する。この場合、この中心内腔は所定のパターンに形成される複数の溝を含む。この複数の溝は、工具ホルダ部分と切削工具との間の表面接触面積を減少させ、それによって、工具ホルダ部分と切削工具との間の熱伝導による伝熱量を低減する。
【０００７】
本発明のさらなる特徴、並びにそれから派生する利点は、図面を参照した以下の詳細説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１および２を参照すると、回転切削工具１４を取り外し可能に保持するための本発明による焼ばめ式工具ホルダの実施形態が全体として符号１０で示されている。一般的に、焼ばめ式工具ホルダ１０は、工具ホルダ部分１２ａと、フランジ部材１２ｂと、スピンドル（図示なし）のテーパ化された内腔に概ね合致するテーパ化された外表面１２ｃと、切削工具１４を受け入れるための中心内腔または開口１２ｄとを含むシャンクまたは本体１２を有する。
【０００９】
中心開口１２ｄは、切削工具１４の取り付け軸部部分１４ａよりも約０．０００１〜０．００２０インチ（０．００２５４〜０．０５０８ｍｍ）だけ小さい直径に形成される。この量は呼称サイズと必要なトルク伝達能力とによって変化する。切削工具１４を工具ホルダ１０の内部に挿入するために、工具ホルダ１０の工具ホルダ部分１２ａを、外部から、例えば約６５０°Ｆの温度に加熱する。工具ホルダ１０に熱を加えると、工具ホルダ１０の熱膨張特性のために、工具ホルダ１０、特に本体１２の工具ホルダ部分１２ａが膨張し、その結果、中心開口１２ｄの直径が、中心開口１２ｄの内部に工具の取り付け軸部１４ａを挿入し得るに十分な距離だけ、通常は約０．０００３〜０．００３０インチ（０．００７６２〜０．０７６２ｍｍ）だけ拡大または増大する。工具の取り付け軸部１４ａが十分な距離だけ中心開口１２ｄの内部に挿入されると、外部加熱が停止され、工具ホルダ１０が常温に冷却される。この場合、熱収縮によって開口１２ｄが収縮し、工具ホルダ１０と切削工具１４の取り付け軸部部分１４ａとの間に強固な結合が形成される。切削工具１４は、その状態で、高い耐久力を必要とする機械加工用途用として工具ホルダ１０の内部に同心に強固に保持される。切削工具１４を取り外すためには、工具ホルダ１０を再度加熱し、工具ホルダ１０、特に工具ホルダ部分１２ａを外向きに膨張させる。工具ホルダ１０が膨張すると、工具の取り付け軸部１４ａを工具本体１２の中心開口１２ｄの内部から引き出すことができる。
【００１０】
前記のように、先行技術の装置においては、工具チャックまたは工具ホルダから切削工具そのものへの熱の伝達が生じやすい。本発明の１つの態様は、工具ホルダから切削工具への熱の伝達を最小化するためのものである。この態様は、図１および２に示すように、工具本体１２の中心開口１２ｄに所定パターンの溝１２ｅを形成することによって実現される。所定のパターンは、例えば、１つ以上のリング、らせんパターン、ネジ状のパターン、その他同類のような任意の望ましいパターンとすることができる。溝１２ｅ間の距離は必要に応じて変えることができる。熱は、軸方向に工具ホルダ１０の後部部分にも伝導し、従って後部部分の膨張を低下させるので、工具１４への伝熱量をさらに低下させるために、開口１２ｄの後部の端部にはより多くの溝１０ｅが必要になることがある。
【００１１】
図示の実施形態においては、溝１２ｅの断面は台形である。具体的には、中心開口１２ｄに近い溝１２ｅの頂部は、溝１２ｅの底部に比べて大きな寸法を有する。しかし、本発明は、溝１２ｅのこの断面形状には限定されないこと、また、本発明は、工具ホルダ１０から切削工具１４への熱の伝達を最小化する任意の好ましい形状、例えば、長方形、三角形その他同類のような任意の多角形形状および／または任意の円形形状によって実施し得ることが認められるであろう。溝１２ｅは、熱が停止された時に工具１４上に当接する場合に開口１２ｄの壁面の弾性変形を最小化するために、浅くするべきである。
【００１２】
工具本体１２から切削工具１４への伝導熱量はその間の接触表面積に比例する。工具本体１２の中心開口または内腔１２ｄに溝１２ｅを設けて接触表面積を低減することによって、切削工具１４を工具ホルダ１０から取り外すのに必要な温度が低下し、それによって、工具１４を工具ホルダ１０から容易に取り外せるようになる。さらに、工具の取り付け軸部１４ａを中心内腔１２ｄに挿入するのに必要なだけ工具ホルダ１０を膨張させるのに、比較的に低い温度で済むことになる。中心内腔１２ｄと工具の取り付け軸部１４ａとの間の表面積を低減しても、把持長さを縮小すると生じる可能性がある把持強度の低下がほとんど生じないことが判明した。
【００１３】
約０．５インチの中心内腔を有する一般鋼材製の工具ホルダ１０と一般の高速度鋼製の工具１４とに溝１２ｅを設けることによって、工具ホルダ１０の外部温度が約７５０°Ｆに達する時の工具の取り付け軸部１４ａの温度が約５１０°Ｆから約４６０°Ｆに低下するであろうことが、ＦＥＡ（有限要素解析：Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）によって明らかになった。ＦＥＡにおいては、工具ホルダ１０に対して約２００°Ｆ／秒の速度の温度上昇を適用した。所与の半径方向の寸法干渉が約０．０００８インチ（０．０２０３２ｍｍ）である場合には、工具ホルダ１０から工具１４を引き抜くために、工具ホルダ１０の外表面と工具１４との間に約２９０°Ｆの温度差が必要である。
【００１４】
ＦＥＡが示すように、工具ホルダ１０に溝１２ｅを設けると、工具ホルダ１０の外部温度が約７５０°Ｆに達する時の工具の取り付け軸部１４ａの温度が、約５１０°Ｆから約４６０°Ｆに低下するという期待結果が得られる。このシミュレーションにおいては、溝１２ｅのない工具ホルダの場合に、工具ホルダ１０から工具１４を引き抜くのに必要な約２９０°Ｆの温度差を可能にするためには、約１２９０°Ｆの外部温度が必要であった（これは異常な高温度であろう）。
【００１５】
本明細書に参照した文献、特許および特許出願は、参照によって本明細書に援用される。
【００１６】
以上、本発明を、その特定の具体的な実施形態に関連付けて説明したが、これは例示目的用のものであって、制限を意図したものではないことが理解されるべきである。添付の特許請求の範囲は、先行技術が認めるであろうと同様に幅広く解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態による焼ばめ式工具ホルダの部分切欠斜視図を示した図である。
【図２】図１の線２−２に沿った、焼ばめ式工具ホルダの断面図を示した図である。
【図１】
2009519833.tif 000003
【図２】
2009519833.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成19年11月20日(2007.11.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具ホルダ部分（１２ａ）と、切削工具（１４）を受け入れるための中心内腔（１２ｄ）であって、所定のパターンに形成される複数の環状溝（１２ｅ）を含み、前記複数の溝（１２ｅ）は幅と深さを有し、前記深さは前記幅より小さい中心内腔（１２ｄ）とを含むシャンク（１２）、
を有する焼ばめ式工具ホルダ（１０）であって、
前記工具ホルダ（１０）に熱を加えると前記中心内腔（１２ｄ）が外向きに膨張し、熱を取り去ると前記中心内腔（１２ｄ）が内向きに収縮して、前記切削工具（１４）を前記工具ホルダ（１０）内部に焼ばめによって強固に保持し、
前記複数の環状溝（１２ｅ）が、前記工具ホルダ部分（１２ａ）と前記切削工具（１４）との間の温度差を縮減する、焼ばめ式工具ホルダ（１０）。
【請求項２】
前記複数の環状溝（１２ｅ）の断面形状が台形である、請求項１に記載の焼ばめ式工具ホルダ。
【請求項３】
前記所定のパターンが、らせんパターンを含む、請求項１に記載の焼ばめ式工具ホルダ。
【請求項４】
前記シャンク（１２）が、フランジ部材（１２ｂ）と、スピンドルのテーパ化された内腔に概ね合致するテーパ化された外表面（１２ｃ）とをさらに含む、請求項１に記載の焼ばめ式工具ホルダ。
【請求項５】
工具ホルダ部分（１２ａ）と、切削工具（１４）を受け入れるための中心内腔（１２ｄ）であって、前記中心内腔（１２ｄ）は所定のパターンに形成される複数の環状溝（１２ｅ）を含み、前記複数の溝（１２ｅ）は幅と深さを有し、前記深さは前記幅より小さい中心内腔（１２ｄ）とを含む本体（１２）、
を有する焼ばめ式工具ホルダ（１０）であって、
前記複数の環状溝（１２ｅ）は、前記工具ホルダ部分（１２ａ）と前記切削工具（１４）との間の表面接触面積を減少させ、それによって、前記工具ホルダ部分（１２ａ）と前記切削工具（１４）との間の熱伝導による伝熱量を低減する、焼ばめ式工具ホルダ（１０）。
【請求項６】
前記複数の環状溝（１２ｅ）の断面形状が台形である、請求項５に記載の焼ばめ式工具ホルダ。
【請求項７】
前記所定のパターンが、らせんパターンを含む、請求項５に記載の焼ばめ式工具ホルダ。
【請求項８】
前記本体（１２）が、フランジ部材（１２ｂ）と、スピンドルのテーパ化された内腔に概ね合致するテーパ化された外表面（１２ｃ）とをさらに含む、請求項５に記載の焼ばめ式工具ホルダ。
【国際調査報告】
2009519833.tif 000005