(57)【要約】特にチャックまたはマンドレルの形の機械的液圧クランピング装置であって、好ましくは、その一端で、穴あけ機械、フライス盤、旋盤等などの機械加工装置に装着され、他の一端で、ドリル、フライス工具、回転鋸刃、研磨ロール、加工片、中間要素等などの工具を開放可能に保持することを意図され、クランピング装置は内部スリーブおよび外部スリーブを含む。内部スリーブおよび外部スリーブは、環状ピストンの形のクランピング手段が含まれる少なくとも１個のチャンバーを含み、そのピストンは液圧の運転手段によって軸方向に移動可能であり、ピストンおよび内部スリーブおよび／または外部スリーブは相互作用する円錐面を有し、ピストンが軸方向に一方向へ移動するとき、内部スリーブを放射状に圧縮して、工具をクランプする。ピストンが軸方向に他の方向へ移動すると、工具は開放される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特にチャックの形の機械的液圧クランピング装置（１、４１）において、好ましくは、その一端（４）で機械加工装置に装着され、他の一端で、軸工具（２）を開放可能に保持することを意図され、前記クランピング装置（１、４１）が、軸工具（２）の軸を受容するための軸穴（８）を備える内部スリーブとクランピング手段を含む装置であって、内部スリーブ（６、４２）および外部スリーブ（７）は、環状ピストン（９、４３）の形のクランピング手段が含まれる少なくとも１個のチャンバー（１１）を含み、そのピストン（９、４３）は液圧の運転手段によって軸方向に移動可能であり、ピストン（９、４３）および内部スリーブ（６、４２）は相互作用する円錐面（１０、５１）を有し、ピストン（９、４３）が軸方向に一方向へ移動するとき、内部スリーブ（６、４２）を放射状に圧縮して軸工具（２）をクランプし、ピストン（９、４３）が軸方向に他の方向へ移動するとき、内部スリーブ（６、４２）を開放して軸工具（２）を開放することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記液圧手段が、ピストンの一端に構成された加圧チャンバー（１２）およびピストンの他端に構成された開放チャンバー（１３）を含み、そのチャンバー（１２，１３）は、液状圧力媒体を充填し加圧することが可能であることを特徴とする請求項１に記載のクランピング装置。
【請求項３】
前記相互作用する円錐面が、自動固定する円錐を有することを特徴とする請求項１または２に記載のクランピング装置。
【請求項４】
前記内部スリーブ（６、４２）および外部スリーブ（７）が、溶接、ネジ締め、半田付け、接着またはその組み合わせによって互いに結合されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のクランピング装置。
【請求項５】
好ましくは封止リング（２０）の形の封止手段が、ピストンと外部スリーブの間に構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のクランピング装置。
【請求項６】
前記封止手段が、ピストンの開放側よりも加圧側に近く構成されることを特徴とする請求項５に記載のクランピング装置。
【請求項７】
工具のクランプを意図している部分が、機械加工装置に装着することを意図している部分と一体化されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のクランピング装置。
【請求項８】
前記クランピング装置が、２個またはそれ以上の軸方向のチャンバーを含み、各チャンバーが環状ピストンを含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のクランピング装置。
【請求項９】
特にマンドレルの形の機械的液圧クランピング装置（７０）において、好ましくは、その一端（７２）で機械加工装置に装着され、他の一端で、工具（７４）を開放可能に保持することを意図され、前記クランピング装置（７０）が、内部スリーブ（７５）とクランピング手段を含む装置であって、内部スリーブ（７５）および外部スリーブ（７６）は、環状ピストン（７８）の形のクランピング手段が含まれる少なくとも１個のチャンバー（７７）を含み、そのピストン（７８）は液圧の運転手段によって軸方向に移動可能であり、ピストン（７８）および外部スリーブ（７６）は相互作用する円錐面（７９）を有し、ピストン（７８）が軸方向に一方向へ移動するとき、外部スリーブを放射状に膨張させて工具（７４）をクランプし、ピストン（７８）が軸方向に他の方向へ移動するとき、外部スリーブを開放して工具（７４）を開放することを特徴とする装置。
【請求項１０】
前記液圧手段が、ピストンの一端に構成された加圧チャンバー（８０）、およびピストンの他端に構成された開放チャンバー（８１）を含み、そのチャンバー（８０、８１）は、液状圧力媒体を充填し加圧することが可能であることを特徴とする請求項９に記載のクランピング装置。
【請求項１１】
前記クランピング装置が、２個またはそれ以上の軸方向のチャンバーを含み、各チャンバーが環状ピストンを含むことを特徴とする請求項９から１０のいずれか一項に記載のクランピング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として機械的液圧クランピング装置に関し、請求項１および８の前文によれば、その一端で、穴あけ機械、フライス盤、旋盤等などの回転式、または可能であれば非回転式の機械加工装置に装着されることが意図され、他の一端は、ドリル、フライス工具、回転鋸、研磨ロールなどの軸工具、加工片、中間要素、ハブまたは類似の対象物を開放可能に保持することが意図されている。
【背景技術】
【０００２】
この種のクランピング装置は様々な実施形態で知られている。それらの既知のクランピング装置は、薄い内部壁および全体に展延する圧力間隙を含む二重壁スリーブの形の液圧クランピングブッシュとして形成されたチャックからなることができ、間隙は液状圧力媒体で充填され、圧力を加えると、放射状の圧縮を提供して薄い内部壁を内方向に押し付け、それによってブッシュ内に工具軸をクランプする。しかし、それらの液圧クランピングブッシュはより軽い機械加工用に意図されている。
【０００３】
国際公開第９８／３２５６３  Ａ１号は、軸工具用のチャックの他の実施形態を開示しており、チャックは、工具軸に向かって放射状に圧縮することができるように比較的薄い内部スリーブと、内部スリーブ上で軸方向に移動可能な比較的固い外部スリーブとからなり、内部スリーブと外部スリーブは協働する円錐面を有し、内部スリーブ上の外部スリーブが移動すると、内部スリーブに内方向に向けられた放射状の圧縮を提供する。第１の圧縮手段は、工具の装着とクランピングに使用され、第２の圧縮手段は、結合を開放するために使用される。
【０００４】
クランピング装置はさらにマンドレルとして実施することができる。それらの既知のマンドレルは、一般に交換可能な工具が、キー、スプライン、または類似の手段などの機械的な手段、または熱圧縮結合によってマンドレルの回転方向に固定され、軸方向の移動に対してはナットまたはスクリューの手段によって固定されるように形成される。それらの機械的な固定手段は、完全な正確さと工具の環状通路を提供せず、しばしば完全な芯出しが難しくなり、したがって、不均衡を生じて、作業工具と機械加工装置に不均衡さに起因する振動を起すことがある。また、特に工具が焼き嵌めによって装着されている場合、マンドレルと工具の間の結合を開放するのは困難で時間がかかる。
【０００５】
国際公開第９８／３２５６２  Ａ１号は、比較的薄い外部壁と、前記外部壁の放射状の内部に、全体に展延する液状圧力媒体を充填した圧力媒体間隙とを備える液圧クランピングブッシュとしてのマンドレルの実施形態を開示しており、圧力を加えることによって、前記外部壁を放射状に外側へ膨張させ、それによってクランピング工具がクランプ本体上に芯出しされ、クランピングが行われる。
既存のチャックとマンドレルが有する上記の問題／欠点とは別に、曲げに対する剛性は工具とマンドレルの共通の問題である。すなわち、機械への工具装着があまりにも剛性が低いため、硬質の作業に工具を使用すると振動が起きるであろう。振動は機械加工した表面を粗くする。
【０００６】
国際公開第８４／０４３６７  Ａ１は、２個の軸の接続、または軸とハブを接続するための液圧摩擦連結装置を開示している。連結装置は環状ピストンを備える環状チャンバーを含み、ピストンの軸方向の移動によってチャンバーを放射状に膨張または圧縮させ、結合を確保する。国際公開第８４／０４３６７  Ａ１号は、チャックまたはマンドレルには関係なく、高い曲げ剛性を達成する構成には関係しない。
したがって、いずれも安価で単純な構造であり、同時に曲げに対する高い剛性を有し、硬い作業工具での正確な機械加工を可能にするチャックおよびマンドレルが必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
（発明の目的および最も重要な形態）
本発明の目的は、上の問題を解決する機械的液圧クランピング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、請求項１および８に記載した機械的液圧クランピング装置によって達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
機械的液圧クランピング装置は、特にチャックまたはマンドレルの形において、好ましくは、その一端（４）で穴あけ機械、フライス盤、旋盤等などの機械加工装置に装着され、他の一端でドリル、フライス工具、回転鋸、研磨ロールなどの軸工具、加工片、中間要素、ハブまたは類似の対象物を開放可能に保持し、内部スリーブと外部スリーブとを含むことが意図されている。内部スリーブおよび外部スリーブは、環状ピストンが含まれる少なくとも１個のチャンバーを含み、そのピストンは液圧で運転される手段によって軸方向に移動可能であり、ピストンおよび内部スリーブ若しくは外部スリーブは相互作用する円錐面を有し、ピストンが軸方向に一方向へ移動するとき、内部スリーブを放射状に圧縮し、または外部スリーブを放射状に膨張させて、軸工具をクランプする。ピストンが軸方向の他の方向に移動すると、軸工具を開放する。これには、工具の芯合わせと均衡が非常に良い、強い工具の装着が得られ、同時に本構成は強力にクランプされた工具を提供する利点がある。さらに、これには、外部スリーブを経由して力を受ける利点があり、これによって、外部スリーブの直径が良好なモーメントを受けることが可能になり、それによって曲げに対して高い剛性を得ることが可能になる。
【００１０】
液圧手段は、ピストンの一端に構成された加圧チャンバーと、ピストンの他の端に構成された開放チャンバーとを含むことができる。チャンバーは液状圧力媒体を充填し加圧することが可能である。これには、装着と取り外し工程が簡単になる利点がある。
内部スリーブおよび外部スリーブは、溶接、ネジ締め、半田付け、接着またはその組み合わせで互いに結合することができる。これには、内部スリーブと外部スリーブの間に強い結合が得られ、強い力を受けることが可能になる利点がある。
好ましくは封止リングの形状をした封止手段をピストンと外部スリーブの間に構成することができる。これには、ピストの両端部の間から液状流体が漏洩することを防止する利点がある。
【００１１】
封止手段はピストンの開放側よりも加圧側に近く構成することができる。これには、装着圧力よりも低い取り外し圧力を使用できる利点がある。
工具をクランプするための部分は機械加工装置に装着される部分と一体化することができる。これには、より高い曲げ剛性が得られる利点がある。
さらに、これには小型で使い易いチャックが得られる利点がある。
【００１２】
ここで、実施形態の案内によって、および付属の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。
図１は、本発明による機械的液圧チャックを一部切断展開した状態で示している。
図面に示したチャック１は、中間部分３、例えばＶ形状のフランジと、回転または非回転機械加工装置の対応する円錐空洞に接続するためのチャック円錐部４と、軸工具２を開放可能に接続しクランプ本体５の中に固定するためのクランプ本体５とからなる。中間部分３、円錐部４、およびクランプ本体５は複合ユニットを形成する。円錐部４は、装着穴８に導かれる冷却媒体通路（示していない）を備えて形成することができる。
【００１３】
チャック円錐部４を備える中間部分３は、当技術に知られた種類であり、詳細に説明する必要はない。円錐部４は、穴あけ機械、旋盤、フライス盤、または類似の機械など、対応する回転機械加工装置の円錐状空洞に導入されるようにされる。また、チャック円錐部を機械加工装置の一体部分として形成することも無論可能であり、それによってクランプ本体だけが装置の発明部分を構成する。これは、本発明による一体化クランプ本体６１を備える機械スピンドル６０を示す図６に示されている。また、図は、スピンドルがベアリング６２および６３中に軸受けされていることを示している。
【００１４】
軸工具２の接続を可能にするために、クランプ本体は内部スリーブ６および外部スリーブ７を備えて形成される。内部スリーブ６および外部スリーブ７は、チャンバーを包含し、その中に環状ピストン９が構成される。
内部スリーブ６は、比較的薄い壁を有し、これらの壁は変形可能で、工具がチャック中にクランプされるように、特に壁を工具２の軸に向かって放射状に圧縮することが可能である。必要であれば、異なる種類のスリーブ（例えば縮小スリーブ）を工具２の軸と内部スリーブ６の間に導入することができる。
外部スリーブ７は、内部スリーブ６中に工具２をクランピングする際、目立つほど変形しない。内部スリーブ６および環状ピストン９は、相互作用する周辺の円錐面１０を有し、その円錐形状は、相互作用する円錐面７が自動的に固定される、すなわち、加圧後、表面が自ら互いに滑らないようになっている。内部スリーブ６は工具２の軸のための軸方向装着穴８を有する。円錐部４は、装着穴８に展延する冷却媒体通路（示していない）を備えて形成することができる。
【００１５】
チャンバー１１の中には、ピストン９の両端にそれぞれ圧力チャンバーがある。ピストンの内側端部の第１圧力チャンバー１２は、ピストン９を内部スリーブ６に沿って外側へ、すなわちクランピング方向へ移動させ、それによって内部スリーブ６を圧縮し、結果として工具２をクランプする。ピストン９の外側の端部には第２の圧力チャンバー１３があって、ピストン９を反対方向へ移動させ、それによって工具を開放する。圧力チャンバー１２および１３は、任意の適切な種類の液状圧力媒体で加圧するように構成される。第１圧力チャンバー１２は第１チャンネル１４を経由して第１接続部１５へ導かれ、他の圧力チャンバー１３は第２接続部１６およびチャンネル１７を経由して到達する。接続部１５および１６は、それぞれ外部の加圧ポンプ（示していない）へ適切に接続される。
圧力チャンバー１２を封止するために、封止リング１９が内部スリーブと外部スリーブの間を封止する。
【００１６】
軸工具を装着するとき、工具２は内部スリーブの軸穴８に導入される。その後、チャンバー１２は、ある予め定めた圧力の液状媒体で圧力チャンネル１４を経由して接続部から加圧され、チャンバー１２内の前記圧力はピストン９を固定する方向、すなわち内部スリーブ６の外側へ動かし、それによって内部スリーブ６の壁は放射状に圧縮され、工具２は内部スリーブ６によって芯を合わされてチャック中にクランプされる。円錐面１０は自動固定するので、クランプ結合が開放されるおそれはない。装着穴８は円筒形である必要はないが、クランプで接続される軸の形状に適合させることができる。したがって、穴８の断面は多角形、四角形、八角形等とすることができる。
工具２を開放するときは、替わりに圧力チャンバー１３が接続部１６を通してチャンネル１７を経由して加圧され、それによって、ピストン９は図１に示したようにチャックの内側の端部に向かって押し込まれ、それによって、内部スリーブ６は膨張して元の形状をとり戻し、同時に工具２は開放される。
【００１７】
圧力チャンバー１２および１３は、運転の間加圧されず、工具のクランピングは完全に機械的である。液状加圧は工具２の装着と取り外しの間だけ行われる。
内部スリーブ６と外部スリーブ７は、共通の接触面１８で、互いに溶接され、互いにネジ締めされ、互いに接着され、またはその組み合わせで結合される。さらに、外部スリーブ７は、中間部分３および／または円錐部４と一体化することができる。別法として、外部スリーブ７は、中間部分３および／または円錐部４に溶接若しくはネジ締めすることができる。
既知の装置では、力の伝達は内部スリーブを経由して受ける。本発明の構造は、力の大部分を外部スリーブから受けさせる。これは、図２に矢で示されている。より大きな外部スリーブの直径のおかげで、内部スリーブよりもかなり大きな力を受けることが可能であり、切断面に溝を作ってしまう振動の発生を生じることなく、工具２は非常に高い負荷の下で作業することができるようになる。
【００１８】
図３には、図１の装置の別法の実施形態が示されている。図３において、装置はピストン９の外側に封止リング２０が補足されている。圧力は内部スリーブ６の内側で高く、外部スリーブ７の外側でゼロになるので、この封止リングは外部スリーブが比較的薄い場合に特に必要である。この場合、ピストンの外側の圧力が低いので、液状流体が１個の圧力チャンバーから他へ漏洩することがあり、その結果装着／取り外しを行うことができない。外部スリーブがより厚いスリーブからなる場合、ピストンの外側に十分な圧力が得られ、正しい装着／取り外しを行うことができる。
封止リングはさらに他の機能を有する。図３に示したように、封止リング２０は取り外し用圧力チャンバー１３よりも、装着用圧力チャンバー１２の近くに装着される。これは、外部スリーブ７に沿ってピストン９のより短い部分を液状媒体で潤滑することができるので、ピストン９と外部筐体７の間の摩擦が、取り外す間よりも装着の間に高いという効果がある。得られるさらに他の効果は、外部スリーブに対するピストンの摩擦は装着の間よりも取り外しの間のほうがより低いので、取り外しの間に必要な圧力は、装着の間に使用した圧力よりも低いことである。したがって、取り外しに必要な圧力が入手可能な圧力よりも高くなるおそれはなく、むしろ、装着圧力に等しいか高い取り外し圧力が必要な場合に問題であろう。
【００１９】
図４において、本発明のさらに他の実施形態が示されている。図４に示した実施形態では、図１のクランプ本体５はチャック円錐部に一体化されている。図１のように、クランプ本体は相互作用する円錐面５１を備える内部スリーブ４２とピストン４３を含み、その円錐形状は相互作用する円錐面が自動固定するようになっている。外部スリーブは、チャック円錐部に一体化された部分として構成される。図１のように、外部および内部スリーブは互いに封止リング４４によって封止される。ピストン４３は、装着４５、および取り外し４６が圧力チャンバーによってそれぞれ制御される。装着の間、圧力チャンバー４５は、この場合Ｖ形状の中間部分５０に配置された接続部４７から、ある予め定めた圧力の液状媒体で圧力チャンネル４８を経由して加圧され、それによってチャンバー４５の圧力はピストン４３を固定方向に移動させる。
【００２０】
工具の取り外しの際は、圧力チャンバー４６は、やはりＶ形状の中間部分５０に配置された接続部４９を経由して、チャンネル５２を通って加圧され、それによって、既に説明したように、ピストン４３はチャックの内側の端部に向かう方向に押し込まれ、それによって内部スリーブ４２の内部半径は膨張してその元の形状を取り戻し、同時に工具は開放される。
図４に示したチャック４１は、さらに高い圧力を受けることが可能になり、それによって作業工具の曲げに対してさらに良好な剛性が可能になる。また、この実施形態は機械のベアリング内に工具を装着することが可能になり、これは力を受ける能力をさらに向上させる。
【００２１】
図５は本発明のさらに他の実施形態を示している。図５は、本発明による機械的液圧マンドレル７０を一部切断展開して示している。マンドレル７０は、中間部分７１と、円錐部７２と、ハブなどの工具７４を開放可能に接続し固定するためのクランプ本体７３とからなる。マンドレル７０はさらに内部スリーブ７５と、環状ピストン７８が構成されるチャンバーを含む外部スリーブ７６とからなる。
【００２２】
この実施形態において、外部スリーブ７６は比較的薄い壁を有し、これらの壁は変形可能で、工具がマンドレル上にクランプされるように、特に壁を工具７４に向かって放射状に膨張させることが可能である。
外部スリーブ７６および環状ピストン７８は相互作用する周辺の円錐面７９を有し、その円錐形状は、相互作用する円錐面が自動固定するようになっている。
【００２３】
図１に示した実施形態のように、チャンバーの中には、ピストン７８の両側にそれぞれ圧力チャンバーがある。ピストンの内側端部の第１圧力チャンバー８０は、ピストン７８を外側、すなわちクランピング方向へ、外部スリーブ７６に沿って移動させ、それによって外部スリーブ７６を放射状に膨張させ、結果として工具をクランプする。ピストン７８の外側の端部には、第２の圧力チャンバー８１があり、ピストン７８を反対方向に移動させ、それによって工具を開放する。圧力チャンバーは任意の種類の適切な液状圧力媒体で加圧されるよう構成される。第１の圧力チャンバー８０は、第１のチャンネル８２を経由して第１接続部８３へ導かれ、他の圧力チャンバー８１は第２の接続部８４および第２のチャンネル８５を経由して到達する。
【００２４】
工具７４を装着するとき、工具７４は外部スリーブ７６の上に置かれる。その後、チャンバー８０は、接続部８３から、ある予め定めた圧力の液状媒体で圧力チャンネル８２を経由して加圧され、それによって、チャンバー８０中の圧力は、ピストン７８を固定方向、すなわち外部スリーブ７６に沿って外側へ移動させ、それによって、外部スリーブ７６の壁は放射状に膨張し、工具７４は芯合わせされ、膨張する外部スリーブ７６上にクランプされる。円錐面７９は自動固定であるので、クランプ結合が開放されるおそれはない。
工具７４を開放するとき、圧力チャンバー８１は、チャンネル８５を経由して接続部８４によって加圧され、それによって、ピストン７８はマンドレルの内側の端部へ向かって押し込まれ、それによって、外部スリーブ７６は膨張してその元の形状を取り戻し、同時に工具７４は開放される。
前述のように、圧力チャンバー８０および８１は、運転中加圧されず、工具のクランピングは完全に機械的である。
チャックの場合と同じように、マンドレルも機械加工装置の一体化した部分を構成するように形成することができる。
【００２５】
無論、ピストンおよび内部スリーブと外部スリーブの円錐部は、円錐面の直径がそれぞれピストンの内側の端部へ向かって、またはピストンの外側の端部へ向かって減少するようにすることができる。これは、図２および図３にも示されており、円錐面の直径は異なる方向へ減少する。別法の、示していない実施形態では、チャック／マンドレルは軸方向に複数のチャンバーを備えて形成することができる。次いで各チャンバーにはそれぞれ環状ピストンを設けることができる。この実施形態は、各ピストンがクランピングに寄与するので、さらに強い工具のクランピングを達成できる利点を有する。
チャック／マンドレルは数回再使用することができる。無論、工具をチャック／マンドレルにクランプして保持し、チャック／マンドレル全体を機械加工装置から取り外し、チャック／マンドレルの組み合わせられたユニットを同じ工具での後続の仕事のために保存することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるチャックの実施形態を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による力の流れを示す図である。
【図３】本発明によるチャックの実施形態を示す図である。
【図４】本発明によるチャックの実施形態を示す図である。
【図５】本発明によるマンドレルを示す図である。
【図６】本発明によるスピンドルを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2005532919.tif 000009
2005532919.tif 000010
2005532919.tif 000011