(57)【要約】特に非常に細長い構造に適した液圧伸縮式工具チャック（１）を提供する。このチャック（１）は、その工具側端（３）に配置され圧力室（１２）で取り囲まれた伸縮スリーブ（１０）を備え、該スリーブ（１０）は、圧力室（１２）内に収容された圧力媒体（Ｆ）の作用下で工具を締付け固定するために半径方向に変形できる。伸縮スリーブ（１０）から軸方向に間隔を隔てて、圧力発生装置（１４）が配置され、該装置（１４）から圧力室（１２）に圧力を伝達するために、圧力案内系（１３）が設けられ、この圧力案内系（１３）がチャック軸線（２）に対し同心的な環状隙間（１１）により形成される。
2007531634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具側端（３）に配置され圧力室（１２）で取り囲まれた伸縮スリーブ（１０）と、チャック軸線（２）に関して前記伸縮スリーブ（１０）から軸方向に間隔を隔てた圧力発生装置（１４）と、該圧力発生装置（１４）から前記圧力室（１２）に圧力を伝達するための圧力案内系（１３）とを備え、前記伸縮スリーブ（１０）が圧力室（１２）内に収容された圧力媒体（Ｆ）の作用下で工具を締付け固定すべく半径方向に変形可能な液圧伸縮式工具チャック（１）において、
圧力案内系（１３）がチャック軸線（２）に対し同心的な環状隙間（１１）により形成されたことを特徴とする液圧伸縮式工具チャック。
【請求項２】
伸縮スリーブ（１０）を有し、チャック軸線（２）に関して中央の本体（８）と、該本体（８）を同心的に取り囲む締付けスリーブ（９）とを備え、前記本体（８）と締付けスリーブ（９）との間に、圧力室（１２）と圧力案内系（１３）が形成されたことを特徴とする請求項１記載の伸縮式工具チャック。
【請求項３】
本体（８）と締付けスリーブ（９）が、互いに固く圧力密に結合されたことを特徴とする請求項１又は２記載の伸縮式工具チャック。
【請求項４】
圧力発生装置（１４）が締付けスリーブ（９）に配置されたことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の伸縮式工具チャック。
【請求項５】
圧力発生装置（１４）が、加圧プランジャ（１６）を変位可能に収容したシリンダ孔（１５）と、該シリンダ孔（１５）を圧力案内系（１３）に接続する充填孔（２０）とを有することを特徴とする請求項１から４の１つに記載の伸縮式工具チャック。
【請求項６】
加圧プランジャ（１６）が締付けボルト（１８）により変位調整可能なことを特徴とする請求項５記載の伸縮式工具チャック。
【請求項７】
締付けスリーブ（９）が工具側に長く延びた細い細管部（５）を有し、該細管部（５）の軸方向長（Ｌ）が少なくとも外径（Ｄ）の４倍であることを特徴とする請求項１から６の１つに記載の伸縮式工具チャック。
【請求項８】
細管部（５）の軸方向長（Ｌ）が少なくとも１００ｍｍであることを特徴とする請求項７記載の伸縮式工具チャック。
【請求項９】
環状隙間（１１）の半径方向寸法（Ｒ）が０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から８の１つに記載の伸縮式工具チャック。
【請求項１０】
本体（８）が中央貫通部（３４）を有することを特徴とする請求項１から９の１つに記載の伸縮式工具チャック。
【請求項１１】
工具に対する軸方向調節装置（２３）を有することを特徴とする請求項１から１０の１つに記載の伸縮式工具チャック。
【請求項１２】
軸方向調節装置（２３）が、本体（８）に対し軸方向変位調整でき、工具に対する軸方向ストッパを形成する調節ピン（２４）を有することを特徴とする請求項１１記載の伸縮式工具チャック。
【請求項１３】
調節ピン（２４）が本体（８）の中央孔（２５）内で案内されることを特徴とする請求項１２記載の伸縮式工具チャック。
【請求項１４】
調節ピン（２４）が、該調節ピン（２４）を軸方向変位調整すべく、孔（２５）の雌ねじ（３２）と協働する雄ねじ（３１）を備えることを特徴とする請求項１３記載の伸縮式工具チャック。
【請求項１５】
調節ピン（２４）がアキシャル直線歯（２８）を有し、該アキシャル直線歯（２８）が、調節ピン（２４）を軸方向に変位調整すべく、本体（８）内にチャック軸線（２）に関し半径方向に案内される調節ボルト（３０）の渦巻きねじ（２９）と協働することを特徴とする請求項１３記載の伸縮式工具チャック。
【請求項１６】
圧力発生装置（１４）により引き起こされたアンバランスを補償すべく、外周面部に切削加工されたバランシング面（３５）を有することを特徴とする請求項１から１５の１つに記載の伸縮式工具チャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具、特にドリルやフライスを締付け固定するための液圧伸縮式工具チャックに関する。
【０００２】
工具チャックは工作機械の駆動スピンドルに回転駆動工具を結合するために使われる。従って、工具チャックは、工具チャックおよびその中に締付け固定された工具が運転中にそれを中心として回転する明確なチャック軸線を有している。工具チャックはそのチャック軸線の方向において常に、工具を受けるために利用される工具側端と、工作機械の駆動スピンドルに工具チャックを結合するために形成された機械側端を有している。公知の種類の工具チャックは所謂液圧伸縮式工具チャックを形成している。そのような伸縮式工具チャックの場合、工具の受け部は薄壁の伸縮スリーブにより形成される。該スリーブは、圧力媒体、例えば油で充填される圧力室で取り囲まれている。そして、伸縮スリーブは、圧力媒体に圧力を供給した際、伸縮スリーブが半径方向に弾性変形し、その際、はめ込まれた工具が締付け固定されるように形成している。液圧伸縮式工具チャックは、特に運転中に生ずる振動と衝撃が減衰されるという利点を有している。これにより、加工時、特に高い表面品質と工具の長い耐用年数とが得られる。
【０００３】
かかる液圧伸縮式工具チャックは、国際公開第０３／０９５１３２号パンフレットで知られている。この公知の伸縮式工具チャックの場合、本体と一体に形成された伸縮スリーブと、本体にねじ込み結合された締付けリングとの間に、圧力室が形成されている。本体に対する締付けリングのねじ込みにより、圧力室の容積が縮小又は増大し、この結果圧力媒体が加圧又は減圧される。
【０００４】
伸縮式工具チャックでは、上述した工具チャックと異なって、通常、例えばピストン／シリンダ装置として形成された圧力発生装置が利用されている。該圧力発生装置は圧力室および伸縮スリーブを工具側端の方向に軸方向にずらして配置されている。そのような伸縮式工具チャックは、例えば国際公開第９８／３９１２３号パンフレットで公知である。この工具チャックの場合、圧力発生装置から圧力室に圧力を伝達すべく、油案内系が利用され、該案内系は、チャック材料に設けられた細い接続孔から成っている。
【０００５】
更に、独国特許第７４３５３０号明細書から、半径方向外側並びに半径方向内側に締まる伸縮スリーブを備え、作動軸上にはめ込まれる工具チャックが公知である。
【０００６】
特に成形型構造および鍛造型構造では、非常に細長い工具チャックが必要とされる。通常の伸縮式工具チャックは、かかる細長い構造形状に全く構成できないか、かなりの経費をかけねば構成できない。即ち、特に細い伸縮式工具チャックの場合、国際公開第０３／０９５１３２号パンフレットで知られているような可動締付けリングは、場所的な理由から設置できない。同様に、圧力を伝達するために国際公開第９８／３９１２３号パンフレットで公知の接続孔は、細い工具チャックの薄い壁厚のため、実現できないか、非常に高い経費をかけねば実現できない。また、工具チャックの長さの増大に伴い、相応して長い接続孔を設けるための技術的経費が著しく増大する。圧力を供給した際、各接続孔の部位においても応力が伸縮式工具チャックの材料に導かれ、この応力は、工具チャックに顕著な曲げを生じ、この結果工具の真円回転を害するという問題が生ずる。
【０００７】
本発明の課題は、非常に安価な経費で非常に細長い構造形状が実現でき、有利な利用特性の点で優れている液圧伸縮式工具チャックを提供することにある。
【０００８】
この課題は、本発明に基づいて請求項１に記載の特徴によって解決される。それに応じて、伸縮式工具チャックの工具側端に、工具を受けて締付け固定するための伸縮スリーブが設けられている。この伸縮スリーブを液圧的に変形する圧力を発生すべく、工具チャックは圧力発生装置を有し、該装置は、伸縮スリーブとこの伸縮スリーブを取り囲む圧力室に対し軸方向にずれて配置される。供給された圧力を圧力室と圧力発生装置との間の軸方向距離にわたって伝達すべく、伸縮式チャックは圧力案内系を有し、該案内系は本発明に基づき、チャック軸線に対し同心的に環状に配置された密閉隙間や通路により形成されている。この結果、圧力室は圧力案内系により、特に移行部なしに、圧力発生装置まで軸方向に延長される。
【０００９】
環状隙間は、圧力案内系としての通常の孔と異なり、比較的大きな横断面積で一般に小さな半径方向寸法を有する。圧力伝達にとって十分な横断面積を有する環状隙間は、従って、極めて細い伸縮式工具チャックの場合でも、場所を節約して設け得る。また、圧力供給下で環状圧力案内系の部位で伸縮式工具チャックの材料に導入される応力は、チャック軸線に関し常に回転対称であり、このため伸縮式工具チャックに非対称的な変形が生ずることはなく、運転中における伸縮式工具チャックの真円回転が害されることもない。
【００１０】
環状の同心的な圧力案内系は、伸縮式工具チャックの２分割構造によって特に簡単に実現できる。この伸縮式工具チャックは、本発明の特に有利な実施態様において、工具側端に伸縮スリーブを有する中央本体と、工具側端でこの中央本体に被せられた締付けスリーブを有している。締付けスリーブの内径および本体の外径の適当な寸法設計によって、本体と締付けスリーブとの間に、圧力室および軸方向に続く圧力案内系を形成する環状隙間が形成される。その場合、単純で強固な構造にする意味で、本体と締付けスリーブを特に硬ろう付けによって固く圧力密に結合するとよい。
【００１１】
場所節約に関し有利な伸縮式工具チャックの幾何学形状は、圧力発生装置を締付けスリーブに配置することで得られる。伸縮式工具チャックの簡単な製造と単純な操作に関し、ピストン／シリンダ装置付きの圧力発生装置が有利である。このピストン／シリンダ装置は加圧プランジャを有し、該加圧プランジャは、シリンダ孔内、又はこのシリンダ孔内に選択的にはめ込んだブッシュ内に案内される。圧力室と圧力案内系と圧力発生装置への圧力媒体の簡単な充填は、シリンダ孔から屈曲し、シリンダ孔を圧力案内系に接続する充填孔により達成される。特に単純で効果的な実現法では、加圧プランジャを締付けボルトにより操作可能である。
【００１２】
本発明に基づく伸縮式工具チャックの成形型構成と鍛造型構成にとり特に有利な構造では、締付けスリーブは工具側に長く延びる細い細管部を有し、該細管部の軸方向長は少なくとも外径の４倍である。特にこの細管部の軸方向長は少なくとも１００ｍｍである。
【００１３】
本発明に基づく伸縮式工具チャックの特別な利点は、比較的安価な経費で、場合によっては伸縮スリーブの内径によって非常に細い工具受け部が得られることにある。即ち、伸縮スリーブの内径は好適には１２ｍｍであるが、もっと小さくにも大きくにも決められる。通常の伸縮式工具チャックの場合、そのような細い工具を締付け固定するために、一般に、伸縮式工具チャックの受け部にはめ込み得る工具用異径管が必要である。これは工具の真円回転に不利に作用する。
【００１４】
伸縮式工具チャックの効果的な締付け作用を得るべく、圧力系全体の総容積、即ち圧力室と圧力案内系と圧力発生装置の合計容積をできるだけ小さくするとよいことは公知である。これは、本発明の有利な実施態様で、圧力案内系と圧力室を形成する環状隙間の半径方向寸法を非常に小さく決めることで達成される。環状隙間の半径方向寸法は高々０．２ｍｍ、特に約０．１ｍｍである。また環状隙間のこの極めて狭い形成は場所を節約し、従って、伸縮式工具チャックの特に細い構造形状に関し有利である。
【００１５】
圧力案内系を環状に形成すると、伸縮式工具チャックの中央部に空所が生じ、従ってその場所を別の目的に利用できる利点がある。即ち本発明の有利な実施態様では、本体に、例えば冷却材通路として利用される中央貫通部を設けることが考えられる。
【００１６】
本発明の他の有利な実施態様では、工具に対する軸方向調節装置を設け、これを同様に伸縮式工具チャックの中央部に配置する。好適な実施態様では、この軸方向調節装置は、本体に関し軸方向変位調整できる調節ピンを有し、該調節ピンは、締付け固定すべき工具に対する軸方向ストッパとして用いられ、特に本体の中央孔内で案内される。
【００１７】
特に構造的に単純な実施態様では、調節ピンは本体内にねじ付きボルトの形で軸方向に変位できる。そのため、調節ピンは、本体の中央孔の雌ねじと協働する雄ねじを備える。
【００１８】
操作上特に有利な実施態様において、調節ピンは半径方向に接近可能な調節ボルトにより調整でき、このため工具が既にはめ込まれている場合でも、軸方向調節装置が操作できる。本体内で案内された調節ボルトが、その内側端に調節ピンのアキシャル直線歯にかみ合う渦巻きねじを有するとよい。
【００１９】
以下図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。なお各図において、同一の部分および大きさ表示には同一符号を付している。
【００２０】
図１〜４に種々の表示法で示す液圧伸縮式工具チャック（以下単に伸縮式工具チャックと呼ぶ）１は、工作機械（図示せず）の駆動スピンドルに、回転駆動工具、特にドリルやフライス（図示せず）を締付け固定するために使われる。伸縮式工具チャック１は回転軸線を形成するチャック軸線２に関し回転対称に形成され、該軸線２の方向に見て、工具側端３と機械側端４を有している。伸縮式工具チャック１は、工具側端３の周辺に長く延びる細い細管部５を持ち、該細管部５はその自由端側に工具の受け部６を備える。細管部５の軸方向長Ｌは細管部外径Ｄの４〜５倍である。有利な寸法設計では、細管部外径Ｄが２０ｍｍで受け部６の内径ｄが１２ｍｍの場合、軸方向長Ｌは１００ｍｍである。しかし、伸縮式工具チャック１をより長いおよび／又は短い構造形状にし或いはより小さな内径ｄにしてもよい。機械側端４は、伸縮式工具チャック１を駆動スピンドルに結合すべく、例えばＨＳＫシャフトとして形成した取付け円錐体７を備える。
【００２１】
伸縮式工具チャック１は２分割構造とされ、中央本体８を有し、該本体８の工具側部上に、略ベル状の締付けスリーブ９を被せられている。本体８と締付けスリーブ９は、工具側並びに機械側で互いにろう付けされ、従って固く圧力密に結合されている。
【００２２】
本体８は受け部６の部位が中空円筒状に薄壁に形成されている。本体８のこの薄壁は伸縮スリーブ１０と呼べる。伸縮スリーブ１０は本体８と一体に形成しても、別個の部品として形成してもよい。細管部５で、締付けスリーブ９の内壁と、それに対向して位置する本体８の外壁との間に、環状隙間１１が生じている。この環状隙間１１は、伸縮スリーブ１０の壁厚の約１０分の１に相当する、特に０．１ｍｍの極めて小さな半径方向寸法Ｒを有するに過ぎず、それは、拡大した図４および特により拡大した部分図Ａで理解できる。図３において、環状隙間１１は太い黒線で概略的に示してある。
【００２３】
環状隙間１１は締付けスリーブ９の長さの大部分にわたって延び、受け部６の部位に、加圧流体Ｆ、特に油が収容される圧力室１２を形成している。機械側端４の方向に圧力室１２を越えて延びる環状隙間１１の部位は圧力案内系１３を形成し、この圧力案内系１３は、圧力室１２を、該圧力室１２に対し軸方向にずらされた圧力発生装置１４に流体的に接続し、もって圧力発生装置１４から圧力室１２への圧力伝達を可能にしている。半径方向寸法Ｒは無荷重状態では環状隙間１１の全長にわたりほぼ同じであり、このため圧力室１２は移行部なしに圧力案内系１３に移行している。
【００２４】
特に図４から明らかな如く、圧力発生装置１４はシリンダ孔１５を有し、該孔１５に加圧プランジャ１６が配置されている。加圧プランジャ１６はシリンダ孔１５内に直接変位可能に案内されるか、図４に示す如く、シリンダ孔１５にはめ込まれたブッシュ１７内で変位可能に案内される。加圧プランジャ１６は締付けボルト１８で操作できる。加圧プランジャ１６は内側端に弾性材料、特にゴムエラストマから成るパッキン１９を備える。更に、圧力発生装置１４は充填孔２０を有し、該充填孔２０は、シリンダ孔１５の内側端から、充填孔２０が環状隙間１１にほぼ接するよう、屈曲して延びている。このため充填孔２０は、シリンダ孔１５と、接続溝２１を経て環状隙間１１とに流体的に接続している。充填孔２０は、ボールパッキン２２で大気に対し圧力密に閉じられている。
【００２５】
伸縮式工具チャック１の運転開始前、まず、シリンダ孔１５と充填孔２０と環状隙間１１の合計容積が、開かれた充填孔２０を介して、加圧流体Ｆで完全に充填される。圧力系内における気泡を防止すべく、これは真空中で行われる。充填孔２０は充填後、ボールパッキン２２によって圧力密に閉じられる。受け部６にはめ込まれた工具を締付け固定すべく、ドライバによって、締付けボルト１８、従って加圧プランジャ１６をシリンダ孔１５内で変位させ、かくして、圧力媒体で充填されたシリンダ孔１５の容積を縮小させる。この結果、圧力媒体Ｆに代表的には１０００×１０5Ｐａ迄の静液圧を供給できる。この圧力は圧力案内系１３としての環状隙間１１を経て、圧力室１２の部位まで伝達される。ここで、静液圧は薄壁の伸縮スリーブ１０を半径方向内側にチャック軸線２に向けて変形させ、この伸縮スリーブ１０によって、はめ込まれた工具が受け部６に締付け固定される。これに対して、圧力室１２の外側を境界づける締付けスリーブ９の比較的大きな壁厚によって、伸縮式工具チャック１の外周には、圧力作用による目立った変形は生じない。
【００２６】
伸縮式工具チャック１から工具を除去すべく、加圧プランジャ１６が再び締付けボルト１８の数回転の距離だけ戻され、これによって、圧力媒体Ｆが減圧される。その場合、弾性変形された伸縮スリーブ１０は再び元の形状に戻り、これにより、工具を取り外せる。
【００２７】
伸縮式工具チャック１は工具に対する軸方向調節装置２３を備える。該装置２３は、図３を回転させた図５の縦断面図で特によく解る。軸方向調節装置２３は略中空円筒状の調節ピン２４を有し、該ピン２４は本体８の中央孔２５内に滑り案内されている。調節ピン２４の工具側端２６は受け部６の中に突出して、受け部６にはめ込むべき工具に対する軸方向ストッパを形成している。調節ピン２４、従って工具に対する軸方向ストッパを軸方向に変位調整すべく、調節ピン２４はその機械側端２７の近くに、アキシャル直線歯２８を備える。この歯２８は、本体８内にチャック軸線２に対し半径方向に案内される調節ボルト３０の端面側に設けた渦巻きねじ２９と協働する。この構成の利点は、工具が受け部６内に置かれている場合でも、半径方向調節ボルト３０に接近できることにある。
【００２８】
図６に示す、構造的に単純化した軸方向調節装置２３の実施例では、調節ピン２４は、孔２５の雌ねじ３２にはまり合う雄ねじ３１を備えている。この実施例で、調節ピン２４は受け部６に挿入したドライバで調整できる。
【００２９】
上述した伸縮式工具チャック１の両実施例において、チャック軸線２に沿って、孔２５およびこの孔２５と一直線の調節ピン２４の孔３３によって、特に冷却材通路として利用される貫通部３４が形成されている。運転中、工作機械から冷却材が、貫通部３４を通して、受け部６の部位および従って、工具の部位に導かれる。
【００３０】
また、本体８の周囲に、バランシング面３５、即ち本体８の軸対称を的確に算定した平面的削設部が設けられている。非対称的圧力発生装置１４により発生されるアンバランスは、そのバランシング面３５によって精確に補償される。このようにして、伸縮式工具チャック１の運転中、比較的高速回転中でも、高い精度の真円回転が得られ、これは特に、非常に細長い構造について価値がある。切削加工されたバランシング面３５の代わりに、本体８にねじ込まれたバランシングねじ、１個或いは数個のバランシングディスク、又は他の切削部や孔を設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】工具を締付け固定するための液圧伸縮式工具チャックの斜視図。
【図２】図１の伸縮式工具チャックの側面図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った伸縮式工具チャックの縦断面図。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った伸縮式工具チャックの横断面図。
【図５】図２の伸縮式工具チャックをチャック軸線を中心に回転された縦断面図。
【図６】締付け固定すべき工具に対する異なって形成された軸方向調節装置を備えた伸縮式工具チャックの図５に相当した図。
【符号の説明】
【００３２】
１  伸縮式工具チャック、２  チャック軸線、３、２６  工具側端、４、２７  機械側端、５  細管部、６  受け部、７  取付け円錐体、８  本体、９  締付けスリーブ、１０  伸縮スリーブ、１１  環状隙間、１２  圧力室、１３  圧力案内系、１４  圧力発生装置、１５  シリンダ孔、１６  加圧プランジャ、１７  ブッシュ、１８  締付けボルト、１９  パッキン、２０  充填孔、２１  接続溝、２２  ボールパッキン、２３  軸方向調節装置、２４  調節ピン、２５、３３  孔、２８  歯、２９  渦巻きねじ、３０  調節ボルト、３１  雄ねじ、３２  雌ねじ、３４  貫通部、３５  バランシング面
【図１】
2007531634.tif 000003
【図２】
2007531634.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007531634.tif 000006
【図５】
2007531634.tif 000007
【図６】
2007531634.tif 000008
【国際調査報告】
2007531634.tif 000009
2007531634.tif 000010
2007531634.tif 000011
2007531634.tif 000012
2007531634.tif 000013
2007531634.tif 000014