(57)【要約】  管状工具ホルダシャンク（５６）を解放可能に保持するための装置は、工具支持部材（２０）と、工具支持部材（２０）内に配置されたキャニスタ（３０）と、管状工具ホルダシャンク（５６）をロック位置に引き込むための、また管状工具ホルダシャンク（５６）をアンロック位置に解放するための往復運動で工具支持部材（２０）内で移動可能であるロックロッド（１１０）と、少なくとも２つのロック要素（１０１）であって、ロックロッド（１１０）の移動がロック要素（１０１）を外側に延在させて、管状工具ホルダシャンク（５６）に係合するようにロックロッド（１１０）に係合する少なくとも２つのロック要素（１０１）とを含む。ロックロッド（１１０）は、ロックロッド（１１０）の前方端（１１４）から後方に延在する逃げキャビティ（１１８）を含む。ロックロッド（１１０）は最大外径（Ｄｍａｘ）を有し、逃げキャビティ（１１８）は最大直径（ｄｍａｘ）を有する。ロックロッド（１１０）の前部部分（１１１）の最大外径（Ｄｍａｘ）に対する逃げキャビティ（１１８）の最大直径（ｄｍａｘ）の比率は、１〜４よりも大きい。
2013517145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状工具ホルダシャンク（５６）を解放可能に保持するための装置であって、
前方対向面（２４）と、前記前方対向面（２４）と交差しかつ前記管状工具ホルダシャンク（５６）を受容するように適合された孔（２２）とを有する工具支持部材（２０）であって、前記孔（２２）が長手方向軸線（１１）に沿って前記前方対向面（２４）から後方に延在する工具支持部材（２０）と、
前記工具支持部材（２０）の前記孔（２２）内に配置されたキャニスタ（３０）であって、長手方向通路（３１）と、前記長手方向通路（３１）内に形成された円周方向に離間した少なくとも２つの開口（３２）とを含むキャニスタ（３０）と、
前記キャニスタ（３０）の前記長手方向通路（３１）内に少なくとも部分的に配置され、かつ前記管状工具ホルダシャンク（５６）を前記孔（２２）内で後方にロック位置に引き込むための、また前記管状工具ホルダシャンク（５６）を前記孔（２２）からアンロック位置に解放するための後方および前方の往復運動で前記工具支持部材（２０）内で移動可能であるロックロッド（１１０）と、
前記キャニスタ（３０）の前記離間した開口（３２）内に配置された少なくとも２つのロック要素（１０１）であって、前記ロックロッド（１１０）の移動が前記ロック要素（１０１）を前記キャニスタ（３０）から半径方向外側に延在させて、前記管状工具ホルダシャンク（５６）に係合するように前記ロックロッド（１１０）に係合する少なくとも２つのロック要素（１０１）と、を備え、
前記ロックロッド（１１０）が、前記ロックロッド（１１０）の前部部分（１１１）の前方端（１１４）から後方に延在する逃げキャビティ（１１８）を画定する内側表面（１１７）を有する中空内部（１１６）を有する前部部分（１１１）を含み、前記ロックロッド（１１０）が、前記前方端（１１４）で画定された最大外径（Ｄｍａｘ）を有し、前記逃げキャビティ（１１８）が、前記前方端（１１４）で画定された最大直径（ｄｍａｘ）を有し、前記ロックロッド（１１０）の前記前部部分（１１１）の前記最大外径（Ｄｍａｘ）に対する前記逃げキャビティ（１１８）の最大直径（ｄｍａｘ）の比率が約１〜４よりも大きい、
装置。
【請求項２】
前記ロックロッド（１１０）の前記前部部分（１１１）の前記最大外径（Ｄｍａｘ）に対する前記逃げキャビティ（１１８）の前記最大直径（ｄｍａｘ）の比率が約３〜５である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記逃げキャビティ（１１８）が、前記最大直径（ｄｍａｘ）から最小直径（ｄｍｉｎ）に後方端に向かって内側方向に先細りする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ロックロッド（１１０）の前記前部部分（１１１）の前記中空内部（１１６）の前記内側表面（１１７）が、前記逃げキャビティ（１１８）の後方に形成された冷却流路（１２０）をさらに画定する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記冷却流路（１２０）が直径（ｄｍｉｎ）を有し、前記ロックロッド（１１０）の前記最大外径（Ｄｍａｘ）に対する前記冷却流路（１２０）の前記直径（ｄｍｉｎ）の比率が約１〜４である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも２つのロック要素が４つのボール（１０１）を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ロック要素（１０１）が非金属材料から製造される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記非金属材料が窒化ケイ素を含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記ロックロッド（１１０）の前記前部部分（１１１）の前記最大外径（Ｄｍａｘ）に対する前記逃げキャビティ（１１８）の前記最大直径（ｄｍａｘ）の前記比率が、前記ロックロッド（１１０）が反って均一な荷重を前記ロック要素（１０１）に加えるべく適合されるように設定される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
管状工具ホルダシャンク（５６）を解放可能に保持するための装置であって、
前方対向面（２４）と、前記前方対向面（２４）と交差しかつ前記管状工具ホルダシャンク（５６）を受容するように適合された孔（２２）とを有する工具支持部材（２０）であって、前記孔（２２）が長手方向軸線（１１）に沿って前記前方対向面（２４）から後方に延在する工具支持部材（２０）と、
前記工具支持部材（２０）の前記孔（２２）内に配置されたキャニスタ（３０）であって、長手方向通路（３１）と、前記長手方向通路（３１）内に形成された円周方向に離間した少なくとも２つの開口（３２）とを含むキャニスタ（３０）と、
前記キャニスタ（３０）の前記長手方向通路（３１）内に少なくとも部分的に配置され、かつ前記管状工具ホルダシャンク（５６）を前記孔（２２）内で後方にロック位置に引き込むための、また前記管状工具ホルダシャンク（５６）を前記孔（２２）からアンロック位置に解放するための後方および前方の往復運動で前記工具支持部材（２０）内で移動可能であるロックロッド（１５０）と、
前記キャニスタ（３０）の前記離間した開口（３２）内に配置された少なくとも２つのロッキングボール（１５１、１５３）であって、前記ロックロッド（１５０）の移動がロッキングボール（１５１、１５３）を前記キャニスタ（３０）から半径方向外側に延在させて、前記管状工具ホルダシャンク（５６）に係合するように前記ロックロッド（１５０）に係合する少なくとも２つのロッキングボール（１５１、１５３）と、を備え、
前記ロックロッド（１５０）には、ロッキングボール（１５１、１５３）を受容するように適合された少なくとも２つの凹部（１１２）が形成され、また長手方向に延在する少なくとも２つのロッキングランプ（１５５）が各々の凹部の前方に位置決めてされており、前記ロッキングランプ（１５５）の各々が、長手方向軸線（１１）に沿って見たとき、１つの長手方向側面に沿って上方に湾曲した壁部（１５６）と、他の長手方向側面に沿って平坦レッジ（１５７）とを有し、前記ロッキングボール（１５１、１５３）が前記キャニスタ（３０）から半径方向外側に延在するとき、各々のロッキングランプ（１５５）の上方に湾曲した壁部（１５６）が、前記ロッキングボール（１５１、１５３）のそれぞれの１つに係合するように適合される、
装置。
【請求項１１】
前記少なくとも２つのロッキングボールが４つのロッキングボール（１５１、１５２、１５３、１５４）を備え、前記少なくとも２つの凹部（１１２）および前記ロックロッド（１５０）のロッキングランプ（１５５）が、４つの凹部（１１２）とロッキングランプ（１５５）とを備え、前記４つのロッキングボール（１５１、１５２、１５３、１５４）が、前記４つのロッキングボール（１５１、１５２、１５３、１５４）によって前記ロッキングランプ（１５５）を介して前記ロックロッド（１５０）に加えられる力（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４）が均等にされるように、前記ロッキングランプ（１５５）のそれぞれの上方に湾曲した壁部（１５６）に係合する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ロッキングボール（１５１、１５２、１５３、１５４）が非金属材料から製造される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記非金属材料が窒化ケイ素を含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記ロックロッド（１５０）の前部部分が、前記ロックロッド（１５０）の前記前部部分の前方端（１１４）から後方に延在する逃げキャビティ（１１８）を画定する内側表面（１１７）を有する中空内部（１１６）を有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
管状工具ホルダシャンク（２０９）を解放可能に保持するための装置であって、
前方対向面（２４）と、前記前方対向面（２４）と交差しかつ前記管状工具ホルダシャンク（２０９）を受容するように適合された孔（２２）とを有する工具支持部材（２０）であって、前記孔（２２）が長手方向軸線（１１）に沿って前記前方対向面（２４）から後方に延在する工具支持部材（２０）と、
前記工具支持部材（２０）の前記孔（２２）内に配置されたキャニスタ（２１１）であって、長手方向通路（３１）と、前記長手方向通路（３１）内に形成された円周方向に離間した４つの開口（２１２）とを含むキャニスタ（２１１）と、
前記キャニスタ（２１１）の前記長手方向通路（３１）内に少なくとも部分的に配置され、かつ前記管状工具ホルダシャンク（２０９）を前記孔（２２）内で後方にロック位置に引き込むための、また前記管状工具ホルダシャンク（２０９）を前記孔（２２）からアンロック位置に解放するための後方および前方の往復運動で前記工具支持部材（２０）内で移動可能であるロックロッド（２００）と、
前記キャニスタ（２１１）の前記離間した開口（２１２）内に配置された４つのロッキングボール（２０１、２０２、２０３、２０４）であって、前記ロックロッド（２００）の移動が前記ロッキングボール（２０１、２０２、２０３、２０４）を前記キャニスタ（２１１）から半径方向外側に延在させて、前記管状工具ホルダシャンク（２０９）に係合するように前記ロックロッド（２００）に係合する４つのロッキングボール（２０１、２０２、２０３、２０４）と、を備え、
前記ロックロッド（２００）が、ロッキングランプ（２０５、２０６、２０７、２０８）内に形成された前記４つのロッキングボール（２０１、２０２、２０３、２０４）を受容するように適合されたロッキングランプ（２０５、２０６、２０７、２０８）を有し、前記ロックロッド（２００）の前記ロッキングランプ（２０５、２０６、２０７、２０８）が前記ロックロッド（２５０）の外径の周りで不均等に離間している、
装置。
【請求項１６】
前記ロックロッド（２００）の前記４つのロッキングランプの１つ（２０８）が、隣接するロッキングランプ（２０５）から約１００°の角度（Ａ２）だけ離間し、他の隣接するロッキングランプ（２０７）から約８０°の角度（Ａ１）だけ離間している、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記ロッキングボール（２０１、２０２、２０３、２０４）が非金属材料から製造される、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記非金属材料が窒化ケイ素を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記ロックロッド（２００）の前記前部部分が、前記ロックロッド（２５０）の前記前部部分の前方端（１１４）から後方に延在する逃げキャビティ（２１３）を画定する内側表面（１１７）を有する中空内部（１１６）を有する、請求項１５に記載の装置。
【請求項２０】
管状工具ホルダシャンク（３０３）を解放可能に保持するための装置であって、
前方対向面（２４）と、前記前方対向面（２４）と交差しかつ前記管状工具ホルダシャンク（３０３）を受容するように適合された孔（２２）とを有する工具支持部材（２０）であって、前記孔（２２）が長手方向軸線（１１）に沿って前記前方対向面（２４）から後方に延在する工具支持部材（２０）と、
前記工具支持部材（２０）の前記孔（２２）内に配置されたキャニスタ（３０５）であって、長手方向通路（３１）と、前記長手方向通路（３１）内に形成された円周方向に離間した複数の開口（３０６）とを含むキャニスタ（３０５）と、
前記キャニスタ（３０５）の前記長手方向通路（３１）内に少なくとも部分的に配置され、かつ前記管状工具ホルダシャンク（３０３）を前記孔内で後方にロック位置に引き込むための、また前記管状工具ホルダシャンク（３０３）を前記孔（２２）からアンロック位置に解放するための後方および前方の往復運動で前記工具支持部材（２０）内で移動可能であるロックロッド（３００）と、
前記キャニスタ（３０５）の前記離間した開口（３０６）内に配置された奇数のロック要素（３０１）であって、前記ロックロッド（３００）の移動が前記ロック要素（３０１）を前記キャニスタ（３０５）から半径方向外側に延在させて、前記管状工具ホルダシャンク（３０３）に係合するように前記ロックロッド（３００）に係合する奇数のロック要素（３０１）と、を備える、
装置。
【請求項２１】
前記奇数のロック要素（３０１）が、５つのロッキング要素（３０１）を備える、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記ロック要素がロッキングボール（３０１）である、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
前記ロック要素（３０１）が非金属材料から製造される、請求項２０に記載の装置。
【請求項２４】
前記非金属材料が窒化ケイ素を含む、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記ロックロッド（３００）の前部部分が、前記ロックロッド（３００）の前記前部部分の前方端（１１４）から後方に延在する逃げキャビティ（３０７）を画定する内側表面（１１７）を有する中空内部（１１６）を有する、請求項２０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械加工作業用のツーリングに関し、より詳しくは、機械加工作業中に工具支持部材内の選択した位置に工具ホルダを正確に位置決めする工具ホルダアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
生産環境における工作機械の休止時間を最小限にすることは、機械加工設備の成功にとって不可欠である。歴史的に見て、そのような休止時間の１つの主な原因は、工作機械によって使用され、破損したかまたは磨耗した切削工具を交換するために必要な時間であった。切削工具は、工作機械に固定された工具支持部材内に典型的に取り付けられる工具ホルダによって保持される。切削工具を取り換えなければならない場合、工具ホルダに取り付けられた切削工具と共に工具ホルダ全体が支持部材から取り外される。
【０００３】
工具交換過程を促進するために工具ホルダの工具支持部材への迅速な着脱を可能にするように、いくつかの連結具が設計されている。そのような装置の１つは、「切削工具用のエラー防止システム方法および装置」（“Ｅｒｒｏｒ  Ｐｒｏｏｆｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｃｕｔｔｉｎｇ  Ｔｏｏｌｓ．”）と題された米国特許第６，６１９，８９７号明細書に記載されている。この特許は、本出願の譲受人によって共有され、かつ参照によってその全体が本出願に組み込まれている。その特許に記載された工具ホルダアセンブリは、工具ホルダのシャンクの開口に係合するように、工具支持部材内で半径方向外側に付勢される４つのロッキングボールを利用する。この構成は、効率的であり、工具ホルダを短時間に工具支持部材から取り外しまたは工具支持部材に固定することを可能にするが、工具ホルダから延在する管状シャンクは、ロックロッドとロッキングボールとの間の不均一かつ集中化されない荷重（ｎｏｎ−ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ  ｌｏａｄｓ）の生成のため、中心から外れたおよび／または僅かに捻れた位置で工具支持部材内の位置にロックされる可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施形態によれば、管状工具ホルダシャンクを解放可能に保持するための装置が提供される。装置は、前方対向面と、この前方対向面と交差しかつ管状工具ホルダシャンクを受容するように適合された孔とを有する工具支持部材を含む。孔は、長手方向軸線に沿って前方対向面から後方に延在する。キャニスタは、工具支持部材の孔内に配置される。キャニスタは、長手方向通路と、長手方向通路内に形成された円周方向に離間した少なくとも２つの開口とを含む。ロックロッドは、キャニスタの長手方向通路内に少なくとも部分的に配置され、かつ管状工具ホルダシャンクを孔内で後方にロック位置に引き込むための、また管状工具ホルダシャンクを孔からアンロック位置に解放するための後方および前方の往復運動で工具支持部材内で移動可能である。少なくとも２つのロック要素は、キャニスタの離間した開口内に配置され、またロックロッドの移動がロック要素をキャニスタから半径方向外側に延在させて、管状工具ホルダシャンクに係合するようにロックロッドに係合する。ロックロッドは、ロックロッドの前部部分の前方端から後方に延在する逃げキャビティを画定する内側表面を有する中空内部を有する前部部分を含み、ロックロッドは、前方端で画定された最大外径を有し、逃げキャビティは、前方端で画定された最大直径を有する。ロックロッドの前部部分の最大外径に対する逃げキャビティの最大直径の比率は、約１〜４よりも大きい。
【０００５】
本発明の他の実施形態によれば、管状工具ホルダシャンクを解放可能に保持するための装置が提供される。装置は、前方対向面と、この前方対向面と交差しかつ管状工具ホルダシャンクを受容するように適合された孔とを有する工具支持部材を含む。孔は、長手方向軸線に沿って前方対向面から後方に延在する。キャニスタは、工具支持部材の孔内に配置される。キャニスタは、長手方向通路と、長手方向通路内に形成された円周方向に離間した少なくとも２つの開口とを含む。ロックロッドは、キャニスタの長手方向通路内に少なくとも部分的に配置され、かつ管状工具ホルダシャンクを孔内で後方にロック位置に引き込むための、また管状工具ホルダシャンクを孔からアンロック位置に解放するための後方および前方の往復運動で工具支持部材内で移動可能である。少なくとも２つのロッキングボールは、キャニスタの離間した開口内に配置され、またロックロッドの移動がロッキングボールをキャニスタから半径方向外側に延在させて、管状工具ホルダシャンクに係合するようにロックロッドに係合する。ロックロッドには、ロッキングボールを受容するように適合された少なくとも２つの凹部が形成されており、また長手方向に延在する少なくとも２つのロッキングランプ（ｌｏｃｋｉｎｇ  ｒａｍｐ、固定斜面）が各々の凹部の前方に位置決めされている。ロッキングランプの各々は、長手方向軸線に沿って見たとき、１つの長手方向側面に沿って上方に湾曲した壁部と、他の長手方向側面に沿って平坦レッジとを有し、各々のロッキングランプの上方に湾曲した壁部は、ロッキングボールがキャニスタから半径方向外側に延在するときにロッキングボールのそれぞれの１つに係合するように適合される。
【０００６】
本発明の他の実施形態によれば、管状工具ホルダシャンクを解放可能に保持するための装置が提供される。装置は、前方対向面と、この前方対向面と交差しかつ管状工具ホルダシャンクを受容するように適合された孔とを有する工具支持部材を含む。孔は、長手方向軸線に沿って前方対向面から後方に延在する。キャニスタは、工具支持部材の孔内に配置される。キャニスタは、長手方向通路と、長手方向通路内に形成された円周方向に離間した４つの開口とを含む。ロックロッドは、キャニスタの長手方向通路内に少なくとも部分的に配置され、かつ管状工具ホルダシャンクを孔内で後方にロック位置に引き込むための、また管状工具ホルダシャンクを孔からアンロック位置に解放するための後方および前方の往復運動で工具支持部材内で移動可能である。４つのロッキングボールは、キャニスタの離間した開口内に配置され、またロックロッドの移動がロック要素をキャニスタから半径方向外側に延在させて、管状工具ホルダシャンクに係合するようにロックロッドに係合する。ロックロッドには、４つのロッキングボールを受容するように適合されたロッキングランプが形成されており、ロックロッドのロッキングランプは、ロックロッドの外径の周囲に不均等に離間している。
【０００７】
本発明の他の実施形態によれば、管状工具ホルダシャンクを解放可能に保持するための装置が提供される。装置は、前方対向面と、この前方対向面と交差しかつ管状工具ホルダシャンクを受容するように適合された孔とを有する工具支持部材を含む。孔は、長手方向軸線に沿って前方対向面から後方に延在する。キャニスタは、工具支持部材の孔内に配置され、キャニスタは、長手方向通路と、長手方向通路内に形成された円周方向に離間した複数の開口とを含む。ロックロッドは、キャニスタの長手方向通路内に少なくとも部分的に配置され、かつ管状工具ホルダシャンクを孔内で後方にロック位置に引き込むための、また管状工具ホルダシャンクを孔からアンロック位置に解放するための後方および前方の往復運動で工具支持部材内で移動可能である。奇数のロック要素は、キャニスタの離間した開口内に配置され、またロックロッドの移動がロック要素をキャニスタから半径方向外側に延在させて、管状工具ホルダシャンクに係合するようにロックロッドに係合する。
【０００８】
本発明のさらなる詳細および利点は、添付図面と関連して次の詳細な説明を読むことによって明らかになり、この場合、同様の部分は全体にわたって同様の参照番号によって指定されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ロック位置にある先行技術による工具ホルダアセンブリの長手方向部分断面図である。
【図２】アンロック位置にある先行技術による工具ホルダアセンブリの長手方向部分断面図である。
【図３】図１に示した線３−３に沿ったロック位置にある先行技術の工具ホルダアセンブリの軸方向部分断面図である。
【図４】アンロック位置にある先行技術の工具ホルダアセンブリの軸方向部分断面図である。
【図５】本発明の実施形態による工具ホルダアセンブリの長手方向部分断面図である。
【図６】ロック位置にある図５に示した工具ホルダアセンブリの軸方向部分断面図である。
【図７】アンロック位置にある図５に示した工具ホルダアセンブリの軸方向部分断面図である。
【図８】図５に示した工具ホルダアセンブリのロックロッドの部分斜視図である。
【図９】本発明の実施形態によるロック位置にある工具ホルダアセンブリの軸方向部分断面図である。
【図１０】ロック要素を取り外した図９に示した工具ホルダアセンブリの軸方向部分断面図である。
【図１１】本発明の実施形態によるロック位置にある工具ホルダアセンブリの軸方向部分断面図である。
【図１２】本発明の実施形態によるロック位置にある工具ホルダアセンブリの軸方向部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に説明するために、使用される場合、空間的な向きの用語は、添付の図面または以下の詳細な説明に向きが示されているように、参照した実施形態に関係する。しかし、以下に説明する実施形態は、多くの代替的な変形例および実施形態を取り得ることを理解すべきである。同様に、添付の図面に示し、かつ本明細書に説明する特定の装置は、単に例示に過ぎず、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。
【００１１】
図１〜図４を参照すると、先行技術による工具ホルダ５０を解放可能に保持するための工具ホルダアセンブリ１０が示されている。工具ホルダアセンブリ１０の目的は、工具支持部材２０内の長手方向軸線１１に沿ってロックロッド４０を前後に移動させて、工具ホルダ５０を工具支持部材２０内に固定すること（図１と図３）あるいは工具ホルダ５０を工具支持部材２０から放出することである（図２と図４）。
【００１２】
工具支持部材２０は、前方対向面２４を有する本体２１を有し、この対向面は、本体２１の前方孔２２内に配置された工具ホルダ受容部材２３によって画定される。前方孔２２は、前方対向面２４と交差し、工具ホルダ５０の管状シャンク５６を受容するために長手方向軸線１１に沿って前方対向面２４から後方に延在する。図２と図４に示したように、工具ホルダ５０の管状シャンク５６は、孔２２内にまたそこから自由に移動することが可能である。
【００１３】
ロックロッド４０は、前部部分４１および後部部分４５を有する。ロックロッド４０は、長手方向軸線１１を中心とする回転が拘束されてもよい。ロックロッド４０は、工具ホルダ５０の管状シャンク５６を孔２２内で後方に図１と図３に示したロック位置に引き込むための、また工具ホルダ５０の管状シャンク５６を孔２２から図２と図４に示したアンロック位置に解放するための後方および前方の往復運動で工具支持部材２０内で移動可能である。
【００１４】
ロックロッド４０の後方端４５は、工具支持部材２０の本体２１に形成された後部通路２７内に配置され、半径方向外側に延在するフランジ４６を有し、一方、工具支持部材２０の本体２１は、半径方向内側に延在する内部肩部２５を有する。フランジ４６および内側肩部２５の対向面は、本体２１の後部通路２７内のロックロッド４０を中心に位置付けされた１組のばね２８を捕捉しかつ圧縮する。ばね２８は、図示したようなベルビルワッシャー（Ｂｅｌｌｖｉｌｌｅ  ｗａｓｈｅｒｓ）、または当業者に公知の他の圧縮ばねでもよい。
【００１５】
この工具ホルダアセンブリ１０の目的は、工具ホルダ５０を工具支持部材２０内に固定することである。工具ホルダ５０は、前方側面５１および後方側面５４を有する。工具ホルダ５０の後方側面５４は後方に面する当接面５５を有し、シャンク５６は管状であり、工具ホルダ５０の後方側面５４から後方に延在するシャンク壁５７を有する。管状シャンク５６は、シャンク壁５７を通して延在する位置合わせスロット５９を含んでもよい。円周方向に離間した少なくとも２つの穿孔５８が管状シャンクのシャンク壁５７内に形成され、シャンク壁５７の内面と外面との間に延在する。図示したように、円周方向に離間した穿孔５８は、長手方向軸線１１に対して半径方向に延在し、垂直に対向しているが、穿孔５８は、当業者に公知の任意の構造によれば、互いにかつ長手方向軸線１１に対して向けてもよいことを認識すべきである。
【００１６】
図１と図２に示したように、穿孔５８の各々の部分は、穿孔５８が切頭円錐形状を有するように、管状シャンク５６の壁部５７の内面から壁部５７の外面に、穿孔５８の中心に向かって内側方向に傾けてもよい。工具ホルダアセンブリ１０は、旋盤のような非回転のツーリング用に使用される工具ホルダに典型的である。そのため、工具ホルダ５０の前方側面５１は、工具ホルダ５０の切削インサート５３を受容して、クランプするために、工具受容機構５２を含む。例えば、工具受容機構５２は、切削インサート５３をクランプするためのポケットおよびクランプアームを含んでもよい。しかし、工具ホルダアセンブリ１０は、様々なクランプ機構の任意の１つを有してもよく、また非回転または回転用途と関連し得る様々な工具の任意の１つを工具ホルダアセンブリに取り付けてもよいことを認識すべきである。
【００１７】
さらに図１〜図４を参照すると、工具支持部材２０は、前方対向面２４および孔２２を有する。長手方向軸線１１に沿って工具支持部材２０を通して延在する孔２２内に、工具支持部材２０の孔２２内に延在するキャニスタ３０がある。長手方向通路３１はキャニスタ３０を通して延在し、ロックロッド４０は、キャニスタ３０の長手方向通路３１内に少なくとも部分的に配置される。
【００１８】
ロックロッド４０の前部部分４１は、工具支持部材２０の本体２１の内側肩部２５を通して中間通路２６を通して延在する。ロックロッド４０の前部部分４１は、キャニスタ３０の長手方向通路３１内に摺動可能に配置される。均等に離間した４つの凹部４３は、ロックロッド４０の前部部分４１に形成され、キャニスタ３０に形成された半径方向に延在する円周方向に離間した４つの開口３２と位置合わせすることが可能である。ロックロッド４０が右に移動されると、キャニスタ３０の開口３２およびロックロッド４０の凹部４３内に位置付けされた球形ボール３３の形態のロック要素３３が、凹部４３の前方のかつそれに隣接したロックロッド４０の前部部分４１に形成されたロッキングランプ４４によって半径方向外側に付勢される。図３と図４に示したように、キャニスタ３０の円周方向に離間した４つの開口３２内に４つのロック要素３３を、またロックロッド４０の前方端４１に４つの凹部４３を配置することが可能である。さらに、工具ホルダアセンブリ１０を通して工具ホルダ５０および切削インサート５３への冷却液の流れを可能にするために、冷却流路４７をロックロッド４０の前部部分４１内に設けてもよい。
【００１９】
図２と図４は、工具支持部材２０から取り外された工具ホルダ５０を示している。工具ホルダ５０を工具支持部材２０内に固定するために、ロックロッド４０は、ロック要素３６が凹部４３内にありかつキャニスタ３０の離間した開口３２内に置かれるように位置付けされなければならない。この向きで、ロック要素３３は、工具ホルダ５０のシャンク５６内の穿孔５８から離れ、したがって、工具ホルダ５０の管状シャンク５６を孔２２に挿入することが可能である。
【００２０】
図１に示したように、ロックロッド４０は、ロックロッド４０の後方端４５を中心に配置されたばね２８によってロック位置に向かって付勢される。工具ホルダ５０を工具支持部材２０の孔２２内に固定するために、ばね２８は、工具支持部材２０の本体２１の内側肩部２５とロックロッド４０の後方端４５のフランジ４６との間の圧縮状態から解放され、図１と図２に見られるようにロックロッド４０を左から右に移動させる。ロックロッド４０が左から右に移動するとき、ロッキングランプ４４は移動してロック要素３３と係合し、ロック要素は、ロックロッド４０がロック位置に向かって移動するときにロッキングランプ４４と共に動く傾向がある。ロック要素３３がロッキングランプ４４に沿って移動するとき、ロック要素は、図３と図４に示したように、キャニスタ３０の離間した開口３２を通して外側方向に突出する。ロック要素３３が、管状シャンク５６の穿孔５８内の前方対向接触面に対して確実に着座すると、ロック位置が達成される。ロック要素３３がロッキングランプ４４の上方に移動するとき、ランプ４４が、ロック要素３３に対して外側方向に方向付けられた力を及ぼし、半径方向に方向付けられたロック荷重を生じ、次に、この荷重が、穿孔５８の前方対向接触面を通してシャンク５６に加えられ、工具ホルダ５０を工具支持部材２０内に固定することを認識すべきである。
【００２１】
工具ホルダ５０を工具支持部材２０から解放するために、ロックロッド４０が工具ホルダ５０に向かって左に付勢される。このようにして、ロック要素３３は、適切な隙間が設けられるようにキャニスタ３０の離間した開口３２およびロックロッド４０の凹部４３内で後退し、図２と図４に示したように、工具ホルダ５０を工具支持部材２０から取り外すことが可能である。
【００２２】
上述のように、工具ホルダ５０が工具支持部材２０内でロックされると、管状シャンク５６の弾性変形がある可能性があり、これによって、工具ホルダ５０を工具支持部材２０内に維持する高い摩擦力を生成する。工具ホルダ５０を解放するために、ロックロッド４０は、ロックロッド４０の前方端面４２がキャニスタ３０および工具支持部材２０を越えて突出して、工具ホルダ５０の後方側面５４の衝撃面６０に接触し、これによって、工具ホルダ５０を工具支持部材２０から放出するように、工具支持部材２０の前方端を過ぎて延伸される。したがって、ロックロッド４０を移動させることによって、工具ホルダ５０を工具支持部材２０内に固定するかまたは解放することが可能であり、これによって、工具ホルダ５０の迅速な交換が可能になる。
【００２３】
ロックロッド４０を工具支持部材２０内で延伸および後退させるための機構は、説明のみのために記載されているに過ぎないことを認識すべきである。機構は、上述のシステムに適切であるような当業者に公知の任意のタイプでもよい。例えば、２００９年２月５日に出願された米国特許出願第１２／３６６，１３７号明細書、および米国特許第５，４１５，０６６号明細書、第４，７４７，７３５号明細書、第４，９３２，２９５号明細書、第５，８７０，９３５号明細書および第７，６１０，８３４号明細書に記載された機構の任意の１つであり、それらのすべては本出願の譲受人に譲渡され、かつそれらの各々は参考としてその全体が本出願に組み込まれている。
【００２４】
図５〜図８を参照すると、本発明の実施形態による工具ホルダを解放可能に保持するための工具ホルダアセンブリ１００が示されている。図５〜図８の同様の参照番号は、図１〜図４に示しかつ上に説明した同様の特徴を区別するために使用されることを認識すべきである。同様に、工具ホルダアセンブリ１００は、図１〜図４を参照して上述した同一の原理に従って動作し、上述の機構の任意の１つに利用可能であることを認識すべきである。
【００２５】
図５に示したように、工具ホルダアセンブリ１００は、工具ホルダ受容部材２３によって画定される前方対向面２４を有する工具支持部材２０と、前方対向面２４と交差する孔２２を有する本体２１とを含む。孔２２は、前方対向面２４から延在し、管状工具ホルダシャンク５６を受容するように適合される。キャニスタ３０は、工具支持部材２０の本体２１の孔２２内に配置される。キャニスタ３０は、長手方向通路３１と、円周方向に離間し、半径方向に延在する４つの開口３２とを含み、開口は長手方向通路３１からキャニスタ３０を通して延在する。
【００２６】
ロックロッド１１０の前部部分１１１は、キャニスタ３０の長手方向通路３１内に配置される。ロックロッド１１０は、管状工具ホルダシャンク５６を孔２２内で後方にロック位置（図６）に引き込むための、また管状工具ホルダシャンク５６を孔２２からアンロック位置（図７）に解放するための後方および前方の往復運動で工具支持部材２０内で移動可能である。少なくとも２つのロック要素１０１、例えば図５〜図７に示したような４つの球形ロッキングボール１０１は、キャニスタ３０の離間した開口３２内に配置され、またロックロッド４０の移動がロック要素１０１をキャニスタ３０から半径方向外側に延在させて、穿孔５８内の管状工具ホルダシャンク５６に係合するようにロックロッド４０に係合する。ロックロッド１１０の前部部分１１１は、上述のように、各々のロック要素１０１に対応する凹部１１２およびロッキングランプ１１３を含む。Ｏリングシール要素をロックロッド１１０に着座させるために使用可能な溝１１５は、ロックロッド１１０の前方端１１４に近接したロックロッド１１０の前部部分１１１にも形成される。
【００２７】
図５と図８を参照すると、凹部１１２、ロッキングランプ１１３および溝１１５は、ロックロッド１１０の前部部分１１１の外面１２１に形成される。ロックロッド１１０の前部部分１１１の外面１２１は、ロックロッド１１０の前部部分１１１の最大外径Ｄｍａｘを画定する。ロックロッドの前部部分１１１の最大外径Ｄｍａｘは、凹部１１２、ロッキングランプ１１３および溝１１５内にないロックロッド１１０の前部部分１１１の外面１２１の直径によって画定される。
【００２８】
ロックロッド１１０の前部部分１１１は、内側表面１１７を有する中空内部１１６を有する。内側表面１１７は、ロックロッド１１０の前部部分１１１の前方端１１４から後方に延在する逃げキャビティ（ｒｅｌｉｅｆ  ｃａｖｉｔｙ）１１８を画定する。上述のように、ロックロッドの前部部分１１１は、前方端１１４で画定された最大外径Ｄｍａｘを有する。図５に示したように、逃げキャビティ１１８は、ロックロッド１１０の前方端１１４で画定された最大直径ｄｍａｘを有する。ロックロッド１１０の前部部分１１１の最大外径Ｄｍａｘに対する逃げキャビティの最大直径ｄｍａｘの比率は、約１〜４よりも大きい。本発明の実施形態による一例では、ロックロッド１１０の前部部分１１１の最大外径Ｄｍａｘに対する逃げキャビティ１１８の最大直径ｄｍａｘの比率は、約３〜５である。
【００２９】
同様に、図５に示したように、逃げキャビティ１１８は、逃げキャビティ１１８の最大直径ｄｍａｘから最小直径ｄｍｉｎに、後方方向に内側方向に先細りするテーパ部１１９を有する。冷却流路１２０は、逃げキャビティ１１８の後方の中空内部１１６の内側表面１１７によって画定してもよい。図示したように、逃げキャビティ１１８のテーパ部１１９は、冷却流路１２０に向かって先細りし、冷却流路１２０の直径は逃げキャビティ１１８の最小直径ｄｍｉｎに等しい。本発明の実施形態による一例では、ロックロッド１１０の前部部分１１１の最大外径Ｄｍａｘに対する冷却流路１２０の直径ｄｍｉｎの比率は、約１〜４である。
【００３０】
図５〜図８を参照すると、図示しかつ説明したように、逃げキャビティ１１８をロックロッド１１０の前部部分１１１に設けることによって、ロックロッド１１０の前部部分１１１が均一な荷重をロッキングボール１０１の各々に加えるように、可撓性を高めるためのより薄い構造がロックロッド１１０に付与されることを認識すべきである。この理由は、ロックロッド１１０の前部部分１１１がロックロッド１１０と、ばねとほぼ同じロッキングボール１０１の各々との間の不釣り合いに大きな荷重の生成の際に逃げキャビティ１１８において反るからである。ロックロッド１１０の前部部分１１１の最大外径Ｄｍａｘに対する逃げキャビティ１１８の最大直径ｄｍａｘの比率は、ロックロッド１１０が反って均一な荷重をロッキングボール１０１に加えるように設定することが可能である。
【００３１】
図９と図１０を参照すると、本発明の他の実施形態による工具ホルダアセンブリが示されている。図９〜図１０の同様の参照番号は、図１〜図４に示しかつ上に説明した同様の特徴を区別するために使用されることを認識すべきである。同様に、工具ホルダアセンブリは、図１〜図４を参照して上述した同一の原理に従って動作し、上述の機構の任意の１つに利用可能であることを認識すべきである。
【００３２】
工具ホルダアセンブリは、長手方向通路と、円周方向に離間し、半径方向に延在する４つの開口３２とを有するキャニスタ３０を含み、開口は長手方向通路からキャニスタ３０を通して延在する。ロックロッド１５０は、キャニスタ３０の長手方向通路内に配置される。ロックロッド１５０は、管状工具ホルダシャンク５６をロック位置（図９）に後方に引き込むための、また管状工具ホルダシャンク５６をアンロック位置に解放するための後方および前方の往復運動で移動可能である。図９に示したような第１、第２、第３、および第４の球形ロッキングボール１５１、１５２、１５３、１５４は、キャニスタ３０の離間した開口３２内に配置され、またロックロッド１５０の移動がロッキングボール１５１、１５２、１５３、１５４をキャニスタ３０から半径方向外側に延在させて、穿孔５８内の管状工具ホルダシャンク５６に係合するようにロックロッド１５０に係合する。ロックロッド１１０は、各々のロッキングボール１５１、１５２、１５３、１５４に対応する４つの凹部および４つのそれぞれのロッキングランプ１５５を含む。ロッキングランプ１５５は、それぞれの凹部の前方に位置決めされる。
【００３３】
ロッキングボール１５１、１５２、１５３、１５４が取り外された状態のロッキングランプ１５５を示している図１０に示したように、長手方向軸線に沿って見たとき、各々のロッキングランプ１５５は、１つの長手方向側面に沿って上方に湾曲した壁部１５６と、他の長手方向側面に沿って平坦レッジ（ｆｌａｔ  ｌｅｄｇｅ）１５７とを有する。図９に示したように、ロッキングボール１５１、１５２、１５３、１５４は、ロッキングボール１５１、１５２、１５３、１５４がキャニスタ３０から半径方向外側に延在するとき、それぞれのロッキングランプ１５５の上方に湾曲した壁部１５６に係合し、一方、平坦レッジ１５７は、それぞれのロッキングボール１５１、１５２、１５３、１５４の中心を通して延在するロックロッド１５０の半径に対し直角に延在する。各々のロッキングランプ１５５の１つの側面を取り外すことによって、ロッキングボール１５１、１５２、１５３、１５４は、キャニスタ３０の半径方向開口３２から延在するときに上方に湾曲した壁部１５６に当接して、一方向にのみ集中する傾向を有する。したがって、ロッキングボール１５１、１５２、１５３、１５４によってロッキングランプ１５５を介してロックロッド１５０に加えられるそれぞれの力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４は、ロックロッド１５０の中心から方向付けられかつ均等にされ、したがって、ロック位置の管状工具ホルダシャンク５６の不均一な荷重および非集中の位置付けを防止する。ロックロッド１５０は、図５〜図８を参照して上述したように、さらに逃げキャビティを含んでもよい。４つのロッキングボール１５１、１５２、１５３、１５４を含むように示しているが、本実施形態による工具ホルダアセンブリに、異なる偶数の数、例えば６つのロッキングボールを設けてもよいことを認識すべきである。
【００３４】
図１１を参照すると、本発明の他の実施形態による工具ホルダアセンブリが示されている。工具ホルダアセンブリは、図１〜図４を参照して上述した同一の原理に従って動作し、上述の機構の任意の１つに利用可能であることを認識すべきである。
【００３５】
工具ホルダアセンブリは、長手方向通路と、円周方向に離間し、半径方向に延在する４つの開口２１２とを有するキャニスタ２１１を含み、開口は長手方向通路からキャニスタ２１１を通して延在する。ロックロッド２００は、キャニスタ２１１の長手方向通路内に配置される。ロックロッド２００は、管状工具ホルダシャンク２０９をロック位置（図１１）に後方に引き込むための、また管状工具ホルダシャンク２０９をアンロック位置に解放するための後方および前方の往復運動で移動可能である。図１１に示したような第１、第２、第３、および第４の球形ロッキングボール２０１、２０２、２０３、２０４は、キャニスタ２１１の離間した開口２１２内に配置され、またロックロッド２００の移動がロッキングボール２０１、２０２、２０３、２０４をキャニスタ２１１から半径方向外側に延在させて、穿孔２１０内の管状工具ホルダシャンク２０９に係合するようにロックロッド２００に係合する。ロックロッド２００は、各々のロッキングボール２０１、２０２、２０３、２０４に対応する４つの凹部および４つのそれぞれのロッキングランプ２０５、２０６、２０７、２０８を含む。ロッキングランプ２０５、２０６、２０７、２０８は、それぞれの凹部の前方に位置決めされる。ロックロッド２００は、図５〜図８を参照して上述したように、さらに逃げキャビティ２１３を含んでもよい。４つのロッキングボール２０１、２０２、２０３、２０４を含むように示しているが、本実施形態による工具ホルダアセンブリに、異なる数のロッキングボールを設けてもよいことを認識すべきである。
【００３６】
図１１に示したように、４つのロッキングランプ２０５、２０６、２０７、２０８、キャニスタ２１１の半径方向開口２１２、および管状工具ホルダシャンク２０９の半径方向穿孔２１０は、円周方向に不均一に離間している。特に、ロッキングランプ２０５、２０６、２０７、２０８は、ロックロッド２００の外径の周囲に不均等に離間している。第４のロッキングランプ２０８およびロッキングボール２０４は、隣接する第３のロッキングランプ２０７およびロッキングボール２０３から円周方向に第１の角度Ａ１だけ、また隣接する第１のロッキングランプ２０５およびロッキングランプ２０１から第２の角度Ａ２だけ離間している。本発明の実施形態による一例では、第１の角度Ａ１は約８０°であり、第２の角度Ａ２は約１００°である。第１のロッキングランプ２０５と第１のロッキングボール２０１と第３のロッキングランプ２０７と第３のロッキングボール２０３は、第２のロッキングランプ２０６および第２のロッキングボール２０２からもそれぞれ角度Ａ１とＡ２だけ離間していることを認識すべきである。したがって、第４のロッキングランプ２０４およびロッキングボール２０８は、第２のロッキングランプ２０６およびロッキングボール２０２から約１８０°だけ離間している。角度Ａ１とＡ２が等しくない限り、それらを変更してもよいことを認識すべきである。ロッキングランプ２０５、２０６、２０７、２０８、半径方向開口２１２、および半径方向穿孔２１０の間に不均一な間隔を設けることによって、工具ホルダは、１８０°離れた２つのみの位置の工具支持部材にのみ取り付けかつロックすることができる。
【００３７】
図１２を参照すると、本発明の他の実施形態による工具ホルダアセンブリが示されている。工具ホルダアセンブリは、図１〜図４を参照して上述した同一の原理に従って動作し、上述の機構の任意の１つに利用可能であることを認識すべきである。
【００３８】
工具ホルダアセンブリは、長手方向通路と、円周方向に離間し、半径方向に延在する奇数の開口３０６とを有するキャニスタ３０５を含み、開口は長手方向通路からキャニスタ３０５を通して延在する。ロックロッド３００は、キャニスタ３０５の長手方向通路内に配置される。ロックロッド３００は、管状工具ホルダシャンク３０３をロック位置（図１２）に後方に引き込むための、また管状工具ホルダシャンク３０３をアンロック位置に解放するための後方および前方の往復運動で移動可能である。奇数のロック要素３０１、例えば、図１２に示したようなロッキングボール３０１は、キャニスタ３０５の離間した開口３０６内に配置され、またロックロッド３００の移動がロッキングボール３０１をキャニスタ３０５から半径方向外側に延在させて、穿孔３０４内の管状工具ホルダシャンク３０３に係合するようにロックロッド３００に係合する。ロックロッド３００は、各々のロッキングボール３０１に対応する奇数の凹部３０２を含む。ロックロッド３００は、図５〜図８を参照して上述したように、さらに逃げキャビティ３０７を含んでもよい。
【００３９】
図示したように、奇数のロック要素３０１は、５つのロッキングボール３０１を備える。本実施形態による工具ホルダアセンブリに、異なる数の奇数、例えば３つのロック要素３０１を設けてもよいことを認識すべきである。奇数のロック要素３０１を供給することにより、工具ホルダアセンブリのエラー防止が提供されるが、この理由は、工具ホルダが９０°の間隔で位置付けされることができないが、その代わりに、工具支持部材の本体の形状と位置合わせすると思われる１つのみの位置を有する一方で、他の位置ではすべて傾斜しているように見えるからである。さらに、図１２に示した実施形態に従って、対称の位置決め特徴部が工具ホルダアセンブリに設けられた場合、１つのみのロック位置が可能であろう。このような特徴部は、絶対的なエラー防止を必要とする高速用途に有用であろう。
【００４０】
本発明の他の実施形態によれば、前述の実施形態の任意の１つに従って説明したロック要素（ロッキングボール）３３、１０１、１５１−１５４、２０１−２０４、３０１の任意のものは、非金属材料、例えばセラミックまたは同様の材料から製造することが可能である。一実施形態によれば、非金属材料は窒化ケイ素を含む。非金属ロッキングボールは、非金属ロッキングボールが金属ボールよりもはるかに軽く、したがって、クランプ機構内のあり得る位置差のため回転用途に不均衡を引き起こすことが少ないという点で、典型的な金属ロッキングボールに対していくつかの利点を提供することが可能である。非金属ロッキングボールはまた、高硬度のため鋼製構成要素との非金属ロッキングボールの相互作用においてより優れた摩擦特性を提供することが可能であり、より効率的な機構をもたらす。
【００４１】
前述の詳細な説明で工具ホルダアセンブリのいくつかの実施形態について記載したが、当業者は、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、これらの実施形態に対して修正および変更を行うことが可能である。したがって、前述の説明は制限的であるよりむしろ例示的であるように意図される。上述の本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と同等の意味および範囲内に含まれる本発明のすべての変更は、特許請求の範囲内に包含される。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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