(57)【要約】【課題】工作機械に装着する工具ホルダにドリル等の工具を焼嵌め式に取り付けるに際し、焼嵌めの際の伝熱効率を向上させると共に、焼嵌め操作を容易にすること。【解決手段】嵌合用凹部を有する凹軸を熱膨張させた状態で、前記嵌合用凹部に凸軸を挿入して冷却することにより両軸を接続する焼嵌め式接続装置であって、前記凹軸の嵌合用凹部の外周部に電気発熱体の層を設けた。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
嵌合用凹部を有する凹軸を熱膨張させた状態で、前記嵌合用凹部に凸軸を挿入して冷却することにより両軸を接続する焼嵌め式接続装置であって、前記凹軸の嵌合用凹部の外周部に電気発熱体の層を設けたことを特徴とする焼嵌め式接続装置。
【請求項２】
前記電気発熱体は、線状発熱体からなる請求項１に記載の焼嵌め式接続装置。
【請求項３】
前記電気発熱体は、面状発熱体からなる請求項１に記載の焼嵌め式接続装置。
【請求項４】
前記電気発熱体は、前記凹軸の材料よりも熱膨張率の高い高熱膨張材料からなる請求項１に記載の焼嵌め式接続装置。
【請求項５】
嵌合用凹部と電気発熱体の層との間に絶縁層を設けてなる請求項１〜４の何れかに記載の焼嵌め式接続装置。
【請求項６】
前記電気発熱体は、嵌合用凹部を電磁誘導作用により加熱させる加熱体である請求項１に記載の焼嵌め式接続装置。
【請求項７】
凹軸の外周面に電気発熱体へ接続される電気接点を設けてなる請求項１〜６の何れかに記載の焼嵌め式接続装置。
【請求項８】
凹軸の外周面に直接に嵌合して前記電気接点に接続可能な電源用ソケットを有してなる請求項１〜７の何れかに記載の焼嵌め式接続装置。
【請求項９】
前記凸軸が切削工具であり、前記凹軸が工具ホルダである請求項１〜８の何れかに記載の焼嵌め式接続装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械に装着するホルダに工具を焼嵌め式に取り付ける工具ホルダ等の接続装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばマシニングセンタ等の工作機械の主軸に取り付けられる切削工具として、工具ホルダにドリル等の工具を固定したものが使用されている。この種の切削工具におけるホルダへの工具取り付け方式としては、種々の方式が実用されているが、最近、焼嵌め方式が注目されるようになった。
【０００３】
焼嵌め方式は、周知の通り、嵌合用の凹部を有する凹軸（例えば工具ホルダ）を加熱膨張させた状態で凸軸（例えば工具のシャンク部）を挿入し、凹軸を冷却して収縮させることにより両者を結合する方式である。この焼嵌め方式としては、熱風装置で熱風を凹軸に直接に吹き付けて凹軸を加熱する方法や、高周波装置によって高周波の流れるコイルの中に凹軸を嵌合し、このコイルの電磁誘導作用によって被加熱体である凹軸を加熱する方法等が採用されていた。
【０００４】
しかし、熱風装置によって熱風を凹軸に吹き付ける方式では、熱風吹き付け途上で熱が拡散されるため効率が非常に悪く、また高周波装置による加熱方式は熱風方式よりも効率は良いが、円筒状のコイルの円筒内に凹軸を嵌合して使用するため、凹軸の外径が変わるたびに、それに合ったコイルと交換する必要があり、設置費用が高くなると共に、段取り操作も面倒になるという難点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の課題を解消し、焼嵌めの際の伝熱効率を向上させると共に、焼嵌め操作を容易にすることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明の焼嵌め式接続装置は、嵌合用凹部を有する凹軸を熱膨張させた状態で、前記嵌合用凹部に凸軸を挿入して冷却することにより両軸を接続する焼嵌め式接続装置であって、前記凹軸の嵌合用凹部の外周部に電気発熱体の層を設けたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る焼嵌め式接続装置は、前記電気発熱体は、線状発熱体からなる請求項１に記載の構成からなるものである。
【０００８】
請求項３に係る焼嵌め式接続装置は、前記電気発熱体は、面状発熱体からなる請求項１に記載の構成からなるものである。
【０００９】
請求項４に係る焼嵌め式接続装置は、前記電気発熱体は、前記凹軸の材料よりも熱膨張率の高い高熱膨張材料からなる請求項１に記載の構成からなるものである。
【００１０】
請求項５に係る焼嵌め式接続装置は、嵌合用凹部と電気発熱体の層との間に絶縁層を設けてなる請求項１〜４の何れかに記載の構成からなるものである。
【００１１】
請求項６に係る焼嵌め式接続装置は、前記電気発熱体は、嵌合用凹部を電磁誘導加熱により加熱させる加熱体である請求項１に記載の構成からなるものである。
【００１２】
請求項７に係る焼嵌め式接続装置は、凹軸の外周面に電気発熱体へ接続される電気接点を設けてなる請求項１〜６の何れかに記載の構成からなるものである。
【００１３】
請求項８に係る焼嵌め式接続装置は、凹軸の外周面に直接に嵌合して前記電気接点に接続可能な電源用ソケットを有してなる請求項１〜７の何れかに記載の構成からなるものである。
【００１４】
請求項９に係る焼嵌め式接続装置は、前記凸軸が切削工具であり、前記凹軸が工具ホルダである請求項１〜８の何れかに記載の構成からなるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の接続装置として、工具ホルダを例にとって具体的に説明する。図１は本発明の一実施形態を表すもので、この工具ホルダ（接続装置）１は、ドリル等の切削工具を保持する工具ホルダであり、テーパ状シャンク部２と、マニュピュレータ把持部３と、チャック部４とで構成される。そして、このチャック部４で工具を保持し、シャンク部２を工作機械の主軸に挿入固定して使用される。チャック部４は工具のシャンク部（凸軸）が焼嵌めされる凹軸となっている。
【００１６】
この工具ホルダ１の本体１ａは構造用鋼、合金鋼等の鋼材で作られるもので、チャック部４は、端部が開口する中空部４ａを有する凹軸として形成されている。この実施形態にあっては、チャック部４のチャック部本体４ｂが外周段部４ｃを介して小径の円筒状に形成され、その小径円筒状部４ｄの外周面に、電気発熱体５であるニクロム線やニッケルクロム合金製の金属箔を印刷配線したもの等からなる線状の電気発熱体５ａを巻き付け、これに同じく構造用鋼、合金鋼等の鋼材からなる外筒６が外嵌されて、その基部が溶接７で工具ホルダ本体１ａに固着され、チャック部４に形成されている。
【００１７】
尤も図示しないが、チャック部４を肉厚のチャック本体によって形成し、チャック本体にその肉厚に沿って円筒状の空間を形成し、これに前述の線状電気発熱体５ａを嵌合するようにしてもよい。そして、上記線状電気発熱体５ａの軸方向の長さは、図示例では中空部４ａの長さ以上になっているが、チャック部４が熱膨張できれば、これより短く形成されてもよい。
【００１８】
また、外筒６の基部側の端部にはリング状の溝が切られて、その溝に電極部材８が設けられる。この電極部材８の内側の径方向に設けた棒状の電極８ａによって線状電気発熱体５ａの基端部に電気的に接続されている。また、線状電気発熱体５ａの先端側の端部はチャック部４の先端部に露出して、他方の電極８ｂとなっている。この実施形態では、工具ホルダ１に焼嵌めで工具を取り付けるとき、電極部材８と電極８ａ，８ｂとの間に配線Ｓによって電源Ｐに着脱自在に繋がれ、通電して電気発熱体５である線状電気発熱体５ａをジュール熱によって発熱させ、その熱でチャック部４を熱膨張させる。そして、加熱膨張させたチャック部４に工具のシャンク部を挿入し、その後電源を切ってチャック部４を冷却して収縮させることによって両者は強固に結合される。
【００１９】
図２は、電気発熱体５として、面状電気発熱体５ｂを採用してなるもので、この面状電気発熱体５ｂは、その一例としては、極細の導電線（銅線）を複数織り込んだ布に特殊カーボン導電塗料を含浸塗布し、これに耐熱性の軟質塩化ビニールシートで両面を熱融着絶縁したものからなり、これをチャック部４のチャック部本体４ｂが外周段部４ｃを介して形成された小径円筒状部４ｄの外周面に巻き付け、これに同じく構造用鋼、合金鋼等の鋼材からなる外筒６が外嵌されて、その基部が溶接７で工具ホルダ本体１ａに固着され、チャック部４に形成されてなるものである。なお、外筒６の先端部は内側に突出した鍔６ａを有し、そのため、面状電気発熱体５ｂの先端側の電極部材９は外筒６の外周側に設けられ、その内側に径方向に設けられた棒状の電極９ａを介して電極部材９は面状電気発熱体５ｂに電気的に繋がれる。そして両電極部材８，９は配線Ｓによって電源Ｐに着脱自在に繋がれる。
【００２０】
図３は、更に本発明の他の実施形態の工具ホルダ１を示すもので、構造鋼、合金鋼等の鋼材で作られたホルダ本体１ａと一体のチャック部４は、端部が開口する中空部４ａを有する凹軸として形成され、その中空部４ａの内周面４ｅよりも僅かに外周寄りの肉厚部分に円筒状の空間１０が形成され、この円筒状の空間１０には、工具ホルダ１の本体１ａを構成する鋼材料よりも熱膨張率の高い高熱膨張率材料、例えばステンレス鋼で製作された円筒１１が圧入されている。この高熱膨張率材料である円筒１１が電気抵抗の大きな電気発熱体材料となっている。
このため、中空部４ａの外周部に環状の高熱膨張率材料である電気発熱体材料の層１１が形成された状態となっている。なお、電気発熱体材料である高熱膨張率材料の他の例としては、錫、鉛、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、銀、金、銅、ニッケル、クロム（例えば、ニッケル、クロムの合金は大きな電気発熱体材料の一種であるステンレス鋼を形成する。）等がある。これら電気発熱体材料のうち、鋼よりも融点の低い材料の場合は、あらかじめ円筒状に成形して圧入する代りに、溶融させた溶湯を嵌合空間１０に流し込むことによって電気発熱体材料層１１を形成することも可能である。
【００２１】
そして、電気発熱体材料層である円筒１１とチャック部４との間には、例えば金属熱膨張率と同等のセラミックであるジルコニアや、収縮可能なセラミックファイバー、耐高温絶縁体のエポキシ、フェノール、ポリイミドなどのエンジニアリングプラスチックなどの絶縁材料１２が介装されている。また、円筒１１の基部側の端部にはリング状の溝が切られて、その溝に前述のように電極部材８が設けられる。この電極部材８の内側は、棒状の電極８ａによって円筒１１と電気的に接続されている。また、円筒１１の先端側の端部はチャック部４の先端部に露出して、他方の電極８ｂとなっている。この実施形態では、工具ホルダ１に焼嵌めで工具を取り付けるとき、電極部材８と電極８ａ，８ｂとの間に配線Ｓによって電源Ｐに着脱自在に繋がれ、通電して電気発熱体である円筒１１を発熱させ、その熱でチャック部４を熱膨張させることができるようになっている。そして、加熱膨張させたチャック部４に工具のシャンク部を挿入し、その後電源を切ってチャック部４を冷却して収縮させることによって両者は強固に結合される。
【００２２】
図４は、さらに異なる実施形態を表すもので、この実施形態では、ホルダ本体１ａと一体のチャック部本体４ｃは若干肉薄な小径の円筒状に形成され、その小径円筒状部４ｄの外周側に外筒１３を設ける。この外筒１３は、その内周段部１３ａによって内周面１３ｂが外周側に拡径した空隙部１３ｃがチャック部本体４ｃの先端部１３ｄを除く略全域にわたる長さに設けられ、この空隙部１３ｃに電磁コイル１４を巻き付けた状態で、外筒１３を小径円筒状部４ｄに嵌合し、その基部をチャック本体１ａに溶接７によって固着される。
【００２３】
そして、電磁コイル１４の両端部に電気的に接続した電極部材８，９に配線Ｓを介して高周波電源Ｐに着脱自在に繋がれ、加熱体である電磁コイル１４に流れる電磁誘導作用によって、空隙部１３ｃを介して対向する小径円筒状部４ｄにうず電流が発生して、被加熱物である該小径円筒状部４ｄを加熱して、その熱で嵌合用凹部であるチャック部４を熱膨張させる。そして、加熱膨張されたチャック部４に工具のシャンク部を挿入し、その後電源を切ってチャック部４を冷却して収縮させることによって両者は強固に結合される。
【００２４】
図５は、上記各実施形態におけるチャック部４の電極部材８，９に着脱自在に電源Ｐを繋ぐための電源ソケット１５を示す。チャック部４の外径に略合致した嵌合部１５ａを有し、その嵌合部内周面から露出するようにして、電極部材８，９に接触する位置に電源端子１６，１７をバネ１８，１９によって付勢されるようにして内蔵し、その内部配線２０，２１によって外部の電源Ｐに配線Ｍを介して繋がれるようになっている。この例では電源ソケット１５はチャック部４の全周を覆っているが、円周の一部のみを覆うだけでも良く、この場合には数種類の外径のチャック部４に対応することができる。
【００２５】
このようにチャック部４の電極部材８，９に電源Ｐを繋ぐ場合に、単に電源ソケット１５をチャック部４に嵌合するだけでよいから、その加熱作業が非常に簡単である。
【００２６】
この工具ホルダ１は、焼嵌め式にドリル等の工具を保持するもので、チャック部４に直接に設けられた通電手段（電極部材８，９）によって電気発熱体からなる層を加熱してチャック部を熱膨張させ、その中空部に工具のシャンクを挿入し、直後に電源を切って冷却することにより該工具をしっかりと保持する。この電気発熱体の加熱によってチャック部が熱膨張し、チャック部に開方向の力を加えることになり、比較的低温でもチャック部を大きく開くことができるのである。
このように、大きな熱膨張を得ることができるので、冷却したときの収縮も大きく、工具をしっかりと保持できるのである。なお、以上の説明では、工具を焼嵌めで保持する工具ホルダを例にとって説明したが、凹軸と凸軸とを焼嵌めして接続する種々の接続装置に利用できることは明らかである。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にかかる接続装置は、凹軸と凸軸とを焼嵌め式に接続するもので、凹軸に電気発熱体の層とこれに対する通電手段である電極が直接に設けられるため、該電極からの電気発熱体層に対する通電によってチャック部を熱膨張させて工具を焼嵌め保持させることができ、工具ホルダに対する工具の焼嵌め保持作業を迅速容易に行うことができる。
【００２８】
そして、この際に電気発熱体を、ニクロム線等の線状発熱体、或いは面状発熱体から形成することによって、熱効率の良い電気発熱体とすることができる。
【００２９】
また、前記電気発熱体を、前記凹軸の材料よりも熱膨張率の高い高熱膨張材料よて形成することによって、焼嵌めのための加熱時に、当該高熱膨張率層の作用によって凹部を大きく開くことができる。このため、凸軸の挿入が容易であるのみならず、冷却時における収縮も大きいので、凸軸を強固に保持できるのである。
【００３０】
なお、前記電気発熱体は、嵌合用凹部を電磁誘導作用により加熱させる加熱体であることによって、より効率的に焼嵌めすることができる。
【００３１】
凹軸の外周面に電気発熱体へ接続される電気接点を設け、凹軸の外周面に直接に嵌合して前記電気接点に接続可能な電源用ソケットを有してなることによって、チャック部に対する焼嵌め作業を簡単容易に行うことができる。
【００３２】
そして、前記凸軸が切削工具であり、前記凹軸が工具ホルダである場合に、本発明を有効に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の一部断面側面図である。
【図２】同他の実施形態の一部断面側面図である。
【図３】さらに異なる実施形態を表す一部断面側面図である。
【図４】さらに異なる実施形態を表す一部断面側面図である。
【図５】本発明の焼嵌め操作の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１　　　　工具ホルダ
１ａ　　　ホルダ本体
２　　　　テーパ状シャンク部
３　　　　マニュピュレータ把持部
４　　　　チャック部（嵌合用凹部）
５　　　　電気発熱体
５ａ　　　線状電気発熱体
５ｂ　　　面状電気発熱体
８　　　　電極部材
９　　　　電極部材
１１　　　電気発熱体（円筒）
１２　　　絶縁材料
１４　　　電磁コイル（加熱体）
１５　　　電源ソケット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004042182.tif 000006
【図５】
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