(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸線（３）の周りに回転されるように適合された回転ツールのためのツールホルダであって、ツールホルダは、
環状に閉じた端部スリーブ（７）として設けられる終端側シャンク部及び端部スリーブ（７）中に回転軸線（３）に同心の回転ツールの保持シャンク（１１）を収容するための収容開口部（９）を有するクランプシャンク（１）を備え、
ここで、前記収容開口（９）は、本質的に円形の断面を有し、その周辺表面で、前記環状に閉じた端部スリーブ（７）中に圧力ばめで保持シャンク（１１）を固定するためのクランプ面が備えられ、
ここで、前記端部スリーブ（７）は、環状の外側円周ケーシング及びその円周方向に分配された引張りスポーク（１３）を有し、
ここで、前記環状の外側円周ケーシングは、引張りスポーク（１３）の間の円周空間を繋ぐブリッジ部材（１９）を備え、
ここで、前記ブリッジ部材（１９）は、引張りスポーク（１３）に着設され且つそれらの着設点の間で測定される弦の長さを増加させるように適合され、引張りスポーク（１３）が、クランプ面を互いに半径方向に広げるために、概ね半径方向の外側に向けられた引張り力を受けるようにし、
そして、ここで、前記ブリッジ部材（１９）は、保持シャンク（１１）が解放されて半径方向に収容開口（９）をある程度まで広げるために熱的に加熱される際に引張りスポーク（１３ｈ）を半径方向外側に引っ張るように構成された引張りリング（２０ｈ）の一部であることを特徴とするツールホルダ。
【請求項２】
請求項１に記載のツールホルダにおいて、該ツールホルダに対して加熱装置（４９ｈ）が設けられ、前記引張りリング部（２０ｈ）は、前記引張りスポーク（１３ｈ）に引張り負荷をかけるために、前記加熱装置（４９ｈ）によって、熱的に半径方向に膨張可能とされていることを特徴とするツールホルダ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のツールホルダにおいて、ここで、前記複数の引張りスポーク（１３ｈ）の少なくとも一部の間の円周方向に配置される前記引張りリング部（２０ｈ）の部分は、前記クランプシャンクの終端側シャンク部（７ｈ）の半径方向内側の領域から断熱室（１７ｈ）によって熱的に分離されていることを特徴とするツールホルダ。
【請求項４】
回転軸線（３）の周りに回転されるように適合された回転ツールのためのツールホルダであって、ツールホルダは、
環状に閉じた端部スリーブ（７）として設けられる終端側シャンク部及び端部スリーブ（７）中に回転軸線（３）に同心の回転ツールの保持シャンク（１１）を収容するための収容開口部（９）を有するクランプシャンク（１）を備え、
ここで、前記収容開口（９）は、本質的に円形の断面を有し、その周辺表面で、前記環状に閉じた端部スリーブ（７）中に圧力ばめで保持シャンク（１１）を固定するためのクランプ面が備えられ、
ここで、前記端部スリーブ（７）は、環状の外側円周ケーシング及びその円周方向に分配された引張りスポーク（１３）を有し、
ここで、前記環状の外側円周ケーシングは、引張りスポーク（１３）の間の円周空間を繋ぐブリッジ部材（１９）を備え、
ここで、前記ブリッジ部材（１９）は、引張りスポーク（１３）に着設され且つそれらの着設点の間で測定される弦の長さを増加させるように適合され、引張りスポーク（１３）は、クランプ面を互いに半径方向に広げるために、概ね半径方向の外側に向けられた引張り力を受けるようにし、
そして、ここで、終端側シャンク部は、圧力室機構（４３）を含み、その圧力室機構（４３）は、ブリッジ部材（１９）により少なくとも部分的に境界付けられ、保持シャンク（１１）が解放されて、圧力室機構（４３ｅ）が圧力媒体供給部（４５ｅ）に接続される際に、半径方向に収容開口（９）を引張りスポークを通じてある程度まで広げるためにブリッジ部材（１９）の弦の長さを長くするように構成されていることを特徴とするツールホルダ。
【請求項５】
請求項４に記載のツールホルダにおいて、前記ブリッジ部材（１９）の少なくとも一部は、前記回転軸線（３）の方に向かって凹形に湾曲した膜部（１９）として形成され、この膜部が略半径方向の押圧負荷によって平坦に近づけられるように設けられていることを特徴とするツールホルダ。
【請求項６】
請求項５に記載のツールホルダにおいて、前記膜部（１９ｂ）の湾曲は、前記膜部（１９）の前記引張りスポーク（１３）との着設部位を通って前記回転軸線に同心の円弧の湾曲よりも小さいことを特徴とするツールホルダ。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のツールホルダにおいて、前記膜部（１９）は、前記引張りスポーク（１３）と一体に接合されていることを特徴とするツールホルダ。
【請求項８】
請求項５または請求項６に記載のツールホルダにおいて、前記膜部（１９）は、別体の挿入部材として形成され、前記クランプシャンクの終端側シャンク部（７）の収容チャンバ（１７）内につなぎとめられるようにして保持されていることを特徴とするツールホルダ。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のツールホルダにおいて、円周方向に配設されるようにして三つ、四つ、又は五つの引張りスポーク（１３）が設けられていることを特徴とするツールホルダ。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のツールホルダにおいて、前記クランプ面を形成する前記クランプシャンクの半径方向内周部（１５）は、互いに分離された複数の円周セグメント（３５）に分割され、これらのセグメントのそれぞれは、少なくとも一つの引張りスポーク（１３ａ）と各々接合されていることを特徴とするツールホルダ。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のツールホルダにおいて、
前記クランプシャンク（１）の終端側シャンク部（７）は、環状に閉じた、それも特に一体の端部スリーブ（７）から形成され、この端部スリーブの内周側面がクランプ面を形成し、さらに、前記端部スリーブ（７）内には、前記引張りスポーク（１３）を形成するように、少なくとも略軸線方向に延びかつ特に前記端部スリーブ（７）の外周側面に対して半径方向に閉じられた複数の切除部（１７）が、円周方向に分配されるようにして加工形成されていることを特徴とするツールホルダ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のツールホルダにおいて、前記端部スリーブ（７）は、クランプシャンク（１）の基体（２７）とは別体に作られ、この基体に固定されるように接続されていることを特徴とするツールホルダ。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２に記載のツールホルダにおいて、前記収容開口部（９）は、前記引張りスポーク（１３）が無負荷の状態にあるときに概ね円形の断面形状を有していることを特徴とするツールホルダ。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３に記載のツールホルダにおいて、前記ブリッジ部材（１９）は、遠心力作用おもりとして形成され、この遠心力作用おもりによって、前記クランプシャンクが前記回転軸線（３）周りに回転する際に、遠心力の作用の下で、前記引張りスポーク（１３）の遠心傾向を打ち消す方向に作用する概ね半径方向内側に向けられた押圧力が前記引張りスポーク（１３）に及ぼされるように構成されていることを特徴とするツールホルダ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のツールホルダにおいて、前記遠心力作用おもり（１９）は、前記クランプシャンク（１）が前記回転軸線（３）の周りを回転する際に、遠心力の作用の下で、前記工具の前記保持シャンク（１１）を一層強固に圧力ばめの状態にする押圧力を前記引張りスポーク（１３）に及ぼすように設けられていることを特徴とするツールホルダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸線周りに回転することができる工具、特に、穴あけ、フライス削り、リーマ仕上げ用の工具のためのツールホルダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばドリル、ミーリングカッタ等の回転する高精度工具においては、工具の切削エッジにおける不均一な切削を防止するために、高い偏心精度が必要である。上記の工具を正確な偏心精度で取り付けることに関しては、Schunk GmbH & Co. KG社から「Tribos」の名前で販売されているツールホルダが知られている。このツールホルダは、環状に閉じられたクランプシャンク（Spannschaft）の端部スリーブ（Endhuelse）内に、工具の保持シャンク（Halteschaft）を受け入れ収容するための、回転軸線に対して同心の収容開口部を備えている。この収容開口部は、多角形の断面形状を持ち、端部スリーブの周囲側面の多角形面に、保持シャンクの圧力ばめ用のクランプ面を有している。工具を着脱するために、半径方向内側に向けられた押圧力が、多角形の角の部分において端部スリーブ上に加えられ、これによって、収容開口部の断面は、圧力ばめを解消するような円形に変えられる。このとき、収容開口部の断面積の拡張は概ね起こらない。むしろ、基本的には断面形状の変形だけが見られる。工具の保持シャンクは、この状態で簡単に取り付けないし取り外しができる。端部スリーブが押圧力から解放されると、収容開口部は、再び自らの多角形の断面形状へと戻る。
【０００３】
このシャンク構成（Shunk-Loesung）は、例えばFritz Schunk GmbH & Co. KG社のカタログ「Tribos-Kraftschrumpftechnik（Tribos-Power-Shrinking）」（カタログ番号No.9901074-7,5M-9/98）にその動作の仕方が述べられているが、収容開口部の多角形の断面形状が形成されることに結びついたものである。斯かる構成は、工具をツールホルダにクランプするのに要するクランプ力が過度に大きく要求されない限りどうにか我慢できるものである。このようなシャンク構成の場合には、結局、多角形面の部分でしか工具が締付けられない。端部スリーブの内周側面は、多角形の角の部分においては、工具の保持シャンクから半径方向の隔たりを有しているため、この部分では締付け力が伝わらない。ところが、場合によっては、例えば切り込み深さを大きくしたり、あるいは切削力を大きくして被削剤を加工する必要があるときには、特に大きな締付け力ないしクランプ力を伝達させることができるように保持シャンクの全周で工具がクランプされることが望ましいことがある。このようなときには、今述べてきたようなシャンクツールホルダは、動作原理からして適切なものではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、広い範囲に使用される回転工具、特に、ドリル、フライス、リーマのためのツールホルダを提供することを技術的な課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明は、回転軸線周りに回転可能な工具、特に、ドリル、フライス、リーマのためのツールホルダであって、クランプシャンクを備え、このクランプシャンクは、終端側のシャンク部分に、回転軸線に対して同心とされた、工具の保持シャンクを収容するための収容開口部を備え、この収容開口部の周囲面に、工具の保持シャンクを圧入するためのクランプ面が設けられているツールホルダに基づくものである。
【０００６】
本発明によれば、上記クランプシャンクの終端側シャンク部は、円周方向に配設されるようにして複数の引張りスポークを備え、上記クランプ面を互いに半径方向に広げて引き離すために、概ね半径方向外側に向けられた引張り力を上記引張りスポークに対して及ぼすことができ、引張りスポークに、これらの引張りスポークの間の円周方向の隔たりをつなぐブリッジ部材が着設されて作用し、引張りスポーク上のブリッジ部材の着設部位の間で測られるブリッジ部材の弦の長さが、引張りスポークへの引張り力の作用時に増大できるように構成されている。
【０００７】
このようなツールホルダの場合、クランプ面によって特定されるツールホルダのクランプ直径を拡大するため、そして工具の保持シャンクの（工具がツールホルダにクランプされている場合の）圧力ばめ（Presssitz）を解除するために、引張りスポークに引張り負荷がかけられる。引張りスポークのこのような引張り負荷によって、クランプシャンクが弾性変形し、この変形によって、クランプ面が半径方向外側にたわんで行くだけでなく、収容開口部の断面が確かに全体的に拡大することが判明した。本発明による解決手段の構成の斯かる動作原理は、収容開口部の特殊な断面構成に結びついたものではない。特に、円形断面の収容開口部が可能であり、この円形断面の収容開口部は、工具の保持シャンクを全周にわたってクランプし、それに対応して相応の高いクランプ力（締付け力）を伝えることが可能である。引張りスポークの引張り負荷によって引き起こされたクランプシャンクの変形は可逆的であるので、引張りスポークを負荷から解放すると、クランプ面は、工具の保持シャンクを圧力ばめするような自身の元の位置に再び戻る。
【０００８】
クランプシャンクの収容開口部は、工具の保持シャンクの形にぴったり合わせられているとともに、相応に円錐形状ないし円筒形状を有していることが好ましいが、原理的には、収容開口部が（上記のシャンク構成の場合のように）多角形の断面形状を有することも排除されるものではない。クランプシャンクは、工作機械のスピンドルから直に形成することもできる。しかしもちろんこのとき、例えばスティープテーパ・ツールホルダ（クイックリリーステーパ・ツールホルダ）（Steilkegel-Werkzeughalter）ないし空洞スティープテーパ・ツールホルダ（ドリルドシャンクテーパ・ツールホルダ）（Hohlschaftkegel）といった、工作主軸に取付け可能なツールホルダが重要である場合もある。
【０００９】
収容開口部を拡張するために、個々に又はグループ単位で時間的に順番に上記引張りスポークに引張り負荷をかけることも可能である。これに対して、全ての引張りスポークに同時に引張り負荷がかけられる場合には、特に素早く工具の取付け及び取外しを行なうことができる。収容開口部は、引張り力が引張りスポークに加えられ始めると直ぐ同時に半径方向に早くも広がらなければならないというものではなく、むしろクランプシャンクの材料弾性のために遅れを有して設定されるものでも構わない。
【００１０】
クランプシャンクの変形状態を意のままに制御できるようにするためには、引張りスポークの少なくとも一部が異なる断面形状および／または断面積を有するようにすることすら可能である。
【００１１】
引張りスポークが引張り負荷によって半径方向外側にずれると、同時にブリッジ部材の着設部位は半径方向外側に移動する。これが、上記着設部位の間で測られるブリッジ部材の弦の長さが増大する作用を働かせる。ブリッジ部材は、ブリッジ部材の弦の長さのこういった増大が生じるように形成されている。
【００１２】
基本的には、引張り力をもたらす別体の部材、例えばタイロッド（Zuganker）を外側から引張るようにして引張りスポークに着設できるよう、クランプシャンクの形状を設けることもできる。しかしながらこれは、構成の面で比較的手間やコストのかかるものとなることが予想される。そこで、引張りスポークに引張り力を加えるために、ブリッジ部材を用いることも可能であることが見出された。ブリッジ部材に適切に負荷をかけることによって、クランプシャンクに変形を生じさせることができるため、引張りスポークが半径方向外側に引かれるようになる。本発明のさらなる態様は、ブリッジ部材の少なくとも一部、ならびに、これらブリッジ部材の引張りスポークとの着設部位は、弦を伸ばす力（Sehnenlaengungskraft）を、それも特に略半径方向内側に向けられた押圧力の形でブリッジ部材に導入することで、引張りスポークに引張り負荷をかけることができるように構成されている。ブリッジ部材に導入された弦引き伸ばし力（Sehnenlaengungskraft）は、ブリッジ部材を変形させ、これにより、反動として生じる引張り力がブリッジ部材から引っ張りスポークに伝達され、これが圧力ばめを解除するように作用する。
【００１３】
引張りスポークの場合のように、ブリッジ部材の場合も、基本的には、少なくともブリッジ部材の一部が異なる断面積および／または断面形状を持つことが可能である。
【００１４】
特に簡易な解決手段は、ブリッジ部材の少なくとも一部が回転軸線の方に凹形に湾曲した膜部として形成され、この膜部が略半径方向の押圧負荷によって平坦に近づけられるように設けることができる。膜部を平らに押すことによって、引張りスポークが圧力ばめを解除する状態で互いに半径方向に離される。
【００１５】
膜部の湾曲は、膜部における引張りスポークとの着設部位を通りかつ回転軸線に同心の円弧の湾曲よりも小さくすることができる。これにより、ブリッジ部材と引張りスポークとの間の好ましい力の伝達状態を得ることができる。
【００１６】
膜部は、引張りスポークと一体に接合されていてもよい。もちろん、膜部が別体の挿入部材として形成されて、クランプシャンクの終端側シャンク部の収容チャンバ内に外れないようにつなぎとめられて（unverlierbar）保持されているものでも構わない。
【００１７】
柔軟に撓むことのできる膜部として構成する代わりに、ブリッジ部材の少なくとも一部は、ゴム製弾性体から形成されていてもよい。このようなゴム製弾性体を用いても、引張りスポークを引張り負荷の下にさらすような力を該引張りスポークに伝えることができることが判明した。上記ゴム製弾性体は、クランプシャンクの終端側シャンク部の収容チャンバ内に外れないようにして保持されていることが好ましい。このとき特に、ゴム製弾性体は、硬化可能な充填材料を収容チャンバ内に注入することによって作ることができる。
【００１８】
弦を伸ばす力は、様々な方法でブリッジ部材にもたらすことができる。一つの可能性としては、クランプシャンクの終端側シャンク部が圧力室機構を有し、弦を伸ばす力をブリッジ部材に加えるために、この圧力室機構が特に液圧式とされた圧力剤供給部に接続できるようになっているといったものがある。圧力室機構の圧力室は、圧力剤によって拡張される。この拡張によって、圧力室を画成しているクランプシャンクの材料部分に弾性変形が引き起こされ、この変形がブリッジ部材に負荷を加えるのに無駄なく使われる。ブリッジ部材が圧力室機構の少なくとも一部の境界を形成している場合には、特に効果的に圧力室の拡張を用いることができる。
【００１９】
代替的ないし補足的に、クランプシャンクは、該クランプシャンクから離間可能な押圧体のための当接面を有し、弦を伸ばす力を生成するために、押圧体によってクランプシャンクに押圧力が及ぼされるように構成されていてもよい。ここで、当接面は、ブリッジ部材上に直接設けてもよい。ブリッジ部材が、クランプシャンクの終端側シャンク部の収容チャンバ内に外れないように保持されている別体の挿入部材ないし充填部材として形成されている場合には、収容チャンバがスリットによって半径方向外側に向けて開放され、このスリットを通して押圧体を入れることが可能とされている。
【００２０】
また、クランプシャンクの終端側シャンク部は、ブリッジ部材を半径方向外側で取り囲む力導入リング部を備え、該力導入リング部は、半径方向の押圧ウェブを介してブリッジ部材に特に一体に接合されかつ当接面を有していてもよい。この力導入リング上には、当接面を大きな面積で形成することができるため、力導入リングと押圧体との間の表面圧力をより小さく保つことができる。押圧体を介して導入された押圧力は、押圧ウェブによって集約され、さらに、この導入された押圧力が理想的に引張りスポークの引張り負荷に転換されるのに最も好ましい位置でブリッジ部材に導かれる。特に押圧ウェブが隣り合う引張りスポーク間の略円周方向の中央に設けられている場合に、良好な結果が得られた。
【００２１】
引張りスポークの数に関してはそれ自身何の制限も存在しないのだが、ブリッジ部材に力を導入することによって引張りスポークに引張り負荷がかけられるような構成においては、円周方向に配設された三つ、四つ、又は五つの引張りスポークが好ましいことが判明した。
【００２２】
ブリッジ部材に力をかけることに代えて、クランプシャンク内に機械的な熱応力を発生させることによって、引張りスポークの所望の引張り負荷を得ることができる。このため、本発明のさらなる他の態様は、ブリッジ部材は、引張りスポークを取り囲みかつ耐引張り性を有する状態でこれらの引張りスポークと特に一体に接合された引張りリング部の一部とされ、さらに、該ツールホルダに対して加熱装置が設けられ、引張りリング部は、引張りスポークに引張り負荷をかけるために、加熱装置によって熱的に半径方向に膨張可能とされている。引張りリングを短期間素早く熱すると、半径方向の温度差が生じるとともに、その結果として機械的な熱応力が引張りリングと引張りスポークとの間に現れ、この熱応力が引張りスポークを半径方向外側に引き、さらに収容開口部の直径の大きさを増大するように働く。熱は、加熱装置によってクランプシャンクの全周にわたって均等に導入することができる。また、熱の導入を局所的に、特に引張りスポークの間の領域に主に集約することも可能である。
【００２３】
引張りスポークに発生する引張り力が特に強くなるのは、熱的な障壁がクランプシャンクの半径方向内側領域の加熱を防ぐか少なくとも制限する場合である。クランプシャンクの半径方向内側の部分への熱の流れを阻むために、複数の引張りスポークの少なくとも一部の円周方向の間における引張りリング部の部分は、断熱室によって、クランプシャンクの終端側シャンク部の半径方向内側の領域から熱的に分離することができる。さらに冷却を行うために、上記断熱室は、工具を取り付けたり取り外したりする際に、冷却剤を充填したり、あるいは強制空気流を内部に生成できるようなっている。
【００２４】
クランプ面を形成するクランプシャンクの半径方向の内周部は、互いに分離された複数の円周セグメントに分割され、これらのセグメントのそれぞれが、少なくとも一つの引張りスポークと各々接合されることによって、クランプ面が互いに半径方向に離れて拡張しやすくすることができる。
【００２５】
構成上容易に、クランプシャンクの終端側シャンク部は、環状に閉じた、それも特に一体の端部スリーブから形成することができる。そして、この端部スリーブの内周側面がクランプ面を形成する。引張りスポークを形成するために、端部スリーブの外周側面に対して特に半径方向に閉じられかつ少なくとも略軸線方向に延びる複数の切除部が、円周方向に分配されるようにして端部スリーブ内に加工形成されている。円周方向において上記切除部の間に残っている端部スリーブの材料ウェブがかくして引張りスポークを形成する。
【００２６】
端部スリーブ内の引張りスポークは、端部スリーブがクランプシャンクの基体と別体に作られて、この基体にしっかり接続されている場合には、特に容易に形成することができる。この結果、端部スリーブは、軸線方向の両方の端面側から加工形成することができる。
【００２７】
ツールホルダを回転させて使用する場合には、遠心力が現れる。この遠心力は、当然のことながら、クランプシャンクの全ての部分に働き、従って引張りスポーク及びブリッジ部材にも作用する。遠心力は、収容開口部を半径方向に拡大させるかのように引張りスポークを半径方向外側にずらそうとする。したがって、収容開口部内における工具の保持シャンクの圧力ばめが遠心力条件下で弱まり、最悪の場合、工具が失われてしまう恐れさえ考えられる。ところで、本発明による解決手段の場合、適した形態のブリッジ部材は、工具の保持シャンクの把持力の上記のような減退に対してこれを抑えるように作用する可能性があることが判明した。すなわち、半径方向外側にずれようとする引張りスポークの傾向を少なくとも部分的に相殺するような押圧力が、ツールホルダの回転動作中にブリッジ部材から引張りスポークに及ぼされるよう、このブリッジ部材を形成することができる。それどころか、工具の保持シャンクの圧力ばめが遠心力条件下で強まるような過剰補償さえ可能である。こうして、本発明のさらなる発展態様は、ブリッジ部材が遠心力作用おもりとして形成され、この遠心力作用おもりによって、クランプシャンクが回転軸線周りに回転する際に、遠心力の作用の下で、引張りスポークの遠心傾向を打ち消す方向に作用する概ね半径方向内側に向けられた押圧力が引張りスポークに及ぼされるように構成されている。このとき特に考えられるのは、クランプシャンクが回転軸線の周りを回転する際に、遠心力作用おもりが、遠心力作用下で工具の保持シャンクを一層強固に圧力ばめの状態にする押圧力を引張りスポークに及ぼすように設けられていることである。遠心力作用おもり部材は、例えば次のように形成することができる。すなわち、遠心力作用おもりに対して、引張りスポークの間の略中央に位置する遠心力作用おもりの部分において特に大きな遠心力が働くよう、遠心力作用おもりが例えばその位置に遠心力作用おもりの厚く形成された部分を有していたり、又は付加的なおもりを保持していたりするようにして形成することができる。
【００２８】
引張りスポークの遠心傾向を少なくとも部分的に補償することは、ブリッジ部材に外側の力を導入する原理に基づく上記のような形態だけが可能なのではない。そればかりか、収容開口部を熱的に拡大することができるような実施形態もまた可能である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づき詳述する。
【００３０】
図１乃至図３は、クランプシャンク１を有するスティープテーパ（steep taper）・ツールホルダを示す。クランプシャンク１は、工具から遠い側の端部に、自身の回転軸線３に対して同心とされたスティープテーパ部５（Steilkegel）を備えており、ここでは詳しく図示されないが、このテーパ部によって、回転軸線３に対して軸線を同じくして回転する工作機械の作動スピンドル、特にフライス盤ないしボール盤の作動スピンドルの相補形とされたスティープテーパ部収容部に、該ツールホルダが回転拘束された状態で取付られるようになっている。工具に近い側の端部では、クランプシャンク１に、環状に閉じられた端部スリーブ７が形成され、この端部スリーブは、回転軸線３に対して同心とされた収容開口部９を有しており、これにより、破線で示されたような、回転する工具、それも特にドリル、フライスの保持シャンク１１が圧力ばめされるようになっている。保持シャンク１１は、円筒形ないし円錐型に形成することができ、端部スリーブ７は、それに対して相補形でかつ嵌め合い寸法を持つ内周側面形状を有している。ここで、前記嵌め合い寸法は、収容開口部９に係合する保持シャンク１１の部分を圧力ばめで保持するような寸法とされている。
【００３１】
保持シャンク１１を収容開口部９から取り出すことができるように、あるいは収容開口部９内に取り付けることができるように、端部スリーブ７は、周方向に一様に配分された複数の、本実施形態においては三つの、軸線方向に延びる引張りスポーク１３を備えている。これらの引張りスポーク１３は、軸線に垂直な断面で見ると略半径方向に延びており、さらに、環状に閉じかつその内周側面によって収容開口部９を画成するスリーブ部１５に半径方向内側で切れ目無く一体でつながっている。以下にさらに述べられるように、引張りスポーク１３による半径方向の引っ張り負荷を用いて、スリーブ部１５及びそれと共に収容開口部９の直径を半径方向に拡張し、これにより、工具の保持シャンク１１を圧力ばめ状態から解放して収容開口部９から取り出し、あるいは収容開口部９内に装入することができるようになる。
【００３２】
図２及び図３から特に分かるように、引張りスポーク１３を形成するために、複数の空洞チャンバ１７が端部スリーブ７内に略軸線方向に加工形成され、このとき、周方向において空洞チャンバ１７の間に残る材料ウェブが引張りスポーク１３を形作っている。軸線を横切る断面で見て、端部スリーブ７の材料によって完全に取り囲まれている空洞チャンバ１７は、半径方向外側に向く側では、円弧状に湾曲した膜状のブリッジ部材１９によって画成されており、このブリッジ部材１９は、対をなして隣り合う引張りスポーク１３の間の周方向の間隙をそれぞれ橋渡ししてつないでいる。これらブリッジ部材は、端部スリーブ７の半径方向外側のリング部２０の一部とされ、このリング部２０に引張りスポーク１３が切れ目無く一体でつながっている。ブリッジ部材１９は、半径方向内側に向かって柔軟にたわむことができるようになっている。半径方向内側に向けられたブリッジ部材１９上への押圧力は、このブリッジ部材を平らに近づけるように変形させる。その結果、半径方向外側に向けられて、引っ張るように引張りスポーク１３に働く成分を持つ力が、引張りスポーク１３内に発生する。引張りスポーク１３の引っ張り負荷によって、収容開口部９の半径方向の拡張が引き起こされる。
【００３３】
図２は、ブリッジ部材１９に押圧力を加える前の状態を示す。収容開口部９は、この状態で、保持シャンク１１の圧力ばめを可能にする直径を有している。収容開口部９の直径を拡大するために、必要な押圧負荷がブリッジ部材１９上に加えられる。これについては、図３に、半径方向外側からブリッジ部材１９に向かって接近させられ、他の部分が詳しく図示されぬクランプ装置のクランプ顎部２１が示されている。このクランプ装置に、工具を装着したり取り外したりするためのツールホルダが締結固定されている。ブリッジ部材１９を平坦にするように押圧することで、端部スリーブ７の外周側面が多角形様の断面形状をとる。このとき、引張りスポーク１３は、半径方向外側に引かれ、この結果、半径方向内側のスリーブ部１５は、圧力ばめを解除するような大きさだけ半径方向に拡大する。端部スリーブ７の斯かる変形状態が図３に実線によって示されている。圧力ばめで工具をクランプする無変形の端部スリーブ７の元の輪郭形状が、図中に一点鎖線によって示されている。収容開口部９の半径方向の拡大は、実際には、例えば数１０μｍの大きさの程度で起こるもので、圧力ばめを解除するにはこれで十分である。図３には、無変形の端部スリーブと、変形した端部スリーブとの違いが見易くなるように誇張されて描かれている。ブリッジ部材１９に圧力負荷がかかる際の端部スリーブ７の変形は、弾性変形の範囲で起こるので、クランプ顎部２１が後退すれば、端部スリーブ７は自らの元の状態に戻り、半径方向内側のスリーブ部１５も再びその元の大きさに狭まる。
【００３４】
ブリッジ部材１９に対しては、それぞれ一つの弦を対応させることができる。この弦は、付随する引張りスポーク１３との各ブリッジ部材１９の接続部分（着設部位）の間に延びている。図２には、このような弦が図中上側のブリッジ部材１９に対して示されている。この弦は、符号２３で示されている。この弦は、付随する引張りスポーク１３とのブリッジ部材１９の仮想的な二つの着設点２５の間を結んでいる。無論、ブリッジ部材１９は切れ目無く一体で引張りスポーク１３へとつながっているので、引張りスポーク１３とのブリッジ部材１９の明確に位置決めされた着設点というのは与えることができず、代わりにむしろ或る種の着設領域に基づかなければならない。しかしながら、図２においては、簡単のために、理想化された二つの所定の着設点２５の場合について注目されている。
【００３５】
ブリッジ部材１９がクランプ顎部２１による負荷によって平坦に延び、これにより、引張りスポーク１３が半径方向外側に移行すると、それと同時に着設点２５も半径方向外側に移動する。図３には、場所が移った着設点と、着設点間に引かれた弦が示されている。これらには、図中、符号２５´と符号２３´とが付されている。加えて、比較のために、端部スリーブ７の無変形状態時に得られる弦２３がその着設点２５とともに破線で示されている。収容開口部９の半径方向の拡大に伴い、弦の長さも大きくなることが分かる。このように弦が伸びることが、圧力ばめを解消するために行なわれる端部スリーブ７の変形工程の特徴となっている。
【００３６】
引張りスポーク１３とブリッジ部材１９とをより容易に形成するために、端部スリーブ７は、空洞チャンバ１７が軸線方向の一方ないし両方の側から穴あけないし触刻等によって加工できるような別体の部材とされている。このように加工された端部スリーブ７は、例えば摩擦圧接によって、クランプシャンク１の基体２７に固定されるようにしっかり接合される。端部スリーブ７は、軸線方向に工具から遠い端部に、半径方向内側の部分での端部スリーブ７の加工を容易にするような、内径を大きくしたくり抜き加工部２９をさらに備えていてもよい。加えて、膜部１９の柔軟性を高めるため、工具に近い方のスリーブの終端部から軸線方向に距離を置いて、端部スリーブ７に切取スリット３１を加工形成することができる。ここで、このスリットは、膜部１９に沿って周方向に延在している。こうして、膜部１９は、軸線方向における自身の両方の縁部で自由に動くことができる。
【００３７】
他の図には、実施形態の変形例が示されている。これらの図において、同じか又は同じように動作する部材には、図１乃至図３と同じ符号が付されている。ただ、小文字のアルファベット記号が付け足されている。繰り返しを避けるために、以下、基本的には、前に述べられた実施形態例とは異なる点についてだけ説明することにする。
【００３８】
図４及び図５に示す実施例は、半径方向内側のスリーブ部１５ａが、空洞チャンバ１７ａと収容開口部９ａとの間にある該スリーブ部の薄い壁部における複数の分割切断部３３ａによって、複数の円周セグメント３５ａに分けられているという点においてのみ、前に述べられた実施形態と異なっている。円周セグメント３５ａのそれぞれは、引張りスポーク１３ａのそれぞれに固着されている。上記分割切断部３３ａによって、半径方向内側で引張りスポーク１３ａが互いに機械的に分離されている。これにより、より少ない力を消費するだけでも収容開口部９ａを広げることが可能となる。図４は、端部スリーブ７ａの無負荷の状態を示しており、この状態では、セグメント３５ａは、分割切断部３３ａの部分で互いに当接可能になっている。これに対し、図５は、拡張された収容開口部９ａを有する端部スリーブ７の変形状態を示している。この状態では、分割切断部３３ａは、比較的大きな間隙に広がったものになっている。
【００３９】
図６は、やはり無変形の状態にある端部スリーブ７ｂが円から外れた外周形状を有するような変形実施例を示している。この端部スリーブは、三角形の部分を有する近似的に多角形の断面を有しており、このとき膜部１９ｂは、多角形側面の部分に位置している。上述の実施形態例と比較すると、膜部１９ｂの湾曲が小さくなっている。僅かに平坦化された膜部１９ｂの形状は、膜部１９ｂ内に導入された力が引張りスポーク１３ｂの引張り負荷へ転換することに関して、特に有利な力の状態を導くことになる。
【００４０】
空洞チャンバ１７ｂは、図６の変形実施例においては、バナナ状に湾曲した周方向に長いスリットのように形成されている。しかしながら、膜部１９ｂの押圧負荷により、引張りスポーク１３ｂならびに半径方向内側の円周セグメント３５ｂ上に上述の実施形態例におけるのと同じような引張り作用を実現することができる。
【００４１】
図７は、周方向に配設された四つの引張りスポーク１３ｃを有する変形実施例を示している。これに対応して、四つの膜部１９ｃも設けられている。図６の実施形態例におけるように、膜部１９ｃは、回転軸線に対して同心に引張りスポーク１３ｃを取り囲む仮想的な円よりも弱く湾曲されている。
【００４２】
図８は、端部スリーブ７ｄが、一体型の構成部材としてさらなるリング部３７ｄを備えている変形実施例を示している。このリング部３７ｄは、半径方向に間を空けてリング部２０ｄを取り囲んでいる。これら両方のリング部２０ｄ，３７ｄは、押圧ウェブ３９ｄによって互いに接続されており、この押圧ウェブは、膜部１９ｄに対して周方向の略真ん中に着設されている。引張りスポーク１３ｄを半径方向に伸ばしたところに、さらに他の接続ウェブ４１ｄが、リング部３７ｄとリング部２０ｄとの間に設けられている。収容開口部を半径方向に拡張するため、リング部３７ｄは、押圧ウェブ３９ｄの周方向部分において、例えば図３に示されるようなクランプ顎部によって押しつぶされる。この場合、リング部３７ｄは、表面圧力を許容レベル内に保持するために、比較的大きな面積で荷重することができる。押圧ウェブ３９ｄは、導入される力を膜部１９ｄの周方向の真ん中の部分上に集約させるように作用する。これにより、仮にクランプ顎部が、押圧ウェブ３９ｄに関して周方向に中心に合わせされていない状態で外側リング３７ｄに向かって押される場合でも、導入される力は、膜部１９ｄにそれぞれ接続された一対の引張りスポーク１３ｄに均等に配分されるようになる。
【００４３】
図９の変形実施例においては、端部スリーブ７は、膜部１９ｅに力を導くために、複数の圧力室４３ｅからなる内部機構を有しており、これらの圧力室４３ｅは、大抵、液圧式の圧力剤供給源４５ｅに接続されている。圧力室４３ｅを圧力剤供給源４５ｅに接続するために、端部スリーブ７ｅとクランプシャンクの基体（図１参照）との間の軸線方向の接続部分に、圧力室４３ｅと連通しかつクランプシャンクの圧力剤注入接続部に通じるリング状に閉じられた分配径路を形成することができ、上記圧力剤注入接続部に圧力剤供給源４５ｅを接続することができる。もちろん、他の構成による圧力剤の供給も可能である。
【００４４】
圧力室４３ｅは、半径方向外側において膜部１９ｅに直に隣接している。圧力剤を圧力室４３ｅ内に導入すると、圧力室は概ね半径方向に拡張し、これにより、膜部１９ｅは、この膜部１９ｅが平らになるように半径方向内側に曲げられて既に述べたような引張り負荷を引張りスポーク１３ｅ上に働かせる。
【００４５】
図１０の変形実施例においては、膜部１９ｆが設けられているが、この膜部は、スリーブ７ｆの一体形の構成要素ではなく、その代わりに、端部スリーブ７ｆの空洞チャンバ１７ｆ内に挿入された別体の挿入部材として形成されている。膜部１９ｆは、空洞チャンバ１７ｆの周方向に対向する縁部に支えられた例えばバネ鋼から形成されている。空洞チャンバ１７ｆは、半径方向外側に向かって貫通径路４７ｆを介して行き来自在とされている。ここで、貫通径路４７ｆは、端部スリーブ７ｂの外周側面から空洞チャンバ１７ｆまで貫通している。この貫通径路４７ｆを通して、押圧ラム２１ｆを導入することができ、この押圧ラムによって、収容開口部９ｆを拡張するためにバネ鋼製膜部１９ｆを半径方向内側に向けて押圧することができる。
【００４６】
図１１は、ブリッジ部材が薄い肉厚の膜部として設けられておらず、その代わりに、端部スリーブ７ｇのチャンバ１７ｇに収納されている例えばエボナイト等のゴム製弾性体１９ｇとして設けられている点で上述の実施形態例と異なっている変形実施例を示す。ゴム製弾性体１９ｇは、予め加工され、チャンバ１７ｇに押し込められている。もっとも、ゴム製弾性体は、同じものをチャンバ１７ｇ内に注入することによって作られることが好ましい。
【００４７】
図１１の実施形態においても、ゴム製弾性体１９ｇ内に押圧ラム２１ｇを押し込むことによって、収容開口部９ｇの半径方向の拡張を実現することができる。押圧ラム２１ｇによって中央を圧縮されたゴム製弾性体１９ｇは、この圧力負荷を周方向への膨張によって逃がそうとする。このとき、ゴム製弾性体は、周方向に対向して位置するチャンバ１７ｇの壁部に力を及ぼし、ゴム製弾性体１９ｇ及びチャンバ１７ｇが適した変形を実現している場合には、この力が引張りスポーク１３ｇの引張り負荷になる。
【００４８】
図１２乃至図１６は、ブリッジ部材に外部から力を加えることによって引張りスポークが半径方向外側に引かれるのではなく、その代わり、端部スリーブに熱を注入することによって収容開口部が熱的に拡張されるようにした変形実施例を示す。これに関して、図１２においては、加熱装置４９ｈが概略的に示されている。この加熱装置は、端部スリーブ７ｈの外周側面を形成している比較的肉厚の端部スリーブ７ｈのリング部２０ｈに短期間素早く一定の熱量を導入して、引張りスポーク１３ｈを半径方向外側に引っ張るような機械的な熱応力が端部スリーブ７ｈ内に発生するようにしている。加熱装置４９ａは、端部スリーブ７ｈの周囲にわたって均等に配分された熱をこの端部スリーブ内に注入することができる。また、加熱装置４９ｈが、引張りスポーク１３ｈの間にある端部スリーブ７ｈの円周部分に限って該加熱装置からの熱を導入する場合でも十分であることもある。これに対応して、図１２には、端部スリーブ７ｈの周りに互いに距離を置いて配設された加熱ノズル５３ｈが示されている。この加熱ノズル５３ｈは、例えば熱風ないし高温蒸気を吹き付けることができる。もちろん、このような加熱ノズルの代わりに誘導コイルといった他の加熱ユニットを用いることもできる。
【００４９】
空洞チャンバ１７ｈは、リング部２０ｈを端部スリーブ７ｈの半径方向内側の部分から断熱する役割を担い、これにより、端部スリーブ７ｈの半径方向内側の部分が温度上昇から上手く護られて、それに対応して大きな機械的熱応力が生じ得るようになっている。空洞チャンバ１７ｈの断熱効果は、さらに、この空洞チャンバ１７ｈ内に冷却材を満たしたり、あるいは冷却空気を循環させたりすることによって促進することができる。
【００５０】
熱的に引き起こされた端部スリーブ７ｈの拡張もやはり可逆である。それ故、熱を導入することをやめると、収容開口部９ｈは、再び元の圧力ばめの寸法に縮まっていく。
【００５１】
図１２には、円形の外周形状の端部スリーブ７ｈを有するとともに五つの引張りスポーク１３ｈを有する変形実施例が示されているのに対して、図１３には、近似的に多角形の、つまり四角形の外周形状の端部スリーブ７ｉを有するとともに四つの引張りスポーク１３ｉを有する変形実施例が示されている。図１３の実施形態のチャンバ１７ｉは、軸線方向に垂直な断面で見て縦長の、望ましくは楕円形のスリットとして形成され、多角形側面に沿って配置されている。
【００５２】
図１４は、軸線に垂直な断面で見て概ね半径方向に延びる縦長のスリットとして形成されているチャンバ１７ｋを有する変形実施例を示す。この場合、例えば１０から２０の間の多数の引張りスポーク１３ｋが形成されている。
【００５３】
図１５の変形実施例は、軸線に垂直な断面で見て略卵形に形成されかつ半径方向内側に向けて細くなっているチャンバ１７ｌを有している。半径方向内側のスリーブ部をセグメント化する分割切断部ないし分割スリット３３ｌは、周方向においてチャンバ１７ｌの間に配置されかつ半径方向において隣り合うチャンバ１７ｌの間の領域にまで深く入り込んでいる。このような構成としたことにより、隣り合うチャンバ１７ｌのそれぞれの対の間に分割スリット３３ｌによって分割された二つの引張りスポーク１３ｌがそれぞれ形成され、半径方向内側のスリーブセグメント３５ｌのそれぞれが二つの引張りスポーク１３ｌに接続されることになる。
【００５４】
図１６の変形実施例は、図１５の実施形態に対応しているが、チャンバ１７ｍが、楕円の断面ではなく半径方向内側に向けて細くなる略台形の断面を持つという違いを有している。
【００５５】
図２乃至図９の膜部による構成の場合はもちろん、条件によっては程度こそ小さいが熱的な構成の場合においても、ツールホルダの回転動作中に現れる遠心力によって、ブリッジ部材の真ん中の部分が半径方向外側に若干ずれ、このずれによってブリッジ部材の一層強い湾曲が引き起こされる可能性がある。圧力ばめを解除するときの状況とは逆に、ブリッジ部のこのような変形は、半径方向内側に向けられた圧力負荷を引張りスポークに及ぼす結果となり、この負荷が引張りスポークにかかる遠心力を少なくとも一部相殺してくれる。この効果は、略円形の外周形状を有する端部スリーブ（例えば図２及び図４におけるような）の場合だけでなく、略多角形の外周形状を有する端部スリーブ（例えば図６及び図７におけるような）の場合にも現れる可能性がある。後者の場合には、こういった効果が場合によってはむしろ強くなって現れる可能性がある。この効果は、特に、引張りスポークの遠心傾向を補うに余りあり、工具の保持シャンクの一層強い押圧力に転向する程強くなることがある。ここで述べているようなブリッジ部の中央部分の壁部は、該ブリッジ部材を適切に構成することによってさらに大きく移動させることができる。これに関して、図２を再び参照されたい。この図において、図中上側のブリッジ部材１９のところに、破線で描かれた材料が厚くされた部分５７が示されている。この部分は、付加的な遠心力作用おもりとして機能し、特に大きな遠心力をブリッジ部１９の中央部分に発生させる。ブリッジ部１９のこのような不均一な質量分布を作るためには、もちろん、図示されたように材料を厚くすることに代わるものであっても構わない。例えば、別体とされた重量体を付加することもできる。
【００５６】
これまで述べてきた全ての実施形態においては、外側から力を加えるか、あるいは外側から熱を加えるかして、引張りスポークに引張り作用を生じさせ、この引張りの作用が端部スリーブの拡張と圧力ばめの解消をもたらすというものであった。端部スリーブの断面形状、及び引張りスポーク、ブリッジ部材、ならびに空洞チャンバの形態は、広範囲にわたって可変である。空洞チャンバの形態に応じて、例えば引張りスポークは、半径方向にかなり異なった長さおよび位置を有することができる。同様に、引張りスポークと空洞チャンバの数も可変である。個々の場合において、具体的なツールホルダの構成は、所望のクランプ力、収容開口部の所望の半径方向の拡張の度合い、そしてクランプシャンクの材料ならびにその変形特性に特に依存することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るツールホルダの一実施形態を示す図であって、軸線に沿ったツールホルダの縦断面図である。
【図２】  通常の状態にあるツールホルダを示す図であって、図１のII−II線に沿って軸線を横切るツールホルダの横断面図である。
【図３】  図２に対応する図であって、圧力負荷が加わった状態にあるツールホルダを示す図である。
【図４】  図２と同様の図であって、本発明に係るツールホルダの一変形実施例を示す図である。
【図５】  図３と同様の図であって、本発明に係るツールホルダの一変形実施例を示す図である。
【図６】  図２と同様の図であって、本発明に係るツールホルダの他の変形実施例を示す図である。
【図７】  図２と同様の図であって、本発明に係るツールホルダの他の変形実施例を示す図である。
【図８】  図２と同様の図であって、本発明に係るツールホルダの他の変形実施例を示す図である。
【図９】  図２と同様の図であって、本発明に係るツールホルダの他の変形実施例を示す図である。
【図１０】  図２と同様の図であって、本発明に係るツールホルダの他の変形実施例を示す図である。
【図１１】  図２と同様の図であって、本発明に係るツールホルダの他の変形実施例を示す図である。
【図１２】  図２と同様の図であって、本発明に係るツールホルダの他の変形実施例を示す図である。
【図１３】  図２と同様の図であって、本発明に係るツールホルダの他の変形実施例を示す図である。
【図１４】  図２と同様の図であって、本発明に係るツールホルダの他の変形実施例を示す図である。
【図１５】  図２と同様の図であって、本発明に係るツールホルダの他の変形実施例を示す図である。
【図１６】  図２と同様の図であって、本発明に係るツールホルダの他の変形実施例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・クランプシャンク
３・・・回転軸線
７・・・端部スリーブ（終端側シャンク部）
９・・・収容開口部
１１・・・保持シャンク
１３・・・引張りスポーク
１５ａ・・・スリーブ部（クランプシャンクの半径方向内周部）
１７ｆ・・・空洞チャンバ（収容チャンバ）
１７ｇ・・・チャンバ（収容チャンバ）
１７ｈ・・・空洞チャンバ（断熱室）
１９・・・膜部（ブリッジ部材）
２０ｈ・・・引張りリング部
２１・・・クランプ顎部（押圧体）
２１ｆ・・・押圧ラム（押圧体）
２３・・・弦
２５・・・着設点（着設部部位）
２７・・・基体
３５ａ・・・円周セグメント
３７ｄ・・・リング部（力導入リング部）
３９ｄ・・・押圧ウェブ
４３ｅ・・・圧力室（圧力室機構）
４５ｅ・・・圧力剤供給源（圧力剤供給部）
４７ｆ・・・貫通径路（スリット）
４９ｈ・・・加熱装置
【図１】
0004651909.tif 000002
【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】
0004651909.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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