JP7280867B2 - 工具を工具受領領域に固定するためのネジインサート、及びそのようなネジインサートを含む工具受領領域 - Google Patents

Description

本発明は、提供された工具を請求項１の前文による工具受容器内の締結ネジで締結するためのネジインサートに関する。本発明は、追加としてそのようなネジインサート用の受領体、並びにそのようなネジインサート及び関連した受領体を有する工具受容器に関する。

国際公開第２０１３／１７８４０１Ａ１号は、提供された工具を締結ネジで保持するためのネジインサートを有する工具受容器を開示している。ネジを保護し、高度の同心精度で締め付けるために、ネジインサートは、受領体の長手方向軸に対して横方向に可動であるように受領体内に配置され、横断ピン又は型継手接続により回転式に固定される。ネジインサートの半径方向の可動性を確保するために、対応する構造的手段が必要である。

ネジインサート、関連した受領体、及び複雑な構造的手段がなくとも対応する受領体内にネジインサートを単純に正確に装着できる工具受容器を提供することが本発明の一目的である。

この目的は、請求項１の特徴を有するネジインサートによって、請求項１２の特徴を有する受領体によって、及び請求項１６の特徴を有する工具受容器によって達成される。本発明の便宜的な開発及び好都合な実施形態は、従属請求項に明記されている。

提供された工具を締結ネジで締結するために、本発明によるネジインサートは、前端面上に工具をねじ込むための雌ネジを有する受領開口を有する。受領体内にネジインサートを締結するために、ネジインサートはプラグイン領域を含有し、プラグイン領域は、裏端面に向かって先細であり、接着剤を受領するための少なくとも１つの窪みが配置されている外部接触表面を有する。従ってネジインサートは、窪みの中に導かれた接着剤を備えた受領体の受領開口の中に差し込むことができ、受領体とネジインサートとの間の圧入によるだけでなく、追加の接着接続にもより、堅固に回転式の固定方法で保持することができる。従ってネジインサートは、単純で正確な方法で装着することができる。必要であれば、接着接続は、例えば受領体の対応する加熱によって解除することができ、ネジインサート又は受領体は置換することができる。

２つの金属表面の間に非金属材料として接着剤を使用することは、負荷伝達行為、例えば振動減衰、液体及び気体に対する密封、異なる接合部品の動的な補償、並びに腐食防止に加えて様々な利点を有する。ネジインサートを表面取付（接着）及び受領体の受領開口内のその内部強度（凝集）により締結する接着剤を使用することは、従って公知の単なる機械的締結方法とは根本的に区別するべきである。

接着剤は、あるとしても機械的工具エンジニアリング、及び具体的にはフライスの分野における工具ホルダーに使用されることは少ない。しかし実際に適用できる解決策は、ネジインサートの、及び／又は接着剤を受領するための窪みを有する受領体の受領開口の具体的な設計により今初めて提供される。好ましくはここではアクリレート、具体的にはウレタンメタクリレート系の接着剤が使用される。

１つの可能な実施形態では、プラグイン領域は円錐外部形状を有する。代替実施形態では、ネジインサートのプラグイン領域は多角形の外部形状を有する。型継手接続及び押圧力に加えて、この非円形形状は、ネジインサートの意図しない回転運動に対して追加の保護を提供する。

更なる実施形態では、ネジインサート上の保持力は、提供される圧力ばめ及び／又は型継手による追加の締結の恩恵によって更に向上する。

従って受領体の受領開口に面するネジインサートの端部に追加の雄ネジを提供することができ、前記雄ネジは、受領体の受領開口内の対応する嵌合ネジに係合する。

ネジ接続は単に追加の締結を構成するに過ぎず、すなわち例外の場合のための固定であることをここで強調しておく。ネジインサートの実質的な締結は、圧入及び具体的には接着接続によって達成される。

雄ネジの代替として、ネジインサートは、受領体の受領開口に面するネジインサートの側面を中心に螺旋状に延在する、１つ又は好ましくは２つ以上の遮断溝を有することができる。遮断溝は、ここでは裏端面で開始し、ここでは特に好ましくは少なくとも４０°の傾斜を有する。この実施形態では、受領体は、その受領領域に少なくとも１つの遮断要素、好ましくは複数の遮断要素を有する。遮断要素は、型継手方法でネジインサートの遮断溝内に係合する１つ又は複数の単純な突起の形を取ることができるが、遮断要素は、特に好ましくは周方向に螺旋状に突起し、周方向に同じ高さ及び同じ角度で間隔を空けた遮断要素の形を取る。

遮断溝の使用は追加の締結を構成するに過ぎず、すなわち例外の場合のための固定であることもここで強調しておく。ネジインサートの実質的な締結は、圧入によって、及び具体的には接着接続によって達成される。

特に便宜的な実施形態では、全周に分配された複数の窪みは、プラグイン領域の外部接触表面に配置することができる。窪みは、平坦な溝の形状を有することができる。溝は、好ましくは薄く、最大１．５ｍｍ、更に良いのは０．５ｍｍの深さを有する。窪みは、プラグイン領域の外部表面の母線に平行に延在することができる。しかし溝は、プラグイン領域の外部表面の外周に平行に、又は螺旋状に延在することもできる。

別の好都合な実施形態では、回転軸に対して横方向に延在する平坦な溝は、より広い窪みとして構成される、すなわちこの接合ではそれらの幅は、軸方向に延在する溝の幅の少なくとも３倍である。

ネジインサートは、特に好ましくは大きさに依存して、回転軸に対して横方向に延在する４～６個、具体的には５個の溝を有し、その幅は、溝の間に留まっているウェブが実質的に溝と同じ幅を有するように選択される。同じことが受領体の受領開口内の溝にも適用される。

好ましい実施形態では、溝の深さは多くても５／１００ｍｍ、特に好ましくは３／１００ｍｍ以下である。この場合も、受領体の受領開口は、理想的には対応するより広い窪みを有する。具体的にはネジインサートの、及び受領体の窪みが、互いの上に位置するようになり、従って接着剤用の特定の受領空間を生成するということが提供される。この実施形態では、ネジインサート及び受領開口の両方が、回転軸に対して横方向に延在する少なくとも５個のこのような窪みを有するということも更に提供される。

外部表面の母線に平行な、又はプラグイン領域の外部表面の外周に平行な異なる形の窪みは、互いに組み合わせることができることを分かりやすくするためにはっきりと指摘しておく。

更なる好都合な実施形態では、受領開口は、工具側前端面と雌ネジとの間に第１の円錐軸受表面及び第２の円錐軸受表面を有する外部軸受領域を含有することができる。外部軸受領域の第１及び第２の円錐軸受表面は、好ましくは非常に異なる円錐角を有する。これは、平坦な接触表面又は直線接触表面と対照的に、軸受接触を増加させ、中心に置かれ且つ支持行為を向上することができる二重円錐をもつ支持領域を工具に提供する。

更なる好都合な実施形態では、周方向に互いから間隔を空けた複数の半径方向内方に突起するウェブ形状の軸受要素を有する内部軸受領域は、受領開口の内端と雌ネジとの間でネジインサート上に配置することができる。この内部軸受領域により、工具を更に中心に置いて半径方向に減衰させることができる。

ネジインサートは、追加として便宜的に貫通孔を含有し、貫通孔を介して冷却液又は別の作動流体が工具又は機械領域に導かれることが可能である。

このようなネジインサート用に設計された工具受容器の受領体は、長く細い受領領域を本発明により特徴とし、受領領域にはネジインサートを受領し、受領領域の前端面上で入口に向かって広がるように意図した受領開口が配置される。

長く細い受領領域を補強し、機械操作中に工具受容器を減衰させるために、密度が鋼の密度より大きい、重く安定した材料、好ましくは重金属から構成された中心部をそこに配置することができる。中心部は、例えば管状であることが可能であり、便宜的に中心貫通ダクトを有する。中心部は、受領体の中心貫通開口の細い中心部の中に挿入することができる。中心部は、ここでは中心貫通開口の側面に完全に当接することができ、そうでなければ中心貫通開口内の減衰要素を包囲することによって保持し、中心貫通開口から間隔を空けることができる。

本発明は、追加として上に記載された受領体及び関連したネジインサートを有する工具受容器に関する。

受領体の受領開口及びネジインサートのプラグイン領域は、便宜的にネジインサートの装着位置において受領領域の工具側端面とネジインサート上の環状表面との間にギャップが残るような方法で互いに適合される。

中心部に形成される中心貫通ダクトからの冷却液及び／又は潤滑油の移動を促進するために、密封要素は貫通ダクトの工具側端上に嵌合することができ、前記密封要素は受領領域の工具側端面とネジインサート上の環状表面との間のギャップを架橋する。貫通ダクトの構成に依存して、この密封要素は１つ又は複数のダクトと共に形成することができる。具体的には、ここでは密封要素は設計された開口の中に、従ってネジインサートの中に突起することが提供される。

密封は、好ましくは貫通ダクトに同軸に延在する貫通ダクトを有する。結果として、冷却液又は潤滑油は、具体的には低い摩擦方式で移動することができる。特に好都合な実施形態では、貫通ダクトの直径は、供給ダクトの直径に対応し、その結果ダクト内の断面が拡大することも起きず、冷却液及び／又は潤滑油は、再循環及び凝縮することなく搬送することができる。冷却液及び／又は潤滑油の圧力に影響を及ぼすために、このような狭点を用いて冷却液及び／又は潤滑油上の圧力を確実に一定にするように、直径はネジインサートに向かって狭まることも可能である。

密封要素は、好ましくはここでは弾性材料、例えば高い弾性のポリウレタン・エラストマ製品からなる。別法として、あらゆる更なる変形可能な材料、例えばアルミニウム、鉛、銅、軟鉄等が考えられる。又記憶材料も使用することができる。

このような密封要素は、好ましくはここでも冷却液及び／又は潤滑油の移動を密封するために、締結ネジを備えた工具用の受領開口内に提供することもできる。

本発明の更なる特定の特徴及び利点は、図面を参照して好ましい例示的実施形態の以下の記載から明らかになる。

長手方向断面にネジインサートを有する工具受容器の第１の実施形態を示す。 図１からの工具受容器の拡大部分図を示す。 ネジインサートの斜視図を示す。 長手方向断面にネジインサートを有する工具受容器の第２の実施形態を示す。 図４に示したネジインサートの斜視図を示す。 垂直及び水平の窪み並びに遮断溝を有する更なる実施形態を示す。 垂直及び水平の窪み並びに雄ネジを有する更なる実施形態を示す。 挿入した密封要素を備えた更なる実施形態を示す。 密封要素の異なる実施形態の詳細図を示す。 密封要素の異なる実施形態の詳細図を示す。 密封要素の異なる実施形態の詳細図を示す。

図１は、回転対称の受領体２及びネジインサート３を有する工具受容器１を示し、ネジインサート３は、受領体２内に締結され、提供された工具を締結ネジで保持することを意図する。受領体２は、長く細い前受領領域４及び裏クランプ領域５を有し、裏クランプ領域５は、図１では上部に配置され、機械工具の作業スピンドル内に受領体を保持することを意図する。示された実施形態では、機械側面のクランプ領域５は、機械工具又は同種の物の作業スピンドルの対応する内部円錐内に受領するために、円錐外部クランプ表面６を有するＨＳＫインターフェースとして構成される。しかし受領体２の裏端におけるインターフェースは、ＳＫ、ＪＩＳ、ＢＴ、ＡＢＳ若しくはCaptoインターフェース又は他の適切なインターフェースの形を取ることもできる。

図１から明らかであるように、ここでは中心貫通ダクト８を有する管状補強し、且つ減衰する要素の形を取り、重く安定した材料から構成される中心部９は、工具側端面７に向かって円錐状に先細である受領体２の細い受領領域４内に挿入される。長く細い受領領域４を補強し、且つ振動を減衰させるために役立つ中心部９は、受領体２の中心貫通開口１０の細い中心部の中に挿入される。ネジインサート３を受領し、受領領域４の前端面７上の入口１１に向かって広がるように意図した円錐受領開口１２は、受領領域４の工具側端に提供される。

ネジインサート３はプラグイン領域１３を含有し、プラグイン領域１３は受領体２の受領開口１２に適合され、工具受容器１に面する裏端面２６に向かって先細であることが、図２から特に明確に分かる。プラグイン領域１３は外部接触表面１４を有する。ネジインサート３は、提供された工具をネジで締結するために、受領開口１６を有する前受領領域１５を追加として含有する。この目的のために、受領開口１６は雌ネジ１７を有する。図１の例示的実施形態では、プラグイン領域１３は、円錐外部接触表面１４を有する円錐外部形状を有する。受領体２の円錐受領開口１２及びネジインサート３のプラグイン領域１３は、ネジインサート２の装着位置で受領体２の工具側端面７とプラグイン領域１３からネジインサート３の受領領域１５までの移行における環状表面１８との間にギャップ１９が残るような方法で互いに適合される。結果として受領体２とネジインサート３との間に軸方向の圧縮応力が発生しない。

ネジインサート３の工具側前端面２０と雌ネジ７との間に、受領開口１６は、工具上の対応するガイド表面と接触するために第１の円錐軸受表面２１及び第２の円錐軸受表面２２を有する外部軸受領域を有する。円錐軸受表面２１及び２２は異なる円錐角を有する。第１の円錐軸受表面２１は、例えば１４０°～１７９°、好ましくは１７０°の比較的大きい円錐角を有するのに対して、第２の円錐軸受表面２２は、１°～９０°、好ましくは１０°の比較的小さい円錐角を含有する。記載された型の二重円錐は、より小さい円錐角がネジインサート３上に工具を良好に中心に置くことができ、大きい円錐角が更に支持して中心に置くことができる利点を有する。円錐角は、円錐軸受表面２１及び２２によって形成された円錐の開口角度を意味すると理解するべきである。

周方向に互いから間隔を空けた、複数の半径方向内方に突起するウェブ形状の軸受要素２３を有する内部軸受領域は、受領開口１６の内端と雌ネジ１７との間に提供される。工具は、受領開口１６内に追加として中心に置かれて半径方向に減衰されるように、これらの軸受要素２３によって案内される。受領開口１６の構成及び関連した工具の構成の例は、独国特許出願公開第１０２０１５１１２０７９Ａ１号に記載されている。その内容は参照により本明細書に完全に組み込まれている。冷却液又は別の作業流体は、ネジインサート３内に提供された貫通孔２４及び中心部９内の貫通ダクト８を介して工具に導くことができる。

接着剤を受領するための複数の窪み２５は、ネジインサート３の円錐プラグイン領域１３上の円錐外部表面１４に配置されることが図３から明らかである。ネジインサート３を受領体２の中に挿入する前に、接着剤は、従って窪み２５の中に導入することができる。結果としてネジインサート３は、受領体２とネジインサート３との間の圧入によるだけでなく、追加の接着接続にもより堅固に回転式に固定する方法で保持することができる。必要な場合に、接着接続は、例えば受領体２の対応する加熱によって解除することができ、従ってネジインサート３又は受領体２は置換することができる。窪み２５は、好ましくは円錐外部表面１４の母線に平行に延在することができる。しかし更なる実施形態では、窪み２５は、円錐外部表面１４の外周に平行に延在する環状表面を形成すること、又は螺旋輪郭を有することもできる。接着接続の代替として、ネジインサート３は、受領体２と蝋付けすること、又は別の方法で一体的に結合する手法で接続することもできる。

図４及び５は、回転対称の受領体２及びネジインサート３を有する工具受容器１の更なる例示的実施形態を示し、ネジインサート３は、受領体２内に締結され、提供された工具を締結ネジで保持することを意図する。この実施形態は、ギャップが中心部９の外部側面と中心貫通開口１０の内壁との間に存在するという点で前の例示的実施形態と異なる。ここでは環状である減衰要素２７は、受領体２内に中心部９を保持する助けになる。

図５から明らかであるように、ネジインサート３のプラグイン領域１３は、ここでは多角形の外部形状を有する。受領体２内の受領開口１２は、ネジインサート３上のプラグイン領域１３の外部形状に適合し、それに応じて多角形の内面形状を有する。

図６は、回転軸に対して長手方向に延在する窪み２５に加えて、回転軸に対して横方向に延在する窪み２８も存在することを示す。この場合、受領体２の受領領域４は、理想的には対応するより広い窪み（ここには示されていない）も有する。具体的にはネジインサート３の、及び受領体２の水平に延在する窪み２８が互いの上に位置するようになり、従って接着剤用の特定の受領空間を生成することが提供される。この実施形態では、ネジインサート及び受領開口のどちらも、少なくとも５個のこのような水平に延在する窪み２８を有することを更に提供する。

この例示的実施形態では、複数の遮断溝３０も裏端面２６から開始して形成される。

図７のネジインサート３は、図６に示された設計と同様の設計からなる。それと対照的に、雄ネジ２９は、ここでは裏端面２６から開始して形成される。具体的な事例では、雄ネジ２９は台形ネジだが、Ｖ字形ネジも使用することができる。

図８は、受領体２及びネジインサート３を備えた、図１からすでに実質的に既知である工具受容器１を示す。貫通ダクト８に同軸に形成される密封要素３１は、追加としてここでは受領体２とネジインサート３との間に据えられている。この図では、貫通ダクト８及び密封要素３１のどちらも、単一のダクト設計からなる。しかし複数のダクトの貫通ダクト８の場合、密封要素３１も複数のダクト設計からなることが可能である。

図９ａ、９ｂ、９ｃは、それぞれが密封要素３１の異なる可能な実施形態を示す。

図９ａは密封要素３１を示し、その外径は、そのために提供された開口内に固定するために、ネジインサート３に向かって側面上で広がる。

図９ｂに示された密封要素３１は、図９ａに示された外径の広がりに加えて、中心部９の方を向く側面上に追加として拡大した外径を有する。しかしこの追加として拡大した外径は、隙間に係合するのではなく、中心部９の端面上にフランジの型として位置付けられる。

密封要素３１の更なる実施形態は図９ｃに示されている。ここでは密封要素３１は、円盤形状であり、中心部９上及び密封要素３１上の両方にその端面を介して表面全体を接触して支えられる。

１ 工具受容器
２ 受領体
３ ネジインサート
４ 受領領域
５ クランプ領域
６ クランプ表面
７ 端面
８ 貫通ダクト
９ 中心部
１０ 貫通開口
１１ 入口
１２ 受領開口
１３ プラグイン領域
１４ 円錐外部表面
１５ 受領領域
１６ 受領開口
１７ 雌ネジ
１８ 環状表面
１９ ギャップ
２０ 前端面
２１ 第１の円錐軸受表面
２２ 第２の円錐軸受表面
２３ 軸受要素
２４ 貫通孔
２５ 窪み（垂直）
２６ 裏端面
２７ 減衰要素
２８ 窪み（水平）
２９ ネジ
３０ 遮断溝
３１ 密封要素

Claims (23)

1. 提供された工具を金属製の工具受容器（１）内の締結ネジで締結するための金属製のネジインサート（３）であって、前記ネジインサート（３）は、前端面（２０）上に前記工具をねじ込むための雌ネジ（１７）を有する受領開口（１６）を含有し、前記ネジインサート（３）は、前記ネジインサートの裏端面（２６）まで先細るテーパ状であり、外部接触表面（１４）を有するプラグイン領域（１３）を有すること、及び接着剤を受領するための少なくとも１つの窪み（２５）は、前記外部接触表面（１４）上に配置され、前記少なくとも１つの窪み（２５）は、前記プラグイン領域（１３）の前記外部接触表面（１４）の母線に平行に又は螺旋状に延在することを特徴とする、ネジインサート（３）。
2. 前記プラグイン領域（１３）は、円錐又は多角形の外部形状を有することを特徴とする、請求項１に記載のネジインサート（３）。
3. 全周に分配される、前記母線に平行に延在する複数の窪み（２５）は、前記プラグイン領域（１３）の前記外部接触表面（１４）上に配置されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のネジインサート（３）。
4. 前記少なくとも１つの窪み（２５）は、平坦な溝の形に設計されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載のネジインサート（３）。
5. 前記少なくとも１つの窪み（２５）は、最大１．５ｍｍの深さを有することを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のネジインサート（３）。
6. 前記受領開口（１６）は、前記工具側の前記前端面（２０）と前記雌ネジ（１７）との間に、第１の円錐軸受表面（２１）及び第２の円錐軸受表面（２２）を有する外部軸受領域を含有することを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のネジインサート（３）。
7. 前記第１の円錐軸受表面（２１）及び前記第２の円錐軸受表面（２２）は、異なる円錐角を有することを特徴とする、請求項６に記載のネジインサート（３）。
8. 周方向に互いから間隔を空けた複数の半径方向内方に突起するウェブ形状の軸受要素（２３）を有する内部軸受領域は、前記受領開口（１６）の内端と前記雌ネジ（１７）との間に存在することを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載のネジインサート（３）。
9. 前記ネジインサート（３）は、作業流体を送り込むために貫通孔（２４）を含有することを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載のネジインサート（３）。
10. 前記ネジインサート（３）は、前記受領開口（１６）の反対側を向いてその端部に雄ネジ（２９）を有することを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載のネジインサート（３）。
11. 前記ネジインサート（３）は、前記受領開口（１６）の反対側を向いてその端部に遮断溝（３０）を有することを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載のネジインサート（３）。
12. 全周に分配される、前記全周に平行に延在する複数の窪み（２５）は、前記プラグイン領域（１３）の前記外部接触表面（１４）上に配置されることを特徴とする、請求項１～１１のいずれか一項に記載のネジインサート（３）。
13. 金属製の工具受容器（１）の受領体（２）であって、
    受領開口（１２）が配置される長く細い受領領域（４）であって、前記長く細い受領領域（４）の前端面（７）上で入口（１１）に向かって広がり、請求項１～１２のいずれか一項に記載のネジインサート（３）を受領する、長く細い受領領域（４）を有することを特徴とする、金属製の工具受容器（１）の受領体（２）。
14. 重金属の材料から構成された中心部（９）は、前記長く細い受領領域（４）内に配置されることを特徴とする、請求項１３に記載の受領体（２）。
15. 前記中心部（９）は管状であり、中心貫通ダクト（８）を有することを特徴とする、請求項１４に記載の受領体（２）。
16. 前記中心部（９）は、前記受領体（２）の中心貫通開口（１０）の細い中心部の中に挿入されることを特徴とする、請求項１４又は１５に記載の受領体（２）。
17. 前記受領体（２）は、請求項１０に記載の前記雄ネジ（２９）を有する前記ネジインサート（３）を受領する前記長く細い受領領域（４）に、前記雄ネジ（２９）と接続する雌ネジを有することを特徴とする、請求項１３～１６のいずれか一項に記載の受領体（２）。
18. 前記受領体（２）は、請求項１１に記載の前記遮断溝（３０）を有するネジインサート（３）を受領する前記長く細い受領領域（４）に、前記遮断溝内に係合する遮断要素を有することを特徴とする、請求項１３～１６のいずれか一項に記載の受領体（２）。
19. 全周に分配され、前記全周に平行に延在する複数の窪み（２５）は、その受領開口（１２）内に配置されることを特徴とする、請求項１３～１８のいずれか一項に記載の受領体（２）。
20. 請求項１３～１９のいずれか一項に記載の受領体（２）、及び請求項１～１２のいずれか一項に記載のネジインサート（３）を有する、金属製の工具受容器（１）。
21. 前記受領体（２）の前記受領開口（１２）及び前記ネジインサート（３）の前記プラグイン領域（１３）は、前記ネジインサート（３）の装着位置において前記長く細い受領領域（４）の前記工具側の前記前端面（７）と前記ネジインサート（３）上の環状表面（１８）との間にギャップ（１９）が残るような方法で互いに適合されることを特徴とする、請求項２０に記載の工具受容器（１）。
22. 密封要素（３１）は、前記受領体（２）と前記ネジインサート（３）との間に形成されることを特徴とする、請求項２０に記載の工具受容器（１）。
23. 前記ネジインサート（３）及び前記受領体（２）の窪みは、互いの上に位置するようになり、従って前記接着剤用の特定の受領空間を生成することを特徴とする、請求項２０に記載の工具受容器（１）。

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