JP2014210337A - 用具保持器用の素早い交換システム - Google Patents

Abstract

【課題】用具保持器（14）用の素早い交換システムを定義する。
【解決手段】用具保持器（14）は、端部に星形の端面（40）を有する保持部（22）を有する。前記保持部（22）には、第1のボールと協働する長手方向の溝と、前記端面（40）のそれぞれ隣接した先端の間の第1の窪み（52）と、第2の窪み（46）とが備えられている。前記第１の窪み（52）は、前記長手方向の溝内への前記第1のボールの受け入れおよび案内をする。前記第2の窪み（46）は、当該用具保持器（14）を前記軸方向に固定するために、第2のボール（44）と協働する。切り換えスリーブ（18）内の窪み（26）が前記第2のボール（44）と整列された場合に、外側方向への径方向の偏向が可能となり、前記星形の端面（40）の前記先端は、前記保持部（22）が前記中空の円筒状の延長部（28）内へ導入されたときの、前記第1のボールに対する前記用具保持器（14）の角度合わせをする。
【選択図】図1

Description

本発明は、用具保持器を固定することのできる機械側の受け入れ具を備える、用具保持器用の素早い交換システムに関するものである。

用具保持器用の素早い交換システムでは、用具（たとえばフライス用具）を受け入れるように構成された用具保持器を、機械側の受け入れ具に取り外し可能に固定することができる。このようにして、用具保持器にすでに固定されたさまざまな用具を、交換器により、機械側の受け入れ具に固定することができる。

多くの場合、用具保持器を扱うためにロボットが使用されている。

先行するシステムでは、これによって正確な角度合わせを保証するために、受け入れ具上のふさわしい凹部へと、用具保持器を導入することが必要であった。この目的のために、駆動ウェブ（driving web）と溝との組み合わせ、または、フェザーキーと溝との組み合わせがこれまで使用されてきた。

しかし、これには、所定の角度位置を満たすために、用具交換器（すなわち、たとえばロボット）自体が用具交換器の正確な角度合わせを保証すること、または、用具保持器を受け入れ具の関連する窪みへとまず導入し、次いで、例えば駆動ウェブおよび溝が相互に整列される地点へと回転することが必要となる。

第1の場合、非常に正確なロボット設計および低い柔軟性が必要とされ、それは、より高いロボットコストにつながる。第2の場合、用具交換器における、より著しく複雑な運動機構、および、より高い時間要求が求められる。

これに鑑みて、本発明の目的は、事前の角度合わせを必要とせずに、機械側の受け入れ具上での用具保持器の正確な位置決めを得ることのできる、用具保持器用の素早い交換システムを提供することである。

この目的は、切り換えスリーブが変位可能に保持された中空の円筒状の延長部を有する機械側の受け入れ具を備える、用具保持器用の素早い交換システムであって、第1のボール、および、それから軸方向に角度を付けてオフセットされた第2のボールが延長部内に保持されており、用具保持器は、受け入れ具に対向する側に、用具保持器の回転方向に固定された定置のために第1のボールと協働する長手方向の溝を有する円筒状の保持部を有し、円筒状の保持部の端部に星形の端面を備え、中空の円筒状の延長部内への挿入時の、長手方向の溝内への第1のボールの受け入れおよび案内のために、端面のそれぞれ隣接した先端の間の第1の窪みを備え、かつ、用具保持器を軸方向に固定するために、第2のボールと協働する第2の窪みを円筒状の保持部上に備え、切り換えスリーブ内に、第2のボールに割り当てられた窪みが設けられ、その窪みにより、これらが第2のボールと整列された場合に、外側方向への径方向の偏向が可能となり、星形の端面の先端は、保持部が中空の円筒状の延長部内へ導入されたときの、第1のボールに対する用具保持器の角度合わせのために構成されている、素早い交換システムによる発明によって達成される。

これにより本発明の目的は完全に達成される。

本発明によれば、受け入れ具の中空の円筒状の延長部内への導入時における用具保持器の自動的な角度合わせが、第1のボールに対する衝突時における星形の端面の先端の整列により可能にされている。用具保持器自体がこのようにして整列されると、次いで第1のボールが円筒状の保持部の長手方向の溝内へと移動し、それにより、回転可能に固定された連結が達成される。中空の円筒状の延長部内へのさらなる挿入時に、第2のボールが円筒状の保持部上のそれらの関連する窪み内へと移動したときに、軸方向の定置が最終的に生じる。

好ましい実施形態では、用具保持器はコレットチャックとして構成することができる。しかし、用具保持器の他の選択的な実施形態も、本発明に関連して考えられる。

本発明の改良形態では、6つの長手方向の溝が、円筒状の保持部上に、等しい角度間隔で配置され、第2の窪みはそれぞれ、先端が隣り合った2つの隣接した長手方向の溝の間の領域に配置されている。

15mmの大きさのオーダーの直径範囲のための最適な寸法設定が本明細書において得られる。自明のこととして、より多くの、または、より少ない長手方向の溝および第2の窪みをも当然設けることができる。

本発明のさらなる実施形態によれば、それぞれ3つの第1のボールおよび3つの第2のボールが設けられ、それらのボールは、長手方向の溝および第2の窪みとそれぞれ協働する。

このようにして、安定した固定が保証される。

本発明のさらなる実施形態によれば、切り換えスリーブは係止位置へとバネ負荷され、そこで、第2のボールは、用具保持器が挿入されると、第2の窪み内の所定の位置に係止される。

これにより、軸方向における用具保持器の自動的な係止が可能となる。

本発明のさらなる実施形態によれば、第1の窪みは、第1のボールの部分的な受け入れ用に、実質的に球状の弧の形状に構成され、関連する移行部分を介して、長手方向の溝の1つへと合流している。

このようにして、第1のボールへの円筒状の保持部の整列が促進される。星形の端面が第1のボールに当接すると、円筒状の保持部は、第1のボールが関連する第1の窪み内へと移動し、次いで、関連する移行部分を介して長手方向の溝内へと移動するように、角度を付けて移動する。

本発明のさらなる実施形態によれば、切り換えスリーブの関連する窪み内へと第2のボールを径方向外側に押しやり、用具保持器が挿入されない場合、それらをこの位置に係止する、中央のバネ負荷された係止リングが、受け入れ具内に設けられている。

本実施形態の改良形態によれば、係止リングは、それが、圧力を受けて、円筒状の保持部の端面へと軸方向にたわむように配置されており、その結果、第2のボールは第2の窪み内へと移動し、切り換えスリーブは、その予荷重の作用により、第2のボールが第2の窪み内の所定の位置に係止される係止位置へと移動する。

こうした措置の結果、用具保持器の導入に先立ち、係止リングにより当初、円筒状の保持部の端面が最終的に係止リングに当接するまで、係止リング内に引き込んだ適切な位置に、第2のボールを保持することができる。これにより、係止リングがたわむことになり、さらに、切り換えスリーブの予荷重の作用により、第2のボールが第2の窪みに移動され、そこで、用具保持器が最終的に軸方向に係止された状態に保持される。

上述した素早い交換システムにより、用具保持器の自動の角度調整が保証される。しかし、これは、使用される把持器またはロボットが、（6つの長手方向の溝が使用される場合に）約+/-30°の対応する柔軟性を有していることを前提としている。しかし、そのような柔軟性を持たない比較的柔軟性が低いシステムもある。

この場合、用具保持器は、把持器用に、捻り可能な受け入れ具を有していてもよい。

このようにして、用具保持器が、中空の円筒状の延長部に導入されたときに、第1のボールに整列された場合、把持器に関連した受け入れ具の適切な角度調整が可能になる。

この目的のために、把持器カラーが、例えば把持器溝により、用具保持器に、捻り可能に固定されていてもよい。

これは、例えば、用具保持器の外面に回転可能に保持され、かつ、軸方向に固定されたリングにより実現されていてもよい。

自明のこととして、上述した特徴および以下に説明する特徴は、それぞれ記載した組み合わせだけでなく、本発明の請求の範囲を逸脱することなしに、他の組み合わせでも、または、単独でも使用することができる。

本発明に係る素早い交換システムの第1の実施形態の縦断面図であり、コレットチャックの形態の用具保持器が、機械側の受け入れ具の中空の円筒状の延長部に完全に挿入されており、そこで所定の位置に固定されている。 図1のD-D線に沿った断面図である。 図1のE-E線に沿った断面図である。 図2のC-C線に沿った部分縦断面図である。 斜め前から見た、円筒状の保持部の拡大部分斜視図である。 図1の実施形態の変形例であり、コレットチャックがさらに、把持器用の捻り可能な受け入れ具を有している。

本発明のさらなる特徴および利点は、図面を参照した、実施形態の以下の説明により明らかとなる。

図1では、本発明に係る素早い交換システム全体を番号10により示している。

素早い交換システム10は、円筒状の延長部28を有する機械側の受け入れ具12を有しており、円筒状の延長部28上に、バネにより負荷されて、切り換えスリーブ18が保持されている。

以下に、より詳しく説明するように、中空の円筒状の延長部28により包囲された空洞内へ、コレットチャックの形態の用具保持器14を、円筒状の保持部22とともに挿入し、そこで所定の位置に固定することができる。

用具保持器14は、その外側端部に挟持錐16および外部スレッド17を有しており、外部スレッド17にカラー19が続いている。

カラー19は例えば、ロボットまたは別の交換器を使用して、把持目的に寄与する。挟持錐16に挿入されるのは、ねじ付けられたナットによりさらに固定することのできる用具である。

素早い交換システム10の本新規な実施形態は、用具保持器14が、その保持部22とともに中空の円筒状の延長部28に導入されたときに、その軸方向の端位置に到達すると、所定の角度位置へと自動で整列され、かつ、最終的に所定の位置に固定されることを可能にする。

全部で3つの第2のボール44（図1および図2参照）は、中空の円筒状の延長部28の径方向の凹部内で、120°ずつ相互にオフセットされた状態に保持されており、円筒状の保持部22の端部で、関連する第2の窪み46に嵌合しており、軸方向の係止用に使用されている。図1に示す係止位置において、第2のボール44は、切り換えスリーブ18の内面により、外側への偏向を防止されており、その結果、係止が得られる。係止位置において、用具保持器14は、中空の円筒状の延長部28の外側端部に対して、円筒状の保持部22の外側端部に隣り合うカラーを支えている。

切り換えスリーブ18は、バネ要素24により係止位置へと予め荷重が負荷されており、止め輪30への当接により制限されたその端位置にある。

この係止位置から、切り換えスリーブ18を、らせんバネとして設計されたバネ要素24の力に逆らって、受け入れ具12の方向に移動することができる。これにより、切り換えスリーブ18の内面上の凹部26が、関連する第2のボール44と整列され、その結果、これらは、用具保持器14が中空の円筒状の延長部28から後退したときに、径方向外側に向かって窪み26へと向きを変えることができ、その結果、用具保持器14の軸方向の係止が解放され、これを容易に外側に後退させることができる。

中央の係止リング20が、中空の円筒状の延長部28の機械側の端部に収容されており、らせんバネの形態のバネ要素32により外側方向に予め荷重が負荷されており、第2のボール44と協働する。係止リング20はカップ状の基本形態を有しており、図1に示す係止位置において、その外側端面38により円筒状の保持部22の端面40を支えている。

切り換えスリーブ18が受け入れ具12の方向のそのバネ張力の作用に逆らって移動中であって、その結果、第2のボール44が解除されて切り換えスリーブ16上の関連する窪み26内へと移動した場合、用具保持器14の後退に伴い、係止リング20がそのバネ張力の作用により外側に向かって同時に移動し、第2のボール44を窪み26内に係止する。このようにして、切り換えスリーブ18がこの位置に保持され、係止リング20により所定の位置に係止される。係止リング20はここで、その軸方向の端位置にある。なぜなら、これは、機械側のショルダ36によって、止め輪34に当接するからである。

図3および図4から、より詳細に理解できるように、3つの第1のボール50が、中空の円筒状のショルダ28の関連する径方向の凹部51内に収容されており、第2のボール44に対して軸方向にオフセットされており、それに対し30°の角度でオフセットされている。第1のボール50は、円筒状の保持部22上の関連する長手方向の溝48に嵌合しており、それによって、受け入れ具12から用具保持器14へのトルク伝達を可能にしている。

用具保持器14がその円筒状の保持部22とともに中空の円筒状の延長部28内に導入されたときに角度合わせを保証するために、円筒状の保持部22の端面40が、全部で6つの先端56を有する星の形状に構成されており、それぞれ2つの隣接する先端56が、外側に凹状に延びた湾曲57により、互いに接続されている。図5から、より詳細に理解できるように、このような湾曲57は第1の窪み52をそれぞれ制限しており、窪み52は、実質的に球状の弧の形状に湾曲しており、移行部分54を介して長手方向の溝48の1つへと合流している。

それぞれ2つの隣接する長手方向の溝48の間には、第2の窪み58が配置されており、第2の窪み58は先端56の1つに直接隣り合っている。

この種の構成により、中空の円筒状の延長部28内への導入時の用具保持器14の角度合わせが以下のように達成される。

まず、端面40が、その先端56で第1のボール50に当接し、それにより、円筒状の保持部22が角度を付けて捻じられて、第1のボール50が第1の窪み52へと移動する。中空の円筒状の延長部28内へさらに挿入されると、第1のボール50は、隣り合った移行部分54を介して、それらの関連する長手方向の溝48内へと移動し、その結果、図4に示す位置に到達する。

端面40が係止リング20の端面38に当接するとすぐに、これが、そのバネ力の作用に抗して軸方向に変位され、それにより、第2のボール44が、切り換えスリーブ18の予荷重の作用により、これらが中空の円筒状の延長部28上の第2の窪み42と整列されるとすぐに、第2の窪み46内へと移動する。第2のボール44が切り換えスリーブ18の窪み26から完全に解除されるとすぐに、切り換えスリーブ18は、そのバネ張力の作用により、図1及び図4に示す端位置へと移動し、それによって、第2のボール44が、関連する第2の窪み42内で所定の位置に係止され、その結果、用具保持器14が軸方向に固定される。受け入れ具12に対する用具保持器14の軸方向に固定され回転方向に固定された接続が、このようにして達成される。

例えば用具交換のために用具保持器14を受け入れ具12から再び取り外さなければならない場合、窪み26が第2のボール44に整列されるまで、切り換えスリーブ18がそのバネ要素24の作用に逆らって移動され、その結果、後退時に第2のボール44が窪み26内へと移動し、上述したように、切り換えスリーブ18はこの位置に保持され、第2のボール44は係止リング20により、この位置に固定される。

図1に係る実施形態の変更例を図6に示し、その全体を10aで表す。

素早い交換システム10aの構造は、素早い交換システム10の上述した構造に完全に対応している。唯一の違いは、把持器カラー60が追加で、把持器溝82を有する用具保持器14a上に回転可能に固定されていることである。この目的のために、把持器カラー60は、例えばリング64により、カラー19に隣り合って、用具保持器14aの外面に回転可能に固定することができる。把持器カラー60はカラー19に直接隣り合っており、固定リング66により、止め輪68を用いて軸方向に固定されている。

把持器カラー60は用具保持器14に対して相対回転することができるので、このような実施形態は、使用される把持器またはロボットが十分な角度柔軟性を与えない場合に、中空の円筒状の延長部28内への導入時に用具保持器14aの自己整列を可能にするために使用することができる。

図6では、図1に対応する参照番号を、対応する部品に使用している。

Claims (10)

1. 切り換えスリーブ（18）が変位可能に保持された中空の円筒状の延長部（28）を有する機械側の受け入れ具（12）を備える、用具保持器（14、14a）用の素早い交換システムであって、
   第1のボール（50）、および、それから軸方向に角度を付けてオフセットされた第2のボール（44）が前記延長部（28）内に保持されており、
   前記用具保持器（14、14a）は、前記受け入れ具（12）に対向する側に、当該用具保持器（14、14a）の回転方向に固定された定置のために前記第1のボール（50）と協働する長手方向の溝（48）を有する円筒状の保持部（22）を有し、前記円筒状の保持部（22）の端部に星形の端面（40）を備え、前記中空の円筒状の延長部（28）内への挿入時の、前記長手方向の溝（48）内への前記第1のボール（50）の受け入れおよび案内のために、前記端面（40）のそれぞれ隣接した先端（56）の間の第1の窪み（52）を備え、かつ、当該用具保持器（14、14a）を前記軸方向に固定するために、前記第2のボール（44）と協働する第2の窪み（46）を前記円筒状の保持部（22）上に備え、
   前記切り換えスリーブ（18）内に、前記第2のボール（44）に割り当てられた窪み（26）が設けられ、その窪みにより、これらが前記第2のボール（44）と整列された場合に、外側方向への径方向の方向転換が可能となり、
   前記星形の端面（40）の前記先端（56）は、前記保持部（22）が前記中空の円筒状の延長部（28）内へ導入されたときの、前記第1のボール（50）に対する前記用具保持器（14、14a）の角度合わせのために構成されている、素早い交換システム。
2. 6つの長手方向の溝（48）が、前記円筒状の保持部（22）上に、等しい角度間隔で配置され、前記第2の窪み（46）はそれぞれ、前記先端（56）に隣り合った2つの隣接した長手方向の溝（48）の間の領域に配置されている、請求項1に記載の素早い交換システム。
3. それぞれ3つの第1のボール（50）および3つの第2のボール（44）が設けられ、それらのボールは、前記長手方向の溝（48）および前記第2の窪み（46）とそれぞれ協働する、請求項1または2に記載の素早い交換システム。
4. 前記切り換えスリーブ（18）は係止位置へとバネ負荷され、そこで、前記第2のボール（44）は、前記用具保持器（14、14a）が挿入されると、前記第2の窪み内の所定の位置に係止される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の素早い交換システム。
5. 前記第1の窪み（52）は、前記第1のボール（50）の部分的な受け入れ用に、実質的に球状の弧の形状に構成され、関連する移行部分（54）を介して、前記長手方向の溝（48）の1つへと合流している、請求項1〜4のいずれか1項に記載の素早い交換システム。
6. 前記切り換えスリーブの前記関連する窪み内へと前記第2のボール（44）を径方向外側に押しやり、用具保持器（14、14a）が挿入されない場合、それらをこの位置に係止する、中央のバネ負荷された係止リング（20）が、前記受け入れ具（12）内に設けられている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の素早い交換システム。
7. 前記係止リング（20）は、それが、圧力を受けて、前記円筒状の保持部（22）の前記端面（40）へと前記軸方向にずれるように配置されており、その結果、前記第2のボール（44）は前記第2の窪み（46）内へと移動し、前記切り換えスリーブ（18）は、その予荷重の作用により、前記第2のボール（44）が前記第2の窪み（46）内の所定の位置に係止される係止位置へと移動する、請求項6に記載の素早い交換システム。
8. 前記用具保持器（14a）は、把持器用の捻り可能な受け入れ具を有している、請求項1〜7のいずれか1項に記載の素早い交換システム。
9. 把持器カラー（60）が、把持器溝（62）により、前記用具保持器（14a）に、捻り可能に固定されている、請求項8に記載の素早い交換システム。
10. 前記把持器カラー（60）は、リング（64）により、前記用具保持器（14a）の外面に、回転可能に保持され、前記軸方向に固定されている、請求項9に記載の素早い交換システム。

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