JP2016533912A - 工具チャックシステムの減衰要素 - Google Patents

Abstract

本発明は、工具レセプタクル内あるいは工具自体上に工具を圧力フィット式にクランプした状態で加工する際の振動および衝撃を減衰するための工具チャックシステムのための減衰要素であって、機械的作用効果を有する形状記憶合金製の少なくとも１つの減衰要素（６、１３、２６）が工具チャックシステム内または工具自体上に配置され、クランプ要素が機械的作用力の作用によって予備緊張状態にされている結果として、その関連する結晶変換を伴って、チャックされた要素の作用力流内にチャック状態で配置されている減衰要素（６、１３、２６）は可逆性ヒステリシス依存変形状態になっており、よって、機械エネルギーの消散が導かれ、減衰対象の機械エネルギーは循環振動であり、あるいは衝撃の形態で伝達される非循環過荷重を構成している減衰要素に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、工具を工具レセプタクル内に圧力フィット式にクランプした状態で、または工具自体をクランプした状態で、加工時に発生する振動または衝撃を減衰する工具チャックシステムのための減衰要素に関する。

形状記憶合金が多種多様な技術的利用形態において利用されていることは知られている。形状記憶材料製の部品は焼き鈍し処理によって事前に付与された形状を記憶するので、擬弾性特性を有する形状記憶合金は、例えばバネ減衰要素および固体要素として使用される。従って、形状記憶合金の優れた変形性と、数多くの金属の減衰性能よりも大きなその減衰性能とが、例えばスポーツ用品に利用され、ＤＥ１０２０１１０１６４６３Ａ１にて説明されているように、使用時にスポーツ用品に及ぼされる衝撃応力および振動応力を減衰するために活用されている。

工具チャックシステムにおいては、振動は加工の結果として発生することが知られている。これら振動は工具によってチャックシステム内に導かれ、工具の利用寿命を短縮させ、加工対象の加工物の表面品質を劣化させる。従って、工具および工具チャックシステムの振動の低減は重要な技術であり、経済的な目標である。多くの場合には、振動を減少させるのに利用される従来のシステムの設計は非常に複雑で高価であった。

特にピエゾセラミック材料を基礎とする動的減衰システムは技術的に複雑で高コストである電子機器を必要とする。加えて、これらシステムは外部電源も必要とするが、大抵の場合にはその利用は困難である。

形状記憶合金が２つの異なる作用効果を有することは知られている。まずは熱的効果であり、これはマルテンサイトの状態の擬塑性変形に基づいており、さらにマルテンサイトの強度がオーステナイトの強度よりも小さいという事実に基づいている。結果的な形状の変化は永久的である。その後に材料が相変態温度よりも高温に加熱されると、オーステナイト相への変態中に試験対象物の元の形状が復活するであろう。この現象は、いわゆる形状記憶作用あるいは単に記憶作用とも呼ばれるものである。この効果は制御要素またはアクチュエータにおいて特に有用である。工具チャックシステムにおいては、そのような制御要素はクランプ効果を増幅することができ、その場合には、特定の温度で作用を開始する制御要素は、工具を挿入させ、その後に工具に加わる保持力を向上させる形状となる。

当業者であれば形状記憶の２つの異なる種類を区別することができる。すなわち一方向効果と双方向効果である。一方向効果とは、特定の温度閾値を超えると特定の形状となる形状記憶素子のことである。変形した形状記憶合金は、この温度閾値を超えると、その元来の形状を“思い出し”、その形状に復帰する。形状記憶素子に追加の力が付加されなければ、この形状は温度が低下した後も維持される。双方向効果とは、特定の温度を超えたときと、温度が特定の温度以下に降下したときの両方で、形状記憶素子を自動的に特定の形状にさせる現象のことである。この種の形状記憶素子は、加熱および冷却の両方によって、その形状を変化させるべく誘導できる。

機械的効果または擬弾性効果として知られる他の効果は、温度の外部変動に影響されず、外力の作用を通じて最大８％の可逆性膨張に導く。この擬弾性範囲は従来の弾性変形の範囲が終結した後に始まる。変形はオーステナイト相において発生し、機械的応力によって誘起されるマルテンサイトの形成に基づく。変形後に形状記憶素子に対するマルテンサイトの形成力が排除されると、マルテンサイトはオーステナイトに変換され、膨張はほぼ一定の応力で反転される。よって形状記憶素子はその元来の形状に戻る。すなわち機械的エネルギーはポテンシャルエネルギーに変換され、その後に再び放出される。従来の弾性変形とは異なり、この応力誘起変形中に変態ヒステリシスが観察される。ヒステリシスの程度は減衰されたエネルギーに対応する。この現象は機械エネルギーの減衰に利用でき、従ってこの特性は高度にコンパクトな固体減衰素子の提供を可能にする。加えて、利用される合金の組成を変えることによって、あるいは熱機械的に材料を予備処理することによってヒステリシスループ領域を変更することが可能であり、よって、減衰作用を変更することが可能である。減衰作用の変更は周囲温度の変更によっても誘導できる。

従来技術から本発明による形状記憶合金を製造することができる多数の合金構成元素が存在することは知られている。知られた形状記憶材料および材料組成物には非限定的に、Ａｇ−Ｃｄ、Ａｕ−Ｃｄ、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ、Ｃ−Ｚｎ−Ａｌ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｍｎ−Ｃｕ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ａｌ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｇａ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｇａ、Ｔｉ−Ｐｄ、Ｎｉ−Ｔｉ、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｎｂ、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｇａが含まれており、ニッケル（Ｎｉ）およびチタン（Ｔｉ）系の形状記憶合金が本発明での利用に特に好適である。本発明の形状記憶要素は形状記憶合金のみにより製造する必要はなく、他の成分を含むこともでき、例えば鋼芯を含むことができ、その表面が形状記憶材料によって後で被覆処理され、あるいその形状記憶材料によって完全に包囲される。

自動的な加工操作においてはクランプ工具を使用することが知られており、そのクランプ力は加圧媒体および放射変形可能な膨張スリーブまたは縮小フィットスリーブによって加工対象物に伝達される。従ってＤＥ３９０９６３０Ｃ２は、形状記憶性能を有し、クランプ工具内に配置されている合金製の膨張要素によって加工対象物の加工接触面に加工対象物を高精度で加圧フィット式にクランプさせるクランプ工具を開示しており、その膨張要素は非緊張状態では低バックラッシ（あそび）を有するが、加工対象物と可動状態で係合し、その全表面に亘って放射状作用力に曝露される。クランプ工具が閉じられたときに膨張要素の相当程度の膨張を確実にし、比較的に大きな許容度で加工対象物をクランプ工具と係合させるために、クランプ工具が利用される温度にて膨張要素が可逆的に応力誘起されたオーステナイト／マルテンサイト構造変態範囲（擬弾性または超弾性範囲としても知られる）内に存在することを確実にすべく選択された形状記憶合金によって膨張要素は製造される。さらに、ＤＥ１９８６０２５４Ｃ１は、シャンク（柄）を収容する弾性クランプスリーブを有し、低バックラッシでクランプスリーブを包囲する形状記憶合金製のシュリンクフィットスリーブを有したシャンクをクランプするクランプチャックを開示しており、このシュリンクフィットスリーブは、クランプチャック内で要素品の迅速な交換または置換を可能にし、比較的に長時間を要する冷クランプチャックを加熱する必要性を排除するように単式または複式ネジ溝螺旋体の形態に設計されている。この場合には、形状記憶合金製のシュリンクフィットスリーブは熱性の形状記憶効果を利用している。

ＤＥ１０２０１１０１６４６３Ａ１ ＤＥ３９０９６３０Ｃ２ ＤＥ１９８６０２５４Ｃ１ ＵＳ６７４９３７６Ｂ２

技術のこの状況を出発点とし、本発明によって解消すべき課題は、工具レセプタクル（工具受領部）内または工具内で加工運転中に発生する振動および衝撃を減衰させるための単一ユニット式またはモジュール式に構成された工具チャックシステムのための減衰要素を提供することであり、この減衰要素は、工具によってまたは加工工具スピンドルによってチャックシステム内に導入され、工具の使用寿命を短縮させ、保持される加工対象物の表面仕上がり状態を劣化させる振動を低減する。それに加えて、本発明の他の好適実施態様はさらに、工具と工具レセプタクルとの間に得られるクランプ（締付）力を向上させ、リリース（解放）位置において工具とレセプタクルとの間の隙間を埋めるために形状記憶作用効果を活用する。また、形状記憶合金の利用は腐食の制御を改善する。

ＵＳ６７４９３７６Ｂ２では、形状記憶要素が工具シャンクのクランプに使用されている工具レセプタクルが記述されている。しかし、この発明の基本概念は十分に高い保持力の発生に限定されている。さらに、この実施形態の深刻な弱点は、説明されている工具レセプタクルが、工具をクランプおよびリリースするための特殊冷却装置の購入をユーザに強制するような、さらなるクランプ法を必要とすることである。一方、本発明は従来技術型のクランプチャックを使用して実施することができる。よってユーザは従来から活用していたクランプ方法を継続的に活用することができ、別方法への複雑で高コストな切換えは不要である。

この減衰要素は、単純構造であってコンパクトなエネルギー自足設計であり、作動状態において減衰特性が一時的に変更できる形態で構成されている。これは特に、室温、および／または、加工時若しくはクランプ時の支配的温度、および／または、リリース操作時に意図された作用が達成されるように形状記憶合金および形状記憶要素が選択および配置されることを確実にすることで達成できる。

本発明によれば、この課題は請求項１の特徴部によって達成される。本発明の有用な実施態様は従属請求項において記載されている。

本発明によれば、機械的効果を備えた形状記憶合金製の少なくとも１つの減衰要素が工具チャックシステム内または工具自体上に配置され、チャック状態でチャックされている要素の作用力流内に配置されている減衰要素は、減衰要素が機械力の作用によってプレテンションされている（予め緊張（引張）状態に置かれている）結果として、その関連する結晶変換が伴う可逆性ヒステリシス依存変形状態にあり、それによって機械エネルギーが散逸（消散）され、減衰される機械エネルギーは循環振動となり、または、衝撃の形態で伝達される非循環性過負荷を構成する。

本発明により達成されるべき別な課題は、その機械的特性を変更することによって減衰要素の減衰性能を変更し、それによって、それをシステムの新規な状態に適合させることである。この特性の変更は使用材料によって決定され、温度の変化により開始される。温度が上昇すると、減衰要素として使用される擬弾性形状記憶要素の応力−ひずみヒステリシス曲線が低下し、要素の剛性が増加し、さらに上昇した温度が減衰要素の低下した減衰性能および増加した剛性性能を導く。しかし、特定の場合には、形状記憶合金の好適な選択および処理によって逆の効果を達成することも可能である。

本発明は、形状記憶合金製の減衰要素を異なるデザインに形状化できるという利点を提供する。利用されるデザイン形状は、例えば、ワッシャ、カップスプリング、リング、固体円柱若しくは中空筒体、曲帯体またはトーションバーの形状を含む。よって形状記憶材料製の減衰要素が、例えばスリーブの形態に構成され、工具の筒状シャンクと工具レセプタクルの受領要素との間に設置され、工具の筒状シャンクが減衰要素の筒状凹部内に加圧フィット式に保持されるか、または、形状記憶材料製であって、スリーブの形態に形状化された減衰要素がコレットチャックと工具の筒状シャンクとの間に設置され、減衰要素が工具の筒状シャンクに接続されるよう、コレットチャックに配置されたネジによって軸方向作用力が発生される。

工具モジュールのシャンクが基部マウント（基部取付部材）に取り付けられている工具レセプタクルを有するモジュール形態のチャックシステムにおいては、形状記憶材料製の減衰要素が工具モジュールの接触面間に配置されていることが望ましい。あるいは、中ぐり棒およびフランジを備えた中ぐり棒ホルダが工具レセプタクルの受領要素上に取り付けられている工具レセプタクルを備えた工具チャックシステムにおいては、形状記憶材料製の環状減衰要素が、工具レセプタクルの受領要素内にて接続要素に軸方向の形態で設置されていることが望ましい。

本発明の別好適実施態様においては、形状記憶要素は工具ホルダの外周部に配置される。理想的には、このような形状記憶要素が後部クランプ領域において工具ホルダをリング状に包囲している。このタイプの形態では、先端が工具方向に指向する楔状断面が特に有効であることが証明されている。

別な好適実施態様は減衰を目的として、形状記憶材料製ではないキャリア要素を形状記憶材料でコーティング（被覆）処理するか、あるいは接続要素自体または接続要素の一部を形状記憶材料で製造する。

さらに別な実施態様は、減衰要素が形状記憶材料によって完全製造されているか、減衰要素の芯部が形状記憶材料でコーティング処理されている、形状記憶特性を有していない材料により製造される利点を提供する。

本発明の根底にある概念は減衰要素が機械的または擬弾性形状記憶効果を有することである。それらの特別な弾性特性によって、形状記憶合金製の受動性（パッシブ）減衰要素は従来の減衰手段よりも相当程度に減少した設置スペースを必要とするだけである。さらに減衰要素の重量とサイズに関係する慣性モーメントは従来の減衰要素のものに比べて相当に小さい。これでシステムにおける不均衡の発生可能性は減少する。形状記憶材料製の減衰要素の非常にコンパクトな設計形態の利点は、改善された表面品質およびそれと同時に、改善された工具使用寿命を備えたワークピースが、工具またはチャックシステムの寸法を増加させることなく、外部エネルギーの供給を必要とせずに製造が可能になることである。

別な利点は、減衰特性を変更または調節するのに利用される加熱プロセスが、形状記憶要素の固有抵抗に基づいて電流により外部的に制御できることである。

同様に好適な実施態様では、減衰特性が環境温度を変更することで独立して変更または調節される。この場合には減衰要素は適応機能を有する。なぜなら減衰要素は、その減衰特性に関して、その環境に適応することができるからである。

本発明の特に好適な実施態様では、説明している減衰特性に加えて形状記憶効果はクランプ力の向上にも導く。そのために必要とされる温度の変化は、理想的には従来の適用形態に一体化される。例えば１つの可能性は、１以上の形状記憶要素をシュリンク（収縮）フィットチャックに一体化させることである。形状記憶合金の組成によっては異なる効果を発揮させることが可能となる。第１のステップではシュリンクフィットチャックは加熱され、その膨張によって工具シャンクが挿入できる。この目的において、それが工具ホルダの膨張運動に従わなければならないように、またはシュリンクフィットチャックの膨張運動とは独立的に温度の変化の結果として、それが工具シャンクを挿入させる形状となるように、その少なくとも１つの形状記憶要素はシュリンクフィットチャック内に配置される。そこに挿入された工具シャンクを備えたシュリンクフィットチャックが冷却されると、その少なくとも１つの形状記憶要素の形状は、それが工具シャンクに特に接近して設置されるように変化する。既に説明した減衰特性に加えて、工具シャンクに発揮される圧縮力も同様に増強される。

本発明による形状記憶要素の使用が、シュリンクフィットチャックでの利用には限定されていないことは言うまでもない。非熱的方法の１例として、いわゆる液圧膨張チャックを以下で説明する。この種のチャックはクランプ工程中に温度の変化は伴わないので、形状記憶効果はそれ以外でその作用効果を発揮する。工具シャンクを通じて、またはチャックを通じて流れる冷却剤を利用するので、工具シャンクのクランプ領域で得られる温度は一般的に支配的な室温または周囲温度よりも低温である。このことは特に冷却において、低温で保存され、および／またはそれらが蒸発する際に環境から熱を奪う液体または気体が関与する場合に当てはまる。その１例は二酸化炭素（ＣＯ_２）での工具の冷却である。工具シャンクのクランプ領域の温度が特定温度以下に降下すると、工具ホルダ内に設置されている少なくとも１つの形状記憶要素が、工具シャンクに特に接近して配置されるようにその形状を変化させるであろう。既に説明した減衰特性に加えて、工具シャンクに発揮される保持力も同様に増強される。

本発明の別な適用態様には、形状記憶要素と、ＣＦＲＰ製のスリーブを有したクランプチャックとの組み合わせが関与する。このタイプの工具レセプタクルは、例えばＤＥ１０２０１３１０８２０９において解説されている。この種のチャックでは、熱作用に曝露されるのは工具ホルダではなく工具シャンクである。工具シャンクが低温に冷却されると、その外径は減少する。その後に、この“縮小された”工具シャンクは工具ホルダ内に挿入される。室温での工具シャンクの膨張の結果、工具と工具ホルダとの間には保持力が発生する。このクランププロセスは、形状記憶合金の利用によって、あるいは工具シャンクへの形状記憶要素の組み入れによって増強できる。冷却時に形状記憶合金または少なくとも１つの形状記憶要素は外径を減少させるのに役立つような形状となる。現実には、これには棒状の形状記憶要素が利用され、それが工具シャンクの外側に適用されることで実現できる。室温では、この形状記憶要素は外径を増加させるような形状を有する。工具シャンクの外径が冷却によって減少すると、形状記憶要素は工具シャンクの他の部位の外径以下となるような形状となる。これで形状記憶要素が適用されている部位が工具ホルダ内に挿入できる。

特に好適には、室温に戻ると、あるいは作動温度に到達すると、形状記憶合金は工具シャンクと工具ホルダとの間の保持力を高める形状となる。その元来の形状を取り戻す過程で、形状記憶要素が利用されている工具シャンクと工具ホルダとの間に密着状態が得られる。

言うまでもなく、形状記憶要素の形状は棒状には限定されず変更可能である。例えば１以上の環状要素の形態または完全若しくは部分的に工具シャンクを包囲するスリーブの形態に設計できる。

工具シャンクでの形状記憶合金の有利な活用形態はこの実施態様例には限定されない。本発明によれば、ＣＦＲＰ製のスリーブを有したクランプシャンク内で使用されることを想定していない工具シャンクは、もちろん、それらに加えられる形状記憶材料製の少なくとも１つの要素を有することができる。この過程において、好適には工具ホルダのシャンク工具の減衰作用に対して影響が及ぶ。適用される形状記憶要素の形態は、優勢な必要性および／またはシャンク径に応じて選択できる。形状記憶材料の薄コーティングの適用に加えて、他の形態でも望ましい結果に導くことができる。例えば回転軸に対して直角に走行し、クランプ領域で完全または部分的に工具シャンクを囲むリング形態または部分的リング形態の１以上の形状記憶要素が望ましい結果をもたらすことができる。また、回転軸と平行に走行する棒状の形状記憶要素、または工具シャンクを完全若しくは部分的に囲むスリーブ状の形状記憶要素も想定が可能である。もし、この目的のためにこれら形状記憶要素が工具シャンク上に提供されている溝部内に配置されていれば特に好適である。

別な好適実施態様では、異なる形状記憶要素は工具のシャンクに取り付けられ、結果として生じる温度後の工具の特性に良い影響を及ぼす。例えば特に液化二酸化炭素（ＣＯ_２）を使用した特に低い温度の工具ホルダでの利用のために、または特に熱膨張プロセスにおける利用のために、合金を工具シャンクに活用することも可能である。

ねじ込工具の別体シャンク部分が関与する場合には、形状記憶合金でのコーティングおよび／または形状記憶合金を工具シャフトに被覆処理することが特に有益であることは特筆すべき事柄である。一方、その別体シャンク部分はねじ込加工部分とは独立的に処理ができ、特に合金化処理ができ、さらに、別体シャンク部分が長期に亘って使用されるため、磨耗の兆候が発生した場合には原則としてねじ込加工部分またはねじ出加工部分だけが交換される。ねじ込カッターヘッドおよび別体シャンク部分を含んだこの種のシステムは、例えばＤＥ１０２０１２１００９７６Ａ１で開示されている。

工具ホルダの特定部分のコーティングはシャンク工具のための受領領域には限定されない。工具ホルダを工具スピンドルにクランプするクランプ領域も同様に形状記憶材料で最適化できる。この目的のため、形状記憶材料の薄いコーティングが好適には工具ホルダのクランプ領域の接触面に適用される。工具ホルダがスピンドルに供給されると、このコーティングは工具ホルダのクランプ領域とスピンドルの接触面との間に存在する。擬弾性効果のおかげで、スピンドルと工具ホルダとの間には減衰作用が発生し、接触状態が改善され、限定はされないが、最終的には弾性変形によって生じる保持力が増加する。

減衰特性を向上させ、クランプ力を増加させるための形状記憶材料の多種多様な適用可能形態のため、および利用時に異なる温度範囲に依存する可能性のために、工具ホルダまたは工具に、部分的に異なる特性を有した異なる形状記憶合金製の要素を使用することは有益であろう。これら異なる特性は、異なる合金元素、それら合金元素の異なる組成割合、および／または異なる熱処理の結果であろう。

本発明の別な実施態様では、冷却剤運搬ボアおよび／または冷却剤運搬溝部内に、振動および衝撃を減衰するための形状記憶要素が活用される。この目的で、工具の１機能として冷却剤流を制御し、シース（鞘）領域で特に望ましい温度に導くように加工温度を制御する形状記憶合金を使用することが望ましい。

本発明は、図面に概略的に図示された実施例を利用して以下で詳細に説明されている。

図１は、形状記憶材料製の減衰要素を有した収縮フィットチャックのシャンク工具のための工具レセプタクルの第１実施例を図示する。 図２は、形状記憶材料製の減衰要素を有した収縮フィットチャックのシャンク工具のための工具レセプタクルの別実施例を図示する。 図３は、形状記憶材料製の減衰要素を有したモジュール式工具システムのための工具レセプタクルの別実施例を図示する。 図４は、カップスプリング形態の形状記憶要素を有した工具モジュールを図示する。 図５は、ワッシャ形態の形状記憶要素を有した工具モジュールを図示する。 図６は、ピン形態の同心的に配置された形状記憶要素を有した工具モジュールを図示する。 図７は、同軸的に配置された形状記憶要素を備えた実施例を図示する。 図８は、内側スリーブの形態の形状記憶要素と、外周上の形状記憶材料製の減衰要素とを備えた実施例を図示しており、この減衰要素は楔形状の環状断面を有している。 図９は、工具レセプタクル内に棒状の形状記憶要素を備えた実施例を図示する。 図１０は、工具レセプタクル内に環状の形状記憶要素を備えた実施例を図示する。 図１１ａと図１１ｂは、２つの異なる状態で工具シャンク上に棒状の形状記憶要素を備えた実施例を図示する。 図１２は、形状記憶材料製の合金でコーティング処理されている中空テーパシャンク界面を備えた実施例を図示する。 図１３は、形状記憶材料製の合金でコーティング処理されているカッターヘッド受領部を備えた実施例を図示する。 図１４は、棒状の形状記憶要素を有したカッターヘッドを備えた実施例を図示する。

図１はチャック状態のシャンク工具のための工具レセプタクル（工具受領部）の１実施例を図示する。工具レセプタクルは筒状（円筒状）工具シャンク上に、例えばサーマルシュリンク（熱収縮）フィットチャック若しくは液体膨張チャックとして、または放射方向のクランプ力を備えた類似工具チャックシステムのために設計できる。

第１実施例においては、筒状シャンク２を備えた切削工具１（フライス工具、ドリル工具、ネジ溝加工工具）が工具レセプタクル３内に配置されている。工具レセプタクル３の受領要素４内の筒状凹部５内には、形状記憶材料製のスリーブ状減衰要素６が配置されており、スリーブ状減衰要素６の外側面７は受領要素４の筒状凹部５内に圧力フィット（圧力嵌め、力嵌め、圧入）タイプのプレスフィット（プレス嵌め、圧力嵌め、圧入）式に取り付けられている。スリーブ状形状記憶要素６の筒状凹部８においては、例えば切削工具１の筒状シャンク２が圧力フィットタイプのプレスフィット式に取り付けられており、そのスリーブ状減衰要素６が切削工具１の筒状シャンク２と工具レセプタクル３の受領要素４との間に設置されている。本発明による形状記憶材料製のスリーブ状減衰要素６のこの構成によって、作用力流内に配置されている減衰要素６は、プレテンション状態にされている結果として可逆性ヒステリシス依存変形し、その擬弾性特性によって工具レセプタクル３内の切削工具１の接触面上での加工時に発生する振動と衝撃を減衰することができる。

図２はクランプ装置を利用した工具レセプタクルの別実施例を図示する。工具レセプタクル３の受領要素４内にはテーパ状ボア（腔部）９が設置されており、その中にコレットチャック１０が通常の形態で挿入されている。コレットチャック１０と切削工具１の筒状シャンク２との間には形状記憶材料製のスリーブ状減衰要素６も配置されている。中央ネジ部１１を作動させることで軸方向力が発生し、コレットチャック１０はテーパ状ボア９内に引き込まれ、コレットチャック１０のクランプ部分１２は形状記憶材料製のスリーブ状減衰要素６に接近し、減衰要素６は切削工具１の筒状シャンク２と共に放射状にクランプされる。本発明によるこの形状記憶材料製のスリーブ状減衰要素６の設計によって、作用力流内に配置されている減衰要素６は、プレテンション状態にされていた結果として可逆性ヒステリシス依存変形し、その擬弾性特性によって振動および衝撃を減衰することができる。

図３、図４、図５および図６は、モジュール式工具システム内での形状記憶材料製の減衰要素１３の利用のための追加的な実施例を図示する。このモジュール式工具システムにおいては、工具レセプタクル３は、内部ボア１５を備えた基部マウント１４と放射状に配置されているコレットチャック１６とを備えており、その中に工具モジュール１７のシャンク１８が挿入され、例えばテーパ状の先端部を備えたコレットチャック１６によって、工具モジュール１７のシャンク１８のテーパ状ボア１９内にコレットチャック１６を捩じ込むことによって固定される。工具モジュール１７の接触面２０、２１と基部マウント１４との間には形状記憶材料製の減衰要素１３が設置されている。減衰要素１３は、例えば図４ではカップスプリングの形態であり、図５ではワッシャの形態であり、図６ではピンの形態で構成されている。チャック状態では減衰要素１３はチャックされた要素の作用力流内に配置されており、可逆性ヒストリシス依存変形する。

図７は、モジュール式工具システムの長形カンチレバー型中ぐり棒ホルダ内での、例えば、形状記憶材料製の２つのスリーブ状減衰要素２６の使用を図示する。中ぐり棒２２は、ネジ２５またはネジ要素によって工具レセプタクル３の受領要素２４にフランジ２３で固定され、ネジ２５と受領要素２４との間にはスリーブ状減衰要素２６が、スリーブ状減衰要素２６が共軸形態でチャック状要素の作用力流内に位置するように配置される。図示の減衰要素２６は圧力荷重の影響を受けている。曲げ荷重のための構成も同様に提供される。チャック状態では減衰要素２６はチャック状態要素の作用力流内に配置され、可逆性ヒステリシス依存変形する。別実施例（図示せず）では減衰要素２６は同心的に設計されている。この特定実施例においては、ネジ２５またはネジ２５の一部も形状記憶材料で製造することができる。

図８はクランプ状態の工具が存在しない工具レセプタクル３の別実施例を図示する。スリーブ状または部分的にスリーブ状である形状記憶材料製の減衰要素６が受領要素４の後方領域に固定されている。工具レセプタクル３は振動性能をさらに改善するよう、テーパ状の環状断面を有した形状記憶材料製の減衰要素１３ｂによって追加的に囲まれている。

図９は工具レセプタクル３の別実施例を図示しており、その内部では、形状記憶材料製の棒状減衰要素６ｂが、受領要素４内に特にこの目的で提供されている筒状凹部５ｂ内に配置されている。図面では形状記憶材料製の減衰要素６ｂがその機能を明確に示すために誇張されている。もし工具シャンク（図示せず）が受領開口部内に挿入されるのであれば、形状記憶材料製の減衰要素６ｂは、受領要素４と工具シャンク（図示せず）との間での弾性変形の結果として緊張（引張）状態となっているであろう。別実施例では、形状記憶材料製の減衰要素６ｂは、シュリンクフィットチャックによるクランプ中に熱エネルギーの作用によって回転軸の方向に平坦化した形状になる。受領要素４の筒状凹部５ｂは、好適には、形状記憶効果の結果として生じる膨張または変形を妨害しないように両方に開状領域を有する。さらに、受領要素４は、形状記憶材料製の棒状減衰要素６ｂに平行に走る追加のリリース溝部２７を有することができる。冷却剤通流ボア２８に接続されると、溝部２７は冷却剤運搬溝部としても利用できる。この場合には、溝部２７はシャンク工具のシャンク（図示せず）に隣接するであろう。

図１０は工具レセプタクル３の別な別実施例を図示しており、そこでは形状記憶材料製の（部分的）環状減衰要素６ｃが、受領要素４に特にこの目的で提供されている環状凹部５ｃ内に配置されている。この図では形状記憶材料製の減衰要素６ｃはその機能を明確にするために誇張されている。もし工具シャンク（図示せず）が受領開口部内に挿入されるとするなら、形状記憶材料製の減衰要素６ｃは、受領要素４と工具シャンク（図示せず）との間での弾性変形の結果として緊張状態となっているであろう。別実施例では、形状記憶材料製の減衰要素６ｃは、シュリンクフィットチャックによるクランプ中に熱エネルギーの作用により回転軸の方向に平坦化した形状になる。形状記憶材料製の減衰要素６ｃは好適には部分的リング形状に構成され、その端部間に開口スペースを有し、形状記憶効果に起因する膨張または変形を妨害しない。さらに受領要素４は形状記憶材料製の（部分的）環状減衰要素６ｃに平行に走る追加のリリース溝部２７を有することができる。

図１１ａと図１１ｂは切削工具１の工具シャンクでの本発明の１実施例を図示する。この実施例では工具シャンクは形状記憶要素６ｄを保持することができるように構成されている少なくとも１つの溝部５ｄを有する。明確に示すため、構成Ｉの形状記憶材料製の棒状減衰要素６ｄは、外周の残り部分を越えて突き出す程度に誇張されている。この実施例では、構成Ｉの形状記憶材料製の複数の棒状減衰要素６ｄは工具シャンク上に配置されている。熱的曝露、すなわち冷温または高温への曝露は形状記憶材料の形状変化を促す。従って、それは構成ＩＩの形状記憶材料製の棒状減衰要素６ｅに変化する。外径を減少させることで工具レセプタクルの受領要素内への挿入は容易化または実現可能になる。温度を再変化させることで、好適には室温に戻すことで、または作動温度に到達させることで、形状記憶要素は構成Ｉの形状記憶材料製の棒状減衰要素６ｄに戻る。構成Ｉの形状記憶材料製の少なくとも１つのそのような棒状減衰要素６ｄを有した部分の元の外周は、好適には工具レセプタクル（本図では図示せず）の内径よりも少々大きく、減衰効果だけではなく保持力も増加する。当然ながら、形状記憶要素のデザインは棒の形状には限定されず、異なる形状、例えば、環状、部分環状、スリーブ状または部分スリーブ状でもよい。特に、形状記憶要素が単純に工具シャンク上の薄コーティングでもよいことは特記すべきことである。

図１２は、スピンドル（図示せず）との工具レセプタクル３の界面に関する本発明の１実施例を図示する。この実施例では、形状記憶材料製のコーティング形態の減衰要素６ｆが、いわゆる中空テーパシャンク界面に適用されている。本発明での活用のために、好適には薄コーティングのみがスピンドルとの接触面に活用される。当然ながら、形状記憶合金の特性および材料厚は、減衰作用には実効性があるが、工具ホルダがクランプ精度を損うほどには弾性変形しないように選択される。擬弾性効果の結果として、スピンドルと工具ホルダ３との間には減衰が発生して接触が改善されるが、弾性変形の結果としての保持力の向上も重要である。

図１３はカッターヘッドの保持のための工具ホルダ３の接触面に関する本発明の１実施例を図示する。形状記憶材料製のコーティング形態の減衰要素６ｆが、図１４で示すように、カッターヘッドレセプタクルとカッターヘッド１ｂとの間の接触面に活用される。さらに駆動ブロック２９も形状記憶材料でコーティング処理でき、または、完全若しくは部分的に形状記憶材料製である形状記憶要素の形態にすることさえ可能である。

擬弾性効果の結果として、工具ホルダ３とカッターヘッド１ｂとの間の減衰と接触の両方が改善され、弾性変形から生じる保持力が増加する。

図１４はカッターヘッド１ｂでの本発明の活用を図示する。カッターヘッド１ｂでは、工具はカッター工具レセプタクルのピボット３０に差し込まれるので、本発明の減衰要素６ｂはカッターヘッド１ｂの内側の溝部５ｂ内に配置される。これで工具ホルダ３と、この場合にはカッターヘッド１ｂである工具との間に本発明の減衰が提供される。図９、図１０および図１１の説明と同様なさらなる利点が続く。当然ながらシステム内で減衰要素６ｂの固定を反対にすることも可能である。すなわち、溝部５ｂおよび関連する減衰要素６ｂを工具ホルダ３のピボット３０上に構成することである。

本発明は説明した実施例には限定されず、形状記憶材料製の減衰要素の使用状況に応じて改良できる。それには特に本発明の説明で述べられた特徴および／または要素を組み合わせることで得られる変形も含まれている。本発明で説明された全ての特徴および図面で示される特徴は、それらが特に説明されていなくとも、あるいは請求項において言及されていなくとも、本発明の追加的な要素を構成する。加えて、記載内容から、本発明の教示は工具ホルダ内および工具上およびカッターヘッド上において実施が可能であることは明確に理解されるであろう。

部材リスト
１ 切削工具
１ｂ カッターヘッド
２ 筒状シャンク
３ 工具レセプタクル
４ 受領要素
５ 受領要素内の筒状凹部
５ｂ 受領要素内の筒状凹部
５ｃ 受領要素内の環状凹部
５ｄ 受領要素内の筒状凹部
６ 形状記憶材料製のスリーブ状減衰要素
６ｂ 形状記憶材料製の棒状減衰要素
６ｃ 形状記憶材料製の（部分的）環状減衰要素
６ｄ 設計Ｉの形状記憶材料製の棒状環状減衰要素
６ｅ 設計ＩＩの形状記憶材料製の棒状環状減衰要素
６ｆ 形状記憶材料製のコーティング形態の減衰要素
７ 横断表面
８ 形状記憶要素内の筒状凹部
９ テーパ加工されたボア
１０ コレットチャック
１１ 中央ネジ部
１２ クランプ部
１３ 形状記憶材料製の環状またはピン状減衰要素
１３ｂ 外側形状記憶材料製環状減衰要素
１４ 基部マウント
１５ 内部ボア
１６ コレットチャック
１７ 工具モジュール
１８ 工具モジュールのシャンク
１９ テーパ加工されたボア
２０ 工具モジュールの接触面
２１ 基部マウントの接触面
２２ 中ぐり棒
２３ フランジ
２４ 受領要素
２５ ネジ部材
２６ 形状記憶材料製のスリーブ状減衰要素
２７ リリースまたは冷却剤運搬溝部
２８ 冷却剤通流ボア
２９ 駆動ブロック
３０ ピボット

Claims (20)

1. 工具レセプタクル内または工具自体上に工具を圧力フィット式にクランプした状態で加工する際の振動および衝撃を減衰するための工具チャックシステム用の減衰要素であって、機械的効果を有する形状記憶合金製の少なくとも１つの減衰要素（６、１３、２６）が工具チャックシステム内または工具自体上に配置され、チャックされた要素の作用力流内にチャック状態で配置されている減衰要素（６、１３、２６）は、クランプ要素が機械力の作用によってプレテンション状態にされている結果として、その関連する結晶変態を伴う可逆性ヒステリシス依存変形状態になっており、よって、機械エネルギーの散逸へと導かれ、減衰対象の機械エネルギーは循環振動であるか、または、衝撃の形態で伝達される非循環過荷重を構成している、ことを特徴とする減衰要素。
2. 形状記憶材料製の前記減衰要素（６）はスリーブの形態に構成されると共に、工具（１）の筒状シャンク（２）と工具レセプタクル（３）の受領要素（４）との間に配置されており、前記工具（１）の前記筒状シャンク（２）は前記減衰要素（６）の筒状凹部（８）内に圧力フィット式に保持されていることを特徴とする請求項１記載の減衰要素。
3. 形状記憶材料製で、かつ、スリーブの形態に構成されている前記減衰要素（６）はコレットチャック（１０）と前記工具（１）の前記筒状シャンク（２）との間に配置されており、軸方向力が前記コレットチャック（１０）上に配置されているネジ部（１１）によって発生され、前記減衰要素（６）が前記工具（１）の前記筒状シャンク（２）にクランプされることを特徴とする請求項１記載の減衰要素。
4. 工具モジュール（１７）のシャンク（１８）が基部マウント（１４）内に保持されている工具レセプタクル（３）を有したモジュール式に構成されている工具チャックシステムにおいて、形状記憶材料製の前記減衰要素（１３）が前記工具モジュール（１７）内で接触面（２０）と接触面（２１）との間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の減衰要素。
5. 中ぐり棒（２２）とフランジ（２３）とを備えた中ぐり棒ホルダが工具レセプタクル（３）の受領要素（２４）に取り付けられている、工具レセプタクル（３）を有したモジュール式に設計されている工具チャックシステムにおいて、形状記憶材料製のスリーブ状減衰要素（２６）が前記工具レセプタクル（３）の前記受領要素（２４）内で接続要素（２５）上に軸方向に配置されていることを特徴とする請求項１記載の減衰要素。
6. 前記接続要素（２５）または前記接続要素（２５）の一部は、完全または部分的に形状記憶材料製であることを特徴とする請求項５記載の減衰要素。
7. 前記減衰要素（６、１３、２６）は、完全に形状記憶材料製であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の減衰要素。
8. 前記減衰要素（６、１３、２６）の芯部は、形状記憶材料でコーティングされた形状記憶特性を有していない材料で製造されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の減衰要素。
9. 形状記憶材料製の前記減衰要素（６、１３、２６）の減衰特性は、加熱が外部から制御され、好適には形状記憶要素の固有抵抗に基づく電流によって制御されることで変化可能であるか、または、加熱が環境温度の変化の結果として独立して発生し、それによって熱エネルギーが利用可能になることで変化可能であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の減衰要素。
10. 発生する振動および衝撃を減衰するための少なくとも１つの減衰要素を有している工具レセプタクルおよび／または工具を備えたシステムであって、この減衰要素は、完全または部分的に形状記憶合金製である形状記憶要素の形態で構成されていることを特徴とするシステム。
11. 減衰要素の形態に構成されている前記形状記憶要素は、工具ホルダと工具シャンクとの間に保持力を発生させることを特徴とする請求項１０記載のシステム。
12. 前記形状記憶要素は温度の機能として自身の形状を変化させることを特徴とする請求項１０記載のシステム。
13. 前記形状記憶要素は、室温で、および／または、加工時に支配的な温度で、および／または、クランプおよびリリース時に、自身の形状を変化させることを特徴とする請求項１２記載のシステム。
14. 異なる特性を有した様々な形状記憶要素が使用されることを特徴とする請求項１０記載のシステム。
15. 前記保持力は形状記憶要素によって完全には発生されないことを特徴とする請求項１１記載のシステム。
16. 前記保持力は本質的には形状記憶要素によって発生されないことを特徴とする請求項１１記載のシステム。
17. 前記形状記憶要素は、棒、部分的リング、リング、スリーブ、および／若しくは部分的スリーブの形態に構成されており、並びに／または薄いコーティングとして適用されることを特徴とする請求項１１記載のシステム。
18. 請求項１０から１７のいずれか１項に記載のシステムで使用される工具レセプタクルであって、
    前記工具レセプタクルが形状記憶要素を備えていることを特徴とする工具レセプタクル。
19. 請求項１０から１７のいずれか１項に記載のシステムで使用される工具であって、
    前記工具が形状記憶要素を備えていることを特徴とする工具。
20. 請求項１０から１７のいずれか１項に記載のシステムで使用される減衰要素であって、
    前記減衰要素は、少なくとも部分的に形状記憶合金製である形状記憶要素から構成されていることを特徴とする減衰要素。

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