JPH03503865A - モジュール連結装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ６ジユール虐＃蒋霞 技術分野 本発明は磯波工学の分野に関し、より詳しくは、モジュール連結装置に関する。

発明の背景 工具システム（ｔｏｏｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍｓ）のモジュールを連結する装置 として、例えば、西ドイツ国特許第３４２５３３７号（ＤＥ、　Ｃ，３４２５３ ３７）及びフランス国特許第０１５７８９０号（ＰＲ，Ｂ、　０１５７８９０） に開示されたものが知られている。これらのモジュール連結装置は、構造がかな す藺草で、ベースモジュール（ペースモジエールは、工作機械のスピンドルのテ ーパ状孔内に受は入れられる外側テーパを有している）の本体の半径方向孔内に 螺入される１つ又は２つの締付けねしにより、連結すべきモジュール（連結モジ ュール）をベースモジュールの端面に押圧するようになっていて、前記締付けね しは、該締付けねじを受は入れる孔に関して偏心して連結（工具）モジュールの シャンクに形成された円錐状の凹部の表面と、種々のインサートを介して協働す る円錐状頭部を有している。

しかしながら、これらの従来の装置は、連結モジュールの円筒状シャンクとベー スモジュールの工具孔との間の半径方向間隙を無くすことはできず、従って、装 置の不釣り合いを生じさせ、剛性が小さく、かつ両モジュールの位置決め精度が 低いという欠点がある。

モジュラ−形工具ンステムのモジュールを連結する装置として、例えば、西ドイ ツ国特許第３４４８００９号（ＤＨ，Ｃ，３４４８００９）及び英国特許第２１ ５４４７９号（ＧＢ、　Ａ、　２１５４４７９）に開示されたものも知られてい る。これらの装置においては、連結モジュールを、種々のくさび形又は球形部材 を介して、中央のプルロンドにより、ベースモジュールの端面に押圧するように 構成されている。しかしながら、これらの装置は、製造が困難でかつ多数のコン ポーネンツから構成されている。また、これらの装置においては、保合可能な表 面の個々の固点（ｐｏｉｎｔｓ　ｏｆ　ａ　ｃｉｒｃｌｅ）を介して、締付は力 が伝達されるようになっているため、連結の剛性及び信転性が小さいという欠点 がある。

組み合わせ形工具の形態をなす従来公知の他のモジュール連結装置として、ねし 孔と弾性変形可能な表面をもつテーパ状の工具孔とを備えたベースモジュールを をしており、連結すべきモジュールが円筒状の雄ねじを備えているものがある。

両モジュールはねじで一体化され、連結すべき両モジュールのそれぞれの表面に は、間隙の無い半径方向の継手及び軸線方向の圧力が得られるようになっている 。

しかしながら、このモジュール連結装置は、逆転時に切削力により生しるトルク が、連結を緩める方向に向いているため、一方向に回転する工具に適用できるに 過ぎない。また、このモジュール連結装置は、工作機械の中心軸線に関して工具 の切刃を正確に位置決めする必要のある旋盤用のモジュラーソステムに使用する ことはできない。

本発明に最も近い従来技術のモジュール連結装置として、５ａｎ−ｄｖｉｋ　Ｃ ｏｒｏｍａｎｔ社の製造に係るもの（西ドイツ国特許第３３４０３２０号、ＤＥ 、　Ｃ，３３４０３２０）が知られている。

このモジュール連結装置の一方のモジュール（第１モジユール）は、基準端面に 終端している工具孔を有しており、前記基準端面には、他方のモジュール（第２ モジユール）の基準端面が当接するようになっている。第２モジユールは、第１ モジユールの工具孔内に受は入れられるねし孔を備えたシャンクを有している。

また、このモジュール連結装置は、第１モジユール内及び第２モジユールのシャ ンクのねし孔内で軸線方向移動及び回転を行うことができるように取り付けられ たねじを有している。

しかしながら、このモジュール連結装置は、連結モジュールの円筒状シャンクと ベースモジュールの工具孔との間の半径方向間隙を無くすことはできない。この ため、組み立てられた装置は、位置決め精度が不充分で、剛性が小さく、かつか なり大きな動的不釣り合いを有している。

幾つか（２つ以上）のモジュールから工具バーを組み立てる必要のある従来の全 ての装置においては、半径方向間隙の直接的重畳（加算）、剛性の付加的低下及 び不釣り合いの増大を回避するのに種々の継手設計法が用いられている。この構 造は、同一の工具ユニット内だけでなく、単一の工作機械用の１組の工具内でも 、継手の多能性を確保することができず、同一の適応生産システムに用いられて いる工作機械の組内においては尚更である。

従って、従来のあらゆるモジュール連結装置は、剛性が不充分であるか、モジュ ールの位置決め精度が不充分であるか、或いはこれらの両方の欠点を有している 。

発明の要約 従って本発明の主目的は、連結モジュールのシャンクの円筒状表面とベースモジ ュールの工具孔との間のあらゆる半径方向間隙を無くすことができ、モジュール 位置決め精度を高くでき、組み立てられたユニットの剛性を太き（でき、かつ装 置の動的不釣り合いを小さくできる構造をもつモジュール連結装置を提供するこ とにある。

本発明によれば、次のような構成、すなわち、一方のモジュ−ル（第１モジユー ル）が、基！１！端面に終端している工具孔を備えており、前記基！１！端面に は、前記第１モジユールの工具孔内に受は入れられるねし孔をもつシャンクを備 えた第２モジユールの基準端面が当接するようになっており、ねし対を形成すべ く、第１モジユール内及び前記第２モジユールのシャンクのねし孔内で軸線方向 に移動できかつ回転できるように取り付けられたねじを有しているモジエール連 結装置において、前記ねじ及びねし孔からなるねし対が円錐状をなしており、前 記シャンクが弾性を有しておりかつその少なくとも一箇所において、前記第１モ ジユールの工具孔の直径に等しい外径を有していることを特徴とするモジュール 連結装置が提供される。

ねし対が円錐状をなしておりかつソヤンクが弾性を有していてその外径が少なく とも第１モジニールの工具孔の直径に等しくなっているという事実により、位置 決め精度及び組立て後の継手の剛性を高めることができる。この構成から、円錐 状のねし対によって、軸線方向の締付は力が半径方向及び軸線方向の力に変換さ れるため（すなわち、中央のくさび継手作用があるため）、半径方向及び基準端 面同士の間に間隙の無い継手を得ることができる。

実験から、ねし対のテーパは、２．５〜３．５　　°の範囲内が好ましいという ことが見出されている。

ねしには弾性部材を設け、該弾性部材は前記ねしの頭部及び前記第１モジユール と保合できるようになっていて、前記ねじが前記ねじ孔と協働するときに、両モ ジュールの基”ＪＦｔａ面が互いに押圧されるように構成するのが好ましい。

弾性部材を設けることにより、両モジュールが最終的に係合するまで、両モジュ ールの予備的保合を容易に行うことができ、また、弾性部材に蓄えられたポテン シャルエふルギにより両モジュールの分解を容易に行うことができる。

弾性部材は１組の皿ばねの形態に構成し、皿ばねの全圧縮力は、両モジニールの 基１！端面が互いに当接するとき、両モジニールの連結時の摩擦力より大きくな るようにするのが好ましい。

弾性部材をこのように構成することにより、両モジュールが互いに係合し始める ときの最終的な不整合（ミスアライメント）を回避でき、かつコンパクトな設計 で所望の圧縮力を得ることが可能になる。

本発明のモジュール連結装置は更に、第１モジユールの本体に固定されたブシュ を有しており、該ブンユは、前記ねじの円筒状表面と保合できる内面及び前記弾 性部材と保合できる１つの端面を備えている。

このブシュを設けることにより、前記ねじを最もＰＪ単な方法で第１モジユール 内に配置することができ、かつねじと弾性部材との係合の信頼性を高めることが できる。

前記第２モジユールのシャンクには、弾性タブを形成するための半径方向スロッ トを設けるのが好ましい。

シャンクの肉厚が厚い場合には、この設計によりシャンクに充分な弾性を付与す ることができる。

前記第１モジユールの工具孔と、前記第２モジユールのシャンクの外面とは、正 確に合致する円筒状に形成するのが好ましい。

このように、工具孔とシャンクの外面とを円筒状に形成することにより、両モジ ュールが最終締付は位置に至るまで初期係合するため、両モジュールの確実な同 心状位置決めを行うことができる。

前記第１モジユールの工具孔と、前記第２モジユールのシャンクの外面とは、正 確に合致する円錐状に形成するのが好ましい。

このように、円錐状の工具孔及びシャンク外面を設けることにより、両モジュー ルの予備係合及び分解を容易化でき、かつ逆円錐状の場合には、モジュール連結 に特別な剛性（これは、例えばエンドミル削りを行うのに必要である）を得るこ とができる。

非逆円錐状を用いる場合には、前記円錐状のテーパを１：１０の大きさにし、逆 円錐状を用いる場合には、円錐状のテーパを１＝１００の大きさにするのが好ま しい。

前記第１モジユールの工具孔は円筒状にし、前記第２モジユールのシャンクの外 面は円錐状にす漬ことができる。

この構造により、両モジュールを軸線方向位置において充分に予備整合させるこ とができ、かつモジュール連結装置の組立て及び分解を容易化することができる 。

基準孔及びシャンクの保合表面について１つの実施例又は他の実施例（円筒状、 非逆円錐状、又は逆円錐状のもの）に与えられる好ましい選択は、切削力の方向 及び大きさ、複合工具バーの長さ及びこの工具バーを構成するモジュールの数を 考慮して、工具ユニットの特定条件に基づいて行う。

基準孔及びシャンクのガイド面の正確な合致は、モジュール連結装置が完全に組 み立てられたときに、全ての実施例について得られるものである。

継手の組立て及び分解を容易にするには、モジュール及びねし対の保合可能な表 面は、最大０．１２の滑り摩擦係数をもつように形成するのが好ましい。

この好ましい摩擦係数は、実験により見出されたものである。

摩擦係数を０．１２より大きくすると、装置の組立て及び分解の両方を行う場合 に問題が生しる。

図面の簡単な説明 次に、添付図面に示す特定の実施例に関連して、本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明によるモジュール連結装置の全体を示す縦断面図であり、ペー スモジエールの工具孔及び連結モジュールのシャンクの円筒状ガイド面を示すも のである。

第２図は、第１図の■−■線に沿う断面図である。

第３図は、本発明によるモジュール連結装置（締付は開始時の状態）の全体を示 す縦断面図であり、ベースモジュールの工具孔が円筒状をなしており、連結モジ ュールのシャンクのガイド面が非逆円錐状をなしている実施例（図示の目的で誇 張して示しである）を示すものである。

第４図は、第３図のモジュール連結装置の全体を示す縦断面図であり、両モジュ ールの基準端面ば互いに接触しているが、弾性部材の圧縮が完了していなくて、 ベースモジュールの工具孔と連結モジュールのシャンクのガイド面との間の半径 方向間隙も未だ除去されていないときの締付は状態を示すものである。

第５図は、第３図のモジュール連結装置の全体を示す縦断面図であり、半径方向 間隙が完全に除去されており、締付けねじが右方向の制限位置にあり、かつ弾性 部材が圧縮されているときの両モジュールの最終締付は状態を示すものである。

第６図は、非逆円錐状の正確に合致する保合表面を備えたモジュール連結装置の 全体を示す縦断面図であり、締付けが完了した状態を示すものである。

第７図は、逆円錐状の正確に合致する係合表面を備えたモジュール連結装置の全 体を示す縦断面図であり、締付けが完了した状態を示すものである。

発明を実施するための最良の形態 本発明の装置の多能性から、本発明の装置を用いてどのようなモジュール（基本 工具及び中間工具）を互いに連結するかは、本発明を適用する上で絶対的に重要 なことではないので、以下の記載においては、「一方のモジュール」、「他方の モジュール」又は「第１モジユール」、「第２モジユール」等の包括的用語を用 いることにする。

以下、第１図〜第７図に関連して本発明によるモジュール連結装置を説明する。

一方のモジュール１　（第１図）の本体は、工具孔３を備えた内部空間２を有し ている。工具孔３は基準端面４に終端しており、咳基！１！端面４は、ねじ孔８ が設けられたシャンク７を備えた他方のモジュール６の基準端面５に当接してい る。シャンク７はモジュールｌの工具孔３内に受は入れられている。

また、本発明の装置はねじ９を有しており、該ねじ９は、モジュール１の内部及 びモジュール６のシャンク７のねし孔８内で、軸線方向の移動及び回転ができる ように取り付けられている。

本発明によれば、ねし９とねし孔８とからなるねし対が円錐状に作られており、 このため、両モジュール１．６を締め付けるとき、両基準端面４．５同士、並び にシャンク７の外面と工具孔３の表面とが緊密に保合できるようになっている。

また、本発明によれば、シャンク７の外面の少なくとも１箇所は、工具孔３の直 径に少な（とも等しい直径を有している。ねし対のテーバは、約２．５〜約３． ５　°の範囲内にあることに留意すべきである。ねじの捩れ方向（右ねしである か左ねしであるか）は重要なことではない。

装置の組立てを容易にしかつ半径方向の間隙を無くすため、シャンク７は、これ を薄肉に形成するか、弾性タープを形成するための半径方向スロット１０（第２ 図）を設けることにより、弾性が付与されている。

ねし９には、咳ねじ９の頭部１２及び第１モジユール１と保合できる弾性部材１ １　（第１図）が設けられており、このため、ねし９がねし孔８と協働するとき 、互いに連結される両モジュール１．６が、それらの基１！端面４．５において 互いに押し付けられるようになっている。

弾性部材１１は、ねじ９に堅固に固定された頭部１２に当接し１　ている１組の 皿ばねの形態をなしている。弾性部材１１は、１つ又は幾つかの弾性スリーブの 形態に構成することもできる。

ばね（又はスリーブ）の全圧縮力は、両モジュール１．６の基準端面４．５が互 いに当接するように、これらの両モジュール１．６を連結するのに必要な軸線方 向の力よりも大きい。

ねし９が軸線方向に移動できるようにしかつ弾性部材１１が機能できるようにす るため、第１モジユール１の本体内にはブシュ１３が堅固に固定されており、該 ブシュ１３の端面１４は弾性部材１１に当接している。ブシュ１３の内面は、ね じ９の円筒状面と保合できるようになっている。

キー１５が設けられていて、切削力が作用したときに、両モジュール１．６が互 いに回転することを防止できるようになっている。

第１モジユール１の本体とねし９の頭部１２との間には、シールリング１６が設 けられている。

両モジュールｌ、６０本体には、アレンレンチ（図示せず）を通すことができる 中央の貫通孔１７．１８が設けられており、ねじ９の両端には、咳ねし９の中央 孔の部分に、アレンレンチの嵌合ソケット１９が設けられている。

第１モジユール１の工具孔３と、第２モジニール６のシャンク７の外面とは正確 に合致する円筒状をなしている。従って、両モジュール１．６を、第１図〜第５ 図に示すように連結して最終的に締め付ける前に、両モジュール１．６を同心状 に位置決めできるようになっている。

第６図の実施例では、第１モジユール１の工具孔３と、第２モジユール６のシャ ンク７の外面とが、正確に合致する円錐状をなしている。このため、両モジュー ル１．６の予備連結と、非逆円錐形状（ｎｏｎ−ｃｏｎｖｅｒｔｅｄ　ｃｏｎｅ ）を用いる場合（第６図）の係合解除とが容易になり、或いは、例えば逆円錐形 状を用いる場合（第７図）にエンドミル削りを行うときに必要とされる特別なモ ジュール連結剛性を確保することができる。

第３図の実施例では、第１モジユール１の工具孔３が円筒状をなしているのに対 して、第２モジユール６のシャンク７の外面は円錐状（非逆円錐状）をなしてい る、このため、両モジュール１．６の充分な予備的同心状位置決めを行うことが でき、かつ装置の組立て及び分解を容易に行うことができる。

工具孔３及びシャンク７の表面が非逆円錐である場合、両者の非逆円錐形状は１ ：１００のテーバを有している。

両モジュール１．６の保合表面及びねじ対８．９の係合表面は、最大０．１２の 滑り摩擦係数をもつように形成されていることに留意すべきである。

第３図〜第５図に示す本発明によるモジュール連結装置は、次のように機能する 。

シャンク７を工具孔３内に挿入するとき、先ず、ねじ９が円錐状のねし孔８に当 接する。アレンレンチ（図示せず）を、貫通孔１７又は１８に通していずれか一 方のソケット１９に挿入してねし９を回転すれば、ねじ対８．９が連結される（ 第３図）、シャンク７の少なくとも１箇所の外径ｄは、工具孔３の直径に等しい 。

また、両基準端面４．５の間に間隙Ｓが存在するとき、成る組立て抵抗が生じる 。

ねし９を更に回転させると、ブシュ１３の端面】４に当接している弾性部材１１ が圧縮されて、シャンク７の外面と工具孔３との間の摩擦力に打ち勝つようにな り、これにより、両モジュール１．６の基準端面４．５が確実に係合する（第４ 図）。

シャンク７が弾性を有しているため、間ｆｆｓを無くすことをシャンク７が妨げ ることはない。従って、両基準端面４．５は、成る力Ｆ１で互いに押圧されるよ うになる。

ねじ９を更に右方に移動させると（第５図）、弾性シャンク７の拡大（くさび作 用）が生じ、シャンク７の外面が工具孔３と完全に係合して、両者が確実に合致 するようになる。両モジュール１．６が完全に締め付けられたときには、両モジ ュール１．６の基準端面４．５が、最初の力Ｆ、　　（第４図）よりも大きな力 Ｆ７で互いムこ押圧されるようになる。このとき、弾性部材１１は完全に押圧さ れた状態になり、そのばね力によって、円錐状のねし対（ねじ９及びねじ孔８） のねし面同士が完全に係合した状態が維持される。

両モジュール１．６の上記表面が、高度の同心性をもって完全かつ信頼性のある 保合をなすことにより、両モジュール１．６の連結剛性及び切削作業中の振動に 対する抵抗が確保される。

また、キー１５によって組立てが容易になり、かつ両モジュール１．６の相対回 転が防止される。

非逆円錐状の場合（第６図に示すような角度αが設けられている場合）又は逆円 錐状の場合（第７図に示すような角度βが設けられている場合）における両モジ ュールｌ、６の組立て（締付け）は上記と同様に行われるが、僅かに異なる点は 、シャンク７と工具孔３とが最初に係合したとき、両実施例の種々の断面におい て、シャンク７及び工具孔３の直径が互いに等しいか、或いは、シャンク７の外 径の方が工具孔３の直径より大きいことである。

両モジュール１．６の連結を分解する必要が生したときには、前と同しアレンキ ー（アレンレンチ）を用いてねし９を反対方向に回転させる。これにより、先ず 、シャンク７と工具孔３との保合が緩められ（この緩め作業は、弾性部材１１に 蓄えられているポテンシャルエネルギにより容易化される）、次に、両基準端面 ４．５同士の係合が緩められ、更に、ねし孔８とねし９とが螺合しな（なるまで 、シャンク７が工具孔３から引き出される。

実験の結果、本発明による装置は、平均で、±０．００１２１ｍｓの範囲内で、 モジュールを半径方向及び軸線方向に位置決めできることが判明している。これ は、前述のｒＳａｎｄｖｉｋ　Ｃｏｒｏｎａｎｔｊ社の製造に係る従来の装置（ ±０．００６　ｍ＋ｍの誤差がある）を含むあらゆる従来のモジュール連結装置 （位置決め精度は、平均で、０．００３〜±０．００６　＋ｕｓの範囲内にある ）に比べ、非常に精度の高いものである。

直径１６０ｍｍのエンドミルを備えた本発明によるモジュール連結装置の試験結 果は、大きな剛性と、優れたフライス削り品位とが得られることを示している。

３つ又は４つ以上のモジエールを連結して単一の工具バーを形成するならば、充 分な剛性及び位置決め精度を確保することがで産業上の利用可能性 本発明は、マシニングセンタや他のＮＰＣ工作機械のような複雑な工作機械用の １組のモジュラ−工具を作るのに最も有効に使用することができる。

また、本発明は、他の機械工学の分野、例えば、幾つかの部分から長いンヤフト を作る必要のある場合にも適用することができる。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基準端面（４）に終端している工具孔（３）を備えた第１モジュール（１） と、該第１モジュール（１）の工具孔（３）内に受け入れられるねじ孔（８）を 備えたシャンク（７）及び前記第１モジュール（１）の基準端面（４）に当接す る基準端面（５）を備えた第２モジュール（６）とを連結するモジュール連結装 置であって、前記第１モジュール（１）内及び前記第２モジュール（６）のシャ ンク（７）のねじ孔（８）内で軸線方向に移動できかつ回転できるように取り付 けられたねじ（９）を有しているモジュール連結装置において、前記ねじ（９） 及びねじ孔（８）からなるねじ対が円錐状をなしており、前記シャンク（７）が 弾性を有しておりかつその少なくとも一箇所における外径（ｄ）が前記第１モジ ュール（１）の工具孔（３）の直径より小さくないことを特徴とするモジュール 連結装置。 ２．前記ねじ対のテーパが、約２．５〜約３．５°の範囲内にあることを特徴と する請求の範囲第１項に記載のモジュール連結装置。 ３．前記ねじ（９）には弾性部材（１１）が設けられており、該弾性部材（１１ ）は、前記ねじ（９）の頭部（１２）及び前記第１モジュール（１）と係合でき るようになっていて、前記ねじ（９）が前記ねじ孔（８）と協働するときに、前 記両モジュール（１及び６）の基準端面（４及び５）を互いに押圧するように構 成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のモジュール連結装置。 ４．前記弾性部材（１１）が１組の皿ばねの形態に構成されていて、前記皿ばね の全圧縮力は、前記両基準端面（４及び５）が互いに当接するようにして前記両 モジュール（１及び６）を連結するのに要する力より大きいことを特徴とする請 求の範囲第３項に記載のモジュール連結装置。 ５．前記第１モジュール（１）の本体にはブシュ（１３）が固定されており、該 ブシュ（１３）は、前記ねじ（９）の円筒状表面と係合できる表面及び前記弾性 部材（１１）と係合できる１つの端面（１４）を備えていることを特徴とする請 求の範囲第３項に記載のモジュール連結装置。 ６．前記シャンク（７）には、その弾性タブを形成するための半径方向スロット （１０）が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のモジュー ル連結装置。 ７．前記第１モジュール（１）の工具孔（３）及び前記第２モジュール（６）の シャンク（７）の外面が、正確に合致する円筒状をなしていることを特徴とする 請求の範囲第１項に記載のモジュール連結装置。 ８．前記第１モジュール（１）の工具孔（３）及び前記第２モジュール（６）の シャンク（７）の外面が、正確に合致する円錐状をなしていることを特徴とする 請求の範囲第１項に記載のモジュール連結装置。 ９．前記第１モジュール（１）の工具孔（３）が円筒状をなしており、前記第２ モジュール（６）のシャンク（７）の外面が円錐状をなしていることを特徴とす る請求の範囲第１項に記載のモジュール連結装置。 １０．非逆円錐状を用いる場合には、この円錐状のテーパが１：１０までの大き さであり、逆円錐状を用いる場合には、この円錐状のテーパが１：１００までの 大きさであることを特徴とする請求の範囲第２項又は第３項に記載のモジェール 連結装置。 １１．前記両モジュール（１及び６）及び前記ねじ対（８及び９）の係合可能な 表面が、最大０．１２の滑り摩擦係数をもつように形成されていることを特徴と する請求の範囲第１項に記載のモジュール連結装置。