(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のモジュールを接続して構成される工具保持アームの前記モジュールを接続する接続装置において、
第１のモジュールの端部に設けられる雄接続部材と、前記第１のモジュールに接続される第２のモジュールの端部に設けられる雌接続部材とを備え、
前記雄接続部材は、中心軸線に関して軸対称な断面を有する軸部と、該軸部につながり、該軸部より径の大きい頭部とを備え、該頭部の前記軸部側端面は前記中心軸線に対して直交する方向に広がって第１の当接面を構成し、前記頭部の外周には前記軸部側端面から前記中心軸線方向に延びるキー溝が形成され、
前記雌接続部材は、一端側から前記雄接続部材の前記軸部を収受する、中心軸線に関して軸対称な穴を備え、前記一端側の端面は、前記中心軸線に対して直交する方向に広がって第２の当接面を構成し、さらに前記雌接続部材は、前記第２の当接面から前記中心軸線方向に延びるキーを備え、
前記雄接続部材と雌接続部材とが組み付けられたとき、前記軸部は前記穴に圧力嵌めされ、前記第１と第２の当接面とは互いに圧接され、前記キーは前記キー溝に嵌り、
前記キーの根元部近傍において前記キーの側面と前記キー溝の側面との間には隙間が設けられ、
前記キーの内面側根元部において前記第２の当接面に窪みが設けられ、前記キーの内面が前記穴内へ延びている
ことを特徴とする、接続装置。
【請求項２】
請求項１記載の接続装置に置いて、前記雌接続部材の前記穴の前記一端側から軸方向所定の範囲において、前記穴の内周面と前記雄接続部材の前記軸部の外周面との間に隙間が設けられていることを特徴とする、接続装置。
【請求項３】
請求項２記載の接続装置において、前記隙間は、前記穴の前記軸方向所定の範囲における穴径を、前記圧力嵌めされる部分より大きくすることにより画成されていることを特徴とする、接続装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１に記載の接続装置に置いて、前記軸部と前記穴との圧力嵌めされる部分はテーパ状に形成されていることを特徴とする、接続装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１に記載の接続装置に置いて、前記軸部と前記穴との圧力嵌めされる部分は断面多角形の形状に形成されていることを特徴とする、接続装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１に記載の接続装置の前記雄接続部材と雌接続部材のいずれか一方を備えており、前記雄接続部材と雌接続部材の他方を備えている対応する保持部材に結合される、工具保持アーム用の工具が取付けられる側の工具保持部材。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１に記載の接続装置の前記雄接続部材と雌接続部材の一方を少なくとも一方の側に備えている、工具保持アーム用の延長部材。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれか１に記載の接続装置の前記雄接続部材と雌接続部材の一方を備えており、請求項６記載の工具保持部材又は請求項７記載の延長部材が取付けられる、工具保持アーム用の基部側保持部材。
【請求項９】
請求項６記載の工具保持部材、請求項８記載の基部側保持部材、請求項７記載の延長部材をふくんでなる、工具保持アーム。
【請求項１０】
請求項６記載の工具保持部材、請求項７記載の延長部材、請求７記載の基部側保持部材又は請求項９記載の工具保持アームのいずれか１を接続するための請求項１乃至５のいずれか１に記載の接続部材を備えたインターフェースを備えた工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モジュール化された工具保持アーム用の接続装置、特に高い負荷のかかる接続装置に関し、さらに、この発明による接続装置を備えた工具保持アームおよびその個々のモジュール、特に挿入可能な工具を保持する保持部材と、延長部材と、基部側保持部材、ならびに、上記が適用される、インターフェースを備えた工作機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日の加工工具における工具保持アームは、通常、モジュール化されて構成され、構成を簡易にし、短い加工準備時間を達成することによって、低コストの作業を可能にしている。このような工具保持アームは、例えば、以下のようなモジュールからなる：すなわち、挿入可能な工具を保持する保持部材（例えば、ドリルチャック、刃物ソケット、コレットチャック、ケーシングヘッドなど）、延長あるいは中間棒（例えば、中ぐり棒、ＨＳＫ基本軸部、ドリルチャックソケット、アーバなど）および基部側保持部材（ＳＫソケット、ＶＤＩクリップ、減速部材など）である。周知の接続装置によって、力の伝達は、中心のピン（軸）と対応するソケット（ハブ）から構成された軸・ハブ嵌め合い（急角度のテーパ装置、ＨＳＫ装置、収縮チャック）による摩擦的な係合により、或いは対応する部材に係合する径方向に偏心して配置された駆動ブロックにより、あるいは、例えば、多角形のような形状を備えた中心のピンと対応するソケットにより、力の伝達を行う。
【０００３】
それぞれ駆動ブロックと中心のピンの両方を備え、二つのそれぞれ対応する接続部を互いに接続する接続部材も使用される。テーパ形状の軸・ハブ嵌め合いに追加して駆動ブロックを備えた中空軸テーパ装置（ＶＤＩ保持部材）である。
【０００４】
現在の製造方法において、例えば、交換可能なディスクドリル装置において、特に、二つあるいはそれ以上の刃を持つ装置において、高い回転数と送りが使われるとともに大きな径の工具を用いて高速切断あるいは乾式加工が行われ、高い軸力とねじりモーメントを生じている。従って、ねじれ負荷容量と剛性についての非常に高い要求を満足するとともに高い負荷に耐えることができる、個々のモジュールとモジュールとの間に配置する接続装置を必要とする。従来の接続装置は、すでに限界に達している。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は、従って、モジュール化された工具保持アームの接続装置、および、この発明による接続装置を備えた工具保持アームおよびその個々のモジュール、特に挿入可能な工具を保持する保持部材と、延長部材あるいは中間部材と、基部側の保持部材、ならびに、それらが適用される工作機械を提供することにあり、これらは、上述の必要性を考慮することによって最適化されるとともに最も簡単な構成によって効果的に製造されるものである。
【０００６】
上記課題を解決するために本願項発明は以下のような発明を提供する。すなわち、請求項１の発明は、
複数のモジュールを接続して構成される工具保持アームの前記モジュールを接続する接続装置であり、
その接続装置は、第１のモジュールの端部に設けられる雄接続部材と、前記第１のモジュールに接続される第２のモジュールの端部に設けられる雌接続部材とを備えており、
前記雄接続部材は、中心軸線に関して軸対称な断面を有する軸部と、該軸部につながり、該軸部より径の大きい頭部とを備え、該頭部の前記軸部側端面は前記中心軸線に対して直交する方向に広がって第１の当接面を構成し、前記頭部の外周には前記軸部側端面から前記中心軸線方向に延びるキー溝が形成されており、
前記雌接続部材は、一端側から前記雄部材の前記軸部を収受する、中心軸線に関して軸対称な穴を備え、前記一端側の端面は、前記中心軸線に対して直交する方向に広がって第２の当接面を構成し、さらに前記雌接続部材は、前記第２の当接面から前記中心軸線方向に延びるキーを備えている。
前記雄接続部材と雌接続部材とが組み付けられたとき、前記軸部は前記穴に圧力嵌めされ、前記第１と第２の当接面とは互いに圧接され、前記キーは前記キー溝に嵌る。
そして前記キーの根元部近傍において前記キーの側面と前記キー溝の側面との間には隙間が設けられ、前記キーの内面側根元部において前記第２の当接面に窪みが設けられ、前記キーの内面が前記穴内へ延びている。
【０００７】
接続装置は、中心の軸部を備えた雄接続部材と、中心に穴を備えた雌の接続部材からなり、これらは、それぞれ、工具保持アームのモジュールの結合部を構成し、例えば、工具を保持する保持部材および基部側の保持部材を構成する。これらの二つの接続部材は結合されたときに、３つの力を伝達する領域を形成する。すなわち、少なくとも軸と穴が軸・ハブ嵌め合い状態で圧力ばめされた第１の部分で力の伝達が行われる。さらに、この接続装置は、補助的な力が伝達される二つの他の力伝達領域を備えている。第２の伝達領域は、雄接続部材と雌接続部材にそれぞれ設けられた第１と第２の当接面である。第３の伝達領域は雄接続部材に設けられたキー溝と雌接続部材に設けられたキーとで構成される。このようにして、接続装置によって全体的に伝達可能な力が高められる。
【０００８】
力伝達領域における力の伝達は、もちろん、接続部材にそれぞれ応力場を生じる。この応力場は、力伝達領域に応じてそれぞれ異なる方向、強さおよび位置を備え、他の応力場へ影響するかもしれない。力伝達領域の特別な形成も、それぞれ他の力伝達領域に影響を及ぼす可能性がある。例えば、切欠効果に基づく影響である。そのために、個々の力伝達領域の応力の場が他の力伝達領域により影響を受けることになる。
【０００９】
請求項１の発明によれば、第１と第２の当接面による力伝達領域とキーとキー溝による力伝達領域の分離によって、応力の重ね合せが回避される。これによって、異なる応力の要素が加わって材料の許容応力を超えるということが無く、少なくとも二つの応力の場の互いの影響も防止できる。これは、特に、応力の場によって生じる変形、すなわち、ひずみ／圧縮に対して効果がある。他の力伝達領域によるマイナスの影響も防止できる。請求項２の発明によれば、軸部と穴との圧力嵌めによる力伝達領域が前述の二つの力伝達領域から分離される。これにより各力伝達領域において適切で妨害のない力伝達を行えるだけでなく、同時に、全体の加工工具の回転性能も改善できる。
【００１０】
請求項４のように、軸・ハブ嵌め合いの圧力嵌めをしている部分をテーパ形状にすることが有利であることは、すでに周知の接続装置における高い摩擦値に基づいて実証されている。特に、ＨＳＫ装置（ＤＩＮ６９８９３）によって実行される嵌め合いは、この発明による接続装置を一般的に使われている標準化された装置に適用することができるようにしている。
【００１１】
このような中空テーパ装置は、例えば、差動ねじによって二つの互いに配置された接続部材を予め圧力ばめすることにより大きな予応力を生じる。テーパ軸への圧力ばめに基づく膨張は、本発明においては、少なくとも他の力伝達領域によっては影響を与えられることはないので、全体に渡って均一に生じる。他方、他の力伝達領域の応力の場は重なることがなく、しかも、その作用が局部的なものであるので、テーパの膨張は、他の力伝達領域にも影響を与えない。
【００１２】
請求項５による実施例において、接続は、多角形の形状の軸・ハブ嵌め合いによる。このように形成された状軸・ハブ嵌め合いによって、摩擦係合によってだけでなく、係合がロックされることによっても負荷を与えることができ、通常の摩擦係合のみよりも大きな負荷を全体に与えることができる。多角形の丸められた角に高い応力集中を生じるこのような形状について、応力の分離が特に効果を発揮する。
【００１３】
この発明によれば、このような接続装置は、工具保持アームのモジュール間に設けられ、例えば、挿入される工具を保持する工具保持部材あるいはは工具保持ソケットと、対応する保持ヘッドとの間に設けられる。
【００１４】
この発明の範囲内で、基部側の保持部材と延長部材との間、あるいは、延長部材と工具を保持する保持部材との間に接続装置を配置することができる。
【００１５】
本発明では、第２の力伝達範囲は、二つの互いに隣接する端面によって構成される。第２の力伝達範囲（二つの互いに隣接する端面）の応力の場から第１の力伝達範囲（軸・ハブ嵌め合い）の応力の場を分離することによって、軸・ハブ嵌め合い部の周囲にわたっての、場合によっては不均一な、応力分布に基づいて互いに隣接する端面にたわみが生じることがなく、他方で、場合によっては精密でない端面の当接によって、軸・ハブ嵌め合い部に不均一な径方向の変形が生じることもない。
【００１６】
これにより、最適の力の伝達が軸・ハブ嵌め合いと、互いに隣接する端面の接触により行われるばかりでなく、工具保持アーム全体の回転精度の改善も行われる。
【００１７】
軸・ハブ嵌め合いのテーパ部に直接つながる端面を備えた従来のＨＳＫ装置において、軸・ハブ嵌め合いに基づいた応力と端面の突合せ継手に基づいた応力の重ねあわせが生じる。これに対して、この発明によれば、端面による力の伝達およびねじりの伝達が、全体的な負荷の増加（従って、端面に対して増加する圧力）に従って増加するので、全体的な負荷の増加と共に増加するねじりモーメントが伝達できることになる。
【００１８】
大きな径方向への圧力を加えた例えばＨＳＫ装置として実施された軸・ハブ嵌め合いに関して、トルクを伝達する結合の能力は、全体的な負荷スペクトラムにわたって一定となるある値に制限される。しかしこの発明による接続装置において、生じた大きな負荷については、いわば、「必要の際には」ねじり伝達の能力が、大きくされる。
【００１９】
これを背景として、この発明によれば、同じ負荷に対してより少ない負荷能力を備えた接続装置を提供できる。この構成により、従来周知の接続装置よりも低コストにすることができる。
【００２０】
上述の通り、当接面による力伝達領域は軸・ハブ嵌め合いによる力伝達領域から軸方向に隔てることによって分離される。
【００２１】
上述の通り、軸・ハブ嵌め合い部による力伝達領域と当接面による力伝達領域は、穴の内周面と軸部の外周面との間に隙間すなわち空所を設けることにより隔てられる。
【００２２】
この空所は、雌の接続部材の穴の内周に設けた凹部によって具体化されると好都合である。あるいは、雄の接続部材の軸部に設けた凹部によっても行うことができる。
【００２３】
従来周知の接続は、（ＨＳＫ−）軸・ハブ圧力ばめをしばしば備えるとともに雌の接続部材に設けた駆動キーを備える。接続された状態で、そのキーは、雄の接続部材の外側周囲においてそのために設けられた溝に係合している。
【００２４】
このようにして、テーパ上の部分での摩擦係合ばかりでなく、駆動キーの溝への係合によってもねじりモーメントが伝えられる。テーパ嵌め合い部の大きな予応力によって、接続装置の非負荷状態において、不均一なテーパ部の膨張が生じる。駆動キーに対する溝の部分のわずかな材料厚さが、膨張に対するわずかな抵抗を生じ、さらに、溝の鋭い角の形状によって大きな切欠効果が生じる。応力の配分が周囲に対してやはり不均一に行われ、テーパ部の不均一な変形あるいはテーパの膨張が生じる。それにより、テーパ状の面の間での係合が不十分となり、伝達できるトルクが減少する。負荷のかかった状態で、すなわち、外側周囲に設けられた駆動キーに対してねじり負荷が加えられたとき、応力の頂点はさらに増幅される。軸・ハブ嵌め合いによる力伝達領域と駆動キーの力伝達領域の応力の場の重なりが生じる。
【００２５】
本願発明では、キーを中心からずらして設けて力伝達領域の分離を行い、前述した問題を取り除いている。軸・ハブ嵌め合いによる力伝達領域と駆動キーによる力伝達領域との分離は、テーパの膨張（あるいは径方向の予応力）が、軸・ハブ嵌め合いの圧力ばめ部において均一に生じ、駆動キー、溝の切欠効果が失われる。負荷のかかった状態での応力の重なりは、回避される。
【００２６】
従来周知の駆動キーを備えたクランプするテーパ状接続装置の、テーパの過大な寸法と（摩擦係合）と駆動キー（形状係合）による外側のねじり負荷による破損は効果的に防止される。全体として見ると、応力テーパ結合の場合にはテーパ結合の領域において、さもなければ、均一な径方向の変形に基づく軸・ハブ嵌め合いの領域において、拡大された接触面と、従って、改善されたねじり負荷容量が生じる。
【００２７】
本願発明では、軸・ハブ嵌め合いによる力伝達領域と駆動キーによる力伝達領域との分離は、駆動キーが雌の接続部材に一体的に設けられていることにより行われる。これによって、従来周知の接続装置における駆動キーに生じた切欠効果、および、軸・ハブ嵌め合い部の応力の場に対するマイナスの影響が除去される。テーパ膨張に起因する応力の場に加えてさらに生じた応力場、すなわち隣接する外の負荷のために生じた応力の場は、ソケットの外周におけるテーパ状軸・ハブ嵌め合い範囲にもはや影響しない。
【００２８】
駆動キーが対応する接続部分から突き出す場合、負荷がかかると切欠効果がキーの根元に生じるので、駆動キーによって発生した応力の場は、この領域におけるテーパ部の膨張と重なり合う。従って、本願発明では、駆動キーは、軸・ハブ嵌め合い部における力伝達に対してのマイナスの影響を与えないように、軸・ハブ嵌め合い部から軸方向において離されている。
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
接続部材のもっとも弱い部分である凹所は、テーパ部の膨張に対する反作用として内向きの引っ張り荷重を受け、そのために、駆動ブロックは内部に引っ張られることになり（例えば、図４ｂ参照）、相手の接続部材の溝にうまく接触する。従って、駆動キーによる力の伝達は、径方向に延びる表面の係合ばかりではなく、内周側の面における摩擦係合によっても行われる。さらに、好ましいことに、接続装置の剛性が、軸方向にも径方向にも増加する。
【００３３】
従って、内周面に対する摩擦係合的な力の伝達が、駆動キーの軸方向端部に対して強く行われ、ソケットの方向には弱められる。従って、互いに当接する面における力伝達領域が、駆動キーの摩擦係合での力伝達領域から分離される。それによって、ソケットにおける端面のわずかなたわみのみが生まれる。駆動キーによって生じたたわみが抑えられる。
【００３４】
互いに当接する端面での力伝達領域および駆動キーによる形状係合及び摩擦係合による力伝達領域にさらに厳密な分離を生じさせるために、および当接する端面による接合部への駆動キー根元での切欠効果の影響を取り除くために、形状を滑らかに移行させるほかに、雌の駆動部材の端面に凹所を設けている。この凹所は、滑らかな径で移行する凹所、あるいは駆動キーの領域において端面に施された正面フライスで切除された部分として形成できる。
【００３５】
駆動キーより径方向内側に存在する領域を正面フライスで切除することで、駆動キーの摩擦係合による応力のピークは、端面の面からソケット（雌部材）内へ移動する。駆動キーの径方向内側での根元における滑らかな径の移行部を備えた凹所により、切欠効果の位置は端面から凹所内へシフトする。従って、端面の径方向での移行はさらに最適化され、根元での応力の重なりが防止される。
【００３６】
この発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、特に、任意に多数の駆動ブロックを設けることができ、あるいは、内外の標準に従って実行される対応する部分に対してそれぞれの接続部材を適合させることができる。
【００３７】
この発明による実施例の個々の特徴は、意味があると考えられる限りにおいて、任意に組み合せることが可能である。
以下、この発明の好ましい実施例の概略を示す図面により、この発明を詳細に説明する。
【００３８】
【発明の実施の形態】
まず、図１〜図３を参照してこの発明の好ましい実施例を説明する。図１は、雄の接続部材１２を示し、図２は、雌の接続部材２０を示し、および、図３は、これらの二つの部材１２、２０を組み合わせた接続装置１０を示す。
【００３９】
雄の接続部材１２は、頭部１３と頭部１３より径の小さいテーパ状の軸部１４を備え、雌の接続部材２０は、テーパ状の穴を備えたソケット部１８を備え、軸部１４がソケット部１８の穴１９に嵌って（軸・ハブ嵌め合い）テーパ状の圧力ばめ（１４、１８）がされている。図１は、図２に示されている駆動キー３０を収受するためのキー溝３２を示している。図２において、ソケット部１８の穴１９の最大径部より径の大きい前側穴部２４が示されており、これによってソケット部１８の内部のテーパ状部分が、平らな端面２２と駆動キー３０から隔てられている。これに対して、雄の接続部材１２には、テーパ状部軸部１４の最大部と同径の後側軸部２５が設けられ、これによってテーパ状の軸部１４が、端面１６とキー溝３２から隔てられ、この部分で穴１９の内周面と後軸部２５の外周面との間に隙間ができている。すなわち空所が形成されている。図３に示されるように、軸部１４はソケット部１８の穴１９に嵌り、軸・ハブ嵌め合い部を構成している。前述の通り、この嵌め合いはテーパ状の嵌め合いになっている。
【００４０】
図３ｃに示されるように、前側穴部２４と後側軸部２５とはそれらの間に空所を形成し、端面１６、２２の突合せ接合による力伝達領域と、キー溝３２とそれに係合する駆動キー３０による力伝達領域から、軸部１４とソケット部１８とのテーパ状の圧力ばめによる力伝達領域を分離している。端面１６、２２と圧力ばめ部分（１４、１８）との間の距離として適切な値として、接続装置の公称直径の０−１倍である寸法が示されている。例えば、公称直径６０ｍｍの接続装置において、その距離は１４ｍｍの値が好ましい値として選ばれる。
【００４１】
さらに、雌の接続部材が、切除部分３４を備え、これは、駆動キー３０の径方向内側の面側での根元を端面２２の面からさらにソケット１８内へずらせている。駆動キー３０の両側側面の端面２２につながる部分は丸めて削られた丸め部分３７となっている（図３ａおよび図３ｄ参照）。これに対して、キー溝３２には、端面１６において面取り３６を備えている（図１、図３ａ、図３ｄ）。この手段は、互いに当接する端面１６、２２の力伝達領域における駆動キー３０の切欠効果を防止するだけでなく、駆動キー３０の根元部近くにおいてキー溝３２の両側側面と駆動キー３０の両側側面との間に空隙も形成する（図３ｄ参照）。これにより駆動キー３０と溝３２との力伝達領域と端面１６、２２による力伝達領域の分離が生じる。一方では、駆動キー３０の径方向内側根元部の応力場が端面２２からシフトして離れており、他方で、駆動キー３０の径方向内側での切欠効果が、丸められた移行部分によって軽減される。さらに、キー溝３２に嵌っている駆動キー３０に設けた切除部分によっても上記二つの力伝達領域の分離を確実に生じるので、それぞれに生じた応力の場が、重なり合うことはないかあるいはあってもわずかである。
【００４２】
図１〜図３には、テーパ状の圧力ばめを予め行うために差動ネジを案内するために使える軸方向の孔も設けられている。
【００４３】
広範囲なＦＥＭシミュレーション（有限要素法）が、端面１６、２２および駆動キー３０での力伝達が徐々に工具に作用し始め、工具への総負荷をしだいに増加してゆくことを示した。このシミュレーションの結果は、図４に示されている。
【００４４】
図４ａは、異なる力伝達領域で伝達されるトルクの分布を示しており、端面１６、２２に作用するトルクは一点鎖線により示され、第１の駆動キー３２に対するトルクは長い部分破線により示され、第２の駆動キー３２に対するトルクは二点鎖線により示されている。テーパ状の軸部１４とソケット部１８に関してのトルクは全体的な負荷領域において一定であり、連続した線により示されており、その予応力すなわち圧力ばめされたときの圧力に対応する。比較のための値として、二つの駆動部材を備えた従来周知の駆動リング（二つの駆動部材を備えたＤＩＮリング）の１つの駆動部材によって達成できるトルク伝達が、短い点の破線で示されている。
【００４５】
同等の寸法のＤＩＮリングは、それぞれの駆動キーに対して１つのねじりモーメントを伝えることができるだけである。同じ総ねじりモーメントの伝達のために、ＤＩＮリングの駆動キーは、本発明接続装置の駆動キーより比較にならない位高い負荷を受け、本発明では圧力ばめされているテーパ部でのトルク吸収は一定であるので、過剰の負荷が作用するのが防止される。この発明による接続装置は、それゆえに、従来周知の駆動リングを備えた接続装置よりも非常に高い総負荷に耐えることができ、すなわち、提示されている好ましい実施例の接続装置によって、すでに達成されているトルクの限界を越えるトルクの伝達が実現される。
【００４６】
無負荷の状態においても、テーパ状の軸部１４とソケット部１８との間での予応力が生じているので、負荷を増大するにつれて互いに当接する端面および駆動キーでの力伝達が生じる。無負荷の場合に、摩擦係合（テーパ状部分での）のみが存在し、負荷を増大するにつれてさらなる形状係合部分での力伝達が第１駆動キーに次第に生じ、さらに付加が増大すると第２の駆動キーにも生じる。
【００４７】
図４ｂ、４ｃおよび４ｄは、それぞれ、圧力ばめの部分（１４、１８）（無負荷状態の接合）、面圧力部分（１６、２２）、駆動キー／キー溝（３０、３２）におけるシミュレーションにより計算された応力場２６、２７、２８を示すものである。回転方向は、反時計方向である。図４ｂには、径方向の内側の周囲での応力ポテンシャルが、点線により示されている。一点鎖線によって、第２のより大きい応力ポテンシャルが示されている。テーパ状部の圧力ばめによる応力は、駆動キーと端面に向って破線上のリミットより下がるまで低下する。この破線極限線は大部分は駆動キーと端面からある距離を離れて走っていることが、明らかである。
【００４８】
図４ｃは、端面に関しての応力分布のシミュレーション結果を示している。高い応力を持つ領域（点線で仕切られた領域２７）が、端面の突合せ接合部に関しての応力の場を構成している。この応力場は、キー溝内での高負荷駆動キーの回転方向の側における応力場２８から離れて位置させられている（図４ｄ参照）。
【００４９】
図４ｄから読み取れるキー根元での負荷２８は、材料の疲労を生じさせ得るものであるが、小さく維持されるものであり、軸方向において隔ててあるので、圧力ばめ部（図４ｂ）での応力分布２６に影響がないか、あっても最小限の影響にとどまる。しかし、図４ｃにおいて、（回転方向の側でない）根元部分の領域において面圧への駆動キーの大きな反作用が観察できる（一点鎖線によって閉じられている範囲によって）。
【００５０】
図４ｂにおいて、テーパ状部分が圧力結合によって膨張させられるので、駆動キーが、テーパ部に対する径方向の付勢によって内側へ引っ張られることになる。
【００５１】
図５〜図７には、この発明による他の好ましい実施例が示されており、これらの実施例には駆動キーが設けられていず、軸・ハブ嵌め合い部と組にされる端面の二つの力伝達領域のみが設けられている。図５は、雄の接続部材１１２を示し、図６は、雌の接続部材１２０を示し、図７は、これらのふたつの部材１１２、１２０を一体化した接続装置１００を示している。
【００５２】
軸とハブの結合は、テーパ状軸部１１４とソケット部１１８として具体化されている。端面１２２とソケット部１１８の内部のテーパ部との間には、前側穴部１２４（図６）が設けられ、端面１１６とテーパ状軸部１１４の間には、対応する後側軸部１２５（図５）が設けられている。前側穴部１２４、後側軸部１２５により形成される空所によって、一体化された接続装置１００において、テーパ状軸部１１４とソケット部１１８が圧力ばめされた軸・ハブ嵌め合い部による力伝達領域と当接する端面１１４、１１８による力伝達領域との分離あるいは離隔が生じる。中心の軸方向の孔が設けられていて、予めテーパ部を圧力ばめするためにネジを案内することができる。
【００５３】
図８〜図１０には、この発明の変形例である実施例を示す。雄の接続部材２１２は、図８に示され、雌の接続部材２２０は、図９に示され、および、一体化された接続装置２００が、図１０に示されている。
【００５４】
雌の接続部材２２０は、雄の接続部材２１２のテーパ状軸部２１４のためのテーパ状の穴を備えたソケット部２１８を備えている。このソケット部２１８の穴は直接端面２２２につながり（前述の実施例での前側穴部がない。）、この端面は、接続装置の組み立て状態において、対向して配置される端面２１６に当接する（図８ａ、図８ｂを参照のこと）。雌の接続部材２２０の端面２２２から、二つの駆動キー２３０が突き出ている。反対に雄の接続部材２１２には、対応する二つのキー溝２３２が設けられている。
【００５５】
すでに説明された実施例と違って、ここにおいて変形を加えられた実施例においては、テーパ状の嵌め合い部と当接端面でのそれぞれの力伝達領域の分離は、ソケット部に設ける切除部分で形成されるのではなく、面状の凹部あるいはアンダーカット２２４（図８ｃ、図８ｄおよび図１０ｄ参照）によって形成され、これは、雄の接続部材の軸部２１４を端面２１６から分離させる。アンダーカット２２４は、雄部材２２０の本体部２３３を軸部２１４から軸方向へ所定の長さに渡って分離する。一体的に組み立てられた接続装置２００において、負荷を受けてたとき、この軸部２１４はアンダーカット２２４の部分にわたって自由にねじられ、互いに当接する端面２１６、２２２にたわみを生じることはない。
【００５６】
さらに、雌の接続部材が、切除部分２３４（図９ｂ、図９ｃ）を備え、これは、駆動キー２３０の径方向内側の面側での根元を端面２２２面からソケット部２１８内へずらし、駆動キー２３０での力伝達領域とソケット２１８のテーパ部による力伝達領域とを互いに分離している。駆動キー２３０の両側側面には、丸められた丸め部２３７が設けられている（図９ｄ）。これに対して、キー溝２３２には対応する面取り２３５が設けられている（図８ｄ）。このような手段は、駆動キーの切欠効果を減少する。こうして駆動キーによる力伝達領域とテーパ状軸部とソケット部とによる力伝達領域の分離がされる。
【００５７】
ソケット部２１８内で軸部２１２は、アンダーカット２２４の領域で自由にねじれることができる。さらに、駆動キー２３０の径方向内側での根元が端面２２２からずれて、ソケット２１８の内周から離れた位置にある。ここでも力伝達領域の分離が生じるので、発生した応力の場が、重なり合うことは無いし、あってもわずかである。
【００５８】
図１１は、接続装置の対応する軸部の収容のための多角形形状の穴を備えたソケット部３１８を備えたこの発明の他の実施例における雌の接続部材３２０を示すものである。領域３２４が、多角形形状に、円形端面３２２と多角形形状のソケット部３１８の穴との間に公称の直径の０−１倍の深さで加工される。したがって組み立てられた接続装置において、軸・ハブ嵌め合い部が、端面３２２の領域において窪んで形成され、これによって多角形形状の軸・ハブ嵌め合いによる伝達領域と、当接する端面による力伝達領域が、分離される。
【００５９】
ソケット部３１８は駆動キーを備えない。もちろん、破線で示された領域において駆動キーを備えた実施例も可能であり、この場合、先の多角形形状が、端面から径方向内側にもっとも離れるように後退し、駆動キーによる力伝達領域と軸・ハブ嵌め合いによる力伝達領域の分離をさらに容易にすることもできる。こうして多角形形状の軸・ハブ嵌め合いに基づいて生じる、多角形形状の丸く面取りをした角部分の領域における応力も、駆動キーからずれるので、それらが互いに重なり合うことはない。リング状の端面の内径から多角形形状の外径に至るなめらかな材料の遷移も可能である。
【００６０】
最後に、図１２と図１３は、この発明の最後の実施例を示すものである。図１２には、軸部４１４を備えた雄の接続部材４１２が示され、その際軸部４１４とこれに隣接する端面４１６の間に、周方向の切込４２４が配置されている。さらに、接続装置の対応する部材の駆動キーを収容する溝４３２が配置されている。図１３は、この実施例の一体的に組み立てられた接続装置を示すもので、軸部４１４に対応するソケット４１８が設けられ、それは端面４２２を備える。端面４２２から駆動キー４３０が突き出し、テーパ状軸部と対応するソケットとのテーパ状の圧力ばめ、端面４１６、４２２の当接、および、駆動キー４３０とそのために設けられた溝４３２の係合という三つの力伝達領域が形成されている。切込４２４によって、軸部とソケットの嵌め合い部が、端面４１６、４２２の領域より窪んで形成されている。このようにして嵌合するテーパ部の力伝達領域が、二つの他の力伝達領域から分離される。端面の変形とテーパ部の不均一な膨張が防止され、径方向でのテーパ部の膨張のために駆動キーが、内側に引っ張られる。
【００６１】
この発明の基本的技術思想から離れることなく、示された実施例からの変形が行えることは自明である。
【００６２】
特に、
−任意の数の駆動キーを使うこと、
−軸・ハブ結合を長円の形状に形成すること、
−圧力ばめを差動ネジばかりでなく、他の適切な付勢技術によって具体化することが考えられるので、このネジのための中心の孔を設ける必要が無く、ソリッドな軸としてピンを構成することができ、その際付勢技術として、例えば、対応する孔に挿入することができるラジアル軸を使うことができ、
−適合する軸／孔として選択的に雄のあるいは雌の接続部材に配置できる駆動キー／駆動キー溝を使うことができ、
−例えば、対応する突起によって端面に対して径方向にずらした駆動キー／駆動キー溝を配置することができ、
−駆動キーとして、任意の数のラジアル軸を使うことができ、このラジアル軸は、接続装置の組み立て後に外側から対応して用意された孔に挿入され、雄のおよび雌の接続部材の間に形状係合が形成され、
−駆動キーとして、ネジ付きのボルトを使うことができ、このネジ付きのボルトは、対応するアクセス可能な孔にねじ込まれ（例えば、雄のおよび雌の接続部材に対応する径方向の材料の突出部分が傾斜しているラジアル軸あるいはアキシャル軸）、
−端面／駆動キー表面における対応するフリーな切除部分あるいはミルオフ部分によって径方向の側方表面への隙間底部への負荷が回避されるなどを考えることができる。
【００６３】
この発明は、モジュール化された工具保持アームの各モジュールの間に使用する接続装置１０；１００；２００；４００からなり、この接続装置は、第１のモジュールの端部を形成するとともに中心の軸対称の軸部１４；１１４；２１４；４１４を備えた雄の接続部材１２；１１２；２１２；４１２と、および、第１のモジュールに接続される第２のモジュールの端部を形成するとともに中心の軸対称の穴を備えたソケット部１８；１１８；２１８；３１８；４１８を備えた雌の接続部材２０；１２０；２２０；３２０；４２０を有している。これらの二つの接続部材が、組み立てられた状態において、第１の力伝達領域として軸・ハブ嵌め合い部１４、１８；１１４、１１８；２１４、２１８；４１４、４１８および少なくとも一つの他の力伝達領域を構成する。少なくとも負荷のかかった状態で、第１の力伝達領域に関して、第１の応力の場２６が形成され、および、少なくとも一つの他の力伝達領域に関して、少なくとも一つの他の応力の場２７；２８が形成され、その際第１の力伝達領域と少なくとも一つの他の力伝達領域の分離２４、２５；１２４、１２５；２２４；３２４；４２４が行われ、それぞれの応力の場２６；２７；２８がそれぞれの他の力伝達領域の影響を受けることなく形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  １ａ：  好ましい実施例における雄の接続部材の前方斜視図である。
１ｂ：  １ａにおける接続部材の正面図である。
１ｃ：  切断線Ｂ−Ｂに沿って見た１ｂにおける接続部材の側方の断面図である。
１ｄ：  １ａ、１ｂおよび１ｃに示される接続部材の側面図である。
【図２】  ２ａ：  好ましい実施例における雌の接続部材の前方斜視図である。
２ｂ：  ２ａにおける接続部材の正面図である。
２ｃ：  切断線Ｂ−Ｂに沿って見た図２ｂにおける接続部材の側方の断面図である。
２ｄ：  ２ａ、２ｂおよび２ｃに示される接続部材の側面図である。
【図３】  ３ａ：  図１および図２の好ましい実施例における二つの組み合わせられた接続部材の前方斜視図である。
３ｂ：  ３ａの接続装置の正面図である。
３ｃ：  切断線Ａ−Ａに沿って見た３ｂにおける接続装置の側方の断面図である。
３ｄ：  ３ａ、３ｂおよび３ｃに示される接続装置の側面図である。
【図４】  ４ａ：  図３に示される接続装置における個々の力伝達領域に対する負荷の分布を量的に示すグラフである。
４ｂ：  軸・ハブ結合における応力の場の負荷分布をＦＥＭシュミレーションした図２における雌の接続部材の前方斜視図である。
４ｃ：  互いに隣接する端面の突合せ継手の応力の場における負荷分布をＦＥＭシュミレーションした図２における雌の接続部材の正面図である。
４ｄ：  駆動キーの応力の場における負荷分布をＦＥＭシュミレーションした図２における雌の接続部材の前方斜視図である。
【図５】  ５ａ：  小さな変更を加えられた実施例における雄の接続部材の前方斜視図である。
５ｂ：  ５ａにおける接続部材の正面図である。
５ｃ：  切断線Ａ−Ａに沿って見た５ｂにおける接続部材の側方の断面図である。
５ｄ：  ５ａ、５ｂおよび５ｃに示される接続部材の側面図である。
【図６】  ６ａ：  図５に示される雄の接続部材に適合する実施例における雌の接続部材の前方斜視図である。
６ｂ：  ６ａにおける接続部材の正面図である。
６ｃ：  切断線Ａ−Ａに沿って見た６ｂにおける接続部材の側方の断面図である。
６ｄ：  ６ａ、６ｂおよび６ｃに示される接続部材の側面図である。
【図７】  ７ａ：  図５と図６の実施例における二つの組み合わせられた接続部材の正面図である。
７ｂ：  切断線Ａ−Ａに沿って見た７ａにおける接続装置の側方の断面図である。
【図８】  ８ａ：  他の実施例における雄の接続部材の前方斜視図である。
８ｂ：  ８ａにおける接続部材の正面図である。
８ｃ：  切断線Ａ−Ａに沿って見た８ｂにおける接続部材の側方の断面図である。
８ｄ：  ８ａ、８ｂおよび８ｃに示される接続部材の側面図である。
【図９】  ９ａ：  図８に示される雄の接続部材に適合する実施例における雌の接続部材の前方斜視図である。
９ｂ：  ９ａにおける接続部材の正面図である。
９ｃ：  切断線Ａ−Ａに沿って見た９ｂにおける接続部材の側方の断面図である。
９ｄ：  ９ａ、９ｂおよび９ｃに示される接続部材の側面図である。
【図１０】  １０ａ：  図８と図９の実施例における二つの組み合わせられた接続部材の正面図である。
１０ｂ：  切断線Ａ−Ａに沿って見た１０ａにおける接続装置の側方の断面図である。
【図１１】  多角形の形状を備えたソケットを有する雌の接続部材の他の実施例の正面図である。
【図１２】  雄の接続部材の他の実施例の側面州である。
【図１３】  図１２に示される実施例における雄の接続部材と図９に示される実施例における雌の接続部材を有する組み合わせられた接続装置の側方の断面図である。
【符号の説明】
１０  接続装置
１２  雄の接続部材
１４  ピン
１４、１８  軸・ハブ嵌め合い
１８  ソケット
２０  雌の接続部材
２４、２５  分離する部分
２６  応力の場
２７  応力の場
２８  応力の場
１００  接続装置
１１２  雄の接続部材
１１４  ピン
１１４、１１８  軸・ハブ嵌め合い
１１８  ソケット
１２０  雌の接続部材
１２４、１２５  分離する部分
２００  接続装置
２１２  雄の接続部材
２１４、２１８  軸・ハブ嵌め合い
２２０  雌の接続部材
２２４、２２５  分離する部分
３２４  分離する部分
４００  接続装置
４１２  雄の接続部材
４１４  ピン
４１４、４１８  軸・ハブ嵌め合い
４２４  分離する部分
【図１】
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【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】
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【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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