JP2013180350A - 軸のクランプ機構 - Google Patents

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Abstract

【課題】軸のクランプ機構のダイヤフラムと軸との接触長を短くし、装置の小型化を図る。
【解決手段】軸20の周囲における内壁面21に固定されている外周側円筒部2と、軸20の外周に設けられ、軸20に対して弾性変形して離接可能である内周側円筒部3と、外周側円筒部2と内周側円筒部3との間に装架され、軸20に対する径方向における断面形状がアーチ型である、円環状のダイヤフラム4と、ダイヤフラム4のアーチ型の凸側、外周側円筒部2及び内周側円筒部3に囲まれた空間に形成される油室6とを備える軸のクランプ機構1により、ダイヤフラムと軸との接触長を短くし、装置の小型化を図る。
【選択図】図1

Description

本発明は、産業機械全般に適用される軸のクランプ機構に関する。
まず、従来の産業機械に内装される、油圧を利用した回転軸(主軸)のクランプ機構について、図面を用いて説明する。
図5は従来技術による軸のクランプ機構及びその周辺の断面図である。従来技術による軸のクランプ機構(クランプスリーブ)11は、上部円環部12、下部円環部13、ダイヤフラム14及び油室16を備える。尚、図5は軸20より右側の断面図が省略されている。
上述の上部円環部12及び下部円環部13は、軸20の周囲における内壁面21に、互いに一定の間隔を取って固定されている。
上述のダイヤフラム14は、円筒状であり、上部円環部12と下部円環部13の内周面側に装架され、軸20に離接可能である。
上述の油室16は、上部円環部12、下部円環部13、ダイヤフラム14及び内壁面21に囲まれた部分に形成される。尚、この油室16は、上部円環部12及び下部円環部13の内壁面21との接触部分にOリング15を設けることで、密閉性を確保している。
上述のような構成の軸のクランプ機構11は、油室16に、矢印で示すように油圧17をかけることで、図中破線で示すようにダイヤフラム14が半径方向内側に弾性変形し、直径φdを持つ軸20を半径方向に均等な圧力(以下、クランプ力と記載)でクランプすることが可能である。
特開2009−248244号公報
上述のような軸のクランプ機構では、必要なクランプ力を得るために油圧面積を大きくする必要がある。
油圧面積を大きくするにはクランプスリーブ長lを長くしなければならず、それに伴い軸20も長くなってしまうため、結果として装置が大きくなってしまう。
そこで本発明では、軸のクランプ機構の形状を変更することで、上述の問題点を解決することを目的とする。
上記課題を解決する第1の発明に係る軸のクランプ機構は、
軸の周囲における内壁面に固定されている外周側円筒部と、
前記軸の外周に設けられ、当該軸に対して弾性変形して離接可能である内周側円筒部と、
前記外周側円筒部と前記内周側円筒部との間に装架され、前記軸に対する長手方向における断面形状がアーチ型である、円環状のダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの前記アーチ型の凸側、前記外周側円筒部及び前記内周側円筒部に囲まれた空間に形成される油室とを備え、
前記油室に油圧をかけ、前記ダイヤフラムの前記断面形状の曲率を減少させることで、前記内周側円筒部が弾性変形して前記軸をクランプすることを特徴とする。
上記課題を解決する第2の発明に係る軸のクランプ機構は、
上記第1の発明に係る軸のクランプ機構において、
前記内周側円筒部の前記軸との接触面が、前記アーチ型の凸側に近づく方向に傾斜し、前記軸との接触時に前記軸に対し平行となることを特徴とする。
上記第1の発明に係る軸のクランプ機構によれば、薄型の形状を得ることが可能となる。
上記第2の発明に係る軸のクランプ機構によれば、接触面における摩耗を抑えることが可能となる。
本発明の実施例1に係る軸のクランプ機構及びその周辺の断面図である。 本発明の実施例1の内周側円筒部及びその周辺の断面図である。 本発明の実施例1による軸のクランプ機構のクランプ時の変位量を説明するものである。(a)は軸のクランプ機構の模式図、(b)は軸のクランプ機構の変位量を表したグラフである。 本発明の実施例2による軸のクランプ機構のクランプ時の変位量を説明するものである。(a)は軸のクランプ機構の模式図、(b)は軸のクランプ機構の変位量を表したグラフである。 従来技術による軸のクランプ機構及びその周辺の断面図である。
以下、本発明に係る軸のクランプ機構を実施例にて図面を用いて説明する。
本発明の実施例1に係る軸のクランプ機構について図1及び図3を用いて説明する。まず、実施例1に係る軸のクランプ機構1は炭素鋼により形成されており、図1のように、外周側円筒部2、内周側円筒部3、ダイヤフラム4、油室6及びボックス8を備える。尚、図1は軸20より右側の断面図が省略されている。
上述の外周側円筒部2は、軸20の周囲における内壁面21に固定されている。
上述の内周側円筒部3は、軸20の外周に設けられ、軸20に対して弾性変形して離接可能であるものとする。
上述のダイヤフラム4は、外周側円筒部2と内周側円筒部3との間に装架され、軸20に対する長手方向における断面形状がアーチ型である。
上述の油室6は、ダイヤフラム4のアーチ型の凸側、外周側円筒部2及び内周側円筒部3に囲まれた空間に形成される。尚、油室6は、外周側円筒部2及び内周側円筒部3に取り付けられたボックス8とOリング5によって密閉性を確保している。
上述のような構成の軸のクランプ機構1は、油室6に、矢印で示すように油圧7をかけ、ダイヤフラム4を弾性変形させ、断面形状の曲率を減少させることで、図中破線で示すように内周側円筒部3が直径φdの軸20をクランプすることができる。
ここで、外周側円筒部2の内壁面21に接する外周面の直径φD=180mm、軸の直径φd=55mm、外周側円筒部2の内壁面21に接する外周面の軸20方向の長さL=15mm、ダイヤフラム4の軸20方向の厚さt=2.5mmと設定すると、内周側円筒部3の半径方向への変位量はφ=0.03mm〜0.04mmとなる。
ちなみに、内周側円筒部3の変位量よりもOリング5のつぶし代の方が大きいため、内周側円筒部3の変位により油室6の密閉性が損なわれることはない。
ところで、油圧7による内周側円筒部3の変位方向は、半径方向だけでなく軸方向の成分も持ち、その軌道が曲線となるため、内周側円筒部3の軸20との接触面3aが、油圧7のかかっていない状態で軸20方向に平行とすると、油圧7をかけて接触面3aと軸20が接触した状態では、接触面3aの一部が接触する状態になる。
すると、クランプ力が上がるにつれて接触面3aと軸20との接触部分の摩耗が上がってしまう。
そのため、図2に示すように、接触面3aが、ダイヤフラム4のアーチ型の凸側に近づく方向に傾斜し、軸20との接触時に軸20に対し平行となるようにし、軸に対し面内均一なクランプ力を与えることで、摩耗を抑えるようにすることも可能である(尚、図は一部誇張して表示している)。
上述のようにして、実施例1に係る軸のクランプ機構は、軸方向に薄型の形状を得ることが可能となる。
本発明の実施例2に係る軸のクランプ機構は、上述の実施例1に係る軸のクランプ機構の形状を変更したものである。
即ち、実施例2に係る軸のクランプ機構は、実施例1によるダイヤフラム4及び内周側円筒部3を軸20の長手方向に逆向きとし、それに合わせて油室6も反対側に形成され、油圧7のかかる方向も逆向きとしたものである。
以下、実施例1に係る軸のクランプ機構と実施例2に係る軸のクランプ機構とのクランプ力をシミュレーションにより比較する。尚、外周側円筒部2、内周側円筒部3及びダイヤフラム4の材質にはSS400Pを用いるものとしている。
図3(a)は実施例1による軸のクランプ機構の模式図を示している。図示されるように、φD=180mm,φd=55mm,φL=15mmの軸のクランプ機構1の、上に凸のダイヤフラム4に、上から分布荷重5kgf/cm2をかける。
図3(b)は、図3(a)の場合の軸のクランプ機構の変位量を、グラデーションプロットしたグラフである。
このグラデーションプロットは、x軸方向の変位量のみを表している。また、矢印Aの方向を正とし、x軸正方向の変位量が大きいほど白く、x軸負方向の変位量が大きいほど黒くなっている。
x軸上における、内周側円筒部の軸との接触面(図示略)の変位量は、矢印Aの付け根に表されており、この部分の色を見ればわかるように、φ=0.02mmである。反対側の接触面(図示略)の変位量が表されている矢印Bの付け根においては、φ=−0.02mmであるため、軸のクランプ機構の内径は(上記2つの絶対値を合計して)φ=0.04mm縮んでいることとなる。
図4(a)は実施例2による軸のクランプ機構の模式図を示している。図示されるように、φD=180mm,φd=55mm,φL=15mmの軸のクランプ機構1の、下に凸のダイヤフラム4に、下から分布荷重5kgf/cm2をかける。
図4(b)は、図4(a)の場合の軸のクランプ機構の変位量を、グラデーションプロットしたグラフである。
このグラデーションプロットは、図3(b)同様、x軸方向の変位量のみを表している。また、矢印Dの方向を正とし、x軸正方向の変位量が高いほど白く、x軸負方向の変位量が高いほど黒くなっている。
x軸上における内周側円筒部の軸との接触面(図示略)の変位量は、矢印Dの付け根に表されており、この部分の色を見ればわかるように、φ=0.02mmである。反対側の接触面(図示略)の変位量が表されている矢印Cの付け根においてはφ=−0.02mmであるため、実施例1による軸のクランプ機構と同様、軸のクランプ機構の内径はφ=0.04mm縮んでいることとなる。
よって、実施例1による軸のクランプ機構1の変位量と実施例2による軸のクランプ機構11の変位量は等しいことがわかる(材質によって上述の数値の変動はあるが、変位量が等しいことに変わりはない)。
そのため、図1において、軸のクランプ機構1の油室6が、ダイヤフラム4のアーチ型の凸側、外周側円筒部2及び内周側円筒部3に囲まれた空間に形成されるという位置関係、また、摩耗対策としては、接触面3aが、ダイヤフラム4のアーチ型の凸側に近づく方向に傾斜し、軸20との接触時に軸20に対し平行となるという位置関係さえ満たしていれば、ダイヤフラム4のアーチ型が上に凸でも下に凸でも同様の効果を発揮することがわかる。
本発明は、産業機械全般に適用される軸のクランプ機構として好適である。
1 (実施例1による)軸のクランプ機構
2 外周側円筒部
3 内周側円筒部
3a (内周側円筒部3の軸20との)接触面
4,14 ダイヤフラム
5,15 Oリング
6,16 油室
7,17 油圧
8 ボックス
11 (従来技術による)軸のクランプ機構
12 上部円環部
13 下部円環部
20 軸
21 (軸20の周囲における)内壁面

Claims (2)

  1. 軸の周囲における内壁面に固定されている外周側円筒部と、
    前記軸の外周に設けられ、当該軸に対して弾性変形して離接可能である内周側円筒部と、
    前記外周側円筒部と前記内周側円筒部との間に装架され、前記軸に対する長手方向における断面形状がアーチ型である、円環状のダイヤフラムと、
    前記ダイヤフラムの前記アーチ型の凸側、前記外周側円筒部及び前記内周側円筒部に囲まれた空間に形成される油室とを備え、
    前記油室に油圧をかけ、前記ダイヤフラムの前記断面形状の曲率を減少させることで、前記内周側円筒部が弾性変形して前記軸をクランプすることを特徴とする軸のクランプ機構。
  2. 前記内周側円筒部の前記軸との接触面が、前記アーチ型の凸側に近づく方向に傾斜し、前記軸との接触時に前記軸に対し平行となることを特徴とする請求項1に記載の軸のクランプ機構。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3663027A (en) * 1970-09-14 1972-05-16 Ingersoll Milling Machine Co Fluid actuated clamp
JP2010221394A (ja) * 2009-03-24 2010-10-07 Peiseler Gmbh & Co Kg クランプ装置並びに該クランプ装置で使用するための弾性的なクランプエレメント

Patent Citations (2)

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