JP2015197124A - 直動案内付クランパ - Google Patents

Abstract

【課題】転動体が無限循環して転がる直動案内と一体となったコンパクトで且つ保持力が大きい直動案内付クランパを提供する。【解決手段】軌道シャフト３０と、軌道シャフト３０に挿入されるテーパ面２２を備えたる外筒１０と、外筒１０のテーパ面２２と軌道シャフト３０間に挟み込まれるクランプ用転動体４と、クランプ用転動体４を保持する保持器４０と、外筒１０と保持器４０との間に設けられ、前記クランプ用転動体４をテーパ面２２に噛み込む方向に付勢するスプリング６と、を備え、さらに、保持器４０には多数の案内用ボール２が循環路５０に沿って無限循環可能に保持されており、案内用ボール２は、外筒１０内周に設けられた負荷ボール転走面３と軌道シャフト３０の間に転動自在に介装されている。【選択図】図１

Description

本発明は、シャフトを把持するクランパに関し、特に直動案内を備えた直動案内付クランパに関する。

従来のこの種のクランパとしては、たとえば、特許文献１に記載のようなものが知られている。すなわち、シャフトの表面との間に、シャフトの延伸方向一方に向けて徐々に隙間が小さくなるテーパ面が設けられた外筒（ストッパ本体）と、テーパ面部分に配置される転動体と、転動体を保持する保持器と、保持器を介して転動体をテーパ面に食い込む方向に押圧して転動体をシャフトの表面とテーパ面に圧接させるスプリングと、が備えられている。
このような構成とすることにより、シャフトに対してテーパ面の隙間が大きい側への外筒の相対移動が阻止される構成となっていた。

特開平１１−４５０８号公報

しかし、従来は、ブレーキシュ等の摩擦材で、レールやシャフトをクランプするだけで、荷重が負荷された場合に変形し、摩擦材の接触荷重が減少して保持力が低下する場合がある。
本発明の目的は、転動体が無限循環して転がる直動案内と一体となったコンパクトで且つ保持力が大きい直動案内付クランパを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、
軸方向に伸びた軌道シャフトと、
前記軌道シャフトに挿入され、前記軌道シャフトに対向するテーパ面を備えたる外筒と、
前記外筒のテーパ面と軌道シャフト間に挟み込まれるクランプ用転動体と、
前記クランプ用転動体を保持する保持器と、
前記外筒と保持器との間に設けられ、前記クランプ用転動体をテーパ面に噛み込む方向に付勢する付勢部材と、を備え、
前記外筒には、多数の案内用転動体が転動自在に接触する軸方向に延びる転動体転走面が周方向に複数設けられ、
前記保持器には、前記案内用転動体を保持し、前記転動体転走面の一端から他端に循環させる循環路が設けられていることを特徴とする。

前記保持器を前記外筒に対して軸方向に移動可能とし、前記付勢手段によって外筒に対して保持器を付勢することにより、前記クランプ用転動体をテーパ面に噛み込む方向に付勢するように構成することができる。
また、外筒は、案内用転動体の転動体転走面を備えた第１外筒部と、第１外筒部に軸方向に移動可能に組み付けられる第２外筒部と、に分割構成され、
前記保持器が第１外筒部に対して軸方向に相対移動不能に固定され、付勢手段によって第２外筒部が付勢されるように構成することもできる。
さらに、第２転動体がグォードローラとすることもできる。
また、第１外筒及び軌道シャフトには第１転動体が転がるための溝が設けられていてもよい。

本発明によれば、ラジアル荷重やモーメント荷重を、案内用転動体によって負荷されるので、クランパ用転動体のテーパ面と軌道シャフトとの間の間隔が変動せず、安定した高い保持力を維持することができる。

本発明の実施の形態に係る直動案内付きクランパを示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）はクランプ用転動部分の拡大図。 図１の直動案内付きクランパの動作説明図。 （Ａ）は本発明の他の実施の形態に係る直動案内付きクランパの縦断面図、（Ｂ）はさらに他の形態の縦断面図、（Ｃ）は正面図。 図１の実施の形態の外筒及び軌道シャフトに案内用ボールが転動する溝を設けた例を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は正面図。

以下に、本発明の実施形態に係る直動案内付クランパについて図面に基づいて詳細に説明する。
[実施の形態１]
図１は、本発明の実施の形態１に係る直動案内付クランパを示している。
この直動案内付クランパ１は、軸方向に伸びた軌道シャフト３０と、軌道シャフト３０に挿入され、軌道シャフト３０に対向するテーパ面２２を備えたる外筒１０と、前記外筒１０のテーパ面２２と軌道シャフト３０間に挟み込まれるクランプ用転動体４と、クランプ用転動体４を保持する保持器４０と、外筒１０と保持器４０との間に設けられ、クランプ用転動体４をテーパ面２２に噛み込む方向に付勢する付勢部材としてのスプリング６０と、を備えている。

また、外筒１０には、多数の案内用転動体としての案内用ボール２が転動自在に接触する軸方向に延びる負荷ボール転走面３が周方向に複数、この例では４条設けられ、保持器４０には、案内用ボール２を、前記負荷ボール転走面３の一端から他端に循環させる循環路５０が設けられている。
この外筒１０と軌道シャフト３０との間に配置される案内用ボール２と、案内用ボール２を保持する保持器４０とによって、直動案内機構としてのボールブッシュを構成している。
軌道シャフト３０は、外周面が円筒面となっている丸軸であり、特に精密な加工面を備える必要はない。

外筒１０は円筒状部材で、各負荷ボール転走面３の間には、断面円弧状の凹面部１２が周方向に複数形成されている。負荷ボール転走面３は、例えば外筒１０の中心軸から負荷ボール２の中心を通る直線上における等距離の点を中心に描かれた円が内接するように設けられ、凹面部１２の中心はこの内接円の中心よりも外筒１０の中心軸から離れている。負荷ボール転走面３は、断面円弧状のサーキューラアーク溝としてもよいし、ゴシックアーチ溝であってもよい。

一方、負荷ボール転走面３の軸方向長さは、外筒１０の長さよりも短く、その端部は、外筒１０の筒端位置から所定距離だけ離れている。
テーパ面２２、２３は、負荷ボール転走面３の両端から、外筒１０の両筒端に向かって
徐々に拡径されるように形成されている。このテーパ面２２、２３は案内用ボール２を循環させるために、凹面部１２側に逃がすためのテーパ形状であり、このテーパ形状を利用し、一方のテーパ面２２側にクランプ用転動体４を当接させている。
クランプ用転動体４が当接する側のテーパ面２２には、テーパ面２２の端部から、さらに所定長さ分だけ筒状に突出する筒状の突出部１４が形成されている。この突出部１４の内径は凹面部１２の最大径に等しい。

クランプ用転動体４としては、図１(Ｃ)に拡大して示すように、グォードローラが用いられている。
グォードローラは、中心軸線を通る面で切断した断面形状が、円弧状で凹形状の中央凹面部４ａと、中央凹面部４ａの軸方向両端側に連続しローラ中心軸を通る面で切断した断面形状が円弧状で凸形状の端部凸面部４ｂとを備えた構成となっている。
端部凸面部４ｂがテーパ面２２に線接触し、中央凹面部４ａが軌道シャフト３０に転動自在に線接触する構成となっている。

このように、クランプ用転動体４としてグォードローラを用いれば、線接触となって、接触面積が増大するので、摩擦トルクが増大し、把持力を増大させることができる。また、軌道シャフト３０とグォードローラの中央凹面部４ａとの面接触による摩擦により、軌道シャフト３０の回転運動を抑えることが可能となる。
もちろん、クランプ用転動体４としては、グォードローラに限定されるものではなく、ボールを用いてもよいし、球面ローラを用いてもよいし、場合によっては円筒状のローラを用いることもでき、クランプ機構の構造、形状に応じて、種々の転動体を利用することができる。

保持器４０は、外筒１０に対して軸方向に相対移動可能となっており、保持器４０を介してクランプ用転動体４は、テーパ面２２に対して食い込む方向と離間する方向に移動可能となっている。
保持器４０は円筒形状で、外周側に外筒１０内周面の凹面部１２に対応する円弧状の凸面部４２を有し、凹面部１２と凸面部４２は軸方向には移動可能で回転方向には相対移動不能に組み付けられている。負荷ボール転走面３と対応する位置である軌道シャフト３０側の面には、負荷ボール通路５２を構成する軸方向に延びる長孔５２aが開口している。
また、負荷ボール通路５２に対して凹面部１２に対応する位置の保持器４０の外周側に、負荷ボール通路５２と平行に延びる無負荷ボール通路５４が形成され、負荷ボール通路５２と無負荷ボール通路５４の両端をＵ字状に連絡する方向転換路５６が設けられている。方向転換路５６の負荷ボール通路５２側は内周側に切欠きが形成されている。各循環路５０には多数のボール列が装着され、軌道シャフト３０と外筒１０の相対移動に伴って案内用ボール２が循環移動するようになっている。

したがって、軌道シャフト３０に対して、案内用ボール２のボール列が周方向に９０°離れた４か所において取り囲むように配置されており、上下左右四方向の荷重を等しく受ける構造となっている。軌道シャフト３０に対して外筒１０は回転方向には自由度を有する。
そして、保持器４０と外筒１０の間には、クランプ用転動体４をテーパ面２２に対して食い込む方向に付勢する付勢手段としてのスプリング６０が配置されている。このスプリング６０は、一端が外筒１０に設けられたばね座６２に係合し、他端が保持器４０側のばね座６４に対して係合している。
一方、保持器４０の他端は、スプリング６０のばね力に抗して、保持器４０を介して、クランプ用転動体４をテーパ面２２から離間させる方向に押し込むことが可能となっている。

次に、上記直動案内付きクランパの作用について、図２を参照して説明する。
自由状態では、スプリング６０のばね力により、クランプ用転動体４がテーパ面２２に当接しており、クランプ用転動体４がテーパ面２２に噛み込む方向に移動することになる外筒１０と軌道シャフト３０間の相対移動は規制され、反対方向の相対移動は許容される（図２（Ｂ）、（Ｃ）参照）。この相対移動は無限循環する案内用ボールによって案内される。形態としてはボールブッシュなので、外筒１０と軌道シャフト３０との相対回転は許容される。
これに対して、図２（Ａ）、（Ｃ）に示すように、保持器４０を、クランプ用転動体４がテーパ面２２から離れる方向に移動させれば、アンクランプ状態となり、軸方向両方向に移動自在となる。また同様に、外筒１０を保持器４０に対して、クランプ用転動体４がテーパ面２２から離れる方向に相対的に移動させることにより、アンクランプ状態としてもよい。

なお、ラジアル荷重及びモーメント荷重は、案内用ボール２で負荷されるので、テーパ面２２と軌道シャフト３０間の間隔は維持され、クランプ用転動体４の保持力には悪影響せず、クランプ用転動体４の位置ズレを防ぐことができる。その結果、テーパ面２２にクランプ用転動体４が正しく噛み込むこととなり、高い保持力でもって安定したクランプ状態を維持することができる。

さらに、クランプ用転動体４がグォードローラなので、軌道シャフト３０とクランプ用転動体４との間、及びクランプ用転動体４と外筒１０のテーパ面との接触は面接触になり、大きな保持力が得られる。
この実施の形態の直線案内付きクランパは、一方向のクランパであるが、二個使用することにより、両方向の移動を規制する構成とすることができる。

また、特に図示しないが、外筒１０の他端側のテーパ面２３を利用し、両端にクランプ用転動体４を設けることにより、両方向の直線案内付クランパを構成することもできる。
なお、上記各実施の形態では、テーパ面が円錐状の形状としているが、フラットな面となっていてもよい。

［他の実施の形態］
次に、本発明の他の実施の形態に係る直動案内用クランパについて、図３を参照して説明する。基本的な構成は実施の形態１と同様であり、図３の実施の形態は、主として外筒１０の構造のみが相違するだけなので、以下の説明では相違点のみを説明し、同一の構成部分は同一の符号を付し、その説明は省略する。

この実施の形態では、外筒１０が、案内用ボール２の負荷ボール転走面３を備えた第１外筒部である外筒本体１１と、外筒本体１１の軸方向一端側に軸方向に移動可能に組み付けられる第２外筒部としてのテーパリング１３と、に分割構成されている。そして、保持器４０が外筒本体１１に対して軸方向に相対移動不能に固定され、付勢手段としてのスプリング６０によってテーパリング１３が付勢され、テーパリング１３の円錐状のテーパ面２２にクランプ用転動体４を押し付けるようになっている。
外筒本体１１に対する保持器４０の固定には２形態があり、図３（Ａ）は、2つの止め
輪によって固定する形態、図３（Ｂ）は、外筒本体１１にピン１５によって固定する形態である。ピン１５は保持器の凸面部に固定される。

この実施の形態２の直動案内用クランパの組み付け手順は、次の通りである。
ｉ）クランプ用転動体４を保持器４０の保持孔４０ｃに装着する。
ｉｉ）テーパリング１３を、クランプ用転動体４が保持された保持器４０と組み合わせる。
ｉｉｉ）テーパリング１３、クランプ用転動体４及び保持器４０の組立体に、スプリング６０を装着する。
ｉｖ）テーパリング１３、クランプ用転動体４、保持器４０及びスプリング６０の組立体に、座金を入れる。
ｖ）保持器４０に案内用ボール２を入れる。
ｖｉ）最終的に外筒本体１１の外周側から、図３（Ａ）のように、止め輪で固定するか、図３(Ｂ)に示すように、ピン１５で保持器４０を固定する。

図４は、実施の形態１の直動案内を、ボールブッシュ構造からボールスプライン構造とした例で、軌道シャフト３０外周に、外筒１０の負荷ボール転走面３に対応するスプライン溝３２を形成したものである。スプライン溝に係合することにより、外筒１０と軌道シャフト３０は、中心軸回りの回転自由度が無くなる。
外筒１０にスプライン溝３２が形成されているので、クランプ用転動体４の中央凹面部４ａの幅は、スプライン溝３２の幅より大きく設定されており、中央凹面部４aはスプラ
イン溝３２の両側縁部に接触することになる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記図３に示す実施形態ではピン１５で保持器４０を固定したが、図１、図４に示す実施の形態において、保持器４０に軸方向に長穴を設けて、外筒１０に固定されたピン１５により、保持器４０の移動ストロークを規制することもできる。この場合、軌道シャフト３０が外筒１０に挿入されない状態でも保持器４０の抜け防止をすることが可能となる。

１ 直動案内付クランパ
２ 案内用ボール
３ 負荷ボール転走面
４ クランプ用転動体
４a 中央凹面部、４ｂ 端部凸面部、
１０ 外筒、１２ 凹面部、１４ 突出部
１１ 外筒本体
１３ テーパリング
１５ ピン
２２ テーパ面
３０ 軌道シャフト
３２ スプライン溝
４０ 保持器
４０ｃ 保持孔、４２ 凸面部
５０ 循環路、５２ 負荷ボール通路、５２a 長孔、５４ 無負荷ボール通路
５６ 方向転換路
６０ スプリング、６２ ばね座、６４ ばね座

Claims (5)

1. 軸方向に伸びた軌道シャフトと、
   前記軌道シャフトに挿入され、前記軌道シャフトに対向するテーパ面を備えたる外筒と、
   前記外筒のテーパ面と軌道シャフト間に挟み込まれるクランプ用転動体と、
   前記クランプ用転動体を保持する保持器と、
   前記外筒と保持器との間に設けられ、前記クランプ用転動体をテーパ面に噛み込む方向に付勢する付勢部材と、を備え、
   前記外筒には、多数の案内用転動体が転動自在に接触する軸方向に延びる転動体転走面が周方向に複数設けられ、
   前記保持器には、前記案内用転動体を保持し、前記転動体転走面の一端から他端に循環させる循環路が設けられていることを特徴とする直動案内付きクランパ。
2. 前記保持器を前記外筒に対して軸方向に移動可能とし、前記付勢手段によって外筒に対して保持器を付勢することにより、前記クランプ用転動体をテーパ面に噛み込む方向に付勢する請求項１に記載の直動案内付きクランパ。
3. 前記外筒は、前記案内用転動体の転動体転走面を備えた第１外筒部と、第１外筒部に軸方向に移動可能に組み付けられる第２外筒部とに分割構成され、
   前記保持器が第１外筒部に対して軸方向に相対移動不能に固定され、付勢手段によって第２外筒部が付勢されている請求項１に記載の直動案内付きクランパ。
4. 前記クランプ用転動体がグォードローラである請求項１乃至３のいずれかの項に記載の直動案内付きクランパ。
5. 前記外筒及び軌道シャフトには案内用転動体が転がるための溝が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の直動案内用クランパ。