JP4033538B2 - 摩擦式クランプ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧、空気圧等の流体圧を利用して、出力回転側の部材と被駆動側の部材を摩擦力により締結可能な摩擦式クランプ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
摩擦式クランプ装置としては、例えば、特開平３−１７２６０５号公報に開示された構成のものが知られている。ここに開示されている摩擦式クランプ装置は、ロッドと、この外側に同心状に配置した外筒との間に、油室を区画形成している中空リングが配置された構成となっている。
【０００３】
油室に油圧を印加すると、中空リングの外周および内周側の部分が半径方向に弾性変形して膨張して、ロッドと外筒との間が中空リングを介して摩擦力により締結固定された状態が形成され、油圧を開放すると、双方の部材間の締結が解除された状態に復帰する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この構成の摩擦式クランプ装置では、中空リングを半径方向に膨張させることにより、双方の部材を締結固定しているのみなので、一般的に、ねじれ剛性が十分では無いという問題点がある。
【０００５】
本発明の課題は、ねじれ剛性の高い締結状態を形成可能な摩擦式クランプ装置を提案することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、内周面を備えた第１の部材と、外周面を備えた第２の部材と、前記内周面および前記外周面の間に形成された環状の圧力室とを有し、当該圧力室に対する流体圧の印加、開放により、前記第１および第２の部材の締結、開放状態を形成可能な摩擦式クランプ装置において、前記圧力室を区画形成している部材を、半径方向に弾性変形可能にすると共に、装置軸線方向に向けても弾性変形可能とした構成を採用している。
【０００７】
すなわち、本発明の摩擦式クランプ装置では、前記圧力室は、当該圧力室の環状内周面を規定している環状内周壁と、当該圧力室の環状内側端面の一方を規定している環状端壁とを有している。また、前記環状内周壁は、前記流体圧によって半径方向の内側に弾性変形して、前記第２の部材の外周面に密着可能となっている。
【０００８】
これに対して、前記環状端壁は、環状外側端面と環状外周面とを備えており、当該環状端壁は、前記流体圧を印加することにより、外側に弾性変形可能となっている。また、当該環状端壁の弾性変形により、前記環状外側端面は前記第１の部材に押し付け固定され、前記環状外周面は前記第１の部材の内周面に押しつけ固定されるように構成されている。
【０００９】
このように構成した本発明の摩擦式クランプ装置においては、圧力室を区画形成している環状内周壁は半径方向に弾性変形するので、圧力室は半径方向に膨張して、従来の装置と同様に、第１および第２の部材を締結する締結力が発生する。これに加えて、圧力室の端面を規定している環状端壁も弾性変形して、第１の部材を半径方向および装置軸線方向に押しつける。この結果、第１および第２の部材は、半径方向に作用する締結力と、これに直交する装置軸線方向に作用する締結力とによって、強固に締結固定される。よって、双方の部材を、ねじれ剛性が高い状態で締結固定することができる。
【００１０】
ここにおいて、前記環状端壁の弾性変形を効果的に発生させるために、本発明では、当該環状端壁の前記環状内側端面を傾斜面とし、半径方向および装置軸線方向に流体圧が効果的に作用するようにしている。すなわち、当該環状内側端面を、前記圧力室の内側に向けて前記環状内周壁の側から前記圧力室の内方に向けて傾斜した傾斜面としてある。
【００１１】
また、圧力室の外周面の側は開放状態とすることができる。すなわち、圧力室の環状外周壁の一部を、前記第１の部材の内周面によって規定することができる。このようにすれば、圧力室の端壁は、圧力室の環状内周壁に連続している部分で片持ち状態となるので、当該端壁を効果的に弾性変形させることができる。
【００１２】
一方、このように構成した本発明の摩擦式クランプ装置をユニットとして利用する場合には、第１の部材と第２の部材の間に、転がり軸受けが介在した構成とすることが好ましい。
【００１３】
この場合には、第１の部材を転がり軸受けの外輪と兼用し、第２の部材を転がり軸受けの内輪と兼用すれば、構造を簡素化でき、装置を小型コンパクトに構成できる。
【００１４】
また、転がり軸受けとしては、ラジアル力およびスラスト力の双方を受けることの可能なクロスローラベアリングを採用することが望ましい。
【００１５】
なお、圧力室に加える圧力流体は、一般的には、油あるいは空気とされる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した摩擦式クランプ装置について説明する。
【００１７】
図１、図２には、本発明を適用した摩擦式クランプ装置の一例を示してある。本例の摩擦クランプ装置１は、第１の部材である円環状のケース２と、第２の部材である円環状の出力フランジ３と、これらの間に円環状の圧力室４を形成している円環状のシリンダ５とを有している。ケース２は、円筒状のケース本体部分２１と、この一端に形成した大径の取り付け用フランジ２２とを備えている。取り付け用フランジ２２には、円周方向に向けて所定のピッチで締結用ボルト孔２３が形成されている。ケース本体部分２１には円形の内周面２４が形成されており、この内周面２４の一端には半径方向の内側に突出した環状突起２５が形成されている。
【００１８】
出力フランジ３は、円形の外周面３１と、この両側に形成された半径方向の内側に後退した環状段部３２、３３とを備えている。
【００１９】
これに対して、シリンダ５は、圧力室４と、取り付け用フランジ５１とを備えており、取り付け用フランジ５１は、締結用ボルト５２によって、ケース本体部分２１の環状端面２６に締結固定されている。ここで、シリンダ５の取り付け用フランジ５１の円形内周面５３と、出力フランジ３の段部３３によって区画形成されている円環状の溝にはオイルシール６が装着されている。同様に、ケース本体部分２１の環状突起２５と、出力フランジ３の他方の段部３２によって区画形成されている円環状の溝にもオイルシール７が装着されている。
【００２０】
次に、図２（Ａ）を主に参照して、圧力室４の構造を説明する。圧力室４は、全体として円環状をしており、その断面形状は半径方向の外側に向けて窄まった台形をしている。この形状の圧力室４の底面はシリンダ５の取り付け用フランジ５１の内周縁の部分に連続して装置軸線１ａの方向に延びている薄肉の環状底壁４１によって規定されている。この環状底壁４１の装置軸線方向の先端は、ケース本体部分２１の環状突起２５まで延びており、そこには、半径方向の外側に向けて延びている環状端壁４２が連続している。この環状端壁４２は、逆三角形の断面形状をしており、その外側端面４２ａは装置軸線１ａに直交する環状端面であり、その内側端面４２ｂは、外周側に向かうにつれて圧力室４の内部４ａの側に傾斜した傾斜面となっている。これらの外側端面４２ａの外周縁と内側端面４２ｂの外周縁との間には、円形の端壁外周面４２ｃが形成されている。
【００２１】
圧力室４の反対側の環状端壁の部分４３は、取り付け用フランジ５１の内周側の部分に一体形成されており、その内側端面４３ａは内側端面４２ａと左右対称となる状態の傾斜面となっている。また、その外周縁には、端壁外周面４２ｃと同様な幅の端壁外周面４３ｃが連続している。
【００２２】
ここで、圧力室４を規定している両側の部分４２、４３の端壁外周面４２ｃ、４３ｃは、それぞれケース本体部分２１の円形の内周面２４に丁度接触した状態とされている。さらに、端壁外周面４２ｃと内周面２４の間、および端壁外周面４３ｃと内周面２４の間には、それぞれＯリング８、９が装着され、これらの間がシールされている。
【００２３】
従って、本例においては、圧力室４は、環状底壁４１の外周面と、その両側の内側端面４２ａ、４３ａと、ケース本体部分の内周面２４とによって区画形成されている。そして、図１から分かるように、ケース本体部分２１には、半径方向に延びる圧力流体供給孔２７が形成されており、この供給孔２７が圧力室４の内部４ａに開口している。
【００２４】
このように構成した本例の摩擦式クランプ装置１において、供給孔２７を介して圧力室４の内部に油圧あるいは空気圧を印加すると、図２（Ｂ）に示すように、薄肉の環状底壁４１が半径方向の内側に押されて、出力フランジ３の外周面３１に密着する。これと同時に、一方の環状端壁４２も、その傾斜した側面４２ａが油圧あるいは空気圧により押されて、その内周側の環状底壁４１との連続部分を中心として、圧力室４の外側に弾性変形する。この結果、環状端壁４２の外側端面４２ｂは、ケース本体部分２１の環状突起２５の内側端面２５ａに対して装置軸線方向に押しつけられて、そこに密着する。また、環状端壁４２の外周面４２ｃは、ケース本体部分２１の内周面２４に対して半径方向に押しつけられ、そこに密着する。
【００２５】
この結果、ケース２と出力フランジ３とは、半径方向の締結力と共に、装置軸線方向の締結力によって、相互に強固に締結された状態となる。この結果、双方の部材の締結時のねじれ剛性を高めることができる。
【００２６】
（第１の変形例）
ここで、油圧あるいは空気圧が解除された状態では、双方の部材２、３は相対回転可能であり、従って、これらの間の磨耗を防止するために、潤滑剤が出力フランジ３の外周面３１と、圧力室４の環状底壁４１の間に供給される。しかしながら、これらの間に潤滑剤が供給された状態で、油圧あるいは空気圧を印加して双方の部材を締結状態にすると、外周面３１と環状底面４１の間の油膜によって、双方の部材の間に滑りが発生するおそれがある。
【００２７】
図３には、このような潤滑剤による滑りを防止するための機構を備えた摩擦式クランプ装置を示してある。この摩擦式クランプ装置１１の基本的な構成は図１に示す装置と同一であるので、異なる部分のみを説明する。本例の摩擦式クランプ装置１１においては、図３（Ｂ）に示すように、その出力フランジ３における外周面３１に、装置軸線方向に延びる油溝３２を一定の間隔で円周方向に形成してある。油溝３２は、図３（Ｃ）に示すように、綾目状の油溝３２ａであってもよい。なお、場合によっては、油溝を、圧力室４の底壁４１の内周面の側に形成してもよい。また、油溝は、出力フランジ３の外周面３１において、少なくとも、底壁４１が密着する部分に形成すればよい。
【００２８】
（第２の変形例）
次に、図４には、本発明の摩擦式クランプ装置の別の例を示してある。基本的な構成は、図１、図３に示す摩擦式クランプ装置と同一であるので、異なる部分についてのみ説明する。
【００２９】
本例の摩擦式クランプ装置１００は、クロスローラ１０１が一体化されたユニットである。すなわち、クロスローラベアリング１０１によって、ケース２と出力フランジ３は相互に回転自在の状態で組み付けられている。また、本例では、ケース２の端面２８に締結ボルト１０２によって環状端板１０３を締結し、これらの合わせ面の内周側の部分に、それぞれクロスローラベアリングのコロ１０５の外輪側軌道面１０６、１０７を形成してある。また、出力フランジ３の外周面３１にも、コロ１０５の内輪側軌道面１０８、１０９を形成してある。
【００３０】
このように構成した本例の摩擦式クランプ装置１００は、アクチュエータ等の回転駆動源等に対して、簡単に組み付けることができる。また、クロスローラベアリング１０１の内外輪をそれぞれ、出力フランジ３およびケース２によって兼用させてあるので、構造を簡素化でき、装置を小型でコンパクトに構成できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の摩擦式クランプ装置は、第１および第２の部材の間に形成された圧力室を区画形成している部分を、半径方向に弾性変形可能とすると共に、それに直交する装置軸線方向にも弾性変形可能としてある。従って、油圧あるいは空気圧を印加した締結状態においては、半径方向の締結力と、これに直交する装置軸線方向の締結力とによって、双方の部材が締結固定された状態になる。よって、締結状態におけるねじり剛性を高めることができる。
【００３２】
また、本発明の摩擦式クランプ装置では、締結固定される第１および第２の部材の接触面に油溝を形成した構成を採用している。従って、締結固定状態において、油膜によって双方の部材に滑りが発生することを防止でき、確実な締結固定状態を形成できる。
【００３３】
さらに、本発明の摩擦式クランプ装置では、クロスローラベアリング等の転がり軸受けを組み込んだ構成を採用しているので、アクチュエータ等の回転駆動源への組み付けを簡単に行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した摩擦式クランプ装置を示す図であり、（Ａ）はその縦断面図、（Ｂ）はその部分端面図である。
【図２】図１に摩擦式クランプ装置の動作を説明するための図であり、（Ａ）はその圧力室の部分を取り出して示す部分詳細図、（Ｂ）はその動作を示す説明図である。
【図３】本発明の摩擦式クランプ装置の別の例を示す縦断面図、および出力フランジの外周面に形成した油溝の２例を示す側面図である。
【図４】本発明の摩擦式クランプ装置の更に別の例を示す縦断面図および部分端面図である。
【符号の説明】
１ 摩擦式クランプ装置
２ ケース（第１の部材）
３ 出力フランジ（第２の部材）
４ 圧力室
４ａ 圧力室の内部
５ シリンダ
２４ ケースの内周面
３１ 出力フランジの外周面
３２、３２ａ 油溝
４１ 環状内周壁
４２ 環状端壁
４２ａ 環状外側端面
４２ｂ 環状内側端面
４２ｃ 環状外周面
１０１ クロスローラベアリング

Claims (8)

1. 内周面（２４）を備えた第１の部材（２）と、この第１の部材（２）の内側に同軸状態に配置されている外周面（３１）を備えた第２の部材（３）と、前記内周面（２４）および前記外周面（３１）の間に形成された環状の圧力室（４）とを有し、当該圧力室（４）に対する流体圧の印加、開放により、前記第１および第２の部材（２，３）の締結、開放状態を形成可能な摩擦式クランプ装置（１）において、
   前記圧力室（４）の環状内周面を規定している環状内周壁（４１）と、当該圧力室（４）の装置軸線（１ａ）方向の両側の環状内側端面を規定している環状端壁とを有し、
   前記環状内周壁（４１）は、前記流体圧によって半径方向の内側に弾性変形して、前記第２の部材（３）の外周面（３１）に密着可能であり、
   前記環状端壁の一方の環状端壁（４２）は、環状内側端面（４２ｂ）、環状外周面（４２ｃ）、および、これらの外周側の縁の間に形成された環状外側端面（４２ａ）とを備えており、
   当該環状端壁（４２）の前記環状外側端面（４２ａ）は前記半径方向に延びており、
   当該環状端壁（４２）の前記環状内側端面（４２ｂ）は、前記環状内周壁（４１）から前記環状外周面（４２ｃ）に向かうに連れて、前記半径方向に対して前記圧力室（４）の内方に向かう方向に傾斜しており、
   当該環状端壁（４２）は、前記流体圧を印加することにより、圧力室外方に弾性変形可能であり、
   当該環状端壁（４２）が弾性変形すると、前記環状外側端面（４２ａ）は前記第１の部材（２）に形成した環状端面（２５ａ）に密着した状態で押し付け固定され、前記環状外周面（４２ｃ）は前記第１の部材（２）の内周面（２４）に密着した状態で押しつけ固定されることを特徴とする摩擦式クランプ装置。
2. 請求項１において、
   前記圧力室（４）の環状外周面の一部は、前記第１の部材（２）の内周面（２４）によって規定されていることを特徴とする摩擦式クランプ装置。
3. 請求項１または２において、
   前記第２の部材（３）の外周面（３１）には、油溝（３２、３２ａ）が形成されていることを特徴とする摩擦式クランプ装置。
4. 請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、
   更に、前記第１の部材（２）と前記第２の部材（３）の間には、転がり軸受け（１０１）が介在していることを特徴とする摩擦式クランプ装置。
5. 請求項４において、
   前記第１の部材（２）は前記転がり軸受け（１０１）の外輪として機能し、
   前記第２の部材（３）は前記転がり軸受け（１０１）の内輪として機能することを特徴とする摩擦式クランプ装置。
6. 請求項４または５において、
   前記転がり軸受けはクロスローラベアリング（１０１）であることを特徴とする摩擦式クランプ装置。
7. 請求項１ないし６のうちのいずれかの項において、
   前記圧力室（４）には、油圧あるいは空気圧が印加されることを特徴とする摩擦式クランプ装置。
8. 内周面（２４）を備えた第１の部材（２）と、この第１の部材（２）の内側に同軸状態に配置されている外周面（３１）を備えた第２の部材（３）と、前記内周面（２４）および前記外周面（３１）の間に形成された環状の圧力室（４）とを有し、当該圧力室（４）に対する流体圧の印加、開放により、前記第１および第２の部材（２，３）の締結、開放状態を形成可能な摩擦式クランプ装置（１）において、
   前記第１の部材である円環状のケース（２）と、
   前記第２の部材である円環状の出力フランジ（３）と、
   これらの間に円環状の前記圧力室（４）を形成している円環状のシリンダ（５）とを有 し、
   前記ケース（２）は、円筒状のケース本体部分（２１）と、このケース本体部分（２１）の円形の内周面（２４）における軸線方向の一端から半径方向の内側に突出した環状突起（２５）とを備えており、
   前記出力フランジ（３）は円形の外周面（３１）を備えており、
   前記シリンダ（５）は、前記圧力室（４）と、取り付け用フランジ（５１）とを備えており、この取り付け用フランジ（５１）は、前記ケース本体部分（２１）に締結固定されており、
   前記圧力室（４）の環状内周面は、前記シリンダ（５）の前記取り付け用フランジ（５１）の内周縁の部分に連続して装置軸線（１ａ）の方向に延びている薄肉の環状底壁（４１）によって規定されており、
   この環状底壁（４１）の装置軸線（１ａ）の方向の先端は、前記ケース本体部分（２１）の前記環状突起（２５）まで延びており、当該先端には、半径方向の外側に向けて延びている環状端壁（４２）が連続しており、
   この環状端壁（４２）は、逆三角形の断面形状をしており、その外側端面（４２ａ）は装置軸線（１ａ）に直交する環状端面であり、その内側端面（４２ｂ）は、半径方向に対して、外周側に向かうにつれて圧力室（４）の内部（４ａ）の側に傾斜した傾斜面となっており、
   これらの外側端面（４２ａ）の外周縁と内側端面（４２ｂ）の外周縁との間には、円形の端壁外周面（４２ｃ）が形成されており、
   前記圧力室（４）の反対側の環状端壁の部分（４３）は、取り付け用フランジ（５１）の内周側の部分に一体形成されており、その内側端面（４３ａ）は内側端面（４２ｂ）と左右対称となる状態の傾斜面となっており、その外周縁には、端壁外周面（４２ｃ）と同一幅の端壁外周面（４３ｃ）が連続しており、
   前記圧力室（４）を規定している両側の環状端壁の部分（４２、４３）の端壁外周面（４２ｃ、４３ｃ）は、それぞれ前記ケース本体部分（２１）の円形の内周面（２４）に接触した状態とされ、端壁外周面（４２ｃ）と内周面（２４）の間、および端壁外周面（４３ｃ）と内周面（２４）の間には、それぞれＯリング（８、９）が装着され、これらの間がシールされており、
   前記圧力室（４）は、環状底壁（４１）の外周面と、その両側の内側端面（４２ｂ、４３ａ）と、ケース本体部分（２１）の内周面（２４）とによって区画形成されており、
   ケース本体部分（２１）には、半径方向に延びる圧力流体供給孔（２７）が形成されており、この供給孔（２７）が圧力室（４）の内部（４ａ）に開口していることを特徴とする摩擦クランプ装置。

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