JP4093652B2 - クランプ機構 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、割り出し盤においてテーブル軸をクランプおよびアンクランプ状態に切り換えるために用いられるクランプ機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図5には、割り出し盤等に用いられている油圧式のクランプ機構の例を示してある。このクランプ機構100は、リング状のテーブル軸101と、同心状に配置されたリング状のテーブルハウジング102の間に構成されており、テーブルハウジング102に形成した油圧供給路103を介して外部から油圧が供給されると、テーブル軸101をテーブルハウジング102の側にクランプし、油圧が解除されると、テーブル軸101を再びアンクランプ状態に戻すように構成されている。
【0003】
図6にはクランプ機構100を拡大して示してある。クランプ機構100はブレーキリング110を備えており、このブレーキリング110は、テーブルハウジング102の環状端面104に締結固定された環状の取り付け用フランジ111と、この取り付け用フランジ111の内周縁端112から、中心軸線101aの方向に延びている可撓性の円筒部113とを備えている。
【0004】
可撓性の円筒部113は、テーブル軸101の円形外周面105を僅かの隙間を保って同心状に取り囲んでいる。また、この可撓性の円筒部113の外周を取り囲んでいるテーブルハウジング102の内周面には、左右一対のOリング106、107が装着されており、これらのOリング106、107と、これらOリングの間のテーブルハウジング内周面108と、可撓性の円筒部113とによって、油圧室(圧力室)120が区画形成されている。この油圧室120に対しては、内周面108に開口している油圧供給路103を介して外部から油圧の印加および開放を行うことが可能となっている。可撓性の円筒部113の中心軸線方向の両側には、それぞれオイルシール121、122が装着されている。
【0005】
油圧供給路103を介して外部から油圧を油圧室120に加えると、ブレーキリング110の可撓性の円筒部113における油圧室120を区画している受圧部分が半径方向の内側に撓む。この結果、可撓性の円筒部113がテーブル軸101の外周面105に押しつけられるので、当該可撓性の円筒部113を介して、テーブル軸101はテーブルハウジング102の側にクランプされた状態となる。油圧を開放すると、可撓性の円筒部113が弾性復帰するので、テーブル軸101は再びアンロック状態に復帰する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成のブレーキリング110においては、クランプ状態において、その可撓性の円筒部113に応力集中が発生し、疲労破壊が起こり易いという問題点がある。図4(A)には、クランプ状態において所定のトルクをテーブル軸に加えた状態においてブレーキリング110の各部分の応力分布を解析した例を示してある。この応力分布曲線Iにおける各点A〜Fは、それぞれ、図4(B)に示すブレーキリング110の各点A〜Fに対応している。
【0007】
この応力分布曲線Iから分かるように、可撓性の円筒部113におけるOリングによって支持されている点D、Eにおいて最も大きな応力集中が見られる。また、円筒部113における取り付け用フランジ111の内周縁端112への取り付き端に対応する点Bにおいて、次に大きな応力集中が見られる。これに対して、点Bと点Dの間においては応力値が大きく低下しており、また、点Dと点Eの間の部分、すなわち、油圧が作用する部分ではほぼ同一の応力が現れている。さらに、点Bから、取り付け用フランジ111の他方の内周縁端Aに向けて応力が急激に低下しており、同様に、点Eから円筒部113の先端縁Fに向けて応力が急激に低下している。
【0008】
本発明の課題は、このようなブレーキリングの応力分布状態に着目し、疲労破壊が起こらず、耐久性のあるブレーキリングを備えたクランプ装置を提案することにある。
【0009】
【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、第1の部材に形成した外周面と、前記外周面を取り囲むように第2の部材に形成した内周面と、前記外周面および前記内周面の間に位置する可撓性の筒状部を備えていると共に前記第2の部材に固定されたブレーキリングと、このブレーキリングと前記内周面の間に形成された圧力室とを有し、前記圧力室に作用する流体圧力によって前記ブレーキリングを前記外周面に押しつけて、前記第1および第2の部材のクランプ状態を形成するクランプ装置において、前記ブレーキリングを次の構成としたことを特徴としている。
【0010】
すなわち、本発明によるブレーキリングは、前記筒状部の一方の開口縁から半径方向の外側に広がった環状ダイヤフラムと、この環状ダイヤフラムの外周縁に連続している取り付け用フランジとを備えており、当該取り付け用フランジが前記第2の部材に固定されていることを特徴としている。
【0011】
この構成のブレーキリングでは、環状ダイヤフラムが可撓性の円筒部の変形に追従して撓むことにより、可撓性の円筒部に発生する応力集中を緩和でき、また、発生する最大応力を低減でき、さらには、応力分布をなだらかにすることができる。この結果、ブレーキリングの疲労破壊を防止でき、その耐久性も向上する。
【0012】
ここで、前記可撓性の筒状部には、その軸線方向に間隔を開けて形成した2条の環状凸部を形成し、これらの環状凸部の間に位置する当該筒状部の部分に、流体圧力を作用させることが望ましい。このように最大応力が発生する部分の肉厚を厚くすることにより、当該部分に発生する応力を低減できる。よって、ブレーキリングに発生する最大応力値を低減できる。
【0013】
一方、前記ブレーキリングの可撓性の筒状部および環状ダイヤフラムの表面(一方の表面、あるいは両面)に、ショットピーニングを施せば、これらの部分の疲労強度を改善できるので好ましい。
【0014】
【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油圧式クランプ装置を説明する。
【0015】
図1には、本例のクランプ機構の概略構成を示してある。このクランプ機構1は、例えば、図5、6に示す割り出し盤のクランク機構として用いることができる。
【0016】
クランプ機構1は、第1の部材、例えば割り出し盤のテーブル軸2に形成した円形の外周面3を備えている。また、第2の部材、例えば割り出し盤のテーブルハウジング4に形成した内周面5を備えており、この内周面5は、同心状態でテーブル軸2の外周面3を取り囲んでいる。さらには、ブレーキリング6を備えており、このブレーキリング6は、可撓性の円筒部7と、この可撓性の円筒部7の一端開口縁から半径方向の外側に広がっている環状のダイヤフラム8と、このダイヤフラム8の外周縁に連続している環状の取り付け用フランジ9とを備えている。
【0017】
ブレーキリング6の可撓性の円筒部7は、僅かの隙間を開けて、テーブル軸2の外周面3に対峙している。また、この円筒部7は全体としては一定の肉厚とされているが、その両端開口に隣接した部位には、断面形状が台形状となるように半径方向の外方に突出した厚肉の環状凸部71、72が形成されている。この環状凸部71、72に対峙しているテーブルハウジング4の内周面5の部位には、それぞれ、所定の深さの矩形断面の環状溝41、42が刻まれており、各環状溝内には、Oリング11、12が装着されている。各Oリング11、12は、テーブルハウジング4の環状溝41、42の表面に接触していると共に、プレーキリング6の可撓性の円筒部7における環状凸部71、72の表面に接触しており、これによって、内周面5と円筒部7の間には油圧室13が区画形成されている。この油圧室13には、テーブルハウジング4に形成されている油圧供給路43が連通している。
【0018】
一方、ブレーキリング6の取り付け用フランジ9は、テーブルハウジング4に形成した環状端面44に対して(一点鎖線で示す)締結ボルト等によって締結固定されている。
【0019】
この構成のクランプ機構1において、油圧室13に油圧を加えると、可撓性の円筒部7では、図において想像線で示すように、環状凸部71、72の間の受圧部73が半径方向の内側に撓み、内側のテーブル軸外周面3に押しつけられる。この結果、テーブル軸2はテーブルハウジング4の側にクランプされた状態になる。クランプ状態になった後はテーブル軸2に一定のトルクを掛けて、そのクランプ状態を保持する。クランプを解除するためには、まず、トルクを解除し、次に、油圧を開放する。この結果、円筒部7の受圧部73が弾性復帰するので、テーブル軸2は再びアンクランプ状態に戻る。
【0020】
この構成のクランプ機構1によりクランプ状態を形成した場合において、そのブレーキリング6に発生する応力分布を解析した。図3(A)には得られた応力分布曲線を示してある。この応力分布曲線IIの各点A〜Fは、それぞれ、図3(B)に示すブレーキリング6の各点A〜Fに対応している。
【0021】
この応力分布曲線IIを、従来のブレーキリングの応力分布曲線I(図4参照のこと)と比較すると明らかなように、全体的に発生応力が低減されている。また、最大応力が発生する点D、Eの値が大幅に低減されている。さらには、円筒部7から取り付け用フランジ9までの間において応力集中が見られず、全体として応力分布がなだらかになっている。
【0022】
従って、本例のブレーキリング6は、従来の構成のブレーキリングに比べて、疲労破壊が起こりにくく、耐久性が改善される。
【0023】
ここで、本例のブレーキリング6において、その円筒部7およびダイヤフラム8の表面にショットピーニングを施せば、それらの疲労強度を高めることができるので好ましい。ショットピーニングはこれらの部分の片面あるいは両面に施すことができる。
【0024】
なお、本例では、円筒部7に二条の環状凸部71、72を形成してあるが、これを省略した場合においても、従来のブレーキリングに比べて、応力分布がなだらかになり、最大応力も低減されることが確認された。
【0025】
次に、図2を参照して、本発明によるブレーキリング6における各部分の望ましい寸法について説明する。本発明者らの実験等によれば、ブレーキリング6の円筒部7およびダイヤフラム8の各寸法として次の範囲が望ましいことが分かった。
【0026】
まず、円筒部7の受圧部73の厚さt1は、当該円筒部7の内径ΦD1の0.2〜0.5%の範囲とすることが望ましい。
【0027】
この円筒部7に形成した環状凸部71、72の厚さt2は、受圧部73の厚さt1の1.5倍以上の厚さとすることが望ましい。さらには、1.5〜2倍とすることが望ましい。
【0028】
この環状凸部71、72の台形断面形状における上低の長さlは、厚さt1の4倍以上とすることが望ましい。さらには、4〜8倍の範囲内とすることが望ましい。
【0029】
この環状凸部71、72の台形断面形状における両側の傾斜角度については、受圧部73の側の傾斜角度をθbとし、反対側の傾斜角度をθaとすると、角度θaを角度θb以上とし、且つ、角度θaを7〜20度の範囲内とし、角度θbを5〜20度の範囲内とすることが望ましい。さらには、角度θaを7〜11度の範囲内とし、角度θbを5〜9度の範囲内とすることが望ましい。
【0030】
取り付け用フランジ9の内径ΦD2は、円筒部7の内径ΦD1の105〜130%の範囲とすることが望ましい。換言すると、これらの径差分の幅を備えた環状のダイヤフラム8を設けることが望ましい。
【0031】
ダイヤフラム8と円筒部7の境界部分である湾曲部分の断面形状は、その凹側の曲線の曲率半径R1を受圧部の厚さt1の2倍以上、好ましくは2〜3倍の範囲内の値とし、その凸側の曲線の曲率半径R2を受圧部の厚さt1の2倍以上、好ましくは3〜4倍の範囲内の値とし、且つ、R1をR2以上の値とすることが望ましい。
【0032】
なお、以上の説明においては、円筒部7に形成した環状凸部71、72は台形状断面としてあるが、円弧状に盛り上がった断面形状としてもよい。また、半径方向の内方に突き出た突起としてもよい。
【0033】
また、上記の説明は油圧を用いたクランプ機構の例であるが、油圧以外の流体圧を利用することも可能である。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のクランプ機構では、そのブレーキリングにおける可撓性の円筒部と、固定側の部材に取り付けられている取り付け用フランジとの間のダイヤフラムを形成した構成を採用している。このダイヤフラムにより円筒部の撓み時に発生する応力分布を全体としてなだらかにでき、また、応力集中も緩和できる。よって、ブレーキリングの疲労破壊を防止でき、またブレーキリングの耐久性も向上する。
【0035】
また、本発明では、ブレーキリングの円筒部における最大応力発生部分に環状凸部を形成してあるので、当該部分に発生する応力を大幅に低減できる。この結果、ブレーキリングの疲労破壊を確実に防止でき、その耐久性も一層向上させることができる。
【0036】
さらに、本発明では、ブレーキリングの撓み部分である円筒部およびダイヤフラムの表面にショットピーニングを施すようにしているので、それらの疲労強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したクランプ機構の概略構成図である。
【図2】図1のクランプ機構のブレーキリングの各部分の望ましい形状を説明するための説明図である。
【図3】図1のクランプ機構のブレーキリングの撓み部分の断面形状を示す説明図、およびその応力分布曲線を示すグラフである。
【図4】従来のクランプ機構のブレーキリングの撓み部分の断面形状を示す説明図、およびその応力分布曲線を示すグラフである。
【図5】従来のクランプ機構を備えた割り出し盤の主要部分を示す概略断面図である。
【図6】図5のクランプ機構を拡大して示す拡大図である。
【符号の説明】
1 クランプ機構
2 テーブル軸(第1の部材)
3 テーブル軸の外周面
4 テーブルハウジング(第2の部材)
5 テーブルハウジングの内周面
6 ブレーキリング
7 可撓性の円筒部
71、72 環状凸部
73 受圧部
8 ダイヤフラム
9 取り付け用フランジ
11、12 Oリング
13 油圧室
43 油圧供給路
Claims (3)
- 第1の部材に形成した外周面と、前記外周面を取り囲むように第2の部材に形成した内周面と、前記外周面および前記内周面の間に位置する可撓性の筒状部を備えていると共に前記第2の部材に固定されたブレーキリングと、このブレーキリングと前記内周面の間に形成された圧力室とを有し、前記圧力室に作用する流体圧力によって前記ブレーキリングを前記外周面に押しつけて、前記第1及び第2の部材のクランプ状態を形成するクランプ機構において、
前記ブレーキリングは、前記筒状部の一方の開口縁から半径方向の外側に広がった環状ダイヤフラムと、この環状ダイヤフラムの外周縁に連続している取り付け用フランジとを備えており、当該取り付け用フランジが前記第2の部材に固定されていることを特徴とするクランプ装置。 - 請求項1において、
前記可撓性の筒状部は、その軸線方向に間隔を開けて形成した2条の環状凸部を備えており、これらの環状凸部の間に位置する当該筒状部の部分に、流体圧力が作用することを特徴とするクランプ機構。 - 請求項1または2において、
前記ブレーキリングの可撓性の筒状部および環状ダイヤフラムの表面には、ショットピーニングが施されていることを特徴とするクランプ機構。
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