JP4445067B2 - 締結装置の倍力機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、バイス、工作物のクランプ用治具、型締装置などの締結装置に用いる倍力機構に関するもので、硬度の高い多数の球体を媒介として軸方向の倍力を発生する機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バイスなどの締結装置の倍力機構として、角ねじや台形ねじが広く用いられている。また、ワンタッチ式のクランプ治具や型締装置の倍力機構として、トグルやカムが用いられている。ねじはリードを小さくすることによって大きな倍力作用が得られるが、ストローク全体に亘って倍力が一定となるため、大きな倍力作用を得ようとすればするほど、同じストロークを移動させるために必要なねじの回転数が増大する。そのため一部の締結装置においては、リードの異なるねじを平行に設けて、リードの大きなねじで早送りを行い、リードの小さいねじで締結を行う構造が採用されている。また、ねじはねじ面の滑りを伴うため、締結力の増大に伴って大きな摩擦負荷が生じ、力の伝達効率が低下する。
【０００３】
一方、トグルは揺動するリンクの死点付近における倍力作用を利用するもので、ストロークの終端部において倍力作用が急激に増大するという特徴がある。このことは締結装置の倍力機構として有利であるが、リンクの長さによってストロークが制限され、装置の大きさに比べて得られるストロークが小さく、操作力と倍力の方向が略直交方向となるため構造が複雑になり、全体をコンパクトに設計することができない。
【０００４】
また、カムはねじとトグルの中間の特性を有し、カム形状によってストロークや倍力を種々設定できるが、滑り接触しているカム面の一箇所で力を受けるため、カム面の摩耗が大きく、カム面の硬度を高くしようとすると加工が面倒になる。また、構造も比較的大型となるため、バイスなどの倍力機構としてはあまり適していない。
【０００５】
一方、多数の球体を媒介とした締結機構として、テーパ面に多数の球体を配置したコレットチャックなどが提案されている。この種の機構は、ボールねじなどと同様に、楔作用をする２つの面の間に多数の球体を介在させることにより、摩擦力を軽減して、操作力を低減しようというものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、締結装置のストローク端において大きな倍力を発生する、製作が容易でコンパクトな倍力機構を得ることを課題としており、バイスなどに利用することにより、軽い力でワークを強固に締結することが可能な、コンパクトな倍力機構を得ることを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、シリンダ４と、シリンダに軸方向移動自在に嵌挿されたラム７と、シリンダの固定端面４ａとラムの端面７ａとの間に円周を略等分するように分布させて軸方向に複数列装填された受動球体１０と、軸方向に隣接する少なくとも２つの受動球体に接して受動球体１０の配設ピッチ円直径と異なるピッチ円上に分布させた押込み球体１１と、同一ピッチ円上に分布している押込み球体を半径方向に一斉に押動する押動部材８とを備えていることを特徴とする締結装置の倍力機構を提供することにより、上記課題を解決したものである。。
【０００８】
請求項２の発明は、上記この発明の倍力機構において、押動部材８が押込み球体１１に接する球面８ｃないし円錐面８ｅを備え、当該押動部材はシリンダ４の中心軸回りに回動しながら中心軸方向に移動して、押込み球体１１を押動することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３の発明は、受動球体１０及び押込み球体１１が、その周方向位置をリテーナで保持されて、軸方向に隣接する受動球体及び当該隣接する２つの受動球体に接する押込み球体１１が、円周方向の同一位置に分布していることを特徴とするものである。
【００１０】
一方、請求項４の発明は、押込み球体１１が受動球体１０の円周方向の分布ピッチの２分の１だけ円周方向にずれた位置に分布しており、各押込み球体が４個の受動球体に接していることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項５の発明は、押動部材８が前記シリンダ４の軸心に配置した操作ねじ５の先端に設けられていることを特徴とするもので、請求項２の手段を具体化するのに極めて適した構造が得られる。
【００１２】
この発明の倍力機構は、押込み球体１１がシリンダ４の軸方向に隣接する２つの受動球体１０の間に半径方向に押されて入り込んだときに、２つの受動球体１０を押し広げてラム７を押動することにより、軸方向の倍力を発生する。請求項２の発明では、押込み球体１１が円周方向に転動しながらこれに接する転動可能な２つの受動球体の間に侵入して行くため、押込み球体１１と受動球体１０との接触が転がり接触となり、押込み球体１１が押込まれる際に、受動球体１０との間に大きな滑り摩擦力が発生しない。そのため、非常に軽い力で倍力機構を作動させることができる。
【００１３】
請求項３の構造は、受動球体１０及び押込み球体１１の円周上の位置がリテーナで規定されるため、これらの位置が安定すると共に、受動球体の中心と押込み球体の中心とを結ぶ線の傾斜角が大きくなるので、非締結時にシリンダ軸方向の復帰力によって、押込み球体１１を押戻す動作をより円滑に行わせることができる。一方、請求項４の発明は、リテーナを用いないで受動球体と押込み球体の位置関係を保持することが可能であるとともに、力の倍率を大きくすることが容易である。
【００１４】
受動球体１０は、シリンダ４の軸方向に３列以上設けることができ、受動球体の軸方向の列数をｎとしたときの押込み球体１１の軸方向の列数は、ｎ−１である。受動球体１０の列数を３列以上とすることにより、ラム７の移動ストロークを大きくすることができ、かつ複数列設けた押込み球体１１を一列づつ順次押込むように、押動部材８の押圧面８ｃ、８ｅの形状を設計することにより、ストロークを大きくしながら、かつストローク端における倍力を低下させない構造とすることが可能である。複数例の押込み球体を順次押込む構造とした時は、各列毎に押込み球体の周方向の転動速度が異なることとなるが、各列の押込み球体に当接する押動部材をシリンダ軸回りに個別に回転可能にすることにより、この転動速度の違いを吸収することが可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１ないし図４は、この発明の最も簡単な構造例を示した図で、図１は非締結時の断面側面図、図２は締結時の要部の拡大断面側面図、図３は周方向の球体の配置を示す図、図４は球体の配置を示す周方向の展開図である。
【００１６】
図１(ａ)において、スライドベース１にノックピン２で固定された可動台３にシリンダ４が形成され、このシリンダの中心軸と同軸に操作ねじ５が螺合されている。シリンダ４には、スライドベース１に沿って移動する移動台６と一体のラム７が嵌挿されている。操作ねじ５の先端部は、円錐周面を有する押動部材８となっており、ラム７と押動部材８とはシリンダ４内で対向し、かつラム７の対向面には押動部材８の進出端を規定するストッパ９が形成されている。シリンダ４内には、円周を略等分する位置に、軸方向に２列の鋼球からなる受動球体１０ａ、１０ｂが配置されており、これらの受動球体と円周方向の位置を同一にして、押込み球体１１が配置されている。受動球体１０ａ、１０ｂ及び押込み球体１１は、図示しないリテーナで円周方向位置を規定されており、ラム側の受動球体１０ｂ及び押込み球体１１は、シリンダ４の軸方向に若干移動可能に保持されている。
【００１７】
押込み球体１１は、受動球体１０ａ、１０ｂより大径で、受動球体１０ａ、１０ｂの分布ピッチ円より小径のピッチ円上に配置されている。ラム７の背面にはリターンスプリング１２が設けられており、このリターンスプリング（圧縮バネ）のバネ力によって、押込み球体１１がシリンダ４の内径側へと付勢され、押動部材８の円錐面８ｅに当接している。
【００１８】
図１に示す非締結状態から操作ねじ５を螺進させると、押込み部材８がラム７に向けて進出して、その円錐面８ｅが押込み球体１１を放射方向外側に移動させる。この移動により押込み球体１１は、軸方向に隣接する２つの受動球体１０ａ、１０ｂの間に押込まれ、２つの受動球体１０ａ、１０ｂ相互を押し広げてラム７を図の右方へと押動する。このとき、２つの受動球体１０ａ、１０ｂと押込み球体１１とは、図１(ｂ)に示すトグルリンク１３ａ、１３ｂと同様な作用を発揮して、大きな倍力作用が得られる。
【００１９】
操作ねじ５の先端部に一体に設けた押動部材８は、シリンダ４の中心軸回りに回転しながら進出してくる。この押動部材８の回転は、図３に矢印で示すように押込み球体１１を回転させ、更に受動球体１０を回転させる。この回転により、押込み球体１１は、受動球体１０ところがり接触をしながら、両者の接触点が螺旋を描くようにして、押込まれることとなり、滑り接触による大きな摩擦力の発生が回避される。シリンダ４の内周に自由回転可能なスリーブを嵌挿し、更にシリンダの固定端面４ａ及びラム７の端面７ａに自由回転可能なスラスト板を装着することにより、円周方向のころがり接触をより完全なものとすることができる。
【００２０】
ストッパ９は押動部材８の進出端を規定しており、この進出端の位置により最終の倍力率が設定されるので、各部材の寸法に製作誤差が生ずることも考慮すれば、ストッパ９は軸方向位置を調整可能に設けるのが実際的である。なお、操作ねじ５を逆方向に回動すると、リターンスプリング１２の付勢力によって、押込み球体１１が押し戻されてラム７が後退する。
【００２１】
図５は、この発明の倍力機構をワークバイスに採用したときの、より具体的な実施例を示す図である。図において、１４は固定顎、１５は可動顎であり、可動顎は移動台６に固定されている。固定顎１４はスライドベース１の一端に固定され、可動顎１５との間でワークを締結する。この第２実施例のワークバイスでは、可動顎に負荷が作用しないときは、操作ねじ５の回転が後述の送りねじ１６をそのまま回転させ、その螺進ストロークが可動顎１５に伝達され、可動顎１５がワークに当接して負荷が作用したときに、前述した倍力機構が作動するようになっている。
【００２２】
図５において、可動台３はスライドベース１に沿って図の左右方向に移動可能で、スライドベース１に所定間隔で設けた半円状のノック孔１７の一個にノックピン２で固定されるようになっている。可動台３には、円筒状のシリンダハウジング１８が回転自在、かつ軸方向移動不能に嵌挿されており、倍力機構のシリンダ４は、このシリンダハウジング１８の内周面に形成され、また操作ねじ５は、シリンダハウジング１８に螺合している。
【００２３】
操作ねじ５には、その先端の押動部材８との間に円筒部１９が設けられ、この円筒部にボールクラッチ２０が装着されている。バネ２１で外周方向に付勢されたボールクラッチのボール２２は、押動部材８の退避位置において、シリンダハウジング１８に設けた凹所２３に嵌合して、操作ねじ５の回転がシリンダハウジング１８に伝達されるようになっている。なお、２４及び２５は、シリンダハウジング１８の軸方向移動を固定しているスラストプレート、２６はシリンダハウジングの鍔、２７はナットである。
【００２４】
シリンダハウジング１８の可動顎側端部は、回転継手２８を介して同一軸線上に配置した送りねじ１６に連結されている。回転継手２８は、シリンダハウジング１８と送りねじ１６とを、両者が相対回動不能かつ軸方向に若干相対移動可能で、かつ第１実施例のリターンスプリングの作用をなす弾性リング１２により、送りねじ１６をシリンダハウジング１８側に付勢して連結している。具体的には、外フランジ２９を有するシリンダハウジング１８の送りねじ１６側の端面に直径方向の溝が設けられており、この溝に両端に外フランジ３０を有する送りねじ１６の直径方向の突起３３が嵌まり込んでおり、両外フランジ２９、３０の間に弾性リング１２が嵌め込まれている構造である。
【００２５】
送りねじ１６の基端（図では左端）にはリング状のラム７が形成され、このラムがシリンダハウジング１８に形成したシリンダ４に軸方向移動自在に嵌挿されている。送りねじ１６の軸心には、当接端に球体３１を嵌め込んだストッパねじ３２が螺合されている。送りねじ１６は中空で、その中心孔内に工具を差し込んで、ストッパねじ３２を回動することにより、ストッパ（球体）３１の位置を調整する。
【００２６】
送りねじ１６はスライドベース１に摺動自在に搭載された移動台６に螺合しており、この移動台６に可動顎１５が固定されている。可動顎１５の内部に充填された大小の球体は、ワークを締め付けたときに可動顎の挟持面を下方に移動させるためのものである。
【００２７】
シリンダ４内には、第１実施例で詳述した軸方向２列の受動球体１０ａ、１０ｂと、１列の押込み球体１１とを含む倍力機構が装填されている。
【００２８】
上記構成において、操作ねじ５を回動すると、ボールクラッチ２０及び回転継手２８を介して、シリンダハウジング１８と送りねじ１６が一体となって回転し、送りねじ１６と移動台６との螺合部分のねじ作用により、可動顎１５が進退する。
【００２９】
可動顎１５が進出してワークに当接すると、移動台６の移動が停止し、送りねじ１６の回転負荷が増大する。この状態で更に操作ねじ５を回動すると、ボールクラッチ２０が負荷に対抗できなくなり、ボール２２が凹所２３から外れて、シリンダハウジング１８の回転が停止し、操作ねじ５のみが回転するようになる。そうすると、シリンダハウジング１８に対して操作ねじ５の先端の押動部材８が前進して、押込み球体１１を放射方向外側に押動し、２つの受動球体１０ａ、１０ｂの間に押込み球体１１が侵入して、移動台６側の受動球体１０ｂがラム７の端面を押して、送りねじ１６を図の右方向に押動し、これが可動顎１５に伝達されてワークを挟持する。
【００３０】
最大の締付力は、押動部材８の先端がストッパ（球体）３１に当接した位置で発揮される。この状態で回転継手２８部分の弾性リング１２は、弾性的に押しつぶされた状態となっている。
【００３１】
この締結状態から操作ねじ５を逆回転すると、押動部材８が後退し、弾性リング１２の挟圧力が開放されて、送りねじ１６、すなわちラム７が図で左方に移動し、押込み球体１１を半径方向内側に押し出して、可動顎１５の締結力が開放される。更に操作ねじ５が後退すると、ボールクラッチ２０のボール２２が凹所２３に嵌合して、操作ねじ５の回転がシリンダハウジング１８及び送りねじ１６に伝達されるようになり、その後は送りねじ１６の回転によって、移動台６が後退する。
【００３２】
上述のように構成される倍力機構において、受動球体１０をシリンダの軸方向に３列以上設けることができ、また押動部材として球体状のものを用いることもできる。図６ないし９は、それらのいくつかの例を示したものである。ここで図６と図７の(ａ)は要部の断面側面図、(ｂ)は円周方向の球体の配置を示す図、(ｃ)は球体の配置を示す周面の展開図である。図８と図９は要部の断面側面図である。
【００３３】
図６は押込み球体１１を軸方向に２列設けた受動球体１０ａ、１０ｂの円周方向のピッチの２分の１だけずらして配置した例で、この構造の利点は、リテーナを設けなくても受動球体及び押込み球体の所定の配置位置が保持できることと、倍力率を大きくすることが容易なことである。一方、軸方向の復帰力で押込み球体１１を半径方向内側へ押し戻す力が弱くなるという欠点がある。この欠点は、リング状の復帰バネで押込み球体１１を直接半径方向内側へ付勢する構造などを採用することによって克服できる。
【００３４】
図７は受動球体１０ａ、１０ｂ、１０ｃを軸方向に３列設けた例であり、この場合には押込み球体１１ａ、１１ｂが軸方向に２列設けられる。押動部材８は円錐面を二重に設けた構造で、各円錐面によってそれぞれの列の押込み球体を押動する。この場合に基端側の押込み球体１１ａが押込まれたとき、ラム側の押込み球体１１ｂが軸方向に移動することを考慮した上で、押動部材８の周面の形状を変えることによって、ストローク中における倍力の変化率を変えることができる。なお、押込み球体１１が１列のみのものであっても、押動部材８の周面の形状を変えることによって、ストロークと倍力の関係を変えることが可能である。
【００３５】
図８は受動球体１０を３列設けたものにおいて、押動部材８を球面状のものにした例である。押動部材８が球面８ｃであると、押込み球体１１を押込むにつれて押動部材８と押込み球体１１との間の楔作用による倍力が増大するため、ストローク端でより大きな倍力率を得ることができる。なお、このように受動球体を３列以上設けたものにおいても、リテーナで押込み球体１１を受動球体１０と同一位相にする構造と、押込み球体を受動球体の円周方向のピッチの２分の１だけずらして配置する構造との両方が可能である。
【００３６】
図９は押動部材８として球体を用いた例を示したもので、軸方向に３列配置した受動球体１０ａ、１０ｂ、１０ｃと、２列に配置した押込み球体１１ａ、１１ｂと押込み球体１１ａ、１１ｂの軸方向の配列ピッチと略等しい直径の球体からなる押動部材８ａ、８ｂを有している。このような構造では、操作ねじ５で押動部材８ａ、８ｂを軸方向に押動したとき、基端側の押込み球体１１ａが押込まれると、ラム側の押込み球体１１ｂが軸方向に移動し、倍力の立上がりを遅らせる。従って最終的な倍力率を低下させないで、倍力装置の移動ストロークを大きくすることができる。
【００３７】
このような作用は、押込み部材として球体を使用した場合のみでなく、例えば円錐状周面を有する押込み部材の周面の一部に円筒面を設けたり、円錐角を変化させたり、球面状の部分を設けるなどの方法によって実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の非締結時の断面側面図
【図２】第１実施例の締結時の要部の拡大断面側面図
【図３】第１実施例のシリンダ周方向の球体の配置を示す図
【図４】第１実施例の球体の配置を示すシリンダ周方向の展開図
【図５】ワークバイスの倍力機構として用いた例を示す断面側面図
【図６】第２実施例の要部を断面側面、正面及び展開図で示す説明図
【図７】第３実施例の要部を断面側面、正面及び展開図で示す説明図
【図８】第４実施例の要部を示す断面側面図
【図９】第５実施例の要部を示す断面側面図
【符号の説明】
４ シリンダ
4a 固定端面
５ 操作ねじ
７ ラム
7a ラム端面
８ 押動部材
8c 球面
8e 円錐面
10 受動球体
11 押込球体

Claims (5)

1. シリンダ(4)と、シリンダに軸方向移動自在に嵌挿されたラム(7)と、シリンダの固定端面(4a)とラムの端面(7a)との間に円周を略等分するように分布させて軸方向に複数列装填された受動球体(10)と、軸方向に隣接する少なくとも２つの受動球体に接して受動球体(10)の配設ピッチ円直径と異なるピッチ円上に分布させた押込み球体(11)と、同一ピッチ円上に分布している押込み球体を半径方向に一斉に押動する押動部材(8)とを備えていることを特徴とする、締結装置の倍力機構。
2. 押動部材(8)が押込み球体(11)に接する球面(8c)ないし円錐面(8e)を備え、当該押動部材はシリンダ(4)の中心軸回りに回動しながら中心軸方向に移動して、押込み球体(11)を押動することを特徴とする、請求項１記載の締結装置の倍力機構。
3. 受動球体(10)及び押込み球体(11)が、その周方向位置をリテーナで保持されて、軸方向に隣接する受動球体及び当該隣接する２つの受動球体に接する押込み球体(11)が、円周方向の同一位置に分布していることを特徴とする、請求項１又は２記載の締結装置の倍力機構。
4. 押込み球体(11)が受動球体(10)の円周方向の分布ピッチの２分の１だけ円周方向にずれた位置に分布しており、各押込み球体が４個の受動球体に接していることを特徴とする、請求項１又は２記載の締結装置の倍力機構。
5. 押動部材(8)が前記シリンダ(4)の軸心に配置した操作ねじ(5)の先端に設けられていることを特徴とする、請求項１、２、３又は４記載の締結装置の倍力機構。

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