JP5052626B2 - Clamping device - Google Patents
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Description
本発明は、積層型圧電素子を利用して、モータ出力軸などの回転軸に作用しているクランプ力あるいはブレーキ力を解除するように構成されたクランプ装置に関する。 The present invention relates to a clamping device configured to release a clamping force or a braking force acting on a rotating shaft such as a motor output shaft using a laminated piezoelectric element.
モータの出力軸などの回転軸にクランプ力あるいはブレーキ力を加えるクランプ装置あるいはブレーキ装置としては電磁石による磁気吸引力を利用した無励磁動作型電磁ブレーキなどが知られている。また、特許文献1には、磁気吸引力の代わりに積層型圧電素子の伸縮を利用してクランプ力あるいはブレーキ力を回転軸に加えるブレーキ装置が提案されている。当該特許文献1に開示のブレーキ装置では、その図8〜図16に描かれているように、外側ドラムの内周面に押し付けられている内側ドラムのブレーキシューが、積層型圧電素子を伸張させると内側ドラムの変形により円筒部材の内周面から離れて内側に引き込められ、これにより、ブレーキ力が開放されるようになっている。
本発明の課題は、回転軸の外側から積層型圧電素子を利用して当該回転軸にクランプ力あるいはブレーキ力を印加および解放することのできる小型でコンパクトなクランプ装置を提案することにある。 An object of the present invention is to propose a compact and compact clamping device that can apply and release a clamping force or a braking force to a rotating shaft using a laminated piezoelectric element from the outside of the rotating shaft.
上記の課題を解決するために、本発明は、積層型圧電素子を用いて可撓性の筒部を半径方向に撓めることにより回転軸に作用しているクランプ力あるいはブレーキ力が解除されるクランプ装置であって、
前記可撓性の筒部は、その軸線方向の後端に半径方向の外方に広がっている取付用フランジが形成され、その軸線方向の先端側部分の断面形状が多角形であり、
前記筒部の前記先端側部分を取り囲む状態に環状部が配置されており、
前記環状部が前記積層型圧電素子の伸縮に伴って径が拡大および縮小するように、前記環状部に前記積層型圧電素子が組み付けられており、
前記環状部と前記筒部の前記先端側部分の間は、これらの周方向における少なくとも2ヶ所の部位で連結され、前記積層型圧電素子が伸張することにより外側に広がった前記環状部によって前記筒部の前記先端側部分が外側に引張られて、当該先端側部分の断面形状が多角形から真円あるいは真円に近い形状に変形するようになっており、
前記筒部の前記先端側部分の内周面の周長は、前記回転軸の円形外周面の周長よりも長いことを特徴としている。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention releases a clamping force or a braking force acting on a rotating shaft by bending a flexible cylindrical portion in a radial direction using a multilayer piezoelectric element. A clamping device,
The flexible tube portion is formed with a mounting flange extending radially outward at the rear end in the axial direction, and the cross-sectional shape of the tip side portion in the axial direction is a polygon,
An annular part is arranged in a state surrounding the tip side part of the cylindrical part,
The multilayer piezoelectric element is assembled to the annular part so that the diameter of the annular part expands and contracts with expansion and contraction of the multilayer piezoelectric element,
The annular portion and the tip side portion of the tubular portion are connected at at least two locations in the circumferential direction, and the tubular portion is expanded by the annular portion that expands outward as the stacked piezoelectric element expands. The tip side portion of the portion is pulled outward, and the cross-sectional shape of the tip side portion is deformed from a polygon to a perfect circle or a shape close to a perfect circle,
The peripheral length of the inner peripheral surface of the tip side portion of the cylindrical portion is longer than the peripheral length of the circular outer peripheral surface of the rotating shaft.
本発明のクランプ装置では、筒部の多角形断面の先端側部分が回転軸の外周に固定される。すなわち、回転軸が筒部を貫通する状態に配置され、円形断面の回転軸によって多角形断面の先端側部分が略円形となるように撓められる。この結果、筒部の先端側部分の弾性復帰力が回転軸の外周面に対してクランプ力あるいはブレーキ力として作用した状態が形成される。 In the clamping device of the present invention, the tip side portion of the polygonal cross section of the cylindrical portion is fixed to the outer periphery of the rotating shaft. That is, the rotation shaft is disposed in a state of penetrating the cylindrical portion, and the tip side portion of the polygonal cross section is bent by the circular rotation shaft so as to be substantially circular. As a result, a state is formed in which the elastic restoring force at the tip end portion of the cylindrical portion acts as a clamping force or a braking force on the outer peripheral surface of the rotating shaft.
この状態において、積層型圧電素子に電圧を加えて当該積層型圧電素子を伸張させると、環状部が広がり、当該環状部に連結されている先端側部分の部位も外側に引張られ、当該先端側部分が真円あるいは真円に近い形状に変形する。当該先端側部分の内周面の周長は回転軸の円形外周面の周長よりも長いので、当該先端側部分が真円あるいは真円に近い状態に変形すると、当該先端側部分と回転軸の機械的な係合状態が実質的に解除され、回転軸に加わっていたクランプ力あるいはブレーキ力が解除される。この結果、回転軸が回転自在の状態に切り替わる。 In this state, when a voltage is applied to the multilayer piezoelectric element to expand the multilayer piezoelectric element, the annular portion expands, and the distal end portion connected to the annular portion is also pulled outward. The part is deformed into a perfect circle or a shape close to a perfect circle. Since the peripheral length of the inner peripheral surface of the tip side portion is longer than the peripheral length of the circular outer peripheral surface of the rotary shaft, when the tip side portion is deformed into a perfect circle or a state close to a perfect circle, the tip side portion and the rotary shaft The mechanical engagement state is substantially released, and the clamping force or the braking force applied to the rotating shaft is released. As a result, the rotation shaft is switched to a rotatable state.
積層型圧電素子に対する電圧印加を解除すると、環状部が内側に縮小して筒部の先端側部分を外側に引張っていた引張り力が解除される。この結果、当該筒部の先端側部分が多角形断面に復帰しようとする弾性復帰力が回転部材の外周面に再び作用したクランプ状態あるいはブレーキ状態に戻る。 When the voltage application to the multilayer piezoelectric element is released, the annular portion is reduced inward, and the tensile force that has pulled the distal end portion of the cylindrical portion outward is released. As a result, it returns to the clamped state or the braked state in which the elastic restoring force that the tip side portion of the cylindrical portion tries to return to the polygonal cross section acts on the outer peripheral surface of the rotating member again.
ここで、前記筒部の先端側部分の断面形状を正多角形として、回転軸の外周面に対して外側から均等にクランプ力あるいはブレーキ力を加えることが望ましい。この場合、前記環状部を、前記正多角形の角数に対応する個数の前記積層型圧電素子と連結片とを交互に周方向に連結し、各積層型圧電素子の伸縮方向が当該環状部の周方向となるようにしておけばよい。また、各連結片を前記筒部の先端側部分における正多角形の角の間の部位にそれぞれ連結しておけばよい。 Here, it is desirable to apply a clamping force or a braking force evenly from the outside to the outer peripheral surface of the rotating shaft, with the cross-sectional shape of the tip side portion of the cylindrical portion being a regular polygon. In this case, the annular portion is connected in the circumferential direction alternately with the number of the laminated piezoelectric elements and the connecting pieces corresponding to the number of corners of the regular polygon, and the expansion and contraction direction of each laminated piezoelectric element is the annular portion. It is sufficient to be in the circumferential direction. Moreover, what is necessary is just to connect each connection piece to the site | part between the corners of the regular polygon in the front end side part of the said cylinder part, respectively.
また、前記筒部の前記先端側部分の内側に、円形断面の内筒を多角形断面に撓めた状態で嵌め込み、この内側に回転軸を通していても良い。この場合には、前記内筒の内周面の周長を前記回転軸の円形外周面の周長よりも長くなるようにしておけばよい。 In addition, an inner cylinder having a circular cross section may be fitted into the polygonal cross section inside the distal end portion of the cylindrical portion, and a rotating shaft may be passed through the inner side. In this case, the peripheral length of the inner peripheral surface of the inner cylinder may be made longer than the peripheral length of the circular outer peripheral surface of the rotating shaft.
本発明のクランプ装置では、予め多角形断面に形成された筒部の先端側部分に回転軸を通すことにより、あるいは、筒部の先端側部分の内側の嵌め込んだ内筒に回転軸を通すことにより、当該先端側部分を半径方向の外側に円形となるように強制的に撓め、これにより、回転軸に対するクランプ力あるいはブレーキ力を発生させている。また、積層型圧電素子を伸張させると、先端側部分を取り囲む状態に配置されている環状部が外側に広がり、先端側部分が外方に引張られて、回転軸に対するクランプ力あるいはブレーキ力が開放あるいは低減される。 In the clamping device of the present invention, the rotation shaft is passed through the tip side portion of the cylindrical portion formed in advance in a polygonal cross section or the inner shaft fitted inside the tip side portion of the cylinder portion is passed. Thus, the tip side portion is forcibly bent so as to be circular outward in the radial direction, thereby generating a clamping force or a braking force for the rotating shaft. In addition, when the stacked piezoelectric element is extended, the annular part arranged so as to surround the tip side part spreads outward, the tip side part is pulled outward, and the clamping force or the braking force against the rotating shaft is released. Or it is reduced.
本発明のクランプ装置では、回転軸の外周側に、回転軸に嵌めた筒部(あるいは、筒部および内筒)と、この筒部を取り囲む状態に配置した積層型圧電素子が組み込まれた環状部のみを配置すればよい。また、環状部は、筒部を固定部材の側に固定するための取付用フランジの外径寸法内の部位に配置すればよいので、回転軸の径方向の占有スペースも少なくて済む。よって、小型でコンパクトな構成のクランプ装置を実現できる。 In the clamping device according to the present invention, an annular shape in which a cylindrical portion (or a cylindrical portion and an inner cylinder) fitted to the rotating shaft and a laminated piezoelectric element arranged so as to surround the cylindrical portion are incorporated on the outer peripheral side of the rotating shaft. It is sufficient to arrange only the part. Further, since the annular portion may be disposed at a portion within the outer diameter of the mounting flange for fixing the cylindrical portion to the fixing member side, the space occupied in the radial direction of the rotating shaft can be reduced. Therefore, a compact and compact configuration of the clamping device can be realized.
以下に、図面を参照して、本発明を適用したクランプ装置の実施の形態を説明する。 Embodiments of a clamping device to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.
図1は本実施の形態に係るクランプ装置の主要部分を示す概略斜視図であり、そのクランプ状態を示してある。図2はその概略平面図であり、図3はその概略断面図である。これらの図を参照して説明すると、クランプ装置1は、クランプ対象の回転軸2の円形外周面2aに固定したシルクハット状の金属製のブレーキリング3を有している。ブレーキリング3は、半径方向に撓み可能な筒部4と、この筒部4の後端開口縁4aから半径方向の外方に広がっている円盤状の取付用フランジ部5と、筒部4の先端開口縁4bの側の外周を取り囲む状態に配置されている環状部6とを備えている。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing the main part of the clamping device according to the present embodiment, and shows its clamping state. FIG. 2 is a schematic plan view thereof, and FIG. 3 is a schematic sectional view thereof. If it demonstrates with reference to these figures, the
ここで、図5は回転軸2に取り付ける前のブレーキリング3を示す概略平面図である。この図に示すように、筒部4は、後端開口縁4aの側が円形断面とされ、先端側部分4cは全体として正四角形断面とされ、その四つの各角部分4dにはアールが付いている。また、筒部4における円形断面の後端開口縁4aから正四角断面の先端側部分4cの間の部位は、断面形状が徐々に円形から正四角形に移行している。筒部4の内周面の周長は、回転軸2の円形外周面2aの周長に対してわずかに長くなるように設定されている。
Here, FIG. 5 is a schematic plan view showing the
したがって、筒部4に回転軸2を嵌めた状態では、図2に示すように、筒部4の先端側部分4cが回転軸2の円形外周面2aによって真円に近い状態に弾性変形させられ、当該先端側部分4cの4つの角部分4dにおいて僅かに隙間が残った状態で、当該先端側部分4cが回転軸2の円形外周面2aに押し付けられている。この結果、回転軸2には、当該先端側部分4cによって所定のクランプ力あるいはブレーキ力が加えられたクランプ状態が形成される。
Therefore, in a state where the rotating
次に、この形状の筒部4の後端開口縁4aに連続している取付用フランジ部5は、その外周縁部分に沿って一定の角度間隔でねじ穴5aが形成されている。図3に示すように、固定ねじ7によって、当該取付用フランジ部5は固定側の部材8に固定されている。
Next, the
環状部6は、筒部4における正四角断面の先端側部分4cを同軸状態に取り囲むように配置されている。環状部6は、細長い直方体形状をした4個の積層型圧電素子11と、これら4個の積層型圧電素子11を挟み、周方向に連結されている4個の金属製の連結片12とを備えている。各連結片12は同一形状のものであり、略90度に湾曲した一定厚さの円弧部分12aと、この円弧部分12aの内周面の中央から円弧中心に向けて延びている腕部分12bとを備えている。この腕部分12bの先端(内端)が筒部4の先端側部分4cにおける4つの角部分4dの中間の位置に連結あるいは連続している。
The
ここで、積層型圧電素子11は環状部6の周方向に伸縮する。各積層型圧電素子11に電圧を印加すると、各積層型圧電素子11が伸張して環状部6が全体として外側に広がる。すなわち、各積層型圧電素子11を挟み各連結片12が連結されているので、積層型圧電素子11が伸びると、伸び量の合計に対応する分だけ環状部6の径が広がる。
Here, the multilayer
図4は、各積層型圧電素子11に電圧を印加して伸張させた状態を示してある。積層型圧電素子11が伸びると、環状部6が全体として外側に広がり、その構成部品である各連結片12が半径方向の外方に僅かに移動する。この結果、各連結片12に連結あるいは一体化されている筒部4の正四角形の先端側部分4cにおける各角部分4dの間の部位が外側に引張られて弾性変形する。これにより、正四角形の先端側部分4cは全体として略真円の状態に撓められる。先端側部分4cの内周面の周長は、回転軸2の円形外周面2aの周長よりも僅かに大きい。したがって、円形に撓められた先端側部分4cと回転軸2の円形外周面2aの間の機械的係合が実質的に解除され、先端側部分4cから回転軸2に作用していたクランプ力あるいはブレーキ力が実質的に零のアンクランプ状態になる。
FIG. 4 shows a state in which each laminated
このように、クランプ装置1では、各積層型圧電素子11に電圧が印加されていない状態では、回転軸2によって撓められている筒部4の先端側部分4cによって回転軸2にクランプ力あるいはブレーキ力が作用したクランプ状態にある。各積層型圧電素子11に電圧を印加して、これらを伸張させると、環状部6が全体として広がり、これに連結されている先端側部分4cが外側に引張られて略真円に弾性変形させられる。この結果、先端側部分4cと回転軸2の機械的係合が解除され、回転軸2に作用していたクランプ力あるいはブレーキ力が解除されたアンクランプ状態に切り替わる。
As described above, in the
(その他の実施の形態)
上記の例では、筒部4の先端側部分4cを正四角形に形成してあるが、正六角形、正八角形などの正多角形にしてもよいことは勿論である。この場合には、角の数に対応した個数の積層型圧電素子を挟み環状部6を構成すれば、積層型圧電素子を伸張させた場合に正多角形の先端側部分4cを真円に変形させることが容易である。(Other embodiments)
In the above example, the distal
また、ブレーキリング3の筒部4の先端側部分4cを直接に回転軸2の円形外周面2aに当接させる代わりに、当該先端側部分4cの内側に、円形断面の可撓性の内筒を嵌め込み、この内筒を回転軸2に当接させてもよい。この場合には、内筒がブレーキリングとして機能し、円形断面の内筒が正四角形断面の筒部4の先端側部分4c内に嵌め込まれて正四角形状に撓められ、この状態の内筒内に回転軸2を通せばよい。
Further, instead of directly contacting the distal
Claims (4)
前記可撓性の筒部は、その軸線方向の後端に半径方向の外方に広がっている取付用フランジが形成され、その軸線方向の先端側部分の断面形状が多角形であり、
前記筒部の前記先端側部分を取り囲む状態に環状部が配置されており、
前記環状部が前記積層型圧電素子の伸縮に伴って径が拡大および縮小するように、前記環状部に前記積層型圧電素子が組み付けられており、
前記環状部と前記筒部の前記先端側部分の間は、これらの周方向における少なくとも2ヶ所の部位で連結され、前記積層型圧電素子が伸張することにより外側に広がった前記環状部によって前記筒部の前記先端側部分が外側に引張られて、当該先端側部分の断面形状が多角形から真円あるいは真円に近い形状に変形するようになっており、
前記筒部の前記先端側部分の内周面の周長は、前記回転軸の円形外周面の周長よりも長いことを特徴とするクランプ装置。A clamping device in which a clamping force or a braking force acting on a rotating shaft is released by bending a flexible cylindrical portion in a radial direction using a laminated piezoelectric element,
The flexible tube portion is formed with a mounting flange extending radially outward at the rear end in the axial direction, and the cross-sectional shape of the tip side portion in the axial direction is a polygon,
An annular part is arranged in a state surrounding the tip side part of the cylindrical part,
The multilayer piezoelectric element is assembled to the annular part so that the diameter of the annular part expands and contracts with expansion and contraction of the multilayer piezoelectric element,
The annular portion and the tip side portion of the tubular portion are connected at at least two locations in the circumferential direction, and the tubular portion is expanded by the annular portion that expands outward as the stacked piezoelectric element expands. The tip side portion of the portion is pulled outward, and the cross-sectional shape of the tip side portion is deformed from a polygon to a perfect circle or a shape close to a perfect circle,
The clamping device according to claim 1, wherein a circumferential length of an inner circumferential surface of the tip side portion of the cylindrical portion is longer than a circumferential length of a circular outer circumferential surface of the rotating shaft.
前記筒部の前記先端側部分の断面形状は正多角形であり、
前記環状部は、前記正多角形の角数に対応する個数の前記積層型圧電素子と連結片とが交互に周方向に沿って連結され、各積層型圧電素子の伸縮方向が当該環状部の周方向となるように設定されており、
各連結片が前記筒部の前記先端側部分における正多角形の角の間の部分にそれぞれ連結されていることを特徴とするクランプ装置。The clamping device according to claim 1,
The cross-sectional shape of the tip side portion of the cylindrical portion is a regular polygon,
In the annular portion, a number of the stacked piezoelectric elements and connecting pieces corresponding to the number of corners of the regular polygon are alternately connected along the circumferential direction, and the expansion / contraction direction of each stacked piezoelectric element is Is set to be circumferential,
Each of the connecting pieces is connected to a portion between corners of a regular polygon in the tip side portion of the cylindrical portion.
前記可撓性の筒部は、その軸線方向の後端に半径方向の外方に広がっている取付用フランジが形成され、その軸線方向の先端側部分の断面形状が多角形であり、
前記先端側部分の内側には、円形断面の可撓性の内筒が嵌め込まれて、多角形状に撓められており、
当該内筒内に前記回転軸が通されており、
前記筒部の前記先端側部分を取り囲む状態に環状部が配置されており、
前記環状部が前記積層型圧電素子の伸縮に伴って径が拡大および縮小するように、前記環状部に前記積層型圧電素子が組み付けられており、
前記環状部と前記筒部の前記先端側部分の間は、これらの周方向における少なくとも2ヶ所の部位で連結され、前記積層型圧電素子が伸張することにより外側に広がった前記環状部によって前記筒部の前記先端側部分が外側に引張られて、当該先端側部分の断面形状が多角形から真円あるいは真円に近い形状に変形するようになっており、
前記内筒の内周面の周長は前記回転軸の円形外周面の周長よりも長いことを特徴とするクランプ装置。A clamping device in which a clamping force or a braking force acting on a rotating shaft is released by bending a flexible cylindrical portion in a radial direction using a laminated piezoelectric element,
The flexible tube portion is formed with a mounting flange extending radially outward at the rear end in the axial direction, and the cross-sectional shape of the tip side portion in the axial direction is a polygon,
A flexible inner cylinder having a circular cross section is fitted inside the distal end side portion, and is bent into a polygonal shape,
The rotating shaft is passed through the inner cylinder,
An annular part is arranged in a state surrounding the tip side part of the cylindrical part,
The multilayer piezoelectric element is assembled to the annular part so that the diameter of the annular part expands and contracts with expansion and contraction of the multilayer piezoelectric element,
The annular portion and the tip side portion of the tubular portion are connected at at least two locations in the circumferential direction, and the tubular portion is expanded by the annular portion that expands outward as the stacked piezoelectric element expands. The tip side portion of the portion is pulled outward, and the cross-sectional shape of the tip side portion is deformed from a polygon to a perfect circle or a shape close to a perfect circle,
The clamping device according to claim 1, wherein a circumferential length of an inner circumferential surface of the inner cylinder is longer than a circumferential length of a circular outer circumferential surface of the rotating shaft.
前記筒部の前記先端側部分の断面形状は正多角形であり、
前記環状部は、前記正多角形の角数に対応する個数の前記積層型圧電素子と連結片とが交互に周方向に沿って連結され、各積層型圧電素子の伸縮方向が当該環状部の周方向となるように設定されており、
各連結片が前記筒部の前記先端側部分における正多角形の角の間の部分にそれぞれ連結されていることを特徴とするクランプ装置。The clamping device according to claim 3, wherein
The cross-sectional shape of the tip side portion of the cylindrical portion is a regular polygon,
In the annular portion, a number of the stacked piezoelectric elements and connecting pieces corresponding to the number of corners of the regular polygon are alternately connected along the circumferential direction, and the expansion / contraction direction of each stacked piezoelectric element is Is set to be circumferential,
Each of the connecting pieces is connected to a portion between corners of a regular polygon in the tip side portion of the cylindrical portion.
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