JP6874618B2 - カムクランプ機構 - Google Patents

Description

本発明は、カムクランプ機構に関する。

特許文献１には、タイヤ押えを主車輪のタイヤ外周面に押圧させて停止させるブレーキ機構を有する車いすにおいて、上記ブレーキ機構は車いす本体に前後スライド可能に取り付けられ、カムレバーを有するカムクランプ機構により所定位置に固定され、カムレバーにより上記カムクランプ機構を解放して上記ブレーキ機構を前後に移動させ、所定位置でカムレバーによりカムクランプ機構を固定して、タイヤ押えと主車輪のタイヤ外周面との間の距離を調節することによって、ブレーキ作動時のタイヤ押えの主車輪のタイヤ外周面に対する押圧力を調節する技術が開示されている。上記カムクランプ機構は、偏心カムの回動によって、複数の被締結部品の締結／非締結を切り換えるように構成された一般的な機構である。

特開２００３−０７９６７２号公報

発明者は、偏心カムにおける締結箇所（クランプ対象の部品との接触場所）に大きな圧力がかかるようなカムクランプ機構では、偏心カムの摩耗が早いため、偏心カムに接触する上記部品と偏心カムにおける締結箇所との間に、仲介部材として平板のような座金を設けることを考えた。

しかしながら、平板のような座金を仲介部材とすると、偏心カムからの圧力によってその仲介部材が塑性変形してしまう可能性がある。一方で、仲介部材として、例えば球形弾性体のように大きく形状変化する部材やその支持部材などの、より複雑な構造の部材を採用すると、必要なスペース及び部品数が増加してしまう。

このように、偏心カムの摩耗及びそれと接する仲介部材の摩耗を抑制しつつ、同時に必要なスペース及び部品数を増加させなくても済むカムクランプ機構が望まれている。

そこで、本発明の目的は、必要なスペース及び部品数を増加させずに、偏心カム及び仲介部材の摩耗を抑制することが可能なカムクランプ機構を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
偏心カムの回動によって、被締結部品が締結されている状態及び締結されていない状態を切り換えるように構成されたカムクランプ機構であって、
前記偏心カムから圧力を直接受け、前記圧力を前記被締結部品に伝える潤滑性を持つカム受け部材を備え、
前記カム受け部材は、前記偏心カムと接触する凹部を有し、
前記偏心カムの回動位置の変化に応じて、前記偏心カムが前記凹部において接触した状態で前記カム受け部材が摺動するように構成される、
カムクランプ機構である。

この一態様によれば、仲介部材として凹部を有し潤滑性を持つカム受け部材を用いているため、（１）この凹部に偏心カムを接触させた状態でカム受け部材を滑らせることができ、仲介部材であるカム受け部材の被締結部品側及び偏心カム側の摩耗、偏心カムの摩耗を抑制することができ、（２）例えば球形弾性体のように大きく形状変化する部材やその支持部材などの、より複雑な構造の部材を仲介部材として用いる必要がないため、スペース及び部品数を増加させなくて済む。よって、この一形態によれば、必要なスペース及び部品数を増加させずに、偏心カム及び仲介部材の摩耗を抑制することが可能なカムクランプ機構を提供することができる。

本発明によれば、必要なスペース及び部品数を増加させずに、偏心カム及び仲介部材の摩耗を抑制することが可能なカムクランプ機構を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るカムクランプ機構の一構成例を示す部分断面図である。 図１のカムクランプ機構の一部をＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た断面図である。 図１のカムクランプ機構における偏心カムとカム受け部材との接触部分を示す拡大図である。 図１のカムクランプ機構において偏心カムレバーを途中まで回転させた状態を示す部分断面図である。 図１のカムクランプ機構において偏心カムレバーをカム受け部材に接触しなくなるまで回転させた後の状態を示す部分断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るカムクランプ機構について、図面を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係るカムクランプ機構の一構成例を示す部分断面図、図２は図１のカムクランプ機構の一部をＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た断面図、図３はこのカムクランプ機構における締結箇所を示す拡大図である。

図１に示すカムクランプ機構１は、クランプ軸１１、偏心カムレバー１２、回動軸１３、皿バネ１４、及びカム受け部材１５を備える。これらの構成部品を説明する前に、まず、カムクランプ機構１によるクランプ対象の例である一対の被締結部品２０，３０について説明する。一対の被締結部品２０，３０は、相互に嵌合可能であり、且つ、周期性を持たせて位置をずらして嵌合可能な嵌合形状を有している。ここでは、この嵌合形状の一例として、被締結部品２０が山谷形状の凹凸部２２ｂを有し、被締結部品３０もそれに嵌合する山谷形状の凹凸部３２ｂを有する構成を挙げて説明する。

被締結部品２０は、その主要部２１に被締結部２２が幾つかの部材を介して固定されている。被締結部２２は、平板状の本体の一面側に側壁部２２ａを有し、他面側に上記の凹凸部２２ｂを有する。また、被締結部品２０には、クランプ軸１１を通す空間が確保されている。被締結部品３０は、その平板状の主要部３１の一面側に上記の凹凸部３２ｂを有し、他面側にクランプ軸１１と係合するための係合部３２ａを有する。係合部３２ａは、被締結部品２０及びクランプ軸１１に対して被締結部品３０が長手方向に移動可能なように、被締結部品３０の長手方向に沿って形成されている。また、被締結部品３０には、クランプ軸１１に対するこのような移動が可能なように、この係合部３２ａに沿ってクランプ軸１１を通す空間も確保されている。

次に、カムクランプ機構１における各構成部品について説明する。
クランプ軸１１は、クランプ力を伝える軸であり、その長手方向の一端側に回動軸１３が設けられている。クランプ軸１１は、その他端側において、クランプ対象の下端部（被締結部品３０の係合部３２ａ）に係合可能な形状を有する。

偏心カムレバー１２は、カムクランプ機構１におけるクランプの開閉を行う部材であり、偏心カム１２ａ及びレバー部１２ｂを有する。なお、偏心カム１２ａ及びレバー部１２ｂは通常、一体に形成されているが、これに限ったものではない。そして、偏心カムレバー１２は、回動軸１３を中心に回動可能に設けられている。また、上述した被締結部品２０の側壁部２２ａは、偏心カムレバー１２の回動範囲（可動域）の少なくとも一方を制限するために設けられている。

回動軸１３は、上述したように偏心カムレバー１２の回動中心になる軸であり、偏軸とも称することもできる。回動軸１３は、クランプ軸１１及び偏心カムレバー１２のいずれか一方に固定されており、他方が回動軸１３に対して回動可能に設けられている。皿バネ１４は、クランプ軸１１を緩挿した状態で、被締結部品２０の被締結部２２に載置されている。皿バネ１４は、偏心カム１２ａからの圧力を被締結部品２０側に伝える際の仲介部材の一つとして機能する。

カム受け部材１５は、皿バネ１４の上に載置され、偏心カム１２ａからの圧力を直接受け、皿バネ１４を介して被締結部品２０側に伝える（被締結部品２０，３０に仲介する）仲介部材である。つまり、カム受け部材１５は、偏心カム１２ａにおける締結箇所とクランプ対象となる被締結部品２０，３０との間に設け、面圧を低減する仲介部材として機能する。また、このような配置のため、カム受け部材１５は、図２に示すようなクランプ軸１１を挿入する孔１５ａを有する。但し、詳細は後述するが、この孔１５ａはクランプ軸１１を緩挿可能に形成されている。

以上のような構成により、カムクランプ機構１は、偏心カム１２ａの回動によって変化する偏心カム１２ａからの圧力を、カム受け部材１５及び皿バネ１４を介して伝えることができるため、被締結部品２０，３０が相互に締結されている状態及び締結されていない状態を切り換えることができる。

そして、本実施形態の主たる特徴の一つとして、カム受け部材１５は、自己潤滑性を持つとともに、図２及び図３に示すように偏心カム１２ａと接触する凹部（凹状の接触面）１５ｃを有する。つまり、カム受け部材１５は、偏心カム１２ａから圧力を凹部１５ｃで直接受け、その圧力を被締結部品２０，３０に伝える自己潤滑性部材の一例であると言える。自己潤滑性部材は、例えばＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）等の自己潤滑性樹脂で形成することができる。また、図３に示す例では、偏心カム１２ａのカム受け部材１５と接触する部分１２ｃの断面形状を真円の弧とし、カム受け部材１５の凹部１５ｃの断面形状を上記真円の径より大きな径（同径であってもよい）の真円の弧としている。

そして、カムクランプ機構１は、偏心カム１２ａの回動位置の変化に応じて、偏心カム１２ａが凹部１５ｃにおいて接触した状態（凹部１５ｃと接触した状態）でカム受け部材１５が摺動するように構成される。つまり、このような構成のカムクランプ機構１は、カム受け部材１５が偏心カムレバー１２の操作に追従して摺動する。

このような構成に関し、図４及び図５を併せて参照しながら、偏心カムレバー１２の操作によるクランプ状態の変化（カム受け部材１５の摺動を含む）について説明する。図４は、図１の状態から偏心カムレバー１２を途中まで回転させた状態を示す部分断面図、図５は、図４の状態から偏心カムレバー１２をカム受け部材１５（凹部１５ｃ）に接触しなくなるまで回転させた後の状態を示す部分断面図である。

まず、図１に示される状態は、クランプ状態（締結状態）である。クランプ状態では、図３に示す偏心カム１２ａの頂点１２ｄ、カム受け部材１５の凹部１５ｃの頂点１５ｄ、及び偏心カム１２ａの回転中心である回動軸１３の中心は直線状に並ぶ。クランプ状態では、凹凸部２２ｂの凹部と凹凸部３２ｂの凸部が嵌合し、凹凸部２２ｂの凸部と凹凸部３２ｂの凹部が嵌合することで、一対の被締結部品２０，３０をずれることなく相互に固定することができる。

この状態から偏心カムレバー１２を図１の円弧矢印の方向に操作すると、図４に示す開閉途中の状態（クランプ状態と非クランプ状態との間）となる。この状態では、偏心カムレバー１２の操作に伴って、偏心カム１２ａの頂点１２ｄが摺動方向（クランプ軸１１の直交方向であり、図１〜図４における直線矢印の方向）にずれ始めるが、摺動するカム受け部材１５も自己潤滑性のために摺動方向に滑っている。

そのため、カム受け部材１５の孔１５ａは、図２の両端矢印で示すようにクランプ軸１１に対して摺動方向に移動するための隙間を確保するように形成しておく。もし、カム受け部材１５に摺動方向の隙間がなければ、偏心カム１２ａがカム受け部材１５の凹部１５ｃ以外の部分に乗り上げて面圧が高まり、カム受け部材１５が塑性変形してしまうが、上記隙間を設けることでこのような塑性変形を防ぐことができる。また、同様の理由から、カム受け部材１５の摺動方向の両端部分は、摺動によって側壁部２２ａと接触することがないように十分離間しているものとする。

このように、カムクランプ機構１では、偏心カム１２ａの表面（カム面）のうち圧力伝達に使用する範囲では、偏心カム１２ａが凹部１５ｃに接触した状態を維持して、カム受け部材１５が図１〜図４において直線矢印で示す摺動方向に動くことになる。なお、凹部１５ｃは、偏心カム１２ａの回動を許容しつつ、偏心カム１２ａとの接点を凹状の接触面内に止める役割をするため、係止溝と称することもできる。

さらに偏心カムレバー１２を図４の円弧矢印の方向に操作すると、図５に示す非クランプ状態（非締結状態）となる。カムクランプ機構１は、この非クランプ状態において、２つの被締結部品２０，３０間の相対位置を調整できる状態（被締結物調整状態）となる必要がある。そのため、被締結部品２０における凹凸部２２ｂの凸部が被締結部品３０における凹凸部３２ｂの凸部を乗り越える量（図５において両端矢印で示す高さであり、以下、ストローク）を確保し相対位置の調整ができるように、そのストローク分、偏心カム１２ａの偏心量（重心が剛心から離れている量）が必要となる。よって、カムクランプ機構１では、このような相対位置の調整に必要な偏心量を偏心カム１２ａに持たせている。このような偏心量の確保により、非クランプ状態においては、一対の被締結部品２０，３０の相互の嵌合箇所をずらすことによって、一対の被締結部品２０，３０の締結位置を調整することが可能となる。

次に、本実施形態における代替例について説明する。
偏心カム１２ａのカム受け部材１５と接触する部分の断面形状、及びカム受け部材１５の凹部１５ｃの断面形状を、いずれも真円の弧として説明した。しかし、これらの断面形状は、これに限ったものではなく、カム受け部材１５が偏心カム１２ａと摺動できるような形状であればよい。例えば偏心カム１２ａの断面形状が真円で、凹部１５ｃがＶ字状の溝であるなど、一方の断面形状が真円で他方の断面形状が非真円であってもよい。

また、自己潤滑性部材であるカム受け部材１５は、自己潤滑性樹脂に限らず、無給油ブッシュに使用される無給油素材等で形成することもできる。また、カム受け部材１５は、カム受け座金に潤滑油等の潤滑剤を塗布するなどして後発的に潤滑性を持たせた構成など、他の材料に潤滑剤を塗布するなどにより潤滑性を持たせたカム受け部材とすることもできる。

また、カムクランプ機構１が皿バネ１４を含む例を挙げたが、皿バネ１４は設けなくてもよく、その場合、偏心カム１２ａからの圧力を直接受けたカム受け部材１５が直接、被締結部品２０にその圧力を伝えることになる。また、皿バネ１４の代わりにワッシャー等の平板状座金などを用いることもできる。

また、クランプ軸１１は、回動軸１３の長手方向の中央部分ではなく回動軸１３の長手方向の両端に（複数の被締結部品の外側面を囲うように）一対設けることもできる。これら一対のクランプ軸は、回動軸１３が設けられた側とは反対側の端部において、クランプ対象の下端部（図１で言うところの被締結部品３０の下端部）に係合可能な形状を有する。

また、カムクランプ機構１の皿バネ１４、カム受け部材１５等を被締結部品２０に配設し、被締結部品２０の一部（側壁部２２ａ）を偏心カムレバー１２の可動域を制限するために用いた例を挙げた。しかし、カムクランプ機構は、被締結部品との間に、偏心カムレバー１２の可動域を制限する側壁部を有する台座を別途設け、その台座の一面側に自己潤滑性部材等を配設し、他面側に被締結部品を接触させるような構成を採用することもできる。

以上においてカムクランプ機構について説明したが、カムクランプ機構に含まれる各構成部品は、いずれも図示するものに限ったものではなく、各構成部品について説明した機能が備わっていればよい。また、クランプ対象となる複数の被締結部品についても、例示した嵌合形状であることや周期性をもたせた形状であることに限らず、例えば、クランプによって互いの位置が固定されるだけの形状を有していてもよい。また、３以上の被締結部品をクランプ対象とすることもできる。また、このカムクランプ機構は、１つの被締結部品をクランプするために用いることもできる。

以上に、本実施形態について説明したが、上記実施形態は、以下の特徴を有する。
即ち、カムクランプ機構１は、偏心カム１２ａの回動によって、被締結部品が締結されている状態及び締結されていない状態を切り換えるように構成される。カムクランプ機構１は、偏心カム１２ａから圧力を直接受け、その圧力を上記被締結部品に伝える潤滑性を持つカム受け部材１５を備える。カム受け部材１５は、偏心カム１２ａと接触する凹部１５ｃを有する。カムクランプ機構１は、偏心カム１２ａの回動位置の変化に応じて、偏心カム１２ａが凹部１５ｃにおいて接触した状態でカム受け部材１５が摺動するように構成される。

以上の構成によれば、仲介部材として凹部を有し潤滑性を持つカム受け部材を用いているため、（１）この凹部に偏心カムを接触させた状態でカム受け部材を滑らせることができ、仲介部材であるカム受け部材の被締結部品側及び偏心カム側の摩耗、偏心カムの摩耗を抑制することができ、（２）例えば球形弾性体のように大きく形状変化する部材やその支持部材などの、より複雑な構造の部材を仲介部材として用いる必要がないため、スペース及び部品数を増加させなくて済む。よって、以上の構成によれば、必要なスペース及び部品数を増加させずに、偏心カム及び仲介部材の摩耗を抑制することが可能なカムクランプ機構を提供することができる。上記（２）に関して補足すると、クランプ軸との間に摺動方向の隙間を確保した凹部（凹部１５ｃ）を有し潤滑性を有するカム受け部材を仲介部材として用いることで、応力集中することなく、クランプ方向の占有スペースを小さくし、偏心カムのストロークを大きくすることが可能になる。よって、このカムクランプ機構は、例えば脚への干渉が発生し易くなるようなサイズ等の調整箇所を有する歩行補助器具など、必要なストロークを確保した状態での省スペース化と部品数の低減と簡易な開閉とが望まれるような様々な器具又は装置に適用することができる。

また、実施形態として説明したように、上記カムクランプ機構は、上記被締結部品として、複数の部品（２つの被締結部品２０，３０で例示）が相互に締結されている状態及び締結されていない状態を切り換えるように構成されてもよい。これにより、複数の部品を相互の位置を変えた状態で締結させることができる。特に、上述した必要なストロークを確保した状態での省スペース化と部品数の低減と簡易な開閉とが望まれるような様々な器具又は装置に好適に適用することができる。
また、実施形態として説明したように、上記カム受け部材は、自己潤滑性部材、又は潤滑剤が塗布された部材とすることができる。

１ カムクランプ機構
１１ クランプ軸
１２ 偏心カムレバー
１２ａ 偏心カム
１２ｂ レバー部
１２ｃ カム受け部材と接触する部分
１２ｄ 偏心カムの頂点
１３ 回動軸
１４ 皿バネ
１５ カム受け部材
１５ａ 孔
１５ｃ 凹部
１５ｄ 凹部の頂点
２０，３０ 被締結部品
２１，３１ 被締結部品の主要部
２２ 被締結部
２２ａ 側壁部
２２ｂ，３２ｂ 凹凸部
３２ａ 係合部

Claims (1)

1. 偏心カムの回動によって、被締結部品が締結されている状態及び締結されていない状態を切り換えるように構成されたカムクランプ機構であって、
   前記偏心カムから圧力を直接受け、前記圧力を前記被締結部品に伝える潤滑性を持つカム受け部材を備え、
   前記カム受け部材は、前記偏心カムと接触する凹部を有し、
   前記偏心カムの回動位置の変化に応じて、前記偏心カムが前記凹部において接触した状態で前記カム受け部材が前記回動の面に沿った方向で且つ前記圧力の方向と直交する方向に摺動するように構成される、
   カムクランプ機構。

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