JPWO2005100842A1 - 接続用クランプ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
第2文献では、ギア溝を外側バンドに打抜きにより形成した場合、溝幅が広くなると、巻締め時にバンドが切れ易くなることを考慮している。すなわち、打抜きに代わって、鍛造加工の一種である圧引加工や押出し加工などのハーフカット加工によりギア溝を打込み形成している。これにより、ウォームギアがギア溝に噛合する部分の断面積を大きくし、バンドが大きな締付力を受けても容易には切れないようにしている。
第3文献では、各種のばね部材を用いて、ストラップに付勢力を加えるバイアス装置として蓄圧構造が設けられている。この構造では、ストラップの締付後に低下する締付力をばね部材により補って、その低下を最小限に止めている。
しかしながら、第1文献のように、傾斜溝の形成部分を径方向に盛上げて変形させると、バンドの周方向の曲げ剛性が増加するため、締付時にバンドに大きな巻締力を加える必要があり、傾斜溝に対するウォームスクリュの摺動圧が大きくなってウォームスクリュや傾斜溝に破損が生じて締付不能となる虞がある。また、第1文献の図面の態様からハウジングは、下端片部を折曲げることによりバンドに固定されていると思われる。このため、締付時にハウジングは、ウォームスクリュを介してバンドの反力を受け、下端片部が径方向に延びるように変形する虞がある。この場合、傾斜溝に対するウォームスクリュの噛み合い代が小さくなり、両者間の摺動圧が上昇して上記と同様な事態が生じる可能性がある。
第2文献の場合、ギア溝に対するウォームギアの噛み合い代は、ウォームギアの山径部・谷径部と鍛造加工された直線状の突起部との係合部である。ギア溝は貫通孔でない分だけ曲げ剛性が増加するが、バンドからウォームギアの受ける反力も同様に増加する。このため、バンドに大きな巻締力を加えた場合、第1文献と同様に、バンドからの大きな反力により、噛合い溝に対するウォームギアの摺動圧が大きくなってギア溝が剪断により破損したり、ウォームギアの山径部が凝着により損耗したりして噛み合い不能に陥る虞がある。
また、第3文献のバイアス装置は、部品点数が多く構造も複雑でコストの上昇が避けられないが、ゴムホースの圧縮分だけバンドの締付力を補う上で有効である。ちなみに、ゴムホースなどの圧縮率は、略20−30%となっており、ゴムホースなどに対するストラップの締付力は略10−30kg/cm2である。第3文献の歯は、同文献の図2および図10に記載された態様から圧印による打出し加工で形成されると思われる。このため、歯に対するボルトの噛み合い代は、第2文献と同様となりボルトの摺動圧が大きくなって歯やボルトに破損が生じる虞がある。ハウジングは、一部を切欠く形状から判断すれば、ストラップの内側でかしめ加工するものと思われる。このため、大きな締付力を必要とする場合、ストラップからの大きな反力により、ハウジングが大きな変形力を受けてボルトが径方向に逃げてしまい、歯から外れて締付け不能になる虞がある。このため、いずれの文献に記載されたものも、とりわけバンドに大きな締付力が求められる場合に対応しきれない不都合がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的はウォーム螺子と噛合部との接触面積ないしは摺動面積が大きくなり、両者の単位面積当たりの摺動圧が減少してウォーム螺子と噛合部との良好な噛み合い状態を長期にわたって維持でき、接続部に大きな締付力が必要な場合に好適となる接続用クランプ装置を提供することにある。
噛合部を凹凸状に起伏形成させることにより、噛合部に対するウォーム螺子の接触面積ないしは摺動面積が増加する。これと同時に、噛合部では、ウォーム螺子から摺動圧を受ける方向の曲げ剛性が高くなって強度的に向上する。すなわち、曲げ剛性の高い噛合部とウォーム螺子とが大きな摺動面積を介して噛み合う。このため、噛合部に対するウォーム螺子の摺動圧が局部的に集中することなく広く分散されるようになり、単位面積当たりの摺動圧が減少する。この結果、ウォーム螺子を噛合部に強い摺動圧で噛み合わせても、ウォーム螺子や噛合部がへたることなく噛合部に対するウォーム螺子の良好な噛み合い状態が長期にわたって維持される。
噛合部の曲げ剛性の向上および噛合部とウォーム螺子との大きな接触面積を確保できることから、噛合部がウォーム螺子からの大きな摺動圧に耐えられるようになり、とりわけ、接続部に大きな締付力を必要とする場合に好適となる。しかも、噛合部を凹凸状に起伏形成させるといった簡単な構造で済みコスト的にも有利である。
(2)ストラップバンドは弾性体により形成され、ストラップバンドの噛合部を除く部分に複数の切起片を周方向に間欠形成して接続部に弾接させる。この場合、切起片の先端部をストラップバンドの巻締め方向とは反対向きに指向させて先端部が接続部に食い込まないようにしている。
接続部にゴムホースなどが設けられている場合、ゴムホースなどは弾性余効を有する粘弾性のため、ストラップバンドを接続部に巻締めた後、時間の経過に伴って接続部が締付力による圧縮で弾性回復力を弱め、接続部に対するストラップバンドの締付力が減少することがある。この場合、複数の切起片が接続部に弾接しているので、接続部の圧縮分だけ切起片が弾接力により接続部を押圧し、ストラップバンドの減少した締付力を補うことができる。とりわけ、接続部に対して大きな締付力を必要し、接続部に対する圧縮率が高くなって締付力が実質的に減少する場合、切起片の弾接力によりストラップバンドの締付力を補い得て有利である。
(3)ウォーム螺子は転造により設けられ、ハウジングには、噛合部を囲む囲繞片が鍛造加工により厚みが小さくなるように設けられている。
ウォーム螺子は転造製で曲げ剛性が高く、ハウジングの囲繞片は、鍛造によるしごきを受けて板厚差を有し、曲げ剛性が高くなっている。このため、ハウジングがウォーム螺子から大きな反力を受けても、ハウジングは元の形状のままでウォーム螺子が噛合部から外れる方向の変形が極小となる。この点からも、噛合部に対するウォーム螺子の良好な噛み合いを維持することに寄与する。
(4)ハウジングは、平坦に形成した上面部に補強用の凸条部を設けている。このため、ハウジングの曲げ剛性が高くなり、事項(3)と同様な効果が得られる。
(5)噛合部は細長なスリット歯部であるため、打抜きと曲げの組合せなど既存の加工法でコスト的に有利に製作することができる。
(6)ウォーム螺子は、ねじ山のピッチ曲面が回転双曲面として鼓状に形成されて噛合部に対する噛合い数を増加させている。このため、噛合部に対するウォーム螺子の摺動圧が大幅に分散されて単位面積当たりの摺動圧が減少する。これにより、ウォーム螺子を噛合部に強い摺動圧で噛み合わせても、噛合部に対するウォーム螺子の良好な噛み合い状態が維持され、とりわけ接続部に大きな締付力を必要とする場合に好適である。
図2は、ハウジングの拡大横断面図である。
図3の(イ)はウォーム螺子の側面図、(ロ)はハウジングの拡大縦断面図である。
図4は、一端部が異形のストラップバンドを収容したハウジングの拡大横断面図である。
図5の(イ)は、クランプ締め量(mm)と締付トルクT(Nm)との関係を示す特性図、(ロ)はクランプ締め量(mm)と面圧P(MPa)との関係を示す特性図である。
図6は、従来の接続用クランプ装置の拡大横断面図である。
図7の(イ)はハウジングの拡大横断面図(実施例2)、(ロ)はハウジングの斜視図である(実施例3)、(ハ)はハウジングの斜視図である(実施例4)。
図8の(イ)はハウジングの斜視図(実施例5)、(ロ)はハウジングの斜視図である(実施例6)、(ハ)はハウジングの斜視図である(実施例7)、(ニ)はハウジングの斜視図である(実施例8)。
図9は、接続用クランプ装置の横断面図である(実施例9)。
図10の(イ)ないし(リ)は各種の切起片を示す概略図である。
図11は、接続用クランプ装置の斜視図である(実施例10)。
図12は、ハウジングの拡大縦断面図である。
なお、ストラップバンド3の一端部3Aは、図4に示すように幅方向に波状あるいは弧状に起伏する異形に曲成し、その一端部3Aにスリット歯部6を支えさせてもよい。この場合、接続部2に大きな締付力を付与すべく、ウォーム螺子5を大きな力で回転操作しても、スリット歯部6が一端部3Aに支えられているため、ウォーム螺子5がスリット歯部6から外れず、スリット歯部6に対するウォーム螺子5の強固な噛合状態を保つことができる。
上記構成で、図1に矢印Aで示すようにウォーム螺子5を回転操作すると、ウォーム螺子5のねじ山4sが円弧状部3aのスリット歯部6の周縁部に摺動する。このため、図1に矢印Bで示すようにウォーム螺子5がスリット歯部6を介して円弧状部3aを引張り、ストラップバンド3が縮径変位を受けて所定の締付力で接続部2に巻締まる。
この場合、スリット歯部6が存する円弧状部3aを凹凸状に起伏変形させたので、スリット歯部6に対するウォーム螺子5の接触面積が増加する。これと同時に、円弧状部3aでは、凹凸状に起伏させた分だけ断面積が増加し、ウォーム螺子5から摺動圧を受ける方向の曲げ剛性が高くなる。すなわち、曲げ剛性が高くなったスリット歯部6にウォーム螺子5が大きな摺動面積で噛み合う。このため、スリット歯部6に対するウォーム螺子5の摺動圧が局部的に集中することなく分散されるようになり、単位面積当たりの摺動圧が減少する。この結果、ウォーム螺子5をスリット歯部6に強い摺動圧で噛み合わせても、ウォーム螺子5やスリット歯部6がへたることなく、スリット歯部6に対するウォーム螺子5の良好な噛み合い状態が長期にわたって維持される。
スリット歯部6の曲げ剛性の向上およびスリット歯部6とウォーム螺子5との大きな接触面積を確保できることから、スリット歯部6がウォーム螺子5からの大きな摺動圧に耐えられるようになり接続部2に大きな締付力を必要とする場合に好適である。
接続部2に大きな締付力を必要とする場合としては、ターボチャージャーやスーパーチャージャーを備えたエンジンで、空気充填率を向上させるため圧搾空気を冷却するインタークーラーと吸気管とを接続する例が挙げられる。ターボチャージャーは、コンプレッサタービンにより圧搾空気を吸気管およびインタークーラを介してエンジンの吸気ポートに圧送する。これにより、吸気管とインタークーラーとの接続部分に大きな圧搾空気圧が加わるので、圧搾空気圧に応じた大きな締付力を接続部分に加える必要があるからである。
図5の(イ)は、ウォーム螺子5のクランプ締め量D(mm)と接続部2に対する締付トルクT(Nm)との関係を示したグラフである。本発明のウォーム螺子5では、同図のグラフに黒三角の記号で示すように、黒ダイヤの記号で示す従来品のグラフと比べて、クランプ締め量Dに対する締付トルクTの勾配(ΔT/ΔD)が大きい。このため、比較的少ないクランプ締め量Dにより、接続部2に対して十分な締付トルクTを迅速に得ることができる。
また、図5の(ロ)は、ウォーム螺子5のクランプ締め量D(mm)と接続部2に対する面圧P(MPa)との関係を示したグラフである。本発明のウォーム螺子5では、同図のグラフに黒三角の記号で示すように、黒ダイヤの記号で示す従来品のグラフと比べて、クランプ締め量Dに対する面圧Pの勾配(ΔP/ΔD)が大きい。このため、比較的少ないクランプ締め量Dにより、接続部2に対して十分な面圧Pを迅速に得ることができる。接続部2に対して十分な締付トルクTおよび十分な面圧Pを迅速に得ることができるので、締付け作業が素早く済み作業能率が向上する。なお、図5の(イ)、(ロ)は、ウォーム螺子5とスリット歯部6との間に潤滑を施した例で示している。
また、図6に示すように従来では、ストラップバンド3の一端部3Aに、ウォーム螺子5のねじ山4sを受ける受け穴部3Hを設ける必要があり、受け穴部3Hに相当する部分の強度が低下する虞がある。これに対して、上記構成ではスリット歯部6の円弧状部3aを凹凸状に起伏変形させたことに伴い、ストラップバンド3の一端部3Aに受け穴部3Hを形成する必要がなく、ストラップバンド3の強度を損なうことがない。
また、連結片部4a、4bの薄肉化に伴い、接続部2に対する連結片部4a、4bに厚み方向の進出量を抑制する。このため、連結片部4a、4bを収容する膨出部3Cの膨出量が小さくても、連結片部4a、4bをストラップバンド3の内周面部と段差を生じることなく略面一にさせることができる。この結果、連結片部4a、4bの曲げや捩り剛性を損なうことなく、接続部2に対して略均等な面圧分布を保つことができる。
ところで、接続部2にゴムホースなどが設けられている場合、ストラップバンド3の締付力によりゴムホースなどが圧縮されて収縮変形する。例えば40kg/cm2の締付力でストラップバンド3をゴムホースなどに巻締めると、ゴムホースなどの圧縮率は30%程度となる。ゴムホースなどは弾性余効を有する粘弾性のため、締付力による収縮で弾性回復力を弱め、ストラップバンド3の巻締め後、締付力は1−2分で30kg/cm2程度に減少する。この場合、複数の切起片8が接続部2の外表面に弾接するので、接続部2の圧縮分だけ切起片8が弾接力により接続部2を押圧し、ストラップバンド3の減少した締付力を補うことができる。とりわけ、インタークーラと吸気管とを接続する際のように、接続部2に対して大きな締付力を必要し、接続部2に対する圧縮率が高くなって締付力が実質的に減少する場合、切起片8の弾接力によりストラップバンド3の締付力を補い得て有利である。
切起片8の代表例としては、図10に示す各種の形状を挙げることができる。図10の(イ)では、ストラップバンド3に円弧状の切込み形成し、舌片状の切起片8を設けている。図10の(ロ)では、(イ)の切起片8をストラップバンド3の長手方向に対して所定の角度だけ傾斜させるように形成している。図10の(ハ)では、ふた山形の切込み形成してリップ状の切起片8を設けている。図10の(ニ)では、同図の(ハ)の切起片8をストラップバンド3の長手方向に対して所定の角度で傾斜させるように形成している。図10の(ホ)では、円弧状の切込みを短い間隔で周方向に形成し、互いに一部が重り合う切起片8を設けている。図10の(ヘ)では、左右の切込みにより押出して断面略半円弧状の切起片8を設けている。図10の(ト)では、左右四筋に形成したS字状の切込みにより、左右辺部を押出して周方向にうねる切起片8を設けている。図10の(チ)では、直線状の切込みを傾斜状態に形成し、押出しにより矩形状の切起片8を設けている。図10の(リ)では、左右一対の円弧状の切込みを形成して左右二列の切起片8を三日月状に設けている。これらの切起片8は例示として挙げたものであり、使用状況や接続対象によって自由な形状に設定することができる。
これにより、スリット歯部6に対するウォーム螺子9の摺動圧が大幅に分散されて単位面積当たりの摺動圧が減少する。したがって、ウォーム螺子9をスリット歯部6に強い摺動圧で噛み合わせても、スリット歯部6に対するウォーム螺子9の良好な噛み合い状態を維持することができる。とりわけ、接続部2の径寸法が比較的小さく、ストラップバンド3が径小で済む場合、スリット歯部6に対するウォーム螺子9の噛み合い数が極めて多くなり、上記の効果が高くなる利点が得られる。
[変形例]
なお、ストラップバンド3はSUS304系のステンレス鋼板に限らず、強化合成樹脂をはじめ銅板や合金板を用いてもよい。ストラップバンド3に形成した切起片8に代わって、ストラップバンド3に別体の舌片部を溶接などで取付けてもよい。スリット歯部6を有する円弧状部3aの凹凸状の起伏は、波状や曲面状に限らず、断面略M字状やW字状といったように鋭角状であってもよく、要はスリット歯部6に対するウォーム螺子5、9の摺動面積や噛合面積を増加させる形状であればよい。
また、潤滑性を高めるため、ウォーム螺子5、9とスリット歯部6との間には各種の潤滑剤(テフロン、MoS2、油剤など)を用いたり、両者のうち少なくとも一方に表面硬化処理(錫鍍金、ダイヤモンド・ライク・カーボン(DLC)、TD(塩浴など)、イオン窒化、TiC、TiCNなど)を施してもよい。
噛合部を凹凸状に起伏形成させることにより、噛合部に対するウォーム螺子の接触面積ないしは摺動面積が増加する。これと同時に、噛合部では、ウォーム螺子から摺動圧を受ける方向の曲げ剛性が高くなって強度的に向上する。すなわち、曲げ剛性の高い噛合部とウォーム螺子とが大きな摺動面積を介して噛み合う。
ウォーム螺子は転造製で曲げ剛性が高く、ハウジングの囲繞片は、鍛造によるしごきを受けて板厚差を有し、曲げ剛性が高くなっている。このため、ハウジングがウォーム螺子から大きな反力を受けても、ハウジングは元の形状のままでウォーム螺子が噛合部から外れる方向の変形が極小となる。この点からも、噛合部に対するウォーム螺子の良好な噛み合いを維持することに寄与する。
これにより、ウォーム螺子を噛合部に強い摺動圧で噛み合わせても、噛合部に対するウォーム螺子の良好な噛み合い状態が維持され、とりわけ接続部に大きな締付力を必要とする場合に好適である。
なお、ストラップバンド3はSUS304系のステンレス鋼板に限らず、強化合成樹脂をはじめ銅板や合金板を用いてもよい。ストラップバンド3に形成した切起片8に代わって、ストラップバンド3に別体の舌片部を溶接などで取付けてもよい。
2 接続部
3 ストラップバンド
3C 膨出部
3a 円弧状部
4 ハウジング
4A 突合せ部
4a、4b 連結片部
5、9 ウォーム螺子
6 スリット歯部(噛合部)
7、7A 凸条部(補強リブ)
7B、7C 凹部
7D 凸部(補強リブ)
7E 傾斜面部(補強リブ)
8 切起片
Claims (6)
- 縮径変位して接続部を巻締めるように設けられる有端環状のストラップバンドと、
このストラップバンドの一端部に周方向に沿って固定され、内部にウォーム螺子を回転可能に収容したハウジングと、
前記ストラップバンドの他端部に設けられ、前記ハウジング内で前記ウォーム螺子に噛み合う複数の噛合部とを備え、
前記ウォーム螺子の回転操作により前記噛合部を介して前記ストラップバンドを縮径変位させる接続用クランプ装置において、
前記ストラップバンドの前記噛合部が位置する部分を幅方向に沿って凹凸状に起伏形成し、前記噛合部に対する前記ウォーム螺子の摺動面積を増加させたことを特徴とする接続用クランプ装置。 - 前記ストラップバンドは弾性体により形成され、前記ストラップバンドの前記噛合部を除く部分に複数の切起片を周方向に間欠形成し、前記切起片の先端部を前記ストラップバンドの巻締め方向とは反対向きに指向させた状態で、前記接続部に弾接させることを特徴とする請求項1に記載の接続用クランプ装置。
- 前記ウォーム螺子は転造により設けられ、前記ハウジングには、前記噛合部を囲む囲繞片がしごき加工により厚みが小さくなるように設けられていることを特徴とする請求項1に記載の接続用クランプ装置。
- 前記ハウジングは、平坦に形成した上面部に補強用の凸条部を設けていることを特徴とする請求項1に記載の接続用クランプ装置。
- 前記噛合部は、細長なスリット歯部であることを特徴とする請求項1に記載の接続用クランプ装置。
- 前記ウォーム螺子は、ねじ山のピッチ曲面が回転双曲面として鼓状に形成され、前記噛合部に対する噛合い数を増加させていることを特徴とする請求項1に記載の接続用クランプ装置。
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