WO2017159297A1

WO2017159297A1 - 板カム機構及び板カム機構を有するクランプ装置

Info

Publication number: WO2017159297A1
Application number: PCT/JP2017/007175
Authority: WO
Inventors: 正宏青山
Original assignee: 鍋屋バイテック株式会社
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2017-09-21
Also published as: JP2017172596A; JP6661233B2

Abstract

板カム機構は、板カム組付体（５０）及びカムフォロア（４０）を有する。板カム組付体（５０）は、回転軸（５２）の回転中心からの距離が回転方向において変化する外形輪郭を有する板カム（５１）と、可撓性の環状部材（５３）と、これらの間に配置された複数の転動部材（５４）とを備える。板カム（５１）が回転軸（５２）とともに回転した際に、板カム（５１）の外形輪郭が、転動部材（５４）を介して環状部材（５３）に伝搬される。カムフォロア（４０）は環状部材（５３）の外周面に当接している。

Description

板カム機構及び板カム機構を有するクランプ装置

　本発明は、板カム機構及び板カム機構を有するクランプ装置に関するものである。

　回転運動を直線運動に変換する機構の一つとして板カム機構が知られている（特許文献１参照）。板カムの回転中心から外形輪郭（カムフェース）までの距離は、回転軸の周りの角度とともに変化する。カムフェースにカムフォロアを押し付けた状態で板カムを回転させたときの回転中心からカムフェースまでの距離の変化が、対応する直線運動をカムフォロアに与える。

特開２０１１－１９６８号公報

　板カム機構の機械効率を高めるためには、カムフォロア及び板カムを支持するために、合計２個若しくは３個の転がり軸受が必要となる。これら複数の転がり軸受を板カムの回転軸と直交する方向に重ねて配置することはできない。このため、板カム機構の回転軸の長さは、最低でも各軸受の軸方向長さを足し合わせた長さとなる。

　例えば図８に示す従来の板カム機構においては、板カム１００の回転軸１０２は、一対の軸受に支持されるための両端部の長さａ、ｂと、カムフォロア１０４の回転を支持する軸受に要する長さｃを有する必要がある。

　本発明の目的は、板カムの回転軸のための転がり軸受を必要としない板カム機構及びその板カム機構を有するクランプ装置を提供することにある。

　本発明の板カム機構は、板カム組付体及び前記板カム組付体に当接するカムフォロアを有する。前記板カム組付体は、回転軸に固定された板カムであって、前記回転軸の回転中心からの距離が回転方向において変化する外形輪郭を有する板カムと、前記板カムの前記外形輪郭の周囲を覆うように配置された可撓性の環状部材と、前記環状部材と前記板カムとの間に転動自在に配置された複数の転動部材とを備える。前記板カム組付体は、前記板カムが前記回転軸とともに回転した際に、前記板カムの外形輪郭が、前記複数の転動部材を介して、前記環状部材に伝搬されるように構成されている。前記カムフォロアは前記環状部材の外周面に当接している。

　また、本発明は、前記板カム機構を有するクランプ装置を提供する。前記クランプ装置は、ハウジングと、前記ハウジング内に固定された固定クランプ部材と、前記ハウジング内に配置されているとともに、前記固定クランプ部材に対して接近及び離間するように移動可能な可動クランプ部材とを備える。前記ハウジングは、前記板カムの回転軸を挿通して回動自在に支持する一対の透孔をさらに備える。前記カムフォロアは、前記可動クランプ部材に連結されている。

　上記構成により、板カムはその外形輪郭を覆うように配置された環状部材に対して複数の転動部材を介して回動自在である。このため、回転軸を支持する部材に転がり軸受を設ける必要はなく、回転軸の軸方向の長さを短縮できる。また、この結果、板カム機構の部品数を削減することができる。

　本発明の板カム機構及びその板カム機構を有するクランプ装置によれば、板カムの回転軸のための転がり軸受の必要性をなくすことができる。

一実施形態のクランプ装置の斜視図。図１のクランプ装置の断面図。図１のクランプ装置の板カム機構の、カム機構ケースを省略した要部斜視図。図１のクランプ装置を構成する可動クランプ部材、固定クランプ部材、及びネジ部材の分解斜視図。図１のクランプ装置のクランプ本体ケースの斜視図。図１のクランプ装置の板カム組付体の、回転軸を省略した斜視図。図１のクランプ装置の、カム機構ケースを伴う板カム機構の斜視図。従来の板カム機構の概略図。

　以下、楕円カム機構として具体化された本発明の板カム機構を有するクランプ装置について、図１～図７を参照して説明する。
　図１、図２に示すように、クランプ装置１０は、ハウジング２０、及びハウジング２０内に収納された固定クランプ部材３０、可動クランプ部材３２、及び楕円カムを含む板カム組付体５０を備えている。

　より具体的には、ハウジング２０はクランプ本体ケース２２及びカム機構ケース２３からなり、クランプ本体ケース２２に可動クランプ部材３２及び固定クランプ部材３０が収納され、カム機構ケース２３に板カム組付体５０が収納されている。

　図１、図２、及び図５に示すように、クランプ本体ケース２２は、可動クランプ部材３２及び固定クランプ部材３０をそれぞれ収納する一対の収納ブロック２４、２５と、両収納ブロック２４、２５の上部間を連結する連結部２６を備えており、全体形状がＵ字状に形成されている。

　図２、図５に示すように、収納ブロック２４、２５には、それぞれ、クランプ本体ケース２２の長さ方向に延びる収納孔２４ａ、２５ａが形成されている。図５に示される収納孔２４ａ、２５ａは円形断面を有するが、他の断面形状を有してもよい。収納ブロック２４、２５の対向面には、収納孔２４ａに連通する開口２４ｂ及び収納孔２５ａに連通する開口２５ｂがそれぞれ形成されている。開口２４ｂ、２５ｂは、本実施形態では半円形状であるが、この形状に限定するものではない。

　図４に示すように、固定クランプ部材３０は円柱状であり、図２に示すように収納ブロック２５の収納孔２５ａの中に固定されている。可動クランプ部材３２は円柱状であり、図２に示すように収納ブロック２４の収納孔２４ａに収納されているが、クランプ本体ケース２２の長さ方向に、すなわち、固定クランプ部材３０に対して接近及び離間するように移動可能である。

　固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３２には、収納ブロック２４、２５の開口２４ｂ、２５ｂから突出して互いに対向するクランプ部３０ｂ、３２ｂが形成されている。クランプ部３０ｂ、３２ｂの互いに対向する面は平坦である。

　可動クランプ部材３２、及び固定クランプ部材３０の形状は、円柱状に限定するものではなく、収納孔２４ａ、２５ａに収納できる形状、例えば、嵌合できる形状であればよい。

　図２に示すように、クランプ本体ケース２２の連結部２６及び収納ブロック２５に収納された固定クランプ部材３０には、クランプ本体ケース２２の長さ方向に沿って貫通孔２６ａ、３０ａが同軸となるように形成されている。収納ブロック２４に収納された可動クランプ部材３２には、貫通孔２６ａと同軸となるネジ孔３２ａが形成されている。ネジ部材４０が、固定クランプ部材３０の貫通孔３０ａ及び連結部２６の貫通孔２６ａ内に摺動自在に挿通され、かつネジ孔３２ａに取付けられている。

　図４に示すように、ネジ部材４０は、円形断面を有する棒部４１と、棒部４１の先端に設けられた雄ネジ部４２と、棒部４１の基端に設けられたフランジ状の頭部４３を有する。雄ネジ部４２が、可動クランプ部材３２のネジ孔３２ａに螺着されている。ネジ部材４０がクランプ本体ケース２２の長さ方向に往復移動することにより、可動クランプ部材３２は、固定クランプ部材３０に対して接近及び離間する。

　図２に示すように、カム機構ケース２３は、周壁２７及び透孔が設けられた底壁２８を有する有底円筒状である。底壁２８と固定クランプ部材３０の外端面とは、これらの間に配置された連結具、例えば連結ピン３８によって互いに固定されている。

　図２に示すように、カム機構ケース２３の内部空間は、カム機構ケース２３の底壁２８から開口端３４に向けて順に小径部３５、大径部３６及び雌ネジ部３７を有する。
　ネジ部材４０は、大径部３６内に頭部４３が位置し、小径部３５に棒部４１の一部が位置するように、底壁２８の透孔を貫通して配置されている。ネジ部材４０の頭部４３の近傍の棒部４１には、ブッシュ４５が外嵌されている。ブッシュ４５は筒部４５ａと該筒部４５ａの一端から張り出された外向きフランジ４５ｂとからなる。

　小径部３５内には、付勢部材である積層された複数の皿バネ４４が収納されている。複数の皿バネ４４を以下では皿バネ４４群という。皿バネ４４群の中心にネジ部材４０の棒部４１が挿通されている。ブッシュ４５の筒部４５ａは皿バネ４４群の透孔内に収納され、外向きフランジ４５ｂはネジ部材４０の頭部４３と皿バネ４４群との間に挟圧される。ネジ部材４０が可動クランプ部材３２のネジ孔３２ａに螺着されているため、頭部４３が皿バネ４４群を圧縮して後述するクランプ力を発生させる。このネジ孔３２ａへのネジ部材４０の螺着は、後述する板カム組付体５０及びアジャストスクリュ５６を組み付ける前に、予め設定されたトルクで行われている。

　皿バネ４４群の一端が底壁２８に当接して、他端がブッシュ４５を介してネジ部材４０の頭部４３を基端側へ押圧することにより、ネジ部材４０に螺着されている可動クランプ部材３２は、固定クランプ部材３０に接近する方向へ常時付勢される。

　図２に示すように、大径部３６には板カム組付体５０が配置されている。
　図２、図３に示すように、板カム組付体５０は、楕円形状を有する板カム５１と、板カム５１に一体に連結された回転軸５２と、板カム５１の外形輪郭の周囲を覆うように配置された可撓性の環状部材５３と、環状部材５３と板カム５１との間に転動自在に配置された複数の転動部材５４とを備えている。本実施形態では、複数の転動部材５４は、互いに同一径を有する円柱状のコロである。転動部材５４間には、転動部材同士が転動自在であるように、若干の隙間があることが好ましい。

　回転軸５２は、板カム５１の長軸と短軸の交点が回転中心となるように、板カム５１に取付けられている。このため、回転軸５２の回転中心から板カム５１の外形輪郭までの距離が回転方向において変化する。

　板カム５１、回転軸５２及び転動部材５４の材質は特に限定されないが、剛性金属が好ましい。環状部材５３の材質も特に限定されないが、例えばステンレス鋼とすることができる。

　環状部材５３の大きさは、複数の転動部材５４が板カム５１と環状部材５３との間に配置された際に、板カム５１の外形輪郭に沿うように、すなわち、板カム５１の外形輪郭と相似形状または略相似形状となるように決められる。従って、板カム５１が回転軸５２とともに回転した際に、板カム５１の外形輪郭が、転動部材５４を介して、環状部材５３に伝搬される。

　図７に示すように、回転軸５２の両端は、カム機構ケース２３の周壁２７の対応する位置に設けられた一対の透孔２７ａを通って外部に突出する。回転軸５２は、該一対の透孔２７ａの周縁によって回動自在に支持されている。透孔２７ａは、クランプ本体ケース２２の長さ方向に延びている。これにより、回転軸５２の該長さ方向への移動が許容されるが、図２における鉛直方向の移動は規制される。

　図２に示すように、カム機構ケース２３の雌ネジ部３７にはアジャストスクリュ５６が螺着されている。板カム組付体５０は、アジャストスクリュ５６と、皿バネ４４群の付勢力を受けたネジ部材４０の頭部４３との間に挟まれて拘束される。

　板カム５１が回転すると、アジャストスクリュ５６とネジ部材４０の頭部４３との間に板カム組付体５０が拘束された状態が保持されたまま、回転軸５２が透孔２７ａの延びる方向に移動する。

　ネジ部材４０はカムフォロアに相当し、ネジ部材４０と板カム組付体５０とにより板カム機構が構成されている。
　回転軸５２の両端には、Ｕ字状の取付部材５７を介して操作レバー５８が取付けられている。操作レバー５８は、図２に示すように鉛直方向に向けられた起立状態と、起立状態から図２において時計回りに９０度回転した倒伏状態との間で選択的に操作可能となっている。操作レバー５８が起立状態のとき、板カム５１はその長軸が鉛直に向けられ、かつ短軸が水平に向けられるように配置されている。操作レバー５８が倒伏状態のとき、板カム５１はその短軸が鉛直に向けられ、かつ長軸が水平に向けられるように配置されている。

　上記のように構成されたクランプ装置１０は、操作レバー５８が起立状態のときに、可動クランプ部材３２と固定クランプ部材３０とにより、工作機械等に設けられたレールＲ等の対象物をクランプする常時閉状態のクランプ装置である。この種のクランプ装置は、例えば、工作機械のレール上を移動するテーブルのストッパ装置として使用可能である。

　（実施形態の作用）
　上記のように構成されたクランプ装置１０の作用を説明する。
　説明の便宜上、図２に示すように、レールＲを、クランプ装置１０の固定クランプ部材３０と可動クランプ部材３２のクランプ部３０ｂ、３２ｂとによりクランプした状態から説明する。レールＲをクランプした状態では、操作レバー５８が起立状態にある。このときのレールＲに対する可動クランプ部材３２と固定クランプ部材３０によるクランプ力は、皿バネ４４群が、ネジ部材４０の頭部４３により圧縮されたことにより発生している。

　また、板カム組付体５０の環状部材５３には、板カム５１の周囲に配置された複数の転動部材５４により、板カム５１の外形輪郭が伝搬されるため、環状部材５３は板カム５１の外形輪郭と相似または略相似の楕円形状を有する。

　この起立状態から、操作レバー５８を皿バネ４４群の付勢力に抗して９０度回転させて倒伏状態にすると、板カム組付体５０の板カム５１が回転軸５２と一体に回転されて、板カム５１の短軸が水平方向から鉛直方向に向けられ、一方、長軸は鉛直方向から水平方向に向けられる。すると、板カム５１の長軸と短軸との長さの差分だけ、ネジ部材４０が皿バネ４４群を圧縮しながら先端方向に移動するため、可動クランプ部材３２が固定クランプ部材３０から離間して、両クランプ部材の間隔が広がり、レールＲが解放される。

　倒伏状態の操作レバー５８を皿バネ４４群の付勢力に抗して起立状態まで回転させると、板カム５１の短軸が鉛直方向から水平方向に向けられ、長軸が水平方向から鉛直方向に向けられる。この結果、板カム５１の長軸と短軸との長さの差分だけ、ネジ部材４０が皿バネ４４群の付勢力により基端方向に移動するため、可動クランプ部材３２が固定クランプ部材３０に接近してレールＲがクランプされる。

　上記板カム機構では、回転軸５２を支持するのはカム機構ケース２３に設けられた単純な透孔２７ａの周縁部である。板カム５１と環状部材５３との間に複数の転動部材５４が配置されているため、回転軸５２は転がり軸受に支持されなくても円滑に回転することができる。従って、カム機構ケース２３と回転軸５２との間に転がり軸受を設ける必要がない。

　本実施形態から把握できる本発明の特徴及びその効果を以下に記載する。
　（１）板カム機構は、板カム組付体５０及び板カム組付体５０に当接するカムフォロア４０を有する。板カム組付体５０は、回転軸５２に固定された板カム５１であって、回転軸５２の回転中心からの距離が回転方向において変化する外形輪郭を有する板カム５１と、板カム５１の外形輪郭の周囲を覆うように配置された可撓性の環状部材５３と、環状部材５３と板カム５１との間に転動自在に配置された複数の転動部材５４とを備える。板カム組付体５０は、板カム５１が回転軸５２とともに回転した際に、板カム５１の外形輪郭が、複数の転動部材５４を介して、環状部材５３に伝搬されるように構成されている。カムフォロア４０は環状部材５３の外周面に当接している。

　上記構成によれば、板カム５１は、環状部材５３に対して複数の転動部材５４を介して回転することができる。このため、転がり軸受を省略して、回転軸５２を支持部材（例えば、機構ケース２３）によって支持することができる。

　（２）本実施形態の板カム機構では、板カム５１を楕円カムとしている。この結果、上記（１）に記載の効果を奏する楕円カム機構が提供される。
　（３）本実施形態の板カム機構を有するクランプ装置１０は、ハウジング２０と、ハウジング２０内に固定された固定クランプ部材３０と、ハウジング２０内に配置されているとともに、固定クランプ部材３０に対して接近及び離間するように移動可能な可動クランプ部材３２とを備える。ハウジング２０は、板カム５１の回転軸５２を挿通して回動自在に支持する一対の透孔２７ａをさらに備える。カムフォロア４０は、可動クランプ部材３２に連結されている。

　このクランプ装置によれば、転がり軸受を省略して、回転軸５２を支持部材（例えば、カム機構ケース２３）によって支持することができる。
　（４）本実施形態のクランプ装置１０は、回転軸５２が、手動操作可能な操作レバー５８に連結されている。この結果、上記（３）に記載の効果を奏する、レバーを介した手動操作が可能なクランプ装置が提供される。

　（５）本実施形態のクランプ装置１０は、可動クランプ部材３２を固定クランプ部材３０に接近する方向に付勢する付勢部材４４を備える。この結果、上記（３）に記載の効果を奏する常時閉状態のクランプ装置が提供される。

　上記実施形態は下記のように変更されてもよい。
　・板カムは楕円カムに限定されるものではなく、回転軸の回転中心からの距離が回転方向において変化する任意の外形輪郭を有する板カムを使用してよい。

　・転動部材は、球、針状コロ、円錐コロであってもよい。
　・回転軸５２を、手動操作可能な操作レバー５８に代えて、回動を付与する駆動源に連結させてもよい。そのような駆動源として、例えばモータ及びソレノイドが挙げられる。回転軸５２をこれら駆動源に直接或いはリンク機構を介して連結して、回転軸を正回転及び逆回転できるようにしてもよい。この場合でも、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

　・皿バネ４４群に代えて、コイルスプリング、板ばね等の他の弾性体を付勢部材として用いてもよい。
　・カム機構ケース２３内に配置された皿バネ４４群に代えて、収納ブロック２４内に配置され、可動クランプ部材３２を固定クランプ部材３０に近接する方向に付勢する付勢部材を用いてもよい。この場合も、常時閉状態のクランプ装置が提供される。

　・可動クランプ部材３２を固定クランプ部材３０に接近する方向に付勢する付勢部材に代えて、可動クランプ部材３２を固定クランプ部材３０から離間させる方向に付勢する付勢部材を用いてもよい。この場合、常時開状態のクランプ装置が提供される。例えば、可動クランプ部材３２を固定クランプ部材３０から離間させる方向に付勢する付勢部材を収納ブロック２４内に配置することができる。

　・上記実施形態では、収納ブロック２４に可動クランプ部材３２を配置し、収納ブロック２５に固定クランプ部材３０を配置したが、これに代えて、収納ブロック２４に固定クランプ部材３０を配置し、収納ブロック２５に可動クランプ部材３２を配置してもよい。この場合、貫通孔２６ａを省略するとともに、カム機構ケース２３をクランプ本体ケース２２に直接結合させて固定する。他の構成は、図２に示す構成と同様とする。この場合、常時開状態のクランプ装置を提供することができる。

　上記の各実施形態は例示を意図したものであり、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。開示された例示的な実施形態に対し、本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、様々な代替、変更及び変形が可能である。たとえば、本発明の主題は開示された特定の実施形態の全ての特徴よりも少ない特徴に存在する可能性がある。そのため、請求の範囲は詳細な説明に組み込まれ、各請求項はそれ自体で、別個の実施形態を主張する。本発明の範囲は、このような代替形態、変更形態及び変形形態のすべてを、それらのすべての均等物とともに、請求の範囲内に包含するように意図されている。

　１０…クランプ装置、
　２０…ハウジング、２２…クランプ本体ケース、２３…カム機構ケース、
　２４…収納ブロック、２４ａ…収納孔、２４ｂ…開口、
　２５…収納ブロック、２５ａ…収納孔、２５ｂ…開口、２６…連結部、
　２６ａ…貫通孔、２７…周壁、２７ａ…透孔、２８…底壁、
　３０…固定クランプ部材、３０ａ…貫通孔、３０ｂ…クランプ部、
　３２…可動クランプ部材、３２ａ…ネジ孔、３２ｂ…クランプ部、
　３４…開口端、３５…小径部、３６…大径部、
　３７…雌ネジ部、３８…連結ピン
　４０…ネジ部材（カムフォロア）、４１…棒部、４２…雄ネジ部、
　４３…頭部、４４…皿バネ、４５…ブッシュ、４５ａ…筒部、
　４５ｂ…外向きフランジ、５０…板カム組付体、
　５１…板カム、５２…回転軸、５３…環状部材、５４…転動部材、
　５６…アジャストスクリュ、５８…操作レバー、
　１００…板カム、１０２…回転軸、１０４…カムフォロア、
　Ｒ…レール。

Claims

　板カム組付体及び前記板カム組付体に当接するカムフォロアを有する板カム機構であって、
　前記板カム組付体は、回転軸に固定された板カムであって、前記回転軸の回転中心からの距離が回転方向において変化する外形輪郭を有する板カムと、前記板カムの前記外形輪郭の周囲を覆うように配置された可撓性の環状部材と、前記環状部材と前記板カムとの間に転動自在に配置された複数の転動部材とを備え、
　前記板カム組付体は、前記板カムが前記回転軸とともに回転した際に、前記板カムの外形輪郭が、前記複数の転動部材を介して、前記環状部材に伝搬されるように構成されており、
　前記カムフォロアは前記環状部材の外周面に当接している、板カム機構。
　前記板カムが楕円カムである請求項１に記載の板カム機構。
　請求項２に記載の板カム機構を有するクランプ装置であって、前記クランプ装置はさらに、
　ハウジングと、
　前記ハウジング内に固定された固定クランプ部材と、
　前記ハウジング内に配置されているとともに、前記固定クランプ部材に対して接近及び離間するように移動可能な可動クランプ部材とを備え、
　前記ハウジングは、前記板カムの回転軸を挿通して回動自在に支持する一対の透孔をさらに備え、
　前記カムフォロアは前記可動クランプ部材に連結されている、クランプ装置。
　前記回転軸に連結された手動操作可能なレバーをさらに備える請求項３に記載のクランプ装置。
　前記回転軸に連結されるとともに、前記回転軸に回動を付与する駆動源をさらに備える請求項３に記載のクランプ装置。
　前記可動クランプ部材を、前記固定クランプ部材に対して接近または離間する方向に付勢する付勢部材をさらに備える請求項４または請求項５に記載のクランプ装置。