(57)【要約】【課題】皿ばねとガイド軸との間における磨耗粉の詰りやこじれを防止して皿ばねの更なる長寿命化を図ることができる皿ばね装置、並びにそれに用いるガイド軸及び皿ばねを提供する。【解決手段】皿ばね装置１は、複数の皿ばね３と、各皿ばね３の中央孔３ａに挿通され、複数の皿ばね３を同軸上に案内するガイド軸２とを有し、ガイド軸２が、その外周面に、中央孔３ａの被案内面３ｂに当接して皿ばね３を案内する案内面２ｃと、該案内面２ｃより径方向内側に後退した凹部４とを有している。【選択図】図２
2007147066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の皿ばねと、各皿ばねの中央孔に挿通され、前記複数の皿ばねを同軸上に案内するガイド軸と、を有する皿ばね装置であって、
前記ガイド軸が、その外周面に、前記中央孔の内周面に当接して前記皿ばねを案内する案内面と、該案内面より径方向内側に後退した凹部とを有している皿ばね装置。
【請求項２】
前記凹部は、前記ガイド軸の軸方向における前記皿ばねを案内する領域の全体にわたって連続して設けられている請求項１に記載の皿ばね装置。
【請求項３】
前記凹部は、前記ガイド軸の外周面に、面取り又は溝を形成することにより設けられている請求項１又は２に記載の皿ばね装置。
【請求項４】
前記凹部は、前記ガイド軸の外周面に沿って螺旋状に設けられている請求項１から３の何れか一項に記載の皿ばね装置。
【請求項５】
複数の皿ばねと、各皿ばねの中央孔に挿通され、前記複数の皿ばねを同軸上に案内するガイド軸と、を有する皿ばね装置であって、
前記皿ばねが、前記中央孔の内周面に、前記ガイド軸の外周面に当接して案内される被案内面と、該被案内面より径方向外側に後退した凹部とを有している皿ばね装置。
【請求項６】
前記凹部は、前記中央孔の内周面を多角形状とすることにより設けられている請求項５に記載の皿ばね装置。
【請求項７】
前記凹部は、前記中央孔の周方向に沿って複数箇所に形成された切欠き部により構成されている請求項５に記載の皿ばね装置。
【請求項８】
前記凹部は、前記皿ばねの前記中央孔に接する径方向内側の一部の領域の厚さを、当該領域より径方向外側の部分に対して薄く形成することにより設けられている請求項５に記載の皿ばね装置。
【請求項９】
前記皿ばねの前記中央孔に接する径方向内側の一部の領域は、その厚さが前記径方向内側に向かうに従って薄くなる断面テーパ状に形成されている請求項８に記載の皿ばね装置。
【請求項１０】
前記凹部は、前記中央孔の周方向に沿って連続し、少なくとも前記中央孔側に開口するように形成された凹溝により構成されている請求項５に記載の皿ばね装置。
【請求項１１】
前記凹部は、前記中央孔の内周面に設けられた複数の凹穴により構成されている請求項５に記載の皿ばね装置。
【請求項１２】
前記ガイド軸の外周面と前記皿ばねの中央孔の内周面との間にグリースを介在させる請求項１から１１の何れか一項に記載の皿ばね装置。
【請求項１３】
複数の皿ばねの中央孔に挿通されることにより、前記複数の皿ばねを同軸上に案内するガイド軸であって、
その外周面に、前記中央孔の内周面に当接して前記皿ばねを案内する案内面と、該案内面より径方向内側に後退した凹部とを有しているガイド軸。
【請求項１４】
ガイド軸が挿通される中央孔を有し、前記ガイド軸の外周面に案内される皿ばねであって、
前記中央孔の内周面に、前記ガイド軸の外周面に当接して案内される被案内面と、該被案内面より径方向外側に後退した凹部とを有している皿ばね。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の皿ばねと、各皿ばねの中央孔に挿通され、前記複数の皿ばねを同軸上に案内するガイド軸と、を有する皿ばね装置、並びにそれに用いるガイド軸及び皿ばねに関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでにも、複数の皿ばねと、各皿ばねの中央孔に挿通されて前記複数の皿ばねを同軸上に案内するガイド軸とを有する皿ばね装置が、工作機械の工具保持装置等に用いられていることが知られている。図１６は、このような工具保持装置１０５を備えた工作機械の主軸１０１の構成を示す断面図である。この図に示すように、主軸１０１は、図示しないハウジング内で回動可能に軸支されている。そして、主軸１０１の軸心に形成された貫通孔１０２内に、主軸１０１の前端（図１６における左側）に工具ホルダ１０３を装着するための工具保持装置１０５が設けられている。工具保持装置１０５は、貫通孔１０２内に軸方向へ前後移動可能に収容された引き上げ軸１０６（上記ガイド軸に相当）と、引き上げ軸１０６の先端に設けられる把持機構としてのコレット１０７と、引き上げ軸１０６に遊挿される複数の皿ばね１０８とからなる。皿ばね１０８は、貫通孔１０２の段部１０９に当接する第１ストッパ１１０と、引き上げ軸１０６の後方で一体に設けられる第２ストッパ１１１との間で軸方向へ整列して設けられ、引き上げ軸１０６を同図の後退方向（図１６における右側）に付勢している。また、コレット１０７は、引き上げ軸１０６の後退位置では、引き上げ軸１０６と共に後退して収縮し、工具ホルダ１０３の後端に突設されたプルスタッド１０４を把持する。一方、引き上げ軸１０６が主軸１０１の後方に設けられた図示しない駆動機構により、皿ばね１０８の付勢に抗して前進すると、コレット１０７は前進しながら拡大してプルスタッド１０４の把持を解除する。
【０００３】
そして、この工具保持装置１０５では、皿ばね１０８の長寿命化を図るために、前方側と後方側とで異なるばね定数の皿ばね１０８を用いている。具体的には、複数の皿ばね１０８の位置によるたわみ量の相違に基づいて、たわみ量の大きい後方側の皿ばね１０８としてばね定数の大きいものを使用し、たわみ量の比較的小さい前方側の皿ばね１０８としてばね定数の小さいものを使用している。これにより、引き上げ軸１０６の軸方向に配置された複数の皿ばね１０８の全体についてのたわみ量を均一化し、装置全体としての皿ばね１０８の長寿命化を図っている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１４５３２３号公報（第２頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、皿ばねの長寿命化を図るためには皿ばねのたわみ量の不均一を解消することが効果的であるが、本件発明者らの研究によると、皿ばねとガイド軸との間の摺動により発生する磨耗粉の詰りによる動作不良、皿ばねが傾いて生じるこじれ等による摺動抵抗、グリースを使用している場合にはグリースの劣化による潤滑不良、等が皿ばねのたわみ量の不均一を生じさせ、皿ばねの破損の原因となることが分かった。すなわち、動作不良やこじれ等が生じると一部の皿ばねのみが圧縮されてたわみ量が不均一になり、部分的に過大な荷重が作用することになって皿ばねの破損が発生し易い。特に、工作機械の主軸等のように、皿ばね及びガイド軸が回転する用途では、回転時の皿ばねの偏りを防止するために、ガイド軸の外周面と皿ばねの中央孔の内周面との間のクリアランスを小さくする必要がある。そのため、磨耗粉の詰りや皿ばねのこじれ等が生じやすく、皿ばねの破損の大きな原因となることが分かった。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、皿ばねとガイド軸との間における磨耗粉の詰りやこじれを防止して皿ばねの更なる長寿命化を図ることができる皿ばね装置、並びにそれに用いるガイド軸及び皿ばねを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る、複数の皿ばねと、各皿ばねの中央孔に挿通され、前記複数の皿ばねを同軸上に案内するガイド軸と、を有する皿ばね装置の特徴構成は、前記ガイド軸が、その外周面に、前記中央孔の内周面に当接して前記皿ばねを案内する案内面と、該案内面より径方向内側に後退した凹部とを有している点にある。
【０００８】
この特徴構成によれば、ガイド軸の外周面と皿ばねの中央孔の内周面との間に、凹部による空間が形成されることになる。そのため、皿ばねとガイド軸との間の摺動により発生した磨耗粉は、凹部に移動することが可能になる。したがって、磨耗粉がガイド軸の案内面と皿ばねの中央孔の内周面との間に詰まって動作不良が発生することを抑制できる。また、凹部を設けたことによりガイド軸の案内面と皿ばねの中央孔の内周面との接触面積を小さくすることができる。したがって、ガイド軸に対する皿ばねの摺動抵抗を小さくすることができ、こじれの発生も抑制することができる。その結果、皿ばねの長寿命化を図ることが可能となった。
【０００９】
ここで、前記凹部は、前記ガイド軸の軸方向における前記皿ばねを案内する領域の全体にわたって連続して設けられていると好適である。
【００１０】
このように構成すれば、凹部に移動した磨耗粉がガイド軸の軸方向に移動することが可能となる。したがって、磨耗粉が一部に偏在することを防止でき、例えば、皿ばねやガイド軸に固体潤滑皮膜を設けた場合等のように、磨耗粉が多く発生する場合においても磨耗粉の詰りによる作動不良の発生を抑制することが可能となる。
【００１１】
また、前記凹部は、前記ガイド軸の外周面に、面取り又は溝を形成することにより設けられていると好適である。
このように構成すれば、簡易な加工によりガイド軸の外周面に凹部を形成することができる。
【００１２】
また、前記凹部は、前記ガイド軸の外周面に沿って螺旋状に設けられていると好適である。
【００１３】
このように構成すれば、皿ばねが圧縮された際にガイド軸の軸方向におけるガイド軸と皿ばねとの相対位置が変化すると、皿ばねの中央孔の内周面に対する凹部の位置が周方向に変化することになる。したがって、ガイド軸の案内面と皿ばねの中央孔の内周面との間で発生した磨耗粉の凹部への移動をより効率的に行わせることができる。その結果、磨耗粉の詰りによる作動不良の発生を更に抑制することが可能となる。
【００１４】
本発明に係る、複数の皿ばねと、各皿ばねの中央孔に挿通され、前記複数の皿ばねを同軸上に案内するガイド軸と、を有する皿ばね装置のもう一つの特徴構成は、前記皿ばねが、前記中央孔の内周面に、前記ガイド軸の外周面に当接して案内される被案内面と、該被案内面より径方向外側に後退した凹部とを有している点にある。
【００１５】
この特徴構成によれば、皿ばねの中央孔の内周面とガイド軸の外周面との間に、凹部による空間が形成されることになる。そのため、皿ばねとガイド軸との間の摺動により発生した磨耗粉は、凹部に移動することが可能になる。したがって、磨耗粉が皿ばねの被案内面とガイド軸の外周面との間に詰まって動作不良が発生することを抑制できる。また、凹部を設けたことにより皿ばねの被案内面とガイド軸の外周面との接触面積を小さくすることができる。したがって、ガイド軸に対する皿ばねの摺動抵抗を小さくすることができ、こじれの発生も抑制することができる。その結果、皿ばねの長寿命化を図ることが可能となった。
【００１６】
ここで、前記凹部は、前記中央孔の内周面を多角形状とすることにより設けることができる。また、前記凹部は、前記中央孔の周方向に沿って複数箇所に形成された切欠き部により構成することができる。
【００１７】
これらの構成によれば、例えば、板状の素材から皿ばねの形状を得るためのプレス機等による打ち抜き加工と同時に、前記凹部を形成することができる。したがって、少ない手間及びコストで前記凹部を設けることが可能となる。
【００１８】
また、前記凹部は、前記皿ばねの前記中央孔に接する径方向内側の一部の領域の厚さを、当該領域より径方向外側の部分に対して薄く形成することにより設けることもできる。この際、前記皿ばねの前記中央孔に接する径方向内側の一部の領域は、その厚さが前記径方向内側に向かうに従って薄くなる断面テーパ状に形成すると好適である。
【００１９】
このように構成すれば、前記ガイド軸の軸方向に重ねられた複数の皿ばねが接する部分に、前記中央孔に面して前記凹部による空間を形成することができる。また、前記凹部を前記皿ばねの全周にわたって同じ形状とした場合には、前記皿ばねの両面（凸面及び凹面）の少なくとも一方に簡易な加工を行うだけで前記凹部を形成することができる。なお、前記凹部は、前記皿ばねの全周にわたって設けると好適であるが、前記皿ばねの周方向の一部の領域のみに設けることも可能である。この場合、前記中央孔の周方向に沿って複数箇所に形成すると好適である。
【００２０】
また、前記凹部は、前記中央孔の周方向に沿って連続し、少なくとも前記中央孔側に開口するように形成された凹溝により構成することができる。或いは、前記凹部は、前記中央孔の内周面に設けられた複数の凹穴により構成することもできる。これらの構成によっても、前記皿ばねの中央孔に面して前記凹部による空間を形成することができる。
【００２１】
また、前記ガイド軸の外周面と前記皿ばねの中央孔の内周面との間にグリースを介在させる場合には、凹部に多量のグリースを保持することができるので、グリースの劣化を遅らせることができる。
【００２２】
本発明に係る、複数の皿ばねの中央孔に挿通されることにより、前記複数の皿ばねを同軸上に案内するガイド軸の特徴構成は、その外周面に、前記中央孔の内周面に当接して前記皿ばねを案内する案内面と、該案内面より径方向内側に後退した凹部とを有している点にある。
【００２３】
この特徴構成によれば、ガイド軸の周囲に複数の皿ばねを組み付けた際に、ガイド軸の外周面と皿ばねの中央孔の内周面との間に、凹部による空間が形成されることになる。そのため、皿ばねとガイド軸との間の摺動により発生した磨耗粉は、凹部に移動することが可能になる。したがって、磨耗粉がガイド軸の案内面と皿ばねの中央孔の内周面との間に詰まって動作不良が発生することを抑制できる。また、凹部を設けたことによりガイド軸の案内面と皿ばねの中央孔の内周面との接触面積を小さくすることができる。したがって、ガイド軸に対する皿ばねの摺動抵抗を小さくすることができ、こじれの発生も抑制することができる。その結果、このガイド軸に組み付けられる皿ばねの長寿命化を図ることが可能となった。
【００２４】
本発明に係る、ガイド軸が挿通される中央孔を有し、前記ガイド軸の外周面に案内される皿ばねの特徴構成は、前記中央孔の内周面に、前記ガイド軸の外周面に当接して案内される被案内面と、該被案内面より径方向外側に後退した凹部とを有している点にある。
【００２５】
この特徴構成によれば、皿ばねをガイド軸の周囲に組み付けた際に、皿ばねの中央孔の内周面とガイド軸の外周面との間に、凹部による空間が形成されることになる。そのため、皿ばねとガイド軸との間の摺動により発生した磨耗粉は、凹部に移動することが可能になる。したがって、磨耗粉が皿ばねの被案内面とガイド軸の外周面との間に詰まって動作不良が発生することを抑制できる。また、凹部を設けたことにより皿ばねの被案内面とガイド軸の外周面との接触面積を小さくすることができる。したがって、ガイド軸に対する皿ばねの摺動抵抗を小さくすることができ、こじれの発生も抑制することができる。その結果、皿ばねの長寿命化を図ることが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
１．第一の実施形態
以下に、本発明の第一の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る皿ばね装置１の全体構成を示す断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。これらの図に示すように、皿ばね装置１は、複数の皿ばね３と、各皿ばね３の中央孔３ａに挿通され、複数の皿ばね３を同軸上に案内するガイド軸２と、を有する。ガイド軸２の一方側（図１の左側）の端部近傍には、雄ねじ部２ａが設けられており、ストッパ５が螺合されている。また、ガイド軸２の他方側（図１の右側）の端部近傍には、段差部２ｂが設けられており、この段差部２ｂの一方側（図１の左側）の端面に端部プレート６が当接している。ストッパ５及び端部プレート６は、皿ばね３の外径より大きい外径を有する。複数の皿ばね３は、ストッパ５と端部プレート６との間において、自由長より圧縮された状態で納められている。そして、端部プレート６が、段差部２ｂの一方側（図１の左側）においてガイド軸２に対して相対移動することにより、ガイド軸２に案内されている複数の皿ばね３が圧縮又は伸張する。
【００２７】
１−１．ガイド軸２
ガイド軸２は、雄ねじ部２ａと段差部２ｂとの間の領域の外周面に、案内面２ｃ及び面取り部２ｄを有している。段差部２ｂは、ガイド軸２の案内面２ｃより大きい外径を有する円筒状に形成されており、案内面２ｃに対して段差を形成している。この段差部２ｂは、ガイド軸２の本体と一体又は別体で構成される。面取り部２ｄは、図２に良く示されるように、ガイド軸２の外周面の接線方向に平行な平面であって、ここでは、ガイド軸２の外周面における周方向の８箇所に一定間隔で離間して設けられている。また、図１に良く示されるように、面取り部２ｄは、雄ねじ部２ａと段差部２ｂとの間の全域にわたって設けられている。すなわち、面取り部２ｄは、ガイド軸２の軸方向における皿ばね３を案内する領域の全体にわたって連続して設けられている。案内面２ｃは、図２に良く示されるように、面取り部２ｄが設けられていないガイド軸２の外周面により構成される断面円弧状の面である。この案内面２ｃは、皿ばね３の中央孔３ａの内周面で構成される被案内面３ｂに当接し、皿ばね３を案内する。ガイド軸２の表面には、固体潤滑皮膜やめっき等の表面処理が施される。本実施形態においては、面取り部２ｄが、本発明における凹部４に相当する。なお、面取り部２ｄの周方向の数及びその間隔は、任意に変更することが可能である。
【００２８】
１−２．皿ばね３
皿ばね３は、切頭円錐面状に形成され、径方向中央部に中央孔３ａが設けられた円板状のばねである。本実施形態においては、中央孔３ａは円形とされている。この中央孔３ａの内周面が、ガイド軸２の案内面２ｃに当接する被案内面３ｂとなる。中央孔３ａの内径は、皿ばね３をガイド軸２に対して摺動可能にするために、ガイド軸２の案内面２ｃの外径に対してわずかに大きく形成されている。またここでは、図１に示すように、同じサイズの皿ばね３を同じ向きに複数枚（後述する実施例では３枚）重ね合わせたものを一組とし、各組毎に軸方向の向きを交互に入れ替えた複数組（後述する実施例では４２組）が、ガイド軸２の周囲に同軸上に配置されている。皿ばね３の表面には、固体潤滑皮膜やめっき等の表面処理が施される。なお、皿ばね３の一組の枚数及び組数は、任意に変更することが可能である。
【００２９】
１−３．ストッパ５及び端部プレート６
ストッパ５は、皿ばね３の外径よりやや大きい外径を有する円筒状の部材であって、その径方向中央部における長さ方向中央部付近に雌ねじ部が設けられ、当該雌ねじ部の他方側（図１の右側）にガイド軸２の案内面２ｃにより大径の円穴が設けられている。そして、ストッパ５は、ガイド軸２の雄ねじ部２ａに螺合されるナットとしての機能も有し、このように螺合した状態で、前記円穴がガイド軸２の一方側（図１の左側）における案内面２ｃの一部を覆うように配置される。
端部プレート６は、皿ばね３の外径よりやや大きい外径を有する円板状部材である。そして、径方向中央部にガイド軸２が挿通される円孔が設けられ、ガイド軸２に対して摺動可能とされている。この端部プレート６は、ガイド軸２の段差部２ｂに当接することによりガイド軸２の他方側（図１の右側）への移動が規制される。
【００３０】
１−４．実施例
次に、本実施形態に係る皿ばね装置１の実施例及び比較例に関して行った耐久試験の結果について説明する。図３は、本実施形態に係る皿ばね装置１の実施例及び比較例についての耐久試験の結果を示す表である。実施例に係る皿ばね装置１は、皿ばね３として、板厚２．００〔ｍｍ〕、外径４０．００〔ｍｍ〕、内径２０．４０〔ｍｍ〕、自由高さ３．１０〔ｍｍ〕の寸法のものを用いた。ガイド軸２の案内面２ｃの直径は２０．３８〔ｍｍ〕とした。ガイド軸２の外周面には、上記のとおり周方向の８箇所に一定間隔で面取り部２ｄを設けている。ガイド軸２及び皿ばね３の表面には、共にフッ素系の固体潤滑皮膜が施されている。そして、皿ばね３を３枚重ね合わせたものを一組とした４２組を、各組毎に軸方向の向きを交互に入れ替えてガイド軸２の周囲に同軸上に配置している。そして、自由長が２９８．２〔ｍｍ〕の４２組１２６枚の皿ばね３の全長を、２７７．４〔ｍｍ〕に縮めた状態でストッパ５と端部プレート６との間に納めている。比較例に係る皿ばね装置１は、ガイド軸２に面取り部２ｄが設けられていない円形断面の軸を用いる点以外の条件は、上記実施例と全く同一の構成としている。
【００３１】
耐久試験は、背景技術として説明したような工作機械に使用されるものと同等の油圧シリンダを用いて、実施例及び比較例に係る皿ばね装置１のストッパ５と端部プレート６との間の複数枚の皿ばね３に繰り返し荷重を与えることにより行った。ここでは、ストッパ５の雌ねじ部をガイド軸２の雄ねじ部２ａに螺合した初期締付状態での全長が２７７．４〔ｍｍ〕の複数枚の皿ばね３を、２６９．８〔ｍｍ〕に圧縮する動作を毎秒１回繰り返し行った。そして、およそ１００万回ごとに皿ばね３の折損の有無を外観から確認し、複数枚の皿ばね３が発生する伸張時の荷重を計測した。図３の表にこの耐久試験の結果を示す。なお、表の「外観」の欄は、「○」が折損なし、「×」が折損ありを示している。この表に示すように、円形断面のガイド軸２を用いた比較例では、４００万回で皿ばね３が折損したのに対して、実施例では、１０００万回を超えても皿ばね３が折損しないという結果が得られた。このことから、ガイド軸２の外周面に案内面２ｃより径方向内側に後退した面取り部２ｄ等の凹部４を設けることにより、皿ばね３の寿命を大幅に延長できることが実証された。なお、伸張時荷重の計測結果にはばらつきが存在するが、実施例と比較例との間で顕著な相違は見られなかった。
【００３２】
試験後、実施例及び比較例に係る皿ばね装置１の状態を観察したところ、以下のことが分かった。
（１）比較例に係る皿ばね装置１のガイド軸２と皿ばね３との隙間に磨耗粉が詰まっており、一部の皿ばね３の摺動が妨げられていた。これに対して、実施例に係る皿ばね装置１では、ガイド軸２の面取り部２ｄに固体潤滑皮膜等の磨耗粉が付着しており、ガイド軸の案内面２ｃと皿ばね３の被案内面３ｂとの隙間での磨耗粉の詰りは発生しておらず、動作不良を防止できたことが分かった。
（２）比較例に係る皿ばね装置１のガイド軸２には、軸方向の一部に大きな磨耗があり、その付近で皿ばね３が折損していた。これに対して、実施例に係る皿ばね装置１のガイド軸２には、部分的な磨耗は見られなかった。このことから、実施例に係る皿ばね装置１では、皿ばね３のガイド軸２に対するこじれの発生を抑制できたことが分かった。
（３）比較例に係る皿ばね装置１では、ガイド軸２の軸方向の一部の皿ばね３に、被案内面３ｂの大きな磨耗が発生しており、ガイド軸２との間に大きな摺動抵抗があったことがわかる。これに対して、実施例に係る皿ばね装置１では、皿ばね３の被案内面３ｂは、ガイド軸２の案内面２ｃと接触する箇所のみが部分的に磨耗しており、磨耗量も小さかった。このことから、実施例に係る皿ばね装置１では、ガイド軸２に対する皿ばね３の摺動抵抗を小さくできたことが分かった。
【００３３】
２．第二の実施形態
次に、本発明の第二の実施形態について図面に基づいて説明する。図４は、本実施形態に係る皿ばね装置１の全体構成を示す断面図であり、図５は、図４のＡ−Ａ断面図である。これらの図に示すように、本実施形態に係る皿ばね装置１は、凹部４としてガイド軸２に外周面に沿って螺旋状の溝部２ｅを設けた点で、面取り部２ｄを設けた上記第一の実施形態と相違する。その他の構成は、上記第一の実施形態と同様である。
【００３４】
本実施形態においては、ガイド軸２は、雄ねじ部２ａと段差部２ｂとの間の領域の外周面に、案内面２ｃ及び溝部２ｅを有している。本例では、溝部２ｅは、図５に良く示されるように、断面コの字状形の溝としている。また、溝部２ｅとして、ガイド軸２の外周面における周方向に一定間隔で離間して複数本（本例では４本）の溝が配置されている。ガイド軸２の軸方向に対する溝部２ｅの傾斜角度は、皿ばね３の中央孔３ａが溝部２ｅに引っ掛かることを防止するため、あまり大きい角度とすることは好ましくなく、例えば４５〔°〕以下とすると好適である。また、図１に良く示されるように、溝部２ｅは、雄ねじ部２ａと段差部２ｂとの間の全域にわたって設けられている。すなわち、溝部２ｅは、ガイド軸２の軸方向における皿ばね３を案内する領域の全体にわたって連続して設けられている。案内面２ｃは、溝部２ｅが設けられていないガイド軸２の外周面により構成される。
【００３５】
本実施形態のように、ガイド軸２の外周面に螺旋状の溝部２ｅを設けた場合、複数枚の皿ばね３の全長が圧縮された際に、ガイド軸２の軸方向におけるガイド軸２と各皿ばね３との相対位置が変化すると、各皿ばね３の被案内面３ｂに対する溝部２ｅの位置が周方向に変化することになる。したがって、ガイド軸２の案内面２ｃと皿ばね３の被案内面３ｂとの間で発生した磨耗粉を効率的に溝部２ｅ内へ導くことができる。その結果、磨耗粉の詰りによる作動不良の発生を更に抑制することができる。
【００３６】
本実施形態においては、溝部２ｅが、本発明における凹部４に相当する。なお、溝部２ｅの断面形状や配置等は、任意に変更することが可能である。したがって、例えば、溝部２ｅの断面形状を円弧状やＶ字状等としても良い。また、溝部２ｅの間隔及び本数も、発生する磨耗粉の量に応じて任意に決定することができる。例えば、ガイド軸２の軸方向の位置によって螺旋状の溝部２ｅの間隔を変化させることも好適な実施形態の一つである。すなわち、例えば端部プレート６側の皿ばね３の移動量がストッパ５側の皿ばね３に比べて大きい場合には、端部プレート６側の溝部２ｅの間隔を大きくし、そこからストッパ５側へ向かうに従って間隔が狭くなるように溝部２ｅを配置することも可能である。また、溝部２ｅの形状を螺旋状以外の例えばガイド軸２の軸方向に平行な直線状等とすることも好適な実施形態の一つである。
【００３７】
３．第三の実施形態
次に、本発明の第三の実施形態について図面に基づいて説明する。図６は、本実施形態に係る皿ばね装置１における図１のＡ−Ａ断面に相当する断面図である。この図に示すように、本実施形態に係る皿ばね装置１は、ガイド軸２が凹部４としての面取り部２ｄを有さず、皿ばね３側に凹部４を設けた点で、上記第一の実施形態と相違する。その他の構成は、上記第一の実施形態と同様である。
【００３８】
本実施形態においては、ガイド軸２は、雄ねじ部２ａと段差部２ｂとの間の領域で、円形断面の外周面を有し、この外周面の全体が案内面２ｃを構成する。一方、皿ばね３は、中央孔３ａの内周面に、ガイド軸２の案内面２ｃ（外周面）に当接して案内される被案内面３ｂと、該被案内面３ｂより径方向外側に後退した凹部４とを有している。具体的には、図６に示すように、皿ばね３の中央孔３ａが多角形（本例では八角形）状に形成されており、それぞれの角部３ｃの近傍が凹部４となる。すなわち、本実施形態では、凹部４は、中央孔３ａの内周面を多角形状とすることにより設けられている。また、ガイド軸２の案内面２ｃに当接する中央孔３ａの各辺の中央部が皿ばね３の被案内面３ｂとなる。なお、中央孔３ａの形状は、図示するような八角形に限らず、例えば、五角形、六角形、十角形等、各種の多角形状とすることができる。
【００３９】
本実施形態のように、凹部４を皿ばね３側に設けた場合であっても、皿ばね３の中央孔３ａの内周面とガイド軸２の案内面２ｃとの間に、凹部４による空間が形成されることになる。そのため、皿ばね３とガイド軸２との間の摺動により発生した磨耗粉は、凹部４に移動し、磨耗粉が皿ばね３の被案内面３ｂとガイド軸２の案内面２ｃとの間に詰まって動作不良が発生することを抑制できる。また、凹部４を設けたことにより皿ばね３の被案内面３ｂとガイド軸２の案内面２ｃとの接触面積を小さくすることができる。したがって、ガイド軸２に対する皿ばね３の摺動抵抗を小さくすることができ、こじれの発生も抑制することができる。その結果、皿ばね３の長寿命化を図ることが可能となる。
【００４０】
４．第四の実施形態
次に、本発明の第四の実施形態について図面に基づいて説明する。図７は、本実施形態に係る皿ばね装置１における図１のＡ−Ａ断面に相当する断面図である。この図に示すように、本実施形態に係る皿ばね装置１は、凹部４を、皿ばね３の中央孔３ａの周方向に沿って複数箇所に形成された切欠き部３ｄにより構成している点で、上記第三の実施形態における中央孔３ａの内周面を多角形状とすることにより凹部４を設けた構成と相違する。その他の構成は、上記第三の実施形態と同様である。
【００４１】
すなわち、本実施形態においては、ガイド軸２は、雄ねじ部２ａと段差部２ｂとの間の領域で、円形断面の外周面を有し、この外周面の全体が案内面２ｃを構成する。一方、皿ばね３は、図７に示すように、中央孔３ａの周方向における複数箇所に一定間隔で離間した切欠き部３ｄを設けた構成となっている。本例では、各切欠き部３ｄを円弧状（略半円形状）とし、中央孔３ａの周方向における６箇所に一定間隔で離間させて設けている。そして、これら切欠き部３ｄのそれぞれが凹部４となる。また、ガイド軸２の案内面２ｃに当接する中央孔３ａの内周面の切欠き部３ｄ以外の部分が皿ばね３の被案内面３ｂとなる。なお、切欠き部３ｄの形状、周方向の数及びその間隔等は任意に変更することが可能である。また、複数の切欠き部３ｄの間隔が一定である必要もない。
【００４２】
そして、本実施形態の構成によっても、上記第三の実施形態と同様の効果を得ることができる。以上の第三の実施形態及び第四の実施形態では、皿ばね３の中央孔３ａの平面形状を変更することにより凹部４を形成する構成となっている。しかし、皿ばね３に凹部４を形成するための構成は、このようなものに限定されない。そこで、以下に、皿ばね３に凹部４を設けるための各種実施形態について更に説明する。
【００４３】
５．第五の実施形態
次に、本発明の第五の実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に係る皿ばね装置１では、皿ばね３の中央孔３ａに接する径方向内側の一部の領域（以下、「薄肉領域」という）３ｅの厚さを、当該薄肉領域３ｅより径方向外側の部分に対して薄く形成することにより、凹部４が設けられている。図８は、本実施形態に係る皿ばね装置１の皿ばね３の構成を示す部分断面斜視図である。図９は、本実施形態に係る皿ばね装置１のガイド軸２と皿ばね３との当接部（案内面２ｃと被案内面３ｂとの間の案内部）の詳細を示す図であって、図１の要部拡大図に相当する図である。これらの図に示すように、本実施形態では、薄肉領域３ｅは、その厚さが皿ばね３の径方向内側に向かうに従って薄くなる断面テーパ状に形成されている。この際、薄肉領域３ｅ、すなわち皿ばね３の中央孔３ａに接する径方向内側の一部の領域は、皿ばね３の中央孔３ａの内周面から一定幅の領域とされている。また、ここでは、薄肉領域３ｅは、皿ばね３（中央孔３ａ）の全周にわたって連続的に形成されている。更に、本実施形態では、薄肉領域３ｅは、皿ばね３の両面に形成されている。
【００４４】
本実施形態の構成によれば、図９に示すように、ガイド軸２の軸方向に沿って、同じ向きに複数枚の皿ばね３を重ね合わせた場合であっても、当該重ね合わせられた複数の皿ばね３が接する部分の径方向内側に、隣接する皿ばね３の薄肉領域３ｅに囲まれた凹部４による空間が中央孔３ａに面して形成される。そのため、皿ばね３とガイド軸２との間の摺動により発生した磨耗粉は、凹部４に移動し、磨耗粉が皿ばね３の被案内面３ｂとガイド軸２の案内面２ｃとの間に詰まって動作不良が発生することを抑制できる。したがって、皿ばね３の長寿命化を図ることが可能となる。また、本実施形態では、凹部４を構成するための薄肉領域３ｅを、皿ばね３（中央孔３ａ）の全周にわたって連続的に形成しているので、皿ばね３の両面に簡易な切削加工等を行うだけで薄肉領域３ｅ（凹部４）を形成することができる。
【００４５】
５−１．実施例
図１０は、本実施形態に係る皿ばね装置１の実施例及び比較例についての耐久試験の結果を示す表である。この耐久試験における基本的な条件は、上述した第一の実施形態の場合と同様である。すなわち、実施例に係る皿ばね装置１は、皿ばね３として、板厚２．００〔ｍｍ〕、外径４０．００〔ｍｍ〕、内径２０．４０〔ｍｍ〕、自由高さ３．１０〔ｍｍ〕の寸法のものを用いた。そして、皿ばね３には、図８及び図９に示すような断面テーパ状の薄肉領域３ｅを設けている。この薄肉領域３ｅの径方向長さは１．０〔ｍｍ〕、中央孔３ａに面する位置での板厚は１．０〔ｍｍ〕とした。ガイド軸２の案内面２ｃの直径は２０．３８〔ｍｍ〕とした。ガイド軸２及び皿ばね３の表面には、共にフッ素系の固体潤滑皮膜が施されている。そして、皿ばね３を３枚重ね合わせたものを一組とした４２組を、各組毎に軸方向の向きを交互に入れ替えてガイド軸２の周囲に同軸上に配置している。そして、自由長が２９８．２〔ｍｍ〕の４２組１２６枚の皿ばね３の全長を、２７７．４〔ｍｍ〕に縮めた状態でストッパ５と端部プレート６との間に納めている。比較例に係る皿ばね装置１は、薄肉領域３ｅが設けられていない一般的な皿ばね３を用いている点以外の条件は、上記実施例と全く同一の構成としている。
【００４６】
耐久試験は、背景技術として説明したような工作機械に使用されるものと同等の油圧シリンダを用いて、実施例及び比較例に係る皿ばね装置１のストッパ５と端部プレート６との間の複数枚の皿ばね３に繰り返し荷重を与えることにより行った。ここでは、ストッパ５の雌ねじ部をガイド軸２の雄ねじ部２ａに螺合した初期締付状態での全長が２７７．４〔ｍｍ〕の複数枚の皿ばね３を、２６９．８〔ｍｍ〕に圧縮する動作を毎秒１回繰り返し行った。そして、およそ１００万回ごとに皿ばね３の折損の有無を外観から確認し、複数枚の皿ばね３が発生する伸張時の荷重を計測した。図１０の表にこの耐久試験の結果を示す。なお、表の「外観」の欄は、「○」が折損なし、「×」が折損ありを示している。この表に示すように、一般的な皿ばね３を用いた比較例では、４００万回で皿ばね３が折損したのに対して、実施例では、８００万回近くになっても皿ばね３が折損しないという結果が得られた。このことから、皿ばね３の中央孔３ａに接する径方向内側の一部に薄肉領域３ｅによる凹部４を設けることにより、皿ばね３の寿命を大幅に延長できることが実証された。なお、伸張時荷重の計測結果にはばらつきが存在するが、実施例と比較例との間で顕著な相違は見られなかった。
【００４７】
５−２．その他の構成例
また、皿ばね３の薄肉領域３ｅの構成は、図８及び図９に示す構成に限定されない。具体的には、薄肉領域３ｅの形状は、上記のような断面テーパ状に限定されるものではなく、様々な形状とすることが可能である。したがって、例えば、図１１に示すように、皿ばね３の中央孔３ａに接する径方向内側の一部に、断面が略円弧状の薄肉領域３ｅを形成することも好適な実施形態の一つである。この図１１に示す例においても、薄肉領域３ｅは、皿ばね３の両面に、皿ばね３（中央孔３ａ）の全周にわたって連続的に形成されている。なお、図１１に示す薄肉領域３ｅの断面形状は単なる一例であり、この他に様々な形状を採用することが可能である。
【００４８】
また、薄肉領域３ｅは、必ずしも上記のように皿ばね３の両面に形成する必要はなく、例えば図１２に示すように、薄肉領域３ｅを、皿ばね３の片面のみに形成することも好適な実施形態の一つである。なお、図１１には、皿ばね３の凸面側のみに薄肉領域３ｅを形成した構成を示しているが、皿ばね３の凹面側のみに薄肉領域３ｅを形成した構成としてもよい。また、この際の薄肉領域３ｅの断面形状は、断面テーパ状に限定されるものではなく、上記と同様に様々な形状とすることが可能である。
【００４９】
また、薄肉領域３ｅは、必ずしも上記のように皿ばね３（中央孔３ａ）の全周にわたって連続的に形成する必要はなく、例えば図１３に示すように、皿ばねの周方向の一部の領域のみに形成ことも可能である。本例では、薄肉領域３ｅは、中央孔３ａの周方向における複数箇所に一定間隔で離間して設けている。この場合、複数箇所の薄肉領域３ｅのそれぞれが凹部４となる。なお、薄肉領域３ｅの形状、周方向の数及びその間隔等は任意に変更することが可能である。また、複数の薄肉領域３ｅの間隔が一定である必要もない。
【００５０】
６．第六の実施形態
次に、本発明の第六の実施形態について図面に基づいて説明する。図１４は、本実施形態に係る皿ばね装置１の皿ばね３の構成を示す部分断面斜視図である。この図に示すように、本実施形態に係る皿ばね装置１は、凹部４を、皿ばね３の中央孔３ａの周方向に沿って連続し、少なくとも中央孔３ａ側に開口するように形成された凹溝３ｆにより構成している。その他の構成は、上記第五の実施形態と同様である。具体的には、凹溝３ｆは、ここでは、断面が略Ｖ字状に形成され、皿ばね３（中央孔３ａ）の全周にわたって連続的に形成されている。また、ここでは、凹溝３ｆは、皿ばね３の中央孔３ａにおける厚さ方向の略中央部に形成されている。なお、凹溝３ｆは、皿ばね３の中央孔３ａに対して螺旋状に形成することも可能である。また、凹溝３ｆの形状は、上記のような断面略Ｖ字状に限定されるものではなく、例えば、断面略Ｕ字状、断面略コの字状等、他の形状とすることも可能である。
【００５１】
７．第七の実施形態
次に、本発明の第七の実施形態について図面に基づいて説明する。図１５は、本実施形態に係る皿ばね装置１の皿ばね３の構成を示す部分断面斜視図である。この図に示すように、本実施形態に係る皿ばね装置１は、凹部４を、皿ばね３の中央孔３ａの内周面に設けられた複数の凹穴３ｇにより構成している。その他の構成は、上記第五の実施形態と同様である。具体的には、凹穴３ｇは、ここでは、皿ばね３の径方向に一定の深さを有する丸穴とされている。本例では、凹穴３ｇは、中央孔３ａの周方向における複数箇所に一定間隔で離間して設けている。この場合、複数箇所の凹穴３ｇのそれぞれが凹部４となる。なお、凹穴３ｇの形状、周方向の数及びその間隔等は任意に変更することが可能である。また、複数の凹穴３ｇの間隔が一定である必要もない。
【００５２】
８．その他の実施形態
（１）ガイド軸２に設ける凹部４の構成は、上記第一及び第二の実施形態において説明したものに限定されない。例えば、上記第一の実施形態に係る面取り部２ｄを設けたガイド軸２を捻ったものに相当する螺旋状の面取り部２ｄを設け、これを凹部４とすることも好適な実施形態の一つである。また、凹部４は、ガイド軸２の軸方向に必ずしも連続している必要はなく、不連続な部分を有していてもよい。すなわち、凹部４が不連続な部分を有していても、ガイド軸２の案内面２ｃと皿ばね３の被案内面３ｂとの間に空間を形成することができ、同様に本発明の効果を奏することが可能である。また、ガイド軸２に設ける凹部４は、面取り又は溝以外の形状とすることもできる。例えばガイド軸２の径方向に所定の深さまで設けた複数の丸穴等とすることも可能である。この場合、ガイド軸２の周方向及び軸方向の双方に、平均的に丸穴等が配置された構成とすると好適である。
【００５３】
（２）また、上記第一及び第二の実施形態においては、凹部４をガイド軸２の軸方向における皿ばね３を案内する領域の全体にわたって設ける場合について説明したが、凹部４を設ける領域に関する構成はこのようなものに限定されない。すなわち、凹部４は、ガイド軸２の軸方向における皿ばね３を案内する領域の一部に設けることも好適な実施形態の一つである。この場合、少なくとも皿ばね３とガイド軸２との間における磨耗粉の詰りやこじれが発生し易い領域に、凹部４を設けておくことが望ましい。例えば、図１に示す皿ばね装置１では、ストッパ５に近い側の皿ばね３はガイド軸２に対する相対移動量が小さく、特にガイド軸２の軸方向における皿ばね３を案内する領域の全体の中でストッパ５側の３分の１の領域において磨耗粉の詰りやこじれが発生し易い。したがって、少なくともこの領域に凹部４を設けると好適である。これにより、少なくとも磨耗粉の詰りやこじれが発生し易い領域において、ガイド軸２の案内面２ｃと皿ばね３の被案内面３ｂとの間に空間を形成することができ、本発明の効果を奏することが可能となる。
【００５４】
（３）上記の各実施形態においては、ガイド軸２及び皿ばね３のいずれか一方に凹部４を設ける構成について説明した。しかし、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、ガイド軸２及び皿ばね３の双方に凹部４を設けることも本発明の好適な実施形態の一つである。例えば、上記の第五から第七の実施形態に係る皿ばね３は、いずれも中央孔３ａの平面形状が円形となっているので、面取り部２ｄや溝部２ｅ等が設けられたガイド軸２と組み合わせて皿ばね装置１を構成した場合であっても、皿ばね３が偏芯することがなく、また周方向に引っ掛かることもないため特に好適である。
【００５５】
（４）上記の実施形態においては、皿ばね３は、複数枚（実施例では３枚）重ね合わせたものを一組とし、各組毎に軸方向の向きを交互に入れ替えた複数組（実施例では４２組）をガイド軸２の周囲に同軸上に配置する場合について説明した。しかし、皿ばね３の配置構成については、必要とするばね荷重に応じて任意に決定することができる。したがって、皿ばね３の配置構成は、１枚ずつ交互に向きを変え、或いは全ての皿ばね３を同じ向きに配置することも当然に可能である。
【００５６】
（５）また、上記の第一から第三の各実施形態において、ガイド軸２の外周面と皿ばね３の内周面との間にグリースを介在させることも好適な実施形態の一つである。すなわち、上記実施例では、ガイド軸２と皿ばね３との間の潤滑として固体潤滑皮膜を用いることとしたが、ガイド軸２及び皿ばね３の表面にめっき処理が施されている場合等、グリースによる潤滑が適している場合がある。この場合であっても、本発明の構成によれば、凹部４に多量のグリースを保持することができるので、グリースの劣化を遅らせることができ、皿ばね３とガイド軸２との間の潤滑をより長期間にわたって良好に行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、工作機械の工具保持装置の付勢機構、或いは弁の開閉装置等の各種装置の付勢機構等に用いる皿ばね装置に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る皿ばね装置の全体構成を示す断面図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【図３】本発明の第一の実施形態に係る皿ばね装置の実施例及び比較例についての耐久試験の結果を示す表
【図４】本発明の第二の実施形態に係る皿ばね装置の全体構成を示す断面図
【図５】図４のＡ−Ａ断面図
【図６】本発明の第三の実施形態に係る皿ばね装置における図１のＡ−Ａ断面に相当する断面図
【図７】本発明の第四の実施形態に係る皿ばね装置における図１のＡ−Ａ断面に相当する断面図
【図８】本発明の第五の実施形態に係る皿ばね装置の皿ばねの構成を示す部分断面斜視図
【図９】本発明の第五の実施形態に係る皿ばね装置のガイド軸と皿ばねとの当接部の詳細を示す図
【図１０】本発明の第五の実施形態に係る皿ばね装置の実施例及び比較例についての耐久試験の結果を示す表
【図１１】本発明の第五の実施形態に係る皿ばね装置の他の例を示す図（１）
【図１２】本発明の第五の実施形態に係る皿ばね装置の他の例を示す図（２）
【図１３】本発明の第五の実施形態に係る皿ばね装置の他の例を示す図（３）
【図１４】本発明の第六の実施形態に係る皿ばね装置の皿ばねの構成を示す部分断面斜視図
【図１５】本発明の第七の実施形態に係る皿ばね装置の皿ばねの構成を示す部分断面斜視図
【図１６】背景技術に係る皿ばね装置を備えた工具保持装置の断面図
【符号の説明】
【００５９】
１：皿ばね装置
２：ガイド軸
２ｃ：案内面
２ｄ：面取り部
２ｅ：溝部
３：皿ばね
３ａ：中央孔
３ｂ：被案内面
３ｃ：角部
３ｄ：切欠き部
３ｅ：薄肉領域
３ｆ：凹溝
４：凹部
【図１】
2007147066.tif 000003
【図２】
2007147066.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2007147066.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
2007147066.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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