(57)【要約】【課題】軸のクランプ機構のダイヤフラムと軸との接触長を短くし、装置の小型化を図る。【解決手段】軸２０の周囲における内壁面２１に固定されている外周側円筒部２と、軸２０の外周に設けられ、軸２０に対して弾性変形して離接可能である内周側円筒部３と、外周側円筒部２と内周側円筒部３との間に装架され、軸２０に対する径方向における断面形状がアーチ型である、円環状のダイヤフラム４と、ダイヤフラム４のアーチ型の凸側、外周側円筒部２及び内周側円筒部３に囲まれた空間に形成される油室６とを備える軸のクランプ機構１により、ダイヤフラムと軸との接触長を短くし、装置の小型化を図る。【選択図】図１
2013180350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸の周囲における内壁面に固定されている外周側円筒部と、
前記軸の外周に設けられ、当該軸に対して弾性変形して離接可能である内周側円筒部と、
前記外周側円筒部と前記内周側円筒部との間に装架され、前記軸に対する長手方向における断面形状がアーチ型である、円環状のダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの前記アーチ型の凸側、前記外周側円筒部及び前記内周側円筒部に囲まれた空間に形成される油室とを備え、
前記油室に油圧をかけ、前記ダイヤフラムの前記断面形状の曲率を減少させることで、前記内周側円筒部が弾性変形して前記軸をクランプすることを特徴とする軸のクランプ機構。
【請求項２】
前記内周側円筒部の前記軸との接触面が、前記アーチ型の凸側に近づく方向に傾斜し、前記軸との接触時に前記軸に対し平行となることを特徴とする請求項１に記載の軸のクランプ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業機械全般に適用される軸のクランプ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、従来の産業機械に内装される、油圧を利用した回転軸（主軸）のクランプ機構について、図面を用いて説明する。
【０００３】
図５は従来技術による軸のクランプ機構及びその周辺の断面図である。従来技術による軸のクランプ機構（クランプスリーブ）１１は、上部円環部１２、下部円環部１３、ダイヤフラム１４及び油室１６を備える。尚、図５は軸２０より右側の断面図が省略されている。
【０００４】
上述の上部円環部１２及び下部円環部１３は、軸２０の周囲における内壁面２１に、互いに一定の間隔を取って固定されている。
【０００５】
上述のダイヤフラム１４は、円筒状であり、上部円環部１２と下部円環部１３の内周面側に装架され、軸２０に離接可能である。
【０００６】
上述の油室１６は、上部円環部１２、下部円環部１３、ダイヤフラム１４及び内壁面２１に囲まれた部分に形成される。尚、この油室１６は、上部円環部１２及び下部円環部１３の内壁面２１との接触部分にＯリング１５を設けることで、密閉性を確保している。
【０００７】
上述のような構成の軸のクランプ機構１１は、油室１６に、矢印で示すように油圧１７をかけることで、図中破線で示すようにダイヤフラム１４が半径方向内側に弾性変形し、直径φｄを持つ軸２０を半径方向に均等な圧力（以下、クランプ力と記載）でクランプすることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２４８２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のような軸のクランプ機構では、必要なクランプ力を得るために油圧面積を大きくする必要がある。
【００１０】
油圧面積を大きくするにはクランプスリーブ長ｌを長くしなければならず、それに伴い軸２０も長くなってしまうため、結果として装置が大きくなってしまう。
【００１１】
そこで本発明では、軸のクランプ機構の形状を変更することで、上述の問題点を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する第１の発明に係る軸のクランプ機構は、
軸の周囲における内壁面に固定されている外周側円筒部と、
前記軸の外周に設けられ、当該軸に対して弾性変形して離接可能である内周側円筒部と、
前記外周側円筒部と前記内周側円筒部との間に装架され、前記軸に対する長手方向における断面形状がアーチ型である、円環状のダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの前記アーチ型の凸側、前記外周側円筒部及び前記内周側円筒部に囲まれた空間に形成される油室とを備え、
前記油室に油圧をかけ、前記ダイヤフラムの前記断面形状の曲率を減少させることで、前記内周側円筒部が弾性変形して前記軸をクランプすることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第２の発明に係る軸のクランプ機構は、
上記第１の発明に係る軸のクランプ機構において、
前記内周側円筒部の前記軸との接触面が、前記アーチ型の凸側に近づく方向に傾斜し、前記軸との接触時に前記軸に対し平行となることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記第１の発明に係る軸のクランプ機構によれば、薄型の形状を得ることが可能となる。
【００１５】
上記第２の発明に係る軸のクランプ機構によれば、接触面における摩耗を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１に係る軸のクランプ機構及びその周辺の断面図である。
【図２】本発明の実施例１の内周側円筒部及びその周辺の断面図である。
【図３】本発明の実施例１による軸のクランプ機構のクランプ時の変位量を説明するものである。（ａ）は軸のクランプ機構の模式図、（ｂ）は軸のクランプ機構の変位量を表したグラフである。
【図４】本発明の実施例２による軸のクランプ機構のクランプ時の変位量を説明するものである。（ａ）は軸のクランプ機構の模式図、（ｂ）は軸のクランプ機構の変位量を表したグラフである。
【図５】従来技術による軸のクランプ機構及びその周辺の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る軸のクランプ機構を実施例にて図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の実施例１に係る軸のクランプ機構について図１及び図３を用いて説明する。まず、実施例１に係る軸のクランプ機構１は炭素鋼により形成されており、図１のように、外周側円筒部２、内周側円筒部３、ダイヤフラム４、油室６及びボックス８を備える。尚、図１は軸２０より右側の断面図が省略されている。
【００１９】
上述の外周側円筒部２は、軸２０の周囲における内壁面２１に固定されている。
【００２０】
上述の内周側円筒部３は、軸２０の外周に設けられ、軸２０に対して弾性変形して離接可能であるものとする。
【００２１】
上述のダイヤフラム４は、外周側円筒部２と内周側円筒部３との間に装架され、軸２０に対する長手方向における断面形状がアーチ型である。
【００２２】
上述の油室６は、ダイヤフラム４のアーチ型の凸側、外周側円筒部２及び内周側円筒部３に囲まれた空間に形成される。尚、油室６は、外周側円筒部２及び内周側円筒部３に取り付けられたボックス８とＯリング５によって密閉性を確保している。
【００２３】
上述のような構成の軸のクランプ機構１は、油室６に、矢印で示すように油圧７をかけ、ダイヤフラム４を弾性変形させ、断面形状の曲率を減少させることで、図中破線で示すように内周側円筒部３が直径φｄの軸２０をクランプすることができる。
【００２４】
ここで、外周側円筒部２の内壁面２１に接する外周面の直径φＤ＝１８０ｍｍ、軸の直径φｄ＝５５ｍｍ、外周側円筒部２の内壁面２１に接する外周面の軸２０方向の長さＬ＝１５ｍｍ、ダイヤフラム４の軸２０方向の厚さｔ＝２．５ｍｍと設定すると、内周側円筒部３の半径方向への変位量はφ＝０．０３ｍｍ〜０．０４ｍｍとなる。
【００２５】
ちなみに、内周側円筒部３の変位量よりもＯリング５のつぶし代の方が大きいため、内周側円筒部３の変位により油室６の密閉性が損なわれることはない。
【００２６】
ところで、油圧７による内周側円筒部３の変位方向は、半径方向だけでなく軸方向の成分も持ち、その軌道が曲線となるため、内周側円筒部３の軸２０との接触面３ａが、油圧７のかかっていない状態で軸２０方向に平行とすると、油圧７をかけて接触面３ａと軸２０が接触した状態では、接触面３ａの一部が接触する状態になる。
【００２７】
すると、クランプ力が上がるにつれて接触面３ａと軸２０との接触部分の摩耗が上がってしまう。
【００２８】
そのため、図２に示すように、接触面３ａが、ダイヤフラム４のアーチ型の凸側に近づく方向に傾斜し、軸２０との接触時に軸２０に対し平行となるようにし、軸に対し面内均一なクランプ力を与えることで、摩耗を抑えるようにすることも可能である（尚、図は一部誇張して表示している）。
【００２９】
上述のようにして、実施例１に係る軸のクランプ機構は、軸方向に薄型の形状を得ることが可能となる。
【実施例２】
【００３０】
本発明の実施例２に係る軸のクランプ機構は、上述の実施例１に係る軸のクランプ機構の形状を変更したものである。
【００３１】
即ち、実施例２に係る軸のクランプ機構は、実施例１によるダイヤフラム４及び内周側円筒部３を軸２０の長手方向に逆向きとし、それに合わせて油室６も反対側に形成され、油圧７のかかる方向も逆向きとしたものである。
【００３２】
以下、実施例１に係る軸のクランプ機構と実施例２に係る軸のクランプ機構とのクランプ力をシミュレーションにより比較する。尚、外周側円筒部２、内周側円筒部３及びダイヤフラム４の材質にはＳＳ４００Ｐを用いるものとしている。
【００３３】
図３（ａ）は実施例１による軸のクランプ機構の模式図を示している。図示されるように、φＤ＝１８０ｍｍ，φｄ＝５５ｍｍ，φＬ＝１５ｍｍの軸のクランプ機構１の、上に凸のダイヤフラム４に、上から分布荷重５ｋｇｆ／ｃｍ2をかける。
【００３４】
図３（ｂ）は、図３（ａ）の場合の軸のクランプ機構の変位量を、グラデーションプロットしたグラフである。
【００３５】
このグラデーションプロットは、ｘ軸方向の変位量のみを表している。また、矢印Ａの方向を正とし、ｘ軸正方向の変位量が大きいほど白く、ｘ軸負方向の変位量が大きいほど黒くなっている。
【００３６】
ｘ軸上における、内周側円筒部の軸との接触面（図示略）の変位量は、矢印Ａの付け根に表されており、この部分の色を見ればわかるように、φ＝０．０２ｍｍである。反対側の接触面（図示略）の変位量が表されている矢印Ｂの付け根においては、φ＝−０．０２ｍｍであるため、軸のクランプ機構の内径は（上記２つの絶対値を合計して）φ＝０．０４ｍｍ縮んでいることとなる。
【００３７】
図４（ａ）は実施例２による軸のクランプ機構の模式図を示している。図示されるように、φＤ＝１８０ｍｍ，φｄ＝５５ｍｍ，φＬ＝１５ｍｍの軸のクランプ機構１の、下に凸のダイヤフラム４に、下から分布荷重５ｋｇｆ／ｃｍ2をかける。
【００３８】
図４（ｂ）は、図４（ａ）の場合の軸のクランプ機構の変位量を、グラデーションプロットしたグラフである。
【００３９】
このグラデーションプロットは、図３（ｂ）同様、ｘ軸方向の変位量のみを表している。また、矢印Ｄの方向を正とし、ｘ軸正方向の変位量が高いほど白く、ｘ軸負方向の変位量が高いほど黒くなっている。
【００４０】
ｘ軸上における内周側円筒部の軸との接触面（図示略）の変位量は、矢印Ｄの付け根に表されており、この部分の色を見ればわかるように、φ＝０．０２ｍｍである。反対側の接触面（図示略）の変位量が表されている矢印Ｃの付け根においてはφ＝−０．０２ｍｍであるため、実施例１による軸のクランプ機構と同様、軸のクランプ機構の内径はφ＝０．０４ｍｍ縮んでいることとなる。
【００４１】
よって、実施例１による軸のクランプ機構１の変位量と実施例２による軸のクランプ機構１１の変位量は等しいことがわかる（材質によって上述の数値の変動はあるが、変位量が等しいことに変わりはない）。
【００４２】
そのため、図１において、軸のクランプ機構１の油室６が、ダイヤフラム４のアーチ型の凸側、外周側円筒部２及び内周側円筒部３に囲まれた空間に形成されるという位置関係、また、摩耗対策としては、接触面３ａが、ダイヤフラム４のアーチ型の凸側に近づく方向に傾斜し、軸２０との接触時に軸２０に対し平行となるという位置関係さえ満たしていれば、ダイヤフラム４のアーチ型が上に凸でも下に凸でも同様の効果を発揮することがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、産業機械全般に適用される軸のクランプ機構として好適である。
【符号の説明】
【００４４】
１  （実施例１による）軸のクランプ機構
２  外周側円筒部
３  内周側円筒部
３ａ  （内周側円筒部３の軸２０との）接触面
４，１４  ダイヤフラム
５，１５  Ｏリング
６，１６  油室
７，１７  油圧
８  ボックス
１１  （従来技術による）軸のクランプ機構
１２  上部円環部
１３  下部円環部
２０  軸
２１  （軸２０の周囲における）内壁面
【図１】
2013180350.tif 000003
【図２】
2013180350.tif 000004
【図５】
2013180350.tif 000005
【図３】
2013180350.tif 000006
【図４】
2013180350.tif 000007