JP2002327774A - 弾性体カップリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い位置決め精度を有し、低温下でも安定し
た振動減衰特性を有するカップリングを提供する。 【解決手段】 軸に嵌入される中心孔３Ａ，３Ｂを有す
る一対の円形ハブ２Ａ，２Ｂの軸面に周方向に等間隔で
複数の爪５Ａ，５Ｂを設けて向かい合わせると共に、フ
ランジ間に空間を形成し、この空間に弾性体７を介在さ
せてなる弾性体カップリングにおいて、弾性体はウレタ
ン樹脂組成物で構成すると共に、ＪＩＳＡ硬度が６０〜
９０°であって、ウレタン樹脂組成物の振動数１０Ｈｚ
におけるｔａｎδピーク値が０．２以上、且つ、ｔａｎ
δピーク温度が５°Ｃ以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、弾性体カップリン
グに係り、詳しくは良好な位置決め精度を有し、低温下
でも安定した振動減衰特性を有するウレタンカップリン
グに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種産業機械の自動化の要求か
ら、随所にＸＹテーブルや、産業用ロボットが使用され
ている。これらの駆動は、ＡＣサーボモータ、ＤＣサー
ボモータ、ステッピングモータ等の制御モータをカップ
リングを介して接続することによりおこなわれている
が、ここで使用するカップリングにはバックラッシュが
無いことが要求されるため、通常金属製のベローズカッ
プリングや板バネカップリングを駆動軸及び従動軸取付
用のボスの間に介在させた構造を有するものが使用され
ている。

【０００３】中でも、板バネカップリングは剛性が高く
バックフラッシュが無く、優れた位置決め精度を有する
ものであるが、制御モータを高速で回転し、ＸＹテーブ
ル等を移動させ、急停止を行う用途に使用する場合にお
いてはカップリングを介して制御モータに接続された送
りねじに慣性によるねじれが発生し、次にそれがもどっ
て暫くの間振幅を繰り返すため、振幅が収束し、設定の
位置に停止するのに時間を要する欠点があった。そのた
め、ワークの高速移動、急停止を繰り返すＸＹテーブ
ル、産業用ロボットには各設定位置で、送りねじ等の振
幅が収束する待ち時間を設けなければならず、設備にお
ける高速運転の一つの大きな障害となっていた。

【０００４】本出願人は上記問題に鑑みて、実開昭６３
−４５２２２号公報において反撥弾性率が３０％（ＪＩ
ＳＫ−６３０１）以下、好ましくは２０％以下で、硬度
が６０度〜９５度（ＪＩＳ Ａ）のウレタン樹脂組成物
であって、その素材は、ＴＤＩプレポリマーを主原料と
し、これにポリオール系架橋剤を理論量の３９％以上配
合し、架橋させたウレタン樹脂組成物を弾性体の材料に
用いることで、ワークの高速移動、急停止を行った場合
でも送りねじ等のねじれの振幅を早期に収束できるカッ
プリングを提案した。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記弾性体を
用いたカップリングは、常温における振動減衰特性に優
れているものの、温度変化による性能変化が激しく、低
温下で使用した際に発振することが問題となっていた。
本発明者が原因を解明すべく鋭意研究を重ねた結果、低
温下におけるカップリングを使用した装置の発振は、カ
ップリングの素材となるウレタン樹脂組成物、具体的に
はＴＤＩプレポリマーを主原料とし、これにポリオール
系架橋剤を理論量の３９％以上配合し、架橋させたウレ
タン樹脂組成物のガラス転移温度Ｔｇに起因することが
判明した。詳しくは、弾性体カップリングは、ガラス転
移温度Ｔｇ付近で最も反撥弾性率が小さくなり、ひいて
はカップリングの収束性能が良好となるといった性能を
有する。しかし、ガラス転移温度Ｔｇ以下の温度領域と
なると、弾性体としての機能が失われるために、振動減
衰特性が急激に低下し、一方、ガラス転移温度Ｔｇより
高温となった場合は、弾性体カップリングの収束性能は
Ｔｇ付近のそれより劣るが、弾性体としての機能は損な
われないために安定した収束性能が得られる。

【０００６】つまり、前述のウレタン樹脂組成物のガラ
ス転移温度Ｔｇは常温とほぼ等しい温度である為に、使
用温度が常温もしくは常温以上では優れた振動吸収性能
を示すものの、低温下では急激にその特性が低下するこ
とを本発明者は知見したるものであり、従来の技術が有
するこのような問題点を解決せんと鑑みるものである。
即ち、本発明では位置決め性能が良好で、低温下でも振
動減衰特性に優れた弾性体カップリングにあって、弾性
体を構成するウレタン樹脂組成物の特性を制限すること
で、相当の硬度を維持しつつ、低温下でも安定した収束
性能を有する弾性体カップリングを提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】上記課題を解決する為に、
請求項１では制御用モータの駆動軸と負荷側の従動軸を
接続する弾性体カップリングであって、駆動軸及び従動
軸のハブ間に弾性体を介在させた構造を有するものにお
いて、弾性体はＪＩＳＡ硬度が６０〜９０°のウレタン
樹脂組成物で構成すると共に、ウレタン樹脂組成物の振
動数１０Ｈｚにおけるｔａｎδピーク値が０．２以上、
且つ、ｔａｎδピーク温度が５°Ｃ以下である弾性体カ
ップリングにある。

【０００８】ここで規定するｔａｎδとは、動的粘弾性
試験等によって測定されるもので、弾性体に加えられる
機械的エネルギーの熱としての散逸され易さ、換言すれ
ば弾性体に加えられる機械的エネルギーの貯蔵され難さ
を表わすものである。したがって、このｔａｎδの最大
値、即ち、変曲点の温度、本発明でいうところのｔａｎ
δピーク温度は、弾性体の特性の大きく変わる点を表
し、その温度は、弾性体のガラス転移温度Ｔｇと相関関
係がある。

【０００９】一般に、弾性体の粘弾性は、製品の性能に
大きな影響を与え、粘弾性に最も影響を与えるのは弾性
体のガラス転移温度Ｔｇである。このガラス転移温度Ｔ
ｇを境に弾性体は弾性率、誘電率、熱膨張等の特性値が
急激に変化する。このガラス転移温度Ｔｇ以下の温度で
は、主鎖セグメントの運動は凍結され、弾性体はガラス
状となり弾性を失う。したがって、このガラス転移温度
Ｔｇ、即ち、ｔａｎδピーク温度の低いものほど、低温
で使用できる弾性体であるといえる。具体的にはｔａｎ
δピーク温度が５°Ｃ以下であれば、冬季においても弾
性体としての機能が損なわれることはない。

【００１０】但し、ｔａｎδピーク温度が低くとも、ｔ
ａｎδのピーク値が小さければ、具体的には振動数１０
Ｈｚにおけるｔａｎδピーク値が０．２未満であれば収
束性能に劣り、カップリングとして要求される性能とし
ては不満足である。また硬度を６０〜９０°という適正
値に設定することで、高い位置決め精度を達成できる。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
弾性体カップリングにあって、ウレタン樹脂組成物が、
エーテル系ポリオール−トルエンジイソシアネート（Ｔ
ＤＩ）プレポリマーにアミン系硬化剤を配合したウレタ
ン樹脂組成物である請求項１記載の弾性体カップリング
にある。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
記載の弾性体カップリングにあって、エーテル系ポリオ
ール−トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）プレポリマ
ーが、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭ
Ｇ）−トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）プレポリマ
ーである弾性体カップリングにある。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下さらに添付図面を参照して、
本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に係る弾
性体カップリングの縦断面図であり、図２はその横断面
図である。

【００１４】本発明の弾性体カップリングの基本構造は
一対の駆動軸及び従動軸の取付用の円形ハブ２Ａ、２Ｂ
及び、該ハブ２Ａ、２Ｂを覆う弾性体３より構成される
ものである。ハブ２Ａ、２Ｂは、それぞれ駆動軸又は従
動軸を嵌入する軸取付孔３Ａ、３Ｂ及び該軸取付孔３
Ａ、３Ｂに外側から垂直に貫通するセットボルト用ねじ
孔４Ａ、４Ｂを有するとともに、端部が板状になって互
いに向き合っている。更にハブ２Ａ、２Ｂには、各ハブ
と一体となった複数の爪５Ａ、５Ｂが設けられている。
ハブ２Ａ、２Ｂの爪５Ａ、５Ｂの台形断面の両側７が、
円形ハブの中心Ｏを通り、所定挟角θを有する２つの放
射状基準線（法線）９、１０で画定されている。尚、必
要に応じ、ハブ２Ａ、２Ｂの先端の角部は図1及び図２
に示すようにＲ１にて面取りすることも可能である。

【００１５】上記カップリングの製造方法としては、一
対のハブを対向するよう金型内に固定し、そして硬化剤
を混合したウレタン原料を注型して所定の温度で所定時
間架橋して弾性体カップリングを作製する。ハブ２Ａ、
２Ｂの材質としては、アルミニウム、ステンレス等が挙
げられるが、アルミニウム合金の熱処理品が最も好まし
い。尚、ハブ表面をサンドペーパー、バフ、ベルトサン
ダー、サンドブラスト、ワイヤブラシ、高圧液体の噴射
等の手段を用いて粗く研磨し、接着剤を塗布して、ハブ
とウレタン樹脂との接着力の向上を狙ってもよい。接着
剤の種類としては、ナイロンーエポキシ、変性エポキ
シ、ビニルーフェノリック、或いはポリイミドを主成分
とした接着剤が例示できるが、ハブとウレタン樹脂組成
物との接着力を考慮すると変性エポキシを主成分とした
接着剤を用いることが好ましい。

【００１６】ここで、上述の弾性体７は、ＪＩＳＡ硬度
が６０〜９０°のウレタン樹脂組成物であって、しかも
ウレタン樹脂組成物のｔａｎδピーク温度が５°Ｃ以
下、且つ、振動数１０Ｈｚにおけるｔａｎδピーク値が
０．２以上であるウレタン樹脂組成物が使用される。ｔ
ａｎδピーク温度が５°Ｃを超えると、低温下において
ウレタン樹脂組成物は弾性体としての機能を失い、また
振動数１０Ｈｚにおけるｔａｎδピーク値が０．２未満
であると、カップリングの振動減衰特性そのものが低
く、常温においても充分な収束性能が得られない。また
弾性体７の硬度が６０°未満だとカップリングの位置決
め効果に劣り、また硬度が９０°を超えると過度の架橋
によりカップリングのｔａｎδピーク値が急激に低下
し、実使用に耐えられない。

【００１７】一般にウレタン樹脂組成物の成形方法とし
ては、ポリオール、触媒、鎖延長剤、顔料等を混合した
プレミックス液と、イソシアネート成分を含有する溶液
とを混合して注入反応させるワンショット法、もしく
は、イソシアネートとして予め一部ポリオールで変性し
たプレポリマーを用いるプレポリマー法が挙げられる。

【００１８】ポリオールとしては、エステル系ポリオー
ル、エーテル系ポリオールが挙げられるが、エーテル系
ポリオールのほうがエステル系ポリオールよりガラス転
移温度が低い為に、冬季においても安定した振動減衰特
性が得られる。尚、エーテル系ポリオールとしては、ポ
リエチレンエーテルグリコール（ＰＥＧ）、ポリプロピ
レンエーテルグリコール（ＰＰＧ）、ポリテトラメチレ
ンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）などが挙げられる。

【００１９】更に述べると、エーテル系ポリオールのな
かでも、成形品が耐湿性、耐水性に優れると共に強靭な
物性とヒステリシスロスの小さい特性を有するポリテト
ラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）を使用する
ことが好ましい。尚、ポリテトラメチレンエーテルグリ
コール（ＰＴＭＧ）とは、例えばアルキレンオキサイド
と共重合させたＰＴＭＧ変性体なども含む。

【００２０】イソシアネートとしては限定されるもので
はないが、芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソ
シアネート、脂環式ポリイソシアネート、またそれらの
変性体が使用可能である。具体的には、トルエンジイソ
シアネート（ＴＤＩ）、メチレンジイソシアネート（Ｍ
ＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、ナフ
タレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、ヘキサメチレンジ
イソシアネート（ＨＤＩ）そしてイソホロンジイソシア
ネート（ＩＰＤＩ）などが例示できるが、中でもトルエ
ンジイソシアネート（ＴＤＩ）が好ましく用いられる。

【００２１】また硬化剤としては、例えば、１，４−フ
ェニレンジアミン、２，６−ジアミノトルエン、１，５
−ナフタレンジアミン、４，４´−ジアミノジフェニル
メタン、３，３´−ジクロロ−４，４´−ジアミノジフ
ェニルメタン（以下ＭＯＣＡと記す）、３，３´−ジメ
チル−４，４´−ジアミノジフェニルメタン、１−メチ
ル−３，５−ビス（メチルチオ）−２，６−ジアミノベ
ンゼン、１−メチル３，５´−ジエチル−２，６−ジア
ミノベンゼン、４−４´−メチレン−ビス−（３−クロ
ロ−２，６−ジエチルアニリン）、４，４´−メチレン
−ビス−（オルト−クロロアニリン）、４，４´−メチ
レン−ビス―（２，３−ジクロロアニリン）、トリメチ
レングリコールジ−パラ−アミノベンゾエート、４，４
´−メチレン−ビス−（２，６−ジエチルアニリン）、
４，４´−メチレン−ビス−（２，６−ジイソプロピル
アニリン）、４，４´−メチレン−ビス−（２−メチル
−６−イソプロピルアニリン）、４，４´−ジアミノジ
フェニルスルホンといった１級アミン、２級アミン、３
級アミンのアミン化合物等が用いられる。

【００２２】尚、ＰＴＭＧ−ＴＤＩプレポリマーを用い
ることは、弾性体の特性を前述の範囲に調整する一手段
であり、本発明は、ＪＩＳＡ硬度が６０〜９０°であっ
て、ウレタン樹脂のｔａｎδピーク温度が５°Ｃ以下、
且つ、振動数１０Ｈｚにおけるｔａｎδピーク値が０．
２以上の範囲内に調整できるものであれば、これらポリ
オールに限定されるものでなく、またウレタンの性質を
改善させるような他の配合剤を添加しても良い。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
する。実施例及び比較例として、図３、４に示す様な形
状をした外径２２，３３ｍｍのハブを準備した。ハブの
材料としてはアルミニウム合金を熱処理したものを用
い、爪及びウレタン樹脂と接着するハブ端面に４０メッ
シュの粉体を噴射してサンドブラスト処理を行い、表面
を粗化した。

【００２４】実施例１ プレポリマーとしてＰＴＭＧ−ＴＤＩウレタンプレポリ
マーであるコロネート４０８０（日本ポリウレタン社
製）に、硬化剤としてアミン系架橋剤であるＭＯＣＡを
混合し、金型の一対のハブを対向させて組み合わせるこ
とによってできる空間に上記混合液を注型して架橋させ
た。その後、金型から取り出し、６０°Ｃ条件下１２時
間以上熟成させて弾性体カップリングとした。また、弾
性体カップリングに用いたウレタン樹脂組成物と同じ組
成を有するウレタン樹脂シートを作製した。尚、用いた
ハブは外径２２ｍｍである。

【００２５】実施例２ 外径３４ｍｍのハブを用いた以外は実施例１と同様にし
て、弾性体カップリング及びウレタン樹脂シートを得
た。

【００２６】実施例３ プレポリマーとしてアジプレンＬ−１００（ＵＮＩＲＯ
ＹＡＬ社製）を用いた以外は実施例１と同様にして、弾
性体カップリング及びウレタン樹脂シートを得た。

【００２７】比較例１ プレポリマーとしてポリエステル系ＴＤＩウレタンプレ
ポリマーであるＶｉｂｒａｔｈａｎｅ８０５０（ユニロ
イヤル社製）に架橋剤としてポリオール系の架橋剤であ
るＡ−９３１（ユニロイヤル社製）、及びアミン系架橋
剤であるＭＯＣＡを混合し、金型の一対のハブを対向さ
せて組み合わせることによってできる空間に上記混合液
を注型して架橋させた。その後、金型から取り出し、６
０°Ｃ条件下３６時間以上熟成させて弾性体カップリン
グとした。また、弾性体カップリングに用いたウレタン
樹脂組成物と同じ組成を有するウレタン樹脂シートを作
製した。尚、用いたハブは外径２２ｍｍである。

【００２８】比較例２ 外径３４ｍｍのハブを用いた以外は比較例１と同様にし
て、弾性体カップリング及びウレタン樹脂シートを得
た。

【００２９】比較例３ プレポリマーとしてコロネート４０９５（日本ポリウレ
タン社製）を用いた以外は実施例１と同様にして、弾性
体カップリング及びウレタン樹脂シートを得た。

【００３０】上記で得られたウレタン樹脂シートのｔａ
ｎδを、ＪＩＳ Ｋ ６３９４に準じ、１０μｍの印荷
歪みを与えて、周波数１０Ｈｚ、温度範囲−１００〜１
５０°Ｃ（２°Ｃ／ｍｉｎで昇温）で測定し、そのｔａ
ｎδの値が最も大きくなる温度をｔａｎδピーク温度と
し、またその値ｔａｎδピーク値を測定した。この動的
粘弾性測定により得られたｔａｎδと温度との関係を図
６に示し、またｔａｎδピーク温度及びｔａｎδピーク
値の測定結果を表1に示す。またＪＩＳＡによる硬度測
定試験に基づき、夫々のウレタン樹脂シートの硬度を測
定した。これらの結果を表１に示す。

【００３１】次に、図面５に示すような装置１７を用い
て、弾性体カップリングの収束性能を確かめた。実施例
１，３及び比較例１，３の弾性体カップリング１の片一
端を、テーブル付きボールネジ２０（ＣＴ０５０５ 日
本精工社製）に固定し、もう片一端をＡＣサーボモータ
２１（ＫＢシリーズ １００ｗ ２０００Ｐ／Ｒ 九州
松下電器社製）に装着した。尚、図示はしないが、ＡＣ
サーボモータにはＡＣサーボドライバ（ＫＦＳシリーズ
１００Ｗ 一軸仕様 ＡＣ１００Ｖ 九州松下電器社
製）が接続されており、動作制御を行う仕組みになって
いる。試験条件としては、ＡＣサーボモータを加減速時
間１０ｍｓ、最高速度３０ｋｐｐｓ、移動量４ｋｐｌ
ｓ、休止時間０．１ｓで起動・停止運転し、徐々に停止
時のゲイン（以下、静止保持ゲインと記す）を増加させ
ていき、カップリングが異常振動しない静止保持ゲイン
の上限値を測定した。尚、異常振動無しの判断は、停止
時に異音の発生がないこと、又はモニターユニットによ
るＡｓｉｎ波形の振幅が５００ｍｖ以下に収束するする
ことを条件とする。この静止保持ゲインの上限値が高い
カップリングほど、高ゲインにおいても収束しやすく、
ひいては振動減衰性能が高いということが言える。尚、
測定温度として−１０°Ｃの低温及び２５°Ｃの常温に
おいて試験し、夫々の静止保持ゲインの上限値の測定結
果を表１に記す。また、実施例１，２及び比較例１，２
について、テーブル付きボールネジ２０として、ＴＨＫ
社製ＫＬ３０を用いた以外は同様にして静止保持ゲイン
の上限値を求めた。この結果を表１に併記する。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１より、ｔａｎδピーク温度が５°Ｃ以
下の実施例１〜３の弾性体カップリングでは、低温下で
も収束性能に優れ、安定した振動減衰効果を示すことが
分かる。一方、同じくｔａｎδピーク温度が５°Ｃ以下
であっても、ｔａｎδピーク値が０．２未満の比較例３
では、常温と低温の収束性能の差はさほど無いものの、
実施例と比較して振動吸収性能が劣っていることが分か
る。また、比較例１，２は常温においては優れた収束性
能を示すが、温度に依存するところが大きく、低温下で
はその性能が急激に低下することが判明した。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、弾性体に
ウレタン樹脂組成物を用いると共に、ｔａｎδピーク値
が０．２以上であって、且つ、ｔａｎδピーク温度を５
°Ｃ未満の温度範囲内とすることで、低温下においても
安定した振動減衰性能を有する弾性体カップリングを得
ることができる。また硬度を６０°〜９０°とすること
でカップリングの位置決め精度が向上するという効果が
有る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる弾性体カップリングの縦断面図
である。

【図２】本発明にかかる弾性体カップリングの横断面図
である。

【図３】本発明にかかる弾性体カップリングのハブの側
面図である。

【図４】本発明にかかる弾性体カップリングのハブの正
面図である。

【図５】弾性体カップリングの静止保持ゲイン測定に係
る装置を表す図である。

【図６】弾性体に用いられているウレタン樹脂組成物の
ｔａｎδ及び温度の関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 弾性体カップリング ２Ａ，２Ｂ 円形ハブ ３Ａ，３Ｂ 軸取付孔 ４Ａ，４Ｂ ねじ孔 ５Ａ，５Ｂ 爪（突起） ７ 突起の側面 ９，１０ 放射状基準線 １７ 静止保持ゲイン測定装置 ２０ テーブル付きボールネジ ２１ ＡＣサーボモータ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J034 BA08 CA15 CB03 CB07 CC12 CC13 CC61 CC65 CC67 CD06 CD08 CD09 CD13 DA01 DB03 DB04 DB07 DF01 DG03 DG04 DG06 HA01 HA07 HC03 HC12 HC13 HC17 HC22 HC46 HC52 HC61 HC71 HC73 JA42 KA01 KB02 QB03 QB14 QB15 QC08 QD03 RA11

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御用モータの駆動軸と負荷側の従動軸
   を接続する弾性体カップリングであって、駆動軸及び従
   動軸のハブ間に弾性体を介在させた構造を有するものに
   おいて、弾性体はＪＩＳＡ硬度が６０〜９０°のウレタ
   ン樹脂組成物で構成すると共に、ウレタン樹脂組成物の
   振動数１０Ｈｚにおけるｔａｎδピーク値が０．２以
   上、且つ、ｔａｎδピーク温度が５°Ｃ以下であること
   を特徴とする弾性体カップリング。
2. 【請求項２】 ウレタン樹脂組成物が、エーテル系ポリ
   オール−トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）プレポリ
   マーにアミン系硬化剤を配合したウレタン樹脂組成物で
   ある請求項１記載の弾性体カップリング。
3. 【請求項３】 エーテル系ポリオール−トルエンジイソ
   シアネート（ＴＤＩ）プレポリマーが、ポリテトラメチ
   レンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）−トルエンジイソ
   シアネート（ＴＤＩ）プレポリマーである請求項１又は
   ２記載の弾性体カップリング。