JP2003021162A

JP2003021162A - 軸継手

Info

Publication number: JP2003021162A
Application number: JP2001205917A
Authority: JP
Inventors: Akira Murakami; 彰村上
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2003-01-24

Abstract

(57)【要約】【課題】２軸間が狭くても取り付けることができ、軸
線の曲がり、ずれ、軸方向の相対変位を吸収できる軸継
手を提供する。【解決手段】両端部がすだれ状に結合された複数本の
弾性を有する線材１２よりなり、両端部が連結すべき軸
１４，１５に巻き付けられて固定される構造とする。複
数本の線材１２は２軸間に位置する部分が全体として紡
錘形をなし、かつ回転方向に個々の線材１２がねじれた
状態となるように曲げ加工が施されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は２軸間を連結し
て、一方の軸の回転を他方の軸に伝達する軸継手に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ユニバーサルジョイント（自在継手）に
代表されるような軸継手は駆動軸から被駆動軸へトルク
を伝達する部材として広く用いられている。また、駆動
軸と被駆動軸の軸方向の相対変位を吸収できるようにす
べく、互いに摺動自在に嵌合してトルクを伝達するイン
ナーシャフトとアウターシャフトとを備え、それらイン
ナーシャフトとアウターシャフトの嵌合する側とは反対
側にそれぞれユニバーサルジョイントを設けて、駆動軸
と被駆動軸とを連結するといった構成も従来より採用さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、連結すべき
２軸間が狭い場合はユニバーサルジョイントを取り付け
るのは困難であり、ましてや２つのユニバーサルジョイ
ントとインナー・アウター両シャフトとによって軸継手
が構成されている場合にはそのような狭い２軸間にそれ
らを取り付けるのは不可能となっていた。また、従来の
軸継手は単一の伝達経路によってトルクが伝達される構
造のため、その伝達経路を構成している一部材（一部
品）が例えば破損すると、軸継手としての機能を失って
しまうものとなっていた。

【０００４】この発明の目的は上述した問題に鑑み、連
結すべき２軸間が狭くても取り付けることができ、かつ
それら軸の軸方向の相対変位を吸収することができ、ま
た破壊に対して冗長性をもつ軸継手を提供することにあ
り、さらにはトルク伝達のみならず、信号伝達経路とし
ても用いることができるようにした軸継手を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、２軸間を連結する軸継手は、両端部がすだれ状に結
合された複数本の弾性を有する線材よりなり、それら線
材の両端部がそれぞれ連結すべき軸に巻き付けられて固
定される構造とされ、複数本の線材は上記固定された状
態で２軸間に位置する部分が全体として紡錘形をなし、
かつ回転方向に個々の線材がねじれた状態となるように
曲げ加工が施されているものとされる。請求項２の発明
では請求項１の発明において、線材が絶縁被覆を有する
導電線よりなるものとされる。

【０００６】請求項３の発明では請求項１の発明におい
て、線材が光ファイバよりなるものとされる。請求項４
の発明では請求項１乃至３のいずれかの発明において、
上記紡錘形の内部空間にダンパ材が充填される。請求項
５の発明では請求項４の発明において、ダンパ材が樹脂
膜で包まれた粘性を有するゲル材よりなるものとされ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面を参
照して実施例により説明する。図１はこの発明による軸
継手の一実施例が連結すべき２軸間に取り付けられた状
態を示したものであり、図２はその軸継手を軸から取り
外し、展開した状態を示したものである。この例では軸
継手１１は図２に示したように、複数本の線材１２がす
だれ状に両端部が結合されてなるものとされる。

【０００８】各線材１２は図２Ｂに示したように、その
中間部が線材１２の配列面と垂直方向に円弧状に突出す
るように曲げ加工が施されており、かつ図２Ａに示した
ように、一端部に対して他端部が線材１２の配列方向に
所定量、平行にずれるように曲げ加工が施されている。
これら線材１２は弾性を有するものとされ、例えば樹脂
被覆を有するピアノ線によって構成される。なお、両端
の結合部１３はこの例では線材１２の被覆樹脂を互いに
溶着することによって形成されている。

【０００９】上記のような構成を有する軸継手１１は、
両端の結合部１３が図１に示したように、それぞれ連結
すべき軸１４，１５に巻き付けられることによって取り
付けられる。なお、この例では軸１４が駆動軸とされ、
軸１５が被駆動軸とされる。巻き付けられた結合部１３
の各軸１４，１５への固定は図１に示したように、例え
ばベルト状のクランプ１６で回りを締め付け、軸１４，
１５に圧接させることにより行われる。図１中、１７は
クランプ１６の締め付け用のネジを示す。上述したよう
に立体的に曲げ加工が施されている複数本の線材１２
は、軸１４，１５に固定された状態で、それら軸１４，
１５間に位置する部分が全体として紡錘形をなし、かつ
回転方向に個々の線材１２がねじれた状態となる。

【００１０】上記のような形状・構造をなして取り付け
られる軸継手１１によれば、軸１４，１５間のトルク伝
達は複数本の線材１２によって行われるものとなってい
る。従って、例えばそのうちの一部が破損しても機能を
完全に失うといった事態には至らず、破壊に対して冗長
性を有するものとなっている。また、上述したように弾
性を有する線材１２は全体として紡錘形状を構成すると
共に、個々には回転方向にねじれて、いわゆるトーショ
ンバーの効果を有するものとなっているため、曲げ、軸
ずれ及び軸方向に自由度をもち、変形に強いものとなっ
ており、両軸１４，１５の軸線の曲がり、ずれ及び軸方
向の相対変位を吸収することができるものとなってい
る。

【００１１】なお、軸１４，１５への取り付けは、軸１
４，１５に両端部を巻き付けることによって行われ、か
つそれら２軸１４，１５間に位置する紡錘形部分は変形
自由度の大きいものであるため、軸１４と１５との間が
狭くても取り付けることができ、また軸受から軸１４，
１５を外さなくても取り付けることができ、交換も容易
に行うことができる。線材１２の本数及び線径は取り付
ける軸の径及び伝達トルクに応じて適宜、選定される。

【００１２】なお、線材１２の両端の結合部１３は上述
した例では被覆樹脂を互いに溶着することによって形成
されているが、例えば図３（１）に示したようなリンク
１８を用いることもできる。このリンク１８は図３
（１）に示したように、一半部が凸形状、他半部が凹形
状とされてそれら凹凸が互いに組み合わせ可能とされ、
その凹・凸の各突出部１８ａは円弧状に曲げられて線材
１２を包囲する形状とされているものであり、図３
（２）に示したように凹凸を組み合わせて配列したリン
ク１８の計３つの突出部１８ａよりなる各固定部に順
次、線材１２を挿通して固定することにより結合部１３
が形成される。線材１２のリンク１８への固定は図３
（２）に示したようにピン１９を使用してピン止めする
ことによって行われる。なお、突出部１８ａをかしめて
線材１２を圧着固定することもできる。

【００１３】上述した例では線材１２はトルク伝達経路
として機能するものとなっているが、トルク伝達のみな
らず、信号伝達経路としても用いる例を以下、説明す
る。図４は軸継手１１を構成する線材１２を絶縁被覆を
有する導電線として、電気信号の伝達経路として使用で
きるようにした例を示したものであり、この例では結合
部１３で結合された各線材１２の先端はスリップリング
２１の可動体２２に設けられたソケット穴に挿入固定さ
れるものとされる。まず、図５を参照してスリップリン
グ２１の構成について説明する。

【００１４】スリップリング２１はリング状をなす可動
体２２と固定体２３とよりなり、可動体２２はその一端
面に複数のソケット穴２４が設けられているものとされ
る。これらソケット穴２４は同一円周上に等角間隔に配
列されており、その内部には図には示していないが、そ
れぞれソケットコンタクトが収容されている。一方、可
動体２２の他端面には複数のばね接点２５が所定量突出
されて配設されている。これら複数のばね接点２５は等
角間隔で、かつ順次径方向に位置がずれるように配置さ
れており、ソケット穴２４側の対応するソケットコンタ
クトと内部でそれぞれ導通されている。

【００１５】固定体２３の一端面には同心円をなす複数
の電極パターン２６が形成されており、これら電極パタ
ーン２６の位置は可動体２２のばね接点２５の位置とそ
れぞれ対応するものとなっている。なお、固定体２３の
周面からはそれぞれ内部で電極パターン２６と導通され
ている複数のリード線２７が導出されている。上記のよ
うな構造を有する可動体２２と固定体２３はこの例では
それぞれ半円弧状をなす二つの半部に分割できる構造と
なっている。次に、スリップリング２１及び軸継手１１
の軸１４，１５への取り付けについて説明する。なお、
軸１４，１５はこの例では図４に示したように、所定の
角度をもって軸線が交わるものとされる。図４中、２
８，２９はそれぞれ軸受３１，３２を介して軸１４，１
５を支持するベースを示す。

【００１６】スリップリング２１の固定体２３は軸１４
を囲んでベース２８に固定され、この固定体２３の電極
パターン２６形成面にばね接点２５配設面が対向されて
可動体２２が軸１４に取り付けられる。可動体２２はこ
の例では全体としてリング状をなす二つのスペーサ３３
（図５（１）参照）を介して軸１４の回りに固定され、
この固定はベルト状をなすクランプ３４によって二つの
半部２２ａ，２２ｂを締め付けることによって行われ
る。図４中、３５は締め付け用のネジを示す。軸１５側
にも上記と同様にして、可動体２２及び固定体２３が取
り付けられる。

【００１７】軸継手１１はその両端部がそれぞれ軸１
４，１５の回りに巻き付くように配置され、その状態で
各線材１２の先端が可動体２２のソケット穴２４に挿入
固定される。つまり、この例では軸継手１１を構成する
各線材１２は軸１４，１５に一体化された可動体２２に
固定されるものとなる。上記のような構成によれば、両
軸１４，１５間のトルク伝達は順次スペーサ３３，可動
体２２，軸継手１１，可動体２２及びスペーサ３３を介
して行われる。そして、二つのスリップリング２１と軸
継手１１を介して電気信号の伝達も同時に行えるものと
なる。電気信号の伝達経路は線材１２の本数分形成で
き、つまり線材１２の本数分の信号を伝達できるものと
なる。なお、線材１２には絶縁被覆を有するりん青銅線
等が用いられる。

【００１８】図６は軸継手１１を光信号の伝達経路とし
ても使用できるようにした例を示したものであり、この
例では軸継手１１を構成する線材は光ファイバ３６とさ
れ、樹脂被覆を有するものとされる。軸継手１１の両端
の結合部１３は被覆樹脂を溶着することによって形成さ
れ、この例では結合部１３より先端側の光ファイバ（線
材）３６は折り曲げられて図６Ｂに示したように放射状
をなすものとされる。軸継手１１の軸１４，１５への取
り付けは両結合部１３をそれぞれ軸１４，１５に巻き付
けて、図１と同様にクランプ１６で固定することによっ
て行われる。

【００１９】軸１４，１５はそれぞれ軸受３１，３２を
介してベース２８，２９に支持されており、この例では
これらベース２８，２９に光素子保持体３７がそれぞれ
軸１４，１５を囲んで配置固定される。光素子保持体３
７は図７に示したような構成を有するもので、この例で
はその内周面に発光ダイオード（ＬＥＤ）３８とフォト
トランジスタ３９とが各１個、それぞれその光の入出射
方向が中心方向とされて取り付けられている。軸継手１
１の両端の放射状をなす部分は図６に示したように、そ
れぞれ光素子保持体３７の内部空間に位置され、これに
より軸継手１１を構成する光ファイバ３６を介して光信
号が伝達されるものとなる。図８は光信号伝達経路を模
式的に示したものであり、図中、４１はＴｘ／Ｒｘ変換
部を示す。

【００２０】なお、光素子保持体３７に配置する光素子
の数はこの例では発光ダイオード３８，フォトトランジ
スタ３９各１個としているが、その数は用途に応じて適
宜選定される。次に、上記のように軸継手１１を構成す
る線材を光ファイバ３６として、トルク伝達と光信号伝
達とを行えるようにした軸継手１１を応用した機器の具
体的構成例について説明する。図９は軸継手１１を４つ
使用してなるイルミネーション器具を示したものであ
り、底板５１上に半球状をなすドーム体５２が搭載さ
れ、そのドーム体５２に形成された４つの開口５３から
それぞれ光ファイバ３６の束が突出されたものとなって
いる。

【００２１】このイルミネーション器具はドーム体５２
が回転すると同時に、各開口５３から突出している光フ
ァイバ３６の束も回転し、その回転により広がり、かつ
ゆれる各光ファイバ３６の端面から光が出射されるもの
となっている。まず、回転駆動系の構成について説明す
る。ドーム体５２の底板５１側の内周面には全周歯車５
４が一体に取り付けられており、この全周歯車５４はベ
アリング５５を介して底板５１に支持されている。全周
歯車５４の内側には図１０に示したように、全周歯車５
４とかみあう４つの遊星歯車５５が９０°間隔で配置さ
れ、さらにこれら４つの遊星歯車５５とかみあう太陽歯
車５６が中心に配置されている。

【００２２】太陽歯車５６は底板５１に突設された段付
きシャフト５７に挿通支持されており、一方４つの遊星
歯車５５は十字状をなす支持アーム５８の十字の各先端
に取り付けられた保持具５９に挟み込まれて保持されて
いる。図１０Ｃはこの遊星歯車５５が保持具５９に保持
されている部分の詳細を示したものであり、遊星歯車５
５は図に示したように一端面側にフランジ５５ａを備
え、両端面の周縁部が保持具５９の断面コ字状部５９ａ
に挟み込まれて保持されている。コ字状部５９ａの対向
する内面、即ち遊星歯車５５を挟み込む面はすべり面と
されている。各遊星歯車５５は図１０Ａに示したよう
に、２つの保持具５９の計４つのコ字状部５９ａによっ
て保持されている。

【００２３】なお、支持アーム５８はベアリング６１を
介してその中心が段付きシャフト５７の小径部５７ａに
挿通支持されており、さらにその十字をなす各アーム部
がベアリング６２を介して太陽歯車５６上に支持されて
いる。各遊星歯車５５にはその厚さ方向に貫通する穴６
３が同一円周上に配列されて形成されており、一方図９
に示したようにドーム体５２の各開口５３の内面側にベ
アリング６４を介して取り付けられている回転板６５に
も同様に穴６６が配列形成されている。

【００２４】複数の光ファイバ３６よりなる軸継手１１
はそれら光ファイバ３６の一端側が遊星歯車５５の各穴
６３に挿通されて固定され、他端側が回転板６５の各穴
６６に挿通されて固定され、その先端が開口５３よりド
ーム体５２の外へ突出される。なお、全周歯車５４には
図１０Ａに示したように、駆動歯車６７がかみあわされ
ており、この駆動歯車６７はモータ等（図示せず）によ
って駆動されるものとなっている。

【００２５】トルクは駆動歯車６７→全周歯車５４→遊
星歯車５５→軸継手１１→回転板６５という経路によっ
て伝達され、これにより全周歯車５４と一体のドーム体
５２が回転すると共に、４つの回転板６５にそれぞれ固
定されている光ファイバ３６の束も回転するものとな
る。これら光ファイバ３６の端面から光を出射させるた
めの光源は図９に示したように、底板５１上に配置され
る。この例では光源として発光ダイオード６８を用いた
ものとなっており、発光ダイオード６８は各遊星歯車５
５から突出する光ファイバ３６の端面と対向する位置
に、それぞれ複数実装されている。

【００２６】一つの光ファイバ３６の束、つまり一つの
軸継手１１に対応する発光ダイオード６８は例えば赤、
青、緑等の発光色のものをランダムに、あるいは規則的
に配置した構成とする。これら発光ダイオード６８から
出射された光は、軸継手１１を構成する光ファイバ３６
を通って外部に出射されるものとなる。光ファイバ３６
のドーム体５２より突出している部分はその回転による
遠心力により広がり、かつゆれるため、イルミネーショ
ンとして視覚的に優れたものとなる。なお、各光ファイ
バ３６の色や明度はその光ファイバ３６の発光ダイオー
ド６８の配列上の移動に応じて変化するものとなる。

【００２７】以上説明したように、この発明では弾性を
有する複数本の線材によって軸継手を構成するものとな
っており、線材を選定することにより、単にトルク伝達
のみならず、電気信号や光信号の伝達経路としてもその
軸継手を使用できるものとなっている。ここで、線材が
弾性を有することから、軸継手自体にねじれ振動やたわ
み振動が生じるといったことが考えられ、振動が発生す
ると被駆動軸側に影響を及ぼし、用途によってはこの振
動が問題となるという状況が発生する。

【００２８】以下、このような振動を減衰させるための
構成について説明する。図１１は図１に示した軸継手１
１に対して減衰特性をもたせる場合の構成を示したもの
であり、この例では軸継手１１がなす紡錘形の内部空間
にダンパ材７１を充填するものとする。ダンパ材７１は
この例では粘性を有するゲル材７２を樹脂膜７３で包ん
だ構造とされ、線材１２間の隙間から押し込むことによ
って紡錘形の内部空間に充填される。

【００２９】樹脂膜７３は例えばシリコンゴム製とさ
れ、ゲル材７２はシリコンゴム等のゲル材とされる。こ
のようにダンパ材７１を軸継手１１のなす紡錘形の内部
空間に充填することにより、振動に対し、減衰効果が得
られるものとなる。また、トルク変化があった場合に、
このダンパ材７１によって軸継手１１の変形によるよじ
れ（軸受負荷の増大）を防止できるものとなる。なお、
ゲル材７２の粘性を変えることで減衰特性を容易に変え
ることができ、また例えば軸継手１１を構成する線材１
２に電流を流し、ゲル材７２の温度を変えられるように
すれば、ダンパ材７１を交換することなく、減衰特性を
変化させることができる。

【００３０】ダンパ材７１としては上述した例に限ら
ず、例えばシリコンゴム系接着剤を紡錘形の内部空間に
充填し、紫外線（ＵＶ）照射により表面近くのみ半硬化
させるといったことによっても構成することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明による軸
継手によれば、連結すべき２軸間が狭くても取り付ける
ことができ、また例えば軸受から軸を外さなくてもその
取り付け、交換を容易に行うことができる。さらに、軸
線の曲がり、ずれ、軸方向の相対変位を吸収することが
でき、かつ破壊に対して冗長性を有するものとなってお
り、それらの点で良好な性能を有する軸継手を得ること
ができる。

【００３２】しかも、請求項２の発明によれば、トルク
伝達のみならず、電気信号の伝達経路としても用いるこ
とができ、請求項３の発明では光信号の伝達経路として
も用いることができる。さらに、請求項４の発明によれ
ば、軸継手自体に生じる振動を減衰させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の一実施例を示す斜視図。

【図２】Ａは図１における軸継手を展開して示した平面
図、Ｂはその正面図。

【図３】線材の結合方法の他の例を説明するための図、
（１）は結合に用いるリンクを示す図、（２）はリンク
による結合状態を示す図。

【図４】請求項２の発明による軸継手の使用形態の一例
を示す図。

【図５】図４におけるスリップリングの構成を示す図、
（１）は可動体、（２）は固定体。

【図６】Ａは請求項３の発明による軸継手の使用形態の
一例を示す図、Ｂはその軸継手の端部の形状を説明する
ための図。

【図７】図６における光素子保持体の構成を示す図、Ａ
は正面図、Ｂは断面図。

【図８】図６における光信号伝達経路を模式的に示した
図。

【図９】Ａは請求項３の発明による軸継手を用いて構成
したイルミネーション器具の部分断面図、Ｂはその平面
図。

【図１０】図９のイルミネーション器具の内部構造を説
明するための図。

【図１１】請求項４の発明の一実施例を説明するための
図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２軸間を連結する軸継手であって、両端部がすだれ状に結合された複数本の弾性を有する線
材よりなり、それら線材は上記両端部がそれぞれ連結すべき軸に巻き
付けられて固定される構造とされ、上記複数本の線材は、上記固定された状態で２軸間に位
置する部分が全体として紡錘形をなし、かつ回転方向に
個々の線材がねじれた状態となるように曲げ加工が施さ
れていることを特徴とする軸継手。
【請求項２】請求項１記載の軸継手において、上記線材が絶縁被覆を有する導電線よりなることを特徴
とする軸継手。
【請求項３】請求項１記載の軸継手において、上記線材が光ファイバよりなることを特徴とする軸継
手。
【請求項４】請求項１乃至３記載のいずれかの軸継手
において、上記紡錘形の内部空間にダンパ材が充填されていること
を特徴とする軸継手。
【請求項５】請求項４記載の軸継手において、上記ダンパ材が樹脂膜で包まれた粘性を有するゲル材よ
りなることを特徴とする軸継手。