JP2005207484A - 軸継手 - Google Patents

Abstract

【課題】平行な２軸間で互いに直交する案内溝内を転動する球体を介して動力を伝達する方式の軸継手において、動力伝達動作をより滑らかにすることである。
【解決手段】平行な２軸にそれぞれ連結されたプレート１、２の対向面に設けられる案内溝５、６の幅方向断面形状を、両案内溝５、６の交差位置に配される鋼球３の半径よりも大きい曲率半径を有し、溝幅方向の両側から同時に鋼球３と接触する２つの対称な円弧面５ａ、６ａから成るものとして、鋼球３の案内溝幅方向の動きを拘束することにより、継手内の軸方向のガタつきを生じにくくして、滑らかに動力伝達を行えるようにしたのである。
【選択図】図２

Description

この発明は、互いに平行な２軸を連結して２軸間で動力を伝達する軸継手に関する。

一般的な機械装置の２つの軸を連結して駆動側から従動側へ動力を伝達する軸継手は、連結する２軸の位置関係によって構造が異なり、２軸が１直線上にあるもの、交差するもの、互いに平行（かつ同心でない）ものに大別される。

このうちの平行な２軸を連結する軸継手としては、オルダム継手がよく知られている。しかし、このオルダム継手は、大きな動力を伝達すると、２軸間に介装されるスライダどうしの摩擦面に潤滑不良が生じて動力伝達がスムーズに行われなくなる場合があるし、大きな偏心量（２軸の径方向のずれ量）を許容できない問題もある。

また、オルダム継手以外では、軸方向で対向する２つの回転部材（ディスク）間にプレートを挿入し、このプレートの表裏面の複数箇所に直動ガイドをその作動方向がプレートの表裏で互いに直交するように配し、プレートと直動ガイドを介して両回転部材間で動力を伝達する機構が提案されている（特許文献１参照。）。

この機構を採用すれば、直動ガイドの長さを変えるだけで必要な偏心量を得ることができるし、直動ガイド内の相対移動面に複数の鋼球を配することにより、大きな動力をスムーズに伝達することもできる。しかし、直動ガイドを多数使用するため、製造コストがかなり高くなるし、直動ガイドを精度よく組み付けることが難しく、組付作業に非常に手間がかかるようになる。

そこで、本出願人は、本発明より先に、軸方向で対向する２つの回転部材の対向面に複数の案内溝を相手側の案内溝と直交するように設け、両回転部材の案内溝の交差位置に配した転動体を介して両回転部材間で動力を伝達する軸継手を提案した（特願２００３−３９２１４５号）。

この軸継手は、両回転部材の案内溝の交差位置に配された転動体が、保持器に回転部材径方向の移動を拘束された状態で、駆動側の回転部材に押され、案内溝内を転動しながら従動側の回転部材を押して動力を伝達する。従って、動力伝達時の摩擦抵抗が少なく、大きな動力を伝達できるし、案内溝の長さを変えるだけで必要な偏心量を得られる。また、両回転部材間の部品が転動体と保持器だけのため、製造コストが安く、組付性も良い等、多くの特長を有している。

ところで、この軸継手では、通常、転動体のこじりを防止するとともに案内溝加工を容易に行えるようにするために、図５（ａ）に示すように、転動体を球体５１とし、各回転部材５２、５３の案内溝５４、５５の断面形状を、球体５１の半径よりも大きい曲率半径を有する曲面としている。しかし、動力伝達時には、図５（ｂ）に示すように、球体５１の案内溝幅方向の位置が図示省略した保持器との隙間や軸方向拘束機構のガタ等のために変動し、僅かながら継手内で軸方向のガタつきが生じて音や振動が発生することがあり、この点に若干の改善の余地があった。
特開２００３−２６０９０２号公報

この発明の課題は、平行な２軸間で互いに直交する案内溝内を転動する球体を介して動力を伝達する方式の軸継手において、動力伝達動作をより滑らかにすることである。

上記の課題を解決するため、この発明は、軸方向で対向し、回転軸が互いに平行でかつ同心でない状態に保持される２つの回転部材のそれぞれの対向面に、複数の案内溝を相手側の回転部材の対応する位置の案内溝と直交するように設け、前記両回転部材の案内溝が交差する位置に、各案内溝に案内されて転動する球体を配し、これらの各球体の回転部材径方向の移動を拘束する保持器を設けて、前記各球体を介して前記両回転部材間で動力を伝達するようにした軸継手において、前記各案内溝の幅方向断面形状を、溝幅方向の両側から同時に前記球体と接触する複数の面を有するものとしたのである。

すなわち、両回転部材の案内溝の交差位置に配された球体を案内溝と溝幅方向両側で同時に接触させて、球体の案内溝幅方向の動きを拘束することにより、動力伝達時に継手内でガタつきが生じにくいようにしたのである。

上記の構成において、前記各案内溝の溝幅方向両側から球体と接触する複数の面を、それぞれ前記球体の半径以上の曲率半径を有する曲面とすれば、球体との接触面積を大きくして接触面圧を低く抑えることができる。

一方、前記各案内溝の溝幅方向両側から球体と接触する複数の面を、それぞれ平面とすれば、案内溝加工がより容易になるし、曲面とする場合よりも溝形状の設計自由度が大きくなる。

また、前記各案内溝の球体と接触しない部分に、高い加工精度を必要としない逃げ部を設けることにより、案内溝加工の手間を軽減することができる。

この発明の軸継手は、上述したように、球体が両回転部材の案内溝と溝幅方向の両側で同時に接触するようにして、球体の案内溝幅方向の動きを拘束したものであるから、継手内でガタつきが生じにくく、滑らかに動力伝達を行うことができる。

以下、図１乃至図４に基づき、この発明の実施形態を説明する。図１乃至図３は、第１の実施形態を示す。この軸継手は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、軸方向で対向し、回転軸が互いに平行な状態に保持される入出力軸Ａ、Ｂのそれぞれの軸端部に嵌め込まれる回転部材としてのプレート１、２と、両プレート１、２間に配される複数の球体としての鋼球３と、各鋼球３のプレート径方向の移動を拘束する環状の保持器４とを備え、各鋼球３を介して両プレート１、２間で動力を伝達するものである。なお、図１は、説明上、入出力軸Ａ、Ｂが同心の状態を示しているが、通常は後述するように入出力軸Ａ、Ｂの回転軸がずれた（偏心した）状態で使用される。

前記各プレート１、２は、それぞれ筒部で入力軸Ａおよび出力軸Ｂの軸端部外周に嵌め込まれ、軸方向で対向する状態で固定されている。各プレート１、２の対向面には、それぞれ６つの案内溝５、６が、相手側のプレートの対応する位置の案内溝と直交し、プレート径方向と４５度をなす方向に直線状に延びるように設けられ、前記保持器４には、各案内溝５、６と対応する位置に、径方向と直交する方向に直線状に延びる長孔７が設けられている。各プレート１、２の案内溝５、６および保持器４の長孔７は、入出力軸Ａ、Ｂの回転軸がずれる際のプレート径方向の最大移動距離に鋼球３の直径を加えた長さに形成されている。これにより、両プレート１、２の案内溝５、６の交差位置に配された鋼球３が、保持器４の長孔７に収納された状態で案内溝５、６に案内されて転動する。

前記各案内溝５、６の幅方向断面形状は、図２（ａ）に示すように、それぞれ鋼球３の半径よりも大きい曲率半径を有し、溝幅方向の両側から同時に鋼球３と接触する２つの対称な円弧面５ａ、６ａから成るゴシックアーチ形となっている。これにより、鋼球３は、後述するように動力伝達を行うときにも案内溝幅方向の動きが拘束される。また、円弧面５ａ、６ａの曲率半径が鋼球３半径よりも大きいので、鋼球３との接触面積が大きく取れ、接触面圧を低く抑られる。なお、各案内溝５、６の縁部は、鋭角としてもよいが、溝加工によるバリの発生を防止するために曲面とするか、面取り加工を施してバリを除去しておくことが望ましい。

図２（ｂ）は、案内溝形状の変形例を示す。この例では、各案内溝５、６の底側の鋼球３と接触しない部分に逃げ部５ｂ、６ｂを設けている。逃げ部５ｂ、６ｂは円弧面５ａ、６ａのように寸法や粗さを精度よく仕上げる必要がないので、この例の方が図２（ａ）の例よりも案内溝加工の手間が少ない。

一方、保持器４の長孔７は、加工精度のばらつきを考慮して、鋼球３の直径よりも若干広い幅に形成されている。

また、図１（ａ）、図１（ｂ）に示したように、この軸継手には、前記両プレート１、２の軸方向間隔の変化を拘束するための３つの軸方向拘束機構８と、継手内部に潤滑材を保持するとともに継手外部からの異物の侵入を防止するための外径ブーツ９、内径シール１０、外カバー１１および内カバー１２が設けられている。

前記各軸方向拘束機構８は、各プレート１、２の対向面と反対側に配される２枚の拘束板８ａ、８ｂと、入力側の拘束板８ａと一体に形成され、各プレート１、２、保持器４および出力側の拘束板８ｂを貫通するねじ８ｃと、ねじ８ｃと結合して両拘束板８ａ、８ｂを連結するロックナット８ｄとから成り、ロックナット８ｄを締め込むことにより、両側の拘束板８ａ、８ｂで両プレート１、２を挟み付けるようになっている。

また、各プレート１、２には、軸方向拘束機構８のねじ８ｃを通す案内孔１３、１４がプレート径方向と４５度をなす方向に直線状に延びるように形成されており、各プレート１、２の拘束板８ａ、８ｂとの対向面には、案内孔１３、１４の周縁に沿って拘束板８ａ、８ｂが嵌まり込む凹部１５、１６が設けられている。

この軸継手は、上記の構成であり、入力軸Ａが回転駆動されて、これに固定されたプレート１が回転すると、この入力側プレート１の案内溝５に周方向から押された鋼球３が、保持器４でプレート径方向の移動を拘束された状態で、出力軸Ｂに固定されたプレート２の案内溝６を押して出力側プレート２を回転させることにより、出力軸Ｂに動力が伝達される。なお、入力軸Ａの回転方向が変わったり、入出力軸Ａ、Ｂの駆動側と従動側が逆になっても、同じメカニズムで動力伝達が行われる。

上記の動力伝達のメカニズムは、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように入出力軸Ａ、Ｂの回転軸がずれた通常の使用状態でも、基本的に同じである。図３（ａ）、（ｂ）の状態では、各プレート１、２の回転軸のずれにより、案内溝５、６の交差位置がプレート周方向で変化しており、各鋼球３が案内溝５、６および保持器４の長孔７内を転動しながら両プレート１、２間の動力伝達を行っている。

このとき、軸方向拘束機構８は、ねじ８ｃがプレート１、２の案内孔１３、１４内を移動し、各拘束板８ａ、８ｂがプレート凹部１５、１６と摺動するので、この摺動を妨げない範囲にロックナット８ｄの締込量を調整しておく必要がある。このため、使用中のロックナット８ｄの緩み等により、各拘束板８ａ、８ｂとプレート凹部１５、１６との間でガタが生じることがある。しかし、鋼球３は、両プレート１、２の案内溝５、６と溝幅方向両側で接触しているため、溝幅方向の位置が変動することはない。

すなわち、この軸継手では、鋼球３と保持器４の間や軸方向拘束機構８にガタがあっても、軸方向のガタつきが生じにくく、滑らかに動力伝達を行うことができる。

また、案内溝５、６の円弧面５ａ、６ａの曲率中心位置と曲率を適切に設計して、鋼球３の案内溝５、６との接触角を大きくすることにより、動力伝達時にプレート１、２および鋼球３を介して軸方向拘束機構８に作用する軸方向の力を小さくして、各拘束板８ａ、８ｂとプレート凹部１５、１６との間の摩擦力を低減し、動力の伝達ロスを少なくすることができる。

図４は、第２の実施形態の軸継手の案内溝形状を示す。この実施形態の案内溝以外の構成および動力伝達のメカニズムは、第１の実施形態と同じである。

図４（ａ）の例では、各プレート１、２の案内溝５、６の幅方向断面形状は、溝幅方向両側から同時に鋼球３と接触する２つの面をそれぞれ平面５ｃ、６ｃとしたＶ字形となっている。このため、第１の実施形態のように鋼球３との接触面を曲面とする場合に比べて案内溝加工が簡単で、溝形状の設計自由度も大きい。

図４（ｂ）は、軸方向拘束機構８に作用する軸方向の力を低減するために、図４（ａ）の案内溝５、６の平面５ｃ、６ｃの切り込み角度を変えて、鋼球３の接触角を大きくした例である。この例では、案内溝５、６は、底側が抜けて長孔状になっている。

また、図４（ｃ）は、図４（ｂ）と同様に接触角を大きくするとともに、平面５ｃ、６ｃの切り込み量を小さくし、底側が抜けないようにして、プレート１、２の強度を確保した例である。このとき、案内溝５、６の底面は高い加工精度を必要としない逃げ部５ｄ、６ｄとなるので、案内溝５、６加工の手間はほとんど変わらない。

第１の実施形態の軸継手の要部の側面図（回転軸が同心） 図１（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った断面図 ａは図１の各プレートの案内溝の断面形状を示す図、ｂはａの変形例を示す図 図１の軸継手の使用状態を示す要部の側面図（回転軸が偏心） 図３（ａ）のIII−III線に沿った断面図 ａ、ｂ、ｃは、それぞれ第２の実施形態の軸継手の案内溝の断面形状の例を示す図 ａは従来の軸継手の案内溝の断面形状を示す図、ｂはａの案内溝断面と球体の動力伝達時の状態を示す図

符号の説明

１、２ プレート
３ 鋼球
４ 保持器
５、６ 案内溝
５ａ、６ａ 円弧面
５ｂ、６ｂ 逃げ部
５ｃ、６ｃ 平面
５ｄ、６ｄ 逃げ部
７ 長孔
８ 軸方向拘束機構
８ａ、８ｂ 拘束板
８ｃ ねじ
８ｄ ロックナット
１３、１４ 案内孔
１５、１６ 凹部
Ａ 入力軸
Ｂ 出力軸

Claims (4)

1. 軸方向で対向し、回転軸が互いに平行でかつ同心でない状態に保持される２つの回転部材のそれぞれの対向面に、複数の案内溝を相手側の回転部材の対応する位置の案内溝と直交するように設け、前記両回転部材の案内溝が交差する位置に、各案内溝に案内されて転動する球体を配し、これらの各球体の回転部材径方向の移動を拘束する保持器を設けて、前記各球体を介して前記両回転部材間で動力を伝達するようにした軸継手において、前記各案内溝の幅方向断面形状を、溝幅方向の両側から同時に前記球体と接触する複数の面を有するものとしたことを特徴とする軸継手。
2. 前記各案内溝の溝幅方向両側から球体と接触する複数の面を、それぞれ前記球体の半径以上の曲率半径を有する曲面としたことを特徴とする請求項１に記載の軸継手。
3. 前記各案内溝の溝幅方向両側から球体と接触する複数の面を、それぞれ平面としたことを特徴とする請求項１に記載の軸継手。
4. 前記各案内溝の球体と接触しない部分に逃げ部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の軸継手。

Images