JP2005214397A - 嵌合連結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 非常に高い連結力を得ることができると共に、連結作業が簡素であり、軸部材同士の着脱も可能であって、しかも極めて小径の部材同士の連結に適用可能な嵌合連結構造を提供する。
【解決手段】 透視度センサ１に適用されるスイングワイパ５において、ワイパ用モータ５１からの駆動力を伝達するために駆動シャフト５３とワイパ部材５４とを嵌合連結するに際し、駆動シャフト５３の先端部分にローレットを形成し、ワイパ部材５４の連結孔内面に上記ローレットの形状に略合致する溝付き孔形状加工部分を形成する。ローレット部分を溝付き孔形状加工部分に挿入することにより駆動シャフト５３とワイパ部材５４とを動力伝達可能で且つ着脱自在に連結する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば駆動源からの駆動出力としての回転力を他の部材に伝達する場合などに適用される部材同士の嵌合連結構造に係る。特に、本発明は、連結作業性の向上を図りながらも確実な動力伝達を可能にする連結構造を得るための対策に関する。

従来より、電動モータその他の駆動源からの出力である回転力を回転軸（駆動側部材）から他の部材（従動側部材）に伝達する場合には、この駆動側部材と従動側部材とを回転一体に連結するための連結構造が必要である。この種の連結構造としては、これまで以下のものが知られている。

・ネジによる連結：例えば従動側部材に孔を形成しておき、駆動側部材をその孔に挿入した状態で、従動側部材の外周側から駆動側部材の中心に向けてネジをねじ込むことにより両者を回転一体に連結する構造。

・キーによる連結：互いに嵌め合わされた部材同士の合わせ面にキー溝を形成しておき、このキー溝にキーを挿入する構造。（例えば下記の特許文献１）。

・接着剤による連結：互いに嵌め合わされる部材同士の合わせ面に接着剤を塗布しておく構造（例えば下記の特許文献２）。

・ローレットの圧入による連結：従動側部材に孔を形成しておき、駆動側部材の外周面にローレットを形成し、このローレット部分を従動側部材の孔に圧入嵌合する構成（例えば下記の特許文献３）。
特開２００２−３７２１１０号公報 特開２００３−１５９９０７号公報 特開２０００−１１０８１０号公報

しかしながら、上述したこれまでの嵌合連結構造にあっては以下に述べる課題があった。

・ネジによる連結では、十分な締結力を得ることが難しく、大きな回転駆動力を伝達することができない。また、ネジの弛みによって動力伝達不能状態となることが懸念される。

・キーによる連結では、キーに作用する面圧が非常に高くなるため高い締結力を確保することが難しい。また、周方向の複数箇所にキーを適用するものもあり、この場合、上記面圧を緩和することはできるが、大きな回転駆動力を伝達するためには未だ不十分である。

・接着剤による連結では、接着剤の塗布量や塗布膜厚によって締結力が変動するため、そのコントロールが困難である。また、接着剤の塗布工程やその乾燥工程が必要であって連結作業が煩雑であるばかりでなく、連結される各部材同士は着脱不能に一体化されてしまうため、一方の部材のみを交換するといったことができず、実用性に欠ける。

・ローレットの圧入による連結では、上記接着剤による連結の場合と同様に、連結される各部材同士は着脱不能に一体化されてしまうため、一方の部材のみを交換するといったことができず、実用性に欠ける。

また、上述したこれまでの嵌合連結構造は、比較的大径の部材同士の連結には実用化されているが、極めて小径（例えば駆動側部材の軸直径が３ｍｍ程度のもの）の部材同士の連結に適用しようとした場合には、各部材の加工や接着剤の塗布といった作業が極めて困難であり、このような極めて小径な部材同士の連結に適した嵌合連結構造については未だ提案されていない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、非常に高い連結力を得ることができると共に、連結作業が簡素であり、軸部材同士の着脱も可能であって、しかも極めて小径の部材同士の連結に適用可能な嵌合連結構造を提供することにある。

上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決手段は以下のとおりである。先ず、連結孔が形成された第１部材と、この第１部材の連結孔に挿入されることにより第１部材との間で回転力の伝達が可能となる軸形状の第２部材とを連結するための嵌合連結構造を前提とする。この嵌合連結構造に対し、上記第２部材の外周面に平目ローレットを加工する一方、上記第１部材の連結孔の内面を上記平目ローレットの形状に略合致する溝付き孔形状に加工する。そして、上記第１部材の溝付き孔形状加工部分に、第２部材のローレット加工部分を着脱自在に嵌合する。

この特定事項により、第１部材と第２部材との間ではその全周囲に亘ってローレットと溝付き孔形状加工部分とが噛み合った状態となって回転力が伝達される。このため、十分な嵌合連結力を得ることできて大きな回転駆動力を伝達することが可能になる。また、第１部材と第２部材とは容易に着脱できるため、一方の部材のみを容易に交換することが可能になる。また、従来のネジによる連結ではネジの弛みによって動力伝達不能状態となることが懸念されたが、この懸念も解消される。また、従来の接着剤による連結では、接着剤の塗布量や塗布膜厚によって締結力が変動しそのコントロールが困難であったが、本解決手段によればローレット形状及び溝付き孔形状（歯たけ、歯幅、歯厚）によって嵌合連結力が決定されるため、そのコントロールが容易である。更には、ネジ孔やキー溝を形成したり、ネジやキーを装着するといった作業が必要ないので、極めて小径な部材同士の嵌合連結構造として適用することが可能である。

上記小径な部材同士の嵌合連結構造をより実用的なものとするための手段として以下のものが掲げられる。先ず、第１部材の連結孔内面の溝付き孔形状加工部分を金属粉末射出成形法によって成形することである。また、第２部材の外周面に加工されている平目ローレットを転造加工によって形成することである。更には、第１部材の溝付き孔形状加工部分に第２部材のローレット加工部分を挿入した状態で、この溝付き孔形状加工部分にローレット加工部分が遊嵌されて第１部材の連結孔の軸心位置と第２部材の軸心位置とが相対移動可能となるように、溝付き孔形状及び平目ローレット形状を設計することである。

このような手段を適用することにより各部材の加工が容易になり且つ溝付き孔形状及び平目ローレット形状を高精度で形成することができる。また、仮に、これらの形状が高精度で得られておらず第１部材の連結孔の軸心位置と第２部材の軸心位置とが一致していない場合であっても、溝付き孔形状加工部分にローレット加工部分が遊嵌することで、この両者の軸心位置のズレ、軸方向のズレ、回転軸の偏心を許容しながらも動力伝達を確実に行うことができ、信頼性の高い動力伝達機構を構成することができる。

尚、上記溝付き孔形状加工部分を加工するための金属粉末射出成形法とは、金属粉末と樹脂またはワックス等の結合剤（熱可塑性バインダー）を混合、混練して可塑性を持たせ、金型内に射出して成形（射出成形）し、結合剤を除去（脱脂）した後、焼結して金属製品を製造する技術であって、ＭＩＭ（Metal Injection Molding）法とも呼ばれている。

本発明では、２つの部材を動力伝達可能に嵌合連結する構造として、一方の部材の外周面に平目ローレットを加工し、他方の部材の連結孔内面を溝付き孔形状に加工して、これらを嵌合するようにしている。このため、従来の嵌合連結構造では得ることのできなかった高い嵌合連結力を得ることできて大きな回転駆動力を伝達することが可能になる。また、各部材同士は容易に着脱できるため、一方の部材のみを容易に交換することが可能になり、実用性の高い嵌合連結構造を提供することができる。また、ネジやキーの装着が不要な構成であるため、極めて小径な部材同士の連結も容易に行うことが可能である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本形態では、本発明に係る嵌合連結構造を、透視度センサ（生活用水、産業用水、海洋、河川、湖沼等の透視度や濁度を測定するためのセンサ）における光学窓浄化用スイングワイパの駆動軸に適用した場合について説明する。

−透視度センサの全体構造−
図１は、本形態に係る透視度センサ１の内部構造を示す一部を破断した側面図である。この図１に示すように、本透視度センサ１は、略円筒形の水密構造を有する中空のケーシング２と、このケーシング２の内部に収容された投光部３及び受光部４とを備えて構成されている。

上記ケーシング２の内部は、図中下側の投光側ユニット空間２１と図中上側の受光側ユニット空間２２とに区画されている。つまり、上記投光部３が投光側ユニット空間２１に収容されている一方、上記受光部４が受光側ユニット空間２２に収容されている。

ケーシング２の外周面における投光側ユニット空間２１と受光側ユニット空間２２との区画部分は、断面コ字状に凹陥され、この凹陥部分２３に透視度測定空間Ｓを形成するようになっている。そして、投光部３と受光部４とは、この透視度測定空間Ｓを挟んで対向するように配置されている。つまり、投光部３から受光部４に向けて投光される構成となっている。更に、投光部３の投光側（図中上側）には投光窓を構成する投光用ガラス３２が、受光部４の受光側（図中下側）には受光窓を構成する受光用ガラス４２が、それぞれＯ−リング等のシール部材（図示省略）を介して水密状態でケーシング２に装着されている。

以上の構成により、本透視度センサ１を水中に浸漬した状態では、投光部３からの光が投光用ガラス３２、透視度測定空間Ｓの水（この水によって光が散乱及び吸収される）、および受光用ガラス４２を通過して受光部４に入射する。このため、受光部４への入射光量が透視度測定空間Ｓの水の透視度に応じて変化することになり、受光部４からの出力信号がケーシング２の浸漬位置における水の透視度を表す値となる。この出力信号はケーシング２から引き出されるケーブル１２を介して、例えば本透視度センサ１が接続された図示しないモニタ装置に送信され、このモニタ装置の液晶表示部等に表示されるようになっている。

尚、本透視度センサ１はコンパクトなポータブルタイプとして構成されており、例えばケーシング２の外径が３２ｍｍであって高さが１４０ｍｍとなっている。また、ケーシング２の材質としてはステンレスが使用され、各ガラス３２，４２の材質としてはサファイアガラスが使用されている。

ここで、上記各ガラス３２，４２の表面は、使用状態において常に被測定水（透視度測定空間Ｓ内の水）に接した状態となるが、この各ガラス３２，４２の表面に水中の懸濁物質等が付着すると、それによって受光部４への入射光量が減衰し、受光部４からの出力信号が正確な透視度を表さなくなる。従って、この各ガラス３２，４２の表面は、使用状態において連続的または周期的（例えば３０分毎）に浄化する必要があり、この各ガラス３２，４２の表面は、以下に示すスイングワイパ５によって浄化されるようになっている。

−スイングワイパ５の構造−
各ガラス３２，４２の表面を浄化するためのスイングワイパ５は、ゴム製のワイパブレード５５が各ガラス３２，４２の表面を拭き取ることにより浄化動作を行うようになっている。以下、その構成について詳述する。

図１に示すように、スイングワイパ５は、ワイパ用モータ５１、ギヤユニット５２、本発明でいう第２部材としての駆動シャフト５３、本発明でいう第１部材としてのワイパ部材５４を備えて構成されている。

ワイパ用モータ５１は、上記ケーシング２の投光側ユニット空間２１の底部に収容されており、このモータ５１の駆動に伴い、その回転力が駆動軸５１ａ、ギヤユニット５２を経て駆動シャフト５３に伝達されるようになっている。そして、この駆動シャフト５３の先端部にはワイパ部材５４が装着されており（この装着のための構成については後述する）、駆動シャフト５３の回転駆動に伴ってワイパ部材５４が鉛直軸回り（本透視度センサ１を吊り下げた状態での鉛直軸回り）に回動するようになっている。そして、このワイパ部材５４には、ゴム製のワイパブレード５５が各ガラス３２，４２の表面（透視度測定空間Ｓの水に接する面）に当接するように備えられており、上記ワイパ用モータ５１の駆動方向を正逆駆動することによって駆動シャフト５３が正逆回転し、これに伴ってワイパ部材５４が揺動してワイパブレード５５が各ガラス３２，４２の表面を拭き取るようになっている。尚、図１における符号７は、後述するアーム５６ｂを位置決めするためのアームカバーである。

次に、上記駆動シャフト５３及びワイパ部材５４について詳述する。

図２は駆動シャフト５３の側面図である。この駆動シャフト５３は、その下端部及び軸心方向の中央部それぞれが軸受けを介して鉛直軸回りに回転自在に支持されている（図１参照）。

また、この駆動シャフト５３の軸心方向の中央部には、バニッシング仕上げによって平滑面に形成されたバニッシング加工部５３ｅが備えられている。尚、このバニッシング加工部５３ｅにはシール部材６（図１参照）が装着され、投光側ユニット空間２１の水密性が良好に確保できるようにしている。

駆動シャフト５３の先端部には、比較的小径（例えば外径２．７ｍｍ）に形成された連結部５３ｃが備えられている。そして、この連結部５３ｃの基端部（図２における下側端部）には、後述するワイパ部材５４に係合するための平目ローレット５３ｇが形成されている。具体的には、歯数２０枚の平目ローレット５３ｇが形成されている。この平目ローレット５３ｇは転造加工により形成されている。この転造加工によれば、安価で高い強度が得られる。

次に、ワイパ部材５４について説明する。図３はワイパ部材５４を示しており、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は底面図、図３（ｃ）は側面図である。また、図４は、上記駆動シャフト５３とワイパ部材５４とが連結された状態を示す図である。

これらの図に示すように、ワイパ部材５４は、金属粉末射出成形法（ＭＩＭ法：メタルインジェクションモールド）法により成形された金属製（例えばステンレス製）のワイパベース５６と、平板状のブレードステイ５７と、このワイパベース５６及びブレードステイ５７の間に挟持されたゴム製のワイパブレード５５とを備えている。

ワイパベース５６は、ワイパブレード５５の取付部となる略平板状のプレート部５６ａと、このプレート部５６ａの一端縁（図３（ａ）における左下部分）に連続成形され且つ上記駆動シャフト５３の連結部５３ｃが挿通される連結孔５６ｃを有するアーム５６ｂとを備えている。尚、ワイパブレード５５の高さ寸法はワイパベース５６及びブレードステイ５７の高さ寸法よりも僅かに大きく設定されており、このワイパブレード５５の取り付け状態では、ワイパブレード５５の上端縁部分及び下端縁部分がワイパベース５６及びブレードステイ５７よりも上下に突出した状態となり、この突出部分がそれぞれガラス３２，４２に接触するようになっている。また、ワイパベース５６とワイパブレード５５とブレードステイ５７との組み付けはネジ止めにより成されている。

そして、上記アーム５６ｂの特徴とするところは、連結孔５６ｃの内周面が、上記駆動シャフト５３の平目ローレット５３ｇ形成部分の形状に略合致する溝付き孔形状に加工されていることにある。具体的には、歯数２０枚の溝付き孔形状が全周囲に亘って形成されている。

尚、上述した如くこのワイパベース５６はＭＩＭ法によって成形されているため、高い加工精度が得られている。また、切削加工や鋳造加工ではバリが生じるためにバリ取り作業が必要であったが、このＭＩＭ法ではバリが生じないためバリ取り作業等の後加工が不要であり加工作業の簡素化を図ることができる。また、小型の部材を切削加工で形成する場合に懸念されるクラックもＭＩＭ法では生じない。更には、このＭＩＭ法によって成形された製品は形状バラツキが少なく高い寸法精度が得られるため、この連結孔５６ｃに駆動シャフト５３を挿入する際の作業性が良好である。

次に、上記駆動シャフト５３の連結部５３ｃに形成されている平目ローレット５３ｇ及びワイパベース５６の連結孔５６ｃに形成されている溝付き孔形状加工部分５６ｄの形状について説明する。図５は平目ローレット５３ｇの断面形状の拡大展開図を示し、図６は溝付き孔形状加工部分５６ｄの断面形状の拡大展開図を示している。これら図に示すように、平目ローレット５３ｇは、ピッチ０．４ｍｍ、歯先のＲが０．０６ｍｍ、歯底のＲが０．０６ｍｍ以下、歯末のたけが０．０７５ｍｍに設計されている。一方、溝付き孔形状加工部分５６ｄは、ピッチ０．４ｍｍ、歯先のＲが０．１ｍｍ、歯底のＲが０．０４ｍｍ以下に設計されている。

そして、このような形状の平目ローレット５３ｇを連結部５３ｃに有する駆動シャフト５３を、上記形状の溝付き孔形状加工部分５６ｄを連結孔５６ｃに有するワイパベース５６に挿入すると、溝付き孔形状加工部分５６ｄにローレット５３ｇの加工部分が遊嵌されて連結孔５６ｃの軸心位置と連結部５３ｃの軸心位置とが相対移動可能な状態となる。つまり、溝付き孔形状加工部分５６ｄ及びローレット５３ｇの形状が高精度で得られておらず連結孔５６ｃの軸心位置と連結部５３ｃの軸心位置とが一致していない場合であっても、溝付き孔形状加工部分にローレット加工部分が遊嵌することで、この両者の軸心位置のズレ、軸方向のズレ、回転軸の偏心を許容しながらも動力伝達を確実に行うことができるようになっている。

このように、本形態では駆動シャフト５３の外周面の一部分に平目ローレット５３ｇを加工する一方、ワイパベース５６の連結孔５６ｃの内面に上記平目ローレット５３ｇの形状に略合致する溝付き孔形状加工部分５６ｄを加工して、これらを着脱自在に嵌合している。このため、駆動シャフト５３とワイパ部材５４との間では、駆動シャフト５３の全周囲に亘って平目ローレット５３ｇと溝付き孔形状加工部分５６ｄとが噛み合った状態となって回転力が伝達される。従って、十分な嵌合連結力を得ることできて大きな回転駆動力を伝達することが可能になる。また、駆動シャフト５３とワイパベース５６とは容易に着脱できるため、一方の部材のみを容易に交換することが可能になる。また、従来のネジによる連結ではネジの弛みによって動力伝達不能状態となることが懸念されたが、この懸念も解消される。また、従来の接着剤による連結では、接着剤の塗布量や塗布膜厚によって締結力が変動しそのコントロールが困難であったが、本実施形態によればローレット５３ｇ及び溝付き孔形状加工部分５６ｄの形状（歯たけ、歯幅、歯厚）によって嵌合連結力が決定されるため、そのコントロールが容易である。更には、ネジ孔やキー溝を形成したり、ネジやキーを装着するといった作業が必要ないので、極めて小径な部材同士の嵌合連結構造として適用することが可能である。

−その他の実施形態−
以上説明した実施形態は、本発明に係る嵌合連結構造を、透視度センサ１における光学窓浄化用スイングワイパ５の駆動軸に適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、駆動源からの回転力を他の部材に伝達する種々の部材同士の嵌合連結構造に適用することが可能である。

また、上記ＭＩＭ法によって成形されるワイパベース５６の構成材料としてはステンレスに限らず、チタンやニッケル等を適用してもよい。

実施形態に係る透視度センサの内部構造を示す一部を破断した側面図である。 スイングワイパの駆動シャフトを示す側面図である。 スイングワイパのワイパ部材を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は側面図である。 駆動シャフトとワイパ部材とが連結された状態を示す図である。 平目ローレットの断面形状を拡大して示す展開図である。 溝付き孔形状加工部分の断面形状を拡大して示す展開図である。

符号の説明

５３ 駆動シャフト（第２部材）
５３ｇ 平目ローレット加工部分
５４ ワイパ部材（第１部材）
５６ｃ 連結孔
５６ｄ 溝付き孔形状加工部分

Claims (4)

1. 連結孔が形成された第１部材と、この第１部材の連結孔に挿入されることにより第１部材との間で回転力の伝達が可能となる軸形状の第２部材とを連結するための嵌合連結構造であって、
   上記第２部材の外周面には平目ローレットが加工されている一方、上記第１部材の連結孔の内面は上記平目ローレットの形状に略合致する溝付き孔形状に加工されていて、上記第１部材の溝付き孔形状加工部分に、第２部材のローレット加工部分が着脱自在に嵌合されていることを特徴とする嵌合連結構造。
2. 請求項１記載の嵌合連結構造において、
   第１部材の連結孔内面の溝付き孔形状加工部分は、金属粉末射出成形法によって成形されていることを特徴とする嵌合連結構造。
3. 請求項１または２記載の嵌合連結構造において、
   第２部材の外周面に加工されている平目ローレットは、転造加工によって形成されていることを特徴とする嵌合連結構造。
4. 請求項１、２または３記載の嵌合連結構造において、
   第１部材の溝付き孔形状加工部分に第２部材のローレット加工部分を挿入した状態では、この溝付き孔形状加工部分にローレット加工部分が遊嵌されて第１部材の連結孔の軸心位置と第２部材の軸心位置とが相対移動可能となるように、溝付き孔形状及び平目ローレット形状が設計されていることを特徴とする嵌合連結構造。

Images