JP2006083933A - 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の交差位置に配した転動体を介して動力を伝達する方式の軸継手において、伝達可能動力の大きいものを精度よく安価に製造できるようにすることである。
【解決手段】対向する２枚のプレート４、５の対向面に複数の案内溝９、１０を相手側のプレートの対応する位置の案内溝と直交するように設け、これらの案内溝９、１０の交差位置に配した鋼球６を介して、単一でも平行な２軸間の動力伝達を行えるサブ継手３を、回転軸が平行な２つの回転部材１、２の間に複数配置して、サブ継手３の数を変えるだけで必要な伝達可能動力が得られるようにすることにより、伝達可能動力の大きいものも、小型のサブ継手部品を用いて精度よく安価に製造できるようにしたのである。
【選択図】図３

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、互いに平行な（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、伝達可能動力が転動体数にほぼ比例するので、通常は、求められる伝達可能動力が大きくなるにつれて転動体を多く配するようにしている。しかしながら、伝達可能動力に応じて転動体数を変えることは継手の種類を増やすことになり、製造時の管理が煩雑となって、製作精度の低下やコストアップを招く要因となりやすい。また、転動体数を多くすると、所定の偏心量が確保されるように各転動体を配置するために転動体以外の部品を大きくせざるをえず、継手全体が大型化することが多い。大型の継手では、内部潤滑材の保持や異物侵入防止のために継手全体を覆うブーツ（膜状の弾性部品）も大きくなるので、ブーツ成形に使用する金型にも大型のものが必要となり、ブーツの製造歩留まりが低くなりやすいことから、製造コストが高くなる問題がある。
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の交差位置に配した転動体を介して動力を伝達する方式の軸継手において、伝達可能動力の大きいものを精度よく安価に製造できるようにすることである。

上記の課題を解決するため、この発明の軸継手は、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つの回転部材と、両回転部材の間に配置される複数のサブ継手とから成り、これらの各サブ継手は、前記両回転部材の互いに対向する位置にそれぞれプレートを固定して、両プレートの対向面に複数の案内溝を相手側のプレートの対応する位置の案内溝と直交するように設け、前記両プレートの案内溝が交差する位置に案内溝に案内されて転動する転動体を配し、各転動体の回転部材径方向の移動を拘束する保持器を設けたものであり、前記各サブ継手の２枚のプレートの間隔の変化を軸方向拘束機構で拘束しながら、前記各サブ継手の転動体を介して前記両回転部材間で動力を伝達する構成とした。

すなわち、単一で平行な２軸間の動力伝達を行える構造のサブ継手を、回転軸が平行な２つの回転部材の間に複数配置して、サブ継手の数を変えるだけで必要な伝達可能動力が得られるようにすることにより、ブーツを含めたサブ継手部品のサイズを小型のものに統一し、伝達可能動力が異なるものを同じサブ継手部品を用いて作り分けられるようにしたのである。

上記の構成においては、前記各サブ継手を前記両回転部材の回転軸と直交する同一平面内に配置することにより、サブ継手が占有する軸方向スペースを最小にして、軸継手全体を軸方向にコンパクトな構造とすることができる。

ここで、前記各サブ継手を同一円周上に等間隔で配置すれば、動力を各サブ継手に均等に配分してより効率よく伝達することができる。

また、前記軸方向拘束機構を、前記両回転部材の軸方向間隔の変化を拘束するものとして、前記各サブ継手と別体に形成すれば、各サブ継手の構造が簡単になり、軸継手全体として製造しやすくなる。

さらに、前記サブ継手の保持器と各プレートとの間に弾性部材を介在させることにより、保持器と各プレートとの接触による騒音の発生を防止することができる。

この発明の軸継手は、上述したように、回転軸が平行な２つの回転部材の間に複数のサブ継手を配置し、サブ継手の数を変えるだけで必要な伝達可能動力が得られるようにしたもので、小型のサブ継手部品を用いて伝達可能動力が異なるものを作り分けられるので、製造時の管理がしやすく、伝達可能動力の大きいものも精度よく安価に製造することができる。

以下、図１乃至図６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）、図１（ｂ）および図２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同径の入出力軸Ａ、Ｂのそれぞれの軸端部に嵌め込まれる回転部材１、２と、両回転部材１、２間に配置される３組のサブ継手３とで基本的に構成されている。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。

前記各回転部材１、２は、それぞれドーナツ状の円盤で、内周に形成された筒部で入力軸Ａおよび出力軸Ｂの軸端部に嵌め込まれ、軸方向で対向する状態で固定されている。

前記３組のサブ継手３は、両回転部材１、２の回転軸と直交する同一平面内で回転部材１、２の回転中心を中心とする同一円周上に等間隔で配置されている。各サブ継手３は、両回転部材１、２の互いに対向する位置に固定される円形のプレート４、５と、両プレート４、５間に配される３個の転動体としての鋼球６と、各鋼球６の回転部材径方向の移動を拘束する保持器７と、プレート周方向の３箇所に形成されて両プレート４、５の間隔の変化を拘束する軸方向拘束機構８とから成り、図示省略したブーツで全体を覆われている。ブーツは、潤滑材をサブ継手３内部に保持するとともに、外部からの異物の侵入を防止するためのものである。

前記各プレート４、５は、それぞれ中心部を回転部材１、２にねじ止めされている。なお、その取付位置は設計の位置から多少ずれてもかまわない。サブ継手３自体が後述するように両プレート４、５の偏心を許容する構造だからである。また、各プレート４、５を回転部材１、２にねじ止めする代わりに、スプライン結合等により軸方向移動可能に取り付ければ、両回転部材１、２の軸方向距離の変動を許容して動力を伝達することが可能となる。

図２に示したように、各プレート４、５の対向面には、それぞれ３つの案内溝９、１０が、周方向に等間隔で相手側のプレートの対応する位置の案内溝と直交するように設けられており、両プレート４、５の案内溝９、１０が交差する位置に配された鋼球６が、案内溝９、１０に案内されて転動するようになっている。案内溝９、１０を周方向に対称的に設けたのは、各プレート４、５と鋼球６との間に作用する力がプレート４、５内で偏らないようにするためである。案内溝９、１０は、それぞれプレート径方向と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、その断面形状は、鋼球６の半径よりも大きい曲率半径を有する２つの対称な円弧面から成るゴシックアーチ形となっている。

また、各プレート４、５は、後述するように前記軸方向拘束機構８を形成するために、案内溝９、１０どうしの間に、案内溝９、１０と同様にプレート径方向と４５度をなす方向に直線状に延びる案内孔１１、１２を有しており、互いの対向面と反対の側面に、案内孔１１、１２周縁に沿って凹部１３、１４が設けられている。

前記保持器７は、環状に形成され、その側面には径方向と直交する方向に直線状に延びる２種類の長孔１５、１６が周方向に交互に等間隔で３つずつ設けられており、広幅の長孔１５に鋼球６が嵌め込まれる。広幅の長孔１５の鋼球６との接触面の断面形状は、接触面圧を下げるため、鋼球６の半径よりも大きい曲率半径を有する円弧面となっている。なお、この接触面は、伝達する動力が大きくなければ平面としてもよい。

このサブ継手３では、上記の構成により、入力側プレート４がその中心のまわりに回転すると、入力側プレート４の案内溝９に周方向から押された鋼球６が、保持器７で回転部材径方向の移動を拘束された状態で出力側プレート５の案内溝１０を押し、出力側プレート５を回転させるようになっている。すなわち、各サブ継手３は、単一でも平行な２軸間の動力伝達を行える構造となっている。

また、前記軸方向拘束機構８は、各プレート４、５の対向面と反対側の凹部１３、１４に嵌めこまれる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４、５の案内孔１１、１２、保持器７の狭幅の長孔１６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４、５を挟み付けるものである。出力側の拘束板８ｂとロックナット８ｄとの間には、板ばね等の弾性部材（図示省略）が挟み込まれており、この弾性部材が各拘束板８ａ、８ｂをそれぞれ対向するプレート４、５に押し付ける方向に付勢して、拘束板８ａ、８ｂとプレート４、５との間のがたを緩和している。

なお、量産時等で両拘束板の間隔の調整が不要な場合は、両拘束板をその間隔が一定になるようにかしめ加工等によって固定すれば、継手の軸方向長さをさらに短くできるとともに、両拘束板がプレートを挟み付ける力を長期にわたって一定のレベルに維持できる。

また、この軸方向拘束機構８は、偏心した状態の入出力軸Ａ、Ｂの回転に伴って各プレート４、５の案内孔１１、１２内を移動する際に、拘束板８ａ、８ｂとプレート凹部１３、１４との間に摩擦力を生じる。そこで、この摩擦力を低減するために、両者の少なくとも一方にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の摺動性に優れた合成樹脂系のシートを貼り付ける等して、両者間に摺動材を介在させている。また、両者の少なくとも一方にＤＬＣ（Diamond Like Carbon）等の摺動性と摩耗性を改善する表面処理を施したり、両者間に小径の鋼球を介在させたりして、摩擦力の低減を図ることもできる。

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、これに固定された回転部材１が回転すると、その回転中心のまわりに各サブ継手３の入力側プレート４が回転して、入力側プレート４の案内溝８に押された鋼球６が出力側プレート５の案内溝６を押し、出力側プレート５を介して出力側の回転部材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たりしても、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の状態では、両回転部材１、２の回転軸のずれにより、各サブ継手３の案内溝９、１０の交差位置がプレート周方向で変化しており、各サブ継手３の鋼球６が、案内溝９、１０および保持器７の広幅の長孔１５内を転動しながら、両回転部材１、２間の動力伝達を行っている。このとき、各サブ継手３の軸方向拘束機構８は、ねじ８ｃがプレート４、５の案内孔１１、１２内を移動し、拘束板８ａ、８ｂがプレート凹部１３、１４と摺動しながら、両プレート４、５の間隔の変化を拘束した状態を維持している。

上述したように、この軸継手は、単一で平行な２軸間の動力伝達を行える構造のサブ継手３を、回転軸が平行な２つの回転部材１、２の間に複数配置したもので、サブ継手３の数は３組に限らず、求められる伝達可能動力に応じて適切な配数を選べばよい。従って、ブーツを含めたサブ継手部品のサイズを小型のものに統一し、同じサブ継手部品を用いて伝達可能動力が異なるものを作り分けられるので、製造時の管理がしやすく、伝達可能動力の大きいものも精度よく安価に製造することができる。

また、各サブ継手３が両回転部材１、２の回転軸と直交する同一平面内に配置されているので、サブ継手３が占有する軸方向スペースが最小となり、軸方向にコンパクトな構造となっている。さらに、各サブ継手３が回転部材１、２の回転中心を中心とする同一円周上に等間隔で配置されているため、動力を各サブ継手３に均等に配分して効率よく伝達することができる。なお、サブ継手は、この実施形態のように配置することが望ましいが、必ずしも同一平面内あるいは同一円周上に配置しなくてもよい。

図４乃至図６は、第２の実施形態を示す。この実施形態では、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、両回転部材１、２の軸方向間隔の変化を拘束する軸方向拘束機構１７が、各サブ継手３と別体に、回転部材周方向の３箇所に形成されている。これ以外の基本的な構成および動力伝達のメカニズムは第１の実施形態と同じなので、以下では第１の実施形態との相違点について説明する。

前記各軸方向拘束機構１７は、入力側回転部材１の出力側回転部材２との対向面に突設したシャフト１７ａを出力側回転部材２にあけた円形の通孔１８に通し、その先端に通孔１８よりも大径の円板１７ｂを取り付けたもので、両回転部材１、２の軸方向間隔の変化を拘束することにより、間接的にサブ継手３の入出力プレート４、５の間隔の変化を拘束するようになっている。なお、この軸方向拘束機構１７を回転部材周方向の３箇所に形成したのは、円板１７ｂと出力側回転部材２との間にシム等を挟み込んで両回転部材１、２の間隔を調整する作業をしやすくするためである。

上記のように軸方向拘束機構１７が各サブ継手３と別体に形成されているため、この実施形態の軸継手は、第１の実施形態に比べてサブ継手３の構造が簡単で、軸継手全体として製造しやすい。

一方、前記サブ継手３は、図５にも示すように、入出力プレート４、５の互いの対向面の周縁部に弾性部材１９が接着されており、保持器７と各プレート４、５との接触による騒音の発生を防止できるようになっている。また、図４（ｃ）に示すように、各プレート４、５の弾性部材１９と保持器７との隙間を小さく設定することにより、保持器７の軸方向のばたつきを防止できる。さらに、弾性部材１９をカーボンやＰＴＦＥが添加された樹脂で形成すれば、保持器７との間に作用する摩擦力を小さくして、継手の動作をスムーズにすることができる。

なお、サブ継手３の入出力プレート４、５および保持器７は、第１の実施形態のものと外形は異なるが、その案内溝９、１０および長孔１５の向きや形状は変わらないので、動力伝達の作用も同じである。すなわち、図６に示すように、入出力軸Ａ、Ｂが偏心した使用状態では、第１の実施形態と同じく、各サブ継手３の鋼球６が、交差位置の変化した案内溝９、１０および保持器７の長孔１５内を転動しながら、両回転部材１、２間の動力伝達を行うようになっている。

第１の実施形態の軸継手の入力側回転部材を除いた側面図（回転軸が同心） 図１（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った断面図 第１の実施形態の軸継手におけるサブ継手の分解側面図 第１の実施形態の軸継手の使用状態を示す側面図（回転軸が偏心） 第２の実施形態の軸継手の入力側回転部材を除いた側面図（回転軸が同心） 図４（ａ）のIV−IV線に沿った断面図 図４（ｂ）の要部拡大断面図 第２の実施形態の軸継手におけるサブ継手の分解側面図 第２の実施形態の軸継手の使用状態を示す側面図（回転軸が偏心）

符号の説明

１、２ 回転部材
３ サブ継手
４、５ プレート
６ 鋼球
７ 保持器
８ 軸方向拘束機構
９、１０ 案内溝
１１、１２ 案内孔
１３、１４ 凹部
１５、１６ 長孔
１７ 軸方向拘束機構
１８ 通孔
１９ 弾性部材
Ａ 入力軸
Ｂ 出力軸

Claims (5)

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つの回転部材と、両回転部材の間に配置される複数のサブ継手とから成り、これらの各サブ継手は、前記両回転部材の互いに対向する位置にそれぞれプレートを固定して、両プレートの対向面に複数の案内溝を相手側のプレートの対応する位置の案内溝と直交するように設け、前記両プレートの案内溝が交差する位置に案内溝に案内されて転動する転動体を配し、各転動体の回転部材径方向の移動を拘束する保持器を設けたものであり、前記各サブ継手の２枚のプレートの間隔の変化を軸方向拘束機構で拘束しながら、前記各サブ継手の転動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。
2. 前記各サブ継手を、前記両回転部材の回転軸と直交する同一平面内に配置したことを特徴とする請求項１に記載の軸継手。
3. 前記各サブ継手を同一円周上に等間隔で配置したことを特徴とする請求項２に記載の軸継手。
4. 前記軸方向拘束機構を、前記両回転部材の軸方向間隔の変化を拘束するものとして、前記各サブ継手と別体に形成し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。
5. 前記サブ継手の保持器と各プレートとの間に弾性部材を介在させたことを特徴とする請求項1乃至４のいずれかに記載の軸継手。

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