JP2007162815A - 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、その外周部に取り付けられるブーツの破損を防止することである。
【解決手段】出力側のプレート２に、ブーツ８の膜部８ａの外周側を全周にわたって覆うカバー１０を取り付けて、このカバー１０で継手の回転に伴うブーツ膜部８ａの径方向外側への弾性変形を規制することにより、継手の大型化や高速化に伴ってブーツ８に作用する遠心力が増大しても、ブーツ８が過大な回転膨張や振れ回りを生じず破損しにくいようにしたのである。
【選択図】図１（ｂ）

Description

本発明は、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。）。
特開２００４−３４７１００号公報

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、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を提案した（特許文献２参照。）。
特開２００５−１７２２１７号公報

図７は上述した方式の軸継手の一例を示す。この軸継手は、軸方向で対向する２つの回転部材５１、５２の対向面に、複数の案内溝５３、５４を相手側の案内溝と直交するように設けて、各案内溝５３、５４交差位置に転動体５５を配するとともに、各転動体５５を保持器５６の長孔５７に収納したもので、各転動体５５が、保持器５６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５１に押されることにより、案内溝５３、５４および保持器５６の長孔５７の内側を転動しながら従動側の回転部材５２を押して動力を伝達するようになっている。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５３、５４および保持器５６の長孔５７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５１、５２間の部品が転動体５５と保持器５６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。なお、図７は、説明上、両回転部材５１、５２が同心の状態を示しているが、通常は両者の回転軸がずれた（偏心した）状態で使用される。

ところで、この方式の軸継手では、図７にも示したように、両回転部材５１、５２間の空間の周りをブーツ５８で塞ぐことにより、継手内部にグリース等の潤滑材を保持して、案内溝５３、５４や保持器５６と転動体５５との接触面における摩擦低減および摩耗抑制を図るとともに、継手外部からの異物の侵入を防止することが望ましい。

ここで、前記ブーツ５８は、ゴム等のエラストマーを素材として蛇腹状の膜部５８ａとその両端の円筒部５８ｂを形成したもので、各円筒部５８ｂがそれぞれブーツバンド５９で回転部材５１、５２の外周部に取り付けられ、膜部５８ａが両回転部材５１、５２の偏心に追随して弾性変形するようになっている。

しかしながら、上記のようなブーツを備えた軸継手では、そのサイズの大型化に伴ってブーツの径寸法が大きくなるほど、また回転速度が高速になるほど、ブーツに作用する遠心力が増大して、ブーツ膜部の径方向外側への弾性変形（回転膨張）が大きくなったり、ブーツが振れ回りを生じたりしやすくなる。また、回転中のブーツはその内側に封入した潤滑材の遠心力で径方向外側へ押圧されており、このこともブーツの回転膨張や振れ回りを助長する要因となる。そして、このようなブーツの回転膨張や振れ回りが過大になると、ブーツが破損してしまうという難点があった。

本発明の課題は、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、その外周部に取り付けられるブーツの破損を防止することである。

上記の課題を解決するため、本発明は、ブーツの膜部の外周側を全周にわたって覆うカバーを両回転部材の少なくとも一方に取り付けるか、あるいは、ブーツの外周部を両回転部材のいずれか一方に固定された環状の剛性部材で形成することにより、ブーツ膜部の径方向外側への弾性変形を、カバーまたは剛性部材で形成されたブーツ外周部で規制して、継手サイズや回転速度によらず、ブーツが過大な回転膨張や振れ回りを生じないようにしたのである。

ここで、前記カバーを取り付けた場合は、カバー内面とブーツ膜部の外周面のうちの少なくとも一方の面を摺動部材で形成し、ブーツ外周部を剛性部材で形成した場合は、剛性部材内面とブーツ膜部の内面のうちの少なくとも一方の面を摺動部材で形成するようにすれば、両回転部材の偏心によりブーツ膜部が１回転内でカバーまたは剛性部材の内面と接離する場合にも、ブーツ膜部の形状変化に伴うカバーまたは剛性部材との軸方向の摩擦が少なくなり、ブーツ膜部の摩耗を抑えられるので、ブーツの耐久性をさらに向上させることができる。

本発明は、上述したように、軸継手の回転に伴うブーツ膜部の径方向外側への弾性変形を、ブーツ膜部の外周側を全周にわたって覆うカバーや剛性部材で形成したブーツ外周部で規制するようにしたので、ブーツの過大な回転膨張や振れ回りによる破損を確実に防止することができる。また、カバーやブーツ外周部を形成する剛性部材がブーツ膜部を石等の飛散物から保護するようになるので、飛散物の衝突に起因するブーツの破損も防止できる。さらに、ブーツ膜部の剛性の設定において回転膨張の抑制を考慮する必要がなくなるので、従来よりもブーツ膜部の硬度を低くしたり膜厚を薄くしたりして、両回転部材を偏心させる際にブーツ膜部の変形に要する力を小さくすることができ、軸継手をスムーズに作動させることができる。

以下、図１乃至図６に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図４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転動体としての鋼球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、両プレート１、２が同心の状態を示しているが、通常は後述するように両プレート１、２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、それぞれ円盤部の中央に軸部が一体に形成されており、円盤部どうしが軸方向で対向している。各プレート１、２の円盤部の対向面には、それぞれ４つの案内溝５、６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し、かつプレート径方向と４５度をなす方向に直線的に延びるように形成されている。また、前記保持器４は、環状に形成され、その径方向と直交する方向に直線的に延びる長孔７が周方向に等間隔で４箇所に設けられている。そして、前記各鋼球３は、それぞれ両プレート１、２の案内溝５、６の交差位置に配され、保持器４の長孔７に収納されてプレート径方向の移動を拘束された状態で、案内溝５、６に案内されて転動するようになっている。

また、両プレート１、２の外周部には、両プレート１、２間の空間の周りを塞ぐブーツ８が取り付けられており、これにより継手内部にグリース等の潤滑材を保持して、案内溝５、６や保持器４と鋼球３との接触面における摩擦低減および摩耗抑制を図るとともに、継手外部からの異物の侵入を防止している。

前記ブーツ８は、ゴム等のエラストマーを素材として蛇腹状の膜部８ａとその両端の円筒部８ｂを形成したもので、各円筒部８ｂがそれぞれブーツバンド９でプレート１、２の外周部に取り付けられ、膜部８ａが、図２に示すように、両プレート１、２の偏心に追随して弾性変形する。

そして、出力側のプレート２には、ブーツ８の膜部８ａの外周側を全周にわたって覆うカバー１０が取り付けられ、このカバー１０が回転に伴うブーツ膜部８ａの径方向外側への弾性変形を規制するようになっている。また、カバー１０の内径は、図２のように両プレート１、２が偏心したときにブーツ膜部８ａが折り畳まれるスペースを確保できる寸法に設定されている。なお、カバー１０は、ブーツ膜部８ａの弾性変形を確実に規制できるだけの強度を有するものであればよく、冷間圧延鋼板等の金属製薄板をプレス成形したものや、合成樹脂を射出成形したものを用いることができる。

この軸継手は、上記の構成であり、入力側のプレート１が回転すると、その案内溝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、出力側のプレート２の案内溝６を押すことにより、出力側プレート２に動力が伝達される。なお、入力側プレート１の回転方向が変わったり、両プレート１、２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。

上記動力伝達メカニズムは、両プレート１、２が偏心した通常の使用状態でも基本的に同じである。すなわち、図２に示したように各プレート１、２が偏心すると、案内溝５、６の交差位置がプレート周方向で変化し、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間の動力伝達を行うようになる。

そして、この軸継手では、前述のように、回転に伴うブーツ膜部８ａの径方向外側への弾性変形がカバー１０で規制されるので、継手の大型化や高速化に伴ってブーツ８に作用する遠心力やブーツ８が内部の潤滑材から受ける力が増大しても、ブーツ８が過大な回転膨張や振れ回りを生じることはなく、ブーツ８の破損のおそれが少ない。

ところで、両プレート１、２が偏心しているときには、ブーツ膜部８ａが１回転のうちにカバー１０内面と接触したり離れたりする場合がある。このような場合は、ブーツ膜部８ａがカバー１０内面と接離する際に、その形状を変化させることでカバー１０内面から軸方向の摩擦力を受ける。このため、カバー１０の内面とブーツ膜部８ａの外周面のうちの少なくとも一方の面を摺動部材で形成して、ブーツ膜部８ａとカバー１０の摩擦を少なくし、ブーツ膜部８ａの摩耗を抑えるようにすることが望ましい。

上記ブーツ膜部摩耗対策としては、カバーやブーツの全体を摺動部材で形成してもよいし、カバーの内面やブーツ膜部の外周面に摺動層を形成するようにしてもよい。例えば、前者では、カバーを摺動特性に優れた合成樹脂で形成したり、ブーツの素材であるエラストマーにオイルや固体潤滑材を混ぜ込んだりする方法がある。また、後者では、カバー内面に合成樹脂等の摺動部材を貼り着ける方法や、図３に示すように、カバー１０内面にコーティングを施して摺動特性に優れた皮膜１１を形成する方法、あるいは、ブーツ膜部外周面を表面処理により改質して低摩擦化する方法、図４に示すように、ブーツ膜部８ａ外周面にコーティングを施して摺動特性に優れた皮膜１２を形成する方法がある。

図５および図６は第２の実施形態を示す。この軸継手のブーツ１３は、図５に示すように、その膜部１３ａの一端に形成した円筒部１３ｂをブーツバンド９で入力側プレート１に取り付け、膜部１３ａの他端を、ブーツ外周部を形成する金属環（剛性部材）１３ｃの一端に接続するとともに、金属環１３ｃの他端側の蓋部１３ｄを出力側プレート２に固定したものである。その膜部１３ａは、図６に示すように、両プレート１、２の偏心に追随して弾性変形する。その他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。

この実施形態においても、第１の実施形態と同様に、回転に伴うブーツ膜部１３ａの径方向外側への弾性変形が金属環１３ｃで規制されるので、ブーツ１３の過大な回転膨張や振れ回りに起因する破損を防止することができる。

また、図６に示すように、両プレート１、２の偏心により、ブーツ膜部１３ａが１回転のうちで金属環１３ｃ内面と接離する場合には、ブーツ膜部１３ａの形状変化に伴う金属環１３ｃ内面との軸方向の摩擦を少なくして摩耗を抑えるために、金属環１３ｃの内面とブーツ膜部１３ａの内面のうちの少なくとも一方の面を摺動部材で形成することが望ましい。その具体的な方法は、第１の実施形態で説明した方法と同様のものを採用することができる。

第１の実施形態の軸継手の側面図（回転軸が同心） 図１（ａ）の縦断面図 図１の軸継手の偏心状態を示す縦断面図 図１の軸継手のカバーの変形例を示す縦断面図 図１の軸継手のブーツの変形例を示す縦断面図 第２の実施形態の軸継手の縦断面図（回転軸が同心） 図５の軸継手の偏心状態を示す縦断面図 従来の軸継手の縦断面図

符号の説明

１、２ プレート（回転部材）
３ 鋼球（転動体）
４ 保持器
５、６ 案内溝
７ 長孔
８ ブーツ
８ａ 膜部
８ｂ 円筒部
９ ブーツバンド
１０ カバー
１１、１２ 皮膜
１３ ブーツ
１３ａ 膜部
１３ｂ 円筒部
１３ｃ 金属環（剛性部材）
１３ｄ 蓋部

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転動体を配し、これらの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て、前記各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、前記両回転部材間の空間の周りを、両回転部材の偏心に追随して弾性変形する膜部を有するブーツで塞いだ軸継手において、前記ブーツの膜部の外周側を全周にわたって覆うカバーを、前記両回転部材の少なくとも一方に取り付けたことを特徴とする軸継手。
2. 前記カバーの内面と前記ブーツの膜部の外周面のうち、少なくとも一方の面を摺動部材で形成したことを特徴とする請求項１に記載の軸継手。
3. 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転動体を配し、これらの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て、前記各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、前記両回転部材間の空間の周りを、両回転部材の偏心に追随して弾性変形する膜部を有するブーツで塞いだ軸継手において、前記ブーツの外周部を、前記両回転部材のいずれか一方に固定された環状の剛性部材で形成したことを特徴とする軸継手。
4. 前記剛性部材の内面と前記ブーツの膜部の内面のうち、少なくとも一方の面を摺動部材で形成したことを特徴とする請求項３に記載の軸継手。

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