JP2007170541A - 回転軸の接続機構 - Google Patents

Abstract

【課題】第２回転軸の外歯と第１回転軸の内歯とを位相を合わせるために特別な駆動源を使わずに自動的に位相合わせすること。
【解決手段】伝達軸５には、外歯１３が格納状態から突出可能に設けられ、外歯１３を格納状態から突出させるカム軸２２が設けられる。伝達軸５には、同軸５を出力軸６の軸孔１１に挿入するとき、内歯１２に押し付けられて挿入力を受ける回転体１６と、回転体１６を介して挿入による軸方向運動を回動運動に変換するラック１８とピニオン１７が設けられる。伝達軸５には、回転体１６から伝達された回動運動により出力軸６が回動することで回転体１６が内歯１２から外れた後に出力軸６の先端に押し付けられて挿入力を受ける貫通軸１５が設けられ、貫通軸１５を介して挿入による軸方向運動を回動運動に変換してカム軸２２に伝達するカムロッド２３及び戻しバネ２５が設けられる。
【選択図】図４

Description

この発明は、二つの回転軸を互いに接続するために使用される回転軸の接続構造に関する。

従来、この種の構造として、一方の回転軸に設けられた外歯（雄スプライン）を他方の回転軸の軸孔に設けられた内歯（雌スプライン）に結合（スプライン結合）させる構造が知られている。この構造の場合、一方の回転軸の外歯の位相と他方の回転軸の内歯の位相を一致させる必要がある。

ここで、外歯と内歯の位相合わせを行う技術が下記の特許文献１及び２に記載されている。特許文献１及び２に記載の技術では、補助装置を使用することにより、一方の回転軸を駆動源により他方の回転軸へ向けて移動させ、同時に他方の回転軸を駆動源により緩速回転させることにより、外歯と内歯を位相合わせすると同時に嵌合させて両回転軸を接続するようになっている。

実公平３−３７８６５号公報 特開２００２−３５５７１９号公報

ところが、特許文献１及び２に記載の技術では、一方の回転軸を緩速回転させるために駆動源が必要となり、回転軸に駆動源を使用できない場合に対応が困難となる。また、駆動源を使わずに何れか一方の回転軸を手回しすることで位相合わせをすることも考えられるが、回転軸が手の届き難いところに位置する場合に対応が困難となる。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、一方の回転軸の外歯と他方の回転軸の内歯とを位相を合わせるために特別な駆動源を使わずに自動的に位相合わせすることを可能とした回転軸の接続構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、第１回転軸は軸孔に内歯を含み、第２回転軸は前記内歯に噛み合う外歯を含み、第２回転軸を第１回転軸の軸孔に挿入して外歯を内歯に噛み合わせることにより第１回転軸と第２回転軸とを接続する回転軸の接続機構であって、外歯は第２回転軸において格納状態から突出可能に設けられることと、第２回転軸に設けられ、外歯を格納状態から突出させるために回動するカム手段と、第２回転軸に設けられ、第２回転軸を軸孔に挿入するときに内歯に押し付けられて挿入力を受ける第１作動部材を含み、その第１作動部材を介して挿入による軸方向運動を回動運動に変換して第１回転軸に伝達する第１伝達手段と、第１伝達手段から伝達された回動運動により第１回転軸が回動することで第１作動部材が内歯から外れた後に第１回転軸の先端に押し付けられて挿入力を受ける第２作動部材を含み、その第２作動部材を介して挿入による軸方向運動を回動運動に変換してカム手段に伝達する第２伝達手段とを備え、第２伝達手段から伝達された回動運動によりカム手段が回動することで外歯を格納状態から突出させて内歯に噛み合わせることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、外歯を格納状態にして第２回転軸を第１回転軸の軸孔に挿入するとき、外歯と内歯の位相が異なる場合は、第１作動部材が内歯に押し付けられて挿入力を受けて軸方向運動する。このとき、その軸方向運動が第１伝達手段により回動運動に変換されて第１回転軸に伝達され、第１回転軸が回動運動する。これにより、内歯と外歯の位相が一致すると共に第１作動部材が内歯から外れる。その後、第２作動部材が第１回転軸の先端に押し付けられて挿入力を受けて軸方向運動する。このとき、その軸方向運動が第２伝達手段により回動運動に変換されてカム手段に伝達されカム手段が回動する。これにより、外歯が格納状態から突出して内歯に噛み合い、第１回転軸と第２回転軸が互いに接続される。

請求項１に記載の発明によれば、第２回転軸の外歯と第１回転軸の内歯とを位相を合わせるために特別な駆動源を使うことなく自動的に位相合わせすることができる。

以下、本発明における回転軸の接続構造につきモータ評価ベンチに具体化した一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１５に、モータ評価ベンチの構成を概略図により示す。このモータ評価ベンチは、供試体モータ１の出力特性をダイナモ２に接続して評価するものであり、機台３上に固定された取付板４の前面に供試体モータ１が取り付けられる。機台３上には、ダイナモ２が特定方向へ移動可能に支持される。ダイナモ２の動力伝達軸（以下単に「伝達軸」と言う。」）５は、取付板４を貫通して設けられ、その伝達軸５の先端部が供試体モータ１の出力軸６に対し接続構造７によって接続される。ここで、出力軸６は、供試体モータ１のケーシングの中に位置しており、外部から手が届き難い状態となっている。このモータ評価ベンチでは、伝達軸５の軸線と出力軸６の軸線が同軸上に一致するように位置合わせ可能に構成される。また、ダイナモ２は、上記位置合わせした状態で供試体モータ１へ向けて移動可能となっている。この移動のために専用の駆動源（モータ等）を使用することもできる。この実施形態では、出力軸６が本発明の第１回転軸に相当し、伝達軸５が本発明の第２回転軸に相当する。

図１に、この実施形態の接続構造７の構成を斜視図により示す。図２に、伝達軸５の一部を斜視図により示す。出力軸６は軸孔１１に内歯１２を含み、伝達軸５の先端部は筒状をなし、その先端部に内歯１２に噛み合い可能な外歯１３が設けられる。そして、伝達軸５の先端部を出力軸６の軸孔１１に挿入して外歯１３を内歯１２に噛み合わせることにより、出力軸６と伝達軸５を接続するようになっている。この実施形態で、伝達軸５の外歯１３は同軸５の外周に対して出没可能に設けられる。すなわち、外歯１３は、伝達軸５において図１に示す格納状態から図２に示すように突出可能に設けられる。ここで、各外歯１３は、図１に示すように伝達軸５に格納された格納位置と、図２に示すように伝達軸５の外周から最大限に突出した突出位置との間で切り替え配置可能となっている。

伝達軸５には、図１，２に示す上下両位置にて一対をなす長孔１４が軸線方向と平行に形成される。これら長孔１４には、伝達軸５を貫通する貫通軸１５が移動可能に組み付けられる。貫通軸１５の上下両端部は、それぞれ伝達軸５の外周から外部へ突出している。伝達軸５の外周に突出した貫通軸１５の上下両端部の付け根には、それぞれ位相調整用の回転体１６が回転可能に組み付けられる。これら回転体１６は、各内歯１２とその内歯１２の間の谷に整合可能に配置され、谷に填り込むことのできる大きさとなっている。各長孔１４の中にて貫通軸１５上には、ピニオン１７が回転体１６と一体回転可能に組み付けられる。また、各長孔１４には、それぞれ各ピニオン１７に対応するラック１８が設けられる。従って、貫通軸１５が長孔１４に沿って軸方向運動することにより、ピニオン１７とラック１８の作用によりピニオン１７が回転体１６と一体に回動運動する。伝達軸５は、外見上、図１に示すように貫通軸１５が長孔１４の一端、すなわち外歯１３に最も近い初期位置に配置された状態のときに外歯１３が伝達軸５にて格納状態となる。その反対に、伝達軸５は、外見上、図２に示すように貫通軸１５が長孔１４の他端、すなわち外歯１３から最も離れた終端位置に配置された状態のときに外歯１３が伝達軸５の外周から最大限に突出する。

この実施形態では、回転体１５が本発明の第１作動部材に相当し、回転体１５、ピニオン１７及びラック１８により本発明の第１伝達手段が構成される。ここで、伝達軸５の先端部を出力軸６の軸孔１１に挿入するとき、回転体１５は出力軸６の内歯１２の端に押し付けられて挿入力を受ける。また、ラック１７とピニオン１８は、回転体１５を介して挿入による軸方向運動を回動運動に変換して出力軸６に伝達するようになっている。

伝達軸５の内部構造を詳しく説明する。図３は、伝達軸５の先端部を出力軸６の軸孔１１に挿入し始めた状態を斜視図により示す。図４は、図３を縦に切断した状態を斜視図により示す。図５は、図３を縦に切断した状態を断面図により示す。図３〜５に示す状態において、各外は３は伝達軸５において格納状態となっており、伝達軸５の外歯１３と出力軸６の内歯１２の位相は異なっているものとする。図６に、伝達軸５の先端部の正面を断面図により示す。筒状をなす伝達軸５の先端部には、外歯１３を格納するための複数の格納溝１９が放射状に形成される。それら格納溝１９には、外歯１３が突出可能に格納される。各外歯１３は、内歯１２と噛み合う歯部１３ａと、歯部１３ａから中心へ延びる脚部１３ｂとを含む。各外歯１３に対応して各格納溝１９の低壁と歯部１３ａとの間には、引張バネ２０が設けられる。引張バネ２０は、各外歯１３を格納位置へ戻すために付勢している。各外歯１３の脚部１３ｂは、格納溝１９を下方へ貫通して伝達軸５の中空部２１へ突出している。中空部２１には、外周に複数の突起２２ａを有するカム軸２２が配置され、各突起２２ａが各外歯１３の脚部１３ｂに係合可能に設けられる。カム軸２２の中心孔２２ｂには、カムロッド２３が軸方向運動可能に設けられる。このカムロッド２３の先端には一対のピン２３ａが設けられる。カム軸２２の中心孔２３ｂには、上記したピン２３ａに係合するカム溝２２ｃが形成される（図１１，１４参照）。一方、カムロッド２３の基端部は、伝達軸５の隔壁５ａを貫通して上記した貫通軸１５に連結される。カムロッド２３上において隔壁５ａと貫通軸１５との間には、貫通軸１５とカムロッド２３を、図１，４，５に示す初期位置へ引き戻すための戻しバネ２４が設けられる。ここで、カムロッド２３とカム軸２２の作用のための構成を図７，８に概念図により示す。図７に示す状態から図８に示す状態へカムロッド２３が軸方向運動することにより、各ピン２３ａがカム溝２２ｃに沿って移動する。このとき、カム溝２２ｃには少しの傾斜が付与されていることから、ピン２３ａがカム溝２２ｃに係合して移動することでカム軸２２に回動力が付与される。従って、貫通軸１５が長孔１４に沿って軸方向運動することにより、カムロッド２３が一体的に軸方向運動してカム軸２２が所定角度だけ回動する。このとき、各突起２２ａが各外歯１３の脚部１３ｂに係合して引張バネ２０の付勢力に抗して各外歯１３を押し上げることで、各外歯１３が伝達軸５の外周から突出することになる。

この実施形態では、カム軸２２が本発明のカム手段に相当する。カム軸２２は、各外歯１３を格納状態から突出させたり、突出状態から格納したりするために回動する。また、貫通軸１５が本発明の第２作動部材に相当し、その貫通軸１５、戻しバネ２４及びカムロッド２３により本発明の第２伝達手段が構成される。ここで、回転体１６から伝達された回動運動により出力軸６が回動することにより回転体１６が内歯１２から外れる。その後、戻しバネ２４とカムロッド２３は、貫通軸１５が出力軸６の先端に押し付けられて挿入力を受け、その貫通軸１５を介して挿入により軸方向運動を回動運動に変換してカム軸２２に伝達するようになっている。

次に、上記した回転軸の接続構造に関する作用効果について以下に説明する。図９は、伝達軸５の先端部を出力軸６の軸孔１１に挿入した状態を斜視図により示す。図１０は、図９を縦に切断した状態を斜視図により示す。図１１は、図９を縦に切断した状態を断面図により示す。また、図１２は、伝達軸５の外歯１３が出力軸６の内歯１２に噛み合った状態を斜視図により示す。図１３は、図１１を縦に切断した状態を斜視図により示す。図１４は、図１１を縦に切断した状態を断面図により示す。この接続構造により出力軸６と伝達軸５を接続するには、図１に示すように外歯１３が伝達軸５に格納された状態で、伝達軸５の先端部を出力軸６の軸孔１１に挿入する。このとき、外歯１３と内歯１２の位相が異なる場合は、貫通軸１５の上下両端に設けられた回転体１６が内歯１２に押し付けられて挿入力を受け、軸方向運動することになる。そして、その回転体１６の軸方向運動がラック１８とピニオン１７の関係により回転体１６の回動運動に変換されて出力軸６に伝達される。これにより、出力軸６が回動運動して、図３〜５に示すように、内歯１２と外歯１３の位相が一致すると共に、回転体１６が内歯１２から外れる。つまり、内歯１２と外歯１３は互いに噛み合い可能な位置に配置され、回転体１６が内歯１２の谷に整合する位置に配置される。

その後、伝達軸５を更に移動させることにより、図９〜１１に示すように、貫通軸１５が出力軸６の先端に押し付けられて挿入力を受けて軸方向運動する。このとき、その貫通軸１５の軸方向運動が貫通軸１５、カムロッド２３及び戻しバネ２４により回動運動に変換されてカム軸２２に伝達され、カム軸２２が所定角度だけ回動運動することになる。これにより、外歯１３が伝達軸５の外周から突出して内歯１２に噛み合う。その後、貫通軸１５が長孔１４の終端位置に達するまで伝達軸５を移動させることにより、図１２〜１４に示すように、外歯１３が内歯１２と完全に噛み合う状態となり、これにより出力軸６と伝達軸５が接続される。この結果、外歯１３と内歯１２の噛み合いにより伝達軸５と出力軸６を接続することができ、その接続過程で外歯１３と内歯１２とを位相を合わせするためにモータ等の特別な駆動源を使うことなく出力軸６を回動させて自動的に位相合わせすることができる。特に、この実施形態の接続構造では、外歯１３と内歯１２を自動的に位相合わせできるので、モータ評価ベンチにかけられる供試体モータ１のように出力軸６が外部から手が届き難い状態のものに有効である。

ここで、この実施形態における回転軸の接続構造に関する作用を図１６のフローチャートに従って説明する。先ず、ステップ１００で、伝達軸５を出力軸６の軸孔１１に挿入する。その後、ステップ１１０で、内歯１２が回転体１６を押すか否かが確認される。ここで、内歯１２が回転体１６に当たって押す場合は、ステップ１２０で、回転体１６とピニオン１７が回動する。このとき、ステップ１３０で、回転体１６の回動により出力軸６が回動する。その後、ステップ１１０に戻って、内歯１２が回転体１６を押す場合は、ステップ１１０〜１３０の作用が繰り返される。そして、ステップ１１０で内歯１２が回転体１６を押さなくなると、ステップ１４０で、出力軸６が貫通軸１５に当たって押す。その後、ステップ１５０で、外歯１３が伝達軸５の外周から突出すると、ステップ１６０で、内歯１２と外歯１３が噛み合うことになり、この結果、出力軸６と伝達軸５が互いに接続される。つまり、この接続構造によれば、内歯１２と外歯１３の位相調節機能と、外歯１３を突出させる機能とを備え、最初から内歯１２と外歯１３の位相が一致している場合には、外歯１３を突出させる機能のみが発揮されることになる。

一方、出力軸６と伝達軸５の接続状態を解除するには、伝達軸５を出力軸６の軸孔１１から引き抜く。このとき、伝達軸５が引き抜かれるに連れて貫通軸１５がカムロッド２３と共に戻しバネ２４により押されて長孔１４の初期位置へ戻る。このとき、カムロッド２３の移動に伴いカム軸２２が反対方向へ回動し、各突起２２ａが各脚部１３ｂから外れ、各外歯１３が各引張バネ２０の力により格納位置へ戻る。これにより、図１に示すように、伝達軸５を出力軸６から引き離すと共に各外歯１３を格納状態に戻すことができる。

尚、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。

（１）前記実施形態では、供試体モータ１を固定してその出力軸６に対して伝達軸５を移動させるように構成したが、その逆に、ダイナモ２を固定してその伝達軸５に対して出力軸６を移動させるように構成してもよい。

（２）前記実施形態では、第１回転軸として軸孔１１に内歯１２を有する出力軸６を設けたが、出力軸が外歯を有するタイプである場合は、出力軸に装着される円筒状のアダプタを第１回転軸とし設け、そのアダプタの軸孔に内歯を設けてもよい。

（３）前記実施形態では、モータ評価ベンチにおいて本発明の接続構造を具体化したが、これに限られるものではなく、供試体モータ１の他に、トランスミッションやエンジン等の生産工程において評価等のために回転軸をスプライン又はセレーション嵌合させる工程に活用することもできる。

接続構造の構成を示す斜視図。 伝達軸の一部を示す斜視図。 伝達軸を出力軸の軸孔に挿入し始めた状態を示す斜視図。 図３を縦に切断した状態を示す斜視図。 図３を縦に切断した状態を示す断面図。 伝達軸の先端部の正面を示す断面図。 カムロッドとカム軸の作用構成を示す概念図。 カムロッドとカム軸の作用構成を示す概念図。 伝達軸を出力軸の軸孔に挿入した状態を示す斜視図。 図９を縦に切断した状態を示す斜視図。 図９を縦に切断した状態を示す断面図。 伝達軸の外歯が出力軸の内歯に噛み合った状態を示す斜視図。 図１２を縦に切断した状態を示す斜視図。 図１２を縦に切断した状態を示す断面図。 モータ評価ベンチの構成を示す概略図。 接続構造の作用を示すフローチャート。

符号の説明

５ 動力伝達軸（第２回転軸）
６ 出力軸（第１回転軸）
７ 接続構造
１１ 軸孔
１２ 内歯
１３ 外歯
１５ 貫通軸（第２作動部材、第２伝達手段）
１６ 回転体（第１作動部材、第１伝達手段）
１７ ピニオン（第１伝達手段）
１８ ラック（第１伝達手段）
２２ カム軸（カム手段）
２３ カムロッド（第２伝達手段）
２７ 戻しバネ（第２伝達手段）

Claims (1)

1. 第１回転軸は軸孔に内歯を含み、第２回転軸は前記内歯に噛み合う外歯を含み、前記第２回転軸を前記第１回転軸の軸孔に挿入して前記外歯を前記内歯に噛み合わせることにより前記第１回転軸と前記第２回転軸とを接続する回転軸の接続機構であって、
   前記外歯は前記第２回転軸において格納状態から突出可能に設けられることと、
   前記第２回転軸に設けられ、前記外歯を前記格納状態から突出させるために回動するカム手段と、
   前記第２回転軸に設けられ、前記第２回転軸を前記軸孔に挿入するときに前記内歯に押し付けられて挿入力を受ける第１作動部材を含み、その第１作動部材を介して挿入による軸方向運動を回動運動に変換して前記第１回転軸に伝達する第１伝達手段と、
   前記第１伝達手段から伝達された回動運動により前記第１回転軸が回動することで前記第１作動部材が前記内歯から外れた後に前記第１回転軸の先端に押し付けられて挿入力を受ける第２作動部材を含み、その第２作動部材を介して挿入による軸方向運動を回動運動に変換して前記カム手段に伝達する第２伝達手段と
   を備え、前記第２伝達手段から伝達された回動運動により前記カム手段が回動することで前記外歯を前記格納状態から突出させて前記内歯に噛み合わせることを特徴とする回転軸の接続機構。

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