JP2007247858A

JP2007247858A - 軸継手

Info

Publication number: JP2007247858A
Application number: JP2006075093A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Utsunomiya; 聡宇都宮
Original assignee: NTN Corp; Bridgestone Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp; Bridgestone Corp
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-09-27

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円筒状の転動体を介して動力を伝達する方式の軸継手において、転動体の傾きによるトラブルを防止し、かつ径方向サイズの大型化を抑えることである。
【解決手段】保持器４の１つの長孔７およびこの長孔７と交差する２つの案内溝５、６を１組とする複数組の転動体案内機構１１が、隣り合う２組で１つの長孔７を共用するとともに、２つの転動体３を貫通孔９ａに通した状態で保持器４と係合する１対のスライダ９を共有するようにすることにより、各転動体３の軸を含む平面内での回転を拘束して、転動体３の案内溝５、６への噛み込みを防止するとともに、転動体３ごとにスライダを設けた場合に比べて、一定の継手径方向サイズに対して配置できる転動体３の数を増やし、コンパクトな設計ができるようにしたのである。
【選択図】図１

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、本出願人は、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ものを提案した（特許文献１参照。）。
特開２００５−１７２２１７号公報

図５（ａ）、（ｂ）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、各案内溝交差位置に円筒状の転動体５５を配して、その両端部を各案内溝５３、５４で案内し、中央部を保持器５６の長孔５７に通して保持するようにしたものである。なお、図５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。

前記各転動体５５は、その両端部および中央部の外周に嵌め込まれた転がり軸受５８を介して、各案内溝５３、５４の凹部５３ａ、５４ａおよび保持器５６の長孔５７と転接している。そして、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。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、この軸継手では、円筒状の転動体５５を用いたことに伴い、転動体５５が回転部材軸方向に対して傾いて案内溝５３、５４に噛み込むトラブルを防止するために、転動体５５を通した状態で保持器５６と係合して転動体５５の軸を含む平面内での回転を拘束するスライダ５９を、保持器５６の両側に設けている（特願２００５−１５４０９０号参照。）。

ところが、上記のようなスライダを設けた軸継手では、その周方向で隣り合うスライダどうしが両回転部材の偏心に伴って相対的な位置を変えても互いに干渉しないように、各スライダを隣り合うものと所定の距離だけ離して配置する必要があり、これによって配置できる転動体の数が制限される。その結果、一定の継手径方向サイズに対して得られるトルク負荷容量の上限が低くなり、必要なトルク負荷容量を得るためには、スライダを設けない場合よりも径方向サイズを大きくせざるをえない場合が多かった。

また、スライダは各転動体に少なくとも１つ（好ましくは保持器の両側に１つずつ）設ける必要があるので、その分だけ部品数が多いという難点もある。さらに、スライダと保持器との相対移動を滑らかにするために両者間に直動軸受等を設ける場合には、部品数は一層多くなってしまう。このため、スライダを設けない場合に比べると、ある程度構造が複雑でコストも高くなることは避けられない。

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円筒状の転動体を介して動力を伝達する方式の軸継手において、転動体の傾きによるトラブルを防止し、かつ径方向サイズの大型化を抑えることである。

上記の課題を解決するため、本発明は、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、複数の直線状に延びる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、各案内溝に両端部を案内されて転動する円筒状の転動体を配し、前記各案内溝と所定の角度をなす直線状の長孔に前記各転動体の中央部を通して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た軸継手において、前記各転動体を貫通孔に通した状態で保持器と係合して転動体の軸を含む平面内での回転を拘束するスライダを設け、前記保持器の１つの長孔およびこの長孔と交差する２つの案内溝を１組とする複数組の転動体案内機構のうち、少なくとも２組の隣り合う転動体案内機構が、前記保持器の１つの長孔を共用するとともに１つのスライダを共有するようにした。

すなわち、各転動体の軸を含む平面内での回転を拘束するスライダを設けることにより、各転動体を回転部材軸方向と平行に保って、転動体の案内溝への噛み込みを防止できるようにするとともに、少なくとも２組の隣り合う転動体案内機構に、保持器の１つの長孔を共用させ、１つのスライダを共有させることにより、従来のスライダを設けたものに比べて、一定の継手径方向サイズに対して配置できる転動体の数を増やし、トルク負荷容量の増大が図れるようにしたのである。

上記の構成において、前記各案内溝と保持器の長孔とのなす角度を４５度とすれば、保持器の長孔の設計や加工がしやすくなる。

また、前記各スライダと保持器との間に直動軸受を介在させれば、スライダおよび転動体が保持器に対してスムーズに相対移動できるようになる。

さらに、前記転動体案内機構に共有されるスライダの貫通孔のうちの少なくとも１つを拡げて、このスライダに通された転動体どうしの距離の変化を許容できるようにするとともに、拡げた貫通孔に通される転動体に貫通孔縁部と係合する大径部を設ければ、転動体の軸を含む平面内での回転を拘束して、転動体の案内溝への噛み込みを防止する機能を維持しつつ、転動体と保持器の長孔との間の隙間寸法の精度が低い場合にも、そのガタを吸収して動力伝達を行うことができる。

本発明の軸継手は、上述したように、隣り合う転動体案内機構が保持器の１つの長孔を共用し、１つのスライダを共有するようにしたものであるから、転動体の案内溝への噛み込みを防止して継手動作の安定化を図れるうえ、従来のスライダを設けた軸継手に比べて、一定の継手径方向サイズに対して配置できる転動体の数が多く、トルク負荷容量を増大させることができる。従って、必要なトルク負荷容量を確保しつつ、径方向サイズを小さくしたコンパクトな設計が可能となる。

また、スライダの数を減らすことで、継手構造の簡素化およびコスト削減も図れる。この効果は、スライダに付随する直動軸受等を設ける場合に一層大きくなる。

以下、図１乃至図４に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１および図２は、第１の実施形態を示す。この軸継手は、図１（ａ）、（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のそれぞれに固定されるプレート（回転部材）１、２と、両プレート１、２間に配される複数の円筒状の転動体３と、各転動体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、各転動体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、それぞれドーナツ状の円盤で、軸方向で対向する状態で入力軸Ａおよび出力軸Ｂの軸端部外周に嵌め込まれている。各プレート１、２には、それぞれ６つの案内溝５、６が、２つずつ近接して相手側のプレートの対応する位置の案内溝と直交し、かつ互いに近接する２つの案内溝交差位置の中点が周方向に等間隔となるように設けられている。そして、各案内溝交差位置に、転動体３がプレート軸方向と平行に組み込まれている。

前記案内溝５、６は、同一プレート内で互いに近接する２つが、それぞれの交差位置の中点とプレート中心とを結ぶ基準線と４５度をなす方向に延びるように形成されている。そして、各案内溝５、６の内側面には一定の深さの凹部５ａ、６ａが設けられ、この凹部５ａ、６ａで転動体３の両端部を案内するようになっている。なお、各案内溝は、必ずしもこの実施形態のようにプレートを貫通する必要はなく、両プレートの対向面に設けられていればよい。

前記保持器４は、環状に形成され、互いに近接する２つの案内溝交差位置を結ぶ直線に沿って延びる長孔７が、周方向に等間隔で設けられている。すなわち、各長孔７は、案内溝５、６と４５度をなすように形成され、２つの転動体３の中央部を通して保持するようになっている。

前記各転動体３は、その両端部および中央部の外周に転がり軸受８が嵌め込まれ、これらの各転がり軸受８を介して、各案内溝５、６の凹部５ａ、６ａおよび保持器４の長孔７と転接している。そして、互いに近接する２つの転動体３を貫通孔９ａに通す１対のスライダ９が、保持器４の両側に設けられている。これらの各スライダ９は、保持器４と対向する面に取り付けられた２つの直動軸受１０で、保持器４の長孔７縁部と摺接している。これにより、転動体３の軸を含む平面内での回転が拘束されるとともに、スライダ９および転動体３が保持器４に対してスムーズに相対移動できるようになっている。なお、直動軸受１０には、平板状の保持器に針状ころを組み込んだものが使用されている。また、スライダ９は、保持器４の片側のみに設けるようにしてもよい。

ここで、保持器４の１つの長孔７およびこの長孔７と交差して１つの転動体３を案内する２つの案内溝５、６を１組の転動体案内機構１１とすると、各転動体案内機構１１は、隣り合う２組で１つの長孔７を共用し、１対のスライダ９を共有する形態となっている。

次に、この軸継手の動力伝達のメカニズムについて説明する。この軸継手の入力軸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転動体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たりしても、同じメカニズムで動力伝達が行われる。

このとき、各転動体３は、各プレート１、２および保持器４から受ける力の作用点および方向が同軸上にないため回転モーメントが発生するが、転動体３を通すスライダ９と保持器４との係合により軸を含む平面内での回転を拘束されているので、プレート軸方向と平行な姿勢を保つことができ、案内溝５、６へ噛み込むおそれがない。

また、１つの長孔７を共用する任意の２組の転動体案内機構１１について見れば、保持器４の回転方向に対する位置関係が互いに異なっているため、入力側プレート１に押された転動体３が保持器４を両プレート１、２に対して相対回転させることがなく、保持器４の相対回転に起因する動力伝達特性の悪化や異音の発生等のトラブルを防止することができる（特願２００５−２０１４６１号参照。）。

上記動力伝達メカニズムは、入出力軸Ａ、Ｂが偏心した通常の使用状態でも基本的に同じである。図２は、図１に示した同心状態から出力側プレート２が上方へ偏心量ｅだけ偏心し、これに伴って保持器４が上方および左方へｅ／２だけ偏心した状態を示す。この状態でも、両プレート１、２および保持器４は、それぞれ同心状態と同様に振れ回りすることなく同期回転する。一方、各転動体３は、案内溝５、６および保持器４の長孔７の交差位置がプレート周方向で変化することにより、案内溝５、６および保持器４の長孔７の内側を移動しながら両プレート１、２間で動力を伝達するようになる。

この軸継手は、上記の構成であり、隣り合う２組の転動体案内機構１１が１対のスライダ９を共有しているので、各転動体案内機構が１つずつスライダを有する従来のものに比べて、一定の継手径方向サイズに対して配置できる転動体の数を約２倍に増やすことができる。従って、径方向サイズを変えることなくトルク負荷容量を増大させるか、あるいはトルク負荷容量を一定にしてコンパクト化を図ることが可能となる。また、スライダおよびそれに付随する直動軸受等の部品の数を減らすことで、継手構造の簡素化およびコスト削減を図ることもできる。

ところで、上述した実施形態の軸継手では、転動体と保持器の長孔との間の隙間の寸法精度が低い場合に、下記の問題が生じる可能性がある。

例えば図３（ａ）に示すように、転動体３中央部に嵌め込まれた転がり軸受８と保持器４の長孔７の内面との間に隙間δがある場合、仮に１対のスライダ９に通された２つの転動体３が従来の軸継手のように独立に移動できるとすると、入力側プレート１に右回りのトルクが負荷されたときには、図３（ｂ）に示すように、入力側プレート１に押された各転動体３が、長孔７内面に接触するまで移動して保持器４にプレート径方向の移動を拘束された状態となった後、動力伝達を行うことになる。このとき、各転動体３が長孔７内面に接触するまでは、出力側プレート２および保持器４は回転しないので、案内溝５、６および長孔７の交差位置が変化し、両転動体３間の距離Ｌ_１は無負荷状態での距離Ｌ_０よりも大きくなる。一方、入力側プレート１に左回りのトルクが負荷されると、転動体３がプレート径方向の外側へ移動し、Ｌ_１はＬ_０よりも小さくなる。

しかし、実際には、両転動体３は同時に１対のスライダ９に拘束されており、両者が独立に移動できる距離はスライダ９とのはめ合い隙間分しかないので、両者間の距離はＬ_０からほとんど変化することはない、すなわち、各転動体３はプレート径方向にはほとんど移動できない。従って、転動体３と長孔７内面との間の隙間δが大きいと、転動体３が保持器４に支えられない状態で動力伝達を行うことになり、必要なトルク負荷容量が得られなかったり、継手動作が不安定になったりするおそれがある。

そこで、図４に示す第２の実施形態では、第１の実施形態をベースとして、各スライダ９の貫通孔９ａの１つ（図面左側のもの）を拡げて、１対のスライダ９に通された２つの転動体３が互いに独立に移動できる範囲を広げ、転動体３どうしの距離の変化をある程度許容できるようにした。そして、各転動体３の中央部に貫通孔９ａ縁部と係合する大径部３ａを設けることにより、拡げた貫通孔９ａに通される転動体３の軸を含む平面内での回転を拘束して、転動体３の案内溝５、６への噛み込みを防止する機能が維持されるようにした。なお、スライダの貫通孔は２つとも拡げるようにしてもよい。また、転動体の大径部は、拡げた貫通孔に通される転動体にのみ設けるようにすることもできる。

この実施形態では、上記の構成により、転動体３と長孔７内面との間の隙間δが大きい場合でも、図３（ｂ）に示した状態が実現され、各転動体３が保持器４に支えられた状態で動力伝達を行うことができるので、設計通りのトルク負荷容量が得られるし、継手動作の安定性も確保される。

ａは第１の実施形態の軸継手の側面図（回転軸が同心）、ｂはａのＩ−Ｉ線断面図図１の軸継手の使用状態を示す側面図（回転軸が偏心）ａ、ｂは、それぞれ図１の軸継手の仮想的な挙動の説明図第２の実施形態の軸継手の図１（ｂ）に対応する断面図ａは従来の軸継手の側面図（回転軸が同心）、ｂはａのＶ−Ｖ線断面図

符号の説明

１、２プレート（回転部材）
３転動体
３ａ大径部
４保持器
５、６案内溝
７長孔
８転がり軸受
９スライダ
９ａ貫通孔
１０直動軸受
１１転動体案内機構
Ａ入力軸
Ｂ出力軸

Claims

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、複数の直線状に延びる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、各案内溝に両端部を案内されて転動する円筒状の転動体を配し、前記各案内溝と所定の角度をなす直線状の長孔に前記各転動体の中央部を通して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た軸継手において、前記各転動体を貫通孔に通した状態で保持器と係合して転動体の軸を含む平面内での回転を拘束するスライダを設け、前記保持器の１つの長孔およびこの長孔と交差する２つの案内溝を１組とする複数組の転動体案内機構のうち、少なくとも２組の隣り合う転動体案内機構が、前記保持器の１つの長孔を共用するとともに１つのスライダを共有するようにしたことを特徴とする軸継手。
前記各案内溝と保持器の長孔とのなす角度を４５度としたことを特徴とする請求項１に記載の軸継手。
前記各スライダと保持器との間に直動軸受を介在させたことを特徴とする請求項１または２に記載の軸継手。
前記転動体案内機構に共有されるスライダの貫通孔のうちの少なくとも１つを拡げて、このスライダに通された転動体どうしの距離の変化を許容できるようにするとともに、拡げた貫通孔に通される転動体に貫通孔縁部と係合する大径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。