JP2008175287A - Shaft coupling - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a shaft coupling that couples two parallel shafts and transmits power between the two shafts.
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。 A shaft joint that connects two shafts of a general mechanical device and transmits power from the drive side to the driven side has a different structure depending on the positional relationship between the two shafts to be connected. And those that are parallel to each other (and not concentric).
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。)。
図8は、上述した方式の軸継手の一例を示す(特願2005−154090号(図5、図6)参照。)。この軸継手は、軸方向で対向する2つの回転部材51、52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シャフト(円筒状転動体)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8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。
FIG. 8 shows an example of the above-described shaft coupling (see Japanese Patent Application No. 2005-154090 (FIGS. 5 and 6)). In this axial joint, a plurality of
前記各シャフト55は、その両端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と転接している。また、その中央部に形成された大径部を挟む位置に鍔状に張り出すスライダ59が設けられ、保持器56の長孔57を貫通して両スライダ59を連結する柱部材(図示省略)の外周に、保持器56の長孔57内を転動する転がり軸受60が嵌め込まれて、シャフト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となっている。そして、この状態でシャフト55が駆動側の回転部材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。
The
ここで、前記スライダ59は、両回転部材51、52と保持器56から作用点および方向の異なる力を受けるシャフト55を通した状態で保持器56と係合して、シャフト55の軸を含む平面内での回転を拘束し、シャフト55が回転部材軸方向に対して傾かないようにするものである。
Here, the
しかしながら、上記のようなスライダを備えた軸継手でも、実際には、転動体の軸を含む平面内での回転、すなわち転動体の傾きを完全になくすことは困難である。特に、大きなトルクが負荷された場合は、スライダの連結部材等の変形により、転動体がトルク負荷方向に傾きやすい。また、スライダと保持器との間には、両部材をスムーズに相対移動させるために直動軸受等を設けるが、わずかな隙間(ガタ)が生じることは避けられず、その隙間分は転動体が傾いてしまう。転動体が傾くと、その両端部に嵌め込まれた転がり軸受も各回転部材の案内溝の中で傾き、円筒形の軸受外輪がその外周側エッジ部で案内溝に噛み込むトラブル(以下、「こじり」と記す。)が生じやすい。そして、こじりが生じると、軸受外輪が回転しなくなって転動体が案内溝内を移動するときの摩擦抵抗が大きくなるため、継手の動作特性が悪化し、最悪の場合には継手がロックして作動不能に陥る。さらに、軸受外輪と案内溝の接触面圧が著しく上昇し、両部材の接触部が早期摩耗したり損傷したりして、継手寿命が短縮される問題もある。 However, even with a shaft joint provided with the slider as described above, it is actually difficult to completely eliminate the rotation in the plane including the axis of the rolling element, that is, the inclination of the rolling element. In particular, when a large torque is applied, the rolling element tends to tilt in the torque load direction due to deformation of the connecting member of the slider. Also, a linear motion bearing or the like is provided between the slider and the cage in order to smoothly move both members relative to each other. However, it is inevitable that a slight gap (backlash) is generated. Will tilt. When the rolling element tilts, the rolling bearings fitted to both ends of the rolling element also tilt in the guide groove of each rotating member, and the trouble that the cylindrical outer ring of the bearing bites into the guide groove at its outer peripheral edge (hereinafter referred to as “squeezing” ") Is likely to occur. If the twisting occurs, the outer ring of the bearing stops rotating and the frictional resistance when the rolling element moves in the guide groove increases, so the operating characteristics of the joint deteriorate, and in the worst case the joint locks. Inoperable. Furthermore, the contact surface pressure between the bearing outer ring and the guide groove is remarkably increased, and there is a problem that the joint life is shortened because the contact portions of both members are prematurely worn or damaged.
また、このような軸継手は平行な2軸間で動力を伝達することを目的としているが、実際の機械装置では、軸継手で連結する2軸を完全に平行にすることは難しく、2軸の取付角度に多少の誤差(ミスアライメント)が生じていることが多い。そして、このミスアライメントが大きい機械装置に組み込まれた軸継手では、転動体が外力によって傾けられ、こじりが生じて上述したような問題が起こりやすい。 Moreover, although such a shaft coupling is intended to transmit power between two parallel axes, in an actual mechanical device, it is difficult to make the two axes connected by the shaft coupling completely parallel. There is often a slight error (misalignment) in the mounting angle. And in the shaft coupling incorporated in this mechanical device with a large misalignment, a rolling element is inclined by an external force, a twist arises, and the above-mentioned problem tends to occur.
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確実に防止できるようにすることである。 It is an object of the present invention to reliably prevent troubles caused by the inclination of a rolling element in a shaft coupling that transmits power via a cylindrical rolling element that is disposed at the intersection of guide grooves that are orthogonal to each other between two parallel axes. Is to be able to do it.
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、前記転動体の両端部の外周に、外輪外周面形状が凸曲面とされた転がり軸受を嵌め込み、これらの転がり軸受を介して前記転動体が前記案内溝の内側面と転接するようにした。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a plurality of linearly extending guides on opposing surfaces of two rotating members that are axially opposed and are held in a state where the rotation axes are parallel to each other and not concentric. A cylindrical shape is provided in which a groove is provided so as to be orthogonal to a guide groove at a corresponding position of the counterpart rotating member, and the guide grooves of both the rotating members intersect with each other, and both ends are guided by the guide grooves to roll. A rolling element is provided, and a retainer for restraining movement of each rolling element in the radial direction of the rotating member through a central portion of each rolling element is provided in a linear long hole having a predetermined angle with each guide groove, In a shaft coupling that transmits power between the rotating members via the rolling elements, rolling bearings having outer ring outer peripheral surface shapes that are convex curved surfaces are fitted on the outer periphery of both end portions of the rolling elements. An inner side surface of the guide groove via the rolling bearing It was as rolling contact.
すなわち、転動体両端部に嵌め込まれる転がり軸受の外輪外周面形状を凸曲面とすることにより、転動体が若干傾いても、その両端部の軸受外輪が、凸曲面の中央部で安定して案内溝の内側面と接触して、こじりを生じることなくスムーズに転動し、軸受外輪と案内溝との接触面圧も抑えられるようにしたのである。 That is, by making the outer ring outer peripheral surface shape of the rolling bearing fitted into both ends of the rolling element into a convex curved surface, even if the rolling element is slightly inclined, the bearing outer rings at both ends are stably guided at the central part of the convex curved surface. It is in contact with the inner surface of the groove and rolls smoothly without causing twisting, so that the contact surface pressure between the bearing outer ring and the guide groove can be suppressed.
上記の構成において、前記転がり軸受の外輪外周の凸曲面を球面とし、前記案内溝の内側面形状を、前記転がり軸受の外輪外周面の曲率と同じかあるいはそれよりも小さい曲率を有する凹球面とすることにより、軸受外輪と案内溝との接触面圧をさらに低く抑えて、継手の長寿命化や信頼性の向上を図ることできる。 In the above configuration, a convex curved surface of the outer ring outer periphery of the rolling bearing is a spherical surface, and an inner surface shape of the guide groove is a concave spherical surface having a curvature equal to or smaller than the curvature of the outer ring outer peripheral surface of the rolling bearing; By doing so, the contact surface pressure between the bearing outer ring and the guide groove can be further reduced, and the life of the joint can be extended and the reliability can be improved.
また、前記案内溝の内側面形状を、前記転がり軸受の外輪外周面と接触する2つの平面からなるV溝形状とすれば、軸受外輪と案内溝との接触面圧の低減に加え、軸受外輪位置の安定化を図ることできる。 Further, if the inner side surface shape of the guide groove is a V-groove shape composed of two flat surfaces in contact with the outer ring outer peripheral surface of the rolling bearing, in addition to the reduction of the contact surface pressure between the bearing outer ring and the guide groove, the bearing outer ring The position can be stabilized.
また、前記転がり軸受の外輪外周の凸曲面を球面とし、前記案内溝の内側面形状を、前記転がり軸受の外輪外周面の曲率よりも小さい曲率を有し、転がり軸受の外輪外周面と接触する2つの凹球面からなる形状とすれば、軸受外輪位置を安定させられるうえ、上記のように案内溝の内側面形状をV溝形状とした場合に比べて、軸受外輪と案内溝との接触面圧を一層低減させることができる。 The convex curved surface of the outer ring outer periphery of the rolling bearing is a spherical surface, and the inner side surface shape of the guide groove has a curvature smaller than the curvature of the outer ring outer peripheral surface of the rolling bearing and contacts the outer ring outer peripheral surface of the rolling bearing. If the shape is composed of two concave spherical surfaces, the position of the bearing outer ring can be stabilized, and the contact surface between the bearing outer ring and the guide groove can be compared to the case where the inner surface shape of the guide groove is a V-groove shape as described above. The pressure can be further reduced.
さらに、前記転がり軸受の外輪を、前記転動体の軸方向に移動可能に組み込むことにより、軸継手で連結される2軸の取付角度誤差のために転動体が大きく傾けられたときにも、その転動体の傾きによる軸受外輪と案内溝との接触面圧の上昇を緩和する方向に軸受外輪が移動して、こじりが生じにくいようにすることができる。 Furthermore, when the outer ring of the rolling bearing is incorporated so as to be movable in the axial direction of the rolling element, even when the rolling element is greatly inclined due to the mounting angle error of the two shafts connected by the shaft coupling, The bearing outer ring moves in a direction to mitigate an increase in the contact surface pressure between the bearing outer ring and the guide groove due to the inclination of the rolling element, and it is possible to prevent the twisting from occurring.
ここで、前記転がり軸受として針状ころ軸受を採用した場合は、その外輪をころ長さよりも狭幅に形成することにより、前記転動体を軸方向に移動可能とすることができる。 Here, when a needle roller bearing is adopted as the rolling bearing, the rolling element can be moved in the axial direction by forming the outer ring to be narrower than the roller length.
本発明は、上述したように、軸継手の転動体両端部に嵌め込まれて案内溝と転接する転がり軸受の外輪外周面形状を凸曲面として、転動体が若干傾いても軸受外輪のこじりを防止できるようにしたので、軸継手の動作特性の改善および寿命延長が図れ、トルク負荷能力を向上させることができる。 As described above, the present invention prevents the outer ring of the bearing from being twisted even if the rolling element is slightly inclined with the outer ring outer peripheral surface shape of the rolling bearing that is fitted to both ends of the rolling element of the shaft coupling and is in rolling contact with the guide groove as a convex curved surface. As a result, the operating characteristics of the shaft coupling and the life extension can be improved, and the torque load capacity can be improved.
また、前記転がり軸受の外輪を転動体の軸方向に移動可能に組み込めば、軸継手で連結される2軸の取付角度誤差のために転動体が大きく傾けられたときにもこじりを防止できるようになり、取付角度誤差の許容範囲を拡大することができる。 In addition, if the outer ring of the rolling bearing is incorporated so as to be movable in the axial direction of the rolling element, it is possible to prevent twisting even when the rolling element is greatly inclined due to the mounting angle error of the two shafts connected by the shaft coupling. Thus, the allowable range of the mounting angle error can be expanded.
以下、図1乃至図7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、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1、2と、両回転部材1、2間に配される複数のシャフト(円筒状転動体)3と、各シャフト3の回転部材径方向の移動を拘束する保持器4とを備え、各シャフト3を介して両回転部材1、2間で動力を伝達するものである。なお、図1および図2は、説明上、両回転部材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回転部材1、2の回転軸がずれた(偏心した)状態で使用される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7. 1 and 2 show a first embodiment. This shaft coupling is opposed to each other in the axial direction, and the rotating
前記各回転部材1、2は、それぞれの軸部1a、2aの一端に形成された円板部1b、2bに、複数の案内溝5、6が周方向に等間隔で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られており、各案内溝交差位置にシャフト3が回転部材軸方向と平行に組み込まれている。
Each of the rotating
前記各案内溝5、6は、それぞれ直線状に延びるように形成されており、そ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でシャフト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回転部材円板部を貫通する必要はなく、両回転部材の対向面に設けられていればよい。
Each of the
前記保持器4は、環状に形成され、各案内溝5、6と45度をなす方向に直線状に延びる長孔7が周方向に等間隔で複数設けられており、これらの各長孔7にシャフト3の中央部を通して保持するようになっている。
The
前記各シャフト3は、その両端部の外周に嵌め込まれた玉軸受(転がり軸受)8を介して、各案内溝5、6の凹部5a、6aと転接している。これらの各玉軸受8の外輪9は、外周面形状が凸球面とされ、その凸球面の中央部で案内溝凹部5a、6aの底面と接触している。また、シャフト3中央部に形成された大径部を挟む位置に鍔状に張り出すスライダ10が設けられ、保持器4の長孔7を貫通して両スライダ10を連結する2本の柱部材11の外周に、保持器4の長孔7内を転動する転がり軸受12がそれぞれ嵌め込まれて、シャフト3が保持器4に回転部材径方向の移動を拘束された状態となっている。
Each of the
前記各スライダ10は、保持器4との対向面の凹部に取り付けられた直動軸受13で保持器4の長孔7縁部と転接して、シャフト3の軸を含む平面内での回転を拘束しながら、シャフト3とともに保持器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13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。
Each
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。この軸継手の入力側回転部材1が回転駆動されると、その案内溝5に周方向から押されたシャフト3が、保持器4に回転部材径方向の移動を拘束された状態で、出力側回転部材2の案内溝6を押して出力側回転部材2を回転させることにより、出力側に動力が伝達される。なお、入力側回転部材1の回転方向が変わったり、両回転部材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。
Next, the power transmission mechanism of this shaft coupling will be described. When the input
上記動力伝達メカニズムは、両回転部材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、図示は省略するが、両回転部材1、2が偏心すると、案内溝5、6の交差位置が回転部材周方向で変化し、各シャフト3が案内溝5、6および保持器4の長孔7の内側を移動しながら動力を伝達するようになる。
The power transmission mechanism is basically the same even in a normal use state where the
この軸継手は、上記の構成であり、スライダ10と保持器4の間のガタ等によってシャフト3が若干傾いても、シャフト3両端部に嵌め込まれた玉軸受8の外輪9が、その外周の凸球面の中央部で安定して案内溝凹部5a、6aの底面と接触し、こじりを生じることなくスムーズに転動するので、従来のものに比べて動作特性が良好で寿命も長い。
This shaft coupling has the above-described configuration, and even if the
なお、シャフト3両端部に嵌め込まれる玉軸受8の外輪9外周面形状は、上述した実施形態のような凸球面に限らず、シャフト3が若干傾いても案内溝凹部5a、6aの底面と安定して接触するような凸曲面であればよく、例えば、曲率が軸受幅方向に徐々に変化するもの等を採用することができる。
The shape of the outer peripheral surface of the
図3は第2の実施形態を示す。この実施形態では、第1実施形態のシャフト3の両端部に、内輪を持たないタイプの針状ころ軸受14を嵌め込み、その外輪15の外周面形状を凸球面としている。このようにシャフト3の両端部に嵌め込む転がり軸受として針状ころ軸受14を用いた場合は、本質的に外輪15がシャフト3に対して傾くことはできないので、第1実施形態のように外輪9が内輪に対して若干傾くことができる玉軸受8を用いた場合よりも、外輪外周面形状を凸球面とする効果は大きくなる。
FIG. 3 shows a second embodiment. In this embodiment,
図4は第3の実施形態を示す。この実施形態では、第2実施形態の各案内溝5、6の内側面形状を、シャフト3両端部に嵌め込まれた針状ころ軸受14の外輪15外周面(凸球面)の曲率よりもわずかに小さい曲率を有する凹球面に変更している。これにより、軸受外輪15と案内溝5、6との接触面圧を第2実施形態よりも低く抑えることができ、継手の長寿命化や信頼性の向上が期待できる。さらに、第1および第2実施形態の案内溝凹部5a、6aの側面と軸受外輪15側面の間で発生していたすべり接触がなくなるため、シャフト3が案内溝5、6内を移動するときの摩擦抵抗が少なくなり、動作特性の向上も期待できる。
FIG. 4 shows a third embodiment. In this embodiment, the inner surface shape of each
図5および図6は第4の実施形態を示す。この実施形態では、図5に示すように、第3の実施形態の針状ころ軸受14の外輪15を、ころ長さよりも狭幅に形成してシャフト3軸方向に一定量だけ移動できるように変更している。これにより、両回転部材1、2の取付角度誤差によってシャフト3が大きく傾けられても、両回転部材1、2がその周方向で互いに接近する位置では、各針状ころ軸受14の外輪15がシャフト3中央側へ移動し(図6)、逆に両回転部材1、2が離れる位置では、各軸受外輪15がシャフト3端側へ移動して(図示省略)、シャフト3の傾きによる軸受外輪15と案内溝5、6との接触面圧の上昇が緩和され、こじりの発生を防止することができる。
5 and 6 show a fourth embodiment. In this embodiment, as shown in FIG. 5, the
図7(a)、(b)は、それぞれ第4実施形態の案内溝形状の変形例を、出力側回転部材2の案内溝6に直交する断面で示したもので、図示省略した入力側案内溝5も出力側案内溝6と同じ形状となっている。図7(a)は、各回転部材1、2の案内溝5、6の内側面形状を、針状ころ軸受14の外輪15外周面と接触する2つの平面からなるV溝形状とした例で、軸受外輪15と案内溝5、6との接触面圧の低減に加え、軸受外輪15位置の安定化も図ることできる。一方、図7(b)は、各案内溝5、6の内側面形状を、軸受外輪15外周面(凸球面)の曲率よりも小さい曲率を有し、軸受外輪15外周面と接触する2つの凹球面からなる形状(ゴシックアーチ形状)とした例で、図7(a)の例と同様に軸受外輪15位置を安定させられるうえ、図7(a)の例よりも軸受外輪15と案内溝5、6との接触面圧を低減させることができる。なお、いずれの例でも、案内溝5、6内側面中央部の軸受外輪15と接触しない部分には、高い寸法精度を必要としない逃げ16が設けられ、案内溝5、6加工コストの削減が図られている。
FIGS. 7A and 7B show a modification of the guide groove shape of the fourth embodiment in a cross section orthogonal to the
1、2 回転部材
3 シャフト(円筒状転動体)
4 保持器
5、6 案内溝
7 長孔
8 玉軸受
9 外輪
10 スライダ
11 柱部材
12 転がり軸受
13 直動軸受
14 針状ころ軸受
15 外輪
1, 2 Rotating
4
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JP2007008863A JP2008175287A (en) | 2007-01-18 | 2007-01-18 | Shaft coupling |
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