JP2010091069A - 弾性体軸継手および建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性体軸継手に用いられる弾性体の磨耗を抑制する。
【解決手段】軸方向に同心状にフライホイールと油圧ポンプの入力軸を配置する。フライホイールの端面には同心状に複数のホイール金具を配置し、ポンプ入力軸の周面には複数のポンプ金具を配置する。これら金具１３，２３のトルク伝達面２３０の間に、トルク伝達面３１０を介して軸方向から弾性体３を嵌合する。この際、金具のトルク伝達面２３０と弾性体３のトルク伝達面３１０をそれぞれテーパ状に形成し、弾性体３のトルク伝達面３１０を金具１３，２３のトルク伝達面２３０に密着させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、回転体のトルクを弾性体を介して他の回転体に伝達する弾性体軸継手および建設機械に関する。

従来より、エンジンの駆動トルクを弾性体を介して被駆動機器に伝達するようにした弾性体軸継手が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の弾性体軸継手では、エンジンの出力軸に設けられたハブと被駆動機器の入力軸に設けられたハブを弾性体を介して連結するとともに、軸間の同心を保つためにハブの連結部に軸受けを設ける。

ところで、エンジンの出力軸と被駆動機器の入力軸とは、弾性体を介して軸方向に嵌合して連結されるが、この嵌合の組立性を容易にするため、弾性体とハブの接触面の間には、通常、隙間が設けられる。

登録実用新案第３０６６７０３号公報

しかしながら、軸継手に作用するトルクは、エンジン回転速度の変動や負荷変動等により変化するため、弾性体とハブの接触面の間に隙間を設けると、弾性体の摺動磨耗を引き起こし、製品寿命が低下するおそれがある。

本発明による弾性体軸継手は、軸方向に同心状に第１の回転体と第２の回転体とが配置され、これら第１の回転体および第２の回転体の端部に、軸方向に互いに嵌合し合うようにそれぞれ周方向に対向して複数のトルク伝達面が形成されるとともに、これら第１の回転体のトルク伝達面と第２の回転体のトルク伝達面との間に軸方向から介装された弾性体を介して、第１の回転体のトルクを第２の回転体に伝達する弾性体軸継手であって、複数のトルク伝達面のうち、第１の回転体と弾性体とが接触する第１のトルク伝達面および第２の回転体と弾性体とが接触する第２のトルク伝達面の少なくとも一方は、弾性体を介して第１の回転体と第２の回転体を嵌合した際に弾性体と少なくとも一方の回転体とが互いに密着するように軸方向にテーパ状に形成されることを特徴とする。

本発明によれば、回転体と弾性体とが接触するトルク伝達面を軸方向にテーパ状に形成するようにしたので、トルク伝達面同士を密着させることができ、弾性体の磨耗を抑えることができる。

以下、図１〜図１１を参照して本発明による弾性体軸継手の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る弾性体軸継手を有する建設機械の一例である油圧ショベルの側面図である。油圧ショベルは、走行体１０１と、走行体１０１上に旋回可能に搭載された旋回体１０２と、旋回体１０２に回動可能に軸支された作業用フロント１０３とを有する。旋回体１０２のフレーム１０５には運転室１０４が搭載され、その後方にはエンジン室１０６が設けられ、フレーム１０５の後端部にカウンタウエイト１０７が支持されている。作業用フロント１０３は、ブーム１１１と、アーム１１２と、バケット１１３とを有し、これらはそれぞれ油圧シリンダ１１４〜１１６により駆動される。

図２は、エンジン室１０６内の要部構成を示す図である。フレーム１０５上にはブラケット１０８を介してエンジン１が横置きに支持されている。エンジン１の側方には油圧ポンプ２が設けられ、エンジン１のフライホイールハウジング１１に油圧ポンプ２のポンプフランジ２１が締結される。エンジン１の出力軸には、弾性体軸継手を介して油圧ポンプ２の入力軸が連結される。

図３は、本実施の形態に係る弾性体軸継手の分解斜視図（エンジン側から見た斜視図）であり、図４はその要部拡大図である。エンジン１の出力軸の端部には、フライホイール１２が一体に取り付けられ、フライホイール１２の端面には、ボルト１４によりホイール金具１３が取り付けられる。図５（ａ）は、フライホイール１２の正面図（図３の矢視V図）であり、図５（ｂ）は側面図である。図５に示すようにホイール金具１３は、周方向に等間隔に複数（図では４つ）取り付けられ、各ホイール金具１３の周方向両端面にそれぞれトルク伝達面１３０が形成されている。

図３，４に示すように油圧ポンプ２の入力軸の端部には、トルク伝達用のハブ２２がポンプ２に一体に取り付けられている。ハブ２２は、ポンプ入力軸に固定される回転軸２４と、回転軸２４の外周面から径方向外側に突出して設けられる複数のポンプ金具２３とを有する。ポンプ金具２３は、ホイール金具１３と同数だけ周方向等間隔に設けられ、各ポンプ金具２３の周方向両端面にそれぞれトルク伝達面２３０が形成されている。

図４に示すように弾性体３は、金具１３，２３のトルク伝達面１３０，２３０に密着するトルク面密着部３１と、ポンプ金具２３の軸方向端面に密着する軸端面密着部３２と、回転軸２４の外周面に密着するハブ面密着部３３とを一体に有する。各トルク面密着部３１の内側にはトルク伝達面３１０が形成され、外側にはトルク伝達面３１１が形成されている。トルク伝達面３１０の間には金具挿入空間ＳＰ１が、トルク伝達面３１１の間には金具挿入空間ＳＰ２がそれぞれ形成され、金具挿入空間ＳＰ１とＳＰ２は、トルク伝達面３１０，３１１を介して周方向に交互に形成されている。弾性体３は例えば樹脂材からなり、一体成形により形成される。

エンジン１の出力軸にポンプ２の入力軸を連結する際は、まず、弾性体３の金具挿入空間ＳＰ１に軸方向からポンプ金具２３を挿入し、弾性体３をハブ２２に取り付ける。これにより図６に示すようにハブ２２の外側表面が弾性体３により覆われる。

この状態で、図２に示すようにホイールフランジ１１にポンプフランジ２１を締結すると、金具挿入空間ＳＰ２内に軸方向からホイール金具１３が挿入される。これにより弾性体３を介してホイール金具１３とポンプ金具２３が一体に連結され、弾性体３と金具１３，２３がフライホイール１２の回転に伴い一体に回転する。このような弾性体軸継手では、トルク伝達面１３０と２３０の間に弾性体３が挟まれ、弾性体３を介してエンジン１からのトルクが油圧ポンプ２に伝達されため、エンジン側とポンプ側との軸ずれや、エンジン１のトルク変動等を弾性体３で吸収することができ、滑らかなトルク伝達が可能である。

この場合、金具１３，２３のトルク伝達面１３０，２３０と、これに接する弾性体３のトルク伝達面３１０，３１１とを隙間なく形成すると、金具挿入空間ＳＰ１，ＳＰ２内への金具１３，２３の挿入が困難となり、組立性が悪化する。一方、トルク伝達面１３０，２３０と３１０，３１１との間に隙間を設けると、エンジン回転数やポンプ負荷が変動して伝達トルクが変化した際に、トルク伝達面３１０，３１１に作用する面圧が変化し、弾性体３が摺動する。その結果、弾性体３が磨耗し、製品寿命が低下する。そこで、本実施の形態では、以下のように金具１３，２３および弾性体３のトルク伝達面１３０，２３０，３１０，３１１を構成する。

図７（ａ），（ｂ）は、それぞれ弾性体３の正面図および側面図であり、図７（ｃ），（ｄ）は、それぞれ図７（ａ）のｃ−ｃ線断面図およびｄ−ｄ線断面図である。図８（ａ），（ｂ）は、それぞれハブ２２の正面図および側面図であり、図８（ｃ）は、図８（ａ）のｃ−ｃ線断面図である。図９（ａ），（ｂ）は、それぞれフライホイール１２に取り付けられたホイール金具１３の正面図および側面図であり、図９（ｃ）は、図９（ａ）のｃ−ｃ線断面図である。図１０（ａ），（ｂ）は、図７〜図９の各部品を組み立てた状態を示す正面図および側面図である。なお、図７〜図１０の側面図は、上方がエンジン側、下方がポンプ側として示している。

図７に示すように弾性体３の各トルク伝達面３１０は、それぞれ軸方向にテーパ状に形成され、金具挿入空間ＳＰ１はポンプ側にかけて徐々に拡大している。また、弾性体３の各トルク伝達面３１１は、それぞれ軸方向にテーパ状に形成され、金具挿入空間ＳＰ２はエンジン側にかけて徐々に拡大している。図７（ｃ），（ｄ）に示すように周方向両側のトルク伝達面３１０の軸線に対する角度（テーパ角度θ）をそれぞれθ１、θ２、周方向両側のトルク伝達面３１１の軸線に対する角度をそれぞれθ３，θ４とすると、θ１＝θ２＝θ３＝θ４とされている。

図８に示すようにポンプ金具２３の各トルク伝達面２３０は、それぞれ軸方向に沿ってテーパ状に形成され、エンジン側にかけて先細となっている。トルク伝達面２３０は弾性体３のトルク伝達面３１０に対応した形状をなし、図８（ｃ）に示すように各トルク伝達面２３０のテーパ角度θは図７（ｃ）のθ１、θ２に等しい。これによりポンプ金具２３の先端部は金具挿入空間ＳＰ１の入口部よりも十分に小さいため、図８（ｃ）の矢印に示すように弾性体３を軸方向からポンプ金具２３に容易に嵌合することができる。その結果、ホイールフランジ１１とポンプフランジ２１との締結により弾性体３が弾性変形し、トルク伝達面２３０，３１０同士を隙間なく密着させることができる。

図９に示すようにホイール金具１３の各トルク伝達面１３０は、それぞれ軸方向に沿ってテーパ状に形成され、ポンプ側にかけて先細となっている。トルク伝達面１３０は弾性体３のトルク伝達面３１１に対応した形状をなし、図９（ｃ）に示すように各トルク伝達面１３０のテーパ角度θは図７（ｄ）のθ３、θ４に等しい。これによりホイール金具１３の先端部は金具挿入空間ＳＰ２の入口部よりも十分に小さいため、図９（ｃ）の矢印に示すように軸方向から弾性体３に容易に嵌合することができる。その結果、ホイールフランジ１１とポンプフランジ２１との締結により弾性体３が弾性変形し、トルク伝達面１３０，３１１同士を隙間なく密着させることができる。

エンジン１の出力軸に油圧ポンプ２の入力軸を連結した状態では、図１０に示すように金具１３，２３と弾性体３はトルク伝達面１３０，２３０，３１０，３１１を介して密着している。このため、エンジン回転数やポンプ負荷が変動した場合の弾性体３の摺動を防ぐことができ、弾性体３の磨耗を低減できる。

本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）フライホイール１２の端面にホイール金具１３を設け、さらにこれと嵌合するように油圧ポンプ２の端部にポンプ金具２３を設け、各金具１３，２３のトルク伝達面１３０，２３０の間にトルク伝達面３１０，３１１を介して弾性体３を介装し、エンジン１のトルクを弾性体３を介して油圧ポンプ２に伝達するとともに、弾性体３を介したフライホイール１２とハブ２２の嵌合時に金具１３，２３と弾性体３が互いに密着するようにトルク伝達面１３０，２３０，３１０，３１１をそれぞれテーパ状に形成するようにした。これにより弾性体３を介してフライホイール１２に油圧ポンプ２のハブ２２を容易に組み付けることができるとともに、トルク伝達面３１０，３１１における弾性体３の摺動を抑えることができ、弾性体３の磨耗による製品寿命の低下を防ぐことができる。

（２）トルク伝達面２３０，３１０のテーパ角度θ１，θ２とトルク伝達面１３０，３１１のテーパ角度θ３，θ４を等しくするようにしたので（θ１＝θ４、θ２＝θ３）、トルク伝達面３１０，３１１間の弾性体３の軸方向の肉厚が一定となり、弾性体３を均一に弾性変形させることができる。
（３）トルク伝達面３１０および３１１の両側のテーパ角度θ１，θ２およびθ３，θ４をそれぞれ等しくするようにしたので（θ１＝θ２、θ３＝θ４）、金具挿入空間ＳＰ１，ＳＰ２の入口が広くなり、弾性体３を金具１３，２３の間に容易に取り付けることができる。
（４）エンジン１のフライホイール１２と油圧ポンプ２を連結する軸継手のトルク伝達面をテーパ形状としたので、エンジン回転速度の変動や油圧ポンプ２の負荷が大きく変動した場合であっても、弾性体３の磨耗を良好に抑えることができる。

なお、上記実施の形態では、金具挿入空間ＳＰ１内に設けられた周方向両側のトルク伝達面３１０の各テーパ角θ１，θ２、および金具挿入空間ＳＰ２内に設けられた周方向両側のトルク伝達面３１１の各テーパ角θ３，θ４を、図１１（ａ）に示すようにθ１＝θ２＝θ３＝θ４としたが、少なくとも弾性体３と金具１３，２３が互いに密着するようにトルク伝達面１３０，２３０，３１０，３１１をテーパ状に形成するのであれば、トルク伝達面の構成はこれに限らない。

例えば図１１（ｂ）に示すようにθ１とθ２、θ３とθ４それぞれ等しくするとともに、θ１とθ２をθ３とθ４より小さくしてもよい。これによりホイール金具１３とポンプ金具２３の製造メーカーが異なる等により金具１３，２３のテーパ角が互いに異なる場合にも対応可能である。図１１（ｃ）に示すようにエンジン１の出力軸が一方向に回転可能である場合には、その回転方向のトルク伝達面のテーパ角θ１，θ４を反回転方向のトルク伝達面のテーパ角θ２，θ３より小さくしてもよい。これによりエンジン１の回転方向に対するトルク伝達面の角度が垂直に近づき、エンジン１のトルクを油圧ポンプ２に良好に伝達することができる。

上記実施の形態では、ホイール金具１３と弾性体３とが接触するトルク伝達面１３０，３１１（第１のトルク伝達面）およびポンプ金具２３と弾性体３とが接触するトルク伝達面２３０，３１０（第２のトルク伝達面）をそれぞれテーパ状としたが、いずれか一方のみテーパ状にしたのでもよい。第１の回転体としてエンジン１のフライホイール１２の端面にホイール金具１３（第１のブロック）を設け、第２の回転体として油圧ポンプ２の出力軸の端部の周面にポンプ金具２３（第２のブロック）を設けるようにしたが、第１の回転体と第２の回転体の構成はこれに限らない。エンジン１と油圧ポンプ２を連結する軸継手部だけでなく、他の軸継手部も上述したのと同様に構成することができる。

以上では、油圧ショベルに適用する例を示したが、他の建設機械にも適用可能である。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の弾性体軸継手に限定されない。

本発明の実施の形態に係る建設機械の一例である油圧ショベルの側面図。 油圧ショベルのエンジン室内の構成を示す図。 本実施の形態に係る弾性体軸継手の分解斜視図。 図３の要部拡大図。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ図３のフライホイールの正面図および側面図。 図３の弾性体の装着状態を示す油圧ポンプの斜視図。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ図３の弾性体の正面図および側面図、（ｃ），（ｄ）は図７（ａ）のｃ−ｃ線断面図およびｄ−ｄ線断面図。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ図３のハブの正面図および側面図、（ｃ）は図８（ａ）のｃ−ｃ線断面図。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ図３のホイール金具の正面図および側面図、（ｃ）は図９（ａ）のｃ−ｃ線断面図。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ図７〜図９の部品の組立状態を示す正面図および側面図。 （ａ）は弾性体軸継手の組立状態を概略的に示す図、（ｂ），（ｃ）はそれぞれ図１１（ａ）の変形例を示す図。

符号の説明

１ エンジン
２ 油圧ポンプ
３ 弾性体
１２ フライホイール
１３ ホイール金具
２２ ハブ
２３ ポンプ金具
１３０，２３０，３１０，３１１ トルク伝達面
θ１〜θ４ テーパ角

Claims (5)

1. 軸方向に同心状に第１の回転体と第２の回転体とが配置され、これら第１の回転体および第２の回転体の端部に、軸方向に互いに嵌合し合うようにそれぞれ周方向に対向して複数のトルク伝達面が形成されるとともに、これら第１の回転体のトルク伝達面と第２の回転体のトルク伝達面との間に軸方向から介装された弾性体を介して、前記第１の回転体のトルクを前記第２の回転体に伝達する弾性体軸継手であって、
   前記複数のトルク伝達面のうち、前記第１の回転体と前記弾性体とが接触する第１のトルク伝達面および前記第２の回転体と前記弾性体とが接触する第２のトルク伝達面の少なくとも一方は、前記弾性体を介して前記第１の回転体と前記第２の回転体を嵌合した際に前記弾性体と前記少なくとも一方の回転体とが互いに密着するように軸方向にテーパ状に形成されることを特徴とする弾性体軸継手。
2. 請求項１に記載の弾性体軸継手において、
   前記第１のトルク伝達面および前記第２のトルク伝達面は、それぞれ軸方向にテーパ状に形成されるとともに、前記第１のトルク伝達面の軸線に対するなす角度および前記第２のトルク伝達面の軸線に対するなす角度は、互いに等しいことを特徴とする弾性体軸継手。
3. 請求項１に記載の弾性体軸継手において、
   前記第１の回転体は一方向に回転可能であり、前記第１の回転体の回転方向における前記第１のトルク伝達面およびこれに対向する前記第２のトルク伝達面の軸線に対するなす角度は、前記第１の回転体の反回転方向における前記第１のトルク伝達面およびこれに対向する前記第２のトルク伝達面の軸線に対するなす角度よりも小さいことを特徴とする弾性体軸継手。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性体軸継手において、
   前記第１の回転体は、エンジンのフライホイールの軸方向端面に、周方向に間隔を開けて設けられた複数の第１のブロックを有し、
   前記第２の回転体は、油圧ポンプの回転軸の周面に設けられた複数の第２のブロックを有し、
   前記第１のブロックと前記弾性体との接触面および前記第２のブロックと前記弾性体との接触面に、それぞれ前記第１のトルク伝達面および前記第２のトルク伝達面が形成されることを特徴とする弾性体軸継手。
5. 請求項４に記載の弾性体軸継手を有する建設機械。

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