JP2010174966A - 空調機用の動力伝達部材の固着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キーをキー溝に圧着させてプーリーなど空調機用の動力伝達部材を回転軸に強固に固着させることのできる固着装置が望まれている。
【解決手段】の動力伝達部材の固着装置は、回転軸１の外周面に半径方向内向きに陥没して形成された内凹キー溝２、および、回転軸１に嵌装された空調機用のプーリー３の内周面に半径方向外向きに陥没して形成された外凹キー溝４の双方に装着されるキー５と、プーリー３の外方と外凹キー溝４とを貫通して形成された雌ネジ穴７に螺合してキー５を押圧しプーリー３を回転軸１に固着するネジ６とから成る装置であって、キー５と対面するネジ６の先端部８が先細の円錐形状に形成されるとともに、キー５におけるネジ６と接する部位５Ａに、ネジ６の先端部８を受ける傾斜面を有する受溝９が形成されていることを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、空調機用のプーリー、ギア等の動力伝達部材を回転軸に固着する際に使用される固着装置に関するものである。

従来、この種の固着装置としては、例えば下記の特許文献１に記載されたものが知られている。この文献１記載の固着装置は、回転軸の外周面に半径方向内向きに陥没して形成された内凹キー溝、および、回転軸に嵌装された動力伝達部材の内周面に半径方向外向きに陥没して形成された外凹キー溝の双方に装着されるキーと、動力伝達部材の外方と外凹キー溝とを貫通して形成された雌ネジ穴に螺合してキーを押圧し動力伝達部材を回転軸に固着するネジとから成っている。前記のキーはそれぞれ傾斜面を有する１対のキー部材で構成されており、互いの傾斜面を当接させて一体にされたものが内凹キー溝および外凹キー溝の双方に装着される。ネジにより押圧された各キー部材は傾斜面に沿って互いに反対方向に変位し両キー溝の左右内側壁に圧着するようになっている。一方で、従来一般の空調機において、例えば送風機に用いられるプーリーなどの動力伝達部材は回転軸のキー溝に取付けられたキーを止めネジで押し付けることにより回転軸に固着されている。

実開平７−２２１０５号公報

一般に、空調機は定期的にメンテナンスが行われるため、容易なメンテナンス性が求められている。メンテナンスを容易にするため、プーリーの平行度を得る作業（芯だし）が送風機側のプーリーを回転軸の軸心方向にずらすことにより行なわれる。しかしながら、このようなメンテナンスの際に、ずらされたプーリーが回転軸から脱落することが往々にしてあった。
そして、空調機では、結露により錆びが発生するおそれがあるうえ常時運転されることが多い。そのために、結露による錆や回転時の振動によりネジの締結力が低下してプーリーなどの動力伝達部材が回転軸の軸心方向にずれる可能性があり、最悪の場合、動力伝達部材が回転軸から脱落するおそれがあった。
一方で、上記文献１記載の固着装置はキーが二部材で構成されており、部品点数が一つ多くなるため、製造時の部品管理数の増加やコスト増額などの弊害がもたらされる。そのために、部品点数を増やすことなく上記問題を解決することが課題となっていた。

上述の課題を解決するために、この発明に係る空調機用の動力伝達部材の固着装置は、回転軸の外周面に半径方向内向きに陥没して形成された内凹キー溝、および、回転軸に嵌装された空調機用の動力伝達部材の内周面に半径方向外向きに陥没して形成された外凹キー溝の双方に装着されるキーと、動力伝達部材の外方と外凹キー溝とを貫通して形成された雌ネジ穴に螺合してキーを押圧し動力伝達部材を回転軸に固着するネジとを備えて成る固着装置において、キーと対面するネジの先端部が先細の円錐形状に形成されるとともに、キーにおけるネジと接する部位に、ネジの先端部を受ける傾斜面を有する受溝が形成されていることを特徴とするものである。

この発明に係る空調機用の動力伝達部材の固着装置では、ネジを螺進させてキーを押圧すると受溝の傾斜面に力が加わるので、キーに関して回転軸半径方向内向きの力だけでなく回転軸周方向の力も加わる。これによって、キーが回転軸周方向に弾性変形し、回転軸の内凹キー溝および動力伝達部材の外凹キー溝とキーの両側面との隙間を埋めることができる。従って、キーの底面のみならず両側面においてもキーを内凹キー溝および外凹キー溝に圧着できるから、一般的な固着装置に比べて動力伝達部材を回転軸に確実に固着することができる。また、この固着装置では、従来一般の固着構造と同様にキーが一部品であるので、部品点数を増加させずに済む。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における空調機用の動力伝達部材の固着装置を示す要部拡大正断面図、図２はこの発明の実施の形態１，２における空調機用の動力伝達部材の固着装置を示す外観図、図３はこの発明の実施の形態１におけるキーを示し、（ａ）は外観図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線矢視断面図、図４はこの発明の実施の形態１における固着装置の押圧方向図である。
各図において、この実施形態に係る空調機用の動力伝達部材の固着装置は、キー５と、キー５を押圧して空調機用のプーリー３（動力伝達部材の一例）を回転軸１に固着するネジ６とから構成されている。回転軸１の外周面にプーリー３の軸挿通穴１０が嵌装されるようになっている。プーリー３は例えば能力２０馬力の空調機の室内ユニットの送風機に使用されるものである。

回転軸１の一端部の外周面には、正面視で角溝状の内凹キー溝２が回転軸半径方向内向きに陥没して形成されている。プーリー３の軸挿通穴１０の内周面には、正面視で角溝状の外凹キー溝４が回転軸半径方向外向きに陥没して形成されている。内凹キー溝２、およびこの内凹キー溝２と対向した位置にある外凹キー溝４の双方に、角棒状のキー５が装着されるようになっている。プーリー３のボス部３Ａには、ボス部３Ａの外方と外凹キー溝４とを貫通する雌ネジ穴７が形成されている。雌ネジ穴７はネジ６と螺合しネジ６をキー５に向けて案内する。そして、雌ネジ穴７を螺進したネジ６はキー５を押圧してプーリー３を回転軸１に固着するようになっている。

キー５においてネジ６と接する部位５Ａには、ネジ６の先端部８を受ける傾斜面１１，１１を有する正断面Ｖ字状の受溝９が形成されている。受溝９は回転軸心Ｃに沿う方向の所定長さＬでキー５の上面に形成されている。受溝９の一方の傾斜面１１とネジ６の軸心Ｓとの成す角度θは、例えば２６．６度に設定されている。この角度θはネジ６の先端部８において軸心Ｓと円錐面との成す角度と同じであってもよい。そして、ネジ６におけるキー５と対面する側の先端部８は、先細の円錐形状に形成されている。
尚、この実施形態において、回転軸１の材質は例えばＳ３５Ｃであり、プーリー３の材質は例えばＦＣ２００であり、キー５の材質は例えばＳ４５Ｃであり、ネジ６の材質は例えばＳＣＭ４３５である。すなわち、ネジ６の方がキー５よりも硬度の高い材料で構成されている。但し、本発明については、前記の各材料に特に限定されるものでなく、他の材料を用いても構わない。

図２において、１０はプーリー３の軸挿通穴であり、以下に組立の順番を説明する。プーリー３の軸挿通穴１０に回転軸１を挿通し、互いの対向させたキー溝２，４にキー５を装着する。または、キー５を回転軸１の内凹キー溝２に装着した後、プーリー３の軸挿通穴１０に回転軸１およびキー５を通してもよい。そして、プーリー３のボス部３Ａの雌ネジ穴７にネジ６を装着して螺進させることにより、ネジ６がキー５を押圧してプーリー３が回転軸１に固着されて、組立が完了する。

図３はキー５の斜視図と受溝９におけるＡ−Ａ線矢視断面図であり、図中の１１は受溝９の傾斜面である。図４はネジ６がキー５を押圧する際の荷重方向を示す図である。
ネジ６の先端部８を尖り先とし、キー５に先端部８を受ける受溝９を設けたことで、ネジ６を螺進させるとネジ６の先端部８が受溝９の傾斜面１１，１１と接し、ネジ６によりキー５を押圧する力が傾斜面１１に垂直な方向（矢印１３）となる。そのため、回転軸半径方向内向き（矢印１４）だけでなく、キー側面方向（回転軸周方向：矢印１５）にも力が加わる。これによって、キー５が矢印１５の方向に弾性変形して回転軸１の内凹キー溝２およびプーリー３の外凹キー溝４の左右両側の内側面との隙間１２，１２を埋めることができる。従って、内凹キー溝２の底面のみならず、キー溝２，４の左右両側の内側面にもキー５を圧着させることができる。この実施形態１に用いたキー５は一部品であるため、既述した文献１記載のキーのように部品点数が多くなることがなく、製造時の部品管理数の増加やコスト増額などの弊害をもたらすこともない。

従来一般の固着構造においてはネジ６の締め付けにより回転軸半径内向き方向（矢印１４）にのみキーを押圧していたが、この実施形態１の固着装置によれば、矢印１４方向のみならずキー側面方向（矢印１５）にも押圧することになり、回転軸１にプーリー３などの動力伝達部材を確実に固着することができる。
また、従来一般の固着構造からの変更が少なく、特許文献１のように部品点数が増えることもないため、安価な方法で回転軸１にプーリー３などの動力伝達部材を確実に固着でき、据付、メンテナンス時の作業に差がなく、取り扱いが容易である。

この固着装置では、キー５においてネジ６を受ける範囲の部位５Ａにのみ、すなわち回転軸心Ｃに沿う方向の所定長さＬで、受溝９がキー５に形成されているので、この固着装置を用いて回転軸１にプーリー３を固着させた送風機を備える空調機を常時運転させた場合に、結露による錆び、回転時の振動によってネジ６の締結力が低下し、プーリー３が回転軸１の軸心Ｃ方向にずれたとしても、ネジ６はキー５の受溝９内にとどまっているためにキー５が脱落しないので、プーリー３などの動力伝達部材が回転軸１から脱落することはない。
また、メンテナンスにおける芯だし作業の際に送風機側のプーリー３を回転軸１の軸心Ｃ方向にずらしても、ネジ６はキー５の受溝９内に入っているので、プーリー３が回転軸１から抜け落ちることはない。従って、空気調和機で求められているメンテナンス性を満足させることができる。

そして、この固着装置によれば、受溝９の角度θおよびネジ６の先端部８の角度を小さくすることで、キー５を回転軸１の周方向（荷重方向１５）に押圧する力を増加させることができる。但し、角度θは２０度以上３５度以下に設定することが望ましい。角度θが２０度を下回ると、回転軸周方向の力が大きくなりすぎてキー５が割れるおそれがある。角度θが３５度を上回ると、内凹キー溝２の底面にキー５を押し付ける力は強くなるが、回転軸周方向の力が弱くなり弾性変形量が不足してキー５の左右両側面を内凹キー溝２および外凹キー溝４の内側面に密着させることができないという不都合が生じる。

ここで、キー５からキー溝２，４の内側面に加えられる力がどの程度になるか、図５を用いて計算する。
ネジ６がキー５を回転軸半径方向内向きに押圧する力をＦ、受溝９の一方の傾斜面１１とこの傾斜面１１で受けるネジ６のネジ軸心Ｓとの成す角度をθとすると、傾斜面１１に加わる力Ｆａは次式で表される。
Ｆａ＝Ｆ／（２・ｓｉｎθ）・・・（１）
Ｆａはキー側面方向の力Ｆｈに分解することができ、Ｆｈは次式で表される。
Ｆｈ＝Ｆａ・ｃｏｓθ・・・（２）
式（２）に式（１）を代入すると、ＦｈをＦで表すことができる。
Ｆｈ＝Ｆ・ｃｏｓθ／（２・ｓｉｎθ）・・・（３）
受溝９の開き角度２θはネジ６の先端部８の尖り先角度と等しく、六角穴つき止めねじ（ＪＩＳ Ｂ−１１７７）の尖り先の角度は９０°と１２０°の２種類なので、受溝９の角度θはθ＝４５°か６０°となる。
ネジ６の先端角度が９０°（θ＝４５°）の場合、式（３）よりＦｈは次式となる。
Ｆｈ＝Ｆ・ｃｏｓ４５°／（２・ｓｉｎ４５°）＝０．５・Ｆ・・・（４）
ネジ６の先端角度が１２０°（θ＝６０°）の場合、式（３）よりＦｈは次式となる。
Ｆｈ＝Ｆ・ｃｏｓ６０°／（２・ｓｉｎ６０°）＝０．２９・Ｆ・・・（５）
式（４）、式（５）から、上記の固着装置により、回転軸半径方向内向きの力Ｆだけでなく、キー側面方向の力Ｆｈとして、ネジの先端角度９０°の場合に回転軸半径方向内向きの力Ｆの５０％が加わり、ネジの先端角度１２０°の場合に回転軸半径内向き方向の力Ｆの２９％が加わることがわかる。

実施の形態２．
ネジ６の先端部と受溝の形状は、ネジ６がキー５を押圧することによりキー５をキー溝２，４の内側面に圧着させることができるものであれば、実施の形態１で示したＶ字形状に限らない。そこで、ネジ６の先端部と受溝の他の形状例を実施形態２として以下に記す。
図６はこの発明の実施の形態２における空調機用の動力伝達部材の固着装置を示す要部拡大正断面図、図７はこの発明の実施の形態２におけるキーを示し、（ａ）は外観図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線矢視断面図、図８はこの発明の実施の形態２における固着装置の押圧方向図である。
各図において、この実施の形態２における固着装置は前述した実施形態１の固着装置と大部分の構成を共通にしている。そして、この実施の形態２の固着装置が実施形態１と異なるところは、ネジ６におけるキー５と対面する側の先端部８ａが、円錐の先端を切り欠いた断面台形状に形成されていることと、キー５におけるネジ６と接する部位５Ａに、ネジ６の先端部を受ける傾斜面１１，１１を有する正断面凹字状の受溝９ａが形成されていることである。

この固着装置の組立の順番を実施形態１と同様に説明する。図２において、プーリー３の軸挿通穴１０に回転軸１を挿通し、互いの対向させたキー溝２，４にキー５を装着する。または、キー５を回転軸１の内凹キー溝２に装着した後、プーリー３の軸挿通穴１０に回転軸１およびキー５を通してもよい。そして、プーリー３のボス部３Ａの雌ネジ穴７にネジ６を装着して螺進させることにより、ネジ６がキー５を押圧してプーリー３が回転軸１に固着されて、組立が完了する。

図７はキー５の斜視図と受溝９におけるＢ−Ｂ線矢視断面図であり、図中の１１ａは受溝９ａの傾斜面である。図８はネジ６がキー５を押圧する際の荷重方向を示す図である。
ネジ６の先端部８ａの下端を切り取った断面台形状の円錐状に形成し、キー５にネジ６の先端部８ａを受ける受溝９ａを設けたことで、先端部８ａが受溝９ａの傾斜面１１ａと接し、ネジ６がキー５を押圧する力が傾斜面１１ａに垂直な方向（矢印１３）となる。そのため、回転軸半径方向内向き（矢印１４）の力だけでなく、キー側面方向（矢印１５）の力も加わり、キー５が矢印１５の方向に弾性変形して回転軸１およびプーリー３のキー溝２，４の内側面との隙間１２，１２を埋めることができる。従って、内凹キー溝２の底面のみならず、キー溝２，４の内側面にもキー５を圧着させることができる。

実施の形態１で記述したとおり、キー側面方向の力Ｆｈは式（３）で表され、Ｆの係数をαとすると次式で表される。
α＝ｃｏｓθ／（２・ｓｉｎθ）・・・（６）
Ｆｈ＝α・Ｆ・・・（７）
αは角度θにより決まってくる。角度θを変化させたときのαの挙動を図９のグラフに示す。
ネジ６の先端角度を小さく（すなわち受溝の角度θを小さく）していくと、図９に示すようにαの値は増加傾向となり、式（７）よりαの増加に伴ってキー側面方向の力Ｆｈが増加する傾向になる。従って、ネジ６の先端部８ａの角度とキー５の受溝９ａの傾斜面１１ａの角度θを小さくすることで、キー側面方向（矢印１５）に加わる力を増すことができ、回転軸１にプーリー３などの動力伝達部材をより確実に固着させることができる。尚、キー側面方向においても回転軸半径方向内向きの力と同等の押庄力が得られれば、キー接触面全体で均等に押圧することができ、安定した固着が得られると考える。その場合、式（７）のαはα＝１である必要があり、そのときのθは図９よりθ＝２６．６°となる。従って、回転軸半径方向内向きだけでなくキー側面方向においても均等に押圧できる安定した固着を得るには、キー５の受溝９ａの傾斜面１１ａの角度θをθ＝２６．６°とするとよい。

従来一般の固着構造においてはネジ６の締め付けにより回転軸半径内向き方向（矢印１４）にのみキーを押圧していたが、この実施形態２の固着装置においては、矢印１４方向のみならずキー側面方向（矢印１５）にも押圧することになり、回転軸１にプーリー３などの動力伝達部材を確実に固着することができる。

また、この固着装置によれば、受溝９の角度θおよびネジ６の先端部８の角度を小さくすることで、キー５を回転軸周方向（矢印１５）に押圧する力を増加させることができる。但し、角度θは実施形態１と同様の理由により２０度以上３５度以下に設定することが望ましい。

また、従来一般の固着構造からの変更が少なく、特許文献１のように部品点数が増えることもないため、安価な方法で回転軸１にプーリー３などの動力伝達部材を確実に固着でき、据付、メンテナンス時の作業に差がなく、取り扱いが容易である。

また、この固着装置では、ネジ６を受ける範囲の部位５Ａにのみ、すなわち回転軸心Ｃ（図２参照）に沿う方向の所定長さＬで、受溝９ａがキー５に形成されているので、ネジ６の締結力が低下してもネジ６がキー５の受溝９ａ内にとどまっていることによりキー５が脱落しないから、プーリー３などの動力伝達部材が回転軸１から脱落することを防止できる。

実施の形態３．
図１０はこの発明の実施の形態３における空調機用の動力伝達部材の固着装置を示す要部拡大正断面図である。
図において、この実施の形態３における固着装置は前述した実施形態２の固着装置と大部分の構成を共通にしている。そして、この実施の形態３の固着装置が実施形態２と異なるところは、ネジ６の先端部８ｂの先端テーパ面と軸心Ｓとの成す角度θ１が、受溝９ａの傾斜面１１ａとネジ６の軸心Ｓとの成す角度θよりも大きくされていることである。
この固着装置によれば、ネジ６の先端部８ｂの截頭面と受溝９ａの底面との間に、ネジ６の先端部８ｂを押し込める比較的広い空間があり、ネジ６の先端テーパ面の上端部がキー５の傾斜面１１ａ，１１ａに点接触ないし線接触をしてキー側面方向に強く押圧するので、キー５をキー側面方向に大きく弾性変形させてキー５をキー溝２，４の内側面に強く固着させることができる。

尚、上記した実施形態１，２では空調機用の動力伝達部材として送風機に使用されるプーリーを例示したが、本発明の動力伝達部材としては例えば回転軸に取り付けられるスプロケットやギヤなどでも構わない。

この発明の実施の形態１における空調機用の動力伝達部材の固着装置を示す要部拡大正断面図である。 この発明の実施の形態１，２における空調機用の動力伝達部材の固着装置を示す外観図である。 この発明の実施の形態１におけるキーを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。 この発明の実施の形態１における固着装置の押圧方向を示す図である。 この発明の実施の形態１におけるキーの力学的模式図である。 この発明の実施の形態２における空調機用の動力伝達部材の固着装置を示す要部拡大正断面図である。 この発明の実施の形態２におけるキーを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。 この発明の実施の形態２における固着装置の押圧方向を示す図である。 この発明の実施の形態２におけるα−θ線図である。 この発明の実施の形態３における空調機用の動力伝達部材の固着装置を示す要部拡大正断面図である。

１ 回転軸、２ 内凹キー溝、３ プーリー（動力伝達部材の例）、３Ａ ボス部、４ 外凹キー溝、５ キー、５Ａ 部位、６ ネジ、７ 雌ネジ穴、８ 先端部、８ａ 先端部、８ｂ 先端部、９ 受溝、９ａ 受溝、１０ 軸挿通穴、１１ 傾斜面、１１ａ 傾斜面、１２ 隙間、１３ 矢印、１４ 矢印、１５ 矢印、Ｃ 回転軸心、Ｆ 回転軸半径方向内向きに押圧する力、Ｆａ 傾斜面に加わる力、Ｆｈ キー側面方向の力、Ｌ 所定長さ、Ｓ 軸心、θ 角度、θ１ 角度。

Claims (4)

1. 回転軸の外周面に半径方向内向きに陥没して形成された内凹キー溝、および、前記回転軸に嵌装された空調機用の動力伝達部材の内周面に半径方向外向きに陥没して形成された外凹キー溝の双方に装着されるキーと、
   前記動力伝達部材の外方と前記外凹キー溝とを貫通して形成された雌ネジ穴に螺合して前記キーを押圧し前記動力伝達部材を前記回転軸に固着するネジと
   を備えて成る固着装置において、
   前記キーと対面する前記ネジの先端部が先細の円錐形状に形成されるとともに、前記キーにおける前記ネジと接する部位に、前記ネジの先端部を受ける傾斜面を有する受溝が形成されていることを特徴とする空調機用の動力伝達部材の固着装置。
2. 回転軸の外周面に半径方向内向きに陥没して形成された内凹キー溝、および、前記回転軸に嵌装された空調機用の動力伝達部材の内周面に半径方向外向きに陥没して形成された外凹キー溝の双方に装着されるキーと、
   前記動力伝達部材の外方と前記外凹キー溝とを貫通して形成された雌ネジ穴に螺合して前記キーを押圧し前記動力伝達部材を前記回転軸に固着するネジと
   を備えて成る固着装置において、
   前記キーと対面する前記ネジの先端部が円錐の先端を切り欠かいた断面台形状に形成されるとともに、前記キーにおける前記ネジと接する部位に、前記ネジの先端部を受ける傾斜面を有する受溝が形成されていることを特徴とする空調機用の動力伝達部材の固着装置。
3. 受溝の傾斜面と前記傾斜面で受けるネジの軸心との成す角度が、２０度以上３５度以下に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空調機用の動力伝達部材の固着装置。
4. 受溝が回転軸心に沿う方向の所定長さでキーに形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の空調機用の動力伝達部材の固着装置。

Images