JP2011196403A - 伝動軸連結部 - Google Patents

Abstract

【課題】どの金属種であっても、軸継手と第１、第２回転軸との間で焼き付きやかじりつき現象が発生するのを防止できるようにする。
【解決手段】第１回転軸８と第２回転軸９とを端部同士を突き合わせた状態で、それらの両軸端部間に亘ってスリーブ状の軸継手７を摺動により外嵌して一体回転可能に連結する伝動軸連結部において、軸継手７の摺動面の内側両端縁部２５ａと、軸継手７と摺接する第１回転軸８と第２回転軸９における夫々の突合せ側の摺動面の端縁部２５ｂのうち、少なくとも何れか一方の端縁部を曲面加工してある。
【選択図】図２

Description

本発明は、第１回転軸と第２回転軸とを端部同士を突き合わせた状態で、それらの両軸端部間に亘ってスリーブ状の軸継手を摺動により外嵌して一体回転可能に連結する伝動軸連結部に関する。

従来、特許文献１に示すような伝動軸連結部においては、前記軸継手の内側両端縁部と、前記軸継手と摺接する第１回転軸と第２回転軸における夫々の突合せ側の端縁部を、共に全周に亘って一定角度の面で面取り加工しているだけであった（周知技術であり該当する文献が見当たらない）。

特開２００９−２７５５２８号公報

上述した従来の伝動軸連結部においては、第１回転軸と第２回転軸の双方に亘って軸継手を摺動させながら外嵌させる際や、外嵌した軸継手を第１回転軸と第２回転軸に対して摺動させて抜き取る場合に、軸継手の内側両端縁部と第１回転軸や第２回転軸の周面との間、又は、軸継手の内面と第１回転軸の端縁部や第２回転軸の端縁部との間で、焼き付きやかじりつき現象が発生し、抜けなくなったり、または、引っかき傷のような傷が発生する場合があった。この現象は、金属種によっては、特に顕著に発生するものがあった。

従って、本発明の目的は、上記問題点を解消し、どの金属種であっても、軸継手と第１、第２回転軸との間で焼き付きやかじりつき現象が発生するのを防止できるようにするところにある。

本発明の第１の特徴構成は、第１回転軸と第２回転軸との端部同士を突き合わせた状態で、それらの両軸端部間に亘ってスリーブ状の軸継手を摺動により外嵌して一体回転可能に連結する伝動軸連結部において、前記軸継手の摺動面の内側両端縁部と、前記軸継手と摺接する第１回転軸と第２回転軸における夫々の突合せ側の摺動面の端縁部のうち、少なくとも何れか一方の端縁部を曲面加工してあるところにある。

本発明の第１の特徴構成によれば、第１回転軸と第２回転軸の双方に亘って軸継手を摺動させながら外嵌させる際や、外嵌した軸継手を第１回転軸と第２回転軸に対して摺動させて抜き取る場合に、曲面加工してある軸継手の摺動面の内側両端縁部と、第１回転軸や第２回転軸の周面（摺動面）との間で引っ掛かる角がなく、スムーズに摺動する。又は、曲面加工してある第１回転軸と第２回転軸における夫々の突合せ側の摺動面の端縁部と、軸継手の内面（摺動面）との間で、引っ掛かることなくスムーズに摺動する。
従って、軸継手と第１、第２回転軸との間で、焼き付きやかじりつき現象が発生するのを防止でき、伝動連結部の連結及び分離がスムーズにできるようになる

本発明の第２の特徴構成は、前記端縁部の加工曲面を、軸心を含む縦断面視で、曲率半径が軸端側ほど小径になる曲線形状に形成してあるところにある。

本発明の第２の特徴構成によれば、例えば、端縁部の曲面加工において、その曲面の曲率半径が大きいほど、焼き付きやかじりつき現象が減少するのであるが、その反面、曲面部の軸心方向の長さが長くなり、同じ長さの軸継手で比較すると、回転軸と軸継手の摺接部の軸方向長さが減少すること、さらに、軸継手の内側摺動面端部で回転軸の摺動面との隙間が大きくなることで、伝動軸連結部の連結強度が低下する傾向にある。
これに対し、本発明は、曲面加工の前記端縁部を、軸心を含む縦断面視で、曲率半径が軸端側ほど小径になる曲線形状に形成してあるために、焼き付きやかじりつき現象を少なくできながら、第１、第２回転軸と軸継手との間の摺接部の軸心方向の長さを大きくでき、同じ長さの軸継手であっても伝動軸連結部の強度を高く維持できる。

本発明の第３の特徴構成は、前記端縁部の加工曲面を、摺動面の回転軸直径の１／１００以上の曲率半径になるように形成してあるところにある。

本発明の第３の特徴構成によれば、回転軸または軸継手の少なくとも何れか一方の前記端縁部の加工曲面を、摺動面の回転軸直径の１／１００未満の場合と比較して１／１００以上にすることでかじりつくのをさらに効果的に防止できる。

本発明の第４の特徴構成は、前記軸継手と第１回転軸との間、及び、前記軸継手と第２回転軸との間には、双方に係合するキー部材を介在して一体回転するように連結してあるところにある。

本発明の第４の特徴構成によれば、キー部材を介在したことにより、第１、第２回転軸と軸継手との間の伝動効率を簡単に上げられる。

本発明の第５の特徴構成は、前記第１回転軸、第２回転軸、軸継手は、ステンレス鋼から成る物であるところにある。

本発明の第５の特徴構成によれば、ステンレスのように、特に焼き付きやかじりつき現象の発生し易い材料特性の金属でも、焼き付きやかじりつき現象を起こすことなく、スムーズに組み立てし軸連結ができる。

ポンプの全体縦断面図である。 伝動軸連結部の一部縦断分解図で、（ａ）は、要部拡大図を含む分解図、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ）〜（ｅ）の順に各組み立て状態を示す斜視図である。 軸継手の要部の別実施形態の縦断面図である。 回転軸の要部の別実施形態の縦断面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、下から順に、水に対する吸込みベル１、吐出ボウル２、揚水管３、吐出エルボ４が一連に繋がったポンプ本体５を設けると共に、そのポンプ本体５内に、下から順に先端部が固定されたインペラ６、互いに軸継手７を介して伝動連結された下側の第１回転軸８と上側の第２回転軸９が、軸受けでポンプ本体５に支持されて、立形斜流ポンプを構成してある。
尚、第２回転軸９は、吐出エルボ４を貫通して陸上に設けられた駆動用モータ（図示せず）に、ポンプ本体５の外方で伝動連結してある。

前記第１回転軸８と第２回転軸９とを端部同士を突き合わせた状態で、それらの両軸端部間に亘ってスリーブ状の軸継手７を摺動により外嵌して一体回転可能に連結する伝動軸連結部１０は、オーステナイト相とフェライト相を合わせ持った二相ステンレス鋼から成るもので、更に詳しくは次のように構成してある。
尚、ステンレス鋼は、一般の鋼と比較すると耐食性に優れているが、摩擦係数が大きく、熱伝導率が小さく、熱膨張係数が大きいという材料特性を持つ。さらに、二相ステンレス鋼は、一般のステンレス鋼と比較しても、耐蝕性に優れているが、熱伝導率が小さく、熱膨張係数が大きいという材料特性により、摩擦熱が発生し易い構造（例、ネジ、軸継手）に適用した場合、一般のステンレス鋼と比較しても特に焼き付きや、かじり付き現象が発生し易いという問題点がある。

図２〜図３示すように、前記第１回転軸８と第２回転軸９の各突合せ端部には、径方向に２分割してある一対のスラストカラー１１の係合溝１２に係合可能なフランジ部１３を形成して、第１、第２回転軸９がスラストカラー１１により互いに軸心方向に離れないように係合連結可能に構成してある。

また、第１回転軸８と第２回転軸９には、第１、第２キー部材１４，１５が嵌入可能な第１、第２キー溝１６，１７が形成してあると共に、第１回転軸８と第２回転軸９に亘って軸継手７を外嵌させた時に、第１キー溝１６に嵌入した第１キー部材１４と、第２キー溝１７に嵌入した第２キー部材１５とを内嵌可能な第３キー溝１８が、軸継手７の内周部に形成してある。つまり、この状態で、第１キー部材１４と第２キー部材１５を介して第１回転軸８と軸継手７と第２回転軸９とが一体回転するように伝動連結可能に構成してある。

図中１９は、第１キー溝１６に嵌合させた第１キー部材１４の第１凹部２３に第１六角穴付きボルト２１を挿入させるための第１メネジ部で、図中２０は、第２キー溝１７に嵌合させた第２キー部材１５の第２凹部２４に第２六角穴付きボルト２２を挿入させるための第２メネジ部である。これにより、第１回転軸８と第２回転軸９に軸継手７が外嵌した状態で、第１六角穴付きボルト２１と第２六角穴付きボルト２２を締め付けることにより、軸継手７が軸心方向に動くことを防止し、軸継手７を第１回転軸８と第２回転軸９とに一体回転するように固定可能に構成してある。
なお、第１回転軸８と第２回転軸９の夫々の摺動面の外径（Ｌ）と、スラストカラー１１の外径とを、略同一に設定して、軸継手７が外嵌可能に構成してある。

前記軸継手７を摺動させて第１回転軸８、第２回転軸９に対して外嵌する場合や抜き取る場合に、双方間での焼き付きやかじり付き現象を発生しにくくするために、前記軸継手７の摺動面の内側両端縁部２５ａと、軸継手７と摺接する第１回転軸８と第２回転軸９における夫々の突合せ側の摺動面の端縁部２５ｂを、また、スラストカラー１１の軸方向両端縁部２５ｃを、共に夫々の摺動面の回転軸径（Ｌ）の１／１００以上の曲率半径になるように曲面加工してある。
また、図２（ｂ）に示すように、第１、第２、第３キー溝１６，１７，１８の縁部２５ｄも曲面加工してある。

尚、軸継手と回転軸の嵌め合いは、「ＪＩＳ Ｂ０４０１（１９８８）４．１０．１すきまばめ」の通りとなっている。

次に、図３（ａ）〜図３（ｅ）に示すように、伝動軸連結部１０の組み付け手順を説明する。
１． 上側の第２回転軸９にスリーブ状の軸継手７を外嵌して、第２キー溝１７が露出するまで回転軸端部より離れた上方向にずらせておく（図３（ａ）→図３（ｂ））。
２． 第１回転軸８と第２回転軸９の回転軸端部を近接させる（図３（ｃ））。
３． 回転軸端部の主軸頭部１３に一対のスラストカラー１１を嵌合させる。第１キー部材１４と第２キー部材１５は、夫々第１キー溝１６と第２キー溝１７に嵌入させてある（図３（ｄ））。
４． 軸継手７を摺動させながら、第１回転軸８と第２回転軸９の双方に外嵌するまで下方に移動させ、第１六角穴付きボルト２１と第２六角穴付きボルト２２を取り付けて、軸継手７を第１回転軸８と第２回転軸９とに固定する（図３（ｅ））。

次に、前記端縁部の曲面加工の曲率半径Ｒの差によるかじり付き現象の有無（○×）を実験した。それによると、摺動面の軸径Ｌが７０ｍｍの回転軸に対して、曲率半径Ｒ＝２ｍｍの場合は○で、Ｒ＝１の場合は、○で、Ｒ＝０．５ｍｍの場合は×であった。
なお、前記○で示した曲面加工は、焼き付きやかじりつき現象は発生しなかった。また、×で示した曲面加工は、焼き付きやかじり付き現象が発生したことを示すものである。ただし、Ｃ面加工よりは、焼き付きやかじり付き現象が減少したことは確認できた。
つまり、望ましくは、曲面加工の曲率半径はＲ≧Ｌ/１００であることを示す。
〔別実施形態〕
以下に他の実施の形態を説明する。

〈１〉 前記伝動軸連結部１０は、鋼より摩擦係数が大きく、熱伝導率が小さく、熱膨張係数の大きい金属、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼のみでなるものや、マルテンサイトやフェライトからなるステンレス鋼、また、二相ステンレス鋼、スーパー二相ステンレス鋼であっても良い。
〈２〉 前記曲面加工の端縁部を、一定の曲率半径に加工してあるものに限らず、図４や図５に示すように、軸心を含む縦断面視で、曲率半径が軸端側ほど小径になる円弧の組み合わせからなる曲線形状の端縁部２５Ａに形成してあるものであっても良い。
〈３〉 本発明は、第１回転軸８と第２回転軸９との連結部であれば、ポンプの軸に限らず、他の装置の回転軸や、異なる装置間の回転軸の接続（例えば、モーターなどの駆動回転軸との接続軸継手）に採用しても良い。
〈４〉 本発明の伝動軸連結部１０は、一対の回転軸の夫々の一方の端部あるいは、スリーブ側の内面端部に形成するものに限らず、回転軸の両端部夫々に形成してあるものであっても良い、この場合、２本以上の回転軸を連結する場合に有効である。
〈５〉 本発明の端縁部の曲面加工は、回転軸と羽根車の嵌めあい構造など、摺動面を有する挿入構造を持つ構造に採用することも可能である。
〈６〉 本実施例では、端縁部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，縁部２５ｄの曲面は、全て同じ曲面で説明したが、端縁部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，縁部２５ｄは、各々別の曲率半径の曲面で構成されていても良い。さらに、全ての端縁部に曲面加工を行うことが望ましいが、少なくとも一箇所以上曲面加工を行うことで、本発明の効果を得ることができる。

尚、上述のように、図面との対照を便利にするために符号を記したが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

７ 軸継手
８ 第１回転軸
９ 第２回転軸
１４ 第１キー部材
１５ 第２キー部材
２５ａ 端縁部
２５ｂ 端縁部
Ｒ 曲率半径
Ｌ 摺動面の軸径

Claims (4)

1. 第１回転軸と第２回転軸とを端部同士を突き合わせた状態で、それらの両軸端部間に亘ってスリーブ状の軸継手を摺動により外嵌して一体回転可能に連結する伝動軸連結部において、前記軸継手の摺動面の内側両端縁部と、前記軸継手と摺接する第１回転軸と第２回転軸における夫々の突合せ側の摺動面の端縁部のうち、少なくとも何れか一方の端縁部を曲面加工してある伝動軸連結部。
2. 前記端縁部の加工曲面を、軸心を含む縦断面視で、曲率半径が軸端側ほど小径になる曲線形状に形成してある請求項１に記載の伝動軸連結部。
3. 前記端縁部の加工曲面を、摺動面の回転軸直径の１／１００以上の曲率半径になるように形成してある請求項１又は２のいずれかに記載の伝動軸連結部。
4. 前記第１回転軸、第２回転軸、軸継手は、ステンレス鋼から成る物である請求項１〜３のいずれか１項に記載の伝動軸連結部。

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