JP2012063004A

JP2012063004A - シャフト連結構造

Info

Publication number: JP2012063004A
Application number: JP2010210301A
Authority: JP
Inventors: Yuki Nakamura; 祐樹中村; Yukihito Ando; 之人安藤; Nobuhiko Yoshioka; 信彦吉岡; Takahiro Naganuma; 貴寛永沼; Tomoaki Kawabata; 倫明川端
Original assignee: Denso Corp; Advics Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Advics Co Ltd
Priority date: 2010-09-20
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2012-03-29
Anticipated expiration: 2030-09-20
Also published as: US20120070222A1; JP5724268B2; US8684848B2; CN102410311A; CN102410311B

Abstract

【課題】両シャフトの軸心合わせが容易に行え、かつ、連結のために両シャフトを相対回転させなくても良いシャフト連結構造を提供する。
【解決手段】シャフト２の先端面に、シャフト２の回転中心軸と中心軸の異なる円柱形状の穴２ａを備えると共に、シャフト４の先端面に、シャフト４の回転中心軸と中心軸の異なる円柱形状の円柱形状の穴４ａを備え、穴２ａおよび穴４ａの内径と対応する断面円形状のピン５を穴２ａに対して圧入し、穴４ａに対して遊嵌合することによりシャフト２、４を連結する。
【選択図】図１

Description

本発明は、二つのシャフト（回転軸）が同軸的に連結されるシャフトの連結構造に関するものであり、例えばモータのシャフトとモータにより駆動される回転式ポンプのシャフトとの連結構造に適用すると好適である。

従来、特許文献１において、二つのシャフトが同軸的に連結されるシャフトの連結構造が開示されている。具体的には、モータ側のシャフトの端面に雌ネジ穴を設けると共に、アクチュエータ側のシャフトの先端に雄ネジを設け、雄ネジを雌ネジ穴に締結することにより二つのシャフトを連結している。雄ネジと雌ネジ穴との締結時には、両シャフトが挿通される中空円筒部材の内周面をガイドとして利用している。

特開２００７−１５４９４４号公報

しかしながら、両シャフトを締結するには、これらシャフトを相対回転させる必要があるため、組付け性が良くない。さらに、ネジ締結による連結では、両軸の芯合わせが困難であり、場合によっては、中空円筒部材の内周面にシャフトの外周面が干渉して連結できなくなる虞がある。

また、両シャフトの先端に備えられた雄ネジと雌ネジ穴とを締結するには両シャフトを相対回転させなければならず、モータ側のシャフトを回転させるために、モータへの通電が必要になる。シャフトを締結する段階では、まだ製品製造工程中であるため、モータへの通電が行える形態とはされておらず、モータへの通電が行えるように配線接続などを行うのは製造工程の煩雑化を招くことになる。

本発明は上記点に鑑みて、両シャフトの軸心合わせが容易に行え、かつ、連結のために両シャフトを相対回転させなくても良いシャフト連結構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第１シャフト（２）の先端面に、該第１シャフト（２）の回転中心軸と中心軸の異なる円柱形状の第１穴（２ａ）を備えると共に、第２シャフト（４）の先端面に、該第２シャフト（４）の回転中心軸と中心軸の異なる円柱形状の第２穴（４ａ）を備え、第１穴（２ａ）および第２穴（４ａ）の内径と対応する断面円形状のピン（５）を第１穴（２ａ）に対して圧入し、第２穴（４ａ）に対して遊嵌合することにより第１、第２シャフト（２、４）を連結していることを特徴としている。

このように断面円形状のピン（５）を介して第１、第２シャフト（２、４）を連結しているため、両シャフト（２、４）を単なるつき合わせによって連結できる。そして、一方が遊嵌合であるため、容易に連結できるし、軸心合わせを容易に行うことが可能となる。さらに、第１、第２シャフト（２、４）を連結させるために、両シャフト（２、４）を相対回転させなくても良いシャフト連結構造とすることが可能となる。

請求項２に記載の発明では、第１シャフト（２）および第２シャフト（４）の両先端が該第１、第２シャフト（２、４）を共に支持する共通のベアリング（７）内に配置されていることを特徴としている。

このように、ベアリング（７）の支持面によって軸心合わせを行うことができる。このような構造とすれば、各シャフトの対向する一端同士を別々のベアリングにて支持する態様のようにベアリング同士の軸心ズレが生じないため、より容易に軸心合わせが行える。また、第１、第２シャフト（２、４）を支持するベアリング（７）を共用しているため、各シャフトの対向する一端同士を別々のベアリングにて支持する態様と比較して、ベアリング数を減らすことができ、軸方向においてシャフト連結機構を含む装置の小型化を図ることが可能になる。

請求項３に記載の発明では、ベアリング（７）はインナレース（７ａ）とアウタレース（７ｂ）とを有するタイプであり、第１および第２シャフト（２、４）の両先端はインナレース（７ａ）内に配置されており、第１および第２シャフト（２、４）の一方はインナレース（７ａ）に対して圧入され、他方はインナレース（７ａ）に対して遊嵌合されることを特徴としている。

このような構成によれば、仮に寸法公差などにより第１シャフト（２）および第２シャフト（４）の回転中心軸にずれが生じたとしても、両シャフト（２、４）の片方が共通のインナレース（７ａ）に対して遊嵌合されるため、上記ずれに起因する各シャフト（２、４）とピン（５）とのこじれ、また、各シャフト（２、４）とインナレース（７ａ）とのこじれを抑えることができる。

請求項４に記載の発明では、ベアリング（７）は、インナレース（７ａ）とアウタレース（７ｂ）との間に転動体（７ｃ）が介在されるタイプであり、第１および第２シャフト（２、４）のうちインナレース（７ａ）に対して圧入されるものは、その先端が回転中心軸方向における転動体（７ｃ）の中心位置を越える位置まで、インナレース（７ａ）に圧入されることを特徴としている。

これによれば、インナレース（７ａ）が、これに圧入されるシャフトの径方向荷重を転動体（７ｃ）の中心位置にて受けることができるため、より確実な、安定したシャフトの支持が可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかるシャフト連結構造が適用された連結部の一部断面拡大図である。シャフト２のうち連結される側の先端の拡大斜視図である。シャフト２に対してピン５を組付けたときの様子を示す拡大斜視図である。両シャフト２、４とピン５の連結前の様子を示した拡大図である。第１実施形態のシャフト連結構造と従来のシャフト連結構造の断面図である。シャフト連結構造の連結部の一部断面拡大図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態にかかるシャフト連結構造が適用された連結部の一部断面拡大図である。以下、この図を参照して本実施形態にかかるシャフト連結構造の詳細について説明する。

図１に示すシャフト連結構造は、モータ１のシャフト（第１シャフト）２とポンプ等の回転駆動されるアクチュエータ３のシャフト（第２シャフト）４との連結に適用されている。モータ１のシャフト２は、モータ１への通電によって回転させられるものであり、このシャフト２とアクチュエータ３のシャフト４のうち向かい合う先端同士がピン５を介して接続されている。

アクチュエータ３のハウジング６内には、シャフト４が挿通させられる中空部６ａが形成されており、この中空部６ａがモータ１側において内径が拡大させられている。この内径が拡大された部分にベアリング７が備えられ、このベアリング７の内輪の支持面にてシャフト２とシャフト４が共通して支持されている。ベアリング７は、インナレース７ａおよびアウターレース７ｂを有すると共に、これらインナレース７ａとアウターレース７ｂとの間に複数の転動体７ｃが介在されるタイプのボールベアリングにて構成されている。そして、このベアリング７の支持面によって両シャフト２、４の軸心合わせが行われ、ベアリング７内において両シャフト２、４が連結させられている。

図２は、シャフト２のうち連結される側の先端の拡大斜視図である。図３は、シャフト２に対してピン５を組付けたときの様子を示す拡大斜視図である。図４は、両シャフト２、４とピン５の連結前の様子を示した拡大図である。

図２および図４に示すように、モータ１側のシャフト２の先端面には二つの穴（第１穴）２ａが形成されている。二つの穴２ａは、円柱形状穴とされ、二つの穴２ａの内径が同寸法とされかつ二つの穴２ａの深さが同寸法とされていると共に、シャフト２の中心軸を中心として径方向および周方向に等間隔にずらして配置されている。そして、図３に示すように、これら二つの穴２ａにそれぞれピン５が一本ずつ圧入され、２本のピン５を用いてシャフト２とシャフト４との連結が行われるようになっている。これら二つの穴２ａの入口には、シャフト２の先端に向かうに連れて徐々に内径が拡大させられたテーパ部２ｂが備えられ、各穴２ａに対してピン５を挿入され易くできる構造とされている。

一方、アクチュエータ３側のシャフト４の先端も、基本的にはモータ１側のシャフト２の先端と同様とされている。すなわち、シャフト４の先端面には、円柱形状で、内径が同寸法とされかつ深さが同寸法とされた二つの穴（第２穴）４ａが形成されている。これら二つの穴４ａは、シャフト２の中心軸を中心として径方向および周方向に等間隔にずらして配置されている。また、二つの穴４ａの入口には、シャフト４の先端に向かうに連れて徐々に内径が拡大させられたテーパ部４ｂが備えられ、各穴４ａに対してピン５を挿入され易くできる構造とされている。

ピン５は、穴２ａ、４ａと対応する断面円形状の部材とされ、本実施形態では円柱形状の部材で構成されている。ピン５の両先端、つまりピン５のうちシャフト２、４の穴２ａ、４ａに挿入される先端が丸め処理されており、シャフト２、４の穴２ａ、４ａへ挿入し易い形状とされている。ピン５のうち丸め処理がなされていない部分の外径φａは、例えば２．５ｍｍとされている。ピン５は、例えば鉄系材料などで形成され、剛性を高めるために焼き入れ処理がなされている。このようなピン５としては、例えば汎用のベアリングに用いられているコロを用いることができる。

図４に示すように、ピン５の外径φａと、シャフト２に形成された２つの穴２ａのうちテーパ部２ｂよりも奥側の内径φｂと、シャフト４に形成された２つの穴４ａのうちテーパ部４ｂよりも奥側の内径φｃとは、φｂ＜φａ＜φｃの寸法関係とされている。このため、ピン５は、モータ１のシャフト２の穴２ａへは圧入され、アクチュエータ３のシャフト４の穴４ａへは遊嵌合される。したがって、連結時には、まずピン５をシャフト２の二つの穴２ａそれぞれに圧入しておいたのち、モータ１とアクチュエータ３とを両シャフト２、４の先端が対向するように配置し、シャフト２の穴２ａに圧入された状態のピン５をシャフト４の穴４ａ内に挿入することで、ピン５を介して両シャフト２、４を連結することができる。

ピン５がシャフト２、４の穴２ａ、４ａのいずれに圧入され、いずれに遊嵌合されても構わないが、本実施形態では、以下の理由によりピン５がシャフト２の穴２ａに対して圧入され、シャフト４の穴４ａに遊嵌合させられるようにしている。

モータ１は、シャフト２を介してアクチュエータ３のシャフト４を回転させる役割を果たすのみであるため、シャフト２に対してラジアル方向に掛かる荷重は小さい。これに対して、アクチュエータ３として、例えばブレーキ液圧制御に用いられる回転式ポンプ（トロコイドポンプ）等が適用される場合、ポンプ駆動によって吐出される高圧なブレーキ液による荷重がシャフト４に掛かるため、シャフト４に対してラジアル方向に掛かる荷重が大きい。このため、シャフト４については、剛性を高めるために、焼入れ処理などが行われることがあり、そのような焼入れ処理を行ったシャフト４は伸縮し難く、ピン５を穴４ａに対して圧入することが難しい。したがって、焼入れ処理などを行う必要がないシャフト２の穴２ａに対してピン５を圧入するようにしており、シャフト４の穴４ａに圧入するよりも容易にピン５の圧入が可能となるようにしている。

そして、このように二つのピン５によって両シャフト２、４を連結させることにより、両シャフト２、４の軸心合わせが正確に行われ、かつ、各ピン５が両シャフト２、４の中心軸を中心として径方向および周方向に等間隔に配置された連結構造となる。

このようなシャフト連結構造により、モータ１のシャフト２とアクチュエータ３のシャフト４とが連結されている。このように断面円形状の２本のピン５を介して両シャフト２、４を連結しているため、両シャフト２、４を単なるつき合わせによって連結できる。そして、一方が遊嵌合であるため、容易に連結できるし、軸心合わせを容易に行うことが可能となる。さらに、シャフト２、４を連結させるために、両シャフト２、４を相対回転させなくても良いため、製造工程中に例えばモータ１への通電を行う必要がないシャフト連結構造とすることが可能となる。

また、本実施形態では、シャフト２及びシャフト４の対向する先端がシャフト２、４を共に支持する共通のベアリング７内（詳細にはインナレース７ａ内）に備えられるようにしている。このような構造とすれば、各シャフトの対向する一端同士を別々のベアリングにて支持する態様のようにベアリング同士の軸心ズレが生じないため、より容易に軸心合わせが行える。また、シャフト２、４を支持するベアリング７を共用しているため、各シャフトの対向する一端を別々のベアリングにて支持する態様と比較して、ベアリング数を減らすことができ、軸方向においてシャフト連結機構を含む装置の小型化を図ることが可能になる。

また、本実施形態の連結構造によれば、シャフトの連結機構の長寿命化を図ることも可能となる。これについて、図５に本実施形態のシャフト連結構造と従来のシャフト連結構造の断面図を示し、この図を参照して説明する。

図５（ａ）は、本実施形態のシャフト連結構造を示し、図５（ｂ）、（ｃ）は、従来のシャフト連結構造を示している。

図５（ａ）に示すように、本実施形態の連結構造では、モータ１を駆動してシャフト２を回転させたときに、そのトルクが穴２ａとピン５との接触部よりピン５に伝わり、さらにピン５と穴４ａとの接触部よりアクチュエータ３のシャフト４に伝えられるようにできる。このとき、円柱形状のピン５を円柱形状の穴２ａ、４ａに挿入した連結構造としている。このため、穴２ａ、４ａとピン５との接触部（図中太線部）は、円柱形状の穴２ａ、４ａの内壁面と円柱形状のピン５の外壁面との接触箇所となり、曲率のほぼ等しい曲面同士の接触であることや、接触箇所におけるシャフト２、４やピン５の弾性変形などにより、接触部の面積を大きく取ることができる。このため、トルク伝達が広い面積で行われることになり、トルク伝達を受ける接触面での単位面積あたりの面圧が小さくなる。

一方、図５（ｂ）に示すように、従来のシャフト連結構造では、一方のシャフトＪ１の先端に直径方向のスリットＪ２を設けると共に、他方のシャフトＪ３の先端にスリットＪ２に対応する凸部Ｊ４を備え、スリットＪ２内に凸部Ｊ４を配置し、これらの噛み合わせによってトルク伝達を行っている。また、図５（ｃ）に示すように、従来のシャフト連結構造では、双方のシャフトＪ１１、Ｊ１２の先端を断面半円状で構成し、これらを１８０°ずらして配置して円形状に組み合わせることでトルク伝達を行っている。

しかしながら、図５（ｂ）、（ｃ）のいずれの連結構造においても、トルク伝達箇所、つまりスリットＪ２と凸部Ｊ４との接触箇所（図中太線部）やシャフトＪ１１、Ｊ１２の接触箇所（図中太線部）が線接触となる。このため、トルク伝達が狭い面積で行われることになり、トルク伝達を受ける接触面での単位面積あたりの面圧が大きくなる。

このため、本実施形態のような連結構造によれば、従来の連結構造と比較してトルク伝達時にかかる面圧を低下させることが可能になるため、応力低減によるシャフト連結構造の長寿命化を図ることが可能となる。特に、穴４ａに対してはピン５を遊嵌合しているため、回転時のこじり（応力増大）を発生し難くでき、よりシャフト連結構造の長寿命化を図ることができる。また、本実施形態では、アクチュエータ３にベアリング７のアウタレース７ｂが圧入固定されており、インナレース７ａにはシャフト４が圧入固定されている。そして、モータ１のシャフト２はインナレース７ａに遊嵌合されている。したがって、仮に寸法公差などによりシャフト２およびシャフト４の回転中心軸にずれが生じたとしても、上記ずれに起因する各シャフト２、４とピン５とのこじれ、また、各シャフト２、４とインナレース７ａとのこじれを抑えることができる。したがって、シャフト連結構造の長寿命化を図ることが可能となる。

さらに、本実施形態では、円柱形状の穴２ａ、４ａと円柱形状のピン５という簡素な構造によってシャフト連結構造を実現できることから、連結構造を構成するための各部の加工が容易であり、製品製造コストの抑制も可能になる。特に、ピン５に関しては、円柱形状という簡素な構造にできることから、硬度的にも高い汎用のベアリングのコロをピン５として用いることが可能となり、部品コスト削減が図れ、より製品製造コストの抑制を図ることが可能となる。

また、本実施形態では、ベアリング７のインナレース７ａに対して両シャフト２、４の先端を挿入しているが、ベアリング７と両シャフト２、４の先端位置との関係を以下の関係となるようにすると好ましい。図６に示すシャフト連結構造の連結部の一部断面拡大図を参照して説明する。

この図に示されるように、シャフト２、４のうちベアリング７に対して圧入される側、例えば本実施形態の場合にはアクチュエータ３側のシャフト４について、シャフト４の先端位置が回転中心軸方向における転動体７ｃの中心位置を越える位置まで、インナレース７ａに対してシャフト４が圧入されるようにすると良い。このような構造とすれば、インナレース７ａが、これに圧入されるシャフト４の径方向荷重を転動体７ｃの中心位置にて受けることができるため、より確実な、安定したシャフト支持が可能となる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、モータ１のシャフト２と連結されるシャフト４を有するアクチュエータ３として、回転式ポンプを例に挙げて説明したが、回転式ポンプに限るものではなく、モータ１によって駆動させられるものであれば、どのようなものがアクチュエータ３であっても構わない。

また、上記実施形態では、シャフト連結構造を二つの穴２ａ、４ａおよび二つのピン５にて行っているが、これらの数は任意であり、例えば穴２ａ、４ａおよびピン５を一つのみ、あるいは、三つ以上にしても構わない。その場合でも、ピン５の中心軸が両シャフト２、４の中心軸からずれた位置に配置された連結構造となるようにすれば良い。また、ピン５が複数の場合は、両シャフト２、４の中心軸を中心として径方向および周方向に等間隔に配置された連結構造となるようにすれば、両シャフト２、４間におけるトルク伝達が均等になされるようになってなお良好である。

また、上記実施形態では、ピン５の最も簡素な構造として円柱形状を採用したが、少なくともピン５のうちシャフト２、４の穴２ａ、４ａに挿通させられる部分が穴２ａ、４ａの内径と対応する寸法の断面円形状とされていれば良い。例えば、両シャフト２、４の先端面の間にピン５の一部が残されるようにし、その部分のピン５の外径を拡大しても構わない。

さらに、上記実施形態では、ベアリング７をボールベアリングにて構成した場合について説明したが、転動体として円柱状のコロなどが用いられるタイプにてベアリング７を構成しても構わない。

１…モータ、２…シャフト（第１シャフト）、２ａ…穴（第１穴）、
３…アクチュエータ、４…シャフト（第２シャフト）、４ａ…穴（第２穴）

Claims

第１シャフト（２）の先端と第２シャフト（４）の先端とを向かい合わせて回転伝達可能に連結するシャフト連結構造であって、
前記第１シャフト（２）の先端面に、該第１シャフト（２）の回転中心軸と中心軸の異なる円柱形状の第１穴（２ａ）と、
前記第２シャフト（４）の先端面に、該第２シャフト（４）の回転中心軸と中心軸の異なる円柱形状の第２穴（４ａ）と、
前記第１穴（２ａ）および前記第２穴（４ａ）のそれぞれに挿通されていると共に、該挿通させられる部分が前記第１穴（２ａ）および前記第２穴（４ａ）の内径と対応する断面円形状とされ、前記第１穴（２ａ）に対して圧入され、前記第２穴（４ａ）に対して遊嵌合されたピン（５）とを有することを特徴とするシャフト連結構造。
前記第１シャフト（２）および前記第２シャフト（４）の両先端が該第１、第２シャフト（２、４）を共に支持する共通のベアリング（７）内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシャフト連結構造。
前記ベアリング（７）はインナレース（７ａ）とアウタレース（７ｂ）とを有するタイプであり、前記第１および第２シャフト（２、４）の両先端は前記インナレース（７ａ）内に配置されており、前記第１および第２シャフト（２、４）の一方は前記インナレース（７ａ）に対して圧入され、他方は前記インナレース（７ａ）に対して遊嵌合されることを特徴とする請求項２に記載のシャフト連結構造。
前記ベアリング（７）は、前記インナレース（７ａ）と前記アウタレース（７ｂ）との間に転動体（７ｃ）が介在されるタイプであり、前記第１および第２シャフト（２、４）のうち前記インナレース（７ａ）に対して圧入されるものは、その先端が回転中心軸方向における前記転動体（７ｃ）の中心位置を越える位置まで、前記インナレース（７ａ）に圧入されることを特徴とする請求項３に記載のシャフト連結構造。