JP2012515310A - トルク伝達用のプロファイル部材およびトルクロック結合構造 - Google Patents

Abstract

本発明はハブまたはディスク（14）と、シャフト、ジャーナルまたはシャンク（12）との間のトルクロック結合構造を提供し、ハブまたはディスク（14）はシャフト、ジャーナルまたはシャンク（12）に対応する輪郭を有する開口を有し、上記のシャフト、ジャーナルまたはシャンクは外側の輪郭（16）および外側の輪郭（16）に連結する外側の雄ねじ部（26）を有し、上記の外側の雄ねじ部はナットを締結することによりハブまたはディスク（14）を締着する。外側の雄ねじ部（26）の外径と外側の輪郭（16）の外周の直径差を１mm以下とする。

Description

ジャーナル、シャフト、シャンクまたはその他の細長い構成要素（例えばボルトおよびロッド）と、その上に取付けられたハブとの間のトルクロック結合構造（例えば歯車、ピニオンギアまたはディスク）を生産する問題は工業の分野でしばしば発生する。

この種のシャフト・ハブ接続において、対応するジャーナル、シャフト、ピン、ロッドまたは同様の構成要素はしたがって通常、トルクの伝達のためにスロットキーのデザインまたはローレットを有する。あるいは、多角形のシャフトまたはシャンクの形態（好ましくはハブ部材に応じた逆の形状の四角形または六角形）が一般的である。従来技術に従う全てのこれらの方法は、実際のシャンクとトルクを伝達する形状の間で直径に大きな差が必要であるという重大な欠点を有する。例えば従来技術に従う通例の四角形のシャンクにおいて、平面の幅が12mm（これは、内接円に対応する）である場合、コーナー上ではおよそ17mmの直径を有する。これは、外接円に対応する。

シャンクとその上に取付けられたハブ部材の間でトルクを伝達する全てのこの種の構造において、これは無駄な空間の使用および過剰な重量の増大につながる。

この問題は、特に外側の輪郭形状部に加えてシャフト上に雄ねじ部が配置されなければならないシャフト・ハブ接続において不利である。雄ねじ部は、上記の雄ねじ部上に締結されたナットによって、ハブ部材を軸方向に締着するかまたは固定する。例えば、特に自動車駆動ギアにおけるキャンバーおよび車輪の左右の間隔を調節するための「段付き偏心ねじ」において不利であり、それは輪郭を形成するシャンクの直径またはシャンクの拡張部の直径が、ねじ山部分と比較して大きな差を有するために、偏心ねじをとりわけ厚く、従って重く高価な形状にしなければならないことによるものである。駆動ギアが調節されるときに、プロファイル部材は100Nm以上のトルクを伝達することができなければならず、これは自動車工学において必須条件である。

従来は、ごく限られたプロファイル部材だけがこの目的に適応すると考えられていた。例えばABCによるドイツ国実用新案第20209505号明細書に説明されるように、最新の先行技術はこのように台形シャンクの設計を含む。これらの偏心ねじには、プロファイル部材とねじ山の直径における外接円の間で、少なくとも4mmの直径差がある。ハブ部材の対応する内側のプロファイル部材は、最終的に雄ねじ部を通過しなければならない。このために、したがって遮断された雄ねじ部の形状を提供することが試みられてきた。しかしながら、これは良好であることが証明されず、雄ねじ部を遮断した当該部分において、特にナットを締める時に機械的特性がかなり悪化してしまっていた。遮断された雄ねじ部は、したがって折れるかまたは壊れる虞がある。

従ってこれまで、付加的な空間の要求を許容することが求められており、それは特に自動車駆動ギアの場合、設計者にとって非常に不都合で、結果的に偏心ねじのシャフトの付加的な重量がかなり増大することになる。

ドイツ国実用新案第20209505号明細書

本発明の目的は従って、シャフトとハブ部材の間の接続を、そのための適切なプロファイル部材と共に提供することである。そして、その接続は大きいトルクの伝達に適しており、シャンクが特大である必要はなく、それでも十分なトルクの伝達を可能にし、さらに連続した、すなわち遮断されない雄ねじ部を備えることができる。

本発明に従って、この目的は、ハブと、ジャーナルまたはシャフトとの間のトルクを伝達するためのプロファイル部材によって達成され、ハブは、プロファイル部材に配置された連続した雄ねじ部に締結されるナットによって締着される。また、雄ねじ部の外径とプロファイル部材の外接円の直径差は1mm以内である。

本発明に従い、固有のプロファイル部材は初めて、シャンク上のプロファイル部材の最下点が、ねじ部の圧延加工および機械加工後の雄ねじ部のねじ山の外径部分よりも半径方向内側に位置する。これは、本発明に従うシャンクのプロファイル部材の最下点が、ちょうど切削加工または圧延加工の工程前の雄ねじ部の直径の位置と一致することができることを意味する。切削加工の前のねじ部のサイズは、従って、ピッチ円の直径におよそ等しくなる。

それにも関わらず、本発明によれば、シャンクの形状のネガティブプロファイル部材を有するハブ部材または他の構成要素は、ねじ部を通過することができる。

本発明に従って、シャンク、ジャーナルまたはシャフト側におけるプロファイル部材が、円弧形状を有する凹部を形成し、シャンク、ジャーナルまたはシャフトにおいて、さらにハブ側におけるプロファイル部材（すなわちネガティブプロファイル部材）は円弧形状を有する対応した突出部の形状をなし、またそれらの円弧形状を有する中央の逃げ面によって、２つの相互に係合するプロファイル部材が、凸レンズの横断面と対応する形状の横断面を形成するようにしたことにより、この目的を達成することができる。

本発明は特に、円弧形状をなすこの種のプロファイル部材が、実質的に円弧形状の縁端領域でのみトルクを伝達するという発見に基いている。円弧形状を有するプロファイル部材の内側領域では、ほとんどトルクを伝達しない。そして、その領域はトルクの方向に対して実質的に接線方向に延びる。円弧形状を有する逃げ面を、したがってハブ側の領域内で次々に形成することができる。すなわちプロファイル部材は突出し、実質的にプロファイル部材のトルク伝達能力を低下させることなく、ハブが雄ねじ部を通過する。

本発明によれば従って、初めてシャンクの直径とねじ山の直径に1mmの差をつけることによって、ハブまたはディスクをねじ部に通してはめ込むことが可能となる。さらに、それにも関わらずシャンク内の溝に充分にかみ合って連動し、高いトルクを伝達する。伝達するトルクはまた、シャンクの溝の数によって増大させることができる（溝の数が多いほど大きなトルクを伝達する。）。

本発明によれば、雄ねじ部を遮断することを必要としない。むしろ、最大の支持力を有する完全な雄ねじ部が、本発明によって提供される。

円弧形状を有する逃げ面をハブ側におけるプロファイル部材に雄ねじ部と同軸に配置することが特に好ましく、上記ハブの組付け状態で、雄ねじ部の外側の半径よりもわずかに大きくなるように、逃げ面の円弧形状の半径を選択する。

ジャーナルまたはシャフト上に形成される輪郭形状部の深さは、ハブを取付ける方向に向けて減少することが特に好ましい。雄ねじ部に締結されるナットが締着されるときに、ハブ部材はそれによりシャンク上で自動的にセンタリングされる。

本発明の更なる利点は、シャフトまたはジャーナル上のプロファイル部材を、切削の工程を必要とせず、もっぱらプレス加工、圧延加工および／または機械加工で製造することができる点にある。シャフトまたはジャーナルのプロファイル部材はしたがって、付加的な処理工程なしで凹部を形成しながら、シャンクをプレス加工することによって製造することができる。この場合、ねじ部は、第二段階における圧延加工または機械加工によって形成される。しかしながらまた、本発明によるプロファイル部材は機械加工によるものでもよい。その場合には付加的な複雑な切削の工程を必要とすることなく、単一の製造工程で雄ねじ部と同時に製造することができる。

トルクの最適な伝達のために少なくとも３つの、好ましくは５つの凹部がシャフト、シャンクまたはジャーナルに形成される。

本発明による目的はさらに、ハブまたはディスクと、シャフト、ジャーナルまたはシャンクとの間のトルクロック結合構造によって達成され、ハブまたはディスクが、シャフト、ジャーナルまたはシャンクに対応する輪郭を有する開口部を備え、シャフト、ジャーナルまたはシャンクの対応する外側の輪郭は、円弧形状を有する凹部を有し、シャフト、ジャーナルまたはシャンクの回転軸線と平行に延び、開口部の輪郭は、円弧形状を有する対応する突出部を有して形成され、円弧形状を有する逃げ面を有し、それらの中央領域おいてプロファイル部材が係合した状態で凸レンズの横断面に対応する横断面の隙間を形成する。

輪郭形状部に加えて雄ねじ部がさらにシャフト、ジャーナルまたはシャンク上に形成される場合、通常雄ねじ部はナットを上記の雄ねじ部に締結することによって、対応するハブまたはディスクを取り付ける。ハブまたはディスク側におけるプロファイル部材において形成され、円弧形状を有する逃げ面は、上記のハブまたはディスクの取付けられた状態の雄ねじ部と同軸に配置されることが特に好ましい。そして、円弧は雄ねじ部の外側半径よりわずかに大きい半径を有する。

本発明に従うシャフト、ジャーナルまたはシャンク上に形成した輪郭形状部の深さは、ハブまたはディスクの取付け方向に向けて、特に好ましくは減少する。ナットが締着されるときに、ハブまたはディスクは従って自動的にセンタリングされる、または自動配向である。

本発明の更なる特定の効果は、シャフト、ジャーナルまたはシャンク上のプロファイル部材を切削の工程なしで、もっぱらプレス加工、圧延加工および／または機械加工によって製造することができる。通常の非常に複雑な切削工程はしたがって省略することができる。そして、プロファイル部材は雄ねじ部の製造と同時に、単一の処理段階で製造することができる。

最適な最大トルクの伝達に関して、本発明に従って少なくとも３つの、しかし、好ましくは５つの凹部をシャフト、ジャーナルまたはシャンクに形成することが特に好ましい。

添付の図面に示した本発明の実施形態に関して、以下により詳細に説明する。

本発明に従うプロファイル部材を有する回転軸線方向に見たシャンクおよびディスクの平面図である。 図１の方向で見たディスクを示し、対応する半径の円は理解の向上のために示される。 図２ａにおける詳細Ｘを示したものである。 偏心ねじまたは偏心ロッドのための本発明に従うシャンクを、側面方向から部分的に示したものである。 本発明に従う図３ａのシャンクを、正面方向から（ヘッドの上の方向から）示したものであり、ヘッドは図示しない。 図３ａおよび図３ｂにおけるシャンクのB-B断面を示す。

図１は、本発明に従うディスク14を取付けた本発明に従うシャンク12の軸方向における平面図である。図に示すのは、偏心ねじまたは偏心ロッドのための適用例である。ディスク14は従って偏心して、プロファイル部材はディスク14を単一の角度位置でシャンク12に取付け可能に形成される。

本発明に従い、シャンク12上のプロファイル部材は円弧形状を有する凹部16から成り、最大深さ（凹部の最も下がった点の表面とシャフト12の外接円の間の距離）はおよそ1mmである。そして、円弧（凹部16を画定する）の半径はシャンク12の半径より小さい。図示の実施形態においては、４つのこの種の凹部16が示される。当然、特に、大きいシャンク直径および大きいトルクを伝達するときは、実質的により多くの凹部をシャンク12の外面に配置して提供することができる。

この実施形態において、上側の凹部は偏心ディスクの取付け角度を明確にするために、省略された。他の用途においては、例えばシャフト上に歯車またはピニオンを取付ける時、当然更なる凹部をこの位置に有することができ、また全ての凹部はシャンク12の外面にわたって均一に配置することができる。しかしながらこの場合、シャンク12とディスク14の間で、正確に取付け角度を指定することはできない。

シャンク直径が非常に小さい場合には、凹部の数は当然、この実施形態例よりも減らすことができ、単一の凹部のみにすることもできる。

ディスク14上の対応する逆のプロファイル部材は、円弧形状を有する対応する突出部18から成る。

しかしながら本発明によれば、これらは逃げ面20を備え、円弧形状を有して、それらの中心の領域において、逃げ面を雄ねじ部26の外側の輪郭に応じてわずかに大きくすることができ、ディスク14はまた雄ねじ部26上を摺動することができる。逃げ面20は、したがって雄ねじ部26の外側半径よりわずかに大きい半径を有して、シャンク12の回転軸線と同軸方向に延びる。

シャンク12とディスク14の間に形成される横断面21の隙間によって、ディスク14に雄ねじ部26が通過可能になり、さらにその隙間は、凸レンズの横断面に対応する形状を有する。すなわち、異なる半径の2つの交差する円弧によって画定される開口部を形成する。

従来、この点に関しては、シャンクおよびディスクのプロファイル部材をできるだけ正確に相互に適合させる場合に、最大の非ポジティブフィットが、したがってトルクロックが達成されるとみなされていた。本発明により、円弧形状を有するプロファイル部材に関して、プロファイル部材の中央の領域は、（すなわちプロファイル部材の領域において、プロファイル部材の間の境界の線は）シャンク12の表面に対して実質的に接線方向に延びているため、力およびトルクの伝達にほとんど貢献しないことが初めて認められた。また当該領域は従って、雄ねじ部26がディスク14を通過することができるように形成される。本発明はしたがって上記の発見に基づき、シャンク12とディスク14の間でシャンク12のプロファイル部材およびディスク14のプロファイル部材が比較的小さい領域で係合するのみであるにも関わらず、非常に良好なトルク伝達が確実になる。

更によりよく図1のプロファイル部材を示すために、図2aは、図1において示されるプロファイル部材のために必要な幾何学的構造を示す。図2aに示すように、凹部16は、シャンク12よりわずかに小さい直径を有する円22の円弧にしたがい、シャンク12に形成される。ディスク14の凸状の突出部18の凹部20は、シャンク12上の雄ねじ部26の外接円に対応する円24によって画定されるか、またはこの外接円よりわずかに大きい直径を有して、この外接円と同軸にある。

図２ｂは図２ａの詳細Ｘを示し、突出部18における逃げ面20の幾何学的な構造が円22および24によってより明確に示される。

図3aは本発明に従うシャンク12の端部を示し、その自由端上には雄ねじ部26を有する。この雄ねじ部は、対応するディスクまたは対応する歯車またはピニオンがシャンク12上に摺動した後でナットを締結するために用いられる。円弧形状を有するプロファイル部材16がシャンク12の回転軸線28と平行に延在するということを、側面図が明確に示している。

本実施形態において、シャンク12の端部は、力32の作用する先端部を備えている。雄ねじ部26は、これに接続されている。雄ねじ部26の後ろ側には、円弧形状を有するプロファイル部材16を含む輪郭領域34がある。

これらのプロファイル部材の逃げ面16は、雄ねじ部26から離れて斜め方向に、好ましくはシャンク12の表面と45°の角度に延びる。シャフト12の標準外面に深さの減少を伴って遷移するプロファイル部材の逃げ面16が、したがって領域30に形成される。この設計において、ナットが雄ねじ部26に締結されて締着されるとき、対応するディスク14、歯車またはピニオンがシャンク12上で自動的にセンタリングすることを可能にすることが好ましい。これは、図4において更に詳細に示される。

図3bは、力が作用する先端部32から見た図3に示されるシャンク12の一部分を示す。完全に、力が作用する先端部32は、雄ねじ部26およびその後ろの凹部16を有するシャンクのプロファイル部材の領域34を見ることができる。図のよりよい理解のために、外接円26はこの場合、後ろに位置する凹部16の全ての形状が連続的に示されるように示される。通常、凹部16の内側領域は雄ねじ部26の外接円によってカバーされており、従って、技術的な図面の原則に従えば、示されない点に留意する必要がある。

この構成において図3bは、本発明の動作および、特にディスク14を省略した形状を理解するために用いられる。特に図3bにおいて、シャンク上の輪郭16が実際は、雄ねじ部26の外接円より内側に位置するということが示される。

図4は図3bのB−B線における断面図を示し、従って、プロファイル部材の凹部16の1つのみが単に示される。そして、プロファイル部材16の遷移部分30が、シャンク12の標準の外面にみられる。この場合、遷移部分は45°の角度で形成されるが、より小さいかまたはより急な角度を選択することもできる。このシャンク上に取付けられたハブ部材の、自動的なセンタリングおよび自動配向は、したがって雄ねじ部26上に締結されたナットを締着する際に確実に行われる。

本発明は、以下の効果を奏する。

シャンクとねじ山の直径差が１mmしかない状態で、連続する雄ねじ部を維持しながら、充分なトルクを伝達することが可能である。ハブ部材上のプロファイル部材（逃げ面20）の本発明に従う特定の配置により、連続する雄ねじ部26の提供を可能にし、さらに、シャンク12のプロファイル部材16が雄ねじ部26の外径より深い位置（半径方向に内側）にありながらも上記雄ねじ部上でハブ部材14を摺動させることが可能になる。

更なる本発明に従うシャンク12の設計は、シャンク12をプレス加工および圧延加工または切削加工によって、二次的な切削の工程（例えば研磨または表面仕上げ）なしで、完全に製造することができる利点を有する。

驚いたことに、本発明に従うプロファイル部材はさらに、従来技術と等しいサイズの六角形のプロファイル部材より良好なトルクの伝達を実現する。

Claims (12)

1. ハブ（14）と、ジャーナルまたはシャフト（12）との間でトルクを伝達するプロファイル部材（16,18,20）であって、連続する雄ねじ部（26）に締結するナットによって締着される前記ハブ（14）が、前記プロファイル部材（16,18,20）に取付けられ、雄ねじ部（26）の外径と前記プロファイル部材（16,18,20）の外接円の直径差が1mm以下であることを特徴とする、プロファイル部材。
2. ハブ（14）と、シャンク、ジャーナルまたはシャフト（12）との間でトルクを伝達するプロファイル部材（16,18,20）であって、前記シャンク、ジャーナルまたはシャフト側において前記プロファイル部材は前記シャンク、ジャーナルまたはシャフト（12）内に円弧形状を有する凹部（16）を形成し、前記ハブ側において前記プロファイル部材は、円弧形状を有する対応する突出部（18）を形成すると共に円弧形状を有する中央逃げ面（20）を有し、プロファイル部材（16,18,20）の係合状態で凸レンズの横断面に対応する横断面（20）の隙間を形成することを特徴とする、プロファイル部材。
3. 請求項２記載のプロファイル部材（16,18,20）において、前記輪郭形状部（16,18,20）に加えて、ジャーナルまたはシャフト（12）上に雄ねじ部が配置され、前記雄ねじ部にナットを締結することによって対応するハブ（14）を締着し、前記逃げ面（20）は円弧形状を有し、前記ハブ側における輪郭形状部（18）において、前記雄ねじ部（26）と同軸に配置され、前記ハブの組付け状態において、前記雄ねじ部（26）の外半径よりもわずかに大きい半径の円弧形状を有することを特徴とする、プロファイル部材。
4. 請求項２または３記載のプロファイル部材（16,18,20）において、前記ジャーナルまたはシャフト（12）上に形成される前記輪郭形状部（16）の深さが、前記ハブ（14）の取付け方向に向けて減少することを特徴とする、プロファイル部材。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載のプロファイル部材（16,18,20）において、前記シャフト（12）、シャンクまたはジャーナル上の前記プロファイル部材（16）は、切削工程なしで、もっぱらプレス加工、圧延加工および／または機械加工によって製造されることを特徴とする、プロファイル部材。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載のプロファイル部材（16,18,20）において、少なくとも３つの、好ましくは５つの前記凹部（16）を前記シャフトまたはジャーナルに形成することを特徴とする、プロファイル部材。
7. ハブまたはディスク（14）と、シャフト、ジャーナルまたはシャンク（12）との間のトルクロック結合構造であって、前記ハブまたはディスク（14）は、前記シャフト、ジャーナルまたはシャンク（12）に対応する輪郭の開口部を有し、前記シャフト、ジャーナルまたはシャンク（12）は、対応する外側の輪郭(16）および前記外側の輪郭（16）に取付けられた雄ねじ部（26）を有し、前記雄ねじ部は、ナットを締結することにより前記ハブまたはディスク（14）を締着し、前記雄ねじ部（26）の外径と、前記外側プロファイル部材（16）の外接円との直径差が1mm以下であることを特徴とする、トルクロック結合構造。
8. ハブまたはディスク（14）とシャフト、ジャーナルまたはシャンク（12）の間でトルクロック結合構造であって、前記ハブまたはディスク（14）は、前記シャフト、ジャーナルまたはシャンク（12）に対応する輪郭の開口部を有して形成され、前記シャフト、ジャーナルまたはシャンク（12）は、対応する外側の輪郭(16）を有し、前記シャフト、ジャーナルまたはシャンク(12)の前記外側の輪郭（16）は凹部(16)を形成し、前記シャフト、ジャーナルまたはシャンク（12）において回転軸線と平行に延び、開口部の輪郭は、円弧形状を有する対応する突出部(18)を形成し、さらに円弧形状を有する中央逃げ面（20）を有し、プロファイル部材（16,18,20）の係合状態で凸レンズの横断面に対応する横断面（20）の隙間を形成することを特徴とする、トルクロック結合構造。
9. 請求項８記載のトルクロック結合構造において、輪郭（16）に加えて、前記シャフト、ジャーナルまたはシャンク（12）上に雄ねじ部（26）が配置され、雄ねじ部は前記雄ねじ部（26）にナットを締結することによって対応するハブ（14）を締着し、円弧形状を有する逃げ面（20）は、前記ハブまたはディスク（14）側におけるプロファイル部材において前記ハブまたはディスク（14）の組付け状態で前記雄ねじ部（26）と同軸に配置され、前記円弧形状の半径が雄ねじ部（26）の外半形よりもわずかに大きいことを特徴とする、トルクロック結合構造。
10. 請求項８または９記載のトルクロック結合構造において、前記シャフト、ジャーナルまたはシャンク（12）上に形成される前記プロファイル部材（16）の深さが、前記ハブ（14）の取付け方向に向けて減少することを特徴とする、トルクロック結合構造。
11. 請求項７〜１０の何れか一項に記載のトルクロック結合構造において、前記シャフト、ジャーナルまたはシャンク（12）上の前記プロファイル部材(16)は、切削の工程なしで、もっぱらプレス加工、圧延加工および／または機械加工によって製造されることを特徴とする、トルクロック結合構造。
12. 請求項７〜１１の何れか一項に記載のトルクロック結合構造において、前記ジャーナルまたはシャフト（12）において、少なくとも３つの、好ましくは５つの凹部を形成することを特徴とする、トルクロック結合構造。

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