JP2013238284A - 自在軸継手及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハブの周壁全体を変形させずに軸を軸孔に強固に固定でき且つハブ外周面から風切り音を生じさせない自在軸継手及びその製造方法を提供する。
【解決手段】自在軸継手１は、中間体５の両側に軸Ｊを装着する軸孔２２を中心部に設けた筒状のハブ２Ｒ，２Ｌを備え、ハブ２には、軸孔２２まわりの周壁２１において軸線方向に挿通する切抜き溝３０が軸孔２２から外径方向へ延びて外径近くで折り返して終端が周壁２１内に留まるように形成され、この切抜き溝３０に囲まれた周壁部分により揺動片３が構成され、揺動片３は、ハブ２の周方向にねじ込む軸締結用ボルト４の締付力により軸孔２２側へ揺動して軸孔２２に軸Ｊを締結させる構成とし、中間体５は、揺動片３以外の周壁２１部分に取り付けられるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、中間体の両側に軸を装着する軸孔を中心部に設けた筒状のハブを備える自在軸継手及びその製造方法に関する。

図５（ａ）（ｂ）に示すように、この種の自在軸継手１００は、一対のハブ１０１Ｒ，１０１Ｌには軸孔１２２から外径に至るスリ割１０３が設けられ、スリ割１０３に直交して軸締結用ボルト１０４を締め付けてスリ割１０３の間隔を狭めて軸孔１２２を縮径させることで軸孔１２２に軸Ｊ１，Ｊ２を締結させる。一対のハブ１０１Ｒ，１０１Ｌの対向端面には、スペーサ１５１の両側に配置した中間板バネ１５２が所定間隔を有して固定ボルト１５３によって取り付けられ、各ハブ１０１Ｒ，１０１Ｌに締結した２軸間での偏角や偏心等を許容してトルク伝達できるようにしている。

特開２００２−３７２０６８号公報 特開２００７−２３２１３７号公報

しかしながら、従来の自在軸継手１００では、軸締結用ボルト１０４を締め付けるとハブ１０１Ｒ，１０１Ｌの周壁１２１全体が変形し、これに伴って、中間板バネ１５２がハブ１０１Ｒ，１０１Ｌとの取り付け部分から応力を受けて変形することがあった。そのため、中間板バネ１５２の本来の柔軟性が十分発揮されず２軸間でのトルク伝達に支障を来たし、中間板バネ１５２の耐久性を低下させる等の問題があった。また、ハブ１０１Ｒ，１０１Ｌの外周面にはスリ割１０３が施されるため、軸Ｊ１，Ｊ２の高速回転時にハブ外周面のスリ割１０３から風切り音が生じ、騒音の要因となることがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、ハブの周壁全体を変形させずに軸を軸孔に強固に固定でき、且つハブ外周面から風切り音を生じさせない新規な構成の自在軸継手及びその製造方法を提供するものである。

本発明に係る自在軸継手は、
中間体の両側に、軸を装着する軸孔を中心部に設けた筒状のハブを備える自在軸継手において、
上記ハブには、軸孔まわりの周壁において軸線方向に挿通する切抜き溝が軸孔から外径方向へ延びて外径近くで折り返して終端が周壁内に留まるように形成され、この切抜き溝に囲まれた周壁部分により揺動片が構成され、
上記揺動片は、ハブの周方向にねじ込む軸締結用ボルトの締付力により軸孔側へ揺動して軸孔に軸を締結させる構成とし、
上記中間体は、揺動片以外の周壁部分に取り付けられるものである。
なお、上記切抜き溝の特定において、「外径近く」とはハブ周壁の径方向中間位置よりも外径側にあることを指す。

上記構成より、軸締結時の軸締結用ボルトの締め付けに際してハブの周壁の一部である揺動片が揺動するだけであり、周壁全体が変形することはない。従って、揺動片以外の周壁部分に中間体を取り付けることで、中間体は、軸締結用ボルトの締め付けに伴ってハブとの取り付け部分から応力を受けて変形することが防止される。また、軸締結用ボルトの締め付けは、揺動片を揺動させるだけであるから軸締結用ボルトの締付トルクが軽く、それでいて軸孔に装着する軸への締結トルクが高く、軸を強固に固定することができる。さらに、上記揺動片を形成するための切抜き溝は、ハブの外周面には施されないから、この切抜き溝が従来の自在軸継手におけるスリ割のような風切り音を生じさせることもない。

上記切抜き溝の終端が切抜き溝幅よりも大きいＲ状部に繋がっていることが望ましい。このＲ状部として、例えば、中間体を固定する固定ボルトの逃げ孔が利用される。
これにより、揺動片の揺動に伴う負荷が切抜き溝の終端に集中せず、切抜き溝終端での亀裂を防ぐことができる。

上記切抜き溝は、軸孔から外径方向へ延びる往き溝部が、外径近くで折り返した戻り溝部に対して外径側で接近するように斜め又は曲がって形成されてもよい。
すなわち、上記往き溝部は、直線状に斜め向きに形成されたりＵ字状等に曲がって形成されて、上記戻り溝部に対して外径側で接近するように形成することも可能である。
これにより、往き溝部が戻り溝部と平行に形成される場合に比べ、揺動片が揺動すると、往き溝部では、揺動片がより斜め方向に移動して溝幅が狭められる。従って、往き溝部の溝幅が狭くても揺動片の揺動範囲が広く確保され、軸の締結を強固に行うことができる。

上記中間体は、ハブに対して揺動片以外の周壁部分における対向端面に所定間隔を有して取り付けられる中間板バネを備えることが望ましい。
これにより、揺動片を除いた周壁部分は、揺動片の揺動に際して変形しないから、中間板バネは、揺動片の揺動に伴う応力の影響を受けない。従って、ハブでの軸締結用ボルトの締め付けに伴って中間板バネが湾曲変形等することがなく、中間板バネの本来の柔軟性が十分発揮され２軸間でのトルク伝達を円滑に行うことができる。しかも、中間板バネの耐久性も向上する。

上記自在軸継手の製造方法として、上記ハブは、１枚のプレートに穴開け加工を施して上記軸孔となる孔部を形成し、その後、溝加工を施して上記切抜き溝を形成することにより上記揺動片を形成することができる。
上記穴開け加工は、ドリル機等で形成することができる。この穴開け加工の際に中間体と固定するための固定ボルト用のネジ孔や固定ボルトの頭部を逃す逃し孔となる孔部も同時に形成してもよい。また、上記溝加工は、ワイヤーカット機やウォータジェット加工機等で形成することができる。

以上のように、本発明に係る自在軸継手によれば、ハブの周壁の一部である揺動片を揺動させて軸孔に軸を締結させる構成とするので、軸締結用ボルトを締め付けても中間体を変形させることがなく、しかも揺動片により軸孔に軸を強固に固定することができる。従って、中間体を介して両側のハブにそれぞれ締結した２軸間でのトルク伝達を円滑に行うことができる。しかも、ハブの外周面には揺動片を形成するための切抜き溝が施されないから、高速回転時に風切り音を生じさせることもない。

実施形態による自在軸継手の構成を示す図であり、同図（ａ）は左側面図、同図（ｂ）は正面図である。 実施形態による自在軸継手におけるハブの製造方法の一例を説明するための平面図であり、同図（ａ）は金属プレートに穴開け加工を施した状態を示す図であり、同図（ｂ）は溝加工及び切り取り加工を施した状態を示す図である。 実施形態による自在軸継手の様々な変形例を示す側面図である。 実施形態による自在軸継手の様々な変形例を示す側面図である。 従来の自在軸継手の構成を示す図であり、同図（ａ）は左側面図、同図（ｂ）は正面図である。

以下に、実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、実施形態の自在軸継手１は、軸Ｊ１，Ｊ２を締結する一対の第１ハブ２Ｒ及び第２ハブ２Ｌと、これら第１ハブ２Ｒ及び第２ハブ２Ｌの間に配置する中間体５とを備える。

中間体５は、円筒形のスペーサ５１と、スペーサ５１の両側の端面に配置される中間板バネ５２とを備える。スペーサ５１は、アルミニウム等の金属やエンジニアリングプラスチック等の樹脂で形成することができ、中心部に軸を挿通可能な貫通孔（図示せず）を有する円筒形状に形成されている。このスペーサ５１は、両側の端面にそれぞれ中間板バネ５２を介して第１ハブ２Ｒと第２ハブ２Ｌとに接続され、第１ハブ２Ｒと第２ハブ２Ｌとに締結した２軸間のトルク伝達時におけるねじり剛性を確保する。

中間板バネ５２は、ステンレス等の金属やプラスチック等からなる薄板を複数枚重ね合わせた板バネで構成され、中心部に円形の開口部（図示せず）が設けられた円環プレート状に形成されている。中間板バネ５２は、１８０度位置の２箇所で固定ボルト５３によりワッシャ５４を介してスペーサ５１の端面に取り付けられ、それより直交した１８０度位置の２箇所で固定ボルト５３によりワッシャ５４を介してハブ２Ｒ，２Ｌの端面に取り付けられる。すなわち、中間板バネ５２は、第１ハブ２Ｒ及び第２ハブ２Ｌとスペーサ５１とのそれぞれに対して所定間隔を有して取り付けられ、板面の直交方向に柔軟に撓むことで、第１ハブ２Ｒと第２ハブ２Ｌとに締結した２軸間の偏角や偏心等を許容させる。

第１ハブ２Ｒと第２ハブ２Ｌは、同形状に形成されているので、適宜「ハブ２」と称して説明する。ハブ２は、アルミニウム等の金属やエンジニアリングプラスチック等の樹脂で形成することができ、中心部に軸Ｊ１，Ｊ２を装着する軸孔２２が設けられ、全体が円筒形状に形成されている。第１ハブ２Ｒと第２ハブ２Ｌのそれぞれの軸孔２２は、締結する軸Ｊ１，Ｊ２の軸径に対応した寸法に形成される。

ハブ２は、軸孔２２に軸Ｊを締結するに際して、軸孔２２まわりの周壁２１において軸締結用ボルト４の締付力によって軸孔２２側へ揺動して軸孔２２に軸Ｊを締結させる揺動片３が設けられている。すなわち、揺動片３は、周壁２１において軸孔２２から切り込んだコ字状の切抜き溝３０を形成し、この切抜き溝３０に囲まれた周壁２１部分により形成されている。切抜き溝３０は、中心線Ｍと一致して軸孔２２から外径方向へ延びて外径近くに至る第１溝部３１と、第１溝部３１に連続して周方向へ延びる第２溝部３２と、第２溝部３２に連続して軸孔２２側へ折り返し中心線Ｍと平行に軸孔２２近くまで延びる第３溝部３３とで形成される。従って、揺動片３は、ハブ２の中心線Ｍを境にした一方の周壁領域において中心線Ｍと平行に延びるように切抜き溝３０によって切り込まれた周壁２１部分から構成される。なお、上記した切抜き溝３０の特定において、「外径近く」とはハブ周壁２１の径方向中間位置よりも外径側にあることを指し、「軸孔近く」とはハブ周壁２１の径方向中間位置よりも軸孔２２側にあることを指す。

ハブ２の周壁２１には、１８０度位置の２箇所において中間板バネ５２をスペーサ５１側に取り付ける固定ボルト５３の頭部を逃すための逃し孔２３が軸方向に貫通して設けられている。そして、切抜き溝３０の終端、すなわち第３溝部３３の末端が一方の逃し孔２３に接続されている。逃し孔２３の大きさは、切抜き溝３０の溝幅よりも大きく、切抜き溝３０の終端に繋がったＲ状部を構成する。従って、揺動片３は、切抜き溝３０の終端が繋がった逃し孔２３と軸孔２２との間の周壁２１部位を揺動中心として軸孔２２側へ揺動可能となり、揺動片３の揺動に伴う負荷が切抜き溝３０の終端に集中せず、切抜き溝３０終端での亀裂を防ぐことができる。なお、抜き溝３０の終端は、逃し孔２３等のＲ状部と繋げずに、周壁２１で留めるようにしてもよい。

また、ハブ２の周壁２１には、逃し孔２３から９０度周方向へ移動した位置における１８０度位置の２箇所において中間板バネ５２をハブ２側に取り付ける固定ボルト５３用のネジ孔２７が軸方向に貫通して設けられている。すなわち、中間板バネ５２は、ハブ２の周壁２１の端面において揺動片３以外の周壁２１部分に取り付けられる。

ハブ２の周壁２１には、揺動片３と交差して周方向に貫通するボルト孔２４が設けられている。ボルト孔２４は、ハブ２の中心線Ｍと直交して設けられており、揺動片３を含む側を軸締結用ボルト４を挿通するボルト挿通孔２５とし、揺動片３を含まない側を軸締結用ボルト４を螺合するネジ孔２６とする。また、ボルト挿通孔２５は、ハブ２外周面に開口する入口から揺動片３を含む部分を軸締結用ボルト４の頭部を没入させるザグリ穴としている。従って、このボルト孔２４に軸締結用ボルト４を螺着させて締め付けると、揺動片３は、軸締結用ボルト４の頭部に押圧され、切抜き溝３０の終端が繋がった逃し孔２３と軸孔２２との間の周壁２１部位を揺動中心として軸孔２２側へ揺動して、軸孔２２に軸Ｊを締結させる。

このように、軸締結時の軸締結用ボルト４の締め付けに際してハブ２の周壁２１の一部である揺動片３が揺動するだけであり、周壁２１全体が変形することはない。中間板バネ５２は、揺動片３を除いた周壁２１部分に取り付けられており、中間板バネ５２を取り付けた周壁２１部分は、揺動片３の揺動に際して変形しない。従って、中間板バネ５２は、揺動片３の揺動によって何ら応力の影響を受けない。よって、ハブ２での軸締結用ボルト４の締め付けに伴って中間板バネ５２が湾曲変形等することがなく、中間板バネ５２の本来の柔軟性が十分発揮され２軸間でのトルク伝達を円滑に行うことができる。しかも、中間板バネ５２の耐久性も向上する。

また、軸締結用ボルト４の締め付けは、揺動片３を揺動させるだけであるから軸締結用ボルト４の締付トルクが軽く、それでいて軸孔２２に装着する軸Ｊへの締結トルクが高く、軸Ｊを強固に固定することができる。特に、揺動片３は、ハブ２の中心線Ｍを境にした一方の周壁２１領域に設けられ、他方の周壁２１領域側へ押圧して揺動させるから、軸Ｊへの締結トルクを高くすることができる。

さらに、従来の自在軸継手１００（図５参照）では、高速回転時にハブ外周面に施されたスリ割１０３から風切り音を生じさせることがあったが、揺動片３を形成するための切抜き溝３０は、ハブ２の外周面には施されないから、従来の自在軸継手１００のような風切り音を切抜き溝３０から生じさせることはない。

上記ハブの製造方法として、図２に示すように、１枚の金属プレートＰに、まずは複数個のハブ２に対応してドリル機で穴開け加工を施して軸孔２２や逃し孔２３及びネジ孔２７となる孔部６を複数形成する（図２（ａ）参照）。なお、ネジ孔２７に対応する孔部６は、後にタップでネジ溝を形成する。次いで、ワイヤーカット機で軸孔２２又は逃し孔（Ｒ状部）２３となる孔部６を基点にして溝加工７を施して切抜き溝３０を形成することより揺動片３を形成する。すなわち、先に孔部６を形成するので、この孔部６を基点にワイヤーカット機のワイヤーを通して容易に且つ低コストに揺動片３を形成することができる。続いてワイヤーカット機でハブ２の周壁２１の外形状に対応して切り取り加工８を行う（図２（ｂ）参照）。これにより、１枚の金属プレートＰから複数のハブ２の原型を効率よく製造することができる。なお、溝加工７や切り取り加工８は、ウォータジェット加工機やレーザ加工機等で施工してもよい。その後、得られた上記原型に軸締結用ボルト４のボルト孔２４を施してハブ２が製造される。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
例えば、図３（ａ）に示すように、ボルト孔２４は、揺動片３の部分をネジ孔２６とし揺動片３を含まない側をボルト挿通孔２５として、軸締結用ボルト４の締め付けにより揺動片３をねじ引きするようにして揺動片３を軸孔２２側へ揺動させるようにしてもよい。

また、図３（ｂ）に示すように、ボルト孔２４は、揺動片３の背後側に設けたネジ孔２６によって構成し、このネジ孔２６に軸締結用ボルト４となるホーローセット（イモネジ）４１をねじ込んで揺動片３を背後から押圧して軸孔２２側へ揺動させるようにしてもよい。
また、図３（ｂ）に示すように、切抜き溝３０の第３溝部３３は、軸孔２２近くで軸孔２２の内径と平行に延びる溝部３３ａを形成して、揺動片３の揺動範囲を広く確保するようにしてもよい。

また、図３（ｃ）に示すように、切抜き溝３０において、軸孔２２から外径方向へ延びる第１溝部３１（往き溝部）は、外径側で第３溝部３３（戻り溝部）と接近するように、中心線Ｍに対して所定角度θで斜めに形成されるようにしてもよい。これによれば、図３（ｃ）下の拡大図部分を参照して、中心線Ｍの直交方向から軸締結用ボルト４を締め付けると、第１溝部３１が中心線Ｍと平行に形成される場合に比べ、第１溝部３１では、揺動片３がより斜め方向に移動して溝幅が狭められるから、第１溝部３１の溝幅Ｗが狭くても移動距離Ｌが長くなり、揺動片３の揺動範囲が広く確保され、軸Ｊの締結を強固に行うことができる。また、この場合、第２溝部３２を設けず、切抜き溝３０をＶ字状に形成してもよい。なお、第１溝部３１（往き溝部）は、外径側で第３溝部３３（戻り溝部）と接近するように、Ｕ字状等に曲がって形成されても、上記同様の作用効果を奏することができる。

また、図３（ｄ）に示すように、切抜き溝３０は、Ｕ字状に形成してもよい。すなわち、外径近くで周方向へ延びる第２溝部３２を弧状に形成する。これにより、切抜き溝３０をコ字状に形成する場合と比べ、揺動片３とハブ外径との間、すなわち第２溝部３２とハブ外径との間で周壁２１の肉厚を厚く確保することができ、この周壁２１部分の強度を確保することができる。

また、図４に示すように、揺動片３は、ハブ２の中心線Ｍから離れて中心線Ｍを境に一方の周壁２１側に形成してもよいし（図４（ａ）参照）、中心線Ｍを跨いで広く形成してもよい（図４（ｂ））。
また、図４（ｃ）に示すように、切抜き溝３０の終端の位置は、揺動片３が軸孔２２側へ揺動可能な範囲であれば、周壁２１の径方向中間位置よりも外径側に配置してもよい。
また、図４（ｄ）に示すように、周壁２１において軸孔２２を跨いだ対角上の両側にそれぞれ揺動片３を形成して、各揺動片３に対応するボルト孔２４に軸締結用ボルト４を締め付けて軸Ｊを締結する構成としてもよい。
また、中間体５として、スペーサ５１を設けずに中間板バネ５２だけで構成してもよい。

１ 自在軸継手
２，２Ｒ，２Ｌ ハブ
３ 揺動片
４ 軸締結用ボルト
５ 中間体
２１ 周壁
２２ 軸孔
２３ 逃し孔（Ｒ状部）
３０ 切抜き溝
３１ 第１溝部
３２ 第２溝部
３３ 第３溝部
５１ スペーサ
５２ 中間板バネ
Ｊ，Ｊ１，Ｊ２ 軸

Claims (5)

1. 中間体の両側に、軸を装着する軸孔を中心部に設けた筒状のハブを備える自在軸継手において、
   上記ハブには、軸孔まわりの周壁において軸線方向に挿通する切抜き溝が軸孔から外径方向へ延びて外径近くで折り返して終端が周壁内に留まるように形成され、この切抜き溝に囲まれた周壁部分により揺動片が構成され、
   上記揺動片は、ハブの周方向にねじ込む軸締結用ボルトの締付力により軸孔側へ揺動して軸孔に軸を締結させる構成とし、
   上記中間体は、揺動片以外の周壁部分に取り付けられる自在軸継手。
2. 請求項１に記載の自在軸継手において、
   上記切抜き溝の終端が切抜き溝幅よりも大きいＲ状部に繋がっている自在軸継手。
3. 請求項１又は２に記載の自在軸継手において、
   上記切抜き溝は、軸孔から外径方向へ延びる往き溝部が、外径近くで折り返した戻り溝部に対して外径側で接近するように斜め又は曲がって形成されている自在軸継手。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の自在軸継手において、
   上記中間体は、ハブに対して揺動片以外の周壁部分における対向端面に所定間隔を有して取り付けられる中間板バネを備える自在軸継手。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の自在軸継手の製造方法であって、
   上記ハブは、１枚のプレートに穴開け加工を施して上記軸孔となる孔部を形成し、その後、溝加工を施して上記切抜き溝を形成することにより上記揺動片を形成する自在軸継手の製造方法。
   

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