JP2024032626A - 極微小角自在継手として機能する軸が樽型のリボルバ－ジョイント - Google Patents

Abstract

【課題】 ベーンロ－タ－の様に、軸方向両サイドのハウジングによって回転面が、規制される回転容積型流体機械において、ロータ－と軸の締結で、軸が傾いた時に、ロ－タ－がハウジングと接触してフリクションが発生するという問題があり、現行よく使われているインボリュ－トスプライン等は、この課題が残る。
【解決手段】 円弧溝を持つ軸（１）と円弧溝のある穴を持つリングロ－タ－（２）をはめ込み、（１）と（２）の円弧溝に、結合ピン（３）を挿入して回転方向の締結を行う方式で、円弧溝を持つ軸（１）の外形を樽型にして軸とロ－タ－の許容傾きを大きく取りこの課題を解決した。この方式を樽型軸を使用したリボルバ－ジョイントとする。
【選択図】図３２

Description

本発明は、回転軸と回転体の結合部に関するものである。
リボルバ－ジョイントは、キ－溝による締結の一種でキ－の代わりに円筒状のピンを使用する。
角型スプラインや自動車用インボリュ－トスプライン、インボリュ－トセレ－ションと同じ、軸と回転体の結合に関するものである。
機能的には、歯車型軸継手のギアカップリングの一種で、歯形をピンと円弧にしたものである。
形状的には、ラジアル形ボ－ルスプラインのボ－ルの部分をピンに変えたものである。
本発明は、回転軸の軸方向には自由に動け、回転を伝達する継手で、軸の傾きに対しての許容値を大きく取る為、軸外形を樽型にした事が特徴の軸継手である。

軸継手に関しては、機械要素の基礎で、キ－溝による締結、軸の断面形状を円以外にした角形スプラインや、インボリュ－スプライン、自在継手、等速ジョイント等多岐に渡る。

図３に従来例の角形スプラインを示す。呼び径（小さい方の径）から大径（大きい方の径）に６本の一定幅の突起が付いている。軸方向へ回転体を滑動させる場合と固定する場合に使われる。角形スプラインもインボリュ－トスプラインも軸と回転体の結合に関して必要十分に機能している。

図４に、角形スプラインをベ－ンポンプに使用した例を示す。

角形スプライン ＪＩＳ Ｂ１６０１－１９７６ 自動車用インボリュ－トセレ－ション ＪＩＳ Ｂ１６０２－１９６１ ラジアルボ－ル形ボールスプライン ＪＩＳ Ｂ１１９３－１９８４

図４のベ－ンポンプの様な、ロータ－と軸の締結に角形スプラインを使用すると、軸方向へ移動出来る事、径方向の位置精度が高い事が、性能上要求される。

また、ベ－ンポンプのように、上下のハウジングによって回転面が決定される場合、必ずしも回転軸と回転面が、垂直であるとは限らない。ロ－タ－の回転面が、軸とのタイトな結合によって決定されてしまうと垂直がずれるとハウシングに当たり、フリクションが、発生する。

このように、ベ－ンポンプの様な、ハウジングによって回転面が決定されるロ－タ－と、軸の結合は、回転軸の傾きに対してある程度フリ－である事が好ましい。

角形スプラインも、インボリュ－トスプラインも、回転軸の傾きに対してロ－タ－は、自由ではない。ここに、技術的な課題が存在する。

図１に、本発明の基本構造を示す。
リボルバ－ジョイントは、円弧溝付軸（１）と、円弧溝付リングロ－タ－（２）と結合ピン（３）よりなる。
円弧溝付軸（１）は、円弧溝付リングロ－タ－（２）と軸と穴の関係にある。
円弧溝付軸（１）の円弧溝と円弧溝付リングロ－タ－（２）の円弧溝は、同一のピッチ円直径を持つ円により形成される。
円弧溝付軸（１）を円弧溝付リングロ－タ－（２）に挿入し、それぞれの円弧溝が、円になる位置で、結合ピン（３）を挿入し、円弧溝付軸（１）と円弧溝付リングロ－タ－（２）を締結する軸継手を、リボルバ－ジョイントと定義する。

リボルバ－ジョイントで、円弧溝付軸（１）の外形を樽型にし、円弧溝付軸（１）が、円弧溝付リングロ－タ－（２）に対し、微小角傾けるようにしたものが、本発明である。

円弧溝付軸（１）は、外径に円弧溝を２個以上持つ。円弧溝の形状は、軸と垂直な面の断面図で、軸の中心からピッチ円直径上に、結合ピン（３）を複数均等に円周上に配列してあり、円弧溝の直径は、結合ピン（３）の直径と同じとする。すきまを設けてクリアランス調整を行う箇所である。図６の（１）参照。

図２に円弧溝付軸（１）の外形の種類を示す。
図１３に外形が、球面状の円弧溝付軸（１ｂ）の円弧溝モデリングのイメ－ジを示す。

円弧溝付リングロ－タ－（２）の、結合部の穴形状は、図６の（２）に示されているように、φＤ２の穴にピッチ円直径上にφｄ３の穴が、円周上に複数配置されることで、φｄ３の穴によりできる円弧溝が、円周上に複数配置されている。円弧溝付リングロ－タ－（２）の結合する穴形状は、金太郎飴のようにどの断面でも同一である。厚さ軸方向で変化しない。
但し、図２５のように上下２分割とし、穴形状を球面または樽型にして、円弧溝付軸（１ｃ）樽型との接触面積を増やした物もある。

結合ピン（３）は、円筒状の形状で、図１１に示すような外形の種類がある。円弧溝付軸（１）の円弧溝と、円弧溝付リングロ－タ－（２）の円弧溝に挿入して、回転方向の締結を行う。
図２７のように、円弧溝付軸（２）を上下２分割にした時に、組み立てるボルトに結合ピン（３）の機能を持たせた結合ピンボルト円筒（３ｅ）もある。図３０に結合ピンボルトの外形種類を示す。

図５に組み立てた時の断面を示す。
図６は、円弧溝付軸（１）と円弧溝付リングロ－タ－（２）の結合ピン（３）用のピッチ円直径と円弧溝を示す。
図７は、円弧溝付軸（１）と円弧溝付リングロ－タ－（２）を回転方向で位置決めする場合の方法を示す。結合ピン（３）の直径を１本変える。

図８は、円弧溝付リングロ－タ－（２）と結合ピン（３）の部分組立図である。
円弧溝付リングロ－タ－（２）の円弧溝付軸（１）との結合部の両サイドに穴用止め輪の溝を設け、ワッシャ－（５）と穴用止め輪（４）で結合ピン（３）を軸方向に固定できるようにする。
円弧溝付リングロ－タ－（２）の円弧溝のピッチ円直径は、φＤ２以上とし、円弧溝が、１８０度以上になるようにして、径方向への脱落を防止する。（図６参照）

図３１に結合ピン（３）を円弧溝付リングロ－タ－（２）に圧入又は接着等で組み立て た図をしめす。

図２４に円弧溝付リングロ－タ－（２）のロータ－の厚さと円弧溝の厚さの種類を示す。
特にロ－タ－を薄くしたい時は、円弧溝の厚さを確保する為に、上下に円柱部が出っ張る形になる。

図１１は、結合ピン（３）の形状種類を示す。
３ａは、円筒、３ｂは、樽型、３ｃは、球面両端円錐、３ｄは、樽型両端円錐である。

本発明を含むリボルバ－ジョイントは、図１に示すように円弧溝付軸（１）と円弧溝付リングロ－タ－（２）は、軸と穴の関係で、嵌めあいに影響する部分の円弧溝付軸（１）の外径φｄ１と円弧溝付リングロ－タ－（２）の穴径φＤ２は、旋盤による加工が可能で、安価に高精度の寸法に仕上げる事が可能である。また、常用する穴基準、軸基準のはめあい公差が利用できる。

円弧溝付軸（１）と円弧溝付リングロ－タ－（２）の円弧溝も、形状が単純で、比較的高精度に加工可能である。

結合ピン（３）は、形状が単純で高精度に加工可能である。特に、ベアリングメ－カ－のころ軸受用ころの流用が可能である。

リボルバ－ジョイントは、２つの結合部を持つ。１つは、円弧溝付軸（１）の外径と円弧溝付リングロ－タ－（２）の穴径で、ここで、径方向の位置決め精度が出せる。
また、軸の外形形状とクリアランスの設定で、軸の許容傾きを設定できる。例えば、軸外径を（１ｂ）球面に設定すると、クリアランスゼロでも、軸の傾きはフリ－である。
ある程度、耐久性を考慮して接触面を増やす目的で、樽型としたのが、本発明である。（球面も含む。）
さらに、図２５のように円弧溝付リングロ－タ－（２）を軸方向に２分割して球面又は樽型の円弧溝付軸（１ｃ）と面接触するようにすると剛性と耐久性が向上する。
２つめの結合部は、トルク伝達を行う結合ピン（３）と円弧溝である。結合ピン（３）の外形とクリアランスで、円弧溝付軸（１）の許容傾きの設定が可能である。

以上２つの、結合部の寸法を個別に設定出来る事により、より具体的な軸の許容傾きを設定できる。

リボルバ－ジョイントの優れた特徴の１つが、形状が単純でモデリングしやすい事である。この事で、干渉や、応力に対する事前検討が行いやすい。
同じ、機能を持つ角型スプラインは、モデリングしやすいが、多く実用されているインボリュ－トスプラインは、正確には、簡単にはモデリング出来ない。特に、軸の傾きに対して、インボリュ－ト歯面のクラウニング加工を行う事を考えるとモデリングは、困難極まる。

以上まとめると、リボルバ－軸継手は、
（イ）形状が単純で安価に高精度な製造が行える。
（ロ）軸の傾きに対して２つの部位で個別に設定できる。
（ハ）形状が、単純でモデリングしやすく、ＣＡＤでの事前解析が行いやすい。

次に、リボルバ－ジョイントの具体的な説明を行う。
図９に軸が球面のリボルバ－ジョイントを使ったベ－ンポンプの分解斜視図を示す。
図１０に円弧溝付軸（１）を傾けた時の、軸と結合ピン（３）の干渉の状態をしめす。傾いた軸を含む平面上にある結合ピンは、２本とも干渉がないが、それ以外の６本の結合ピン（３）は、円弧溝付軸（１）と干渉してしまう。そこで、図１１の様に、様々な外形形状の結合ピン（３）で干渉をチェックしたが、クリアランスを設けないといずれもすぐ干渉してしまい、軸の傾きに対して敏感である。
そこで図１２のように、結合ピン（３）の外形を、９．９７ｍｍとして０．０３ｍｍのクリアランスを設けて、円弧溝付軸（１）が、どの程度傾けるか検証した。

図１２には、その時に、使用した各部品のモデリングのサイズを書いた。図１２の円弧溝付軸（１）の円弧溝の形状は、右側の断面図で球面の中心を原点として軸方向右にＸ軸縦にＹ軸紙面手前にＺ軸を設ける。左側の図面の８－φ１０とあるφ１０の円を右側断面図の原点を通るＺ軸周りにある角度回転させて球から切り取った形である。溝形状はト－ラスの一部となる。図１３にモデリングイメ－ジを示す。
同様に、円弧溝付軸（１）の外形が、（１ｃ）樽型、や（１ｄ）円筒＋樽型の溝もＲの中心を軸にト－ラス形状で切り取ったものである。

図１２の下に、結合ピン（３）の形状を、円筒（３ａ）、樽型（３ｂ）、球面両端円錐（３ｃ）にした時の、φ９．９７の時の干渉時の軸の傾きを書いた。
円筒は、１．３度で干渉
樽型は、２．４度で干渉
球面両端円錐は、３．１５度で干渉。
本来ならば、クリアランスを０．０３ｍｍ設けたら結合ピン（３）の位置を０．０１５外周側にずらして検証すべきではあるが、円弧溝の中心と、結合ピン（３）の中心は、同じとした。

図１４に干渉を回避すべく円弧溝付軸（１ｂａ）の円弧溝の形状を、つずみ形にしてトライしてみた。結合ピン（３）の外形は９．９７とした。
円筒は、２．２９度で干渉
樽型は、３．２３度で干渉
球面両端円錐は、４．７７度で干渉した。
自在継手になるか？と思ったが上手く行かなかった。

円弧溝付軸（１ｂ）球に対し、２種類の円弧溝、片方は、断面常にφｄ３の円弧、もう１つは、断面つずみ形としても干渉を回避出来なかった。
しかし断面φｄ３の円弧溝で、結合ピン（３）が、円筒（３ａ）でも、０．０３ｍｍのクリアランスで軸の傾き１．２度は、干渉しない事がわかった。
現在問題にしている軸の傾きは、例えば、静的にはベアリングからの距離が、仮に３０ｍｍ同軸度０．２ｍｍとしても、ＡＴＮ（０．１／３０）＝０．１９度で、もう既に問題にならないほど、軸の傾きに対する自由度がある。実際は、動荷重等でどうなるか詳細な検討が必要である。

例えば、同じような状況下で、ベアリングが許容する軸の倒れ角度（許容調心角）は、
深溝玉軸受で、０．０３度～０．１７度
自動調心玉軸受で、４度～７度
自動調心ころ軸受で１度～２．５度
である。

このことからも、リボルバ－ジョイントは、軸の倒れに対して、形状設定とクリアランス設定で、実用上十分に対応可能な結合方式である。

言い方を変えると、結合ピン（３）の形状や挿入しやすい適切なクリアランスを与えれば、結合ピン（３）と円弧溝付軸（１）は、軸の傾きに対して十分な自由度を持たせる事ができるといえる。

これは角形スプラインや、インボリュ－トスプラインは、直接軸側と穴側が接触しているのに対して、リボルバ－ジョイントは、結合ピン（３）を介して接触するため、その部分での許容傾きは、十分大きくなるという事である。

図２３に円弧溝付軸（１）の許容傾きが１度になる例を示す。
軸は、樽型（１ｃ）とし、結合ピン（３）も、樽型（３ｂ）とした。
円弧溝付リングロ－タ－（２）の穴φＤ２をＨ７公差として円弧溝付軸（１）の
外径をｇ６に、円弧溝の穴径は、Ｈ７、結合ピン（３ｂ）は、ｆ６にすることで、１度の許容傾きを得られる。

まとめると、リボルバ－ジョイントは、軸の倒れを完全に許容する自在継手では無いが、例えば、ベ－ンポンプのように、ハウジングによって回転面が決定されるロ－タ－に対して、実用上十分な軸の許容傾きをもった、結合方式である。

図１５にリボルバ－ジョイントのレイアウト性を確認する為に、角形スプラインとリボルバ－ジョイントでベーンポンプを例に比較した。
円弧溝付リングロ－タ－（２）を図８の様に、部分組立する場合は、ワッシャ－（５）、穴用止め輪（４）の寸法だけ軸方向に円弧溝付リングロ－タ－（２）が、長くなるという特徴がある。ワッシャ－（５）穴用止め輪（４）での部分組立をせずに、ハウシングによって結合ピン（３）の抜け防止を行えば、軸方向に長くはならない。

図１６にロ－タ－を２段積層する場合の、角形スプラインとリボルバ－ジョイントの円弧溝付軸２段（１ｅ）を示す。２段積層する理由は、１段目の作動容積と２段目の作動容積を変える事で、その容積変化分の圧縮や膨張を行うという原理を利用するためである。２段積層の概念図を図２２に示す。
図２２は、ピストンとシリンダ－にしてあるが、容積の異なる作動室Ａと作動室Ｂで容積の小さい作動室Ａから容積の大きい作動室Ｂに流体が移動すると膨張が行われる。逆に作動室Ｂから作動室Ａだと圧縮が行われる。ベーンポンプにおいても１段目と２段目で厚みや径方向の寸法を変えれば同じように、圧縮や膨張が行える。１段目と２段目はポ－トで接続しておく。ベーンポンプ以外でも、内接ギア式ポンプ、トロコイドポンプや、ル－ツブロアのような外接式流体機械でも同様である。

図１６を見ると分るが、レイアウトの関係上、ベアリング（１０）を３か所に使用する時は、組立上中央部のベアリング（１０）が大きくなる。だいたい、オ－バ－スペックのベアリングとなることが多い。
ベアリングは、通常両端の２か所とするのが、常識であるが、ベ－ンポンプの様に、ハウジングとロ－タ－の位置精度が、要求される特別な場合なので中央にベアリングを設け位置精度を確保した。

図１７に２段積層のベ－ンポンプを示す。
図１６で述べたように中央のベアリング（１０）が、大きいので、軸に対して上下から、それぞれロ－タ－を組む必要がある。

図１８にリボルバ－ジョイントを使った場合の２段積層ベ－ンポンプの断面図を示す。結合ピン（３）が、ベアリング内径部にかかるので上下から組み付ける必要がある。

図１９に円弧溝付軸２段（１ｅ）の中央のベアリング支持部に円弧溝を付けて、組立性を向上させた、円弧溝付軸２段＋円弧溝付ベアリング支持部（１ｆ）を示す。
円弧溝付軸２段＋円弧溝付ベアリング支持部（１ｆ）を使うと、図２０の様に、軸に対してどんどん積み重ねていく一方向組立が、可能となる。

これは、角形スプラインや、インボリュ－トスプラインでもできなくはないが、トルク伝達に特化した、これらの結合部をベアリング内輪の軸受部に使用するのは、無謀である。円弧溝付軸（１）は、円柱部が多く残っているため可能である。

図２１に積層型ロ－タリ－エンジンに使用する時の角形スプラインとリボルバ－ジョイントの円弧溝付軸（１）の３段仕様の図を示す。
積層型ベ－ン式ロ－タリ－エンジンは、３０年以上前からの公知の技術である。空気用ベ－ンポンプの１段目と２段目の容積比で圧縮を行い、２段目で燃焼を行い、２段目と３段目の容積比で膨張を行うものである。
図２１に示すように、３か所のロ－タ－駆動部と４か所のベアリング支持部からなる。２段目と３段目で、燃焼から膨張を行うので、２段目と３段目に大きなねじりトルクが発生する。２段目は、圧縮比や膨張比をかせぐ関係で薄くする必要があり、３段目の厚い結合部と同等のトルク伝達を行う為に、大径化する必要がある。

図２１の円弧溝付軸３段（１ｇ）にそれを示す。
円弧溝付軸３段＋円弧溝付ベアリング支持部（１ｈ）は、一方向組立にしたものである。

図２５に、円弧溝付軸（１）の樽型（１ｃ）の時に、円弧溝付リングロ－タ－（２）との接触面積を増やす為に、円弧溝付リングロ－タ－（２）を上下２分割にした図を示す。
２分割リングロ－タ－下側（２ａ）と２分割リングロ－タ－上側（２ｂ）とする。こうすることで、円弧溝付リングロ－タ－（２）の位置精度と結合部の耐久性を格段に上げる事ができる。
２分割にした２分割リングロ－タ－上側（２ｂ）も２分割リングロ－タ－下側（２ａ）も球面もしくは樽型部は、旋盤加工が可能で、円弧溝部の穴は、全周ある場所もあり穴あけ加工も容易になる。
図２６に上下２分割の断面図等を示す。

図２７に上下２分割にした２分割リングロ－タ－上側（２ｂ）と２分割リングロ－タ－下側（２ａ）を固定するためのボルトを結合ピン（３）にしたものを示す。
上下２分割の固定は、必須であり、そのボルトに結合ピン（３）の機能を持たせる事で結合ピン（３）の固定も兼ねて非常に良い構造となった。この結合ピン（３）を結合ピンボルト円筒（３ｅ）とする。

図３０に結合ピンボルトの外形形状を示す。
結合ピンボルト円筒（３ｅ）と、軸の倒れ許容角が大きくなる結合ピンボルト樽型（３ｆ）と、ずんどう形状の結合ピンボルトずんどう（３ｇ）とする。

図２５、２６、２７の上下２分割にした円弧溝付リングロ－タ－（２）を使う時は、軸により軸方向の位置がきまってしまうので、組立時にハウジングと干渉しないように、軸方向の遊びを設ける事が、肝心である。

また、上下２分割の円弧溝付ロ－タ－（２）は、組立性が悪く通常１段の仕様にしか使えない。

図２８に、組立性を考慮して、片側から組めるように、球面又は樽状を半分だけ使う構造をしめす。

図２９は、図２８の右側の断面図等を示す。

図３２は、上下２分割の円弧溝付リングロ－タ－（２）を使った時のベ－ンポンプの分解斜視図を示す。

リボルバ－ジョイントの分解斜視図である。 円弧溝付軸（１）の外形図である。 角形スプラインの斜視図である。 角形スプラインを使用したベ－ンポンプである。 リボルバ－ジョイントを組んだ時の断面図である。 円弧溝付軸（１）と円弧溝付リングロ－タ－（２）と結合ピン（３）用の円弧溝の形状を示す図である。 円弧溝付軸（１）と円弧溝付リングロ－タ－（２）を回転方向での位置決めをする方法を示す図である。 円弧溝付リングロ－タ－（２）と結合ピン（３）の部分組立図である。 リボルバ－ジョイント軸球面を使ったベ－ンポンプの斜視図である。 円弧溝付軸（１ｂ）球面を傾けた時の、軸と結合ピン（３ａ）の干渉の状態図である。 結合ピン（３）の形状の種類を示す。 結合ピン（３）のクリアランスが、０．０３ｍｍの時に干渉が起こる円弧溝付軸（１ｂ）の傾きを示す図である。 円弧溝付軸（１ｂ）球面の円弧溝モデリングイメ－ジを示す。 円弧溝付軸（１ｂ）球面の円弧溝をつずみ形にしたモデリングイメ－ジを示す。（１ｂａ） 角形スプラインとリボルバ－ジョイントをロ－タ－を１つ使った時のレイアウト性の比較図である。 ロータ－を２段に積層した時、ベアリング３個で受けた場合の軸の形状を、角形スプラインと円弧溝付軸２段（１ｅ）で示した図である。 ロータ－を２段に積層した場合の角形スプラインとリボルバ－ジョイントの組立性を示す図である。 ロータ－を２段に積層した時の、リボルバ－ジョイントでの断面図である。 ロータ－を２段に積層した時の、円弧溝付軸（１）のベアリング支持部に円弧溝をつけて、円弧溝付軸２段＋円弧溝付ベアリング支持部（１ｆ）の軸をしめした図である。 円弧溝付ベアリング支持部で、組立性が改善され一方向組立ができるようになった斜視図である。 積層型ロ－タリ－エンジンに使用する時の角形スプラインとリボルバ－ジョイントの円弧溝付軸（１）の３段仕様の軸の図である。 積層型ベ－ンポンプの圧縮膨張原理説明図である。 円弧溝付軸（１ｃ）樽型で、軸の許容傾きを１度にする例をしめす。 円弧溝付リングロ－タ－（２）の円弧溝とロ－タ－の厚さの種類を示す。 円弧溝付リングロ－タ－（２）を上下２分割して、樽状の円弧溝付軸（１ｃ）との接触面を広く取った分解斜視図である。 円弧溝付リングロ－タ－（２）の上下２分割の組立時断面図である。 円弧溝付リングロ－タ－（２）を上下２分割とし、組立用のボルトに結合ピン（３）の機能を持たせ結合ピンボルト円筒（３ｅ）にした分解斜視図である。 円弧溝付リングロ－タ－（２）を半球面にし、結合ピンボルトずんどう（３ｇ）又は、結合ピン（３）と組み合わせ、組立性を改善した分解斜視図である。 円弧溝付リングロ－タ－（２）を半球面にし、結合ピン（３）を圧入したリボルバ－ジョイントの断面図等を示す。 結合ピンボルトの外形の種類の斜視図である。 結合ピン（３）を円弧溝付リングロ－タ－（２）に圧入、接着等による固定を示した図である。 円弧溝付軸（１ｃ）樽型、円弧溝付リングロ－タ－（２）を上下２分割にして、結合ピン（３）の機能を持つ結合ピンボルト円筒（３ｆ）で固定したベ―ンポンプの分解斜視図である。

図１に、本発明の基本構造を示す。
リボルバ－ジョイントは、円弧溝付軸（１）と、円弧溝付リングロ－タ－（２）と結合ピン（３）よりなる。
円弧溝付軸（１）は、円弧溝付リングロ－タ－（２）と軸と穴の関係にある。
円弧溝付軸（１）の円弧溝と円弧溝付リングロ－タ－（２）の円弧溝は、同一のピッチ円直径を持つ、円により形成される。
円弧溝付軸（１）を円弧溝付リングロ－タ－（２）に挿入し、それぞれの円弧溝が、円になる位置で、結合ピン（３）を挿入し、円弧溝付軸（１）と円弧溝付リングロ－タ－（２）を締結する軸継手を、リボルバ－ジョイントと定義する。

円弧溝付軸（１）は、外径に円弧溝を２個以上持つ。円弧溝の形状は、軸と垂直な面の断面図で、軸の中心からピッチ円直径上に、結合ピン（３）を複数均等に円周上に配列してあり、円弧溝の直径は、結合ピン（３）の直径と同じとする。すきまを設けてクリアランス調整を行う箇所である。図６の（１）参照。
図２に円弧溝付軸（１）の外形の種類を示す。
本発明は、円弧溝付軸（１）の許容傾きを大きくするために、外径を樽型にしたものである。（球面も含む。）

円弧溝付ロ－タ－（２）の、結合部の穴形状は、図６の（２）に示されているように、φＤ２の穴にピッチ円直径にφｄ３の穴が、円周上に複数配置されている。円弧溝付リングロ－タ－（２）の結合する穴形状は、金太郎飴のようにどの断面でも同一である。厚さ軸方向で変化しない。但し、図２５、２６、２７、２８、２９に示す上下２分割にしたものは、球面もしくは、樽型の穴になる。

結合ピン（３）は、円筒状の形状で、図１１に示すような外形の種類がある。円弧溝付軸（１）の円弧溝と、円弧溝付リングロ－タ－（２）の円弧溝に挿入して、回転方向の締結を行う。

円弧溝付軸（１）と円弧溝付リングロ－タ－（２）を結合ピン（３）で結合するリボルバ－ジョイントは、誰もが容易に考え付くもっとも初歩的な、軸と穴の締結手法であり、限りなく公知の技術に近い。
軸の形状を変化させ、例えば球面等、また、結合ピン（３）の形状も、色々変えて自在継手にならないか？多くの人がトライした事と思う。しかし、残念ながら、リボルバ－ジョイントは、自在継手にはならない。

しかし、ベーンポンプの様に、軸方向の上下のハウジングで、回転面が、決定される流体機械のロ－タ－駆動部で、軸の傾きによる影響を受けないようにするには、リボルバ－ジョイントは、かなり好都合な継手である。ある意味、妥協の産物であると言える。
角形スプラインや、インボリュ－トスプラインは、軸の傾きをダイレクトにロ－タ－に伝えてしまい、それが、根本的にもっている技術課題である。

リボルバ－ジョイントは、円弧溝付軸（１）の外径φｄ１と円弧溝付リングロ－タ－（２）の内径φＤ２の第１の結合部と、円弧溝付軸（１）の円弧溝と結合ピン（３）の結合部及び、結合ピン（３）と、円弧溝付リングロ－タ－（２）の円弧溝で、厳密には計３か所の結合部がある。クリアランスと形状を自由に設定できる。

図２３に、軸が１度傾いても、ロ－タ－に悪影響を与えないように１度の許容角度を持つリボルバ－ジョイントの例を示す。
円弧溝付リングロ－タ－（２）の穴径は、φ４０Ｈ７とし、円弧溝は、φ１０Ｈ７とする。
円弧溝付軸（１）は、樽型形状（１ｃ）として例では、曲率半径Ｒ５０とした。外径φｄ１は、φ４０ｇ６とした。
結合ピン（３）は、樽型（３ｂ）で、曲率半径約Ｒ６６のφ１０ｆ６とした。

このように、円弧溝付軸（１）の外形を樽型（１ｃ）にすると、少ないクリアランスでも十分な軸の許容傾きが得られる。又、軸の外形を球面にする時よりも、曲率半径の大きなＲとなるので、耐久性に対して球面よりも有利である。

この考えを延長すると円弧溝付軸（１）の外径を直線部とＲからなる円筒＋樽型（１ｄ）にするのも有効である。特に、円筒部があると部品の寸法管理が容易になる。

さらに、図２５のように、円弧溝付リングロ－タ－（２）を上下２分割にし、円弧溝付軸（１）の樽型形状と一致させることで、位置精度や剛性、耐久性を高める事が出来る。

図２７に上下２分割にした円弧溝付リングロ－タ－（２）を固定するためのボルトに結合ピン（３）の機能を持たせる事で、剛性、耐久性アップと結合ピン（３）の固定を含めた組立性が向上する。この時の、ボルトを結合ピンボルトとする。

図３２に円弧溝付リングロ－タ－を上下２分割にしたベ－ンポンプの分解斜視図をしめす。

図３０に結合ピンボルトの外形の種類を示す。結合ピンボルトの外形を樽型にすると同じクリアランス設定でも、軸の許容傾きが増える。

リボルバ－ジョイントは、図２３のように簡単に軸の許容角度を設定することが出来る。そのことで、ハウジングで回転面が規制されるロ－タ－の駆動には、うってつけである。

次に、図１７のようにハウジングによって回転面が規制されるベ―ンポンプのような、回転容積型流体機械のロ－タ－を２段に積層した場合を考える。
２段積層にすると、１段で使用するときよりも、軸の傾きが大きくなる要素が多い。
具体的には軸が長くなり、また、力をうけるロ－タ－が２か所になる事による。
そこで、ロ－タ－と軸の結合部分には、リボルバ－ジョイントが適している。

図１６のように２段のロ－タ－結合部に対して３か所のベアリングを使用する時は、中央のベアリング支持部の径が大きくなり、組立時に軸の両側からロ－タ－を組み付ける必要がある。
これに対し、図１９のように、ベアリング支持部に円弧溝を設けると一方向組立が可能になる。この技術は、組立性および、軸を多段化するときに非常に有効な技術である。
円弧溝付軸２段＋円弧溝付ＢＲＧ支持部（１ｆ）は、積層２段に適した軸形状である。

図２１に積層型ロ－タリ－エンジンに使用する時の３段仕様の軸を説明する。
積層型ベ－ン式ロ－タリ－エンジンは、３０年以上前の公知の技術である。空気用ベ－ンポンプの１段目と２段目の容積比で圧縮を行い、２段目で燃焼を行い、２段目と３段目の容積比で膨張を行うものである。
図２１に示すように、３か所のロ－タ－駆動部と４か所のベアリング支持部からなる。２段目と３段目で、燃焼から膨張を行うので、２段目と３段目に大きなねじりトルクが発生する。
２段目は、圧縮比や膨張比をかせぐ関係で、薄くする必要があり、３段目の厚い結合部と同等のトルク伝達を行う為には、大径化する必要がある。
図２１の円弧溝付軸３段（１ｇ）にそれを示す。また、積層２段の時と同様に、ベアリング支持部に円弧溝をつけて組立性を向上させたのが、円弧溝付軸３段＋円弧溝付ベアリング支持部（１ｈ）である。（１ｈ）にする時は、図２４に示してあるように、ロ－タ－の厚みに対して、円弧溝の厚さが厚くなるようにロ－タ－形状を工夫することが、好ましい。

１ 円弧溝付軸
１ａ 円筒
１ｂ 球面
１ｂａ球面 溝つずみ
１ｃ 樽型
１ｄ 円筒＋樽型
１ｅ 円弧溝付軸２段
１ｆ 円弧溝付軸２段＋円弧溝付ベアリング支持部
１ｇ 円弧溝付軸３段
１ｈ 円弧溝付軸３段＋円弧溝付ベアリング支持部
２ 円弧溝付リングロ－タ－
２ａ ２分割リングロ－タ－下側
２ｂ ２分割リングロ－タ－上側
２ｃ 半球面リングロ－タ－
３ 結合ピン
３ａ 円筒
３ｂ 樽型
３ｃ 球面両端円錐
３ｄ 樽型両端円錐
３ｅ 結合ピンボルト円筒
３ｆ 結合ピンボルト樽型
３ｇ 結合ピンボルトずんどう
４ 穴用止め輪
５ ワッシャ－
６ 角形スプライン軸
７ 角形スプライン穴
８ ベーンベ－スハウジング
９ ベーンカバ－ハウジング
１０ ベアリング
１１ センタ－ベアリングハウジング
１２ カバ－ベアリングハウジング

Claims (13)

1. 円弧溝を持つ軸（１）と円弧溝のある穴を持つロ－タ－（２）をはめ込み、（１）と（２）の円弧溝が円になった所に、結合ピン（３）を挿入して回転方向の締結を行う方式を、リボルバ－ジョイントと定義し、円弧溝を持つ軸（１）を円弧溝付軸（１）、円弧溝のある穴を持つロ－タ－（２）を円弧溝付リングロ－タ－（２）、結合ピン（３）は結合ピン（３）として、特に円弧溝付軸（１）の外形を樽型にしたことを、特徴とするリボルバ－ジョイント。
2. 請求項１の樽型軸の最大外径部に円筒部を設けた事を特徴とするリボルバ－ジョイント。
3. 請求項１の樽型軸と、軸と穴の結合で面接触出来るように、円弧溝付リングロ－タ－（２）を、軸方向に２分割したことを特徴とするリボルバ－ジョイント。
4. 請求項３の２分割した円弧溝付リングロ－タ－（２）をとめるボルトに、結合ピン（３）の機能を持たせた事を特徴とするリボルバ－ジョイント。
5. 請求項１の円弧溝付リングロ－タ－（２）の穴形状を、円弧溝付軸（１）の最大外径の所から片側を、円弧溝付軸（１）の樽型形状に合わせて接触面積を広くした事を特徴とするリボルバ－ジョイント。
6. 円弧溝付リングロ－タ－（２）の軸方向で円弧溝の両側に穴用止め輪の為の溝を設けて、ワッシャ－と穴用止め輪で結合ピン（３）を軸方向抜け止めができるようにし、なおかつ、結合ピン（３）の配置ピッチ円直径が、円弧溝付リングロ－タ－（２）の穴径φＤ２より大きくして、円弧溝が１８０度以上になるようにして、径方向の脱落防止を行い、部分組立できるようにした円弧溝付リングロ－タ－（２）。
7. 円弧溝付リングロ－タ－（２）で、結合ピン（３）の配置ピッチ円直径が、穴径φＤ２より大きく取って、円弧溝が１８０度以上になるようにして、結合ピン（３）を圧入又は接着等で、固定した円弧溝付リングロ－タ－（２）と結合ピン（３）を持つリボルバ－ジョイント。
8. 性能上の理由で、円弧溝付リングロ－タ－（２）のロ－タ－部分を薄く設計する時に、回転トルクの伝達を行う円弧溝の軸方向の厚さが、ロ－タ－より厚くなる場合、ロ－タ－の中心部が厚く、ロ－タ－外周部が薄い段付き形状の円弧溝付リングロ－タ－（２）。
9. 請求項１で、結合ピン（３）の外形を樽状にしたリボルバ－ジョイント。
10. 一本の軸に、２か所以上のリボルバ－ジョイントを持つようにした事が、特徴の円弧溝付軸（１）。
11. 請求項１０の２か所のリボルバ－ジョイントの間に、ベアリング支持部を設け、その形状が、円筒の外周に円弧溝を設けて、請求項５または、請求項６の形で部分組立した円弧溝付リングロ－タ－（２）と結合ピン（３）が、軸方向に通過できるようにした、円弧溝付ベアリング支持部を備えた円弧溝付軸（１）。
12. 一本の軸に３か所のリボルバ－ジョイントを持ち、中央のリボルバ－ジョイントに使う樽型外形の径が、両サイドの樽型外形の径よりも大きい事が、特徴の円弧溝付軸（１）。
13. 請求項１又は、請求項２、３、４、５のリボルバ－ジョイントを軸とロ－タ－の締結に使用した回転容積型流体機械、又は、ロータリ－エンジン。

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