JP4041951B2 - 継手構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軸と軸とを同軸上で連結する継手構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば長いシャフトを持つ製品においては、そのシャフトの長さの相違による製品タイプの数が増えることを避けるために、シャフト部分のみを継手により選択的に長くできる構造とし、その他の複雑な機構部分等を一種類にする手法が採用されることが多い。
【０００３】
このような用途における継手構造、つまり軸と軸とを同軸上で連結する継手構造としては、従来、図５〜図１０に示すような構造が知られている。
【０００４】
図５および図６に示す継手構造はいわゆるスプライン継手であって、図５に示す構造では、２本のスプラインシャフト４１ａと４１ｂを共通のスプラインスリーブ４２の両側から挿入して相互に連結するとともに、各スプラインシャフト４１ａ，４１ｂとスプラインスリーブ４２とをそれぞれスプリングピン４３ａ，４３ｂによって軸方向への移動が生じないようにしている。また、図６に示す構造では、スプラインシャフト５１ａ，５１ｂの先端部に段部Ｃを設け、段部よりも先端側のみの外周面にスプラインを形成してスプラインスリーブ５２内に挿入して連結するとともに、スプラインシャフト５１ａ，５１ｂの外周面およびスプラインスリーブ５２の内周面にそれぞれ環状溝５１１ａ，５１１ｂおよび５２１ａ，５２１ｂを形成してスナップリング５３ａ，５３ｂを嵌め込み、このスナップリング５３ａ，５３ｂと各シャフト５１ａ，５１ｂの段部により軸方向への移動を阻止するように構成している。
【０００５】
一方、スプライン継手以外の継手として、図７に示すように各シャフト６１ａ，６１ｂの先端にフランジ６２ａ，６２ｂを形成し、そのフランジ６２ａ，６２ｂを突き合わせた状態でボルトＢで締結するフランジ継手や、図８に示すように、各シャフト７１ａ，７１ｂの先端部を矩形断面に加工し、これらを角パイプ７２に挿入することによって回転を伝達する構造のもの、更には図９に示すように、シャフト８１ａ，８１ｂをチューブ８２の両端部に溶接した、いわゆるプロペラチューブ溶接構造、更にまた図１０（Ａ）に軸平行断面図を、同図（Ｂ）にそのＢ−Ｂ断面図を示すように、各シャフト９１ａ，９１ｂとスリーブ９２にそれぞれキー溝を形成してキー９３を挿入した構造のものなどが使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上の従来の各継手構造では、以下に示すようにいずれも問題がある。
すなわち、従来のスプライン継手によれば、図５に示すものではスプリングピン４３ａ，４３ｂを挿入するための孔に、また、図６に示すものでは段部Ｃに、それぞれ応力集中が生じるため、いずれも連結部分を強化すべくシャフト径を太くする必要があって、質量増大により危険回転速度（曲げ共振点）が低下し、高速回転させることが困難となる。
【０００７】
また、図７に示すフランジ継手においても、フランジ部分がスプライン継手の場合に比して大径となり、危険回転速度が低下するという問題がある。
更に、図８に示す各チューブを使用した構造では、高速回転で使用するとアンバランスによる振れの発生が懸念されるとともに、スプライン継手に比して強度的に回転径を大きくする必要が生じ、図９に示すプロペラチューブ溶接構造では、溶接強度を考えた場合、チューブ径を大きくしなければならず、また、図１０に示すキーを用いた構造では、伝達力の面でスプライン継手に比して不利になるなど、スプライン継手以外の継手構造を採用した場合においても、危険回転速度が低下して高速回転させることが困難とななる。
【０００８】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、比較的簡単な構成のもとに、シャフト径を太くすることなく、従って質量増大を伴うことなく所要の伝達力を得ることができ、もって従来の各継手構造に比してより高速で回転させることのできる継手構造の提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の継手構造は、軸と軸とを同軸上で連結する継手構造であって、各軸をそれぞれ継手部近傍で段部を有さないスプラインシャフトとし、これらを共通のスプラインスリーブの両端側から挿入するとともに、上記各スプラインシャフトの外周面に、それぞれスナップリングを嵌め込むための環状溝を形成し、上記スプラインスリーブの内周面に、上記各スナップリングが嵌まり込む共通の環状溝を形成し、そのスプラインスリーブの環状溝の両側壁を、軸心側ほど開く向きのテーパ面として形成して、各スプラインシャフトが、各スナップリングの拡径途中で上記各テーパ面に対して当接するように構成したことによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１０】
ここで、本発明の継手構造においては、上記スプラインスリーブの内周面の両端に、上記テーパ面よりも傾斜の緩い斜面からなる面取りを施した構成（請求項２）を好適に採用することができる。
【００１１】
本発明は、基本的には伝達力に優れたスプライン継手を採用し、そのスプライン継手における各スプラインシャフトとスプラインスリーブとの軸方向への移動を阻止するための機構を、従来のようにスプラインシャフトにスプリングピン用の孔や段部を設ける必要のない機構とすることによって、所期の目的を達成しようとするものである。
【００１２】
本発明においては、互いに連結すべき軸をそれぞれ継手部近傍で段差を有さないスプラインシャフトとして、スプラインスリーブによって相互に係合させるスプライン継手を採用し、その軸方向への移動を阻止するための機構として、以下に示すように、スナップリングの拡径方向への弾性力を利用して各スプラインシャフトを互いに接近する向きに押圧する機構を採用する。
【００１３】
すなわち、各スプラインシャフトの外周面にスナップリングを嵌め込むための環状溝を形成する一方、スプラインスリーブの内周面には各スプラインシャフトの環状溝に嵌め込まれたスナップリングが嵌まり込む共通の環状溝を形成する。そして、そのスプラインシャフトの環状溝の両側壁を、軸心に向けて開いたテーパ面として、各スプラインシャフトの先端がスプラインスリーブ内で当接した状態において、各スナップリングが拡径途中で各テーパ面に対して当接するように構成することで、スナップリングの拡径時の弾性力を各スプラインシャフトを相互に接近させる向きに作用させる。
【００１４】
この構成により、各スプラインシャフトには組立状態において互いの先端が当接し、かつ、先端どうしが押し合う向きに弾性的に押圧された状態となり、各スプラインシャフトがスプラインスリーブに対して軸方向に移動することを確実に阻止することができる。しかも、各スプラインシャフトに貫通孔や段差を設ける必要がないために応力集中が生じず、また、スプラインシャフトに形成されたスナップリング用の環状溝の位置は伝達トルクが負荷される部位ではなく、更にはスプラインスリーブにも応力集中が発生する箇所がないため、シャフト径やスリーブ径を太くすることなく所要の伝達力を得ることができる。その結果、継手構造に起因する質量増大を可及的に少なくすることができ、危険回転数を低下させることがないために高速回転が可能となる。
【００１５】
また、請求項２に係る発明のように、スプラインスリーブの内周面両端に、スナップリングが当接するテーパ面よりも傾斜の緩い斜面からなる面取りを施しておくことにより、スプラインシャフトをその環状溝にスナップリングを嵌め込んだ状態でスプラインスリーブに挿入する際、スナップリングが面取りに当接してスプラインシャフトの挿入に伴って自動的に縮径されるため、特殊な治具などを用いることなくスナップリング付きのスプラインシャフトをスプラインスリー部内に挿入することが可能となる。また、面取りの傾斜をテーパ面の傾斜よりも緩くしているが故に、一方のスプラインシャフトを挿入した後に他方のスプラインシャフトを挿入するに当たって、スナップリングが面取りに当接して縮径する際の反力でスプラインスリーブを軸方向に移動させる力が、先に挿入したスプラインシャフトに嵌め込まれているスナップリングがテーパ面を越えて縮径してしまうに必要な力よりも大きくなることがないため、後のスプラインシャフトを挿入する際に特にスプラインスリーブを支持することなく、簡単に挿入・組み込みが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の軸平行断面図であり、図２はそのＡ部拡大図である。
【００１７】
外周面にそれぞれインボリュートスプラインＳが形成されてなる２本のスプラインシャフト１ａ，１ｂは、それぞれ段差を持たない一様な径を有している。このうち、一方のスプラインシャフト１ａは、基本シャフトであり、他方のスプラインシャフト１ｂは延長用のシャフトである。すなわち、シャフトの長さが相違する複数種類のタイプからなる製品シリーズにおいて、基本シャフトのみを用いることによって最短のシャフトを持つタイプの製品が構築され、図示のように延長用のシャフトを継ぐことによってこれとは別のより長いシャフトを持つタイプの製品が構築される。
【００１８】
さて、以上の２本のスプラインシャフト１ａ，１ｂは、内周面に上記のインボリュートスプラインＳとモジュール等の諸元を同一とした内歯のインボリュートスプラインｓが形成されてなるスプラインスリーブ２に挿入されてスプライン結合され、各スプラインシャフト１ａ，１ｂの先端どうしが当接した状態で３つの部材１ａ，１ｂおよび２が相互に一体化されている。
【００１９】
各スプラインシャフト１ａ，１ｂの外周面には、スナップリング３ａ，３ｂを嵌め込むための環状溝１１ａ，１１ｂが形成されているとともに、スプラインスリーブ２の内周面には、同じくスナップリング３ａ，３ｂが嵌まり込む環状溝２１が形成されている。
【００２０】
スプラインスリーブ２の環状溝２１の両側壁は、軸心側ほど開く向きに傾斜したテーパ面２１１ａ，２１１ｂとなっており、これらの各テーパ面２１１ａ，２１１ｂ間の距離は、各スプラインシャフト１ａ，１ｂに形成されている環状溝１１ａ，１１ｂとの関連において、以下のように設定されている。
【００２１】
すなわち、各スプラインシャフト１ａ，１ｂをそれぞれの環状溝１１ａ，１１ｂにスナップリング３ａ，３ｂを嵌め込んだ状態でスプラインスリーブ２に挿入し、先端どうしが当接した状態において、各スナップリング３ａ，３ｂが拡径途中でテーパ面２１１ａ，２１１ｂに当接するように、各テーパ面２１１ａ，２１１ｂ間の距離、および各スプラインシャフト１ａ，１ｂの先端から各環状溝１１ａ，１１ｂ間の距離が設定されている。
【００２２】
また、スプラインスリーブ２の内周面の両端部には、それぞれ外側に向けて開いた斜面からなる面取り２２ａ，２２ｂが形成されており、この各面取り２２ａ，２２ｂの角度αは、テーパ面２１１ａ，２１１ｂの角度βよりも小さい。
【００２３】
以上の本発明の実施の形態によると、各スプラインシャフト１ａ，１ｂは、スプラインスリーブ２内に挿入されてその先端どうしが当接した状態で、各スナップリング３ａ，３ｂが拡径途中において各テーパ面２１１ａ，２１１ｂに当接しているので、図３に示すように、各スナップリング３ａ，３ｂが拡径途中でテーパ面２１１ａ，２１１ｂに当接した状態となることにより、各スナップリング３ａ，３ｂの拡径方向への弾性力Ｆｅｘは、スナップリング３ａ，３ｂをテーパ面２１１ａ，２１１ｂに押し付ける力Ｆｔと、各スプラインシャフト１ａ，１ｂを互いに接近させる向きへの押圧力Ｆｐに分解される。従って、各スプラインシャフト１ａ，１ｂは、組立状態において互いに先端を当接させた状態で常に互いに接近する向きに押圧され、スプラインスリーブ２に対する各スプラインシャフト１ａ，１ｂの軸方向への移動は確実に阻止される。
【００２４】
また、以上の本発明の実施の形態を組み立てるには、各スプラインシャフト１ａ，１ｂの環状溝１１ａ，１１ｂにそれぞれスナップリング３ａ，３ｂを嵌め込んだ状態で、スプラインスリーブ２に対して一方のシャフト、例えばスプラインシャフト１ａを挿入する。このとき、スプラインスリーブ２の内周面の端部に形成されている面取り２２ａにスナップリング３ａが当接することによって、スナップリング３ａはスプラインシャフト１ａの挿入に伴って自動的に縮径されつつスプラインスリーブ２内に挿入され、環状溝２１に嵌まり込むことによって拡径する。
【００２５】
次に、その状態で他方のスプラインシャフト１ｂを反対側から挿入する。このとき、スナップリング３ｂは上記と同様に面取り２２ｂに当接することによって縮径してスプラインスリーブ２内に入り込んでいく。このとき、各テーパ面２１１ａ，２１１ｂの傾斜角βは面取り２２ａ，２２ｂの傾斜角αよりも大きいため、スナップリング３ｂが面取り２２ｂにより縮径されるときにスプラインスリーブ２に作用する力によって、先に挿入したスプラインシャフト１ａのスナップリング３ａが環状溝２１から離脱することがなく、従って後でスプラインシャフト１ｂを挿入する際に特にスプラインスリーブ２を支持する必要がなくなり、組立作業が容易となる。
【００２６】
そして、以上の実施の形態において特に注目すべき点は、各スプラインシャフト１ａ，１ｂには段差や部分的な大径部分がない点であり、これによりストレートの丸棒からスプライン歯切りおよび環状溝の加工のみで製造することができ、低コストのもとに製造することができる。また、各スプラインシャフト１ａ，１ｂには段差や貫通孔がないため、シャフト径を太くすることなく必要なトルクの伝達が可能であり、危険回転数を低下させることがない。更に、スリーブ２の内周面についても、環状溝２１の加工とスプラインのブローチ加工を１回ほど施すだけでよく、この点においても製造コストを低く抑えることができる。
【００２７】
なお、以上の実施の形態では、２つのスナップリング３ａ，３ｂはともに一つの環状溝２１に嵌まり込むようにした例を示したが、図４に示すように、スプラインスリーブ２の環状溝２１を２つの環状溝２１ａ，２１ｂとして、それぞれの溝にスナップリング３ａ，３ｂがそれぞれ嵌まり込むようにしてもよい。この図４のようにすると、スプラインスリーブ２の肉厚が薄い範囲を少なくすることができ、スプラインスリーブ２の強度を上げることができるとともに、スプラインシャフト１ａ，１ｂの先端当接部分もスプラインスリーブ２で支持されるので、結合部分の剛性をより向上させることができる。
【００２８】
また、以上の実施の形態においては、シャフト１ａ，１ｂおよびスリーブ２にインボリュートスプラインを形成した例を示したが、本発明は特にこれに限定されることなく、角スプラインであってもよいことは勿論である。
【００２９】
また、図１〜図４において、スナップリング３ａ，３ｂの断面を円形としたが、矩形断面であってもよいことは言うまでもない。
【００３０】
更に、スプラインスリーブ２とスプラインシャフト１ａ，１ｂ間のバックラッシュを生じさせないためには、スプラインにねじれ角を設ければよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、軸と軸とを連結する継手構造として、伝達力に優れたスプライン継手を採用するとともに、各スプラインシャフトの外周面に形成した環状溝に嵌め込んだスナップリングを、スプラインスリーブの内周面に形成した環状溝に嵌め込むことによって各スプラインシャフトとスプラインスリーブとの軸方向への移動を阻止するように構成し、かつ、スプラインスリーブの環状溝の両側壁は軸心側ほど開くように傾斜したテーパ面として、スプラインスリーブ内に挿入した各スプラインシャフトの先端が当接した状態で、各テーパ面にスナップリングが拡径途中で当接するように構成しているので、組立状態において各スプラインシャフトは互いの先端が当接した状態で更にスナップリングの弾性力によって互いに接近する向きに押圧された状態となり、軸方向への移動を確実に阻止することができる。しかも、従来のスプライン継手構造のように、各スプラインシャフトにはスプリングピンを貫通させるための貫通孔や段差を形成する必要がないため継手による質量増大を可及的に少なくすることができ、危険回転数を低下させることなく、高速回転が可能であると同時に、加工が簡単で安価に製造することができる。
【００３２】
また、請求項２に係る発明のように、スプラインスリーブの内周面両端部に、スナップリングを当接させるためのテーパ面よりも傾斜角の緩い面取り部を設けておくことにより、組立作業も容易化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の軸平行断面図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態の作用説明図である。
【図４】本発明の他の実施の形態の要部断面図である。
【図５】従来のスプライン継手の構造例を示す軸平行断面図である。
【図６】従来のスプライン継手の他の構造例を示す軸平行断面図である。
【図７】従来のフランジ継手の例を示す軸平行断面図である。
【図８】従来の各チューブを用いた継手の例を示す斜視図である。
【図９】従来のプロペラチューブ溶接を用いた継手の例を示す軸平行断面図である。
【図１０】従来のキーを用いた継手の例を示す軸平行断面図（Ａ）およびそのＢ−Ｂ断面図（Ｂ）である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ スプラインシャフト
１１ａ，１１ｂ 環状溝
２ スプラインスリーブ
２１ 環状溝
２１１ａ，２１１ｂ テーパ面
２２ａ，２２ｂ 面取り
３ａ．３ｂ スナップリング

Claims (2)

1. 軸と軸とを同軸上で連結する継手構造であって、各軸をそれぞれ継手部近傍で段部を有さないスプラインシャフトとし、これらを共通のスプラインスリーブの両端側から挿入するとともに、上記各スプラインシャフトの外周面に、それぞれスナップリングを嵌め込むための環状溝を形成し、上記スプラインスリーブの内周面に、上記各スナップリングが嵌まり込む共通の環状溝を形成し、そのスプラインスリーブの環状溝の両側壁を、軸心側ほど開く向きのテーパ面として形成して、各スプラインシャフトを、各スナップリングの拡径途中で上記各テーパ面に対して当接させることにより、上記各スプラインシャフトを、互いの先端が当接し、かつ、これら先端どうしが互いに押し合う向きに押圧されるように構成したことを特徴とする継手構造。
2. 上記スプラインスリーブの内周面の両端に、上記テーパ面よりも傾斜の緩い斜面からなる面取りを施していることを特徴とする請求項１に記載の継手構造。

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