JP4230378B2

JP4230378B2 - 軸継手

Info

Publication number: JP4230378B2
Application number: JP2004039979A
Authority: JP
Inventors: 博之袴田; 佳彦葉山
Original assignee: NTN Corp; Bridgestone Corp
Current assignee: NTN Corp; Bridgestone Corp
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2024-02-17
Also published as: JP2005233233A

Description

この発明は、互いに平行な２軸を連結して２軸間で動力を伝達する軸継手に関する。

一般的な機械装置の２つの軸を連結して駆動側から従動側へ動力を伝達する軸継手は、連結する２軸の位置関係によって構造が異なり、２軸が１直線上にあるもの、交差するもの、互いに平行な（かつ同心でない）ものに大別される。

このうちの平行な２軸を連結する軸継手としては、オルダム継手がよく知られている。しかし、このオルダム継手は、大きな動力を伝達すると、２軸間に介装されるスライダどうしの摩擦面に潤滑不良が生じて動力伝達がスムーズに行われなくなる場合があるし、大きな偏心量（２軸の径方向のずれ量）を許容できない問題もある。

また、オルダム継手以外では、軸方向で対向する２つの回転部材（ディスク）間にプレートを挿入し、このプレートの表裏面の複数箇所に直動ガイドをその作動方向がプレートの表裏で互いに直交するように配し、プレートと直動ガイドを介して両回転部材間で動力を伝達する機構が提案されている（特許文献１参照。）。

この機構を採用すれば、直動ガイドの長さを変えるだけで必要な偏心量を得ることができるし、直動ガイド内の相対移動面に複数の鋼球を配することにより、大きな動力をスムーズに伝達することもできる。しかし、直動ガイドを多数使用するため、製造コストがかなり高くなるし、直動ガイドを精度よく組み付けることが難しく、組付作業に非常に手間がかかるようになる。

そこで、本出願人は、本発明より先に、軸方向で対向する２つの回転部材の対向面に複数の案内溝を相手側の案内溝と直交するように設け、両回転部材の案内溝の交差位置に配した転動体を介して両回転部材間で動力を伝達する軸継手を提案した（特願２００３−３９２１４５号）。

この軸継手は、両回転部材の案内溝の交差位置に配された転動体が、保持器に回転部材径方向の移動を拘束された状態で、駆動側の回転部材に押され、案内溝内を転動しながら従動側の回転部材を押して動力を伝達する。従って、動力伝達時の摩擦抵抗が少なく、大きな動力を伝達できるし、案内溝の長さを変えるだけで必要な偏心量を得られる。また、両回転部材間の部品が転動体と保持器だけのため、製造コストが安く、組付性も良い等、多くの特長を有している。

ところで、この軸継手では、転動体を球体とした場合、球体が一定の接触角で案内溝と接触するため、伝達動力に比例して両回転部材を引き離す軸方向の力が働く。従って、動力伝達時の軸方向のガタつきを防止するために、両回転部材の軸方向間隔の変化を拘束する軸方向拘束機構を設けることが望ましい。そして、この軸方向拘束機構としては、図８に示すように、各回転部材５１、５２の対向面と反対側に拘束部材５３、５４を配し、両拘束部材５３、５４を各回転部材５１、５２にあけた案内孔５５、５６に通される連結部材５７で連結したものを提案した。

上記軸方向拘束機構は、両回転部材５１、５２が偏心している場合には、連結部材５７が各案内孔５５、５６に案内され、各拘束部材５３、５４がそれぞれ回転部材５１、５２と摺動しながら回転する。このため、連結部材５７の各案内孔５５、５６との接触や各拘束部材５３、５４の摺動時の摩擦抵抗等により、音や振動が発生することがあった。

一方、転動体をローラとした場合には、ローラが回転部材軸方向と平行に組み込まれ、その外径面で各回転部材の案内溝の内側面と接触するので、動力伝達時に回転部材軸方向の力が生じることはなく、軸方向拘束機構を設ける必要はない。しかし、ローラが各回転部材から受ける力の作用点および方向が同軸上にないため、ローラには回転モーメントが発生し、ローラが回転部材軸方向に対して傾いた状態となって、案内溝に噛み込みやすい難点があった。
特開２００３−２６０９０２号公報

この発明の課題は、平行な２軸間で互いに直交する案内溝内を転動する転動体を介して動力を伝達する方式の軸継手において、動力伝達動作をより滑らかにすることである。

上記の課題を解決するため、この発明は、軸方向で対向し、回転軸が互いに平行でかつ同心でない状態に保持される２つの回転部材のそれぞれの対向面に、複数の案内溝を相手側の回転部材の対応する位置の案内溝と直交するように設け、前記両回転部材の案内溝が交差する位置に、各案内溝に案内されて転動する転動体を配し、これらの各転動体の回転部材径方向の移動を拘束する保持器を設けて、前記各転動体を介して前記両回転部材間で動力を伝達するようにした軸継手において、前記両回転部材の一方を、他方の回転部材を挟んで対称に配され、前記複数の案内溝が形成された２つのプレートを一体に結合したものとし、前記他方の回転部材の案内溝を回転部材軸方向に貫通させ、前記各転動体を、前記他方の回転部材の案内溝に通されて前記各プレートの案内溝に両側部を案内されるローラとし、前記保持器を前記他方の回転部材を挟んで対称に２つ設け、これらの両保持器を一体に結合した構成を採用したのである。

すなわち、両回転部材の案内溝交差位置に配される転動体をローラとすることにより、動力伝達時に回転部材軸方向の力が生じないようにするとともに、一方の回転部材を構成する２つのプレートおよび２つの保持器からローラに働く力が、ローラと他方の回転部材との接触位置の両側で対称となるようにすることにより、ローラに回転モーメントが発生しないようにして、動力伝達時のローラの姿勢を安定させたのである。

上記の構成において、前記ローラの前記各案内溝との接触面を凸状の円弧面とすれば、ローラと各回転部材との接触が点接触となり、継手各部のガタや寸法精度のばらつきが動力伝達動作に及ぼす影響を少なくすることができる。

この発明の軸継手は、上述したように、転動体をローラとして動力伝達時に回転部材軸方向の力が生じないようにするとともに、ローラに回転モーメントが発生しないようにして、ローラの姿勢を安定させたものであるから、軸方向のガタつきやローラの案内溝への噛み込みがなく、滑らかに動力伝達を行うことができる。

以下、図１乃至図７に基づき、この発明の実施形態を説明する。図１乃至図５は、第１の実施形態を示す。この軸継手は、図１に示すように、入力側の回転部材を構成する２つの入力プレート１ａ、１ｂと、両入力プレート１ａ、１ｂに挟まれる出力側の回転部材としての出力プレート２と、出力プレート２を貫通するように組み込まれる３本の転動体としての円筒形ローラ３と、各入力プレート１ａ、１ｂと出力プレート２との間に配される２つの保持器４ａ、４ｂとから成る。各入力プレート１ａ、１ｂおよび出力プレート２には、それぞれローラ３を案内する３つの案内溝５、６が設けられ、各保持器４ａ、４ｂには、ローラ３を通してそのプレート径方向の移動を拘束する長孔７が設けられている。

前記両入力プレート１ａ、１ｂは、出力プレート２および各保持器４ａ、４ｂを貫通する３本の長円形断面のピン１ｃで、両保持器４ａ、４ｂは、出力プレート２を貫通する３本のピン４ｃで、それぞれ一体に結合される。なお、各ピン１ｃ、４ｃの本数は、必ずしも３本でなくてもよく、結合した状態で十分な剛性が得られるように設計すればよい。また、各ピン１ｃ、４ｃは、それぞれ端部を入力プレート１ａ、１ｂや保持器４ａ、４ｂに圧入されるようになっているが、止め輪やねじ等を利用して分解可能にしておけば、継手のメンテナンスがしやすくなる。

一方、各保持器４ａ、４ｂには、入力プレート用結合ピン１ｃを通す孔８が設けられ、出力プレート２は、各結合ピン１ｃ、４ｃと干渉しないように、案内溝６を有する３枚の羽根が筒部の外周から放射状に張り出した形状となっている。

なお、出力プレート２は、軽量化も考慮して上記の形状としたが、強度が必要な場合には、各結合ピン１ｃ、４ｃを通す孔を有する円盤形状としてもよい。また、各入力プレート１ａ、１ｂも、軽量化を図るために２種類の孔９、１０があけられている。

図２乃至図４は、この軸継手を組み立てた状態を示す。両入力プレート１ａ、１ｂおよび両保持器４ａ、４ｂは、それぞれ出力プレート２を挟んで対称の位置に配されている。また、一方の入力プレート１ａおよび出力プレート２は、それぞれ内径側に形成された筒部に入力軸Ａおよび出力軸Ｂの軸端部を嵌め込まれる。なお、これらの各図は、説明上、入出力軸Ａ、Ｂが同心の状態を示しているが、通常は入出力軸Ａ、Ｂの回転軸がずれた（偏心した）状態で使用される。

前記各入力プレート１ａ、１ｂの案内溝５は、両プレート間で周方向位置が一致し、かつプレート径方向と４５度をなす方向に直線状に延びるように設けられている。なお、各案内溝５は、プレート軸方向に貫通しておらず、ローラ３の軸方向移動を拘束するようになっているが、その一部にローラ３を通す孔を設ければ、継手の組立性を良くすることもできる。一方、出力プレート２の案内溝６は、プレート軸方向に貫通し、各入力プレート１ａ、１ｂの案内溝５と直交して直線状に延びるように設けられている。また、各保持器４ａ、４ｂの長孔７は、各案内溝５、６と対応する位置に、プレート径方向と直交する方向に直線状に延びるように設けられている。これらの各案内溝５、６および長孔７は、入出力軸Ａ、Ｂの回転軸がずれる際のプレート径方向の最大移動距離（最大偏心量）にローラ３の直径を加えた長さに形成されている。

また、前記各保持器４ａ、４ｂの通し孔８は、入出力軸Ａ、Ｂが最も大きく偏心した場合でも、ピン１ｃと干渉しない大きさに形成されている。

前記各ローラ３は、各入力プレート１ａ、１ｂおよび出力プレート２の案内溝５、６と各保持器４ａ、４ｂの長孔７の交差位置に、プレート軸方向と平行に組み込まれている。そして、長手方向中央部を出力プレート２の案内溝６に、両側端部を各入力プレート１ａ、１ｂの案内溝５にそれぞれ案内され、中央部と両側端部との中間部を各保持器４ａ、４ｂに保持されて転動するようになっている。

この軸継手は、上記の構成であり、入力軸Ａが回転駆動されて、これに固定された各入力プレート１ａ、１ｂが回転すると、各入力プレート１ａ、１ｂの案内溝５に周方向から押されたローラ３が、２つの保持器４ａ、４ｂでプレート径方向の移動を拘束された状態で、出力プレート２の案内溝６を押して出力プレート２を回転させることにより、出力軸Ｂに動力が伝達される。なお、入力軸Ａの回転方向が変わったり、入出力軸Ａ、Ｂの駆動側と従動側が逆になっても、同じメカニズムで動力伝達が行われる。

上記の動力伝達のメカニズムは、入出力軸Ａ、Ｂの回転軸がずれた通常の使用状態でも基本的に同じである。通常使用状態では、図示は省略するが、各入力プレート１ａ、１ｂと出力プレート２の回転軸のずれにより、案内溝５、６の交差位置がプレート周方向で変化し、各ローラ３が案内溝５、６および各保持器４ａ、４ｂの長孔７内を転動しながら動力伝達を行う。

このとき、ローラ３には、各入力プレート１ａ、１ｂ、出力プレート２および各保持器４ａ、４ｂからローラ径方向の力が働き、プレート軸方向の力は生じない。また、両入力プレート１ａ、１ｂからの力は、大きさおよび方向が同じで、ローラ３の出力プレート２との接触点から等距離の位置に働く。同様に、両保持器４ａ、４ｂからの力も、ローラ３の出力プレート２との接触位置の両側で対称となる。従って、これらの力がローラ３に回転モーメントを発生させることはなく、ローラ３は安定した姿勢で転動する。

なお、両入力プレート１ａ、１ｂは、前述のように結合ピン１ｃの断面形状が長円形であるため、各案内溝５を加工するときの位置の誤差や、出力プレート２の軸方向位置のずれがあっても、ピン１ｃのたわみによる両プレート１ａ、１ｂ間での案内溝５の周方向位置のずれが小さく、ローラ３の傾きをより小さく抑えられるようになっている。

すなわち、この軸継手では、転動体をローラ３としたので、転動体を球体とした場合のように軸方向拘束機構を設けなくても、軸方向のガタつきは生じない。しかも、ローラ３の姿勢が安定しているため、ローラ３の案内溝５、６への噛み込みも生じにくく、滑らかに動力伝達を行うことができる。

また、上述した実施形態では、ローラを円筒形としたが、ローラの各案内溝および長孔との接触面を凸状の円弧面とすれば、ローラと各回転部材および保持器との接触が点接触となり、継手各部のガタや寸法精度のばらつきが動力伝達動作に及ぼす影響を少なくすることができる。このようなローラ形状の一例を図５に示す。このローラ３は、両側端部３ａ、中央部３ｂおよびその間の中間部３ｃにそれぞれ同一半径の球面が形成され、各入力プレート１ａ、１ｂ、出力プレート２および保持器４ａ、４ｂと円弧面で点接触するようになっている。

図６および図７は、第２の実施形態を示す。この軸継手は、入力プレートと保持器の配置を第１の実施形態と逆にしたもので、出力プレート２を挟む２つの入力プレート１ａ、１ｂの外側に保持器４ａ、４ｂが１つずつ配されており、ローラ３が各入力プレート１ａ、１ｂおよび出力プレート２を貫通するように組み込まれている。各入力プレート１ａ、１ｂおよび出力プレート２の案内溝５、６、各保持器４ａ、４ｂの長孔７およびローラ３は、６組が周方向に等間隔で設けられている。これ以外の基本的な構成および動力伝達のメカニズムは第１の実施形態と同じなので、以下では第１の実施形態との相違点について説明する。

前記各入力プレート１ａ、１ｂは、プレート軸方向に貫通する案内溝５のほかに、保持器用結合ピン４ｃを通す孔１１が設けられている。また、前記出力プレート２は、強度を重視して円盤状に形成され、保持器用結合ピン４ｃを通す孔１２および入力プレート用結合ピン１ｃを通す切欠き１３が設けられている。これらの各通し孔１１、１２および切欠き１３は、図示省略した入出力軸が最も大きく偏心した場合でも、各ピン４ｃ、１ｃと干渉しない大きさに形成されている。なお、入力プレート用結合ピン１ｃは、両入力プレート１ａ、１ｂ間の距離が第１の実施形態よりも短く、たわみにくいことから、断面形状を円形とした。

この軸継手においても、第１の実施形態と同様、軸方向のガタつきやローラ３の案内溝５、６への噛み込みが生じにくく、滑らかに動力伝達を行うことができる。

第１の実施形態の軸継手の分解斜視図図１の軸継手を組み立てた状態の側面図（回転軸が同心）図２のIII−III線に沿った断面図図２のIV−IV線に沿った断面図ローラ形状の変形例を示す正面図第２の実施形態の分解斜視図図６の軸継手を組み立てた状態の一部切欠き斜視図（回転軸が同心）従来の軸継手の軸方向拘束機構とその周辺部の正面断面図

符号の説明

１ａ、１ｂ入力プレート
１ｃピン
２出力プレート
３ローラ
４ａ、４ｂ保持器
４ｃピン
５、６案内溝
７長孔
８、１１、１２孔
１３切欠き
Ａ入力軸
Ｂ出力軸

Claims

軸方向で対向し、回転軸が互いに平行でかつ同心でない状態に保持される２つの回転部材のそれぞれの対向面に、複数の案内溝を相手側の回転部材の対応する位置の案内溝と直交するように設け、前記両回転部材の案内溝が交差する位置に、各案内溝に案内されて転動する転動体を配し、これらの各転動体の回転部材径方向の移動を拘束する保持器を設けて、前記各転動体を介して前記両回転部材間で動力を伝達するようにした軸継手において、前記両回転部材の一方を、他方の回転部材を挟んで対称に配され、前記複数の案内溝が形成された２つのプレートを一体に結合したものとし、前記他方の回転部材の案内溝を回転部材軸方向に貫通させ、前記各転動体を、前記他方の回転部材の案内溝に通されて前記各プレートの案内溝に両側部を案内されるローラとし、前記保持器を前記他方の回転部材を挟んで対称に２つ設け、これらの両保持器を一体に結合したことを特徴とする軸継手。
前記ローラの前記各案内溝との接触面を凸状の円弧面としたことを特徴とする請求項１に記載の軸継手。