JP4480920B2 - フレキシブルカップリング - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、2軸を連結するフレキシブルカップリング(たわみ軸継手)に係るものであり、特に従来から有る金属ばねカップリングに改良を加え、その利点である高精度の位置決めを可能にするねじり剛性を生かしつつ、適度の減衰性を付与させたフレキシブルカップリングに関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のフレキシブルカップリングには、振動を吸収する減衰性を付与するために、スパイダーとしてゴムや樹脂などを用いて一体成形した弾性カップリングがあり、また軸方向に発生する引っ張りや圧縮による変位を吸収するために、金属板ばねやベローズなどを用いた金属ばねカップリングがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
これらのカップリングには一長一短があり、例えば弾性カップリングの場合には、軸方向に引っ張り力や圧縮力が作用した際に変位を吸収できないこと、取り付ける際に2軸の偏角や偏心を許容することができないこと、トルク伝達の際にねじれ角が大きくなったりバックラッシュを生ずる恐れがあること、などの理由から高精度の位置決めを必要とする個所には不向きであった。
【0004】
また金属ばねカップリングの場合には、減衰性が乏しいのでダンパー効果が得られず、例えばサーボモータの回転軸を送りねじ機構のボールねじ軸その他の従動軸に連結して回転力を伝達する際に、サーボモータの速度制御系内で機械的振動による共振や発振を生じて制御が不安定になる恐れがあり、これを防止するためにループゲインを下げると応答性が低下する。
【0005】
そこで本発明では、これら従来技術における課題を解決し得るフレキシブルカップリングを提供するものであり、その主な目的は、金属ばねカップリングなどと同等のねじり剛性を有して高精度の位置決めが可能であると共に、適度の減衰性を有して軸方向の変位や偏角及び偏心を許容できるフレキシブルカップリングを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明のフレキシブルカップリングは、2軸を連結する第1及び第2の連結部間に、表裏一対の剛性リングに緩衝たわみ部材を内蔵した減衰アダプターと、剛性の金属ばねとで構成したたわみ連結部を装着した。
【0007】
このフレキシブルカップリングによると、金属ばねカップリングなどと同等のねじり剛性を有して高精度の位置決めが可能であると共に、適度の減衰性を有して軸方向の変位や偏角及び偏心を許容でき、所望に応じて緩衝たわみ部材の捩りばね定数を任意に設定することも可能である。
【0008】
従って、例えばサーボモータの回転軸を送りねじ機構のボールねじ軸その他の従動軸に連結して回転力を伝達する際などに使用すると、剛性に加えて適度の減衰性が付与されるので、サーボモータの速度制御系内での機械的振動による共振や発振を抑制し、制御を安定化させることができると共に、ループゲインを上げて応答性を高めることも可能になる。
【0009】
前記フレキシブルカップリングにおける前記減衰アダプターは、各剛性リングの間を離間させると共に、一方の剛性リングから凸設した突起を他方の剛性リングに凹設した嵌合孔に遊嵌させ、この離間部分及び遊嵌部分を緩衝たわみ材で一体に接合した形態を採ることができる。
【0010】
このフレキシブルカップリングによると、離間部分を接合する緩衝たわみ部材による各剛性リングの過度な捩れを、突起と嵌合孔との係合によって押さえることができると共に、遊嵌部分を接合する緩衝たわみ部材によって捩り方向の振動を吸収することができる。
【0011】
また、緩衝たわみ部材の材質を変更したり、離間部分及び遊嵌部分の厚みを増減させたり、突起と嵌合孔との係合による部分を増減させると、捩りばね定数を可変できるので、所望に応じて捩り剛性と減衰性とのバランスを取ることができると共に、予め減衰性の異なる何種類かの減衰アダプターを用意しておき、用途に応じて交換して使用することも可能である。
【0012】
前記フレキシブルカップリングにおける前記緩衝たわみ部材は、各剛性リングの間を加硫接着した緩衝ゴム材であり、前記離間部分を接合する円盤状部分から前記遊嵌部分を接合する円筒状部分を突設させた形態を採ることができるが、この場合には各剛性リングをインサート部品として容易にインサート成形を行うことが可能である。
【0013】
前記フレキシブルカップリングでは、第1又は第2の連結部の何れか一方と減衰アダプターとの間に金属ばねを介在させた形態や、減衰アダプターの両側に金属ばねを介在させた形態を採ることが可能であり、この金属ばねに板ばねを使用して、前記第1又は第2の連結部と前記減衰アダプターの剛性リングに対して交互にねじ締結する形態を採ることも可能である。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に付いて好適な実施形態を示す添付図面に基づき詳細に説明するが、図1は本発明を適用したフレキシブルカップリングの斜視図を、図2は同分解斜視図を、図3は要部となる減衰アダプターの平面図を、図4は図3の各種断面図を、図5は緩衝たわみ部材の斜視図を、図6は減衰特性の比較図を、図6はヒステリシス曲線の比較図を、それぞれ示す。
【0015】
フレキシブルカップリング1は、一方の回転軸を連結する第1の連結部2と、他方の回転軸を連結する第2の連結部3と、第1及び第2の連結部2,3の間を連結するたわみ連結部4を主要な構成要素とし、たわみ連結部4は剛性たわみ部材である金属ばね5と、緩衝たわみ部材を内蔵した減衰アダプター6とを直列状態に設けて構成される。
【0016】
第1及び第2の連結部2,3は、回転軸を装着する軸孔7を軸心に設けると共に、回転軸を着脱する際に拡縮可能なようにスリット8を軸線方向に沿って設け、円周方向には円周溝9を設けた円筒状のクランプハブで形成され、取付け孔10に装着した取付ねじ11によるねじ締結で回転軸を固着する。
【0017】
金属ばね5は、図示の実施形態では方形板状で軸心に開口部12を設けた板ばねを使用しており、4隅にそれぞれ取付け孔13を設けて、対角位置の2個所は表裏に添装したカラー14を介して、連結ねじ15(15A)で第1の連結部2に連結すると共に、残りの対角位置の2個所は表裏に添装したカラー14を介して、連結ねじ15(15B)で減衰アダプター6に連結する。
【0018】
減衰アダプター6は、表裏に配置された環状の剛性リング16,17と、剛性リング16,17の間に埋設状態で介在させた緩衝たわみ部材18で一体形成され、この緩衝たわみ部材18としては衝撃吸収能が高く防振性に優れた合成ゴム材や合成樹脂材の使用が可能であるが、ここでは緩衝ゴム材としてブチルゴムを用いて剛性リング16,17に加硫接着している。
【0019】
剛性リング16,17は、剛性リング16の円周上の対向位置2個所に突起19を、剛性リング17の円周上の対向位置2個所に突起20を設けると共に、嵌合孔21,22を突起19,20との整合位置に設け、嵌合孔21,22に突起19,20を遊嵌させ、且つ剛性リング16,17が軸方向に離間した状態で配置させている。
【0020】
緩衝たわみ部材18は、突起19,20の外周と嵌合孔21,22の内周との間に形成された遊嵌部分及び、剛性リング16,17の離間部分にそれぞれブチルゴムが充填された状態で、剛性リング16,17を弾性的に一体に接合し、これによって減衰性を付与している。
【0021】
剛性リング16,17には、第1及び第2の連結部2,3の軸孔7に整合する連通孔23(23A,23B)を軸心に設け、連結ねじ15(15A)の頭部を収容する逃げ孔24(24A,24B)及び連結ねじ15(15B)のねじ孔25が形成され、減衰アダプター6を第2の連結部3に連結する連結ねじ15(15C)の頭部を収容する逃げ孔26と軸部を挿通する通孔27が形成される。
【0022】
第1及び第2の連結部2,3には、連結ねじ15(15A)が螺合するねじ孔28と、連結ねじ15(15B)の頭部を収容する逃げ孔29が、第1の連結部2の対向する2個所にそれぞれ形成され、連結ねじ15(15C)が螺合するねじ孔30が、第2の連結部3の対向する2個所に形成されている。
【0023】
このフレキシブルカップリング1では、第1及び第2の連結部2,3との間を、金属ばね5による剛性たわみ部材と、ブチルゴムなどによる緩衝たわみ部材を内蔵した減衰アダプター6を介して連結したことによって、ねじり剛性(ねじり方向におけるばね定数)の低下を少なくした状態で減衰性を付与できる。
【0024】
緩衝たわみ部材18は、剛性リング16,17の離間部分を接合する円盤状部分18aの表裏に、突起19,20の外周と嵌合孔21,22の内周との遊嵌部分を接合する円筒状部分18b,18cが突設され、円盤状部分18aには逃げ孔24,26に整合する通孔18dを設けた形状となる。(図5)
【0025】
この緩衝たわみ部材18では、剛性リング16,17の過度な捩れを押さえるために、相互に遊嵌する突起19,20と嵌合孔21,22を設け、その遊嵌部分を円筒状部分18b,18cで接合することて捩り方向の振動を吸収しており、剛性リング16,17のいずれかの一方に突起19,20を他方に嵌合孔21,22を設ける形態を採ることも可能である。
【0026】
緩衝たわみ部材18は、円盤状部分18aと円筒状部分18b,18cのいずれか一方又は双方の厚さを厚くしたり、緩衝たわみ部材18の材質をより柔軟性のものにしたり、円盤状部分18aと円筒状部分18b,18cの数を減らしたり、径を小さくすることなどによってばね定数が減少するので、所望に応じて捩り剛性と減衰性とのバランスを取ることができる。
【0027】
従来の板ばねカップリングと本発明を適用したカップリングとを比較すると、例えば減衰特性に於ては、図(a)で示す従来形に比べて図(b)で示す本発明を適用したものでは顕著なダンパー効果を発揮することが明らかである。
【0028】
一方、ねじり剛性の点では図で示すヒステリシス曲線のように、図(a)の従来形に比べて図(b)の本発明を適用したものは僅かの低下にとどまり、このデータに基づく発明者らの試算では10%程度であって、高精度な位置決めが可能であり、例えば半導体製造装置におけるマウンターやボンダーなどのサーボ系に適用すると効果的である。
【0029】
なお、第1及び第2の連結部2,3と、減衰アダプター6の剛性リング16,17は、アルミ合金やスチールなどの剛性を有する金属材の使用が望ましいが、所望の剛性とねじり方向のばね定数が得られるならば、硬質の合成樹脂材でも良く、板ばねの代わりに重ね板ばねやベローズなどを金属ばね材として用いる形態も可能である。
【0030】
また、図示の実施形態では第1の連結部2と減衰アダプター6の間に金属ばね5を介在させているが、第2の連結部3と減衰アダプター6との間に金属ばね5を介在させた形態や、減衰アダプター6の両側に金属ばね5を介在させた形態を採ることも可能であり、後者の場合には例えば特開平8−226455号公報に開示された板ばねカップリングに対し、中間のスペーサに代えて減衰アダプター6を装着させた形態である。
【0031】
すなわち、第1の連結部2に連結した第1の金属ばね6に一方の剛性リング16を連結すると共に、第2の連結部3に連結した第2の金属ばね6に他方の剛性リング17を連結した構成であり、これによって偏心も許容できると共に、減衰アダプター6によるダンパー効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したフレキシブルカップリングを斜視図で示す。
【図2】本発明を適用したフレキシブルカップリングを分解斜視図で示す。
【図3】要部となる減衰アダプターを平面図で示す。
【図4】図3の矢印方向に沿った各種断面図を示す。
【図5】緩衝たわみ部材の斜視図を示す。
【図6】減衰特性の比較図であり、(a)は従来形の板ばねカップリングの場合を、(b)は本発明を適用したカップリングの場合を、それぞれ示す。
【図7】ねじり剛性のヒステリシス曲線の比較図であり、(a)は従来形の板ばねカップリングの場合を、(b)は本発明を適用したカップリングの場合を、それぞれ示す。
【符号の説明】
1 フレキシブルカップリング
2 第1の連結部(クランプハブ)
3 第2の連結部(クランプハブ)
4 たわみ連結部
5 金属ばね(剛性たわみ部材)
6 減衰アダプター
7 軸孔
8 スリット
9 円周溝
10 取付け孔
11 取付ねじ
12 開口部
13 取付け孔
14 カラー
15 連結ねじ
16,17 剛性リング
18 緩衝たわみ部材(ブチルゴム)
19,20 突起
21,22 嵌合孔
23 連通孔
24,26,29 逃げ孔
25,28,30 ねじ孔
27 通孔

Claims (5)

  1. 2軸を連結する第1及び第2の連結部間に、表裏一対の剛性リングに緩衝たわみ部材を内蔵した減衰アダプターと、剛性の金属ばねとで構成したたわみ連結部を装着し
    前記減衰アダプターは、前記一対の剛性リングの間を離間させると共に、一方の剛性リングの円周上から凸設した突起を他方の剛性リングの円周上の対向位置に凹設した嵌合孔に遊嵌させ、この離間部分及び遊嵌部分を前記緩衝たわみ部材で一体に接合したことを特徴とするフレキシブルカップリング。
  2. 前記金属ばねは、その取付け孔に挿通された連結ねじによって前記減衰アダプターに連結され、
    前記連結ねじが螺合するねじ孔は、前記突起を貫通するように形成されたことを特徴とする、請求項1に記載のフレキシブルカップリング。
  3. 前記緩衝たわみ部材は、各剛性リングの間を加硫接着した緩衝ゴム材であり、前記離間部分を接合する円盤状部分から前記遊嵌部分を接合する円筒状部分を突設させた請求項1または請求項2に記載のフレキシブルカップリング。
  4. 前記減衰アダプターの一方側に前記金属ばねが介在され、一方の剛性リングは金属ばねを介して前記第1又は第2の連結部の何れかの一方に連結すると共に、他方の剛性リングは前記第1又は第2の連結部の何れかの他方に連結した請求項1〜3の何れかに記載のフレキシブルカップリング。
  5. 前記減衰アダプターの両側に前記金属ばねが介在され、一方の剛性リングは第1の金属ばねを介して前記第1の連結部に連結すると共に、他方の剛性リングは第2の金属ばねを介して前記第2の連結部に連結した請求項1〜3の何れかに記載のフレキシブルカップリング。
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