JP4711743B2 - 軸継手 - Google Patents

Description

本発明は、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、平行な２軸間で互いに直交する案内溝の交差位置に配した転動体を介して動力を伝達する方式の軸継手を提案した（特願２００４−１８３５５９号）。

図１１は、上述した方式の軸継手の一例を示す。この軸継手は、軸方向で対向する２つの回転部材５１、５２の対向面に、複数の案内溝５３、５４を相手側の案内溝と直交するように設けて、各案内溝交差位置に転動体５５を配するとともに、各転動体５５を保持器５６の長孔５７に収納したものである。なお、図１１は、説明上、両回転部材５１、５２が同心の状態を示しているが、通常は両者の回転軸がずれた（偏心した）状態で使用される。

そして、各転動体５５が、保持器５６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５１に押されることにより、案内溝５３、５４および保持器５６の長孔５７の内側を転動しながら従動側の回転部材５２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５３、５４および保持器５６の長孔５７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５１、５２間の部品が転動体５５と保持器５６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。しかし、軸方向拘束機構を設けると、軸継手全体の構造が複雑化するうえ、各回転部材との接触部に摩擦抵抗が生じるため、両回転部材が相対的にスライドするときにその動作がスムーズに行われなくなることがある。

一方、転動体をローラ（円筒体）とすれば、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働くことはなく、軸方向のガタつきが生じない。従って、上記の軸方向拘束機構を設ける必要がなくなり、その分だけ軸継手全体の構造が簡単になって、両回転部材の相対スライド時の動作もスムーズになる。しかし、ローラが各回転部材および保持器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という問題が生じる。

また、転動体を球体とローラのいずれにした場合も、転動体は各回転部材の案内溝および保持器の長孔と同時に接触するため、少なくとも１つの接触点がすべり接触となり、これが両回転部材の相対スライド時の抵抗となっていた。
特開２００３−２６０９０２号公報

本発明の課題は、平行な２軸間で互いに直交する案内溝の交差位置に配した転動体を介して動力を伝達する方式で、常に安定した作動状態が得られる軸継手を提供することである。

上記の課題を解決するため、本発明は、前記各転動体を円筒形状に形成して、その両端部を前記各案内溝で案内し、中央部を前記保持器に設けた長孔に通して保持するとともに、各転動体の外周から鍔状に張り出し、前記保持器と係合して転動体の軸を含む平面内での回転を拘束するスライダを設けたのである。このように転動体を円筒形状に形成して、その外周に保持器と係合するスライダを設けることにより、回転部材軸方向の力が働かないようにして軸方向のガタつきをなくし、軸方向拘束機構を不要とするとともに、転動体を回転部材軸方向と平行に保ち、転動体の案内溝への噛み込みを防止することができる。

上記の構成において、前記各スライダと保持器との間に摺動部材や直動軸受を介在させれば、スライダおよび転動体が保持器に対してスムーズに相対移動できるようになる。

前記各スライダとして、前記保持器の長孔縁部と係合して長孔内を転動する外輪を有する転がり軸受を、前記転動体の両側に少なくとも１つずつ配し、これらの転がり軸受の内輪を一体に結合したものを採用すれば、その複数の転がり軸受が転動体に作用する回転モーメントだけでなく保持器から転動体に作用する回転部材径方向の法線力も負荷するので、スライダおよび転動体の保持器に対する相対移動をよりスムーズにすることができる。

また、前記各転動体の両端部および中央部の外周に転がり軸受を嵌め込み、これらの転がり軸受を介して前記各転動体が前記両回転部材の案内溝および保持器の長孔とそれぞれ転接するようにすれば、転動体が案内溝および保持器の長孔と相対移動する際の抵抗を一層少なくすることができる。

本発明は、上述したように、軸継手の転動体を円筒形状に形成して、その外周に保持器と係合するスライダを設けることにより、軸方向のガタつきをなくし、軸方向拘束機構を不要とするとともに、転動体を回転部材軸方向と平行に保ち、転動体の案内溝への噛み込みを防止できるようにしたので、軸継手を常に安定した状態で作動させることができる。

また、各転動体が転がり軸受を介して両回転部材の案内溝および保持器の長孔とそれぞれ転接するようにすることにより、転動体が案内溝および保持器の長孔と相対移動する際の抵抗を一層少なくでき、両回転部材の相対スライド時の動作をよりスムーズにすることができる。また、転動体と各回転部材および保持器との間の摩擦による発熱を抑えられるし、すべり接触する部分をなくしたことで、高回転時や大きな動力を伝達するときにも焼付き等の損傷が生じにくくなるといった効果もある。

以下、図１乃至図１０に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図４は、第１の実施形態を示す。この軸継手は、図１および図２（ａ）、（ｂ）に示すように、軸方向で対向し、回転軸が互いに平行な状態に保持される同径の入出力軸Ａ、Ｂのそれぞれの軸端部に嵌め込まれる回転部材としてのプレート１、２と、両プレート１、２間に配される複数の円筒形の転動体３と、各転動体３のプレート径方向の移動を拘束する保持器４とから成り、各転動体３を介して両プレート１、２間で動力を伝達するものである。なお、図１は、説明上、入出力軸Ａ、Ｂが同心の状態を示しているが、通常は後述するように入出力軸Ａ、Ｂの回転軸がずれた（偏心した）状態で使用される。

前記各プレート１、２は、それぞれドーナツ状の円盤で、内周に形成された筒部で入力軸Ａおよび出力軸Ｂの軸端部に嵌め込まれ、軸方向で対向する状態で固定されている。各プレート１、２の対向面には、それぞれ４つの案内溝５、６が、周方向に等間隔で相手側のプレートの対応する位置の案内溝と直交するように設けられ、両プレート１、２の案内溝５、６が交差する位置に転動体３がプレート軸方向と平行に組み込まれている。

前記案内溝５、６は、それぞれプレート径方向と４５度をなす方向に直線的に延びるように形成されており、その内側面には一定の深さの凹部５ａ、６ａが設けられ、この凹部５ａ、６ａで転動体３の両端部を案内するようになっている。

前記保持器４は、環状に形成され、その径方向と直交する方向に直線的に延びる長孔７が周方向に等間隔で４箇所に設けられており、これらの各長孔７に転動体３の中央部を通して保持するようになっている。また、保持器４の両側面には、各長孔７の周縁部に長孔７と同方向に延びる凹部が設けられ、この凹部に摺動部材で形成されたガイドレール８が取り付けられている。

前記各転動体３は、その両端部および中央部の外周に転がり軸受としての玉軸受９が嵌め込まれ、これらの各玉軸受９を介して各案内溝５、６の凹部５ａ、６ａおよび保持器４の長孔７とそれぞれ転接している。そして、玉軸受９どうしの間には、転動体３外周から鍔状に張り出し、保持器４に取り付けられたガイドレール８と摺接する平板状のスライダ１０が設けられ、これにより転動体３の軸を含む平面内での回転が拘束されるようになっている。なお、各玉軸受９および各スライダ１０は、転動体３の軸方向に移動しないように、転動体３の一端の張出部や他端に嵌め込まれた止め輪、間座、ねじ等で固定されている。

次に、この軸継手の動力伝達のメカニズムについて説明する。この軸継手の入力軸Ａが回転駆動されて、これに固定されたプレート１が回転すると、この入力側プレート１の案内溝５に周方向から押された転動体３が、保持器４でプレート径方向の移動を拘束された状態で、出力軸Ｂに固定されたプレート２の案内溝６を押して出力側プレート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たりしても、同じメカニズムで動力伝達が行われる。

このとき、各転動体３は、各プレート１、２および保持器４から受ける力の作用点および方向が同軸上にないため回転モーメントが発生するが、その外周に設けたスライダ１０と保持器４との係合により軸を含む平面内での回転を拘束されているので、プレート軸方向と平行な姿勢を保つことができる。また、保持器４には各転動体３からスライダ１０を介して回転モーメントが作用するが、それぞれの回転モーメントは大きさがほぼ同じで方向が異なるため、保持器４全体が両プレート１、２に対して傾くことはない。

上記動力伝達メカニズムは、図３および図４に示すように入出力軸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。図３、図４の状態では、各プレート１、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ており、各転動体３が案内溝５、６および保持器４の長孔７内を移動しながら両プレート１、２間の動力伝達を行っている。なお、この状態では、スライダ１０も、ガイドレール８に案内されて、転動体３とともに保持器４に対して長孔７の方向に直線的に相対移動する。

この軸継手は、上記の構成であり、転動体３が円筒形なので、動力伝達時にプレート軸方向の力が働くことはなく、軸方向のガタつきが生じない。このため、転動体を球体とした場合に比べて、軸方向拘束機構が不要となる分だけ、全体の構造が簡単で、両プレート１、２の相対スライド時の摩擦抵抗が少ない。しかも、転動体３外周に保持器４と係合するスライダ１０を設けて、転動体３がプレート軸方向に対して傾かないようにしたので、転動体３の案内溝５、６への噛み込みが発生することはなく、常に安定した作動状態が得られる。

また、保持器４の各スライダ１０との摺接部に摺動部材（ガイドレール８）を設けて、スライダ１０が保持器４に対して相対移動するときの抵抗を小さくするとともに、転動体３が玉軸受９を介して案内溝５、６および保持器４の長孔７とそれぞれ転接するようにして、転動体３が案内溝５、６や保持器４の長孔７と相対移動するときの抵抗を小さくしたので、両プレート１、２の相対スライド時の動作もスムーズに行われる。

上述した実施形態では、各転動体の外周に嵌め込む転がり軸受を玉軸受としたが、ころ軸受としてもよい。また、保持器とスライダとの間の摺動部材は、保持器側に取り付けたが、スライダ側に取り付けるようにしてもよい。

図５および図６（ａ）、（ｂ）は第２の実施形態を示す。この軸継手は、第１の実施形態をベースとして、保持器４の両側面の凹部に摺動部材（ガイドレール８）を取り付ける代わりに、各スライダ１０の内側面に保持器４の長孔７に沿うように２つの凹部を設け、これらの凹部に直動軸受１１を取り付けている。直動軸受１１は、平板状の保持器に針状ころを組み込んだものを使用している。そして、転動体３の両側方で保持器４の長孔７に通される２本の柱部材１２で両スライダ１０を連結し、各柱部材１２の外周に保持器４の長孔７に当接する玉軸受１３を嵌め込むことにより、各スライダ１０の自転を防止するとともに、転動体３に作用する回転モーメントおよび保持器４から転動体３に作用するプレート径方向の法線力も負荷している。

この実施形態では、各スライダ１０と保持器４との接触を転がり接触としたので、第１の実施形態よりも両プレート１、２の相対スライド時の動作がスムーズになる。

図７および図８（ａ）、（ｂ）は第３の実施形態を示す。この軸継手は、第１の実施形態をベースとして、保持器４の両側のスライダ１０とこれを案内するガイドレール８、および転動体３中央部にはめ込まれる玉軸受９に代えて、保持器４の長孔７内に嵌まり込むスライダ１４を設け、このスライダ１４と長孔７の互いの対向面にＶ字溝を設けて、対向する溝どうしの間に複数の球体を配することにより直動軸受１５を形成したものである。

この実施形態では、スライダ１４が直動軸受１５を介して保持器４と係合することにより、転動体３の軸を含む平面内での回転を拘束している。そして、第２の実施形態と同じく、スライダ１４と保持器４との接触が転がり接触となっており、第１の実施形態よりも両プレート１、２の相対スライド時の動作がスムーズである。しかも、スライダ１４が保持器４の長孔７内に納まっているので、軸継手全体の軸方向寸法を小さくすることができる。

なお、図７、図８の例では、直動軸受の転動体を球体としたが、互いに傾き方向が異なる円筒ころを交互に並べるようにしてもよい。また、直動軸受の構造は、図示した例のような有限軌道用の構造に限らず、鋼球等の転動体が循環するタイプの無限軌道用の構造を採用することもできる。その場合には、構造は多少複雑になるが、転動体の偏り等がなくなるため、動作の信頼性の向上が期待できる。

図９および図１０（ａ）、（ｂ）は第４の実施形態を示す。この軸継手は、保持器４の長孔７内を転動する外輪を有する転がり軸受（玉軸受またはころ軸受）１６を転動体３の両側に１つずつ配し、これらの軸受１６の内輪に圧入した柱部材１７を、第１の実施形態のスライダ１０に相当する平板を介して一体に結合して、スライダ１８を形成している。 このスライダ１８は、柱部材１７を結合する平板が保持器４と接触しないので、第１の実施形態のガイドレール８を設ける必要はない。

前記スライダ１８の２つの軸受１６および転動体３中央部に嵌め込まれた玉軸受９は、外輪外径面にＶ字溝が設けられ、このＶ字溝で山形に形成された長孔７内面と係合して、転動体３の軸を含む平面内での回転を拘束している。なお、３つの軸受１６、９の外輪外径面と長孔７内面の凹凸の関係は逆でもよく、溝形状は曲面でもよい。そして、保持器４の長孔７の互いに対向する面の一方にスライダ１８の各軸受１６が接し、他方に転動体３中央部の玉軸受９が接するように配置されている。このように３つの軸受１６、９を配置したのは、スライダ１８が保持器４に対して相対移動するときの抵抗を小さくするためである。

この実施形態では、第２、第３の実施形態と同じく、スライダ１８と保持器４との接触が転がり接触となっているうえ、保持器４の長孔７内の３つの軸受１６、９が、転動体３に作用する回転モーメントだけでなく、保持器４から転動体３に作用するプレート径方向の法線力も負荷するため、両プレート１、２をさらにスムーズに相対スライドさせることができる。しかも、第２、第３の実施形態のように直動軸受を使用する場合に比べて、スライダ１８および保持器４の各部の寸法精度や取付精度が厳しくなく、安価に製造することができる。

第１の実施形態の軸継手の側面図（回転軸が同心） ａは図１のIIａ−IIａ線断面図、ｂは図１のIIｂ−IIｂ線断面図 図１の軸継手の使用状態を示す側面図（回転軸が偏心） 図３のIV−IV線に沿った断面図 第２の実施形態の軸継手の側面図（回転軸が同心） ａは図５のVIａ−VIａ線断面図、ｂは図５のVIｂ−VIｂ線断面図 第３の実施形態の軸継手の側面図（回転軸が同心） ａは図７のVIIIａ−VIIIａ線断面図、ｂは図７のVIIIｂ−VIIIｂ線断面図 第４の実施形態の軸継手の側面図（回転軸が同心） ａは図９のＸａ−Ｘａ線断面図、ｂは図９のＸｂ−Ｘｂ線断面図 従来の軸継手の側面図（回転軸が同心）

符号の説明

１、２ プレート
３ 転動体
４ 保持器
５、６ 案内溝
７ 長孔
８ ガイドレール
９ 玉軸受
１０ スライダ
１１ 直動軸受
１２ 柱部材
１３ 玉軸受
１４ スライダ
１５ 直動軸受
１６ 転がり軸受
１７ 柱部材
１８ スライダ
Ａ 入力軸
Ｂ 出力軸

Claims (5)

1. 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、前記各転動体を円筒形状に形成して、その両端部を前記各案内溝で案内し、中央部を前記保持器に設けた長孔に通して保持するとともに、各転動体の外周から鍔状に張り出し、前記保持器と係合して転動体の軸を含む平面内での回転を拘束するスライダを設けたことを特徴とする軸継手。
2. 前記各スライダと保持器との間に摺動部材を介在させたことを特徴とする請求項１に記載の軸継手。
3. 前記各スライダと保持器との間に直動軸受を介在させたことを特徴とする請求項１に記載の軸継手。
4. 前記各スライダが、前記保持器の長孔縁部と係合して長孔内を転動する外輪を有する転がり軸受を、前記転動体の両側に少なくとも１つずつ配し、これらの転がり軸受の内輪を一体に結合したものであることを特徴とする請求項１に記載の軸継手。
5. 前記各転動体の両端部および中央部の外周に転がり軸受を嵌め込み、これらの転がり軸受を介して前記各転動体が前記両回転部材の案内溝および保持器の長孔とそれぞれ転接するようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の軸継手。

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