JP4964184B2 - 回転軸連結構造及びギヤドモータ - Google Patents

回転軸連結構造及びギヤドモータ Download PDF

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Description

本発明は、同一軸線上に配置された2本の回転軸を連結して回転を伝達する回転軸連結構造に関し、特にモータと減速機を連結してなるギヤドモータのモータの出力軸と減速機の入力軸の連結に用いられる回転軸連結構造及びギヤドモータに関するものである。
従来、同一軸線上に配置された2本の回転軸を連結する構造として、軸端に軸嵌合穴を有し該軸嵌合穴内周の軸端から軸方向に伸びるキー溝を有する一方の軸と、外周に軸方向に伸びるキー溝を有する他方の軸とを嵌合し、両キー溝に嵌合するキーを介して回転を伝達する回転軸連結構造が周知である。
これらの周知の回転軸連結構造は、軸嵌合穴と他方の軸及び軸嵌合穴内周のキー溝とキーの間にわずかな隙間が存在し、当該隙間に起因する振動や騒音が生じるという問題があった。
特にサーボモータ等を使用した高精度が要求されるギヤドモータにおいては、当該振動や騒音を回避するために弾性体等を使用することも知られているが、繰り返し負荷に起因した発熱等が生じ、変形や溶融に至った場合に障害が発生するという問題があった。
これらの問題を回避するため、軸嵌合穴にスリットを設け、該スリットの間隔を締結部材により狭めて他方の軸を締め込み、キーを用いることなく摩擦により回転を伝達する回転軸連結構造を採用したギヤドモータが知られている。
この公知の回転軸連結構造を採用したギヤドモータ500は、図6、図7に示すように、減速機501とモータ502が一体に連結され、減速機501の入力軸510とモータ502の出力軸520が同一軸線上で上記回転軸連結構造によって連結され回転が伝達される。
減速機の入力軸510にはモータ502側の軸端に軸嵌合穴511が設けられており、該軸嵌合穴511には軸端から軸嵌合穴511の途中まで伸びるスリット512が設けられるとともに、分断部532を有する環状の締結部材530が入力軸510の軸端に外嵌されている。
そして、減速機501とモータ502が一体に連結された時にモータ502の出力軸520が減速機の入力軸510の軸嵌合穴511に挿入され、締結ボルト533により締結部材530の分断部532に間隔を狭めることにより、モータ502の出力軸520が減速機の入力軸510の軸嵌合穴511に締め付けられて同一軸線上で摩擦により回転を伝達するように連結される(例えば、特許文献1参照。)。
また、前述の周知の回転軸連結構造の問題を回避するため、軸嵌合穴と挿入される軸と間にブシュを介在させて隙間を無くすようにした回転軸連結構造を採用したギヤドモータも公知である。
この公知の回転軸連結構造は、図8に示すように、減速機の入力軸610には内周にキー溝613を有する軸嵌合穴611が設けられ、モータの出力軸620には外周にキー溝623が設けられており、入力軸610の軸嵌合穴611に出力軸620がその隙間にブシュ650を介在させて挿入され、キー640が両キー溝613、623に嵌合して回転を伝達するように構成されている。
ブシュ650は、図9に示すように、樹脂、銅系合金、アルミニウム系合金等の入力軸610及び出力軸620よりも弾性係数の小さな素材からなる平板659を、キー溝613、623に合致する切欠き部651を設けたC形状に湾曲させて構成されている(例えば、特許文献2参照。)。
特開2005−201428号公報(第4頁、図1、図3) 特開2002−206560号公報(第3頁、図2、図3)
しかしながら、公知の摩擦により回転を伝達する回転軸連結構造の場合、隙間に起因する振動や騒音は解決するものの、高負荷や回転方向、回転数の変化に伴う負荷の急激な変動により摩擦力の限界を超えた場合、モータの出力軸と減速機の入力軸の位相がずれるという問題があり、特にサーボモータ等を使用して高精度の位相制御を行うような用途では、高負荷や負荷の急激な変動を伴う条件での使用が困難であるという問題があった。
また、公知のブシュを介在させて隙間を無くすようにした回転軸連結構造の場合、軸と軸嵌合穴の間に存在する隙間に起因する振動や騒音はほぼ解決するものの、軸嵌合穴内周のキー溝とキーの間には依然としてわずかな隙間が存在し、回転方向、回転数の変化に伴う負荷の変動によって発生する回転方向の振動や騒音を排除することができず、またブシュの損傷や劣化により隙間が発生したり、ブシュ自体が変形や溶融に至り障害が発生したりするという問題があった。
本発明は、前述したような従来技術の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、組み立て作業の負担増もほとんどなく、軸嵌合穴と軸との隙間及びキー溝とキーの間の隙間に起因する振動や騒音の発生を防止し、高負荷や回転方向、回転数の変化に伴う負荷の急激な変動によって位相がずれることのない回転軸連結構造を提供するとともに、高精度の位相制御を行うような用途でも、高負荷や負荷の急激な変動を伴う条件での使用が可能なギヤドモータを提供することである。
本請求項1に係る発明は、軸端に設けられた軸嵌合穴の内周に前記軸端から軸方向に伸びる第1キー溝を有する第1軸と、外周に前記軸方向に伸びる第2キー溝を有するとともに前記軸嵌合穴に嵌合される第2軸と、いずれも溝底面を有する前記第1,第2キー溝に嵌合するキーとからなる回転軸連結構造において、前記第1軸が、前記軸方向で前記軸端から前記第1キー溝の途中までの形成範囲において前記第1キー溝に設けられたスリットと、該スリットの間隔を狭める締結部材を有し、前記キーが、前記軸方向で前記形成範囲の内外に亘って前記第1,第2キー溝に嵌合しており、前記締結部材が、分断部を有する環状に形成されるとともに前記分断部の間隔を狭める締結ボルトを有し、かつ前記第1軸の前記スリットが設けられた部分の外周に外嵌されており、前記締結ボルトの締め付け力の方向が、前記スリットの間隔及び前記第1キー溝の幅を狭める方向であることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項2に係る発明は、請求項1に記載された回転軸連結構造の構成に加えて、前記分断部、前記スリット及び前記第2キー溝が、前記第1軸の中心軸を含みかつ前記第1キー溝を通る平面が通る位置にあり、前記分断部、前記スリット、前記第1キー溝及び前記第2キー溝が、前記平面に沿って前記軸方向に伸びることにより、前記課題をさらに解決するものである。
本請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2に記載された回転軸連結構造の構成に加えて、前記第1軸が、前記第1軸の径方向で前記軸嵌合穴を挟んで前記第1キー溝とは反対側に、前記平面が通る位置にあるとともに前記軸端から前記平面に沿って前記軸方向に伸びる第2スリットを有することにより、前記課題をさらに解決するものである。
本請求項4に係る発明は、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載された回転軸連結構造の構成に加えて、前記第1軸と第2軸が、潤滑剤を介在させて嵌合されることにより、前記課題をさらに解決するものである。
本請求項5に係る発明は、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の回転軸連結構造の構成に加えて、前記スリットの間隔が、前記第1キー溝の間隔及び周方向での前記キーの幅よりも小さいことにより、前記課題を解決するものである。
本請求項6に係る発明は、請求項1乃至請求項5のいずれかに記載された回転軸連結構造の構成に加えて、前記スリットの軸方向長さは、前記第1キー溝において前記スリットが設けられていない部分の軸方向長さ及び前記キーの長さよりも短いことにより、前記課題をさらに解決するものである。
本請求項7に係る発明は、請求項1乃至請求項6のいずれかに記載された回転軸連結構造の構成に加えて、前記締結部材が、1本のみの前記締結ボルトを有し、かつ前記スリットの軸方向長さより短い軸方向の長さを有することにより、前記課題をさらに解決するものである。
本請求項8に係る発明は、請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の回転軸連結構造を有するギヤドモータであって、前記第1軸が減速機の入力軸であり、前記第2軸がモータの出力軸であり、前記モータと前記減速機とが連結されていることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項1に係る発明の回転軸連結構造は、軸端に設けられた軸嵌合穴の内周に軸端から軸方向に伸びる第1キー溝を有する第1軸と、外周に軸方向に伸びる第2キー溝を有するとともに軸嵌合穴に嵌合される第2軸と、いずれも溝底面を有する第1,第2キー溝に嵌合するキーとからなる回転軸連結構造において、前記第1軸が、軸方向で軸端から第1キー溝の途中までの形成範囲において第1キー溝に設けられたスリットと、該スリットの間隔を狭める締結部材を有し、キーが、軸方向で形成範囲の内外に亘って第1,第2キー溝に嵌合しており、締結部材が、分断部を有する環状に形成されるとともに分断部の間隔を狭める締結ボルトを有し、かつ第1軸の前記スリットが設けられた部分の外周に外嵌されており、締結ボルトの締め付け力の方向が、スリットの間隔及び第1キー溝の幅を狭める方向であることにより、軸嵌合穴と第2軸との隙間及び軸嵌合穴内周のキー溝とキーの間の隙間の両方を排除することができるため隙間に起因する振動や騒音の発生を防止することできるとともに、回転の伝達を両キー溝に嵌合するキーにより行うことができるため、高負荷や回転方向、回転数の変化に伴う負荷の急激な変動によって位相がずれることを防止できる。
そして、締結部材が、分断部を有する環状に形成されるとともに該分断部の間隔を狭める締結ボルトを有し、前記第1軸のスリットが設けられた部分の外周に外嵌されていることにより、締結ボルトを締め付けるだけで、軸嵌合穴と第2軸との隙間及び軸嵌合穴内周の第1キー溝とキーの間の隙間の両方を排除することができるため、組み立て作業の負担増は従来周知の回転軸連結構造のものと比べてもごく僅かとすることができる。
また、本請求項2に係る発明の回転軸連結構造は、請求項1に係る回転軸連結構造が奏する効果を奏する。
また、本請求項3に係る発明の回転軸連結構造は、請求項1又は請求項2に係る回転軸連結構造が奏する効果を奏する。
また、本請求項4に係る発明の回転軸連結構造は、請求項1乃至請求項3のいずれかに係る回転軸連結構造が奏する効果に加えて、第1軸と第2軸が、潤滑剤を介在させて嵌合されることにより、製造誤差等の影響で軸嵌合穴と第2軸との隙間及び軸嵌合穴内周のキー溝とキーの間の隙間が締結部材の締め付け後に不規則に残った場合でも、当該部分に潤滑剤が介在することによって振動や騒音の発生を防止することができる。
本請求項5に係る発明の回転軸連結構造は、請求項1乃至請求項4のいずれかに係る回転軸連結構造が奏する効果を奏する。
そして、本請求項6に係る発明の回転軸連結構造は、請求項1乃至請求項5のいずれかに係る回転軸連結構造が奏する効果を奏する。
また、本請求項7に係る発明の回転軸連結構造は、請求項1乃至請求項6のいずれかに係る回転軸連結構造が奏する効果に加えて、締結部材が、前記スリットの軸方向長さより短い軸方向長さを有することにより、締結部材の外嵌のための第1軸の軸端部分の突出を少なくすることができるため、従来周知の回転軸連結構造のものとほぼ同じスペースで構成することができる。
また、本請求項8に係る発明のギヤドモータは、請求項1乃至請求項7のいずれかに係る回転軸連結構造が奏する効果に加えて、回転の伝達を両キー溝に嵌合するキーにより行うことができるため、高負荷や回転方向、回転数の変化に伴う負荷の急激な変動によって位相がずれることを防止でき、高精度の位相制御を行うような用途でも、高負荷や負荷の急激な変動を伴う条件での使用が可能となる。
本発明の回転軸連結構造は、軸端に設けられた軸嵌合穴の内周に軸端から軸方向に伸びる第1キー溝を有する第1軸と、外周に軸方向に伸びる第2キー溝を有するとともに軸嵌合穴に嵌合される第2軸と、いずれも溝底面を有する第1,第2キー溝に嵌合するキーとからなる回転軸連結構造において、前記第1軸が、軸方向で軸端から第1キー溝の途中までの形成範囲において第1キー溝に設けられたスリットと、該スリットの間隔を狭める締結部材を有しし、前記キーが、軸方向で前記形成範囲の内外に亘って第1,第2キー溝に嵌合しており、締結部材が、分断部を有する環状に形成されるとともに分断部の間隔を狭める締結ボルトを有し、かつ第1軸の前記スリットが設けられた部分の外周に外嵌されており、締結ボルトの締め付け力の方向が、スリットの間隔及び第1キー溝の幅を狭める方向であることにより、組み立て作業の負担増もほとんどなく、軸嵌合穴と軸との隙間及びキー溝とキーの間の隙間に起因する振動や騒音の発生を防止し、高負荷や回転方向、回転数の変化に伴う負荷の急激な変動によって位相がずれることがないという効果を発揮するものであれば、その具体的な実施態様は如何なるものであっても何ら構わない。
すなわち、本発明の回転軸連結構造は、継手を用いずに直接回転軸を連結するものであればいかなる機器に用いられても良く、特にモータの出力軸と減速機の入力軸の連結に適用するのが好適である。
また、本発明の締結部材は、軸周りを周方向に締結ボルトで締め付けてスリットの間隔を狭めるもので良い。
また、本発明のギヤドモータは、キー溝に嵌合するキーを介して前記入力軸に回転を伝達しており、高精度の位相制御を行うような用途でも、高負荷や負荷の急激な変動を伴う条件での使用が可能という効果を発揮するものであれば、その具体的な実施態様は如何なるものであっても何ら構わない。
すなわち、本発明のギヤドモータのモータは、いかなるタイプのモータでも良く、特にサーボモータやステッピングモータ等の高精度の位相制御を行うものが好適である。
また、本発明のギヤドモータの減速機は、いかなるタイプの減速機でも良く、入力に対して出力が等速あるいは増速される広義の減速機を含むものである。
以下に、本発明の回転軸連結構造及びギヤドモータの実施例について、図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施例であるギヤドモータの側面一部断面図であり、図2は、図1のギヤドモータの、締結部材による締め付け前の締結部材及び軸嵌合穴を軸方向から見た図であり、図3は、本発明の一実施例であるギヤドモータの軸嵌合穴の拡大断面図であり、図4、本発明の締め付け前のキー、締結部材、軸嵌合穴及び出力軸の断面図であり、図5は、本発明の締め付け後のキー、締結部材、軸嵌合穴及び出力軸の断面図である。
本発明の一実施例であるギヤドモータ100は、図1に示すように、減速機101とモータ102が一体に連結され、減速機101の入力軸110とモータ102の出力軸120が同一軸線上で上記回転軸連結構造によって連結され回転が伝達される。
減速機101の入力軸110には、図1乃至図4に示すように、モータ102側の軸端に、内周に第1キー溝としてのキー溝113を有する軸嵌合穴111が設けられ、出力軸120には外周に第2キー溝としてのキー溝123が設けられている。キー溝113は、軸端から入力軸110の軸方向に伸びている。
また、両キー溝113,123は、いずれも溝底面を有する(図4参照)。
そして、キー溝113には、入力軸110の中心軸Cを含みかつキー溝113を通る平面Pに沿って軸端から少なくとも軸嵌合穴111の途中まで伸びるスリット112が設けられるとともに、分断部132を有する環状の締結部材130が入力軸110の軸端に外嵌されている。
本実施例では、スリット112は、図3に示されるように、軸嵌合穴111及びキー溝113の途中まで伸びている。また、スリット112の間隔は、キー溝113の間隔及び入力軸110の周方向でのキー140の幅よりも小さい。 分断部132、スリット112及びキー溝123が、入力軸110の中心軸Cを含みかつキー溝113を通る前記平面Pが通る位置にある。そして、分断部132、スリット112、キー溝113及びキー溝123が、平面Pに沿って軸方向に伸びている。
締結部材130は、分断部132の間隔を狭める締結ボルト133、本実施例では1本のみの締結ボルト133を有するとともに、締結部材130の軸方向長さは、スリット112の軸方向長さより短くされており、軸嵌合穴111の途中まで伸びるスリット112部に外嵌された締結部材130の締結ボルト133を締め付けることにより、軸嵌合穴111の内径を縮小するとともにキー溝113の幅も狭められるように構成されている。
図2〜図4から明らかなように、締結ボルト133の締め付け力の方向は、スリット112の間隔及びキー溝113の幅を狭める方向である。
また、スリット112の軸方向長さは、キー溝113においてスリット112が設けられていない部分の軸方向長さ及びキー140の長さよりも短い。
以上の構成のギヤドモータ100の組立及び動作について以下に説明する。
まず、図4に示すように、モータ102の出力軸120のキー溝123とキー140(図1も参照)は密に嵌合するように構成されており、あらかじめモータ102の出力軸120のキー溝123にキー140を嵌合させた状態でモータ102の出力軸120を減速機101の入力軸110に設けられた軸嵌合穴111に挿入する。
この時、モータ102の出力軸120には薄くグリース等の潤滑剤を塗布しておく。それゆえ、入力軸110と出力軸120は、該潤滑剤を介在させて嵌合される。
また、図1,図4から明らかなように、キー140は、軸方向でスリット112の形成範囲の内外に亘って両キー溝113,123に嵌合している。
そして、減速機101のモータ側フランジ103とモータ102の減速機側フランジ104をボルト105等で固定することにより、モータ102と減速機101が一体となったギヤドモータ100とし、図5に示すように、締結部材130の締結ボルト133を締め付けることにより、キー140をキー溝113の両側から固定するとともに、モータ102の出力軸120を軸嵌合穴111の内周に密着させる。
回転の伝達はモータ102の出力軸120と軸嵌合穴111の内周との摩擦力ではなくキー140を介して行われ、スリット112の間隔はキー溝113とキー140の隙間を埋めて固定できる程度の細い隙間で十分であり、締結ボルト133の締め付け力もキー溝113とキー140の隙間を埋めて固定できる程度の締結力で良い。
また、キー溝113とキー140の隙間を埋めて固定した際に、製造誤差等の影響でモータ102の出力軸120と軸嵌合穴111の内周との隙間が部分的に僅かに残る場合も有り得るが、あらかじめ塗布されているグリース等の潤滑材が当該わずかな隙間に充填される。
このように構成されたギヤドモータ100の回転時には、キー140とモータ102の出力軸120のキー溝123の間及びキー140と軸嵌合穴111内周のキー溝113の間には隙間がないため、当該隙間に起因する振動や騒音の発生を防止することができるとともに、高負荷や回転方向、回転数の変化に伴う負荷の急激な変動によってもモータ102の出力軸120と減速機101の入力軸110の位相がずれることはなく、高精度の位相制御を行うことができる。
また、モータ102の出力軸120と軸嵌合穴111の内周は密着、あるいは、わずかな隙間が残った場合でも当該わずかな隙間にグリース等の潤滑材が充填されているため、当該隙間に起因する振動や騒音の発生を防止することができる。
さらに、締結ボルト133の締め付け力もキー溝113とキー140の隙間を埋めて固定できる程度の締結力で良いため、締結に伴う組立時の作業負担の増加はごく僅かであり、締結部材130の軸方向長さがスリット112の軸方向長さより短いため、締結部材130の外嵌のための減速機102の入力軸120の軸端部分の突出を少なくすることができるため、従来周知のギヤドモータとほぼ同じスペースで構成することができるなど、その効果は甚大である。
なお、上記実施例では、軸嵌合穴111には入力軸110の中心軸Cを含みかつキー溝113を通る平面Pに沿って、図2の図示下方のキー溝113が存在しない部分にも第2スリットとしてのスリット112aを設けている。このスリット112aは、入力軸110の径方向で軸嵌合穴111を挟んでキー溝113とは反対側に、平面Pが通る位置にあるとともに軸端から平面Pに沿って軸方向に伸びている。
キー溝113側にだけスリット112を設けても良い。
また、締結部材130の分断部132に加えて、中心軸Cに対称の位置の内周側から一部切り込みを設けても良い。
本発明の一実施例であるギヤドモータの側面一部断面図。 図1のギヤドモータの、締結部材による締め付け前の締結部材及び軸嵌合穴を入力軸の軸方向から見た図。 本発明の一実施例であるギヤドモータの軸嵌合穴の拡大断面図。 本発明の締め付け前のキー、締結部材、軸嵌合穴及び出力軸の断面図。 本発明の締め付け後のキー、締結部材、軸嵌合穴及び出力軸の断面図。 従来の回転軸連結構造の側面一部断面図。 従来の回転軸連結構造の図6のB−B線の断面図。 従来の他の回転軸連結構造の断面図。 従来の他の回転軸連結構造のブシュの斜視図。
100,500 ・・・ギヤドモータ
101,501 ・・・減速機
102,502 ・・・モータ
103 ・・・フランジ
104 ・・・フランジ
105 ・・・ボルト
110,510,610 ・・・入力軸
111,511,611 ・・・軸嵌合穴
112,512 ・・・スリット
113, 613 ・・・キー溝
120,520,620 ・・・出力軸
123, 623 ・・・キー溝
130,530 ・・・締結部材
132,532 ・・・分断部
133,533 ・・・締結ボルト
140, 640 ・・・キー
650 ・・・ブシュ
651 ・・・切欠き部
659 ・・・平板

Claims (8)

  1. 軸端に設けられた軸嵌合穴の内周に前記軸端から軸方向に伸びる第1キー溝を有する第1軸と、外周に前記軸方向に伸びる第2キー溝を有するとともに前記軸嵌合穴に嵌合される第2軸と、いずれも溝底面を有する前記第1,第2キー溝に嵌合するキーとからなる回転軸連結構造において、
    前記第1軸が、前記軸方向で前記軸端から前記第1キー溝の途中までの形成範囲において前記第1キー溝に設けられたスリットと、該スリットの間隔を狭める締結部材を有し、
    前記キーが、前記軸方向で前記形成範囲の内外に亘って前記第1,第2キー溝に嵌合しており、
    前記締結部材が、分断部を有する環状に形成されるとともに前記分断部の間隔を狭める締結ボルトを有し、かつ前記第1軸の前記スリットが設けられた部分の外周に外嵌されており、
    前記締結ボルトの締め付け力の方向が、前記スリットの間隔及び前記第1キー溝の幅を狭める方向であることを特徴とする回転軸連結構造。
  2. 前記分断部、前記スリット及び前記第2キー溝が、前記第1軸の中心軸を含みかつ前記第1キー溝を通る平面が通る位置にあり、
    前記分断部、前記スリット、前記第1キー溝及び前記第2キー溝が、前記平面に沿って前記軸方向に伸びることを特徴とする請求項1に記載の回転軸連結構造。
  3. 前記第1軸が、前記第1軸の径方向で前記軸嵌合穴を挟んで前記第1キー溝とは反対側に、前記平面が通る位置にあるとともに前記軸端から前記平面に沿って前記軸方向に伸びる第2スリットを有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の回転軸連結構造。
  4. 前記第1軸と前記第2軸が、潤滑剤を介在させて嵌合されることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の回転軸連結構造。
  5. 前記スリットの間隔が、前記第1キー溝の間隔及び周方向での前記キーの幅よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の回転軸連結構造。
  6. 前記スリットの軸方向長さは、前記第1キー溝において前記スリットが設けられていない部分の軸方向長さ及び前記キーの長さよりも短いことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の回転軸連結構造。
  7. 前記締結部材が、1本のみの前記締結ボルトを有し、かつ前記スリットの軸方向長さより短い軸方向長さを有することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の回転軸連結構造。
  8. 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の回転軸連結構造を有するギヤドモータであって、
    前記第1軸が減速機の入力軸であり、
    前記第2軸がモータの出力軸であり、
    前記モータと前記減速機とが連結されていることを特徴とするギヤドモータ。
JP2008109930A 2008-04-21 2008-04-21 回転軸連結構造及びギヤドモータ Active JP4964184B2 (ja)

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