JP5090980B2

JP5090980B2 - 軸継手

Info

Publication number: JP5090980B2
Application number: JP2008073320A
Authority: JP
Inventors: 聡宇都宮
Original assignee: NTN Corp; Bridgestone Corp
Current assignee: NTN Corp; Bridgestone Corp
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: JP2009228733A

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、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円筒状の転動体を介して動力を伝達する方式のものがある。そして、本出願人は、このような方式の軸継手において、一方の回転部材を構成する２つのプレートの間に他方の回転部材と転動体の保持器を挟み、他方の回転部材の中央部から突出する軸部を一方の回転部材のいずれか１つのプレートの中心孔に通した構成のものを提案した（特許文献１参照。）。
特開２００５−２３３２３３号公報

図５は上述した構成の軸継手の一例を示す。この軸継手は、互いに一体回転可能に連結されて出力側回転部材を構成する２つの出力プレート５１ａ、５１ｂと、両出力プレート５１ａ、５１ｂに挟まれる入力プレート（入力側回転部材）５２と、入力プレート５２を貫通するように組み込まれる複数のローラ（円筒状転動体）５３と、各出力プレート５１ａ、５１ｂと入力プレート５２の間に配される２つの環状の保持器５４ａ、５４ｂとから成る。その一側の出力プレート５１ａおよび入力プレート５２はそれぞれの中央部から突出する軸部５５、５６を有しており、入力プレート５２の軸部５６が他側の出力プレート５１ｂの中心孔５１ｃおよび保持器５４ｂ内周に通されて、各出力プレート５１ａ、５１ｂと入力プレート５２の回転軸が互いに平行な状態に保持されている。なお、図５は、説明上、各出力プレート５１ａ、５１ｂと入力プレート５２が同心の状態を示しているが、通常は入力側と出力側の回転軸がずれた（偏心した）状態で使用される。

前記各出力プレート５１ａ、５１ｂと入力プレート５２には、複数の案内溝５７、５８が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られている。そして、前記ローラ５３が、入力プレート５２の案内溝５８および各保持器５４ａ、５４ｂの長孔５９に通されて、両端部を出力プレート５１ａ、５１ｂの案内溝５７で案内される状態で、各案内溝５７、５８の交差位置に組み込まれている。これにより、入力プレート５２に押されたローラ５３が、各保持器５４ａ、５４ｂでプレート径方向の移動を拘束された状態で転動しながら各出力プレート５１ａ、５１ｂを押して、動力伝達を行うようになっている。

すなわち、この軸継手は、各出力プレート５１ａ、５１ｂ、入力プレート５２および各保持器５４ａ、５４ｂを、円筒状の転動体であるローラ５３の長手方向中央の断面に関して対称に配置することにより、動力伝達時にこれらの各部材からローラ５３に力が加わってもローラ５３に回転モーメントが発生しないようにして、ローラ５３の傾きによるこじり（案内溝への噛み込み）を防止し、継手動作が常時円滑に行われるようにしている。

ところが、上記のような構成の軸継手では、入力プレートが、円盤状で円周上に複数の案内溝を設けた本体部分であるディスク部と他側の出力プレートの中心孔を貫通する軸部とを一体成形したものであることから、以下の問題があった。

まず、入力プレートのディスク部は、ローラに嵌め込まれた転がり軸受が転接する案内溝内面や保持器と摺接する両側面に表面硬化処理を施すことが望ましいが、形状が複雑で硬さが必要な部位が広範囲にわたるため、入力プレートを製造する際には、通常、プレート全体に対して浸炭焼入が施される。しかし、この浸炭焼入によりディスク部に対する軸部の曲がりが発生しやすいという問題がある。軸部の曲がりは、プレート回転時の振動を誘発し、プレートの耐久性を低下させるおそれがある。一方、軸部の曲がりを切削加工により修正しようとすれば、多大な労力を要するだけでなく、軸部の硬化層が薄くなり、ねじり強度が低下してしまう。

また、ディスク部中央から軸部が突き出た形状は、冷間鍛造等によるニアネットシェイプでの成形が困難なため、切削加工時の削り代が多くなり材料歩留まりが悪いなど、入力プレートの製造効率を低下させる要因となっている。

次に、入力プレートの軸部を通す出力プレートは、その中心孔の周縁と同心状態の入力プレートの軸部との間に設計偏心量以上の隙間ができ、かつ中心孔の外側に所定の大きさの案内溝を設けられる大きさとする必要があるため、軸継手の径方向の大型化を抑えようとすると、入力プレートの軸部が細くなって、ねじり強度の面で最弱部位となりやすい。しかも、入力プレートの軸部は、前述のように浸炭焼入が施されているが、高周波焼入を受けた場合に比べると硬化層深さが浅く、ねじり強度が低い。このことが軸継手全体のトルク伝達能力の限界を低くしていた。

さらに、入力プレートおよび出力プレートの軸支持部が軸方向の自由度のない固定端となっている場合、軸支持部の軸方向の取付誤差は保持器と各プレートの側面間の隙間で吸収することになる。しかし、この隙間が大きいほど、保持器が各プレートに対して傾きやすくなり、こじりを生じて動作不良を起こす可能性が高くなるので、通常はこの隙間を大きく設定することはできない。その結果、軸継手全体の軸方向の取付自由度は低くなっており、取付誤差のある状態で無理に取り付けた場合、軸継手全体にスラスト力が作用して各プレートと保持器が強く摺動し、動作不良や部品の損傷が生じることがある。

本発明の課題は、一方の回転部材を構成する２つのプレートの間に他方の回転部材を挟み、両回転部材間で円筒状の転動体を介して動力を伝達する方式の軸継手において、製造効率、トルク伝達能力および軸方向の取付自由度の向上を図ることである。

上記の課題を解決するため、本発明は、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つの回転部材の一方が、他方の回転部材を挟む位置に配された２つのプレートを一体回転可能に連結して、そのうちの１つのプレートの中心孔に他方の回転部材の中央部から突出する軸部を通すものであり、前記一方の回転部材の各プレートと他方の回転部材に、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、前記他方の回転部材の案内溝を回転部材軸方向に貫通させて、前記両回転部材の案内溝が交差する位置に、前記他方の回転部材の案内溝に通され、前記一方の回転部材の各プレートの案内溝に両端部を案内されて転動する円筒状の転動体を配し、前記各転動体の回転部材径方向の移動を拘束する環状の保持器を前記他方の回転部材の両側に設けて、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、前記他方の回転部材を、前記一方の回転部材の２つのプレートの間に配されるディスク部材と、前記軸部を形成する軸部材とに分割して、この軸部材をディスク部材に軸方向移動可能に連結した構成を採用した。

すなわち、一方の回転部材の２つのプレートに挟まれる他方の回転部材をディスク部材と軸部材とに分割することにより、一体成形する場合に比べて、成形時の削り代を減らして材料歩留まりを向上させるとともに、熱処理時の変形を抑え、軸部材をディスク部材に連結したときの寸法精度を改善して寸法修正に手間がかからないようにしたのである。同時に、ねじり強度の面で最弱部位となりやすい軸部材に適切な熱処理を施すことにより、軸継手のトルク伝達能力の向上を図れるようにした。また、軸部材をディスク部材に軸方向移動可能に連結することにより、両回転部材の軸支持部が固定端の場合も、軸継手内部で軸方向の取付誤差を吸収できるようにした。

ここで、前記他方の回転部材の軸部材は、高周波焼入を施されたものとすることが望ましい。すなわち、この軸部材を高周波焼入することにより、従来のように浸炭焼入する場合に比べ、確実に軸部材の焼入深さを深くしねじり強度を向上させて、軸継手全体のトルク伝達能力を向上させることができる。

また、前記他方の回転部材の軸部材とディスク部材とを連結する手段としては、両部材が滑動可能な嵌め合いのスプラインを採用することができる。

このとき、前記軸部材は、前記中心孔を有するプレートの内周面と対向する部分を最小径部とし、この最小径部の外径よりもスプライン部の溝底径を大きくすることにより、トルク伝達能力を最も大きく向上させることができる。

また、前記軸部材のスプライン部の外径を、この軸部材を通す保持器の内径とプレートの中心孔径のいずれよりも小さくすれば、一方の回転部材の２つのプレートとディスク部材と２つの保持器とを重ね合わせて２つのプレートを連結した状態で、ディスク部材に軸部材を連結することができ、軸継手全体の組立性の向上を図ることができる。

さらに、前記軸部材のスプライン部の長さを前記ディスク部材の厚さよりも短くすれば、その寸法差分だけ確実に軸方向の取付誤差を吸収することができるようになる。一方、前記軸部材のスプライン部の長さを前記ディスク部材の厚さよりも長くするとともに、前記スプライン部の外径を、前記両回転部材の偏心量が設計範囲内で最大となるときにも前記スプライン部と保持器とが干渉しない大きさとすれば、軸方向の取付自由度を一層大きくできるうえ、軸部材が多少軸方向に移動してもスプライン結合部分の長さを保つことができ、スプライン結合部分での損傷を生じにくくすることができる。

本発明の軸継手は、上述したように、一方の回転部材の２つのプレートに挟まれる他方の回転部材をディスク部材と軸部材とに分割したものであるから、一体成形する場合に比べて、成形時の削り代が少なく材料歩留まりが高いうえ、軸部材の熱処理による曲がりが少ないため寸法修正に手間がかからず、効率よく製造できる。また、最弱部位となりやすい軸部材に高周波焼入等ねじり強度向上に有効な熱処理を施して、トルク伝達能力を向上させることができる。

さらに、軸部材をディスク部材と軸方向移動可能に連結したので、両回転部材の軸支持部が固定端の場合も、軸継手内部で軸方向の取付誤差を吸収でき、スラスト力の作用等によるトラブルを防止できる。また、これにより、ディスク部材とその両側の保持器との軸方向隙間、および保持器と一方の回転部材のプレートとの軸方向隙間を小さく設定できるので、偏心時に保持器が傾いてこじる等のトラブルを防止して、継手動作の安定化を図ることができる。

以下、図１乃至図４に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１および図２は、第１の実施形態を示す。この軸継手の基本的な構成は、前述した従来の軸継手と同じである。すなわち、この軸継手は、互いに一体回転可能に連結されて出力側回転部材を構成する２つの出力プレート１ａ、１ｂと、両出力プレート１ａ、１ｂに挟まれる入力プレート（入力側回転部材）２と、入力プレート２を貫通するように組み込まれる複数のローラ（円筒状転動体）３と、各出力プレート１ａ、１ｂと入力プレート２の間に配される２つの環状の保持器４ａ、４ｂとから成る。その一側の出力プレート１ａおよび入力プレート２はそれぞれの中央部から突出する軸部５、６を有しており、入力プレート２の軸部６が他側の出力プレート１ｂの中心孔１ｃおよび保持器４ｂ内周に通されて、各出力プレート１ａ、１ｂと入力プレート２の回転軸が互いに平行な状態に保持されている。なお、図１は、説明上、各出力プレート１ａ、１ｂと入力プレート２が同心の状態を示しているが、通常は図２に示すように入力側と出力側の回転軸がずれた（偏心した）状態で使用される。

前記両出力プレート１ａ、１ｂは、一側の出力プレート１ａの外周縁部に一体成形された筒状の連結片１ｄと他側の出力プレート１ｂの外周縁部とを周方向の複数位置でボルト締めすることにより、一体回転可能に連結されている。

一方、前記入力プレート２は、両出力プレート１ａ、１ｂの間に配される本体部分である入力ディスク（ディスク部材）２ａに、軸部である入力軸（軸部材）６を軸方向移動可能に連結したもので、その連結手段は両部材が滑動可能な嵌め合いのスプラインとしている。なお、スプラインの種類は、この例のようなインボリュートスプラインに限らず、角形スプラインやセレーションでもよい。また、入力ディスク２ａには浸炭焼入が、入力軸６には高周波焼入がそれぞれ施されている。

前記入力軸６は、他側の出力プレート１ｂの内周面と対向する部分が最小径部となっており、この最小径部の外径（Ｄ_ｍｉｎ）よりもスプライン部６ａの溝底径(Ｄ_ＳＶ）が大きく設定されている。また、スプライン部６ａの外径(Ｄ_Ｓ）は他側の保持器４ｂの内径（ｄ_Ｒ）と出力プレート１ｂの中心孔径（ｄ_Ｏ）のいずれよりも小さく、スプライン部６ａの長さ（Ｌ）は入力ディスク２ａの厚さ（Ｔ）よりも短く設定されている。

そして、両出力プレート１ａ、１ｂおよび両保持器４ａ、４ｂは、それぞれ入力プレート２の入力ディスク２ａを挟んで対称の位置に配されている。ここで、出力プレート連結片１ｄの内周面と入力プレート２の入力ディスク２ａおよび各保持器４ａ、４ｂの外周面との間、入力プレート２の入力軸６の外周面と他側の出力プレート１ｂおよび保持器４ｂの内周面との間には、それぞれ所定のクリアランスが設けられ、図２に示すように入力側と出力側の回転軸が偏心した状態でも、これらの各部材が互いに干渉しないようになっている。

また、各出力プレート１ａ、１ｂおよび入力プレート２には、それぞれローラ３を案内する複数の案内溝７、８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９が設けられている。

前記各出力プレート１ａ、１ｂの案内溝７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一定の角度をなす方向に直線状に延びるように設けられている。一方、入力プレート２の案内溝８は、プレート軸方向に貫通し、出力プレート１ａ、１ｂの対応する位置の案内溝７と直交して直線状に延びるように設けられている。なお、この例では、各出力プレート１ａ、１ｂの案内溝７も、加工しやすくするため、プレート軸方向に貫通させている。また、各保持器４ａ、４ｂの長孔９は、各案内溝７、８と対応する位置に、各案内溝７、８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。

前記各ローラ３は、入力プレート２の案内溝８および各保持器４ａ、４ｂの長孔９に通されて、両端部を出力プレート１ａ、１ｂの案内溝７で案内される状態で、各案内溝７、８の交差位置に組み込まれ、両端部および中央部の外周に嵌め込まれた転がり軸受１０を介して各プレート１ａ、１ｂ、２と転接している。なお、転がり軸受は、この例のようなころ軸受に限らず、玉軸受を用いてもよい。

そして、入力トルクが加えられた入力プレート２が回転すると、この入力プレート２の案内溝８に周方向から押されたローラ３が、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１ａ、１ｂの案内溝７を押して両出力プレート１ａ、１ｂを一体回転させることにより、出力側に動力が伝達される。なお、入力トルクの回転方向が変わったり、入力側と出力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。

上記動力伝達メカニズムは、入力側と出力側の回転軸が偏心した通常の使用状態でも基本的に同じである。この状態では、図２に示すように、各出力プレート１ａ、１ｂと入力プレート２の回転軸のずれにより、案内溝７、８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７、８および各保持器４ａ、４ｂの長孔９の内側を移動しながら動力伝達を行う。

この軸継手は、上記の構成であり、入力プレート２を入力ディスク２ａと入力軸６とに分割したので、従来のように一体成形する場合に比べて、成形時の削り代が少なく材料歩留まりが高い。また、熱処理時の入力軸６の曲がりを抑えられ、入力軸６を入力ディスク２ａに接合したときの寸法精度が高いため、寸法修正に手間がかからず、効率よく製造することができる。

さらに、入力ディスク２ａと入力軸６に、それぞれの機能や形状に適した表面硬化処理を施すことができるため、形状が複雑で両側面や案内溝８内面など硬さが必要な部位が広範囲にわたる入力ディスク２ａについては、浸炭焼入を施して従来と同等の表面硬度を確保する一方、単純な形状で、ねじり強度の面で最弱部位となりやすい入力軸６には高周波焼入を施し、浸炭焼入の場合よりもその焼入深さを深くしねじり強度を向上させて、軸継手全体のトルク伝達能力の向上を図っている。しかも、入力軸６の最小径部の外径よりもスプライン部６ａの溝底径を大きく設定したので、トルク伝達能力を最も大きく向上させることができる。

また、入力軸６をスプラインにより入力ディスク２ａと軸方向移動可能に連結し、そのスプライン部６ａの長さを入力ディスク２ａの厚さよりも短く設定しているので、その寸法差分だけ確実に軸方向の取付誤差を吸収することができ、入力軸６および一側の出力プレート１ａの軸支持部（図示省略）が固定端の場合も、取付スパンの誤差等によるトラブルが生じるおそれが少ない。

また、入力軸６のスプライン部６ａの外径を、他側の保持器４ｂの内径と出力プレート１ｂの中心孔径のいずれよりも小さく設定しているので、出力プレート１ａ、１ｂと入力ディスク２ａと保持器４ａ、４ｂとを重ね合わせて出力プレート１ａ、１ｂを連結した状態で、入力ディスク２ａに入力軸６を連結することができ、組立性の点でも従来よりも改善されている。

図３および図４は、第２の実施形態を示す。この実施形態は、第１の実施形態に対して、入力軸６のスプライン部６ａの寸法を変更したものである。具体的には、まず、図３に示すように、スプライン部６ａの長さ（Ｌ）を入力ディスク２ａの厚さ（Ｔ）よりも長くして、スプライン部６ａが入力ディスク２ａ側面からはみ出すようにした。そして、図４に示すように、スプライン部６ａの外径(Ｄ_Ｓ）を、入出力プレート１ａ、１ｂ、２の偏心量が設計範囲内で最大となるときにもスプライン部６ａと保持器４ａ、４ｂとが干渉しない大きさとした。すなわち、最大偏心量（ｅ）のとき、入力軸６と保持器４ａ、４ｂの回転中心間の距離は（ｅ／√２）となることから、スプライン部６ａ外径(Ｄ_Ｓ）を保持器４ｂ内径（ｄ_Ｒ）に対して次式が成立するように設定した。
（Ｄ_Ｓ／２）＜（ｄ_Ｒ／２）−（ｅ／√２）

これにより、第１の実施形態よりも軸方向の取付自由度を大きくできるうえ、入力軸６が多少軸方向に移動してもスプライン結合部分の長さを保つことができ、スプライン結合部分での損傷が生じにくいものとなっている。

第１の実施形態の軸継手の断面図図１の軸継手の使用状態を示す側面図（最大偏心時）第２の実施形態の軸継手の要部の断面図図３の軸継手の使用状態を示す要部の側面図（最大偏心時）従来の軸継手の断面図

符号の説明

１ａ、１ｂ出力プレート
２入力プレート
２ａ入力ディスク
３ローラ
４ａ、４ｂ保持器
５軸部
６入力軸
６ａスプライン部
７、８案内溝
９長孔
１０転がり軸受

Claims

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つの回転部材の一方が、他方の回転部材を挟む位置に配された２つのプレートを一体回転可能に連結して、そのうちの１つのプレートの中心孔に他方の回転部材の中央部から突出する軸部を通すものであり、前記一方の回転部材の各プレートと他方の回転部材に、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、前記他方の回転部材の案内溝を回転部材軸方向に貫通させて、前記両回転部材の案内溝が交差する位置に、前記他方の回転部材の案内溝に通され、前記一方の回転部材の各プレートの案内溝に両端部を案内されて転動する円筒状の転動体を配し、前記各転動体の回転部材径方向の移動を拘束する環状の保持器を前記他方の回転部材の両側に設けて、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、前記他方の回転部材を、前記一方の回転部材の２つのプレートの間に配されるディスク部材と、前記軸部を形成する軸部材とに分割して、この軸部材をディスク部材に、両部材が滑動可能な嵌め合いのスプラインにより軸方向移動可能に連結するとともに、前記軸部材は、前記中心孔を有するプレートの内周面と対向する部分を最小径部とし、この最小径部の外径よりもスプライン部の溝底径を大きくしたことを特徴とする軸継手。
前記軸部材のスプライン部の外径を、この軸部材を通す保持器の内径とプレートの中心孔径のいずれよりも小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の軸継手。
前記軸部材のスプライン部の長さを前記ディスク部材の厚さよりも短くしたことを特徴とする請求項１または２に記載の軸継手。
前記軸部材のスプライン部の長さを前記ディスク部材の厚さよりも長くするとともに、前記スプライン部の外径を、前記両回転部材の偏心量が設計範囲内で最大となるときにも前記スプライン部と保持器とが干渉しない大きさとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の軸継手。