JP5116631B2 - カップリング構造 - Google Patents

Description

この発明は、相互に連結される２つの回転軸の軸線間の偏心や傾斜を吸収するカップリング構造に関する。

一般に、駆動側の回転軸の回転力を被駆動側の回転軸に伝達するためには、２つの回転軸をカップリング構造で連結することが知られている。
従来のカップリング構造としては、例えば図７に示すように、一方の回転軸１０１側に固定される雌スプライン部１０２と、他方の回転軸１０３側に固定されて雌スプライン部１０２に対して径方向に遊びを持たせた状態で嵌められる雄スプライン部１０４とを備えたものがある（特許文献１参照）。この構成では、雄スプライン部１０４と雌スプライン部１０２との嵌めあい状態によって、２つの回転軸１０１，１０３の軸線間の偏心を吸収している。
なお、上記構成のカップリング構造では、雄スプライン部１０４と雌スプライン部１０２との嵌めあい状態に基づいて、２つの回転軸１０１，１０３が回転した際に振動が生じるため、雄スプライン部１０２と他方の回転軸１０３との間に弾性部材１０５を介在させ、この弾性部材１０５により前述の振動を吸収している。
特開２００２−３４０００５号公報

しかしながら、上記従来のカップリング構造では、雌スプライン部１０２、雄スプライン部１０４及び弾性部材１０５を備えている、すなわち、構成部品点数が多く、簡便に組み立てることができない、という問題がある。
また、上記従来のカップリング構造は、２つの回転軸１０１，１０３の間に配置されているため、２つの回転軸１０１，１０３間の距離が長くなってしまい、小型化の要求に応えることができない、という問題がある。
なお、連結される２つの回転軸１０１，１０３の軸線は相互に傾斜していることもあるが、スプラインを利用した上記従来のカップリング構造では、この傾斜を吸収することが困難である。そして、２つの回転軸１０１，１０３を連結した状態において、これらの軸線間に傾斜が生じていると、２つの回転軸１０１，１０３やその軸受部分に応力がかかるため、２つの回転軸１０１，１０３の回転に抵抗が生じ、カップリング構造の寿命低下を引き起こすという問題がある。また、上記構成において、一方の回転軸１０１が例えばモータの出力軸をなしている場合には、モータのトルクを増大させる必要があるため、消費電力の増大を引き起こす、という問題も生じる。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであって、互いに連結される２つの回転軸の軸線間の偏心及び傾斜を吸収できると共に、構成部品点数の削減及び小型化を図ることが可能なカップリング構造を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明のカップリング構造は、互いに向かい合う方向に突出する２つの回転軸と、これら２つの回転軸が同期して回転するように前記２つの回転軸を連結するカップリング部材とを備え、該カップリング部材が、第１回転軸の先端部を挿入して固定する筒状挿入部から、前記第１回転軸の径方向外側に突出する複数の爪部を、前記第１回転軸の軸線回りに配列して構成され、各爪部が、前記筒状挿入部に対して弾性変形可能とされると共に、少なくともその延出方向の先端側が前記第１回転軸の突出方向の反対方向に延びるように形成され、前記第１回転軸に対向する第２回転軸の先端側は、前記カップリング部材を配置する受け部とされ、当該受け部には、前記爪部の先端部を前記第２回転軸の軸線方向に挿入するスプライン溝が複数形成され、前記複数の爪部の先端部が前記複数のスプライン溝に個別に挿入された状態で、前記カップリング部材が前記受け部に係合し、さらに、前記複数の爪部は、それぞれ前記第１回転軸の軸線を起点とした円弧状に形成されていることを特徴としている。

このカップリング構造によれば、２つの回転軸がカップリング部材を介して連結された状態で、これらの軸線が互いに偏心していたり、傾斜していたりしても、筒状挿入部に対して複数の爪部が弾性変形することにより、これら偏心や傾斜を吸収することができる。このため、互いに連結された２つの回転軸やその軸受部分には、偏心や傾斜に基づく応力が発生しない。したがって、カップリング構造の寿命が低下することを防止できる。また、２つの回転軸の回転に抵抗が生じることもないので、２つの回転軸の一方がモータの出力軸をなしている場合には、モータの消費電力増加を抑えることもできる。

さらに、カップリング部材及びその筒状挿入部に固定される第１回転軸の先端部は第２回転軸の受け部に配置される、すなわち、互いに対向する２つの回転軸の先端部の間には隙間が形成されないため、小型化を図ることができる。
また、本発明のカップリング構造は、２つの回転軸及び１つのカップリング部材のみから構成されているため、従来と比較してその構成部品点数を削減することができる。そして、第２回転軸をカップリング部材の筒状挿入部に固定すると共に、カップリング部材の複数の爪部を複数のスプライン溝に挿入するだけで、簡便に組み立てることが可能となる。

さらに、複数の爪部が円弧状に形成されているため、複数の爪部がスプライン溝に挿入された状態を保持しながら、円弧形状の曲率中心を中心としてカップリング部材を滑らかに揺動させることができる。したがって、２つの回転軸の軸線同士が大きく傾斜していても、各爪部の弾性変形に加え、カップリング部材自体の揺動により、この傾斜を吸収することができる。

本発明によれば、２つの回転軸が上記構成のカップリング部材を介して相互に連結されることで、２つの回転軸の軸線が互いに偏心していたり傾斜していたりしても、カップリング部材の爪部が弾性変形することで、これら偏心や傾斜を吸収することができると共に、カップリング構造の構成部品点数の削減及び小型化を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、この実施形態に係るカップリング構造１は、モータの出力軸（第２回転軸）３と、モータの回転角度を検出するポテンショ抵抗５の回転軸（第１回転軸）５Ｂと、これら出力軸３及び回転軸５Ｂが同期して回転するように出力軸３及び回転軸５Ｂを連結するカップリング部材７とを備えて構成されており、出力軸３及び回転軸５Ｂが互いに向かい合う方向に突出している。
回転軸５Ｂは、ポテンショ抵抗５の本体部５Ａに対して軸線Ｏ２を中心に回転可能とされており、本体部５Ａは被駆動側支持枠１１に固定されている。回転軸５Ｂは、全体として円柱状に形成されているが、その突出方向の先端部には外周面の周方向の一部を切り欠いた平坦面６が形成されている。

カップリング部材７は、例えばゴム等の弾性変形可能な材料によって構成されており、回転軸５Ｂの先端部を挿入して固定する筒状挿入部２１と、その外周面から回転軸５Ｂの径方向外側に突出する複数の爪部２３とを備えている。
筒状挿入部２１は、回転軸５Ｂの突出方向前方側を閉塞した有底筒状に形成されている。そして、筒状挿入部２１の挿入孔２１ａの内面形状は、回転軸５Ｂの先端部形状に対応づけて形成されている。すなわち、挿入孔２１ａの内周面は、その周方向の一部を円弧状に湾曲した面に形成し、かつ、周方向の残部を平坦面に形成して構成されている。これにより、回転軸５Ｂの先端部を筒状挿入部２１に挿入した状態においては、回転軸５Ｂ及びカップリング部材７が相対的に回転することを防止できる。
なお、筒状挿入部２１は、回転軸５Ｂを固定する役割を果たすことから弾性変形しないように形成されることが好ましい。

複数の爪部２３は、回転軸５Ｂの軸線Ｏ２回りに均等に配列されている。なお、図示例のカップリング部材７においては、４つの爪部２３が回転軸５Ｂの軸線Ｏ２を中心として９０度ずつ間隔をあけて配列されている。
各爪部２３は、筒状挿入部２１に対して弾性変形可能となるように形成されている。また、各爪部２３は、回転軸５Ｂの軸線Ｏ２を起点とした円弧状に形成されており、その延出方向の先端側が回転軸５Ｂの突出方向の反対方向に延びている。
さらに、図示例のカップリング部材７において、各爪部２３は、回転軸５Ｂの突出方向前方側に位置する筒状挿入部２１の閉塞端に連結されている。また、各爪部２３の先端は、回転軸５Ｂの突出方向後方側に位置する筒状挿入部２１の開口端から突出している。すなわち、回転軸５Ｂの軸線Ｏ２に沿う各爪部２３の長さ寸法は、筒状挿入部２１の長さ寸法よりも長く設定されている。

出力軸３は、軸線Ｏ１を中心に回転可能となるように駆動側支持枠１３によって支持されている。なお、この駆動側支持枠１３は、回転軸５Ｂを支持する被駆動側支持枠１１とは別体に形成されている。出力軸３にはギヤ３１が形成されており、このギヤ３１によってモータの回転力が出力軸３に伝達されるようになっている。また、回転軸５Ｂに対向する出力軸３の突出方向の先端側は、カップリング部材７を配置する受け部３３となっている。
具体的に、受け部３３は、出力軸３の軸線Ｏ１方向に延びる円筒状に形成されており、その内側にカップリング部材７及び回転軸５Ｂの先端部を配置できるように構成されている。

受け部３３の内周面には、爪部２３の先端部を出力軸３の軸線方向に挿入するスプライン溝３５が爪部２３と同じ数だけ形成されている。各スプライン溝３５は軸線Ｏ１方向に延びて形成されており、回転軸５Ｂに対向する受け部３３の先端側に開口している。複数のスプライン溝３５は、出力軸３の軸線Ｏ２回りに均等に配列されている。
なお、図示例の受け部３３においては、４つのスプライン溝３５が出力軸３の軸線Ｏ１を中心として９０度ずつ間隔をあけて配列されている。また、カップリング部材７を受け部３３内に配する前の状態においては、回転軸５Ｂの軸線Ｏ２を中心とした複数の爪部２３の先端部の外径寸法が、出力軸３の軸線Ｏ１を中心とした複数のスプライン溝３５の内径寸法よりも若干大きく形成されている。
そして、このように形成される複数のスプライン溝３５に複数の爪部２３の先端部が個別に挿入された状態においては、カップリング部材７が受け部３３に係合することになる。

以上のように構成されるカップリング構造１を組み立てる場合には、例えば回転軸５Ｂの先端部を筒状挿入部２１の挿入孔２１ａに挿入した後に、回転軸５Ｂの先端部及びカップリング部材７を受け部３３内に挿入すればよい。なお、この組み立てに際しては、回転軸５Ｂの軸線Ｏ２に沿って爪部２３が延びる方向と、受け部３３に対してカップリング部材７を挿入する方向とが互いに逆向きとなっているため、複数の爪部２３の先端部の外径寸法が複数のスプライン溝３５の内径寸法よりも大きく形成されていても、各爪部２３の先端部を各スプライン溝３５に容易に挿入することができる。
このように、カップリング構造１を組み立てた状態においては、カップリング部材７全体が受け部３３内に配置されている。すなわち、爪部２３の先端部と受け部３３の開口端との間には隙間が形成されている。また、組み立てられたこのカップリング構造１においては、カップリング部材７の各爪部２３が径方向内側に若干弾性変形した状態で各スプライン溝３５に挿入されている。

そして、カップリング構造１を組み立てた状態においては、出力軸３及び回転軸５Ｂを同期して回転させることができる。
すなわち、各爪部２３の先端部がスプライン溝３５に挿入されている状態では、各爪部２３はスプライン溝３５に対してその幅方向に移動することができない。このため、受け部３３内に配されたカップリング部材７が出力軸３に対してその軸線Ｏ１回りに回転することを防止できる。また、前述したように、回転軸５Ｂの先端部を筒状挿入部２１に挿入した状態においては回転軸５Ｂ及びカップリング部材７が相対的に回転することも防止される。
したがって、各爪部２３の先端部をスプライン溝３５に挿入し、回転軸５Ｂを筒状挿入部２１に挿入することで、カップリング部材７を介して出力軸３の回転力を回転軸５Ｂに伝達することができる。

上記実施形態によるカップリング構造１によれば、出力軸３及び回転軸５Ｂがカップリング部材７を介して相互に連結された状態で、例えば図３に示すように、出力軸３及び回転軸５Ｂの軸線Ｏ１，Ｏ２が互いに偏心していても、複数の爪部２３が筒状挿入部２１に対して弾性変形することで、この偏心を吸収することができる。
具体的に説明すると、回転軸５Ｂの軸線が出力軸３の軸線に対して平行にずれている場合には、出力軸３の軸線Ｏ１と共に回転軸５Ｂの軸線Ｏ２を挟み込む位置に配される爪部２３Ａの先端部が径方向内側に弾性変形し、回転軸５Ｂの軸線Ｏ２と共に出力軸３の軸線Ｏ１を挟み込む位置に配される爪部２３Ｂの先端部が径方向外側に弾性変形する。

また、例えば図４に示すように、出力軸３及び回転軸５Ｂの軸線Ｏ１，Ｏ２が互いに傾斜している場合には、前述と同様に複数の爪部２３が筒状挿入部２１に対して弾性変形することで傾斜を吸収することもできるが、カップリング部材７が揺動することでも傾斜を吸収することができる。
すなわち、この実施形態のカップリング部材７では、複数の爪部２３が円弧状に形成されているため、複数の爪部２３がスプライン溝３５に挿入された状態を保持しながら、円弧形状の曲率中心Ｃ１を中心としてカップリング部材７を滑らかに揺動させることができる。したがって、出力軸３の軸線Ｏ１に対する回転軸５Ｂの軸線Ｏ２の傾斜角度にあわせてカップリング部材７が揺動することで、出力軸３及び回転軸５Ｂの軸線Ｏ１，Ｏ２同士の傾斜を吸収することができる。
なお、出力軸３及び回転軸５Ｂの軸線Ｏ１，Ｏ２が互いに大きく傾斜している場合でも、上述した爪部２３の弾性変形及びカップリング部材７の揺動を組み合わせることで、この大きな傾斜を十分に吸収することができる。

以上説明したように、出力軸３及び回転軸５Ｂの軸線Ｏ１，Ｏ２同士の偏心や傾斜は、爪部２３の弾性変形やカップリング部材７の揺動によって吸収することができるため、互いに連結された出力軸３及び回転軸５Ｂやその軸受部分（例えば被駆動側支持枠１１や駆動側支持枠１３によって支持されている部分）には、偏心や傾斜に基づく応力が発生しない。したがって、カップリング構造１の寿命が低下することを防止できる。また、出力軸３及び回転軸５Ｂの回転に抵抗が生じることもないので、モータの消費電力増加を抑えることもできる。

また、回転軸５Ｂの先端部はカップリング部材７と共に受け部３３内に配置されるため、互いに対向する出力軸３及び回転軸５Ｂの先端部間には隙間が形成されず、カップリング構造１の小型化を図ることができる。
さらに、このカップリング構造１は、出力軸３、回転軸５Ｂ及び１つのカップリング部材７のみから構成されているため、従来と比較してその構成部品点数を削減することができる。そして、回転軸５Ｂをカップリング部材７の筒状挿入部２１に固定すると共に、カップリング部材７の複数の爪部２３を複数のスプライン溝３５に挿入するだけで、簡便に組み立てることが可能となる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば図５に示すように、回転軸５Ｂに対向する受け部３３の先端側には、各スプライン溝３５の底面から径方向内側に突出する突起３７が形成されてもよい。この場合には、爪部２３の先端部がスプライン溝３５に挿入された状態において、爪部２３が受け部３３の先端側から抜け出ることを防止することができる。
なお、この突起３７の突出高さは、カップリング構造１を組み立てる際に各スプライン溝３５に対する爪部２３の位置決めを容易に行うことができるように、スプライン溝３５の深さ寸法よりも小さく設定されることがより好ましい。

また、複数の爪部２３の先端部の外径寸法と複数のスプライン溝３５の内径寸法との差は、上記実施形態のものに限らず、少なくとも複数の爪部２３の先端部が複数のスプライン溝３５に個別に挿入されるように設定されればよい。したがって、複数の爪部２３の先端部の外径寸法は、例えば複数のスプライン溝３５の内径寸法と同等に設定されてもよいし、複数のスプライン溝３５の内径寸法よりも若干小さく形成されてもよい。
また、筒状挿入部２１に対する各爪部２３の相対的な寸法は、上記実施形態のものに限らず、任意の寸法に設定することができる。さらに、筒状挿入部２１に対する各爪部２３の連結位置は、筒状挿入部２１の外周面であれば、軸線Ｏ２方向の任意の位置に設定することができる。ただし、カップリング構造１の小型化を考慮すれば、軸線Ｏ２に沿うカップリング部材７の全長が小さくするように、各爪部２３は筒状挿入部２１の閉塞端に連結されることが最も好ましい。

また、上記実施形態においては、カップリング部材７の各爪部２３が円弧状に形成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも各爪部２３が回転軸５Ｂの径方向外側に延びると共に、各爪部２３の延出方向の先端側が回転軸５Ｂの突出方向の反対方向に延びていればよい。したがって、各爪部２３は、例えば図６に示すように、その延出方向の基端部２３Ｃが回転軸５Ｂの径方向外側にのみ延びて形成され、延出方向の先端部２３Ｄが回転軸５Ｂの径方向外側に延びると共に回転軸５Ｂの突出方向の反対方向に延びるように直線状に形成されていてもよい。この構成の場合でも、爪部２３の基端部２３Ｃに対して先端部２３Ｄを容易に弾性変形させることができるため、出力軸３及び回転軸５Ｂの軸線Ｏ１，Ｏ２の偏心や傾斜を吸収することが可能である。

さらに、回転軸５Ｂの先端部の形状、及び、これに対応する筒状挿入部２１の内面形状は、上記実施形態のものに限らず、回転軸５Ｂ及びカップリング部材７が相対的に回転することを防止できる形状に形成されていればよい。すなわち、軸線Ｏ２に直交する回転軸５Ｂの先端部の断面形状は、例えば多角形状に形成されてもよいし、星型形状や十字形状に形成されてもよい。
また、受け部３３は円筒状に形成されるとしたが、少なくともカップリング部材７を挿入でき、また、爪部２３の先端側を挿入できるスプライン溝３５が形成可能な筒状に形成されていればよい。したがって、受け部３３は例えば多角形の筒状に形成されてもよい。

さらに、上記実施形態においては、本願発明のカップリング構造１をモータの出力軸３とポテンショ抵抗５の回転軸５Ｂとを連結する構造に適用して説明したが、これに限ることはなく、任意の２つの回転軸を同期して回転させるように連結するカップリング構造に適用することが可能である。

本発明の一実施形態であるカップリング構造を示す断面図である。 図１のカップリング構造を構成する出力軸、回転軸及びカップリング部材を相互に分離した状態を示す拡大斜視図である。 図１のカップリング構造において、出力軸及び回転軸の軸線が偏心した状態を示す拡大断面図である。 図１のカップリング構造において、出力軸及び回転軸の軸線が互いに傾斜した状態を示す拡大断面図である。 本発明のカップリング構造を構成するカップリング部材の変形例を示す拡大断面図である。 本発明のカップリング構造を構成する受け部の変形例を示す拡大断面図である。 従来のカップリング構造の一例を示す平面図である。

符号の説明

１ カップリング構造
３ 出力軸（第２回転軸）
５Ｂ 回転軸（第１回転軸）
７ カップリング部材
２１ 筒状挿入部
２３ 爪部
３３ 受け部
３５ スプライン溝
Ｏ１ 出力軸３の軸線
Ｏ２ 回転軸５Ｂの軸線

Claims (1)

1. 互いに向かい合う方向に突出する２つの回転軸と、これら２つの回転軸が同期して回転するように前記２つの回転軸を連結するカップリング部材とを備え、
   該カップリング部材が、第１回転軸の先端部を挿入して固定する筒状挿入部から、前記第１回転軸の径方向外側に突出する複数の爪部を、前記第１回転軸の軸線回りに配列して構成され、
   各爪部が、前記筒状挿入部に対して弾性変形可能とされると共に、少なくともその延出方向の先端側が前記第１回転軸の突出方向の反対方向に延びるように形成され、
   前記第１回転軸に対向する第２回転軸の先端側は、前記カップリング部材を配置する受け部とされ、
   当該受け部には、前記爪部の先端部を前記第２回転軸の軸線方向に挿入するスプライン溝が複数形成され、
   前記複数の爪部の先端部が前記複数のスプライン溝に個別に挿入された状態で、前記カップリング部材が前記受け部に係合し、
   さらに、前記複数の爪部は、それぞれ前記第１回転軸の軸線を起点とした円弧状に形成されていることを特徴とするカップリング構造。
   

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