JP5125841B2 - キー継手 - Google Patents

Description

本発明は歯車、ベルト車などの回転部材をキーにより軸に結合してトルク伝達を行うキー継手に関する。

回転部材をキーにより軸に結合しトルク伝達を行うキー継手にあっては、回転部材のボス孔の内周部および軸の外周部にそれぞれ軸方向に延びるキー溝を形成し、回転部材のボス孔を軸に嵌合した状態で、それら回転部材と軸のキー溝に１本のキーを挿入する構造のものが一般的である。

この一般的なキー継手では、キーとキー溝との間に若干の遊び（がた）があって、これに起因して回転方向にがたつくことがある。そこで、特許文献１では、サーボモータの駆動軸にギヤ機構の入力軸を結合する場合、入力軸に連結筒を設け、この連結筒に直径方向に連結孔とねじ孔を設け、駆動軸の先端に横孔を設け、駆動軸の先端を連結筒に挿入して横孔を連結孔にあわせ、通しボルトを挿入してねじ孔に締着し、通しボルトの先端にロックナットを締着する構成を提案している。
この特許文献１のキー継手では、駆動軸と連結筒とを通しボルトで強く締着するので、回転方向の遊びがない、という効果が得られるとしている。
特開平７−７１４６５号公報

特許文献１の連結筒と駆動軸のような嵌合は、通常、組み付け性を考慮して、「すきまばめ(遊合)」または「とまりばめ（滑合）」が採用される。このような嵌合方式（はめあい方式）では、はめあわせた部分に隙間が生ずる場合がある（すきまばめでは必ず生ずる）ので、特許文献１のキー継手では、連結筒と駆動軸とが心ずれを起こすことがある。また、通しボルトで連結筒と駆動軸とを締着する構成であるため、通しボルトの頭とロックナットとが連結筒の外周から外へ突出するようになり、歯車のような外周に回転伝達用の要素が存在する部品には特許文献１のキー継手構造は採用することができない。

特に、ロボットにおいて、サーボモータの回転をベルト伝動機構によってアームに伝えて旋回運動させるような場合には、アームの動きを高精度に保つために、サーボモータの回転軸にベルト車をできる限り心ずれのない状態で結合しなければならない上、回転軸とベルト車との間に回転の遊びがあってはならない。更に、最近では、ロボットの小型化が推進されており、回転する部材の外周にボルトの頭などが突出すると、小型化を阻害する要因となるので、回転部材の外周から突出する部分のないキー継手としたいという要望もあり、これらを実現できるキー継手の出現が望まれている。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、回転方向の遊びを抑制し、しかも、高い同心精度が得られ、回転部材の外周からの突出部分もない、といった優れたキー継手を提供するところにある。

請求項１の発明では、軸の先端部の嵌合部に径方向に延びる溝を形成し、軸の嵌合部に嵌合される回転部材に、前記溝に連続する当該溝と等幅の凹部を形成し、棒状のキーを軸の嵌合部の溝と回転部材の凹部とに圧入する構成であるので、軸と回転部材とは、キーによって回転方向の遊びのない状態で結合される。また、軸の嵌合部は、その溝内にキーを圧入する際に径方向外側に拡がり、嵌合部が嵌合されている回転部材のボス孔の内周面に圧接されるようになる。これにより、軸と回転部材とが同心状となって心ずれが防止される。しかも、軸と回転部材とを結合するキーが径方向外側に突出することがない。

請求項２の発明では、軸の嵌合部に径方向に延びる凸部を形成し、嵌合部に嵌合される回転部材に、嵌合部の凸部に連続するように、当該凸部と等幅の突起部が残るようにして円形の径大凹部を形成し、キーを円形状にして当該キーに径方向に延びる溝を形成し、キーの溝内に軸の嵌合部の凸部と回転部材の突起部とを圧入するようにしてキーを回転部材の円形凹部内に圧入する構成であるので、軸と回転部材とは、キーによって回転方向の遊びのない状態で結合される。また、キーを回転部材の円形凹部内に圧入することによって回転部材の突起部が軸の凸部に圧接するように変形するため、回転部材が軸の嵌合部と同心状となって両者の心ずれが防止される。しかも、請求項１と同様に、軸と回転部材とを結合するキーが径方向外側に突出することがない。

請求項３の発明は、請求項２の円形状のキーに代えて、嵌合部に回転部材のボス孔を嵌合した状態で、連続する凸部および突起部によって、三日月状の分割凹部に二分された径大凹部の当該各分割凹部内に圧入される２個の半円状の分割キーとしたので、請求項２と同様の作用効果を得ることができる。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明を産業用のロボットに適用した第１の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図５に示すようにロボット装置１は、垂直多関節型のロボット本体２と、このロボット本体２を制御する制御装置３と、この制御装置３に接続されティーチング作業を行なう際に使用するティーチングペンダント４とから構成されている。

ロボット本体２は、例えば６軸の垂直多関節型のものとして構成され、ベース５と、このベース５に水平方向に旋回可能に支持されたショルダ部６と、このショルダ部６に上下方向に旋回可能に支持された下アーム７と、この下アーム７に上下方向に旋回可能に支持された第１の上アーム８と、この第１の上アーム８の先端部に捻り回転可能に支持された第２の上アーム９と、この第２の上アーム９に上下方向に回転可能に支持された手首１０と、この手首１０に回転（捻り動作）可能に支持されたフランジ１１とから構成されている。

ベース５を含め、ショルダ部６、下アーム７、第１の上アーム８、第２の上アーム９、手首１０、フランジ１１は、ロボットにおけるリンクとして機能し、ベース５を除く各リンクは、下段のリンクに対し回転関節によって回転可能に連結されている。なお、最先端のリンクであるフランジ１１には、ワークを把持する図示しないハンドが取り付けられるようになっている。

ベース５を除く各リンク６〜１１は、モータの回転を減速して出力するアーム駆動装置によって回転駆動される。各リンク６〜１１のアーム駆動装置は、前段のリンク内に収容されている。例えば、第１の上アーム８のアーム駆動装置は、前段のリンクである下アーム７内に収容されており、モータ１２の回転をベルト伝動機構１３を介して図示しない減速機構に伝達し、この減速機構の出力回転によって第１の上アーム８を回転駆動するようにしている。

上記ベルト伝動機構１３は、駆動プーリ１４、従動プーリ１５、ベルト１６から構成される。駆動プーリ１４は、モータ１２の回転軸１７に取着され、従動プーリ１５は図示しない減速機構の入力軸１８に取着されている。そして、駆動プーリ１４と従動プーリ１５とに、前記ベルト１６が巻きかけられている。

このベルト伝動機構１３において、駆動プーリ１４はモータ１２の回転軸１７に対し、従動プーリ１５は減速機構の入力軸１８に対し、それぞれ同心に、且つ、がたなく結合されることが好ましい。ここで、モータ１２の回転軸１７に対する駆動プーリ１４の結合、減速装置の入力軸１８に対する従動プーリ１５の結合は、共にキー継手によってなされるが、本発明のキー継手を、この駆動プーリ１４および従動プーリ１５を回転軸１７および入力軸１８に結合する場合に適用して説明する。ただし、両者のキー継手は同一構成であるので、以下では、回転軸１７に対する駆動プーリ１４のキー継手の構成についてのみ説明し、減速機構の入力軸１８に対する従動プーリ１５のキー継手構成については説明を省略することとする。

本発明の軸に相当する回転軸１７は、図３に示すように、先端部に若干径小の嵌合部１９を有しており、この断面円形の嵌合部１９の先端面には、回転中心を通って径方向に延びる溝２０が形成されている。一方、本発明の回転部材に相当する駆動プーリ１４は、回転中心部分であるボス部２１に、回転軸１７の嵌合部１９に嵌合される円形のボス孔２２を有している。この場合、嵌合部１９とボス孔２２とのはめあいは、「すきまばめ(遊合)」または「とまりばめ（滑合）」が採用される。

また、駆動プーリ１４のボス孔２２の周囲部のうち径方向に対向する二部位には、嵌合部１９の溝２０と等幅で深さも等しい凹部２３が形成されている。この２つの凹部２３は、ボス孔２２を嵌合部１９に嵌合したとき、当該嵌合部１９の溝２０の両端に連続する。また、ボス部２１の軸方向長さと、嵌合部１９の軸方向長さとは、同寸法に設定されており、したがって、ボス部２１を嵌合部１９に嵌合したとき、図４に示すように、嵌合部１９の先端面とボス部２１の端面とは面一となり、且つ、溝２０と凹部２３の底面もまた面一に連なるようになる。

キー継手のキー２４は、回転軸１７の嵌合部１９の溝２０内および駆動プーリ１４のボス部２１の凹部２３内に挿入されて回転軸１７と駆動プーリ１４とを一体回転するように結合するためのもので、角棒状をなしている。このキー２４の幅寸法Ｗｂは、溝２０および凹部２３の幅寸法Ｗｃよりも若干大きく、溝２０および凹部２３に対して「しまりばめ（静合）」となってキー２４が溝２０および凹部２３に圧入されるようにしている。また、キー２４の厚さ寸法Ｄｂは、溝２０および凹部２３の深さ寸法Ｄｃと同等となるように設定され、キー２４を溝２０および凹部２３内に圧入したとき、図１および図２に示すように、キー２４と嵌合部１９およびボス部２１とが面一になるようにしている。

上記構成において、回転軸１７に駆動プーリ１４を結合するには、まず、図４に示すように、駆動プーリ１４のボス孔２２を回転軸１７の嵌合部１９に嵌合する。この嵌合は、ボス孔２２の内径寸法と嵌合部１９の外径寸法とが、「すきまばめ(遊合)」または「とまりばめ（滑合）」となるように設定されていることにより、楽に作業性良く行うことができる。
嵌合後、駆動プーリ１４を嵌合部１９に対し回動操作し、ボス孔２２の両側にある凹部２３が嵌合部１９の溝２０と一直線に並ぶようにする。この状態で、図１および図２に示すように、キー２４を溝２０および凹部２３内にキー２４を圧入する。

このようにキー２４を圧入するので、キー２４の外側面と溝２０の内側面との間、およびキー２４の外側面と凹部２３の内側面との間に隙間が生ずることはない。このため、回転軸１７と駆動プーリ１４とが回転方向にがたを生ずることなく結合される。

同時に、溝２０内へのキー２４の圧入により、嵌合部１９の溝２０の両側部分が径方向に押し拡げられ、この結果、嵌合部１９の外周部の両側（溝２０と直交する径方向の両側）部分が駆動プーリ１４のボス孔２２の内周面に圧接するようになる。このため、ボス孔２２の内径寸法と嵌合部１９の外径寸法とが、「すきまばめ(遊合)」または「とまりばめ（滑合）」で、両者の間に僅かな隙間が生ずることがあっても、その隙間は上記の嵌合部１９の径方向両側の円弧状部分がボス孔２２の円弧状内周面に強く押し付けられることによって埋められ、径方向のがたを生じないようになされる。しかも、嵌合部１９の溝２０と直交する径方向両側部分がボス孔２２の内周面に強く押し付けられることによって、嵌合部１９とボス孔２２とが同心、換言すれば、回転軸１７と駆動プーリ１４とが同心となるように両者の位置関係が自動調整されるので、駆動プーリ１４が回転軸１７に同心に保持された状態で一体化される。

このように本実施形態によれば、キー２４を溝２０および凹部２３内に圧入することによって、駆動プーリ１４と回転軸１７とを、同心に、且つ回転方向にがたを生ずることなく、両者が一体に回転するように結合することができる。しかも、駆動プーリ１４の外周から径方向外側に突出する部分がないので、突出部分を見込んで他部材を駆動プーリ１４から離して配置するなどの配慮をしなくとも済み、下アーム７の大型化を回避できる。

＜第２の実施形態＞
図６〜図８は本発明の第２の実施形態を示す。この実施形態は上述の第１の実施形態と同様に、駆動プーリ１４および従動プーリ１５を回転軸１７および入力軸１８に結合するキー継手に適用したもので、ここでも、具体的説明は、駆動プーリ１４を回転軸１７に結合する場合について行う。

図７に示すように、嵌合部１９の先端面には、回転中心を通って径方向に延びる凸部２５が形成されている。一方、駆動プーリ１４のボス部２１の軸方向両端部のうち、嵌合部１９に嵌合したとき、嵌合部１９の先端側となる側の端部に、ボス孔２２の内径を拡大するようにして円形の径大凹部２６が形成されている。この場合、径大凹部２６は、ボス孔２２を嵌合部１９に嵌合したとき、嵌合部１９の凸部２５の両端に一直線状に連なる二部位に、当該凸部２５と等幅の突起部２７が残るようにして形成されている。なお、突起部２７の内側の端面は、嵌合部１９の凸部２５の両端面と同心の円弧凹面２７ａに形成されている。

一方、キー２８は、円形をなし、一端側に、中心を通って一直線状に延びる溝２９が形成されている。キー２８の外径は、嵌合部１９の径大凹部２６に対し、「しまりばめ（静合）」となるような寸法に設定されている。また、溝２９の幅は、凸部２５および突起部２７に対し、「しまりばめ（静合）」となるような寸法に設定されている。これにより、キー２８は、溝２９内に凸部２５および突起部２７を圧入させながら、自身は径大凹部２６内に圧入力されるように構成されている。

上記構成において、駆動プーリ１４を回転軸１７に結合するには、まず、駆動プーリ１４のボス孔２２を回転軸１７の嵌合部１９に嵌合する。そして、駆動プーリ１４を回転軸１７に対して回動操作し、２個の突起部２７が回転軸１７の凸部２５の両端に一直線状に連続するように位置させる。この状態で、キー２８を駆動プーリ１４の径大凹部２６内に圧入しながら、溝２９内に嵌合部１９の凸部２５を圧入させる。

このキー２８の溝２９内に回転軸１７の凸部２５と駆動プーリ１４の突起部２７とが圧入されることにより、駆動プーリ１４と回転軸１７とが回転方向のがたなく結合される。また、駆動プーリ１４の径大凹部２６内にキー２８が圧入されることにより、嵌合部１９の凸部２５および駆動プーリ１４の２個の突起部２７が細身になるように変形し、そして、互いに接触して押し合うようになる。なお、この凸部２５および２個の突起部２７変形方向を図９に矢印で示した。このため、嵌合部１９の凸部２５および駆動プーリ１４の２個の突起部２７との間に僅かな隙間があっても、その隙間は埋められるようになり、これにより、駆動プーリ１４が回転軸１７と同心になるように両者の位置関係が自動調整される。なお、図９では、凸部２５と２個の突起部２７との間の隙間は誇張して描かれている。

＜第３の実施形態＞
図１０は本発明の第３の実施形態を示す。この実施形態は上述の第２の実施形態の変形例に相当するもので、第２の実施形態との相違は、キー３０を、２個のほぼ三日月形の分割キー３０ａ，３０ｂから構成したところにある。この２個の分割キー３０ａ，３０ｂは、第２の実施形態におけるキー２８を、溝２９により、その両側部分を分離分割した形態のものである。これら分割キー３０ａ，３０ｂは、駆動プーリ１４のボス孔２２を回転軸１７の嵌合部１９に嵌合したとき、連続する凸部２５と２個の突起部２７によって二分割された径大凹部２６の三日月形の分割凹部２６ａ，２６ｂ内に圧入されるようになっている。
このように構成しても、上述の第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜その他の実施形態＞
本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、次のような拡張或いは変更が可能である。
第１の実施形態において、キー２４を回転軸１７側にねじ止めするようにしても良い。
同様に、第２の実施形態におけるキー２８、第３の実施形態における分割キー３０ａ，３０ｂを回転軸１７側にねじ止めするようにしても良い。

本発明のキー継手の構造は、回転軸１７に駆動プーリ１４を取り付けたり、減速装置の入力軸１８に従動プーリ１５を取り付けたりする場合に限らず、軸に歯車を取り付ける場合などに適用しても良く、更には、ロボット装置に限られず、軸にこれと一体回転するように回転部材を取り付ける場合に広く適用できる。

本発明の第１の実施形態を示す要部の斜視図 要部を示すもので、（ａ）は図１のア−ア線に沿う断面図、（ｂ）は図１のイ−イ線に沿う断面図 要部の分解斜視図 回転軸に駆動プーリを嵌合した状態の斜視図 ロボット装置の斜視図 本発明の第２の実施形態を示す図１相当図 図３相当図 図４相当図 作用を説明するための要部の正面図 本発明の第３の実施形態を示す図８相当図

符号の説明

図面中、１４は駆動プーリ（回転部材）、１５は従動プーリ、１７は回転軸（軸）、１８は入力軸、１９は嵌合部、２０は溝、２２はボス孔、２３は凹部、２４はキー、２５は凸部、２６は径大凹部、２７は突起部、２８はキー、２９は溝、３０はキー、３０ａ，３０ｂは分割キーを示す。

Claims (3)

1. 回転部材のボス孔を軸の先端部の嵌合部に嵌合し、前記回転部材をキーによって前記軸に結合するキー継手において、
   前記嵌合部の先端面部に、回転中心を通って径方向に延びる溝を形成し、
   前記回転部材の前記ボス孔の周囲部のうち径方向に対向する二部位に、前記ボス孔を前記嵌合部に嵌合したとき、前記嵌合部の前記溝の両端に連続するようになる、前記溝と等幅の凹部を形成し、
   前記キーを、幅が前記嵌合部の前記溝および前記回転部材の前記凹部の幅よりも大きい棒状に形成し、
   前記嵌合部に前記回転部材の前記ボス孔をすきまばめ又はとまりばめにより嵌合した状態で、前記キーを前記嵌合部の前記溝から当該溝の両端に連続する前記凹部にわたるように、これら溝および凹部に圧入により嵌着する
   ことを特徴とするキー継手。
2. 回転部材のボス孔を軸の先端部の嵌合部に嵌合し、前記回転部材をキーによって前記軸に結合するキー継手において、
   前記嵌合部に、回転中心を通って径方向に延びる凸部を形成し、
   前記回転部材の軸方向両端部のうち、前記ボス孔を前記嵌合部に嵌合したとき前記嵌合部の先端側となる側の端部に、前記嵌合部の前記凸部の径方向両端に連なる二部位に位置する、前記凸部と等幅の突起部が残るように、前記ボス孔の内径を拡大して円形の径大凹部を形成し、
   前記キーを、外径が前記回転部材の前記径大凹部よりも径大で、且つ、一端面側に、前記回転部材の前記ボス孔を前記嵌合部に嵌合したとき連続する前記突起部および前記凸部が嵌合されるこれら突起部および凸部の幅よりも幅狭の溝を有した円形状に形成し、
   前記嵌合部に前記回転部材の前記ボス孔をすきまばめ又はとまりばめにより嵌合した状態で、前記キーを、前記径大凹部内に圧入し、且つ前記溝内に前記凸部および前記突起部を圧入して嵌着する
   ことを特徴とするキー継手。
3. 前記溝を有した円形状の前記キーに代えて、前記嵌合部に前記回転部材の前記ボス孔をすきまばめ又はとまりばめにより嵌合した状態で、連続する前記凸部および前記突起部によって、半円状の分割凹部に二分された前記径大凹部の当該各分割凹部内に圧入される２個の三日月状の分割キーとしたことを特徴とする請求項２記載のキー継手。

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