JP5275254B2 - ネジ切りによる軸−ハブ連結 - Google Patents

Description

本発明は、螺旋状のネジ歯を有する、ピニオンとハブ間の軸−ハブ連結の方法並びに軸−ハブ連結及びその応用に関する。

本発明では、「軸−ハブ連結」を一般的な概念として用い、軸には、例えば、ピニオン、ボルト、シャフトなどが含まれ、ハブにはソケット、遊星歯車担体などを含んでいる。

シャフトを有するピニオンを、ネジ切りされた端部又は特殊な凹凸を有する端部を備えたシャフトを収納部の孔に押し込むことにより、ネジ切りされた端部が孔の壁に切り込まれて収納部において固定することは知られている。特許文献１には、そのようなピニオンの固定法が記載されている。しかし、この場合は、ピニオンはハブ連結に関与するネジ部を有しておらず、単にシャフトのみであるため、ピニオンとシャフトの径の比率は極めて大きい。そのような連結において、正確に中心に合せようとするには、ネジ切りされたシャフトの端部を収納部の孔に押し込むと同時に、端部を前後に動かして孔の中心に導く必要がある。

しかし、そのような軸の固定法では、捩じりに対する十分な強度を保持するには、ピニオンとシャフトの径の比率を所定の値とする必要があることが判明している。

独国出願特許公開第１９５１７２５８Ａ１号明細書

本発明は、比較的小径、すなわち１５０ｍｍ未満の径の螺旋状のネジ部を有するピニオンとハブとを、遊びなく正確に固定すると同時に耐捩じり性の高い連結の方法を完成することを目的としている。更に、適切なピニオン−ハブ連結を提示することも目的としている。

最初の目的は、ハブとの連結に、ピニオンの螺旋状のネジ部の端部のハブに食込むネジ歯を軸方向に整列させて、切削工具として装着することにより簡単に解決される。

ピニオンの螺旋状のネジ部の端部とハブとの連結は、端部をハブ内に圧入するか挿入する。すなわち、段部の螺旋状のネジ部にピッチがるので回転させて圧入又は挿入する。この場合、ピニオンのネジ部の端部の側面を軸方向にして強制的に中心合わせをすることにより、軸方向に整列された連結が得られる。ピニオンのネジ部の端部の自由端を中心ボルトによりハブ内において回転可能に配置すると、回転運動の中心への案内にかかわらず、回転させての圧入がし易くなる。

端部の自由端面にアンダーカットされた切断面を付加すると、ピニオンのネジ部の切断工具として装着された端部の噛み合う食込みが簡単にできる。この場合のアンダーカット角は７．５°が効果的であるが、０〜１５°の間でもよい。

第二の目的の解決には、螺旋状のネジが切られたピニオンとハブとを連結することを提案する。螺旋状のネジ部を有するピニオンの端部を圧入又は挿入することによって、ハブと軸方向に整列してしっかりと連結することを特徴としている。

構造上、ピニオンの螺旋状のネジ部の端部は、軸方向に案内されるように、その自由端面に同軸に中心ボルトを備えると共に端部の直径を、ピニオンの残余のネジ部よりも僅かに小さく形成してもよい。

ハブが連結用に段付孔を備えている場合には、案内部材を投入する。段付孔は、導入部を第一部分、連結部及び中心部を第二部分として形成することは目的に適っている。これらの部分は、それぞれが異なった軸方向の長さを有し且つ圧入方向に対してそれぞれの内径が小さくなるように形成されている。

ハブの段付孔の導入部は、連結の際に第一の案内部材として作用し、その軸方向の長さは隣接する部分よりも短く形成され、ピニオンのネジ部の端部の径に相当する内径を有している。

ハブの段付孔の連結部の軸方向の長さは、ほぼピニオンのネジ部の端部の長さから導入部の長さを減じた長さに相当し、内径はピニオンのネジ部の端部の直径よりも僅かに小さく形成されているので、端部は遊びが無くしっかりと食い込んでハブ内に保持されている。

連結部に続く中心部は、ピニオンの端部の自由端に同軸に備えられた中心ボルトの寸法に相当する寸法を有している。

ピニオンの端部が、ハブの段付孔の連結部に簡単に食込めるように、ピニオンの螺旋状のネジ部の端部の自由端には、自由端に対して０〜１５°、特に７．５°のアンダーカット角を有する切断面を備えてもよい。

冒頭に述べた軸−ハブ連結の方法は、直径が１５０ｍｍ未満、特に５０ｍｍ未満、好ましくは２０ｍｍ未満のピニオン−ハブ連結に用いるのに適している。この寸法の回転トルクを伝達する完全な軸、すなわち区分されていないピニオン及びピニオン・シャフトでは、捩りが高負荷でも、段付軸のような切欠け応力が生成しない。

更に、ピニオンの螺旋状のネジ部の端部が円筒状で−５°〜５°の正又は負の逃げ角α_１、α_２を備えていることも本発明の範囲である。そのために、食込み又は食込み工程が最適されるか又は影響されるように、端部はピニオン本体から先細り又は末広がりの円錐状とする。先細りの場合には、食込み力は最小化される。末広がりの場合には、食込み力は、最初は僅かであるが、食込み及び圧入されるに従って逃げ角に応じて連続的に増大していく。

ピニオンの端部がハブの段付孔に完全に挿入された状態を示す一実施例の断面図 ピニオンの端部がハブの段付孔に完全に挿入された状態を示す別の実施例の断面図

以下、図面に基づいて、本発明による実施例を説明する。

図１に示すハブ−ピニオン連結１において、端部３を有するピニオン２は螺旋状のネジ部４を備え、ハブ６の段付孔５内へ押圧されている。端部３はその先端に同軸に中心ボルト７を有し、該ボルトは、凹部８を通して、端部３の自由端面３．１に接している。端部３と残余のネジ部との間の凹部９により切欠き応力を回避できる。

ピニオン２の螺旋状ネジ部材４の端部３の自由端面３．１には、約７．５°のアンダーカット角１１を有する切断面１０が備えられている。そのため、端部３は、一種の切断工具として作用する。

ハブ６の段付孔５は、導入部１２、連結部１３及び中心部１４から構成されている。導入部１２は、軸方向の長さが連結部１３の長さの約３０％であり、内径が端部３の直径に適合する。導入部１２の軸方向の長さは、ピニオン−軸の寸法比に応じて２５〜３５％の値となる。導入部１２は、少なくとも２ケ所における中心合わせの考えに反する。すなわち、本実施例では、連結部１３へと端部３を挿入する際に、切断面１０を利用して、ピニオン２を中心ボルト７の近辺へ強制的に導入することにより、ピニオン２とハブ６は軸方向に確実に連結される。

段付孔５の連結部１３の軸方向の長さは、端部３の軸方向の長さとほぼ同じである。連結部１３の内径は、端部３の頭部の直径よりも僅かに（５〜１０％、好ましくは７％）小さく形成されるので、十分な肉部が形成され、端部３の螺旋状ネジ部を食い込ませることが可能となる。

連結部１３に続いて中心ボルト７の寸法に相当する、中心部１４が形成され、中心ボルト７と中心部１４の間で回転運動が出来るように調整代を有している。同時に、中心ボルト７により、ピニオン２とハブ６の間が密閉される。

本発明によるピニオン−ハブ連結１は、以下のように行われる。中心ボルト７を中心部１４内へと挿入すると同時に、導入部１２内へ端部３を挿入してピニオン２が段付孔５内へと挿入される際に、切断面１０により端部３が連結部１３の内壁に食い込む。軸方向への押し込み、すなわち、軸方向への押圧工程は、切断工具として作用するピニオン２の端部３が段付孔５内に没入されるまで、螺旋状ネジを有するピニオン２を反時計方向に回転させる。

上述の方法及びピニオン−ハブ連結により、特に螺旋状ネジと相俟って、ハブがほぼ完全に円筒状であるためハブ内に、ピニオンが遊び無く固定され確実に回転を伝える連結が得られ、（螺旋状ネジにより）軸方向の力を含む回転トルクが高められて伝達される。本発明では、噛み合いによる連結と異なって、精密に規定、加工された螺旋状ネジ形状、特に遊びが無く段付の軸−ハブ連結により、より正確な連結が可能となり、ハブのせん断又は脱落の恐れが無くなるとの利点がある。

本発明では、螺旋状ネジ部４は連結された端部３と共にピニオン２全体を通して形成されている。端部３とピニオン２の間に凹部９を備えてよいが、必ずしも必要ではない。

螺旋状ネジ部４は、その角度が中心軸Ｍに対して１〜３０°、好ましくは、６〜１４°に設定する。螺旋状ネジ部４の外周部は、ピニオン２域も端部３域も円筒状に形成されている。

本発明を使用して、端部３域の螺旋状ネジ部材、特にその外周部は図２に示すように、正又は負の逃げ角α_１、α_２を備えていることが好ましいことが判明した。負の逃げ角α_１は、０〜−５°で、正の逃げ角α_２は０〜５°である。従って、外周部は、ピニオン２に向かって先細りの円錐又は外側に向かって末広、すなわち中心ボルト７に向かって先細りの円錐でもよい。このようにして、食い込み、特に食い込み工程及び押圧工程の影響を除去できるので、始動する力及び押圧力を最小化でき、最初に食い込みを最適化できる。

負の逃げ角の構成でも、食い込みを最適化できる。これも本発明の範囲である。

１ ハブ−ピニオン連結
２ ピニオン
３ 端部
３．１ 自由端面
４ ネジ部
５ 段付孔
６ ハブ
７ 中心ボルト
８ 凹部
９ 凹部
１０ 切断面
１１ アンダーカット角
１２ 導入部
１３ 連結部
１４ 中心
α_１ 逃げ角
α_２ 逃げ角
β ネジ角
Ｍ 中心軸

Claims (28)

1. 螺旋状の歯を有するピニオンとハブ間の軸−ハブ連結の方法であって、
   ピニオン（２）の螺旋状のネジ部（４）の端部（３）は、ハブとの連結に際して、端部（３）のネジ歯を軸方向に整列させてハブに食込む切削工具として装着されることを特徴とする軸−ハブ連結方法。
2. 切削工具として装着される端部（３）は、少なくとも１回又は２回ハブ内に圧入又は挿入されることを特徴とする請求項１に記載の軸−ハブ連結方法。
3. 切断工具として装着されたピニオン（２）のネジ部（４）の端部（３）は、ハブ（６）内の螺旋状のネジ歯のフランクに沿って回転されて、圧入又は挿入されることを特徴とする請求項２に記載の軸−ハブ連結方法。
4. 切断工具として装着されるピニオン（２）のネジ部（４）の端部（３）は、拘束されながら案内されてハブとの連結されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の軸−ハブ連結方法。
5. ピニオン（２）のネジ部（４）の端部（３）は、その外面を介してハブと連結されることを特徴とする請求項４に記載の軸−ハブ連結方法。
6. ピニオン（２）がハブ（６）の孔（５）に挿入されて、ピニオン（２）のネジ部（４）の端部（３）の自由端は、中心ボルト（７）によりハブ（６）に装着されてハブ（６）と連結されることを特徴とする請求項５に記載の軸−ハブ連結方法。
7. ピニオン（２）のネジ部（４）の端部（３）の自由端面（３．１）に回転する切断面（１０）が付加されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の軸−ハブ連結方法。
8. 回転する切断面（１０）は、１５°未満のアンダーカット角を有することを特徴とする請求項５に記載の軸−ハブ連結方法。
9. 端部（３）を孔（５）に食込ませる前か又は食込み中にハブ（６）を加熱することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の軸−ハブ連結方法。
10. 螺旋状のネジ歯を有するピニオンとハブ間の軸−ハブ連結であって、
    ピニオン（２）は、そのネジ部（４）に端部（３）と共に軸方向に整列され該ハブ内にしっかりと切込まれていることを特徴とする軸−ハブ連結。
11. ピニオン（２）は、そのネジ部（４）の端部（３）と共にハブ（６）内へと圧入又は挿入されていることを特徴とする請求項１０に記載の軸−ハブ連結。
12. ピニオン（２）のネジ部（４）の端部（３）は、その自由端に同軸に中心ボルト（７）を備えていることを特徴とする請求項１１に記載の軸−ハブ連結。
13. ピニオン（２）のネジ部（４）の端部（３）の直径は、ピニオン（２）の残余のネジ部（４）の直径よりも僅かに小さく形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の軸−ハブ連結。
14. ピニオン（２）のネジ部（４）の端部（３）とピニオン（２）の残余のネジ部（４）との間並びに中心ボルト（７）との間にはそれぞれ凹部（８又は９）が備えられていることを特徴とする請求項１３に記載の軸−ハブ連結。
15. ピニオン（２）のネジ部（４）の端部（３）の自由端面（３．１）には、回転する切断面（１０）が備えられていることを特徴とする請求項１０ないし請求項１４のいずれか１項に記載の軸−ハブ連結。
16. 回転する切断面（１０）は、自由端面（３．１）に対し、１５°未満のアンダーカット角（１１）であることを特徴とする請求項１５に記載の軸−ハブ連結。
17. ピニオン（２）のネジ部（４）の端部（３）を収納するために、ハブ（６）に段付孔（５）が備えられていることを特徴とする請求項１０ないし請求項１６のいずれか１項に記載の軸−ハブ連結。
18. 段付孔（５）の個々の段は、第一部としての導入部（１２）、第二部としての連結部（１３）及び中心部（１４）により形成され、これらの段はそれぞれ異なった軸方向の長さを備え且つそれぞれの内径も異なっていることを特徴とする請求項１７に記載の軸−ハブ連結。
19. ハブ（６）の段付孔（５）の導入部（１２）の軸方向の長さは、隣接する連結部（１３）より短く形成され、その内径はピニオン（２）のネジ部（４）の端部（３）の直径に相当することを特徴とする請求項１８に記載の軸−ハブ連結。
20. 中心ボルト（７）と並んで、段付孔（５）の導入部（１２）は、ピニオン（２）の中心合わせに供されることを特徴とする請求項１９に記載の軸−ハブ連結。
21. 段付孔（５）の連結部（１３）の軸方向の長さは、ピニオン（２）のネジ部（４）の端部（３）の長さから段付孔（５）の導入部（１２）の長さを減じた長さにほぼ相当することを特徴とする請求項１９に記載の軸−ハブ連結。
22. 段付孔（５）の連結部（１３）の内径は、ピニオン（２）のネジ部（４）の端部（３）の直径よりも僅かに小さく形成されていることを特徴とする請求項２１に記載の軸−ハブ連結。
23. 連結部（１３）に隣接した中心部（１４）の寸法は、ピニオン（２）のネジ部（４）の端部（３）の自由端に備えられた中心ボルト（７）の寸法に一致することを特徴とする請求項１８ないし請求項２２のいずれか１項に記載の軸−ハブ連結。
24. ネジ部（４）の螺旋ネジ角（β）は、中心軸（Ｍ）に対し１〜３０°であることを特徴とする請求項１０ないし請求項２３のいずれか１項に記載の軸−ハブ連結。
25. ネジ部（４）の端部（３）の外面はピニオン（２）の外面に対して−５°〜５°の逃げ角（α_１、α_２）を備えていることを特徴とする請求項１０ないし請求項２４のいずれか１項に記載の軸−ハブ連結。
26. 請求項９ないし請求項２２のいずれか１項に記載の軸−ハブ連結を構成するために、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の方法を用いることを特徴とする軸−ハブ連結。
27. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の方法を用いて、螺旋状のネジ歯を有するピニオンとハブ間の軸−ハブ連結であって、１５０ｍｍ未満のピニオン（２）に適用することを特徴とする軸−ハブ連結。
28. 請求項１０ないし請求項２５のいずれか１項に記載の軸−ハブ連結を用いて、螺旋状のネジ歯を有するピニオンとハブ間の軸−ハブ連結であって、１５０ｍｍ未満のピニオン（２）に適用することを特徴とする軸−ハブ連結。

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