JP5493145B2 - 軸の接続部構造 - Google Patents

Description

この発明は、軸とこの軸に接続される被接続部材とを一体回動可能に接続するようになっている軸の接続部構造に関するものである。

従来から、図１２乃至図１３に示すような軸の接続部構造が知られている。

これらの図に示す軸の接続部構造は、被接続部材（歯車）１００のボス１０１の穴１０２内に回転伝達軸１０３が嵌合され、回転伝達軸１０３のピン係合穴１０４内に嵌合された駆動ピン１０５の両軸方向端部が被接続部材１００のピン係合溝１０６，１０６内にそれぞれ係合され、被接続部材１００と回転伝達軸１０３が駆動ピン１０５によって一体回動可能に接続されるようになっている。また、被接続部材１００は、回転伝達部材１０３のピン係合穴１０４内に係合された駆動ピン１０５と回転伝達部材１０３の軸用止め輪取付溝１０７ａに係合された軸用止め輪１０７ｂとによって回転伝達軸１０３の軸心１０８に沿った方向へのスライド移動を規制されるようになっている。なお、被接続部材１００としての歯車の外周側に形成された歯１１０は、図示しない他の歯車の歯と噛み合うようになっている（特許文献１参照）。

このような軸の接続部構造において、図１４（ａ）に示すように、駆動ピン１０５と回転伝達軸１０３のピン係合穴１０４は、駆動ピン１０５をピン係合穴１０４に円滑に係合できるようにするため、ピン係合穴１０４の穴径寸法が駆動ピン１０５の外径寸法よりも大きくなるような寸法関係に設定されている。その結果、被接続部材１００と回転伝達軸１０３が一体に回動して回転伝達する際には、図１４（ｂ）に示すように、駆動ピン１０５がピン係合穴１０４との間に生じる隙間δ１分に対応する角度（θ１）だけ傾き、駆動ピン１０５がピン係合穴１０４の径方向外方側端縁のＰ点で点接触するように当接し、この状態で被接続部材１００側から回転伝達軸１０３側へ動力伝達するか、又は回転伝達軸１０３側から被接続部材１００側へ動力伝達するようになっている。

特開平７−１３３８６１号公報

しかしながら、このような軸の接続部構造において、ピン係合穴１０４を有する回転伝達軸１０３がプラスチックで形成された場合には、駆動ピン１０５がピン係合穴１０４の径方向外方側端縁のＰ点に点接触した状態で動力伝達されると、駆動ピン１０５が点接触するピン係合穴１０４の径方向外方側端縁（Ｐ点）に応力集中を生じ、ピン係合穴１０４の径方向外方側端縁の変形が経時的に増大し、被接続部材１００と回転伝達軸１０３の回動方向への相対的なずれ量が増大する。したがって、このような軸の接続部構造を採用した精密機器においては、回転伝達精度が低下するという問題を生じる。

そこで、本発明は、ピン係合穴を有する回転伝達軸がプラスチックで形成された軸の接続部構造を採用しても、ピン係合穴の弾性的及び塑性的変形を抑え、回転伝達精度の低下を抑えることを目的とする。

請求項１の発明は、被接続部材１，２８の軸穴４内に回転伝達軸３が嵌合され、前記回転伝達軸３のピン係合穴２０内に隙間をもって嵌合された駆動ピン７の両軸方向端部が前記回転伝達軸３の径方向外方へ突出し、前記駆動ピン７の両軸方向端部が被接続部材１，２８のピン係合凹部８内に係合され、前記被接続部材１，２８と前記回転伝達軸３が前記駆動ピン７によって一体回動可能に接続されるようになっている軸の接続部構造に関するものである（図１、図２、図１１参照）。この発明において、前記ピン係合穴２０は、前記回転伝達軸３を径方向に貫通するように形成され、且つ、前記ピン係合穴２０の中心線２１が前記回転伝達軸３の軸心１７に直交するように形成されると共に、前記被接続部材１，２８が前記回転伝達軸３に対して所定角度だけ相対回動した際に、前記駆動ピン７に面接触する受圧面部２２が形成されている（図４乃至図６参照）。また、前記受圧面部２２は、受圧面部形成穴２３を前記ピン係合穴２０の前記中心線２１に対して前記所定角度だけ傾けることによって形成されている（図４乃至図６参照）。また、前記受圧面部形成穴２３の中心線２４が前記回転伝達軸３の軸心１７と交差するようになっている（図５乃至図６参照）。

本発明に係る軸の接続部構造は、駆動ピンが回転伝達軸のピン係合穴に形成された受圧面部に面接触するようになっているため、回転伝達軸と駆動ピンとの接触部分が点接触である従来例に比較し、駆動ピンと回転伝達軸との接触部分に応力集中が生じにくく、ピン係合穴の弾性的及び塑性的変形を抑えることができ、回転を高精度で伝達することが可能になる。

本発明の実施形態に係る軸の接続部構造を示す正面側断面図であり、図２のＡ１−Ａ１線に沿って切断して示す断面図である。 本発明の実施形態に係る軸の接続部構造を示す側面図（図１の右側面図）である。 図３（ａ）は回転伝達軸の平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ２−Ａ２線に沿って切断して示す断面図である。 図３（ａ）の一部を拡大して示す図である。 図４のＡ３−Ａ３線に沿って切断して示す断面図である。 回転伝達時における軸の接続部構造を示す拡大図である。 駆動ピンの回転角度とみかけのねじり剛性増加率との関係を示す図である。 駆動ピンを回転伝達軸に保持するピン固定部材の図である。図８（ａ）はピン固定部材の左側図（図８（ｂ）の左側面図）、図８（ｂ）はピン固定部材の正面図、図８（ｃ）は図８（ｂ）のＡ４−Ａ４線に沿って切断して示す断面図、図８（ｄ）はピン固定部材の平面図（図８（ｂ）のＢ方向から見た図）、図８（ｅ）は図８（ａ）のＡ５−Ａ５線に沿って切断して示す断面図である。 本発明の実施形態の変形例１に係る軸の接続部構造を示す正面側断面図であり、図１０のＡ６−Ａ６線に沿って切断して示す断面図である。 本発明の実施形態の変形例１に係る軸の接続部構造を示す側面図（図９の右側面図）である。 本発明の実施形態の変形例２に係る軸の接続部構造を示す正面側断面図である。 従来の軸の接続部構造を示す分解斜視図である。 従来の軸の接続部構造を示す正面側断面図である。 図１４（ａ）は回転伝達前における従来の軸の接続部構造を示す拡大図であり、図１４（ｂ）は回転伝達時における従来の軸の接続部を示す拡大図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳述する。

図１乃至図６は、本発明の実施形態に係る軸の接続部構造を示すものである。このうち、図１は、軸の接続部構造を示す正面側断面図であり、図２のＡ１−Ａ１線に沿って切断して示す断面図である。また、図２は、本発明の実施形態に係る軸の接続部構造を示す側面図（図１の右側側面図）である。また、図３（ａ）は回転伝達軸３の平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ２−Ａ２線に沿って切断して示す回転伝達軸３の断面図である。また、図４は、図３（ａ）の一部を拡大して示す図である。また、図５は、図４のＡ３−Ａ３線に沿って切断して示す断面図である。また、図６は、回転伝達時における軸の接続部構造を示す拡大図である。

図１乃至図２に示すように、本実施形態における軸の接続部構造は、被接続部材としての歯車１と回転伝達軸３とが回転伝達軸３に保持された駆動ピン７で一体回動できるように接続されている。この軸の接続部構造において、被接続部材としての歯車１は、径方向中心側の軸支持部２に回転伝達軸３を収容する軸穴４が形成され、外周側に複数の歯５が形成されている。また、この歯車１の一方の側面（図１の右側面）６側には、回転伝達軸３に固定された駆動ピン７と僅かな隙間をもって係合するピン係合凹部８が形成されている。このピン係合凹部８は、軸支持部２から径方向外方側へ向かって平行に延びる一対の径方向リブ１０，１０と、軸支持部２と外周側円筒部１１との間に位置する周方向リブ１２とで仕切られている。また、このピン係合凹部８は、歯車１の一方の側面（図１の右側面）６側に開口し、且つ、軸穴４側に開口しており、回転伝達軸３から径方向外方側へ突出する駆動ピン７の両軸方向端部が歯車１の一方の側面（図１の右側面）６から外方へ出っ張ることがないように収容される深さに形成されている。そして、このピン係合凹部８は、図２に示す歯車１の中心線１３に対して線対称の位置に一対形成されるようになっている。また、この歯車１の一方の側面（図１の右側面）６側から他方の側面（図１の左側面）１４側へ貫通する軸穴４には、歯車１の他方の側面（図１の左側面）１４側から他の回転伝達軸１５が歯車１と一体回動できるように嵌合（例えば、スプライン嵌合）される。そして、このような歯車１は、全体がプラスチック（例えば、ＰＯＭ）又は金属で形成されている。なお、駆動ピン７のうち、回転伝達軸３の径方向外方（図２の上下両方向）へ突出する部分を両軸方向端部として説明する。

図１乃至図５に示すように、回転伝達軸３は、歯車１の軸穴４に嵌合される一方の軸端１６側から軸心１７の延びる方向に沿って肉抜き穴１８が形成されており、全体がプラスチック（例えば、ＰＰＳ）で形成されている。この肉抜き穴１８は、穴径が２段階になっており、回転伝達軸３の軸端１６側の大径穴である第１穴部１８ａと、この第１穴部１８ａよりも小径で且つこの第１穴部１８ａから軸心１７に沿って延びる第２穴部１８ｂとで構成されている。また、回転伝達軸３の一方の軸端１６側には、回転伝達軸３を径方向に貫通するようにピン係合穴２０が形成されている。このピン係合穴２０は、第１穴部１８ａと外周側空間とを径方向に連通するようになっており、その中心線２１が回転伝達軸３の軸心１７に直交するように形成されている。また、このピン係合穴２０は、駆動ピン７の外径ｄよりも僅かに大きな穴径ｄ１に形成され、駆動ピン７が僅かな隙間をもって係合されるようになっている（図６参照）。そして、このピン係合穴２０には、駆動ピン７が回転伝達軸３に対して一方向に相対回動（図５及び図６の右回り方向へ回動）した際に、駆動ピン７と面接触することになる受圧面部２２が形成されている（図４乃至図６参照）。

また、図４乃至図６に示すように、ピン係合穴２０の受圧面部２２は、ピン係合穴２０よりも小径の穴であって、駆動ピン７の外径ｄと同一の内径ｄ２（ｄ＝ｄ２）か、又は、駆動ピン７がしまりばめされる程度の内径ｄ２（ｄ＞ｄ２）に形成された穴（受圧面部形成穴）２３をピン係合穴２０の中心線２１に対して所定角度（本実施形態においては５°）だけ傾けることによって形成され、駆動ピン７が回転伝達軸３に対して一方向に所定角度（本実施形態においては５°）だけ相対回動（図５及び図６の右回り方向へ回動）すると、駆動ピン７に面接触するようになっている。ここで、受圧面部形成穴２３の中心線２４は、回転伝達軸３の軸心１７と交差するようになっている。

図７は、ピン係合穴２０の中心線２１と受圧面部形成穴２３（駆動ピン７）の中心線２４とのなす角（°）を横軸にとり、みかけのねじり剛性の増加率（％）を縦軸にとって示すものである。ここで、みかけのねじり剛性とは、歯車１と回転伝達軸３が駆動ピン７を介して一体回動し、所定トルクの動力を伝達する場合において、歯車１と回転伝達軸３の回動方向への相対変位のし難さをいい、駆動ピン７と回転伝達軸３との接触部分における変形量をも含む歯車１と回転伝達軸３の回動方向への相対変位のし難さをいう。また、みかけのねじり剛性の増加率は、受圧面部２２を形成せず、ピン係合穴２０の径方向外方側端部に駆動ピン７が点接触する場合（図１４（ｂ）の従来例と同様の場合）を比較例（図７において、ピン回転角度０°と表示した例）とすると、この比較例における歯車１と回転伝達軸３の回動方向への相対変位量をα１とし、本実施形態における歯車１と回転伝達軸３の回動方向への相対変位量をα２とすると、｛（α１−α２）／α１｝×１００で表される。

この図７に示すように、本実施形態の軸の接続部構造によれば、比較例に対してみかけのねじり剛性が１８．８％増加する。

なお、図７に示すように、受圧面部形成穴２３をピン係合穴２０の中心線２１に対して一方向に８°，１０°，１５°傾けた場合のいずれもが、本実施形態のみかけのねじり剛性の増加率とほぼ同様の値（１８％以上の増加率）となった。

以上のことから、受圧面部形成穴２３は、ピン係合穴２０の中心線２１に対して５°〜１５°傾けることが好ましい。

図８は、駆動ピン７を回転伝達軸３に保持するピン固定部材２５の図である。この図８に示すピン固定部材２５は、回転伝達軸３の軸端に嵌合されるものであり、プラスチック（例えば、ＰＯＭ）で円筒状に形成され、駆動ピン７にしまりばめされるピン固定穴２６が周方向に１８０°の間隔で一対形成されている（図１，図２及び図６参照）。ここで、ピン固定穴２６の穴径ｄ３は、駆動ピン７の外径ｄよりも僅かに小さく（ｄ３≦ｄ）なるように形成されている。また、ピン固定部材２５は、図１に示すように、回転伝達軸３の軸端に嵌合され、ピン固定穴２６と回転伝達軸３のピン係合穴２０とが合致するように回転伝達軸３に位置合わせされた後に、駆動ピン７が一方のピン固定穴２６から回転伝達軸３のピン係合穴２０及び他方のピン固定穴２６に挿入されると、駆動ピン７を一対のピン固定穴２６，２６で保持し、駆動ピン７が回転伝達軸３のピン係合穴２０から抜け出るのを防止する（図２参照）。そして、図１に示すように、駆動ピン７及びピン固定部材２５が組み付けられた回転伝達軸３が、歯車１の一方の側面６側からＸ方向に沿って移動させられると、ピン固定部材２５が歯車１の軸穴４に嵌合され、駆動ピン７の両軸方向端部のうちのピン固定部材２５から径方向外方へ突出する部分がピン係合凹部８，８に係合される（図２参照）。なお、回転伝達軸３は、駆動ピン７がピン係合凹部８，８の底面８ａに当接するまで軸穴４内に挿入される。これによって、歯車１と回転伝達軸３とが駆動ピン７を介して一体回動できるように接続されることになる。

以上のように構成された軸の接続部構造は、図６に示すように、歯車１が回転伝達軸３に対して右回り方向に所定角度（本実施形態においては５°）だけ回転すると、回転伝達軸３のピン係合穴２０に係合された駆動ピン（図６において２点鎖線で示す駆動ピン）７も歯車１と共に右回り方向に所定角度（本実施形態においては５°）だけ回転し、駆動ピン７がピン係合穴２０の受圧面部２２に面接触する。その結果、本実施形態における軸の接続部構造は、回転伝達軸１０３と駆動ピン１０５との接触部分が点接触である従来例に比較し（図１４（ｂ）参照）、駆動ピン７と回転伝達軸３との接触部分に応力集中が生じにくく、回転伝達軸３のピン係合穴２０の弾性的及び塑性的変形を抑えて、図７に示すようなみかけのねじり剛性を増加させることができ、回転を高精度で伝達することが可能になる。

なお、上記実施形態において、歯車１及び駆動ピン７が回転伝達軸３に対して一方向に相対回動（歯車１及び駆動ピン７が回転伝達軸３に対して図６の右回り方向へ回動）する態様を例示したが、歯車１及び駆動ピン７が回転伝達軸３に対して図６の左回り方向へ回動する場合には、図４において、受圧面部２２が中心線２１の回りに１８０°回転させられた位置に形成されることになる。

また、歯車１及び駆動ピン７が回転伝達軸３に対して正逆方向に相対回動する（図６の右回り方向及び左回り方向へ回動する）場合には、図４において、受圧面部２２が中心線２１の回りに１８０°回転させられた位置にも形成されることになる。すなわち、受圧面部２２は、図４において、軸心１７に対して線対称となるように一対形成されることになる。

また、上記実施形態において、被接続部材としての歯車１は、他の回転伝達軸１５と一体に成形されたものでもよい。

（変形例１）
上記実施形態における軸の接続部構造は、駆動ピン７をピン固定部材２５によって回転伝達軸３に保持する態様を例示したが、図９乃至図１０に示すように、駆動ピン７が回転伝達軸３のピン係合穴２０から抜け出るのを歯車１の周方向リブ１２で抑えることにより、ピン固定部材２５を省略し、回転伝達軸３と歯車１の軸穴４とを直接的に嵌合させるようにしてもよい。これにより、部品点数を削減することができる。なお、本変形例１の説明において、上記実施形態における軸の接続部構造と同様の構成部分については説明を省略
した。

このような本変形例１に係る軸の接続部構造において、ピン係合穴２０の径方向外方側の開口部に面取りを施すことにより、駆動ピン７の先端を回転伝達軸３のピン係合穴２０に挿入する際に、駆動ピン７の先端が面取り部分によってピン係合穴２０に案内されるため、駆動ピン７とピン係合穴２０との係合作業を円滑に行うことが可能になる。

（変形例２）
また、上記実施形態における軸の接続部構造は、被接続部材として歯車１を例示したが、図１１に示すように、カップリング２８を被接続部材として適用してもよい。ここで、図１１に示したカップリング２８は、図１に示した歯車１のうちの周方向リブ１２よりも径方向外方側を省略した形状になっている。なお、本変形例２の説明において、上記実施形態における軸の接続部構造と同様の構成部分については説明を省略した。

本発明に係る軸の接続部構造は、回転伝達軸をプラスチックで形成し、軽量化を図る必要がある装置や機械に広く適用することができる。特に、高精度の回転伝達精度が要求される画像形成装置（プリンタ、複写機、ファクシミリ装置、及びこれらの複合機等）の現像デバイスや感光体ドラム等における軸の接続部構造として適用することにより、高品質の印刷が可能になる。

１……歯車（被接続部材）、３……回転伝達軸、４……軸穴、７……駆動ピン、２０……ピン係合穴、２２……受圧面部、２８……カップリング（被接続部材）

Claims (1)

1. 被接続部材の軸穴内に回転伝達軸が嵌合され、前記回転伝達軸のピン係合穴内に隙間をもって嵌合された駆動ピンの両軸方向端部が前記回転伝達軸の径方向外方へ突出し、前記駆動ピンの両軸方向端部が被接続部材のピン係合凹部内に係合され、前記被接続部材と前記回転伝達軸が前記駆動ピンによって一体回動可能に接続されるようになっている軸の接続部構造であって、
   前記ピン係合穴は、前記回転伝達軸を径方向に貫通するように形成され、且つ、前記ピン係合穴の中心線が前記回転伝達軸の軸心に直交するように形成されると共に、前記被接続部材が前記回転伝達軸に対して所定角度だけ相対回動した際に、前記駆動ピンに面接触する受圧面部が形成されており、
   前記受圧面部は、受圧面部形成穴を前記ピン係合穴の前記中心線に対して前記所定角度だけ傾けることによって形成され、
   前記受圧面部形成穴の中心線が前記回転伝達軸の軸心と交差するようになっている、
   ことを特徴とする軸の接続部構造。

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