JP6143305B2 - リジッドカップリングおよびリジッドカップリングを用いた軸連結方法 - Google Patents

Description

本発明は、２本の軸を同軸に連結するために用いられるすり割り式のリジッドカップリングに関する。さらに詳しくは、すり割りの付いているカップリング部分に対して軸を傾きなく締結ボルトによって締結固定することのできるすり割り式のリジッドカップリングに関する。

すり割り式のリジッドカップリングでは、すり割りを付けたカップリング部分に連結対象の一方の軸を挿入し、この状態で当該カップリング部分を締結ボルトによって締結して、当該カップリング部分に軸を同軸に締結固定している。一般的なすり割り式のリジッドカップリングは、例えば、特許文献１の図４に示されているように、円筒状のカップリング本体、この中心を貫通して延びる一定の内径の円形軸穴、および締結ボルトを備えている。カップリング本体の途中位置には、円周方向に延びる第１スリットが形成されている。また、カップリング本体の一方の端から第１スリットに至るまで、カップリング軸線方向に延びる第２スリットが形成されている。連結対象の軸を円形軸穴に挿入した状態で、締結ボルトによって、第２スリットによって分断されているカップリング本体の部分を締結することで、軸をカップリング本体に同軸に締結固定することができる。

このようなリジッドカップリングは、例えば、減速機等の入力軸にモータ出力軸を同軸に連結する場合に用いられる。特許文献２、３においては、遊星歯車装置の太陽歯車の軸部分が、カップリングの一方の開口端から圧入固定されており、カップリングにおけるスリットが付いている他方の開口端からはモータ出力軸が挿入されて不図示の締結ボルトによって締結固定されるようになっている。

特開２００８−９５９３７号公報 特開２００５−９６１４号公報 特開２０００−１７９６２９号公報

すり割り式のリジッドカップリングにおいて、すり割り付きのカップリング部分の軸穴に挿入して締結ボルトで当該カップリング部分を締結固定した場合に、当該カップリング部分の軸芯に対して軸が傾いてしまうことがある。従来においては、締結ボルトの締め付けによって、軸穴内径に対する軸外径の公差分の軸ずれが生ずるものと考えられていた。本発明者等の解析によれば、このような軸ずれに比べて格段に大きな軸の傾き（倒れ）が生ずることが判明した。高い精度で回転を伝達する必要のある伝達機構等においては、このようなミスアライメントを確実に防止あるいは抑制する必要がある。

本発明の課題は、傾き（倒れ）の無い状態あるいは傾き（倒れ）を可能な限り抑制した状態で、軸を締結固定可能なリジッドカップリングを提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、第１の軸および第２の軸を同軸に連結するリジッドカップリングであって、
筒状のカップリング本体と、
前記カップリング本体に形成され、前記カップリング本体の一方の第１の端面に開口し、連結対象の前記第１の軸の外径よりも大きな内径を備え、前記第１の軸が挿入される円形断面の第１の軸穴と、
前記カップリング本体に形成され、当該カップリング本体の他方の第２の端面に開口している、連結対象の前記第２の軸が挿入される第２の軸穴と、
前記カップリング本体の一部を、カップリング中心軸線の方向に分断している第１スリットと、
前記カップリング本体の一部を、カップリング円周方向に分断している第２スリットと、
前記カップリング本体における前記第１スリットおよび前記第２スリットによって分断されている部分を締め付ける締結具とを有し、
前記第１スリットは、前記カップリング本体の円周方向に沿って所定の角度範囲に亘って延びるスリットであり、
前記第２スリットは、前記カップリング本体における前記第１の端面から前記第１スリットに至る前記カップリング中心軸線の方向に延びるスリットであり、
前記カップリング本体の前記第１の軸穴が形成されている部分は、前記第２スリットが形成されている第１部分と、前記第２スリットが形成されておらず円周方向に連続している第２部分とからなり、前記カップリング中心軸線の方向において前記第１部分と前記第２部分の間に前記第１スリットが位置し、
前記カップリング本体における前記第２スリットが形成されている前記第１部分は、前記締結具を締結すると内径が縮小可能な内周面部分を備えた締め付け部であり、
前記第１の軸穴の内周面において、少なくとも、前記締め付け部の内周面部分に繋がっている前記第２部分の内周面部分には、前記締め付け部の内周面部分に対して、半径方向の外方に逃げた逃がし面が形成されていることを特徴としている。

一般的には、カップリング本体に同一内径の軸穴を形成し、締め付け部の内周面部分以外の軸穴内周面部分を削り出して、それらの全体を逃がし面とすればよい。例えば、締め付け部の軸穴部分の内径に対して、それ以外の軸穴部分の内径を１ｍｍ程度大きくなるように、カップリング本体に軸穴を形成すればよい。

図１Ａは、すり割り式のリジッドカップリングに生ずる軸の倒れを示す説明図である。リジッドカップリング１におけるカップリング本体２の軸穴３に、連結対象の一方の軸５を挿入する。軸５は、カップリング本体２におけるスリット付きの締め付け部４の端面２ａの側から、挿入する。軸５が挿入された状態で、締結ボルト（図示せず）で締め付け部４を締め付ける。

締結ボルトを締め付けると、カップリング本体２は、その締め付け部４の部位から傾く。締め付け部４よりも奥の軸穴３の部分に挿入されている軸５の先端側の部分の外周面５ａに、軸穴内周面部分３ｂが接触する。軸穴内周面部分３ｂによって、軸５をその軸線方向に直交する方向に押し込む力が発生する。この結果、軸５とカップリング本体２の間に、相対的に大きな傾きが発生するものと考えられる。本発明者等の解析によれば、図１Ｂに示すように、締め付け部４の締め付け用軸穴部分の内周面部分３ａに隣接している奥側の軸穴部分の内周面部分３ｃ（図において太線で囲まれている領域）において、大きな接触圧力が軸５との間に発生していることが確認された。

本発明のリジッドカップリングでは、締結具によってカップリング本体を締め付けた際に、軸穴に挿入した軸に対して軸穴内周面の側から接触圧力が加わる内周面部分（図１Ｂの内周面部分３ｃ）に、半径方向の外方への逃がし面を形成してある。逃がし面によって、軸穴内周面部分と軸との間に接触圧力が発生することを回避できる。あるいは、このような接触圧力を大幅に低減することができる。この結果、カップリング本体に締結固定された軸の傾き（倒れ）を防止あるいは抑制でき、軸をカップリング本体に対して精度良く同軸に締結固定できる。

リジッドカップリングにおける軸の傾き状態を示す説明図である。 図１Ａのリジッドカップリングの軸穴内周面部分を示す説明図である。 本発明を適用したリジッドカップリングに軸を締結固定した状態を示す斜視図である。 図２のリジッドカップリングを、その軸線を含む平面で切断した状態で示す斜視図である。 図２のリジッドカップリングの軸穴内周面を示す拡大部分断面図である。 図２のリジッドカップリングにおける軸の傾きの解析結果の一例を示すグラフである。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したリジッドカップリングの実施の形態を説明する。

図２は本発明の実施の形態に係るリジッドカップリングを示す斜視図である。図３Ａはその中心軸線を含む平面で切断した状態での斜視図であり、図３Ｂはリジッドカップリングの軸穴内周面を示す拡大部分断面図である。これらの図を参照して説明すると、リジッドカップリング１１は、円筒状のカップリング本体１２と締結ボルト１３を備えている。カップリング本体１２の一方の端面１２ａに開口している軸穴１４には連結対象の一方の軸１５が挿入されて、締結ボルト１３によってカップリング本体１２に対して同軸状態で締結固定されている。カップリング本体１２の他方の端面１２ｂに開口している軸穴１６には、連結対象の他方の軸（図示せず）が例えば同軸状態で圧入固定される。これにより、双方の軸がリジッドカップリング１１を介して同軸に連結された状態が形成される。

カップリング本体１２は、その一方の端面１２ａから他方の端面１２ｂに向けて、大径
の円筒部２１、これよりも小径の円筒部２２、および、これよりも更に小径の円筒部２３が同軸に形成されている。大径の円筒部２１においては、端面１２ａから中心軸線１１ａの方向に所定の距離の位置に、略１８０度の角度範囲に亘って円周方向に延びる一定幅の第１スリット２４が形成されている。第１スリット２４によって、円筒部２１は、第１スリット２４が形成されている部分が中心軸線１１ａの方向において分断されている。端面１２ａから第１スリット２４までの円筒部分が、締結ボルト１３によって軸１５を締結固定するための締め付け部２５として機能する部分である。また、この締め付け部２５には、端面１２ａから第１スリット２４まで中心軸線１１ａの方向に直線状に延びる第２スリット２６が形成されている。第２スリット２６によって、締め付け部２５は円周方向に分断されている。

締め付け部２５において、第２スリット２６を挟み対峙している一方の部分にはボルト通し穴２７が形成され、他方の部分には内周面に雌ねじ部が形成されたボルト締結穴（図示せず）が形成されている。締結ボルト１３を、ボルト通し穴２７を介してボルト締結穴にねじ込むことにより、締め付け部２５が半径方向の内側に締め付けられて、軸穴１４に挿入した軸１５がカップリング本体１２に締結固定される。

次に、カップリング本体１２の端面１２ａに開口している軸穴１４は、図３Ａ、図３Ｂに示すように、円筒部２１を貫通して円筒部２２の途中位置まで延びている。他方の端面１２ｂに開口している軸穴１６は軸穴１４よりも小径の円形軸穴であり、端面１２ｂから円筒部２３における中心軸線１１ａの方向の途中位置まで延びている。これらの軸穴１４および軸穴１６は同軸に形成されており、これらよりも小径の円形連通穴２９を介して繋がっている。

ここで、端面１２ａの側の軸穴１４は、締め付け部２５の内部に形成されている締め付け用軸穴部分３１と、それ以外の軸穴部分３２からなる。締め付け用軸穴部分３１は、端面１２ａから第１スリット２４における端面１２ａ側のスリット端面２４ａまでの部分である。この締め付け用軸穴部分３１の円形内周面部分３１ａの内径ｄ（３１）に比べて、これ以外の軸穴部分３２の円形内周面部分３２ａの内径ｄ（３２）は僅かに大きい。換言すると、円形内周面部分３１ａに対して、円形内周面部分３２ａは半径方向の外側に僅かに逃がした逃がし面となっている。したがって、締め付け用軸穴部分３１の円形内周面部分３１ａと、これに連続している軸穴部分３２の円形内周面部分３２ａの間には、円弧状の僅かな段差３３が付いている。

図４は、上記構成のリジッドカップリング１１における軸１５の倒れ量の解析結果の一例を示すグラフである。リジッドカップリング１１として、カップリング内径、すなわち軸穴１４における締め付け部２５の内径ｄ（３１）が３５．０１６ｍｍで、それ以外の軸穴部分の内径ｄ（３２）が３６．０１６ｍｍ、軸１５の外径が３５．００５ｍｍ、軸穴１４に対する軸１５の差込長さが４２ｍｍの場合について解析した。リジッドカップリング１１および軸１５の材料定数は、ヤング率が２０６ＧＰａ、ポアソン比が０．３である。

端面１２ａから中心軸線１１ａの方向（図のＸ軸方向）に、２４ｍｍ、５４ｍｍ、８４ｍｍおよび１００ｍｍの各点Ｐ１〜Ｐ４におけるカップリング本体１２の外周表面の中心軸線１１ａに直交する方向（図のＺ軸方向）の変位量を解析した。グラフにおける正方形のドットは、軸穴１４の内径が中心軸線１１ａの方向において３５．０１６ｍｍと同一の場合であり、菱形のドットは、本例のリジッドカップリング１１の場合である。このグラフから分かるように、本例のリジッドカップリング１１を用いれば、軸１５の傾き（倒れ）が大幅に抑制される。

次に、軸１５の傾きを許容範囲内の値となるように抑制するためには、軸穴部分３２の内周面部分の締め付け用軸穴部分３１の内周面部分に対する半径方向の外方への逃がし量、締め付け部２５の幅（締め付け部２５の端面１２ａから第１スリット２４までの長さ）、および、締め付け部２５における中心軸線１１ａの方向における締結ボルト１３の締結位置を調整すればよい。これらを適切に設定することで、確実に、軸１５の傾きを許容範囲内の値に抑制することができる。

なお、上記の例では、締め付け部２５の軸穴部分の内径ｄ（３１）に対して、それ以外の軸穴部分の内径ｄ（３２）を全体として大きくしてある。基本的には、図１Ｂにおいて太線で囲んである隣接内周面部分３ｃを逃がし面とすればよい。すなわち、締め付け部２５の内周面部分に連続し、第１スリット２４の間に位置している繋ぎ部分を、中心軸線１１ａの方向に所定の長さ分だけ削って逃がし面とすればよい。一般的には、軸穴加工上の観点から、締め付け部２５以外の軸穴内周面部分の全体を削って逃がし面を形成することが望ましい。

Claims (3)

1. 第１の軸および第２の軸を同軸に連結するリジッドカップリング（１１）であって、
   筒状のカップリング本体（１２）と、
   前記カップリング本体（１２）に形成され、前記カップリング本体（１２）の一方の第１の端面（１２ａ）に開口し、連結対象の前記第１の軸の外径よりも大きな内径を備え、前記第１の軸が挿入される円形断面の第１の軸穴（１４）と、
   前記カップリング本体（１２）に形成され、当該カップリング本体の他方の第２の端面に開口している、連結対象の前記第２の軸が挿入される第２の軸穴と、
   前記カップリング本体（１２）の一部を、カップリング中心軸線の方向に分断している第１スリット（２４）と、
   前記カップリング本体（１２）の一部を、カップリング円周方向に分断している第２スリット（２６）と、
   前記カップリング本体（１２）における前記第１スリット（２４）および前記第２スリット（２６）によって分断されている部分を締め付ける締結具（１３）とを有し、
   前記第１スリット（２４）は、前記カップリング本体（１２）の円周方向に沿って所定の角度範囲に亘って延びるスリットであり、
   前記第２スリット（２６）は、前記カップリング本体（１２）における前記第１の端面（１２ａ）から前記第１スリット（２４）に至る前記カップリング中心軸線の方向に延びるスリットであり、
   前記カップリング本体（１２）の前記第１の軸穴（１４）が形成されている部分は、前記第２スリット（２６）が形成されている第１部分と、前記第２スリット（２６）が形成されておらず円周方向に連続している第２部分とからなり、前記カップリング中心軸線の方向において前記第１部分と前記第２部分の間に前記第１スリット（２４）が位置し、
   前記カップリング本体（１２）における前記第２スリット（２６）が形成されている前記第１部分は、前記締結具（１３）を締結すると内径が縮小可能な内周面部分（３１ａ）を備えた締め付け部（２５）であり、
   前記第１の軸穴（１４）の内周面において、少なくとも、前記締め付け部（２５）の内周面部分（３１ａ）に繋がっている前記第２部分の内周面部分には、前記締め付け部（２５）の内周面部分（３１ａ）に対して、半径方向の外方に逃げた逃がし面が形成されているリジッドカップリング（１１）。
2. 前記軸穴の内周面における前記締め付け部（２５）の内周面部分（３１ａ）以外の内周面部分（３２ａ）の全体が、前記締め付け部（２５）の内周面部分（３１ａ）に対して半径方向の外方に逃げた逃がし面となっている請求項１に記載のリジッドカップリング（１１）。
3. 請求項１または２に記載のリジッドカップリング（１１）を用いた軸連結方法であって、
   前記カップリング本体（１２）の前記カップリング中心軸線の方向における前記第１スリット（２４）の形成位置、前記カップリング本体（１２）の前記カップリング中心軸線の方向における前記締結具（１３）による締め付け位置（２７）、および、前記逃がし面と前記締め付け部（２５）の内周面部分（３１ａ）の間の内径差のうちの少なくとも１つを調整して、前記リジッドカップリング（１１）に対する前記軸穴（１４）に締結固定した軸（１５）の傾きを所定値以下に抑制するリジッドカップリング（１１）を用いた軸連結方法。

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