JP6594444B2 - 軸継手 - Google Patents

Description

本発明は、２本の軸を同軸に連結する場合等に用いられるすり割り式の軸継手に関する。さらに詳しくは、軸継手のすり割りの付いている軸締結部に対して、偏心を抑制し連結対象の軸を、締結ボルト等によって締結固定することのできる軸継手に関する。

すり割り式の軸継手では、すり割り（スリット）の付いている円筒状の軸締結部に連結対象の一方の軸を挿入し、この状態で軸締結部を締結ボルトによって締結して、当該軸締結部に軸を同軸に締結固定している。

特許文献１には、リジッドタイプの軸継手において締結した軸に傾きが生じることを防止あるいは抑制可能な構造が提案されている。ここに開示のリジッドタイプの軸継手では、締結対象の軸が挿入される軸穴において、軸締結部の軸穴部分に比べて、軸方向に隣接する軸穴部分の内径寸法を僅かに大きくしている。これにより、軸締結部を締結ボルトによって締結した際において、軸に対する軸穴内周面の接触面圧の不均衡を緩和して、軸の傾きを抑制し軸締結部に締結固定できるようにしている。

一方、すり割り式の軸継手としては、特許文献２、および、特許文献３に記載されているようなフレキシブルタイプの軸継手も知られている。特許文献２に記載のフレキシブルタイプの軸継手は、連結対象の一方の軸が締結固定されるすり割り付きの第１連結部材と、連結対象の他方の軸が締結固定されるすり割り付きの第２連結部材とが弾性体を介して同軸に連結された構造をしている。特許文献３に記載のフレキシブルタイプの軸継手は、連結対象の一方の軸が締結固定されるすり割り付きの第１連結部材と、連結対象の他方の軸が締結固定されるすり割り付きの第２連結部材とが第３の金属体を介して同軸に連結された構造をしている。

国際公開第２０１４／０２７３８３号 特開２００８−２４１０２９号公報 特開２００１−２９５８５１号公報

一般的に、軸継手においては、すり割りの付いている円筒状の軸締結部に形成した軸穴に、連結対象の軸を挿入できるように、軸穴内径寸法が軸外径寸法よりも僅かに大きい。このため、軸穴に軸を挿入した状態において、軸穴内周面と軸外周面との間に隙間が生じる。軸締結部が締結ボルトによって締結されると、軸が軸穴に対して一方に片寄り、軸は偏心状態で軸締結部に固定されるおそれがある。

本発明の課題は、このような点に鑑みて、連結対象の軸を、偏心誤差を抑制し連結可能な軸継手を提供することにある。

また、本発明の課題は、連結対象の軸を、偏心および偏角誤差を抑制し連結可能な軸継手を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の軸継手は、
筒状のカップリング本体と、
前記カップリング本体の一方の第１端面から軸線方向に所定距離の位置において、前記カップリング本体を、前記軸線方向に所定の角度範囲に亘って分断している第１スリットと、
前記カップリング本体における前記第１端面から前記第１スリットまでの間の部分によって規定される軸締結部と、
前記軸締結部を周方向に分断している第２スリットと、
前記軸締結部の内周面によって規定され、前記第１端面に開口している締結用軸穴と、
前記第２スリットを挟み対峙している前記軸締結部の第１、第２周方向端面を相互に離れる方向および接近する方向に前記軸締結部を変形させる押し拡げ力および締結力を発生可能な押圧機構と、
を有しており、
前記軸締結部が変形前の状態では、前記締結用軸穴は、締結対象の軸に対して、しまりばめ状態あるいは中間ばめ状態を形成可能な内径寸法を備え、
前記押圧機構による所定の前記押し拡げ力が作用している押し拡げ状態では、前記締結用軸穴は、前記軸との間に隙間が形成される内径寸法を備えていることを特徴としている。

本発明の軸継手では、締結用軸穴が連結対象の軸と同一寸法となるように製作される（変形前の状態）。締結用軸穴に連結対象の軸を挿入する際には、締結用軸穴に軸を挿入できるように、押圧機構から軸締結部に押し拡げ力を加えて当該軸締結部を押し拡げる（押し拡げ状態）。押し拡げた締結用軸穴に軸を挿入した後は、押圧機構による押し拡げ力を解除する。

押圧機構による押し拡げ力を解除すると、軸締結部の弾性復帰力によって軸穴は元の大きさに戻ろうとする。これにより、締結用軸穴に対して隙間が実質的に無い状態で、軸が締結用軸穴に装着された状態になる。この状態から、押圧機構によって軸締結部に締結力を加えて当該軸締結部を押し窄めると、締結用軸穴と軸との間の隙間に起因する軸の偏心が生じない状態で、軸締結部に軸が締結固定された締結固定状態が形成される。

実際には、軸とのはめあい公差を「中間ばめ」として製作することで、押し拡げ力を解除した時に、軸との間に「すきま」もしくは「しめしろ」のある状態であるが、軸と穴の寸法差を小さくすることができる。これにより、軸と穴の間の隙間に起因する軸の偏心誤差を抑制できる。

本発明において、前記軸締結部における前記第１周方向端面の側の端部を第１周方向端部、前記第２周方向端面の側の端部を第２周方向端部とすると、前記押圧機構は、
前記第１周方向端部に形成したボルト挿通穴と、
前記第２周方向端部に形成したボルトねじ穴と、
前記ボルト挿通穴を通って前記ボルトねじ穴にねじ込まれた状態に配置され、前記第２周方向端部に対して接近および離れる方向には移動しないように、前記第１周方向端部に係合している締結ボルトと、
を備えている。

この場合には、前記締結ボルトは、前記変形前の状態では、前記ボルトねじ穴に所定量だけねじ込まれた第１位置にある。前記押し拡げ状態では、前記第１位置に対して前記ボルトねじ穴から引き抜かれる方向に所定量だけ回された第２位置とされる。締結ボルトは、第１周方向端部に係合しているので、締結ボルトを第２周方向端部から引き抜く方向に回すと、締結ボルトが第２周方向端部から引き抜かれる量だけ、第１周方向端部は第２周方向端部から離れる方向に押される。この結果、第２スリットが広げられて、締結用軸穴が押し拡げられて軸よりも僅かに大きくなる。

締結ボルトを第２周方向端部に向けてねじ込まれる方向に回して、前記第１位置よりも更に第２周方向端部にねじ込まれた第３位置にすると、締結ボルトが第２周方向端部にねじ込まれた量だけ、第１周方向端部は第２周方向端部に接近する方向に押し込まれる。よって、第２スリットが狭められ、締結用軸穴が押し窄められて、締結用軸穴が挿入されている軸を、十分な締結力で締結固定可能な状態になる。

本発明において、締結ボルトを、前記第２周方向端部に対して接近および離れる方向には移動しないように、第１周方向端部に係合させるために、次の構成を採用している。すなわち、
前記締結ボルトは、前記第１周方向端部に対して、前記第２周方向端部とは反対側から係合しているボルト頭部を備え、
前記ボルト係合ピンは、前記ボルト頭部に対して、前記第２周方向端部とは反対側から係合しており、
前記第１周方向端部には当該第１周方向端部の外周面に露出する凹部が形成され、当該凹部の端面に前記ボルト挿通穴が開口しており、
前記締結ボルトのボルト頭部は、前記凹部の端面に当接しており、
前記ボルト係合ピンは、前記第１端面から前記カップリング本体に打ち込まれ、当該ボルト係合ピンのピン脚部は、前記凹部内に突出していると共に、前記ボルト頭部に形成されている六角穴に掛からないように前記ボルト頭部の中心に対してオフセットした位置において当該ボルト頭部に係合している。

この構成によれば、ボルト係合ピンを取り付けるだけで、締結ボルトによって、軸締結部を押し広げる方向、および、押し窄める方向に押圧可能な押圧機構を実現できる。

次に、本発明の軸継手においては、上記構成に加えて、
前記カップリング本体における前記軸締結部に隣接する隣接筒部分は、前記締結用軸穴に対して同軸に繋がっている軸挿入穴を備えており、
前記軸挿入穴は、前記締結用軸穴に挿入される軸の先端部分が挿入される穴であり、当該軸の外径寸法よりも大きな内径寸法を備えていることが望ましい。

軸締結部を締結ボルトによって押し窄める方向に変形させた際に、当該軸締結部に繋がっている隣接筒部分の軸挿入穴の内周面部分が軸の外周面を半径方向に押し付けて、軸に傾きが生じるおそれがある。本発明では、連結対象の軸の先端部分が挿入される軸挿入穴を、当該軸よりも僅か大きくしてあるので、軸が傾いた状態で締結されることを防止あるいは抑制できる。よって、偏心、偏角の生じない状態で軸を軸締結部に締結固定することができる。

次に、２本の軸を、軸継手を用いて同軸に連結する場合には、本発明の軸継手は、上記構成に加えて、
前記カップリング本体は、前記第１端面とは反対側の第２端面から前記軸線方向に所定の長さの軸連結用筒部分を備えており、
前記軸連結用筒部分の円形内周面によって前記第２端面に開口する第２軸穴が規定される。

この構成の軸継手においては、その第２軸穴に圧入固定などの方法によって一方の軸を同軸となるように連結する。他方の軸は、反対側の軸締結部に対して上記のように心ずれ、傾きを抑制し、精度良く締結固定できる。

本発明を適用したリジッドタイプの軸継手に２本の軸を連結した状態を示す斜視図である。 図１の軸継手を、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の軸継手の穴内周面を示す拡大部分断面図である。 図１の軸継手の軸締結部の押圧機構を示す部分斜視図、軸締結部を示す横断面図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した軸継手の実施の形態を説明する。

図１は本発明を適用したリジッドタイプの軸継手（以下、「リジッドカップリング」と呼ぶ。）を示す斜視図であり、図２はその軸線を含む平面で切断した状態での斜視図であり、図３はリジッドカップリングの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１は、円筒状のカップリング本体２と、締結ボルト３を備えた押圧機構４とを有している。カップリング本体２における軸線１ａの方向における一方の端面２ａに開口している第１軸穴５（締結用軸穴）には連結対象の一方の軸６が挿入されて、締結ボルト３によってカップリング本体２に対して同軸状態で締結固定される。カップリング本体２の軸線１ａの方向の他方の端面２ｂに開口している第２軸穴７には、連結対象の他方の軸８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６、８がリジッドカップリング１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２は、その一方の端面２ａから他方の端面２ｂに向けて、大径の円筒部１１、これよりも小径の円筒部１２、および、これよりも更に小径の円筒部１３が同軸に形成されている。大径の円筒部１１においては、端面２ａから軸線１ａ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１４が形成されている。第１スリット１４によって、円筒部１１は、第１スリット１４が形成されている部分が軸線１ａの方向において分断されている。

また、円筒部１１には、端面２ａから軸線１ａの方向に延びる一定幅の第２スリット１５が形成されている。第２スリット１５は第１スリット１４に繋がっており、当該第１スリット１４を超えた位置まで延びている。第２スリット１５によって、円筒部１１における端面２ａから第１スリット１４までの部分が円周方向において分断されている。この第２スリット１５が形成されている部分は、締結ボルト３によって軸６を締結固定するための軸締結部１６として機能する。

カップリング本体２の端面２ａに開口している第１軸穴５は、図２、図３に示すように、円筒部１１における軸締結部１６の円形内周面１６ａによって規定される穴部分である。円筒部１１における軸締結部１６に隣接する隣接円筒部分１７および円筒部１２の途中位置までは、円形の軸挿入穴１８が形成されている。軸挿入穴１８は第１軸穴５に同軸に繋がっている。連結対象の一方の軸６は、端面２ａの側から第１軸穴５を通って軸挿入穴１８の途中位置まで挿入される。

これに対して、他方の端面２ｂに開口している第２軸穴７は、第１軸穴５よりも小径の円形軸穴であり、円筒部１３における軸線１ａの方向の途中位置まで延びている。この第２軸穴７と軸挿入穴１８は同軸に形成されており、これらの穴よりも小径の円形連通穴１９を介して相互に繋がっている。

ここで、軸６が挿入される第１軸穴５は、図３に示すように、その内径寸法ｄ（５）が軸６の外径寸法ｄ（６）と同一寸法となるように製作されている。換言すると、軸６に対する第１軸穴５のはめあい公差が中間ばめとなるように加工されている。これに対して、軸挿入穴１８の内径寸法ｄ（１８）は、軸６との間に必ず隙間が形成される大きさに設定されている。換言すると、軸６に対する軸挿入孔のはめあい公差がプラスとなるように加工されている。したがって、軸締結部１６の円形内周面１６ａと、これに連続している軸挿入穴１８の円形内周面１８ａとの間には、円弧形状の段差面２０が付いている。

次に、図４（ａ）はリジッドカップリング１の軸締結部１６の押圧機構４を示す部分斜視図であり、図４（ｂ）はその横断面図である。

押圧機構４は第２スリット１５によって周方向に分断されている軸締結部１６を押し拡げる方向および押し窄める方向に変形させる機構である。軸締結部１６は第２スリット１５によって分断されて、当該第２スリット１５を挟み、第１周方向端面２１ａおよび第２周方向端面２２ａが対峙している。押圧機構４は、六角穴付き締結ボルト３によって、第１、第２周方向端面２１ａ、２２ａが離れる方向および接近する方向に、軸締結部１６を変形させることができる。

軸締結部１６における第１周方向端面２１ａの側の端部を第１周方向端部２１、第２周方向端面２２ａの側の端部を第２周方向端部２２とすると、押圧機構４は、第１周方向端部２１に形成したボルト挿通穴２３と、第２周方向端部２２に形成したボルトねじ穴２４とを備えている。第１周方向端部２１には外周面に露出する凹部２５が形成され、この凹部２５の端面２５ａにボルト挿通穴２３が開口している。ボルト挿通穴２３、ボルトねじ穴２４は第２スリット１５に直交する方向（軸締結部１６の半径方向に直交する方向）に同軸に形成されている。締結ボルト３は、ボルト挿通穴２３を通ってボルトねじ穴２４にねじ込まれた状態に配置されている。

ここで、締結ボルト３は、第２周方向端部２２に接近および離れる方向には移動しないように第１周方向端部２１に係合している。すなわち、締結ボルト３のボルト頭部３ａは、ボルト挿通穴２３が開口している凹部２５の端面２５ａに当接している。また、押圧機構４は、第１周方向端部２１に固定したボルト係合ピン２６を備えている。ボルト係合ピン２６は、カップリング本体２の端面２ａから軸線１ａに沿った方向に打ち込まれて、そのピン脚部２６ａが凹部２５内に突出している。ピン脚部２６ａは、ボルト頭部３ａに対して、第２周方向端部２２とは反対側から係合している。具体的には、ピン脚部２６ａは、ボルト頭部３ａの六角穴に挿入されるボルト締結用工具の邪魔にならないように、ボルト頭部３ａの中心に対してオフセットした位置においてボルト頭部３ａに係合している。

リジッドカップリング１の締結用の第１軸穴５に軸６を同軸となるように連結する手順を説明する。初期状態においては、締結ボルト３は、ボルトねじ穴２４に所定量だけねじ込まれた第１位置にある。この状態では、軸締結部１６は元の形状のままであり、その第１軸穴５の内径寸法ｄ（５）は連結対象の軸６の外径寸法ｄ（６）に対して、中間ばめとなる寸法である。

この状態（変形前の状態）において、締結ボルト３をボルトねじ穴２４から引き抜かれる方向に所定量だけ回す。締結ボルト３のボルト頭部３ａは、ボルト軸線３ｂの方向において、第１周方向端部２１の凹部２５の端面２５ａと、当該第１周方向端部２１に固定したボルト係合ピン２６との間に挟まれている。締結ボルト３を引き抜く方向に所定量だけ回して第２位置に移動させる。これにより、第２周方向端部２２の側から引き抜かれる方向に移動した締結ボルト３によって、第１周方向端部２１が第２周方向端部２２から離れる方向に押される。この結果、第２スリット１５のスリット幅が拡がり、第１軸穴５が押し拡げられて、軸６よりも大きくなる（押し拡げ状態）。これにより、軸６を第１軸穴５に挿入することができる。軸６は第１軸穴５から軸挿入穴１８の途中位置まで挿入される。

この後は、締結ボルト３をボルトねじ穴２４にねじ込まれる方向に回して、初期の第１位置よりも第２周方向端部２２の側の第３位置まで移動させる。締結ボルト３が第２周方向端部２２にねじ込まれる量だけ、第１周方向端部２１が第２周方向端部２２に接近する方向に押し込まれる。よって、第２スリット１５が狭められ、第１軸穴５が押し窄められて、当該第１軸穴５に挿入されている軸６が締結固定された締結固定状態が形成される。

このように、第１軸穴５は軸６に対してはめあい公差が中間ばめとなるように設定されており、この第１軸穴５を強制的に押し拡げて軸６を挿入し、然る後に、第１軸穴５を元の状態よりも更に押し窄めている。よって、すきまばめ状態の軸穴に軸を挿入して軸穴を締め付ける場合とは異なり、締結時に軸穴と軸との間に隙間が形成されないので、軸を芯ずれなく締結固定することができる。

また、第１軸穴５よりも奥の側の軸挿入穴１８の内径寸法ｄ（１８）は軸６よりも僅かに大きくしてある。したがって、軸締結部１６の締結時に、この軸締結部１６に繋がっている軸挿入穴１８の内周面部分によって軸６が半径方向に押圧されて傾きが生じることがない。よって、軸を傾きなく締結固定することができる。

（その他の実施の形態）
上記の実施の形態は、本発明をリジッドカップリングに適用した場合のものである。本発明は、フレキシブルタイプの軸継手にも同様に適用可能である。例えば、特許文献２（特開２００８−２４１０２９号公報）の図８、図９や、特許文献３（特開２００１−２９５８５１号公報）の図３に記載されている軸継手にも適用可能である。

例えば、このような軸継手は、連結対象の一方の軸が締結固定される軸穴を備えたすり割り付きの筒状の第１連結部材と、連結対象の他方の軸が締結固定される軸穴を備えたすり割り付きの第２連結部材と、これら第１、第２連結部材を同軸に連結して一体化している弾性体、もしくは、第３の金属体とを備えている。弾性体は、例えば、過酸化加硫された水素化ニトリルゴム、硫黄加硫された水素化ニトリルゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、プロピレンゴム、フッ素ゴムなどから形成される成形体であり、例えば、インサート成形により、第１、第２連結部材が弾性部材を介して一体化される。第３の金属体は、例えば、Ａ２０１７やＡ７０７５等のアルミニウム、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４等のステンレス、Ｓ４５Ｃ等の鉄などを材料として加工された金属体であり、例えば、ねじ締結により第１、第２連結部材が第３の金属体を介して一体化される。

この場合、例えば、前述の実施の形態における筒状のカップリング本体を、一方の軸が締結固定される第１連結部材と、他方の軸が締結固定される第２連結部材と、これら第１、第２連結部材を連結している弾性部材、もしくは第３の金属体とによって構成する。そして、例えば、第１連結部材を、次の構成を備えた部分とすればよい。

すなわち、第１連結部材は、その一方の第１端面から軸線方向に所定距離の位置において、当該第１連結部材を、軸線方向に所定の角度範囲に亘って分断している第１スリットと、第１連結部材における第１端面から第１スリットまでの間の部分によって規定される軸締結部と、軸締結部を周方向に分断している第２スリットと、軸締結部の内周面によって規定され、第１端面に開口している締結用軸穴と、第２スリットを挟み対峙している軸締結部の第１、第２周方向端面を相互に離れる方向および接近する方向に軸締結部を変形させる押し拡げ力および締結力を発生可能な押圧機構とを有しており、軸締結部が変形前の状態では、締結用軸穴は、締結対象の軸に対して、しまりばめ状態あるいは中間ばめ状態を形成可能な内径寸法を備え、押圧機構による所定の押し拡げ力が作用している押し拡げ状態では、締結用軸穴は、軸との間に隙間が形成される内径寸法を備えている。

Claims (4)

1. 筒状のカップリング本体と、
   前記カップリング本体の一方の第１端面から軸線方向に所定距離の位置において、前記カップリング本体を、前記軸線方向に所定の角度範囲に亘って分断している第１スリットと、
   前記カップリング本体における前記第１端面から前記第１スリットまでの間の部分によって規定される軸締結部と、
   前記軸締結部を周方向に分断している第２スリットと、
   前記軸締結部の内周面によって規定され、前記第１端面に開口している締結用軸穴と、
   前記第２スリットを挟み対峙している前記軸締結部の第１、第２周方向端面を相互に離れる方向および接近する方向に前記軸締結部を変形させる押し拡げ力および締結力を発生可能な押圧機構と、
   を有しており、
   前記軸締結部が変形前の状態では、前記締結用軸穴は、締結対象の軸に対して、しまりばめ状態あるいは中間ばめ状態を形成可能な内径寸法を備え、
   前記押圧機構による所定の前記押し拡げ力が作用している押し拡げ状態では、前記締結用軸穴は、前記軸との間に隙間が形成される内径寸法を備えており、
   前記軸締結部における前記第１周方向端面の側の端部を第１周方向端部、前記第２周方向端面の側の端部を第２周方向端部とすると、
   前記押圧機構は、
   前記第１周方向端部に形成したボルト挿通穴と、
   前記第２周方向端部に形成したボルトねじ穴と、
   前記ボルト挿通穴を通って前記ボルトねじ穴にねじ込まれた状態に配置され、前記第２周方向端部に対して接近および離れる方向には移動しないように、前記第１周方向端部に係合している締結ボルトと、
   前記第１周方向端部に固定したボルト係合ピンと
   を備えており、
   前記締結ボルトは、前記第１周方向端部に対して、前記第２周方向端部とは反対側から係合しているボルト頭部を備え、
   前記ボルト係合ピンは、前記ボルト頭部に対して、前記第２周方向端部とは反対側から係合しており、
   前記第１周方向端部には当該第１周方向端部の外周面に露出する凹部が形成され、当該凹部の端面に前記ボルト挿通穴が開口しており、
   前記締結ボルトのボルト頭部は、前記凹部の端面に当接しており、
   前記ボルト係合ピンは、前記第１端面から前記カップリング本体に打ち込まれ、当該ボルト係合ピンのピン脚部は、前記凹部内に突出していると共に、前記ボルト頭部に形成されている六角穴に掛からないように前記ボルト頭部の中心に対してオフセットした位置において当該ボルト頭部に係合している軸継手。
2. 請求項１において、
   前記カップリング本体における前記軸締結部に隣接する隣接筒部分は、前記締結用軸穴に対して同軸に繋がっている軸挿入穴を備えており、
   前記軸挿入穴は、前記締結用軸穴に挿入される連結対象の軸の先端部分が挿入される穴であり、当該軸の外径寸法よりも大きな内径寸法を備えている軸継手。
3. 請求項１において、
   前記カップリング本体における前記軸締結部に隣接する隣接筒部は、前記締結用軸穴に対して同軸に繋がっている軸挿入穴を備えており、
   前記軸挿入穴は、締結対象の軸の外径寸法よりも大きな内径寸法を備えており、
   前記カップリング本体は、前記第１端面とは反対側の第２端面から前記軸線方向に所定の長さの軸連結用筒部を備えており、
   前記軸連結用筒部の円形内周面によって前記第２端面に開口する軸連結穴が規定されている軸継手。
4. 請求項１または３において、
   前記締結ボルトは、
   前記変形前の状態では、前記ボルトねじ穴に所定量だけねじ込まれた第１位置にあり、
   前記押し広げ状態では、前記第１位置よりも前記ボルトねじ穴から引き抜かれた第２位置にあり、
   前記軸締結部に対して所定の前記締結力が作用している締結状態では、前記第１位置よりも前記ボルトねじ穴にねじ込まれた第３位置にある軸継手。

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