JPH0655383A - たわみ軸継手およびナットランナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軸間の偏心量や傾きの許容値および伝達動力
がともに大きく、全体がコンパクトである軸継手と、そ
れを含むコンパクトなナットランナを提供する。 【構成】 a)ホルダー１０とそれにて回転されるソケッ
ト２０との各端部に、軸心と直角な断面が正多角形であ
り内壁各面が平面状である凹部１２・２２を設ける一
方、b)膨出部３１・３２−すなわち、外壁各面が外方
へ凸の曲面であり、軸心と直角な断面が正多角形であっ
て、その最大部分ｆで上記の凹部１２・２２の各内側に
沿う膨出部−を両端に有する伝動体３０を形成し、c)
伝動体３０の各膨出部３１・３２を上記の各凹部１２・
２２に嵌め入れた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、相互間に偏心や傾きの
ある二つの回転軸（駆動軸および被駆動軸）間に動力を
伝えるたわみ軸継手と、それを内蔵したナットランナ
（ナットを締める装置）とに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】軸継手（カップリング）とは二軸間の動
力伝達をなす機械要素であるが、周知のように、双方の
軸線を正確に一致させて使用する固定軸継手と、多少の
偏心や傾き（偏角）を許容するたわみ軸継手とがある。
前者にはフランジ形の（固定）軸継手やスリーブ継手等
があるが、後者にも、フランジ形のたわみ軸継手のほか
ギヤカップリング・チェーンカップリング・バネ継手・
ゴム継手・オルダム継手・ユニバーサルジョイントな
ど、多様な形式がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のたわみ軸継手に
は、許容される偏心量と傾きとがともに大きいうえに十
分な動力を伝達でき、しかも全体がコンパクトである
−という条件をすべて満たすものは存在しなかった。
たとえばオルダム継手は、コンパクトでありながらも比
較的大きな偏心量を軸間に許容するが、許容される傾き
の範囲は極端に小さい。またギヤカップリングやチェー
ンカップリングなどは、一般に偏心量の許容値がごくわ
ずかであるうえ、傾きの許容範囲もせいぜい２〜３°
で、またコンパクト性の点でもメリットは大きくない。

【０００４】ユニバーサルジョイントと言えば、クロス
ジョイント交差軸継手（フック形自在軸継手）と等速形
自在軸継手とが一般的であるが、いずれも、偏心および
傾きの許容量こそ大きいものの、構造が複雑で、コンパ
クトには構成され難い。したがって、配置するにはかな
りのスペースが必要なことから、ユニバーサルジョイン
トは、コンパクトさが不可欠な装置には使用されにく
い。

【０００５】実開平２−６１５３２号公報には、ボルト
・ナットの締結に使用するナットランナとして、回転駆
動されるギヤの内側に、ユニバーサルジョイントを介し
てナットソケットを配置したものが開示されている。し
かし、上記の点から、そのような形式のナットランナは
相当に大きなものとなりがちである。つまり、ユニバー
サルジョイントと称される軸継手のうちには容易にコン
パクト化される形式のものがないため、現実的にはその
装置が大型になり、結果として、直径が数十ミリ以上の
大きなボルト用に限定される可能性がある。

【０００６】本発明の目的は、ユニバーサルジョイント
をはじめとする従来の軸継手になかったたわみ軸継手
−すなわち、軸間の偏心量や傾きの許容値および伝達
動力がともに大きくて全体がコンパクトである軸継手
−を提供するとともに、それを使用したコンパクトな
ナットランナを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のたわみ軸継手
（請求項１）は、a)駆動軸とそれにて回転される被駆動
軸（またはそれらと一体化される部材）との各端部に、
軸心と直角な断面が正多角形であり内壁各面が平面状で
ある凹部を設ける一方、b)特定形状の膨出部−すなわ
ち、外壁各面が外方へ凸の曲面であり、軸心と直角な断
面が正多角形であって、その最大部分（最も膨出した部
分。断面の正多角形もこの部分で最大）で上記凹部の内
側に沿う（つまり適度な隙間を介してぴったりと嵌まり
合う）膨出部−を両端に有する伝動体を形成し、c)伝
動体の両端の膨出部を上記の各凹部に嵌め入れた、もの
である。

【０００８】また本発明のナットランナ（請求項２）
は、ボルトの頭部やナットに嵌まる穴を有するソケット
を、回転駆動手段につながる中空かつ有底（つまり容器
形）のホルダー内に、偏心および傾きを可能にして脱落
不能に配置するとともに、ホルダーの底部を駆動軸の端
部とし、ソケットの後端部を被駆動軸の端部として両者
間に上記のたわみ軸継手（請求項１）を構成した−す
なわちホルダーの底部とソケットの後端部とに上記の凹
部を設け、かつ、それら各凹部に上記伝動体の両端の膨
出部を嵌め入れた−ものである。

【０００９】

【作用】本発明（請求項１）の軸継手では、上記a)の駆
動軸・被駆動軸の各端部に設けた凹部に、b)の伝動体の
両端の膨出部がc)によって係合し、それに基づいて上記
二軸間に動力が伝達される。二軸の凹部と伝動体両端の
各膨出部とは、軸心と直角な断面がそれぞれ同じ正多角
形であって互いに嵌まり合い、軸心まわりの相対回転が
生じないため、一方の軸（たとえば駆動軸）の回転力が
その伝動体を介して他方の軸に伝わるのである。

【００１０】伝動体の一方の膨出部とそれに嵌まった凹
部とは、上記の係合状態を保ちながら所定の範囲内で傾
き合う（つまり両者の軸心間に角度変化をもつ）ことが
可能であり、それは他方の膨出部・凹部間でも同様なの
で、本発明の軸継手では、回転の伝わり合う上記の二軸
間に傾きと偏心（二軸が交差しないいわゆる心ズレ）と
が許容される。各膨出部と凹部とが上記のように傾き得
るのは、凹部の内壁各面が平面状（つまり凹部は、断面
積変化がほとんどないストレート状）であるのに対し、
膨出部については、外壁の各面を外方へ凸の曲面（した
がって各面の間の稜線も外方へ凸の曲線）としたからで
ある。つまり各膨出部は、通常その最大部分の付近での
み凹部の内壁面と接触して上記の係合をなし、それゆえ
に、凹部に対し一定範囲内で自由に傾き得るのである。
各膨出部は、動力伝達ができるよう、軸心と直角な断面
が正多角形の形状をなして球ではないため、もし仮に凹
部の内壁面と全面的に接するならこのような傾きは起こ
し得ない。膨出部・凹部間に傾きが生じたときも、膨出
部は、上記最大部分から前後に多少移動した部分におい
て、傾く前と同様に凹部と係合して動力の伝達を行う。
凹部および膨出部の形状や寸法を適切に定めるなら、以
上のように係合を保ち得る傾きの範囲は一方の凹部・膨
出部間のみでも１０°以上に大きくすることができる。
そして二組の凹部・膨出部間にそれぞれこのような傾き
が許容されることから、二軸の間には相当に大きな傾き
や偏心が許容されることになる。しかも偏心の許容量
は、伝動体の長さ、すなわち膨出部間の距離を長く設定
すれば、それに応じて大きくすることができる。

【００１１】なおこの軸継手は、単一部品で形成するこ
とが可能な上記の伝動体を、二軸の端部に設ける凹部間
に嵌め入れるだけであって、伝動体・凹部の形成にも特
別な困難はともなわないため、極めて簡単に、かつコン
パクトに構成できる。また、それゆえに低コスト・省ス
ペースであるほか、メンテナンス性や故障発生率等の面
でも有利である。また、二軸の各凹部と伝動体の膨出部
とに相当の強度や硬度を付与すれば、二軸間で伝達し得
る動力（トルク）も相当大きくすることが可能である。

【００１２】本発明（請求項２）のナットランナは、そ
の中心線の位置が、締結しようとするボルト・ナットに
対して偏心（心ズレ）したり傾いたりしている場合に
も、適正な締結を円滑に行うことができる。その一つの
理由は、ナット等を保持するソケットが偏心および傾き
のできるようにホルダー内に配置されていることで、そ
れゆえに、ナットランナの中心線がボルトやナットの軸
線に正確には一致していないときでも、ソケットがいわ
ば首振り状の変位をしてそれらに適合し、ボルト・ナッ
トを締結できる状態になる。

【００１３】もう一つの理由は、首振りをして上記の状
態となったソケットに、上述（請求項１）の軸継手を介
してホルダーから回転駆動手段の動力が伝えられること
である。この軸継手は、上述のように、伝達できる動力
を大きくとれるほか、上記の首振りにともなうソケット
・ホルダー間の軸線のズレ（偏心）や傾きに対応できる
ため、本ナットランナにて必要な動力伝達機能を十分に
果たす。そして軸継手がコンパクトになり得るために、
本発明のナットランナも、極めてコンパクトに構成され
得る。

【００１４】

【実施例】図１および図２に本発明の一実施例を示す。
図１(ａ)は、新規に製作したナットランナ１の側方視断
面図であり、同(ｂ)・(ｃ)・(ｄ)の各図は、ナットラン
ナ１に内蔵した伝動体３０の正面図・側面図およびｄ−
ｄ断面図である。図２は、そのナットランナ１の機能を
説明する図で、ボルト３にナット４を締め込んでレール
６の端部間を連結する状態を示す断面図である。

【００１５】まず、ナットランナ１の構成を説明する。
図１(ａ)に基づいて概要的に述べれば、ナットランナ１
は、ホルダー１０とソケット２０、そして両者間の伝動
体３０とを主体に構成している。ソケット２０は、ナッ
ト穴２１などを先端に有してナット４（図２参照）など
を直接回転させる部材であり、ホルダー１０は、中空部
１１の内側にソケット２０を保持するとともに、角穴１
３において回転駆動手段（モータなど。図示せず）を含
むレンチ２の回転軸２ａ上に着脱されるものである。ま
た伝動体３０は、ホルダー１０とソケット２０との間を
連結して両者間に動力を伝える部材である。

【００１６】ソケット２０は、ホルダー１０の中空部１
１内に大きめの隙間を介して差し入れているので、ホル
ダー１０に対してその隙間分だけ自由に変位し、かつ傾
くことができる。ただし、外周の一部にツバ２４を設
け、それをホルダー１０の環状ミゾ１６ａに入れたうえ
図のように先端側から係止板１６（二分割形）をホルダ
ー１０に固定したので、ソケット２０がホルダー１０か
ら脱落することはない。また、ソケット２０を支持し、
常態では中空部１１のうちほぼ中央（中心線上）に位置
させる目的で、ホルダー１０には、ソケット２０のため
の弾性支持体１５を周方向に等間隔をおいて複数組（こ
の例では１２０°ずつ三箇所。合計六組）取り付けてい
る。弾性支持体１５は、ホルダー１０の周壁を貫く穴１
４（ネジ部を含む）内に、ソケット２０を支える支持ロ
ッド１５ａとそれを内方へ押すスプリング１５ｂ、さら
にはネジ付きの固定片１５ｃと止めナット１５ｄとを組
み合わせたものである。

【００１７】このナットランナ１は、ソケット２０のナ
ット穴２１内にあらかじめナット４を一個装着してお
き、そのナット４を、図２のようにレール６や継目板５
にほぼ水平に通されたボルト３へ嵌めて締め込むものだ
が、その点から、ソケット２０は下記のようにも構成し
ている。図１(ａ)のように、まずナット穴２１の周面に
は、装着したナット４をこぼさなくするためにボールプ
ランジャ２３を設けている。固定片２３ｃとスプリング
２３ｂとの作用でボール２３ａを内側へ向けて押すこと
によりボール２３ａの一部をナット穴２１内に突出さ
せ、それとの接触によってナット４の脱落を防止するの
である。また、ナット４を締め込むに連れてボルト３の
先端がソケット２０寄りに出て来ることから、ナット穴
２１に続けて深めの穴２１ａをも形成している。

【００１８】中空部１１内でソケット２０が変位したり
傾いたりしたときにもホルダー１０からそれへの動力伝
達が行われるように、ホルダー１０とソケット２０との
間には、新規なたわみ軸継手を設けている。同継手は、
図１(ａ)に示す凹部１２・２２と伝動体３０とから構成
したもので、詳しくは下記a)〜c)のとおりである。

【００１９】a) 凹部１２と同２２とは、それぞれ、ホ
ルダー１０の端部（つまり中空部１１の底部）とソケッ
ト２０の後端部（ナット穴２１と反対側の端部）との各
中央に、軸心と直角な断面が正六角形になるように形成
する。これら凹部１２・２２は、いずれも平坦な六つの
平面からなる内壁面を有し、正六角形断面に変化のない
ストレートなもので、この例では両者は同じ寸法として
いる。

【００２０】b) 伝動体３０は、外方へ凸に膨らんだ曲
面を六つの外壁面として軸心と直角な断面がどこでも正
六角形である膨出部３１・３２を両端のそれぞれに形成
し、その間の中間部３３を膨出部３１・３２よりも細め
の正六角柱（図１(ｄ)参照）にする。膨出部３１の六つ
の外壁面は、図１(ｃ)のように、１８０°離れて背を向
けた二面同士が直径ｄの円筒面の一部をなすように形成
している。そのため、軸直角の六角形断面は図１(ｃ)に
おけるｆの部分で最大となり、この最大部分での二面間
寸法が図１(ｂ)のとおりｄ（上記直径に等しい）とな
る。図１(ａ)のように膨出部３１はホルダー１０の凹部
１２に嵌まるため、この寸法ｄは、凹部１２における対
向二面間の寸法よりもわずかに（０．１〜０．３ｍｍ程
度だけ）小さい値である。膨出部３２についても、その
形状・寸法および凹部２２との関係は上記と同じであ
る。

【００２１】c) 伝動体３０の膨出部３１・３２を上記
の凹部１２・２２へそれぞれ嵌め入れる。軸直角の断面
が正六角形のもの同士を嵌め合わせることになるので、
伝動体３０を介して凹部１２・２２間に軸心まわりの相
対回転は生じず、したがってホルダー１０の回転駆動力
がソケット２０に伝達される。また、凹部１２・２２の
各内壁面が平面であるのに対し、膨出部３１・３２の各
外壁面は図１(ｃ)のような円筒面であるため、膨出部３
１・３２と凹部１２・２２の各嵌め合い部分には軸心間
の傾きが許容される。この例では、膨出部３１・３２の
曲面を広くしたので上記軸心間にそれぞれ１４°の傾き
が許容され、ソケット２０がホルダー１０の中空部１１
内でフルに偏心または傾斜したときにも動力伝達が可能
である。またその結果、ナット穴２１（ソケット１０の
先端）の中心がホルダー１０の軸線から上下左右に最大
５ｍｍ偏心しても、同様に動力伝達されることとなっ
た。なお、ホルダー１０とソケット２０は合金鋼（焼入
れ材）であるが、伝動体３０についても、ボルト３・ナ
ット４（図３）の締結に必要なトルクを十分に伝達し得
るよう、焼入れ性と強靭さのとくにすぐれた合金鋼を使
用している。

【００２２】さて、以上のとおり構成したこのナットラ
ンナ１は、図２に示すレール６の連結作業において、つ
ぎのように使用することができる。

【００２３】 ボルト３にナット４を着ける前の工程
として、レール６に継目板５やボルト３を取り付ける一
方、別の位置（図２の位置よりも左方または上方）でナ
ットランナ１のソケット２０にナット４を装着する。レ
ール６の方は、布設現場にて一線上に並べた二本の端部
間に図示のとおり二枚の継目板５をセットし、それらと
レール６とのボルト穴にボルト３を通して、図の右方か
ら支える。ナットランナ１の方では、ソケット２０の先
端のナット穴２１内に、一個のナット４を装着し、ボー
ルプランジャ２３の作用で保持させておく。

【００２４】 ナットランナ１を、上記にいう別の位
置からボルト３に近づけ、装着したナット４をボルト３
に嵌めるよう移動する。ボルト３には、先が丸くてネジ
を有しない先導部３ａを形成してあるので、ナット４
は、ボルト３に対する心合わせが正確でなくてもスムー
ズにボルト３に嵌まり、ネジ部分３ｂの手前まで送られ
る。このときナット４を含むソケット２０は、ホルダー
１０の中空部１１内で変位して軸線をボルト３の軸線に
合わせることになるので、ホルダー１０の軸線からは偏
心や傾きを生じることになる。

【００２５】 レンチ２を駆動することによってナッ
トランナ１を回転し、ナット４を締め込む。このとき、
レンチ２の駆動力は回転軸２ａからホルダー１０に伝わ
り、その回転はさらに凹部１２から伝動体３０を介して
他方の凹部２２に伝達され、それによってソケット２０
が回される。の時点からホルダー１０・ソケット２０
間には偏心や傾きが生じているが、たわみ軸継手すなわ
ち凹部１２・２２と伝動体３０との係合の作用により、
動力伝達は円滑に行われる。つまりナットランナ１は、
ボルト３の軸線に対して位置および中心線の方向を事前
に正確には一致させていなくても、ナット４を問題なく
そのボルト３にかぶせて締め込むことができ、レール６
の連結作業を容易にし自動化をも可能にする。

【００２６】 一つのナット４を締め込むと、そのナ
ット４からナットランナ１を外し、必要なら以上の手順
を繰り返してレール６の連結を完了する。ナット４から
離れたときソケット２０は、弾性支持体１５の作用によ
ってホルダー１０の軸線とほぼ重なる位置に戻る。

【００２７】以上、一実施例を紹介したが、本発明のナ
ットランナはたとえば下記のようにも実施することがで
きる。

【００２８】イ) ナットランナ１がレール６の連結作業
以外にも使用できることは、言うまでもない。

【００２９】ロ) ソケット２０のナット穴２１からナッ
ト４をこぼさぬための手段として、ボールプランジャ２
３に代えて（またはそれとともに）磁石やバネ片などを
ソケット２０の適所に設けるのもよい。ソケット２０
が、ボルト（の頭部）を保持して移動し、それを相手の
ネジ穴に締め込もうとする場合などは、その重さの関係
で、ナットの場合よりも強い力がその手段に必要であ
る。ただし、ナット４があらかじめボルト３に嵌められ
ていて、それをナットランナ１で増し締めする場合や、
ソケット２０がナット４を下から（上向きに）のみ保持
する場合などには、こうした特別な手段は不要である。

【００３０】ハ) 図２においてボルト３に設けた先導部
３ａ（先が丸くてネジのない部分）は、そのボルト３の
軸心とナットランナ１の軸心とが大きくズレていてもナ
ット４をかぶせやすい、という点で意味がある。先端に
多少の面取り（角部の削除）をしたごく通常のボルトに
対しても同様にナットを嵌め得ることは言うまでもな
い。ただし、その場合は、ナットをかぶせるときボルト
とナットランナとの間のズレの許容範囲が多少せまくな
るので、ナットランナの性能が十分には生かせないこと
がある。

【００３１】ニ) ホルダー１０の駆動力は、図示のレン
チ２などによって軸線方向からのみ伝え得るものではな
い。たとえばホルダー１０の周囲に歯車やスプロケット
等を付け、軸線と直角の方向に回転駆動手段を設けるこ
ともできる。そうすると、スペースの限られたボックス
状部分の内側においてボルト・ナットの締結を行う場合
に有利である。

【００３２】また、本発明のたわみ軸継手は、図１に示
した実施例以外に下記のように構成してもよい。

【００３３】ホ) 伝動体３０の各膨出部３１・３２は、
前述のように二面同士が円筒面の一部となるように形成
したが、必ずしもこれには限らない。例示の場合、各面
の間の稜線が楕円曲線をなすが、逆に各面間の稜線が円
弧となるように上記各二面を楕円円筒の側面の一部とし
てもよいほか、他の曲面を与えるのもよい。また軸心と
直角な断面が正六角形の場合だけでなく、正方形や正八
角形など、他の正多角形であっても同様の作用効果を果
たす。

【００３４】ヘ) 伝動体３０の中間部３３は凹部１２・
２２等とは接触しないため、とくに断面形状等を限定す
るには及ばない。実施例において正六角形断面にしたの
は、同様の断面形状を有する膨出部３１・３２に続けて
形成しやすいからである。

【００３５】ト) 図示の符号１２のような凹部を、動力
伝達をしようとする二軸のうち一方の軸端部のみに形成
し、符号３１と同様の膨出部を他方の軸の端部に一体に
形成したうえ、そうした端部同士を嵌め合わせるだけで
も、二軸間に傾きが許容される簡便なたわみ軸継手が構
成される。これは、別の見方をすると伝動体を一方の軸
の凹部に嵌め入れて固定したのと同じで、本発明の軸継
手の応用といえる。ただしこのような場合、その継手部
分のみでは二軸間に偏心（平行なズレ）は許容されな
い。

【００３６】

【発明の効果】本発明のたわみ軸継手は、1)二軸間の偏
心量や傾きの許容範囲が大きい、2)伝達可能な動力が大
きい、3)全体がコンパクトに構成されて設置スペースを
とらない、4)構造がシンプルなため低コストであり故障
も生じにくい−といった利点を有する。

【００３７】また本発明のナットランナは、1)締結しよ
うとするボルト・ナットに対して中心線を正確には合わ
せなくても適正な締結を円滑に行うことができ、2)しか
も、極めてコンパクトに構成され得るので、直径が１０
ミリ前後やそれ以下の小さなボルト類の締結用としても
好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、図１(ａ)はナットラ
ンナ１の側方視断面図、同(ｂ)・(ｃ)の各図は、そのナ
ットランナ１に内蔵した伝動体３０の正面図および側面
図であり、同(ｄ)は同(ｃ)におけるｄ−ｄ断面図であ
る。

【図２】図１のナットランナ１についての使用状態を示
す断面図である。

【符号の説明】

１ ナットランナ １０ ホルダー ２０ ソケット １２・２２ 凹部 ３０ 伝動体 ３１・３２ 膨出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小原 由幸 東京都港区芝浦１丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 宮沢 和夫 東京都港区芝浦１丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 改発 清秀 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 原田 貞雄 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 大岐 重人 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動軸とそれにて回転される被駆動軸と
   の各端部に、軸心と直角な断面が正多角形であり内壁各
   面が平面状である凹部を設ける一方、 外壁各面が外方へ凸の曲面であり軸心と直角な断面が正
   多角形であってその最大部分で上記凹部の内側に沿う膨
   出部、を両端に有する伝動体を形成し、 伝動体の両端の膨出部を上記の各凹部に嵌め入れたこと
   を特徴とするたわみ軸継手。
2. 【請求項２】 ボルトの頭部やナットに嵌まる穴を先端
   部に有するソケットを、回転駆動手段につながる中空か
   つ有底のホルダー内に、偏心および傾きを可能にして脱
   落不能に配置するとともに、 ホルダーの底部を駆動軸の端部とし、ソケットの後端部
   を被駆動軸の端部として、両者間に請求項１に記載のた
   わみ軸継手を構成したことを特徴とするナットランナ。