JPS61241534A

JPS61241534A - 軸継手

Info

Publication number: JPS61241534A
Application number: JP8220085A
Authority: JP
Inventors: Shotaro Mizobuchi; 庄太郎溝渕; Katsumi Sasaki; 勝美佐々木; Yoshiichi Kimura; 芳一木村
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1985-04-19
Filing date: 1985-04-19
Publication date: 1986-10-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、原動軸から被動軸へ正回転は伝達するが逆回
転は伝達しないようにした軸継手に関するものである。

〔従来の技術〕

例えば、スラリポンプの羽根車は扱い物の性質上、高度
の耐摩耗性を必要とする。そのため、材質としては例え
ば高硬度の耐摩耗鋳鉄などが用いられるが、この種の材
料は硬くて脆いので加工性が悪く、キー溝による軸締結
とが複雑な構造の軸締結は不可能であり、この種のポン
プの羽根車は逆ネジ付軸ナツトにより軸に締結されてい
る。

ところが、このようなポンプにおいて、誤配線などによ
ってモータが逆回転すると、逆ネジ部分がはずれ羽根車
が飛散し、大きなトラブルの因となる。そこでこのよう
な誤作動による逆回転を防ぐために、従来、種々の方法
がとられていた。

例えば、逆転時にブレーキをかけたり、ラチェット機構
を作動させるなど、機械的に停止させる手段、或いは、
逆転時に作動する電気回路で電磁クラッチを遮断するな
ど、電気的な信号で防ぐ手段などが用いられていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来のものにおいては次の如
き問題点があった。

例えば、機械的に停止させる手段においては、ブレーキ
やラチェット機構に機械的な衝撃力ががかり無理を生じ
損耗を招き、或いは構造が複雑になる。

また、電気的な信号で逆転を防ぐ手段においては、電磁
クラッチなどの設備を要し、又電気回路の制御などを要
し、構造や取扱が複雑になる。

本発明は、従来のものにおける上記の問題点を解決し、
正転時には確実にトルクを被動軸に伝える軸継手として
作用し、逆転時にはトルクを被動軸に伝えず、しかも構
造が簡単であり保守の手間がかからず、信頼性の高い軸
継手を提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記の問題点を解決する手段として、原動軸と
被動軸とを接続する軸継手において、表面にスパイラル
溝を形成したセラミックス製部材と、該スパイラル溝を
形成した表面に対向して回転摺動する摺動面を有する摺
動部材とを備え、前記セラミックス製部材と、前記摺動
部材とは、前記スパイラル溝と前記摺動面とが対向して
配備された状態で、前記原動軸と被動軸のうちの一方の
軸と他方の軸とに、それぞれ固定され、かつ前記スパイ
ラル溝と前記摺動面との間には液体が充填されているこ
とを特徴とする軸継手を提供せんとするものである。

〔作用〕

本発明の軸継手においては、表面にスパイラル溝が形成
されたセラミックス製部材と該表面に対向する面を有す
る摺動部材とを摺動部に液体が充填された状態で配備す
ることによって軸継手が形成されることとなるが、この
スパイラル溝は、正転時には吸引力と摩擦力によってセ
ラミックス製部材と摺動部材とを密着固定せしめて被動
軸に回転を伝達するが、逆転時には動圧を発生して両部
材とを離隔せしめることにより、被動軸に回転を伝達せ
しめないので、逆転時の回転伝達を的確に阻止すること
ができる。

即ち、正転時においては、例えば起動時に原動軸が、被
動軸に対して原動軸が先行して相対的回転運動を生ずる
と、スパイラル溝中の流体が外方に排出され、内方の部
分は負圧となり、セラミックス製部材と摺動部材とは吸
引力により強く接触するようになる。この接触により両
部材間の摩擦係数μは０．３程度にも達し、所定のトル
クを確実に伝えることができる。

また、この接触により、両部材間の相対運動はなくなり
、例えば油で約３回転後、水で約１回転後には互いに固
定された状態となるが、相対運動はなくなっても、両部
材間の隙間１μｍオーダー程度の極めて小さい隙間であ
り、隙間に介在する流体の粘性によって内外の差圧が保
たれるので、洩れを生ずることなく内部は負圧のまま保
持され、従って吸引力も保持される。これにより、両部
材の接触が引続き保たれ、所定のトルクを確実に、回転
滑りなく安定して伝達することができる。

一方、起動時に、誤配線などにより逆転する場合には、
セラミックス製部材が摺動部材に対して相対的に回転し
、スパイラル溝の中央に向かって流体が流入し、流体膜
が形成され流体膜の動圧によりセラミックス製部材と摺
動部材が隔離され、両者間の摩擦係数μは０．００１以
下程度の極めて小さな値となり、事実上トルクは伝達さ
れない。

また、起動時に、残留負圧によりセラミックス製部材と
摺動部材が吸着していても、逆転起動時の回転体或いは
被動流体の慣性によるトルクが定常トルクより大きいこ
とにより、摩擦トルクに打ち勝って両部材の相対的滑り
が始まる。相対的運動があれば、前述の如く動圧が発生
して両部材を隔離して保ち、トルクを遮断する。

なお、両部材を常に押し付は合う軸力を、バネなどによ
り与えておけば、正転時の伝達トルクを増大せしめるこ
とができる。このバネの強さを調節可能とすれば、伝達
トルクの調節を行うことができる。

また、２番目の発明においては、表裏両面に同一の軸方
向投影面において互いに逆方向のスパイラル溝が形成さ
れたセラミックス製部材と、それぞれの面と対向する面
を有する二つの摺動部材とを摺動部に液体が充填された
状態で配備することによって軸継手が形成されることと
なるが、このスパイラル溝は、正転時には吸引力と摩擦
力によって二つの摺動部材とセラミックス製部材との三
つの部材を密着固定せしめて被動軸回転を伝達するが、
逆転時には動圧を発生して、三つの部材をそれぞれ離隔
せしめて被動軸に回転を伝達せしめないので、逆転時の
回転伝達を的確に阻止することができると共に、セラミ
ックス製部材を軸に固定するための構造が不要となり、
また着脱作業の手間が不要となる。また、取り付けによ
る無理な拘束がなく、セラミックス製部材の損傷を防ぐ
ことができる。

なお、本発明においてセラミックス製部材の表面に形成
されるスパイラル溝の数は２以上の任意の整数本である
が、高い動圧を発生するためには１０本以上であること
が望ましく、そして発生する動圧はスパイラルの溝数が
３０本以上となれば飽和する傾向にある。またこのスパ
イラルの溝のｔ〜ｈα 形状は極座標表示（ｒ・θ）でｒ＝ｒ、ｅ　　　と表示
されるものが好ましいが、厳密にこれと一致する必要は
ない。

なお、ここでｒｌ　：内径、 α　：すべり方向と溝の接線方向との角度である。

〔実施例〕

本発明に係る軸継手ＣをモータＡとスラリポンプＢとの
間の軸継手として適用した実施例につき、図面を用いて
説明する。

第１図及び第２図において、原動軸としてのモータＡの
出力軸１と一体に回転する支持体２に、摺動部材として
の受板３が固定され、また被動軸としてのスラリポンプ
Ｂの主軸４と一体に回転する支持体５に、受板６が固定
され、さらにセラミックス製部材である板７が固定され
ている。板７の表面にはスパイラル溝１４が形成されて
おり、これらが、液体８の充満するケーシング９中に収
納されている。

板７は六角形の板材で、受板６に形成した六角形の嵌合
凹部にゴム、樹脂などによる充填材を介して嵌着固定さ
れている。１０は固定用ピン、１１は滑りキー、１２．
１３はシールである。

モータＡの回転は、本体から出力軸１の方を見たときに
左廻りを正回転とし、右廻りを逆回転とする。

セラミックスの板７は、第２図にその正面間が示されて
いるように、その表面にはスパイラル溝１４（図で黒い
部分）が設けられており、このスパイラル溝１４の向き
は、モータＡが逆回転のときに該スパイラル溝１４に接
して回転する摺動面を有する摺動部材としての受板３に
よって液体８が板７の周辺部よりスパイラル溝１４に沿
って中心部（図の黒い部分で、凹部を形成している。）
へ誘導され板７と受板３との間で動圧効果を生じるよう
な向き、即ちモータＡ側から見て左廻りの向きのスパイ
ラルに形成される。

板７を構成するセラミックス材には、例えば、Ｓ　ｉ　
Ｃ，Ｓ　ｔｉ　Ｎｐが使用されるが、受板３は用いる液
体８により選ばれる。例えば液体８として水を用いる場
合はＳｉＣセラミックス、硬質焼結材料、軟質焼結材料
、鋳鉄のいずれかが使用され、液体８としてプロピレン
グリコール水溶液を用いる場合には、アルミナや炭化ケ
イ素などのセラミックス、タングステンカーバイドの如
き硬質焼結材料、ルブレスなどの如き軟質焼結材料、Ｊ
ＩＳ規格の５ＵＳ３０４ステンレス材、ＦＣ材、フェラ
イト等が使用される。

なお、セラミックス材は、耐蝕性に優れている反面、加
工性が悪いため、その表面に３〜５０μｍの極めて浅い
スパイラル状の溝加工を施すことは容易ではないが、所
定形状のセラミックス製の被加工材の表面を、所定形状
のスパイラル状の樹脂マスクで遮蔽した上、微粉のアル
ミナ質研削材を上記樹脂マスク上に噴射するショツトブ
ラスト加工法により、極めて短時間にスパイラル溝を形
成することができる。またレーザ加工も可能である。

上記のスパイラル状の樹脂マスクは、ポリエステル系の
液体感光性樹脂を紫外線で露光・硬化させたもので、製
作方法としては、先ず、スパイラル状溝のネガフィルム
を作成し、これをガラス板上に置き、この上に透明のカ
バーフィルムを重ね、感光性の有する液体樹脂を注加す
る。また、この樹脂の上に、さらに、ベース・フィルム
をロールでラミネートする。

次に、紫外線ランプで数秒間露光させ、ネガフィルムを
通して、露光した部分の樹脂は硬化し、フィルムと同一
形状のスパイラル溝形状をした樹脂マスクが出来る。

本継手に使用した樹脂マスクは、二層のベースフィルム
と粘着性を有するスパイラル溝模様を有する樹脂、及び
保護用紙とからなっている。ショット加工するときには
保護用紙をとり、被加工材表面に貼り付け、ベース・フ
ィルムの一層をはがした後行う。

そしてここで使用されたセラミックス板は、２〜５ｍｍ
の厚さの常圧焼結型ＳｉＣ（炭化珪素）、ｓ　ｓ　３Ｎ
４　　（窒化珪素）で、深さ１０μｍのスパイラル溝が
前記ショツトブラストを用いて加工されている。

この実施例によれば、モータＢが正規の回転であれば、
吸引力と摩擦力によって動力を伝え、主軸４は回転する
。

しかし、モータＢが逆回転した場合には、板７と受板３
間で動圧が発生してスリップし、出力軸が回転しても主
軸４は回転しないことになる。従って羽根車の飛散等の
虞れがない。

なお、これとは反対にセラミックスの板７を原動軸であ
る出力軸１側に固定し受板３を被動軸である主軸４に固
定してもその効果は全く同様である。

またこの実施例では、セラミックスの板７において、ス
パイラル溝１４が３〜５０μｍの深さの溝で十分な能力
を発揮することから、素材のセラミックスも経済的な肉
厚、例えばＳｉＣでは１〜２ｍｍの厚みでよく、前記の
ようにコスト的にも安価に製造でき、また接着に伴う熱
膨張差による割れの心配もないので、高温用としても都
合がよい。

但し、第１図に示す如くセラミックスの板７を多角形に
して外縁でトルクを伝えるような場合には、成る程度の
板厚（例えば４〜５ｍｍ程度）があった方がよい。

また、潤滑液としてプロピレングリコール水溶液を使用
すれば、潤滑液の信頬性も高く、劣化も少なく、水潤滑
に比べて耐荷重が大となり良好な結果が得られる。特に
低速回転において効果が顕著である。

このような構造において、スパイラルが形成されている
セラミックスの表面粗さと、これと対向する受板の表面
粗さとはその摺動特性に大きな影響を与える。

まず、スパイラルが形成されているセラミックスの表面
粗さについては、表面粗さが研削加工により到達できる
範囲である２μｍ以下であれば摩擦係数μが０．０１以
下となり、かなり良好な性質を示すが、この表面粗さを
ラップ仕上げ等によって０．４μｍ以下となるようにす
れば、その性質は飛躍的に向上して摩擦係数μｍ０．０
０１以下となる。従ってスパイラル溝が形成されている
面の仕上げはラップ仕上げがより望ましい。

他方、スパイラル溝が形成されているセラミックス表面
と対向する面である受板の表面の粗さについてみると、
受板の材料によって仕上げの度合が異なってくる。

即ち、軟質焼結材料であれば、最初の摺動時に容易にな
じむので２μ程度の表面粗さでよい。しかし、受板がセ
ラミックス、硬質焼結材料などのように硬度が高い材料
であれば、容易にはなじまないので受板の表面は平滑さ
が要求される。

この受板の表面粗さは対向するセラミックスの表面粗さ
にもよるが、０．８μｍ以下、好ましくは０．４μｍ以
下とすれば極めて良好な摺動特性が得られる。プロピレ
ングリコール潤滑の場合は０．４μｍを超えて２．０μ
ｍ程度であってもなお良好な摺動特性を示す。

第３図は第１図に示した実施例のセラミックスの板７を
被動軸側の受板６にも固定せず、しかも、受板６に面す
るセラミックスの板７の表面に対しでもスパイラルの溝
を形成したものであって、従ってセラミックスの板７の
表面と裏面とはそれぞれスパイラル溝１４が形成される
こととなり、しかも、そのスパイラルの方向は同一の軸
方向投影面において互いに反対の方向となっている。即
ち、若し板７が透明であると仮定すれば、板７を一つの
面から見ると裏側には逆向きのスパイラルが重なって見
えることになる。また受板３に加えて受板６も摺動部材
として用いられているものである。

なお、１５は板７が受板３．６の間から飛び出ないよう
にするために設けられた突起である。

第４図は大きなモータ動力を伝達させるために所定の荷
重を予め板７に付加し、吸引力のみならず付加荷重を加
えて摩擦力を増大せしめて伝達トルクを増大せしめた例
である。即ち、ケーシング９と支持体５との間にはバネ
１６がボルト１７で付加荷重を調整可能下に配備されて
いる。次表はモータ容量に対する付加荷重の例を示すも
のである。

また、液体８は摺動部に流体膜を形成するのみの少量（
例えばｌｅｅ以下）でよく、必ずしも前述の第１．３図
のようにケーシング９中に液体８を封入する必要はない
。従ってこの実施例では液体８として水や、油などの蒸
発しない液体を用い、主軸４側に筒状の支持体１８を固
定し、支持体１８の内周に該液体８を含浸させた例えば
フェルトのような液体含浸材１９を固定して摺動部に臨
ませである。

２０は滑りキーであり、モータＡの出力軸１にバネ１６
によるスラストがかかるのを逃げる構造になっている。

２１．２２は支持体２．５に対して受板３，６が相対回
転をしないように拘束する回り止め用のピンである。ピ
ン２１．２２に対し受板３．６は軸方向には移動可能と
なっている。

さらにこのピン２１．２２において、受板３，６が出力
軸１、主軸４に対して僅か傾き得る余裕を持たせておけ
ば、セラミックス製板７が浮動状態で支えられているこ
とと相まって出力軸重と主軸４との心出しの誤差を成る
程度逃げることができ、無理な力を生ぜず、セラミック
ス製板７その他の部分へ損傷を防ぐことができる。

第３図、第４図においても第１図例と同様に、逆回転は
的確に伝達を阻止し、正回転は的確に伝達することがで
きる。

さらに、板７を受板６に固定する必要がないのでセラミ
ックス特有の取付の際の困難及び運転時における無理な
力による破損などの問題を解消することができる。

〔発明の効果〕

本発明により、正転時には、確実にトルクを伝達し、逆
転時にはトルク被動軸に伝達せず、誤配線などによる逆
転による事故を未然に防ぎ、しかも構造が簡単で、保守
の手間もかからず、信頼性の高い軸継手を提供すること
ができ、実用上極めて大なる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に関するもので、第１図（ａ）は
縦断面図、第１図（ｂ）はそのＩ−Ｉ矢視図、（ケーシ
ング９を除＜）、第２図は使用状態の正面図、第３図（
ａ）は別の実施例の縦断面図、第３図（ｂ）はそのＵ−
４矢視図（ケーシング９、受板３を除＜）、第４図は別
の実施例の縦断面図である。Ａ・・・モーフ、Ｂ・・・スラリポンプ、Ｃ・・・軸継
手、１・・・出力軸、２・・・支持体、３・・・受板、
４・・・主軸、５・・・支持体、６・・・受板、７・・
・板、８・・・液体、９・・・ケーシング、１０・・・
ピン、１１・・・滑りキー、１２゜１３・・・シール、
１４・・・スパイラル溝、１５・・・突起、１６・・・
バネ、１７・・・ボルト、１８・・・支持体、１９・・
・液体含浸材、２０・・・滑りキー、２１．２２・・・
ビン。特許出願人　　　株式会社　　荏原製作所代理人弁理士
　　高　　木　　正　　　行代理人弁理士　　薬　　師
　　　　　　稔代理人弁理士　　依　　１）　孝　次　
部Ｑｎ−

Claims

【特許請求の範囲】１、原動軸と被動軸とを接続する軸継手において、表面にスパイラル溝を形成したセラミックス製部材と、該スパイラル溝を形成した表面に対向して回転摺動する摺動面を有する摺動部材とを備え、前記セラミックス製部材と、前記摺動部材とは、前記スパイラル溝と前記摺動面とが対向して配備
された状態で、前記原動軸と被動軸のうちの一方の軸と
他方の軸とに、それぞれ固定され、かつ前記スパイラル
溝と前記摺動面との間には液体が充填されていることを特徴とする軸継手。２、原動軸と被動軸とを接続する軸継手において、表面及び裏面に、同一の軸方向投影面上で互いに逆向きのスパイラル溝を形成したセラミックス製
部材と、該スパイラル溝を形成した二つの面にそれぞれ対向して回転摺動する摺動面を有する二つの摺動部
材とを備え、前記セラミックス製部材と、前記二つの摺動部材とは、前記両面のスパイラル溝と前記二つの摺動
部材の摺動面とが対向して配備された状態で保持され、前記二つの摺動部材が、前記原動軸と被動軸のうちの一方の軸と他方の軸とに、それぞれ固定され
、かつ前記二つのスパイラル溝とこれに対向する前記二
つの摺動面との間には液体が充填されていることを特徴とする軸継手。