KR101991386B1

KR101991386B1 - 리지드 커플링

Info

Publication number: KR101991386B1
Application number: KR1020157006199A
Authority: KR
Inventors: 노리오 시로코시
Original assignee: 가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈
Priority date: 2012-08-17
Filing date: 2012-08-17
Publication date: 2019-06-20
Also published as: US9222519B2; DE112012006814T5; CN104583624A; TW201408898A; TWI540269B; US20150132047A1; CN104583624B; JPWO2014027383A1; WO2014027383A1; KR20150043398A; JP6143305B2

Abstract

슬롯식의 리지드 커플링(11)에서는, 커플링 본체(12)의 슬릿이 있는 조임부(25)의 내부에 위치하는 축 구멍(14)의 내주면 부분(31a)의 내경이, d(31)이다. 내주면 부분(31a)에 인접하는 축 구멍(14)의 내주면 부분(32a)의 내경(d(32))은, 내경(d(31))보다 약간 크다. 내주면 부분(32a)은, 내주면 부분(31a)에 대하여 반경 방향 바깥쪽으로 들어간 릴리프면이다. 축 구멍(14)에 축(15)을 통과시키고, 조임부(25)를 체결 볼트(13)로 조인다. 내주면 부분(31a)에 인접하고 있는 내주면 부분(32a)의 부위는, 축(15)에는 접촉하지 않는다. 축(15)을, 기울어짐이 없는 상태로, 축 구멍(14)에 체결고정할 수 있다.

Description

리지드 커플링{RIGID COUPLING}

본 발명은, 2개의 축을 동축으로 연결하기 위해 이용되는 슬롯(slot)식의 리지드 커플링에 관한 것이다. 더 자세하게는, 슬롯이 있는 커플링 부분에 대해서 축을 기울이지 않고 체결 볼트에 의해 체결고정할 수 있는 슬롯식의 리지드 커플링에 관한 것이다.

슬롯식의 리지드 커플링에서는, 슬롯이 있는 커플링 부분에 연결 대상인 한쪽의 축을 삽입하고, 그 상태로 상기 커플링 부분을 체결 볼트에 의해 체결하여, 상기 커플링 부분에 축을 동축으로 체결고정하고 있다. 일반적인 슬롯식의 리지드 커플링은, 예를 들면, 특허문헌 1의 도 4에 나타내고 있는 바와 같이, 원통형의 커플링 본체, 그 중심을 관통하여 연장되는 일정한 내경(內徑)의 원형 축 구멍, 및 체결 볼트를 구비하고 있다. 커플링 본체의 중간 위치에는, 원주 방향으로 연장되는 제1 슬릿이 형성되어 있다. 또한, 커플링 본체의 한쪽의 끝으로부터 제1 슬릿에 이를 때까지, 커플링 축선 방향으로 연장되는 제2 슬릿이 형성되어 있다. 연결 대상인 축을 원형 축 구멍에 삽입한 상태로, 체결 볼트에 의해, 제2 슬릿에 의해 분단되어 있는 커플링 본체의 부분을 체결함으로써, 축을 커플링 본체에 동축으로 체결고정할 수 있다.

이러한 리지드 커플링은, 예를 들면, 감속기 등의 입력축에 모터 출력축을 동축으로 연결하는 경우에 이용된다. 특허문헌 2, 3에 있어서는, 유성 기어장치(planetary gear drive)의 태양 기어의 축 부분이, 커플링의 한쪽의 개구단(開口端)으로부터 압입 고정되어 있고, 커플링에 있어서 슬릿이 있는 다른 쪽의 개구단으로부터는 모터 출력축이 삽입되어 도시되지 않은 체결 볼트에 의해 체결고정되도록 되어 있다.

일본 특개 2008－95937호 공보 일본 특개 2005－9614호 공보 일본 특개 2000－179629호 공보

슬롯식의 리지드 커플링에 있어서, 슬롯이 있는 커플링 부분의 축 구멍에 삽입하여 체결 볼트로 상기 커플링 부분을 체결고정한 경우에, 상기 커플링 부분의 축 중심에 대해서 축이 기울어 버리는 일이 있다. 종래에 있어서는, 체결 볼트의 조임(fastening)에 의해, 축 구멍 내경에 대한 축외경의 허용오차분의 축 어긋남이 발생하는 것이라고 생각되고 있었다. 본 발명자 등의 해석에 의하면, 이와 동축 어긋남에 비해 현격히 큰 축의 기울어짐(쓰러짐(tilt))이 발생하는 것이 판명되었다. 높은 정밀도로 회전을 전달할 필요가 있는 전달 기구 등에 있어서는, 이와 같은 오정렬(misalignment)을 확실히 방지하거나 억제할 필요가 있다.

본 발명의 과제는, 기울어짐(쓰러짐)이 없는 상태 또는 기울어짐(쓰러짐)을 가능한 한 억제한 상태로, 축을 체결고정 가능한 리지드 커플링을 제안하는 것에 있다.

상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 리지드 커플링은,

통형상의 커플링 본체와,

상기 커플링 본체에 형성되어 있는 원형 단면의 축 구멍과,

상기 커플링 본체의 일부를, 커플링 중심축선의 방향으로 분단(分斷)하고 있는 제1 슬릿과,

상기 커플링 본체의 일부를, 커플링 원주 방향으로 분단하고 있는 제2 슬릿과,

상기 커플링 본체에 있어서 상기 제1 슬릿 및 상기 제2 슬릿에 의해 분단되어 있는 부분을 조이는 체결구(締結具)를 갖고,

상기 제1 슬릿은, 상기 커플링 본체의 원주 방향을 따라 소정의 각도 범위에 걸쳐 연장되는 슬릿이며,

상기 제2 슬릿은, 상기 커플링 본체에 있어서 한쪽의 끝으로부터 상기 제1 슬릿에 이르는 축선방향으로 연장되는 슬릿이고,

상기 커플링 본체에 있어서 상기 제2 슬릿이 형성되어 있는 부분은, 상기 체결구를 체결하면 내경이 축소 가능한 조임용 축 구멍 부분을 구비한 조임부이며,

상기 축 구멍의 내주면에 있어서, 적어도, 상기 조임부의 내주면 부분에 연결되어 있는 내주면 부분에는, 상기 조임부의 내주면 부분에 대하여, 반경 방향의 바깥쪽으로 들어간 릴리프(relief)면이 형성되어 있다.

일반적으로는, 커플링 본체에 동일 내경의 축 구멍을 형성하고, 조임부의 내주면 부분 이외의 축 구멍 내주면 부분을 깎아내고, 이들 전체를 릴리프면으로 하면 좋다. 예를 들면, 조임부의 축 구멍 부분의 내경에 대하여, 그 이외의 축 구멍 부분의 내경을 1mm 정도 커지도록, 커플링 본체에 축 구멍을 형성하면 좋다.

도 1a는, 슬롯식의 리지드 커플링에 발생하는 축의 쓰러짐을 나타내는 설명도이다. 리지드 커플링(1)에 있어서의 커플링 본체(2)의 축 구멍(3)에, 연결 대상인 한쪽의 축(5)을 삽입한다. 축(5)은 커플링 본체(2)에 있어서 슬릿이 있는 조임부(4)의 단면(2a)의 옆으로부터 삽입한다. 축(5)이 삽입된 상태로, 체결 볼트(도시되지 않음)로 조임부(4)를 조인다.

체결 볼트를 조이면, 커플링 본체(2)는, 그 조임부(4)의 부위로부터 기운다. 조임부(4)보다 안쪽의 축 구멍(3)의 부분에 삽입되어 있는 축(5)의 선단 측 부분의 외주면(5a)에, 축 구멍 내주면 부분(3b)이 접촉한다. 축 구멍 내주면 부분(3b)에 의해, 축(5)을 그 축선 방향으로 직교하는 방향으로 밀어넣는 힘이 발생한다. 그 결과, 축(5)과 커플링 본체(2)의 사이에, 상대적으로 큰 기울어짐이 발생하는 것이라고 생각된다. 본 발명자 등의 해석에 의하면, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 조임부(4)의 조임용 축 구멍 부분의 내주면 부분(3a)에 인접하고 있는 안쪽의 축 구멍 부분의 내주면 부분(3c)(도면에 있어서 굵은 선으로 둘러싸여 있는 영역)에 있어서, 큰 접촉 압력이 축(5)과의 사이에 발생하고 있는 것이 확인되었다.

본 발명의 리지드 커플링에서는, 체결구에 의해 커플링 본체를 조였을 때에, 축 구멍에 삽입한 축에 대해 축 구멍 내주면 측으로부터 접촉 압력이 가해지는 내주면 부분(도 1b의 내주면 부분(3c))에, 반경 방향의 바깥쪽으로의 릴리프면을 형성하고 있다. 릴리프면에 의해, 축 구멍 내주면 부분과 축과의 사이에 접촉 압력이 발생하는 것을 회피할 수 있다. 또는, 이와 같은 접촉 압력을 큰 폭으로 저감할 수 있다. 그 결과, 커플링 본체에 체결고정된 축의 기울어짐(쓰러짐)을 방지하거나 억제할 수 있고, 축을 커플링 본체에 대해서 양호한 정밀도로 동축으로 체결고정할 수 있다.

도 1a는 리지드 커플링에 있어서의 축의 기울어짐 상태를 나타내는 설명도이다.
도 1b는 도 1a의 리지드 커플링의 축 구멍 내주면 부분을 나타내는 설명도이다.
도 2는 본 발명을 적용한 리지드 커플링에 축을 체결고정한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 3a는 도 2의 리지드 커플링을, 그 축선을 포함하는 평면에서 절단한 상태로 나타내는 사시도이다.
도 3b는 도 2의 리지드 커플링의 축 구멍 내주면을 나타내는 확대 부분 단면도이다.
도 4는 도 2의 리지드 커플링에 있어서 축의 기울어짐의 해석 결과의 일례를 나타내는 그래프이다.

이하에, 도면을 참조해, 본 발명을 적용한 리지드 커플링의 실시형태를 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시형태와 관련된 리지드 커플링을 나타내는 사시도이다. 도 3a는 그 중심축선을 포함하는 평면에서 절단된 상태에서의 사시도이며, 도 3b는 리지드 커플링의 축 구멍 내주면을 나타내는 확대 부분 단면도이다. 이러한 도면을 참조해 설명하면, 리지드 커플링(11)은, 원통형의 커플링 본체(12)와 체결 볼트(13)를 구비하고 있다. 커플링 본체(12)의 한쪽의 단면(12a)에 개구되어 있는 축 구멍(14)에는 연결 대상인 한쪽의 축(15)이 삽입되고, 체결 볼트(13)에 의해 커플링 본체(12)에 대해서 동축 상태로 체결고정되어 있다. 커플링 본체(12)의 다른 쪽의 단면(12b)에 개구되어 있는 축 구멍(16)에는, 연결 대상인 다른 쪽의 축(도시되지 않음)이, 예를 들면, 동축 상태로 압입 고정된다. 이것에 의해, 쌍방의 축이 리지드 커플링(11)을 통해 동축으로 연결된 상태가 형성된다.

커플링 본체(12)는, 그 한쪽의 단면(12a)으로부터 다른 쪽의 단면(12b)를 향해, 큰 직경의 원통부(21), 이것보다도 작은 직경의 원통부(22), 및 이것보다도 더 작은 직경의 원통부(23)가 동축으로 형성되어 있다. 큰 직경의 원통부(21)에 있어서는, 단면(12a)으로부터 중심축선(11a)의 방향으로 소정의 거리의 위치에, 약 180도의 각도 범위에 걸쳐 원주 방향으로 연장되는 일정 폭의 제1 슬릿(24)이 형성되어 있다. 제1 슬릿(24)에 의해, 원통부(21)는 제1 슬릿(24)이 형성되어 있는 부분이 중심축선(11a)의 방향에 있어서 분단되어 있다. 단면(12a)으로부터 제1 슬릿(24)까지의 원통 부분이, 체결 볼트(13)에 의해 축(15)을 체결고정하기 위한 조임부(25)로서 기능하는 부분이다. 또한, 이 조임부(25)에는, 단면(12a)으로부터 제1 슬릿(24)까지 중심축선(11a)의 방향으로 직선 형태로 연장되는 제2 슬릿(26)이 형성되어 있다. 제2 슬릿(26)에 의해, 조임부(24)는 원주 방향으로 분단되어 있다.

조임부(25)에 있어서, 제2 슬릿(26)을 사이에 두고 대치하고 있는 한쪽의 부분에는 볼트 관통구멍(27)이 형성되고, 다른 쪽의 부분에는 내주면에 암나사부가 형성된 볼트 체결구멍(도시되지 않음)이 형성되어 있다. 체결구인 체결 볼트(13)를, 그 조임 위치인 볼트 관통구멍(27)을 통해 볼트 체결구멍에 나사삽입하는 것에 의해, 조임부(25)가 반경 방향의 내측으로 조여지고, 축 구멍(14)에 삽입한 축(15)이 커플링 본체(12)에 체결고정된다.

다음에, 커플링 본체(12)의 단면(12a)에 개구되어 있는 축 구멍(14)은, 도 3a, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 원통부(21)를 관통하여 원통부(22)의 중간 위치까지 연장되어 있다. 다른 쪽의 단면(12b)에 개구되어 있는 축 구멍(16)은 축 구멍(14)보다 작은 직경의 원형 축 구멍이며, 단면(12b)으로부터 원통부(23)에 있어서 중심축선(11a)의 방향의 중간 위치까지 연장되어 있다. 이러한 축 구멍(14) 및 축 구멍(16)은 동축으로 형성되어 있고, 이들보다도 작은 직경의 원형 연통구멍(29)을 통해 연결되어 있다.

여기서, 단면(12a) 측의 축 구멍(14)은, 조임부(25)의 내부에 형성되어 있는 조임용 축 구멍 부분(31)과, 그 이외의 축 구멍 부분(32)으로 이루어진다. 조임용 축 구멍 부분(31)은, 단면(12a)로부터 제1 슬릿(24)에 있어서 단면(12a) 측의 슬릿 단면(24a)까지의 부분이다. 이 조임용 축 구멍 부분(31)의 원형 내주면 부분(31a)의 내경(d(31))에 비해, 그 이외의 축 구멍 부분(32)의 원형 내주면 부분(32a)의 내경(d(32))은 약간 크다. 바꾸어 말하면, 원형 내주면 부분(31a)에 대해서, 원형 내주면 부분(32a)은 반경 방향의 바깥쪽으로 약간 들어간 릴리프면으로 되어 있다. 따라서, 조임용 축 구멍 부분(31)의 원형 내주면 부분(32a)과, 이것에 연속되어 있는 축 구멍 부분(32)의 원형 내주면 부분(32a)의 사이에는, 원호형상의 근소한 단차(33)가 형성되어 있다.

도 4는, 상기 구성의 리지드 커플링(11)에 있어서 축(15)의 쓰러짐 양의 해석 결과의 일례를 나타내는 그래프이다. 리지드 커플링(11)으로서, 커플링 내경, 즉 축 구멍(14)에 있어서 조임부(25)의 내경(d(31))이 35.016mm이고, 그 이외의 축 구멍 부분의 내경(d(32))이 36.016mm, 축(15)의 외경이 35.005mm, 축 구멍(14)에 대한 축(15)의 삽입 길이가 42mm인 경우에 대해 해석했다. 리지드 커플링(11) 및 축(15)의 재료 상수는, 영률(Young's modulus)이 206GPa, 푸아송비(Poisson's ratio)가 0.3이다.

단면(12a)으로부터 중심축선(11a)의 방향(도면의 X축 방향)으로, 24mm, 54mm, 84mm 및 100mm의 각 점 P1~P4에 있어서 커플링 본체(12)의 외주 표면의 중심축선(11a)에 직교하는 방향(도면의 Z축 방향)의 변위량을 해석했다. 그래프에 있어서 정방형의 도트(dot)는, 축 구멍(14)의 내경이 중심축선(11a)의 방향에 있어서 35.016mm와 동일한 경우이며, 마름모꼴의 도트는, 본 예시의 리지드 커플링(11)의 경우이다. 이 그래프로부터 알 수 있듯이, 본 예시의 리지드 커플링(11)을 이용하면, 축(15)의 기울어짐(쓰러짐)이 큰 폭으로 억제된다.

다음에, 축(15)의 기울어짐을 허용 범위 내의 값으로 되도록 억제하기 위해서는, 축 구멍 부분(32)의 내주면 부분의 조임용 축 구멍 부분(31)의 내주면 부분에 대한 반경 방향의 바깥쪽으로의 릴리프 양, 조임부(25)의 폭(조임부(25)의 단면(12a)으로부터 제1 슬릿(24)까지의 길이), 및 조임부(25)에 있어서 중심축선(11a)의 방향에 있어서의 체결 볼트(13)의 체결 위치를 조정하면 좋다. 이들을 적절히 설정함으로써, 확실히 축(15)의 기울어짐을 허용 범위 내의 값으로 억제할 수 있다.

덧붙여, 상기의 예시에서는, 조임부(25)의 축 구멍 부분의 내경(d(31))에 대해서, 그 이외의 축 구멍 부분의 내경(d(32))을 전체적으로 크게 하고 있다. 기본적으로는, 도 1b에 있어서 굵은 선으로 둘러싸여 있는 인접 내주면 부분(3c)을 릴리프면으로 하면 좋다. 즉, 조임부(25)의 내주면 부분에 연속하고, 제1 슬릿(24)의 사이에 위치하고 있는 이음 부분을, 중심축선(11a)의 방향으로 소정의 길이분만큼 깎아 릴리프면으로 하면 좋다. 일반적으로는, 축 구멍 가공상의 관점으로부터, 조임부(25) 이외의 축 구멍 내주면 부분의 전체를 깎아 릴리프면을 형성하는 것이 바람직하다.

Claims

제1 축 및 제2 축을 동축으로 연결하는 리지드 커플링(11)으로서,
통형상의 커플링 본체(12)와,
상기 커플링 본체(12)에 형성되며, 상기 커플링 본체(12)의 일방의 제1 단면(12a)에 개구되고, 연결 대상인 상기 제1 축의 외경보다 큰 내경을 구비하며, 상기 제1 축이 삽입되는 원형 단면의 제1 축 구멍(14)과,
상기 커플링 본체(12)에 형성되며, 상기 커플링 본체의 타방의 제2 단면에 개구되어 있는, 연결 대상인 상기 제2 축이 삽입되는 제2 축 구멍과,
상기 커플링 본체(12)의 일부를, 커플링 중심축선의 방향으로 분단하고 있는 제1 슬릿(24)과,
상기 커플링 본체(12)의 일부를, 커플링 원주 방향으로 분단하고 있는 제2 슬릿(26)과,
상기 커플링 본체(12)에 있어서의 상기 제1 슬릿(24) 및 상기 제2 슬릿(26)에 의해 분단되어 있는 부분을 조이는 체결구(締結具)(13)를 갖고,
상기 제1 슬릿(24)은, 상기 커플링 본체(12)의 원주 방향을 따라 소정의 각도 범위에 걸쳐 연장되는 슬릿이며,
상기 제2 슬릿(26)은, 상기 커플링 본체(12)에 있어서 상기 제1 단면(12a)으로부터 상기 제1 슬릿(24)에 이르는 상기 커플링 중심축선의 방향으로 연장되는 슬릿이고,
상기 커플링 본체(12)의 상기 제1 축 구멍(14)이 형성되어 있는 부분은, 상기 제2 슬릿(26)이 형성되어 있는 제1 부분과, 상기 제2 슬릿(26)이 형성되어 있지 않고 원주 방향으로 연속되어 있는 제2 부분으로 이루어지며, 상기 커플링 중심축선의 방향에 있어서 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 상기 제1 슬릿(24)이 위치하며,
상기 커플링 본체(12)에 있어서 상기 제2 슬릿(26)이 형성되어 있는 상기 제1 부분은, 상기 체결구(13)를 체결하면 내경이 축소가능한 내주면 부분(31a)을 구비한 조임부(25)이며,
상기 제1 축 구멍(14)의 내주면에 있어서, 적어도, 상기 조임부(25)의 내주면 부분(31a)에 연결되어 있는 상기 제2 부분의 내주면 부분에는, 상기 조임부(25)의 내주면 부분(31a)에 대하여, 반경 방향의 바깥쪽으로 들어간 릴리프(relief)면이 형성되어 있는, 리지드 커플링(11).
제 1 항에 있어서, 상기 제1 축 구멍(14)의 내주면에 있어서 상기 조임부(25)의 내주면 부분(31a) 이외의 내주면 부분(32a)의 전체가, 상기 조임부(25)의 내주면 부분(31a)에 대해서 반경 방향의 바깥쪽으로 들어간 릴리프면으로 되어 있는, 리지드 커플링(11).
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 리지드 커플링(11)을 이용한 축연결 방법으로서,
상기 커플링 본체(12)의 상기 커플링 중심축선의 방향에 있어서 상기 제1 슬릿(24)의 형성 위치, 상기 커플링 본체(12)의 상기 커플링 중심축선의 방향에 있어서 상기 체결구(13)에 의한 조임 위치(27), 및 상기 릴리프면과 상기 조임부(25)의 내주면 부분(31a) 사이의 내경 차이 중 적어도 1개를 조정하여, 상기 리지드 커플링(11)에 대한 상기 제1 축 구멍(14)에 체결고정한 축(15)의 기울어짐을 소정의 값 이하로 억제하는, 리지드 커플링(11)을 이용한 축연결 방법.