WO2011155601A1

WO2011155601A1 - 軸連結構造および軸連結方法

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Publication number: WO2011155601A1
Application number: PCT/JP2011/063373
Authority: WO
Inventors: 裕之阪井; 和俊吉田; 哲博前里
Original assignee: 株式会社明電舎
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2011-12-15
Also published as: US9038798B2; CN102947686A; KR20130036248A; KR101461079B1; CN102947686B; US20130081919A1

Abstract

【課題】雄、雌のスプライン軸の嵌合を容易にするとともに、嵌合後の軸ぶれを防止する。【解決手段】雄、雌一対のスプライン軸７、１１を嵌合して一対の回転軸を連結する軸連結装置において、一対のスプライン軸の嵌合に先立って、一対のスプライン軸の軸芯を合わせる軸連結補助装置２１と、一対のスプライン軸の嵌合後において、スプライン軸の軸ぶれを防止する軸ぶれ防止機構を設けた。軸連結補助装置２１は、一方のスプライン軸７の外側に、該スプライン軸７と同芯状に配置された芯出しリング２２と、他方のスプライン軸１１の外側に、該スプライン軸を中心とする同一円周上に所定の角間隔をもって配置されていて、芯出しリング２２の外周面に係合してスプライン軸７、１１の軸芯を合わせる複数本の芯出しピン２３と、を備えている。

Description

軸連結構造および軸連結方法

　本発明は、互いに連結しようとする一対の回転軸の端部に、スプライン軸を取り付け、これらスプライン軸を嵌合することにより前記一対の回転軸を連結する軸連結構造および軸連結方法に関するものである。

　回転軸相互を連結する場合、例えば、エンジン等の供試体の回転軸とダイナモメータ等の試験装置の回転軸を連結する場合においては、図１５に示すように、架台１０１上にラバーマウント部材１０２を介してマウントされたエンジン等の供試体１０３の回転軸にスプライン軸１０４を取り付ける一方、ダイナモメータ等の試験装置（図示省略）の回転軸（被連結軸）１０５にユニバーサルジョイント１０６等を介して前記スプライン軸１０４を嵌合するスプライン軸１０７を取り付け、該スプライン軸１０７を軸支持体１０８で支持する。

　そして、軸支持体１０８をエアーシリンダ等の軸支持体駆動機構１０９で供試体１０３側に移動させ、スプライン軸１０４をスプライン軸１０７内に嵌合させて、供試体の回転軸と試験装置の回転軸を連結する。スプライン軸１０７とスプライン軸１０４に芯ずれを起こしている場合には、前記ユニバーサルジョイント１０６等で芯ずれを吸収する。（例えば特許文献１～３参照）

実公平１－７８５３号公報実公平２－１０４３２号公報特開２００６－３００１１６号公報

　スプライン軸同士を嵌合する際には、お互いの軸芯のズレを嵌合可能な範囲以下に一致させておく必要がある。そのためには、供試体の回転軸および試験装置先端スプライン軸の位置を上述の嵌合可能な範囲になるよう、精度よく設置しなければならない。

　さらに、供試体の回転軸と試験装置の回転軸の芯ずれをユニバーサルジョイント等で吸収可能な軸連結装置においても、実際に芯ずれを吸収して、両スプライン軸の軸芯を一致させるためには、試験装置側のスプライン軸を上下、左右等に移動させ、両スプライン軸の軸芯を嵌合可能な範囲に合わせなければならず、この軸芯を合わせる作業が実際には非常に作業工数のかかるものであった。また、結合に作業工数がかかることによって、総試験時間増加の原因となっていた。

　本発明の目的は、軸芯合わせ作業を確実に行うことができ、且つスプライン連結後においては軸ぶれを防止することのできる軸連結構造および軸連結方法を提供することにある。

　請求項１の発明は、互いに嵌まり合う一対のスプライン軸を備えた回転軸であって、これらのスプライン軸の嵌合により一対の回転軸を連結する軸連結構造において、
　一方のスプライン軸の外側に、該スプライン軸と同心状に芯出しリングを配置するとともに、他方のスプライン軸の外側には、前記芯出しリングの外周面に係合して、一方のスプライン軸の軸芯と他方のスプライン軸の軸芯を嵌合可能な範囲に一致させる芯出しピンを設けることにより構成した軸連結補助装置を備えていることを特徴とする。

　請求項２の発明は、請求項１に記載の軸連結構造において、前記芯出しピンは、円柱部と円錐部とから構成されており、前記円柱部は、芯出しリングの外周面に係合して該芯出しリングの位置決めを行ない、前記円錐部は、円柱部の先端に設けられて、前記芯出しリングの外周面に当接することにより一対のスプライン軸の軸芯を嵌合可能な範囲に一致させることを特徴とする。

　請求項３の発明は、請求項２に記載の軸連結構造において、前記円柱部は、前記芯出しリングの外周面に係合したときに、前記芯出しリングの先端面に接触するフランジ部を備えていることを特徴とする。

　請求項４の発明は、請求項１～３のいずれかに記載の軸連結補助装置において、
前記互いに連結しようとする一対の回転軸のうちの一方の回転軸は、供試体の回転軸であり、他方の回転軸は、前記供試体の試験を行なう試験装置の回転軸であり、前記供試体の回転軸に一方のスプライン軸が取り付けられ、前記試験装置の回転軸には他方のスプライン軸が取り付けられていて、該他方のスプライン軸は、軸支持体に取り付けられ、該軸支持体は、軸支持体駆動部材で軸方向に移動可能になっているとともに、前記芯出しピンは、それぞれピン駆動部材で軸方向に移動可能になっていることを特徴とする。

　請求項５の発明は、請求項４に記載の軸連結補助装置において、前記ピン駆動部材は、前記少なくとも３本以上の芯出しピンを個々に前記供試体側に前進させて前記芯出しリングの外周面に係合させて前記両スプライン軸の軸芯を嵌合可能な範囲に一致させ、前記軸支持体駆動部材は、前記軸支持体を前記供試体側に前進させて前記両スプライン軸を嵌合させることを特徴とする。

　請求項６の発明は、請求項４または５に記載の軸連結補助装置において、前記軸支持体駆動部材およびピン駆動部材は、エアーシリンダであることを特徴とする。

　請求項７の発明は、請求項４または５に記載の軸連結補助装置において、前記軸支持体駆動部材およびピン駆動部材は、サーボモータ又は油圧シリンダであることを特徴とする。

　請求項８の発明の軸連結方法は、供試体の回転軸に一方のスプライン軸を取り付け、該一方のスプライン軸の外側に同心状に芯出しリングを配置する一方、前記供試体の試験を行なう試験装置の回転軸に他方のスプライン軸を取り付け、該他方のスプライン軸を取り付けた軸支持体に複数本の芯出しピンをピン駆動部材で軸方向に移動可能に取り付けるとともに、前記軸支持体を、軸支持体駆動部材で軸方向に移動可能とし、前記複数本の芯出しピンをピン駆動部材で前記供試体側に前進させ、前記芯出しリングの外周面に係合させて前記両スプライン軸の軸芯を嵌合可能な範囲に一致させた後に、前記他方のスプライン軸を前進させて前記両スプライン軸を嵌合することを特徴とする。

　請求項９の発明は、請求項８の軸連結方法であって、待機位置において複数本の芯出しピンをサブエアーシリンダにより前記試験装置側のスプライン軸の先端面よりも供試体側に突出させるステップと、
　前記複数本の芯出しピンを供試体側に突出させた状態でメインエアーシリンダにより軸支持体を供試体側に移動させ、前記芯出しリングおよび複数本の芯出しピンで両スプライン軸の軸芯のズレを解消するステップと、
　全ての芯出しピンが芯出しリングの外周面に係合して両スプライン軸の軸芯が嵌合可能な範囲に一致したかを検出するステップと、
　両スプライン軸の軸芯合わせ終了後にサブエアーシリンダの弁を開放し、さらにメインシリンダで軸支持体を移動させて、両スプライン軸を嵌合させるとともに、試験装置側のスプライン軸の先端面を芯出しリングの底面部に接触させるステップと、
　試験装置側のスプライン軸の先端面と芯出しリングの底面部との間に隙間を発生させ両者を非接触状態にするステップと、
　芯出しピンと芯出しリングとの間に隙間を発生させ両者を非接触状態にするステップと、を備えたことを特徴とする。

　請求項１０の発明は、請求項１に記載の軸連結構造において、前記一対のスプライン軸は、スプライン連結時において互いに密着して嵌り合うロケートピンとブッシュからなる軸ぶれ防止機構を備えていることを特徴とする。

　請求項１１の発明は、請求項１０に記載の軸連結構造において、
　前記一方のスプライン軸は、円柱状に形成され、外周面にスプライン歯が設けられ、前記他方のスプライン軸は、円筒状に形成され、内周面に前記一方のスプライン軸のスプライン歯と噛合するスプライン歯が設けられ、前記ロケートピンは、円柱状に形成されていて前記円柱状の一方のスプライン軸の先端面に設けられ、前記ブッシュは、円筒状に形成されていて前記円筒状の他方のスプライン軸の内周に設けられていることを特徴とする。

　請求項１２の発明は、請求項１０又は１１記載の軸連結構造において、
　前記ロケートピンは、小径軸部と、該小径軸部の先端に連続する大径軸部を備え、前記ブッシュは、小内径部と、該小内径部に連続する大内径部を備えていて、前記ロケートピンと前記ブッシュを嵌め合わせると、前記ロケートピンの大径軸部の外面が、前記ブッシュの小内径部の内面に接触することを特徴とする。

　請求項１３の発明は、請求項１０～１２の何れかに記載の軸連結構造において、
　前記ロケートピンの大径軸部及び／又はブッシュの小内径部は、先端部に相手方の挿入をガイドする挿入ガイド面を備えていることを特徴とする。

　請求項１４の発明は、請求項１０～１３の何れかに記載の軸連結構造において、
　前記ロケートピン及び／又は前記ブッシュは、前記一方のスプライン軸の先端面及び／又は他方のスプライン軸の内面に着脱自在であることを特徴とする。

　請求項１５の発明は、請求項１０～１４の何れかに記載の軸連結構造において、
　前記一方のスプライン軸は、ダイナモメータにより試験される供試体の回転軸に設けられ、前記他方のスプライン軸は、前記ダイナモメータの回転軸に設けられていることを特徴とする。

　請求項１６の発明は、請求項１５記載の軸連結構造において、
　前記一方のスプライン軸は、一対のベアリングにより回転自在に軸支持体に支持され、前記ブッシュのロケートピンと接触する前記小内径部の内周面は、前記一対のベアリングの内側に位置することを特徴とする。

　請求項１７の発明は、請求項１６記載の軸連結構造において、
　前記軸支持体は、フローティングタイプの軸支持体であることを特徴とする。

　請求項１８の発明は、請求項１０～１７の何れかに記載の軸連結構造において、
　前記ロケートピンの材質は、合成樹脂又はゴムであることを特徴とする。

　請求項１９の発明は、スプライン軸の一方は、円柱状に形成され外周面にスプライン歯が設けられ、
　前記スプライン軸の他方は円筒状に形成され内周面に前記円柱状のスプライン軸のスプライン歯と噛合するスプライン歯が設けられる軸連結構造において、
　前記円柱状のスプライン連結部の先端面に円柱状のロケートピンが設けられ、前記円筒状の他方のスプライン軸の内周に円筒状のブッシュが設けられ、前記一対のスプライン軸はスプライン連結時に互いに密着して嵌り合うロケートピンとブッシュからなる軸ぶれ防止機構を備えていることを特徴とする軸連結構造。

（１）請求項１の軸連結構造は、一対のスプライン軸の嵌合に先立って、前記芯出しリングの外周面に複数本の芯出しピンを係合させて、両スプライン軸の軸芯を嵌合可能な範囲に一致させるので、両スプライン軸の嵌合を容易、且つ確実に行うことができる。
（２）請求項２の軸連結構造は、一対のスプライン軸を嵌合させる際に、両スプライン軸の軸芯がずれている場合に、芯出しリングの先端面の外周縁に、芯出しピンの円錐部の傾斜面が接触して、該傾斜面でガイドされて芯出しリングが複数本の芯出しピンで構成される環状部内に導入される。そして、複数本の芯出しピンの円柱部の外周面が芯出しリングの外周面に係合して、両スプライン軸の軸芯を嵌合可能な範囲に一致させる。
（３）請求項３の軸連結構造は、前記フランジ部と芯出しリングの接触面にタクトスイッチ等を配置することにより、円柱部が芯出しリングの外周面に係合したことを容易に検出することができる。
（４）請求項４の軸連結構造は、供試体の回転軸と、該供試体の試験を行なう試験装置の回転軸とを、芯出しリングと複数本の芯出しピンで容易、且つ確実にスプライン連結することができる。
（５）請求項５の軸連結構造は、複数本の芯出しピンをピン駆動部材で供試体側に前進させて、複数の芯出しピンを芯出しリングの外周面に係合させて、両スプライン軸の軸芯を嵌合可能な範囲に一致させた後に、軸支持体を軸支持体駆動部材で供試体側に前進させて両スプライン軸を嵌合させることができる。
（６）請求項６の軸連結構造は、ピン駆動部材および軸支持体駆動部材にエアーシリンダを使用したので、サーボモータを使用する場合に較べて構造が簡単で安価に製造することができる。
（７）請求項７の軸連結構造は、ピン駆動部材および軸支持体駆動部材にエアーシリンダに代えてサーボモータ又は油圧シリンダを使用したので、芯出しピンや軸支持体の停止位置精度を向上させることができる。従って、験装置側のスプライン軸の先端と芯出しリングの底面部との間に隙間等を発生させることがエアーシリンダを使用した場合に較べて容易になる。
（８）請求項８の軸連結方法は、複数の芯出しピンをピン駆動部材で前進させて、これら芯出しピンを芯出しリングの外周面に接触させることにより両スプライン軸の軸芯を嵌合可能な範囲に一致させた後に、一方のスプライン軸を供試体側に前進させることにより、両スプライン軸を嵌合させることができる。
（９）請求項９の軸連結方法は、試験装置側のスプライン軸の先端と芯出しリングの底面部とを非接触状態にするとともに、芯出しピンと芯出しリングとを非接触状態にしたので、試験装置側のスプライン軸と芯出しリングの間および芯出しリングと芯出しピンとの間で摩擦抵抗を発生させることなくエンジンの試験を行なうことができる。
（１０）請求項１０の軸連結構造は、一対のスプライン軸を嵌め合わせると、これら一対のスプライン軸に設けたロケートピンとブッシュが嵌合、即ち隙間なく嵌り合って、軸ぶれ等の発生を防止する。
（１１）請求項１１の軸連結構造は、一対のスプライン軸を嵌め合わせると、前記一方のスプライン軸に設けたロケートピンが、前記他方のスプライン軸の内周に設けたブッシュ内に嵌合し、前記ロケートピンとブッシュを一体的に連結して、軸ぶれ等の発生を防止する。
（１２）請求項１２の軸連結構造は、前記ロケートピンの一部である大径軸部の外面を、前記ブッシュの一部である小内径部の内面に部分的に接触させる構成にしたので、該部の径精度や面精度を部分的に向上させることにより、大径軸部の外面と、前記ブッシュの内面を密着させて、軸ぶれ等の発生を防止することができる。従って、ロケートピンの外面とブッシュの内面の全域を均等に接触させる場合に比べて接触面の加工が容易になる。
（１３）請求項１３の軸連結構造は、前記ロケートピンの大径軸部及び／又はブッシュの小内径部の先端部に設けた挿入ガイド面によって、ロケートピンとブッシュの嵌合を円滑に行うことができる。
（１４）請求項１４の軸連結構造は、前記ロケートピン及び／又は前記ブッシュを必要に応じて取り付け、取り外すことができ、部品の修理や交換を容易に行うことができる。
（１５）請求項１５の軸連結構造は、エンジン等の供試体の回転軸と、該供試体の試験を行なうダイナモメータの回転軸とを連結するのに用いたので、エンジン等の供試体の性能試験を軸ぶれや共振の発生を抑えた状態で行うことができる。
（１６）請求項１６の軸連結構造は、ロケートピンとブッシュの嵌合時において、ロケートピンと接触するブッシュの小内径部の内周面を、一対のベアリングの内側に位置させることで、軸ぶれをより少なくすることができる。
（１７）請求項１７の軸連結構造は、軸ぶれや共振が発生する可能性が高くなるフローティングタイプの軸支持体を使用した場合においても、軸ぶれや共振の発生をより確実に防止することができる。
（１８）請求項１８の軸連結構造は、ロケートピンを、合成樹脂やゴムの自己潤滑性や弾力性のある材質で形成したので、金属製のものと比較してより円滑に嵌合できるという効果がある。
（１９）請求項１９の軸連結構造は、雄，雌のスプライン軸を嵌め合わせると、これら雄，雌のスプライン軸に設けたロケートピンとブッシュが嵌合、即ち隙間なく嵌り合って、軸ぶれ等の発生を防止する。

軸連結補助装置を設けた軸連結構造の説明図。軸連結方法のステップ１を示す説明図。軸連結方法のステップ２～４を示す説明図。軸連結方法のステップ５を示す説明図。軸連結方法のステップ６を示す説明図。軸連結方法のステップ７を示す説明図。本発明の軸連結方法を示すフロー図。第２実施例を示す説明図第３実施例の要部の断面図。ロケートピンの断面図。ブッシュの断面図。ロケートピンとブッシュを嵌め合わせた状態の断面図。雄，雌のスプライン軸を嵌合した状態の断面図。ロケートピンとブッシュを嵌合した状態の断面図。従来例の説明図

　図１～図７は第１実施例を示す。回転軸相互を連結して各種の試験を行なう場合、例えば、図１に示すように、架台１上にラバーマウント部材２を介してマウントされた供試体としてのエンジン３の回転軸４に、ダイナモメータ５の回転軸（被連結軸）６を連結する。次にエンジン３の試験を行なう場合、エンジン３の回転軸４に一方のスプライン軸７を取り付ける一方、ダイナモメータ５の回転軸６には、伸縮可能なユニバーサルジョイント８、９、１０を介して他方のスプライン軸１１が接続されている。なお、図１において、１４と１５は、スプライン軸７の凹部（谷）と、スプライン軸１１の凸部（山）を一致させるために、スプライン軸１１を回動させるためのラックとピニオンである。

　スプライン軸１１は、軸支持体１２に取り付けられている。軸支持体１２は、軸支持体駆動部材としてのエアーシリンダ（以下、メインエアーシリンダと称す。）１３のピストンロッド１３ａの先端に連結されていて軸方向（図中の左右方向）に移動可能になっている。軸支持体１２は、図示省略した構造（例えば、特開２００６－３００１１６号）によりスプライン軸１１を左右、上下方向等に変位可能に支持し、供試体の回転軸と試験装置の回転軸が芯ずれを起こしている場合には、この芯ずれを吸収可能なとしている。なお、１３ｂはメインエアーシリンダ１３のピストンである。

　そして、図２～図４に示すように、軸連結補助装置２１は、嵌合可能な範囲に両スプライン軸７、１１の軸芯を一致させるためのものである。軸連結補助装置２１の概要を説明すると、図２において芯出しピン２３をエアーシリンダ（以下、サブエアーシリンダと称す。）２４により突出させ、次に図３に示すように、軸支持体１２をメインエアーシリンダ１３でエンジン３側に移動させ、軸連結補助装置２１の機能を用いて軸芯をほぼ一致させ、図４のようにスプライン軸７をスプライン軸１１に挿入して、前記一対の回転軸４、６を連結する。

　次に、軸連結補助装置２１の主要構成部材を説明する。軸連結補助装置２１は、スプライン軸７に対し同心状に配置された芯出しリング２２と、スプライン軸１１を中心に４等配で配置された４本の芯出しピン２３で構成されている。４本の芯出しピン２３は、これら４本全てが芯出しリング２２の外周面に係合して両スプライン軸７、１１の軸芯ＣＬ１，ＣＬ２を一致させる。なお、図１～図６において２本のみの芯出しピン２３，２３が表示されているが、各図の芯出しピンはあと２本の芯出しピン２３，２３が実際には配置されている（説明上、２本の芯出しピンは図示省略している）。

　芯出しリング２２は、例えば図２に示すように円筒部２２ａと底面部２２ｂとによって、有底円筒状に形成されていて、底面部２２ｂが治具３ａに取り付けられている。

　芯出しピン２３は、前記芯出しリング２２の外周面に係合して該芯出しリング２２の位置決めを行なう円柱部２３ａと、該円柱部２３ａの先端に設けられて該円柱部２３ａの外周面に前記芯出しリング２２の外周面をガイドする円錐部２３ｂと、で構成されている。

　４本の芯出しピン２３は、スプライン軸１１と一体に取り付けられたピン駆動部材としてのサブエアーシリンダ２４のピストンロッド２４ａの先端に取り付けられていて、軸方向に移動可能になっている。

　図１及び図２に示すように、芯出しピン２３を矢印Ａ方向に移動させると、スプライン軸７の軸芯ＣＬ１とスプライン軸１１の軸芯ＣＬ２が一致していない場合は、図２に示すように、４本の芯出しピン２３のうち、いずれかの芯出しピン２３の円錐部２３ｂの傾斜面が芯出しリング２２の先端面の外周縁２２ｃに接触して、軸芯のズレが解消される。そして、図３に示すように、全ての芯出しピン２３について円柱部２３ａの周面が、芯出しリング２２の外周面に係合（接触）したときに、両スプライン軸７、１１の軸芯が嵌合可能な範囲に一致した状態になる。４本の芯出しピンが全て嵌合したことは、各芯出しピンに設けられた近接センサ２５で検出される。その後、図４に示すように、両スプライン軸７、１１を嵌合させる。

　なお、図１～図６において、Ｓ１は、軸支持体１２が最も後退した位置を検出する第１センサ、Ｓ２は、軸支持体１２が最も前進した位置を検出する第２センサでありリミッタ（安全装置）機能などに利用される、Ｓ３は、芯出しピン２３が最も後退した位置を検出する第３センサ、Ｓ４は、芯出しピン２３が最も前進した位置を検出する第４センサ、Ｓ５は、第３センサＳ３と第４センサＳ４の中間に配置された第５センサである。

　次に、前記軸連結補助装置２１を使用して、エンジン３の回転軸４に、ダイナモメータ５の回転軸６を連結する方法について、図１～６および図７のフロー図を用いて動作を説明する。

　図７のステップ０は、図１に示すように待機状態（スタンバイ状態）を示す。軸支持体１２は、メインエアーシリンダ１３により最も後退した位置、即ちエンジン３から最も離れた位置にある。また、４本の芯出しピン２３も、サブエアーシリンダ２４により最も後退した位置、即ちエンジン３から最も離れた位置にある。

　図７のステップ１は、図２に示すように、４本の芯出しピン２３をサブエアーシリンダ２４により前記スプライン軸１１の先端面よりも供試体３側に突出させ、センサＳ４がピストン２４ｂを検出する（最も前進した位置を検出する）まで移動させる。

　図７のステップ２～３を図３に示す。ステップ２においては、４本の芯出しピン２３を供試体３側に突出させた状態でメインエアーシリンダ１３により軸支持体１２を供試体３側に移動させる。このとき、スプライン軸７とスプライン軸１１の軸芯が嵌合可能な範囲に一致していない場合には、４本の芯出しピン２３のうち、いずれかの芯出しピン２３の円錐部２３ｂの傾斜面が、芯出しリング２２の先端面の外周縁２２ｃに接触し、軸支持体１２が移動するに伴って軸芯のズレを解消する。

　ステップ３においては、全ての芯出しピン２３について、円柱部２３ａの外周面が芯出しリング２２の外周面に係合（接触）したことを、全近接センサ２５の検出によって、両スプライン軸７、１１の軸芯が嵌合可能な範囲に一致したものと判断する。また、ステップ３において、メインシリンダのセンサＳ２の位置（最大ストローク）まで移動させても、全ての近接センサ２５が係合を検出しない場合には、芯出しが不首尾に終わったものとして軸支持体１２をセンサＳ１の位置まで、及び芯出しピン２３をセンサＳ３の位置まで各々後退させて、ステップ１から再度やり直す。これを複数回繰り返してもなお、芯出しができない場合には、連結作業を中止する。

　図７のステップ４は、図３から図４の中間状態を示す。ステップ４においては、図３の状態で４本のサブエアーシリンダ２４の弁を開放する。そして、スプライン軸を結合させるために、ラック１４及びピニオン１５でスプライン軸に回転力を加え、回転軸は慣性により微速にて回転させ、更にメインシリンダ１３で軸支持体１２を移動させる。このステップにおいては、軸支持体１２と一緒にスプライン軸１１が供試体３側に移動する。このとき、４本の芯出しピン２３の円錐部２３ｂの先端が治具３ａの表面に突き当てられるが、上述のとおりサブエアーシリンダ２４の弁は開放されているので、更に軸支持体１２をメインシリンダ１３で供試体３側へ移動することが可能である。

　図７のステップ５を図４に示す。ステップ５においては、ピストン２４ｂが、センサＳ５の位置を通過したことを検出する。その検出により、スプライン軸が完全に結合完了したものと判断する。しかし、ピストン２４ｂが、センサＳ５の位置を通過したことが検出されなかった場合には、各シリンダを待機位置まで戻し、ステップ１から再び自動結合をやりなおす。また、軸支持体１２は重量（慣性）が大きいために、センサＳ５の位置検出と同時に完全に停止することができないため、スプライン軸１１の先端面が芯出しリング２２の底面部２２ｂに接触してしまうことがある。この接触した状態のまま、スプライン軸を回転させると、スプライン軸１１の先端面と芯出しリング２２の底面部２２が摺れてしまう問題がある。

　そこで、ステップ６（図５）に示すように、メインエアーシリンダ１３の弁を開放し、ステップ４で開放したサブエアーシリンダ２４の弁に再びエアーを供給して、軸支持体１２およびスプライン軸１１を供試体３側から離間する方向に、センサＳ５がピストン２４ｂを再度検出するまで移動させる。この動作により、スプライン軸１１の先端面と芯出しリング２２の底面部２２ｂとの間に隙間Ｇ１を発生させて、両者を非接触状態にする。

　図７のステップ７は、図６において、芯出しピン２３を芯出しリング２２から離間する方向にサブエアーシリンダにエアーを供給してセンサＳ３がピストン２４ｂを検出するまで移動させる。その動作によって、芯出しピン２３と芯出しリング２２との間に隙間Ｇ２を発生させ、両者を非接触状態にする。

　そして、ステップ８で試験を開始する。上述したように、隙間Ｇ１によりスプライン軸１１の先端面と芯出しリング２２の底面部２２ｂを非接触状態にするとともに、隙間Ｇ２により芯出しピン２３と芯出しリング２２を非接触状態にしたので、これらの間で摩擦抵抗を発生させることなくエンジンの試験を行なうことが可能になる。

　図８は第２実施例を示す。前記第１実施例では、芯出しピン２３の先端部をエンジンカバー３ａに接触させる構成にしたが、この実施例では、図８に示すように、芯出しピン２３の円柱部２３ａにフランジ部２３ｃを形成し、該フランジ部２３ｃを芯出しリング２２の円筒部２２ａの先端面に接触させる構成にしても良い。芯出しピン２３の先端部をエンジンカバー３ａに接触させる場合は、芯出しピン２３の先端部に接触圧が集中するので芯出しピン２３の先端部やエンジンカバー３ａにダメージを与える虞があるが、フランジ部２３ｃを芯出しリング２２の円筒部２２ａの先端面に当接させる場合は、接触圧を芯出しリング２２の先端面全体に分散させることができる。また、フランジ部２３ｃと芯出しピン２３の接触面にタクトセンサ２６を配置することにより、スプライン軸７がスプライン軸１１内に嵌合したことを検出することができる。他の構成は、第１実施例の場合と同じであるので重複する説明は省略する。

　前記第１、第２実施例においては、軸支持体駆動部材およびピン駆動部材に、エアーシリンダを使用した場合を示したが、軸支持体駆動部材およびピン駆動部材の両方あるいは一方にサーボモータ又は油圧シリンダを使用してもよい。また、芯出しピン２３の本数は、４本に限らず３本以上であればよい。

　図９～図１４は、第３実施例を示す。

　前記第１，第２実施例においては、軸連結補助装置２１を使用することによりスプライン連結を容易に行うことができる。しかし、スプライン連結後においての軸ぶれを防止することができない。

　第３実施例は、軸連結補助装置２１によりスプライン連結を容易に行うことができるようにするとともに、スプライン連結後において軸ぶれ防止機構により軸ぶれを防止することができるようにしたものである。

　第３実施例を説明する前に、スプラインを用いた軸連結構造の問題点について説明する。
（１）スプライン軸１０４とスプライン軸１０７を嵌合させると、これらスプライン軸１０４のスプライン溝とスプライン軸１０７のスプライン溝との間に存在する間隙（遊び）によって軸ぶれ等が発生する。この間隙は、スプライン軸１０４とスプライン軸１０７を円滑に嵌合させるために必要不可欠なものであり、前記間隙を大きくすればするほど、スプライン軸１０４とスプライン軸１０７の嵌合は容易になる反面、軸ぶれ（ガタ）も増大する。特に、スプライン連結しているモータやエンジン等の回転体がラバーマウント部材のような弾性体を介して固定される場合には、供試体の軸位置が不安定又は変化することになり、雄，雌のスプライン軸１０４，１０７の嵌め合い誤差を原因とする振動や共振の発生という問題があった。この理由は、スプライン連結では、回転軸方向の力を伝えるだけで、軸と直角方向の固定は、スプライン連結の嵌め合い誤差があるため、十分に固定できないためである。特に、ダイナモメータ側のスプライン軸１０７を支持している軸支持体１０８が例えば特許文献３に示すフローティング軸受けの場合には、軸ぶれや共振が発生しやすくなる。
（２）前記（１）とは逆に、前記間隙を小さくすればするほど軸ぶれを抑制できるがスプライン軸１０４とスプライン軸１０７の嵌合が難しくなる。前記間隙を小さくせずに、軸ぶれ等を抑制する方法として、スプライン軸の嵌め合い長さを長くして、間隙を小さくし、軸と直角方向の固定をより強固にする方法も考えられるが、結合軸の長さが長くなり、さらに、図１５の軸支持体駆動機構１０９のストローク量が必要となるため、装置全体が大型化するという問題がある。

　第３実施例は、前記従来の問題点を解決し、スプライン軸の嵌合を困難にする間隙を少なくすることなく、また、スプライン連結構造を使用する装置の長大化を招く原因であるスプライン軸を長くすることなく、軸ぶれ等を確実に抑制することを可能にしたものである。

　図９は、第３実施例の軸連結構造の要部を示す断面図である。第３実施例の軸連結構造は、前記第１実施例において説明した軸連結補助装置と同様の軸連結補助装置を備えているとともに、該軸連結補助装置を使用してスプライン連結した雄，雌のスプライン軸７，１１の軸ぶれを防止する軸ぶれ防止機構３１を備えている。

　なお、図示を省略したが、第３実施例の軸連結構造も、第１実施例の軸連結補助装置と同様に、一方のスプライン軸の外側に、該スプライン軸と同心状に芯出しリングを配置するとともに、他方のスプライン軸の外側には、前記芯出しリングの外周面に係合して、一方のスプライン軸の軸芯と他方のスプライン軸の軸芯を嵌合可能な範囲に一致させる芯出しピンを設けることにより構成した軸連結補助装置を備えている。次に、軸ぶれ防止機構３１について説明する。

　図９に示すように、軸ぶれ防止機構３１は、雄，雌のスプライン軸７，１１に、スプライン連結時、厳密には雄，雌のスプライン軸７，１１にスプライン連結後において互いに嵌り合うロケートピン３２とブッシュ３３を設けることにより構成されている。

　前記雄のスプライン軸７は、円柱状に形成されていて、外周面にスプライン歯３４が設けられている。

　前記雌のスプライン軸１１は、円筒状に形成されていて、内周面に前記雄のスプライン軸７のスプライン歯３４と噛合するスプライン歯３５が設けられている。

　前記ロケートピン３２は、円柱状に形成されていて、前記円柱状の雄のスプライン軸７の先端面にロケートピン固定ボルト３６により着脱自在になっている。

　前記ブッシュ３３は、円筒状に形成されていて前記円筒状の雌のスプライン連結部１１の内周にブッシュ固定ボルト３７により取り付けられている。

　図１０に示すように、前記ロケートピン３２は、小径軸部３２ａと、該小径軸部３２ａの先端に連続する小径軸部３２ａよりも若干大径の大径軸部３２ｂとを備えている。

　前記大径軸部３２ｂの先端には、前記ブッシュ３３への挿入を容易に行うために先端に行くに従って徐々に小径となる挿入ガイド面３２ｃが設けられている。

　また、図１１に示すように、前記ブッシュ３３は、大内径部３３ａと、該大内径部３３ａの先端に連続する小内径部３３ｂとを備えている。

　前記ブッシュ３３の小内径部３３ｂの先端にも、前記ロケートピン３２の挿入を容易に行うために先端に行くに従って徐々に小径となる挿入ガイド面３３ｃが設けられている。

　前記ロケートピン３２は、合成樹脂やゴム等の自己潤滑性や弾力性のある素材で形成すれば、金属製のものと比較して、より円滑に嵌合できる。

　そして、ロケートピン３２とブッシュ３３を嵌め合わせると、図１２に示すように、ロケートピン３２の大径軸部３２ｂの外面がブッシュ３３の小内径部３３ｂの内面に接触する。

　図９に示すように、前記雌のスプライン軸１１は、一対のベアリング３８，３９により回転自在に軸支持体４０に支持されている。前記軸支持体４０には、フローティングタイプの軸支持体が使用されている。また、前記雄のスプライン軸７は、ベアリング４１を介して支持部材４２に回転自在に支持されている。

　図１３に示すように、前記ロケートピン３２とブッシュ３３の嵌合時において、ロケートピン３２の大径軸部３２ｂと接触するブッシュ３３の小内径部３３ｂの内面は、前記一対のベアリング３８，３９の内側に位置している。

　実施例において、前記雄のスプライン軸７は、ダイナモメータにより試験される供試体の回転軸４３に接続され、前記雌のスプライン軸１１は、前記ダイナモメータの回転軸４４に接続されている。

　第３実施例の軸連結構造は、上述のような構成であって、図示を省略した第１実施例の軸連結補助装置２１と同様の軸連結補助装置で、スプライン軸７をスプライン軸１１の軸芯を一致させて、図１３に示すように、先ず雌のスプライン軸１１を図９の矢印Ａ方向に移動させて、雌のスプライン軸１１内に雄のスプライン軸７を挿入する。

　雌のスプライン軸１１内に雄のスプライン軸７が所定量導入されると、ロケートピン３２の先端の大径軸部３２ｂが前記挿入ガイド面３２ｃ，３３ｃによりブッシュ３３内に円滑に挿入され、ロケートピン３２の大径軸部３２ｂとブッシュ３３の小内径部３３ｂとが隙間なく嵌り合って行く。

　そして、図１４に示すように、雌のスプライン軸１１の先端部が前記支持部材４２に当接する等してスプライン連結が完了した時点において、ロケートピン３２の大径軸部３２ｂの外面とブッシュ３３の小内径部３３ｂの内面が接触して、前記雄，雌のスプライン軸７，１１の軸ぶれ乃至前記供試体の回転軸４３とダイナモメータの回転軸４４の軸ぶれを阻止するのである。

　なお、前記実施例では、ダイナモメータにより試験される供試体の回転軸４３に雄のスプライン軸７を接続し、ダイナモメータの回転軸４４に雌のスプライン軸１１を接続した場合を示したが、これとは逆に、供試体の回転軸４３に雌のスプライン軸１１を接続し、ダイナモメータの回転軸４４に雄のスプライン軸７を接続してもよい。

　また、前記実施例では、雄のスプライン軸７の先端にロケートピン３２をロケートピン固定ボルト３６で着脱する構成にしたが、雄のスプライン軸７の先端にロケートピン３２を一体的に形成してもよい。

　また、前記実施例では、前記ロケートピン３２に、小径軸部３２ａと、該小径軸部３２ａの先端に連続する小径軸部３２ａよりも若干大径の大径軸部３２ｂを設ける一方、前記ブッシュ３３には、大内径部３３ａと、該大内径部３３ａの先端に連続する小内径部３３ｂを設け、ロケートピン３２とブッシュ３３を嵌合したときに、ロケートピン３２の大径軸部３２ｂの外面が、ブッシュ３３の小内径部３３ｂの内面に接触する構成にした場合を示したが、ブッシュ３３の内径を単一径に形成し、ロケートピン３２にのみ、小径軸部３２ａと、該小径軸部３２ａの先端に連続する小径軸部３２ａよりも若干大径の大径軸部３２ｂを設け、該大径軸部３２ｂの外面をブッシュ３３の内面に接触させる構成にしてもよい。また、これとは逆に、ロケートピン３２の外径を単一径に形成し、ブッシュ３３にのみ、大内径部３３ａと、該大内径部３３ａの先端に連続する小内径部３３ｂを設け、ロケートピン３２の外面を前記小内径部３３ｂの内面に接触させる構成にしてもよい。

　また、前記実施例では、ロケートピン３２とブッシュ３３の両方に挿入ガイド面３２ｃ，３３ｃを設けた場合を示したが、ロケートピン３２とブッシュ３３の何れか一方に挿入ガイド面を設けてもよい。

　実施の形態においては、エンジンとダイナモメータを連結する場合を例にとって説明したが、本発明の軸連結補助装置および軸連結方法は、エンジンとダイナモメータを連結する場合に限らず、広く２つの回転軸をスプライン軸の嵌合により連結する場合に適用することができる。

　１…架台
　２…ラバーマウント
　３…エンジン（供試体）
　４…回転軸
　５…ダイナモメータ
　６…回転軸
　７…スプライン軸
　８…第１ユニバーサルジョイント
　９…伸縮可能な軸
　１０…第２ユニバーサルジョイント
　１１…スプライン軸
　１２…軸支持体
　１３…軸支持体駆動部材（メインエアーシリンダ）
　２１…軸連結補助装置
　２２…芯出しリング
　２３…芯出しピン
　２３ａ…円柱部
　２３ｂ…円錐部
　２３ｃ…フランジ部
　２４…ピン駆動部材（サブエアーシリンダ）
　２４ａ…（サブエアーシリンダ）ロッド
　２４ｂ…（サブエアーシリンダ）ピストン
　３１…軸ぶれ防止機構
　３２…ロケートピン
　３２ａ…小径軸部
　３２ｂ…大径軸部
　３２ｃ…挿入ガイド面
　３３…ブッシュ
　３３ａ…大内径部
　３３ｂ…小内径部
　３３ｃ…挿入ガイド面
　３４，３５…スプライン歯
　３６…ロケートピン固定ボルト
　３７…ブッシュ固定ボルト
　３８，３９…ベアリング
　４０…軸支持体
　４１…ベアリング
　４２…支持部材

Claims

互いに嵌まり合う一対のスプライン軸を備えた回転軸であって、これらのスプライン軸の嵌合により一対の回転軸を連結する軸連結構造において、
　一方のスプライン軸の外側に、該スプライン軸と同心状に芯出しリングを配置するとともに、他方のスプライン軸の外側には、前記芯出しリングの外周面に係合して、一方のスプライン軸の軸芯と他方のスプライン軸の軸芯を嵌合可能な範囲に一致させる芯出しピンを設けることにより構成した軸連結補助装置を備えていることを特徴とする軸連結構造。
前記芯出しピンは、円柱部と円錐部とから構成されており、前記円柱部は芯出しリングの外周面に係合して該芯出しリングの位置決めを行ない、前記円錐部は円柱部の先端に設けられて、前記芯出しリングの外周面に当接することにより一対のスプライン軸の軸芯を嵌合可能な範囲に一致させることを特徴とする請求項１に記載の軸連結構造。
前記円柱部は、前記芯出しリングの外周面に係合したときに、前記芯出しリングの先端面に接触するフランジ部を備えていることを特徴とする請求項２に記載の軸連結構造。
前記互いに連結しようとする一対の回転軸のうちの一方の回転軸は、供試体の回転軸であり、他方の回転軸は、前記供試体の試験を行なう試験装置の回転軸であり、前記供試体の回転軸に一方のスプライン軸が取り付けられ、前記試験装置の回転軸には他方のスプライン軸が取り付けられていて、該他方のスプライン軸は、軸支持体に取り付けられ、該軸支持体は、軸支持体駆動部材で軸方向に移動可能になっているとともに、前記芯出しピンは、それぞれピン駆動部材で軸方向に移動可能になっていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の軸連結構造。
前記ピン駆動部材は、前記少なくとも３本以上の芯出しピンを個々に前記供試体側に前進させて前記芯出しリングの外周面に係合させて前記両スプライン軸の軸芯を嵌合可能な範囲に一致させ、
　前記軸支持体駆動部材は、前記軸支持体を前記供試体側に前進させて前記両スプライン軸を嵌合させることを特徴とする請求項４に記載の軸連結構造。
前記軸支持体駆動部材およびピン駆動部材は、エアーシリンダであることを特徴とする請求項４または５に記載の軸連結構造。
前記軸支持体駆動部材およびピン駆動部材は、サーボモータ又は油圧シリンダであることを特徴とする請求項４または５に記載の軸連結構造。
供試体の回転軸に一方のスプライン軸を取り付け、該一方のスプライン軸の外側に同心状に芯出しリングを配置する一方、前記供試体の試験を行なう試験装置の回転軸に他方のスプライン軸を取り付け、該他方のスプライン軸を取り付けた軸支持体に複数本の芯出しピンをピン駆動部材で軸方向に移動可能に取り付けるとともに、前記軸支持体を、軸支持体駆動部材で軸方向に移動可能とし、前記複数本の芯出しピンをピン駆動部材で前記供試体側に前進させ、前記芯出しリングの外周面に係合させて前記両スプライン軸の軸芯を嵌合可能な範囲に一致させた後に、前記他方のスプライン軸を前進させて前記両スプライン軸を嵌合することを特徴とする軸連結方法。
待機位置において複数本の芯出しピンをサブエアーシリンダにより前記試験装置側のスプライン軸の先端面よりも供試体側に突出させるステップと、
　前記複数本の芯出しピンを供試体側に突出させた状態でメインエアーシリンダにより軸支持体を供試体側に移動させ、前記芯出しリングおよび複数本の芯出しピンで両スプライン軸の軸芯のズレを解消するステップと、
　全ての芯出しピンが芯出しリングの外周面に係合して両スプライン軸の軸芯が嵌合可能な範囲に一致したかを検出するステップと、
　両スプライン軸の軸芯合わせ終了後にサブエアーシリンダの弁を開放し、さらにメインシリンダで軸支持体を移動させて、両スプライン軸を嵌合させるとともに、試験装置側のスプライン軸の先端面を芯出しリングの底面部に接触させるステップと、
　試験装置側のスプライン軸の先端面と芯出しリングの底面部との間に隙間を発生させ両者を非接触状態にするステップと、
　芯出しピンと芯出しリングとの間に隙間を発生させ両者を非接触状態にするステップと、を備えたことを特徴とする請求項８に記載の軸連結方法。
前記一対のスプライン軸は、スプライン連結時において互いに密着して嵌り合うロケートピンとブッシュからなる軸ぶれ防止機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の軸連結構造。
前記一方のスプライン軸は、円柱状に形成され、外周面にスプライン歯が設けられ、
　前記他方のスプライン軸は、円筒状に形成され、内周面に前記一方のスプライン軸のスプライン歯と噛合するスプライン歯が設けられ、
　前記ロケートピンは、円柱状に形成されていて前記円柱状の一方のスプライン連結部の先端面に設けられ、
　前記ブッシュは、円筒状に形成されていて前記円筒状の他方のスプライン軸の内周に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の軸連結構造。
前記ロケートピンは、小径軸部と、該小径軸部の先端に連続する大径軸部を備え、
　前記ブッシュは、小内径部と、該小内径部に連続する大内径部を備え、
　前記ロケートピンと前記ブッシュを嵌め合わせると、前記ロケートピンの大径軸部の外面が、前記ブッシュの小内径部の内面に接触することを特徴とする請求項１０又は１１記載の軸連結構造。
前記ロケートピンの大径軸部及び／又はブッシュの小内径部は、先端部に相手方の挿入をガイドする挿入ガイド面を備えていることを特徴とする請求項１０～１２の何れかに記載の軸連結構造。
前記ロケートピン及び／又は前記ブッシュは、前記一方のスプライン軸の先端面及び／又は他方のスプライン軸の内面に着脱自在であることを特徴とする請求項１０～１３の何れかに記載の軸連結構造。
前記一方のスプライン軸は、ダイナモメータにより試験される供試体の回転軸に設けられ、
　前記他方のスプライン軸は、前記ダイナモメータの回転軸に設けられていることを特徴とする請求項１０～１４の何れかに記載の軸連結構造。
前記一方のスプライン軸は、一対のベアリングにより回転自在に軸支持体に支持され、
　前記ブッシュのロケートピンと接触する前記小内径部の内周面は、前記一対のベアリングの内側に位置することを特徴とする請求項１５記載の軸連結構造。
前記軸支持体は、フローティングタイプの軸支持体であることを特徴とする請求項１６記載の軸連結構造。
前記ロケートピンの材質は、合成樹脂又はゴムであることを特徴とする請求項１０～１７の何れかに記載の軸連結構造。
スプライン軸の一方は、円柱状に形成され外周面にスプライン歯が設けられ、
　前記スプライン軸の他方は、円筒状に形成され内周面に前記円柱状のスプライン軸のスプライン歯と噛合するスプライン歯が設けられる軸連結構造において、
　前記円柱状のスプライン連結部の先端面に円柱状のロケートピンが設けられ、
前記円筒状の他方のスプライン軸の内周に円筒状のブッシュが設けられ、前記一対のスプライン軸はスプライン連結時に互いに密着して嵌り合うロケートピンとブッシュからなる軸ぶれ防止機構を備えていることを特徴とする軸連結構造。