JP2007162842A - 軸継手 - Google Patents

Abstract

【課題】平行な２軸間で互いに直交する案内溝の交差位置に配した転動体を介して動力を伝達する方式の軸継手において、継手サイズを大型化させることなく、最大偏心時の異音の発生や部品の損傷を防止することである。
【解決手段】鋼球（転動体）３を収納する保持器４の長孔７の両端縁部に、長孔７の中心側から端部へ向かって移動してくる鋼球３を受け止めて弾性変形する軟質の緩衝部材８を取り付けることにより、偏心量が最大となるときに鋼球３が両プレート（回転部材）１、２の案内溝５、６や保持器４の長孔７の端縁部に激しく衝突しないようにして、異音や部品の損傷を生じにくくしたのである。同時に、偏心に対する抵抗の増加を検知して偏心量を偏心可能限界より小さく抑えながら運転することが可能となるので、従来のように偏心可能範囲に余裕をもたせる必要がなくなり、継手サイズの大型化も抑えられる。
【選択図】図１（ａ）

Description

本発明は、互いに平行な２軸を連結して２軸間で動力を伝達する軸継手に関する。

一般的な機械装置の２つの軸を連結して駆動側から従動側へ動力を伝達する軸継手は、連結する２軸の位置関係によって構造が異なり、２軸が１直線上にあるもの、交差するもの、互いに平行な（かつ同心でない）ものに大別される。

このうちの平行な２軸を連結する軸継手として、本出願人は、平行な２軸間で互いに直交する案内溝の交差位置に配した転動体を介して動力を伝達する方式のものを提案した（特許文献１参照。）。
特開２００５−１７２２１７号公報

図９は上述した方式の軸継手の一例を示す。この軸継手は、軸方向で対向する２つの回転部材５１、５２の対向面に、複数の案内溝５３、５４を相手側の案内溝と直交するように設けて、各案内溝５３、５４交差位置に転動体５５を配するとともに、各転動体５５を保持器５６の長孔５７に収納したもので、各転動体５５が、保持器５６に回転部材径方向の移動を拘束された状態で駆動側の回転部材５１に押されることにより、案内溝５３、５４および保持器５６の長孔５７の内側を転動しながら従動側の回転部材５２を押して動力を伝達するようになっている。なお、図９は、説明上、両回転部材５１、５２が同心の状態を示しているが、通常は両者の回転軸がずれた（偏心した）状態で使用される。また、そのときの偏心可能範囲は、両回転部材５１、５２の案内溝５３、５４および保持器５６の長孔５７のうちの最も短いものの長さで決定される。

ところで、この方式の軸継手では、偏心状態における転動体が回転部材の回転速度に比例する速度で回転部材の案内溝や保持器の長孔の内側を往復運動するので、回転部材が高速回転する条件で運転すると、偏心量が最大となるときに転動体が案内溝や保持器の長孔の端縁部に激しく衝突し、異音が発生したり回転部材や保持器が損傷したりするおそれがある。

上記のような異音の発生や部品の損傷を防止するには、運転中に偏心量が偏心可能範囲から決まる限界値（以下、「偏心可能限界」と記す。）に達しないようにすればよい。しかし、偏心量が増加していく過程では偏心に対する抵抗（偏心を大きくするのに要する力）等の特性に顕著な変化がなく、また継手内部を外部から目視で確認することは困難なため、実際に適切なタイミングで偏心量の増加を抑えることは極めて難しい。このため、通常は、軸継手を組み込む機械装置の側に回転部材の偏心を規制するストッパを設けて、運転中の偏心量が確実に偏心可能限界より小さくなるようにしている。その結果、継手設計においては必要以上に偏心可能範囲を大きく取らねばならず、継手サイズが大型化するという問題があった。

本発明の課題は、平行な２軸間で互いに直交する案内溝の交差位置に配した転動体を介して動力を伝達する方式の軸継手において、継手サイズを大型化させることなく、最大偏心時の異音の発生や部品の損傷を防止することである。

上記の課題を解決するため、本発明は、両回転部材の案内溝と転動体を収納するように保持器に設けられる長孔のいずれかの両端部に、転動体の衝突に対する緩衝機構を設けたのである。これにより、偏心量が最大となるときに転動体が案内溝や保持器の長孔の端縁部に激しく衝突することを防止でき、異音や部品の損傷を生じにくくすることができる。しかも、偏心可能範囲のうちの緩衝機能が働く範囲では、偏心量の増加とともに偏心に対する抵抗が大きくなるので、これを検知して偏心量を偏心可能限界より小さく抑えながら運転することが可能となり、従来のように偏心可能範囲に余裕をもたせた設計を行う必要がなくなって、継手サイズの大型化が抑えられる。

また、前記各転動体を円筒形状に形成して、その両端部を各回転部材の案内溝で案内し、中央部を保持器に設けた長孔に通して保持するとともに、各転動体の外周から鍔状に張り出し、保持器と係合して転動体の軸を含む平面内での回転を拘束するスライダを設けた場合には、前記緩衝機構を、案内溝または保持器の長孔の端部で、転動体と一体に案内溝または保持器の長孔の中心側から端部へ向かって移動してくるスライダを受け止めるものとすることができる。

前記緩衝機構としては、案内溝または保持器の長孔の中心側から端部へ向かって移動してくる転動体またはスライダを受け止めて弾性変形する軟質の緩衝部材を採用することができる。このとき、前記緩衝部材に、転動体またはスライダを受け止めるときに撓み変形する部分を設ければ、緩衝能力の向上が図れるとともに、偏心可能範囲のうちの緩衝機能が働く範囲が広がって、偏心に対する抵抗の増加を検知しやすくなり、偏心量を偏心可能限界より小さく抑えながら運転することが容易になる。

また、前記緩衝機構は、案内溝または保持器の長孔の中心側から端部へ向かって移動してくる転動体またはスライダを受け止める受部と、この受部が転動体またはスライダを受け止めるときに圧縮されるばねとを備えたものとすることもできる。この構成の緩衝機構を採用した場合は、緩衝機能が働く範囲を広く取りやすいし、ばねを取り替えることにより緩衝能力を自在に変更することができる。さらに、ばねを伸縮させる送りねじを設けて、受部が転動体またはスライダを受け止めるときのばねの反発力を調整可能とすれば、ばねを取り替えることなく緩衝能力を調整できるようになる。一方、ばねとともに、受部が転動体またはスライダを受け止めるときに作動するダンパを設けるようにすれば、緩衝機構の追随性が高まり、回転部材が高速回転して受部が転動体またはスライダと高い周波数で接触する場合でも、十分な緩衝能力を得ることができる。

本発明の軸継手は、上述したように、両回転部材の案内溝と保持器の長孔のいずれかの両端部に、転動体の衝突に対する緩衝機構を設けたものであるから、最大偏心時に転動体が案内溝や保持器の長孔の端縁部に激しく衝突することがなく、異音の発生や部品の損傷を防止することができる。しかも、偏心に対する抵抗の増加を検知して偏心量を偏心可能限界より小さく抑えながら運転することが可能となるので、偏心可能範囲を必要な偏心量に見合った大きさに設計することができ、継手サイズのコンパクト化が図れる。

以下、図１乃至図８に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１および図２は第１の実施形態を示す。この軸継手は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、軸方向で対向し、回転軸が互いに平行な状態に保持される回転部材としてのプレート１、２と、両プレート１、２間に配される複数の転動体としての鋼球３と、各鋼球３のプレート径方向の移動を拘束する保持器４とを備え、各鋼球３を介して両プレート１、２間で動力を伝達するものである。なお、図１は、説明上、両プレート１、２が同心の状態を示しているが、通常は後述するように両プレート１、２の回転軸がずれた（偏心した）状態で使用される。

前記各プレート１、２は、それぞれ円盤部の中央に軸部が一体に形成されており、円盤部どうしが軸方向で対向している。各プレート１、２の円盤部の対向面には、それぞれ４つの案内溝５、６が、周方向に等間隔で、相手側のプレートの対応する位置の案内溝と直交し、かつプレート径方向と４５度をなす方向に直線的に延びるように形成されている。また、前記保持器４は、環状に形成され、その径方向と直交する方向に直線的に延びる長孔７が周方向に等間隔で４箇所に設けられている。そして、前記各鋼球３は、それぞれ両プレート１、２の案内溝５、６の交差位置に配され、保持器４の長孔７に収納されてプレート径方向の移動を拘束された状態で、案内溝５、６に案内されて転動し、偏心量が偏心可能限界に近づくと、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、保持器４の各長孔７の両端縁部に取り付けられた緩衝部材８に当接するようになっている。緩衝部材８は、ゴムやエラストマ等の軟質の素材で形成され、鋼球３に押されて弾性圧縮変形するものである。

この軸継手は、上記の構成であり、入力側のプレート１が回転すると、その案内溝５に周方向から押された鋼球３が、保持器４でプレート径方向の移動を拘束された状態で、出力側のプレート２の案内溝６を押すことにより、出力側プレート２に動力が伝達される。なお、入力側プレート１の回転方向が変わったり、両プレート１、２の駆動側と従動側が逆になったりしても、同じメカニズムで動力伝達が行われる。

上記動力伝達メカニズムは、両プレート１、２が偏心した通常の使用状態でも基本的に同じである。すなわち、各プレート１、２が偏心すると、案内溝５、６の交差位置がプレート周方向で変化し、各鋼球３が案内溝５、６および保持器４の長孔７内を転動しながら両プレート１、２間の動力伝達を行うようになる。そして、偏心量がある程度以上に大きくなると、図２（ａ）、（ｂ）に示したように、保持器４の長孔７の中心側から端部へ向かって移動してきた鋼球３は緩衝部材８に受け止められるようになる。このとき、緩衝部材８が弾性変形して鋼球３の衝突による衝撃を吸収するので、異音が発生したりプレート１、２や保持器４が損傷したりするおそれがない。

また、上記緩衝機能が働く範囲では、偏心量の増加とともに偏心に対する抵抗が徐々に大きくなるので、これを検知して偏心量を偏心可能限界より小さく抑えながら運転することができる。このため、この軸継手の偏心可能範囲は従来よりも小さく設計されており、継手サイズがコンパクトになっている。

上記第１の実施形態では、移動してくる鋼球３を受け止めて弾性変形する緩衝部材８を保持器４に取り付けたが、図３に示す第２の実施形態のように、緩衝部材８を両プレート１、２の案内溝５、６の両端縁部に取り付けるようにしてもよい。

図４（ａ）、（ｂ）は第３の実施形態を示す。この実施形態では、第１の実施形態をベースとして、緩衝部材８の鋼球３との接触面と反対側の面に、緩衝部材８が鋼球３を受け止めるときに保持器４の長孔７の内側面に押し付けられて撓み変形する環状部８ａを設けている。これにより、緩衝能力が向上するとともに、緩衝機能が働く範囲が広がって、偏心に対する抵抗の増加を検知しやすくなり、偏心量を偏心可能限界より小さく抑えながら運転することが容易になる。

図５（ａ）、（ｂ）は第４の実施形態を示す。この実施形態では、第１の実施形態をベースとし、緩衝部材８に代えて、鋼球３を受け止める受部９と、この受部９が鋼球３を受け止めるときに受部９と保持器４の長孔７の内側面との間で圧縮されるばね１０とで緩衝機構を構成している。従って、上述した各実施形態に比べて緩衝機能が働く範囲を広く取りやすいし、ばね１０を取り替えることにより緩衝能力を自在に変更することができる。また、受部９には比較的硬質の部材を用いることもできる。

図６（ａ）、（ｂ）は第５の実施形態を示す。この実施形態の緩衝機構は、第４の実施形態をベースとし、ばね１０を伸縮させる送りねじ１１を保持器４の外周面からねじ込んで、受部９が鋼球３を受け止めるときのばね１０の反発力を調整可能としたものである。従って、運転条件に応じて、ばね１０を取り替えることなく緩衝能力を調整できる。また、この緩衝能力の調整は、軸継手を機械装置に組み込んだ状態でも、継手外部からドライバや六角レンチ等の工具で送りねじ１１を回すことにより簡単に行える。

図７（ａ）、（ｂ）は第６の実施形態を示す。この実施形態の緩衝機構では、第４の実施形態をベースとして、受部９が鋼球３を受け止めるときに作動するダンパ１２を、ばね１０とともに保持器４に組み込んでいる。ダンパ１２には、オイルやガス等の流体抵抗を利用したものや、摺動摩擦抵抗を利用したものを用いるとよい。これにより、緩衝機構の追随性が高まり、両プレート１、２が高速回転して受部９が鋼球３と高い周波数で接触する場合でも、十分な緩衝能力を得ることができる。

図８（ａ）、（ｂ）は第７の実施形態を示す。この実施形態では、上記各実施形態の鋼球３に代えて円筒形の転動体１３を使用し、その両端部を各プレート１、２の案内溝５、６で案内し、中央部を保持器４の長孔７に通して保持するとともに、各転動体１３の外周から鍔状に張り出し、保持器４と係合して転動体１３の軸を含む平面内での回転を拘束するスライダ１４を設けている。この構成は、転動体１３を円筒形として軸方向のガタつきをなくすとともに、スライダ１４で転動体１３の傾きを抑えて案内溝５、６への噛み込みをなくし、常に安定した作動状態が得られるようにしたものである（特願２００５−１５４０９０号参照。）。

前記各転動体１３は、両端部および中央部の外周に軸受１５が嵌め込まれ、これらの各軸受１５を介して各案内溝５、６および保持器４の長孔７と転接しており、その転動に伴って前記スライダ１４も保持器４の長孔７に沿って移動するようになっている。そして、転動体１３と一体に保持器４の長孔７の中心側から端部へ向かって移動してくるスライダ１４を受け止める緩衝部材１６を、保持器４の長孔７の両端縁部に取り付けることにより、転動体１３が案内溝５、６や長孔７の端縁部に激しく衝突しないようにしている。

ここで、前記緩衝部材１６は、第３の実施形態と同様に、スライダ１４を受け止めるときに撓み変形する環状部１６ａを有している。また、環状部１６ａを除く部位には長孔７と平行な取付孔１６ｂが形成され、この取付孔１６ｂを通して保持器４にねじ込まれる固定用ねじ１７で保持器４に固定されているので、取付位置を変更して緩衝機能が働く範囲を調整することも可能である。なお、この緩衝部材１６に代えて、第１、第４および第５の実施形態の緩衝機構（緩衝部材）を、スライダ１４を受け止めるものに変形して用いるようにしてもよい。

第１の実施形態の軸継手の側面図（同心状態） 図１（ａ）の縦断面図 ａは図１の軸継手の要部の側面図（偏心状態）、ｂはａのII−II線断面図 第２の実施形態の軸継手の要部の横断面図（偏心状態） ａは第３の実施形態の軸継手の要部の側面図（偏心状態）、ｂはａのIV−IV線断面図 第４の実施形態の軸継手の要部の側面図（偏心状態） 第５の実施形態の軸継手の要部の側面図（偏心状態） 第６の実施形態の軸継手の要部の側面図（偏心状態） ａは第７の実施形態の軸継手の要部の側面図（偏心状態）、ｂはａのVIII−VIII線断面図 従来の軸継手の側面図（同心状態）

符号の説明

１、２ プレート（回転部材）
３ 鋼球（転動体）
４ 保持器
５、６ 案内溝
７ 長孔
８ 緩衝部材
８ａ 環状部
９ 受部
１０ ばね
１１ 送りねじ
１２ ダンパ
１３ 転動体
１４ スライダ
１５ 軸受
１６ 緩衝部材
１６ａ 環状部
１６ｂ 取付孔
１７ 固定用ねじ

Claims (7)

1. 軸方向で対向し、回転軸が互いに平行でかつ同心でない状態に保持される２つの回転部材のそれぞれの対向面に、複数の案内溝を相手側の回転部材の対応する位置の案内溝と直交するように設け、前記両回転部材の案内溝が交差する位置に、各案内溝に案内されて転動する転動体を配し、これらの各転動体の回転部材径方向の移動を拘束する保持器を設けて、前記各転動体を介して前記両回転部材間で動力を伝達するようにした軸継手において、前記両回転部材の案内溝と前記転動体を収納するように保持器に設けられる長孔のいずれかの両端部に、前記転動体の衝突に対する緩衝機構を設けたことを特徴とする軸継手。
2. 前記各転動体を円筒形状に形成して、その両端部を前記各回転部材の案内溝で案内し、中央部を前記保持器に設けた長孔に通して保持するとともに、各転動体の外周から鍔状に張り出し、前記保持器と係合して転動体の軸を含む平面内での回転を拘束するスライダを設け、前記緩衝機構を、前記案内溝または保持器の長孔の端部で、前記転動体と一体に案内溝または保持器の長孔の中心側から端部へ向かって移動してくるスライダを受け止めるものとしたことを特徴とする請求項１に記載の軸継手。
3. 前記緩衝機構が、前記案内溝または保持器の長孔の中心側から端部へ向かって移動してくる転動体またはスライダを受け止めて弾性変形する軟質の緩衝部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の軸継手。
4. 前記緩衝部材が、前記転動体またはスライダを受け止めるときに撓み変形する部分を有していることを特徴とする請求項３に記載の軸継手。
5. 前記緩衝機構が、前記案内溝または保持器の長孔の中心側から端部へ向かって移動してくる転動体またはスライダを受け止める受部と、この受部が転動体またはスライダを受け止めるときに圧縮されるばねとを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の軸継手。
6. 前記緩衝機構に、前記ばねを伸縮させる送りねじを設けて、前記受部が転動体またはスライダを受け止めるときのばねの反発力を調整可能としたことを特徴とする請求項５に記載の軸継手。
7. 前記緩衝機構に、前記受部が転動体またはスライダを受け止めるときに作動するダンパを設けたことを特徴とする請求項５に記載の軸継手。

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