JP2007239792A - Rotary coupling - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力軸と出力軸とが1点においてある角度で折れ曲がっている場合に使用する回転軸継手に関する。 The present invention relates to a rotary shaft joint used when an input shaft and an output shaft are bent at an angle at one point.
入力軸と出力軸とが1点においてある角度で折れ曲がっている場合に使用する回転軸継手、いわゆる自在継手としてはフックの継手が知られているが、構成部品点数が多いなどの問題点がある。かさ歯車も同じ目的に使用できるが、歯車であるから複雑な機械加工を必要とし、高価であるばかりでなく潤滑が必要であり、振動、騒音を発するという問題点がある。 A rotary shaft joint used when the input shaft and the output shaft are bent at a certain angle at one point, a so-called universal joint, is known as a hook joint, but there are problems such as a large number of components. . A bevel gear can be used for the same purpose, but since it is a gear, it requires complicated machining, is expensive and requires lubrication, and has problems of generating vibration and noise.
特許文献1には、フックの継手やかさ歯車のいずれとも異なる回転軸継手が記載されている。図面によりこれを説明する。
図3は特許文献1に記載の回転軸継手を示す斜視図、図4はその片側のヨークを示す斜視図、図5は図4のXX矢視による断面図で、1は入力軸、2は出力軸、3、4は入力軸1と出力軸2とのそれぞれに取り付けられたヨーク、5は1対のヨーク3、4の間に挿入された球体である。ヨーク3、4は同形であるから、以下片側のヨーク3についてやや詳しく説明する。ヨーク3は、外周部31を円周方向に展開したプロフィルを周期的な波形曲線で形成し、内側の表面32をこの波形曲線上の点とピッチコーンの頂点とを結ぶ直線の軌跡で形成し、ピッチコーンの頂点部分に、この頂点を中心とする球面状の凹部35を形成して構成されている。
Patent Document 1 describes a rotary shaft joint that is different from either a hook joint or a bevel gear. This will be described with reference to the drawings.
3 is a perspective view showing a rotary shaft joint described in Patent Document 1, FIG. 4 is a perspective view showing a yoke on one side thereof, FIG. 5 is a sectional view taken along arrow XX in FIG. 4, 1 is an input shaft, 2 is The
図6は特許文献1に記載の回転軸継手におけるヨーク3、4をピッチコーンで示した説明図で、入力軸1と出力軸2との折れ曲がり角度をα、ピッチコーンのすそ部の仰角をα/2とし、頂点部分に頂点を中心とする球面状の凹部を形成されたヨーク3、4と、入力軸1と出力軸2との折れ曲がり点を中心とする球体5とで構成され、入力軸1と出力軸2との折れ曲がりの内側位置において、ピッチコーンの内側の表面が接触している。
FIG. 6 is an explanatory view showing the
ヨークが理想的な摩擦体であれば図6の構成のままで摩擦接触によりトルクを伝達することができるが、現実の材料では滑りや摩耗が避けられず、高速で大トルクを伝達することはできない。ピッチコーンに凹凸を設けてかさ歯車とすれば確実にトルクを伝達することができるが、騒音や振動が発生し、また潤滑、摩耗などのメンテナンス上の問題もある。 If the yoke is an ideal friction body, torque can be transmitted by frictional contact with the configuration of FIG. 6, but slipping and wear cannot be avoided with actual materials, and large torque can be transmitted at high speed. Can not. Torque can be transmitted reliably if the pitch cone is provided with irregularities on the pitch cone, but noise and vibration are generated, and there are also maintenance problems such as lubrication and wear.
特許文献1に記載の発明ではかさ歯車に代えて、展開したプロフィルを波形曲線とするヨークとし、この波形曲線を全周で2ないし4サイクルの少ない波数で構成している。さらに転動に際して滑りを生じないように、波形曲線の山の部分と谷の部分とをそれぞれサイクロイド曲線で構成した。
図7にヨーク外周部31の展開プロフィルの一例を示す。全周は山数2つの2サイクルで構成され、山の部分と谷の部分とはそれぞれサイクロイド曲線で、継目部分を滑らかな曲線で接続している。
In the invention described in Patent Document 1, instead of the bevel gear, the developed profile is a yoke having a waveform curve, and this waveform curve is configured with a small wave number of 2 to 4 cycles on the entire circumference. Furthermore, the peak portion and the valley portion of the waveform curve were each composed of a cycloid curve so that no slip occurred during rolling.
FIG. 7 shows an example of a development profile of the yoke outer
サイクロイド曲線は、円が直線に沿って滑らずに転がるとき、円周上の定点が描く軌跡である。歯車のプロフィルとして一般的なインボリュート曲線は歯面の表裏で不連続であるが、サイクロイドの場合は頂部を含めて両側が連続した波形となり、少ない山数で連続的に接触したい本発明の継手には好適である。波形曲線としてはこの他に、変形台形曲線、変形正弦曲線、トロコイド曲線など、一般にカム曲線と呼ばれているものが使用できる。 The cycloid curve is a locus drawn by a fixed point on the circumference when the circle rolls without sliding along the straight line. A general involute curve as a gear profile is discontinuous on the front and back of the tooth surface, but in the case of a cycloid, both sides including the top have a continuous waveform, and the joint of the present invention where continuous contact is desired with a small number of peaks. Is preferred. In addition to this, what is generally called a cam curve, such as a modified trapezoidal curve, a modified sine curve, or a trochoid curve, can be used as the waveform curve.
波形曲線の全周の中のサイクル数、すなわち山数を多くするとヨークは実質的にかさ歯車に近いものとなるが、特許文献1に記載の発明ではあえて山数を少なくし、製作を容易にするとともに強度を向上させている。図3ないし5に示した例では山数は2で、図7もこれに対応している。山数が1では互いにかみ合う形にならないので、現実的でない。山数が多くなると山の幅が小さくなって強度が低下するから、多くしても6山程度が限度であり、例示した2山がもっとも望ましい。 Increasing the number of cycles, i.e., the number of peaks, in the entire circumference of the waveform curve makes the yoke substantially similar to a bevel gear, but the invention described in Patent Document 1 dares to reduce the number of peaks and facilitates manufacture. In addition, the strength is improved. In the example shown in FIGS. 3 to 5, the number of peaks is 2, and FIG. 7 corresponds to this. If the number of mountains is 1, it will not be in mesh with each other, so it is not realistic. As the number of mountains increases, the width of the mountains decreases and the strength decreases, so the maximum is about 6 mountains, and the two mountains illustrated are the most desirable.
特許文献1に記載の発明の軸継手は、1対のヨーク3、4の中間に球体5を介在させることにより、軸方向の力の伝達ならびにコーンの位置合わせを確実なものとしている。トルクの伝達はヨークの内側表面のころがり接触により行われる。サイクロイド曲線等の波形曲線を採用することによりほぼ完全なころがり接触となるので摩耗の問題はほとんどないが、潤滑を行わないでも長時間安全に運転するため、ヨークそのものを自己潤滑作用のある低摩擦材製とすることが望ましい。一方、球体は軸受用鋼球やセラミックボール等の硬いものが適当である。
In the shaft coupling of the invention described in Patent Document 1, a
また、ヨーク3、4を射出成形で製造する場合などには、一方のヨーク3を、凹部33に球体5を嵌合した形にして一体に形成し、部品点数を削減することもできる。
特許文献1に記載の回転軸継手によって回転を伝達することができるが、山数が少ないことに起因して回転むらや振動、騒音が多少発生しており、用途によってはこれが問題となる。本発明は、特許文献1に記載の回転軸継手をさらに改良して、回転むらをなくし、騒音や振動を低減するとともに強度を向上させることを目的とする。 Although the rotation can be transmitted by the rotary shaft joint described in Patent Document 1, rotation unevenness, vibration, and noise are somewhat generated due to the small number of peaks, which may be a problem depending on the application. An object of the present invention is to further improve the rotary shaft joint described in Patent Document 1 to eliminate uneven rotation, to reduce noise and vibration, and to improve strength.
本発明は、入力軸と出力軸とが1点において角度αで折れ曲がっている回転軸継手であって、前記入力軸と出力軸とのそれぞれに、ピッチコーンのすそ部の仰角がα/2で、外周部を円周方向に展開したプロフィルが周期的な波形曲線で形成されるとともに、その内側の表面がこの曲線上の点とピッチコーンの頂点とを結ぶ渦巻き状の曲線の軌跡で形成され、ピッチコーンの頂点部分に、この頂点を中心とする球面状の凹部を形成したヨークが取り付けられ、それぞれのヨークが、折れ曲がりの内側位置において内側表面同士が接触するとともに、前記凹部に嵌合する1個の球体を介して軸方向に接続されていることを特徴とする回転軸継手であるか、あるいは、入力軸と出力軸とが1点において角度αで折れ曲がっている回転軸継手であって、前記入力軸と出力軸とのそれぞれに、ピッチコーンのすそ部の仰角がα/2で、外周部と内周部との2重構造で、それぞれが円周方向に展開したプロフィルが同じ周期の波形曲線で形成されるとともに、それぞれの内側の表面がこの曲線上の点とピッチコーンの頂点とを結ぶ直線の軌跡で形成され、外周部と内周部とで位相が90度ずれているピッチコーンの頂点部分に、この頂点を中心とする球面状の凹部を形成したヨークが取り付けられ、それぞれのヨークが、折れ曲がりの内側位置においてそれぞれの内側の表面同士が接触するとともに、前記凹部に嵌合する1個の球体を介して軸方向に接続されていることを特徴とする回転軸継手であり、望ましくは前記の球体が前記ヨークの一方と凹部に嵌合した形で一体に形成されている前記の回転軸継手であるか、また前記の周期的な波形曲線が全周を少ないサイクル数で構成されている前記の回転軸継手である。 The present invention is a rotary shaft joint in which an input shaft and an output shaft are bent at an angle α at one point, and an elevation angle of a base portion of a pitch cone is α / 2 on each of the input shaft and the output shaft. The profile of the outer circumference developed in the circumferential direction is formed with a periodic waveform curve, and the inner surface is formed with a spiral curve trajectory connecting the point on this curve and the apex of the pitch cone. A yoke having a spherical recess centered on the apex is attached to the apex portion of the pitch cone, and the inner surfaces of the yokes are in contact with each other at the inner position of the bend and are fitted into the recess. It is a rotary shaft joint characterized in that it is connected in the axial direction via one sphere, or a rotary shaft joint in which the input shaft and the output shaft are bent at an angle α at one point. In each of the input shaft and the output shaft, the pitch cone has an elevation angle of α / 2, a double structure of an outer peripheral portion and an inner peripheral portion, and each profile developed in the circumferential direction has the same period. A pitch that is formed by a waveform curve, and each inner surface is formed by a straight locus connecting a point on the curve and the apex of the pitch cone, and the phase is shifted by 90 degrees between the outer peripheral portion and the inner peripheral portion. At the apex of the cone, a yoke having a spherical recess centered on this apex is attached, and the respective inner surfaces of the yokes are in contact with each other at the inner position of the bend, and are fitted into the recess. The rotary shaft coupling is connected in the axial direction through a single sphere, and preferably the sphere is integrally formed with one of the yokes fitted into the recess. Said times Either a shaft coupling, also said rotational shaft joint periodic waveform curve of the is composed of the number of cycles less the entire circumference.
本発明によれば、回転軸継手におけるかみ合いが円滑となり、振動や騒音が軽減され、回転機器の小型化等に貢献するという、すぐれた効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to smoothly engage the rotary shaft joint, reduce vibrations and noises, and provide excellent effects such as contributing to downsizing of the rotating device.
本発明は、基本的な構成はすでに説明した特許文献1に記載のものと同様、入力軸と出力軸とが1点において角度αで折れ曲がっている回転軸継手であり、入力軸と出力軸とのそれぞれに、ピッチコーンのすそ部の仰角がα/2で、外周部を円周方向に展開したプロフィルが周期的な波形曲線で形成され、ピッチコーンの頂点部分に球面状の凹部を形成したヨークが取り付けられている。以下、実施例について、特許文献1に記載の回転軸継手との相違点を中心に説明する。 The basic configuration of the present invention is a rotary shaft joint in which the input shaft and the output shaft are bent at an angle α at one point, similar to that described in Patent Document 1 described above. Each of the pitch cone has an elevation angle of α / 2 and a profile in which the outer peripheral portion is developed in the circumferential direction is formed by a periodic waveform curve, and a spherical concave portion is formed at the apex portion of the pitch cone. The yoke is attached. Hereinafter, an Example is described centering on difference with the rotating shaft coupling of patent document 1. FIG.
[実施例1]
本発明の第1の実施例を図面により説明する。図1はさきに示した図4と同様、入力軸と出力軸とが1点においてある角度で折れ曲がっている回転軸継手における片側のヨーク3Aを示す斜視図である。
ヨーク3Aは、外周部31を円周方向に展開したプロフィルが周期的な波形曲線で形成されるとともに、その内側の表面がこの曲線上の点とピッチコーンの頂点とを結ぶ渦巻き状の曲線の軌跡で形成され、ピッチコーンの頂点部分に、この頂点を中心とする球面状の凹部35が形成されている。
[Example 1]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a
In the
図4に示した従来のヨーク3に対して、本実施例のヨーク3Aは、かみ合いの接触のタイミングが内周寄りと外周寄りとでずれることにより、回転むらが少なくなり、振動や騒音が軽減される。
[実施例2]
図2は本発明の第2の実施例の片側のヨーク3Bを示す斜視図である。
Compared to the
[Example 2]
FIG. 2 is a perspective view showing a
ヨーク3Bは、基本的にはこれまでのものと同様であるが、外周部31と内周部33との2重構造となっており、それぞれが円周方向に展開したプロフィルは同じ周期の波形曲線で形成されるとともに、それぞれの内側の表面32、34がこの曲線上の点とピッチコーンの頂点とを結ぶ直線の軌跡で形成され、外周部31と内周部33とで位相が90度ずれている。
外周部31と内周部33とが2重構造でかつ位相が90度ずれていることにより、波形曲線は全周で2山(2サイクル)であるが、かみ合いのタイミングは倍の4山と同じになり、回転むらが少なくなり、振動や騒音が軽減される。
The
Since the outer
以上いずれの実施例においても、球体5を一方のヨーク3A、3Bの凹部35に嵌合した形で一体に形成してもよい。また、球面状の凹部に代えて、球体5の直径にほぼ等しい径の孔をあけ、外側から凹部の底部に相当する位置までこの孔径に等しいピンを打ち込んでこの孔をふさぐようにしてもよい。
本発明においては表面形状を渦巻き状としたり、内外2重構造とすることにより回転むらを軽減しているから、基本的な波形曲線としてはサイクル数を増加させる必要がないので、全周を少ないサイクル数、たとえば2サイクルで構成することができる。
In any of the embodiments described above, the
In the present invention, since the surface shape is spiral or the inner and outer double structures are used to reduce rotational unevenness, there is no need to increase the number of cycles as a basic waveform curve. It can be constituted by the number of cycles, for example, 2 cycles.
本発明の回転軸継手は歯車等に比べて形状が単純であるから小型化に有利であり、射出成形法やロスとワックス法等によって外径10mm程度の小さいものも製作できる。また材質はアルミニウム等の金属、樹脂、セラミックスなど自由に選択できる。したがって小型、軽量を要求される特許文献1に記載された人工心臓用の揺動板ポンプなどにも使用できる。なお、このようなポンプに使用する場合、本発明の軸継手自身は回転しないが、機構的には回転する継手と何ら区別するところはない。 Since the rotary shaft joint of the present invention is simpler in shape than a gear or the like, it is advantageous for downsizing, and a small one having an outer diameter of about 10 mm can be manufactured by an injection molding method, a loss and wax method or the like. The material can be freely selected from metals such as aluminum, resin, ceramics and the like. Therefore, it can also be used for an oscillating plate pump for an artificial heart described in Patent Document 1, which is required to be small and light. When used in such a pump, the shaft coupling of the present invention itself does not rotate, but there is no point to distinguish it from a rotating coupling mechanically.
1 入力軸
2 出力軸
3、4、3A、3B ヨーク
5 球体
31 外周部
32 (外周部内側の)表面
33 内周部
34 (内周部内側の)表面
35 凹部
1
31 Outer part
32 Surface (inside the outer periphery)
33 Inner circumference
34 Surface (inside the inner circumference)
35 recess
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