JP2014105846A - 軸の連結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】キーによる連結とクランプによる連結とを併用した連結を、低コストで行うことができる軸の連結構造を得る。
【解決手段】入力軸１２（第１軸）とモータ軸１６（第２軸）とを、キー連結とクランプ連結を併用して連結する軸の連結構造であって、入力軸１２は、モータ軸１６が挿入される筒状部１８と、該筒状部１８を軸方向に切り欠いて形成されたスリット６２（第１、第２スリット６２Ａ、６２Ｂ）と、を有し、当該スリット６２の外周にクランプ連結を行う締結具５８が装着されるとともに、該第１スリット６２Ａがキー５４のキー溝と兼用され、かつスリット６２は、周方向に複数（２個）形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸の連結構造に関する。

特許文献１に、入力軸に設けた中空部にモータ軸を挿入して連結する軸の連結構造が開示されている。

この連結構造では、該入力軸およびモータ軸にキー溝を形成すると共に、入力軸にスリットを形成し、キーによる連結とクランプによる連結を併用して、入力軸とモータ軸とを連結している。動力の伝達は、キーとキー溝を介して行い、クランプは、キーとキー溝の隙間を埋めることで振動や騒音の軽減に寄与している。

特開２００９−２５７５４３号公報（段落００１３、００４１）

しかしながら、上述した連結構造は、キー溝とスリットを別々に形成する必要があったため、コスト高となり易いという問題があった。

本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、キーによる連結とクランプによる連結とを併用した連結を、低コストで行うことができる軸の連結構造を提供することをその課題としている。

本発明は、第１軸と第２軸とを、キー連結とクランプ連結を併用して連結する軸の連結構造であって、前記第１軸は、前記第２軸が挿入される筒状部と、該筒状部を軸方向に切り欠いて形成されたスリットと、を有し、当該スリットの外周に前記クランプを行う締結具が装着されるとともに、該スリットが前記キーのキー溝と兼用可能とされ、かつ前記スリットは、周方向に複数形成されている構成とすることにより、上記課題を解決したものである。

本発明においては、第１軸の筒状部を軸方向に切り欠いて形成されたスリットに、クランプによる縮径代を得る機能とキー溝の機能を兼用させている。そのため、クランプ用のスリットとキー溝を別々に形成する必要がなく、加工が容易で低コストである。

本発明によれば、キーによる連結とクランプによる連結とを併用した連結を、低コストで行うことができる軸の連結構造が得られる。

本発明の実施形態の一例に係る軸の連結構造の要部を示す、図２の矢視Ｉ−Ｉ線に沿う拡大断面図 本発明の実施形態の一例に係る軸の連結構造を、モータのモータ軸と減速装置の入力軸との連結に適用した構成例を示す断面図 入力軸の構成を示す（Ａ）軸直角断面図、（Ｂ）筒状部付近の断面図 本発明を他の減速装置に適用した例を示す断面図

以下、図面に基づいて本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

図２は、本発明の実施形態の一例に係る軸の連結構造を、モータのモータ軸と減速装置の入力軸との連結に適用した構成例を示す断面図である。図１は、図２の矢視Ｉ−Ｉ線に沿う拡大断面図である。

減速装置１０の入力軸１２（第１軸）とモータ１４のモータ軸１６（第２軸）との連結構造については、後に詳述するとして、始めに、図２を用いて減速装置１０の動力伝達系の概略構成を簡単に説明しておく。

この減速装置１０は、ロボットの関節駆動や工作機械の駆動系に広く用いられている偏心揺動型と称される減速装置である。減速装置１０の入力軸１２は内歯歯車２２の軸心Ｏ１の位置に配置されている。入力軸１２には偏心体２６が一体的に形成されている。偏心体２６の外周にはころ２８を介して外歯歯車２０が組み込まれている。外歯歯車２０は、内歯歯車２２に内接噛合している。内歯歯車２２はケーシング３０と一体化されている。外歯歯車２０の歯数は、内歯歯車２２の歯数よりも僅かだけ（この例では１だけ）少ない。

ピン状部材３２が各外歯歯車２０を貫通している。外歯歯車２０の軸方向両側には一対の第１、第２キャリヤ３４、３６が軸受３８、４０を介してケーシング３０に回転自在に支持されている。第１、第２キャリヤ３４、３６は、ピン状部材３２およびボルト４２を介して連結されている。第１キャリヤ３４には、タップ穴３４Ａを介して図示せぬ被動部材が連結される。なお、減速装置１０の入力軸１２は、該第１、第２キャリヤ３４、３６に、玉軸受４４、４６を介して支持されている。

この減速装置１０の動力伝達系の作用を簡単に説明しておく。

入力軸１２が回転すると、該入力軸１２と一体化されている偏心体２６が回転し、ころ２８を介して外歯歯車２０が揺動する。この結果、内歯歯車２２に対する外歯歯車２０の噛合位置が順次ずれていく現象が発生する。外歯歯車２０の歯数は、内歯歯車２２の歯数よりも１だけ少ないため、外歯歯車２０は入力軸１２が１回回転する毎に、一歯分だけ内歯歯車２２に対して位相がずれる（自転する）。この自転成分が、ピン状部材３２を介して第１、第２キャリヤ３４、３６に伝達され、該第１キャリヤ３４とタップ穴３４Ａを介して連結されている被駆動部材が駆動される。

次に、図１、図３を合わせて参照して、本実施形態に係る減速装置１０の入力軸１２（第１軸）とモータ１４のモータ軸１６（第２軸）との連結構造について詳細に説明する。

モータ１４のモータ軸１６は、その外周１６Ａに、軸方向に沿ってキー溝５６が形成されている。キー溝５６の長さＬ１は、キー５４の長さＬ３より若干大きく形成されている。一方、入力軸１２は、軸方向反負荷側（モータ１４側）にモータ軸１６が挿入される有底の筒状部１８と、該筒状部１８を軸方向に切り欠いて形成されたスリット６２を備える。

スリット６２は、周方向に１８０度位相で２つ（複数）形成され（第１スリット６２Ａおよび第２スリット６２Ｂ）、各スリット６２の外周には、クランプを行う締結具５８が装着される。スリット６２のうちの１つの第１スリット６２Ａは、キー５４のキー溝と兼用され、もう１つの第２スリット６２Ｂと共にクランプの締め代を提供するスリットとしても機能する。つまり、本実施形態においては、第２スリット６２Ｂにはキーが配置されないが、第１、第２スリット６２Ａ、６２Ｂの双方にキーを配置するようにしてもよい。

より具体的に説明すると、入力軸１２は、玉軸受４４、４６に支持された２つの軸受支持部（第１、第２軸受支持部）１２Ｆ、１２Ｇ、該第１、第２軸受支持部１２Ｆ、１２Ｇに挟まれ前記偏心体２６が一体的に形成されている偏心体形成部１２Ｈ、モータ１４側の第２軸受支持部１２Ｇから同一の外径ｄ１で延在されオイルシール６４が配置されている大径部１２Ｊ、および該大径部１２Ｊから段差部１２Ｋを経て更に延在され外径（ｄ３）がより小さい小径部１２Ｌとで主に構成されている。この実施形態では、大径部１２Ｊ、段差部１２Ｋ、および小径部１２Ｌが、（有底の）筒状部１８を構成している。

図３に示されるように、筒状部１８の内径Ｄ２は、大径部１２Ｊ、小径部１２Ｌとも同一であるため、小径部１２Ｌは、大径部１２Ｊより径差δ１に相当する分、肉厚が薄くなっている。すなわち、大径部１２Ｊの肉厚はｔ１、小径部１２Ｌの肉厚はｔ３であり、ｔ１＞ｔ３である。

また、図３（Ａ）の拡大円内に示すように、大径部１２Ｊと小径部１２Ｌの間の段差部１２Ｋは、大径部１２Ｊからの面取り部１２Ｍ、後述するスペーサ６６の位置決めを行うスペーサ当接部１２Ｎ、応力の集中を防止するアール部１２Ｒを備え、該アール部１２Ｒを介して小径部１２Ｌに連続している。

入力軸１２とモータ軸１６との連結は、この小径部１２Ｌにおいて行われる。ただし、前記２つの第１、第２スリット６２Ａ、６２Ｂは、この小径部１２Ｌだけでなく、大径部１２Ｊにまで（軸方向長さＬ５の長さにまで）切り欠かれており、小径部１２Ｌと大径部１２Ｊの両方に渡って形成されている。

第１、第２スリット６２Ａ、６２Ｂは、同一のクランプ締結前の幅Ｓｆ１を有している。第１、第２スリット６２Ａ、６２Ｂのフリー時の幅Ｓｆ１は、キー５４の幅Ｋ１よりも大きい。したがって、潜在的な機能は、第１、第２スリット６２Ａ、６２Ｂは、全く同一であり、双方とも、キー５４のキー溝として機能することができると共に、クランプ締結時の入力軸１２の縮径代としても機能することができる（兼用可能）。ただ、本実施形態では、このうちの一方、例えば第１スリット６２Ａのみにキー５４が挿入されるため、他方側、すなわち、第２スリット６２Ｂ側は、縮径代としてのみ機能している。

また、この実施形態では、第１、第２スリット６２Ａ、６２Ｂのクランプ締結後の幅Ｓｃ１も、キー５４の幅Ｋ１よりも大きく設定されている。すなわち、この実施形態では、クランプ締結の途中で、第１スリット６２Ａがキー５４の両側から当接して入力軸１２の縮径代が零となってしまうことがないように（必ず、最後まで意図した締め付け作業が実行できるように）配慮されている。

なお、この実施形態では、第１、第２スリット６２Ａ、６２Ｂのクランプ締結後の幅Ｓｃ１は、モータ軸１６のキー溝５６の幅Ｍ１（図１参照）と同等となるように設定している（Ｓｃ１≒Ｍ１）。しかし、第１、第２スリット６２Ａ、６２Ｂのクランプ締結後の幅Ｓｃ１は、必ずしもモータ軸１６のキー溝５６の幅Ｍ１と同等とする必要はなく、例えば、モータ軸１６のキー溝５６の幅Ｍ１よりも大きく維持されるように設定してもよい。

入力軸１２のスリット６２（第１、第２スリット６２Ａ、６２Ｂ）の外周１２Ｂには、クランプによる連結を行うための締結具５８が装着される。締結具５８は、縮径のためのスリット部７０、７１を備え、ボルト７２の締め付けによって、入力軸１２を径方向外側から締め付け、該入力軸１２の径を短縮する。この実施形態では、第１スリット６２Ａのある位置と同一の円周方向位置に締結具５８のスリット部７０が位置し、第２スリット６２Ｂのある位置と同一の円周方向位置に締結具５８のスリット部７１が位置する態様で締め付けが行われている。

図２を再び参照して、クランプを行う締結具５８と入力軸１２の大径部１２Ｊとの間（軸方向の間）には、スペーサ６６が配置される。このスペーサ６６は、段差部１２Ｋのスペーサ当接部１２Ｎから該スペーサ６６の軸方向長さＬ７だけ離れた位置にて締結具５８を位置決めするためのもので、その意図は、大径部１２Ｊ（あるいは第１、第２スリット６２Ａ、６２Ｂの形成端部６２Ｅ）からできるだけ離れた位置にてクランプ締結を行うことにある。この位置は、具体的には、この実施形態では入力軸１２の端面１２Ｅと締結具５８の端面５８Ｅが一致する軸方向位置に相当している。

次に、当該軸の連結構造の作用を説明する。

本実施形態に係る軸の連結構造を用いて入力軸１２をモータ軸１６と連結する場合、キー５４による連結と締結具５８を用いたクランプによる連結とが併用される。

すなわち、先ず、モータ軸１６のキー溝５６にキー５４が挿入され、該キー５４の円周方向の位置を入力軸１２の第１スリット６２Ａの位置に合わせてモータ軸１６が入力軸１２の筒状部１８内に挿入される。その後、スペーサ６６を介して第１、第２スリット６２Ａ、６２Ｂの外周に締結具５８を嵌め込み、ボルト７２をねじ込むことによって締結具５８のスリット部７０、７１の幅を狭める。この結果、入力軸１２は、径方向外側から強い縮径力を受け、モータ軸１６の外周１６Ａに強い摩擦締結力にて連結される。

この実施形態においては、第１、第２スリット６２Ａ、６２Ｂは、クランプの縮径代を確保するためのスリットの機能と、キー溝としてのスリットの機能を兼用しているため、両方を別々に加工する必要がなく、加工コストを低減できる。とりわけ、この実施形態においては、第１、第２スリット６２Ａ、６２Ｂは、同一の（クランプ締結前の）幅Ｓｆ１で、且つ１８０度位相で形成されているため、同一の工具を用いて連続的に加工することができる。そのため、加工が一層容易であり、加工コストをより低減することができる。また、周方向に複数（本実施形態では１８０度位相で２個）形成されているため、入力軸１２の縮径をほぼ全周に亘って均等に行うことができ、スリットが１個の場合に較べてより応力集中を緩和できる。

また、入力軸１２は、小径部１２Ｌと大径部１２Ｊを有し、第１スリット６２Ａは、該小径部１２Ｌと大径部１２Ｊの両方に亘って形成されているため、入力軸１２の強度を低下させることなく、小径部１２Ｌの十分な変形を可能とし、かつ入力軸１２全体のコンパクト性を高めることができる。

また、クランプを行う締結具５８と大径部１２Ｊとの間にスペーサ６６を配置するようにしたため、締結具５８を入力軸１２の端部位置に容易に位置決めすることができる。これにより、クランプ位置が大径部１２Ｊから遠ざかることで小さな締結力で入力軸１２の小径部１２Ｌを変形させることができ、クランプ締結を安定させることができる。

そして、この実施形態では、第１スリット６２Ａのクランプ締結後の幅Ｓｃ１が、キー５４の幅Ｋ１よりも大きく設定してあるため、クランプ締結の途中で（キー溝としての）第１スリット６２Ａが、キー５４の両側から当該キー５４と接触し、それ以上の締め付けが行えなくなるという事態が生じることがない。なお、この実施形態では、クランプ締結後においてもキー５４と（キー溝としての）第１スリット６２Ａとの間には隙間（Ｓｃ１−Ｋ１）があるため、キー５４は、モータ軸１６と入力軸１２の動力伝達には（通常時は）寄与しない。

この点で、例えば、前述した特許文献１におけるキーとクランプ締結の併用構造とは、連結の技術思想が大きく異なる。すなわち、特許文献１の連結構造は、「動力の伝達は、基本的にキーを介して行い、クランプ締結の併用によってキーとキー溝の隙間を埋める（積極的にキーを挟み込む）ことで振動や騒音の発生を防止する」というものである。したがって、動力の伝達はキーが担う。

しかし、この特許文献１の構成は、縮径によって幅が変化する「キー溝」の寸法の管理が難しく、ときに、キーおよびキー溝の周辺に強い締め付け力が集中しているにも拘わらず、モータ軸の外周と入力軸の内周との間には、未だ隙間が残存していたり、あるいは、逆に、モータ軸の外周と入力軸の内周との間には既に強い摩擦締結力が発生しているにも拘わらず、キーとキー溝の間には、未だ隙間が残存していたりする恐れがある。

これに対し、本実施形態では、（キー溝としての）第１スリット６２Ａの幅は、フリー時の幅Ｓｆ１は勿論、クランプ締結後の幅Ｓｃ１もキー５４の幅Ｋ１よりも大きい。このため、クランプ締結による入力軸１２の縮径は、（キー溝としての）第１スリット６２Ａとキー５４との間に隙間を有しながら完了することができ、モータ軸１６と入力軸１２との間に意図する摩擦締結力を必ず発生させることができる。したがって、動力の伝達は、（キー５４による連結によってではなく）クランプによる連結によって行われることになるため、バックラッシがなく、振動、騒音が小さいというクランプによる連結のメリットをそのまま享受することができるものである。

そして、万一、何らかの原因でモータ軸１６と入力軸１２との間で摩擦伝達力が失われたときであっても、キー５４による連結が、バックアップ的に機能するため、連結されている被動機械が不測の挙動を取ることを防止できる。

なお、上記実施形態においては、内歯歯車２２の軸心Ｏ１上に１本の偏心体を有する軸（入力軸１２）を備える減速装置１０に、本発明の実施形態が適用されていたが、本発明では、第１軸を有する機器の構成は、特に上述したような減速装置１０に限定されるものではなく、例えば図４に示されるような構成の減速装置８０の入力軸８２とモータ軸１６（図４では図示略）との連結にも適用することができる。

この減速装置８０においては、入力軸８２には、入力歯車８４が一体に形成されている。入力歯車８４は、筒状体８６の外周にニードル軸受８８を介して回転自在に支持されたセンタ歯車９０と噛合している。センタ歯車９０は、偏心体軸９２を駆動するための偏心体軸歯車９４と噛合している。偏心体軸９２は、内歯歯車９５の軸心Ｏ２からオフセットされた円周上の位置に、複数（この例では３本：図４では１本のみ図示）設けられている。各偏心体軸９２上には偏心体９６が一体形成されており、該偏心体９６の外周には、ころ９８を介して外歯歯車１００が組み込まれている。外歯歯車１００は、内歯歯車９５に内接噛合している。

この減速装置８０では、入力軸８２がモータ軸１６と連結されることによって回転すると、入力歯車８４を介してセンタ歯車９０が回転し、複数の偏心体軸９２に設けられた偏心体軸歯車９４が同期して同方向に回転する。このため、各偏心体軸９２上に一体的に形成された偏心体９６が同期して回転し、外歯歯車１００を揺動させる。外歯歯車１００が揺動すると、外歯歯車１００と内歯歯車９５との間に（両者１００、９５の歯数差に応じた）相対回転が生じ、この相対回転によって偏心体軸９２が内歯歯車９５の軸心Ｏ２周りで公転するため、該公転を外歯歯車１００の軸方向両側に配置された第１、第２キャリヤ１０４、１０６から取り出すことができる。この図４の例では、第２キャリヤ１０６側に連結された図示せぬ被動体を駆動する構成とされている。なお、第２キャリヤ１０６を固定してケーシング１０８を回転させることもできる。

この減速装置８０においても、図３（Ａ）との比較から明らかなように、入力軸８２のモータ側の構成を、先の実施形態での入力軸１２のモータ側の構成と同様の構成とすることができ、先の実施形態との同様の作用効果を得ることができる。便宜上、入力軸８２上において図３と同一と見なせる部位に同一の符号を振っている。

このように、本発明は、さまざまな軸と軸との連結に適用することができ、軸がどのような機器のどのような部位に組み込まれた軸であるかは、特に限定されない。すなわち、必ずしもモータ軸と減速装置の入力軸との間の連結でなくてもよく、要は、第１軸の筒状部に第２軸が挿入される連結であるならば、適用することができる。

なお、上記実施形態においては、スリット（第１、第２スリット６２Ａ、６２Ｂ）を、周方向に１８０度位相で２個形成するようにしていたが、本発明においては、スリットの数は、必ずしも２個に限定されず、例えば、３個のスリットを１２０度の間隔で形成するようにしてもよく、４個以上であってもよい。スリットの数を増やすと、加工工数はその分増大するが、均等な締め付けという観点では、相応のメリットが得られることがあるため、本発明では、必ずしも排除しない。

また、上記実施形態では、第１軸（入力軸１２）は、小径部と大径部を有し、スリットは、該小径部と大径部の両方に渡って形成されるように構成していたが、この構成も必須ではなく、例えば、第１軸は、締結の部分を含めて同一径のままであってもよい。特に、スリットを複数形成した場合には、変形も容易になる傾向があるため、（敢えて小径部を設けず）同一径のままの入力軸でも十分縮径できる場合がある。この場合、小径部および大径部という概念自体がなくなるため、スリットを小径部および大径部の両方に渡って形成するという概念や、小径部と大径部との段差部にアール部を形成するという概念もなくなり、入力軸の軸方向の一部のみに応力集中が発生するのを緩和できる。

また、上記実施形態においては、動力伝達を摩擦係合力のみで行うべく（クランプ締結を最後まで確実に行い得るように）クランプ締結後においても、入力軸１２の第１スリット６２Ａの幅Ｓｃ１を、キー５４の幅Ｋ１よりも大きく設定していた（Ｓｃ１＞Ｋ１）。

しかし、本発明は、この大小関係（Ｓｃ１＞Ｋ１）が逆転することを全く禁止するものではない。すなわち、クランプ締結後において、入力軸１２の第１スリット６２Ａの幅Ｓｃ１が、キー５４の幅Ｋ１よりも小さくなるような設計（Ｓｃ１＜Ｋ１）であってもよい。この場合は、締結具５８によるクランプは、キー５４と第１スリット６２Ａの隙間をなくするように機能するようになる。これにより、キーによる動力伝達の加わった動力伝達を実現することができる。但し、この場合でも、締結具５８による摩擦締結力自体は完全に維持されるようにし、動力の伝達はあくまでクランプ締結力ベースで行われるようにすると、各部材の適切な寸法設定をより簡易に管理することができる。

また、上記実施形態では、小径部と大径部の連結部に、アール部を形成するようにしていたが、本発明においては、必ずしも必須ではなく、例えば、直線状に連結するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、第１軸の筒状部（１８）が有底とされていたが、本発明に係る筒状部は、これに限らず、第１軸を貫通する中空部を有する態様とされていてもよい。

１０…減速装置
１２…入力軸
１２Ａ…外周
１２Ｂ…内周
１４…モータ
１６…モータ軸
１６Ａ…外周
１８…筒状部
５４…キー
５６…モータ軸のキー溝
５８…締結具
６２…スリット
６２Ａ、６２Ｂ…第１、第２スリット

Claims (6)

1. 第１軸と第２軸とを、キー連結とクランプ連結を併用して連結する軸の連結構造であって、
   前記第１軸は、前記第２軸が挿入される筒状部と、該筒状部を軸方向に切り欠いて形成されたスリットと、を有し、
   当該スリットの外周に前記クランプを行う締結具が装着されるとともに、該スリットが前記キーのキー溝と兼用可能とされ、かつ
   前記スリットは、周方向に複数形成されている
   ことを特徴とする軸の連結構造。
2. 請求項１において、
   前記スリットは、周方向に１８０度位相で２個形成されている
   ことを特徴とする軸の連結構造。
3. 請求項１または２において、
   前記第１軸は、小径部と大径部を有し、前記スリットは、該小径部と大径部の両方に渡って形成されている
   ことを特徴とする軸の連結構造。
4. 請求項３において、
   前記クランプを行う締結具と前記大径部との間にスペーサが配置される
   ことを特徴とする軸の連結構造。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記スリットの幅は、クランプ締結後においても、前記キーの幅より大きい
   ことを特徴とする軸の連結構造。
6. 請求項３〜５のいずれかにおいて、
   前記小径部と大径部の段差部に、アール部が形成されている
   ことを特徴とする軸の連結構造。

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