JP2021025568A - 回転装置及びその芯出し構造 - Google Patents

Abstract

【課題】高い精度を必要とすることなく、２つの部材間のヒステリシストルクを小さくでき、かつ耐久性が向上する芯出し構造を提供する。【解決手段】この芯出し構造は、内周面２ａを有する外周側回転体２及び外周面３ａを有する内周側回転体３を含む装置に設けられている。芯出し構造５は、複数の外周側カム面１１と、複数の内周側カム面１２と、複数のコロ１３と、を備えている。外周側カム面１１は、外周側回転体２の内周面に円周方向に並べて形成されている。内周側カム面１２は、内周側回転体３の外周面に円周方向に並べて形成され、外周側カム面１１との間に収容空間１５を構成する。コロ１３は、収容空間１５に配置されて外周側カム面１１及び内周側カム面１２に沿って転動可能であり、両回転体２，３が相対回転した場合に、外周側回転体２又は内周側回転体３を移動させて芯出しする。【選択図】図１

Description

本発明は、芯出し構造、特に、環状の内周面を有する第１部材と、内周面に対向する外周面を有し第１部材と所定の角度範囲内で相対回転可能な第２部材と、を有する装置に設けられ、第１部材に対して第２部材を芯出しする芯出し構造に関する。また、本発明は、以上の芯出し構造を有する装置に関する。

径方向に並べて配置され、互いに相対回転する２つの部材を芯出し（センタリング）する構造として、特許文献１及び特許文献２に示された構造がある。

特許文献１では、複数の内歯を有するワークをセンタリングするために、ワークの内周側に柱状のゲージが挿入されている。ゲージの外周面には複数の突起が形成されており、この突起に形成された径方向位置決め面がワークの内歯の内周面に当接している。

また、特許文献２では、中間部材の径方向内方に出力部材が配置されており、中間部材の内周面が出力部材の径方向位置決め部に支持されている。これにより、出力部材に対して中間部材がセンタリングされている。

特開２００７−２０５８４７号公報 特開２０１３−２１７４５２号公報

特許文献１及び２に示されるように、従来の芯出し構造は、２つの部材の内周面と外周面とを当接させるようにしている。２つの部材は相対回転可能であるために、２つの部材の当接部では、摩擦摺動が発生する。この摩擦摺動によって、２つの部材の間にヒステリシストルクが発生し、特許文献２に示されるようなダンパ機構の場合、ヒステリシストルクが振動減衰性能を低下させる場合がある。

また、従来の芯出し構造では、２つの部材において、常に同じ個所が接触することによって芯出しされる場合が多く、接触部の摩耗が促進され、耐久性が低下する。また、耐久性を損なわないようにするためには、芯出しのための接触部を高精度に管理する必要がある。

本発明の課題は、高い精度を必要とすることなく、２つの部材の間のヒステリシストルクを小さくでき、しかも耐久性を向上できる芯出し構造及びそれを備えた装置を提供することにある。

（１）本発明に係る芯出し構造は、第１部材及び第２部材を有する装置に設けられている。第１部材は環状の内周面を有する。第２部材は、内周面に対向する環状の外周面を有し、第１部材と所定の角度範囲内で相対回転可能である。

この芯出し構造は、複数の外周側カム面と、複数の内周側カム面と、複数の転動体と、を備えている。外周側カム面は、第１部材の内周面に円周方向に並べて形成されている。内周側カム面は、第２部材の外周面において外周側カム面と対向する位置に形成され、外周側カム面との間に収容空間を構成する。転動体は、複数の収容空間に配置されて外周側カム面及び内周側カム面に沿って転動可能であり、第１部材と第２部材とが相対回転した場合に、第１部材の内周面の中心と第２部材の外周面の中心とが一致する方向に第１部材又は第２部材を移動させる。

ここでは、第１部材の外周側カム面と、第２部材の内周側カム面と、の間に形成された複数の収容空間に転動体が配置されている。ここで、第１部材と第２部材とが相対回転すると、転動体は外周側カム面及び内周側カム面に沿って転動する。そして、この各カム面に沿った転動体の転動によって、第１部材又は第２部材は、それらの内周面及び外周面の中心が一致する方向に移動される。すなわち、第１部材と第２部材とは芯出しされる。

このような芯出し構造では、従来の芯出し構造に比較して、各カム面を高精度に仕上げる必要はなく、製造が容易になる。また、各カム面と転動体とは、摩擦摺動ではなく転がり摺動になるので、２つの部材の間のヒステリシストルクが小さくなる。また、転動体と各カム面との接触部は、１ヶ所に限定されず、複数ヶ所に分散されるので、各接触部の摩耗を抑えることができ、耐久性が向上する。

また、収容空間を適切な形状に設定することによって、この芯出し構造は、所定の角度範囲内では、第１部材と第２部材との間の相対回転を許容し、所定の角度範囲を超える領域では、第１部材と第２部材との相対回転を禁止する構造となる。すなわち、この芯出し構造は、所定の角度範囲内では、２つの部材の間でトルク伝達を遮断し（相対回転の許容）、所定の角度範囲を超えた場合は、２つの部材の間でトルク伝達を可能とする（相対回転の禁止）、トルクリミッタとして機能させることができる。

さらに、各カム面を適切なプロフィールに設定することによって、２つの部材の相対角度（捩れ角度）に応じて捩れ剛性が高くなるダンパ機能を実現させることもできる。

（２）好ましくは、収容空間は、円周方向の中央部から円周方向両側に行くにしたがって径方向隙間が小さくなっている。

（３）好ましくは、第１部材の外周側カム面は、外周側に膨らむように形成されており、第２部材の内周側カム面は、内周側に膨らむように形成されている。

なお、ここで「膨らむ」とは、各カム面が例えば円弧状の曲面で形成されている構成に限定されるものではなく、複数の直線的な面（平坦面）によって、外周側又は内周側に凸状に形成されている場合等の他の構成も含むものである。

（４）好ましくは、外周側カム面は、円周方向の中心から円周方向両側に向かって徐々に半径が小さくなる形状である。また、この場合は、内周側カム面は、円周方向の中心から円周方向両側に向かって徐々に半径が大きくなる形状である。

（５）好ましくは、複数の外周側カム面及び内周側カム面は、内周面及び外周面の中心を挟んで対向する位置に形成されている。

（６）好ましくは、第１部材は、内周面を有する環状部を有している。また、好ましくは、第２部材は、環状部の内周側に配置され外周面を有する円板部を有している。

（７）本発明に係る装置は、第１部材と、第２部材と、前述の芯出し構造と、を備えている。第１部材は環状の内周面を有する。第２部材は、内周面に対向する環状の外周面を有し、第１部材と所定の角度範囲内で相対回転可能である。芯出し構造は、第１部材と第２部材とを芯出しする。

以上のような本発明では、従来の芯出しのための構造に比較して低い精度で芯出し構造を実現できる。また、本発明の芯出し構造では、２つの部材の間のヒステリシストルクを小さくでき、しかも耐久性を向上できる。

本発明の一実施形態による芯出し構造を有する装置の正面図。 芯出し構造の原理を説明するための図。 芯出し構造の作動を説明するための図。 芯出し構造の作動による芯出し動作を説明するための図。 従来の芯出し構造の作用を説明するための図。 芯出し構造の捩り特性の一例を示す図。 カム面の他の例を示す図。 カム面のさらに他の例を示す図。 カム面のさらに他の例を示す図。

［構成］
図１は本発明の一実施形態による芯出し構造を有する回転装置１（装置の一例）の正面図である。この回転装置１は、外周側回転体２（第１部材の一例）と、内周側回転体３（第２部材の一例）と、を有しており、両回転体２，３は芯出し構造５によって互いに径方向に支持されている。

外周側回転体２は、環状に形成されており、内周面２ａを有している。内周側回転体３は、外周面３ａを有する円板状に形成され、外周側回転体２の内周側に配置されている。外周側回転体２及び内周側回転体３は、ともに共通の回転中心Ｏを中心に回転可能である。また、外周側回転体２の内周面２ａと、内周側回転体３の外周面３ａと、は芯出し構造５によって径方向に所定の隙間を介して配置されている。そして、外周側回転体２と内周側回転体３とは、芯出し構造５によって許容される角度範囲内において、相対回転可能である。

芯出し構造５は、外周側回転体２に対して内周側回転体３を芯出しする。芯出し構造５は、外周側回転体２の内周面２ａと、内周側回転体の外周面３ａと、の間に設けられている。具体的には、芯出し構造５は、複数（この例では４個）の外周側カム面１１と、外周側カム面１１と同数の内周側カム面１２と、各カム面１１，１２と同数の転動体１３と、を有している。

４個の外周側カム面１１は、外周側回転体２の内周面２ａに、円周方向に９０°の等角度間隔で並べて配置されている。すなわち、各外周側カム面１１は、回転中心Ｏを挟んで対向する位置に配置されている。各外周側カム面１１は、外周側に膨らむような曲面に形成されており、円周方向の中心から円周方向両側に向かって徐々に半径が小さくなる形状である。

４個の内周側カム面１２は、内周側回転体３の外周面３ａにおいて外周側カム面１１と対向する位置に配置されている。すなわち、各内周側カム面１２についても、回転中心Ｏを挟んで対向する位置に配置されている。各内周側カム面１２は、内周側に膨らむような曲面に形成されており、円周方向の中心から円周方向両側に向かって徐々に半径が大きくなる形状である。

以上のような外周側カム面１１と内周側カム面１２との間、すなわち両カム面１１，１２の間の径方向隙間が、収容空間１５となっている。この径方向隙間（収容空間１５）は、円周方向の中央部から円周方向両側に行くにしたがって小さくなっている。

転動体１３は、この実施形態ではコロである。コロ１３は、収容空間１５に配置されており、外周側カム面１１及び内周側カム面１２に沿って転動可能である。

［芯出し構造５の作用］
図２を用いて、芯出し構造５の作動原理を説明する。図２では、外周側回転体２及び内周側回転体３を展開して示している。図２（ａ）は、外周側回転体２と内周側回転体３との間に相対回転（捩れ）がない状態を、同図（ｂ）は、両回転体２，３の間に相対回転が生じた場合を、それぞれ示している。

図２（ａ）に示す状態から、同図（ｂ）に示すように両回転体２，３が逆方向に距離ａだけ移動した状態（実際は、距離ａに相当する相対角度だけ捩れた状態捩れ）に移行すると、コロ１３は外周側カム面１１及び内周側カム面１２に沿って転動する。このコロ１３の各カム面１１，１２に沿った移動によって、外周側回転体２及び内周側回転体３は、それぞれ距離ｂだけ互いに離れる方向に移動する。

以上の作動原理を、２つの回転体について応用した場合を、図３に示している。外周側回転体２と内周側回転体３に相対回転がない状態（図３（ａ））から、両回転体２，３に角度θだけ相対回転が生じると（図３（ｂ））、コロ１３が外周側カム面１１及び内周側カム面１２に沿って転動し、内周側回転体３が回転中心Ｏ側に移動することになる。

以上の作用を、図１の回転装置１に応用した例を図４に示している。なお、図４では、外周側回転体２について省略して示している。

図４（ａ）は内周側回転体３のアンバランスによって、内周側回転体３が外周側回転体２に対して芯出しされていない状態を示している。図に示すように、内周側回転体３は、アンバランスによって図の上方に偏心しており、１ヶ所の芯出し構造５においてのみ、コロ１３が外周側カム面１１及び内周側カム面１２に接触している。一方、他の３ヶ所の芯出し構造５においては、コロ１３は、遠心力によって外周側カム面１１に接触しているが、内周側カム面１２には接触していない。

図４（ａ）に示す状態から、両回転体２，３の間に相対回転が生じると、図の上方に位置している芯出し構造５では、図２及び図３で説明したように、コロ１３は外周側カム面１１及び内周側カム面１２に沿って転動する。これにより、内周側回転体３は回転中心Ｏ側に押されることになる。これにより、他の３ヶ所の芯出し構造５においても、同様に、コロ１３が外周側カム面１１及び内周側カム面１２に接触することになる。このため、内周側回転体３の回転中心Ｏからの偏心が修正され、内周側回転体３は外周側回転体２に対して芯出しされることになる。

図５に、従来の芯出し構造を示している。この従来構造では、内周側回転体３’にアンバランスが存在すると、外周側回転体２’（あるいはハウジング）に対して偏心し、円周上のある一部の領域Ｒでのみ接触することになる（図５では上方位置）。そして、作動中において、この接触部Ｒは変わることがない。そのため、接触部Ｒだけが負荷を受けることになり、また摩擦抵抗も大きい。

しかし、図４に示す実施形態では、内周側回転体にアンバランスが存在して偏心していても、芯出し構造５の作用によって、４ヶ所の芯出し構造５の外周側カム面１１と内周側カム面１２とが均等に接触する。このため、接触部である各カム面１１，１２の摩耗を抑えることができる。しかも、コロ１３は各カム面１１，１２を転動するので、摩擦抵抗を著しく小さくすることができる。

［芯出し構造を用いた応用例］

（１）トルクリミッタとしての機能
以上の芯出し構造５は、トルクリミッタとして機能させることができる。具体的には、図３（ｂ）に示す角度θの範囲内では、外周側回転体２と内周側第２部材との間の相対回転は許容される。すなわち、角度θの範囲内では、外周側回転体２と内周側回転体３との間で、トルクは伝達されない。一方で、両回転体２，３の相対回転が角度θを超える領域では、コロ１３が外周側カム面１１及び内周側カム面１２に接触することによって、これ以上の両回転体２，３の相対回転は禁止される。すなわち、角度θを超える領域では、コロ１３を介して外周側回転体２と内周側回転体３との間でトルクが伝達される。

（２）ダンパ機能
外周側カム面１１及び内周側カム面１２を適切なプロフィールに設定することによって、外周側回転体２と内周側回転体３の相対角度（捩れ角度）に応じて捩れ剛性が高くなるダンパ機能を実現させることができる。

図６は、外周側回転体２と内周側回転体３との相対回転角度（捩り角度）と、２つの回転体２，３間で伝達されるトルクと、の関係（捩り特性）を示している。外周側回転体２と内周側回転体３との間の径方向隙間や、カム面の形状、各回転体２，３の剛性、を適宜設定することによって、捩り特性を、図６の例えば特性Ａや特性Ｂに変えることができる。

また、カム面に平坦な面を設定することによって、この平坦面ではコロ１３は噛み込まない。また、平坦面では、内周側回転体３に対して中心側への力も作用しない。この平坦面の長さを長くすることによって、図６の「捩りトルクがほぼ０の領域」を広くすることもできる。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

（ａ）前記実施形態では、外周側の第１部材として回転体を例にとって説明したが、第１部材は固定されたハウジングであっても、本発明を同様に適用することができる。

（ｂ）前記実施形態では、外周側回転体２に対して内周側回転体３を芯出しする場合を例にとって説明したが、内周側回転体が例えば軸であって、この軸に対して外周側回転体を芯出しする場合についても本発明を同様に適用することができる。

（ｃ）前記実施形態では、第１部材を環状の外周側回転体とし、第２部材を円板状の内周側回転体として説明したが、芯出し構造が適用される装置は、これらに限定されない。例えば、第１部材は、内周面を有する環状部を有する部材であればよく、また第２部材が外周面を有する部材であればよい。

（ｄ）各カム面は、外周側又は内周側に膨らむように形成されているが、前述のように、「膨らむ」形状は、前記実施形態に限定されない。各カム面の形状は、種々の変形が可能である。例えば、図７は、外周側回転体２２の外周側カム面２２ａ及び内周側回転体２３のカム面２３ａを、それぞれ曲面ではなく傾斜する平坦面で形成し、外周側又は内周側に膨らむようにした例である。図８は、外周側回転体３２の外周側カム面３２ａが円弧形状部（フラット部）を有し、全体として外周側に膨らむ形状にした例である。また、内周側回転体３３のカム面３３ａは図１の例と同様の形状である。また、図９は、外周側回転体４２の外周側カム面４２ａは図１と同様の形状であり、内周側回転体４３のカム面４３ａが円弧形状部（フラット部）を有し、全体として内周側に膨らむ形状にした例である。

１ 装置
２ 外周側回転体（第１部材）
３ 内周側回転体（第２部材）
５ 芯出し構造
１１ 外周側カム面
１２ 内周側カム面
１３ コロ（転動体）
１５ 収容空間

Claims (7)

1. 環状の内周面を有する第１部材と、前記内周面に対向する環状の外周面を有し前記第１部材と所定の角度範囲内で相対回転可能な第２部材と、を有する装置に設けられた芯出し構造であって、
   前記第１部材の内周面に円周方向に並べて形成された複数の外周側カム面と、
   前記第２部材の外周面において前記外周側カム面と対向する位置に形成され、前記外周側カム面との間に収容空間を構成する複数の内周側カム面と、
   複数の前記収容空間に配置されて前記外周側カム面及び前記内周側カム面に沿って転動可能であり、前記第１部材と前記第２部材とが相対回転した場合に、前記第１部材の内周面の中心と前記第２部材の外周面の中心とが一致する方向に前記第１部材又は前記第２部材を移動させる複数の転動体と、
   を備えた芯出し構造。
   
2. 前記収容空間は、円周方向の中央部から円周方向両側に行くにしたがって径方向隙間が小さくなっている、請求項１に記載の芯出し構造。
   
3. 前記第１部材の外周側カム面は、外周側に膨らむように形成されており、
   前記第２部材の内周側カム面は、内周側に膨らむように形成されている、
   請求項１又は２に記載の芯出し構造。
   
4. 前記外周側カム面は、円周方向の中心から円周方向両側に向かって徐々に半径が小さくなる形状であり、
   前記内周側カム面は、円周方向の中心から円周方向両側に向かって徐々に半径が大きくなる形状である、
   請求項３に記載の芯出し構造。
   
5. 前記複数の外周側カム面及び内周側カム面は、前記内周面及び前記外周面の中心を挟んで対向する位置に形成されている、請求項１から４のいずれかに記載の芯出し構造。
   
6. 前記第１部材は、前記内周面を有する環状部を有しており、
   前記第２部材は、前記環状部の内周側に配置され前記外周面を有する円板部を有している、
   請求項１から５のいずれかに記載の芯出し構造。
   
7. 環状の内周面を有する第１部材と、
   前記内周面に対向する環状の外周面を有し、前記第１部材と所定の角度範囲内で相対回転可能な第２部材と、
   前記第１部材と前記第２部材とを芯出しする、請求項１から６のいずれかに記載の芯出し構造と、
   を備えた装置。
   

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