JP5917381B2 - 軸の連結構造 - Google Patents

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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。
この軸の連結構造では、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、上述した軸の連結構造は、例えばモータ軸の種類ごとに入力軸を用意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つつ、種々の軸と軸の連結に、低コストに適用することの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軸に設けた筒状部に第2軸を挿入して連結する軸の連結構造であって、前記第1軸と第2軸は、該第1軸の内周と第2軸の外周との間にブッシュを介在させた上で、キーによる連結とクランプによる連結を併用して連結され、前記第1軸は、前記キーが係合するキー溝と、筒状部を軸方向に切り欠いて形成された軸スリットと、を有し、当該軸スリットの外周に前記クランプによる連結のための締結具が装着され、前記ブッシュには、前記キー溝に対応するブッシュスリットが形成され、かつ前記クランプによる連結の後において、前記ブッシュの前記ブッシュスリットの幅は、前記第1軸の前記キー溝の幅よりも大きい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軸の内周に第2軸を連結するに当たり、該第1軸の内周と第2軸の外周との間にブッシュを介在させた上で、キーによる連結とクランプによる連結を併用して連結することを基本とする。
この際、第1軸には、キー溝と、筒状部を軸方向に切り欠いて形成された軸スリットが形成され、当該軸スリットの外周にクランプによる連結のための締結具が装着される。一方、ブッシュには、第1軸のキー溝に対応するブッシュスリットが形成される。
これにより、キーによる連結とクランプによる連結の双方のメリットを享受しながら、様々な形状、あるいは大きさの第1軸と第2軸を、対応するブッシュを介在させるだけで、低コストに連結することができる。
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つつ、種々の軸と軸の連結に、低コストに適用する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 ブッシュスリット、キー溝、およびキーの幅の大小関係を、模式的に示す説明図 本発明の他の実施形態の一例に係る図1相当の拡大断面図 本発明のさらに他の実施形態の一例に係るブッシュの(A)軸直角断面図、(B)その矢視VB方向から見た断面図
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。
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。
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。なお、発明の理解を容易にするため、隙間等は実際の寸法とは必ずしも一致していない。
この連結構造においては、入力軸12に設けた中空部(筒状部)18にモータ軸16の先端を挿入することで、該入力軸12とモータ軸16との連結が行われる。入力軸12の内周12Aとモータ軸16の外周16Aとの間には、ブッシュ52が介在され、入力軸12とモータ軸16は、キー54による連結と締結具58のクランプによる連結を併用して連結される。
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。本実施形態では、モータ14は、汎用のモータが使用されており、モータ軸16、キー溝56とも、当該汎用のモータ14がもともと有している構成をそのまま活用している。
減速装置10の入力軸12は、前記第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。入力軸12は、軸方向反負荷側(モータ14側)に中空部18を備える。入力軸12は、中空部18のほぼ軸方向中央位置から2つの段差12K1、12K2を経てモータ14側がより薄肉化されている。
入力軸12のモータ14側の端面12Eから、前記段差12K1、12K2を僅かに越える軸方向位置まで、キー54が係合するキー溝62Kと、中空部18を軸方向に切り欠いて形成された(クランプ用の)軸スリット62Sが形成されている。但し、この実施形態では、当該キー溝62Kと軸スリット62Sは、単一の軸溝62によって兼用されている(軸溝62=キー溝62K=軸スリット62S)。すなわち、入力軸12には、外観上は、キー溝62Kと軸スリット62Sの機能を兼ねる1個の軸溝62が形成されているだけである。
本明細書では、説明の便宜上、物理的な「軸溝62」に対し、適宜、キー溝としての機能に着目するときはキー溝62K、軸スリットとしての機能に着目するときは軸スリット62Sと称することがある。
一方、ブッシュ52は、鍔52Pのある円筒形状で形成され、入力軸12のキー溝62K(軸溝62)に対応するブッシュスリット64が軸方向に貫通して形成されている。ブッシュスリット64は、キー54がブッシュ52を径方向に超えてモータ軸16のキー溝56および入力軸12のキー溝62Kの双方に係合できるようにするためのものである。なお、ブッシュ52は、鍔52Pが、入力軸12の端面12Eとモータ軸16に係止された止め輪68に挟まれることによって軸方向の位置決めがなされている。
入力軸12の軸スリット62Sの外周12Bには、クランプによる連結のための締結具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、キー溝62Kと軸スリット62Sの兼用された軸溝62のある位置P1に対し、ほぼ90度の位置P2、P3に締結具58のスリット部70、71が位置する態様で締め付けが行われている。
なお、ブッシュ52の軸方向長さ(=ブッシュスリット64の軸方向長さ)L1は、締結具58の軸方向長さL2よりも長い(図1参照)。
次に、図3を用いて、この実施形態における各部の大小関係について説明する。
ここでは、符号を以下のように定義する。
Bf1…ブッシュ52のブッシュスリット64のフリー時(クランプ前)の幅
Bc1…ブッシュ52のブッシュスリット64のクランプ後の幅
Sf1…入力軸12の軸溝62(=キー溝62K=軸スリット62S)のフリー時の幅
Sc1…入力軸12の軸溝62(=キー溝62K=軸スリット62S)のクランプ後の幅
K1…キーの幅
M1…モータ軸16のキー溝56の幅
入力軸12の軸溝62は、フリー時(クランプ前)よりもクランプ後の方が、該入力軸12の縮径により小さくなるため、軸溝62のクランプ後の幅Sc1は、軸溝62のフリー時の幅Sf1より小さい(Sc1<Sf1)。同様に、ブッシュスリット64のクランプ後の幅Bc1は、ブッシュスリット64のフリー時の幅Bf1より小さい(Bc1<Bf1)。
この実施形態では、クランプによる連結の後において、ブッシュ52のブッシュスリット64の幅Bc1は、入力軸12のキー溝62Kの幅Sc1よりも大きい(Bc1>Sc1)。
また、クランプによる連結の後においても、入力軸12のキー溝62Kの幅Sc1は、キー54の幅K1よりも大きい(Sc1>K1)。
さらに、ブッシュスリット64のクランプ後の幅Bc1は、入力軸12の軸溝62のフリー時の幅Sf1よりも大きい(Bc1>Sf1)。
故に、図3(A)からも視認できるように、Bf1>Bc1>Sf1>Sc1>K1の関係が成立している。
なお、この実施形態では、軸溝62のクランプ後の幅Sc1は、モータ軸16のキー溝56の幅M1と同等となるように設定している(Sc1≒M1)。しかし、軸溝62のクランプ後の幅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。
次に、当該軸の連結構造の作用を説明する。
この実施形態に係る軸の連結構造では、該入力軸12の内周12Aとモータ軸16の外周16Aとの間にブッシュ52およびキー54が介在される。ブッシュ52およびキー54を、入力軸12またはモータ軸16のいずれかの側に予め組み込み、その状態で、入力軸12の中空部18内にモータ軸16を嵌め込むことになる。
例えば、先ず、入力軸12の(キー溝62Kとしての)軸溝62にブッシュ52のブッシュスリット64の位置(図1では位置P1)を一致させてブッシュ52を入力軸12の内周12Aに組み込む。この状態でモータ軸16のキー溝56にキー54を組み込んで、キー54の位置を入力軸12の軸溝62の位置P1に合わせ、モータ軸16をキー54ごと入力軸12の中空部18内に挿入する。
そして、締結具58を、入力軸12の(軸スリット62Sとしての軸溝62の外周に装着し、当該締結具58のボルト72をねじ込むことによって入力軸12の締め付け(縮径)を行う。
このとき、入力軸12の軸溝62の幅は、Sf1からSc1に縮小するが、(フリー時は勿論)クランプによる連結の後においても、軸溝62の幅Sc1は、キー54の幅K1よりも大きい大きさに設定されているため、クランプの途中において入力軸12の軸溝62がキー54に当たって入力軸12のそれ以上の縮径が阻害される、という事態は発生しない。
また、ブッシュ52のブッシュスリット64のクランプ後の幅Bc1は、常に軸溝62の幅Sc1より大きいため、ブッシュ52のブッシュスリット64が、入力軸12の軸溝62が縮径されている途中でキー54に当たってしまい、入力軸12のそれ以上の縮径が円滑にできなくなるという事態も発生しない。
すなわち、入力軸12は、ブッシュ52が介在されているにも拘わらず、キー54の存在、およびブッシュ52の存在の影響を受けることなく、締結具58によって確実に縮径可能である。
以上の連結作用から明らかなように、本実施形態においては、クランプ後において、キー54とキー溝62Kの間、およびキー54とブッシュスリット64との間には、隙間が存在している。したがって、動力の伝達は、クランプによる連結に依存して行われる。具体的には、モータ軸16の外周16A−ブッシュ52の内周の摩擦締結力、およびブッシュ52の外周−入力軸12の内周12Aの摩擦締結力によって動力の伝達が行われる。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の軸の連結構造は、「動力の伝達は、基本的にキーを介して行い、クランプの併用によってキーとキー溝の隙間を埋めることで振動や騒音の発生を防止する」というものであり、動力の伝達はキーが担う。しかし、この構成をブッシュを介在させた構成に適用しようとすると、入力軸の縮小とブッシュの縮小とがキーを介して相互に干渉してしまい易いだけでなく、(モータのキー溝と入力軸のキー溝との間にブッシュが存在するが故に)いずれかの部分の隙間が埋まり切らずに残存してしまい易い。すなわち、上記特許文献1に係る構造は、基本的にブッシュを介在させた構造には適用しにくい。
これに対し、本実施形態では、フリー時、クランプ時、およびクランプ後のいずれにおいても、基本的にキー54と軸溝62、およびキー54とブッシュスリット64とが干渉しないように構成してあるため、ブッシュ52が介在されていても、支障なく入力軸12をクランプ(縮径)することができる。また、動力の伝達は、基本的にクランプによる連結に依存して行われるため、バックラッシがなく、振動、騒音が小さいというクランプ連結のメリットをそのまま享受することができる。
また、万一、摩擦伝達力が何らかの原因で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。
そして、このようなキーによる連結とクランプによる連結とを併用する構成を、ブッシュを適宜に設計するだけで、種々の軸と軸の連結において低コストに適用することができる。より具体的に、減速装置10の入力軸12(第1軸)とモータ軸16(第2軸)との連結を例にとって説明すると、モータ軸(16)には様々な径のものが存在するが、当該モータ軸(16)の径に対応した内径を有するブッシュ(52)を複数種類用意しておけば、1種類の入力軸12で、このような様々な径のモータ軸(16)に対応することができる。また、モータ軸には円柱形状のものもあれば、テーパ形状のものもある。このような場合にも、内周がテーパ形状のブッシュを用意しておくことで、円筒形状の中空部を有する入力軸12で、いずれの形状のモータ軸にも対応できる。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、先の実施形態と同一または類似する部位には同一の符号を付している。
図4は、入力軸(第1軸)12に軸スリット62S1が追加され、結果として先の実施形態と同様の(キー溝兼用の)軸スリット62Sと合わせて軸スリットが複数(2個)形成された例を示している。追加された軸スリット62S1は、キー溝兼用の軸スリット62Sの対向位置(180度反対側の位置)に形成されている。
但し、この実施形態では、入力軸12に軸スリット62S、62S1が複数形成されているにも拘わらず、ブッシュ52には、先の実施形態と同様の軸スリット兼用のブッシュスリット64が1個のみ形成されただけであり、複数は形成されていない。
この構成の趣旨は、以下の通りである。すなわち、入力軸12に軸スリット62S、62S1を複数形成すると、それだけ入力軸12の均等な縮径がより実現し易くなるというメリットが得られる。これにより、入力軸12と軸溝62の心ずれを抑制できるとともに、軸溝62周辺での応力集中も緩和できる。また、入力軸12(第1軸)に形成する軸スリット62S、62S1は、入力軸12の軸方向反モータ側の部分をチャッキングすることにより、比較的容易に加工できる。その一方で、ブッシュ52の方は、ブッシュスリットを複数形成しようとすると、多くの場合、加工時のチャッキングが難しいため、ブッシュスリットの形成(加工)は必ずしも容易ではない。また、ブッシュ52は、締結具58からの縮径力を入力軸12を介して受け取るものであるため、基本的に、入力軸12の縮径力が均等ならば、比較的に均等に縮径できる。したがって、このように入力軸12(第1軸)に軸スリット62S、62S1を複数形成し、かつブッシュ52にはブッシュスリット64を1個のみ形成するという構成は、現実的な加工性と、クランプの均等性を両立させた構成と言える。
なお、形成する軸スリットの数は、(動力伝達に必要な強度が確保される限り)3個以上であってもよい。定性的には、軸スリットの数は、多い方がより均等な縮径が可能である。
また、図4の例では、先の実施形態と同様に、キー溝62Kと軸スリット62Sを兼用する軸溝62が1個形成されると共に、(キー溝とはならない)62Kよりも幅の狭い軸スリット62S1が1個追加形成されているが、例えば、図4において、追加する軸スリットも、軸溝62と同様のキー溝を兼用可能な幅(フリー時の幅Sf1、クランプ後の幅Sc1)にて形成するようにしてもよい。この場合には、同一の工具で連続的に加工できるため、製造がより容易である。
図5は、ブッシュの変形例を示している。
前述したように、ブッシュに対して、該ブッシュを軸方向に貫通するブッシュスリットを形成したり、長さの長いブッシュスリットを複数形成するのは、チャッキングの難しさ等の理由により、現実には必ずしも容易ではない。
そこで、図5に示したブッシュ52では、複数のブッシュスリット64、64Aの軸方向長さL4、L5を変えるようにしている。すなわち、ブッシュスリット64は、ブッシュ52を軸方向に貫通しているため、該ブッシュスリット64の軸方向長さL4は、ブッシュ52の軸方向長さLと同一である。しかし、ブッシュスリット64Aは、ブッシュ52を軸方向に貫通しておらず、その軸方向長さL5は、ブッシュスリット64の軸方向長さL4よりも小さい(L4>L5)。
これにより、ブッシュ52の加工時のチャッキングの剛性を確保することができるようになるため、加工の容易性とクランプの均一性の両立が可能となる。
なお、この実施形態におけるブッシュ52は、貫通している(長い方の)ブッシュスリット64は、キー54(図5では図示略)が係合可能な(広幅な)ブッシュスリットとされ、貫通していない(短い方の)ブッシュスリット64は、キー54が係合不能な(細い)ブッシュスリットとされているが、先の変形例と同様に、追加する方のブッシュスリットもキー54が係合可能な(広幅な)ブッシュスリットとしてもよい。形成する数も3以上であってもよい。
なお、このように、複数のブッシュスリットのうち、貫通しないブッシュスリットを設ける場合でも、その軸方向長さ(この場合L5)は、締結具58(図5では図示略:図2参照)の軸方向長さL2よりも大きい方が好ましい。これにより、クランプ時の締結具58の片当たりを防止することができる。
なお、ここで、再び図3の(A)に、図3の(B)を合わせて参照しながら、ブッシュスリット、キー溝、およびキーの幅の大小関係について、補足しておく。
既に説明したように、図3の(A)では、ブッシュスリット64のクランプ後の幅Bc1が、入力軸12の軸溝62のフリー時の幅Sf1よりも大きい設定としていた(Bc1>Sf1)。しかしながら、この大小関係は、例えば、図3(B)に示されるように、必須ではなく、要するに、「クランプによる連結の後においてブッシュスリット64の幅Bc2が入力軸12のキー溝62Kの幅Sc2よりも大きい」という関係が維持されていれば、事実上、問題が生じることは殆どない。すなわち、たとえフリー時のブッシュスリット64の幅Bf2が、フリー時のキー溝62Kの幅Sf2より小さくても、クランプ後のブッシュスリット64の幅Bc2が、クランプ後のキー溝62Kの幅Sc2よりも大きければよい、ということである。
なお、図3(A)、(B)のいずれの場合も、クランプを最後まで確実に行い得るように、クランプ後においても、入力軸12のキー溝62Kの幅Sc1、Sc2は、キー54の幅K1よりも大きくするという構成(Sc1>K1、あるいはSc2>K1)は維持すべきである。
但し、本発明は、この大小関係(Sc1>K1、あるいはSc2>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、例えば、クランプ後において、入力軸12のキー溝62K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とキー溝62K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54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。なお、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力ベースで行われるように設計すると、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、クランプ後のキー溝幅、Sc1(Sc2)とブッシュスリット幅Bc1は等しくてもよいし、Sc1(Sc2)<Bc1でもよい。
なお、上記実施形態においては、入力軸のキー溝とスリットと兼用させるようにしていたが、本発明においては、キー溝と軸スリットは、必ずしも兼用される必要はない。例えば、キー溝としての機能のみを有する溝と、スリットとしての機能のみを有するスリットを、周方向の異なる位置に別々に形成してもよいし、周方向の同じ位置にキー溝を形成するとともに、キー溝の外周側にキー溝より幅狭のスリットを形成してもよい。
また、上記実施形態では、モータ軸と減速装置の入力軸との連結に本発明を適用していたが、本発明の適用対象は、モータ軸と減速装置の入力軸との連結に限定されない。勿論、減速装置の構成も上記構成に限定されない。例えば、内歯歯車の軸心からオフセットされた位置に(偏心体を備えた)複数の偏心体軸を有する、いわゆる振り分けタイプと称される偏心揺動型の減速装置において、例えばその入力軸をモータに連結する部分に適用することができる。また、そもそも減速装置に適用が限定されるものではなく、要するならば、第1軸に設けた筒状部に第2軸を挿入して連結する軸の連結構造に広く適用することができる。
10…減速装置
12…入力軸
12A…内周
12B…外周
14…モータ
16…モータ軸
18…中空部(筒状部)
52…ブッシュ
54…キー
56…モータ軸のキー溝
58…締結具
62…軸溝
62K…キー溝
62S…軸スリット
64…ブッシュスリット

Claims (7)

  1. 第1軸に設けた筒状部に第2軸を挿入して連結する軸の連結構造であって、
    前記第1軸と第2軸は、該第1軸の内周と第2軸の外周との間にブッシュを介在させた上で、キーによる連結とクランプによる連結を併用して連結され、
    前記第1軸は、前記キーが係合するキー溝と、筒状部を軸方向に切り欠いて形成された軸スリットと、を有し、
    当該軸スリットの外周に前記クランプによる連結のための締結具が装着され、
    前記ブッシュには、前記キー溝に対応するブッシュスリットが形成され、かつ
    前記クランプによる連結の後において、前記ブッシュの前記ブッシュスリットの幅は、前記第1軸の前記キー溝の幅よりも大きい
    ことを特徴とする軸の連結構造。
  2. 請求項1において、
    前記第1軸の前記キー溝と前記軸スリットは、単一の溝により兼用されている
    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、
    前記クランプによる連結の後においても、前記第1軸の前記キー溝の幅は、前記キーの幅よりも大きい
    ことを特徴とする軸の連結構造。
  4. 請求項1〜のいずれかにおいて、
    前記第1軸に前記軸スリットが複数形成され、かつ前記ブッシュに前記ブッシュスリットが1個のみ形成された
    ことを特徴とする軸の連結構造。
  5. 請求項1〜のいずれかにおいて、
    前記ブッシュに前記ブッシュスリットが複数形成され、かつ少なくとも2つのブッシュスリットの軸方向長さが異なる
    ことを特徴とする軸の連結構造。
  6. 請求項において、
    前記複数のブッシュスリットのうち、1つのブッシュスリットは、前記ブッシュを軸方向に貫通して形成されている
    ことを特徴とする軸の連結構造。
  7. 請求項において、
    前記複数のブッシュスリットのうち、貫通しないブッシュスリットの軸方向長さは、前記締結具の軸方向長さよりも大きい
    ことを特徴とする軸の連結構造。
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