JPS62270829A - 軸継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、機械装置の動力伝達系において、軸継手を介
して接続される２軸間の軸線のずれを許容して接続する
軸継手に関し、特にふれまわりなどの軸線のずれの大き
い２軸間を接続するのに好適なものである。

〔従来の技術〕

機械装置の動力伝達系において、接続するＡ。

Ｂ２軸の軸線を完全に一致させることは望ましいことで
はあるが、装置の構造上、加工上さらには組立上等から
きわめて困難なことである。このため軸線のずれを許容
し得る各種構造のたわみ軸継手が従来から数多く使用さ
れ、軸線のずれによる不具合を解消するとともに費用の
節減が図られてきた。代表的なたわみ軸継手としては、
継手ボルトにゴム、皮等のブツシュを用いその変形を利
用するフランジ形、内歯車と外歯車をかみ合わせ両歯車
の歯面のクラウニング加工量を利用するギヤカップリン
グ、ローラチェーンの各部の遊び、たわみ等を利用する
チェーンカップリング、タイヤ形のゴムなどを使用しそ
のゴムのたわみを利用するゴムカップリング等があるが
、ゴムカップリングを除き構造上いずれも軸線のずれの
許容範囲は軸径の数％以下、また両軸線のなす許容角度
は数度以下ときわめてせまく、外形寸法も大きくなりま
た潤滑を必要とするなど、軸線のずれが大きい例えば振
動を伴う動力伝達系で、外形寸法を小さく、しかも場所
が狭くて作業員が入れずメンテナンスフリーを要求され
る機械装置等には不適である。前記代表的なたわみ相継
手中比較的大きい軸線のずれや、振動吸収などの場合に
使用されるゴムカップリングにおいても、構造上前記各
たわみ軸継手よりさらに外形寸法が大きくなり、その大
きくなる寸法とは反対に許容回転力や許容回転数は約半
減する不具合を有する。前記振動を伴うような動力伝達
系でたわみ軸継手の寸法を小さく。

しかもメンテナンスフリーを要求される機械装置に適す
るものとして、たわみ軸を利用したたわみ軸継手が実用
されており、以下第８図を参照して説明する。図におい
て１は駆動側の軸、２は被駆動側の軸で、軸１，２はた
わみ軸継手３により接続される。たわみ軸継手３は、軸
１の端部が嵌装されるボス３ａと軸２の端部が嵌挿され
るボス３ｂとが、ボス３ａ、ａｂ間に設けた複数層（図
では３層）の軸１，２より直径の大きい、かつ長さ寸法
の短いねじりコイルはね（以下単にコイルばねという）
３ｃのたわみ軸で連結される構成になっている。コイル
ばね３゜は各層とも密巻きされたコイル線からなり、隣
り合う層は逆巻きとなっている。（図の場合内層と外層
を右巻きにすると中間層は左巻きにする。）これは正・
逆いずれのトルクも伝達できるようにするためで、正・
逆のトルクの大きさおよびその頻度により決められる。

またコイルばね３ｃの両端部はそれぞれボス３　ａ　ｒ
３ｂに接着などにより固設されており、ボス３ａは軸１
に、ボス３ｂは軸２にそれぞれキー４で止められている
。かかる構成のたわみ軸継手において。

軸１のトルクはキー４．ボス３　ａ　ｙコイルばね３゜
。

ボス３ｂおよび軸２側のキー４を介して軸２に伝達され
る。この場合、コイルばね３ｃは軸１の回転方向によっ
て（図示の場合矢印方向）複数層のうち何層か（図示の
場合内層と外層の２層）が。

引張力を受けてコイルが締められる状態になり。

トルクはこのねじり剛性を利用して伝達される。

回転方向が変り逆トルクが作用する場合も同様で図示の
場合では中間層が引張力を受ける。このトルク伝達時に
おいて、コイルばね３ｃは前記構成から判るように、ね
じり剛性は大きいが曲げ剛性が比較的小さくたわみ易い
特性を有しているから、軸１の軸線Ａと軸２の軸線Ｂと
の各種のずれ、すなわち軸線Ａ、Ｂが同一面内で平行で
はあるがずれのある場合（以下平行すれという）、軸線
Ａ。

Ｂのなす角つまり交角を有する場合（以下角度すれとい
う）、軸線Ａ、Ｂはほぼ一致しているが軸１．２のいず
れかがふれまわりを起こす場合（以下ふれまわりという
）等が発生していても、前記コイルばね３゜の曲げ剛性
の範囲内で許容し得ることができる。したがってコイル
ばね３ｃの寸法。

材質、ｐＰＪ数等を、伝達トルクの大きさに対応して選
ぶことにより、振動を伴うような動力伝達系で、直径お
よび長さ寸法が小さく、しかもメンテナンスフリーを要
求される取付精度の悪い機械装置に使用することができ
る特徴を有する６ しかし前記第８図を参照して説明したたわみ軸継手にお
いては、両軸１１Ａ、８間の許容し得るずれは、伝達ト
ルクに対応したコイルバネ３゜のねじり剛性を確保した
上で１曲げ剛性をできるだけ小さくする寸法、材質等の
組み合わせにより決るから、その組み合わせ上おのずか
ら曲げ剛性もそれほど小さくできず曲げ剛性の減少する
範囲を制限することになり、許容される平行ずれは軸径
の数％、角度ずれは数度が限界で、前記代表的な各種た
わみ軸継手の場合とほぼ同じ値となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記したように従来のたわみ軸継手は、軸線Ａ。

Ｂを前記ずれの範囲内の精度で取付けなければならず、
その取付精度を確保するための軸取付けの各部の機械加
工が必要となる。また前記許容範囲を超える大きいずれ
や、ふれまわりが発生する機械装置に対しては、前記た
わみ軸継手を直列に連設する方法で対応しているが、こ
の場合には軸１゜２間のねじり角が大きくなり、特に正
逆回転の必要な場合円滑な回転およびトルク伝達を確保
しにくくなるとともに、軸継手部の寸法が大きくなりそ
れだけ大きな取付はスペースを必要とする不具合がある
。一方、従来のたわみ軸継手は、実質的に軸１，２間の
軸方向の相対変位を許容し得ない構造になっているから
、その軸方向の相対変位を許容するためには、軸方向の
相対変位のみ可能なたとえばスプライン、キーなどを利
用した軸継手を別に並設しなければならない。このため
軸１゜２間に前記各種のずれのほか軸方向の相対変位も
発生する機械装置においては、たわみ軸継手と軸方向変
位可能な軸継手構造とを組合わせた構成にするほかなく
、軸継手部は構造が複雑になるだけでなく、寸法はさら
に大きくなりますます取付はスペースを大きくとらざる
を得ない問題点を有する。

他方１両軸間の軸線のずれが大きり、シかも両軸の交角
が自由に変化しても回転力を伝達する軸継手として、従
来から自在軸継手が使用されているが、自在軸継手にお
いても軸方向の変位は、前記たわみ軸継手の場合と同様
にスプライン、キーなどを利用した軸継手を別に設けな
ければならず。

また継手部は給油を要する構造になっており、外形寸法
も大きく前記たわみ軸継手の場合と同様の不具合点を有
する。

本発明は、前記従来技術の問題点を解消するものであっ
て、両軸間の軸線の平行ずれ、角度ずれ等のずれを格段
に大きく許容するとともに軸方向の相対変位をも許容可
能にし、小形で簡単な構造を有し、しかも強度、耐久性
の高い軸継手を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は１回転力を伝達する軸継手を、端部に正多角形
断面部を有する軸部材のその端部に、くびれた首部を有
するとともに、該首部より端部側でかつ該首部に連設さ
せて前記多角形の各面に、軸部材の軸心と前記多角形の
各面の幅の中央点とを結ぶ線上に中心を有し、その中心
から前記多角形の面までの距離を半径にし、かつ多角形
の各面の位置を頂点とする軸部材の＠線に沿う円弧状の
曲面が形成されたヘッド部を有する軸と、端部に前記軸
のヘッド部を遊嵌して回転力を伝達する正多角形の穴を
設けた継手部材とから構成することにより、両軸間の軸
線の平行ずれ、角度ずれ等のずれを大きく許容するとと
もに軸方向の相対変位をも許容可能にし、小形で簡単な
構造に形成でき、しかも強度、耐久性の高い継手とする
ことができるようにしたものである。

（作　用〕 前記軸端部の正多角形断面部に、くびれた首部とともに
設けられた多角形の各面に軸線に沿う円弧状の曲面を形
成したヘッド部を、前記継手部材の端面部に設けた正多
角形の穴に僅かな隙間を持たせて嵌合させると、該遊嵌
部におけるヘッド部と継手部材は、正多角形断面のヘッ
ド部の各色と、継手部材の多角形の穴の各面とが当接し
て回転力を伝達し、ヘッド部の各曲面が継手部材の穴の
各面と接触状態のまま、くびれた首部と穴の入口周辺と
干渉するまで自由に傾斜し得ることで両軸間の軸線のず
れを大きく許容することができる。また軸方向の相対変
位については、ヘッド部と穴とがｔｉ嵌状態であり、ヘ
ッド部の曲面の頂点が接触している大向の位置から穴の
入口までの間は自由に摺動可能である。従って前記ヘッ
ド部と穴の両者間の作用つまりトルクの伝達、軸心のず
れのある状態での回転、軸方向の相対変位は、おのおの
単独でも、また複合でも容易に可能である。

〔実施例〕

本発明の実施例を６角形断面の場合について第１図ない
し第７図により説明する。図において第８図と同一符号
のものは同一部品を示す。５ａはその一端側に軸１の端
部が嵌挿された継手部材（以下ボスという）で、軸１と
トルク伝達用のキー４ａで一体に結合され、他端側には
軸線Ａと同心に正６角形の穴１３ａが穿設されている。

５ｂはボス５ａと同様に、一端側に軸２の端部が嵌装さ
れキー４ｂで一体に結合されたボスで、他端側には軸線
Ｂと同心に正６角形の穴６ｂが穿設されている。７は両
端部がボス５ａ＋５ｂの穴６ａ＋６ｈに嵌入されている
軸で、第１図に示す実施例においてはボス５ａ＋５１．
および軸７により軸継手を構成している。軸７の詳細を
第２図ないし第４図を参照して説明する。第２図は軸７
の端部の斜視図、第３図は軸７のヘッド部および首部の
説明図、第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ矢視図である。第
２図で示すように軸７の端部にはくびれた首部１０と１
首部１０の外方に連設されたヘッド部１１とが形成され
ている。ヘッド部１１は図で示すように、軸線Ｃと直角
な断面はいずれの断面も正６角形をしており、Ｄは相対
する面間の最大距離である。ヘッド部１１には６角形の
各面１３に円弧状の曲面１２が形成されているが、ヘッ
ド部１１および曲面１２はつぎのようにして形成される
。すなわち軸心Ｐと６角形の各面１３の幅の中央点１４
とを結ぶ線（本実施例の場合６本ありいずれも軸線Ｃと
点Ｑで直交する線）Ｎ上められる距離を半径Ｒとし、　
２　　Ｄの位置を頂点１５とする軸線Ｃに沿う円弧状の
曲面１２を作成する６０ｍ ことにより形成される。前記式中θ＝＝Σヌて蚕異１玩
嬉１ゐ１５で、本実施例では面の数が６であるからθ＝
３０゜となり半径Ｒ＝０．４３３Ｄになる。そして軸心
Ｐより半径Ｒの中心Ｆｚ４ｉ’での距！ｆは−Ｔ−Ｄ　
（１−ｃｏｓθ）で求められるから、本実施例の場合は
０．０６７Ｄになる。中心Ｆ２側についても中心Ｆ１の
場合と位置が対称になるだけで同一の方法で円弧状の曲
面１２を作成でき、つづいて他の各面１３についても同
様に作成してヘッド部１１が形成される。ヘッド部１１
の端面１６の形状は任意の形状でよいが１本実施例では
ヘッド部１１の先端を軸線Ｃと直角に截頭した正６角形
の平面にしている。曲面１２の頂点１５を有する位置か
ら端面１６までの軸線Ｃに沿う長さＬｌは、曲面１２の
長さができるだけ長くなるように任意にきめられるが、
通常は第３図に示す角度βが６０″ないし７０″の範囲
になる長さにする。つぎに首部ｌＯは曲面１２と接続点
１８で滑らかに接続する曲線１７で形成されたくびれの
部分である。第３図のＦ２で示される曲面１２の頂点１
５から接続点１８までの寸法は、曲面１２が角度αで仕
切られる位置で、寸法Ｌ２が大きくなるほどくびれは大
きくなり首部１０か細くなって強度が低下する。このた
め寸法Ｌ２を決める角度αの値は、首部１０の強度を確
保するとともに点Ｑの周りの傾き量をできるだけ大きく
なし得るように１通常４０°以下に制限される。

なお本実施例においては軸７の素材を丸材で示したが、
ヘッド部１１を形成する多角形と同一の多角形断面を有
する角材を使用してもよく、この場合には端部に正多角
形断面部を削成する手間が省略できる。

前記構成からなる軸７の両端ヘッド部１１を、ボス５ａ
＋５ｂに設けられている正６角形の六６　ａ　＋６ｂに
遊嵌すると、ヘッド部１１の各色は穴６　ａ　＋６、の
各面と当接して回転するから回転力を伝達することがで
きる。回転力を伝達中に軸１または軸２が軸方向に変位
した場合は、一体に結合されているボス５ａまたはボス
５ｂも変位する。このときヘッド部１１は穴６ａ＋６ｂ
にｉ嵌されているから。

ヘッド部１１の各曲面１２は相対する六６ａ＋６ｂ内の
各面に対して軸方向にのみ自由に摺動することができ、
軸方向の変位が許容される。許容される軸方向の変位量
は、穴６ａ＋６ｂの入口８ａ、８ｂ（通常はボス”ａ＋
５ｂの端面）から曲面１２の頂点１５との接触点までの
寸法Ｓで、穴６ａおよび穴６ｂの深さを深くすることに
より自由に大きくすることができるが１寸法Ｓを大きく
するとそれだけ軸線Ａ。

８間のずれの量が制限されることになり、該ずれの量と
の関係でおのずから制限を受ける。軸線Ａ。

８間にずれのある場合について第５図および第６図を参
照して説明する。第５図は軸線Ａ、Ｂ間に平行ずれ（が
ある場合で、ヘッド部１１を穴６ａ。

６ｂに嵌入した遊嵌部においては、ヘット部１１の各曲
面１２は相対する六６ｎ＋６ｂの各面に対して一定の範
囲内で曲面１２に沿って自由に傾動することができると
同時に、前記回転力を伝達し、かつ軸方向の変位も許容
し得る状態を保持しているから。

平行ずれのない場合と同様に円滑に回転力を伝達するこ
とができる。ところで上記一定の範囲は、前記穴６ａお
よび穴６ｂの深さと首部１０の寸法との関係により決め
られるもので、前記寸法Ｓが短いほど首部１０の寸法を
太くしても、穴６ａ＋６ｂの入口８ａ＋８ｂと首部１０
の曲線１７との干渉が避けられ、反対に寸法Ｓが長いほ
ど首部１０の寸法を細くしなければ上記干渉が避けられ
なくなる。穴６ａおよび６ｂとヘッド部１１との接触点
間の水平距離をＱ、軸線ＡまたはＢと軸線Ｃとのなす角
をγとすると、平行ずれの量はε＝０・ｔａｎγで表わ
され正６角形の場合、実験的にｆｌ＝３０ｍｍのときε
は約１７１まで許容できることが確認されており、この
ときのヘッド部１１の寸法Ｄ＝１７ｎ＋ｍ、寸法Ｓ＃５
＋ｎａ＋、首部１０のくびれの寸法りに対する減少率は
３０％である。

したがって平行ずれεの許容範囲をさらに大きくするた
めには、寸法Ｓを小さくするかまたは首部１０を細＜６
１反対に許容範囲を小さくする場合は寸法Ｓを長くする
かまたは首部１０を太くすることになる。つぎに第６図
は軸線Ａ、Ｂ間に角度ずれがある場合で、ボス５ａの軸
線Ａと軸７の軸線Ｃとはほぼ一致し、軸線Ｃとボス５ｂ
の軸線Ｂとが角度、δの交角を有している。この場合ヘ
ッド部１１を穴６ａに嵌入した遊嵌部は第１図における
場合と同様で傾動動作はなく、穴６ｂ側のみが前記平行
ずれεのある場合と同じ動作をする。したがってこの場
合にも角度ずれのない場合と同様に円滑に回転力を伝達
することができる。そして角度ずれの許容範囲は、穴６
ａおよび穴６ｂとヘッド部１１との接触点間の水平距離
をＱ、軸線Ｂと軸ａＣとのなす角をδとすると、ｔａｎ
δ：□で表わされ、前記実験において角度δの許容範囲
は約３０°であることが確認されている。

つぎに前記実施例と比較してさらに軸方向変位の許容量
を増加することのできる他の実施例を第７図により説明
する。図において前記各図と同一の符号は同じ部品を示
す。５’ａは前記ボス５ａと同様に軸線Ａと同心に正６
角形の穴６ａが穿設されているが、さらに穴６ａの底に
圧縮コイルばね（以下押しばねという）９ａを内設する
穴６′８が設けられているボス、同じ＜５′ｂは穴６ｂ
の底に押しばね９ｂを内設する穴６′ｂが設けられてい
るボスである。なお、押しばね９ａ＋９ｂの特性は同一
で、ストロークは寸法Ｓ以上になっている。かかる構成
において回転中、軸１または軸２がボス５′３またはボ
ス５′ｂと一体に軸方向に変位すると、押しばね９ａ＋
９ｂは変位量に対して同時に同量のストロークで伸長し
、軸７のヘッド部１１の六６　ａ　＋６、への嵌入量は
、ボス５　’　ａ　ｒ　５　’　ｂのいずれか一方に片
寄ることなく常に同値となる。したがって軸方向の許容
される変位量の寸法Ｓは、同一の長さであっても前記押
しばね９ａ＋　９ｂのない場合に比べて実質的に約２倍
に大きくなったと同じになる。

前記実施例において説明したごとく本発明に係わる軸継
手は、平行ずれ、角度ずれ、軸方向変位等がトルク伝達
をしながら複合して許容されるから、たとえば軸１がふ
れまわりを発生しても軸７を介して前記許容範囲内で軸
２に確実にトルク伝達をすることができる。

なお前記各実施例においては、軸７のヘッド部１１を正
６角形の場合について説明したが、他の正多角形たとえ
ば４角形、８角形でもよく、この場合にも６角形の場合
と同様の作用・効果を奏することはもちろんである。ま
た軸継手の各部品の配置について前記実施例においては
、軸７をはさんでその両側にボスＤａ＋５ｂまたは５　
’　ａ　ｒ　５　’　ｂを配置したが、反対に１両側面
に多角形の穴を有するボスを中央に配置し、そのボスを
はさんで両側に多角形の穴に嵌合するヘッド部を形成し
た軸部材を配置してもよく、軸継手を構成する各部品の
配置は任意である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、端部に正多角形断面部を
有する軸部材のその端部にくびれた首部を有するととも
に、該首部より端部側で、かつ該首部に連設させて前記
多角形の各面に、軸部材の軸心と前記多角形の各面の幅
の中央点とを結ぶ線上に中心を有し、その中心から前記
多角形の面までの距離を半径にし、かつ多角形の各面の
位置を頂点とする軸部材の軸線に沿う円弧状の曲面が形
成されたヘット部を有する軸と、端部に前記ＩＰＩのヘ
ッド部を遊嵌して回転力を伝達する正多角形の穴を設け
た継手部材とにより構成する軸継手としたから、軸継手
を介して接続される両軸間の平行ずれ、角度ずれ等のず
れを、従来より格段に大きく許容できるとともに軸方向
の相対変位をも許容可能にし、さらにふれまわりにも無
理なく対応することができ、前記両軸の取付精度を低く
しても円滑な回転およびトルク伝達が可能になる。一方
、軸継手は従来のたわみ軸継手等に比べ小形でしかも簡
単な構造になるから１強度および耐久性を高めることが
でき、また小さな取付はスペースで足りるから狭小な場
所でも使用することができるなど実用上顕著な効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の詳細な説明図で、第１図
は軸継手の構成を示す図、第２図は軸継手を構成する軸
の端部斜視図、第３図は第２図の一部断面詳細図、第４
図は第３図のＩＶ−ＩＶ矢視図、第５図は軸ｍＡ、Ｂ間
にずれのある場合の第１の例の説明図、第６図は軸線Ａ
、Ｂ間にずれのある場合の第２の例の説明図、第７図は
軸方向変位を増加して許容する場合の例を示す図である
。 第８図は従来のたわみ軸継手の１例を示す図である。 特許出願人　　日立建機株式会社 代理人　弁理士　　秋　本　　正　実 ｏ−Ａ 第５図 ａ 第６図 ｑｙ゛

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転力を伝達する軸継手であって、端部に正多角形
   断面部を有する軸部材のその端部に、くびれた首部を有
   するとともに、該首部より端部側でかつ該首部に連設さ
   せて前記多角形の各面に、軸部材の軸心と前記多角形の
   各面の幅の中央点とを結ぶ線上に中心を有し、その中心
   から前記多角形の面までの距離を半径にし、かつ多角形
   の各面の位置を頂点とする軸部材の軸線に沿う円弧状の
   曲面が形成されたヘッド部を有する軸と、端部に前記軸
   のヘッド部を遊嵌して回転力を伝達する正多角形の穴を
   設けた継手部材とよりなることを特徴とする軸継手。 ２、前記軸のヘッド部が遊嵌される前記継手部材に設け
   られた穴内に、一端側を前記ヘッド部端面に当接させた
   圧縮ばねを内設したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の軸継手。