JP4743530B2

JP4743530B2 - 軸連結構造

Info

Publication number: JP4743530B2
Application number: JP2006184270A
Authority: JP
Inventors: 慶秀長田
Original assignee: 東京理化器械株式会社
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2026-07-04
Also published as: JP2008014360A

Description

本発明は、軸連結構造に関し、特に、実験用の反応容器内に挿入される撹拌軸と駆動源に連結される駆動軸とを着脱可能に連結する軸連結構造に関する。

合成反応実験等で実験台で用いられる撹拌機では、反応容器の上方に駆動源を設置し、撹拌軸の上端を駆動源のドリルチャック等に連結して下端を反応容器内に挿入するもの（例えば、特許文献１参照。）や、駆動源に連結した駆動軸と反応容器内に挿入される撹拌軸とを柔軟なゴム部材で連結するもの（例えば、特許文献２参照。）が知られている。また、反応容器内を真空引きする場合には、反応容器の口部には撹拌軸が回転可能に挿通される回転真空シールが取り付けられる。一方、軸同士を連結する際に、両軸の偏心や偏角を吸収するために、軸間に可撓性カップリングを介在させることが一般に行われている（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００４−３２９９９９号公報特開２００３−１０３１５４号公報特表２００２−５０６９５７号公報

上述のような撹拌機は、一般的に、反応容器を設置した実験台の後方に設置した格子部材や実験用スタンドにクランプさせた駆動源の位置調整を行い、反応容器内に挿入した駆動軸や撹拌軸が鉛直方向を向くようにして用いられる。このとき、長尺の撹拌軸をドリルチャックで保持したものでは、撹拌作業終了後に反応容器を取り外す際、ドリルチャックを緩めて撹拌軸を駆動源から切り離し、撹拌機の向き（ドリルチャックの向き）を変えた後、反応容器から撹拌軸を上方に抜き取る必要があった。このため、次に撹拌作業を行う際には、再び駆動源の位置調整を行わなければならなかった。

さらに、反応容器の中心部と撹拌軸の軸線とを一致させることが困難であることから、撹拌軸と反応容器とが互いに偏心、偏角したまま運転されることがあった。撹拌軸を駆動源に直接連結したものでは、撹拌軸の偏心、偏角によって振動が発生することがあり、また、容器口部に回転真空シールを取り付けた場合は、僅かな偏心、偏角でも撹拌軸が回転真空シールに対して片当たり状態となり、シールが偏摩耗して耐久性を悪化させることになる。

駆動軸と撹拌軸とを柔軟なゴム部材で連結すれば偏心、偏角を吸収することはできるが、ゴム部材は劣化し易く、また、接触面に油分が付着するとスリップする虞があった。さらに、駆動軸と撹拌軸とをゴム部材に確実に連結するためには、連結作業を両手で行わなければならず面倒であった。また、市販の可撓性カップリングを使用して偏心、偏角を吸収することも可能であるが、駆動軸や撹拌軸と可撓性カップリングとの連結、着脱に工具を必要とするという難点があった。

そこで本発明は、駆動軸と従動軸とを簡単な操作で着脱可能に連結することができ、撹拌機の駆動源側の駆動軸と反応容器側の撹拌軸（従動軸）との軸連結構造に適用することにより、駆動軸と撹拌軸とを簡単な操作で着脱可能に連結することができ、反応容器の設置や取り外しも容易に行うことができるとともに、駆動軸と撹拌軸との偏心、偏角を吸収するための可撓性カップリングを容易に組み込むことが可能な軸連結構造を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の撹拌機の軸連結構造は、駆動軸と従動軸とを着脱可能に連結する軸連結構造において、駆動軸及び従動軸のいずれか一方の軸の軸端に雄側連結フランジを、他方の軸の軸端に雌側連結フランジをそれぞれ設け、前記雄側連結フランジには前記雌側連結フランジ方向に突出する複数の連結ボスを突設し、該連結ボスには突出端の大径頭部と該大径頭部の基部側の小径軸部とを設け、前記雌側連結フランジには前記連結ボスが挿通可能なボス挿通孔を設け、該雌側連結フランジを設けた軸には該軸を挿通可能な軸挿通孔を中央に有するとともに該軸挿通孔の周囲に前記複数の連結ボスがそれぞれ係合する複数の長孔を有する係合リングを回動可能に装着し、前記長孔には、その一端に前記連結ボスの大径頭部が挿通可能な径を有するボス挿通部と、該ボス挿通部に連続する長孔の中央部に前記大径頭部の径より幅狭で前記連結ボスの小径軸部が移動可能な幅を有するスリット部と、該スリット部に連続する長孔の他端の前記雌側連結フランジから遠い側に前記大径頭部が係合可能な係合段部とを設け、前記係合リングと前記雌側連結フランジとの間に付勢手段を設けるとともに、該付勢手段による前記係合リングの前記雌側連結フランジから離れる方向への移動量を規制するストッパ部材を設けたことを特徴とし、駆動軸及び従動軸のいずれか一方の軸の軸端に可撓性カップリングの一端を連結し、該可撓性カップリングの他端に前記雄側連結フランジを設けても良い。

さらに、前記係合リングは、２枚のリング部材を接合して形成され、両リング部材には、ボス挿通部形成用の大径孔及び前記スリット部形成用のスリットをそれぞれ設けるとともに、前記雌側連結フランジから遠い側のリング部材の前記スリットの端部には係合段部形成用の大径孔を設けることもでき、また、前記付勢手段が軸周りに装着されたコイルスプリングであり、前記係合リングの雌側連結フランジ側に前記コイルスプリングの一端を収容するリング状の凹部を設けることもできる。さらに、前記従動軸は、反応容器内に挿入される撹拌軸であっても良い。

本発明の軸連結構造によれば、雄側連結フランジに突設した複数の連結ボスを、雌側連結フランジに設けたボス挿通孔及び係合リングに設けた長孔のボス挿通部に挿通した後、係合リングを雌側連結フランジ方向に押動しながら、大径頭部が長孔の係合段部に係合するように回動させるだけの操作で駆動軸と従動軸とを連結することができ、駆動軸の回転力を雌側連結フランジのボス挿通孔と雄側連結フランジの連結ボスとを介して従動軸に伝達することができる。この連結状態では、付勢手段によって係合リングが付勢されることで大径頭部と係合段部との係合状態が保持されるので、係合リングを雌側連結フランジ方向に押動させて回動させない限り連結状態が外れることはない。連結の解除は、係合リングを雌側連結フランジ方向に押動しながら大径頭部が長孔のボス挿通部に位置するように、連結時とは逆方向に回動させるだけの操作で行うことができる。したがって、駆動軸と従動軸との連結、分解を片手で簡単に行うことができる。

また、一方の軸端に連結した可撓性カップリングに雄側連結フランジを設けておくことにより、工具を使用せずに駆動軸と従動軸とを可撓性カップリングを介して簡単に連結することができ、駆動軸と従動軸と偏心、偏角を吸収することができる。このような可撓性カップリングを組み込んだ軸連結構造を撹拌機に適用することにより、撹拌機の駆動源を支持する実験用スタンドや格子部材との取付誤差、駆動源と駆動軸との取付誤差、駆動軸と撹拌軸との偏心、偏角を吸収することができるので、反応容器に対する撹拌機の組み立てを容易に行うことができ、また、反応容器の取り外しも、駆動源をクランプした状態で簡単に行うことができる。特に、実験室レベルでは、撹拌機や反応容器のセッティングを頻繁に変更するため、駆動軸と撹拌軸との着脱の簡易化や、駆動源の位置調整の簡易化は大きな効果となる。

図１乃至図４は本発明の軸連結構造を撹拌機に適用した一形態例を示す図であって、図１は撹拌機の使用状態を示す概略正面図、図２は撹拌機の要部分解斜視図、図３は撹拌機の要部断面図、図４は駆動軸と撹拌軸の連結作業を示す説明図である。

本形態例の撹拌機１は、図示しない実験台に設置した実験用スタンドにクランプされて使用されるもので、実験台には、反応液Ｌが収容される反応容器であるフラスコ１０が配置されている。撹拌機１は、駆動源となる撹拌モータ２０と、該撹拌モータ２０のモータ軸２１にドリルチャック２２によって連結される駆動軸３０と、前記フラスコ１０内に挿入される撹拌軸（従動軸）４０と、該撹拌軸４０の上端に固着された可撓性カップリング（フレキシブルカップリング）５０と、該フレキシブルカップリング５０の駆動軸連結側に設けられた２個の連結ボス６０を有する雄側連結フランジ６１と、前記駆動軸３０のフレキシブルカップリング連結側に一体に設けられた雌側連結フランジ３１と、前記駆動軸３０に軸方向に移動可能かつ回転可能に装着された係合リング７０と、該係合リング７０を挟むようにして設けられたコイルスプリング（付勢手段）８０及びＥリング８１（ストッパ部材）とを備えている。

前記フラスコ１０は、内部が真空引きされていて、口部１０ａには回転真空シール１１が取り付けられている。撹拌軸４０は、金属又はガラス製で先端に撹拌翼４１を備え、先端側が前記回転真空シール１１を介してフラスコ１０内に挿入され、基端側が前記フレキシブルカップリング５０に装着されている。駆動軸３０は金属製で基端側が前記ドリルチャック２２によってモータ軸２１に連結され、先端には、前記雄側連結フランジ６１に連結される雌側連結フランジ３１が一体に設けられている。

フレキシブルカップリング５０は、ステンレス製で、駆動軸３０と同一軸線上で回転する駆動側プレート５１と、撹拌軸４０と同一軸線上で回転する従動側プレート５２とを中間弾性部となるステンレスベローズ５３で連結して形成されている。従動側プレート５２の中心部には前記撹拌軸４０の上端部が挿入されて固定ねじ５４により固定されている。

駆動側プレート５１の上面に設けられた雄側連結フランジ６１は、駆動側プレート５１と同じ外径を有する円盤状のものであって、上面には前記連結ボス６０，６０が雄側連結フランジ６１の中心に対して対称位置に突設され、下面中心部にはフランジ固定軸６２が突設されている。この雄側連結フランジ６１は、前記フランジ固定軸６２をフレキシブルカップリング５０の駆動側プレート５１の中心部に設けた軸装着孔５１ａに挿入して固定ねじ５４で固定することにより、駆動側プレート５１の上面に一体に取り付けられる。前記連結ボス６０は、円柱状部材の上部外周を切削することにより、上端に基部と同一径の大径頭部６０ａを形成するとともに、該大径頭部６０ａの基部側に連続して小径軸部６０ｂを形成している。

前記駆動軸３０下端の雌側連結フランジ３１は、前記雄側連結フランジ６１と略同径に形成され、前記連結ボス６０，６０を挿通させるボス挿通孔３１ａ，３１ａが形成されている。また、前記連結ボス６０，６０と雌側連結フランジ３１とは、前記ボス挿通孔３１ａ，３１ａに連結ボス６０,６０を挿通させた時に、前記ボス挿通孔３１ａ，３１ａから、連結ボス６０，６０の大径頭部６０ａ,６０ａと小径軸部６０ｂ，６０ｂとが雌側連結フランジ３１の上面から突出するように形成されている。

前記係合リング７０は、前記雌側連結フランジ３１の上部に前記コイルスプリング８０を介して駆動軸３０に装着されるもので、駆動軸３０に形成された周溝３０ａに係合する前記Ｅリング８１によって上方への移動が規制されている。係合リング７０は、略六角形状の板材からなる２枚のリング部材７１，７２を上下に溶接等で接合することにより形成され、中央部には駆動軸３０が挿通する軸挿通孔７０ａが設けられるとともに、該挿通孔７０ａの外周には、前記連結ボス６０，６０がそれぞれ係合する２個の長孔７３が中心に対して対称に設けられている。

下方のリング部材７１は、中央にコイルスプリング８０が挿通可能な中央大径孔７１ａが形成されるとともに、前記長孔７３を形成するための下部スリット部７１ｂと、該下部スリット部７１ｂの一端に設けられた大径孔からなるボス挿通部７１ｃとが設けられ、このボス挿通部７１ｃから下部スリット部７１ｂの他端７１ｄまでが前記長孔７３の下半部を構成する。上方のリング部材７２は、中央に駆動軸３０が挿通可能でコイルスプリング８０やＥリング８１の内径より小さな中央小径孔７２ａが形成されるとともに、前記長孔７３を形成するための上部スリット部７２ｂと、該上部スリット部７２ｂの一端に設けられた大径孔からなるボス挿通部７２ｃと、上部スリット部７２ｂの他端に設けられた大径孔からなるボス係合部７２ｄとが設けられ、ボス挿通部７２ｃから上部スリット部７２ｂを経てボス係合部７２ｄまでが前記長孔７３の上半部を構成する。

すなわち、係合リング７０の各長孔７３は、前記連結ボス６０の大径頭部６０ａを挿通可能なボス挿通部７１ｃ，７２ｃからなるボス挿通部７３ａと、該ボス挿通部７１ｂに連続する長孔７３の中央部で、前記大径頭部６０ａの径より幅狭で前記小径軸部６０ｂが移動可能な幅を有するスリット部７３ｂと、該スリット部７３ｂに連続する長孔７３の他端で、雌側連結フランジから遠い側に前記大径頭部６０ａが係合可能な上方のリング部材７２のボス係合部７２ｄが位置するとともに、雌側連結フランジ側に下方のリング部材７１の下部スリット部７１ｂの他端７１ｄが位置することにより形成される段付き孔からなる係合段部７３ｃとで形成されている。また、係合リング７０の中央部下面には、下方のリング部材７１の中央大径孔７１ａと上方のリング部材７２の中央小径孔７２ａとによって雌側連結フランジ側が大径となるリング状の凹部７０ｂが形成され、この凹部７０ｂに、圧縮状態で設けられたコイルスプリング８０の上端が収容される。

上述のように形成された撹拌機１は、撹拌モータ２０のモータ軸２１にドリルチャック２２を介して駆動軸３０を装着し、該駆動軸３０の軸線が鉛直方向を向くように撹拌モータ２０を実験用スタンド等に固定する。さらに、反応液Ｌを入れたフラスコ１０の口部１０ａに、フレキシブルカップリング５０付きの撹拌軸４０を装着した回転真空シール１１を取り付け、撹拌軸４０の軸線がフラスコ１０の中心部を通り、かつ、鉛直方向を向くようにセットする。

フラスコ１０を撹拌機１の下方に設置し、長孔７３のボス挿通部７３ａを雌側連結フランジ３１のボス挿通孔３１ａ，３１ａに合わせた状態で、撹拌軸４０を持ち上げて雄側連結フランジ６１の連結ボス６０，６０をボス挿通孔３１ａ，３１ａ及びボス挿通部７３ａにそれぞれ挿入する。この状態で係合リング７０をコイルスプリング８０の付勢力に抗して雌側連結フランジ３１側（下方）に押動しながら、時計回り方向に数十度回動させると、係合リング７０は、小径軸部６０ｂがスリット部７３ｂの部分を通過した後、大径頭部６０ａが係合段部７３ｃに係合する位置まで回動する。この状態で係合リング７０の押動を解除すると、係合リング７０はコイルスプリング８０の付勢力によって雌側連結フランジ３１から遠い側（上方）に移動し、大径頭部６０ａが係合段部７３ｃに係合して固定された状態となる。これにより、駆動軸３０と撹拌軸４０とがフレキシブルカップリング５０を介して連結された状態となる。

この状態では、係合リング７０に係合した連結ボス６０がコイルスプリング８０の付勢力で係合リング７０側に引き付けられた状態になるため、雄側連結フランジ６１と雌側連結フランジ３１との連結面が密着した状態になり、連結部のガタも防止できる。なお、連結面にゴム等の弾性体を設けておくことにより、駆動軸３０と撹拌軸４０との偏心、偏角が大きい場合でも連結面のガタをより確実に防止できる。

また、フラスコ１０を撹拌機１から取り外す際には、係合リング７０を押動しながら反時計回り方向に回動させることによって大径頭部６０ａの位置を係合段部７３ｃからボス挿通部７３ａに移動させた状態で撹拌軸４０を連結ボス６０の長さ分だけ下げることにより、連結ボス６０をボス挿通孔３１ａから下方に抜き取って雄側連結フランジ６１と雌側連結フランジ３１との連結状態を解除することができる。これにより、駆動軸３０と撹拌軸４０とを分解できるので、撹拌モータ２０の向きを変えたりすることなくフラスコ１０を取り外すことができ、撹拌モータ２０の位置や方向が保持されていることから、次に撹拌作業を行う際に撹拌モータ２０等の位置調整を行う必要がなくなる。

さらに、フレキシブルカップリング５０の組み込みも簡単かつ確実に行えるので、フレキシブルカップリング５０を組み込むことにより、図４（Ｃ）に示されるように、駆動軸３０と撹拌軸４０との偏心、偏角を吸収しながら回転力を確実に伝達することができる。これにより、実験用スタンドと撹拌モータ２０との取り付けや、撹拌モータ２０と駆動軸３０との取り付けにおける位置調整を精密に行う必要がなくなり、作業性の向上が図れ、回転真空シール１１の損傷も抑えることができる。また、ゴム部材のように油分の付着によるスリップも発生することがない。特に、駆動軸３０と撹拌軸４０とをフレキシブルカップリング５０を介して直接連結する場合に比べて、固定ねじ５４を緩めたり、締め付けたりするための工具が不要となり、着脱を短時間で容易に行えるとともに、工具を外し忘れて運転する心配もなく、作業の安全性も向上する。

さらに、回転力の伝達を雄側連結フランジ６１の連結ボス６０と雌側連結フランジ３１のボス挿通孔３１ａとの係合で行っているため、回転力を確実に伝達できるだけでなく、スリップが発生することもなく、回転方向に制限が生じることもない。また、係合リング７０には回転力が作用せず、しかも、連結ボス６０の係合状態では、コイルスプリング８０によって上方に付勢された係合リング７０の係合段部７３ｃに大径頭部６０ａが係合しているので、コイルスプリング８０の付勢力に抗して固定リングを押動しながら回転させない限り係合状態が解除されることはなく、不用意に連結ボス６０と係合リング７０との係合が解除されることはない。また、係合リング７０が上方に付勢されていることから、連結時に係合リング７０の押動を途中で解除して係合リング７０を回動させることにより、大径頭部６０ａが係合段部７３ｃに係合した際にパチンと音がして係合状態を確認することができる。さらに、コイルスプリング８０の上端を凹部７０ｂに収容することにより、コイルスプリング８０を安定した状態で保持することができる。

なお、本発明は、フレキシブルカップリングを組み込まない場合にも適用可能であり、上記形態例とは逆にフレキシブルカップリングを駆動軸側に設けることも可能である。また、フレキシブルカップリングの一端に固着されるフランジ固定軸を長く形成することにより、フレキシブルカップリングを駆動軸や撹拌軸の中間部に配置することも可能である。さらに、連結ボスや長孔を２つ以上設けることもでき、係合リングを１枚の板材を加工して形成したり、全体を鋳物で一体形成することもできる。

本発明の一形態例を示す撹拌機の使用状態図である。同じく撹拌機の要部分解斜視図である。同じく要部拡大断面図である。同じく駆動軸と撹拌軸の連結作業を示す説明図である。

符号の説明

１…撹拌機、１０…フラスコ、１０ａ…口部分、１１…回転真空シール、２０…撹拌モータ、２１…モータ軸、２２…ドリルチャック、３０…駆動軸、３０ａ…周溝、３１…雌側連結フランジ、３１ａ…ボス挿通孔、４０…撹拌軸、４１…撹拌翼、５０…フレキシブルカップリング、５１…駆動側プレート、５１ａ…軸装着孔、５２…従動側プレート、５３…ステンレスベローズ、５４…固定ねじ、６０…連結ボス、６０ａ…大径頭部、６０ｂ…小径軸部、６１…雄側連結フランジ、６２…フランジ固定軸、７０…係合リング、７０ａ…挿通孔、７０ｂ…凹部、７１…下方のリング部材、７１ａ…中央大径孔、７１ｂ…スリット部、７１ｃ…ボス挿通部、７２…上方のリング部材、７２ａ…中央小径孔、７２ｂ…スリット部、７２ｃ…ボス挿通部、７２ｄ…ボス係合部、７３…長孔、７３ａ…ボス挿通部、７３ｂ…スリット部、７３ｃ…係合段部、８０…コイルスプリング、８１…Ｅリング

Claims

駆動軸と従動軸とを着脱可能に連結する軸連結構造において、駆動軸及び従動軸のいずれか一方の軸の軸端に雄側連結フランジを、他方の軸の軸端に雌側連結フランジをそれぞれ設け、前記雄側連結フランジには前記雌側連結フランジ方向に突出する複数の連結ボスを突設し、該連結ボスには突出端の大径頭部と該大径頭部の基部側の小径軸部とを設け、前記雌側連結フランジには前記連結ボスが挿通可能なボス挿通孔を設け、該雌側連結フランジを設けた軸には該軸を挿通可能な軸挿通孔を中央に有するとともに該軸挿通孔の周囲に前記複数の連結ボスがそれぞれ係合する複数の長孔を有する係合リングを回動可能に装着し、前記長孔には、その一端に前記連結ボスの大径頭部が挿通可能な径を有するボス挿通部と、該ボス挿通部に連続する長孔の中央部に前記大径頭部の径より幅狭で前記連結ボスの小径軸部が移動可能な幅を有するスリット部と、該スリット部に連続する長孔の他端の前記雌側連結フランジから遠い側に前記大径頭部が係合可能な係合段部とを設け、前記係合リングと前記雌側連結フランジとの間に付勢手段を設けるとともに、該付勢手段による前記係合リングの前記雌側連結フランジから離れる方向への移動量を規制するストッパ部材を設けたことを特徴とする軸連結構造。
駆動軸及び従動軸のいずれか一方の軸の軸端に可撓性カップリングの一端を連結し、該可撓性カップリングの他端に前記雄側連結フランジを設けたことを特徴とする請求項１記載の軸連結構造。
前記係合リングは、２枚のリング部材を接合して形成され、両リング部材には、ボス挿通部形成用の大径孔及び前記スリット部形成用のスリットをそれぞれ設けるとともに、前記雌側連結フランジから遠い側のリング部材の前記スリットの端部には係合段部形成用の大径孔を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の軸連結構造。
前記付勢手段が軸周りに装着されたコイルスプリングであり、前記係合リングの雌側連結フランジ側に前記コイルスプリングの一端を収容するリング状の凹部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の軸連結構造。
前記従動軸は、反応容器内に挿入される撹拌軸であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の軸連結構造。