JP5539697B2

JP5539697B2 - 軸継ぎ手

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Publication number: JP5539697B2
Application number: JP2009247692A
Authority: JP
Inventors: 哲夫川崎; 倫之大西; 一慶秋吉
Original assignee: NSD Corp
Current assignee: NSD Corp
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: JP2011094671A

Description

本発明は、結合すべき第１軸と第２軸との間の各方向のずれを吸収することが可能な軸継ぎ手に関する。

第１軸と第２軸とを結合するたわみ軸継ぎ手として、従来より、板ばねのたわみを利用した板ばね式カップリングが供されている（例えば特許文献１参照）。このものは、図８に示すように、例えばモータ軸が取付けられる第１軸結合部材１と、例えば検出器軸が取付けられる第２軸結合部材２との間に、中間部材（スペーサ）３を挟んで第１板ばね４及び第２板ばね５を配し、それらを複数個のボルト６、ナット７、ワッシャ８等を用いて接続して構成されている。かかる構成により、軸同士の半径方向の芯ずれ、軸方向変位、偏角を、第１板ばね４及び第２板ばね５がたわみ変形することによって吸収しながら、トルク伝達を行うことができるようになっている。

特開２０００−３２０５６６号公報

しかしながら、上記したような、板ばね４，５のたわみを利用したたわみ軸継ぎ手では、トルク伝達を主眼とするため、軸同士の半径方向の芯ずれ、軸方向変位、偏角の許容値が比較的小さいものとなっていた。ちなみに、カタログ情報では、例えば、軸同士の半径方向の芯ずれの許容値が０．３ｍｍ（０．１ｍｍ以内を推奨）、軸方向変位の許容値が１ｍｍ、偏角の許容値が角度１．５°、等となっている。

このため、従来の軸継ぎ手では、実用に際しての軸同士の初期設定に精密作業を要するものとなっていた。あるいは、長期間の使用に伴う摩耗等によって軸同士の芯ずれ量が大きくなった場合など、使用状況が許容範囲を越えてしまうと、比較的容易に疲労破損が生じ、例えば板ばね４，５の端部（ボルトによる接続部分）が簡単に破断してしまう等の不具合があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、軸同士の半径方向の芯ずれ、軸方向変位、偏角に関する許容範囲を十分に大きくすることができ、疲労破壊の発生を抑えることができる軸継ぎ手を提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明の軸継ぎ手は、第１軸が固定される第１のボディと、この第１のボディに対向して配置され第２軸が固定される第２のボディと、それら第１のボディと第２のボディとを連結するもので、９０度間隔で４個、或いは、１２０度間隔で３個が設けられた連結部材とを備えると共に、前記各連結部材は、弾性変形可能な細長い帯状の金属板材を折曲形成してなり、基端部が前記第１のボディに固着され外周方向に延びる第１の腕部と、この第１の腕部の先端から前記第２のボディ側に折曲って軸方向に延びる四角形状のつなぎ部と、このつなぎ部の先端から内周方向に折曲って前記第１の腕部と平行となるように延び先端が前記第２のボディに固着される第２の腕部とを一体に有するコの字型に構成されており、前記軸同士の半径方向の芯ずれは、前記連結部材の２本の腕部が平行にずれるようなたわみ変形、ねじれ方向のたわみ変形、それらを合成したたわみ変形によって吸収され、前記２本の軸の軸方向変位については、前記連結部材の２本の腕部の先端部同士間の間隔が狭まる或いは拡がるようにたわみ変形することにより吸収され、前記軸同士の偏角の発生については、前記連結部材の２本の腕部の先端部同士の平行方向にずれるたわみ変形、ねじれ方向のたわみ変形、拡縮方向のたわみ変形等を合成したたわみ変形により吸収されるところに特徴を有する（請求項１の発明）。

上記構成によれば、第１のボディと第２のボディとが複数個の連結部材で連結されているのであるが、金属板材から門型（コの字型）に構成された弾性変形可能な連結部材は、各方向の力を受けて容易にたわみ変形する。即ち、軸同士の半径方向の芯ずれは、連結部材の２本の腕部が平行にずれるようなたわみ変形、ねじれ方向のたわみ変形、それらを合成したたわみ変形によって吸収することができる。２本の軸の軸方向変位については、連結部材の２本の腕部の先端部同士間の間隔が狭まる或いは拡がるようにたわみ変形することにより吸収することができる。偏角の発生についても、上記したような、連結部材の２本の腕部の先端部同士の平行方向にずれるたわみ変形、ねじれ方向のたわみ変形、拡縮方向のたわみ変形等を合成したたわみ変形により吸収することができる。

このとき、板ばねから成るたわみ板を用いた従来のものに比べて、いずれの方向についても、ずれに対する許容量を十分に大きくすることが可能となる。尚、本発明においては、第１軸と第２軸との間のトルクの伝達は、各連結部材がねじれ方向にたわみ変形しながら、行われることになる。この場合、連結部材の剛性が比較的低いので、大きなトルク伝達は期待できないが、必要トルクの小さい場合に適したものとなる。

本発明の軸継ぎ手によれば、結合すべき第１軸と第２軸との間の各方向のずれを吸収することが可能な軸継ぎ手にあって、第１のボディと第２のボディとを、弾性変形可能な門型の金属板材からなる複数個の連結部材により連結する構成としたので、軸同士の半径方向の芯ずれ、軸方向変位、偏角に関する許容範囲を十分に大きくすることができ、疲労破壊の発生を抑えることができるという優れた効果を奏する。

本発明の第１の実施例を示すもので、軸継ぎ手の斜視図軸継ぎ手の正面図（ａ）及びそのＢ−Ｂ線に沿う縦断右側面図（ｂ）並びにＣ−Ｃ線に沿う縦断左側面図（ｃ）第１のボディの縦断正面図（ａ）及び右側面図（ｂ）１個の連結部材の正面図（ａ）及び右側面図（ｂ）軸同士の各方向（３種類）のずれに対する連結部材のたわみ変形の様子を誇張して示す図本発明の第２の実施例を示すもので、連結部材の折曲形成前の平面図（展開図）（ａ）及び折曲形成後の斜視図（ｂ）本発明の第３の実施例を示すもので、図１相当図従来例を示すもので、たわみ軸継ぎ手の分解斜視図

（１）第１の実施例
以下、本発明の第１の実施例について、図１ないし図５を参照しながら説明する。図１及び図２は、本実施例に係る軸継ぎ手１１の全体構成を示すものである。尚、本実施例の軸継ぎ手１１は、図示はしないが、例えば、第１軸としてのモータの軸と、そのモータ軸の角度を計測するための第２軸としての計測器の入力軸との間を結合する用途に用いられる。以下の説明では、それら第１軸及び第２軸が左右方向に延びている状態、つまり図２（ａ）に示す状態を正面図としており、また、便宜上、第１及び第２のボディ（後述）のうちキー溝のある側を上方としている。

この軸継ぎ手１１は、図で左側に位置し第１軸（モータ軸）が固定される第１のボディ１２と、図で右側に位置して前記第１のボディ１２に対向配置され第２軸（計測器の入力軸）が固定される第２のボディ１３と、それら第１のボディ１２と第２のボディ１３とを連結する複数個この場合４個の連結部材１４とを備えて構成される。このとき、これら４個の連結部材１４は、上下及び前後に夫々位置して均等間隔（角度９０°間隔）で設けられている。

そのうち第１のボディ１２及び第２のボディ１３は、対称的な（ほぼ同等の）構成を備えているため、以下、第１のボディ１２について説明する。図３は、第１のボディ１２を代表させて示しており、この第１のボディ１２は、金属例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からほぼ円筒状に構成されていると共に、内側（第２のボディ１３側）を向く面には、中央部に位置して円形に凸となる凸部１２ａを有している。

また、この第１のボディ１２の中心部には、前記モータ軸（図示せず）が挿入される挿入孔１５が前記凸部１２ａを含めて貫通するように形成されていると共に、その挿入孔１５の内周面の上部に位置して軸方向全体に延びるキー溝１５ａが形成されている。ちなみに、この第１のボディ１２の各部の寸法の一例を述べると、図３（ａ）に示すように、直径（外径）寸法ａが４０ｍｍ、凸部１２ａを含む軸方向長さ寸法ｂが２４．５ｍｍ（そのうち凸部１２ａの突出寸法が５ｍｍ）、凸部１２ａの直径寸法ｃが２３ｍｍ、挿入孔１５の直径寸法ｄが１５ｍｍとされている。

さらに、この第１のボディ１２には、外周面から中心に向って半径方向に延びて挿入孔１５内で開口する、つまり内外周を貫通するように延びる２個のねじ孔１６，１６が形成されている。図３に示すように、そのうち一方のねじ孔１６は、前記キー溝１５ａにて開口するように上下に延びて設けられ、他方のねじ孔１６は、そこから角度９０°離れた位置に水平に延びて設けられている。これらねじ孔１６，１６に、止めねじ１７（図２（ａ）参照）をねじ込むことによって、第１軸を固定することができる。図示はしないが、第１軸にキー溝がある場合には、キーを用いて第１軸を固定できることは勿論である。

そして、この第１のボディ１２の内側を向く（凸部１２ａ側の）面には、外周寄り部分（凸部１２ａの外周部）に位置して、後述する連結部材１４を取付けるための、４個の連結用ねじ穴１８が形成されている。図３（ｂ）示すように、４個の連結用ねじ穴１８は、軸方向に見て、垂直及び水平方向に対して斜め４５°の位置に、等間隔（９０°間隔）で形成されている。尚、詳しい説明は省略するが、第２のボディ１３についても、図１や図２（ｃ）に一部示すように、内側（第１のボディ１２側）を向く面に凸部１３ａを有しており、また、キー溝１５ａを有し第２軸が挿入される挿入孔１５、２個のねじ孔１６，１６、４個の連結用ねじ穴１８が形成されている。

さて、前記連結部材１４について述べる。図４は、１個の連結部材１４を示しており、この連結部材１４は、細長い弾性変形可能な金属板材、例えば厚み寸法が０．５ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の薄板を、門型（コ字型）に折曲形成して構成される。具体的には、図１、図２、図４に示すように、連結部材１４は、前記第１のボディ１２の内側の面に固着され外周方向に延びる第１の腕部１９と、この第１の腕部１９の先端から前記第２のボディ１３側に折曲って軸方向に延びるつなぎ部２０と、このつなぎ部２０の先端から内周方向に折曲って延び先端が前記第２のボディ１３の内側の面に固着される第２の腕部２１とを一体に有している。

このとき、図４（ｂ）に示すように、連結部材１４の両端部、つまり第１の腕部１９の基端部、及び、第２の腕部２１の先端部には、第１，第２のボディ１２、１３に夫々固着するための取付部２２、２２が一体に設けられている。これら取付部２２、２２は、前記凸部１２ａ、１３ａの外周に対応した円弧状（半円状）の切欠きを有したいわば半円リング状をなしている。また、各取付部２２には、前記連結用ねじ穴１８に対応した各２個のボルト挿通孔２２ａが形成されている。これらボルト挿通孔２２ａは、前記連結用ねじ穴１８のうち隣り合う２個の連結用ねじ穴１８にラップするように設けられている。

尚、連結部材１４は、その両端の取付部２２を除く部位について、均等な幅寸法の帯状（短冊状）をなしている。また、図４（ａ）等に示すように、第１の腕部１９とつなぎ部２０との間の折曲部分、並びに、つなぎ部２０と第２の腕部２１との間の折曲部分は、小さな曲率（Ｒ）を有した状態とされている。ちなみに、この連結部材１４についても各部の寸法の一例をあげると、図４に示すように、両端の取付部２２部分を除く帯状部分の幅寸法ｅが２０ｍｍ、第１の腕部１９及び第２の腕部２１の直径方向長さ寸法ｆが５４ｍｍ、つなぎ部２０の長さ寸法ｇが３０ｍｍとされている。

上記のように構成された連結部材１４は、図１及び図２に示すように、左右に対向する第１のボディ１２と第２のボディ１３との間に、４個が、上下（縦方向）及び前後（水平方向）に夫々配置されるようにして、次のように固着され、それら第１のボディ１２及び第２のボディ１３を連結する。

即ち、第１のボディ１２に対し、上下に位置する２個の連結部材１４，１４は、第１の腕部１９の取付部２２の端部同士を上下に突き合わせるようにして、その内側の面（図で右側の面）の凸部１２ａの外周部分に配置される。また、前後に位置する２個の連結部材１４，１４は、第１の腕部１９の取付部２２の端部同士を前後に突き合わせるようにしながら、前記上下に位置する連結部材１４，１４の第１の腕部１９の取付部２２の内側（右側）に重なるように配置される。

このとき、第１のボディ１２に形成された４個の連結用ねじ穴１８に対し、各取付部２２に形成されたボルト挿通孔２２ａがラップするように位置される。そして、４本のボルト２３を、内側からそれらボルト挿通孔２２ａを通して連結用ねじ穴１８にねじ込むことにより、４個の連結部材１４の第１の腕部１９（取付部２２）が、第１のボディ１２に固着されるのである。

同様に、第２のボディ１３に対し、前後に位置する２個の連結部材１４，１４は、第２の腕部２１の取付部２２の端部同士を前後に突き合わせるようにして、その内側の面（図で左側の面）の凸部１３ａの外周部分に配置される。また、上下に位置する２個の連結部材１４，１４は、第２の腕部２１の取付部２２の端部同士を上下に突き合わせるようにしながら、前記前後に位置する連結部材１４，１４の第２の腕部２１の取付部２２の内側（左側）に重なるように配置される。

このとき、やはり各取付部２２のボルト挿通孔２２ａが連結用ねじ穴１８にラップし、４本のボルト２３を、内側からそれらボルト挿通孔２２ａを通して連結用ねじ穴１８にねじ込むことにより、４個の連結部材１４の第２の腕部２１（取付部２２）が、第２のボディ１３に固着されるのである。

次に、以上のように構成された軸継ぎ手１１の作用について、図５も参照しながら述べる。上記したように、例えば、前記第１のボディ１２には、第１軸としてのモータ軸が挿入孔１５に差込まれた状態で固定され、第２のボディ１３には、第２軸としての角度計測計測器の入力軸が挿入孔１５に差込まれた状態で固定される。尚、この際の軸の固定方法としては、キーを用いる方法や、止めねじ１７を用いる方法を採用することができる。

ここで、第１軸及び第２軸を各方向にずれることなく、軸心を完全に一致させて配置することは困難性を伴うので、軸継ぎ手１１には、軸同士の各方向に関するある程度のずれ（変位）を許容しながら結合（接続）する機能が要求される。本実施例の軸継ぎ手１１においては、軸同士の各方向のずれを、連結部材１４のたわみ変形を利用して、次のようにして吸収する（逃げる）ことが可能となる。

即ち、図５は、軸同士の各方向のずれに対する連結部材１４のたわみ変形の様子を誇張して（誇大的に）示している。まず、軸同士の半径方向（図５（ａ）では上下方向を例示）の芯ずれに対しては、上下（縦方向）に位置する２個の連結部材１４において、図５（ａ）に示すように、第１の腕部１９と第２の腕部２１とが上下に平行にずれるようにたわみ変形する。これと共に、前後（横方向）に位置する２個の連結部材１４においては、図５（ｂ）に示すように、緩やかにねじれ方向にたわみ変形する。軸が回転すると、連結部材１４は、図５（ａ），（ｂ）の２つの状態が合成された如く、たわみ変形するようになる。連結部材１４は弾性変形可能な薄板状をなしているので、いずれも発生応力は小さく、軸同士の芯ずれを容易に吸収することができる。

次に、軸同士の軸方向変位（軸心に沿う接離方向のずれ）については、連結部材１４の第１の腕部１９及び第２の腕部２１の先端部同士間の間隔が狭まる或いは拡がるようにたわみ変形することにより吸収することができる。図５（ｃ）では、軸同士が離間して、連結部材１４の第１の腕部１９及び第２の腕部２１の先端部同士間が拡がるようにたわみ変形した様子を例示している。この場合も、軸同士の軸方向変位を容易に吸収することができる。

さらに、軸同士の偏角の発生については、連結部材１４は、上記した図５（ａ），（ｂ），（ｃ）の各状態を適宜合成した如くたわみ変形し、やはり、そのたわみ変形により、軸同士の偏角の発生を容易に吸収することができる。このように本実施例の軸継ぎ手１１によれば、弾性変形可能な薄板状の連結部材１４を用いたことによって、板ばねから成るたわみ板を用いた従来のものに比べて、いずれの方向についても、ずれに対する許容量を十分に大きくすることが可能となったのである。軸同士の初期設定に精密作業を必要とせずに済むことは勿論である。

尚、上記軸継ぎ手１１においては、第１軸と第２軸との間のトルクの伝達は、図５（ｂ）に示すように、各連結部材１４がねじれ方向にたわみ変形しながら行われることになる。この場合、連結部材１４の剛性が比較的低いので、大きなトルク伝達は期待できない。従って、この軸継ぎ手１１は、必要トルクの小さい場合の使用に適したものとなる。

以上の説明にて明らかなように、本実施例の軸継ぎ手１１によれば、第１のボディ１２と第２のボディ１３とを、弾性変形可能な門型の金属板材からなる複数個の連結部材１４により連結する構成としたので、結合すべき第１軸と第２軸との間の各方向のずれを吸収することが可能な軸継ぎ手１１にあって、軸同士の半径方向の芯ずれ、軸方向変位、偏角に関する許容範囲を十分に大きくすることができ、疲労破壊の発生を抑えることができるという優れた効果を奏する。

また、特に本実施例では、第１のボディ１２と第２のボディ１３との間に、４個の連結部材１４を均等角度（９０°）間隔で設けたことにより、軸同士の各方向のずれに対する連結部材１４のたわみ変形が、円周方向に関して偏りなく安定した状態でなされるといった利点も得ることができる。ちなみに、本実施例の軸継ぎ手１１に対して本発明者が行った疲労試験では、半径方向の芯ずれ量が３ｍｍ、軸方向変位量が１．６ｍｍの条件で、１千万回の疲労試験をパスした。

（２）第２、第３の実施例、その他の実施例
図６は、本発明の第２の実施例を示すものであり、上記第１の実施例と異なる点は、連結部材の構成にある。この第２の実施例では、直径方向に直線的に並ぶように配置される２個の連結部材を一体的に結合した一体型連結部材３１を用いるようにしている。つまり、この一体型連結部材３１は、上記第１の実施例における連結部材１４のうち、上下（或いは前後）に突き合わされる第１の腕部１９の端部（取付部２２）同士を一体的につなげた如き形状をなしている。

即ち、図６（ａ）は、一体型連結部材３１の折曲げ加工前（プレスにより打抜かれた状態）のステンレス製の板材３２の形状を示している。板材３２の中央部には、２つの取付部２２を一体化した如き、ほぼリング状の中央取付部３３が設けられ、その中央取付部３３から図で左右の両方向に延びて、第１の腕部１９が一体的に連続し、さらに、左右の両方向に延びて、つなぎ部２０、第２の腕部２１が夫々折目ｓを介して一体的に連続して設けられている。第２の腕部２１の端部には、取付部２２が設けられる。前記中央取付部３３には、第１のボディ１２の凸部１２ａに対応した円形の穴が形成されていると共に、その周囲に４個のボルト挿通孔３３ａが形成されている。

このような板材３２を、４本の折目ｓ部分でほぼ９０°に折曲げることにより、図６（ｂ）に示す形態の一体型連結部材３１となる。上記第１の実施例と同様に、第１のボディ１２及び第２のボディ１３に対しボルト締めにより固着され、それらを連結する。このような第２の実施例によれば、上記第１の実施例と同様に、軸継ぎ手にあって、軸同士の半径方向の芯ずれ、軸方向変位、偏角に関する許容範囲を十分に大きくすることができ、疲労破壊の発生を抑えることができるといった効果を得ることができる。これに加え、連結部材の部品数の削減、ひいては組立作業の効率化等を図ることができる。

図７は、本発明の第３の実施例に係る軸継ぎ手４１を示している。この軸継ぎ手４１においては、第１軸が固定される第１のボディ４２と、第２軸が固定される第２のボディ４３との間を、弾性変形可能な連結部材４４で連結するようにしているのであるが、ここでは、均等角度（１２０°）間隔で配置された３個の連結部材４４により連結するようにしている。このような構成の軸継ぎ手４１であっても、上記第１の実施例の軸継ぎ手１１とほぼ同様の作用・効果を得ることができる。

尚、上記各実施例では、第１，第２のボディや連結部材の材質、第１，第２のボディの各部の寸法や、連結部材の厚み寸法、各部の長さ寸法などについては、一例をあげたに過ぎず、要求される性能（許容すべきたわみ量）などに応じて設計することが可能である。

その他、結合する対象となる軸(第１軸、第２軸)の種類などについても、様々な変形が可能である等、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で、適宜変更して実施し得るものである。

図面中、１１，４１は軸継ぎ手、１２、４２は第１のボディ、１３，４３は第２のボディ、１４、４４は連結部材、１９は第１の腕部、２０はつなぎ部、２１は第２の腕部、２２は取付部、３１は一体型連結部材を示す。

Claims

第１軸が固定される第１のボディと、
この第１のボディに対向して配置され第２軸が固定される第２のボディと、
それら第１のボディと第２のボディとを連結するもので、９０度間隔で４個、或いは、１２０度間隔で３個が設けられた連結部材とを備えると共に、
前記各連結部材は、弾性変形可能な細長い帯状の金属板材を折曲形成してなり、基端部が前記第１のボディに固着され外周方向に延びる第１の腕部と、この第１の腕部の先端から前記第２のボディ側に折曲って軸方向に延びる四角形状のつなぎ部と、このつなぎ部の先端から内周方向に折曲って前記第１の腕部と平行となるように延び先端が前記第２のボディに固着される第２の腕部とを一体に有するコの字型に構成されており、
前記軸同士の半径方向の芯ずれは、前記連結部材の２本の腕部が平行にずれるようなたわみ変形、ねじれ方向のたわみ変形、それらを合成したたわみ変形によって吸収され、前記２本の軸の軸方向変位については、前記連結部材の２本の腕部の先端部同士間の間隔が狭まる或いは拡がるようにたわみ変形することにより吸収され、前記軸同士の偏角の発生については、前記連結部材の２本の腕部の先端部同士の平行方向にずれるたわみ変形、ねじれ方向のたわみ変形、拡縮方向のたわみ変形等を合成したたわみ変形により吸収されることを特徴とする軸継ぎ手。