JP2005273790A - 撓み軸継手 - Google Patents

Abstract

【課題】
簡単な構成によって集中する応力を分散して低減すると共に、応力を均一化させることにより、亀裂や破損などを軽減して信頼性及び耐久性を向上した撓み軸継手を安価に提供することを主たる目的としたものである。
【解決手段】
硬質性材料で筒状体に形成されたハブ１２，１３に対し、撓み性を付与する周方向に沿ったスリット１５を設け、ハブの一端側から軸孔１４に装着した駆動回転軸２２の回転力を、ハブの他端側に連結した従動回転軸２３に伝達する撓み軸継手１０であって、スリット１５との境界に位置するハブの周方向両端側部には凸状端面１２ａ，１２ｂを設け、この凸状端面１２ａ，１２ｂは少なくとも外周側を円弧状に後退させた逃がし面によって形成したことを特徴とする撓み軸継手である。
【選択図】 図５

Description

本発明は、駆動回転軸と従動回転軸との偏心や偏角或いはスラスト変位などによる軸心のズレに対して、心合わせ（アライメント）できるように撓み変形が可能な状態で連結して回転力を伝達する撓み軸継手に係り、特に継手本体（ハブ）に対して撓み性を付与する１又は複数本のスリット（すり割り溝）を設けた撓み軸継手に関する。

この種の撓み軸継手としては、例えば特許文献１〜５などのような各種の撓み軸継手（カップリング）が提案されており、これらの撓み軸継手では筒状体で形成されたハブに対し、１又は複数本のスリットを設けてハブに撓み性を付与することによって、軸心ズレを許容して吸収した状態で連結して回転力の伝達を行っている。

実開平５−６２２６号公報 実開平６−７８６３１号公報 特開平８−２２６４５６号公報 特開平１０−４７３６５号公報 特許第３３８２５８５号公報

これらの特許文献を含む従来技術による撓み軸継手では、撓み性を付与するスリットの形状として、例えばボス部２とフランジ部３とで筒状体のハブを形成したフランジハブ１を用い、図１の斜視図（ボス部２を破断した状態でスリット４の形状を示す。）のように、スリット４に隣接するボス部２の両端部側は軸心方向に沿った直線状の平坦面２ａ，２ｂで形成されると共に、スリット４は外周側がボス部２の外径と内周側が軸孔５の内径とそれぞれ整合するようにしている。

このフランジハブ１は、同形をした一対のフランジハブ１，１を用い、取付け孔６，７を介して各フランジ部３間を連結ねじで連結するが、特に板ばねカップリングの場合にはスペーサを介して各フランジ部３間に板ばねを装着させ、軸孔５に装着した駆動回転軸と従動回転軸の２軸を連結して回転力を伝達する際に、スリット４を設けて撓み性を付与したボス部２を撓み変形させて回転軸を固定し、板ばねの撓み変形とスリット４を設けたボス部２の撓み変形によって軸心のズレに対応させている。

しかしながら、上記したような形状でスリット４を設けたフランジハブ１の場合には、動力を伝達するための回転力が作用して偏心や偏角或いはスラスト変位などを吸収するために撓み変形した際に、ボス部２に対する応力は図２で示す応力分布線９（９ａ，９ｂ）のように不均一であって、ボス部２の中間線８の近傍に比べて外周側及び内周側に対する応力が大きくなり、特にボス部２の外径と整合する外端部の応力が最大となるので、外端部に隣接した個所でボス部２に亀裂を生じ、適正な回転力の伝達が損なわれたり、破損によって使用不能になる恐れもある。

このような課題を改善するために、例えば特許文献３ではスリットの直角な端部に面取りを施して湾曲面に形成し、これによりスリットの端部に応力が集中するのを軽減させて、負荷荷重に対する強度を高めて信頼性や耐久性の向上を図る提案が行われているが、この対策では必ずしも十分な効果が得れれず、さらなる改善が求められていた。

そこで本発明では、これら従来技術の課題を解決し得るようにスリットの形状に改善を加え、簡単な構成によって集中する応力を分散して低減すると共に、応力を均一化させることにより、亀裂や破損などを軽減して信頼性及び耐久性を向上した撓み軸継手を安価に提供することを主たる目的としたものである。

本発明による撓み軸継手は、硬質性材料で筒状体に形成されたハブに対し、撓み性を付与する周方向に沿ったスリットを設け、ハブの一端側から軸孔に装着した駆動回転軸の回転力を、ハブの他端側に連結した従動回転軸に伝達する撓み軸継手であって、前記スリットとの境界に位置するハブの周方向両端側部には凸状端面を設け、この凸状端面は少なくとも外周側を円弧状に後退させた逃がし面によって形成した。

前記撓み軸継手における凸状端面は、外周側を円弧状に後退させた逃がし面及び内周側を円弧状に後退させた逃がし面によって形成した形態を採ることことも可能であり、ハブの周方向両端側部には負荷荷重による応力が外周側と内周側に集中して印加され、特に外周側には最大応力が印加されるので、少なくとも外周側を円弧状に後退させた逃がし面を形成することで応力を軽減できると共に、内周側にも逃がし面を形成すると全域に亘ってほぼ均一な応力分布にすることができる。

これにより、負荷荷重による応力集中でハブの周方向両端側部の近傍で発生していた疲労破壊が防止され、製品の信頼性及び耐久性の向上を図ることができると共に、その改善分の一部を材料の節減や材質のグレードを下げることに充当することによって、小型化や軽量化及びコストの低減を図ることもできる。

本発明の撓み軸継手について、本発明を適用した好適な実施形態を示す図３〜８の添付図面に基づいて詳細に説明するが、図３は本発明が実施対象の１つとする撓み軸継手１０の継手本体として使用するフランジハブ１１の斜視図を、図４は撓み軸継手１０の使用状態における斜視図を、図５及び６はフランジハブ１１に撓み性を付与するスリットの詳細な説明図を、図７及び８は本発明を適用可能な他の撓み軸継手の説明図である。

フランジハブ１１は、図３で示すようにボス部１２の一端側にフランジ部１３を一体に設けた筒状体で、軸心には連結する軸を装着する軸孔１４が形成されており、ボス部１２にはフランジ部１３と隣接した位置で周方向に沿って半円弧状に延在するスリット１５と、軸方向に沿って延在してスリット１５と直交する割り溝１６と、割り溝１６と対向する位置で軸方向に沿って延在する切込み溝１７とが設けられている。

撓み軸継手１０は、図４で示すように同形２体のフランジハブ１１（１１Ａ，１１Ｂ）がフランジ部１３を対向状に離間させた状態で配置すると共に、各フランジ部１３，１３の間には複数枚を積層した板ばね１８を介在させ、一方のフランジ部側の段付き孔１９から挿通させた連結ねじ２０を、他方のフランジ部側のねじ孔２１に螺着して連結させ、また連結する駆動回転軸２２と従動回転軸２３を軸孔１４の両側から挿入し、割り溝１６の両側に設けた段付きねじ孔２４と段付き孔２５を介して連結ねじ２６で固着している。

スリット１５は、ボス部１２に対して図５及び６で示すように、外周のほぼ１／２の範囲を切り取った状態で形成されており、スリット１５と隣接する周方向に沿ったボス部１２の両端部側には、応力分布を均一化するために図２の応力分布に適合させた凸状端面１２ａ，１２ｂが形成され、この凸状端面１２ａ，１２ｂはボス部１２の中間線２７の近傍ではほぼ平坦面で形成されているが、外周側及び内周側では応力分布に適合させて円弧状に後退する逃がし面が形成されている。

これにより、スリット１５と隣接するボス部１２の両端部側の凸状端面１２ａ，１２ｂには、図６（ｂ）で示す応力曲線２８（２８ａ，２８ｂ）のように、従来技術では両端部側に集中していた応力を分散して平均化させ、特に外周側における最大応力値を大幅に低減してほぼ均等な応力による負荷荷重にすることができるので、スリット１５との境界部に位置するボス部１２の両端部側は、負荷荷重による応力集中で発生していた疲労破壊が防止され、製品の信頼性及び耐久性の向上を図ることができると共に、その改善分の一部を材料の節減や材質のグレードを下げることに充当し、小型化や軽量化及びコストの低減を図ることもできる。

本発明を適用した上記撓み軸継手１０について、図１及び２のようなスリット形状の従来品との比較を疲労破壊試験によって行ったところ、例えば負荷荷重を基準荷重の１５０％にした場合には、従来品が３００万回前後の繰り返し荷重で破壊したのに対し、本発明を適用した製品では１０００万回でも破壊しないことを確認することができた。

なお、撓み軸継手のスリットとの境界部における応力分布線は、継手本体の構造や形状などの相違によっても異るので、応力分布線に適合させて凸状端面における逃がし面を所望な形状に設定する必要があるが、図示の実施形態の場合にはボス部１２の肉厚寸法Ｔに対して、外周側の逃がし面がＴ／２〜Ｔ／３の円弧状面で形成されると共に、内周側の逃がし面がＴ／３〜Ｔ／４の円弧状面で形成されている。

また、図示の実施形態における凸状端面１２ａ，１２ｂでは、外周側と内周側の双方に対して逃がし面を形成するようにしているが、外周側に比べて内周側における応力の収集する度合いが少ないので、外周側に対してのみ逃がし面を設けて中間線より内周側には逃がし面のない平坦面で形成した凸状端面にする形態を採ることも可能であり、特に内周側に対して逃がし面の加工が容易でない小型の撓み軸継手に適用すると好適である。

次に、図７は本発明を別の形状によるハブを用いた撓み軸継手３０の実施形態であって、この撓み軸継手３０ではフランジ部のないストレートの筒状体で形成されたハブ（継手本体）３１を用い、軸心には連結する軸を装着する軸孔３２が形成されていると共に、ハブ３１には周方向に沿って半円弧状に延在するスリット３３と、軸方向に沿って延在してスリット３３と直交する割り溝３４とが設けられている。

撓み軸継手３０は、２個のハブ３１（３１Ａ，３１Ｂ）の間にスペーサ３５で狭持した板ばね３６を介在させ、ハブ３１の一方側（３１Ａ又は３１Ｂ）と他方側（３１Ｂ又は３１Ａ）とを連結ねじ３７で連結すると共に、連結する駆動回転軸と従動回転軸を軸孔３２に挿入して連結ねじ３８で固着した構成であり、先の実施形態の場合と同様にスリット３３と板ばね３６とが協働して撓み性を付与しているが、板ばね３６を省略した実施形態を採ることもできる。

この撓み軸継手３０では、スリット３３の両端部に隣接するハブ３１の両端部側に対して、応力分布が不均一になって集中しないように先の実施形態の場合と同様に、応力分布に適合させて円弧状に後退する逃がし面を設けた凸状端面３１ａ，３１ｂを形成し、この実施形態による凸状端面３１ａ，３１ｂでは応力集中値が最大となる外周側のみに逃がし面を設けるようにしているが、内周側にも逃がし面を設けた形態を採ることもできる。

次に、図８は本発明をさらに別の形状によるハブを用いた撓み軸継手４０の実施形態であって、この撓み軸継手４０はストレートな一体の筒状体で形成したハブ４１の軸心に軸孔４２を形成すると共に、ハブ４１には複数の周方向に沿ったスリット４３（１本の螺旋状溝の場合もある。）及び、軸孔４２に挿入した連結する駆動回転軸と従動回転軸をねじ固着するための取付け孔４４が設けられている。

この撓み軸継手４０の場合にも、スリット４３の両端部に隣接するハブ４１の両端部側に対して、先の実施形態の場合と同様に応力分布に適合させて円弧状に後退する逃がし面を設けた凸状端面を形成することによって、特に外周側（及び内周側）に集中する応力を軽減して応力分布の均一化を図っているが、撓み性を付与するスリットを備えたこれら以外の撓み軸継手に対しても、本発明を適用して同様の作用効果を奏することができ、要旨の範囲内において各種の変形を採ることができる。

例えば、ハブの材質として、アルミやステンレスその他の金属材料及び、ポリイミドやポリアセタールなどの樹脂材料による硬質性材料を用いたもの適用することが可能であり、ハブの形状として、図示の実施形態のような円筒状に限らず、外形や内形を多角形状或いは楕円形状などにした筒状体にすることも可能であり、また図示の実施形態では連結する回転軸は駆動回転軸と従動回転軸をそれぞれハブの軸孔に装着しているが、従動回転軸がハブの他端側に予め一体形成又はフランジなどを介して連結される形態を採ることもできる。

また、図示の実施形態では凸状端面を形成する円弧状の逃がし面を、曲線による円弧面で形成するようにしているが、直線の組合せによって擬似的な円弧面に形成した形態を採ることも可能であり、この場合にも図示の実施形態とほぼ同様の効果を奏することが期待できる。

従来技術による撓み軸継手の要部を破断した斜視図であって、撓み性を付与するスリットとの境界線におけるハブの端面形状を示す。 図１の撓み軸継手におけるハブの端面形状に対する応力分布線を示す。 本発明が実施対象の１つとする撓み軸継手に用いるフランジハブを斜視図で示す。 図３のフランジハブを用いた撓み軸継手の使用状態を斜視図で示す。 図３のフランジハブの要部を破断した斜視図であって、撓み性を付与するスリットとの境界線におけるハブの端面形状を示す。 図５のフランジハブにおけるハブの端面形状の説明図であって、（ａ）は寸法関係を示し、（ｂ）はハブの端面形状に対する応力分布線を示す。 本発明を適用する別の形式による撓み軸継手の実施形態であって、（ａ）は正面図を示し、（ｂ）は側面図を示し、（ｃ）は背面図を示す。 本発明を適用するさらに別の形式による撓み軸継手の実施形態を斜視図で示す。

符号の説明

１ フランジハブ（継手本体）
２，１２ ボス部
２ａ，２ｂ 平坦面
１２ａ，１２ｂ，３１ａ，３１ｂ 凸状端面
３，１３ フランジ部
４，１５，３３，４３ スリット
５，１４，３２，４２ 軸孔
６，１９，２５ 段付き孔
７，２１ ねじ孔
８，２７ 中間線
９（９ａ，９ｂ），２８（２８ａ，２８ｂ） 応力分布線
１０，３０，４０ 撓み軸継手
１１（１１Ａ，１１Ｂ），３１（３１Ａ，３１Ｂ） ハブ（継手本体）
１６，３４ 割り溝
１７ 切欠溝
１８．３６ 板ばね
２０，２６，３７，３８ 連結ねじ
２１ ねじ孔
２２ 駆動回転軸
２３ 従動回転軸
２５ 段付きねじ孔
３５ スペーサ
４４ 取付け孔

Claims (2)

1. 硬質性材料で筒状体に形成されたハブに対し、撓み性を付与する周方向に沿ったスリットを設け、ハブの一端側から軸孔に装着した駆動回転軸の回転力を、ハブの他端側に連結した従動回転軸に伝達する撓み軸継手であって、前記スリットとの境界に位置するハブの周方向両端側部には凸状端面を設け、この凸状端面は少なくとも外周側を円弧状に後退させた逃がし面によって形成したことを特徴とする撓み軸継手。
2. 前記凸状端面は、外周側を円弧状に後退させた逃がし面及び内周側を円弧状に後退させた逃がし面によって形成した請求項１に記載の撓み軸継手。

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