(57)【要約】  回転軸とカップリングとの間において微小な相対往復すべり運動によって摩耗粉が発生することに起因するフレッティング摩耗の進展を抑制し、耐久性の向上を図る。  回転軸１２が嵌合するカップリング１１にカップリング側キー溝１４が形成される。回転軸１２に回転軸側キー溝１５が形成される。キー１３は、カップリング側キー溝１４と回転軸側キー溝１５とに嵌り込む。カップリング１１における回転軸１２に対向する内周１１ａに、カップリング１１と回転軸１２との間で生じた摩耗粉が入り込むことが可能なように凹み形成された凹所１６が設けられる。
2010128583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸が嵌合するカップリングと、
前記カップリングに形成されたカップリング側キー溝と、
前記回転軸に形成された回転軸側キー溝と、
前記カップリング側キー溝と前記回転軸側キー溝とに嵌り込むキーと、
を備えているキー結合機構であって、
前記カップリングにおける前記回転軸に対向する内周と前記回転軸における前記カップリングに対向する外周とのうちの少なくともいずれかに、前記カップリングと前記回転軸との間で生じた摩耗粉が入り込むことが可能なように凹み形成された凹所が設けられていることを特徴とする、キー結合機構。
【請求項２】
請求項１に記載のキー結合機構であって、
前記凹所は、溝状に形成されていることを特徴とする、キー結合機構。
【請求項３】
請求項２に記載のキー結合機構であって、
前記凹所は、螺旋状に延びる溝状に形成されていることを特徴とする、キー結合機構。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のキー結合機構であって、
前記凹所には、潤滑剤が配置されていることを特徴とする、キー結合機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸及びカップリングのそれぞれに形成されたキー溝に嵌り込むキーを介して回転軸とカップリングとを結合するキー結合機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、回転軸及びカップリングのそれぞれに形成されたキー溝に嵌り込むキーを介して回転軸とカップリングとを結合するキー結合機構が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に開示されているように、キー結合機構においては、回転軸（出力軸２０）とこの回転軸が嵌合するカップリング（回転部材２２）とが、それぞれに形成されたキー溝（３１、３２）に嵌り込むキー（３３）を介して結合される。このようなキー結合機構においては、キーを介して結合される回転軸とカップリングとの間にて、組立性を考慮して設けられる微小な隙間が存在し、回転力の伝達時に微小な相対往復すべり運動が生じることになる。このため、キー結合機構では、このようなわずかなすべり運動が繰り返されることで発生するフレッティング摩耗と呼ばれる表面損傷が生じ易い。尚、特許文献１に開示されたキー結合機構においては、カップリングに形成した中空穴を介して回転軸とカップリングとの間に供給する潤滑油を強制的に循環させる設備を設けることで、潤滑性を向上させてフレッティング摩耗の発生を低減することを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３１９２７７５号公報（第２−３頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されたキー結合機構においては、潤滑油を強制循環させる付帯設備を設けることで、回転軸とカップリングとの間における潤滑性を向上させ、フレッティング摩耗発生の抑制効果も期待することができると考えられる。しかしながら、回転軸とカップリングとの間での微小な相対往復すべり運動が生じるため、回転軸とカップリングとの間において、部分的な焼付きによる微細な摩耗粉が発生することになる。そして、摩耗粉が生じると、その摩耗粉に起因し、フレッティング摩耗の進展を招いてしまうことになり、また、ガタの発生による機械精度の低下や機能の低下を招いて振動や騒音の問題も引き起こしてしまうことになる。更には、摩耗粉の固着により、キー結合機構自体の分解や修理が不可能な程度の破損を招いてしまうことになる。従って、微小な相対往復すべり運動によって摩耗粉が発生することに起因するフレッティング摩耗の進展やキー結合機構の耐久性の低下を抑制することは困難であるという問題がある。尚、潤滑油の強制循環を行う場合は、設備の複雑化及び大型化も招いてしまうことになる。【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、回転軸とカップリングとの間において微小な相対往復すべり運動によって摩耗粉が発生することに起因するフレッティング摩耗の進展を抑制でき、耐久性の向上を図ることができる、キー結合機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための第１発明に係るキー結合機構は、回転軸が嵌合するカップリングと、前記カップリングに形成されたカップリング側キー溝と、前記回転軸に形成された回転軸側キー溝と、前記カップリング側キー溝と前記回転軸側キー溝とに嵌り込むキーと、を備えている。そして、第１発明に係るキー結合機構は、前記カップリングにおける前記回転軸に対向する内周と前記回転軸における前記カップリングに対向する外周とのうちの少なくともいずれかに、前記カップリングと前記回転軸との間で生じた摩耗粉が入り込むことが可能なように凹み形成された凹所が設けられていることを特徴とする。【０００７】
この発明によると、回転軸とカップリングとの間において、回転力の伝達時に微小な相対往復すべり運動が生じて摩耗粉が発生すると、この摩耗粉は、カップリングの内周及び回転軸の外周のうちの少なくともいずれかに形成された凹所に入り込んで保持されることになる。このため、微小な相対往復すべり運動で生じた摩耗粉によって、カップリングの内周や回転軸の外周が疵付けられてしまうことが抑制され、摩耗粉に起因するフレッティング摩耗の進展が抑制されることになる。そして、摩耗粉に起因するガタの発生とそのことによる機械精度の低下や機能の低下が抑制され、振動や騒音の発生も抑制される。更に、摩耗粉の固着も抑制することができるため、キー結合機構自体の分解や修理が不可能な程度の破損を招いてしまうことも抑制できる。よって、キー結合機構の耐久性の向上を図ることができる。また、カップリングの内周及び回転軸の外周のうちの少なくともいずれかに凹所を形成する構成であるため、複雑化及び大型化を招くような付帯設備も必要なく、キー結合機構の耐久性の向上を簡素な構成で実現することができる。【０００８】
従って、本発明によると、回転軸とカップリングとの間において微小な相対往復すべり運動によって摩耗粉が発生することに起因するフレッティング摩耗の進展を抑制でき、耐久性の向上を図ることができる、キー結合機構を提供することができる。【０００９】
第２発明に係るキー結合機構は、第１発明のキー結合機構において、前記凹所は、溝状に形成されていることを特徴とする。この発明によると、凹所が溝状に形成されるため、摩耗粉が凹所に入り込み易く、更に一旦凹所に入り込んだ摩耗粉が出難いので、摩耗粉がカップリングの内周及び回転軸の外周を疵付けてしまうことを更に抑制することができる。また、カップリングの内周又は回転軸の外周に対して溝を形成するだけで、摩耗粉が入り込む凹所の加工を容易に行うことができる。【００１０】
第３発明に係るキー結合機構は、第２発明のキー結合機構において、前記凹所は、螺旋状に延びる溝状に形成されていることを特徴とする。この発明によると、溝状に形成される凹所が螺旋状に設けられるため、更に摩耗粉が入り込み易くて出難い溝状の凹所の構造を実現でき、摩耗粉がカップリング及び回転軸を疵付けることを更に抑制することができる。また、溝状の凹所が螺旋状に形成されるため、カップリングの内周又は回転軸の外周において周方向及び軸方向に亘って効率よく分散して配置された溝状の凹所を容易に加工することができる。【００１１】
第４発明に係るキー結合機構は、第１発明乃至第３発明のいずれかのキー結合機構において、前記凹所には、潤滑剤が配置されていることを特徴とする。この発明によると、凹所に配置された潤滑剤により、カップリングと回転軸との間における潤滑性が向上して摩耗粉の発生が低減されるとともに、発生した摩耗粉がカップリング及び回転軸を疵付けることが低減される。また、凹所に潤滑剤を配置することで、摩耗粉を更に凹所に入り込み易くすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、回転軸とカップリングとの間において微小な相対往復すべり運動によって摩耗粉が発生することに起因するフレッティング摩耗の進展を抑制でき、耐久性の向上を図ることができる、キー結合機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係るキー結合機構を示す断面図である。
【図２】図１に示すキー結合機構におけるカップリングの内周の軸方向断面の一部を部分的に拡大して示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。本発明の実施形態は、回転軸及びカップリングのそれぞれに形成されたキー溝に嵌り込むキーを介して回転軸とカップリングとを結合するキー結合機構として、広く適用することができるものである。例えば、風車や工作機械、建設機械、ロボット等種々の用途に対して広く適用することができる。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態に係るキー結合機構１を示す断面図であり、キー結合機構１の軸方向の断面図（図１（ａ））及び図１（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図（図１（ｂ））を示したものである。図１に示すように、キー結合機構１は、カップリング１１、回転軸１２、キー１３、カップリング１１に形成されたカップリング側キー溝１４、回転軸１２に形成された回転軸側キー溝１５等を備えて構成されている。
【００１６】
回転軸１２は、例えば、駆動モータ（図示せず）の出力軸として構成されており、円形断面の軸部材として形成されている。この回転軸１２の端部における外周１２ａには、軸方向に沿って延びる回転軸側キー溝１５が１つ形成されている。
【００１７】
カップリング１１は、回転軸１２が嵌合する短軸状の部材として設けられ、一方の端部の外周には出力用のギア部１１ｂが形成され、他方の端部には嵌合穴１１ｃが開口形成されている。嵌合穴１１ｃは、回転軸１２における回転軸側キー溝１５が設けられた端部が嵌合する円形断面の穴として形成されている。また、嵌合穴１１ｃを区画するとともに嵌合穴１１ｃに嵌合する回転軸１２に対向するカップリング１１における内周１１ａには、軸方向に沿って延びるカップリング側キー溝１４が１つ形成されている。
【００１８】
キー１３は、矩形断面で勾配のついていない平行キーとして設けられ、回転軸側キー溝１５とカップリング側キー溝１４に嵌り込むキーとして形成されている。回転軸側キー溝１５にキー１３が嵌め込まれた状態で、回転軸１２が嵌合穴１１ｃに嵌合されることで、キー１３がカップリング側キー溝１４に対しても嵌まり込み、図１に示すように、キー１３を介して回転軸１２とカップリング１１とが結合されることになる。このように構成されたキー結合機構１において、回転軸１２から入力された回転力がキー結合部分を介してカップリング１２に伝達され、この回転力が、ギア部１１ｂからこのギア部１１ｂに噛み合う他のギア（図示せず）に対して出力されることになる。尚、図１では図示していないが、嵌合穴１１ｃに嵌合した回転軸１２の端部に対してカップリング１１のギア部１１ｂ側から中心線上に沿って貫通して螺合するボルト部材を更に設け、軸方向において回転軸１２とカップリング１１とを更にネジ締結してもよい。
【００１９】
図２は、カップリング１１の内周１１ａにおける軸方向の断面の一部を部分的に拡大して示す拡大断面図である。尚、図２では、軸方向における位置を対応させた２箇所の部分の切欠き断面を図示している。図２に示すように、カップリング１１の内周１１ａには、その周方向におけるカップリング側キー溝１４が設けられている部分を除く全周に亘って、カップリング１１と回転軸１２との間で生じた摩耗粉が入り込むことが可能なように凹み形成された凹所１６が設けられている。この凹所１６は、螺旋状に延びる溝状に形成され、例えば、雌ネジ加工が行われることで形成された雌ネジ溝として設けられている。また、この凹所１６には、黒鉛（グラファイト）、二硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン等を用いた固体潤滑剤が接着されて配置されている。尚、潤滑剤として固体潤滑剤以外の潤滑剤（例えば、グリース）を用いることができるが、固体潤滑剤を用いた場合、グリースを用いる場合に比して、流出し難いため、潤滑効果を持続し易いという効果を得ることができる。
【００２０】
以上説明したキー結合機構１によると、回転軸１２とカップリング１１との間において、回転力の伝達時に微小な相対往復すべり運動が生じて摩耗粉が発生すると、この摩耗粉は、カップリング１１の内周１１ａに形成された凹所１６に入り込んで保持されることになる。このため、微小な相対往復すべり運動で生じた摩耗粉によって、カップリング１１の内周１１ａや回転軸１２の外周１２ａが疵付けられてしまうことが抑制され、摩耗粉に起因するフレッティング摩耗の進展が抑制されることになる。そして、摩耗粉に起因するガタの発生とそのことによる機械精度の低下や機能の低下が抑制され、振動や騒音の発生も抑制される。更に、摩耗粉の固着も抑制することができるため、キー結合機構１自体の分解や修理が不可能な程度の破損を招いてしまうことも抑制できる。よって、キー結合機構１の耐久性の向上を図ることができる。また、カップリング１１の内周１１ａに凹所１６を形成する構成であるため、複雑化及び大型化を招くような付帯設備も必要なく、キー結合機構１の耐久性の向上を簡素な構成で実現することができる。
【００２１】
従って、本実施形態によると、回転軸１２とカップリング１１との間において微小な相対往復すべり運動によって摩耗粉が発生することに起因するフレッティング摩耗の進展を抑制でき、耐久性の向上を図ることができる、キー結合機構１を提供することができる。
【００２２】
また、キー結合機構１によると、凹所１６が溝状に形成されるため、摩耗粉が凹所１６に入り込み易く、更に一旦凹所１６に入り込んだ摩耗粉が出難いので、摩耗粉がカップリング１１の内周１１ａ及び回転軸１２の外周１２ａを疵付けてしまうことを更に抑制することができる。尚、溝状に形成される凹所１６が、螺旋状に設けられるため、更に摩耗粉が入り込み易くて出難い溝状の凹所１６の構造を実現できる。また、カップリング１１の内周１１ａ又は回転軸１２の外周１２ａに対して溝を形成するだけで、摩耗粉が入り込む凹所１６の加工を容易に行うことができる。また、溝状の凹所１６が螺旋状に形成されるため、カップリング１１の内周１１ａにおいて周方向及び軸方向に亘って効率よく分散して配置された溝状の凹所１６を容易に加工することができる。即ち、それぞれ個別に形成された単独の溝としての凹所を複数設けてもよいが、連続して延びる螺旋状の溝としての凹所１６を形成することで、効率よく分散配置された溝状に形成される凹所の加工性を向上させることができる。
【００２３】
また、キー結合機構１によると、凹所１６に配置された潤滑剤により、カップリング１１と回転軸１２との間における潤滑性が向上して摩耗粉の発生が低減されるとともに、発生した摩耗粉がカップリング１１及び回転軸１２を疵付けることが低減される。また、凹所１６に潤滑剤を配置することで、摩耗粉を更に凹所１６に入り込み易くすることができる。
【００２４】
尚、本願発明者は、凹所１６として、カップリング１１の内周１１ａに対して細目ネジ加工を行い、直径２８ｍｍ（Ｍ２８）で、ピッチが１ｍｍ、ネジ等級が６Ｇ（公差グレード６、公差位置Ｇ）のメートル三角ネジを形成し、効果を検証する実験を行った。効果を検証する実験においては、駆動側として電動モータを用いるとともに負荷側として油圧モータを用い、電動モータを回転軸１２側に連結して、油圧モータをチェーンカップリングを介してカップリング１１側に連結した試験装置を用いた。そして、上記の凹所１６を形成したキー結合機構１と、凹所１６が形成されていない比較用の通常のキー結合機構とについて、所定のトルク、回転数、運転時間等を定めた試験運転条件にて運転し、実験を行った。実験結果の評価としては、試験運転終了後に、カップリング１１の内周１１ａ及び回転軸１２の外周１２ａの表面損傷の状況と機械精度との確認を、凹所１６が設けられたキー結合機構１と凹所１６が設けられていない比較用のキー結合機構とについて行った。その結果、比較用のキー結合機構については、摩耗粉の発生に起因するフレッティング摩耗による表面損傷と、継続使用が困難と考えられる程度の機械精度の低下が確認された。一方、上記の凹所１６を設けたキー結合機構１については、摩耗粉の発生に起因するフレッティング摩耗による表面損傷は見られず、また、十分に継続使用が可能な水準の軽度の機械精度の低下しか確認されなかった。
【００２５】
また、本願発明者は、実験により、凹所１６におけるカップリング１１の内周１１ａからの溝の深さ（図２において両端矢印Ｂで示す深さ寸法）が、０．０４ｍｍ（４０μｍ）以上あれば、摩耗粉を十分に保持することができ、摩耗粉の発生に起因するフレッティング摩耗の発生を抑制できることが確認できた。また、凹所１６の溝の深さが、０．１４ｍｍ（１４０μｍ）以下であれば、摩耗粉によるフレッティング摩耗発生抑制効果を十分に発揮することができるとともに、回転軸１２とカップリング１１との嵌合強度への影響も発生しない水準であることが確認できた。
【００２６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。例えば、次のように変更して実施することができる。
【００２７】
（１）本実施形態では、凹所がカップリングにおける回転軸に対向する内周に形成されているキー結合機構を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。即ち、凹所が回転軸におけるカップリングに対向する外周に形成されているキー結合機構であってもよく、また、凹所がカップリングの内周及び回転軸の外周の両方に形成されているキー結合機構であってもよい。
【００２８】
（２）本実施形態では、螺旋状の溝状に形成された凹所を例にとって説明したが、この通りでなくてもよく、螺旋状以外の溝状（例えば、直線状の溝状）に形成された凹所が形成されているものであってもよい。また、それぞれ個別に形成された単独の溝としての凹所が複数設けているものであってもよい。また、凹所としては、溝状に形成されているものに限らず、ディンプル状に形成されているものや、粗面加工が施されることで細かい凹所が形成されているものであってもよい。尚、粗面加工を施すことで凹所を形成する場合は、例えば、表面粗さを中心線平均粗さ（Ｒａ）で５μｍから２０μｍ程度の高粗度に設定して凹所の形成を行ってもよい。また、凹所として、複数の種類のものが形成されていてもよい。例えば、上記の粗面加工を施した表面に螺旋状のネジ溝を形成することで、高粗度の凹所とネジ溝の凹所とが設けられているものであってもよい。
【００２９】
（３）本実施形態では、カップリング側キー溝と回転軸側キー溝とに嵌まり込むキーが平行キーとして設けられている場合を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。例えば、キーが、テーパーキーや半月キー等として構成されているものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、回転軸及びカップリングのそれぞれに形成されたキー溝に嵌り込むキーを介して回転軸とカップリングとを結合するキー結合機構として、広く適用することができるものである。
【符号の説明】
【００３１】
１                  キー結合機構
１１                カップリング
１１ａ              カップリングの内周
１２                回転軸
１２ａ              回転軸の外周
１３                キー
１４                カップリング側キー溝
１５                回転軸側キー溝
１６                凹所
【図１】
2010128583.tif 000003
【図２】
2010128583.tif 000004
【国際調査報告】
2010128583.tif 000005
2010128583.tif 000006
2010128583.tif 000007
2010128583.tif 000008