(57)【要約】【課題】回転力の伝達に際して、応力が集中しにくい回転軸接続構造を提供する。【解決手段】回転軸１に接続する接続部材２に、回転軸１に径方向に延伸して設けたピン３と当接してピン３との間で回転力を伝達する接触面６を形成した回転軸接続構造において、接触面６は、回転トルクがない状態でピン３と当接するとき、回転軸１に近い部分がピン３に当接し、且つ、ピン３との間に回転軸１から遠くなる程大きくなるような隙間を形成するように形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に接続する接続部材に、前記回転軸に径方向に延伸して設けたピンと当接して前記ピンとの間で回転力を伝達する接触面を形成した回転軸接続構造であって、
前記接触面は、回転トルクがない状態で前記ピンと当接するとき、前記回転軸に近い部分が前記ピンに当接し、且つ、前記ピンとの間に前記回転軸から遠くなる程大きくなるような隙間を形成することを特徴とする回転軸接続構造。
【請求項２】
前記接触面は、前記回転軸側の端部から反対側の端部にかけて、前記ピンに対して凸となるように湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の回転軸接続構造。
【請求項３】
前記接触面は、一定の曲率半径を有することを特徴とする請求項２に記載の回転軸接続構造。
【請求項４】
前記接触面は、回転トルクがない状態で前記ピンと当接するとき、前記回転軸側の端部が、前記ピンと平行になることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の回転軸接続構造。
【請求項５】
前記接触面は、樹脂製の歯車に一体に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の回転軸接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸接続構造、特に、回転軸と樹脂製の接続部材との間で回転力を伝達するのに適した回転軸接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に記載されているように、回転軸と歯車のような樹脂製の接続部材との間で回転力を伝達する必要がある場合がある。特許文献１では、回転軸の端部を断面がＤ字型になるようにカットして、カット面によって回転力を伝達している。
【０００３】
他にも、図７に示すように、回転軸１１に径方向に突出するピン１２を設け、ピン１２を接続部材１３に嵌合させることで接続部材１３の接触面１４にピン１２によって回転力を伝達する回転軸接続構造が知られている。接続部材１３が樹脂等で形成されている場合、回転トルクが大きくなると、接続部材１３が弾性変形してピン１２の相対的な回動（回転軸１１の僅かな相対回転）を許す。
【０００４】
ピン１２が接続部材１３を変形させる量は、回転軸１１の中心からの距離（回転半径）に比例して大きくなる。このため、ピン１２の先端部に当接する接続部材１３の接触面１４の回転軸１１から遠い部分（径方向外側）に応力が集中し、樹脂製の接続部材１３を破断させることがあった。
【０００５】
図８は、図７の回転軸接続構造における応力分布シミュレーション結果である。この例では、特に、ピン１２から回転力を受ける接触面１４の回転軸１１から遠い側の端部の角に応力が集中し、その最大主応力は、３２．２Ｎ／ｍｍ２に達している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１１２４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記問題点に鑑みて、回転力の伝達に際して、応力が集中しにくい回転軸接続構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明による回転接続構造は、回転軸に接続する接続部材に、前記回転軸に径方向に延伸して設けたピンと当接して前記ピンとの間で回転力を伝達する接触面を形成した回転軸接続構造であって、前記接触面は、回転トルクがない状態で前記ピンと当接するとき、前記回転軸に近い部分が前記ピンに当接し、且つ、前記ピンとの間に前記回転軸から遠くなる程大きくなるような隙間を形成する構造とする。
【０００９】
この構成によれば、回転トルクが大きくなるにつれ、ピンが接触面を変形させて、ピンの根元から先端に向かって接触範囲を拡げてゆく。接触面の変形量は、ピンが当接してからのピンの回動角度および回転半径に比例するが、回転軸から遠い程、接触面と当接するタイミングが遅いので、最大トルクが作用したときにも、ピンの先端部による接触面の変形量がピンの根元の変形量と変わらないようにできる。これにより、大きな回転トルクが作用したときに、その回転力を分散して接触面で受けることができ、応力集中による接続部材の破断を防止できる。
【００１０】
また、本発明の回転軸接続構造において、前記接触面は、前記回転軸側の端部から反対側の端部にかけて、前記ピンに対して凸となるように湾曲していてもよく、好ましくは一定の曲率半径を有する。
【００１１】
この構成によれば、中トルク時に接触面とピンとの接触長さが長くなり、応力を分散させられる。
【００１２】
また、本発明の回転軸接続構造において、前記接触面は、回転トルクがない状態で前記ピンと当接するとき、前記回転軸側の端部が、前記ピンと平行になってもよい。
【００１３】
この構成によれば、低トルク時に接触面とピンとの接触長さが長くなり、応力を分散させられる。
【００１４】
また、本発明の回転軸接続構造において、前記接触面は、樹脂製の歯車に一体に形成されていてもよい。
【００１５】
この構成によれば、伝達トルクが高いときにも、応力が集中することを防止できるので、寿命が長く、安価な歯車を提供できる。
【発明の効果】
【００１６】
回転トルクがない状態で、回転軸に近い部分がピンに当接し、且つ、回転軸から遠くなる程ピンとの間隔が大きくなるような接触面を設けたので、最大トルクが作用したときにも、接触面の変形量に大きなばらつきが生じず、特に、ピンの回動半径が大きくなる接触面の回転軸から遠い部分にも大きな変形が生じないので、応力集中による破損を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態の回転軸接続構造に係る回転軸と歯車の斜視図である。
【図２】図１の歯車の正面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１の歯車に作用する応力のシミュレーション結果である。
【図５】本発明の第２実施形態の回転軸接続構造に係る歯車の正面図である。
【図６】本発明の第３実施形態の回転軸接続構造に係る歯車の正面図である。
【図７】従来の回転軸接続構造に係る回転軸と歯車の斜視図である。
【図８】図７の歯車に作用する応力のシミュレーション結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態の回転軸接続構造に係る、回転軸１と歯車（接続部材）２とを示す。回転軸１は、矢印Ｒで示す方向に反時計回りに回転して、歯車２を駆動、つまり、歯車２に回転力を伝達する。
【００１９】
回転軸１には、径方向両側に延伸するように、金属ピン３が貫通して設けられている。歯車２は、樹脂を射出成形してなり、回転軸１を受け入れる貫通孔４と、金属ピン３を受け入れる嵌合凹部５とを有する。嵌合凹部５は、歯車２にリブ状に形成した壁によって構成され、１つの内壁面が、金属ピン３と当接し、金属ピン３との間で回転力を伝達する接触面６を形成する。
【００２０】
図２に示すように、嵌合凹部５は、金属ピン３の根元（回転軸１側の端部）において、金属ピン３の径と同じ幅を有し、回転軸１に回転トルクが与えられなくても、接触面６の回転軸１側の端部が金属ピン３に当接する。しかしながら、接触面６は、金属ピン３に対して傾斜しており、金属ピン３との間に、回転軸１から遠くなる程大きくなるような隙間を形成している。
【００２１】
図３に、図２のＡ−Ａ矢視断面を示す。図示するように、回転トルクがないとき、回転軸１から離れた位置において、金属ピン３の回転力を受けるべき接触面６は、金属ピン３との間に隙間を有するように位置する。また、歯車２は、裏側にも、補強のためのリブが放射状に形成されている。
【００２２】
回転軸１に徐々に回転トルクを加えていくと、先ず、接触面６の回転軸１側の端部が金属ピン３によって押し潰され、接触面６と金属ピン３との接触範囲が、回転軸１から遠い側に拡大していく。
【００２３】
金属ピン３の回転による歯車２に対する移動量は、その回転半径に比例するため、回転軸１から遠くなる程、金属ピン３の移動距離が大きくなる。このため、接触面６の金属ピン３による圧縮量の増加率は、回転軸１に近い程小さくなる。
【００２４】
したがって、回転軸１の回転トルクが大きくなり、金属ピン３の先端が接触面６に当接したときにも、先に金属ピン３に当接している接触面６の回転軸１側の部分に作用する応力が過大にならない。逆に、金属ピン３の先端が接触面６に当接したときには、すでに、接触面６の回転軸１側が変形を受けているので、接触面６の回転軸１と反対側の、金属ピン３の先端によって変形させられる部分に応力が集中することもない。
【００２５】
尚、図には接触面６の金属ピン３に対する傾斜を分かりやすく示してあるが、実際の接触面６の傾斜角度は、非常に小さい角度で十分であり、適切な傾斜角度は、材質や他の設計条件によって異なるが、例えば０．５°程度である。
【００２６】
図４に、回転軸１に設計上最大の回転トルクを与えたときの歯車２の応力分布のシミュレーション結果を示す。図示するように、接触面６の根元部分の略全長に亘って広く応力が分布しており、この結果、接触面６の回転軸から遠い側の端部のエッジに作用する最大主応力が２１．４Ｎ／ｍｍ２に抑えられている。これは、図８に示した従来の回転軸接続構造における最大主応力と比べて、約３５％も低減された値である。
【００２７】
続いて、図５に、本発明の第２実施形態の回転軸接続構造に係る歯車２ａを示す。歯車２ａは、第１実施形態の歯車２と置換可能なものであり、同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。
【００２８】
本実施形態の接触面６ａは、回転軸１側の端部から、反対側の端部にかけて、金属ピン３側に凸となるように、一定の曲率半径で湾曲している。これにより、特に、中トルク域において、金属ピン３と接触面６ａとの接触範囲が広くなり、回転軸１の回転力を、金属ピン３を介して、接触面６ａの広い範囲に分散して伝達できる。
【００２９】
また、回転軸１に回転トルクが与えられていない状態で、金属ピン３に当接する接触面６ａの回転軸側の端部は、その面が金属ピン３と平行になっている。これにより、低トルク域において、金属ピン３と接触面６ａとの接触範囲が広くなり、接触面６ａに作用する最大主応力を最大トルク時に比べて十分小さい値とすることができ、局所的な疲労破壊を防止できる。
【００３０】
以上の実施形態において、回転軸１に回転トルクが与えられていない状態で、接触面６，６ａの回転軸１側の端部が金属ピン３に当接している。しかしながら、本発明において、接触面は、厳密に、回転軸側の端部から順にピンに当接しなければならないものと解釈してはならない。
【００３１】
例えば、図６に示す本発明の第３実施形態に係る歯車２ｂの接触面６ｂのように、回転軸１に近い中間部分が最初に金属ピン３に当接し、低トルク領域においては、回転トルクの増加に伴って、金属ピン３に対する接触範囲を両側に拡げてゆくようなものであってもよい。
【００３２】
また、以上の実施形態において、回転方向を逆転させ、歯車２を入力、回転軸１を出力としてもよい。
【００３３】
また、以上の実施形態において、接触面６，６ａ，６ｂを変形させることなく、つまり、回転トルクを与えないまま、嵌合凹部５の中で金属ピン３を揺動させられるような遊びを設けてもよい。つまり、本発明では、接触面とピンとの最初に当接する位置を回転軸に近い位置とすればよく、回転トルクがないときに、常に、接触面とピンとが当接することを要求しない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、回転軸と、弾性変形が大きい樹脂等の材料からなる接続部材との間の、ピンによる接続構造に広く利用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１，１ａ，１ｂ…回転軸
２…歯車（接続部材）
３…金属ピン
４…貫通孔
５…嵌合凹部
６，６ａ，６ｂ…接触面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図４】
2011017367.tif 000009
【図８】
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