(57)【要約】【課題】ボスの外径を小さくでき、重量を低減できる軸にボスを摩擦締結する回転体を提供する。【解決手段】摩擦式締結具１１を介して軸２１の外周面にボス２のボス穴３ａの内周面を摩擦締結する歯付きプーリ（回転体）１において、ボス２はアルミニウム合金鋳物（ＡＣ４Ａ−Ｔ６）製のボス本体３と、このボス本体３の外周面３ｄに焼ばめにより所定の締めしろで圧入した機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）製の補強リング４とからなるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸にボスを摩擦締結する回転体において、
前記ボスはボス本体と該ボス本体の外周面に所定の締めしろで圧入した補強リングとからなり、該補強リングを前記ボス本体より強度の高い材質で構成したことを特徴とする軸にボスを摩擦締結する回転体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸にボスを摩擦締結する回転体に関するものである。ここで、回転体とは、プーリ、スプロケット、歯車、カム、軸継手等を意味するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、フランジとボスが一体的に形成された鉄部材製継手本体（回転体）のボスを摩擦式締結具を介して回転軸に摩擦締結するフレキシブル軸継手がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−３４９３３５号公報（２頁１欄４３行−同頁２欄４０行、図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記特開２００１−３４９３３５号公報に記載されたフレキシブル軸継手において、コスト低減あるいは重量低減を図るために継手本体（回転体）に鋳鉄あるいはアルミニウム合金鋳物等を使用すると、鋳鉄あるいはアルミニウム合金鋳物等は強度が低いためにボスの外径が大きくなってしまい、重量軽減効果が十分発揮できなくなるという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、ボスの外径を小さくでき、重量を低減できる軸にボスを摩擦締結する回転体を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、軸にボスを摩擦締結する回転体において、前記ボスはボス本体と該ボス本体の外周面に所定の締めしろで圧入した補強リングとからなり、該補強リングを前記ボス本体より強度の高い材質で構成したものである。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、軸にボスを摩擦締結する回転体において、ボスはボス本体とボス本体の外周面に所定の締めしろで圧入した補強リングとからなり、補強リングをボス本体より強度の高い材質で構成したので、ボス本体に強度の低い材料が使用でき、ボス本体に強度の低い材料を使用してもボスの外径を小さくでき、重量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
摩擦式締結具１１を介して軸２１の外周面にボス２のボス穴３ａの内周面を摩擦締結する歯付きプーリ（回転体）１において、ボス２はアルミニウム合金鋳物（ＡＣ４Ａ−Ｔ６）製のボス本体３と、このボス本体３の外周面３ｄに焼ばめにより所定の締めしろで圧入した機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）製の補強リング４とからなっている。その実施例を以下に説明する。
【実施例】
【０００８】
本発明の実施例を図１，２に基づいて説明する。図１は本発明の実施例の歯付きプーリを示し、図２におけるＸ−Ｘ線断面図である。図２は図１の歯付きプーリの右側面図である。
【０００９】
図１，２に示すように、本発明の実施例の歯付きプーリ（回転体）１は、ボス２と、アーム５と、リム６とから構成されている。アーム５間には肉抜き部５ａが設けられており、リム６の外周には歯部６ａが形成されている。
【００１０】
ボス２はボス本体３と補強リング４とからなっている。ボス本体３とアーム５とリム６はアルミニウム合金鋳物（ＡＣ４Ａ−Ｔ６）で一体的に形成されている。ボス本体３はボス穴３ａと軸穴３ｂを有し、ボス穴３ａと軸穴３ｂとの間には段部３ｃが形成されている。そして、図５に示すように、ボス穴３ａの内周面には後述する摩擦式締結具１１が嵌め込まれ、摩擦式締結具１１の内径側と軸穴３ｂには軸２１が挿入される。
【００１１】
ボス本体３の外周面３ｄには機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）製の補強リング４が焼ばめにより所定の締めしろで圧入されている。すなわち、機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）製の補強リング４は、アルミニウム合金鋳物（ＡＣ４Ａ−Ｔ６）製のボス本体３より強度が高い。
【００１２】
次に、本発明の実施例の歯付きプーリ（回転体）１を軸２１に締結するために使用する摩擦式締結具を図３，４に基づいて説明する。図３は本発明の実施例の歯付きプーリの摩擦締結に使用する摩擦式締結具を示し、図４におけるＹ−Ｙ線断面図である。図４は図３に示す摩擦式締結具の右側面図である。
【００１３】
摩擦式締結具１１は、図３，４に示すように、軸２１に嵌装される弾性変形可能なインナーリング１２と、歯付きプーリ（回転体）１のボス穴３ａに嵌装される弾性変形可能なアウターリング１３と、インナーリング１２とアウターリング１３との隙間に軸方向両側から楔入される一対のテーパリング１４，１５、及び、これらのテーパリング１４，１５どうしを軸方向に引き寄せる締付ボルト１６とを備えている。
【００１４】
インナーリング１２の内周面１２ａは、軸２１の外径に適合する内径に仕上げられており、また、その外周面は、両端から中央部に向けて軸方向に径が増加する一対のテーパ面１２ｂ，１２ｃと、一対のテーパ面１２ｂ，１２ｃ間に形成された円周方向の環状溝１２ｄとから形成されている。また、インナーリング１２には軸方向に貫通するスリット１２ｅが形成されており、このスリット１２ｅによりインナーリング１２が直径方向に弾性変形可能となっている。
【００１５】
また、アウターリング１３の外周面１３ａは、歯付きプーリ（回転体）１のボス穴３ａの内周面に適合する外径に仕上げられており、また、その内周面は両端から中央部に向けて径が増加する一対のテーパ面１３ｂ，１３ｃと、一対のテーパ面１３ｂ，１３ｃ間に形成された円周方向の環状溝１３ｄとから形成されている。また、アウターリング１３には軸方向に貫通するスリット１３ｅが形成されており、このスリット１３ｅによりアウターリング１３が直径方向に弾性変形可能となっている。
【００１６】
一方のテーパリング１４には、締付ボルト１６の頭部１６ａを除く部分を挿通可能な締付ボルト穴１４ａが軸方向に貫通して形成されており、他方のテーパリング１５には、締付ボルト穴１４ａと同軸位置に締付ボルト１６のねじ部１６ｂが螺合するねじ穴１５ａが形成されている。締付ボルト穴１４ａとねじ穴１５ａとは、それぞれのテーパリング１４，１５の円周方向に等間隔で複数箇所に形成されている。
【００１７】
また、両方のテーパリング１４，１５の内周面はそれぞれ、インナーリング１２のテーパ面１２ｂ，１２ｃと適合するテーパ角を有するテーパ面１４ｂ，１５ｂで形成され、また、外周面はそれぞれ、アウターリング１３のテーパ面１３ｂ，１３ｃと適合するテーパ角を有するテーパ面１４ｃ，１５ｃで形成されている。
【００１８】
一対のテーパリング１４，１５の対向側端部内周にはそれぞれ、インナーリング１２の環状溝１２ｄ内に位置する係止鍔部１４ｄ，１５ｄが形成されている。また、同様に、これらのテーパリング１４，１５の対向側端部外周にはそれぞれ、アウターリング１３の内周面に形成されている環状溝１３ｄ内に位置する係止鍔部１４ｅ，１５ｅが形成されている。
【００１９】
図３，４に示すように、一方のテーパリング１４にはその周方向の複数箇所に、抜きボルト穴１４ｆが軸方向に貫通している。抜きボルト穴１４ｆの他方のテーパリング１５と対向する側の内面には図示しない抜きボルトを螺合するためのめねじ１４ｇが形成されている。
【００２０】
次に、摩擦式締結具１１を介して、本発明の実施例の歯付きプーリ（回転体）１を軸２１に締結する場合を図５に基づいて説明する。図５は図３，４に示す摩擦式締結具を介して軸に図１の歯付きプーリを摩擦締結する状態を示す断面図である。
【００２１】
図５において、複数の締付ボルト１６（図５においては締付ボルト１６は１個のみ図示している）を均等に締め付けると、複数の締付ボルト１６によって一対のテーパリング１４，１５どうしは互いに軸方向に引き寄せられ、それぞれのテーパリング１４，１５のテーパ面１４ｂ，１５ｂによってインナーリング１２の両側のテーパ面１２ｂ，１２ｃは半径方向中心側に押圧される。その結果、インナーリング１２は半径方向に弾性変形してその内周面１２ａは縮径し、締結圧力Ｐで内周面１２ａが軸２１の外周面に押し付けられ、インナーリング１２が軸２１に対して摩擦締結される。
【００２２】
同時に、それぞれのテーパリング１４，１５のテーパ面１４ｃ，１５ｃによってアウターリング１３両側のテーパ面１３ｂ，１３ｃは、半径方向外側に押圧される。その結果、アウターリング１３は半径方向に弾性変形してその外周面１３ａは拡径し、締結圧力Ｐで外周面１３ａがボス穴３ａの内周面に押し付けられ、アウターリング１３が歯付きプーリ（回転体）１に摩擦締結される。
【００２３】
したがって、軸２１と歯付きプーリ（回転体）１との間に摩擦式締結具１１を介装して締付ボルト１６を締め付けることによって、両者は強固に摩擦締結される。
【００２４】
次に、摩擦式締結具１１による軸２１と歯付きプーリ（回転体）１との締結の解除について説明する。摩擦式締結具１１による軸２１と歯付きプーリ（回転体）１との締結状態を解除するには、締付ボルト１６を全て取り外して、代わりに抜きボルト孔１４ｆのめねじ１４ｇに図示しない抜きボルトを螺合する。図示しない抜きボルトは、テーパリング１４の複数箇所に形成されている抜きボルト孔１４ｆにそれぞれ挿入し、均等に回転させて螺進させるとこれらの図示しない抜きボルトの先端は、対向するテーパリング１５の端面に当接してテーパリング１５を図５の左方に押圧する。
【００２５】
一方、図示しない抜きボルトは、抜きボルト孔１４ｆのめねじ１４ｇに螺合しているため、テーパリング１５から図示しない抜きボルトが受ける反力によって、テーパリング１４は図５右方へ押圧される。そして、図示しない抜きボルトをさらに回転させると、テーパリング１４とテーパリング１５の何れか一方が先にインナーリング１２とアウターリング１３との間から外側に移動するが、テーパリング１４とテーパリング１５の何れが先に移動を始めるかは、各テーパリング１４，１５とインナーリング１２及びアウターリング１３間に作用する摩擦力の大小関係に依存している。
【００２６】
今、仮に、テーパリング１４が先に移動を開始すると仮定すると、テーパリング１４はインナーリング１２の環状溝１２ｄとアウターリング１３の環状溝１３ｄのそれぞれの右端の段部１２ｆ，１３ｆにテーパリング１４の係止鍔部１４ｄと係止鍔部１４ｅがそれぞれ当接した位置で停止される。その後、さらに図示しない抜きボルトを螺進させ続けると、今度はテーパリング１５がインナーリング１２とアウターリング１３との間から図５左方に移動し、係止鍔部１５ｄと係止鍔部１５ｅとがそれぞれ環状溝１２ｄと環状溝１３ｄの左端の段部１２ｇ，１３ｇにそれぞれ当接した位置で停止される。
【００２７】
こうして、両側のテーパリング１４，１５がインナーリング１２とアウターリング１３との間から左右にそれぞれ移動すると、インナーリング１２の内周面１２ａは僅かに拡径して締結圧力Ｐを解消し軸２１への締め付けを解除するとともに、アウターリング１３の外周面１３ａも僅かに縮径して締結圧力Ｐを解消し歯付きプーリ（回転体）１のボス穴３ａへの締め付けを解除する。したがって、軸２１から歯付きプーリ（回転体）１を取り外すことができる。
【００２８】
次に、回転体のボスに生じる応力について図６，７，８を参照して説明する。図６は本発明の実施例であるボスのボス本体の外周面に補強リングを焼ばめにより所定の締めしろで圧入した場合のボスに生じる応力分布図である。図７は図６においてボス穴の内周面に摩擦式締結具による締結圧力が作用した場合のボスに生じる応力分布図である。図８は従来の単一部材で構成したボスのボス穴の内周面に摩擦式締結具による締結圧力が作用した場合のボスに生じる応力分布図である。
【００２９】
まず、従来の、単一部材で構成したボスのボス穴の内周面に摩擦式締結具による締結圧力（内圧）が作用した場合のボスに生じる応力について説明する。この単一部材で構成したボスは、材料力学の分野でいう「厚肉円筒」に相当する。
【００３０】
そして、材料力学によれば、単一部材で構成したボス（厚肉円筒）の内周面に摩擦式締結具による締結圧力Ｐ（内圧）が作用すると、図８に示すように、締結圧力Ｐ（内圧）によりボス（厚肉円筒）に円周方向の引張応力σ１が生じる。この円周方向の引張応力σ１はボス（厚肉円筒）の内周側で最大である。したがって、単一部材で構成したボス（厚肉円筒）は、この円周方向の引張応力σ１に耐えるに十分な強度を有する材質である必要がある。
【００３１】
次に、本発明の実施例であるボス２のボス穴３ａの内周面に摩擦式締結具１１による締結圧力Ｐ（内圧）が作用した場合のボス２に生じる応力について説明する。
【００３２】
ところで、本発明の実施例である、ボス本体３の外周面に補強リング４を焼ばめにより所定の締めしろで圧入して構成したボス２は、材料力学の分野でいう「組合せ円筒」（すなわち、締めしろをもった内外両円筒をはめあわせた円筒）に相当する。そうすると、ボス本体３と補強リング４は、それぞれ上記「組合せ円筒」における内筒、外筒に相当する。
【００３３】
そして、材料力学によれば、ボス本体３（内筒）と補強リング４（外筒）とのはめあい部には、図６に示すように、はめあい圧力Ｐｍが発生しており、このはめあい圧力Ｐｍにより、ボス本体３（内筒）には円周方向の圧縮応力σ２が生じ、補強リング４（外筒）には円周方向の引張応力σ３が生じている。
【００３４】
そこで、図６に示すような応力状態のボス２（組合せ円筒）に摩擦式締結具１１による締結圧力Ｐ（内圧）が作用すると、上述の図８に関連して説明したように、締結圧力Ｐ（内圧）によりボス本体３（内筒）及び補強リング４（外筒）に円周方向の引張応力σ１が生じることになるが、この締結圧力Ｐ（内圧）による円周方向の引張応力σ１はボス本体３（内筒）内ではすでに生じている円周方向の圧縮応力σ２により相殺（減算）され、補強リング４（外筒）内ではすでに生じている円周方向の引張応力σ３が重畳（加算）される。したがって、図７に示すように、ボス本体３（内筒）内には円周方向の引張応力σ１より小さい円周方向の引張応力σ４が生じ、補強リング４（外筒）内には円周方向の引張応力σ４より大きい円周方向の引張応力σ５が生じる。
【００３５】
上記のように、ボス本体３（内筒）には引張応力σ１より小さい引張応力σ４が生じることになるから、ボス本体３（内筒）は鋼に比して比重が小さくかつ強度が低いアルミニウム合金鋳物（ＡＣ４Ａ−Ｔ６）製とすることができる。一方、補強リング４（外筒）には引張応力σ４より大きい引張応力σ５が生じることになるから、補強リング４（外筒）はボス本体３（内筒）より強度の大きい機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）製とする必要がある。
【００３６】
上記のように構成される上記実施例によれば、次のような効果を有する。ボス２はアルミニウム合金鋳物（ＡＣ４Ａ−Ｔ６）製のボス本体３と、このボス本体３の外周面３ｄに焼ばめにより所定の締めしろで圧入した機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）製の補強リング４とからなり、補強リング４をボス本体３より強度の高い材質で構成したので、ボス本体３に強度の低い材料が使用でき、ボス本体３に強度の低い材料を使用してもボス２の外径を小さくでき、重量を低減することができる。また、機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）製の補強リング４をアルミニウム合金鋳物（ＡＣ４Ａ−Ｔ６）製のボス本体３の外周面３ｄに焼ばめにより所定の締めしろで圧入していることにより、アルミニウム合金鋳物（ＡＣ４Ａ−Ｔ６）製のボス本体３の内部に空孔等の欠陥があっても割れの発生等の問題は発生しにくい。また、ボス２の外径を小さくすることができるので、歯付きプーリ（回転体）１の慣性モーメントが小さくなり、歯付きプーリ（回転体）１の起動、停止時の負荷が軽減でき、その結果、使用するベルトの寿命が伸び、同一寿命なら、ベルト幅を小さくできる。さらに、歯付きプーリ（回転体）１の慣性モーメントが小さくなることにより、歯付きプーリ（回転体）１の起動、停止時の負荷によるベルト伸びが小さくなる。また、歯付きプーリ（回転体）１の起動、停止時間を短くできるので、ベルト伝動の応答性が向上する。
【００３７】
なお、上記実施例においては、歯付きプーリ（回転体）１のボス本体３に軸穴３ｂ及び段部３ｃを形成した例を示しているが、これら軸穴３ｂ及び段部３ｃは必ずしも形成する必要はない。
【００３８】
また、上記実施例においては、ボス本体３の外周面３ｄに機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）製の補強リング４を焼ばめにより所定の締めしろで圧入した例を示しているが、請求項１記載の発明においては、焼ばめに替えて圧力ばめによりボス本体３の外周面３ｄに補強リング４を所定の締めしろで圧入する場合にも適用できる。
【００３９】
また、上記実施例においては、ボス本体３をアルミニウム合金鋳物（ＡＣ４Ａ−Ｔ６）製とし、補強リング４を機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）製とした例を示しているが、請求項１記載の発明においては、補強リング４がボス本体３より強度の高い材質で構成されていれば、補強リング４とボス本体３の材質は限定されるものではない。
【００４０】
また、上記実施例においては、摩擦式締結具１１を介して、軸２１に歯付きプーリ（回転体）１を摩擦締結する例を示しているが、請求項１記載の発明においては、摩擦式締結具１１を介在させることなく直接軸に歯付きプーリ（回転体）１を摩擦締結する場合にも適用できるものである。
【００４１】
また、上記実施例においては、回転体として歯付きプーリ１の例を示しているが、請求項１記載の発明においては、歯付きプーリ１以外の回転体にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施例の歯付きプーリを示し、図２におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図２】図１の歯付きプーリの右側面図である。
【図３】本発明の実施例の歯付きプーリの摩擦締結に使用する摩擦式締結具を示し、図４におけるＹ−Ｙ線断面図である。
【図４】図３に示す摩擦式締結具の右側面図である。
【図５】図３，４に示す摩擦式締結具を介して軸に図１の歯付きプーリを摩擦締結する状態を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例であるボスのボス本体の外周面に補強リングを焼ばめにより所定の締めしろで圧入した場合のボスに生じる応力分布図である。
【図７】図６においてボス穴の内周面に摩擦式締結具による締結圧力が作用した場合のボスに生じる応力分布図である。
【図８】従来の単一部材で構成したボスのボス穴の内周面に摩擦式締結具による締結圧力が作用した場合のボスに生じる応力分布図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  歯付きプーリ（回転体）
２  ボス
３  ボス本体
３ａ  ボス穴
３ｂ  軸穴
３ｃ  段部
３ｄ  ボス本体の外周面
４  補強リング
５  アーム
５ａ  肉抜き部
６  リム
６ａ  歯部
１１  摩擦式締結具
１２  インナーリング
１２ａ  内周面
１２ｂ  テーパ面
１２ｃ  テーパ面
１２ｄ  環状溝
１２ｅ  スリット
１２ｆ  段部
１２ｇ  段部
１３  アウターリング
１３ａ  外周面
１３ｂ  テーパ面
１３ｃ  テーパ面
１３ｄ  環状溝
１３ｅ  スリット
１３ｆ  段部
１３ｇ  段部
１４  テーパリング
１４ａ  締付ボルト穴
１４ｂ  テーパ面
１４ｃ  テーパ面
１４ｄ  係止鍔部
１４ｅ  係止鍔部
１４ｆ  抜きボルト穴
１４ｇ  めねじ
１５  テーパリング
１５ａ  ねじ穴
１５ｂ  テーパ面
１５ｃ  テーパ面
１５ｄ  係止鍔部
１５ｅ  係止鍔部
１６  締付ボルト
１６ａ  頭部
１６ｂ  ねじ部
２１  軸
Ｐ  締結圧力
Ｐｍ  はめあい圧力
σ１  引張応力
σ２  圧縮応力
σ３  引張応力
σ４  引張応力
σ５  引張応力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005249122.tif 000008
【図７】
2005249122.tif 000009
【図８】
2005249122.tif 000010