(57)【要約】【課題】軸の抜止めとトルク伝達との機能を備えながら、部品点数削減によるコストダウンや小型化が図れて組付け上や管理上で有利となるよう改善された軸継手を提供する。【解決手段】駆動軸１と従動軸２とを、抜止め機構ｎとトルク伝達機構ｔとを有して連動連結する軸継手において、トルク伝達機構ｔが、駆動軸１の軸端１Ａの凹部７と、従動軸２の軸端２Ａの凸部８との咬合によって構成され、抜止め機構ｎが、駆動軸端１Ａにおける凹部７の反軸端側に形成される右雄ネジ４と、従動軸端２Ａにおける凸部８の反軸端側に形成される左雄ネジ９とに跨って、一端に右雌ネジ１５を、かつ、他端に左雌ネジ１６を有する筒状体１２を螺合外嵌させることで構成する。凹部７は、対向する一対のテーパ面７Ａ，７Ａを有する先拡がり状の凹部であり、凸部８は、一対のテーパ面７Ａ，７Ａ夫々に面当接可能な一対の当接面８Ａ，８Ａを有する先窄まり状凸部である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸と従動軸との軸方向の離れ移動を阻止する抜止め機構とトルク伝達機構とを有して前記駆動軸と前記従動軸とを連動連結する軸継手であって、
前記トルク伝達機構が、前記駆動軸と前記従動軸とのいずれか一方の軸端に形成される凹部と、いずれか他方の軸端に形成される凸部との咬合によって構成され、前記凹部が、対向する少なくとも一対のテーパ面を有する先拡がり状の凹部であり、前記凸部が、前記一対のテーパ面それぞれに当接可能な当接面を有する先窄まり状凸部であるとともに、前記抜止め機構が、前記一方の軸端における前記凹部の反軸端側に形成される第１雄ネジと、前記他方の軸端における前記凸部の反軸端側に形成される第２雄ネジとに跨って、一端に前記第１雄ネジに外嵌螺合する第１雌ネジが形成され、かつ、他端に前記第２雄ネジに外嵌螺合する第２雌ネジが形成される筒状体を螺合外嵌させて成る軸継手。
【請求項２】
前記一対のテーパ面を有する先拡がり状の凹部により前記一方の軸端が二股状に形成され、前記先窄まり状凸部が、前記一対のテーパ面それぞれに当接する一対の当接面をなす傾斜面とそれぞれの当接面間に形成される傾斜面を有する四角錐状凸部である請求項１に記載の軸継手。
【請求項３】
前記第１雄ネジと前記第２雄ネジとが互いに正逆反対のネジであり、それらに螺合する前記第１雌ネジと前記第２雌ネジとが互いに正逆反対のネジである請求項１又は２に記載の軸継手。
【請求項４】
前記各軸端における前記各雄ネジの反軸端側のそれぞれに円柱部が形成され、かつ、前記筒状体の両端部のそれぞれに前記円柱部に外嵌する嵌合筒端が形成され、前記筒状体が前記第１及び前記第１雄ネジのそれぞれに螺合されて前記凹部と凸部とが嵌合された組付状態においては、前記各円柱部と対応する前記嵌合筒端とのそれぞれが密嵌合されて前記駆動軸と前記従動軸との軸心どうしを一致させる心出し機能が発揮可能に構成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の軸継手。
【請求項５】
前記駆動軸が原動機側に連動連結される主軸であり、かつ、前記従動軸が羽根車を有するポンプ軸であってポンプの軸伝動手段として請求項１〜４の何れか一項に記載の軸継手を備えているポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立軸ポンプにおける軸伝動部等のように、軸に引張力が作用しながらトルク伝達させるに好適な軸継手及びこれを備えるポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
立軸ポンプの主軸とポンプ軸とを連動連結させる軸継手（カップリング）としては、特許文献１における図１や図４において開示されたものが知られている。その従来の軸継手は、図７，８に示す構造のものとして採用されている。即ち、駆動軸である主軸３１と従動軸であるポンプ軸３２とが、それら両軸の軸方向での離れ移動を阻止する抜止め機構ｎとトルク伝達機構ｔとを備える軸継手Ｊを用いて連動連結されている。
【０００３】
主軸３１の軸端である軸下端部３１Ａ及びポンプ軸３２の軸端である軸上端部３２Ａのそれぞれには、径の細いくびれ軸部３１ａ，３２ａと、くびれ軸部よりも径が大きく各軸３１，３２よりは径が小さい軸最先端のフランジ軸部３１ｂ、３２ｂとが形成されている。そして、くびれ軸部３１ａ，３２ａに嵌合する係合筒部を両端に備え、外径が軸下端部３１Ａや軸上端部３２Ａと同径で断面形状がコ字状で、かつ、軸方向視形状がＣ字状を呈する一対の半割り鉤部材３３，３３が、互いに付き合わされて対向配置される軸下端部３１Ａ及び軸上端部３２Ａに嵌め合わされている。それによってポンプ軸３２が主軸３１からは下方に離れてしまうことを阻止する抜止め機構ｎが構成されている。
【０００４】
そして、各軸端３１Ａ，３２Ａと、それらに跨って外嵌装備される円筒部材であるスリーブ３４とがキー３５を介して連動連結されるキー連結構造によって一体回転するトルク伝達機構ｔが設けられている。即ち、各軸端３１Ａ，３２Ａに形成されるキー溝３１ｋ、３２ｋと、スリーブ３４の内面側に形成されるキー溝３４ｋに跨って一対のキー３５，３５が軸心Ｐ方向の２箇所に装備されるとともに、各キー３５，３５とスリーブ３４とが小ネジ３６を用いて相対係止固定されている。スリーブ３４は、その中間肉抜き部３４ａの両側の内周部分により、一対の半割り鉤部材３３，３３の径方向の抜出しを阻止する機能も有している。
【０００５】
上記従来の軸継手手段Ｊでは、図７，８に示すように、トルク伝達機構ｔを構成するキー連結構造を採るためにスリーブ３４にキー溝３４ｋが必要であり、そのキー溝３４ｋ部分の強度から必要なスリーブの肉厚が決められるので、スリーブの外径は大きなものとなってしまう傾向がある。そして、最小径部分となるくびれ軸部３１ａ，３２ａを強度十分なものとしながら、抜止め機構ｎを構成する半割り鉤部材３３の強度を確保するには、必然的に主軸３１やポンプ軸３２の軸径が太くなるものでもあった。
【０００６】
また、軸継手全体として部品点数が多く、組付け作業や部品管理並びにコストの各点でも不利なものであった。このような種々の不利は、特許文献２において開示される構造の軸継手においても同様である。
【特許文献１】特開２００４−２７８７７号公報
【特許文献２】実開平６−１２８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、軸の抜け止め及びトルク伝達という必要な機能を備えながら、部品点数の削減によるコストダウンや小型化が図れて組付け上や管理上でも有利となるように改善された軸継手並びにそれを備えるポンプ装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、駆動軸１と従動軸２との軸方向の離れ移動を阻止する抜止め機構ｎとトルク伝達機構ｔとを有して前記駆動軸１と前記従動軸２とを連動連結する軸継手において、
前記トルク伝達機構ｔが、前記駆動軸１と前記従動軸２とのいずれか一方の軸端１Ａに形成される凹部７と、いずれか他方の軸端２Ａに形成される凸部８との咬合によって構成され、前記凹部７が、対向する少なくとも一対のテーパ面７Ａ，７Ａを有する先拡がり状の凹部であり、前記凸部８が、前記一対のテーパ面７Ａ，７Ａそれぞれに当接可能な当接面８Ａ，８Ａを有する先窄まり状凸部であるとともに、前記抜止め機構ｎが、前記一方の軸端１Ａにおける前記凹部７の反軸端側に形成される第１雄ネジ４と、前記他方の軸端２Ａにおける前記凸部８の反軸端側に形成される第２雄ネジ９とに跨って、一端に前記第１雄ネジ４に外嵌螺合する第１雌ネジ１５が形成され、かつ、他端に前記第２雄ネジ９に外嵌螺合する第２雌ネジ１６が形成される筒状体１２を螺合外嵌させて成ることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の軸継手において、前記一対のテーパ面７Ａ，７Ａを有する先拡がり状の凹部７により前記一方の軸端１Ａが二股状に形成され、前記先窄まり状凸部８が、前記一対のテーパ面７Ａ，７Ａそれぞれに当接する一対の当接面８Ａ，８Ａをなす傾斜面とそれぞれの当接面間に形成される傾斜面８ａ，８ａとを有する四角錐状凸部であることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の軸継手において、前記第１雄ネジ４と前記第２雄ネジ９とが互いに正逆反対のネジであり、それらに螺合する前記第１雌ネジ１５と前記第２雌ネジ１６とが互いに正逆反対のネジであることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の軸継手において、前記各軸端１Ａ，２Ａにおける前記各雄ネジ４，９の反軸端側のそれぞれに円柱部６，１１が形成され、かつ、前記筒状体１２の両端部のそれぞれに前記円柱部６，１１に外嵌する嵌合筒端１３，１３が形成され、前記筒状体１２が前記第１及び前記第２雄ネジ４，９のそれぞれに螺合されて前記凹部７と凸部８とが嵌合された組付状態においては、前記各円柱部６，１１と対応する前記嵌合筒端１３，１３とのそれぞれが密嵌合されて前記駆動軸１と前記従動軸２との軸心どうしを一致させる心出し機能が発揮可能に構成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５に係る発明は、ポンプ装置において、前記駆動軸１が原動機側に連動連結される主軸であり、かつ、前記従動軸２が下部に羽根車を有するポンプ軸であってポンプの軸伝動手段として請求項１〜４に記載の軸継手を備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、駆動軸と従動軸とのいずれか一方の軸端に形成される凹部、詳しくは、対向する少なくとも一対のテーパ面を有する先拡がり状の凹部と、いずれか他方の軸端に形成される凸部、詳しくは、前記一対のテーパ面それぞれに当接可能な当接面を有する先窄まり状凸部との咬合、即ち軸どうしの直接咬合によってトルク伝達させる構成であるから、従来の軸継手では必要であった一対のキー（図７の符号３５が付された部品を参照）が不要になる。そして、各軸端の外周部に形成される正逆の雄ネジと、それら各雄ネジに螺合する一対の雌ネジを備える筒状体とで成る抜止め機構により、軸どうしの引張に抗する構成であるから、従来の軸継手では必要であった一対の半割り鉤部材（図７の符号３３が付された部品を参照）も不要になる。また、抜止め用のくびれ軸部やキー溝が不要な分、軸並びに筒状対の小径化が可能になって水流抵抗減少にも寄与可能になる。
【００１４】
その結果、軸の抜け止め及びトルク伝達という必要な機能を備えながら、部品点数の削減によるコストダウンや小型化が図れて組付け上や管理上でも有利となるように改善された軸継手を提供することができる。加えて、トルク伝達機構においては、先拡がり状の凹部と先窄まり状凸部との咬合によって形成されており、テーパ面どうしの当接によってトルク伝達させるものであるから、軸どうしの当り部分を比較的長くして面圧上で有利にできながらも、支持強度も十分取れる合理的な構成とすることができる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、詳しくは実施形態の項にて説明するが、テーパ面どうしの当接によるトルク伝達時における二股状凹部と先窄まり状凸部との接触状況を、点当りよりも接触面積の広い線当りとすることが可能になり、凹部と凸部との当接部に変形等の損傷が生じ難く、耐久性が改善される軸継手を提供することができる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、抜止め機構においては、筒状体を正逆の何れか一方に回せば各軸端どうしが接近し、何れか他方に回せば各軸端どうしが遠ざかるように機能（ターンバックル的な機能）するものとなり、軸端どうしの連結操作や凹部と凸部とを咬合させる操作が簡単で便利に行えるものとなる。この場合、凹部と凸部の咬合常態は、各軸が互いに軸方向で近付く方向に押圧されればされるほどガタツキなく有効なトルク伝達ができるものとなるが、抜止め機構を機能させるべく筒状体の締込みによって凹部と凸部とも相対接近されるという好ましい作用が生じることとなり、抜止め機構を機能させることによってトルク伝達機構の有効化が促進されるという相乗効果が生じる利点もある。
【００１７】
請求項４の発明によれば、筒状体と各軸端との螺合部の反軸端側に形成したインロー軸部とインロー内周面との嵌合、即ちインロー部により、一対の軸どうしの軸心をより正確に合致させることが可能になる。また、そのための別部品が不要であり、部品点数の増加を招くことなく芯出し機能が追加できる利点がある。
【００１８】
請求項５の発明によれば、小型化が図れて組付けや管理上有利な軸継手を用いて、軸にスラスト力が作用しながらトルク伝達されるポンプ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明による軸継手及びこれを備えるポンプ装置の実施の形態を、立軸ポンプに適用した場合について図面を参照しながら説明する。図１は軸継手の構造を示す一部切欠きの断面図、図２，３はそれぞれ凹部と凸部を示す底面図と平面図、図４は主軸及びポンプ軸の各軸端形状を示す分解斜視図、図５は主軸の軸下端部とポンプ軸の軸上端部の応力線図、図６は実施例２の軸継手における各軸端部のミーゼスの応力の線図、図７，８は従来の軸継手の構造を示す要部の断面図、及び要部の断面図である。
【００２０】
〔実施例１〕
実施例１による軸継手Ａは、図１に示すように、排水設備等に用いられる立軸ポンプ（ポンプ装置の一例）におけるモータ側の主軸（駆動軸の一例）１と、下端に羽根車を有するポンプ軸（従動軸の一例）２とを連動連結するものであり、各軸端１Ａ，２Ａ及びスリーブ１２とにより、それら両軸１，２どうしの軸方向での離れ移動を阻止する抜止め機構ｎとトルク伝達機構ｔとを有して構成されている。
【００２１】
主軸１の軸端である軸下端部１Ａは、軸下端から上に向って、凹部７を有する軸端部３、右雄ネジ部４、くびれ軸部５、インロー軸部６がこの順で形成されることで構成されている。ポンプ軸２の軸上端部２Ａは、軸上端から下に向って、凸部８、左雄ネジ部９、くびれ軸部１０、インロー軸部１１がこの順で形成されることで構成されている。スリーブ１２は、両端のインロー内周面１３，１３、軸方向中央の逃がし大径部１４、右雄ネジ部４に螺合する右雌ネジ部１５、左雄ネジ部９に螺合する左雌ネジ部１６を有する筒状体に形成されている。
【００２２】
凹部７は、図１，２，４に示すように、右雄ネジ部４よりやや小径とされた軸端部３において、軸心Ｐと４５度の角度を為し、９０度の挟角を有する一対のテーパ面７Ａ，７Ａを備えた先拡がり状の凹部であり、軸端部３は二股状に形成されている。両テーパ面７Ａ，７Ａどうしは滑らかな凹曲面７ａを介して連続されており、各テーパ面７Ａ，７Ａの先端は尖らないようにカットされた面取り面７ｂ，７ｂに形成されている。
【００２３】
凸部８は、図１，３，４に示すように、互いに同じ四つのテーパ面８Ａ，８ａ，８Ａ，８ａを有する四角錐状の凸部に形成されている。これら傾斜面８Ａ，８ａ，８Ａ，８ａのうち、互いに対向配置される一対の二組、即ち、８Ａ，８Ａ及び８ａ，８ａは、それぞれテーパ面７Ａ，７Ａに面当接可能に構成されている。そしてこの実施例では、凸部８は、先窄まり状凸部であって、一対の当接面８Ａ，８Ａをなす傾斜面とそれぞれの傾斜面間に形成される傾斜面８ａとを有する四角錐状凸部に形成されている。尚、軸端には尖らないようにカットされた頂面１７が形成されている。
【００２４】
つまり、トルク伝達機構ｔは、主軸１の軸端である軸下端部１Ａに形成される凹部７と、ポンプ軸２の軸端である軸上端部２Ａに形成される凸部８との咬合によって構成されている。そして、抜止め機構ｎは、軸下端部１Ａにおける凹部７の反軸端側に形成される右雄ネジ部（第１雄ネジの一例）４と、軸上端部２Ａにおける凸部８の反軸端側に形成される左雄ネジ部（第２雄ネジの一例）９とに跨って、一端に右雄ネジ部４に外嵌螺合する右雌ネジ部（第１雌ネジの一例）１５が形成され、かつ、他端に左雄ネジ部９に外嵌螺合する左雌ネジ部（第２雌ネジの一例）１６が形成されるスリーブ１２を螺合外嵌させるように構成されている。
【００２５】
軸継手Ａを組付けるには、主軸１の軸下端部１Ａと、ポンプ軸２の軸上端部２Ａとを、軸心Ｐ回りで凹部７と凸部８とが丁度嵌合する位置関係に相対回動し、かつ、スリーブ１２が介装される程度に離間させて状態に配置する。それから、各軸端１Ａ，２Ａ間にスリーブ１２を順次螺合させてからスリーブ１２を回し操作して締込めば良い。また、各軸端１Ａ，２Ａのそれぞれに、凹部７と凸部８とが咬合する相対位置を示すマーキング（ポンチマークやペイント塗布等）を施しておけば、スリーブ１２による両軸端１Ａ，２Ａの締込み操作途中において、主軸１とポンプ軸２との相対角度姿勢を凹部７と凸部８とが咬合する回動位置関係に合せることが可能であり、前述の組付け手段には限られない。
【００２６】
図１に示すように、スリーブ１２を回して主軸１とポンプ軸２とを両軸の間に隙間が無いように締込んだ組付状態では、トルク伝達されるように凹部７と凸部８とが密着嵌合するとともに、主軸１とポンプ軸２との双方に螺合するスリーブ１２によってそれら両軸１，２が互いに軸心Ｐ方向に遠ざかろうとすることが阻止されている。加えて、各インロー軸部６，１１と対応するインロー内周面１３，１３とが精密に嵌合されることにより、主軸１の軸心とポンプ軸２の軸心とを一致させて単一の軸心Ｐとする芯出し作用が発揮されるようにもなっている。
【００２７】
尚、図示は省略するが、主軸１のインロー軸部６の上側や、ポンプ軸２のインロー軸部１１の下側にロックナットを螺装できるようにネジ部を形成しておき、ロックナットをスリーブ１２の端に締付けることにより、スリーブ１２による両軸１，２の組付け状態をより各自に維持可能なロックナット付の軸継手Ａに構成しても良い。
【００２８】
凹部７と凸部８とが咬合してのトルク伝達状態は、図５に示すように、一方の当接面８Ａにおける回転方向で下手側の傾斜面８ａとの境の稜線１８と一方のテーパ面７Ａとが接触し、かつ、他方の当接面８Ａにおける回転方向で下手側の傾斜面８ａとの境の稜線１８と他方のテーパ面７Ａとが接触する、という一対の線接触状態になっている。この線当りとなる状況は、図５に示すように、コンピュータ解析によるミーゼスの応力の線図からも裏付けされている。
【００２９】
解析線図の比較例として、実施例２による形状の凹部７と凸部８とによるものを図６に示す。傾斜面８ａ，８ａを持たず、一対の当接面８Ａ，８Ａのみ有する側面視で三角形を呈する形状（マイナスドライバーの先端のような形状）の凸部８と、図５等に示す前記凹部７との咬合による場合には、実施例１よりも凸部の加工工数が少なくて済むという利点がある。しかし、図６に示すように、コンピュータ解析では点接触に近いような接触状況になっていることが理解できる。つまり、一見トルク伝達がされ難いように見える四角錐状の凸部８（実施例１）を用いる方が線接触によって有効にトルク伝達でき、より有利となる手段であることが分る。
【００３０】
実施例１による軸継手Ａによれば、周方向の溝が必要となる従来技術に比べて、軸径を細くすることができるとともに、キー連結構造を正逆のネジ連結構造としたのでスリーブの径も細くすることができる。凸部８においては、一対の当接面８Ａと一対の傾斜面８ａとが軸心Ｐに４５度傾斜する互いに同一面に形成されており、加工し易い。従来のキー連結構造のものに比べて加工精度を要する箇所が減り、コストダウンや品質向上が図れる利点もある。
【００３１】
〔別実施例〕
トルク伝達機構ｔを構成する凹部７と凸部８は、図６に示すように、先拡がり状の凹部７と三角凸部７とが咬合する構成でも良い。そして、傾斜面と軸心Ｐとが為す角度は４５度に限定されるものではなく、その角度が傾斜面ごとに異なるように形成してもよい。また、図示は省略するが、軸方向に凹む断面四角形状の凹部と、軸方向に延びる四角錐形状の凸部との咬合によるトルク伝達機構でも良く、種々の変更が可能である。また、スリーブ１２の外周部に、スパナ等の締込み工具の適用を可能とする二面幅部や六角部を形成しておいても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】軸継手の構造を示す断面図（実施例１）
【図２】主軸の軸下端部を示す底面図
【図３】ポンプ軸の軸上端部を示す平面図
【図４】主軸及びポンプ軸の各軸端形状を模式的に示す分解斜視図
【図５】主軸の軸下端部、及びポンプ軸の軸上端部のミーゼスの応力の線図
【図６】三角凸部を有する実施例２の軸継手における各軸端部の応力線図
【図７】従来の軸継手の構造を示す要部の断面図
【図８】図７のａ−ａ線断面図
【符号の説明】
【００３３】
１          駆動軸
１Ａ        一方の軸端
２          従動軸
２Ａ        他方の軸端
６          円柱部
７          凹部
７Ａ        テーパ面
８          凸部
８Ａ        当接面
８ａ        傾斜面
９          第２雄ネジ
１１        円柱部
１２        筒状体
１３        嵌合筒端
１５        第１雌ネジ
１６        第２雌ネジ
ｎ          抜止め機構
ｔ          トルク伝達機構
【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】
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【図７】
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【図８】
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