JPH10153219A - フランジ継手およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便でかつ熱ひずみや加工ひずみを生じるこ
となく、フランジ面の摩擦係数を増大させ、それに伴う
ボルトサイズの小型化とボルト本数の削減により製品の
コストダウンを図ることのできるフランジ継手およびそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】 駆動軸側から被駆動軸側に回転運動を伝
達し、両軸との間に相互の面接触部分５を有するフラン
ジ継手２、３は、直径０．１〜０．２ｍｍのアルミナの
微粒扮からなるブラスト材を圧力０．４〜０．８ＭＰａ
の高圧空気で面接触部分５の表面に均一に投射し密着さ
せたものであって、これにより、簡便な方法で面接触部
分表面の摩擦係数を向上させることができ、それに伴う
ボルト４のサイズの小型化と本数の削減によって製品の
コストダウンを実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動側から被駆動
側へ回転運動を伝達するフランジ継手およびその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば産業用ロボットなどのよう
に、駆動側から被駆動側へ回転運動を伝え両者を締結す
るフランジ継手による回転運動伝達部が随所に見られる
が、フランジ継手は、そのフランジ面に発生する摩擦力
を利用して回転運動を伝達している重要な機械要素の一
つである。図５の（ａ）は駆動軸側と被駆動軸側間に締
結されたフランジ継手の斜視図、（ｂ）はフランジ継手
に発生する摩擦力の概念図を示している。図において駆
動軸２０側のフランジ２１と被駆動軸３０側のフランジ
３１をボルト４１にて締結し、駆動軸２０側から被駆動
軸３０側へ回転力を与えると伝達トルクＴが働くため、
フランジ２１の面接触部分５１とフランジ３１の図示し
ない面接触部分の両方の面で発生する摩擦力Ｆｒにより
回転運動が伝達される。また、（ａ）に示すフランジ継
手の最大伝達トルクをＴとするとＴは次式で表される。 Ｔ＝μＰＤ／２ （１） ここで、 μ：フランジ面摩擦係数 Ｐ：ボルト軸力の合計 Ｄ：ボルトピッチ円直径 ボルト軸力とはボルト４１を締結したときにボルト４１
内部に発生する引張力を表しており、ボルト本数分を合
計した力で両フランジ面を互いに押しつけている。サイ
ズの大きなボルトを使用すれば発生させうる軸力が増大
するので、式（１）より最大伝達トルクが増大する。同
じボルトサイズで本数が増えた場合でも同様である。ま
た、産業用ロボットにおけるフランジ継手部の素材には
アルミ鋳物、機械構造用炭素鋼、アルミニウム合金等が
多く使用されており、従来はそれら金属素材の場合、式
（１）におけるフランジ面摩擦係数を０．１５〜０．２
として設計を行っていた。ここで、式（１）よりボルト
サイズおよび本数と同様に、フランジ面摩擦係数μの増
大によっても最大伝達トルクが増大することがわかる。
逆に同じ伝達トルクであれば摩擦係数の増大によりボル
トサイズの小型化およびボルト本数の削減が可能とな
り、製品のコストダウンにつながる。このようなフラン
ジ締結による継手として、従来技術に面接触部分におけ
る摩擦係数μを高めることにより、許容伝達トルクの増
大を図り、更には各種機械の駆動軸に適用してその駆動
系の小型軽量化を可能としたフランジ継手が提案されて
いる（例えば、特開昭和５９−１３３８２４号公報）。
図５の（ｃ）において、駆動軸２０側のフランジ２１の
面接触部分５１と被駆動軸３０側のフランジ３１の図示
しない面接触部分の両面または片面に硬質粒の溶射膜を
形成することにより摩擦係数増大を図ったものである。
この場合、フランジの締結によるフランジ継手は面接触
部分に、溶射金属材としては高炭素鋼系、低合金鋼系、
１３Ｃｒ鋼系、高速度鋼系あるいはセラミック系の硬質
材料を用い、溶射厚さは片面溶射で０．０５〜０．２０
ｍｍ程度、両面溶射で０．０２５〜０．１０ｍｍ程度で
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
はフランジ面に硬質粒の溶射膜を形成して摩擦係数を増
大させることを特徴としているが、溶射の前行程には被
処理部材の粗面化、また溶射後には再溶融、冷却等多く
の行程を必要とする。また被処理部材の面粗さ管理や温
度管理など高度な技術を必要とする。さらに、溶射では
予熱、再溶融の行程において被処理部材を高温に熱する
ため熱ひずみを発生するという問題があった。そこで、
本発明はより簡便でかつ熱ひずみや加工ひずみを生じる
ことなく、フランジ面の摩擦係数を増大させる方法を提
供し、それに伴うボルトサイズの小型化とボルト本数の
削減をして、製品のコストダウンを図ることのできるフ
ランジ継手およびその製造方法を提供することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、次のようなフ
ランジ継手およびその製造方法を特徴とするものであ
る。 (1) 駆動軸側から被駆動軸側に回転運動を伝達し、前記
両軸との間に相互の面接触部分を有する一対のフランジ
の締結によるフランジ継手において、前記二つの面接触
部分の表面が直径０．１〜０．２ｍｍのアルミナの微粒
粉からなるものでである。 (2) 駆動軸側から被駆動軸側に回転運動を伝達し、前記
両軸との間に相互の面接触部分を有する一対のフランジ
の締結によるフランジ継手の製造方法において、前記二
つの面接触部分の表面に摩擦係数を増加するために直径
０．１〜０．２ｍｍのアルミナの微粒粉からなるブラス
ト材を圧力０．４〜０．８ＭＰａの高圧空気で均一に投
射し、前記被投射面を密着させるようにしてある。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照し
ながら説明する。図１の（ａ）は本発明の実施例を示す
産業用ロボットの斜視図、（ｂ）は（ａ）のフランジ継
手部の拡大図である。図２は図１に示したフランジ継手
部の分解斜視図を表している。なお、従来例と同じ構成
要素には同じ符号を用いて説明する。また、本実施例で
は以下、産業用ロボットの上腕軸と手首回転軸の動力伝
達部を締結するフランジ継手を例に取り説明する。図に
おいて、１はロボット本体、１ａはロボット１のマニピ
ュレータを上下方向に作動させる上腕軸、１ｂは上腕軸
１ａの軸端に連結され、先端の手首軸を他端に連結する
手首回転軸を示している。２は上腕軸１ａに具備された
フランジ、３は手首回転軸１ｂに具備されたフランジ、
４はフランジ２とフランジ３を締結するボルト、５はフ
ランジ２のフランジ３に対する面接触部分（フランジ
面）で、同様にフランジ３にも図示しない面接触部分を
有している。また、フランジ２の面接触部分５上にはタ
ップ穴２ａが設けてあり、フランジ３の図示しないボル
ト穴にボルト４を挿入しタップ穴２ａと締結することに
より、フランジ２の面接触部分５とフランジ３の図示し
ない面接触部分を固着する。このような構成において、
上腕軸１ａと手首回転軸１ｂ間には両フランジ２、３の
面接触部分に発生する摩擦力により回転運動が伝達され
る。ここでフランジ２およびフランジ３の面接触部分に
は本発明によるブラスト処理が施されている。すなわ
ち、本発明では、駆動軸側の上腕軸１ａから被駆動軸側
の手首回転軸１ｂに回転運動を伝達し、両軸との間に相
互の面接触部分を有するフランジ継手２、３において、
直径０．１〜０．２ｍｍのアルミナの微粒粉からなるブ
ラスト材を圧力０．４〜０．８ＭＰａの高圧空気でフラ
ンジ継手の両面接触部分表面に均一に吹きつけて密着さ
せたものである。このような処理を行うことで、フラン
ジ継手の面接触部分の摩擦係数が増大され従来よりもボ
ルト本数を削減することができるとともに、ボルトサイ
ズを小さくすることでフランジ継手部を小型にすること
も可能である。

【０００６】次にフランジ継手の伝達トルク性能を確認
するために評価試験を行った。図３および図４の試験装
置を参照しながら説明する。図３はフランジ継手の性能
評価用の試験装置の斜視図である。図４は図３の矢視方
向から見た側断面図を示す。評価試験には試験用フラン
ジを二つ用意した。一方の第１の試験用フランジ７２の
素材は機械構造用炭素鋼であり、他方の第２の試験用フ
ランジ７３の素材はアルミニウム合金である。各々の試
験用フランジは、フランジ面を旋盤により切削加工した
あと、旋削加工されたフランジ面に直径０．１〜０．２
ｍｍのアルミナの微粒粉からなるブラスト材を圧力０．
２〜１．０ＭＰａの高圧空気で均一に吹きつけてブラス
ト処理を施したものである。次に試験装置７において、
ブラスト処理を施した第１の試験用フランジ７２と第２
の試験用フランジ７３を、図示しないひずみゲージを埋
め込んだボルト７５により締結する。前記ひずみゲージ
の出力からはボルト７５に発生する軸力を測定できる。
締結した両試験用フランジをハウジング７４に挿入し、
第１の試験用フランジ７２をハウジング７４内でベアリ
ング７６により回転自在に支持する。一方、第２の試験
用フランジ７３はハウジング７４にボルト７７により締
結して固定する。第１の試験用フランジ７２の反フラン
ジ側は、キー溝を有するシャフト状になっており、キー
７８を介してレバー７１を取り付ける。レバー７１の先
端にはレバーの長手方向と垂直にフォースゲージ６を取
り付け、フォースゲージ６を介してレバー７１に力を加
えることにより、第１の試験用フランジ７２に回転運動
を加えることができる。また、その時のトルクはフォー
スゲージ６で測定した力にレバー７１の長さを乗算する
ことにより算出できる。このような試験装置７におい
て、レバー７１に徐々に力を加えていくと試験フランジ
面に摩擦力が発生し、最大摩擦力に達すると滑りを生じ
る。滑った瞬間のレバー７１に加えられた力とレバー７
１の長さを乗算して最大伝達トルクを求め、その値と前
記ひずみゲージにより測定したボルト７５の軸力とを、
式（１）を変形した式（２）に代入することにより摩擦
係数を算出できる。 μ＝２Ｔ／ＰＤ （２） 本試験装置を用いて、機械加工のみの試験用フランジ
と、本発明によるブラスト処理を施した試験用フランジ
との二つの場合とで試験を行い、最大伝達トルクを求め
て摩擦係数を算出した。その結果、ブラスト処理のもの
は直径０．１５ｍｍのアルミナの微粒粉からなるブラス
ト材を用いて圧力０．４〜０．８ＭＰａの高圧空気で吹
きつけたものが摩擦係数が高いことを確認した。また、
機械加工のみの場合の摩擦係数μが０．１８であったの
に対して、ブラスト処理を施した場合の摩擦係数μは
０．６６の値を得た。上記のように本発明によるブラス
ト処理を施した場合には従来の機械加工のみの場合と比
較して摩擦係数が３倍以上向上することを確認すること
ができた。上記手段によれば、相互の面接触部分を有す
るフランジ継手にアルミナの微粒粉からなるブラスト材
を高圧空気で面接触部分表面に均一に吹きつけたので、
相手側フランジとの面接触部分に均一に鋭利な突起が多
数分布するため、摩擦力発生機構における掘り起こし効
果が大となり両フランジ面間の摩擦係数が増大する。

【０００７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によるフラン
ジ継手の面接触部分に対して実施したブラスト処理は、
従来例で示した溶射による方法と比較すると、より安価
な装置で行うことができ、その作業は高度な技術や熟練
を必要とせず、工数も少ない。また加工による温度上昇
はほとんどなく加工ひずみも極めて小さく、簡便な方法
でフランジ面の摩擦係数を向上させることができ、それ
に伴うボルトサイズの小型化とボルト本数の削減によっ
て製品のコストダウンを実現できるフランジ継手および
その製造方法を得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の実施例を示す産業用ロボット
の斜視図、（ｂ）は（ａ）のフランジ継手の拡大図であ
る。

【図２】図１のフランジ継手部の分解斜視図である。

【図３】フランジ継手の性能評価用試験装置の斜視図で
ある。

【図４】図３の矢視方向から見た側断面図である。

【図５】（ａ）は従来例を示すフランジ継手の斜視図、
（ｂ）はフランジ継手に発生する摩擦力の概念図，
（ｃ）はフランジ継手の分解斜視図である。

【符号の説明】

１：ロボット １ａ：上腕軸 １ｂ：手首回転軸 ２：フランジ（上腕軸用） ２ａ：タップ穴 ３：フランジ（手首回転軸用） ４：ボルト ５：面接触部分 ７：伝達トルク評価試験装置 ７１：レバー ７２：第１の試験用フランジ ７３：第２の試験用フランジ ７４：ハウジング ７５：ボルト ７６：ベアリング ７７：ボルト ７８：キー ８：フォースゲージ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動軸側から被駆動軸側に回転運動を伝
   達し、前記両軸との間に相互の面接触部分を有する一対
   のフランジの締結によるフランジ継手において、 前記二つの面接触部分の表面が直径０．１〜０．２ｍｍ
   のアルミナの微粒粉からなることを特徴とするフランジ
   継手。
2. 【請求項２】 駆動軸側から被駆動軸側に回転運動を伝
   達し、前記両軸との間に相互の面接触部分を有する一対
   のフランジの締結によるフランジ継手の製造方法におい
   て、 前記二つの面接触部分の表面に摩擦係数を増加するため
   に直径０．１〜０．２ｍｍのアルミナの微粒粉からなる
   ブラスト材を圧力０．４〜０．８ＭＰａの高圧空気で均
   一に投射し、前記被投射面を密着させるようにしたこと
   を特徴とするフランジ継手の製造方法。