駆動軸

駆動軸とは

駆動軸とは、モーターなどのアクチュエーターから得た動力を、伝達用機械要素などを介して、従動軸へ伝えるための機械要素です。

伝達用機械要素には、歯車やタイミングベルト、Vベルト、チェーンなどがあります。駆動軸は、高い負荷を受けつつ、高精度に回転させなければなりません。

そのため、従動軸と比較して、高い強度と精度が求められます。また、駆動軸にはキーなど、伝達用機械要素と接続するための締結用機械要素も必要です。

駆動軸の使用用途

駆動軸は、さまざまな産業用機械に用いられています。具体的には、建設機械、工作機械、各種製造設備などです。モーターなどの原動機で動力を得る機械であれば、原動機が発生する回転を伝達するために、駆動軸が用いられています。

駆動軸は、使用する環境や機械システムによって、任意に設計・製作されます。しかし、使用頻度の高い形状の駆動軸は、さまざまなFA装置用部品メーカーによって規格化され、商品としてラインナップされているものもあります。

駆動軸の原理

駆動軸は、通常ベアリングで支持されることによって、回転精度を確保します。ベアリングは駆動軸の回転軸が受けるトルクを受けながら、回転軸がブレないように支えなければなりません。その軸部は、ベアリングとのはめ合いのため、JISはめ合い公差規格に準拠し、h6かh7公差で製作するのが一般的です。

駆動軸には高い捻りトルクに耐えるための強度や、耐摩耗性が求められます。そのために、高周波焼入れなどの熱処理が必要です。この場合は、S45Cなどの機械構造用炭素鋼材を使用し、表面硬度をHRC50以上の硬度に焼入れします。

耐食性の向上には、四三酸化鉄被膜や無電解ニッケルメッキなどの表面処理を施します。食品やクリーン環境の場合には、SUSU304が使用されます。

駆動軸のその他情報

1. 駆動軸と従動軸

駆動軸から歯車や継ぎ手などの伝達用機械要素により、伝導される動力によって動かされる軸を従動軸と呼びます。動力の入力側である駆動軸に対して従動軸は出力側となり、回転速度やトルクなど、設計者の意図した数値が出力されるよう設定されています。そのため、減速比や回転数を計算した上で動力伝達機構の選定が必要です。

駆動軸は何かしらの出力を得るための入力軸であり、必ず従動軸とセットで用いられます。従動軸がない場合、入力側の軸は出力を得るために用いられていないため、駆動軸という名称は用いられません。また、駆動軸は動力を入力する軸に使われる名称ですが、駆動軸から動力を伝達されて動かされる軸は全て従動軸と呼ばれます。よって、最終出力軸以外の軸も従動軸と呼ばれることがあり、推進軸や変速軸なども従動軸にカテゴライズされることになります。

2. 駆動軸の設計

駆動軸を設計するには、まず入力する動力の大きさと、出力として欲しい動力の大きさを設定する必要があります。入力側の動力はエンジンやモーターといった、動力に用いる装置によって決められ、そこから出力側の数値を求めるために減速比や回転速度を計算します。

計算された回転速度やトルクといった数値から、駆動軸が受ける負荷に対して十分な強度を持つ材質を選定します。軸が受ける負荷には、回転モーメントやねじれ荷重、衝撃、摩擦力といったものがありますが、最も重要となるものは軸のねじれによる静的強度、疲労強度です。

駆動軸は軸受けと組合わせて用いるため、軸の材質だけなく直径と長さも重要です。軸の直径が細すぎるとねじれ荷重を十分に受けることができず、破断の原因となります。軸の長さが長すぎると曲げモーメントの影響を受け、軸の変形につながります。また、軸受けによって軸を支える箇所も重要です。軸受けから軸の先端までの距離はできるだけ短くすることで、回転軸の強度を保つことができます。

参考文献
https://jp.misumi-ec.com/
https://www.keyence.co.jp/ss/products/measure-sys/machine-elements/gear/