特許 6706479 回転体の軸部接続構造及び回転装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6706479

(24)【登録日】2020年5月20日

(45)【発行日】2020年6月10日

(54)【発明の名称】回転体の軸部接続構造及び回転装置

(51)【国際特許分類】

   F16D 1/033 20060101AFI20200601BHJP

   F16H 33/02 20060101ALI20200601BHJP

【ＦＩ】

   F16D1/033 100

   F16D1/033 200

   F16H33/02 A

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-205801(P2015-205801)

(22)【出願日】2015年10月19日

(65)【公開番号】特開2017-78444(P2017-78444A)

(43)【公開日】2017年4月27日

【審査請求日】2018年10月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】303069678

【氏名又は名称】株式会社 エマージー

(74)【代理人】

【識別番号】110000925

【氏名又は名称】特許業務法人信友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】柴田 朋文

(72)【発明者】

【氏名】久保 哲夫

(72)【発明者】

【氏名】出村 達太郎

【審査官】 渡邊 義之

(56)【参考文献】

【文献】 特開平９−１７７８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１８６７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−５５１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−３１２７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２５２８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−１７７８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−８３９５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｈ ３３／０２

Ｆ１６Ｊ １５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転駆動する駆動軸部の回転軸と同一の回転軸を有し、外周側の端部が該駆動軸部の回転軸を中心に回転可能な円筒状の回転体本体の内周面に固定された円板状部材と、
前記円板状部材の内周側を支持するための複数の係止部を有し、前記駆動軸部が挿入された状態で該駆動軸部に固定されて前記駆動軸部の回転に伴い該駆動軸部を回転軸として回転する支持部と、
前記支持部の複数の前記係止部に対応して該係止部よりも前記駆動軸部に近い位置に円周状に形成された被係止部を有し、前記駆動軸部が回転しているときに、前記被係止部の一部が前記支持部の複数の前記係止部に係止される円環状の接続部と、を備え、
前記接続部の前記支持部の係止部に対応していない部分が、前記駆動軸部の回転に応じて遠心方向へ変形する
回転体の軸部接続構造。

【請求項2】

回転駆動する駆動軸部の回転軸と同一の回転軸を有し、外周側の端部が該駆動軸部の回転軸を中心に回転可能な円筒状の回転体本体の内周面に固定された円板状部材と、
前記円板状部材の内周側を支持するための複数の係止部を有し、前記駆動軸部が挿入された状態で該駆動軸部に固定されて前記駆動軸部の回転に伴い該駆動軸部を回転軸として回転する支持部と、
前記支持部の複数の前記係止部に対応して該係止部よりも前記駆動軸部に近い位置に円周状に形成された被係止部を有し、前記駆動軸部が回転しているときに、前記被係止部の一部が前記支持部の複数の前記係止部に係止される円環状の接続部と、を備え、
前記支持部は、対向するように配置された円板状の上側支持部材と下側支持部材とから構成され、前記上側支持部材と前記下側支持部材は、該上側支持部材と該下側支持部材の互いに対向する平面に、円周上に等間隔で形成された複数の前記係止部を有し、
前記接続部は、前記上側支持部材と対向する上面に前記上側支持部材の複数の前記係止部に対応して形成された前記被係止部と、前記下側支持部材と対向する下面に前記下側支持部材の複数の前記係止部に対応して形成された前記被係止部とを有し、
前記駆動軸部が回転しているとき、前記接続部の上面の前記被係止部が前記上側支持部材の複数の前記係止部に係止されるとともに、下面の前記被係止部が前記下側支持部材の複数の前記係止部に係止される
回転体の軸部接続構造。

【請求項3】

回転駆動する駆動軸部の回転軸と同一の回転軸を有し、外周側の端部が該駆動軸部の回転軸を中心に回転可能な円筒状の回転体本体の内周面に固定された円板状部材と、
前記円板状部材の内周側を支持するための複数の係止部を有し、前記駆動軸部が挿入された状態で該駆動軸部に固定されて前記駆動軸部の回転に伴い該駆動軸部を回転軸として回転する支持部と、
前記支持部の複数の前記係止部に対応して該係止部よりも前記駆動軸部に近い位置に円周状に形成された被係止部を有し、前記駆動軸部が回転しているときに、前記被係止部の一部が前記支持部の複数の前記係止部に係止される円環状の接続部と、を備え、
前記接続部の外周面に嵌合された円環状の補強部材、を更に備える
回転体の軸部接続構造。

【請求項4】

前記接続部の前記被係止部は、該接続部の上面及び下面に円周方向に沿って形成された段差である
請求項１乃至３のいずれかに記載の回転体の軸部接続構造。

【請求項5】

回転駆動する駆動軸部と、
前記駆動軸部の回転軸を中心に回転可能な円筒状の回転体本体と、
前記駆動軸部の回転軸と同一の回転軸を有し、外周側の端部が前記回転体本体の内周面に固定された円板状部材と、
前記円板状部材の内周側を支持するための複数の係止部を有し、前記駆動軸部が挿入された状態で該駆動軸部に固定されて前記駆動軸部の回転に伴い該駆動軸部を回転軸として回転する支持部と、
前記支持部の複数の前記係止部に対応して該係止部よりも前記駆動軸部に近い位置に円周状に形成された被係止部を有し、前記駆動軸部が回転しているときに、前記被係止部の一部が前記支持部の複数の前記係止部に係止される円環状の接続部と、を備え、
前記接続部の前記支持部の係止部に対応していない部分が、前記駆動軸部の回転に応じて遠心方向へ変形する
回転装置。

【請求項6】

回転駆動する駆動軸部と、
前記駆動軸部の回転軸を中心に回転可能な円筒状の回転体本体と、
前記駆動軸部の回転軸と同一の回転軸を有し、外周側の端部が前記回転体本体の内周面に固定された円板状部材と、
前記円板状部材の内周側を支持するための複数の係止部を有し、前記駆動軸部が挿入された状態で該駆動軸部に固定されて前記駆動軸部の回転に伴い該駆動軸部を回転軸として回転する支持部と、
前記支持部の複数の前記係止部に対応して該係止部よりも前記駆動軸部に近い位置に円周状に形成された被係止部を有し、前記駆動軸部が回転しているときに、前記被係止部の一部が前記支持部の複数の前記係止部に係止される円環状の接続部と、を備え、
前記支持部は、対向するように配置された円板状の上側支持部材と下側支持部材とから構成され、前記上側支持部材と前記下側支持部材は、該上側支持部材と該下側支持部材の互いに対向する平面に、円周上に等間隔で形成された複数の前記係止部を有し、
前記接続部は、前記上側支持部材と対向する上面に前記上側支持部材の複数の前記係止部に対応して形成された前記被係止部と、前記下側支持部材と対向する下面に前記下側支持部材の複数の前記係止部に対応して形成された前記被係止部とを有し、
前記駆動軸部が回転しているとき、前記接続部の上面の前記被係止部が前記上側支持部材の複数の前記係止部に係止されるとともに、下面の前記被係止部が前記下側支持部材の複数の前記係止部に係止される
回転装置。

【請求項7】

回転駆動する駆動軸部と、
前記駆動軸部の回転軸を中心に回転可能な円筒状の回転体本体と、
前記駆動軸部の回転軸と同一の回転軸を有し、外周側の端部が前記回転体本体の内周面に固定された円板状部材と、
前記円板状部材の内周側を支持するための複数の係止部を有し、前記駆動軸部が挿入された状態で該駆動軸部に固定されて前記駆動軸部の回転に伴い該駆動軸部を回転軸として回転する支持部と、
前記支持部の複数の前記係止部に対応して該係止部よりも前記駆動軸部に近い位置に円周状に形成された被係止部を有し、前記駆動軸部が回転しているときに、前記被係止部の一部が前記支持部の複数の前記係止部に係止される円環状の接続部と、を備え、
前記接続部の外周面に嵌合された円環状の補強部材、を更に備える
回転装置。

【請求項8】

前記接続部の前記被係止部は、該接続部の上面及び下面に円周方向に沿って形成された段差である
請求項５乃至７のいずれかに記載の回転装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転駆動する駆動軸と回転体を良好に接続する回転体の軸部接続構造及び回転装置に関する。

【背景技術】

【0002】

回転する物体（回転体）には、回転の運動エネルギーが蓄えられる。例えば図１のような円柱状の回転体１００が、平面に垂直なｚ軸を回転軸として回転速度ｖ［回転数／ｓ］で回転する場合を想定する。回転体１００の角速度をω［ｒａｄ／ｓ］とすると、運動エネルギーＥは式（１）で表される。
Ｅ＝１／２×Ｉｐ×ω^２ ・・・・（１）

【0003】

ここでＩｐは、回転体１００の平面に垂直なｚ軸回りの慣性モーメント［ｋｇ・ｍ^２］であり、極慣性モーメントと呼ばれる。回転体１００の任意の質量質点における質量ｍ［ｋｇ］と、回転の中心（ｚ軸）から質量質点までの距離（図３の例では半径ｒ）が大きくなると、極慣性モーメントＩｐも大きくなる。したがって、質量質点における質量ｍ、回転の中心（ｚ軸）から質量質点までの距離ｒ、及び角速度ω（回転速度ｖ）の値が大きいほど、回転体１００の運動エネルギーＥは大きくなる。

【0004】

この物理現象を利用して、電力を回転体（例えばフライホイール）の運動エネルギーに変換して蓄積するとともに、回転体に蓄積されている運動エネルギーを必要な時に電気エネルギーに変換して取り出す技術の開発が進められている。

【0005】

一般に、回転体は軽量化のために円筒であることが多く、その中空部の中心に駆動軸が通される。円筒状の回転体は、円板状の接続部を介して駆動軸と接続される。例えば、特許文献１には、円板状の接続部を介して円筒状のフライホイールが回転軸に接続されている構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００３−２１９５８１号公報（図４参照）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、回転体１００の質量質点に作用する遠心力Ｆは式（２）で表されるように、回転体１００の質量質点における質量ｍ、回転の中心から質量質点までの距離ｒ、及び角速度ωが大きくなると、回転体１００の質量質点に作用する遠心力Ｆも大きくなる。
Ｆ＝ｍ×ｒ×ω^２ ・・・・（２）

【0008】

回転する回転体１００には、回転の中心から質量質点までの距離ｒが大きいほど、質量質点に大きな遠心力Ｆが作用する。そのため、回転体１００の各部（各質量質点）は、回転の中心からの距離ｒに応じて遠心方向（回転中心から外側へ向かう方向：径方向）に伸びて変形する。

【0009】

ところで、駆動軸付近は、回転の中心から近いために作用する遠心力が小さく遠心方向の変形量が小さい。しかし、高速回転あるいは回転体の重量が大きい場合には、回転の中心から質量質点までの距離ｒが小さい場合であっても、回転速度あるいは回転体重量に応じた遠心力が質量質点に作用し、回転体１００が遠心方向に変形する。そのため、回転装置では、駆動軸（変形しにくい部分）と回転体（変形しやすい部分）をどのように接続するか、あるいは如何に各部の変形を抑えて回転体を回転させるかが重要である。

【0010】

この対策が不十分であると、回転体と駆動軸を接続する接続部が破損したり、駆動軸の回転の中心がずれて駆動軸が振動したりする。しかし、特許文献１では、このような問題を解決する方法については言及していない。

【0011】

本発明は、上記の状況を考慮してなされたものであり、回転体を高速回転させる駆動軸と該回転体とを良好に接続する回転体の軸部接続構造及び回転装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の一態様の回転体の軸部接続構造は、回転駆動する駆動軸部の回転軸と同一の回転軸を有し、外周側の端部が該駆動軸部の回転軸を中心に回転可能な円筒状の回転体本体の内周面に固定された円板状部材と、該円板状部材の内周側を支持するための複数の係止部を有し、駆動軸部が挿入された状態で該駆動軸部に固定されて該駆動軸部の回転に伴い該駆動軸部を回転軸として回転する支持部と、該支持部の複数の係止部に対応して該係止部よりも駆動軸部に近い位置に円周状に形成された被係止部を有し、駆動軸部が回転しているときに、被係止部の一部が支持部の複数の係止部に係止される円環状の接続部と、を備える。

【0013】

本発明の一態様の回転装置は、回転駆動する駆動軸部と、該駆動軸部の回転軸を中心に回転可能な円筒状の回転体本体と、駆動軸部の回転軸と同一の回転軸を有し、外周側の端部が回転体本体の内周面に固定された円板状部材と、該円板状部材の内周側を支持するための複数の係止部を有し、駆動軸部が挿入された状態で該駆動軸部に固定されて該駆動軸部の回転に伴い該駆動軸部を回転軸として回転する支持部と、該支持部の複数の係止部に対応して該係止部よりも駆動軸部に近い位置に円周状に形成された被係止部を有し、駆動軸部が回転しているときに、被係止部の一部が支持部の複数の係止部に係止される円環状の接続部と、を備える。

【発明の効果】

【0014】

本発明の少なくとも一態様によれば、回転体本体が回転しているとき、円環状の接続部のうち支持部の複数の係止部に対応する部分は係止され、支持部の複数の係止部に対応しない部分は係止されない。それにより、接続部のうち支持部の複数の係止部に対応しない部分が遠心方向に変形し、接続部の外周面に嵌合する円板状部材の一部が歪み、回転体本体が固定された円板状部材の遠心方向に掛かる力を逃がすことができる。それゆえ、駆動軸部と回転体本体とを良好に接続することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】回転体の説明図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係る回転装置の全体構成の一例を示す外観斜視図である。

【図3】図２のＸ−Ｘ´線に沿う矢視図である。

【図4】図３の接続部を含む要部の拡大図である。

【図5】回転装置の支持部と接続部の分解斜視図である。

【図6】駆動軸の回転に伴う回転装置の接続部の遠心方向の変形を説明する上面図である。

【図7】回転装置における接続部（緩衝部材）の変形量のシミュレーション結果を示す図である。

【図8】本発明の第２の実施形態に係る回転装置の接続部を含む要部の拡大図である。

【図9】本発明の第３の実施形態に係る回転装置の接続部を含む要部の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明を実施するための形態の例について、添付図面を参照しながら説明する。なお、各図において実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

【0017】

＜１．第１の実施形態＞
［回転装置の全体構成］
まず、本発明の第１の実施形態に係る回転装置の全体構成について図２、図３及び図４を参照して説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る回転装置の全体構成の一例を示す外観斜視図である。図２において、説明の便宜上、一部を断面表示している。
図３は、図２のＸ−Ｘ´線に沿う矢視図である。図３において、駆動軸部２の回転軸であって、回転体本体３の上面及び下面に垂直な軸をｚ軸としている。図３において、駆動軸部２については断面表示としていない。

【0018】

図２及び図３に示すように、回転装置１は、回転駆動する駆動軸部２、円筒状の回転体本体３、駆動軸部２と回転体本体３とを接続する接続構造４（回転体の軸部接続構造の一例）を備える。接続構造４は、支持部５、円板状部材６、及び接続部７から構成される。

【0019】

駆動軸部２は、回転軸であるｚ軸の方向に延在する略円柱状の本体部２ａと、本体部２ａの上側及び下側に設けられた駆動軸２ｂと、本体部２ａの上部に設けられたつば部２ｃとを備える（図３）。駆動軸部２には、一例としてステンレス鋼が用いられる。

【0020】

駆動軸２ｂは、本体部２ａの上側と下側の平面に設けられており、本体部２ａよりも直径が小さい。図３の例では、駆動軸２ｂの直径を本体部２ａよりも小さくしているが、同じ直径でもよい。いずれか一方の駆動軸２ｂの先端側は、電動機（モータ）又は発電機の不図示の駆動軸と接続している。電動機の回転駆動力が駆動軸２ｂから接続構造４を介して回転体本体３に伝達されることで、回転体本体３が回転する。

【0021】

つば部２ｃは、本体部２ａの円柱面の上端であって、円柱面の周部に設けられる。つば部２ｃの所定位置には雄ネジ８と螺合する複数のネジ孔（雌ネジ）が形成される。図２の例では、つば部２ｃの周端部の近くであって、互いに等距離となる位置（例えば６０度間隔）に６個のネジ孔が形成されている。本体部２ａ、駆動軸２ｂ、及びつば部２ｃは一体に構成されている。なお、図３では、つば部２ｃが本体部２ａの円柱面の上端に設けられているが、円柱面の下端側、あるいは円柱面の上端側と下端側の両方に設けられてもよい。つば部２ｃが円柱面の上端側と下端側の両方に設けられた場合には、つば部２ｃが支持部５（上側支持部材１０及び下側支持部材２０）とより安定的に固定される。

【0022】

回転体本体３は、駆動軸部２の回転軸（ｚ軸）と同一の回転軸を持ち、その回転軸を中心に回転可能な円筒状の物体である。回転体本体３は、一例として、剛性が高く、高速回転でも変形しにくい材料を用いて構成される。このような高剛性を有する材料として、例えば炭素繊維強化プラスチック（Carbon Fiber Reinforced Plastic：CFRP）などがある。以下の説明では、炭素繊維強化プラスチックをＣＦＲＰと表記する。ＣＦＲＰは、炭素繊維を強化材とし、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂をマトリックス（結合材料）とする複合材料である。特に後者をＣＦＲＴＰともいう。

【0023】

回転体本体３は、一例としてＣＦＲＰを用いて繊維の向きが円周方向の厚みが薄い、環状のＣＦＲＰ層を作成し、この環状のＣＦＲＰ層を回転軸方向に何重にも積層することで、円筒状に形成される。ただし、このような高剛性を有する材料を用いて回転体本体３を形成しても、回転体本体３は他の部材と比較して回転軸からの距離が遠く、且つ、重量が大きいため、回転によって遠心方向に一定程度伸びて変形する。

【0024】

回転体本体３の内周面には、接続構造４の一構成要素である円板状部材６が固定されている。円板状部材６は、駆動軸部２の回転軸と同一の回転軸を持つ円板状の形状を有する部材である。円板状部材６は、回転体本体３の内周面に該円板状部材６の外周面（円板状部材６の外周側の端部）が嵌め合わされた状態で、回転体本体３に固定される。回転体本体３と円板状部材６は、一例として任意の接着剤を用いて固着される。また、回転体本体３と円板状部材６は、ネジを用いて固定されてもよい。

【0025】

円板状部材６は、接続構造４の一構成要素であり、駆動軸部２の本体部２ａが通る不図示の貫通孔が形成されている。支持部５及び接続部７によって、円板状部材６の貫通孔に駆動軸部２の本体部２ａが挿入された状態で駆動軸部２に円板状部材６が固定される。支持部５及び接続部７を介して駆動軸部２の回転駆動力が円板状部材６に伝達されることにより、円板状部材６は駆動軸部２を回転軸として回転する。円板状部材６は、一例として高剛性のＣＦＲＰを用いて構成することができる。この支持部５及び接続部７の詳細については後述する。

【0026】

本実施形態のように回転体本体３に対して接続構造４が１つである場合には、円板状部材６の外周面は、回転体本体３の内周面の高さ方向（ｚ軸方向）の中央位置Ｃに固定されることが望ましい。このように構成することで、回転体本体３に対する円板状部材６の位置関係のバランスが良くなる。

【0027】

円板状部材６の内周側の端部には、円環状の接続部７が固定されている。この接続部７は、緩衝部材３０と補強部材４０から構成されており、緩衝部材３０が支持部５と係合した状態で支持部５に支持されている。それにより、駆動軸部２の回転時に接続部７が支持部５から離脱しないとともに、駆動軸部２の回転駆動力が、支持部５及び接続部７を介して円板状部材６に伝達される。

【0028】

［接続構造（支持部と接続部の構造）］
次に、回転装置１の接続構造４を構成する支持部５及び接続部７の構造について、図４及び図５を参照して詳細に説明する。
図４は、回転装置１の接続部７を含む要部の拡大図である。
図５は、回転装置１の支持部５と接続部７の分解斜視図である。

【0029】

（支持部の構造）
支持部５は、図４及び図５に示すように、ほぼ同じ構造を有する一対の上側支持部材１０と下側支持部材２０とから構成される。上側支持部材１０と下側支持部材２０は、回転軸（図３のｚ軸）に直交する面について対称に、即ち上下方向に対向するように配置されている。上側支持部材１０と下側支持部材２０には、駆動軸部２の本体部２ａが軸通される。支持部５は、上側支持部材１０と下側支持部材２０によって接続部７を挟持することにより、接続部７及び該接続部７に固定された円板状部材６を支持する。

【0030】

上側支持部材１０は、駆動軸部２の本体部２ａが貫通する貫通孔１０ｈ（図５）が形成された、駆動軸部２の回転軸と同一の回転軸を持つ略円板状の部材である。上側支持部材１０の下面１１（図４）の回転軸側には、径方向に段差を有する第１の段差部１２が円周方向に沿って設けられている。さらに、第１の段差部１２の平面部１２ｐの回転軸側には、径方向に段差を有する第２の段差部１３が円周方向に沿って設けられている。

【0031】

上側支持部材１０の下面１１には、複数の突起状（凸状）の係止部１４（図５）が形成されている。複数の係止部１４は、所定の直径の円周上に等間隔で配置される。図５では、４個の係止部１４が円周上に９０度間隔で配置されている。

【0032】

下側支持部材２０は、上側支持部材１０と同様に、駆動軸部２の本体部２ａが貫通する貫通孔２０ｈ（図５）が形成された、駆動軸部２の回転軸と同一の回転軸を持つ略円板状の部材である。下側支持部材２０の上面２１の回転軸側には、径方向に段差を有する第１の段差部２２が円周方向に沿って設けられている。さらに、第１の段差部２２の平面部２２ｐの回転軸側には、径方向に段差を有する第２の段差部２３が円周方向に沿って設けられている。

【0033】

下側支持部材２０の上面２１には、複数の突起状（凸状）の係止部２４（図５）が形成されている。複数の係止部２４は、所定の直径の円周上に等間隔で配置される。図５では、４個の係止部２４が、係止部１４と対応するように円周上に９０度間隔で配置されている。

【0034】

上側支持部材１０の下面１１及び下側支持部材２０の上面２１は、互いに所定の距離を空けて対向する平面である。この上側支持部材１０の下面１１及び下側支持部材２０の上面２１に、接続部７及び円板状部材６の内周側の端部が挟持される。

【0035】

上側支持部材１０及び下側支持部材２０の各々に設ける係止部の個数によって、各係止部に係る負荷が異なってくる。上側支持部材１０及び下側支持部材２０の各々に設ける係止部の個数は、回転体本体３の重量や大きさ、回転速度等に応じて適宜決定するものとする。本実施形態では、上側支持部材１０の係止部１４と下側支持部材２０の係止部２４はそれぞれ４箇所ずつだが、少なくとも２箇所以上あればよく、３箇所、５箇所又は６箇所でもよい。

【0036】

また、係止部１４，２４の径方向の長さ、係止部１４，２４の円周方向の長さは、回転体本体３の重量や大きさ、回転速度等に応じて適宜設計するものとする

【0037】

なお、上側支持部材１０と下側支持部材２０には、例えばアルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン又は鉄などが用いられる。上側支持部材１０と下側支持部材２０は駆動軸部２に近く、回転時の変形が少ないため、接続部７と比較して硬度が高くてもよい。

【0038】

（接続部の構造）
図３及び図４に示すように、接続部７は、緩衝部材３０と補強部材４０とから構成される。緩衝部材３０は、補強部材４０の内周面に嵌合されている。まず、緩衝部材３０について説明する。

【0039】

緩衝部材３０は、少なくとも遠心方向（径方向）に対して可撓性と復元性を有する円環状の部材である。緩衝部材３０は、一例としてアルミニウム合金で構成される。緩衝部材３０に用いられる材質は、変形するものであればよく例えば銅でもよい。

【0040】

緩衝部材３０の上面には、円周方向に沿って溝部３１Ｔが形成されるとともに、下面にも円周方向に沿って溝部３１Ｂが形成されている（図４、図５）。そのため、緩衝部材３０を回転軸が含まれる平面で切った断面の形状は略Ｈ状であり、溝部３１Ｔ，３１Ｂの両側は相対的に高くなっている。緩衝部材３０の上面の溝部３１Ｔの両側（上面の両端部又は両端部の近傍）には、上面から垂直に突出した突縁部３２Ｔ，３３Ｔが円周方向に形成されている。同様に、緩衝部材３０の下面の溝部３１Ｂの両側（下面の両端部又は両端部の近傍）にも、下面から垂直に突出した突縁部３２Ｂ，３３Ｂが円周方向に形成されている。

【0041】

緩衝部材３０の上面の突縁部３２Ｔは、支持部５の上側支持部材１０の下面１１に形成された４個の係止部１４に対応して形成された被係止部であり、これらの係止部１４よりも駆動軸部２に近い位置にある。また、緩衝部材３０の下面の突縁部３２Ｂは、支持部５の下側支持部材２０の上面２１に形成された４個の係止部２４に対応して形成された被係止部であり、これらの係止部２４よりも駆動軸部２に近い位置にある。

【0042】

この緩衝部材３０の上面の溝部３１Ｔに上側支持部材１０の複数の係止部１４が挿入されるとともに、緩衝部材３０の下面の溝部３１Ｂに下側支持部材２０の複数の係止部２４が挿入される。

【0043】

補強部材４０は、外径と内径との差が小さい肉薄の円環状の部材である。補強部材４０の内周面に緩衝部材３０の外周面が接するとともに、補強部材４０の外周面に円板状部材６の内周面が接する。補強部材４０には、遠心方向に対して可撓性と復元性を有する材料が用いられる。補強部材４０は、回転時に緩衝部材３０の過度の局部的な変形を抑えるために設けられる。補強部材４０は可撓性と復元性を有するため、緩衝部材３０が変形して円板状部材６の内周面を押したとしても、補強部材４０によって円板状部材６に損傷が与えられることを防止できる。本実施形態では、補強部材４０はアルミニウム合金で構成されるが、この例に限らない。補強部材４０は、緩衝部材３０よりも硬度の高い材料で構成されてもよい。

【0044】

図４及び図５に示すように、回転体本体３（図３）に固定された円板状部材６の貫通孔に補強部材４０が嵌め合わされ、補強部材４０が円板状部材６と密着する。また、補強部材４０の貫通孔に緩衝部材３０が嵌め合わされ、緩衝部材３０が補強部材４０と密着する。緩衝部材３０、補強部材４０及び円板状部材６のそれぞれが密着しているため、回転駆動力が順次伝達される。緩衝部材３０、補強部材４０及び円板状部材６については、緩衝部材３０及び補強部材４０が回転時に変形することを考慮して接着による固定は行わない。

【0045】

緩衝部材３０の下面の溝部３１Ｂに下側支持部材２０の４箇所の係止部２４が挿入され、また緩衝部材３０の上面の溝部３１Ｔに上側支持部材１０の４箇所の係止部１４が挿入される。これにより、上側支持部材１０の下面１１と下側支持部材２０の上面２１によって、接続部７（緩衝部材３０と補強部材４０）と円板状部材６の内周側の端部とが挟持される。このようにして支持部５は、上側支持部材１０と下側支持部材２０によって、円板状部材６が遠心方向に離脱しないように支持する。

【0046】

上側支持部材１０と下側支持部材２０の対応する位置にはそれぞれ、上下方向に貫通した６箇所のネジ孔（雌ネジ）（図４）が穿設されている。図４に示すように、上側支持部材１０と下側支持部材２０は、下側支持部材２０の下面から挿入された６個の雄ネジ２６によって、第２の段差部１３の平面部１３ｐと第２の段差部２３の平面部２３ｐとが面的に接した状態で固定される。また、上側支持部材１０と駆動軸部２のつば部２ｃは、つば部２ｃの貫通孔及び上側支持部材１０のネジ孔に挿入された雄ねじ８によって、上側支持部材１０の上面とつば部２ｃの下面が接触した状態で固定される。

【0047】

このように上側支持部材１０と下側支持部材２０が、接続部７と円板状部材６の内周側の端部とを挟持した状態で、雄ネジ８及び雄ネジ２６を用いて、駆動軸部２と支持部５とが固定される。

【0048】

なお、上述した支持部５の構成は一例である。その他種々の構成及び方法により、円板状部材６を回転可能に支持して駆動軸部２に接続することが可能である。

【0049】

［接続部（緩衝部材）の遠心方向への変形］
図６は、駆動軸２ｂの回転に伴う回転装置１の接続部７の遠心方向への変形を説明する上面図である。

【0050】

駆動軸部２の駆動軸２ｂが回転すると、回転体本体３に固定された円板状部材６に掛かる遠心力により、円板状部材６と嵌合された接続部７（緩衝部材３０と補強部材４０）が遠心方向へ伸びようとする。しかし、緩衝部材３０の上面の突縁部３２Ｔが上側支持部材１０に設けられた４個の係止部１４に係止されるとともに、緩衝部材３０の下面の突縁部３２Ｂが下側支持部材２０に設けられた４個の係止部２４に係止される。それにより、緩衝部材３０及び補強部材４０の係止部１４，２４に対応する部分の遠心方向への伸び（変形）が制限される。

【0051】

その一方で、緩衝部材３０及び補強部材４０の係止部１４，２４に対応しない部分（係止部と係止部の間の部分）は、遠心方向への伸びが制限されないために遠心方向へ伸びる（変形する）。図６の例では、緩衝部材３０及び補強部材４０において係止部と係止部との間の中間の部分は、その外径が最大で変形量ａだけ伸びる。２点鎖線で表した接続部７´は、接続部７の変形後の形状を示したものである。

【0052】

このように回転装置１（回転体本体３）が回転動作しているときは、回転体本体３及び円板状部材６に作用する遠心力により接続部７が変形し、回転装置１（回転体本体３）の回転動作が停止すると、接続部７が元の形状に復元する。

【0053】

なお、回転体本体３の直径が比較的小さい、あるいは円板状部材６や緩衝部材３０に用いられる材料の特性などの条件によっては、緩衝部材３０の変形量が小さいため補強部材４０を設けなくてもよい。

【0054】

［シミュレーション結果］
次に、接続部７（緩衝部材３０）の変形量のシミュレーション結果について図７を参照して説明する。

【0055】

図７は、回転装置１の緩衝部材３０の変形量（回転中心（ｚ軸）からの距離の変化）のシミュレーション結果を示す図である。本シミュレーションは、図２〜図６に示す回転装置１の構成を想定して実施しているが、図７には、緩衝部材３０の４分の１の部分における変形量を示している。図７では、変形量が多い部分ほど濃度を高くして表示（グレースケール表示）している。実際には、変形量は連続的であるが、図７では説明をわかりやすくするため、変形量の大きさを５段階に分けて表している。

【0056】

本実施形態に係るシミュレーションは、回転装置１の回転体本体３を始めとして各部の大きさと重量、角速度等の条件を適宜設定して実施した。回転体本体３の外径を２０００ｍｍ、内径を１４００ｍｍ、重量を約３０００ｋｇ、回転体本体３の回転速度を６００ｒｐｍとした。

【0057】

図６に示すように、下側支持部材２０の係止部２４（係止部１４の記載は省略）により、緩衝部材３０の係止部２４に対応する部分は、遠心方向の伸びが規制されており、変形量が小さい（濃度が低い）。一方、緩衝部材３０の係止部２４に対応しない部分（係止部２４，２４の間の部分）は、係止部２４による遠心方向への変形に対する規制がなく、変形量が大きくなっている（濃度が高い）。緩衝部材３０の係止部２４と係止部２４からの中間点にある中央部３５に近づくほど変形量が大きくなり、中央部３５では変形量が最大になる。

【0058】

本シミュレーションでは、緩衝部材３０の係止部２４に対応する部分の遠心方向への変形量がほぼ０ｍｍ、緩衝部材３０の係止部２４に対応しない部分の変形量の最大値が約０．３４ｍｍであった。

【0059】

このシミュレーション結果から、回転装置１では、緩衝部材３０の係止部２４（１４）に対応しない部分が変形することにより、回転体本体３及びこれと固定された円板状部材６に生じた大きな遠心力を、緩衝部材３０の係止部２４（１４）に対応しない部分から逃がしていることがわかる。

【0060】

以上のように構成された第１の実施形態によれば、回転体本体３が回転しているとき、回転体本体３と固定された円板状部材６に掛かる遠心力により、接続部７（緩衝部材３０）における支持部５の複数の係止部１４，２４に対応していない部分が変形する。このように、円板状部材６に掛かる遠心力に応じて、接続部７が部分的に遠心方向に変形することで、支持部５と円板状部材６の接続部分が損傷したり、円板状部材６が支持部５（接続部７）から離脱したりすることが防止される。それゆえ、支持部５と接続部７により、駆動軸部２と回転体本体３（円板状部材６）とを良好に接続することが可能となる。

【0061】

＜２．第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る回転装置の構成について図８を参照して説明する。
第２の実施形態は、第１の実施形態に係る緩衝部材３０（図４）に対し、外周側の突縁部３３Ｔ，３３Ｂを設けない構成としたものである。

【0062】

図８は、第２の実施形態に係る回転装置の接続部を含む要部の拡大図である。図８において、図４と同一の構成要素については同一の符号を付してある。図８に示す接続部７Ａは、緩衝部材３０Ａと補強部材４０とから構成される。

【0063】

緩衝部材３０Ａは、緩衝部材３０（図４、図５参照）と同様に、遠心方向（径方向）に対して可撓性と復元性を有する円環状の部材である。緩衝部材３０Ａの材質は、緩衝部材３０と同様のものを用いることができる。

【0064】

緩衝部材３０Ａの上面の外周側には、円周状の切り欠き３４Ｔが形成されるとともに、下面にも円周状の切り欠き３４Ｂが形成される（図８参照）。緩衝部材３０Ａの回転軸が含まれる平面で切った断面の形状は、‘Ｈ’の右側の縦線を削除した形状（‘Ｔ’を横向きにした形状）であり、切り欠き３４Ｔ，３４Ｂの内周側は相対的に高い。即ち、緩衝部材３０Ａの上面の内周側には、上面から垂直に突出した突縁部３２Ｔが円周方向に形成されている。同様に、緩衝部材３０Ａの下面の内周側には、下面から垂直に突出した突縁部３２Ｂが円周方向に形成されている。

【0065】

この緩衝部材３０Ａの上面の切り欠き３４Ｔに上側支持部材１０に設けられた４個の係止部１４が挿入されるとともに、緩衝部材３０Ａの下面の切り欠き３４Ｂに下側支持部材２０に設けられた４個の係止部２４が挿入される。そして、駆動軸部２の駆動軸２ｂが回転すると、円板状部材６と嵌合された接続部７Ａ（緩衝部材３０Ａと補強部材４０）が遠心方向へ伸びようとするが、緩衝部材３０Ａの上面の突縁部３２Ｔが上側支持部材１０の４個の係止部１４に係止されるとともに、緩衝部材３０の下面の突縁部３２Ｂが下側支持部材２０の４個の係止部２４に係止される。それにより、緩衝部材３０Ａ及び補強部材４０の係止部１４，２４に対応する部分の遠心方向への伸び（変形）が制限される。

【0066】

その一方で、緩衝部材３０Ａ及び補強部材４０の係止部１４，２４に対応しない部分（係止部と係止部の間の部分）は、遠心方向への伸びが制限されないために遠心方向へ伸びる（変形する）。

【0067】

以上のように構成された第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。即ち、回転体本体３が回転しているとき、回転体本体３と固定された円板状部材６に掛かる遠心力により、緩衝部材３０Ａの、支持部５の複数の係止部１４，２４に対応していない部分が遠心方向に変形する。このような円板状部材６が回転体本体３に引っ張られて遠心方向に変形するとき、円板状部材６に掛かる遠心力に応じて、緩衝部材３０Ａが部分的に遠心方向に変形することで、円板状部材６が支持部５（接続部７Ａ）から遠心方向に離脱することが防止される。それゆえ、駆動軸部２と回転体本体３（円板状部材６）とを良好に接続することが可能となる。

【0068】

以上から理解されるように緩衝部材３０Ａの上面及び下面には、少なくとも係止部１４，２４よりも駆動軸部２側に該係止部１４，２４に係止される突縁部３２Ｔ，３２Ｂ（被係止部）が形成されていればよい。これにより、回転装置１が回転動作したとき、係止部１４，２４よりも駆動軸部２側に形成された突縁部３２Ｔ，３２Ｂ（被係止部）が、係止部１４，２４に係止される。

【0069】

なお、図８では、緩衝部材３０Ａの外周側の高さ方向（回転軸方向）の長さと、補強部材４０及び円板状部材６の高さ方向の長さが異なっているが、補強部材４０及び円板状部材６の高さ方向の長さを、緩衝部材３０Ａの外周側の高さ方向の長さに合わせてもよい。

【0070】

＜３．第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態に係る回転装置の構成について図９を参照して説明する。
第３の実施形態は、第２の実施形態に係る緩衝部材３０Ａ（図８参照）の外周側の高さ方向（回転軸方向）の長さと、補強部材及び円板状部材の高さ方向の長さとを一致させた構成としたものである。

【0071】

図９は、第３の実施形態に係る回転装置の接続部を含む要部の拡大図である。図９において、図８と同一の構成要素については同一の符号を付してある。図９に示す接続部７Ｂは、緩衝部材３０Ａと補強部材４０Ｂとから構成される。

【0072】

補強部材４０Ｂは、円環状の部材であり、基本的な構造及び材質は補強部材４０と同じである。補強部材４０Ｂの高さ方向の長さは、緩衝部材３０Ａの外周側の高さ方向の長さと同じである。この補強部材４０Ｂの材質は、補強部材４０と同様のものを用いることができる。

【0073】

円板状部材６Ｂは、円板状の形状を有する部材であり、基本的な構造及び材質は円板状部材６（図２〜図４参照）と同じである。円板状部材６Ｂの高さ方向の長さは、対応する緩衝部材３０Ａの外周側の高さ方向及び補強部材４０Ｂの高さ方向の長さと同じである。

【0074】

接続部７Ｂ及び円板状部材６Ｂを支持する支持部材５Ｂは、上側支持部材１０Ｂ及び下側支持部材２０Ｂから構成される。

【0075】

上側支持部材１０Ｂの下面１１には、上側支持部材１０の４個の係止部１４（図８）の代わりに、係止部として円周方向に沿って４個の段差部１５（凸状の一例）が設けられている。同様に、下側支持部材２０Ｂの上面２１には、下側支持部材２０の４個の係止部２４（図８）の代わりに、係止部として円周方向に沿って４個の段差部２５（凸状の一例）が設けられている。緩衝部材３０Ａの上面の切り欠き３４Ｔに上側支持部材１０Ｂに設けられた４個の段差部１５が挿入され、緩衝部材３０Ａの下面の切り欠き３４Ｂに下側支持部材２０Ｂに設けられた４個の段差部２５が挿入される。

【0076】

上側支持部材１０Ｂの下面１１と下側支持部材２０Ｂの上面２１との距離と、緩衝部材３０Ａの外周側、補強部材４０Ｂ及び円板状部材６Ｂの高さ方向の長さは同じである。したがって、上側支持部材１０Ｂと下側支持部材２０Ｂにより接続部７Ｂと円板状部材６Ｂを挟持したとき、上側支持部材１０Ｂの下面１１と下側支持部材２０Ｂの上面２１はそれぞれ、緩衝部材３０Ａの外周側、補強部材４０Ｂ及び円板状部材６Ｂの外周側の端部と密着する。

【0077】

以上のように構成された第３の実施形態によれば、第１及び第２の実施形態と同様の効果の他に、次のような効果が得られる。上側支持部材１０Ｂの下面１１と下側支持部材２０Ｂの上面２１との距離が、緩衝部材３０Ａの外周側、補強部材４０Ｂ及び円板状部材６Ｂの高さ方向の長さと同じである。また、上側支持部材１０Ｂの段差部１５と下側支持部材２０Ｂの段差部２５は、径方向の長さが係止部１４，２４と比較して長い。それにより、上側支持部材１０Ｂの下面１１と下側支持部材２０Ｂの上面２１は、長い部分において緩衝部材３０Ａの外周側と密着する。それゆえ、上側支持部材１０Ｂと下側支持部材２０Ｂにより、接続部７Ｂと円板状部材６Ｂをより安定的に挟持することができる。さらに、円板状部材６Ｂの回転軸方向への動き（振動）を規制する効果も向上する。したがって、円板状部材６Ｂの回転軸方向への動きが抑えられ、円板状部材６Ｂの回転動作が安定する。

【0078】

＜４．その他＞
上述した各実施形態では、回転体本体３に対して接続構造４が１つの場合について説明したが、回転体本体３の高さが高い場合には、回転体本体３の内周側において回転軸方向に複数の接続構造４を配置してもよい。このとき複数の接続構造４は、回転体本体３の高さ方向の中央位置Ｃを通る水平な線について線対称となるように配置される。このように回転体本体の高さが高い場合に複数の接続構造を備えることにより、回転体本体の回転動作が安定する。

【0079】

また、上述した各実施形態では、緩衝部材の上面及び下面に円周状に突縁部（被係止部）が設けられる構成を説明したが、突縁部は閉じた円周を形成しなくてもよい。例えば複数の突縁部が、円周状に間欠的に設けられてもよい。

【0080】

また、上述した実施形態に係る回転装置は、回転体本体に対して回転の運動エネルギーの蓄積及び取出しを行う電力貯蔵装置（フライホイール蓄電装置）の他、回転軸部と回転体本体とこれらを接続する接続構造を備える種々の装置に適用可能である。

【0081】

さらに、本発明は上述した各実施形態例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。

【0082】

例えば、上述した実施形態例は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることは可能である。また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

【符号の説明】

【0083】

１…回転装置、２…駆動軸部、２ａ…本体部、 ２ｂ…駆動軸、 ２ｃ…つば部、 ３…回転体（回転体本体）、 ４…接続構造、 ５，５Ｂ…支持部、 ６，６Ｂ…円板状部材、 ７，７Ａ，７Ｂ…接続部、 ８…雄ネジ、 １０，１０Ｂ…上側支持部材、 １０ｈ…貫通孔、 １１…下面、 １２…第１の段差部、 １３…第２の段差部、 １４…係止部、 １５…段差部、 ２０，２０Ｂ…下側支持部材、 ２０ｈ…貫通孔、 ２１…上面、 ２２…第１の段差部、 ２３…第２の段差部、 ２４…係止部、 ２５…段差部、 ２６…雄ネジ、 ３０，３０Ａ…緩衝部材、 ３１Ｔ，３１Ｂ…溝部、 ３２Ｔ，３２Ｂ…突縁部（被係止部）、 ３３Ｔ，３３Ｂ…突縁部、 ３４Ｔ，３４Ｂ…切り欠き、 ３５…中央部、 ４０Ａ，４０Ｂ…補強部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】