自在継手

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カルダンジョイント
(Cardan joint:十字形のクロススパイダを用いた自在継手)>
ツェッパジョイント
(Rzeppa joint:ボールを用いた等速ジョイント)

自在継手(じざいつぎて、ユニバーサルジョイント:universal joint)とは、継手のなかでも特に2つの材の接合する角度が自由に変化する継手のことをいう。

詳細な構造と形状については、たとえばJIS B 1454に規定されている。

歴史[編集]

自在継手の基本概念はジンバルに由来し、ジンバルは古代から使われていた。例えば、古代ギリシアバリスタにも自在継手の原型のような機構が使われていた。

1545年イタリアの数学者ジェロラモ・カルダーノが回転運動を様々な角度で伝達する機構としてこれが使えることを示したが、彼が実際にそのような機構を製作したかどうかは不明である。今では、その自在継手をカルダンジョイントとも呼ぶようになった。後にスウェーデンの発明家クリストファー・ポルヘム1661年 - 1751年)が「ポルヘム・ノット」と名付けた自在継手を独自に再発明している。1676年ロバート・フックが独自に実動する自在継手を製作したため、「フックスジョイント」という名称も生まれた。

「ユニバーサルジョイント」という名称を考案したのはヘンリー・フォードだとされることもあるが、Charles H. Amidon が1884年に取得した特許(米国特許第298542号)で「ユニバーサルジョイント」という言葉を使っている。

角速度比[編集]

入出力軸の交差角を \varphi 、入力軸の回転角を \theta とすると、入出力の角速度比 \frac{\omega_2}{\omega_1}

 \frac{\omega_2}{\omega_1} = \frac{\cos\varphi}{1-\sin^2\theta \sin^2\varphi}

で表される。 この式から交差角により、出力軸は速度変動を生じる。

軸継手[編集]

軸継手における自在継手は自動車ドライブシャフトカルダン駆動方式鉄道車両の軸に使われるなど、回転力を伝える必要があるが揺動などの屈曲があるために1本の軸にできない場合、その角度変動を吸収するために使われる。

管継手[編集]

管継手でも軸継手における自在継手と同様、接合する角度を自由にしたい場合には自在継手が使用される。当然ながら用途が違うため、同じ「自在継手」の名称であっても構造は大きく異なる。

関連項目[編集]

外部リンク[編集]