カップリングタイプ完全ガイド：定義、用途、構造

本記事では、カップリング、カップリング種類、シャフトカップリング、働きと構造を画像付きで解説します。まずカップリングの定義から。

カップリングとは？

カップリングは、2本のシャフトを端部で接続し動力を伝達する装置。カップリングの主機能は、2つの回転機械を接続しながら、ある程度の芯出し誤差、エンドムーブメント、または両方を許容することです。

シャフトカップリングとは？

シャフトカップリングは、2本のシャフトを接続し、駆動側から被駆動側へ正確に動力を伝達しながら、2軸の取付誤差（芯出し誤差等）を吸収する機械要素です。

シャフトカップリングは、駆動軸と被駆動軸など2本の回転軸を接続し動力伝達する機械要素。モーター、ポンプ、発電機、コンプレッサー等に使用。

シャフトカップリングは電動機とポンプ油圧系を接続。遠心ポンプ用スリップフリーシャフトカップリングは剛性と柔軟に分類。

カップリング（シャフトカップリング）の機能

1. 動力伝達：駆動側（回転側）から被駆動側（回転される側）へ動力伝達。

カップリングの主目的は駆動軸と被駆動軸を接続すること。
1本軸で接続された機械製造は困難。コスト・精度面で問題あり、輸送・組立も困難で追加工数必要。
また、駆動側または被駆動側が破損すれば、1本軸全体を交換必要。

2. 芯出し誤差吸収：駆動側（回転側）と被駆動側（回転される側）の軸心誤差を吸収。

駆動軸と被駆動軸を精密に芯出しするには長時間必要。
2軸芯がズレていると、回転時に周辺部品に余分な力がかかり振動・騒音発生。同一部品製造でも加工精度等の誤差で、全ユニットを精密組立するのは非常に困難。したがってカップリングでこうした取付誤差を吸収すべき。

カップリングの役割は、2軸が芯出し誤差（偏心／傾き角、軸方向変位等）があっても、動的に正確に動力伝達すること。

3. 振動吸収で周辺製品保護：駆動側（回転側）からの振動を吸収し、周辺製品を保護。

機械使用時、振動・衝撃が周辺部品に伝わる可能性。例：駆動側モーター等の振動がボールねじ等に伝わると、機械が所定位置からずれ、性能発揮不能。
また、カップリングなし機械が外部から衝撃を受けると、衝撃が直接モーターに伝わりモーター損傷の恐れ。解決策がカップリング。高精度で被駆動側動作のため振動吸収、高価なモーター等保護のため衝撃吸収。

4. モーター等の熱を被駆動側へ伝えない：駆動側（回転側）モーター等の熱を被駆動側（回転される側）へ伝えない。

モーター使用時、大量発熱。これが被駆動側へ伝わると、ボールねじ等が熱膨張し長さ変化。結果、位置決め精度低下、期待精度未達。しかしカップリング使用でモーター等からの熱伝達防止可能、部品変形・位置ずれ防止。

シャフトカップリングの働き

上図のように、カップリングで2軸接続可能。軸径違いでも問題なし。

上図では、モーターが駆動側、プロペラが被駆動側。

カップリングはモーター等の熱を被駆動側へ伝えない。

カップリングは衝撃・振動伝達を吸収し、周辺部品損傷防止に寄与。

カップリング種類

1. 剛性カップリング

剛性カップリングは、2軸が完全な剛性軸方向芯出し状態にあるときに接続するために使用。

剛性カップリングは、軸が完全に芯出しされている場合のみ使用すべきタイプ。剛性カップリングは、芯出しが近い、または保持されている軸にのみ適切。芯出し不良ならトルクが軸とベアリングに伝わり、早期故障の原因。

剛性カップリングの主な2タイプ：

A. マフカップリング、B. フランジカップリング

2. マフカップリング

マフカップリング／スリーブカップリングは、最もシンプルな剛性カップリングで、シャフトと同内径の中空シリンダーで構成。ギブヘッドキーで2軸端部にはめ込む。キーとスリーブまたはマフにより一方軸から他方軸へ動力伝達。

シンプルな剛性カップリング、鋳鉄製。シャフトと同内径の中空シリンダーで構成。沈みキーで2軸端部にはめ込む。

簡単に言えば、マフカップリングまたはボックスカップリングは、鋳鉄製のソリッドボックスまたはマフで、内部をボア加工しシャフトにフィット。2軸端部をボックス内で突き合わせ。ボックスは沈みキーでシャフトに固定（キー全長にわたって延長）。場合により2本キーでマフ固定。

動力はキーとスリーブにより一方軸（駆動）から他方軸（被駆動）へ伝達。

3. スプリットマフまたは圧縮カップリング

スプリットマフカップリングは圧縮カップリングまたはクランプカップリングとも呼ばれる。剛性カップリングタイプ。

このカップリングのスリーブは2半分で構成。マフ半分は鋳鉄製。下から半分、上から半分取り付け。
軟鋼スタッドまたはボルト・ナットでスリーブ2半分を保持。
ボルト数は4〜8本。常に4の倍数。ボルトはスリーブ半分に切られた窪みに挿入。

このタイプ利点：カップリング組立・分解時にシャフト位置変更不要。重負荷・中速度に適する。他タイプより安価。小径方向寸法でコンパクト構造。キーヘッド以外突出部なし。

4. フランジカップリング

フランジカップリングは、異なるフランジ配置を持つ2つの回転クラッチを接続するコネクター。軸端にフランジ装着または設けられる。複数ナット・ボルトでフランジ固定。各軸端にこれらフランジまたはシュートの一方固定。

フランジカップリングはどのタイプ？

フランジカップリングは、軸端に取り付けられた2つの独立フランジをナット・ボルトで締結するシャフトカップリングタイプ。

フランジカップリング構成部品

「フランジカップリング」は非常にシンプル。2つのハブ（機器軸にフィット）、片端にマルチボルトフランジ加工。機器「カップリング」時、フランジをボルト締結し、基本的に1つの大質量に！

構造

各軸端に取り付けられた2つの鋳鉄フランジで構成。駆動完成のため2フランジをボルト締結。フランジカップリングは2管を密封接続。

一方フランジに突出部、他方に同形状窪み。各フランジ端を接合し、材料通過抵抗なしで正確芯出し確保。

軸芯出しと同一直線化を助ける。ナット・ボルトで2フランジ接続。加圧配管システムで常用。重荷重用で大口径シャフトに有用。

フランジカップリング種類

1. 非保護型フランジカップリング
2. 保護型フランジカップリング
3. 船舶用フランジカップリング

5. 柔軟カップリング

柔軟カップリングは、軸芯出し誤差、振動、突発衝撃荷重、エンドフロート、軸伸び等から生じる有害影響から駆動・被駆動機械を保護するために使用。最も広く使用される柔軟カップリングはおそらくクラウンピンタイプ（図示）。

カップリング片側または両側半分にスタッド装着、他方半分の穴に嵌合。スタッドには革ワッシャー等による絶縁・更新可能な柔軟駆動面。この構造で軸方向移動許容、始動衝撃やわずかな芯出し誤差吸収。駆動ピン取り外しで迅速分離可能も利点。

他の柔軟カップリングタイプ：ベルトタイプ柔軟カップリング（低速中動力伝達）、内歯車タイプ柔軟カップリング（圧延機・セメントミル等重負荷駆動）、ビブリーカップリング（最大動力まで機械・軸駆動に汎用）。

6. ブッシュピンタイプカップリング

フレキシブルピンブッシュカップリングは、動力伝達目的で2軸端部を接続する機械式動力伝達カップリングタイプ。

ブッシュピンタイプ柔軟カップリングは、上述フランジカップリングの変形。フランジカップリングのナット・ボルト代わりに、ブッシュカップリングはゴムブッシュ、ピン、ナットを使用。

ゴムブッシュによりフランジカップリングに柔軟性付与。

フレキシブルフランジカップリングは2フランジ構成、一方入力軸にキー固定、他方出力軸にキー固定。軸径に応じて2フランジを4〜6本ブッシュ・ピンで接続。

ナットでピンをフランジ固定。ゴムブッシュ内面に真鍮ライニングで摩耗防止。

キーでフランジハブをシャフト固定。

一般的にカップリング2フランジ間に5mmクリアランス維持。剛性接続なし、動力はゴムブッシュ経由で伝達。

これによりカップリング柔軟性向上。

利点

• 構造シンプル
• 動力伝達時の衝撃・振動吸収
• 横方向0.5mm、角度1.5°までの芯出し誤差許容

欠点

• 部品多くコスト高（非経済的）
• 必要ラジアルスペースが他カップリングより大

7. ユニバーサルカップリング

フックカップリングとも呼ばれるユニバーサルカップリング。2軸軸線が小角度で交差する場合に使用。理論上2軸傾斜一定だが、実際は動力伝達時に変化。

角度ある軸接続では、ユニバーサルカップリングが最も汎用的。90度離れた軸にも使用可能。

上図はユニバーサルジョイント。動力伝達に広く使用。自動車トランスミッション（ギアボックスからデフ）に採用。両端にユニバーサルジョイント2個使用。1個はプロペラシャフト端からギアボックス、もう1個はデフから反対端。

ユニバーサルカップリングは、複数穴あけ・フライス盤の各スピンドルへ動力伝達にも使用。

任意角度で芯出し不良軸間の効率的動力・トルク伝達可能、ゆえにユニバーサルカップリング。

8. オルダムカップリング

オルダムカップリングは、横方向芯出し誤差ある2軸接続用に設計されたもう1つのカップリングタイプ。1821年アイルランドのジョン・オルダム発明。


ジョーカップリングに代わりオルダムカップリング採用増。オルダムカップリングはダブルスライダークランク機構の逆転機構。

カップリングは3部品：2フランジと中央ディスク。キーで2フランジを軸固定。フランジ内側に溝（図示）。

中央ディスクには突起。これら突起がフランジ溝に嵌合。結果、中央ディスクが2フランジ間に挟まれ、溝内で自由スライド可能（下図）。

フランジはステンレス鋼またはアルミニウム合金。中央ディスクはポリマーまたはプラスチック。フランジと中央ディスク間摩擦低減、スライド時柔軟性付与。

利点

• コンパクトサイズ
• 組立容易
• 過負荷時中央ディスクが先に破損、他重要機械部品故障防止
• 中央ディスク交換容易・安価
• 衝撃・振動効果吸収
• 軸芯出し誤差許容
• プラスチック中央ディスクで電気絶縁化
• 経済的

欠点

• 角度芯出し誤差許容不可
• 高トルク許容不可
• スライド運動で中央ディスク摩耗、一定期間後交換必要

用途

• ステッピングモーター
• ロボティクス
• サーボモーター用途
• プリンター・複写機

9. ギアカップリング

ギアカップリングは、2軸端部を接続し動力伝達する装置。運転中カップリングが軸から外れたり分離したりしないのが通常だが、トルクリミッティングカップリングでトルク限界超過や問題発生時にスリップ・分離するタイプも存在。

ギアカップリングはフランジカップリングの変形。歯が大きいため大トルク伝達可能。このシャフトカップリングタイプでは、フランジカップリングのように一体部品ではなく、フランジとハブを別々に組立。

カップリングギア
各ジョイントは1:1ギア比の内歯車・外歯車ペアで構成。さらに、ギアカップリング芯出し許容は平行約0.01-0.02インチ、角度約2度。

類似用途でギアカップリングとユニバーサルジョイント使用。典型的に高トルク伝達必要な重負荷用途で使用。

ギアカップリング機能

ギアカップリング基本機能は、2回転軸間機械的接続提供。歯車噛合いで接続軸間動力・トルク伝達。したがって、ギアカップリングはギアを用いて2軸間トルク伝達する機械装置。

ギアカップリング種類

ギアカップリングは慣習的に2種類：フランジスリーブと連続スリーブ

ギアカップリング用途

ギアカップリングはポンプ、ブロワー、コンプレッサー、ミキサー等大型産業機械で常用。小型モーション制御システムでもポリマースリーブでバックラッシュ低減用に使用可能だが、他ゼロバックラッシュカップリング設計が通常より適切。

10. ベローズカップリング

ベローズカップリングは、ハブと呼ばれる双方カップリング端を持ち、精密加工された波板チューブがカップリングボディとして機能する柔軟カップリングタイプ。ベローズカップリングは卓越したねじり剛性で知られ、速度、角度位置、トルクを正確に伝達可能。

ベローズカップリング用途

ベローズカップリングは、機械動力伝達アセンブリで駆動・被駆動軸を接続する一体型柔軟シャフトコネクター。柔軟シャフトカップリングは、接続軸間で不可避な芯出し誤差対抗、場合により衝撃吸収に使用。

ベローズカップリングはハブと呼ばれる双方カップリング端を持つタイプ。高ねじり剛性で速度、角度位置、トルク正確伝達可能。通常ステンレス鋼製。高精度位置決め用途で使用。

ベローズカップリングは薄肉で、角度・軸方向・平行芯出し誤差に対してわずかに柔軟。カップリングベローズはハブに溶接。これらカップリングねじり剛性はサーボモーターカップリング中最高。

11. ジョーカップリング

ジョーカップリングは、モーション制御用途にも使用可能な動力伝達カップリングタイプ。トルク伝達しながらシステム振動減衰、芯出し誤差許容、他部品損傷防止を意図。

ジョーカップリング用途

ジョーエンドスパイダーカップリング。ジョーエンドスパイダー（ジョーティタイプ）カップリングは業界一般的シャフトカップリングタイプ。2軸間トルク・回転伝達、軸芯出し誤差許容、衝撃・振動減衰で部品保護を設計目的。

ジョーカップリング動作原理

ジョーカップリング要素は、嵌合ハブジョウ間で圧縮荷重を受ける。駆動ハブジョウが被駆動ハブジョウに向かって押す形で同一平面動作。駆動・被駆動ジョウ間で圧縮されるエラストマースパイダー脚が力を伝達・緩衝。

汎用動力伝達およびモーション制御用途に使用。ジョーカップリングはトルク伝達しながらシステム振動低減、芯出し誤差調整、他部品損傷防止を意図。

ジョーカップリングは2金属ハブとエラストマーインサート（エレメント、別名「スパイダー」）で構成。

利点

1. 角度芯出し誤差とそれによる反力荷重対応可能
2. 外径対トルク能力良好
3. 優れた耐薬品性と減衰能力

12. ダイヤフラムカップリング

ダイヤフラムカップリングは、高性能ターボ機械でトルク伝達と機器軸芯出し誤差に使用される非潤滑カップリングタイプの1つ。

このカップリングは外径から内径へ、さらに内径から外径へトルク伝達。

ダイヤフラムカップリング柔軟部材は単一または複数プレートで構成。ダイヤフラム芯出し誤差は角度、軸方向、平行可能。高トルク・高速必要時に使用。

ダイヤフラムカップリングは、駆動フランジ外径に取り付けられた1枚以上の金属膜で構成、ダイヤフラムを通じて放射状にトルク伝達し内径取付部へ。ディスクカップリングは別の金属膜カップリングタイプ。

ダイヤフラムカップリング動作原理

ダイヤフラムカップリング柔軟部材は単一または複数プレートまたはダイヤフラム。外径から内径へ、スプールまたはスペーサー経由で、内径から外径へトルク伝達。

13. 流体カップリング

流体カップリングは、油圧カップリングとも呼ばれ、回転機械動力伝達用の流体力学的または「水力学的」デバイス。自動車トランスミッションで機械クラッチ代替として使用実績。

流体カップリング機能

流体カップリング（油圧カップリング）は、作動油を用いて1軸から他軸へ回転動力伝達する流体力学デバイス。自動車トランスミッション、船舶推進、産業動力伝達で使用。

流体カップリング動作原理

流体カップリングまたは油圧カップリングは、油圧流体の加速・減速により1軸から他軸へ動力伝達する装置。流体力学原理基盤、出力速度が入力速度未満必要。

駆動軸（入力）取付インペラー、被駆動軸（出力）取付ランナーで構成。インペラーはポンプ、ランナーはタービン機能。

インペラー軸付近では絶対速度接線成分小さい。インペラー外周付近では絶対速度接線成分大きく、インペラー加速で流体速度増大。

速度増大で運動エネルギー増大。流体高速でインペラー離脱、ランナーブレード衝突、エネルギー伝達、低速でランナー離脱。

なぜシャフトカップリングを使用するか？

シャフトカップリング使用の主な理由：

1. モーター・発電機等別ユニット軸接続用
2. 軸芯出し誤差対応
3. 機械的柔軟性確保
4. 一方軸から他方軸へ伝わる衝撃荷重吸収
5. 過負荷保護

カップリング用途

1. スリーブ・マフカップリング：ラインシャフト動力伝達用。

2. クランプ・スプリットマフ・圧縮カップリング：ラインシャフト動力伝達用。

3. フランジカップリング：芯出し精度用。例：船舶。

4. ブッシュピンフレキシブルカップリング：微小平行・角度・軸方向芯出し誤差ある軸接続用。

5. ユニバーサルカップリング：回転運動・動力伝達用。例：航空機、ドライブシャフト等。

6. オルダムカップリング：平行芯出し誤差ある用途。例：印刷用途。

利用可能な様々なカップリングタイプとその利点・欠点、適切な画像付きで完全詳細提供を心がけました。お役に立てたら幸いです。コメント欄でフィードバックお待ちしています。