JP2000517403A - 撓み継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 一対の回転する要素を接続するための撓み継手であって、各端部に前記回転する要素を受け入れるようになっている本体部分（１０）を有し、さらに４つのスリット（２０ａ）を具え、各スリットが他のスリットから長手方向に及び角度間隔をおいて配置され、各スリットが凹状の表面（２４）で終わっている。各スリットの円弧形状及び凹状の端面が、隣り合うスリットについて重なり合う材料を増大させ、これがねじり剛性における変動を減少させながら、継手の撓み性能に影響を与えないことにより、本発明は、公知の撓み継手を越える利点をもたらす。

Description

【発明の詳細な説明】 撓み継手 本発明は、各シャフトが回転運動可能であるか、又は、少なくとも、制限され た回転運動が可能であり、一方のシャフトの回転軸線が、一時、他方のシャフト の回転軸線と整列しないような、２つのシャフトの間の接続をもたらすために用 いられる撓み継手に関する。 特に、制御装置にとっては、前述のとおり、シャフトの回転軸線がお互いに整 列しない時、一方のシャフトの位置がもう一方のシャフトに正確に伝達されるこ とが重要である。一方のシャフトの角度位置が他方に正確に伝達されることが可 能な２つのシャフトの間の撓み継手は、非常に重要である。 撓み継手は公知であり、円筒形の材料からなり、シャフトを接続させるための 接続手段を有するシリンダー状の各端部と、シリンダーにいくらかの可撓性、す なわち、長手方向の軸を中心に曲がるように、お互いから長手方向に間隔をおい て配置された半径方向のスリットを具えたシリンダー状の中間部とからなる。 新しい、又は改良された撓み継手を提供することが、本発明の目的である。 本発明の一つの観点によれば、我々は、少なくとも制限された回転運動が可能 な一対の要素を接続するための撓み継手であって、前記撓み継手は２つの端部を 具えた本体部分を有し、各端部が前記一対の要素の一方に接続可能であり、前記 本体部分は少なくとも４つのスリットを有し、各スリットは半径方向に前記本体 の中央線を越える深さまで延びており、各スリットは前記本体の前記端部の間に 他のスリットから長手方向に間隔をおいて、且つ、前記本体の円周の周りに角度 間隔をおいて配置されており、各スリットが凹状の表面で終わっている、撓み継 手を提供する。 好適には、４つのスリットは、第１のスリットと、それと隣り合う、約１８０ 度差で円周の周りに角度間隔をおいて配置された第２のスリットと、第１と第２ のスリットに対して９０度差で円周の周りに角度間隔をおいて配置された前記第 ２のスリットと隣り合う第３のスリットと、前記第３のスリットに対して１８０ 度の角度間隔をおいて配置された前記第３のスリットと隣り合う第４のスリット とからなる。 好適には、前記撓み継手が４つのスリットの２つのセットからなり、４つのス リットの各セットが上述のとおりであれば都合がよい。 ４つのスリットの１セットのみを有する継手は、それが接続する要素の回転軸 が交差し互いに傾くような状況に適応でき、一方、４つのスリットの２セットを 有する継手は、さらに、それが接続する要素の軸が交差しないような状況に適応 できる。後者の場合、その継手は、中間のシャフト要素によって接続された２つ のフック自在継手からなる駆動軸アセンブリに、その動きにおいて類似している と考えられる。かくして、２セットのスリットは、１つのスリットによって占め られる本体部分の長さより比較的長さが大きな本体部分によって分けられること ができ、その本体部分の長さは、前記類似例における中間シャフト要素の長さに 近く、当該部分が長い程、２つの軸の間のより大きなオフセットを許容すること になる。 好適には、一つのセットにおけるスリットの配置は、継手の長さ方向に見た場 合、他のセットにおける配置と同じであり、互いの鏡像であるセットとは区別さ れる。 好適には、各スリットは他のスリットと同じ深さで本体に延びる。 例として、各スリットは、半径方向に本体の大きさの8分の5から8分の7の間の 最大の深さまで本体に延びてもよい。各スリットの最大の深さが半径方向に本体 の大きさの約4分の3であれば、都合がよい。 各スリットが終わる凹状の表面の半径が、半径方向に、本体の大きさの1.2倍 から2倍の間であれば都合がよい。各スリットが終わる凹状の表面の半径が、半 径方向に本体の大きさの約1.5倍であれば、都合がよい。以下で説明されるとお り、そのようなスリットの配置は、一セットのスリットが継手の軸方向に見た時 、スリットにおいて余っている材料部分が互いに重なり合うという効果をもたら す。４つのスリットの一セットにおいて、そのような４つの重なり合う部分は、 四角の配列で作られるであろう。 好適には、本体は円筒形で、円筒形の端部が本体の２つの端部を構成する。好 適には、前記接続手段は、前記一対の要素が各々挿入される、本体の各端部の孔 からなる。固定手段が、本体の端部において前記要素の端部を固定するために 具えられてもよい。 本発明の撓み継手は、高いねじれ剛性の継手を提供することが分かっているが 、それ故に、継手の駆動側の加速中に生じる得る摩擦、及び／又は慣性によって 、継手の被駆動側の抵抗に起因する、継手の如何なるワインドアップも最小にす ることができる。 この継手は低い半径方向の剛性を有し、すなわち、各回転軸の間の位置ずれ（ mis-alignment）がある時、駆動側、被駆動側の、両方の要素のベアリングで生 じ負荷を最小にする十分な可撓性を具えている。また、これは、結果的に、継手 の耐用年数を長くする。 この継手の形状は、ねじれ剛性と低い半径方向剛性の組合せに関連して、速度 の正確な伝達と、それ故に駆動される部分から駆動する部分への位置の正確な再 生を確実にもたらす。 前記スリットは、回転切削工具を用いて切削されることによって、本体部分に 具えられてもよく、回転切削工具の半径が各スリットの底部に求められる円弧形 状の半径と同じであれば、好適である。 この継手の本体部分の軸に平行に軸の周りを回転する切削工具は、各スリット を形成するために、本体部分の半径方向に移動され、それから反対方向に引っ込 んでもよい。この継手が互いに同じ配置の４つのスリットの２セットからな場合 、２つのカッターを担持するスピンドルが、各セットの対応するスリットを形成 するために使用されてもよい。 しかしながら、その他の方法が継手のスリットを形成するために利用されるこ とは理解されるであろう。 継手の本体部分は、金属製、例えば、アルミニウム合金、ステンレス鋼、或い は、継手の用途に適したその他の如何なる材料でも作ることができる。例えば、 継手は、プラスチック製でも構わない。続いて行なわれる切削作業によるよりも 、鋳造又はモールディング工程中にスリットが形成されるように、継手が作られ ることも可能である。 本発明は、これから、下記のような添付図面を例示として参照しながら、より 詳細に説明されるであろう。 図１は、撓み継手の１つの実施形態の図。 図２は、２−２線に沿った図１の継手の断面図。 図３は、３−３線に沿った図１の継手の断面図。 図４は、４−４線に沿った図１の継手の断面図。 図５は、５−５線に沿った継手の断面図。 図６は、図１の継手の端面図。 この撓み継手は、第１端部１１と第２端部１２を具えた本体部分１０、長手方 向の軸１３を有し、その形状は、全体的に見て円筒形である。 端部１１は、ねじ付孔１５に挿入されるねじ付ボルト（図示せず。）によって シャフトが孔１４に固定できるような、駆動軸又は被駆動軸を受け入れるように なっている中心の孔１４を具えている。 端部１１は、ボルトがそこに位置するいずれのシャフトの付加的な固定をも確 実にする、さらなるねじ付孔１８を具えてもよい。 端部１２は、シャフトがねじ付ボルト（図示せず。）によって所定の位置に固 定され、ねじ付孔１７にねじ込まれて、駆動軸又は被駆動軸が各々挿入される孔 １６を具えている。 端部１２は、ねじ付ボルトがそこに位置するいずれのシャフトにもさらなる固 定をもたらすように噛み合わされる、付加的なねじ付孔１９を具えている。 継手１０に撓み可能性をもたらすために、半径方向に延びる複数のスリットが 、本体１０に形成されており、図示された実施形態において、４つのスリットの ２つのセットが、第１のセットが全体的に符号２０ａで示され、第２のセットが 全体的に符号２０ｂで示されて、具えられている。 スリット２０ａの第１のセットは、これから、図２から６を付加的に参照して 、説明されるであろう。 第１のスリット２１は、いずれかの適した方法によって、好適には、回転切削 工具によって形成される。スリット２１の深さの寸法は、スリット２１がシリン ダー状の本体２０に対して約0.75の割合で延びるように、図２に示されている。 スリット２１は、図示された実施形態において、その湾曲の半径が前記深さ、す なわち、本体部分２１の直径の約1.5倍、又は本体部分１０の半径の約3倍である ような、円弧形状の表面２２で終わっている。 図１で最端部のみが見られる第２のスリット２３は、図３では、第２のスリッ ト２３が凹状の表面２４で終わり、その湾曲の半径が表面２２と同じであるよう に、より詳細に図示されている。 スリット２３は、第１スリット２１に対して全く反対側に（180度）あるよう に、円周の周りに角度間隔をおいて配置されて形成されることが図から分かるで あろう。 第３のスリット２５は、スリット２１と２３と同じ深さに形成され、表面２２ と２４の湾曲と同じ半径の凹状の表面２６で終わっているが、スリット２５は、 スリット２１と２３とほぼ直角に形成されるように、円周の周りに角度間隔をお いて配置される。 第４のスリット２７は、前記セットにおける最終スリットを構成する。このス リット２７は、スリット２１、２３、２５と同じ深さで形成され、凹状の表面２ ２、２４、２６と同じ曲率半径の凹状の表面２８で終わっている。このスリット ２７は、スリット２５に対して円周の周りに180度の角度間隔があり、スリット ２１と２３に対して90度の角度間隔がある。 本体部分１０には、第５のスリット３０、第６のスリット３１、第７のスリッ ト３２、第８のスリット３３とからなるスリットの第２のセット２０ｂが形成さ れている。スリット３０から３３の形と深さは、スリットの第１のセット２０の 構成と正確に対応し、かくして、スリット３０は、図２に示されたスリット２１ の深さと同じである。スリット３１は、図３に示されたスリット２３と同じであ り、スリット３２は、図４に示されたスリット２５と同じであり、スリット３３ は、図５に示されたスリット２７と同じである。 スリットの２つのセット２０ａと２０ｂにおいて、スリットの配列が互いに同 じであり、すなわち、スリットの１つのセットがその配列の鏡像ではないことが 注目されるであろう。これは、継手が曲げられて回転している間、回転動作にも 拘らず、個々の曲げ動作が起こる継手の長さが同じであるという結果を有する。 このことが、継手の性能の改良をもたらす。 スリットの正確な深さ、それらが終わる凹状の表面の曲率半径、各スリットの 幅は、継手の用途とそれが作られる材料に依存するであろう。図示された実施形 態では、アルミニウム合金から作られてよく、本体部分の直径は約20mmであり、 凹状の表面の曲率半径は25mmと40mmの間であり、前記２つの値の中間であれば都 合がよく、各スリットの幅は約１mmであり、側面の各スリット間の距離は約0.5m mである。 上記値が図に示された実施形態に適しているが、異なる材料や異なる用途には 、異なる値が適切であることは理解されるであろう。 継手の側面図では、各スリットは半円形の底部を持つものとして、図示されて いる。実際には、スリットの底部にこのような形状を正確に作るようにカッター を作動させることは困難であるかも知れない。しかし、明らかに、応力を増大さ せるように作用する角度付きのコーナーは、スリットの底部では避けられるべき である。 本発明の撓み継手は、公知の装置に顕著な改良をもたらすことが証明されたが 、各スリットに円弧形状及び凹状の表面があることは、直線的な端面を有するス リットと比べた場合、隣り合うスリットに重なり合う材料の量を増大させること になり、かくして、非常に重要な重なり部分における本体に材料がより多く残っ ていることになり、図６の符号３５、３６、３７、３８がこの重なり領域を示し ているが、これは、スリットの１つのセットにおける重なり領域を表わしている 。 重なり領域の増大は、継手の撓み性能に悪影響を及ぼさないで、各スリットに 直線的な端面を有する撓み継手の場合に生じるねじり剛性の変動を減少させる。 ねじり剛性の増大、又は、少なくともねじり剛性の増大された直線性は、スリッ トの２つのセットがあることと組み合わされて、半径方向の剛性を最小にし、ね じり剛性における角度的変動を減少させ、故に、一定のピボットの長さを維持す ることによって、回転時に継手に沿って伝わる継手の動的誤差を改善する。 性能における改良の正確な論拠は、完全には理解されないが、底部に直線的表 面を具えたスリットを有する公知の製品との間で比較が行なわれた。前記継手の 直径は20mmで、長さは25mmであった。 本発明による装置の４つの重要な評価基準が、従来の継手と比較された。 １．伝達誤差 動的誤差と称され、駆動軸の位置に関する、被駆動軸の位置のトータルな誤差 である。この伝達誤差は、互いに平行で、0.2mmのオフセットで並置された軸を 有する駆動軸と被駆動軸の間でテストされた。 ２．ねじり剛性 これは、加えられたトルクの下での、被駆動軸の位置に関して駆動軸に相対的 な回転抵抗の測定量である。この試験は、トルクが加えられて、一方の軸を固定 し、他方の軸の位置を測定することによって、実施された。 ３．半径方向のコンプライアンス これは、平行な、或いは角度のある力の下で生じた、平行な或いは角度のある 駆動軸と被駆動軸の間のオフセットを測定する。この測定は、一方の軸を固定し 、他方の軸が平行に或るオフセット量だけ動くようにし、前記オフセットを作り 出すために必要な力を測定することによって実施された。 ４．トルク容量 これは、継手に損傷を与えることなく安全に伝達されることが可能なトルクで ある。 ねじり剛性 伝達誤差、ねじり剛性、半径方向のコンプライアンス、トルク容量において目 覚ましい改良があることが、上記の結果から理解できるであろう。トルク容量は 、何らかの意味のある結果をもたらすには、恐らく、数多くの試験を必要とする であろうが、他の試験の結果は、従来技術の設計に対する格別の改良を示してい る。 ねじ付孔１５と１８におけるボルト以外の手段が、接続されるべきシャフトの ような要素を継手に固定するために具えられることは、理解されるであろう。例 えば、一つ又は両方の本体部分の端部が、長手方向に割れ目のあるクランプとし て形成され、適切に配置された一つ又は複数のボルトによってシャフトにクラン プで締められることは可能である。またさらなる代替として、一つ又は両方の本 体部分の端部が、適切な回転要素に対するボルトで締められる接続のためのフラ ンジとして形成されることもあるであろう。 前述の説明、以下の請求の範囲、又は添付図面に開示され、特定の形式で、又 は、開示された機能を実行するための手段や開示された結果を達成するための方 法や工程によって、表現された特徴は、別々に又はこのような特徴のいずれかの 組み合せで、異なった形式において本発明を実現するために適切に利用されるこ とがあろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バートン、ロバート・マイケル イギリス国ハダースフィールド、エイチデ ィー８・０イーエイチ、レプトン、ラウリ ー・レイン 191

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも制限された回転運動が可能な一対の要素を接続するための撓み 継手であって、 前記撓み継手は２つの端部を具えた本体部分を有し、各端部が前記一対の要素 の一方に接続可能であり、前記本体部分は少なくとも４つのスリットを有し、各 スリットは半径方向に前記本体の中央線を越える深さまで延びており、各スリッ トは前記本体の前記端部の間に他のスリットから長手方向に間隔をおいて、且つ 、前記本体の円周の周りに角度間隔をおいて配置されており、各スリットが凹状 の表面で終わっている、 撓み継手。 ２．前記４つのスリットが第１スリットと、それに隣り合い、前記本体の円周 の周りに前記第１スリットから約180度の角度間隔をおいて配置された第２スリ ットと、前記第２スリットに隣り合い、前記本体の円周の周りに前記第１と第２ スリットから約90度の角度間隔をおいて配置された第３スリットと、前記第３ス リットと隣り合い、前記本体の円周の周りに前記第３スリットから約180度の角 度間隔をおいて配置された第４スリットとからなる、請求項１の撓み継手。 ３．４つのスリットの２つのセットからなる、請求項１又は２の撓み継手。 ４．前記２セットのスリットが、軸方向の大きさが１つのスリットの軸方向に おける大きさよりも大きい、前記本体部分の一部によって分けられている、請求 項３の撓み継手。 ５．前記継手の長手方向に見た場合、一つのセットにおけるスリットの配置が 他のセットにおける配置と同じであり、互いに鏡像関係にはない、請求項３又は ４の撓み継手。 ６．各前記スリットが前記本体内部にその他のスリットと同じ深さで延びてい る、請求項１から５のいずれかの撓み継手。 ７．各スリットが前記本体内部に半径方向に前記本体の寸法の5/8から7/8の間 の最大深さまで延びている、請求項１から６のいずれかの撓み継手。 ８．各スリットの最大深さが半径方向に前記本体の寸法の約3/4である、請求 項１から７のいずれかの撓み継手。 ９．各スリットが終わる前記凹状の表面の半径が半径方向に前記本体の寸法の 1.2倍から2倍の間である、請求項１から８のいずれかの撓み継手。 １０．各スリットが終わる前記凹状の表面の半径が半径方向に前記本体の寸法 の約1.5倍である、先の請求項のいずれか１つの撓み継手。 １１．前記本体部分がその各端部に孔を具え、前記孔に前記一対の要素が各々 挿入されるようになっている、請求項１から１０のいずれかの撓み継手。 １２．前記本体部分の前記端部に前記要素の前記端部を固定するために固定手 段が具えられている、請求項１１の撓み継手。 １３．前記スリットが回転切削工具を用いて切削することによって前記本体部 分に設けられている、請求項１から１２のいずれかの撓み継手。 １４．前記切削工具の半径が実質的に各スリットの底部で必要とされる円弧形 の半径と同じである、請求項１３の撓み継手。 １５．２つの切削工具を担持するスピンドルが各セットの対応するスリットを 同時に形成するために使用される、請求項３から１６のいずれかの撓み継手。 １６．鋳造又はモールディングによって作られる、請求項１から１２のいずれ かの撓み継手。 １７．前記本体部分の直径が約20mm、前記凹状の表面の湾曲の半径が25mmから 40mmの間、各スリットの幅が約1mm、各スリットの間の距離が約0.5mmである、請 求項１から１６のいずれかの撓み継手。