JP2004526106A - シャフト継手 - Google Patents

Abstract

シャフト継手は、１対の相補的な形状で取外し可能に接合可能な結合スリーブハーフ（１１，１２）を含み、それらはクランピング要素により共にクランプ可能で分割結合スリーブを形成し、それは第２のシャフト部材（Ａ２，Ａ２′）と回転不能に接続される第１のシャフト部材（Ａ１）用の少なくとも１つの台座（１４）を備え、第１および第２のシャフト部材は整列されるようになっている。第１のシャフト部材（Ａ１）を結合スリーブに対して回転する動きに対抗して確実にロックするための保持要素を含む保持装置では、保持要素は複数の伸長した力伝達要素（１６Ｄ）を台座（１４，１５）に含む。これらの要素は結合スリーブの軸（Ｃ３）に垂直な平面（Ｌ）との角度を含む線に沿って延び、第１のシャフト部材（Ａ１）上の相補的な力伝達要素（Ａ３Ｄ）と連動して係合するよう形作られている。台座における力伝達要素は力伝達要素（１６Ｄ）の第１の群（１６Ａ）および第２の群（１６Ｂ）を含み、第１の群における角度は第２の群におけるそれとは異なる。好ましくは、保持要素は、台座（１４）およびシャフト部材（Ａ１）上にそれぞれある内部ねじ山および外部ねじ山によって形成される。

Description

【技術分野】
【０００１】
この発明はシャフト継手に関し、それは、１対の相補的な形状で取外し可能に接合可能な結合スリーブハーフを含み、それらは互いに接合されると分割結合スリーブを形成し、分割結合スリーブは軸を有し、第２のシャフト部材と回転不能に接続される第１のシャフト部材用の少なくとも１つの台座を備え、第１および第２のシャフト部材は結合スリーブの前記軸を中心とするようになっており、シャフト継手はさらに、結合スリーブハーフを共に保持してそれらを第１のシャフト部材の周りでクランプするためのクランピング要素と、第１のシャフト部材を結合スリーブに対して回転する動きに対抗して確実にロックするための相互係合する保持要素を含む保持装置とを含む。
【背景技術】
【０００２】
分割クランピングまたは圧縮継手としても公知であるこの種の公知のシャフト継手では、保持装置は通常、結合スリーブハーフによって形成される結合スリーブ、およびシャフト部材における合致するキー溝に受けられる少なくとも１つの軸キーを有するキー付き接合部を含む。シャフト部材の結合スリーブへの摩擦ロッキングが不十分であるべきな場合、このキーは、一方で結合スリーブの、他方でシャフト部材の相対的な回転する動きを防止する確実なロッキング部材として役割を果たす。保持装置はまた、シャフト部材の結合スリーブへの、結合スリーブに対して軸方向の動きに対抗する確実なロッキングを提供する１つ以上のさらなる保持要素も含む場合もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
分割クランピング継手はいくつかの利点を有する。たとえば、それらは他の多くの継手に比べ、高価ではない。それらは設置に特別の工具を必要とせず、また、設置を可能とするのに別途の長さのシャフトを全く必要としない。しかしながら、先行技術の分割クランピング継手では、保持装置に問題がある。
【０００４】
軸キーをロッキング部材として含む保持装置は重大な欠点を有する。或る欠点は、キー溝が結合スリーブおよびシャフト部材に応力集中区域を形成し、その結果、伝達可能なトルクを制限することである。
【０００５】
別の欠点は、高いトルクおよび大きい軸力を伝達可能とするために、継手とシャフト部材とを、回転するようにかつ軸方向に確実に共に保持しなければならない場合、少なくとも１つの軸キーおよび少なくとも１つの横断キーの双方を含む保持装置が必要となることである。
【０００６】
さらなる欠点は、特に非常に高いトルクを伝達することが要求されている分割クランピング継手において、適切なクランピング力、つまり、適切な摩擦を結合スリーブとシャフト部材との間に提供することがしばしば困難であることである。実際問題として、所望のトルクの少なくとも一部の伝達のために保持装置に依存することが、したがって必要となる。
【０００７】
トルクの方向が再三反転される場合に、キー付き接合部が、望ましくない影響を有する或る回転遊びをしばしば呈することも、１つの欠点である。
【０００８】
さらに別の問題は、結合スリーブとシャフト部材との間の接触面が、いわゆるフレッチングまたは磨耗腐食を受けやすいことである。
【０００９】
この発明の全般的な目的はシャフト継手を提供することであり、より特定的には、改良された保持装置を有する分割クランピング継手を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明によれば、この目的は、独立請求項の特徴部において述べられるシャフト継手の設計によって達成される。
【００１１】
この発明に従ったシャフト継手では、このため台座に伸長した力伝達要素が設けられ、それらは保持装置の保持要素を形成し、結合スリーブの軸に垂直な平面との角度を含む線に沿って延び、台座に受けられるシャフト部材上の相補的な力伝達要素と連動して係合可能であるよう形作られている。台座における力伝達要素は、力伝達要素の第１の群および力伝達要素の第２の群を含み、第１の群用の前記角度は第２の群用のそれとは異なる。
【００１２】
力伝達要素が結合スリーブの軸に垂直な平面との角度を含み、その角度がすべての力伝達要素について同じではないため、力伝達要素は斜めおよび軸方向の双方に力を伝達可能であり、シャフト部材が結合スリーブに対して軸方向に回転または移動できないよう、シャフト部材を結合スリーブへ確実にロックする。さらに、力伝達要素は台座表面全体にわたって、または少なくとも台座表面の非常に大きな部分にわたって提供されてもよく、そのため力伝達要素は、幅および高さが小さくても、非常に高いトルクおよび非常に大きな軸力を共同で伝達可能である。
【００１３】
使用可能な台座のスペースを効率よく利用するため、前述の角度は好適には、全く同一の群内のすべての力伝達要素については同じである。
【００１４】
好ましい一実施例では、各群の力伝達要素はねじ山によって形成され、一方の群のねじ山は左回りで、他方の群のねじ山は右回りである。ねじ山は１つ以上の入口を有していてもよく、好適には台形ねじ山である。
【００１５】
この好ましい実施例では、結合スリーブは好適には、フルスリーブまたは非分割スリーブを半完成品（blank）として用いて作られる。内部ねじ切りによってねじ山がスリーブ
の内面上に形成され、クランピング要素用の必要な窪み、通常はボルト穴が形成された後で、スリーブは直径上の平面において分割され、そのため２つの実質的に同一の結合スリーブハーフが得られる。
【００１６】
力伝達要素がねじ山によって形成されようと、または他の構造によって形成されようと、各シャフト部材の力伝達要素が、結合スリーブに対するシャフト部材の同じ角度位置で、関連する台座の力伝達要素の双方の群に嵌合することを確実にすることが、もちろん必要である。
【００１７】
この発明に従った継手の重要な一特性は、結合スリーブのシャフト部材との確実な、または連動する接続がそれ自体で継手の所望のトルクおよび軸力伝達能力を提供するのに十分であるよう、継手を簡単に設計および寸法決めすることが可能なことであり、そのため、さらなる安全性を提供するために摩擦係合が存在可能ではあるが、摩擦係合にも依存する必要はない。したがって、継手のトルクまたは軸力伝達能力を必ずしも危険な程度にまで低減させなくても、外部シャフト部材表面に接触する結合スリーブハーフの内部表面上に表面保護材を塗布することが可能であり、これらの表面のフレッチングを防止または抑制して、継手の着脱を容易にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、好ましい例示的な実施例を示す添付図面を参照して、この発明をより詳細に説明する。
【００１９】
図１〜７において例示により示すシャフト継手は一般に１０によって表わされる。シャフト継手１０は、向かい合った端同士が互いに近接した状態で整列されている２つのシャフト部材Ａ１およびＡ２を共に保持するよう意図されている。
【００２０】
継手１０は、互いの「対角線の（diagonal）」鏡像または反転複写である２つの実質的に同一の結合スリーブハーフ１１および１２と、ボルト１３によって形成される数々のクランピング要素とを含み、ボルト１３は結合スリーブハーフ同士を保持し、それらをシャフト部材Ａ１およびＡ２の周りで、後者の軸Ｃ１およびＣ２が結合スリーブの軸Ｃ３と実質的に一致する状態でクランプする。
【００２１】
図面に示すように結合スリーブハーフ１１，１２が共にクランプされている場合、それらは合同で、シャフト部材Ａ１，Ａ２と同軸でありシャフト部材Ａ１，Ａ２を取巻いてしっかりと相互接続する環状の円筒形結合スリーブを形成する。分割クランプ継手の業界では周知であるように、結合スリーブハーフの向かい合う面１１Ａ，１２Ａの間に、これらがしっかりと共にクランプされている場合でも少なくとも若干の空間があるように、結合スリーブハーフの寸法をシャフト部材Ａ１，Ａ２の寸法に関連付けるべきである。特に図５を参照されたい。
【００２２】
結合スリーブハーフ１１，１２によって形成される結合スリーブの内側は、２つの軸方向に整列された台座１４，１５を有し、それらは一般的に円筒形で、整列されたシャフト部材Ａ１およびＡ２の端部を受けるための取付台（mounts）を形成する。
【００２３】
台座１４および１５の表面には、シャフト部材Ａ１およびＡ２上にそれぞれある外部ねじ山Ａ３およびＡ４とそれぞれ相補し、したがって嵌合する内部ねじ山１６および１７が設けられているので、この表面は完全には平滑ではない。図示された実施例では、ねじ山は台形ねじ山またはアクメねじ山である。図７を参照されたい。好適には、ねじ山は標準的なねじ山である。
【００２４】
各台座１４，１５では、ねじ山１６および１７はそれぞれ２つのねじ山部１６Ａ，１６Ｂおよび１７Ａ，１７Ｂにそれぞれ分かれ、それらはそれぞれ小さな間隙１６Ｃおよび１７Ｃによって分離されている。内側のねじ山部１６Ａ，１７Ａではねじ山１６，１７は右回りのねじ山であるのに対し、他方つまり外側のねじ山部１６Ｂ，１７Ｂは左回りのねじ山である。ねじの回転方向が反対なのを無視すると、図示された実施例では各台座１４，１５における２つのねじ山部のねじ山は同様であるが、それに代えて、それらはこの発明の範囲内において異なっていてもよい。
【００２５】
これに応じて、シャフト部材Ａ１およびＡ２上のねじ山Ａ２およびＡ４はそれぞれ、ねじの回転方向が反対である２つのねじ山部Ａ３Ａ，Ａ３ＢおよびＡ４Ａ，Ａ４Ｂにそれぞれ分けられる。
【００２６】
各台座１４，１５では、各ねじ山部のねじ山は複数の伸長した保持部材を形成しており、それらは円筒形の螺旋状の線、つまり、図１の平面Ｌなどの結合スリーブの軸Ｃ３に垂直な平面に対してねじ山のピッチ角度に等しい角度を含む傾斜した線に沿って延びている。この角度は図６において、ねじ山部１６Ａおよび１６Ｂの各々における保持要素について示されており、それぞれ＋ａおよび−ａで表わされる。ここでプラス記号およびマイナス記号はそれぞれ、右回りのねじ山および左回りのねじ山を示す。各保持要素は、結合スリーブハーフ１１，１２の面１１Ａ，１２Ａの間を伸びるねじ山の稜線のセグメントによって形成される。図４の丸で囲まれた拡大部分および図７では、ねじ山部１６Ａ，１６Ｂの、つまりシャフト部材Ａ１用の台座１４における保持要素は、１６Ｄで表わされている。
【００２７】
台座１４，１５における保持要素は力伝達要素であり、それらは、それぞれの台座に受けられるシャフト部材１４，１５の部分上の同様に力伝達要素として機能する相補的な保持要素と協力するよう適合され、台座に受けられたシャフト部材と結合スリーブとの間でトルクおよび軸力を伝達する。
【００２８】
相補的な保持要素は、シャフト部材Ａ１およびＡ２のねじ山Ａ３およびＡ４の稜線によって形成される。各相補的保持要素は、結合スリーブハーフがシャフト部材Ａ１，Ａ２の周りにクランプされる場合に、台座１４，１５における保持要素が係合するねじ山Ａ３およびＡ４の連続する稜線のセグメントによって形成される。したがって、シャフト部材の各保持要素は、ねじ山の１回転の半分に相当する。図４の拡大部分および図７では、シャフト部材Ａ１上の保持要素はＡ３Ｄで表わされている。
【００２９】
図７に示すように、図示された例示的な実施例のねじ山は台形プロファイルを有する。このプロファイルは有利なことに、プロファイル角が３０°、したがってフランク角が１５°である標準プロファイルなどの標準化されたプロファイルである。ねじ山のうちの１つの頂と他のねじ山の底との間には或る間隙が常に存在し、結合スリーブハーフ１１，１２が完全な半円にわたってはいないため、結合スリーブハーフは、シャフト部材Ａ１，Ａ２の周りにクランプされる場合、遊びのない状態でシャフト部材Ａ１，Ａ２と常に係合され接続される。
【００３０】
フランク角も、ボルト１３によって印加されるクランピング力をもたらし、互いに係合するねじ山の稜線間にしっかりした楔作用とそれにより大きな軸力とを提供する。その結果、結合スリーブハーフ１１，１２によって形成される結合スリーブは、円周方向および軸方向の双方において、シャフト部材同士のしっかりした相互接続を提供する。同時に、結合スリーブとシャフト部材との間で伝達されるべき力は、ねじ山プロファイルを深くする必要なく、広い表面にわたって分布され、継手によりシャフト部材間で伝達されるべきトルクおよび軸力は、継手全体にわたって適正に分布される。これは、結合スリーブハーフの材料が効率よく利用されることを意味し、そのため結合スリーブの外径が最小限に抑えられ得る。
【００３１】
船舶プロペラシャフトなどの直径の大きいシャフト部材用に設計された、例示により示される実施例では、結合スリーブハーフ１１，１２を共に保持しクランプするボルト１３はスタッドボルトであり、その一端は結合スリーブハーフの一方にねじ込まれる。それらには、座金を介して結合スリーブハーフの他方上に支持されるナット１３Ａが設けられる。
【００３２】
ナット１３Ａは、商標スーパーボルト(Superbolt)（Ｒ）の下で販売され、たとえばＧＢ−２ １５６ ９３５に記載される種類のナットである。クランピングを実行する場合、ナット１３Ａは、結合スリーブハーフ１１，１２の関連する一方におけるその台座と係合するまで、スタッドボルト１３上へ従来の態様でねじ込まれる。次にスタッドボルトは、ナット１３Ａの周囲に隣接する円に沿って位置付けられ、ナットを通って軸方向に延びるたとえば８個または１２個の小さめのねじによって張力をかけられる。座金を介してねじは結合スリーブハーフの台座表面上に支持される。これらの小さめのねじはねじ回し工具用の六角形のソケットで形成される。この種のナットを用いると、扱いにくく重い工具を用いる必要なく、スタッドボルトに十分に張力をかけることが可能である。このことは、継手を狭く手が届きにくい場所に取付けなければならない場合に重要である。
【００３３】
図８に示すシャフト継手１０′は、図１〜８に示す継手に比べ、図１の想像線Ｌの右側に位置付けられた各結合スリーブハーフの半分が、ボルト穴を備えた半円フランジ１１Ｂ、１２Ｂに置換えられ、結合スリーブハーフ１１′，１２′がシャフト部材Ａ２′上の円形フランジにボルト留め可能となっている範囲においてのみ変更されている。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明を実施するシャフト継手の側面図であって、継手が２つのシャフト部材上に取付けられてそれら同士をしっかりと相互接続する図である。
【図２】図１に示す継手の平面図である。
【図３】図１と同様であるが上部の結合スリーブハーフが取外された継手を示す側面図である。
【図４】図３に対応する平面図である。
【図５】図１の線Ｖ−Ｖ上で取った継手の断面図であり、シャフト部材に端面図で示されている断面が交差する図である。
【図６】図５の線ＶＩ−ＶＩ上の直径断面図であり、シャフト部材同士が省略されている結合スリーブによって相互接続されている図である。
【図７】図５の線ＶＩＩ−ＶＩＩ上の断面図である。
【図８】図１の継手の変形を示す図である。

Claims (17)

1. シャフト継手であって、
   １対の相補的な形状で取外し可能に接合可能な結合スリーブハーフ（１１，１２）を含み、それらは互いに接合されると分割結合スリーブを形成し、それは軸（Ｃ３）を有し、第２のシャフト部材（Ａ２，Ａ２′）と回転不能に接続される第１のシャフト部材（Ａ１）用の少なくとも１つの台座（１４）を備え、第１および第２のシャフト部材は結合スリーブの前記軸を中心とするようになっており、前記台座は結合スリーブの前記軸の周りに延びており、前記シャフト継手はさらに、
   結合スリーブハーフ（１１，１２）を共に保持し、それらを第１のシャフト部材（Ａ１）の周りでクランプするためのクランピング要素（１３）と、
   第１のシャフト部材を結合スリーブに対して回転する動きに対抗して確実にロックするための相互係合する保持要素を含む保持装置（１６／Ａ３）とを含み、
   前記シャフト継手は、
   結合スリーブハーフ（１１，１２）が前記台座（１４，１５）に複数の伸長した力伝達要素（１６Ｄ）を含み、それらは前記保持要素を形成し、結合スリーブの前記軸（Ｃ３）に垂直な平面（Ｌ）との角度（＋ａ，−ａ）を含む線に沿って延び、第１のシャフト部材（Ａ１）上の相補的な力伝達要素（Ａ３Ｄ）と連動して係合可能であるよう形作られており、前記台座における前記力伝達要素は前記力伝達要素（１６Ｄ）の第１の群（１６Ａ）および第２の群（１６Ｂ）を含み、第１の群における前記角度（＋ａ，−ａ）は第２の群におけるそれとは異なることを特徴とする、シャフト継手。
2. 前記群（１６Ａ，１６Ｂ）の各々内で、前記角度（＋ａ，−ａ）はすべての力伝達要素（１６Ｄ）について同じであることを特徴とする、請求項１に記載のシャフト継手。
3. 力伝達要素（１６Ｄ）の前記第１の群（１６Ａ）用の前記角度（＋ａ）は、力伝達要素（１６Ｄ）の前記第２の群（１６Ｂ）用の前記角度（−ａ）と絶対値は同じであるが方向が異なることを特徴とする、請求項２に記載のシャフト継手。
4. 前記力伝達要素（１６Ｄ）の前記第１の群（１６Ａ）と前記力伝達要素（１６Ｄ）の前記第２の群（１６Ｂ）とは、互いの鏡像複写であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のシャフト継手。
5. 前記力伝達要素（１６Ｄ）が沿って延びる前記線は螺旋状の線、または螺旋状の線の一部であることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のシャフト継手。
6. 力伝達要素（１６Ｄ）は台座表面上の稜線によって形成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載のシャフト継手。
7. 前記力伝達要素（１６Ｄ）はねじ山部（１６，１７）を含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載のシャフト継手。
8. ねじ山部（１６，１７）は台形ねじ山の部分であることを特徴とする、請求項７に記載のシャフト継手。
9. ねじ山は複数の入口を有することを特徴とする、請求項７または８に記載のシャフト継手。
10. 結合スリーブは、第１のシャフト部材（Ａ１）用の台座（１４）に加え、第２のシャフト部材（Ａ２）用の第２の台座（１５）を含み、前記第２の台座は前記軸（Ｃ３）に沿って第１のシャフト部材用の前記台座（１４）から間隔をおかれていることを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載のシャフト継手。
11. 結合スリーブは、シャフト部材（Ａ１，Ａ２）用の単一の台座（１４）、つまり第１のシャフト部材（Ａ１）用の前記台座と、結合スリーブを第２のシャフト部材（Ａ２′）に接続するためのフランジ（１１Ｂ）とを含み、前記フランジは前記軸に沿って前記台座から間隔をおかれていることを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載のシャフト継手。
12. シャフト接続アセンブリであって、第１のシャフト部材（Ａ１）と、第２のシャフト部材（Ａ２，Ａ２′）と、第１および第２のシャフト部材が互いに整列された状態で、前記第１および第２のシャフト部材を軸方向におよび回転するようにしっかりと相互接続するためのシャフト継手（１０）とを含み、前記シャフト継手は、
    １対の相補的な形状で取外し可能に接合可能な結合スリーブハーフ（１１，１２）を含み、それらは互いに接合されるとシャフト部材用の取付台（１４，１１Ｂ，１２Ｂ）を有する分割結合スリーブを形成し、前記取付台は第１のシャフト部材（Ａ１）用の少なくとも１つの台座（１４）を含み、前記台座は結合スリーブの軸の周りに延びており、前記シャフト継手はさらに、
    結合スリーブハーフ（１１，１２）を共に保持し、それらを第１のシャフト部材（Ａ１）の周りでクランプするためのクランピング要素（１３）と、
    第１のシャフト部材（Ａ１）を結合スリーブに対して回転する動きに対抗して確実にロックするための相互係合する保持要素を含む保持装置（１６／Ａ３）とを含み、
    前記シャフト接続アセンブリは、
    結合スリーブハーフ（１１，１２）が前記台座（１４，１５）に複数の伸長した力伝達要素（１６Ｄ）を含み、それらは前記保持要素を形成し、結合スリーブの前記軸（Ｃ３）に垂直な平面（Ｌ）との角度（＋ａ，−ａ）を含む線に沿って延びており、
    前記シャフト部材の少なくとも一方（Ａ１）が、前記台座（１４）における前記力伝達要素（１６Ｄ）と相補し、前記台座（１４）における前記力伝達要素（１６Ｄ）と連動して係合するよう適合された力伝達要素（Ａ３Ｄ）を含み、前記台座（１４）における前記力伝達要素、および前記一方のシャフト部材（Ａ１）上の前記力伝達要素が双方とも、前記力伝達要素の第１の群（１６Ａ，Ａ３Ａ）および前記力伝達要素の第２の群（１６Ｂ，Ａ３Ｂ）を含み、前記第１の群用の前記角度（＋ａ，−ａ）が前記第２の群用のそれと異なることを特徴とする、シャフト接続アセンブリ。
13. 前記群（１６Ａ，１６Ｂ）の各々内で、前記角度（＋ａ，−ａ）はすべての力伝達要素（１６Ｄ）について同じであることを特徴とする、請求項１２に記載のシャフト接続アセンブリ。
14. 前記力伝達要素（１６Ｄ）の前記第１の群（１６Ａ）と前記力伝達要素（１６Ｄ）の前記第２の群（１６Ｂ）とは、互いの鏡像複写であることを特徴とする、請求項１３に記載のシャフト接続アセンブリ。
15. 前記力伝達要素（１６Ｄ）はねじ山部（１６，１７）を含むことを特徴とする、請求項１２から１４のいずれかに記載のシャフト接続アセンブリ。
16. 結合スリーブは、第１のシャフト部材（Ａ１）用の台座（１４）に加え、第２のシャフト部材（Ａ２）用の第２の台座（１５）を含み、前記第２の台座は第１のシャフト部材用の前記台座から間隔をおかれていることを特徴とする、請求項１２から１５のいずれかに記載のシャフト接続アセンブリ。
17. 結合スリーブの前記取付台は、シャフト部材用の単一の台座（１４）、つまり第１のシャフト部材（Ａ１）用の前記台座と、結合スリーブを第２のシャフト部材（Ａ２′）に接続するためのフランジ（１１Ｂ）とを含み、前記フランジは前記台座から間隔をおかれていることを特徴とする、請求項１６に記載のシャフト接続アセンブリ。