JP2006071059A

JP2006071059A - フレキシブルカップリング

Info

Publication number: JP2006071059A
Application number: JP2004258219A
Authority: JP
Inventors: Junichiro Yanagi; 順一郎柳
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】ループ状の連結帯２，３を用いたフレキシブルカップリング１０の耐久性を向上させる。
【解決手段】円周方向交互に配置された複数の駆動側ボビン１Ａ及び従動側ボビン１Ｂのそれぞれに、一対の外側鍔部１２２，１２２及びその軸方向内側に位置する一対の内側鍔部１３２，１３２が設けられ、駆動側ボビン１Ａ及び従動側ボビン１Ｂにおける一対の内側鍔部１３２，１３２の間を通ってループ状に巻き掛けられた第一連結帯２と、従動側ボビン１Ｂ及び駆動側ボビン１Ａにおける内側鍔部１３２と外側鍔部１２２の間を通ってループ状に巻き掛けられた第二連結帯３によって、駆動側ボビン１Ａ及び従動側ボビン１Ｂが円周方向交互に連結され、各駆動側ボビン１Ａ、従動側ボビン１Ｂ及び第一、第二連結帯２，３がゴム状弾性材料からなる環状弾性体４に一体に埋設され、内側鍔部１３２が、軸方向内側へ傾斜している。
【選択図】図３

Description

本発明は、駆動側回転軸と従動側回転軸を連結して駆動トルクを伝達すると共に両軸間で振動や撓みを吸収するフレキシブルカップリングであって、特に、駆動側回転軸側に取り付けられるボビンと従動側回転軸側に取り付けられるボビンが、ループ状の連結帯を介して連結された構造を備えるものに関する。

図５は、この種のフレキシブルカップリング１００の典型的な従来技術をその軸心と直交する平面で切断して示す断面図、図６は、図５におけるVI−VI’線で切断して示す拡大断面図である。すなわち図５及び図６に示されるフレキシブルカップリング１００は、複数かつ同数の円筒状の駆動側ボビン１０１及び従動側ボビン１０２が円周方向交互に配置され、円周方向に隣り合う駆動側ボビン１０１と従動側ボビン１０２とを、第一及び第二連結帯１０５，１０６によって連結し、ゴム状弾性材料からなる環状弾性体１０７に埋設一体化したものである。第一及び第二連結帯１０５，１０６は、適当な引張弾性を有するポリエステル等のコードを多層状に巻いたものである。

詳しくは、第一連結帯１０５は、駆動側ボビン１０１に装着された内側カラー１０４と、前記駆動側ボビン１０１に円周方向隣り合う従動側ボビン１０２に装着された内側カラー１０４を通るように、ループ状に巻き掛けられており、第二連結帯１０６は、駆動側ボビン１０１における第一連結帯１０５が巻き掛けられた内側カラー１０４の軸方向両側（外側カラー１０３）と、従動側ボビン１０２における第一連結帯１０５が巻き掛けられた内側カラー１０４の軸方向両側（外側カラー１０３）を通るように、ループ状に二束巻き掛けられている。すなわち、互いに円周方向等間隔で交互に配置された各駆動側ボビン１０１と各従動側ボビン１０２は、一束の第一連結帯１０５と二束の第二連結帯１０６，１０６によって、円周方向交互に連結されている。

このフレキシブルカップリング１００は、駆動側ボビン１０１が、駆動側回転軸の軸端のヨーク（不図示）に円周方向等間隔で配置されたボルト・ナットを介して取り付けられる一方、従動側ボビン１０２が、従動側回転軸の軸端のヨーク（不図示）に円周方向等間隔で配置されたボルト・ナットを介して取り付けられることによって、駆動側回転軸の駆動トルクを従動側回転軸へ伝達すると共に、第一及び第二連結帯１０５，１０６と環状弾性体１０７の変形特性によって、駆動側回転軸と従動側回転軸の軸心の方向が異なる接続状態（こじり状態）での回転伝達や、両回転軸の軸方向相対変位を許容し、両回転軸間での伝達振動を吸収するものである（例えば特許文献１参照）。
特公昭５６−３７４４９号公報

この種のフレキシブルカップリング１００は、ポリエステル等のコードからなる第一及び第二連結帯１０５，１０６でトルクを伝達するものであるため、エンジンの高出力化に対応するためには、第一及び第二連結帯１０５，１０６は前記コードをできるだけ多く巻いたものとする必要があり、これに合わせて、ボビン１０１，１０２もできるだけ大きくする必要がある。しかしながら、フレキシブルカップリング１００の全体としてのサイズは制限されているから、連結帯１０５，１０６の巻き数を大きくするためにボビン１０１，１０２のサイズを大きくすると、ゴム状弾性材料からなる環状弾性体１０７のうち、外側カラー１０３の鍔部１０３ａの外側に成形される端部１０７ａの厚みを小さくせざるを得ない。

そして、駆動側ボビン１０１と従動側ボビン１０２との間で、伝達トルクが入力されると、これに伴って第一連結帯１０５又は第二連結帯１０６と環状弾性体１０７が変形を受けるが、特に、外側カラー１０３の鍔部１０３ａの外側に位置する端部１０７ａでは、ゴムの厚みが急激に薄くなっていることに加え、円盤状に立ち上がる鍔部１０３ａの存在によって応力が集中しやすく、その結果、端部１０７ａに亀裂が発生しやすくなっていた。

また、駆動側回転軸が前進方向に回転した場合、すなわち図５において駆動側ボビン１０１が環状弾性体１０７の軸心の周りに時計方向へ回転した場合は、第一連結帯１０５が引張を受け、駆動側回転軸が後退方向に回転した場合、すなわち図５において駆動側ボビン１０１が環状弾性体１０７の軸心の周りに反時計方向へ回転した場合は、第二連結帯１０６が引張を受ける。そして、このフレキシブルカップリング１００において、伝達トルクによる応力が最も集中するのは、前進時に引張を受ける第一連結帯１０５における、内側カラー１０４との接触部である。詳しくは、第一連結帯１０５は、内側カラー１０４との接触部では、トルクによる引張力と、内側カラー１０４への押付力と、更には、第一連結帯１０５における外層側のコードから内側カラー１０４へ向けて伝達される押付力を受け、構造上、逃げ場もない。そして耐久試験においても、破損が発生するのはこの部分である。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、ループ状連結帯を用いたフレキシブルカップリングの耐久性を向上させることにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るフレキシブルカップリングは、円周方向交互に配置された複数の駆動側ボビン及び従動側ボビンのそれぞれに、一対の外側鍔部及びその軸方向内側に位置する一対の内側鍔部が設けられ、円周方向に隣接する前記駆動側ボビン及び従動側ボビンにおける一対の内側鍔部の間を通ってループ状に巻き掛けられた第一連結帯と、円周方向に隣接する前記従動側ボビン及び前記駆動側ボビンにおける内側鍔部と外側鍔部の間を通ってループ状に巻き掛けられた第二連結帯によって、前記駆動側ボビン及び従動側ボビンが円周方向交互に連結され、前記各駆動側ボビン、従動側ボビン及び第一、第二連結帯がゴム状弾性材料からなる環状弾性体に一体に埋設され、前記外側鍔部又は外側鍔部が、軸方向内側へ傾斜してなるものである。

本発明に係るフレキシブルカップリングによれば、外側鍔部又は外側鍔部が、軸方向内側へ傾斜していることによって第一及び第二連結帯の接触面積が増大するので、伝達トルクによる第一及び第二連結帯の接触部への応力集中が緩和され、また、外側鍔部を軸方向内側へ傾斜させることによって、ゴム状弾性材料からなる環状弾性体の端部の被り厚さを確保して、トルク入力による前記環状弾性体の端部への応力集中が緩和される。このため、耐久性を向上することができる。

以下、本発明に係るフレキシブルカップリングの好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、自動車のプロペラシャフト等における駆動側回転軸と従動側回転軸とを本発明によるフレキシブルカップリングを介して結合した状態を、軸心を通る平面で切断して示す断面図、図２は、本発明に係るフレキシブルカップリングの第一の形態をその軸心と直交する平面で切断して示す断面図である。なお、以下の説明において「円周方向」とは、当該フレキシブルカップリングの軸心を中心とする円周の方向をいう。

まず図１において、参照符号２０１は駆動側回転軸、２０２は従動側回転軸、２０３は駆動側回転軸２０１と従動側回転軸２０２の互いのセンタリングを保持するためのセンタリングブッシュである。駆動側回転軸２０１と従動側回転軸２０２の互いに対向する軸端間は、本発明によるフレキシブルカップリング１０を介して連結されている。

フレキシブルカップリング１０は、円周方向所定間隔で複数配置された駆動側ボビン１Ａと、この駆動側ボビン１Ａ，１Ａの間の円周方向中間位置に配置された従動側ボビン１Ｂとを備える。すなわち駆動側ボビン１Ａ及び従動側ボビン１Ｂは同数（例えば各３個）であり、それぞれの軸心が当該フレキシブルカップリング１０の軸心と平行になるように配置されている。

駆動側ボビン１Ａは、それぞれに挿通されたボルト２０４及びこれに螺合されるナット２０５によって、駆動側回転軸２０１の軸端のヨーク２０１ａに等位相間隔で取り付けられ、従動側ボビン１Ｂは、それぞれに挿通されたボルト２０６及びこれに螺合されるナット２０７によって、従動側回転軸２０２の軸端のヨーク２０２ａに等位相間隔で取り付けられる。

円周方向に隣り合う駆動側ボビン１Ａと従動側ボビン１Ｂは、第一及び第二連結帯２，３を介して交互に連結されている。そして、これら各ボビン１Ａ，１Ｂ及び各連結帯２，３は、ゴムなどのエラストマ材料によって成形された環状弾性体４に一体に埋設されている。すなわち環状弾性体４は、各ボビン１Ａ，１Ｂを各連結帯２，３を介して連結した状態で金型内にセットし、この金型内に未加硫ゴム材料を充填して加硫することにより、各ボビン１Ａ，１Ｂ及び各連結帯２，３と一体的に成形されたものである。

駆動側ボビン１Ａと従動側ボビン１Ｂは同一のものであって、図２に示されるように、鋼管等を切り出して製作された筒状接続子１１と、その外周面に圧入固定された、金属板のプレス成形品である一対の外側カラー１２，１２と、その筒状部１２１，１２１の外周面に跨って圧入固定された、金属板のプレス成形品である内側カラー１３とからなる。

外側カラー１２は、筒状部１２１及びその軸方向一端から展開した外側鍔部１２２を有する。外側鍔部１２２は、径方向中間部が軸方向内側へ倒れた傾斜部１２２ａとなっており、外周部１２２ｂが、軸心と垂直に延びるか、又は軸方向外側へ僅かに開いた形状に形成されている。一方、内側カラー１３はリール状を呈するもので、外側カラー１２の筒状部１２１の外周面に圧入嵌着される筒状部１３１と、その軸方向両端から軸心と垂直に延びる一対の内側鍔部１３２，１３２からなる。内側鍔部１３２，１３２は、外側カラー１２，１２の外側鍔部１２２，１２２の軸方向内側に位置しており、内側鍔部１３２，１３２の軸方向間隔は、外側鍔部１２２と内側鍔部１３２の軸方向間隔よりも長いものとなっている。

すなわち外側カラー１２と内側カラー１３は、一対の外側カラー１２の筒状部１２１を、内側カラー１３の筒状部１３１に軸方向両側から圧入することによって一体化されている。そして、外側カラー１２の筒状部１２１の先端部同士が、内側カラー１３の筒状部１３１における軸方向中央部の内周で互いに衝合又は近接対向している。

第一連結帯２及び第二連結帯３は、例えばポリエステル等の所要の引張弾性を有する高分子材料からなるコードを、数百回巻回して多層状としたものであって、円周方向交互に配置されている。

詳しくは、第一連結帯２は、従動側ボビン１Ｂにおける内側カラー１３の一対の内側鍔部１３２，１３２間（筒状部１３１）と、前記従動側ボビン１Ｂと円周方向に隣り合う駆動側ボビン１Ａにおける内側カラー１３の一対の内側鍔部１３２，１３２間（筒状部１３１）に跨がって、ループ状に巻き掛けられている。一方、第二連結帯３は、駆動側ボビン１Ａにおける内側カラー１３の一対の内側鍔部１３２，１３２とその軸方向外側にある外側カラー１２の外側鍔部１２２，１２２との間（外側カラー１２の筒状部１２１，１２１）と、前記駆動側ボビン１Ａと円周方向に隣り合う従動側ボビン１Ｂにおける内側カラー１３の一対の内側鍔部１３２，１３２とその軸方向外側にある外側カラー１２の外側鍔部１２２，１２２との間（外側カラー１２の筒状部１２１，１２１）に跨がって、二束配置され、ループ状に巻き掛けられている。したがって、各駆動側ボビン１Ａと各従動側ボビン１Ｂは、一束の第一連結帯２と、二束の第二連結帯３，３とによって、円周方向交互に連結されている。

内側カラー１３における第一連結帯２との接触面、すなわち筒状部１３１の外周面と内側鍔部１３２の内側面には、フッ素樹脂によるコーティング又はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）パウダーの塗布によって潤滑処理がなされており、外側カラー１２における第二連結帯３との接触面、すなわち筒状部１２１の外周面と内側鍔部１２２の内側面にも、同様の潤滑処理がなされている。

環状弾性体４は、ゴム状弾性材料によって、各駆動側ボビン１Ａと各従動側ボビン１Ｂの周囲及びその間を延びる第一及び第二連結帯２，３の周囲を包み込むように、これら駆動側ボビン１Ａ、従動側ボビン１Ｂ、第一及び第二連結帯２，３と一体に成形されている。各ボビン１Ａ，１Ｂにおける筒状接続子１１は、その軸方向両端部が外側カラー１２の内周から軸方向両側へ突出している。

以上の構成を備えるフレキシブルカップリング１０は、図１に示されるように、各駆動側ボビン１Ａが、ボルト２０４及びナット２０５によって、駆動側回転軸２０１のヨーク２０１ａに取り付けられる一方、各従動側ボビン１Ｂが、ボルト２０６及びナット２０７によって、前記駆動側回転軸２０１の軸端と対向する従動側回転軸２０２の軸端のヨーク２０２ａに取り付けられる。これによって、駆動側回転軸２０１の駆動トルクを第一及び第二連結帯２，３を介して従動側回転軸２０２へ伝達すると共に、第一及び第二連結帯２，３と環状弾性体４の変形特性によって、駆動側回転軸２０１と従動側回転軸２０２の軸心の方向が異なるこじり状態でのトルク伝達を許容し、かつ前記両軸２０１，２０２間の伝達振動を吸収する。

そして、このフレキシブルカップリング１０によれば、外側カラー１２における外側鍔部１２２は、径方向中間部が軸方向内側へ倒れた傾斜部１２２ａとなっているため、その軸方向外側を覆うように成形された環状弾性体４の端部４ａは、十分な被り厚さが確保されている。このため、駆動側ボビン１Ａと従動側ボビン１Ｂとの間で伝達トルクが入力されることにより、第一連結帯２又は第二連結帯３と共に環状弾性体４が変形を受けても、環状弾性体４の端部４ａは、その十分な被り厚さが確保されていること、及び外側鍔部１２２の外周部１２２ｂが傾斜していることによって、応力の集中が緩和され、亀裂の発生を有効に防止することができる。

また、外側鍔部１２２を傾斜部１２２ａ及び外周部１２２ｂによる屈曲形状としたことで、第二連結帯３との接触面積が増大し、このため第二連結帯３の接触部への応力集中が緩和され、第二連結帯３のコードの巻き数が同じでもその耐久性を向上することができる。また、外側鍔部１２２を単純に軸方向内側へ傾斜した形状にした場合は、第二連結帯３の一部が、外側鍔部１２２の外周縁に干渉して破損しやすくなる懸念があり、また、当該フレキシブルカップリング１０の製造において、第二連結帯３を巻き付けにくくなる懸念があるが、図２の形態によれば、外側鍔部１２２の外周部１２２ｂは、軸心と垂直又は軸方向外側へ僅かに開いた形状となっているので、このような問題を生じるおそれがない。

ここで、伝達トルクの入力によって、駆動側ボビン１Ａと従動側ボビン１Ｂに円周方向への相対的な捩り変位を生じると、これに伴って、第一連結帯２又は第二連結帯３は、外側カラー１２又は内側カラー１３と摺動するが、内側カラー１３における第一連結帯２との接触面及び外側カラー１２における第二連結帯３との接触面には、フッ素樹脂コーティング又はＰＴＦＥパウダーによる潤滑処理がなされているので、摩擦による第一連結帯２及び第二連結帯３の発熱や摩耗が抑制される。

次に、図３は、本発明に係るフレキシブルカップリングの第二の形態をその軸心と直交する平面で切断して示す断面図である。この形態において、図２に示される第一の形態と異なるところは、駆動側ボビン１Ａ及び従動側ボビン１Ｂにおける外側カラー１２，１２と内側カラー１３の形状にある。

すなわち、この形態において、外側カラー１２は、筒状部１２１及びその軸方向一端から軸心と略垂直に展開した外側鍔部１２２を有する断面略Ｌ字形に形成されている。一方、内側カラー１３は、外側カラー１２の筒状部１２１の外周面に嵌着される筒状部１３１と、その軸方向両端から展開した一対の内側鍔部１３２，１３２からなり、この内側鍔部１３２，１３２は、軸方向内側へ傾斜した円錐面をなすように延び、その外周縁１３２ａが、軸心と垂直に延びている。その他の部分は、基本的に図２と同様である。

ここで、このフレキシブルカップリング１０は、図１に示される駆動側回転軸２０１が車両を前進させる方向に駆動した場合に、第一連結帯２が引張を受けるようになっている。このため車両前進時には、第一連結帯２は、内側カラー１３との接触部では、トルクによる引張力と、内側カラー１３の内面への押付力と、第一連結帯２における外層側のコードから内側カラー１３の内面へ向けて伝達される押付力を受ける。

しかし、図３の形態によれば、内側カラー１３における内側鍔部１２２を、内側へ傾斜した形状としたことによって、第一連結帯２との接触面積が増大するので、第一連結帯２が引張を受けることによる内側カラー１３と第一連結帯３との接触部への応力集中が緩和され、したがって、第一連結帯２のコードの巻き数が同じであっても、その耐久性を向上することができる。また、内側鍔部１３２を単純に軸方向内側へ傾斜した形状にした場合は、第一連結帯２の一部が、内側鍔部１３２の外周縁に干渉して破損しやすくなる懸念があるが、図３の形態によれば、内側鍔部１３２の外周縁１３２ａは軸心と垂直に延びているので、このような問題を生じるおそれがない。

また、図１に示される駆動側回転軸２０１が車両を後退させる方向へ駆動した場合は、第二連結帯３が引張を受けるが、内側カラー１３の内側鍔部１２２は、外側面が第二連結帯３と接触しており、この内側鍔部１２２を、内側へ傾斜した形状としたことによって、第二連結帯３との接触面積も増大する。したがって、車両後退時に、第二連結帯３と内側カラー１３及び外側カラー１２との接触部への応力集中が緩和され、第二連結帯３のコードの巻き数が同じであっても、その耐久性を向上することができる。

次に、図４は、本発明に係るフレキシブルカップリングの第三の形態を、その軸心と直交する平面で切断して示す断面図である。この形態は、上述した図３に示される第二の形態における内側カラー１３の筒状部１３１を、その軸方向中間部１３１ａが膨らんだ形状としたものである。その他の部分は、図３と同様である。

この構成によれば、図３に示される第二の形態による効果に加え、第一連結帯２の巻装がやりやすくなるといった利点がある。すなわち、内側鍔部１３２を内側へ傾斜した形状とすることによって、第一連結帯２を巻き付ける際の間口が狭くなるが、内側カラー１３の筒状部１３１に巻き付けられた第一連結帯２は、この筒状部１３１が軸方向中間部１３１ａで膨らんだ形状となっているので、張力が作用することによって軸方向両側へ移動し、内側鍔部１３２，１３２間の全体に分布しやすくなる。

なお、外側カラー１２及び内側カラー１３は、フッ素樹脂によるコーティング又はＰＴＦＥパウダーの塗布による潤滑処理を施す代わりに、外側カラー１２及び内側カラー１３自体をＰＴＦＥ等で製作しても良い。

自動車のプロペラシャフト等における駆動側回転軸と従動側回転軸とを本発明によるフレキシブルカップリングを介して結合した状態を、軸心を通る平面で切断して示す断面図である。本発明に係るフレキシブルカップリングの好ましい第一の形態を、その軸心と直交する平面で切断して示す断面図である。本発明に係るフレキシブルカップリングの第二の形態をその軸心と直交する平面で切断して示す断面図である。本発明に係るフレキシブルカップリングの第三の形態をその軸心と直交する平面で切断して示す断面図である。フレキシブルカップリングの典型的な従来技術を、その軸心と直交する平面で切断して示す断面図である。図５におけるVI−VI’線で切断して示す拡大断面図である。

符号の説明

１Ａ駆動側ボビン
１Ｂ従動側ボビン
１０フレキシブルカップリング
１１筒状接続子
１２外側カラー
１２１，１３１筒状部
１２２外側鍔部
１２２ａ傾斜部
１２２ｂ外周部
１３内側カラー
１３２内側鍔部
２第一連結帯
３第二連結帯
４環状弾性体
２０１駆動側回転軸
２０２従動側回転軸

Claims

円周方向交互に配置された複数の駆動側ボビン（１Ａ）及び従動側ボビン（１Ｂ）のそれぞれに、一対の外側鍔部（１２２，１２２）及びその軸方向内側に位置する一対の内側鍔部（１３２，１３２）が設けられ、円周方向に隣接する前記駆動側ボビン（１Ａ）及び従動側ボビン（１Ｂ）における一対の内側鍔部（１３２，１３２）の間を通ってループ状に巻き掛けられた第一連結帯（２）と、円周方向に隣接する前記従動側ボビン（１Ｂ）及び前記駆動側ボビン（１Ａ）における内側鍔部（１３２）と外側鍔部（１２２）の間を通ってループ状に巻き掛けられた第二連結帯（３）によって、前記駆動側ボビン（１Ａ）及び従動側ボビン（１Ｂ）が円周方向交互に連結され、前記各駆動側ボビン（１Ａ）、従動側ボビン（１Ｂ）及び第一、第二連結帯（２，３）がゴム状弾性材料からなる環状弾性体（４）に一体に埋設され、前記外側鍔部（１２２）又は内側鍔部（１３２）が、軸方向内側へ傾斜してなることを特徴とするフレキシブルカップリング。