JP2010065724A

JP2010065724A - フレキシブルカップリング

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Publication number: JP2010065724A
Application number: JP2008230635A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Takigami; 広行瀧上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-03-25

Abstract

【課題】回転トルク伝達時に連結帯同士の張力のばらつきにより発生する動的な芯ずれを抑制する。
【解決手段】円周上に等間隔に配置された６個の糸巻と、円周方向に隣り合う糸巻５１同士に巻き掛けられた連結帯５２と、をそれぞれ有し、互いの糸巻５１を対向させた状態で回転一体に連結された第１および第２カップリング５Ａ，５Ｂと、第１および第２カップリング５Ａ，５Ｂの糸巻５１，５１に円周方向１つ置きに固定されることにより、第１および第２カップリング５Ａ，５Ｂを回転一体に連結する中間連結部材７と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、２軸の軸端同士を連結して回転トルクを伝達するとともに、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に関する。

プロペラシャフト等の回転軸の連結にフレキシブルカップリングが使用される場合がある（例えば、特許文献１参照。）。このフレキシブルカップリングは、２軸の軸端同士を連結して回転トルクを伝達するとともに、両軸間において振動や撓みを吸収する。

例えば、特許文献１に開示されているフレキシブルカップリングは、円周方向に等間隔に設けられた糸巻と、円周方向に隣り合う糸巻に跨ってループ状に巻き掛けられた連結帯と、これらの糸巻および連結帯を埋設したゴムなどの環状弾性体とを備えている。

上記糸巻は、駆動側回転軸の軸端に固定される駆動側糸巻と、従動側回転軸の軸端に固定される従動側糸巻とからなる。また、上記連結帯は、駆動側回転軸が正方向に回転駆動しているときに張力が発生する第１連結帯と、駆動側回転軸が逆方向に回転駆動しているときに張力が発生する第２連結帯とからなる。

駆動側回転軸の正方向の回転トルクは、駆動側回転軸側から順に駆動側糸巻、第１連結帯、従動側糸巻を介して従動側回転軸へ伝達される。一方、駆動側回転軸の逆方向の回転トルクは、駆動側回転軸側から順に駆動側糸巻、第２連結帯、従動側糸巻を介して、従動側回転軸へ伝達される。なお、糸巻および連結帯を埋設した環状弾性体も若干量の回転トルクの伝達を担う。
特開２００３−２８１８９号公報

上記フレキシブルカップリングが回転トルクを伝達する際に、３つの第１連結帯又は第２連結帯に張力が発生するが、３つの連結帯の張力にばらつきが生じると、フレキシブルカップリングに動的な芯ずれが発生するため、３つの連結帯の張力は均等になることが望ましい。しかし、３つの連結帯の張力を完全に等しくすることは容易ではない。

図１５は、上記従来のフレキシブルカップリング９０の概略図である。符号９１は駆動側回転軸に固定された駆動側糸巻、符号９２は従動側回転軸に固定された従動側糸巻、符号９３は第１連結帯、符号９４は第２連結帯、符号９５は環状弾性体である。

このフレキシブルカップリング９０において、駆動側回転軸が正回転してその回転トルクが従動側回転軸に伝達される場合、３つの第１連結帯９３にそれぞれ張力が発生する。そして、各張力は、従動側糸巻９２を回転方向に引っ張る力Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３として作用する。このとき、例えば１つの第１連結帯９３の張力によって引っ張られる力Ｔ３が他の２つの第１連結帯９３の張力によって引っ張られる力Ｔ１，Ｔ２に比べて小さい場合、図１６に示すように、引っ張られる力Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の間で、矢印Ｚに示すアンバランス力が発生する。これがフレキシブルカップリング９０の動的な芯ずれとなる。

このようにフレキシブルカップリング９０に動的な芯ずれが発生すると、フレキシブルカップリング９０によって連結された２つの回転軸にも動的な芯ずれの影響が及び、これがこもり音、振動発生の要因となり得る。

本発明は、上記の問題点に鑑みて創案されたものであり、回転トルク伝達時に連結帯同士の張力のばらつきにより発生する動的な芯ずれを抑制することを可能としたフレキシブルカップリングを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するための手段として、本発明のフレキシブルカップリングは、以下のように構成されている。すなわち、本発明のフレキシブルカップリングは、円周上に等間隔に配置された４個以上の複数個の糸巻と、円周方向に隣り合う糸巻同士に巻き掛けられた連結帯と、をそれぞれ有している。そして、互いの糸巻を対向させた状態で回転一体に連結された第１および第２カップリングと、前記第１および第２カップリングの糸巻に円周方向１つ置きに固定されることにより、前記第１および第２カップリングを回転一体に連結する中間連結部材と、を備えている。

また、上記フレキシブルカップリングは、以下のように構成されていることが望ましい。すなわち、本発明のフレキシブルカップリングは、上記構成において、前記第１カップリングの糸巻は、第１回転軸の軸端部に固定された第１回転軸側糸巻と、前記中間連結部材に固定された中間連結部材側糸巻とが円周方向に交互に配置されたものからなる。また、前記第２カップリングの糸巻は、第２回転軸の軸端部に固定された第２回転軸側糸巻と、前記中間連結部材に固定された中間連結部材側糸巻とが円周方向に交互に配置されたものからなる。そして、前記中間連結部材は、前記第１回転軸側糸巻と前記第２回転軸側糸巻とを対向させた状態で前記第１カップリングと前記第２カップリングとを回転一体に連結している。

かかる構成を備えるフレキシブルカップリングによれば、第１カップリングにおける連結帯同士の張力のばらつきにより発生する動的なアンバランス力が発生し易い方向と、第２カップリングにおけるそのアンバランス力が発生し易い方向とが相違する。このため、回転トルク伝達時に第１カップリングにおいて連結帯同士の張力のばらつきにより発生する動的なアンバランス力と、第２カップリングにおいて連結帯同士の張力のばらつきにより発生する動的なアンバランス力とが打ち消し合って全体として動的なアンバランス力を抑制する可能性が高くなる。

本発明のフレキシブルカップリングによれば、回転トルク伝達時に連結帯同士の張力のばらつきにより発生する動的な芯ずれを抑制することが可能である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、図１に示すように、自動車等の車両のプロペラシャフト１における第１回転軸２と第２回転軸３とを本発明に係るフレキシブルカップリング４を介して結合した場合を例に挙げて説明する。なお、フレキシブルカップリング４が車両の前後進駆動力を伝達する時に、第１回転軸２は駆動側回転軸、第２回転軸３は従動側回転軸となる。

［フレキシブルカップリングの構成］
フレキシブルカップリング４は、第１回転軸２の軸端部２ａに回転一体に固定された第１カップリング５Ａと、第２回転軸３の軸端部３ａに回転一体に固定された第２カップリング５Ｂと、第１カップリング５Ａと第２カップリング５Ｂとの間に設けられて、これらのカップリング５Ａ，５Ｂを回転一体に連結する中間連結部材７とを備えている。

第１および第２カップリング５Ａ，５Ｂは、図２および図３に示すように、回転軸芯を中心とした円周上に等間隔に配置された６個の糸巻５１と、円周方向に隣り合う各２個の糸巻５１に巻き掛けられた連結帯５２と、糸巻５１および連結帯５２を埋設して成形された環状弾性体５３とを備えている。なお、糸巻の数量は、４個以上であればよいが、４ｎ＋２個（ｎは自然数である。）であることが望ましい。

各糸巻５１は、後述する連結帯５２が巻き掛けられるものであり、例えば、筒状のスリーブ５６と、スリーブ５６の外周面に径方向遠心側に延在した鍔部５７とで構成されたものが使用される。糸巻５１の内径側には、筒状の接続部材５８が圧入されており、糸巻５１は、この接続部材５８を介して第１回転軸２の軸端部２ａ又は中間連結部材７にボルト５４およびナット５５等の固定具にて固定されている。なお、接続部材５８の一端部は、位置決めのために第１回転軸２の軸端部２ａ又は中間連結部材７に形成された陥没部２ｂ，７０に嵌入されている。

また、第１カップリング５Ａの６個の糸巻５１は、第１回転軸２の軸端部２ａに固定される３個の第１回転軸側糸巻５１Ａと、中間連結部材７に固定される同数個の中間連結部材側糸巻５１Ｂとで構成されている。これらの第１回転軸側糸巻５１Ａと中間連結部材側糸巻５１Ｂとは円周方向に交互に配置されている。なお、第１回転軸側糸巻５１Ａと中間連結部材側糸巻５１Ｂの数量は、それぞれ２個以上であればよいが、好ましくはそれぞれ２ｎ＋１個（ｎは自然数である。）であることが望ましい。

一方、第２カップリング５Ｂの６個の糸巻５１は、中間連結部材７に固定される３個の中間連結部材側糸巻５１Ｃと、第２回転軸３の軸端部３ａに固定される同数個の第２回転軸側糸巻５１Ｄとで構成されており、これらも円周方向に交互に配置されている。なお、中間連結部材側糸巻５１Ｃと第２回転軸側糸巻５１Ｄの数量は、それぞれ２個以上であればよいが、好ましくはそれぞれ２ｎ＋１個（ｎは自然数である。）であることが望ましい。

第１カップリング５Ａの連結帯５２は、円周方向に隣り合う第１回転軸側糸巻５１Ａと中間連結部材側糸巻５１Ｂとに跨ってループ状に巻き掛けられている。この連結帯５２は、例えば、ポリエステル、ナイロン等の所要の引張弾性を有する高分子材料からなる線材を多層状に巻回したものからなる。また、連結帯５２は、プロペラシャフト１が車両の前進駆動力を伝達する時（矢印Ｐ方向への回転時）に張力が発生する正トルク用連結帯５２Ａとプロペラシャフト１が車両の後進駆動力を伝達する時（矢印Ｐと逆方向への回転時）に張力が発生する負トルク用連結帯５２Ｂとが円周方向に交互に配設されている。

一方、第２カップリング５Ｂの連結帯５２は、円周方向に隣り合う中間連結部材側糸巻５１Ｃと第２回転軸側糸巻５１Ｄとに跨ってループ状に巻き掛けられている。この連結帯５２も、既述したように線材を多層状に巻回したものからなる。また、この連結帯５２も、プロペラシャフト１が車両の前進駆動力を伝達する時に張力が発生する正トルク用連結帯５２Ｃとプロペラシャフト１が車両の後進駆動力を伝達する時に張力が発生する負トルク用連結帯５２Ｄとが円周方向に交互に配設されている。

環状弾性体５３は、ゴムなどのエラストマ材料等によって糸巻５１および連結帯５２を埋設するように環状に成形されている。なお、中心部には、貫通穴５３ａが設けられており、ここに後述するブッシュ８、ピン３１等が挿通されている。

中間連結部材７は、図１および図２に示すように、第１カップリング５Ａと第２カップリング５Ｂとを回転一体に連結している。この中間連結部材７の第１カップリング５Ａ側は、既述したように、第１のカップリング５Ａ内に円周方向１つ置きに設けられた中間連結部材側糸巻５１Ｂに固定されている。また、中間連結部材７の第２カップリング５Ｂ側は、第２のカップリング５Ｂ内に円周方向１つ置きに設けられた中間連結部材側糸巻５１Ｃに固定されている。つまり、第１カップリング５Ａと第２カップリング５Ｂとは、第１回転軸側糸巻５１Ａと第２回転軸側糸巻５１Ｄとを対向させた状態で中間連結部材７によって回転一体に連結されている。

なお、本実施形態における中間連結部材７は、図４に示すように、第１又は第２カップリング５Ａ，５Ｂに固定される固定部７１が遠心側へ突出し、その他の部分は中心側へ凹んでいる。この凹み７１ｂによって糸巻５１Ａ又は５１Ｄに挿通されるボルト５４等との干渉が回避されている。図４において、符号７０は接続部材５８が位置決め嵌入される陥没部７０、符号７３はボルト５４の取付穴、符号７４は、後述するブッシュ８を挿通させるための穴である。

なお、図２において、符号８は第１回転軸２の軸端中心の開口部２ｃに一端部が圧入された円筒状のブッシュであり、符号３１は第２回転軸３の軸端中心から軸線上に沿って凸設された円柱状のピンである。このピン３１は、前記ブッシュ８の他端部内に嵌入されている。これらブッシュ８およびピン３１は、両回転軸２，３をフレキシブルカップリング４にて連結するときに、回転軸芯同士の位置決めに利用される。

［フレキシブルカップリングにおける作用］
プロペラシャフト１が回転トルクを伝達する際に、カップリング５Ａ，５Ｂの各３つの連結帯５２の張力にばらつきが生じると、各カップリング５Ａ，５Ｂにおいて動的なアンバランス力（以下「アンバランス力」という。）が発生する。このアンバランス力は、張力を発生する各連結帯５２の延在する方向と平行な方向に発生し易いと考えられる。

例えば、第１カップリング５Ａでは、プロペラシャフト１が車両の前進駆動力を伝達するときに（図１および図３の矢印Ｐ方向への回転時に）、各正トルク用連結帯５２Ａの延在する方向と平行な方向Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３（図３を参照）に、アンバランス力が発生して同方向に動的な芯ずれを起こし易いと考えられる。同様に、第２カップリング５Ｂでも、各正トルク用連結帯５２Ｃの延在する方向と平行な方向Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３（図３を参照）に、アンバランス力が発生して動的な芯ずれを起こし易いと考えられる。

図５（ａ）、（ｂ）は、上記の考えに従って、各第１および第２カップリング５Ａ，５Ｂにおいて、アンバランス力が発生して動的な芯ずれを起こした場合にその動的な芯ずれ位置（動的な回転中心位置）が発生し易い領域ＳＳ，ＮＮをそれぞれ示したものである。この図において、符号Ｓ₀，Ｎ₀は、静的な回転中心位置、つまり、フレキシブルカップリング４が極めて小さい回転トルクが伝達するときの幾何学的な回転中心位置を示している。

フレキシブルカップリング４全体でのアンバランス力は、第１および第２カップリング５Ａ，５Ｂの両方のアンバランス力を足し合わせたものとなる。例えば、第１および第２カップリング５Ａ，５Ｂの動的なアンバランス力が同じ方向に発生すればフレキシブルカップリング４全体でのアンバランス力は大きくなる。一方、第１および第２カップリング５Ａ，５Ｂの両方のアンバランス力が相反する方向に発生すればフレキシブルカップリング４全体でのアンバランス力は小さくなる。

本発明のフレキシブルカップリング４では、図５の領域ＳＳと領域ＮＮに示すように、２つのカップリング５Ａ，５Ｂにおいて発生し易い動的な芯ずれ位置の方向特性が相反しており、このことはアンバランス力の発生し易い方向特性も相違しているといえる。そうすると、フレキシブルカップリング４全体でのアンバランス力は、第１又は第２カップリング５Ａ，５Ｂ単体でのアンバランス力よりも小さくなる可能性が高いと考えられる。換言すると、第１又は第２カップリング５Ａ，５Ｂは、従来のフレキシブルカップリングと同様のものであるから、フレキシブルカップリング４全体でのアンバランス力は、従来のフレキシブルカップリングのアンバランス力よりも小さくなる可能性が高いと考えられる。

［シミュレーション］
そこで、本発明のフレキシブルカップリング４による動的な芯ずれの抑制効果を確認するために、以下の手順でシミュレーションを実行した。

まず、図６の列５２Ａ_1L，５２Ａ_2L，５２Ａ_3Lに示すように、計算機により正規分布Ｎ（Ｘｂａｒ，σ²）の乱数を各１００個（一部図示省略）発生させる。ここで、Ｘｂａｒは平均値、σはばらつき（標準偏差）を示し、Ｘｂａｒ＝１０、３σ＝±５としている。発生させた各１００個の乱数は、プロペラシャフト１が車両の前進駆動力を伝達するときの第１カップリング５Ａの各正トルク用連結帯５２Ａ₁〜５２Ａ₃の張力に相当する。すなわち、図６の列５２Ａ_1L，５２Ａ_2L，５２Ａ_3Lの値は、それぞれ、正トルク用連結帯５２Ａ₁，５２Ａ₂，５２Ａ₃の張力を示している。なお、各列５２Ａ_1L，５２Ａ_2L，５２Ａ_3Lの下から２行目に、各列の値の平均値Ｘ_A1L，Ｘ_A2L，Ｘ_A3Lをそれぞれ示しており、各列５２Ａ_1L，５２Ａ_2L，５２Ａ_3Lの最下行に、各列の値のばらつきσ_A1L，σ_A2L，σ_A3Lをそれぞれ示している。

つぎに、図７（ａ）に示すように、第１カップリング５Ａの正トルク用連結帯５２Ａ₁，５２Ａ₂，５２Ａ₃の張力によって中間連結部材側糸巻５１Ｂが引っ張られる力をベクトル５２Ａ_1V，５２Ａ_2V，５２Ａ_3Vで表し、これらをＸ−Ｙ座標軸上に当てはめる。各ベクトル５２Ａ_1V，５２Ａ_2V，５２Ａ_3VとＸ軸とのなす角はそれぞれ３０°，１５０°，２７０°である。したがって、ベクトル５２Ａ_1V，５２Ａ_2V，５２Ａ_3VのＸ成分は、各列５２Ａ_1L，５２Ａ_2L，５２Ａ_3Lの値にそれぞれＳＩＮ３０°、ＳＩＮ１５０°、ＳＩＮ２７０°を掛け合わせた値となり、ベクトル５２Ａ_1V，５２Ａ_2V，５２Ａ_3VのＹ成分は、図６の各列５２Ａ_1L，５２Ａ_2L，５２Ａ_3Lの値にそれぞれＣＯＳ３０°、ＣＯＳ１５０°、ＣＯＳ２７０°を掛け合わせて算出した値となる。これらに従って算出すると、ベクトル５２Ａ_1V，５２Ａ_2V，５２Ａ_3VのＸ成分は、それぞれ、図６に示す各列５２Ａ_1LX，５２Ａ_2LX，５２Ａ_3LXに示す値となり、ベクトル５２Ａ_1V，５２Ａ_2V，５２Ａ_3VのＹ成分は、同図の各列５２Ａ_1LY，５２Ａ_2LY，５２Ａ_3LYに示す値となる。

各ベクトル５２Ａ_1V，５２Ａ_2V，５２Ａ_3VのＸ成分同士、Ｙ成分同士の和は、図６の列５２Ａ_1LX，５２Ａ_2LXおよび５２Ａ_3LXの和と、列５２Ａ_1LY，５２Ａ_2LYおよび５２Ａ_3LYの和であり、同図の列５２Ａ_LX、列５２Ａ_LYに示す値となる。

そして、第１カップリング５Ａにおける３つの正トルク用連結帯５２Ａの張力のアンバランス力の大きさは、√（（列５２Ａ_LXの値）²＋（列５２Ａ_LYの値）²）より算出され、列５２Ａ_LSに示す値となる。この列５２Ａ_LSの値のアンバランス力の大きさの分布を算出すると、Ｘｂａｒ＝２．７３、σ＝１．４８（３σ＝±４．４３）となる。

列５２Ａ_LXの値をＸ座標、列５２Ａ_LYの値をＹ座標に当てはめて散布図を描くと図９に示すようになる。この散布図において、原点は３つの正トルク用連結帯５２Ａ₁，５２Ａ₂，５２Ａ₃の張力が完全に釣り合っている状態、つまり、アンバランス力がゼロとなる状態を示す。原点から外れた各プロットの座標は、第１カップリング５Ａにおけるアンバランス力の向きおよび大きさを示す。したがって、原点から離れるほど、アンバランス力が大きくなることを意味する。

なお、プロットが多数発生している領域ＳＳＳは、図５（ａ）に示した領域ＳＳのように、Ｘ軸に対して３０°、１５０°、２７０°の方向に若干突出している。このことは、各正トルク用連結帯５２Ａの延在する方向と平行な方向に、アンバランス力が発生して同方向に動的な芯ずれを起こし易いことを示している。

第２カップリング５Ｂについても同様に、図１０の列５２Ｃ_1L，５２Ｃ_2L，５２Ｃ_3Lに示すように、正規分布Ｎ（Ｘｂａｒ，σ²）の乱数を各１００個（一部図示省略）発生させ、これらをプロペラシャフト１が車両の前進駆動力を伝達するときの第２カップリング５Ｂの各正トルク用連結帯５２Ｃの張力とする。ここでも、Ｘｂａｒ＝１０［μｍ］、３σ＝±５［μｍ］としている。なお、各列５２Ｃ_1L，５２Ｃ_2L，５２Ｃ_3Lの下から２行目に、各列の値の平均値Ｘ_C1L，Ｘ_C2L，Ｘ_C3L，を示しており、各列５２Ｃ_1L，５２Ｃ_2L，５２Ｃ_3Lの最下行に、各列の値のばらつきσ_C1L，σ_C2L，σ_C3Lを示している。

つぎに、図７（ｂ）に示すように、第２カップリング５Ｂの正トルク用連結帯５２Ｃ₁，５２Ｃ₂，５２Ｃ₃の張力によって中間連結部材側糸巻５１Ｃが引っ張られる力をベクトル５２Ｃ_1V，５２Ｃ_2V，５２Ｃ_3Vを表し、これらをＸ−Ｙ座標軸上に当てはめる。各ベクトル５２Ｃ_1V，５２Ｃ_2V，５２Ｃ_3VとＸ軸とのなす角はそれぞれ９０°，２１０°，３３０°となる。したがって、ベクトル５２Ｃ_1V，５２Ｃ_2V，５２Ｃ_3VのＸ成分は、各列５２Ｃ_1L，５２Ｃ_2L，５２Ｃ_3Lの値にそれぞれＳＩＮ９０°、ＳＩＮ２１０°、ＳＩＮ３３０°を掛け合わせた値となり、ベクトル５２Ｃ_1V，５２Ｃ_2V，５２Ｃ_3VのＹ成分は、図１０の各列５２Ｃ_1L，５２Ｃ_2L，５２Ｃ_3Lの値にそれぞれＣＯＳ９０°、ＣＯＳ２１０°、ＣＯＳ３３０°を掛け合わせた値となる。これらに従って算出すると、ベクトル５２Ｃ_1V，５２Ｃ_2V，５２Ｃ_3VのＸ成分は、それぞれ、図１０に示す各列５２Ｃ_1LX，５２Ｃ_2LX，５２Ｃ_3LXに示す値となり、ベクトル５２Ｃ_1V，５２Ｃ_2V，５２Ｃ_3VのＹ成分は、同図の各列５２Ｃ_1LY，５２Ｃ_2LY，５２Ｃ_3LYに示す値となる。

各ベクトル５２Ｃ_1V，５２Ｃ_2V，５２Ｃ_3VのＸ成分同士、Ｙ成分同士の和は、図１０の各列５２Ｃ_1LX，５２Ｃ_2LXおよび５２Ｃ_3LXの和と、列５２Ｃ_1LY，５２Ｃ_2LYおよび５２Ｃ_3LYの和であり、同図の列５２Ｃ_LX、列５２Ｃ_LYに示す値となる。

そして、第２カップリング５Ｂにおける３つの正トルク用連結帯５２Ｃの張力のアンバランス力の大きさは、√（（列５２Ｃ_LXの値）²＋（列５２Ｃ_LYの値）²）より算出され、列５２Ｃ_LSに示す値となる。この列５２Ｃ_LSの値の動的なアンバランス力の大きさの分布を算出すると、Ｘｂａｒ＝２．５２、σ＝１．４２（３σ＝±４．２６）となる。

列５２Ｃ_LXの値をＸ座標、列５２Ｃ_LYの値をＹ座標に当てはめて散布図を描くと図１１に示すようになる。この散布図において、原点は３つの正トルク用連結帯５２Ｃ₁，５２Ｃ₂，５２Ｃ₃の張力が完全に釣り合っている状態を示す。原点から外れた各プロットの座標は、第２カップリング５Ａにおけるアンバランス力の向きおよび大きさを示す。

なお、プロットが多数発生している領域ＮＮＮは、図５（ｂ）に示した領域ＮＮのように、Ｘ軸に対して９０°、２１０°、３３０°の方向に若干突出している。このことは、各正トルク用連結帯５２Ｃの延在する方向と平行な方向に、アンバランス力が発生して同方向に動的な芯ずれを起こし易いことを示している。

つぎに、第１カップリング５Ａおよび第２カップリング５Ｂが一体となって構成されるフレキシブルカップリング４のアンバランス力を求める。

まず、互いに相反する方向に向いている、ベクトル５２Ａ_1Vとベクトル５２Ｃ_2V、ベクトル５２Ａ_2Vとベクトル５２Ｃ_3V、ベクトル５２Ａ_3Vとベクトル５２Ｃ_1VのＸ成分、Ｙ成分の和を算出し、算出結果を図１２に示す。すなわち、図１２の列Ｊｘはベクトル５２Ａ_1VのＸ成分とベクトル５２Ｃ_2VのＸ成分の和、列Ｊｙはベクトル５２Ａ_1VのＹ成分とベクトル５２Ｃ_2VのＹ成分の和、列Ｋｘはベクトル５２Ａ_2VのＸ成分とベクトル５２Ｃ_3VのＸ成分の和、列Ｋｙはベクトル５２Ａ_2VのＹ成分とベクトル５２Ｃ_3VのＹ成分の和、列Ｌｘはベクトル５２Ａ_3VのＸ成分とベクトル５２Ｃ_1VのＸ成分の和、そして、列Ｌｙはベクトル５２Ａ_3VのＹ成分とベクトル５２Ｃ_1VのＹ成分の和である。

そして、√（（列Ｊｘの値）²＋（列Ｊｙの値）²）、√（（列Ｋｘの値）²＋（列Ｋｘの値）²）、√（（列Ｌｘの値）²＋（列Ｌｙの値）²）を算出すると、順に列Ｊｓ，Ｋｓ，Ｌｓに示す値となる。ここで、列Ｊｓの値は、Ｘ軸に対して３０°および２１０°をなす方向Ｊ_SR（図３および図８参照）へのアンバランス力の大きさを、列Ｋｓは、Ｘ軸に対して１５０°および３３０°をなす方向Ｋ_SR（図３および図８参照）へのアンバランス力の大きさを、列Ｊｓは、Ｘ軸に対して９０°および２７０°をなす方向Ｊ_SR（図３および図８参照）への動的なアンバランス力の大きさを示している。各列Ｊｓ，Ｋｓ，Ｌｓの最下行に示すように、列Ｊｓの値のばらつきσ_Jは、１．４１、列Ｋｓの値のばらつきσ_Kは、１．６７、列Ｊｓの値のばらつきσ_Lは、１．４４であり、これらの平均値は１．５となる。

したがって、フレキシブルカップリング４全体でのアンバランス力は、Ｘｂａｒ＝０、σ＝±１．５として発生させた正規分布Ｎ（Ｘｂａｒ，σ²）の乱数を用いて表すことができる。

図１３の列Ｍ₀，Ｎ₀，Ｐ₀に示すように、Ｘｂａｒ＝０、σ＝±１．５として正規分布Ｎ（Ｘｂａｒ，σ²）の乱数を各１００個発生させ、列Ｍｘ、Ｍｙに示すように、列Ｍ₀の値にＳＩＮ３０°、ＣＯＳ３０°をそれぞれ掛け合わせた値を求める。同様に、同図の列Ｎｘ、Ｎｙに示すように、列Ｎ₀の値にＳＩＮ１５０°、ＣＯＳ１５０°をそれぞれ掛け合わせた値を求める。また同様に、同図の列Ｐｘ、Ｐｙに示すように、列Ｐ₀の値にＳＩＮ２７０°、ＣＯＳ２７０°をそれぞれ掛け合わせた値を求める。ここで、列Ｍｘ、Ｍｙは、図８で示した方向Ｊ_SRへのアンバランス力、列Ｎｘ、Ｎｙは、図８で示した方向Ｋ_SRへのアンバランス力であり、列Ｐｘ、Ｐｙは、図８で示した方向Ｓ_SRへのアンバランス力である。

つぎに、図１３の列Ｑｘ、Ｑｙに示すように、列Ｍｘ，Ｎｘ，Ｐｘの値を足し合わせた値、列Ｍｙ，Ｎｙ，Ｐｙの値を足し合わせた値をそれぞれ求める。そして、同図の列Ｑｓに示すように、√（（列Ｑｘの値）²＋（列Ｑｙの値）²）の値を求める。この列Ｑｓの値は、フレキシブルカップリング４全体でのアンバランス力の大きさを表す。また、列Ｑｘは上記アンバランス力のＸ成分を、列Ｑｙは上記アンバランス力のＹ成分を表す。

列Ｌ_Xの値をＸ座標、列Ｌ_Yの値をＹ座標に当てはめて散布図を描くと図１４に示すようになる。この散布図において、原点は、フレキシブルカップリング４全体でのアンバランス力がゼロとなる状態を示す。原点から外れた各プロットの座標は、アンバランス力の向きおよび大きさを示す。したがって、原点から離れるほど、アンバランス力が大きくなることを意味する。このときの列Ｌｓの分布状態は、Ｘｂａｒ＝２．４７、±σ＝１．４４（３σ＝±３．６）となっている。

フレキシブルカップリング４全体における動的なアンバランス力を示す図１２の列Ｌｓの分布状態と、第１のカップリング５Ａの動的なアンバランス力を示す図６の列５２Ａ_LSの分布状態（Ｘｂａｒ＝２．７３、３σ±４．４３）又は第２のカップリング５Ｂの動的なアンバランス力を示す図１０の列５２Ｃ_LSの分布状態（Ｘｂａｒ＝２．５２、３σ±４．２６）とを比較すると、Ｘｂａｒが０．０５〜０．２９程度、ばらつき３σが０．６６〜０．８３程度小さくなっている。また、第１のカップリング５Ａ、第２のカップリング５Ｂは、既述したように、それぞれ単体では従来例に係るフレキシブルカップリングと同様のものである。したがって、本発明のフレキシブルカップリング４によれば、アンバランス力の大きさ（動的な芯ずれ量）は従来例に係るフレキシブルカップリングより抑制されるといえる。

なお、本シミュレーションは、プロペラシャフト１が車両の前進駆動力を伝達するときを例に挙げて説明しているが、正トルク用連結帯５２Ａ，５２Ｃと負トルク用連結帯５２Ｂ，５２Ｄとは構造的な対称性を有するのでプロペラシャフト１が車両の後進駆動力を伝達するときも同様のアンバランス力（動的な芯ずれ）の抑制効果が得られる。

以上では、車両のプロペラシャフトの連結に本発明のフレキシブルカップリングを適用した場合を説明したが、本発明のフレキシブルカップリングは、２つ回転軸の軸端端同士を連結して回転トルクを伝達するものであれば適用でき、適用範囲は車両のプロペラシャフトの連結に限定されるものではない。

本発明の実施の形態に係るフレキシブルカップリングを用いて第１回転軸と第２回転軸とを連結した状態を示す斜視図である。軸線を含む平面で切断して表した、本発明の実施の形態に係るフレキシブルカップリングの縦断面図である。（ａ）は図２のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図である。何れも第１および第２カップリング以外の部分を省略している。中間連結部材を軸線方向から視た図である。（ａ）は、第１カップリングにおいて、動的な芯ずれ位置が発生し易い領域を示す図であり、（ｂ）は、第２カップリングにおいて、動的な芯ずれ位置が発生し易い領域を示す図である。第１カップリングにおける正トルク用連結帯の張力等の計算結果である。（ａ）、（ｂ）は第１および第２カップリングの正トルク用連結帯の張力およびその張力方向を表すベクトルを示す図である。平行な方向に延びる各２つの正トルク用連結帯におけるアンバランス力が発生する方向を示した図である。第１カップリングにおけるアンバランス力の大きさおよび向きを表す散布図である。第２カップリングにおける正トルク用連結帯の張力の算出結果等を示す図である。第２カップリングにおけるアンバランス力の大きさおよび向きを表す散布図である。相反する方向へ張力を生じる各２つの正トルク用連結帯の張力の算出等を示す図である。フレキシブルカップリング全体でのアンバランス力の算出結果等を示す図である。フレキシブルカップリング全体におけるアンバランス力の大きさおよび向きを表す散布図である。従来例に係るフレキシブルカップリングの概略図である。従来例に係るフレキシブルカップリングの連結帯によるアンバランス力を説明する図である。

符号の説明

２第１回転軸
３第２回転軸
４フレキシブルカップリング
７中間連結部材
５Ａ第１カップリング
５Ｂ第２カップリング
５１糸巻
５１Ａ第１回転軸側糸巻
５１Ｂ中間連結部材側糸巻
５１Ｃ中間連結部材側糸巻
５１Ｄ第２回転軸側糸巻
５２連結帯

Claims

円周上に等間隔に配置された４個以上の複数個の糸巻と、円周方向に隣り合う糸巻同士に巻き掛けられた連結帯と、をそれぞれ有し、互いの糸巻を対向させた状態で回転一体に連結された第１および第２カップリングと、
前記第１および第２カップリングの糸巻に円周方向１つ置きに固定されることにより、前記第１および第２カップリングを回転一体に連結する中間連結部材と、
を備えることを特徴とするフレキシブルカップリング。
請求項１に記載のフレキシブルカップリングにおいて、
前記第１カップリングの糸巻は、第１回転軸の軸端部に固定された第１回転軸側糸巻と、前記中間連結部材に固定された中間連結部材側糸巻とが円周方向に交互に配置されたものからなり、
前記第２カップリングの糸巻は、第２回転軸の軸端部に固定された第２回転軸側糸巻と、前記中間連結部材に固定された中間連結部材側糸巻とが円周方向に交互に配置されたものからなり、
前記中間連結部材は、前記第１回転軸側糸巻と前記第２回転軸側糸巻とを対向させた状態で前記第１カップリングと前記第２カップリングとを回転一体に連結している、
ことを特徴とするフレキシブルカップリング。