JP3726967B2 - 圧縮型弾性継手のゴムエレメント - Google Patents

Description

この発明は、たとえばディーゼルエンジンの入出力軸間に介設され、ゴム（弾性体）を圧縮する方向へ変形させながら動力を伝達する圧縮型弾性軸継手のゴムエレメントに関する。

この種の圧縮型弾性継手に関する先行技術として、たとえば、二段ねじり弾性継手で、中心部寄りにねじり剛性の低い弾性体が配置され、外周部寄りにねじり剛性の高い弾性体が配置されている。そして、低トルクのときには駆動側フランジから中心部寄りの弾性体を介して従動側へ動力が伝達され、負荷が大きくなると中心部寄りの弾性体とともに外周側の弾性体を介して従動側へ動力が伝達される構造からなる（たとえば、特許文献１参照）。

その他の先行技術に、クラッチ装置のトグ間にゴムエレメントが介設されており、そのゴムエレメントは平行に相対向する２枚の金属板とこれらの金属板間に接着されたゴム体とからなり、各金属板にはねじ杆の一端が溶接され、トグにナットで固定された構造のものがある（たとえば、特許文献２参照）。
特開平７−２７１４２号公報（段落番号００１４・００１５および図１〜図３） ドイツ国特許３４３２４３６号明細書および図面（７頁下段〜８頁上段、図１・図２）

しかしながら、上記した各公報に記載の装置には、それぞれ以下の点で改良すべき余地がある。すなわち、
（１）特許文献１の装置：中心部寄りおよび外周部寄りに配置されるいずれの弾性体もゴム部材自体からなり、金属板などの付属部材を備えていない。したがって、弾性体が別の部材に機械的に固定されないために、弾性体が経年的に老化して塑性変形により収縮し、入力軸間と出力軸間に、ガタ（隙間）が生じやすい。

（２）特許文献２の装置：ゴム体は金属板に接着され、この金属板に溶接されたねじ杆を介して対をなすトグ間に固定されるために、入出力軸間でのガタは生じにくいが、動力伝達時にゴム体が圧縮変形し、とくに図１３（ｂ）に示すように、外周側でゴム体の一部が半径方向外方へ大きくはみ出すなどの過剰変形が起こりやすい。また、図１３（ａ）に示すようにゴム体の一面が平面状の金属板内面に接着されており、圧縮変形時に金属板からゴム体が剥離しやすい。

（３）上記のいずれの装置も、弾性体（ゴム部分）のばね剛性を高めるには、ゴムの材質を変更して硬度を変える必要がある。また、弾性体を冷却する機構が施されておらず、したがって疲労強度が低い。

この発明は上記した従来の圧縮型弾性継手における弾性体（ゴムエレメント）の不具合を解決するもので、弾性体の老化によるガタの発生およびそれによる異音の発生を防止する、入出力軸と弾性体の板状金具との接合面のフレッチングを防止する、弾性体の疲労強度を高める、継手のダンピング効果の調整を容易にする、耐久性を向上してゴム寿命を延長する−ことができる圧縮型弾性継手のゴムエレメントを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するための本発明の請求項１にかかる圧縮型弾性継手のゴムエレメントは、駆動側フランジと従動側フランジとにそれぞれ円周方向に間隔をあけかつ干渉しないように対向して突設された前記駆動側リブと前記従動側リブとの間に介設され、弾性体を圧縮しながら動力を伝達する圧縮型弾性軸継手のゴムエレメントであって、
前記駆動側リブと前記従動側リブの対向するリブ面に取り付けられる一対の方形の板状金具を備え、前記各板状金具の弾性体接合面のほぼ中央部又は中央部を含む幅方向に、相対向して突出する隆起状の堰を設け、前記板状金具の周縁部において、厚みを全周にわたり低くして段差を設けたことを特徴としている。

上記の目的を達成するために本発明の請求項２にかかる圧縮型弾性継手のゴムエレメントは、軸方向に所定間隔をあけて同心軸上に配置された駆動軸端と従動軸端とにそれぞれ一体回転可能に設けた駆動側フランジと従動側フランジとに、それぞれ円周方向に等間隔にかつ干渉しないように相互に対向して平行に突設された前記駆動側リブと前記従動側リブとの空間部に半径方向に介設され、圧縮されながら動力を伝達する圧縮型弾性軸継手のゴムエレメントであって、
前記駆動側リブと前記従動側リブの対向するリブ面に当接してそれぞれ配置される一対の方形の板状金具の一端に、前記駆動側および前記従動側リブにボルト止めするための取付片を直角方向に外向きに形成し、前記各板状金具のゴム接合面のほぼ中央部又は中央部を含む（板状金具の）幅方向に、相対向して突出する隆起状の堰（隆起部）を設け、前記板状金具の周縁部において、厚みを全周にわたり低くして段差を設けたことを特徴としている。

上記の構成を有する請求項１および請求項２の圧縮型弾性軸継手のゴムエレメントによれば、板状金具の内面中央部から相対向して突出する堰により、堰のない金具を用いる場合に比べてゴムなどの弾性体の使用量が減少し、弾性体の材質（硬度）を変更せずにばね剛性を高く（硬く）することができ、これにより、圧縮変形時に外方へ迫り出すゴム部分を減らせる。また堰を設けたことにより、たとえば図１３（ｂ）のような圧縮力が弾性体部分に作用して弾性体が圧縮変形される際に、従来のように外周方向への歪みを集中的に増加させるのではなく、堰が全体的な歪み分布の差を小さして均等化するので、ゴムエレメント内部における発熱の差異が生じにくくなって、発熱差による弾性体の劣化が抑えられ、寿命が延びる。また、請求項２のゴムエレメントは板状金具の一端にボルト取付片を有するので、弾性継手のリブ間への取付を確実にかつ容易に行える。
また、段差を設けたことによって弾性体と板状金具との境界部分での接触面積が拡大し、圧縮時や引っ張り時に弾性体に作用する負荷を分散でき応力集中を避けられる。このため、板状金具の平面部と段差部との弾性体の境界部分に生じる傷の発生を抑制できる。
さらに、図１（ｃ）に記載のゴムエレメントにおいて、図２（ａ）に示すように弾性体と板状金具の段差の一部（板状金具の段差の圧縮方向と垂直をなす面）とに接着しない箇所を設け、弾性体が圧縮荷重を受けた際に弾性体が自由に変形可能な領域をもつ構造にすると、一層望ましい。このようにすれば、図２（ｂ）に示すように、金具上に弾性体が盛り上がって載っている状態で弾性体に引っ張りと圧縮が作用するのと同じで、金具と弾性体の接触部分は圧縮・引っ張り方向と平行であるせん断方向の力を受け、変位はゴムエレメント全体のばね剛性に依存するために、せん断応力であるにも拘わらず圧縮応力発生時と同じ歪みしか生じないので、その部分の応力が大幅に低減され、従来のゴムエレメントに比べて応力が１／３以下になる。

請求項３に記載のように、前記堰の形状を、正面より見て円形で断面略半球形状であり、その周縁部で高さがなだらかに変化して低くなるように形成することができる。

請求項３記載のゴムエレメントによれば、図１１（ａ）に示す大きさ・形状の堰に比べて、図１１（ｂ）に示すように曲面形状がなだらかで大きさが小さいので、圧縮力が作用した際の歪みが均等になり応力分布もなだらかで、ばね剛性も図１１（ａ）の堰を設けたゴムエレメントに比べて軟らかくなる。一方、図１１（ａ）の堰を設けたゴムエレメントでは、図１２に実線Ａで表した応力分布を生じ、中央部分の歪みが大きくなり、それ以外の部分では歪みが堰のないゴムエレメント（図１１（ｃ））よりも小さくなり、ばね剛性が硬くなる。このように、堰の幅や高さを変更することによって、弾性体の物性値や性状を代えずに、機械的にばね剛性を変化させられる。

したがって、弾性継手の大きさを変えずに、ゴムエレメントの堰の形状や大きさを変えることによって、軸系のねじり振動に適合する弾性継手を容易に提供できるようになる。また、くり返し変動の振幅が大きなプラントには、歪みが均等になり応力分布もなだらかな図１１（ｂ）に示す堰をもつゴムエレメントを提供し、変動は少ないが逆回転の頻度が高いプラントには、引っ張り方向の接着面積が大きい図１１（ａ）に示す堰をもつゴムエレメントを提供するなど、臨機応変に対応できる。

請求項４に記載のように、一対の前記板状金具間に接着される直方体状の弾性体を、全周にわたり断面形状において板状金具近くで外方へやや突状に膨らみ中間部で内方へやや凹状に窪むように形成するのが望ましい。

請求項４記載のゴムエレメントによれば、定格荷重時に弾性体が圧縮されて変形する際に外周囲付近の膨らみ形状が断面でほぼ水平になる。また、弾性体の表面形状が凹状であることから、放熱面積（全周囲面積）が増大し、冷却効果が向上する。一方、従来のゴムエレメントの場合には、同条件下で弾性体表面に大きくて深い窪みが発生しやすく、したがって、くり返し荷重を受けると、とくにその窪み部分が損傷し、亀裂が発生する可能性がある。

請求項５に記載のように、前記板状金具の外面においてほぼ中央位置に、固定用ボルトのねじ孔を前記堰の内部に向けて穿設するとともに、前記ねじ孔の底端部を平坦にすることが好ましい。

請求項５記載のゴムエレメントによれば、従来はねじ孔の底端部が尖っており、ねじ孔の螺合部を短くせざるを得なかったが、底端部を平担にしたので、螺合部の実効長さを最大限に長くすることができ、堰の高さの変更にフレキシブルに対応できるようになる。とくに、底端部の形状を平担にしてかつ丸みを帯びた形状にするとよい。

本発明にかかる圧縮型弾性軸継手のゴムエレメントは、上記の構成からなるから、下記のような優れた効果がある。

１）堰を設けたことでゴムエレメントの過剰膨張および弾性体の過剰変形を防止できるので、弾性継手の小径化および継続した長期使用による弾性体の永久歪み量を低減でき、疲労強度を向上して寿命を延長できる。

２）堰をなめらかな曲面にて形成することにより応力集中を避けることができ、また堰の幅や高さを変化させることにより弾性体の物性値を変化させずに、ゴムエレメントの応力分布および歪みを調整できる。

３）板状金具の周縁部に段差を設けることで弾性体と板状金具との接触部分の面積を増大し、とくにゴムエレメントが引っ張り圧縮される方向と平行な向きに板状金具に対し弾性体が接触する部分を設け、変動時の負荷を分散させることによって、板状金具と弾性体の接触部分の応力集中を緩和させることができ、過酷な条件下においても弾性体表面の損傷を抑制できる。

４）圧縮型弾性継手に組み付けた状態では、ゴムエレメントの外周側が大きく圧縮されて外方へ迫り出し、板状金具との接触部分と中心部寄りの弾性体部分で変形量に格差が生じやすいが、本発明のゴムエレメントにおいて堰を設けたことで弾性体がスムーズな膨らみ形状を呈し、効率よく無理なく駆動側から従動側へ動力を伝達できる。

以下、本発明にかかる圧縮型弾性軸継手のゴムエレメントの実施の形態を図面に基づいて説明する。

図８はディーゼル機関側の駆動側軸と発電機側の従動側軸との間に介設される圧縮型弾性継手を示す図９のＡ−Ａ線断面図で、同弾性継手に本発明の実施例によるゴムエレメントを組み込んでおり、図９は図８のＢ−Ｂ線断面図、図１０は図８の圧縮型弾性継手に本実施例のゴムエレメントを装着した状態を概略的に示す斜視図である。

これらの図面に示すように、本例の圧縮型弾性継手１０は駆動側軸（図示せず）と従動側軸１４との間に介設されている。駆動側軸の端部にはフライホイール１１が一体に形成され、このフライホイール１１に円環状の駆動側フランジ１２が円周方向に等間隔に配置される複数本のボルト１２ａにより一体回転可能に固定されている。一方、軸方向に所定間隔をあけて発電機１３の従動側軸１４が、駆動側軸と同心軸上に回転可能に配置されている。従動側軸１４は円筒状の従動軸筒１５内に緩挿され、キー１６を介して一体回転可能に連結されている。従動軸筒１５の一端部周囲に、駆動側フランジ１２に比べてやや小径で外向きの従動側フランジ１７が一体的に形成されている。

駆動側フランジ１２から従動側フランジ１７に向けて複数（本例では５つ）の断面略三角形状の駆動側リブ１８が、円周方向に等間隔に突設されている。また、従動側フランジ１７からも駆動側フランジ１２に向けて複数（本例では５つ）の断面略三角形状の従動側リブ１９が、円周方向に等間隔に突設されている。本例のゴムエレメント１は、駆動側リブ１８と従動側リブ１９とが平行に対向リブ面の空間部Ｃに外周側から中心部に向けて緩挿され、ボルト止めされる。

図１（ａ）は本発明のゴムエレメントの実施例を示す側面図、図１（ｂ）は同平面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のｃ−ｃ線断面図である。

各ゴムエレメント１は、本例では略直方体状の天然ゴムからなるゴム体（弾性体）４と相対向して配置される一対の長方形状の板状金具２とからなる。板状金具２は断面略Ｌ形で、一端（外周端）にボルト取付片２ａを直角方向に一体に突設しており、このボルト取付片２ａには複数のボルト孔２ｂを一定間隔で穿設している。各板状金具２の内面において、ほぼ中央部に相対向して内方へ突出する隆起状の堰（隆起部）３を設けている。この堰３は、本例では角部をなくして全体的に円弧状になだらかな曲面により形成した略台形からなる。

また、各板状金具２の外面において半径方向のほぼ中間位置には、止めねじ２１先端部の螺合部（ねじ孔）２ｃを前記堰３を利用してその内部に向け穿設している。このねじ孔２ｃの底端部は平担にかつ周囲を丸く形成している。さらに図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、板状金具２の内面周縁部２ｅをその内側の内面平面部２ｄに比べて一段低くなるように全周にわたり形成し、内面平面部２ｄとの間に段差を設けている。そして、弾性体として本例ではゴム体４を、一対の板状金具２の相対向する内面平面部２ｄに加硫により接着している。

ゴム体４は略直方体形であるが、本例では図１（ａ）・（ｃ）に示すように、一対の板状金具２・２間に露呈する全周面を断面において、各板状金具２の近傍では外方へやや凸状に膨らみ、中間部では内方へ凹状に窪むように形成している。このゴム体４の外周面の断面形状は天然ゴム等のゴム材料を、たとえば金型（図示せず）内に充填して形成することができる。また、板状金具２の内面周縁部２ｅは、図１（ｂ）のように四隅においても平面より見て角部が生じないように丸みを付けて円弧状に形成している。

上記のようにして本実施例にかかるゴムエレメント１が構成される。このゴムエレメント１は、駆動側リブ１８と従動側リブ１９間の各空間部Ｃ内に外周側から中心部に向けて半径方向に緩挿され、板状金具２のボルト取付片２ａのボルト孔２ｂに貫通させたボルト２２により各リブ１８・１９の外周面のねじ孔（図示せず）に螺合させて固定される。また、駆動側リブ１８と従動側リブ１９には凹所１８ａ・１９ａがそれぞれ形成され、各凹所１８ａ・１９ａ内に止めねじ２１の挿通孔（図示せず）が板状金具２に直交する方向に穿設されており、この挿通孔に止めねじ２１を挿通して先端部を螺合部２ｂに螺合させ、締め付けることにより各リブ１８・１９の内面に密着させて固定される。

図２（ａ）は本発明のゴムエレメントの他の実施例を示す板状金具２の内面周縁部２ｅとゴム体４との接着部位の一部を拡大して示す断面図で、図１（ｃ）の板状金具２においてその内面周縁部２ｅの垂直面２ｆにはゴム体４を接着しないようにした点が上記実施例１のゴムエレメント１と相違している。つまり、ゴム体４に圧縮力が作用した際に、ゴム体４の一部に自由に変形可能な領域をもたせた構造にしている。このようにすれば、図２（ｂ）に示すように板状金具２の一端面２ｈ上にゴム体４の一部が盛り上がって載っている状態でゴム体４に引っ張りと圧縮が作用するのと同じになる。板状金具２の端面２ｈとゴム体４の接触部分４ｓは圧縮・引っ張り方向と平行であるせん断方向の力を受け、変位はゴムエレメント１全体のばね剛性に依存するために、せん断応力であるにも拘わらず圧縮応力発生時と同じ歪みしか生じないので、図２（ｂ）におけるゴム体４の部分４ｓの応力が大幅に低減され、従来のゴムエレメントに比べて応力が１／３以下になる。

図３（ａ）〜（ｃ）は本発明のゴムエレメントの他の実施例を示すもので、本例のゴムエレメント１’は上記実施例１のゴムエレメント１に比べて板状金具２の半径方向ｒの長さが短く、正方形である点が相違するが、基本的には上記実施例と共通している。

図４（ａ）〜（ｃ）は本発明のゴムエレメントのさらに別の実施例を示すもので、本例のゴムエレメント１”はゴム体４に複数の冷却用空気通路５を間隔をあけて穿設し、各空気通路５内に金属製スリーブ６を嵌着している点が相違するが、基本的には上記実施例２のゴムエレメント１’と共通している。

図５は本発明のゴムエレメントの実施例３を示す断面図で、板状金具２の内面の中央部に設ける堰３−１の形状を半球体状に形成している点が他の実施例と相違する。その他の構成については共通するので、共通の部材には同一の符号を用いて図中に示し、説明を省略する。

図６は本発明のゴムエレメントの実施例４を示す一部を断面で表した斜視図で、板状金具２の内面に半径方向ｒの中間位置で、断面略角形の堰３−２を幅方向（半径方向に直交する方向）に連続して形成している点が他の実施例と相違する。その他の構成については共通するので、共通の部材には同一の符号を用いて図中に示し、説明を省略する。

図７は本発明のゴムエレメントの実施例５を示す断面図で、板状金具２の内面の中央部に設ける堰３−３形状を半球体状から半径方向の一端（外周端）側に涙滴状に延ばして非対称に形成している点が他の実施例と相違する。その他の構成については共通するので、共通の部材には同一の符号を用いて図中に示し、説明を省略する。

以上に本発明のゴムエレメントについて複数の実施例を挙げて説明したが、下記のように実施することができる。

a) 上記実施例３〜５に示すように、板状金具２の周縁部２ｅの段差をなくすことができる。

b) 本発明のゴムエレメントを組み込む圧縮型弾性継手１０は一例であり、上記の構造に限定されるものでないことは言うまでもない。

図１（ａ）は本発明のゴムエレメントの実施例を示す側面図、図１（ｂ）は同平面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のｃ−ｃ線断面図である。 図２（ａ）は本発明のゴムエレメントの他の実施例を示す板状金具２の内面周縁部２ｅとゴム本体４との接着部位の一部を拡大して示す断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）と同一の作用を発揮するゴムエレメントの他の例を表す一部を拡大して示す断面図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は本発明のゴムエレメントの他の実施例を示すもので、図３（ａ）は側面図、図３（ｂ）同平面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のｃ−ｃ線断面図である。 図４（ａ）〜（ｃ）は本発明のゴムエレメントのさらに別の実施例を示すもので、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）同平面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のｃ−ｃ線断面図である。 本発明のゴムエレメントの実施例３を示す断面図である。 本発明のゴムエレメントの実施例４を示す一部を断面で表した斜視図である。 本発明のゴムエレメントの実施例５を示す断面図である。 ディーゼル機関側の駆動側軸と発電機側の従動側軸との間に介設される圧縮型弾性継手を示す図９のＡ−Ａ線断面図で、同弾性継手に本発明の実施例１によるゴムエレメント１を組み込んでいる。 図８のＢ−Ｂ線断面図である。 図８の圧縮型弾性継手に本実施例のゴムエレメントを装着した状態を概略的に示す斜視図である。 図１１（ａ）は本発明のゴムエレメントの断面図で、堰の間のゴム体幅Ｌ１をゴム体幅Ｌの０．５倍にしたもの、図１１（ｂ）は本発明のゴムエレメントの断面図で、堰の間のゴム体幅Ｌ１をゴム体幅Ｌの０．９倍にしたもの、図１１（ｃ）は堰のないゴムエレメントの断面図である。 図１１（ａ）〜（ｃ）の各ゴムエレメントについて定格圧縮力が作用した時の、ゴム体の幅方向中間位置における半径方向ｒの歪み率を表した線図である。 図１３（ａ）は堰のないゴムエレメントを示す断面図、図１３（ｂ）は圧縮力が作用した際の同ゴムエレメントを示す断面図である。

符号の説明

１・１'・１" ゴムエレメント
２ 板状金具
２ａ取付片
２ｂボルト孔
２ｃ螺合部
２ｄ内面平面部
２ｅ内面周縁部
３・３−１〜３ 堰（隆起部）
４ ゴム体（弾性体）

Claims (5)

1. 駆動側フランジと従動側フランジとにそれぞれ円周方向に間隔をあけかつ干渉しないように対向して突設された前記駆動側リブと前記従動側リブとの間に介設され、弾性体を圧縮しながら動力を伝達する圧縮型弾性軸継手のゴムエレメントであって、
   前記駆動側リブと前記従動側リブの対向するリブ面に取り付けられる一対の方形の板状金具を備え、
   前記各板状金具の弾性体接合面のほぼ中央部又は中央部を含む幅方向に、相対向して突出する隆起状の堰を設け、
   前記板状金具の周縁部において、厚みを全周にわたり低くして段差を設けたことを特徴とする圧縮型弾性継手のゴムエレメント。
2. 軸方向に所定間隔をあけて同心軸上に配置された駆動軸端と従動軸端とにそれぞれ一体回転可能に設けた駆動側フランジと従動側フランジとに、それぞれ円周方向に等間隔にかつ干渉しないように相互に対向して平行に突設された前記駆動側リブと前記従動側リブとの空間部において半径方向に介設され、圧縮されながら動力を伝達する圧縮型弾性軸継手のゴムエレメントであって、
   前記駆動側リブと前記従動側リブの対向するリブ面に当接してそれぞれ配置される一対の方形の板状金具の一端に、前記駆動側および前記従動側リブにボルト止めするための取付片を直角方向に外向きに形成し、
   前記各板状金具のゴム接合面のほぼ中央部又は中央部を含む幅方向に、相対向して突出する隆起状の堰を設け、
   前記板状金具の周縁部において、厚みを全周にわたり低くして段差を設けたことを特徴とする圧縮型弾性継手のゴムエレメント。
3. 前記堰の形状を正面より見て円形で断面略半球形状とし、その周縁部で高さがなだらかに変化して低くなるように形成した請求項１又は請求項２記載の圧縮型弾性継手のゴムエレメント。
4. 一対の前記板状金具間に接着される直方体状の弾性体を、全周にわたり断面形状において板状金具近くで外方へやや突状に膨らみ中間部で内方へやや凹状に窪むように形成した請求項１〜３のいずれかに記載の圧縮型弾性継手のゴムエレメント。
5. 前記板状金具の外面においてほぼ中央位置に、固定用ボルトのねじ孔を前記堰の内部に向けて穿設するとともに、前記ねじ孔の底端部を平坦にした請求項１〜４のいずれかに記載の圧縮型弾性継手のゴムエレメント。

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