JP6117468B2 - 分割型ゴム継手 - Google Patents

Description

本発明は、外側取付部材及び内側取付部材を介して原動軸及び従動軸を接続する分割型ゴム継手に関するものである。

一般に、船舶に装備されるディーゼルエンジンなどの原動軸と、例えば発電装置の従動軸とは、各軸端部に設けられた外側取付部材及び内側取付部材を介して、分割型ゴム継手により接続され、原動軸のトルクを従動軸に伝達するようになっている（例えば、特許文献１）。

特許文献１の分割型ゴム継手は、周方向に分割された前後一対の複数の分割体１０１ａ、１０１ｂからなり、各分割体１０１ａ、１０１ｂが外周側金具１０２と内周側金具１０３との間にゴム体１０４を加硫接着した構造とされる（図１４参照）。

分割体１０１ａ、１０１ｂの外周側金具１０２を前後に接合しつつ外側取付部材１０５に取り付けると共に、内周側金具１０３を前後に接合しつつ内側取付部材１０６に取り付けることにより、ゴム体１０４に予圧縮をかけつつ、外側取付部材１０５と内側取付部材１０６との間に分割型ゴム継手が介装される（図１５を参照）。

特開昭６０−２３７２２６号公報（第１頁左下欄第１９行〜右下欄第１９行、第２頁左下欄第３行〜第５行、第１図、第２図）

ところで、分割型ゴム継手が原動軸と従動軸とを接続するので、分割型ゴム継手を介装しつつ各軸端部に設けられた外側取付部材及び内側取付部材には、同じ大きさのトルクが作用する。

しかしながら、外側取付部材よりも内側取付部材の方が小径であるため、分割型ゴム継手の各分割体に作用する継手周方向の力は、外側取付部材に取り付けられる外周側金具の近傍よりも、内側取付部材に取り付けられる内周側金具の近傍の方が大きくなる。しかも、外周側の周方向長さよりも内周側の周方向長さが短い分、内周側金具の近傍のゴム体に作用する応力がより大きくなる。

これに対して、特許文献１の分割型ゴム継手は、予圧縮をかけて耐久性の向上を図っているものの、ゴム体に作用する応力の分布を十分に改善することができず、製品の耐久性を低下させるおそれがある。

本発明は、各分割体のゴム体の耐久性の向上を図ることのできる分割型ゴム継手の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る分割型ゴム継手は、複数の分割体を周方向に配列して構成したものであり、各分割体を、原動軸及び従動軸のうちの一方に設けたリング状の外側取付部材と、原動軸及び従動軸のうちの他方に設けて外側取付部材の径方向内側に位置する内側取付部材と、の間に介装するものである。さらに、その分割体は、外側取付部材に取り付ける外周側金具と、内側取付部材に取り付ける内周側金具との間にゴム体を設けて構成したものであり、このゴム体は、外周側よりも内周側で継手中心軸方向の幅を大きくし、継手中心軸を含む平面で切断した縦断面を略台形状に設定したものである。

上記構成によれば、ゴム体の縦断面を略台形状に設定して、ゴム体のうち、継手周方向に作用する力が外周側よりも大きくなる内周側の軸方向幅を大きくするので、内周側金具の近傍のゴム体の応力が大きくなるのを抑えて、ゴム体の応力の分布を改善することができ、ゴム体の耐久性の向上を図ることができる。

ここで、ゴム体は、極めて剛性の高い外周側金具及び内周側金具に止着するので、その止着部で剛性が急変することになり、止着部の近傍に応力集中が生じやすいが、ゴム体のうちの止着部の近傍にＲ部を形成することにより、応力集中を緩和することができる。さらに、止着部の近傍のＲ部を大きくするほど、応力集中を緩和する効果を高めることができる。

また、ゴム体の縦断面における継手中心軸方向で両端縁を内向きに凸の曲線状に設定するようにしてもよい。

この構成によれば、ゴム体の縦断面を略台形状に設定しつつ、その両端縁が外周側金具に対してなす角を垂直に近づけることができ、ゴム体のうちの外周側金具の近傍の応力集中を緩和することができる。

つまり、ゴム体の縦断面を略台形状に設定することにより、ゴム体のうちの最も幅狭で剛性の小さい部位が外周側金具に止着されることになるので、剛性が急変する止着部の近傍の応力集中がより顕著になる。これに対して、ゴム体の縦断面の両端縁を外周側金具に対して垂直に近づけることにより、止着部から離れた部位にも変形を分散させて、応力集中を緩和させることができ、止着部の近傍のＲ部を省略することができる。

また、ゴム体のうちの継手中心軸と直交する横断面における周方向で両端縁を内向きに凸の曲線状に設定するようにしてもよい。この構成によれば、ゴム体の横断面のうち、径方向で中央部よりも径方向で両端の止着部を継手周方向に広くすることができるので、外周側金具及び内周側金具の近傍の応力集中を緩和することができる。

また、ゴム体の横断面における周方向で両端縁のうち、径方向で中央部に、周方向で内向きに凸の大Ｒ部を形成すると共に、径方向で両端部に、周方向で外向きに凸の小Ｒ部を形成するようにしてもよい。

この構成によれば、外向きに凸の小Ｒ部と内向きに凸の大Ｒ部とを組み合わせるので、止着部の近傍に小Ｒ部を形成しつつ、ゴム体の横断面の両端縁を全体として内向きに凸の緩やかな曲線状に設定することができ、分割型ゴム継手の強度を低下させることなく、応力集中を効果的に緩和することができる。

つまり、ゴム体の横断面の両端縁は、継手周方向の力によって生じる応力が大きくなる部位であり、止着部の近傍の応力集中も特に顕著になりやすいため、その止着部の近傍に、専用の小Ｒ部を設けるのが好ましい。ただ、内向きに凸の大Ｒ部を形成した上で、その両端に、内向きに凸の小Ｒ部を滑らかに連続させるには、ゴム体のうちの径方向で中央部を継手周方向に狭くする必要があり、分割型ゴム継手の強度を低下させるおそれがある。

これに対して、小Ｒ部を外向きに凸に設定して、内向きに凸の大Ｒ部の両端に滑らかに連続させることにより、ゴム体の中央部を継手周方向に狭くしすぎることなく、止着部の近傍に小Ｒ部を形成して、応力集中を効果的に緩和することができる。

以上のとおり、本発明によると、ゴム体の縦断面を略台形状に設定して、ゴム体の内周側の軸方向幅を外周側よりも大きくするので、内周側金具の近傍のゴム体の応力が大きくなるのを抑えて、ゴム体の応力の分布を改善することができ、各分割体のゴム体の耐久性の向上を図ることができる。

本発明に係る分割型ゴム継手の要部正面図（第１形状のゴム体） 図１のＡ−Ａ断面図 第２形状のゴム体の横断面図 第２形状のゴム体の縦断面図 ゴム体の内部の応力状態を示す図（第１形状、小トルク） ゴム体の表面の応力状態を示す図（第１形状、小トルク） ゴム体の内部の応力状態を示す図（第１形状、大トルク） ゴム体の表面の応力状態を示す図（第１形状、大トルク） ゴム体の内部の応力状態を示す図（第２形状、小トルク） ゴム体の表面の応力状態を示す図（第２形状、小トルク） ゴム体の内部の応力状態を示す図（第２形状、大トルク） ゴム体の表面の応力状態を示す図（第２形状、大トルク） ゴム体の指定トルク（負荷トルク）と寿命回数の関係を示すＳ−Ｎ線図 従来の分割型ゴム継手の正面図 従来の分割型ゴム継手の縦断面図

以下、本発明に係る分割型ゴム継手を実施するための形態について、図面を用いて説明する。

分割型ゴム継手１は、例えば、船舶に装備されるディーゼルエンジンなどの原動軸と発電装置の従動軸とを接続してトルクを伝達するものであり、両軸端部にそれぞれ設けられたリング状の外側取付部材２と内側取付部材３との間に介装される。この分割型ゴム継手１は、複数の分割体４を周方向に配列してなり、各分割体４が、外側取付部材２とその径方向内側に位置する内側取付部材３との間に介装される（図１、図２を参照）。

分割体４は、外周側金具５と内周側金具６との間に、参考の分割型ゴム継手１に用いられる第１形状のゴム体７、又は本発明に係る分割型ゴム継手１に用いられる第２形状のゴム体８を加硫接着してなり、その外周側金具５が外側取付部材２にボルト締結され、内周側金具６が内側取付部材３にボルト締結されて、外側取付部材２と内側取付部材３との間に介装される。

外周側金具５及び内周側金具６は、継手中心軸９を中心として同心円上に配置される円弧状の金属片とされ、外周側金具５とゴム体７、８との接着面の曲率半径（ｒ１）が内周側金具６とゴム体７、８との接着面の曲率半径（ｒ２）よりも大きく設定されている（図１を参照）。また、外周側金具５の継手中心軸９と平行な方向の幅は、内周側金具６の継手中心軸９と平行な方向の幅よりも大きく設定されている（図２を参照）。

ゴム体７、８は、外周側金具５及び内周側金具６との接着面における継手中心軸９と平行な方向の幅が、それぞれ外周側金具５及び内周側金具６と同程度とされ、継手中心軸９を含む平面で切断した縦断面が、外周側よりも内周側が幅広の略台形状に設定されている（図２、図４を参照）。

ゴム体７、８のうち、第１形状のゴム体７は、横断面の両側縁１０及び縦断面の両側縁１１が直線状に設定され、外周側金具５及び内周側金具６の近傍にそれぞれ内向きに凸のＲ部１２、１３が形成されている（図１、図２を参照）。

また、ゴム体７、８のうち、第２形状のゴム体８は、横断面の両側縁のうちの径方向で中央部に、周方向で内向きに凸の大Ｒ部１４が形成され、径方向で両端部に、周方向で外向きに凸の小Ｒ部１５が形成されている（図３を参照）。大Ｒ部１４の曲率半径（Ｒ１）は、小Ｒ部１５の曲率半径（Ｒ２）よりも大きく設定され、ゴム体８の横断面の両側縁が全体として内向きに凸の曲線状に設定されている。また、ゴム体８の縦断面の両側縁１６が内向きに凸で曲率半径が（Ｒ３）の曲線状に設定されている（図４を参照）。

次に、第１形状のゴム体７を備えた分割型ゴム継手１、及び第２形状のゴム体８を備えた分割型ゴム継手１に、小トルク（６２５０Ｎ・ｍ）及び大トルク（９８００Ｎ・ｍ）を負荷したときのゴム体７、８の応力状態について説明する。

図５〜図１２は、ゴム体７、８の応力状態をＦＥＭ解析によって求め、各部位の最大主応力の大きさを濃度によって示したものであり、濃い部分ほど大きな主応力が生じていることを示している。なお、ＦＥＭ解析は、ゴム体７、８を継手中心軸方向に２分割したモデルを用いて行い、図５、図７、図９、図１１に、ゴム体７、８の内部の応力状態を示し、図６、図８、図１０、図１２に、ゴム体７、８の表面の応力状態を示している。

図５〜図１２に示すように、ゴム体７、８の縦断面を略台形に設定しているので、外周側よりも内周側に強い力が作用しているにもかかわらず、外周側から内周側に渡って、ほぼ均一な大きさの主応力が作用していることがわかる。また、図５〜図８に示すように、ゴム体７は、そのＲ部１２の近傍に大きな主応力が発生しているが、ゴム体８は、その小Ｒ部１５の近傍の主応力が抑えられていることがわかる。

第１形状のゴム体７のうち、外周側のコーナー部に生じる最大主応力は、小トルクを負荷したときに−０．７４ＭＰａ〜１．４８ＭＰａであり、大トルクを負荷したときに−０．７４ＭＰａ〜２．８８ＭＰａである。

第１形状のゴム体７のうち、内周側のコーナー部に生じる最大主応力は、小トルクを負荷したときに−０．５５ＭＰａ〜１．４１ＭＰａであり、大トルクを負荷したときに−０．５５ＭＰａ〜２．５７ＭＰａである。

第２形状のゴム体８のうち、外周側のコーナー部に生じる最大主応力は、小トルクを負荷したときに−０．２６ＭＰａ〜０．５８ＭＰａであり、大トルクを負荷したときに−０．２６ＭＰａ〜１．１６ＭＰａである。

第２形状のゴム体８のうち、内周側のコーナー部に生じる最大主応力は、小トルクを負荷したときに−０．１７ＭＰａ〜０．５７ＭＰａであり、大トルクを負荷したときに−０．１７ＭＰａ〜１．０７ＭＰａである。

これらの最大主応力を基に、トルクの繰り返し負荷に対する寿命を予測した結果を表１に示す。さらに、図１３に、表１が示す結果をゴム体７、８のＳ−Ｎ線図として示す。Ｓ−Ｎ線図は、指定トルク（負荷トルク）と寿命回数の関係を示すものであり、縦軸が指定トルクで、横軸が寿命回数である。

表１及び図１３が示すように、大Ｒ部１４及び小Ｒ部１５を形成したゴム体８は、Ｒ部１２を形成しただけのゴム体７よりも、約４０〜５０倍の寿命が得られることがわかった。なお、この寿命予測は、ゴムに生じる最大主応力の大きさと、ゴムが破損するまでの応力変動の繰り返し数との関係についてのデータに基づくものである。また、寿命予測に際し、応力状態について着目する部位は、ゴム体７、８で同じ部位とした。

上記構成によれば、ゴム体７、８の縦断面を外周側よりも内周側が幅広の略台形状に設定するので、原動軸のトルクを受けて継手周方向に力が作用したとき、その継手周方向の力によって生じるゴム体７、８の内周側の部位の応力を抑えることができる。これにより、ゴム体７、８のうち、外周側よりも継手周方向の力が大きくなる内周側の応力を小さくすることができ、ゴム体７、８に生じる応力を極力均一にすることができる。

また、ゴム体８の横断面の両側縁に、内向きに凸の大Ｒ部１４と外向きに凸の小Ｒ部１５とを滑らかに連続させて形成し、ゴム体８の横断面の両側縁を全体として内向きに凸の緩やかな曲線状に設定している。これにより、径方向で中央部の応力を極端に大きくすることなく、小Ｒ部１５に生じる応力集中を緩和することができ、分割型ゴム継手１の強度を低下させることなく、耐久性を向上させることができる。

また、ゴム体８の縦断面の両側縁１６を内向きに凸の曲線状に設定するので、両側縁１６を外周側金具５に対してほぼ垂直に設定することができ、ゴム体８の縦断面を略台形状に設定しつつ、外周側金具５の近傍に生じる応力集中を抑えることができる。

１ 分割型ゴム継手
２ 外側取付部材
３ 内側取付部材
４ 分割体
５ 外周側金具
６ 内周側金具
７ ゴム体（第１形状）
８ ゴム体（第２形状）
９ 継手中心軸
１０ 両側縁
１１ 両側縁
１２ Ｒ部
１３ Ｒ部
１４ 大Ｒ部
１５ 小Ｒ部
１６ 両側縁

Claims (2)

1. 複数の分割体を周方向に配列してなり、各分割体が、原動軸及び従動軸のうちの一方に設けられたリング状の外側取付部材と、原動軸及び従動軸のうちの他方に設けられて前記外側取付部材の径方向内側に位置する内側取付部材と、の間に介装される分割型ゴム継手であって、
   前記分割体は、外側取付部材に取り付けられる外周側金具と、内側取付部材に取り付けられる内周側金具との間にゴム体を設けてなり、
   前記ゴム体は、外周側よりも内周側で継手中心軸方向の幅が大きくされ、継手中心軸を含む平面で切断した縦断面が略台形状に設定され、継手中心軸と直交する横断面における周方向で両端縁のうち、径方向で中央部に、周方向で内向きに凸の大Ｒ部が形成されると共に、径方向で両端部に、周方向で外向きに凸の小Ｒ部が形成されたことを特徴とする分割型ゴム継手。
2. 前記ゴム体は、前記縦断面における継手中心軸方向で両端縁が内向きに凸の曲線状に設定されたことを特徴とする請求項１に記載の分割型ゴム継手。