JP6675184B2 - ラバーカップリング - Google Patents

Description

本発明は、トランスミッションとディファレンシャル間の動力伝達系等の動力伝達系の２軸を繋ぐ弾性軸継手としてのラバーカップリングに関するものである。

トランスミッションとディファレンシャル間の動力伝達系に接続されるラバーカップリングは、エンジンの回転振動（脈動）を吸収し、かつディファレンシャルギヤのバックラッシュによる振動を抑えて回転を滑らかに伝達する必要がある。また、動力伝達系には自在継ぎ手を接続し、トランスミッションとディファレンシャルの軸の偏芯度及び交角を吸収する必要がある。

特許文献１、２では、弾性体の円周方向に駆動系と被駆動系に連結する円周方向のボルト（接続素子）を設け、これら接続素子同士をコードで連結し、これをゴムで覆ったラバーカップリングが提案され、ラバーカップリングで、回転駆動力を駆動側から被駆動側に伝達させ、偏芯度や交角は、自在継ぎ手で吸収するようにしている。

実開平５−６４５３７号公報 特開２０１４−１６３５０１号公報

しかしながら、コードで連結するのでは、製造コストがかかり、またエンジンの振動やトランスミッションのバックラッシュによるトルク変動による振動の減衰度を制御することが困難である。また偏芯度及び交角は、ラバーカップリングのゴムの弾性力で支持することは困難であり、自在継ぎ手を必要とする課題がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、エンジンの脈動やトランスミッションのバックラッシュによるトルク変動による振動の減衰度を制御できると共に偏芯荷重及び交角を受けて自在継ぎ手を不要にできるラバーカップリングを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、トランスミッションとディファレンシャル間の動力伝達系に接続されるラバーカップリングにおいて、金属製のプレートとそのプレートの円周方向に沿って複数設けられた金属製の筒部とで形成されたインナー部材と、前記筒部内に同軸上に設けられるインナーブッシュと、ゴム成形により、前記インナー部材を囲繞すると共に前記筒部とインナーブッシュ間のクリアランスをゴムで埋めるように形成されたラバー部材とを備えたことを特徴とするラバーカップリングである。

円周方向の前記インナーブッシュに、ブッシュが挿入され、これらブッシュ円周方向で、交互に駆動系の接続フランジと被駆動系の接続フランジにボルト・ナットで締結されるのが好ましい。

プレートには、前記筒部間に位置して、プレートの撓み度を調整するスリットが形成されるのが好ましい。

インナー部材は、プレートと筒部がプレス成形されるのが好ましい。

本発明は、回転脈動や振動を吸収して動力を伝達できると共に偏芯に対しても自在に弾性変形して回転をスムーズに伝達できるという優れた効果を発揮する。

本発明のラバーカップリングの一実施の形態を示す斜視図である。 （ａ）は図１の断面図、（ｂ）は、（ａ）の右側面図である。 図１のラバーカップリングを断面で示した正面図である。 図２（ａ）に示したインナー部材の詳細を示す図である。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明のラバーカップリングの製造工程を示す断面図である。 本発明のラバーカップリングにおけるインナー部材の変形例を示す図である。 （ａ）は、図６のインナー部材を用いたラバーカップリングの断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、インナー部材を種々変形したラバーカップリングの断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、プレートのスリットを変形したインナー部材の例を示す図である。 本発明においてインナー部材を種々変えたときのストローク変化に対する荷重変化を示す図である。 本発明においてインナー部材の捩り角度とトルクの関係を示す図である。 本発明のラバーカップリングのエンジンの動力伝達系に接続した状態を示す図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

先ず、本発明のラバーカップリングが適用される動力伝達系を図１２により説明する。

図１２に示すように、エンジン１０の動力は、トランスミッション１１に入力され、トランスミッション１１からプロペラシャフト１２を介して、ディファレンシャル１３に伝達される。

プロペラシャフト１２は、トランスミッション１１に接続される第１プロペラシャフト１２ａとディファレンシャル１３に連結される第２プロペラシャフト１２ｂからなり、これら第１、第２プロペラシャフト１２ａ、１２ｂ同士がユニバーサルジョイント１４にて連結されると共にセンターベアリング１５にてシャシフレーム（図示せず）に支持される。

第１、第２プロペラシャフト１２ａ、１２ｂには、トランスミッション１１やディファレンシャル１３と接続するために本発明のラバーカップリング２０で接続される。

本発明のラバーカップリング２０は、エンジン１０の振動やトランスミッション１１、ディファレンシャル１３のバックラッシュによるトルク変動による振動の減衰度を制御できると共にシャシフレームに懸架されるディファレンシャル１３の上下動による偏芯荷重も受けることができ、自在継ぎ手を不要にできるものである。

このラバーカップリング２０を図１〜図４により説明する。

図２（ａ）に示すように、ラバーカップリング２０は、金属製や樹脂製で円環状に形成された可撓性のあるプレート２２とそのプレート２２の円周方向に沿って複数設けられた金属製の筒部２３とで形成されたインナー部材２１と、筒部２３内に同軸上に設けられるインナーブッシュ２４と、ゴム成形によりインナー部材２１を囲繞すると共に筒部２３とインナーブッシュ２４間のクリアランスｃをゴムで埋めるように形成されたラバー部材２５とで構成される。

図４に示すように、インナー部材２１は、円環状のプレート２２の円周方向に、例えば６０度間隔で筒部２３が形成され、筒部２３間のプレート２２の半径方向に延びたスリット２６が形成されて構成される。

このインナー部材２１は、プレート２２と筒部２３がプレス加工又は機械加工により形成され、その後、スリット２６と、中心穴２７とがプレス加工又は機械加工により形成される。

このインナー部材２１の筒部２３にインナーブッシュ２４を挿入した状態で、金型にセットし、ラバー部材２５を射出成形してラバーカップリング２０とする。

このラバーカップリング２０には、図２（ａ）、図２（ｂ）示すように、インナーブッシュ２４にカップリングブッシュ２８が挿入される。カップリングブッシュ２８は、ラバーカップリング２０の表裏から円周方向のインナーブッシュ２４に対して、交互に挿入される。

図５（ａ）〜図５（ｅ）は、ラバーカップリング２０の製造工程を示したものである。

図５（ａ）に示すように、先ず、インナー部材２１とインナーブッシュ２４を別途成形しておく。

図５（ｂ）に示すようにラバー部材２５を成形する金型３０は、下型３１と上型３２とからなり、下型３１には、ラバー部材２５を成形するための円環状のキャビティ３３が形成され、そのキャビティ３３にインナーブッシュ２４を保持する支持突起３４が形成されて構成される。

この下型３１の支持突起３４にインナーブッシュ２４を嵌め込み、インナー部材２１の筒部２３とインナーブッシュ２４とが設定のクリアランスｃとなるようにインナー部材２１を、キャビティ３３内に配置する。

次に図５（ｃ）に示すように上型３２を下型３１にセットしてキャビティ３３を閉じ、そのキャビティ３３内に未加硫のゴムを加圧注入してラバー部材２５を射出成形してラバーカップリング２０を製造する。

このラバー部材２５を射出成形する際には、ゴムの加硫温度が１００℃以下と低いため、金型３０を、加硫温度以上、例えば２００℃前後に加熱しておく。

射出成型後は、図５（ｄ）に示すようにラバーカップリング２０を金型３０から取り出し、図５（ｅ）に示すようにインナーブッシュ２４にカップリングブッシュ２８を挿入する。

このカップリングブッシュ２８は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すようにラバーカップリング２０の表裏から円周方向のインナーブッシュ２４に対して、交互に挿入しておく。

このラバーカップリング２０をエンジンの動力系に接続する例を、図１、図３により説明する。

図１、図３に示すように、カップリングブッシュ２８を挿入したラバーカップリング２０を、プロペラシャフトなどの軸４０ｉ、４０ｏに設けた接続フランジ４１ｉ、４１ｏ間に位置させると共に両側の接続フランジ４１ｉ、４１ｏのボルト穴４２ｉ、４２ｏが、６０度ずれるように配置する。この状態で、ボルト４３ｉを、接続フランジ４１ｉのボルト穴４２ｉからカップリングブッシュ２８に挿入し、そのカップリングブッシュ２８から突出したボルト４３ｉにナット４４ｉをねじ込むことで、一方の接続フランジ４１ｉがラバーカップリング２０と接続される。

また、他方の接続フランジ４１ｏも同様にボルト４３ｏを、ボルト穴４２ｏからラバーカップリング２０のカップリングブッシュ２８に挿入してナット４４ｏをねじ込むことで、他方の接続フランジ４１ｏがラバーカップリング２０と接続される。

このように、軸４０ｉ、４０ｏ同士をラバーカップリング２０で接続することで、回転力は、一方の接続フランジ４１ｉのボルト４３ｉからカップリングブッシュ２８、インナーブッシュ２４に伝達され、インナーブッシュ２４とインナー部材２１の筒部２３間のクリアランスｃに介在したラバー部材２５のゴム層２５ｃを介してインナー部材２１に伝達され、インナー部材２１と共にラバーカップリング２０に伝達される。このラバーカップリング２０の回転力は、インナー部材２１から他方のボルト４３ｉが挿入された側の筒部２３からゴム層２５ｃを介し、筒部２３、インナーブッシュ２４、カップリングブッシュ２８を介して他方のボルト４３ｏに伝達されると共に他方の接続フランジ４１ｏを介して他方の軸４０ｏに伝達される。

この際、駆動側の軸４０ｉの回転は、インナーブッシュ２４間のゴム層２５ｃを介してインナー部材２１で被駆動側の軸４０ｏに伝達され、しかもゴム層２５ｃは、筒部２３とインナーブッシュ２４間で保持され、その弾性力で変形するため、回転力がスムーズに伝達される。

エンジンからの回転で、駆動側の軸４０ｉは回転脈動を伴うが、軸４０ｉの回転に脈動があっても、筒部２３とインナーブッシュ２４間のゴム層２５ｃが、その脈動を吸収できる。また、被駆動側の軸４０ｏ側で、ディファレンシャル側のファイナルギヤのバックラッシュによる衝撃もゴム層２５ｃで吸収できる。

さらに、駆動側の軸４０ｉと被駆動側の軸４０ｏとは、ディファレンシャルが常時上下動するため、軸心が一致せずに偏芯して、回転が伝達されるが、ラバーカップリング２０内のインナー部材２１がこの偏芯に応じて撓むことができるため、その偏芯を許容することができる。この際、インナー部材２１には、駆動側の筒部２３と被駆動側の筒部２３とを連結しているプレート２２にスリット２６が形成されると共にインナー部材２１をラバー部材２５で覆っているため、駆動側の筒部２３と被駆動側の筒部２３の偏芯及び交角を許容ししつつ駆動側の軸４０ｉと被駆動側の軸４０ｏの偏芯回転をスムーズに伝達することが可能となる。

図６、図７は、本発明の他の実施の形態を示したものである。

図２〜図４に示した実施の形態では、インナー部材２１のスリット２６を穴２７に開口する例を示したが、本実施の形態では、図６に示すようにスリット２６ａを筒部２３の間に位置し、かつ穴２７に開放させずに形成してインナー部材２１を構成し、このインナー部材２１を用いて、図７（ａ）、図７（ｂ）に示したようにラバーカップリング２０を構成したものである。

このラバーカップリング２０は、インナー部材２１のプレート２２の撓みは、スリット２６ａが穴２７に開放せずに閉じているため、プレート２２の撓み強度が高くなるが、軸４０ｉ、４０ｏの偏芯度や交角が小さい場合には、優位性がある。

図８は、本発明の他の実施の形態を示したものである。

図２〜図４及び図６、図７の実施の形態では、筒部２３とインナーブッシュ２４間のゴム層２５ｃで脈動を吸収できるが、偏芯度や交角が大きい場合には、ゴム層２５ｃの厚さ（クリアランス）と硬度で決定される捩り方向バネ定数には限界がある。またプレート２２は、動力系の２軸間の距離（ストローク）の変化に応じて撓むが、そのストローク変化に対するプレート２２の撓みによる荷重の調整もスリット２６だけでは限界がある。

そこで、図８（ａ）〜図８（ｆ）の実施の形態では、動力系の２軸の偏芯度や交角が大きい場合に対応したラバーカップリング２０としたものである。

図８（ａ）は、インナーブッシュ２４とインナー部材２１の筒部２３間のスペースを十分に取り、その間に捩り方向バネ定数を調整するための調整用ブッシュ２９ａを設けたものである。

この図８（ａ）のラバーカップリング２０は、偏芯度や交角が大きくても調整用ブッシュ２９ａが揺動し、その揺動力を筒部２３を介してプレート２２に伝達することができ、また捩り方向バネ定数は、調整用ブッシュ２９ａとインナーブッシュ２４間のゴム層２５ｃで調整できる。

図８（ｂ）は、調整用ブッシュ２９ｂの中央部を外側に膨らませてバルジ部３５ｂを形成し、そのバルジ部３５ｂを、筒部２３に接合したものである。

この図８（ｂ）のラバーカップリング２０においては、カップリングブッシュ２８（インナーブッシュ２４）の偏芯度や交角の変化が、筒部２３を介して直接プレート２２に撓みとして伝達され、また捩り方向バネ定数は、バルジ部３５ｂの上下の調整用ブッシュ２９ｂの内面とインナーブッシュ２４間のゴム層２５ｃで調整される。

図８（ｃ）は、調整用ブッシュ２９ｃのバルジ部３５ｃの上下幅を広げて、バルジ部３５ｃの上下の調整用ブッシュ２９ｃの内面とインナーブッシュ２４間のゴム層２５ｃの上下幅を、図８（ｂ）よりも小さくして捩り方向バネ定数を変えるようにしたものである。

図８（ｄ）は、筒部２３ａに、その中央部を膨らませてバルジ部３６を形成すると共にそのバルジ部３６をプレート２２に接合し、その筒部２３ａを支持するプレート２２の厚さを厚く形成したものである。

図８（ｅ）は、筒部２３ａを覆うように支持筒部２２ａを形成したプレート２２ｂを一対向かい合わせてプレート２２としたものである。

この図８（ｄ）、図８（ｅ）においては、インナー部材２１のプレート２２の厚さや断面形状を変えることで、そのプレート２２の撓み強度を自在に調整することができる。

図８（ｆ）は、金属製のプレート２２ｃとそのプレート２２ｃの円周方向に沿って複数設けられた金属製の筒部２３ｃとで分割インナー部材２１ｃを形成し、その分割インナー部材２１ｃを背中合わせにプレート２２ｃをプロジェクション溶接、スポット溶接にて接合、或いはインナー部材２１ｃをＦＲＰ等の樹脂で成形した場合には、接着剤で結合してインナー部材２１としたものである。このインナー部材２１では、分割インナー部材２１ｃの筒部２３ｃを、カップリングブッシュ２８側に傾斜した円錐台状に形成し、その軸方向に対する傾斜角θを変えることで、捩り方向特性を調整することができる。

すなわち、上下の筒部２３ｃ間に位置したゴム層２５ｒが、カップリングブッシュ２８（インナーブッシュ２４）の偏芯度や交角の変化で圧縮されるが、傾斜角θを調整することで、ゴム層２５ｒの圧縮による密度が変わるため、捩り方向特性を調整することができる。

図９は、インナー部材２１のプレート２２に形成するスリット２７等の形状を変えてプレート２２の撓み強度を調整する例を示したものである。

図９（ａ）は、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示したラバーカップリング２０の筒部２３の径を大ききして、調整用ブッシュ２９ａ〜２９ｃを挿入するためのインナー部材２１の例を示したものである。

図９（ｂ）は、筒部２３を形成したプレート２２に、スリット２６ａ、２７ｂを形成したスリットプレート２２ｐとを接合してインナー部材２１としたものである。

図９（ｃ）は、プレート２２に円周方向にスリット２６ｃを形成してインナー部材２１としたものである。

これら図９（ａ）〜図９（ｃ）に示したようにインナー部材２１は、スリット形状を変形することで、プレート２２の撓み強度を自在に調整することができる。

図１０、図１１は、動力系の２軸を接続する際の、ラバーカップリング２０のインナー部材の選定の方法を示したものである。

先ず、図１０に示すように動力系の２軸間の偏芯度や交角により、２軸間の距離（ストローク）の変化に対するプレートの撓みによる荷重を、例えばストロークの要求値が３ｍｍで、その時に撓み荷重を１０００Ｎｍｍとしたときにプレートの厚さや形状による荷重変化をプレートＡ〜Ｄごとに求めておく。

このときプレートＤが要求値を満たしたとする。

次に図１１に示すようにラバーカップリングの捩り方向ばね定数を基に捩り角とトルクの関係を求める。

伝達トルクの応答性は、例えば、最大捩り剛性を示す点線ｌmaxから最小捩り剛性を示す点線ｌminの範囲で要求された場合、ゴムの物性、ゴム層厚さ、材質を選定していくことで、伝達トルクの応答性のヒステリシスｈを設定できる。

このように、本発明は、２動力伝達系の２軸をつなぐ軸継手として、偏芯度や交角による荷重変化をインナー部材の撓み度で受けるようになし、トルク伝達の応答性は、インナーブッシュ２４とインナー部材２１の筒部２３間のクリアランスｃを調整し、そのクリアランスｃ間に介在するゴム層２５ｃの捩り方向ばね定数を、そのゴム層厚さ、材質、硬度を調整することで自在に選定でき、これにより回転脈動や振動を吸収して動力を伝達できると共に偏芯に対しても自在に弾性変形して回転をスムーズに伝達できる。

また、２動力伝達系の２軸間の偏芯度や交角変化が大きい場合には、インナーブッシュ２４とインナー部材２１の筒部２３間の間隔を大きくし、その間に、偏芯度と交角を伝達すると共に捩り方向ばね定数を選定する調整ブッシュ２９を設けることで、偏芯度や交角変化が大きくても支障なく回転を伝達できる。

１１ トランスミッション
１３ ディファレンシャル
２０ ラバーカップリング
２１ インナー部材
２２ プレート
２３ 筒部
２４ インナーブッシュ
２５ ラバー部材

Claims (8)

1. 動力伝達系の２軸をつなぐラバーカップリングにおいて、
   可撓性のあるプレートとそのプレートの円周方向に沿って複数設けられた筒部とで形成されたインナー部材と、
   前記筒部内に同軸上に設けられるインナーブッシュと、
   ゴム成形により、前記インナー部材を囲繞すると共に前記筒部とインナーブッシュ間のクリアランスをゴムで埋めるように形成されたラバー部材とを備え、
   円周方向の前記インナーブッシュに、ブッシュが挿入され、これらブッシュ円周方向で、交互に駆動系の接続フランジと被駆動系の接続フランジにボルト・ナットで締結される
   ことを特徴とするラバーカップリング。
2. 動力伝達系の２軸をつなぐラバーカップリングにおいて、
   可撓性のあるプレートとそのプレートの円周方向に沿って複数設けられた筒部とで形成されたインナー部材と、
   前記筒部内に同軸上に設けられるインナーブッシュと、
   ゴム成形により、前記インナー部材を囲繞すると共に前記筒部とインナーブッシュ間のクリアランスをゴムで埋めるように形成されたラバー部材とを備え、
   プレートは、そのプレートの板厚、材質、形状、プレートに形成したスリットで、インナー部材の撓み度が調整される
   ことを特徴とするラバーカップリング。
3. 動力伝達系の２軸をつなぐラバーカップリングにおいて、
   可撓性のあるプレートとそのプレートの円周方向に沿って複数設けられた筒部とで形成されたインナー部材と、
   前記筒部内に同軸上に設けられるインナーブッシュと、
   ゴム成形により、前記インナー部材を囲繞すると共に前記筒部とインナーブッシュ間のクリアランスをゴムで埋めるように形成されたラバー部材とを備え、
   前記筒部とインナーブッシュ間のクリアランス間のゴム層で、捩り方向ばね定数が調整される
   ことを特徴とするラバーカップリング。
4. 動力伝達系の２軸をつなぐラバーカップリングにおいて、
   可撓性のあるプレートとそのプレートの円周方向に沿って複数設けられた筒部とで形成されたインナー部材と、
   前記筒部内に同軸上に設けられるインナーブッシュと、
   ゴム成形により、前記インナー部材を囲繞すると共に前記筒部とインナーブッシュ間のクリアランスをゴムで埋めるように形成されたラバー部材とを備え、
   インナー部材は、プレートと筒部がプレス成形されたものからなる
   ことを特徴とするラバーカップリング。
5. 動力伝達系の２軸をつなぐラバーカップリングにおいて、
   可撓性のあるプレートとそのプレートの円周方向に沿って複数設けられた筒部とで形成されたインナー部材と、
   前記筒部内に同軸上に設けられるインナーブッシュと、
   前記インナーブッシュと前記筒部間に設けられ、前記インナーブッシュの揺動を前記筒部を介して前記プレートに伝達するための調整用ブッシュと、
   ゴム成形により、前記インナー部材を囲繞すると共に前記筒部と前記調整用ブッシュとインナーブッシュ間のクリアランスをゴムで埋めるように形成されたラバー部材とを
   備えたことを特徴とするラバーカップリング。
6. 円周方向の前記インナーブッシュに、ブッシュが挿入され、これらブッシュ円周方向で、交互に駆動系の接続フランジと被駆動系の接続フランジにボルト・ナットで締結される請求項５記載のラバーカップリング。
7. プレートは、そのプレートの板厚、材質、形状、プレートに形成したスリットで、インナー部材の撓み度が調整される請求項５又は６記載のラバーカップリング。
8. 前記調整用ブッシュは、前記インナー部材の筒部に接合される請求項５〜７のいずれかに記載のラバーカップリング。

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