JP6898814B2 - ダイアフラムカップリング - Google Patents

Description

本発明は、二軸間に介装されて回転トルクを伝達するとともに二軸間における芯ズレ、角変位または軸方向変位などのミスアライメントを吸収するダイアフラムカップリングに関する。

従来から図１２および図１３（Ａ）（Ｂ）に示すように、互いに軸方向に対向する一対のフランジ２間にダイアフラム３を介してセンターチューブ４を連結した構造のダイアフラムカップリング１が知られている。

一対のフランジ２は、その一方が駆動軸側に連結されるとともに他方が従動軸側に連結され、よって上記したように回転トルクを伝達するとともに金属薄板よりなるダイアフラム３が変形することでミスアライメントを吸収する。

ダイアフラム３は、フランジ２およびガード５間に挟まれるかたちにて外周部がフランジ２にボルト止めされ、内周部が溶接などの手段によってセンターチューブ４に固定される。

上記構成のダイアフラムカップリング１では、その軸方向長さを調整するため図示するように、フランジ２およびダイアフラム３間にシム８を介装することがある。

図１４（Ａ）（Ｂ）に示すようにシム８は、金属等の硬材によって円環状に形成され、その厚み方向に貫通するようにボルト通し穴８ｃが所要数等配状（図では８等配）に設けられている。

実開昭６１−１９００３３号公報 実開昭６４−４８４３１号公報 特開２０１７−９６３５７号公報

しかしながら上記従来技術では、シム８の厚みｔがシム８の全面に亙って一定（均一）に形成されているため、シム８は、ダイアフラムカップリング１の軸方向長さを調整するほかに機能を持たないものとされている。

したがって、シム８にダイアフラムカップリング１の軸方向長さを調整するほかに機能を持たせることが期待され、具体的には、既存のトルク伝達系システムがダイアフラムカップリング１の製品仕様以上の角変位を生じる可能性があることが判明したときに、ダイアフラム３に作用する角変位による負荷荷重を低減する機能を持たせることが期待される。

本発明は以上の点に鑑みて、シムに、ダイアフラムに作用する角変位による負荷荷重を低減する機能を持たせることを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明のダイアフラムカップリングは、互いに軸方向に対向する一対のフランジ間にダイアフラムを介してセンターチューブを連結し、前記フランジおよび前記ダイアフラム間に円環形のシムを介装してなるダイアフラムカップリングにおいて、前記シムは、その厚みが前記シムの外周縁部の円周上一箇所の位置からその１８０度対称位置へかけて前記シムの直径方向へ向けて徐々に薄くなる形状（厚み徐変形状）とされていることを特徴とする。

また、上記記載のダイアフラムカップリングにおいて、前記シムは、円周上一部にウエイト部または切り欠き部を設けることにより円周上の重量バランスを調整する構造（重量バランス調整構造）を有することを特徴とする。

本発明では、シムの形状が上記厚み徐変形状とされているため、このシムをフランジおよびダイアフラム間に介装することにより、フランジおよびダイアフラムが互いに角度をもった状態で連結される。したがってこの連結に伴う角度設定が一対のフランジ間における角変位と相殺する向きとしてシムを介装することにより、ダイアフラムに作用する角変位による負荷荷重を低減することが可能とされる。

また、シムの形状が上記厚み徐変形状とされると、シムに円周上の重量アンバランスを生じることになるが、重量バランス調整構造を設けることによりシムの重量バランスを安定化させることが可能とされる。

本発明の実施例に係るダイアフラムカップリングの断面図 同ダイアフラムカップリングの要部拡大断面図であって、（Ａ）は図１におけるＡ部拡大図、（Ｂ）は図１におけるＢ部拡大図 同ダイアフラムカップリングに備えられるシムの単品図であって、（Ａ）はその側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図 シムの他の例を示す単品図であって、（Ａ）はその側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＤ−Ｄ線断面図 図４（Ｂ）におけるＥ部拡大図 （Ａ）（Ｂ）ともシムの他の例を示す単品図であって同シムの側面図 （Ａ）はシムに備えられるボルト通し穴の断面図、（Ｂ）はボルト通し穴の他の例を示す断面図 （Ａ）（Ｂ）とも本発明の他の実施例に係るダイアフラムカップリングの要部断面図 （Ａ）（Ｂ）ともシムの使用方法を示す模式図（説明図） （Ａ）（Ｂ）ともシムの使用方法を示す模式図（説明図） シムの使用方法を示す模式図（説明図） 従来例に係るダイアフラムカップリングの断面図 同ダイアフラムカップリングの要部拡大断面図であって、（Ａ）は図１２におけるＦ部拡大図、（Ｂ）は図１２におけるＧ部拡大図 同ダイアフラムカップリングに備えられるシムの単品図であって、（Ａ）はその側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＨ−Ｈ線断面図

本発明には、以下の実施形態が含まれる。
（１）ダイアフラムカップリング（フレキユニット）が装着される端面に角変位を補正できるシムを装着する。
（２）シムは角変位を補正することが可能な角度を有する。半断面は薄く、１８０度反対方向の断面は厚い形状とする。
（３）回転時のアンバランスを補正可能な部分が存在する構造とする。
（４）シムの穴（ボルト通し穴）にリーマボルトが角度を持って挿入されても接触しない穴構造、または、若干接触してもハンドリーマで加工することで容易にボルトを装着できる穴構造とする。
（５）シムが一定厚み以上（角度以上）になるとリーマボルトの着座面が傾くことで曲げ応力が生じる。この曲げ応力を緩和させるため、同一形状のシムを１８０度反対方向に装着することで、リーマボルトの着座面が傾くのを抑制することが可能とされる。
（６）本発明によれば、上記形状のシムを装着することによって，ダイアフラム部の角変位を低減することができ、すなわちダイアフラム部に作用する応力振幅を低減することが可能とされる。
（７）シムが角変位補正可能な角度を有することで、ダイアフラム部に作用する角変位を低減させることが可能とされる。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係るダイアフラムカップリング１の全体断面を示し、図２（Ａ）は図１におけるＡ部拡大図、図２（Ｂ）は図１におけるＢ部拡大図をそれぞれ示している。また、図３は同ダイアフラムカップリング１に備えられるシム８を単品で示し、図３（Ａ）は同シム８の側面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。

図１に示すように、当該実施例に係るダイアフラムカップリング１は、互いに軸方向に対向する一対のフランジ２間にダイアフラム３を介してセンターチューブ４を連結した構成を備え、更に、フランジ２との間にダイアフラム３を挟み込むことにより金属薄板よりなるダイアフラム３を保持するための環状のガード（ダイアフラムガード）５を備えている。フランジ２、ダイアフラム３およびガード５は、組立てボルトであるリーマボルト６によって締結されている。フランジ２は、軸（図示せず）に装着されるハブ７にその一部として設けられていても良い。ダイアフラム３およびセンターチューブ４は溶接などの手段によって固定されている。

また、図２に拡大して示すように、フランジ２とダイアフラム３との間にシム８が介装されている。

図３に示すように、シム８は、金属等の硬材によって円環状に形成され、その厚み方向に貫通するようにボルト通し穴８ｃが所要数等配状（図では８等配）に設けられている。

また、このシム８は、その厚みが一定（均一）ではなく、厚みが当該シム８の外周縁部の円周上一箇所の位置（円周上特定位置）Ｐ_１からその１８０度対称位置Ｐ_２へかけて当該シム８の直径方向へ向けて徐々に薄くなる形状（厚み徐変形状）とされており、すなわち当該シム８の外周縁部の円周上一箇所の位置Ｐ_１における厚みをｔ_１、その１８０度対称位置Ｐ_２における厚みをｔ_２として、ｔ_１＞ｔ_２の関係に設定され、更にｔ_１は当該シム８の厚みの最大値、ｔ_２は当該シム８の厚みの最小値とされている。厚みは一定の比率で徐々に縮小している。したがってシム８はその外周面および内周面のほかに平面状を呈する厚み方向一方の端面８ａと、同じく平面状を呈するとともに厚み方向一方の端面８ａに対し所定の角度θをもって形成された厚み方向他方の端面８ｂとを有し、その全体断面形状を台形ないし略台形とされている。

上記構成を備えるダイアフラムカップリング１においては、シム８の形状が上記したように厚み徐変形状とされているために、このシム８がフランジ２およびダイアフラム３間に介装されたときに、フランジ２およびダイアフラム３が互いに同軸上ではなく、上記厚み徐変形状における両位置Ｐ_１，Ｐ_２の厚み差ないし設定角度θに応じて、角度をもった状態で連結されることになる。したがって既存のトルク伝達系システムがダイアフラムカップリング１の製品仕様以上の角変位を生じる可能性があることが判明したときに、この角変位を相殺する向きとしてシム８を介装することにより、ダイアフラム３に作用する角変位を小さくすることができ、これによりダイアフラム３に発生する応力負荷を低減させてダイアフラム３の耐久性を向上させることができる。

尚、上記したようにシム８の形状が厚み徐変形状とされると、シム８に円周上の重量アンバランスが生じることになる。したがってこの重量アンバランスを低減または解消する場合にはシム８の円周上一部にウエイト部を設けることにより円周上の重量バランスを調整する構造（重量バランス調整構造）を設けることが考えられ、具体的には図４に示すように、シム８における上記１８０度対称位置Ｐ_２の内周縁部およびその近傍にシム重量バランス調整用のウエイト部９を設けることにする。

ウエイト部９としては、以下の構成とするのが好適である。

すなわち、ウエイト部９は、円環形を呈するシム８の内周側に設けられている。ウエイト部９はシム８の円周上一部に設けられている。ウエイト部９はこれをシム８の厚み方向一方から視てほぼ三日月状をなすように設けられており、図４では上記１８０度対称位置Ｐ_２から９０度ずつ変位した位置Ｐ_３，Ｐ_４を結ぶ凹状円弧形の縁部９ａを有するように設けられている。

また、ウエイト部９の重量次第ではウエイト部９がシム８の厚み領域内からシム８の厚み方向へ食み出すことになるが、この場合には図５に拡大して示すように、ウエイト部９をシム８の厚み方向両方ではなく厚み方向一方（図では左方）のみへ食み出すように設け、組付け時にウエイト部９をダイアフラム３のほうへ向ける。ダイアフラム３は図２に示したように、ボルト通し穴３ｂを設けた比較的厚肉の外周部３ａの内周側に比較的薄肉の膜部（可撓部）３ｃを有しているので、この膜部３ｃに面して凹状の空間部３ｄが設けられている。したがってこの空間部３ｄにウエイト部９の食み出し部分を収めることによりダイアフラム３に対してウエイト部９が干渉しないため、ウエイト部９無しの場合と同様にフランジ２、ダイアフラム３、シム８およびガード５をリーマボルト６によって締結することができる。これに対し組付け時にウエイト部９をフランジ２のほうへ向けるとウエイト部９がフランジ２に干渉するため、各部品をリーマボルト６で締結できなくなることがある。

図６（Ａ）に示すように、ウエイト部９は円周上複数に分割されたものであっても良い。

また、シム８の円周上一部に切り欠き部１０を設けることにより円周上の重量バランスを調整する構造（重量バランス調整構造）を設けるようにしても良い。この場合、切り欠き部１０はその重量を増やすのではなく減じるのでウエイト部９とは反対に図６（Ｂ）に示すように、シム８における上記円周上特定位置Ｐ_１の外周縁部およびその近傍に設けられる。

また、上記したようにシム８の形状が厚み徐変形状とされると、シム８に設けたボルト通し穴８ｃにリーマボルト６を差し込むときにリーマボルト６が角度をもって差し込まれることにより、リーマボルト６がボルト通し穴８ｃの開口周縁部や内面に接触してリーマボルト６を円滑に差し込むことができないことが懸念される。

そこで、これに対策するには図７（Ａ）に拡大して示すように、ボルト通し穴８ｃをその内径が厚み方向両端の穴開口部へ向けて徐々に拡大する形状とするのが好適であり、これによれば、リーマボルト６が角度をもって差し込まれてもボルト通し穴８ｃの開口周縁部や内面に接触しにくくなる。したがってリーマボルト６の差し込み工程を円滑に行うことが可能とされる。図７（Ａ）ではボルト通し穴８ｃの内周面８ｄが断面円弧形とされているが、図７（Ｂ）に示すようにボルト通し穴８ｃの両端開口周縁部にテーパー状の面取り部８ｅを設けることにしても良い。

また、上記厚み徐変形状における両位置Ｐ_１，Ｐ_２の厚み差ないし設定角度θが一定以上の大きさになると、リーマボルト６の着座面が傾くことにより大きな曲げ応力が生じることが懸念される。

そこで、これに対策するには図８に示すように、フランジ２およびダイアフラム３間に上記厚み徐変形状を備える第１のシム８を介装するとともにフランジ２の外側に同じく上記厚み徐変形状を備える第２のシム８’を第１のシム８と１８０度反対向きとして取り付けるのが好適であり、これによれば、リーマボルト６の着座面が傾くのを抑制し、大きな曲げ応力が生じるのを抑制することが可能とされる。尚、この場合、第２のシム８’はフランジ２の外側端面に取り付けられるので、ダイアフラム３に作用する角変位の低減には寄与しないものとされる。

更にまた、上記厚み徐変形状を備えるシム８については、以下のような使用方法が考えられる。

図９（Ａ）の模式図に示すように、上記厚み徐変形状を備えるシム８を一方のフランジ２およびダイアフラム３間に介装することにより上記したように、ダイアフラム３に作用する角変位を低減させる。

図９（Ｂ）の模式図に示すように、上記厚み徐変形状を備えるシム８，８’を複数、同じ向きとして重ね合わせた状態で一方のフランジ２およびダイアフラム３間に介装することにより、フランジ２およびダイアフラム３間の角変位が大きな場合にも対応させる。

図１０（Ａ）の模式図に示すように、上記厚み徐変形状を備えるシム８を一方のフランジ２およびダイアフラム３間に介装するとともに同じく上記厚み徐変形状を備えるシム８’を他方のフランジ２およびダイアフラム３間に介装することにより、フランジ２およびダイアフラム３間の角変位が大きな場合にも対応させる。この場合、シム８，８’はこれらを１８０度反対向きとして取り付けるが、状況によっては図１０（Ｂ）の模式図に示すように、シム８，８’を同じ向きとして取り付けても良い。

上記図９（Ｂ）や図１０（Ａ）（Ｂ）のようにシム８，８’を複数取り付ける場合、状況によってはシム８，８’を同じ向きでも１８０度反対向きでもなく、これらの中間的な角度の向きとして取り付けることも考えられる。

更にまた、図１１の模式図に示すように、上記厚み徐変形状を備えるシム８，８’を複数、１８０度反対向きとして重ね合わせた状態で一方のフランジ２およびダイアフラム３間に介装することにより、厚み一定（均一）のシムと同様な使用方法とすることも考えられる。

本発明による上記厚み可変形状を備えたシムは、既存のトルク伝達系システムがダイアフラムカップリング１の製品仕様以上の角変位を生じる可能性があることが判明したときに、ダイアフラムカップリング１を別の仕様の製品と交換するまでの、一時的な予防保全用の部品として用いるのに特に適している。

１ ダイアフラムカップリング
２ フランジ
３ ダイアフラム
３ａ 外周部
３ｂ，８ｃ ボルト通し穴
３ｃ 膜部
３ｄ 空間部
４ センターチューブ
５ ガード
６ リーマボルト
７ ハブ
８，８’ シム
８ａ，８ｂ 端面
８ｄ 内周面
８ｅ 面取り部
９ ウエイト部
９ａ 縁部
１０ 切り欠き部

Claims (1)

1. 互いに軸方向に対向する一対のフランジ間にダイアフラムを介してセンターチューブを連結し、前記フランジおよび前記ダイアフラム間に円環形のシムを介装してなるダイアフラムカップリングにおいて、
   前記シムは、その厚みが前記シムの外周縁部の円周上一箇所の位置からその１８０度対称位置へかけて前記シムの直径方向へ向けて徐々に薄くなる形状とされており、
   前記シムは、円周上一部にウエイト部または切り欠き部を設けることにより円周上の重量バランスを調整する構造を有することを特徴とするダイアフラムカップリング。

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