JP6913612B2 - ダイアフラムカップリング - Google Patents

Description

本発明は、二軸間に介在して回転トルクを伝達し、この際、二軸間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、直線上に配列された駆動軸と従動軸との間に介在し、駆動軸から従動軸へと回転トルクを伝達し、この際、二軸間のミスアライメントを吸収するようにしたダイアフラムカップリングが知られている（例えば特許文献１、２参照）。

このようなダイアフラムカップリング１１は、例えば図１０に示すように、互いに対向する一対のフランジ１２の間にセンターチューブ１３を配置し、一対のフランジ１２とセンターチューブ１３とを金属薄板からなるダイアフラム１４で連結している。一対のフランジ１２のうち、一方は駆動軸に連結され、もう一方は従動軸に連結されている。このときダイアフラム１４は、その内径部がセンターチューブ１３の両端に固定され、外径部がフランジ１２とガード１５との間に挟み込まれて固定されている。

こうして構成されたダイアフラムカップリング１１は、駆動軸と従動軸との間で回転トルクを伝達し、この際、ダイアフラム１４の変形によって軸方向変位や軸ずれ、角変位などのミスアライメントを吸収する。

二軸間に介在して回転トルクを伝達するものとしては、ダイアフラムカップリングの他、積層板を利用した構造のものも従来から知られている。例えば特許文献３には、フランジと中間軸との間を積層された複数枚の積層板で連結した構造のカップリング（たわみ軸継手）が開示されている（第３頁第１行〜４頁第８行目、第１図等参照）。

実開昭６４−０４８４３２号公報 実開平０１−１１９９２２号公報 実開昭５８−０３８０３９号公報

ダイアフラムカップリングは、高速回転領域や高負荷領域で良好な特性を示す一方、ダイアフラムに大きな負荷がかかるために疲労しやすい。特に偏心や角変位などのミスアライメントを吸収するというダイアフラムカップリングの機能上、回転トルクを伝達する二軸間のミスアライメントが増加すればするほど負荷も増大してしまう。

本発明の課題は、ダイアフラムカップリングにおいて、ダイアフラムにかかる負荷を低減することである。

本発明のダイアフラムカップリングは、同軸上で互いに対向する一対のフランジと、同軸上に位置させて前記一対のフランジの間に配置されるセンターチューブと、外径部と内径部との間にたわみ部を有し、同軸上に位置させて前記センターチューブの両端部分に前記内径部が固定された一対のダイアフラムと、前記フランジとの間で前記ダイアフラムの外径部を挟み込んで固定する環状のガードと、互い違いに軸方向にずれた外側領域と内側領域とを有し、これらの外側領域と内側領域とを前記ダイアフラムの外径部に直接的又は間接的に固定した環状のたわみ吸収板と、を備え、前記たわみ吸収板は、互い違いに軸方向にずれた外側領域と内側領域とを有し、これらの外側領域と内側領域とが前記フランジと前記ダイアフラムの外径部とに固定されている。

本発明によれば、ダイアフラムがたわんだ際、たわみ吸収板も追従してたわむことでダイアフラムとともに二軸の間のミスアライメントを吸収することができ、したがってミスアライメントを吸収する機能の一部がたわみ吸収板にも負担され、ダイアフラムにかかる負荷を低減することができる。

第一の実施の形態を示すダイアフラムカップリング全体の縦断正面図。 たわみ吸収板の正面図。 たわみ吸収板の斜視図。 フレキシユニットへのたわみ吸収板の組み込み構造（図１中右側）として、（ａ）は外側領域の連結構造、（ｂ）は内側領域の連結構造をそれぞれ示す縦断正面図。 ダイアフラムカップリングのたわみ状態を示す、（ａ）はミスアライメントが生じていない取付状態、（ｂ）は軸方向に圧縮された状態、（ｃ）は軸方向に引っ張られた状態、（ｄ）はパラレルオフセットしている状態、（ｅ）は角変位（面倒れ）している状態、（ｆ）は軸心をずらせて角変位（面倒れ）している状態をそれぞれ示す模式図である。 第二の実施の形態を示すダイアフラムカップリング全体の縦断正面図。 たわみ吸収板の正面図。 たわみ吸収板の斜視図。 フレキシユニットへのたわみ吸収板の組み込み構造（図６中右側）として、（ａ）は外側領域の連結構造、（ｂ）は内側領域の連結構造をそれぞれ示す縦断正面図。 従来のダイアフラムカップリングの一例を示す縦断正面図。

（第一の実施の形態）
第一の実施の形態を図１ないし図４（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。本実施の形態は、駆動軸と従動軸からなる二軸（いずれも図示せず）の間に介在して駆動軸から従動軸へと回転トルクを伝達し、その際、駆動軸と従動軸との間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１０１の一例である。

図１に示すように、ダイアフラムカップリング１０１は、同軸上で互いに対向する一対のフランジ１０２の間にフレキシユニット１０３を備えている。一方のフランジ１０２Ｌ（図１中、左側）は、外周側から内周側に向けて縮径する形状を、もう一方のフランジ１０２Ｒ（図１中、右側）は、円筒軸１０２ａの先端において、内周側から外周側に拡開する形状をそれぞれ有する金属部材である。これらのフランジ１０２（１０２Ｌ，１０２Ｒ）はいずれも、駆動軸と従動軸とに連結して固定するための連結孔１０２ｂを有している。フレキシユニット１０３は、センターチューブ１０４とダイアフラム１０５とガード１０６とからなる。

センターチューブ１０４は、円筒形状をした中空状の金属部材であり、一対のフランジ１０２の間に位置させて、これらのフランジ１０２と同軸上に配置されている。このようなセンターチューブ１０４の配置を実現しているのは、一対のダイアフラム１０５及びガード１０６である。

ダイアフラム１０５は、外径部１０５ａと内径部１０５ｂとの間にたわみ部１０５ｃを有する円板状をした金属部材である。たわみ部１０５ｃは薄肉化され、外径部１０５ａと内径部１０５ｂとの間に軸方向変位や軸ずれ、角変位などが生じた場合にたわみを生ずる。このようなダイアフラム１０５は、内径部１０５ｂをセンターチューブ１０４の両端部分に固定させることで、センターチューブ１０４と同軸上に取り付けられている。

一対のダイアフラム１０５の外径部１０５ａには、ガード１０６が結合している。ガード１０６は、中央部分にセンターチューブ１０４よりも僅かに大径の開口１０６ａを有するカップ状の部材であり、開口１０６ａにセンターチューブ１０４を挿入させた状態で一対のダイアフラム１０５よりも内側に配置され、ダイアフラム１０５の外径部１０５ａに連結されている。こうして連結されたダイアフラム１０５とガード１０６とは、たわみ吸収板１３１を介してフランジ１０２に連結されている。

図２及び図３に示すように、たわみ吸収板１３１は円環状の部材であり、互い違いに軸方向にずれた外側領域１３２と内側領域１３３とを有している。一例として、これらの外側領域１３２と内側領域１３３とは、互いに隣接させて四個ずつ等間隔で配列されており、段部１３４を介して連結されることで、軸方向に位置をずらされている。

たわみ吸収板１３１における個々の外側領域１３２と内側領域１３３とには、中央部分に位置させて、取付孔１３５が設けられている。説明の便宜上、取付孔１３５のうち、外側領域１３２に設けられている方を取付孔１３５ａ、内側領域１３３に設けられている方を取付孔１３５ｂと呼ぶ。したがって外側領域１３２と内側領域１３３とはそれぞれ９０度間隔で交互に配列され、取付孔１３５は全体として４５度間隔、取付孔１３５ａと取付孔１３５ｂとはそれぞれ９０度間隔で交互に配列されている。

たわみ吸収板１３１は、フレキシユニット１０３に組み込まれている。図４（ａ）（ｂ）は、フレキシユニット１０３に対するたわみ吸収板１３１の組み込み構造（図１中右側）を示す縦断正面図である。図４（ａ）は外側領域１３２の連結構造、図４（ｂ）は内側領域１３３の連結構造をそれぞれ示している。

図４（ａ）に示す外側領域１３２の連結構造は、フレキシユニット１０３の円周上において、外側領域１３２に設けられた取付孔１３５ａの位置で四カ所設けられている。外側領域１３２が固定されているのは、フランジ１０２である。フランジ１０２には、外側領域１３２の取付孔１３５ａと位置を合わせて四個の貫通孔１０７が設けられている。そこで取付孔１３５ａと貫通孔１０７とにボルト１０８を挿入し、ナット１０９で締め付けることによって、フランジ１０２にたわみ吸収板１３１の外側領域１３２が固定される。

このときボルト１０８は、ダイアフラム１０５の外径部１０５ａの側から挿入され、ヘッド部分に設けられたスペーサ１１０によってフランジ１０２とダイアフラム１０５との間の離間距離を規定する。外側領域１３２の連結構造は９０度間隔で四カ所設けられているため、フランジ１０２とダイアフラム１０５との間の離間距離は、その全周にわたって維持される。

図４（ｂ）に示す内側領域１３３の連結構造も、フレキシユニット１０３の円周上において、内側領域１３３に設けられた取付孔１３５ｂの位置で四カ所設けられている。内側領域１３３が固定されているのは、ダイアフラム１０５の外径部１０５ａである。外径部１０５ａには、内側領域１３３の取付孔１３５ｂと位置を合わせて四個の貫通孔１１１が設けられている。またガード１０６にも、内側領域１３３の取付孔１３５ｂと位置を合わせて四個の貫通孔１１２が設けられている。そこで取付孔１３５ｂと貫通孔１１１，１１２とにボルト１１３を挿入し、ナット１１４で締め付けることによって、ダイアフラム１０５の外径部１０５ａにたわみ吸収板１３１の内側領域１３３とガード１０６とが固定される。このときガード１０６の外周面からナット１１４の締め付け作業をすることができるように、ガード１０６の外周面には作業孔１１５が設けられている。

したがって本実施の形態では、ダイアフラム１０５の外径部１０５ａとフランジ１０２との間の離間間隔がスペーサ１１０によって規定され、たわみ吸収板１３１の内側領域１３３はダイアフラム１０５の外径部１０５ａに、たわみ吸収板１３１の外側領域１３２はフランジ１０２にそれぞれ固定されている。

以上、図１中の右側のダイアフラム１０５の周辺構造を説明した。図１では省略して示しているが、左側のダイアフラム１０５の周辺構造も同様の構造になっている。

このような構成において、本実施の形態のダイアフラムカップリング１０１は、直線上に配列された図示しない駆動軸と従動軸との間に装着され、駆動軸から従動軸へと回転トルクを伝達する。この際、駆動軸からの回転トルクは、駆動軸側のフランジ１０２からたわみ吸収板１３１を介してダイアフラム１０５、センターチューブ１０４へと伝わり、反対側のダイアフラム１０５からたわみ吸収板１３１を介して従動軸側のフランジ１０２へと伝わることで、従動軸に伝達される。

このような回転トルクの伝達に際して、ダイアフラムカップリング１０１は、駆動軸と従動軸との間に生じている軸方向変位や軸ずれ、角変位などのミスアライメントを吸収する。より詳細には、図５に模式的に示すように、ミスアライメントが生じていない取り付け状態を基準として（図５（ａ）参照）、図５（ｂ）〜（ｆ）に例示するようなミスアライメントへの対処が可能である。

図５（ｂ）は、駆動軸と従動軸とが近接しすぎている状態を例示している。このときダイアフラムカップリング１０１は軸方向に圧縮され、ミスアライメントを吸収する。

図５（ｃ）は、駆動軸と従動軸とが離反しすぎている状態を例示している。このときダイアフラムカップリング１０１は軸方向に引っ張られ、ミスアライメントを吸収する。

図５（ｄ）は、駆動軸と従動軸との軸心が平行にずれている状態を例示している。このときダイアフラムカップリング１０１はパラレルオフセットし、ミスアライメントを吸収する。

図５（ｅ）は、駆動軸と従動軸とのうち、一方の軸心が傾斜している状態を例示している。このときダイアフラムカップリング１０１は角変位（面倒れ）し、ミスアライメントを吸収する。

図５（ｆ）は、駆動軸と従動軸との軸心が平行にずれている上に、一方の軸心が傾斜している状態を例示している。このときダイアフラムカップリング１０１は軸心をずらせて角変位（面倒れ）し、ミスアライメントを吸収する。

以上説明した各種のミスアライメントは、ダイアフラム１０５におけるたわみ部１０５ｃのたわみに加えて、たわみ吸収板１３１によっても吸収される。したがってミスアライメントを吸収する機能の一部をたわみ吸収板１３１にも負担させることができ、ダイアフラム１０５にかかる負荷、特に偏心や角変位による負荷（図５（ｄ）〜（ｆ）参照）を低減することができる。

また同一条件における応力低減を見込むことができ、これによって疲労特性を向上させることができる。

本実施の形態のたわみ吸収板１３１は、互い違いに軸方向にずれた外側領域１３２と内側領域１３３とを有し、これらの外側領域１３２と内側領域１３３とがフランジ１０２とダイアフラム１０５の外径部１０５ａとに固定されている。より詳細には、たわみ吸収板１３１は、軸と直交する面内に外側領域１３２と内側領域１３３とを含み、これらの外側領域１３２と内側領域１３３との軸方向の位置を段部状にずらした形状を有している。これによってたわみ吸収板１３１によるミスアライメントの吸収能力を増すことができる。

本実施の形態では、一対のダイアフラム１０５が対面する側からダイアフラム１０５の外径部１０５ａとともにたわみ吸収板１３１に固定され、ダイアフラム１０５とフランジ１０２との外周面を覆う一対のガード１０６が設けられている。これによって従来構造のダイアフラムカップリングと同様のガード１０６を設けることが可能になる。

（第二の実施の形態）
第二の実施の形態を図６ないし図９（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。第一の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。

図６に示すように、本実施の形態のダイアフラムカップリング１０１は、たわみ吸収板１３１を複数枚積層して組み込んでいる。換言すると、ダイアフラムカップリング１０１は、一枚又は二枚以上のたわみ吸収板１３１の組み込みを許容する構造になっている。

図７及び図８に示すように、本実施の形態のたわみ吸収板１３１は、軸方向に波打つ波形形状を有しており、外側領域１３２と内側領域１３３とが滑らかにつながっている。第一の実施の形態のものと比較して取付孔１３５の数も多く、合計３０個の取付孔１３５を有している。外側領域１３２に設けられている取付孔１３５ａは１５個、内側領域１３３に設けられている取付孔１３５ｂも１５個である。

このような構成において、本実施の形態のダイアフラムカップリング１０１は、たわみ吸収板１３１の枚数を調整することによって、ダイアフラム１０５との間でのミスアライメントの吸収割合を調節することができる。

１０１ ダイアフラムカップリング
１０２，１０２Ｌ，１０２Ｒ フランジ
１０３ フレキシユニット
１０４ センターチューブ
１０５ ダイアフラム
１０５ａ 外径部
１０５ｂ 内径部
１０５ｃ たわみ部
１０６ ガード
１０６ａ 開口
１０７ 貫通孔
１０８ ボルト
１０９ ナット
１１０ スペーサ
１１１ 貫通孔
１１２ 貫通孔
１１３ ボルト
１１４ ナット
１１５ 作業孔
１３１ たわみ吸収板
１３２ 外側領域
１３３ 内側領域
１３４ 段部
１３５，１３５ａ，１３５ｂ 取付孔

Claims (6)

1. 同軸上で互いに対向する一対のフランジと、
   同軸上に位置させて前記一対のフランジの間に配置されるセンターチューブと、
   外径部と内径部との間にたわみ部を有し、同軸上に位置させて前記センターチューブの両端部分に前記内径部が固定された一対のダイアフラムと、
   前記フランジと前記ダイアフラムの外径部とにそれぞれ固定され、これらのフランジと前記ダイアフラムの外径部とを連結するたわみ吸収板と、
   を備え、
   前記たわみ吸収板は、互い違いに軸方向にずれた外側領域と内側領域とを有し、これらの外側領域と内側領域とが前記フランジと前記ダイアフラムの外径部とに固定されている、
   ことを特徴とするダイアフラムカップリング。
2. 前記たわみ吸収板は、前記外側領域と前記内側領域との軸方向の位置を段部状にずらした形状を有している、
   ことを特徴とする請求項１に記載のダイアフラムカップリング。
3. 前記たわみ吸収板は、軸方向に波打つ波形形状を有している、
   ことを特徴とする請求項１に記載のダイアフラムカップリング。
4. 前記たわみ吸収板は、複数枚積層されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載のダイアフラムカップリング。
5. 二枚以上の前記たわみ吸収板が積層されて前記フランジと前記ダイアフラムの外径部との間に組み込まれた、
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載のダイアフラムカップリング。
6. 一対の前記ダイアフラムが対面する側から前記ダイアフラムの外径部とともに前記たわみ吸収板に固定され、前記ダイアフラムと前記フランジとの外周面を覆う一対のガードを備える、
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一に記載のダイアフラムカップリング。

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