JPH0249417B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、弾性せん断軸継手に関するものであ
る。

この種の可撓継手は２本の相互に整列した回転
軸間で駆動軸から被動軸に動力を伝達するために
しばしば用いられている。一般に、継手は同様の
構成を有する２個の半部を具え、各半部が関連す
る軸の対向端部に取付けられ、かつ相互にはゴム
またはエラストマ材料よりなる可撓素子によつて
結合されている。この可撓素子は駆動軸からのト
ルクを被動軸に伝達すると共に両軸間における円
周方向または半径方向の僅かな整列誤差、ならび
に軸の回転時に生じる端部の浮上がりを許容する
機能を有する。すなわち、この結合素子は両軸間
の完全な整列からの僅かな偏差を許容するに充分
な可撓生を有するべきであると同時に、効果的に
動力を伝達するために所定の剛性をも持たねばな
らない。かかる継手の機能的特性に基き、可撓素
子には大きな応力が作用し、したがつて裂開やセ
パレーシヨンによる損傷を受けやすい。かかる損
傷は日常的に生じるものであるため、多くの可撓
継手においては可撓素子にスリツトを形成し、可
撓素子を外側クランプ部材により固定し、継手全
体の分解を必要とせずに損傷した素子を交換可能
としている。この場合、先ずクランプ部材を取外
ずし、素子をスリツトにおいて拡げて継手におけ
る所定定置に位置決めし、クランプ部材を改めて
装着する。

継手が設けられた機械の作動の間に回転状態の
継手が発生する遠心力は可撓素子をパラボラ状に
変形させようとする。これにより素子には、特に
そのクランプ領域において過大な応力が作用す
る。さらに、機械の起動に際して、または頻繁な
回転方向の反転等に際して衝撃的負荷が及ぼされ
る場合には、高レベルのトルク伝達に伴なつて一
層大きな応力が作用することがある。可撓継手素
子はそのエラストマ材料中に繊維またはコードよ
りなる補強層を設けて補強することがある。かか
る場合には継手素子の強度を高めることができる
が、製造または接着が不適切に行なわれるときに
は補強層にセパレーシヨンが生じ、素子の損傷に
つながる。

したがつて、本発明の主たる目的は、駆動軸お
よび被動軸を相互に結合して両軸間でトルク伝達
を行なうにあたり、円周方向にスリツトで分割さ
れ又は円周方向に連続した構造を有する改良され
た強化可撓素子により良好なトルク伝達性能が得
られる弾性せん断軸継手を提案するにある。

本発明の他の目的は、可撓素子の耐用寿命をの
ばすため、スリツトを有する可撓素子にあつては
そのスリツトにおいて、ならびにいずれの形式の
ものであつても素子本体を全体的に、回転軸線に
対して所定の角度で配列された補強層によつて強
化した弾性せん断軸継手を提案するにある。

本発明の他の目的は、継手の使用時に可撓素子
に作用する応力を効果的に低減し、かつ分布させ
るため、素子を高硬度および低硬度のエラストマ
材料の組合わせによつて構成し、エラストマ材料
に過度のひずみを生じさせることなくエラストマ
材料と金属材料との間に所要のトルク反力を生じ
させる弾性せん断軸継手を提案するにある。

本発明の他の目的は、可撓素子のクランプ領域
における応力を低減するために、停止時および作
動時のいずれにおいてもパラボラ断面形状を有す
る弾性せん断軸継手用の可撓素子を提案するにあ
る。

そして上記の目的を達成するために本発明にお
いては、２本の回転軸を相互に結合するための弾
性せん断軸継手が、、両軸の対向端部に取付けら
れる環状継手ハブと、両ハブ間に延在するエラス
トマ材料よりなるほぼ円形の可撓素子とを具え、
その可撓素子は側方に向けて延在してハブに接触
する周縁部分を有する。これら周縁部分にはエラ
ストマ材料よりなるビードが埋設され、そのエラ
ストマ材料は素子本体を構成するエラストマ材料
より高いジユロメータ硬度を有する。可撓素子の
周縁部分をハブに対する所定位置に保持するため
にクランプ手段を設け、また、そのクランプ手段
を相互に適当な締結手段によつて相互に結合する
ことにより可撓素子を固定する。可撓素子は適当
な繊維材料よりなる補強コード層によつて補強・
強化することができ、また素子の断面形状をパラ
ボラ形状とすることにより他の断面形状による場
合と対比して回転系の全体に及ぼされる継手の反
力を一層低減することができる。

以下、本発明を図示実施例について一層具体的
に説明する。

第１図において参照数字10は、本発明の一実施
例による可撓素子の全体を示している。この継手
１０は２本の回転軸１２，１４を相互に結合する
ものであり、その一方、例えば回転軸１２は駆動
軸を、他方１４は被動軸を構成する。理想的には
両回転軸は軸心を正確に一致させるべきである
が、実際問題としては両回転軸の軸心の間には回
転方向または半径方向に若干の整列誤差があり、
場合によつては端部間に浮上がりが認められるこ
とがある。本発明による可撓継手は、結合素子を
撓ませることによつて継手を介して駆動軸１２か
らのトルクを被動軸１４に効果的に伝達可能と
し、これにより整列誤差に伴う問題点を解決しよ
うとするものである。以下においては便宜的に可
撓素子をゴム製として記述するが、構成素材は天
然または合成ゴムのみならず他の適当なエラスト
マ材料をも含むものとする。

本発明による可撓継手は一般的な２種類の継手
ハブのいずれを有するものであつても良く、第２
図にはその両者の構成を共に示してある。第２図
の右側には円筒状軸線方向孔を有し、軸１２上に
取付けられた形式の継手ハブ１６を示す。このハ
ブ１６は軸線方向孔の内径を軸の外径とほぼ一致
させ、キー１８を対応するキー溝２０内に収める
ことによつて軸上に取付ける。ハブをさらに１本
以上の固定ねじによつて固定し、第２図では１本
の固定ねじ２２のみをキー１８の上側に示し、他
の固定ねじは図示を省略してある。これらの固定
ねじは、ねじ孔２４と結合させる。第２図の左側
の示すハブ２６は、軸１４を収めるべく比較的大
径のテーパ付き軸線方向孔を有する。このハブ２
６は、その軸線方向孔のテーパ面に対応するテー
パが外周面に付けられた収縮ブツシユ２８を用い
て軸１４の端部に取付けられる。ブツシユ２８の
図示しない締付けねじを締付けると両テーパ面が
密着し、ハブを軸上に固定する。いずれの形式の
ハブをいずれの軸について用いても良く、これは
軸の形式および寸法に応じて適宜選択することが
できる。

いずれの形式のハブ１６，２６も、それぞれ半
径方向に延在するフランジ４０，４２を有し、各
フランジには後述する結合手段を通すための複数
のほぼ円形を呈するねじ無し孔が形成されてい
る。フランジの外径は、ハブの形式および寸法の
いかんに拘わらず同一寸法とする。フランジの内
側に隣接して内側クランプリング４４，４６を左
右両側に配置し、各クランプリング４４，４６に
はフランジの孔と軸線方向に整列するねじ付き孔
を形成する。クランプリングの最外側端部は可撓
素子と接触するための傾斜面４８を有し、その傾
斜角度はこれとの接触点における可撓素子の内面
の角度にほぼ等しく、30゜〜70゜の範囲内に設定さ
れている。可撓素子５０は、本体部分５１と側方
に向けて延在する左右の周縁部分５８とを有し、
対向するハブ、したがつて両回転軸を結合してト
ルク伝達を行うものであり、フランジの外周面と
内側クランプリング傾斜面４８とに当接して配置
されている。可撓素子はこの所定位置に左右の外
側クランプリング５２，５４により取付けられ、
これら外側クランプリングもフランジの孔と軸線
方向に整列させるほぼ円形のねじ無し孔を有して
いる。適当な結合手段、例えばねじ又はボルト５
６を外側クランプリングとフランジのねじ無し孔
に通した後、内側クランプリングのねじ付き孔と
結合させることにより、可撓素子の所定位置での
取付けを行なう。

可撓素子は主として比較的軟質のゴムまたは他
の適当なエラストマ材料よりなり、第３〜５図に
示すごとくスリツトを有するものであつても、ま
た第１図に示すごとくスリツトがなく円周方向に
連続する構成のものであつてもよい。いずれの場
合でも可撓素子はほぼパラボラ断面形状に形成さ
れ、その形状は数学的には一般式ｙ＝Ａ（X²）で
表わされ、ここにｙはパラボラの高さ、ｘ（正お
よび負）の値はパラボラの底に対応する座標軸と
関連する変数である。係数Ａは継手の設計計算に
用いる他の定数から数学的に誘導されるものであ
り、前式における特定の形態に応じて変わりうる
ことは勿論である。継手の直径は例えば127mm〜
770mm以上とすることができるが、本発明では前
記係数Ａの値を約1.00〜1.10の狭い範囲内のみに
おいて変化させたパラボラ形状を用いる。ｘおよ
びｙの値は継手の寸法に応じて変化するものであ
る。前述したごとく、回転要素により発生される
遠心力はいかなる可撓素子をもパラボラ形状に近
似した形状に変形させる傾向を有する。本発明に
おいては可撓素子の形状をパラボラ形状としてお
くことにより、そして予め形成さているパラボラ
形状を機械の作動の間に維持することにより、他
の断面形状のものを用いた場合と対比して全回転
系内における継手に作用する反力の最小化がはか
れるのである。

本発明において可撓素子は、コードまたは織
物、通常は合成繊維よりなる補強層６０により全
体的に補強されており、その補強層は素子本体部
分５１および周縁部分５８内に局所的に埋設され
ている。第２および６図に示すとおり、補強層は
可撓素子のパラボラ形状の図心近傍に、すなわち
重心または中心軸線の近傍に集中的に配置されて
おり、周縁部分内にも配置されることによつて可
撓素子をこれらの臨界領域において強化し、かつ
動的反力としての軸線方向推力を最小化する。第
２図においては可撓素子の一部を破断して補強層
６０の配列を示してある。強度、安定性およびト
ルク伝達能力を向上するため、補強層は継手の回
転軸線に対する垂直面に対して30゜〜65゜の範囲内
の角度をもつて配列される。好適な素子構造およ
び安定性を得るため、補強層は素子内で相互に離
間して配置され、その間隔はコド径の約４倍以下
とされている。さらに、補強層は交互に逆向きに
配置されている。すなわち隣接する補強層は、前
述の30゜〜65゜の範囲内において相互には約90゜の角
度をなして交差するように配列され、これにより
素子内に効果的に、しかも十分に補強されたマト
リツクスを形成する。

可撓素子５０の外縁、すなわち前記周縁部分５
８におけるクランプ領域には、エラストマ材料よ
りなり、補強プライのマトリツクスで被覆された
ビード８０が埋設されている。ビードとして用い
る材料は周囲のゴムより硬く、より高いジユロメ
ータ硬度を有し、ビードの寸法は全クランプ面積
に対して比例的に設定されている。例えば素子本
体部分５１に用いる材料のシヨアーＡ硬度のジユ
ロメータ値は65±５であり、これに対してビード
の値は95Aである。第２図に示すとおり、内側ク
ランプリングの傾斜面４８が素子の内壁に接続
し、かつ外側クランプリングの垂直面のなすＬ字
形状と組合わされているため、クランプ面はほぼ
完全に包囲されることなる。ボルト５６を締付け
ると、可撓素子に対して内側クランプリングは斜
め外向きに圧力を及ぼし、外側クランプリングは
軸線方向および半径方向内向きに圧力を及ぼす。
両クランプリングによる上記圧力は、可撓素子の
低硬度ゴム領域からゴムの硬度のより高いビード
領域および補強層に伝達され、さらに素子マトリ
ツクス中に分散される。ゴム素子と金属部品との
間のクランプ力はゴムに約20〜25％を超えるひず
みを与えるものであつてはならない。本発明にお
いて、可撓素子のせん断力を金属部品に伝達する
ための所要の摩擦力はクランプ領域における素子
の圧縮モジユラスにより定められ、また非圧縮性
の高い補強層コードと、高硬度および低硬度のゴ
ムセグメントとの組合せにより前述した過度のひ
ずみを伴わずにゴムから金属に力を伝達するのに
必要とされる反力が得られる。

第３〜５図に示す可撓素子８２は上述の素子５
０と類似しているが、スリツト８４により素子を
完全に分断したものである。これにより、損傷し
た素子をハブの一方または双方の取外ずしを必要
とせずに交換することができる。すなわち交換に
際しては外側クランプリングを単に取外ずし、ま
たはその締付けねじをゆるめるだけで素子８２を
スリツトにおいて外方に拡げ、フランジ４０，４
２に対して当接させることができる。スリツトの
近傍領域は、スリツトが２つの隣接端部における
応力を集中させる傾向を有するめ、最も損傷を生
じやすい部分である。したがつて、スリツトにお
ける可撓素子８２の外側の表面補強は、表層部に
補強ストランド８６，８８を埋設することによつ
て行なう。その補強ストランドは、素材が露出し
ないようにエラストマ材料によつて被覆されてい
る。素子の内側も同様にストランド９０，９２に
よつて補強されており、これらも素材の露出を防
止するために被覆されている。補強ストランド８
６，８８，９０，９２はスリツトの端面と、少な
くとも可撓素子の軸線方向長さだけ上記端面から
円周方向に離間する部位にまで至る素子の領域の
表面とをカバーする。表面補強ストランドは継手
の回転軸線とほぼ平行に配列されている。同様の
表面補強構造については米国特許第3468138号明
細書中に開示されている。

第６図は他の実施例による可撓素子を示すもの
である。この可撓素子９４は前述の実施例におけ
ると同様に補強層６０により補強されており、こ
れらの補強層は素子の図心近傍に集中的に配列さ
れて左右の周縁部分におけるゴムビード９６，９
７の近傍まで延在している。本列においても素子
は、ｙ＝Ａ（X²）で表わされるパラボラ形状を有
している。素子は比較的硬いゴムビード９６，９
７の領域で面積を相対的に大きく設定されてい
る。ビード９６，９７によりフランジの表面と係
合する堅固な表面を形成し、周縁部分で所要のク
ランプ圧力を効果的に生じさせる。可撓素子９４
の機能および作用効果は、高硬度および低硬度の
ゴムと非圧縮性コードとの組合わせによつてゴム
に20〜25％以上のひずみを生じさせることなくゴ
ムから金属にトルクを伝達するのに必要とされる
反力を生じさせる点で、素子５０，８２における
と同様である。

本発明による弾性せん断軸継手を使用するにあ
たり、適当なハブ、例えばハブ１６，２６を相互
に結合すべく整列した軸１２，１４の対向端部に
取付ける。次に、補強された可撓素子５０，８２
または９４を内側クランプリング４４，４６の傾
斜面およびフランジ４０，４２の外面に装着す
る。そして外側クランプリング５２，５４を用い
て素子を所定位置に位置決めし、ねじ又はボルト
５６を先ず外側クランプリングおよびフランジの
ねじ無し孔内に挿入してから内側クランプリング
のねじ付き孔内に結合させる。硬度の高いゴムビ
ード８０または９６，９７と、優れた強度を有す
る補強コード層と、素子の残部を構成する軟質ゴ
ムとの組合わせにより、従来の継手におけるより
も優れたクランプ力が得られる。本発明の継手
は、結合すべき軸間の円周方向または半径方向の
不整列および両軸の端部における浮上がりをある
程度までは吸収しうるものであり、しかも駆動軸
からのトルクを可撓素子を介して被動軸に効率よ
く伝達可能とする利点を有している。

以上の記載から明らかなとおり、本発明によれ
ば、可撓素子本体をほぼパラボラ断面形状に形成
したことにより、遠心力の作用下で全回転系内に
おける継手に及ぼされる反力の最小化が図れ、ま
た、可撓素子の周縁部分を外側クランプリングお
よび内側クランプリングにより環状継手ハブに対
する所定位置に保持することにより、可撓素子を
環状継手ハブに対する最適位置に位置決めした状
態でその周縁部分に適切な保持力を作用させるこ
とが可能になるという、顕著な作用効果が達成さ
れるものである。

本発明は上述の実施例のみに限定されるもので
はなく、その範囲内において種々の態様をもつて
実施しうるものであることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による可撓継手の側
面図、第２図は一部を第１図における２―２線に
沿つて破断して示す継手の正面図、第３図は本発
明の他の実施例による可撓継手における可撓素子
の側面図、第４図は第３図に示す可撓素子の正面
図、第５図は第４図の５―５線に沿う拡大部分断
面図、第６図は可撓素子の変形例の部分断面図で
ある。 １０…継手、１２…駆動軸、１４…被動軸、１
６，２６…ハブ、４０，４２…フランジ、４４，
４６…内側クランプリング、４８…傾斜面、５
０，８２，９４…可撓素子、５１…本体部分、５
２，５４…外側クランプリング、５６…締結手段
としてのボルト、５８…周縁部分、６０…補強
層、８０，９６，９７…ビード、８４…スリツ
ト、８６，８８，９０，９２…補強ストランド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２本の回転軸を、端部を相互に対向させた状
   態で結合するための弾性せん断軸継手であつて、
   両軸の対向端部に取付けられる環状継手ハブと、
   両ハブ間に延在し、両ハブを結合すべく側方に向
   けて突出する左右の周縁部分を有するエラストマ
   材料よりなるほぼ円形状の可撓素子とを含むもの
   において、前記可撓素子の本体よりも高いジユロ
   メータ硬度を有し、前記周縁部分内に配設された
   エラストマ材料よりなるビードと、前記エラスト
   マ材料中に埋設されて前記可撓素子を補強する複
   数の繊維補強層とを具え、該繊維補強層を前記可
   撓素子における本体の図心近傍に集中的に配置す
   ると共に各側で前記ビードに隣接する位置で終止
   させ、さらに、前記周縁部分を前記ハブに対する
   所定位置に保持するためのカツプ状をなす外側ク
   ランプリングおよび内側クランプリングと、前記
   クランプリングおよび前記可撓素子を前記ハブに
   対して固定するための締結手段とを具え、前記可
   撓素子の本体をほぼパラボラ断面形状に形成した
   ことを特徴とする弾性せん断軸継手。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の軸継手におい
   て、前記ハブは、前記可撓素子の周縁部分を受け
   る上面と、ほぼ円形状を呈する複数の孔とを有す
   る半径方向フランジを具えることを特徴とする軸
   継手。 ３ 特許請求の範囲第２項記載の軸継手におい
   て、前記内側クランプリングには、前記フランジ
   に近接して配置され、かつ、前記可撓素子を受け
   るための外向きの傾斜面と、前記締結手段を結合
   させるための複数のねじ付き孔とを形成し、さら
   に、前記外側クランプリングをほぼＬ字形状に形
   成して前記可撓素子の外面に近接して配置するも
   のとし、かつ、外側クランプリングを前記内側ク
   ランプリングに対して固定すべく前記締結手段を
   通すための複数の孔を前記外側クランプリングに
   形成したことを特徴とする軸継手。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の軸継手におい
   て、前記可撓素子の本体は、ｙ＝Ａ（X²）で表さ
   れるパラボラ断面形状に形成し、ここにｙはパラ
   ボラの高さ、ｘは座標軸上の正負の変数、Ａは
   1.0〜1.01の間の値を有する係数としたことを特
   徴とする軸継手。 ５ 特許請求の範囲第１項記載の軸継手におい
   て、前記可撓素子の本体は、ｙ＝Ａ（X²）で表さ
   れるパラボラ断面形状に形成し、ここにｙはパラ
   ボラの高さ、ｘは座標軸上の正負の変数、Ａは
   1.0〜1.01の間の値を有する係数としたことを特
   徴とする軸継手。 ６ 特許請求の範囲第５項記載の軸継手におい
   て、前記内側クランプリングには、前記フランジ
   に近接して配置され、かつ、前記可撓素子を受け
   るための外向きの傾斜面を形成し、その傾斜面の
   角度を約30゜〜70゜の範囲内としたことを特徴とす
   る軸継手。 ７ 特許請求の範囲第６項記載の軸継手におい
   て、前記可撓素子における繊維補強層は、軸継手
   の回転軸線に対して直角な面に対し約30゜〜65゜の
   角度をもつて交互に逆向きに配列したことを特徴
   とする軸継手。 ８ 特許請求の範囲第１項記載の軸継手におい
   て、前記可撓素子における繊維補強層は、軸継手
   の回転軸線に対して直角な面に対し約30゜〜65゜の
   角度をもつて、かつ相互にはほぼ90゜の角度をな
   して交互に逆向きに配置したことを特徴とする軸
   継手。 ９ 特許請求の範囲第１項記載の軸継手におい
   て、前記可撓素子には、その軸線方向および半径
   方向に向けて延在するスリツトを形成し、かつ、
   該スリツトの縁部において補強コードを埋設した
   ことを特徴とする軸継手。