JPH05196049A - 複合材料と金属材料のための軸継手 - Google Patents
複合材料と金属材料のための軸継手Info
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- JPH05196049A JPH05196049A JP4219680A JP21968092A JPH05196049A JP H05196049 A JPH05196049 A JP H05196049A JP 4219680 A JP4219680 A JP 4219680A JP 21968092 A JP21968092 A JP 21968092A JP H05196049 A JPH05196049 A JP H05196049A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
- F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
- F16D1/08—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key
- F16D1/09—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping due to axial loading of at least one pair of conical surfaces
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
- B63H23/32—Other parts
- B63H23/34—Propeller shafts; Paddle-wheel shafts; Attachment of propellers on shafts
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- F16C3/02—Shafts; Axles
- F16C3/026—Shafts made of fibre reinforced resin
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- F16C2326/00—Articles relating to transporting
- F16C2326/30—Ships, e.g. propelling shafts and bearings therefor
Abstract
(57)【要約】
【目的】 異種の構成材料間で荷重を効果的に伝達でき
る複合材料／金属材料用軸継手を提供する。 【構成】 例えば、潜水艦のプロペラ（１２）に用いら
れる複合材料／金属材料用軸継手は、継手に軸方向予荷
重を及ぼしやすくすると共に圧縮力を複合材料製構成部
品（１３）に加えるよう複合材料製構成部品内に埋め込
まれた軸方向金属ロッド（１９）を有する。継手の金属
製構成部品（１７）内に円錐形中空部が設けられ、複合
材料製構成部品は、２つの部分を互いに組み立てると、
金属製構成部品（１７）と合致するよう設計された表面
を有する。金属ロッド（１９）は、複合材料製構成部品
内に埋め込まれ、金属製構成部品内に設けられた軸方向
孔（２３）を貫通する。ナット（２４）がロッド（１
９）に螺合して継手の２つの異種材料部分を結合させ、
予荷重を継手に及ぼし、また、上述の圧縮力を複合材料
製構成部品に及ぼす。
る複合材料／金属材料用軸継手を提供する。 【構成】 例えば、潜水艦のプロペラ（１２）に用いら
れる複合材料／金属材料用軸継手は、継手に軸方向予荷
重を及ぼしやすくすると共に圧縮力を複合材料製構成部
品（１３）に加えるよう複合材料製構成部品内に埋め込
まれた軸方向金属ロッド（１９）を有する。継手の金属
製構成部品（１７）内に円錐形中空部が設けられ、複合
材料製構成部品は、２つの部分を互いに組み立てると、
金属製構成部品（１７）と合致するよう設計された表面
を有する。金属ロッド（１９）は、複合材料製構成部品
内に埋め込まれ、金属製構成部品内に設けられた軸方向
孔（２３）を貫通する。ナット（２４）がロッド（１
９）に螺合して継手の２つの異種材料部分を結合させ、
予荷重を継手に及ぼし、また、上述の圧縮力を複合材料
製構成部品に及ぼす。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属材料製シャフト構
成部品と複合材料製シャフト構成部品との間に設けられ
る軸継手（以下、「複合材料／金属材料用軸継手」とも
いう）に関し、より詳細には、金属材料製構成部品と複
合材料製構成部品との間で、複合材料の繊維を破断する
こと無く、捩じり荷重と軸方向荷重の両方を伝えるのに
極めて有効な軸継手に関する。この関係において、シャ
フトまたはかかるシャフトの構成部品に用いられる複合
材料は一般に、巻き繊維の層、例えばガラス繊維の層及
び比較的高いモジュラスの材料、例えば黒鉛を含む。
成部品と複合材料製シャフト構成部品との間に設けられ
る軸継手（以下、「複合材料／金属材料用軸継手」とも
いう）に関し、より詳細には、金属材料製構成部品と複
合材料製構成部品との間で、複合材料の繊維を破断する
こと無く、捩じり荷重と軸方向荷重の両方を伝えるのに
極めて有効な軸継手に関する。この関係において、シャ
フトまたはかかるシャフトの構成部品に用いられる複合
材料は一般に、巻き繊維の層、例えばガラス繊維の層及
び比較的高いモジュラスの材料、例えば黒鉛を含む。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】回転動
力を伝達する大抵のシャフトは一般に金属で作られる
が、軽量化及び伝わる騒音の軽減のため、かかるシャフ
トを複合材料で作ることが望ましい場合が多い。例え
ば、プロペラにトルクを伝えるよう設計された典型的な
潜水艦の最終駆動シャフトは、直径が極めて大きく、例
えば１８インチ以上、また長さも極めて大きく、例えば
２５フィート以上になる場合が多い。もしかかる長大な
シャフト全体を金属で作ったとすれば、これは、極めて
重くなると共に潜水艦の外部へのノイズの良好な伝達体
となることが理解されよう。 シャフトの長さの大部分
を複合材料で作ることが通例であるが、選択した金属
を、これが応力を受けても大丈夫な或る特定の箇所で用
いることも通常行われている。例えば、プロペラシャフ
トとプロペラとの間の接合部のところでは、プロペラシ
ャフトを高力金属で作ることが通例である。かくして、
複合材料／金属材料用軸継手を用いる必要がある。かか
る複合材料／金属材料用軸継手は、軸方向荷重、曲げ荷
重及び捩じり荷重を受けることが予想され、これら荷重
を何れも伝達しなければならないことが認識されよう。
力を伝達する大抵のシャフトは一般に金属で作られる
が、軽量化及び伝わる騒音の軽減のため、かかるシャフ
トを複合材料で作ることが望ましい場合が多い。例え
ば、プロペラにトルクを伝えるよう設計された典型的な
潜水艦の最終駆動シャフトは、直径が極めて大きく、例
えば１８インチ以上、また長さも極めて大きく、例えば
２５フィート以上になる場合が多い。もしかかる長大な
シャフト全体を金属で作ったとすれば、これは、極めて
重くなると共に潜水艦の外部へのノイズの良好な伝達体
となることが理解されよう。 シャフトの長さの大部分
を複合材料で作ることが通例であるが、選択した金属
を、これが応力を受けても大丈夫な或る特定の箇所で用
いることも通常行われている。例えば、プロペラシャフ
トとプロペラとの間の接合部のところでは、プロペラシ
ャフトを高力金属で作ることが通例である。かくして、
複合材料／金属材料用軸継手を用いる必要がある。かか
る複合材料／金属材料用軸継手は、軸方向荷重、曲げ荷
重及び捩じり荷重を受けることが予想され、これら荷重
を何れも伝達しなければならないことが認識されよう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来設計されて使用さ
れている複合材料／金属材料用軸継手は種々の欠点を有
している。例えば、大抵の既存の継手における取付け方
式（複合材料／金属材料からの荷重伝達方式）では、複
合材料に孔を開けて剪断ピンを取り付けている。これに
より、開けた孔の領域における複合材料の強度は１／２
以下に低減する。別個に検討したもう一つの手法は、複
合材料と金属との間の接合部を接着し、或いはエポキシ
樹脂で接着することである。この種の接合法は強度が接
着剤の剪断強度による制限を受ける。更に、取り組みが
予定されている応力に対応する複合材料と金属材料の能
力の差に鑑みて、従来設計にかかる継手の直径がシャフ
トの大部分の直径よりも大きくなることは珍しいことで
はない。この問題は他の構造体に係わることになり、重
量に関する問題等が引き起こされる場合がある。また、
材料の異なる特性によって課せられる制約により設計上
の選択の余地が狭められるという不都合を生じる。その
結果として、最終的な設計はある観点から見ると理想に
は程遠い場合が多い。例えば、かかる継手の大抵のもの
は、所望の度合いよりも、組立ての手間が一層面倒であ
る。また、予想荷重の全てを伝達し、しかも寸法形状の
面で許容できる状態である継手を提供することは困難で
ある。
れている複合材料／金属材料用軸継手は種々の欠点を有
している。例えば、大抵の既存の継手における取付け方
式（複合材料／金属材料からの荷重伝達方式）では、複
合材料に孔を開けて剪断ピンを取り付けている。これに
より、開けた孔の領域における複合材料の強度は１／２
以下に低減する。別個に検討したもう一つの手法は、複
合材料と金属との間の接合部を接着し、或いはエポキシ
樹脂で接着することである。この種の接合法は強度が接
着剤の剪断強度による制限を受ける。更に、取り組みが
予定されている応力に対応する複合材料と金属材料の能
力の差に鑑みて、従来設計にかかる継手の直径がシャフ
トの大部分の直径よりも大きくなることは珍しいことで
はない。この問題は他の構造体に係わることになり、重
量に関する問題等が引き起こされる場合がある。また、
材料の異なる特性によって課せられる制約により設計上
の選択の余地が狭められるという不都合を生じる。その
結果として、最終的な設計はある観点から見ると理想に
は程遠い場合が多い。例えば、かかる継手の大抵のもの
は、所望の度合いよりも、組立ての手間が一層面倒であ
る。また、予想荷重の全てを伝達し、しかも寸法形状の
面で許容できる状態である継手を提供することは困難で
ある。
【０００４】本発明は、上記欠点がなく、しかも特性の
異なる材料間で荷重を伝えるのに特に有効な複合材料／
金属材料用軸継手に関する。かかる継手は、複合材料の
繊維を破断することなく、広範囲の潜在的な軸方向荷重
に対応すると共に、シャフト（その一部を形成する）と
同一の直径を有していて組立てが簡単である。本明細書
では、かかる継手の組立方法も開示する。
異なる材料間で荷重を伝えるのに特に有効な複合材料／
金属材料用軸継手に関する。かかる継手は、複合材料の
繊維を破断することなく、広範囲の潜在的な軸方向荷重
に対応すると共に、シャフト（その一部を形成する）と
同一の直径を有していて組立てが簡単である。本明細書
では、かかる継手の組立方法も開示する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】広義には、複合材料／金
属材料用軸継手は、金属材料製シャフト構成部品となる
手段と、金属製シャフト構成部品と組み合わされて軸継
手を形成すると、金属製シャフト構成部品に対して捩じ
り締り嵌合関係と軸方向荷重伝達嵌合関係の両方をなす
ように構成されている複合材料製シャフト構成部品とな
る手段と、継手自体の一部として、金属シャフト構成部
品と協働して複合材料製シャフト構成部品をこれらの間
に捕捉してサンドイッチするよう配置された手段とを有
する。かかる手段は、継手のところでの複合材料への半
径方向一定の圧縮力を及ぼすことが最も望ましい。ま
た、好ましくは荷重伝達のために継手に予荷重を加える
ための手段が設けられる。
属材料用軸継手は、金属材料製シャフト構成部品となる
手段と、金属製シャフト構成部品と組み合わされて軸継
手を形成すると、金属製シャフト構成部品に対して捩じ
り締り嵌合関係と軸方向荷重伝達嵌合関係の両方をなす
ように構成されている複合材料製シャフト構成部品とな
る手段と、継手自体の一部として、金属シャフト構成部
品と協働して複合材料製シャフト構成部品をこれらの間
に捕捉してサンドイッチするよう配置された手段とを有
する。かかる手段は、継手のところでの複合材料への半
径方向一定の圧縮力を及ぼすことが最も望ましい。ま
た、好ましくは荷重伝達のために継手に予荷重を加える
ための手段が設けられる。
【０００６】最も単純には、捕捉手段は、複合材料製シ
ャフト構成部品内にその軸方向に埋め込まれた細長い金
属製ロッドである。予荷重の加重手段はこの場合、ロッ
ドに螺合し、金属製構成部品に当接して複合材料端部を
楔作用により金属製シャフト構成部品の雌型中空部内に
押し込むナットである。
ャフト構成部品内にその軸方向に埋め込まれた細長い金
属製ロッドである。予荷重の加重手段はこの場合、ロッ
ドに螺合し、金属製構成部品に当接して複合材料端部を
楔作用により金属製シャフト構成部品の雌型中空部内に
押し込むナットである。
【０００７】また、予荷重の加重手段は、継手組み立て
位置と嵌合関係を生じさせる位置との間で構成部品を互
いに対して移動させるためのものであることが最も望ま
しい。金属製シャフト構成部品は、複合材料の雄型端部
を受け入れる雌型中空部、換言するとレセプタクルを有
する。また、継手は、複合材料中に軸方向に埋め込まれ
る細長いロッドを有することが最も望ましく、ロッドと
金属製構成部品は協働して複合材料をこれらの間に捕捉
してサンドイッチする。
位置と嵌合関係を生じさせる位置との間で構成部品を互
いに対して移動させるためのものであることが最も望ま
しい。金属製シャフト構成部品は、複合材料の雄型端部
を受け入れる雌型中空部、換言するとレセプタクルを有
する。また、継手は、複合材料中に軸方向に埋め込まれ
る細長いロッドを有することが最も望ましく、ロッドと
金属製構成部品は協働して複合材料をこれらの間に捕捉
してサンドイッチする。
【０００８】本発明の継手の組立方法を説明すると、複
合材料構成部品を組立作業の一部として金属製構成部品
内に捕捉する。これは、複合材料製シャフト構成部品の
雄型端部を金属製シャフト構成部品の中空部内に引き入
れることによって達成することが最も望ましく、金属製
シャフト構成部品の内面は複合材料製端部の外面に対し
て、これと嵌合するよう構成されており、かかる構成部
品間で捩じり荷重を伝達する。かかる引き入れを、継手
に所望の予荷重を与えるのに必要な限り続けるのがよ
い。
合材料構成部品を組立作業の一部として金属製構成部品
内に捕捉する。これは、複合材料製シャフト構成部品の
雄型端部を金属製シャフト構成部品の中空部内に引き入
れることによって達成することが最も望ましく、金属製
シャフト構成部品の内面は複合材料製端部の外面に対し
て、これと嵌合するよう構成されており、かかる構成部
品間で捩じり荷重を伝達する。かかる引き入れを、継手
に所望の予荷重を与えるのに必要な限り続けるのがよ
い。
【０００９】本発明の他の特徴及び利点は、以下の詳細
な説明から明らかになろう。
な説明から明らかになろう。
【００１０】
【実施例】図３及び図４は主として、本発明及び本発明
の解決しようとする課題の概略を与えるために掲載した
ものである。全体を符号１１で示す潜水艦は一般に、こ
れを推進するための図示のようなプロペラ１２を有して
いる。シャフト又は軸１３が、プロペラを回転させるよ
う適当な伝動装置から軸受及びシールを介して延びてい
る。原動機、例えば一又は二以上の蒸気タービンにより
回転力が伝動装置に与えられる。（本発明の実施例を潜
水艦への使用例として示すと共に本発明の特徴を強調す
るよう記載しているが、他の用途を考えて本発明を利用
できることは理解されよう。）当然のことながら、シャ
フト１３の長さ及び直径は、潜水艦の大きさ、所望の推
力（スラスト）等を含む多くの要因で定まることにな
る。潜水艦の直径が１−１／２フィート以上、長さが５
フィート以上になるのは珍しいことではない。さらに、
最高２０×１０６インチ−ポンドのトルクを伝達したり
約５０，０００ポンドの軸方向圧縮（引張）荷重に耐え
ることが期待される。
の解決しようとする課題の概略を与えるために掲載した
ものである。全体を符号１１で示す潜水艦は一般に、こ
れを推進するための図示のようなプロペラ１２を有して
いる。シャフト又は軸１３が、プロペラを回転させるよ
う適当な伝動装置から軸受及びシールを介して延びてい
る。原動機、例えば一又は二以上の蒸気タービンにより
回転力が伝動装置に与えられる。（本発明の実施例を潜
水艦への使用例として示すと共に本発明の特徴を強調す
るよう記載しているが、他の用途を考えて本発明を利用
できることは理解されよう。）当然のことながら、シャ
フト１３の長さ及び直径は、潜水艦の大きさ、所望の推
力（スラスト）等を含む多くの要因で定まることにな
る。潜水艦の直径が１−１／２フィート以上、長さが５
フィート以上になるのは珍しいことではない。さらに、
最高２０×１０６インチ−ポンドのトルクを伝達したり
約５０，０００ポンドの軸方向圧縮（引張）荷重に耐え
ることが期待される。
【００１１】上述のように、潜水艦シャフトの主要部分
を複合材料で構成できるが、或る特定の個所、例えば、
プロペラのような金属製構成部品の取付け個所に金属を
用いることが望ましい。かくして、複合材料と金属材料
の軸継手が必要になる。一般に捩じり荷重、曲げ荷重及
び軸方向荷重（圧縮荷重及び引張荷重）の伝達に用いら
れる複合材料と金属材料の能力は互いに異なるので、多
くの異なる設計の継手が開発された。しかしながら、大
抵のものは、かかる材料能力の相違のため、所望の特徴
と、設計者にとって実際問題として考慮しなければなら
ない事項との妥協の産物であった。
を複合材料で構成できるが、或る特定の個所、例えば、
プロペラのような金属製構成部品の取付け個所に金属を
用いることが望ましい。かくして、複合材料と金属材料
の軸継手が必要になる。一般に捩じり荷重、曲げ荷重及
び軸方向荷重（圧縮荷重及び引張荷重）の伝達に用いら
れる複合材料と金属材料の能力は互いに異なるので、多
くの異なる設計の継手が開発された。しかしながら、大
抵のものは、かかる材料能力の相違のため、所望の特徴
と、設計者にとって実際問題として考慮しなければなら
ない事項との妥協の産物であった。
【００１２】本発明は、技術の飛躍的進歩をもたらす複
合材料と金属材料の間に用いられる継手（composite-to
-metal joint）に関する。本発明の好ましい実施例の理
解のため図１及び図２を参照されたい。プロペラ１２と
関連した複合材料製の駆動シャフト（このシャフトの軸
方向中心線を符号１６で示している）の端部１４が、金
属製シャフト構成部品１７に接合された状態で示されて
いる。構成部品１７は金属製プロペラ１２とのインタフ
ェースとしての役目を果たす。この関係において、回転
力をシャフトからプロペラへ伝えるのに、その周囲に複
数の従来型キーとキー溝（そのうち２つのキー溝１８が
示されている）が設けられている。支持構造体内におい
てシャフトの回転を可能にするため、例えばチタン製の
標準型支承スリーブ２０が設けられている。
合材料と金属材料の間に用いられる継手（composite-to
-metal joint）に関する。本発明の好ましい実施例の理
解のため図１及び図２を参照されたい。プロペラ１２と
関連した複合材料製の駆動シャフト（このシャフトの軸
方向中心線を符号１６で示している）の端部１４が、金
属製シャフト構成部品１７に接合された状態で示されて
いる。構成部品１７は金属製プロペラ１２とのインタフ
ェースとしての役目を果たす。この関係において、回転
力をシャフトからプロペラへ伝えるのに、その周囲に複
数の従来型キーとキー溝（そのうち２つのキー溝１８が
示されている）が設けられている。支持構造体内におい
てシャフトの回転を可能にするため、例えばチタン製の
標準型支承スリーブ２０が設けられている。
【００１３】金属製シャフト構成部品は、シャフトの主
要部分に向いている端部に、複合材料製シャフトの端部
１４を受け入れる円錐形の雌型レセプタクル、換言すれ
ば、中空部を有する。したがって、複合材料製の端部は
雄型の端部であると考えられる。その外面も円錐形であ
って、金属製シャフト構成部品の中空部の内面と密に嵌
まり合うよう設計されている。上記端部は、軸線１６に
対して中空部内面と同一の円錐角を有している。
要部分に向いている端部に、複合材料製シャフトの端部
１４を受け入れる円錐形の雌型レセプタクル、換言すれ
ば、中空部を有する。したがって、複合材料製の端部は
雄型の端部であると考えられる。その外面も円錐形であ
って、金属製シャフト構成部品の中空部の内面と密に嵌
まり合うよう設計されている。上記端部は、軸線１６に
対して中空部内面と同一の円錐角を有している。
【００１４】相互に嵌合した表面は、複合材料と金属製
構成部品の間で捩じり荷重を伝えるよう造形されてい
る。すなわち、図２を参照すると、これら２つの表面の
各々は横断面が１２辺の多角形であり、２つの構成部品
を互いに組み合わせると、これら構成部品は図示のよう
な締まり嵌め状態で嵌合することが理解されよう。当業
者であれば、使用可能な多角形の辺の数は３〜無限であ
ることが分かろう。さらに、捩じり荷重を複合材料と金
属製シャフト構造部品との間で伝達する他の従来法も、
本発明の基本的な構成から逸脱することなく利用可能で
ある。さらに認識されることとして、構成部品１７の中
空部内への雄型端部１４の嵌め込みにより、構成部品間
で圧縮軸方向荷重が伝わることになる。
構成部品の間で捩じり荷重を伝えるよう造形されてい
る。すなわち、図２を参照すると、これら２つの表面の
各々は横断面が１２辺の多角形であり、２つの構成部品
を互いに組み合わせると、これら構成部品は図示のよう
な締まり嵌め状態で嵌合することが理解されよう。当業
者であれば、使用可能な多角形の辺の数は３〜無限であ
ることが分かろう。さらに、捩じり荷重を複合材料と金
属製シャフト構造部品との間で伝達する他の従来法も、
本発明の基本的な構成から逸脱することなく利用可能で
ある。さらに認識されることとして、構成部品１７の中
空部内への雄型端部１４の嵌め込みにより、構成部品間
で圧縮軸方向荷重が伝わることになる。
【００１５】また、本発明の継手は、軸線１６に沿って
複合材料シャフト構成部品内に埋め込まれる細長いロッ
ド１９を有する。図１に示すように、ロッド１９は、構
成部品１４の端部内に主円筒形部分２１を有し、この主
円筒形部分２１は、金属製構成部品１７内に設けられた
孔２３を貫通してシャフトの軸方向へ延びるネジ付き端
部２２まで複合材料製構成部品を越えて広がって延びて
いる。ロッドの円筒形部分は重量を軽くすると共に或る
程度の可撓性をもたせるために図示のように中空になっ
ている。金属製構成部品１７の端部に当たるナット２４
が端部２２に装着されている。ナット２４の外部にはネ
ジ山が設けられ、かかるナット２４に取り付けられた止
めナット２６がプロペラ１２をシャフトの軸方向に定位
置に固定子、それにより軸方向荷重をかかるプロペラか
らシャフトに伝達する。
複合材料シャフト構成部品内に埋め込まれる細長いロッ
ド１９を有する。図１に示すように、ロッド１９は、構
成部品１４の端部内に主円筒形部分２１を有し、この主
円筒形部分２１は、金属製構成部品１７内に設けられた
孔２３を貫通してシャフトの軸方向へ延びるネジ付き端
部２２まで複合材料製構成部品を越えて広がって延びて
いる。ロッドの円筒形部分は重量を軽くすると共に或る
程度の可撓性をもたせるために図示のように中空になっ
ている。金属製構成部品１７の端部に当たるナット２４
が端部２２に装着されている。ナット２４の外部にはネ
ジ山が設けられ、かかるナット２４に取り付けられた止
めナット２６がプロペラ１２をシャフトの軸方向に定位
置に固定子、それにより軸方向荷重をかかるプロペラか
らシャフトに伝達する。
【００１６】本発明によれば、ナット２４とロッド１９
は協働して楔作用により複合材料製構成部品の端部を金
属製構成部品の中空部内へ押し込むようにする。この関
係で、ロッドの主円筒形部分２１も又、ロッド軸線に対
して円錐形である。しかしながら、図示のように、シャ
フトの円錐形外面を形成するシャフト軸線に対する角度
は、上述の嵌合表面の円錐角よりもかなり小さい。
は協働して楔作用により複合材料製構成部品の端部を金
属製構成部品の中空部内へ押し込むようにする。この関
係で、ロッドの主円筒形部分２１も又、ロッド軸線に対
して円錐形である。しかしながら、図示のように、シャ
フトの円錐形外面を形成するシャフト軸線に対する角度
は、上述の嵌合表面の円錐角よりもかなり小さい。
【００１７】設計の楔作用及び他の特徴は幾つかの機能
を果たす。一機能については、上述の表面を互いに嵌合
関係にする。これにより、構成部品間で伝わる全ての荷
重が比較的広い表面積にわたるようになる。さらに、そ
の結果、複合材料が金属ロッドと金属製シャフト構成部
品間で捕捉されサンドイッチされるようになる。また、
ナットを所要程度締め付けるだけで、所望の予荷重が継
手に及ぼされる。ナット２４及びロッド１９はシャフト
の軸線に沿って延び、この作用により軸方向の予荷重が
得られることになる。この予荷重の作用により継手は、
もし予荷重がない場合に耐えることのできる引張荷重よ
りも大きな引張荷重に耐えることができるようになるこ
とは理解されよう。その理由は、継手内の歪が更に大き
くなる前に引張応力により予荷重に打ち勝つ必要がある
からである。設計によっては、種々の予荷重応力を選択
して使用することが容易に行える。
を果たす。一機能については、上述の表面を互いに嵌合
関係にする。これにより、構成部品間で伝わる全ての荷
重が比較的広い表面積にわたるようになる。さらに、そ
の結果、複合材料が金属ロッドと金属製シャフト構成部
品間で捕捉されサンドイッチされるようになる。また、
ナットを所要程度締め付けるだけで、所望の予荷重が継
手に及ぼされる。ナット２４及びロッド１９はシャフト
の軸線に沿って延び、この作用により軸方向の予荷重が
得られることになる。この予荷重の作用により継手は、
もし予荷重がない場合に耐えることのできる引張荷重よ
りも大きな引張荷重に耐えることができるようになるこ
とは理解されよう。その理由は、継手内の歪が更に大き
くなる前に引張応力により予荷重に打ち勝つ必要がある
からである。設計によっては、種々の予荷重応力を選択
して使用することが容易に行える。
【００１８】本発明の構成のもう一つの利点は、圧縮力
が継手のところで複合材料に自動的に及ぼされることに
ある。複合材料製構成部品を金属製の円錐形構成部品内
に軸方向へ押し込むと、かかる圧縮力が生じることにな
る。これは継手に生じる歪による複合材料の繊維の破断
を防止するのに役立つことが理解されよう。これは又、
複合材料中の繊維と層の間の運動（クリープ）を防止す
るのにも役立つ。
が継手のところで複合材料に自動的に及ぼされることに
ある。複合材料製構成部品を金属製の円錐形構成部品内
に軸方向へ押し込むと、かかる圧縮力が生じることにな
る。これは継手に生じる歪による複合材料の繊維の破断
を防止するのに役立つことが理解されよう。これは又、
複合材料中の繊維と層の間の運動（クリープ）を防止す
るのにも役立つ。
【００１９】本発明の設計により継手の組立が単純にな
ることが理解されよう。複合材料製構成部品の円錐形端
部は、ロッド１９が孔２３を貫通している状態で、金属
製構成部品の中空部内に配置する必要があるに過ぎな
い。次に、ナット２４を端部に嵌めて回すと、複合材料
製構成部品の円錐形外面を引っ張り、或いはもっと一般
的に言えば、移動させてこれを金属製構成部品の中空部
の内面に係合させることができる。かくして、嵌合した
表面は互いに押し合う。所望の捩じり及び軸方向荷重伝
達嵌合状態が、上述の利点と共に得られる。また、ロッ
ド１９とナット２４は一緒になった状態では、継手組立
位置と表面嵌合状態を生じさせる位置との間で互いに対
してシャフト構成部品を移動させるための手段と考えら
れることは明らかであろう。
ることが理解されよう。複合材料製構成部品の円錐形端
部は、ロッド１９が孔２３を貫通している状態で、金属
製構成部品の中空部内に配置する必要があるに過ぎな
い。次に、ナット２４を端部に嵌めて回すと、複合材料
製構成部品の円錐形外面を引っ張り、或いはもっと一般
的に言えば、移動させてこれを金属製構成部品の中空部
の内面に係合させることができる。かくして、嵌合した
表面は互いに押し合う。所望の捩じり及び軸方向荷重伝
達嵌合状態が、上述の利点と共に得られる。また、ロッ
ド１９とナット２４は一緒になった状態では、継手組立
位置と表面嵌合状態を生じさせる位置との間で互いに対
してシャフト構成部品を移動させるための手段と考えら
れることは明らかであろう。
【００２０】最適には、ロッドを端部構成部品の形成の
ためのマンドレルとして用い、複合材料の繊維をマンド
レルに巻き付けると、ロッド１９は複合材料で形成され
る。この結果、所望の埋め込み状態が得られる。シャフ
トの残部に用いられるマンドレルをシャフトの他端から
取り出せばロッドを所望どおりに埋め込んだままにする
ことができる。変形例として、ロッド１９を従来法に従
って、複合材料製構成部品の残部の形成後にロッド１９
を差し込むことができるよう数個の部分品から製造して
も良い。
ためのマンドレルとして用い、複合材料の繊維をマンド
レルに巻き付けると、ロッド１９は複合材料で形成され
る。この結果、所望の埋め込み状態が得られる。シャフ
トの残部に用いられるマンドレルをシャフトの他端から
取り出せばロッドを所望どおりに埋め込んだままにする
ことができる。変形例として、ロッド１９を従来法に従
って、複合材料製構成部品の残部の形成後にロッド１９
を差し込むことができるよう数個の部分品から製造して
も良い。
【００２１】上述のことから、本発明の継手の設計を用
いると多くの特徴が得られることは理解されよう。一実
施例において、有限要素構造解析法の示すところによれ
ば、本発明の継手は、２０，０００，０００インチ−ポ
ンドの捩じり荷重及び５００，０００ポンドの軸方向荷
重を、２．０を越える安全率で伝達できる。しかしなが
ら、当業者は、本発明の設計は殆ど任意の大きさの荷重
に対応するよう容易にスケーリング（scaling)を行うこ
とができる。
いると多くの特徴が得られることは理解されよう。一実
施例において、有限要素構造解析法の示すところによれ
ば、本発明の継手は、２０，０００，０００インチ−ポ
ンドの捩じり荷重及び５００，０００ポンドの軸方向荷
重を、２．０を越える安全率で伝達できる。しかしなが
ら、当業者は、本発明の設計は殆ど任意の大きさの荷重
に対応するよう容易にスケーリング（scaling)を行うこ
とができる。
【００２２】本発明を好ましい実施例を用いて説明した
が、当業者であれば、多くの設計変更及び変形例を想到
できることは理解されよう。たとえば、便宜上、本発明
を潜水艦のプロペラとのインタフェースと同種のものを
使用例として説明したが、他の構成、例えば複合材料製
シャフトと伝動装置との間のインタフェースにも均等に
有用である。したがって、本発明の範囲は請求項に記載
の事項及びその均等物に従って定められる。
が、当業者であれば、多くの設計変更及び変形例を想到
できることは理解されよう。たとえば、便宜上、本発明
を潜水艦のプロペラとのインタフェースと同種のものを
使用例として説明したが、他の構成、例えば複合材料製
シャフトと伝動装置との間のインタフェースにも均等に
有用である。したがって、本発明の範囲は請求項に記載
の事項及びその均等物に従って定められる。
【図１】本発明の好ましい実施例の軸方向概略断面図で
ある。
ある。
【図２】図１の２−２線における図１の実施例の横断面
図である。
図である。
【図３】本発明の好ましい実施例を組み込んだ潜水艦の
側面図である。
側面図である。
【図４】本発明の好ましい実施例を示すよう切除すると
共に潜水艦の重要ではない細部及び部分を削除して示す
図３の潜水艦の一部の側面図である。
共に潜水艦の重要ではない細部及び部分を削除して示す
図３の潜水艦の一部の側面図である。
１２ 金属製プロペラ １３ シャフト １４ 複合材料製駆動シャフトの端部 １７ 金属製シャフト構成部品 １８ キー溝 １９ 細長いロッド ２０ 支承スリーブ ２４ ナット ２６ 止めナット
Claims (10)
- 【請求項１】 伸び方向に延びる軸線を備えた細長いシ
ャフトに用いられる、複合材料と金属材料のための軸継
手であって、金属材料製シャフト構成部品となる手段
と、金属製シャフト構成部品と組み合わされて軸継手を
形成すると、金属製シャフト構成部品に対して捩じり締
り嵌合関係と軸方向荷重伝達嵌合関係の両方をなすよう
に構成されている複合材料製シャフト構成部品となる手
段と、半径方向に一定の圧縮力をシャフトの軸線に対し
横方向へ複合材料製シャフト構成部品に加えるための手
段とを有することを特徴とする軸継手。 - 【請求項２】 複合材料は、巻き繊維を含み、圧縮力の
加力手段は、繊維を巻き付けた細長いロッドを含むこと
を特徴とする請求項１の軸継手。 - 【請求項３】 圧縮力加力手段は又、継手の組立て位置
と前記嵌合関係を生じさせる位置との間で金属材料製シ
ャフト構成部品手段と複合材料製シャフト手段を互いに
移動させるための手段でもあることを特徴とする請求項
１の軸継手。 - 【請求項４】 継手への荷重伝達のために予荷重を加え
るための手段を更に有することを特徴とする請求項１の
軸継手。 - 【請求項５】 予荷重は、シャフト構成部品に対して軸
方向に作用していることを特徴とする請求項４の軸継
手。 - 【請求項６】 金属材料製シャフト構成部品となる手段
と複合材料製シャフト構成部品となる手段のうち一方
は、他方の構成部品の雄型端部を受け入れる円錐形の雌
型中空部を有し、雌型中空部内への雄型端部の押し込み
により前記嵌合関係が得られることを特徴とする請求項
４の軸継手。 - 【請求項７】 予荷重の加重手段は、構成部品の軸方向
に延びる細長いロッドであることを特徴とする請求項４
の軸継手。 - 【請求項８】 金属材料製シャフト構成部品となる手段
は、円錐形内面を備えた雌型中空部を有し、該雌型中空
部は、複合材料製シャフト構成部品の雄型端部を受け入
れるよう位置決めされており、細長いロッドは、雄型端
部内に軸方向に埋め込まれていることを特徴とする請求
項７の軸継手。 - 【請求項９】 複合材料製シャフト構成部品の雄型端部
の外面は、円錐形であり、雄型端部が雌型中空部内に受
け入れられると、雌型中空部の内面と合致するような形
状になっていることを特徴とする請求項８の軸継手。 - 【請求項１０】 雄型端部内に埋め込まれたロッドの外
面も又円錐形であるが、雄型端部の外部の円錐形の角度
よりも著しく小さい角度をなしていることを特徴とする
請求項９の軸継手。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/736,358 US5215413A (en) | 1991-07-26 | 1991-07-26 | Composite-to-metal shaft joint |
| US07/736358 | 1991-07-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05196049A true JPH05196049A (ja) | 1993-08-06 |
Family
ID=24959572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4219680A Withdrawn JPH05196049A (ja) | 1991-07-26 | 1992-07-27 | 複合材料と金属材料のための軸継手 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5215413A (ja) |
| JP (1) | JPH05196049A (ja) |
| DE (1) | DE4223115A1 (ja) |
| FI (1) | FI923370A (ja) |
| GB (1) | GB2258032B (ja) |
| NO (1) | NO922881L (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5771975A (en) * | 1997-02-14 | 1998-06-30 | Northrop Grumman Corporation | Composite cylinder termination |
| US5813467A (en) * | 1997-02-14 | 1998-09-29 | Northrop Grumman Corporation | Composite cylinder termination formed using snap ring |
| US6405762B1 (en) | 2000-06-16 | 2002-06-18 | Cooper Cameron Corporation | Composite pipe assembly and method for preparing the same |
| US7004668B2 (en) * | 2002-10-16 | 2006-02-28 | Mtd Products Inc | Connector for flex shaft for string trimmer |
| SG121838A1 (en) * | 2003-12-05 | 2006-05-26 | Singapore Technologies Marine | Composite drive shaft |
| DE102005031832B4 (de) * | 2005-07-06 | 2007-09-06 | Visteon Global Technologies Inc., Van Buren | Vorgespannte Welle-Nabe-Verbindung mit Realkegel |
| DE102007056487A1 (de) | 2007-11-22 | 2009-05-28 | Wilhelm Landwehr | Wellenverbindung |
| DE102009022989A1 (de) | 2009-04-01 | 2010-10-14 | Becker Marine Systems Gmbh & Co. Kg | Ruderschaft |
| IT1394295B1 (it) | 2009-05-08 | 2012-06-06 | Nuovo Pignone Spa | Girante centrifuga del tipo chiuso per turbomacchine, componente per tale girante, turbomacchina provvista di tale girante e metodo di realizzazione di tale girante |
| IT1397057B1 (it) | 2009-11-23 | 2012-12-28 | Nuovo Pignone Spa | Girante centrifuga e turbomacchina |
| IT1397058B1 (it) | 2009-11-23 | 2012-12-28 | Nuovo Pignone Spa | Stampo per girante centrifuga, inserti per stampo e metodo per costruire una girante centrifuga |
| ITCO20110064A1 (it) | 2011-12-14 | 2013-06-15 | Nuovo Pignone Spa | Macchina rotante comprendente un rotore con una girante composita ed un albero metallico |
| US9149115B2 (en) | 2012-06-16 | 2015-10-06 | Stact Wine Displays Inc. | Bottle rack and kit for bottle-supporting assembly |
| ITCO20130067A1 (it) | 2013-12-17 | 2015-06-18 | Nuovo Pignone Srl | Girante con elementi di protezione e compressore centrifugo |
| USD821831S1 (en) | 2015-03-24 | 2018-07-03 | Stact Wine Displays Inc. | Bottle rack |
| US10004330B1 (en) | 2016-12-23 | 2018-06-26 | Stact Wine Displays Inc. | Bottle rack |
| USD848802S1 (en) | 2017-01-04 | 2019-05-21 | Stact Wine Displays Inc. | Bottle rack |
| USD834900S1 (en) | 2017-01-04 | 2018-12-04 | Stact Wine Displays Inc. | Bottle rack |
| US10927883B2 (en) | 2017-07-11 | 2021-02-23 | Goodrich Corporation | Composite joint assembly |
| USD878828S1 (en) | 2017-11-13 | 2020-03-24 | Stact Wine Displays Inc. | Bottle rack |
| USD923987S1 (en) | 2017-11-13 | 2021-07-06 | Stact Wine Displays Inc. | Bottle racks |
| US10823213B2 (en) | 2018-06-08 | 2020-11-03 | Goodrich Corporation | Composite joint assembly |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB887088A (en) * | 1959-08-31 | 1962-01-17 | Tom Geoffrey Allison | Improvements in or relating to moulds and press tools |
| US3584473A (en) * | 1969-11-19 | 1971-06-15 | Uniroyal Inc | Force-transmitting systems |
| NL7212295A (ja) * | 1971-09-18 | 1973-03-20 | ||
| GB2051305B (en) * | 1979-05-29 | 1983-02-02 | Celanese Corp | Fibre-reinforced composite shaft with metallic connector |
| DE2951629C2 (de) * | 1979-12-21 | 1985-03-14 | Felten & Guilleaume Energietechnik GmbH, 5000 Köln | Antriebswelle aus faserverstärktem Kunststoff, mit verlorenem Dorn und festgewickelten Endstücken |
| US4715739A (en) * | 1981-02-18 | 1987-12-29 | Ciba-Geigy Corporation | Connection between a plastics quill shaft and a metal element |
| US4895351A (en) * | 1984-12-11 | 1990-01-23 | Ciba-Geigy Corporation | Tension-compression stay with fiber-reinforced synthetic resin material strut |
| US4952195A (en) * | 1985-11-04 | 1990-08-28 | Eagle-Picher Industries, Inc. | Graphite drive shaft assembly |
| FR2643686B1 (fr) * | 1989-02-28 | 1991-05-31 | Aerospatiale | Dispositif de liaison mecanique demontable entre l'extremite d'un tube en materiau composite et un embout |
-
1991
- 1991-07-26 US US07/736,358 patent/US5215413A/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-07-14 DE DE4223115A patent/DE4223115A1/de not_active Withdrawn
- 1992-07-21 NO NO92922881A patent/NO922881L/no unknown
- 1992-07-24 FI FI923370A patent/FI923370A/fi not_active Application Discontinuation
- 1992-07-24 GB GB9215734A patent/GB2258032B/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-07-27 JP JP4219680A patent/JPH05196049A/ja not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4223115A1 (de) | 1993-01-28 |
| NO922881L (no) | 1993-01-27 |
| FI923370A0 (fi) | 1992-07-24 |
| GB9215734D0 (en) | 1992-09-09 |
| US5215413A (en) | 1993-06-01 |
| GB2258032B (en) | 1995-05-17 |
| NO922881D0 (no) | 1992-07-21 |
| GB2258032A (en) | 1993-01-27 |
| FI923370A (fi) | 1993-01-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991005 |