JPH0622954B2 - 複合中空体 - Google Patents

複合中空体

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JPH0622954B2
JPH0622954B2 JP1285109A JP28510989A JPH0622954B2 JP H0622954 B2 JPH0622954 B2 JP H0622954B2 JP 1285109 A JP1285109 A JP 1285109A JP 28510989 A JP28510989 A JP 28510989A JP H0622954 B2 JPH0622954 B2 JP H0622954B2
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EMITETSUKU G FUYUA EMITSUSHIONSUTEKUNOROJII MBH
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Description

【発明の詳細な説明】
＜技術分野＞ 本発明は、回転モーメントおよび／または牽引−、加圧
−ないし曲げ力を受けいれるための複合中空体に関する
ものである。 ＜先行技術＞ 複合中空体は、例えばＥＰＯ２１２１３０から知られて
いるが、このヨーロッパ特許においては装着シリンダー
が管状ピースに取付けられ、しかも管状ピース中には加
圧応力が、また装着シリンダー中には牽引応力が生じた
状態となる。装着シリンダーは、その際、特に繊維複合
材料から構成されることが好ましく、また双方の部分の
相互に向き合って入り込む滑走が、装着物本体を膨張さ
せ、管体を径方向に圧縮する方向での弾性変形により可
能となり、相互にバランスが採れている場合には、摩擦
結合が可能となる。 ＜発明の目的＞ 本発明の基本目的は、軽量の構造様式のもと高強度を特
徴とし、しかもその際、容易に製作可能となるような複
合中空体の形態を各種要素を用意することにある。 ＜発明の構成＞ 上記目的の解決策のポイントは、外側材料層において径
方向に圧力を高める内部支持機構によって基本的には全
体の軸長に亘り、それぞれ周全長に亘って均一な引張り
応力が生ずることにある。壁厚区分に対応して、および
個々の軸領域における局所的加圧衝撃の大きさ、ないし
加圧衝撃の時間的経緯に合せて外側材料層において必要
に応じて、同時に軸方向に一定の、ないしは一定ならざ
る加圧応力が生ずるようになっている。 第１優先実施態様によれば、外側層周辺に接し、塑性膨
張を行なう、低伸長限界をもつ材料からの内部カラーを
形成するようになっている。このような解決策によって
簡単に製作できる中空体が用意可能であり、この中空体
自体が内部応力によって曲げ−および捩れの負荷に対し
て高強度を発揮することになる。これは例えば、クラン
ク軸、駆動軸、あるいは駆動軸において有利である。諸
材料伸長限度を本発明によって相互に調整することによ
り、既知手法で希望される緊張状態が内部加圧衝撃によ
り得られることになる。 第２優先実施態様によれば、外部カラーにおいて、部分
周辺上に接する塑性膨張性のリング状またはカラー状の
複数の内部カラーが、比較的低い伸度限界を有する材料
から成り、中間配備の有形物と特に接続して支持機構を
形成することにある。これにより製作される有形物は、
中空断面が円形状ではなく、優先事例が連接棒内に認め
られるような優先事例に対して適している。この場合、
複数の円形カラーが外側輪郭を付与する物体中に装着さ
れて、この物体は次いでそれ自体、知られている機構を
以て塑性膨張される。外側層と内部カラーとの間に配置
する中空空間部は、戻りばね力の方向に対して角度を採
り相上下してスライド接続部を有する複数の有形物によ
り補完されるが、上記戻りばね力は自動ロックを発揮す
るものであり、それぞれ最も外側にあり、相向き合った
カラーは、直接、連接棒の出張りとして用いられ得る。 これによって膨張時には、支持機構を変形させるために
比較的小さな力が生じ、また膨張後には極めて大きな支
持作用が生ずる。ここでも外側輪郭を支える層内で一定
の緊張力が起り、外部カラーは加圧応力を受けることに
なる。中空体で応力を生じている材料は、簡単な構造様
式で高度の形態安定性を生じている。 円形断面を有する複合中空体に係わるものでもあり、ま
た非円形断面を有する複合中空体に係わるものでもある
第３優先実施態様によれば、外部カラーと一つ以上の相
互に嵌合し合うカラーとの間において、互に向き合い自
動ロック方式により支えられる把持体が用意されてい
て、内側層または内部カラーの塑性変形材料が外部層に
比してより小さな伸長限度を有する。塑性膨張によって
その際、外側に向けては滑走可能であって、内側に向け
ては自動ロックにより、従って後方スライドを阻止する
ことによって支持力を備えた把持体が、いわばこうした
把持体がその大きな加圧強度を通じて外側層内での応力
維持に決定的に係わることが可能となるよう変化する。
こうした内側塑性変形材料層は、膨張位置において安定
して把持体を固定する。 外側層用の優れた材料としては、高い引張り強度および
高伸長限度の材料として、例えば、焼入れ鋼、ばね鋼、
チタンあるいは繊維複合材料がとりあげられる。塑性変
形を求められる内側層ないし内部カラー用の材料として
は、それ相応に選択された構造用鋼、炭素鋼または非鉄
金属が提案される。外側層および内側層ないし内部カラ
ーはそれぞれ、個々の側において、外側に向け強度を高
めている複数層から成る。中間層の把持体は特にセラミ
ックや圧に強い硬質材料から用意されることが有利であ
るが、脆さのある材料であってもよい。外側層と内部層
との間にある一定応力により個々の層間でも接合力が生
ずる。この接合力によって、外側層および／または内側
層、ないしは内部カラーを複数の軸方向個別部分から構
成することが可能であって、内側層および外側層におい
て分離性接続部が存在する状況下にあって、これ等の層
が軸方向で相互に充分に間隔をとり位置づれできるよう
になっていることを求められる。こうした点から本複合
中空体は、やや短かめのカラー部分から構成されねばな
らない。 ＜実施例＞ 以下、本発明による実施例を示す添付図面を参照して、
本発明を詳述する。 第１ａ図には、外部カラー１を有する円形中空体が示さ
れていて、この外側カラーは、複数の詳細に示されては
いない層から構成され、この層には、内側において直
接、内部カラー２が接する。 第１ｂ図では、複数の層から成る外部カラー１、この内
部にセットされた内部カラー２、および本カラーと一体
をなすよう接続している中間床部３、４が、断面破断部
に確認できる。中間床部３、４は、中間床部自体が、内
部カラー２の矢印により示唆された内側加圧作用時にお
いて外側カラー１において高い応力を確保するために、
塑性変形下において平坦面で加圧されるようにわん曲さ
れている。 第２ａ図および第２ｃ図において円形中空体が現わさ
れ、本中空体は、個々の層から成る外部カラー１１を示
すが、個々の層は詳細には示されていない。この外部カ
ラーに対し間隔をおいて内側カラー１２が示されている
が、両カラー間では、径方向において、くさび型面を有
する把持体１３、１４が配備されている。これ等把持体
は、カラー１２の塑性ないし熱的変形の際に、互に向き
合って滑走し、反面、本把持体は、完全に弾性拡張する
外部カラー１１の戻り弾性挙動時において相互にくさび
締め機能を呈し、またこれにより加圧応力発生に関与す
ることになる。第２ａ図では、内部カラー１２の変形前
の状態が示されていて、接触面において把持体１３、１
４が相互に向き合って位置ズレしている。第２ｃ図で
は、内部カラー１２の変形後で、外部把持体１４間での
内部把持体１３の放射状位置ズレ後の状態が示されてい
て、この把持体は、この位置において弾性応力を受ける
外部カラー１４を、拡大支持周辺部において相対に区分
した位置に確保する。内部カラー１２は熱的には冷却し
て挿入されるか、あるいは応力を生ずることなく導入後
に塑性拡張せしめられ得る。 第２ｂ図および第２ｄ図においては、２つの円弧および
２つの接線接続部から成る外部カラー２１を有し、この
中に挿入された円形、ないし楕円形の内部カラー２２、
２３、２４が示されていて、これ等カラーは、外部カラ
ー２１内において弾性加圧応力を発生させるために、内
部拡張および塑性変形の作用にゆだねられた。こうした
２本のカラー間においてそれぞれ、高耐圧性の把持体２
５、２６、２７：２８、２９、３０（セラミック）が使
用されていて：これ等把持体は、カラー本体の直接的接
触域から外部カラー２１にかけての圧力伝達に役立ち、
および内部カラー２２、２３、２４の塑性および熱的変
形の際に、相互に向き合って移行し、反面、上記把持体
は、完全弾性的に拡張する外部カラー２１の戻り弾性挙
動時に、相互にくさび締め機能を発揮し、これにより加
圧応力発生に関与することになる。第２ｂ図においては
内部カラー２２、２３、２４の変形前の状態が示されて
いて、把持体はその接触面において互に向き合いつつ交
互に内側および外側に位置ズレせしめられている。第２
ｄ図では、内部カラー２２、２３、２４の変形後の状態
が示されていて、まづ内側に移行した把持体２６、２９
はその他の把持体２５、２７、２８、３０間において外
側放射状に移行せしめられ、および該把持体全体が拡大
外側周辺において、弾性応力付与の外部カラー２１を、
相互に区分した位置に確保する。内部カラーは熱的には
冷却されて挿入され、あるいは応力を生ずることなき導
入後に、機械的または油圧作用により塑性変形を生ずる
まで拡張され得る。 径方向矢印によって、それぞれ互に支え合うことによっ
て、点破線状の方式による膨張は抑制され、および外部
カラーは、本カラーがはじめから有する示された形態を
後になっても維持することが示唆されている。 第３ａ図では、クランク軸の一部が示されていて、この
クランク軸が２つの基本ジャーナル３１、３２および行
程ジャーナル３３を有する。クランク側部には均合用錘
３４が配備されている。クランク軸は、外部カラー３５
から、およびこのカラーに挿入された内部の塑性変形カ
ラーで、ジャーナル域にあるカラー３６、３７、３８か
ら、ならびにクランク側部域にあるカラー３９、４０、
４１、４２から成る。外部カラー３５は、その際、それ
ぞれ相互嵌合するカラー突起４３、４４：４５、４６：
４７、４８から構成され、これ等のカラー突起は、クラ
ンク側部４９、５０に交互にセットされる。 第３ｂ図においては、クランク側部４９が図解断面内に
示されていて、側部領域内でほぼ８字型の外側層３５が
確認され得るが、本外側層はロッド５１、５２を介して
リング形状部に補完されている。８字型の外側層３５内
において引張り応力を発生させるために、塑性的に拡張
したカラー３９および４１が活用され、ならびにブリッ
ジ５１、５２において応力を発生、確保するために、ほ
ぼ三日月型有形物５３、５４が活用される。 第３ｃ図において、クランク側部５０が断面で確認で
き、このクランク側部においては、概ね８字型の外側層
３５において均合い錘３４がセットされていて、および
本クランク側部はブリッジ５５、５６により部分的には
リング有形物に対して補完されている。ここにおいて
も、塑性膨張されたカラー４０および４２は、断面で示
されていて、およびブリッジ５５、５６内で均一な応力
を生ずる三日月型有形物５７、５８が示されている。 有形物は、この例では、ブリッジ５１、５２、５５、５
６内で応力発生させるために、円錐形による、および円
錐面の自動ロック機能を働らかせる角度による軸方向プ
レスによってセットされている。 第３ｄ図では、クランク側部４９は、第３ｂ図と同様の
表示で示されている。とはいえ、多区分把持体５９、６
０、６１：６２、６３、６４が示されていて、多区分把
持体は断面でくさび型形態を有し、および使用に際して
ブリッジ５３、５４において応力を生ずる。 第３ｅ図においては、第３ｃ図におけると同様の図解で
クランク側部５０が示されている。ここでも第３ｄ図に
対応して多区分把持体６５、６６、６７：６８、６９、
７０が用意されていて、これ等把持体は互に向き合って
滑走するくさび面を持ち、自動ロック域において角度を
備えている 把持体は軸方向において、円錐型ないしくさび状を採
り、および断面においてもくさび型を有することにな
り、それぞれ自動ロック域内にある。軸方向プレス時に
おいて、また必要に応じて内部カラー３９、４０、４
１、４２の径方向膨張において、把持体は相互に向き合
って滑り、および滑走面での自動ロックにより戻り弾性
挙動を生ぜぬよう確保され、その結果、把持体はブリッ
ジ５１、５２、５５、５６における応力を生じ、安定維
持する。 ＜発明の効果＞ 複合積層の壁厚ないし個々の部分から軸方向で構成され
る中空体での強度特性値は、長さ方向において段階づけ
が可能となり、その結果、多様な膨張圧を相前後して付
与するか、あるいは同じ膨張圧を同時に付与して、多様
な軸方向および径方向の応力が生じ、その後者応力は個
々の断面ではそれぞれほぼ一定状態となる。 個々の内側層または個々の内部カラーの塑性膨張は、準
静的に、またはパルス発生的に、ないしは爆発的な展開
により生じ得る内部圧力により、外部の型つまりダイス
型の支持に従って行なわれるといった点、有利である。
この型では、この場合、膨張の遊びが用意されて、弾性
限度が確保される前に外側層が安定壁に接することにな
って、その結果、膨張圧が狭く限定されねばならぬこと
はない。 それぞれの内側層または内部カラーにおいて、付加的な
支持機構が、断面床部等の形態を持ってプレスされ、あ
るいは変形され得るのであり、こうした断面床部は例え
ば、断面破断部領域において、高い径方向強度を発揮す
る。 内側層および外側層においてそれぞれ維持確保される応
力は、他のジョイント方式により、特に熱的結合（収
縮、膨張）によって、または完全に軸方向プレス接合に
よって生じ得るのであり、内側または外側の層の材料の
伸長限度係数が後退するのは重要である。
【図の簡単な説明】
第１ａ図は、第１の解決策に従った本発明による複合中
空体の断面を示す。 第１ｂ図は、第１ａ図による中空体を長さ方向断面を示
す。 第２ａ図は、第２の解決策に従った本発明による複合中
空体を、膨張前での断面で示す。 第２ｂ図は、第３の解決策に従った本発明による複合中
空体を、膨張前での断面で示す。 第２ｃ図は、第２ａ図による中空体を、膨張後の断面で
示す。 第２ｄ図は、第２ｂ図による中空体を、膨張後の断面で
示す。 第３ａ図は、クランク軸としての本発明による複合中空
体を、長さ方向断面で示す。 第３ｂ図は、第３ａ図による中空体を、第１実施態様で
の第１断面で示す。 第３ｃ図は、第３ａ図による中空体を、第１実施態様に
おける第２断面で示す。 第３ｄ図は、第３ａ図による中空体を、第２実施態様に
おける第１断面で示す。 第３ｅ図は、第３ａ図による中空体を、第２実施態様に
おける第２断面で示す。 なお、図面での照合番号は、下記の各機械部分を意味す
る。 １……外部カラー、２……内部カラー、３、４……中間
床部、１１……外部カラー、１２……外部カラー、１
３、１４……把持体、２１……外部カラー、２２、２
３、２４……内部カラー、２５、２６、２７、２８、２
９、３０……把持体、３１、３２……基本ジャーナル、
３３……行程ジャーナル、３４……均合い錘、３５……
外側層、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２…
…内部カラー、４３、４４、４５、４６、４７、４８…
…カラー突起、４９、５０……クランク側部、５１、５
２……ブリッジ、５３、５４……有形物、５５、５６…
…ブリッジ、５７、５８……有形物、５９、６０、６
１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６
９、７０……把持体

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回転モーメントおよび／または牽引−、加
    圧−ないし曲げ力を受けいれるための複合中空体におい
    て、外側材料層において、径方向に圧力を増す内部支持
    機構によって基本的に軸全長に亘ってそれぞれ周囲全般
    に均一な引張り応力が生ずることを特徴とする複合中空
    体。
  2. 【請求項２】外側材料層において、軸方向に引張り力を
    受けいれる内部支持機構によって、一定の、ないしは中
    央部で相対的に大きな加圧応力が生ずることを特徴とす
    る特許請求項１に記載の複合中空体。
  3. 【請求項３】外部カラー（１）において周囲に接して配
    置する内部カラー（２）が支持機構を形成する（第１
    図）ことを特徴とする特許請求項１または２に記載の複
    合中空体。
  4. 【請求項４】外部カラー（２１）において部分周囲全体
    に亘って接するリング状ないしカラー状の複数の内部カ
    ラー（２２、２３、２４）が特に、中間配備の把持体
    （２５、２６、２７、２８）と接続して支持機構を形成
    する（第２６図）ことを特徴とする特許請求項１または
    ２に記載の複合中空体。
  5. 【請求項５】外部カラー（１１）に対して間隔をとりつ
    つ、互に相向き合って支え合った把持体（１３、１４）
    の中間接続下にあるリング状−またはカラー状の一つ以
    上の内部カラー（１２）が支持機構を形成する（第２ａ
    図）ことを特徴とする特許請求項１または２に記載の複
    合中空体。
  6. 【請求項６】内部カラー（２、１２）または内部カラー
    （２２、２３、２４：３９、４０、４１、４２）が、外
    部カラー（１、１１、２１、３５）より低い伸長限度を
    有する、現場で塑性膨張する材料から成る特許請求項１
    から５までの一つに記載の複合中空体。
  7. 【請求項７】相対的に低い伸長限度をもつ材料から支持
    材料中に挿入され、あるいは変形された中間床部が、付
    加的な支持を行なうべく用意されていることを特徴とす
    る特許請求項１から６までの一つに記載の複合中空体。
  8. 【請求項８】クランク軸、駆動軸またはカム軸としての
    構成を特徴とする特許請求項１から６までの一つに記載
    の複合中空体。
  9. 【請求項９】連接棒としての構成を特徴とする特許請求
    項１または特許請求項３から７までに記載の複合中空
    体。
  10. 【請求項１０】末端部における管状支持体の先づ塑性膨
    張によって外側材料層と把持体との間での接続が得られ
    ること：および次の段階で、中間域にあって管状把持体
    を塑性膨張させることにより、しかも本管状把持体を同
    時に軸方向に短縮しつつ、周辺方向では引張り応力が、
    また長さ方向では加圧応力が外側材料層内で惹起される
    ことを特徴とする特許請求項１から７までの一つに記載
    の管状複合中空体を製作する方法。
  11. 【請求項１１】把持体が油圧作用による内圧によって膨
    張されることを特徴とする特許請求項１から７までの一
    つに記載の複合中空体の製法。
  12. 【請求項１２】把持体が内部から機械的機構によって膨
    張せしめられることを特徴とする特許請求項１から７ま
    での一つに記載の複合中空体の製法。
  13. 【請求項１３】把持体が、冷却された状態で装着され、
    および／または外側材料層が相互に嵌合連結し合う前に
    加熱され、次いで熱平衡状態が得られることを特徴とす
    る特許請求項１から７までの一つに記載の複合中空体の
    製法。
  14. 【請求項１４】把持体および外側材料層が軸方向に相互
    に嵌合すべく圧入されることを特徴とする特許請求項１
    から７までの一つに記載の複合中空体の製法。
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