JPH08506163A - 自在連結具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 第１駆動シャフト（１６）を第２駆動シャフト（１８）へ接続するための連結具は、２つの駆動シャフト（１６，１８）を接続する球状部材・ソケット構成（１４）と、一端部で一方の駆動シャフト（１６）へ、他端部で他方の駆動シャフト（１８）へ取り付けられたばね（１２）とを有する。ばね（１２）は、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）樹脂から作られたファイバ（１０２）を含むポリマーマトリックスから作られる。ファイバ（１０２）は、ばね（１２）の螺旋軸線に沿ってポリマーマトリックスを通って延びる。ばね（１２）は、球状部材・ソケット構成（１４）の周りに配置されるので、衝撃負荷は、ばね（１２）によって吸収される。

Description

【発明の詳細な説明】 自在連結具技術分野 本発明は、可撓性を有する連結具に関し、特に駆動シャフトを接続するための 可撓性連結具に関する。 速度が変化する状況で使用される駆動シャフトは、一定速度の状況とは大きく 異なるという問題がある。速度が変化する状況における非常に重要な１つの問題 は、駆動シャフトと、その駆動シャフトによって動かされる構成要素との両方へ 及ぶ衝撃負荷である。このような衝撃負荷は、駆動シャフト、特にポンプのよう な駆動シャフトによって動かされる構成要素にとって損害をもたらすものである 。 また設備は、調和共振からの弊害を受けやすい。全ての回転設備は、１つ又は それ以上の自然ねじり周波数を有する。システムの速度がこれら自然周波数の１ つと一致すると、共振が起こる。これら共振速度で、システム振動の振幅は、非 常に拡大する。共振は、ベアリングや、台、駆動シャフトを含む他の接続設備を 直ぐに壊してしまう。突発的な過負荷に並んで、共振状態での作動は、おそらく 最も早く回転設備を破壊してしまう。 衝撃負荷の問題は、駆動シャフトが連結具を有するときに更に増す。このよう な連結具は、例えばポンプのような動かされている構成要素、ポンプを動かすの に使用されるモータでの保守作業を行うのに必要である。しばしば駆動シャフト は、シヤーピンで連結されている。しかしながらこのようなタイプの構成は、シ ヤーピンを頻繁に取り替えなければならないので、衝撃負荷が頻繁に生じるとこ ろには適切ではない。更に、このようなシヤーピン接続では、特に モータ又は動かされている構成要素が保守作業のために取り外されたときに、２ つの駆動シャフトを再び連結するのは容易ではない。 ２つの駆動シャフトを接続するのに一般的に使用されている他の構成は、従来 の自在連結具（universal coupling）である。この自在連結具の例は、１９７１ 年ニューヨーク州、ケミカルパブリッシング社のＰグラフステイン（P.Grafstei n）他の技術装置の図解ハンドブック（Pictorial Handbook of Technical Devic es）の第１６及び１７頁に示してある。しかしながら、殆どの部分では、これら のタイプの自在連結具は、衝撃負荷を直接伝達し、このような衝撃負荷の結果、 或る時間以上、これら自身にとっても有害であり、疲弊してしまう。 他のタイプの連結具は、キングスレイ（Kingsley）の米国特許第１，４８５， ０３６号で開示されている。キングスレイ特許は、２つのシャフトを接続する自 在連結具を開示している。この連結具は、２つのシャフトのねじ端部分と係合す るコイルばねを有し、且つこれもまた２つのシャフトを接続する球状部材・ソケ ット構成の周りに配置されている。シャフト間の回転運動は、ばねのコイルを通 して伝達される。キングスレイ特許で開示されている構成は、単に回転運動を伝 達するけれども、衝撃負荷を緩和することはない。例えば、キングスレイ特許は 、『駆動トルクは、最大効率で且つ部品のねじれなく、ばねを通じて伝達される であろう。』と書かれている。発明の開示 本発明は、第１駆動シャフトを第２駆動シャフトへ接続するための連結具を有 し、この連結具は、第１及び第２駆動シャフトを接続するための球状部材・ソケ ット構成と、一端部で一方の駆動シャフトへ、他端部で他方の駆動シャフトへ接 続されたばねとを具備する。ばねは、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド） 樹脂から作られ たファイバを含むポリマーマトリックスから作られる。ファイバは、ばねの螺旋 軸線を通って延びる。ばねは、球状部材・ソケット構成の周りに配置され、一方 の駆動シャフトから他方の駆動シャフトへ伝達される衝撃負荷を吸収する。図面の簡単な説明 図１は、本発明の連結具の好適実施例の正面図である。 図２は、図１の連結具の拡大斜視図である。 図３は、図１の線３−３に沿った断面図である。 図４は、図１の線４−４に沿った断面図である。 図５は、本発明の第２実施例の正面図である。発明を実施するための最良の形態 図１及び図５に示した可撓性を有する連結具は、幾つかの明らかな利点を有す る。特に本発明は、始動と停止とを頻繁に行うことにより変化するねじり速度を 受ける２つの駆動シャフトを接続するのに適している。連結具は、変化する速度 による衝撃荷重を緩和するとともに、一方の駆動シャフトから次の駆動シャフト へ角運動を伝達する。更に連結具は、２つの駆動シャフトを非軸線方向へ接続す ることが可能である。 図１及び図２を見ると、本発明の連結具の全体を参照番号１０で示してある。 連結具は、第１端部分１６を第２端部分１８へ連結するばね１２と球状部材構成 １４とを有する。球状部材構成１４、第１端部分１６及び第２端部分１８は、ア ルミニウム、鋼又は他の強度の高い材料で作られている。 第１端部分１６は、好ましくは、円筒突出部２２と一体的に設けられた袖部分 ２０を有する。第１端部分１６は、端部プレートと円筒突出部２２とを通って延 びる中央穴２４を形成する。この中央穴２４は、狭い部分２８と境を接し、そし て次にソケット３０と境を 接する広い部分２６を有する。潤滑油弁３２は、中央穴２４の広い部分２６と狭 い部分２８との間の接続部３４に隣接した円筒部分２２へ螺合される。 作動する際には、潤滑油ガン（図示せず）のノズルが、中央穴２６の広い部分 ２６へ挿入され、潤滑油弁３２へ接続される。潤滑油ガンから絞り出された潤滑 油は、潤滑油弁３２を通り、次に狭い部分２８を通り、そしてソケット３０へ流 れ込む。潤滑油によって、球状部材構成１４の摩擦が減少する。 袖部分２０は、外周壁３６と端部壁３８とを有する。外周壁３６、端部壁３８ 及び円筒突出部２２は、協働してばね溝４０を形成する。複数の穴４２が外周壁 ３６の外周に配置されている。穴４２は、ねじ４４を正確に収容して、ばね１２ の第１端部４５をばね溝４０内に取り付けられるようなサイズであり、且つ取り 付けられるようにねじが切られている。 球状部材構成１４は、ねじ支柱部材４６と、球状部材４８と、リング５０と、 クランプ５２と、プレート５４と、ねじ５６とを有する。球状部材４８内にある 路５８は、ねじ支柱部材４６を収容できる大きさであり、そのように配置されて いる。ねじ支柱部材４６は、フランジ６０を有しており、その直径は、路５８の 直径よりも大きい。フランジ６０は、ねじ支柱部材４６の第１端部６２に一体的 に設けられている。従って、フランジ６０は、ねじ支柱部材４６が球状部材４８ を完全に通り抜けてしまうのを防ぐ。クランプ５２は、フランジ６０の反対側で 球状部材４８に取り付けられ且つねじ支柱部材４６に設けられた溝６４へ嵌まる 。クランプ５２は、実質的に、球状部材４８がねじ支柱部材４６の周りで回転す ることを除き、ねじ支柱部材４６に対して球状部材４８が動くことを制限する。 リング５０は、リング５０と球状部材４８との間にほぼ均一な空 間が存在するように球状部材４８の周りに取り付けられる。典型的に、リング５ ０は、両端部６６、６８に球状部材４８の直径よりも小さい内径を有する。これ によって、リング５０が球状部材４８から外れないようになっている。リング５ ０は、このリングがソケット３０に配置できるような大きさの外径を有する。リ ング５０は、ソケット３０に隣接したショルダ７０に抗して支持されている。 プレート５４は、プレート５４とショルダ７０との間にリング５０をしっかり 掴持しながら、円筒突出部２２に抗してしっかりと取り付けられる。球状部材４ ８の周りの潤滑剤を維持するのを補助するために、プレート５４と円筒突出部２ ２との間にシールを配置してもよい。このシールは、球状部材・ソケット連結の 技術では公知である。プレート５４に中央穴７２が形成されている。この中央穴 ７２は、プレート５４に接触することなく球状部材４８が中央穴７２へ延びるよ うな大きさになっている。複数の穴７４がプレート５４に配置されており、複数 のねじ穴７５が円筒突出部２２に配設されている。穴７４は、穴７５と整列する ようになっている。ねじ５６が穴７４へ延び、穴７５と螺合する。ねじ５６は、 リング５０と円筒突出部２２に抗してプレート５４を確実に保持する。 第２端部分１８は、袖部分７６と、円錐状の突出部７８と、ナット８０と、ね じ８２とを有する。袖部分７６と突出部７８とは、好ましくは、互いに一体的で ある。中央穴８４が、袖部分７６と突出部７８とを通って延びている。この中央 穴は、ねじ付きの狭い部分８６と広い部分８８とを有する。狭い部分８６は、ね じ支柱部材４６と螺合し、ナット８０が狭い部分８６を通らないよう十分小さい 。広い部分８８は、ナット８０が簡単に取り付けられるように十分大きい。連結 具１０の作成中に、ねじ支柱部材４６は、中央穴８４の狭い部分８６を通って案 内される。ナット８０は、ねじ支柱部材４ ６と螺合し、ショルダ９０に抗して締められる。 袖部分７６は、突出部７８と協働してばね溝９６を形成する外周壁９２を有す る。ばね溝９６は、ばね１２をしっかり収容できる大きさである。外周壁９２は 、複数の穴９４を有する。この穴９４は、ねじ８２と螺合するようになっている 。ねじ８２は、ばね溝９６内にばね１２の第２端部９５を取り付ける。 ばね１２は、複数のコイル部分を備えた螺旋形状をしたコイルばねである。ば ね１２は、球状部材構成１４の周りに配置され、第１端部分１６と第２端部分１ ８との間で延びる。前述したように、ねじ４４とねじ８２とは、それぞれ、ばね １２を第１端部分１６と第２端部分１８とに取り付ける。 ばね１２は、図３で示したように、コイルの螺旋軸線１０４に沿って延びる複 数のアラミドファイバ（aramid fibers）１０２を含むポリマーマトリックスか ら作成される。ファイバ１０２は、図４で示したように、コイル１２を通って連 続的に延びている。好ましくは、ポリマーマトリックスは、ヘクセル社（Hexcel Corporation）から商標名エポライト（Epolite） ２３１５で現在販売されて いるエポキシ樹脂か、又はそれに匹敵する樹脂である。 好ましくは、ファイバ１０２を形成するのに使用されるアラミドは、ポリ（ｐ −フェニレンテレフタルアミド）（poly（p-phenyleneterephthalamide）である 。ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）の１つの適当な供給源は、デラウエ アのウィルミントンのイーアイデュポンデネモウスアンドカンパニー（E.I．DuP ont De Nemours & Company）であり、商標名ＫＥＶＬＡＲβで販売されている。 好ましくは、ファイバ１０２は、ばね１２の螺旋軸線１０４に沿って延びる連続 したフィラメントの形態をしている。張力をかけてファイバ１０２を配置し、圧 力下でばね１２を成形してばね１２を形成 する。 本発明のばね１２は、一方の駆動シャフトから他方の駆動シャフトへねじり運 動を伝達するのに十分な剛性を有する。連結具１０を実際に利用して、ばね１２ に必要な剛性が決定される。以下の要因、つまり成形工程におけるファイバの引 張、ファイバ対樹脂割合、成形工程における圧縮量、並びに硬化時間及び温度が 、ばね１２の実際の剛性に影響を与える。 更に、本発明のコイルばね１２は、特に完全な停止状態から始動するときのね じり運動の変化に対する緩衝効果を提供し、駆動シャフト及びモータと、設備と の両方を衝撃負荷で動かされることから保護する。 回転力が連結具１０にかかると、ばね１２の直径は変化する。ばね１２のコイ ルは、ばね１２の直径が最も短い長さへ近づくと、互いに係合するようになる。 コイルが互いに面一になったとき、直径はそれ以上短くならない。少なくとも１ つのストラップ１０３をばね１２に取り付けて、直径が小さくなりすぎないよう にすることもできる。ストラップ１０３をばね１２の内側壁又は外側壁へ取り付 けてもよい。図２に示したストラップ１０３は、ばね１２の直径が拡大しすぎる のを防ぐように方向づけられている。ストラップ１０３は、ばね１２の直径が拡 大すると、ストラップ１０３がきつくなるように配置されている。直径が所定の 長さになると、ストラップ１０３は、更に拡大しないようにする。ばね１２の直 径が小さくなりすぎないようにするためにストラップ１０３を使用することもで きる。 更に、本発明のばね１２は、ばね１２の可撓性やソケット３０内の球状部材構 成１４の回転によって、接続するために駆動シャフトを正確に整列しなければな らないことのないように、一方の駆動シ ャフトを他方の駆動シャフトへ取り付けるための構成を提供する。 連結具１０は、ねじ４４及び８２、それぞれによって第１駆動シャフト９７及 び第２駆動シャフト９８へ取り付けられている（図１参照）。第１駆動シャフト ９７の第１収容端部９９は、第１端部分１６を確実に収容するような大きさであ り、形状である。ねじ４４は、第１収容端部９９の穴を通り、第１端部分１６の 穴４２へ延びる。複数の穴が、第２駆動シャフト９８の第２収容端部１００の周 りに配設されている。ねじ８２は、第２収容端部１００の穴を通り、第２端部分 １８へ延びる。この取付け機構は、端部分１６、１８の外径と等しい内径を有す る中空のシャフトのためのものである。 選択可能には、駆動シャフト９７、９８は、図２に示すように、シャフト端部 プレート１０５で連結具１０へ取り付けられている。シャフト端部プレート１０ ５は、第１端部分１６及び第２端部分１８へ延びる複数の穴を形成する。シャフ ト端部プレート１０５は、シャフト開口部１０６を形成する。シャフト開口部１ ０６は、駆動シャフト９８とシャフト端部プレート１０５との間で回転滑りを起 こさないよう歯１０７を有する。設定ねじ１０８は、シャフト開口部１０６へ延 び、駆動シャフト９８をシャフト開口部１０６へしっかりと保持する。このよう な取付け機構は、中実（つまり中空ではない）の駆動シャフトに非常に適してい る。 図５を参照すると、本発明の連結具の第２実施例の全体を参照番号１１０で示 している。連結具は、第１駆動シャフト１１６を第２駆動シャフト１１８へ接続 するばね１１２及び球状部材・ソケット構成１１４を有する。典型的には、第１ 駆動シャフト１１６及び第２駆動シャフト１１８は、回転が変化する状況で使用 される。例えば、第１駆動シャフト１１６は、スラリーをポンプで送るのに使用 する馬力の大きいポンプ（図示せず）の駆動シャフトでもよく、第 ２駆動シャフト１１８は、ポンプを駆動するためのモータ（図示せず）からの出 力シャフトである。このようなポンプの速度は、頻繁に変化するか、ポンプが頻 繁に始動されたり、停止されたりする。 第１駆動シャフト１１６は、第１駆動シャフト１１６の直径よりも大きい直径 を有するフランジ１２０と、そのフランジ１２０から延びる環状のショルダ１２ ２とを有する。半球形状の基部分１２４は、環状のショルダ１２２から延びる。 ステム部分１２６が、半球形状の基部分１２４に設けられており、球状部材１２ ８は、そのステム部分１２６に設けられている。 第２駆動シャフト１１８も同様に、第２シャフトの直径よりも大きい直径を有 するフランジ１３０と、そのフランジ１３０から延びる環状のショルダ１３２と を有する。第２駆動シャフト１１８は、フランジ１３０からのびる円筒形状の基 部分１３４を有する。基部分１３４は、球状部材１２８が配置されるソケット１ ３６を有する。保持プレート１３８が、基部分１３４のねじ穴に螺合されたねじ １４０によって基部分１３４に抗して保持され、ソケット１３６内に球状部材１ ２８を保持する。保持プレート１３８は、球状部材１２８が通って延びる穴１３ ７を有し、しかしながらこの穴１３７は、球状部材１２８の直径よりも小さいの で、球状部材１２８はソケット１３６内に保持される。 ばね１１２は、複数のコイル部分を有する螺旋形状を有するコイルばねである 。ばね１１２は、球状部材・ソケット組立体１１４の周りに配置される。更にば ね１１２は、第１駆動シャフト１１６の軸線に実質的に平行に突出し且つフラン ジ１２０の穴１４３を通って延びる第１端部分１４２を有する。またばね１１２ は、第２駆動シャフト１１８の軸線に実質的に平行に突出し且つフランジ１３０ の穴１４５へ突出する他端部分１４４を有する。第１端部分１４２ 及び他端部分１４４は、ばねを所定位置に保持する。更に、ばねは、第１端部分 １４２及び他端部分１４４に隣接して配置されたコイル端部分１４６及び１４８ を特に有し、これらは、それぞれ全て環状のショルダ１２２及び１３２に係合す る。ばね１１２は、実質的にばね１２と同じ物理特性と構成特性とを有する。 好適実施例を参考にして本発明を説明したけれども、本発明の精神と範囲とか ら逸脱することなく形状や詳細を変更することが可能であることは、当業者には 分かるであろう。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 第１駆動シャフトを第２駆動シャフトへ接続するための連結具であって、 前記第１駆動シャフト内に配置されたソケットと、 前記第２駆動シャフトへ取り付けられ、前記第１駆動シャフトの前記ソケット 内に配置された球状部材と、 ２つの端部を有するばねとを具備しており、前記ばねは、該ばねを通って延び るアラミドファイバを含むポリマーマトリックスから作成されており、前記ばね の一端部は、前記第１駆動シャフトへ取り付けられ、前記ばねの他端部は、前記 第２駆動シャフトへ取り付けられ、前記ばねは、前記球状部材及び前記ソケット の周りに配置された連結具。 ２． 前記第１駆動シャフトは、第１穴を有し、前記第２駆動シャフトは、第２ 穴を有し、前記ばねは、これら穴へ延びる第１及び第２端部を有し、前記ばねの 前記第１端部及び第２端部を前記第１及び第２駆動シャフトでそれぞれ保持する 請求項１に記載の連結具。 ３． 前記第２駆動シャフトへ取り付けられ且つ前記第２駆動シャフトの直径よ りも大きい直径を有する第１フランジと、前記第２駆動シャフトへ取り付けられ 且つ前記第２駆動シャフトの直径よりも大きい直径を有する第２フランジとを更 に有しており、前記第１及び第２穴は、該第１及び第２フランジ内に位置する請 求項２に記載の連結具。 ４． 前記第１駆動シャフトは、前記第１フランジに配置された前記ばねの第１ コイル部分と係合するための第１環状ショルダを有し、前記第２駆動シャフトは 、前記ばねの第２コイル部分と係合するたであり且つ前記第２フランジから延び る第２環状ショルダを有する 請求項３に記載の連結具。 ５． 保持プレートが、前記球状部材を前記ソケット内に保持し、前記第１駆動 シャフトへ固着されている請求項１に記載の連結具。 ６． 前記アラミドファイバが、ポリ（ｐ−フィニレンテレフタルアミド）樹脂 から作成される請求項１に記載の連結具。 ７． 前記ポリマーマトリックスは、エポキシ樹脂である請求項６に記載の連結 具。 ８． 前記第１駆動シャフトは、第１端部分を有する請求項１に記載の連結具。 ９． 前記第２駆動シャフトは、第２端部分を有する請求項８に記載の連結具。 １０． 前記第１端部分及び前記第２端部分は、前記ばねの第１端部と前記ばね の第２端部とを収容できるような大きさのばね溝を形成する請求項９に記載の連 結具。