JPS612917A - 弾性せん断軸継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
素子によって結合されている。この可撓素子は駆動軸か
らのトルクを被動輪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、したがって裂開や
セパレーショ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ットを形成し、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
ランプ部材を取外すし、素子をスリットにおいて拡げて
１１］１における所定位置に位置決めし、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
生ず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っ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
捕強層にセパレーションが生じ、素子の損傷につながる
。

したがって、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、円周方向にスリッ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
、スリットを有する可撓素子にあってはそのスリットに
おいて、ならびにいずれの形式のものであっても素子本
体を全体的に、回転軸線に対して所定の角度で配列され
た補強層によっ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ｔａｌｌの組合わせに
よって構成し、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
ノ１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
いジュ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
よっ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祠料よりなる補強コード層によっ
て補強・強化することができ、また素子の断面形状を／
＜５ボラ形状とすることにより他の断面形状による４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
る可撓継手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、
場合によっては端部間に浮」−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
とによっ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ｌ、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っても良く、第２図にはその両者
の構成を共に示しである。第２図の右側には円筒状軸線
方向孔を有し、軸１２トに取付けられた形式の継手ハブ
１６を示ず。このノ＼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
に収めることによって軸上に取付ける。ハブをさらに１
氷量」―の固定ねじによって固定し、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
じは図示を省略しである。これらの固定ねじは、ねじ孔
２４と結合させる。第２図の左側の示ずノ＼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２６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ュ２
８を用いて軸１４の端部に取付けられる３、フッシュ２
８の図示しない締付けねじを締付けろと両デーパ面が密
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
延在するクランプ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Ｖずろね
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ク４４．４６
を左右両側に配置し、各クランプリンク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５
８とを有し、対向するハブ、したがって両回転軸を結合
してトルク伝達を行うものであり、フランジの外周面と
内側クランプリンクの傾斜面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
リンク５２．５４により取付けられ、これら外側クラン
プリンクもフラン／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
ねし又はボルト５６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、内側クランプリンクのねじ付き
孔と結合させることにより、ＯＪ撓素ｆ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：Ｊｌ、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
スリットを有するものであっても、また第１図に示すご
とくスリットがなく円周方向に連続する構成のものであ
ってもよい。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、×（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８１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、
旧式における特定の形態に応じて変わりうろことは勿論
である。継手の直径は例えば１２７　ｍｍ−７７０ｍｍ
以」−とすることができるが、本発明では前記係数への
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５
８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＝Ｊ撓素子のパラボラ形状の図心近傍
に、ずなわぢ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って可
撓素子４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の配列を示しで
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３
０°〜６５°の範囲内の角度をもって配列される。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倍辺
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ックスを形成する
。

可撓素子５０の外縁、すなわち前記周縁部分５８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
ライのマトリッ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コノ、より硬
く、より高いジュ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仕例的に設定されている。例え
ば素子本体部分５１に用いる材料のンヨアー△硬度のジ
ュロメータ値は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ずＩ−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ず
。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、さらに素子マトリックス中に分散さ
れる。コ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っては
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ュ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コムセ
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５ｏと類似
しているが、スリット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
たは双方の取外す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
取外すし、またはその締付けねじをゆるめるだけで素子
８２をスリッ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。スリットの近傍領
域は、スリットが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
。したがって、スリッ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
することによって行なう。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って被覆されて
いる。素子の内側も同様にストランド９０．９２によっ
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８６．８８．９０．
９２はスリットの端面ど、少なくとも可撓素子の軸線方
向長さだけ−１−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３．４６８
．１３８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
コムビード９６．９７の近傍まで延在している。本例に
おいても素子は、ｙ−△（×２）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ｌ、ビード９６．９７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ツノ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ってコｌ
、に２０〜２５％以上のひずみを生じさせることなくゴ
ｌ、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４面に装着する。そして外側クランプリング５
２、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クおよびフランジ
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。

本発明は−Ｌ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って実施しうるち
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線に沿って破断し
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図に示ず可撓素子の正面図、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。 ｌＯ・・継手　　　　　　１２・・・駆動軸１４・・・
被動軸　　　　　１６．２６・ハブ４０、４２・・・フ
ランジ ４４、４６・・・内側クランプリング ４８・傾斜面 ５０、８２．９４・・・可撓素子 ５１・・・本体部分 ５２、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、９
６．９７・・・ビード ８４・・・スリット

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において： （ａ）両軸の対向端部に取付けられる環状継手ハブと； （ｂ）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素子と； （ｃ）前記素子の本体よりも高いジュロメータ硬度を有
   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； （ｄ）前記周縁部分をハブに対して所定位置に保持する
   クランプ手段と； （ｅ）前記クランプ手段および前記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ることを特徴とす
   る軸継手。 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１項記載の軸継手において、前記
   素子の本体部分は断面形状がほぼパラボラ状であること
   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
   素子はそのエラストマ材料中に埋設された複数の繊維補
   強層を有し、該補強層は前記素子の図心近傍に集中的に
   配置されていることを特徴とする軸継手。 ５、特許請求の範囲第２項記載の軸継手において、前記
   クランプ手段が： （ａ）前記フランジの内面に近接して配置され、前記素
   子を受けるための外向きの傾斜面、および前記締結手段
   を結合させるための複数のねじ付き孔を有する内側クラ
   ンプリングと；（ｂ）前記素子の外面に近接して配置さ
   れたほぼＬ字形状の外側クランプリングとを具え、該外
   側クランプリングは、これ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複数の孔を有する
   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
   素子はｙ＝Ａ（ｘ＾２）で表わされるパラボラ形状を有
   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であ
   ることを特徴とする軸継手。 ７、特許請求の範囲第１項記載の軸継手において、て、
   前記素子はｙ＝Ａ（ｘ＾２）で表わされるパラボラ形状
   を有し、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
   であることを特徴とする軸継手。 ８、特許請求の範囲第７項記載の軸継手において、前記
   クランプ手段は内側および外側のクランプリングを具え
   、その内側クランプリングは前記パラボラ形状の素子を
   受けるための外向き傾斜面を有し、その傾斜面の角度は
   約３０°〜７０°の範囲内に設定されていることを特徴
   とする軸継手。 ９、特許請求の範囲第８項記載の軸継手において、前記
   パラボラ形状の素子は軸手の回転軸線に対して直角な面
   に対し約３０°〜６５°の角度をもって交互に逆向きに
   配列された繊維補強層を具えることを特徴とする軸継手
   。 １０、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において： （ａ）両軸の対向端部に取付けられる環状継手ハブと； （ｂ）該ハブから半径方向外方に向けて延在させた環状
   フランジと； （ｃ）ほぼパラボラ形状を有し、前記フランジ上に装着
   されるエラストマ材料よりなる可撓素子と； （ｄ）前記フランジの内面に近接して配置され、前記可
   撓素子を受ける傾斜面および複数のねじ付き孔を有する
   内側クランプリングと； （ｅ）前記可撓素子の外縁に近接して配置され、複数の
   ねじ無し孔を有する外側クランプリングと； （ｆ）外側クランプリングを内側クランプリングに対し
   て固定し、前記可撓素子を両クランプリング間にクラン
   プすべく両クランプリングの前記孔内に配置される締結
   手段とを具えることを特徴とする軸継手。 １１、特許請求の範囲第１０項記載の軸継手において、
   前記可撓素子の形状がｙ＝Ａ（ｘ＾２）で表わされ、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であること
   を特徴とする軸継手。 １２、特許請求の範囲第１０項記載の軸継手において、
   前記傾斜面の角度は約３０°〜７０°の範囲内に設定さ
   れていることを特徴とする軸継手。 １３、特許請求の範囲第１１項記載の軸継手において、
   前記可撓素子が、側方に向けて延在し、かつビードを埋
   設したエラストマ材料よりなる周縁部分を具え、そのエ
   ラストマ材料は可撓素子の本体部分よりも高いジュロメ
   ータ硬度を有していることを特徴とする軸継手。 １４、特許請求の範囲第１３項記載の軸継手において、
   前記傾斜面の角度は約３０°〜７０°の範囲内に設定さ
   れていることを特徴とする軸継手。 １５、特許請求の範囲第１４項記載の軸継手において、
   前記可撓素子はその軸線方向および半径方向に延在する
   スリットと、このスリットの縁部において前記可撓素子
   内に配置された補強コード手段とを有することを特徴と
   する軸継手。 １６、特許請求の範囲第１０項記載の軸継手において、
   前記可撓素子はそのエラストマ材料中に埋設された複数
   の繊維補強層を有し、該補強層は前記素子の図心近傍に
   集中的に配置されていることを特徴とする軸継手。 １７、特許請求の範囲第１６項記載の軸継手において、
   前記繊維補強層は軸手の回転軸線に対して直角な面に対
   し約３０°〜６５°の角度をもって、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されているこ
   とを特徴とする軸継手。 １８、特許請求の範囲第１０項記載の軸継手において、
   前記可撓素子が側方に向けて延在し、かつビードを埋設
   したエラストマ材料よりなる周縁部分を具え、そのエラ
   ストマ材料は可撓素子の本体部分よりも高いジュロメー
   タ硬度を有していることを特徴とする軸継手。 １９、相互に対向する継手ハブと、可撓素子をその作動
   位置に保持するためのクランプ部材とを具える弾性せん
   断軸継手用の可撓素子であって： （ａ）エラストマ材料よりなり、側方に延在する周縁を
   有する本体部分と； （ｂ）前記本体部分よりも高いジュロメータ硬度を有す
   るエラストマ材料よりなり、前記周縁内に配設されたビ
   ードと； （ｃ）前記可撓素子内に相互に離間して配置され、前記
   ビードの近傍で終止する繊維補強層とを具えることを特
   徴とする軸継手。 ２０、特許請求の範囲第１９項記載の軸継手において、
   前記繊維補強層は軸手の回転軸線に対して直角な面に対
   し約３０°〜６５°の角度をもって、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されているこ
   とを特徴とする軸継手。 ２１、特許請求の範囲第１９項記載の軸継手において、
   前記ビードは前記周縁内に被覆されていることを特徴と
   する軸継手。 ２２、特許請求の範囲第１９項記載の軸継手において、
   前記ビードは前記周縁の内面を形成していることを特徴
   とする軸継手。 ２３、特許請求の範囲第１９項記載の軸継手において、
   前記可撓素子はその軸線方向および半径方向に向けて延
   在するスリットを有し、かつそのスリットの縁部に補強
   層を具えることを特徴とする軸継手。