KR100897858B1 - 기어 커플링 - Google Patents

Abstract

종래의 기어 커플링에서는 슬리브(sleeve)에 단(端) 커버(cover)를 설치하고 있었으므로, 슬리브와 단(端) 커버(cover)의 접합부로부터 윤활제가 새는 경우가 있었다. 제 1 회전축(3)에 결합되는 외부 기어 톱니바퀴(5a)를 설치한 피니언(pinion)(5), 피니언(5)의 외부 기어 톱니바퀴(5a)와 치합(齒合)하는 내부 기어 톱니바퀴(9a)를 설치하고, 양측의 단면에 개구를 가지며 적어도 한쪽 개구로부터 피니언(5)을 내부에 넣어, 제 2 회전축(4)에 결합되는 슬리브(9), 슬리브(9)의 제 1 회전축이 통과하는 측의 단면에 있는 개구를 폐색하고, 제 1 회전축(3)을 통하는 회전축 구멍(8a)을 가지는 제 1 단재(端材)(8), 슬리브(9)의 다른 한쪽의 단면에 있는 개구를 폐색하는 제 2 단재(11)를 구비하며, 슬리브(9)와 제 1 단재(8)와 제 2 단재(11)가 윤활제(1O)를 유지할 수 있는 공간을 구성하는 기어 커플링에 있어서, 슬리브(9)와 제 1 단재(8)를, 또는 슬리브(9)와 제 2 단재(11)를 일체 가공한 것이다.

Description

기어 커플링{GEAR COUPLING}

본 발명은, 회전 구동력을 전달하기 위해서 사용하는 기어 커플링에 관한 것이다.

외부 기어 톱니바퀴를 설치한 피니언(pinion)과, 내부 기어 톱니바퀴를 설치한 슬리브(sleeve)에 의한 종래의 기어 커플링에서는, 양측의 단면(端面)에 개구가 있는 슬리브를 사용하고 있었다. 한쪽 단면의 개구는, 회전축을 통하는 회전축 구멍을 가지는 단(端) 커버(cover)에 의해 폐색하고, 다른 한쪽 단면의 개구도 부재에 의해 폐색하고 있었다. 적어도 한쪽 개구는, 피니언을 슬리브 내부에 들어갈 수 있을 수 있는 크기이다. 개구를 폐색하는 부재와 슬리브와의 접합부에는 윤활제가 새는 것을 방지하는 기구를 구비하고 있었다.(예를 들면, 특허문헌 1을 참조)

또한, 피니언을 회전축에 설치하는 방법은, 수축끼워맞추기(shrinkage fit)에 의한 것이 일반적이다. 수축끼워맞추기할 때에는 피니언을 슬리브에 넣어 둘 수 없으므로, 이하와 같은 순서로 기어 커플링을 조립한다. 우선, 단 커버의 회전축 구멍에 회전축을 통한 상태로 피니언을 수축끼워맞추기로 회전축에 장착한다. 다음에, 슬리브의 안에 피니언을 넣고 톱니바퀴를 치합(齒合)시킨다. 그리고, 단 커버를 슬리브에 장착한다. 마지막으로, 슬리브의 다른 한쪽 단면의 개구를 폐색하는 다.

특허문헌 1 : 특개평7-286622호 공보

<발명이 해결하고자 하는 과제>

외부 기어 톱니바퀴를 설치한 피니언과 내부 기어 톱니바퀴를 설치한 슬리브에 의한 종래의 기어 커플링에서는, 슬리브의 양측의 단면에 개구가 있고, 슬리브와 개구를 폐색하는 부재의 접합부에는 윤활제가 새는 것을 방지하는 기구를 구비하고 있었으므로, 이하의 문제점이 있었다.

(1) 슬리브와 개구를 폐색하는 부재의 접합부에 있는 윤활제가 새는 것을 방지하는 기구의 조정이 어렵고, 윤활제가 새는 경우가 있었다.

또, 단 커버에 회전축을 통하는 회전축 구멍이 있기 때문에, 이하의 문제점이 있었다.

(2) 단 커버에 있는 회전축을 통하는 회전축 구멍으로부터 먼지나 물 등의 윤활제를 열화(劣化)시키는 물질(열화 물질이라고 부른다)이 기어 커플링의 내부에 들어가기 쉽고, 윤활제를 빨리 열화시킨다. 또한, 열화 물질은, 고체, 액체, 기체 중 어느 것일 수도 있다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 윤활제가 새는 것을 방지하거나, 열화 물질이 슬리브 내부에 들어가는 것을 방지하여 윤활제의 열화를 억제하는 등, 기어 커플링의 윤활제의 보수를 용이하게 하는 것을 목적으로 한다.

윤활제가 새어 양이 부족하거나 열화 하거나 하여 윤활 성능이 저하하면, 기어 커플링의 톱니바퀴가 손상해 버릴 가능성이 높아진다. 톱니바퀴가 손상하면, 수리나 교환을 위해서 기어 커플링을 구비한 동력 기기가 장기간 사용할 수 없게 된다. 기어 커플링은, 전철 등의 교통기관, 크레인 등의 건축 기기, 공장 등에서 사용되는 중(重)기계 등에서 널리 사용되고 있고, 이러한 기기를 사용할 수 없게 되면 사회적으로 영향이 크다. 그 때문에, 기어 커플링을 정상적인 상태로 유지하기 위한 기어 커플링의 윤활제의 보수를 용이하게 하는 것은, 산업상으로 중요한 과제이다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

본 발명에 관한 기어 커플링은, 제 1 회전축에 결합되는 외부 기어 톱니바퀴를 설치한 피니언과, 이 피니언의 외부 기어 톱니바퀴와 치합하는 내부 기어 톱니바퀴를 설치하고, 양측의 단면에 개구를 가지며 적어도 한쪽 개구로부터 상기 피니언을 내부에 넣어, 제 2 회전축에 결합되는 슬리브와, 이 슬리브의 제 1 회전축이 통과하는 측의 단면에 있는 상기 개구를 폐색하고, 상기 제 1 회전축을 통하는 회전축 구멍을 가지는 제 1 단재(端材)와, 상기 슬리브의 다른 한쪽 단면에 있는 상기 개구를 폐색하는 제 2 단재를 구비하고, 상기 슬리브와 상기 제 1 단재와 상기 제 2 단재가 윤활제를 유지할 수 있는 공간을 구성하는 기어 커플링에 있어서, 상기 슬리브와 상기 제 1 단재를, 또는 상기 슬리브와 상기 제 2 단재를 일체 가공하여 이루어지는 것이다.

또, 제 1 회전축에 결합되는 외부 기어 톱니바퀴를 설치한 피니언과, 이 피니언의 외부 기어 톱니바퀴와 치합하는 내부 기어 톱니바퀴를 설치하고, 양측의 단면에 개구를 가지며 적어도 한쪽 개구로부터 상기 피니언을 내부에 넣어, 제 2 회전축에 결합되는 슬리브와, 이 슬리브의 제 1 회전축이 통과하는 측의 단면에 있는 상기 개구를 폐색하고, 상기 제 1 회전축을 통하는 회전축 구멍을 가지는 제 1 단재와, 상기 슬리브의 다른 한쪽 단면에 있는 상기 개구를 폐색하는 제 2 단재를 구비하며, 상기 슬리브와 상기 제 1 단재와 상기 제 2 단재가 윤활제를 유지할 수 있는 공간을 구성하는 기어 커플링에 있어서, 상기 회전축 구멍의 외측의 주위에 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지게 비탈진 홈을 설치하도록 한 것이다.

또한, 제 1 회전축에 결합되는 외부 기어 톱니바퀴를 설치한 피니언과, 이 피니언의 외부 기어 톱니바퀴와 치합하는 내부 기어 톱니바퀴를 설치하고, 양측의 단면에 개구를 가지며 적어도 한쪽 개구로부터 상기 피니언을 내부에 넣어, 제 2 회전축에 결합되는 슬리브와, 이 슬리브의 제 1 회전축이 통과하는 측의 단면에 있는 상기 개구를 폐색하고, 상기 제 1 회전축을 통하는 회전축 구멍을 가지는 제 1 단재와, 상기 슬리브의 다른 한쪽 단면에 있는 상기 개구를 폐색하는 제 2 단재를 구비하며, 상기 슬리브와 상기 제 1 단재와 상기 제 2 단재가 윤활제를 유지할 수 있는 공간을 구성하는 기어 커플링에 있어서, 상기 회전축 구멍의 내주면에 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지게 비탈지도록 한 것이다.

더욱이 또한, 제 1 회전축에 결합되는 외부 기어 톱니바퀴를 설치한 피니언과, 이 피니언의 외부 기어 톱니바퀴와 치합하는 내부 기어 톱니바퀴를 설치하고, 양측의 단면에 개구를 가지며 적어도 한쪽 개구로부터 상기 피니언을 내부에 넣어, 제 2 회전축에 결합되는 슬리브와, 이 슬리브의 제 1 회전축이 통과하는 측의 단면에 있는 상기 개구를 폐색하고, 상기 제 1 회전축을 통하는 회전축 구멍을 가지는 제 1 단재와, 상기 슬리브의 다른 한쪽 단면에 있는 상기 개구를 폐색하는 제 2 단재를 구비하며, 상기 슬리브와 상기 제 1 단재와 상기 제 2 단재가 윤활제를 유지할 수 있는 공간을 구성하는 기어 커플링에 있어서, 상기 회전축 구멍의 내주면과 대향하는 면에 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지게 비탈지도록 한 것이다.

그리고 또한, 제 1 회전축에 결합되는 외부 기어 톱니바퀴를 설치한 피니언과, 이 피니언의 외부 기어 톱니바퀴와 치합하는 내부 기어 톱니바퀴를 설치하고, 양측의 단면에 개구를 가지며 적어도 한쪽 개구로부터 상기 피니언을 내부에 넣어, 제 2 회전축에 결합되는 슬리브와, 이 슬리브의 제 1 회전축이 통과하는 측의 단면에 있는 상기 개구를 폐색하고, 상기 제 1 회전축을 통하는 회전축 구멍을 가지는 제 1 단재와, 상기 슬리브의 다른 한쪽 단면에 있는 상기 개구를 폐색하는 제 2 단재를 구비하며, 상기 슬리브와 상기 제 1 단재와 상기 제 2 단재가 윤활제를 유지할 수 있는 공간을 구성하는 기어 커플링에 있어서, 상기 회전축 구멍의 내주면과 대향하는 면에 원주 방향의 홈을 설치하도록 한 것이다.

<발명의 효과>

본 발명에 관한 기어 커플링은, 제 1 회전축에 결합되는 외부 기어 톱니바퀴를 설치한 피니언과, 이 피니언의 외부 기어 톱니바퀴와 치합하는 내부 기어 톱니바퀴를 설치하고, 양측의 단면에 개구를 가지며 적어도 한쪽 개구로부터 상기 피니언을 내부에 넣어, 제 2 회전축에 결합되는 슬리브와, 이 슬리브의 제 1 회전축이 통과하는 측의 단면에 있는 상기 개구를 폐색하고, 상기 제 1 회전축을 통하는 회전축 구멍을 가지는 제 1 단재와, 상기 슬리브의 다른 한쪽 단면에 있는 상기 개구를 폐색하는 제 2 단재를 구비하며, 상기 슬리브와 상기 제 1 단재와 상기 제 2 단재가 윤활제를 유지할 수 있는 공간을 구성하는 기어 커플링에 있어서, 상기 슬리브와 상기 제 1 단재를, 또는 상기 슬리브와 상기 제 2 단재를 일체 가공함으로써, 한쪽 단재와 슬리브의 이음매로부터 윤활제가 새나오는 것이 없다고 하는 효과가 있다.

또, 제 1 회전축에 결합되는 외부 기어 톱니바퀴를 설치한 피니언과, 이 피니언의 외부 기어 톱니바퀴와 치합하는 내부 기어 톱니바퀴를 설치하고, 양측의 단면에 개구를 가지며 적어도 한쪽 개구로부터 상기 피니언을 내부에 넣어, 제 2 회전축에 결합되는 슬리브와, 이 슬리브의 제 1 회전축이 통과하는 측의 단면에 있는 상기 개구를 폐색하고, 상기 제 1 회전축을 통하는 회전축 구멍을 가지는 제 1 단재와, 상기 슬리브의 다른 한쪽 단면에 있는 상기 개구를 폐색하는 제 2 단재를 구비하며, 상기 슬리브와 상기 제 1 단재와 상기 제 2 단재가 윤활제를 유지할 수 있는 공간을 구성하는 기어 커플링에 있어서, 상기 회전축 구멍의 외측의 주위에 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지게 비탈진 홈을 설치함으로써, 슬리브의 외면의 표면을 타고 열화 물질이 기어 커플링의 내부에 들어가는 것을 방지한다는 효과가 있다.

또한, 제 1 회전축에 결합되는 외부 기어 톱니바퀴를 설치한 피니언과, 이 피니언의 외부 기어 톱니바퀴와 치합하는 내부 기어 톱니바퀴를 설치하고, 양측의 단면에 개구를 가지며 적어도 한쪽 개구로부터 상기 피니언을 내부에 넣어, 제 2 회전축에 결합되는 슬리브와, 이 슬리브의 제 1 회전축이 통과하는 측의 단면에 있는 상기 개구를 폐색하고, 상기 제 1 회전축을 통하는 회전축 구멍을 가지는 제 1 단재와, 상기 슬리브의 다른 한쪽 단면에 있는 상기 개구를 폐색하는 제 2 단재를 구비하며, 상기 슬리브와 상기 제 1 단재와 상기 제 2 단재가 윤활제를 유지할 수 있는 공간을 구성하는 기어 커플링에 있어서, 상기 회전축 구멍의 내주면에 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지게 비탈짐으로써, 회전축 구멍의 내주면의 표면을 타고 열화 물질이 기어 커플링의 내부에 들어가는 것을 방지한다는 효과가 있다.

더욱이 또한, 제 1 회전축에 결합되는 외부 기어 톱니바퀴를 설치한 피니언과, 이 피니언의 외부 기어 톱니바퀴와 치합하는 내부 기어 톱니바퀴를 설치하고, 양측의 단면에 개구를 가지며 적어도 한쪽 개구로부터 상기 피니언을 내부에 넣어, 제 2 회전축에 결합되는 슬리브와, 이 슬리브의 제 1 회전축이 통과하는 측의 단면에 있는 상기 개구를 폐색하고, 상기 제 1 회전축을 통하는 회전축 구멍을 가지는 제 1 단재와, 상기 슬리브의 다른 한쪽 단면에 있는 상기 개구를 폐색하는 제 2 단재를 구비하며, 상기 슬리브와 상기 제 1 단재와 상기 제 2 단재가 윤활제를 유지할 수 있는 공간을 구성하는 기어 커플링에 있어서, 상기 회전축 구멍의 내주면과 대향하는 면에 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지게 비탈짐으로써, 회전축 구멍의 내주면에 대향하는 면의 표면을 타고 열화 물질이 기어 커플링의 내부에 들어가는 것을 방지한다고 하는 효과가 있다.

그리고 또한, 제 1 회전축에 결합되는 외부 기어 톱니바퀴를 설치한 피니언과, 이 피니언의 외부 기어 톱니바퀴와 치합하는 내부 기어 톱니바퀴를 설치하고, 양측의 단면에 개구를 가지며 적어도 한쪽 개구로부터 상기 피니언을 내부에 넣어, 제 2 회전축에 결합되는 슬리브와, 이 슬리브의 제 1 회전축이 통과하는 측의 단면에 있는 상기 개구를 폐색하고, 상기 제 1 회전축을 통하는 회전축 구멍을 가지는 제 1 단재와, 상기 슬리브의 다른 한쪽 단면에 있는 상기 개구를 폐색하는 제 2 단재를 구비하며, 상기 슬리브와 상기 제 1 단재와 상기 제 2 단재가 윤활제를 유지할 수 있는 공간을 구성하는 기어 커플링에 있어서, 상기 회전축 구멍의 내주면과 대향하는 면에 원주 방향의 홈을 설치함으로써, 공간을 이동하는 열화 물질이 기어 커플링의 내부에 들어가는 것을 방지한다고 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1의 기어 커플링의 전체 구성을 일부 파단하여 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시 형태 1의 기어 커플링의 구동용 전동기(電動機) 측의 확대도이다.

도 3은 기어 커플링의 내부 및 외부의 공간의 구분을 설명하는 도이다.

도 4는 기어 커플링의 내부에 열화 물질이 침입하는 것을 방지하는 대책의 분류 개념을 설명하는 도이다.

도 5는 본 발명의 실시 형태 1의 기어 커플링의 슬리브의 회전축 구멍의 외측의 외주면의 홈의 표면에 있는 열화 물질에 작용하는 힘을 설명하는 도이다.

도 6은 본 발명의 실시 형태 1의 기어 커플링의 슬리브의 회전축 구멍의 내 주면에 있는 열화 물질에 작용하는 힘을 설명하는 도이다.

도 7은 본 발명의 실시 형태 1의 기어 커플링의 피니언에 설치한 홈의 표면에 있는 열화 물질에 작용하는 힘을 설명하는 도이다.

도 8은 본 발명의 실시 형태 2의 기어 커플링의 구동용 전동기 측의 확대도이다.

도 9는 본 발명의 실시 형태 3의 기어 커플링의 전체 구성을 일부 파단하여 나타내는 단면도이다.

<부호의 설명>

1 : 구동용 전동기

2 : 감속 톱니바퀴 장치

3 : 구동 회전축(제 1 회전축)

4 : 피구동 회전축(제 2 회전축)

4a : 결합판

5 : 피니언

5a : 외부 기어 톱니바퀴

5b : 웅덩이

5c : 외주면

5d : 홈

6 : 축단 너트

7 : 커플링 본체부

7a : 슬리브 부재

7b : 볼트

7c : 너트

8 : 단 커버(제 1 단재)

8a : 회전축 구멍

8b : 홈

8c : 내주면

8d : 통 모양부

8e : 볼트

8f : 너트

9 : 슬리브

9a : 내부 기어 톱니바퀴

9b : 피니언 수용 구멍(개구)

9c : 볼트

9d : 너트

10 : 그리스(grease)(윤활제)

11 : 중심판(제 2 단재)

12 : 쿠션

13 : O링

14 : O링

A : 외부 공간

B : 연결 공간

C : 내부 공간

<발명을 실시하기 위한 바람직한 형태>

실시 형태 1.

도 1은, 본 발명의 실시 형태 1의 기어 커플링의 전체 구성을 일부 파단하여 나타내는 단면도이다. 이 기어 커플링은, 철도 차량의 구동용 전동기(電動機)(1)와 감속용 톱니바퀴 장치(2)와의 사이를 연결하는 것이다. 보다 구체적으로 말하면, 구동용 전동기(1)에 의해 구동되는 구동 회전축(3)과, 감속용 톱니바퀴 장치(2)의 피구동 회전축(4)과의 사이를 연결하는 기어 커플링이다. 이 기어 커플링은, 좌우가 대략 대칭이다. 도 2에, 도 1에 있어서의 좌측의 구동용 전동기(1) 측의 확대도를 나타낸다. 또한, 구동 회전축(3) 또는 피구동 회전축(4)을, 이하에서는 줄여서 간단히 회전축이라고 부른다.

구동용 전동기(1)에서 설명하므로, 구동 회전축(3)이 제 1 회전축이고, 피구동 회전축(4)가 제 2 회전축으로 한다. 또한, 감속용 톱니바퀴 장치(2) 측에서 보면, 피구동 회전축(4)가 제 1 회전축이고, 구동 회전축(3)이 제 2 회전축이다.

구동 회전축(3)과 피구동 회전축(4)에는, 피니언(5)이 축단 너트(6)에 의해 고착(固着)된다. 피니언(5)의 외주에는, 크라우닝(crowning)이 실시된 톱니의 외부 기어 톱니바퀴(5a)가 형성되어 있다. 2개의 피니언(5)은 같은 크기로 같은 형상이 고, 외부 기어 톱니바퀴(5a)의 형상도 같다. 구동 회전축(3)과 피구동 회전축(4)은, 커플링 본체부(7)에 삽입되어 있다.

여기서, 크라우닝은, 톱니바퀴의 톱니를 톱니 선 방향의 중앙부가 볼록하게 되도록 가공하는 것이다. 외부 기어 톱니바퀴(5a)의 톱니에 크라우닝을 실시하는 목적은, 구동 회전축(3)과 피구동 회전축(4)의 위치나 축선 방향이 어긋나도 기어 커플링으로서 기능하게 하기 위해서 이다. 이와 같은 회전축의 위치나 축선 방향이 어긋나도 동력을 전달할 수 있는 기어 커플링은 통상, 가요(可撓) 기어 커플링으로 불린다.

이 실시 형태 1은, 철도 차량의 차축에서 사용하는 기어 커플링에 본 발명을 적용한 경우이므로, 가요 기어 커플링으로 하고 있다. 그 이유는, 이하이다. 철도 차량에서는, 구동용 전동기(1)는 차체 프레임에 배치되고, 감속용 톱니바퀴 장치(2)는 차축에 배치된다. 선로에는 커브나 비탈이 있기 때문에, 차체 프레임과 차축과의 위치 관계가 어긋나 구동 회전축(3)과 피구동 회전축(4)의 축선의 위치나 방향이 어긋나는 경우가 많이 있다. 회전축의 위치나 축선 방향이 어긋나도 동력을 전달할 수 있도록, 가요 커플링으로 할 필요가 있다.

커플링 본체부(7)는 원통 모양의 형상으로, 원통의 양측의 개구를 폐색하는 단 커버(8)가 커플링 본체부(7)의 양측의 단면에 있다. 단 커버(8)에는 각각 1개의 회전축 구멍(8a)이 있고, 이 회전축 구멍(8a)에는 피니언(5)이 고착된 구동 회전축(3) 또는 피구동 회전축(4)가 삽입되어 있다.

커플링 본체부(7)는, 슬리브(9)와 단 커버(8)를 일체 가공하여 이루어지는 2 개의 슬리브 부재(7a)를 단 커버(8)가 없는 측의 단면을 서로 겹치게 하여, 이 단면에 있는 모자의 차양과 같이 지름이 커진 부분을 소정의 수의 볼트(7b)와 너트(7c)로 고착하여 조립한 것이다. 또한, 2개의 슬리브 부재(7a)의 형상은 동일하다. 슬리브 부재(7a)의 외형은 원통 모양으로, 이 원통 모양의 부분이 양측의 단면에 개구를 가지는 슬리브(9)이고, 한쪽 단면을 폐색하는 단 커버(8)가 본 발명에서 말하는 제 1 단재이다.

슬리브 부재(7a)는, 단 커버(8)와 슬리브(9)를 일체 가공한 것이다. 여기서, 본 명세서에 있어서의 일체 가공은, 분리할 수 없게 일체로 가공하는 것으로 정의한다. 일체 가공의 방법은, 1개의 소재로부터 가공하여도 좋고, 단 커버(8)와 슬리브(9)를 각각 가공하여 용접이나 납땜 등에 의해 접합하여도 좋다. 분리할 수 없게 일체로 가공할 수 있는 방법이면, 어떠한 방법이라도 좋다. 다만, 원심력으로 커플링 내부의 윤활제가 새지 않도록 밀착하고 있지 않으면 안 된다.

슬리브(9)의 안쪽에는, 내부 기어 톱니바퀴(9a)를 형성하고 있다. 이 내부 기어 톱니바퀴(9a)는, 상기한 피니언(5)의 외부 기어 톱니바퀴(5a)와 치합한다. 슬리브(9)의 단 커버(8)가 없는 측의 단면은 슬리브(9)의 내경과 같은 크기의 지름의 개구가 있고, 이 개구가 피니언 수용 구멍(9b)이 된다.

외부 기어 톱니바퀴(5a)와 내부 기어 톱니바퀴(9a)의 치합부에는, 윤활제인 그리스(10)가 충전되어 있다. 또한, 윤활제로서 그리스(10) 이외를 사용하여도 좋다. 윤활제의 종류는, 기어 커플링의 소재나 동작 온도 등의 동작 환경을 고려하여, 적절한 것을 선택하면 좋다.

구동용 전동기(1) 측에서의 피니언(5)의 외부 기어 톱니바퀴(5a)와 슬리브(9)의 내부 기어 톱니바퀴(9a)의 치합부로부터 보면, 피니언(5)은 제 1 회전축인 구동 회전축(3)과 결합되고, 슬리브(9)는 다른 1조(組)의 슬리브(9)와 피니언(5)을 통하여 제 2 회전축인 피구동 회전축(4)과 결합된다.

단 커버(8)에는, 내부 기어 톱니바퀴(9a)의 축선과 중심이 일치한 원형의 회전축 구멍(8a)이 있다. 단 커버(8)의 회전축 구멍(8a)의 외측의 주위는, 짧은 원통 모양으로 소정의 길이 나와 있다. 이 나와 있는 부분의 주위면에는 회전축의 축선 바깥쪽(구동용 전동기(1)의 측)으로 향하여 지름이 커지게 비탈진 홈(8b)이 있다. 회전축과 평행한 X축으로 대하는 이 홈(8b)의 각도는, 도 2에 나타내는 바와 같이 각도 θA이다.

피니언 수용 구멍(9b)에는 제 2 단재인 중심판(11)이 끼워 넣어져 있고, 커플링 본체부(7)의 내부는 중심판(11)으로 좌우로 나누어진다. 이 좌우로 나누어진 공간에는, 회전축에 장착한 각각 1개의 피니언(5)이 들어간다. 상술한 바와 같이 회전축의 위치나 축선 방향이 어긋나는 경우가 있고, 회전축의 위치가 어긋나도 축단 너트(6)가 중심판(11)에 접촉하여 중심판(11)이 손상하지 않도록, 축단 너트(6)에는 원형의 탄성체 제품의 쿠션(12)을 설치해 둔다.

슬리브(9)의 피니언 수용 구멍(9b)은 중심판(11)에 의해 폐색하고, 슬리브(9)의 다른 한쪽 단면에는 단 커버(8)가 있으므로, 슬리브(9)와 중심판(11)과 단 커버(8)에 의해 슬리브 부재(7a)의 내부에는 그리스(10)를 유지할 수 있는 공간이 구성된다. 슬리브(9)와 단 커버(8)는 일체 가공되어 있으므로, 그리스(10)가 새나 올 가능성이 있는 이음매는, 중심판(11)과 슬리브(9)와의 접합부뿐이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 중심판(11)과 슬리브(9)와의 접합부에는, 접합부로부터 그리스(10)가 새나오는 것을 방지하기 위해서, 씰재료로서 O링(13)을 삽입해 둔다. 또한 도 1에서는, 도의 번잡함을 피하기 위해 씰재료인 O링(13)의 표시를 생략하고 있다.

그리스(10)를 슬리브 부재(7a)의 내부에 유지할 수 있으면, 중심판(11)에 관통 구멍이 있어도 좋다. 축단 너트(6)가 접촉하지 않는 정도로 이 관통 구멍이 큰 경우는, 쿠션(12)은 불필요하게 된다.

회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)은, 축선 방향으로 내부 기어 톱니바퀴(9a)의 안쪽에 비집고 들어가는 정도의 길이가 있다. 회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)의 길이를 이와 같이 길게 하기 위해서, 회전축 구멍(8a)의 주위의 축선 안쪽(구동용 전동기(1)가 아닌 쪽)에는 통 모양의 통 모양부(8d)가 있고, 피니언(5)의 측면에는 축선 바깥쪽에 개방된 웅덩이(5b)가 있으며, 이 웅덩이(5b) 안에 축선 바깥쪽측으로부터 통 모양부(8d)가 들어가도록 하고 있다.

회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)의 축선 바깥쪽에 가까운 약 반은, 도 2에 나타내는 바와 같이 회전축과 평행한 X축으로 대하여 각도 θB로 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지게 비탈져 있다. 축선 안쪽으로 가까운 반도, 축선 안쪽으로 향하여 지름이 커지게 비탈져 있다. 또한, 축선 안쪽으로 가까운 반이, 비탈은 작다.

회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)과, 이것에 대향하는 피니언(5)의 외주면(5c)과의 사이는 간격을 좁게 하고 있고, 좁은 틈부(narrow gap portion)를 구성하고 있다. 이 좁은 틈부의 길이는, 회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)의 길이와 대략 같다.

회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)의 각도 θB의 비탈진 부분에 상대하는 피니언(5)의 외주면(5c)에는, 1개 이상의 소정의 수(이 실시 형태 1에서는 3개)의 홈(5d)이 있다. 홈(5d)의 양측의 측면은 X축으로 대하여 같은 각도 θC로 경사지고, 바닥부가 둥글게 되어 있다. 그 때문에, 홈(5d)의 양측의 측면은 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커진다.

이 기어 커플링은, 이하와 같이 하여 조립한다. 피니언 수용 구멍(9b)으로부터 피니언(5)을 슬리브 부재(7a)의 내부에 들어가게 하고, 회전축 구멍(8a)에 피니언(5)을 통한다. 슬리브 부재(7a)의 내부에 있는 피니언(5)에, 유압 등에 의해 회전축을 가압하여 축단 너트(6)로 고착한다. 피니언 수용 구멍(9b)에 중심판(11)을 끼워 넣고, 2개의 슬리브 부재(7a)를 겹쳐서 볼트(7b)와 너트(7c)를 단단히 조여 조립한다.

이상에서 구조의 설명을 종료하고, 동작을 설명한다. 우선, 윤활제가 새는 것을 방지하는 동작에 대해 설명한다. 기어 커플링이 회전하고 있지 않은 상태에서는, 그리스(10)는 슬리브 부재(7a) 내부의 바닥면에 고여 있다. 그리스(10)의 유동성은 낮기 때문에, 외부 기어 톱니바퀴(5a)와 내부 기어 톱니바퀴(9a)의 치합부에도 일부의 그리스(10)가 붙어 있다. 기어 커플링이 회전하는 상태에서는 원심력이 작용하여, 그리스(10)가 슬리브 부재(7a)의 내면에 거의 균등의 두께로 충전되고, 외부 기어 톱니바퀴(5a)와 내부 기어 톱니바퀴(9a)의 치합부에도 균등하게 그리스(10)가 널리 퍼진다. 도 1과 도 2는, 회전하고 있을 때의 상태를 표현하고 있다.

그리스(10)에는 원심력이 작용하므로, 슬리브(9)의 이음매 등에서 밖으로 새나가려고 하지만, 슬리브(9)의 이음매가 중심판(11)과의 사이의 접합부뿐이기 때문에, 그 샘을 줄일 수 있다. 즉, 제 1 단재인 단 커버(8)가 슬리브(9)와 일체 가공되고 있으므로, 단 커버(8)와 슬리브(9)와의 사이에 이음매가 없기 때문에 이 부분으로부터 그리스(10)가 새나오지 않는 것에, 슬리브(9)에 단 커버(8)를 설치하는 조립 작업이 불필요하게 된다고 하는 효과가 있고, 게다가 단 커버(8)와 슬리브(9)의 사이에 이음매가 없기 때문에, 양자 사이에 장착하고 있는 윤활제의 누락을 방지하는 O링이나 개스킷 등의 부품도 불필요하게 된다.

단 커버(8)와 슬리브(9)를 일체 가공하는 것에 의해, 기어 커플링의 단부의 형상이 간단화 하고, 기어 커플링이 컴팩트하게 되어 중량을 줄일 수 있다. 그 때문에, 기어 커플링의 회전 밸런스가 좋아져, 소음이나 진동도 줄어든다고 하는 효과가 있다.

다음으로, 기어 커플링의 내부에 열화 물질이 침입하는 것을 방지하는 동작에 대해 설명한다. 그것을 위해 우선, 기어 커플링의 내부에 열화 물질이 침입하는 경로에 대하여 고찰한다. 도 3은 열화 물질이 침입하는 경로를 설명하기 위한 도이지만, 열화 물질의 침입 경로는 공간적으로는, 기어 커플링의 외부(외부 공간 A라고 부른다), 단 커버(8)의 회전축 구멍(8a)과 피니언(5) 사이의 공간(연결 공간 B라고 부른다), 슬리브(9)의 내부(내부 공간 C라고 부른다), 로 크게 나눌 수 있다.연결 공간 B는, 회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)의 단에서 단까지로 한다. 내부 공간 C는, 연결 공간 B 이외의 슬리브(9)의 내부의 공간이다.

열화 물질이 침입하는 경로는, 공간 중을 이동할지(공간 이동이라고 부른다), 기어 커플링을 구성하는 부재의 표면을 타고 이동할지(표면 이동이라고 부른다)로도, 분류할 수 있다. 기체의 열화 물질은 공간 이동으로밖에 이동할 수 없지만, 액체 또는 고체의 열화 물질은 공간 이동과 표면 이동의 양쪽 모두로 이동할 수 있다.

이와 같은 기어 커플링의 내부에 열화 물질이 침입하는 경로의 고찰에 근거해, 기어 커플링의 내부에 열화 물질이 침입하는 것을 방지하는 대책을, 이하와 같이 분류한다. 다만, 본 발명에 관한 대책안에는, 대책 1B에 분류되는 것은 없다. 또, 본 발명에 관한 대책은, 주로 회전중의 기어 커플링에서의 대책이다.

대책 1A : 외부 공간 A로부터 연결 공간 B로의 표면 이동을 방지한다.

대책 1B : 외부 공간 A로부터 연결 공간 B로의 공간 이동을 방지한다.

대책 2A : 연결 공간 B로부터 내부 공간 C로의 표면 이동을 방지한다.

대책 2B : 연결 공간 B로부터 내부 공간 C로의 공간 이동을 방지한다.

이 대책의 분류의 개념을 설명하는 도를, 도 4에 나타낸다. 도 4에 있어서, (a)는 대책 1A를, (b)는 대책 1B를, (c)는 대책 2A를, (d)는 대책 2B를 각각 나타내는 것이다.

단 커버(8)의 바깥쪽의 회전축 구멍(8a)의 주위가 소정의 길이 나와 있는 짧은 원통 모양의 부분의 측면에 있는 홈(8b)은, 대책 1A에 해당한다. 홈(8b)을 설치하는 것에 의해, 후술하는 바와 같이 홈(8b)의 표면에 있는 열화 물질에 축선 바깥쪽 방향의 힘이 작용하고, 이 힘을 받아 바깥쪽으로 튕겨 날아간다. 즉, 단 커 버(8)의 외면을 타고 홈(8b)으로 오는 열화 물질이 회전축 구멍(8a)의 내부인 연결 공간 B에 열화 물질이 침입하는 것을 방지한다고 하는 효과가, 홈(8b)에는 있다.

홈(8b)의 표면에 있는 열화 물질에 작용하는 축선 바깥쪽 방향(X축 방향)의 힘을 정량적으로 평가하기 위해서, 이하의 변수를 정의한다. 또, 이미 정의가 끝난 각도를 나타내는 변수도 이하에 나타낸다.

K : 열화 물질에 작용하는 표면으로의 흡착력의 벡터. 표면에 수직으로 작용한다.

S : 열화 물질에 작용하는 원심력의 벡터. 회전축에 수직으로 작용한다.

H : 열화 물질에 작용하는 표면으로부터의 반작용력의 벡터. 표면에 수직으로 작용한다.

G : 열화 물질에 작용하는 합성력의 벡터.

θA : 홈(8b)의 비탈의 X축에 대한 각도.

θB : 회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)의 비탈의 X축에 대한 각도.

θC : 홈(5d)의 경사의 X축에 대한 각도.

도 5에, 단 커버(8)의 회전축 구멍(8a)의 외측의 외주면의 홈(8b)의 표면에 있는 열화 물질에 작용하는 힘의 설명도를 나타낸다. 여기서, 힘의 성분으로서 이하를 정의한다. 또한, 여기서는 깊이 방향 즉 회전 방향인 Z축의 성분은 고려하지 않는다. 그 이유는, Z축의 성분의 힘은, 열화 물질의 X축 방향으로의 이동에는 관계하지 않기 때문이다.

p성분 : 표면에 평행한 성분. 축선 바깥쪽으로 향하는 경우가 정(正). 첨자 는 p.

q성분 : 표면에 수직인 성분. 표면으로부터 멀어지는 경우가 정. 첨자는 q.

X성분 : X축으로 평행한 성분. 축선 바깥쪽으로 향하는 경우가 정. 첨자는 x.

y성분 : 높이 방향인 Y축의 성분. 위로 향하는 경우가 정. 첨자는 y.

우선, 힘의 성질을 간단하게 설명한다. 흡착력(K)은, 열화 물질이 홈(8b)의 표면에 부착하고 있는 경우에, 표면으로 향하는 방향에 수직으로 열화 물질에 작용한다. 원심력(S)은, 열화 물질이 회전하고 있는 경우에, 회전축에 수직한 방향(도 2의 단면의 위치에서는 X축에 직교하는 방향)으로 열화 물질에 작용한다. 반작용력(H)은, 열화 물질이 홈(8b)의 표면에 부착하고 있고, 또한 다른 힘을 합성한 힘의 q성분이 부(負)가되는 경우 즉 표면으로 향하는 방향인 경우에, 그 힘을 지워 합성력(G)의 q성분이 제로 즉 Gq = 0이 되도록 표면으로부터 멀어지는 방향으로 수직에 열화 물질에 작용한다.

중력은 다른 힘과 비교해 작기 때문에, 회전중의 기어 커플링에서는 고려하지 않는다. 이것들로부터, 열화 물질에 작용하는 합성력(G)은, 이하가 된다.

(1) Sq > |K|의 경우. 반작용력(H)이 작용하지 않는 경우.

G = S + K (식 1)

Gp = Sp = |S| × sinθA (식 2)

Gq = Sq + Kq = |S| × cosθA - |K| (식 3)

Gx = Kx = |K| × sinθA (식 4)

Gy = Sy + Ky = |s| - |K| × cosθA (식 5)

(2) Sq ≤ |K|의 경우. 반작용력(H)이 작용하는 경우.

G = S + K + H (식 6)

Gp = Sp = |S| × sinθA (식 7)

Gq = Sq + Kq + Hq = |S| × cosθA - |K| + Hq = 0 (식 8)

도 5(a)는 열화 물질이 홈(8b)의 표면을 떠나 이동하는 상기 (1)의 경우이고, 도 5(b)는 열화 물질이 홈(8b)의 표면을 이동하는 상기 (2)의 경우이다. 어느 쪽의 경우도, 합성력(G)은 축선 바깥쪽 방향의 힘의 성분을 가진다. 열화 물질은, 합성력(G)의 방향으로 가속되어 이동한다. 열화 물질이 이동하게 되면, 공기저항이나 표면으로의 흡착력에 의한 저항도 열화 물질에 작용하게 되지만, 여기서는 고려하지 않는다. 저항이 있었다고 해도 이동 속도가 늦어지는 것만으로, 합성력(G)의 방향으로 열화 물질은 이동한다.

도 5(a)의 경우는 열화 물질이 홈(8b)의 표면으로부터 멀어져 이동하게 된다. 열화 물질이 홈(8b)의 표면으로부터 멀어지기까지 작용하는 (식 4)에 의한 힘을 받아, 홈(8b)의 표면으로부터 멀어지는 시점에서는 축선 바깥쪽 방향의 속도 성분을 가진다. 홈(8b)의 표면으로부터 멀어진 후는 Y축 방향의 힘인 원심력(S)만이 열화 물질에 작용하고, Y축 방향으로 가속되면서 축선 바깥쪽 방향으로도 이동하게 된다. (식 4)는 Gx가 흡착력의 크기 |K|와 비례하는 것을 의미하고 있고, 흡착력(K)이 큰 만큼 열화 물질의 축선 바깥쪽 방향으로의 이동 속도가 커진다.

도 5(b)의 경우는, 열화 물질이 홈(8b)의 표면을 이동하게 된다. Gq = 0이 되므로, 합성력(G)의 X성분 Gx를 Gp로부터 구하면 이하가 된다.

Gx = Gp × cosθA = |S| × sinθA × cosθA (식 9)

다만, Sq ≤ |K|를 변환한 아래에 나타내는 (식 10)도 성립할 필요가 있다.

|S| × cosθA ≤ |K| (식 10)

(식 9)로부터 Gx는 원심력의 크기 |S|에 비례하고, 원심력의 크기 |S|가 일정한 경우는, θA가 45도인 경우에 Gx가 최대가 된다. 흡착력의 크기 |K|가 일정이라면, (식 10)으로부터 θA가 90도에 가까울수록 보다 큰 원심력(S)에 대해서 도 5(b)의 경우가 성립하게 된다. 원심력의 크기 |S|는 회전수에 비례하므로, 도 5(b)의 경우는 회전수가 작은 경우이다.

또한, 이 실시 형태 1에서는 회전축 구멍(8a)의 바깥쪽의 주위를 짧은 원통 모양으로 소정의 길이만 나와 있지만, 나와 있지 않아도 좋고, 나와 있는 길이를 임의로 선택하여도 좋다. 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지는 홈(8b)을 설치할 수 있으면, 회전축 구멍(8a)의 바깥쪽의 주위는 어떠한 형상이라도 좋다.

회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)과, 이것에 상대하는 피니언(5)의 외주면(5c)과의 사이의 간격을 좁게 하여 좁은 틈부를 구성하고 있는 것은, 대책 2B에 해당한다. 간격이 넓은 경우보다, 열화 물질이 연결 공간 B로부터 내부 공간 C로 들어가기 어려워진다고 하는 효과가 있다.

회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)에 대향하는 피니언(5)의 외주면(5c)에 홈(5d)을 설치하는 것도, 대책 2B에 해당한다. 피니언(5)의 외주면(5c)에 있는 홈(5d)과 회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)과의 사이가 직통형(直通型)의 래비린스 씰(labyrinth seal)을 구성하고, 연결 공간 B로부터 내부 공간 C로 공간 이동으로 열화 물질이 침입하는 것을 방지한다고 하는 효과가 있다. 이 래비린스 씰을 구성하는 것에 의한 효과는, 기어 커플링이 회전중인지 어떤지에 의하지 않는다. 또한, 직통형의 래비린스 씰은, 유체가 통과하는 직선 모양의 통로에 단면적이 큰 부분과 작은 부분이 교대로 할 수 있도록 한 래비린스 씰이다.

홈(5d)이 있는 것에 의해 좁은 틈부의 단면적이 X축 방향으로 변화하고, X축 방향으로 직통형의 래비린스 씰을 구성한다. 직통형의 래비린스 씰에서는, 단면적이 큰 부분에서는 압력이 낮고 유체의 이동 속도가 작아지고, 단면적이 작은 부분에서는 압력이 높고 유체의 이동 속도가 빨라진다고 하는 것처럼, 압력과 이동 속도가 변화한다. 이 압력과 이동 속도의 변화가, 유체를 이동시키려고 하는 힘에 대해서 저항으로서 작용하여, 유체가 이동하기 어려워진다.

홈(5d)의 수나 폭이나 깊이나, 홈(5d)의 사이의 간격이나, 내주면(8c)과 외주면(5c)의 사이의 간격 등은, 소정의 효과의 래비린스 씰을 구성할 수 있도록 조정한다.

기어 커플링이 회전중에 연결 공간 B에 침입해 온 열화 물질은, 연결 공간 B의 홈(5d)이 없는 부분에서는 특히, 공기의 점성에 의해 피니언(5) 및 단 커버(8)에 끌려가 회전하는 공기와 함께 회전하고, 열화 물질이 원심력을 받게 된다. 원심력을 받은 열화 물질은, 회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)에 접촉할 때까지 반경 방향으로 이동한다. 이와 같이 내주면(8c)으로 이동하여 오는 열화 물질을 표면 이동으로 외부 공간 A에 내는 작용이, 회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)의 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지는 비탈에는 있다. 그 때문에, 내주면(8c)에 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지게 비탈지게 하는 것은, 대책 2A에 해당한다.

회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)에 있는 열화 물질에는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 흡착력(K)과, 원심력(S)과, 내주면(8c)으로부터의 반작용력(H)이 작용한다. 내주면(8c)은 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지게 각도 θB로 비탈지게 하는 것에 의해, 이러한 합성력(G)은 내주면(8c)을 타고 축선 바깥쪽으로 향하여 작용하게 된다. 이 때문에, 회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)에 있는 열화 물질이 내주면(8c)을 타고 축선 바깥쪽으로 이동하게 되어, 열화 물질이 내부 공간 C에 들어가는 것을 방지한다고 하는 효과가 있다.

합성력(G)은, 도 5(b)의 경우와 마찬가지로, 이하와 같이 된다. 다만, 원심력(S)의 q성분 Sq는 내주면(8c)에 향하는 방향이므로, 음의 값이 된다.

Gp = Sp = |S| × sinθB (식 11)

G q =Sq + Kq + Hq = -|S| × cosθB - |K| + Hq = 0 (식 12)

Gq = 0이 되므로, 합성력(G)의 x성분인 Gx를 Gp로부터 구하면 이하가 된다.

Gx = Gp × cosθB = |S| × sinθB × cosθB (식 13)

(식 13)으로부터 Gx는 원심력의 크기 |S|에 비례하고, 원심력의 크기 |S|가 일정한 경우는, θB가 45도인 경우에 Gx가 최대가 되는 것을 안다. 다만, θB를 크게 하면 래비린스 씰을 구성하기 어려워진다.

회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)에 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지게 비탈지게 하고 있으므로, 아래쪽의 내주면(8c)은 축선 바깥쪽이 낮아진다. 그 때문 에, 회전중이 아닌 경우도, 회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)에 있는 열화 물질에 중력이 작용하여, 아래쪽의 내주면(8c)을 타고 열화 물질이 연결 공간 B로부터 외부에 나오기 쉬워져, 열화 물질이 내부 공간 C에 들어가는 것을 방지한다고 하는 효과가 있다.

피니언(5)의 외주면(5c)에 있는 홈(5d)의 측면을 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지도록 경사시키고 있는 것은, 대책 2A에 해당한다. 피니언(5)의 외주면(5c)을 타고 오는 열화 물질은, 홈(5d)에 들어간다. 홈(5d)의 표면에 있는 열화 물질에 작용하는 힘을, 도 7에 나타낸다. 열화 물질이 홈(5d)의 축선 바깥쪽에 가까운 쪽의 측면(A측면이라고 부른다)에서 멀어져 이동하는 경우가 도 7(a)이고, A측면의 표면을 이동하는 경우가 도 7(b)이며, 축선 바깥쪽에 먼 쪽의 측면(B측면이라고 부른다)에 있는 경우가 도 7(c)이고, 바닥면에 있는 경우가 도 7(d)이다. 도 7(a)와 도 7(b)의 차이는, 도 5와 마찬가지로 원심력의 크기 |S|의 차이이다. Sq > |K|인 경우의 경우가 도 7(a)에서, Sq ≤ |K|의 경우가 도 7(b)이다. 원심력의 크기 |S|는 회전수에 비례하므로, 회전수가 큰 경우가 도 7(a)에서, 회전수가 작은 경우가 도 7(b)이 된다.

회전하는 기어 커플링에서는, 상술한 바와 같이 흡착력(K)과, 원심력(S)과, 홈(5d)의 표면으로부터의 반작용력(H)이 열화 물질에 작용하고, 이러한 합성력(G)의 방향으로 가속되어 열화 물질은 이동한다.

홈(5d)의 측면을 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지도록 경사시키고 있으므로, 도 7(a) ~ 7(c)까지에서 열화 물질은 축선 바깥쪽 방향으로 이동한다. 열화 물질을 축선 바깥쪽으로 이동시키는 힘은, 이하와 같은 식으로 표현할 수 있다. 도 7(a)의 경우는, θA를 θC로 치환하도록 (식 1) ~ (식 5)를 변형 한 식. 도 7(b)의 경우는, θA를 θC로 치환하도록 (식 6) ~ (식 10)을 변형 한 식. 도 7(c)의 경우는, θB를 θC로 치환하도록 (식 11) ~ (식 13)을 변형 한 식.

도 7(a)에서는, 열화 물질이 홈(5d)의 측면의 표면을 떠나 공간을 이동하게 된다. 열화 물질이 홈(5d)의 B측면 또는 회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)까지 도달하면, 이후는 표면을 타고 축선 바깥쪽으로 이동한다.

도 7(b)와 도 7(c)에서는, 홈(5d)의 측면의 표면을 타고 열화 물질이 축선 바깥쪽으로 이동한다.

홈(5d)의 바닥면에 있는 경우의 도 7(d)에서는, 열화 물질은 홈(5d)의 B측면으로 이동하고, B측면에 도달한 후는 도 7(c)의 경우와 마찬가지로 축선 바깥쪽의 방향으로 이동하게 된다. 또한, 홈(5d)의 바닥면에서도 A측면에 가까운 위치에서는, A측면으로 이동하고, 이후는 도 7(a) 또는 도 7(b)의 경우와 마찬가지로 축선 바깥쪽의 방향으로 이동하게 된다.

이와 같이, 홈(5d)의 측면을 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지도록 경사시키고 있으므로, 피니언(5)의 표면을 타고 홈(5d)에 들어간 열화 물질은, 축선 바깥쪽 방향의 힘을 받아 연결 공간 B로부터 외부 공간 A의 방향으로 이동한다. 즉, 연결 공간 B에 표면을 타고 들어온 열화 물질이 내부 공간 C에 들어가는 것을 방지할 수 있다고 하는 효과가 있다. 또한, 이 실시 형태 1에서는 홈(5d)의 양측의 측면을 경사시켰지만, 어느 한쪽의 측면만을 경사시켜도 효과가 있다.

원심력(S)이 크고 도 7(a)이 되는 경우는, 연결 공간 B 중의 열화 물질이 회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)에 도달하게 되므로, 내주면(8c)에 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지게 비탈지게 할 필요가 있다. 그렇게 해 두지 않으면, 내주면(8c)의 표면을 타고 내부 공간 C에 열화 물질이 침입하는 것을 방지할 수 없다.

이 실시 형태 1은 회전축에 설치된 2개의 피니언(5)과 2개의 슬리브 부재(7a)를 가지는 가요 기어 커플링에 적용한 경우이지만, 각각이 회전축에 장착된 1개의 피니언(5)과 1개의 슬리브(9)를 가지는 기어 커플링에서도 같은 효과가 있다. 또, 가요 기어 커플링이 아닌 기어 커플링에 적용하여도 동일한 효과가 있다.

1개의 피니언(5)과 1개의 슬리브(9)를 가지는 기어 커플링에서는, 피니언 수용 구멍(9b)에 회전축 구멍(8a)을 가지는 단 커버(8)를 설치하도록 하여도 좋다.

이 실시 형태 1에서는 중심판(11)을 구비하였으나, 중심판(11)이 없어도 슬리브 부재(7a) 내부에 윤활제를 유지할 수 있으므로, 중심판(11)은 없어도 좋다. 중심판(11)이 없는 경우는, 접합하는 상대의 슬리브 부재(7a)가 피니언 수용 구멍(9b)을 폐색하는 제 2 단재로서 기능하게 된다.

중심판(11)이 폐색하는 개구의 크기는, 피니언(5)을 삽입할 수 있으면 슬리브(9)의 안쪽 공간의 단면보다 작아도 좋다. 단 커버(8)가 있는 단면의 개구의 크기도 슬리브(9)의 안쪽 공간의 단면과 같거나 작아도 좋으며, 작은 경우는 단면에 대한 개구의 면적의 비율은 얼마라도 좋다.

슬리브(9)의 개구의 크기가 작고, 슬리브(9)와 제 1 단재인 단 커버(8)만으로 또는 슬리브(9)만으로도 윤활제를 슬리브 부재(7a)의 내부에 유지할 수 있는 경 우 등도, 슬리브(9)와 제 1 단재와 제 2 단재로 윤활제를 유지할 수 있는 공간을 구성하는 경우에 포함한다.

이 실시 형태 1에서는, 홈(5d)은 회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)에 대향하는 위치에 피니언(5)이 있으므로, 홈(5d)을 피니언(5)에 설치했다. 내주면(8c)에 대향하는 위치에 회전축 등의 피니언(5)에서 없는 부재가 있는 경우는, 그 부재에 홈을 설치한다.

이 실시 형태 1에서는, 피니언(5)에 축선 방향의 웅덩이(5b)를 설치하여, 이 웅덩이(5b)에 축선 바깥쪽으로부터 통 모양부(8d)가 들어가도록 함으로써, 통 모양부(8d) 등에서 구성되는 좁은 틈부의 길이를 회전축 구멍이 있는 단면으로부터 내부 기어 톱니바퀴의 단까지의 간격보다 길게 하여도, 기어 커플링 전체의 축선 방향의 길이를 피니언(5)에 축선 방향의 웅덩이(5b)가 없는 경우보다 짧게 할 수 있다. 회전축 구멍이 있는 단면으로부터 내부 기어 톱니바퀴의 단까지의 간격보다 좁은 틈부의 소정의 길이가 짧게 할 수 있는 경우는, 피니언(5)에 웅덩이(5b)를 설치하지 않아도 좋다. 또, 소정의 길이의 좁은 틈부를 구성할 수 있다면, 통 모양부(8d)는 없어도 좋다.

회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)의 축선 바깥쪽에 가까운 약 반에, 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지게 비탈지게 하였으나, 비탈지게 하는 부분을 보다 길게 하여도 좋다. 또, 소정의 효과를 얻을 수 있다면, 보다 짧게 하여도 좋다. 안쪽에 가까운 부분이, 안쪽으로 향하여 지름이 커지는 약간의 비탈이 있는 것은, 비탈을 없애거나 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지게 비탈지게 하거나 하여도 좋다.

이 실시 형태 1에서는, 단 커버(8)와 슬리브(9)를 일체 가공한 기어 커플링으로, 기어 커플링의 내부에 열화 물질이 침입하는 것을 방지하는 대책을 실시했다. 단 커버(8)를 볼트 등에 의해 슬리브(9)에 설치하는 경우에서도 이러한 대책을 적용할 수 있어, 동일한 효과가 있다.

이 실시 형태 1에서는, 기어 커플링의 내부에 열화 물질이 침입하는 것을 방지하는 복수의 대책을 동시에 실시하였으나, 복수의 대책을 모두 동시에 실시할 필요는 없고, 어느 쪽이든 적어도 1개의 대책을 실시하면 좋다. 실시한 대책에 관해서는, 그 대책의 효과를 얻을 수 있다.

이상은, 다른 실시 형태에서도 적합하다.

실시 형태 2.

실시 형태 2는, 회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)에 대향하는 피니언(5)의 외주면(5c)에 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지게 비탈지도록, 실시 형태 1을 변경한 것이다. 도 8에, 실시 형태 2의 기어 커플링의 구동용 전동기(1) 측의 확대도를 나타낸다. 회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)에 대향하는 피니언(5)의 외주면(5c)도, 내주면(8c)과 마찬가지로 회전축인 X축으로 대하여 각도 θD로 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지게 비탈져 있다. 또한, θB > θD > O이다.

내주면(8c)의 각도 θB가 되는 부분은, 내주면(8c)의 X축의 길이의 대략 중앙에서 바깥쪽 부분이다. X축에 평행한 같은 범위의 부분에, 외주면(5c)에서도 각도 θD로 비탈져 있다.

그 외의 구조는, 실시 형태 1의 경우의 도 2와 같다.

회전축 구멍(8a)과 피니언(5)의 형상에 관한 제약을 설명한다. 그것을 위해, 이하의 변수를 정의한다. 각도 θD의 정의도 이하에 나타낸다.

R1 : 피니언(5)의 지름이 최대의 부분에서의 반경.

R2 : 회전축 구멍(8a)의 지름이 최소의 부분에서의 반경.

W : 피니언(5)의 지름이 최대인 부분과 회전축 구멍(8a)의 지름이 최소인 부분과의 X축 방향의 간격.

D1 : 피니언(5)의 지름이 최대인 부분에서의 좁은 틈부의 Y축 방향의 간격.

D2 : 회전축 구멍(8a)의 지름이 최소인 부분에서의 좁은 틈부의 Y축 방향의 간격.

θD : 외주면(5c)의 비탈의 X축에 대한 각도.

회전축 구멍(8a) 중에 피니언(5)을 삽입할 수 있도록 하기 위해서, 이하가 아니면 안된다.

R2 > R1 (식 14)

D1과 D2는, 이하의 식으로부터 계산할 수 있다.

D1 = R2 - R1 + W × tanθB (식 15)

D2 = R2 - R1 - W × tanθD (식 16)

이러한 식으로부터, 이하를 알 수 있다. 좁은 틈부의 간격을 작게 하기 위해서는, R2 - R1를 제로로 작게 하고, 각도 θB와 각도 θD를 제로에 가깝게 할 필요가 있다. 다만, R2 - R1를 제로로 작게 하면 회전축 구멍(8a)에 피니언(5)을 삽입 하기 어려워진다.

다음에 동작을 설명한다. 실시 형태 1과 비교하여 동작에 차이가 있는 것은, 피니언(5)의 표면을 타고 오는 열화 물질의 경우이다. 그 외의 경우는, 실시 형태 1과 동일하게 동작한다.

외주면(5c)에 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지게 비탈지게 하고 있으므로, 외주면(5c)의 표면에 있는 열화 물질에 작용하는 합성력(G)은, 홈(8b)의 경우와 마찬가지로, (식 1) ~ (식 10)에서 θA를 θD로 치환하도록 변형한 식으로 표현할 수 있다. 따라서, 홈(8b)의 경우와 마찬가지로, 합성력(G)의 축선 바깥쪽 방향의 성분 Gx에 의해, 열화 물질이 축선 바깥쪽 방향으로 이동하여 연결 공간 B로부터 외부 공간 A로 나오게 되고, 연결 공간 B로부터 내부 공간 C로는 열화 물질이 이동하기 어려워진다.

외주면(5c)에 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지게 비탈지게 하면, 아래쪽의 외주면(5c)은 축선 바깥쪽이 낮아진다. 그 때문에, 기어 커플링이 회전하지 않는 경우에서도, 외주면(5c)의 표면에 있는 열화 물질에는 중력에 의해 축선 바깥쪽으로 이동하기 쉬워지므로, 연결 공간 B로부터 내부 공간 C로 외주면(5c)의 표면을 타고 열화 물질이 침입하는 것을 방지하는 효과가 있다.

외주면(5c)에 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지게 비탈지게 하는 것에 의한, 연결 공간 B로부터 내부 공간 C로 열화 물질이 이동하는 것을 방지하는 효과가 큰 것은, 회전수가 그만큼 크지 않고 Sq ≤ |K|로 되는 경우이다. 그 이유는, Sq ≤ |K|로 되는 경우에는, 피니언(5)의 표면에 있는 열화 물질이 피니언(5)의 표면 을 타고 이동하기 때문이다. 회전수가 크고 Sq > |K|로 되는 경우는, 외주면(5c)의 표면에 있는 열화 물질은 원심력(S)에 의해 표면을 떠나, 회전축 구멍(8a)의 내주면(8c) 쪽으로 이동한다. 그 때문에, Sq > |K|로 되는 경우는, 외주면(5c)의 비탈보다 회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)의 비탈 쪽이 연결 공간 B로부터 내부 공간 C로 열화 물질이 들어가지 않도록 하는데 있어서 중요하다.

이 실시 형태 2에서는 θB > θD로 하였으나, θB ≤ θD라고 하여도 좋다. 내주면(8c)의 X축의 길이의 대략 중앙에서 외측의 부분에 비탈지게 하였으나, 비탈지게 하는 부분을 보다 길게 하거나, 소정의 효과를 얻을 수 있다면 보다 짧게 하거나 하여도 좋다. 비탈지게 하는 부분이 회전축 구멍(8a)의 내주면(8c)과 외주면(5c)으로 대향하도록 하였으나, 내주면(8c)과 외주면(5c)의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두로 대향하지 않는 범위에도 비탈지도록 하여도 좋다.

실시 형태 3.

실시 형태 3은, 슬리브(9)와 제 2 단재를 일체 가공한 경우이다. 도 9에, 실시 형태 3의 기어 커플링의 전체 구성을 일부 파단하여 나타내는 단면도를 나타낸다. 구동 회전축(3)에 피니언(5)이 축단 너트(6)로 고착하여 결합된다. 피구동 회전축(4)에는, 슬리브(9)와 제 2 단재를 일체 가공한 1개의 슬리브 부재(7a)가 볼트(9c)와 너트(9d)에 의해 결합된다.

슬리브 부재(7a)의 원통 모양의 슬리브(9)의 부분에는, 피니언(5)의 외부 기어 톱니바퀴(5a)와 치합하는 내부 기어 톱니바퀴(9a)가 설치되어 있다. 내부 기어 톱니바퀴(9a)의 축선, 구동 회전축(3), 피구동 회전축(4)의 축선은, 모두 일치하고 있다. 슬리브(9)의 내부에는 윤활제로서 그리스(10)가 있다. 슬리브(9)의 제 2 단재가 있는 쪽의 단면은, 평면이다. 볼트(9c)와 너트(9d)에 의해, 이 평면에 피구동 회전축(4)과 일체 가공된 결합판(4a)이 결합된다. 또한, 피구동 회전축(4)은 결합판(4a)에 대해서 수직이다.

슬리브(9)의 다른 한쪽 단면은, 슬리브(9)의 내경과 같은 지름의 피니언 수용 구멍(9b)이 있다. 피니언 수용 구멍(9b)은, 제 1 단재인 단 커버(8)에 의해 폐색된다. 단 커버(8)에는 회전축 구멍(8a)이 있다. 볼트(8e)와 너트(8f)에 의해, 단 커버(8)는 슬리브 부재(7a)에 장착된다. 단 커버(8)와 슬리브 부재(7a)와의 접합부에는, 씰재료로서 O링(14)이 있다.

다음에 동작을 설명한다. 기어 커플링이 회전하면, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지로 그리스(10)에 원심력이 작용하고, 슬리브(9)의 이음매로부터 밖에 새나오려고 한다. 이 실시 형태 3에서는, 슬리브(9)와 제 2 단재를 일체 가공하고 있으므로, 슬리브(9)와 제 2 단재의 이음매가 없고, 이음매로부터 그리스(10)가 새나오는 것을 경감할 수 있다고 하는 효과가 있다.

이와 같이, 본 발명은, 회전 구동력을 전달하기 위해서 사용하는 기어 커플링에 이용 가능하다.

Claims (6)

1. 제 1 회전축에 결합되는 외부 기어 톱니바퀴를 설치한 피니언과, 이 피니언의 외부 기어 톱니바퀴와 치합하는 내부 기어 톱니바퀴를 설치하고, 양측의 단면에 개구를 가지며 적어도 한쪽 개구로부터 상기 피니언을 내부에 넣어, 제 2 회전축에 결합되는 슬리브와, 이 슬리브의 제 1 회전축이 통과하는 측의 단면에 있는 상기 개구를 폐색하고, 상기 제 1 회전축을 통하는 회전축 구멍을 가지는 제 1 단재와, 상기 슬리브의 다른 한쪽 단면에 있는 상기 개구를 폐색하는 제 2 단재를 구비하며, 상기 슬리브와 상기 제 1 단재와 상기 제 2 단재가 윤활제를 유지할 수 있는 공간을 구성하는 기어 커플링에 있어서, 상기 회전축 구멍으로부터 상기 윤활제를 열화시키는 물질이 들어오는 것을 방지하는 수단으로서, 상기 회전축 구멍의 외측의 주위에 축선 바깥쪽으로 향하여 지름이 커지게 비탈져서 축 중심으로부터 먼 쪽을 향하여 열린 홈을 설치한 것을 특징으로 하는 기어 커플링.
2. 제 1 회전축에 결합되는 외부 기어 톱니바퀴를 설치한 피니언과, 이 피니언의 외부 기어 톱니바퀴와 치합하는 내부 기어 톱니바퀴를 설치하고, 양측의 단면에 개구를 가지며 적어도 한쪽 개구로부터 상기 피니언을 내부에 넣어, 제 2 회전축에 결합되는 슬리브와, 이 슬리브의 제 1 회전축이 통과하는 측의 단면에 있는 상기 개구를 폐색하고, 상기 제 1 회전축을 통하는 회전축 구멍을 가지는 제 1 단재와, 상기 슬리브의 다른 한쪽 단면에 있는 상기 개구를 폐색하는 제 2 단재를 구비하며, 상기 슬리브와 상기 제 1 단재와 상기 제 2 단재가 윤활제를 유지할 수 있는 공간을 구성하는 기어 커플링에 있어서, 상기 회전축 구멍으로부터 상기 윤활제를 열화시키는 물질이 들어오는 것을 방지하는 수단으로서, 상기 회전축 구멍의 내주면과 대향하는 상기 피니언의 외주면에는 내측의 측면이 축선 바깥 쪽을 향하여 지름이 커지도록 비탈진 원주 방향으로의 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 기어 커플링.
3. 제2항에 있어서,

   상기 회전축 구멍의 내주면은 축선 바깥 쪽을 향하여 지름이 커지도록 비탈진 것을 특징으로 하는 기어 커플링.
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