KR20140056096A - 가요성 샤프트 커플링 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

토크 전달 성능 및 배치 오차 허용 성능이 우수하고, 또한 높은 내구성을 갖는 가요성 샤프트 커플링이 제공된다. 제 1 샤프트 커플링 부재(20)의 제 1 클로(32)와 제 2 샤프트 커플링 부재(50)의 제 2 클로(62) 사이에는, 비교적 고무 경도가 높은 제 1 탄성중합체 부재(82)가 원주 방향으로 개재되고, 제 1 샤프트 커플링 부재(20)의 면부(단부면)(30)와 제 2 클로(62) 사이, 및/또는 제 2 샤프트 커플링 부재(50)의 면부(단부면)(60)와 제 1 클로(32) 사이에는, 제 1 탄성중합체 부재보다 고무 경도가 낮은 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)가 개재된다.

Description

가요성 샤프트 커플링 및 그 제조 방법{FLEXIBLE SHAFT COUPLING AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 가요성 샤프트 커플링 및 그 제조 방법에 관한 것이고, 특히, 중간 요소로 고무 부재 또는 탄성중합체 부재를 사용하는 가요성 샤프트 커플링 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
알려진 일부의 가요성 커플링은 제 1 샤프트 부재의 단부에 고정된 제 1 샤프트 커플링 부재와, 제 2 샤프트 부재의 단부에 고정된 제 2 샤프트 부재와, 제 1 및 제 2 샤프트 부재를 서로 연결하는 중간 부재로서의 탄성중합체 부재(탄성 고무 부재)를 포함한다(예를 들면, 일본 공고 실용신안 제 1973-25939 호, 일본 공개 특허 제 1998-331863 호, 일본 공개 특허 제 2004-286181 호, 일본 특허 제 4315453 호, 일본 특허 제 4621728 호 참조).
이러한 가요성 샤프트 커플링과 관련하여, 탄성중합체 부재의 반발 탄성률이나 고무 경도를 적절하게 선택함으로써, 토크 전달 효율의 향상과 반복 압축에 견디는 능력의 향상과 진동 흡수 능력의 향상을 도모하는 것(예를 들면, 일본 공개 특허 제 1998-331863 호 참조)이나, 탄성중합체 부재의 두께를 적절하게 선택함으로써, 탄성중합체 부재의 회전 방향(원주 방향)으로의 비틀림 스프링 상수(torsional spring constant)를 적절한 레벨로 증가시켜 응답성을 높이는 것(예를 들면, 일본 특허 제 4315453 호 참조)이나, 탄성중합체 부재를 커플링 부재의 축방향(추력 방향)의 단부면까지 연장시켜서 축방향의 진동을 완충하는 것(예를 들면, 일본 공개 특허 제 2004-286181 호 참조)이 제안된다.
일본 공고 실용신안 제 1973-25939 호 공보 일본 공개 특허 제 1998-331863 호 공보 일본 공개 특허 제 2004-286181 호 공보 일본 특허 제 4315453 호 공보 일본 특허 제 4621728 호 공보
서로 커플링될 제 1 샤프트 부재 및 제 2 샤프트 부재가 반경 방향으로 편심되는 경우에도, 제 1 및 제 2 샤프트 부재의 축선이 서로 비스듬하게 있는 경우에도, 및/또는 제 1 및 제 2 샤프트 부재의 대향 단부 사이의 축간 거리가 변하는 경우에도, 가요성 샤프트 커플링은 탄성중합체 부재의 탄성 변형에 의해 이러한 오차를 허용할 수 있다.
편심, 편각, 축방향 변위와 같은 제 1 샤프트 부재와 제 2 샤프트 부재 사이의 배치 오차를, 탄성중합체 부재가 탄성 변형에 의해 허용할 수 있기 위해서, 탄성중합체 부재는 고무 경도가 낮은 연질의 고무 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 반면에, 탄성중합체 물질은 보다 연질일수록, 제 1 샤프트 부재와 제 2 샤프트 부재 사이의 주어진 토크를 전달할 때에 탄성중합체 부재의 반경 방향의 탄성 변형이 증대된다.
그러므로, 제 1 샤프트 부재와 제 2 샤프트 부재 사이의 배치 오차를 허용하기 위해서 탄성중합체 부재에 연질의 고무 물질이 이용되면, 제 1 샤프트 부재와 제 2 샤프트 부재 사이의 회전각 차이가 허용 불가능 수준으로 증가될 뿐만 아니라, 탄성중합체 부재의 내구성이 저하되고 샤프트 커플링의 내구 수명이 단축될 수 있다.
탄성중합체 부재가 경질의 고무 물질로 구성되면, 제 1 샤프트 부재와 제 2 샤프트 부재 사이의 회전각 차이가 허용 불가능 수준으로 증가되지 않고, 탄성중합체 부재의 내구성이 저하되지 않을 수 있다. 그러나, 흔히 가요성 샤프트 커플링이 요구되는 경우인 제 1 샤프트 부재와 제 2 샤프트 부재 사이의 상당한 배치 오차가 있는 경우에, 토크의 정상적인 전달에 의한 응력에 부가하여, 배치 오차는 탄성중합체 부재에 지속적인 응력을 야기한다.
특히, 2개의 샤프트 커플링부 사이의 배치 오차로 인한 응력은, 탄성중합체 부재의 매우 국소 부분에 생성될 수 있고, 이에 의해 탄성중합체 부재에 예측 불가능한 피로(unpredictable fatigue) 또는 다른 손상을 야기할 수 있다. 또한, 탄성중합체 부재에 경질의 고무 물질을 사용함으로써, 제 1 샤프트 부재와 제 2 샤프트 부재 사이의 배치 오차를 허용하는 샤프트 커플링의 능력을 저감시킬 수 있다.
가요성 샤프트 커플링의 제 1 샤프트 커플링 부재와 제 2 샤프트 커플링 부재 사이의 각도 및 다른 배치 오차에 의해 야기되는 응력에 의해서가 아니라, 오로지 전달되는 토크에 의해서만 탄성중합체 물질이 부하를 받는 가요성 샤프트 커플링의 부분에만 탄성중합체 물질을 배치하는 것을 고려할 수도 있다. 예를 들어, 각 샤프트 커플링 부재에는 원주 방향으로 규칙적인 각도 간격으로 배열되고 다른 샤프트 커플링 부재를 향해 돌출되는 복수의 클로(claw)가 마련되어, 2개의 샤프트 커플링 부재의 클로가 서로 맞물리게 되어 있다. 인접한 클로 사이의 원주 방향 간격 내에만 탄성중합체 물질이 충전되면, 탄성중합체 물질은 토크 전달에 의한 부하를 충분히 수용하지만, 2개의 샤프트 커플링 부재 사이의 배치 오차로 인한 부하를 실질적으로 받지 않는다. 그러나, 이러한 가요성 샤프트 커플링을 제조하는데 요구되는 성형 다이는 복잡하여 비교적 높은 제조 비용이 요구된다.
종래 기술의 이러한 문제를 고려하여, 본 발명의 주 목적은 가요성 샤프트 커플링에 있어서의 상반된 필요 요건과 관련된 문제를 제거하고, 토크 전달 성능 및 배치 오차 허용 성능이 우수하고, 또한 높은 내구성을 갖는 가요성 샤프트 커플링을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 이러한 목적은, 제 1 샤프트 부재(100)의 단부에 고정된 제 1 샤프트 커플링 부재(20)와, 제 2 샤프트 부재(110)의 단부에 고정된 제 2 샤프트 커플링 부재(50)와, 제 1 및 제 2 샤프트 커플링 부재를 서로 연결하는 탄성중합체 부재(80)를 포함하는 가요성 커플링(10)으로서, 상기 제 1 및 제 2 샤프트 커플링 부재는 서로 대향하는 면부(30, 60)를 구비하고, 상기 제 1 샤프트 커플링 부재에는, 상기 제 1 샤프트 커플링 부재의 면부로부터 상기 제 2 샤프트 커플링 부재의 면부를 향해 돌출하는 제 1 클로(32)가 마련되고, 상기 제 2 샤프트 커플링 부재에는, 상기 제 2 샤프트 커플링 부재의 면부로부터 상기 제 1 샤프트 커플링 부재의 면부를 향해 돌출하는 제 2 클로(62)가 마련되며, 상기 제 1 및 제 2 클로는 원주 방향으로 이격되도록 서로 각도적으로 변위되고, 제 2 및 제 1 샤프트 커플링 부재의 대향 면부로부터 축방향으로 각각 이격되어 있으며, 상기 제 1 클로와 상기 제 2 클로 사이에는, 비교적 고무 경도가 높은 제 1 탄성중합체 부재(82)가 원주 방향으로 개재되고, 상기 제 1 샤프트 커플링 부재의 면부와 상기 제 2 클로 사이, 및/또는 상기 제 2 샤프트 커플링 부재의 면부와 상기 제 1 클로 사이에는, 상기 제 1 탄성중합체 부재보다 고무 경도가 낮은 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)가 개재되는, 상기 가요성 커플링을 제공함으로써 성취될 수 있다.
본 구성에 의하면, 제 1 샤프트 부재(100)와 제 2 샤프트 부재(110) 사이의 배치 오차는 비교적 부드러운 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)에 의해 허용될 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "부드러운" 및 "단단한"은 탄성중합체 물질의 "유연한(저강성)" 및 "단단한(고강성)" 성질을 의미한다. 그러므로, 제 1 탄성중합체 부재는 비교적 단단하기 때문에 주어진 스트레인 또는 변형에 대해 비교적 큰 응력을 생성하는 반면에, 제 2 탄성중합체 부재는 비교적 부드럽기 때문에 주어진 스트레인 또는 변형에 대해 작은 응력을 생성한다.
제 1 및 제 2 샤프트 부재는 모두 정상적인 샤프트 부재일 필요는 없다. 예를 들어, 샤프트 부재중 하나는 정상적으로는 샤프트 부재로 생각될 수 없는 토크를 제공하거나 또는 토크를 수용하기 위한 디바이스의 일부분으로 이루어질 수 있다.
제 1 샤프트 부재(100)와 제 2 샤프트 부재(110) 사이의 토크 전달은 비교적 단단한 제 1 탄성중합체 부재(82)를 통해서 실행된다. 그러므로, 제 1 탄성중합체 부재(82)는 제 1 샤프트 부재(100)와 제 2 샤프트 부재(110) 사이의 배치 오차로 인한 초기 탄성 변형을 정상적으로 받지 않고, 제 1 샤프트 부재(100)와 제 2 샤프트 부재(110) 사이의 회전각 차이가 과도하게 커지는 것을 회피할 수 있어, 제 1 탄성중합체 부재(82)의 내구성이 향상될 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 가요성 샤프트 커플링에 있어서, 서로 평행하고 축방향에 수직인 평면에 의해서, 제 1 샤프트 커플링 부재(20)의 면부(30)는 제 2 클로(62)의 단부면(64)에 대향하고 제 2 샤프트 커플링 부재(50)의 면부(60)는 제 1 클로(32)의 단부면(34)에 대향하며, 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)는 층 형상으로 상호 대향하는 평면 사이에 개재된다.
이러한 구성에 의하면, 제 1 샤프트 커플링 부재(20)와 제 2 샤프트 커플링 부재(50) 사이에서 토크가 전달될 때, 상대적인 각변위(angular displacement)가 회전 방향으로 제 1 및 제 2 샤프트 커플링 부재(20, 50) 사이에 생성되는 경우에도, 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)는 비틀림 변형만을 받고, 어떠한 큰 축방향 압축 변형도 받지 않는다. 그러므로, 제 1 샤프트 커플링 부재(20)에 접속된 제 1 샤프트 부재(100)와 제 2 샤프트 커플링 부재(50)에 접속된 제 2 샤프트 부재(110) 사이에 축방향 부하가 생기지 않는다.
바람직하게, 본 발명의 가요성 샤프트 커플링에 있어서, 제 1 탄성중합체 부재(82)는 제 1 및 제 2 클로(32, 62)의 원주 방향 대향면의 적어도 일부에 접합되고, 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)는 제 1 샤프트 커플링 부재(20)의 면부(30) 및/또는 제 2 샤프트 커플링 부재(50)의 면부(60)에 접합되고, 제 1 및 제 2 탄성중합체 부재(82, 84, 86)는 서로 접합되는 상호 대향하는 축방향 단부면을 구비한다. 제 1 탄성중합체 부재 및 제 2 탄성중합체 부재는 접착제를 사용하여 다른 부분에 접합되지만, 보다 바람직하게는 단일의 탄성중합체로서 원 위치에 성형되고, 제 1 탄성중합체 부재 및 제 2 탄성중합체 부재를 성형하는 공정 동안에 발생하는 가황(vulcanization)에 의해 적어도 부분적으로 서로 접착되고 또한 다른 부분에 접합되는 탄성중합체 부재의 개별 피스로 구성될 수 있다.
이것에 의해, 제 1 샤프트 커플링 부재(20) 및 제 2 샤프트 커플링 부재(50)는 제 1 및 제 2 탄성중합체 부재(82, 84, 86)에 의해서만 원주 방향 및 축방향 모두에서 서로 연결된다.
또한, 본 발명은 상술한 가요성 샤프트 커플링의 제조 방법을 제공하고, 이 방법은, 제 1 성형 다이(120)를 사용하여 제 1 및 제 2 샤프트 커플링 부재(20, 50)의 면부(30, 60)중 하나에 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)를 접합하는 제 1 단계와, 제 1 및 제 2 샤프트 커플링 부재(20, 50)를 최종 위치에 배치하고, 제 2 성형 다이(130)를 사용하여 제 1 클로(32)와 제 2 클로(62) 사이에 규정된 원주 방향 간극에 제 1 탄성중합체 부재(82)를 가황에 의해 고정적으로 충전하는 제 2 단계를 포함한다.
그러므로, 제 2 단계에서, 제 2 탄성중합체 부재는 제 2 성형 다이의 일부로서 역할을 하고, 전체 탄성중합체 부재 또는 제 1 탄성중합체 부재(82) 및 제 2 탄성중합체 부재(86)의 조립체는 간단한 성형 다이를 사용하여 성형될 수 있다.
이러한 방법에 의하면, 제 1 탄성중합체 부재(82)는 가황에 의해 제 1 및 제 2 클로(32, 62)의 원주 방향 대향면에 접합될 수 있고, 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)는 제 1 샤프트 커플링 부재(20)의 면부(30) 및/또는 제 2 샤프트 커플링 부재(50)의 면부(60)에 접합될 수도 있다. 또한, 제 1 탄성중합체 부재(82)와 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)는 상호 대향하는 단부면에서 가황에 의해 접합되어 가요성 샤프트 커플링(10)을 완성할 수 있다.
본 발명의 가요성 샤프트 커플링에 의하면, 제 1 및 제 2 탄성중합체 부재는 다른 역할을 수행하도록 서로 다른 고무 경도를 갖는 다른 고무 물질로 구성되므로, 상반된 필요 요건이 양호하게 해결될 수 있다. 그 결과, 본 발명은 토크 전달 능력 및 배치 오차 허용 능력 모두가 우수한 동시에, 높은 내구성을 갖는 가요성 샤프트 커플링을 제공한다.
도 1은 본 발명을 구체화하는 가요성 샤프트 커플링을 도시하는 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 가요성 샤프트 커플링의 분해 사시도,
도 3은 제 1 탄성중합체 부재가 도시 생략된 가요성 샤프트 커플링의 분해 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 가요성 샤프트 커플링의 제조 방법의 제 1 성형 다이를 사용한 제 1 단계를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 가요성 샤프트 커플링의 제조 방법의 제 2 성형 다이를 사용한 제 2 단계를 나타내는 도면.
이하에, 본 발명에 따른 가요성 샤프트 커플링의 일 실시예를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
가요성 샤프트 커플링(10)은, 제 1 샤프트 부재(100)의 단부에 고정되도록 구성된 제 1 샤프트 커플링 부재(20)와, 제 2 샤프트 부재(110)의 단부에 고정되도록 구성된 제 2 샤프트 커플링 부재(50)와, 제 1 샤프트 커플링 부재(20) 및 제 2 샤프트 커플링 부재(50)를 동심으로 서로 연결하는 중간 요소로서 역할을 하는 탄성중합체 부재(80)를 구비한다.
제 1 샤프트 커플링 부재(20)는 고리 형상을 가지며, 제 1 샤프트 커플링 부재(20)에는, 제 1 샤프트 부재(100)를 수용하기 위한 중심 관통 구멍(22)과, 반경 방향으로 연장하고 외주면에 개방 단부를 갖는 반경 방향 슬롯(24)과, 반경 방향 슬롯(24)이 형성된 부분을 포함하여 원주 방향의 대부분으로 연장하는 원주 방향 슬롯(26)이 형성되어 있다. 유사하게, 제 2 샤프트 커플링 부재(50)는 고리 형상을 가지며, 제 2 샤프트 커플링 부재(50)에는, 제 2 샤프트 부재(110)를 수용하기 위한 중심 관통 구멍(52)과, 반경 방향으로 연장하고 외주면에 개방 단부를 갖는 반경 방향 슬롯(54)과, 반경 방향 슬롯(54)이 형성된 부분을 포함하여 원주 방향의 대부분으로 연장하는 원주 방향 슬롯(56)이 형성되어 있다. 제 1 샤프트 커플링 부재(20)의 반경 방향 슬롯(24) 및 제 2 샤프트 커플링 부재(50)의 반경 방향 슬롯(54)은 서로에 대해 90°의 회전각으로 위치되어 있다.
제 1 샤프트 커플링 부재(20)에는, 반경 방향 슬롯(24)의 양측에 볼트 수용 구멍(도면에 도시하지 않음) 및 나사 구멍(도면에 도시하지 않음)이 형성된다. 체결 볼트(28; fastening bolt)는 볼트 수용 구멍을 통과하여 나사 구멍에 나사결합되어 반경 방향 슬롯(24)을 가로질러 연장된다. 체결 볼트(28)를 조임으로써, 반경 방향 슬롯(24)의 폭이 감소하고 관통 구멍(22)의 직경이 감소하는 것에 의해, 관통 구멍(22)에 단부가 수용된 제 1 샤프트 부재(100)는 제 1 샤프트 커플링 부재(20)에 일체적으로 연결된다.
마찬가지로, 제 2 샤프트 커플링 부재(50)에는, 반경 방향 슬롯(54)의 양측에 볼트 수용 구멍(도면에 도시하지 않음) 및 나사 구멍(도면에 도시하지 않음)이 형성된다. 체결 볼트(58)는 볼트 수용 구멍을 통과하여 나사 구멍에 나사결합되어 반경 방향 슬롯(54)을 가로질러 연장된다. 체결 볼트(58)를 조임으로써, 반경 방향 슬롯(54)의 폭이 감소하고 관통 구멍(52)의 직경이 감소하는 것에 의해, 관통 구멍(52)에 단부가 수용된 제 2 샤프트 부재(110)는 제 2 샤프트 커플링 부재(50)에 일체적으로 연결된다.
제 1 및 제 2 샤프트 커플링 부재(20, 50)의 상호 대향 단부는 평면부(30, 60)로 각각 형성된다. 평면부(30, 60)는 추력 방향(축방향)에 수직으로 연장함으로써 상호 평행 관계로 서로 대향한다.
평면부(30)에는, 다른 평면부(60)를 향해 돌출하는 한 쌍의 제 1 클로(32)가 일체로 형성된다. 유사하게, 평면부(60)에는, 다른 평면부(30)를 향해 돌출하는 한 쌍의 제 2 클로(62)가 일체로 형성된다. 제 1 및 제 2 클로(32, 62)에는, 각각 추력 방향(축방향)에 수직으로 연장되는 평면 단부면(34, 64)가 마련된다.
제 1 클로(32)는 원주 방향으로 서로 180° 각도로 변위되어 있으며, 제 2 클로(62)도 마찬가지이다. 제 1 클로(32)는 제 2 클로(62)로부터 90° 각도로 편위되어 있다. 제 1 및 제 2 클로(32, 62)는 원주 방향에서 보아 소정의 축방향 길이로 중첩 관계에 있다. 또한, 제 1 및 제 2 클로(32, 62)의 단부면과 제 2 및 제 1 샤프트 커플링 부재(50, 20)의 대향하는 평면부(30, 60) 사이에 각각 소정의 축방향 간극이 규정된다. 보다 상세하게, 각 제 1 클로(32)의 단부면(34)은 대응하는 평면부(60)에 소정의 간극을 갖고서 상호 평행한 관계로 대향하고, 각 제 2 클로(62)의 단부면(64)은 대응하는 평면부(30)에 소정의 간극을 갖고서 상호 평행한 관계로 대향한다.
제 1 클로 및 제 2 클로 사이의 원주 방향 간극에는, 각각 비교적 높은 고무 경도를 갖는 제 1 탄성중합체 부재(82)가 충전되어 가황된다. 평면부(30)의 전체면[제 1 클로(32)가 마련된 부분을 제외함] 및 제 2 클로(62)의 단부면(64)에는, 제 1 탄성중합체 부재(82)보다 낮은 고무 경도를 갖는 제 2 탄성중합체 부재(84)가 가황(가교)에 의해 일정한 두께의 층 형상으로 부착된다. 마찬가지로, 평면부(60)의 전체면[제 2 클로(62)가 마련된 부분을 제외함] 및 제 1 클로(32)의 단부면(34)에는, 제 1 탄성중합체 부재(82)보다 낮은 고무 경도를 갖는 제 2 탄성중합체 부재(86)가 가황에 의해 일정한 두께의 층 형상으로 부착된다.
도시된 실시예에 있어서, 각각의 탄성중합체 부재(82, 84, 86)에는, 전체 원주에 걸쳐서 연장하는 원주 방향 층이 마련되어 있다. 그러므로, 샤프트 커플링(10)이 최종적으로 조립될 때, 탄성중합체 부재(82, 84, 86)의 이러한 원주 방향 층은 완전히 폐쇄된 샤프트 커플링(10)의 가요성 부분의 원통형 외관(profile)을 규정한다.
제 1 탄성중합체 부재(82)의 축방향 단부면은 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)의 단부면에 상호 평행한 관계로 각각 대향하고 가황에 의해 접합된다. 바꿔 말하면, 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)는 제 1 탄성중합체 부재(82)의 대응하는 단부면에 대향하는 단부면을 갖고, 이러한 대향하는 단부면은 가황에 의해 서로 접합된다. 따라서, 중간 요소(80)는, 2개의 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)를 제 1 탄성중합체 부재(82)의 대향하는 단부면에 연결함으로써 형성된 혼합 탄성중합체 부재로 구성된다.
제 1 탄성중합체 부재(82)의 고무 경도는, 제 1 샤프트 커플링 부재(20)와 제 2 샤프트 커플링 부재(50) 사이[또는 제 1 샤프트 부재(100)와 제 2 샤프트 부재(110) 사이]에서 토크를 전달할 때, 제 1 탄성중합체 부재(82)가 과도하게 압축 변형하지 않고 충분한 내구성을 확보할 수 있도록 선택되는 것이 바람직하며, 제 1 탄성중합체 부재(82)의 바람직한 고무 경도는 전형적으로 50 내지 80(JIS A 50 내지 JIS A 80)의 범위이다. 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)의 고무 경도는, 제 1 샤프트 부재(100)와 제 2 샤프트 부재(110) 사이의 배치 오차가 탄성 변형에 의해 허용될 수 있도록 선택되는 것이 바람직하고, 전형적으로 30 내지 40(JIS A 30 내지 JIS A 40)의 범위이다. 또한, 제 1 샤프트 커플링 부재(20) 및 제 2 샤프트 커플링 부재(50)는, 높은 기계적 강도를 위해 전형적으로 금속, 세라믹 또는 경질 플라스틱 물질로 제조되지만, 각각의 특정 응용에 따라 적합한 감쇠 계수(damping coefficient)를 갖는 탄성중합체 물질로 제조될 수도 있다.
제 1 탄성중합체 부재(82) 및 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)는, 니트릴 고무, 우레탄 고무, 폴리우레탄 중합체 등과 같은 임의의 탄성중합체 물질로 제조될 수 있고, 다른 조성을 갖는 동일한 고무 물질을 사용하거나 다른 고무 물질을 사용함으로써, 다른 고무 경도 및 감쇠 계수를 가질 수 있다.
이러한 가요성 커플링(10)에 있어서, 편심, 편각, 축방향 변위와 같은 제 1 샤프트 부재와 제 2 샤프트 부재 사이의 배치 오차는, 제 1 탄성중합체 부재(82)의 탄성 변형을 요구하는 일없이 비교적 부드러운 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)에 의해 허용될 수 있다. 제 1 샤프트 부재(100)와 제 2 샤프트 부재(110) 사이의 토크 전달은 비교적 단단한 제 1 탄성중합체 부재(82)에 의해 주로 실행된다. 그러므로, 제 1 탄성중합체 부재(82)는 제 1 샤프트 부재(100)와 제 2 샤프트 부재(110) 사이의 배치 오차로 인한 초기 탄성 변형을 정상적으로 받지 않아, 제 1 샤프트 부재(100)와 제 2 샤프트 부재(110) 사이의 회전각 차이가 과도해지는 것이 방지되고, 제 1 탄성중합체 부재(82)의 내구성이 저하되지 않는다.
그러므로, 다른 고무 경도를 갖는 다른 고무 물질로 제조되어 다른 역할을 수행하는 제 1 탄성중합체 부재(82) 및 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)를 구비함으로써, 상반된 필요 요건과 관련된 문제가 제거될 수 있고, 가요성 커플링(10)은 토크 전달 성능 및 배치 오차 수용 성능 모두가 우수한 동시에 높은 내구성의 이점을 유지할 수 있다.
제 1 샤프트 커플링 부재(20)의 평면부(30) 및 각 제 2 클로(62)의 단부면(64)은 상호 평행한 관계로 서로 대향하고, 제 2 샤프트 커플링 부재(50)의 평면부(60) 및 각 제 1 클로(32)의 단부면(34)은 상호 평행한 관계로 서로 대향한다. 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)는 일정한 두께의 층 형상으로 이러한 대향하는 부분 사이에 개재된다. 그러므로, 제 1 샤프트 커플링 부재와 제 2 샤프트 커플링 부재(84, 86) 사이에서 토크가 전달되고, 그에 따라 제 1 탄성중합체 부재(82)의 탄성 변형이 제 1 샤프트 커플링 부재와 제 2 샤프트 커플링 부재(84, 86) 사이의 상대 회전 방향 각변위를 야기하는 경우, 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)는 단지 비틀릴 뿐이고, 어떠한 축방향 압축 변형도 받지 않는다. 그러므로, 제 1 샤프트 커플링 부재(20)에 접속된 제 1 샤프트 부재(100)와 제 2 샤프트 커플링 부재(50)에 접속된 제 2 샤프트 부재(110) 사이에는 상당한 축력(axial force)이 생기지 않는다.
제 1 탄성중합체 부재(82)는 제 1 및 제 2 클로(32, 62)의 원주 방향 대향면에 가황에 의해 접합되고, 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)는 제 1 및 제 2 샤프트 커플링 부재(20, 50)의 평면부(30, 60)에 가황에 의해 접합되고, 제 1 탄성중합체 부재(82)는 제 2 탄성중합체 부재(84, 96)에 축방향 대향 단부면에서 가황에 의해 접합된다. 그러므로, 제 1 및 제 2 샤프트 커플링 부재(20, 50)는 제 1 탄성중합체 부재(82) 및 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)에 의해서만 원주 방향 및 축방향 모두에서 연결된다.
이하에, 가요성 샤프트 커플링(10)을 제조하는 방법을 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
먼저, 제 1 단계로서, 도 4에 도시하는 바와 같이 2개의 절반부로 이루어진 제 1 성형 다이(120)에 제 1 샤프트 커플링 부재 소재(21)가 배치된다. 제 1 샤프트 커플링 부재 소재(21)는 관통 구멍(22), 반경 방향 슬롯(24), 원주 방향 슬롯(26), 볼트 수용 구멍 및 나사 구멍을 제외한 제 1 샤프트 커플링 부재(20), 또는 제 1 클로(32)가 형성된 원통형 부재로 이루어진다. 제 1 샤프트 커플링 부재 소재(21)가 수용된 상태로 제 1 성형 다이(120)가 폐쇄되면, 제 1 샤프트 커플링 부재 소재(21)의 평면부(30)[제 1 클로(32)가 형성된 부분을 제외함]와 제 1 성형 다이(120)의 대향 내표면 사이에 챔버(122)가 규정된다.
용융된 탄성중합체 물질은 제 1 성형 다이(120)의 적합한 부분에 마련되는 게이트(도시하지 않음)를 거쳐서 챔버(122) 내로 압력 하에서 주입되어 가황된다. 그 결과, 제 2 탄성중합체 부재(84)는 소정의 두께의 층 형상으로 제 1 샤프트 커플링 부재 소재(21)의 평면부(30)에 형성된다.
다음에, 제 1 샤프트 커플링 부재 소재(21)와 유사한 방법으로, 제 2 샤프트 커플링 부재 소재(51)가 제 1 성형 다이(120)에 배치된다. 제 2 샤프트 커플링 부재 소재(25)는 관통 구멍(52), 반경 방향 슬롯(54), 원주 방향 슬롯(56), 볼트 수용 구멍 및 나사 구멍을 제외한 제 2 샤프트 커플링 부재(50), 또는 제 2 클로(62)가 형성된 원통형 부재로 이루어진다. 제 2 샤프트 커플링 부재 소재(51)가 수용된 상태로 제 1 성형 다이(120)가 폐쇄되면, 제 2 샤프트 커플링 부재 소재(51)의 평면부(60)[제 2 클로(62)가 형성된 부분을 제외함]와 제 1 성형 다이(120)의 대향 내표면 사이에 챔버(122)가 규정된다.
용융된 탄성중합체 물질은 챔버(122) 내로 압력 하에서 주입되어 가황된다. 그 결과, 제 2 탄성중합체 부재(86)는 소정의 두께의 층 형상으로 제 2 샤프트 커플링 부재 소재(51)의 평면부(60)에 형성된다.
2개의 소재가 동시에 처리될 수 있도록 제 1 성형 다이(120)에 한 쌍의 캐비티가 되는 경우, 제 1 샤프트 커플링 부재 소재(21)에 대한 제 2 탄성중합체 부재(84)의 가황에 의한 접합과, 제 2 샤프트 커플링 부재 소재(51)에 대한 제 2 탄성중합체 부재(86)의 가황에 의한 접합이 동시에 실행될 수 있다.
상술한 단계의 결과로서, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제 1 샤프트 커플링 부재 소재(21)에는, 소정의 두께의 층 형상으로 그 평면부(30)[제 1 클로(32)가 형성된 부분을 제외함]에 접착된 제 2 탄성중합체 부재(84)가 마련되고, 제 2 샤프트 커플링 부재 소재(51)에는, 소정의 두께의 층 형상으로 그 평면부(60)[제 2 클로(62)가 형성된 부분을 제외함]에 접착된 제 2 탄성중합체 부재(86)가 마련된다.
다음 단계에서 필요로 하는 제 1 및 제 2 샤프트 커플링 부재 소재(21, 51)의 회전 방향에 대한 각도 위치 결정을 위해서, 제 2 샤프트 커플링 부재 소재(51)의 평면부(60)에 대향하는 제 2 탄성중합체 부재(84)의 표면에는, 대응하는 제 2 클로(62)의 선단부를 수용하도록 구성된 한 쌍의 오목부(85)(도 2 참조)가 형성되고, 제 1 샤프트 커플링 부재 소재(21)의 평면부(30)에 대향하는 제 2 탄성중합체 부재(86)의 표면에는, 대응하는 제 1 클로(32)의 선단부를 수용하도록 구성된 한 쌍의 오목부(87)(도 2 참조)가 형성된다. 이러한 오목부(85, 87)는, 제조 공정 동안에 2개의 샤프트 커플링 부재 소재(21, 51)의 서로에 대한 각도 위치 결정을 하기 위해 마련된 것이고, 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)의 물질의 연성으로 인해 대응하는 오목부(85, 87)에 부분적으로 끼워 맞춰지는 제 1 및 제 2 클로(32, 34)의 어떠한 상당한 토크 전달도 행해지지 않도록 얕을 수 있다.
도시된 실시예에 있어서, 제 1 및 제 2 클로(32, 62)의 단부면(34, 64)은 오목부(85, 87)의 저면에는 각각 접합되지 않는다. 2개의 샤프트 커플링 부재(20, 50) 사이의 배치 오차를 허용하는 경우에 국부적인 응력을 피하는 것이 유리할 수 있다. 그러나, 제 1 및 제 2 클로(32, 62)의 단부면(34, 64)은 또한 본 발명의 사상을 일탈하는 일없이, 오목부(85, 87)의 저면에 각각 접합될 수도 있다. 사실상, 제조 공정 동안에, 2개의 샤프트 커플링 부재 소재(21, 51)의 서로에 대한 각도 위치 결정을 위한 다른 수단이 제공되면, 본 발명의 사상을 일탈하는 일없이 이러한 오목부(85, 87)는 생략될 수 있다.
다음에, 제 2 단계로서, 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)가 가황에 의해 접합된 2개의 샤프트 커플링 부재 소재(21, 51)는, 도 1에 도시된 완성 상태와 동일한 위치 관계로 도 5에 도시하는 바와 같이 2개의 절반부로 이루어진 제 2 성형 다이(130)에 배치된다. 2개의 샤프트 커플링 부재 소재(21, 51)는, 제 1 클로(32)의 선단부를 대응하는 오목부(87)에 배치하고 제 2 클로(62)의 선단부를 대응하는 오목부(85)에 배치함으로써 제 1 및 제 2 클로(32, 62)가 회전 방향으로 서로 90° 각도로 편위되도록 위치 결정될 수 있다.
제 1 클로(32)의 단부면(34)이 제 2 탄성중합체 부재(86)의 위치 결정 오목부(87)의 저면과 접하고, 제 2 클로(62)의 단부면(64)이 제 2 탄성중합체 부재(84)의 위치 결정 오목부(85)의 저면과 접한 상태에서, 제 1 및 제 2 클로(32, 62)의 각 쌍의 원주 방향 대향면 사이에 챔버(132)가 규정된다.
용융된 탄성중합체 물질은 제 2 성형 다이(130)의 적합한 부분에 마련되는 게이트(도시하지 않음)를 거쳐서 챔버(132) 내로 압력 하에서 주입되어 가황된다. 그 결과, 제 1 클로(32)와 제 2 클로(62) 사이의 간극을 충전하도록 제 1 및 제 2 클로(32, 62)의 원주 방향으로 인접한 면 사이에는 비교적 높은 고무 경도를 갖는 제 1 탄성중합체 부재(82)가 형성된다.
그 결과, 제 1 탄성중합체 부재(82)는 제 1 및 제 2 클로(32, 62)의 원주 방향 대향면에 가황에 의해 접합되고, 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)는 제 1 및 제 2 샤프트 커플링 부재 소재(21, 51)의 평면부(30, 60)에 접합된다. 또한, 제 1 및 제 2 탄성중합체 부재(82, 84, 86)는 대향하는 축방향 단부면에서 가황에 의해 서로 접합된다.
그 결과, 가요성 샤프트 커플링(10)는 원통형이며, 외표면에 어떠한 오목부 또는 돌출부도 없이 매끈한 외관을 갖는다.
마무리 단계로서, 제 1 샤프트 커플링 부재(20)는 제 1 샤프트 커플링 부재 소재(21)에 관통 구멍(22), 반경 방향 슬롯(24), 원주 방향 슬롯(26), 볼트 수용 구멍(도면에 도시하지 않음) 및 나사 구멍(도면에 도시하지 않음)을 기계 가공에 의해 형성함으로써 완성되고, 제 2 샤프트 커플링 부재(50)는 제 2 샤프트 커플링 부재 소재(51)에 관통 구멍(52), 반경 방향 슬롯(54), 원주 방향 슬롯(56), 볼트 수용 구멍(도면에 도시하지 않음) 및 나사 구멍(도면에 도시하지 않음)을 기계 가공에 의해 형성함으로써 완성된다. 그것에 의해, 도 1에 도시한 가요성 샤프트 커플링(10)이 완성된다.
본 발명은 바람직한 실시예에 대해 설명되었지만, 본 발명의 범위를 일탈하는 일없이 다양한 변형 및 수정이 가능하다는 것이 당업자에게 명백하다.
예를 들어, 제 1 탄성중합체 부재(82)는 제 1 및 제 2 클로(32, 62)의 원주 방향 대향면의 전체 축방향 길이에 걸쳐서 마련될 필요는 없고, 이 축방향 길이의 일부에만 마련될 수도 있다. 제 1 및 제 2 클로(32, 62)의 개수는 2개에 한정하지 않고, 1개나 3개 이상일 수도 있다.
제 1 및 제 2 샤프트 커플링 부재(20, 50)에 제 1 및 제 2 샤프트 부재(100, 110)를 고정하기 위한 구조는 나사 볼트에 의해 반경 방향 슬롯을 체결하는 것에 한정하지 않고, 키 및 고정 나사, 스플라인 커플링(spline coupling), 쐐기 기구 등으로 이루어질 수도 있다.
또한, 제 1 및 제 2 샤프트 커플링 부재(20, 50)중 하나에만 제 2 탄성중합체 부재(84, 86)를 마련하는 것도 가능하다.
또한, 가요성 샤프트 커플링(10)의 제 2 제조 단계에서, 제 1 및 제 2 샤프트 커플링 부재 소재(21, 51)의 각도 위치 결정은, 제 1 및 제 2 샤프트 커플링 부재 소재(21, 51) 각각의 외주면에 평탄면, 및 제 2 제조 단계용 성형 다이의 대응하는 면에 소재의 평탄면을 결합하기 위한 상보적인 평탄면을 형성함으로써 실행될 수도 있다. 또한, 요구된 위치 설정을 다른 방법으로 실행할 수도 있다.
가요성 샤프트 커플링의 제조 방법은 나타낸 실시예에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 제 1 클로(32), 관통 구멍(22), 반경 방향 슬롯(24), 원주 방향 슬롯(26), 볼트 수용 구멍 및 나사 구멍이 형성된 제 1 샤프트 커플링 부재(20)와, 제 2 클로(62), 관통 구멍(52), 반경 방향 슬롯(54), 원주 방향 슬롯(56), 볼트 수용 구멍 및 나사 구멍이 형성된 제 2 샤프트 커플링 부재(50)를 준비하여 제 1 단계에서 사용할 수도 있다. 이러한 경우, 제 1 및 제 2 샤프트 커플링 부재(20, 50)의 상대적인 각도 위치 결정은 반경 방향 슬롯(24, 54)을 사용하여 실행될 수 있다. 관통 구멍(22, 52)과 관련하여, 바람직한 동축성을 얻기 위해, 제 2 단계 다음의 마무리 단계에서 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 및 제 2 샤프트 커플링 부재(20, 50)에 개별의 고무 구성요소로서 제 1 및 제 2 탄성중합체 부재(82, 84, 86)를 조립할 수도 있다.
상술한 실시예에 사용된 다양한 구성요소는, 전체적으로 필수적인 것은 아니지만, 본 발명의 사상을 일탈하는 일 없이 필요에 따라 부분적으로 생략될 수도 있다. 본 출원의 파리 조약 우선권 주장의 기초가 되는 일본 특허 출원의 내용 및 본 출원에 언급된 종래 기술 문헌의 내용은 본 출원에 참조로 포함된다.
10 : 가요성 샤프트 커플링 20 : 제 1 샤프트 커플링 부재
30 : 평면부 32 : 제 1 클로
50 : 제 2 샤프트 커플링 부재 60 : 평면부
62 : 제 2 클로 80 : 탄성중합체 부재
82 : 제 1 탄성중합체 부재 84, 86 : 제 2 탄성중합체 부재
100 : 제 1 샤프트 부재 110 : 제 2 샤프트 부재
120 : 제 1 성형 다이 122 : 챔버
130 : 제 2 성형 다이 132 : 챔버

Claims (5)

  1. 제 1 샤프트 부재의 단부에 고정된 제 1 샤프트 커플링 부재와, 제 2 샤프트 부재의 단부에 고정된 제 2 샤프트 커플링 부재와, 상기 제 1 및 제 2 샤프트 커플링 부재를 서로 연결하는 탄성중합체 부재를 포함하는 가요성 커플링에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 샤프트 커플링 부재는 서로 대향하는 면부를 구비하고,
    상기 제 1 샤프트 커플링 부재에는, 상기 제 1 샤프트 커플링 부재의 면부로부터 상기 제 2 샤프트 커플링 부재의 면부를 향해 돌출하는 제 1 클로가 마련되고,
    상기 제 2 샤프트 커플링 부재에는, 상기 제 2 샤프트 커플링 부재의 면부로부터 상기 제 1 샤프트 커플링 부재의 면부를 향해 돌출하는 제 2 클로가 마련되며,
    상기 제 1 및 제 2 클로는 원주 방향으로 이격되도록 서로 각도적으로 변위되고, 상기 제 2 및 제 1 샤프트 커플링 부재의 대향 면부로부터 축방향으로 각각 이격되어 있으며,
    상기 제 1 클로와 상기 제 2 클로 사이에는, 비교적 고무 경도가 높은 제 1 탄성중합체 부재가 원주 방향으로 개재되고, 상기 제 1 샤프트 커플링 부재의 면부와 상기 제 2 클로 사이, 및/또는 상기 제 2 샤프트 커플링 부재의 면부와 상기 제 1 클로 사이에는, 상기 제 1 탄성중합체 부재보다 고무 경도가 낮은 제 2 탄성중합체 부재가 개재되는
    가요성 커플링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    서로 평행하고 축방향에 수직인 평면에 의해서, 상기 제 1 샤프트 커플링 부재의 면부는 상기 제 2 클로의 단부면에 대향하고 상기 제 2 샤프트 커플링 부재의 면부는 상기 제 1 클로의 단부면에 대향하며, 상기 제 2 탄성중합체 부재는 층 형상으로 상호 대향하는 평면 사이에 개재되는
    가요성 커플링.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 탄성중합체 부재는 상기 제 1 및 제 2 클로의 원주 방향 대향면의 적어도 일부에 접합되고, 상기 제 2 탄성중합체 부재는 상기 제 1 샤프트 커플링 부재의 면부 및/또는 상기 제 2 샤프트 커플링 부재의 면부에 접합되고, 상기 제 1 및 제 2 탄성중합체 부재는 서로 접합되는 상호 대향하는 축방향 단부면을 구비하는
    가요성 커플링.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 접합의 적어도 일부는 가황에 의해 실행되는
    가요성 커플링.
  5. 제 1 항에 따른 가요성 커플링을 제조하는 방법에 있어서,
    제 1 성형 다이를 사용하여 상기 제 1 및 제 2 샤프트 커플링 부재의 면부중 하나에 상기 제 2 탄성중합체 부재를 접합하는 제 1 단계와,
    상기 제 1 및 제 2 샤프트 커플링 부재를 최종 위치에 배치하고, 제 2 성형 다이를 사용하여 상기 제 1 클로와 상기 제 2 클로 사이에 규정된 원주 방향 간극에 상기 제 1 탄성중합체 부재를 가황에 의해 고정적으로 충전하는 제 2 단계를 포함하는
    가요성 커플링의 제조 방법.
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