(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撓み軸継手装置用の撓み要素であって、スリーブ状ボディ形式であるとともにエラストマー材料から成り、前記スリーブ状ボディが、それぞれ継手受け部を規定する少なくとも２つの対向するスリーブ端部と、前記継手受け部の間にある環状部と、内周面と、外周面とを備え、前記継手受け部それぞれが少なくとも前記内周面の一部に沿って配列される軸方向に伸びた複数の歯を有し、前記継手受け部それぞれの前記歯各々が前記内周面の所定の部分に広がる周方向幅を有し、
前記エラストマー材料が、繊維を含み、
前記環状部が捩じりせん断容量を有し、
前記継手受け部それぞれの前記歯各々が、前記周方向幅と共同で歯のせん断領域を規定する活動的軸方向長さを有し、前記歯のせん断領域の合計が累積的歯のせん断領域を規定し、前記累積的歯のせん断領域が累積的歯のせん断容量を有し、
前記繊維が、前記複数の歯を含む前記ボディ内に充填されるとともに、前記ボディの周方向に沿って配置され、また、前記複数の歯内部においては歯の輪郭をたどるように周方向に沿って配置され、
前記累積的歯のせん断容量が前記環状部の捩じりせん断容量を超えていることを特徴とする撓み要素。
【請求項２】
請求項１に記載の撓み要素において、少なくとも前記歯の１つが曲線からなる断面形状を有する。
【請求項３】
請求項１に記載の撓み要素において、前記歯が複数の溝と交互に並んでおり、前記複数の溝それぞれが前記スリーブ状ボディにおける内周面の周方向の一部に広がる幅を有し、前記歯の幅の合計に対する前記溝の幅の合計の比が、０．６５：１より小さい。
【請求項４】
請求項３に記載の撓み要素において、前記歯の幅の合計に対する前記溝の幅の合計の比が、０．５０：１から０．１０：１の間のいずれかである。
【請求項５】
請求項３に記載の撓み要素において、前記歯の幅の合計に対する前記溝の幅の合計の比が、０．４５：１から０．１５：１の間のいずれかである。
【請求項６】
請求項１に記載の撓み要素において、前記スリーブ状ボディの前記内周面の少なくとも一部に接着された補強編織布要素と、前記スリーブ状ボディ内に設けられる引張コードのうち少なくともいずれか１つをさらに有する。
【請求項７】
請求項１に記載の撓み要素において、前記エラストマー材料が、およそ１phrからおよそ３０phrのいずれかである前記繊維を含む。
【請求項８】
請求項７に記載の撓み要素において、少なくとも前記繊維の一部が、実質的に前記スリーブ状ボディ回りの周方向に沿って位置付けられている。
【請求項９】
請求項１に記載の撓み要素において、前記スリーブ状ボディの外周面上に、少なくとも１つのトルクレベル報知手段をさらに有する。
【請求項１０】
請求項９に記載の撓み要素において、前記トルクレベル報知手段が、止まった状態での前記スリーブ状ボディの前記外周面上における第１の模様と、表面が歪んだ状態での前記スリーブ状ボディの前記外周面上における第２の模様を形成するグラフィック要素の形となる。
【請求項１１】
撓み要素と、前記撓み要素につながれた少なくとも２つの実質的剛性な端片とを有する撓み軸継手装置であって、前記撓み要素がスリーブ状ボディ形式であるとともにエラストマー材料から成り、前記スリーブ状ボディが、それぞれ継手受け部を規定する少なくとも２つの対向するスリーブ端部と、前記継手受け部の間にある環状部と、内周面と、外周面とを備え、前記継手受け部それぞれが少なくとも前記内周面の一部に沿って配列される軸方向に伸びた複数の歯を有し、前記継手受け部それぞれの前記歯各々が前記内周面の所定の部分に広がる周方向幅を有し、
前記エラストマー材料が、繊維を含み、
前記環状部が捩じりせん断容量を有し、
前記継手受け部それぞれの前記歯各々が、前記周方向幅と共同で歯のせん断領域を規定する活動的軸方向長さを有し、前記歯のせん断領域の合計が累積的歯のせん断領域を規定し、前記累積的歯のせん断領域が累積的歯のせん断容量を有し、
前記繊維が、前記複数の歯を含む前記ボディ内に充填されるとともに、前記ボディの周方向に沿って配置され、また、前記複数の歯内部においては歯の輪郭をたどるように周方向に沿って配置され、
前記累積的歯のせん断容量が前記環状部の捩じりせん断容量を超えていることを特徴とする撓み軸継手装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の継手装置において、前記実質的に剛性な端片が、前記継手受け部と係合するため、前記継手受け部の前記歯と相補的な形状である一連の軸方向に伸びた溝を有する。
【請求項１３】
撓み軸継手装置の撓み要素を形成するための方法であって、
ａ）内周面を有するとともに、前記内周面の少なくとも一部に沿って交互に並んだ軸方向に伸びる歯とランド部を有する鋳型であって、前記歯およびランド部とが曲線からなる断面形状を有する鋳型を選択し、
ｂ）織物のスリーブを前記鋳型内に置くステップと、
ｃ）加硫化されていない、繊維を含んだエラストマー材料を、前記複数の歯を含む前記ボディ内に前記繊維が周方向に沿って、また、前記複数の歯内部においては歯の輪郭をたどるように周方向に沿って充填配置されるように、前記織物の外表面に覆い被せるステップと、
ｄ）鋳型をブラダに配置するステップと、
ｅ）前記ブラダに対し熱と圧力を加え、前記鋳型の歯まで前記エラストマーを押しやるステップと、
ｆ）前記撓み要素を形成するため、前記エラストマーを加硫するステップと、
ｇ）前記撓み要素を冷却するステップと、
ｈ）前記鋳型から前記撓み要素を取り出すステップと
を含む撓み要素を形成するための方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の撓み要素において、前記繊維が、下記のａ）〜ｊ）からなる群から選択されたものによって形成される。
ａ）アラミド繊維
ｂ）ポリエステル繊維
ｃ）ポリアミド繊維
ｄ）セルロース繊維
ｅ）カーボン繊維
ｆ）アクリル繊維
ｇ）ポリウレタン繊維
ｈ）コットン繊維
ｉ）ガラス繊維
ｊ）上記繊維のうち少なくとも任意の２つを組み合わせたもの
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、撓み軸継手（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｓｈａｆｔ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）の要素およびその要素を含む撓み継手に関する。撓み軸継手要素は、環状部と、環状部の両端にあって対向しているスリーブ端部にある２つの継手受け部とを備えたフレキシブルなスリーブ状ボディの形となっている。継手受け部各々は、少なくともスリーブ状ボディの内面の一部に沿って軸方向に伸びるリブすなわち歯であって、対向するように配置されたハブすなわち端片における溝に対して摺動可能にかみ合った複数の歯を含む。このような継手は、回転シャフト同士を連結するために使用され、継手の両端片に回転シャフトがつながれる。本発明の撓み軸継手は、フレキシブルな環状部すなわちバンドとリブすなわち歯の弾力性により、一緒に連結させなければならない２つのシャフトのミスアライメントを順応させ、シャフト間の駆動連結を静かに作動させるのに役立つ。
【０００２】
今までの撓み軸継手には、撓み荷重支持バンドすなわち環状部と、対向するように配置されたハブすなわち端片上にあって軸方向に伸びた溝と係合するための軸方向に伸びるリブを有する継手受け部とが含まれており、リブが、典型的な台形の断面形状すなわち輪郭を有するとともに、概して剛性な端片において相補的な輪郭をもつ溝とかみ合っていることを特徴としていた。そのような要素のリブは特徴的にゴム弾性であって、リブが押す端片は特徴的に金属からなっており、その結果、端片の溝に対してゴム弾性リブ上のせん断量が釣合わなくなる。
【０００３】
このような継手要素の設計を改善する方向としては、常によりおおきな捩じり荷重に耐えるため、概して荷重支持バンドを強化する方に向けられてきた。そのような改善の結果として荷重支持バンドの荷重耐久力が着実に上がったため、ゴム弾性のリブは、荷重耐久力の増加に伴い絶えず大きくなっていく捩じりひずみに耐えることが要求されてきた。
【０００４】
そのため、従来の撓み軸継手装置は、概して、捩じり応力すなわち受ける荷重の影響によってスリーブ状ボディの内周面から１つあるいはそれ以上の歯が切り裂かれる、すなわちせん断される特徴的な破損モードを現す。典型的には、１つの歯がこの様にせん断されるのではなく、歯全体の断面が、継手受け部の非常に高い強度をもつ荷重支持背面からせん断され、その結果、ひとつあるいは両方の継手受け部の領域内は、滑りやすい空のスリーブ状シェル状態となる。これにより、そのような継手要素は、従来の継手要素のスリーブ状ボディの強度が増大するのにも関わらず、歯にかかる捩じり荷重の影響によって概して早期に破損を起こしていた。
【０００５】
さらに特別にやっかいな事として、この破損モードは、そのような歯のせん断が継手の外表面を見ても表れないため、伝達されるトルクのレベル、あるいは継手として存続できる使用期間の割合を確認する場合、最初に駆動を停止し、ゴム弾性のスリーブを取り除き、そして継手要素の歯の部分を目視検査をしなければならない。このことは、少なくとも、生産出荷数を減少させ、技術的コストを増大させる。さらに悪いことに、最初の破損の提示は、継手要素全体の破壊となっていることが非常に多い。
【０００６】
（発明の要旨）
したがって、本発明の主要な目的は、従来技術の設計をよりも大きな耐荷重を示し、捩じり荷重に起因する早期の破損を実質的に避ける撓み軸継手要素を提供することにある。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、作動中のすべりに対する耐久性を改善させた継手装置を提供することにある。
【０００８】
本発明のさらなる他の目的は、継手の作動停止、あるいは継手を取り出して逐次検査することを必要とせずに、継手のコンディションを早期に報知するような継手装置を提供することにある。
【０００９】
上記および他の目的を達成するため、そして、ここで具現化されるとともに広範囲に記載される本発明の目的に従って、撓み軸継手要素およびその要素を含む撓み軸継手装置が提供される。本発明の撓み軸継手要素は、実質的にフレキシブルなスリーブ状ボディの形になっており、スリーブ状ボディは、環状部と、少なくとも２つの継手受け部と、スリーブ状ボディの内周面、すなわち表面と、スリーブ状ボディの外周面すなわち表面とを有しており、各継手受け部は、環状部と軸を共有するとともに環状部における２つの対向する端部の一方の所で終端する。各継手受け部は、軸方向に伸びる複数の歯、すなわちリブであって前記スリーブ状ボディの内周面の少なくとも一部に沿って並べられたリブを有する。各歯は、継手要素の内周面の一部、すなわち弧に沿って広がる周方向幅を有する。
【００１０】
歯それぞれは、各周方向幅と共同して歯のせん断領域を規定する活動的軸方向長さを有する。これら領域の合計、すなわち累積的な歯のせん断領域は、累積的な歯のせん断容量を有する。環状部もせん断容量を有するが、このせん断容量は、実際には第一義的に捩じりであり、累積的な歯のせん断容量と区別される。本発明では、累積的な歯のせん断容量が環状部の捩じりせん断容量を超えていることを特徴とする。
【００１１】
この文脈の中で“せん断容量（ｓｈｅａｒ ｃａｐａｃｉｔｙ）”とは、受ける荷重（捩じりおよび捩りでないもの両方）、振動、周波数、振幅、高温度および低温度、そして時間とが組み合わされた影響に対する、材料の耐久性のことを意味し、使用意図のある分野でうまく作動するため、十分に構造的無傷な状態を実質的に維持する材料の能力に現れるような耐久性を示す。これにより、同じ大きさの捩じり荷重、振動などを受ける２つの材料のせん断容量を比較すると、小さいせん断容量の材料は、その材料よりも大きなせん断容量の材料より概して先に破損する。この特徴は、以下でより詳細に議論される。
【００１２】
累積的な歯のせん断容量が環状部の捩じりせん断容量よりも大きいことを特徴とすることにより、本発明の撓み継手要素は、従来技術によって持ち出された欠点を克服し、歯の早期破損は実質的に避けられる。さらに、撓み継手要素は、従来技術の継手よりも改善された耐荷重を示す。この文脈において“耐荷重”とは、使用中に受けるすべての力に対して影響されない、すなわち力に耐えるための装置の許容量を意味する。この文脈での耐荷重は、さらにトルク伝達と振幅および周波数成分の両方を含む。
【００１３】
さらに具現化したものとして、上記に述べた撓み要素に加え、撓み継手要素の継手受け部における噛み合わせ用の歯と相補的である溝を有する、少なくとも２つの端片を備えた撓み継手アッセンブリが提供され、そのような各端片の１つは、少なくとも２つのシャフトの１つとさらに係合するため、継手受け部と係合される。
【００１４】
さらに他の具現化したものとしては、上記に述べられたような撓み継手要素であって、スリーブ状ボディの外表面上に、所定時において継手要素に伝達されるトルクレベルを示す手段をさらに備えた撓み継手要素が提供される。
【００１５】
（詳細な記載）
明細書に組み入れられ、明細書の一部として形成される添付図面は、本発明の好ましい実施形態を例示し、記述とともに、本発明の本質を説明するのに役立つ。図面の中で、同じ参照符号は同じ部分を記している。
【００１６】
従来技術の撓み軸継手装置が図１に示されており、そして、そのパーツが分解組み立て図である図２に例示されている。図２において、継手アセンブリ１０は対向するように配置された端片１２、１４を備えており、その端片１２、１４には、対向するように配置されるシャフト１６、１８が適当な手段によって係合されている。端片１２、１４は、撓み継手要素２４の継手受け部２０、２２と連結されている。継手受け部２０、２２は、スリーブ状ボディの内周面上にある、均一の間隔で軸方向に伸びる台形状のリブ、すなわち歯２６によって特徴付けられており、内周面２８は、端片１２、１４の外周面３２、３２’上にある相補的な溝３０、３０’とかみ合うように形成され、構成されている。
【００１７】
さらに撓み継手要素２４は、内周面２８に沿って耐磨耗性繊維カバー２５を概ね含んでおり、カバー２５は少なくとも歯２６の部分に接着されている。
【００１８】
図３、４を参照すると、撓み軸継手装置４０の形となった本発明の実施形態の斜視図が示されている。この装置は、実質的にフレキシブルなスリーブ状ボディ４４を有する撓み継手要素４２とともに、対向するように配置された２つの端片４１、４３を備え、端片４１、４３には、対向するように配置されるシャフト（図示せず）が適当な手段によって係合される。ボディ４４は、環状部４６を備え、そして、端片４１、４３と係合するための継手受け部４８、５０をそれぞれ規定する、少なくとも２つの対向するスリーブ端を環状部４６の両側に備える。スリーブ状ボディ４４は、内周面５２すなわち表面と外周面５４すなわち表面の両方を有する。継手受け部４８、５０は、軸方向に伸びる複数のリブすなわち歯５６を備え、歯５６は、少なくともスリーブ状ボディ４４の内周面５２の一部に沿って配置されている。各々の歯５６は、内周面５２の部分、すなわち弧に渡って広がる周方向幅６５を有している。端片４１、４３は、端片の内周面に沿って軸方向に伸びる溝４５、４５’を有しており、溝４５、４５’は、継手受け部４８、５０の歯５６と十分かみ合うように形成されている。
【００１９】
スリーブ状ボディ４４はさらに、内周面５２に沿って耐磨耗性織物カバー５８を含んでもよく、磨耗の耐久力を大きくするため、耐磨耗織物カバーは図示されるように少なくとも歯５６の部分に接着すればよい。さらにスリーブ状ボディの内周面５２には、エラストマーの表面にらせん状に巻きつけられ、あるいは別のやり方で貼り付けられる補強コード６２が含まれてもよい。このコード６２は、ガラス、アラミドおよびナイロンを含む適当な材料によって形成されればよく、好ましくは、ガラス繊維からなる。
【００２０】
各歯５６は、少なくともスリーブ状ボディの内周面５２の一部に沿って伸びるが、必ずしも内周面全体に沿って伸びる必要はなく、そして、各歯５６は、その周方向幅と活動的な軸方向長さとによって概ね規定される領域を有する。歯の領域の合計、すなわち累積的歯のせん断領域は、累積的な歯のせん断容量をもっている。環状部４６もまた、事実上捩じりであるせん断容量を有する。本発明は、累積的歯のせん断容量が環状部の捩じりせん断容量を超えていることを特徴とする。
【００２１】
この開示の文脈で「せん断容量」という用語は、（捩じりあるいは捩じりでない）荷重掛け、振動の周波数および振幅、温度そして時間とが組み合わされた影響に対するボディの耐久性を意味する。そのようなボディの最大せん断容量は、終局的なせん断ひずみ、すなわちボディの変形そして最終的な破損によって明らかにされる。終局的なせん断ひずみは、ボディの層の２つあるいはそれ以上の隣接した部分の漸進的で相対的な変位の結果として導かれ、隣接した部分の変位は層の接触面に概ね平行な方向に加えられる力によって生じる。
【００２２】
軸方向の歯の長さは、いくつかの理由により、この開示の文脈において「活動的」と呼ばれる。第１に、歯の末端は、継手受け部の歯とその歯が係合する固い端片の溝との間の移動領域を規定するため、任意にそして好ましくは湾曲され、すなわち曲げられており、このことは、その移動領域内の構成要素間の曲がり、振動を受け入れる。第２に、本発明によれば歯全体のせん断容量が環状部のせん断容量を超えているため、驚くことに、いくつかの応用分野において、撓み継手要素が環状部の長さ全体に渡って伸びる必要がないことが明らかになっている。すなわち、環状部のせん断容量に比べて歯のせん断容量が大きいことにより、生きた（ｖｉａｂｌｅ）継手要素を設計、製造することが可能となり、その継手要素では、継手受け部の歯が剛性の端片の溝と十分に係合する一方、必ずしも環状部の内周面の長さに渡って歯が伸びる必要はない。もちろん、そのようなケースにおいても、歯の長さは、その分野の荷重に耐えられる程十分な長さでなければならない。
【００２３】
本発明における歯を含んだ撓み継手要素は、適当なフレキシブルな材料から成ればよいが、好ましくは、ポリクロロプレン、天然ゴム、ポリブタジエン、スチレンとブタジエンの共重合体、イソブチレンとイソプレンの共重合体、ポリエステルもしくはポリエステルウレタン、あるいは、アクリルゴムとクロロスルホン化ポリマーとエチレンとからなる硬化配合物を含むエラストマー材料から成形され、あるいはそれらを適宜混合させたものから成形すればよい。好ましい実施形態では、撓み継手要素は、ポリクロロプレン化合物から成る。さらに、充填剤、補強剤、硬化剤、促進剤、加工補助（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｉｄｓ）、エクステンダーオイルなど従来よく知られている他の任意の成分が、本発明に使用されるエラストマー配合物に、その分野において適切な割合で含まれていてもよい。例えば、カーボンブラック、二酸化ケイ素、タルクおよび炭酸カルシウムを含むとともにそれに限定されない充填剤および補強剤は、エラストマー１００重量部当たり（ｐｈｒ）およそ０〜５００あるいはそれ以上の重量部で使用されればよく、硫黄および遊離基状試剤（ｆｒｅｅ−ｒａｄｉｃａｌ−ｆｏｒｍｉｎｇ ａｇｅｎｔｓ）を含むとともにそれに限定されない硬化剤は、およそ０．０１〜１０ｐｈｒの重量部で利用されればよい。
【００２４】
撓み要素は耐磨耗性カバー要素５８を含んでもよく、カバー要素５８は、ナイロン、アラミド、ポリエステルあるいはそれらの混合物を含む適当な繊維材料から成ればよく、好ましくは、ナイロン６．６である。織物は、伸張あるいは伸張しない形で、無地織り、あや織り、あるいは朱子織りを含む適当な織り方によって成形すればよい。好ましい実施形態において、耐磨耗性カバー要素は、横糸方向に４０％〜１００％の間の伸張を伴ったあや織りによるものである。好ましくは、織物はおよそ２５〜５００ｇ／ｍ２の間の重量であり、より好ましくは、およそ５０ｇ／ｍ２〜３００ｇ／ｍ２の間の重量である。そして、最終的に扱われるおよそ５０〜１０００ｇ／ｍ２の重量、あるいはより好ましくはおよそ１００〜７００ｇ／ｍ２の重量の織物を生成するため、基材となるエラストマー配合物と相容れるゴム系接着剤、あるいは適当なレゾルシノール・ホルムアルデヒト・ラテックス系接着剤で処理されることが好ましい。
【００２５】
撓み継手要素は、任意に伸張部材６２、すなわち伸張要素を含んでもよい。そのような伸張要素は、メタ−、もしくはパラ−アラミドを含むアラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、セルロース繊維（例えばレイヨン）、カーボン繊維、アクリル繊維、ポリウレタン繊維、コットン繊維、そしてガラス繊維などの適当な材料から成ればよく、さらにそれらの繊維の混合物から成ってもよく、そして、ガラス繊維から成ることが好ましい。そのような伸張部材の数および径の長さは、継手の大きさおよび使用分野に従う。あるいは、伸張部材は従来の形でよいが、好ましくはひずみ耐久性コードの形となる。繊維は、およそ２〜１００ストランド／ｉｎｃｈ（０．８〜３９ストランド／ｃｍ）、より好ましくはおよそ５〜８０ストランド／ｉｎｃｈ（２〜３２ストランド／ｃｍ）、さらに好ましくはおよそ８〜５６ストランド／ｉｎｃｈ（３〜２２ストランド／ｃｍ）の構造物を生産するように作成される。
【００２６】
撓み要素は、適宜、そして好ましくは繊維が充填されている。驚くべき明らかなこととして、荷重支持容量あるいは継手の寿命、および／または捩じり剛性は、ゴム弾性のスリーブに繊維を加えることによって顕著に改善され、そこでは、十分な量の繊維６０がスリーブ回りの周方向に沿って位置付けられるように取り入れられ、また、概ねリブすなわち歯５６の輪郭をたどるように繊維が取り付けられてもよい。この特徴は、例えば図４に示されている。限定しない例として、そのような繊維は、カレンダーがけ処理に沿って並べられればよい。例えば、ゴムバンドがカレンダーがけ装置を介して処理され、配合物内で少なくとも十分な割合の繊維が、ゴムのカレンダーがけされる方向に沿って並ぶ、すなわち“流れる”。これにより、所定の継手に対する適切なカレンダーがけの方向、すなわち、結果的に十分な量の繊維が撓み継手要素周りの周方向形状に沿って並ぶ方向が、適宜選択される。
【００２７】
択一的には、繊維は、継手の最大ひずみ応力の生じる平面に並べられる。いくつかのケースにおいて、このような繊維の付加により、スリーブ状ボディの内周面上に補強編織布（ｔｅｘｔｉｌｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｆａｂｒｉｃ）および／または補強コードが必要でなくなる。特に、比較的小さな荷重下、例えば、およそ５Ｎｍの荷重下で使用される概して小型の継手装置の場合、必要でなくなる。しかしながら、そのような利点がより高負荷の下で使用されるより大きな継手装置までにも及ぶことは予期されることである。
【００２８】
繊維の中でこの目的に使用できる代表的な繊維は、メタあるいはパラ−アラミドを含むアラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、セルロース繊維（例えば、レイヨン）、カーボン繊維、アクリル繊維、ポリウレタン繊維、コットン繊維およびガラス繊維であり、さらにはそれらを混合した繊維である。好ましい実施形態においては、繊維はパラ−アラミド繊維である。繊維は適当な長さでよいが、およそ０．１〜１０ｍｍの範囲内の長さであることが好ましく、表面積を大きくするために随意パルプ状にしてもよい。より好ましい繊維の長さは、およそ０．２ｍｍ〜７．５ｍｍの間の長さであり、最も好ましい繊維の長さは、およそ０．５ｍｍ〜３ｍｍの間の長さである。さらに繊維は、エラストマーへの粘着性を改善するために従来知られるような他の方法で扱われてもよい。より好ましい実施形態では、繊維は機械的に留められ（ｆｉｂｕｌａｔｅｄ）、撓み継手要素を形成するために使用されるエラストマー配合物と相容れる、適当なレゾルシノール・ホルムアルデヒト・ラテックス材料および／または他の適当な接着剤を繊維に結合させてもよい。これら繊維系および繊維を扱う適当な方法は、すべて従来よく知られたものである。繊維の充填量は、その分野および使用される充填材料のタイプに対して適切なレベルであればよく、好ましくは、エラストマー１００重量部当たり（ｐｈｒ）およそ０〜５０重量部の範囲の量であり、より好ましくは、使用される繊維のタイプに従っておよそ１〜３０ｐｈｒの範囲の量であり、さらに好ましくは、１〜１０ｐｈｒの範囲の量であり、本発明の実施で好まれる繊維のタイプにとって最も好ましくは、およそ２〜５ｐｈｒの範囲の量となる。
【００２９】
この文脈の中で繊維充填の利点を非限定的に例示するものとして、比較試験が行われ、この比較試験は、衝撃分析が実施された時に撓み継手要素の作動し続けられる寿命期間に与える繊維充填の影響を確認するために行われた。試験に際し、一連の３つの撓み継手要素（サンプルＡ，ＢおよびＣ）は、それぞれ伝統的な台形状の歯の断面形状を有し（ドイツ工業規格（ＤＩＮ）／国際標準化機構（ＩＳＯ）  ６２９６に対応したドイツ工業規格７７２１に従う）、６０ｍｍの外径および７ｍｍの外郭厚さを有しており、下の表１に記載されたようなエラストマー配合物から形成され、そして、継手要素の内面に渡って補強ポリアミド層と補強ガラスコードが継手に含まれている。サンプルの継手Ａ，ＢおよびＣのためのエラストマー材料には、さらにおよそ３ｐｈｒのパラ−アラミド繊維が含まれていて、十分な数の繊維がスリーブ回りの周方向に沿って位置付けられている。各継手要素は、１つの継手受け部当たり１２本の歯を含み、各歯は、５ｍｍの基底幅と２．５ｍｍの高さを有する。追加された、実質的に類似した一連の３つの撓み継手要素（比較サンプル１、２、３）は、実質的に同じ配合物から成るが、繊維は充填されていない。比較サンプル１、２および３には、内周面に沿って付加的にタイヤコードが含まれる。すべての継手要素は、ドイツ工業規格（ＤＩＮ）７４０に設けられた振動捩じり試験を受け、その試験において、最高最低振幅全体は、９Ｈｚの周波数で９０〜１３０Ｎｍの範囲内にある。表２は、条件および試験結果を示している。
【００３０】
【表１】
0003539925.tif 000002
【００３１】
【表２】
0003539925.tif 000003
【００３２】
表２に示される結果からわかるように、繊維が充填された継手要素、サンプルＡ、Ｂ、Ｃは、この試験下で同じ荷重をかけている比較サンプル１、２および３よりも破損までの寿命期間がおよそ１０倍から２０倍に増加することを示した。さらに、９度の変位において、繊維が充填された捩じり剛性は、繊維が充填されていない継手要素よりも平均でおよそ４０％だけ増加した。概して、寿命期間が同じであって他のパラメータもそのまま同じ状態であれば、撓み継手要素のトルク容量は、ゴム弾性の継手要素に対して同じく繊維を充填することにより、繊維が充填されていない継手要素よりも約３０％あるいはそれ以上増加するとみなされている。
【００３３】
本発明の撓み継手要素および継手装置は、標準的で適当な方法によって形成されればよく、その方法は概して従来その分野でよく知られている。これらの方法は、米国特許Ｎｏ．２８５９５９９号に開示されており、その内容は、ここでは参照文献として組み入れられる。また、撓み継手要素は、従来その分野でよく知られた方法に従って形成されてもよく、その方法では、適当な耐磨耗性織物スリーブが歯付き鋳型に置かれ、補強コードが織物に対してらせん状に随意巻きつけられ、加硫されていないエラストマー材料が織物の外表面に覆い被され、鋳型が適当なブラダ内に置かれる。そして、織物を支持している伸張コードを通して鋳型の溝にまでエラストマーを流し込むとともに、エラストマー材料を加硫するため、十分な熱と圧力が与えられる。その後、この処理によって完成された撓み継手要素が冷却され、鋳型から取り出される。
【００３４】
図１、２および図５に示した伝統的な台形状のリブ、すなわち歯の断面形状は、直線的であるが傾斜する側部３１と、およそ４０度の歯先角度とを有するリブすなわち歯２６によって特徴づけられている。この形は、リブのトルク伝達容量を制限する３つの条件を表す。第１に、実質的に剛性な端片の溝３０から、概ねゴム弾性である継手受け部の歯２６との噛み合った部分への荷重移動は、継手要素２４の荷重支持バンド２５とつながっているゴム弾性の歯の根元において応力集中を生じさせる。これは、歯の根元に極端なひずみを生じさせる。その結果、歯とスリーブ状ボディとの境界に沿って周方向にクラックが増加し、上記に説明したようにスリーブの早期破損を引き起こす。
【００３５】
第２に、従来の歯の断面形状における角度ある、すなわち傾斜した側部３１は、伝達された荷重のいくらかの成分を径方向へ変える傾斜を規定する。この径方向の成分は、スリーブの直径を広げようとし、これにより、使用中にラチェット運動を起こすことによってスリーブ状ボディの滑る傾向が増加する。
【００３６】
第３に、端片における歯の幅と継手受け部における相補的な歯の幅との間の比が、各端片に対して代表的に使用される材料の相対強度と曲げ剛性との釣り合いから外れている。台形状の断面形状タイプの継手アッセンブリにおいて、通常は金属で形成されるより剛性のある端片の歯は、典型的なことであるが、剛性では劣る代表的なゴム弾性の継手要素の歯よりもずっと幅が広い。この事は、上述したように、時間、そして特に極度の高温度および低温度に対し、端片の歯の非常に大きな体積および強度が、比較的強度の高い環状部に比べて強度が小さく、弱いゴム弾性の歯をあまりにも早く使い果たすという点で、特に問題である。
【００３７】
図３、４および６に示される本発明の実施形態は、概略的に図示された、曲線から成る断面形状、すなわち輪郭５７を有する歯５６を含む。驚くべき明らかなことに、従来の台形状の断面形状から、歯の断面の輪郭が一連の接続弧（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ａｒｃｓ）５９および接線６１によって規定される曲線断面形状へ歯の輪郭を修正することは、トルク伝達容量、すなわち継手要素の耐荷重を顕著に増加させる機会を提供する。図に示す好ましい実施形態において、継手受け部の内周面断面形状の大部分は凸型であり、端片の断面形状における大部分の凹型とかみ合う。
【００３８】
本発明で好まれる曲線の歯の断面形状は、好ましくは、適切に設計された端片の断面形状に従って実質的にまったく同じ正負の形状（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ａｎｄ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｆｏｒｍｓ）であり、この断面形状により、従来技術の設計に比べ、噛み合う圧力面に渡ってより均一な応力分布が確実にもたらされる。このことは、スリーブの歯の根元における局所的な歪みを著しく減少させ、使用される材料をより効率的に利用することに役立つ。それに加え、径方向の方位を有する歯が湾曲形状であることにより、外側への径方向荷重成分が大きく減少し、継手要素がラチェット運動しようとする傾向が減少し、これにより継手のすべりが減少する。
【００３９】
本発明の好ましい実施形態では、撓み継手要素の受け部における、歯幅６５の合計に対する溝幅６３の合計の比は、０．６５：１よりも小さく、より好ましくは、およそ０．５０：１〜０．１０：１までの間の比であり、最も好ましくは、およそ０．４５：１〜０．１５：１までの間の比である。この比は、以下では“溝／歯レシオ”として参照される。図６に示すように、撓み継手要素の歯５６と交互に並ぶ撓み要素の溝の幅６３は、溝の半径の描く弧が接線６１になった点から歯の半径までの距離である。
【００４０】
本発明の撓み継手から期待できる、従来技術の設計よりも寿命期間が長くなることを例示するため、本発明の撓み継手装置のサンプルおよび従来技術を示すサンプルに対して耐荷重分析が実行された。試験結果は、下の表３に示してあり、そこでは、本発明の実施例を示すサンプルに対して得られたデータは「サンプル継手」と表示された欄にあり、従来技術の実施例を示すサンプルに対して得られたデータは「比較サンプル継手」と表示された欄にある。耐荷重分析は、ドイツ工業規格（ＤＩＮ）７４０に説明されているように、最大トルク（Ｎｍ）に対して破損までの作動し続けたライフサイクルを測定した。実質的に図３に示されるような、６５ｍｍの外形と６ｍｍの外郭厚さを有する４つの撓み継手要素（“サンプル継手”）が形成され、そこでは、環状部と継手受け部と歯とを有するスリーブ状ボディがポリクロロプレン加硫ゴムから成り、その加硫ゴムには、らせん状に巻かれたガラス繊維コードが埋設されている。これらサンプル用のエラストマー配合は、上記表１に示されたものと実質的に同じであるが、さらに、およそ３ｐｈｒのパラ−アラミド繊維が含まれていて、十分な数のアラミド繊維がゴム弾性のスリーブ周りに周方向に沿って位置付けられている。各ボディの内周面は、耐磨耗性ナイロン繊維によって覆われている。各々の継手要素は、上記で説明したような曲線の歯の断面形状を含み、溝／歯レシオはおよそ０．４０６であった。継手受け部は、それぞれ１８本の歯を含み、各歯がおよそ５ｍｍの基底幅とおよそ３ｍｍの高さを有する。およそ６０ｍｍの外径とおよそ７ｍｍの外郭厚さを有する、比較上の４つの撓み継手要素（“比較サンプル継手”）は、上で説明した４つのサンプルと実質的に同じ材料から成る。しかしながら、比較サンプルは、上で説明したように（すなわち、ＤＩＮ／ＩＳＯ  ５２９６（イギリスのピッチ）に対応したＤＩＮ７７２１（メートル）に従って）、および図１に示したように、伝統的な台形状の歯の断面形状を有し、およそ０．６５の溝／歯レシオであった。比較サンプルの継手受け部は、それぞれ１２本の歯があり、各々の歯は、およそ５ｍｍの基底幅とおよそ２．５ｍｍの高さを有する。試験は、捩じり周期的振動荷重を測定する試験装置（ｔｏｒｓｉｏｎａｌ ｐｕｌｓａｔｉｎｇ ｌｏａｄ ｔｅｓｔｅｒ）を使用して行われ、その試験では、９Ｈｚの割合において、およそ９０〜１３０Ｎｍまでの範囲の最高最低トルク振動が含まれていた。
【００４１】
【表３】
0003539925.tif 000004
【００４２】
表３のデータを検討すると明らかなことに、振動トルク条件の範囲に渡って試験したことにより、本発明における撓み継手要素の寿命期間が従来技術の比較サンプルよりも顕著に改善されていることが示された。８０〜８４Ｎｍの範囲においては、本発明の撓み継手要素は、ライフサイクルが１０２のオーダである従来技術の継手要素に比べ、１０６のオーダのライフサイクルを示した。１２０Ｎｍにおけるライフサイクルを比較すると、発明した継手から従来技術の継手までの間のライフサイクル期間の延びは、同様に劇的である。その上、すべてのケースにおいて、本発明である撓み継手要素の破損は、台形状の断面形状をしたリブ要素にとって特徴的な破損モードであったリブのせん断よりも、むしろ主体であるスリーブ状ボディのせん断破裂に起因していた。
【００４３】
伝統的な台形状の断面形状を有する撓み継手要素に繊維を充填した時の利点を例示する上記の表２に記載された試験に関し、表３に関して上記に記載されたサンプルの継手と実質的に同じ曲線からなる歯の断面形状を有するとともに繊維の充填された撓み継手要素を、台形状の断面形状であって同じように繊維が充填された継手要素（すなわち、サンプルＡ、Ｂ、Ｃ）と比較すると、さらに著しい利点が発見された。例えば、１２８．０Ｎｍで試験された場合、曲線からなる歯の断面形状を有する繊維の充填された撓み継手要素は、同じように繊維が充填された台形状のサンプルＡが８．８時間作動し続けたのに対し、１０５０時間作動し続けた。さらに、１７０Ｎｍにおいて、発明である曲線からなる歯の断面形状を有する繊維の充填された撓み継手要素は、２５時間作動し続けた。
【００４４】
累積的な歯の領域のせん断容量が本発明における撓み継手要素の環状部のせん断容量を超えているため、本発明では、継手要素の現在の状態を示すとともに、さらに継手アッセンブリのままで使用できる有効期間を予測するためのトルクレベル報知手段を、ゴム弾性スリーブの本体外面上に含めることができる。すなわち、本発明の撓み継手要素における破損モードは、概して従来技術のデザインのように歯のせん断でなく、実際のスリーブ状ボディのひずみや偶発的な破裂であるため、継手を介して伝達されるトルクのレベルを常時示すための報知手段がスリーブ状ボディの外面上で利用されてもよい。さらに、この報知手段によって、作動を停止し、駆動アッセンブリを取り除いて継手要素を目視検査することなく、継手要素のままでいられる有効期間の割合を確認することができる。
【００４５】
適当な報知手段は、スリーブ状ボディの表面上に任意の形式の模様、すなわちグラフィック（ｇｒａｐｈｉｃ）を含んでいればよく、このようなグラフィックは、機器あるいは裸眼によって検証可能で、継手要素が静止した状態から動く時、変動するトルク伝達のレベルを通して予期可能で再生可能な変化、すなわち特徴を示す。
【００４６】
図７および図８に示した好ましい実施形態では、そのような報知手段は、ゴム弾性スリーブの外周面５４すなわち周面にグラフィックを組み込んだものを備え、グラフィックは、変動するトルク条件下で生じるゴム弾性スリーブの外表面のひずみを利用するように設計されている。あらかじめ定められたトルク条件において、グラフィック内の要素が表面のひずみに起因して並ぶように設計されており、関連するトルクレベルを明確に認識できるほど目に見える形でインジケータが生じる。そして、回転するスリーブ上におけるグラフィックの画像を静止画として捉えるためのストロボスコープあるいは他の適当な機器の援助を適宜伴って、継手が作動している間もグラフィックを検証することも可能である。適切なグラフィックの中でひとつの典型的な形が図７、図８に示されており、そこでは、一連の複雑な曲線７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ、７３ｅ、７３ｆ、７３’ａ、 ７３’ｂ、７３’ｃ、 ７３’ｄ、７３’ｅ、 ７３’ｆがゴム弾性スリーブの外表面５４上に形成される。各曲線は、徐々に大きくなっていく、直線からの変位を示し、この曲線は、増加するトルク伝達レベルに伴って増加するゴム弾性スリーブの表面ひずみを反映させている。図８は、図７の撓み継手要素と同じ撓み継手要素を示しているが、図８の場合、捩じり荷重のかかった状態で撓み要素が示されており、図７の場合、静止した、すなわち荷重がかけられていない状態で撓み要素が示されている。これにより、所定の時期に撓み要素が受ける捩じり荷重は、その荷重を受ける時のグラフィックの形に反映される。
【００４７】
図７、８に示した実施形態に使用される曲線のグラフィックは、各特定のトルクレベルにおいて、対応する曲線が直線に変わるように設計されている。いずれのトルクレベルにおいても１つの線のみが直線となるため、その直線がとても簡単に認識でき、これにより、直線に対応した作用しているトルクレベルが推測される。さらには、グラフィック内の線は、安全作動、過負荷そして早期破損状態を示すように設計されてもよい。このような場合、例えば、カラーコーディングの使用によってさらにはっきりと現すことができる。限定しない例として、赤の線が直線形状の時には過負荷を示し、一方、緑の線が直線形状の時には安全な作動状態を示すようにすることができる。
【００４８】
スリーブの外表面上にあるグラフィック要素はまた、ゴム弾性スリーブの進行する劣化を示すことが可能であることが明らかにされている。今まで、破損は内部、すなわちスリーブの歯の領域で生じ、外のスリーブ要素の破壊は含まれていなかったため、そのような報知手段は現実的でない、すなわち有用でなかった。しかしながら本ケースでは、ゴム弾性スリーブの構造が使用とともに劣化すると、表面のひずみが増加し、その結果、グラフィックが徐々に変化する。そのような変化は、最も経済的によい時期に次の継手要素へ取り替えるプランに利用してもよく、これにより無計画な生産中止が減少され、あるいはなくなる。
【００４９】
報知手段は、任意の適切なスタイルすなわち形でよく、そして、トルクレベルを示す数あるいは他のシンボルを含む特徴、および／または対応するトルクレベルへの到達が近づくにつれてますます識別できるように設計された警告メッセージを含む特徴といった、上記に記載されていない特徴を取り込んでもよいことが予想される。さらに、報知手段は、上記で述べられた方法に加え、製造中にスリーブ外表面上にそのまま成形したり、成形が終わった後にスリーブ上に印刷したり、あるいはスリーブ表面に対して成形および印刷前の要素に取り付ける方法といった多様な方法によって、スリーブ要素の表面上に組み入れればよい。
【００５０】
本発明における撓み軸継手装置の特異な設計により、撓み継手要素は、累積的歯の領域のせん断容量が環状部のせん断容量を超えるように形成、構成され、その結果、従来技術の設計よりも、捩じり剛性および耐荷重が改善され、そして作動寿命期間が長くなった継手がもたらされる。この特異な特徴により、現在の継手の性能レベルを確認し、将来の継手のパフォーマンスを予期するための上述した捩じり荷重報知手段を含めることが可能であり、またそうすることが望ましい。好ましい実施形態においては、上記に述べた方法で継手のゴム男性の部分を形成するために使用されるエラストマーへの繊維充填は、本発明の継手の性能をさらに改善させる。本発明の一実施形態例によって与えられた、特異な曲線からなる歯と溝／歯レシオは、本当に予期できない程に継手の性能をさらに向上させる。
【００５１】
本発明は例示の目的のため詳細に説明されてきたが、そのような詳細な説明は、請求項によって限定される場合を除いて、例示のための目的、そして本発明の意図および範囲から離れることなくその技術の当業者によって実施できるバリエーションのためだけであることが理解されなければならない。ここで開示された発明は、特にここで開示されていない任意の要素のなしでも適宜実施される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来技術の撓み軸継手装置の斜視図である。
【図２】
図１に示した従来の撓み軸継手装置の分解斜視図である。
【図３】
撓み継手装置の形となった本発明の一実施形態の斜視図である。
【図４】
図３に示した本発明の実施形態の分解斜視図である。
【図５】
図１に示した従来技術の撓み継手要素のラインＡ−Ａで取り出した歯の部分の断片的な断面図である。
【図６】図３に示した本発明の撓み継手要素のラインＢ−Ｂで取り出した歯の部分の断片的な断面図である。
【図７】外周面上に報知手段を含み、荷重を受けてない状態の撓み継手要素の形となった本発明の一実施形態の側面図である。
【図８】図７の撓み継手要素で捩じり荷重がかけられた継手要素の側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４ａ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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