(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸回転を回転駆動軸カプラの振動変換機で複数の直角振動に変換して、出力軸回転に変換する連結方法であって、該連結方法は：
ａ）該回転駆動軸カプラの振動変換機の入力端部上で発振器と該入力軸とを接合することと；
ｂ）該回転駆動軸カプラの振動変換機で複数の該発振器を用いて、該入力軸の回転動作を複数の直角振動に変換することと；
ｃ）該回転駆動軸カプラの振動変換機の出力端部上で該発振器と該出力軸とを接合することと； を含み、
前記回転駆動軸カプラはハウジング内に配置され、筒形のシールの一端を振動変換機の突起に接着し、他端をハウジングの口に接着することにより、前記シールを固定し、
前記出力軸は、筒形の前記シール内を延伸して前記ハウジングの口から突出し、前記シールによって、前記ハウジング内において、前記入力軸が位置する空間と前記出力軸が位置する空間とを区画することを特徴とする連結方法。
【請求項２】
磁石を用いて、前記入力軸と前記出力軸とを同期かつ同じ方向に回転させることを特徴とする請求項１に記載の連結方法。
【請求項３】
前記発振器が低摩擦部材を用いて稼働することを特徴とする請求項１に記載の連結方法。
【請求項４】
前記振動変換機により前記入力軸と前記出力軸とを離間させることを特徴とする請求項１に記載の連結方法。
【請求項５】
前記入力軸及び前記出力軸が偏心ピンを有することを特徴とする請求項１に記載の連結方法。
【請求項６】
前記振動変換機の前記入力端部及び前記出力端部の前記発振器が低摩擦部材を介して、前記入力軸及び前記出力軸を係合することを特徴とする請求項１に記載の連結方法。
【請求項７】
前記入力軸と前記出力軸との間で圧力をバランスさせるために、前記入力軸及び前記出力軸をそれぞれ圧力バランス用液に浸すことを特徴とする請求項１に記載の連結方法。
【請求項８】
入力軸の回転動作を振動変換機で二つの直角振動に変換してから、出力軸の回転動作に変換する、ハウジング内に配置された回転駆動軸カプラであって、
ａ）入力軸と、
ｂ）振動変換機の入力端部が入力軸と接合して、該入力軸の回転動作を二つの直角振動に変換してから、振動変換機の出力端部の回転動作に変換する、振動変換機と、
ｃ）一端が前記ハウジングの口に接着され、他端が前記振動変換機に接着される筒形のシールと、
ｄ）振動変換機の出力端部と接合し、筒形の前記シール内を延伸し、前記ハウジングの口から突出した出力軸、を有し、
前記シールによって、前記ハウジング内において、前記入力軸が位置する空間と前記出力軸が位置する空間とが区画されている、ことを特徴とする回転駆動軸カプラ。
【請求項９】
磁石を用いて、前記入力軸及び前記出力軸を同期かつ同じ方向に回転させることを特徴とする請求項８に記載の回転駆動軸カプラ。
【請求項１０】
摩擦を減少させるために、前記発振器がリニア軸受を用いて稼働することを特徴とする請求項８に記載の回転駆動軸カプラ。
【請求項１１】
前記入力軸及び前記出力軸が、前記振動変換機と係合する偏心ピンを有することを特徴とする請求項８に記載の回転駆動軸カプラ。
【請求項１２】
前記発振器が偏心ピンと係合するためにブッシング又は軸受のいずれかを使用することを特徴とする請求項８に記載の回転駆動軸カプラ。
【請求項１３】
前記入力軸と前記出力軸との間で圧力をバランスさせるために、前記入力軸及び前記出力軸をそれぞれ圧力バランス用液に浸すことを特徴とする請求項８に記載の回転駆動軸カプラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一つの完全なシールを挿入し、一方で入力軸を囲む閉じた空間から出力軸を囲む隣接した空間に、又は、その逆も同じように駆動軸回転動作を伝達する工学的な方法及び装置に関するものである。本発明は、重要な機械構成要素を流体又は水分の侵入による電気的短絡と同様に、環境汚染、腐食から保護するものである。
【背景技術】
【０００２】
厳しいサービス環境からの機械保護を提供するための機械的な面シールは周知のものであり、回転軸が固定されたハウジング内部からそのハウジングの外側に拡張するのを可能にする。しかしながら、摩耗、腐食、及び、圧力及び温度の大きな変動が多くの場合、面シールの破損に結果としてつながる可能性がある。長年、その信頼性を増し、維持費を減少するため、面シール設計アセンブリを改良するように多くの工学的労力が費やされてきた。
【０００３】
他の公知の解決法は、モータをその荷重から分離するために空気ギャップを有する電磁結合の使用である。電磁結合を用いた機械の基本的な制限は、その限られたトルク荷重、カップリングサイズ、及び、カプラでの熱生成である。しかしながら、高トルク及び高度な制御を必要とする多くの工業的機械の用途が存在するが、電磁結合を実行する余地が欠如している；又は、機械自体が非常に高い外圧にさらされる又は定期保守サービスが困難である作動状態下にある。
【０００４】
２０１１年の日本における巨大地震後の予備発電機の故障による原子力発電所災害により、海水の氾濫を乗り切ることができる新規な発電機及びポンプ設計の緊急な必要性がもたらされた。機械的シールは、防水発電機及びポンプ設計において重要な役割を果たす。
【０００５】
機械的面シール及び電磁結合の両方は、特定のタイプの操作環境及び状態に適しているが、一般に問題のない解決法ではない。それでもなお、回転軸シールの問題を解決することは、技術的に難しい。自動車、ポンプ、電力生成、船舶、航空宇宙、油田サービス、精練所、化学プラント、食品加工その他を含む多くの産業がなお、回転動作を閉じた空間からその隣接した空間に、又は、その逆も同じように移すことができるより良好なシール解決法を必要とする。
【０００６】
回転軸の伝統的な面シールの代替手段の基本的な数学的問題は、回転軸と固定されたハウジングとの間で生じる、この界面でシールを接着又は固定することを妨げる無限の周期的境界条件のシールを回避することである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、入力軸の回転動作を、駆動軸カプラを経て二つの直角振動動作に変換し、振動を出力軸の回転へ戻して変換するためにこのカプラの反対側で第３の発振器を用いることによって、回転軸及びその閉じたハウジングの接着された又は固定されたシールの解決法を提供することである。第３の発振器はカプラに載置され、カプラの動作に対して垂直に移動する。駆動軸カプラの中央に、入力軸と出力軸とを離間させる一体の壁が存在する。
【０００８】
発振器が無限の周期的境界条件を生成しないので、駆動軸カプラとハウジングとの間で少なくとも一つのシールを接着又は固定することができる。この完全なシール及び駆動軸カプラは、外部の環境及び物質から機械の高感度要素を保護するだけではなく、外部荷重を駆動するために回転動作を伝達することができる。各々の振動動作は、摩擦を減少し、熱生成を防ぐため、線形の動作軸受、ブッシュ、ギア、又は、ローラー及びトラックの組合せによって導かれ得る。駆動軸カプラで極端な温度がない場合は、ゴムのような材料、複合材等の材料がシール材料として使われ得る。
【０００９】
駆動軸の頻繁な起動及び停止に伴う用途において、駆動軸カプラの各々の側で発振器の翼に取り付けられた磁石は、入力軸の端で中心をずれた偏心ピンが例えば、本発明では０度及び１８０度のように二つの特定の角度の位置で起動する場合、出力軸の回転分岐が生じる（すなわち、出力軸が入力軸と異なる方向に回転する）のを防ぐために用いることができ、出力軸は常に、同じ方向に回転するために入力軸に続くようにされる。
【００１０】
本発明の機械的な伝達を要約すると：入力回転軸の一端の中心をずれた偏心ピンは、駆動軸カプラで垂直及び水平な振動を始め、駆動軸カプラの対向端部に載置された第２の垂直発振器は、連結された出力軸を入力軸と同期するように回転させる。
【００１１】
本発明の新規性、特色、他の目的及び機能性は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照することによって明確に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、回転駆動軸カプラの機械的なアセンブリの斜視図である；
【図２】図２は、本発明の振動変換器の分解立体図である；
【図３】図３は、本発明の機械的なアセンブリの断面図である；
【図４】図４は、本発明のシールの斜視図である；
【図５ａ】図５（ａ）及び（ｂ）は、ユニット円上の入力軸及び出力軸の角度の偏心ピン位置の分岐の図である；
【図５ｂ】図５（ａ）及び（ｂ）は、ユニット円上の入力軸及び出力軸の角度の偏心ピン位置の分岐の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
回転駆動軸カプラの基本的構成要素は、入力軸、振動変換器、出力軸、シール及びハウジングである。図１に示されているのは、回転駆動軸カプラの機械的なアセンブリの斜視図である。発明の回転駆動軸カプラの明確な像を得るため、駆動用モータを含むハウジング１２の後側部分は省略される。
【００１４】
ここで、図１においてさらに詳細に本発明１０を参照すると、ユニット３０は、翼６４を有する垂直発振器と、二つのリニア軸受／ブッシング３８及び３４内部で垂直に移動する軸６２とを含む振動変換器である。しかしながら、振動変換器３０の対向端部における類似した又は同一の垂直発振器は、図に示されない。ユニット３０自体は、二つの支持プレート４４及び４６によりハウジング１２の内部に固定され、溶接される他の二つのリニア軸受／ブッシング５２及び５４内部で水平に移動する。ユニット３０はまた、ハウジング１２の屋根及び床面に固定されるホイール、ギア、トラック、ブッシング又は軸受のような低摩擦部材を用いて水平に移動することができる。リニア軸受／ブッシングは、動作中、軸が回転できない一次元の線形動作装置である。単一形ブッシングの使用が好ましい場合、軸回転を防ぐため、二重軸の発振器設計の選択が考えられるべきである。入力回転軸２２及び出力回転軸１６もまた、図示される。出力回転軸１６及び偏心ピン１８がどのように振動変換器３０と係合するかは、後述される。入力回転軸２２は、同じ係合メカニズムを使用する。
【００１５】
図２は、出力軸１６と共に振動変換器３０の分解立体図を示す。出力軸１６は、発振器の中央に埋め込まれた玉軸受８０により垂直発振器を翼８８及び軸８２に係合することができる押出加工された偏心ピン１８を一端で有する。二つの永久磁石８４及び８６は、この垂直発振器の翼８８の下に取り付けられる。磁石８４及び８６は、二つの垂直振動動作を同期させる細い非磁性壁４２により、振動変換器３０の反対側で磁石６６及び６８と相互作用するため、発振器変換器３０の中央において、押出加工された切れ目４８内部で拡張される。細い壁４２及び振動変換器３０の本体は、磁石の引力の通過を可能にする例えばハステロイ、チタニウムその他のような特別な非磁性材料で作成され得る。押出加工された突起２６は、図３及び図４に示されるシール１４を取り付けるために用いられる。リニア軸受／ブッシング３２及び３６は垂直振動軸８２を導き、リニア軸受／ブッシング５２及び５４は、振動変換器３０の水平な振動軸７０及び７２を導く。
【００１６】
さらに詳細に、図３に示される本発明を参照すると、出力軸１６は、スラスト軸受２４によってハウジング１２の口２８で支持される。波形シール１４は、ハウジング１２の口２８で接着されるより小さな直径の端部と、振動変換器３０で突起２６に接着される他端とを有する。突起２６は、図２においても示される。出力軸によって占められる空間は、スラスト軸受２４、シール１４、及び、中央に細い壁４２を有する振動変換器３０によって閉じられる。スラスト軸受２４は、ハウジング１２の口２８に取り付けられる。それゆえに、出力軸によって占められる空間と入力軸によって占められる空間との間にシールが存在する。重要ではないが、面シールは、追加の保護を提供するためにハウジング１２の口２８でも実行され得る。  
【００１７】
振動変換器３０の細い壁４２に関して、対称的に構築される二つの垂直発振器もまた、図３に示される。偏心ピン２０を有する入力軸２２は、振動変換器３０の入力側で軸受／ブッシング３４及び３８内部で摺動する他の垂直発振器と係合する。入力軸２２の中心をずれた偏心ピン２０によって生成されるトルクがすべての三つの振動動作を開始し、連結された出力軸１６は、受動的に入力軸２２の回転に続くようにされる。入力回転軸２２を固定して駆動するモータは、ここでは示されない。
【００１８】
図４は、ハウジング１２の口２８、さらに図３の振動変換器３０の突起２６で接着された波形シール１４を示す。シール１４は、水平な振動にさらされる。それゆえに、伸長性及び起伏に加えて、ゴムのような柔らかい材料、類似した複合材等を使用することで、シール１４上の応力を減少させ、その寿命を長くする。
【００１９】
入力軸の軸方向から中心をずれた偏心ピン位置を見る場合、水平軸による二つの交差点である０及び１８０度で、入力軸の中心をずれた偏心ピンの二つの水平な起動位置のいずれかで生じる、回転方向分岐を説明するため、図５ａ及びｂは、０度で始まるユニット円に沿って、入力軸及び出力軸の偏心ピン位置の両方の許容可能な回転位置を適時にプロットする。例として６０回転数／分を用いて、ドーナツ記号Ｏは、入力軸の角度の偏心ピン位置であり、十字記号Ｘは、出力軸の角度の偏心ピン位置である。
【００２０】
ここで図５ａ及びｂを参照すると、図５ａは同期して回転する二つの軸を示し、図５ｂは反対方向に回転する二つの軸に示し、一方は時計回り方向に、他方は逆時計回り方向に回転し、両方の回転可能性は機械的に許容される。頻繁に停止及び起動する回転の用途のため、入力軸の偏心ピン位置が特にこれらの二つの位置で時折起動する場合、予測不可能な出力軸回転方向の生成の可能性を防ぐ必要がある。上記に説明された好適な解決法は、入力軸偏心ピン開始位置に関係なく、二つの垂直発振器を同じ方向に移動させる永久磁石の対の使用である。
【００２１】
もちろん、その軸を選ばれた方向で回転させるため、入力軸、出力軸のいずれか又は両方に取り付けることができる、例えば特別なクラッチ又はラチェットその他のような他の機械的な装置が存在する。他の解決法は、二つの分岐位置以外の位置のみで入力軸を停止させるサーボモータの制御を含む。それゆえに、他の一方向性の機械的な装置又は方法の助けを借りて、本発明はまた、磁石を使用せずに作動することができる。
【００２２】
０及び１８０度の二つの水平な分岐位置は、回転駆動軸カプラの直角発振器の特定の配置によるものであると理解される。そのハウジングと関連してカプラ・アセンブリを回転させる方法によって、他の角度の位置に配置することができる。
【００２３】
回転伝達を要約すると：入力回転軸２２の端部の中心をずれた偏心ピン２０は、二つの直角振動動作を開始する；一方は、振動コンバータ３０の水平な振動であり、他方は、翼６４と、リニア軸受／ブッシング３４及び３８内部で垂直に移動する軸６２とを有する垂直発振器の垂直振動である。軸７０及び７２を有する振動変換器３０は、プレート４４及び４６でハウジング１２の内部に堅固に取り付けられるリニア軸受／軸受５２及び５４内部で水平に移動する。振動変換器３０の反対側で、翼８８と、リニア軸受／ブッシング３２及び３６内部で垂直に移動する軸８２とを有する第２の垂直発振器は、出力軸１６を入力軸２２と同期して回転させるため、出力軸１６の偏心ピン１８と係合する。
【００２４】
本発明の利点としては、初めて接着された又は固定されたシールを可能にし、一方で閉じた空間内部からその隣接する空間に回転軸動作を伝達することが挙げられるが、これに限定されるものではない。磁石のカプラと異なり、スリップなしで、直接の１対１のトルク速度伝達比が存在する。出力回転速度制御はまた、磁石のカプラより非常に単純である。完全なシール及び改良された信頼性により、多くの魅力的な産業環境でこの新規な発明の用途を見つけることができる。
【００２５】
本発明は機械的な設計の概念に重点を置くものであり、設計のサイズを小型化する労力はない。例えば、ギア・ボックス、ラチェット、クラッチ等の他の機械的な装置と結合した駆動軸カプラの使用は、容易に想像することができる。高圧の用途において、シールの大きな変形を防ぐため、接着された又は固定されたシールの両側で小室において圧力バランス用液を使用することができる。
【００２６】
広い実施態様において、本発明は、完全なシールを構成し、一方で閉じた空間からその隣接する空間に、又は、その逆も同じように回転軸動作を伝達する可能性を提供する装置と同様に方法の発明である。この新規な発明及び技術は、製品に面シール及び電磁結合を現在使用する多数の産業に革命をもたらす潜在性を有する。
【００２７】
前述の本発明の記載により、当業者が現在、その最良の形態であると考えられるものを製作し使用することができる一方で、その当業者は、特定の実施態様、方法及び実施例の変化、組合せ及び同等物の存在を理解及び認識する。本発明はそれゆえに、発明の範囲及び趣旨内のすべての実施態様及び方法以外、上記の実施態様、方法及び実施例によって制限されるべきではない。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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