(57)【要約】【課題】【解決手段】本発明の１つの面は、外側縁部に沿って互いに接合された第１のダイアフラム板（１５）及び第２のダイアフラム板（２５）を有するダイアフラムカップリングに関する。各ダイアフラム板（１５、２５）は、軸方向に延出する中央ハブ（１１、２１）を有する。第１のダイアフラム板（１５）のハブ（１１）は、外側へ突出する段部（３１、３６）を両端部に有するピン部材（３０）をハブの内部に支持する。外側段部（３１、３６）は、一方の端部で第１のダイアフラム板（１５）のハブ（１１）にある内側段部（１１７）と係合し且つ他方の端部で第２のダイアフラム板（２５）のハブ（２１）にある内側段部（２１５）と係合することにより、２つのハブ（１１、２１）の互いに対する軸方向分離を制限するように構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側縁部に沿って互いに接合された第１のダイアフラム板（１５）及び第２のダイアフラム板（２５）を有し、各ダイアフラム板（１５、２５）が軸方向に延出する中央ハブ（１１、２１）を有し、前記第１のダイアフラム板（１５）の前記ハブ（１１）が外側へ突出する段部（３１、３６）を両端部に有するピン部材（３０）を前記ハブの内部に支持し、前記外側段部（３１、３６）が一方の端部で前記第１のダイアフラム板（１５）の前記ハブ（１１）にある内側段部（１１７）と係合し且つ他方の端部で前記第２のダイアフラム板（２５）の前記ハブ（２１）にある内側段部（２１５）と係合することにより前記２つのハブ（１１、２１）の互いに対する軸方向分離を制限するように構成されるダイアフラムカップリング。
【請求項２】
前記ダイアフラム板のうち一方のダイアフラム板（１５）の前記ハブ（１１）は、前記ハブ（１１）及び他方のダイアフラム板（２５）の前記ハブ（２１）の間の所定の角度までの角変位を可能にするが、前記所定の角度を超える角変位を防止する環状間隙（３２）を前記２つのハブ（１１、２１）の間に規定するように前記ハブ（２１）の内側へ延出する請求項１記載のダイアフラムカップリング。
【請求項３】
前記ピン部材（３０）の一端部は、前記第１のダイアフラム板（１５）の前記ハブ（１１）の前記内側段部（１１７）に当接するように外側へスエージ加工される請求項１又は２記載のダイアフラムカップリング。
【請求項４】
前記ダイアフラムカップリングを形成する前には、前記ピン部材（３０）は、縁部（３６）をその場で形成するための変形可能な中空端部（３８）を有する請求項１から３のいずれか１項に記載のダイアフラムカップリング。
【請求項５】
前記ピン部材（３０）は、Ｏリングシール（３４）を構成するための凹部（３３）を具備する請求項１から４のいずれか１項に記載のダイアフラムカップリング。
【請求項６】
ダイアフラムカップリングのダイアフラム板（１５、２５）において、前記ダイアフラム板は、中央ハブ部材（１１、２１）と、別のダイアフラム板と接合されるように構成された外側縁部とを有し、前記ダイアフラム板の厚さは前記ハブ部材（１１、２１）から前記外側縁部に向かってテーパし、前記外側縁部において前記ハブ部材の場所より薄くなっており、前記ダイアフラム板の少なくとも一方の面は、前記ハブ部材に隣接する第１の領域において第１の曲率半径で湾曲し且つ前記第１の領域に隣接する第２の領域において前記第１の曲率半径より大きい第２の曲率半径で湾曲する輪郭形状を有するダイアフラム板。
【請求項７】
前記ダイアフラム板（１５、２５）の両面はほぼ同様の輪郭形状を有する請求項６記載のダイアフラム板。
【請求項８】
請求項６又は７記載のダイアフラム板（１５、２５）を少なくとも１つ含むダイアフラムカップリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイアフラムカップリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイアフラムカップリングは、２つの回転する部材の互いに対する少量の角変位を可能にするように回転部材の間に定速継手を形成するために使用される。カップリングは、外側縁部に沿って互いに接合された２つの平行な可撓性板を具備する。２つの板は、中央取り付け部で対応する回転部材にそれぞれ接合される。あるいは、板を中央部で互いに接合し、外側縁部で回転部材に結合してもよい。２つの回転部材の間に角変位が起こった場合、２つの板は撓み、その角変位に適応する。このようなカップリングは、可動部品を含まず、保守をほとんど又は全く必要としないなどの種々の利点を有する。ダイアフラムカップリングの例は米国特許第４，１３３，１８８号公報、米国特許第３，９５９，９８８号公報、米国特許第４，８０２，８８２号公報、米国特許第６，３９４，３８７号公報、米国特許第４，１９１，０３０号公報、米国特許第４，４１１，６３４号公報、欧州特許第０６２７５７１号公報、米国特許第６，１８３，３１７号公報、米国特許第６，０５０，８６５号公報、米国特許第５，７５５，６２２号公報及び米国特許第５，４０７，３８６号公報に記載されている。
【０００３】
しかし、ダイアフラムカップリングは種々の欠点も有する。大きな負荷を処理可能であり、悪条件の環境の中で動作するカップリングは、相対的に複雑で重く、高価になりがちである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４，１３３，１８８号公報
【特許文献２】米国特許第３，９５９，９８８号公報
【特許文献３】米国特許第４，８０２，８８２号公報
【特許文献４】米国特許第６，３９４，３８７号公報
【特許文献５】米国特許第４，１９１，０３０号公報
【特許文献６】米国特許第４，４１１，６３４号公報
【特許文献７】欧州特許第０６２７５７１号公報
【特許文献８】米国特許第６，１８３，３１７号公報
【特許文献９】米国特許第６，０５０，８６５号公報
【特許文献１０】米国特許第５，７５５，６２２号公報
【特許文献１１】米国特許第５，４０７，３８６号公報
【特許文献１２】米国特許第２，５５０，５８０号公報
【特許文献１３】米国特許第６，０７７，１６５号公報
【特許文献１４】米国特許第５，３６４，３０９号公報
【特許文献１５】米国特許第４，２６５，０９９号公報
【特許文献１６】欧州特許第０３９７３１４号公報
【特許文献１７】英国特許第１９０５１１７０４号公報
【特許文献１８】欧州特許第１８３７５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従来のカップリングに代わるダイアフラムカップリングを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの面によれば、外側縁部に沿って互いに接合された第１のダイアフラム板及び第２のダイアフラム板を有し、各ダイアフラム板が軸方向に延出する中央ハブを有し、第１のダイアフラム板のハブが外側へ突出する段部を両端部に有するピン部材をハブの内部に支持し、外側段部が一方の端部で第１のダイアフラム板のハブにある内側段部と係合し且つ他方の端部で第２のダイアフラム板のハブにある内側段部と係合することにより２つのハブの互いに対する軸方向分離を制限するように構成されるダイアフラムカップリングが提供される。
【０００７】
一方のダイアフラム板のハブは、２つのハブの間の所定の角度までの角変位を可能にするが、所定の角度を超える角変位を防止する環状間隙を他方のダイアフラム板のハブとの間に規定するように他方のダイアフラム板のハブの内側へ延出するのが好ましい。ピン部材の一端部は、第１のダイアフラム板のハブにある内側段部に当接するように外側へスエージ加工されるのが好ましい。
【０００８】
本発明の第２の面によれば、ダイアフラムカップリングのダイアフラム板であって、ダイアフラム板は中央ハブ部材と、別のダイアフラム板に接合されるように構成された外側縁部とを有し、ダイアフラム板の厚さがハブ部材から外側縁部まで徐々に減少して外側縁部においてハブ部材の場所より薄くなっており、ダイアフラム板の少なくとも一方の面がハブ部材に隣接する第１の領域において第１の曲率半径で湾曲し且つ第１の領域に隣接する第２の領域において第１の曲率半径より大きい第２の曲率半径で湾曲する輪郭形状を有するダイアフラム板が提供される。
【０００９】
ダイアフラム板の両面はほぼ同様の輪郭形状を有するのが好ましい。
【００１０】
本発明の別の面によれば、本発明の上記の第２の面に係るダイアフラム板を少なくとも１つ含むダイアフラムカップリングが提供される。
【００１１】
添付の図面を参照して、本発明に係るダイアフラムカップリングを例示説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１はカップリングを示した斜視図である。
【図２】図２はカップリングを示した横断面側面図である。
【図３】カップリングのダイアフラム板の一部を拡大して示した横断面側面図である。
【図４】図４は角変位の限界にあるカップリングの一部を示した横断面側面図である。
【図５】図５は組み立て前のカップリングのピン部材を示した横断面側面図である。
【図６】図６はカップリングにピン部材を組み付ける際に使用されるツールを示した拡大側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
まず、図１及び図２を参照して説明する。カップリングは、中央ハブ部材１１及び２１をそれぞれ有する２つのダイアフラム板要素１及び２を具備する。右側のダイアフラム板要素１のハブ部材１１はほぼ円筒形であり、外面にスプラインが形成された部分１２を有する。他方のダイアフラム板要素２のハブ部材２１は、軸方向に延出する円筒形の部分２２を有し、円筒形部分２２は、四隅にそれぞれ取り付け穴２４を有する側方に延出する取り付けフランジ２３で終端する。各ダイアフラム板要素１及び２は、それぞれのハブ１１及び２１から半径方向外側へ延出する一体のダイアフラム板１５及び２５を更に含む。ダイアフラム板１５及び２５は、外側縁部に沿って互いに接合される。使用中、スプライン部分１２は歯車など（図示せず）の駆動入力部に挿入され、トルク管又は他の回転自在の駆動部材の一端部にある対応するフランジ（図示せず）にフランジ２３がボルト留めされる。これにより、トルク管からの駆動力はダイアフラムカップリングを介して歯車又は他の従動部材に伝達される。ダイアフラムカップリングは、カップリングの両端部と結合された回転自在の部材の相対的角変位を制限できるように構成される。
【００１４】
２つのダイアフラム板要素１及び２はステンレス鋼（15-5PH H1025 per AMS 5659-Type1(Var)）から加工される。図２からわかるように、左側のダイアフラム板要素２のハブ部材２１は円筒形で中空であり、ダイアフラム板２５に対して短い円筒形のつば２１０とは逆に左側へ軸方向に延出する。つば２１０はダイアフラム板２５の右側へ突出し、側方に延出する平坦な環状の接触端面２１１を形成する。ハブ部材２１は、その内側に、ハブ部材の左側端部に近接する浅い環状凹部２１２を有し、環状凹部２１２は右向き環状段部２１３を規定する。ハブ部材２１は、その右側端部に向かってダイアフラム板２５のすぐ左側の場所に、左向き段部２１５を規定する内側へ突出する環状段差部２１４を有する。ダイアフラム板２５はハブ部材２１に対して半径方向外側へ垂直に突出し、ダイアフラム部材２５の厚さは徐々に減少して、外側縁部２１６は肉薄になっている。その構成は、右側のダイアフラム板要素１のダイアフラム板２５と同一である。ダイアフラム板２５の外側縁部２１６には周囲壁２１７が形成される。周囲壁２１７は右側へ軸方向に延出し、段差付き縁部２１８を有する。
【００１５】
次に、図３を参照して左側のダイアフラム板２５の形状を説明する。図３は、ダイアフラム板２５の輪郭形状を詳細に示す。ダイアフラム板２５は４つの異なる領域から構成される。ハブ部材２１に隣接する第１の領域２２０は、両側で、約３ｍｍの相対的に小さい曲率半径で湾曲している。この湾曲領域２２０は、ハブ部材２１と滑らかに段差なく融合してつながる。第２の領域２２１は、ダイアフラム板２５の両側に第１の領域２２０から滑らかに段差なくつながって形成され、同様に湾曲しているが、その曲率半径は第１の領域２２０の曲率半径より相当に大きく、約２５ｍｍである。第３の領域２２２は、ダイアフラム板２５の両側に第２の領域２２１から滑らかに段差なくつながって形成された平坦な領域である。第１の領域２２０から第３の領域２２２の外側端部まで厚さが徐々に減少するように、第３の領域２２２はテーパ形状を有する。第４の領域２２３は、内側である右側でのみ、すなわち周囲壁２１７が突出する側でのみ約１．６ｍｍの曲率半径で湾曲した短い領域である。その反対側であるダイアフラム板２５の外側は、第４の領域２２３を越えてダイアフラム板の外側縁部に至るまで平坦である。ダイアフラム板２５の厚さは、最大限のトルク伝達を確保する一方で幾分かの撓みを可能にするように選択される。他方のダイアフラム板１５も同様の形状に形成される。片面又は両面で異なる表面輪郭形状を有する別のダイアフラム板が使用されてもよいであろう。
【００１６】
右側のダイアフラム板要素１のハブ部材１１は中空の円筒形であり、主にダイアフラム板１５の右側へ延出して、スプライン部分１２を形成する。ハブ部材１１は、ダイアフラム板１５の左側へ突出する部分１１１を更に有する。突出部分１１１の外径はハブ部材１１より小さくなっているため、左向きの環状側方接触面１１２が形成される。突出部分１１１は、左側のダイアフラム板要素２の段差部２１４を通過することにより、段差部２１４と協働して角度制限ストッパを構成する。特に、ストッパ部分１１１の外面１１３は３°の角度でテーパしているので、ストッパ部分１１１の外径は左側端部で小さくなる。ストッパ部分１１１は段差部２１４の右側端部の内側に相対的に密接して嵌合し、ストッパ部分がテーパ形状であるため、反対側の端部における隙間のほうがわずかに広くなる。これにより、２つのハブ部材１１及び２１の互いに対する角変位は可能になるが、図４に示されるように、ストッパ部分１１１の外面１１３が段差部２１４の内面に接触していることにより、角変位の範囲は限定される。図４において、右側のダイアフラム板要素の右側端部は下方へわずかに屈曲している。ハブ部材１１は、ハブ部材１１の長さに沿って延出する孔１１４を内側に有する。孔１１４は、右向き段部１１７により左側領域１１５と、それより直径が大きい右側領域１１６とに分割される。ダイアフラム板１５はハブ部材１１に対して半径方向外側へ垂直に突出し、外側縁部１１８で肉薄になるように、ダイアフラム板１５の厚さは徐々に減少する。ダイアフラム板１５の外側縁部１１８には周囲壁１１９が形成される。周囲壁１１９は右側へ軸方向に延出し、他方のダイアフラム板２５の段差付き縁部２１８と嵌合するような形状に形成された段差付き縁部１２０を有する。互いにかみ合う縁部１２０及び２１８は、溶接により、好ましくは電子ビーム溶接１２１により互いに接合され且つ密封される。
【００１７】
２つのダイアフラム板１５及び２５の内面及び外面の双方は、互いに溶接される前に圧縮残留応力の薄い表面層を形成するように処理される。これは、制御下で両面を媒体ブラストにさらすことにより実現される。これは、研磨材吹き付け装置において制御圧力の下で乾燥ガラスビーズを使用することにより実現されるのが好ましい。この処理は、ダイアフラム板１５及び２５に所望の機械的強度を与えるのに有用であることがわかっている。異なるダイアフラム材料が使用される場合、ダイアフラムのこのような処理が不要になることもある。
【００１８】
図２からわかるように、ダイアフラムカップリングは２つの別の構成要素、すなわちストッパピン３０及び密封プラグ４０を更に具備する。ストッパピン３０は、組み立て前の状態を示す図５にも示される。ストッパピン３０はステンレス鋼から製造され、ほぼ円筒形であり、円形の横断面を有する。ストッパピン３０の外径は、ハブ部材１１を貫通する孔１１４の左側領域１１５の中に密接してすべり嵌めできるように選択される。ピン３０の左側端部から、半径方向外側へフランジ３１が突出する。フランジ３１が段部２１５を越えて突出するように、フランジ３１の外径は、右側のハブ部材１１のストッパ部分１１１の外径及び左側のハブ部材２１の段差部２１４の内径の双方より大きい。通常の動作中、フランジ３１の右向きの面と段部２１５との間には狭い間隙３２が形成される。カップリングに軸方向引っ張り力が加えられ、２つのハブ部材１１及び２１を互いに引き離そうとすると、この間隙３２は閉鎖する。間隙３２の大きさを適切に選択することにより、ダイアフラムカップリングの２つの半体の軸方向分離は制限される。フランジ３１のすぐ右側にストッパピン３０の外側に沿って形成された環状溝３３は、ピン３０の外側とハブ部材１１の内側との間に流体密シールを形成するＯリングシール３４を受け入れる。ストッパピン３０の右側端部は、ピンの内側の軸方向孔３５の中に向かって開いている。孔３５は、ピン３０の長さに沿ってその約３分の２にわたり閉鎖されている。
【００１９】
ハブ部材１１に組み付けられた場合、フランジ３１はハブ部材のストッパ部分１１１の左側端部に当接する。ストッパピン３０の右側端部は外側へスエージ加工されて、縁部３６を形成する。縁部３６は、ハブ部材１１の内側にある右向き段部１１７と係合する。スエージ加工は縁部３６を外側へ変形させるためだけではなく、縁部３６に隣接し且つハブ部材１１を貫通する孔１１４の左側領域１１５の中に位置するストッパピン３０の短い領域３７を冷間加工により硬化させる目的でも実行される。スエージ加工は、図６に示されるスエージ加工ツール４０を使用して実行される。スエージ加工ツール４０の加工先端部は、ピン３０の孔３５の直径より小さい直径から孔より約０．５ｍｍ大きい直径までテーパする凸形湾曲を備えた第１の領域４１を有する。それに隣接する第２の領域４２は円筒形であり、第３の領域４３に至るまで長さに沿って一定の直径を有する。第３の領域４３は凹形の輪郭形状で外側へ広がる。第３の領域４３は円錐台形の第４の領域４４に隣接する。図５からわかるように、組み立て前に、ストッパピン３０の孔３５は広がった入口部分３８を有する。スエージ加工及び加工硬化の作業は、ハブ部材１１の所定の位置にストッパピン３０が配置された時点でツール４０の先端部をピン３０の広がった入口部分３８に差し込むことにより実行される。ツール４０の後側端部（図示せず）は、ハブ部材１１の右側端部から突出する。ツール４０の突出部は、加工先端部をストッパピン３０の中に更に圧入するために一撃で付勢される。このとき、ストッパピン３０の後側端部は、縁部３６を形成するためにツール４０の広がった第３の領域４３と係合することにより外側へ押し込まれる。領域３７も外側へ圧縮され、加工硬化される。縁部３６に力が加えられた場合のストッパピン３０に対する応力損傷を減少する上で、このような加工は有効であることがわかっている。従って、ボルト又は任意の追加の構成要素を必要とせずに、ストッパピン３０はハブ部材１１に有効に保持される。これは構造の複雑さを軽減し、重量及び費用を減少し且つ小型化を図る上で有用であり、日常的な保守を不要にする。ストッパピン３０及び外側Ｏリングシール３４は密閉されているため、右側のダイアフラム板要素１を通したカップリングの内部への異物の侵入は防止される。
【００２０】
反対側からのカップリング内への異物の侵入は、密封プラグ４０によって防止される。密封プラグ４０はステンレス鋼から製造され、閉鎖された端部４１と、外側へ突出した浅い縁部４３を有する反対側の開いた端部４２とを有するほぼカップ形の形状を有する。密封プラグ４０は外側に環状傾斜部分４４を有する。傾斜部分４４は、ハブ部材２１の凹部２１２に嵌合し且つ段部２１３の背後に係合することにより離脱を防止するように配置される。この位置にあるとき、縁部４３はフランジ２３の左側の面に当接する。密封プラグ４０は、閉鎖端部４１に近接して外面に沿った環状凹部４５を更に有する。プラグの外面とハブ部材２１の内面との間に流体密シールを形成するように形成されたＯリングシール４６は、この凹部４５に受け入れられる。密封プラグ４０に別の材料が使用されてもよい。
【００２１】
従って、ストッパ部分１１１が段差部２１４の内側に接触することにより、ダイアフラムカップリングの過剰な角変位は防止される。過剰な軸方向引っ張り負荷からの保護は、フランジ３１と段差部２１４の段部２１５との接触によって実現される。更に、逆方向への過剰な軸方向圧縮負荷又は押し抜き負荷からの保護は、つば２１０の端面２１１と右側のハブ部材１１の接触面１１２との接触によって実現される。ボルト又はそれに類似する固定具を必要とせずに、相対的に単純な方法で、ダイアフラムカップリングはそれらの力から保護されるので、低価格のダイアフラムカップリングを提供できる。先に説明した通り、種々のストッパ面の機能を妨害するおそれがある異物の侵入を確実に阻止するために、ダイアフラムカップリングを完全に密封できる。しかし、用途によっては、完全に密封された構体を提供する必要がない場合もある。
【符号の説明】
【００２２】
１    ダイアフラム板要素
２    ダイアフラム板要素
１１    中央ハブ部材
１５    ダイアフラム板
２１    中央ハブ部材
２５    ダイアフラム板
３０    ストッパピン
３１    フランジ
３２    間隙
３３    環状溝
３４    Ｏリングシール
３６    縁部
３８    入口部分
４０    密封プラグ
１１１    ストッパ部分
２１０    つば
２１４    段差部
２１５    段部
【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５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2010519479.tif 000009
2010519479.tif 000010
2010519479.tif 000011
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