(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向交互に配置された複数の駆動側接続子（１０Ａ）及び従動側接続子（１０Ｂ）と、これら各接続子（１０Ａ，１０Ｂ）に抜け止め状態に外挿されたボビン（１１Ａ，１１Ｂ）と、前記駆動側接続子（１０Ａ）の外周のボビン（１１Ａ）と円周方向に隣り合う従動側接続子（１０Ｂ）の外周のボビン（１１Ｂ）に跨がってループ状に巻き掛けられ円周方向交互に配置された第一及び第二連結帯（２０，３０）と、前記各ボビン（１１Ａ，１１Ｂ）の軸方向両側に配置され円筒部（１２１）及び鍔部（１２２）からなるカラー（１２Ａ，１２Ｂ）と、前記各ボビン（１１Ａ，１１Ｂ）及び第一、第二連結帯（２０，３０）を埋設して成形され円周方向に連続した環状弾性体（４０）とを備え、前記各ボビン（１１Ａ，１１Ｂ）が一体成形された合成樹脂材料からなり、前記カラー（１２Ａ，１２Ｂ）の円筒部（１２１）が、前記ボビン（１１Ａ，１１Ｂ）の内周側で前記駆動側接続子（１０Ａ）又は従動側接続子（１０Ｂ）の外周面に適当な締め代をもって圧入嵌着され、前記カラー（１２Ａ,１２Ｂ）の鍔部（１２２）と前記ボビン（１１Ａ，１１Ｂ）の鍔部（１１１〜１１４）との隙間が前記環状弾性体（４０）の一部により覆われ、前記ボビン（１１Ａ，１１Ｂ）が前記接続子（１０Ａ，１０Ｂ）及び前記カラー（１２Ａ，１２Ｂ）に対してスキマばめされ、駆動側接続子（１０Ａ）又は従動側接続子（１０Ｂ）とボビン（１１Ａ，１１Ｂ）との間に潤滑剤が介在されたことを特徴とするフレキシブルカップリング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動側回転軸と従動側回転軸との軸端間を弾性的に連結して回転トルクを伝達すると共に両軸間で軸方向振動や撓みを吸収するフレキシブルカップリングであって、特に、駆動側回転軸側に取り付けられるボビンと従動側回転軸側に取り付けられるボビンが、ループ状の連結帯を介して連結された構造を備えるものに関する。
【０００２】
図７は、この種のフレキシブルカップリング１００の典型的な従来技術をその軸心と直交する平面で切断して示す断面図、図８は、図７におけるVIII−VIII断面図である。すなわち図７及び図８に示されるフレキシブルカップリング１００は、複数かつ同数の駆動側接続子１０１及び従動側接続子１０２が円周方向交互に配置され、円周方向に隣り合う駆動側接続子１０１と従動側接続子１０２とを、その外周にそれぞれ装着した駆動側ボビン１０３と従動側ボビン１０４に跨ってループ状に巻き掛けた適当な引張弾性を有するポリエステル等のコードを多層状に巻いた第一及び第二連結帯１０５，１０６によって連結し、前記ボビン１０３，１０４及び連結帯１０５，１０６をゴム等からなる環状弾性体１０７に埋設一体化したものである。
【０００３】
駆動側及び従動側ボビン１０３，１０４は、それぞれ鋼製のスリーブ１０８と、その外周面に軸方向所定間隔をもって圧入固定された一対の鋼製のカラー１０９とからなる。カラー１０９，１０９は、それぞれ軸方向両側に環状の鍔部を有する断面略コ字形にプレス成形されたものである。
【０００４】
第一連結帯１０５は、駆動側ボビン１０３のスリーブ１０８の外周面におけるカラー１０９，１０９の間の部分と、従動側ボビン１０４のスリーブ１０８の外周面におけるカラー１０９，１０９の間の部分に巻き掛けられており、その円周方向隣の第二連結帯１０６は、駆動側ボビン１０３のカラー１０９，１０９と、従動側ボビン１０４のカラー１０９，１０９にそれぞれ巻き掛けられている。すなわち、互いに円周方向等間隔で交互に配置された各駆動側接続子１０１と各従動側接続子１０２は、一束の第一連結帯１０６と二束の第二連結帯１０５，１０５によって、円周方向交互に連結されている。
【０００５】
このフレキシブルカップリング１００は、駆動側ボビン１０３の内周の駆動側接続子１０１が駆動側回転軸の軸端のヨークに円周方向等間隔で配置されたボルト・ナット（図示省略）を介して取り付けられる一方、従動側ボビン１０４の内周の従動側接続子１０２が従動側回転軸の軸端のヨークに円周方向等間隔で配置されたボルト・ナット（図示省略）を介して取り付けられる。そしてこれによって、駆動側回転軸の回転トルクを従動側回転軸へ伝達すると共に、第一及び第二連結帯１０５，１０６と環状弾性体１０７の変形特性によって、駆動側回転軸と従動側回転軸の軸心の方向が異なる接続状態（こじり状態）での回転伝達や、両回転軸の軸方向相対変位を許容すると共に、両回転軸間での伝達振動を吸収するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この種のフレキシブルカップリング１００においては、第一及び第二連結帯１０５，１０６は、ボビン１０３，１０４間で環状弾性体１０７における内周側及び外周側を互いに平行に延びているため、伝達トルクの入力によって、円周方向に隣り合う駆動側ボビン１０３と従動側ボビン１０４間に円周方向への相対的な捩り変位を生じると、これに伴って第一連結帯１０５又は第二連結帯１０６は、環状弾性体１０７内における内周側を延びる部分（以下、内周側部分という）１０５ｂ，１０６ｂに比較して、外周側を延びる部分（以下、外周側部分という）１０５ａ，１０６ａの方が相対的に大きく引き伸ばされて張力差を生じる。
【０００７】
ところが、ポリエステル等のコードからなる第一及び第二連結帯１０５，１０６は、鋼製のボビン１０３，１０４（スリーブ１０８及びカラー１０９）に対して滑りにくいため、内周側部分という１０５ｂ，１０６ｂと外周側部分１０５ａ，１０６ａの張力差は解消されにくく、したがって駆動側ボビン１０３と従動側ボビン１０４間の捩り変位が増大するほど前記張力差も増大することになる。しかもこの状態では、第一連結帯１０５又は第二連結帯１０６における外周側部分１０５ａ，１０６ａに捩りトルクが偏って作用することになるので、これによる外周側部分１０５ａ，１０６ａの引張応力及び歪が大きくなり、このため捩れ角が更に増大し、その結果、第一及び第二連結帯１０５，１０６が早期に疲労破損するおそれがあった。
【０００８】
また、この種のフレキシブルカップリング１００においては、第一及び第二連結帯１０５，１０６に適当な初期弛みを与えておけば、トルクの入力時に、駆動側ボビン１０３と従動側ボビン１０４の間で第一連結帯１０５又は第二連結帯１０６の弛みが解消されるまでは、捩り剛性が小さく維持されるので優れた吸振効果を発揮し、第一連結帯１０５又は第二連結帯１０６が直線状に引き伸ばされた時点で捩り剛性が高くなって、大きなトルク伝達力を発現するといった、二段特性を発揮する。ところが、第一及び第二連結帯１０５，１０６と駆動側ボビン１０３及び従動側ボビン１０４との滑りが生じにくいと、第一及び第二連結帯１０５，１０６における外周側部分１０５ａ，１０６ａ及び内周側部分１０５ｂ，１０６ｂの初期弛みが不均一になり、安定した二段特性の確保が困難であった。
【０００９】
更には、駆動側ボビン１０３及び従動側ボビン１０４は、鋼管を引き抜き加工して両端面の内周部を切削により面取りしたスリーブ１０８の外周面に、鋼板をプレス成形したカラー１０９を圧入することによって製作される。スリーブ１０８の面取りは、駆動側接続子１０１又は従動側接続子１０２の外周にスリーブ１０８を圧入しやすくするために形成されるものである。しかし、このようにして製作されたボビン１０３，１０４は、スリーブ１０８の製作の際に、鋼管の引き抜き加工及びその両端面内周部の切削による面取り加工が必要であり、軸方向両端に鍔部を有するカラー１０９を製作するための加工工程も煩雑であるため、製造コストが高くなってしまう問題がある。
【００１０】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、連結帯の早期破損を防止して疲労耐久性を向上させると共に、トルク入力初期の吸振性及び緩衝性とトルク伝達力との二段特性を確保し、かつ低コストで提供できるようにすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るフレキシブルカップリングは、円周方向交互に配置された複数の駆動側接続子及び従動側接続子と、これら各接続子に抜け止め状態に外挿されたボビンと、前記駆動側接続子の外周のボビンと円周方向に隣り合う従動側接続子の外周のボビンに跨がってループ状に巻き掛けられ円周方向交互に配置された第一及び第二連結帯と、前記各ボビンの軸方向両側に配置され円筒部及び鍔部からなるカラーと、前記各ボビン及び第一、第二連結帯を埋設して成形され円周方向に連続した環状弾性体とを備え、前記各ボビンが一体成形された合成樹脂材料からなり、前記カラーの円筒部が、前記ボビンの内周側で前記駆動側接続子又は従動側接続子の外周面に適当な締め代をもって圧入嵌着され、前記カラーの鍔部と前記ボビンの鍔部との隙間が前記環状弾性体の一部により覆われ、前記ボビンが前記接続子及び前記カラーに対してスキマばめされ、駆動側接続子又は従動側接続子とボビンとの間に潤滑剤が介在された構成としたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、自動車のプロペラシャフト等における駆動側回転軸と従動側回転軸とを本発明によるフレキシブルカップリングを介して結合した状態を、軸心を通る平面で切断して示す断面図、図２は、本発明のフレキシブルカップリングをその軸心と直交する平面で切断して示す断面図、図３は、図２におけるIII−III線で切断して示す断面図、図４は、図３の一部を拡大して示す断面図である。なお、以下の説明において「円周方向」とは、当該フレキシブルカップリングの軸心を中心とする円周の方向のことである。
【００１５】
まず図１において、参照符号１は駆動側回転軸、２は従動側回転軸、３は駆動側回転軸１と従動側回転軸２の互いのセンタリングを保持するためのセンタリングブッシュである。駆動側回転軸１と従動側回転軸２の互いに対向する軸端間は、本発明によるフレキシブルカップリング４を介して連結されている。
【００１６】
フレキシブルカップリング４は、図２に示されるように、円周方向１２０°間隔で３個配置された円筒状の駆動側接続子１０Ａと、この駆動側接続子１０Ａ，１０Ａの間の各中間位置すなわち駆動側接続子１０Ａとは６０°異なる位相、かつ円周方向１２０°間隔で３個配置された円筒状の従動側接続子１０Ｂとを備える。これら駆動側接続子１０Ａ及び従動側接続子１０Ｂは、図１及び図３に示されるように、それぞれの軸心が当該フレキシブルカップリング４の軸心と平行になるように配置されている。
【００１７】
各駆動側接続子１０Ａの外周には、それぞれ駆動側ボビン１１Ａ及びこれを抜け止めするための一対のカラー１２Ａが外挿され、同様に、各従動側接続子１０Ｂの外周には、それぞれ従動側ボビン１１Ｂ及びこれを抜け止めするための一対のカラー１２Ｂが外挿されている。図１に示されるように、駆動側接続子１０Ａは、それぞれに挿通されたボルト１３Ａ及びこれに螺合されるナット１４Ａによって、駆動側回転軸１の軸端のヨーク１ａに円周方向１２０°間隔で取り付けられ、従動側接続子１０Ｂは、それぞれに挿通されたボルト１３Ｂ及びこれに螺合されるナット１４Ｂによって、従動側回転軸２の軸端のヨーク２ａに円周方向１２０°間隔で取り付けられる。
【００１８】
円周方向に隣り合う駆動側ボビン１１Ａと従動側ボビン１１Ｂは、第一及び第二連結帯２０，３０を介して交互に連結されている。そして、これら各ボビン１１Ａ，１１Ｂ及び各連結帯２０，３０は、ゴムなどのエラストマ材料によって成形された環状弾性体４０に埋設されている。すなわち、環状弾性体４０は、各ボビン１１Ａ，１１Ｂを各連結帯２０，３０を介して連結した状態で金型内にセットし、この金型内に成形用エラストマ材料を充填して加硫することにより成形されたものである。
【００１９】
駆動側接続子１０Ａと従動側接続子１０Ｂは同一のものであって、炭素鋼の鋼管等を切り出して製作されている。また、駆動側ボビン１１Ａと従動側ボビン１１Ｂも同一のものであって、合成樹脂、好ましくはナイロンＮ６６で成形されたものである。このため、樹脂成形用の金型を用いて、低コストで製作することができる。
【００２０】
駆動側ボビン１１Ａ及び従動側ボビン１１Ｂは、図３に最も明確に示されるように、軸方向所定間隔で４つの鍔部１１１〜１１４を有する形状に形成されている。内側の鍔部１１２，１１３の間は、第一連結帯２０が巻き掛けられる第一巻装部１１ａとなっており、内側鍔部１１２と外側鍔部１１１の間、及び他方の内側鍔部１１３と外側鍔部１１４の間は、それぞれ第二連結帯３０が巻き掛けられる第二巻装部１１ｂとなっており、第一巻装部１１ａは、第二巻装部１１ｂよりも幅広に形成されている。
【００２１】
カラー１２Ａ，１２Ｂは同一のものであって、ＳＰＣＣ等の鋼鈑からなり、円筒部１２１及び鍔部１２２からなる断面略Ｌ字形をなしている。このような形状のカラー１２Ａ，１２Ｂは、先に説明した図８に示される従来のフレキシブルカップリング１００のカラー１０９のように軸方向両側に鍔部を有するものと異なり、打ち抜きプレス等によって、容易に製作することができ、鋼管の引き抜き加工及び両端内周の面取り加工によるスリーブ１０８の製作も不要となるので、このことも製造コストの低減に大きく寄与する。
【００２２】
図４に拡大して示されるように、カラー１２Ａ，１２Ｂにおける円筒部１２１は、駆動側ボビン１１Ａ又は従動側ボビン１１Ｂにおける第二巻装部１１ｂ，１１ｂの内周側にあって、駆動側接続子１０Ａ又は従動側接続子１０Ｂの外周面に適当な締め代をもって圧入嵌着されている。
【００２３】
駆動側ボビン１１Ａ及び従動側ボビン１１Ｂは、それぞれ駆動側接続子１０Ａ及び従動側接続子１０Ｂの外周面に対してスキマばめされており、カラー１２Ａ，１２Ｂに対してもスキマばめの状態となっており、その嵌合隙間Ｇには潤滑油（グリースなど）が封入されている。
【００２４】
第一連結帯２０と第二連結帯３０は、円周方向交互に配置されている。詳しくは、第一連結帯２０は、１２０°の位相間隔で円周方向３箇所に各一束づつ配置され、従動側ボビン１１Ｂにおける第一巻装部１１ａと、この従動側ボビン１１Ｂと円周方向に隣り合う駆動側ボビン１１Ａの第一巻装部１１ａとに跨がって、ループ状に巻き掛けられている。第二連結帯３０は、第一連結帯２０と６０°異なる位相上で各二束づつ円周方向３箇所に配置され、それぞれ、駆動側ボビン１１Ａにおける一対の第二巻装部１１ｂと、この駆動側ボビン１１Ａと円周方向に隣り合う従動側ボビン１１Ｂにおける一対の第二巻装部１１ｂとに跨って、ループ状に巻き掛けられている。すなわち、各駆動側ボビン１１Ａと各従動側ボビン１１Ｂは、互いに６０°の位相間隔で円周方向交互に配置され、一束の第一連結帯２０と、二束の第二連結帯３０，３０とによって、円周方向交互に連結されている。
【００２５】
第一及び第二連結帯２０，３０は、例えばポリエステル等の所要の引張弾性を有する高分子材料からなるコードを、多層状に巻回したものである。具体的な例としては、第一連結帯２０は、ＰＥＴからなる３０００ｄのコードを例えば２００巻き程度とし、その軸方向両側の第二連結帯３０は、同じくＰＥＴからなる３０００ｄのコードを各１４４巻き程度とする。
【００２６】
環状弾性体４０は、ＮＲ等のゴム状弾性材料によって、各駆動側ボビン１１Ａと各従動側ボビン１１Ｂの周囲及びその間を延びる第一及び第二連結帯２０，３０の周囲を包み込むように成形されており、各駆動側ボビン１１Ａと各従動側ボビン１１Ｂの中間に位置して、軸方向一側に開口した穴部４１が形成されている。この穴部４１は、当該フレキシブルカップリング４への捩り入力に伴う駆動側ボビン１１Ａと従動側ボビン１１Ｂの相対変位によって、その間の環状弾性体４０に圧縮による亀裂が生じるのを防止するためのものである。
【００２７】
本発明によるフレキシブルカップリング４は、先に説明した図１に示されるように、駆動側回転軸１と従動側回転軸２との間に介在され、駆動側回転軸１の回転トルクを第一及び第二連結帯２０，３０を介して従動側回転軸２へ伝達すると共に、第一及び第二連結帯２０，３０と環状弾性体４０の変形特性によって、駆動側回転軸１と従動側回転軸２の軸心の方向が異なるこじり状態での回転伝達や、両回転軸１，２の軸方向相対変位を許容すると共に、前記両回転軸１，２間での伝達振動を吸収するものである。
【００２８】
ここで、回転伝達に伴う捩りトルクの入力によって、駆動側ボビン１１Ａと従動側ボビン１１Ｂとの間隔が、例えば第一連結帯２０に引張を与える方向へ相対的に変化した場合、各第一連結帯２０のうち、環状弾性体４０内の相対的に外周側に偏在する部分（以下、外周側部分という）２１の張力が、内周側に偏在する部分（以下、内周側部分という）２２の張力よりも大きくなると、その張力差によって、各ボビン１１Ａ，１１Ｂが駆動側接続子１０Ａ又は従動側接続子１０Ｂの外周面に対して、前記張力差を解消する方向へ回転し、又は、第一連結帯２０との間で、前記張力差を解消する方向への滑りを生じる。これは、各ボビン１１Ａ，１１Ｂが合成樹脂材料からなるため第一連結帯２０との摩擦係数が低く、またスキマばめによって接続子１０Ａ，１０Ｂ及びカラー１２Ａ，１２Ｂと低摩擦で回転可能な状態にあるからである。
【００２９】
したがって、第一連結帯２０における内周側部分２２と外周側部分２１は、互いに略同等の引張応力を受けることになり、外周側部分２１に引張応力が集中することがなく、これによる引張強度の低下が防止される。
【００３０】
駆動側ボビン１１Ａと従動側ボビン１１Ｂとの間隔が、例えば第二連結帯３０に引張を与える方向へ相対的に変化した場合も同様であり、その内周側部分３２と外周側部分３１に作用する引張応力は、駆動側接続子１０Ａ及び従動側接続子１０Ｂに対する駆動側ボビン１１Ａ及び従動側ボビン１１Ｂの回転、又は駆動側ボビン１１Ａ及び従動側ボビン１１Ｂに対する第二連結帯３０の滑りによって互いに略同等となるので、外周側部分３１への引張応力の集中による引張強度の低下が防止される。
【００３１】
特に、図３及び図４に示される嵌合隙間Ｇに潤滑油を封入した場合は、トルク入力時における第一連結帯２０及び第二連結帯３０の外周側部分２１，３１と内周側部分２２，３２の張力差解消が、駆動側ボビン１１Ａ及び従動側ボビン１１Ｂの回転によって行われ、駆動側ボビン１１Ａ及び従動側ボビン１１Ｂが潤滑されているため、摩耗を生じない。
【００３２】
また、上述のようなボビン１１Ａ，ボビン１１Ｂの回転又は第一及び第二連結帯２０，３０との滑りによって、第一及び第二連結帯２０，３０における外周側部分２１，３１と内周側部分２２，３２の初期弛みが均一になるため、この初期弛みによる吸振・緩衝効果と、初期弛みが解消された状態での大きなトルク伝達力といった、良好な二段特性を発揮することができる。
【００３３】
図５は本形態のフレキシブルカップリング４と、図７及び図８に示される従来構造のフレキシブルカップリング１００の捩りばね特性を比較して示すものである。この線図に示されるように、本形態のフレキシブルカップリング４によれば、低ばね定数の吸振・緩衝領域が従来よりも顕著になり、優れた二段特性を奏する。また、本形態のフレキシブルカップリング４は、例えば初期弛みが解消された状態での静的ばね定数が、捩り方向に対して１０００Ｎ・ｍ／ｄｅｇ程度となっており、こじり方向に対して２２Ｎ・ｍ／ｄｅｇ程度、軸方向に対して２６０Ｎ・ｍ／ｄｅｇ程度となっている。
【００３４】
図６は本発明の実施の形態によるフレキシブルカップリング４と、図７及び図８に示される従来構造のフレキシブルカップリング１００の疲労耐久試験を行った結果を示すものである。この疲労耐久試験は、一定の繰り返し負荷トルクを加振周波数１Ｈｚで与え、１０６回の加振を行った。
【００３５】
図６から明らかなように、この疲労耐久試験においては、従来の技術によるものは加振回数が多くなるにしたがって捩れ角が漸増して行き、２×１０５回を超えると捩れ角の増加率が徐々に大きくなって、加振回数が３．８×１０５回程度で疲労破壊に至った。これに対し、本発明のものは、捩れ角の増大はみられず、加振回数が１０６回に達して試験終了時点でも破壊には至らなかった。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１の発明に係るフレキシブルカップリングによれば、伝達トルクの入力によって、円周方向に隣り合う駆動側ボビンと従動側ボビン間が円周方向へ相対変位した時に、連結帯の互いに平行な内周側部分と外周側部分の間に生じる張力差が、接続子及びカラーに対するボビンの回転によって確実に解消され、しかもボビンがカラーによって確実に抜け止めされる。したがって連結帯の外周側部分に捩りトルクが偏って作用するのを防止して、耐久性を高めることができる。また、安定した初期弛みを設定しやすくなるので、初期トルク入力時の優れた吸振・緩衝効果と、初期弛みが解消された後のばね定数上昇による優れたトルク伝達力を与えることができる。また、ボビンが合成樹脂材料からなるため、製造コストを低減して安価に提供することができる。
また、駆動側接続子又は従動側接続子とボビンとの間に潤滑剤が介在されたものであるため、接続子に対するボビンの回転によって確実に解消され、しかもボビンの摩耗を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車のプロペラシャフト等における駆動側回転軸１と従動側回転軸２とを本発明によるフレキシブルカップリング４を介して結合した状態を、軸心を通る平面で切断して示す断面図である。
【図２】本発明に係るフレキシブルカップリング４の好ましい実施の形態を、その軸心と直交する平面で切断して示す断面図である。
【図３】図２におけるIII−III線で切断して示す断面図である。
【図４】図３の一部を拡大して示す部分断面図である。
【図５】本発明に係るフレキシブルカップリング４と、従来構造のフレキシブルカップリング１００の捩りばね特性を比較して示す特性線図である。
【図６】本発明に係るフレキシブルカップリング４と、従来構造のフレキシブルカップリング１００の疲労耐久試験を行った結果を示す説明図である。
【図７】従来の技術に係るフレキシブルカップリング１００をその軸心と直交する平面で切断して示す断面図である。
【図８】図７におけるVIII−VIII断面図である。
【符号の説明】
１  駆動側回転軸
２  従動側回転軸
３  センタリングブッシュ
４  フレキシブルカップリング
１０Ａ  駆動側接続子
１０Ｂ  従動側接続子
１１Ａ  駆動側ボビン
１１Ｂ  従動側ボビン
１１ａ  第一巻装部
１１ｂ  第二巻装部
１１１〜１１４  鍔部
１２Ａ，１２Ｂ  カラー
１２１  円筒部
１２２  鍔部
１３Ａ，１３Ｂ  ボルト
１４Ａ，１４Ｂ  ナット
２０  第一連結帯
３０  第二連結帯
４０  環状弾性体
４１  穴部
Ｇ  嵌合隙間
【図１】
0004123337.tif 000002
【図２】
0004123337.tif 000003
【図３】
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【図４】
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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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