JP2012102770A - 弾性継手 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性継手の動ばね定数を低減する。
【解決手段】駆動側接続素子１２と従動側接続素子１４とが、それぞれ複数個、同一円周上に交互に配置され、隣り合う接続素子の間に繊維コード３４を巻き付けることにより繊維コード束２０，２２を架け渡し、これら接続素子と繊維コード束をゴム状弾性材２４に埋設してなる弾性継手１０において、繊維コード３４として、合成繊維フィラメント束を下撚りしてなる複数本の下撚糸３６を、該下撚糸の撚り方向と逆方向に４５回／１０ｃｍ以上の上撚り数で撚り合わせてなる撚糸を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として自動車等において駆動軸と従動軸との間に介設されて、両者間の振動や捩れ等を吸収しながら回転トルクを伝達するのに使用される弾性継手に関するものである。

自動車のドライブシャフト、プロペラシャフト等の動力伝達部分には、駆動軸から従動軸に回転トルクを伝達するためのカップリングとして、振動減衰機能を持つ弾性継手（フレキシブルカップリング）が使用されている。

このような弾性継手として、駆動軸に接続される円筒状の駆動側接続素子と、従動軸に接続される円筒状の従動側接続素子とが、それぞれ複数個、同一円周上に交互に配置され、隣り合う駆動側接続素子と従動側接続素子との間に無端状の繊維コード束が巻き掛けられて、これら接続素子と繊維コード束がゴム状弾性材に埋設されてなるものが知られている（例えば、下記特許文献１〜４参照）。

従来、上記繊維コード束を構成する繊維コードとしては、通常２本の単糸を撚り合わせた双糸が使用されており、該双糸として上撚り数及び下撚り数ともに３０〜４０回／１０ｃｍ程度のものが使用されている。

特許第４１１４０５６号公報 特開２００９−２６４５５４号公報 特開２０１０−１９２６号公報 特開２０１０−２５２８２号公報

最近の自動車の高出力化、高性能化に伴い、弾性継手には、より高い回転トルクを伝達することが要求されている。高いトルク伝達のためには、繊維コードの巻き数を増やす必要があるが、巻き数を増やすと防振性能が悪化するという背反がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、防振性能を向上することができる弾性継手を提供することを目的とする。

本発明者は、弾性継手に用いる繊維コードの撚り数を増やすことにより、弾性継手の高周波数領域での動ばね定数を低減できることを見い出した。本発明はかかる知見に基づくものである。

すなわち、本発明に係る弾性継手は、駆動軸に接続される駆動側接続素子と、従動軸に接続される従動側接続素子とが、それぞれ複数個、同一円周上に交互に配置され、隣り合う駆動側接続素子と従動側接続素子との間に繊維コードを巻き付けることにより隣り合う各接続素子の間に繊維コード束が架け渡されて、前記駆動側及び従動側の接続素子と繊維コード束がゴム状弾性材に埋設されてなる弾性継手において、前記繊維コードとして、合成繊維フィラメント束を下撚りしてなる複数本の下撚糸を、該下撚糸の撚り方向と逆方向に４５回／１０ｃｍ以上の上撚り数で撚り合わせてなる撚糸を用いたことを特徴とする。

本発明の弾性継手によれば、繊維コードとして用いる撚糸の上撚り数を、従来に比べて高く設定したことにより、高周波数領域での動ばね定数を低減することができ、従って、防振性能を向上することができる。そのため、例えば、高いトルク伝達を可能にするために繊維コードの巻き数を増やした場合に、動ばね定数の悪化を抑えることができるので、高いトルク伝達性能と防振性能を両立させることができる。

実施形態に係る弾性継手の正面図である。 図１のII−II線の断面図である。 図１のIII−III線の断面図である。 図１のIV−IV線の断面図である。 繊維コードの一部拡大図である。 実施例及び比較例の動ばね特性を示すグラフである。 実施例及び比較例の繊維コード引張強さ及び動ばね定数を示すグラフである。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜４に実施形態に係る弾性継手１０を示している。この弾性継手１０は、自動車のドライブシャフトなどの駆動軸と従動軸との連結部材に介装されるものであり、駆動側接続素子１２が駆動軸に取り付けられる一方、従動側接続素子１４が従動軸に取り付けられることにより、振動を吸収しながら駆動軸から従動軸へ回転トルクを伝達するためのカップリングである。

駆動側接続素子１２と従動側接続素子１４は円筒状の部材であり、これらはそれぞれ３個ずつが同一円周上に等間隔をなして交互に配置されている。詳細には、これら接続素子１２，１４は、各軸心が互いに平行で、かつ上記円の中心と軸平行に配列されている。駆動側接続素子１２と従動側接続素子１４は、ともに同一の構造であって、アルミニウムやその合金等のアルミ系金属などの金属製又は樹脂製のカラー１６と、該カラー１６の内周に締り嵌め状態に圧入された鉄などの金属製の内筒１８とからなり、これら内筒１８が駆動軸の端部および従動軸の端部に接続されるように構成されている。カラー１６の外周面には、後述する繊維コード束２０，２２を所定の位置および巻き掛け状態に収納保持できるように複数のフランジ１６Ａが突設されている。

隣り合う駆動側接続素子１２と従動側接続素子１４との間には、ポリエステル繊維等の合成繊維よりなる繊維コードを多層多列にループ状に巻き付けることにより形成した補強のための無端状の繊維コード束２０，２２が巻き掛けられている。

詳細には、３個の各駆動側接続素子１２と、その駆動時の回転方向Ｒの後方側に隣り合う従動側接続素子１４との間に、それぞれ無端状の駆動側繊維コード束２０が架け渡されている。また、３個の各駆動側接続部材１２と、その駆動時の回転方向Ｒの前方側に隣り合う従動側接続部材１４との間に、それぞれ無端状の従動側繊維コード束２２が架け渡されている。

ここで、回転方向Ｒとは、車両発進等による駆動開始時や通常の駆動回転時における弾性継手１０の回転方向である。弾性継手１０では、かかる駆動時において、各駆動側接続素子１２とその回転方向Ｒ後方側の従動側接続素子１４との間に大きい引張り力が作用するので、その間に架け渡された駆動側繊維コード束２０のコード本数つまりコード束の断面積が、もう一方の従動側繊維コード束２２のコード本数つまりコード束の断面積よりも大きく設定されている。

本実施形態では、カラー１６の外周面に設けられたフランジ１６Ａによって、駆動側繊維コード束２０は各接続素子１２，１４の軸方向中央部に、従動側繊維コード束２２は各接続素子１２，１４の軸方向両端部に、それぞれ区分して、カラー１６の外周面上に巻き掛けられている。

上記各駆動側接続素子１２と各従動側接続素子１４と駆動側繊維コード束２０と従動側繊維コード束２２は、少なくとも各接続素子１２，１４の内孔部、つまりは上記内筒１８の内孔部が外部に露出するように、ゴム状弾性材２４の成形（ここでは、ゴムの加硫成形）により、該ゴム状弾性材２４内に埋設されている。

すなわち、ゴム状弾性材２４は、所定の成形型内に各接続素子１２，１４をセットし、更にこれらの接続素子１２，１４間に繊維コード束２０，２２を巻き掛けた後、あるいは、各接続素子１２，１４間に繊維コード束２０，２２を巻き掛けてから所定の成形型内にセットした後に、かかる成形型にゴム材料を注入して加硫することにより、一体に加硫成形される。

弾性継手１０は、図４に示すように断面略矩形であり、かつ、図１に示すように正面から見て（即ち、弾性継手の軸心方向視で）略多角形（ここでは、略六角形）の環状をなすように一体に形成されている。詳細には、弾性継手１０は、各接続素子１２，１４の埋設部分を頂点とする六角形状の外周面２６と、各接続素子１２，１４の埋設部分を頂点とする六角形状の内周面２８とを有しており、これにより略六角形の環状をなしている。この例では、より詳細には、外周面２６は、上記六角形の頂点に相当する角部が湾曲面状に丸みを帯びて形成されている。

隣り合う各接続素子１２，１４の間のゴム状弾性材２４の中間部には、該ゴム状弾性材２４の弾性変形に対する表面の自由長を稼ぎかつ冷却効果を向上させることで耐久性を向上させるために、弾性継手の軸心方向（厚み方向）に陥没する穴抜き部３０が、図２〜４に示すように軸心方向一端側に薄膜３２を残存させて形成されている。

本実施形態の弾性継手１０では、上記繊維コード束２０，２２を構成する繊維コード３４として、合成繊維フィラメント束を下撚りしてなる２本の下撚糸３６，３６を、４５回／１０ｃｍ以上の上撚り数で撚り合わせてなる撚糸が用いられている（図５参照）。該撚糸は、同方向に下撚りした２本の下撚糸３６，３６を引き揃え、該下撚糸３６の撚り方向と逆方向の上撚りにより撚り合わせることで形成された双糸である。具体的には、下撚糸３６は、合成繊維フィラメントの束を左撚り（Ｚ撚り）したものであり、繊維コード３４は、２本の下撚糸３６，３６を右撚り（Ｓ撚り）してなる。このように下撚りと上撚りを逆方向にすることにより、繊維コード３４の捩れ等を防ぐことができる。なお、繊維コード３４を構成する下撚糸の本数としては、コスト及び性能面から図示のように２本が好ましいが、３本以上としてもよい。

該繊維コード３４では、上記のように上撚り数を４５回／１０ｃｍ以上に設定することが肝要である。一般に、フィラメント糸では、撚り数の増加に伴い引張り強さが低下するので、従来、高いトルク伝達性能が要求される弾性継手に用いる繊維コードにおいて、撚り数をこのように大きく設定することは考えられていなかった。本発明者は、かかる技術常識に対して、上撚り数を４５回／１０ｃｍ以上に増やすことにより、繊維コードの引張り強さの低減量以上に、弾性継手の捩り方向（回転方向Ｒ）での動ばね定数を低減できることを見い出した。このように動ばね定数を低減できるのは、繊維コードが引っ張られたときに、撚り数が増えた分だけ繊維が動くことによるヒステリシスロスが増加するためと考えられる。上撚り数は、動ばね定数の低減効果の点より、４８回／１０ｃｍ以上であることがより好ましい。上撚り数の上限については、上記繊維コード３４の機能を考えると、引張り方向の荷重（弾性継手１０での回転トルク）に対して、引張り強さが高く、適度に伸びることが望ましい。撚り数を増加させることで、伸びは増すが、撚りすぎるとそれ以上は伸びなくなり、引張り強さが低下する。また、撚りすぎると、動ばね定数の低減効果も鈍化する傾向となる。そのため、これらのバランスより、上撚り数は５５回／１０ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５２回／１０ｃｍ以下である。

繊維コード３４の下撚り数（即ち、下撚糸３６の撚り数）についても、４５回／１０ｃｍ以上であることが好ましく、このように撚り数を高く設定することにより、動ばね定数の低減効果を向上することができる。下撚り数の下限は、より好ましくは４８回／１０ｃｍ以上である。下撚り数の上限は、５５回／１０ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５２回／１０ｃｍ以下である。下撚り数と上撚り数は、スナールの発生を低減するために、同一に設定することが好ましく、すなわち、上撚り数と下撚り数の差を２回／１０ｃｍ以下に設定することが好ましい。

繊維コード３４を構成する合繊繊維フィラメントの種類としては、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アラミド繊維、炭素繊維、レーヨン繊維、アクリル繊維、ポリ塩化ビニル繊維等が挙げられる。これらの中でも、ポリエステル繊維を用いることが特に好ましい。

繊維コード３４を構成する下撚糸３６の繊度としては、弾性継手での高いトルク伝達性能を発揮するために、１０００〜２０００ｔｅｘ（テックス）であることが好ましい。また、これを撚り合わせてなる撚糸（繊維コード３４）の繊度としては、２０００〜４２００ｔｅｘであることが好ましい。また、繊維コード３４の外径（太さ）としては、０．４〜１．０ｍｍであることが好ましい。

繊維コード３４は、その撚糸表面における糸軸Ｓに対する撚り角度θが３０°〜６０°であることが好ましい。ここで、撚り角度θは、任意の１０箇所で測定した撚り角度の平均値である。このような撚り角度θに設定することにより、引張り強さの低下を抑えつつ、弾性継手での動ばね定数の低減効果を向上することができる。すなわち、撚り角度θが３０°未満では、動ばね定数の低減効果が不十分となるおそれがあり、逆に撚り角度θが６０°超では、引張り強さの低下が大きくなりすぎるおそれがある。撚り角度θは、４５°〜５５°であることがより好ましい。なお、撚り角度θは、撚り合わせる下撚糸３６の太さ（繊度）と撚り数により設定され、同じ繊度であれば撚り数が多いほど撚り角度θは大きく、同じ撚り数であれば繊度が大きいほど撚り角度θは大きくなる。

隣り合う駆動側接続素子１２と従動側接続素子１４との間に巻き掛ける繊維コード３４の巻き数としては、特に限定されるものではないが、駆動側繊維コード束２０では１８０〜２００回であることが好ましく、従動側繊維コード束２２では１２０〜１４０回であることが好ましい。上記のように繊維コード３４の撚り数を増やすことにより弾性継手の動ばね定数を低減することができるので、高いトルク伝達を可能にするべく、従来よりも巻き数を増やしたとしても、防振性能の悪化を防ぐことができ、従って、高い回転トルクに対する耐久性と防振性能との両立を図ることができる。

上記実施形態の弾性継手１０について、繊維コード３４の上撚り数及び下撚り数を、下記表１に示すように変更して、実施例及び比較例の弾性継手を試作した。繊維コード３４は、ポリエステル繊維フィラメントからなるフィラメント束を、表１に示す下撚り数にて下撚りし、得られた下撚糸を２本引き揃えて、表１に示す上撚り数にて下撚りと逆方向に上撚りすることにより作製した（繊維コードの外径（太さ）は約０．７ｍｍ）。得られた繊維コードについて、撚り角度θを測定するとともに、引張り強さ及び破断伸びを測定した。また、該繊維コードを用い、表１に示す巻き数にて、図１〜４に示す弾性継手１０を作製した。得られた弾性継手について、動ばね定数を測定した。各測定方法は以下の通りである。

・引張り強さ、破断伸び：引張試験機に繊維コードをセットし、標点間距離２０ｍｍ、引張速度３０±２ｃｍ／分で該繊維コードを引っ張ることにより測定した。

・動ばね定数：弾性継手に対して、捩り方向に一定加速度５Ｇを付与して、１５〜５００Ｈｚの周波数帯にて動ばね定数を測定した。

結果は、表１及び図６，７に示す通りである。上撚り数及び下撚り数をともに４０回／１０ｃｍとした比較例１に対し、撚り数を増やした実施例１〜３であると、１００Ｈｚという高周波数領域での動ばね定数が低減しており、防振性能が向上していた。特に、上撚り数及び下撚り数をともに５０回／１０ｃｍとした実施例２では、比較例１に対して、繊維コード一本当たりの引張り強さの低下を５％程度に抑えつつ、動ばね定数が１０％も低減されていた。

図６に示すように、実施例２と比較例１について、１００〜５００Ｈｚの動ばね定数を比較したところ、そのほぼ全域にわたって動ばね定数が１０％程度低減していた。一方で、繊維コード一本当たりの引張り強さは上記のように５％程度低下したものの、弾性継手に回転方向Ｒでの高トルク（±１５００Ｎｍ）を２Ｈｚにて繰り返し加えて耐久性を評価したところ、弾性継手としての耐久性は、比較例１と同等レベルであり、従って、耐久性を損なうことなく、防振効果が高められていた。

なお、上記実施形態では、弾性継手１０を、３個の駆動側接続素子１２と３個の従動側接続素子１４との合計６個の接続素子で構成したが、接続素子の数はこれに限定されるものではなく、例えば、４個の駆動側接続素子と４個の従動側接続素子との合計８個の接続素子で構成してもよい。接続素子を６個から８個に増やすことにより、外径を大きくすることなく、高い回転トルクに対する耐久性を向上することができるので、高いトルク伝達性能と防振性能を更に高レベルで両立することができる。

本発明は、自動車のドライブシャフト、プロペラシャフト等の動力伝達部分において、駆動軸から従動軸に回転トルクを伝達するための振動減衰機能を持つカップリングとして特に好適に使用できる。

１０…弾性継手 １２…駆動側接続素子 １４…従動側接続素子
２０…駆動側繊維コード束 ２２…従動側繊維コード束 ２４…ゴム状弾性材
３４…繊維コード ３６…下撚糸 Ｒ…回転方向
Ｓ…糸軸 θ…撚り角度

Claims (3)

1. 駆動軸に接続される駆動側接続素子と、従動軸に接続される従動側接続素子とが、それぞれ複数個、同一円周上に交互に配置され、隣り合う駆動側接続素子と従動側接続素子との間に繊維コードを巻き付けることにより隣り合う各接続素子の間に繊維コード束が架け渡されて、前記駆動側及び従動側の接続素子と繊維コード束がゴム状弾性材に埋設されてなる弾性継手において、
   前記繊維コードとして、合成繊維フィラメント束を下撚りしてなる複数本の下撚糸を、該下撚糸の撚り方向と逆方向に４５回／１０ｃｍ以上の上撚り数で撚り合わせてなる撚糸を用いたことを特徴とする弾性継手。
2. 前記繊維コードの下撚り数が４５回／１０ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の弾性継手。
3. 前記撚糸の表面における糸軸に対する撚り角度が３０°〜６０°であることを特徴とする請求項１又は２記載の弾性継手。