JP5945455B2 - ディスクタイプ軸継手及びディスクユニット - Google Patents

Description

本発明は、一般には、一般回転機械、風力発電などにおいて回転軸を連結する軸継手に関するものであり、特に、回転トルク伝達部材として撓み板（ディスク）を使用したディスクタイプの軸継手及び斯かる軸継手に使用するディスクユニットに関するものである。

従来、例えば、一般回転機械、風力発電などにおいては、回転軸を連結し、軸同士のミスアライメントを吸収しながらトルクの伝達を行う軸継手（カップリング）としては、主にメンテナンスフリーや剛性の点から板ばね、即ち、撓み板（ディスク）を用いたディスクタイプの軸継手が広く使用されている。

このディスクタイプ軸継手のディスクの材質としては、ステンレススチールが一般に使用されており、許容できるミスアライメント量は、偏角で１°程度である。しかし、芯出し作業が困難な場所や振動の激しい場所で使用するためには更に大きな、例えば偏角３°程度のミスアライメントを許容し得ることが要求されることがある。

ディスクに対して強度を確保しつつ許容ミスアライメントを増大させるためには、使用材料に強度が高く、曲げ剛性が低いといった物性が要求されるが、この特性を満足する材料として、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）が挙げられる。

そこでディスクの材質を、ステンレススチールに比べて柔らかく且つ高強度の繊維強化プラスチックにした軸継手が考案されており、大別すると、ディスクとしては、
（１）本願添付の図１１（ａ）に記載するような外形１０ｏｕｔが多角形とされ、その内部に多角形、円形等の穴１０ｉｎをあけた構造（特許文献１参照）、
（２）本願添付の図１２に記載するような短冊状のリンク部材１０ａ〜１０ｄを組み合わせた構造（特許文献２参照）、
とされる２通りのタイプのディスク１０がある。なお、本願添付の図１１（ｂ）に記載するように、特許文献１には、短冊状のリンク部材１０ａ〜１０ｈを互いに結合して一体的に組み合わせた構造も記載している。

また、ディスクは、特許文献１、２に記載されるように、ディスクを曲げ易くするなどの目的で、ディスク自体に中心部に穴があいた形状とされたり、或いは、組立後に中央部に穴が形成される構造となっている。また、各辺を連結する隅部（コーナー部）での応力集中を緩和するために各辺に穏やかな湾曲が設けられていることがある。

特許第３２７５２８９号公報 特開２００６−２５００３４号公報

上述したような構成の従来のディスクは、どのような形態であってもディスクの板厚や強化繊維の方向は、軸のミスアライメントによるディスクの撓み量と、回転トルクによってディスクにかかる応力に対し適切な設計を行うことで決定され、このディスクを１枚或いは複数枚重ねて使用されている。

一方、ディスクを作製する繊維強化プラスチックは、連続した直線状の強化繊維を一方向或いは複数の方向に並べ、これらを適当な角度に配向させて積層することで作製されている。

本発明者らは、コーナー部の出隅や入り隅などでの応力集中を緩和するために各辺に穏やかな湾曲を設けたディスクを作製し、このディスクを軸継手に組み込み実験を行ったところ、この湾曲部分に強化繊維に沿ったクラックや剥離が発生することが多く、これが疲労強度の低下原因となっていることが分かった。その理由を更に究明するべく実験研究を行った結果、次のことが分かった。

つまり、例えば図１１（ａ）に示すように、特に、湾曲部分１０ｉｎには、強化繊維ｆの切断端部が露出しており、この湾曲部分１０ｉｎにミスアライメントによる繰り返し曲げ変形に起因した曲げ応力が作用した場合に、この湾曲部分の強化繊維ｆに沿って応力集中が起こり、クラックや層間剥離が発生することが分かった。

このような現象は、各辺を連結する出隅や入り隅などの湾曲形状とされたコーナー部においても同様に発生した。

本発明の目的は、上述のような課題を解決し、ミスアライメントによる繰り返し曲げ変形を受けてもクラック、剥離の発生を抑制し、強度低下を起こすことがなく、ミスアライメントの許容値が大きく、耐久性に優れたディスクタイプ軸継手及び斯かる軸継手に使用するディスクユニットを提供することである。

上記目的は本発明に係るディスクタイプ軸継手及びディスクユニットにて達成される。要約すれば、本発明の第一の態様によれば、ディスクタイプの軸継手において駆動軸と被駆動軸との間の回転トルク伝達を行うディスクユニットであって、
直線状の複数の辺部材を互いにその両端部で接続して環状の多角形体とされ、一枚とされるか、又は、複数枚を重ね合わせた積層体とされる、少なくとも前記直線状とされる各辺部材の内側縁部及び外側縁部に沿って平行に配向されて位置する連続した強化繊維を含む繊維強化プラスチック板で作製したディスクと、
前記各辺部材の接続部である前記ディスクのコーナー部を両側から挟持して配置された固定板と、
を備え、
前記固定板は、前記コーナー部に形成された出隅部及び入り隅部であって、前記固定板が接触する平面における出隅部及び入り隅部を全て覆って接触する大きさとされ、前記ディスクとの接触面の境界部は湾曲形状とされることを特徴とするディスクユニットが提供される。

本発明の一実施態様によれば、前記ディスクは、直線状の複数の辺部材にて一体に形成された環状の多角形体とされるか、又は、短冊状のリンク部材を一体的に組み合わせて直線状の複数の辺部材にて一体に形成された環状の多角形体とされる。

本発明の他の実施態様によれば、前記固定板は、前記コーナー部の出隅部及び入り隅部であって、前記固定板が接触する平面における出隅部及び入り隅部が露出することがないように形成された円形状又は多角形状とされる。

本発明の他の実施態様によれば、前記固定板は、鋼材、アルミ材などの金属材、樹脂板、繊維強化プラスチック材、又は、セラミックス材とされる。

本発明の他の実施態様によれば、前記ディスクの前記繊維強化プラスチック板は、前記強化繊維に樹脂を含浸し、前記樹脂を硬化して作製され、前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維などの無機繊維；ボロン繊維、チタン繊維、スチール繊維などの金属繊維；アラミド、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）、ポリアミド、ポリアリレート、ポリエステルなどの有機繊維；が単独で、又は、複数種混入してハイブリッドにて使用され、
前記樹脂としては、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、若しくは、フェノール樹脂、又は、ナイロン若しくはビニロンが使用が使用される。

本発明の第二の態様によれば、駆動軸に取付けられる第１ハブと、被駆動軸に取付けられる第２ハブとの間に配置され、前記駆動軸と前記被駆動軸との間の回転トルク伝達を行うディスクユニットを備えたディスクタイプの軸継手において、
前記ディスクユニットは、上記いずれかの構成とされるディスクユニットであることを特徴とするディスクタイプ軸継手が提供される。

本発明によれば、ミスアライメントによる繰り返し曲げ変形を受けてもクラック、剥離の発生を抑制し、強度低下を起こすことがない。従って、ミスアライメントの許容値が大きく、耐久性に優れている。

図１（ａ）は本発明に係るディスクタイプ軸継手及びディスクユニットの一実施例を示す分解斜視図であり、図１（ｂ）は組立斜視図である。 図２（ａ）はディスクと固定板を備えたディスクユニットの一実施例を示す図であり、図２（ｂ）はディスクと固定板との配置関係を示す部分拡大図である。 図３（ａ）はディスクと固定板を備えたディスクユニットの軸継手への固定態様を説明するための断面図であり、図３（ｂ）は固定板の一実施例を示す斜視図である。 図４（ａ）は繊維シートの一実施例を説明する斜視図であり、図４（ｂ）は繊維強化プラスチックを説明する斜視図である。 図５（ａ）はディスクを作製する方法の一実施例を説明するための図であり、図５（ｂ）はディスクを作製する方法の他の実施例を説明するための図である。 本発明に係るディスクにおける辺部材と強化繊維の配向方向とを説明するための図である。 図７（ａ）は実験前の従来のディスク（比較例）を示す図であり、図７（ｂ）は実験後における従来のディスクに生じた剥離（クラック）を示す図である。 図８（ａ）、（ｂ）は本発明に係るディスクユニットの他の実施例を示す図である。 図９（ａ）、（ｂ）は本発明に係るディスクユニットの他の実施例を示す図である。 本発明に係るディスクタイプ軸継手の他の実施例を示す概略構成断面図である。 図１１（ａ）、（ｂ）は従来のディスクの一例を示す分解斜視図である。 従来のディスクの他の例を示す図である。

以下、本発明に係るディスクタイプの軸継手及びディスクユニットを図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
図１（ａ）、（ｂ）に、本発明に係るディスクタイプ軸継手１００の一実施例を示す。図１（ａ）、（ｂ）を参照すると、本実施例にて軸継手１００は、入力軸（駆動軸）２０１が取付けられる第１ハブ１０１と、出力軸（被駆動軸）２０２が取り付けられる第２ハブ１０２とが対向配置されている。第１ハブ１０１と第２ハブ１０２との間には、回転トルク伝達部材として撓み板、即ち、ディスク１０と、ディスク１０をハブ１０１、１０２にボルトナットにて固定する際にディスク１０を挟持して使用される固定板１２とにて構成されるディスクユニット２０が配置される。本実施例では、軸継手１００は、ディスクユニット２０を１組備えたシングルタイプの軸継手とされるが、これに限定されるものではない。本発明は、例えば、図１０に示すように、ディスクユニット２０を２組（２０Ａ、２０Ｂ）備え、各ディスクユニット２０Ａ、２０Ｂを、第１ハブ１０１、１０２及びスペーサ（中間体）２００に固定するようにした構造のスペーサタイプの軸継手など、当業者には周知の種々の軸継手に具現化し得る。

本発明にて、ディスク１０は、三角形以上の多角形体とされるが、本実施例では、環状の四角体とされる。本願明細書、特許請求の範囲では、外形状が矩形状とされ、内部にも同様に矩形状の穴が形成された多角形状体を「環状の多角体」という。つまり、本実施例では、図２をも参照すると理解されるように、ディスク１０は、外形状が矩形状（四角形）とされ、内部にも同様に矩形状（四角形）の穴が形成された構成とされる。即ち、ディスク１０は、幅Ｗ、長さＬとされる略長方形状の薄板状の四辺の辺部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを互いに９０°をなして接続した環状の四角体とされる。

ディスク１０は、環状四角体に成形加工された繊維強化プラスチック製の厚さ（Ｔ０)の薄板（即ち、撓み板）１枚で構成することもできるが、通常、図１に示すように、複数枚の撓み板、例えば、４枚の撓み板(ディスク)１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄの積層体（厚さＴ)にて構成される。このとき、各撓み板(ディスク)１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄは、接着されることはなく、単に重ね合わせて積層するだけである。図２（ａ）に示すように、環状四角体をなすディスク１０の四隅（コーナー部）１０ｓ、１０ｔ、１０ｕ、１０ｖには、対角線上に対をなして第１ハブ１０１への取付け穴１３と、第２ハブ１０２への取付け穴１４とが形成されている。

第１ハブ１０１及び第２ハブ１０２は、限定されるものではないが、本実施例では、同じ形状とされ、円盤状のフランジ部１０１ａ、１０２ａと、該フランジ部１０１ａ、１０２ａと同中心にて一体に形成された円筒状ボス部１０１ｂ、１０２ｂとを有している。フランジ部１０１ａ、１０２ａとボス部１０１ｂ、１０２ｂには、中心を貫通して回転軸（入力軸２０１、出力軸２０２）を取付けるための中心穴１１１、１１２が形成されている。

また、第１ハブ１０１のフランジ部１０１ａには、直径方向に対称配置にて連結ボルト挿通穴１０１ｃが形成されており、第２ハブ１０２ａには、第１ハブフランジ部１０１ａの前記連結ボルト挿通穴１０１ｃに対応した位置に連結ボルト１２１に螺合するナット１３１及び固定板１２などの逃げ穴１０２ｄが形成されている。一方、第２ハブ１０２のフランジ部１０２ａには、第１ハブフランジ部１０１ａの対をなす連結ボルト挿通穴１０１ｃに対して９０°離間した配置にて直径方向に対称配置にて連結ボルト挿通穴１０２ｃが形成されている。第１ハブ１０１には、第２ハブフランジ部１０２ａの前記連結ボルト挿通穴１０２ｃに対応した位置に連結ボルト１２１に螺合するナット１３１及び固定板１２などの逃げ穴１０１ｄが形成されている。

従って、第１ハブフランジ部１０１ａと第２ハブフランジ部１０２ａとの間に配置された環状四角体をなすディスク１０は、第１ハブの連結ボルト挿通穴１０１ｃ及び第１ハブ取付け穴１３を挿通した連結ボルト１２１にナット１３１が螺合されることにより、第１ハブ１０１に固定される。また、ディスク１０は、第２ハブの連結ボルト挿通穴１０２ｃ及び第２ハブ取付け穴１４を挿通した連結ボルト１２１にナット１３１が螺合されることにより、第２ハブ１０２に固定される。各ナット１３１は、対向配置されたフランジ部の逃げ穴１０１ｄ、１０２ｄ内に位置することとなる。

尚、本発明によれば、ディスク１０は、図１〜図３に示すように、ディスク１０（１０Ａ〜１０Ｄ）のコーナー部１０ｓ〜１０ｖの両側面が固定板１２で挟持された状態でボルト１２１、ナット１３１によりハブ１０１、１０２に固定される。また、この固定板１２は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ディスク１０のコーナー部１０ｓ〜１０ｖに形成された出隅部（凸部）Ｒ１、入り隅部（凹部）Ｒ２であって、固定板１２が接触する平面における出隅部Ｒ１、入り隅部Ｒ２を完全に覆って密着した形状、寸法のものとされる。固定板１２の構成及び作用については、後で詳しく説明する。

次に、本発明に係るディスクユニット２０を構成するディスク１０及び固定板１２について説明する。

（ディスク）
ディスク１０は、上述したように、環状四角体に成形加工された繊維強化プラスチック製の薄板（撓み板）を一枚だけ使用した構造とするか、或いは、複数枚接着することなく単に重ね合わせた積層体１０Ａ〜１０Ｄの構造（図１（ａ））とされる。なお、環状四角体をなすディスク１０の四隅、即ち、互いに直交配置された直線状の四辺（辺部材）１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの接続部をなすコーナー部１０ｓ〜１０ｖは、図２（ａ）、（ｂ）に示す本実施例では、出隅部Ｒ１及び入り隅部Ｒ２を有し、該出隅部Ｒ１、入り隅部Ｒ２は湾曲形状とされる。

本発明に係るディスク１０は、後述するように、一枚の繊維強化プラスチック製の薄板（繊維強化プラスチック板）を、或いは、複数枚の繊維強化プラスチック板を互いに接着した繊維強化プラスチック板積層体を環状四角体に機械加工にて成形することにより作製される。別法としては、樹脂未含浸の繊維シートを環状の四角体形状に作製し、その後樹脂含浸し、次いで樹脂硬化するか、又は、プリプレグの繊維シートを環状の四角体形状に成形加工し、その後樹脂硬化させることによっても成形することができる。

そこで、先ず、本発明のディスク１０を作製するのに使用し得る薄板状の繊維強化プラスチック、即ち、ディスク形状への成形加工前の撓み板部材１１（図５参照）について説明する。

撓み板部材１１は、種々の形態の繊維シートに樹脂を含浸させ、硬化させることによって、或いは、樹脂含浸された半硬化状態の、所謂、プリプレグの繊維シートを硬化させることによって得られた繊維強化プラスチック板とされる。

繊維シートの実施例を具体的に具体例１、２として説明するが、本発明で使用する繊維シートの形態は、これら具体例に示すものに限定されるものではない。

具体例１
図４（ａ）、（ｂ）に、本発明にて使用することのできる繊維シートの一実施例を示す。図４（ａ）に示すように、繊維シートは、連続した強化繊維ｆを一方向に引き揃えてシート状に構成される樹脂未含浸の繊維シート１Ａとされる。

即ち、繊維シート１Ａは、一方向に引き揃えた連続した強化繊維ｆから成る強化繊維シートをメッシュ状の支持体シートなどとされる線材固定材３にて保持した構成とすることができる。例えば、強化繊維ｆとして炭素繊維を使用した場合には、例えば平均径７μｍの単繊維（炭素繊維モノフィラメント）ｆを６０００〜２４０００本収束した樹脂未含浸の単繊維束を複数本、一方向に平行に引き揃えて使用される。炭素繊維シート１Ａの繊維目付は、通常、３０〜１０００ｇ／ｍ²とされる。

線材固定材３としてのメッシュ状の支持体シートを構成するガラス繊維等の糸条からなる縦糸４及び横糸５の表面に低融点タイプの熱可塑性樹脂を予め含浸させておき、メッシュ状支持体シート３をシート状に配列した炭素繊維の片面或いは両面に積層して加熱加圧し、メッシュ状支持体シート３の縦糸４及び横糸５の部分を炭素繊維シートに溶着する。

メッシュ状支持体シート３は、２軸構成のほかに、３軸に配向して形成したり、或いは、ガラス繊維を一方向に配列された炭素繊維に対して直交する横糸５のみを配置した、所謂、１軸に配向して形成して前記シート状に引き揃えた炭素繊維に接着することもできる。

又、上記線材固定材３の糸条としては、例えばガラス繊維を芯部に有し、低融点の熱融着性ポリエステルをその周囲に配したような二重構造の複合繊維も又好ましく用いられる。

図４（ｂ）に示すように、上述のようにして作製された繊維シート１Ａに樹脂Ｒｅを含浸し、前記樹脂を硬化して繊維強化プラスチック板（ＦＲＰ板）１Ｂとされる。このＦＲＰ板１Ｂは板厚（ｔ）が例えば０．０５〜０．５ｍｍ程度とされる。このＦＲＰ板１Ｂは、繊維方向が複数方向に、例えば０°、９０°の二方向、０°、±６０°の三方向など所定方向に配向するようにして、複数枚を接着剤にて接合して所定の板厚の撓み板部材１１が作製される。

例えば、図５（ａ）に示す本実施例では、４枚のＦＲＰ板１Ｂを、０°、９０°、９０°、０°方向に配向するようにして互いに接着剤にて接合して硬化し、板厚（Ｔ０）０．１〜５ｍｍ程度の一体とされるＦＲＰ製撓み板部材１１を作製する。

次いで、上記撓み板部材１１を、図２に示すように、各辺部材１０ａ〜１０ｄの長さ及び幅が所定の長さ（Ｌ）及び幅（Ｗ）となるように、即ち、本実施例では、環状の四角体となるように機械加工する。

また、本実施例では、コーナー部１０ｓ〜１０ｖの角部は、出隅Ｒ１及び入り隅Ｒ２の湾曲形状となるように加工する。また、コーナー部１０ｓ〜１０ｖには、連結ボルト１２１の挿通穴１３、１４が加工される。

このようにして、ディスク１０を構成する成形加工されたＦＲＰ製の撓み板が作製される。

具体例２
具体例１では、繊維シート１は、図４（ａ）に示すように、連続した強化繊維ｆを一方向に引き揃えてシート状に構成される樹脂未含浸の繊維シート１Ａとされたが、強化繊維ｆの方向を一方向、二方向、三方向などに配列するか、又は、織成或いは編成したものとすることができる。このような繊維シートに樹脂Ｒｅを含浸し、前記樹脂が硬化され、繊維強化プラスチック板（ＦＲＰ板）１Ｃ（図５（ｂ）参照）とされる。このＦＲＰ板１Ｃは、板厚（ｔ）が例えば０．１〜１．０ｍｍ程度とされる。

従って、このようにして作製されたＦＲＰ板１Ｃは強化繊維ｆの方向をディスク１０の撓み方向に合わせて適宜重ねて積層する。例えば、図５（ｂ）に示すように、本具体例の２軸配向のＦＲＰ板１Ｃの場合には、４枚のＦＲＰ板１Ｃを繊維方向が同じとなるように配向して、互いに接着剤にて接合して硬化し、板厚（Ｔ０）０．１〜５ｍｍ程度の一体とされるＦＲＰ製撓み板部材１１を作製する。

次いで、上記ＦＲＰ製撓み板部材１１を、図２に示すように、各辺部材１０ａ〜１０ｄの長さ及び幅が所定の長さ（Ｌ）及び幅（Ｗ）となるように、即ち、環状の四角体となるように機械加工する。また、コーナー部１０ｓ〜１０ｖの角部は、出隅Ｒ１及び入り隅Ｒ２の湾曲形状となるように加工することができる。更に、コーナー部１０ｓ〜１０ｖには、連結ボルト１２１の挿通穴１３、１４が加工される。

このようにして、ディスク１０を構成する成形加工されたＦＲＰ製の撓み板が作製される。

上記具体例１、２で説明した繊維シート１Ａ（ＦＲＰ板１Ｂ、１Ｃ）において、強化繊維ｆとしては、炭素繊維に限定されるものではなく、ガラス繊維、バサルト繊維などの無機繊維；ボロン繊維、チタン繊維、スチール繊維などの金属繊維；更には、アラミド、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）、ポリアミド、ポリアリレート、ポリエステルなどの有機繊維；が単独で、又は、複数種混入してハイブリッドにて使用することができる。

また、ＦＲＰ板１Ｂ、１Ｃの場合の樹脂Ｒｅとしては、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を使用することができ、熱硬化性樹脂としては、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂などが好適に使用され、又、熱可塑性樹脂としては、ナイロン、ビニロンなどが好適に使用可能である。又、繊維体積含有率（Ｖｆ)は、４０〜７５％、好ましくは、５０〜６０％とされる。

上記具体例における説明では、樹脂未含浸の繊維シート１Ａなどを使用して、繊維強化プラスチック１Ｂ、１Ｃを作製するものとしたが、一方向、二方向或いは三方向に配列した、又は、２軸、３軸の織物或いは編物などとされる強化繊維に熱可塑性樹脂或いは熱硬化性樹脂が含浸された強化繊維プリプレグを使用して作製することもできる。繊維体積含有率（Ｖｆ)は、４０〜７５％、好ましくは、５０〜６０％とされる。

（固定板）
上述したように、ディスク１０は、本実施例では環状四角体に成形加工された繊維強化プラスチック製の薄板である撓み板を一枚だけ使用して構成されるか、或いは、複数枚（１０Ａ〜１０Ｄ）を接着することなく単に重ね合わせた積層体にて構成される。

図１に示すように、環状四角体をなす複数枚の撓み板、即ち、例えば撓み板積層体１０Ａ〜１０Ｄから成るディスク１０は、第１ハブ１０１の連結ボルト挿通穴１０１ｃ、及び、ディスク１０の第１ハブ取付け穴１３を挿通した連結ボルト１２１にナット１３１が螺合されることにより、第１ハブ１０１に固定される。また、ディスク１０は、第２ハブ１０２の連結ボルト挿通穴１０２ｃ、及び、ディスク１０の第２ハブ取付け穴１４を挿通した連結ボルト１２１にナット１３１が螺合されることにより、第２ハブ１０２に固定される。

このとき、本発明によれば、ディスク１０は、図１（ａ）、図３に示すように、そのコーナー部１０ｓ〜１０ｖの両面が固定板１２、１２に挟持されており、該固定板１２、１２を介してボルト１２１、ナット１３１によりハブ１０１、１０２に固定される。

次に、固定板１２の構成及び作用について更に説明する。

固定板１２は、その形状は、任意の形状とされるが、上述した如く、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ディスク１０のコーナー部１０ｓ〜１０ｖに形成された固定板１２が接触する平面における出隅部Ｒ１、入り隅部Ｒ２を完全に覆った形状、寸法のものとされる。つまり、固定板１２は、ディスク１０のコーナー部１０ｓ〜１０ｖに形成された固定板１２が接触する平面における出隅部Ｒ１、入り隅部Ｒ２に完全に接触する形状寸法とされる。固定板の形状、寸法は、ディスク１０のコーナー部１０ｓ〜１０ｖの固定板１２が接触する平面における出隅部Ｒ１、入り隅部Ｒ２が露出することがないように覆うことができれば、任意の形状とすることができ、円形、四角形、六角形など、ディスクの形状に応じて適宜決めることができる。

本実施例では、固定板１２の形状は、円形状とされており、ディスク１０に当接する側の面の直径Ｄ１は、コーナー部１０ｓ〜１０ｖに形成された固定板１２が接触する平面における出隅部Ｒ１、入り隅部Ｒ２を含む領域と完全に接触する大きさとされる。また、固定板１２のディスク１０との接触面の境界部Ｒ１２は図３（ａ）、（ｂ）に示すように、湾曲形状とするのが好ましい。この湾曲形状（Ｒ１２）を設ける構成により、ディスク１０に対する固定板１２の締め付け力による応力集中を緩和することが可能である。

なお、上記説明では、コーナー部１０ｓ〜１０ｖの出隅部Ｒ１、入り隅部Ｒ２は、適当な湾曲形状であるとして説明したが、上述のように、本発明によれば、ディスク１０のコーナー部１０ｓ〜１０ｖの固定板１２が接触する平面における出隅部Ｒ１、入り隅部Ｒ２は、固定板１２の中に納まる形状で、且つ、固定板１２の締め付け力に対して十分な耐力があれば、特に出隅部Ｒ１、入り隅部Ｒ２を湾曲形状とすることは必ずしも必要ではない。

固定板１２の材質は、十分な曲げ剛性が得られるものであれば特に限定されるものではないが、ステンレススチール等の鋼材、アルミ材などの金属材、樹脂板、繊維強化プラスチック材、セラミックス材などを使用し得る。

次に、図７を参照して、固定板１２の作用について説明する。

上述したように、本発明者らは、コーナー部１０ｓ〜１０ｖの出隅部Ｒ１や入り隅部Ｒ２などでの応力集中を緩和するために各辺部材１０ａ〜１０ｄに穏やかな湾曲を設けたディスクを作製し、このディスクを軸継手に組み込み実験を行ったところ、この湾曲部分に強化繊維に沿ったクラックや剥離が発生することが多く、これが疲労強度の低下原因となっていることが分かった。

つまり、図７に示すように、各辺部材１０ａ〜１０ｄの湾曲部分にミスアライメントによる繰り返し曲げ変形に起因した曲げ応力が作用した場合に、この湾曲部分の切断端部が露出した強化繊維ｆに沿ってクラックや剥離が発生することが分かった。

つまり、例えば、図７に示すディスク１０の構成では、各辺部材１０ａ〜１０ｄの湾曲部分にミスアライメントによる繰り返し曲げ変形に起因した曲げ応力が作用した場合に、この湾曲部分の切断端部が露出した強化繊維ｆに沿ってクラックや剥離が発生する。

従って、本発明では、図２に示すように、各辺部材１０ａ〜１０ｄの形状を直線状としている。更に、コーナー部１０ｓ〜１０ｖは、上述のように、固定板１２にて挟持し、固定板１２が接触する平面における出隅部Ｒ１及び入り隅部Ｒ２が露出しないようにして第１ハブ１０１及び第２ハブ１０１に取付ける。

次に、本発明の効果を立証するために本発明者らが行った実験及びその結果について以下に説明する。

実験例１
本実験では、図１に示すディスクタイプ軸継手に、本発明に従った構成のディスクユニット、及び、従来使用されている構成のディスクを使用したディスクユニットを装着して、両者の耐久試験を行った。

（ディスク）
試験体である本実施例及び比較例のディスクは、下記の要領にて作製した。

本実験例にて使用する試験体を作製するための繊維シートは、図４（ａ）に示すように強化繊維を一方向に配列し、マトリックス樹脂が含浸されたプリプレグ（ＵＤプリプレグ）を使用した。

本実験ではＵＤプリプレグとして、ＰＡＮ系高強度タイプ炭素繊維ＵＤプリプレグを使用した。マトリックス樹脂は、エポキシ樹脂であり、繊維体積含有率（Ｖｆ）は、５７％であった。

上記炭素繊維ＵＤプリプレグを、０°／９０°／９０°／０°／９０°／９０°／０°の配向角度で積層して接着し、オートクレーブを用いて１３０℃、２時間で硬化させ、繊維強化プラスチック製撓み板部材１１を得た。

上記繊維強化プラスチック製撓み板部材１１の諸物性は、次の通りである。
弾性係数：０°方向曲げ弾性係数８８ＧＰａ、９０°方向曲げ弾性係数５９ＧＰａ
曲げ強度：０°方向曲げ強度１．９ＧＰａ、９０°方向曲げ強度１．７ＧＰａ
厚さ（Ｔ０）：０．７ｍｍ

本実験例では、上記繊維強化プラスチック製撓み板部材１１を機械加工して本実施例と比較例の環状四角体の撓み板、即ち、ディスク１０を作製した。

本実施例の撓み板部材１１は、図２（及び図６）に示すように、直線状とされる各辺部材１０ａ〜１０ｄの内側縁部１０ｉｎ及び外側縁部１０ｏｕｔに沿って強化繊維ｆが平行に配向されて位置するように加工した。また、コーナー部１０ｓ〜１０ｖの角部は、出隅部Ｒ１及び入り隅部Ｒ２が湾曲形状となるように加工した。コーナー部１０ｓ〜１０ｖには、連結ボルト１２１の挿通穴１３、１４を加工した。

ここで、直線状の各辺部材１０ａ〜１０ｄは、長さ（Ｌ）が７７ｍｍ、幅（Ｗ）は１５ｍｍとした。取付け穴１３、１４間の距離（Ｌ０）は、５８ｍｍとした。また、コーナー部１０ｓ〜１０ｖにおける出隅部Ｒ１及び入り隅部Ｒ２は、それぞれ、半径９．５ｍｍ、１．６ｍｍの湾曲形状とした。

比較例の撓み板部材１１も又、上記実施例と同様にして作製したが、ただ、比較例の撓み板部材１１は、図７に示す形状寸法に機械加工した。即ち、各辺部材１０ａ〜１０ｄは、その外側縁部１０ｏｕｔ及び内側縁部１０ｉｎは湾曲形状とされ、それぞれ、半径１１７ｍｍ、２２ｍｍとし、対向する辺部材の外周縁部１０ｏｕｔ間の長さ（Ｌ）は８６ｍｍ、内周縁部１０ｉｎ間の幅（Ｗｏ）は５５ｍｍとした。取付け穴１３、１４間の距離（Ｌｏ）は、５８ｍｍとした。また、コーナー部１０ｓ〜１０ｖは、外側及び内側とも出隅（凸状）Ｒ１、Ｒ２とされ、それぞれ、半径１０ｍｍ、１５ｍｍの湾曲形状とした。

このようにして環状四角体に成形された撓み板１０Ａ〜１０Ｄを４枚積層して厚さ（Ｔ）が２．８ｍｍとされる本実施例及び比較例のディスク１０（図２）、１０Ｐ（図７（ａ））を作製した。

（固定板）
固定板１２は、図３（ｂ）に示すように、ステンレススチールにて作製した円板形状のものとした。厚さＴ１２が２．５ｍｍであり、外径Ｄ２が２０ｍｍ、ディスク１０との当接面の外径Ｄ１は、１８ｍｍとした。また、直径Ｄ１の面から直径Ｄ１の外周面への境界領域Ｒ１２は、半径が１ｍｍの面取りを行った。中心に直径１０ｍｍのボルト貫通穴１２ａを穿設した。

（試験方法）
試験体である上記ディスク１０、１０Ｐを、固定板１２を使用して図１に示すシングルタイプの軸継手に装着した。本実施例の構成においては、固定板１２は、ディスク１０のコーナー部の固定板１２が接触する平面における出隅部Ｒ１、入り隅部Ｒ２を全て覆って取付けることができ、ディスクのコーナー部の固定板１２が接触する平面における出隅部Ｒ１、入り隅部Ｒ２が固定板１２から露出することはなかった。これに対して、比較例のディスク１０Ｐは、図７（ｂ）に示すように、ディスク１０Ｐのコーナー部１０ｓ〜１０ｖの内側出隅部Ｒ２が固定板１２より露出していた。

耐久試験条件は、次の通りであった。
・ミスアライメント：偏角３°付与
・軸方向強制変位：０．７ｍｍ
・試験回転数：１８００ｒｐｍ
・試験回数：１×１０⁷

（試験結果）
耐久試験後の試験体に造影剤を端部から染み込ませ、Ｘ線による損傷観察を行った。

比較例のディスク１０Ｐには、図７（ｂ）に示すように、湾曲形状とされる内周縁部１０ｉｎ及び外周縁湾曲部１０ｏｕｔにも、クラック（層間剥離）が発生した。一方、本実施例のディスク１０には何らクラック（層間剥離）は発生せず、異常はなかった。

更に、耐久試験後の残存強度確認を行った。つまり、耐久試験後のディスクを軸継手のハブ１０１、１０２に取付け、軸方向引張荷重を負荷して曲げ破壊させ、残存強度の確認を実施した。試験結果を表１に示す。

本発明の構成によれば、上記実験結果から理解されるように、ミスアライメントによる繰り返し曲げ変形を受けてもクラック、剥離の発生を抑制し、強度低下を起こすことがない。従って、ミスアライメントの許容値が大きく、耐久性に優れている。

実施例２
上記実施例１では、ディスク１０は、外形状が矩形状（四角形）とされ、内部にも同様に矩形状（四角形）の穴が形成された環状の四角体であるとして説明した。しかし、本発明のディスク１０は、ディスク１０を形成する各辺部材の形状が直線状とされることが重要であり、ディスク１０の形状、寸法は、三角形以上の多角形であれば良く、強化繊維の配向方向は、必要な曲げ剛性と強度に応じて決めることができる。

変更実施例１
図８（ａ）には、６辺の辺部材１０ａ〜１０ｆから成る環状の六角体のディスク１０を示す。この変更実施例においても各辺部材１０ａ〜１０ｆは直線状とされる。この場合には、繊維強化プラスチックの強化繊維の配向を、例えば、０°、±６０°の三方向に配向した構成とするのが良い。

なお、図８（ａ）に示す本変更実施例１によれば、ディスク１０のコーナー部１０ｓ〜１０ｘの固定板１２が接触する平面における出隅部Ｒ１、入り隅部Ｒ２は、固定板１２の中に納まる形状で、且つ、固定板１２の締め付け力に対して十分な耐力を持たせることにより、出隅部Ｒ１、入り隅部Ｒ２は角形状とされている。

変更実施例２
図８（ｂ）には、実施例１と同様の４辺の辺部材１０ａ〜１０ｄから成る環状の四角体のディスク１０を示す。ただ、本変更実施例２では、コーナー部１０ｓ〜１０ｖは、外側縁部１０ｏｕｔ及び内側縁部１０ｉｎとも出隅（凸）形状とされている。斯かるコーナー形状であっても、図示するように、ディスク１０のコーナー部１０ｓ〜１０ｖの固定板１２が接触する平面における出隅部Ｒ１、Ｒ２が固定板１２の中に納まる形状であれば実施例１と同様の作用効果を達成し得る。

変更実施例３
図９（ａ）には、実施例１と同様の４辺の辺部材１０ａ〜１０ｄから成る環状の四角体のディスク１０を示す。ただ、本変更実施例３では、コーナー部１０ｓ〜１０ｖの外側縁部１０ｏｕｔを形成する出隅部Ｒ１の形状が、各辺部材１０ａ〜１０ｄの外側縁部１０ｏｕｔより更に外方へと突出した形状とされている。斯かるコーナー形状であっても、図示するように、ディスク１０のコーナー部１０ｓ〜１０ｖの固定板１２が接触する平面における出隅部Ｒ１、入り隅部Ｒ２が固定板１２の中に納まる形状であれば実施例１と同様の作用効果を達成し得る。

変更実施例４
上記各実施例、変更実施例では、ディスク１０は、直線状の複数の辺部材１０ａ〜１０ｆにて一体に形成された環状の多角形体であるとして説明した。しかし、本発明のディスク１０の形態は、これに限定されるものではなく、直線状に成形された短冊状のリンク部材を一体的に組み合わせて環状の多角形体とすることもできる。

図９（ｂ）、（ｃ）には、４つの短冊状のリンク部材とされる直線状に成形された辺部材１０ａ〜１０ｄを、実施例１と同様の４辺から成る四角体のディスク形状に組み合わせた構成を示す。各短冊状の辺部材１０ａ〜１０ｄは、各辺部材１０ａ〜１０ｄの両端部を互いに接着剤にて接着して一体とすることもできるが、固定板１２により固定することにより、実質的に実施例１の環状四角体と同じ構造とされ、実施例１と同様の作用効果を達成し得る。本変更実施例４では、固定板１２は四角形とされている。勿論、他の実施例と同様に円形状であっても良い。

１ 繊維シート
１０（１０Ａ〜１０Ｄ） 撓み板（ディスク）
１０ａ〜１０ｆ 辺部材
１０ｓ〜１０ｘ コーナー部
１０ｉｎ 内側縁部
１０ｏｕｔ 外側縁部
１１ 繊維強化プラスチック板（撓み板部材）
１２ 固定板
１３、１４ 取付け穴
２０ ディスクユニット
１０１、１０２ 第１、第２ハブ

Claims (6)

1. ディスクタイプの軸継手において駆動軸と被駆動軸との間の回転トルク伝達を行うディスクユニットであって、
   直線状の複数の辺部材を互いにその両端部で接続して環状の多角形体とされ、一枚とされるか、又は、複数枚を重ね合わせた積層体とされる、少なくとも前記直線状とされる各辺部材の内側縁部及び外側縁部に沿って平行に配向されて位置する連続した強化繊維を含む繊維強化プラスチック板で作製したディスクと、
   前記各辺部材の接続部である前記ディスクのコーナー部を両側から挟持して配置された固定板と、
   を備え、
   前記固定板は、前記コーナー部に形成された出隅部及び入り隅部であって、前記固定板が接触する平面における出隅部及び入り隅部を全て覆って接触する大きさとされ、前記ディスクとの接触面の境界部は湾曲形状とされることを特徴とするディスクユニット。
2. 前記ディスクは、直線状の複数の辺部材にて一体に形成された環状の多角形体とされることを特徴とする請求項１に記載のディスクユニット。
3. 前記ディスクは、短冊状のリンク部材を一体的に組み合わせて直線状の複数の辺部材にて一体に形成された環状の多角形体とされることを特徴とする請求項１に記載のディスクユニット。
4. 前記固定板は、前記コーナー部の出隅部及び入り隅部であって、前記固定板が接触する平面における出隅部及び入り隅部が露出することがないように形成された円形状又は多角形状とされることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載のディスクユニット。
5. 前記固定板は、鋼材、アルミ材などの金属材、樹脂板、繊維強化プラスチック材、又は、セラミックス材とされることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のディスクユニット。
6. 駆動軸に取付けられる第１ハブと、被駆動軸に取付けられる第２ハブとの間に配置され、前記駆動軸と前記被駆動軸との間の回転トルク伝達を行うディスクユニットを備えたディスクタイプの軸継手において、
   前記ディスクユニットは、請求項１〜５のいずれかの項に記載のディスクユニットであることを特徴とするディスクタイプ軸継手。

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