KR100681082B1

KR100681082B1 - 가요성 샤프트 커플링

Info

Publication number: KR100681082B1
Application number: KR1020050006598A
Authority: KR
Inventors: 엔도우세이지
Original assignee: 미키풀리주식회사
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2007-02-08
Also published as: TW200532123A; CN100339607C; US7303480B2; DE102004063562A1; US20050215328A1; JP2005273790A; DE102004063562B4; KR20050095549A; TWI320462B; CN1673564A

Abstract

본 발명은 강성 물질로 이루어지는 관형 허브로서, 상기 허브내의 일 단부에서 축방향 구멍내에 수용되는 구동 회전 샤프트의 회전력이 상기 허브의 다른 단부에 부착된 종동 회전 샤프트에 전달될 수 있도록 상기 축방향 구멍을 갖는, 상기 관형 허브를 포함하며, 상기 허브는 상기 허브에 가요성을 제공하기 위해 실질적으로 원주방향으로 여장되는 슬릿을 구비하며, 상기 슬릿에 인접한 상기 허브의 일부의 원주방향 단부는 각각 적어도 외주부에서 아치형으로 움푹 들어간 표면을 갖는 볼록 형상을 구비한 가요성 샤프트 커플링을 제공한다.

Description

가요성 샤프트 커플링{FLEXIBLE SHAFT COUPLING}

도 1은 허브에 가요성을 제공하는 슬릿을 구비한 종래의 가요성 샤프트 커플링의 플랜지 허브를 도시한 사시도로서, 그의 일부가 슬릿에 인접한 허브의 일부의 원주방향 단부의 형상을 설명하기 위해 절결되어 있는 도면,

도 2는 도 1의 허브의 보스부(boss portion)의 단부도로서, 슬릿에 인접한 허브의 일부의 원주방향 단부에서의 응력 분포를 개략적으로 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 가요성 샤프트 커플링용 플랜지 허브를 도시한 사시도,

도 4는 도 3에 도시한 바와 같은 한쌍의 플랜지 허브를 이용할 경우의 가요성 샤프트 커플링을 도시한 사시도,

도 5는 도 3의 플랜지 허브를 도시한 사시도로서, 그의 일부가 허브에 가요성을 제공하는 슬릿에 인접한 허브의 일부의 원주방향 단부의 형상을 설명하기 위해 절결된 상태인 도면,

도 6a는 도 3에 도시한 허브의 보스부의 단부도로서, 슬릿에 인접한 허브의 일부의 원주방향 단부의 형상을 개략적으로 도시한 도면,

도 6b는 도 6a와 유사한 도면으로서, 슬릿에 인접한 허브의 일부의 원주방향 단부에서의 응력 분포를 도시한 도면,

도 7a 내지 도 7c는 각각 본 발명에 따른 가요성 샤프트 커플링의 다른 실시예를 도시한 정면도, 측면도 및 배면도,

도 8은 본 발명에 따른 가요성 샤프트 커플링의 또 다른 실시예를 도시한 사시도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10, 30, 40 : 가요성 샤프트 커플링 11, 31, 41 : 관형 허브

12 : 보스부 13 : 플랜지부

15, 33, 43 : 슬릿 14, 32, 42 : 축방향 구멍

22 : 구동 회전 샤프트 23 : 종동 회전 샤프트

12a, 12b, 31a, 31b : 원주방향 단부

본 발명은 구동 회전 샤프트와 종동 회전 샤프트 사이에서 동력을 전달하기 위해 이들을 연결하는데 이용되고, 구동 및 종동 회전 샤프트 사이에서 편심률(eccentricity), 각 변위(angular displacement) 또는 트러스트 변위(thrust displacement)와 같은 부정합(misalignment)이 발생하는 경우 이 연결부를 유지하도록 굽힘가능한 가요성 샤프트 커플링에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 허브에 가요성을 제공하는 하나 또는 복수의 슬릿(홈부)을 형성한 본체를 포함하는 가요성 샤프트 커플링에 관한 것이다.

각종 가요성 샤프트 커플링은, 예컨대 일본 실용신안 공개 공보 제 1993-6226 호, 일본 실용신안 공개 공보 제 1993-78631 호, 일본 특허 공개 공보 제 1996-226456 호, 일본 특허 공개 공보 제 1998-47365 호 또는 일본 특허 제 3382585 호에 개시되어 있다. 이들 가요성 샤프트 커플링은 관형 부재로 이루어진 허브를 포함하며, 이 허브는 샤프트의 부정합을 흡수하고 샤프트 커플링에 의해 연결된 샤프트 사이의 회전력 전달을 유지하도록 허브에 가요성을 제공하는 하나 또는 복수의 슬릿을 형성하고 있다.

상기 특허 문헌에 개시된 바와 같은 종래의 가요성 샤프트 커플링에 있어서, 관형 부재는 도 1의 사시도에 도시한 바와 같이 보스부(2)와 플랜지부(3)에 의해 구성된 플랜지 허브(1)로 이루어지며, 이 보스부(2)는 축방향 구멍(5)을 갖는다. 또한, 이 보스부(2)는 허브(1)에 가요성을 제공하도록 그의 기부에 슬릿(4)을 형성하고 있다. 도 1에서, 보스부(2)의 일부는 슬릿(4)의 형상을 나타내도록 절결되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 슬릿(4)에 원주방향으로 인접한 보스부(2)의 일부는 2개의 평면형 원주방향 단부(2a, 2b)를 갖고, 슬릿(4)의 외주부가 보스부(2)의 외주부와 정렬하는 한편 슬릿(4)의 내주부는 축방향 구멍(5)의 외주부와 정렬하고 있다.

사용시, 한쌍의 플랜지 허브(1, 1)는 플랜지부(3)내에 형성된 부착 구멍(6, 7)을 통과하는 나사 수단에 의해 서로 연결되고, 구동 샤프트가 플랜지 허브(1, 1) 중 하나의 축방향 구멍(5)내에 삽입되는 한편 종동 샤프트는 2개의 샤프트가 한쌍의 플랜지 허브(1, 1)를 거쳐 서로 연결되도록 서로의 축방향 구멍(5)내에 삽입된다. 바람직하게, 평면형 스프링이 플랜지 허브(1, 1)(평면형 스프링 커플링)의 플랜지부(3, 3) 사이에 개재되어서, 회전력이 샤프트 사이에 전달될 때 평면형 스프링뿐만 아니라 슬릿(4)에 의해 가요성을 제공받은 보스부(2)가 2개의 샤프트의 회전축 사이의 부정합을 흡수하기 위해 가요성 있게 변형할 수 있다.

그러나, 상기와 같이 형성된 슬릿(4)을 갖는 플랜지 허브(1)에 있어서, 샤프트 사이의 동력 전달을 일으키는 회전력 적용에 의해 야기될 수 있는 편심률, 각 변위 및/또는 트러스트 변위와 같은 샤프트 사이의 부정합을 흡수하기 위해 이 플랜지 허브(1)가 변형될 때, 보스부(2)에 작용하는 응력의 분포는 도 2에서 화살표[9(9a, 9b)]로 나타낸 바와 같이 불균일할 수 있다. 상세하게, 보스부(2)의 외주부와 내주부에 작용하는 응력은 중앙의 원주방향 라인(8) 주위에 작용하는 것보다 클 수 있고, 특히 보스부(2)의 외주부에서 응력이 최고점에 이르는 경향이 있어서, 외주부 근방의 보스부의 일부에 균열이 생길 수 있다. 이것은 유리한 회전력 전달을 방해할 수 있고, 극심한 경우, 플랜지 허브는 쓸모 없게 될 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 상기의 일본 특허 공개 공보 제 1996-226456 호는 허브의 축에 수직인 방향으로 볼 때에 슬릿의 단부(또는 하부)를 만곡시키도록 제안되어 있어서, 슬릿의 단부의 코너에 집중하는 경향이 있는 것과는 달리 응력을 감소시켜서 가해진 하중에 대한 강도를 개선시키고 보다 높은 신뢰성 및 내구성을 성취한다. 그러나, 이러한 측정이 불충분하고 한층 더한 개선이 요구되 고 있다.

종래 기술의 이러한 문제점을 감안하여, 본 발명의 제 1 목적은 응력 집중을 감소 또는 분산시키고 훨씬 균일한 응력 분포를 성취하여, 샤프트 커플링에 균열이나 다른 손상의 발생을 회피하고 커플링의 신뢰성 및 내구성을 개선할 수 있는 개선된 형상을 갖는 슬릿을 구비한 가요성 샤프트 커플링을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은 구조가 단순하고 저렴한 가요성 샤프트 커플링을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적은, 강성 물질로 이루어진 관형 허브(11, 31, 41)를 포함하는 가요성 샤프트 커플링(10, 30, 40)으로서, 허브는, 이 허브에 가요성을 제공하는 실질적으로 원주방향으로 연장되는 슬릿(15, 22, 43)을 구비하며, 상기 허브가 축방향 구머을 가져서 허브의 일 단부에서 축방향 구멍내에 수용된 구동 회전 샤프트(22)의 회전력이 허브의 다른 단부에 부착된 종동 회전 샤프트(23)에 전달될 수 있으며, 슬릿에 인접한 허브의 일부의 원주방향 단부(12a, 12b, 31a, 31b)는 적어도 외주부에 아치형으로 움푹 들어간 표면을 갖는 볼록 형상을 구비하는, 가요성 샤프트 커플링(10, 30, 40)을 제공함으로써 성취될 수 있다.

슬릿에 인접한 허브의일부의 볼록형 원주방향 단부는 내주부와 외주부 양자에 아치형으로 움푹 들어간 표면을 구비할 수 있다.

하중 적용에 대한 허브의 원주방향 단부상에 가해진 응력이 원주방향 단부의 내주부와 외주부에 집중되는 경향이 있고 응력이 외주부에서 그 최고점을 갖는 경향이 있기 때문에, 원주방향 단부의 적어도 외주부에 아치형으로 움푹 들어간 표면을 제공하는 것은 그에 가해진 응력의 양을 감소시킬 수 있다. 내주부도 아치형으로 움푹 들어간 표면을 구비한다면, 실질적으로 균일한 응력 분포를 성취할 수 있다.

이것은, 허브의 원주방향 단부가 하중 적용에 대한 응력 분포를 일으키는 피로 파손(fatigue fracture)을 받는 것을 방지하여, 샤프트 커플링의 신뢰성 및 내구성을 개선한다. 더욱이 변형예로서, 보다 덜 집중된 응력 분포는 보다 적고 낮은 양/질의 재료를 허브내에서 사용되게 하므로, 보다 저렴하게 보다 콤팩트하거나 보다 경량인 허브(또는 샤프트 커플링)를 성취할 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 하기의 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 수 있다.

첨부한 도면을 참조하여 하기에 본 발명을 기술한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 샤프트 커플링(10)의 본체로서 사용되는 플랜지 허브(11)를 도시한 사시도이다. 플랜지 허브(11)는 보스부(12)와, 이 보스부(12)의 하나의 축방향 단부에 일체형으로 제공된 플랜지부(13)를 갖는 관형 형상을 갖는다. 플랜지 허브(11)는 그 중앙에 연결되는 샤프트를 적절하게 수용하기 위한 축방향 구멍(14)을 형성한다. 보스부(12)는 플랜지부(13)(도 5 참조)를 갖는 가장자리부 근방의 위치에 원주방향으로 또는 그 위치에 허브(11)의 축에 수직인 방향으로 연장되는 원주방향 슬릿(15)을 형성한다. 보스부(12)는 서로 원주방향으로 대향하고 축방향으로 연장되는 축방향 슬릿(16)과 내측 홈부 또는 노치(notch)(17)를 더 구비한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 가요성 샤프트 커플링(10)은, 평면형 스프링(18)이 플랜지부(13, 13) 사이에 개재된 상태로, 그들의 플랜지부(13, 13)가 서로 면하도록 배치된 한쌍의 동일한 플랜지 허브[11(11A, 11B)]에 의해 구성될 수 있다. 평면형 스프링(18)은 복수의 적층형 스프링 부품을 포함할 수 있다. 연결용 나사(20)는, 하나의 플랜지부(13)내에 형성된 대응 단차형 구멍(19)을 관통하여 서로 플랜지 허브(11A, 11B)를 고정하기 위해 다른 플랜지부(13)의 결합된 나사형 구멍(21)과 결합된다. 구동 회전 샤프트(22) 및 종동 회전 샤프트(23)는, 한쌍의 플랜지 허브(11A, 11B)의 각각의 축방향 구멍(14)내에 삽입되고 단차형 구멍(25)을 거쳐 나사식 단차형 구멍(24)과 결합된 연결용 나사(26)에 의해 그내에 고정되어, 그 사이에 축방향 슬릿(16)을 개재하도록 형성된다.

도 5, 도 6a 및 도 6b에서 알 수 있는 바와 같이, 원주방향 슬릿(15)은, 슬릿(15)이 형성되는 보스부(12)의 일부의 재료의 원주방향 반부 주위를 제거함으로써 형성되고, 슬릿(15)에 인접한 보스부(12)의 원주방향 단부(12a, 12b) 양자는 허브(11)의 축을 따른 방향으로 볼 때 볼록 형상으로 구비되며, 이 볼록 형상은 보다 균일한 응력 분포를 성취하기 위해 도 2에 도시한 응력 분포에 근거하여 결정된다. 도 6a에 최선으로 도시한 바와 같이, 볼록 단부(12a, 12b)는 보스부(12)의 중앙의 원주방향 라인(27) 주위에 실질적으로 평면형인 표면과, 내주부 및 외주부에 아치형으로 움푹 들어간 표면을 포함한다.

이러한 방식으로, 하중이 가해질 때 내주부 및 외주부에 응력이 집중되는 종래의 실시예와는 달리, 슬릿(15)에 인접한 보스부(12)의 볼록형 원주방향 단부(12a, 12b)에 가해진 응력은, 도 6b의 화살표[28(28a, 28b)]로 나타낸 바와 같이, 실질적으로 균일한 응력 분포를 성취하기 위해 원주방향 단부(12a, 12b)의 내주부 및 외주부에서 응력의 양을 감소시키도록 분산될 수 있다. 이것은 원주방향 단부(12a, 12b)가 응력 집중을 일으킬 수 있는 피로 파손을 받는 것을 방지하므로, 샤프트 커플링의 신뢰성 및 내구성을 개선시킨다. 더욱이 변형예로서, 보다 적게 집중된 응력 분포는 보다 적고 낮은 양/질의 재료가 허브내에 사용되게 하므로, 보다 저렴하게 보다 콤팩트하거나 보다 경량인 허브(또는 샤프트 커플링)를 성취할 수 있다.

상술한 본 발명의 가요성 샤프트 커플링과 도 1 및 도 2에 도시한 종래의 실시예를 비교하기 위해서, 피로 파손 시험을 수행하였다. 정격 하중보다 150% 큰 하중이 가해진 경우, 종래의 샤프트 커플링이 하중의 약 300만번 반복 적용에서 파손된 반면, 본 발명에 따른 샤프트 커플링은 하중의 1000만번 반복 적용후에도 적절하게 기능할 수 있음이 시험 결과 나타났다.

원주방향 슬릿에 인접한 보스부의 일부의 원주방향 단부에서의 응력 분포는 샤프트 커플링의 전체 구조 또는 형상에 따라서 변경될 수 있고, 이에 따라 볼록형 원주방향 단부의 움푹 들어간 표면은 특정 응력 분포에 따라 적절하게 결정될 필요가 있다. 도시한 실시예에 있어서, 보스부(12)의 벽 두께를 T로 표시한 경우(도 6a), 외주부에서의 움푹 들어간 표면이 T/2 내지 T/3의 치수를 갖는 아치형 표면으로 이루어지는 것이 바람직한 한편, 내주부에서의 움푹 들어간 표면은 T/3 내지 T/4의 치수를 갖는 아치형 표면으로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다.

상기의 실시예에 있어서, 볼록 단부(12a, 12b)는 내주부와 외주부 양자에서 움푹 들어간 표면을 구비한다. 그러나, 외주부보다 내주부에 보다 낮은 응력이 집중되는 경향이 있기 때문에, 볼록 단부는 외주부에서만 움푹 들어간 표면을 포함하고, 움푹 들어간 표면 없이 중앙의 원주방향 라인(27)의 내측 부분을 평면으로 구성할 수 있다. 이것은 내주부에서 움푹 들어간 표면을 형성하기 어려운 소형의 가요성 샤프트 커플링에 특히 바람직하다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 상이한 형상의 허브를 이용하는 가요성 샤프트 커플링의 실시예를 도시하고 있다. 샤프트 커플링(30)은 플랜지부 없이 직선형 관형 부재에 의해 구성된 허브(또는 커플링 메인 본체)(31)를 이용하며, 축방향 구멍(32)은 연결되는 샤프트를 수용하도록 중심축을 따라 형성된다. 허브(31)는, 반환형 형상(semi-annular shape)으로 원주방향으로 연장되는 원주방향 슬릿(33)과, 이 원주방향 슬릿(33)에 수직이 되도록 축방향으로 연장되는 축방향 슬릿(또는 홈부)(34)을 형성한다.

가요성 샤프트 커플링(30)은, 평면형 스프링(36)이 한쌍의 허브[31(31A, 31B)] 사이에 개재된 상태로, 연결용 나사(37)에 의해 함께 연결된 한쌍의 허브[31(31A, 31B)]를 포함한다. 구동 회전 샤프트 및 종동 회전 샤프트는 각각의 축방향 구멍(32)내에 삽입되어 연결용 나사(38)를 조임으로써 그내에 고정된다. 이에 따라, 이전 실시예에서와 같이, 슬릿(33) 및 평면형 스프링(36)은, 평면형 스프링(36)을 생략가능하지만 샤프트 커플링(30)에 가요성을 제공하는데 기여한다.

이 가요성 샤프트 커플링(30)에 있어서, 슬릿(33)에 원주방향으로 인접한 허브(31)의 일부의 원주방향 단부(31a, 31b)의 내주부 및 외주부상에 응력 집중되는 것을 방지하기 위해서, 원주방향 단부(31a, 31b)는 이전 실시예에서와 같이 아치형으로 움푹 들어간 표면을 갖는 볼록 형상을 구비한다. 그러나, 본 실시예에 있어서, 내주부에 움푹 들어간 표면을 제공하는 것도 가능하지만, 응력이 최고점을 갖는 외주부에서만 움푹 들어간 표면이 형성된다.

도 8은 상이한 형상을 갖는 허브를 이용하는 본 발명에 따른 가요성 샤프트 커플링의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 이 샤프트 커플링(40)은 그의 중앙에 제공된 축방향 구멍(42)을 갖는 직선형 관형 부재로 이루어지는 허브(41)를 포함한다. 본 실시예에 있어서, 허브(41)는 슬릿이 단일 나선형 슬릿 또는 홈부로 대체될 수 있지만 복수의 원주방향으로 연장된 슬릿(43)을 형성한다. 또한, 허브(41)는 나사가 축방향 구멍(42)내에 삽입되는 구동 및 종동 샤프트를 고정하도록 관통되는 부착 구멍(44)을 형성한다.

상술한 실시예와 같이 가요성 샤프트 커플링(40)에 있어서도, 슬릿(43)에 인접한 허브(41)의 일부의 원주방향 단부는 응력 분포에 따른 아치형으로 움푹 들어간 표면을 갖는 볼록 형상을 가져서, 내주부와 외주부(특히, 외주부)상에 가해진 응력의 양이 실질적으로 균일한 응력 분포를 성취하기 위해 감소된다.

본 발명은, 샤프트 커플링이 유사한 유익한 효과를 성취하기 위해 가요성을 제공하는 슬릿을 형성하기만 한다면, 상술한 것 이외의 다른 가요성 샤프트 커플링에 적용될 수 있다. 본 발명의 범위로부터 일탈되지 않고 다양한 변경 및 수정이 가능하다.

예를 들면, 허브는 폴리이미드 또는 폴리아세탈과 같은 수지뿐만 아니라 알루미늄 또는 스테인리스강과 같은 금속 물질을 포함할 수 있는 다양한 강성 물질로 제조될 수 있다. 허브의 형상은 도시한 실시예에서와 같이 원통 형상에 한정되지 않고, 다각형 또는 타원 형상인 내주부 및/또는 외주부를 갖는 관형 부재일 수 있다. 또한, 상기 실시예에서, 구동 및 종동 샤프트가 각각의 허브의 축방향 구멍내에 둘다 수용되어 있지만, 종동 샤프트는 허브의 단부에 일체식으로 형성되거나 또는 허브의 단부에 형성된 플랜지를 거쳐 허브에 연결될 수 있다.

또한, 기술한 실시예에서, 볼록 단부의 아치형으로 움푹 들어간 표면이 아치형으로 만곡된 표면으로 형성되어 있지만, 움푹 들어간 표면은 조합하여 도시한 실시예에서와 같은 유사한 효과를 성취할 수 있고 본 발명의 범위내에 있는 아치형에 유사한 표면을 형성하는 복수의 선형 또는 평면형 표면을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 응력 집중을 감소 또는 분산시키고 훨씬 균일한 응력 분포를 성취하여, 샤프트 커플링에 균열이나 다른 손상의 발생을 회피하고 커플링의 신뢰성 및 내구성을 개선할 수 있고, 샤프트 커플링의 구조를 단순화시키고 또한 저렴하게 제조할 수 있다.

Claims

가요성 샤프트 커플링에 있어서,

강성 물질로 이루어지는 관형 허브로서, 상기 허브내의 일 단부에서 축방향 구멍내에 수용되는 구동 회전 샤프트의 회전력이 상기 허브의 다른 단부에 부착된 종동 회전 샤프트에 전달될 수 있도록 상기 축방향 구멍을 갖는, 상기 관형 허브를 포함하며, 상기 허브는 상기 허브에 가요성을 제공하기 위해 실질적으로 원주방향으로 연장되는 슬릿을 구비하며,

상기 슬릿에 인접한 상기 허브의 일부의 원주방향 단부는 각각 적어도 외주부에서 아치형으로 움푹 들어간 표면을 갖는 볼록 형상을 구비한

가요성 샤프트 커플링.
제 1 항에 있어서,

상기 허브의 일부의 원주방향 단부는 각각 내주부와 외주부 양자에서 아치형으로 움푹 들어간 표면을 갖는 볼록 형상을 구비한

가요성 샤프트 커플링.