特開 2024-178784 ダイアフラムカップリング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024178784

(43)【公開日】2024-12-25

(54)【発明の名称】ダイアフラムカップリング

(51)【国際特許分類】

   F16D 3/00 20060101AFI20241218BHJP

【ＦＩ】

F16D3/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023097199

(22)【出願日】2023-06-13

(71)【出願人】

【識別番号】000101879

【氏名又は名称】イーグル工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】503227553

【氏名又は名称】イーグルブルグマンジャパン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098729

【弁理士】

【氏名又は名称】重信 和男

(74)【代理人】

【識別番号】100204467

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 好文

(74)【代理人】

【識別番号】100148161

【弁理士】

【氏名又は名称】秋庭 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100195833

【弁理士】

【氏名又は名称】林 道広

(74)【代理人】

【識別番号】100206911

【弁理士】

【氏名又は名称】大久保 岳彦

(72)【発明者】

【氏名】川崎 直人

(72)【発明者】

【氏名】古川 泰成

(72)【発明者】

【氏名】中村 亮

(72)【発明者】

【氏名】木藤 雅人

(72)【発明者】

【氏名】福元 博也

(72)【発明者】

【氏名】井田 雄平

(72)【発明者】

【氏名】小樋山 永幸

(57)【要約】

【課題】軽量なダイアフラムカップリングを提供する。
【解決手段】駆動軸２に固定されるダイアフラム４と、従動軸３に固定されるダイアフラム５と、一対のダイアフラム４，５の間を繋ぐ筒状部材６と、を備えるダイアフラムカップリング１であって、筒状部材６は、大径部６Ａと小径部６Ｂ，６Ｃとを有し、大径部６Ａおよび小径部６Ｂ，６Ｃの一方は、他方よりも薄く形成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動軸に固定されるダイアフラムと、従動軸に固定されるダイアフラムと、前記一対のダイアフラムの間を繋ぐ筒状部材と、を備えるダイアフラムカップリングであって、
前記筒状部材は、大径部と小径部とを有し、
前記大径部および前記小径部の一方は、他方よりも薄く形成されているダイアフラムカップリング。

【請求項2】

前記筒状部材は、前記回動軸側のダイアフラムに固定される一の固定部と、前記従動軸側のダイアフラムに固定される他の固定部と、少なくとも前記他の固定部よりも大径の基部と、を有し、
前記他の固定部側には、前記基部よりも厚い厚肉部が設けられている請求項１に記載のダイアフラムカップリング。

【請求項3】

前記厚肉部は前記従動軸側のダイアフラムに溶接されている請求項２に記載のダイアフラムカップリング。

【請求項4】

前記筒状部材は、プレス加工により形成されている請求項２に記載のダイアフラムカップリング。

【請求項5】

前記他の固定部と前記基部との連結部は、テーパ形状をなしている請求項２に記載のダイアフラムカップリング。

【請求項6】

前記厚肉部の厚みは、前記基部の厚みの１．５倍～５倍である請求項２に記載のダイアフラムカップリング。

【請求項7】

前記基部は、前記他の固定部よりも軸方向に長くなっている請求項２ないし６のいずれかに記載の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、例えば回転軸の回転力を従動軸に伝達するダイアフラムカップリングに関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンや蒸気タービン等の回転機械にあっては、その回転軸と補機の従動軸との間にカップリングを配置し、カップリングを介して回転軸の回転力を従動軸に伝達して補機を駆動させることが行われている。

【0003】

例えば特許文献１に示されるカップリングは、動力伝達機構からギアボックスに動力を伝達させるものであって、動力伝達機構の出力軸に取付けられる一方のダイアフラムユニットと、ギアボックスの入力軸に取付けられる他方のダイアフラムユニットと、両ダイアフラムユニットのサイドチューブ間に配設されるセンターチューブと、を備えている。このように、ダイアフラムを用いることで、出力軸と入力軸のミスアライメントを吸収できるようになっている。

【0004】

また、サイドチューブは、小径部と大径部とを備えており、小径部がダイアフラムに固定されており、大径部がセンターチューブに固定されている。サイドチューブの大径部にセンターチューブを接続することから、センターチューブを大径に構成することができ、センターチューブの固有振動数が高められている。これにより、カップリングの回転時の危険速度が動力伝達機構の出力軸の定常運転速度の範囲外となるように設定されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００－３３７３９４号公報（第２頁、第３図）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１のカップリングにあっては、カップリングの危険速度をコントロールできるものの、センターチューブが大径となり重量が嵩む虞があった。

【0007】

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、軽量なダイアフラムカップリングを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記課題を解決するために、本発明のダイアフラムカップリングは、
駆動軸に固定されるダイアフラムと、従動軸に固定されるダイアフラムと、前記一対のダイアフラムの間を繋ぐ筒状部材と、を備えるダイアフラムカップリングであって、
前記筒状部材は、大径部と小径部とを有し、
前記大径部および前記小径部の一方は、他方よりも薄く形成されている。
これによれば、大径部および小径部の一方を薄く形成することができるので、ダイアフラムカップリングを軽量にできる。

【0009】

前記筒状部材は、前記回動軸側のダイアフラムに固定される一の固定部と、前記従動軸側のダイアフラムに固定される他の固定部と、少なくとも前記他の固定部よりも大径の基部と、を有し、
前記他の固定部側には、前記基部よりも厚い厚肉部が設けられていてもよい。
これによれば、回転軸の回転速度が変化したときに生じる捩じれ方向の応力を厚肉部で受けることができるので、基部と他の固定部との連結部の変形を抑制でき、耐久性が向上する。また、局所的に厚肉部を形成するため、全体の厚みを厚くする場合に比べ軽量にできる。

【0010】

前記厚肉部は前記従動軸側のダイアフラムに溶接されていてもよい。
これによれば、厚肉部は広い面積を有しているので、従動軸側のダイアフラムに厚肉部を溶接しやすい。

【0011】

前記筒状部材は、プレス加工により形成されていてもよい。
これによれば、筒状部材はプレス加工による一体物で構成されていることから、他の固定部と基部との連結部の強度を高めることができる。

【0012】

前記他の固定部と前記基部との連結部は、テーパ形状をなしていてもよい。
これによれば、他の固定部と連結部の角部、基部と連結部の角部が緩やかに形成されるので、これら角部に作用する応力を軸方向に分散することができる。

【0013】

前記厚肉部の厚みは、前記基部の厚みの１．５倍～５倍であってもよい。
これによれば、厚肉部に十分な厚みがあるため、応力に対する強度が高い。

【0014】

前記基部は、前記他の固定部よりも軸方向に長くなっていてもよい。
これによれば、軸方向に長い基部の厚みを薄く構成できるので、軽量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明における実施例１のダイアフラムカップリングを示す断面図である。

【図2】回転軸側のダイアフラム周辺を示す一部拡大断面図である。

【図3】従動軸側のダイアフラム周辺を示す一部拡大断面図である。

【図4】本発明における実施例２のダイアフラムカップリングを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明に係るダイアフラムカップリングを実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

【実施例0017】

実施例１に係るダイアフラムカップリングにつき、図１から図３を参照して説明する。以下、図１の紙面左右をダイアフラムカップリングの左右方向として説明する。

【0018】

図１に示されるように、本実施例のダイアフラムカップリング１は、回転機械の駆動軸としての回転軸２と補機の従動軸３との間に配置され、回転軸２と従動軸３とのミスアライメントを吸収して回転軸２の回転力を従動軸３に伝達する軸継手である。

【0019】

回転軸２および従動軸３は中空構造を備えた金属部材である。

【0020】

ダイアフラムカップリング１は、第１ダイアフラム４と、第２ダイアフラム５と、筒状部材６と、から主に構成されている。尚、回転軸２、従動軸３、筒状部材６には、例えば冷却用流体を流し図示しないモータやタービンを冷却することが可能となっている。

【0021】

図１および図２に示されるように、第１ダイアフラム４は、円環状の金属板であり、中央部に開口４ａを有している。開口４ａの周辺の内径部４１は、外径側の他の部位よりも板厚が厚く形成されている。筒状部材６における一の固定部としての右端部６Ｄは、内径部４１に対し溶接により軸方向に固定されている。

【0022】

この第１ダイアフラム４は、回転軸２のフランジ２ａの左側に配置され、第１ダイアフラム４の左側には環状のガード７が配置されている。第１ダイアフラム４およびガード７はボルトナットにより回転軸２のフランジ２ａに固定されている。

【0023】

ガード７は、取付位置における筒状部材６の部位よりも大径を成している。このガード７は、第１ダイアフラム４が過度に撓んだ時に、その内周面７ａに後述する筒状部材６の凸条部６１３を当接させ、第１ダイアフラム４の過度な変形を防止するように機能する。

【0024】

図１および図３に示されるように、第２ダイアフラム５は、第１ダイアフラム４と略同一の構造となっている。筒状部材６の他の固定部としての左端部６Ｅは、第２ダイアフラム５の内径部５１に対して溶接により軸方向に固定されている。

【0025】

この第２ダイアフラム５は、従動軸３の端部に固定された第３ダイアフラム８の右側に配置され、第２ダイアフラム５の右側にはガード７’が配置されている。第３ダイアフラム８は従動軸３の一部を構成している。また、第３ダイアフラム８の左側には、ガード７’’が配置されている。第３ダイアフラム８は、第２ダイアフラム５を軸方向に反転させた構造である。また、ガード７’は、ガード７を軸方向に反転させた構造である。また、ガード７’’は、ガード７と略同一の構造である。

【0026】

第２ダイアフラム５およびガード７’，７’’は、ボルトナットにより第３ダイアフラム８に固定されている。

【0027】

図１～図３に示されるように、筒状部材６は、基部を構成する大径部６Ａと、小径部６Ｂ，６Ｃと、を有する。小径部６Ｂは大径部６Ａの右側に設けられ、小径部６Ｃは大径部６Ａの左側に設けられている。大径部６Ａは、小径部６Ｂ，６Ｃよりも軸方向に長寸となっている。

【0028】

このように、筒状部材６は小径部６Ｂ，６Ｃよりも大径の大径部６Ａを備えているため、筒状部材６の固有振動数が高められており、これにより、ダイアフラムカップリング１の回転時の危険速度が回転軸２の定常運転速度の範囲外となるように設定されている。

【0029】

詳しくは、筒状部材６は、第１部材６１と第２部材６２と第３部材６３とを備えた分割構造をなしている。尚、本実施例では、筒状部材６が３つの部材から構成される形態を例示したが、筒状部材を構成する部材は自由に変更できる。また、筒状部材は分割構造でなく、１つの部材で構成されていてもよい。

【0030】

特に図２を参照して、右側の第１部材６１は、小径部６Ｂを構成する筒状部６１１と、筒状部６１１の右端部、すなわち筒状部材６の右端部６Ｄと、筒状部６１１の左端のフランジ部６１２と、を備えている。

【0031】

右端部６Ｄの板厚Ｌ１は、筒状部６１１の板厚Ｌ２よりも厚く形成されている（Ｌ１＞Ｌ２）。

【0032】

また、右端部６Ｄには、外径側に突出する凸条部６１３が設けられている。この凸条部６１３がガード７の内周面７ａの内側に配置されている。

【0033】

フランジ部６１２は、筒状部６１１の左端部から外径側に張り出して形成されている。フランジ部６１２は、後述する第２部材６２のフランジ部６２２にボルトナットで固定されている。

【0034】

また、フランジ部６１２の左面には、第２部材６２よりも小径の環状突部６１４が左側に突出して設けられている。この環状突部６１４が第２部材６２の内側に挿入されることで第１部材６１と第２部材６２との相対的な傾きが規制されるようになっている。

【0035】

特に図２を参照して、中央の第２部材６２は、大径部６Ａを構成する筒状部６２１と、右端のフランジ部６２２と、左端のフランジ６２３（図１参照）と、を備えている。

【0036】

筒状部６２１は、第１部材６１の筒状部６１１よりも大径を成している。

【0037】

尚、筒状部６２１は、板厚Ｌ１０を有する部位６２１ａと板厚Ｌ１０’を有する部位６２１ｂとを複数個ずつ備えている（Ｌ１０＜Ｌ１０’）。部位６２１ａは、例えば回転バランスの調整のために旋盤等により旋削された部位であり、部位６２１ｂは、旋削されていない部位である。

【0038】

前述のように、フランジ部６２２は、第１部材６１のフランジ部６１２にボルトナットで固定されている。また、フランジ６２３は、後述する第３部材６３のフランジ部６３２にボルトナットで固定されている（図１参照）。

【0039】

特に図３を参照して、左側の第３部材６３は、大径部６Ａを構成する筒状部６３１Ａと、小径部６Ｃを構成する筒状部６３１Ｂと、連結部としての連結筒状部６３１Ｃと、筒状部６３１Ｂの左端部、すなわち筒状部材６の左端部６Ｅと、フランジ部６３２（図１参照）と、を備えている。

【0040】

筒状部６３１Ａは、第２部材６２の筒状部６２１と略同径をなしている。

【0041】

筒状部６３１Ａは連結筒状部６３１Ｃの右側に配置され、筒状部６３１Ｂは連結筒状部６３１Ｃの左側に配置されている。尚、筒状部６３１Ａには、旋削加工により形成される部位６３１ａと部位６３１ｂとを備えている。部位６３１ａは板厚Ｌ１１を有し、部位６３１ｂは板厚Ｌ１１’を有している（Ｌ１１＜Ｌ１１’）。

【0042】

連結筒状部６３１Ｃは、左側に向けて縮径するテーパ形状をなしている。具体的には、筒状部６３１Ａ、筒状部６３１Ｂ、連結筒状部６３１Ｃは、１つの金属筒材をプレス加工することにより形成されている。

【0043】

筒状部６３１Ｂの板厚Ｌ３は、筒状部６３１Ａの板厚Ｌ１１，Ｌ１１’よりも厚く形成されている（Ｌ３＞Ｌ１１，Ｌ１１’）。具体的には、本実施例では、筒状部６３１Ｂの板厚Ｌ３は、筒状部６３１Ａの板厚Ｌ１１，Ｌ１１’の３倍程度の厚みとなっている。すなわち、筒状部６３１Ｂは、本実施例の厚肉部となっている。

【0044】

尚、筒状部６３１Ｂの板厚Ｌ３は筒状部６３１Ａの板厚Ｌ１１，Ｌ１１’よりも厚くなっていればそれら板厚を自由に変更してもよく、好ましくは、筒状部６３１Ｂの板厚Ｌ３が筒状部６３１Ａの板厚Ｌ１１，Ｌ１１’の１．５倍～５倍であればよい。

【0045】

また、連結筒状部６３１Ｃの板厚Ｌ４は、筒状部６３１Ａの板厚Ｌ１１とほぼ同じである（Ｌ４＝Ｌ１１）。

【0046】

また、筒状部６３１Ａの板厚Ｌ１１，Ｌ１１’は、筒状部６２１の板厚Ｌ１０，Ｌ１０’とほぼ同じである（Ｌ１０，Ｌ１０’＝Ｌ１１，Ｌ１１’）。

【0047】

以上説明したように、本実施例の筒状部材６は、大径部６Ａの板厚、すなわち筒状部６２１の板厚Ｌ１０，Ｌ１０’および筒状部６３１Ａの板厚Ｌ１１，Ｌ１１’が、小径部６Ｂ，６Ｃの板厚、すなわち筒状部６１１の板厚Ｌ２および筒状部６３１Ｂの板厚Ｌ３よりも薄く形成されているので、ダイアフラムカップリング１を軽量とすることができる。

【0048】

また、小径部６Ｂ，６Ｃよりも軸方向に長い大径部６Ａが小径部６Ｂ，６Ｃよりも薄く形成されているため、さらにダイアフラムカップリング１の軽量化を図ることができる。

【0049】

また、本実施例のダイアフラムカップリング１にあっては、筒状部材６に小径部６Ｂ，６Ｃよりも大径の大径部６Ａを設けることで、ダイアフラムカップリング１の危険速度をコントロールできるようになっているものの、回転軸２の回転時における大径部６Ａと小径部６Ｂ，６Ｃとの周速度が異なる。そのため、例えば、回転軸２の始動時、加速時、減速時等に、大径部６Ａと小径部６Ｂ，６Ｃとの連結部分、特に大径部６Ａと従動軸３側の小径部６Ｃとの連結部分に応力が局所的に作用する。

【0050】

本実施例のダイアフラムカップリング１にあっては、従動軸３側の左端部６Ｅを有する筒状部６３１Ｂは、大径部６Ａよりも厚い厚肉部となっている。これによれば、回転軸２の回転速度が変化したときに生じる捩じれ方向の応力を筒状部６３１Ｂで受けることができるので、大径部６Ａと小径部６Ｃとの連結部である連結筒状部６３１Ｃの変形を抑制でき、耐久性が向上する。

【0051】

また、筒状部６３１Ｂの左端部６Ｅの左面が第２ダイアフラム５の内径部５１に右面に溶接されている。このように、厚肉部は広い面積を有しており、厚肉部である筒状部６３１Ｂの左端部６Ｅが第２ダイアフラム５に溶接されるので、歪みや、溶接により孔が形成される等の虞が生じにくく、溶接作業が簡便である。

【0052】

また、第１ダイアフラム４に溶接される筒状部材６の右端部６Ｄも厚肉部となっているため、第１ダイアフラム４と筒状部材６の右端部６Ｄとの溶接作業が簡便である。

【0053】

また、第３部材６３は、１つの金属筒材をプレス加工することにより形成されていることから、連結筒状部６３１Ｃの強度を高めることができる。

【0054】

また、連結筒状部６３１Ｃは左側に向けて縮径するテーパ形状をなしている。これによれば、連結筒状部６３１Ｃと筒状部６３１Ａとの角部、連結筒状部６３１Ｃと筒状部６３１Ｂとの角部が緩やかに形成されるので、これら角部に作用する応力を軸方向に分散することができる。

【0055】

また、筒状部６３１Ｂ、すなわち小径部６Ｃの厚みは、大径部６Ａの厚みの３倍となっており、小径部６Ｃに十分な厚みがあるため、応力に対する強度が高い。

【0056】

尚、本実施例では、大径部６Ａの両端に小径部６Ｂ，６Ｃが設けられる形態を例示したが、従動軸側の他の固定部が小径部であれば、その他の部位、すなわち基部および一の固定部は大径部となっていてもよい。

【実施例0057】

次に、実施例２に係るダイアフラムカップリングにつき、図４を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

【0058】

図４に示されるように、本実施例２のダイアフラムカップリング１００は、筒状部材６０の左右両端が大径部６０Ｂ，６０Ｃとなっており、筒状部材６０の中央の基部が小径部６０Ａとなっている。

【0059】

大径部６０Ｃの左端の筒状部６００は、小径部６０Ａおよび連結筒状部６３１Ｃの板厚よりも厚く形成された厚肉部となっている。また、大径部６０Ｂの右端部６０１は、大径部６０Ｂの他の部位よりも厚く形成された厚肉部となっている。

【0060】

回転軸２の回転速度が変化したときに生じる捩じれ方向の応力を厚肉部である筒状部６００で受けることができるので、筒状部６００と小径部６０Ａとの連結部である連結筒状部６０２の変形を抑制でき、耐久性が向上する。

【0061】

尚、本実施例では、基部である小径部６０Ａが大径部６０Ｂ，６０Ｃよりも薄く形成されている形態を例示したが、大径部が小径部よりも薄く形成されていてもよい。

【0062】

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

【0063】

例えば、前記実施例１，２では、筒状部材が左右非対称形状をなしていたが左右対称形状であってもよい。

【0064】

また、前記実施例１，２では、筒状部材の基部が両端部、すなわち一の固定部および他の固定部よりも薄く形成されている形態を例示したが、一の固定部および他の固定部が基部よりも薄く形成されていてもよい。

【0065】

また、前記実施例１，２では、筒状部材の基部が両端部、すなわち一の固定部および他の固定部よりも軸方向に長い形態を例示したが、一の固定部および他の固定部が基部よりも軸方向に長くなっていてもよい。

【0066】

また、前記実施例１，２では、大径部と小径部との連結部が他の固定部よりも薄く形成されていたが、他の固定部と同じように厚肉部に形成されていてもよい。

【0067】

また、前記実施例１，２では、筒状部材が第１ダイアフラム４と第２ダイアフラム５とに溶接により固定される形態を例示したが、これに限られず、例えば、ボルトナット等の別の固定手段により固定されていてもよい。

【0068】

また、前記実施例１，２では、第３ダイアフラム８が従動軸３の一部を構成している形態を例示したが、第３ダイアフラム８の構成を省略してもよい。この場合、たとえば、従動軸３の右端部に環状フランジを設け、該環状フランジに第２ダイアフラム５を直接接続すればよい。