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JP3043382B2 - 構造継手 - Google Patents

構造継手

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Publication number
JP3043382B2
JP3043382B2 JP2232311A JP23231190A JP3043382B2 JP 3043382 B2 JP3043382 B2 JP 3043382B2 JP 2232311 A JP2232311 A JP 2232311A JP 23231190 A JP23231190 A JP 23231190A JP 3043382 B2 JP3043382 B2 JP 3043382B2
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JP
Japan
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female member
hole
male
male member
opening
Prior art date
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Application number
JP2232311A
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English (en)
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JPH03129123A (ja
Inventor
エイ．エンゲルハート ジョン
シー．ケルマン ディヴィッド
Original Assignee
デュプイ インコーポレイテッド
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Filing date
Publication date
Application filed by デュプイ インコーポレイテッド filed Critical デュプイ インコーポレイテッド
Publication of JPH03129123A publication Critical patent/JPH03129123A/ja
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Publication of JP3043382B2 publication Critical patent/JP3043382B2/ja
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    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F16D1/08—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key
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  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は構造継手特に曲げモーメントに強いテーパの
ついた構造継手に関する。
背景技術 構造部材を負荷時に部材が最小の相対運動をするよう
に結合することは古典的であるが困難な問題である。こ
の問題を解決すべく多くの方法や構造が探査された。そ
の中には新式のスパイラルロック形式とテーパロック形
式（locking taper type）を含めたスクリューネジがあ
る。
テーパロック形式は始めに回転要素を結合するために
設計され、航空、自転車、汎用機械を含む多くの分野で
使用された。伝統的テーパロック形式には３つの主要な
形式、いわゆるモース（Morse）形式、ブラウンとシャ
ーペ（Brown and Sharpe）形式、ヤーノ（Jarno）形式
がある。これら３形式の主な差異は噛み合うテーパを付
けた円錐部分の角度である。通常、テーパロック形式で
は１組の円錐部分の角度は６度以下と考えられている。
テーパロック形式は結合する部品がある程度の捩り剛
性、曲げ剛性、破壊抵抗を持ち、適度な横荷重を受けて
いる回転スピンドルに最適である。
しかし、従来のテーパロック形式には曲げが支配的な
負荷モードのときにある問題が生ずる。とりわけ曲げモ
ーメントが系に加わったとき部品の撓みにより雌部材の
開口部分で雄部材が雌部材と干渉する。この干渉のため
負荷が一点にかかり応力集中を生じ、それが好ましくな
い相対運動と結びついて周期的な曲げ負荷の下で摩耗を
生じる。この状態で進行して雄部材の摩耗が進むと断面
係数が減少し一部に応力が集中して疲労破壊する。
この問題の明確な解決策として雌部材の開口部にフレ
アーを付けてその地点で雌部材と干渉しないようにする
ことがある。勿論この方法は雌部材がフレアーを付ける
だけの十分な寸法を有している場合のみ可能である。こ
の方法はまた生産しにくい点で実際的でない。
先行技術にはテーパを付けた継手の多くの実例があ
る。それらの多くはチューブやパイプに関するものでチ
ューブやパイプを封止して漏れ防止をしようとしたもの
である。そのような構造の代表例は米国特許第4,623,17
3号、（Handa et al）、同第4,549,754号（Saunders et
al）、同第3,494,642号（Coverly et al）、同第3,26
4,021号（Giovvanazzi et al）、同第2,795,440号（Hol
ycross et al）、同第2,331,020号（Frances）、同第1,
896,261号（True）である。
異なる形態の構造が米国特許2,795,440号（Holycross
et al）で提案された。一方、応力を介抱する継手が関
心を持たれていると言われ、上記米国特許第2,795,440
号の発明の内容は管状の形態で同心のチャンファーを付
けて封止材を受容する容積を大とするものである。
米国特許第3,655,244号は器具要素を結合するための
凹端を用いた打診器具を開示している。凹端と器具要素
の結合面は幾何学的に決めて組付け時の初期の緩みとそ
の後の器具要素の外れをなくしている。
残念なことには先行技術のいずれの構造も着脱自在で
なく、過渡の捩り応力、圧縮応力、曲げ応力、間欠的で
衝撃荷重例えば人体に人口装具した継手が受ける荷重に
耐えられなかった。
発明の概要 ［発明の目的］ 上記した従来例において存在する欠点を鑑みて本発明
はなされたものであり、本発明による構造継手は曲げ、
圧縮及び捻り負荷に対して同時に抗し得るものである。
［発明の構成］ 本発明による構造継手は、円錐形の孔部及びこの孔部
への入口となる開口部を備えた雌部材を含んでいる。該
雌部材に嵌合すべき雄部材は、該孔部に嵌合すべく形成
されたカップリング部を含む外径からなっている。雌及
び雄部材が嵌合したとき上記カップリング部が孔部の開
口部から離れた位置にまで達して滑らかな表面の中間部
を介して過渡的部分に結合しており、当該遊挿部は上記
孔部の開口部の直径より小なる外径を有する。該孔部及
びカップリング部は、雌及び雄部材が互いに係合したと
きにロックするようにテーパを付けても良い。
かかる構成によって、雌部材の開口に対する雄部材の
衝突が避けられる。更に、このような作用はテーパ付け
ジョイント構造によって得られるメリットを損うことな
くなされる。
以下の実施例においては本発明がロッキングテーパを
備えた継手について適用されているがロッキングタイプ
のものでないテーパ付き継手にも適用可能である。
本発明の別の特徴は本発明による継手の従来の材料及
び装置を用いて容易に製造し得る点にある。本発明の他
のメリットは添付図面を参照してなされる以下の説明に
よって明らかである。又、上記背景説明及び以下の詳細
な説明は例示的なものであって本発明の範囲を制限する
ものではない。
実 施 例 第１図においては、従来のテーパ付き構造継手20を示
し、この構造継手においては雄部材22が雌部材24に係合
している。この構造継手20はロッキングタイプ又はノン
ロッキングタイプであってもよい。通常、ロッキングテ
ーパは角度Ｔが６度以下の場合をいう。曲げモーメント
Ｍが構造継手20に加わったとき雄部材22の変形が雌部材
の開口の位置26における衝突を生ずる。この衝突は点負
荷応力集中を生じ構造継手20へ繰返しモーメントが加わ
った時雌部材24と雄部材22の疲労を生ずる。やがては雄
部材22が衝突箇所において疲労しその断面係数が減少し
結果として応力集中が増大して破壊が生ずる。更に、雌
部材24についても疲労、クラッキング及び破壊が生じ構
造継手を不能にしてしまう。
第２図は改良された構造継手28を示しており、この構
造継手は第１図の構造において上記した困難性を明らか
に解決している。この場合、雌部材30は雌部材の開口近
傍にフレアー部32を設けている。この構造は第１図にお
ける位置26において生ずる衝突の可能性を減少させるも
のの雌部材24がフレアー部32を設けるに十分大きくなけ
ればならない故、実際上実行出来ない解決方法である。
更にはかかるフレアー部32は大量の構造継手を必要とす
る場合にはコスト高であり製造も困難である。
本発明による第３図及び第４図に示す構造は上記した
従来の構造継手における問題点を製造容易な態様で解決
する。第３図及び第４図に示した如く、新規な構造継手
34は互いに嵌合する雄及び雌部材36及び38を有してい
る。雌部材38は第１図の雌部材24と同様な形状である。
この点において、雌部材38は孔部40を有し、孔部40の形
状は正円錐形であって孔部への入口を画定する開口42を
有する。
本発明によれば、第１図及び第２図に示した従来例に
比較して雄部材36のみが変形されて雄部材の変形を生ず
るような応力が与えられたとき雌部材38との衝突が防止
されている。換言すれば、雄部材36は雄部材に加わる応
力に拘らず開口42における衝突が生じないような形状と
なっている。
第４図は雄部材36を拡大して示している。第４図から
明らかなように、参照符Ａは雄部材36の正円錐部であっ
て第３図に示すように孔部40に堅固に嵌合するように意
図されている。参照符Ｃは雄部材36の正円筒部を示して
いる。第３図に示すように雄部材36が雌部材38に嵌合し
たとき、部分Ｃは開口42をよぎる。すなわち、円筒部Ｃ
は雌部材38の開口40の内外に亘って延在し各方向におい
てギャップが存在する。参照符Ｂは雄部材36のＡ部及び
Ｃ部を繋ぐ円滑且つ連続した曲面部である。すなわち、
ＢはＡ部及びＣ部に対して接線状態で結合する。Ｂ部は
円弧状であってもよく、楕円状であってもよく、複合曲
面であってもよく又放物面状であってもよく、要するに
孔部40にころがり係合する連続した滑らかな曲面であれ
ばよい。雄及び雌部材36及び38は第３図に示す如く組み
合わされたとき、開口42の直径がギャップＧを生ずるが
如くになされている。ギャップＧは雄部材36の通常の変
形又は負荷による余分な変形をも確実になさしめるに十
分な大きさである。このようにして、本発明による形状
によれば開口部42において衝突応力集中を生じないよう
にしている。ここで注目すべきは雄部材36の出口径すな
わちＣ部（第３図）の直径Desが従来の雄部材22（第１
図）の出口径Decより小なる点である。これが本発明に
よる新規な形状である。すなわち、従来の問題解決法は
直径Decを増やすことであったが本発明による解決方法
は雄部材の直径をDesに減少させることである。
しかしながら、雄部材36の直径を減少させれば本発明
の目的が常に達成される訳ではない。すなわち、本発明
の目的を達成するためには各部材の相対的な寸法関係の
窓が存在する訳であり、この窓を越えた寸法は本発明の
目的を達成することができない。直径Desの減少によれ
ばギャップＧの大きさが増大し雄部材22の開口42に対す
る衝突が回避される。しかしながら、直径Desが小さす
ぎたら雄部材は大きく変形して開口部42に衝突してしま
う。
本発明による構造継手は以下の数式が充足されるとき
最も強力である。すなわち、 KSc＞Ss ここでScは従来のテーパ付き雄部材の位置26において
測定された応力である。また、Ssは本発明による雄部材
の開口42の近傍における応力である。又、Ｋは位置26に
おける従来装置の衝突の際の応力集中係数である。
実 例 本発明の目的を達成するために、構造継手は種々の材
料からなり且つ種々の寸法が存在し得るが以下の特性を
有する構造継手が製造されてその硬化が確認された。す
なわち、 Ｌ＝0.20インチ ここで、Ｌは接線位置から開口42までの距離（第３
図）である。
Ｇ＝4.2×10-3インチ Des＝570.6×10-3インチ 開口42の直径＝570.0×10-3インチ 材料 Ty−6A1−4V 本発明による構造継手は大なる繰返し曲げモーメント
が加わった場合でも雄及び雌部材の間の相対移動を最小
に抑制して、圧縮力及び回転力等の力に対して十分耐え
得るのである。
本発明による概念は非常に実用的であり、製造容易で
ある。
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明し
たが本発明の精神を離れることなく上記実施例に対して
種々の変形がなされ得ることは当業者にとって容易であ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図はテーパを付けた構造継手の先行技術の構造を雄
部材が雌部材と結合している状態にて示す断面図、第２
図は第１図と同様にテーパを付けた構造継手の先行技術
であって雌部材の開口内部にフレアーを付けて雄部材の
曲げ運動に適合させたものの構造を示す断面図、第３図
は本発明による構造継手を示す断面図、第４図は第３図
で示した構造継手の雄部材の側面図である。 主要部分の符号の説明 36……雄部材、38……雌部材 40……孔部、Ｇ……ギャップ Ａ……カップリング部 Ｂ……中間部、Ｃ……遊挿部
フロントページの続き (72)発明者 ディヴィッド シー．ケルマン アメリカ合衆国 インディアナ州 46590 ワイノナレイク サウスフィー ルドロード 107 (56)参考文献 特開 昭61−136748（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−52649（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−196159（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−163464（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−6271（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−173814（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−79714（ＪＰ，Ｕ) 米国特許3264012（ＵＳ，Ａ) 米国特許4692057（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16D 1/00 - 1/06 F16B 4/00 F16B 17/00

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入口開口部を有する略円錐形の孔部を備え
    た雌部材と、前記雌部材に嵌合し且つ端部及び中間域と
    の間に成形された外側表面を有する長手雄部材とからな
    る構造継手であって、前記雄部材は、 前記端部の近傍において前記雌部材の前記孔部に対応し
    た形状を有して前記孔部と密接係合し前記雌部材との嵌
    合時においては前記孔部内において前記開口部から離れ
    た位置まで延在する略円錐形のカップリング部と、 前記開口部より小なる断面大きさを有し前記雄部材が前
    記雌部材と嵌合したときにおいて前記開口部の内外に亘
    って延在する遊挿部と、 前記カップリング及び前記遊挿部とを接続して連続的に
    湾曲する滑らかな凸型外側表面を有し、かつ前記雄部材
    に曲げ応力が加えられると前記凸型外側表面が前記雌部
    材の前記孔部にころがり係合する中間部とからなること
    を特徴とする構造継手。
  2. 【請求項２】前記雄部材の前記カップリング部及び前記
    雌部材の前記孔部の各々は長手軸を有し且つその長手軸
    に対して６度以下のテーパ角を有することを特徴とする
    請求項１記載の構造継手。
  3. 【請求項３】前記カップリング部及び前記孔部各々は前
    記雄部及び前記雌部材が互いに嵌合したときに互いにロ
    ックされるようなテーパ角を有することを特徴とする請
    求項１記載の構造継手。
  4. 【請求項４】前記孔部を画定する前記開口部は円形であ
    り、前記遊挿部は円柱形であることを特徴とする請求項
    １記載の構造継手。
  5. 【請求項５】前記雄部材は長手軸を有し、前記カップリ
    ング部は外側表面を有することを特徴とする請求項１記
    載の構造継手。
  6. 【請求項６】前記雄部材及び前記雌部材は共に剛性部材
    により形成されていることを特徴とする請求項１記載の
    構造継手。
  7. 【請求項７】所定の基本に組み込まれるべき支持台用構
    造継手であって、略円錐形の孔部であって入口開口を有
    する孔部を有する雌部材と、前記雌部材に嵌合し且つ端
    部及び中間域との間に成形された外側表面を有する長手
    雄部材とからなる構造継手であって、前記雄部材は、 前記端部の近傍において前記雌部材の前記孔部に対応し
    た形状を有して前記孔部と密接係合し前記雌部材との嵌
    合時においては前記孔部内において前記開口から離れた
    位置まで延在する略円錐形のカップリング部と、 前記開口より小なる断面大きさを有し前記雄部材が前記
    雌部材と嵌合したときにおいて前記開口の内外に亘って
    延在する遊挿部と、 前記カップリング及び前記遊挿部とを接続して連続的に
    湾曲する滑らかな凸型外側表面を有し、かつ前記雄部材
    に曲げ応力が加えられると前記凸型外側表面が前記雌部
    材の前記孔部にころがり係合する中間部とからなること
    を特徴とする構造継手。
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