JP2009127635A - 等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部からの液体の侵入を阻止すると共にシャフトの強度を確保する。
【解決手段】 外輪１０と、その外輪１０との間でボール３０を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する内輪２０とを備えた等速自在継手であって、内輪２０の軸孔２６にシャフト６０を挿入してスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結し、外輪１０とシャフト６０との間に、外部からの液体の侵入を防止するシール部７０およびカバー部８０を配設した構造を有し、シャフト６０の外周面に環状の突起部材１００をシャフト６０と別体で配設する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば鉄鋼設備などの各種産業機械において、劣悪な環境下で使用される等速自在継手で、詳しくは、外部からの液体の侵入を防止する水切り構造に関する。

例えば、各種産業機械などで使用される等速自在継手では、外部からの異物の侵入および内部からのグリースの漏出を防止するためのシール部材として、ゴムや樹脂製のブーツを装着しているのが一般的である。

しかしながら、各種産業機械の中でも鉄鋼設備などで使用されるロール駆動力伝達装置は、８０℃以上の輻射熱、水蒸気による高温多湿、スケールの飛散、薬品類などによる劣悪な環境下で使用されるため、前述したゴムや樹脂製のブーツからなるシール部材の場合、そのシール部材が劣化し易く、シール性能および耐久性能の低下を招来する。

このことから、劣悪な環境下で使用する等速自在継手では、ゴムや樹脂製のブーツからなるシール部材を使用せず、金属製の球面シール構造を採用している（例えば、特許文献１参照）。

この球面シール構造は、外径に凸球面状のシール面を有する球面シール内環を外輪に装着すると共に、内径に凹球面状のシール面を有する球面シール外環を内輪から延びるシャフトに装着し、球面シール内環のシール面と球面シール外環のシール面をスプリングにより弾圧接触させたものである。

しかしながら、この球面シール構造は、外輪とシャフト間で設けられた筒状のブーツからなる単体のシール部材と異なり、球面シール内環と球面シール外環とを弾圧接触させた二部材からなり、外輪とシャフト間を完全に密封した構造ではない。そのため、多量の液体が継手にかかるような環境で使用する場合、図１１に示すような水切り用カバーおよび突起を設けた等速自在継手を使用している。

この等速自在継手は、軸方向に延びる複数のトラック溝１１２が内周面１１４に形成された外輪１１０と、その外輪１１０のトラック溝１１２と対応させて軸方向に延びる複数のトラック溝１２２が外周面１２４に形成された内輪１２０と、外輪１１０のトラック溝１１２と内輪１２０のトラック溝１２２とが協働して形成されたボールトラックに配されてトルクを伝達する複数のボール１３０と、外輪１１０の内周面１１４と内輪１２０の外周面１２４との間に介在してボール１３０を保持するケージ１４０とを備えている。この内輪１２０の軸孔１２６にシャフト１６０の軸端を圧入によりスプライン嵌合させて両者間でトルク伝達を可能にしている。

この等速自在継手では、内径に凹球面状のシール面１７４を有する球面シール外環１７２を外輪１１０の端面に装着すると共に、外径に凸球面状のシール面１７８を有する球面シール内環１７６を内輪１２０から延びるシャフト１６０に装着し、その球面シール内環１７６と内輪１２０との間に配設されたスプリング１７１により、球面シール内環１７６のシール面１７８を球面シール外環１７２のシール面１７４に弾圧接触させた球面シール構造を具備する。

この球面シール構造に加えて、外輪１１０の端部から突出するシャフト１６０を囲撓する筒状の内カバー１８２を外輪１１０の端部に装着すると共に、シャフト１６０の外輪１１０から突出する部分および内カバー１８２を囲撓する筒状の外カバー１８４を内カバー１８２の径方向外側でその内カバー１８２と対向するように装着した水切り用カバー構造を具備する。また、図１２および図１３に示すように、シャフト１６０の内カバー１８２の径方向内側部位に水切り用突起１６２を一体的に形成した構造を具備する。

この等速自在継手では、前述した球面シール外環１７２と球面シール内環１７６とからなる球面シール構造により、外部からの異物の侵入および内部からのグリースの漏出を防止している。また、内カバー１８２および外カバー１８４からなる二重カバー構造により、外部からの多量の液体を継手の回転で振り切ることにより液体が内部に侵入することを防止すると共に、シャフト１６０に設けられた突起１６２により、シャフト１６０の外周面に沿って侵入しようとする液体を突起１６２とシャフト１６０との段差およびシャフト１６０の回転で振り切ることにより阻止するようにしている。
特開平５−２９５３４９号公報

ところで、前述した従来の等速自在継手では、水切り用突起１６２をシャフト１６０に一体的に形成していることから以下のような問題があった。

つまり、シャフト１６０は、強度を確保するために高周波焼入れ等の表面硬化処理を施すようにしているのが一般的である。ここで、前述したようにシャフト１６０の外周面の一部に突起１６２が存在すると、高周波焼入れ時にオーバーヒートが発生し易く、高周波焼入れによりシャフト１６０の外周面に形成される表面硬化層の深さを大きくすることが難しくなって、シャフト１６０の強度を向上させることが困難となる。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、外部からの液体の侵入を阻止すると共にシャフトの強度を確保し得る等速自在継手を提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、外側継手部材と、その外側継手部材との間でトルク伝達部材を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材とを備えた等速自在継手であって、内側継手部材の軸孔にシャフトを挿入してスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結し、外側継手部材とシャフトとの間に、外部からの液体の侵入を防止するシール部およびカバー部を配設した構造を有し、シャフトの外周面に環状の突起部材をシャフトと別体で配設したことを特徴とする。

本発明では、シャフトの外周面に環状の突起部材をシャフトと別体で配設したことにより、突起部材が未装着の状態でシャフトを高周波焼入れ等により表面硬化処理することができるので、その高周波焼入れ時にオーバーヒートが発生しにくく、高周波焼入れによりシャフトの外周面に形成される表面硬化層の深さを大きくすることができる。前述した突起部材は、シャフトの表面硬化処理の後に、そのシャフトの外周面に装着することになり、その突起部材により、シャフトの外周面に沿って侵入しようとする液体を突起部材とシャフトとの段差およびシャフトの回転で振り切ることにより阻止する。

本発明におけるシール部は、外側継手部材に装着され、内径に凹球面状のシール面を有する球面シール外環と、シャフトに装着され、外径に凸球面状のシール面を有する球面シール内環とを備え、球面シール外環のシール面と球面シール内環のシール面を弾圧接触させた構造とすることが望ましい。このような球面シール構造を採用すれば、等速自在継手を劣悪な環境下で使用することが可能となる。

また、本発明におけるカバー部は、外側継手部材の端部に装着され、その外側継手部材の端部から突出するシャフトを囲撓する筒状の内カバーと、シャフトに内カバーと対向するように装着され、内カバーの径方向外側に配されてシャフトおよび内カバーを囲撓する筒状の外カバーとで構成されている構造が望ましい。このようなカバー構造とすれば、前述の球面シール構造が完全な密封構造でなくても、多量の液体がかかるような環境であっても等速自在継手を使用することが可能となる。

本発明における突起部材は、締まり嵌めによりシャフトに別体で装着されている構造が可能である。具体的に、突起部材は、二部材からなる分割構造を備え、ボルト締めにより固定されている構造が実現容易である。また、本発明における突起部材は、焼嵌めによりシャフトに別体で装着されている構造も可能である。このような構造とすれば、単一の部材のみで突起部材を構成することができて取り付けも容易である。なお、突起部材は、締まり嵌めや焼嵌め以外の他の取り付け構造であってもよい。

本発明においては、シャフトの外周面に、突起部材の軸方向位置を規制する位置決め手段を設けた構造が望ましい。この位置決め手段により、シャフトの外周面での突起部材の軸方向位置を規制することで、シャフトへの突起部材の取り付けが容易となる。

本発明では、シャフトの外周面に環状の突起部材をシャフトと別体で配設したことにより、突起部材が未装着の状態でシャフトを高周波焼入れ等により表面硬化処理することができるので、その高周波焼入れ時にオーバーヒートが発生しにくく、高周波焼入れによりシャフトの外周面に形成される表面硬化層の深さを大きくすることができる。その結果、シャフトの静捩り強度や疲労強度を向上させることが容易となり、信頼性の高い長寿命の等速自在継手を提供できる。

一方、前述した突起部材は、シャフトの表面硬化処理の後に、そのシャフトの外周面に装着することになり、その突起部材により、シャフトの外周面に沿って侵入しようとする液体を突起部材とシャフトとの段差およびシャフトの回転で振り切ることにより阻止することができて、突起部材による所期の水切り機能を発揮させることができる。

本発明の実施形態を以下に詳述する。なお、この実施形態は、各種産業機械の中でも鉄鋼設備などで使用されるロール駆動力伝達装置に組み込まれ、８０℃以上の輻射熱、水蒸気による高温多湿、スケールの飛散、薬品類などによる劣悪な環境下で使用される等速自在継手を例示する。

図１に示す実施形態の等速自在継手は、軸方向に延びる複数のトラック溝１２が球面状内周面１４に円周方向等間隔で形成された外側継手部材としての外輪１０と、その外輪１０のトラック溝１２と対応させて軸方向に延びる複数のトラック溝２２が球面状外周面２４に円周方向等間隔で形成された内側継手部材としての内輪２０と、外輪１０のトラック溝１２と内輪２０のトラック溝２２とが協働して形成されたボールトラックに配されたトルク伝達部材である複数のボール３０と、外輪１０の球面状内周面１４と内輪２０の球面状外周面２４との間に介在してボール３０を保持するケージ４０とを備えている。

なお、各ボール３０は、ケージ４０に形成された複数のポケット４２のそれぞれに収容されて円周方向等間隔に配置されている。また、ボール３０の数は６個あるいは８個であるが、それ以外の個数でもよく任意である。

この等速自在継手では、外輪１０の一方の端部にフランジ９２がボルト止めにより連結固定され、内輪２０から延びるシャフト６０の端部に溶接により中空パイプ９６が接合一体化されている。図２に示すように、この外輪１０のフランジ９２と内輪２０側の中空パイプ９６の二軸間で外輪１０と内輪２０とが角度変位すると、ケージ４０のポケット４２に収容されたボール３０は常にどの作動角においても、その作動角の二等分面内に維持され、継手の等速性が確保される。

この等速自在継手の内輪２０の軸孔２６の内径に軸方向に沿う凹凸として雌スプライン２８を形成すると共に、シャフト６０の軸端外径にも雄スプライン６８を形成する。シャフト６０の軸端を内輪２０の軸孔２６に圧入して雄スプライン６８と雌スプライン２８を噛み合わせることにより、シャフト６０を内輪２０に嵌合させて両者間でトルク伝達を可能にしている。なお、内輪２０とシャフト６０の連結構造は、前述のスプライン嵌合に限らず、トルク伝達可能な他の凹凸嵌合であってもよい。

この等速自在継手の内輪２０とスプライン嵌合されたシャフト６０は、その軸端に形成されたねじ孔６４にボルト６６を螺合させてスペーサ６１を介して締め付け固定することにより内輪２０に対して抜け止めされている。

この等速自在継手では、内径に凹球面状のシール面７４を有する球面シール外環７２を外輪１０の端面に装着すると共に、外径に凸球面状のシール面７８を有する球面シール内環７６を内輪２０から延びるシャフト６０に装着し、その球面シール内環７６と内輪２０との間に配設されたスプリング７１により、球面シール内環７６のシール面７８を球面シール外環７２のシール面７４に弾圧接触させたシール部７０を具備する。

このシール部７０に加えて、外輪１０の端部から突出するシャフト６０を囲撓する筒状の内カバー８２を外輪１０の端部に装着すると共に、シャフト６０の外輪１０から突出する部分および内カバー８２を囲撓する筒状の外カバー８４を内カバー８２の径方向外側でその内カバー８２と対向するように装着した水切り用カバー部８０を具備する。また、シャフト６０の内カバー８２の径方向内側部位に、水切り用突起部材１００（図３〜図５参照）をシャフト６０と別体で装着した構造を具備する。

外輪１０の一方の端部にフランジ９２を接合すると共に他方の端部にシール固定板９８を介して内カバー８２を接合し、これらフランジ９２の端部９１、外輪１０、シール固定板９８および内カバー８２をボルト９４により連結固定している。このシール固定板９８に内カバー８２をねじ９３で固定すると共に球面シール外環７２を内カバー８２と外輪１０とで挟み込んだ状態で固定している。また、外カバー８４はねじ９５によりシャフト６０に固定されている。

この等速自在継手では、前述した球面シール外環７２と球面シール内環７６とからなるシール部７０により、外部からの異物の侵入および内部からのグリースの漏出を防止している。また、内カバー８２および外カバー８４からなる二重構造のカバー部８０により、外部からの多量の液体を継手の回転で振り切ることにより阻止すると共に、シャフト６０に設けられた突起部材１００により、シャフト６０の外周面に沿って侵入しようとする液体を突起部材１００とシャフト６０との段差およびシャフト６０の回転で振り切ることにより阻止する。

図１に示す実施形態では、突起部材１００を、図３〜図５に示すように二部材からなる半割りの分割構造としている。つまり、この突起部材１００を半円環形状を有する二つの突起半体１０２，１０４で構成している。これら二つの突起半体１０２，１０４をシャフト６０に外嵌するように衝合させ、ボルト１０６でもって締まり嵌めにより固定する。

この締まり嵌めにより固定される突起部材１００の場合、突起半体１０２，１０４に筒状部１０７，１０８を一体的に形成し、その筒状部１０７，１０８の端部をシャフト６０と球面シール内環７６とで挟み込んだ状態で固定することにより（図４参照）、シャフト軸端側および径側への位置ずれを防止するようにしている。

なお、この実施形態では、図示上下二箇所でボルト１０６により固定した構造を例示しているが、上下二箇所のうちのいずれか一方を引掛け係止する構造として他方をボルトにより固定するような構造であってもよい。

図６は本発明の他の実施形態を示す。図６の実施形態において、図１と同一部分には同一参照を符号を付して重複説明は省略する。図１の実施形態と異なる点は、突起部材１０１にある。

図６に示す実施形態では、図７〜図９に示すように円環形状を有する突起部材１０１を焼嵌めによりシャフト６０に別体で装着する。つまり、突起部材１０１を加熱により膨張させた状態でシャフト６０に挿入し、所定位置に配した状態で冷却により収縮させることにより、突起部材１０１をシャフト６０に固定する。

なお、焼嵌めにより固定される突起部材１０１では、図３〜図５に示す締まり嵌めにより固定される突起部材１００と異なり、シャフト軸端側への位置ずれが生じにくいことから、締まり嵌めによる突起部材１００のように筒状部１０７，１０８を一体的に形成する必要はない。

前述した締まり嵌めあるいは焼嵌めにより固定される突起部材１００，１０１は、シャフト６０の外周面に設けられた位置決め手段により、その軸方向位置を規制するようにしている。つまり、シャフト６０の外周面の所定位置にその軸端側に向けて漸次縮径する段差部６３，６５を設け、この段差部６３，６５に突起部材１００，１０１を係止させることにより、シャフト６０の反軸端側への位置ずれを防止するようにしている。このような段差部６３，６５を設けることにより、シャフト６０への突起部材１００，１０１の取り付けが容易となる。

なお、図３〜図５の実施形態における突起部材１００の場合、前述の段差部６３を直線テーパ状とし、これに対して、突起部材１００のシャフト反軸端側の内径１０３を直線テーパ状とすることにより、段差部６３と突起部材１００とを合致させた状態でその軸方向位置を規制する。

一方、図７〜図９の実施形態における突起部材１０１の場合、前述の段差部６５を凹円弧状とし、これに対して、突起部材１０１のシャフト反軸端側の内径１０５を凸円弧状とすることにより、段差部６５と突起部材１０１とを合致させた状態でその軸方向位置を規制する。

また、図２に示すように継手が作動角をとった時に、突起部材１００，１０１が内カバー８２と干渉することから、シャフト６０の外径に対する突起部材１００，１０１の高さを従来の突起１６２の高さＨ₁（図１２参照）よりも大きくすることができない。そのため、前述した段差部６３，６５は、従来の突起１６２の高さＨ₁よりも小さくなるように形成し（Ｈ₁＞Ｈ₂，Ｈ₁＞Ｈ₃）、その段差部６３，６５で小径となった部位に突起部材１００，１０１を装着する必要がある。

但し、焼嵌めにより固定される突起部材１０１の場合、締まり嵌めにより固定される突起部材１００よりも軸方向位置のずれが少ないことから、段差部６３よりも段差部６５を小さくすることができるので（Ｈ₂＞Ｈ₃）、シャフト６０の径を大きくすることができ、焼嵌めにより固定される突起部材１０１の場合、締まり嵌めにより固定される突起部材１００の場合よりも、シャフト６０の強度をより一層向上させることができる。

以上の実施形態のように、シャフト６０の外周面に環状の突起部材１００，１０１をシャフト６０と別体で配設したことにより、突起部材１００，１０１が未装着の状態でシャフト６０を高周波焼入れ等により表面硬化処理することができるので、その高周波焼入れ時にオーバーヒートが発生しにくく、高周波焼入れによりシャフト６０の外周面に形成される表面硬化層の深さを大きくすることができる。

前述した突起部材１００，１０１は、シャフト６０の表面硬化処理の後に、そのシャフト６０の外周面に装着することになり、その突起部材１００，１０１により、シャフト６０の外周面に沿って侵入しようとする液体を突起部材１００,１０１とシャフト６０との段差およびシャフト６０の回転で振り切ることにより阻止する。

なお、前述した実施形態では、突起部材１００，１０１の軸方向位置を規制するための段差部６３，６５をシャフト６０の外周面に形成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、図１０に示すようにシャフト６０の外周面に段差部６３，６５（図３および図７参照）を設けることなく、ストレート形状のシャフト６０の外周面に、円環形状を有する突起部材１０１を焼嵌めにより装着するようにしてもよい。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明の実施形態で、突起部材を締まり嵌めによりシャフトに装着した等速自在継手を示す縦断面図である。 図１の等速自在継手が作動角をとった状態を示す縦断面図である。 図１のＡ部を示す要部拡大正面図である。 図１のＢ部を示す要部拡大正面図である。 図３のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 本発明の他の実施形態で、突起部材を焼嵌めによりシャフトに装着した等速自在継手を示す縦断面図である。 図６のＣ部を示す要部拡大正面図である。 図６のＤ部を示す要部拡大正面図である。 図７のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。 図６の実施形態の変形例で、突起部材の位置決め手段を設けていないシャフトを示す要部拡大正面図である。 従来の等速自在継手を示す縦断面図である。 図１１のＥ部を示す要部拡大正面図である。 図１１のＦ部を示す要部拡大正面図である。

符号の説明

１０ 外側継手部材（外輪）
２０ 内側継手部材（内輪）
２６ 軸孔
３０ トルク伝達部材（ボール）
６０ シャフト
７０ シール部
７２ 球面シール外環
７４ 球面シール外環のシール面
７６ 球面シール内環
７８ 球面シール内環のシール面
８０ カバー部
８２ 内カバー
８４ 外カバー
６３，６５ 位置決め手段（段差部）
１００，１０１ 突起部材

Claims (7)

1. 外側継手部材と、その外側継手部材との間でトルク伝達部材を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材とを備えた等速自在継手であって、前記内側継手部材の軸孔にシャフトを挿入してスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結し、前記外側継手部材とシャフトとの間に、外部からの液体の侵入を防止するシール部およびカバー部を配設した構造を有し、前記シャフトの外周面に環状の突起部材を前記シャフトと別体で配設したことを特徴とする等速自在継手。
2. 前記シール部は、外側継手部材に装着され、内径に凹球面状のシール面を有する球面シール外環と、前記シャフトに装着され、外径に凸球面状のシール面を有する球面シール内環とを備え、前記球面シール外環のシール面と前記球面シール内環のシール面を弾圧接触させた請求項１に記載の等速自在継手。
3. 前記カバー部は、外側継手部材の端部に装着され、その外側継手部材の端部から突出するシャフトを囲撓する筒状の内カバーと、シャフトに前記内カバーと対向するように装着され、前記内カバーの径方向外側に配されてシャフトおよび内カバーを囲撓する筒状の外カバーとで構成されている請求項１又は２に記載の等速自在継手。
4. 前記突起部材は、締まり嵌めによりシャフトに別体で装着されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の等速自在継手。
5. 前記突起部材は、二部材からなる分割構造を備え、ボルト締めにより固定されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の等速自在継手。
6. 前記突起部材は、焼嵌めによりシャフトに別体で装着されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の等速自在継手。
7. 前記シャフトの外周面に、前記突起部材の軸方向位置を規制する位置決め手段を設けた請求項１〜６のいずれか一項に記載の等速自在継手。

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