JP2002039206A

JP2002039206A - ユニバーサルジョイント

Info

Publication number: JP2002039206A
Application number: JP2000218630A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Shimizu; 剛清水
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2002-02-06

Abstract

(57)【要約】【課題】長期間にわたり正確に作動し、しかも防錆性
に優れた小型のユニバーサルジョイントを提供する。【解決手段】駆動軸および被動軸の端部に取り付けら
れ、先端部で直径方向の相対する位置にピン孔を有する
一対のヨークが固設された一対のハブと、互いに直角な
４方向にピン孔を有し、ピン孔に打ち込まれるピンを介
して一対のヨークに係合するブロック体を、表面にアル
マイト処理が施されたアルミニウム合金製とし、ピン
（４）をオーステナイト系ステンレス鋼製とし、ピンと
ピン孔の隙間に挿入するボールベアリングを、マルテン
サイト系ステンレス鋼製とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動軸に取り付け
られる軸継手に係り、とくに、防錆性を要求される食品
製造機械用、あるいは医療機械用等の清潔性を要求され
る機械用として好適な、駆動軸と被動軸との折れ曲がり
を許容して回転力を伝達する小型のユニバーサルジョイ
ントに関する。

【０００２】

【従来の技術】ユニバーサルジョイント（自在継手、自
在軸継手ともいう）は、駆動軸に取り付けられる軸継手
の一種で、駆動軸と被動軸とが軸継手を中心として折れ
曲がった状態で回転力を伝達できることで知られ、自動
車を始め各種産業機械の駆動部分にひろく使用されてい
る。

【０００３】従来より知られているユニバーサルジョイ
ントの一例として、例えば、特開平3-74632 号公報に記
載された例の組み立てられた状態を図４に、軸方向に分
離させた状態で図５に示す。１組のユニバーサルジョイ
ントは、駆動軸および被動軸の端部に取り付けられる一
対のハブ１、２と、ブロック体３を有する。ハブ１、２
の先端部には、それぞれ直径方向に相対した位置に一対
のヨーク11、21が固設される。また、ヨーク11、21には
ピン４を打ち込むためのピン孔が設けられている。

【０００４】一方、ブロック体３は、たとえば正方形の
板状体で、一平面内の互いに直角な４方向、すなわち板
状体の４つの側面中央に半径方向のピン孔を有する。こ
のブロック体３は、一対のハブ１、２の間で、かつ一対
のヨーク11、21間に挿入され、ピン孔に打ち込まれるピ
ン４を介してそれぞれのヨーク11、21に係合する。ハブ
１、２のヨーク11、21を互いに直角となるように配置
し、ブロック体３をハブのヨーク間に挿入する。そし
て、ピン孔にピン４を打ち込んでブロック体３をヨーク
11、11、21、21に結合することにより、ハブ１、２は４
本のピン４で構成される直交軸に対してそれぞれ自由に
回転でき、駆動軸と被動軸との折れ曲がりを許容しつ
つ、ハブ１〜ブロック体３〜ハブ２の間で回転力が伝達
される。

【０００５】大型のユニバーサルジョイントでは、ピン
４に対するヨーク11、21の回転を円滑にするため、ヨー
ク11、21のピン孔とピン４の隙間にころがり軸受を挿入
するのが一般的である。例えば、実開昭55-35520号公
報、実開昭57-35520号公報にはニードルローラベアリン
グを使用したユニバーサルジョイントが開示されてい
る。ころがり軸受は摩擦係数が低く、効率がよいので大
型のユニバーサルジョイントには好適である。

【０００６】しかし、例えば、軸径が８〜10mm程度の小
型のユニバーサルジョイントでは、ミニチュアベアリン
グ級の小型ニードルベアリングがないこと、またニード
ルベアリングは構造上軸方向のバックラッシュを吸収で
きないことなどの難点から、ニードルベアリングの採用
は困難であった。このようなことから、従来の小型のユ
ニバーサルジョイントでは図４、図５に示すように、こ
ろがり軸受に代えてピン４の周囲にブッシュ６を挿入す
ることが行われていた。ブッシュ６は、たとえば自己潤
滑性のあるフッ素樹脂等の成形品、あるいは表面にフッ
素樹脂等をライニングしたものが使用されていた。

【０００７】しかし、これらのブッシュ６は、すべり面
に自己潤滑性の樹脂、あるいは樹脂コーティングを施し
たものを使用しても、軸継手の使用に伴う回転および摺
動により摩耗を生じるのが普通であり、軸方向、回転方
向および半径方向に部材間の隙間によるガタが発生す
る。このガタは、精密機械等にあってはたとえば逆転時
のバックラッシュが増大する等の不調の原因となる。こ
のため、ガタが発生した場合には、分解点検によりこれ
らブッシュ６を交換する必要があり、生産性が低下して
いた。このようなことから、部材間の隙間や、使用に伴
うガタの発生を防止した小型ユニバーサルジョイントの
開発が要望されていた。

【０００８】このような要望に対し、例えば、特開平9-
79281 号公報には、ブロック体３に打ち込まれるピン４
と、これに係合するヨークのピン孔との隙間に、ピン軸
方向に予圧を付与してボールベアリングを挿入した小型
のユニバーサルジョイントが提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】最近、食品製造機械、
医療用機械等の小型化、高速化、精密化、軽量化にとも
ない、小型のユニバーサルジョイントの適用が拡大して
いる。食品製造機械、医療用機械等は、水分、あるいは
塩分を含んだ水を使用する環境下で使用されるが、衛生
上、錆等の発生を極端に嫌うため、防錆性に優れた小型
のユニバーサルジョイントの使用が要望されている。

【００１０】しかしながら、特開平9-79281 号公報に記
載された小型のユニバーサルジョイントは、アルミニウ
ム、炭素鋼、軸受鋼等で製造されており、防錆性につい
てはなんの配慮もなされていない。このため、特開平9-
79281 号公報に記載された小型のユニバーサルジョイン
トを、食品製造機械、医療用機械等の錆等の発生を極端
に嫌う用途に適用することは衛生上問題があり、防錆性
を格段に向上した小型のユニバーサルジョイントが要望
されていた。

【００１１】本発明は、上記した従来技術の問題を有利
に解決し、長期間にわたり正確に作動する性能を有し、
しかも防錆性に優れた小型のユニバーサルジョイントを
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記した課
題を達成するために、小型のユニバーサルジョイントの
防錆性向上について鋭意研究した。その結果、防錆性に
優れ、かつ小型で軽量かつ高性能なユニバーサルジョイ
ントとするためには、ハブ、ブロック体を、軽量のア
ルミニウム合金製とし、表面にアルマイト処理を施すこ
と、耐久性と防錆性を兼備することが要求されるピ
ン、ボールベアリングをステンレス鋼製とすること、が
よいことを知見した。

【００１３】本発明は、上記した知見に基づき、さらに
検討を加え完成したものである。すなわち、本発明は、
駆動軸および被動軸の端部に取り付けられ、先端部で直
径方向の相対する位置にピン孔を有する一対のヨーク
（11、21）が固設された一対のハブ（１、２）と、該一
対のハブ（１、２）の中間で、かつ前記一対のヨーク
（11、21）の間に挿入され、一平面内の互いに直角な４
方向にピン孔を有し、該ピン孔に打ち込まれるピン
（４）を介して前記一対のヨーク（11、21）に係合する
ブロック体（３）とからなる小型のユニバーサルジョイ
ントであって、前記ピン（４）をステンレス鋼製ピンと
するとともに、前記一対のヨーク（11、21）のピン孔と
該ピン孔に打ち込まれる前記ピン（４）との隙間にステ
ンレス鋼製ボールベアリング（５）が挿入固定されたこ
とを特徴とする小型のユニバーサルジョイントであり、
また、本発明では、前記一対のハブ（１、２）および前
記ブロック体（３）を、表面にアルマイト処理が施され
たアルミニウム合金製とすることが好ましく、また、本
発明では、前記ステンレス鋼製ピンが、オーステナイト
系ステンレス鋼製ピンであることが好ましく、また、本
発明では、前記ステンレス鋼製ボールベアリング（５）
がマルテンサイト系ステンレス鋼製であることが好まし
い。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の小型ユニバーサルジョイ
ント構成の一例を図１に示す。図１は、小型のユニバー
サルジョインイトを一部断面で示した部分断面図であ
る。１、２は駆動軸および被動軸に取り付けられるハ
ブ、11、21はハブ１、２の先端部に固設されたそれぞれ
一対のヨーク、３はブロック体である。なお、ハブ１、
２とヨーク11、21はそれぞれ一体に構成されるのが好ま
しい。

【００１５】本発明では、ハブ１、２（ヨーク11、21を
含め）およびブロック体３はいずれもアルミニウム合金
製とし、防錆性向上のために表面にアルマイト処理を施
すのが好ましい。アルミニウム合金としては、Al-Cu-Mg
-Si 系（JIS 2017、2014、2024）、Al-Zn-Mg-Cu 系合金
（JIS 7075）等が好ましい。特に機械的強度（引張強
さ、耐力等）が高いJIS 2017のT4処理材、または、JIS
7075のT6処理材が好ましい。

【００１６】ハブ１、２（ヨーク11、21を含め）および
ブロック体３の表面に施されるアルマイト処理は、アル
ミニウム合金表面に施す表面処理の一種であり、陽極酸
化処理と封孔処理を施し、表面に緻密で硬質な酸化アル
ミニウム被膜を形成させる。この被膜により耐食性が顕
著に向上する。なお、陽極酸化処理被膜は、多孔質であ
るため、沸騰水中あるいは加圧水蒸気中で、封孔処理を
施すのがより好ましい。アルマイト処理による被膜の厚
さは１〜３μm とするのが好ましい。被膜の厚さが１μ
m 未満では、十分な耐食性が付与できない。一方、被膜
が３μm を超えて厚くなると、高い寸法精度を要求する
ハブ１、２の孔寸法が小さくなると共に、処理時間が長
くなり、製造コストが上昇する。

【００１７】ハブ１、２（ヨーク11、21を含め）および
ブロック体３の材料としては、アルミニウム合金以外
に、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）が好ましい。ＦＲ
Ｐでは、強化材としてガラス繊維、炭素繊維、アラミド
繊維、シリコンカーバイト、ボロン、アルミナ等のセラ
ミック繊維がいずれも好適であり、マトリックスとして
ポリエチレン（ＰＥ）、ポリフェニレンサルファイド
（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエ
ーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ナイロン66等のポ
リアミド（ＰＡ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等の熱
可塑性樹脂、あるいはポリエステル（ＵＰ）、エポキシ
（ＥＰ）等の熱硬化性樹脂がいずれも好適である。な
お、マトリックス中の強化材の含有量は25〜50質量％と
するのが好ましい。強化材の含有量が25質量％未満で
は、所望の強度が得られない。一方、50質量％を超える
と、射出成形ができないと言う問題がある。また、バブ
１、２（ヨーク11、21を含め）およびブロック体３を、
ステンレス鋼製としても何ら問題はない。

【００１８】４はピン、５はミニチュアベアリングとも
呼ばれる小型のボールベアリング（ころがり軸受）であ
る。ボールベアリング５は、ピン４とヨーク11、21のピ
ン孔との隙間に挿入され、固定される。これにより、連
結部分での摩擦抵抗が小さくなり、軸継手の動きが円滑
になるとともに、摩耗の発生がなく長期にわたって正確
な作動を行うことができるようになる。なお、ボールベ
アリングを装着する際には、「予圧」を付与し、軸方向
の隙間を実質上なくすことが好ましい。ころがり軸受と
いえども微小ではあるが軸方向の隙間があるからであ
る。

【００１９】本発明のユニバーサルジョイントの組み立
ては、たとえば一対のヨーク11の内側にブロック体３を
セットし、ピン４をヨーク11、21のピン孔の外側からブ
ロック体３のピン孔に圧入し、ヨーク11、21のピン孔の
外側から前記ボールベアリング５がピン４とヨーク11、
21のピン孔との隙間に入るように挿入すればよい。な
お、ボールベアリング５は、ヨーク11、21のピン孔に接
着剤により固定されるのが好ましいが、ボールベアリン
グ５の固定方法はこれに限定されるものではない。接着
以外のベアリングの固定手段としては、圧入する方法
や、スナップリング、くさびを使用する方法が考えられ
る。また、ピンの先端部分にねじを形成し平ワッシャと
丸ナットで締めつける方法でもよく、またこれらを併用
してもよい。

【００２０】本発明では、ピン４、ボールベアリング５
をステンレス鋼製とする。ピン４は、防錆性、入手性、
加工性の観点からオーステナイト系ステンレス鋼製とす
るのが好ましい。オーステナイト系ステンレス鋼として
は、SUS 301 、SUS 303 等が好適である。一方、ボール
ベアリング５は、強度、耐摩耗性、生産実績の観点から
ステンレス鋼のなかでもマルテンサイト系ステンレス鋼
製とするのが好ましい。ボールベアリング５では、内
輪、外輪、鋼球いずれもマルテンサイト系ステンレス鋼
製とするのが好ましい。マルテンサイト系ステンレス鋼
としては、SUS 420J2 、SUS420F、SUS 440A、SUS 440
B、SUS 440C、SUS 440F等が好適である。特にボールベ
アリングとして量産実績のあるSUS 440Cが好ましい。

【００２１】ピン４、ボールベアリング５を上記したよ
うなステンレス鋼製とすることにより、軸継手としての
特性を満足することはもちろん、錆の発生も防止でき、
食品製造機械等のユニバーサルジョイントとして使用し
ても、性能上はもちろん衛生上もなんら問題はない。な
お、ＺＺ型と呼ばれる両面シール形式でグリース封入タ
イプのボールベアリングを使用すれば給油することなく
長期にわたって使用できる。

【００２２】本発明の小型ユニバーサルジョイントの寸
法の一例を示すと、ハブ部の軸径8mm、ヨーク部の最大
径20mmという小型のユニバーサルジョイントである。な
お、挿入されるボールベアリングの内径は３mm、外径７
mmである。また、ボールベアリング５は、図２に示すよ
うな外輪に段付き部を設けた特殊なボールベアリング51
を使用してもよい。

【００２３】

【実施例】表１に示す材料でハブ（ヨークを含む）１、
２、ブロック体３を製作し、表１に示す材料製のピン
４、ボールベアリング５を用いて、ハブ（ヨークを含
む）１、２とブロック体３を係合し、図１に示す形状
（ヨーク部の最大径20mm）の小型ユニバーサルジョイン
トとした。なお、一部の比較例では、ボールベアリング
に代えて、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製
ドライブブッシュを使用した。

【００２４】これら小型ユニバーサルジョイントを、温
度：50℃、相対湿度：90％以上に調整した雰囲気中に設
置した単体耐久試験機にセットし、耐久試験を実施し
た。耐久試験は、負荷として、小型ユニバーサルジョイ
ントの被動軸側に円盤状錘（慣性モーメント：1.376 ×
10^-4kgm²）をセットし、偏角（駆動軸と被動軸とのなす
角）：30°と一定にして、駆動軸を介して回転させた。
なお、耐久試験では、回転速さを、図１に示すような運
転パターンを１サイクルとして変化し、１×10⁷回繰り
返した。回転速さの符号は、プラスが正転、マイナス
（−）が逆転を表す。

【００２５】耐久性の評価として、試験後、各部材の錆
の発生状況を肉眼で観察し、表面積で１／４以上の発錆
が認められる場合を錆発生とした。また、試験後の各部
の寸法を調査し、試験前に比べ10％以上の寸法変化（い
わゆるガタ）がある場合を変化あり（いわゆるガタあ
り）とした。これらの結果を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】本発明例では、いずれも部材の寸法変化も
なく、耐久性に優れ、さらに錆の発生もなく防錆性に優
れた小型ユニバーサルジョイントとなっている。一方、
本発明の範囲を外れる比較例では、錆の発生が認めら
れ、一部の部材に寸法変化が発生しガタが発生したり、
連結部分の摩擦抵抗が大きくなったりしている。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、長期にわたってガタが
なく正確に作動し、湿気や塩分を含み錆の発生しやすい
環境下でも、防錆性に優れた小型のユニバーサルジョイ
ントを製造でき、錆を極端に嫌う食品製造機械、医療用
機械等の軸継手として、小型ユニバーサルジョイントの
用途を拡大でき、産業上格段の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のユニバーサルジョイントの一例を示
す、部分断面図である。

【図２】本発明のユニバーサルジョイントの一例を示
す、部分断面図である。

【図３】単体耐久試験の運転パターンを示すグラフであ
る。

【図４】従来のユニバーサルジョイントの一例を示す部
分断面図である。

【図５】従来のユニバーサルジョイントを分解状態で示
した斜視図である。

【符号の説明】

１、２ハブ３ブロック体４ピン５、51 ボールベアリング６ブッシュ 11、21 ヨーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動軸および被動軸の端部に取り付けら
れ、先端部で直径方向の相対する位置にピン孔を有する
一対のヨーク（11、21）が固設された一対のハブ（１、
２）と、該一対のハブ（１、２）の中間で、かつ前記一
対のヨーク（11、21）の間に挿入され、一平面内の互い
に直角な４方向にピン孔を有し、該ピン孔に打ち込まれ
るピン（４）を介して前記一対のヨーク（11、21）に係
合するブロック体（３）とからなる小型のユニバーサル
ジョイントであって、前記ピン（４）をステンレス鋼製
ピンとするとともに、前記一対のヨーク（11、21）のピ
ン孔と該ピン孔に打ち込まれる前記ピン（４）との隙間
にステンレス鋼製ボールベアリング（５）が挿入固定さ
れたことを特徴とする小型のユニバーサルジョイント。
【請求項２】前記一対のハブ（１、２）および前記ブ
ロック体（３）が、表面にアルマイト処理が施されたア
ルミニウム合金製であることを特徴とする請求項１に記
載のユニバーサルジョイント。
【請求項３】前記ステンレス鋼製ピンが、オーステナ
イト系ステンレス鋼製ピンであることを特徴とする請求
項１または２に記載のユニバーサルジョイント。
【請求項４】前記ステンレス鋼製ボールベアリング
（５）がマルテンサイト系ステンレス鋼製であることを
特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のユニバ
ーサルジョイント。