JP2006017285A - 十字軸継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 たとえグリース切れが生じても、応急的に摺動を維持して、スラストワッシャやころワッシャ、ころガイド等の、トラニオン軸ところとをそれぞれの軸方向に支持または案内する支持案内部材が直ちに摩耗等を生じない十字軸継手を提供する。
【解決手段】 十字軸継手の、軸受けケース２の凹部２１の底面２３と、十字軸１のトラニオン軸１１の先端面１３との間に配設されるスラストワッシャ４を、ポリフェニレンサルファイド樹脂中に、四フッ化エチレン樹脂と溶融フッ素樹脂とを添加した複合樹脂を用いて成形した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、十字軸を介して２軸間を回転可能に接続するための十字軸継手に関するものである。

例えば、鉄鋼圧延機、鉄道車輌、自動車等において動力伝達に用いる駆動軸には、その両端に、当該駆動軸を入力軸および出力軸と接続するために、十字軸継手が組み込まれる。図３は、従来の十字軸継手の一例を示す一部切り欠き正面図である。また図４は、上記十字軸継手の一部を拡大した断面図である。
図３を参照して、十字軸継手は、円柱状の４つのトラニオン軸９１１を十字状に配設した形状を有する十字軸９１と、各トラニオン軸９１１を受容する有底円筒状の凹部９２１を有する４つの軸受ケース９２とを備えると共に、各トラニオン軸９１１の、円柱の外周面に設けられる内側軌道面９１２と、この内側軌道面９１２と一定の間隔をあけて対向するように、各軸受ケース９２の凹部９２１の筒状の内周面に設けられる外側軌道面９２２との間の空間内に、その軸線をトラニオン軸９１１の軸線と平行に向けて複数のころ９３が配設された構造を有している。上記各部は、いずれも軸受鋼等の金属によって形成される。

各トラニオン軸９１１の先端面９１３と軸受ケース９２の凹部９２１の底面９２３との間には、両者の間に介在して、トラニオン軸９１１をその軸方向に支持するためのスラストワッシャ９４が配設され、ころ９３の、トラニオン軸９１１の先端面９１３側の端面９３１と、軸受ケース９２の凹部９２１の底面９２３との間には、両者の間に介在して、ころ９３をその軸方向に案内するためのころワッシャ９５が配設される。また、軸受ケース９２の凹部９２１の入口９２４には、ころ９３の、トラニオン軸９１１の先端面側と反対側の端面９３２と当接することで、ころ９３をその軸方向に支持するためのころガイド９６が配設される。さらに、ころガイド９６とトラニオン軸９１１との間には、ころ９３が配設される内側軌道面９１２と外側軌道面９２２との間の空間にグリースを充てんした状態で、外部から遮蔽するためのオイルシール９７が嵌め合わされる。

スラストワッシャ９４は、例えばポリアセタール〔ポリプラスチック(株)製のジュラコン（登録商標）等〕などの、いわゆるエンジニアリングプラスチックや、あるいは金属等によって形成される。また、ころワッシャ９５ところガイド９６は通常、金属によって形成される。
上記の十字軸継手によれば、図において、十字軸９１の中心点を挟んで上下方向に伸びる２つのトラニオン軸９１１に嵌め合わせた２つの軸受ケース９２を、一方の軸の軸端に設けたヨーク（図示せず）に固定し、かつ十字軸９１の中心点を挟んで上記と直交する左右方向に伸びる２つのトラニオン軸９１１に嵌め合わせた２つの軸受ケース９２を、他方の軸の軸端に設けたヨーク（図示せず）に固定することによって、上記両軸を、例えばその軸線を交差させた状態で、回転可能に接続することができる。

十字軸継手の回転時に、十字軸９１と軸受ケース９２とは、互いに略一致する両者の中心軸を中心として、一定角度の左右回転を繰り返す。そしてその際に、スラストワッシャ９４は、軸受ケース９２の凹部９２１の底面９２３と、トラニオン軸９１１の先端面９１３との間に挟まれて、トラニオン軸９１１からスラスト荷重を受けながら、十字軸９１と軸受ケース９２との間で繰り返し摺動される。そのため、グリース切れが発生すると、スラストワッシャ９４が摩耗したり、金属製のスラストワッシャ９４の場合は焼き付いたりするおそれがある。

そこで、グリース切れによるスラストワッシャ９４の摩耗や焼き付きを防止するため、当該スラストワッシャ９４の片面または両面に、その全面にグリースを行き渡らせるための溝を設けることが一般的に行われる（例えば特許文献１参照）。また、金属同士の摺動面の一方に微小なディンプル（凹部）を形成することで、グリース等の潤滑剤の保持性を高めることも知られており（例えば特許文献２参照）、この技術を応用して、グリース切れによるスラストワッシャ９４の摩耗や焼き付きを防止することも考えられる。
特開２０００−１４５８０６号公報（請求項１、第０００２欄〜第０００５欄、図２） 特開２００３−１３７１０号公報（請求項１、第０００６欄〜第０００８欄、図１）

しかし、高負荷が加えられた状態で、低速で回転する鉄鋼圧延機用の駆動軸等に組み込んで使用する十字軸継手においては、たとえ上記のような対策を施したとしても、その効果が十分に得られず、グリース切れによるスラストワッシャ９４の摩耗や焼き付きが発生しやすいという問題がある。
この原因としては、高負荷での回転を繰り返すと、トラニオン軸９１１の内側軌道面９１２、ころ９３、および軸受ケース９２の外側軌道面９２２が摩耗して、トラニオン軸９１１ところ９３と凹部９２１との間の隙間が大きくなって、十字軸継手の回転時に、トラニオン軸９１１の中心軸と、軸受ケース９２の凹部９２１の中心軸とがずれることが考えられる。

すなわち、図４を参照して、トラニオン軸９１１ところ９３と凹部９２１との間の隙間が大きくなると、十字軸継手の回転時に、トラニオン軸９１１の中心軸Ｃ_１と、軸受ケース９２の凹部９２１の中心軸Ｃ_２とが、十字軸９１の中心点を中心として回転方向に僅かなずれを生じ、このずれに伴って、トラニオン軸９１１からスラストワッシャ９４に加えられるスラスト荷重が、十字軸継手の回転方向の前方側と後方側とで不均一化する。

詳しく説明すると、十字軸９１が入力軸側、軸受ケース９２が出力軸側であって、十字軸継手が図において時計回り方向に回転する際には、十字軸９１が、軸受ケース９２に対して、両中心軸軸Ｃ_１、Ｃ_２のずれの分だけ先行して回転することになるため、トラニオン軸９１１からスラストワッシャ９４に加えられるスラスト荷重は、回転方向前方側（図において左側）で小さく、後方側（図において右側）で大きくなる。逆に、十字軸９１が出力軸側、軸受ケース９２が入力軸側であって、十字軸継手が図において反時計回り方向に回転する際には、軸受ケース９２が、十字軸９１に対して、両中心軸軸Ｃ_１、Ｃ_２のずれの分だけ先行して回転することになるため、トラニオン軸９１１からスラストワッシャ９４に加えられるスラスト荷重は、回転方向前方側（図において左側）で大きく、後方側（図において右側）で小さくなる。

そして、スラスト荷重が大きくなった側で、グリースが、トラニオン軸９１１の先端面９１３とスラストワッシャ９４との摺動面から押し出されてグリース切れを生じて、摩耗や焼き付きが発生する。
また、図３を参照して、十字軸継手の回転時に、十字軸９１は、その全体が、上記隙間の分だけ鉛直方向下方側にずれながら回転することから、回転によって下方側に位置した軸受ケース９２内のスラストワッシャ９４にかかるスラスト荷重に、十字軸継手とそれに接続された軸の重みが加わって、グリースが、トラニオン軸９１１の先端面９１３とスラストワッシャ９４との摺動面から押し出されてグリース切れを生じて、摩耗や焼き付きが発生する。

なお、グリース切れによる摩耗や焼き付きの問題はスラストワッシャ９４に限らず、十字軸継手の回転時に、内外両軌道面９１２、９２２間で、一定回転数分の左右動を繰り返すころ９３の両端面９３１、９３２をガイドするころワッシャ９５、ころガイド９６においても発生する。また、グリース切れによる摩耗や焼き付きの問題は、上で説明したように、鉄鋼圧延機用の駆動軸に組み込む等して、高負荷が加えられた状態で、低速で回転させる十字軸継手において顕著に発生するが、その他の用途、例えば鉄道車輌や自動車等の駆動軸に組み込んで、より低負荷で、高速回転させる十字軸継手においても問題となる。そこで、グリース切れが生じても、応急的に摺動を維持して、直ちに摩耗や焼き付きを生じない十字軸継手が求められている。

本発明の目的は、たとえグリース切れが生じても、応急的に摺動を維持して、スラストワッシャやころワッシャ、ころガイド等の、トラニオン軸ところとをそれぞれの軸方向に支持または案内する部材（支持案内部材）が直ちに摩耗等を生じない十字軸継手を提供することにある。

本発明は、円柱状の４つのトラニオン軸を十字状に配設した形状を有する十字軸と、各トラニオン軸を個別に受容する有底円筒状の凹部を有する４つの軸受ケースとを備え、かつ各トラニオン軸の、円柱の外周面に設けられる内側軌道面と、この内側軌道面と一定の間隔をあけて対向するように、各軸受けケースの凹部の筒状の内周面に設けられる外側軌道面との間に、その軸線をトラニオン軸と平行に向けて複数のころが配設される十字軸継手であって、上記トラニオン軸ところとを、それぞれの軸方向に支持または案内する支持案内部材を有すると共に、この支持案内部材が、ポリフェニレンサルファイド樹脂中に、四フッ化エチレン樹脂と溶融フッ素樹脂とを添加した複合樹脂を、支持案内部材の形状に対応した金型キャビティ内に充てんすることによって成形されていることを特徴とするものである。

また、上記支持案内部材は、成形時に生じるウエルドラインを、十字軸継手を回転させる際に支持案内部材に加わるスラスト荷重が最も高くなる部位と重ならないようにずらした状態で、十字軸継手に組み込まれるのが好ましい。
支持案内部材としては、トラニオン軸の先端面と軸受ケースの凹部の底面との間に配設されるスラストワッシャが挙げられ、このスラストワッシャが、ポリフェニレンサルファイド樹脂中に、四フッ化エチレン樹脂と溶融フッ素樹脂とを添加した複合樹脂を用いて成形されているのが好ましい。

本発明においては、支持案内部材を、耐熱性や機械的強度等に優れたポリフェニレンサルファイド樹脂中に、良好な摺動性を有する四フッ化エチレン樹脂と溶融フッ素樹脂とを添加した複合樹脂を用いて成形しているため、たとえグリース切れが発生しても、トラニオン軸やころとの摺動を応急的に維持して、摩耗等を防止することが可能となる。
また、上記支持案内部材を射出成形等によって成形する際に生じるウエルドラインを、十字軸継手を回転させる際に支持案内部材に加わるスラスト荷重が最も高くなる部位と重ならないようにずらした状態で、十字軸継手に組み込んだ場合には、スラスト荷重が加わった際に、支持案内部材がウエルドラインで破損するのを防止することができる。

本発明の構成は、スラストワッシャに適用することができる。

図１(a)は、本発明の一実施形態にかかる十字軸継手の一部切り欠き正面図、図１(b)は、上記十字軸継手に用いるスラストワッシャの平面図である。また、図２は、上記十字軸継手の一部切り欠き分解斜視図である。
図１(a)および図２を参照して、この例の十字軸継手は、円柱状の４つのトラニオン軸１１を十字状に配設した形状を有する十字軸１と、各トラニオン軸１１を受容する有底円筒状の凹部２１を有する４つの軸受ケース２とを備えると共に、各トラニオン軸１１の、円柱の外周面に設けられる内側軌道面１２と、この内側軌道面１２と一定の間隔をあけて対向するように、各軸受ケース２の凹部２１の筒状の内周面に設けられる外側軌道面２２との間の空間内に、その軸線をトラニオン軸１１の軸線と平行に向けて複数のころ３が配設された構造を有している。上記各部は、従来同様に、いずれも軸受鋼等の金属によって形成される。

各トラニオン軸１１の先端面１３と軸受ケース２の凹部２１の底面２３との間には、両者の間に介在して、トラニオン軸１１をその軸方向に支持するためのスラストワッシャ４が配設され、ころ３の、トラニオン軸１１の先端面１３側の端面３１と、軸受ケース２の凹部２１の底面２３との間には、両者の間に介在して、ころ３をその軸方向に案内するためのころワッシャ５が配設される。また、軸受ケース２の凹部２１の入口２４には、ころ３の、トラニオン軸１１の先端面側と反対側の端面３２と当接することで、ころ３をその軸方向に支持するためのころガイド６が配設される。さらに、ころガイド６とトラニオン軸１１との間には、ころ３が配設される内側軌道面１２と外側軌道面２２との間の空間にグリースを充てんした状態で、外部から遮蔽するためのオイルシール７が嵌め合わされる。

図２を参照して、上記十字軸継手は、図において、十字軸１の中心点を挟んで上下方向に伸びる２つのトラニオン軸１１に嵌め合わせた２つの軸受ケース２を、連結すべき一対の軸のうち手前側の軸の軸端に設けたヨークＹに固定し、かつ十字軸１の中心点を挟んで上記と直交する左右方向に伸びる２つのトラニオン軸１１に嵌め合わせた２つの軸受ケース２を向こう側の軸の軸端に設けたヨークＹに固定することによって、上記両軸を、例えばその軸線を交差させた状態で、回転可能に接続するために用いられる。

軸受ケース２とヨークＹとは、いずれの軸の側においても、軸受ケース２の、固定するヨークＹ側の側面に設けた突起２５を、ヨークＹの、十字軸継手と対向する端面Ｙ１から突設したヨーク爪Ｙ２間の凹部Ｙ３に嵌め合わせて、軸の回転方向への移動を規制しながら、各軸受ケース２の、突起２５の両側に設けた、当該軸受ケース２を軸方向に貫通する一対の通孔２６にねじＢを挿通して、ヨークＹの端面Ｙ１に設けたねじ穴Ｙ４にねじ込むことによって固定される。

図１(a)(b)を参照して、この例の十字軸継手においては、上記各部のうちスラストワッシャ４が、ポリフェニレンサルファイド樹脂中に、四フッ化エチレン樹脂と溶融フッ素樹脂とを添加した複合樹脂を、当該スラストワッシャ４の形状に対応した金型キャビティ内に充てんすることによって成形される。成形方法としては、射出成形法、圧縮成形法等が挙げられ、特に、上記の複合樹脂を加熱して溶融させた状態で、金型キャビティ内に注入し、充填したのち冷却する射出成形法が好ましい。

複合樹脂を構成するポリフェニレンサルファイド樹脂としては、射出成形等による成形が可能な種々のグレードのポリフェニレンサルファイド樹脂が、いずれも使用可能である。
四フッ化エチレン樹脂としては、いわゆる固体潤滑剤として、スラストワッシャ４の摺動性を向上するために機能する微粉末状のものが挙げられる。四フッ化エチレン樹脂の添加量は、複合樹脂の総量中の５〜４０重量％であるのが好ましい。四フッ化エチレン樹脂の添加量が５重量%未満では、当該四フッ化エチレン樹脂による、スラストワッシャ４の摺動性を向上する効果が得られないおそれがあり、４０重量％を超える場合には、相対的にポリフェニレンサルファイド樹脂の量が少なくなるため、成形性が低下したり、スラストワッシャ４の機械的強度が低下して摩耗したり割れたりしやすくなるおそれがある。

溶融フッ素樹脂としては、加熱により溶融して成形が可能な種々のフッ素樹脂が用いられる。かかる溶融フッ素樹脂としては、例えばテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−フルオロアルキルビニルエーテル−フルオロオレフィン共重合体、ポリトリクロロフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等の１種または２種以上が挙げられる。

溶融フッ素樹脂は、上記のようにそれ自体が加熱により溶融するため、溶融しない四フッ化エチレン樹脂を単独で、ポリフェニレンサルファイド樹脂に添加する場合に比べて、複合樹脂の良好な成形性を維持しつつ、成形したスラストワッシャ４に高い摺動性を付与することができる。溶融フッ素樹脂の添加量は、複合樹脂の総量中の３〜２０重量％であるのが好ましい。溶融フッ素樹脂の添加量が３重量％未満では、当該溶融フッ素樹脂による、スラストワッシャ４の摺動性を向上する効果が得られないおそれがあり、２０重量％を超える場合には、相対的にポリフェニレンサルファイド樹脂の量が少なくなるため、成形性が低下したり、スラストワッシャ４の機械的強度が低下して摩耗したり割れたりしやすくなるおそれがある。

図１(b)を参照して、例えば射出成形法により、金型キャビティの、スラストワッシャ４の１側面に相当する部分に設けたゲートＧから、加熱して溶融させた複合樹脂を注入して、平面形状が円形で、なおかつその円の中心に円形の通孔４１を備えたスラストワッシャ４を成形する場合には、成形されたスラストワッシャ４の、上記ゲートＧと通孔４１を挟んで反対側の領域に、図中に二点鎖線で示すようなウエルドラインＷＬが発生する。このウエルドラインＷＬの両側の樹脂は、完全に分離しているわけではないが、その他の部分に比べると外力が加わった際に割れやすい。

そこで、この例においては、スラストワッシャ４を、その円の中心Ｃ_３を中心として約９０°回転させて、ウエルドラインＷＬが、十字軸継手の回転時に、スラストワッシャ４に加わるスラスト荷重が最も高くなる部位４ａ（つまり、前記図４において、軸線Ｃ_１がずれたトラニオン軸１１の先端面１３が、同図中に白矢印で示すように大きなスラスト荷重で当接する部位）と重ならないようにずらした状態で、スラストワッシャ４を、十字軸継手に組み込むようにしている。なお、図１(b)中の一点鎖線は、スラストワッシャ４に加わるスラスト荷重の分布を示す等圧線であり、スラスト荷重は、上記のように部位４ａにおいて最も高く、図において右側ほど低くなっている。スラストワッシャ４をこのようにずらして組み込むことにより、前記のように外力に弱いウエルドラインＷＬが、スラスト荷重によって割れるのを防止することができる。

なお、この例において、ウエルドラインＷＬを約９０°回転させているのは、十字軸継手を反対方向に回転させた際には、スラストワッシャ４の、円の中心Ｃ_３を挟んで反対側、つまり現在の、スラスト荷重が最も高くなる部位４ａから約１８０°回転させた位置が、今度は、スラスト荷重が最も高くなる部位となり、この両部位から最も遠く、スラスト荷重の影響を受けにくいのが、約９０°回転させた位置であるためである。

したがって、例えば鉄鋼圧延機の駆動軸等に組み込むもののように、一方向にしか回転させない十字軸継手においては、ウエルドラインＷＬを、スラスト荷重が最も高くなる部位４ａから約１８０°回転させた位置に配置しても良い。
本発明においては、上記スラストワッシャ４以外の他の支持案内部材、つまりころワッシャ５やころガイド６を、同様に上記の複合樹脂によって形成してもよい。しかし、グリース切れが最も生じやすいスラストワッシャ４を上記の複合樹脂によって形成しておくだけでも十分に効果的であり、その場合、ころワッシャ５やころガイド６は、従来同様に金属によって形成すればよい。

同図(a)は、本発明の一実施形態にかかる十字軸継手の一部切り欠き正面図、図(b)は、上記十字軸継手に用いるスラストワッシャの平面図である。 上記十字軸継手の一部切り欠き分解斜視図である。 従来の十字軸継手の一例を示す一部切り欠き正面図である。 上記十字軸継手の一部を拡大した断面図である。

符号の説明

１ 十字軸
１１ トラニオン軸
１２ 内側軌道面
１３ 先端面
２ 軸受ケース
２１ 凹部
２２ 外側軌道面
２３ 底面
３ ころ
４ スラストワッシャ（支持案内部材）
４ａ スラスト荷重が最も高くなる部位
ＷＬ ウエルドライン

Claims (3)

1. 円柱状の４つのトラニオン軸を十字状に配設した形状を有する十字軸と、各トラニオン軸を個別に受容する有底円筒状の凹部を有する４つの軸受ケースとを備え、かつ各トラニオン軸の、円柱の外周面に設けられる内側軌道面と、この内側軌道面と一定の間隔をあけて対向するように、各軸受けケースの凹部の筒状の内周面に設けられる外側軌道面との間に、その軸線をトラニオン軸と平行に向けて複数のころが配設される十字軸継手であって、上記トラニオン軸ところとを、それぞれの軸方向に支持または案内する支持案内部材を有すると共に、この支持案内部材が、ポリフェニレンサルファイド樹脂中に、四フッ化エチレン樹脂と溶融フッ素樹脂とを添加した複合樹脂を、支持案内部材の形状に対応した金型キャビティ内に充てんすることによって成形されていることを特徴とする十字軸継手。
2. 成形時に生じるウエルドラインを、十字軸継手を回転させる際に支持案内部材に加わるスラスト荷重が最も高くなる部位と重ならないようにずらした状態で、支持案内部材が十字軸継手に組み込まれる請求項１記載の十字軸継手。
3. 支持案内部材が、トラニオン軸の先端面と軸受ケースの凹部の底面との間に配設されるスラストワッシャであって、このスラストワッシャが、ポリフェニレンサルファイド樹脂中に、四フッ化エチレン樹脂と溶融フッ素樹脂とを添加した複合樹脂を用いて成形されている請求項１記載の十字軸継手。

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