JP2006077873A - ユニバーサルジョイント - Google Patents

Abstract

【課題】 圧延機の駆動系などの過酷な条件下で用いても、長期にわたって安定した性能を維持することのできるブロックタイプのユニバーサルジョイントを提供する。
【解決手段】 十字軸１のトラニオン１１を支持する軸受カップ３にキー部３１が一体形成され、そのキー部３１がヨーク４のキー溝４１に嵌まり込んだ状態でボルト５により軸受カップ３をヨーク４に接合固定したブロックタイプのユニバーサルジョイントにおいて、キー部３１の両側面に、ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ溶射皮膜６を形成することにより、キー部３１の耐食性を向上させ、圧延機の駆動系等に長期にわたって使用しても、キー部３１の腐食に起因するキー溝４１との間の隙間の発生を防止し、軸受寿命の向上とボルト５に対する過大な曲げ荷重の作用を防止して、長期にわたって安定した性能を維持することのできるユニバーサルジョイントを得る。
【選択図】 図１

Description

本発明はユニバーサルジョイントに関し、特に、圧延機などの高負荷が作用する駆動系に用いるのに適したユニバーサルジョイントに関する。

例えば圧延機のロールの駆動機構には、駆動用モータとロールの間にユニバーサルジョイントが設けられる。この種のユニバーサルジョイントとして、図３に要部分解斜視図を、図４にそのトラニオン部分の軸直交断面図を、図５にはそのＡ−Ａ断面図をそれぞれ示すような、ブロックタイプと称されるものが知られている（例えば特許文献１参照）。

このブロックタイプのユニバーサルジョイントは、十字軸１の各トラニオン１１をローラ２を介してそれぞれ軸受カップ３で支持し、その各軸受カップ３をヨーク４に対してボルト５で接合固定した構造を採る。軸受カップ３には、そのヨーク４に対する接合面に、ヨーク４側に突出するキー部３１が一体に形成されており、このキー部３１がヨーク４に形成されているキー溝４１に嵌まり込むことにより、ボルト５と共働してトルクを伝達する。すなわち、一方のヨーク４の回転動力は、十字軸１のトラニオン１１を介して図４に矢印で示す位置の負荷として軸受カップ３に伝達され、ボルト５の軸力とキー部３１〜キー溝４１間の面圧よって他方のヨーク４に伝達される。軸受カップ３の材質には、軸受の軌道輪としての耐衝撃荷重性等を考慮して例えばＳＮＣＭなどの浸炭焼入れ鋼が用いられる。

このようなブロックタイプのユニバーサルジョイントは、円筒形の軸受カップを別部材の軸受ホルダと称される部材によりヨークに固定するラウンドタイプをはじめとする他のタイプのユニバーサルジョイントに比して、部品点数が少なく、また、その構造上、軸受カップのクリープが生じないといった利点がある。
特開２００２−１８１０６９号公報

ところで、以上のようなブロックタイプのユニバーサルジョイントを圧延機のロールの駆動系に用いる場合、キー部３１の側面とキー溝４１の内壁面との間に高い面圧が作用すると同時に、これらは冷却水に曝される関係上、腐食しやすいという問題がある。キー溝４１には、ステンレス鋼の肉盛りを施すことによって腐食の発生を防止することができるが、軸受ブロック３が浸炭焼入れ鋼であるが故に、このようなステンレス鋼の肉盛りを施すことができず、長期の使用によって腐食して、キー溝４１との間に隙間が生じる場合がある。このような隙間が発生すると、トラニオン１１を支持する軸受の寿命に影響を及ぼすとともに、ボルト５に過大な曲げ応力が作用して破損してしまう可能性もある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、圧延機の駆動系など高負荷が作用し、かつ、腐食しやすい環境下で用いても軸受カップのキー部が腐食せず、もって長期にわたって安定した性能を発揮することのできるブロックタイプのユニバーサルジョイントを提供することをその課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明のユニバーサルジョイントは、十字軸の各トラニオンを針状ころを介してそれぞれ支持する軸受カップが、それぞれ浸炭焼入れ鋼により形成され、かつ、ボルトによりヨークに接合固定されているとともに、この各軸受カップのヨークに対する接合面には、ヨーク側に向けて突出するキー部が形成され、ヨークにはそのキー部が嵌まり込むキー溝が形成されてなるユニバーサルジョイントにおいて、上記キー部の両側面が、ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ溶射皮膜で覆われていることによって特徴づけられる（請求項１）。

ここで、本発明のユニバーサルジョイントにおいては、上記ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ溶射皮膜に、シリカ系樹脂を用いた封孔処理を施した構成（請求項２）を好適に採用することができる。

また、本発明のユニバーサルジョイントにおいては、上記ヨークのキー溝の内面に、ステンレス合金からなる肉盛り層を形成する構成（請求項３）を採用することが望ましい。

本発明は、浸炭焼入れ鋼の表面を覆って耐食性を向上させるとともに、高い面圧の作用によっても剥がれることのない溶射材料を鋭意研究した結果としてなされたものであり、ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ（タングステンカーバイト−ニッケル−クロム）溶射皮膜は、後述する塩水噴霧試験により耐腐食性に優れていることが確かめられ、しかも、ＳＮＣＭなどの浸炭焼入れ鋼の表面に溶射して高い面圧を負荷しても、内部クラックの発生や剥がれが発生しにくく、圧延機ローラの駆動系等に用いて優れた耐久性を示すことが、同じく後述する静的面圧負荷試験により確かめられた。

そして、請求項２に係る発明のように、ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ溶射皮膜に対してシリカ系樹脂を用いた封孔処理を施すことにより、当該溶射皮膜に形成されている微細孔を塞ぎ、その微細孔からの水等の侵入を抑制して長期にわたって上記した性能を発揮することができる。

また、ヨーク側に形成されるキー溝については、請求項３に係る発明のように、その内面をステンレス合金からなる肉盛り層で覆うことによって、キー溝側の腐食を防止することができ、キー部側のＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ溶射皮膜との関係についても特に問題はない。

本発明によれば、部品点数が少ないブロックタイプのユニバーサルジョイントにおいて、浸炭焼入れ鋼からなる軸受カップに形成されているキー部の両側面にＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ溶射皮膜を形成しているので、圧延機の駆動系等の高負荷で水等に曝される過酷な環境下等で用いても、キー部が腐食することを防止することができ、また、その溶射皮膜にクラックが発生したり剥がれが発生する等の不具合も生じず、長期にわたって安定した性能を発揮することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態のトラニオンおよび軸受カップの軸直交断面図であり、図２はその軸受カップのキー部の一側面の拡大図である。

この実施の形態の全体的な基本構成は、図３〜図５に示した従来のものと同等である。すなわち、十字軸１の各トラニオン１１がローラ２を介して浸炭焼入れ鋼製の軸受カップ３に支持されているとともに、その軸受カップ３が、ヨーク４に対してボルト５で接合固定され、軸受カップ３のヨーク４に対する接合面にキー部３１が一体に形成され、ヨーク４にはそのキー部３１が嵌まり込むキー溝４１が形成されている。軸受カップ３の材質は例えばＳＮＣＭ８１５であり、ヨーク４の材質は例えばＳＣＭ４４０、あるいはＳＮＣＭ４３９である。

この実施の形態の特徴は、軸受カップ３のキー部３１の両側面に、ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ溶射皮膜６が形成されている点であり、また、ヨーク４のキー溝４１の内面にはステンレス鋼（例えば１３％クロム系ステンレス鋼）を用いた肉盛り層７が形成されている。

ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ溶射皮膜６は、例えばＷＣ−２７ＮｉＣｒ（基本成分がＷＣであり、ＮｉＣｒを２７％含有）を好適に用いることができ、その膜厚ｔは０．１から０．３ｍｍ程度とすることが好ましい。また、このＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ溶射皮膜６に対し、シリカ系樹脂により封孔処理を施し、皮膜中の微細孔を封じることが、長期にわたり耐食性を維持するうえで望ましい。更に、ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ溶射皮膜６は、その膜厚を高精度に制御できることから、溶射後の後加工を行うことによる母材に対する密着性の低下を防止する観点から、後加工を行わないことが望ましい。

以上のような溶射皮膜６を形成することにより、圧延機の駆動系等の過酷な環境下で長期にわたって用いても、溶射皮膜６にクラックが発生したり剥がれるといった不具合は生じず、キー部３１が腐食することがない。また、キー溝４１の内面にステンレス鋼による肉盛り層７が形成されているため、キー溝４１側の腐食も発生いない。従って長期の使用によってもキー部３１とキー溝４１の間に隙間が発生することを抑制することができ、トラニオン１１の軸受寿命が向上するとともに、ボルト５に過大な曲げ応力が作用することもなく、長期にわたってユニバーサルジョイントとしての性能を維持することができる。

圧延機の駆動系の実機に用いたフィールドテストの結果、軸受カップ３のキー部３１の両側面にＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ溶射皮膜６（ＷＣ−２７ＮｉＣｒ）を施した本発明の実施の形態のユニバーサルジョイントでは、２０カ月にわたる使用によってもキー部３１の幅寸法の変化が見られなかった。これに対し、ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ溶射皮膜６を有さない従来のユニバーサルジョイントでは、１３カ月にわたる使用によりキー部３１の幅寸法が、腐食性摩耗により１．５２ｍｍだけ減少していた。

また、以上のＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ（ＷＣ−２７ＮｉＣｒ）溶射皮膜について、その耐食性と耐面圧性能のベンチテストを比較例とともに行った結果を以下に示す。

耐食性については、以下に示す塩水噴霧試験を行った。
試験片は直径８０ｍｍのＳＮＣＭ８１５製プレートを浸炭焼入れしたものを用いて、その表面にＷＣ−２７ＮｉＣｒを用いたＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ溶射皮膜を膜厚０．１ｍｍで形成したもの（実施例）のほか、同じプレートの表面にＮｉ溶射皮膜を膜厚０．２ｍｍで形成したもの（比較例１）、および表面に何も皮膜を形成しないもの（比較例２）を用意した。

試験条件は、試験機内湿度９８％、試験機内温度を３５℃、塩水濃度５％、試験面の角度を水平面に対して４５°として、２００時間の連続試験を行った。その結果を［表１］に示す。

この［表１］において×は腐食大、○は腐食なしを表している。この［表１］から明らかなように、ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ溶射皮膜およびＮｉ溶射皮膜については、皮膜なしの場合に比していずれも耐食性が良好であることが判る。

次に、耐食性に優れた実施例および比較例１について、以下に示す耐面圧試験を行った。
試験片は直径６１ｍｍのＳＮＣＭ８１５製プレートに浸炭焼入れしたものを用いて、上記と同様の厚さ０．１ｍｍのＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ溶射皮膜を形成したもの（実施例）と、同じく厚さ０．２ｍｍのＮｉ溶射皮膜を形成したもの（比較例１）を用意した。

試験条件は、アムスラー試験機を用いて、静的面圧が３９２ＭＰａの高面圧にてそれぞれ３０秒間負荷し、皮膜の剥がれ状況を観察した。なお、ユニバーサルジョイントとして静的面圧３９２ＭＰａ以上は高負荷条件であり、ここでは静的面圧３９２ＭＰａで試験を実施した。その結果を［表２］に示す。

この［表２］において×は剥がれ発生、○は剥がれなしを表している。この［表２］から明らかなように、ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ溶射皮膜は３９２ＭＰａの高面圧において全く剥がれが生じなかったのに対し、Ｎｉ溶射皮膜は剥がれが発生し、ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ溶射皮膜の浸炭焼入れ鋼に対する密着性が良好であることが確かめられた。

本発明の実施の形態のトラニオンおよび軸受カップの軸直交断面図である。 図２における軸受カップのキー部の一側面の拡大図である。 従来のブロックタイプのユニバーサルジョイントの要部分解斜視図である。 図３におけるトラニオン１１および軸受カップ３の近傍の軸直交断面図である。 図４のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１ 十字軸
１１ トラニオン
２ ローラ
３ 軸受カップ
４ ヨーク
５ ボルト
６ ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ溶射皮膜
７ ステンレス鋼による肉盛り層

Claims (3)

1. 十字軸の各トラニオンを針状ころを介してそれぞれ支持する軸受カップが、それぞれ浸炭焼入れ鋼により形成され、かつ、ボルトによりヨークに接合固定されているとともに、この各軸受カップのヨークに対する接合面には、ヨーク側に向けて突出するキー部が形成され、ヨークにはそのキー部が嵌まり込むキー溝が形成されてなるユニバーサルジョイントにおいて、
   上記キー部の両側面が、ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ溶射皮膜で覆われていることを特徴とするユニバーサルジョイント。
2. 上記ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ溶射皮膜に、シリカ系樹脂を用いた封孔処理が施されてい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。
3. 上記ヨークのキー溝の内面が、ステンレス合金からなる肉盛り層で覆われてい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。

Images