JP2006097733A - 駆動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シール部材の耐用期間を延ばして等速自在継手の耐久信頼性を向上させ、また、保守点検時での作業性を向上させる。
【解決手段】 二軸の交差角が変化してもその二軸間で回転力を伝達し得る自在軸継手を着脱可能に介装すると共に、前記自在軸継手と少なくとも一方の軸との間を密封するシール部材を配設した駆動力伝達装置であって、シール部材６０は、自在軸継手４０の一方の軸側に設けられ、凸球面６１ａが外周に部分的に形成された凸球面部材６１と、自在軸継手４０の一方の軸側に設けられ、凹球面６２ｂが内周に部分的に形成された凹球面部材６２と、自在軸継手４０の他方の軸側に設けられて凸球面部材６１と凹球面部材６２との間に延び、凸球面部材６１の凸球面６１ａと接する凹球面６３ｂが内周に部分的に形成されると共に凹球面部材６２の凹球面６２ｂと接する凸球面６３ａが外周に部分的に形成された中間部材６３とで構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は駆動力伝達装置に関し、例えば鉄鋼設備などにおいて劣悪雰囲気下でのロール駆動に使用される等速自在継手を具備した駆動力伝達装置に関する。

例えば、連続鋳造設備（ＣＣＭ）などの鉄鋼設備では、各種ロールに駆動力を伝達するため、等速自在継手を用いたロール駆動力伝達装置が設置されている。

図５はマンネスマン方式の連続鋳造設備を示す概略構成図である。同図の連続鋳造設備では、サポートロール１、ガイドロール２および引き抜き矯正用ピンチロール３が所定ポジションに配設されており、これらサポートロール１、ガイドロール２およびピンチロール３に駆動力を伝達するためにロール駆動力伝達装置が使用されている。

図６は等速自在継手を用いた一対のロール駆動力伝達装置の一例を示す。このロール駆動力伝達装置は、一対のロール４（例えば図５のピンチロール３）を所定の間隔寸法で対向配置し、それぞれのロール４の回転軸５を軸受６により回転自在に支持する。ロール４の回転軸５は、取り付けフランジ７および等速自在継手８を介して中間軸９に連結され、その中間軸９は、等速自在継手１０および取り付けフランジ１１を介して駆動軸１２に連結されている。なお、中間軸９は、ロール４が配置された劣悪雰囲気下のロール加工域Ａと駆動軸１２が配置された駆動域Ｂとを仕切るチャンバ１３に設けられた孔１４に挿通されている。

このロール駆動力伝達装置では、両駆動軸１２を同期させて逆方向に回転駆動すると、等速自在継手１０を介して中間軸９が回転し、その中間軸９の回転により等速自在継手８を介して回転軸５が回転する。この回転軸５の回転によりロール４が回転し、そのロール４間で鋳造品１５が成形あるいは残留応力矯正されながら連続的に移送される。

ところで、連続鋳造設備（ＣＣＭ）などの鉄鋼設備におけ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雰囲気下で使用されるため、等速自在継手にはシール部材が装着されているが、このシール部材が劣化しやすく、シール性能および耐久性能の低下を招来することから、シール部材の交換を定期的に行う保守管理が必要である。

シール部材の交換では、取り外し、分解、部品交換、組立および取り付けからなる一連の作業が必要であり、この作業が煩雑であるばかりでなく、その交換作業中、連続鋳造設備の運転を停止しなければならないので、設備稼働率が低下することから、このような保守点検や部品交換作業を簡略化して設備停止時間を短縮することが要求されている。また、万一、等速自在継手８，１０や中間軸９が損傷した場合、等速自在継手８，１０と中間軸９とがそれぞれ一体的な溶接により連結されているため、等速自在継手８，１０と中間軸９とを一体物として交換しなければならず、交換費用が嵩む。

このことから、等速自在継手８，１０または中間軸９のいずれかが損傷した場合、等速自在継手８，１０または中間軸９のみを短時間で交換可能にし、劣悪な雰囲気下での使用でもシール性能および耐久性能の低下を抑制し得るロール駆動力伝達装置が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

このロール駆動力伝達装置では、図７（特許文献１）および図８（特許文献２）に示すように一方の等速自在継手８と中間軸９とを取り付けフランジ１６，１７を介して連結し、その取り付けフランジ１６，１７のボルト１８による締結でもって着脱可能とし、他方の等速自在継手１０と中間軸９とを取り付けフランジ１９，２０を介して連結し、その取り付けフランジ１９，２０のボルト２１による締結でもって着脱可能としている。

これにより、等速自在継手８，１０または中間軸９のいずれかが損傷した場合でも、その損傷した等速自在継手８，１０または中間軸９のみを取り外して交換できるため、ロール駆動力伝達装置の保守が容易になる。しかも、その交換作業を従来と比較して著しく短時間で行えるため、交換保守作業中の設備停止時間を短縮できて、設備稼働率を向上させることができる。

また、等速自在継手８，１０の外側継手部材２２と内側継手部材２３間の環状空間を密封するシール部材２４を二重構造としている。前述した特許文献１では、この二重構造のシール部材２４のうち、内側シール部材２４ａに金属メカニカルシールを使用し、外側シール部材２４ｂに縫製蛇腹を使用している（図７参照）。また、特許文献２では、前述した内側シール部材２４ａおよび外側シール部材２４ｂからなる二重構造のシール部材２４に加えて、取り付けフランジ１６，１７，１９，２０に円筒状カバー２５を設けた三重構造としている（図８参照）。

このようなシール部材の二重構造により、前述の交換作業および保守点検作業の簡略化が図れるのみならず、内側シール部材２４ａにより潤滑剤の漏洩が防止され、外側シール部材２４ｂにより内側シール部材２４ａが劣悪な雰囲気から保護され、三重構造では、円筒状カバー２５によりシール部材２４が劣悪な雰囲気から保護される。
特開２００２−３４００１０号公報 特開２００４−１６２８８２号公報

しかしながら、特許文献１の場合、シール部材２４を二重構造としても、万一、外側シール部材２４ｂが損傷すると、内側シール部材２４ａが金属メカニカルシールの場合、シール部分の腐食や摺動部分に異物が噛み込んだりする問題があり、また、内側シール部材２４ａがゴムまたは樹脂ブーツの場合、そのブーツが直接的に熱影響を受けることになってゴムまたは樹脂の硬化劣化などを招来する問題がある。このロール駆動力伝達装置の実機テストを行った結果、外側シール部材２４ｂが劣悪な雰囲気下に晒されていることもあって、６ヶ月程度で交換しなければならないというのが現状であり、更なる耐久信頼性の向上が要望されていた。

また、特許文献２の場合、ロール駆動力伝達装置において、ロール交換する際にスペースがなく、作業性の悪い環境で円筒状カバー２５を除去しなければならず、等速自在継手８，１０の脱着に手間が非常に掛かるというのが現状であり、保守点検時での作業性の改善が要望されていた。

そこで、本発明は前述の要望に対して提案されたもので、その目的とするところは、シール部材の耐用期間を延ばして等速自在継手の耐久信頼性を向上させ、また、保守点検時での作業性を向上させ得る駆動力伝達装置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、二軸の交差角が変化してもその二軸間で回転力を伝達し得る自在軸継手を前記二軸間に着脱可能に介装すると共に、前記自在軸継手と少なくとも一方の軸との間を密封するシール部材を配設した駆動力伝達装置であって、前記シール部材は、自在軸継手の一方の軸側に設けられ、凸球面が外周に部分的に形成された凸球面部材と、自在軸継手の一方の軸側に前記凸球面部材に対して軸方向に離間させて設けられ、凹球面が内周に部分的に形成された凹球面部材と、自在軸継手の他方の軸側に設けられて前記凸球面部材と凹球面部材との間に延び、前記凸球面部材の凸球面と接する凹球面が内周に部分的に形成されると共に前記凹球面部材の凹球面と接する凸球面が外周に部分的に形成された中間部材とで構成されていることを特徴とする。

本発明では、自在軸継手の一方の軸側に設けられ、凸球面が外周に部分的に形成された凸球面部材と、自在軸継手の一方の軸側に前記凸球面部材に対して軸方向に離間させて設けられ、凹球面が内周に部分的に形成された凹球面部材と、自在軸継手の他方の軸側に設けられて前記凸球面部材と凹球面部材との間に延び、前記凸球面部材の凸球面と接する凹球面が内周に部分的に形成されると共に前記凹球面部材の凹球面と接する凸球面が外周に部分的に形成された中間部材とからなる構成を採用したことにより、二重の球面メカニカルシール構造となる。

二重の球面メカニカルシール構造は、高いシール性を有することから、自在軸継手内からの潤滑剤の漏洩を防止することができるため、シール部材の耐用期間を延ばすことができるので、等速自在継手への給脂頻度が大幅に削減可能となる。また、保守点検時には、二重の球面メカニカルシール構造の分解で済むことから、作業性の向上が図れる。

前述の構成において、自在軸継手の一方の軸側と凸球面部材との間に、中間部材の凹球面に前記凸球面部材の凸球面を弾性的に押圧する弾性部材を介設し、また、自在軸継手の一方の軸側と凸球面部材との間に、中間部材の凸球面に前記凹球面部材の凹球面を弾性的に押圧する弾性部材を介設した構造とすれば、弾性部材による弾性力の付与により、凸球面部材と中間部材との間、凹球面部材と中間部材との間で良好な摺接状態を確保することができ、シール性の向上が図れる。
また、前述の構成において、凸球面部材の凸球面と中間部材の凹球面との間、あるいは、前記凹球面部材の凹球面と中間部材の凸球面との間の少なくともいずれか一方にＯリングを介在させた構造とすれば、より一層のシール性向上が図れる。

なお、前記自在軸継手として、内周面に複数のトラック溝を有する外側継手部材と、外周面に複数のトラック溝を有する内側継手部材と、前記両トラック溝で形成された複数のトラックにそれぞれ配されたトルク伝達ボールと、このボールを円周方向等間隔に保持する保持器とを備えた等速自在継手を使用することが可能であり、駆動軸と中間軸との間またはロールと中間軸との間の少なくともいずれか一方に着脱可能に介装することにより、ロール駆動力伝達装置として適用可能である。

本発明によれば、自在軸継手と少なくとも一方の軸との間を密封するシール部材として、凸球面部材、凹球面部材および中間部材とからなる二重の球面メカニカルシール構造としたことにより、自在軸継手内からの潤滑剤の漏洩を防止することができる高いシール性から、シール部材の耐用期間を延ばすことができるので、等速自在継手への給脂頻度が大幅に削減可能となり、等速自在継手の耐久信頼性を向上させることができる。また、連続鋳造設備などの鉄鋼設備におけるロール駆動力伝達装置に適用した場合、ロール交換時などの保守点検時には、二重の球面メカニカルシール構造の分解で済むことから、作業性の向上が図れる。

本発明に係るロール駆動力伝達装置の実施形態を以下に詳述する。この実施形態では、例えば、図５に示すマンネスマン方式の連続鋳造設備（ＣＣＭ）に設置されたロール駆動力伝達装置について説明する。なお、図５〜図８と同一部分には同一参照符号を付す。

このロール駆動力伝達装置は、連続鋳造設備の所定ポジションに配設されたサポートロール１、ガイドロール２および引き抜き矯正用ピンチロール３に駆動力を伝達するためのもので、図３に示す構造を有する。

同図に示すロール駆動力伝達装置は、一対のロール４（例えば図５のピンチロール３）が所定の間隔寸法で対向配置されており、それぞれのロール４の回転軸５は軸受６によって回転自在に支持されている。ロール４の回転軸５は、取り付けフランジ７および等速自在継手３８を介して中間軸９に連結され、その中間軸９は、等速自在継手４０および取り付けフランジ１１を介して駆動軸１２に連結されている。なお、中間軸９は、ロール４が配置された劣悪雰囲気下のロール加工域Ａと駆動軸１２が配置された駆動域Ｂとを仕切るチャンバ１３に設けられた孔１４に挿通されている。

このロール駆動力伝達装置では、両駆動軸１２を同期させて逆方向に回転駆動すると、等速自在継手４０を介して中間軸９が回転し、その中間軸９の回転により等速自在継手３８を介して回転軸５が回転する。この回転軸５の回転によりロール４が回転し、そのロール４間で鋳造品１５が成形あるいは残留応力矯正されながら連続的に移送される。

図４に示すように取り付けフランジ７と等速自在継手３８、および等速自在継手４０と取り付けフランジ１１はそれぞれ一体的に連結されている。一方、等速自在継手３８と中間軸９とは、取り付けフランジ４１と４２をボルト４３で締結することにより連結され、また、中間軸９と等速自在継手４０とは、取り付けフランジ４４と４５をボルト４６で締結することにより連結されている。

図１および図２は、このロール駆動力伝達装置に組み込まれた等速自在継手３８，４０を示し、図１は二軸（駆動軸１２と中間軸９あるいは中間軸９と回転軸５）の作動角が０の場合、図２はその二軸が作動角をとった場合をそれぞれ示す。

同図における等速自在継手４０は、図１に示すように内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝を有する外側継手部材５０と、外周面に軸方向に延びる複数のトラック溝を有する内側継手部材５１と、両トラック溝によって形成されたトラックに配された複数のトルク伝達ボール５２と、これらボール５２を円周方向等間隔に支持する保持器５３とで構成されている。

この等速自在継手４０の外側継手部材５０には、取り付けフランジ１１が溶接部３０にて一体的に連結されている。等速自在継手４０の内側継手部材５１には、取り付けフランジ４５がねじ結合と取り付け部材５８のボルト５９による締結でもって一体的に取り付けられている。等速自在継手４０の外側継手部材５０と内側継手部材５１との間に、等速自在軸継手４０の内部からの潤滑剤の漏洩を防止するシール部材６０が設けられている。

このシール部材６０は、凸球面部材である金属製のメカニカルシール内環６１と、凹球面部材である金属製のメカニカルシール外環６２と、中間部材である金属製のメカニカルシール中環６３とで構成された二重の球面メカニカルシール構造を具備する。

前述のメカニカルシール内環６１は、外周に凸球面６１ａが部分的に形成された部材で、内側継手部材５１にＯリング６４を介して軸方向移動可能に外嵌され、内側継手部材５１に取り付けられた受け部材６５との間に弾性部材であるコイルばね６６により弾性力が付与されている。

また、メカニカルシール外環６２は、内周に凹球面６２ｂが部分的に形成された部材で、前述の内側継手部材５１に固着された取り付けフランジ４５にＯリング６７を介して軸方向移動可能に外嵌され、その取り付けフランジ４５に設けられた受け部材６８との間に弾性部材であるコイルばね６９により弾性力が付与されている。

さらに、メカニカルシール中環６３は、内周に凹球面６３ｂが部分的に形成されると共に外周に凸球面６３ａが部分的に形成された部材で、前述の外側継手部材５０にボルト７０により固定されて、メカニカルシール内環６１とメカニカルシール外環６２との間に延びるように配されている。

メカニカルシール内環６１は、その凸球面６１ａがＯリング７１を介してメカニカルシール中環６３の凹曲面６３ｂと接する。内側継手部材５１の受け部材６５とメカニカルシール内環６１との間には圧縮状態のコイルばね６６が介在し、このコイルばね６６の弾性力により、メカニカルシール内環６１をメカニカルシール中環６３に押圧して高いシール性を確保している。また、メカニカルシール内環６１とメカニカルシール中環６３に間にＯリング７１を介在させることによっても、高いシール性を確保している。

一方、メカニカルシール外環６２は、その凹球面６２ｂがＯリング７２を介してメカニカルシール中環６３の凸曲面６３ａと接する。取り付けフランジ４５の受け部材６８とメカニカルシール外環６２との間には圧縮状態のコイルばね６９が介在し、このコイルばね６９の弾性力により、メカニカルシール外環６２をメカニカルシール中環６３に押圧して高いシール性を確保している。また、メカニカルシール外環６２とメカニカルシール中環６３に間にＯリング７２を介在させることによっても、高いシール性を確保している。

このロール駆動力伝達装置では、金属製のメカニカルシール内環６１、メカニカルシール中環６３、メカニカルシール外環６２からなる二重の球面メカニカルシール構造となっているため、高いシール性を確保することができることから、等速自在軸継手４０の内部からの潤滑剤の漏洩を防止することができる。この二重の球面メカニカルシール構造は、図２に示すように等速自在継手４０が作動角をとる際の動作を妨げることはない。シール部材６０の耐用期間を延ばすことができるので、等速自在継手４０への給脂頻度が大幅に削減可能となる。また、保守点検時には、二重の球面メカニカルシール構造の分解で済むことから、作業性の向上が図れる。

なお、前述したメカニカルシール内環６１、メカニカルシール中環６３、メカニカルシール外環６２は、耐腐食性に優れたＳＵＳ系材料が好適であるが、耐熱性を目的とする場合には機械構造用炭素鋼であってもよく、さらに炭素鋼に自己潤滑性のあるテフロン（登録商標）系コーティングを施すようにしてもよい。また、耐熱性に優れたＳｉやフッ素系ゴム等のエラストマーを適用してもよい。内側継手部材５１とメカニカルシール内環６１との間、メカニカルシール内環６１とメカニカルシール中環６３との間、メカニカルシール中環６３とメカニカルシール外環６２との間、メカニカルシール外環６２と取り付けフランジ４５との間にそれぞれ配されたＯリング６４，７１，７２，６７としては、摺動性のよいフッ素ゴム系を用いることが好ましい。

このロール駆動力伝達装置における二重のメカニカルシール構造では、中間軸９と等速自在継手４０とが、取り付けフランジ４４，４５を介してボルト４６で締結することにより着脱可能に連結されているので、例えば、ロール交換時などの保守点検時、ボルト４６を取り外して取り付けフランジ４４を分離した上で、ボルト５９を取り外して取り付け部材５８を取り外すことにより、メカニカルシール外環６２を簡単に取り外すことができる。また、ボルト７０を取り外せば、メカニカルシール内環６１を取り外すことによって、等速自在継手４０を簡単に交換することができる。

この等速自在継手４０は、その継手中心Ｏから軸方向等距離の位置に保持器５３の内径中心Ｏ’と、保持器５３の外径中心Ｏ''を有するダブルオフセット構造を有する。また、継手中心Ｏから、メカニカルシール内環６１の外周面半径およびメカニカルシール外環５４の内周面半径が設定されている。

なお、前述した実施形態では、自在軸継手として、前述の等速自在継手を使用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、トリポード型などの他の等速自在継手や、十字ジョイントなどの不等速自在継手を含む他の自在軸継手に適用可能である。

本発明に係る駆動力伝達装置の実施形態で、等速自在継手およびシール構造を示す要部拡大断面図である。 図１の等速自在継手が作動角をとった状態を示す要部拡大断面図である。 本発明の実施形態で、ロール駆動力伝達装置の主要部を示す一部断面部分を含む正面図である。 図３のロール駆動力伝達装置の部分拡大断面図である。 鉄鋼設備の一種である連続鋳造設備の一例を示す概略構成図である。 従来のロール駆動力伝達装置の主要部を示す一部断面部分を含む正面図である。 特許文献１におけるロール駆動力伝達装置の部分拡大断面図である。 特許文献２におけるロール駆動力伝達装置の部分拡大断面図である。

符号の説明

４ ロール
９ 中間軸
３８，４０ 等速自在継手
５０ 外側継手部材
５１ 内側継手部材
５２ トルク伝達ボール
５３ 保持器
６０ シール部材
６１ 凸球面部材（メカニカルシール内環）
６１ａ 凸球面
６２ 凹球面部材（メカニカルシール外環）
６２ｂ 凹球面
６３ 中間部材（メカニカルシール中環）
６３ａ 凸球面
６３ｂ 凹球面

Claims (6)

1. 二軸の交差角が変化してもその二軸間で回転力を伝達し得る自在軸継手を前記二軸間に着脱可能に介装すると共に、前記自在軸継手と少なくとも一方の軸との間を密封するシール部材を配設した駆動力伝達装置であって、前記シール部材は、自在軸継手の一方の軸側に設けられ、凸球面が外周に部分的に形成された凸球面部材と、自在軸継手の一方の軸側に前記凸球面部材に対して軸方向に離間させて設けられ、凹球面が内周に部分的に形成された凹球面部材と、自在軸継手の他方の軸側に設けられて前記凸球面部材と凹球面部材との間に延び、前記凸球面部材の凸球面と接する凹球面が内周に部分的に形成されると共に前記凹球面部材の凹球面と接する凸球面が外周に部分的に形成された中間部材とで構成されていることを特徴とする駆動力伝達装置。
2. 前記自在軸継手の一方の軸側と凸球面部材との間に、中間部材の凹球面に前記凸球面部材の凸球面を弾性的に押圧する弾性部材を介設した請求項１に記載の駆動力伝達装置。
3. 前記自在軸継手の一方の軸側と凸球面部材との間に、中間部材の凸球面に前記凹球面部材の凹球面を弾性的に押圧する弾性部材を介設した請求項１に記載の駆動力伝達装置。
4. 前記凸球面部材の凸球面と中間部材の凹球面との間、あるいは、前記凹球面部材の凹球面と中間部材の凸球面との間の少なくともいずれか一方にＯリングを介在させた請求項１〜３のいずれか一項に記載の駆動力伝達装置。
5. 前記自在軸継手は、内周面に複数のトラック溝を有する外側継手部材と、外周面に複数のトラック溝を有する内側継手部材と、前記両トラック溝で形成された複数のトラックにそれぞれ配されたトルク伝達ボールと、このボールを円周方向等間隔に保持する保持器とを備えた等速自在継手であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の駆動力伝達装置。
6. 前記自在軸継手は、駆動軸と中間軸との間またはロールと中間軸との間の少なくともいずれか一方に着脱可能に介装されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の駆動力伝達装置。