JP2009138908A - 等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】高温で、薬品を含む水、スケールがかかるような劣悪雰囲気下での耐久性を有する等速自在継手を提供すること。
【解決手段】シール部材１５、１６、１７の相互摺動によって、外側継手部材１、５に対する内側継手部材２、９、３２の相対変位を許容する等速自在継手において、シール部材１５、１６、１７に密封された外側継手部材１、５と内側継手部材２、９、３２との間の空間Ｓ１に、耐熱性且つ耐水性を有するグリースを封入した。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、各種産業機械の動力伝達機構に使用される等速自在継手に関する。

例えば各種産業機械の動力伝達機構に組み込まれる等速自在継手には、継手内部への塵埃などの異物侵入防止や継手内部に封入されたグリースの漏洩防止を目的として、シール部材が装着される。

特に、高温で、薬品を含む水、スケールがかかるような劣悪雰囲気下で使用される等速自在継手のシール部材として、例えば図３に示すような構造のものが既に提案されている（特許文献１参照）。

図３における等速自在継手は、外側継手部材本体１、内側継手部材本体２、トルク伝達ボール３及び保持器４を主要な構成要素とする。外側継手部材本体１は、内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝を有する。内側継手部材本体２は、外周面に軸方向に延びる複数のトラック溝を有する。複数のトルク伝達ボール３が、外側継手部材本体１と内側継手部材本体２のトラック溝によって形成されたトラックに配される。保持器４が、これらのボール３を円周方向等間隔に支持する。

外側継手部材本体１には、取り付けフランジ５が溶接部６にて一体的に連結されている。この一体的に連結された外側継手部材本体１と取り付けフランジ５が、一端で開口したカップ状であり、外側継手部材として機能する。取り付けフランジ５のフランジとして機能するフランジ部７には周方向に所定間隔で複数のスリット孔８が形成されている。このスリット孔８にボルト（図示省略）を通し、ナット（図示省略）を締結することにより、取り付けフランジ５を別部材（図示省略）に連結する。

内側継手部材本体２には、スペーサとしてのフィレットリング３２と取り付けフランジ９が一体的に連結されている。詳述すれば、内側継手部材本体２に、フィレットリング３２が外嵌され、更に、取り付けフランジ９が、スプライン結合され、これらを取り付け部材１０のボルト１１による締結でもって固定している。この一体的に連結された内側継手部材本体２とフィレットリング３２と取り付けフランジ９が、内側継手部材として機能する。

取り付けフランジ９のフランジとして機能するフランジ部１２には周方向に所定間隔で複数のボルト孔１３が形成されている。このボルト孔１３にボルト（図示省略）を通し、ナット（図示省略）を締結することにより、取り付けフランジ９を別部材（図示省略）に連結する。

外側継手部材本体１と内側継手部材本体２との間には、等速自在継手の内部からの潤滑剤の漏洩を防止するシール部材１４が設けられている。シール部材１４は、凸球面部材である金属製のメカニカルシール内環１５と、凹球面部材である金属製のメカニカルシール外環１６と、中間部材である金属製のメカニカルシール中環１７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。

メカニカルシール内環１５は、外周に凸球面１８が形成された部材で、内側継手部材本体２にＯリング１９を介して軸方向移動可能に外嵌され、内側継手部材本体２に取り付けられた受け部材２０との間の弾性部材であるコイルばね２１により弾性力が付与されている。

メカニカルシール外環１６は、内周に凹球面２２が形成された部材で、内側継手部材本体２に固着された取り付けフランジ９にＯリング２３を介して軸方向移動可能に外嵌されている。メカニカルシール外環１６は、取り付けフランジ９に設けられた受け部材２４との間の弾性部材であるコイルばね２５により弾性力が付与されている。

メカニカルシール中環１７は、内周に凹球面２６が形成されると共に外周に凸球面２７が形成された部材で、外側継手部材本体１にボルト２８により固定されて、メカニカルシール内環１５とメカニカルシール外環１６との間に延在している。

メカニカルシール内環１５は、その凸球面１８がＯリング２９を介してメカニカルシール中環１７の凹球面２６と接する。等速自在継手に装着した状態での、Ｏリング２９の等速自在継手軸方向の断面は略楕円状である。内側継手部材本体２の受け部材２０とメカニカルシール内環１５との間には圧縮状態のコイルばね２１が介在し、このコイルばね２１の弾性力により、メカニカルシール内環１５をメカニカルシール中環１７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１５とメカニカルシール中環１７に間にＯリング２９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１６は、その凹球面２２がＯリング３０を介してメカニカルシール中環１７の凸球面２７と接する。等速自在継手に装着した状態での、Ｏリング３０の等速自在継手軸方向の断面は略楕円状である。取り付けフランジ９の受け部材２４とメカニカルシール外環１６との間には圧縮状態のコイルばね２５が介在し、このコイルばね２５の弾性力により、メカニカルシール外環１６をメカニカルシール中環１７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１６とメカニカルシール中環１７に間にＯリング３０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。また、外側継手部材本体１とメカニカルシール中環１７との間にＯリング３１を介在することにより、この間の高いシール性を確保している。

この等速自在継手が、作動角をとる場合には、メカニカルシール内環１５の凸球面１８とメカニカルシール中環１７の凹球面２６とが摺動し、メカニカルシール外環１６の凹球面２２とメカニカルシール中環１７の凸球面２７とが摺動する。これらの摺動により、シール部材１４、即ち、メカニカルシール内環１５、外環１６、中環１７が、等速自在継手の作動角をとる動作を妨げることがない。

この等速自在継手は、その継手中心Ｏから軸方向等距離の位置に保持器４の内径中心Ｏ’と、保持器４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１５の凸球面１８の半径およびメカニカルシール外環１６の凹球面２２の半径が設定されている。
特開２００６−９７７３３号公報

しかし、このような等速自在継手の構造であっても、高温で、薬品を含む水、スケールがかかるような劣悪雰囲気下では、十分な耐久性が得られていないのが現状である。

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、高温で、薬品を含む水、スケールがかかるような劣悪雰囲気下での耐久性を有する等速自在継手を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１の発明は、一端で開口したカップ状の外側継手部材と、該外側継手部材の内方に外側継手部材との間でトルク伝達可能に配置されると共に該外側継手部材の開口端より軸部が延出する内側継手部材と、前記外側継手部材の開口と内側継手部材の軸部との間を密封する複数のシール部材とを備え、前記シール部材の一部が前記外側継手部材に取り付けられると共に、前記シール部材の残りが内側継手部材に取り付けられ、これらシール部材の相互摺動によって、前記外側継手部材に対する内側継手部材の相対変位を許容する等速自在継手において、前記シール部材で密封された前記外側継手部材と前記内側継手部材との間の空間に、耐熱性且つ耐水性を有するグリースを封入したことを特徴とする。

ここで、外側継手部材と内側継手部材のそれぞれは、一体構造のものに限らず、連結された構造のものも含む。

請求項１の発明によれば、高温で、薬品を含む水がかかる雰囲気下で、等速自在継手内部に薬品を含む水が侵入することによるグリース潤滑性能の低下が抑制され、グリースの耐久性が向上する。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記シール部材における前記等速自在継手の外部に面する外表面に、撥水処理を施したものである。

ここで、シール部材における等速自在継手の外部に面する外表面は、等速自在継手が作動角をとった場合のものも含む。

請求項２の発明によれば、外表面にかかった薬品を含む水を撥水(水玉状に)し、等速自在継手の回転時に遠心力により薬品を含む水が等速自在継手から離散することを促進し、等速自在継手内部への薬品を含む水の侵入を防ぐことが出来る。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記内側継手部材に取り付けられたシール部材が、凸球面を外周に形成した凸球面部材と、前記軸部に取り付けられて凹球面を内周に形成した凹球面部材とで構成され、前記外側継手部材に取り付けられたシール部材が、前記凸球面部材と凹球面部材との間に延在し、内周に前記凸球面部材の凸球面と接する凹球面、外周に前記凹球面部材の凹球面と接する凸球面をそれぞれ形成した中間部材で構成されているものである。

請求項３の発明によれば、等速自在継手の動作を妨げることなく、等速自在継手内部と外部との間のシール性を効果的に確保することが可能である。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記凸球面部材の凸球面又は前記中間部材の凹球面に、平面部を有する環状溝と、該環状溝に装着されると共に前記平面部に当接可能な平面を有するＯリングとを備えたものである。

ここで、環状溝の平面部、Ｏリングが有する平面とは、公差、測定誤差、微小の変形に等により、厳密に平面でなくとも、実質的に平面とみなせるものも含む。

従来の等速自在継手のシール部材の構造では、凸球面部材（図３のメカニカルシール内環１５）、凹球面部材（図３のメカニカルシール外環１６）の回転作動は機構上、みそすり状の動きとなる。そのため、凸球面部材の凸球面と中間部材の凹球面との間に介在するＯリング（図３のＯリング２９）、凹球面部材の凹球面と前記中間部材の凸球面との間に介在するＯリング（図３のＯリング３０）には捩れ力が働く。このため、これらのＯリングの摩耗速度及び亀裂の進行速度が大きくなり、耐久性の低下の原因となっていた。請求項４の発明によれば、凸球面部材、凹球面部材のみそすり運動による捩れ力を、Ｏリングが有する平面が環状溝の平面部に当接することにより受止め、捩れによる耐久性低下を抑制することができる。

請求項５の発明は、請求項３又は４の発明において、前記凹球面部材の凹球面又は前記中間部材の凸球面に、平面部を有する環状溝と、該環状溝に装着されると共に前記平面部に当接可能な平面を有するＯリングとを備えたものである。

請求項５の発明によれば、凸球面部材、凹球面部材のみそすり運動による捩れ力を、Ｏリングが有する平面が環状溝の平面部に当接することにより受止め、捩れによる耐久性低下を抑制することができる。

請求項６の発明は、請求項３〜５の何れか一の発明において、前記内側継手部材と前記シール部材とに囲まれた空間に、油分を吸収した軟性材を封入したものである。

ここで、軟性材とは、軟らかい材料で且つ油分を吸収する性質を持つものである（以下、同じ）。

請求項６の発明によれば、等速自在継手の動作を妨害することなく、等速自在継手内部への薬品を含む水やスケール等の異物の侵入、及び等速自在継手外部へのグリースの漏洩を効果的に抑制できる。また、内側継手部材とシール部材に対して防錆効果が得られる。

請求項７の発明は、請求項３〜６の何れか一の発明において、前記内側継手部材と凹球面部材とに囲まれた空間に、前記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配設すると共に、該空間に油分を吸収した軟性材を封入したものである。

請求項７の発明によれば、中間部材の凸球面と凹球面部材の凹球面とのシール性を向上することができると共に、弾性部材の動作を妨害することなく、内側継手部材と凹球面部材とに囲まれた空間内部への薬品を含む水、スケール等の異物侵入を効果的に抑制できる。また、内側継手部材と凹球面部材に対して防錆効果が得られる。

請求項８の発明は、請求項３〜７の何れか一の発明において、前記凸球面部材の凸球面と、前記凹球面部材の凹球面と、前記中間部材の凹球面と、前記中間部材の凸球面の少なくともいずれか１つに、耐腐食性と耐摩耗性の少なくとも一方を付与する金属めっき処理又は樹脂系コーティングを施したものである。

請求項８の発明によれば、凸球面部材の凸球面と、凹球面部材の凹球面と、中間部材の凹球面と、中間部材の凸球面の少なくともいずれか１つに、耐腐食性と耐摩耗性の少なくとも一方を付与することができる。

請求項９の発明は、請求項１〜８の何れか一の発明において、前記外継手部材と内側継手部材の少なくとも一方に、被接続部材に対してボルトとナットで締結するためにスリット孔を外周縁に形成したフランジを設けると共に、該フランジの反接続側の面における外周縁に突起を設け、ボルトとナットとの緩みによるスリット孔からの脱落防止形状としたものである。

請求項９の発明によれば、ボルトとナットの締結が緩んだ場合に、フランジの突起に、ボルトの頭部又はボルトに締結したナットが係合することにより、スリット孔からボルトとナットが脱落することを防止することが可能になる。

本発明によれば、高温で、薬品を含む水、スケールがかかるような劣悪雰囲気下での耐久性を有する等速自在継手を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る等速自在継手を示したものである。この等速自在継手について、図３に基づいて説明した等速自在継手と同じ構成要素には、同じ符号を付し説明を省略する。

シール部材１４により密封された外側継手部材本体１、内側継手部材本体２及び取り付けフランジ５の間の空間Ｓ１には、耐熱性且つ耐水性を有するグリースが封入されている。このグリースは、２号ちょう度以上の極圧添加材封入グリースで耐熱、耐水性能を有するものであり、例えば、極圧添加材には二硫化モリブデン及び有機モリブデンを適用し、増ちょう材には石けん系でリチウム又はカルシウムを用いた金属石けん、複合型のどちらかを適用する。また、他の添加剤として例えばグラファイト，石灰石などを含有する。

シール部材１４の等速自在継手の外部に面する外表面、即ち、メカニカルシール外環１６の外表面３３、及び、メカニカルシール中環１７の外表面３４には、撥水処理が施されている。この撥水処理は、例えば、フッ素、シリコン系ワックス、コーティング材を塗布
するものである。図１では、等速自在継手が作動角０度の状態であるが、作動角が０度でない場合を考慮すれば、シール部材１４の等速自在継手の外部に面する外表面３４として、メカニカルシール中環１７の凸球面２７の一部も含まれる。撥水処理は、外表面３４、３５全部に施される必要は無く、例えば、メカニカルシール外環１６の凹球面２２とメカニカルシール中環１７の凸球面２７の周辺だけであってもよい。

メカニカルシール中環１７の凹球面２６と凸球面２７のそれぞれには、軸方向断面が略コ字状の周方向の環状溝が形成されている。この環状溝は、２つの側面と１つの底面を合わせた３つの平面部を有する。凹球面２６と凸球面２７の環状溝には、それぞれＯリング３５、３６が装着されている。環状溝に装着された状態でのＯリング３５、３６についての等速自在継手軸方向の断面は、図２（Ａ）に示すような略正方形状である。図２（Ａ）における下側が環状溝の底面側である。３つの平面３７が環状溝の側面及び底面に当接可能である。

環状溝に装着された状態でのＯリング３５、３６の変形例についての等速自在継手軸方向の断面を図２（Ｂ）〜（Ｅ）に示す。図２（Ｂ）〜（Ｅ）における下側が環状溝の底面側である。図２（Ｂ）は、正方形の角が部分円弧状になったものである。３つの平面３８が環状溝の側面及び底面に当接可能である。図２（Ｃ）は、長方形の対向する辺が外方に凸である部分円弧状になったものである。２つの平面３９が環状溝の側面に当接可能である。図２（Ｄ）は、長方形の一辺が外方に凸である部分円弧状になったものである。３つの平面４０が環状溝の側面及び底面に当接可能である。図２（Ｅ）は、略半円状である。１つの平面４１が環状溝の底面に当接可能である。

Ｏリング３５が装着される軸方向断面が略コ字状の周方向の環状溝は、メカニカルシール中環１７の凹球面２６ではなく、メカニカルシール内環１５の凸球面１８に形成されていてもよい。即ち、メカニカルシール内環１５の凸球面１８又はメカニカルシール中環１７の凹球面２６の一方に形成されていればよい。

Ｏリング３６が装着される軸方向断面が略コ字状の周方向の環状溝は、メカニカルシール中環１７の凸球面２７ではなく、メカニカルシール外環１６の凹球面２２に形成されていてもよい。即ち、メカニカルシール外環１６の凹球面２２又はメカニカルシール中環１７の凸球面２７の一方に形成されていればよい。また、Ｏリング３５、３６は必ずしも両方必要ではなく、少なくとも一方があればよい。

内側継手部材本体２とフィレットリング３２と取り付けフランジ９とシール部材１４に囲まれた空間Ｓ２と、取り付けフランジ９とメカニカルシール外環１６とに囲まれた空間Ｓ３には、油分を吸収した軟性材が封入されている。軟性材は、軟らかい材料で且つ油分を吸収する性質を持つものであり、例えば、発泡ウレタン、スポンジ等である。

メカニカルシール内環１５の凸球面１８、メカニカルシール外環１６の凹球面２２、メカニカルシール中環１７の凹球面２６、メカニカルシール中環１７の凸球面２７には金属めっき処理又は樹脂系コーティングが施されている。金属めっき処理は、耐腐食性と耐摩耗性の少なくとも一方を付与するものであり、例えば、ニッケルめっき等である。樹脂系コーティングは、耐腐食性と耐摩耗性の少なくとも一方を付与するものであり、例えば、ふっ素樹脂（四ふっ化エチレン）又はポリイミドをベースとしたコーティング等である。この金属めっき処理又は樹脂系コーティングは、凸球面１８、凹球面２２、凹球面２６、凸球面２７の全てに施されている必要は無く、少なくともいずれか１つに施されていればよい。

取り付けフランジ５のフランジ部７において反接続側の面４２における外周縁に取り付けフランジ５の軸方向に突出する突起４３を設けた。突起４３は、面４２の外周縁全てに設ける必要は無く、取り付けフランジ５の接続に使用するボルトの頭部又はこのボルトに締結したナットが係合可能に設ければよく、例えばスリット孔８の周辺に部分的に設けてもよい。

取り付けフランジ９のフランジ部１２のボルト孔１３をスリット孔にしてもよい。その場合、フランジ部１２において反接続側の面における外周縁に取り付けフランジ９の軸方向に突出する突起を設けてもよい。この突起は、反接続側の面の外周縁全てに設ける必要は無く、取り付けフランジ９の接続に使用するボルトの頭部又はこのボルトに締結したナットが係合可能に設ければよく、例えばスリット孔の周辺に部分的に設けてもよい。

上記実施形態では、等速自在継手として、上記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にも適用可能である。

本発明は、上記実施形態の他にも、その技術的思想の範囲内で様々な変形が可能である。

（Ａ）が本発明の実施形態に係る等速自在継手の軸方向断面図（（Ｂ）におけるＢ−Ｂ線断面図）、（Ｂ）が（Ａ）におけるＡ−Ａ線矢視図である。 （Ａ）が本発明の実施形態に係るＯリングについての等速自在継手軸方向の断面図、（Ｂ）〜（Ｅ）はその変形例についてのものである。 （Ａ）が従来の等速自在継手の軸方向断面図（（Ｂ）におけるＹ−Ｙ線断面図）、（Ｂ）が（Ａ）におけるＸ−Ｘ線矢視図である。

符号の説明

１ 外側継手部材本体（外側継手部材）
２ 内側継手部材本体（内側継手部材）
５ 取り付けフランジ（外側継手部材）
７ フランジ部（フランジ）
８ スリット孔
９ 取り付けフランジ（内側継手部材）
１４ シール部材
１５ メカニカルシール内環（凸球面部材）
１６ メカニカルシール外環（凹球面部材）
１７ メカニカルシール中環（中間部材）
１８ 凸球面
２２ 凹球面
２５ コイルばね（弾性部材）
２６ 凹球面
２７ 凸球面
３２ フィレットリング（内側継手部材）
３３ 外表面
３４ 外表面
３５ Ｏリング
３６ Ｏリング
３７ 平面
３８ 平面
３９ 平面
４０ 平面
４１ 平面
４２ 面
４３ 突起
Ｓ１ 空間
Ｓ２ 空間
Ｓ３ 空間

Claims (9)

1. 一端で開口したカップ状の外側継手部材と、該外側継手部材の内方に外側継手部材との間でトルク伝達可能に配置されると共に該外側継手部材の開口端より軸部が延出する内側継手部材と、前記外側継手部材の開口と内側継手部材の軸部との間を密封する複数のシール部材とを備え、
   前記シール部材の一部が前記外側継手部材に取り付けられると共に、前記シール部材の残りが内側継手部材に取り付けられ、これらシール部材の相互摺動によって、前記外側継手部材に対する内側継手部材の相対変位を許容する等速自在継手において、
   前記シール部材で密封された前記外側継手部材と前記内側継手部材との間の空間に、耐熱性且つ耐水性を有するグリースを封入したことを特徴とする等速自在継手。
2. 前記シール部材における前記等速自在継手の外部に面する外表面に、撥水処理を施した請求項１に記載の等速自在継手。
3. 前記内側継手部材に取り付けられたシール部材が、凸球面を外周に形成した凸球面部材と、前記軸部に取り付けられて凹球面を内周に形成した凹球面部材とで構成され、前記外側継手部材に取り付けられたシール部材が、前記凸球面部材と凹球面部材との間に延在し、内周に前記凸球面部材の凸球面と接する凹球面、外周に前記凹球面部材の凹球面と接する凸球面をそれぞれ形成した中間部材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. 前記凸球面部材の凸球面又は前記中間部材の凹球面に、平面部を有する環状溝と、該環状溝に装着されると共に前記平面部に当接可能な平面を有するＯリングとを備えた請求項３に記載の等速自在継手。
5. 前記凹球面部材の凹球面又は前記中間部材の凸球面に、平面部を有する環状溝と、該環状溝に装着されると共に前記平面部に当接可能な平面を有するＯリングとを備えた請求項３又は４に記載の等速自在継手。
6. 前記内側継手部材と前記シール部材とに囲まれた空間に、油分を吸収した軟性材を封入した請求項３〜５の何れか一に記載の等速自在継手。
7. 前記内側継手部材と凹球面部材とに囲まれた空間に、前記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配設すると共に、該空間に油分を吸収した軟性材を封入した請求項３〜６の何れか一に記載の等速自在継手。
8. 前記凸球面部材の凸球面と、前記凹球面部材の凹球面と、前記中間部材の凹球面と、前記中間部材の凸球面の少なくともいずれか１つに、耐腐食性と耐摩耗性の少なくとも一方を付与する金属めっき処理又は樹脂系コーティングを施した請求項３〜７の何れか一に記載の等速自在継手。
9. 前記外継手部材と内側継手部材の少なくとも一方に、被接続部材に対してボルトとナットで締結するためにスリット孔を外周縁に形成したフランジを設けると共に、該フランジの反接続側の面における外周縁に突起を設け、ボルトとナットとの緩みによるスリット孔からの脱落防止形状とした請求項１〜８の何れか一に記載の等速自在継手。

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