JP2009250299A - 十字軸継手 - Google Patents

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Abstract

【課題】軌道面を検査するためのセンサ機器をベアリングカップに対して確実に固定することができ、軌道面の検査精度を向上することができる十字軸継手を提供する。
【解決手段】十字軸継手は、軌道面14が形成された軸部12を有する十字軸と、軌道面14において転動する転動体20と、転動体20を介して、軸部12に対して揺動可能に取り付けられたベアリングカップ30と、軌道面14を検査するためのセンサ機器40とを備えている。ベアリングカップ30には、センサ機器40を設けるための挿通孔36が形成されるとともに、挿通孔36には、センサ機器40がボルト止めされるガイドリング60が嵌合されて設けられている。そして、挿通孔36及びガイドリング60には、ベアリングカップ30に対するガイドリング60の回転が係止されるために、互いに係合する平面36a,64が形成されている
【選択図】図7

Description

本発明は、鉄鋼圧延設備等の駆動軸が備える十字軸継手に関する。
鉄鋼用圧延設備においては、鉄鋼用圧延ローラと駆動モータ出力軸を接続するために駆動軸が使用され、このような駆動軸は、駆動モータ出力軸の回転を鉄鋼用圧延ローラへ伝達するものである。回転を伝達するための駆動軸は、複数の軸部から構成され、これら複数の軸部を接続するために、駆動軸は十字軸継手を備えている(例えば、特許文献1参照)。
駆動軸が備える十字軸継手は、例えば、軌道面が形成された軸部を有する十字軸と、軌道面において転動する転動体と、転動体を介して、軸部に対して揺動可能に取り付けられたベアリングカップとを備えている。十字状の十字軸は、4つの軸部を有しており、これらの各軸部に対して取り付けられたベアリングカップが、駆動軸を構成する軸部に、ボルトを用いて固定される構成となっている。また、鉄鋼用圧延設備の駆動軸を分解することなく、転動体が転動する軌道面を検査するために、十字軸継手は、軌道面を検査するためのセンサ機器をさらに備えている。
ここで、軌道面を検査するためのセンサ機器を設けるために、浸炭を行った表面硬度の高いベアリングカップに、センサ機器をボルト止めして固定する場合は、ベアリングカップにクラックが発生する可能性があるという問題があった。また、ベアリングカップにクラックが発生した場合は、補修費用の増大につながるという問題があった。
そこで、本出願人は先に、ベアリングカップの耐久性を向上させるとともに補修を簡単に行うことを目的として、ガイドリングを備えた十字軸継手の発明を出願した(特許文献2参照)。
より具体的には、図8に示すように、ベアリングカップの耐久性を向上させることができるとともに補修を簡単に行うことができる十字軸継手101は、軌道面114が形成された4つの軸部112を有する十字軸110と、軌道面114において転動する転動体120とを備えている。さらに、十字軸継手101は、転動体120を介して、軸部112に対して揺動可能に取り付けられたベアリングカップ130と、軌道面114を検査するためのセンサ機器140(特許文献2ではセンサユニット)をさらに備えている。
十字軸110の各軸部112には、センサ機器140の一部を軸部112内に設けるために、円筒状凹部116が形成されている。また、ベアリングカップ130には、センサ機器140を設けるための挿通孔136(特許文献2ではグリース注入用の孔)が形成されるとともに、挿通孔136には、ガイドリング160が冷やし嵌め等により嵌合されて設けられている。このガイドリング160には、ボルト170が螺合されるねじ穴161が形成されている。
軸部112内に一部が設けられたセンサ機器140は、変位センサ141や、変位センサ141が収納されたセンサケース142(特許文献2では支持部)を覆うセンサカバー145(特許文献2では蓋体)等から構成されており、センサケース142に固定されたセンサカバー145には、ねじ穴145bが形成されている。このねじ穴145bに挿通されたボルト170を用いて、センサ機器140がベアリングカップ130に対して固定されており、ベアリングカップ130に対してセンサ機器140を固定するために、センサ機器140が、ベアリングカップ130ではなく、ガイドリング160にボルト止めされた構成となっている。
変位センサ141は、軌道面114に剥離等の損傷があるか否かを検出するために、変位センサ141から円筒状凹部116の内周面117までの距離L(図9参照)の変化を検出するものである。軌道面114に剥離等の損傷がある場合は、軌道面114に剥離等の損傷がない場合に比し、ベアリングカップ130が揺動する際に軸部112が瞬間的に撓むため、変位センサ141から内周面117までの距離Lが、瞬間的に急に大きくまたは小さくなるように変化する。従って、センサ機器140が、ベアリングカップ130とともに軸部112に対して揺動する際に、変位センサ141によって検出された変位センサ141から内周面117までの距離Lの変化に基づいて、軌道面114に剥離等の損傷があるか否かを検出することができる。
特開2005−325981号公報 特開2007−247799号公報
しかしながら、上記特許文献2に記載される十字軸継手においては、ガイドリングに振動が加わった場合やガイドリングが変形した場合には、ベアリングカップに対してガイドリングが回転する可能性がある。ベアリングカップ130が軸部112に対して揺動する際に、図10(a)の矢印Zに示すように、ベアリングカップ130に対してガイドリング160が回転した場合は、ガイドリング160にボルト止めされたセンサ機器140も、ベアリングカップ130に対して回転する。このため、図10(b)に示すように、センサ機器140が、ベアリングカップ130とともに軸部112に対して揺動することができない場合がある。従って、軌道面を検査するためのセンサ機器をベアリングカップに対して確実に固定することができず、軌道面の検査精度が低下するという問題があった。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、軌道面を検査するためのセンサ機器をベアリングカップに対して確実に固定することができ、軌道面の検査精度を向上することができる十字軸継手を提供することにある。
請求項1に記載の発明は、軌道面が形成された軸部を有する十字軸と、軌道面において転動する転動体と、転動体を介して、軸部に対して揺動可能に取り付けられたベアリングカップと、軌道面を検査するためのセンサ機器とを備える十字軸継手であって、ベアリングカップには、センサ機器を設けるための挿通孔が形成されるとともに、挿通孔には、センサ機器がボルト止めされるガイドリングが嵌合されて設けられ、挿通孔及びガイドリングには、ベアリングカップに対するガイドリングの回転が係止されるために、互いに係合する係合部が形成されていることを特徴とする。
同構成によれば、ベアリングカップに形成された挿通孔及び挿通孔に嵌合されて設けられたガイドリングには、ベアリングカップに対するガイドリングの回転が係止されるために、互いに係合する係合部が形成されている。このため、ガイドリングに振動が加わった場合やガイドリングが変形した場合であっても、挿通孔及びガイドリングに形成された各係合部が互いに係合することにより、ベアリングカップに対するガイドリングの回転が係止されるため、ベアリングカップに対してガイドリング及びセンサ機器が回転することを抑制することができる。従って、軌道面を検査するためのセンサ機器をベアリングカップに対して確実に固定することができ、軌道面の検査精度を向上することができる。また、ベアリングカップに対するガイドリングの回転が係止されるため、挿通孔及びガイドリングが摩耗しないようにすることができる。従って、挿通孔とガイドリングとの間に隙間が形成されないようにして、水等の異物がベアリングカップ内へ侵入しないようにすることができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の十字軸継手であって、挿通孔には、ガイドリングの中心線に垂直な断面において挿通孔の形状が非円形状となるように、平面が形成されるとともに、ガイドリングの外周面には、上記の断面においてガイドリングの外周面の形状が非円形状となるように、平面が形成され、係合部は、挿通孔に形成された平面及びガイドリングの外周面に形成された平面であることを特徴とする。
同構成によれば、ベアリングカップに対するガイドリングの回転が係止されるために互いに係合する係合部は、挿通孔に形成された平面及びガイドリングの外周面に形成された平面である。このため、ガイドリングの中心線に垂直な断面において挿通孔の形状及びガイドリングの外周面を非円形状にすることで、簡単な構成でベアリングカップに対するガイドリング及びセンサ機器が回転することを抑制することができる。
請求項3記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の十字軸継手であって、ガイドリングは、挿通孔に対して冷やし嵌めされる円筒部と、ガイドリングの中心線に平行な方向においてガイドリングの移動が規制されるために挿通孔と係合する突出部とを備え、ガイドリングに形成された係合部は、突出部の外周面に形成されていることを特徴とする。
同構成によれば、ガイドリングは、挿通孔に対して冷やし嵌めされる円筒部と、ガイドリングの中心線に平行な方向においてガイドリングの移動が規制されるために挿通孔と係合する突出部とを備え、ガイドリングに形成された係合部は、突出部の外周面に形成されている。従って、挿通孔及びガイドリングの突出部の外周面に形成された各係合部が互いに係合することにより、ベアリングカップに対するガイドリングの回転が係止されるため、冷やし嵌めされる円筒部を加工することなく、ベアリングカップに対してガイドリング及びセンサ機器が回転することを抑制することができる。
本発明によれば、軌道面を検査するためのセンサ機器をベアリングカップに対して確実に固定することができ、軌道面の検査精度を向上することができる。また、水等の異物がベアリングカップ内へ侵入しないようにすることができる。
以下に本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1に示すように、本発明の実施形態に係る十字軸継手1は、圧延設備の駆動軸Dに使用されるものである。この駆動軸Dは、鉄鋼用圧延ローラと駆動モータ出力軸(いずれも不図示)を接続するためのものであって、駆動モータ出力軸の回転を鉄鋼用圧延ローラへ伝達するものである。
圧延設備(不図示)においては、2本の駆動軸Dが平行に配設され、それらの駆動軸Dに接続された2つの鉄鋼用圧延ローラの間にスラブ(不図示)を通すことで圧延処理が施された鋼材(不図示)が製造される。
十字軸継手1を備えた駆動軸Dは、図1及び図2に示すように、駆動モータ出力軸に連結される駆動軸部D1と、鉄鋼用圧延ローラに連結される従動軸部D2と、駆動軸部D1及び従動軸部D2に接続される中間軸部D3とから構成され、駆動軸部D1と中間軸部D3、及び従動軸部D2と中間軸部D3は、十字軸継手1を介して接続されている。従って、図2に示すように、鉄鋼用圧延ローラの回転の中心線A1と駆動モータ出力軸の回転の中心線A2が一致しない場合であっても、駆動モータ出力軸の回転を鉄鋼用圧延ローラへ伝達するために、駆動軸Dの中間軸部D3が水平方向Hに対して傾いた状態を維持して回転する。
十字軸継手1は、図3に示すように、軌道面14が形成された軸部12を有する十字軸10と、軸部12の軌道面14において転動する転動体20と、転動体20を介して軸部12に対して揺動可能に取り付けられたベアリングカップ30と、軌道面14の損傷を検査するためのセンサ機器40等により構成されている。以下、十字軸継手1の構成を、図3及び図4を参照しながら、より具体的に説明する。
十字軸10は、胴部11と、胴部11から外方へ突出した4つの円柱状の軸部12とから構成されるとともに、十字軸10は、4つの軸部12により十字状に形成されている。また、各軸部12の外周13には、転動体20が転動する軌道面14が形成されている。
また、各軸部12には、センサ機器40の一部を軸部12内に設けるために、軸部12の端面15に開口する円筒状凹部16が形成されている。この円筒状凹部16の内周面17は、軸部12の外周面である軌道面14に対向している。以上のように構成された十字軸10の4つの各軸部12は、それぞれベアリングカップ30によって覆われて、十字軸10が、ほとんど露出されることなく駆動軸D内に組み込まれた状態となっている。
軸部12を覆う各ベアリングカップ30は、軸部12に対して揺動可能に取り付けられた揺動部材であって、ベアリングカップ30の全体の形状は、扇形のような形状になっている。転動体20を介して軸部12に取り付けられた各ベアリングカップ30の間には、隙間S1が形成されており、ベアリングカップ30は、図5及び図6の矢印Yで示すように、軸部12に対して、その軸部12の一点鎖線A3を中心に揺動する。なお、図4に示すように、センサ機器40が軸部12に対して揺動する際に揺動の中心となる中心線A3と、内周面17を有する円筒状凹部16の中心線A4は、完全に一致していない。
また、ベアリングカップ30には、ベアリングカップ30内に軸部12が設けられるために、内周側端面31に開口する円筒状凹部32が形成されている。また、この円筒状凹部32の内周33には、転動体20が転動する軌道面34が形成されている。
また、ベアリングカップ30の外周側端部35には、ガイドリング60が挿通される挿通孔36が形成されており、この挿通孔36は、ベアリングカップ30の外周面37と、円筒状凹部32の底面38とに連続している。挿通孔36は、ガイドリング60を介してセンサ機器40を設けるためのものであって、センサ機器40が設けられていない際には、挿通孔36からベアリングカップ30内へグリース(不図示)が注入される。
また、各ベアリングカップ30には、駆動軸Dの各部D1〜D3に対して各ベアリングカップ30を固定するためのボルト(不図示)が挿通される挿通孔39が形成されている。また、ベアリングカップ30が十字軸10(より具体的には、十字軸10の軸部12)と金属接触しないために、円筒状凹部32の底面38と軸部12の端面15との間には、例えば合成樹脂からなるスラストワッシャ50が設けられている。
以上のように構成された十字軸10及びベアリングカップ30の間には、転動体20が設けられており、具体的には、十字軸10の軌道面14及びベアリングカップ30の軌道面34には、円筒状のころである複数の転動体20が配設されている。転動体20は、軸部12に対するベアリングカップ30の揺動に伴い、軌道面14,34において転動する。
そして、転動体20が転動する軌道面14の剥離等の損傷を検知するために、挿通孔36には、軸部12の円筒状凹部16に一部が挿入されるセンサ機器40が設けられている。センサ機器40は、変位センサ41と、変位センサ41が収納されるセンサケース42と、ケーブル44を介して変位センサ41に接続された送信機43と、センサケース42を覆うセンサカバー45とから構成されている。
変位センサ41は、軌道面14に剥離等の損傷があるか否かを検出するために、変位センサ41から円筒状凹部16の内周面17までの距離L(図4参照)の変化を検出するものであって、例えば、渦電流式の磁気タイプのセンサである。磁気タイプの変位センサ41は、内周面17に高周波磁界を付与し、内周面17に生じた渦電流によるインピーダンス変化を内蔵コイルにて求めることにより、上記の距離Lの変化を検出する。なお、中心線A3と中心線A4とは、完全に一致していないため、センサ機器40が軸部12に対して揺動する際に、変位センサ41から内周面17までの距離Lは徐々に変化する。
ここで、軌道面14に剥離等の損傷がある場合は、軌道面14に剥離等の損傷がない場合に比し、駆動軸Dが回転する際(即ち、ベアリングカップ30が揺動する際)に軸部12が瞬間的に撓むため、変位センサ41から内周面17までの距離Lが、瞬間的に急に大きくまたは小さくなるように変化する。従って、変位センサ41によって検出される距離Lの変化に基づいて、軌道面14に剥離等の損傷があるか否かを検出することができる。
変位センサ41に接続された送信機43は、変位センサ41によって検出された距離Lの変化を示す信号を、受信機(不図示)へ無線送信するものである。送信機43から距離Lの変化を示す信号を受信する受信機は、圧延設備内に配置されたパネルコンピュータ(不図示)を介して、圧延設備から離れた監視室内などに設置された情報処理端末(不図示)と接続されている。
センサケース42に固定されたセンサカバー45は、ねじ穴45bが形成されたフランジ部45aを有しており、フランジ部45aのねじ穴45bには、センサ機器40をベアリングカップ30に対して固定するためのボルト70が挿通されている。
以上のように構成されたセンサ機器40を、ベアリングカップ30に対して固定するために、ベアリングカップ30の挿通孔36には、センサ機器40がねじ止めされるガイドリング60が冷やし嵌めにより嵌合されている。
ガイドリング60は、センサ機器40(より具体的には、センサ機器40のセンサケース42)が挿通される円筒状の部材であって、ガイドリング60には、ボルト70が螺合されるねじ穴61が形成されている。
円筒状のガイドリング60は、図4に示すように、挿通孔36に対して冷やし嵌めされる円筒部62と、ガイドリング60の中心線(揺動の中心となる一点鎖線A3と同じ)に平行な方向においてガイドリング60の移動が規制されるために挿通孔36と係合する突出部63とを有している。従って、ガイドリング60の円筒部62を挿通孔36に対して冷やし嵌めする際には、突出部63が挿通孔36の一部と係合することにより、ガイドリング60の移動が規制されて、挿通孔36におけるガイドリング60の位置決めがなされる。
以上のように構成された十字軸継手1を介して、駆動軸部D1と中間軸部D3、及び従動軸部D2と中間軸部D3が接続されている。より具体的には、4つのベアリングカップ30のうち、互いに対向する一対のベアリングカップ30が、挿通孔39に挿通されたボルト(不図示)を用いて、駆動軸部D1または従動軸部D2に対してボルト止めされている。そして、互いに対向する他の一対のベアリングカップ30が、同様にして、中間軸部D3に対してボルト止めされている。
ここで、本実施形態においては、図7(a)に示すように、挿通孔36及びガイドリング60には、ベアリングカップ30に対するガイドリング60の回転が係止されるために、互いに係合する係合部である平面36a,64が形成されている点に特徴がある。
より具体的には、挿通孔36には、図7(a)に示すガイドリング60の中心線A3に垂直な断面において、挿通孔36の形状が非円形状となるように、平面36aが形成されている。本実施形態においては、2つの平面36aが形成されており、これらの平面36aは、互いに平行している。
また、ガイドリング60の突出部63の外周面63aには、図7(a)に示す上述の断面において、ガイドリング60の突出部63の外周面63aの形状が非円形状となるように、2つの平面64が形成されている。ガイドリング60は、その突出部63の外周面63aに形成された平面64が挿通孔36に形成された平面36aと係合するように、挿通孔36に挿通されて、円筒部62が挿通孔36に対して冷やし嵌めされている。
上記実施形態の十字軸継手1によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)挿通孔36及びガイドリング60には、ベアリングカップ30に対するガイドリング60の回転が係止されるために、互いに係合する係合部である平面36a,64が形成されている。このため、ガイドリング60に振動が加わった場合やガイドリング60が変形した場合であっても、挿通孔36及びガイドリング60に形成された平面36a,64が互いに係合することにより、ベアリングカップ30に対するガイドリング60の回転が係止される。従って、図7(b)に示すように、ベアリングカップ30に対してガイドリング60及びセンサ機器40が回転することを抑制することができる。その結果、軌道面14を検査するためのセンサ機器40をベアリングカップ30に対して確実に固定することができ、軌道面14の検査精度を向上することができる。
(2)上記(1)に記載したようにベアリングカップ30に対するガイドリング60の回転が係止されるため、挿通孔36及びガイドリング60が摩耗しないようにすることができる。従って、挿通孔36とガイドリング60との間に隙間(不図示)が形成されないようにして、水等の異物がベアリングカップ30内へ侵入しないようにすることができる。
(3)ベアリングカップ30に対するガイドリング60の回転が係止されるために互いに係合する係合部は、挿通孔36に形成された平面36a及びガイドリング60の外周面63aに形成された平面64である。このため、ガイドリング60の中心線A3に垂直な断面において挿通孔36の形状及びガイドリング60の外周面63aを非円形状にすることで、簡単な構成でベアリングカップ30に対するガイドリング60及びセンサ機器40が回転することを抑制することができる。
(4)ガイドリング60に形成された係合部である平面64は、突出部63の外周面63aに形成されている。このため、挿通孔36及びガイドリング60の突出部63の外周面62aに形成された各平面36a,64が互いに係合することにより、ベアリングカップ30に対するガイドリング60の回転が係止される。従って、冷やし嵌めされる円筒部62を加工することなく、ベアリングカップ30に対してガイドリング60及びセンサ機器40が回転することを抑制することができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の設計変更をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。例えば、上記実施形態を以下のように変更してもよい。
・上記実施形態においては、ガイドリング60に形成された係合部である平面64は、突出部63の外周面63aに形成されていたが、ガイドリング60の円筒部62の外周面62aに、係合部である平面(不図示)を形成してもよい。このように構成しても上記(1)〜(3)の効果を得ることができる。
・上記実施形態においては、係合部は、挿通孔36に形成された平面36a及びガイドリング60の外周面63aに形成された平面64であったが、ベアリングカップ30に対するガイドリング60の回転が係止されるならば、係合部は平面でなくてもよく、係合部の形状や構造等を適宜変更してもよい。このように構成しても上記(1)、(2)の効果を得ることができる。
・上記実施形態においては、十字軸継手1は、圧延設備の駆動軸Dに使用されていたが、その他の軸に使用してもよい。
本発明の実施形態に係る十字軸継手を備えた駆動軸の斜視図。 鉄鋼用圧延ローラ及び駆動モータ出力軸に接続される駆動軸を説明するための図。 本発明の実施形態に係る十字軸継手を示す一部断面図。 本発明の実施形態に係る十字軸継手を示す部分拡大断面図。 軸部に対するベアリングカップの揺動を説明するための斜視図。 軸部に対するベアリングカップの揺動を説明するための平面図。 (a)図4のA−A部分の断面図、(b)ベアリングカップとともに揺動するセンサ機器を説明するための図。 従来の十字軸継手を示す一部断面図。 従来の十字軸継手を示す部分拡大断面図。 (a)図9のA−A部分の断面図、(b)ベアリングカップとともに揺動しないセンサ機器を説明するための図。
符号の説明
A3…ガイドリングの中心線、D…駆動軸、D1…駆動軸部、D2…従動軸部、D3…中間軸部、L…変位センサから内周面までの距離、1…十字軸継手、10…十字軸、12…軸部、14…軌道面、16…円筒状凹部、17…内周面、20…転動体、30…ベアリングカップ、34…軌道面、36…挿通孔、36a…平面(係合部)、40…センサ機器、41…変位センサ、42…センサケース、43…送信機、45…センサカバー、45a…フランジ部、45b…ねじ穴、60…ガイドリング、61…ねじ穴、62…円筒部、63…突出部、63a…外周面、64…平面(係合部)、70…ボルト。

Claims (3)

  1. 軌道面が形成された軸部を有する十字軸と、前記軌道面において転動する転動体と、前記転動体を介して、前記軸部に対して揺動可能に取り付けられたベアリングカップと、前記軌道面を検査するためのセンサ機器とを備える十字軸継手であって、
    前記ベアリングカップには、前記センサ機器を設けるための挿通孔が形成されるとともに、前記挿通孔には、前記センサ機器がボルト止めされるガイドリングが嵌合されて設けられ、
    前記挿通孔及びガイドリングには、前記ベアリングカップに対する前記ガイドリングの回転が係止されるために、互いに係合する係合部が形成されていることを特徴とする十字軸継手。
  2. 前記挿通孔には、前記ガイドリングの中心線に垂直な断面において前記挿通孔の形状が非円形状となるように、平面が形成されるとともに、前記ガイドリングの外周面には、前記断面において前記ガイドリングの外周面の形状が非円形状となるように、平面が形成され、
    前記係合部は、前記挿通孔に形成された前記平面及び前記ガイドリングの外周面に形成された前記平面であることを特徴とする請求項1に記載の十字軸継手。
  3. 前記ガイドリングは、前記挿通孔に対して冷やし嵌めされる円筒部と、前記ガイドリングの中心線に平行な方向において前記ガイドリングの移動が規制されるために前記挿通孔と係合する突出部とを備え、
    前記ガイドリングに形成された係合部は、前記突出部の外周面に形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の十字軸継手。
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