JP2009299830A - 固定式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 球面シール構造での安定したシール性能を劣悪な環境下においても確実に維持する。
【解決手段】 外側継手部材１０と、その外側継手部材１０との間でボール３０を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材２０とを備え、内側継手部材２０に設けられ、凸球面７２ａが外周に部分的に形成された球面シール内環７２および凹球面７４ａが内周に部分的に形成された球面シール外環７４と、外側継手部材１０に設けられて球面シール内環７２と球面シール外環７４との間に延び、球面シール内環７２の凸球面７２ａと接する凹球面７６ａが内周に部分的に形成されると共に球面シール外環７４の凹球面７４ａと接する凸球面７６ｂが外周に部分的に形成された球面シール中環７６とで構成された球面シール部７０を有する固定式等速自在継手であって、少なくとも球面シール部７０を覆うカバー１０２を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば鉄鋼設備などの各種産業機械において、劣悪な環境下でのロール駆動に使用される固定式等速自在継手に関する。

例えば、各種産業機械などで使用される固定式等速自在継手では、外部からの異物の侵入および内部からのグリースの漏出を防止するためのシール部材として、ゴムや樹脂製のブーツを装着しているのが一般的である。

しかしながら、各種産業機械の中でも例えば鉄鋼設備などで使用され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環境下で使用されるため、前述したゴムや樹脂製のブーツからなるシール部材の場合、そのシール部材が劣化し易く、シール性能および耐久性能の低下を招来する。

このことから、劣悪な環境下で使用する固定式等速自在継手では、ゴムや樹脂製のブーツからなるシール部材を使用せず、金属製の球面シール構造を採用している（例えば、特許文献１参照）。

この球面シール構造は、凸球面が外周に部分的に形成された凸球面部材および凹球面が内周に部分的に形成された凹球面部材を内側継手部材に設け、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を外側継手部材に設けて凸球面部材と凹球面部材との間に介在させた構成としている。

この球面シール構造では、凸球面部材の凸球面と中間部材の凹球面との間、中間部材の凸球面と凹球面部材の凹球面との間にＯリングを介在させると共にそれぞれの凹凸球面をスプリングにより弾圧接触させることにより、高いシール性を確保している。
特開２００６−９７７３３号公報

ところで、特許文献１で開示された従来の固定式等速自在継手では、凸球面部材、中間部材および凹球面部材からなる金属製の球面シール構造により、ゴムや樹脂製のブーツでは耐え切れない厳しい使用環境下においても一定の耐熱性、耐水性および耐腐食性を確保するようにしている。

しかしながら、鉄粉が混入した高温の化学水などが球面シール構造の部分に勢いよく直接的にふりかかる場合などに対して、球面シール構造での耐熱性、耐水性および耐腐食性の更なる改善が必要であるというのが現状であった。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、球面シール構造での安定したシール性能を劣悪な環境下においても確実に維持し得る固定式等速自在継手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、外側継手部材と、その外側継手部材との間でトルク伝達部材を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材とを備え、内側継手部材に設けられ、凸球面が外周に部分的に形成された凸球面部材および凹球面が内周に部分的に形成された凹球面部材と、外側継手部材に設けられて凸球面部材と凹球面部材との間に延び、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た球面シール部を有する固定式等速自在継手であって、少なくとも球面シール部を覆うカバーを設けたことを特徴とする。

本発明では、少なくとも球面シール部を覆うカバーを設けたことにより、ゴムや樹脂製のブーツでは耐え切れない劣悪な使用環境下であっても、鉄粉が混入した高温の化学水などが球面シール部に勢いよく直接的にふりかかることを確実に回避することができる。その結果、等速自在継手の内部へ水分が侵入することを著しく軽減できると共に球面シール部の腐食や摩滅を未然に防止することができる。

一方、球面シール部を覆うカバーそのものは、鉄粉が混入した高温の化学水などが勢いよく直接的にふりかかることから、腐食や摩滅が進行することになるが、カバーを定期的に新しいものに交換することで対応可能である。このカバーは等速自在継手の球面シール部に外装されるため、その点検および交換が容易であり、球面シール部を修理するよりもメンテナンスし易い利点がある。

本発明におけるカバーは、その端部を外側継手部材側へ延在させて外側継手部材およびその外側継手部材に連設された取り付けフランジを覆うように配され、端部が取り付けフランジに固定された構造が可能である。このようにカバーの端部を取り付けフランジに固定することにより、等速自在継手が作動角をとることが可能となる。

ここで、カバーが軸方向に長くなると、その端部を取り付けフランジに固定していることからカバーの自重により不安定な取り付け状態となる可能性がある。

そこで、端部を外側継手部材側へ延在させて外側継手部材およびその外側継手部材に連設された取り付けフランジを覆うように配されたカバーは、外側継手部材に固定することが望ましい。このようにすれば、カバーを中央部寄りで支持することが可能となり、安定した取り付け状態が得られる。

この場合、カバーは、その端部を外側継手部材側へ延在させて外側継手部材を覆うように配され、端部が外側継手部材に固定された構造が望ましい。このようにすれば、外側継手部材に連設された取り付けフランジを露呈させることができ、球面シール部をカバーで保護しつつ、取り付けフランジを介して外側継手部材に取り付けられる相手部材の着脱が容易となる。

また、本発明におけるカバーは、複数部材からなり、軸方向あるいは径方向に分割可能な構造が望ましい。このようにカバーを複数の部材に分割可能とすれば、カバーの取り付けおよび取り外しが容易となる。

さらに、本発明におけるカバーは、金属製あるいは樹脂製のものが使用可能である。また、本発明におけるカバーは、その外周面に耐熱性、耐水性および耐腐食性を有するコーティング膜が形成されていることが望ましい。このようにすれば、更なる耐久性の向上が図れる。

本発明によれば、少なくとも球面シール部を覆うカバーを設けたことにより、ゴムや樹脂製のブーツでは耐え切れない劣悪な使用環境下であっても、鉄粉が混入した高温の化学水などが球面シール部に勢いよく直接的にふりかかることを確実に回避することができ、等速自在継手の内部へ水分が侵入することを著しく軽減できると共に球面シール部の腐食や摩滅を未然に防止することができる。その結果、球面シール部での安定したシール性能を劣悪な環境下においても確実に維持できて信頼性の高い長寿命の固定式等速自在継手を提供することができる。

本発明の実施形態を以下に詳述する。なお、この実施形態は、各種産業機械の中でも例えば鉄鋼設備などで使用されるロール駆動力伝達装置に組み込まれ、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環境下で使用される固定式等速自在継手を例示する。

図１〜図３に示す実施形態の等速自在継手は、軸方向に延びる複数のトラック溝１２がを有する外側継手部材１０と、その外側継手部材１０のトラック溝１２と対応させて軸方向に延びる複数のトラック溝２２を有する内側継手部材２０と、外側継手部材１０のトラック溝１２と内側継手部材２０のトラック溝２２とが協働して形成されたボールトラックに配されたトルク伝達部材である複数のボール３０と、外側継手部材１０と内側継手部材２０との間に介在してボール３０を保持するケージ４０とで主要部が構成されている。

なお、各ボール３０は、ケージ４０に形成された複数のポケット４２のそれぞれに収容されて円周方向等間隔に配置されている。また、ボール３０の数は６個あるいは８個であるが、それ以外の個数でもよく任意である。

等速自在継手の外側継手部材１０には、相手部材である一方の軸（図示せず）を接続するための取り付けフランジ５０が溶接５２により外側継手部材１０に一体的に連設されている。また、等速自在継手の内側継手部材２０には、相手部材である他方の軸（図示せず）を接続するための取り付けフランジ６０が内側継手部材２０の端部２４にスプライン嵌合により一体的に連設されて取り付け部材６２によりボルト６４で固定されている。この等速自在継手の外側継手部材１０と内側継手部材２０との間に、等速自在継手の内部からの潤滑剤の漏洩を防止する球面シール部７０が設けられている。

この等速自在継手では、一方の軸と他方の軸との二軸間で外側継手部材１０と内側継手部材２０とが角度変位すると、ケージ４０のポケット４２に収容されたボール３０は常にどの作動角においても、その作動角の二等分面内に維持され、等速自在継手の等速性が確保される。

前述の球面シール部７０は、凸球面部材である金属製の球面シール内環７２と、凹球面部材である金属製の球面シール外環７４と、中間部材である金属製の球面シール中環７６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。このように、球面シール外環７４、球面シール中環７６および球面シール内環７２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ことから、高いシール性を確保することができ、等速自在継手の内部からの潤滑剤の漏洩を防止することができる。

球面シール内環７２は、外周に凸球面７２ａが部分的に形成された部材で、筒状内周に取り付けられたＯリング８２を介して内側継手部材２０に軸方向移動可能に外嵌され、端部に形成された凹所７２ｂと内側継手部材２０に取り付けられた受け部材２６との間に張設された弾性部材であるコイルばね９２により取り付けフランジ６０側（図示右側）へ向けて弾性力が付勢されている。

球面シール外環７４は、先端内周に凹球面７４ａが部分的に形成された部材で、筒状基端内周に取り付けられたＯリング８４を介して、内側継手部材２０に固着された取り付けフランジ６０に軸方向移動可能に外嵌され、筒状基端内周に形成された凹所７４ｂと取り付けフランジ６０の筒状外周に設けられた受け部材６６との間に張設された弾性部材であるコイルばね９４により外側継手部材１０側（図示左側）へ向けて弾性力が付勢されている。

球面シール中環７６は、先端内周に凹球面７６ａが部分的に形成されると共に先端外周に凸球面７６ｂが部分的に形成された部材で、基端部が前述の外側継手部材１０の端部にボルト１４により固定されて、先端部が球面シール内環７２の凸球面７２ａと球面シール外環７４の凹球面７４ａとの間に延びるように配されている。

球面シール内環７２は、その凸球面７２ａが、球面シール中環７６の凹球面７６ａに取り付けられたＯリング８６を介してその球面シール中環７６の凹球面７６ａと接する。内側継手部材２０の受け部材２６と球面シール内環７２の凹所７２ｂとの間には圧縮状態のコイルばね９２が介在し、このコイルばね９２の弾性力により、球面シール内環７２を球面シール中環７６に押圧して高いシール性を確保している。また、この球面シール内環７２の凸球面７２ａと球面シール中環７６の凹球面７６ａとの間にＯリング８６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。

球面シール外環７４は、その凹球面７４ａが、球面シール中環７６の凸球面７６ｂに取り付けられたＯリング８８を介してその球面シール中環７６の凸球面７６ｂと接する。取り付けフランジ６０の受け部材６６と球面シール外環７４の凹所７４ｂとの間には圧縮状態のコイルばね９４が介在し、このコイルばね９４の弾性力により、球面シール外環７４を球面シール中環７６に押圧して高いシール性を確保している。また、この球面シール外環７４の凹球面７４ａと球面シール中環７６の凸球面７６ｂとの間にＯリング８８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。

この二重の球面メカニカルシール構造を構成する金属製の球面シール外環７４、球面シール中環７６および球面シール内環７２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。

また、内側継手部材２０と球面シール内環７２との間、球面シール内環７２と球面シール中環７６との間、球面シール中環７６と球面シール外環７４との間、および球面シール外環７４と取り付けフランジ６０との間にそれぞれ介在したＯリング８２，８６，８８，８４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。

図１〜図３に示す実施形態では、少なくとも球面シール部７０を覆う筒状のカバー１０２，１０４，１０６を設けている。図１に示す第一の実施形態では、取り付けフランジ５０、外側継手部材１０、球面シール部７０および取り付けフランジ６０を覆うカバー１０２を設けている。また、図２に示す第二の実施形態でも、取り付けフランジ５０、外側継手部材１０、球面シール部７０および取り付けフランジ６０を覆うカバー１０４を設けている。さらに、図３に示す第三の実施形態では、外側継手部材１０、球面シール部７０および取り付けフランジ６０を覆うカバー１０６を設けている。

前述した各実施形態の等速自在継手では、少なくとも球面シール部７０を覆うカバー１０２，１０４，１０６を設けたことにより、ゴムや樹脂製のブーツでは耐え切れない劣悪な使用環境下であっても、鉄粉が混入した高温の化学水などが球面シール部７０に勢いよく直接的にふりかかることを確実に回避することができる。その結果、等速自在継手の内部へ水分が侵入することを著しく軽減できると共に球面シール部７０の腐食や摩滅を未然に防止することができる。

一方、球面シール部７０を覆うカバー１０２，１０４，１０６そのものは、鉄粉が混入した高温の化学水などが勢いよく直接的にふりかかることから、腐食や摩滅が進行することになるが、カバー１０２，１０４，１０６を定期的に新しいものに交換することで対応可能である。このカバー１０２，１０４，１０６は等速自在継手の球面シール部７０に外装されるため、その点検および交換が容易であり、球面シール部７０を修理するよりもメンテナンスし易い利点がある。

図１に示す第一の実施形態における筒状のカバー１０２は、等速自在継手全体、つまり、取り付けフランジ５０、外側継手部材１０、球面シール部７０および取り付けフランジ６０を覆う軸方向寸法を有すると共に、等速自在継手全体の最大外径である取り付けフランジ５０の外径と略同一の内径を有する。

このカバー１０２は、取り付けフランジ５０を覆う一方の端部を取り付けフランジ５０に止めねじ１１２で固定している。この場合、カバー１０２の端部を取り付けフランジ５０に固定することにより、二軸間に位置する等速自在継手が作動角をとることが可能となる。

図２に示す第二の実施形態における筒状のカバー１０４は、等速自在継手全体、つまり、取り付けフランジ５０、外側継手部材１０、球面シール部７０および取り付けフランジ６０を覆う軸方向寸法を有すると共に、等速自在継手全体の最大外径である外側継手部材１０の外径と略同一の内径を有する。

ここで、前述した第一の実施形態のようにカバー１０２の端部を取り付けフランジ５０に固定した場合、カバー１０２が軸方向に長くなると、その自重により不安定な取り付け状態となる可能性がある。

そこで、この第二の実施形態では、カバー１０４の中央部寄りを外側継手部材１０にボルト１１４で固定している。これにより、カバー１０４をその中央部寄りで支持することが可能となり、安定した取り付け状態が得られる。

図３に示す第三の実施形態における筒状のカバー１０６は、外側継手部材１０、球面シール部７０および取り付けフランジ６０を覆う軸方向寸法を有すると共に、等速自在継手全体の最大外径である外側継手部材１０の外径と略同一の内径を有する。

この第三の実施形態でも、第二の実施形態と同様、カバー１０６の中央部寄りを外側継手部材１０にボルト１１６で固定している。このカバー１０６では、前述の第一の実施形態や第二の実施形態よりも軸方向寸法を短くして取り付けフランジ５０を露呈させている。

これにより、球面シール部７０をカバー１０６で保護しつつ、取り付けフランジ５０を介して外側継手部材１０に取り付けられる相手部材である一方の軸の着脱作業が容易となる。つまり、カバー１０６を装着したままの状態でボルトの締結作業が可能となり、一方の軸について取り付けおよび取り外しの作業性が向上する。

前述した第一〜第三の実施形態では、円筒一体型のカバー１０２，１０４，１０６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、例えば、図４に示す第四の実施形態におけるカバー１０８であってもよい。図４では、カバー１０８の内部構成部材は図示省略している。このカバー１０８は、二部材１０８ａ，１０８ｂからなり、軸方向に分割可能な構造としている。これにより、カバー１０８の取り付けおよび取り外しが容易となる。前述した二部材１０８ａ，１０８ｂの結合または分離はボルトおよびナット等の締結具を利用することにより可能である。なお、カバー１０８の分割構造は二分割に限らず、複数分割も可能である。

また、図５に示す第五の実施形態におけるカバー１０１であってもよい。図５では、カバー１０１の内部構成部材は図示省略している。このカバー１０１は、二部材１０１ａ，１０１ｂからなり、径方向に分割可能な構造、つまり、半割り構造としている。これにより、カバー１０１の取り付けおよび取り外しが容易となる。前述した二部材１０１ａ，１０１ｂの結合または分離はボルトおよびナット等の締結具を利用することにより可能である。なお、この場合も、カバー１０１の分割構造は二分割に限らず、複数分割も可能である。

以上の各実施形態で述べたカバーは、金属製のものが使用可能であり、例えば、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い。また、このカバーは、樹脂製のものも使用可能であり、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することも可能である。

さらに、第六の実施形態として、図６に示すように、カバー１０２の外周面に、耐熱性、耐水性および耐腐食性を有するコーティング膜１２０、例えば、前述の炭素鋼に自己潤滑性のあるテフロン（登録商標）系コーティング膜を施すようにしてもよい。このようにコーティング膜を形成すれば、更なる耐久性の向上が図れる。なお、図６では、カバー１０２の内部構成部材は図示省略している。また、図６は第一の実施形態に適用した場合を例示しているが、他の実施形態についても適用可能である。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明の第一の実施形態で、カバーを取り付けフランジに固定した等速自在継手を示す断面図である。 本発明の第二の実施形態で、カバーを外側継手部材に固定した等速自在継手を示す断面図である。 本発明の第三の実施形態で、カバーを外側継手部材に固定して取り付けフランジを露呈させた等速自在継手を示す断面図である。 本発明の第四の実施形態で、カバーを軸方向に分割可能とした等速自在継手を示す断面図である。 本発明の第五の実施形態で、カバーを径方向に分割可能とした等速自在継手を示す断面図である。 本発明の第六の実施形態で、カバーの外周にコーティング膜を形成した等速自在継手を示す断面図である。

符号の説明

１０ 外側継手部材
２０ 内側継手部材
３０ トルク伝達部材（ボール）
５０ 取り付けフランジ
７０ 球面シール部
７２ 凸球面部材（球面シール内環）
７２ａ 凸球面
７４ 凹球面部材（球面シール外環）
７４ａ 凹球面
７６ 中間部材（球面シール中環）
７６ａ 凹球面
７６ｂ 凸球面
１０１，１０２，１０４，１０６，１０８ カバー
１２０ コーティング膜

Claims (9)

1. 外側継手部材と、前記外側継手部材との間でトルク伝達部材を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材とを備え、
   前記内側継手部材に設けられ、凸球面が外周に部分的に形成された凸球面部材および凹球面が内周に部分的に形成された凹球面部材と、前記外側継手部材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た球面シール部を有する固定式等速自在継手であって、
   少なくとも前記球面シール部を覆うカバーを設けたことを特徴とする固定式等速自在継手。
2. 前記カバーは、その端部を外側継手部材側へ延在させて前記外側継手部材およびその外側継手部材に連設された取り付けフランジを覆うように配され、前記端部が前記取り付けフランジに固定されている請求項１に記載の固定式等速自在継手。
3. 前記カバーは、その端部を外側継手部材側へ延在させて前記外側継手部材およびその外側継手部材に連設された取り付けフランジを覆うように配され、前記端部が前記外側継手部材に固定されている請求項１に記載の固定式等速自在継手。
4. 前記カバーは、その端部を外側継手部材側へ延在させて前記外側継手部材を覆うように配され、前記端部が前記外側継手部材に固定されている請求項１に記載の固定式等速自在継手。
5. 前記カバーは、複数部材からなり、軸方向に分割可能な構造とした請求項１〜４のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
6. 前記カバーは、複数部材からなり、径方向に分割可能な構造とした請求項１〜４のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
7. 前記カバーは、金属製とした請求項１〜６のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
8. 前記カバーは、樹脂製とした請求項１〜６のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
9. 前記カバーは、その外周面に耐熱性、耐水性および耐腐食性を有するコーティング膜が形成されている請求項１〜８のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。

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