JP2012149753A - 等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】等速自在継手を用いた動力伝達装置のシール装置の耐用期間を延ばして耐久信頼性を向上させる。
【解決手段】外周面12にボール溝14を形成した内輪10と、内周面22にボール溝24を形成した外輪20と、対をなす内輪10のボール溝14と外輪20のボール溝24との間に介在させたボール30と、内輪10と外輪20との間に介在してボール30を同一平面に保持するケージ40と、外輪10と内輪20との間の開口部をシールするためのシール装置50とを具備した等速自在継手において、外輪10の外形に倣って熱収縮チューブを収縮させたカバー66を設ける。内輪10と接続したパイプ18cの外周にも熱収縮カバーを用いたカバー68を設けてもよい。
【選択図】図１

Description

この発明は等速自在継手に関するもので、各種産業機械の動力伝達系において利用することができる。

等速自在継手を用いた動力伝達装置は、鉄鋼設備のように薬剤水やスケールを含む温水等の飛散がある劣悪環境下で使用される場合、等速自在継手の本体外周面、中間軸外周面等の腐食、摩滅を防止するため、従来、塗装やコーティングの施工、あるいは鉄製カバーを装着するなどの対策をしていた。

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動力伝達装置が設置されている。図１１に示すマンネスマン方式の連続鋳造設備では、サポートロールａとガイドロールｂと引き抜き矯正用ピンチロールｃが所定ポジションに配設してあり、これらのロールａ、ｂ、ｃに駆動力を伝達するために動力伝達装置を使用する。

図１２に示す動力伝達装置は、一対のロールＲ（例えば図１１のピンチロールｃ）を所定の間隔で平行に配置し、それぞれのロールＲの回転軸１を軸受により回転自在に支持する。各ロールＲの回転軸１は、取付けフランジ２および等速自在継手３を介して中間軸４と連結し、その中間軸４は、等速自在継手５および取付けフランジ６を介して駆動軸７に連結する。なお、中間軸４は、ロールＲを配置した劣悪雰囲気下のロール加工域Ａと駆動軸７を配置した駆動域Ｂとを仕切るチャンバ８を貫通する穴に通してある。図１３に示すように、取付けフランジ２と等速自在継手３、等速自在継手３と中間軸４はそれぞれ一体的に結合している。また、中間軸４と等速自在継手５、等速自在継手５と取付けフランジ６はそれぞれ一体的に結合している。

この動力伝達装置では、両駆動軸７を同期させて逆方向に回転駆動すると、等速自在継手５を介して中間軸４が回転し、その中間軸４の回転により等速自在継手３を介して回転軸１が回転する。この回転軸１の回転によりロールＲが回転し、そのロールＲ間で鋳造品Ｐが連続的に移送される間に成形あるいは残留応力矯正を受ける。

ところで、等速自在継手は、外部からの水や異物の侵入を防止し、かつ、内部に充填したグリースの洩れを防止するためシール装置を装着して使用するのが一般的である。そして、等速自在継手の角度変位に追随できるように、可撓性材料製のブーツを用いたシール装置を採用する。そのようなブーツ材料の具体例としては、ゴム（ＣＲ）、シリコーン、フッ素樹脂などを挙げることができる。

上に述べた連続鋳造設備（ＣＣＭ）などの鉄鋼設備における動力伝達装置は、８０℃以上の輻射熱、水蒸気による高温多湿、スケールの飛散、薬品類の使用等々といった劣悪な雰囲気で使用されるため、ブーツが劣化しやすく、シール性能および耐久性の低下を招来する。そのため、ブーツ交換などを定期的に行う保守管理が必要である。等速自在継手３、５では、ブーツの交換に加えて、等速自在継手の取外し、分解、部品交換、再組立ておよび取付けといった一連の作業が必要である。このような作業は煩雑であるばかりでなく、その間、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という問題がある。それゆえ、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。

特許文献１では、等速自在継手のシール装置に加えて、その外周にカバーを設けることを提案している。シール装置には金属メカニカルシールまたはブーツを使用している。カバーは内外二重の構造で、内側カバーには縫製蛇腹を使用し、外側カバーには耐食性に優れた金属製のパイプを使用している。

特許文献４は、等速自在継手の技術分野における熱収縮フィルムの使用を開示しているが、自動車用アクスルドライブを車体に取り付けるまでの間の取り扱い性を考慮したものであって、取り付けた後は当該ドライブシャフトから除去してしまうものである。したがって、等速自在継手まわりの防水対策を図るうえで熱収縮フィルムを用いたカバーを採用することを示唆するものではない。

特開２００４−１６２８８２号公報 特開２００７−２５５４８７号公報

劣悪環境下において、等速自在継手の本体外周面、中間軸外周面等の腐食、摩滅を防止するため、従来は特許文献１のように鉄製カバーを装着する、あるいは塗装やコーティングの施工をするなどの対策をしていた。しかし、鉄製カバーは取付けのためにタップ孔等の加工が必要であることからコストアップになり、相手部材が肉厚の薄いものであるときはそもそもタップ孔加工が困難である。また、塗装やコーティングは施工に時間がかかり、スケールや薬剤、水などの飛散する環境ではあまり効果が期待できない、といった問題がある。

この発明は、追加の部品や追加の加工、追加の操作を必要とすることなく、等速自在継手のシール装置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ることを目的とする。

この発明は、熱収縮チューブを用いたカバーで等速自在継手外周を覆うことによって課題を解決した。
すなわち、この発明は、外周面にボール溝を形成した内側継手部材と、内周面にボール溝を形成した外側継手部材と、対をなす内側継手部材のボール溝と外側継手部材のボール溝との間に介在させたボールと、内側継手部材と外側継手部材との間に介在してボールを同一平面に保持するケージと、外側継手部材と内側継手部材の間の開口部をシールするためのシール装置とを具備した等速自在継手において、前記等速自在継手の外周を熱収縮チューブを用いたカバーで覆ったことを特徴とする。

筒状の熱収縮フィルムすなわち熱収縮チューブを等速自在継手部分に被せて、熱を加えることにより、熱収縮チューブが収縮し、等速自在継手の外形に倣って収縮し、上記カバーを形成する。熱収縮チューブを用いたカバーは、装着に当たっては対象物に被せて加熱するだけでよく、除去するためには切断または破いて取り外すだけでよい。このように簡単な操作で着脱が可能であるため、熱収縮チューブを用いたカバーが劣化してきた場合、現場で交換することができ、簡単に等速自在継手の腐食や摩滅の防止、防水対策を維持することができる。

熱収縮チューブは、周知のとおり、ポリオレフィン、フッ素系ポリマー、またはエラストマー材料に放射線架橋することにより熱収縮特性を付与したものである。熱収縮チューブの素材としては種々上市されており、そのなかから使用環境に応じたものを選択して使用することができる。たとえば、あまり厳しくない環境であれば安価なポリオレフィンを採用し、高温その他の厳しい環境ではシリコーンやフッ素樹脂を採用するようにしてもよい。

この発明によれば、追加の部品や追加の加工、追加の操作を必要とすることなく、等速自在継手のシール装置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ることができる。すなわち、熱収縮チューブを用いたカバーを設けたことにより、等速自在継手のシール装置に直接水などがかかることがなくなるため、シール装置の負担を軽減してシール装置の早期破損を防止し、当該シール装置により長期にわたって等速自在継手本体内への水侵入を防止できる（耐用期間の延長）。また、耐薬品性、耐水性、耐腐食性が向上し、劣悪環境下での等速自在継手本体や中間軸の腐食、摩滅を防ぐことができる。加えて、熱収縮チューブを用いたカバーは現場で簡単に着脱できるため、タップ立て等の追加の加工が不要で、したがって交換に際しても取付け取り外しのための工数、コストの削減が可能となる。

さらに、等速自在継手の分解時に継手内部に異物が混入することを防ぐことができるという利点がある。すなわち、等速自在継手の点検やグリース補給等のために等速自在継手本体を分解する際、従来、本体外周に付着した埃やスケール等の異物が継手内部に入り込んでしまうおそれがあったところ、熱収縮チューブを用いたカバーを取り付けることにより、本体外周に埃やスケール等が付着することはなく、したがって継手内部にそのような異物が混入することも防ぐことができる。

実施例１の１を示す縦断面図である。 実施例１の２を示す縦断面図である。 実施例２の１を示す縦断面図である。 実施例２の２を示す縦断面図である。 実施例３の１を示す縦断面図である。 実施例３の２を示す縦断面図である。 実施例４の１を示す縦断面図である。 実施例４の２を示す縦断面図である。 実施例５の１を示す縦断面図である。 実施例５の２を示す縦断面図である。 鉄鋼設備の一種である連続鋳造設備の一例を示す概略立面図である。 従来の動力伝達装置の主要部を示す正面図である。 図１２の動力伝達装置の部分拡大断面図である。

以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。ここでは、各種産業機械の中でも図１１〜図１３を参照してすでに述べた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等速自在継手、たとえば図１２における等速自在継手３を例にとって説明する。
まず動力伝達装置の基本的構成を説明し、その上で実施例の説明をする。

図１に示す等速自在継手は、内側継手部材としての内輪１０と、外側継手部材としての外輪２０と、トルク伝達部材としてのボール３０と、ボール３０を保持するためのケージ４０を具備している。内輪１０は球面状の外周面１２を有し、その外周面１２に、軸方向に延びる複数のボール溝１４が円周方向に等間隔に形成してある。内輪１０の軸心部にはスプライン（またはセレーション。以下同じ）孔１６が形成してある。外輪２０は球面状の内周面２２を有し、その内周面２２に、軸方向に延びる複数のボール溝２４が円周方向に等間隔に形成してある。対をなす内輪１０のボール溝１４と外輪２０のボール溝２４との間に１個ずつボール３０が介在させてある。ケージ４０は内輪１０の外周面１２と外輪２０の内周面２２との間に介在し、すべてのボール３０を同一平面に保持する。各ボール３０はケージ４０に円周方向に所定間隔で形成したポケットに収容される。図ではボール３０とボール溝１４、２４はそれぞれ１つしか示してないが、ボール３０の、したがってまたボール溝１４、２４の数は任意で、具体例を挙げるならば６個ボールタイプや８個ボールタイプがよく知られている。

内輪１０のスプライン孔１６に、スタブシャフト１８の軸端に形成したスプライン軸１８ａを挿入して両者のスプライン歯を噛み合わせることにより、内輪１０とスタブシャフト１８をトルク伝達可能に結合する。スタブシャフト１８はスプライン軸１８ａとは反対側の端部１８ｂにてパイプ１８ｃと嵌合し、環状突部１８ｂとパイプ１８ｃの端部を突き合わせて溶接してある。なお、パイプ１８ｃは図１２における中間軸４に相当する。

外輪２０はディスクタイプで、複数のボルト穴２６が円周方向に等間隔で形成してある。外輪２０の一方の端面にフランジ付きシャフト２８のフランジ２８ａを当て、もう一方の端面にリング５８を当て、１本のボルト６０を貫通させてナット６２で締め付けることにより、フランジ２８ａ、外輪２０、リング５８の三者をサンドイッチ状に締結してある。シャフト２８には等速自在継手の内部にグリースを補給するためのグリースニップル２８ｃが取り付けてある。なお、シャフト２８は図１２における取付けフランジ２に相当し、キー溝付き孔２８ｂにて回転軸１とトルク伝達可能に結合するようになっている。

縦断面で見ると、内輪１０のボール溝１４と外輪２０のボール溝２４は円弧状で、それらの曲率中心は継手中心をはさんで互いに反対側に、軸方向に等距離だけオフセットさせてある。したがって、ボール溝１４、２４は、軸方向の一方から他方に向かって溝深さが徐々に変化したくさび状を呈している。その結果、対をなす内輪１０のボール溝１４と外輪２０のボール溝２４との間に介在するボール３０は、くさびの狭い側から広い側に向かう力を受ける。すべてのボール３０はケージ４０によって同一平面に保持されているため、内輪１０と外輪２０との間で角度変位が生じても、ボール３０は常にどの作動角においてもその二等分面内に配向せしめられ、継手の等速性が確保される。

外輪２０の開口部を塞いで外部からの水や異物の侵入および内部からのグリースの漏洩を防止するため、外輪２０の開口端部と内輪１０から延びるスタブシャフト１８との間にシール装置５０が設けてある。シール装置５０は球面シールタイプで、内環５２と外環５６とで構成される。

外環５６は金属製で、内周に環状のシール面を有する。外環５６はリング５８の内周に嵌合させてある。また、外環５６の外周端部に形成した環状凸部とリング５８の内周端部に形成した環状凹部を凹凸嵌合させることにより抜け止めがしてある。リング５８は、そのようにして外環５６を装着した後、外輪２０の端面に当て、ボルト６４で締結する。

内環５２は金属製で、スリーブ５２ａとシール面５２ｂとからなる。スリーブ５２ａは円筒形状で、スタブシャフト１８と嵌合し、スタブシャフト１８上で軸方向に滑動自在である。シール面５２ｂは凸球面状で、スリーブ５２ａの外端から立ち上がっている。シール面５２ｂの曲率半径ｒは内輪１０の外周面したがってまたケージ４０の内周面のそれよりわずかに小径で、曲率中心は継手中心Ｏと一致する。したがって、継手が作動角をとっても、内環５２のシール面５２ｂと外環５６のシール面が常に接触してシール作用を発揮する。

図示するように、内環５２と内輪１０との間に圧縮コイルばね５４を配置することにより、圧縮コイルばね５４が内環５２を内輪１０から離れる向きに押し、シール面５２ｂを外環５６のシール面に弾圧的に圧接させるため、一層安定したシール作用が得られる。外環５６を内輪１０から離れる向きに押す力を作用させることができるものである限り、圧縮コイルばね５４に代えて、板ばねや皿ばね、ゴムその他の弾性材料を採用してもよい。

図２に示す等速自在継手は、内側継手部材としての内輪１１０と、外側継手部材としての外輪１２０と、トルク伝達部材としてのボール１３０と、ボール１３０を保持するためのケージ１４０を具備している。内輪１１０は球面状の外周面１１２を有し、その外周面１１２に、軸方向に延びる複数のボール溝１１４が円周方向に等間隔に形成してある。内輪１１０の軸心部にはスプライン孔１１６が形成してある。内輪１１０外輪１２０は球面状の内周面１２２を有し、その内周面１２２に、軸方向に延びる複数のボール溝１２４が円周方向に等間隔に形成してある。対をなす内輪１１０のボール溝１１４と外輪１２０のボール溝１２４との間に１個ずつボール１３０が介在させてある。ケージ１４０は内輪１１０の外周面１１２と外輪１２０の内周面１２２との間に介在し、すべてのボール１３０を同一平面に保持する。各ボール１３０はケージ１４０に円周方向に所定間隔で形成したポケットに収容される。図ではボール１３０とボール溝１１４、１２４はそれぞれ１つしか示してないが、ボール１３０の、したがってまたボール溝１１４、１２４の数は任意で、具体例を挙げるならば６個ボールタイプや８個ボールタイプがよく知られている。

内輪１１０のスプライン孔１１６に、スタブシャフト１１８の軸端に形成したスプライン軸１１８ａを挿入して両者のスプライン歯を噛み合わせることにより、内輪１１０とスタブシャフト１１８をトルク伝達可能に結合する。スタブシャフト１１８はスプライン軸１１８ａとは反対側の端部にてパイプ１１８ｃと嵌合し、環状突部１１８ｂとパイプ１１８ｃの端部を突き合わせて溶接してある。なお、パイプ１１８ｃは図１２における中間軸４に相当する。

外輪１２０はディスクタイプで、複数のボルト孔１２６が円周方向に等間隔で形成してある。外輪１２０の一方の端面にフランジ付きシャフト１２８のフランジ１２８ａを当て、もう一方の端面にリング１５８を当て、１本のボルト１６０を貫通させてフランジ１２８ａに形成したねじ孔１６２に込むことにより、フランジ１２８ａ、外輪１２０、リング１５８の三者をサンドイッチ状に締結してある。リング１５８には等速自在継手の内部にグリースを補給するためのグリースニップル１６４が取り付けてある。なお、シャフト１２８は図１２における取付けフランジ２に相当し、キー溝付き孔１２８ｂにて回転軸１とトルク伝達可能に結合するようになっている。

縦断面で見ると、内輪１１０のボール溝１１４と外輪１２０のボール溝１２４は円弧状で、それらの曲率中心は継手中心をはさんで互いに反対側に、軸方向に等距離だけオフセットさせてある。したがって、ボール溝１１４、１２４は、軸方向の一方から他方に向かって溝深さが徐々に変化したくさび状を呈している。その結果、対をなす内輪１１０のボール溝１１４と外輪１２０のボール溝１２４との間に介在するボール１３０は、くさびの狭い側から広い側に向かう力を受ける。すべてのボール１３０はケージ１４０によって同一平面に保持されているため、パイプ１１８ｃとシャフト１２８の二軸間で角度変位が生じても、ボール１３０は常にどの作動角においてもその二等分面内に配向せしめられ、継手の等速性が確保される。

外輪１２０の開口部を塞いで外部からの水や塵埃の侵入を防ぎ、かつ、内部に充填したグリースの漏洩を防止するため、外輪１２０の開口端部と内輪１１０から延びるスタブシャフト１１８との間にシール装置１５０が設けてある。シール装置１５０は内スリーブ１５２とブーツ１５４と外スリーブ１５６で構成されている。内スリーブ１５２は金属製で、スタブシャフト１１８の外周に嵌合させてある。外スリーブ１５６は金属製で、リング１５８の内周に嵌合させてある。外スリーブ１５６の端部に形成した環状凸部と、リング１５８の内周面の端部に形成した環状凹部を凹凸嵌合させることで外スリーブ１５６の抜け止めがしてある。ブーツ１５４は可撓性材料製で、両端部をそれぞれ内スリーブ１５２と外スリーブ１５６に固定してある。固定手段としては接着剤を利用するほか、ブーツ材料がゴムの場合は加硫接着を利用することもできる。内スリーブ１５２はスタブシャフト１１８上を軸方向に移動可能であるが、図中右側への移動は止め輪１１０ｂによって規制され、図中左側への移動は図示するようなブーツ１５４の形状に基づいて規制される。

次に、実施例について述べる。なお、図１と図２はいずれも実施例１を示す図であるが、異なる動力伝達装置の構成を例示したものである。実施例２〜５を示す図３と図４、図５と図６、図７と図８、図９と図１０も同様の関係である。したがって、全図を通じて同一の要素には同一の符号を付し、重複した説明は省略することとする。

実施例１は、等速自在継手の外周に熱収縮チューブを用いたカバーを装着したものである。まず、等速自在継手を覆う第一のカバー６６について述べると、筒状の熱収縮フィルムすなわち熱収縮チューブを等速自在継手部分に被せて、熱を加えることにより、熱収縮チューブが収縮し、等速自在継手の外形に倣って収縮する。具体的には、図１に示すように、第一のカバー６６は、等速自在継手の外輪１０と、リング５８と、シャフト２８のフランジ２８ａを覆い、さらに、図の左側の端はリング５８を越えてスタブシャフト１８の外周にまで及んでいる。また、図の右側の端はフランジ２８ａを越えてシャフト２８の外周にまで及んでいる。当然ながらグリースニップル２８ｃは露出させてある。

同様に、図２に示すように、第一のカバー１６６は、等速自在継手の外輪１１０と、リング１５８と、シャフト１２８のフランジ１２８ａを覆い、さらに、図の左側の端はリング１５８を越えてスタブシャフト１１８の外周にまで及んでいる。また、図の右側の端はフランジ１２８ａを越えてシャフト１２８の外周にまで及んでいる。第一のカバー１６６の端部はわずかに縮径している。当然ながらグリースニップル１６４は露出させてある。

図１、図２に示すように、パイプ１８ｃ、１１８ｃを覆う第二のカバー６８、１６８は、筒状の熱収縮フィルムすなわち熱収縮チューブをパイプ１８ｃ、１１８ｃに被せて、熱を加えることにより、熱収縮チューブが収縮し、パイプ１８ｃ、１１８ｃの外形に倣って収縮する。具体的には、第二のカバー６８、１６８はパイプ１８ｃ、１１８ｃの全長を覆い、さらにスタブシャフト１８、１１８の環状突部１８ｂ、１１８ｂを越えてわずかに縮径したところまで及んでいる。パイプ１８ｃ、１１８ｃは鋼管その他の中空軸である。

実施例２は、等速自在継手本体外輪外周面から熱収縮チューブを用いたカバーで等速自在継手のシール装置５０、１５０まで覆うことにより、シール部へ直接水やスケールがかかることを防ぐようにしたものである。具体的には、図３および図４に示すように、第一のカバー６６、１６６の端部を延長して、スタブシャフト１８、１１８を包囲する延長部６６ａ、１６６ａを形成したものである。延長部６６ａ、１６６ａは熱収縮によりわずかに小径となっている。シール装置５０、１５０は延長部６６ａ、１６６ａの端部から遠ざかった奥部に位置しているため、水やスケールが直接かかることはない。

実施例３は、実施例２からさらにパイプ１８ｃ、１１８ｃ側の第二のカバー６８、１６８をシール装置５０、１５０の近傍まで延長して、第一のカバーの延長部とで２重シールを構成させることでシール部の負担を軽減するようにしたものである。具体的には、図５および図６に示すように、パイプ１８ｃ、１１８ｃを覆った第二のカバー６８、１６８の端部を延長してスタブシャフト１８、１１８を包囲する延長部６８ａ、１６８ａを形成したものである。実施例２と組み合わせることで、第一のカバー６６、１６６の延長部６６ａ、１６６ａと第二のカバー６８、１６８の延長部６８ａ、１６８ａがオーバーラップして防水効果が高まる。

実施例４は、第一のカバー６６、１６６の延長部６６ａ、１６６ａの先端６６ｂ、１６６ｂ、第二のカバー６８、１６８の延長部６８ａ、１６８ａの先端６８ｂ、１６８ｂを、図７および図８に示すように外側に円弧状に反り返ったラッパ状あるいはベルマウス状としたものである。このような形状は、たとえば延長部６６ａ、１６６ａ、６８ａ、１６８ａの先端６６ｂ、１６６ｂ、６８ｂ、１６８ｂに熱を加えず収縮させないことで得ることができる。ベルマウス状の部分は回転中は水切りの役割を担い、また、その形状のゆえに、回転中、停止中を問わず水の侵入防止に役立つ。したがって、防水効果が一層高まる。

実施例５は、図９に示すように、熱収縮チューブを用いたカバー２８０により、等速自在継手部外周の球面リング２２８からパイプ２７８側の取付けフランジ２７４にかけて全体的に覆うことにより、外からの水や異物の侵入を防ぐようにしたものである。上述の実施例と同様、等速自在継手部外周の球面リング２２８から取付けフランジ２７４にかけて、筒状の熱収縮フィルムすなわち熱収縮チューブを被せ、熱を加えることにより、熱収縮チューブが収縮し、等速自在継手の外形に倣って収縮する。この場合、等速自在継手が角度を取るとき球面リング２２８とカバー２８０の接触部はしゅう動する必要があるため、フッ素系樹脂素材の熱収縮フィルムを使用する必要がある。

特許文献１では鉄製の円筒状カバーを球面リングに当接させているため線接触であるのに対し、実施例５では球面リング２２８とカバー２８０とのしゅう動部は線接触から面接触になった。また、特許文献１では円筒状カバーも球面リングも鉄製の加工部品であり、すきまなく完全に当接させることは不可能であったのに対し、実施例５におけるカバー２８０は収縮して球面リングの外形にフィットしている。これらの相違点により、実施例５のシール性は特許文献１のものよりも格段に向上する。また、金属製の円筒状カバーをボルトで固定するためにタップ孔等を開けるといった追加の加工も必要なく、装着も簡単で、総じてコストの削減が可能となる。

図９を参照して実施例５をさらに詳しく説明する。
等速自在継手の内輪２１０は取付けフランジ２６４を通じてパイプ２７８と一体的に結合してある。すなわち、取付けフランジ２６４と取付けフランジ２７４をボルト２９４で締結し、取付けフランジ２７４のボス部２７６とパイプ２７８を溶接してある。パイプ２７８は鋼管その他の中空軸で、図１２における中間軸４に相当する。また、等速自在継手の外輪２２０は取付けフランジ２２６と溶接してあり、この取付けフランジ２２６は図１２における取付けフランジ２に相当する。

等速自在継手は、内側継手部材としての内輪２１０と、外側継手部材としての外輪２２０と、トルク伝達部材としてのボール２３０と、ボール２３０を保持するためのケージ２４０を具備している。内輪２１０は、球状の外周面２１２と、円筒形状の軸部２１６と、スプライン軸２１８を有する。内輪２１０の外周面２１２には、軸方向に延びる複数のボール溝２１４が円周方向に等間隔に形成してある。外輪２２０は、円筒形状の内周面２２２を有し、その内周面２２２に軸方向に延びる複数のボール溝２２４が円周方向に等間隔に形成してある。対をなす内輪２１０のボール溝２１４と外輪２２０のボール溝２２４との間に１個ずつボール２３０が介在させてある。各ボール２３０はケージ２４０に円周方向に配設したポケットに収容してあり、すべてのボール２３０はケージ２４０によって同一平面に保持される。

なお、この等速自在継手は、ケージ２４０の球面状内周面２４２の曲率中心Ｏｉと球面状外周面２４４の曲率中心Ｏｏを、継手中心Ｏを挟んで互いに反対側に等距離だけオフセットさせたダブルオフセット構造を有する。もっとも、後述するようにリング２２０ａとメカニカルシール外環２５６とでケージ２４０の軸方向移動を規制している。

内輪２１０のスプライン軸２１８は、取付けフランジ２６４のボス部２６０に形成したスプライン孔２６２と嵌合している。エンドキャップ２６６をスプライン軸２１８の軸端にボルト２６８で締結することにより取付けフランジ２６４を内輪２１０に対して固定してある。内輪２１０の軸部２１６には金属製のメカニカルシール内環２５２が嵌合させてあり、メカニカルシール内環２５２は軸部２１６上を軸方向に移動可能である。メカニカルシール内環２５２の円筒形の内周面にはＯリング溝が形成してあり、内部に装着したＯリングが軸部２１６との間でシール作用をする。メカニカルシール内環２５２の外周面は部分球面状である。メカニカルシール内環２５２と内輪２１０との間に圧縮コイルばね２５４が介在させてある。メカニカルシール内環２５２を内輪２１０から離れる向きに押す力を作用させることができるものである限り、圧縮コイルばね２５４に代えて、板ばねや皿ばね、ゴムその他の弾性材料を採用してもよい。

外輪２２０はリング状で、軸方向の一方の端部には取付けフランジ２２６が溶接してある。外輪２２０の内周の大径段部にはリング２２０ａが嵌合させてあり、取付けフランジ２２６はそれの位置決めおよび固定の役割をも果たしている。取付けフランジ２２６は中空で、等速自在継手内部にグリースを補給するためのグリースニップル２２６ｂが取り付けてある。外輪２２０の軸方向のもう一方の端部には金属製のメカニカルシール外環２５６を取り付けてボルト２５８で固定してある。リング２２０ａとメカニカルシール外環２５６は凹球面状の内周面を有する。これらの内周面は、曲率半径がケージ２４０の球面状外周面とほぼ等しい。

メカニカルシール外環２５６はメカニカルカール内環２５２の部分球面状外周面と接する部分球面状内周面を有する。メカニカルシール内環２５２の外周面およびメカニカルシール外環２５６の内周面の曲率中心は継手中心Ｏにある。図示した例ではＯリング溝を形成してそこにＯリングを装着してある。すでに述べたとおり、メカニカルシール内環２５２は圧縮コイルばね２５４で押される結果、メカニカルシール外環２５６の内周面と弾性的に当接する。このようにしてメカニカルシール内環２５２とメカニカルカール外環２５６とからなるメカニカルシールの形態をしたシール装置２５０が構成される。

また、メカニカルシール外環２５６と取付けフランジ２６４のボス部２６０とに跨って縫製蛇腹２７０が取り付けてあり、それぞれの両端をクランプ用バンド２７２によりメカニカルシール外環２５６およびボス部２８０に固定してある。縫製蛇腹２７０は伸縮性および屈曲性を有することから、内輪２１０と外輪２２０が屈曲する際の動作を妨げることがなく、大きな作動角をとるときには特に有効である。縫製蛇腹２７０は、アルミガラス繊維クロスや炭素繊維クロス等の繊維強化プラスチックからなる外側部分と、シリコーンゴムやフッ素ゴム等のエラストマーからなる内側部分の二層構造を有する。また、軸方向に所定の間隔で銅張り鋼材などからなる複数のリングを有し、軸方向に伸縮可能、かつ、軸方向に対して傾斜可能で、さらに、軸方向の一部にファスナが設けてあって二分割できるようになっている。

このように、メカニカルシールの形態をしたシール装置２５０の外側に縫製蛇腹２７０を設けることにより二重のシール構造となる。この二重シール構造により、等速自在継手が作動角をとる際の動作を妨げることがない状態で、等速自在継手からの潤滑剤の漏洩を確実に防止する。前述のような二層構造とすることにより、外側部分が有する耐熱性でもって鋳造品からの輻射熱による潤滑剤の劣化および漏洩を防止すると共に縫製蛇腹自体の熱損傷を防止することができ、また、内側部分によって縫製蛇腹の通気性をなくして高い密閉性を確保することができる。

さらに、取付けフランジ２６４の外周と外輪２２０の外周とに跨ってその両者間の空間を覆うようにカバー２８０が配置してある。カバー２８０の一方の端は取付けフランジ２６４と取付けフランジ２７４の外周を覆っている。図示するように、突き合わせたフランジ２６４、２７４の外周部分を包み込んだ形状、言い換えるならば、フランジ２６４の図中右側の側面とフランジ２７４の図中左側の側面に沿ってそれらのフランジの外径よりも小径側に熱収縮しているため、カバー２８０は軸方向に移動することがない。

カバー２８０のもう一方の端は、外輪２２０の外周に設けた球面リング２２８の外周面に倣って収縮させることにより両者を球面嵌合させてある。なお、球面リング２２８は外輪２２０の円筒形外周面に嵌合させた上で、外輪２２０の止め輪溝に装着した止め輪とメカニカルシール外環２５６とで挟み込み、軸方向の位置決めがしている。また、球面リング２２８の外周面は部分球面状で、その曲率中心は継手中心Ｏと一致し、その曲率半径は外輪２２０の外周面に嵌合可能なように設定されている。

このように、メカニカルシールタイプのシール装置２５０の外側に縫製蛇腹２７０を配置し、さらにその外側にカバー２８０を配置することで、三重のシール構造となる。したがって、縫製蛇腹２７０を劣悪な雰囲気から保護することができ、その縫製蛇腹２７０の耐用期間を引き延ばすことができる。縫製蛇腹２７０が保護される結果、その内側にあるシール装置２５０の耐用期間も長くなる。

等速自在継手（２１０、２２０、２３０、２４０）かパイプ２７８かのいずれか一方が損傷した場合は、次の要領でその損傷した方だけを交換することができる。すなわち、パイプ２７８を交換すべき場合、カバー２８０を除去した上で、ボルト２９４を取り外すことにより、パイプ２７８を等速自在継手（２１０、２２０、２３０、２４０）から分離することができる。等速自在継手の部品を交換すべき場合、引き続きクランプ用バンド２７２を取り外して縫製蛇腹２７０を取り外し、次に、ボルト２６８を緩めてエンドキャップ２６６を取り外し、さらに、ボルト２５８を緩めてメカニカルシール外環２５６とメカニカルシール内環２５２を取り外す。これにより、等速自在継手（２１０、２２０、２３０、２４０）を分解することができる。

図９の実施例における縫製蛇腹２７０に代えてゴムまたは樹脂製の蛇腹ブーツを採用することも可能である。
また、図９の実施例における縫製蛇腹２７０を省略することも可能である。その場合、カバー２８０とメカニカルシール（２５２、２５６）との二重シール構造となる。あるいは、図９の実施例におけるメカニカルシール（２５２、２５６）を省略してカバー２８０と縫製蛇腹２７０の二重構造とすることも可能である。

図９の実施例における等速自在継手はダブルオフセット構造であったのに対し、図１０に示す実施例は固定式等速自在継手（バーフィールド型等速自在継手：ＢＪ）に適用したものである。すなわち、内側継手部材としての内輪３１０と、外側継手部材としての外輪３２０と、両者間に介在してトルクを伝達する複数のボール３３０と、すべてのボールを同一平面に保持するケージ３４０とを主要な構成要素としており、内輪３１０と外輪３２０との間で角度変位のみ可能である。

内輪３１０は球面状の外周面３１２を有し、その外周面３１２に、軸方向に延びるボール溝が円周方向に等間隔に形成してある。外輪３３０は球面状の内周面３２２を有し、その内周面３２２に、軸方向に延びるボール溝３２４が円周方向に等間隔に形成してある。対をなす内輪３１０のボール溝３１４と外輪３２０のボール溝３２４との間に１個ずつボールが介在させてある。ケージ３４０は内輪３１０の外周面３１２と外輪３２０の内周面３２２との間に介在し、各ボール３３０はケージ３４０に円周方向に配設したポケットに収容され、すべてのボール３３０はケージ３４０により同一平面に保持される。

内輪３１０はスプライン孔３１６にてスタブシャフト３１８の一方の端部に形成したスプライン軸３１８ａとトルク伝達可能に結合する。スプライン軸３１８ａに形成した輪溝に装着した止め輪３１０ａ、３１０ｂによって内輪３１０の軸方向の位置決めがしてある。スタブシャフト３１８の他方の端部にはフランジ３１８ｂが形成してあり、このフランジ３１８ｂをパイプ３７８と溶接してある。パイプ３７８は鋼管その他の中空軸で、図１２における中間軸４に相当する。

外輪３２０はディスク型で、一方の端面にリング３５８を取り付け、もう一方の端面に取付けフランジ３２６ａを取り付けてある。取付けフランジ３２６ａは図１２における取付けフランジに相当し、ボス部３２６のキー溝付き孔３２６ｂを介して回転軸１とトルク伝達可能に結合するようになっている。外輪３２０の円筒形外周面は、球面リング３２８の円筒形内周面と嵌合している。また、球面リング３２８は取付けフランジ３２６ａおよびリング３５８の外周面とも嵌合している。リング３５８と外輪３２０のボルト孔にボルト３６０を挿入して取付けフランジ３２６ａのねじ孔にねじ込むことにより、三者をサンドイッチ状に締結してある。リング３５８には等速自在継手内にグリースを補給するためのグリースニップル３６４が取り付けてある。

この場合、シール装置３５０は内スリーブ３５２とブーツ３５４と外スリーブ３５６で構成されている。内スリーブ３５２は金属製で、スタブシャフト３１８の外周に嵌合させてある。外スリーブ３５６は金属製で、リング３５８の内周に嵌合させてある。外スリーブ３５６の端部に形成した環状凸部と、リング３５８の内周面の端部に形成した環状凹部を凹凸嵌合させることで外スリーブ３５６の抜け止めがしてある。ブーツ３５４は可撓性材料製で、両端部をそれぞれ内スリーブ３５２と外スリーブ３５６に固定してある。固定手段としては接着剤を利用するほか、ブーツ材料がゴムの場合は加硫接着を利用することもできる。内スリーブ３５２はスタブシャフト３１８上を軸方向に移動可能であるが、図中右側への移動は止め輪３１０ｂによって規制され、図中左側への移動は図示するようなブーツ３５４の形状に基づいて規制される。

このシール装置３５０に加えて、熱収縮チューブを用いたカバー３８０を設けることにより、二重のシール構造が構築される。カバー３８０は概ね円筒形状で、その一方の端部はスタブシャフト３１８のフランジ３１８ｂの外周を覆い、フランジ３１８ｂの外周形状に倣って収縮している。カバー３８０のもう一方の端部は、球面リング３２８の外周を覆い、わずかに軸方向の外側まで及んでいる。球面リング３２８の外周は部分球面状であるため、カバー３８０も角度変位が可能である。したがって、内輪３１０と外輪３２０が角度変位を取るとき、カバー３８０が円滑な角度変位を阻害することはない。

以上、図面に示した等速自在継手を例にとって実施の形態を説明したが、この発明はあらゆる種類の等速自在継手を用いた動力伝達装置に適用することができる。たとえば、バーフィールド型のほかアンダーカットフリー型などの固定式等速自在継手、ダブルオフセット型やトリポード型などのしゅう動式等速自在継手を挙げることができる。

１０、１１０、２１０、３１０ 内輪
１２、１１２、２１２、３１２ 外周面
１４、１１４、２１４、３１４ ボール溝
２０、１２０、２２０、３２０ 外輪
２２、１２２、２２２、３２２ 内周面
２４、１２４、２２４、３２４ ボール溝
３０、１３０、２３０、３３０ ボール
４０、１４０、２４０、３４０ ケージ
５０、１５０、２５０、３５０ シール装置
６６、１６６、２８０ 第一のカバー
６８、１６８ 第二のカバー
２７０ 縫製蛇腹

Claims (11)

1. 外周面にボール溝を形成した内側継手部材と、内周面にボール溝を形成した外側継手部材と、対をなす内側継手部材のボール溝と外側継手部材のボール溝との間に介在させたボールと、内側継手部材と外側継手部材との間に介在してボールを同一平面に保持するケージと、外側継手部材と内側継手部材の間の開口部をシールするためのシール装置とを具備した等速自在継手において、前記等速自在継手の外周を熱収縮チューブを用いた第一のカバーで覆ったことを特徴とする等速自在継手。
2. 前記シール装置は、前記内側継手部材と接続した軸部材に取り付けた内環と、前記外側継手部材側に取り付けた外環とからなり、前記内環の凸球面状のシール面を前記外環の凹球面状シール面に当接させ、前記第一のカバーは、前記外側継手部材の外周面から前記外環を越えた位置まで及んでいることを特徴とする請求項１の等速自在継手。
3. 前記シール装置は、前記内側継手部材と接続した軸部材と前記外側継手部材との間に取り付けた可撓性ブーツからなり、前記第一のカバーは、前記外側継手部材の外周面から前記可撓性ブーツを越えた位置まで及んでいることを特徴とする請求項１の等速自在継手。
4. 前記第一のカバーは、前記軸部材を包囲する延長部を有することを特徴とする請求項２または３の等速自在継手。
5. 前記軸部材と結合したパイプを、熱収縮チューブを用いた第二のカバーで覆ったことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項の等速自在継手。
6. 前記第二のカバーは、前記軸部材を包囲する延長部を有することを特徴とする請求項５の等速自在継手。
7. 前記第一のカバーの延長部先端はベルマウス状であることを特徴とする請求項４、５または６の等速自在継手。
8. 前記第二のカバー延長部先端はベルマウス状であることを特徴とする請求項６または７の等速自在継手。
9. 前記内側継手部材に取付けフランジを結合し、前記外側継手部材の外周に球面リングを設置し、前記取付けフランジから前記球面リングにかけて、熱収縮チューブを用いたカバーで覆ったことを特徴とする請求項１の等速自在継手。
10. 前記シール装置は、前記内側継手部材に取り付けた内環と、前記外側継手部材に取り付けた外環とを有し、前記内環の凸球面シール面と前記外環の凹球面状シール面を球面接触させることを特徴とする請求項９の動力伝達装置。
11. 前記外環と前記軸部材との間に縫製蛇腹を掛け渡したことを特徴とする請求項９または１０の動力伝達装置。

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