JP2016109201A - シール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転でも安定した性能を維持できるシール機構を提供する。【解決手段】一対の摺動式等速自在継手がその内側継手部材の軸孔に嵌入される軸部材を介して連結されてなる軸継手における継手間の隙間を密封するシール構造である。各摺動式等速自在継手の外側継手部材の開口部に装着される一対のシールカバーと、一対のシールカバーの内径端部に付設されて軸部材の軸方向中央部の外周側をシールするシールリングとを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、シール構造に関し、特に、各種産業機械の動力伝達機構として駆動軸と従動軸を連結する軸継手に用いるシール構造に関する。

軸継手は、産業機械や農業機械の駆動装置の駆動源に直結で動力伝達部材として幅広く適用されている。軸継手として、フランジ形たわみ軸継手（ＪＩＳ Ｂ １４５２参照）、ローラチエインカップリング（椿本チエイン製など）、タイヤタイプカップリング（特開２００８−１２８３９３号公報参照、トーヨー製の商品名「ラブフレックスカップリング」など）が公知である。

そして、各種産業機械の動力伝達機構として駆動軸と従動軸を連結する軸継手（カップリング）は軸芯のずれがある場合、主にたわみ軸継手が適用される。種類としてはゴム、チェーン、ばね、ギヤ、ディスクカップリングなど自身の弾性変形により偏芯を吸収する構造である。しかしながら、従来においては、いずれも僅かな偏角(MAX.2°)を許容するものがほとんどで、フレキシブルシール機能を有さないものであった。ところが、サイズにもよるが４０００ｒｐｍ以上の高速回転で使用する必要性が生じる場合があり、このような場合には、従来のものでは、高速回転性能が劣るため、この高速回転に対応するものが必要であった。

そこで、従来では、図５に示すように、軸方向に摺動可能な２個のダブルオフセット型等速自在継手を用い、等速自在継手間に伸縮性を有する蛇腹状のブーツを配設したたものが提案されているボールカップリング（ＮＴＮ株式会社カタログ番号５６０３−Ｖ／Ｊの３８頁以降を参照）。

図５に示す軸継手は、一対のダブルオフセット型等速自在継手Ｔ１，Ｔ２（特許文献２参照）を軸部材（中間軸）で連結されてなるものである。各ダブルオフセット型等速自在継手Ｔ１，Ｔ２は、内径面１に複数のトラック溝２が形成された外側継手部材３と、外径面４に外側継手部材３のトラック溝２と対をなす複数のトラック溝５が形成された内側継手部材６と、外側継手部材３のトラック溝２と内側継手部材６のトラック溝５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール７と、外側継手部材３の内径面１と内側継手部材６の外径面４との間に介在してボール７を保持するケージ８とを備えている。

中間軸１０は、両端部に雄スプライン１１ａ、１１ｂが形成され、一方の雄スプライン１１ａが一方の等速自在継手Ｔ１の内側継手部材６の中心孔に嵌入され、この雄スプライン１１ａをこの内側継手部材６の中心孔に形成された雌スプライン１２に噛合させている。また、他方の雄スプライン１１ｂが他方の等速自在継手Ｔ２の内側継手部材６の中心孔に嵌入され、この雄スプライン１１ｂをこの内側継手部材６の中心孔に形成された雌スプライン１２に噛合させている。

また、中間軸１０の各等速自在継手側において、抜け止めのために、一対の止め輪１３、１４がそれぞれ装着されている。すなわち、一対の止め輪１３、１４にて、内側継手部材６を挟持する状態となっている。

そして、一対の等速自在継手Ｔ１、Ｔ２間の隙間は、ブーツ１５にて密封されている。すなわち、ブーツ１５は、一対の短筒部１５ａ，１５ｂと、短筒部１５ａ，１５ｂを連結する蛇腹部１５ｃとからなる。一方の短筒部１５ａが一方の等速自在継手Ｔ１の外側継手部材３のブーツ装着部１６に外嵌され、ブーツバンド１７にてこのブーツ装着部１６に締結されている。また、他方の短筒部１５ｂが他方の等速自在継手Ｔ２の外側継手部材３のブーツ装着部１６に外嵌され、ブーツバンド１７にてこのブーツ装着部１６に締結されている。

また、外側継手部材３はその基部に鍔部１８が設けられ、この鍔部１８が、フランジ部材２０に連結される。フランジ部材２０は、内径面にキー溝２１が形成された本体筒部２０ａと、本体筒部２０ａの継手側に形成される外鍔部２０ｂとからなる。そして、外側継手部材３の鍔部１８の端面にフランジ部材２０の外鍔部２０ｂ側の端面を突き合わせて、その状態で、ボルト・ナット結合の結合手段Ｍにて、外側継手部材３とフランジ部材２０とを連結している。

特開２００８−１２８３９３号公報 特開２０１２−９７８８７号公報

すなわち、前記図５に示す軸継手（カップリング）は等速自在継手のダブルオフセット型をベースに作動角を制限した仕様で設計し、成立させたものである。このため、通常の摺動式等速自在継手と同様にブーツ１５を装着している。この構成によれば、作動角がＭＡＸ.５°で軸方向の伸縮が可能な上、自己脱着が可能、自己調心より芯出しが不要等、一般的なカップリングには無い機能がある。

ところが、ブーツ１５内にはグリースが封入されており、高速回転時には遠心力よりグリースが径方向へ流動するため、ブーツ１５は異常変形する領域が発生する。このため、図５に示す軸継手においては、ブーツ１５には回転膨張を抑制する補強リング２２を標準装備している。しかしながら、抑制効果にも限界があり、この構成では高速化は困難である。

そこで、本発明は、高速回転でも安定した性能を維持できるシール機構を提供する。

本発明のシール機構は、一対の摺動式等速自在継手がその内側継手部材の軸孔に嵌入される軸部材を介して連結されてなる軸継手における継手間の隙間を密封するシール構造であって、等速自在継手の外側継手部材の開口部に装着される一対のシールカバーと、一対のシールカバーの内径端部に付設されて軸部材の軸方向中央部の外周側をシールするシールリングとを備え、シールカバーはその少なくとも外側継手部材との装着部位以外が硬質部材からなるとともに、シールリングは弾性を有するものである。

本発明のシール構造によれば、外側継手部材との装着部位以外が硬質部材からなる一対のシールカバーと、一対のシールカバーの内径端部に付設される弾性を有するシールリングとを備えるものであるので、回転時におけるこのシール構造の膨張を抑制することができる。

軸部材は、軸本体と、この軸本体の軸方向中央部に外嵌されて一対の内側継手部材間に配設されるスペーサとを有し、前記シールリングはこのスペーサの外周面に接触乃至圧接するものとできる。

シールカバーは、全体が硬質部材から構成されるものであっても、外側継手部材の開口部の外径部に外嵌される大径部と、この大径部から内径側へ延びるカバー本体とを有し、前記大径部をゴム材から構成するとともに、カバー本体が硬質部材から構成し、外径側からのバンド部材の締め付けにてこの大径部を外側継手部材の開口部の外径部に固定するものであってもよい。

シールカバー全体が硬質部材から構成されるものであれば、シールカバー自体の部品点数として単数個でよい。また、バンド部材の締め付けにてシールカバーを固定するものでは、バンド部材を緩めることによって、シールカバーを外側継手部材から取り外すことができる。

シールリングは、一対のシールカバーの内径端部間に介装されるゴムリングからなるものであっても、一対のシールカバーの内径端部の相対向面にそれぞれ付設される一対のゴムリングからなるものであっても、一対のシールカバーの内径端部の相対向面にそれぞれ付設される一対のゴムリングと、一対のゴムリング間に介在される弾性部材とで構成されたものであってもよい。

本発明のカップリング装置は、前記シール構造を一対の摺動式等速自在継手の間に設けものである。

本発明では、回転時におけるこのシール構造の膨張を抑制することができる。このため、高速回転でも安定したシール性能を維持できる。しかも、このシール構造は、一対の摺動式等速自在継手がその内側継手部材の軸孔に嵌入される軸部材を介して連結されてなる軸継手における継手間の隙間を密封するであるので、軸継手としては、僅かな作動角（例えば、ＭＡＸ．２°）で軸方向の伸縮が可能である。

軸部材がスペーサを有するものでは、スペーサによって、軸継手の分解・組立作業が容易になる利点がある。しかも、スペーサを用いる場合、その外径を内側継手部材のトラック溝よりも小径とすることによって、この軸継手内部へグリースを封入する場合に必要な部位へのグリース供給路を形成でき、この必要な部位へ最小限の封入量で封入でき、経費削減に寄与する。

シールカバー全体が硬質部材から構成されるものであれば、シールカバー自体の部品点数として単数個でよく、生産性に優れるとともにコスト低減に寄与することができる。バンド部材の締め付けにてシールカバーを固定するものでは、バンド部材を緩めることによって、シールカバーを外側継手部材から取り外すことができる。すなわち、このシール構造の着脱を容易に行うことができ、メンテナンスや交換作業に優れるものとなる。

シールリングの構成としても種々選択でき、設計性に優れる。

本発明のカップリング装置は、前記シール構造を用いたものであり、このシール構造の作用効果を奏することが可能な装置となる。

本発明のシール構造を装着した軸継手の断面図である。 前記図１のシール構造の要部拡大断面図である。 シール構造の他の実施形態を示し、（ａ）はシールカバーにインロー接合部を有さないものの断面図であり、（ｂ）はシールカバーにインロー接合部を有するものの断面図である。 シール構造のシールリングの変形例を示し、（ａ）は一つのゴムリングを用いた断面図であり、（ｂ）は２枚のゴムリングを用いた断面図であり、（ｃ）は２枚のゴムリングとこれらの間に配設されるゴムスポンジとを用いた断面図であり、（ｄ）は２枚のゴムリングとこれらの間に配設されるコイルバネとを用いた断面図であり、（ｅ）は２枚のゴムリングとこれらの間に配設される蛇腹部材とを用いた断面図である。 従来のシール構造を装着した軸継手（カップリング装置）の断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。本発明に係るシール構造は、一対の摺動式等速自在継手１０１，１０２がその内側継手部材３６，３６の軸孔に嵌入される軸部材３０を介して連結されてなる軸継手(カップリング装置）における継手間の隙間を密封するものである。

各ダブルオフセット型等速自在継手１０１，１０２は、内径面３１に複数のトラック溝３２が形成された外側継手部材３３と、外径面３４に外側継手部材３３のトラック溝３２と対をなす複数のトラック溝３５が形成された内側継手部材３６と、外側継手部材３３のトラック溝３２と内側継手部材３６のトラック溝３５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール３７と、外側継手部材３３の内径面３１と内側継手部材３６の外径面３４との間に介在してボール３７を保持するケージ３８とを備えている。

軸部材３０は、軸本体４０と、この軸本体４０の軸方向中間部に外嵌されるスペーサ４５とからなる。軸本体４０は、両端部に雄スプライン４１ａ、４１ｂが形成され、一方の雄スプライン４１ａが一方の等速自在継手１０１の内側継手部材３６の中心孔（軸孔）に嵌入され、この雄スプライン４１ａをこの内側継手部材３６の中心孔（軸孔）に形成された雌スプライン４２に噛合させている。また、他方の雄スプライン４１ｂが他方の等速自在継手１０２の内側継手部材３６の中心孔（軸孔）に嵌入され、この雄スプライン４１ｂをこの内側継手部材３６の中心孔に形成された雌スプライン４２に噛合させている。

また、軸本体４０の各等速自在継手側において、抜け止めのために、一対の止め輪４３、４４がそれぞれ装着されている。すなわち、一対の止め輪４３、４４にて、内側継手部材６を挟持する状態となっている。そして、スペーサ４５が一対の内側継手部材３６，３６間に配置される。このため、一対の内側継手部材３６，３６および軸部材３３は、一体的に等速自在継手１０１、１０２の軸心方向に沿った移動が可能となる。なお、止め輪４３、４４としてはＣ形止め輪を用いた。

また、外側継手部材３３はその基部に鍔部４８が設けられ、この鍔部４８が、フランジ部材５０に連結される。フランジ部材５０は、内径面にキー溝５１が形成された本体筒部５０ａと、本体筒部５０ａの継手側に形成される外鍔部５０ｂとからなる。そして、外側継手部材３３の鍔部４８の端面にフランジ部材５０の外鍔部５０ｂ側の端面を突き合わせて、その状態で、ボルト・ナット結合の結合手段Ｍにて、外側継手部材３３とフランジ部材５０とを連結している。なお、外側継手部材３３とフランジ部材５０との間には、シール部材としてのＯリング５２が配設されている。

また、外側継手部材３３の内径面３１の反フランジ部材側には、内側継手部材３６とボール３７と保持器３８とで構成される内部部品５３の抜け止め５４が設けられる。抜け止め５４は、外側継手部材３３の内径面３１の反フランジ部材側に装着される止め輪から構成される。

シール構造Ｓは、外側継手部材３３の開口部に装着される一対のシールカバー６０，６０と、一対のシールカバー６０，６０の内径端部に付設されて軸部材３０の軸方向中央部の外周側をシールするシールリング６１とを備える。

シールカバー６０，６０は、図２に示すように、短円筒形状からなる大径部６２と、この大径部６２から内径側へ延びるカバー本体６３とを有するものである。また、カバー本体６３は、大径部６２から内径側へ延びる外径側の第１端面壁部６３ａと、この第１端面壁部６３ａから軸心方向への延びる中間壁部６３ｂと、中間壁部６３ｂから内径側へ延びる内径側の第２端面壁部６３ｃとからなる。

この場合、外側継手部材の外径面の開口部側に周方向嵌合溝６４が設けられ、シールカバー６０，６０が外側継手部材３３の開口部に大径部６２が外嵌された状態で、この大径部６２が内径側に加締られる。これによって、大径部６２には、この周方向嵌合溝６４に嵌合する嵌合部６５が形成されて、シールカバー６０，６０が外側継手部材に装着される。また、第１端面壁部６３ａが外側継手部材３３の開口端面３３ａに当接した状態となる。この場合のシールカバー６０は、単数個の部材から構成でき、前記したように加締める必要があるので、鋼板等の金属製の硬質部材とされる。

シールリング６１は、例えば、対油性及び対候性等に優れたＣＲ（クロロプレン）系ゴム等から構成される一つのゴムリング５９からなる。そして、ゴムリング５９は、一対のシールカバー６０の内径端部、つまり、第２端面壁部６３ｃの内径端部に付設されている。この場合、一対のシールカバー６０、６０の第２端面壁部６３ｃの内径端部間にゴムリング５９が挟持されている。このため、ゴムリング５９からなるシールリング６１が、スペーサ４５の外周面に、弾性的に接触乃至圧接することになり、芯ずれ、軸方向の変位を吸収することができる。

前記した構成のシール構造では、外側継手部材３３との装着部位以外が硬質部材からなる一対のシールカバー６０，６０と、一対のシールカバーの内径端部に付設される弾性を有するシールリング６１とを備えるものであるので、回転時におけるこのシール構造の膨張を抑制することができる。このため、高速回転でも安定したシール性能を維持できる。しかも、このシール構造は、一対の摺動式等速自在継手１０１，１０２がその内側継手部材３６の軸孔に嵌入される軸部材３０を介して連結されてなる軸継手における継手間の隙間を密封するものであるので、軸継手としては、僅かな作動角（例えば、ＭＡＸ．２°）で軸方向の伸縮が可能である。

また、前記実施形態では、一対の内側継手部材３６，３６間にスペーサ（間座）４５を介在させて、軸本体４０の軸心方向両端部に装着される止め輪４３とで、内側継手部材３６，３６に対する軸本体４０の軸ずれを防止できる。このように、スペーサ（間座）４５を用いることによって、この軸継手の分解・組立作業が容易になる利点がある。

スペーサ（間座）４５を用いる場合、その外径を内側継手部材３６のトラック溝３５よりも小径とすることによって、この軸継手内部へグリースを封入する場合に必要な部位へのグリース供給路を形成でき、この必要な部位へ最小限の封入量で封入でき、経費削減に寄与する。この場合、図５に示すようにスペーサ（間座）を用いないものに比べて、グリース封入量を６０％程度低減させることが可能となる。

ところで、前記実施形態のシール構造では、シールカバー６０は、金属製の一部材から構成していたが、図３（ａ）（ｂ）に示すように、外側継手部材３３の開口部の外径部に外嵌される大径部７０と、この大径部７０から内径側へ延びるカバー本体７１との２部材を有するものであってもよい。

この場合、大径部７０をゴム材から構成するとともに、カバー本体７１を、鋼等の金属又は樹脂（硬質プラスチック）等の硬質部材から構成する。大径部７０の内径面には、外側継手部材３３の周方向嵌合溝６４に嵌合する周方向膨出部７２が設けられている。

図３（ａ）に示すものでは、カバー本体７１は、大径部６２から内径側へ延びる外径側の第１端面壁部７１ａと、この第１端面壁部71ａから軸心方向へ延びる中間壁部７１ｂと、中間壁部７１ｂから内径側へ延びる内径側の第２端面壁部７１ｃとからなる。そして、第１端面壁部７１ａの外径部が、大径部７０に埋設状として一体化されている。この場合、第１端面壁部７１ａが外側継手部材３３の開口端面３３ａに当接している。

図３（ｂ）に示すものでは、カバー本体７１は、第１端面壁部７１ａの外径端から軸方向に外側継手部材３３側に伸びるインロー接合部７１ｄを有するものである。このため、大径部７０に埋設状とされて一体化されている。図３（ｂ）に示すものでは、第１端面壁部７１ａが外側継手部材３３の開口端面３３ａに当接し、インロー接合部７１ｄが、外側継手部材３３の開口部外径部（外周インロー部３３ｂ）に当接する。

図３（ａ）（ｂ）に示すシールカバー６０では、大径部７０の外径面の周方向凹溝７３が形成され、この周方向凹溝７３にバンド部材７４が嵌合されてこのバンド部材７４を締め付けることによって、大径部７０が外側継手部材３３に装着される。なお、バンド部材７４としては、一般的な等速自在継手に付設されるブーツを締め付けために用いる既存の種々のタイプのものを使用できる。

このように、図３（ａ）（ｂ）に示すシールカバー６０では、バンド部材７４の締め付けにてシールカバー６０を固定するものであるので、バンド部材７４を緩めることによって、シールカバー６０を外側継手部材から取り外すことができる。すなわち、このシール構造の着脱を容易に行うことができ、メンテナンスや交換作業に優れるものとなる。特に、図３（ｂ）に示すものでは、外側継手部材３３の開口端面３３ａ及び外周インロー部３３ｂに、金属又は樹脂製の硬質部材が当接するものであるので、回転膨張をより安定して抑制することができ、より高速回転に対応できる。

次に、図４はシールリング６１の変形例を示す。図４（ａ）では、図１と図２に示すシールリング６１に対して、その外径面中央部に周方向スリット７５が設けられたものである。また、図４（ｂ）〜（ｅ）は、ＣＲ（クロロプレン）系ゴム等から構成される一対のゴムリング７６，７６を用いたものである。

図４（ｂ）では、一対のシールカバー６０の各第２端面壁部６３ｃの内径端部に、それぞれゴムリング７６，７６が付設されている。そして、各ゴムリング７６，７６の内径面がスペーサ４５の外径面に接触乃至圧接している。

図４（ｃ）では、一対のゴムリング７６，７６間に、弾性部材８０としてのゴムスポンジ７７が介在されている。そして、各ゴムリング７６，７６の内径面、及びゴムスポンジ７７の内径面がスペーサ４５の外径面に接触乃至圧接している。ここで、ゴムスポンジとは、原料ゴム（天然ゴム、合成ゴム）に有機発泡剤、架橋剤、軟化剤、補強剤を練り込み、密閉された型内で加硫を行いながら発泡剤の分解により独立した気泡ゴムスポンジである。

図４（ｄ）では、一対のゴムリング７６，７６間に弾性部材８０としてのバネ部材（コイルバネ）７８が介在されている。また、図４（ｅ）では、一対のゴムリング７６，７６間に弾性部材８０としての蛇腹部材７９を介在させている。なお、蛇腹部材７９は樹脂系材料を使用している。

図４（ａ）〜（ｅ）に示すシールリング６１でも、芯ずれ、軸方向の変位を吸収することができて、シール機能を有効に発揮できる。特に、図４（ｄ）（ｅ）では、偏心量が大きく高速回転の場合にフレキシブルにより安定して追従することができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、ゴムリングとして、ＣＲ系ゴムに限るものではなく、使用環境に応じて、ＮＢＲ（ニトリルゴム）やＳＩ（シリコン）ゴム等を用いたものであってもよい。また、シールカバーに用いる金属としては、Ｆｅ(鉄),Ａｌ(アルミニウム)等であり、樹脂としては、熱可塑性ポリエステル系エラストマー:ＴＥ(ＰＥＥＳＴ)等である。

軸継手の摺動式等速自在継手としては、前記実施形態では、ダブルオフセット型であったが、これに限るものではなく、クロスグルーブ型やトリポード型等の摺動式等速自在継手であってもよい。なお、図４においては、シールカバーとして、図１に示すものを示したが、図３（ａ）（ｂ）に示すようなシールカバー７０であってもよい。

３０ 軸部材
３３ 外側継手部材
３６ 内側継手部材
４０ 軸本体
５９ ゴムリング
６０ シールカバー
６１ シールリング
６２ 大径部
６３ カバー本体
７４ バンド部材
７６ ゴムリング
８０ 弾性部材
１０１，１０２ 摺動式等速自在継手

Claims (8)

1. 一対の摺動式等速自在継手がその内側継手部材の軸孔に嵌入される軸部材を介して連結されてなる軸継手における継手間の隙間を密封するシール構造であって、
   各摺動式等速自在継手の外側継手部材の開口部に装着される一対のシールカバーと、一対のシールカバーの内径端部に付設されて軸部材の軸方向中央部の外周側をシールするシールリングとを備え、シールカバーはその少なくとも外側継手部材との装着部位以外が硬質部材からなるとともに、シールリングは弾性を有することを特徴とするシール構造。
2. 軸部材は、軸本体と、この軸本体の軸方向中央部に外嵌されて一対の内側継手部材間に配設されるスペーサとを有し、前記シールリングはこのスペーサの外周面に接触乃至圧接することを特徴とする請求項１に記載のシール構造。
3. シールカバーは全体が硬質部材からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシール構造。
4. シールカバーは、外側継手部材の開口部の外径部に外嵌される大径部と、この大径部から内径側へ延びるカバー本体とを有し、前記大径部をゴム材から構成するとともに、カバー本体が硬質部材から構成し、外径側からのバンド部材の締め付けにてこの大径部を外側継手部材の開口部の外径部に固定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシール構造。
5. シールリングは、一対のシールカバーの内径端部間に介装されるゴムリングからなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１に記載のシール構造。
6. シールリングは、一対のシールカバーの内径端部の相対向面にそれぞれ付設される一対のゴムリングからなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１に記載のシール構造。
7. シールリングは、一対のシールカバーの内径端部の相対向面にそれぞれ付設される一対のゴムリングと、一対のゴムリング間に介在される弾性部材とで構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１に記載のシール構造。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１に記載のシール構造を一対の摺動式等速自在継手の間に設けたカップリング装置。

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