JP2017155907A - 等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 劣悪な環境下においても、高速回転の使用に有効で長期間の安定したシール性を確保する。【解決手段】 開口端部２４を有する外側継手部材１５と、その外側継手部材１５との間でボール１７を介して角度変位および軸方向変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材１６とからなる一対の軸継手部１１，１２を備え、軸継手部１１，１２の両内側継手部材１６をシャフト１３で連結し、両外側継手部材１５の開口端部２４間にシール部１４を設けた等速自在継手であって、シール部１４は、外側継手部材１５の開口端部２４の外周面に取り付けられた筒状端部３１と、一方の筒状端部３１と他方の筒状端部３１とを繋ぐ蛇腹部３２とからなる薄板金属製の蛇腹状ブーツ３３で構成されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば製紙設備や鉄鋼設備などの各種産業機械の動力伝達機構として、劣悪な環境下で使用される等速自在継手に関する。

例えば、製紙設備や鉄鋼設備などの各種産業機械の動力伝達機構として、駆動軸と従動軸とを連結する軸継手（カップリング）が使用される。この軸継手には、軸芯のずれがあっても、駆動軸と従動軸との間で回転トルクを等速で伝達し得る等速自在継手がある。

この種の等速自在継手には、従来、摺動式であるダブルオフセット型（ＤＯＪ）を利用した等速自在継手がある（例えば、非特許文献１参照）。

この非特許文献１で開示された等速自在継手は、図８に示すように、一対の軸継手部１１１，１１２をシャフト１１３で連結した構造を具備する。それぞれの軸継手部１１１，１１２は、外側継手部材１１５、内側継手部材１１６、ボール１１７およびケージ１１８で主要部が構成されている。

外側継手部材１１５は、軸方向に延びる直線状トラック溝１１９が内周面１２０の円周方向複数箇所に等間隔で形成されている。内側継手部材１１６は、外側継手部材１１５のトラック溝１１９と対をなして軸方向に延びる直線状トラック溝１２１が外周面１２２の円周方向複数箇所に等間隔で形成されている。

ボール１１７は、外側継手部材１１５のトラック溝１１９と内側継手部材１１６のトラック溝１２１との間に配されて回転トルクを伝達する。ケージ１１８は、外側継手部材１１５の内周面１２０と内側継手部材１１６の外周面１２２との間に介在してボール１１７を保持する。

この等速自在継手では、継手内部に封入されたグリース等の潤滑剤の漏洩を防止すると共に継手外部からの粉塵等の異物や水の侵入を防止するためのシール部１１４を具備する。シール部１１４は、従来、ゴムや樹脂製のブーツ１３３で構成されている。

ブーツ１３３は、外側継手部材１１５の外周面にブーツバンドにより締め付け固定された筒状端部１３１と、一方の筒状端部１３１と他方の筒状端部１３１とを繋ぐ伸縮自在な蛇腹部１３２とで構成されている。

ＮＴＮ（株）カタログ「等速ジョイント産業機械用」ＣＡＴ．Ｎｏ．５６０３−Ｖ／Ｊ（第１０〜１１頁参照）

ところで、非特許文献１で開示された等速自在継手は、例えば鉄鋼設備などで各種産業機械の動力伝達機構として使用される。その使用環境は、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雰囲気である。

そのため、前述したゴムや樹脂製のブーツ１３３でシール部１１４を構成した場合、ブーツ１３３が劣化し易く、シール性能および耐久性能の低下により、ブーツ交換が必要であった。

また、高速回転条件下で使用される等速自在継手において、剛性が小さいゴムや樹脂製のブーツ１３３では遠心力により回転膨張が発生する。ゴムや樹脂製のブーツ１３３の塑性変形領域を超える回転膨張が発生すると、ブーツ１３３が損傷するおそれがある。

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、劣悪な環境下においても、高速回転の使用に有効で長期間の安定したシール性を確保し得る等速自在継手を提供することにある。

本発明に係る等速自在継手は、開口端部を有する外側継手部材と、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からなる一対の軸継手部を備え、軸継手部の両内側継手部材を軸部材で連結し、両外側継手部材の開口端部間にシール部を設けた構造を具備する。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明におけるシール部は、外側継手部材の開口端部の外周面に取り付けられた筒状端部と、一方の筒状端部と他方の筒状端部とを繋ぐ蛇腹部とからなる薄板金属製の蛇腹状ブーツで構成されていることを特徴とする。

本発明では、薄板金属製の蛇腹状ブーツを使用したことにより、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の使用であっても、ブーツの劣化を抑制することができる。このブーツ劣化の抑制により、シール性能および耐久性の低下を防止することができる。

また、高速回転条件下での使用であっても、剛性が大きい薄板金属製のブーツであるため、遠心力によって回転膨張が発生することを抑制できる。この回転膨張の発生を抑制することにより、ブーツの損傷を未然に防止できる。

本発明において、蛇腹状ブーツの筒状端部を加締めて外側継手部材の外周面にＯリングを介して固定した構造が望ましい。このような構造を採用すれば、外側継手部材へのブーツの取り付けが簡易となり、シール性の確保も容易となる。

本発明において、蛇腹状ブーツの筒状端部を溶接により外側継手部材の外周面に固定した構造が望ましい。このような構造を採用すれば、ブーツを外側継手部材に強固に取り付けることができ、シール性の確保も容易となる。

本発明における蛇腹状ブーツは、複数の波形リング体を溶接で連結することにより構成されていることが望ましい。このような構造を採用すれば、一体成形加工に限らず、溶接加工によってもブーツを容易に製作することが可能となる。

本発明によれば、薄板金属製の蛇腹状ブーツを使用したことにより、劣悪な環境下での使用であっても、ブーツの劣化を抑制することができ、シール性能および耐久性の向上が図れる。また、高速回転条件下での使用であっても、遠心力による回転膨張の発生を抑制できるので、ブーツの損傷を防止できる。

その結果、高温雰囲気で劣悪な環境下においても、高速回転の使用に有効で安定したシール性を確保できる長寿命の等速自在継手を提供できる。

本発明の実施形態で、一対の軸継手部を摺動式とした等速自在継手を示す断面図である。 ブーツを加締めにより固定した状態を示す部分拡大断面図である。 ブーツを溶接により固定した状態を示す部分拡大断面図である。 ブーツの一例を示す部分拡大断面図である。 ブーツの他例を示す部分拡大断面図である。 本発明の他の実施形態で、一方の軸継手部を摺動式とし、他方の軸継手部を固定式とした等速自在継手を示す断面図である。 本発明の他の実施形態で、一対の軸継手部を固定式とした等速自在継手を示す断面図である。 従来の等速自在継手を示す断面図である。

本発明に係る等速自在継手の実施形態を図面に基づいて以下に詳述する。

以下の実施形態では、駆動側と従動側の二軸間で角度変位および軸方向変位の両方を許容する摺動式の一つであるダブルオフセット型（ＤＯＪ）を例示するが、他の摺動式であるトリポード型（ＴＪ）やクロスグルーブ型（ＬＪ）にも適用可能である。

この実施形態では、例えば、製紙設備や鉄鋼設備などの各種産業機械の動力伝達機構として、駆動軸と従動軸とを連結する軸継手（カップリング）である等速自在継手を例示する。この等速自在継手は、軸芯のずれ（等速自在継手の作動角が最大許容角度５°）があっても、駆動軸と従動軸との間で回転トルクを等速で伝達する。

図１は、作動角０°の状態にある等速自在継手を示す。同図に示す等速自在継手は、外側継手部材１５、内側継手部材１６、トルク伝達部材であるボール１７、およびケージ１８からなる一対の軸継手部１１，１２で主要部が構成され、一対の軸継手部１１，１２を軸部材である短軸のシャフト１３で連結し、一対の軸継手部１１，１２間にシール部１４を設けた構造を具備する。

一対の軸継手部１１，１２を構成する外側継手部材１５、内側継手部材１６、ボール１７およびケージ１８については、一方の軸継手部１１と他方の軸継手部１２とで同一構造であるため、一方の軸継手部１１と他方の軸継手部１２を共通して以下に詳述する。

外側継手部材１５は、筒状をなし、軸方向に延びる直線状トラック溝１９が内周面２０の円周方向複数箇所に等間隔で形成されている。内側継手部材１６は、外側継手部材１５のトラック溝１９と対をなして軸方向に延びる直線状トラック溝２１が外周面２２の円周方向複数箇所に等間隔で形成されている。

ボール１７は、外側継手部材１５のトラック溝１９と内側継手部材１６のトラック溝２１との間に配されて回転トルクを伝達する。ボール１７の数は、６個、８個あるいはそれ以外でもよく、その個数は任意である。ケージ１８は、外側継手部材１５の内周面２０と内側継手部材１６の外周面２２との間に介在してボール１７を保持する。

外側継手部材１５の軸方向外側に位置する開口端部には、フランジ２３が一体的に形成されている。このフランジ２３に駆動軸および従動軸がねじ止め等により同軸的に連結される。

外側継手部材１５の軸方向内側に位置する開口端部２４の内周面には、環状の凹溝２５が形成され、その凹溝２５に止め輪２６が嵌着されている。この止め輪２６により、内側継手部材１６、ボール１７およびケージ１８からなる内部部品のスライドオーバーを防止している。

シャフト１３は、内側継手部材１６の軸孔２７に圧入することによりスプライン嵌合でもってトルク伝達可能に内側継手部材１６に結合されている。シャフト１３は、内側継手部材１６の軸孔２７の両端開口部で止め輪２８，２９により内側継手部材１６に対して抜け止めされている。

以上の構成からなる等速自在継手において、一対の軸継手部１１，１２間に軸芯ずれが生じて作動角（外側継手部材１５に対するシャフト１３の角度変位）が付与されると、ケージ１８で保持されたボール１７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、継手の等速性が確保される。

この等速自在継手では、内側継手部材１６、ボール１７およびケージ１８からなる内部部品が外側継手部材１５の内部で軸方向にスライド可能である。一対の軸継手部１１，１２間に軸芯ずれが生じて作動角が付与された場合、軸継手部１１，１２の内部部品が軸方向にスライドすることで、一対の軸継手部１１，１２間の軸方向変位を許容する。

この実施形態の等速自在継手は、継手内部に封入されたグリース等の潤滑剤の漏洩を防止すると共に継手外部からの異物侵入を防止するため、一対の軸継手部１１，１２間にシール部１４を設けた構造を具備する。このシール部１４により、一方の軸継手部１１と他方の軸継手部１２とで対向する外側継手部材１５の開口端部２４を閉塞している。

このシール部１４により、外側継手部材１５に対してシャフト１３が作動角をとりながら一対の軸継手部１１，１２が回転する動作時において、継手内部の摺動部位、つまり、外側継手部材１５、内側継手部材１６、ボール１７およびケージ１８で構成される摺動部位での潤滑性を確保するようにしている。

シール部１４は、外側継手部材１５の開口端部２４の外周面に取り付けられた筒状端部３１と、一方の筒状端部３１と他方の筒状端部３１とを繋ぐ蛇腹部３２とが一体的に形成された薄板金属製の蛇腹状ブーツ３３で構成されている。つまり、ブーツ３３は、一方の軸継手部１１の外側継手部材１５と他方の軸継手部１２の外側継手部材１５との間に張設されている。

このブーツ３３を構成する薄板金属としては、安価なＳＵＳ材、耐食性（特に耐海水性）に優れたニッケル銅合金材、耐食性（特に耐アルカリ性）に優れた純ニッケル材、および耐熱性（高温から極低温）や高温耐食性に優れた耐食耐熱超合金材などの素材を使用することが好ましい。

また、ブーツ３３を構成する薄板金属の厚みは、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度が好ましい。この薄板金属の厚みが０．１ｍｍよりも小さいと、高速回転時の遠心力により、ブーツ３３の塑性変形領域を超える回転膨張が発生する等、ブーツ３３の強度が低下するおそれがある。逆に、薄板金属の厚みが０．３ｍｍよりも大きいと、一対の軸継手部１１，１２間に軸芯ずれが生じて作動角をとった時にブーツ３３が変形し難くなり、良好な可撓性を確保することが困難となる。

以上の構成を具備したブーツ３３の外側継手部材１５への取り付けは、図２に示す構造あるいは図３に示す構造が有効である。

図２に示すように、外側継手部材１５の開口端部２４の外周面に環状の凹溝３４を形成し、ブーツ３３の筒状端部３１をローリング加締め等により凹溝３４に嵌合させる。また、外側継手部材１５の開口端部２４の外周面に環状の凹溝３５を形成し、この凹溝３５にＯリング３６を嵌合させてブーツ３３の筒状端部３１の内周面との間で密封する。

このように、ブーツ３３の筒状端部３１を外側継手部材１５の開口端部２４に加締めで固定したことにより、外側継手部材１５へのブーツ３３の取り付けが簡易となる、また、外側継手部材１５の開口端部２４とブーツ３３の筒状端部３１との間にＯリング３６を介在させたことにより、シール性の確保も容易となる。

前述では、ブーツ３３の筒状端部３１を加締め構造で固定した場合を例示したが、図３に示すような構造であってもよい。つまり、図３に示すように、ブーツ３３の筒状端部３１を溶接３７により外側継手部材１５の外周面に固定する。この溶接構造では、前述の加締め構造で使用するＯリング３６（図２参照）が不要である。

このように、ブーツ３３の筒状端部３１を溶接３７で外側継手部材１５の開口端部２４に固定することにより、ブーツ３３の筒状端部３１を外側継手部材１５の開口端部２４に強固に取り付けることができ、シール性の確保も容易となる。

なお、溶接は、アーク溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接などのいずれであってもよいが、薄板金属製のブーツ３３を溶接するにはレーザ溶接が好適である。

また、この実施形態では、図４に示すように、筒状端部３１と蛇腹部３２とを一体的に形成したブーツ３３を例示したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、図５に示すように、複数の波形リング体３８を溶接３９で連結することにより、軸方向に延びて蛇腹状に成形したブーツ４０を採用することも可能である。

以上の構成からなる等速自在継手の使用環境では、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雰囲気がある。このような劣悪環境下であっても、この実施形態の等速自在継手では、薄板金属製の蛇腹状ブーツ３３を使用したことにより、ブーツ３３の劣化を抑制することができる。このブーツ劣化の抑制により、シール性能および耐久性の向上が図れる。

また、この実施形態の等速自在継手では、高速回転条件下での使用であっても、剛性が大きい薄板金属製のブーツ３３であるため、遠心力によって回転膨張が発生することを抑制できる。この回転膨張の発生を抑制することにより、ブーツ３３の損傷を未然に防止できる。

その結果、高温雰囲気で劣悪な環境下においても、高速回転の使用に有効で安定したシール性を確保した長寿命の等速自在継手を実現することができる。

以上の実施形態では、一対の軸継手部１１，１２を摺動式（ダブルオフセット型）とした等速自在継手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、一対の軸継手部１１，１２の少なくとも一方を、駆動側と従動側の二軸間で角度変位のみを許容する固定式とすることも可能である。

また、以下の実施形態では、固定式の一つであるツェッパ型（ＢＪ）を例示するが、他の固定式として、アンダーカットフリー型（ＵＪ）であってもよい。

図６は、一方の軸継手部１１を摺動式とし、他方の軸継手部１２を固定式とした等速自在継手を例示し、図７は、一対の軸継手部１１，１２を固定式とした等速自在継手を例示する。図６および図７において、図１と同一部分には同一参照符号を付し、その構成および作用効果について重複説明は省略する。

図６の等速自在継手における他方の軸継手部１２と、図７の等速自在継手における一対の軸継手部１１，１２とは、外側継手部材４５、内側継手部材４６、ボール４７およびケージ４８で主要部が構成されている。

外側継手部材４５は、筒状をなし、軸方向に延びる円弧状トラック溝４９が内周面５０の円周方向複数箇所に等間隔で形成されている。また、内側継手部材４６は、外側継手部材４５のトラック溝４９と対をなして軸方向に延びる円弧状トラック溝５１が外周面５２の円周方向複数箇所に等間隔で形成されている。

ボール４７は、外側継手部材４５のトラック溝４９と内側継手部材４６のトラック溝５１との間に配されて回転トルクを伝達する。また、ケージ４８は、外側継手部材４５の内周面５０と内側継手部材４６の外周面５２との間に介在してボール４７を保持する。

一対の軸継手部１１，１２間に軸芯ずれが生じて作動角が付与された場合、図６の等速自在継手では、一方の軸継手部１１の内部部品が軸方向にスライドすることで、一対の軸継手部１１，１２間の軸方向変位を許容する。

また、図７の等速自在継手では、一方の軸継手部１１において、内側継手部材４６とシャフト１３との間に止め輪２８，２９を装着せずに内側継手部材４６とシャフト１３とのスプライン嵌合で、一対の軸継手部１１，１２間の軸方向変位を許容する。

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。

１１，１２ 軸継手部
１３ 軸部材（シャフト）
１４ シール部
１５ 外側継手部材
１６ 内側継手部材
１７ トルク伝達部材（ボール）
２４ 開口端部
３１ 筒状端部
３２ 蛇腹部
３３ ブーツ
３６ Ｏリング

Claims (4)

1. 開口端部を有する外側継手部材と、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からなる一対の軸継手部を備え、前記軸継手部の両内側継手部材を軸部材で連結し、両外側継手部材の開口端部間にシール部を設けた等速自在継手であって、
   前記シール部は、前記外側継手部材の開口端部の外周面に取り付けられた筒状端部と、一方の前記筒状端部と他方の筒状端部とを繋ぐ蛇腹部とからなる薄板金属製の蛇腹状ブーツで構成されていることを特徴とする等速自在継手。
2. 前記蛇腹状ブーツの筒状端部を加締めて前記外側継手部材の外周面にＯリングを介して固定した請求項１に記載の等速自在継手。
3. 前記蛇腹状ブーツの筒状端部を溶接により前記外側継手部材の外周面に固定した請求項１に記載の等速自在継手。
4. 前記蛇腹状ブーツは、複数の波形リング体を溶接で連結することにより構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の等速自在継手。

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