JP2018003990A

JP2018003990A - 摺動式等速自在継手

Info

Publication number: JP2018003990A
Application number: JP2016133398A
Authority: JP
Inventors: 博幸松岡; Hiroyuki Matsuoka
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2016-07-05
Filing date: 2016-07-05
Publication date: 2018-01-11
Anticipated expiration: 2036-07-05
Also published as: JP6901242B2

Abstract

【課題】外側継手部材の内部空間からブーツの内部空間への潤滑剤の流出を防止し、ブーツの高速回転性能を向上させる。【解決手段】有底筒状の外側継手部材１４と、その外側継手部材１４との間でボール１６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１５とからなる一対の軸継手部１１，１２を備え、軸継手部１１，１２の内側継手部材１５をシャフト１３で連結し、外側継手部材１４とシャフト１３との間にブーツ３１を装着した摺動式等速自在継手であって、内側継手部材１５の軸方向変位により、一方の軸継手部１１におけるボール１６および内側継手部材１５が外側継手部材１４から突出することなく、他方の軸継手部１２における外側継手部材１４の底部２４と当接可能な凸部３６を有するプレート２７を、外側継手部材１４の底部２４と対向させて配置する。【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の動力伝達機構として使用され、継手内部に封入された潤滑剤のシール構造を備えた摺動式等速自在継手に関する。

例えば、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等速自在継手が使用される。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）を利用したものがある（例えば、特許文献１参照）。

従来の等速自在継手は、図４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１１４、内側継手部材１１５、ボール１１６およびケージ１１７で主要部が構成されている。この等速自在継手では、一対の軸継手部１１１，１１２間で軸芯ずれがあっても、駆動軸と従動軸との間で回転トルクを等速で伝達する。

外側継手部材１１４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１１５は、外側継手部材１１４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１１６は、外側継手部材１１４のトラック溝１１９と内側継手部材１１５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１１７は、外側継手部材１１４の内周面１２０と内側継手部材１１５の外周面１２２との間に介在してボール１１６を保持する。

以上の構成からなる等速自在継手において、図５に示すように、一対の軸継手部１１１，１１２間に軸芯ずれが生じて作動角が付与されると、内側継手部材１１５と外側継手部材１１４との間でボール１１６を介して角度変位および軸方向変位を許容しながら回転トルクが伝達される。この時、内側継手部材１１５、ボール１１６およびケージ１１７からなる内部部品１１８が外側継手部材１１４の内部で軸方向に摺動可能となっている。

この等速自在継手は、一対の軸継手部１１１，１１２において、継手内部に封入されたグリース等の潤滑剤１２８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構造を具備する。

シール構造は、大径端部１２９と小径端部１３０を有して中間でＵ字状に折り返した形状をなすゴム製のブーツ１３１と、外側継手部材１１４の開口部１３２に取り付けられて軸方向に張り出した筒状をなす金属製の固定板１３３とで構成されている。ブーツ１３１は、大径端部１２９を固定板１３３に固定すると共に小径端部１３０をシャフト１１３に固定することで、外側継手部材１１４とシャフト１１３との間に装着されている。

特開２０１２−２４１８８２号公報

ところで、従来の等速自在継手では、軸継手部１１１，１１２の外側継手部材１１４の内部空間ｐに潤滑材１２８を封入することにより、外側継手部材１１４に対してシャフト１１３が作動角をとりながら軸継手部１１１，１１２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１１４、内側継手部材１１５、ボール１１６およびケージ１１７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。

一方、この等速自在継手において、一対の軸継手部１１１，１１２間に軸芯ずれが生じて作動角が付与されると、内側継手部材１１５、ボール１１６およびケージ１１７からなる内部部品１１８が外側継手部材１１４の内部で軸方向に摺動する。この内部部品１１８の摺動時、図５に示すように、図示左側に位置する軸継手部１１１のボール１１６が固定板１３３に当接することにより、内部部品１１８およびシャフト１１３の軸方向変位が規制される。

この時、外側継手部材１１４の内部空間ｐに封入された潤滑剤１２８がブーツ１３１の内部空間ｑに流出する。このブーツ１３１の内部空間ｑへの潤滑剤１２８の流出により、図６に示すように、その潤滑剤１２８が高速回転による遠心力の作用でブーツ１３１を軸方向に押し出して反転させてしまう。

このように、剛性が小さいゴム製のブーツ１３１で回転膨張が発生する。その結果、ブーツ１３１の塑性変形を超える回転膨張の発生により、ブーツ１３１が損傷するおそれがある。

また、前述したように、外側継手部材１１４の内部空間ｐからブーツ１３１の内部空間ｑへ潤滑剤１２８が流出し易いと、外側継手部材１１４の内部空間ｐに存在する潤滑剤１２８を確保するために、外側継手部材１１４の内部空間ｐに潤滑剤１２８を予め多めに封入する必要がある。その結果、潤滑剤１２８の封入量が増大することになる。

そこで、本発明は前述の改善点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、外側継手部材の内部空間からブーツの内部空間への潤滑剤の流出を防止し、ブーツの高速回転性能を向上させ得る摺動式等速自在継手を提供することにある。

本発明に係る摺動式等速自在継手は、有底筒状の外側継手部材と、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とからなる一対の軸継手部を備え、その軸継手部の内側継手部材を軸部材で連結し、外側継手部材と軸部材との間にブーツを装着した構造を具備する。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、内側継手部材の軸方向変位により、一方の軸継手部におけるトルク伝達部材および内側継手部材が外側継手部材から突出することなく、他方の軸継手部における外側継手部材の底部と当接可能な変位規制部を、外側継手部材の底部と対向させて配置したことを特徴とする。

本発明では、内側継手部材の軸方向変位時、他方の軸継手部に設けられた変位規制部が外側継手部材の底部と当接することにより、内側継手部材の軸方向変位を規制する。この変位規制部による軸方向変位の規制でもって、一方の軸継手部におけるトルク伝達部材および内側継手部材が外側継手部材から突出することはない。

このように、トルク伝達部材および内側継手部材が外側継手部材から突出しないことから、その外側継手部材の内部空間に封入された潤滑剤がブーツの内部空間に流出することを抑制できる。その結果、潤滑剤が高速回転による遠心力の作用でブーツを反転させる回転膨張を回避することができるので、ブーツの損傷を未然に防止することができ、ブーツの高速回転性能の向上が図れる。

本発明における変位規制部は、軸方向に突出して外側継手部材の底部と当接可能な凸部を有するプレートを、内側継手部材から露呈する軸部材の端部に取り付けた構造が望ましい。

このような構造を採用すれば、内側継手部材の軸方向変位時、他方の軸継手部に設けられたプレートの凸部が外側継手部材の底部と当接することにより、このプレートの凸部による内側継手部材の軸方向変位の規制でもって、一方の軸継手部におけるトルク伝達部材および内側継手部材が外側継手部材から突出しないようにすることが容易となる。

本発明において、プレートの外周端部を内側継手部材の端面に係止させた構造が望ましい。

このような構造を採用すれば、プレートの外周端部を内側継手部材の端面に係止させることで、内側継手部材に対して軸部材を抜け止めすることができる。

本発明において、外側継手部材の開口部を閉塞する仕切り板を、外側継手部材の内部空間とブーツの内部空間との間に配設した構造が望ましい。

このような構造を採用すれば、仕切り板により、外側継手部材の内部空間に封入された潤滑剤がブーツの内部空間に流出することを確実に阻止できる。その結果、高速回転時におけるブーツの回転膨張を確実に回避できるので、ブーツにおける高速回転性能をより一層向上させることができる。

本発明によれば、内側継手部材の軸方向変位時、他方の軸継手部に設けられた変位規制部が外側継手部材の底部と当接することにより、この変位規制部による内側継手部材の軸方向変位の規制でもって、一方の軸継手部におけるトルク伝達部材および内側継手部材が外側継手部材から突出しない。このことから、外側継手部材の内部空間に封入された潤滑剤がブーツの内部空間に流出することを抑制できる。また、潤滑材の封入量を削減することも可能となる。

また、潤滑剤が高速回転による遠心力の作用でブーツを反転させる回転膨張を回避することができるので、ブーツの損傷を未然に防止することができ、ブーツの高速回転性能の向上が図れる。その結果、外側継手部材の内部空間での潤滑性が改善され、高速回転の使用に有効で安定したシール性を確保でき、長寿命で耐久性に優れた摺動式等速自在継手を提供できる。

本発明の実施形態で、一対の軸継手部を具備した摺動式等速自在継手の全体構成を示す断面図である。図１の摺動式等速自在継手において、一対の軸継手部の軸芯ずれにより作動角をとった状態を示す断面図である。（Ａ）は図１の仕切り板を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）の側面図である。従来の摺動式等速自在継手の全体構成を示す断面図である。図４の摺動式等速自在継手において、一対の軸継手部の軸芯ずれにより作動角をとった状態を示す断面図である。図５の摺動式等速自在継手において、一方の軸継手部でブーツが反転した状態を示す断面図である。

本発明に係る摺動式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。

この実施形態では、例えば、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摺動式等速自在継手（以下、単に等速自在継手と称す）を例示する。この等速自在継手は、一対の軸継手部を備え、一対の軸継手部間で軸芯ずれがあっても、駆動軸と従動軸との間で回転トルクを等速で伝達する。

以下の実施形態では、駆動軸と従動軸との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。

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、有底筒状の外側継手部材１４、内側継手部材１５、トルク伝達部材であるボール１６、およびケージ１７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を軸部材であるシャフト１３で連結した構造を具備する。各軸継手部１１，１２は、内側継手部材１５、ボール１６およびケージ１７からなる内部部品１８が外側継手部材１４の内部空間ｍに軸方向摺動自在に収容されている。

一対の軸継手部１１，１２を構成する外側継手部材１４、内側継手部材１５、ボール１６およびケージ１７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１４は、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１５は、外側継手部材１４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１６は、外側継手部材１４のトラック溝１９と内側継手部材１５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１６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１７は、外側継手部材１４の内周面２０と内側継手部材１５の外周面２２との間に介在してボール１６を保持する。

外側継手部材１４は筒状をなし、その軸方向外側に位置する端部には、フランジ２３が溶接などにより一体的に取り付けられている。このフランジ２３が外側継手部材１４の底部２４を構成している。なお、フランジ２３に駆動軸および従動軸（図示せず）がねじ止め等により同軸的に連結される。

シャフト１３は、内側継手部材１５の軸孔２５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１５に結合されている。シャフト１３は、内側継手部材１５の軸孔２５から露呈する軸端部２６にプレート２７がねじ止めにより取り付けられている。

このようにして、プレート２７は、外側継手部材１４の底部２４と対向して配置されている。このプレート２７の外周端部４０を内側継手部材１５の奥側端面４１に係止させることにより、シャフト１３が内側継手部材１５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１４に対するシャフト１３の角度変位）が付与されると、ケージ１７で保持されたボール１６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１５、ボール１６およびケージ１７からなる内部部品１８が外側継手部材１４の内部で軸方向に摺動可能である。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１８が軸方向に摺動することで、一対の軸継手部１１，１２間で内部部品１８およびシャフト１３の軸方向変位を許容する。

この等速自在継手では、軸継手部１１，１２の外側継手部材１４の内部空間ｍに潤滑剤２８を封入することにより、外側継手部材１４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１４、内側継手部材１５、ボール１６およびケージ１７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。

この等速自在継手は、一対の軸継手部１１，１２において、継手内部に封入されたグリース等の潤滑剤２８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構造を具備する。

このシール構造は、大径端部２９と小径端部３０を有して中間でＵ字状に折り返した形状をなすゴム製のブーツ３１と、外側継手部材１４の開口部３２にねじ止めにより取り付けられて軸方向に張り出した筒状をなす金属製の固定板３３とで構成されている。なお、ブーツ３１の材質としては、天然ゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、シリコーンゴム等の各種ゴムが適用可能である。

ブーツ３１は、大径端部２９を固定板３３の外周面にブーツバンド３４により締め付け固定すると共に、小径端部３０をシャフト１３の外周面にブーツバンド３５により締め付け固定することにより、外側継手部材１４とシャフト１３との間に装着されている。

以上の構成からなる実施形態の等速自在継手において、図１に示すように、内側継手部材１５に対してシャフト１３を抜け止めするためのプレート２７の外側端面に、軸方向に突出して外側継手部材１４の底部２４に当接可能な変位規制部である凸部３６を形成している。

ここで、図２に示すように、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１８が軸方向に摺動することで、一対の軸継手部１１，１２間で内部部品１８およびシャフト１３の軸方向変位を許容する。この時、図示右側に位置する一方の軸継手部１２におけるプレート２７の凸部３６が外側継手部材１４の底部２４と当接することにより、内部部品１８の軸方向変位を規制する。

このプレート２７の凸部３６による内部部品１８の軸方向変位の規制により、図示左側に位置する他方の軸継手部１１における内部部品１８、つまり、内側継手部材１５、ボール１６およびケージ１７のすべてが外側継手部材１４の開口部３２から突出しないようにしている。

外側継手部材１４の内部に封入された潤滑剤２８は、外側継手部材１４のトラック溝１９と内側継手部材１５のトラック溝２１との間を含む内部空間ｍに存在する。このことから、内部部品１８が外側継手部材１４から突出しないことにより、内部部品１８であるボール１６によりトラック溝１９，２１間の潤滑剤２８が高速回転による遠心力の作用で押し出されることがない。

そのため、外側継手部材１４の内部空間ｍに封入された潤滑剤２８がブーツ３１の内部空間ｎに流出することを抑制できる。その結果、潤滑剤２８が高速回転による遠心力の作用で、剛性が小さいゴム製のブーツ３１を反転させる回転膨張を回避できる。このようにして、ブーツ３１の塑性変形を超える回転膨張を回避できることで、ブーツ３１の損傷を未然に防止することができ、ブーツ３１の高速回転性能の向上が図れる。

また、外側継手部材１４の内部空間ｍからブーツ３１の内部空間ｎへ潤滑剤２８が流出し難くなることから、外側継手部材１４の内部空間ｍに存在する潤滑剤２８を確保することが容易となり、外側継手部材１４の内部空間ｍに予め封入する潤滑材２８の封入量を削減できる。

以上のようにして、外側継手部材１４の内部空間ｍに潤滑剤２８を確保することが容易であることから、外側継手部材１４の内部空間ｍでの潤滑性が改善され、回転膨張しないブーツ３１により、高速回転の使用に有効で安定したシール性を確保でき、長寿命で耐久性に優れた等速自在継手を提供できる。

また、この等速自在継手は、図１に示すように、外側継手部材１４の開口部３２を閉塞する仕切り板３７を、外側継手部材１４の内部空間ｍとブーツ３１の内部空間ｎとの間に配設した構造を具備する。仕切り板３７は、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、中央部位にシャフト１３が挿通される貫通孔３８を有すると共に、周縁部位の円周方向複数箇所に固定板３３を取り付けるねじの逃げとして切り欠き３９が形成された形状をなす。

図１に示すように、この仕切り板３７を外側継手部材１４の開口部３２に当接させ、その仕切り板３７の上に固定板３３を被せてねじ止めにより固定する。このようにして、外側継手部材１４の開口部３２と固定板３３とで仕切り板３７を挟み込むことにより、外側継手部材１４の内部空間ｍとブーツ３１の内部空間ｎとの間に仕切り板３７を配置する。

このような構造を採用することにより、図２に示すように、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て、軸継手部１１，１２の内部部品１８が軸方向に摺動する際、仕切り板３７でもって、図示左側に位置する軸継手部１１における外側継手部材１４の内部空間ｍに封入された潤滑剤２８がブーツ３１の内部空間ｎに流出することを確実に阻止できる。

その結果、ブーツ３１の内部空間ｎに潤滑剤２８が存在しないことから、高速回転時におけるブーツ３１の回転膨張を確実に回避できるので、ブーツ３１における高速回転性能をより一層向上させることができる。また、外側継手部材１４の内部空間ｍに予め封入する潤滑材２８の封入量を大幅に削減できる。

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外側継手部材
１５内側継手部材
１６トルク伝達部材（ボール）
２４底部
２７プレート
３１ブーツ
３２開口部
３６変位規制部（凸部）
３７仕切り板
ｍ，ｎ内部空間

Claims

有底筒状の外側継手部材と、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とからなる一対の軸継手部を備え、前記軸継手部の内側継手部材を軸部材で連結し、外側継手部材と前記軸部材との間にブーツを装着した摺動式等速自在継手であって、
前記内側継手部材の軸方向変位により、一方の軸継手部における前記トルク伝達部材および内側継手部材が外側継手部材から突出することなく、他方の軸継手部における外側継手部材の底部と当接可能な変位規制部を、前記外側継手部材の底部と対向させて配置したことを特徴とする摺動式等速自在継手。
前記変位規制部は、軸方向に突出して外側継手部材の底部と当接可能な凸部を有するプレートを、前記内側継手部材から露呈する軸部材の端部に取り付けた構造とした請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
前記プレートの外周端部を内側継手部材の端面に係止させた請求項２に記載の摺動式等速自在継手。
前記外側継手部材の開口部を閉塞する仕切り板を、外側継手部材の内部空間と前記ブーツの内部空間との間に配設した請求項１〜３のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。