JP3587906B2 - 軸連結機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転軸を回転筒に連結する軸連結機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転軸を回転筒に連結する軸連結機構として、圧延ロールのロール軸を圧延機用ユニバーサルジョイントのロールカップリングに設けた嵌合孔に挿入して連結する装置がある。この装置では、圧延ロールの交換時に圧延ロールを簡単に着脱できるように、上記嵌合孔とロール軸との間に隙間を設けた状態で連結する。
ところが、上記装置では、上記隙間に起因する振動によって被圧延物にチャタマークや波打ちが生ずる等の悪影響を及ぼす恐れがある。特に、冷間圧延機のように精度を要求される圧延機では、上記の振動が大きな問題となる。
【０００３】
そこで、図４に示すような、軸連結用の摩擦クラッチが提案されている。この摩擦クラッチ１は、外側部材３と内側部材４との間に円錐形の内周面を有する内部空間５を形成し、この内部空間５内に上記円錐形の軸線方向に移動可能な環状ピストン６を設ける。この環状ピストン６は、圧力媒体によって軸線方向に移動されて、摩擦クラッチ１と軸２との間に半径方向の応力及び摩擦結合を生じさせる。その結果、軸２側の回転トルクが回転体７側に確実に伝達されるのである。また、摩擦クラッチ１と軸２とは摩擦結合によって連結されているので、摩擦クラッチ１と軸２との間には隙間が無く、隙間に起因する振動による不具合は生じないのである。
尚、上記軸２を摩擦クラッチ１から離脱させる場合には、圧力媒体によって環状ピストン６を軸線方向反対側に移動させて、摩擦クラッチ１と軸２との間の摩擦結合を解除する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の摩擦クラッチにおいては、円形断面を有する軸２の周囲に在って略円筒状を有する内側部材４と、回転体７に連結された円錐形の内周面を有する外側部材３との間に、円錐形状の環状ピストン６を嵌合した構造を有している。したがって、軸２の回転トルクは、軸２と内側部材４との間の摩擦力→内側部材４と環状ピストン６との間の摩擦力→環状ピストン６と外側部材３との間の摩擦力によって、外側部材３に伝達される。つまり、上記摩擦クラッチ１は、摩擦クラッチ１を構成する略円筒状を成す各部材間の摩擦力のみによって回転トルクが伝達されるのである。
【０００５】
したがって、上記回転体７の駆動時には、上記各部材間の摩擦力が低下しないように、常時、圧力媒体によって、環状ピストン６を円錐形状の内部空間５内における軸線方向先端側に十分に押し付けておく必要がある。
【０００６】
すなわち、上記摩擦クラッチ１においては、回転体７の駆動時に、何らかの原因で圧力媒体が抜けた場合には、各部材間の摩擦力が低下して回転トルクの伝達機能を果たすことができないという問題がある。
そこで、上記圧力媒体の漏れ防止対策を完全に行おうとすれば、摩擦クラッチ１の圧力媒体に関する構造が複雑になってコストアップとなる。
【０００７】
また、上記摩擦クラッチ１においては、環状ピストン６の軸線方向の位置を特定するために、外側部材３と内側部材４とに、送信シリンダ，受信シリンダ，インジケータおよびセンサー等を備えており、径方向や軸線方向に余分なスペースが必要であって嵩高になるという問題もある。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、圧力媒体が抜けても機能が失われない簡単な構造の軸連結機構を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、平坦面とこの平坦面に連なる円筒状面とで形成された外周面を有する回転軸を,上記回転軸の平坦面に所定傾斜角度で対向する傾斜平面と上記回転軸の円筒状面に所定傾斜角度で対向する円錐状面とで形成された内周面を有する回転筒に挿入した状態で,上記回転軸および回転筒の何れか一方から他方に回転トルクを伝達する軸連結機構であって、上記回転軸の外周面と上記回転筒の内周面との間に形成された軸方向断面円錐状の環状空間内に軸方向に移動可能に挿入されると共に,上記回転筒の上記傾斜平面および円錐状面に当接可能な外周面と上記回転軸の上記平坦面および円筒状面に摺動する内周面とを有するテーパスリーブと、上記テーパスリーブを,圧力媒体によって上記軸方向に駆動する駆動部を備えて、上記テーパスリーブを上記回転軸と回転筒に楔状に嵌合させるようにしたことを特徴としている。
【００１０】
上記構成において、上記回転軸を上記回転筒に装着する場合には、上記回転軸の平坦面と上記回転筒の傾斜平面とが対向するように、上記回転筒内に回転軸が挿入される。さらに、上記回転軸の外周面と上記回転筒との間に形成された環状空間内に、テーパスリーブが軸方向に移動可能なように挿入される。そして、駆動部によって、圧力媒体で上記テーパスリーブが先端方向に駆動されて、上記テーパスリーブの外周面が上記回転筒の内周面に当接される。
こうして、上記テーパスリーブが上記回転軸と回転筒に楔状に嵌合されて、以後の駆動時に、上記回転軸および回転筒間の回転トルクの伝達が振動無く滑らかに行われる。
【００１１】
ここで、上記テーパスリーブの外周面の傾斜角度が上記テーパスリーブと回転筒との摩擦角よりも小さくなるように設定すれば、駆動時に、上記駆動部による圧力媒体の供給を停止しても上記テーパスリーブは抜けることがなく、上記回転軸と回転筒とに密着し続ける。その結果、駆動時に上記圧力媒体が抜けても、上記回転軸と回転筒とに上記平坦面と傾斜平面を設けていることと相俟って、上記回転軸および回転筒間の回転トルクの伝達機能と振動防止機能とは失われない。
【００１２】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の軸連結機構において、上記テーパスリーブは，先端部が上記軸方向に延在する複数のスリットで分割されていることを特徴としている。
【００１３】
上記構成を有することによって、上記駆動部による小さな力で上記テーパスリーブが先端方向に容易に駆動されて、上記テーパスリーブが上記回転軸と回転筒に楔状に嵌合される。
【００１４】
また、請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明の軸連結機構において、上記駆動部は、上記回転軸と回転筒との間に形成された環状室と、上記環状室の内周面と外周面に摺動する環状ピストンと、上記回転筒に設けられて，上記環状室における上記環状ピストンの両側の室に上記圧力媒体を供給する供給路を有することを特徴としている。
【００１５】
上記構成において、上記テーパスリーブを先端方向に駆動して上記回転軸と回転筒とに楔状に嵌合させる際には、上記回転筒に設けられた供給路を介して圧力媒体が上記環状室における上記環状ピストンの一側の室に供給される。そうすると、上記圧力媒体によって上記環状ピストンが押圧されて、上記テーパスリーブが先端方向に移動される。こうして、上記環状のテーパスリーブが、円周方向に均等な力によって滑らかに移動される。
また、請求項４に係わる発明は、請求項１に係わる発明の軸連結機構において、上記テーパスリーブの外周面の傾斜角度は、上記テーパスリーブと回転筒との摩擦角よりも小さくなるように設定されていることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
図１は本実施の形態の軸連結機構における縦断面図であり、図２は横断面図である。
図３は、上記軸連結機構が用いられた圧延機のカップリングにおける一部欠載図である。このカップリングは、駆動軸が連結される駆動側フィッティングヨーク１１、この駆動側フィッティングヨーク１１が一端部に結合された調芯用のユニバーサルジョイント１２、このユニバーサルジョイント１２の他端部に連結されたスプライン軸継手１３、このスプライン軸継手１３が一端部に連結された調芯用のユニバーサルジョイント１４、および、このユニバーサルジョイント１４の他端部に連結された被動側フィッティングヨーク１５を有している。そして、この被動側フィッティングヨーク１５に、圧延ロール１６のロール軸１７が嵌合されるのである。
ここで、本実施の形態における軸連結機構は、ロール軸１７と被動側フィッティングヨーク１５によって概略構成される。
【００１７】
尚、上記スプライン軸継手１３は、ユニバーサルジョイント１２の他端部に連結された駆動側軸体１８と、ユニバーサルジョイント１４に連結されると共に、駆動側軸体１８に対して一体回転可能な被動側軸体１９と、駆動側軸体１８と被動側軸体１９との間に介在されて被動側軸体１９を圧延ロール１６側に付勢するスプリング（図示せず）とで構成される。
【００１８】
図１は、互いに連結された状態の上記ロール軸１７と被動側フィッティングヨーク１５との縦断面図である。また、図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
図１および図２において、上記ロール軸１７の外周面２１は軸に平行に形成されており、互いに対向する一対の平坦面２１ａ，２１ａと互いに対向する一対の円筒状面２１ｂ，２１ｂとを有している。一方、被動側フィッティングヨーク１５には、ロール軸１７が嵌合される嵌合孔２２が形成されている。この嵌合孔２２の内周面２３には、ロール軸１７の一対の平坦面２１ａ，２１ａの夫々に傾斜して対向する傾斜平面２３ａ，２３ａと、ロール軸１７の一対の円筒状面２１ｂ，２１ｂの夫々に対向する円錐状面２３ｂ，２３ｂとが形成されている。
【００１９】
このように、上記ロール軸１７と被動側フィッティングヨーク１５の嵌合孔２２との関係を、単なる円柱と円筒との関係ではなく、互いに対向する一対の平坦面を有する円柱と円筒との関係にすることによって、被動側フィッティングヨーク１５の回転トルクを摩擦力ではなく応力によって確実にロール軸１７側に伝達できるのである。
【００２０】
上記被動側フィッティングヨーク１５の嵌合孔２２における内周面２３は奥に向かって狭まるように形成されており、ロール軸１７の外周面２１と嵌合孔２２の内周面２３との間には円錐状の環状空間２４が形成される。この環状空間２４によって、ロール軸１７を被動側フィッティングヨーク１５に対して容易に着脱できるのである。
【００２１】
また、本実施の形態においては、上記環状空間２４に起因する振動によって被圧延物にチャタマークや波打ちが生ずることを防止するために、環状空間２４内には、ロール軸１７の外周面２１と同一形状の内周面を有する一方、被動側フィッティングヨーク１５の内周面２３と同一形状の外周面を有して、レーストラック状の断面形状を有するテーパスリーブ２５を軸方向に移動可能に挿入する。
そして、上記テーパスリーブ２５の外周面と被動側フィッティングヨーク１５の内周面２３とは互いに摺接する摩擦面を形成し、この摩擦面の傾斜角を被動側フィッティングヨーク１５とテーパスリーブ２５との摩擦角よりも小さく設定しておくのである。
【００２２】
上記テーパスリーブ２５の外周面における圧延ロール１６側には、半径方向に突出して矩形断面を有する環状ピストン２６を設けている。一方、被動側フィッティングヨーク１５の内周面２３における上記環状ピストン２６に対向する位置には、環状ピストン２６が軸方向に摺動可能に封入される環状室２７を設けている。そして、被動側フィッティングヨーク１５には、環状室２７内が環状ピストン２６で仕切られて形成される２つの室２８，２９に油圧源（図示せず）からの高圧油を導く油供給路３０，３１を設けている。
したがって、上記油供給路３１を介して室２９に上記油圧源からの高圧油を供給すると、環状ピストン２６に一体に形成されているテーパスリーブ２５は嵌合孔２２の奥に向かってロール軸１７上を摺動し、やがてロール軸１７の外周面２１と被動側フィッティングヨーク１５の内周面２３とによって挟止される。こうして、テーパスリーブ２５がロール軸１７と被動側フィッティングヨーク１５とに楔状に嵌合されて、環状空間２４に起因する振動が防止されるのである。
【００２３】
その際に、上述の如く、上記テーパスリーブ２５と被動側フィッティングヨーク１５との摩擦面（つまり、テーパスリーブ２５の外周面）の傾斜角は摩擦角よりも小さく設定されている。したがって、一旦テーパスリーブ２５がロール軸１７の外周面２１と被動側フィッティングヨーク１５の内周面２３とによって挟止された後は、油供給路３１から室２９への高圧油の供給を停止しても、テーパスリーブ２５が圧延ロール１６側に抜けることは無いのである。
すなわち、本実施の形態においては、上記ロール軸１７の被動側フィッティングヨーク１５への装着時にのみ油供給路３１から室２９に高圧油を供給すればよく、圧延ロール１６の駆動時には上記油圧源からの高圧油を必要とはしない。したがって、何らかの原因で高圧油が抜けたとしても、テーパスリーブ２５の外周面と内周面との被動側フィッティングヨーク１５の内周面２３とロール軸１７の外周面２１とへの密着機能は失われることがなく、上記高圧油の漏れ防止構造を簡素化できるのである。
【００２４】
尚、上記ロール軸１７を被動側フィッティングヨーク１５から取り外す場合には、油供給路３０を介して室２８に上記油圧源からの高圧油を供給する。そうすると、テーパスリーブ２５は嵌合孔２２の開口側に向かってロール軸１７上を摺動して、ロール軸１７とテーパスリーブ２５との間、および、被動側フィッティングヨーク１５とテーパスリーブ２５との間に、隙間が生ずるのである。
【００２５】
ここで、上記被動側フィッティングヨーク１５は、環状室２７の中央で圧延ロール１６側とユニバーサルジョイント１４（図３参照）側とに２分割可能になっている。こうして、環状空間２４内へのテーパスリーブ２５の挿入を容易にしている。
【００２６】
また、上記テーパスリーブ２５における環状ピストン２６よりも先端側には、周方向に等間隔に、軸線方向に延在する割り溝３２，３２，…を設けている。このように、テーパスリーブ２５の先端部に割り溝３２，３２，…を設けることによって、テーパスリーブ２５をロール軸１７と被動側フィッティングヨーク１５とに楔状に嵌合させる際の力を小さくでき、上記高圧油の圧力を低くできる。
さらに、上記割り溝３２，３２，…を設けることによってテーパスリーブ２５の先端部が撓み易くなり、テーパスリーブ２５がロール軸１７と被動側フィッティングヨーク１５とに楔状に嵌合される際に、テーパスリーブ２５の表面が容易にロール軸１７の外周面２１あるいは被動側フィッティングヨーク１５の内周面２３とに密着できるのである。
尚、図１におけるテーパスリーブ２５の断面は、図２におけるＢ−Ｂ矢視断面である。また、夫々の割り溝３２の根元には径方向に円弧状の溝（図示せず）を設けて、テーパスリーブ２５の先端部が円周方向に撓む際に割り溝３２の根元に応力が集中しないようにしている。
【００２７】
上述のように、本実施の形態においては、上記ロール軸１７の外周面２１には互いに対向する一対の平坦面２１ａ，２１ａを設ける一方、上記被動側フィッティングヨーク１５の嵌合孔２２における円錐状の内周面２３には上記平坦面２１ａ，２１ａに対向する傾斜平面２３ａ，２３ａを設けている。そして、ロール軸１７と被動側フィッティングヨーク１５との間の円錐状の環状空間２４には、テーパスリーブ２５を軸方向に移動可能に挿入している。
さらに、上記テーパスリーブ２５の外周面における圧延ロール１６側には環状ピストン２６を設け、上記油圧源からの高圧油を室２９に供給することによってテーパスリーブ２５を先端側に移動させ、ロール軸１７と被動側フィッティングヨーク１５とに楔状に嵌合されるようにしている。
したがって、上記被動側フィッティングヨーク１５とロール軸１７との隙間がテーパスリーブ２５によって密閉されて、環状空間２４に起因する振動が確実に防止される。
【００２８】
その際に、上記テーパスリーブ２５の外周面と被動側フィッティングヨーク１５の内周面２３とで形成される摩擦面の傾斜角を摩擦角よりも小さく設定しておくので、一旦テーパスリーブ２５の外・内周面がロール軸１７の外周面２１と被動側フィッティングヨーク１５の内周面２３とに密着した後は、高圧油の供給を停止してもテーパスリーブ２５が圧延ロール１６側に抜けることは無い。したがって、ロール軸１７の装着時にのみ室２９に高圧油を供給すればよく、圧延ロール１６の駆動時には高圧油の供給を必要とはしない。
つまり、駆動時に何らかの原因で高圧油が抜けたとしても、ロール軸１７の外周面２１および被動側フィッティングヨーク１５の内周面２３に平坦面２１ａおよび傾斜平面２３ａを設けたことと相俟って、上記駆動軸から圧延ロール１６への回転トルクの伝達機能は失われない。さらに、ロール軸１７と被動側フィッティングヨーク１５とにテーパスリーブ２５を密着させる機能も失われない。
【００２９】
また、上記テーパスリーブ２５における先端側には軸線方向に延在する割り溝３２，３２，…を設けている。したがって、テーパスリーブ２５をロール軸１７と被動側フィッティングヨーク１５とに楔状に嵌合させる際の力を小さくでき、低い油圧でテーパスリーブ２５の外・内周面をロール軸１７の外周面２１および被動側フィッティングヨーク１５の内周面２３に容易に密着させることができる。
【００３０】
また、本実施の形態におけるテーパスリーブ２５は、ロール軸１７の外周面２１と被動側フィッティングヨーク１５の内周面２３とによって挟止されるまで押し込めばよいので、図４に示す摩擦クラッチのように、テーパスリーブ２５の軸線方向の位置を特定する必要がない。したがって、被動側フィッティングヨーク１５にテーパスリーブ２５の軸線方向の位置を特定するための各種手段を設ける必要がなく、被動側フィッティングヨーク１５におけるロール軸１７との結合部の寸法は、環状ピストン２６を含むテーパスリーブ２５を収納可能な寸法であればよい。
すなわち、高圧油の配管構造や漏れ防止対策を簡素にでき、軸連結機構を簡単でコンパクトな構成にできる。
【００３１】
尚、上記実施の形態においては、上記ロール軸１７の外周面２１には平坦面２１ａを一対設ける一方、被動側フィッティングヨーク１５の嵌合孔２２における内周面２３には上記平坦面２１ａに対向する傾斜平面２３ａを一対設けている。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、ロール軸１７の平坦面２１ａと被動側フィッティングヨーク１５の傾斜平面２３ａとから成る組は、一組以上在ればよいのである。
また、上記実施の形態においては上記環状ピストン２６と環状室２７と油供給路３０，３１とで上記駆動部を構成していが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、テーパスリーブ２５の末端面と先端面とに圧縮空気を供給するようにしてもよい。
【００３２】
また、上記実施の形態においては、この発明の軸連結機構を圧延機のカップリングに適用した場合を例に説明している。しかしながら、この発明の軸連結機構は、上記圧延機のカップリングのみならず、回転軸と回転筒とから構成されるあらゆる軸継ぎ手に適用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１に係る発明の軸連結機構は、回転軸の外周面に平坦面を設ける一方、上記回転軸が装着される回転筒の内周面には上記平坦面に所定傾斜角度で対向する傾斜平面を設け、上記回転軸の外周面と上記回転筒の内周面との間に形成された環状空間内に軸方向に移動可能に挿入されたテーパスリーブを駆動部によって圧力媒体で上記軸方向に駆動させるので、上記回転軸を回転筒に装着する場合には、上記圧力媒体によって上記テーパスリーブを先端側に移動させることによって上記テーパスリーブを上記回転軸と回転筒に楔状に嵌合させることができる。したがって、以後の駆動時に、上記回転軸と回転筒との間の隙間に起因する振動が生ずることが無い。
その際に、上記テーパスリーブの外周面の傾斜角度を上記テーパスリーブと回転筒との摩擦角よりも小さく設定しておけば、駆動時に上記駆動部による圧力媒体の供給を停止しても上記テーパスリーブは抜けることがなく、上記回転軸と回転筒とに密着し続ける。つまり、この発明によれば、上記回転軸と回転筒とに上記平坦面と傾斜平面とを設けていることと相俟って、駆動時に上記圧力媒体が抜けても、上記回転軸および回転筒間の回転トルクの伝達機能と上記振動防止機能とは失われないようにすることが可能となるのである。
【００３４】
また、上記テーパスリーブを上記回転軸と回転筒とに楔状に嵌合させる場合には、上記テーパスリーブの位置を特定する必要はない。したがって、上記装着時に上記テーパスリーブの位置を制御する手段を上記回転筒に設ける必要がなく、上記圧力媒体の制御機構を含む軸連結機構を簡単でコンパクトな構成にできる。
【００３５】
すなわち、この発明によれば、圧力媒体が抜けても機能が失われない簡単な構造の軸連結機構を提供できるのである。
【００３６】
また、請求項２に係る発明の軸連結機構は、上記テーパスリーブの先端部が上記軸方向に延在する複数のスリットで分割されているので、上記テーパスリーブを上記回転軸と回転筒とに楔状に嵌合させる際の力を小さくできる。
したがって、この発明によれば、上記テーパスリーブを駆動する圧力媒体の圧力を低くすることができる。
【００３７】
また、請求項３に係る発明の軸連結機構は、上記駆動部を、上記回転軸と回転筒との間に形成された環状室と、上記環状室の内周面と外周面に摺動する環状ピストンと、上記回転筒に設けられて上記環状室に圧力媒体を供給する供給路で構成したので、上記テーパスリーブを上記回転軸と回転筒とに楔状に嵌合させる際に、円周方向に均等な力によって上記環状のテーパスリーブを滑らかに移動できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の軸連結機構における一実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】図１および図２に示す軸連結機構が用いられた圧延機のカップリングの一部欠載図である。
【図４】従来の摩擦クラッチにおける部分断面図である。
【符号の説明】
１５…被動側フィッティングヨーク、１７…ロール軸、
２１ａ…平坦面、 ２３ａ…傾斜平面、
２４…環状空間、 ２５…テーパスリーブ、
２６…環状ピストン、 ２７…環状室、
３２…割り溝。

Claims (4)

1. 平坦面とこの平坦面に連なる円筒状面とで形成された外周面を有する回転軸を、上記回転軸の平坦面に所定傾斜角度で対向する傾斜平面と上記回転軸の円筒状面に所定傾斜角度で対向する円錐状面とで形成された内周面を有する回転筒に挿入した状態で、上記回転軸および回転筒の何れか一方から他方に回転トルクを伝達する軸連結機構であって、上記回転軸の外周面と上記回転筒の内周面との間に形成された軸方向断面円錐状の環状空間内に軸方向に移動可能に挿入されると共に、上記回転筒の上記傾斜平面および円錐状面に当接可能な外周面と上記回転軸の上記平坦面および円筒状面に摺動する内周面とを有するテーパスリーブと、上記テーパスリーブを、圧力媒体によって上記軸方向に駆動する駆動部を備えて、上記テーパスリーブを上記回転軸と回転筒に楔状に嵌合させるようにしたことを特徴とする軸連結機構。
2. 請求項１に記載の軸連結機構において、上記テーパスリーブは、先端部が上記軸方向に延在する複数のスリットで分割されていることを特徴とする軸連結機構。
3. 請求項１に記載の軸連結機構において、上記駆動部は、上記回転軸と回転筒との間に形成された環状室と、上記環状室の内周面と外周面に摺動する環状ピストンと、上記回転筒に設けられて、上記環状室における上記環状ピストンの両側の室に上記圧力媒体を供給する供給路を有することを特徴とする軸連結機構。
4. 請求項１に記載の軸連結機構において、上記テーパスリーブの外周面の傾斜角度は、上記テーパスリーブと回転筒との摩擦角よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする軸連結機構。

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