JP5133175B2

JP5133175B2 - 等速自在継手

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Publication number: JP5133175B2
Application number: JP2008235100A
Authority: JP
Inventors: 明夫坂口; 英樹近藤; 龍介柄澤; 正樹江上
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2028-09-12
Also published as: JP2010065814A

Description

本発明は、例えば鉄鋼設備などにおいて、各種ロールに劣悪雰囲気下で駆動力を伝達するロール駆動力伝達装置に使用される等速自在継手に関する。

例えば、各種産業機械などで使用される等速自在継手では、外部からの異物の侵入および内部からのグリースの漏出を防止するためのシール部材として、ゴムや樹脂製のブーツを装着しているのが一般的である。

しかしながら、各種産業機械の中でも鉄鋼設備の一つである連続鋳造設備で使用され、各種ロールに駆動力を伝達するロール駆動力伝達装置は、８０℃以上の輻射熱、水蒸気による高温多湿、スケールの飛散、薬品類などによる劣悪雰囲気下で使用されるため、前述したゴムや樹脂製のブーツからなるシール部材の場合、そのシール部材が劣化し易く、シール性能および耐久性能の低下を招来する。

このことから、劣悪雰囲気下で使用されるロール駆動力伝達装置に組み込まれた等速自在継手では、ゴムや樹脂製のブーツからなるシール部材を使用せず、金属製の球面シール構造を採用している。なお、等速自在継手は、外輪と、内輪と、その外輪と内輪との間で角度変位を許容しながらトルクを伝達するボールと、そのボールを保持するケージとで主要部が構成され、内輪から延びるシャフトと外輪との間に球面シール構造が設けられている。

この球面シール構造は、内径に凹球面状のシール面を有する球面シール外環を外輪に装着すると共に、外径に凸球面状のシール面を有する球面シール内環を内輪から延びるシャフトに滑動自在に装着し、その球面シール内環と内輪との間に張設されたスプリングにより、球面シール内環のシール面と球面シール外環のシール面とを弾圧接触させたものである（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、この球面シール構造は、外輪とシャフト間で設けられた筒状のブーツからなる単体のシール部材と異なり、球面シール内環と球面シール外環とを弾圧接触させた二部材からなり、外輪とシャフト間を完全に密封した構造ではない。そのため、高熱で多量の液体が継手にかかるような劣悪雰囲気下で使用する場合、等速自在継手を液体の飛散から保護するため、特許文献１のように縫製蛇腹を設けたり、あるいは、特許文献２のように球面シール外環、球面シール中環および球面シール内環からなる二重の球面シール構造を設けたりしている。
特開２００２−３４００１０号公報特開２００６−９７７３３号公報

ところで、鉄鋼設備の一つである連続鋳造設備と同様、高熱で多量の液体が飛散する劣悪雰囲気下で使用される等速自在継手には、熱延ラインのホットランテーブルロール用や熱延コイルを巻き取るダウンコイラのラッパロール用などがある。これらロール駆動用の等速自在継手では、いずれも回転数が１０００ｒｐｍを超える仕様となっている。

このように１０００ｒｐｍを超える高速回転で使用される等速自在継手では、前述したような球面シール構造が採用されているが、球面シール外環および球面シール内環の一部が外部に露呈した状態になっているため、等速自在継手の運転中に球面シール外環や球面シール内環の一部に付着した液体が両シール面から内部に侵入したり、グリースを洗い流したりするという問題がある。そのため、等速自在継手のメンテナンス上、グリースを頻繁に補給する必要があり、その補給作業が煩雑であった。

ここで、前述の特許文献１に開示された等速自在継手では、球面シール構造を縫製蛇腹で覆うようにしたことにより、球面シール外環および球面シール内環の一部に付着した液体が両シール面から内部に侵入したり、グリースを洗い流したりすることを防止できる。しかしながら、この蛇腹がエラストマと繊維などの縫製で製作されていることから、高速回転で縫製蛇腹が変形することがあり、高速回転での適用が困難であった。

また、前述の特許文献２に開示された等速自在継手では、球面シール外環および球面シール中環の一部が外部に露呈した状態になっているため、等速自在継手の運転中に球面シール外環や球面シール中環の一部に付着した液体が両シール面から内部に侵入したり、グリースを洗い流したりするという問題が依然として存在する。また、このような二重の球面シール構造の場合、部品点数が多く高価であり、しかも重量が大きくなることから、高速回転での適用が困難であった。

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、高熱で多量の液体が飛散する劣悪雰囲気下で、しかも、高速回転での適用が容易な球面シール構造を有する等速自在継手を提供することにある。

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、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を備えた等速自在継手であって、内側継手部材の軸孔にシャフトを挿入してスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結し、外側継手部材とシャフトとの間に、球面シール内環と球面シール外環とを弾圧接触させた二部材からなり、外部からの液体の侵入を防止するシール部を配設し、シール部の球面シール内環および球面シール外環の外表面をＰＴＦＥで熱融着によりコーティングしたことを特徴とする。

なお、撥水性に優れた材料としては、フッ素系ポリマー、シリコーン系ポリマー等が挙げられるが、水との接触角の大きさの点からＰＴＦＥが好適である。また、そのＰＴＦＥを熱融着によりコーティングすることが望ましい。熱融着でコーティングすれば、そのコーティング膜の撥水性を長時間に亘って維持することができる。

本発明では、シール部の球面シール内環および球面シール外環の外表面をＰＴＦＥで熱融着によりコーティングしたことにより、高熱で多量の液体が飛散する劣悪雰囲気下で等速自在継手を使用したとしても、そのコーティング膜が持つ撥水機能でもって多量の液体がシール部に付着し難くなり、シール部から内部に侵入したり、グリースを洗い流したりすることを未然に防止できる。しかも、例えば熱延ラインのホットランテーブルロール用や熱延コイルを巻き取るダウンコイラのラッパロール用など、回転数が１０００ｒｐｍを超える高速回転仕様でも、等速自在継手の適用が容易となる。

本発明におけるシール部は、外側継手部材に装着され、内径に凹球面状のシール面を有する球面シール外環と、シャフトに滑動自在に装着され、外径に凸球面状のシール面を有する球面シール内環とを備え、球面シール外環のシール面と球面シール内環のシール面を弾圧接触させた構造が可能である。このような球面シール構造を採用すれば、等速自在継手を高熱で多量の液体が飛散する劣悪雰囲気下で使用することが可能となる。

なお、この球面シール構造の場合、シャフトにスリーブを滑動自在に装着し、スリーブの一端に球面シール内環を装着すると共にシャフトにカバーを装着してスリーブの他端との間にラビリンス隙間を形成することが望ましい。このようにすれば、球面シール構造におけるシール性の向上が図れる点で有効である。

本発明におけるシール部は、外側継手部材に装着され、外径に凸球面状のシール面を有する球面シール内環と、シャフトに滑動自在に装着され、内径に凹球面状のシール面を有する球面シール外環とを備え、球面シール内環のシール面と球面シール外環のシール面を弾圧接触させた構造も可能である。このような球面シール構造を採用しても、等速自在継手を高熱で多量の液体が飛散する劣悪雰囲気下で使用することが可能となる。

なお、この球面シール構造の場合、シャフトにカバーを装着して球面シール外環との間にラビリンス隙間を形成することが望ましい。このようにすれば、球面シール構造におけるシール性の向上が図れる点で有効である。

本発明によれば、シール部の球面シール内環および球面シール外環の外表面をＰＴＦＥで熱融着によりコーティングしたことにより、高熱で多量の液体が飛散する劣悪雰囲気下で等速自在継手を使用したとしても、そのコーティング膜が持つ撥水機能でもって多量の液体がシール部に付着し難くなり、シール部から内部に侵入したり、グリースを洗い流したりすることを未然に防止できる。その結果、等速自在継手のメンテナンス上、グリースを頻繁に補給する必要がなくなり、その補給作業回数の低減化が図れる。

また、例えば熱延ラインのホットランテーブルロール用や熱延コイルを巻き取るダウンコイラのラッパロール用など、回転数が１０００ｒｐｍを超える高速回転仕様でも、等速自在継手の適用が容易となり、汎用性に優れ、信頼性の高い長寿命の等速自在継手を提供できる。

本発明に係る等速自在継手の実施形態を以下に詳述する。なお、以下の実施形態は、各種産業機械の中でも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、薬品類などによる高熱で多量の液体が飛散する劣悪雰囲気下で使用される等速自在継手を例示する。

図３はマンネスマン方式の連続鋳造設備（ＣＣＭ）に設置されたロール駆動力伝達装置を例示する。このロール駆動力伝達装置は、連続鋳造設備の所定ポジションに配設されたサポートロール１、ガイドロール２および引き抜き矯正用ピンチロール３に駆動力を伝達するためのもので、図４に示す構造を有する。

同図に示すロール駆動力伝達装置は、一対のロール４（例えば図３のピンチロール３）が所定の間隔寸法で対向配置されており、それぞれのロール４の回転軸５は軸受６によって回転自在に支持されている。ロール４の回転軸５は、取り付けフランジ７および等速自在継手２０を介して中間軸９に連結され、その中間軸９は、等速自在継手６０および取り付けフランジ１１を介して駆動軸１２に連結されている。なお、中間軸９は、ロール４が配置された劣悪雰囲気下のロール加工域Ａと駆動軸１２が配置された駆動域Ｂとを仕切るチャンバ１３に設けられた孔１４に挿通されている。

このロール駆動力伝達装置では、両駆動軸１２を同期させて逆方向に回転駆動すると、等速自在継手６０を介して中間軸９が回転し、その中間軸９の回転により等速自在継手２０を介して回転軸５が回転する。この回転軸５の回転によりロール４が回転し、そのロール４間で鋳造品１５が成形あるいは残留応力矯正されながら連続的に移送される。

図５に示すように取り付けフランジ７とロール側の等速自在継手２０、およびモータ側の等速自在継手６０と取り付けフランジ１１はそれぞれ一体的に連結されている。一方、等速自在継手２０と等速自在継手６０とは中間軸９で連結されている。

図１および図２は、このロール駆動力伝達装置に組み込まれたロール側の等速自在継手２０を示し、図１は二軸〔中間軸９と回転軸５（図４参照）〕の作動角が０の場合、図２はその二軸が作動角αをとった場合をそれぞれ示す。なお、モータ側の等速自在継手６０の主要部構成については、ロール側の等速自在継手２０と同一の構成部品からなるため、重複説明は省略する。また、これらロール側の等速自在継手２０とモータ側の等速自在継手６０は、固定式等速自在継手の一つであるバーフィールド型等速自在継手を例示する。

図１に示す実施形態の等速自在継手２０は、軸方向に延びる複数のトラック溝２１が球面状内周面２２に円周方向等間隔で形成された外側継手部材としての外輪２３と、その外輪２３のトラック溝２１と対応させて軸方向に延びる複数のトラック溝２４が球面状外周面２５に円周方向等間隔で形成された内側継手部材としての内輪２６と、外輪２３のトラック溝２１と内輪２６のトラック溝２４とが協働して形成されたボールトラックに配されたトルク伝達部材である複数のボール２７と、外輪２３の球面状内周面２２と内輪２６の球面状外周面２５との間に介在してボール２７を保持するケージ２８とを備えている。

なお、各ボール２７は、ケージ２８に形成された複数のポケット２９のそれぞれに収容されて円周方向等間隔に配置されている。また、ボール２７の数は６個あるいは８個であるが、それ以外の個数でもよく任意である。

内輪２６の軸孔にシャフト３０の軸端を挿入してスプライン嵌合させることにより両者をトルク伝達可能に連結している。この内輪２６とシャフト３０の連結構造は、前述のスプライン嵌合に限らず、トルク伝達可能な他の凹凸嵌合であってもよい。また、内輪２６とスプライン嵌合されたシャフト３０の軸端にエンドプレート３１およびロックプレート３２をボルト３３で締め付け固定することによりシャフト３０を内輪２６に対して抜け止めしている。

等速自在継手２０では、外輪２３の一方の端部に、回転軸に連結固定するためのフランジ７が溶接部３４にて一体的に連結されている。また、内輪２６から延びるシャフト３０の端部に、中間軸９の一部を構成する中空パイプ３５が溶接部３６にて接合一体化されている。図２に示すように、この外輪２３のフランジ７側に位置する回転軸５（図４参照）と内輪２６から延びるシャフト３０との二軸間で外輪２３と内輪２６とが角度変位すると、ケージ２８のポケット２９に収容されたボール２７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。

等速自在継手２０の外輪２３の開口部を塞ぐため、その外輪２３の開口端部と内輪２６から延びるシャフト３０との間に、等速自在軸継手２０の外部からの液体の侵入および内部からのグリースの漏洩を防止するシール部４０が設けられている。

このシール部４０は、内径に凹球面状のシール面４１を有する金属製の球面シール外環４２を外輪２３に装着すると共に、外径に凸球面状のシール面４３を有する金属製の球面シール内環４４を内輪２６から延びるシャフト３０に滑動自在に装着し、その球面シール内環４４と内輪２６との間に配設されたスプリング４５により、球面シール内環４４のシール面４３を球面シール外環４２のシール面４１に弾圧接触させた球面シール構造を有する。球面シール内環４４のシール面４３と球面シール外環４２のシール面４１とは、継手中心Ｏを中心とする半径Ｒの球面状をなす。

球面シール外環４２は、外輪２３の端面にＯリング等のシールリング４６を介してボルト４７によりトラック溝がない位相箇所で締め付け固定されている。また、球面シール内環４４は、スリーブ４８に圧入されており、そのスリーブ４８をシャフト３０の外周面に滑動自在に装着している。さらに、筒状カバー４９の一端をシャフト３０に圧入し、その他端をスリーブ４８の外周面上に配置してラビリンス隙間ｍを形成している。このようにスリーブ４８およびカバー４９を設けることにより、球面シール構造におけるシール性の向上が図れる。

以上の構成からなるシール部４０では、球面シール外環４２のシール面４１と球面シール内環４４のシール面４３やスリーブ４８およびカバー４９に、周辺から飛散した液体が付着して継手内部へ侵入したり、グリースを洗い流したりすることを防止するため、このシール部４０の外表面、つまり、球面シール外環４２のシール面４１と球面シール内環４４のシール面４３やスリーブ４８およびカバー４９の外周面を撥水性（非粘着性）に優れた材料、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を熱融着によりコーティングする（図中、コーティング箇所は、球面シール外環４２、球面シール内環４４、スリーブ４８およびカバー４９の各部材の網掛け部分Ｘで示す）。撥水性に優れた材料としては、ＰＴＦＥ以外に、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、分子鎖末端にカルボキシルなどの官能基を有する直鎖および、または環状の、フルオロアルキル重合体またはフルオロポリエーテル重合体などのフッ素系ポリマー及びオルガノポリシロキサンなどのシリコーン系ポリマーが好適である。

このコーティング膜（網掛け部分Ｘ）を形成するための熱融着は、ＰＴＦＥの希釈分散塗料をディピング法やスプレー法などでコーティングし、溶媒を室温で蒸発させた後、コーティングした球面シール外環４２、球面シール内環４４、スリーブ４８およびカバー４９を３００〜３６０℃に加熱した上で５〜１０分間保持することにより行われる。このように熱融着でコーティングすることにより、そのコーティング膜の撥水性を長時間に亘って維持することができる。

なお、処理温度が衝撃強度の低下が懸念される青熱脆性（低温焼き戻し脆性）の領域であるが、コーティングする部品、つまり、球面シール外環４２、球面シール内環４４、スリーブ４８およびカバー４９はトルク負荷を直接的に受ける部品ではないことから問題はない。前述の「青熱脆性」とは、２００〜３００℃付近で鋼の引張強さや硬さが常温の場合より増加し、伸び、絞りが減少して脆くなる性質を意味する。

このように、シール部４０である球面シール外環４２のシール面４１と球面シール内環４４のシール面４３やスリーブ４８およびカバー４９の外周面をＰＴＦＥでコーティングしたことにより、高熱で多量の液体が飛散する劣悪雰囲気下で等速自在継手２０を使用したとしても、そのコーティング膜が持つ撥水機能でもって多量の液体が球面シール外環４２のシール面４１と球面シール内環４４のシール面４３やスリーブ４８およびカバー４９の外周面に付着し難くなり、継手内部に侵入したり、グリースを洗い流したりすることを未然に防止できる。

しかも、球面シール外環４２のシール面４１と球面シール内環４４のシール面４３やスリーブ４８およびカバー４９の外周面にコーティング膜を形成しただけであるため、例えば熱延ラインのホットランテーブルロール用や熱延コイルを巻き取るダウンコイラのラッパロール用など、回転数が１０００ｒｐｍを超える高速回転仕様でも、等速自在継手２０の適用が容易となる。

以上の実施形態では、内径に凹球面状のシール面４１を有する金属製の球面シール外環４２を外輪２３に装着すると共に、外径に凸球面状のシール面４３を有する金属製の球面シール内環４４を内輪２６から延びるシャフト３０に滑動自在に装着し、その球面シール内環４４と内輪２６との間に配設されたスプリング４５により、球面シール内環４４のシール面４３を球面シール外環４２のシール面４１に弾圧接触させた球面シール構造について説明したが、他の実施形態として、図６に示す球面シール構造でも可能である。なお、図６に示す等速自在継手７０の主要部構成についても、図１に示す等速自在継手２０と同様であるため、重複説明は省略する。

同図に示す等速自在継手７０のシール部５０は、外径に凸球面状のシール面５３を有する金属製の球面シール内環５４を外輪７３の端面にボルト５７で締め付け固定し、内径に凹球面状のシール面５１を有する金属製の球面シール外環５２をシャフト８０の外周面に滑動自在に嵌合させ、その球面シール外環５２とシャフト８０の端部との間に配設されたスプリング５５により、球面シール外環５２のシール面５１を球面シール内環５４のシール面５３に弾圧接触させた構造を具備する。また、筒状カバー５９の一端をシャフト８０に圧入し、その他端を球面シール外環５２の筒状部５２ａの外周面上に配置してラビリンス隙間ｎを形成している。このようにカバー５９を設けることにより、球面シール構造におけるシール性の向上が図れる。

この実施形態においても、シール部５０の外表面、つまり、球面シール外環５２のシール面５１と球面シール内環５４のシール面５３やカバー５９の外周面を撥水性（非粘着性）に優れた材料、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を熱融着によりコーティングする。

このように、シール部５０である球面シール外環５２のシール面５１と球面シール内環５４のシール面５３やカバー５９の外周面をＰＴＦＥでコーティングしたことにより、高熱で多量の液体が飛散する劣悪雰囲気下で等速自在継手を使用したとしても、そのコーティング膜が持つ撥水機能でもって多量の液体が球面シール外環５２のシール面５１と球面シール内環５４のシール面５３やカバー５９の外周面に付着し難くなり、継手内部に侵入したり、グリースを洗い流したりすることを未然に防止できる。

しかも、球面シール外環５２のシール面５１と球面シール内環５４のシール面５３やカバー５９の外周面にコーティング膜を形成しただけであるため、例えば熱延ラインのホットランテーブルロール用や熱延コイルを巻き取るダウンコイラのラッパロール用など、回転数が１０００ｒｐｍを超える高速回転仕様でも、等速自在継手７０の適用が容易となる。

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。

本発明の実施形態で、等速自在継手の全体構成を示す縦断面図である。図１の等速自在継手が作動角をとった状態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構成図である。ロール駆動力伝達装置の主要部を示す一部断面部分を含む正面図である。図４のロール駆動力伝達装置の部分拡大断面図である。本発明の他の実施形態で、等速自在継手の全体構成を示す縦断面図である。

符号の説明

２０等速自在継手
２３外側継手部材（外輪）
２６内側継手部材（内輪）
２７トルク伝達部材（ボール）
３０シャフト
４０，５０シール部
４１，５１球面シール外環のシール面
４２，５２球面シール外環
４３，５３球面シール内環のシール面
４４，５４球面シール内環
４８スリーブ
４９，５９カバー

Claims

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を備えた等速自在継手であって、前記内側継手部材の軸孔にシャフトを挿入してスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結し、前記外側継手部材と前記シャフトとの間に、球面シール内環と球面シール外環とを弾圧接触させた二部材からなり、外部からの液体の侵入を防止するシール部を配設し、前記シール部の球面シール内環および球面シール外環の外表面をＰＴＦＥで熱融着によりコーティングしたことを特徴とする等速自在継手。
前記シール部は、前記外側継手部材に装着され、内径に凹球面状のシール面を有する球面シール外環と、前記シャフトに滑動自在に装着され、外径に凸球面状のシール面を有する球面シール内環とを備え、前記球面シール外環のシール面と前記球面シール内環のシール面を弾圧接触させた請求項１に記載の等速自在継手。
前記シャフトにスリーブを滑動自在に装着し、前記スリーブの一端に前記球面シール内環を装着すると共に前記シャフトにカバーを装着して前記スリーブの他端との間にラビリンス隙間を形成した請求項２に記載の等速自在継手。
前記シール部は、前記外側継手部材に装着され、外径に凸球面状のシール面を有する球面シール内環と、前記シャフトに滑動自在に装着され、内径に凹球面状のシール面を有する球面シール外環とを備え、前記球面シール内環のシール面と前記球面シール外環のシール面を弾圧接触させた請求項１に記載の等速自在継手。
前記シャフトにカバーを装着して前記球面シール外環との間にラビリンス隙間を形成した請求項４に記載の等速自在継手。