JP5745978B2

JP5745978B2 - 等速自在継手

Info

Publication number: JP5745978B2
Application number: JP2011202011A
Authority: JP
Inventors: 雅登福上; 英樹近藤
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2031-09-15
Also published as: JP2013064422A

Description

本発明は、例えば鉄鋼設備などの各種産業機械において、劣悪な環境下で使用される等速自在継手に関し、詳しくは、外部からの粉塵等の異物や水の侵入を防止する密封構造に関する。

例えば、鉄鋼設備などの各種産業機械において、駆動軸と従動軸とを連結して回転力を伝達する軸継手が使用されている。この軸継手の中には、劣悪な環境下で使用されるものがあり、そのような軸継手は、外部からの粉塵等の異物や水の侵入を防止するための密封構造を具備するのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に開示された軸継手は、一方のクロスジョイントに固定されたスプラインシャフトにスプラインチューブを嵌挿し、そのスプラインチューブを円筒部材によって他方のクロスジョイントに固定した構造を具備する。この軸継手において、スプラインチューブをクロスジョイントに固定する円筒部材は、外部からの粉塵等の異物や水の侵入を防止する密封構造をなすと共に、スプラインチューブと共にトルク伝達部材を構成している。

特許文献１において、軸継手の密封構造をなす円筒部材は、炭素繊維強化プラスチックまたはガラス繊維強化プラスチックのいずれか一方、あるいは、炭素繊維強化プラスチックおよびガラス繊維強化プラスチックの両方をシール材料として形成され、捩れ方向において弾性を有する。

実開平７−３５８２７号公報

ところで、前述した特許文献１で開示された軸継手では、炭素繊維強化プラスチックやガラス繊維強化プラスチックをシール材料とした円筒部材からなる密封構造を採用すると共に、その円筒部材の捩れ方向の弾性を利用することによりトルク伝達部材として使用しているため、材料コストおよび加工コストが高くなる。

また、特許文献１に開示された軸継手の構造では、スプライン嵌合部が完全に密封されておらず、粉塵、水、薬品（酸性、アルカリ性）が侵入する劣悪な環境下で使用する場合、十分なシール性を確保することが非常に困難であり、スプライン嵌合部の潤滑性を長期間維持することが困難となる。その結果、スプライン嵌合部に粉塵等の異物や水が侵入し易くなって、錆や焼付けにより耐久性の低下を招くことになる。

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、安定したシール性を確保することが容易でコスト低減を図り得る安価なシール構造を具備した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、軸方向に延びるトラック溝が内周面の複数箇所に形成された外側継手部材と、軸方向に延びるトラック溝が外側継手部材のトラック溝と対をなして外周面の複数箇所に形成された内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在するトルク伝達部材とを備え、内側継手部材から延びるシャフトにスリーブをスプライン嵌合によりトルク伝達可能および軸方向へ摺動可能に外装した等速自在継手であって、シャフトおよびスリーブのスプライン嵌合部をシールする合成樹脂製の筒状カバーを設置し、その筒状カバーは、一端がシャフトに固定されると共に他端がスリーブの外周面に装着されたＯリングを介してスリーブに軸方向へ摺動可能に外装され、Ｏリングと当接する内周面に摺動抵抗低減材が被着されていることを特徴とする。

本発明では、シャフトとスリーブとの間のスプライン嵌合部をトルク伝達部位とし、シャフトおよびスリーブとは別部材でトルク伝達させない筒状カバーをシール部材とすることで、その筒状カバーを安価な合成樹脂で製作する。これにより、材料コストおよび加工コストの低減が図れ、シャフトにスリーブを軸方向へ摺動可能に外装したスプライン嵌合部を完全に密封することで、劣悪な環境下であっても安定したシール性を確保することができ、スプライン嵌合部の潤滑性を長期間維持することが容易となって耐久性の向上が図れる。
また、筒状カバーは、一端がシャフトに固定されると共に他端がスリーブの外周面に装着されたＯリングを介してスリーブに軸方向へ摺動可能に外装され、Ｏリングと当接する内周面に摺動抵抗低減材が被着されている構造とする。このように、軸方向に摺動するスリーブのＯリングと当接する筒状カバーの内周面に摺動抵抗低減材を被着させることにより、Ｏリングと筒状カバーとの摺動抵抗を抑制することができ、Ｏリングの長寿命化が図れる。

本発明における筒状カバーは、硬質塩化ビニルあるいは熱硬化性樹脂のいずれか一方の材質で構成されていることが望ましい。このように、筒状カバーを硬質塩化ビニルや熱硬化性樹脂で構成すれば、従来使用されていた炭素繊維強化プラスチックやガラス繊維強化プラスチックに比べて安価であり、加工性に優れる点で有効である。

本発明における筒状カバーは、一端が間座を介してシャフトに固定されている構造が望ましい。このようにすれば、シャフトおよびスリーブのスプライン嵌合部をシールする筒状カバーを、シャフトとスリーブとの間に設置する構造を容易に実現することができる。

なお、本発明では、筒状カバーと間座とを一体化した構造が望ましい。このようにすれば、筒状カバーを間座に取り付ける上で部品点数および組立工数の削減が可能となる点で有効である。

本発明における筒状カバーの一端は、シャフトの外周面に装着された止め輪により位置規制された状態で固定されている構造が望ましい。このようにすれば、筒状カバーの一端をシャフトに対して位置決めした状態で固定することが容易に実現できる。

本発明における筒状カバーの一端は、シャフトの外周面に一体的に形成された突起により位置規制された状態で固定されている構造が望ましい。このようにすれば、筒状カバーの一端をシャフトに対して位置決めした状態で固定する上で前述の止め輪を省略できて部品点数の低減が図れる。

本発明によれば、シャフトとスリーブとの間のスプライン嵌合部をトルク伝達部位とし、シャフトおよびスリーブとは別部材でトルク伝達させない筒状カバーをシール部材とすることで、その筒状カバーを安価な合成樹脂で製作する。これにより、材料コストおよび加工コストの低減が図れ、シャフトにスリーブを軸方向へ摺動可能に外装したスプライン嵌合部を完全に密封することで、劣悪な環境下であっても安定したシール性を確保することができ、スプライン嵌合部の潤滑性を長期間維持することが容易となって耐久性の向上が図れる。その結果、安定したシール性を確保することが容易でコスト低減を図り得る安価なシール構造を具備した等速自在継手を提供できる。

本発明の実施形態で、ツェッパ型等速自在継手の全体構成を示す縦断面図である。図１の筒状カバーによるシール構造を示す拡大断面図である。図１の筒状カバーと間座とを一体化した構造を示す拡大断面図である。図１の間座をシャフトに対して突起で位置規制した構造を示す拡大断面図である。

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。以下の実施形態では、トルク伝達部材としてボールを用いたボールタイプのツェッパ型等速自在継手（ＢＪ）を例示するが、他のボールタイプの固定式等速自在継手としてアンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪ）にも適用可能であり、さらに、他のボールタイプの摺動式等速自在継手としてダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）にも適用可能である。

また、以下の実施形態では、各種産業機械の中でも、例えば、各種ロールに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を例示する。このロール駆動力伝達装置は、８０℃程度の輻射熱、水蒸気による高温多湿、スケールの飛散、薬品類を含む化学水の飛散などによる劣悪な環境下で使用される。

図１に示すツェッパ型等速自在継手は、軸方向に延びる複数の円弧状トラック溝１１が球面状内周面１２に円周方向等間隔で形成された外側継手部材１３と、その外側継手部材１３のトラック溝１１と対をなして複数の円弧状トラック溝１４が球面状外周面１５に円周方向等間隔で形成された内側継手部材１６と、外側継手部材１３のトラック溝１１と内側継手部材１６のトラック溝１４との間に介在するトルク伝達部材としてのボール１７と、外側継手部材１３の球面状内周面１２と内側継手部材１６の球面状外周面１５との間に配されてボール１７を保持するケージ１８とで主要部が構成されている。

内側継手部材１６には、シャフト１９がスプライン嵌合によりトルク伝達可能に結合されている。そのシャフト１９は、内側継手部材１６の軸方向両端部で止め輪２０，２１により抜け止めされている。この等速自在継手には、継手内部を密封するためのブーツ２２が装着されている。このブーツ２２は、シャフト１９に外嵌された小径筒部２３と、その小径筒部２３に可撓性連結部２４を介して径方向外側に配置された大径筒部２５とで構成されている。

外側継手部材１３は二枚のプレート２６，２７に挟持され、ブーツ２２は一方のプレート２６を押える固定部材２８を介して外側継手部材１３に固定される。この外側継手部材１３、固定部材２８およびプレート２６，２７に共通して設けられた貫通孔２９にボルト（図示せず）を挿通して締め付けることにより、外側継手部材１３、固定部材２８およびプレート２６，２７を一体化する。

この等速自在継手は、図１および図２に示すように、内側継手部材１６から延びるシャフト１９にスリーブ３１をスプライン嵌合によりトルク伝達可能および軸方向へ摺動可能に外装した構造を具備する。つまり、シャフト１９の外周面に雄スプライン３２が形成されると共に、スリーブ３１の内周面に雌スプライン３３が形成され、シャフト１９にスリーブ３１を外挿することにより、シャフト１９の雄スプライン３２とスリーブ３１の雌スプライン３３とを嵌合させ、シャフト１９に対してスリーブ３１をトルク伝達可能および軸方向へ摺動可能としている。なお、スリーブ３１の端部には、鋼管３４が溶接３５により同軸的に連結固定されている。

シャフト１９とスリーブ３１との間に、シャフト１９およびスリーブ３１のスプライン嵌合部（雄スプライン３２および雌スプライン３３）をシールする合成樹脂製の筒状カバー３６を設置する。つまり、シャフト１９にリング状の間座３７を外嵌し、シャフト１９の外周面二箇所に形成された環状凹溝３８，３９に止め輪４０，４１を嵌合させることにより、シャフト１９に対して間座３７を軸方向で位置規制して固定する。この間座３７の外周面に筒状カバー３６の一端が止めねじ４２で固定されてパッキン４３で封止されている。

一方、スリーブ３１の外周面に環状凹溝４４を形成し、その凹溝４４にＯリング４５を嵌入させ、そのＯリング４５を筒状カバー３６の内周面に当接させている。なお、スリーブ３１の一端にはプレート４６が加締め固定されている。このようにして、筒状カバー３６は、シャフト１９およびスリーブ３１のスプライン嵌合部をシールする密閉空間を形成する。

この等速自在継手では、シャフト１９とスリーブ３１をトルク伝達可能に外装したことにより、そのシャフト１９とスリーブ３１との間のスプライン嵌合部をトルク伝達部位とし、シャフト１９およびスリーブ３１とは別部材の筒状カバー３６をシール部材とすることで、その筒状カバー３６を安価な合成樹脂で製作するようにしている。

これにより、材料コストおよび加工コストの低減が図れ、シャフト１９にスリーブ３１を軸方向へ摺動可能に外装したスプライン嵌合部を完全に密封することで、スプライン嵌合部の繰り返し伸縮や、粉塵、水、スケールの飛散、薬品類などによる劣悪な環境下であっても安定したシール性を確保することができ、スプライン嵌合部の潤滑性を長期間維持することが容易となって耐久性の向上が図れる。

この筒状カバー３６は、合成樹脂として、硬質塩化ビニルあるいは熱硬化性樹脂のいずれか一方の材質で構成されている。このように、筒状カバー３６を硬質塩化ビニルや熱硬化性樹脂で構成することにより、従来使用されていた炭素繊維強化プラスチックやガラス繊維強化プラスチックに比べて安価であり、加工性に優れる。なお、合成樹脂製の筒状カバー３６は切削加工が容易であることから、必要な軸方向寸法に加工することが容易である。

軸方向に摺動するスリーブ３１の外周面に装着されたＯリング４５と当接する筒状カバー３６の内周面に摺動抵抗低減材を被着させることが可能である。これにより、Ｏリング４５と筒状カバー３６との摺動抵抗を抑制することができ、Ｏリング４５の長寿命化が図れる。なお、摺動抵抗低減材としては、シリコン系オイルやコーティング材が好適で、これらシリコン系オイルやコーティング材を筒状カバー３６の内周面に塗布すればよい。

以上の実施形態では、筒状カバー３６を間座３７を介してシャフト１９に固定した構造とすることにより、シャフト１９およびスリーブ３１のスプライン嵌合部をシールする筒状カバー３６を、シャフト１９とスリーブ３１との間に設置する構造が容易に実現できる。なお、図３に示すように、筒状カバー３６と間座３７とを一体化した構造を備えた筒状カバー４６を採用することも可能である。

このように筒状カバー３６と間座３７とを一体化した構造を具備する筒状カバー４６を採用することにより、筒状カバー３６を間座３７に取り付ける上で止めねじ４２やパッキン４３（図２参照）を省略することができるので、部品点数の削減が可能となる。また、筒状カバー３６の外側に位置する止めねじ４２の防錆処理が不要となることから、組立工数の削減も可能となる。

また、以上の実施形態では、シャフト１９に対して間座３７を止め輪４０，４１により位置規制した状態で固定することにより、シャフト１９に対する間座３７の位置決め固定を容易にしている。一方、図４に示すように、間座３７を、シャフト１９の外周面に一体的に形成された突起４７により位置規制した状態で固定することも可能である。

筒状カバー３６の外側に位置する止め輪４１の場合、水などがかかる環境下にあるため防錆処理を施す必要があるが、前述のように間座３７を突起４７により位置決め固定することにより、止め輪４１を省略することで、その止め輪４１の防錆処理が不要になると共に部品点数の低減が図れる。

この場合、間座３７は、シャフト１９に対して図示右側から突起４７を越えさせて押し込むことで組み付けが可能となる。なお、図示しないが、筒状カバー３６の内側に位置するもう一方の止め輪４０を突起に変更することも可能である。

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トラック溝
１２内周面
１３外側継手部材
１４トラック溝
１５外周面
１６内側継手部材
１７トルク伝達部材（ボール）
１９シャフト
３１スリーブ
３２，３３スプライン嵌合部（雄スプラインおよび雌スプライン）
３６筒状カバー
３７間座
４０，４１止め輪
４５Ｏリング
４７突起

Claims

軸方向に延びるトラック溝が内周面の複数箇所に形成された外側継手部材と、軸方向に延びるトラック溝が前記外側継手部材のトラック溝と対をなして外周面の複数箇所に形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と前記内側継手部材のトラック溝との間に介在するトルク伝達部材とを備え、前記内側継手部材から延びるシャフトにスリーブをスプライン嵌合によりトルク伝達可能および軸方向へ摺動可能に外装した等速自在継手であって、前記シャフトとスリーブとの間に、前記シャフトおよびスリーブのスプライン嵌合部をシールする合成樹脂製の筒状カバーを設置し、前記筒状カバーは、一端がシャフトに固定されると共に他端がスリーブの外周面に装着されたＯリングを介して前記スリーブに軸方向へ摺動可能に外装され、前記Ｏリングと当接する内周面に摺動抵抗低減材が被着されていることを特徴とする等速自在継手。
前記筒状カバーは、硬質塩化ビニルあるいは熱硬化性樹脂のいずれか一方の材質で構成されている請求項１に記載の等速自在継手。
前記筒状カバーは、一端が間座を介してシャフトに固定されている請求項１又は２に記載の等速自在継手。
前記筒状カバーと前記間座とを一体化した請求項３に記載の等速自在継手。
前記筒状カバーの一端は、前記シャフトの外周面に装着された止め輪により位置規制された状態で固定されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の等速自在継手。
前記筒状カバーの一端は、前記シャフトの外周面に一体的に形成された突起により位置規制された状態で固定されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の等速自在継手。