JP6601019B2 - ユニバーサルジョイント - Google Patents

Description

本発明は、ユニバーサルジョイントに関する。

従来より、２つの軸状部材の継手として機能する、ユニバーサルジョイントが知られている。ユニバーサルジョイントは、十字軸と、十字軸の各軸部の外周に設けられたベアリングカップと、を有する（例えば特許文献１）。各ベアリングカップは、各軸部の基端部に向けて開口された孔部を有する。そして、孔部の内周面と軸部の外周面との間には、複数の円柱ころが配置されている。円柱ころによって、孔部の内周面と軸部の外周面とは、相対回転可能に支持されている。相対向するベアリングカップを一対として、各ベアリングカップ対に個別に軸状部材を装着させることで、両軸状部材を、互いの間の角度を変更させながら、滑らかに個々の軸まわりに回転させることができる。なお、円柱ころに対して孔部の開口部側においては、周方向に亘ってオイルシールが設けられている。オイルシールは、孔部の内周面から延びて軸部の外周面に接触している。

ユニバーサルジョイントは、例えば鉄鋼用圧延設備の駆動軸に設けられている。鉄鋼用圧延設備の熱間圧延工程においては、機器が非常に高温となるため、機器の温度上昇を防ぐために冷却水がかけられている。上述したオイルシールは、ベアリングカップの孔部と十字軸の軸部との間の隙間への冷却水の浸入を防止するように機能する。

特開２０１５−２１５２８号公報

しかし、オイルシールは、十字軸の軸部に対する摩擦抵抗の増大を避けるため、当該軸部に対する接触圧力を大きく設定できない。したがって、オイルシールは、冷却水の上記隙間への浸入を防止できない可能性がある。

本発明の課題は、ベアリングカップの孔部と十字軸の軸部との間の隙間のシール性を向上させて、水が当該隙間に入り込むことを防止ないし抑制することにある。

上記の課題を解決するため、本発明のユニバーサルジョイントはつぎの手段をとる。

本発明の第１の発明は、胴部から突出して十字状に設けられた４つの軸部を備えた十字軸と、それぞれの軸部に対向させて設けられるとともに胴部に向けて円柱状に開口された孔部を備え、かつ、当該孔部の内周面が軸部の外周面まわりに配置されたベアリングカップと、軸部の外周面と、対応する孔部の内周面と、の間に配置されて軸部とベアリングカップとを相対回転可能に支持する転動体と、軸部の基端部の外周面に嵌め込まれた環状のスリンガと、孔部の内周面において当該孔部の開口側の端部に嵌め込まれ、かつ、対応するスリンガの外周面に摺動可能に接触するオイルシールと、を有するユニバーサルジョイントである。このユニバーサルジョイントは、スリンガの外周面において、オイルシールが接触する部位よりも軸部の基端側に嵌め込まれるとともに当該外周面から延びて対応する孔部の開口まわりの面に摺動可能に接触するウォーターシールを有する。

上述の構成においては、ウォーターシールを、十字軸の軸部の基端部からベアリングカップの孔部の開口まわりに延ばして、当該孔部の開口まわりの面に接触させている。これによって、ウォーターシールは、当該孔部の開口面の外方側から当該孔部と当該軸部との間の隙間を覆って、この隙間を塞ぐことができる。したがって、当該隙間のシール性が向上し、例えば鉄鋼用圧延設備にかけられる冷却水が当該隙間に入り込むことを防止ないし抑制できる。

本発明の第２の発明は、上記第１の発明に記載のユニバーサルジョイントであって、ウォーターシールは、スリンガの外周面に亘って設けられるとともに対応する軸部の中心線を含む仮想平面で切断した場合の断面が略コの字形状に形成されたシール用凹部に嵌め込まれている。

上述の構成においては、断面が略コの字形状のシール用凹部にウォーターシールを嵌め込むだけで、ウォーターシールをスリンガに組付けることができる。したがって、ウォーターシールの組付けが容易である。また、上述の構成においては、ウォーターシールを組付けるための新たなスリンガを必要とせず、既存のスリンガにシール用凹部を形成すればよいので、新たなスリンガを設けることによる構造の複雑化を避けてウォーターシールを設置できる。

本発明によれば、ベアリングカップの孔部と十字軸の軸部との間の隙間のシール性を向上させて、水が当該隙間に入り込むことを防止ないし抑制することができる。

ユニバーサルジョイントを分解状態で表した斜視図である。 動作状態にあるユニバーサルジョイントを一部断面によって表した正面図である。 図２のIII領域を拡大して表した断面図である。 図３のIV領域を拡大して表した断面図である。 停止状態にあるユニバーサルジョイントを図４との対応によって表した断面図である。 動作状態にある十字軸を図２のVI方向から視た側面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。図１に示すユニバーサルジョイント１は、例えば鉄鋼用圧延設備に設けられている。ユニバーサルジョイント１は、十字軸１０とベアリングカップ２０とを有する。

十字軸１０は、図１,２に示すように、胴部１２と、軸部１４とを有する。胴部１２は、略球形状に構成されているとともに、後述の十字中心線Ｐに直交する直交面１３を有する。

軸部１４は、図２に示すように、胴部１２における球形状の部分から四方向に突出して十字状に設けられている。軸部１４は計４個ある。各軸部１４の中心線Ｌは、同一の仮想平面上にある。この仮想平面に直交し、かつ、各軸部１４の中心線Ｌの交点を通る仮想直線が、上述した十字中心線Ｐ（図１,２参照）である。各軸部１４は円筒状である。各軸部１４の基端部は、胴部１２に向けて徐々に径が大きくなった大径軸部１４ｂとなっている。

ベアリングカップ２０は、図２に示すように、各軸部１４に対して対向させて設けられ、計４個ある。各ベアリングカップ２０の構成は同一である。以下では、図２において上方に位置するベアリングカップ２０について説明し、他の３つのベアリングカップ２０については重複した説明を省略する。以下の説明における軸方向とは、図２において上方に位置する軸部１４の中心線Ｌに沿う方向を指す。軸方向外方は、当該軸部１４の先端側に向かう方向である。軸方向内方は、当該軸部１４の基端側に向かう方向である。

ベアリングカップ２０は、図２に示すように、十字軸１０の胴部１２に対向する内側端面２２と、胴部１２とは反対側を向いた外側端面２４と、両端面２２,２４をつなぐ繋面２６と、を有する。内側端面２２は、軸方向に対して直交した平坦面にて構成されている。そして、この内側端面２２に向けて（胴部１２に向けて）孔部３０が開口されている。孔部３０は円柱状に開口されている。孔部３０の内周面３２は、軸部１４の外周面１４ａまわりに配置されている。

孔部３０の内周面３２は、図３に示すように、孔部３０の底面３４から開口面３６に向けて４段階に広がっている。つまり孔部３０の内周面３２は、第１径部３２Ａと、第１径部３２Ａよりも大径の第２径部３２Ｂと、第２径部３２Ｂよりも大径の第３径部３２Ｃと、第３径部３２Ｃよりも大径の第４径部３２Ｄと、を有する。各径部３２Ａ,３２Ｂ,３２Ｃ,３２Ｄを説明するとき、それらの個々については第１径部３２Ａ、第２径部３２Ｂ、第３径部３２Ｃ、第４径部３２Ｄ、として区別し、これらを総称するときには内周面３２として説明する。

孔部３０は、図２に示すように、その底面３４からベアリングカップ２０の外側端面２４に向けて貫通された給油孔２９によって、外部と連通されている。給油孔２９は、給油栓Ｃによって塞がれている。鉄鋼用圧延設備のメンテナンス時においては、給油栓Ｃを外して、潤滑油を孔部３０と軸部１４との間に供給できる。供給された潤滑油は、孔部３０の底面３４と軸部１４の端面１４ｃとの間を径方向外方へ流れ、その後、孔部３０の内周面３２と軸部１４の外周面１４ａとの間を軸方向内方へ流れる。潤滑油は、後述の円柱ころ６０（転動体）の転動運動を潤滑にする。

孔部３０の両側には、図１,２に示すように、ボルト貫通孔２８が形成されている。ボルト貫通孔２８は、ベアリングカップ２０を十字中心線Ｐに沿う方向に貫通している。各ボルト貫通孔２８に、ボルトＢが個別に挿通されている。なお、図１では、例としてボルトを一つのみ示している。また図２では、ボルトを省略している。各ボルトＢは、各ボルト貫通孔２８を貫通して、ベアリングカップ２０とヨーク５（図１参照）とを結合している。ヨーク５は、図１に示すように、十字中心線Ｐに沿う方向に関して、ユニバーサルジョイント１の両側に位置している。相対向するベアリングカップ２０を一対として、各ベアリングカップ２０対に、個々にヨーク５が結合されている。

なお、図２〜４においては、ユニバーサルジョイント１が回転している状態（動作状態）にあるものとする。この動作状態において、十字軸１０は、例えば図６に示すように、十字中心線Ｐの向きを変えながら、図２の符号Ｔの矢印で示すように、十字中心線Ｐを中心に例えば時計回りに回転する。十字軸１０が回転すると、軸部１４には、先端側へ向かう遠心力Ｆが働く。この遠心力Ｆは、後述のウォーターシール１００においても同様に（軸部１４の先端側へ）働く。そして、遠心力Ｆは、後述のようにウォーターシール１００を変形させる。なお、図６においては、ユニバーサルジョイント１のうち、十字軸１０のみを表し、ベアリングカップ２０等を省略している。図５においては、ユニバーサルジョイント１が動作を停止した状態（停止状態）にあるものとする。

図１,３に示すように、軸部１４と孔部３０との間には、スラストワッシャ５０と、ころワッシャ５５と、円柱ころ６０と、ころガイド６５と、オイルシール７０と、スリンガ８０と、ウォーターシール１００と、が設けられている。これらの各部材５０,５５,６０,６５,７０,８０,１００は、軸部１４と同軸で配置されている。

スラストワッシャ５０は、図３に示すように、軸部１４の端面１４ｃに設けられている。スラストワッシャ５０を設けることによって、軸部１４の端面１４ｃと孔部３０の底面３４との接触を回避できる。なお、スラストワッシャ５０の中心孔５０ａ（図２参照）は、給油孔２９と一致した位置に設けられており、当該中心孔５０ａは給油孔２９を塞がない構成にある。

ころワッシャ５５は、図３に示すように、スラストワッシャ５０の径方向外方に位置している。ころワッシャ５５の内径は、スラストワッシャ５０の外径と一致している。ころワッシャ５５は、スラストワッシャ５０を径方向外方から支持してスラストワッシャ５０の径方向の位置を規制している。なお、ころワッシャ５５自身は、孔部３０の第１径部３２Ａによって径方向の位置を規制されている。

円柱ころ６０は、図３に示すように、ころワッシャ５５の軸方向内方に設けられている。円柱ころ６０は、孔部３０の第１径部３２Ａと軸部１４の外周面１４ａとの間に配置されて、軸部１４とベアリングカップ２０とを相対回転可能に支持している。円柱ころ６０は、周方向に連続して複数設けられている。また、円柱ころ６０は、軸方向に例えば２段設けられている。円柱ころ６０は、軸方向に一段のみ設けてもよいし、複数段設けてもよい。

ころガイド６５は、図３に示すように、円柱ころ６０の軸方向内方に設けられている。ころガイド６５は、孔部３０の第２径部３２Ｂに嵌め込まれている。ころガイド６５は、周方向に亘って円柱ころ６０の端面を支持している。そして、ころガイド６５は、円柱ころ６０の軸方向の位置を規制している。

スリンガ８０は、図３,４に示すように、大径軸部１４ｂの外周面１４ａに嵌め込まれている。スリンガ８０は、例えばステンレス製である。スリンガ８０は、後述のオイルシール７０とともに、密封装置１２０を構成している。密封装置１２０は、孔部３０の開口側の端部と大径軸部１４ｂとの間を密封するとともに、当該箇所（孔部３０の開口側の端部と大径軸部１４ｂとの間）にラビリンス状の経路を形成している。

スリンガ８０の一方端８０ａは、図４に示すように、孔部３０の開口面３６よりも軸方向内方に位置しており、孔部３０から露出している。スリンガ８０の他方端８０ｂは、孔部３０の第２径部３２Ｂに対応した位置にある。

スリンガ８０は、図４に示すように、ころガイド対向面８２と、スリンガ環状面８４と、スリンガ円環面８６と、スリンガ立上面８８と、スリンガ先端面９０と、スリンガ外周面９２と、スリンガ延長面９４と、シール用凹部９６と、を有する。

ころガイド対向面８２は、図４に示すように、ころガイド６５の内周面６５ａに対向して設けられている。ころガイド対向面８２ところガイド６５の内周面６５ａとの間には、わずかな隙間がある。この隙間は、密封装置１２０への入口となる第１通路Ｆ１を構成している。

スリンガ環状面８４は、図４に示すように、ころガイド対向面８２に連続して設けられている。スリンガ環状面８４は、孔部３０の第３径部３２Ｃと第４径部３２Ｄとに対応した位置にあり、軸方向に略一定の径で延びている。このスリンガ環状面８４に連続して、スリンガ円環面８６が設けられている。スリンガ円環面８６は孔部３０の第４径部３２Ｄと対応した位置において径方向に延びている。

スリンガ立上面８８は、図４に示すように、スリンガ円環面８６の径方向外縁から連続して設けられ、孔部３０の内側に向けて軸方向に立ち上がっている。このスリンガ立上面８８の径方向外方にスリンガ外周面９２が設けられている。スリンガ外周面９２は、孔部３０の第４径部３２Ｄに隣接して当該第４径部３２Ｄに沿うとともに、軸方向内方に孔部３０の外側まで延びている。スリンガ外周面９２と孔部３０の第４径部３２Ｄとの間には、わずかな隙間がある。この隙間は、密封装置１２０の出口となる第２通路Ｆ２を構成している。第２通路Ｆ２は、鉄鋼用圧延設備にかけられる冷却水の、孔部３０と軸部１４との間への浸入口でもある。スリンガ先端面９０は、第４径部３２Ｄと第３径部３２Ｃとの間の段差面Ｄ１と対向している。スリンガ先端部９０と段差面Ｄ１との間にはわずかな隙間がある。

スリンガ延長面９４は、図４に示すように、スリンガ外周面９２の軸方向内方の端部から径方向内方に延びている。そして、このスリンガ延長面９４に連続して、シール用凹部９６が設けられている。スリンガ延長面９４の径方向内方の端部は、シール用凹部９６の一部を構成している。シール用凹部９６は、軸部１４の中心線Ｌ（図２参照）を含む仮想平面で切断した場合の断面が略コの字形状に形成されている。シール用凹部９６は、スリンガ８０の外周面に亘って設けられている。シール用凹部９６は、孔部３０の開口面３６よりも軸方向内方に位置している。つまり、シール用凹部９６は、孔部３０から露出した位置にある。また、シール用凹部９６は、ベアリングカップ２０の内側端面２２よりも軸方向内方に位置している。シール用凹部９６は、スリンガ８０において、後述のオイルシール７０の各シール体７４,７５,７６が接触する部位よりも軸方向内方に設けられている。

オイルシール７０は、図４に示すように、第１芯金７１及び第２芯金７２と、３つのシール体７４,７５,７６と、を有する。両芯金７１,７２は、環状部材である。第１芯金７１は、孔部３０の第３径部３２Ｃに嵌め込まれた第１筒状部７１ａと、第１筒状部７１ａから径方向内方へ張り出した第１円環部７１ｂと、を有する。第１円環部７１ｂは、第２径部３２Ｂと第３径部３２Ｃとの間の段差面Ｄ２と接触している。

第２芯金７２は、第１筒状部７１ａに嵌めこまれた第２筒状部７２ａと、第２筒状部７２ａから径方向内方へ張り出した第２円環部７２ｂと、を有する。第２円環部７２ｂは、軸方向に関して第１円環部７１ｂと、スリンガ円環面８６との間に位置している。この第２円環部７２ｂと、上述したスリンガ立上面８８、スリンガ先端面９０、及びスリンガ外周面９２と、によって、第１通路Ｆ１と第２通路Ｆ２との間の経路がラビリンス構造とされている。

各シール体７４,７５,７６は、例えばゴム製である。第１シール体７４は、図４に示すように、第１円環部７１ｂの先端に例えば加硫接着されている。そして、第１シール体７４のリップ部７４ａは、スリンガ環状面８４に摺動可能に接触している。第２シール体７５は、第２円環部７２ｂの先端に例えば加硫接着されている。そして、第２シール体７５のリップ部７５ａは、スリンガ環状面８４に摺動可能に接触している。第３シール体７６は、第２円環部７２ｂの先端に例えば加硫接着されている。そして、第３シール体７６のリップ部７６ａは、スリンガ円環面８６に摺動可能に接触している。各シール体７４,７５,７６とスリンガ８０との接触によって、孔部３０の開口側の端部と大径軸部１４ｂとの間が密封されている。

ウォーターシール１００は、図４に示すように、シール用凹部９６に嵌め込まれている。ウォーターシール１００は、例えばゴム製であり、周方向に亘って連続した環状部材である。ウォーターシール１００は、シール用凹部９６から径方向外方に延びている。ウォーターシール１００における径方向外方の端部は、ウォーターシールリップ１００ａとなっている。ウォーターシールリップ１００ａの配置位置については、この後説明する。なお、図５に示すユニバーサルジョイント１の停止状態においては、ウォーターシールリップ１００ａが、ベアリングカップ２０の内側端面２２から離間した位置にある。

ウォーターシール１００は、ユニバーサルジョイント１が停止状態（図５参照）から動作状態（図４参照）となると、つぎのように変形する。つまり、ウォーターシール１００は、ウォーターシールリップ１００ａがベアリングカップ２０の内側端面２２に摺動可能に接触した状態に変形する（図４参照）。この変形は、十字軸１０の回転に伴う軸方向外方への遠心力Ｆによって実現されている。ウォーターシール１００は、ユニバーサルジョイント１が停止状態（図５参照）となると、遠心力Ｆが働かないことで、元の形状に復元する。つまり、ウォーターシール１００は、ウォーターシールリップ１００ａがベアリングカップ２０の内側端面２２から離間した状態に戻る。

ユニバーサルジョイント１の動作状態（図４参照）において、ウォーターシール１００はつぎのように機能する。ウォーターシール１００は、孔部３０の開口面３６よりも軸方向内方に設けられたシール用凹部９６から径方向外方に延びて、孔部３０の開口まわりの面である内側端面２２に接触している。このことから、ウォーターシール１００は、孔部３０の開口面３６の外側から第２通路Ｆ２を覆って、第２通路Ｆ２を塞いでいる。したがって、ウォーターシール１００は、第２通路Ｆ２のシール性を向上させ、鉄鋼用圧延設備にかけられる冷却水が、第２通路Ｆ２に入り込むことを防止ないし抑制できる。冷却水は、図４の符号Ｗ１の矢印で示すように、十字軸１０の回転に伴う遠心力Ｆによって大径軸部１４ｂの側からスリンガ８０の基端部８０ａへ流れてくる。この冷却水は、スリンガ８０の基端部８０ａからウォーターシール１００の外面１００ｂを伝って内側端面２２の側へ流出される。したがって、ウォーターシール１００は、冷却水が、第２通路Ｆ２に入り込むことを防止ないし抑制できる。なお、万一、冷却水が第２通路Ｆ２に入り込んだ場合でも、密封装置１２０のラビリンス構造及密封機能によって、冷却水が円柱ころ６０まで到達することが防止ないし抑制される。

ユニバーサルジョイント１の停止状態（図５参照）においては、ウォーターシール１００が、内側端面２２から離れた位置にある。したがって、第２通路Ｆ２が開放される。これによって、鉄鋼用圧延設備のメンテナンス時においては、余分な潤滑油を従来どおりに孔部３０と軸部１４との間から排出できる。なお、孔部３０と軸部１４との間を流れる潤滑油は、孔部３０の第１径部３２Ａと軸部１４の外周面１４ａとの間を通過した後、図５の符号Ｚ１の矢印で示すように、第１通路Ｆ１を通じて密封装置１２０に入る。潤滑油は、密封装置１２０を通過した後、図５の符号Ｚ２の矢印で示すように、第２通路Ｆ２から外部へ排出される。

ウォーターシール１００は、断面が略コの字形状のシール用凹部９６に嵌め込むだけで、スリンガ８０に組付けることができる。したがって、ウォーターシール１００の組付けは容易である。なお、上述の構成においては、ウォーターシール１００を組付けるための新たなスリンガを必要とせず、既存のスリンガ８０にシール用凹部９６を形成すればよいので、新たなスリンガを設けることによる構造の複雑化を避けてウォーターシール１００を設置できる。

以上は、本発明を実施するための一実施の形態を図面に関連して説明したが、本発明は他の実施形態でも実施可能である。例えば、ユニバーサルジョイント１の停止状態において、ウォーターシールリップ１００ａがベアリングカップ２０の内側端面２２に予め接触した状態としてもよい。この場合、ウォーターシールリップ１００ａの内側端面２２に対する接触圧力を適宜調節することで、ウォーターシールリップ１００ａと内側端面２２との間から潤滑油を排出可能である。

１ ユニバーサルジョイント
１０ 十字軸
１２ 胴部
１４ 軸部
１４ａ 外周面
１４ｂ 大径軸部（基端部）
２０ ベアリングカップ
２２ 内側端面
３０ 孔部
３２ 内周面
３６ 開口面
６０ 円柱ころ（転動体）
７０ オイルシール
８０ スリンガ
８４ スリンガ環状面
８６ スリンガ円環面
９６ シール用凹部
１００ ウォーターシール
１００ａ ウォーターシールリップ
Ｌ 中心線

Claims (2)

1. 胴部から突出して十字状に設けられた４つの軸部を備えた十字軸と、
   それぞれの前記軸部に対向させて設けられるとともに前記胴部に向けて円柱状に開口された孔部を備え、かつ、当該孔部の内周面が前記軸部の外周面まわりに配置されたベアリングカップと、
   前記軸部の外周面と、対応する前記孔部の内周面と、の間に配置されて前記軸部と前記ベアリングカップとを相対回転可能に支持する転動体と、
   前記軸部の基端部の外周面に嵌め込まれた環状のスリンガと、
   前記孔部の内周面において当該孔部の開口側の端部に嵌め込まれ、かつ、対応する前記スリンガの外周面に摺動可能に接触するオイルシールと、
   を有するユニバーサルジョイントであって、
   前記スリンガの外周面と、前記孔部の内周面との間に隙間と、
   前記スリンガの外周面において、前記オイルシールが接触する部位よりも前記軸部の基端側であり且つ前記孔部の開口面よりも軸方向内方に、シール用凹部と、
   が形成されており、
   前記シール用凹部に嵌め込まれ、かつ、前記スリンガの外周面から径方向外方に延び、前記スリンガの外周面よりも径方向外方に突出したウォーターシールリップを備えたゴム製のウォーターシールを有し、
   当該ウォーターシールリップは、
   前記ユニバーサルジョイントが回転動作状態の場合では、回転の遠心力によって前記軸部の中心軸線に沿って前記ベアリングカップの前記孔部の開口まわりの面である内側端面に向かう方向に変形し、前記内側端面の側に開口している前記隙間を塞ぎ、
   前記ユニバーサルジョイントが回転停止状態の場合では、前記変形から復元し、前記ベアリングカップの前記内側端面から離間して前記隙間を開口するユニバーサルジョイント。
2. 請求項１に記載のユニバーサルジョイントであって、
   前記スリンガには、
   前記孔部の内周面の開口側端部と対応した位置において径方向に延びるスリンガ円環面と、
   前記スリンガ円環面の径方向外縁から連続して設けられ、前記孔部の内側に向けて軸方向に立ち上がっているスリンガ立上面と、
   前記スリンガ立上面と前記スリンガの外周面とを繋ぐスリンガ先端面と、
   が設けられ、
   前記スリンガ先端面と前記スリンガの外周面は、
   前記孔部の内周面の開口側端部との間にラビリンス構造を形成する、ユニバーサルジョイント。
   
   

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