JP7016613B2 - 等速自在継手および動力伝達機構 - Google Patents

Description

本発明は、等速自在継手に関し、特に、その軸線が鉛直軸に沿って配設される縦型装着用の等速自在継手および動力伝達機構に関する。

各種産業機械の動力伝達機構として適用される固定式等速自在継手は、一般的には、水平方向に取付けて使用される。しかしながら、フィルム製造設備の横延伸機や電炉の連続鋳造設備のピンチロール用等速自在継手では、特許文献１等のように、上下方向(天地方向)に取付けて使用する場合がある。

縦型装着用の等速自在継手は、例えば、図１０に示すような動力伝達機構に用いられる。この動力伝達機構は、下方の第１等速自在継手４１と、上方の第２等速自在継手４２と、第１等速自在継手４１と第２等速自在継手４２とを連結するシャフト４３とを備えたものである。なお、この図１０においては、図示の簡略化のために、断面である部位のハッチングの記載を省略している。

第１等速自在継手４１及び第２等速自在継手４２は、図１１および図１２に示すように、内径面１Ａ，１Ｂに複数のトラック溝２Ａ，２Ｂが形成された外側継手部材３Ａ，３Ｂと、外径面４Ａ，４Ｂに外側継手部材３Ａ，３Ｂのトラック溝２Ａ，２Ｂと対をなす複数のトラック溝５Ａ，５Ｂが形成された内側継手部材６Ａ，６Ｂと、外側継手部材３Ａ，３Ｂのトラック溝２Ａ，２Ｂと内側継手部材６Ａ，６Ｂのトラック溝５Ａ，５Ｂとの間に介在してトルクを伝達する複数のトルク伝達部材としてのボール７Ａ，７Ｂと、外側継手部材３Ａ，３Ｂの内径面１Ａ，１Ｂと内側継手部材６Ａ，６Ｂの外径面４Ａ，４Ｂとの間に介在してボール７Ａ，７Ｂを保持するケージ８Ａ，８Ｂとを備える。

この場合、各等速自在継手４１、４２は、外側継手部材３Ａ，３Ｂが短円筒形状とされたいわゆるディスクタイプであり、外側継手部材３Ａ，３Ｂにフランジ部材１０Ａ，１０Ｂが連結されている。下方のフランジ部材１０Ａは、軸心孔１１Ａを有する筒体からなり、軸心孔１１Ａは、上方開口側の大径部１１Ａａと、その大径部１１Ａａよりも小径の本体部１１Ａｂとからなる。また、フランジ部材１０Ａの上面には、外側継手部材３Ａの下端部が嵌合するインロー部１２Ａが設けられているとともに、軸心孔１１Ａの本体部１１Ａｂには、キー溝１３Ａが設けられている。上方のフランジ部材１０Ｂは、軸心孔１１Ｂを有する筒体からなり、軸心孔１１Ｂは、下方開口側の大径部１１Ｂａと、その大径部１１Ｂａよりも小径の本体部１１Ｂｂとからなる。また、フランジ部材１０Ｂの下面には、外側継手部材３Ｂの上端部が嵌合するインロー部１２Ｂが設けられているとともに、軸心孔１１Ｂの本体部１１Ｂｂには、キー溝１３Ｂが設けられている。

このため、下方の外側継手部材３Ａの下端部をフランジ部材１０Ａのインロー部１２Ａに嵌合させた状態で、外側継手部材３Ａの上端部に押さえ部材１４Ａを装着して、この押さえ部材１４Ａの貫孔１５Ａ及び外側継手部材３Ａの貫通孔１６Ａに挿通されるボルト部材１７Ａを、フランジ部材１０Ａに設けられたねじ孔１８Ａに螺着する。これによって、この下方の等速自在継手４１はフランジ部材１０Ａに取付られる。押さえ部材１４Ａの下端面には切欠部１４Ａａが設けられ、このインロー部１４Ａａに外側継手部材３Ａの上端部が嵌合している。なお、押さえ部材１４Ａには、等速自在継手の内部にグリースを補給するためのグリースニップル１９Ａが取り付けてある。

上方の外側継手部材３Ｂの上端部をフランジ部材１０Ｂのインロー部１２Ｂに嵌合させた状態で、外側継手部材３Ｂの下端部に押さえ部材１４Ｂを装着して、この押さえ部材１４Ｂの貫孔１５Ｂ及び外側継手部材３Ｂの貫通孔１６Ｂに挿通されるボルト部材１７Ｂを、フランジ部材１０Ｂに設けられたねじ孔１８Ｂに螺着する。これによって、この上方の等速自在継手４２はフランジ部材１０Ｂに取付られる。押さえ部材１４Ｂの上端面にはインロー部１４Ｂａが設けられ、このインロー部１４Ｂａに外側継手部材３Ｂの下端部が嵌合している。なお、押さえ部材１４Ｂには、等速自在継手の内部にグリースを補給するためのグリースニップル１９Ｂが取り付けてある。

シャフト４３は、図１０に示すように、下部軸部材２０と、上部軸部材２１と、下部軸部材２０と上部軸部材２１とを連結する中間軸部材２２とを備える。下部軸部材２０は、軸本体２０ａと、軸本体２０ａの上部に設けられるボス部２０ｂとからなり、上部軸部材２１は、軸本体２１ａと、軸本体２１ａの下部に設けられるボス部２１ｂとからなる。また、中間軸部材２２は筒体からなり、下方開口部が下部軸部材２０のボス部２０ｂに嵌合一体化され、上方開口部が上部軸部材２１のボス部２１ｂに嵌合一体化されている。

下部軸部材２０の軸本体２０ａの下部には雄スプライン２３が形成され、上部軸部材２１の軸本体２１ａの上部には雄スプライン２４が形成されている。また各等速自在継手４１、４２の内側継手部材６Ａ、６Ｂの軸孔６Ａａ、６Ｂａには雌スプライン２５Ａ、２５Ｂが形成され、このため、下部軸部材２０の雄スプライン２３が、内側継手部材６Ａの軸孔６Ａａに嵌入されることによって、雌スプライン２５Ａと雄スプライン２３とが嵌合することになる。また、上部軸部材２１の雄スプライン２４が、内側継手部材６Ｂの軸孔６Ｂａに嵌入されることによって、雌スプライン２５Ｂと雄スプライン２４とが嵌合することになる。

図１１に示すように、下部軸部材２０の雄スプライン２３の下端部および上端部にそれぞれ止め輪２６，２７が装着される。すなわち、止め輪２６，２７で内側継手部材６Ａを挟持する状態となり、シャフト４３の下部軸部材２０の内側継手部材６Ａに対する軸方向の変位を規制している。なお、上部軸部材２１には、このような止め輪が装着されておらず、シャフト４３の上部軸部材２１の内側継手部材６Ｂに対する軸方向の変位を許容している（図１２参照）。

また、図１１および図１２に示すように、下方の等速自在継手４１の上方開口部および上方の等速自在継手４２の下方開口部が密封装置Ｓ１，Ｓ２にて密封されている。密封装置Ｓ１，Ｓ２は、軸部材２０，２１に外嵌される金属製の内径側筒部３０Ａ，３０Ｂと、外側継手部材３Ａ，３Ｂ側に付設される金属製の外径側筒部３１Ａ，３１Ｂと、内径側筒部３０Ａ，３０Ｂと外径側筒部３１Ａ，３１Ｂとを連結する屈曲部３２Ａ，３２Ｂとを有する。

特開２００７－３０９３６７号公報

図１０に示すような使用方法では、シャフト４３の荷重を下部軸部材２０に装着されている止め輪（角サークリップ）２７を介し本体部品の球面部（1Ａ，4Ａ，8Ａ）にて受けることになる。すなわち、図１１に示すように、下方の等速自在継手４１の内側継手部材６Ａの上端面に、切欠部３３が設けられ、この切欠部３３に止め輪２７が嵌合することになっているからである。

このような構成の場合、シャフト４３が短軸品であれば、シャフト４３からの荷重（自重）を受けることができる。しかしながら、近年では、例えば、３ｍを超える長軸品の需要であり、このような長軸品では、図１１に示すような止め輪（角サークリップ）２７を介し本体部品の球面部（1Ａ，4Ａ，8Ａ）にてシャフト４３の自重を受けた場合、耐久性の低下を招くことになる。

また、縦方向での使用では、グリースがその自重により下方へ流動して、下部に溜まることになる。このため、グリースを継手内部に対して満量となるように補充する必要がある。密封装置として、等速自在継手に一般的に使用されるゴム製または樹脂製の蛇腹ブーツでは、グリースのブーツ内への流動で、ブーツ内のグリースが通常封入量よりも多くなり、ブーツの変形により、許容回転数が低下することになる。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、シャフトからの荷重を安定して受けることができて耐久性に優れた縦型装着用の等速自在継手および動力伝達機構を提供するものである。

本発明の等速自在継手は、外側継手部材と、前記外側継手部材に内挿される内側継手部材と、前記外側継手部材と前記内側継手部材との間に介在してトルク伝達を行なうトルク伝達部材とを備え、軸線が鉛直軸線上に配設されたシャフトの下端部が前記内側継手部材の軸孔に嵌入される縦型装着用の等速自在継手であって、凸球面とされた前記シャフトの下端縁を受ける球面座を備え、球面座の曲率をＳＲ１として、凸球面の曲率をＳＲ２としたときに、ＳＲ１＞ＳＲ２とするとともに、球面座と凸球面との表面硬度の関係は、球面座＜凸球面とし、かつ、受け部材の球面座に、少なくとも複数の円形溝からなる油溝構造が形成されているものである。

本発明の等速自在継手によれば、凸球面とされたシャフトの下端縁を球面座の凹球面にて受けるものであるので、シャフトの自重を止め輪（角サークリップ）を用いることなく、３ｍを超える長軸品のシャフトであっても本体部品の球面部に入力されることなく、その自重を安定して受けることができる。

継手上方開口部を密封する密封装置を有し、密封装置が、凸球面のシール面を有するシャフト側の金属製内環と、金属製内環のシール面に摺接する摺接面を有する外側継手部材側の金属製外環と、金属製内環を金属製外環側へ押圧する弾性部材とを備えたものにて構成できる。このため、密封装置が、金属製内環と金属製外環と弾性部材とで構成される金属球面シールとなり、使用される雰囲気温度の影響を受けず、かつ、変形による破損等を生じなくなる。

シャフトに筒状のスペーサが外嵌されるとともに、前記金属製内環がこのスペーサに外嵌されて、このスペーサの反継手側の端部をシールリングにてシールしたものが好ましい。このように、スペーサの反継手側の端部をシールリングにてシールすることによって、密封装置の密封性の向上を図ることができる。

継手上方開口部を密封する密封装置を有し、密封装置が、シャフトに外嵌される金属製の内径側筒部と、外側継手部材側に付設される金属製の外径側筒部と、内径側筒部と外径側筒部とを連結する屈曲部とを有するものであってもよい。すなわち、この場合の密封装置が金属環ブーツを構成することになり、この密封装置内のグリースが通常封入量よりも多くなっても、回転性能を落とすのを回避できる。

本発明の動力伝達機構は、下方に配設される第１等速自在継手と、上方に配設される第２等速自在継手と、第１等速自在継手と第２等速自在継手とを連結するシャフトとを備えた動力伝達機構であって、前記等速自在継手を第１等速自在継手に用いたものである。

本発明の動力伝達機構によれば、下方の第１等速自在継手が、凸球面とされたシャフトの下端縁を球面座の凹球面にて受けるものであるので、シャフトの自重を止め輪（角サークリップ）を用いることなく、３ｍを超える長軸品のシャフトであっても本体部品の球面部に入力されることなく、その自重を安定して受けることができる。

前記シャフトは、下部が下方の第１等速自在継手に連結される第１軸と、上部が上方のフランジ部材に連結される第２軸とを備え、第１軸は、その上部に第２等速自在継手の外側継手部材に固定される第１のフランジ部材を有し、第２軸は、その下部に第２等速自在継手の内側継手部材に嵌入される軸部を有するものであってもよい。すなわち、動力伝達機構が、いわゆる２本軸仕様となって、上方の第２等速自在継手の開口部が上方開口部となる。このため、第２等速自在継手の本体内及び密封装置内のグリースの保持性能の向上を図ることができる。しかも、２本軸仕様であるため、分離性に優れ、部品等交換作業やメンテナンス性に優れる。

第１等速自在継手の内側継手部材に嵌入されるシャフトの下端部にシャフト抜け止め用の止め輪を装着するとともに、第２等速自在継手の内側継手部材に嵌入されるシャフトの上端部にシャフト抜け止め用の止め輪を装着しているものであってもよい。このように設定することによって、内側継手部材からのシャフトの抜けを有効に防止でき、組み立て性能等に優れる。

本発明では、シャフトの自重を止め輪（角サークリップ）を用いることなく、３ｍを超える長軸品のシャフトであっても本体部品の球面部に入力されることなく、その自重を安定して受けることができる。すなわち、シャフトの自重を下方の等速自在継手の内側継手部材に与えることなく、滑らかな作動が可能となって発熱要因を除外することができて、耐久性に影響を与えない構造となる。また、密封装置として、金属製内環と金属製外環と弾性部材とで構成される金属球面シールとなるように構成すれば、使用される雰囲気温度の影響を受けず、かつ、変形による破損等を生じなくなり、耐久性に優れた等速自在継手となる。

本発明の等速自在継手を用いた第１の動力伝達機構の断面図である。 図１に示す動力伝達機構の下方の第１等速自在継手の拡大断面図である。 第１等速自在継手の球面座を示し、（ａ）は複数の円形溝を有する凹曲面の簡略平面図であり、（ｂ）は複数の円形溝および径方向に延びる直線溝を有する凹曲面の簡略平面図である。 図１に示す動力伝達機構の上方の第２等速自在継手の拡大断面図である。 本発明の等速自在継手を用いた第２の動力伝達機構の断面図である。 図５に示す動力伝達機構の上方の第２等速自在継手の拡大断面図である。 本発明の等速自在継手を用いた第３の動力伝達機構の断面図である。 図７に示す動力伝達機構の下方の第１等速自在継手の拡大断面図である。 図７に示す動力伝達機構の上方の第２等速自在継手の拡大断面図である。 従来の動力伝達機構の断面図である。 図１０に示す動力伝達機構の下方の第１等速自在継手の拡大断面図である。 図１０に示す動力伝達機構の上方の第２等速自在継手の拡大断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１～図９に基づいて説明する。図１は、本発明に係る等速自在継手を用いた動力伝達機構を示し、この動力伝達機構は、下方の第１等速自在継手２０１と、上方の第２等速自在継手２０２と、第１等速自在継手２０１と第２等速自在継手２０２とを連結するシャフト２０３とを備えたものである。なお、この図１においては、図示の簡略化のために、断面である部位のハッチングの記載を省略している。

第１等速自在継手２０１及び第２等速自在継手２０２は、図２および図４に示すように、内径面５１Ａ，５１Ｂに複数のトラック溝５２Ａ，５２Ｂが形成された外側継手部材５３Ａ，５３Ｂと、外径面５４Ａ，５４Ｂに外側継手部材５３Ａ，５３Ｂのトラック溝５２Ａ，５２Ｂと対をなす複数のトラック溝５５Ａ，５５Ｂが形成された内側継手部材５６Ａ，５６Ｂと、外側継手部材５３Ａ，５３Ｂのトラック溝５２Ａ，５２Ｂと内側継手部材５６Ａ，５６Ｂのトラック溝５５Ａ，５５Ｂとの間に介在してトルクを伝達する複数のトルク伝達部材としてのボール５７Ａ，５７Ｂと、外側継手部材５３Ａ，５３Ｂの内径面５１Ａ，５１Ｂと内側継手部材５６Ａ，５６Ｂの外径面５４Ａ，５４Ｂとの間に介在してボール５７Ａ，５７Ｂを保持するケージ５８Ａ，５８Ｂとを備える。

この場合、第１等速自在継手２０１は、外側継手部材５３Ａが短円筒形状とされたいわゆるディスクタイプであり、外側継手部材５３Ａにフランジ部材６０Ａが連結されている。フランジ部材６０Ａは、軸心孔６１Ａを有する筒体からなり、軸心孔６１Ａは、上方開口側の大径部６１Ａａと、その大径部６１Ａａよりも小径の本体部６１Ａｂとからなる。また、フランジ部材６０Ａの上面には、外側継手部材５３Ａの下端部が嵌合する切欠部６２Ａが設けられているとともに、軸心孔６１Ａの本体部６１Ａｂには、キー溝６３Ａが設けられている。なお、大径部６１Ａａの開口部側には、上方に向かって拡径するテーパ部６１Ａｃが設けられている。

そして、軸心孔６１Ａの大径部６１Ａａ内には、球面座６５ａを有する受け部材６５が嵌合されている。この受け部材６５は、大径部６１Ａａへ嵌入可能なように、その外径寸法が大径部６１Ａａの内径寸法と略同一に設定された円盤体からなり、その上面に、凹球面からなる球面座６５ａが設けられている。また、大径部６１Ａａには止め輪６６が装着され、受け部材６５が大径部６１Ａａの底面６７に受けられた状態で、この止め輪６６によって受け部材６５の大径部６１Ａａ内からの抜けを規制している。

受け部材６５の球面座６５ａには、例えば、図３（ａ）（ｂ）に示すように、油溝構造Ｋを形成してもよい。すなわち、図３（ａ）では、油溝構造Ｋは複数の円形溝７０ａ,７０ｂ，７０ｃ，７０ｄから構成される。この場合、円形溝７０ａ,７０ｂ，７０ｃ，７０ｄは、中心が球面座６５ａの中心である同心円とされている。図３（ｂ）では円形溝７０ａ,７０ｂ，７０ｃ，７０ｄと、径方向に延びる直線溝７１ａ、７１ｂ、７１ｃ，７１ｄとからなる。

このため、図２に示すように、下方の外側継手部材５３Ａの下端部をフランジ部材６０Ａのインロー部６２Ａに嵌合させた状態で、外側継手部材５３Ａの上端部に押さえ部材６４Ａのインロー部６４Ａａを嵌合させた状態として、この押さえ部材６４Ａの貫孔６４Ａｂ及び外側継手部材５３Ａの貫通孔６６Ａに挿通されるボルト部材６７Ａを、フランジ部材６０Ａに設けられたねじ孔６８Ａに螺着する。これによって、この下方の等速自在継手はフランジ部材６０Ａに取付られる。押さえ部材６４Ａの下端面にはインロー部６４Ａａが設けられ、このインロー部６４Ａａに外側継手部材５３Ａの上端部が嵌合している。なお、押さえ部材６４Ａには、等速自在継手の内部にグリースを補給するためのグリースニップル６９Ａを取り付けてある。

また、第２等速自在継手２０２は、図４に示すように、外側継手部材５３Ｂが短円筒形状とされたいわゆるディスクタイプであり、外側継手部材５３Ｂに第１フランジ部材６０Ｂ１を介して第２フランジ部材６０Ｂ２が連結されている。

第１フランジ部材６０Ｂ１は、上方開口部に外鍔部７２を有する短筒体からなり、その軸心孔７３は、下方の小径部７３ａと、上方の大径部７３ｂと、小径部７３ａと大径部７３ｂの間に設けられるテーパ部７３ｃとからなる。また、第１フランジ部材６０Ｂ１の下面には、切欠部７４が設けられ、この切欠部７４に第２等速自在継手２０２の外側継手部材５３Ｂの上端部が嵌合している。

第２フランジ部材６０Ｂ２は、軸心孔６１Ｂを有する筒体からなり、軸心孔６１Ｂは、下方開口側の大径部６１Ｂａと、その大径部６１Ｂａよりも小径の本体部６１Ｂｂとからなる。また、フランジ部材６０Ｂ２の下方開口部には外鍔部７５が設けられ、小径の本体部６１Ｂｂにはキー溝６１Ｂｃが設けられている。また、第１フランジ部材６０Ｂ１の上面にはインロー部７６が形成され、第２フランジ部材６０Ｂ２の下面には凸隆部７７が設けられている。

このため、第１フランジ部材６０Ｂ１の外鍔部７２に第２フランジ部材６０Ｂ２の外鍔部７５を重ね合わせた状態で、第２フランジ部材６０Ｂ２の凸隆部７７が第１フランジ部材６０Ｂ１のインロー部７６に嵌合する。また、第１フランジ部材６０Ｂ１の外鍔部７２と第２フランジ部材６０Ｂ２の外鍔部７５とは、ボルト・ナット固定部材にて固定される。すなわち、外鍔部７２，７５に貫通孔７２ａ，７５ｂが設けられ、この貫通孔７２ａ，７５ｂにボルト部材７８が嵌入され、外鍔部７２から下方に突出したねじ部にナット部材７９が螺着される。

また、上方の外側継手部材５３Ｂの上端部をフランジ部材６０Ｂ１のインロー部７４に嵌合させた状態で、外側継手部材５３Ｂの下端部に押さえ部材６４Ｂを装着して、この押さえ部材６４Ｂの貫孔６４Ｂｂ及び外側継手部材５３Ｂの貫通孔６６Ｂに挿通されるボルト部材６７Ｂを、フランジ部材６０Ｂ１に設けられたねじ孔６８Ｂに螺着する。これによって、この上方の第２等速自在継手２０２はフランジ部材６０Ｂ１に取付られる。押さえ部材６４Ｂの上端面にはインロー部６４Ｂａが設けられ、このインロー部６４Ｂａに外側継手部材３Ｂの下端部が嵌合している。なお、押さえ部材６４Ｂには、等速自在継手の内部にグリースを補給するためのグリースニップル６９Ｂが取り付けてある。

シャフト２０３は、図１に示すように、下部軸部材８０と、上部軸部材８１と、下部軸部材８０と上部軸部材８１とを連結する中間軸部材８２とを備える。下部軸部材８０は、軸本体８０ａと、軸本体８０ａの上部に設けられるボス部８０ｂとからなり、上部軸部材８１は、軸本体８１ａと、軸本体８１ａの下部に設けられるボス部８１ｂとからなる。また、中間軸部材２２は筒体からなり、下方開口部が下部軸部材８０のボス部８０ｂに嵌合一体化され、上方開口部が上部軸部材８１のボス部８１ｂに嵌合一体化されている。

ボス部８０ｂは、大径部８３ａと、小径部８３ｂと、大径部８３ａと軸本体８０ａとの間のテーパ部８３ｃと、大径部８３ａと小径部８３ｂとの間のテーパ部８３ｄとからなり、中間軸部材８２の下方開口部の大径部に小径部８３ｂが嵌入され、ボス部８０ｂと中間軸部材８２の下端部とが溶接一体化されている。また、ボス部８１ｂは、大径部８４ａと、小径部８４ｂと、大径部８４ａと軸本体８１ａとの間のテーパ部８４ｃと、大径部８４ａと小径部８４ｂとの間のテーパ部８４ｄとからなり、中間軸部材８２の上方開口部の大径部に小径部８４ｂが嵌入され、ボス部８１ｂと中間軸部材８２の上端部とが溶接一体化されている。

下部軸部材８０の軸本体８０ａの下部には雄スプライン８５が形成され、上部軸部材８１の軸本体８１ａの上部には雄スプライン８６が形成されている。また各等速自在継手２０１、２０２の内側継手部材５６Ａ、５６Ｂの軸孔５６Ａａ、５６Ｂａには雌スプライン８７Ａ、８７Ｂが形成される。このため、下部軸部材８０の雄スプライン８５が、内側継手部材５６Ａの軸孔５６Ａａに嵌入されることによって、雌スプライン８７Ａと雄スプライン８５とが嵌合することになる。また、上部軸部材８１の雄スプライン８６が、内側継手部材５６Ｂの軸孔５６Ｂａに嵌入されることによって、雌スプライン８７Ｂと雄スプライン８６とが嵌合することになる。

図２に示すように、シャフト２０３の下端縁、つまり下部軸部材８０の下端縁は凸球面９０とされ、この凸球面９０が、受け部材６５の球面座６５ａに受けられている。この場合、凸球面９０の曲率半径を球面座６５ａの曲率半径よりも小さくするのが好ましい。すなわち、球面座６５ａの曲率を凸球面９０の曲率よりも大きくすることになり、球面座６５ａの曲率をＳＲ１とし、凸球面９０の曲率をＳＲ２としたときに、ＳＲ１＞ＳＲ２とする。具体的には、油膜特性から、ＳＲ１＝（１．２～１．５）×ＳＲ２とするのが好ましい。

球面座６５ａと凸球面９０との表面硬度の関係は、球面座６５ａ＜凸球面９０とするのが好ましい。例えば、球面座６５ａの表面硬度をＨＲＣ３０～４０とし、凸球面９０の表面硬度をＨＲＣ５０以上としている。このように硬度差を付けることによって、なじみ効果を狙いつつ、耐摩耗性を考慮した仕様となっている。また、球面座６５ａ側を摩耗させるようにしている。このように、球面座６５ａ側が摩耗することによって、シャフト側を交換することなく、球面座６５ａを有する受け部材６５のみを交換することによって、長期にわたって使用するこができ、低コスト化を図ることができる。

また、下部軸部材８０の雄スプライン８５の下部には、止め輪９１が装着されている。上部軸部材８１の雄スプライン８６の上部には、止め輪９２が装着されている（図４参照）。

下方の第１等速自在継手２０１の上方開口部および上方の第２等速自在継手２０２の下方開口部は、密封装置Ｍ１，Ｍ２にて密封されている。密封装置Ｍ１、Ｍ２は、図２および図４に示すように、凸球面のシール面１００Ａ，１００Ｂを有するシャフト側の金属製内環１０１Ａ，１０１Ｂと、金属製内環１０１Ａ，１０１Ｂのシール面１００Ａ，１００Ｂに摺接する摺接面１０２Ａ，１０２Ｂを有する外側継手部材側の金属製外環１０３Ａ，１０３Ｂと、金属製内環１０１Ａ，１０１Ｂを金属製外環１０３Ａ，１０３Ｂ側へ押圧する弾性部材１０４Ａ，１０４Ｂとを備える。

金属製内環１０１Ａ，１０１Ｂは、凸球面状のシール面１００Ａ，１００Ｂを有するお碗形状の本体部１０１Ａａ、１０１Ｂａと、本体部１０１Ａａ、１０１Ｂａの内径部に連設される短円筒部１０１Ａｂ、１０１Ｂｂとからなる。また、金属製外環１０３Ａは、継手側から上方に向かって縮径する外周側テーパ部１０３Ａａと、この外周側テーパ部１０３Ａａの上端部から継手側に向かって縮径する内周側テーパ部１０３Ａｂとからなり、この内周側テーパ部１０３Ａｂの先端縁が摺接面１０２Ａを構成する。また、金属製外環１０３Ｂは、継手側から下方に向かって縮径する外周側テーパ部１０３Ｂａと、この外周側テーパ部１０３Ｂａの下端部から継手側に向かって縮径する内周側テーパ部１０３Ｂｂとからなり、この内周側テーパ部１０３Ｂｂの先端縁が摺接面１０２Ｂを構成する。

弾性部材１０４Ａ，１０４Ｂはコイルスプリングからなり、金属製内環１０１Ａ，１０１Ｂと内側継手部材５６Ａ，５６Ｂとの間に介在される。この場合、金属製内環１０１Ａ，１０１Ｂには、短円筒部１０１Ａｂ、１０１Ｂｂの外径面と本体部１０１Ａａ、１０１Ａｂの内面との間に周方向凹部１０５Ａ，１０５Ｂが設けられる。このため、弾性部材１０４Ａ，１０４Ｂの一方の端部側が周方向凹部１０５Ａ，１０５Ｂに嵌合し、他方の端部が内側継手部材５６Ａ，５６Ｂの切欠部１０６Ａ，１０６Ｂに嵌合している。したがって、弾性部材１０４Ａ，１０４Ｂの弾性力によって、金属製内環１０１Ａ，１０１Ｂが継手外方へ押圧され、金属製内環１０１Ａ，１０１Ｂのシール面１００Ａ，１００Ｂと金属製外環１０３Ａ，１０３Ｂの摺接面１０２Ａ，１０２Ｂとが摺接する状態となる。

シャフト２０３の下部軸部材８０の雄スプライン８５の上端部には、円筒状のスペーサ１１０Ａが外嵌されている。この場合、金属製内環１０１Ａがスペーサ１１０Ａに圧入され、スペーサ１１０Ａを軸本体８０ａに対して滑動自在に装着している。スペーサ１１０Ａの継手内部側に端部には外鍔部１１０Ａａが設けられ、この外鍔部１１０Ａａに金属製内環１０１Ａの短円筒部１０１Ａｂが当接している。また、スペーサ１１０Ａの反継手側の端部をシールリング１１１Ａにてシールしている。

シャフト２０３の上部軸部材８１の雄スプライン８６の下端部には、円筒状のスペーサ１１０Ｂが外嵌されている。この場合、金属製内環１０１Ｂがスペーサ１１０Ｂに圧入され、スペーサ１１０Ｂを軸本体８１ａに対して滑動自在に装着している。スペーサ１１０Ａの継手内部側の端部には外鍔部１１０Ｂａが設けられ、この外鍔部１１０Ａａに金属製内環１０１Ｂの短円筒部１０１Ｂｂが当接している。また、スペーサ１１０Ａの反継手側の端部をシールリング１１１Ｂにてシールしている。

ところで、金属製外環１０３Ａ、１０３Ｂは、抑え部材６４Ａ，６４Ｂを介して、外側継手部材５３Ａ，５３Ｂに固定される。すなわち、金属製外環１０３Ａ、１０３Ｂの外周側テーパ部１０３Ａａ、１０３Ｂａの継手側端部に外鍔部１１２Ａ，１１２Ｂが設けられ、抑え部材６４Ａ，６４Ｂには、内周面の継手側に周方向凹部１１３Ａ、１１３Ｂが設けられている。このため、金属製外環１０３Ａの外鍔部１１２Ａ，１１２Ｂが抑え部材６４Ａ，６４Ｂの周方向凹部１１３Ａ、１１３Ｂに嵌合して、金属製外環１０３Ａが外側継手部材５３Ａ，５３Ｂに固定される。

本発明の等速自在継手では、凸球面９０とされたシャフト２０３の下端縁を球面座６５ａの凹球面にて受けるものであるので、シャフト２０３の自重を止め輪（角サークリップ）を用いることなく、３ｍを超える長軸品のシャフト２０３であっても本体部品の球面部（５1Ａ，５4Ａ，５8Ａ）に入力されることなく、その自重を安定して受けることができる。すなわち、シャフト２０３の自重を下方の第１等速自在継手２０１の内側継手部材５６Ａに与えることなく、滑らかな作動が可能となって発熱要因を除外することができて、耐久性に影響を与えない構造となる。また、密封装置Ｍ１、Ｍ２として、金属製内環１０１Ａ、１０１Ｂと金属製外環１０３Ａ、１０３Ｂと弾性部材１０４Ａ、１０４Ｂとで構成される金属球面シールとなり、使用される雰囲気温度の影響を受けず、かつ、変形による破損等を生じなくなり、耐久性に優れた等速自在継手となる。

球面座６５ａに、図３（ａ）（ｂ）に示すような油溝構造Ｋを形成しているので、摺動速度の高い条件に対して油膜切れ（潤滑切れ）の抑制が可能となっている。なお、等速自在継手に使用するグリース（潤滑剤）としては、等速自在継手に一般的に使用されるものを用いることができるが、付着性が良く、流動性の低いちょう度２６５～２９５のものが好ましい。なお、止め輪９１，９２は作動時に等速自在継手から雄スプラインの抜けを防止することができる。

図１に示す動力伝達機構では、シャフトはいわゆる１本軸仕様であったが、図５に示すような２本軸仕様であってもよい。すなわち、図５に示す動力伝達機構のシャフトは、下方の第１等速自在継手２０１と上方の第２等速自在継手２０２とを連結する第１軸１１５と、上方の第２等速自在継手２０２に連結される第２軸１１６との２軸を備える。なお、この図５においては、図示の簡略化のために、断面である部位のハッチングの記載を省略している。

第１軸１１５は、図１に示すシャフト２０３と同様の下部軸部材８０と、中間軸部材８２とを備え、この中間軸部材８２の上部にフランジ部材１１７が連結されてなる。

フランジ部材１１７は、図６に示すように、筒状本体部１１７ａと、この筒状本体部１１７ａの上方開口部に設けられた外鍔部１１７ｂとからなる。また、フランジ部材１１７の孔部１１８は、下方小径部１１８ａと、中間中径部１１８ｂと、上方大径部１１８ｃと、上方開口側に設けられるテーパ部１１８ｄとからなる。図５に示すように、フランジ部材１１７の筒状本体部１１７ａの下端部に小径部１１９が形成され、この小径部１１９が中間軸部材８２の上方開口に嵌入されて、フランジ部材１１７の筒状本体部１１７ａと中間軸部材８２の上端部とが溶接一体化されている。

フランジ部材１１７の上面には、図６に示すように、リング形状のインロー部１２０が形成され、このインロー部１２０が上方の第２等速自在継手２０２の外側継手部材５３Ｂの下端部が嵌合している。また、フランジ部材１１７の外鍔部１１７ｂにはねじ孔１２１が設けられ、押さえ部材６４Ａの貫孔６４Ａｂ及び外側継手部材５３Ｂの貫通孔６６Ｂに挿通されるボルト部材６７Ａを、フランジ部材１１７に設けられたねじ孔１２１に螺着する。これによって、この上方の第２等速自在継手２０２はフランジ部材１１７に取付られる。なお、この図５及び図６において、第２等速自在継手２０２に用いる密封装置Ｍ２、押さえ部材、及びこれを固定するボルト部材等は、図１及び図２に示す第１等速自在継手２０１において用いた密封装置Ｍ１、押さえ部材６４Ａ、及びこれを固定するボルト部材６７Ａ等と同様のものを用いた。

また、第２軸１１６は、軸部１１６ａと、軸部１１６ａの上部に設けられるボス部１１６ｂとを有し、このボス部１１６ｂが連結部材１２０を介してフランジ部材１２１に連結されている。連結部材１２０は、短円筒部１２０ａと、この短円筒部１２０ａの上部に連設された外鍔部１２０ｂとからなる。また、連結部材１２０の孔部１２２は、下部大径部１２２ａと、中間小径部１２２ｂと、上部テーパ部１２２ｃとからなり、第２軸１１６のボス部１１６ｂは、大径部１２３ａと、小径部１２３ｂと、軸部１１６ａと大径部１２３ａとを連結するテーパ部１２３ｃと、大径部１２３ａと小径部１２３ｂとを連結するテーパ部１２３ｄとからなる。そして、ボス部１１６ｂの小径部１２３ｂは、連結部材１２０の下部大径部１２２ａに嵌入され、ボス部１１６ｂと連結部材１２０とが溶接一体化している。

フランジ部材１２１は、軸心孔１２５を有する筒体からなり、軸心孔１２５は、下方開口側の大径部１２５ａと、その大径部１２５ａよりも小径の本体部１２５ｂとからなる。また、連結部材１２０の上面にはインロー部１２６が形成され、フランジ部材１２１の下部がこのインロー部１２６に嵌合している。また、連結部材１２０には貫通孔１２７が設けられるとともに、フランジ部材１２１の下面にはねじ孔１２８が設けられている。このため、貫通孔１２７を介してねじ孔１２８にボルト部材１２９を螺着することによって、連結部材１２０とフランジ部材１２１とが一体化する。なお、フランジ部材１２１の軸心孔１２５の本体部１２５ｂにはキー溝１２４が形成されている。

第２軸１１６は、軸部１１６ａの下部に雄スプライン１３０が形成され、また、図５に示す等速自在継手は、上方に開口部が形成され、この開口部を介して、軸部１１６ａの雄スプライン１３０が、内側継手部材５６Ｂの軸孔５６Ｂａに嵌入され、雄スプライン１３０と、内側継手部材５６Ｂの軸孔５６Ｂａの雌スプライン８７Ｂと嵌合する。

このように、上方の第２等速自在継手２０２は、上方開口部が形成されるので、この上方開口部が、下方の密封装置Ｍ１と同様の密封装置にて密封されている。なお、図５において、他の構成は、図１に示す動力伝達機構と同様であるので、図１と同一部材は図１に付した符号と同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

このため、この図５に示す動力伝達機構も、図１に示す動力伝達機構と同様の作用効果を奏する。しかも、動力伝達機構が、いわゆる２本軸仕様となって、上方の第２等速自在継手２０２の開口部を上方開口部となる。このため、等速自在継手２０２の本体内及び密封装置内のグリースの保持性能の向上を図ることができる。しかも、２本軸仕様であるため、分離性に優れ、部品等交換作業やメンテナンス性に優れる。

図７に示す動力伝達機構は、図５に示す動力伝達機構において、密封装置Ｍ１，Ｍ２を、シャフト２０３に外嵌される金属製の内径側筒部１３１，１３１と、外側継手部材側に付設される金属製の外径側筒部１３２，１３２と、内径側筒部１３１，１３１と外径側筒部１３２，１３２とを連結する断面略Ｕ字形の屈曲部１３３，１３３とを備えたものに変更している。この図７においては、図示の簡略化のために、断面である部位のハッチングの記載を省略している。

図８に示すように、外径側筒部１３２，１３２の継手側端部には外鍔部１３２ａ、外鍔部１３２ａが設けられ、この外鍔部１３２ａ、押さえ部材６４Ａ，６４Ａのインロー部１１３Ａ、１１３Ａに嵌合することによって、外径側筒部１３２，１３２が、固着具（ボルト部材）６７Ａ，６７Ａにて外側継手部材に固着された押さえ部材６４Ａ，６４Ａを介して外側継手部材５４Ａ，５３Ｂに固定される。

この図７に示す動力伝達機構であっても、シャフト２０３の下端部の凸球面９０が球面座６５ａにて受けられる構造であるので、シャフト２０３の自重を下方の第１等速自在継手２０１の内側継手部材５６Ａに与えることなく、滑らかな作動が可能となって発熱要因を除外することができて、耐久性に影響を与えない構造となる作用効果を奏する。しかしながら、密封装置として、ゴムや樹脂等からなる屈曲部１３３を有するものであるので、高温雰囲気中における使用は好ましくないが、高温雰囲気中でなければ、密封装置の回転性能を落とすことなく、用いることができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、前記実施形態においては、球面座に油溝構造を設けたが、このような油溝構造を設けない場合であってもよい。また、油溝構造を設ける場合、図３（ａ）（ｂ）に示すものに限るものではなく、例えば、円形溝の配設ピッチ、配設数、溝形状、溝深さ等は任意に設定できる。また、図３（ｂ）に示すように、径方向溝を有する場合、その周方向ピッチとして、４５°に限るものではない。

図１に示す動力伝達機構として、その密封装置を、図７に示す密封装置に変更したものであってもよい。また、図５に示す動力伝達機構において、上下のいずれか一方の密封装置を、図７に示す密封装置に変更してもよい。

５３Ａ，５３Ｂ 外側継手部材
５６Ａ，５６Ｂ 内側継手部材
５６Ａａ、５６Ｂａ 軸孔
５７Ａ，５７Ｂ トルク伝達部材（ボール）
６５ａ 球面座
６６，９１ 止め輪
６６Ａ、６６Ｂ 貫通孔
６７ 底面
６７Ａ、６７Ｂ ボルト部材
６８Ａ、６８Ｂ 孔
６９Ａ、６９Ｂ グリースニップル
７０ａ 円形溝
７１ａ 直線溝
７２，７７ 外鍔部
７３ 軸心孔
９０ 凸球面
９１ 止め輪
１０１Ａ，１０１Ｂ 金属製内環
１０３Ａ，１０３Ｂ 金属製外環
１１０Ａ、１１０Ｂ スペーサ
１１５ 第１軸
１１６ 第２軸
１１６ａ 軸本体
２０１ 等速自在継手
２０２ 等速自在継手
２０３ シャフト
Ｍ１，Ｍ２ 密封装置

Claims (7)

1. 外側継手部材と、前記外側継手部材に内挿される内側継手部材と、前記外側継手部材と前記内側継手部材との間に介在してトルク伝達を行なうトルク伝達部材とを備え、軸線が鉛直軸線上に配設されたシャフトの下端部が前記内側継手部材の軸孔に嵌入される縦型装着用の等速自在継手であって、
   凸球面とされた前記シャフトの下端縁を受ける球面座を備え、球面座の曲率をＳＲ１として、凸球面の曲率をＳＲ２としたときに、ＳＲ１＞ＳＲ２とするとともに、球面座と凸球面との表面硬度の関係は、球面座＜凸球面とし、かつ、受け部材の球面座に、少なくとも複数の円形溝からなる油溝構造が形成されていることを特徴とする等速自在継手。
2. 継手上方開口部を密封する密封装置を有し、密封装置が、凸球面のシール面を有する前記シャフト側の金属製内環と、金属製内環のシール面に摺接する摺接面を有する外側継手部材側の金属製外環と、金属製内環を金属製外環側へ押圧する弾性部材とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
3. 前記シャフトに筒状のスペーサが外嵌されるとともに、前記金属製内環がこのスペーサに外嵌されて、このスペーサの反継手側の端部をシールリングにてシールしたことを特徴とする請求項２に記載の等速自在継手。
4. 継手上方開口部を密封する密封装置を有し、この密封装置が、前記シャフトに外嵌される金属製の内径側筒部と、前記外側継手部材側に付設される金属製の外径側筒部と、内径側筒部と外径側筒部とを連結する屈曲部とを有することを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
5. 下方に配設される第１等速自在継手と、上方に配設される第２等速自在継手と、第１等速自在継手と第２等速自在継手とを連結するシャフトとを備えた動力伝達機構であって、
   前記請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の等速自在継手を第１等速自在継手に用いたことを特徴とする動力伝達機構。
6. 前記シャフトは、下部が下方の第１等速自在継手に連結される第１軸と、上部が上方のフランジ部材に連結される第２軸とを備え、第１軸は、その上部に第２等速自在継手の外側継手部材に固定される第１のフランジ部材を有し、第２軸は、その下部に第２等速自在継手の内側継手部材に嵌入される軸部を有することを特徴とする請求項５に記載の動力伝達機構。
7. 前記第１等速自在継手の内側継手部材に嵌入されるシャフトの下端部にシャフト抜け止め用の止め輪を装着するとともに、前記第２等速自在継手の内側継手部材に嵌入されるシャフトの上端部にシャフト抜け止め用の止め輪を装着していることを特徴とする請求項５に記載の動力伝達機構。

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