(57)【要約】【課題】球面シール構造の密封装置を備えた固定式等速自在継手において、ブーツタイプの密封装置を用いたベース製品からの仕様変更が容易に行えるようにする。【解決手段】球面シール構造の密封装置５を構成するシール内環１１が、外側継手部材１に設けた環状のシール固定部材１５に圧入された構造とすることにより、従来のブーツタイプの密封装置を用いた製品をベースとして製造する際に、そのベース製品の密封装置を取り付けるためのブーツ固定部材をシール固定部材１５として流用することができ、ベース製品からの仕様変更が容易に行えるようにしたのである。【選択図】図１
2020051537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側継手部材と、前記外側継手部材の径方向内側に配される内側継手部材と、前記外側継手部材と内側継手部材との間でトルク伝達を行うトルク伝達機構と、前記内側継手部材の軸心孔に嵌入固定されて内側継手部材の一側へ突出するシャフトと、前記外側継手部材と前記シャフトの内側継手部材からの突出部との間を密封する密封装置とを備えた固定式等速自在継手において、
前記密封装置は、凸球面状のシール面を有するシール内環と、前記シール内環のシール面と相対的に摺接する凹球面状のシール面を有するシール外環とを備え、前記シール外環が前記シャフトの内側継手部材からの突出部に外嵌されるとともに、前記シール内環が前記外側継手部材の一側に設けられた環状のシール固定部材の内周に圧入されていることを特徴とする固定式等速自在継手。
【請求項２】
前記シャフトに前記シール外環を前記シール内環に向けて付勢する弾性部材が設けられており、前記シール外環の凹球面状のシール面が前記シール内環の凸球面状のシール面に押し付けられていることを特徴とする請求項１に記載の固定式等速自在継手。
【請求項３】
前記シール内環の内周面と前記シャフトの外周面との間に、前記シール内環の内周に圧入されるシール部材と、前記シャフトの外周に圧入されるシール部材とが、軸方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固定式等速自在継手。
【請求項４】
前記シール内環は、前記シール固定部材に圧入される部位の内周面から突出する突起が少なくとも１つ設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固定式等速自在継手。
【請求項５】
前記シール内環の外周面に、前記シール内環とシール外環のシール面どうしの間を塞ぐアウターシールが配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固定式等速自在継手。
【請求項６】
前記シール内環は、前記シール固定部材に圧入される本体部と、前記凸球面状のシール面を有し、少なくとも一部が本体部の外周または内周に圧入される環状の摺接部とからなるものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固定式等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外側継手部材と内側継手部材に連結されたシャフトとの間を密封する密封装置を備えた固定式等速自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種産業機械の動力伝達機構として使用される等速自在継手は、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密封装置を備えているのが一般的である。
【０００３】
図４は、従来の密封装置を用いた固定式（内部構造がトラックオフセットになっているタイプ）の等速自在継手を示す。この等速自在継手は、環状の外側継手部材５１と、外側継手部材５１の径方向内側に配される環状の内側継手部材５２と、外側継手部材５１と内側継手部材５２との間でトルク伝達を行うトルク伝達機構５３と、内側継手部材５２の軸心孔に嵌入固定されて内側継手部材５２の一側へ突出するシャフト５４と、外側継手部材５１とシャフト５４の内側継手部材５２からの突出部との間を密封する密封装置５５とを備えている。
【０００４】
前記外側継手部材５１は、図示省略した従動側の回転軸と一体回転するフランジ５６にボルト５７で連結固定されている。一方、前記シャフト５４は、内側継手部材５２と嵌合する側と反対側の端部が溶接によって駆動側の回転軸５８に固着されている。両回転軸の駆動側と従動側は逆にすることもできる。
【０００５】
また、外側継手部材５１の内周面および内側継手部材５２の外周面には、それぞれ互いに対向するように複数のトラック溝（軸方向溝）５１ａ、５２ａが形成されている。そして、その外側継手部材５１のトラック溝５１ａと内側継手部材５２のトラック溝５２ａとの間に組み込まれた複数のトルク伝達用のボール５９と、外側継手部材５１の内周面と内側継手部材５２の外周面の間に配され、各ボール５９を回転自在に保持するケージ６０とによって前記トルク伝達機構５３が構成されており、外側継手部材５１とシャフト５４とが相対傾動した状態での両継手部材５１、５２間のトルク伝達が可能となっている。
【０００６】
前記密封装置５５は、金属製の内筒部６１と、金属製の外筒部６２と、ゴムや樹脂等の可撓性材料で形成され、継手内部側へ凸となる状態で内筒部６１と外筒部６２とを連結する連結部６３とからなるブーツタイプのものである。そして、その内筒部６１がシャフト５４の内側継手部材５２からの突出部の外周に嵌合されるとともに、外筒部６２が外側継手部材５１の一側に設けられた環状のブーツ固定部材６４の内周に圧入固定されている。なお、ブーツ固定部材６４には、継手内部（外側継手部材５１と内側継手部材５２の間）へグリースを供給するためのグリースプラグ６５が取り付けられている。
【０００７】
ところで、上記のような固定式等速自在継手は、非常に厳しい環境のもとで使用されるものもある。例えば、鉄鋼設備の一つである連続鋳造設備において、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ものでは、８０℃以上の輻射熱と水蒸気による高温多湿の雰囲気の中で、薬品等の腐食性液体や酸化スケール等の固形異物の飛散を受ける。そして、このような厳しい環境では、上述した従来のブーツタイプの密封装置の場合、ゴムや樹脂等で形成された部材が雰囲気温度や輻射熱による劣化、腐食性液体や固形異物の飛散による破断等を生じやすく、短期間で使用困難な状態となってしまう場合が多い。
【０００８】
これに対し、密封装置として、凸球面状のシール面を有する金属製のシール内環と、そのシール内環のシール面と相対的に摺接する凹球面状のシール面を有する金属製のシール外環とからなる球面シール構造を採用して、劣悪環境下に耐えられるようにしたものを用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１３−９６５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記のような球面シール構造の密封装置を用いた固定式等速自在継手は、従来のブーツタイプの密封装置を用いた製品をベースとして製造しようとすると、密封装置自体の交換に加え、従来の密封装置の外筒部およびグリースプラグを外側継手部材に取り付けるためのブーツ固定部材をなくして、シール内環およびグリースプラグを外側継手部材に取り付けるための新たな構造を設けることが必要となり、ベース製品からの仕様変更が容易でなく、製造コストもかなり上昇するという難点がある。
【００１１】
そこで、本発明は、球面シール構造の密封装置を備えた固定式等速自在継手において、ブーツタイプの密封装置を用いたベース製品からの仕様変更が容易に行えるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明は、外側継手部材と、前記外側継手部材の径方向内側に配される内側継手部材と、前記外側継手部材と内側継手部材との間でトルク伝達を行うトルク伝達機構と、前記内側継手部材の軸心孔に嵌入固定されて内側継手部材の一側へ突出するシャフトと、前記外側継手部材と前記シャフトの内側継手部材からの突出部との間を密封する密封装置とを備えた固定式等速自在継手において、前記密封装置は、凸球面状のシール面を有するシール内環と、前記シール内環のシール面と相対的に摺接する凹球面状のシール面を有するシール外環とを備え、前記シール外環が前記シャフトの内側継手部材からの突出部に外嵌されるとともに、前記シール内環が前記外側継手部材の一側に設けられた環状のシール固定部材の内周に圧入されている構成を採用した。
【００１３】
上記の構成によれば、ブーツタイプの密封装置を用いた製品をベースとして製造する際に、そのベース製品の外筒部を外側継手部材に固定するためのブーツ固定部材をそのまま流用して、シール内環を圧入するシール固定部材とすることができ、ベース製品のブーツ固定部材に取り付けられていたグリースプラグもそのまま流用できるので、シール内環やグリースプラグを外側継手部材に取り付けるための新たな構造を設ける必要がなく、ベース製品からの仕様変更が容易である。
【００１４】
ここで、前記シャフトに前記シール外環を前記シール内環に向けて付勢する弾性部材が設けられており、前記シール外環の凹球面状のシール面が前記シール内環の凸球面状のシール面に押し付けられている構成とすれば、シール内環とシール外環のシール面どうしの間のシール性の向上が図れる。
【００１５】
また、前記シール内環の内周面と前記シャフトの外周面との間に、前記シール内環の内周に圧入されるシール部材と、前記シャフトの外周に圧入されるシール部材とが、軸方向に交互に配置されている構成とすることにより、外側継手部材とシャフトとが相対傾動しても、各シール部材が内環の内周面とシャフトの外周面との間に隙間を生じさせないように追従する仕様とすることができ、密封装置全体のシール性を向上させることができる。
【００１６】
そして、前記シール内環を、前記シール固定部材に圧入される部位の内周面から突出する突起が少なくとも１つ設けられている構成とすれば、その突起が外側継手部材と内側継手部材との間に供給されたグリースのシール外環側への流出を抑えられるし、上記のようにシール内環の内周面とシャフトの外周面との間にシール部材を配置する場合は、その突起でシール部材の位置決めを行うことができる。
【００１７】
さらに、前記シール内環の外周面に、前記シール内環とシール外環のシール面どうしの間を塞ぐアウターシールを配置すれば、そのシール面どうしの間からの異物の侵入をより確実に防止できるようになる。あるいは、前記シール内環を、前記シール固定部材に圧入される本体部と、前記凸球面状のシール面を有し、少なくとも一部が本体部の外周または内周に圧入される環状の摺接部とからなるものとすれば、そのシール内環の摺接部を大型化してシール外環のシール面との接触面積を大きくすることにより、シール内環とシール外環の接触面圧を低減して作動性（外側継手部材とシャフトの相対傾動の滑らかさ）を向上させるとともに、シール性能も向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の固定式等速自在継手は、上述したように、球面シール構造の密封装置を構成するシール内環が、外側継手部材に設けた環状のシール固定部材に圧入された構造とすることにより、従来のブーツタイプの密封装置を用いた製品をベースとして製造する際に、そのベース製品の密封装置を取り付けるためのブーツ固定部材をシール固定部材として流用できるようにしたものであるから、ベース製品からの仕様変更が容易で製造コストの上昇も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態の固定式等速自在継手の正面断面図
【図２】図１のシール内環とシール外環の間のシール構造の変形例を示す断面図
【図３】図１のシール内環とシール外環の間のシール構造の別の変形例を示す断面図
【図４】従来の固定式等速自在継手の正面断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この固定式等速自在継手は、図１に示すように、基本的な構成は前述の従来のものと同じで、環状の外側継手部材１と、外側継手部材１の径方向内側に配される環状の内側継手部材２と、外側継手部材１と内側継手部材２との間でトルク伝達を行うトルク伝達機構３と、内側継手部材２の軸心孔に嵌入固定されて内側継手部材２の一側へ突出するシャフト４と、外側継手部材１とシャフト４の内側継手部材２からの突出部との間を密封する密封装置５とを備えており、その密封装置５の構造のみが後述するように従来のものと異なっている。
【００２１】
前記外側継手部材１は、図示省略した従動側の回転軸と一体回転するフランジ６にボルト７で連結固定されている。一方、前記シャフト４は、内側継手部材２と嵌合する側と反対側の端部が溶接によって駆動側の回転軸８に固着されている。両回転軸の駆動側と従動側は逆にすることもできる。
【００２２】
また、外側継手部材１の内周面および内側継手部材２の外周面には、それぞれ互いに対向するように複数のトラック溝（軸方向溝）１ａ、２ａが形成されている。そして、その外側継手部材１のトラック溝１ａと内側継手部材２のトラック溝２ａとの間に組み込まれた複数のトルク伝達用のボール９と、外側継手部材１の内周面と内側継手部材２の外周面の間に配され、各ボール９を回転自在に保持するケージ１０とによって前記トルク伝達機構３が構成されており、外側継手部材１とシャフト４とが相対傾動した状態での両継手部材１、２間のトルク伝達が可能となっている。
【００２３】
そして、前記密封装置５は、一端に凸球面状のシール面１１ａを有する円筒状のシール内環１１と、そのシール内環１１のシール面１１ａと相対的に摺接する凹球面状のシール面１２ａを有する椀状のシール外環１２と、シール外環１２をシール内環１１に向けて付勢する弾性部材としてのコイルばね１３と、シール内環１１の内側に配される複数の環状のシール部材１４とを備えている。
【００２４】
この密封装置５のシール内環１１は、他端部が外側継手部材１の一側に設けられた環状のシール固定部材１５の内周に圧入されている。そして、そのシール固定部材１５に圧入される部位の内周面に複数の突起１１ｂが設けられ、これらの突起１１ｂが継手内部（外側継手部材１と内側継手部材２の間）に供給されたグリースのシール外環１２側への流出を抑えるとともに、シール部材１４の位置決めに用いられるようになっている。なお、その突起は、少なくとも１つ設けられていればよく、環状に形成することもできる。
【００２５】
また、シール固定部材１５は、フランジ６と共通のボルト７で外側継手部材１に固定されており、ボルト７と干渉しない位置に、継手外部から継手内部へグリースを供給するためのグリースプラグ１６がねじ込まれている。
【００２６】
シール外環１２は、一端側に環状部１２ｂを有しており、この環状部１２ｂがシャフト４の内側継手部材２からの突出部に摺動可能に外嵌されている。そして、このシール外環１２とシャフト４の一端部に形成されたばね座４ａとの間に配されたコイルばね１３が、シール外環１２をシール内環１１に向けて付勢することにより、シール外環１２の凹球面状のシール面１２ａがシール内環１１の凸球面状のシール面１１ａに押し付けられて、球面シール構造が形成されている。
【００２７】
ここで、シール内環１１およびシール外環１２は、金属製であり、シール内環１１の硬度をシール外環１２よりもロックウェル硬さで５ポイント程度低く設定することにより、シール外環１２の摩耗を抑えて、シール性および作動性が長期間にわたって確保されるようにしている。
【００２８】
なお、シール内環１１およびシール外環１２の材質は、金属に限らず、ＰＯＭ（ポリアセタール）等の樹脂を用いてもよい。そして、金属製とする場合は、耐食性向上のために無電解ニッケルめっきを施してもよい。また、コイルばね１３は、一般的なＳＷＰ（ピアノ線）で形成されたもののほか、耐食性向上のためにステンレス鋼製のものを用いることもできる。
【００２９】
各シール部材１４は、シール内環１１の内周面とシャフト４の外周面との間に、シール内環１１の内周に圧入されるものとシャフト４の外周に圧入されるものとが、軸方向で互いに圧縮しあう状態で配置されている。なお、各シール部材１４をセットしたときの軸方向圧縮量は、径方向の潰れ代の３０〜５０％に設定されている。
【００３０】
シール部材１４の材質には、ＣＲ（クロロプレンゴム）、ＮＲ（天然ゴム）、ＥＰ（エチレン・プロピレンゴム）、Ｓｉ（シリコンゴム）、ＦＲ（フッ素ゴム）、ＵＲ（ウレタンゴム）等の軟質系ゴムスポンジが用いられる。そして、このような材質で形成したシール部材１４を、継手内部に供給されるのと同種のグリースまたはそのグリースの基油を染みこませた状態でセットすることにより、その油分がシール内環１１とシール外環１２のシール面１１ａ、１２ａどうしの間に入り込んで、長期間にわたって良好な作動性が確保されるようになっている。
【００３１】
なお、シール部材１４の個数は３つ以上とすることもでき、その場合もシール内環１１の内周に圧入されるものと、シャフト４の外周に圧入されるものとを軸方向に交互に配置すればよい。
【００３２】
この固定式等速自在継手は、上記の構成であり、球面シール構造の密封装置５を構成するシール内環１１が、外側継手部材１に設けた環状のシール固定部材１５に圧入された構造としたので、従来のブーツタイプの密封装置を用いた製品（図４参照）をベースとして製造する際に、そのベース製品の密封装置を取り付けるためのブーツ固定部材（図４中の符号６４）をシール固定部材１５として流用でき、ベース製品のブーツ固定部材に取り付けられていたグリースプラグ（図４中の符号６５）もそのまま流用することができる。したがって、シール内環１１やグリースプラグ１６を外側継手部材１に取り付けるための新たな構造を設ける必要がなく、ベース製品からの仕様変更が容易で製造コストの上昇も抑えることができる。
【００３３】
また、その球面シール構造では、シール外環１２の凹球面状のシール面１２ａがコイルばね１３の弾性力によりシール内環１１の凸球面状のシール面１１ａに押し付けられているうえ、シール内環１１の内周に圧入されるシール部材１４とシャフト４の外周に圧入されるシール部材１４とが軸方向で互いに圧縮しあう状態で配置されているので、外側継手部材１とシャフト４の相対傾動への追従性が高く、常に良好なシール性が確保できる。
【００３４】
図２および図３は、シール内環１１とシール外環１２との間のシール構造の変形例を示す。そのうち、図２の変形例は、シール内環１１の一端部の外周面に、シール内環１１とシール外環１２のシール面１１ａ、１２ａどうしの間を塞ぐアウターシール１７を配置して止め輪１８で軸方向に位置決めすることにより、そのシール面１１ａ、１２ａどうしの間からの異物の侵入をより確実に防止できるようにしたものである。なお、アウターシール１７の材質は、シール内環１１の内側のシール部材１４と同じものまたはＰＯＭを用いることができる。
【００３５】
一方、図３の変形例では、シール内環１１を、シール固定部材１５に圧入される本体部１１ｃと、凸球面状のシール面１１ａを有する環状の摺接部１１ｄとからなり、その摺接部１１ｄの一部が本体部１１ｃの一端に形成した小径部の外周に圧入されたものとしている。この構成によれば、シール内環１１の摺接部１１ｄを大型化してシール外環１２のシール面１２ａとの接触面積を大きくすることにより、シール内環１１とシール外環１２の接触面圧を低減して作動性を向上させるとともに、シール性能も向上させることできる。なお、シール内環１１の摺接部１１ｄも上記アウターシール１７と同様、シール内環１１の内側のシール部材１４と同じ材質またはＰＯＭで形成することができる。また、シール内環の摺接部は、少なくとも一部が本体部の外周または内周に圧入されるようになっていればよい。
【００３６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３７】
１  外側継手部材
１ａ  トラック溝
２  内側継手部材
２ａ  トラック溝
３  トルク伝達機構
４  シャフト
５  密封装置
９  ボール
１０  ケージ
１１  シール内環
１１ａ  シール面
１１ｂ  突起
１１ｃ  本体部
１１ｄ  摺接部
１２  シール外環
１２ａ  シール面
１３  コイルばね（弾性部材）
１４  シール部材
１５  シール固定部材
１６  グリースプラグ
１７  アウターシール
【図１】
2020051537.tif 000003
【図２】
2020051537.tif 000004
【図３】
2020051537.tif 000005
【図４】
2020051537.tif 000006