(57)【要約】【課題】  過大な負荷が繰り返し作用しても、軸受カップまたは軸受ホルダなどをヨークに対して固定するボルトのネジ底部にクラックが生じにくく、圧延機のロールの駆動系等の大荷重が作用する条件下で長期にわたる使用に耐えることのできるユニバーサルジョイントを提供する。【解決手段】  十字軸１のトラニオン１１を針状ころ２を介して支持する軸受カップ３が、ヨーク４に対してボルト５によって固定されたブロックタイプのユニバーサルジョイント等において、ボルト５を、熱処理後に転造加工されたボルトとすることにより、ネジの形状に沿ったファイバーフローを形成するとともに、ネジ底部表面直下に残留圧縮応力を生成させ、疲労許容限を従来の旋削加工によるボルトに比して大幅に向上させる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
十字軸の各トラニオンを針状ころを介して支持する軸受カップまたはその保持部材が、ヨークに対してボルトにより固定され、もしくは、軸受カップが嵌め込まれたヨークがフランジに対してボルトにより固定されてなるユニバーサルジョイントにおいて、
上記ボルトが、熱処理後に転造されたボルトであることを特徴とするユニバーサルジョイント。
【請求項２】
上記ボルトの材質が、ニッケル・クロム・モリブデン鋼であることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルジョイント。
【請求項３】
上記ボルトの最大残留圧縮応力が１５００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のユニバーサルジョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はユニバーサルジョイントに関し、特に圧延機のなどの高負荷が作用する駆動系に用いるのに適したユニバーサルジョイントに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば圧延機のロールの駆動機構には、駆動用モータとロールとの間にユニバーサルジョイントが設けられる。この種のユニバーサルジョイントとしては、ブロックタイプと称されるものなどが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このブロックタイプのユニバーサルジョイントは、十字軸の各トラニオンをローラを介してそれぞれブロック状の軸受カップで支持し、その各軸受カップをヨークに対してボルトで接合固定した構造を採る。説明の便宜上、後述する本発明の実施の形態の図面である、部分分解斜視図を表す図１およびそのトラニオン近傍の軸直交断面図を表す図２を参照しつつ説明すると、これらの各図において１は十字軸、１１はその各トラニオンであり、各トラニオン１１は複数本のローラ２を介して軸受カップ３に支持され、その軸受カップ３は、ヨーク４に対してボルト５によって接合固定される。軸受カップ３には、ヨーク４に対する接合面にキー部３１が一体に形成されており、このキー部３１がヨーク４側に形成されているキー溝４１に嵌まり込むことにより、ボルト５と共働してトルクを伝達する。
【０００４】
すなわち、一方のヨーク４の回転動力は十字軸１のトラニオンを１１を介して図２に矢印で示す位置の負荷として軸受カップ３に伝達され、ボルト５の軸力とキー部３１〜キー溝４１間の面圧によって他方のヨーク４に伝達される。
【０００５】
ここで、従来のこの種のユニバーサルジョイントに用いられるボルト５としては、圧延機のロールの駆動系に用いられるものにあってはＭ３６〜Ｍ８０と大きいことから、旋削によるねじ加工を施した後、熱処理により調質したものが一般に用いられ、強度区分１０．９または１２．９とされる。
【特許文献１】特開２００２−１８１０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、以上のようなユニバーサルジョイントにおいては、過大な負荷が繰り返し作用したとき、ボルト５のネジ底部を起点としたクラックが発生する場合がある。これは、過大負荷によりボルト５の組み込み部分が弾性変形し、ボルト５に繰り返し引張および曲げの複合荷重が作用するためである。
【０００７】
このような現象は、ブロックタイプのみならず、ラウンドタイプ（後述の図５参照）およびスプリットタイプ（後述の図６参照）など、ボルトを用いた他のタイプのユニバーサルジョイントについても言える。
【０００８】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、過大な負荷が繰り返し作用しても、ボルトのネジ底部にクラックが生じにくく、もって圧延機のロールの駆動系など、大荷重が作用する条件下での長期にわたる使用に耐えることのできるユニバーサルジョイントの提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、十字軸の各トラニオンを針状ころを介して支持する軸受カップまたはその保持部材が、ヨークに対してボルトにより固定され、もしくは、軸受カップが嵌め込まれたヨークがフランジに対してボルトにより固定されてなるユニバーサルジョイントにおいて、上記ボルトが、熱処理後に転造されたボルトであることによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１０】
ここで、本発明においては、上記ボルトの材質を、ニッケル・クロム・モリブデン鋼とする構成（請求項２）を好適に採用することができ、更に、上記ボルトの最大圧縮残留応力が１５００ＭＰａ以上とした構成（請求項３）とすることが好ましい。
【００１１】
本発明は、ユニバーサルジョイントの軸受カップないしは軸受ホルダをヨークに固定するためのボルト、あるいは軸受カップを嵌め込んだヨークをフランジに固定するためのボルトについて、その疲労許容応力を増大させることによって、課題を解決しようとするものである。
【００１２】
すなわち、本発明においては、この種のユニバーサルジョイントに用いられるボルトとして、従来の旋削加工後に熱処理を施したものに代えて、転造ボルトとするとともに、その転造工程は熱処理工程の後で行ったものとすることにより、従来の旋削加工を施したものに比して、ファイバーフローがネジ形状に沿ったものとなるとともに、ネジ底部の表面直下に大きな残留圧縮応力が生じる結果、疲労許容応力が大幅に向上し、ネジ底部におけるクラックの発生を抑制することができる。ボルトの疲労許容応力が大幅に増大することで、ユニバーサルジョイントの負荷容量を増大できる。
【００１３】
また、請求項２に係る発明のように、ボルトの材質としてニッケル・クロム・モリブデン鋼を用いることによって、所要の強度区分のもとに上記した効果を安定して得ることができ、また、請求項３に係る発明のように、熱処理後の転造によりボルトに付与される最大の残留圧縮応力を１５００ＭＰａ以上とすることによって、上記した効果を確実なものとすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、軸受カップもしくは軸受ホルダをヨークに対してボルトにより固定するタイプ、もしくは軸受カップが嵌め込まれたヨークをフランジに対してボルトにより固定するタイプのユニバーサルジョイントにおいて、ボルトとして熱処理後に転造を施したものを用いるので、ファイバーフローがネジの形状に沿ったものとなるとともに、ネジ底部表面直下に大きな残留圧縮応力が付与されるので、ボルトの疲労許容応力が大幅に増大し（旋削加工を施した従来のボルトに比して約１．９倍）、長期に使用してもボルトのネジ底部にクラックが生じることを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について述べる。
図１は本発明をブロックタイプのユニバーサルジョイントに適用した実施の形態の部分分解斜視図であり、図２はそのトラニオンおよび軸受カップの近傍の軸平直交断面図である。
【００１６】
この例は、先に述べた通り、十字軸１の各トラニオン１１をローラ２を介して支持する軸受カップ３が、ヨーク４に対してボルト５によって固定された構造を持ち、軸受カップ３のヨーク４に対する接合固定面にキー部３１が一体に形成されており、このキー部３１がヨーク４に形成されているキー溝４１に嵌まり込んだ状態でこれら両者が接合固定されている。
【００１７】
この実施の形態の特徴はボルト５にあり、その材質がＳＮＣＭ６３０で、熱処理により強度区分１２．９に調質され、その熱処理工程の後で転造によりネジ部を形成したものを用いている点にあり、これにより、ボルト５のネジ底部表面直下に大きな圧縮応力が残留し、疲労許容応力を大幅に改善することができる。
【００１８】
図３に本発明の実施の形態のボルト５の残留応力分布を実測した例を、比較例として従来の旋削加工によるボルトの残留応力の実測例とともにグラフで示す。このグラフで示されるように、旋削加工によるボルトでは圧縮応力が最大で５００ＭＰａ強であったのに対し、本発明の実施の形態では表面から約３０μｍ程度の位置に、最大１８００ＭＰａを越える圧縮応力が残留しており、この残留圧縮応力が、転造によりネジの形状に沿うように形成されるファイバーフロート相まって、その疲労許容応力を大幅に向上させることに寄与している。
【００１９】
図４に、本発明の実施の形態で用いたボルト５の疲労試験結果を、比較例として従来の旋削加工によるボルトと、同じく比較例として転造によりネジ部形成した後に熱処理を施したボルトの試験結果と併せてグラフで示す。このグラフから明らかなように、旋削加工によるボルトでは引張・曲げ疲労限が６０ＭＰａであり、転造加工後に熱処理を施したボルトではその１．２倍の７２ＭＰａであったのに対し、本発明の実施の形態で用いた熱処理後に転造加工を施したボルト５では、引張・曲げ疲労限が１１２ＭＰａと旋削加工を施した従来のボルトに比して１．９倍の値を示した。
【００２０】
ここで、以上の実施の形態においては、ブロックタイプのユニバーサルジョイントに本発明を適用した例を示したが、ラウンドタイプおよびスプリットタイプのユニバーサルジョイントにも等しく適用することができる。
【００２１】
図５および図６はそれぞれラウンドタイプおよびスプリットタイプのユニバーサルジョイントの構成例を示す図であり、それぞれ十字軸のトラニオンと軸受カップの近傍の軸直交断面図を示している。
【００２２】
ラウンドタイプでは、図５に示すように、トラニオン１１をローラ２を介して支持する軸受カップ５１が、円弧状の軸受ホルダ５２とヨーク５３の間に保持された状態で、軸受ホルダ５２をボルト５４でヨーク５３に対して固定することにより、ヨーク５３に間接的に固定される。
【００２３】
スプリットタイプでは、図６に示すように、トラニオン１１をローラで介して支持する軸受カップ６１が、ヨーク６２に直接的に嵌め込まれ、そのヨーク６２がボルト６３によって軸６４の端部に形成されたフランジ６４ａに固定される。
【００２４】
以上のようなラウンドタイプ並びにスプリットタイプのユニバーサルジョイントにおけるボルト５４ないしは６３にも、前記したブロックタイプのユニバーサルジョイントにおけるボルト５と同様の引張・曲げ応力が作用し、従って、これらのボルト５４ないしは６３にも、熱処理後に転造加工することによりネジの形状に沿ったファイバーフローとネジ底部表面直下に強大な残留圧縮応力を付与したボルトを用いることにより、疲労許容限を向上させ、長期にわたる使用により繰り返し過大な引張および曲げ応力が作用しても、ボルトにクラックが生じにくく、もって長期にわたって安定した性能を発揮することのできるユニバーサルジョイントを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態の部分分解斜視図である。
【図２】図１におけるトラニオン１１と軸受カップ３の軸直交断面図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるボルト５の残留応力の実測結果を、比較例とともに示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態におけるボルト５の疲労試験結果を、比較例とともに示すグラフである。
【図５】本発明の他の実施の形態のトラニオンと軸受カップの近傍の軸直交断面図である。
【図６】本発明の更に他の実施の形態のトラニオンと軸受カップの近傍の軸直交断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  十字軸
１１  トラニオン
２  ローラ
３  軸受カップ
４  ヨーク
５  ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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