(57)【要約】【課題】負荷が多少変動したとしても破断することがなく、安定して長期間使用できるメカニカルヒューズ該メカニカルヒューズを備えた動力伝達系の連結構造を得る。【解決手段】チタン合金からなり、疲れ限度比が０．７以上であることを特徴とするメカニカルヒューズ。前記メカニカルヒューズは、動力伝達系に設けられた連結部に設置されるシャーボルトであることを特徴とする。上記メカニカルヒューズを有する動力伝達系の連結構造であって、駆動側と従動側のそれぞれに設けられたフランジ部を、前記メカニカルヒューズであるシャーボルトを介して連結してなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン合金からなり、疲れ限度比が０．７以上であることを特徴とするメカニカルヒューズ。
【請求項２】
前記メカニカルヒューズは、動力伝達系に設けられた連結部に設置されるシャーボルトであることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルヒューズ。
【請求項３】
請求項２に記載のメカニカルヒューズを有する動力伝達系の連結構造であって、駆動側と従動側のそれぞれに設けられたフランジ部を、前記メカニカルヒューズであるシャーボルトを介して連結してなることを特徴とする動力伝達系の連結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力伝達装置に過負荷が生じたときに動力伝達を遮断して装置の安全を図るために設けられるメカニカルヒューズ及び該メカニカルヒューズを備えた動力伝達系の連結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
メカニカルヒューズは、駆動側の回転動力を従動側に伝達する動力伝達装置における駆動側と従動側（例えば駆動軸と従動軸）の間に設定される。そして、回転動力が伝達されている最中に駆動側と従動側の間に大きな差動が生じると、自身が破断することにより動力伝達を強制的に遮断し、これによって過負荷トルクが一方側に波及することによるロックや破壊を防止するためのものである。
メカニカルヒューズには種々の形態があり、例えばシャーピン、シャーボルト、シャープレートがある。
【０００３】
このようなメカニカルヒューズには、所定の過大なトルクが作用したときに確実に破断する特性が求められる。その一方で、通常の使用状態では多少のトルク変動があっても長期間に亘って破断することがないことが望まれる。そのため、疲れ限度比（疲れ限度／引張強度）が大きいものが望まれる。
【０００４】
従来提案されている鉄系合金のメカニカルヒューズとして、鉄系焼結合金からなるメカニカルヒューズが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１６８２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のものは、疲れ限度比が０．５以下であり、長期間使用している場合において、負荷変動があって、それが疲れ限度を超えるような場合には、破断する可能性がある。過負荷ではなく、通常の使用状態でメカニカルヒューズが破断すると、そのメカニカルヒューズが使用されている動力伝達装置によっては、大きな損害となる。
そこで、定常負荷が多少変動したとしても破断することがなく、安定して長期間使用できるメカニカルヒューズが望まれる。
【０００６】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、負荷が多少変動したとしても破断することがなく、安定して長期間使用できるメカニカルヒューズ該メカニカルヒューズを備えた動力伝達系の連結構造を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明に係るメカニカルヒューズは、チタン合金からなり、疲れ限度比が０．７以上であることを特徴とするものである。
【０００８】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記メカニカルヒューズは、動力伝達系に設けられた連結部に設置されるシャーボルトであることを特徴とするものである。
【０００９】
（３）また、本発明に係る動力伝達系の連結構造は、上記（２）に記載のメカニカルヒューズを有する動力伝達系の連結構造であって、駆動側と従動側のそれぞれに設けられたフランジ部を、前記メカニカルヒューズであるシャーボルトを介して連結してなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るメカニカルヒューズは、チタン合金からなり、疲れ限度比が０．７以上であるので、負荷が多少変動したとしても、破断することがなく長期間安定して使用ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
［実施の形態１］
メカニカルヒューズは、種々の動力伝達系における駆動側と従動側（例えば駆動軸と従動軸）の間に設置されるが、本実施の形態では圧延設備における動力伝達系に用いた場合を例に挙げて説明する。
また、メカニカルヒューズの形態としては、シャーボルト、シャーピン、シャープレート等があるが、本実施の形態ではシャーボルトを例に挙げて説明する。
【００１２】
図１は本発明の一実施の形態に係るメカニカルヒューズを設置した圧延設備の動力伝達系の概要を説明する説明図である。
圧延設備の動力伝達系は、駆動装置であるモータ１、モータ１の回転軸に接続された減速機３、減速機３の出力軸に継手部材５を介して一端側が接続されたリードスピンドル７、リードスピンドル７の他端側に接続されたピニオンスタンド９、ピニオンスタンド９の出力軸側に設けられたユニバーサルジョイントスピンドル１１、ユニバーサルジョイントスピンドル１１に接続されたワークロール１３を備えている。
シャーボルト１９は、減速機３の出力軸に接続された継手部材５のフランジ部１５とリードスピンドル７のフランジ部１７を連結する連結部材として設置されている（後述の図２参照）。
【００１３】
図２は図１において四角で囲んだＡ部の拡大断面図、図３は図２の矢視Ａ−Ａ断面図、図４は図２の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。以下、図２〜図４に基づいて本実施の形態に係るシャーボルト１９を含む連結部の構造について説明する。
本実施の形態に係る連結部の構造は、フランジ部１５を有する継手部材５と、フランジ部１５に当接するフランジ部１７を有するリードスピンドル７と、各フランジ間に挿通された８本のシャーボルト１９と、継手部材５に取り付けられた落下防止板２１と、落下防止板２１を継手部材５に取り付ける押えボルト２３と、落下防止板２１の位置を決める位置決めピン２５と、を構成部材としている。
以下、各構成部材を詳細に説明する。
【００１４】
＜継手部材＞
継手部材５は、内面にギア２７が形成された円筒体からなり、その一端に継手部材５と接続するためのフランジ部１５を有している。筒内には減速機３の出力軸２９が挿入されている。フランジ部１５には複数（この例では２４個）のボルト穴３１が形成されている。
【００１５】
＜リードスピンドル＞
リードスピンドル７は、円筒体からなり、端部に継手部材５のフランジ部１５とシャーボルト１９を介して連結されるフランジ部１７が形成されている。フランジ部１７には、継手部材５のフランジ部１５と同様に２４個のボルト穴３２が形成されている。
【００１６】
＜シャーボルト＞
シャーボルト１９は、継手部材５のフランジ部１５とリードスピンドル７のフランジ部１７のボルト穴３１、３２に挿通されて、両者を連結している。
図５は図３における矢視Ｃ−Ｃ断面図である。シャーボルト１９は、図５に示すように、６角ボルトからなり、その本体部の軸方向中央部に円周方向に細溝状のノッチ３３が形成されている。シャーボルト１９を設置状態では、ノッチ３３がフランジ部１５、１７の当接面と一致するようになっている。
【００１７】
シャーボルト１９は、チタン合金からなり、その疲れ限度比は０．９である。
シャーボルト１９の材料であるチタン合金の化学成分の一例を表１に示す。なお、シャーボルト１９は、表１に示すチタン合金を、加熱温度８５０℃にて熱間鍛造を行ない、７２０℃で焼鈍した後、機械加工により形成したものである。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
図６は本実施の形態に係るチタン合金の疲労特性を示したグラフであり、縦軸が最大応力、横軸が繰り返し数を示している。
疲労特性の評価は、ＪＩＳ Ｚ２２７４の方法により行い、疲れ限度と引張強度から疲れ限度比を求めた。
図６に示すように、本実施の形態のシャーボルト１９の材料であるチタン合金の疲れ限度比は０．９である。図７は、本実施の形態のチタン合金と、一般鉄鋼材料（SCM440）の疲れ限度比を比較して示す図である。図７に示すように、本実施の形態のチタン合金の疲れ限度比は一般鉄鋼材料に比較して極めて大きく、このことは、長期間使用後に変動トルクが作用しても破断することがないことを意味しており、安定的な使用が可能である。
【００２０】
＜落下防止板＞
落下防止板２１は、シャーボルト１９が破断してシャーボルト１９による連結が切れたときに、従動側の継手部材５が落下するのを防止するための部材である。
落下防止板２１は、円弧状の板材からなる取付部３５と、取付部３５の外周縁に取付部３５に対して直角方向に屈曲して形成された支持部３７とを備えている。取付部３５には３個のボルト穴が設けられており、このうちの両端のボルト穴には落下防止板２１を継手部材５に取り付ける押えボルト２３が挿入され、真中のボルト穴には落下防止板２１を継手部材５に仮止めする位置決めピン２５が挿入される。
【００２１】
落下防止板２１は、設置状態において、支持部３７がリードスピンドル７のフランジ部１７を支持するようになる。
落下防止板２１は、この例では４枚設けられているが、その枚数は限定されない。
【００２２】
＜押えボルト＞
押えボルト２３は、落下防止板２１を継手部材５に固定するためのボルトであり、図２に示されるように、取付状態で継手部材５のフランジ部１５よりも延出しない長さに設定されている。
【００２３】
＜位置決めピン＞
位置決めピン２５は、落下防止板２１を継手部材５に仮止めするための部材であり、押えボルト２３と同様に、取付状態で継手部材５のフランジ部１５よりも延出しない長さに設定されている。
【００２４】
以上のように構成された連結部の構造を備えた、駆動系の動作を説明する。
通常の使用状態においては、モータ１の駆動力が、減速機３、シャーボルト１９、リードスピンドル７、ピニオンスタンド９及びユニバーサルスピンドル１１を介してワークロール１３に伝達される。その際、シャーボルト１９の疲れ限度比が０．９であり、従来のものに比較してその値が非常に高いので、長期使用状態において、定常トルクを超える多少のトルク変動があっても、そのトルクが破断トルクの９０％を超えない限り破断することがない。
変動トルクが破断トルクの９０％を超えることは通常考えられないので、シャーボルト１９は破断トルクが作用しないかぎり、半永久的に使用できる。
【００２５】
このことは、通常の鉄系金属からなるシャーボルト１９の疲れ限度比が０．３〜０．５程度であり、長期使用状態で破断トルクの３０％〜５０％を超えると破断することに比較すると、そのような破断がなくなり、それによる機器の損傷などを考えると、その効果は非常に大きい。例えば、本実施の形態に示したように、圧延設備における動力伝達系において、トルク変動によってシャーボルト１９が破断してしまうと、圧延中の鋼板が製品として使用不能となり、その損害が甚大なものになる。
この点、本実施の形態によれば、そのようなことがないので、設備の安定的な使用が可能になり、その効果は大きい。
【００２６】
また、長期の使用をしても、破断トルクに対して９０％のトルクが作用しなければ破断することがないので、通常使用状態でのトルク変動が大きい駆動系の動力伝達に用いることができる。このため、使用できる対象機器が増え、種々の用途に使用できる。
【００２７】
以上のように、本実施の形態においては、シャーボルトをチタン合金からなり疲れ限度比が０．９のものを使用したので、長期間の使用においても、トルク変動があってもそれによって破断することがなく、安定した使用ができる。
また、トルク変動が大きい動力伝達系にも使用できる。
【００２８】
なお、上記の実施の形態においては、メカニカルヒューズの例としてシャーボルトを例に挙げたが、本発明はこれに限られるものではなく、疲れ限度比が０．７以上のチタン合金で形成された、例えばシャーピン及びシャープレートも含む。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施の形態に係るメカニカルヒューズを設置した圧延設備の動力伝達系の概要を説明する説明図である。
【図２】図１における連結部の軸方向断面図である。
【図３】図２の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図４】図２の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
【図５】図３の矢視Ｃ−Ｃ断面図である。
【図６】本実施の形態に係るチタン合金の疲労特性を示したグラフである。
【図７】本実施の形態に係るチタン合金の疲労特性と一般的な鉄系材料の疲労特性の比較を示すグラフである。説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  モータ
３  減速機
５  継手部材
７  リードスピンドル
９  ピニオンスタンド
１１  ユニバーサルジョイントスピンドル
１３  ワークロール
１５、１７  フランジ部
１９  シャーボルト
２１  落下防止板
【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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【図７】
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