(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口端部を有する外側継手部材と、前記外側継手部材との間でトルク伝達部材を介して角度変位および軸方向変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材とを備え、前記内側継手部材から延びる軸部材と前記外側継手部材との間に球面シール部を設けた摺動式等速自在継手であって、
前記球面シール部は、前記軸部材の外周面に固定され、凸球面が外周に部分的に形成された凸球面部材と、前記外側継手部材から延びる筒状延在部の内周面に軸方向変位可能に設けられ、前記凸球面部材の凸球面と接する凹球面が内周に部分的に形成された凹球面部材と、前記外側継手部材の筒状延在部の開口端部と凹球面部材との間に配設され、前記凹球面部材をその凹球面が凸球面部材の凸球面と接する方向に弾性的に付勢する弾性部材とで構成されていることを特徴とする摺動式等速自在継手。
【請求項２】
前記外側継手部材の筒状延在部は、一端が外側継手部材の開口端部に固定されたカバーで構成されている請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
【請求項３】
前記凸球面部材は、軸部材の外周面に形成された段差と内側継手部材の端面との間に挟み込んだ状態で位置規制された構造を具備する請求項１又は２に記載の摺動式等速自在継手。
【請求項４】
前記凹球面部材は、筒状延在部の内周面と摺接する外周面に油溜まり用凹溝が形成された構造を具備する請求項１〜３のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。
【請求項５】
前記弾性部材は、一端が筒状延在部の開口端部に係止され、他端が凹球面部材の端面に当接する圧縮コイルばねで構成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば製紙設備や鉄鋼設備などの各種産業機械の動力伝達機構として、劣悪な環境下で使用される摺動式等速自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、製紙設備や鉄鋼設備などの各種産業機械の動力伝達機構として使用される摺動式等速自在継手には、開口端部を有する外側継手部材と、その外側継手部材との間でボールを介して角度変位および軸方向変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材とを備えたダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）がある。この種の等速自在継手では、外部からの粉塵等の異物や水の侵入およびグリース等の潤滑剤の漏洩を防止するためのシール構造として、ゴムや樹脂製のブーツを採用しているのが一般的である。
【０００３】
しかしながら、各種産業機械の中でも、例えば鉄鋼設備などで使用されるロール駆動力伝達装置は、８０℃以上の輻射熱、水蒸気による高温多湿、スケールの飛散、薬品類などによる劣悪な環境下で使用される。そのため、前述したゴムや樹脂製のブーツからなるシール構造の場合、そのブーツが劣化し易く、シール性能および耐久性能の低下により、頻繁なブーツ交換が必要であった。
【０００４】
このことから、劣悪な環境下で使用する摺動式等速自在継手では、ゴムや樹脂製のブーツからなるシール構造を採用せず、耐久性に優れた金属製の球面シール構造が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１で開示された球面シール構造は、外側継手部材の外周面に摺動自在に装着された球面シール内環と、内側継手部材から延びるシャフトの外周面に固定状態で装着された球面シール外環と、外側継手部材の外周面に装着された圧縮コイルばねとで構成されている。
【０００６】
球面シール内環の外周には、凸球面が部分的に形成されている。また、球面シール外環の内周には、球面シール内環の凸球面と接する凹球面が部分的に形成されている。さらに、圧縮コイルばねは、外側継手部材と球面シール内環との間に張設されている。
【０００７】
この球面シール構造では、球面シール内環の凸球面と球面シール外環の凹球面との間にＯリングを介在させると共に、球面シール内環の凸球面が球面シール外環の凹球面と接する方向に圧縮コイルばねの弾性力を付勢することにより、高いシール性を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１７４６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献１で開示された摺動式等速自在継手では、球面シール内環、球面シール外環および圧縮コイルばねからなる金属製の球面シール構造により、ゴムや樹脂製のブーツでは耐え切れない厳しい使用環境下においても、一定の耐熱性、耐水性および耐腐食性を確保するようにしている。
【００１０】
しかしながら、この球面シール構造では、球面シール内環および球面シール外環が外側継手部材の外側で露呈した構造となっている。このことから、等速自在継手の最大作動角を高角度（１８°程度）とすることが可能であるが、等速自在継手が高速回転した場合、球面シール内環の凸球面と球面シール外環の凹球面との間から潤滑剤が漏洩し易い。
【００１１】
また、圧縮コイルばねが外側継手部材の外側で露呈しているため、水蒸気による高温多湿、薬品類などによる劣悪な環境下では、圧縮コイルばねに錆が発生し易い。圧縮コイルばねに錆が発生すると、圧縮コイルばねの耐久性が低下し、球面シール内環に圧縮コイルばねの弾性力を十分に作用させることが困難となり、球面シール内環の凸球面と球面シール外環の凹球面との間から潤滑剤が漏洩するおそれがある。
【００１２】
そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、劣悪な環境下においても、高速回転の使用に有効で長期間の安定したシール性を確保し得るシール構造を具備した摺動式等速自在継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、開口端部を有する外側継手部材と、外側継手部材との間でトルク伝達部材を介して角度変位および軸方向変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材とを備え、内側継手部材から延びる軸部材と外側継手部材との間に球面シール部を設けた摺動式等速自在継手であって、球面シール部は、軸部材の外周面に固定され、凸球面が外周に部分的に形成された凸球面部材と、外側継手部材から延びる筒状延在部の内周面に軸方向変位可能に設けられ、凸球面部材の凸球面と接する凹球面が内周に部分的に形成された凹球面部材と、外側継手部材の筒状延在部の開口端部と凹球面部材との間に配設され、凹球面部材をその凹球面が凸球面部材の凸球面と接する方向に弾性的に付勢する弾性部材とで構成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明では、継手作動時、凸球面部材および凹球面部材からなる球面シール部の旋回中心が軸方向に変位しても、弾性部材により凸球面部材の凸球面と凹球面部材の凹球面とが常に弾圧接触する状態を維持してシール性を確保する。
【００１５】
本発明の球面シール部は、外側継手部材の筒状延在部の内部に収容された構造となっていることから、球面シール部を構成する凸球面部材および凹球面部材の小型軽量化が図れる。また、継手作動時の潤滑剤の流れを外側継手部材の内部へ戻す作用により、潤滑剤が内部循環するために潤滑剤の漏洩を抑制することができ、高速回転の使用に有効となる。さらに、弾性部材も外側継手部材の筒状延在部の内部に収容された構造となっている。そのため、劣悪な環境下においても、弾性部材が筒状延在部で保護されるため、その弾性部材の耐久性向上が図れる。
【００１６】
本発明における外側継手部材の筒状延在部は、一端が外側継手部材の開口端部に固定されたカバーで構成されていることが望ましい。このような構造を採用すれば、既存の外側継手部材を使用して、その外側継手部材から延びる筒状延在部を容易に構成することができる。
【００１７】
本発明における凸球面部材は、軸部材の外周面に形成された段差と内側継手部材の端面との間に挟み込んだ状態で位置規制された構造を具備することが望ましい。このような構造を採用すれば、常に、凸球面部材が継手センタ間との軸方向位置を保持することができる。
【００１８】
本発明における凹球面部材は、筒状延在部の内周面と摺接する外周面に油溜まり用凹溝が形成された構造を具備することが望ましい。このような構造を採用すれば、筒状延在部に対する凹球面部材の軸方向変位をスムーズに行うことが可能となる。
【００１９】
本発明における弾性部材は、一端が筒状延在部の開口端部に係止され、他端が凹球面部材の端面に当接する圧縮コイルばねで構成されていることが望ましい。このように、弾性部材として圧縮コイルばねを採用すれば、凹球面部材に対して軸方向への弾性力を容易に付勢することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、球面シール部が筒状延在部の内部に収容された構造となっていることから、球面シール部を構成する凸球面部材および凹球面部材の小型軽量化が図れる。また、継手作動時の潤滑剤の流れを外側継手部材の内部へ戻す作用により、潤滑剤が内部循環するために潤滑剤の漏洩を抑制することができ、高速回転の使用に有効となる。さらに、弾性部材も筒状延在部の内部に収容された構造となっているため、劣悪な環境下においても、弾性部材が筒状延在部で保護され、弾性部材の耐久性向上が図れる。その結果、高温雰囲気で劣悪な環境下においても、高速回転の使用に有効で安定したシール性を確保できるシール構造を具備した長寿命の摺動式等速自在継手を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る摺動式等速自在継手の実施形態で、ダブルオフセット型等速自在継手の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】図１の等速自在継手がスライド中立位置で最大作動角をとった状態を示す縦断面図である。
【図３】図１の等速自在継手がスライドアウト位置で最大作動角をとった状態を示す縦断面図である。
【図４】図１の等速自在継手がスライドイン位置で最大作動角をとった状態を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態を以下に詳述する。以下の実施形態では、駆動側と従動側の二軸間で角度変位および軸方向変位の両方を許容する摺動式等速自在継手の一つであるダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）を例示するが、他の摺動式等速自在継手として、トリポード型等速自在継手（ＴＪ）やクロスグルーブ型等速自在継手（ＬＪ）にも適用可能である。
【００２３】
また、以下の実施形態では、製紙設備や鉄鋼設備などの各種産業機械の中でも、例えば、鉄鋼設備において、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組み込まれる等速自在継手を例示する。このロール駆動力伝達装置における等速自在継手は、８０℃程度の輻射熱、水蒸気による高温多湿、スケールの飛散、薬品類を含む化学水の飛散などによる高温雰囲気の劣悪な環境下で高速回転の使用に有効な構造を具備する。
【００２４】
図１は、作動角０°の状態にある等速自在継手を示す。同図に示す等速自在継手は、外側継手部材１０、内側継手部材２０、ボール３０およびケージ４０で主要部が構成されている。
【００２５】
外側継手部材１０は、筒状をなし、軸方向に延びる直線状トラック溝１１が内周面１２の複数箇所に円周方向等間隔で形成されている。内側継手部材２０は、軸方向に延びる直線状トラック溝２１が外側継手部材１０のトラック溝１１と対をなして外周面２２の複数箇所に円周方向等間隔で形成されている。ボール３０は、外側継手部材１０のトラック溝１１と内側継手部材２０のトラック溝２１との間に配されてトルクを伝達する。ケージ４０は、外側継手部材１０の内周面１２と内側継手部材２０の外周面２２との間に介在してボール３０を保持する。
【００２６】
外側継手部材１０の後方開口端部には、金属製のシールプレート１３が装着されている。ボール３０の数は、６個あるいは８個であるが、それ以外の個数でもよく任意である。内側継手部材２０から延びる軸部材であるシャフト２３は、その軸端部を内側継手部材２０の軸孔に圧入することによりスプライン嵌合でもってトルク伝達可能に内側継手部材２０に結合されている。シャフト２３は、内側継手部材２０の軸方向両端部でＣ形止め輪２４，２５により抜け止めされている。
【００２７】
外側継手部材１０と内側継手部材２０から延びるシャフト２３との間で角度変位（作動角）が付与されると、ケージ４０で保持されたボール３０は常にどの作動角においても、その作動角の二等分面内に維持され、継手の等速性が確保される。また、この等速自在継手は、内側継手部材２０、ボール３０およびケージ４０からなる内部部品を外側継手部材１０の内部で軸方向変位（スライド）可能に配置した構造を具備する。
【００２８】
等速自在継手は、内側継手部材２０から延びるシャフト２３と外側継手部材１０との間に球面シール部５０を設けた構造を具備する。球面シール部５０は、凸球面部材である金属製の球面シール内環５１と、凹球面部材である金属製の球面シール外環５２と、弾性部材である圧縮コイルばね５３とで主要部が構成されている。球面シール部５０には、外側継手部材１０から延びる筒状延在部である金属製のカバー６０が付設されている。
【００２９】
球面シール内環５１は、凸球面５４が外周に部分的に形成されている。球面シール内環５１は、シャフト２３の内側継手部材近傍の根元部位に外嵌され、シャフト２３の外周面に形成された段差２６と、内側継手部材２０の端面に配置されたＣ形止め輪２５との間に挟み込んだ状態で位置規制されている。このような構造を採用することにより、常に、球面シール内環５１が継手センタ間との軸方向位置を保持するようにしている。
【００３０】
球面シール外環５２は、球面シール内環５１の凸球面５４と接する凹球面５５が内周に部分的に形成されている。球面シール外環５２の凹球面５５と球面シール内環５１の凸球面５４とは同一球面寸法としている。球面シール外環５２の凹球面５５には、環状の凹溝が設けられている。この凹溝に球面シール内環５１の凸球面５４と弾圧接触するＯリング５６が嵌め込まれている。このＯリング５６によりシール性を確保している。Ｏリング５６の素材としては、低摩擦係数を有するフッ素系樹脂が好適である。
【００３１】
球面シール外環５２は、外側継手部材１０から延びるカバー６０の内周面に軸方向変位（スライド）可能に設けられている。球面シール外環５２の外周面は、カバー６０の内周面と摺接する。球面シール外環５２の外周面には、環状の凹溝が設けられている。この凹溝にカバー６０の内周面と弾圧接触するＯリング５７が嵌め込まれている。このＯリング５７によりシール性を確保している。Ｏリング５７の素材としては、低摩擦係数を有するフッ素系樹脂が好適である。
【００３２】
また、球面シール外環５２の外周面には、前述の凹溝よりも軸方向内側部位に、油溜まり用凹溝５８が形成されている。この油溜まり用凹溝５８は、軸方向二箇所に設けられているが、軸方向一箇所でもよく、その数は任意である。このような油溜まり用凹溝５８を設けたことにより、カバー６０に対する球面シール外環５２の軸方向変位をスムーズに行うことが可能となる。
【００３３】
球面シール外環５２は、その材質としてＳ４５Ｃを使用し、凹球面５５に高周波焼入れ焼き戻し処理を施し、表面粗さが１．６ａ以下となるように研削仕上げしている。また、球面シール内環５１は、その材質としてＳ４５Ｃ＋調質を使用し、凸球面５４に無電解ニッケル等の表面処理を施し、表面粗さを１．６ａ以下としている。これら球面シール内環５１の凸球面５４および球面シール外環５２の凹球面５５に熱処理が施されていることから、万が一、Ｏリング５６が切断しても、凸球面５４および凹球面５５の急激な摩耗を抑制することができる。
【００３４】
カバー６０は、その後方開口端部にフランジ部６１を有し、そのフランジ部６１でのボルト６２の締め付けでもって外側継手部材１０の前方開口端部に装着されている。また、カバー６０の前方開口端部には、蓋体７０がボルト７１の締め付けでもって装着されている。蓋体７０には、継手作動時にシャフト２３が最大作動角をとれるように開口部７２が形成されている。このように、外側継手部材１０に別体のカバー６０を装着した構造を採用することにより、既存の外側継手部材１０を使用して、その外側継手部材１０から延びる筒状延在部を容易に構成することができる。
【００３５】
なお、この実施形態では、別体のカバー６０で筒状延在部を構成しているが、外側継手部材１０の前方開口端部を軸方向に延設することにより、筒状延在部を外側継手部材１０と一体的に構成するようにしてもよい。また、蓋体７０についても、この実施形態ではカバー６０と別体構造を例示しているが、カバー６０と一体化することも可能である。
【００３６】
圧縮コイルばね５３は、カバー６０に取り付けられた蓋体７０の内側端面と球面シール外環５２の外側端面との間に張設されている。圧縮コイルばね５３は、球面シール外環５２を軸方向に押圧してその凹球面５５が球面シール内環５１の凸球面５４と接する方向に弾性力を付勢する。このように、弾性部材として圧縮コイルばね５３を採用することにより、球面シール外環５２に対して軸方向への弾性力を容易に付勢することができる。
【００３７】
前述のカバー６０のフランジ部６１には、等速自在継手の内部へ潤滑剤を充填するためのプラグ６３が設けられている。外側継手部材１０の内部空間、つまり、外側継手部材１０と、その外側継手部材１０の前方に位置する球面シール外環５２および球面シール内環５１からなる球面シール部５０と、外側継手部材１０の後方開口端部にあるシールプレート１３で囲まれた空間に、グリース等の潤滑剤が封入される。
【００３８】
これにより、外側継手部材１０に対して内側継手部材２０から延びるシャフト２３が作動角をとりながら回転する動作時において、継手内部の摺動部位、つまり、外側継手部材１０、内側継手部材２０、ボール３０およびケージ４０で構成される摺動部位での潤滑性を確保するようにしている。
【００３９】
図２は、図１の等速自在継手がスライド中立位置で最大作動角をとった状態を示す。図３は、図１の等速自在継手がスライドアウト位置で最大作動角をとった状態を示す。スライドアウト位置とは、内側継手部材２０、ボール３０およびケージ４０からなる内部部品が外側継手部材１０の前方端位置にある状態を意味する。図４は、図１の等速自在継手がスライドイン位置で最大作動角をとった状態を示す。スライドイン位置とは、内部部品が外側継手部材１０の後方端位置にある状態を意味する。
【００４０】
内部部品は、スライドアウト位置からスライドイン位置までのスライド領域全域に亘って軸方向移動可能となっている。最大作動角は、スライド領域全域のいずれの位置であっても、シャフト２３の外周面が球面シール外環５２のテーパ状内周面５９に当接する状態で規定され、この等速自在継手の場合、１２°前後としている。
【００４１】
図２〜図４に示すように、継手作動時、球面シール内環５１および球面シール外環５２からなる球面シール部５０の旋回中心が軸方向に変位しても、圧縮コイルばね５３により、軸方向に変位する球面シール内環５１に球面シール外環５２が追従し、球面シール内環５１の凸球面５４と球面シール外環５２の凹球面５５とが常に弾圧接触する。この状態をスライド領域全域で維持することで、凸球面５４と凹球面５５間のＯリング５６によりシール性を確保している。
【００４２】
前述の圧縮コイルばね５３は、以下の条件に基づいて選定すればよい。つまり、内部部品のスライド領域全域で球面シール内環５１の凸球面５４と球面シール外環５２の凹球面５５との間に位置するＯリング５６のシール性を確保できるように、球面シール外環５２の重量抵抗と、カバー６０に対する球面シール外環５２のＯリング５７の摺動抵抗の合計抵抗を上回るばね力を有する圧縮コイルばね５３を使用すればよい。
【００４３】
ここで、球面シール部５０は、外側継手部材１０から延びるカバー６０の内部に収容された構造となっている。このことから、球面シール部５０を構成する球面シール内環５１および球面シール外環５２の小型軽量化が図れる。
【００４４】
また、継手作動時の潤滑剤の流れを外側継手部材１０の内部へ戻す作用により、潤滑剤が内部循環するために潤滑剤の漏洩を抑制することができ、高速回転（１０００ｒｐｍ前後）の使用に有効となる。
【００４５】
さらに、圧縮コイルばね５３も外側継手部材１０から延びるカバー６０の内部に収容された構造となっている。そのため、高温雰囲気（１００℃前後）の劣悪な環境下においても、圧縮コイルばね５３がカバー６０で保護されるため、その圧縮コイルばね５３の耐久性を向上させることができる。
【００４６】
なお、蓋体７０は、ボルト７１の取り外しでカバー６０から簡単に分離することができる構造となっている。また、そのカバー６０もボルト６２の取り外しで外側継手部材１０から簡単に分離することができる構造となっている。このことから、分解点検が容易となってメンテナンス性の向上が図れる。
【００４７】
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００４８】
１０  外側継手部材
２０  内側継手部材
２３  軸部材（シャフト）
２６  段差
３０  トルク伝達部材（ボール）
５０  球面シール部
５１  凸球面部材（球面シール内環）
５２  凹球面部材（球面シール外環）
５３  弾性部材（圧縮コイルばね）
５４  凸球面
５５  凹球面
５８  油溜まり用凹溝
６０  筒状延在部（カバー）
【図１】
0006356027.tif 000002
【図２】
0006356027.tif 000003
【図３】
0006356027.tif 000004
【図４】
0006356027.tif 000005