(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
４つの軸部の外周に軌道面が形成された十字軸と、
前記軸部の軌道面を転走する複数の転動体と、
この転動体を介して前記各軸部に揺動可能に取り付けられたベアリングカップと、
前記十字軸の軸部とベアリングカップとの相対的な変位を軸部毎に検出する変位センサを含むセンサユニットとを備える十字軸継手であって、
前記各ベアリングカップに設けられ、一方の開口を前記十字軸の軸部の端面に臨ませた状態で当該十字軸の軸方向に沿って貫通形成されたグリース注入用の孔と、
前記十字軸の各軸部の端面に設けられた凹部と、
有底筒状のカバーと、このカバーに取り外し可能に取り付けられて当該カバーの開口部を閉塞するベースとを有し、内部に前記変位センサが収容されたプラグとを備え、
前記プラグのベースを前記凹部の内壁に固定し、前記カバーを前記グリース注入用の孔に隙間を有して挿入し、前記カバーと前記グリース注入用の孔との隙間をシール部材により閉塞しているとともに、前記変位センサを当該孔の内壁との変位を測定可能に配置していることを特徴とする十字軸継手。
【請求項２】
前記グリース注入用の孔の内周の他方の開口側に、前記プラグが抜脱するのを規制する止め輪を設けている請求項１記載の十字軸継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧延設備などの駆動軸に組込まれる十字軸継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば鉄鋼用圧延設備の駆動軸は、圧延ローラと駆動モータとの間に接続されて、駆動モータの回転力を圧延ローラに伝達する役目を担っている。この駆動軸の途中部分には、十字軸継手が設けられており、圧延設備では、当該十字軸継手にて圧延ローラの移動を許容した状態で鋼材に圧延処理を行っている。この十字軸継手では、その十字軸の４つの各軸部にベアリングカップが設けられ、このカップと軸部との間にころを転動自在に配置して当該軸部の外周面を転動面に利用しているので、鉄鋼の圧延時には衝撃等による大きな負荷が軸部及びベアリングカップにかかり、そのため、長期使用により損傷が生じることは避けられない。従って、損傷の進行度合を監視して、早めに十字軸継手を取り替えることが要求されており、そのためには当該損傷を軸部単位に精度よく且つ早期に検知することが必要である。
【０００３】
そこで、本出願人は先に、図４に示すように、４つの軸部１０２を有する十字軸１０３と、複数の転動体１０４と、ベアリングカップ１０５と、前記軸部１０２とベアリングカップ１０５との相対的な変位を軸部１０２毎に検出する変位センサ１０７ａ及び子機１０８ａを含むセンサユニット１０６ａと、取付部１０９ａと支持部１０９ｂとを有し、且つ内部に前記変位センサ１０７ａが収容されている蓋体１０９とを備える十字軸継手１０１であって、前記取付部１０９ａが各ベアリングカップ１０５に設けられたグリース注入用の孔１１０の内壁に固定され、前記支持部１０９ｂが前記軸部１０２に形成された孔１１１に隙間を有して挿入されているとともに、前記変位センサ１０７ａが当該孔１１１の内壁との変位を測定可能に配置された十字軸継手１０１を提案した（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３２５９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記十字軸継手１０１においては、グリース注入用の孔１１０を閉塞するための蓋体１０９に変位センサ１０７ａを含むセンサユニット１０６ａを装着しているため、このセンサユニット１０６ａが取り付けられる駆動軸本体の回転径が小さいものになると、ベアリングカップ１０５内に前記蓋体１０９を取り付けるスペースが確保できない場合がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、変位センサを含むセンサユニットの取り付けスペースを小さくすることができる十字軸継手を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の十字軸継手は、４つの軸部の外周に軌道面が形成された十字軸と、
前記軸部の軌道面を転走する複数の転動体と、
この転動体を介して前記各軸部に揺動可能に取り付けられたベアリングカップと、
前記十字軸の軸部とベアリングカップとの相対的な変位を軸部毎に検出する変位センサを含むセンサユニットとを備える十字軸継手であって、
前記各ベアリングカップに設けられ、一方の開口を前記十字軸の軸部の端面に臨ませた状態で当該十字軸の軸方向に沿って貫通形成されたグリース注入用の孔と、
前記十字軸の各軸部の端面に設けられた凹部と、
有底筒状のカバーと、このカバーに取り外し可能に取り付けられて当該カバーの開口部を閉塞するベースとを有し、内部に前記変位センサが収容されたプラグとを備え、
前記プラグのベースを前記凹部の内壁に固定し、前記カバーを前記グリース注入用の孔に隙間を有して挿入し、前記カバーと前記グリース注入用の孔との隙間をシール部材により閉塞しているとともに、前記変位センサを当該孔の内壁との変位を測定可能に配置していることを特徴としている。
【０００６】
この構成によれば、内部に変位センサを収容したプラグを十字軸の軸部の端面に設けられた凹部の内壁に固定するため、グリース注入用の孔を閉塞するための蓋体に変位センサを含むセンサユニットを装着する必要がなくなる。これにより、従来ベアリングカップに必要であった蓋体を取り付けるためのスペースが不要になるため、センサユニットを回転径の小さい駆動軸へ適用することが可能となる。
【０００７】
上記軸継手監視装置において、前記グリース注入用の孔の内周の他方の開口側に、前記プラグが抜脱するのを規制する止め輪を設けていることが好ましい。
この場合、締まり嵌めされているプラグのベースが軸部から抜けるのを確実に防止することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の十字軸継手によれば、変位センサを含むセンサユニットの取り付けスペースを小さくすることができるので、回転径の小さい駆動軸への適用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の軸継手監視装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、圧延設備の駆動軸に組込まれる十字軸継手に適用した場合を例示して説明する。
図１は鉄鋼メーカの圧延設備に使用される駆動軸Ｄを示す斜視図であり、図２は本発明の一実施形態に係る十字軸継手１の主要部を駆動軸Ｄの軸方向から見た一部欠截図である。図において、駆動軸Ｄの両端部近傍には十字軸継手１が使用されており、この継手１を介在させて、当該駆動軸Ｄの一端側及び他端側には図示を省略した駆動モータ及び鉄鋼用圧延ローラがそれぞれ連結されている。つまり、駆動軸Ｄには、２つの十字軸継手１の間に配置される中間軸部（第１軸部）Ｄ１に加えて、上記モータ及びローラ側にそれぞれ接続される駆動軸部（第２軸部）Ｄ２及び従動軸部（第３軸部）Ｄ３が設けられており、一方の十字軸継手１にて中間軸部Ｄ１と駆動軸部Ｄ２とが連結され、他方の十字軸継手１にて中間軸部Ｄ１と従動軸部Ｄ３とが連結されている（図１参照）。また、圧延設備では、２本の駆動軸Ｄが互いに平行に配置されており、各駆動軸Ｄに連結された２つの上記ローラ間にスラブ等を通すことで圧延処理が施された鋼材を製造するように構成されている。また、この圧延処理の際に、各十字軸継手１は、接続された駆動軸Ｄがその軸方向から傾くのを許容した状態で上記駆動モータの回転力を圧延ローラに伝達する。さらに、各十字軸継手１を設けることにより、各圧延ローラが摩耗したときや鋼材の圧延幅を変更するときに上下のローラ芯間を容易に調整できるようになっている。
【００１０】
上記十字軸継手１は、４つの軸部２の外周に軌道面が形成された十字軸３と、前記軸部２の軌道面を転走する複数の転動体（ここでは、ころ）４と、この転動体４を介して前記各軸部２に揺動可能に取り付けられたベアリングカップ５と、前記十字軸１の軸部２とベアリングカップ５との相対的な変位を軸部２毎に検出する変位センサ７ａを含むセンサユニット６ａとを備えている。ここで、軸部２の外周には内輪軌道面２ａが、ベアリングカップ５の内周は外輪軌道面５ａが形成されている。また、図２における上下一対のベアリングカップ５は当該十字軸継手１から見て軸方向一方側の駆動軸Ｄの軸部（例えば、上記駆動軸部Ｄ２）に、左右一対のベアリングカップ５は軸方向他方側の駆動軸Ｄの軸部（例えば、上記中間軸部Ｄ１）に、それぞれ接続されている。詳細には、ベアリングカップ５の左右両端部側に設けられたボルト穴５ｂに螺着されるボルトを介して駆動軸Ｄの対応する軸部の端部に形成されたフランジ部が当該ベアリングカップ５に連結されており、十字軸１の左右両側の中央部が軸部端部にほぼ密接して、当該十字軸１が外部にほとんど露出されることなく駆動軸Ｄ内に組込まれた状態で各軸部が接続されている。
【００１１】
上記ベアリングカップ５にグリース注入用の孔８が設けられている。このグリース注入用の孔８は、一方の開口８ａを十字軸１の軸部２の端面２ｂに臨ませた状態で当該十字軸１の軸方向に沿って貫通形成されている。また、このベアリングカップ５の底面５ｃには、例えば合成樹脂からなるスラストワッシャ９が軸部２の端面２ｂとの間に配置されており、これらの底面５ｃと軸部２の端面２ｂとが金属接触するのを防いだ状態で当該軸部２の端面２ｂを支承している。また、上記十字軸１の各軸部２の端面２ｂには凹部１０が設けられており、この凹部１０から軸部２の内部に向かって、上記孔８と同軸的に、当該軸部２の中心軸周りで同心に孔１１が形成されている。そして、上記グリース注入用の孔８と軸部２に形成された孔１１とは、十字軸継手１の内部で互いに連結している。この孔１１は、上記転動体４の軸部外周面２ａ及びベアリングカップ内周面５ａとの転がり接触部を潤滑するグリースが流されるグリース用通路を構成している。
【００１２】
十字軸継手１は、図３に示すように、さらに内部に前記変位センサ７ａが収容されたプラグ１２を備えている。このプラグ１２は、有底筒状のカバー１３と、このカバー１３に取り外し可能に取り付けられて当該カバー１３の開口部を閉塞する円柱状のベース１４とを有し、このプラグ１２のベース１４は、上記軸部２の凹部１０の内壁に締まり嵌めにて固定されており、カバー１３は、上記グリース注入用の孔８に隙間８ｂを有して挿入され、このカバー１３とグリース注入用の孔８との隙間８ｂはＯリング等のシール部材１５により閉塞されている。この隙間８ｂをシール部材１５で閉塞することによって、上記転がり接触部から当該隙間８ｂを介して外部にグリースが漏れ出るのを防いでいる。さらに、上記グリース注入用の孔８の内周の他の開口８ｃ側に、前記プラグ１２が抜脱するのを規制するスナップリング等の止め輪１６を設けている。これにより、冷やし嵌め、圧入等により締まり嵌めされているプラグ１２のベース１４が軸部２から抜けるのを確実に防止することができる。
【００１３】
また、プラグ１２の内部に収容された変位センサ７ａが、当該孔８の内壁８ｄとの変位Ｌを測定可能に配置されており、対応する軸部２の外周に形成された上記転動体４との間の内輪軌道面２ａでの剥離や亀裂などの損傷の検知を行うように構成されている。ここで、変位センサ７ａには、例えば渦電流式の磁気タイプのものが使用されており、変位センサ７ａは、開口部を通して上記内壁８ｄの表層部に高周波磁界を付与し、当該表層部に生じた渦電流によるインピーダンス変化を内蔵コイルにて求めることにより、カップ揺動に応じて変化する上記軸部２の径方向の変化（相対的な変位）を検出する。
また、変位センサ７ａを含むセンサユニット６ａは、当該変位センサ７ａ、及びこの変位センサ７ａの検出結果を後述の親機（図示せず）に無線送信する子機１７ａを含んでおり、この両者６ａ，１７ａはケーブル１８を介して接続されている。ここで、子機１７ａは、上記カバー１３の内部に着脱可能に取り付けられている。
また、他の３箇所の軸部２についても同様に、プラグ１２（図示せず）、変位センサ７ｂ、７ｃ、及び７ｄにそれぞれ接続された子機１７ｂ、１７ｃ、及び１７ｄが設けられており、各子機１７ｂ〜１７ｄから親機に対応するセンサ結果を発信するようになっている。
【００１４】
この親機には、例えばＲＳ２３２Ｃに準拠した通信線を介して圧延設備内に配置されたパネルコンピュータが接続されている。また、このパネルコンピュータには、例えば１０Ｂａｓｅ−Ｔ線を用いたＬＡＮを介して、圧延設備から離れた監視室内などに設置されたパソコンが接続されており、このパソコンは、インターネット等の通信ネットワークを介在させて例えば十字軸継手１の製造メーカやそのメンテナンス会社などの情報処理端末に接続可能に構成されている。なお、上記２本の駆動軸Ｄに組付けられた４つの各十字軸継手１に子機１７ａ〜１７ｄが装着されており、パネルコンピュータ及びパソコンは全ての各子機からの送信データをＩＤ番号を基に判別し、十字軸継手１の監視を上記軸部２単位に行えるようになっている。ここで、ＩＤ番号とは、各子機１７ａ〜１７ｄに割り当てられた、それぞれ識別子としての連続した整数０，１，２，３のことであり、各子機１７ａ〜１７ｄでは、センサ検出結果の送信を行うときに例えばヘッダー部に割り当てられたＩＤ番号を含めて、送信波を発信するように構成されている。そして、各子機１７ａ〜１７ｄと、これら子機１７ａ〜１７ｄに接続された変位センサ７ａ〜７ｄとが特定可能になっている。
【００１５】
以上のように構成された本実施形態では、内部に変位センサ７ａを収容したプラグ１２を十字軸３の軸部２の端面２ｂに設けられた凹部１０の内壁に固定するため、従来のようにグリース注入用の孔８を閉塞するための蓋体に変位センサ７ａを含むセンサユニット６ａを装着する必要がなくなる。これにより、従来ベアリングカップ５に必要であった蓋体を取り付けるためのスペースが不要になるため、センサユニット６ａを回転径の小さい駆動軸Ｄへ適用することが可能となる。また、本実施形態では、カバー１３をベース１４から取り外せば電池交換等を行うことができるので、メンテナンスの際にベアリングカップ５を分解する必要がないため、メンテナンスが容易になるという利点もある。
【００１６】
尚、上記の説明では、圧延設備の駆動軸Ｄに組込まれる十字軸継手１について説明したが、本発明は十字軸３の軸部２とベアリングカップ５との間の相対的な変位を検出する変位センサ７ａを軸部２側に固定しているものであればよく、例えば鉄道車両に組付けられる駆動軸Ｄの十字軸継手１とすることもできる。
また、上記の説明では、変位センサ７ａがベアリングカップ５のグリース注入用の孔８の内壁８ｄとの間の距離（すなわち、軸部２の径方向の変位）を測定するように、各軸部２に固定されたプラグ１２に変位センサ７ａが取り付けられた構成について説明したが、本発明の変位センサ７ａの設置箇所及び検出箇所は、これに限定されるものではなく、軸部２の転動面２ａに生じた損傷により当該軸部２が撓んだときに発生するベアリングカップ５との間の相対的な変位を検出できるものであれば何等限定されない。具体的には、軸部２が撓んだときに上記ベアリングカップ５の底面５ｃ側に傾くスラストワッシャ９との間の距離、つまり軸部２の軸方向の変位を変位センサ７ａにて測定することで上記相対的な変位を検出する構成でもよい。
【００１７】
また、上記の説明では、渦電流式の変位センサ７ａを用いた構成について説明したが、本発明は、上記変位を検出することができるセンサであれば、センサの種類や設置数等は上記のものに何等限定されない。具体的には、静電容量式、光学式、超音波式、または接触式などの他のタイプの変位センサ７ａを使用することもできる。但し、渦電流式センサを用いる場合の方が、センサ自体の構成が他のタイプよりもコンパクトであることから、その取り付けを容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】鉄鋼メーカの圧延設備に使用される駆動軸を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る十字軸継手を駆動軸の軸方向から見た一部欠截図である。
【図３】上記十字軸継手の拡大断面図である。
【図４】従来の十字軸継手を駆動軸の軸方向から見た一部欠截図である。
【符号の説明】
【００１９】
Ｄ    駆動軸
１    十字軸継手
２    軸部
３    十字軸
４    転動体
５    ベアリングカップ
６ａ〜６ｄ    センサユニット
７ａ〜７ｄ    変位センサ
８    グリース通路用の孔
１２    プラグ
１３    カバー
１４    ベース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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