鉄鋼・産業設備用ドライブシャフト～概要、点検と損傷事例～
- コラム
回転する機械には、多くの形式のベアリングとオイルシールが使われます。
本コラムの最後に、これらの損傷事例をご紹介しておりますので、合わせてご覧ください。
鉄鋼および産業設備用に、ジェイテクトは動力を機械に伝えるドライブシャフトを製造・販売しています。
ジェイテクトのカタログ『鉄鋼・産業設備用ドライブシャフト』に鉄鋼・産業設備用ドライブシャフトを掲載していますが、カタログには専門用語が多く使われ、敬遠される方も多いように思われます。
そこで本コラムでは、鉄鋼用を例にとって、ドライブシャフトの概要、点検および損傷事例をご紹介します。
＜カタログ「鉄鋼・産業設備用ドライブシャフト」＞
1. ドライブシャフトとは
ドライブシャフトとは、原動機の動力を機械に伝える回転軸です。
一般に限られた機械のスペースの中に、ドライブシャフトは設置されます。
この限られたスペース内において、駆動軸（入力軸）と従動軸（出力軸）をフレキシブル（自由自在）に連結して原動機からの動力を滑らかに伝えるために、ドライブシャフトには図1に示すユニバーサルジョイント（十字軸タイプ自在継手ともいいます。）が用いられています。
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| a) 駆動軸と従動軸との連結 | b) 構造 |
図1 ユニバーサルジョイント
さらに、1つのユニバーサルジョイントには4個の転がり軸受からなるクロスベアリングを使用しており（図2参照）、低摩擦でトルク損失を最小限に抑えることができます。
図2 クロスベアリングの構造
2. ドライブシャフトの構成部品
代表例として、図3に鉄鋼圧延機に用いられるドライブシャフトを、表1にそれを構成する部品について説明します。
図3 鉄鋼圧延機用ドライブシャフト
表1 ドライブシャフトの構成部品
| 番号 | 部品名称 | 説明 |
| ① | クロスベアリング | 十字形の軸とそれぞれを支持する4個の転がり軸受で構成されています。 |
| ② | ベアリング固定ボルト | クロスベアリングとその相手部品との締結に用います。 |
| ③ | スプラインスリーブ/シャフト | スプライン穴・軸を有して取付け長さの調整が可能です。 |
| ④ | スプラインカバー | スプラインの防じん（塵）と防水性を高めます。 |
| ⑤ | フランジヨーク | おもに駆動装置との連結に用います。 用途に応じてさまざまな形式の継手方式があります。 |
| ⑥ | フィッティングヨーク | おもに機械・原動機との連結に用います。 用途に応じてさまざまな形式の継手方式があります。 |
ドライブシャフトの形式は、クロスベアリングの形状によって分類され、表2に形式と特長を示します。
表2 ドライブシャフトの形式と特長
| 形式 | 特長 | 代表的な 構造 |
| ブロックタイプ | 超重荷重用で、水・塵埃（じんあい）がかかる 過酷な雰囲気でも使用可能です。 |
図4 |
図4 ブロックタイプ
3. ドライブシャフトの選び方
機械の目的に適合するよう①強度、②寿命、③作動角（図1参照）および④寸法に応じて、ドライブシャフトを選びます。
ドライブシャフトの選び方について、詳しくはこちらをご覧ください。
＜カタログ「鉄鋼・産業設備用ドライブシャフト」ドライブシャフトの選定＞
4. ドライブシャフトのメンテナンスと点検方法
ドライブシャフトを長く安心してご使用いただくためには、定期点検が必須です。
1)定期点検
定期点検には、グリース給脂とクロスベアリング固定ボルトの締付トルクがあります。
A)グリース給脂
図5に示す①クロスベアリングと②スプライン部に、給脂間隔（表3参照）と給脂量を守って同じ銘柄のグリースを給脂してください。なお、給脂量とグリースの銘柄については、JTEKTにご照会ください。
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＜注意＞ 給脂間隔、給脂量を守らず、また、異なるグリースを給脂すると、ドライブシャフトの早期損傷につながります。 |
図5 グリースの給脂位置
表3 定期給脂の周期
| 設備 | 定期給脂の周期 |
| 熱間圧延機 | 1か月ごと |
| 冷間圧延機 | 1か月ごと |
| その他の設備 | 3か月ごと |
B)締付トルクの点検
表4に示す周期でベアリング固定ボルト（クロスベアリングを固定するボルトとフランジ固定用ボルト）の点検を行います。
表4 ベアリング固定ボルトの点検
| 設備 | 点検の周期 |
| 初期点検 | 1週間後、1か月後 |
| 定期点検 | 6か月ごと |
ベアリング固定ボルトの点検では、次を確認します。
・ベアリング固定ボルトの緩（ゆる）み または回り止め（図6参照）の破損
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| a) 1本ボルト回り止め | b) 3本ボルト回り止め |
図6 ベアリング固定ボルトの回り止め
・ハンマリングもしくは目視でのベアリング固定ボルトの伸び（図7）
図7 ベアリング固定ボルトの伸びの確認
ベアリング固定ボルトの緩め・締付方法は、次の手順で行ってください。
・チェーントングなどの治具でドライブシャフトを固定します（図8参照）。
・ねじ部と頭部座面にグリースを少量と塗布してから、ベアリング固定ボルトを締め付けます。
・レンチ、張力計などを用いて、規定のトルクにてベアリング固定ボルトを締め付けます（図8参照）。
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＜注意＞ 規定の締付トルクで締め付けていない場合、ベアリング固定ボルトの早期損傷につながります。 |
図8 ドライブシャフトの固定方法
2)分解点検
設備の長時間停止や重大事故を防止するために、鉄鋼圧延機用ドライブシャフトでは稼働後1年ごとを目安に主要部品（図9及び図10参照）の分解点検を行います。
分解点検時の確認内容を表5に示します。
図9 分解点検を行う主要部品
図10 クロスベアリング部の主要部品（クロスベアリング、ベアリング固定ボルト、ヨーク）
表5 主要部品の分解点検
| 部品 | 点検箇所 | 損傷の確認 |
| クロスベアリングの クロス |
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圧痕、摩耗、剥離、焼付き、 クラック、打ちきず、さび など |
| クロスベアリングの ベアリングカップ |
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| ベアリング固定 ボルト |
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ボルトの曲がり、伸び、 クラック、さび など |
| ヨーク |  |
クラック、打ちきず、さび など （特にクロスベアリング取付部と フランジ取付部） |
| フィッティングヨーク （小判穴ヨーク） |
 |
摩耗、かじり、クラック など |
|
スプラインスリーブ/シャフト |
 |
ドライブシャフトのメンテナンスと点検方法について、詳しくはこちらをご覧ください。
＜カタログ「鉄鋼・産業設備用ドライブシャフト」、ドライブシャフトのメンテナンス、点検方法＞
3)ドライブシャフトの損傷事例
主要部品ごとのドライブシャフトの損傷事例、要因、対策または処置を、表6～表10と図12～図20に示します。
損傷が認められる場合には、適切な対策が必要です。
表6 クロスベアリングの損傷事例
| 部品 | 損傷事例 | 図 | 要因 | 対策 |
| クロスベアリングの クロス |
軌道面根元部の剥離 |
図11 |
・潤滑不良 | ・定期的なグリース給脂 |
| 軌道面先端部の剥離 | 図12 | ・長時間使用による材料疲れ | ・異径ころの採用 図13参照 |
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| 軌道面の圧痕 | 図14 | ・過大な負荷の作用 | ・使用条件の見直し ・適切な荷重の負荷 |
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| クロスベアリングの ベアリングカップ |
軌道面の剥離 | 図15 | ・潤滑不良 | ・定期的なグリース給脂 |
図11 クロス軌道面根元部の剥離
図12 クロス軌道面先端部の剥離
図13 異径ころの採用による均等荷重
図14 クロス軌道面の圧痕
図15 ベアリングカップ軌道面の剥離
表7 ベアリング固定ボルトの損傷事例
| 部品 | 損傷事例 | 図 | 要因 | 対策 |
| ベアリング固定 ボルト |
ボルトの折損 （平面的破面形状） |
図16 | ・ボルトに軸力の作用なし | ・規定の締付トルクで 締め付ける ・ベアリングカップ、 ヨークの取付面の メンテナンス |
| ボルトの折損 | 図17 | ・過大な曲げ応力の負荷 | ・使用条件の見直し ・適切な荷重負荷 ・曲げ応力の低減 |
図16 ベアリング固定ボルトの折損（平面的破面形状）
図17 ベアリング固定ボルトの折損
表8 ヨークの損傷事例
| 部品 | 損傷事例 | 図 | 要因 | 対策 |
| ヨーク | キー溝の陥没 | 図18 | ・過大な負荷の作用 | ・使用条件の見直し ・適切な荷重の負荷 |
図18 ヨークのキー溝の陥没
表9 フィッティングヨーク（小判穴ヨーク）の損傷事例
| 部品 | 損傷事例 | 図 | 要因 | 処置 |
| フィッティングヨーク （小判穴ヨーク） |
小判穴の摩耗 |
図19 |
・小判穴の入口部および奥の摩耗 ・トルク伝達面の腐食摩耗による過大すきま ・長時間使用によるトルク伝達面の摩耗 |
接触面の硬化 肉盛り補修 |
図19 フィッティングヨーク（小判穴ヨーク）の摩耗
表10 スプラインの損傷事例
| 部品 | 損傷事例 | 図 | 要因 | 処置 |
| スプラインスリーブ/シャフト | スプライン部の摩耗 | 図20 | ・長時間使用によるトルク伝達面の摩耗 | 軽度の場合 再使用可 重度の場合 新品に交換 |
図20 スプラインスリーブのスプライン部の摩耗
ドライブシャフトの損傷事例について、詳しくはこちらをご覧ください。
＜カタログ「鉄鋼・産業設備用ドライブシャフト」：ドライブシャフトの損傷事例＞
なお、ジェイテクトでは大形ドライブシャフトの点検・補修を受け付けておりますので、ご相談ください。
5. まとめ
今回は、鉄鋼・産業設備用ドライブシャフトの概要、点検および損傷事例をご紹介しました。
| 1） | ドライブシャフトにはユニバーサルジョイント（十字軸タイプ自在継手）が用いられ、原動機の動力を機械に滑らかに伝えます。 |
| 2） | ドライブシャフトを長く安心してご使用いただくためには、定期点検が必須です。定期点検には、グリース給脂とクロスベアリング固定ボルトの締付トルクとがあり、ジェイテクトの推奨に従ってください。 |
| 3） | 鉄鋼設備用ドライブシャフトでは、主要部品の分解点検を行います。この分解点検にて確認された損傷には適切な処置と対策を行い、設備の停止や重大事故を防止してください。 |
| 4） | ベアリングとオイルシールの損傷事例についてもご覧ください。 ベアリングの故障（その1）～ベアリングの故障と損傷～ ベアリングの故障（その2）～ベアリングの損傷とその原因・対策（前編）～ ベアリングの故障（その3）～ベアリングの損傷とその原因・対策（後編）～ オイルシール（その3）～オイルシールの取扱い、密封不具合の原因と対策～ |
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