(57)【要約】【課題】鉄道車両用軸継手の緩衝部材の耐久性を向上させ、緩衝部材の交換頻度を低減させると共に、中心板の摩耗も低減させる。【解決手段】同一軸上に相対する駆動軸と被駆動軸のそれぞれの軸端部に備えられ相対する一対の内側部材と、一対の内側部材を包囲しかつ内側部材とそれぞれ回転伝達方向に係合する外側部材と、外側部材に固定され内側部材の間に配置される中心板とを備える鉄道車両用軸継手の緩衝部材において、内側部材または中心板に装着される弾力性を備えた弾性部２と、該弾性部の相対速度差が生ずる相手部材と接触する面が低摩擦材で覆われている摺動部３とを備えるようにしている。【選択図】図１
2020159530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一軸上に相対する駆動軸と被駆動軸のそれぞれの軸端部に備えられ相対する一対の内側部材と、前記一対の内側部材を包囲しかつ前記内側部材とそれぞれ回転伝達方向に係合する外側部材と、前記外側部材に固定され前記内側部材の間に配置される中心板とを備える鉄道車両用軸継手の緩衝部材において、
前記内側部材または前記中心板に装着される弾力性を備えた弾性部と、該弾性部の相対速度差が生ずる相手部材と接触する面が低摩擦材で覆われている摺動部とを有することを特徴とする鉄道車両用軸継手の緩衝部材。
【請求項２】
前記摺動部はポリテトラフルオロエチレンの被覆物からなることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用軸継手の緩衝部材。
【請求項３】
前記被覆物はポリテトラフルオロエチレンのシートであることを特徴とする請求項２記載の鉄道車両用軸継手の緩衝部材。
【請求項４】
前記弾性部は合成ゴム製であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の鉄道車両用軸継手の緩衝部材。
【請求項５】
前記緩衝部材は、合成ゴム材料あるいは合成樹脂材料中に潤滑剤を含有した材料で成形されており、少なくとも前記内側部材あるいは前記中心板と接触する部位には前記潤滑剤が存在して摺動部が形成されることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用軸継手の緩衝部材。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の前記緩衝部材を備えた鉄道車両用軸継手。  
【請求項７】
さらに、前記中心板の前記緩衝部材との接触部位に低摩擦材を被覆していることを特徴とする請求項６記載の鉄道車両用軸継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の駆動装置の一部であるモーターの回転を歯車箱に伝える軸継手に使用される緩衝部材および鉄道車両用軸継手に関する。さらに詳述すると、本発明は、歯車型、平板型等種々の軸継手に使用できる緩衝部材および鉄道車両用軸継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
台車に固定されているモーターと車軸と一体をなす歯車箱との間には継手が設けられていて、車体の浮き沈みや蛇行時位相ずれを吸収する仕組みになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
歯車型たわみ軸継手の場合、モーター軸および歯車装置小歯車軸と嵌め合う一対の内側（外歯車）部材と、該外歯車と噛み合い自由に可変する外筒（内歯車部材）で構成され、さらに内側部材同士が軸方向や上下方向の変位時にぶつかり合うことが無いように中心板という仕切りを備える。また、内側部材には中心板との接触時の衝撃を緩和するために合成ゴム製の緩衝部材が中心板に対向する位置に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−６５５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この種の鉄道車両用軸継手の場合、継手の変位により緩衝部材と中心板とは中心からの距離が異なる部位(半径が相違する部位)で接触するため、周速差により緩衝部材と中心板が擦られる。しかも、鉄道車両の継手は例えば５０００ｒｐｍを超える高速で回転し、また、高荷重を受ける等の過酷な条件で使用される。このため、緩衝部材は中心板に一回転毎に強くたたきつけられるとともに擦られることから、緩衝部材の表面があばた状に摩耗してしまうケースが生じる。この摩耗現象は、特にカーブの多い山岳地帯や高速走行車で顕著である。この摩耗が過大になると内側部材と中心板とが直に接触し、更には内側部材同士がぶつかりあい事故に至る危険があるため、緩衝部材の小まめな交換が必要となる。
【０００６】
本発明は、鉄道車両用軸継手の緩衝部材の耐久性を向上させることを目的とする。また、本発明は、緩衝部材の交換頻度を低減させ、併せて、中心板の摩耗も低減させることができる鉄道車両用軸継手を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成する鉄道車両用軸継手の緩衝部材は、同一軸上に相対する駆動軸と被駆動軸のそれぞれの軸端部に備えられ相対する一対の内側部材と、一対の内側部材を包囲しかつ内側部材とそれぞれ回転伝達方向に係合する外側部材と、外側部材に固定され内側部材の間に配置される中心板とを備える鉄道車両用軸継手の緩衝部材において、内側部材または中心板に装着される弾力性を備えた弾性部と、該弾性部の相対速度差が生ずる相手部材と接触する面が低摩擦材で覆われている摺動部とを有している。
【０００８】
ここで、摺動部はポリテトラフルオロエチレンの被覆物からなることが好ましく、より好ましくはポリテトラフルオロエチレンのシートであることである。
【０００９】
また、弾性部は合成ゴム製であることが好ましい。
【００１０】
さらに、緩衝部材は、合成ゴム材料あるいは合成樹脂材料中に潤滑剤を含有した材料で成形されており、少なくとも内側部材あるいは中心板と接触する部位には潤滑剤が存在して摺動部が形成されるようにしても良い。
【００１１】
また、本発明の鉄道車両用軸継手は、請求項１から５のいずれかに記載の緩衝部材を備えるものである。
【００１２】
さらに、鉄道車両用軸継手においては、中心板の緩衝部材との接触部位に低摩擦材を被覆していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にかかる鉄道車両用軸継手の緩衝部材によれば、接触時の摩擦力が低減するので、緩衝部材の耐久性が向上し、緩衝部材の交換頻度を低減できる。併せて、本発明にかかる鉄道車両用軸継手の緩衝部材によれば、中心板の摩耗も低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明にかかるたわみ軸継手の緩衝部材の一実施形態を示す中央縦断面図である。
【図２】本発明にかかる鉄道車両用軸継手の一実施形態を示す中央縦断面図である。
【図３】本発明にかかる鉄道車両用軸継手の他の実施形態を示す中央縦断面図である。
【図４】本発明にかかるたわみ軸継手の緩衝部材の試験結果を示す正面図で、（Ａ）は試験前、（Ｂ）は試験後の状態を示す。
【図５】従来のたわみ軸継手の緩衝部材の劣化状況を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１に、本発明の鉄道車両用軸継手の緩衝部材の実施形態の一例を示す。この実施形態にかかる緩衝部材１は、鉄道車両用軸継手の内側部材または中心板に装着される弾力性を備えた弾性部２と、該弾性部２の相対速度差が生ずる相手部材と接触する面が低摩擦材４で覆われている摺動部３とを備えるようにしている。
【００１７】
本実施形態の緩衝部材１は、例えば鉄道車両用軸継手の中心板と対向する内側部材の締結用ナットの上面に装着されるものであって、円環状を成すと共に四隅が円弧状に形成されたほぼ矩形状の横断面を有し、六角ナットの上面のねじ孔周りの環状の凹部に弾性部２を嵌合してナット上面から中心板に向けて摺動部３側が突出するように装着されるものである。尚、緩衝部材１の形状は図示の円環状に特に限られるものではなく、当該環状部材１を取り付ける相手部材の構造や形状等に応じて適宜形態を採ることができる。例えば、締結用ナットの上面並びに雄ねじの軸端面を覆うキャップ構造としても良いし、その平面形状を多角形状、矩形状あるいは円形状などの様々な形状としても良い。さらには、緩衝部材１は、中心板に装着される場合にも、特定の形状に限定されるものでは無く、平坦な円板状、多角形状、矩形状などの様々な形状に形成されても良いし、場合によっては円環状や多角形環状物などとして形成しても良い。さらには、相対速度差が生ずる相手部材と接触する面だけでなく、その外の領域までをも膜状として中心板全面を覆うようにしても良い。
【００１８】
弾性部２は、鉄道車両用軸継手の駆動軸側部材と従動軸側部材との接触時の衝撃を緩和するものであって、適度なクッション性が必要となる。本実施例ではニトリルゴム製の無垢のリング部材を使用している。これによって、素材そのもののゴム弾性による安定した弾性力が長期にわたって得られ、緩衝部材１の耐久性が向上する。勿論、弾性部２は他の合成ゴム材料や弾性を備える樹脂材料であっても良い。また、弾性部２は、素材の弾性力のみならず例えば内部に空洞を備えた形状や蛇腹状の壁部を備えた形状などを採用することで構造的な弾性を有するものとしても良い。
【００１９】
摺動部３を構成する低摩擦材４としては、一般的に合成ゴム材料よりも低摩擦である種々の合成樹脂の使用が可能である。例えば、プラスチック系摺動材料としては、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ，デュポン社の商品名テフロン（登録商標））などのフッ素樹脂が一般的であるが、その他にもポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）や、エラストマー系、ポリオレフィン系、熱硬化性樹脂、その他スーパーエンプラなどの使用も可能である。ポリテトラフルオロエチレンの摩擦係数は約０．０４であり、弾性部２の合成ゴムの摩擦係数約０．９に対して大よそ１／２０となり、十分な摩擦特性が得られる。また、例えばナイロンは約０．２４の摩擦係数であり、合成ゴムと比較して効果が期待できる。一方、摺動部３には、使用部位の接触圧が極めて高く大きな摩擦力を生じ、また接触圧が高いためにスティックスリップによる微小な皺が表面に生じやすいことに加えて緩衝部材としての緩衝効果が必要とされる。このことから、摺動部３を構成する低摩擦材４としては、摩擦特性に優れているとともに適度な硬さと柔軟性を備えていることが好ましい。このことから、フッ素樹脂の使用が好ましい。フッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の他、テトラフルオロエチレン・パーフルオロキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサンフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）などが挙げられるが、なかでもＰＴＦＥの使用が好ましい。
【００２０】
摺動部３は弾性部２を覆う低摩擦材４の被覆物であることが好ましい。例えば、フッ素樹脂なかでもポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の被覆物からなることが好ましい。ＰＴＦＥの被覆物は、例えば弾性部２にコーティングを施して薄膜（テフロンコーティング）としたり、成型粉を固めたシート（テフロンシート）を接着等により貼り付けることで形成されるが、コーティングで形成できる薄膜の厚みに限界があり耐久性にやや劣る面があるので、十分な厚さを確保できるシートを装着することが好ましい。さらには、ＰＴＦＥは摩耗しやすく、クリープを起こしやすいため、摺動材として使用する場合は、充填剤例えばガラス繊維、グラファイト、ブロンズ、カーボンファイバー、二硫化モリブデン、特殊フィラーなどを混入して使用することが好ましい。固体潤滑剤、酸化物などの併用によって、さらに耐摩耗性を良好なものとすることができる。
【００２１】
ここで、テフロンシートの厚さは厚いほど摩耗に有利となるが、厚過ぎると緩衝部材としての弾性が得られなくなり緩衝効果が小さくなってしまう。そこで、適当な厚さ例えば１ｍｍあるいはそれ以下とすることが好ましい。
【００２２】
摺動部３は弾性部２の相対速度差が生ずる相手部材と接触する面（即ち、内側部材に緩衝部材１を装着する本実施形態の場合には、中心板と対向する面）の全周に連続的に形成することが好ましいが、場合によっては周方向に不連続に形成されても良い。例えば、円環状の弾性部２の表面即ち相対速度差が生ずる相手部材と接触する面に周方向に不連続に複数個の摺動部３が等間隔に配置されていても良い。また、緩衝部材１そのものを不連続なもの、例えばブロック状に成型して相対速度差が生ずる相手部材と接触する虞のある面に円環状に配置しても良い。
【００２３】
以上のように構成された緩衝部材１は、摺動部３が相対速度差が生ずる相手部材と接触した時の摩擦力が低減することから、なかでも、フッ素樹脂による被覆物の場合にはより高い摩擦低減効果が得られることから、長期の摩擦低減効果が得られる。このため、本実施形態の緩衝部材を例えば鉄道車両用歯車形たわみ軸継手に適用すれば緩衝部材１の交換頻度を減らすことができる。
【００２４】
図２に、本実施形態の緩衝部材を適用したたわみ軸継手の一実施形態を示す。この実施形態にかかるたわみ軸継手１１は、鉄道車両用歯車形たわみ軸継手であって、同一軸上に相対向して配置された駆動軸（例えば、モータ軸）１２と被駆動軸（例えば、歯車軸）１３のそれぞれの軸端部に備えられ相対する一対の内側部材１８，１９と、一対の内側部材１８，１９を包囲しかつ内側部材１８，１９とそれぞれ回転伝達方向に係合する外側部材２０，２１と、外側部材２０，２１に固定され内側部材１８，１９の間に配置される中心板６とを備える。
【００２５】
本実施形態の場合、内側部材はクラウニングが施されたすぐ歯の外歯車１４，１５を有する内筒１８，１９であり、外側部材は内筒１８，１９の外歯車１４，１５とそれぞれ噛合するすぐ歯の内歯車１６，１７を備える外筒２０，２１であり、外筒２０，２１の両端部に備えられた油切り２３によって外筒２０，２１の内側の空間２２に封入された潤滑油（図示省略）の流出を防ぐ構造とされている。
【００２６】
内筒１８，１９はテーパ焼嵌めにより駆動軸１２及び被駆動軸１３にそれぞれ装着され、さらに駆動軸１２と被駆動軸１３との各軸端にそれぞれ形成されている締結用ボルト２７，２９に締結用ナット２８，３０を螺合させて固定されている。これによって、内筒１８，１９と外筒２０，２１とは、外歯車１４，１５と内歯車１６，１７とを噛合させて内筒１８，１９に対して各軸を傾動可能にした連結構造とされている。また、外筒２０，２１の両端側には油切り２３が締結ボルト３３によって止め付けられている。また、軸方向に２分割された外筒２０，２１はそれらの間に中心板６を介在させた状態で締結ボルト３４によって締結されている。
【００２７】
緩衝部材１は、駆動軸１２及び被駆動軸１３にそれぞれ内筒１８，１９を固定するための締結用ナット２８，３０例えば六角ナットの上面のねじ孔の周りに設けられた環状の溝５に弾性部２が嵌合されて固定されている。
【００２８】
ここで、緩衝部材１を内側部材側に装着する場合には、中心板６の少なくとも緩衝部材１と接触する部位に低摩擦材の被覆物（以下、低摩擦被覆７と呼ぶ）を形成することが好ましい。この場合には、緩衝部材１を単独使用する場合に比べて、緩衝部材１のより高い摩擦低減効果が得られるとともに、中心板６の摩耗もより低減する効果が得られる。ここで、中心板６に低摩擦被覆７を構成する低摩擦材としては、緩衝部材１の摺動部３と同様に、テフロンシートの貼り付けやテフロンコーティングであっても良いし、例えば二硫化モリブデンなどの低摩擦材料のコーティング等であっても良い。本実施例の場合、加工の容易性から二硫化モリブデンコーティングを実施しているが、これに特に限定されるものではない。低摩擦被覆７のコーティング厚みは、素材毎に最適値は異なることから特定の値に限定されるものではないが、例えば二硫化モリブデンの場合には５μｍ〜１００μｍ、好ましくは１０μｍ程度であり、ＰＴＦＥの場合には厚膜にコーティング加工するには不向きであることから１０μｍ程度が好ましい。耐摩耗性に優れるのは、厚膜コーティングが可能なＰＦＡ，ＥＴＦＥ，変性ＰＴＦＥであり、中でもＦＥＰ，変性ＰＴＦＥが良好な耐摩耗性を発揮する。
【００２９】
尚、上述の鉄道車両用歯車形たわみ軸継手において、緩衝部材１の突出量、即ち締結用ナット２８，３０の上面あるいは中心板６からの突出量は、例えば１０から３０ｍｍ、より好ましくは１０から２０ｍｍ程度とすることである。１０ｍｍより小さければ緩衝効果が不十分となり、また３０ｍｍを超えると軸継手の動きを阻害する危険がある。
【００３０】
上述の鉄道車両用歯車形たわみ軸継手によれば、たわみ軸継手の駆動軸１２と被駆動軸１３との間で径方向あるいは軸方向の変位が起きても、中心板６と緩衝部材１の摺動部３との接触で衝撃が緩和される。
【実施例】
【００３１】
図２に例示する鉄道車両用歯車形たわみ軸継手において、緩衝部材の中心板との接触面の劣化状況について試験を行った。本試験は、六角ナット２８，３０の上面に緩衝部材１を装着し、たわみ軸継手の中心板６の中央に二硫化モリブデン（低摩擦被覆７）を塗布した場合と塗布しない場合との６種類の組み合わせ（実施例１〜４並びに比較例１及び２）について実験した。
（実施例１）
合成ゴム製弾性部の摺動部にテフロンシートを貼り付けた緩衝部材と、二流化モリブデンコーティングを施していない中心板との組み合わせ
（実施例２）
合成ゴム製弾性部の摺動部にテフロンシートを貼り付けた緩衝部材と、二流化モリブデンコーティングを施した中心板との組み合わせ
（実施例３）
合成ゴム製弾性部の摺動部にテフロンコーティングを施した緩衝部材と、二流化モリブデンコーティングを施していない中心板との組み合わせ
（実施例４）
合成ゴム製弾性部の摺動部にテフロンコーティングを施した緩衝部材と、二流化モリブデンコーティングを施した中心板との組み合わせ
（比較例１）
合成ゴム製弾性部のみから成る緩衝部材（従来品）と、二流化モリブデンコーティングを施していない中心板との組み合わせ
（比較例２）
合成ゴム製弾性部のみから成る緩衝部材（従来品）と、二流化モリブデンコーティングを施した中心板との組み合わせ
【００３２】
（試験結果）
試験結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
2020159530.tif 000003
【００３４】
この試験結果から、テフロンシートを貼り付けた緩衝部材は、中心板への二流化モリブデンのコーティングの有無に拘わらず（実施例１及び実施例２）、試験終了後の接触面に特に異常は見られず、良好な状態を維持していたことが明らかとなった（図４参照）。また、二硫化モリブデンコーティングを施した中心板との組み合わせにおいては（即ち、実施例２）、二硫化モリブデンコーティングを施していない中心板との組み合わせ（即ち、実施例１）に比べ、緩衝部材、中心板共に摩耗量が少なかった。
【００３５】
また、テフロンコーティングを施した緩衝部材は、二硫化モリブデンコーティングを施した中心板との組み合わせ（即ち、実施例４）では、試験終了後の接触面にかなりの摩耗が生じていたが、実用上問題となるような異常は見られなかった。他方、モリブデンコーティングを施していない中心板との組み合わせ（実施例３）では、試験終了後の接触面にはテフロンコーティングが摩耗しほとんど残存していない状態ではあるものの、緩衝部材としての機能は確保されていた。即ち、実用上は問題はなかったことが判明した。
【００３６】
これらに対し、合成ゴムのみから成る従来の緩衝部材は、中心板への二流化モリブデンのコーティングの有無に拘わらず（比較例１及び比較例２）、試験終了後の表面が大きく摩耗し、あばた状の亀裂が発生していた（図５参照）。
【００３７】
このことから、緩衝部材１の弾性部２の相対速度差が生ずる相手部材と接触する面に弾性部２よりも摩擦係数の低い低摩擦材の被覆物を施すこと、即ち低摩擦材を貼り付けたりあるいはコーティングしたりする摺動部３を設ける場合には、程度の差はあっても緩衝部材１としての機能は確保され、さらには中心板６の緩衝部材１と接触する部位に二硫化モリブデンコーティングなどの低摩擦被覆７を形成することで摺動効果が効果的となることが明らかとなった。
【００３８】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに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において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態では、緩衝部材１は内側部材である内筒１８，１９を軸１２，１３に固定するための締結用ナット（六角ナット）２８，３０の上面に嵌合させて装着した例を挙げて主に説明したが、これに特に限られるものでは無く、場合によっては図４に示すように、中心板６に備えることもある。この場合、中心板６の中央に例えば接着などで緩衝部材１の弾性部２を固着させる一方、締結用ナット２８，３０の上面と対向する面に摺動部３を形成する。
【００３９】
さらに、上述の実施形態においては、締結用ナット２８，３０にリング状の緩衝部材１、中心板６の中央に二流化モリブデンコーティングをそれぞれ施す例を挙げて説明したが、これに特に限られるものでは無く、例えば締結用ナット２８，３０及び中心板６の双方に緩衝部材１を装着しても良いし、若しくは一方にのみ緩衝部材１を装着して他方への低摩擦材の被覆物８を省略するようにしても良い。
【００４０】
また、上述の実施形態においては、弾性部２と摺動部３とを異なる材料で構成するようにしているが、これに特に限られるものでは無く、同じ素材で構成することによって弾性部２と摺動部３を同時に一体的に形成するようにしても良い。例えば、合成ゴム材料あるいは合成樹脂材料中に潤滑剤例えば油、グリース、ワックス、あるいは固体潤滑材等を配合して含有した材料を用いて緩衝部材１を成形すれば、弾性部２の相対速度差が生ずる相手部材と接触する面に潤滑剤が滲み出ることで摺動部３が形成される。この場合には、弾性部２と摺動部３を同時に一体的に形成することができるので、製造が容易となる。
【００４１】
また、上述の実施形態においては、緩衝部材は鉄道車両用歯車形たわみ軸継手に適用した例を挙げて主に説明したが、これに特に限られるものではなく、平板型軸継手やその他の用途の歯車形たわみ軸継手などにも適用することは可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  緩衝部材
２  弾性部
３  摺動部
４  低摩擦材
５  凹部
６  中心板
７  緩衝部材の摺動部と接触する低摩擦被覆
【図１】
2020159530.tif 000004
【図２】
2020159530.tif 000005
【図３】
2020159530.tif 000006
【図４】
2020159530.tif 000007
【図５】
2020159530.tif 000008