(57)【要約】【課題】低温下における起動特性と、高速での連続運転に耐えることが可能な温度特性を両立する。【解決手段】駆動源に接続される小歯車軸２に形成された小歯車３と、車軸５に取付けられた大歯車５を噛み合わせて歯車箱６内に回転が自在なように収め、大歯車４の回転によって歯車箱６の底部に溜めた潤滑油７を掻きあげ、前記両歯車３，４と両歯車３，４を回転自在に支持する軸受８，９を潤滑する鉄道車両用歯車装置１である。大歯車４との間で潤滑油流路１１を形成する歯車箱６の内壁６ａに、大歯車４の回転によって掻きあげられてくる潤滑油７の流量を制限する突起１２を形成する。【効果】簡単な構成でかつ高い信頼性で、低温下における起動時には潤滑油の流れを妨げることなく、高速回転時のみ、潤滑油の流れを妨げて小歯車軸に届く潤滑油量を減少させ、攪拌熱の上昇を抑えることができる。【選択図】図１
2010139002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源に接続される小歯車軸に形成された小歯車と、車軸に取付けられた大歯車を噛み合わせて歯車箱内に回転が自在なように収め、大歯車の回転によって歯車箱の底部に溜めた潤滑油を掻きあげ、前記両歯車と両歯車を回転自在に支持する軸受を潤滑する鉄道車両用歯車装置であって、
前記大歯車との間で潤滑油流路を形成する前記歯車箱の内壁に、大歯車の回転によって掻きあげられてくる潤滑油の流量を制限する突起を形成したことを特徴とする鉄道車両用歯車装置。
【請求項２】
前記突起が板状であることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用歯車装置。
【請求項３】
前記突起が前記歯車箱と一体的に形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄道車両用歯車装置。
【請求項４】
前記突起は、前記潤滑油流路断面積の２５％〜７０％の範囲を塞ぐものであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の鉄道車両用歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外気温度が低温の場合における起動特性を満足し、かつ、高速での連続運転にも耐えることが可能な温度特性を有する鉄道車両用歯車装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両は、図５に示すように、電動機で発生する駆動力を、例えばたわみ軸継手を介して歯車装置１の小歯車軸２に伝達し、この小歯車軸２に形成した小歯車３に噛み合う大歯車４を経て車軸５に取付けた車輪に伝達し、走行するようになっている。
【０００３】
この歯車装置１は、小歯車３や大歯車４を収めた歯車箱６内の潤滑油７を大歯車４の回転によって掻き揚げることで、大歯車４と小歯車３の噛み合い部Ａや、車軸５と小歯車軸２を支持する軸受８，９部を潤滑している。
【０００４】
このような飛沫潤滑方式の歯車装置では、鉄道車両の高速化に伴い、歯車の回転数が高くなるので、潤滑油の攪拌による温度上昇が懸念される。
【０００５】
この温度上昇を低減するには、常温以上の温度で、歯車、軸受の潤滑を阻害しない領域まで潤滑油の量を減少させることが有効であるが、冬場の稼働時などの低温下では、潤滑油の粘度が高くなって、軸受部に潤滑油が供給され難くなる。
【０００６】
従って、潤滑油の量を前記量よりも多くし、低温下での起動時にも軸受部に潤滑油が供給される構造とする必要がある。しかしながら、この油量で高速回転した場合、潤滑油の攪拌熱が大きく、歯車装置全体の温度が上昇し、潤滑油の劣化が促進されるだけでなく、軸受寿命が低下する可能性があるという問題があった。
【０００７】
この課題を解決する手段として、特許文献１では、歯車箱の内底部に、複数の小穴をあけた仕切りで油溜り部を形成し、油溜り部の潤滑油が高温の時には前記小穴の一方をバネ状の形状記憶合金で塞ぐことで、歯車攪拌に影響する潤滑油量を低減している。
【特許文献１】実開昭６２−１２１４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１で提案された技術は、小穴を塞ぐ装置部分が故障した場合、低温時には潤滑不足になって、軸受が焼付くなどのトラブルを起こす可能性がある。一方、高速運転時に機能しなければ、潤滑油が多すぎて温度上昇が大きくなる。加えて、小穴を塞ぐ装置が必要で、機構が複雑で高価になるばかりでなく、信頼性も高くはない。
【０００９】
本発明が解決しようとする問題点は、低温下における起動特性向上と、高速での連続運転に耐えることを目的とした、従来の歯車装置は、機構が複雑で高価になるばかりでなく、信頼性も高くはないという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者は、鉄道車両用歯車装置において、潤滑油温度を最も上昇させるのは小歯車部に到達した潤滑油を小歯車及び小歯車側の軸受での２次撹拌によるものと推定し、小歯車軸に到達する油量を適切に制御することで温度特性を改善できると考えた。
【００１１】
本発明の鉄道車両用歯車装置は、発明者の上記着想に基づきなされたものであり、
低温下における起動特性と、高速での連続運転に耐えることが可能な温度特性を両立するために、
駆動源に接続される小歯車軸に形成された小歯車と、車軸に取付けられた大歯車を噛み合わせて歯車箱内に回転が自在なように収め、大歯車の回転によって歯車箱の底部に溜めた潤滑油を掻きあげ、前記両歯車と両歯車を回転自在に支持する軸受を潤滑する鉄道車両用歯車装置であって、
前記大歯車との間で潤滑油流路を形成する前記歯車箱の内壁に、大歯車の回転によって掻きあげられてくる潤滑油の流量を制限する突起を形成したことを最も主要な特徴としている。
【００１２】
本発明の鉄道車両用歯車装置では、軸受箱内の潤滑油量は、粘度が高くなる低温下においても、軸受部に潤滑油の供給が可能な量である。この場合、低温下における起動時には、歯車の回転数が低いこと及び潤滑油の粘度が高いことから、潤滑油は潤滑油流路の内周側を通過するので、潤滑油の流れが突起により妨げられることはない。
【００１３】
一方、高速回転時には、潤滑油は高温となって粘度が低くなるので、潤滑油は潤滑油流路の外周側を通過する。従って、掻きあげられた潤滑油は突起に妨げられて小歯車軸に届く潤滑油量が減少し、攪拌熱の上昇を抑えることができる。
【００１４】
本発明の鉄道車両用歯車装置における前記突起は、大歯車と歯車箱の内壁によって形成された潤滑油流路のうち、大歯車の真上にある大歯車中心軸との交点より小歯車軸側に設けることが、小歯車軸に到達する油量を制御する上で望ましい。なお、「真上」とは、歯車装置を台車に取付けた状態における真上を言う。
【００１５】
また、前記突起は、大歯車の回転によって掻きあげられてくる潤滑油の流量を制限できるものであれば、どのような材質、形状の突起でもよいが、簡易な構成ということを考慮すれば、形状は板状とすることが望ましい。
【００１６】
さらに、前記突起は、歯車箱と一体的に形成しても、また別部品で形成して歯車箱に取付けても良いが、工数の削減の観点からは、歯車箱と一体的に形成することが望ましい。
【００１７】
またさらに、前記突起が、大歯車の回転によって掻きあげられてくる潤滑油の流量を制限する割合は、特に限定されるものではないが、発明者の調査によれば、前記潤滑油流路断面積の２５％〜７０％の範囲を塞ぐものであればよいことが判明している。ここで、流路断面積とは、大歯車の中心より半径方向に引いた直線を含む断面における潤滑油流路の面積をいう。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、歯車箱の内壁に突起を形成するだけの簡単な構成で、高い信頼性で、低温下における起動時には潤滑油の流れを妨げることなく、高速回転時のみ、潤滑油の流れを妨げて小歯車軸に届く潤滑油量を減少させ、攪拌熱の上昇を抑えることができる。
【００１９】
すなわち、本発明は、鉄道車両用歯車装置の温度特性を、簡単な構成で、しかも高い信頼性で改善できるのと共に、温度特性の関係で制限されていた部分も自由に設計が可能になって、歯車装置構造の自由度が増す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１を用いて説明する。
図１は本発明の鉄道車両用歯車装置の一例を断面して示す図である。なお、図１中、図５と同一番号は、同一部材或いは相当部材を示し、詳細な説明を省略する。
【００２１】
本発明の鉄道車両用歯車装置１は、大歯車４との間で潤滑油流路１１を形成する歯車箱６の内壁６ａに、大歯車４の回転によって掻きあげられてくる潤滑油７の流量を制限する突起１２を形成したことが大きな特徴である。
【００２２】
歯車箱６の内壁６ａに形成する突起１２の材質や形状等は特に限定されないが、図１では、歯車箱６と一体的に形成された板状のもので、潤滑油流路１１の断面積の５２％の範囲を塞ぐようにしたものを示している。
【００２３】
また、前記突起１２の取付け位置は、正回転時に小歯車軸２に到達する潤滑油７の流量を制限できる位置であれば、潤滑油流路１１のうちのどこでも良いが、図１のように、大歯車４の真上にある大歯車中心軸との交点より小歯車軸側に取付けることが望ましい。
【００２４】
上記構成の本発明では、低温下における起動時には、大歯車４の回転数が低く、潤滑油７の粘度が高いので、潤滑油７は潤滑油流路１１の内周側を通過し、潤滑油７の流れが突起１２によって妨げられることはない。
【００２５】
一方、高速回転時には、高温となって粘度が低くなる潤滑油７は、潤滑油流路１１の外周側を通過するので、掻きあげられた潤滑油７は突起１２に妨げられて小歯車軸２に届く油量が減少する。従って、油供給過多の際に発生する小歯車３や軸受９による撹拌熱を低減でき、高速連続運転が可能になる。
【００２６】
これに対して、大歯車４が逆回転する場合、大歯車４によって掻き揚げられた潤滑油７は、直接小歯車軸２の軸受９部に供給される。
【００２７】
本発明の効果を確認するために、図２に示す定置回転試験装置により、図１に示した本発明の鉄道車両用歯車装置と、図５に示した従来の鉄道車両用歯車装置の、定置回転試験を行った。
【００２８】
図２に示す定置回転試験装置は、主電動機２１の回転を増速機２２で増速した後、動力伝達機構２３を介して鉄道車両用歯車装置２４を回転させるようにしたものである。なお、図２中の２５ａ，２５ｂは鉄道車両用歯車装置２４の車軸を支持する試験用軸箱、２６は鉄道車両用歯車装置２４を冷却する送風機である。
【００２９】
定置回転試験は、実際の車両の加速度に合わせた、図３に示す速度パターンで連続回転した際の潤滑油の温度を計測し、許容限度に到達するまでの所要時間、または許容限度に到達しない場合は到達温度で温度特性を評価した。なお、許容限度とは、潤滑油が問題なく使用できる上限の温度を言う。
【００３０】
従来の歯車装置は、４１分の回転時間で潤滑油の温度が許容限度に到達し、連続運転が不能となった。
【００３１】
これに対して、本発明の歯車装置では、潤滑油の温度が許容限度に到達するまでに、短くても１００分を要した。そこで、突起の長さを変え、潤滑油流路の断面積を７３％以下に絞ったところ、潤滑油の温度が許容限度に到達する前であっても、２時間（鉄道車両用歯車装置の連続走行時間の上限として従来使用している基準値）以上回転可能であった。
【００３２】
以上の定置回転試験の結果を下記表１及び図４に示す。
図４より、本発明の歯車装置の場合、許容限度以下でほぼ飽和していることが分かる。なお、下記表１で潤滑油流路開放率が７３％というのは、流路断面積の２７％が突起により塞がれていることを意味する。
【００３３】
【表１】
2010139002.tif 000003
【００３４】
本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは、言うまでもない。
【００３５】
例えば、図１の例では、上蓋６ｂと本体６ｃに分割した構造の歯車箱６を示しているが歯車箱６の構造は図１に示すものに限らない。
【００３６】
また、前記突起１２の設置位置も、大歯車４の正回転時に掻き揚げられた潤滑油７の流量を阻害できる位置であれば、図１に示した位置に限らない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上の本発明は、鉄道車両用の歯車装置に限らず、どのような歯車装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の鉄道車両用歯車装置の一例を断面して示す図で、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図である。
【図２】本発明の効果を確認するために行った定置回転試験機の模式図である。
【図３】本発明の効果を確認するために行った試験の速度パターンを示した図である。
【図４】本発明の歯車装置と従来の歯車装置の温度特性を示した図である。
【図５】従来の鉄道車両用歯車装置を断面して示す図１と同様の図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    歯車装置
２    小歯車軸
３    小歯車
４    大歯車
５    車軸
６    歯車箱
６ａ    内壁
７    潤滑油
８    車軸の軸受
９    小歯車軸の軸受
１１    潤滑油流路
１２    突起
【図１】
2010139002.tif 000004
【図２】
2010139002.tif 000005
【図３】
2010139002.tif 000006
【図４】
2010139002.tif 000007
【図５】
2010139002.tif 000008