(57)【要約】  【課題】  許容される相対変位量が大きい、鉄道車両用の歯車形撓み軸継手を提供する。  【解決手段】  歯車形撓み軸継手が、２つの外歯車と、２つの外歯車それぞれと噛み合う２つの内歯車とを備える。外歯車の歯元クラウニング半径が外歯車の歯先クラウニング半径よりも小さく、外歯車は、歯幅方向中央位置の歯丈である基準歯丈が歯幅方向端位置の歯丈である端歯丈よりも小さくなるように形成される。端歯丈の基準歯丈に対する比率が、１．２１以上に設定され、かつ／または、歯先クラウニング半径に対する歯元クラウニング半径の比率Ｒｃ／Ｒｂが、０．３７以下に設定される。【選択図】図７
2019011773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの外歯車と、
前記２つの外歯車それぞれと噛み合う２つの内歯車と、を備え、
歯厚方向に見て、前記外歯車の歯先は、歯幅方向中央で軸心からの距離が最大となり、歯幅方向両端で軸心からの距離が最小となるよう、歯先クラウニング半径の円弧を成し、
歯厚方向に見て、前記外歯車の歯元は、歯幅方向中央で軸心からの距離が最大となり、歯幅方向両端で軸心からの距離が最小となるよう、歯元クラウニング半径の円弧を成し、
前記歯元クラウニング半径が前記歯先クラウニング半径よりも小さく、前記外歯車は、歯幅方向中央位置の歯丈である基準歯丈が、歯幅方向端位置の歯丈である端歯丈よりも小さくなるように形成され、
前記端歯丈の前記基準歯丈に対する比率が、１．２１以上に設定される、鉄道車両用歯車形撓み軸継手。
【請求項２】
２つの外歯車と、
前記２つの外歯車それぞれと噛み合う２つの内歯車と、を備え、
歯厚方向に見て、前記外歯車の歯先は、歯幅方向中央で軸心からの距離が最大となり、歯幅方向両端で軸心からの距離が最小となるよう、歯先クラウニング半径の円弧を成し、
歯厚方向に見て、前記外歯車の歯元は、歯幅方向中央で軸心からの距離が最大となり、歯幅方向両端で軸心からの距離が最小となるよう、歯元クラウニング半径の円弧を成し、
前記歯元クラウニング半径は前記歯先クラウニング半径よりも小さく、前記外歯の歯丈は、歯幅方向中央から歯幅方向両端に向かうにつれて大きくなっており、
前記歯先クラウニング半径に対する前記歯元クラウニング半径の比率Ｒｃ／Ｒｂが、０．３７以下に設定される、鉄道車両用歯車形撓み軸継手。
【請求項３】
前記外歯車の歯幅が２４ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の鉄道車両用歯車形撓み軸継手。
【請求項４】
前記外歯車および前記内歯車の基準断面歯形が、前記外歯車および前記内歯車のモジュールと同じモジュールで前記外歯車および前記内歯車の歯数よりも多い歯数のインボリュート歯車の歯形である、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の鉄道車両用歯車形撓み軸継手。
【請求項５】
前記外歯車の歯先の直径は、前記内歯車の歯元の直径と略同じである、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の鉄道車両用歯車形撓み軸継手。
【請求項６】
車体を支持する台車枠と、
車軸、および当該車軸の両端に設けられた車輪を有する輪軸と、
前記台車枠に設けられ、その出力軸が前記車軸と平行に延びる主電動機と、
前記車軸に回転を伝達する歯車装置と、
前記主電動機と前記歯車装置との間に配置される請求項１ないし５のいずれか１項に記載の鉄道車両用歯車形撓み継手とを備える、鉄道車両用台車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の台車に適用される歯車形撓み軸継手、および歯車形撓み軸継手を備えた鉄道車両用台車に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両用台車には、動力源で発生されたトルクを輪軸に伝達する動力伝達装置が搭載される。例えば、特許文献１に示すように、動力伝達装置には、歯車形撓み軸継手を備えたものがある。歯車形撓み軸継手は、スリーブの内歯とハブの外歯の噛合い部分の傾き変位（スリーブの軸線に対するハブの軸線の傾斜角の変化）によって原動軸と被動軸との間の相対変位を許容しながら、原動軸から被動軸にトルクを伝達する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭５８−７２５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
歯車形撓み軸継手を用いた平行カルダン式駆動台車において、乗客の乗降等により台車の軸ばねのたわみによって台車枠の高さが変化するため、主電動機の回転軸と歯車装置の小歯車軸の高さにはズレ（相対変位）が生じる。かかるズレは、歯車形撓み軸継手の軸間の傾き変位によって吸収されるが、この傾き変位の許容角度（以下、「許容相対変位量」ともいう）は６°程度が限界とされている。そのため、乗り心地を改善すべく軸ばねの上下ばね定数を柔らかくしようとすると、軸ばねの上下たわみが増加し、歯車形撓み軸継手の許容角度の限界を超えるという問題がある。
【０００５】
また、操舵台車においては、操舵時に車軸がヨーイング方向に変位するため、主電動機の回転軸と歯車装置の小歯車軸には相対変位が生じる。そのため、平行カルダン式の操舵台車においては、軸ばねの上下たわみだけでなく操舵による相対変位が加わるため、許容相対変位量を大きく超えてしまうことになる。このように、平行カルダン式駆動台車においては操舵機能を付加させることは難しいという問題がある。
【０００６】
本発明は、許容相対変位量が大きい、鉄道車両用の歯車形撓み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】
【０００７】
本発明の一形態に係る鉄道車両用歯車形撓み軸継手は、２つの外歯車と、前記２つの外歯車それぞれと噛み合う２つの内歯車と、を備え、歯厚方向に見て、前記外歯車の歯先は、歯幅方向中央で軸心からの距離が最大となり、歯幅方向両端で軸心からの距離が最小となるよう、歯先クラウニング半径の円弧を成し、歯厚方向に見て、前記外歯車の歯元は、歯幅方向中央で軸心からの距離が最大となり、歯幅方向両端で軸心からの距離が最小となるよう、歯元クラウニング半径の円弧を成し、前記歯元クラウニング半径が前記歯先クラウニング半径よりも小さく、前記外歯車は、歯幅方向中央位置の歯丈である基準歯丈が、歯幅方向端位置の歯丈である端歯丈よりも小さくなるように形成され、前記端歯丈の前記基準歯丈に対する比率が、１．２１以上に設定される。
【０００８】
本発明の別の形態に係る鉄道車両用歯車形撓み軸継手は、２つの外歯車と、前記２つの外歯車それぞれと噛み合う２つの内歯車と、を備え、歯厚方向に見て、前記外歯車の歯先は、歯幅方向中央で軸心からの距離が最大となり、歯幅方向両端で軸心からの距離が最小となるよう、歯先クラウニング半径の円弧を成し、歯厚方向に見て、前記外歯車の歯元は、歯幅方向中央で軸心からの距離が最大となり、歯幅方向両端で軸心からの距離が最小となるよう、歯元クラウニング半径の円弧を成し、前記歯元クラウニング半径は前記歯先クラウニング半径よりも小さく、前記外歯の歯丈は、歯幅方向中央から歯幅方向両端に向かうにつれて大きくなっており、前記歯先クラウニング半径に対する前記歯元クラウニング半径の比率Ｒｂ／Ｒｃが、０．３７以下に設定される。
【０００９】
前記構成によれば、歯厚方向に見て外歯車の歯先を円弧状に形成することで、外歯車の軸線を内歯車の軸線に対して傾斜させることが可能になる。基準歯丈を端歯丈よりも小さくなるように形成するにあたり、端歯丈の基準歯丈に対する比率を１．２１以上に設定することで、かつ／または、歯先クラウニング半径に対する歯元クラウニング半径の比率を０．３７以下に設定することで、内歯車の軸線に対する外歯車の軸線の傾斜角の許容値（以下、「許容傾斜角」という）を６度を超えるように設定することが可能になる。許容傾斜角が大きくなるので、２軸間で許容される相対変位量を大きくすることができる。
【００１０】
本発明の一形態に係る鉄道車両用台車は、車体を支持する台車枠と、車軸、および当該車軸の両端に設けられた車輪を有する輪軸と、前記台車枠に設けられ、その出力軸が前記車軸と平行に延びる主電動機と、前記車軸に回転を伝達する歯車装置と、前記主電動機と前記歯車装置との間に配置された上述の鉄道車両用歯車形撓み継手とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、許容相対変位量が大きい、鉄道車両用の歯車形撓み軸継手を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る歯車形撓み軸継手が適用された鉄道車両の台車の平面図である。
【図２】実施形態に係る歯車形撓み軸継手の軸方向断面図である。
【図３】実施形態に係る外歯車および内歯車の径方向断面図である。
【図４】外歯の径方向直交断面図である。
【図５】図５Ａ−Ｃは、歯車形撓み軸継手が原動軸の被動軸に対する相対変位を許容している状態を示す。図５Ａは、歯車形撓み軸継手の軸方向断面図、図５Ｂは、歯車形撓み軸継手の部分側面図、図５Ｃは、外歯の内歯に対する位置および姿勢を表した模式図である。
【図６】外歯および内歯の径方向直交断面図であり、歯面クラウニング半径Ｒａおよび許容傾斜角δＭの説明図である。
【図７】外歯車の斜視図である。
【図８】外歯車の軸方向断面図であり、歯先クラウニング半径Ｒｂ、歯元クラウニング半径Ｒｃ、基準歯丈ｈ０および端歯丈ｈｅの説明図である。
【図９】歯元クラウニング半径Ｒｃに対する、歯面クラウニング半径Ｒａあるいは許容傾斜角δＭの関係を示すグラフである。
【図１０】許容傾斜角δＭに対する、半径比率Ｒｃ／Ｒｂの関係を示すグラフである。
【図１１】許容傾斜角δＭに対する、歯丈比率ｈｅ／ｈ０の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。全図を通じて同一又は対応する要素には同一の符号を付して重複する詳細な説明を省略する。
【００１４】
（台車）
図１は、実施形態に係る歯車形撓み軸継手１０が適用された鉄道車両の平行カルダン式駆動台車１（以下、単に「台車」という）の平面図である。台車１は、不図示の車体を下から支持する台車枠２を備えている。例示の台車１では、２つの輪軸３が、車両長手方向に離れて配置され、不図示の軸箱支持装置を介して台車枠２に弾性的に支持されている。各輪軸３は、車両幅方向に延びる車軸４、および車軸４の両端に設けられた一対の車輪５を有する。台車枠２（例えば、その横梁２ａ）には、２つの輪軸３をそれぞれ回転駆動する２つの主電動機６が設けられている。各主電動機６の出力軸６ａは、車軸４と平行に向けられ、歯車形撓み軸継手１０を介して歯車装置７の入力軸７ａと連結されている。歯車装置７は平行軸式歯車対で構成され、入力軸７ａは車軸４と平行に向けられている。歯車形撓み軸継手１０は、主電動機６と歯車装置７との間に配置される。歯車装置７は、回転を車軸４に伝達する。歯車装置７は、入力軸７ａに固定された小歯車７ｂ、および小歯車７ｂと噛合されて車軸４に固定された大歯車７ｃを有する。主電動機６で発生されたトルクは、歯車形撓み軸継手１０および歯車装置７を介し、対応する輪軸３に伝達される。
【００１５】
軸箱支持装置は、台車１の一次サスペンションとして機能する。主電動機６はバネ上の台車枠２に固定され、歯車装置７はバネ下の輪軸３に固定されている。軸箱支持装置の撓みに応じて、出力軸６ａは、入力軸７ａに対して相対変位し得る。歯車形撓み軸継手１０は、この相対変位を許容しながら、出力軸６ａから入力軸７ａへとトルクを伝達する。「相対変位」には、軸方向変位、平行変位（径方向変位）、角度変位が含まれる。
【００１６】
（歯車形撓み軸継手）
図２は、歯車形撓み軸継手１０を示す軸方向断面図である。歯車形撓み軸継手１０は、原動ハブ１１、被動ハブ２１、およびスリーブ３０を備える。原動軸９１（図１の例では、主電動機６の出力軸６ａ）が原動ハブ１１に固定される一方で、被動軸９２（図１の例では、歯車装置７の入力軸７ａ）が被動ハブ２１に固定される。
【００１７】
原動ハブ１１は、円筒状に形成された円筒部１２、および円筒部１２の外周面に設けられた外歯車１３を含む。外歯車１３は、円筒部１２から径方向外側に突出する突出部１３ａ、および突出部１３ａから軸方向外側に突出して円筒部１２を外囲するリング状に形成された根元部１３ｂ、根元部１３ｂから径方向外側に突出する複数の外歯１４を有する。複数の外歯１４は、根元部１３ｂの周方向に等間隔をおいて並べられている。原動ハブ１１と同様にして、被動ハブ２１は円筒部２２および外歯車２３を含み、外歯車１３と同様にして、外歯車２３は突出部２３ａ、根元部２３ｂおよび複数の外歯２４を有する。
【００１８】
スリーブ３０は、円筒状に形成され、軸方向両端に開口を有している。２つの内歯車３１，３２が、スリーブ３０の内周面に軸方向に離れて設けられている。内歯車３１は、スリーブ３０の内周面から突出する複数の内歯３３を有する。複数の内歯３３は、スリーブ３０の周方向に等間隔をおいて並べられている。内歯車３１と同様にして、内歯車３２は複数の内歯３４を有する。外歯１４および内歯３３の数は同じであり、外歯２４および内歯３４の数は同じである。
【００１９】
原動ハブ１１はスリーブ３０の軸方向一方側に収納され、外歯車１３が内歯車３１に噛合されている。被動ハブ２１はスリーブ３０の軸方向他方側に収納され、外歯車２３が内歯車３２に噛合されている。このように、歯車形撓み軸継手１０は、２つの外歯車１３，２３と、２つの外歯車１３，２３それぞれと噛み合う２つの内歯車３１，３２とを備えている。
【００２０】
組立性を考慮して、スリーブ３０は、軸方向の一方側半部を構成する第１分割体３０Ａ、および軸方向の他方側半部を構成する第２分割体３０Ｂを備えている。スリーブ３０は、軸方向に突き合わされた２つの分割体３０Ａ，３０Ｂを複数のリーマボルト３９で連結することによって構成される。第１分割体３０Ａは、内歯車３１を備え、原動ハブ１１を収納する。第２分割体３０Ｂは、内歯車３２を備え、被動ハブ２１を収納する。
【００２１】
円筒部１２は、その中心部に、軸方向外端面に開放されて軸方向に延びる軸挿入孔１２ａを有する。原動軸９１の先端が、軸挿入孔１２ａに挿入される。原動軸９１は、その先端を軸挿入孔１２ａに挿入した状態で、ネジ、スプラインおよび／またはキーといった締結手段を用いて原動ハブ１１（およびその外歯車１３）に結合されている。円筒部１２と同様にして、円筒部２２も軸挿入孔２２ａを有し、原動軸９１と同様にして、被動軸９２も軸挿入孔２２ａに挿入されて被動ハブ２１（およびその外歯車２３）に結合される。
【００２２】
原動軸９１が回転すると、原動ハブ１１が原動軸９１と一体回転する。原動ハブ１１の回転は、外歯車１３と内歯車３１との接触部位を介してスリーブ３０に伝達される。スリーブ３０の回転は、内歯車３２と外歯車２３との接触部位を介して被動ハブ２１に伝達され、それにより被動軸９２が被動ハブ２１と一体回転する。
【００２３】
図３は、外歯車１３および内歯車３１の径方向断面図である。外歯１４も内歯３３も、歯厚方向中心線Ｃに対し、線対称の断面形状を有している。外歯車１３および内歯車３１の基準断面歯形は、外歯１４および内歯３３の歯数（以下、「実歯数Ｎ０」という）よりも多い歯数（以下、「歯形歯数Ｎ」という）のインボリュート歯形を採用する。歯形歯数Ｎは、実歯数Ｎ０のインボリュート形状の製造時に要求される公差を超える形状を得るために、実歯数Ｎ０に対して十分に大きい値に設定される。一例として、歯形歯数Ｎは、実歯数Ｎ０よりも２５％以上大きい値に設定される。歯形歯数Ｎは無限大に設定されていてもよい。その場合、基準断面歯形は、等脚台形になる。なお、詳細図示を省略するが、外歯車２３の外歯２４および内歯車３２の内歯３４の基準断面歯形も、上記同様に形成されている。
【００２４】
図４は、外歯車１３（特に、そのうち１つの外歯１４）の径方向直交断面図である。図４に示すように、外歯１４は、２つの歯面１４ａを有する。本実施形態では、２つの歯面１４ａ両方に、円弧状の膨らみ（いわゆる「歯面クラウニング」）が付けられており、どちらの歯面１４ａも、径方向直交断面視において円弧を成している。以下、この円弧の半径を「歯面クラウニング半径Ｒａ」という。円弧の中心は、外歯１４の径方向直交断面視において、歯幅方向中心線上に位置する。両面に歯面クラウニングを付けることで、外歯１４の歯厚は、歯幅方向中央位置で最大となり、歯幅方向端位置で最小となる。径方向直交断面視において、各歯面１４ａは、歯幅方向中心線を基準にして線対称に形成され、２つの歯面１４ａは、歯厚方向中心線を基準にして線対称に形成されている。
【００２５】
また、外歯車１３の歯先の直径は内歯車３１の歯元の直径と略同じ（僅かに小さい）に設定されている。それにより、原動ハブ１１のスリーブ３０に対する芯ずれが生じず、振動およびこれに伴う騒音を低減できる。
【００２６】
図５Ａ−Ｃは、歯車形撓み軸継手１０が原動軸９１の被動軸９２に対する相対変位を許容している状態を示す。図５Ａに示すように、原動軸９１の被動軸９２に対する相対変位は、原動ハブ１１および／または被動ハブ２１が、スリーブ３０に対して傾斜することによって許容される。傾斜の程度は、スリーブ３０の中心線に対する原動ハブ１１または被動ハブ２１の中心線に対する傾斜角δで表される。
【００２７】
図５Ｂおよび５Ｃでは、原動ハブ１１のスリーブ３０に対する傾斜を図示している。図５Ｂおよび５Ｃに示すように、原動ハブ１１がスリーブ３０に対して傾斜している状態では、１８０度離れた２位置（図示例では、θ＝９０°，２７０°の２位置）で外歯１４が内歯３３と接触し、それによりハブ−スリーブ間の動力伝達を可能にしている。接触状態にある外歯１４と内歯３３においては、外歯１４の歯幅方向が内歯３３の歯幅方向に対して傾斜角δだけ傾斜する。それにより、内歯３３は、外歯１４の歯面のうち歯幅方向において中央と端との中間の部位と接触する。
【００２８】
傾斜角δが大きいほど、軸間の相対変位量は大きい。逆にいえば、歯車形撓み軸継手１０において許容される相対変位量を大きくするには、傾斜角δの許容値（以下、「許容傾斜角δＭ」（図６を参照））を大きくすることを求められる。
【００２９】
図６は、外歯車１３の外歯１４および内歯車３１の内歯３３の径方向直交断面図である。この図では、原動ハブ１１がスリーブ３０に対して許容傾斜角δＭだけ傾斜している。以下、この場合に外歯１４の歯面１４ａのうち内歯３３と接触している部位を「限界接触部位ＰＭ」という。限界接触部位ＰＭは、歯幅端に設定することは現実的でなく、それよりも僅かに歯幅方向中央寄り（一例として、１ｍｍ程度）の位置に設定される。
【００３０】
歯面１４ａの円弧の中心と限界接触部位ＰＭとを通過する直線と、歯面１４ａの円弧の中心を通過して外歯１４の歯厚方向に延びる直線との成す角が、許容傾斜角δＭである。原動ハブ１１がスリーブ３０に対して許容傾斜角δＭを超えて傾斜すると、内歯３３と接触可能な外歯１４が無くなり、動力伝達不能となる。歯面１４ａの円弧の中心から限界接触部位ＰＭまでの距離は、歯面クラウニング半径Ｒａである。径方向直交断面において、歯厚方向は歯幅方向と直交する。
【００３１】
以上より、歯面クラウニング半径Ｒａ、歯幅方向中央から限界接触部位ＰＭまでの距離ＢＭ、および許容傾斜角δＭは、次式：Ｒａ＝ＢＭ／ｓｉｎδＭ  を充たす。許容傾斜角δＭを大きくするためには、歯面クラウニング半径Ｒａを小さくし、かつ／または、距離ＢＭを大きくすることが必要になる。距離ＢＭを増大するには、外歯１４の歯幅の増大を必要とするが、歯車形撓み軸継手１０が適用される台車１の設計制約から歯幅の増大には限界がある。本実施形態では、台車１への適用を考慮して、歯幅は２４ｍｍ以下に抑えられている。
【００３２】
図７は、外歯車１３の斜視図である。ここで、「歯幅Ｂ」は、外歯１４の歯幅方向一端から歯幅方向他端までの歯幅方向距離である。外歯１４の歯筋は一例として直歯であり、歯幅方向は軸方向と一致する。「歯丈ｈｉ」は、歯幅方向における任意位置において、歯厚方向中心線Ｃ上における歯先１４ｂから歯元１４ｃまでの距離である。
【００３３】
歯厚方向に見て、外歯１４の歯先１４ｂも歯元１４ｃも、歯幅方向中央で軸心からの距離が最大となり、歯幅方向両端で軸心からの距離が最小となるように、円弧を成している。以下、歯先１４ｂが成す円弧の半径を「歯先クラウニング半径Ｒｂ」とし、歯元１４ｃが成す円弧の半径を「歯元クラウニング半径Ｒｃ」とする。
【００３４】
歯幅方向に見て、外歯１４の歯先１４ｂは、歯厚方向中央で軸心からの距離が最大となり、歯厚方向両端で軸心からの距離が最小となるように、歯先クラウニング半径Ｒｂの円弧を成している。すなわち、外歯１４の歯先１４ｂは球面を形成している。
【００３５】
歯厚方向に見て、歯先１４ｂが成す円弧も歯元１４ｃが成す円弧も、歯幅方向中央と軸心とを通過する歯幅方向中心線を基準として、線対称になる。そのため、歯幅方向における任意位置での歯丈は、当該任意位置と歯幅方向中心線Ｃからの距離が同じとなる線対称位置での歯丈と同値となる。以下、歯幅方向中央位置での歯丈を「基準歯丈ｈ０」といい、歯幅方向端位置での歯丈を「端歯丈ｈｅ」という。
【００３６】
図８は、外歯車１３の軸方向断面図である。歯元クラウニング半径Ｒｃは、歯先クラウニング半径Ｒｂよりも小さい。なお、歯先１４ｂの円弧と歯元１４ｃの円弧が同心であっても、両半径Ｒｂ，Ｒｃの寸法関係はこのようになる。本実施形態では、歯先１４ｂの円弧（球面）の中心が軸心上にある。一方で、歯元１４ｃの円弧の中心は、歯厚方向に見たときに歯幅方向中心線上にあるものの、軸心よりも外歯１４に近位に位置付けられている。
【００３７】
歯先１４ｂの円弧および歯元１４ｃの円弧がこのように設定されているので、歯丈ｈｉは、歯幅方向の位置によって変化する。基準歯丈ｈ０は、端歯丈ｈｅよりも小さくなるように形成される。更に言えば、歯丈ｈｉは、歯幅方向中央位置で最小となり、歯幅方向において歯幅方向中央位置から離れるほど大きくなり、歯幅方向端位置で最大となる。基準歯丈ｈ０は、歯幅方向の位置によって変化する歯丈ｈｉの最小値であり、端歯丈ｈｅは、歯丈ｈｉの最大値である。
【００３８】
図９は、歯面クラウニング半径Ｒａと歯元クラウニング半径Ｒｃとの関係を示すグラフである。前述したとおり、歯面クラウニング半径Ｒａは、許容傾斜角δＭの正弦（ｓｉｎδＭ）と反比例することから、当該グラフは、許容傾斜角δＭと歯元クラウニング半径Ｒｃとの関係を間接的に示している。この関係性は、加工上の制約から生じる。加工工具を外歯車１３の外から進入させていくことによって、歯面１４ａに歯面クラウニングが付与される。歯面クラウニング半径Ｒａを小さくする（歯面クラウニングの曲率を大きくする）ためには、歯幅方向端位置においてより深く加工工具を進入させる必要があり、歯幅方向端位置における歯丈（端歯丈ｈｅ）を大きく確保していなければ、工具が歯と干渉する。歯元クラウニング半径Ｒｃの小径化は、上述のとおり、端歯丈ｈｅの増大化と関連する。以上より、加工上の制約から、歯面クラウニング半径Ｒａの小径化には、歯元クラウニング半径Ｒｃの小径化が必要となる。また、歯元クラウニング半径Ｒｃを小径化し、端歯丈ｈｅを増大化すれば、歯元クラウニング半径Ｒｃを小径化でき、歯幅の増大を伴わずとも許容傾斜角δＭを大きくすることができる。
【００３９】
図１０は、半径比率Ｒｃ／Ｒｂと許容傾斜角δＭとの関係を示すグラフであり、図１１は、歯丈比率ｈｅ／ｈ０との関係を示すグラフである。半径比率Ｒｃ／Ｒｂは、歯先クラウニング半径Ｒｂに対する歯元クラウニング半径Ｒｃの比率である。歯丈比率ｈｅ／ｈ０は、基準歯丈ｈ０に対する端歯丈ｈｅの比率である。図１０に示すように、半径比率Ｒｃ／Ｒｂが小さくなるほど、（歯面クラウニング半径Ｒａの小径化を実現でき、）許容傾斜角δＭが増大する。図１１に示すように、歯丈比率ｈｅ／ｈ０が大きくなるほど、（歯元クラウニング半径Ｒｂの小径化に伴う歯面クラウニング半径Ｒａの小径化を実現でき、）許容傾斜角δＭが増大する。
【００４０】
従前の鉄道車両用の歯車形撓み軸継手では、歯幅２４ｍｍ以下において、許容傾斜角δＭはおおむね６°が限界である。
【００４１】
本実施形態に係る歯車形撓み軸継手は、歯幅Ｂを２４ｍｍ以下に抑えたうえで、半径比率Ｒｃ／Ｒｂが０．３７以下に設定される。これにより、許容傾斜角δＭが６°を超える歯車形撓み軸継手１０を提供できる。半径比率Ｒｃ／Ｒｂは好ましくは、０．３０〜０．３６に設定される。これにより、許容傾斜角δＭが７°から１２°の歯車形撓み軸継手１０を提供できる。
【００４２】
また、本実施形態に係る歯車形撓み軸継手１０は、歯幅Ｂを２４ｍｍ以下に抑えたうえで、歯丈比率ｈｅ／ｈ０が１．２１以上に設定される。これにより、許容傾斜角δＭが６°を超える歯車形撓み軸継手１０を提供できる。歯丈比率ｈｅ／ｈ０は好ましくは、１．２２〜１．２９に設定される。これにより、許容傾斜角δＭが７°から１２°の歯車形撓み軸継手１０を提供できる。このように許容傾斜角δＭが６°を超える歯車形撓み軸継手１０を鉄道車両用台車に適用することにより、従来実現できなかった平行カルダン式駆動台車に操舵機能を付加させることができる。
【００４３】
なお、歯幅Ｂを２４ｍｍ、歯幅方向中心から限界接触部位までの歯幅方向距離ＢＭを１１ｍｍ、歯面クラウニング半径Ｒａを９０ｍｍに設定する条件下において、許容傾斜角δＭを７°に設定することができる。このとき、歯元クラウニング半径Ｒｃは２９ｍｍに設定することで、半径比率Ｒｃ／Ｒｂおよび歯丈比率ｈｅ／ｈ０が上記数値範囲を充たすことができる。また、成形加工法による歯面クラウニングの付与を実現できる。
【００４４】
なお、歯幅Ｂを２４ｍｍに設定する条件下で、歯元クラウニング半径Ｒｃが２９ｍｍの小さな値に設定されるが、成形加工法を用いて外歯１４が形成されている。成形加工法の採用により、ホブ盤を用いた創成加工法とは異なり、歯元にアンダーカット（えぐれ）を生じさせずに、小半径のクラウニングを歯面１４ａに付与できる。そのため、歯元の曲げ強度の低下を防ぐこと（ひいては伝達動力の増加）と、許容傾斜角δＭを大きくすることとを両立できる。また、成形加工法の採用により、歯車材に対する工具の切り込みが歯幅中央に対して対称となるので、創成加工法と比べ、歯面１４ａを歯幅中央に対して線対称に成形しやすくなる。そのため、外歯車が内歯車に対して傾斜しているときに、１８０度離れた２位置間において外歯と内歯との均等な接触を実現でき、振動騒音を低減できる。
【００４５】
また、外歯車１３の歯先の直径は内歯車３１の歯元の直径と略同じに設定されている。そのため、ハブ１１，２１がスリーブ３０に対して芯ずれを生じにくく、この点からも振動騒音を低減できる。
【００４６】
そして、本実施形態では、基準断面歯形が、外歯車および内歯車よりも多い歯数のインボリュート歯車の歯形としている。そのため、基準断面歯形が通常のインボリュート歯形である場合と比べ、歯幅端断面における歯形圧力角の変化が小さい。そのため、異常摩耗や焼付きが生じにくく、伝達動力が増加する。
【００４７】
これまで実施形態について説明したが、上記構成は本発明の趣旨の範囲内で適宜変更、削除および／または追加可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１  鉄道車両用台車
２  台車枠
３  輪軸
４  車軸
５  車輪
６  主電動機
６ａ  出力軸
７  歯車装置
１０  歯車形撓み軸継手
１３，２３  外歯車
３１，３２  内歯車
Ｒｂ  歯先クラウニング半径
Ｒｃ  歯元クラウニング半径
Ｒｃ／Ｒｂ  半径比率
ｈ０  基準歯丈
ｈｅ  端歯丈
ｈｅ／ｈ０  歯丈比率
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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