(57)【要約】【課題】長期にわたって機能を発揮できる鉄道車両用の歯車形軸継手を提供する。【解決手段】軸継手は、２つの外筒（１Ａ、１Ｂ）と、２つの内歯歯車（２Ａ、２Ｂ）と、２つの外歯歯車（３Ａ、３Ｂ）と、２つの環状のカバー（９Ａ、９Ｂ）と、２つの環状の弾性部材（１２Ａ、１２Ｂ）と、を備える。カバー（９Ａ、９Ｂ）は、外筒（１Ａ、１Ｂ）の非連結側の端部（１ｃＡ、１ｃＢ）に取り付けられる。弾性部材（１２Ａ、１２Ｂ）は、カバー（９Ａ、９Ｂ）の内周部（９ａＡ、９ａＢ）に取り付けられる。外歯歯車（３Ａ、３Ｂ）が円筒状部（３ａＡ、３ａＢ）を有し、弾性部材（１２Ａ、１２Ｂ）の内周部（１２ａＡ、１２ａＢ）が円筒状部（３ａＡ、３ａＢ）の外周面（３ｂＡ、３ｂＢ）と接触している。【選択図】図３
2019167970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の主軸と歯車装置の入力軸とをつなぐ鉄道車両用の歯車形軸継手であって、
連結された２つの外筒と、
前記外筒それぞれに形成された２つの内歯歯車と、
前記内歯歯車それぞれと噛み合う２つの外歯歯車であって、一方の外歯歯車に前記主軸が接続され、他方の外歯歯車に前記入力軸が接続される外歯歯車と、
前記外筒それぞれの連結側の端部に配置された２つの円板であって、連結された前記外筒の内部を仕切る円板と、
前記外筒それぞれの非連結側の前記端部に取り付けられた２つの環状のカバーと、
前記カバーそれぞれの内周部に取り付けられた２つの環状の弾性部材と、を備え、
前記外歯歯車それぞれが円筒状部を有し、前記弾性部材それぞれの内周部が前記円筒状部それぞれの外周面と接触している、歯車形軸継手。
【請求項２】
請求項１に記載の歯車形軸継手であって、
前記円筒状部それぞれの中心軸に対する前記円筒状部それぞれの前記外周面のテーパが３°以内である、歯車形軸継手。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の歯車形軸継手であって、
前記円筒状部それぞれの前記外周面の表面粗さがＲａで０．８〜１２．５の範囲内である、歯車形軸継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用の歯車形軸継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両は、電動機の動力によって輪軸が回転することにより走行する。ここで、輪軸は軸箱を介して台車枠を弾性支持する。軸箱は輪軸を回転可能に支持する。輪軸には歯車装置と称される減速器が取り付けられている。電動機は台車枠に固定されている。電動機の主軸と歯車装置の入力軸とは、互いに同一線上に配置され、両者は歯車形軸継手（以下、単に「軸継手」ともいう）によって揺動可能に接続されている。これにより、鉄道車両の走行中に台車枠が輪軸に対して揺動しても、電動機の動力が歯車装置の入力軸に円滑に伝達され、さらに輪軸に伝達される。
【０００３】
従来の軸継手は、例えば非特許文献１に開示される。図１は、従来の軸継手を示す縦断面図である。軸継手は、ボルト４による締結によって連結された２つの外筒１Ａ、１Ｂを備える。外筒１Ａ、１Ｂにそれぞれ形成された２つの内歯歯車２Ａ、２Ｂが、２つの外歯歯車３Ａ、３Ｂとそれぞれ噛み合う。２つの外歯歯車３Ａ、３Ｂのうちの一方の外歯歯車３Ａに、電動機の主軸２０が接続され、他方の外歯歯車３Ｂに歯車装置の入力軸２１が接続される。外歯歯車３Ａは、主軸２０の先端部に、ナット７Ａによって固定される。外歯歯車３Ｂは、入力軸２１の先端部に、ナット７Ｂによって固定される。ナット７Ａ、７Ｂの端面には、環状のクッション８Ａ、８Ｂが埋め込まれている。
【０００４】
連結された外筒１Ａ、１Ｂの内部は、円板５Ａ、５Ｂによって仕切られる。外筒１Ａ、１Ｂの非連結側の端部１ｃＡ、１ｃＢには、それぞれカバー９Ａ、９Ｂが取り付けられる。カバー９Ａ、９Ｂの内周部９ａＡ、９ａＢには、それぞれ弾性部材１２Ａ、１２Ｂが取り付けられる。従来の軸継手では、外歯歯車３Ａ、３Ｂがテーパ部３ｔＡ、３ｔＢを有する。テーパ部３ｔＡ、３ｔＢは、弾性部材１２Ａ、１２Ｂの位置を超えるように延びる。テーパ部３ｔＡ、３ｔＢの外周面３ｕＡ、３ｕＢの直径は、テーパ部３ｔＡ、３ｔＢの先端側ほど小さい。テーパ部３ｔＡ、３ｔＢの中心軸に対するテーパ部３ｔＡ、３ｔＢの外周面３ｕＡ、３ｕＢのテーパは１／１０（＝５．７１°）を超える。そして、弾性部材１２Ａ、１２Ｂの内周部１２ａＡ、１２ａＢがテーパ部３ｔＡ、３ｔＢの外周面３ｕＡ、３ｕＢと接触している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】西日本旅客鉄道株式会社、資材調達情報、サプライヤー募集物品、車両用品、歯形継手  物品コード：14308、［online］、［平成30年2月21日検索］、インターネット〈URL：https://www.westjr.co.jp/company/business/material/vehicle/detail/14308.html〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来の軸継手では、鉄道車両の走行中に外筒１Ａ、１Ｂが正規の位置から軸方向に移動した場合、２つの外歯歯車３Ａ、３Ｂに対し、２つの弾性部材１２Ａ、１２Ｂが外筒１Ａ、１Ｂと一体で軸方向に移動する。この場合、以下に示す問題が発生する。
【０００７】
図２は、従来の軸継手において外筒が軸方向に移動したときの状況を示す縦断面図である。図２を参照し、例えば、外筒１Ａ、１Ｂが正規の位置から電動機側（主軸２０側（図２では左側））に軸方向移動した場合、その主軸２０側の弾性部材１２Ａは、それに対応するテーパ部３ｔＡの外周面３ｕＡから力を受けることなく、そのテーパ部３ｔＡの外周面３ｕＡに沿って自由に移動する。これにより、その弾性部材１２Ａの内周部１２ａＡとテーパ部３ｔＡの外周面３ｕＡとの間に大きく隙間ができる。そのため、主軸２０側の弾性部材１２Ａによる密閉性能が失われる。
【０００８】
一方、歯車装置側（入力軸２１側）の弾性部材１２Ｂは、それに対応するテーパ部３ｔＢの外周面３ｕＢから強い力を受けて、内径を広げながら、そのテーパ部３ｔＢの外周面３ｕＢに沿って移動する。これにより、入力軸２１側の弾性部材１２Ｂは移動したままの状態で拘束される。この場合、入力軸２１側において、弾性部材１２Ｂによる密閉性能は確保されるが、クッション８Ａと円板５Ａとの隙間が狭まったままの状態、又はクッション８Ａが円板５Ａと接触したままの状態になる。そのため、鉄道車両の走行中、主軸２０及び入力軸２１の揺動に伴って、クッション８Ａの摩耗が助長される。
【０００９】
外筒１Ａ、１Ｂが正規の位置から歯車装置側（入力軸２１側（図２では右側））に軸方向移動した場合は、上記とは逆の現象が生じる。
【００１０】
したがって、従来の軸継手では、軸継手の機能が低下するおそれがある。
【００１１】
本発明は上記の実情に鑑みてなされたものである。本発明の１つの目的は、長期にわたって機能を発揮できる鉄道車両用の歯車形軸継手を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の実施形態による鉄道車両用の歯車形軸継手は、電動機の主軸と歯車装置の入力軸とをつなぐ歯車形軸継手である。その軸継手は、２つの外筒と、２つの内歯歯車と、２つの外歯歯車と、２つの円板と、２つの環状のカバーと、２つの環状の弾性部材と、を備える。２つの外筒は連結される。内歯歯車は、外筒それぞれに形成されている。外歯歯車は、内歯歯車それぞれと噛み合う。２つの外歯歯車のうちの一方の外歯歯車に主軸が接続され、他方の外歯歯車に入力軸が接続される。円板は、外筒それぞれの連結側の端部に配置される。円板は、連結された外筒の内部を仕切る。カバーは、外筒それぞれの非連結側の端部に取り付けられる。弾性部材は、カバーそれぞれの内周部に取り付けられる。外歯歯車それぞれが円筒状部を有し、弾性部材それぞれの内周部が円筒状部それぞれの外周面と接触している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施形態による鉄道車両用の歯車形軸継手によれば、長期にわたって軸継手の機能を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、従来の歯車形軸継手を示す縦断面図である。
【図２】図２は、従来の歯車形軸継手において外筒が軸方向に移動したときの状況を示す縦断面図である。
【図３】図３は、本実施形態の歯車形軸継手を示す縦断面図である。
【図４】図４は、本実施形態の歯車形軸継手において外筒が軸方向に移動したときの状況を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態による鉄道車両用の歯車形軸継手は、電動機の主軸と歯車装置の入力軸とをつなぐ歯車形軸継手である。その軸継手は、２つの外筒と、２つの内歯歯車と、２つの外歯歯車と、２つの円板と、２つの環状のカバーと、２つの環状の弾性部材と、を備える。２つの外筒は連結される。内歯歯車は、外筒それぞれに形成されている。外歯歯車は、内歯歯車それぞれと噛み合う。２つの外歯歯車のうちの一方の外歯歯車に主軸が接続され、他方の外歯歯車に入力軸が接続される。円板は、外筒それぞれの連結側の端部に配置される。円板は、連結された外筒の内部を仕切る。カバーは、外筒それぞれの非連結側の端部に取り付けられる。弾性部材は、カバーそれぞれの内周部に取り付けられる。外歯歯車それぞれが円筒状部を有し、弾性部材それぞれの内周部が円筒状部それぞれの外周面と接触している。
【００１６】
このような軸継手によれば、鉄道車両の走行中に外筒が正規の位置から軸方向に移動した場合、２つの外歯歯車に対し、２つの弾性部材が外筒と一体で軸方向に移動する。この場合、弾性部材は外歯歯車の円筒状部の外周面から余計な力を受けることなく、その弾性部材は外歯歯車の円筒状部の外周面に沿ってスムーズに移動できる。これにより、外筒の軸方向への移動が繰り返されても、弾性部材の内径は広がることなく変わらない。そのため、２つの弾性部材による密閉性能が常時確保される。したがって、長期にわたって軸継手の機能を発揮することができる。
【００１７】
この軸継手において、例えば、円筒状部それぞれの中心軸に対する円筒状部それぞれの外周面のテーパが３°以内であればよい。テーパが３°以内であれば、弾性部材のスムーズな軸方向移動を実現できる。最も好ましいテーパは０°である。つまり、円筒状部の外周面が真の円筒であることが最も好ましい。
【００１８】
この軸継手において、好ましくは、円筒状部それぞれの外周面の表面粗さがＲａで０．８〜１２．５の範囲内である。表面粗さがＲａで０．８〜１２．５の範囲内であれば、弾性部材のスムーズな軸方向移動を実現できる。表面粗さが小さすぎれば、円筒状部の外周面が滑らかすぎる。そのため、かえって弾性部材のスムーズな軸方向移動に悪影響を及ぼすかもしれない。一方、表面粗さが大きすぎれば、弾性部材による密閉性能に悪影響を及ぼすかもしれない。表面粗さの好ましい下限はＲａで０．８である。表面粗さの好ましい上限はＲａで１２．５である。本明細書において、表面粗さを表わすＲａはＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（２００１年）で規定される中心線平均粗さを意味する。
【００１９】
以下に、図面を参照しながら、本実施形態による鉄道車両用の歯車形軸継手の具体例を説明する。
【００２０】
図３は、本実施形態の軸継手を示す縦断面図である。なお、図１に示す軸継手と共通する部分には図１に示す符号と同一の符号を示し、重複する説明を省略することがある。
【００２１】
図３に示すように、本実施形態の軸継手は、２つの外筒１Ａ、１Ｂと、２つの内歯歯車２Ａ、２Ｂと、２つの外歯歯車３Ａ、３Ｂと、を備える。外筒１Ａ、１Ｂは、それぞれの端部１ａＡ、１ａＢにフランジ１ｂＡ、１ｂＢを有する。外筒１Ａ、１Ｂのフランジ１ｂＡ、１ｂＢ同士がボルト４によって締結される。これにより、２つの外筒１Ａ、１Ｂは連結される。
【００２２】
内歯歯車２Ａ、２Ｂは、外筒１Ａ、１Ｂの非連結側の端部１ｃＡ、１ｃＢに近い領域に形成される。外歯歯車３Ａ、３Ｂは内歯歯車２Ａ、２Ｂと噛み合う。
【００２３】
２つの外歯歯車３Ａ、３Ｂのうちの一方の外歯歯車３Ａに電動機の主軸２０が接続され、他方の外歯歯車３Ｂに歯車装置の入力軸（具体的には小歯車軸）２１が接続される。具体的には、外歯歯車３Ａは、主軸２０の先端部に、例えばテーパ焼嵌めにより装着され、ナット７Ａによって固定される。外歯歯車３Ｂは、入力軸２１の先端部に、例えばテーパ焼嵌めにより装着され、ナット７Ｂによって固定される。ナット７Ａ、７Ｂの端面には、環状のクッション８Ａ、８Ｂが埋め込まれている。クッション８Ａ、８Ｂの材質は、例えば合成ゴム、天然ゴム等である。なお、電動機の主軸２０と歯車装置の入力軸２１との揺動を許容するために、外歯歯車３Ａ、３Ｂの歯にはクラウニングが施されている。
【００２４】
軸継手は、更に、２つの円板５Ａ、５Ｂを備える。円板５Ａ、５Ｂは、外筒１Ａ、１Ｂの連結側の端部１ａＡ、１ａＢに配置される。円板５Ａ、５Ｂは、連結された外筒１Ａ、１Ｂの内部を仕切る。円板５Ａ、５Ｂと外筒１Ａ、１Ｂの端部１ａＡ、１ａＢとの間には、Ｏリング６Ａ、６Ｂが挟み込まれている。円板５Ａ、５Ｂは、外歯歯車３Ａ、３Ｂ同士の不用意な接触を防止する。
【００２５】
軸継手は、更に、２つの環状のカバー９Ａ、９Ｂを備える。ボルト１０Ａ、１０Ｂによって、カバー９Ａ、９Ｂは外筒１Ａ、１Ｂの非連結側の端部１ｃＡ、１ｃＢに取り付けられる。カバー９Ａ、９Ｂと外筒１Ａ、１Ｂの端部１ｃＡ、１ｃＢとの間には、Ｏリング１１Ａ、１１Ｂが挟み込まれている。Ｏリング６Ａ、６Ｂ、１１Ａ、１１Ｂの材質は、例えば合成ゴム、天然ゴム等である。
【００２６】
軸継手は、更に、２つの環状の弾性部材１２Ａ、１２Ｂを備える。弾性部材１２Ａ、１２Ｂは、例えば圧入や接着によって、カバー９Ａ、９Ｂの内周部９ａＡ、９ａＢに取り付けられる。弾性部材１２Ａ、１２Ｂの材質は、例えば合成ゴム、天然ゴム等である。
【００２７】
本実施形態では、外歯歯車３Ａ、３Ｂが円筒状部３ａＡ、３ａＢを有する。円筒状部３ａＡ、３ａＢは、弾性部材１２Ａ、１２Ｂの位置を超えるように延びる。そして、弾性部材１２Ａ、１２Ｂの内周部１２ａＡ、１２ａＢが円筒状部３ａＡ、３ａＢの外周面３ｂＡ、３ｂＢと接触している。設計寸法での弾性部材１２Ａ、１２Ｂと円筒状部３ａＡ、３ａＢとの接触状態は、両者に大きな弾性力が加わる強い接触ではなく、両者が接触するかしないかという程度の弱い接触である。
【００２８】
外筒１Ａ、１Ｂの内部には、グリース（潤滑剤）が封入されている。互いに噛み合う外歯歯車３Ａ、３Ｂ及び内歯歯車２Ａ、２Ｂの潤滑のためである。カバー９Ａ、９Ｂによって、潤滑剤が受け止められる。Ｏリング６Ａ、６Ｂ、１１Ａ、１１Ｂによって、外筒１Ａ、１Ｂからの潤滑剤の漏出が防止される。また、弾性部材１２Ａ、１２Ｂによって、外部からの異物（例：水、粉塵）の侵入が防止される。つまり、弾性部材１２Ａ、１２Ｂは外筒１Ａ、１Ｂの内部を密閉する役割を担う。
【００２９】
本実施形態の軸継手では、鉄道車両の走行中に外筒１Ａ、１Ｂが正規の位置から軸方向に移動した場合、２つの外歯歯車３Ａ、３Ｂに対し、２つの弾性部材１２Ａ、１２Ｂが外筒１Ａ、１Ｂと一体で軸方向に移動する。この場合、以下に示す挙動を取る。
【００３０】
図４は、本実施形態の軸継手において外筒が軸方向に移動したときの状況を示す縦断面図である。図４を参照し、例えば、外筒１Ａ、１Ｂが正規の位置から電動機側（主軸２０側（図４では左側））に軸方向移動した場合、その主軸２０側の弾性部材１２Ａは、それに対応する円筒状部３ａＡの外周面３ｂＡから余計な力を受けることなく、その円筒状部３ａＡの外周面３ｂＡに沿ってスムーズに移動できる。これにより、弾性部材１２Ａの内径は広がることなく変わらない。同様に、歯車装置側（入力軸２１側）の弾性部材１２Ｂは、それに対応する円筒状部３ａＢの外周面３ｂＢから余計な力を受けることなく、その円筒状部３ａＢの外周面３ｂＢに沿ってスムーズに移動できる。これにより、弾性部材１２Ｂの内径は広がることなく変わらない。
【００３１】
そのため、外筒１Ａ、１Ｂの軸方向への移動が繰り返されても、２つの弾性部材１２Ａ、１２Ｂによる密閉性能が常時確保される。したがって、長期にわたって軸継手の機能を発揮することができる。
【００３２】
その他、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の鉄道車両用の歯車形軸継手は、あらゆる鉄道車両の動力伝達に有用である。
【符号の説明】
【００３４】
１Ａ、１Ｂ  外筒
１ａＡ、１ａＢ  端部
１ｂＡ、１ｂＢ  フランジ
１ｃＡ、１ｃＢ  端部
２Ａ、２Ｂ  内歯歯車
３Ａ、３Ｂ  外歯歯車
３ａＡ、３ａＢ  円筒状部
３ｂＡ、３ｂＢ  外周面
４  ボルト
５Ａ、５Ｂ  円板
６Ａ、６Ｂ  Ｏリング
７Ａ、７Ｂ  ナット
８Ａ、８Ｂ  クッション
９Ａ、９Ｂ  カバー
９ａＡ、９ａＢ  内周部
１０Ａ、１０Ｂ  ボルト
１１Ａ、１１Ｂ  Ｏリング
１２Ａ、１２Ｂ  弾性部材
１２ａＡ、１２ａＢ  内周部
２０  電動機の主軸
２１  歯車装置の入力軸
【図１】
2019167970.tif 000003
【図２】
2019167970.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019167970.tif 000006