(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピニオンギヤを有し、前記ピニオンギヤの両側に位置する２個の軸受により支承されたピニオン軸と、歯車を有し、前記歯車の両側に位置する２個の軸受により支承された歯車軸とを備え、電動機の回転力を前記ピニオオンギヤを介して前記歯車に伝達し、前記歯車を回転させることで車輪を回転する鉄道車両用の歯車装置において、
前記歯車軸を支承する前記２個の軸受につば付き円筒ころ軸受を用い、
前記ピニオン軸を支承する前記２個の軸受につば付き円筒ころ軸受を用い、
前記歯車軸と前記ピニオン軸の一方側に位置する２個の軸受は、それぞれ外輪の片側につば、反対側につば輪を有し内輪の両側につばを有する円筒ころ軸受であり、
前記歯車軸と前記ピニオン軸の他方側に位置する２個の軸受は、それぞれ外輪の両側につばを有し内輪が片側につばを有する円筒ころ軸受であり、
前記内輪の両側につばを持つ前記つば付き円筒ころ軸受の軸方向すきまにより、前記ピニオン軸と前記歯車軸の移動量を制限することを特徴とする鉄道車両用の歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯車装置に関する。さらに詳しくは、自動車のデファレンシャル装置や鉄道車両の駆動装置に好適な歯車装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車のデファレンシャル装置は、例えば図４に示すように構成されている。すなわち、図４に示すように、デファレンシャルケース６７内に、一対の円錐ころ軸受６１，６２で支持されたピニオン軸６３の端部のピニオンギア６４と、一対の円錐ころ軸受７０で支持されたリングギア軸７２のリングギア７１が噛み合わされて組み込まれている。そこで、ドライブシャフト（図示省略）の回転力をピニオンギア６４を介し、リングギア７１に伝達し、リングギア軸７２を回転させることで、車輪を回転している。
【０００３】
一般的に、ピニオン軸６３には、ピニオンギア６４から大きな軸方向荷重が加わり、ピニオン軸６３を支承する円錐ころ軸受６１，６２に負荷されるようになっている。また、車両の前進、後進によって回転方向が逆になって荷重が変わったとき、ピニオン軸６３の移動を抑制するため、ピニオン軸６３に組み付けられた一対の円錐ころ軸受６１，６２には、ピニオン軸端ナット６５の締め付けによって予圧が与えられている。
【０００４】
さらに、車両走行時には、デファレンシャル装置は高速で回転する。そのため、ピニオン軸６３やリングギア軸７２を支承する円錐ころ軸受６１，６２，７０を十分に潤滑する必要がある。そこで、デファレンシャルケース６７内に溜めた潤滑油をリングギア７１によるはねかけ給油によって円錐ころ軸受６１，６２，７０に供給している。
【０００５】
また、鉄道車両用装置の駆動装置は、例えば図５に示すように構成されている。すなわち、図５に示すように、ギアケース８７内に、一対の円錐ころ軸受８１，８２で支承されたピニオン軸８３の中央部のピニオンギア８４と、一対の円錐ころ軸受９１，９２で支承された大歯車軸９５の大歯車９６が噛み合わされて組み込まれている。そこで、トラクションモータの回転力をカップリング（図示せず）、ピニオンギア８４を介し、大歯車９６に伝達し、大歯車軸９５を回転させることで、車輪を回転している。
【０００６】
一般的に、ピニオン軸８３には、ピニオンギア８４から大きな軸方向荷重が加わり、ピニオン軸８３を支承する円錐ころ軸受８１，８２に負荷される。そのため、ピニオン軸８３や大歯車軸９５を支承する円錐ころ軸受８１，８２，９１，９２を十分に潤滑する必要がある。そこで、ギアケース８７内に溜めた潤滑油を大歯車９６のはねかけ給油によって円錐ころ軸受８１，８２，９１，９２に供給している。また、ピニオン軸８３や大歯車軸９５を支承する円錐ころ軸受８１，８２，９１，９２は、隙間を持たせて組み込むため、すきまの調整が必要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示した自動車のデファレンシャル装置では、組み込まれた円錐ころ軸受６１，６２，７０に高い予圧や軸方向荷重が作用するため、特に内輪６１ｃ，６２ｃの大つば部６１ｇ，６２ｇと、ころ６１ｄ，６２ｄの頭部面の接触位置であるすべり面（円錐ころ軸受７０においては省略）での潤滑油膜が切れ易く、焼き付きを起こし易いという問題点があった。また、図５に示した鉄道車両の駆動装置では、すきま調整が煩雑で時間を要し、冬場の寒冷期に潤滑油の粘度が高くなるため、車両の始動時に大歯車によるはねかけ給油がうまくいかず、潤滑不足による焼き付きを起こし易いという問題点があった。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑み、軸受内の焼付きを低減可能で、かつ、すきま調整が容易な歯車装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、ピニオンギヤを有し、前記ピニオンギヤの両側に位置する２個の軸受により支承されたピニオン軸と、歯車を有し、前記歯車の両側に位置する２個の軸受により支承された歯車軸とを備え、電動機の回転力を前記ピニオオンギヤを介して前記歯車に伝達し、前記歯車を回転させることで車輪を回転する鉄道車両用の歯車装置において、
前記歯車軸を支承する２個の軸受につば付き円筒ころ軸受を用い、
前記ピニオン軸を支承する前記２個の軸受につば付き円筒ころ軸受を用い、
前記歯車軸と前記ピニオン軸の一方側に位置する２個の軸受は、それぞれ外輪の片側につば、反対側につば輪を有し内輪の両側につばを有する円筒ころ軸受であり、
前記歯車軸と前記ピニオン軸の他方側に位置する２個の軸受は、それぞれ外輪の両側につばを有し内輪が片側につばを有する円筒ころ軸受であり、
前記内輪の両側につばを持つ前記つば付き円筒ころ軸受の軸方向すきまにより、前記ピニオン軸と前記歯車軸の移動量を制限することを特徴とする鉄道車両用の歯車装置を提供することによって達成される。
【００１０】
本発明によると、従来構造の円錐ころ軸受では、外輪軌道の潤滑油は、その外輪軌道面が平坦であるため軌道外へ容易にはき出されてしまうが、つば付き円筒ころ軸受を用いたことにより、外輪の両側のつば（又はつば輪）が外輪軌道内に潤滑油を溜める堰の作用を有する。
したがって、自動車のデファレンシャルケース内や、鉄道車両のギアケース内に溜まった油のはねかけによる給油量が不足しても、その間、外輪軌道内に溜まった油が潤滑に寄与するため、内輪・外輪のつば面と、ころ端面が接触するすべり面での焼き付きを軽減することができる。
【００１１】
また、鉄道車両用の駆動装置では、つば付き円筒ころ軸受を用いたことにより、軸受内で必要なすきまをもつことができる。
したがって、ピニオン軸や大歯車軸にすきま調整をすることなく組み付けることが可能であり、従来必要であった煩雑なすきま調整が必要となり、作業効率の大幅な向上が可能となる。
【００１２】
なお、歯車軸を支承する２個の軸受のうち、一方の軸受としては、外輪の片側につば反対側につば輪を有し内輪の両側につばを有する円筒ころ軸受を、他方の軸受としては、外輪の両側につばを有し内輪が片つばである円筒ころ軸受を利用することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る自動車用デファレンシャル装置の縦断面図であり、図２は本発明の第２実施形態に係る鉄道車両用駆動装置の縦断面図である。
【００１４】
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１に示すように、本第１実施形態の自動車用デファレンシャル装置には、デファレンシャルケース７内に一対のつば付き円筒ころ軸受１，２で支持された歯車軸としてのピニオン軸３の端部のピニオンギア４と、一対のつば付き円筒ころ軸受１０で支持された歯車軸としてのリングギア軸１２のリングギア１１が噛み合わされて組み込まれている。そこで、ドライブシャフト（図示省略）の回転力をピニオンギア４を介し、リングギア１１に伝達し、リングギア軸１２を回転させることで、車輪を回転させている。
【００１５】
一般的に、ピニオン軸３には、ピニオンギア４から大きな軸方向荷重が加わり、ピニオン軸３を支承するつば付き円筒ころ軸受１，２のつば面で、その軸方向荷重を受ける。また、車両の前進、後進によって回転方向が逆になって荷重方向が変わったとき、ピニオン軸３の移動を抑制するためピニオン軸３に組み付けられた一対のつば付き円筒ころ軸受１，２は、ピニオン軸端ナット５の締め付けによって予圧が与えられている。
【００１６】
ここで、車両の走行時には、デファレンシャル装置のリングギア軸１２は高速で回転する。そのため、ピニオン軸３やリングギア軸１２を支承するつば付き円筒ころ軸受１，２，１０を十分に潤滑する必要があり、デファレンシャルケース７内に溜めた潤滑油をリングギア１１のはねかけ給油によって円筒ころ軸受に供給している。
【００１７】
本発明の特徴的構成として、前記ピニオン軸３を支持する前記つば付き円筒ころ軸受１は、片側につばを持つ外輪１ａと、外輪つば輪１ｂと、両つばを有する内輪１ｃと、内外輪間に設けられたころ１ｄと、ころ１ｄを保持する保持器１ｅとから構成されている。それに対して、前記つば付き円筒ころ軸受２は、両側につばを持つ外輪２ａと、片側につばを有する内輪２ｃと、内外輪間に設けられたころ２ｄと、ころ２ｄを保持する保持器２ｅとから構成されている。
【００１８】
そして、前記つば付き円筒ころ軸受１と前記つば付き円筒ころ軸受２は、ピニオン軸３上に間座９をはさんで取り付けられている。また、つば付き円筒ころ軸受１とつば付き円筒ころ軸受２には、ピニオン軸３上の間座９を、ピニオン軸端ナット５の締め付け力によって撓ませ、それぞれのつば付き円筒ころ軸受１，２の内輪つばと外輪つば間でころ１ｄ，２ｄを軸方向に予圧するように取り付けられている。
【００１９】
また、前記リングギア軸１２を支承するつば付き円筒ころ軸受１０も同一の構成とされている。上述したような構成としたことにより、デファレンシャルケース７内に溜めた潤滑油をリングギア１１のはねかけによって円筒ころ軸受１，２，１０に供給すると、外輪１ａ，２ａのつばが堰となり（つば付き円筒ころ軸受１０においては符号による説明を省略）、外輪軌道面に潤滑油が溜まる。その後、リングギア１１のはねかけによる潤滑油の供給が不足しても、外輪軌道面の潤滑油が、外輪１ａ，２ａのつばと、ころ１ｄ，２ｄ端面の接触面や、内輪１ｃ，２ｃのつばと、ころ１ｄ，２ｄの端面の接触面へ供給され、潤滑不足による焼き付きを防止することができる。
【００２０】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２に示すように、本第２実施形態の鉄道用駆動装置のギアケース３７内には、一対のつば付き円筒ころ軸受２１，２２で支持された歯車軸としてのピニオン軸２３の中央部のピニオンギア２４と、一対のつば付き円筒ころ軸受３１，３２で支持された歯車軸としての大歯車軸３５の大歯車３６が噛み合わされて組み込まれている。そこで、主電動機（図示省略）の回転力を軸継手（図示省略）で接続したピニオンギア２４を介し、大歯車３６に伝達し、大歯車３６を回転させることで、車輪を回転している。
【００２１】
一般的に、ピニオン軸２３にはピニオンギア２４から大きな軸方向荷重が加わり、ピニオン軸２３を支持するつば付き円筒ころ軸受２１，２２のつば面でその軸方向荷重を受ける。また、車両の前進、後進によって回転方向が逆になって荷重方向が変わったとき、ピニオン軸２３、大歯車軸３５の移動を制限し、ピニオンギア２４と大歯車３６の当たりを正常に維持する必要がある。そのため、ピニオン軸２３や大歯車軸３５を支承するつば付き円筒ころ軸受２１，２２，３１，３２を十分に潤滑する必要があり、ギアケース３７内に溜めた潤滑油を大歯車３６のはねかけによってつば付き円筒ころ軸受２１，２２，３１，３２に供給している。
【００２２】
本発明の特徴的構成として、つば付き円筒ころ軸受２２，３２は、片側につばを持つ外輪２２ａ，３２ａと、外輪つば輪２２ｂ，３２ｂと、両側につばを持つ内輪２２ｃ，３２ｃと、内外輪間に設けられたころ２２ｄ，３２ｄと、ころ２２ｄ，３２ｄを保持する保持器２２ｅ，３２ｅとから構成されている。それに対して、つば付き円筒ころ軸受２１，３１は、両側につばを持つ外輪２１ａ，３１ａと、片側につばを持つ内輪２１ｃ，３１ｃと、内外輪間に設けられたころ２１ｄ，３１ｄと、ころ２１ｄ，３１ｄを保持する保持器２１ｅ，３１ｅとから構成されている。そして、前記つば付き円筒ころ軸受２１，２２は、ピニオン軸２３に組み付けられ、前記つば付き円筒ころ軸受３１，３２は大歯車軸３５に組付けられる。
【００２３】
ここで、ピニオン軸２３、大歯車軸３５に組み付けられた内輪の両側につばを持つ前記つば付き円筒ころ軸受２２，３２の軸方向すきまにより、ピニオン軸２３、大歯車軸３５の軸方向の移動量を制限している。上述したような構成としたことにより、ギアケース３７内に溜めた潤滑油を大歯車３６のはねかけによって円筒ころ軸受２１，２２，３１，３２に供給すると、外輪２１ａ，２２ａ，３１ａ，３２ａの両側のつばが堰となって、外輪軌道内に潤滑油が溜まる。その後、大歯車３６のはねかけによる潤滑油の供給が不足しても、外輪軌道内の潤滑油が、外輪２１ａ，２２ａ，３１ａ，３２ａのつばと、ころ２１ｄ，２２ｄ，３１ｄ，３２ｄの端面の接触面や内輪２１ｃ，２２ｃ，３１ｃ，３２ｃのつばと、ころ２１ｄ，２２ｄ，３１ｄ，３２ｄの端面の接触面へ供給され、潤滑不足による焼き付きを防止することができる
【００２４】
また、駆動装置のピニオン軸２３、大歯車軸３５に組み込まれるつば付き円筒ころ軸受２２，３２内の軸方向すきまで、ピニオン軸２３、大歯車軸３５の動き量が決定するので、従来使用していた円錐ころ軸受のように組み付け時のすきま調整が不要となり、作業性が著しく改善される。
【００２５】
図３は、従来使用していた円錐ころ軸受と本発明のつば付き円筒ころ軸受を希少潤滑化で試験した結果である。試験は、回転数：１０００ｒｐｍ、ラジアル荷重：２０００ｋｇｆ、アキシアル荷重：３０００ｋｇｆで軸受温度がサチレート（飽和）した時点で潤滑油を遮断し、潤滑油を遮断してから軸受トルクの急増又は軸受温度の急上昇のみられる焼付きの前兆までの時間を比較した。図３から判るように、各２個の焼付き前兆までの平均時間を比較すると従来の円錐ころ軸受は８分、本発明のつば付き円筒ころ軸受は１８分であり、従来の円錐ころ軸受よりも本発明のつば付き円筒ころ軸受の方が焼付きまでの時間が長いことが判明した。
【００２６】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨に基づいて適宜変更、改良等が可能である。例えば、歯車軸を支承する２個の軸受のうち、両方の軸受ともに内外輪両側につばを有するように構成してもよい。また、一方の軸受として、外輪の両側につばを有し内輪の両側につばを有する円筒ころ軸受を、他方の軸受として、外輪の両側につばを有し内輪が片つばであるつば付き円筒ころ軸受を等であってもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明の歯車装置によれば、歯車軸を支承する２個の軸受につば付き円筒ころ軸受を用いたので、外輪の両側のつば（又ははつば輪）が外輪軌道内に潤滑油を溜める堰の作用を有する。
したがって、自動車のデファレンシャルケースや、鉄道車両のギアケースに溜まった油のはねかけによる給油量が不足しても、その間、潤滑に寄与するため、内輪・外輪のつば面と、ころ端面が接触するすべり面での焼き付きを軽減できる。
また、鉄道車両用の駆動装置では、つば付き円筒ころ軸受を用いたことにより、軸受内で必要なすきまをもつことができるので、ピニオン軸や大歯車軸にすきま調整をすることなく組み付けることが可能であり、従来必要であった煩雑なすきま調整が必要となり、作業効率の大幅な向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る自動車用デファレンシャル装置の縦断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る鉄道車両用駆動装置の縦断面図である。
【図３】従来使用していた円錐ころ軸受と本発明のつば付き円筒ころ軸受を希少潤滑化で試験した結果を示すグラフである。
【図４】従来の自動車用デファレンシャル装置の縦断面図である。
【図５】従来の鉄道車両用駆動装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１  つば付き円筒ころ軸受
２  つば付き円筒ころ軸受
３  ピニオン軸
１０  つば付き円筒ころ軸受
１２  リングギア軸
２１  つば付き円筒ころ軸受
２２  つば付き円筒ころ軸受
２３  ピニオン軸
３１  つば付き円筒ころ軸受
３２  つば付き円筒ころ軸受
３５  大歯車軸
【図１】
0004196135.tif 000002
【図２】
0004196135.tif 000003
【図３】
0004196135.tif 000004
【図４】
0004196135.tif 000005
【図５】
0004196135.tif 000006