JP2015001254A

JP2015001254A - 車両用軸継手

Info

Publication number: JP2015001254A
Application number: JP2013125339A
Authority: JP
Inventors: 光正栗木; Mitsumasa Kuriki
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2015-01-05

Abstract

【課題】小スペース・高速回転で、グリースの保持や埃塵の侵入を防止できるシール構造体および車両用軸継手を提供する。【解決手段】車両用軸継手は、外側継手部材と、内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材との間に配設されるトルク伝達部材と、トルク伝達部材を保持するケージとを備えた等速自在継手である。シール構造体は、外側継手部材の開口端部に装着される外径側リング部と、外側継手部材の開口端部の内径側に対向する内側継手部材の開口端部に装着される内径側リング部と、外径側リング部と内径側リング部とを連結する連結部とを備える。外径側リング部と内径側リング部とが、継手軸方向で重畳した位置に配設される。【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動車両のモータと減速機とを連結する車両用軸継手および車両用軸継手に用いられるシール構造体に関する。

従来、鉄道車両における駆動用モータの出力軸と減速機の入力軸との連結にはギヤカップリング（歯車形たわみ軸継手）が使用されている。

図８は、鉄道車両の駆動装置を示す。駆動装置は台車枠（図示せず）に装荷されたモータ２のトルクを動輪３に伝える装置であって、軸継手１と減速機５を含んでいる。減速機５は大歯車６と小歯車７を含む。大歯車６は、両端部に動輪３を固定した動輪軸４に固定されている。この大歯車６とかみ合う小歯車７の支持軸が減速機５の入力軸となり、軸継手１によってモータ２の出力軸と連結されている。

軸継手１としては、歯車形たわみ軸継手等が使用されていた。すなわち、歯車形たわみ軸継手は、図９に示すような構造であった。この軸継手は、モータ２の出力軸の軸端に外歯歯車８を、減速機５の小歯車７の軸端に外歯歯車９を設け、それぞれの外歯歯車８，９にかみ合う内歯歯車を設けた左右二つの外筒１０，１１をボルト１２で締結し、左右の外筒１０，１１の外側端面に孔あき円板状の防塵カバー１３を取り付け、防塵カバー１３の内周縁部は内側に折り曲げて外歯歯車８，９の外側側面に形成したリング状の凹溝１４の中に接触することなく臨ませ、その折り曲げ部の外面を、二点鎖線で示すように軸端に嵌着した防塵ゴムシール１５に当接させてある。

上述のギヤカップリング１によれば、モータ出力軸と減速機入力軸との間に軸線のずれが生じても確実な動力の伝達が確保できる。しかしながら、ギヤカップリング１は、モータ２の出力軸と減速機５の入力軸の軸線間に数ｍｍ以上の芯違いがある場合でも角度的な自在性が求められる。このため、外歯歯車８，９の歯に大きなクラウニングを施して角度自在性を高めている。また、外歯歯車８，９と外筒１０，１１とのかみ合いは、わずかなすきま（ガタ）を有している。

鉄道車両では自動車と同様に益々静粛性が求められている。とくに駆動系のガタに伴う振動音が問題となっている。鉄道車両のモータと減速機を連結しているギヤカップリング１は歯車のかみ合い面にすきまがあるため、このすきまの影響で回転中の速度変動などによって歯打ち音が発生する。また、ギヤカップリング１に角度を付与して回転させると、外歯歯車８，９と外筒１０，１１のかみ合い面の摺動に伴って摺動音、いわゆる歯面同士の擦れ音が発生する。このような歯打ち音や擦れ音を減らし、車両全体の振動音を低減させることが課題となっていた。

そこで、モータと減速機を連結する軸継手としてガタのないボールタイプの等速ジョイントを採用したものが提案された(特許文献１)。

特開２００６−８３９６２号公報

このように、従来においては、鉄道車両の駆動モータと減速機の間に、歯車形継手やたわみ軸継手や等速自在継手が用いている。しかしながら、鉄道車両の線路幅（基準軌、狭軌）は一定であり、車両全体の幅も広くできない。平行カルダン方式の駆動方法では、駆動モータと減速機を連結する継手等のスペースは限られている。その限られたスペースの中で、鉄道車両の台車の軸方向や垂直方向の伸縮を吸収する必要がある。

限られたスペースの為に、シールは、小スペースを余儀なくされ、高速回転への対応や埃塵の侵入を防止できる構造が必要である。

本発明は、上記課題に鑑みて、小スペース・高速回転で、グリースの保持や埃塵の侵入を防止できるシール構造体および車両用軸継手を提供する。

本発明のシール構造体は、モータ駆動車両のモータと減速機とを連結する車両用軸継手に配設されるシール構造体であって、前記車両用軸継手は、外側継手部材と、内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材との間に配設されるトルク伝達部材と、トルク伝達部材を保持するケージとを備えた等速自在継手であり、外側継手部材の開口端部に装着される外径側リング部と、外側継手部材の開口端部の内径側に対向する内側継手部材の開口端部に装着される内径側リング部と、外径側リング部と内径側リング部とを連結する連結部とを備え、外径側リング部と内径側リング部とが、継手軸方向で重畳した位置に配設されるものである。

本発明のシール構造体によれば、外径側リング部と内径側リング部とが、継手軸方向で重畳した位置に配設されるものであるので、軸方向のスペースのコンパクト化を図ることができる。しかも、外側継手部材の開口端部に外径側リング部が装着され、内側継手部材の開口端部に内径側リング部が装着されるとともに、シール構造体全体が簡単構造であり、安定した装着状態を維持でき、高速回転に十分対応できる。

連結部が蛇腹構造から構成できる。外径側リング部と内径側リング部と連結部とはゴム材料から構成したり、樹脂材料から構成したりできる。ゴム材料としては、天然ゴム（ＮＲ）やイソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）などがある。樹脂材料としては、エステル系、オレフィン系、ウレタン系、アミド系、スチレン系等の熱可塑性エラストマーを用いることができる。

外径側リング部は外側継手部材に対して圧入内嵌され、内径側リング部は内側継手部材に対して圧入外嵌されるのが好ましい。外径側リング部が外側継手部材に装着される外径側押さえ部材にて押さえられるとともに、内径側リング部が内側継手部材に装着される内径側押さえ部材にて押さえられるのが好ましい。

本発明の車両用軸継手は、前記シール構造体が付設された車両用軸継手である。

本発明のシール構造体によれば、軸方向のスペースのコンパクト化を図ることができるので、このシール構造体を装着した車両用軸継手のコンパクト化を図ることができる。しかも、高速回転に対応でき、継手内部のグリースの保持が安定するとともに、埃塵等の継手内部への侵入を有効に防止できる。

蛇腹構造とすることによって、車両用軸継手の変動への追従性に優れる。また、外径側リング部と内径側リング部と連結部とはゴム材料から構成したり、樹脂材料から構成したりでき、使用部位、使用環境、又は大きさ等に対応して種々変更できる。このため、設計の自由度が大となる。

外径側リング部は外側継手部材に対して圧入内嵌され、内径側リング部は内側継手部材に対して圧入外嵌されるものでは、装着性に優れるとともに、コンパクト化を図ることができる。

外径側押さえ部材及び内径側押さえ部材にて押さえられるものでは、より安定してシール構造体を車両用軸継手の装着でき、長期に渡って安定したシール機能を発揮することができる。

本発明の車両用軸継手は、コンパクトでかつ安定したシール機能を発揮することができる。しかも、等速自在継手を用いたので、ギヤカップリングにみられる歯うち音や擦れ音がなく、車両全体の振動音を低減させることができる。

本発明のシール構造体が装着された車両用軸継手を示す断面図である。前記図１に示す車両用軸継手のＡ−Ａ線断面図である。押さえ部材を用いた状態の要部断面図である。蛇腹部を有するシール構造体が装着された車両用軸継手を示す要部断面図である。車両用軸継手に用いられるクロスグルーブ型等速自在継手の正面図である。前記クロスグルーブ型等速自在継手のトラック溝の展開図である。電気自動車の駆動部の簡略図である。鉄道車両における駆動装置の縦断面図である。歯車形たわみ軸継手を示す断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。図１に本発明に車両用軸継手は、図８に示すような鉄道車両の駆動装置等に用いられ、ダブルオフセットタイプの等速自在継手Ｔが使用されている。すなわち、車両用軸継手は、一対の等速自在継手Ｔ、Ｔが突き合わせた状態で一体化されてなる。

この等速自在継手Ｔは、同一構造であって、図１と図２に示すように、内径面２１にトラック溝２２が形成された外側継手部材２３と、外径面２４にトラック溝２５が形成された内側継手部材２６と、外側継手部材２３のトラック溝２２と内側継手部材２６のトラック溝２５との間に介在してトルクを伝達する複数のトルク伝達部材であるボール２７と、外側継手部材２３の内径面２１と内側継手部材２６の外径面２４との間に介在してポケット２８に収容されたボール２７を保持するケージ２９とを主要な構成要素としている。

ケージ２９の外周面２９ａの曲率中心Ｏ１と内周面２９ｂの曲率中心Ｏ２とが、継手の角度中心Ｏに対し、軸方向に逆方向にオフセットしている。

内側継手部材２６は、外径面２４にトラック溝２５が形成された本体部３１と、この本体部３１に連設される小径部３２とからなり、その軸孔がテーパ孔３０とされる。このテーパ孔３０には、モータの出力軸または小歯車の支持軸に形成したテーパ軸（図示省略）が嵌入され、キー構造により嵌合される。また、テーパ軸の先端にはねじ軸部が形成され、テーパ軸がテーパ孔３０に嵌入した状態で、この内側継手部材２６から突出した前記ねじ軸部にナット部材３３を螺着することなる。なお、このナット部材３１には、リング状のクッション材３４が付設されている。

外側継手部材２３は、内径面２１にトラック溝２２が形成された本体部材３５と、この本体部材３５に付設される端部材３６とを有し、本体部材３５の両軸端部には、外鍔部３９ａ，３９ｂが設けされている。また、端部材３６は、短円筒体の本体部３７と、この本体部３６の軸方向一端部に設けられる外鍔部３８とからなる。

本体部材３５と端部材３６とは、鍔部３８，３９ａが突き合わされた状態で、図示省略のボルト・ナットで締結して一体化している。また、一対の等速自在継手Ｔ，Ｔは、外側継手部材２３の鍔部３９ｂ，３９ｂ同士を突き合わされた状態で、図示省略のボルト・ナットで締結して一体化している。また、この一対の等速自在継手Ｔ，Ｔ間には、仕切り板４０、４０が配設される。すなわち、各本体部材３５には一方の鍔部３６側に端面に嵌合用凹部４１が設けられ、各嵌合用凹部４１に仕切り板４０が嵌合された状態で、一対の等速自在継手Ｔ，Ｔが連結される。このため、仕切り板４０、４０が一対の等速自在継手Ｔ，Ｔに挟持された状態となって配設される。なお、嵌合用凹部４１には、シール材嵌合用の凹溝４２が形成され、この凹溝４２にＯリング等のシール材（図示省略）が嵌合されている。また、端部材３６の本体部材側の端面には、シール材嵌合用の凹溝４３が形成され、この凹溝４３にＯリング等のシール材（図示省略）が嵌合されている。

そして、この車両用軸継手は、その軸方向端部の開口部（外側継手部材２３と内側継手部材２６との間の開口部）は、本発明に係るシール構造体Ｓにてシールされている。この場合のシール構造体Ｓは、外側継手部材２３の開口端部に装着される外径側リング部５１と、外側継手部材２３の開口端部の内径側に対向する内側継手部材２６の開口端部に装着される内径側リング部５２と、外径側リング部５１と内径側リング部５２とを連結する連結部５３とを備える。

すなわち、シール構造体Ｓは、外径側リング部５１と内径側リング部５２と連結部５３とからなるシール本体５５と、シール本体５５の外径側リング部５１に付設される補強材５６と、シール本体５５の内側継手部材２６に付設される補強材５７とからなる。

外径側リング部５１及び内径側リング部５２は、それぞれ短円筒体からなり、内径側リング部５２の軸方向長さを外径側リング部５１の軸方向長さを長くしている。また、連結部５３は、断面扁平Ｓ字状をなす。シール本体５５としては、ゴム材料や樹脂材料から構成したりできる。ゴム材料としては、天然ゴム（ＮＲ）やイソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）などがある。樹脂材料としては、エステル系、オレフィン系、ウレタン系、アミド系、スチレン系等の熱可塑性エラストマーを用いることができる。

補強材５６、５７は金属製平板リング体からなり、外径側の補強材５６は外径側リング部５１の内径側に配設され、内径側の補強材５７は内径側リング部５２の外径側に配設されている。また、連結部５３は、外径側リング部５１と内径側リング部５２とを継手奥側において連結している。

この場合、外側継手部材２３の端部材３６の内径面の開口端に周方向嵌合凹溝６０が設けられるとともに、内側継手部材２６の外径面の軸方向外端部の周方向嵌合凹溝６１が設けられ、外側継手部材２３の周方向嵌合凹溝６０にシール本体５５の外径側リング部５１が圧入嵌合され、内側継手部材２６の周方向嵌合凹溝６１シール本体５５の内径側リング部５２が圧入嵌合される。これによって、シール構造体Ｓを車両用軸継手に装着せきる。

このシール構造体Ｓの装着状態において、外径側リング部５１と内径側リング部５２とが、継手軸方向で重畳した位置に配設される。この実施形態では、外径側リング部５１の軸方向中心線Ｌ１と、内径側リング部５２の軸方向中心線Ｌ２とが一致している。また、内径側リング部５２の軸方向長さを外径側リング部５１の軸方向長さを長くしているので、内径側リング部５２の軸方向外端縁５２ａ及び内側継手部材２６の軸方向外端縁が、外側リング部５１の軸方向外端縁５１ａ及び外側継手部材２３の軸方向外端縁よりも僅かに軸方向外方に突出する状態となる。この実施例形態では軸方向中心線Ｌ１、Ｌ２が一致した例を示したが、外径側リング部５１と内径側リング部５２とが継手軸方向で略同一位置であれば同様のコンパクト化が図れる。また、重畳というのは、外径側リング部５１と内径側リング部５２との軸方向中心線Ｌ１とＬ２とが一致していなくても、外径側リング部５１と内径側リング部５２とが継手軸方向で重なり合っていれば良いので、このような場合でもコンパクト化が充分に図れる。

前記シール構造体Ｓでは、外径側リング部５１と内径側リング部５２とが、継手軸方向で重畳した位置に配設されるものであるので、軸方向のスペースのコンパクト化を図ることができる。このため、このシール構造体Ｓを装着した車両用軸継手のコンパクト化を図ることができる。しかも、外側継手部材２３の開口端部に外径側リング部５１が装着され、内側継手部材２６の開口端部に内径側リング部５１が装着されるとともに、シール構造体全体が簡単構造であり、安定した装着状態を維持でき、高速回転に十分対応できる。また、継手内部のグリースの保持が安定するとともに、埃塵等の継手内部への侵入を有効に防止できる。

外径側リング部５１は外側継手部材２３に対して圧入内嵌され、内径側リング部５２は内側継手部材２６に対して圧入外嵌されるものでは、装着性に優れるとともに、コンパクト化を図ることができる。

図３では、外径側リング部５１を外側継手部材２３に装着される外径側押さえ部材６３にて押さえているとともに、内径側リング部５２を内側継手部材２６に装着される内径側押さえ部材６４にて押さえている。

外径側押さえ部材６３は、外側継手部材２３の外端面に固着される平板リング部６３ａと、この平板リング部６３ａの外径端から軸方向内側に延びる係合部６３ｂとからなる。そして、平板リング部６３ａを外側継手部材２３の外端面２３ａに当接させるともに、係合部６３ｂの外側継手部材２３の軸方向端部外径面に係合させた状態で、ネジ等の固着具を介して平板リング部６３ａを外側継手部材２３の外端面２３ａに固着する。これによって、外径側リング部５１を外側継手部材２３の外端面２３ａに対して押さえた状態に保持できる。

また、内径側押さえ部材６４は内側継手部材２６の外端面２６ａに固着される平板リング部からなり、内径側押さえ部材６４を内側継手部材２６の外端面２６ａに当接させた状態で、ネジ等の固着具を介して、内側継手部材２６の外端面２６ａに固着する。これによって、内径側リング部５２を内側継手部材２６の外端面２６ａに対して押さえた状態に保持できる。

外径側押さえ部材６３及び内径側押さえ部材６４にて押さえられるものでは、より安定してシール構造体Ｓを車両用軸継手の装着でき、長期に渡って安定したシール機能を発揮することができる。

図４は、シール本体５５の連結部５３が蛇腹構造である。すなわち、この場合の連結部５３は、山部６５と谷部６６とが交互に配設されものである。このシール本体５５は、外径側リング部５１と内径側リング部５２の軸方向長さ寸法を同一に設定している。また、この場合も、外径側リング部５１と内径側リング部５２とが、継手軸方向で重畳した位置に配設される。この図４では、外径側リング部５１の軸方向外端縁５１ａと、内径側リング部５２の軸方向内端縁５２ｂとが、継手軸方向の同一位置に配置される。このため、外側継手部材２３の端部材３６の本体部３７の軸方向長さを前記図１に示す端部材３６より短く設定している。

図４に示すように、連結部５３を蛇腹構造とすることによって、車両用軸継手の変動への追従性に優れる。

ところで、前記実施形態では、等速自在継手Ｔとして、ダブルフセットタイプであったが、図５に示すようなクロスグローブタイプの等速自在継手であってもよい。クロスグローブタイプの等速自在継手は、軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝７０ａ、７０ｂを円周方向に沿って交互に形成した外周面７１を有する内側継手部材７２と、軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝７３ａ、７３ｂを円周方向に沿って交互に形成した内周面７４を有する外側継手部材７５と、内側継手部材７２のボール溝７０ａ、７０ｂと外側継手部材７５のボール溝７３ａ、７３ｂとの交差部に組み込んだトルク伝達ボール７６と、内側継手部材７２と外側継手部材と７５の間に介在してトルク伝達部材であるボール７６を円周方向で所定間隔に保持するケージ７７とを有するものである。

図６はボール溝の展開図であって、同図に実線で示すように、内側継手部材７２の軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝７０ａ，７０ｂが円周方向に交互に位置している。また、二点鎖線で示すように、外側継手部材７５の軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝７３ａ、７３ｂが円周方向に交互に位置している。符号βは、軸線に対する各ボール溝７０ａ，７０ｂ，７３ａ、７３ｂの交差角である。

対を成すボール溝７０ａとボール溝７３ａ、またはボール溝７０ｂとボール溝７３ｂの交差部に、トルク伝達ボール７６が組み込まれる。図５に示すように、ここでは内側継手部材７２のボール溝７０ａ，７０ｂと、外側継手部材７５のボール溝７３ａ、７３ｂがそれぞれ６本あり、トルク伝達ボール７６も６個ある。トルク伝達ボール７６は、内側継手部材７２と外側継手部材７５の間に介在されたケージ７７のポケット内に保持されている。

本発明の車両用軸継手は、コンパクトでかつ安定したシール機能を発揮することができる。しかも、ボールタイプの等速自在継手を用いたので、ギヤカップリングにみられる歯うち音や擦れ音がなく、車両全体の振動音を低減させることができる。特に、等速自在継手Ｔに図５と図６に示すようなクロスグルーブタイプの等速自在継手を用いれば、円周方向のガタが生じにくいものとでき、より一層、振動音の低下を図ることができる。

ところで、本発明の車両用軸継手としては、図７に示すような電気自動車に用いられる軸継手８０に使用してもよい。この場合、モータ７０とデフ(デファレンシャル)７１との間に軸継手８０が介在されている。また、デフ７１からは、シャフト７２を介して車輪７３が付設されている。

すなわち、車両用軸継手としては、図７に示すような電気自動車であっても、コンパクトでかつ安定したシール機能を発揮することができる。しかも、ボールタイプの等速自在継手を用いたので、ギヤカップリングにみられる歯うち音や擦れ音がなく、車両全体の振動音を低減させることができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、図１に示すシール構造体では、外径側リング部５１と内径側リング部５２の軸方向長さが相違するものであったが、外径側リング部５１と内径側リング部５２の軸方向長さが同じであってもよい。また、図４に示すように、連結部５４が蛇腹構造からなる場合、図例では、山部６５と谷部６６とがそれぞれ２個ずつであったが、これに限るものではなく、増減は任意である。

等速自在継手Ｔのボール数として、各実施形態では、６個であったが、６個に限ることなく、６個未満であっても、６個を超えるものであってもよい。また、図１では、内側継手部材２６の軸方向外端縁が外側継手部材２３の軸方向外端縁よりも軸方向外方へ突出しているが、このように突出しないものであってもよい。

２３、７５外側継手部材
２６、７２外側継手部材
２７、７６トルク伝達部材（ボール）
２９、７７ケージ
５１外径側リング部
５２内径側リング部
５３連結部
６３外径側押さえ部材
６４内径側押さえ部材

Claims

モータ駆動車両のモータと減速機とを連結する車両用軸継手に配設されるシール構造体であって、
前記車両用軸継手は、外側継手部材と、内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材との間に配設されるトルク伝達部材と、トルク伝達部材を保持するケージとを備えた等速自在継手であり、外側継手部材の開口端部に装着される外径側リング部と、外側継手部材の開口端部の内径側に対向する内側継手部材の開口端部に装着される内径側リング部と、外径側リング部と内径側リング部とを連結する連結部とを備え、外径側リング部と内径側リング部とが、継手軸方向で重畳した位置に配設されることを特徴とするシール構造体。
連結部が蛇腹構造からなることを特徴とする請求項１に記載のシール構造体。
外径側リング部と内径側リング部と連結部とはゴム材料からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシール構造体。
外径側リング部と内径側リング部と連結部とは樹脂材料からなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のシール構造体。
外径側リング部は外側継手部材に対して圧入内嵌され、内径側リング部は内側継手部材に対して圧入外嵌されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項にシール構造体。
外径側リング部が外側継手部材に装着される外径側押さえ部材にて押さえられるとともに、内径側リング部が内側継手部材に装着される内径側押さえ部材にて押さえられることを特徴とする請求項５に記載のシール構造体。
前記請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のシール構造体を用いられることを特徴とする車両用軸継手。