JP2002339943A - 機械の軸構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 疲労によって軸に発生した亀裂が大きく成長
しても、軸そのものが完全に破断することがなく、それ
によって亀裂検出のための点検コストを大幅に削減でき
るようにした、機械の軸構造を提供する。 【解決手段】 車軸１０は、円筒形内周面を有する中空
筒状の外軸２０と、円筒形外周面を有し外軸の中に外軸
に対して同心的に配設された内軸２２と、外軸の円筒形
内周面と内軸の円筒形外周面との間の空間を充填するよ
うに配設されたスリーブ２４とを備え、スリーブは低摩
擦材で形成されている。外軸の円筒形内周面とスリーブ
との間、及び／または、スリーブと内軸の円筒形外周面
との間に作用する摩擦力が、外軸と内軸との間の相対的
な摺動を実質的に許容する程度の小さな摩擦力となるよ
うにしてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械の軸構造に関
する。

【０００２】

【従来の技術】機械に用いられ軸は千差万別であるが、
特に、自動車や鉄道車両をはじめとする様々な車両の車
軸や、各種タービンの回転軸、それに様々な用途に用い
られている動力伝達軸などには、通常、非常に大きな荷
重が作用し、しかも、その荷重が、高い周波数で変動す
る変動成分を含んでいるのが普通である。これらの軸を
設計する際には、このような過酷な荷重条件に耐え得る
剛性及び強度を有するようにせねばならないことはいう
までもないが、その他に、その軸の製作コストに関する
条件や、その軸の寸法（特に軸径）及び質量に関する条
件も満足しなければならない。

【０００３】これらの条件を全て満足することは必ずし
も可能でない。特に、高い周波数で変動する変動成分を
含んでいる大荷重が作用する軸においては、その変動荷
重によって軸に亀裂が発生し、その亀裂が成長して軸の
疲労破壊に至る可能性を皆無にしようとすると、製作コ
ストや寸法及び質量に関する条件を満たし得ないという
ことは、軸の設計に携わる者の頻繁に経験するところで
ある。

【０００４】そのため、製作コストや寸法及び質量に関
する条件を満足するための効果的で実際的な方法とし
て、亀裂の発生を皆無にすることのできる十分な剛性及
び強度を軸に付与するかわりに、軸に発生した亀裂を小
さいうちに検出するという方式が広く採用されており、
それを検出するための様々な非破壊探傷試験方法が提案
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら実際に
は、発生の初期段階の微小な亀裂は、探傷試験を行って
も見落としてしまう確率が高く、一方、亀裂の成長速度
は、その亀裂が大きくなるに従って急速に加速されるた
め、次回の探傷試験を実施するまでの間に亀裂が限度を
超えて成長し、軸が疲労破壊に至ることも珍しくはな
い。これまでに実に多くの探傷試験方法が提案されてお
り、実際の点検作業において、多くの場合、複数の探傷
試験方法が組合せて実行されているが、これらのこと
は、微小な亀裂を検出することがいかに困難であるかを
あらわしている。

【０００６】亀裂の成長速度は、軸の加工不良や、熱処
理による材料の物性変化などによって、幾らでも変化し
得るものであるため、これを確実に所定速度以下に抑え
ることは、事実上不可能である。また、現在用いられて
いる探傷試験方法は、いずれも、検出可能な亀裂の最小
大きさに限度がある。また、軸に特別の加工を施して亀
裂が発生し難くするという方法も用いられており、例え
ば、軸の周面を研磨して応力集中を引き起こす表面傷を
除去したり、軸の周面にショットピーニングを施して残
留圧縮応力を発生させることなどが行われており、それ
らによってかなりの効果が得られるものの、軸の疲労破
壊を完全に防止することは、それでもなお、容易なこと
ではない。

【０００７】本発明はかかる事情に鑑み成されたもので
あり、本発明の目的は、疲労によって軸に発生した亀裂
が大きく成長しても、軸そのものが完全に破断すること
がなく、それによって亀裂検出のための点検コストを大
幅に削減できるようにした、機械の軸構造を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明にかかる機械の軸構造は、円筒形内周面を有
する中空筒状の外軸と、円筒形外周面を有し前記外軸の
中に前記外軸に対して同心的に配設された内軸と、前記
外軸の円筒形内周面と前記内軸の円筒形外周面との間の
空間を充填するように配設された低摩擦材とを備え、前
記外軸の円筒形内周面と前記低摩擦材との間、及び／ま
たは、前記低摩擦材と前記内軸の円筒形外周面との間に
作用する摩擦力が、前記外軸と前記内軸との間の相対的
な摺動を実質的に許容する程度の小さな摩擦力となるよ
うにしたことを特徴とする。

【０００９】かかる機械の軸構造によれば、例えば疲労
によって外軸に発生した亀裂が大きく成長した場合で
も、その亀裂による損傷が外軸に限局され、軸構造の全
体が完全に破断する事態が防止される。そのため、微小
な亀裂を検出する必要性が軽減されることから、亀裂検
出のための点検コストの大幅な削減が可能となる。

【００１０】また、本発明にかかる機械の軸構造は、円
筒形内周面を有する中空筒状の外軸と、円筒形外周面を
有し前記外軸の中に前記外軸に対して同心的に配設され
た内軸とを備え、前記外軸の円筒形内周面と前記内軸の
円筒形外周面とが、潤滑剤の膜を介して密接するように
し、前記外軸の円筒形内周面と前記内軸の円筒形外周面
との間に作用する摩擦力が、前記外軸と前記内軸との間
の相対的な摺動を実質的に許容する程度の小さな摩擦力
となるようにしたことを特徴とする。

【００１１】また、本発明にかかる機械の軸構造は、円
筒形内周面を有する中空筒状の外軸と、円筒形外周面と
円筒形内周面とを有し前記外軸の中に前記外軸に対して
同心的に配設された中空筒状の中間軸と、円筒形外周面
を有し前記中間軸の中に前記外軸及び前記中間軸に対し
て同心的に配設された内軸と、前記外軸の円筒形内周面
と前記中間軸の円筒形外周面との間の空間を充填するよ
うに配設された第１低摩擦材と、前記中間軸の円筒形内
周面と前記内軸の円筒形外周面との間の空間を充填する
ように配設された第２低摩擦材とを備え、前記外軸の円
筒形内周面と前記第１低摩擦材との間、及び／または、
前記第１低摩擦材と前記中間軸の円筒形外周面との間に
作用する摩擦力が、前記外軸と前記中間軸との間の相対
的な摺動を実質的に許容する程度の小さな摩擦力となる
ようにし、前記中間軸の円筒形内周面と前記第２低摩擦
材との間、及び／または、前記第２低摩擦材と前記内軸
の円筒形外周面との間に作用する摩擦力が、前記中間軸
と前記内軸との間の相対的な摺動を実質的に許容する程
度の小さな摩擦力となるようにしたことを特徴とする。

【００１２】また、本発明にかかる機械の軸構造は、円
筒形内周面を有する中空筒状の外軸と、各々が円筒形外
周面と円筒形外周面とを有し互いに入れ子式に重ねられ
前記外軸の中に前記外軸に対して同心的に配設された中
空筒状の複数の中間軸と、円筒形外周面を有し前記中間
軸の中に前記外軸及び前記中間軸に対して同心的に配設
された内軸と、前記外軸の円筒形内周面と前記複数の中
間軸のうちの最も外側の中間軸の円筒形外周面との間の
空間を充填するように配設された第１低摩擦材と、前記
複数の中間軸のうちの最も内側の中間軸の円筒形内周面
と前記内軸の円筒形外周面との間の空間を充填するよう
に配設された第２低摩擦材と、前記複数の中間軸のうち
の隣り合う２つの中間軸の一方の円筒形内周面と他方の
円筒形外周面との間の空間を充填するように配設された
更なる低摩擦材とを備え、前記外軸の円筒形内周面と前
記第１低摩擦材との間、及び／または、前記第１低摩擦
材と前記最も外側の中間軸の円筒形外周面との間に作用
する摩擦力が、前記外軸と前記最も外側の中間軸との間
の相対的な摺動を実質的に許容する程度の小さな摩擦力
となるようにし、前記最も内側の中間軸の円筒形内周面
と前記第２低摩擦材との間、及び／または、前記第２低
摩擦材と前記内軸の円筒形外周面との間に作用する摩擦
力が、前記最も内側の中間軸と前記内軸との間の相対的
な摺動を実質的に許容する程度の小さな摩擦力となるよ
うにし、前記隣り合う２つの中間軸のうちの一方の円筒
形内周面と前記更なる低摩擦材との間、及び／または、
前記更なる低摩擦材と前記隣り合う２つの中間軸のうち
の他方の円筒形外周面との間に作用する摩擦力が、前記
隣り合う２つの中間軸の間の相対的な摺動を実質的に許
容する程度の小さな摩擦力となるようにしたことを特徴
とする。

【００１３】以上に列挙した、低摩擦材を使用せずに外
軸と内軸とを潤滑剤の膜だけを介して密接させるように
した軸構造や、外軸と内軸との間に中間軸を配設した三
重構造の軸構造、それに、外軸と内軸との間に複数の中
間軸を配設した四重構造以上の多重構造の軸構造によっ
ても、先に述べた二重構造の軸構造と同様の作用及び効
果が得られ、それら軸構造のうちから、具体的な軸の用
途に応じた最適な構造を選択して用いるようにすればよ
い。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しつつ説明して行く。図１は、本発明の
第１の好適な実施の形態にかかる機械の軸構造を用いた
車軸の断面部分図、図２は、本発明の第２の好適な実施
の形態にかかる機械の軸構造を用いた動力伝達軸の断面
部分図、図３は、本発明の第３の好適な実施の形態にか
かる機械の軸構造を用いた動力伝達軸の断面部分図であ
る。

【００１５】図１に示した車軸１０は、軌道上を走行す
る車輪を支持する車軸であり、本発明の第１の好適な実
施の形態にかかる機械の軸構造を用いて構成されてい
る。車軸１０は、ブラケット１２を介して車体１４に固
定されており、この車軸１０の各端部（ただし図１には
一方の端部だけを示した）には、一対のベアリング１６
を介して車輪１８のハブが支持されている。

【００１６】車軸１０は、中空筒状の外軸２０と、この
外軸２０の中にこの外軸２０に対して同心的に配設され
た内軸２２とを備えた二重構造であり、外軸２０と内軸
２２との間に、フッ素樹脂製のスリーブ２４が配設され
ている。内軸２２は中空軸であってもよく、中実軸であ
ってもよい。

【００１７】外軸２０は中空筒状であるため、円筒形内
周面を有する。一方、内軸２２は、円筒形外周面を有す
る。スリーブ２４は、外軸２０の円筒形内周面と内軸２
２の円筒形外周面との間の空間を充填するように配設さ
れている。より詳しくは、スリーブ２４は直円筒形状で
あり、外軸２０の円筒形内周面と密接する円筒形外周面
と、内軸２２の円筒形外周面と密接する円筒形内周面と
を有し、スリーブ２４の外周面と外軸２０の内周面との
間も、また、スリーブ２４の内周面と内軸２２の外周面
との間も、いずれも実質的に密接状態となるようにして
ある。それらを実質的に密接状態とするには、スリーブ
２４と外軸２０との嵌め合い、及び、スリーブ２４と内
軸２２との嵌め合いを、隙間が十分に小さい隙間嵌めと
するか、或いは、嵌め代が十分に小さい締り嵌めとすれ
ばよい。ここで、締り嵌めとする場合の嵌め代を小さく
するのは、摩擦力を小さくするためであり、これについ
て以下に説明する。尚、スリーブ２４の材料はフッ素樹
脂に限られず、その他の適当な低摩擦材を用いることも
可能であるが、ただしフッ素樹脂は、強度及び耐熱性に
優れていることから好適な材料であるといえる。また、
スリーブ２４の円筒形外周面と円筒形内周面とは、それ
らの軸心が高精度で一致するように、精度よく形成して
ある。

【００１８】また、外軸２０の内周面とスリーブ２４の
外周面との間、及び／または、スリーブ２４の内周面と
内軸２２の外周面との間に作用する摩擦力が、外軸２０
と内軸２２との間の相対的な摺動を実質的に許容する程
度の小さな摩擦力となるようにしている。図１の実施の
形態では、フッ素樹脂製のスリーブ２４を使用すること
でこれを達成しているが、必要とあらば、更に、スリー
ブ２４の外周面と外軸２０の内周面との間や、スリーブ
２４の内周面と内軸２２の外周面との間に、潤滑剤を塗
布するようにしてもよい。

【００１９】また、図１の実施の形態において、スリー
ブ２４を用いる代わりに、外軸２０の円筒形内周面と内
軸２２の円筒形外周面との少なくとも一方に、例えばフ
ッ素樹脂等の低摩擦樹脂材料のコート層を形成するよう
にしてもよく、それによっても、スリーブ２４を使用し
た場合と同様の作用及び効果を得ることができる。

【００２０】内軸２２の両端部には、各々、雄ネジ部２
６が形成されており、この雄ネジ部２６に螺合させたフ
ランジ付きナット２８のフランジ部が、低摩擦材で形成
したワッシャ３０を介して外軸２０の端部に当接するこ
とによって、外軸２０の内軸２２に対する相対的な軸心
方向の移動が規制されている。ここで、フランジ付きナ
ット２８のフランジ部から外軸２０の端部へは、予荷重
が作用しているが、ワッシャ３０が低摩擦材で形成され
ているため、この予荷重によって発生する摩擦力は十分
に小さい。また、フランジ付きナット２８は、緩み止め
のための割ピン３２によって、雄ネジ部２６上に固定さ
れている。

【００２１】外軸２０と内軸２２とは同一の鋼材料で形
成されている。外軸２０と内軸２２とを同一材料で形成
することは必須要件ではないが、それらを実質的に同一
の金属材料で形成することによって、後述するように幾
つかの利点が得られる。

【００２２】以上の構成では、車軸１０に対して大きな
曲げ荷重が作用すると共に、更に、車輪１８に作用する
横力が伝達されることによって、車軸１０に対して軸心
方向の圧縮荷重や引張荷重も作用する。一方、この構成
では、車軸１０に対してねじり荷重は殆ど作用しない。

【００２３】車軸１０に作用する曲げ荷重は、外軸２０
と内軸２２とによって分担される。外軸２０と内軸２２
とは、スリーブ２４を間に挟んで密着した状態にあるた
め、曲げ荷重を受けて車軸１０が曲げ変形したときの、
外軸２０の曲げ変形の曲率と内軸２２の曲げ変形の曲率
とは、略々等しい。従って、その曲げ変形に伴って発生
する、局部的な圧縮歪み、引張歪み、及び剪断歪みは、
車軸１０の中心に近い内軸２２に発生するものよりも、
車軸１０の中心から遠い外軸２０に発生するものの方が
はるかに大きくなる。それゆえ、外軸２０と内軸２２と
が実質的に同一の金属材料で形成されている場合には、
内軸２２に応力集中の原因となる表面傷があるなどの特
別の事情がない限り、疲労によって亀裂が発生する確率
は、外軸２０の方が内軸２２よりはるかに大きく、例え
ば、図１に矢印ＣＲで示した外軸２０の外周面の箇所な
どに、亀裂が高い確率で発生する傾向がある。

【００２４】図１の実施の形態では内軸２２の剛性及び
強度を、外軸２０が破断した場合でも、内軸２２だけで
車輪１８を確実に保持することのできる剛性及び強度に
してあり、換言するならば、外軸２０が破断した場合で
も、内軸２２だけで車軸としての機能を維持し得る剛性
及び強度にしてある。これに関して、本発明のような二
重構造ではない従来の単純構造の車軸は、破断したなら
ば車軸としての機能が失われるため、車軸に発生した亀
裂を、まだ微小なうちに検出することが極めて重要であ
り、そのために多大の点検コストを要していた。また、
多大の点検コストを費やしているにもかかわらず、点検
時に亀裂を見落としてしまい、次回の点検までの間に車
軸が破断してしまうこともまれではなかった。これに対
して、本発明にかかる二重構造の車軸では、外軸２０が
破断した場合でも、内軸２２だけで車軸としての機能が
維持されるため、微小な亀裂を検出する必要性が軽減さ
れており、従って、亀裂検出のための点検コストを大幅
に削減することが可能となっている。

【００２５】更に、図１の実施の形態において、外軸２
０の剛性及び強度も、内軸２２が破断した場合に、外軸
２０だけで車輪１８を確実に保持することのできる剛性
及び強度にしておくのもよい。既述の如く、内軸２２に
亀裂が発生する確率は、外軸２０に亀裂が発生する確率
よりはるかに小さいため、内軸２２の外周面に表面傷等
が存在しなければ、内軸２２だけが破断することは殆ど
あり得ないが、そのようにしておけば、内軸２２の亀裂
を検出するための点検コストも削減することが可能にな
る。

【００２６】本発明にかかる機械の軸構造においては、
以上に説明したように、軸の疲労破壊に対処するための
点検コストを大幅に削減し得るということが、特に大き
な利点となっているが、そればかりでなく、本発明にか
かる機械の軸構造は更に、軸のねじり剛性や、圧縮剛性
ないし引張剛性を、曲げ剛性から高度に独立させて設定
し得るという利点や、振動を好適に吸収し得るという利
点をも提供するものとなっている。これらの利点につい
て理解を容易にするために、これより本発明の第２の実
施の形態及び第３の実施の形態について説明する。

【００２７】図２及び図３に示した動力伝達軸５０及び
５０’は、それらの構造の大部分が同一であるため、同
一部分ないし対応部分には、同一の参照番号を付して、
まとめて説明することにする。これら動力伝達軸５０及
び５０’は、一端から他端へトルクを伝達するための軸
であり、夫々、本発明の第２の実施の形態にかかる機械
の軸構造と、本発明の第３の実施の形態にかかる機械の
軸構造とを用いて構成されている。

【００２８】動力伝達軸５０、５０’は、中空筒状の外
軸６０と、この外軸６０の中にこの外軸６０に対して同
心的に配設された内軸６２とを備えた二重構造であり、
外軸６０と内軸６２との間に、フッ素樹脂製のスリーブ
６４が配設されている。動力伝達軸５０、５０’の各端
部には、キー５２、５４を介して軸継手５６、５８が結
合されており、それら軸継手５６、５８は、外軸６０に
取付けられている。

【００２９】スリーブ６４は、図１のスリーブ２４と同
様に形成されており、このスリーブ６４の外周面と外軸
６０の内周面との間も、また、このスリーブ６４の内周
面と内軸６２の外周面との間も、いずれも実質的に密接
状態となるようにしてある。更に、上述の図１の軸構造
と同様に、外軸６０の内周面とスリーブ６４の外周面と
の間、及び／または、スリーブ６４の内周面と内軸６２
の外周面との間に作用する摩擦力が、外軸６０と内軸６
２との間の相対的な摺動を実質的に許容する程度の小さ
な摩擦力となるようにしてある。

【００３０】動力伝達軸５０、５０’の図中左側の端部
においては、外軸６０の端部と内軸６２の端部とが、内
軸６２を横断して貫通するピン７０によって固定結合さ
れており、ここでいう固定結合とは、相対回転不能であ
ってしかも軸心方向にも相対移動不能であるという意味
である。

【００３１】図２の動力伝達軸５０では、その図中右側
の端部において、外軸６０の端部と内軸６２の端部とは
結合させておらず、従って、動力伝達軸５０の図中右側
の端部では、外軸６０と内軸６２とは、相対回転可能で
あってしかも軸心方向にも相対移動可能な状態となって
いる。

【００３２】一方、図３の動力伝達軸５０’では、その
図中右側の端部において、外軸６０の端部と内軸６２の
端部とが、内軸６２に固定された滑りキー７２によっ
て、相対回転は不能であるが、軸心方向には相対移動可
能に結合されている。

【００３３】図２の動力伝達軸５０と図３の動力伝達軸
５０’とを比較したとき、外軸６０と内軸６２の両方が
動力伝達軸５０、５０’の曲げ剛性に寄与しているとい
う点では、それらは共通している。一方、図２の動力伝
達軸５０では、外軸６０だけがこの動力伝達軸５０のね
じり剛性に寄与しているのに対して、図３の動力伝達軸
５０’では、外軸６０と内軸６２の両方がこの動力伝達
軸５０’のねじり剛性に寄与している。

【００３４】従って、従来の単純構造の軸では、大きな
曲げ剛性を付与するために軸径を大きく設計した場合に
は、それに伴ってねじり剛性も大きなものとならざるを
得なかったが、本発明によれば、軸の一端部において、
外軸６０と内軸６２とを結合するか否か、ないしは、そ
の結合の形態をどのようにするかを選択することによっ
て、内軸６２をねじり剛性に寄与させるか否かを選択す
ることができる。より具体的には、図２の軸構造を選択
することにより、動力伝達軸５０の曲げ剛性を大きなも
のとしつつ、そのねじり剛性を小さく設定することがで
きる。そして、そうすることによって、例えば、動力伝
達軸５０の入力側の端部の回転速度が変動成分を含んで
いる場合に、動力伝達軸５０がねじれ変形することで、
その変動成分を効果的に吸収することも可能となる。

【００３５】また、図２の動力伝達軸５０において、外
軸６０と内軸６２とで材料を異ならせることによって、
この動力伝達軸５０の曲げ剛性とねじり剛性との独立性
を更に高めることができる。またその場合に、外軸６０
の材料として、大きな振動減衰特性を有する材料を用い
ることによって、回転速度の変動成分を更に良好に除去
することも可能になる。

【００３６】更に、図２及び図３の軸構造では、動力伝
達軸５０、５０’の軸心方向の圧縮剛性及び引張剛性に
寄与するのは外軸６０だけであるのに対して、図１の軸
構造では、内軸５２が、車軸１０の引張剛性に寄与する
構成となっている（ただし、圧縮剛性には寄与しな
い）。これは、外軸５０の両端をフランジ付きナット２
８で挟持することによって、外軸５０の端部と内軸５２
の端部とを、軸心方向の一方の方向にのみ係合するよう
な結合関係にしていることによるものである。

【００３７】このように、互いに対応する外軸の端部と
内軸の端部とを様々な結合形態で結合することによっ
て、また、場合によってはそれらを結合させないままに
しておくことによって、軸構造の曲げ剛性、ねじり剛
性、圧縮剛性、及び引張剛性を、高度の独立性をもって
様々に設定することができる。また、軸によって支持す
る車輪等の部材や、軸に結合する軸継手等の部材を、外
軸と内軸のどちらに支持ないし結合するかを選択するこ
とによっても、軸構造の特性を様々に設定することがで
きる。更には、中間軸を使用する場合には、それら部材
を中間軸に支持ないし結合することも選択肢となり得
る。

【００３８】特に、軸構造に衝撃荷重が作用する場合に
は、その衝撃荷重に対する軸構造の剛性を意図的に小さ
く設計することによって、その衝撃荷重によって発生す
る瞬間的な応力を吸収できるような軸構造とすること
で、大きな利点が得られる。

【００３９】本発明のその他の好適な実施の形態とし
て、図１、図２、及び図３の構成におけるスリーブ２
４、６４も、また、それらスリーブに代わる前述のコー
ト膜も使用せずに、外軸２０、６０の内周面と、内軸２
２、６２の外周面とを十分に滑らかに研磨して、潤滑剤
を塗布した上で、それらを密接させるような構成とする
ことも可能である。そのような実施の形態の一例は、例
えば、円筒形内周面を有する中空筒状の外軸と、円筒形
外周面を有し外軸の中に外軸に対して同心的に配設され
た内軸とを備え、外軸の円筒形内周面と内軸の円筒形外
周面とが、潤滑剤の膜を介して密接するようにし、更
に、外軸の円筒形内周面と内軸の円筒形外周面との間に
作用する摩擦力が、外軸と内軸との間の相対的な摺動を
実質的に許容する程度の小さな摩擦力となるようにした
ものである。

【００４０】本発明の更にその他の好適な実施の形態と
して、図１〜図３に示した外軸と内軸とから成る二重構
造の軸構造を更に発展させて、三重構造の軸構造とする
ことも可能である。そのような実施の形態の一例は、例
えば、円筒形内周面を有する中空筒状の外軸と、円筒形
外周面と円筒形外周面とを有し外軸の中に外軸に対して
同心的に配設された中空筒状の中間軸と、円筒形外周面
を有し中間軸の中に外軸及び中間軸に対して同心的に配
設された内軸とを備え、更に、外軸の円筒形内周面と中
間軸の円筒形外周面との間の空間を充填するように配設
された第１低摩擦材と、中間軸の円筒形内周面と内軸の
円筒形外周面との間の空間を充填するように配設された
第２低摩擦材とを備えたものである。そして、外軸の円
筒形内周面と第１低摩擦材との間、及び／または、第１
低摩擦材と中間軸の円筒形外周面との間に作用する摩擦
力が、外軸と中間軸との間の相対的な摺動を実質的に許
容する程度の小さな摩擦力となるようにし、また、中間
軸の円筒形内周面と第２低摩擦材との間、及び／また
は、第２低摩擦材と内軸の円筒形外周面との間に作用す
る摩擦力が、中間軸と内軸との間の相対的な摺動を実質
的に許容する程度の小さな摩擦力となるようにしたもの
である。

【００４１】更に、互いに入れ子式に重ねた複数の中間
軸を用いることによって、四重構造以上の多重構造の軸
構造とすることも可能である。そのような実施の形態の
一例は、例えば、円筒形内周面を有する中空筒状の外軸
と、各々が円筒形外周面と円筒形内周面とを有し互いに
入れ子式に重ねられ外軸の中に外軸に対して同心的に配
設された中空筒状の複数の中間軸と、円筒形外周面を有
し中間軸の中に外軸及び中間軸に対して同心的に配設さ
れた内軸とを備え、更に、外軸の円筒形内周面と複数の
中間軸のうちの最も外側の中間軸の円筒形外周面との間
の空間を充填するように配設された第１低摩擦材と、複
数の中間軸のうちの最も内側の中間軸の円筒形内周面と
内軸の円筒形外周面との間の空間を充填するように配設
された第２低摩擦材と、複数の中間軸のうちの隣り合う
２つの中間軸の一方の円筒形内周面と他方の円筒形外周
面との間の空間を充填するように配設された更なる低摩
擦材とを備えたものである。そして、外軸の円筒形内周
面と第１低摩擦材との間、及び／または、第１低摩擦材
と最も外側の中間軸の円筒形外周面との間に作用する摩
擦力が、外軸と最も外側の中間軸との間の相対的な摺動
を実質的に許容する程度の小さな摩擦力となるように
し、最も内側の中間軸の円筒形内周面と第２低摩擦材と
の間、及び／または、第２低摩擦材と内軸の円筒形外周
面との間に作用する摩擦力が、最も内側の中間軸と内軸
との間の相対的な摺動を実質的に許容する程度の小さな
摩擦力となるようにし、隣り合う２つの中間軸のうちの
一方の円筒形内周面と更なる低摩擦材との間、及び／ま
たは、更なる低摩擦材と隣り合う２つの中間軸のうちの
他方の円筒形外周面との間に作用する摩擦力が、隣り合
う２つの中間軸の間の相対的な摺動を実質的に許容する
程度の小さな摩擦力となるようにしたものである。

【００４２】以上に例示した三重構造の軸構造や、四重
構造以上の多重構造の軸構造においても、使用する低摩
擦材は、図１〜図３に示した二重構造の軸構造の場合と
同様に、スリーブとして形成したものでもよく、また、
外軸、内軸、ないしは中間軸の外周面ないし内周面にコ
ート層として形成したものでもよい。また、本発明の軸
構造に使用することのできる低摩擦材は、先に例示した
フッ素樹脂等の低摩擦樹脂材料に限られず、砲金をはじ
めとする適当な金属材料に適当な潤滑剤を塗布したもの
を低摩擦材として使用することも可能であり、潤滑剤を
含浸させたオイルレスメタルを使用するようにしてもよ
い。更に、在来の様々な複合材料のうちにも、本発明に
かかる軸構造の低摩擦材として好適に使用し得るものが
ある。

【００４３】また、以上に例示した三重構造の軸構造
や、四重構造以上の多重構造の軸構造において、外軸と
中間軸との間、中間軸どうしの間、それに、中間軸と内
軸との間に低摩擦材を使用する代わりに、対向する外周
面と内周面とを十分に滑らかに研磨して、潤滑剤を塗布
した上で、それらを密接させるような構成とすることも
可能である。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
にかかる機械の軸構造は、円筒形内周面を有する中空筒
状の外軸と、円筒形外周面を有し外軸の中に外軸に対し
て同心的に配設された内軸とを備えた二重構造の軸構
造、ないしは、それら外軸と内軸との間に更に１つまた
は複数の中間軸を介在させた多重構造の軸構造としたも
のである。そのため、例えば外軸に亀裂が発生して大き
く成長した場合でも、その亀裂が外軸に限局されるた
め、軸構造の全体が完全に破断することがない。これに
よって、微小な亀裂を検出する必要性が軽減されてお
り、亀裂検出のための点検コストを削減し得るという効
果が得られている。また更に、外軸の端部と内軸の端部
との結合形態を適切に選択することによって、軸構造の
曲げ剛性、ねじり剛性、圧縮剛性、ないしは引張剛性
を、互いの間に高度の独立性をもって好適に設定するこ
とができるという効果も得られている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の好適な実施の形態にかかる機械
の軸構造を用いた車軸の断面部分図である。

【図２】本発明の第２の好適な実施の形態にかかる機械
の軸構造を用いた動力伝達軸の断面部分図である。

【図３】本発明の第３の好適な実施の形態にかかる機械
の軸構造を用いた動力伝達軸の断面部分図である。

【符号の説明】 １０ 車軸 ２０ 外軸 ２２ 内軸 ２４ スリーブ（低摩擦材） ５０、５０’ 動力伝達軸 ６０ 外軸 ６２ 内軸 ６４ スリーブ（低摩擦材）

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒形内周面を有する中空筒状の外軸
   と、 円筒形外周面を有し前記外軸の中に前記外軸に対して同
   心的に配設された内軸と、 前記外軸の円筒形内周面と前記内軸の円筒形外周面との
   間の空間を充填するように配設された低摩擦材とを備
   え、 前記外軸の円筒形内周面と前記低摩擦材との間、及び／
   または、前記低摩擦材と前記内軸の円筒形外周面との間
   に作用する摩擦力が、前記外軸と前記内軸との間の相対
   的な摺動を実質的に許容する程度の小さな摩擦力となる
   ようにした、 ことを特徴とする機械の軸構造。
2. 【請求項２】 前記低摩擦材が、前記外軸の円筒形内周
   面と密接する円筒形外周面と、前記内軸の円筒形外周面
   と密接する円筒形内周面とを有する低摩擦樹脂材料のス
   リーブから成ることを特徴とする請求項１記載の機械の
   軸構造。
3. 【請求項３】 前記低摩擦材が、前記外軸の円筒形内周
   面と前記内軸の円筒形外周面との少なくとも一方に形成
   された低摩擦樹脂材料のコート層から成ることを特徴と
   する請求項１記載の機械の軸構造。
4. 【請求項４】 前記低摩擦樹脂材料がフッ素樹脂から成
   ることを特徴とする請求項２又は３記載の機械の軸構
   造。
5. 【請求項５】 前記内軸の剛性及び強度を、前記外軸が
   破断した場合でも、前記内軸だけで軸としての機能を維
   持し得る剛性及び強度としてあることを特徴とする請求
   項１記載の機械の軸構造。
6. 【請求項６】 前記外軸と前記内軸とが、実質的に同一
   の金属材料で製作されていることを特徴とする請求項１
   記載の機械の軸構造。
7. 【請求項７】 互いに対応する前記外軸の一端部と前記
   内軸の一端部とが、相対回転可能で軸心方向に相対移動
   不能に結合されていることを特徴とする請求項１乃至６
   の何れか１項記載の機械の軸構造。
8. 【請求項８】 互いに対応する前記外軸の一端部と前記
   内軸の一端部とが、固定結合されていることを特徴とす
   る請求項１乃至６の何れか１項記載の機械の軸構造。
9. 【請求項９】 互いに対応する前記外軸の一端部と前記
   内軸の一端部とが、相対回転不能で軸心方向に相対移動
   可能に結合されていることを特徴とする請求項１乃至６
   の何れか１項記載の機械の軸構造。
10. 【請求項１０】 円筒形内周面を有する中空筒状の外軸
    と、 円筒形外周面を有し前記外軸の中に前記外軸に対して同
    心的に配設された内軸とを備え、 前記外軸の円筒形内周面と前記内軸の円筒形外周面と
    が、潤滑剤の膜を介して密接するようにし、 前記外軸の円筒形内周面と前記内軸の円筒形外周面との
    間に作用する摩擦力が、前記外軸と前記内軸との間の相
    対的な摺動を実質的に許容する程度の小さな摩擦力とな
    るようにした、 ことを特徴とする機械の軸構造。
11. 【請求項１１】 円筒形内周面を有する中空筒状の外軸
    と、 円筒形外周面と円筒形外周面とを有し前記外軸の中に前
    記外軸に対して同心的に配設された中空筒状の中間軸
    と、 円筒形外周面を有し前記中間軸の中に前記外軸及び前記
    中間軸に対して同心的に配設された内軸と、 前記外軸の円筒形内周面と前記中間軸の円筒形外周面と
    の間の空間を充填するように配設された第１低摩擦材
    と、 前記中間軸の円筒形内周面と前記内軸の円筒形外周面と
    の間の空間を充填するように配設された第２低摩擦材と
    を備え、 前記外軸の円筒形内周面と前記第１低摩擦材との間、及
    び／または、前記第１低摩擦材と前記中間軸の円筒形外
    周面との間に作用する摩擦力が、前記外軸と前記中間軸
    との間の相対的な摺動を実質的に許容する程度の小さな
    摩擦力となるようにし、 前記中間軸の円筒形内周面と前記第２低摩擦材との間、
    及び／または、前記第２低摩擦材と前記内軸の円筒形外
    周面との間に作用する摩擦力が、前記中間軸と前記内軸
    との間の相対的な摺動を実質的に許容する程度の小さな
    摩擦力となるようにした、 ことを特徴とする機械の軸構造。
12. 【請求項１２】 円筒形内周面を有する中空筒状の外軸
    と、 各々が円筒形外周面と円筒形内周面とを有し互いに入れ
    子式に重ねられ前記外軸の中に前記外軸に対して同心的
    に配設された中空筒状の複数の中間軸と、 円筒形外周面を有し前記中間軸の中に前記外軸及び前記
    中間軸に対して同心的に配設された内軸と、 前記外軸の円筒形内周面と前記複数の中間軸のうちの最
    も外側の中間軸の円筒形外周面との間の空間を充填する
    ように配設された第１低摩擦材と、 前記複数の中間軸のうちの最も内側の中間軸の円筒形内
    周面と前記内軸の円筒形外周面との間の空間を充填する
    ように配設された第２低摩擦材と、 前記複数の中間軸のうちの隣り合う２つの中間軸の一方
    の円筒形内周面と他方の円筒形外周面との間の空間を充
    填するように配設された更なる低摩擦材とを備え、 前記外軸の円筒形内周面と前記第１低摩擦材との間、及
    び／または、前記第１低摩擦材と前記最も外側の中間軸
    の円筒形外周面との間に作用する摩擦力が、前記外軸と
    前記最も外側の中間軸との間の相対的な摺動を実質的に
    許容する程度の小さな摩擦力となるようにし、 前記最も内側の中間軸の円筒形内周面と前記第２低摩擦
    材との間、及び／または、前記第２低摩擦材と前記内軸
    の円筒形外周面との間に作用する摩擦力が、前記最も内
    側の中間軸と前記内軸との間の相対的な摺動を実質的に
    許容する程度の小さな摩擦力となるようにし、 前記隣り合う２つの中間軸のうちの一方の円筒形内周面
    と前記更なる低摩擦材との間、及び／または、前記更な
    る低摩擦材と前記隣り合う２つの中間軸のうちの他方の
    円筒形外周面との間に作用する摩擦力が、前記隣り合う
    ２つの中間軸の間の相対的な摺動を実質的に許容する程
    度の小さな摩擦力となるようにした、 ことを特徴とする機械の軸構造。