JP2006083962A - 車両用軸継手 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ駆動車両の振動音を低減させる。
【解決手段】車両の駆動用モータと減速機を連結する車両用軸継手としてトルク伝達ボールを有する摺動式等速ジョイントを採用する。たとえば、一対のクロスグルーブジョイント16を使用し、一方のクロスグルーブジョイント16の内輪20をモータの出力軸と接続し、他方のクロスグルーブジョイント16の内輪20を減速機の入力軸と接続し、一方のクロスグルーブジョイント16の外輪30と他方16のクロスグルーブジョイント16の外輪30とを一体化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータ駆動車両における駆動用モータの出力軸と減速機とを連結するために用いる車両用軸継手に関し、鉄道車両、建設車両、電気自動車等において利用することができる。

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（特開平１０−８９３７１号公報参照）。

図１０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、ギヤカップリング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。

ギヤカップリング１は、図１１に示すように、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。
実公平０７−０４７６１９号公報 特開平１０−０８９３７１号公報

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る。

本発明は、鉄道車両等の更なる静粛性向上のため、モータと減速機を連結する軸継手として、回転方向ガタがなく、しかも角度付与時にトルク伝達部材が転がり運動できる例えばクロスグルーブタイプの等速ジョイントを採用したものである。

すなわち、本発明は、モータ駆動車両のモータと減速機を連結する軸継手において、モータの出力軸と減速機の入力軸とをトルク伝達ボールを有する摺動式等速ジョイントにより連結したことを特徴とする。

トルク伝達ボールを有する摺動式等速ジョイントとしてはクロスグルーブジョイントあるいはダブルオフセットジョイントを挙げることができる。

クロスグルーブジョイントは、軸線に対して角度をなすトラックを外周面に形成した内輪と、前記内輪のトラック溝とは逆方向に軸線に対して角度をなすトラックを内周面に形成した外輪と、対をなす前記内輪のトラックと前記外輪のトラックが交差する位置に組み込んだトルク伝達ボールと、前記内輪の外周面と前記外輪の内周面との間に介在して前記トルク伝達ボールを保持するケージとを有する。一対のクロスグルーブジョイントを使用し、一方のクロスグルーブジョイントの内輪を前記モータの出力軸と接続し、他方のクロスグルーブジョイントの内輪を前記減速機の入力軸と接続し、一方のクロスグルーブジョイントの外輪と他方のクロスグルーブジョイントの外輪とを一体化してもよい。

クロスグルーブジョイントのトラック交差角は３°以上１６°以下の範囲が好ましい。

クロスグルーブジョイントのトルク伝達ボールの数は１０以上１８以下の範囲が好ましい。

鉄道車両に適用する場合、一方のクロスグルーブジョイントの外輪と他方のクロスグルーブジョイントの外輪との間に絶縁プレートを介在させてもよい。

鉄道車両等のモータ駆動車両において、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することにより、従来のギヤカップリングに見られる歯打ち音や擦れ音がなく、車両全体の振動音が低減する。

以下、図面に従って本発明の実施の形態を説明する。

まず、図１に示す実施の形態について説明する。ここで、図１は縦断面図、図２は図１のII−II矢視図、図３は斜視図である。なお、図３は、一部をカットしたほか、仕切り板
やボルト・ナット、密封装置等を取り外した状態を示している。

この実施の形態はクロスグルーブジョイントを使用したものである。すなわち、この軸継手は一対のクロスグルーブジョイント１６で構成され、各クロスグルーブジョイント１６は、内輪２０と、外輪３０と、ボール４０と、ケージ５０を主要な構成要素としている。

内輪２０は外周面に複数のトラック２２を有し、中心部にテーパ孔２６を有する。内輪２０はテーパ孔２６にて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と、キーによりトルク伝達可能に嵌合する。図示は省略したが、テーパ軸の端部にはおねじ部を有し、ナットで締結するようになっている。内輪２０は既存のモータと減速機軸との接続に必要なはめ合い長さとし、組み込み性を考慮してケージ５０に対し軸方向に分離できるタイプとしてある。すなわち、内輪２０の最大外径がケージ５０の最小内径より小さい。内輪２０のトラック２２の両側に、サークリップ２４が装着してある。このサークリップ２４は、ケージ５０と内輪２０およびボール４０（カセット）を外輪３０と組み込んだ後、カセットが分離しないようにするためのストッパーとして機能する。なお、サークリップ２４は外輪３０に装着するようにしてもよい。

通常、クロスグルーブジョイントはトルク伝達ボールが６個で、内輪にスプライン孔を有し、これにはめ合うスプライン軸で一対となった自在軸継手として自動車のプロペラシャフトやドライブシャフトに採用されている。しかし、軸継手として鉄道車両のモータと減速機との連結に適用する場合、スプライン軸に比べ相当量の大きさの軸径になっており、自動車のプロペラシャフトやドライブシャフトに使用されるクロスグルーブジョイントの形態では内輪を直接モータ軸や減速機軸に取り付けることができない。そのため、ここでは、既存のモータ軸および減速機軸との接合を可能とするため、ボール４０のピッチ円径を大きくするとともにボール数を増やし、ギヤカップリングの外歯歯車に相当する内輪２０にキー溝付きテーパ穴２６を設けた構成としたものである。もちろん、このような制約がない場合には通常のスプライン嵌合を採用してもよい。

外輪３０は、内輪２０の外周に位置し、内周面に内輪２０のトラック２２と同数のトラック３２が形成してある。図４に示すように、内輪２０のトラック２２と外輪３０のトラック３２は軸線に対して反対方向に角度をなしている。各トラック２２，３２が軸線に対してなす角（以下、トラック交差角という。）を図４では符号αで示してある。そして、対をなす内輪２０のトラック２２と外輪３０のトラック３２との交差部にボール４０が組み込んである。内輪２０の外周面と外輪３０の内周面との間にケージ５０が介在する。ケージ５０は、円周方向の等間隔位置に、ボール４０を保持するためのポケット５２を有する。

トルク伝達ボール４０の数および内外輪２０，３０のトラック２２，３２のトラック交差角αについては、モータ出力とクロスグルーブジョイント１６の負荷容量および取り付け軸の大きさとのバランスで、ボール数１４個、トラックの角度１０°を例として挙げることができるが、ボール数は１０〜１８個、トラック交差角αは３〜１６°の範囲内が好ましい。

軸継手の内部空間には潤滑剤が充填される。潤滑剤は、自動車用プロペラシャフトやドライブシャフトの場合と同様にグリースを使用するほか、ギヤオイルでもよい。図示した実施の形態では、一対の外輪３０の端面同士を突き合わせた状態でフランジ３４をボルト・ナット７４で締結して一体化してある。そして、外輪３０の端面間に仕切り板７０が挟み込んである。仕切り板７０は軸継手の内部空間を中央部で仕切り、一対のクロスグルーブジョイントを個別に分解する場合などにグリースの洩れを最小限度に抑える役割を果たす。符号７２はＯリングを示す。

クロスグルーブジョイント１６の外側の端部に密封装置６０が装着してある。密封装置６０はブーツ６２とブーツアダプタ６８とで構成されている。ブーツアダプタ６８は金属製で、おおむね円筒形をしており、一端にフランジ６９を有している。図示する実施の形態では、フランジ６９をゴムパッキング６３を介して外輪３０の外側の端面に当て、座金を介してボルト３８をねじ孔３６にねじ込むことにより、ブーツアダプタ６８を外輪３０に固定してある。ブーツ６２はゴムや樹脂等の可撓性材料でできており、小端部６４と大端部６６を有し、中間にて断面Ｖ字形に折り返した格好になっている。ブーツ６２の大端部６６はブーツアダプタ６８の端部をかしめて保持させてある。ブーツ６２の小端部６４は内輪２０の端部外周面に形成したブーツ溝２８に嵌めてその上からブーツバンド６５で締め付けてある。

上述の構成であるため、内輪２０と外輪３０とは角度変位が可能で、かつ、軸方向変位（プランジング）が可能である。図５（Ａ）はスライドインすなわち、内輪２０が図１の状態から同図の右側に相対的に移動した状態を示す。図５（Ｂ）はスライドアウトすなわち、内輪２０が図１の状態から同図の左側に相対的に移動した状態を示す。ボール４０の転動範囲がサークリップ２４によって規制され、その結果、上記軸方向変位（プランジング）量が規制される。図５はこれが７ｍｍの場合を例示したものである。

次に、図６に示す実施の形態は、図１の実施の形態における円形断面のサークリップ２６に代えて、異型断面形状のスペーサ７６と止め輪７８を採用したものである。図７を、対応する図５と対比すれば明らかなように、スペーサ７６の機能はサークリップ２６のそれと同じである。また、図７から分かるように、スペーサ７６は内輪の円筒形外周面と嵌合する円筒形内周面を有し、外周にボール２０を受ける斜面を有している。止め輪７８は内輪２０の外周面に形成した溝にはめ込んである。

図８に示す実施の形態は、図１の実施の形態における仕切り板７０に代えて、フェノール樹脂やエポキシ樹脂の積層品のような絶縁材で形成した絶縁プレート８０をフランジ合わせ面に介在させたものである。ボルト７４を通じての通電をも防止するため、絶縁ブッシュ８２や絶縁ワッシャ８４を使用してある。なお、符号８６は通常の座金を示す。このような構成を採用することにより、たとえばモータからカップリングを介して減速機や車輪に通電して電蝕が問題になるような場合でも、絶縁プレート８０が通電を遮断して電飾の発生を防止する役割を果たす。

図９は、電気自動車に適用する場合を例示したもので、モータの出力を軸継手を介してデファレンシャルに伝えて駆動車輪を回転させるようになっている。

なお、ボールタイプの等速ジョイントとしては、上に例示したクロスグルーブジョイントに代えてダブルオフセットジョイントを採用してもよい。ダブルオフセットジョイントは、軸方向に伸びたトラックを球状内周面に形成した内輪と、軸方向に伸びたトラックを円筒状内周面に形成した外輪と、内外輪のトラック間に組み込まれたトルク伝達ボールと、内外輪間に介在しトルク伝達ボールを収容するポケットを備えたケージとで構成される。ケージは、内球面にて内輪の球状外周面と接し、外球面にて外輪の円筒状内周面と接する。ケージの内球面の曲率中心と外球面の曲率中心は、継手中心から軸方向に反対側に等距離だけオフセットしている。

本発明の実施の形態を示す軸継手の縦断面図である。 図１のII−II矢視図である。 図１の軸継手の一部をカットした斜視図である。 内外輪のトラックおよびケージポケットの模式図である。 図１の要部拡大図であって、Ａはスライドイン時、Ｂはスライドアウト時を示す。 別の実施の形態を示す軸継手の縦断面図である。 図６の要部拡大図であって、Ａはスライドイン時、Ｂはスライドアウト時を示す。 別の実施の形態を示す軸継手の縦断面図である。 別の実施の形態を示す電気自動車の駆動部の略図である。 従来の技術を示す鉄道車両における駆動装置の縦断面図である。 図１０における軸継手の縦断面図である。

符号の説明

１６ クロスグルーブジョイント
２０ 内輪
２２ トラック
２４ サークリップ
２６ テーパ孔
２８ ブーツ溝
３０ 外輪
３２ トラック
３４ フランジ
３６ ねじ孔
３８ ボルト
４０ ボール
５０ ケージ
５２ ポケット
６０ 密封装置
６２ ブーツ
６３ ゴムパッキング
６４ 小端部
６６ 大端部
６８ ブーツアダプタ
６９ フランジ
７０ 仕切り板
７２ Ｏリング
７４ ボルト・ナット
７６ スペーサ
７８ 止め輪
８０ 絶縁プレート
８２ 絶縁ブッシュ
８４ 絶縁ワッシャ
８６ 座金

Claims (8)

1. モータ駆動車両のモータと減速機を連結する軸継手において、モータの出力軸と減速機の入力軸とをトルク伝達ボールを有する等速ジョイントにより連結したことを特徴とする車両用軸継手。
2. 前記等速ジョイントがクロスグルーブジョイントであることを特徴とする請求項１の車両用軸継手。
3. 前記クロスグルーブジョイントが、軸線に対して角度をなすトラックを外周面に形成した内輪と、前記内輪のトラック溝とは逆方向に軸線に対して角度をなすトラックを内周面に形成した外輪と、対をなす前記内輪のトラックと前記外輪のトラックが交差する位置に組み込んだトルク伝達ボールと、前記内輪の外周面と前記外輪の内周面との間に介在して前記トルク伝達ボールを保持するケージとを有することを特徴とする請求項２の車両用軸継手。
4. 一対のクロスグルーブジョイントを使用し、一方のクロスグルーブジョイントの内輪を前記モータの出力軸と接続し、他方のクロスグルーブジョイントの内輪を前記減速機の入力軸と接続し、一方のクロスグルーブジョイントの外輪と他方のクロスグルーブジョイントの外輪とを一体化したことを特徴とする請求項３の車両用軸継手。
5. トラック交差角を３°以上１６°以下としたことを特徴とする請求項２ないし４のいずれかの車両用軸継手。
6. 前記トルク伝達ボールの数を１０以上１８以下の範囲としたことを特徴とする請求項２ないし４のいずれかの車両用軸継手。
7. 前記車両が鉄道車両であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの車両用軸継手。
8. 一方のクロスグルーブジョイントの外輪と他方のクロスグルーブジョイントの外輪との間に絶縁プレートを介在させたことを特徴とする請求項７の車両用軸継手。