JP2017089883A

JP2017089883A - 段付きシャフト組立体

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Publication number: JP2017089883A
Application number: JP2016197671A
Authority: JP
Inventors: リウィウ・ヴィオレル・エレミア; Viorel Eremia Liviu
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2015-10-16
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2017-05-25
Also published as: EP3163031A1; CN106884856A; US20170108032A1

Abstract

【課題】安価で低強度の材料から形成することができる段付きシャフト組立体を提供する。【解決手段】シャフト装置に関し、より詳細には、その長手方向軸線から半径方向に離間した少なくとも１つの部分を有するシャフト装置に関する。複数の調整可能部材の移動のためのシャフト組立体２００を提供し、シャフト組立体は、細長シャフト本体２１０を備え、細長シャフト本体が、第１の端部２１２と、第２の端部２１４と、細長シャフト本体の長手方向軸線に実質的に沿って配向された第１の部分２１６と、細長シャフト本体の長手方向軸線から実質的に平行に配向され且つ半径方向に変位された第２の部分２１８と、を含み、シャフト組立体が更に、細長シャフト本体の外面に沿って配置された複数の取付装置２２０，２２２，２２４，２２６を備える。【選択図】図２

Description

本開示の実施形態は、全体的に、シャフト装置に関し、より詳細には、その長手方向軸線から半径方向に離間した少なくとも１つの部分を有するシャフト装置に関する。

本発明に関する先行技術として、例えば特許文献１に記載されたような発明がある。

米国特許第８，７２１，２６８号明細書

本開示の第１の態様は、複数の調整可能部材の移動のためのシャフト組立体を提供し、該シャフト組立体が、細長シャフト本体を備え、該細長シャフト本体が、第１の端部と、第２の端部と、上記細長シャフト本体の長手方向軸線に実質的に沿って配向された第１の部分と、上記細長シャフト本体の長手方向軸線から実質的に平行に配向され且つ半径方向に変位された第２の部分と、を含み、上記シャフト組立体が更に、上記細長シャフト本体の外面に沿って配置された複数の取付装置を備える。

本開示の例示的な態様は、本明細書で記載される問題及び／又は考察していない他の問題を解決するように意図されている。

本開示のこれらの及びその他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付図面と関連させてなした本開示の様々な態様の以下の詳細な説明から一層容易に理解されるようになるであろう。

シャフト装置の斜視図。本発明の１つの実施形態によるシャフト装置の斜視図。本発明の別の実施形態によるシャフト装置の斜視図。本発明の実施形態による取付装置の側面図。本発明の実施形態による段付きシャフト装置の構成要素と連結した、図４の取付装置の上面図。本発明の別の実施形態による取付装置の側面図。本発明の別の実施形態による段付きシャフト装置の構成要素と連結した、図６の取付装置の上面図。

本発明の図面は必ずしも縮尺通りではない点に留意されたい。当該図面は、本発明の典型的な態様のみを描くことを意図しており、従って、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面では、同じ参照符号は、複数の図面にわたり同じ要素を示している。

シャフト様装置は、一般的には、圧縮機及びガスタービンのベーンアレイの回転制御を行うのに使用される。通常、このような装置は、その長さに沿って複数の取付装置を有する細長部材を備え、この複数の取付装置の各々には、アクチュエータロッド又は制御ロッドを連結することができる。

図１は、第１の端部１１２及び第２の端部１１４を有する細長シャフト１１０を備えた装置１００の斜視図を示す。第１の端部１１２及び第２の端部１１４の各々は通常、細長シャフト１１０の回転を可能にする軸受上に装着される。複数の取付装置１２０，１２２，１２４，１２６は、細長シャフト１１０に沿って締結され、例えば、これに制御ロッドを取り付けることができ、その結果、制御ロッドを用いてガスタービンの段の可変ベーンを制御することができる。

取付装置１２０，１２２，１２４，１２６は、細長シャフト１１０から及びその長手方向軸線Ｌから、例えば、ガスタービンの可変ベーンを制御する目的の機能の結果として様々な程度まで延びる。細長シャフト１１０に対する取付装置１２０，１２２，１２４，１２６の可変半径方向長さは、特に細長シャフト１１０から最も遠くまで延びた取付装置に高応力を与える。これにより、細長シャフト１１０及び取付装置１２０，１２２，１２４，１２６により高強度の材料を用いることが必要となる。

加えて、取付装置１２０，１２２，１２４，１２６は、通常、細長シャフト１１０の長さに沿ってフランジ継手１３０，１３２，１３４，１３６に取り付けられる。しかしながらこのことによって、例えば、フランジ継手１３０内で取付装置１２０への何らかの締結装置又は方法が必要となる。このような装置及び方法には、例えば、ネジ付きボルト、接着、ろう付け、溶接、その他が挙げられ、その各々が、既知のシャフト様装置の製造の複雑さ及びコストの増大を招く。

図２は、本発明の１つの実施形態による、段付きシャフト組立体２００の斜視図を示す。段付きシャフト組立体２００は、第１の端部２１２及び第２の端部２１４を有する細長シャフト本体２１０を含む。しかしながら、図１の既知の装置とは違って、細長シャフト本体２１０は、該細長シャフト本体２１０の長手方向軸線Ｌ（すなわち、第１及び第２の端部２１２，２１４を通る長手方向軸線）に実質的に沿って配向された第１の部分２１６と、細長シャフト本体２１０の長手方向軸線Ｌに実質的に平行に配向され且つ長手方向軸線Ｌから距離Ｄに半径方向に変位された第２の部分２１８と、を含む。すなわち、第２の部分２１８は、長手方向軸線Ｌから半径方向に変位した第２の長手方向軸線Ｌ’を含む。

複数の取付装置２２０，２２２，２２４，２２６が細長シャフト本体２１０に沿って配置される。各取付装置２２０，２２２，２２４，２２６は、第１の部分２１６又は第２の部分２１８の何れかからそれぞれ距離ｄ_１，ｄ_２，ｄ_３，ｄ_４まで延びる。長手方向軸線Ｌからの細長シャフト本体２１０の第２の部分２１８の半径方向変位は、第２の部分２１８に沿ったより短い取付装置２２０，２２２，２２４の使用を可能にする。すなわち、取付装置２２０，２２２，２２４は、第２の部分２１８から（及び長手方向軸線Ｌから）それぞれ距離ｄ１，ｄ２，ｄ３まで半径方向に延び、この距離ｄ１，ｄ２，ｄ３は、第２の部分２１８が長手方向軸線Ｌに沿って実質的に配向された場合よりも短い距離である。

この短い取付装置２２０，２２２，２２４を使用することで、荷重経路並びに取付装置２２０，２２２，２２４が受ける応力が削減される。その結果、段付きシャフト組立体２００は、既知の装置よりも安価で低強度の材料から形成することができる。加えて、細長シャフト本体２１０及び取付装置２２０，２２２，２２４は、単体として鍛造又は鋳造することができる。すなわち、取付装置２２０，２２２，２２４は、製造プロセスの間に細長シャフト本体２１０に構造的に一体化されて、取付装置を挿入して締結しなければならない継手を不要にすることができる。

本発明の他の実施形態では、段付きシャフト装置は、細長シャフト本体から半径方向に変位した１つよりも多い「段付き」部分を含むことができ、この「段付き」部分は、異なる程度に変位されている。このような実施形態は、例えば、変位の範囲が他の場合であれば利用されるはずであった取付装置の長さに比例していることが意図される場合に望ましいとすることができる。このような実施形態では、取付装置は、「段付き」部分の何れか又は各々の長さに沿って配置することができる。

段付きシャフト組立体を形成できる材料は、例えば、Ａ５１４鋼鉄、２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼鉄、及び炭素鋼を含む。あらゆる好適な材料は、任意選択的に、防蝕剤のようなコーティング又は防蝕剤のような防止剤を含むことができる。段付きシャフト組立体２００を形成する他の好適な材料及び他の方法は、当業者には明らかであり、本発明の範囲内にある。

一部の事例では、本発明の実施形態による段付きシャフト組立体の使用により、取付装置における応力の約３５％〜４０％の低減をもたらしたことが分かっている。同時に、図２の鋳造の段付きシャフト組立体に使用される材料の総量は、約２５％〜約３０％低減されたことが分かった。

図３は、本開示の別の実施形態による段付きシャフト組立体３００の斜視図を示す。ここでは、段付きシャフト組立体３００は、単一鋳造体ではなく、第１の円筒部材３１６及び第２の円筒部材３１８から構成される溶接又は接合もしくは溶融された構成を含む。第１のプレート部材３４０は、第２の円筒部材３１８を第１の端部３１２に接合し、第２のプレート部材３４２は、第１の円筒部材３１６と第２の円筒部材３１８を接合する。

図３で分かるように、第２の円筒部材３１８は、第１のプレート部材３４０及び第２のプレート部材３４２によって段付きシャフト組立体３００の長手方向軸線Ｌから距離Ｄだけ横方向に変位している。すなわち、第２の円筒部材３１８の第２の長手方向軸線Ｌ’は、第１及び第２の端部３１２，３１４を通って延びる長手方向軸線Ｌから距離Ｄまで半径方向に変位している。機能的には、これは、図２に示す実施形態と同様であり、取付装置３２０，３２２，３２４における応力低減をもたらす。従って、また図２の実施形態と同様に、段付きシャフト組立体３００は、既知の装置よりも安価で低強度の材料から形成することができる。

取付装置３２０，３２２，３２４，３２６は、幾つかの方法の何れかで第１の円筒部材３１６又は第２の円筒部材３１８に取り付けることができる。図３に示すように、取付装置３２０，３２２，３２４，３２６は、同様のサイズ及び形状にされた隣接するアームのペアを含む。これらのアームは、例えば、第１又は第２の円筒部材３１６，３１８の外面にわたって滑動するようなサイズにされ、所定位置に溶接又は他の方法で固定することができる。或いは、第１及び第２の円筒部材３１６，３１８の各々は、取付装置３２０，３２２，３２４，３２６によって取り付け又は接合される複数の短い長さから構成することができる。

本発明の一部の実施形態において、円筒部材３１６，３１８は、断面で中実とすることができる。他の実施形態において、円筒部材３１６，３１８は、管状、すなわち、断面で中空であってもよい。円筒部材３１６，３１８が管状である実施形態において、端部３１２，３１４は、第１のプレート部材３４０及び第１の円筒部材３１６それぞれに挿入することができる。

図４は、図３の取付装置３２６の側面図を示す。理解できるように、取付装置は、第１のアパーチャ３５２及び第２のアパーチャ３５４を有する本体３５０を含む。第１のアパーチャ３５２は、第１の円筒部材３１６を収容するようなサイズ及び形状にされる。第２のアパーチャ３５４は、上述のように、例えば、制御ロッドを固定する装置を収容するようなサイズ及び形状にされる。アパーチャ３５２，３５４は、実質的に円形として図示されているが、第１の円筒部材３１６及び例えば制御ロッドを固定する装置と適合するようなあらゆるサイズにすることができる。

図５は、取付装置３２６の上面図を示し、ここでは、本体３５０，３５１のペア、第１のアパーチャ３５２（図４：図５では省略されている），３５３のペア、及び第２のアパーチャ３５４，３５５のペアを備え、各々が経路Ａに沿った第１のアパーチャ３５２，３５３を通る第１の円筒部材３１６の通路を収容するよう整列されているように図示することができる。本体３５０，３５１は、スペースＳによって離隔され、第１又は第２の円筒部材３１６，３１８の何れかに沿った所定位置において、長手方向軸線Ｌ（図３）に沿って又は平行に離間して配置される。また図５にも示されるように、第１の円筒部材３１６は管状であり、第２の端部３１４を受け入れるような内部寸法を有するが、管状ではなく中実であってもよい。

第１の円筒部材３１６が第１のアパーチャ３５２，３５３の両方を通過すると、取付装置３２６は、例えば、溶接によって第１の円筒部材３１６に固定することができる。同様に、第２の端部３１４が望ましい範囲まで第１の円筒部材３１６内に入ると、第２の端部３１４及び第１の円筒部材３１６は、例えば、溶接によって共に固定することができる。

図６及び７は、それぞれ、上記で概略的に説明された本発明の別の実施形態による取付装置４２６の側面図と上面図を示す。図６を参照すると、取付装置４２６の本体４５０は、図４の実施形態と比べて面取りされている。ここでアパーチャ４５２は、図４のような円形ではなく実質的に半円である。

図７は、第１の円筒部材４１６（図４）の２つのセグメント４１６Ａ，４１６Ｂと連結された取付装置４２６の上面図を示す。ここで、セグメント４１６Ａ，４１６Ｂは、本体４５０を第１のセグメント４１６Ａに接合（溶接その他によって）し、本体４５１を第２のセグメント４１６Ｂに接合することにより、少なくとも部分的に効果的に接合することができる。セグメント４１６Ａ，４１６Ｂは、任意選択的に、溶接その他によって直接接合してもよい。

本発明の更に別の実施形態において、取付装置４２６などの取付装置は、第１の円筒部材３１６（図３及び５）などのセグメント化されていない円筒部材と組み合わせて用いることができ、取付装置の本体は、セグメント化されていない円筒部材に接合される。

本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定するものではない。本明細書で使用される場合、単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、用語「備える」及び／又は「備えている」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の他の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。

以下の請求項における全ての全ての手段又はステッププラス機能要素の対応する内部構造、材料、動作、及びその均等物は、明確に特許請求される他の特許請求された要素と組み合わせて機能を実行するあらゆる構造、材料又は作用を含むことを意図している。本開示の説明は、例示及び説明の目的で提示されており、開示された形態の開示内容に対して排他的又は限定することを意図するものではない。本開示の範囲及び技術的思想から逸脱することなく、多くの修正及び変形が当業者には明らかであろう。本実施形態は、本開示の原理及び実施可能な用途を最もよく説明するように、また、企図される特定の用途に適するような様々な修正を含む様々な実施形態の開示を当業者が理解できるように選択し説明された。

最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
複数の調整可能部材の移動のためのシャフト組立体であって、
細長シャフト本体を備え、
該細長シャフト本体が、
第１の端部と、
第２の端部と、
上記細長シャフト本体の長手方向軸線に実質的に沿って配向された第１の部分と、
上記細長シャフト本体の長手方向軸線から実質的に平行に配向され且つ半径方向に変位された第２の部分と、
を含み、上記シャフト組立体が更に、
上記細長シャフト本体の外面に沿って配置された複数の取付装置を備える、シャフト組立体。
［実施態様２］
上記細長シャフト本体の第１の端部及び第２の端部の各々が、上記長手方向軸線に実質的に沿って位置する、実施態様１に記載のシャフト組立体。
［実施態様３］
上記複数の取付装置の第１の取付装置が、上記細長シャフト本体の第１の部分上に配置され、上記複数の取付装置の第２の取付装置が、上記細長シャフト本体の第２の部分上に配置される、実施態様１に記載のシャフト組立体。
［実施態様４］
上記複数の取付装置のうちの少なくとも１つが、上記細長シャフト本体を移動させるためのアクチュエータロッドに取り付けるよう適合される、実施態様１に記載のシャフト組立体。
［実施態様５］
上記複数の取付装置のうちの少なくとも１つが、上記細長シャフト本体の第２の部分に沿って配置される、実施態様４に記載のシャフト組立体。
［実施態様６］
前記細長シャフト本体の第３の部分を更に備え、上記第２の部分が、長手方向軸線から第１の距離まで半径方向に変位し、上記第３の部分が、長手方向軸線から第１の距離よりも短い第２の距離まで半径方向に変位する、実施態様１に記載のシャフト組立体。
［実施態様７］
複数の取付装置のうちの第１の取付装置が、細長シャフト本体の第１の部分上に配置され、複数の取付装置のうちの第２の取付装置が、細長シャフト本体の第２の部分上に配置される、実施態様６に記載のシャフト組立体。
［実施態様８］
上記細長シャフト本体の第１の部分及び第２の部分の各々が、第１の端部及び第２の端部を有する実質的に管状の部材を含む、実施態様１に記載のシャフト組立体。
［実施態様９］
上記第１の部分と上記第２の部分との間に配置され、上記第１の部分の第１の端部及び上記第２の部分の第２の端部の各々が取り付けられる第１のプレート部材を更に備える、実施態様８に記載のシャフト組立体。
［実施態様１０］
上記細長シャフト本体の第１の端部と上記第２の部分との間に配置され、上記細長シャフト本体の第１の端部及び上記第２の部分の第１の端部の各々が取り付けられる第２のプレート部材を更に備える、実施態様９に記載のシャフト組立体。
［実施態様１１］
上記複数の取付装置の少なくとも１つが、
上記細長シャフト本体の外面から半径方向に延びる本体と、
上記本体の少なくとも一部を貫通し、上記細長シャフト本体の長手方向軸線に実質的に平行に配向されたアパーチャと、
を含む、実施態様１に記載のシャフト組立体。
［実施態様１２］
上記本体が、上記細長シャフト本体の外面に沿って側方に離隔された第１の部材及び第２の部材を含み、上記アパーチャ（３５２，３５３）が、上記第１の部材及び第２の部材の両方を通過する、実施態様１に記載のシャフト組立体。
［実施態様１３］
上記複数の取付装置のうちの第１の取付装置が、上記細長シャフト本体の第１の部分に沿って配置され、上記複数の取付装置のうちの第１の取付装置の本体が、上記第１の部分の外面から第１の距離まで半径方向に延び、上記複数の取付装置のうちの第２の取付装置が、上記細長シャフト本体の第２の部分に沿って配置され、上記複数の取付装置のうちの第２の取付装置の本体が、上記第２の部分の外面から上記第１の距離よりも短い第２の距離まで半径方向に延びる、実施態様１１に記載のシャフト組立体。
［実施態様１４］
上記複数の取付装置のうちの第１の取付装置の本体及び上記複数の取付装置のうちの第２の取付装置の本体が、長手方向軸線から実質的に同じ距離まで半径方向に延びる、実施態様１３に記載のシャフト組立体。
［実施態様１５］
上記細長シャフト本体の第１の部分及び第２の部分が、複数のセグメント化された管状部材を含む、実施態様８に記載のシャフト組立体。
［実施態様１６］
上記複数の取付装置のうちの少なくとも１つが、
上記細長シャフト本体の外面から半径方向に延びる本体と、
上記本体の少なくとも一部を通るアパーチャと、
を含み、該アパーチャが、上記細長シャフト本体の長手方向軸線に実質的に平行に配向されている、実施態様１５に記載のシャフト組立体。
［実施態様１７］
上記アパーチャが実質的に円形である、実施態様１６に記載のシャフト組立体。
［実施態様１８］
上記アパーチャが実質的に半円形である、実施態様１６に記載のシャフト組立体。
［実施態様１９］
上記取付装置のうちの少なくとも１つが、上記複数のセグメント化された管状部材のうちの第１の管状部材と第２の管状部材の両方に接合される、実施態様１５に記載のシャフト組立体。
［実施態様２０］
上記複数のセグメント化された管状部材のうちの第１の管状部材が、上記複数のセグメント化された管状部材のうちの第２の管状部材に接合される、実施態様１９に記載のシャフト組立体。

１００装置
１１０細長シャフト
１１２第１の端部
１１４第２の端部
１２０取付装置
１２２取付装置
１２４取付装置
１２６取付装置
１３０フランジ継手
１３２フランジ継手
１３４フランジ継手
１３６フランジ継手
２００段付きシャフト組立体
２１０細長シャフト本体
２１２第１の端部
２１４第２の端部
２１６第１の部分
２１８第２の部分
２２０取付装置
２２２取付装置
２２４取付装置
２２６取付装置
３００段付きシャフト組立体
３１０細長シャフト本体
３１２第１の端部
３１４第２の端部
３１６第１の円筒部材
３１８第２の円筒部材
３２０取付装置
３２２取付装置
３２４取付装置
３２６取付装置
３４０第１のプレート部材
３４２第２のプレート部材
３５０本体
３５１本体
３５２第１のアパーチャ
３５３第１のアパーチャ
３５４第２のアパーチャ
３５５第２のアパーチャ
４１６第１の円筒部材
４１６Ａセグメント
４１６Ｂセグメント
４２６取付装置
４５０本体
４５１本体
４５２アパーチャ

Claims

複数の調整可能部材の移動のためのシャフト組立体であって、
細長シャフト本体（２１０）を備え、
該細長シャフト本体（２１０）が、
第１の端部（２１２）と、
第２の端部（２１４）と、
前記細長シャフト本体（２１０）の長手方向軸線に実質的に沿って配向された第１の部分（２１６）と、
前記細長シャフト本体（２１０）の長手方向軸線から実質的に平行に配向され且つ半径方向に変位された第２の部分（２１８）と、
を含み、前記シャフト組立体が更に、
前記細長シャフト本体（２１０）の外面に沿って配置された複数の取付装置（２２０，２２２，２２４，２２６）を備える、シャフト組立体。
前記細長シャフト本体（２１０）の第１の端部（２１２）及び第２の端部（２１４）の各々が、前記長手方向軸線に実質的に沿って位置する、請求項１に記載のシャフト組立体。
前記複数の取付装置（２２０，２２２，２２４，２２６）の第１の取付装置が、前記細長シャフト本体（２１０）の第１の部分（２１６）上に配置され、前記複数の取付装置（２２０，２２２，２２４，２２６）の第２の取付装置が、前記細長シャフト本体（２１０）の第２の部分（２１８）上に配置される、請求項１に記載のシャフト組立体。
前記複数の取付装置（２２０，２２２，２２４，２２６）のうちの少なくとも１つが、前記細長シャフト本体（２１０）を移動させるためのアクチュエータロッドに取り付けるよう適合される、請求項１に記載のシャフト組立体。
前記複数の取付装置（２２０，２２２，２２４，２２６）のうちの少なくとも１つが、前記細長シャフト本体（２１０）の第２の部分に沿って配置される、請求項４に記載のシャフト組立体。
前記細長シャフト本体（３１０）の第１の部分（３１６）及び第２の部分（３１８）の各々が、第１の端部及び第２の端部を有する実質的に管状の部材を含む、請求項１に記載のシャフト組立体。
前記第１の部分（３１６）と前記第２の部分（３１８）との間に配置され、前記第１の部分（３１６）の第１の端部及び前記第２の部分（３１８）の第２の端部の各々が取り付けられる第１のプレート部材（３４０）を更に備える、請求項６に記載のシャフト組立体。
前記細長シャフト本体（３１０）の第１の端部（３１２）と前記第２の部分（３１８）との間に配置され、前記細長シャフト本体（３１０）の第１の端部（３１２）及び前記第２の部分（３１８）の第１の端部の各々が取り付けられる第２のプレート部材（３４２）を更に備える、請求項７に記載のシャフト組立体。
前記複数の取付装置（３２６）の少なくとも１つが、
前記細長シャフト本体（３１０）の外面から半径方向に延びる本体（３５０）と、
前記本体（３５０）の少なくとも一部を貫通し、前記細長シャフト本体（３１０）の長手方向軸線に実質的に平行に配向されたアパーチャ（３５２）と、
を含む、請求項１に記載のシャフト組立体。
前記本体（３５０）が、前記細長シャフト本体（３１０）の外面に沿って側方に離隔された第１の部材及び第２の部材を含み、前記アパーチャ（３５２，３５３）が、前記第１の部材及び第２の部材の両方を通過する、請求項９に記載のシャフト組立体。
前記複数の取付装置のうちの第１の取付装置（２２６）が、前記細長シャフト本体（２１０）の第１の部分（２１６）に沿って配置され、前記複数の取付装置のうちの第１の取付装置（２２６）の本体（３５０）が、前記第１の部分（２１６）の外面から第１の距離まで半径方向に延び、前記複数の取付装置のうちの第２の取付装置（２２４）が、前記細長シャフト本体（２１０）の第２の部分（２１８）に沿って配置され、前記複数の取付装置のうちの第２の取付装置（２２４）の本体（３５０）が、前記第２の部分（２１８）の外面から前記第１の距離よりも短い第２の距離まで半径方向に延びる、請求項１に記載のシャフト組立体。