JP2018168922A

JP2018168922A - 軸継手装置

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Publication number: JP2018168922A
Application number: JP2017065835A
Authority: JP
Inventors: 諒西塔; Ryo Saito; 靖史梶川; Yasushi Kajikawa
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2018-11-01
Anticipated expiration: 2037-03-29
Also published as: JP6870425B2

Abstract

【課題】継手の円滑な回転を阻害することなく、中心孔を有する構成部材と、前記中心孔に挿入される中心軸を有する構成部材との同軸性を保つことができる軸継手装置を提供する。【解決手段】２本の回転軸２５，２６を連結する軸継手装置３０は、伝達軸部３１と、回転軸２５の端部２５ａと伝達軸部３１の一端部３１ａとを連結している継手部３２とを備える。継手部３２は、回転軸２５から伝達軸部３１に向かって、第１軸体３４、第２軸体３５及び継手３６をこの順に配置して構成される。第１軸体３４は、その軸心を中心として軸方向に貫通して形成された中心孔３７を有する。第２軸体３５は、その軸心を中心として第２軸体３５の軸方向一端部から軸方向外側に突出し、中心孔３７にその一方の開口３７ａから挿入された中心軸３９を有する。継手３６は、第２軸体３５の軸方向他端部３５ｄに接続されたヨーク５１ａと、伝達軸部３１の一端部３１ａに接続されたヨーク５１ｂとを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、軸継手装置に関する。

例えば、鉄道車両におけるディーゼル機関車等の気動車は、その主機を駆動するエンジンから、定速回転装置を介して発電機や冷却装置等の補機に回転力を伝達することで、これらの補機を駆動するようになっている。エンジンの出力軸（駆動軸）と、定速回転装置の入力軸（従動軸）とは軸継手を介して連結されており、軸継手には、エンジンのトルク変動及び回転変動を吸収する機構が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

図３に示すように、特許文献１に記載された軸継手１００は、第１軸部材１０１、第２軸部材１０２、駆動軸１２１と第１軸部材１０１とを繋ぐ第１継手１０３、従動軸１２２と第２軸部材１０２とを繋ぐ第２継手１０４、及び第１軸部材１０１と第２軸部材１０２とを結合する弾性カップリング１０５を備えている。弾性カップリング１０５は、駆動軸１２１側（エンジン側）である第１軸部材１０１と、従動軸１２２側（補機側）である第２軸部材１０２との間に介在しており、弾性カップリング１０５が弾性変形することで、エンジンのトルク変動等を吸収するようになっている。

実開平６−８５９３１号公報

上記の軸継手１００では、第１軸部材１０１と第２軸部材１０２との同軸性を保つために、第１軸部材１０１に突設された中心軸１０６を、第２軸部材１０２に形成された有底の中心孔１０７に挿入している。しかし、この中心孔１０７は有底の孔であるため、中心軸１０６を中心孔１０７に挿入する際に、中心孔１０７内の空気を外部へ排出するための隙間を、中心軸１０６と中心孔１０７との間に形成しなければならない。このため、前記隙間を大きく形成すると、第１軸部材１０１と第２軸部材１０２との同軸性を保つことが困難となる。

そこで、図４に示すように、中心孔１０７を、第２軸部材１０２を軸方向に貫通した貫通孔とし、この中心孔１０７の一端側（駆動軸１２１側）の開口１０７ａから中心軸１０６を挿入したときに、中心孔１０７の他端側（従動軸１２２側）の開口１０７ｂから中心孔１０７内の空気を外部へ逃がすことが考えられる。しかし、この場合、中心孔１０７に中心軸１０６を挿入した後、中心孔１０７の開口１０７ｂから異物が侵入するのを防止するために、開口１０７ｂをプラグ等の蓋部材１０８によって塞ぐ必要がある。そうすると、蓋部材１０８が中心孔１０７から万が一脱落した場合、蓋部材１０８が第２継手１０４と干渉することで、第２継手１０４の円滑な回転が阻害されるおそれがある。

このような問題は、第１軸部材１０１に貫通孔からなる中心孔を形成し、第２軸部材１０２に中心軸を設けた場合であっても生じるおそれがある。すなわち、第１軸部材１０１の中心孔における第１継手１０３側の開口を塞ぐ蓋部材が脱落すると、蓋部材が第１継手１０３と干渉することで、第１継手１０３の円滑な回転が阻害されるおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、継手の円滑な回転を阻害することなく、中心孔を有する構成部材と、前記中心孔に挿入される中心軸を有する構成部材との同軸性を保つことができる軸継手装置を提供することを目的とする。

本発明は、２本の回転軸を連結する軸継手装置であって、前記２本の回転軸の間に配置された伝達軸部と、一方の前記回転軸の端部と前記伝達軸部の一端部とを連結している継手部と、を備え、前記継手部は、前記一方の回転軸から前記伝達軸部に向かって、第１軸体、第２軸体、及び継手をこの順に配置して構成され、前記第１軸体は、その軸心を中心として軸方向に貫通して形成された中心孔を有し、前記第２軸体は、その軸心を中心として前記第１軸体側に突出し、前記中心孔にその一方の開口から挿入された中心軸を有し、前記継手は、前記第２軸体に接続された第１接続部と、前記伝達軸部の前記一端部に接続された第２接続部と、を有している。

本発明によれば、第２軸体の中心軸が挿入される中心孔は、第１軸体を軸方向に貫通して形成されているので、中心孔の前記一方の開口から中心軸を挿入する際に、中心孔の他方の開口から中心孔内の空気を外部へ逃がすことができる。これにより、従来のように、中心軸と中心孔との間に中心孔内の空気を逃がすための隙間を形成する必要がないため、第１軸体と第２軸体との同軸性を保つことができる。

また、一方の回転軸から伝達軸部に向かって、第１軸体、第２軸体、及び継手がこの順に配置され、継手の第１及び第２接続部はそれぞれ第２軸体及び伝達軸部に接続されている。このため、第１軸体が有する中心孔の前記他方の開口は、前記一方の回転軸に向かって開口し、継手に向かって開口することはない。したがって、中心孔の前記他方の開口に何らかの部材が取り付けられている場合に、その部材が中心孔から脱落しても継手とは干渉しないので、継手の円滑な回転が阻害されることはない。

前記中心孔の他方の開口は、蓋部材により塞がれているのが好ましい。この場合、中心孔の他方の開口から異物が侵入するのを蓋部材により防止することができる。また、蓋部材が中心孔から脱落しても継手とは干渉しないので、蓋部材の脱落に起因して継手の円滑な回転が阻害されることはない。

前記継手が、一対のヨークと、これら一対のヨークを連結している十字軸と、を有する十字軸継手であり、一方の前記ヨークが前記第１接続部とされ、他方の前記ヨークが前記第２接続部とされている場合、上記のように中心孔から脱落した部材は継手と干渉しないので、十字軸継手の円滑な回転が阻害されることはない。

前記第１軸体及び前記第２軸体は、弾性部材を介して連結されているのが好ましい。この場合、弾性部材が弾性変形することで、第１軸体及び第２軸体の一方の軸体の振動が他方の軸体に伝わるのを抑制することができる。

本発明によれば、継手の円滑な回転を阻害することなく、中心孔を有する構成部材と、前記中心孔に挿入される中心軸を有する構成部材との同軸性を保つことができる。

本発明の一実施形態に係る軸継手装置を備えた駆動機構の説明図である。補機軸の説明図である。従来の軸継手の説明図である。従来の軸継手の変形例を示す説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る軸継手装置を備えた駆動機構の説明図である。この駆動機構１０は、例えば鉄道車両の駆動機構として用いられるものである。鉄道車両としては、ディーゼル機関車等の気動車が挙げられる。

駆動機構１０は、例えば鉄道車両の床下に取り付けられており、鉄道車両の主機を稼働するのに必要な付属機器を含む。一例として、駆動機構１０は、エンジン１１、変速機１２、減速機１３、定速回転装置（ＣＳＵ；Constant Speed Unit）１４、冷却装置１５、及び交流発電機１６を備えている。エンジン１１と変速機１２とは一体に取り付けられている。変速機１２と減速機１３とは、推進軸２１で接続されている。

エンジン１１と定速回転装置１４とは補機軸２２で接続されている。定速回転装置１４と冷却装置１５とは補機軸２３で接続されている。定速回転装置１４と交流発電機１６とは補機軸２４で接続されている。これらの補機軸２２〜２４のうち、エンジン１１と定速回転装置１４とを接続している補機軸２２に、本実施形態の軸継手装置３０が設けられている。

図２は、補機軸２２の説明図である。補機軸２２は、第１回転軸２５と、第２回転軸２６と、これらの回転軸２５，２６を連結する軸継手装置３０とを含む。本実施形態では、第１回転軸２５はエンジン１１の出力軸であり、第２回転軸２６は定速回転装置１４の入力軸である。
なお、以下の説明において、軸方向の位置に関して「エンジン側」及び「ＣＳＵ側」という用語を用いる。エンジン側は図２では左側であり、ＣＳＵ側は図２では右側である。

軸継手装置３０は、伝達軸部３１、第１継手部３２、及び第２継手部３３を備えている。伝達軸部３１は、例えば円筒形状の部材からなり、第１回転軸２５と第２回転軸２６との間に配置されている。第１継手部３２は、第１回転軸２５の端部２５ａと伝達軸部３１の一端部３１ａとを連結している。第２継手部３３は、第２回転軸２６の端部２６ａと伝達軸部３１の他端部３１ｂとを連結している。

第２継手部３３は、第２継手５１、及び連結部材５２により構成されている。第２継手５１は、例えば十字軸継手であり、一対のヨーク５１ａ，５１ｂと、これら一対のヨーク５１ａ，５１ｂを連結している十字軸５１ｃとを有している。一方のヨーク５１ａは、伝達軸部３１の他端部３１ｂに接続されている。他方のヨーク５１ｂは、連結部材５２に接続されている。なお、本実施形態の第２継手５１は、十字軸継手であるが、トリポードジョイント（ＴＪ）や等速ジョイント（ＣＶＪ）等の他の継手であってもよい。

連結部材５２は、円筒形状に形成されており、軸方向両端部にそれぞれフランジ部５２ａ，５２ｂを有している。エンジン側のフランジ部５２ａには、他方のヨーク５１ｂが接続され、ＣＳＵ側のフランジ部５２ｂには、第２回転軸２６の端部２６ａが接続されている。以上より、第２継手部３３は、第２回転軸２６の端部２６ａと伝達軸部３１の他端部３１ｂとを連結した状態で、第２回転軸２６の軸心Ｃ２に対する伝達軸部３１の軸心Ｃ３の変位を許容している。

第１継手部３２は、第１回転軸２５から伝達軸部３１に向かって、第１軸体３４、第２軸体３５、及び第１継手３６を、この順に配置して構成されている。第１軸体３４は、円軸体からなり、その軸心は第１回転軸２５の軸心Ｃ１上に配置されている。第１軸体３４は、エンジン側の端部に形成されたフランジ部３４ａと、ＣＳＵ側の端部に形成された大径部３４ｂとを有している。フランジ部３４ａは、第１回転軸２５の端部２５ａに接続されている。また、第１軸体３４は、その軸心を中心として軸方向に貫通して形成された中心孔３７を有している。

第２軸体３５は、円軸体からなり、その軸心は伝達軸部３１の軸心Ｃ３上に配置されている。第２軸体３５のエンジン側の端部にはフランジ部３５ａが形成されている。第２軸体３５のエンジン側の端面は、第１軸体３４のＣＳＵ側の端面に対向している。第２軸体３５のＣＳＵ側の端部には、第１継手３６が接続されている。

第２軸体３５には、その軸心を中心として軸方向に貫通する取付孔３５ｂが形成されている。この取付孔３５ｂには、中心軸３９のＣＳＵ側の端部が内嵌して固定されている。これにより、第２軸体３５は、その軸心を中心としてエンジン側の端部からエンジン側に突出する中心軸３９を有している。なお、中心軸３９は、第２軸体３５と一体に形成されていてもよい。

中心軸３９における第２軸体３５よりもエンジン側に突出している部分は、第１軸体３４の中心孔３７のＣＳＵ側の開口３７ａから中心孔３７内に挿入されている。これにより、第１軸体３４及び第２軸体３５は、同じ軸心Ｃ１上に配置されている。中心軸３９は、中心孔３７に対して軸方向に相対移動可能であり、かつ軸方向以外の相対的な移動が規制されている。これにより、中心軸３９は、中心孔３７に対して軸方向への相対移動のみ可能とされている。

中心孔３７のＣＳＵ側の端部には、前記開口３７ａを有する大径孔部３７ｂが形成されている。この大径孔部３７ｂには、第２軸体３５のエンジン側の端部に形成された突出部３５ｃが挿入されている。中心孔３７のエンジン側の端部には、大径孔部３７ｄと、この大径孔部３７ｄのＣＳＵ側に隣接する中径孔部３７ｅとが形成されている。大径孔部３７ｄは、第１軸体３４のエンジン側の端面において開口しており、この開口が中心孔３７のエンジン側の開口３７ｃとされている。

中径孔部３７ｅには、中心孔３７のＣＳＵ側の開口３７ａから中心軸３９を挿入した後に、エンジン側の開口３７ｃを塞ぐためのプラグ（蓋部材）４０が挿入されている。プラグ４０は、中径孔部３７ｅを塞ぐ大きさに形成されており、例えば溶接によって中径孔部３７ｅの周面に固定されている。これにより、中心孔３７のエンジン側の開口３７ｃは、プラグ４０により塞がれるので、この開口３７ｃから中心孔３７内に異物が侵入するのを防止することができる。

なお、大径孔部３７ｄには、第１回転軸２５の端部２５ａが挿入される。これにより、中心孔３７のエンジン側の開口３７ｃは、第１回転軸２５の端部２５ａによっても塞がれる。したがって、本実施形態では、中心孔３７のエンジン側の開口３７ｃを塞ぐ蓋部材として、プラグ４０を用いているが、これに替えて、第１回転軸２５の端部２５ａを前記蓋部材として機能させてもよい。

第１軸体３４の大径部３４ｂの外周には、弾性カップリング４１が配置されている。弾性カップリング４１は、例えば、天然ゴムやウレタンゴム等の弾性部材からなり、円環形状に形成されている。弾性カップリング４１は、ボルト４２等によって大径部３４ｂに固定されている。弾性カップリング４１のＣＳＵ側の端面４１ａは、第２軸体３５のフランジ部３５ａにおけるエンジン側の端面に接触している。弾性カップリング４１は、ボルト４３等によってフランジ部３５ａに固定されている。これにより、第１軸体３４及び第２軸体３５は、弾性カップリング４１を介して連結されている。

弾性カップリング４１のＣＳＵ側の端面４１ａは、大径部３４ｂのＣＳＵ側の端面３４ｃよりもＣＳＵ側に位置している。これにより、弾性カップリング４１のＣＳＵ側の端部４１ｂが、第１軸体３４と第２軸体３５との間に隙間を形成している。つまり、第１軸体３４及び第２軸体３５間の軸方向の距離ｄが一定の大きさ以上に保たれている。なお、第１軸体３４及び第２軸体３５を連結する弾性部材は、弾性カップリング４１以外の弾性部材を用いてもよい。

第１継手３６は、例えば十字軸継手であり、一対のヨーク３６ａ，３６ｂと、これら一対のヨーク３６ａ，３６ｂを連結している十字軸３６ｃとを有している。一方のヨーク３６ａは、第２軸体３５のＣＳＵ側の端部３５ｄに接続されている。これにより、一方のヨーク３６ａは、第２軸体３５のＣＳＵ側の端部３５ｄに接続される第１接続部とされている。他方のヨーク３６ｂは、伝達軸部３１の一端部３１ａに接続されている。これにより、他方のヨーク３６ｂは、伝達軸部３１の一端部３１ａに接続される第２接続部とされている。なお、本実施形態の第１継手３６は、十字軸継手であるが、トリポードジョイント（ＴＪ）や等速ジョイント（ＣＶＪ）等の他の継手であってもよい。

軸継手装置３０は、エンジン１１の振動等によって第１回転軸２５が振動すると、以下のようにして第２回転軸２６に振動が伝わるのを抑制する。第１回転軸２５が軸方向に沿って振動すると、弾性カップリング４１のＣＳＵ側の端部４１ｂが弾性変形により軸方向に収縮または伸長して、第１軸体３４と第２軸体３５との間の軸方向の距離ｄを変化させる。そのため、第１回転軸２５の軸方向に沿った振動に伴って第１軸体３４が振動しても、第２軸体３５にはその振動が伝わりにくくなる。これにより、第１回転軸２５の軸方向に沿った振動が第２回転軸２６に伝わるのを抑制することができる。

また、第１回転軸２５が軸方向に対してねじれる方向に振動すると、第１回転軸２５と一体に固定された第１軸体３４も第１回転軸２５に連動する。第１軸体３４と第２軸体３５とは、中心軸３９によって軸方向以外の相対的な移動が規制されているので、第１軸体３４が軸方向に対してねじれる方向に振動すると、第２軸体３５も第１軸体３４に連動する。

しかし、第２軸体３５と伝達軸部３１との間には第１継手３６が設けられ、かつ伝達軸部３１と第２回転軸２６との間には第２継手５１が設けられているので、第２軸体３５が軸方向に対してねじれる方向に振動するとき、その振動が第２回転軸２６に伝わりにくくなる。これにより、第１回転軸２５の軸方向に対してねじれる方向の振動が、第２回転軸２６に伝わるのを抑制することができる。

なお、実際に第１回転軸２５が振動するときには、軸方向に沿って振動すると同時に、軸方向に対してねじれる方向に振動する。第１回転軸２５の振動のうち、軸方向に沿った動きが第２回転軸２６に伝達されるのは弾性カップリング４１により抑制され、軸方向に対してねじれる方向の動きが第２回転軸２６に伝達されるのは第１継手３６及び第２継手５１によって抑制される。

以上、本実施形態の軸継手装置３０によれば、第２軸体３５の中心軸３９が挿入される中心孔３７は、第１軸体３４を軸方向に貫通して形成されているので、中心孔３７の一方の開口３７ａから中心軸３９を挿入する際に、中心孔３７の他方の開口３７ｃから中心孔３７内の空気を外部へ逃がすことができる。これにより、従来のように、中心軸３９と中心孔３７との間に中心孔３７内の空気を逃がすための隙間を形成する必要がないため、第１軸体３４と第２軸体３５との同軸性を保つことができる。

また、第１回転軸２５から伝達軸部３１に向かって、第１軸体３４、第２軸体３５、及び第１継手３６がこの順に配置され、第１継手３６の一対のヨーク３６ａ，３６ｂはそれぞれ第２軸体３５及び伝達軸部３１に接続される。このため、第１軸体３４が有する中心孔３７の他方の開口３７ｃは、第１回転軸２５に向かって開口し、第１継手３６に向かって開口することはない。したがって、中心孔３７の他方の開口３７ｃを塞いでいるプラグ４０が、中心孔３７から脱落しても第１継手３６とは干渉しないので、第１継手３６の円滑な回転が阻害されることはない。

また、第１軸体３４及び第２軸体３５は、弾性カップリング４１を介して連結されているので、第１軸体３４がエンジン１１の振動等によって振動しても、弾性カップリング４１が弾性変形することで、第１軸体３４の振動が第２軸体３５に伝わるのを抑制することができる。特に、エンジン１１がディーゼルエンジンの場合には、エンジンの振動が大きくなるので、このような場合に有効となる。

以上のとおり開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。つまり、本発明の軸継手装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
例えば、上記実施形態では、第１軸体３４、第２軸体３５及び第１継手３６を、第１回転軸２５と伝達軸部３１とを連結する第１継手部３２の構成部材としているが、第２回転軸２６と伝達軸部３１とを連結する第２継手部３３の構成部材としてもよい。
また、本実施形態の軸継手装置３０は、第１回転軸２５から第２回転軸２６への振動の伝達を抑制しているが、第２回転軸２６から第１回転軸２５への振動の伝達を抑制するものであってもよい。

１０：軸継手装置、２５：第１回転軸（回転軸）、２５ａ：端部、３１：伝達軸部、３１ａ：一端部、３２：第１継手部（継手部）、３４：第１軸体、３５：第２軸体、３６：第１継手（継手）、３６ａ：ヨーク（第１接続部）、３６ｂ：ヨーク（第２接続部）、３６ｃ：十字軸、３７：中心孔、３７ａ：一方の開口、３７ｃ：他方の開口、３９：中心軸、４０：プラグ（蓋部材）、４１：弾性カップリング（弾性部材）

Claims

２本の回転軸を連結する軸継手装置であって、
前記２本の回転軸の間に配置された伝達軸部と、
一方の前記回転軸の端部と前記伝達軸部の一端部とを連結している継手部と、を備え、
前記継手部は、前記一方の回転軸から前記伝達軸部に向かって、第１軸体、第２軸体、及び継手をこの順に配置して構成され、
前記第１軸体は、その軸心を中心として軸方向に貫通して形成された中心孔を有し、
前記第２軸体は、その軸心を中心として前記第１軸体側に突出し、前記中心孔にその一方の開口から挿入された中心軸を有し、
前記継手は、前記第２軸体に接続された第１接続部と、前記伝達軸部の前記一端部に接続された第２接続部と、を有している、軸継手装置。
前記中心孔の他方の開口は、蓋部材により塞がれている、請求項１に記載の軸継手装置。
前記継手は、一対のヨークと、これら一対のヨークを連結している十字軸と、を有する十字軸継手であり、
一方の前記ヨークが前記第１接続部とされ、他方の前記ヨークが前記第２接続部とされている、請求項１又は２に記載の軸継手装置。
前記第１軸体及び前記第２軸体は、弾性部材を介して連結されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸継手装置。