JP3773018B2 - 推進軸 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、十字軸継手を備える推進軸に関する。この推進軸としては、例えば気動車などに用いられるドライブシャフトなどが挙げられる。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、気動車などに用いられる推進軸は、その軸体や継手が鋼材などの導電材料で形成されている。そのため、気動車が電車と連結される場合、電車から連結器、気動車車両、エンジン、推進軸、台車、車輪、レールと電流が流れることになる。
【0003】
この推進軸の動力伝達経路に転がり軸受や歯車機構などの転動、摺動部分が存在すると、この転がり軸受の軌道面や、種々な摺動部分が電蝕により損傷することがある。
【0004】
これに対して、従来では、2つの軸体を十字軸継手により連結した構造の推進軸において、実開平5−54827号公報に示すように、十字軸継手のころ軸受にセラミックあるいは金属芯にセラミックコーティングを施したころを使用することにより、2つの軸体間の通電を遮断することが考えられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来例では、ころ全体をセラミックとする場合だと高コスト化を余儀なくされるし、セラミックコーティングの場合だところの径寸法誤差が大きくなりやすく、転がり特性の低下が懸念される。
【0006】
これに対して、本願出願人は、2つの軸体を連結する十字軸継手の外輪カップと軸体との当接部分、ならびに外輪カップと軸体とを結合するボルトのねじ部を除く軸部および頭部の座面に絶縁膜を形成することを提案している。この場合、きわめて希とは考えられるが、雨水などの不確定な導電物が外輪カップと軸体との当接部分や外輪カップとボルトの頭部座面との当接部分に染み込むようなことがあると、通電を許容することになりかねない。
【0007】
したがって、本発明は、十字軸継手を用いた推進軸において、雨水などの不確定な導電物による通電を回避できるようにすることを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1の推進軸は、十字軸継手を備えるもので、少なくとも前記十字軸継手の180度対向する2つの外輪カップとその連結相手との当接部分、ならびに前記2つの外輪カップと連結相手とを結合するボルトのねじ部を除く軸部および頭部の座面に絶縁膜が形成されており、前記2つの外輪カップを連結相手に対して前記ボルトにより結合した状態において、少なくとも前記各外輪カップと連結相手との当接部分の外表面ならびに前記各外輪カップとボルトの頭部座面との当接部分の外表面が、絶縁性、非吸湿性および弾性を有する保護膜で被覆されている。
【0009】
本発明の請求項2の推進軸は、十字軸継手を備える推進軸であって、少なくとも前記十字軸継手の180度対向する2つの外輪カップとその連結相手との当接部分、ならびに前記2つの外輪カップと連結相手とを結合するボルトのねじ部を除く軸部および頭部の座面に絶縁膜が形成されており、前記十字軸継手の各外輪カップを連結相手に対して前記ボルトにより結合した状態において、これら各部材の継ぎ目を含む外表面全体が、絶縁性、非吸湿性および弾性を有する保護膜で被覆されている。
【0010】
本発明の請求項3の推進軸は、上記請求項1または請求項2において、前記絶縁膜が、セラミックのコーティング膜とされている。
【0011】
以上、要するに、本発明では、絶縁膜により外輪カップと連結相手との当接部分での通電を遮断するようにした推進軸において、これら外輪カップと連結相手との当接部分の外表面や、外輪カップと各ボルトの頭部座面との当接部分の外表面を保護膜で覆うことにより、これらの当接部分に対して雨水や泥水がかかった場合でも、前記各当接部分への水分染み込みを防止するようにしている。これにより、前記各当接部分に対する水分の直接接触が回避されるようになる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を図1ないし図5に示す各実施形態に基づいて説明する。
【0013】
図1ないし図5は本発明の一実施形態にかかり、図1は、推進軸を部分的に断面した側面図、図2は、図1の推進軸の十字軸継手周辺の分解斜視図、図3は、図1の十字軸継手単体の正面図、図4は、図3の(4)−(4)線断面の矢視図、図5は、十字軸継手の外輪カップの一部の断面図である。
【0014】
図中、Aは推進軸の全体を示し、この推進軸Aは、第1軸体1と第2軸体2とを十字軸継手3を用いて直線状に連結した構成である。
【0015】
第1軸体1は、筒軸部材11と凸軸部材12とをボールスプラインユニット13を介して軸方向伸縮可能に連結した構成である。この筒軸部材11の一方軸端には、十字軸継手3が取り付けられるヨーク14が設けられている。また、第2軸体2の一方軸端にも、十字軸継手3が取り付けられるヨーク21が設けられている。なお、上記各ヨーク14,21は、それぞれ、端面の180度対向する位置にキー溝付きの凸部が形成されたものである。
【0016】
十字軸継手3は、十字軸31および4つのころ軸受32を備える周知の構成である。この十字軸継手3は、その180度対向する2つのころ軸受32の外輪カップ33が、第1軸体1のヨーク14に対して、また、残り2つのころ軸受32の外輪カップ33が、第2軸体2のヨーク21に対して、それぞれボルト4により取り付けられている。なお、ボルト4の頭部と外輪カップ33の座面との間には、座金5が介在されている。
【0017】
ところで、上述した構成の推進軸Aは、2つの軸体1,2および十字軸継手3のそれぞれの主要部分が鋼材により形成されているため、このままでは、第1軸体1から第2軸体2までの各連結部分が金属接触することになり、通電を許容することになる。
【0018】
これに対して、この実施形態では、十字軸継手3の各外輪カップ33において、各ヨーク14,21に対して当接する面および当接する可能性のある面(図1ないし図3参照)に絶縁膜6を形成しているとともに、各外輪カップ33と各ヨーク14,21とを結合する各ボルト4において、ねじ部を除く軸部および頭部の座面に絶縁膜6を形成している。これにより、第1軸体1から第2軸体2までの各連結部分が金属接触せずに絶縁膜6を介して接触することになり、第1軸体1と第2軸体2との間の通電が遮断されるようになる。
【0019】
なお、前述の絶縁膜6は、例えばセラミックの溶射によるコーティング膜とすることができる。このセラミック材としては、焼結助剤として、イットリア(Y2O3)およびアルミナ(Al2O3)、その他、適宜、窒化アルミ(AlN)、酸化チタン(TiO2)、スピネル(MgAl2O4)、を用いた窒化けい素(Si3N4)を主体とするものの他、アルミナ(Al2O3)や炭化けい素(SiC)、ジルコニア(ZrO2)、窒化アルミ(AlN)などを用いることができる。この他、絶縁膜6は、絶縁性を有するものであればよく、セラミック以外の材料を選択することができる。
【0020】
このように、絶縁膜6をセラミックコーティング膜とする場合には、ボルト4の締め付け時に、前述した座金5を用いることが有効となる。つまり、この座金5を用いていれば、ボルト4の締め付け時に、ボルト4の頭部座面と座金5と外輪カップ33の座面との各接触部分において、ボルト4の頭部座面に形成してある絶縁膜6と座金5との接触部位の摩擦抵抗が、座金5と外輪カップ33の座面との接触部位の摩擦抵抗よりも大となるので、ボルト4と座金5とが共回りして、この座金5が外輪カップ33の座面に対して摺接することになる。このようにボルト4の締め付け時に、ボルト4の頭部座面に形成してある絶縁膜6がせん断荷重を受けなくなって無理にねじられなくなるので、絶縁膜6が割れたり剥がれたりせずに済むようになり、絶縁膜6による絶縁作用が確実に発揮できるようになる。
【0021】
また、この実施形態では、上記絶縁対策の他に、下記するような絶縁対策を施している。
【0022】
第1には、図5に示すように、外輪カップ33のボルト挿通孔34における一方側開口の内周面に拡径する拡径部34aが設けられていて、この拡径部34aの内周面に絶縁材7が設けられている。なお、前述の絶縁材7としては、例えば絶縁性を有する接着剤や環体とすることができる。このうち、絶縁性接着剤については、シリコンを主成分とする液状ガスケット、具体的には株式会社スリーボンド社製の商品名スリーボンド1215などとするのが好ましい。この場合、外輪カップ33のボルト挿通孔34と第1、第2軸体1,2のボルト穴15,22とにまたがって、温度変化に伴う結露などの水分が発生しても、前記両者間の通電を阻止することができる。
【0023】
第2には、ボルト4の頭部に対して絶縁材からなるキャップ8を外嵌している。このキャップ8は、ボルト4の頭部周面を覆って、外輪カップ33のボルト座面に当接するように取り付けられている。
【0024】
第3には、外輪カップ33において十字軸31の軸端が挿入される穴35の開口側端面での絶縁膜6の形成領域を広げている。具体的に、通常、外輪カップ33の穴35の開口側周縁には、若干隆起した環状隆起部36が設けられており、この環状隆起部36において外輪カップ33のヨーク側端面寄りの外周部分に切欠き36aを設けることにより、環状隆起部36の周縁から外輪カップ33のヨーク側端面までの沿面距離を可及的に長くさせている。この環状隆起部36の周縁から外輪カップ33のヨーク側端面までの領域の表面に、絶縁膜6を形成することにより、当該絶縁膜6の形成領域を可及的に広げている。
【0025】
次に、本発明の特徴を説明する。第1、第2軸体1,2のヨーク14,21と、外輪カップ33と、ボルト4のすべての外表面を、絶縁性、非吸湿性および弾性を有する保護膜9で被覆している。
【0026】
具体的には、図5に示すように、第1軸体1の2つのヨーク14に十字軸継手3の2つの外輪カップ33をボルト4により取り付けた状態において、各外輪カップ33、ヨーク14ならびにボルト4の外部に露出する部分に、絶縁性、非吸湿性および弾性を有する保護膜9を被覆する。このとき、外輪カップ33とヨーク14との当接部分の外表面ならびに、外輪カップ33とボルト4の頭部座面との当接部分の外表面にも、保護膜9を被覆する。
【0027】
さらに、第2軸体2の2つのヨーク21に十字軸継手3の残り2つの外輪カップ33をボルト4により取り付けた状態において、各外輪カップ33、ヨーク21ならびにボルト4の外部に露出する部分に、絶縁性、非吸湿性および弾性を有する保護膜9を被覆する。このとき、外輪カップ33とヨーク14との当接部分の外表面ならびに、外輪カップ33とボルト4の頭部座面との当接部分の外表面にも、保護膜9を被覆する。
【0028】
このように、十字軸継手3と第1、第2軸体1,2との間にできる各要素間のすべての継ぎ目を保護膜9で被覆するので、これらの継ぎ目に雨水や泥水などの水分がかかったとしても、この水分が前記継ぎ目部分へ染み込むことを確実に防止できるようになり、該継ぎ目部分に対する水分の直接接触が回避されるようになる。また、外輪カップ33とヨーク14,21とボルト4の外表面にも保護膜9を被覆しているから、水分の表面付着による各部材間の通電も回避できる。
【0029】
なお、前述の絶縁性、非吸湿性および弾性を有する保護膜9は、例えば▲1▼シリコンを主成分とする液状ガスケット(株式会社スリーボンド社製の商品名スリーボンド1215)、▲2▼液状ゴム塗料(商品名プラスティ・ディップ・スプレー)、▲3▼アクリル系塗料(商品名Humiseal CHASE CORPORATION)などの液状保護剤により形成される。つまり、これらの液状保護剤を上述した被覆対象に対して塗布して、自然あるいは強制的に乾燥すれば、弾性を持つ状態に固められた保護膜9が得られるのである。この保護膜9は、絶縁性を有するだけでなく、水分をはじくとともに、何かがぶつかったとしてもひび割れしたり剥離したりしにくい性質を有しており、保護効果を長期間持続できる。
【0030】
以上説明したように、上記実施形態では、第1、第2軸体1,2間の通電を、絶縁膜6を用いて遮断するようにした構成の推進軸Aにおいて、水分のような不確定な導電物による通電を保護膜9を用いて確実に阻止するようにしている。このため、十字軸継手3のころ軸受32の軌道面や第1軸体1のボールスプラインユニット13のボール転動面に、いわゆる電蝕が発生するのを確実に回避することができ、ころ軸受32やボールスプラインユニット13の動作安定化や長寿命化を実現できるようになる。
【0031】
なお、本発明は上記実施例のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【0032】
(1) 上記実施形態では、外輪カップ33のボルト挿通孔34における一方側開口の内周面に拡径する拡径部34aを設け、この拡径部34aの内周面に絶縁材7を設けているが、この拡径部34aや絶縁材7を設けないものも本発明に含む。また、ボルト4の頭部に対してキャップ8を外嵌しているが、このキャップ8を無くしてもよい。さらに、外輪カップ33の環状隆起部36に切欠き36aを設けて、絶縁膜6の形成領域を可及的に広げているが、そのようにしていないものも本発明に含む。
【0033】
(2) 上記実施形態では、第1軸体1を伸縮可能な構成としているが、伸縮不可能なものとしてもよいし、また、伸縮可能とするためにボールスプラインユニット13を用いているが、ボールを用いない単純なスプライン嵌合としたものにも本発明を適用することができる。
【0034】
(3) 上記実施形態では、十字軸継手3に備える4つのころ軸受32の各外輪カップ33の所要領域に絶縁膜6を形成しているが、絶縁膜6の形成対象としては、少なくとも、十字軸継手3に備える4つのころ軸受32のうち、180度対向する2つのころ軸受32のみの各外輪カップ33の前記所要領域に形成するだけでもよい。この場合、前述の絶縁膜6を形成する2つの外輪カップ33の結合に用いる計4つのボルト4についてのみ、その所要箇所(ねじ部を除く軸部および頭部の座面)に絶縁膜6を形成すればよい。また、保護膜9についても、少なくとも前述の絶縁膜6を形成した部材の外表面に部分的に被覆するようにしてもよい。
【0035】
【発明の効果】
本発明の請求項1ないし請求項3の推進軸では、雨水や温度変化に伴う結露などの水分が、十字軸継手の外輪カップとその連結相手との当接部分や、外輪カップとボルトとの当接部分から染み込むことを確実に防止できるようになるから、十字軸継手の外輪カップとその連結相手との間の万一の通電を回避できるようになる。
【0036】
しかも、本発明で用いる保護膜が、弾性を有するものであるから、ひび割れしたり剥離したりしにくいなど、保護効果を長期間持続できる。
【0037】
特に、請求項2のように、絶縁膜を形成した部分の外表面だけでなく、各部材の外表面全体を覆うように保護膜を形成していれば、水分の表面付着による通電も確実に防止できるようになる。
【0038】
このように、本発明では、推進軸において十字軸継手とそれの連結相手との間の通電を確実に遮断できるようになり、結果的に、推進軸の動力伝達経路に転がり軸受や歯車機構などの転動、摺動部分が存在する場合において、転がり軸受の軌道面や、種々な摺動部分の電蝕を防止できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の推進軸を部分的に断面した側面図
【図2】図1の推進軸の十字軸継手周辺の分解斜視図
【図3】図1の十字軸継手単体の正面図
【図4】図3の(4)−(4)線断面の矢視図
【図5】図1の十字軸継手の外輪カップの一部の断面図
【符号の説明】
A 推進軸
W 水分
1 第1軸体
2 第2軸体
3 十字軸継手
4 ボルト
6 絶縁膜
9 保護膜
14 第1軸体のヨーク
21 第2軸体のヨーク
31 十字軸
32 十字軸継手のころ軸受
33 ころ軸受の外輪カップ
Claims (3)
- 十字軸継手を備える推進軸であって、少なくとも前記十字軸継手の180度対向する2つの外輪カップとその連結相手との当接部分、ならびに前記2つの外輪カップと連結相手とを結合するボルトのねじ部を除く軸部および頭部の座面に絶縁膜が形成されており、
前記2つの外輪カップを連結相手に対して前記ボルトにより結合した状態において、少なくとも前記各外輪カップと連結相手との当接部分の外表面ならびに前記各外輪カップとボルトの頭部座面との当接部分の外表面が、絶縁性、非吸湿性および弾性を有する保護膜で被覆されている、ことを特徴とする推進軸。 - 十字軸継手を備える推進軸であって、少なくとも前記十字軸継手の180度対向する2つの外輪カップとその連結相手との当接部分、ならびに前記2つの外輪カップと連結相手とを結合するボルトのねじ部を除く軸部および頭部の座面に絶縁膜が形成されており、
前記十字軸継手の各外輪カップを連結相手に対して前記ボルトにより結合した状態において、これら各部材の継ぎ目を含む外表面全体が、絶縁性、非吸湿性および弾性を有する保護膜で被覆されている、ことを特徴とする推進軸。 - 請求項1または2に記載の推進軸において、前記絶縁膜が、セラミックのコーティング膜とされている、ことを特徴とする推進軸。
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