JP4501356B2 - 鉄道車両用歯車装置及び鉄道車両用台車 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受の耐久性や信頼性の更なる向上を図った鉄道車両用歯車装置及びこの歯車装置を搭載した鉄道車両用台車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両は、図５に示すように、モータ１の回転を撓み軸継手２を介して歯車装置３の小歯車軸３ａに伝達し、この小歯車軸３ａに形成したはすば小歯車（以下、単に「小歯車」という。）３ａａと、この小歯車３ａａに噛み合うはすば大歯車（以下、単に「大歯車」という。）３ｂを経て車軸３ｃに取付けた車輪４に減速して伝え、走行するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３３６６１６号公報（第２頁、図８，９）
【０００４】
また、前記トルクの伝達を、はすば歯車に代えて平歯車或いはやまば歯車で行うものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献２】
特開昭５７−５１０５８号公報（第１頁、第１図）
【０００６】
従来は、歯車装置３の前記小歯車軸３ａや車軸３ｃを、歯車箱３ｄに回転が自在なように支持する軸受は、前記小歯車軸３ａや車軸３ｃの回転によって発生するスラスト力を受けるために、図６に示したように、円錐ころ軸受３ｅを使用するのが一般的であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、軸受として円錐ころ軸受３ｅを使用した場合、歯車箱３ｄ、円錐ころ軸受３ｅの押さえ蓋３ｆ、小歯車軸３ａや車軸３ｃの仕上がり寸法によって、円錐ころ軸受３ｅの外輪、内輪ところとの軸方向隙間（以下、「軸受隙間」という。）が変化する。
【０００８】
駆動装置として要求される性能を維持するためには前記軸受隙間を適正に設定する必要があるが、鉄道車両用の歯車装置は、外気温の影響を受け、冬季などの低温時には潤滑油の粘度が高くなって潤滑不良を起こし易くなるので、軸受の焼付きを防止するために比較的大きい軸受隙間に設定している。摩耗などにより、軸受隙間が大きくなることがあり、歯車の噛み合い反力などで軸が傾くと、ころに影響を及ぼして軸受の耐久性や信頼性の更なる向上が図れない。
【０００９】
加えて、近年では、車速が大幅に上昇しているため、車軸や小歯車軸（モータ軸）の回転が高速になっているのに加え、モータが直流から交流に変更されて高速回転が可能になり、歯数比を大きくとっているので、同一車速としても小歯車軸（モータ軸）の回転数はかなり多くなっていることから、軸受の耐久性や信頼性の更なる向上が望まれている。
【００１０】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、軸受の耐久性や信頼性の更なる向上を図ることができる鉄道車両用歯車装置及びこの歯車装置を搭載した鉄道車両用台車を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る鉄道車両用歯車装置は、モータの回転軸と同軸に取り付けられてこの回転軸に固定される小歯車と、この小歯車と噛み合って前記モータの回転を伝えられる大歯車と、この大歯車と同軸に取り付けられてこの大歯車に固定される車軸とを備えた一体型の歯車箱に、この歯車箱と前記小歯車を回転が自在なように支持する軸受の押さえ蓋を更に備えさせ、前記小歯車と前記大歯車を、各々、胴部の軸方向外周部に対を成す逆向きのつる巻き線の歯すじを形成したやまば歯車とすると共に、前記歯車箱の前記軸受押さえ蓋との嵌合部を、前記小歯車を前記大歯車の車軸中心から遠ざける方向に移動させてから取り出しが可能なように、半径Ｄを下記の式に従う円形としたものである。
Ｄ＞（小歯車の歯先外径／２）＋〔｛（小歯車の歯先外径＋大歯車の歯先外径）／２｝−大歯車と小歯車との中心間距離〕
【００１２】
本発明に係る鉄道車両用歯車装置において、「固定」とは、２つの物体が相対的に動かないようにしっかりと留めることを意味し、「取り付ける」とは、２つの物体を相対的にある位置関係に接続することを意味する。また、小歯車や大歯車の「胴部」とは、外周に形成する歯の歯底よりも軸中心側の部分をいう。
【００１３】
そして、モータの回転の伝達にやまば歯車を採用することで、小歯車の軸や車軸に作用するスラスト力が抑制できて軸受の耐久性や信頼性が更に向上し、鉄道車両の更なる高速化が図れることになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る鉄道車両用歯車装置は、鉄道車両の駆動装置に用いる歯車装置であって、
モータの回転軸と同軸に取り付けられてこの回転軸に固定される小歯車と、
この小歯車と噛み合って前記モータの回転を伝えられる大歯車と、
この大歯車と同軸に取り付けられてこの大歯車に固定される車軸とを備えた一体型の歯車箱に、
この歯車箱と前記小歯車を回転が自在なように支持する軸受の押さえ蓋を更に備えさせ、
前記小歯車と前記大歯車を、各々、胴部の軸方向外周部に対を成す逆向きのつる巻き線の歯すじを形成したやまば歯車とすると共に、前記歯車箱の前記軸受押さえ蓋との嵌合部を、前記小歯車を前記大歯車の車軸中心から遠ざける方向に移動させてから取り出しが可能なように、半径Ｄを下記の式に従う円形としたものである。
Ｄ＞（小歯車の歯先外径／２）＋〔｛（小歯車の歯先外径＋大歯車の歯先外径）／２｝−大歯車と小歯車との中心間距離〕
【００１５】
本発明に係る鉄道車両用歯車装置によれば、歯車と大歯車をやまば歯車となすことで、小歯車の軸や車軸に作用するスラスト力を抑制できるので、必然的に軸受の耐久性や信頼性の更なる向上が図れることになる。また、小歯車の歯車箱への設置や、歯車箱からの取り出しを容易に行なうことができるようになる。
【００１６】
本発明に係る鉄道車両用歯車装置においては、前述のように、構成上、軸方向の動き、つまりがたつきは、やまば歯車を形成する左右で対を成すはすば歯車の軸方向の隙間によって決定するので、軸受にスラスト力をほとんど作用させないようにすることが可能であり、少なくとも小歯車又は大歯車の何れか一方を、円筒ころ軸受によって回転が自在なように支持することができ、軸受の耐久性や信頼性の更なる向上が図れるようになる。
【００１７】
ここで用いることができる円筒ころ軸受は、例えばスラスト（アキシアル）荷重を受けることができないＮ型、ＮＵ型や、鍔付きでスラスト（アキシアル）荷重も受けることができるＮＪ型、ＮＵＰ型、ＮＦ型などいずれの型式のものでも良い。この円筒ころ軸受の回転軸と、前記大歯車、小歯車の回転軸とが平行状態になるように、これらが配置されると、特に高回転する各歯車の支持用として最適である。一方、各歯車にとっては低回転の車軸の支持用としても、効果を有することは言うまでもない。
【００１８】
この前記円筒ころ軸受としては、少なくとも外輪又は内輪の何れか一方を、ころ端面に対向する鍔が片側のみに設けられているものが好ましい。ころ端面に対向する鍔が片側のみとは、例えば、内輪では、ころの軸方向の両側に、ころ端面に対向して普通は鍔が２箇所に設けられているが、その鍔がその両側のうちの何れか一方のみ設けられていることを指す。これは外輪についても同様である。なお、これらは一般にはＮＪ型、ＮＦ型と呼ばれている。
【００１９】
加えて、少なくとも小歯車又は大歯車の何れかを、円筒ころ軸受によって回転が自在なように支持した本発明に係る鉄道車両用歯車装置において、前記円筒ころ軸受の軸方向の隙間を、やまば歯車の軸方向の遊び量よりも大きくした場合には、常時は円筒ころ軸受の内輪ところが接触しないので、軸受の耐久性や信頼性の更なる向上が図れる。より好ましくは、前記円筒ころ軸受の片側のみに鍔が設けられた内輪又は外輪の鍔面ところ端面との軸方向の隙間がやまば歯車の軸方向の遊び量よりも大きくする。こうする事で、構成が簡単になり、省スペースとなる。そして、使いやすい安価なものとする事ができる。
【００２０】
仮に歯車等に異常が発生し、前記軸方向の遊び量ａが前記軸方向の隙間ｂより大きくなった場合でも、ころ端面（ころの軸方向の端面）と対向する内輪又は外輪の鍔面（内輪又は外輪におけるころ受け面の垂直面）がストッパとなって異常発生時のバックアップになる。
【００２１】
また、少なくとも小歯車又は大歯車の何れかを、円筒ころ軸受によって回転が自在なように支持した本発明に係る鉄道車両用歯車装置において、前記円筒ころ軸受におけるころ外周面、ころ端面、ころ受け面（水平面）、或いは、内輪又は外輪の鍔面（ころ受面の垂直面）の少なくとも何れか一面にクラウニングを施した場合には、前記異常発生時において、ころの回転軸が傾いてころ−内輪又はころ−外輪の間で接触があっても、エッジロード等が発生せず、内輪や外輪の鍔面などへの面圧も適切に保たれる。
【００２２】
また、少なくとも小歯車又は大歯車の何れかを、円筒ころ軸受によって回転が自在なように支持した本発明に係る鉄道車両用歯車装置において、前記円筒ころ軸受の内輪に形成したころ受け面における垂直面と水平面の隅部に窪みを設けた場合には、例えば内輪の垂直面を凸湾曲状に研磨する際に、前記窪みが研磨工具の逃げになるので、研磨作業がより高精度にかつ容易に行なえるようになる。
【００２３】
また、本発明に係る鉄道車両用歯車装置において、前記小歯車と前記大歯車のうちの少なくとも何れか一方の胴部における、軸方向外周部に形成した対を成す歯の間に潤滑油循環手段を設けた場合には、潤滑済みの余剰な油を効率良く歯車箱内の油溜め部に戻すことができる。
【００２４】
例えばこの潤滑油循環手段として、溝又は逆に断面凸状の出っ張りを設けても良い。この潤滑油循環手段は、小歯車と大歯車の両方に設けることが望ましいが、何れか一方でも十分に効果を有する。なお、この潤滑油循環手段は、やまば歯車を形成する対を成す歯の間の胴部外周部に設ければよいが、前記対を成す歯の軸方向中心部に設けることが望ましいことは言うまでもない。
【００２５】
また、本発明に係る鉄道車両用歯車装置において、前記小歯車と前記大歯車のうちの少なくとも何れか一方を、軸方向外周部に形成する対を成す歯を別々に形成し、締結手段によって一体化した場合には、歯車の製作が容易となると共に、メンテナンスも容易に行なえるようになる。この締結手段は、２つの歯を一体化できるものであれば特に限定されるものではないが、通常はボルトが採用される。
【００２６】
本発明に係る鉄道車両用歯車装置は、前述したように、やまば歯車を採用することを特徴としている。このやまば歯車は対を成す左右の歯車のねじれ角が逆であるため、大歯車が歯車箱内に設置されている状態で、小歯車のみを分解する場合は、小歯車を大歯車に固定された車軸の中心から遠ざける方向に移動させてから分解する（組み立てる場合はこの逆）。従って、本発明に係る鉄道車両用歯車装置では、大歯車が設置された歯車箱からの小歯車の取り出しや、この歯車箱への小歯車の装着が可能なように、歯車箱における軸受押さえ蓋との嵌合部（開口部）を、その半径ＤをＤ＞（小歯車の歯先外径／２）＋〔｛（小歯車の歯先外径＋大歯車の歯先外径）／２｝−大歯車と小歯車との中心間距離〕の式に従う円形としている。
【００２７】
また、本発明に係る鉄道車両用歯車装置における、前記歯車箱の前記軸受押さえ蓋との嵌合部を前記円形に代えて、前記小歯車を前記大歯車の車軸中心から遠ざける方向に移動させてから取り出しが可能なように、少なくとも一つの方向の径方向長さを他の方向よりも長くした偏円形としても良い。
【００２８】
本発明において、偏円形とは、例えば楕円などや、円形の少なくとも一部を、その円形の径方向に延ばしたり又は縮めたりしたものなどを含む全ての形状をいう。また、本発明において、前記偏円形に形成する嵌合部の位置は、モータの設置側、反モータ側の何れでも良い。
【００２９】
このような本発明によれば、前記と同様、小歯車の歯車箱への設置や、歯車箱からの取り出しを容易に行なうことができるようになる。
【００３０】
前記の本発明に係る鉄道車両用歯車装置において、前記偏円形の長手方向の半径長さＬが下記式を満足するものである場合には、小歯車の歯車箱への設置や、歯車箱からの取り出しをより容易に行なうことができる。
Ｌ＞（小歯車の歯先外径／２）＋〔｛（小歯車の歯先外径＋大歯車の歯先外径）／２｝−大歯車と小歯車との中心間距離〕
【００３２】
上記の本発明に係る鉄道車両用歯車装置を搭載した鉄道車両用台車にあっては、軸受の耐久性や信頼性の更なる向上が図れるので、安全に高速走行が行なえるようになる。
【００３３】
なお、上述の如く示されている実施の形態は、全て本発明の具体的な構成の例示であり、本発明に基づく鉄道車両用歯車装置や台車はこれになんら限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された技術的思想の範疇において変更が可能であることは言うまでもない。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明に係る鉄道車両用歯車装置を図１〜図４に示す実施例に基づいて説明する。
図１は本発明に係る鉄道車両用歯車装置の１実施例を断面して示す図、図２は本発明に係る大歯車の１実施例の説明図、図３は本発明に係る小歯車の１実施例の説明図、図４は本発明に係る円筒ころ軸受の１実施例の説明図である。
【００３５】
図１において、１１は本発明に係る鉄道車両用歯車装置であって、歯車箱１２内に、小歯車１３と、この小歯車１３と噛み合う大歯車１４と、この大歯車１４と同軸に取り付けられてこの大歯車１４に固定される車軸１５とを関連配置している。
【００３６】
前記小歯車１３は、例えば撓み軸継手を介してモータの回転軸と同軸に取り付けられて固定され、モータの回転を大歯車１４に伝える役目を有している。そして、この小歯車１３からモータの回転を減速して伝えられた前記大歯車１４は、直接この回転を車軸１５を介して車輪４に伝える。
【００３７】
本発明に係る鉄道車両用歯車装置１１では、前記小歯車１３と大歯車１４を、従来より一般的に使用されているはすば歯車に代えて、胴部１３ａ，１４ａの軸方向外周部に対を成す逆向きのつる巻き線の歯すじを形成したやまば歯車１３ｂ，１４ｂを採用し、小歯車１３の軸１３ｄや車軸１５に作用するスラスト力を抑制するようにしている。
【００３８】
ところで、本発明に係る鉄道車両用歯車装置１１において採用するやまば歯車１３ｂ，１４ｂは、対を成す左右の歯車のねじれ角が逆である。従って、大歯車１４が歯車箱１２内に設置されている状態で、小歯車１３を例えば分解する場合は、一旦、小歯車１３を大歯車１４に固定された車軸１５の中心から遠ざける方向に移動させる必要がある。なお、小歯車１３を組み立てる場合は前記と逆に、車軸１５から遠ざかった位置に挿入した後、車軸１５の中心方向に移動させる。
【００３９】
このように、小歯車１３を取り出したり、装着するに際しては、小歯車１３を回転が自在なように支持する例えば後述の円筒ころ軸受１７を、歯車箱１２内の所定位置に固定するように押え付ける押さえ蓋１８の取り付け面である、歯車箱１２の開口部（嵌合部）１２ａを、図１（ｂ）に破線で示したような円形ではなく、同図に実線で例示したように、紙面上方側等の少なくとも一箇所の半径方向長さＬが他の方向の半径方向長さよりも相対的に長くなるように切欠いた偏円形となすことで、小歯車１３の歯車箱１２への設置や、歯車箱１２からの取り出しを容易に行なうことができるようになる。
【００４０】
なお、前記半径方向長さＬは、
（小歯車の歯先外径／２）＋〔｛（小歯車の歯先外径＋大歯車の歯先外径）／２｝−大歯車と小歯車との中心間距離〕
よりも大きな値となすことが望ましい。
【００４１】
本発明では、前述のように回転時、軸受にスラスト力がほとんど作用しないやまば歯車１３ｂ，１４ｂを採用することから、本実施例では、図４に例示されるように、前記の小歯車１３の軸１３ｄと車軸１５を回転が自在なように支持する軸受の寿命をさらに延ばすべく、従来の円錐ころ軸受に代えて、円筒ころ軸受１７を採用したものを例示している。この円筒ころ軸受１７は、図４（ａ）に例示されているように、内輪１７ａでは紙面右側の片側のみに鍔１７ｄが設けられている。
【００４２】
そして、このような円筒ころ軸受１７を採用した場合において、円筒ころ軸受１７の回転軸と小歯車１３及び大歯車１４の夫々の回転軸とが全て平行となるようにし、円筒ころ軸受１７の内輪１７ａ又は外輪１７ｃの片側に形成した鍔１７ｄところ１７ｂとの軸受隙間ｂ（図４（ａ）（ｂ）参照）を例えば２ｍｍとして、やまば歯車１３ｂ，１４ｂの軸方向の遊び量ａ（通常は０．１〜０．６ｍｍ程度：図４（ａ）参照）よりも大きくした。
【００４３】
すなわち、常時は円筒ころ軸受１７の内輪１７ａの鍔１７ｄところ１７ｂが接触しなくなるので、鉄道車両の歯車装置のように、歯車箱１２の底部に潤滑油を溜め、大歯車１４の回転によりその歯車部で潤滑油を掻き揚げて小歯車１３の歯車部等に潤滑油を供給する飛沫潤滑の場合にも、潤滑油が十分にまわり、軸受の耐久性や信頼性の更なる向上が図れる。
【００４４】
仮に歯車等に異常が発生した場合でも、ころ１７ｂの端面１７ｂａと対向する内輪１７ａ又は外輪１７ｃの片側に形成した鍔１７ｄにおけるころ受け面１７ａａの垂直面１７ａａａがストッパとなって異常発生時のバックアップになる。
【００４５】
また、例えばころ１７ｂの前記端面１７ｂａと内輪１７ａの前記垂直面１７ａａａの両方を、図４（ｃ）に示したように、凸湾曲状にクラウニングを施せば、前記異常発生時にころ１７ｂの回転軸が傾いて、前記端面１７ｂａと垂直面１７ａａａ又は水平面１７ａａｂとが接触しても、エッジロードなどが発生することもなく、ころ１７ｂからころ受け面１７ａａに対する面圧が大きくなることもなく、軸受の耐久性の更なる向上が図れるようになる。
【００４６】
なお、このクラウニング形状は、１つの円弧でも、複数の円弧をつないで形成しても良く、他にころ１７ｂの転がり面や外輪１７ｃ、内輪１７ａの夫々のころ受け面１７ａａについても同様にクラウニングを施しても良い。
【００４７】
また、前記ころ受け面１７ａａにおける垂直面１７ａａａと水平面１７ａａｂとの隅部に、図４に示したように、窪み１７ａｂを設ければ、例えば内輪１７ａの垂直面１７ａａａを、図４（ｃ）に示したように、凸湾曲状に研磨する際に、前記窪み１７ａｂが研磨工具の逃げになるので、研磨作業が精度良くしかも容易に行なえるようになる。
【００４８】
本実施例のように、この小歯車１３と大歯車１４の胴部１３ａ，１４ａにおける、軸方向外周部に形成した対を成す歯の例えば中心位置（図２、図３にＣで示す位置）に、潤滑済みの余剰な油を効率良く歯車箱１２の底部の油溜め部に戻すための溝１３ｃ，１４ｃを設けても良い。
【００４９】
さらに、本実施例のように、歯車の製作やメンテナンスが容易に行えるようにするために、図２，３に例示したように、小歯車１３と大歯車１４の軸方向外周部に形成する対を成す歯を別々に形成し、ボルト１６によって一体的に締結するようにしても良い。
【００５０】
以上説明した本発明に係る軸受装置では、軸受装置を構成する軸受の耐久性や信頼性の更なる向上が図れるようになるので、この軸受装置を搭載した鉄道車両用台車は、更なる高速走行にも耐えることができるようになる。
【００５１】
本発明は、上記の実施例に限らず、各請求項に対応する構成に基づく発明であっても良いことは言うまでもない。この場合、各請求項に対応する構成に基づく作用効果を奏することになる。また、各請求項に対応する構成の技術的思想の範囲内であれば、夫々設計変更等は任意である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、軸受の耐久性や信頼性の更なる向上が可能になって、鉄道車両の更なる高速化が図れることになる。そして、小歯車や大歯車の胴部における軸方向外周部に形成した対を成す歯の間に潤滑油循環手段を設けた場合には、潤滑済みの余剰な油を効率良く歯車箱内の油溜め部に戻すことができるようになる。また、小歯車や大歯車の軸方向外周部に形成する対を成す歯を別々に形成し、締結手段によって一体化した場合には、歯車の製作が容易となると共に、メンテナンスも容易に行なえるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係る鉄道車両用歯車装置の１実施例を断面して示す図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ図である。
【図２】本発明に係る大歯車の１実施例を示す説明図である。
【図３】本発明に係る小歯車の１実施例を示す説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は円筒ころ軸受の説明図で、（ａ）は内輪の片側に鍔を有するもの、（ｂ）は外輪の片側に鍔を有するもの、（ｃ）はクラウニングの一例を示す図である。
【図５】鉄道車両における駆動装置の説明図である。
【図６】従来の鉄道車両用歯車装置を断面して示す図である。
【符号の説明】
１１ 歯車装置
１２ 歯車箱
１２ａ 開口部
１２ｂ 切欠き部
１３ 小歯車
１３ａ 胴部
１３ｂ やまば歯車
１３ｃ 溝
１３ｄ 軸
１４ 大歯車
１４ａ 胴部
１４ｂ やまば歯車
１４ｃ 溝
１５ 車軸
１７ 円筒ころ軸受
１７ａ 内輪
１７ａａ ころ受け面
１７ａａａ 垂直面
１７ａａｂ 水平面
１７ｂ ころ
１７ｂａ 端面
１７ｃ 外輪
１７ｄ 鍔
１８ 押さえ蓋
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受の耐久性や信頼性の更なる向上を図った鉄道車両用歯車装置及びこの歯車装置を搭載した鉄道車両用台車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両は、図５に示すように、モータ１の回転を撓み軸継手２を介して歯車装置３の小歯車軸３ａに伝達し、この小歯車軸３ａに形成したはすば小歯車（以下、単に「小歯車」という。）３ａａと、この小歯車３ａａに噛み合うはすば大歯車（以下、単に「大歯車」という。）３ｂを経て車軸３ｃに取付けた車輪４に減速して伝え、走行するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３３６６１６号公報（第２頁、図８，９）
【０００４】
また、前記トルクの伝達を、はすば歯車に代えて平歯車或いはやまば歯車で行うものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献２】
特開昭５７−５１０５８号公報（第１頁、第１図）
【０００６】
従来は、歯車装置３の前記小歯車軸３ａや車軸３ｃを、歯車箱３ｄに回転が自在なように支持する軸受は、前記小歯車軸３ａや車軸３ｃの回転によって発生するスラスト力を受けるために、図６に示したように、円錐ころ軸受３ｅを使用するのが一般的であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、軸受として円錐ころ軸受３ｅを使用した場合、歯車箱３ｄ、円錐ころ軸受３ｅの押さえ蓋３ｆ、小歯車軸３ａや車軸３ｃの仕上がり寸法によって、円錐ころ軸受３ｅの外輪、内輪ところとの軸方向隙間（以下、「軸受隙間」という。）が変化する。
【０００８】
駆動装置として要求される性能を維持するためには前記軸受隙間を適正に設定する必要があるが、鉄道車両用の歯車装置は、外気温の影響を受け、冬季などの低温時には潤滑油の粘度が高くなって潤滑不良を起こし易くなるので、軸受の焼付きを防止するために比較的大きい軸受隙間に設定している。摩耗などにより、軸受隙間が大きくなることがあり、歯車の噛み合い反力などで軸が傾くと、ころに影響を及ぼして軸受の耐久性や信頼性の更なる向上が図れない。
【０００９】
加えて、近年では、車速が大幅に上昇しているため、車軸や小歯車軸（モータ軸）の回転が高速になっているのに加え、モータが直流から交流に変更されて高速回転が可能になり、歯数比を大きくとっているので、同一車速としても小歯車軸（モータ軸）の回転数はかなり多くなっていることから、軸受の耐久性や信頼性の更なる向上が望まれている。
【００１０】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、軸受の耐久性や信頼性の更なる向上を図ることができる鉄道車両用歯車装置及びこの歯車装置を搭載した鉄道車両用台車を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る鉄道車両用歯車装置は、モータの回転軸と同軸に取り付けられてこの回転軸に固定される小歯車と、この小歯車と噛み合って前記モータの回転を伝えられる大歯車と、この大歯車と同軸に取り付けられてこの大歯車に固定される車軸とを備えた一体型の歯車箱に、この歯車箱と前記小歯車を回転が自在なように支持する軸受の押さえ蓋を更に備えさせ、前記小歯車と前記大歯車を、各々、胴部の軸方向外周部に対を成す逆向きのつる巻き線の歯すじを形成したやまば歯車とすると共に、前記歯車箱の前記軸受押さえ蓋との嵌合部を、前記小歯車を前記大歯車の車軸中心から遠ざける方向に移動させてから取り出しが可能なように、半径Ｄを下記の式に従う円形としたものである。
Ｄ＞（小歯車の歯先外径／２）＋〔｛（小歯車の歯先外径＋大歯車の歯先外径）／２｝−大歯車と小歯車との中心間距離〕
【００１２】
本発明に係る鉄道車両用歯車装置において、「固定」とは、２つの物体が相対的に動かないようにしっかりと留めることを意味し、「取り付ける」とは、２つの物体を相対的にある位置関係に接続することを意味する。また、小歯車や大歯車の「胴部」とは、外周に形成する歯の歯底よりも軸中心側の部分をいう。
【００１３】
そして、モータの回転の伝達にやまば歯車を採用することで、小歯車の軸や車軸に作用するスラスト力が抑制できて軸受の耐久性や信頼性が更に向上し、鉄道車両の更なる高速化が図れることになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る鉄道車両用歯車装置は、鉄道車両の駆動装置に用いる歯車装置であって、
モータの回転軸と同軸に取り付けられてこの回転軸に固定される小歯車と、
この小歯車と噛み合って前記モータの回転を伝えられる大歯車と、
この大歯車と同軸に取り付けられてこの大歯車に固定される車軸とを備えた一体型の歯車箱に、
この歯車箱と前記小歯車を回転が自在なように支持する軸受の押さえ蓋を更に備えさせ、
前記小歯車と前記大歯車を、各々、胴部の軸方向外周部に対を成す逆向きのつる巻き線の歯すじを形成したやまば歯車とすると共に、前記歯車箱の前記軸受押さえ蓋との嵌合部を、前記小歯車を前記大歯車の車軸中心から遠ざける方向に移動させてから取り出しが可能なように、半径Ｄを下記の式に従う円形としたものである。
Ｄ＞（小歯車の歯先外径／２）＋〔｛（小歯車の歯先外径＋大歯車の歯先外径）／２｝−大歯車と小歯車との中心間距離〕
【００１５】
本発明に係る鉄道車両用歯車装置によれば、歯車と大歯車をやまば歯車となすことで、小歯車の軸や車軸に作用するスラスト力を抑制できるので、必然的に軸受の耐久性や信頼性の更なる向上が図れることになる。また、小歯車の歯車箱への設置や、歯車箱からの取り出しを容易に行なうことができるようになる。
【００１６】
本発明に係る鉄道車両用歯車装置においては、前述のように、構成上、軸方向の動き、つまりがたつきは、やまば歯車を形成する左右で対を成すはすば歯車の軸方向の隙間によって決定するので、軸受にスラスト力をほとんど作用させないようにすることが可能であり、少なくとも小歯車又は大歯車の何れか一方を、円筒ころ軸受によって回転が自在なように支持することができ、軸受の耐久性や信頼性の更なる向上が図れるようになる。
【００１７】
ここで用いることができる円筒ころ軸受は、例えばスラスト（アキシアル）荷重を受けることができないＮ型、ＮＵ型や、鍔付きでスラスト（アキシアル）荷重も受けることができるＮＪ型、ＮＵＰ型、ＮＦ型などいずれの型式のものでも良い。この円筒ころ軸受の回転軸と、前記大歯車、小歯車の回転軸とが平行状態になるように、これらが配置されると、特に高回転する各歯車の支持用として最適である。一方、各歯車にとっては低回転の車軸の支持用としても、効果を有することは言うまでもない。
【００１８】
この前記円筒ころ軸受としては、少なくとも外輪又は内輪の何れか一方を、ころ端面に対向する鍔が片側のみに設けられているものが好ましい。ころ端面に対向する鍔が片側のみとは、例えば、内輪では、ころの軸方向の両側に、ころ端面に対向して普通は鍔が２箇所に設けられているが、その鍔がその両側のうちの何れか一方のみ設けられていることを指す。これは外輪についても同様である。なお、これらは一般にはＮＪ型、ＮＦ型と呼ばれている。
【００１９】
加えて、少なくとも小歯車又は大歯車の何れかを、円筒ころ軸受によって回転が自在なように支持した本発明に係る鉄道車両用歯車装置において、前記円筒ころ軸受の軸方向の隙間を、やまば歯車の軸方向の遊び量よりも大きくした場合には、常時は円筒ころ軸受の内輪ところが接触しないので、軸受の耐久性や信頼性の更なる向上が図れる。より好ましくは、前記円筒ころ軸受の片側のみに鍔が設けられた内輪又は外輪の鍔面ところ端面との軸方向の隙間がやまば歯車の軸方向の遊び量よりも大きくする。こうする事で、構成が簡単になり、省スペースとなる。そして、使いやすい安価なものとする事ができる。
【００２０】
仮に歯車等に異常が発生し、前記軸方向の遊び量ａが前記軸方向の隙間ｂより大きくなった場合でも、ころ端面（ころの軸方向の端面）と対向する内輪又は外輪の鍔面（内輪又は外輪におけるころ受け面の垂直面）がストッパとなって異常発生時のバックアップになる。
【００２１】
また、少なくとも小歯車又は大歯車の何れかを、円筒ころ軸受によって回転が自在なように支持した本発明に係る鉄道車両用歯車装置において、前記円筒ころ軸受におけるころ外周面、ころ端面、ころ受け面（水平面）、或いは、内輪又は外輪の鍔面（ころ受面の垂直面）の少なくとも何れか一面にクラウニングを施した場合には、前記異常発生時において、ころの回転軸が傾いてころ−内輪又はころ−外輪の間で接触があっても、エッジロード等が発生せず、内輪や外輪の鍔面などへの面圧も適切に保たれる。
【００２２】
また、少なくとも小歯車又は大歯車の何れかを、円筒ころ軸受によって回転が自在なように支持した本発明に係る鉄道車両用歯車装置において、前記円筒ころ軸受の内輪に形成したころ受け面における垂直面と水平面の隅部に窪みを設けた場合には、例えば内輪の垂直面を凸湾曲状に研磨する際に、前記窪みが研磨工具の逃げになるので、研磨作業がより高精度にかつ容易に行なえるようになる。
【００２３】
また、本発明に係る鉄道車両用歯車装置において、前記小歯車と前記大歯車のうちの少なくとも何れか一方の胴部における、軸方向外周部に形成した対を成す歯の間に潤滑油循環手段を設けた場合には、潤滑済みの余剰な油を効率良く歯車箱内の油溜め部に戻すことができる。
【００２４】
例えばこの潤滑油循環手段として、溝又は逆に断面凸状の出っ張りを設けても良い。この潤滑油循環手段は、小歯車と大歯車の両方に設けることが望ましいが、何れか一方でも十分に効果を有する。なお、この潤滑油循環手段は、やまば歯車を形成する対を成す歯の間の胴部外周部に設ければよいが、前記対を成す歯の軸方向中心部に設けることが望ましいことは言うまでもない。
【００２５】
また、本発明に係る鉄道車両用歯車装置において、前記小歯車と前記大歯車のうちの少なくとも何れか一方を、軸方向外周部に形成する対を成す歯を別々に形成し、締結手段によって一体化した場合には、歯車の製作が容易となると共に、メンテナンスも容易に行なえるようになる。この締結手段は、２つの歯を一体化できるものであれば特に限定されるものではないが、通常はボルトが採用される。
【００２６】
本発明に係る鉄道車両用歯車装置は、前述したように、やまば歯車を採用することを特徴としている。このやまば歯車は対を成す左右の歯車のねじれ角が逆であるため、大歯車が歯車箱内に設置されている状態で、小歯車のみを分解する場合は、小歯車を大歯車に固定された車軸の中心から遠ざける方向に移動させてから分解する（組み立てる場合はこの逆）。従って、本発明に係る鉄道車両用歯車装置では、大歯車が設置された歯車箱からの小歯車の取り出しや、この歯車箱への小歯車の装着が可能なように、歯車箱における軸受押さえ蓋との嵌合部（開口部）を、その半径ＤをＤ＞（小歯車の歯先外径／２）＋〔｛（小歯車の歯先外径＋大歯車の歯先外径）／２｝−大歯車と小歯車との中心間距離〕の式に従う円形としている。
【００２７】
また、本発明に係る鉄道車両用歯車装置における、前記歯車箱の前記軸受押さえ蓋との嵌合部を前記円形に代えて、前記小歯車を前記大歯車の車軸中心から遠ざける方向に移動させてから取り出しが可能なように、少なくとも一つの方向の径方向長さを他の方向よりも長くした偏円形としても良い。
【００２８】
本発明において、偏円形とは、例えば楕円などや、円形の少なくとも一部を、その円形の径方向に延ばしたり又は縮めたりしたものなどを含む全ての形状をいう。また、本発明において、前記偏円形に形成する嵌合部の位置は、モータの設置側、反モータ側の何れでも良い。
【００２９】
このような本発明によれば、前記と同様、小歯車の歯車箱への設置や、歯車箱からの取り出しを容易に行なうことができるようになる。
【００３０】
前記の本発明に係る鉄道車両用歯車装置において、前記偏円形の長手方向の半径長さＬが下記式を満足するものである場合には、小歯車の歯車箱への設置や、歯車箱からの取り出しをより容易に行なうことができる。
Ｌ＞（小歯車の歯先外径／２）＋〔｛（小歯車の歯先外径＋大歯車の歯先外径）／２｝−大歯車と小歯車との中心間距離〕
【００３２】
上記の本発明に係る鉄道車両用歯車装置を搭載した鉄道車両用台車にあっては、軸受の耐久性や信頼性の更なる向上が図れるので、安全に高速走行が行なえるようになる。
【００３３】
なお、上述の如く示されている実施の形態は、全て本発明の具体的な構成の例示であり、本発明に基づく鉄道車両用歯車装置や台車はこれになんら限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された技術的思想の範疇において変更が可能であることは言うまでもない。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明に係る鉄道車両用歯車装置を図１〜図４に示す実施例に基づいて説明する。
図１は本発明に係る鉄道車両用歯車装置の１実施例を断面して示す図、図２は本発明に係る大歯車の１実施例の説明図、図３は本発明に係る小歯車の１実施例の説明図、図４は本発明に係る円筒ころ軸受の１実施例の説明図である。
【００３５】
図１において、１１は本発明に係る鉄道車両用歯車装置であって、歯車箱１２内に、小歯車１３と、この小歯車１３と噛み合う大歯車１４と、この大歯車１４と同軸に取り付けられてこの大歯車１４に固定される車軸１５とを関連配置している。
【００３６】
前記小歯車１３は、例えば撓み軸継手を介してモータの回転軸と同軸に取り付けられて固定され、モータの回転を大歯車１４に伝える役目を有している。そして、この小歯車１３からモータの回転を減速して伝えられた前記大歯車１４は、直接この回転を車軸１５を介して車輪４に伝える。
【００３７】
本発明に係る鉄道車両用歯車装置１１では、前記小歯車１３と大歯車１４を、従来より一般的に使用されているはすば歯車に代えて、胴部１３ａ，１４ａの軸方向外周部に対を成す逆向きのつる巻き線の歯すじを形成したやまば歯車１３ｂ，１４ｂを採用し、小歯車１３の軸１３ｄや車軸１５に作用するスラスト力を抑制するようにしている。
【００３８】
ところで、本発明に係る鉄道車両用歯車装置１１において採用するやまば歯車１３ｂ，１４ｂは、対を成す左右の歯車のねじれ角が逆である。従って、大歯車１４が歯車箱１２内に設置されている状態で、小歯車１３を例えば分解する場合は、一旦、小歯車１３を大歯車１４に固定された車軸１５の中心から遠ざける方向に移動させる必要がある。なお、小歯車１３を組み立てる場合は前記と逆に、車軸１５から遠ざかった位置に挿入した後、車軸１５の中心方向に移動させる。
【００３９】
このように、小歯車１３を取り出したり、装着するに際しては、小歯車１３を回転が自在なように支持する例えば後述の円筒ころ軸受１７を、歯車箱１２内の所定位置に固定するように押え付ける押さえ蓋１８の取り付け面である、歯車箱１２の開口部（嵌合部）１２ａを、図１（ｂ）に破線で示したような円形ではなく、同図に実線で例示したように、紙面上方側等の少なくとも一箇所の半径方向長さＬが他の方向の半径方向長さよりも相対的に長くなるように切欠いた偏円形となすことで、小歯車１３の歯車箱１２への設置や、歯車箱１２からの取り出しを容易に行なうことができるようになる。
【００４０】
なお、前記半径方向長さＬは、
（小歯車の歯先外径／２）＋〔｛（小歯車の歯先外径＋大歯車の歯先外径）／２｝−大歯車と小歯車との中心間距離〕
よりも大きな値となすことが望ましい。
【００４１】
本発明では、前述のように回転時、軸受にスラスト力がほとんど作用しないやまば歯車１３ｂ，１４ｂを採用することから、本実施例では、図４に例示されるように、前記の小歯車１３の軸１３ｄと車軸１５を回転が自在なように支持する軸受の寿命をさらに延ばすべく、従来の円錐ころ軸受に代えて、円筒ころ軸受１７を採用したものを例示している。この円筒ころ軸受１７は、図４（ａ）に例示されているように、内輪１７ａでは紙面右側の片側のみに鍔１７ｄが設けられている。
【００４２】
そして、このような円筒ころ軸受１７を採用した場合において、円筒ころ軸受１７の回転軸と小歯車１３及び大歯車１４の夫々の回転軸とが全て平行となるようにし、円筒ころ軸受１７の内輪１７ａ又は外輪１７ｃの片側に形成した鍔１７ｄところ１７ｂとの軸受隙間ｂ（図４（ａ）（ｂ）参照）を例えば２ｍｍとして、やまば歯車１３ｂ，１４ｂの軸方向の遊び量ａ（通常は０．１〜０．６ｍｍ程度：図４（ａ）参照）よりも大きくした。
【００４３】
すなわち、常時は円筒ころ軸受１７の内輪１７ａの鍔１７ｄところ１７ｂが接触しなくなるので、鉄道車両の歯車装置のように、歯車箱１２の底部に潤滑油を溜め、大歯車１４の回転によりその歯車部で潤滑油を掻き揚げて小歯車１３の歯車部等に潤滑油を供給する飛沫潤滑の場合にも、潤滑油が十分にまわり、軸受の耐久性や信頼性の更なる向上が図れる。
【００４４】
仮に歯車等に異常が発生した場合でも、ころ１７ｂの端面１７ｂａと対向する内輪１７ａ又は外輪１７ｃの片側に形成した鍔１７ｄにおけるころ受け面１７ａａの垂直面１７ａａａがストッパとなって異常発生時のバックアップになる。
【００４５】
また、例えばころ１７ｂの前記端面１７ｂａと内輪１７ａの前記垂直面１７ａａａの両方を、図４（ｃ）に示したように、凸湾曲状にクラウニングを施せば、前記異常発生時にころ１７ｂの回転軸が傾いて、前記端面１７ｂａと垂直面１７ａａａ又は水平面１７ａａｂとが接触しても、エッジロードなどが発生することもなく、ころ１７ｂからころ受け面１７ａａに対する面圧が大きくなることもなく、軸受の耐久性の更なる向上が図れるようになる。
【００４６】
なお、このクラウニング形状は、１つの円弧でも、複数の円弧をつないで形成しても良く、他にころ１７ｂの転がり面や外輪１７ｃ、内輪１７ａの夫々のころ受け面１７ａａについても同様にクラウニングを施しても良い。
【００４７】
また、前記ころ受け面１７ａａにおける垂直面１７ａａａと水平面１７ａａｂとの隅部に、図４に示したように、窪み１７ａｂを設ければ、例えば内輪１７ａの垂直面１７ａａａを、図４（ｃ）に示したように、凸湾曲状に研磨する際に、前記窪み１７ａｂが研磨工具の逃げになるので、研磨作業が精度良くしかも容易に行なえるようになる。
【００４８】
本実施例のように、この小歯車１３と大歯車１４の胴部１３ａ，１４ａにおける、軸方向外周部に形成した対を成す歯の例えば中心位置（図２、図３にＣで示す位置）に、潤滑済みの余剰な油を効率良く歯車箱１２の底部の油溜め部に戻すための溝１３ｃ，１４ｃを設けても良い。
【００４９】
さらに、本実施例のように、歯車の製作やメンテナンスが容易に行えるようにするために、図２，３に例示したように、小歯車１３と大歯車１４の軸方向外周部に形成する対を成す歯を別々に形成し、ボルト１６によって一体的に締結するようにしても良い。
【００５０】
以上説明した本発明に係る軸受装置では、軸受装置を構成する軸受の耐久性や信頼性の更なる向上が図れるようになるので、この軸受装置を搭載した鉄道車両用台車は、更なる高速走行にも耐えることができるようになる。
【００５１】
本発明は、上記の実施例に限らず、各請求項に対応する構成に基づく発明であっても良いことは言うまでもない。この場合、各請求項に対応する構成に基づく作用効果を奏することになる。また、各請求項に対応する構成の技術的思想の範囲内であれば、夫々設計変更等は任意である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、軸受の耐久性や信頼性の更なる向上が可能になって、鉄道車両の更なる高速化が図れることになる。そして、小歯車や大歯車の胴部における軸方向外周部に形成した対を成す歯の間に潤滑油循環手段を設けた場合には、潤滑済みの余剰な油を効率良く歯車箱内の油溜め部に戻すことができるようになる。また、小歯車や大歯車の軸方向外周部に形成する対を成す歯を別々に形成し、締結手段によって一体化した場合には、歯車の製作が容易となると共に、メンテナンスも容易に行なえるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係る鉄道車両用歯車装置の１実施例を断面して示す図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ図である。
【図２】本発明に係る大歯車の１実施例を示す説明図である。
【図３】本発明に係る小歯車の１実施例を示す説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は円筒ころ軸受の説明図で、（ａ）は内輪の片側に鍔を有するもの、（ｂ）は外輪の片側に鍔を有するもの、（ｃ）はクラウニングの一例を示す図である。
【図５】鉄道車両における駆動装置の説明図である。
【図６】従来の鉄道車両用歯車装置を断面して示す図である。
【符号の説明】
１１ 歯車装置
１２ 歯車箱
１２ａ 開口部
１２ｂ 切欠き部
１３ 小歯車
１３ａ 胴部
１３ｂ やまば歯車
１３ｃ 溝
１３ｄ 軸
１４ 大歯車
１４ａ 胴部
１４ｂ やまば歯車
１４ｃ 溝
１５ 車軸
１７ 円筒ころ軸受
１７ａ 内輪
１７ａａ ころ受け面
１７ａａａ 垂直面
１７ａａｂ 水平面
１７ｂ ころ
１７ｂａ 端面
１７ｃ 外輪
１７ｄ 鍔
１８ 押さえ蓋
Claims (12)
- 鉄道車両の駆動装置に用いる歯車装置であって、
モータの回転軸と同軸に取り付けられてこの回転軸に固定される小歯車と、
この小歯車と噛み合って前記モータの回転を伝えられる大歯車と、
この大歯車と同軸に取り付けられてこの大歯車に固定される車軸とを備えた一体型の歯車箱に、
この歯車箱と前記小歯車を回転が自在なように支持する軸受の押さえ蓋を更に備えさせ、
前記小歯車と前記大歯車を、各々、胴部の軸方向外周部に対を成す逆向きのつる巻き線の歯すじを形成したやまば歯車とすると共に、前記歯車箱の前記軸受押さえ蓋との嵌合部を、前記小歯車を前記大歯車の車軸中心から遠ざける方向に移動させてから取り出しが可能なように、半径Ｄを下記の式に従う円形としたことを特徴とする鉄道車両用歯車装置。
Ｄ＞（小歯車の歯先外径／２）＋〔｛（小歯車の歯先外径＋大歯車の歯先外径）／２｝−大歯車と小歯車との中心間距離〕 - 請求項１記載の鉄道車両用歯車装置において、少なくとも小歯車又は大歯車の何れか一方は円筒ころ軸受によって回転が自在なように支持されていることを特徴とする鉄道車両用歯車装置。
- 前記円筒ころ軸受の回転軸と、前記小歯車又は大歯車の回転軸とが平行となるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の鉄道車両用歯車装置。
- 請求項２又は３記載の前記円筒ころ軸受の少なくとも外輪又は内輪の何れか一方を、ころ端面に対向する鍔が片側のみに設けられたものとしたことを特徴とする鉄道車両用歯車装置。
- 請求項２〜４の何れか記載の鉄道車両用歯車装置において、前記円筒ころ軸受の軸方向の隙間を、やまば歯車の軸方向の遊び量よりも大きくしたことを特徴とする鉄道車両用歯車装置。
- 請求項２〜５の何れか記載の鉄道車両用歯車装置において、
前記円筒ころ軸受におけるころ端面、或いは、外輪又は内輪の鍔面の少なくとも何れか一面にクラウニングを施したことを特徴とする鉄道車両用歯車装置。 - 請求項２〜６の何れか記載の鉄道車両用歯車装置において、
前記円筒ころ軸受の内輪又は外輪の少なくとも何れか一方に形成したころ受け面における垂直面と水平面との隅部に窪みを設けたことを特徴とする鉄道車両用歯車装置。 - 前記小歯車と前記大歯車のうちの少なくとも何れか一方の胴部における、軸方向外周部に形成した対を成す歯の間に、潤滑済みの余剰な油を歯車箱内の油溜め部に戻す潤滑油循環手段を設けたことを特徴とする請求項１〜７の何れか記載の鉄道車両用歯車装置。
- 前記小歯車と前記大歯車のうちの少なくとも何れか一方は、軸方向外周部に形成する対を成す歯が別々に形成され、締結手段によって一体化されたものであることを特徴とする請求項１〜８の何れか記載の鉄道車両用歯車装置。
- 請求項１〜９の何れか記載の鉄道車両用歯車装置において、
前記歯車箱の前記軸受押さえ蓋との嵌合部を前記円形に代えて、少なくとも一つの方向の径方向長さを他の方向よりも長くした偏円形としたことを特徴とする鉄道車両用歯車装置。 - 前記偏円形の長手方向の半径長さＬが下記の式に従うものであることを特徴とする請求項１０記載の鉄道車両用歯車装置。
Ｌ＞（小歯車の歯先外径／２）＋〔｛（小歯車の歯先外径＋大歯車の歯先外径）／２｝−大歯車と小歯車との中心間距離〕 - 請求項１〜１１の何れか記載の鉄道車両用歯車装置を搭載したことを特徴とする鉄道車両用台車。
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