JP5559632B2 - 電動機用歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の電動機と組み合わされる歯車装置に関する。

鉄道車両の駆動系には、電動機の回転を減速して車軸に伝達するための歯車装置が設けられている。その歯車装置は、一般的には、台車に据え付けられる歯車箱内に電動機側の小歯車と車軸側の大歯車とが噛み合い状態で収容された構成を備えている。この種の歯車装置では、歯車箱の内外の圧力差を低減するためのブリーザ装置が設けられている。そののブリーザ装置は、歯車箱の内外を単純にブリーザ通路で結ぶだけのいわゆる開放型である（例えば特許文献１参照）。内燃機関のクランクケースにもブリーザ装置が設けられているが、そのブリーザ装置には、ブリーザ通路を必要に応じて開閉する弁機構等が設けられている（例えば特許文献２参照）。

特開平１０−１９６７６９号公報 実公昭６１−３５８２６号公報

内燃機関のクランクケースの場合、ピストンの往復運動によってケースの内圧に脈動が生じ、かつ燃焼室からのブローバイガスがケース内に吹き抜ける。そのため、ケース内の圧力の変化が頻繁でかつその振幅も大きい。したがって、クランクケースを単純な開放型のブリーザ通路で結ぶだけでは、潤滑油やブローバイガスの漏れが深刻化する。そのような理由から弁機構が必須とされている。これに対して、車両の電動機用歯車装置では、ピストンの往復運動やブローバイガスの流入のように、圧力を大きく変動させる要因となるものが歯車箱内に存在しない。歯車の回転速度の変化により歯車箱内の圧力が変化するとしても、回転速度の変化もさほど頻繁ではない。したがって、電動機用歯車装置では、潤滑油の漏れは深刻化せず、開放型のブリーザ通路のみで十分とされていた。しかしながら、車両の最高速度が上昇するに伴って、別の要因による問題が生じつつある。一例として、トンネル内で車両同士が高速ですれ違う場合、トンネル内の圧力が大気圧から急激に低下する。この場合、歯車箱の外圧が内圧よりも急激に低下し、それにより、歯車箱内の潤滑油が外部に漏れ出すおそれがある。

そこで、本発明は、高速走行が可能な車両への搭載に適した電動機用歯車装置を提供することを目的とする。

本発明の歯車装置は、車両に搭載された電動機と組み合わされる電動機用歯車装置であって、前記電動機の動力を伝達するための歯車列が収容される歯車箱に、該歯車箱の内外を結ぶブリーザ通路が設けられ、前記ブリーザ通路には、前記歯車箱の外圧が内圧よりも許容範囲を超えて相対的に低下したときに当該ブリーザ通路を閉じる閉弁機構が設けられ、前記ブリーザ通路には、前記閉弁機構による閉鎖位置よりも前記歯車箱の外側に位置するようにしてフィルタが設けられたものである。

本発明の一形態において、前記歯車箱には、該歯車内部に通じる空洞部を有する台座部が一体形成され、前記台座部にはブリーザキャップが固定され、前記ブリーザ通路は、前記台座部及び前記ブリーザキャップを貫くように延ばされて一端が前記空洞部に、他端がブリーザキャップの外部にそれぞれ開口し、前記ブリーザ通路には、前記台座部と前記ブリーザキャップとの接合面に開口するようにして拡大部が設けられ、前記閉弁機構は、前記ブリーザ通路の前記拡大部に収容された弁室と、該弁室内に収容されて、前記歯車箱の内外の圧力差が許容範囲にあるときは前記ブリーザ通路を開き、前記歯車箱の外圧が内圧よりも許容範囲を超えて相対的に低下したときには前記ブリーザ通路を閉じる弁体とを含み、前記フィルタは前記ブリーザ通路の前記ブリーザキャップ側の領域に設けられてもよい。また、前記弁体は前記弁室内に上下動可能に収容され、前記弁体が自重で前記弁室内で降下しているときには前記弁体と前記弁室との隙間を介して前記フロート室の前後が連絡し、前記外圧が内圧よりも前記許容範囲を超えて相対的に低下したときには前記弁体が前記フロート室内で上昇して前記ブリーザ通路を閉じるように設けられてもよい。

本発明によれば、歯車箱の外圧が内圧よりも許容範囲を超えて相対的に低下したとき、閉弁機構によりブリーザ通路が閉じられる。そのため、高速走行中の車両同士がトンネル内ですれ違うような場合には、トンネル内の圧力低下に応答してブリーザ通路を閉弁機構で閉鎖させ、それにより、歯車箱内の潤滑油の漏れを阻止することができる。

本発明の一形態に係る電動機用歯車装置の要部を示す断面図。 閉弁機構が開いている状態を示す部分拡大図。 閉弁機構が閉じている状態を示す部分拡大図。

図１は、本発明の一形態に係る電動機用歯車装置（以下、単に歯車装置と呼ぶことがある。）の要部を示している。この歯車装置１は、鉄道車両の駆動用原動機としての電動機の回転を減速して車軸に伝達するものである。歯車装置１は、歯車箱２を有している。歯車箱２は鉄道車両の台車に据え付けられる。据え付け時の上下方向は図１の上下方向と概ね一致する。歯車箱２は、本体と蓋材とを組み合わせた構成を有しているが、図１では蓋材部分のみが示されている。歯車箱２の内部のギア室３には、不図示の歯車列が収容されている。歯車列は、一例として、電動機側に接続される小歯車と車軸側に接続される大歯車とを噛み合わせた構成である。歯車箱２には、電動機からの回転を小歯車に伝える入力軸と、大歯車と同軸的に組み合わされる車軸とが、本体を貫くようにしてそれぞれ装着されるが、それらの図示は省略した。なお、これらの軸部材が歯車箱２を貫通する部分は適宜にシールされる。ギア室３には、歯車列に対する潤滑油が供給される。

歯車箱２の上部には、ギア室３から側方に伸びるように空洞部２ａが設けられ、その空洞部２ａの上方にはブリーザ装置５が設けられている。ブリーザ装置５は、歯車箱２の上部に一体形成された台座部６と、その台座部６に固定されるブリーザキャップ７と、台座部６及びブリーザキャップ７を貫くように延ばされて一端が空洞部２ａに、他端がブリーザキャップ７の外部にそれぞれ開口するブリーザ通路８とを備えている。ブリーザ通路８は、台座部６に設けられた上下方向の第１通路８ａと、ブリーザキャップ７に設けられた上下方向の第２通路８ｂと、第２通路８ｂの上端から水平方向に延ばされた第３通路８ｃとを含む。ただし、ブリーザ通路８の形状は一例であり、その流路構成は適宜に変形してよい。

台座部６とブリーザキャップ７との接合面間はパッキン９にてシールされている。パッキン９の内側には、閉弁機構１０が設けられている。閉弁機構１０は、フロート室（弁室）１１と、そのフロート室１１に収容されたフロート（弁体）１２とを含んでいる。フロート室１１は、第１通路８ａの上端側の拡大部８ｄと、及び第２通路８ｂの下端側の拡大部８ｅを組み合わせて形成されている。

図２に拡大して示すように、フロート１２は、拡大部８ｄに入り込むフロート軸１２ａと、そのフロート軸１２ａの上端から半径方向外側に拡大するよう設けられたフランジ１２ｂとを有している。フロート軸１２ａの外径は拡大部８ｄの内径よりも小さい。フランジ１２ｂは、台座部６の上面と密着可能であり、その下面には通気溝１２ｃが形成されている。フランジ１２ｂの外径は拡大部８ｅの内径よりも小さく、かつフランジ１２ｂの上下方向の厚さは拡大部８ｅの上下方向の深さよりも小さい。

図１に戻って、第２通路８ｂのフロート１２よりも上方、すなわち、歯車箱２の内部からみてフロート１２よりも外側の位置にはフィルタ１４が設けられている。フィルタ１４は、ギア室３からの気流に含まれている潤滑油のミスト成分をキャッチしてその流出を抑えるために設けられている。

以上のような歯車装置１においては、歯車箱２の内外の圧力が等しい場合、フロート１２がその自重で降下する。これにより、図２に示すように、フロート１２のフランジ１２ｂが台座部６と密着する。その状態では、第１通路８ａと第２通路８ｂとは、フロート１２とフロート室１１との間の隙間、具体的には、フロート軸１２ａの外周の隙間、通気溝１２ｃ、フランジ１２ｂの外周側及び上面側の隙間を介して互いに通じている。したがって、歯車箱２の内部と外部との間では、ブリーザ通路８を介して通気が可能である。歯車箱２の外圧が内圧よりも低下すると、フロート１２にはその内外の圧力差に応じてこれを引き上げる力（浮力と呼ぶ。）が発生する。しかし、その浮力がフロート１２の自重を超えない範囲では、フロート１２が図２の位置に保持される。この状態では、ブリーザ通路８を介した歯車箱２の内外の圧力差の低減機能が維持される。一方、フロート１２に作用する浮力が、自重による下向きの力を超えると、図３に矢印で示すようにフロート１２が上昇する。これにより、フランジ１２ｂの上面が第２通路８ｂの拡大部８ｅの上面（フロート室１１の上面）と密着する。これにより、第１通路８ａと第２通路８ｂとの間でブリーザ通路８が閉鎖され、歯車箱２の内部から外部への圧力の抜けが阻止される。したがって、歯車箱２内の潤滑油のミスト成分が、ブリーザ通路８を介して歯車箱２の外部へ漏れ出すおそれがなくなる。

フロート１２がブリーザ通路８を閉鎖するときの圧力差（フロート１２の動作圧力）は適宜に設定してよいが、歯車箱２の内外の圧力差が許容範囲にある限りブリーザ通路８を介した通気が可能な状態が維持され、圧力差が許容範囲を超えて拡大したとき、すなわち、外圧が内圧よりも許容範囲を超えて低下したときにフロート１２が上昇してブリーザ通路８を閉じるように設定すればよい。一例として、歯車装置１を搭載した車両が所定限度を超える高速域（一例として３００ｋｍ／ｈ以上）で走行中にトンネル内ですれ違うときの潤滑油の漏れを阻止するためには、そのすれ違い時に発生するトンネル内の圧力の降下量を実測又は推定し、その圧力降下に伴って発生し得る歯車箱２の内外の圧力差よりも小さい圧力差でフロート１２がブリーザ通路８を閉鎖するように、フロート１２の動作圧力を設定すればよい。

上記の歯車装置１によれば、フロート１２によるブリーザ通路８の閉鎖位置、つまりフランジ１２ｂと拡大部８ｅの上面との接触位置よりもフィルタ１４が歯車箱２の外側に位置している。したがって、歯車箱２の外圧が内圧よりも急激に低下して歯車箱２内の潤滑油のミスト成分がブリーザ通路８に吸い込まれても、フロート１２によりブリーザ通路８が閉鎖されることにより、フィルタ１４が大量のミスト成分に晒されるおそれはない。これにより、フィルタ１４の目詰まりの進行が抑えられる。よって、フィルタ１４のメンテナンスや交換の周期を長時間化することができる。

本発明は上述した形態に限定されず、種々の形態にて実施してよい。例えば、フィルタ１４は必ずしもこれを装着することを必要としない。閉弁機構１０は、台座部６又はブリーザキャップ７のいずれか一方にその全体が収容される構成でもよい。通気溝１２ｃに代えて、又は加えて台座部６の上面に通気溝が形成されてもよい。閉弁機構１０は弁体としてのフロート１２を圧力差で駆動する例に限らない。ブリーザ通路８に配置された弁体をばね等の弾性部材で開弁方向（図１では下方向）に押え付け、歯車箱２の内圧が外圧よりも許容範囲を超えて上昇したときにその弁体を閉弁方向（図１では上方向）に動作させる構成でもよい。その他にも、リード弁のような弾性材料製の弁体をブリーザ通路の途中に設け、弁体の弾性力を利用してブリーザ通路の開放及び閉鎖を圧力差に応じて切り替えるようにしてもよい。本発明の歯車装置が搭載される車両は高速鉄道車両に限定されず、自動車その他の車両であっても、高速走行に伴って本発明と同様の課題が生じる限りにおいて適宜にこれを適用してよい。

１ 電動機用歯車装置
２ 歯車箱
５ ブリーザ装置
６ 台座部
７ ブリーザキャップ
８ ブリーザ通路
１０ 閉弁機構
１１ フロート室（弁室）
１２ フロート（弁体）
１４ フィルタ

Claims (3)

1. 車両に搭載された電動機と組み合わされる電動機用歯車装置であって、前記電動機の動力を伝達するための歯車列が収容される歯車箱に、該歯車箱の内外を結ぶブリーザ通路が設けられ、前記ブリーザ通路には、前記歯車箱の外圧が内圧よりも許容範囲を超えて相対的に低下したときに当該ブリーザ通路を閉じる閉弁機構が設けられ、
   前記ブリーザ通路には、前記閉弁機構による閉鎖位置よりも前記歯車箱の外側に位置するようにしてフィルタが設けられている電動機用歯車装置。
2. 前記歯車箱には、該歯車内部に通じる空洞部を有する台座部が一体形成され、
   前記台座部にはブリーザキャップが固定され、
   前記ブリーザ通路は、前記台座部及び前記ブリーザキャップを貫くように延ばされて一端が前記空洞部に、他端がブリーザキャップの外部にそれぞれ開口し、
   前記ブリーザ通路には、前記台座部と前記ブリーザキャップとの接合面に開口するようにして拡大部が設けられ、
   前記閉弁機構は、前記ブリーザ通路の前記拡大部に収容された弁室と、該弁室内に収容されて、前記歯車箱の内外の圧力差が許容範囲にあるときは前記ブリーザ通路を開き、前記歯車箱の外圧が内圧よりも許容範囲を超えて相対的に低下したときには前記ブリーザ通路を閉じる弁体とを含み、
   前記フィルタは前記ブリーザ通路の前記ブリーザキャップ側の領域に設けられている請求項１に記載の電動機用歯車装置。
3. 前記弁体は前記弁室内に上下動可能に収容され、前記弁体が自重で前記弁室内で降下しているときには前記弁体と前記弁室との隙間を介して前記フロート室の前後が連絡し、前記外圧が内圧よりも前記許容範囲を超えて相対的に低下したときには前記弁体が前記フロート室内で上昇して前記ブリーザ通路を閉じるように設けられている請求項２に記載の電動機用歯車装置。

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