JP2007239927A - 駆動力伝達装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】軸受とケーシングとの材料特性の差を吸収して、減速機の回転軸を安定して支持可能な軸受装置を採用した減速機を提供する。
【解決手段】減速機11は、回転軸としての入力軸13および出力軸14と、入力軸13および出力軸14の間に配置され、入力軸13の回転を一定の回転比に変換して出力軸14に伝達する駆動力変換機構と、駆動力変換機構を収容し、回転軸を通過させる開口を有するケーシング12と、ケーシング12の開口に嵌め入れて固定される軸受保持部材21,22と、軸受保持部材21,22に保持されて、回転軸を回転自在に支持する軸受17〜20とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】減速機11は、回転軸としての入力軸13および出力軸14と、入力軸13および出力軸14の間に配置され、入力軸13の回転を一定の回転比に変換して出力軸14に伝達する駆動力変換機構と、駆動力変換機構を収容し、回転軸を通過させる開口を有するケーシング12と、ケーシング12の開口に嵌め入れて固定される軸受保持部材21,22と、軸受保持部材21,22に保持されて、回転軸を回転自在に支持する軸受17〜20とを備える。
【選択図】図1
Description
この発明は、減速機や増速機等の駆動力伝達装置の回転軸を支持する回転軸支持構造に関するものである。
従来の減速機は、例えば、特開平8−196057号公報(特許文献1)にも記載されている。また、図14は、従来の減速機101の模式図である。
図14を参照して、例えば従来の減速機101は、ケーシング102と、ケーシング102に挿通する入力軸103と、ケーシング102に入力軸103と平行に配置される出力軸104と、入力軸103に固定連結された歯数n1の小歯車105と、出力軸104に固定連結されて小歯車105と噛み合う歯数n2の大歯車106と、入力軸103および出力軸104をケーシング102に回転自在に支持する4個の軸受107とを備える。この減速機101は、入力軸103の回転をn1/n2の減速比で減速して出力軸104に伝達する。
図15を参照して、ケーシング102は、軸受107を受け入れる凹部102bと、凹部102bの底壁に回転軸を挿通する開口102aと、凹部102bの開放端側に、軸受107の脱落を防止するリング部材108とを備える。一方、軸受107は、内輪107aと、外輪107bと、内輪107aおよび外輪107bの間に配置される複数の玉107cとを有する玉軸受である。軸受107は、凹部102bに嵌め入れて固定される。
特開平8−196057号公報
近年、減速機101の軽量化の要求に伴って、アルミニウム合金等の軽合金製のケーシング102が採用されることがある。ケーシング102に使用する軽合金は、軸受107に使用される軸受鋼と比較すると、硬度や剛性が低く、線膨張係数が大きい。
軸受107は、ケーシング102の凹部102bに嵌め合いによって固定されるに過ぎないので、軸受回転時に外輪107bが凹部102b内で回転する現象(以下、この現象を「クリープ」という)が発生する。その結果、外輪107bと比較して硬度の低い凹部102bの内壁面には、外輪107bとの摩擦によって磨耗が生じる。
また、線膨張係数の大きいケーシング102は、軸受107と比較して温度変化に伴う寸法変化率が大きいので、軸受107のケーシング102内での位置は、温度変化によって変化する。その結果、入力軸103と出力軸104との間隔も変化するので、小歯車105と大歯車106との適正な噛み合いを維持することができない。
さらに、小歯車105と大歯車106との噛み合い等によって生じる振動が、入力軸103および出力軸104と、軸受107とを経由してケーシング102に伝達される。この振動は、ケーシング102の磨耗や熱膨張によってケーシング102と軸受107との間に隙間が生じると、益々大きくなる。
そこで、この発明の目的は、軸受とケーシングとの材料特性の差を吸収して、回転軸を安定して支持可能な軸受装置を採用した駆動力伝達装置を提供することである。
この発明に係る駆動力伝達装置は、回転軸としての入力軸および出力軸と、入力軸および出力軸の間に配置され、入力軸の回転を一定の回転比に変換して出力軸に伝達する駆動力変換機構と、駆動力変換機構を収容し、回転軸を通過させる開口を有するケーシングと、ケーシングの開口に嵌め入れて固定される軸受保持部材と、軸受保持部材に保持されて、回転軸を回転自在に支持する軸受とを備える。
上記構成とすることにより、軸受とケーシングとのクリープによる磨耗の発生を防止することができる。また、ケーシングと軸受保持部材とを重ねることにより、ケーシングの剛性が向上する。
好ましくは、軸受の線膨張係数α1と、軸受保持部材の線膨張係数α2と、ケーシングの線膨張係数α3とは、α1≦α2<α3の関係を有する。
上記構成のように、軸受保持部材を形成する材料として、線膨張係数が軸受鋼と近い材料を使用することにより、温度が変化した場合でも、軸受の軸受保持部材内での位置を一定に保つことができる。特に、軸受保持部材が複数の軸受を保持する場合には、温度変化に伴う軸間寸法の変化が極めて少ない歯車用軸受装置を得ることができる。
一実施形態として、駆動力変換機構は、入力軸の回転を一定の減速比に減速して出力軸に伝達する減速機構である。その他、この発明は、入力軸の回転を一定の増速比に増速して出力軸に伝達する増速機構を有する駆動力伝達装置にも適用可能である。
この発明によれば、軸受とケーシングとの材料特性、特に、剛性や線膨張係数の差を吸収して、回転軸を安定して支持可能な軸受装置を採用した駆動力伝達装置を得ることができる。
図1〜図7を参照して、この発明の一実施形態に係る駆動力伝達装置を説明する。なお、図1は、この発明に係る駆動力伝達装置としての減速機11を示す図である。
図1を参照して、減速機11は、アルミニウム合金等の軽合金で形成されるケーシング12と、小歯車15および大歯車16で構成される駆動力変換機構と、ケーシング12に挿通する入力軸13と、入力軸13と平行に配置される出力軸14と、入力軸13および出力軸14をケーシング12に回転自在に支持する4個の軸受17,18,19,20と、軸受17〜20を受け入れる軸受固定部21a,21b,22a,22bを有し、ケーシング12に回転不能に固定される軸受保持部材21,22とを備える。
駆動力変換機構は、入力軸13に固定連結された歯数n1の小歯車15と、出力軸14に固定連結されて小歯車15と噛み合う歯数n2の大歯車16で構成され、入力軸13の回転をn1/n2の減速比で減速して出力軸14に伝達する。
図2は、図1のケーシング12と軸受17および軸受保持部材21との嵌合部分の拡大図である。図2を参照して、ケーシング12は、入力軸13を通過させる開口12aを有する。開口12aは、ケーシング12の内側から外側に向けて凹む凹部12bと、凹部12bの底壁に設けられた穴12cとで構成される。なお、入力軸13の他端のようにケーシング12によって回転軸の端部を支持するような部分には、開口の構成要素として回転軸を挿通する穴は不要である。
そして、軸受保持部材21は、ケーシング12に設けられた凹部12bに嵌め入れて固定される。軸受17は、軸受保持部材21に設けられた軸受固定部21aに嵌め合いによって保持される。なお、その他の支持部分についても同様の構成である。
次に、図3および図4を参照して、この発明の一実施形態に係る軸受装置を説明する。なお、図3は、図1に示す軸受保持部材21の正面図であって、図4は、図3のIV−IVにおける断面図である。
図3を参照して、この発明の一実施形態に係る軸受装置は、ケーシング12(図示省略)と、軸受17,18と軸受保持部材21とを含む。軸受保持部材21は、外形輪郭線が円弧部分と直線部分とを含む非円形で、軸受17,18を受け入れる軸受固定部21a,21bを有する。また、図4を参照して、軸受保持部材21は、ケーシング12の内壁面の凹部12bに沿う板状であって、軸受固定部21a,21bは、内部に軸受17,18を収容可能な凹部である。また、軸受固定部21a,21bの底壁には、入力軸13を挿通する穴21cが形成されている。
なお、本明細書中「非円形」とは、外形輪郭線が、重心からの距離が相対的に長い第1の部分と、重心からの距離が相対的に短い第2の部分とを含む全ての形状を指すものとする。具体的には、楕円や多角形等である。また、軸受保持部材22についても同様の構成である。
図1に示す減速機11のように、ケーシング12と軸受17〜20との間に軸受保持部材21,22を配置することにより、軸受17〜20のクリープによってケーシング12が磨耗することはない。また、軸受保持部材21,22の外形輪郭線は非円形であるので、軸受保持部材21,22がケーシング12の凹部12b内部で回転する心配はない。さらに、軸受保持部材21,22は、軸受17〜20と同等の硬度を有する材料で形成されているので、軸受17〜20のクリープによる磨耗の心配は少ない。
次に、図5〜図7を参照して、軸受保持部材21の製造方法を説明する。まず、図5を参照して、軸受保持部材21の出発材料としては、軸受鋼や炭素鋼等の鋼板を使用する。
図6を参照して、第1の工程としては、絞り加工によって鋼板に凹形状の軸受固定部21a,21bを形成する。軸受固定部21a,21bの内壁面の直径は、軸受17,18の外径寸法に合わせる。また、軸受固定部21a,21bの中心間の間隔は、入力軸13と出力軸14との軸芯間の間隔に合わせる。なお、図6では外縁部21eと中央部21fとの高さが同じである例を示したが、軸受固定部21a,21bの間隔が小さい場合には、中央部21fは外縁部21eより低くなることがある。
図7を参照して、第2の工程としては、打ち抜き加工によって軸受固定部21a,21bの底壁に回転軸を挿通する穴21c,21dを形成する。このとき、穴21c,21dの直径は、軸受17,18の円滑な回転を妨げないために、底壁が内輪17a,18aの端面に干渉しない大きさとする。
なお、上記の実施形態においては、汎用的な軸受保持部材21とするために、全ての軸受固定部21a,21bの底壁に穴21c,21dを形成した例を示したが、図1に示す減速機11に使用する軸受保持部材21としては、穴21dは省略可能である。
また、軸受保持部材21の外形輪郭線を図3に示したような非円形の形状に加工する工程は、図6に示す第1工程の後であってもよいし、図7に示す第2工程の後であってもよい。また、軸受保持部材21の形状加工後には、所定の機械的性質を得るために、焼入れや浸炭処理、窒化処理等の熱処理を行う。
図5〜図7に示した軸受保持部材21の製造方法では、製造コストおよび生産効率の観点から鋼板をプレス加工による製造方法の例を示したが、これに限ることなく、鋳造や削り出し加工によって製造してもよい。
上記構成の軸受保持部材21は、軸受17,18を組み込んだ状態でケーシング12に取り付けられる。このとき、軸受固定部21a,21bの間隔は、既に入力軸13および出力軸14の間隔と一致しているので、減速機11の組立の際に軸受17,18の位置決めをする必要がなく、組立工数を削減することができる。
なお、図1に示した減速機11において、ケーシング12と軸受保持部材21,22とは同種材料で形成してもよいが、温度による寸法変化、減速機の剛性、および減速機の軽量化等の観点からは、異なる材料で形成することが望ましい。
例えば、軸受17〜20に使用する軸受鋼の線膨張係数をα1、軸受保持部材21,22に使用する軸受鋼や炭素鋼の線膨張係数をα2、ケーシング12に使用するアルミニウム合金等の軽合金の線膨張係数をα3とすると、α1≦α2<α3の関係を満たすような材料を選択する。
このような材料を選択した場合、温度変化に伴う軸受17〜20と軸受保持部材21,22との膨張量の差は小さいので、軸受17〜20の軸受保持部材21,22内における位置の変化は極めて小さくなる。その結果、入力軸13および出力軸14の軸間寸法がほとんど変化しないので、小歯車15と大歯車16と噛み合い量を適正に維持することができる。
さらに、軸受保持部材21,22は、ケーシング12と比較して剛性の高い材料で形成する。これにより、ケーシング12の剛性を補完することができる。その結果、ケーシング12の材料として、軽合金よりさらに軽量な材料、例えばエンジニアリングプラスチック等を採用することも可能となる。
次に、図8および図9を参照して、この発明の他の実施形態に係る軸受装置を説明する。図8は、この発明の他の実施形態に係る軸受装置を示す図であって、図9は、図8のXIX−IXにおける断面図である。
図8および図9に示す軸受装置は、ケーシング12(図示省略)と、軸受32,33と、軸受保持部材31とを含む。なお、軸受保持部材31は、図3および図4に示した軸受保持部材21と基本構成が同じであるので、相違点を中心に説明する。また、軸受32,33は、軸受17と同じであるので説明は省略する。
軸受保持部材31の外縁部の全周には、軸受固定部31a,31bの突出方向と同一方向に90°程度折り曲げて補強部としてのリブ31eが形成されている。これにより、軸受保持部材31の剛性がさらに向上する。なお、軸受保持部材31を図5〜図7に示すようなプレス加工によって製造する場合には、リブ31eの形成は、図6に示す第1工程の前または後であってもよいし、図7に示す第2工程の後であってもよい。
なお、図8および図9に示す実施形態においては、軸受保持部材31の外縁部を軸受固定部31a,31bの突出方向と同一方向に折り曲げてリブ31eを形成した例を示したが、これに限ることなく、軸受固定部31a,31bの突出方向と逆方向に折り曲げて形成してもよい。また、リブ31eは、外縁部の全周に設けた例を示したが、これに限ることなく、一部に設けても効果がある。例えば、円弧部分にのみ設けてもよいし、直線部分にのみ設けてもよい。
次に、図10および図11を参照して、この発明の他の実施形態に係る軸受装置を説明する。図10は、この発明の他の実施形態に係る軸受装置を示す図であって、図11は、図10のXI−XIにおける断面図である。
図10および図11に示す軸受装置は、ケーシング12(図示省略)と、軸受42,43と、軸受保持部材41とを含む。なお、軸受保持部材41は、図3および図4に示した軸受保持部材21と基本構成が同じであるので、相違点を中心に説明する。また、軸受42,43は、軸受17と同じであるので説明は省略する。
軸受保持部材41の表面には、軸受固定部41a,41bの突出方向と逆方向に突出する補強部としての凹凸部41eが軸受固定部41a,41bを囲むように連続して設けられている。これにより、軸受保持部材41の剛性がさらに向上する。なお、軸受保持部材41を図5〜図7に示すようなプレス加工によって製造する場合には、凹凸部41eの形成は、図6に示す第1工程の前または後であってもよいし、図7に示す第2工程の後であってもよい。
なお、図10および図11に示す実施形態においては、凹凸部41eを軸受固定部41a,41bの突出方向と逆方向に突出する構造としたが、これに限ることなく、軸受固定部41a,41bと同一方向に突出する構造としてもよい。また、凹凸部41eは、軸受保持部材41の表面に連続して形成した例を示したが、これに限ることなく、部分的に設けても効果がある。さらには、図8および図9に示したリブと凹凸部との両方を設けてもよい。
図12を参照して、この発明の他の実施形態に係る軸受装置を説明する。図12は、この発明の他の実施形態に係る軸受装置の部分断面図である。この軸受装置は、ケーシング12(図示省略)と、軸受52と、軸受保持部材51とを含む。なお、軸受保持部材51は、図3および図4に示した軸受保持部材21と基本構成が同じであるので、相違点を中心に説明する。また、軸受52は、軸受17と同じであるので説明は省略する。
軸受保持部材51は、軸受固定部51aからの軸受52の脱落を阻止するための軸受固定手段としてのリング部材53を有する。リング部材53は、軸受52を組み込んだ軸受固定部51aの開口端側の外輪52bの端面に当接する位置に配置され、その外縁部を軸受保持部材51に溶接して固定される。また、リング部材53は、中央に回転軸を挿通する穴53aを有する。穴53aの直径は、軸受52の円滑な回転を妨げないように、内輪52aに接触しない大きさとする。上記構成とすることにより、軸受固定部51aの内壁面と外輪52bの外径面との寸法公差が大きい場合でも、軸受回転時に軸受52が軸受固定部51aから脱落する心配がない。
図13を参照して、この発明の他の実施形態に係る軸受装置を説明する。図13は、この発明の他の実施形態に係る軸受装置の部分断面図である。この軸受装置は、ケーシング12(図示省略)と、軸受62と、軸受保持部材61とを含む。なお、軸受保持部材61は、図3および図4に示した軸受保持部材21と基本構成が同じであるので、相違点を中心に説明する。また、軸受62は、軸受17と同じであるので説明は省略する。
軸受保持部材61は、軸受固定部61aからの軸受62の脱落を阻止するための軸受固定手段としての加締部61cを有する。この実施形態では、図12に示したリング部材53のような特別な部材を必要としないことから、部品点数を削減することができる。また、溶接によって軸受保持部材61や軸受62の組織が変質する恐れもない。
なお、図12および図13に示した実施形態は、図3〜図11に示した各実施形態のいずれにも適用することができる。
図1に示す実施形態では、ケーシング12の内壁面に沿って軸受保持部材21を配置した例を示したが、これに限ることなく、ケーシング12の外壁面に沿って軸受保持部材21を配置してもよい。
また、駆動力変換機構としては、互いに歯数の異なる2つの歯車15,16で構成する例を示したが、これに限ることなく、入力軸13の回転を減速して出力軸に伝達可能な任意の構成とすることができる。
例えば、第1小歯車を有する入力軸と、第1歯車および第2小歯車を有する中間軸と、第2大歯車を有する出力軸とを備え、第1小歯車と第1大歯車とが噛み合って入力軸の回転を減速して中間軸に伝達する第1減速部と、第2小歯車と第2大歯車とが噛み合って中間軸の回転を減速して出力軸に伝達する第2減速部とを含む駆動力変換機構としてもよい。また、第3、第4・・・の減速部をさらに有する減速機であってもよい。
また、図1に示す実施形態では、駆動力変換機構として平行軸歯車機構を採用した例を示したが、これに限ることなく、例えば、互いに歯数の異なる2個スプロケットにチェーンを掛け渡したもの、互いに径の異なる2個のプーリにVベルトを掛け渡したもの、または遊星歯車機構を採用したもの等、入力軸の回転を一定の回転比に変換して出力軸に伝達するあらゆる機構を駆動力変換機構として採用することができるものとする。
また、上記の各実施形態において、軸受保持部材は、2個の軸受固定部を有する例を示したが、これに限ることなく、回転軸の本数に合わせて、1個の軸受固定部を有するものであってもよいし、2個以上の軸受固定部を有するものであってもよい。例えば、入力軸、中間軸、および出力軸を含む減速機の場合には、3個の軸受固定部を有する軸受保持部材を採用する。
また、上記の各実施形態においては、入力軸13および出力軸14を支持する軸受として単列の玉軸受を採用した例を示したが、これに限ることなく、複列や多列の玉軸受を採用してもよい。また、玉軸受に限ることなく、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、針状ころ軸受、自動調心ころ軸受、転動体が玉であるかころであるかを問わず、あらゆる転がり軸受に適用することができる。さらには、転動体を有する転がり軸受に限らず、すべり軸受にも適用することができる。
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
この発明は、駆動力伝達装置、特に、減速機や増速機に有利に利用される。
11,101 減速機、12,102 ケーシング、12a,102a 開口、12c,21c,21d,31c,31d,41c,41d,51b,53a,61b 穴、12b,102b 凹部、13,103 入力軸、14,104 出力軸、15,105 小歯車、16,106 大歯車、17,18,19,20,32,42,52,62,107 軸受、17a,32a,42a,52a,62a,107a 内輪、17b,32b,42b,52b,62b,107b 外輪、17c,32c,42c,52c,62c,107c 玉、21,22,31,41,51,61 軸受保持部材、21a,21b,22a,22b,31a,31b,41a,41b,51a,61a 軸受固定部、21e 外縁部、21f 中央部、31e リブ、41e 凹凸部、53,108 リング部材、61c 加締部。
Claims (3)
- 回転軸としての入力軸および出力軸と、
前記入力軸および前記出力軸の間に配置され、前記入力軸の回転を一定の回転比に変換して前記出力軸に伝達する駆動力変換機構と、
前記駆動力変換機構を収容し、前記回転軸を通過させる開口を有するケーシングと、
前記ケーシングの開口に嵌め入れて固定される軸受保持部材と、
前記軸受保持部材に保持されて、前記回転軸を回転自在に支持する軸受とを備える、駆動力伝達装置。 - 前記軸受の線膨張係数α1と、前記軸受保持部材の線膨張係数α2と、前記ケーシングの線膨張係数α3とは、
α1≦α2<α3
の関係を有する、請求項1に記載の駆動力伝達装置。 - 前記駆動力変換機構は、前記入力軸の回転を一定の減速比に減速して前記出力軸に伝達する減速機構である、請求項1または2に記載の駆動力伝達装置。
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JP2006064669A JP2007239927A (ja) | 2006-03-09 | 2006-03-09 | 駆動力伝達装置 |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011085206A (ja) * | 2009-10-16 | 2011-04-28 | Jatco Ltd | ギヤ軸支持壁構造 |
JP2016023706A (ja) * | 2014-07-18 | 2016-02-08 | Ntn株式会社 | インホイールモータ駆動装置 |
JP2017150585A (ja) * | 2016-02-25 | 2017-08-31 | 多摩川精機株式会社 | 冗長系伸縮型二重経路を有する航空機用リニアアクチュエータ |
CN111113479A (zh) * | 2018-10-31 | 2020-05-08 | 日本电产三协株式会社 | 工业用机器人 |
DE102018221831A1 (de) * | 2018-12-14 | 2020-06-18 | Zf Friedrichshafen Ag | Haltevorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe |
-
2006
- 2006-03-09 JP JP2006064669A patent/JP2007239927A/ja not_active Withdrawn
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