JP2008278656A - ハイポイドギヤモータ及びその製造方法 - Google Patents

ハイポイドギヤモータ及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】コンパクトで、高容量、高速駆動の可能なハイポイドギヤモータを得る。
【解決手段】ハイポイドピニオン90をモータ軸60と別体で設ける。ハイポイドピニオン90は、モータ軸60に嵌合する貫通孔92を備え、モータ軸60に圧入等の手段にて固定される。ハイポイドピニオン90と噛合するハイポイドギヤ100の組み込まれたハイポイドギヤ軸104は、玉軸受106及び自動調心ころ軸受108を介して支持されている。それぞれの軸受106、108に隣接してハイポイドピニオン90、あるいは減速機ケーシング110に対するハイポイドギヤ軸104の軸方向位置を調整する第1、第2シム部材112、114が配置される。
【選択図】図1

Description

本発明は、特に、高容量且つ低減速比の設計をするのに好適な構成を有するハイポイドギヤモータ及びその製造方法に関する。
特許文献1に、低減速比から高減速比までの広い範囲の減速比を用意したハイポイドギヤモータのシリーズが開示されている。
図6に示されるように、このハイポイドギヤモータHGM1は、モータM1と、減速機G1とを一体化したものである。
減速機G1の第1変速段は、モータ軸14に直切りされたハイポイドピニオン16と、ハイポイドギヤ軸18に設けられてハイポイドピニオン16と噛合するハイポイドギヤ20とで構成される。このハイポイドピニオン16とハイポイドギヤ20とで実現される減速比は、1/5〜1/15程度の(高)減速比である。
第2変速段は、ハイポイドギヤ軸18に設けられた第1中間ピニオン24と、中間軸26に設けられて第1中間ピニオン24と噛合する第1中間ギヤ28とで構成される。
第3変速段は、中間軸26に設けられた第2中間ピニオン32と、出力軸34に設けられて第2中間ピニオン32と噛合する出力ギヤ36とで構成される。
なお、枠番(容量区分)が同一の場合、即ち取り扱う容量が同一の場合、ケーシングは同一のものが使用される。換言するならば、モータを枠番の異なるより大型のものに取り替えた場合、減速機も枠番の異なるより大型のものが連結されるようになっている。ハイポイドギヤセットは高価なため、低減速比から高減速比まで多種類の減速比を実現するに当たり、ハイポイドギヤセットは同一のものを使用し、その他のギヤセットの減速比を変えることにより全体の減速比を変えるようにしている。
特開2001−103710号公報
近年、工業製品の製造をより迅速化するために、ハイポイドギヤモータの適用分野においても、一層の高容量化及び高速化が求められている。
高容量化を実現するためには、基本的には容量(出力)の高いモータを使用し、これに見合う大型の減速機を組み合わせることになる。高速化を実現するためには、減速比をより低く設定し、モータの回転をあまり大きく減速させないまま出力軸を回転させることになる。
ここで、同一容量のモータを使用して低減速比を実現した場合、出力軸から取り出される出力トルクは当然に小さくなる。そのため、出力軸において同一トルクでより高速化させるためにはモータの容量をより高くしなければならない。
しかしながら、モータの容量を高くするというのは、単純に言うならば、シリーズ中の1ランク大型の枠番(容量区分)のモータを採用するということであり、組み合わせる減速機ケーシング等もそれに伴って大型化することになる。減速機ケーシング等が大型化すると、相手機械との取り合い寸法等も異なってくるため、例えば、既存の生産設備において同一のトルクを維持したまま高速化を実現したいというような場合には、当該既存設備との取り合い(連結構造)についても設計変更しなければならないという問題も生じる。
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであって、装置全体の大きさをコンパクトに抑えながら、高容量、低減速比を設計するのに好適な構成を有するハイポイドギヤモータ及びその製造方法を提供することをその課題としている。
本発明は、モータ、ハイポイドピニオン、及びハイポイドギヤを有するハイポイドギヤモータにおいて、前記モータのモータ軸と別体で設けられ、該モータ軸に嵌合する貫通孔を備えると共に自身の外周に歯面を備え、前記貫通孔を介して前記モータ軸に固定されるハイポイドピニオンと、該ハイポイドピニオンと噛合する前記ハイポイドギヤを備えると共に、両端がそれぞれ軸受を介してケーシングに支持されたハイポイドギヤ軸と、前記それぞれの軸受の双方に隣接してそれぞれ配置され、前記ハイポイドギヤ軸の前記ハイポイドピニオン及び前記ケーシングに対する軸方向位置を、それぞれ独立して調整する第1、第2シム部材と、を備えた構成とすることにより、上記課題を解決したものである。
本発明では、ハイポイドギヤセットの部分において相応の減速比(先の従来例で言うならば1/5〜1/15程度)を稼ぐという従来の思想を捨て、この部分を積極的に低減速比化するようにしている。これは、ハイポイドギヤセットの場合、ハイポイドギヤの外径が同一である場合、許容伝達トルクはほぼ同一となり、従ってハイポイドピニオンとハイポイドギヤによる減速比を小さくすれば、(許容伝達トルクが同一であるため)より大きなモータを取り付けることができるようになるというメリットに着目したためである。
しかしながら、これを単純に実現しようとすると、新たな不具合が生じる。ハイポイドギヤの外径を同一としたまま低減速比を実現しようとすると、必然的にハイポイドピニオンの外径が大きくなる。この結果容量増大によりモータ軸自体が大型化していることと相俟って、このピニオン付きのモータ軸を製造するための機械としてより大型のものを用意しなければならなくなる。ハイポイドギヤセットの加工機械は極めて特殊であり、非常に高価であるため、ピニオン付きのモータ軸の加工機械の大型化は著しい製造コストの増大を招く。又、ハイポイドピニオンの歯面の高硬度化を実現するための熱処理の設備等も大型化する必要があり、熱処理に伴ってモータ軸に発生した曲がり等の変形を矯正するための設備も大型化する。
一方、こうした新たに顕著となる不具合の発生を嫌って、一端側にハイポイドピニオン、他端側にモータ軸との連結部を備えたいわゆる「ハイポイドピニオンシャフト」を別途設ける手法も考えられる。しかしながら、この手法は当該ハイポイドピニオンシャフトが介在される分、装置の軸方向の寸法増大を招くだけでなく、該ハイポイドピニオンシャフト自体の支持やハイポイドギヤとの噛合アライメントの精度の確保のために、より複雑な構成を構築する必要があり、やはりコストの増大を招く。
本発明では、ハイポイドピニオンはモータと別体で構成されるが、このハイポイドピニオンは、(従来一般的に用いられている)前記ハイポイドピニオンシャフトタイプのものではなく、モータ軸に嵌合する貫通孔を備えると共に、自身の外周に歯面を備え、この貫通孔を介してモータ軸に直接的に固定される。従って、軸方向長のコンパクト化が容易であり、ハイポイドピニオンシャフト自体の支持等の問題が発生しないため、構成も簡素化できる。
また、本発明においては、第1、第2のシム部材がそれぞれ2箇所に独立して設けられ、ハイポイドピニオンとハイポイドギヤ(ハイポイドギヤ軸)との噛合アライメントの調整、及びハイポイドギヤ軸と減速機ケーシングとの位置調整(位置決め)を、この第1、第2シム部材によって独立して最適に調整する。この結果、複雑な調整機構を設けることなく、高精度な噛合アライメントを運転中のいかなるときにおいても確実に維持することができる。
なお、本発明は、モータ、ハイポイドピニオン、及びハイポイドギヤを有するハイポイドギヤモータの製造方法において、貫通孔を有するハイポイドピニオンを、該貫通孔を前記モータのモータ軸に嵌合させた状態で固定する工程と、前記ハイポイドギヤを備えるハイポイドギヤ軸を、該ハイポイドギヤ軸の一方側の軸受に隣接して配置した第1シム部材を利用して、前記ハイポイドギヤとハイポイドピニオンとの最適な噛合位置の調整をしながら組み込む工程と、該ハイポイドギヤ軸とケーシングとの軸方向の相対位置を、ハイポイドギヤ軸の他方側の軸受に隣接して配置した第2シム部材を利用して調整する工程と、を含むことを特徴とするハイポイドギヤモータの製造方法と捉えることもできる。
本発明によれば、コンパクト化、低減速比化(出力軸高速化)、及び高容量化の実現されたハイポイドギヤモータを、簡単な構成で低コストに製造することができる。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態の一例に係る2段減速構造で構築されたハイポイドギヤモータであり、図2、図3は、それぞれ図1の矢視II部、矢視III 部の部分拡大図である。また、図4は、図1のハイポイドギヤモータと同一のモータ及びケーシングを用いて、3段減速構造で構築したハイポイドギヤモータであり、図5は図4の矢視V部の部分拡大図である。なお、図4は、動力の伝達に着目して紙面と垂直の方向に3次元的に配置されている軸を「展開」したものであり、例えば、後述する減速機ケーシング110は、実際には図1の例、図4の例とも同一の寸法である。なお、図6は図1のハイポイドギヤモータHGM2の全体構成を示したものである。図1の例と図4の例は、共通する部分が多いため、便宜上図1の例に基づいて説明し、両者の違いのみを適宜に説明することとする。
図1、図6を参照して、このハイポイドギヤモータHGM2は、汎用のモータ(単品のモータとして完成しており、他の目的でも使えるモータ)M2と減速機G2とを一体化したものである。モータM2のモータ軸60は、一対の玉軸受61、62によって支持されている。
図2を併せて参照して、この一対の軸受61、62のうち、ハイポイドピニオン側の玉軸受62の外輪63は、モータケーシング64のカバー部68に形成された段差部72と、ボルト66を介してカバー部68と一体化された第1リング体(リング体)70に形成された段差部74とによって軸方向の移動が拘束されている。又、玉軸受62の内輪65は、モータ軸60に形成された段部76と、該モータ軸60に被せられた第2リング体80の端面81とによって軸方向の移動が拘束されている。この結果、玉軸受62は、モータ軸60に掛かるラジアル方向及びスラスト方向の双方の負荷を受け止めることが可能である。なお、第2リング体80は、モータ軸60に締まり嵌めされると共に、減速機G2内のグリースがモータM2側に入り込むのを防止するための振切り板82及び止め輪84を介して軸方向減速機側への移動が拘束されている。符号89はオイルシールである。
ハイポイドピニオン90は、モータ軸60とは別体で構成されている。モータ軸60には、段差部86が形成されており、この段差部86に、ハイポイドピニオン90の底部91が当接することにより、該ハイポイドピニオン90のモータ軸60に対する軸方向の位置決めがなされる。このハイポイドピニオン90は、その半径方向中央部にモータ軸60に嵌合する貫通孔92を備え、外周に歯面93を備える。即ち、ハイポイドピニオン90の歯面93の軸方向位置は、モータ軸60の存在する軸方向位置と重なっており、該モータ軸60の先端部61より軸方向減速機側にはほとんど飛び出していない。ハイポイドピニオン90は、例えば圧入、焼き嵌め等のいわゆる締り嵌めで貫通孔92を介してモータ軸60に嵌入・固定される。通常の用途であれば、これだけで十分な固定強度が得られるが、この実施形態では、キー94を介在させることにより、円周方向の周り止めを機械的に維持し、又、座板96及びボルト98(共に図1参照)を組み込むことにより、軸方向の抜け止めを機械的に維持している。なお、本発明では、ハイポイドピニオン90の固定方法は特に限定されない。
ハイポイドピニオン90は、ハイポイドギヤ100と噛合し、第1変速段102を構成している。ハイポイドピニオン90とハイポイドギヤ100とで実現される減速比は1/3.5であり、一般的なハイポイドギヤセットにて実現される減速比(例えば1/5〜1/15)と比べ、かなり低く設定されている。
ハイポイドギヤ100はハイポイドギヤ軸104に組み込まれている。ハイポイドギヤ軸104は、その両端がそれぞれ玉軸受106及び自動調心ころ軸受108を介して減速機ケーシング110に支持されている。また、玉軸受106及び自動調心ころ軸受108の双方に隣接して第1、第2シム部材112、114がそれぞれ配置されている。図3に自動調心ころ軸受108の外輪109の軸方向外側に第2シム部材114が組み込まれている状態を拡大して示す。第2シム部材114の厚さは0.1mm程度であるため、図では、多少その厚さが誇張して描かれている。玉軸受106側の第1シム部材112もほぼ同様の構成で組み込まれている。なお、符号115は、押さえ板である(後述)。このように、第1、第2シム部材112、114がそれぞれ分離した状態で玉軸受106及び自動調心ころ軸受108の双方に隣接して配置されることにより、ハイポイドピニオン90とハイポイドギヤ100との噛合アライメントの調整と、ハイポイドギヤ軸104と減速機ケーシング110との位置関係の調整とを、それぞれ独立して最適に設定可能となっている。
ハイポイドギヤモータのシリーズの中で特に低減速比が要求されるときには、図1に示されるような2段減速構造の減速機G2が採用される。減速機G2は、従来の1ランク下の枠番のモータに対応する寸法とされ、ハイポイドギヤ軸104に組み込まれた中間ヘリカルピニオン116、該中間ヘリカルピニオン116と噛合する出力ギヤ118、及び該出力ギヤ118の回転に伴って回転する出力軸120を備える。
一方、ハイポイドギヤモータのシリーズの中で、比較的高減速比が要求されるときには、図4に示されるような3段減速構造の減速機G3が採用される。減速機G3は、減速機G2と同一の減速機ケーシング110を備え、中間ヘリカルピニオン116Aと噛合する中間ヘリカルギヤ150、該中間ヘリカルギヤ150が組み込まれている中間軸152、該中間軸152に組み込まれた第2中間ヘリカルピニオン154、該第2中間ヘリカルピニオン154と噛合する出力ギヤ118A、及び該出力ギヤ118Aの回転に伴って回転する出力軸120を備える。図5の符号160は自動調心ころ軸受132の押さえ板である。
なお、ハイポイドギヤモータHGM3における中間軸152は、その両端が玉軸受130、自動調心ころ軸受132によって支持されている。前述したように、(展開断面である)図4では、中間軸152は、ハイポイドギヤ軸104と並んで配置されているように見えているが、実際は、その大部分がハイポイドギヤ軸104と紙面の上下方向に重なって配置されており、減速機ケーシング110は、ハイポイドギヤモータHGM2、HDGM3の双方に共用されている。
上記実施形態において、ハイポイドギヤ軸104を支持する軸受106、108のうち一方側を自動調心ころ軸受108としたのは、ハイポイドギヤ軸104上の中間ヘリカルピニオン116(116A)を介してハイポイドギヤ軸104に掛かるラジアル荷重を確実に受け止めると共に、ハイポイドギヤ軸104に掛かるスラスト荷重をも良好に受け止めることができるようにするためである。同様の趣旨でハイポイドギヤモータHGM3の中間軸152を支持する軸受130、132のうち、一方側を自動調心ころ軸受132としている。なお、いずれの軸受も、自動調心ころ軸受で構成しても良い。
図4に示す3段減速構造のハイポイドギヤモータHGM3のその他の構成は、基本的に図1に示す2段減速構造のハイポイドギヤモータHGM2と同様であるため、図中で対応する部位に同一の符号を付すに止め、重複説明を省略する。
次に、ハイポイドギヤモータHGM2(及びHGM3)の作用を説明する。
ハイポイドギヤモータHGM2或いはHGM3の製造に当たっては、先ず、モータM2のモータ軸60にキー94を組み付ける。その後、貫通孔92を有するハイポイドピニオン90を、該貫通孔92をモータ軸60に圧入・嵌合させた状態で、更に(補助的に)キー94及びボルトにて固定する。その上で、ハイポイドギヤ100を備えるハイポイドギヤ軸104を、該ハイポイドギヤ軸104の一方側の玉軸受106に隣接して配置した第1シム部材112を利用して、ハイポイドギヤ100とハイポイドピニオン90との最適な噛合位置の調整をしながら組み込む。その後、該ハイポイドギヤ軸104と減速機ケーシング110との軸方向の相対位置を、ハイポイドギヤ軸104の他方側の自動調心ころ軸受108に隣接して配置した第2シム部材114を利用して調整する、という工程を踏むことになる。
自動調心ころ軸受108は、その性質上、外輪109が内輪111に対して容易に傾くため、自動調心ころ軸受108を取り付けたハイポイドギヤ軸104を減速機ケーシング110に組み付けるのは困難を伴う。そこで、自動調心ころ軸受108の外輪109が組み付け時に大きく傾いてしまうのを防止するために、自動調心ころ軸受108とハイポイドギヤ軸104との間に押さえ板115が設けられている。押さえ板115には、段差部117が設けられており、この押さえ板115が自動調心ころ軸受108の外輪109及び内輪111の双方と同時に接触しないように配慮されている。自動調心ころ軸受108の組み付けは、この押さえ板115及び第2シム部材114を用いながらハイポイドピニオン90とハイポイドギヤ100(ハイポイドギヤ軸104)との噛合の円滑性に着目して行われる。また、その後に、第1シム部材112により、該ハイポイドギヤ軸104と減速機ケーシング110との位置が調整される。
このようにして製造されたハイポイドギヤモータHGM2或いはHGM3のモータM2のモータ軸60が回転すると、この回転は、該モータ軸60とハイポイドピニオン90との摩擦応力及びキー94の剪断応力により、ハイポイドピニオン90に伝達される。ハイポイドピニオン90が回転すると、該ハイポイドピニオン90と噛合しているハイポイドギヤ100が回転し、その結果、ハイポイドギヤ軸104を介して中間ヘリカルピニオン116(116A)が回転する。
図1に示す2段減速構造のハイポイドギヤモータHGM2場合は、動力は、中間ヘリカルピニオン116から出力ギヤ118を介してそのまま出力軸120へと伝達される。一方、図4に示す3段減速構造のハイポイドギヤモータHGM3の場合には、中間ヘリカルピニオン116Aから中間ヘリカルギヤ150へと更に動力が伝達され、中間軸152、第2中間ヘリカルピニオン154及び出力ギヤ118Aを介して出力軸120に動力が伝達される。
本実施形態に係るハイポイドギヤモータHGM2或いはHGM3によれば、同一のハイポイドピニオン90及びハイポイドギヤ100、更には同一の出力軸120や減速機ケーシング110等を使用しながら、各ピニオン、あるいはギヤの歯数を適宜に変更することにより、多種多様な減速比を構成することができる。又、ハイポイドピニオン90とハイポイドギヤ100における減速比が1/3.5という極めて低い減速比に設定されているため、同一外径の(伝達トルクが同一の)ハイポイドギヤ100に対して減速比が小さい分、より大きな(容量の高い)モータを接続することができるようになり、(減速機G2側の大きさを小さく維持しながら)より高容量化を実現できる。
ハイポイドピニオン90は、貫通孔92を介してモータ軸60の外周に圧入されており、該ハイポイドピニオン90の歯面93は、その軸方向位置がモータ軸60の軸方向位置と重なっているため、モータ軸60とハイポイドピニオン90とが別体で構成されていながら、軸方向の寸法が増大するのを防止でき、コンパクト性の維持に寄与している。
モータM2としては、そのモータ軸60を含め、いわゆる汎用品を用いることができるようになるため、低コスト化が実現できる。ハイポイドピニオン90は、モータ軸60と分離されていることから、ハイポイドピニオン90にのみ専用の硬質素材を用いたり、ハイポイドピニオン90にのみ専用の熱処理等の加工処理を施したりすることができ、動力伝達素材としての基本性能を低コストで高めることができる。又、(ハイポイドピニオン90にのみ熱処理を施すことができるため)モータ軸60が当該熱処理によって変形したりすることがなく、従って、変形したものを矯正する工程も省略できるため、加工工程の短縮化が図れる。
また、ハイポイドピニオン90とハイポイドギヤ100との噛合アライメントを専用のシム部材(例えば第2シム部材114)によって調整し、最適な位置に調整されたハイポイドギヤ軸104と減速機ケーシング110との間を別の専用のシム部材(例えば第1シム部材112)によって整合させることができるため、(たとえハイポイドギヤ100或いは中間ヘリカルピニオン116(116A)を介してハイポイドギヤ軸104のいずれの方向にどのような大きさのスラスト荷重が掛かる場合であっても)複雑な構成を有することなく最適な噛合アライメントを常に維持することができる。
又、必要ならば、歯数が僅かに異なる複数種類のハイポイドピニオンを備えた場合においても、前記押さえ板115の厚さの調整や第1、第2シム部材での独立した位置調整機能により対応できる可能性があり、この場合には、より一層きめ細かな(多種類の)減速比を容易に実現することができるようになる。
以上のような作用により、この実施形態の一例に係るハイポイドギヤモータHGM2、或いはHGM3によれば、(1ランク下の枠番に相当する)減速機G2、或いはG3のコンパクト性を維持したまま、より大きな(高容量の)モータM2を連結することができるようになり、逆に、高容量のモータM2側から見た場合には、従来この高容量のモータM2に対応して連結されていた1ランク上のより大型の減速機ケーシングを、より小さな減速機ケーシング110とすることができるようになるという優れた効果が得られる。
より高容量及び高速駆動が可能なハイポイドギヤモータとして利用可能である。
本発明の実施形態の一例に係る2段減速構造のハイポイドギヤモータの部分断面図 図1の矢示II付近の部分拡大断面図 図1の矢示III付近の部分拡大断面図 本発明の実施形態の一例に係る3段減速構造のハイポイドギヤモータの部分断面図 図4の矢示V付近の部分拡大断面図 図1に示すハイポイドギヤモータの全体断面図 従来のハイポイドギヤモータの一例を示す断面図
符号の説明
HGM2、HGM3…ハイポイドギヤモータ
M2…モータ
G2、G3…減速機
60…モータ軸
64…モータケーシング
68…カバー部
86…段差部
90…ハイポイドピニオン
91…(ハイポイドピニオンの)底部
92…貫通孔
93…歯面
94…キー
96…座板
98…ボルト
100…ハイポイドギヤ
104…ハイポイドギヤ軸
112…第1シム部材
114…第2シム部材
115…押さえ板
116(116A)…中間ヘリカルピニオン
118…出力ギヤ
120…出力軸
160…押さえ板

Claims (6)

  1. モータ、ハイポイドピニオン、及びハイポイドギヤを有するハイポイドギヤモータにおいて、
    前記モータのモータ軸と別体で設けられ、該モータ軸に嵌合する貫通孔を備えると共に自身の外周に歯面を備え、前記貫通孔を介して前記モータ軸に固定されるハイポイドピニオンと、
    該ハイポイドピニオンと噛合する前記ハイポイドギヤを備えると共に、両端がそれぞれ軸受を介してケーシングに支持されたハイポイドギヤ軸と、
    前記それぞれの軸受の双方に隣接してそれぞれ配置され、前記ハイポイドギヤ軸の前記ハイポイドピニオン及び前記ケーシングに対する軸方向位置を、それぞれ独立して調整する第1、第2シム部材と、を備えた
    ことを特徴とするハイポイドギヤモータ。
  2. 請求項1において、
    前記モータ軸を支持している前記ハイポイドピニオン側の軸受が、モータケーシングのカバー部と、該カバー部を貫通するボルトで該カバー部に固定されるリング体とで、その軸方向位置が規制されている
    ことを特徴とするハイポイドギヤモータ。
  3. 請求項2において、
    前記ハイポイドピニオンが、前記モータ軸に形成された段部に当接されることにより、その軸方向位置が規制されている
    ことを特徴とするハイポイドギヤモータ。
  4. 請求項1〜3のいずれかにおいて、
    前記それぞれの軸受のうち、少なくとも1個が自動調心ころ軸受で構成されている
    ことを特徴とするハイポイドギヤモータ。
  5. 請求項4において、
    前記自動調心ころ軸受に近接して、組み付け時の外輪傾き防止用の押さえ板が設けられている
    ことを特徴とするハイポイドギヤモータ。
  6. モータ、ハイポイドピニオン、及びハイポイドギヤを有するハイポイドギヤモータの製造方法において、
    貫通孔を有するハイポイドピニオンを、該貫通孔を前記モータのモータ軸に嵌合させた状態で固定する工程と、
    前記ハイポイドギヤの組み込まれたハイポイドギヤ軸を、該ハイポイドギヤ軸の一方側の軸受に隣接して配置した第1シム部材を利用して、前記ハイポイドギヤとハイポイドピニオンとの最適な噛合位置の調整をしながら組み込む工程と、
    該ハイポイドギヤ軸とケーシングとの軸方向の相対位置を、該ハイポイドギヤ軸の他方側の軸受に隣接して配置した第2シム部材を利用して調整する工程と、
    を含むことを特徴とするハイポイドギヤモータの製造方法。
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