JP2009174663A - 傘歯車を有する動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】傘歯車のバックラッシを適正に確保・調整することができ、且つ、正逆、負荷の大小の如何に拘わらず、この適正なバックラッシを維持する。
【解決手段】ハイポイドギヤ（傘歯車）５０を、ベアリングＢＬを介して支持する動力伝達装置５６において、前記軸受ＢＬをころ（転動体５８）が両方向のスラスト負荷を遊びなく支持し得る構造とすると共に、ころ５８のピッチ円Ｐｃ２をハイポイドギヤ５０の歯５０Ａの内端５０Ａ１より半径方向外側に位置させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベベルギヤ、あるいはハイポイドギヤ等の傘歯車を有する動力伝達装置に関する。

例えば、特許文献１に図６に示されるようなハイポイドギヤを有する動力伝達装置が開示されている。

この動力伝達装置１０においては、モータ軸１２の回転が摩擦結合部１３を介してハイポイドピニオン（傘歯車）１４に伝達される。ハイポイドピニオン１４は、ハイポイドギヤ（傘歯車）１６と噛合している。ハイポイドギヤ１６は、キー１７を介して中間軸１８に組み込まれている。中間軸１８は、一対の玉軸受２０、２２を介してケーシング２４に支持されている。中間軸１８には中間ピニオン２６が形成されており、中間ピニオン２６は出力ギヤ２８と噛合している。出力ギヤ２８は、キー３０を介して出力軸３２と一体化されている。

特開２００４−３０１２３４号公報

傘歯車（上記例においてはハイポイドピニオン１４及びハイポイドギヤ１６）は、その円滑な噛合を維持するには該ハイポイドピニオン１４及びハイポイドギヤ１６の間で適正なバックラッシが維持されていなければならない。上記動力伝達装置１０においては、この目的のために、先ずハイポイドギヤ１６の組み込まれた中間軸１８をハイポイドピニオン１４との関係で適正なバックラッシを確保できる軸方向位置に位置するように軸受２０（あるいは軸受２２）とケーシング２４との間で第１のシム調整を行ない、（適正なバックラッシに調整された）中間軸１８のケーシング２４に対する軸方向位置を固定・維持するために他方の軸受２２（あるいは軸受２０）とケーシング２４との間で第２のシム調整を行なう必要があった。

しかも、このように２段階のシム調整を行なって組み込んだにも拘わらず、玉軸受２０、２２自体に若干の「遊び（がた）」が存在するため、このばらつきが累積されて、例えば適正に調整したはずのハイポイドピニオン１４とハイポイドギヤ１６とのバックラッシが縮小された場合には、（特にバックラッシが限界に近い小さな値に設定されていた場合に）円滑な回転が阻害されてしまうことがあるという問題が発生することがあった。

また、とりわけ、ハイポイドギヤ１６自体の強度が低い場合、即ち、上記例で言うならば、例えばハイポイドギヤ１６の外径ｒ１に対し軸方向の厚さｄ１が小さいような場合には、負荷によりギヤ全体が変形し該ハイポイドギヤ１６の歯１６Ａがハイポイドピニオン１４の歯１４Ａに対して遠ざかる現象（いわゆる「倒れ」と称される現象）が起こる場合があり、例えば前記玉軸受２０、２２のばらつきによってバックラッシが大きくなる方向にばらついた上に、この倒れの現象が重なったときには、適正なかみ合い状態が得られないこともあった。

このような事情から、ハイポイドピニオン１４とハイポイドギヤ１６との適正なバックラッシを適正なかみ合いのままで確保するためには、上記第１、第２のシム調整には極めて慎重な対応が要求された。

本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであって、ハイポイドギヤのいわゆる倒れ現象を防止すると共に、簡単な調整のみで適正なバックラッシを常に維持することのできる傘歯車を有する動力伝達装置を提供することをその課題としている。

本発明は、傘歯車または傘歯車を備える軸を、軸受を介して支持する傘歯車を有する動力伝達装置において、前記軸受を、単独でその転動体が前記傘歯車または傘歯車を備える軸における両方向のスラスト負荷を遊びなく支持する構造とすると共に、前記転動体のピッチ円を、前記傘歯車の歯の内端より半径方向外側に位置させた構成としたことにより、上記課題を解決したものである。

本発明においては、傘歯車又は傘歯車を備える軸に係る両方向のスラスト負荷を、基本的に１個のみの軸受にて支持し、且つ前記転動体のピッチ円を、前記傘歯車の歯の内端より半径方向外側に位置させるようにしている。そのため、バックラッシ調整（シム調整）は１箇所のみで完了できる。また、該軸受は、（１個のみで軸方向いずれの側に対しても傘歯車又は傘歯車を備える軸を位置決めする機能を有することから）結果として（必要ならば）揺動成分（モーメント）に対しても該１個の軸受のみで対応するように設計することもできるようになる。更に、傘歯車の外径に対して相対的に軸受の転動体のピッチ円径が大きくとられ、「倒れの現象」が回避できるようになると共に、軸受のピッチ円径が大きいことから、この軸受のみで前記揺動成分も効果的に支持することができ、軸受周りの剛性を高く維持することができる。

これらの相乗効果により、結局、傘歯車の歯の位置は相手側の傘歯車に対して常に所定の位置に定められ、バックラッシは常時所定の設定値に維持されることになる。そのため（必要ならば）該ハックラッシの設定値自体を小さくすることができるようになり、回転円滑性と高位置決め性とを両立させることができる。

傘歯車のバックラッシを適正に確保・調整することができ、且つ、正逆、負荷の大小の如何に拘わらず、この適正なバックラッシとかみ合いを維持可能な傘歯車を備える動力伝達装置を得ることができる。

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が適用されたハイポイドギヤ（傘歯車）を有する動力伝達装置の平断面図、図２は同正断面図、図３は、図１の要部拡大図である。

この実施形態は、ハイポイドギヤ（傘歯車）５０、或いは該ハイポイドギヤ５０を一体に備える軸（出力軸）５２を、軸受ＢＬを介して支持する動力伝達装置５６において、前記軸受ＢＬを、そのころ（転動体）５８が前記傘歯車５０における両方向のスラスト負荷を遊びなく支持する構造（クロスローラ軸受構造）とすると共に、ころ（転動体）５８のピッチ円Ｐｃ２を、ハイポイドギヤ５０の歯５０Ａの内端５０Ａ１より半径方向外側に位置させるようにしたものである。この実施形態では、ハイポイドギヤ５０を一体に備える軸がそのまま出力軸５２として機能している。

以下、装置全体の構成から詳述する。

動力伝達装置５６は、モータ６０と減速機６２とを備える。モータ６０のモータ軸６３は、その先端にハイポイドピニオン（他方の傘歯車）６４を一体に備えている。モータ軸６３は、テーパローラ軸受６６、６８によってケーシング７０に「がた」なく回転自在に支持されている。この実施形態においては、ケーシング７０は、エンドカバー７０Ａ、モータサイドケーシング７０Ｂ、モータ本体ケーシング７０Ｃ、減速機本体ケーシング７０Ｄ、及び減速機カバー７０Ｅによって構成されている。

前記モータ６０は、前記モータ軸６３と一体化されているロータ７２、該ロータ７２の外周に組み込まれている永久磁石７４、及びモータ本体ケーシング７０Ｃと一体化されている図示せぬ電気子コイルを主な構成要素として有している。なお、符号７６は回転制御用のレゾルバである。レゾルバ７６はオイル雰囲気下においてもその機能を支障なく果たすことができることから、この動力伝達装置５６では、減速機６２内のオイルをモータ６０内にまで導入し、テーパローラ軸受６６、６８の潤滑を行うようにしている。

前記ハイポイドギヤ５０には、図３に示されるように、その外周の一部に、断面２等辺３角形の第１凹部８０が周設されている。又、動力伝達装置５６のケーシング７０の一部（具体的には減速機カバー７０Ｅの一部）に、ハイポイドギヤ５０の外周の一部と対向する対向部８２が形成されており、該対向部８２の前記第１凹部８０と対峙する位置に、断面２等辺３角形の第２凹部８４が周設されている。そして、この第１、第２凹部８０、８４の間に、該第１、第２凹部８０、８４を転送面として直径及び軸方向長さが等しい円筒状の複数のころ５８が、その軸心ＣＬ１、ＣＬ２（軸心ＣＬ２を有するころ（５８）は図３では見えていない）を互い違いに直交させて組み込まれている。この構成は、いわゆるクロスローラ軸受と称される軸受構造を形成するもので、ころ５８が単一の軌道面ＰＬ１を有し、ラジアル負荷のほか、両方向のスラスト負荷をも支持し得る構成である。

図１〜図３から明らかなように、この実施形態においては、ハイポイドギヤ５０の外周の一部が軸受ＢＬの内輪を兼用している。又、動力伝達装置５６のケーシング７０（具体的には減速機カバー７０Ｅ）の対向部８２の内周の一部が、軸受ＢＬの外輪を兼用している。

クロスローラ軸受は、ころ５８と転送面である第１、第２凹部８０、８４がそれぞれ線接触で転がる構造であるため、軸受荷重による弾性変位が小さく、したがって遊びがないようにころ５８の径を設定することで、外輪に相当する減速機カバー７０Ｅによって、内輪に相当するハイポイドギヤ５０の軸方向位置を「一点」に定めることができる。即ち、ハイポイドギヤ５０のラジアル負荷の他、双方向のスラスト負荷を支持することができる。

ここで、ハイポイドギヤ５０の軸心Ｏ２からころ５８の最外周部までの距離をａ、軸心Ｏ２からころ５８の最内周部までの距離をｂ、軸心Ｏ２からハイポイドギヤ５０の外端までの距離をｃとしたときに、（ａ＋ｂ）／２（この例ではこの寸法は、ころ５８のピッチ円Ｐｃ２に一致）が距離ｃより大きくなる（半径方向外側になる）関係が成立するように各部材の大きさ等が設定されている。換言すると、この実施形態においては、この関係（ａ＋ｂ）＞ｃを成立させるために、ハイポイドギヤ５０の軸方向の厚さｄ２を大きくとり、この結果大きく確保された外周５０Ｂの部分に前記第１凹部８０を形成し、該第１凹部８０を転送面として直接ころ（転動体）５８が配置されるようにしている。この結果、ころ５８のピッチ円Ｐｃ２をハイポイドギヤ５０の歯５０Ａの外端５０Ａ２よりも更に半径方向外側に位置させることができている。

この実施形態では、ハイポイドギヤ５０を備える出力軸５２は、この軸受ＢＬのみによって支持されている。また、バックラッシの調整は、減速機本体ケーシング７０Ｄと減速機カバー７０Ｅとの間に配置されたシム１００の厚さ調整により行われる。

なお、図３において、符号９０は、第１凹部８０と第２凹部８４を対峙させた状態で減速機カバー７０Ｅの半径方向外側からころ５８を１個ずつ組み込むための貫通孔であり、符号９２はころ５８を組み込んだ後に貫通孔９０を閉塞するための蓋体、９４は、該蓋体９２の抜けを防止するために挿入されたピンをそれぞれ示している。また、符号９６は、減速機本体ケーシング７０Ｄと減速機カバー７０Ｅとを連結するためのボルト、９８はオイルシールである。また、符号９９は、減速機６２の内外をシールためのＯリングである。

次に、この動力伝達装置５６の作用を説明する。

本実施形態においては、モータ６０のロータ７２にモータ軸６３及びハイポイドピニオン６４が一体化されているため、モータ６０のロータ７２の回転はそのままハイポイドピニオン６４の回転となる。ハイポイドピニオン６４は、ハイポイドギヤ５０と噛合しており、該ハイポイドギヤ５０は出力軸５２と一体化されているため、ハイポイドギヤ５０の回転はそのまま出力軸５２の回転となって出力される。

ここにおいて、ハイポイドギヤ５０は、いわゆるクロスローラ軸受構造の軸受、即ち、転動体であるころ５８が単一の軌道面ＰＬ１を有し、ラジアル負荷の他、両方向のスラスト負荷をも支持し得る構造とされ、且つ、ころ５８のピッチ円Ｐｃ２がハイポイドギヤ５０の歯５０Ａの外端５０Ａ２より更に半径方向外側に位置させるようにしている。そのため、僅か１個の軸受ＢＬによって、ハイポイドギヤ５０の軸方向位置を（がたの殆ど無い）所望の１点に組付け・固定することができる。

組み付けに当たっては、１箇所、例えば減速機本体ケーシング７０Ｄと減速機カバー７０Ｅのフランジ部７０Ｅ１との間においてシム１００の厚さを調整するだけで十分であり、バックラッシの調整とハイポイドギヤ５０（出力軸５２）のケーシング７０（具体的には減速機カバー７０Ｅ）に対する軸方向の位置決めを同時に完了できる。

ハイポイドギヤ５０の軸方向の厚さｄ２は該ハイポイドギヤ５０の軸心からハイポイドギヤ５０の外端５０Ａ２までの寸法ｃに対して、相対的に極めて大きく確保されている。また、ハイポイドギヤ５０は前記関係（ａ＋ｂ）＞ｃが成立するほどに大径で、且つ軸方向に不動の軸受ＢＬが組み込まれているため、ハイポイドピニオン６４との噛合による倒れ込みが防止され、ハイポイドギヤ５０周りの剛性は極めて大きい。

この結果、ただ１箇所にてハイポイドピニオン６４とハイポイドギヤ５０のバックラッシをシム１００にて調整するだけで、当該調整されたバックラッシを負荷の増減や回転方向の如何にか拘わらず、常に適正に維持することができる。したがって、必要ならば、バックラッシを限界に近いほど小さく設定することにより、回転円滑性を損なうことなく、高い位置決め性を両立させることもできる。

次に、図４及び図５を用いて本発明の他の実施形態の例について説明する。

この実施形態においては、基本的な動力伝達経路は先の実施形態と同様であるが、ハイポイドギヤ５０を備える軸が中空のホロー出力軸１５２とされており、図示せぬ相手機械の被駆動軸が該ホロー出力軸１５２の中空部１５２Ａに嵌入されることにより動力伝達がなされる構成とされている。ホロー出力軸１５２の他端側にはころ軸受１５３が組み込まれ、ホロー出力軸１５２への負荷を受けている。しかしながら、このころ軸受１５３は、ホロー出力軸１５２の軸方向の位置決め（スラスト負荷の支持）には何ら関与していない。このため、ハイポイドピニオン６４とハイポイドギヤ１５０との適正なバックラッシを確保した上でのホロー出力軸１５２の軸方向の位置決めに関しては、先の実施形態と全く同様な構成を有する軸受ＢＬのみによって、先の実施形態と全く同様にして行なわれる。

その他の構成については、先の実施形態と同様であるため、図中で同一又は実質的に同一の部分に先の実施形態と同一の符号を付すに止め、重複説明を省略する。

なお、上記実施形態においては、ころ（転動体）５８のピッチ円Ｐｃ２をハイポイドギヤの歯５０Ａの外端５０Ａ２より半径方向外側に位置させるようにしていたが、本発明においては、必ずしもここまでピッチ円を拡大させる必要はなく、ハイポイドギヤ（傘歯車）の歯の内端５０Ａ１よりも半径方向外側に位置してあれば本発明の所期の目的を達成することができる。即ち、転動体の配置位置は、例えば、上記実施形態で言うならば、軸方向範囲Ｅ１（図１）あるいはＥ２（図４）の部分の外径も、傘歯車の歯の内端（５０Ａ１）より半径方向外側であるから、該軸方向範囲Ｅ１（図１）あるいはＥ２（図４）の位置に軸受を配置するようにしても良い。

又、上記実施形態においては、傘歯車の外周の一部が軸受の内輪を兼ねる構成とされ、且つ、動力伝達装置のケーシングの内周の一部が軸受の外輪を兼ねる構成とされることにより、部品点数の低減を図るようにしていたが、本発明に係る軸受は、専用の内輪、あるいは外輪を有することが禁止されるものではない。

更に、上記実施形態においては、ハイポイドギヤに対して本発明が適用されていたが、本発明に係る傘歯車は、これに限定されるものではなく、ハイポイドピニオンの側に適用してもよく、又、２つの傘歯車がそれぞれの軸心が単一の平面上で交わるいわゆるベベルギヤに対しても、同様に適用することができる。

なお、傘歯車又は傘歯車を備える軸の両方向のスラスト負荷を支持し得る機能を広義に解釈した場合には、例えば、玉軸受の外輪及び内輪を軸方向に拘束した構造が考えられる。しかしながら、一般的な玉軸受は、転動体と外輪、転動体と内輪がそれぞれ１点（計２点）でしか接触しておらず、構造上軸方向に遊びがあり、例えば回転方向が変わってスラスト負荷の方向が変わると軸はその遊びの分、軸方向に移動してしまうことになる。よって、このような一般的な構造の玉軸受は、本発明の趣旨を良好に達成し得る軸受とは言えず、本発明の「両方向のスラスト負荷を遊びなく支持し得る機能を有する軸受」の概念には含まれない。この観点から、本発明に係る軸受は、転動体が内輪及び外輪と少なくとも計３点にて（例えば３点接触玉軸受）、好ましくはそれぞれ２点ずつ計４点にて（４点接触玉軸受）、あるいは上記実施形態のように角度を変えた２組の線接触にて（クロスローラ軸受）接触している必要がある。これらの構成に依れば、転動体は、内外輪に対して軸方向に遊びなく接触できるようになり、本発明の趣旨を実現できる。

なお、見掛け上の軸受としては１個であって、且つ両方向のスラスト負荷支持し得る機能のある軸受として、例えば複列アンギュラ玉軸受、複列円錐ころ軸受、自動調芯ころ軸受等がある。これらの軸受は１個の内輪、或いは外輪の中に転動体の軌道面を２以上備えるものであるが、本発明に係る軸受として前述した作用効果と同様な作用効果を奏することができる。従って、本発明では、このような「転動体の軌道面を複数有する軸受」であっても、単一の軸受として完結しており、傘歯車または傘歯車を備えた軸を、軸方向のいずれの方向に対しても遊び（がた）なく支持できる場合、即ち両方向のスラスト負荷を遊びなく支持し得る構造とされている限り、本発明の適用対象から特に排除されない。ただし、これらの２以上の軌道面を有する軸受は、コストや重量、占有容積の面で不利になるため、上記実施形態のように、転動体の軌道面が１個の軸受で構成するのがより好ましい。

更に、上記実施形態に拠れば、傘歯車（ハイポイドギヤ）と該傘歯車を備える軸が出力軸として一体化されていたが、本発明においては、傘歯車と該傘歯車を備える軸は、必ずしも一体化されている必要はない。

傘歯車を有する動力伝達装置に広く適用できる。

本発明の実施形態の一例が適用された傘歯車を有する動力伝達装置の平断面図 同じく正断面図 図１の要部拡大図 本発明の他の実施形態の一例に係る傘歯車を有する動力伝達装置の図１相当の平断面図 同じく正断面図 従来の傘歯車を有する動力伝達装置の例を示す図１相当の平断面図

符号の説明

５０…傘歯車
５２…軸（傘歯車を備える軸：出力軸）
ＢＬ…軸受
５６…動力伝達装置
５８…ころ（転動体）
ＰＬ１…軌道面
６３…モータ軸
６４…ハイポイドピニオン
７０…ケーシング
７０Ｅ…減速機カバー
８０…第１凹部
８４…第２凹部
ＣＬ１、ＣＬ２…ころの軸心

Claims (7)

1. 傘歯車または傘歯車を備える軸を、軸受を介して支持する傘歯車を有する動力伝達装置において、
   前記軸受を、単独でその転動体が前記傘歯車または傘歯車を備える軸における両方向のスラスト負荷を遊びなく支持する構造とすると共に、
   前記転動体のピッチ円を、前記傘歯車の歯の内端より半径方向外側に位置させた
   ことを特徴とする傘歯車を有する動力伝達装置。
2. 請求項１において、
   前記軸受がクロスローラ軸受である
   ことを特徴とする傘歯車を有する動力伝達装置。
3. 請求項１または２において、
   前記傘歯車の軸心から、前記転動体の最外周部位までの距離をａ、
   前記傘歯車の軸心から、前記転動体の最内周部位までの距離をｂ、
   前記傘歯車の軸心から、前記傘歯車の歯の外端までの距離をｃとしたときに、
   ａ＋ｂ＞ｃが成立する位置に前記転動体が配置されている
   ことを特徴とする傘歯車を有する動力伝達装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記傘歯車または傘歯車を備える軸の外周の一部が、前記軸受の内輪を兼ねる
   ことを特徴とする傘歯車を有する動力伝達装置。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記動力伝達装置のケーシングの内周の一部が、前記軸受の外輪を兼ねる
   ことを特徴とする傘歯車を有する動力伝達装置。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記傘歯車または傘歯車を備える軸が、前記軸受のみによって支持されている
   ことを特徴とする傘歯車を有する動力伝達装置。
7. 請求項１において、
   前記傘歯車または傘歯車を備える軸の外周の一部に、断面２等辺３角形の第１凹部が周設され、
   前記動力伝達装置のケーシングの一部に、該第１凹部と対向する対向部が形成されると共に、該対向部の前記第１凹部と対峙する位置に、断面２等辺３角形の第２凹部が周設され、
   該第１、第２凹部の間に、該第１、第２凹部を転送面として、直径及び軸方向長さが等しい円筒状の複数のころが、その軸心を互い違いに直交させて組み込まれている
   ことを特徴とする傘歯車を有する動力伝達装置。

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