JP2011179595A - ホロー出力軸と被駆動軸との連結構造、及び減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】減速機のホロー出力軸と被駆動軸のフレッティングの発生を効果的に防止する。
【解決手段】中空部４２を有するホロー出力軸３６を備えた減速機３０における当該ホロー出力軸３６と、該ホロー出力軸３６の前記中空部４２に挿入される相手機械４４の被駆動軸４６との連結構造であって、ホロー出力軸３６内の中空部４２と減速機３０の内部空間５８とを連通する連通路６０を備え、且つ、ホロー出力軸３６と被駆動軸４６との間の隙間Ｓ２を含む共通空間Ｐｃ１が、閉じた空間とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホロー出力軸と、該ホロー出力軸の中空部に挿入される被駆動軸との連結構造、及び該連結構造を実現するのに最適な減速機に関する。

従来、特許文献１に、図５に示されるような、中空部１０を有するホロー出力軸１２を備えた減速機１４が開示されている。このような減速機１４では、該ホロー出力軸１２の中空部１０に被駆動軸１６が直接挿入される態様で使用される。

ホロー出力軸１２は、その内径が被駆動軸１６の外径よりも僅かだけ大きく設定されており（隙間嵌め）、図示せぬキーを介して被駆動軸１６と動力伝達可能に連結される。

このような「隙間嵌め」を基本とする連結は、常温で簡易且つ確実な連結が可能であるというメリットがある反面、ホロー出力軸１２と被駆動軸１６との間、或いはこれらとキーとの間に、いわゆる「フレッティング」が発生し易いという問題がある。フレッティングとは、ホロー出力軸１２と被駆動軸１６（あるいはこれらとキー１８）との間で振動などにより微小な相対滑りが繰り返し発生し、表面損傷が生じる現象である。

フレッティングの防止策としては、部材と部材との接触部を潤滑するのが有効と言われている。しかしながら、減速機のホロー出力軸と被駆動軸との連結の場合、該ホロー出力軸１２の内周と被駆動軸１６の外周との間の隙間Ｓ１は、当然に外部空間Ｐｏと連通した状態となっている。従って、この隙間Ｓ１部分の潤滑は、（流れ出ることのない）グリースにて行うしかなかなく、実際、従来グリースによる潤滑がなされている。

特開２００３−１１３９０８号公報（図１）

しかしながら、グリースによる潤滑によって減速機のホロー出力軸と被駆動軸のフレッティングを防止しようとした場合、現実には、フレッティングが発生しないような短い間隔で当該ホロー出力軸と被駆動軸とを分解し、劣化したグリースを拭き取って整備し、新しいグリースを塗り直して再び組み立てるというメンテナンスを定期的に行わなければならない。

そのため、このメンテナンスのために、多大な手間と時間とコストが掛かっているというのが実情である。

本発明は、このような問題を解消するためになされたものであって、ホロー出力軸と被駆動軸のフレッティングの発生を効果的に防止し、手間と時間とコストの掛かるメンテナンスの頻度を低減（場合によっては省略）することのできるホロー出力軸と被駆動軸との連結構造を提供することをその課題としている。

本発明は、中空部を有するホロー出力軸を備えた減速機における当該ホロー出力軸と、該ホロー出力軸の前記中空部に隙間を有して挿入される被駆動軸との連結構造であって、前記ホロー出力軸内の前記中空部と前記減速機の内部空間とを連通する連通路を備え、且つ、前記ホロー出力軸と前記被駆動軸との間の前記隙間を含む空間が、閉じた空間とされている構成を採用することにより、上記課題を解決した。

本発明では、潤滑に関する発想を抜本的に見直し、前記隙間部分の潤滑を敢えて「潤滑油（流動性の高い潤滑剤）」にて行う。具体的には、ホロー出力軸内の中空部と減速機の内部空間とを連通させる「連通路」を備え、該連通路を介して、当該隙間部分に減速機内に存在する潤滑油を供給する。その上で、ホロー出力軸と被駆動軸との間の当該隙間を含む空間が、閉じた空間とされる。これにより、ホロー出力軸と被駆動軸との連結でありながら、減速機内の潤滑油にて該隙間を潤滑することができ、且つ該隙間を伝って潤滑油が外部に流れ出るのを防止できる。

この結果、ホロー出力軸と被駆動軸との間の隙間には、常に減速機内の豊富な潤滑油の一部が供給されることになり、フレッティングが効果的に防止される。

なお、本発明は、中空部を有するホロー出力軸を備え、該中空部に相手機械の被駆動軸が挿入される減速機において、前記ホロー出力軸内の前記中空部と前記減速機の内部空間とを連通する連通路を備えたことを特徴とする減速機と捉えることもできる。

本発明によれば、減速機のホロー出力軸と被駆動軸のフレッティングの発生を効果的に防止することができ、手間と時間とコストの掛かる連結部分のメンテナンスの頻度を低減、あるいは省略することができる。

本発明の実施形態の一例に係るホロー出力軸と被駆動軸との連結構造を示した断面図 本発明の他の実施形態の一例に係るホロー出力軸と被駆動軸との連結構造を示した断面図 本発明のさらに他の実施形態の一例に係るホロー出力軸と被駆動軸との連結構造を示した断面図 本発明のさらに他の実施形態の一例に係るホロー出力軸と被駆動軸との連結構造を示した断面図 従来のホロー出力軸と被駆動軸との連結構造の例を示した断面図

以下、図面に基づいて本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の一例に係るホロー出力軸と被駆動軸との連結構造を示した断面図、図２は、図１の矢示II−II線に沿う拡大断面図である。

この実施形態に係る減速機３０は、ベベルピニオン軸３２に形成されたベベルピニオン３４及びホロー出力軸３６に固定されたベベルギヤ３８を備える。図示せぬモータの回転は、ベベルピニオン３４とベベルギヤ３８の噛合を介して減速されながらホロー出力軸３６に伝達される。

ホロー出力軸３６は減速機３０のケーシング４０を貫通しており、該ホロー出力軸３６を貫通する中空部４２を備えている。この中空部４２に相手機械４４の被駆動軸４６が挿入される。ここで、「相手機械」とは、例えば、搬送用コンベヤや産業用工作機械等の当該減速機３０のホロー出力軸３６の回転によって駆動しようとする機械のことであり、「被駆動軸」とは、ホロー出力軸３６によって直接回転される軸、即ち、相手機械の入力軸のことである。

図２に模式的に示されるように、ホロー出力軸３６の内径Ｄ１は被駆動軸４６の外径ｄ１よりも僅かに大きく、両軸３６、４６は隙間Ｓ２を有して（隙間嵌めにて）係合している。ホロー出力軸３６と被駆動軸４６には、それぞれキー溝３６Ａ、４６Ａが形成されている。キー溝３６Ａ、４６Ａによって形成された空間Ｐ１にはキー４８が嵌め込まれており、ホロー出力軸３６と被駆動軸４６はこのキー４８を介して動力伝達可能に連結されている。

ホロー出力軸３６には、該ホロー出力軸３６内の中空部４２と減速機３０の内部空間５８とを連通する連通路６０が複数（この例では６０Ａ〜６０Ｄの４本）形成されている。連通路６０のうちの１本６０Ｄは、ホロー出力軸３６のキー溝３６Ａの底面３６Ａ１に開口することによってホロー出力軸３６の中空部４２と減速機３０の内部空間５８とを連通している。

図１に戻って、ホロー出力軸３６と被駆動軸４６の軸方向の位置決め（固定）は、ホロー出力軸３６の段差部３６Ｂに配置された位置決めプレート５０と、該位置決めプレート５０を貫通して被駆動軸４６にねじ込まれたボルト５２によって行われている。ボルト５２をねじ込むと、被駆動軸４６の段差部４６Ｂがホロー出力軸３６の相手機械側の端部３６Ｃに当接し、被駆動軸４６の軸方向位置が確定する。なお、ホロー出力軸３６の反相手機械側の端部３６Ｄにはカバープレート５４がボルト５６によって装着・固定されている。

ホロー出力軸３６と被駆動軸４６との間の隙間Ｓ２を含む空間は、共通空間Ｐｃ１として、その全体が閉じた空間とされている。以下、この共通空間Ｐｃ１を閉じた空間とするための具体的な構成について説明する。

減速機３０のケーシング４０は、前記ベベルピニオン軸３０を回転自在に支持する入力側ケーシング４０Ａと、ホロー出力軸３６のほぼ全体を覆う本体ケーシング４０Ｂと、該本体ケーシング４０Ｂの相手機械側の開口４０Ｂ１を閉塞する相手側ケーシング４０Ｃとで主に構成されている。入力側ケーシング４０Ａはボルト６２によって本体ケーシング４０Ｂに固定・一体化されている。相手側ケーシング４０Ｃは、ボルト６４によって本体ケーシング４０Ｂに固定・一体化されている。ホロー出力軸３６は、本体ケーシング４０Ｂと相手側ケーシング４０Ｃにそれぞれ組み込まれた一対の円錐ころ軸受６６Ａ、６６Ｂによって両持ち支持されている。

ここで、入力側ケーシング４０Ａと本体ケーシング４０Ｂの間には第１Ｏリング（シール部材）６８が配置されている。本体ケーシング４０Ｂと相手側ケーシング４０Ｃとの間は、第２Ｏリング７０が配置されている。本体ケーシング４０Ｂとホロー出力軸３６の間における円錐ころ軸受６６Ａの軸方向反相手機械側には、第１オイルシール（シール部材）７２が２個並列に配置されている。相手側ケーシング４０Ｃとホロー出力軸３６の間における円錐ころ軸受６６Ｂの軸方向相手機械側には、第２オイルシール（シール部材）７４が２個並列に配置されている。

また、ホロー出力軸３６の相手機械側の端面３６Ｃに、被駆動軸４６の段差部４６Ｂが接触しており、該端面３６Ｃと当該段差部４６Ｂとの間に第３Ｏリング７６が配置されている。なお、この第３Ｏリング７６は、ホロー出力軸３６の内周と、被駆動軸４６の外周との間（例えば、図１で破線及び（ ）書きで７６と付された位置）に設けられていてもよい。ホロー出力軸３６の反相手機械側では、カバープレート５４との間に第４Ｏリング７８が配置されている。

以上の構成により、結局、「ホロー出力軸３６と被駆動軸４６との間の隙間Ｓ２を含む共通空間Ｐｃ１」は、全体で閉じた空間（減速機の外部空間、相手機械の内部空間に対して閉じた空間）を形成している。減速機３０内の潤滑油は、この閉じた共通空間Ｐｃ１内にのみ存在でき、該共通空間Ｐｃ１の外部には漏出できない。

次に、この実施形態に係る連結構造の作用を説明する。

ホロー出力軸３６には、該ホロー出力軸３６内の中空部４２と減速機３０の内部空間５８とを連通する連通路６０（６０Ａ〜６０Ｄ）が形成されているため、減速機３０の内部空間５８に封入された潤滑油は、該連通路６０を介してホロー出力軸３６と被駆動軸４６との間の隙間Ｓ２に進入してくることができ、該隙間Ｓ２が潤滑される。

この実施形態では、特に、連通路６０を複数（６０Ａ〜６０Ｄの４本）形成しているため、隙間Ｓ２内に進入してきた潤滑油の移動（出入り）が容易であり、常に減速機３０内の豊富な潤滑油による潤滑が可能である。

また、連通路６０のうちの１本６０Ｄは、ホロー出力軸３６のキー溝３６Ａの底面３６Ａ１に開口されているため、（フレッティングの特に生じ易い）キー溝３６Ａ周りにも潤沢に潤滑油を供給することができる。したがって、フレッティングは極めて生じにくく、ホロー出力軸３６と被駆動軸４６との連結部分固有の（フレッティングを防止するための）メンテナンスは不要であり、減速機３０内の潤滑油を所定の時期に入れ替えるだけで、当該連結部分のメンテナンスも自動的に達成される。これにより、メンテナンスの頻度を、大きく軽減することができる。

なお、この実施形態では、４本の連通路６０（６０Ａ〜６０Ｄ）をホロー出力軸３６の軸方向における同一位置に形成しているが、軸方向において連通路６０を複数形成するようにすると、隙間Ｓ２内の潤滑油の移動をより促進させることができる。また、連通路６０の形成位置（円周方向の位置及び軸方向の位置）を意図的にずらすことにより、該隙間Ｓ２内の潤滑油の特に軸方向の移動を更に促進させることが可能である。

一方、減速機３０のケーシング４０を構成する入力側ケーシング４０Ａ、本体ケーシング４０Ｂ、及び相手側ケーシング４０Ｃは、第１、第２Ｏリング６８、７０によって互いにシールされ、それぞれ共通空間Ｐｃ１からの潤滑油の漏出を防止している。本体ケーシング４０Ｂとホロー出力軸３６の間、及び相手側ケーシング４０Ｃとホロー出力軸３６との間は、それぞれ２個の第１、第２オイルシール７２、７４によってシールされている。

そして、更に、この実施形態では、ホロー出力軸３６の端面３６Ｃに、被駆動軸４６の段差部４６Ｂが接触していて、該ホロー出力軸３６の相手機械側の端面３６Ｃと被駆動軸４６の段差部４６Ｂとの間に第３Ｏリング７６が配置されている。また、ホロー出力軸３６の反相手機械側の端部において、ホロー出力軸３６とカバープレート５４との間に第４Ｏリング７８が配置されている。

このため、ホロー出力軸３６と被駆動軸４６との間の隙間Ｓ２を含む共通空間Ｐｃ１は、完全に閉じた空間（密封された空間）を形成しており、ホロー出力軸３６と被駆動軸４６との間の隙間Ｓ２に進入してきた潤滑油は、外部（減速機３０の外部あるいは相手機械４４の内部）に漏出することはない。

これにより、減速機３０のホロー出力軸３６の中空部４２内に、相手機械４４の被駆動軸４６が隙間Ｓ２を有して挿入されるという構成でありながら、減速機３０内の潤滑油を用いてキー４８の周辺も含めてホロー出力軸３６と被駆動軸４６の間の隙間Ｓ２を充分に潤滑することができ、フレッティングの発生を防止することが可能となる。

図３に、他の実施形態の一例を示す。

この図３で示す第２の実施形態では、第３オイルシール８０が、相手機械４４の被駆動軸４６（の段差部部４６Ａ）との間に配置されている。また、前記第５Ｏリング８２が、相手側ケーシング４０Ｃの相手側端面４０Ｃ１と相手機械４４のケーシング４５の減速機側の端面４５Ａとの間に配置されている。

この第２の実施形態では、減速機８４の内部空間８６が、当該減速機８４の相手側ケーシング４０Ｃの貫通孔４０Ｃ２を超えて相手機械４４側にまで部分的に拡張された状態となっている。本発明における「減速機の内部空間」には、このように外観上においてケーシングの外側にまで連続的に拡張された空間も含まれる。

第２の実施形態におけるホロー出力軸９０の相手機械４４側の端面９０Ｃと被駆動軸４６の段差部４６Ｂは、当接しているがシールはなされていない。むしろ、ホロー出力軸９０の端部９０Ｃには、積極的に半径方向（放射方向）に沿って溝９０Ｇが複数穿設され、この溝９０Ｇが、「連通路」として機能している。潤滑油は、ホロー出力軸９０の端部９０Ｃに形成された（連通路としての）溝９０Ｇを介して、減速機８４の内部空間８６からホロー出力軸９０と被駆動軸４６との間の隙間Ｓ２に進入可能である。

このため、特に、ホロー出力軸９０の相手機械側の端部近傍に潤滑剤を潤沢に行き渡らせることができ、（軸方向中央部にしか連通路６０が形成されていなかった先の第１の実施形態と比較して）フレッティングをより良好に防止できる。

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、先の実施形態と同一または類似する部分に図中で同一の符号を付すにとどめ、重複説明を省略する。

図４に更に他の実施形態を示す。

この図４に示す第３の実施形態においては、ホロー出力軸９２と被駆動軸４６との間の隙間Ｓ２の、減速機９４の反相手機械側の閉じ方が先の２つの実施形態と異なる。即ち、ケーシング４０の反相手機械側には、ホロー出力軸９２の端部９２Ｅを覆うプレート９６が設けられている。このプレート９６は、第１、第２の実施形態の位置決めプレート５０の機能を果たすものである。即ち、ホロー出力軸９２と被駆動軸４６の軸方向の位置決め（固定）が、このプレート９６及び該プレート９６を貫通して被駆動軸４６にねじ込まれたボルト９５とによって行われている。

ここで、ケーシング４０の反相手機械側には、ホロー出力軸９２の端部９２Ｅを覆うカバー９８が設けられている。そして、該カバー９８とケーシング４０（本体ケーシング４０Ｃ）との間に第７Ｏリング（シール部材）９９が配置されている。この構成は、ケーシング４０の反相手機械側において、減速機９４の内部空間９３が、当該減速機９４の本体ケーシング４０Ｂの貫通孔４０Ｂ１を超えて連続的に拡張された状態となっている。減速機９４の潤滑油は、プレート９６のボルト孔９６Ａとボルト９５の隙間Ｓ３を介してホロー出力軸９２と被駆動軸４６との間の隙間Ｓ２に進入できる。即ち、この実施形態では、プレート９６のボルト孔９６Ａが「連通路」として機能している。

なお、この実施形態では、更に、ホロー出力軸９２の端面９２Ｃに半径方向に沿って溝９２Ｈを形成しており、この溝９２Ｈも、本発明に係る「連通路」として機能させている。

この第３の実施形態によれば、先の第２の実施形態と比較して、特にホロー出力軸９２反相手機械側端部付近のフレッティングをより効果的に防止することができ、結果として、ホロー出力軸９２の軸方向全域に亘って良好な潤滑作用を得ることができ、フレッティングをほぼ完全に防止することができる。

この第３の実施形態におけるその他の構成は、図３の第２の実施形態と同様であるため、図３の実施形態と同一または類似する部分に図中で同一の符号を付すにとどめ、重複説明を省略する。

なお、上記実施形態においては、いずれもホロー出力軸と被駆動軸が「キー」によって連結される例が示されていたが、本発明におけるホロー出力軸と被駆動軸との連結は、隙間を有したあらゆる連結に適用可能である。他の隙間を有した連結としては、例えば、より高負荷に耐えられるスプライン連結や、より簡易な構造として知られるいわゆるＤカット連結（ホロー出力軸と被駆動軸の断面がアルファベットの「Ｄ」の形をした連結）等がある。

また、キーで連結する場合においても、上記実施形態においては、ホロー出力軸及び被駆動軸の双方にキー溝を形成し、それぞれのキー溝に係合するキーを（隙間嵌めで）嵌め込むようにしていたが、例えば、ホロー出力軸又は被駆動軸のいずれか一方の軸とキーを一体的に形成し、他方側の軸のキー溝に、この一方の軸と一体化したキーを嵌め込むようにしてもよい。この場合の一方の軸とキーとの一体化は、始めから１個の部材として一体的に成形あるいは切削してもよく、２個の部材を焼き嵌めや圧入等によって隙間のない状態で一体化させるものであってもよい。ホロー出力軸側にキーを一体化させる場合は、キーを別に作る手法の方が製造が容易である場合が多い。なお、連通路をキー溝の底面に開口させる構成は、いずれの場合でも有効である。キー溝がホロー出力軸の側にのみ存在する場合（キーが被駆動軸と一体化されている場合）は、先の実施形態と同様に、連通路をホロー出力軸のキー溝の底面に開口するように形成するとよい。逆に、キー溝が被駆動軸の側にのみ存在する場合（キーがホロー出力軸と一体化されている場合）は、連通路をホロー出力軸の当該一体化されたキーの部分を貫通させた上で、被駆動軸のキー溝の底面に開口するように形成するとよい。このように、いずれか一方の軸とキーを一体化する手法は、キー周りのフレッティングが他方側の軸との間にしか発生しなくなるため、より確実なフレッティング防止が実現できる。

また、既に複数例示したように、本発明に係る「ホロー出力軸と被駆動軸との間の隙間を含む（共通）空間」は、要は、全体として閉じた空間とされていればよく、そのための構成は、必ずしも上述した構成に限定されない。例えば、上記例示した構成において、図１の相手機械側の構造と図４の反相手機械側の構造とを組み合わせる構成としてもよい。更には、上記例示した構成のほか、ホロー出力軸自体の反相手機械側が閉じた構造（中空部がホロー出力軸の反相手機械側を貫通していない構造）とされているような構成を採用してもよい。この場合は、ホロー出力軸と被駆動軸との間の隙間は、その反相手機械側がもともと閉じているため、特に該隙間を閉じるための特別な構成は不要である。

また、上記実施形態では、Ｏリングの溝が被駆動軸に形成されていたが、Ｏリングの溝は接している部材同士のいずれの側に形成してもよく、例えば、ホロー出力軸の端面や内周にＯリングの溝を形成するようにしてもよい。シール部材についても、必ずしもＯリングやオイルシールのみに限定されるものではなく、例えば、液状パッキンや固体パッキン等を採用してもよい。

また、上記実施形態では、ホロー出力軸が減速機のケーシングを貫通している例が示されていたが、ホロー出力軸は、ケーシングの反相手機械側については、必ずしも貫通していなくてもよい。ホロー出力軸がケーシングの反相手機械側を貫通していないときは、当該反相手機械側に関しては、（ホロー出力軸と被駆動軸との間の隙間は、結果として減速機の内部空間に含まれることになるため）特に該隙間を閉じるための特別な構成は不要である。

更には、本発明では、連通路の形成の仕方も形成の数も、要は、ホロー出力軸内の中空部と減速機の内部空間とを連通するものであれば、上記構成例に限定されない。

３０…減速機
３６…ホロー出力軸
４０…ケーシング
４０Ａ…入力側ケーシング
４０Ｂ…本体ケーシング
４０Ｃ…相手側ケーシング
４２…中空部
４４…相手機械
４６…被駆動軸
４８…キー
５８…内部空間
６０（６９Ａ〜６０Ｄ）…連通路
Ｓ２…隙間
Ｐｃ１…共通空間

Claims (10)

1. 中空部を有するホロー出力軸を備えた減速機における当該ホロー出力軸と、該ホロー出力軸の前記中空部に挿入される相手機械の被駆動軸との連結構造であって、
   前記ホロー出力軸内の前記中空部と前記減速機の内部空間とを連通する連通路を備え、且つ、
   前記ホロー出力軸と前記被駆動軸との間の隙間を含む空間が、閉じた空間とされている
   ことを特徴とするホロー出力軸と被駆動軸との連結構造。
2. 請求項１において、
   前記ホロー出力軸と前記被駆動軸との間にシール部材が配置されている
   ことを特徴とするホロー出力軸と被駆動軸との連結構造。
3. 請求項２において、
   前記ホロー出力軸の端面と被駆動軸との間にシール部材が配置されている
   ことを特徴とするホロー出力軸と被駆動軸との連結構造。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記ホロー出力軸と前記被駆動軸との間の隙間が、前記減速機の反相手機械側の外部空間に対して閉じている
   ことを特徴とするホロー出力軸と被駆動軸との連結構造。
5. 請求項４において、
   前記中空部が前記ホロー出力軸を貫通し、
   該ホロー出力軸が前記減速機のケーシングを貫通し、
   該ケーシングの反相手機械側に、該ホロー出力軸の端部を覆うカバーが設けられ、且つ
   該カバーと前記ケーシングとの間にシール部材が配置されている
   ことを特徴とするホロー出力軸と被駆動軸との連結構造。
6. 請求項４において、
   前記ホロー出力軸自体の反相手機械側が閉じた構造とされている
   ことを特徴とするホロー出力軸と被駆動軸との連結構造。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、
   前記ホロー出力軸と前記被駆動軸とが、該ホロー出力軸と前記被駆動軸の少なくとも一方の軸に形成したキー溝に嵌入されたキーを介して動力伝達可能に連結されており、
   上記連通路が前記キー溝の底面に開口することによって前記中空部と前記減速機の内部空間とを連通している
   ことを特徴とするホロー出力軸と被駆動軸との連結構造。
8. 中空部を有するホロー出力軸を備え、該中空部に相手機械の被駆動軸が挿入される減速機において、
   前記ホロー出力軸内の前記中空部と前記減速機の内部空間とを連通する連通路を備えた
   ことを特徴とする減速機。
9. 請求項８において、
   前記ホロー出力軸自体に上記連通路が形成されている
   ことを特徴とする減速機。
10. 請求項８または９において、
    前記ホロー出力軸に、Ｏリングを配置するための溝が形成されている
    ことを特徴とする減速機。

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