JP2013023068A - 車輪駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車輪の駆動装置において、車輪のフレーム部材を最大限減速装置の出力部材に近づけた状態のまま、車輪に注入される媒体の注入通路部材を合理的に配置する。
【解決手段】車輪50の半径方向内側に配置した減速装置G1の出力回転により、車輪50を駆動する車輪駆動装置であって、減速装置G1は、車輪50に連結される出力部材たるケーシング30と、該ケーシング30を支持する一対の軸受(外側軸受46および内側軸受48)とを有し、該外側軸受46および内側軸受48は、そのうちの外側軸受46の外径d1が内側軸受48よりも外径d2より小さく、かつ外側軸受46の径方向外側に、チューブ60(車輪50に注入される媒体の注入通路部材)が配置される。
【選択図】図1

Description

本発明は、車両の車輪を駆動する車輪駆動装置に関する。
例えば、特許文献1に、フォークリフトの車輪を駆動する動力伝達装置が開示されている。この特許文献1において開示されているフォークリフトは、車輪を駆動するための車輪駆動装置として、モータ、および該モータの回転を減速する減速装置を備えている。
減速装置は、1段の平行軸減速機構及び単純遊星歯車減速機構からなる減速機構を有している。このうち、単純遊星歯車減速機構の一部が、車輪の半径方向内側に入り込んだ位置に配置されている。
特開2010−159794号公報(図1)
フォークリフトにおいては、大型のバッテリのほか、フォークの積み荷を上げ下げするための油圧ポンプ、タンク等の付属物が多く、そのため、限られたスペースを有効に使わないと、フォークリフト全体がいたずらに大きくなってしまう。そのため、車輪を駆動する装置も、できるだけ(車輪に近い)小さなスペース内に収めたいという要請が強い。
一方、フォークリフトの場合、前輪の前方に積み荷を上げ下げするためのフォークがあることから、フォークリフトの重心より後側にカウンタバランス(カウンタウェイト)を配置した構造とされている。カウンタバランスの大きさを小さくするためには、フォーク及びフォークに積載される積み荷の重心をできるだけ前輪の接地位置に近づけなければならない。この観点で、フォークリフトの車輪の径は小さいほどよい。
それにも拘わらず、フォークに搭載される積み荷の大重量を支えるためには、車輪のタイヤ(ゴムの部分)自体の容積は大きく確保されなければならない。そのため、車輪の半径方向内側のスペースは非常に小さいというのが実情である。
こうした背景の下で、減速装置をより車輪の反車体側にまで入り込んだ位置に配置しようとすると、これまでは、減速装置がそれほど車輪の反車体側にまで入り込んでいなかったが故に、特に問題となることもなかったエア注入用のチューブ(車輪に注入される媒体の注入通路部材)の配置が困難になるという新たな不具合が生じるようになった。
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、車輪の駆動装置において、減速装置をできるだけ車輪の半径方向内側における反車体側に配置しながら、車輪に注入される媒体の注入通路部材を合理的に配置することをその課題としている。
本発明は、車輪の半径方向内側に配置した減速装置の出力回転により、前記車輪を駆動する車輪駆動装置であって、前記減速装置は、前記車輪に連結される出力部材と、該出力部材を支持する一対の軸受とを有し、該一対の軸受は、そのうちの反車体側の軸受が、車体側の軸受よりも外径が小さく、かつ前記反車体側の軸受の径方向外側に、前記車輪に注入される媒体の注入通路部材が配置される構成とすることにより、上記課題を解決したものである。
本発明においては、車輪に連結される減速装置の出力部材を支持している一対の軸受のうち、反車体側の軸受の外径を、車体側の軸受の外径よりも小さくし、その結果生じた反車体側の軸受の径方向外側のスペースを、媒体の注入通路部材を配置するための空間として確保するようにした。
このため、この空間を利用し、媒体の注入通路部材をタイヤの半径方向内側から引き出して反車体側へと導くことができる。
本発明によれば、車輪の駆動装置において、減速装置をできるだけ車輪の半径方向内側における反車体側に配置しながら、車輪に注入される媒体の注入通路部材を合理的に配置することができる。
本発明の実施形態の一例に係る減速装置がフォークリフトの車輪駆動装置に適用されている構成例を示す要部断面図 図1の全体断面図 図2の側面図 本発明の他の実施形態の一例を示す図2相当の全体断面図 図4の側面図 本発明の更に他の実施形態の一例を示す図1相当の要部断面図
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減速装置がフォークリフトの車輪駆動装置に適用されている構成例を示す要部断面図、図2は、その全体断面図、図3は、図2の側面図である。
モータ12の出力軸12Aは、スプライン14を介して減速装置G1の入力軸16と連結されている。入力軸16には、該入力軸16と軸心のずれた2つの偏心体18、20が一体に形成されている。
各偏心体18、20の外周には、軸受21、23を介して外歯歯車24、26が外嵌されている。外歯歯車24、26は、内歯歯車28に内接噛合している。
内歯歯車28は、内歯を構成する円筒状の内歯ピン28A、28Bと、該内歯ピン28A、28Bを貫通してこれを回転自在に保持する保持ピン28Cと、該保持ピン28Cを回転自在に支持するとともに、ケーシング30と一体化された内歯歯車本体28Dとで、主に構成されている。
内歯歯車28の内歯の歯数(内歯ピン28A、28Bの数)は、外歯歯車24、26の外歯の歯数よりも僅かだけ(この実施形態では1だけ)多い。
なお、外歯歯車24、26の軸方向車体側には車体フレーム32に固定されたフランジ体34が配置され、軸方向反車体側にはキャリヤボルト36およびキャリヤピン42を介して該フランジ体34と一体化されたキャリヤ体38が配置されている。キャリヤ体38には、内ピン40が一体に形成されている。
内ピン40は、摺動促進部材44と共に、外歯歯車24、26に貫通形成された内ピン孔24A、26Aを隙間を有して貫通し、フランジ体34の凹部34Aに嵌め込まれている。内ピン40は、外歯歯車24、26の前記内ピン孔24A、26Aの一部と摺動促進部材44を介して当接しており、外歯歯車24、26の自転を拘束している(揺動のみを許容している)。
キャリヤピン42は、外歯歯車24、26に貫通形成されたキャリヤピン孔24B、26Bを隙間を有して貫通し、フランジ体34の軸方向端部に当接している。但し、キャリヤピン42は、外歯歯車24、26の前記キャリヤピン孔24B、26Bとは全く当接しておらず、外歯歯車24、26の自転の拘束には寄与していない。
減速装置G1の入力部材たる入力軸16は、一対のアンギュラ玉軸受52、54を介してフランジ体34およびキャリヤ体38に回転自在に支持されている。
減速装置G1の出力部材たるケーシング30は、一対の主軸受(軸方向外側(反車体側)に位置する外側軸受46および軸方向内側(車体側)に位置する内側軸受48)を介して、車体フレーム32に固定されたフランジ体34およびキャリヤ体38に回転自在に支持されている。ケーシング30の軸方向反車体側の端面には、ボルト47によってホイール部材49が連結され、該ホイール部材49を介してフォークリフト(全体は図示略)51の車輪(タイヤ)50が装着される。
本実施形態では、外側軸受46の外径d1が、内側軸受48の外径d2よりも小さい。ここで、「外径」とは、外輪がある場合は外輪の外径、外輪がケーシングに一体形成されている場合は、軸心から転動体の最外周(転走面の最内径)までの寸法を言う。そして、外径d1が小さく形成された外側軸受46の径方向外側の空間SP1に、エア注入用のチューブ(車輪に注入される媒体の注入通路部材)60が配置されている。
以下、この構成について詳述する。
外側軸受46は、テーパードローラ軸受で構成されており、内輪46A、転動体46Bおよび外輪46Cを備えている。また、内側軸受48は、アンギュラ玉軸受で構成されており、内輪48A、転動体48B、および外輪48Cを備えている。
本実施形態では、前述したように、外側軸受46の外径d1が内側軸受48の外径d2よりも小さい。また、外側軸受46の作用点46C1から車輪50の軸方向中心50C1までの寸法L1が、内側軸受48の作用点48C1から車輪(タイヤ)50の軸方向中心50C1までの寸法L2よりも小さい(L1<L2)。ここで、「作用点」とは、作用線(転動体と内輪、外輪との接触点を結ぶ直線)と、軸心線(軸心を通り軸方向と平行な線)との交点を意味している。
このため、外側軸受46の方が内側軸受48よりも過酷な(より大きな荷重を受ける)状態下にある。また、外側軸受46の外径d1は、内側軸受48の外径d2より小さい。このため、外側軸受の転動体46Bは「円錐ローラ」、内側軸受48の転動体48Bは「ボール」というように、外側軸受46と内側軸受48とで転動体46B、48Bの種類を異ならせている。具体的には、荷重条件が厳しく径の小さい外側軸受46は、線接触で定格荷重の大きい円錐ローラとし、荷重条件が厳しくなく径の大きな内側軸受48は、点接触で損失の小さい「ボール」としている。これは、(外側軸受46の外径d1が内側軸受48の外径d2より小さいにも拘わらず)外側軸受46の定格荷重を、内側軸受48の定格荷重よりも大きく確保することを意図したためである。なお、「定格荷重」には、基本静定格荷重と基本動定格荷重とがあるが、本実施形態においては、基本動定格荷重を、外側軸受46の方を内側軸受48より大きくするのが特に有効である。
本実施形態では、外側軸受46の転動体46Bと内側軸受48の転動体48Bの種類を変えることにより、外側軸受46の大きさが著しく大きくなってしまうのを抑制することができ、該外側軸受46の径方向外側のスペースSP1をより有効に広く確保することができる。なお、ここで言う「種類が異なる」とは、単に、大きさが異なる(合同ではないが、相似形である)ということではなく、「転動体の形状自体が異なる」ことを意味している。
また、外側軸受46の接触角(作用線が半径方向に対して有している角度)θ1を、内側軸受48の接触角θ2より小さめに設定している。
エア注入用のチューブ(車輪に注入される媒体の注入通路部材)60は、このようにして外径d1が小さく形成された外側軸受46の径方向外側に確保された空間SP1に、配置されている。
なお、「車輪に注入される媒体」とは、通常は「空気」であるが、車種によっては、「窒素」であったり、あるいはパンクしないように、液体や半固形状の媒体であったりすることもある。
本実施形態では、エア注入用のチューブ60が車輪50の内側から引き出される引き出し部P1が減速装置G1の出力部材であるケーシング30と車輪50のホイール部材49との連結部P2よりも軸方向車体側に位置している。
そのため、チューブ60を配置する空間SP1をより広く確保するために、減速装置G1のケーシング30に、チューブ60の配置される切り欠き(溝)30Aを軸方向に沿って形成している。そしてホイール部材49には、該ケーシング30の切り欠き30Aに対応する位置(切り欠き30Aの軸方向端部と軸方向に対向する位置)にチューブ60を挿通する孔49Aが形成されている。引き出し部P1から引き出されたチューブ60は、車体外側に向けて曲げられ、ケーシング30の切り欠き30Aに収められるとともに、ホイール部材49の孔49Aを貫通して車輪50の外側へ引き出されている。これにより、容易に空気入れ作業(媒体注入作業)ができる。
以下、この実施形態に係る減速装置G1の作用を説明する。
モータ12の出力軸12Aの回転は、スプライン14を介して減速装置G1の入力軸16に伝達される。入力軸16が回転すると、偏心体18、20(の外周)が偏心運動を行い、軸受21、23を介して外歯歯車24、26が揺動する。この揺動により、外歯歯車24、26と内歯歯車28との噛合位置が順次ずれてゆく現象が生じる。
外歯歯車24、26と内歯歯車28との歯数差は、1に設定されており、また、各外歯歯車24、26の自転は、車体フレーム32側に固定された内ピン40によって拘束されている。このため、入力軸16が1回回転する毎に、自転の拘束されている外歯歯車24、26に対して内歯歯車28が歯数差に相当する分だけ自転(回転)することになる。この結果、入力軸16の回転により、1/(内歯歯車の歯数)に減速された回転速度にて内歯歯車本体28Dと一体化されているケーシング30が回転する。ケーシング30の回転により、該ケーシング30に(ボルト47によって)固定されているホイール部材49を介してフォークリフト51の車輪(タイヤ)50が回転する。
ここで、本実施形態では、出力部材であるケーシング30を支持する一対の外側軸受46および内側軸受48のうち、外側軸受46の外径の外径d1が、内側軸受48の外径d2よりも小さく形成されている。そして、これによって確保された外側軸受46の径方向外側の空間SP1にエア注入用のチューブ60が配置されている。
このため、本実施形態では減速装置G1の軸方向の全長を車輪50の半径方向内側に入り込ませながら、チューブ60を配置する空間SP1を広く確保することができている。すなわち、減速装置G1をできるだけ車輪50の半径方向内側における反車体側に配置しながら、エア注入用のチューブ60を合理的に配置することができている。
また、本実施形態は、出力部材が減速装置G1のケーシング30であるため(いわゆる枠回転の減速装置であるため)、ケーシング30、ホイール部材49、および車輪(タイヤ)50が、相対回転することなく、一体的に回転する。したがって、この三者30、49、50間で回転位相がずれることがない。そのため、図1のエリアA1(ホイール部材49の軸と直角の面よりも車体側の領域)では、ケーシング30の外周のエア注入用のチューブ60を配置している部分にだけ切り欠き30Aを形成すると共にホイール部材49に孔49Aを形成している。これにより、ケーシング30やホイール部材49の強度を、(例えば、後述する図6の実施形態のように、段差230Cより反車体側の全周に亘って切除する構成手法に比べて)より向上させている。なお、エリアA2(エリアA1より反車体側の領域)では、ケーシング30は全周に亘って小径とされ、ボルト47の配置空間を確保している。
また、本実施形態では、外側軸受46の作用点46C1から車輪(タイヤ)50の軸方向中心50C1までの寸法L1の方が、内側軸受48の作用点48C1から車輪50の軸方向中心50C1までの寸法L2よりも、小さい(L1<L2)。したがって、この配置は、外側軸受46の外径d1が小さいことと相まって外側軸受46にとって厳しい配置である。
しかしながら、本実施形態では、外側軸受46が、内側軸受48よりも定格荷重が大きいため、(外側軸受46の外径d1が小さいにも拘らず)車輪50側からの荷重を安定した状態で支持することができる。
しかも、本実施形態では、外側軸受46と内側軸受48とで転動体46B、48Bの種類を変えるようにしているため(円錐ローラとボール)、特に外側軸受46の転動体46Bを大型化することなく(すなわち、外側軸受46の径方向外側の空間SP1を広く確保しながら)、該外側軸受46の定格荷重を増大させることができている。
なお、反車体側の軸受の定格荷重を、車体側の軸受の定格荷重よりも大きくするのは、軸受の転動体の種類を変えなくても可能である。例えば、軸受の種類を双方とも同一(例えば、双方ともアンギュラ玉軸受、あるいは双方ともテーパードローラ軸受)とし、反車体側の軸受の転動体の径やローラ長を車体側の軸受の径やローラ長よりも大きくする手法を採用してもよい。また、外側軸受46と内側軸受48とで、それぞれの接触角θ1、θ2を変えるようにすることによっても、ラジアル荷重とスラスト荷重の受け持ちのバランスを調整でき、特に外側軸受46のラジアル荷重の耐荷重を増大させることができる。
図4および図5に本発明の他の実施形態の一例を示す。
この実施形態においても、出力部材であるケーシング130を支持している一対の主軸受のうち、外側軸受146の外径d101の方が内側軸受148の外径d102より小さい(d101、d102は先の実施形態d1、d2と同一)。そして、外径d101が小さく抑えられた該外側軸受146の径方向外側の空間SP101にエア注入用のチューブ160が配置されている。
但し、先の実施形態においては、エア注入用のチューブ60の車輪50からの引き出し部P1を減速装置G1のケーシング30と車輪50のホイール部材49との連結部P2よりも軸方向車体側に位置させていたが、本実施形態においては、チューブ160の車輪150からの引き出し部P101が出力部材であるケーシング130とホイール部材149との連結部P102よりも軸方向反車体側に位置させるようにしている。
この構成は、先の実施形態よりも、車輪150の軸方向中心位置が、若干反車体側寄りになってしまったり(本実施形態では減速装置の軸方向全長のうちの一部のみが車輪150の内側に入り込んでいる)、車輪150の径方向内側に若干デッドスペースが生じたりする傾向となるが、ケーシング130にエア注入用のチューブ160との干渉を避けるための切り欠き(溝)を形成したり、ホイール部材の軸方向に直交する面にチューブ160を挿通させるための孔を形成したりする必要がなく、構造がより簡素であり、先の実施形態よりも製造コストを低減することができる。
この実施形態は、ケーシング130とホイール部材149の周辺の構造以外は、先の実施形態と同様であるため、図中で先の実施形態と同一または類似する部材に、先の実施形態と下2桁が同一の符号を付すに止め、重複説明を省略する。
図6に、本発明の更に他の実施形態の一例を示す。
上記2つの実施形態においては、いずれも、いわゆる枠回転の減速機構(ケーシング30、130が出力部材となる減速機構)を採用していたが、本実施形態においては、ケーシング230は、車体フレーム232に固定されている。そして、外歯歯車224、226の自転と同期するフランジ体234および該フランジ体234と一体化されたキャリヤ体238、更には該キャリヤ体238とスプライン280を介して一体化されたカバー体282の全体が出力部材たるハブブロック284を構成している。
ハブブロック284は、一対の主軸受、すなわち、軸方向反車体側に位置する外側軸受246と軸方向車体側に位置する内側軸受248とによって支持されている。そして、この実施形態においても、外側軸受246の外径d201は、内側軸受248の外径d202より小さく、この外径d202の小さい外側軸受246の径方向外側の空間SP201に、エア注入用のチューブ260が配置されている。
車輪250、チューブ260、およびホイール部材249は、一体的に動く(相対回転しない)ため、チューブ260は、ホイール部材249に形成した孔249Aから引き出している。その一方で、ケーシング230と、車輪250、チューブ260およびホイール部材249とは、相互に回転するため、ケーシング230のエア注入用のチューブ260を配置している部分にだけ切り欠きを設けるという構成を採用することができない。そのため、この実施形態では、(チューブ260とケーシング230が干渉しないように)ケーシング230のほぼ軸方向半分の領域において、ケーシング230の全周に亘って段差230Cを形成している。
また、本実施形態では、(出力部材を支持している)一対の主軸受は、外側軸受246も、また、内側軸受248も、共にアンギュラ玉軸受とされ、それぞれの転動体246B、248Bも同一種類の「ボール」で構成されている。なお、外側軸受246の内輪は、カバー体282により、内側軸受248の内輪は、フランジ体234によってそれぞれ兼用されている。
また、この実施形態では、外側軸受246の転動体246Bおよび内側軸受248の転動体248Bは、同一の径d203、d204とされ、かつ両軸受246、248の接触角θ201、θ202も同一とされている。
これは、本実施形態では、外側軸受246の作用点246C1から車輪250の軸方向中心250C1までの寸法L201が、内側軸受248の作用点248C1から車輪250の軸方向中心250C1までの寸法L202と、上記実施形態程には大きく異なっていないこと等から、(内側軸受248についてはやや過剰品質となるものの)同一の転動体246B、248Bに係るアンギュラ玉軸受を使用しても、特に支障はない、との理由に基づくものである。外側軸受246、内側軸受248として、低コストの同一種類の転動体246B、248Bを有するアンギュラ玉軸受を用いることで、より低コスト化を図ることができる。また、円錐ローラを用いる場合に比べ、伝達ロスも小さい。
このように、本発明においては、出力部材を支持する一対の軸受の転動体の種類は必ずしも変える必要はない。特に、反車体側の軸受の作用点から車輪の軸方向中心までの寸法が、車体側の軸受の作用点から車輪の軸方向中心までの寸法より大きいときなどでは、反車体側の軸受の荷重負担が相対的に軽くなるため、同一種類の転動体を用いるようにしてもよい。
勿論、例えば、この図6の実施形態においても、外側軸受に、より大きな径の(同一種のボールによる)転動体を有するアンギュラ玉軸受を用いたり、異なる種類の円錐ローラによる転動体を有するテーパードローラ軸受を用いたりして、該外側軸受の定格荷重をより増大させるのは自由である。
その他の構成は、先の実施形態と同様であるため、図中で先の実施形態と同一又は類似する部材に、先の実施形態と下2桁が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、いずれも減速機構として外歯歯車の中心に配置される入力軸に偏心体を備える偏心揺動型の遊星歯車機構が採用されていたが、本発明においては、減速機構の構成は、特に限定されない。例えば、外歯歯車の中心からオフセットした位置で複数の偏心体軸が同時に回転することによって、外歯歯車が揺動するタイプの偏心揺動型の遊星歯車機構であってもよい。また、単純遊星歯車減速機構、平行軸減速機構、直交軸減速機構等であってもよく、これらを組み合わせたものであってもよい。
また、上記実施形態においては、本発明に係る車輪駆動装置をフォークリフトに適用した例が示されていたが、本発明に係る車輪駆動装置は、フォークリフト以外の車両等にも、広く適用することができる。
また、上記実施形態においては、切り欠き30Aは、軸方向に沿って形成されていたが、これに限定されず、例えば、軸方向に対して斜めに形成されていてもよい。
16…入力軸
18、20…偏心体
21、23…軸受
24、26…外歯歯車
28…内歯歯車
30…ケーシング
34…フランジ体
38…キャリヤ体
46…外側軸受
48…内側軸受
49…ホイール部材
50…車輪

Claims (7)

  1. 車輪の半径方向内側に配置した減速装置の出力回転により、前記車輪を駆動する車輪駆動装置であって、
    前記減速装置は、前記車輪に連結される出力部材と、該出力部材を支持する一対の軸受とを有し、
    該一対の軸受は、そのうちの反車体側の軸受が、車体側の軸受よりも外径が小さく、かつ
    前記反車体側の軸受の径方向外側に、前記車輪に注入される媒体の注入通路部材が配置される
    ことを特徴とする車輪駆動装置。
  2. 請求項1において、
    前記反車体側の軸受の転動体と、前記車体側の軸受の転動体の種類が異なっている
    ことを特徴とする車輪駆動装置。
  3. 請求項1または2において、
    前記車体側の軸受の作用点から前記車輪の軸方向中心までの寸法が、前記反車体側の軸受の作用点から前記車輪の軸方向中心までの寸法以上であり、
    前記反車体側の軸受は、前記車体側の軸受よりも定格荷重が大きい
    ことを特徴とする車輪駆動装置。
  4. 請求項1〜3のいずれかにおいて、
    前記反車体側の軸受は、前記車体側の軸受よりも接触角が小さい
    ことを特徴とする車輪駆動装置。
  5. 請求項1〜4のいずれかにおいて、
    前記注入通路部材の前記車輪からの引き出し部が、前記減速装置の出力部材と前記車輪のホイール部材との連結部よりも、軸方向車体側にある
    ことを特徴とする車輪駆動装置。
  6. 請求項1〜5のいずれかにおいて、
    前記出力部材が前記減速装置のケーシングで、前記注入通路部材の配置される切り欠きが該ケーシングの外周に形成されている
    ことを特徴とする車輪駆動装置。
  7. 請求項6において、
    前記ケーシングに連結される前記車輪のホイール部材には、該ケーシングの前記切り欠きに対応する位置に前記注入通路部材を挿通する孔が形成されている
    ことを特徴とする車輪駆動装置。
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