JP2016056910A - ギヤ減速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スラスト荷重をより低減することができるギヤ減速装置を提供する。【解決手段】モータ１１により回転駆動される第１の入力側ヘリカルギヤ１２と、第１の入力側ヘリカルギヤ１２の軸線に平行な軸線の周りに回転可能に支持され、第１の入力側ヘリカルギヤ１２に噛合してその回転を減速する第１の出力側ヘリカルギヤ１４及び該第１の出力側ヘリカルギヤ１４と一体回転する第２の入力側ヘリカルギヤ１５を有する中間ギヤ１３と、中間ギヤ１３の軸線に平行な軸線の周りに回転可能に支持され、第２の入力側ヘリカルギヤ１５に噛合してその回転を減速する第２の出力側ヘリカルギヤ１６とを備え、第１の入力側ヘリカルギヤ１２の歯及び第２の入力側ヘリカルギヤ１５の歯の捩れ方向が互いに逆向きに設定され、且つ、第１の入力側ヘリカルギヤ１２の歯の捩れ角よりも第２の入力側ヘリカルギヤ１５の歯の捩れ角の方が小さく設定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ギヤ減速装置に関するものである。

従来、ギヤ減速装置としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。このギヤ減速装置は、モータの回転軸に設けられたウォーム及びこれに噛合するウォームホイールで構成されるウォームギヤと、ウォームホイールと一体回転可能な小径の入力側ヘリカルギヤ（入力ギヤ）と、該入力側ヘリカルギヤに噛合する大径の出力側ヘリカルギヤ（出力ギヤ）とを備える。そして、モータの回転は、ウォームギヤ及びウォームホイール間で減速され、更に入力側ヘリカルギヤ及び出力側ヘリカルギヤ間で減速される。これにより、モータの回転を十分に減速できるとしている。

特開２００８−１１１４８９号公報

ところで、特許文献１のギヤ減速装置では、入力側ヘリカルギヤの歯及び出力側ヘリカルギヤの歯が斜めに押し合うことで、例えば入力側ヘリカルギヤに著しいスラスト荷重が作用する。この場合、入力側ヘリカルギヤの支持部（軸受等）に対し、スラスト荷重を支え得る十分な強度が要求されることになって、当該支持部の大型化を余儀なくされる。

本発明の目的は、スラスト荷重をより低減することができるギヤ減速装置を提供することにある。

上記課題を解決するギヤ減速装置は、モータにより回転駆動される第１の入力側ヘリカルギヤと、前記第１の入力側ヘリカルギヤの軸線に平行な軸線の周りに回転可能に支持され、前記第１の入力側ヘリカルギヤに噛合して該第１の入力側ヘリカルギヤの回転を減速する第１の出力側ヘリカルギヤ及び該第１の出力側ヘリカルギヤと一体回転する第２の入力側ヘリカルギヤを有する中間ギヤと、前記中間ギヤの軸線に平行な軸線の周りに回転可能に支持され、前記第２の入力側ヘリカルギヤに噛合して該第２の入力側ヘリカルギヤの回転を減速する第２の出力側ヘリカルギヤとを備え、前記第１の入力側ヘリカルギヤの歯及び前記第２の入力側ヘリカルギヤの歯の捩れ方向が互いに逆向きに設定され、且つ、前記第１の入力側ヘリカルギヤの歯の捩れ角よりも前記第２の入力側ヘリカルギヤの歯の捩れ角の方が小さく設定される。

この構成によれば、前記第１の入力側ヘリカルギヤの歯及び前記第２の入力側ヘリカルギヤの歯の捩れ方向が互いに逆向きに設定されていることで、前記第１の入力側ヘリカルギヤ及び前記第１の出力側ヘリカルギヤ間の回転伝達で前記中間ギヤに作用するスラスト荷重と、前記第２の入力側ヘリカルギヤ及び前記第２の出力側ヘリカルギヤ間の回転伝達で前記中間ギヤに作用するスラスト荷重とが互いに逆向きになる。また、より減速側である前記第２の入力側ヘリカルギヤ及び前記第２の出力側ヘリカルギヤ間の回転伝達時に前記第２の入力側ヘリカルギヤに作用する接線荷重は、前記第１の入力側ヘリカルギヤ及び前記第１の出力側ヘリカルギヤ間の回転伝達時に該第１の出力側ヘリカルギヤに作用する接線荷重よりも大きくなる。しかしながら、スラスト荷重が接線荷重と捩れ角のタンジェントとの乗数で導かれることから、前記第２の入力側ヘリカルギヤの歯の捩れ角が相対的に小さく設定されている分、前述の互いに逆向きになる両スラスト荷重の偏差が低減される。このように、前記中間ギヤに対し偏差の低減された互いに逆向きになる両スラスト荷重が作用することで、前記中間ギヤに作用するスラスト荷重を全体としてより低減することができる。

上記ギヤ減速装置について、前記モータの軸線方向における位置と、前記第２の入力側ヘリカルギヤの軸線方向における位置とが少なくとも一部で一致するように配置することが好ましい。

この構成によれば、前記モータ及び前記第２の入力側ヘリカルギヤを集約配置することができ、装置全体としてよりコンパクト化することができる。
上記ギヤ減速装置について、前記第１の入力側ヘリカルギヤ及び前記第２の入力側ヘリカルギヤの少なくとも一方は、小歯数ヘリカルギヤであることが好ましい。

この構成によれば、前記第１の入力側ヘリカルギヤ又は前記第２の入力側ヘリカルギヤが小歯数ヘリカルギヤであることで、より高減速を実現することができる。なお、「小歯数ヘリカルギヤ」とは、歯数が３以下のヘリカルギヤのことをいう。

本発明は、スラスト荷重をより低減できる効果がある。

本発明の一実施形態を示す側面図。 同実施形態を示す平面図。 同実施形態の作用を示す説明図。

以下、ギヤ減速装置の一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、例えば樹脂材からなる略箱形のモータハウジング１０には、モータ１１の固定子１１ａが結合されている。そして、モータ１１の回転軸（モータ軸）のモータハウジング１０内への突出部には、第１の入力側ヘリカルギヤ１２が一体回転するように設けられている。この第１の入力側ヘリカルギヤ１２の歯は、例えば捩れ角が６０°で右捩れしている。また、第１の入力側ヘリカルギヤ１２は、例えば転造で製造された歯数が３以下である小歯数ヘリカルギヤからなり、相対的に小径（小さいギヤ径）に成形されている。第１の入力側ヘリカルギヤ１２は、モータ１１の回転軸が圧入される円筒ギヤであってもよいし、モータ１１の回転軸に一体形成されていてもよい。なお、第１の入力側ヘリカルギヤ１２（回転軸）の固定子１１ａから離間する先端は、モータハウジング１０に装着された適宜の軸受により軸線方向（スラスト方向）への移動が規制された状態で回転可能に支持されている。

モータハウジング１０には、第１の入力側ヘリカルギヤ１２の軸線と平行に軸線の延びる中間ギヤ１３が収容されている。中間ギヤ１３の軸線方向両端は、モータハウジング１０に装着された一対の適宜の軸受により軸線方向への移動が規制された状態で回転可能に支持されている。

中間ギヤ１３は、第１の入力側ヘリカルギヤ１２に噛合して該第１の入力側ヘリカルギヤ１２の回転を減速する相対的に大径（大きいギヤ径）の第１の出力側ヘリカルギヤ１４及び該第１の出力側ヘリカルギヤ１４と一体回転する第２の入力側ヘリカルギヤ１５を有する。この第２の入力側ヘリカルギヤ１５の歯は、例えば捩れ角が３０°で左捩れしている。また、第２の入力側ヘリカルギヤ１５は、例えば転造で製造された歯数が３以下である小歯数ヘリカルギヤからなり、相対的に小径に成形されている。第２の入力側ヘリカルギヤ１５は、中間ギヤ１３の軸（ギヤ軸）が圧入される円筒ギヤであってもよいし、当該軸に一体形成されていてもよい。さらに、第２の入力側ヘリカルギヤ１５は、第１の出力側ヘリカルギヤ１４から固定子１１ａに近付く軸線方向に延びており、その軸線方向における位置は、モータ１１の軸線方向における位置と少なくとも一部が一致している。すなわち、第２の入力側ヘリカルギヤ１５は、モータ１１の軸線方向に直交する一方向（図２において紙面に直交する奥側）の空間に配置されている。

モータハウジング１０には、中間ギヤ１３の軸線と平行に軸線の延びる第２の出力側ヘリカルギヤ１６が収容されている。第２の出力側ヘリカルギヤ１６の軸線方向両端は、モータハウジング１０に装着された一対の適宜の軸受により軸線方向への移動が規制された状態で回転可能に支持されている。この第２の出力側ヘリカルギヤ１６は、相対的に大径に成形されており、第２の入力側ヘリカルギヤ１５に噛合して該第２の入力側ヘリカルギヤ１５の回転を減速する。また、第２の出力側ヘリカルギヤ１６の軸線方向における位置は、モータ１１の軸線方向における位置と少なくとも一部が一致している。すなわち、第２の出力側ヘリカルギヤ１６も、モータ１１の軸線方向に直交する一方向（図２において紙面に直交する奥側）の空間に配置されている。なお、第２の出力側ヘリカルギヤ１６は、適宜の駆動対象と連係されており、回転に伴って当該駆動対象を作動させる。

次に、本実施形態の作用について説明する。
モータ１１の回転は、第１の入力側ヘリカルギヤ１２及び第１の出力側ヘリカルギヤ１４間で減速されて中間ギヤ１３に伝達される。そして、中間ギヤ１３の回転は、第２の入力側ヘリカルギヤ１５及び第２の出力側ヘリカルギヤ１６間で更に減速されてこれに伝達される。これにより、高減速に伴う十分な伝達トルクで駆動対象が作動される。

特に、第１の入力側ヘリカルギヤ１２の歯及び第２の入力側ヘリカルギヤ１５の歯の捩れ方向（右捩れ、左捩れ）が互いに逆向きに設定されている。従って、図３に示すように、第１の出力側ヘリカルギヤ１４において第１の入力側ヘリカルギヤ１２から中間ギヤ１３に作用するスラスト荷重Ｔ１と、第２の入力側ヘリカルギヤ１５において第２の出力側ヘリカルギヤ１６から中間ギヤ１３に作用するスラスト荷重Ｔ２とが互いに逆向きになっている。

また、第１の入力側ヘリカルギヤ１２の歯の捩れ角（６０°）よりも第２の入力側ヘリカルギヤ１５の歯の捩れ角（３０°）の方が小さく設定されている。ヘリカルギヤにおけるスラスト荷重は、接線荷重と捩れ角のタンジェントとの乗数（＝接線荷重×ｔａｎ（捩れ角））で表されることから、接線荷重が同一であれば捩れ角が大きいほどスラスト荷重が大きくなる。しかしながら、図３に示すように、より減速側にある第２の入力側ヘリカルギヤ１５の回転伝達時に該第２の入力側ヘリカルギヤ１５に作用する接線荷重Ｐ２は、第１の入力側ヘリカルギヤ１２及び第１の出力側ヘリカルギヤ１４間の回転伝達時に該第１の出力側ヘリカルギヤ１４に作用する接線荷重Ｐ１よりも大きくなる。これは、接線荷重が伝達トルクの増減に伴って増減するものであり、第２の入力側ヘリカルギヤ１５及び第２の出力側ヘリカルギヤ１６間の伝達トルクの方が、第１の入力側ヘリカルギヤ１２及び第１の出力側ヘリカルギヤ１４間の伝達トルクよりも大きいためである。従って、相対的に伝達トルク（接線荷重）の小さい第１の入力側ヘリカルギヤ１２に対してより大きな捩れ角が設定され、相対的に伝達トルク（接線荷重）の大きい第２の入力側ヘリカルギヤ１５に対してより小さな捩れ角が設定されていることで、両スラスト荷重Ｔ１，Ｔ２の偏差が低減される。

以上により、中間ギヤ１３に対し偏差の低減された互いに逆向きになる両スラスト荷重Ｔ１，Ｔ２が作用することで、中間ギヤ１３に作用するスラスト荷重が全体としてより低減される。特に、両スラスト荷重Ｔ１，Ｔ２が同一である場合、それらが相殺されることで中間ギヤ１３に作用するスラスト荷重が零となる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、中間ギヤ１３に作用するスラスト荷重を全体としてより低減することができる。そして、スラスト荷重の低減により、回転に伴う摺動音及び振動による伝播音をより低減することができる。あるいは、回転に伴う摩擦損失を低減することができ、より高効率化することができる。さらに、中間ギヤ１３の軸受（スラスト軸受）の軸受荷重容量をより低減できることで、該軸受をより小型化・簡素化することができ、ひいてはコストをより低減することができる。加えて、当該軸受の装着されるモータハウジング１０の軸受荷重容量をより低減できる。

（２）本実施形態では、モータ１１（固定子１１ａ）の軸線方向における位置と、第２の入力側ヘリカルギヤ１５（及び第２の出力側ヘリカルギヤ１６）の軸線方向における位置とが少なくとも一部で一致するように配置した。すなわち、デッドスペースになりがちなモータ１１周辺の空間を利用して第２の入力側ヘリカルギヤ１５を配置した。従って、モータ１１及び第２の入力側ヘリカルギヤ１５を集約配置することができ、装置全体としてよりコンパクト化することができる。特に、第２の入力側ヘリカルギヤ１５が小径の小歯数ヘリカルギヤであることで、モータ１１と干渉することなく該モータ１１により近付けて配置することができる。

（３）本実施形態では、第１の入力側ヘリカルギヤ１２及び第２の入力側ヘリカルギヤ１５が共に小歯数ヘリカルギヤであることで、より高減速を実現することができる。また、第１の入力側ヘリカルギヤ１２及び第２の入力側ヘリカルギヤ１５を共に通常のヘリカルギヤよりも小型化することができる。

（４）本実施形態では、各減速段における回転伝達は、噛合するヘリカルギヤ（第１の入力側ヘリカルギヤ１２及び第１の出力側ヘリカルギヤ１４、第２の入力側ヘリカルギヤ１５及び第２の出力側ヘリカルギヤ１６）同士の転がり接触によることで、例えばウォームギヤのような滑り接触による損失が少なく、高効率な回転伝達を実現できる。

（５）本実施形態では、例えばスプライン軸のように構造が複雑であったり調整可能なスラスト荷重が小さかったりとった制約を受けることなく、中間ギヤ１３に作用するスラスト荷重を全体としてより低減することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記実施形態において、第１の入力側ヘリカルギヤ１２及び第２の入力側ヘリカルギヤ１５の少なくとも一方は、小歯数ヘリカルギヤでなくてもよく、歯数が４以上であってもよい。

・前記実施形態において、モータ１１（固定子１１ａ）の軸線方向における位置と、第２の入力側ヘリカルギヤ１５の軸線方向における位置とが一致しないように配置してもよい。例えば第２の入力側ヘリカルギヤ１５は、第１の出力側ヘリカルギヤ１４に対してモータ１１から離間する側に配置されていてもよい。

・前記実施形態において、第１の入力側ヘリカルギヤ１２の捩れ方向及び第２の入力側ヘリカルギヤ１５の捩れ方向は、それぞれ左捩れ及び右捩れであってもよい。また、第１の入力側ヘリカルギヤ１２の捩れ角及び第２の入力側ヘリカルギヤ１５の捩れ角は、第１の入力側ヘリカルギヤ１２よりも第２の入力側ヘリカルギヤ１５の方が小さく設定されるのであれば任意である。中間ギヤ１３に作用するスラスト荷重（Ｔ１，Ｔ２）は、ギヤの材質や減速比等で変化する効率に影響されることから、それらを考慮して中間ギヤ１３に作用するスラスト荷重が全体としてより低減されるように前述の捩れ角を設定することが好ましい。

・前記実施形態においては、中間ギヤ１３を第１の出力側ヘリカルギヤ１４及び第２の入力側ヘリカルギヤ１５からなる２段ギヤとしたが、更にギヤを有する３段以上の多段ギアであってもよい。この場合、追加のギヤがヘリカルギヤであってこれに噛合するヘリカルギヤに減速を伴って回転伝達するのであれば、その捩れ方向を第２の入力側ヘリカルギヤ１５に一致させればよい。つまり、第２の入力側ヘリカルギヤとしての追加のギヤ及びこれに噛合する第２の出力側ヘリカルギヤとしてのヘリカルギヤにより、中間ギヤ（１３）にスラスト荷重Ｔ２と同方向のスラスト荷重が新たに作用する。従って、それらの加算されたスラスト荷重を考慮して、中間ギヤ（１３）に作用するスラスト荷重が全体としてより低減されるように第１の入力側ヘリカルギヤ１２等の捩れ角を設定することが好ましい。

一方、追加のギヤがヘリカルギヤであってその捩れ方向が第１の入力側ヘリカルギヤ１２に一致する場合、中間ギヤ（１３）にスラスト荷重Ｔ１と同方向のスラスト荷重が新たに作用する。従って、それらの加算されたスラスト荷重を考慮して、中間ギヤ（１３）に作用するスラスト荷重が全体としてより低減されるように第１の入力側ヘリカルギヤ１２等の捩れ角を設定することが好ましい。

・前記実施形態においては、モータ１１の回転軸に直結又は一体形成の第１の入力側ヘリカルギヤ１２を採用したが、モータ１１により回転駆動されるのであれば、該モータ１１との間に回転伝達用の任意のギヤ又はギヤ列が配置されていてもよい。

１１…モータ、１２…第１の入力側ヘリカルギヤ、１３…中間ギヤ、１４…第１の出力側ヘリカルギヤ、１５…第２の入力側ヘリカルギヤ、１６…第２の出力側ヘリカルギヤ。

Claims (3)

1. モータにより回転駆動される第１の入力側ヘリカルギヤと、
   前記第１の入力側ヘリカルギヤの軸線に平行な軸線の周りに回転可能に支持され、前記第１の入力側ヘリカルギヤに噛合して該第１の入力側ヘリカルギヤの回転を減速する第１の出力側ヘリカルギヤ及び該第１の出力側ヘリカルギヤと一体回転する第２の入力側ヘリカルギヤを有する中間ギヤと、
   前記中間ギヤの軸線に平行な軸線の周りに回転可能に支持され、前記第２の入力側ヘリカルギヤに噛合して該第２の入力側ヘリカルギヤの回転を減速する第２の出力側ヘリカルギヤとを備え、
   前記第１の入力側ヘリカルギヤの歯及び前記第２の入力側ヘリカルギヤの歯の捩れ方向が互いに逆向きに設定され、且つ、前記第１の入力側ヘリカルギヤの歯の捩れ角よりも前記第２の入力側ヘリカルギヤの歯の捩れ角の方が小さく設定された、ギヤ減速装置。
2. 請求項１に記載のギヤ減速装置において、
   前記モータの軸線方向における位置と、前記第２の入力側ヘリカルギヤの軸線方向における位置とが少なくとも一部で一致するように配置した、ギヤ減速装置。
3. 請求項１又は２に記載のギヤ減速装置において、
   前記第１の入力側ヘリカルギヤ及び前記第２の入力側ヘリカルギヤの少なくとも一方は、小歯数ヘリカルギヤである、ギヤ減速装置。