JP2019157811A - 歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】既存のファンを利用しつつ、ファンによる冷却効果の向上を図れる技術を提供する。【解決手段】ケーシング１２と、ケーシング１２に収納される歯車機構１４と、歯車機構１４に回転を入力する入力軸１６と、を備えた歯車装置１０であって、入力軸１６は、ケーシング１２から突出する突出部１６ａを有し、歯車装置１０は、突出部１６ａに取り付けられ、入力軸１６と一体的に回転するファン２０と、ファン２０を覆うファンカバー２２と、ファンカバー２２の内側に配置され、ファン２０を取り囲むリング部材３４と、を備え、リング部材３４は、ファンカバー２２に固定され、ファン２０に対して相対回転可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、歯車装置に関する。

熱対策が要求される環境下で歯車装置を用いる場合、歯車装置のケーシングを冷却するため、歯車装置の回転軸にファンを取り付けることがある。特許文献１には、このようなファンによる冷却効果の向上を図るため、ファンを取り囲むリング部材をファンと一体的に回転可能に設けた構造が開示されている。

ＷＯ２００８／１０１５７７号公報

たとえば、特許文献１の開示技術を既存の歯車装置に適用する場合を考える。この場合、特許文献１のファンはリング部材と一体化されているため、リング部材と一体化された新規のファンとの間で既存のファンの取り替えを要してしまい、既存のファンをそのまま利用できないという問題がある。

本発明のある態様は、こうした状況に鑑みてなされ、その目的の１つは、既存のファンを利用しつつ、ファンによる冷却効果の向上を図れる技術を提供することにある。

本発明のある態様は歯車装置に関し、ケーシングと、前記ケーシングに収納される歯車機構と、前記歯車機構に回転を入力する入力軸と、を備えた歯車装置であって、前記入力軸は、前記ケーシングから突出する突出部を有し、本歯車装置は、前記突出部に取り付けられ、前記入力軸と一体的に回転するファンと、前記ファンを覆うファンカバーと、前記ファンカバーの内側に配置され、前記ファンを取り囲むリング部材と、を備え、前記リング部材は、前記ファンカバーに固定され、前記ファンに対して相対回転可能である。

本発明によれば、既存のファンを利用しつつ、ファンによる冷却効果の向上を図れる技術を提供する。

実施形態の歯車装置の斜視図である。 実施形態の歯車装置の側面断面図である。 実施形態の歯車装置を反負荷側から見た図である。 図２のファンの周辺構造の拡大図である。

以下、実施形態、変形例では、同一の構成要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面では、説明の便宜のため、構成要素の一部を適宜省略したり、構成要素の寸法を適宜拡大、縮小して示す。

図１は、実施形態の歯車装置１０の斜視図である。図２は、歯車装置１０の側面断面図である。本図では歯車のピッチ円を一点鎖線で示す。歯車装置１０は、主に、ケーシング１２と、歯車機構１４と、入力軸１６と、出力軸１８と、ファン２０と、ファンカバー２２とを備える。

入力軸１６は、ケーシング１２から外部に突出する突出部１６ａを有する。入力軸１６の突出部１６ａは、入力軸１６の一端側Ｐａに設けられ、モータ等の駆動装置の出力軸に接続され、その出力軸から回転が伝達される。以下、入力軸１６の回転軸線Ｌａに沿った方向を単に「軸方向」といい、その回転軸線Ｌａを中心とする円の円周方向、半径方向をそれぞれ「周方向」、「径方向」という。また、軸方向のうち、入力軸１６の一端側Ｐａ（回転が入力される側）を反負荷側Ｐａといい、他端側（回転が出力される側）を負荷側Ｐｂという。

図２に示すように、ケーシング１２は中空構造をなす。ケーシング１２は、歯車機構１４を収納する本体部２４と、入力軸１６を回転自在に支持する入力軸受２６を収納する軸受ハウジング部２８と、入力軸１６が貫通する軸受ハウジング部２８の反負荷側開口部２８ａを覆うケーシングカバー３０とを有する。

本実施形態の本体部２４は、六方を向く六つの外壁部を有する箱状をなす。本体部２４は、入力軸１６が貫通するとともに外向きに突出する外壁部２４ａを有する。軸受ハウジング部２８は、本体部２４から入力軸１６が突出する方向に本体部２４の外壁部２４ａから突出する。軸受ハウジング部２８は軸方向に延びる筒状をなし、ボルト等を用いて本体部２４に固定される。軸受ハウジング部２８の反負荷側Ｐａの端部には、入力軸１６が貫通する反負荷側開口部２８ａが形成されるとともに、前述のケーシングカバー３０が取り付けられる。

歯車機構１４は、入力軸１６から入力される回転を出力軸１８を伝達するためのものであり、複数の歯車により構成される。歯車機構１４を構成する歯車は、入力軸１６、出力軸１８、中間軸３２のいずれかと一体的に回転可能に設けられる。本実施形態の歯車機構１４は、入力軸１６の回転を減速して出力軸１８に伝達する減速機構である。本実施形態の歯車機構１４は、一対のベベルギア等を用いた直交軸歯車機構１４ａと、一対の平歯車等を用いた平行軸歯車機構１４ｂとを有する。

入力軸１６は、歯車機構１４に回転を入力するためのものである。入力軸１６の突出部１６ａは、ケーシング１２の反負荷側を向いている反負荷側外壁部１２ａから外部に突出している。本実施形態の反負荷側外壁部１２ａは、本体部２４、軸受ハウジング部２８、ケーシングカバー３０が構成している。

出力軸１８は、歯車機構１４から不図示の被駆動機器に回転を出力するためのものである。中間軸３２や出力軸１８は、ケーシング１２の本体部２４に不図示の軸受を介して回転自在に支持される。

ファン２０は、入力軸１６の突出部１６ａに取り付けられる。ファン２０は、入力軸１６の突出部１６ａが内側に挿通されるとともに、入力軸１６の突出部１６ａにキー等を用いて取り付けられる筒部２０ａを有する。ファン２０は、さらに、筒部２０ａから径方向外側に延びる複数の支持部２０ｂと、複数の支持部２０ｂのそれぞれに個別に設けられる複数の羽根２０ｃと、を有する。羽根２０ｃは、板状をなしており、その主面は周方向を向いている。ここでの主面とは、板状の羽根２０ｃの板厚方向の両側の面をいう。

ファン２０は、入力軸１６と一体に回転可能である。ファン２０の羽根２０ｃは、入力軸１６と一体に回転することによって、ケーシング１２を冷却するための空気流を送り出す。本実施形態のファン２０は、ラジアルファンであり、その回転によって、径方向外側に向かう空気流を送り出す。

ファンカバー２２は、ファン２０を反負荷側Ｐａ及び径方向外側から覆うとともに、ケーシング１２の一部となる軸受ハウジング部２８、ケーシングカバー３０を反負荷側Ｐａ及び径方向外側から覆う。ファンカバー２２は、不図示のボルト等の固定具を用いて、ケーシング１２に着脱可能に固定される。ファンカバー２２は、負荷側Ｐｂに向かって開放する負荷側開口部２２ａが形成された有底筒状をなす。

図３は、歯車装置１０を反負荷側Ｐａから見た図である。図１〜図３に示すように、ファンカバー２２は、筒状の外周面部２２ｂと、ファン２０を反負荷側Ｐａから覆う背面部２２ｃとを有する。

外周面部２２ｂは、軸方向に対して傾斜する傾斜面部２２ｄと、傾斜面部２２ｄの負荷側Ｐａに連続して設けられ軸方向に平行な平行面部２２ｅとを有する。本明細書での「平行」には、言及している二つの構成要素が完全に平行な場合、ほぼ平行な場合の両者が含まれる。傾斜面部２２ｄは、背面部２２ｃの外周縁部から負荷側Ｐｂに連続して設けられ、負荷側Ｐｂに向かうにつれて入力軸１６から離れるように軸方向に対して傾斜する。本実施形態の外周面部２２ｂの軸方向に直交する断面形状は四つの辺部分が形成する矩形状である。

図３に示すように、背面部２２ｃには、入力軸１６が貫通する貫通孔２２ｆが形成されるとともに、貫通孔２２ｆの周りに複数の吸気孔２２ｇが形成される。本実施形態の複数の吸気孔２２ｇは、軸方向から見て、入力軸１６の回転軸線Ｌａと同心の複数の円周上に位置するように並ぶ円弧状をなす。

図４は、図２のファン２０の周辺構造の拡大図である。図２〜図４に示すように、本実施形態の歯車装置１０は、ファンカバー２２の内側に配置され、ファン２０を径方向外側から取り囲むリング部材３４を備える。リング部材３４は、ファン２０を取り囲むことで、ファン２０による冷却効果の向上を図る役割を担っている。

リング部材３４は、自らの反負荷側端部３４ａがファンカバー２２の背面部２２ｃの裏面に突き当てられ、溶接、ボルト等によりファンカバー２２の背面部２２ｃに固定される。リング部材３４は、ファンカバー２２の背面部２２ｃの裏面から負荷側Ｐｂに突き出るように設けられることになる。本実施形態のリング部材３４は、ファンカバー２２の外周面部２２ｂから径方向内側に離間した位置に配置され、ファンカバー２２の外周面部２２ｂに接触していない。リング部材３４は、ファン２０に対して相対回転可能であり、ファン２０が入力軸１６と一体に回転したとき、ファン２０と一体に回転しない。

図３に示すように、本実施形態のリング部材３４の軸方向に直交する断面形状は円形状である。リング部材３４は、軸方向から見て、ファンカバー２２の全ての吸気孔２２ｇを取り囲むように設けられる。

以上の歯車装置１０の動作を説明する。駆動装置から入力軸１６に回転が伝達されると、その回転は、歯車機構１４に入力されるとともに、歯車機構１４を介して出力軸１８から出力される。入力軸１６が回転すると、ファン２０が入力軸１６と一体に回転する。ファン２０が回転すると、ファン２０の羽根２０ｃからケーシング１２を冷却するための空気流が送り出される。このとき、ファンカバー２２の貫通孔２２ｆや吸気孔２２ｇからファンカバー２２の内部に空気が吸入される。

本実施形態のファン２０の羽根２０ｃは径方向外側に向けて空気流を送り出す。ファン２０の羽根２０ｃから送り出される空気流は、リング部材３４に当たって負荷側Ｐｂに向きが変わるように誘導される。負荷側Ｐｂに向かう空気流の一部は、ファンカバー２２内でケーシング１２の一部である軸受ハウジング部２８やケーシングカバー３０の外面に当たることでケーシング１２を冷却する。また、負荷側Ｐｂに向かう空気流の一部は、ファンカバー２２の負荷側開口部２２ａから負荷側Ｐｂに送り出され、ケーシング１２の本体部２４の外面に当たることでケーシング１２を冷却する。

以上の歯車装置１０の効果を説明する。実施形態のリング部材３４は、ファンカバー２２に固定されており、ファン２０に対して相対回転可能、つまり、ファン２０と別体に設けられている。具体的には、ファン２０は、入力軸１６とともに回転する一方、リング部材３４はファンカバー２２に固定されているため回転不能である。よって、リング部材３４が固定された新規のファンカバー２２を既存の歯車装置１０に後付けで組み込むことで、冷却効果の向上を図るためのリング部材３４を既存のファン２０と組み合わせることができる。このため、既存のファン２０を利用しつつ、リング部材３４によりファン２０による冷却効果の向上を図れる。なお、本実施形態では、既存の歯車装置１０のケーシング１２に新規のファンカバー２２を固定することで、歯車装置１０にファンカバー２２を後付けで組み込める。

なお、既存のファン２０を利用できるというのは、本実施形態の歯車装置１０の効果の一つであるが、既存のファン２０を利用する場合に限定されるものではない。新規に設計したファンに対して、本実施形態のリング部材３４を有するファンカバー２２を組み合わせた場合でも、冷却効果の向上を図る効果を得ることができ、本発明の対象となる。

リング部材３４は、ファンカバー２２の外周面部２２ｂではなく背面部２２ｃに固定される。よって、ファンカバー２２の外周面部２２ｂにリング部材３４を固定するための固定代を確保せずともよくなる。これに伴い、その固定代の確保に伴いファンカバー２２の外周面部２２ｂの軸方向寸法が大型化する事態を避けられ、ファンカバー２２の軸方向寸法の小型化を図れる。

以上の歯車装置１０の他の工夫点を説明する。図４を参照する。ファン２０の羽根２０ｃの負荷側端２０ｄから負荷側Ｐｂに向けてファン２０の軸方向長さＬｂの１／２だけ離れた位置を基準位置Ｐｒという。このとき、リング部材３４の負荷側端３４ｂは、前述の基準位置Ｐｒより反負荷側Ｐａに位置している。これにより、リング部材３４によってファン２０による冷却効果の更なる向上を図れる。このような冷却効果の向上を図るうえで、リング部材３４の負荷側端３４ｂは、前述の基準位置Ｐｒより反負荷Ｐａ側に位置していればよく、ファン２０の羽根２０ｃの負荷側端２０ｄより反負荷側Ｐａに位置してもよい。

このような冷却効果の更なる向上を図るうえで、リング部材３４の負荷側端３４ｂは、ファン２０の羽根２０ｃの負荷側端２０ｄよりも負荷側Ｐｂに位置していると好ましい。これにより、リング部材３４の負荷側端３４ｂが羽根２０ｃの負荷側端２０ｄより反負荷側Ｐａに位置している場合と比べ、羽根２０ｃから径方向外側に送り出される空気流をリング部材３４により受け易くなる。これに伴い、リング部材３４に当たって負荷側Ｐｂに向きが変わるように空気流を誘導し易くなり、その空気流を用いてケーシング１２を冷却し易くなり、ファン２０による冷却効果の更なる向上を図れる。

リング部材３４は、ファンカバー２２の平行面部２２ｅの径方向内側に一部がはみ出ておらず、その傾斜面部２２ｄの径方向内側に全体が納まっている。リング部材３４の全体は、ファンカバー２２の傾斜面部２２ｄの負荷側端２２ｄａより反負荷側Ｐａに位置しているということである。

この利点を説明する。ファン２０の羽根２０ｃの回転の影響によって、ファンカバー２２内にてリング部材３４より負荷側Ｐｂで径方向外側に向かう空気流Ｆａが生じたときを考える。このとき、その空気流Ｆａの一部をファンカバー２２の傾斜面部２２ｄに当てることで、負荷側Ｐｂに向きを変えるように誘導できる。これに伴い、その負荷側Ｐｂに向かう空気流を用いてケーシング１２を冷却し易くなり、ファン２０による冷却効果の更なる向上を図れる。

ファンカバー２２の傾斜面部２２ｄとリング部材３４の間には、ファンカバー２２の平行面部２２ｅの内側に形成される空間３６に連なる隙間空間３８が形成されている。この空間３６は、ファンカバー２２の平行面部２２ｅとケーシング１２の軸受ハウジング部２８やケーシングカバー３０との間で環状に連なるように形成される。隙間空間３８は、リング部材３４の径方向外側で環状に連なるように形成される。

この利点を説明する。ファン２０の羽根２０ｃの回転の影響によって、ファンカバー２２内の隙間空間３８で空気流が生じたときを考える。このとき、その空気流をファンカバー２２の傾斜面部２２ｄに当てることで負荷側Ｐｂに向きを変えるように誘導したうえで、その空気流を隙間空間３８から空間３６に向けて送り出すことができる。これに伴い、その負荷側Ｐｂに向かう空気流の流量を増やすことができ、ファン２０による冷却効果の更なる向上を図れる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。前述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。前述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。また、図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。

ケーシング１２は、六つの外壁部を有する箱状をなす例を説明したが、その具体的な形状は特に限定されない。

歯車機構１４の種類は特に限定されない。歯車機構１４は、たとえば、減速機構の他にも、増速機構でもよい。歯車機構１４は、直交軸歯車機構１４ａと平行軸歯車機構１４ｂの組み合わせを例に説明したが、その一方のみを用いて構成されてもよいし、それ以外の歯車機構で構成してもよい。

ファン２０は、ラジアルファンを例に説明したが、その種類は特に限定されず、アキシャルファン等でもよい。

リング部材３４のファンカバー２２に対する固定位置は特に限定されない。たとえば、リング部材３４は、ファンカバー２２の背面部２２ｃの他に、ファンカバー２２の外周面部２２ｂに固定されていてもよい。

リング部材３４の負荷側端３４ｂは、前述した基準位置Ｐｒとの関係で無関係の箇所に位置していてもよい。たとえば、リング部材３４の負荷側端３４ｂは、基準位置Ｐｒと同じ箇所、または、基準位置Ｐｒより負荷側に位置していてもよい。また、リング部材３４は、ファンカバー２２の平行面部２２ｅの内側に一部が位置していてもよい。

リング部材３４の軸方向に直交する断面形状は特に限定されず、円形状の他に矩形状等でもよい。

ファンカバー２２の傾斜面部２２ｄとリング部材３４の間には、その平行面部２２ｅの内側の空間に連なる隙間空間３８が形成されていなくともよい。

１０…歯車装置、１２…ケーシング、１４…歯車機構、１６…入力軸、１６ａ…突出部、２０…ファン、２０ｃ…羽根、２０ｄ…負荷側端、２２…ファンカバー、２２ｃ…背面部、２２ｄ…傾斜面部、２２ｅ…平行面部、２２ｇ…吸気孔、３４…リング部材、３４ｂ…負荷側端、３６…空間、３８…隙間空間。

Claims (6)

1. ケーシングと、
   前記ケーシングに収納される歯車機構と、
   前記歯車機構に回転を入力する入力軸と、を備えた歯車装置であって、
   前記入力軸は、前記ケーシングから突出する突出部を有し、
   本歯車装置は、
   前記突出部に取り付けられ、前記入力軸と一体的に回転するファンと、
   前記ファンを覆うファンカバーと、
   前記ファンカバーの内側に配置され、前記ファンを取り囲むリング部材と、を備え、
   前記リング部材は、前記ファンカバーに固定され、前記ファンに対して相対回転可能である歯車装置。
2. 前記ファンカバーは、吸気孔が形成された背面部を有し、
   前記リング部材は、前記背面部に固定される請求項１に記載の歯車装置。
3. 前記リング部材の負荷側端は、前記ファンの羽根の負荷側端から負荷側に前記羽根の軸方向長さの１／２だけ離れた基準位置より反負荷側に位置する請求項１または２に記載の歯車装置。
4. 前記リング部材の負荷側端は、前記羽根の負荷側端よりも負荷側に位置する請求項３に記載の歯車装置。
5. 前記ファンカバーは、軸方向に対して傾斜する傾斜面部と、前記傾斜面部の負荷側に連続して設けられ軸方向に平行な平行面部と、を有し、
   前記リング部材は、前記傾斜面部の径方向内側に納まっている請求項１から４のいずれかに記載の歯車装置。
6. 前記傾斜面部と前記リング部材の間には、前記平行面部の内側の空間に連なる隙間空間が形成されている請求項５に記載の歯車装置。

Images