JP3751156B2 - 立軸歯車変速装置の潤滑油供給機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立軸変速装置の潤滑油機構に関する。より詳細には、立軸変速装置を構成する歯車機構の歯面、軸継手あるいは軸受に対して、潤滑油を供給する潤滑油供給機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
立軸歯車変速装置においては、入力軸及び出力軸が上下方向（軸線方向）に並んで配置されており、該入力軸の回転は遊星歯車機構によって変速されて出力軸へ伝達される。
【０００３】
図５を参照して従来の立軸変速装置について説明する。モータ直結型立軸遊星歯車減速装置１５０は、図中上部に位置する高速の入力軸（高速軸）１と、下部に位置する低速の出力軸（低速軸）２０とを有している。入力軸１の一端には太陽歯車４０が形成されており、太陽歯車４０は複数の遊星歯車１１と噛み合い、遊星歯車１１は、ケーシング３１に固定されたリング歯車１６の内歯車と噛みあっている。遊星歯車１１は遊星歯車軸１３により回転ディスク１４に取り付けられており、回転ディスク１４は遊星歯車１１の公転回転数で回転（自転）すると共に、出力軸セレーション２２を介して、出力軸２０へ回転を伝達する。
【０００４】
この遊星歯車機構により、太陽歯車４０、遊星歯車１１およびリング歯車１６の各々の歯数に従って、入力軸の回転が減速されて出力軸へ伝達される。
【０００５】
ここで、上述した各種歯車の歯の接触面或いはケーシング３１内部に設置された各軸受に対して、従来は次の様な潤滑方式が採用されている。先ず、減速装置の内部あるいは外部に潤滑油加圧ポンプ（図示せず）を設置して、当該ポンプによって潤滑油にヘッドを付加して、歯面或いは軸受面に強制潤滑する方法が採用されている。或いは、歯車の噛み合い部、軸受の接触部等の潤滑を必要とする部材を、全体的に潤滑油中に没して油浴潤滑する方法がとられている。
【０００６】
後者、すなわち油浴潤滑する方法を採用する場合、潤滑油量を増やして油表面位置（油面）を高くすればするほど、潤滑油の撹拌による損失が増えて発熱が多くなり、潤滑油温度上昇の原因になる。そのため通常の設計法では、潤滑油面は内部の機器の潤滑に支障がない限り低く抑えている。
【０００７】
しかし、この様な油浴潤滑の場合において、変速装置運転開始時には十分な潤滑油を供給できるが（潤滑油の油面がレベルＡ）、運転を継続すると共に、潤滑油の漏れや飛散のために油面が低下して（潤滑油の油面がレベルＢ）、潤滑を要する歯車の噛み合い部や軸受部等が潤滑油レベルよりも上方に位置してしまうことがある。その様な場合には何らかの強制潤滑方式を加えないと、歯車の歯の接触面や軸受の軸接触部等の潤滑油膜が破断して（油膜切れ）、接触部の摩擦抵抗が増大し、回転トルク増大の原因となってしまう。すなわち、油浴潤滑方式を採用している立軸歯車変速装置においては、潤滑油面が潤滑されるべき部材の位置より高い位置まで潤滑油で満たされることが、油浴潤滑の成立条件となるが、潤滑油の油面（レベル）が低下すると油浴潤滑の成立条件が充足されない事となってしまう。
【０００８】
また、立軸変速機構においては、入力軸における軸継手や軸受位置は全体装置の上部にあり、そこまで潤滑油面を上げると、既述の通り、潤滑油の撹拌による発熱が生じるため、通常は、潤滑油面は上部の部品より下方にある。したがって、潤滑油面より上部に位置する部品への潤滑油供給が課題であった。
【０００９】
このように、立軸変速装置内部の潤滑油面が低下したときには、同装置の上部に位置する部品に潤滑油が行かなくなる。
【００１０】
上述した強制潤滑方式を採用すれば、上述した潤滑油供給の問題については対応する事が出来る。しかし、潤滑油加圧ポンプその他の補機を設けなければならないので構成が複雑となり、補機を駆動するために別途動力が必要となってしまうという問題点が存在する。
【００１１】
そのため、潤滑油加圧ポンプ等の補機を必要とせず、簡単な機構で潤滑できる技術が望まれているが、その様な要望を満足させる技術は、従来、提供されていない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した様な従来技術の問題点に鑑みて、且つ、上述した要望に応えるべく提案されたもので、立軸変速装置の変速機構の潤滑を必要とする部材に対して潤滑油を確実に供給することが出来て、しかも、特別なポンプ或いは補機の使用を必要としない様な、立軸変速装置の潤滑油供給機構を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、立軸歯車変速装置１２０の低速軸２０を下方に配置し、高速軸１を上方に配置し、その高速軸１の下方端部と低速軸２０の上方端部とを近接して設けた立軸歯車変速装置１２０の潤滑油供給機構において、高速軸１の端部と低速軸２０の端部とを密接させる部材４を設け、その密接させる部材４の中心部に中心穴７が穿設され、高速軸１の中心に軸方向に延在する穴５が形成され、その穴５と高速軸１の軸受２−２の上部位置と連通する穴８−２が形成され、低速軸２０の中心に軸方向に延在する穴６が形成され、その穴６は低レベル潤滑油面Ｂよりも下方に位置する半径方向の穴９−１と連通しており、それらの穴５、６は中心穴７に連通している。
【００１４】
かかる構成を具備する本発明の立軸歯車変速装置の潤滑油供給機構によれば、高速軸と低速軸との速度差による遠心力の差を利用し、そして、前記潤滑油流路を用いて、潤滑油の供給が行われる。すなわち、高速軸の回転が低速側へ伝達されると、高速軸側の圧力が低くなり、低速軸側の圧力が高くなってポンプ作用を行い、低速軸の外周面まで半径方向外方へ延在する穴（潤滑油面の下方のレベル）から潤滑油を吸い込む。吸い込まれた潤滑油は、前記穴及び貫通穴によって構成される前記潤滑油流路を介して、高速軸の中心から潤滑を必要とする部材まで半径方向外方を延在する前記穴から吐出される。
【００１５】
当該穴（に潤滑を必要とする部材のレベルまで延在する穴）は、噛み合い歯面や軸受等の潤滑を必要とする部材まで延在しているので、当該穴から吐出された潤滑油により、（潤滑を必要とする）部材は十分に潤滑され、油膜切れ等が防止される。
【００１６】
すなわち本発明においては、低速軸の半径方向にあけた穴の外側から潤滑油を吸い込み、高速軸の半径方向穴から吐き出すように考慮したものであり、この両軸端の間を密封摺動させることにより、低速軸から潤滑油を吸込むことを可能にしている。
【００１７】
本発明の実施に際して、低速軸を下方に、高速軸を上方に設置出来るのであれば、低速軸、高速軸のいずれが入力軸（或いは出力軸）であっても良い。
【００１８】
また、高速軸の端部に太陽歯車を形成し、前記高速軸の端部及び低速軸の端部を密接させる部材として、当該太陽歯車と摺動するブッシュを設けるのが好ましい。或いは、下部の低速軸端と上部の高速軸端との間で潤滑油が多量に漏れ出さないように簡単なブッシュを挟む構造にするのが好ましい。
【００１９】
ここで、前記（各種）穴は、一本だけ形成されていても良いし、複数本形成されていても良い。
【００２０】
本発明の実施に際して、低速軸の前記密接させる部材側の端部から潤滑油面の下方のレベルまで軸方向に延在する前記穴は、例えばストレート形状の穴であるのが好ましい。そして、高速軸の前記密接させる部材側の端部から軸方向上方に潤滑を必要とする部材のレベルまで延在する穴は、例えば内ねじ形状の穴或いはストレート形状の穴であるのが好ましい。
【００２１】
これに加えて、前記潤滑を必要とする部材としては、例えば、噛み合っている歯車同士の噛み合い歯面、軸受、軸継手が該当するが、それに限定されるものではない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００２３】
図１は本発明の立軸歯車変速装置の潤滑油供給機構に対する一参考例を示している。なお、図５で示す従来技術と同一の部材には、図１においても同一の符号を付して説明している。
【００２４】
図１において、全体を符号１１０で示すモータ直結型立軸遊星歯車減速装置において、高速の入力軸（高速軸）１が図１の上部に位置しており、低速の出力軸（低速軸）２０が図１の下部に位置している。そして入力軸１と出力軸２０とは、入力軸１の下方端部（軸端）と出力軸２０の上方端部（軸端）とが接するほどに近接して設置されている。
【００２５】
この立軸歯車変速装置１１０によれば、入力軸１の一端に構成された太陽歯車４０を介して、入力軸１の回転を減速して出力軸２０へ伝達している。すなわち、太陽歯車４０は複数の遊星歯車１１と噛み合っており、遊星歯車１１はリング歯車１６の内歯車と噛みあって、リング歯車１６はケーシング３１に固定されている。この様な歯車機構において、遊星歯車１１は、太陽歯車４０を介して伝達された入力軸１の回転或いはトルクを受けて、自転しつつ公転する。
【００２６】
さらに、この遊星歯車１１の中心の遊星歯車軸１３は、遊星歯車軸受１２により支持されており、且つ、回転ディスク１４に取り付けられている。そのため、回転ディスク１４は遊星歯車１１の公転回転数で回転する。
【００２７】
この回転ディスク１４は、出力軸セレーション２２を介して、出力軸２０に回転或いはトルクを伝達し、出力軸２０を回転する。換言すれば、出力軸セレーション２２により出力軸２０と結合されている回転ディスク１４は、出力軸２０と一体的に回転する。
【００２８】
ここで、（入力軸１の軸端に加工された）太陽歯車４０、遊星歯車１１およびリング歯車１６の各々の歯数により、出力軸の回転数は、次式
ｎ２＝ｎ１×Ｄ１／（Ｄ１＋Ｄ２）
但し
ｎ１； 入力軸回転数
ｎ２； 出力軸回転数
Ｄ１； 太陽歯車歯数
Ｄ２； リング歯車歯数
に従って減速される。
【００２９】
上述した減速機構に関する構成は、従来技術と同様である。しかし、以下に述べる潤滑油供給に関する構成に関しては、図示の実施形態は従来技術と明確に相違する。
【００３０】
図１の歯車減速機構において、高速軸１の端部と低速軸２０の端部とは接触するほどに近接して設置されている。そして、高速軸１の端部と低速軸２０の端部との間には、太陽歯車摺動ブッシュ４（入力軸の端部及び出力軸の端部を密接させる部材）が挾持されている。換言すれば、このブッシュ４を介して、高速軸１の端部と低速軸２０の端部とが密接する。
【００３１】
太陽歯車摺動ブッシュ４の中央部分には、摺動ブッシュ中心穴７（入力軸の端部及び出力軸の端部を密接させる部材の貫通穴）が穿孔されている。そして、入力軸１（高速軸１）においては、ブッシュ４に対して上方へ、入力軸１の中心に且つ軸方向へ延在する内ねじ穴状形状の穴５が形成されている。一方、出力軸２０（低速軸）においては、ブッシュ４に対して下方へ、出力軸２０の中心に且つ軸方向へ延在するストレート形状の穴６が形成されている。そして、内ねじ穴状形状の穴５及びストレート形状の穴６は、摺動ブッシュ中心穴７に連通している。
【００３２】
入力軸１においては、その中心に形成された内ねじ穴状形状の穴５から、太陽歯車４０と遊星歯車１１とが噛み合っている箇所の歯面位置３に向けて、半径方向に延在する穴８−１が構成されている。
【００３３】
一方、出力軸２０においては、低レベルの潤滑油面Ｂよりも下方の位置に、半径方向へ延在する穴９−１が形成されており、穴９−１は、前記ストレート形状の穴６と出力軸２０の外周面とを連通している。ここで、穴９−１に代えて、或いは穴９−１に加えて、図１において点線で示す（半径方向へ延在する）穴９−２を形成しても良い。この穴９−２も、低いレベルの潤滑油面Ｂよりも下方に位置している。
【００３４】
なお、半径方向へ延在する穴８−１、９−１、９−２は、ストレート形状の穴として構成されている。
【００３５】
この様に構成した結果、穴８−１、５、７、６、９−１（及び／又は９−２）が、潤滑油の低レベル油面の下方と上方とを連通する潤滑油流路を構成する。
【００３６】
図１に示す例においては、入力軸（高速軸）１が回転して出力軸（低速側）２０へ伝達されると、高速回転する側すなわち入力軸１側の方が圧力は低くなり、低速回転する側すなわち出力軸２０側は圧力が高くなるので、穴８−１、５、７、６、９−１（及び／又は９−２）によって構成される前記潤滑油流路がポンプ作用を行う。すなわち、出力軸２０側（高圧側）の穴９−１（及び／又は９−２）から潤滑油を吸い込み、入力軸１側（低圧側）の穴８−１から潤滑油を半径方向外方へ吐出する。換言すれば、潤滑油油面Ｂより下方に位置する穴９−１（及び／又は穴９−２）から潤滑油を吸い込み、潤滑油油面Ｂより上方に位置する穴８−１から潤滑油を吐出する。
【００３７】
前述した通り、半径方向に延在する穴８−１は、太陽歯車４０と遊星歯車１１とが噛み合っている箇所の歯面位置３まで連通しているので、前記潤滑油流路のポンプ作用により半径方向外方へ吐出される潤滑油は、噛み合っている箇所の歯面位置３に供給されて、噛み合い歯面３における油膜切れを防止する。
【００３８】
高速軸（図１の例では入力軸１）の中心に開ける穴は、上述の通り、内ねじ形状の他に、穴径を大きくしたり、或いは、上方に向かってテーパ状に拡大しても良い。
【００３９】
図１の例では、運転当初にはレベルＡ（図１）までに滑油面があっても、飛散あるいは漏れ等の理由によりＢレベルまで潤滑油面が下がり、噛み合い歯面３がＢレベルよりも上方となってしまった場合でも、穴８−１、５、７、６、９−１（及び／又は９−２）によって構成される前記潤滑油流路と、入力軸１及び出力軸２０の回転による遠心力とによって生じるポンプ作用によって、噛み合い歯面３に潤滑油が供給される。すなわち、入力軸１と出力軸２０の回転数の差によって、遠心力の大きさが異なるので、高速回転する入力軸１の半径方向穴８−１においては半径方向内方から半径方向外方へ、低速回転する出力軸２０の半径方向穴９−１（及び／又は９−２）においては半径方向外方から半径方向内方へ、潤滑油が流れる。
【００４０】
但し、このような作用を発生させるためには、穴８−１と穴９−１（及び／又は９−２）との間が密封され、潤滑油流路が形成されている必要がある。そのため、入力軸１と出力軸２０の間には摺動リング４を設置している。
【００４１】
図２は本発明の一実施形態を示しており、立軸歯車変速装置（符号１２０で示す）の減速装置（図１に参考例として示したものと同一）おいて、入力軸１を支持する軸受２−２へ潤滑油を供給する実施形態を示している。
【００４２】
図２において、この様な軸受２−２は、通常、符号３で示す位置（太陽歯車４０と遊星歯車１１とが噛み合っている箇所の歯面位置）よりも上部にある。そのため、入力軸１の軸線に沿って内部に穿孔した穴５の長さは、図１で示す参考例の場合に比較して、長くなっている。そして、入力軸１の内部には、その中心に形成された内ねじ穴状形状の穴５と、入力軸軸受２−２の内輪上部位置とを連通する（半径方向に延在する）穴８−２とが形成されている。
【００４３】
ここで図２に示す様に、入力軸軸受２−２がころがり軸受の場合には、半径方向に延在する穴８−２は、内ねじ穴状形状の穴５と軸受２−２の内輪の上部とを連通するように形成される。これに対して、軸受２−２がジャーナル軸受の場合は（図示せず）、当該ジャーナル軸受２−２の中心部で且つ入力軸１との摺動面と（図示せず）、前記内ねじ穴状形状の穴５とを連通する様に、半径方向穴８−２が形成される。
【００４４】
この様に構成した結果、穴９−１、６、７、５、８−２が、潤滑油の低レベル油面Ｂの下方と上方とを連通する潤滑油流路を構成する。入力軸（高速軸）１が回転して出力軸（低速側）２０へ回転が伝達されると、入力軸１側（高速回転側）の圧力が低くなり、出力軸２０側（低速回転側）の圧力が高くなる。そして、前記潤滑油流路がポンプ作用を行い、潤滑油の油面Ｂより下方に位置する穴９−１から潤滑油を吸い込み、潤滑油の油面Ｂより上方に位置する穴８−２から潤滑油を半径方向外方へ吐出する。
【００４５】
半径方向に延在する穴８−２は、ころがり軸受２−２の内輪の上部にまで連通しているので、穴８−２から吐出される潤滑油は、軸受２−２へ供給されて、軸受２の油膜切れを防止する。従って、図２の実施形態においても、潤滑油面がレベルＡからレベルＢまで低下しても、潤滑油の供給不足による油膜切れの問題は発生しない。
【００４６】
その他の構成及び作用効果は図１の参考例の場合と同様であるので、重複説明は省略する。
【００４７】
図３は別の参考例を示している。図３において、立軸歯車変速装置１３０では、電動機１３２の軸１３４が減速装置の内部にまで達して、セレーション１３６を介して、入力軸１に接続されており、入力軸１は太陽歯車４０と一体的に構成されている。
【００４８】
図３に示す参考例では、電動機１３２が駆動して軸１３４、入力軸１が回転すると、前記図１、図２の参考例及び実施形態と同様なポンプ作用により、低下した場合の潤滑油レベルＢよりも下方にある穴９、穴６、穴７、穴５を介して、潤滑油が前記セレーション１３６の歯面へ供給される。従って、当該セレーション１３６（或いはその歯面）が潤滑油レベルＢよりも上方であっても、油膜切れが防止される。
【００４９】
その他の構成及び作用効果は図１、図２の参考例及び実施形態の場合と同様であるので、重複説明は省略する。
【００５０】
図４は別の減速装置の例を示している。この例では、立軸歯車変速装置１４０は、平歯車による減速装置を有している。当該減速装置において、入力軸１に直結している高速歯車４０に平歯車４２が噛み合っており、平歯車４２は中間軸４４に固定されている。中間軸４４にはさらに平歯車４６が固定されており、平歯車車４６は出力軸２０に結合された平歯車４８と噛み合っている。
【００５１】
入力軸１（高速軸）と出力軸２０（低速軸）の間には、高速軸摺動ブッシュ４−４が設けられており、その中心には穴７が穿孔されている。出力軸２０には、半径方向に延在された穴９と、軸方向に延在する穴が形成されている。そして、軸方向に延在する穴は、比較的小径の部分６−１と比較的大径の部分６−２とから構成されている。
【００５２】
入力軸１には、中心部分を軸方向へ延在する比較的大径の穴５と、穴５に連通して半径方向に延在する穴８が形成されている。そして、穴９、穴６−１、穴６−２、穴７、穴５、穴８が潤滑油流路を形成している。
【００５３】
そして図４の例では、歯車４０と、前記減速装置の一部である歯車４２との噛み合い歯面３−４へ潤滑油を供給する。当該歯面３−４は、低下した潤滑油レベルＢよりも上方にあるが、図１〜図３の実施形態及び参考例と同様なポンプ作用により、出力軸２０に構成された穴９（潤滑油レベルＢよりも下方）から吸い込んだ潤滑油が前記潤滑油流路を介して、歯面３−４に潤滑油を供給して、油膜切れを防止する。
【００５４】
その他の構成及び作用効果は、図１〜図３の実施形態及び参考例と同様であるので説明は省略する。
【００５５】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、それ以外の変形、変更が可能である。例えば、図示の実施形態では、高速の入力軸が上部に、低速の出力軸が下部に位置しているが、低速の入力軸を下部に位置させて、高速の出力軸を上部に位置させることも可能である。
換言すれば、低速軸を下部に位置させて、高速軸を上部に位置させれば、本発明の使用条件を満たすのである。
【００５６】
さらに、潤滑するべき箇所としては、歯車の噛み合い歯面、軸受、軸継ぎ手が示されているが、その他の箇所に対しても潤滑油の供給が可能である旨を付記する。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、立軸変速装置の歯車の噛み合い面或いは軸受の潤滑を油浴潤滑にして運転する場合に、潤滑油の漏れあるいは油面管理の不具合により、潤滑油レベルが低下しても、低下した潤滑油レベルの下方から潤滑油を吸い込み、潤滑するべき箇所（噛み合い歯面、軸受等）に潤滑油を供給することが出来る。そのため、潤滑不具合の発生を抑えることが出来る。
【００５８】
さらに、高速軸と低速軸との回転差に起因するポンプ作用により潤滑油の供給を行っているので、潤滑油供給用の特別なポンプや駆動源その他の補機を設ける必要が無く、構造が煩雑化することも無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例として遊星歯車減速装置の歯車噛み合い面へ給油する場合を示す断面図。
【図２】本発明による遊星歯車減速装置の軸受へ給油する機構の一実施形態を示す断面図。
【図３】別の参考例として入力軸継手のセレーション部へ給油する場合を示す断面図。
【図４】平歯車による減速装置を示す断面図。
【図５】従来の立軸変速装置を示す断面図。
【符号の説明】
１・・・入力軸（高速軸）
２、２−２・・・入力軸軸受
３、３−４・・・太陽歯車（入力軸）と遊星歯車の噛み合い面
４、４−４・・・太陽歯車摺動ブッシュ
５・・・高速軸中心穴
６・・・低速軸中心穴
７・・・摺動ブッシュ中心穴
８・・・高速軸半径方向穴
９・・・低速軸半径方向穴
１１・・・遊星歯車
１２・・・遊星歯車軸受
１３・・・遊星歯車軸
１４・・・回転ディスク
１５・・・遊星歯車摺動ブッシュ
１６・・・リング歯車
２０・・・出力軸（低速軸）
２１・・・出力軸受
２２・・・出力軸セレーション
２３・・・下部シール
３１・・・ケーシング
４０・・・太陽歯車
４２、４６、４８・・・平歯車
４４・・・中間軸
１１０、１２０、１３０、１４０、１５０・・・立軸歯車変速装置
１３２・・・電動機
１３４・・・電動機の回転軸
１３６・・・電動機の軸と入力軸に形成されたセレーション

Claims (1)

1. 立軸歯車変速装置（１２０）の低速軸（２０）を下方に配置し、高速軸（１）を上方に配置し、その高速軸（１）の下方端部と低速軸（２０）の上方端部とを近接して設けた立軸歯車変速装置（１２０）の潤滑油供給機構において、高速軸（１）の端部と低速軸（２０）の端部とを密接させる部材（４）を設け、その密接させる部材（４）の中心部に中心穴（７）が穿設され、高速軸（１）の中心に軸方向に延在する穴（５）が形成され、その穴（５）と高速軸（１）の軸受（２−２）の上部位置と連通する穴（８−２）が形成され、低速軸（２０）の中心に軸方向に延在する穴（６）が形成され、その穴（６）は低レベル潤滑油面（Ｂ）よりも下方に位置する半径方向の穴（９−１）と連通しており、それらの穴（５、６）は中心穴（７）に連通していることを特徴とする立軸歯車変速装置の潤滑油供給機構。

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