JP4504899B2 - 揺動内接噛合型の減速機、及びギヤドモータ - Google Patents

Description

本発明は、冷却媒体導通孔を有する揺動内接噛合型の減速機、及びギヤドモータに関する。

従来、図４に示すようなギヤドモータが知られている（特許文献１参照）。

このギヤドモータＧＭは、モータ１の回転を動力源として、このモータの動力を減速機２０で減速し、出力軸４８を介して、図示せぬ相手機械へと動力を伝達するものである。

この種のギヤドモータは、モータ部分及び減速機部分のそれぞれが、取り付ける相手機械に応じて、様々な種類の負荷容量、減速比、回転速度幅に対応するものが用意されている。

特に、高負荷なものや、高回転の状況下で使用されるギヤドモータにあっては、動作時の発熱が相当なものとなり、冷却する必要が生じる。これは、冷却せずに使用し続けると、モータのコイル部分が熱により焼き切れてしまったり、減速機のギヤの噛合部分が上手く潤滑されずに、焼付きを起したり、かじりが生じるためである。

図４のような従来のギヤドモータにあっては、モータにモータの回転と共に回転するファン３を設け、このファン３により起こされる風によってモータ１及び減速機２０を冷却（いわゆる空冷）していた。

特開平１０−２８５８６９号公報

しかしながら、例えば、建設機械に用いる減速装置などでは、運転時において、常にファン３の部分に冷えた空気が供給されているとは限らず、効率的な冷却ができない場合もある。又、ファンへの冷却風の供給を考慮すれば、自ずとギヤドモータの設置方法（場所）が制限されることにもなる。

本発明は、これらの問題を解消するべくなされたものであって、揺動内接噛合型の減速機及びこの減速機を用いたギヤドモータにおける熱発生部分を、効率良く冷却することのできる減速機、及びギヤドモータを提供するものである。

本発明は、内歯歯車と、該内歯歯車と僅少の歯数差の外歯歯車を有し、前記内歯歯車と外歯歯車との相対回転成分を出力する揺動内接噛合型の減速機であって、前記内歯歯車及び外歯歯車の収容されるケーシングが当該減速機と連結されるモータのモータケーシングに対して相対回転不能とされ、前記内歯歯車の内歯のラジアル方向外側、且つ、前記ケーシングの内部に、冷却媒体の通路となる冷却媒体導通孔が形成されており、且つ、前記冷却媒体導通孔は、前記モータケーシングに形成されるモータ用冷却媒体導通孔とつながり、更に、該冷却媒体導通孔の内面を構成する全ての面が互いに相対回転しない構成とすることにより、上記課題を解決するものである。

これにより、揺動内接噛合型の減速機において最も発熱の大きい部分、即ち、内歯歯車と外歯歯車との噛合部分の周辺を効率的に冷却することができる。なお、揺動内接歯合型の減速機は、一段で大きな減速比を得ることが可能である。一方、その分、大トルクを内歯歯車（ケーシングと一体化されている場合にはケーシング）で受ける必要がある。即ち、ケーシングを厚く丈夫に構成する必要があり、従来のようなファンによる空冷の場合は冷却効率が悪い。本発明では、このケーシングの厚みを逆手にとってこの厚みを有効利用し、ここに冷却媒体の通り道を設けることで、例えば建設機械において使用される場合でも効率的に冷却できる。そして、冷却媒体導通孔がモータのモータ側冷却媒体導通孔とつながる構成とすることで、減速機の始動時においては、減速機に備わる潤滑油がある一定の温度にまで上昇する間においては、モータの発熱を利用したオイルヒータとして機能し、それ以上の温度となると、オイルクーラーとして機能するため、非常に有用な配置構成である。

又、本発明は、内歯歯車と、該内歯歯車と僅少の歯数差の外歯歯車を有し、前記内歯歯車と外歯歯車との相対回転成分を出力する揺動内接噛合型の減速機及び動力源となるモータを連結したギヤドモータであって、前記内歯歯車及び外歯歯車の収容されるケーシングが前記モータのモータケーシングに対して相対回転不能とされ、前記内歯歯車の内歯のラジアル方向外側、且つ、前記ケーシングの内部に、冷却媒体の通路となる冷却媒体導通孔が形成されており、且つ、前記冷却媒体導通孔は、前記モータケーシング部分に形成されるモータ用冷却媒体導通孔とつながり、更に、該冷却媒体導通孔の内面を構成する全ての面が互いに相対回転しない構成とすることで、同様に上記課題を解決するものである。

これにより、揺動内接噛合型の減速機及び動力源としてモータを用いたギヤドモータにおいて、発熱の大きい部分、即ち、モータのコイル周辺部分と、減速機における内歯歯車と外歯歯車との噛合部分の周辺部分を効率的に冷却することができる。又、このような構成とすれば、ギヤドモータＧＭの始動時においては、減速機に備わる潤滑油がある一定の温度にまで上昇する間においては、モータの発熱を利用したオイルヒータとして機能し、それ以上の温度となると、オイルクーラーとして機能するため、非常に有用な配置構成である。

低回転から超高回転まで回転数に関わらず発熱部分を効率良く冷却でき、清音で、且つ、設置自由度の高い揺内接噛合型の減速機、及びギヤドモータを提供することができる。

以下、添付図面を用いて本発明に係る実施の形態の一例を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る減速機に動力源としてモータを連結したギヤドモータの断面図であり、図２は、図１における矢示Ａ−Ａ線に沿う断面図である。

図１に示すギヤドモータＧＭ１００は、動力源となるモータ１０１と、揺動内接噛合型の減速機１２０とがボルト１０３等により連結された構成とされている。又、このギヤドモータＧＭ１００には連結パイプ１６６Ａ、１６６Ｂ、１６６Ｃを介して、タンク１６０、ポンプ１６２、冷却器１６４等の冷却機構Ｃと連結されているが、この点についての詳細は後述する。

モータ１０１は本実施形態に係るギヤドモータＧＭ１００の動力源となる部分であり、いわゆるラジアルギャップ型のモータである。モータ１０１は、その略中心部分にモータ軸１１４を有しており、該モータ軸１１４は、軸受１１８を介してエンドカバー１０４に、軸受１１９を介してフロントカバー１２８に回転可能に支持されている。エンドカバー１０４はボルト１０６を介してモータケーシング（以下単に「ケーシング」と言う。）１０２と固定されている。一方、フロントカバー１２８はボルト１０３を介してケーシング１０２に固定されている。

モータ軸１１４の軸方向略中央部分には、永久磁石で構成されるロータ１１０が固定されており、該モータ軸１１４と一体的に回転可能とされている。このロータ１１０の径方向（ラジアル方向）外側には、僅かな隙間を介して電機子コイル１１６を有するステータ１１２が対向している。このステータ１１２はケーシング１０２に固定されている。

なお、図１において、モータ１０１の上部側に図示する符号１７０は電源へとつながる電源コードであり、エンドカバー１０４の奥側部分には図示はしないがモータの回転を止めるブレーキ機構が備わっている。

又、ケーシング１０２には、冷却媒体導通孔１０８が設けられているが、この点についての詳細は後述する。

前述したモータ軸１１４の一部は、軸受１１９を介して揺動内接噛合型減速機１２０の内部にも臨んでいる。モータ軸１１４の先端には、ピニオン１１５が直切り形成されている。このピニオン１１５は振り分けギヤ１３２と噛合している。この振り分けギヤ１３２は、図１においては１つしか図示されていないが、約１２０°位相を異ならせて合計３つ存在する。それぞれの振り分けギヤ１３２には振り分け軸１３４が一体的に形成されており、振り分けギヤ１３２の回転と共に振り分け軸１３４が回転可能に構成されている。この振り分け軸１３４は円錐ころ軸受１７２及び円錐ころ軸受１７４によって回転可能に支持されている。振り分け軸１３４には偏心体１３５が設けられ、該偏心体１３５の周りに複数設置される偏心体軸受１３８を介して、外歯歯車１４０を揺動回転可能なように構成されている。外歯歯車１４０には、キャリアピン孔１３９が設けられ、該キャリアピン孔１３９に、キャリアピン１４５が遊嵌されている。外歯歯車１４０は、ケーシング１２２に固定支持されている復数の内歯１３６と噛合している。本実施形態においては、ケーシング１２２が内歯歯車本体を兼ねた構成とされているが、これに限定されるものではない。

外歯歯車１４０の歯の数と、内歯１３６の数とは僅少の差（主として１乃至６の歯数差）を有して構成されている。即ち、外歯歯車と内歯歯車には僅少の歯数差が存在している。

なお、本実施形態におけるギヤドモータＧＭ１００では、外歯歯車１４０は２枚で構成されているが、伝達容量、負荷等に応じて１枚の構成であってもよいし、又３枚以上で構成されていてもよい。

キャリアピン１４５は、第１キャリア１４２と一体的に形成されている。なお、この第１キャリアは、円錐ころ軸受１７２を介して前記説明した振り分け軸１３４を回転可能に支持している。他方、この第１キャリア１４２は、軸受１５４によって、出力軸カバー１２８（継カバー）に回転可能に支持されている。

一方、外歯歯車１４０の、反第１キャリア１４２側には、第２キャリア１４６が備わっており、この第２キャリア１４６は、キャリアボルト１４４によって、第１キャリア１４２と連結されている。なお、この第２キャリア１４６は円錐ころ軸受１７４を介して前述した振り分け軸１３４を回転可能に支持している。

更に、この第２キャリア１４６は出力軸１４８と一体的に形成されている。

ここまでに説明してきた揺動内接噛合型減速機１２０の各部材は、ケーシング１２２及びこのケーシング１２２にボルト１２６を介して固定される出力軸カバー１２４の中に備わっている。このケーシング１２２には、冷却媒体の通路となる冷却媒体導通孔１２３が設けられているが、この点についての詳細は後述する。

なお、前述したモータ１０１のフロントカバー１２８は、モータ１０１と揺動内接噛合型減速機１２０とを連結する継カバーとしても機能している。又、出力軸１４８は自動調芯ころ軸受１５２を介してケーシング１２２及び出力軸カバー１２４に回転可能に支持されている。更に、出力軸１４８の先端にはボルト１５３を介して平歯車１５０が設置固定されている。

なお、符号１５６はオイルシールであり、符号１５８は潤滑油注入口である。

続いて、揺動内接噛合型減速機１２０のケーシング１２２に備わる冷却媒体導通孔１２３及びモータ１０１のケーシング１０２に備わる冷却媒体導通孔（モータ用冷却媒体導通孔）１０８及び冷却機構Ｃについて説明する。モータ１０１のケーシング１０２の内部におけるステータ１１２の相当部分には、そのケーシング１０２の厚みの略中央付近に、冷却媒体導通孔１０８が一周にわたって周設されている。この冷却媒体導通孔１０８の反減速機側には、冷却媒体の入口となる媒体入口１０２ＩＮが備わっており、一方、最も減速機側には、冷却媒体の出口となる媒体出口１０２ＥＸが備わっている。この入口１０２ＩＮと出口１０２ＥＸは、本実施形態においては１８０°位相が異なって設置されているが、必ずしもこれに限定する趣旨のものではなく、位相が９０°であってもよいし、同位相に設置されていてもよい。

又、揺動内接噛合型減速機１２０のケーシング１２２の内部にも、該ケーシング１２２の厚みの略中央部分に冷却媒体導通孔１２３が一周にわたって周設されている。この位置は、揺動内接噛合型減速機１２０において、最も発熱量が高くなる位置、即ち、内歯１３６と、外歯歯車１４０との噛合位置のラジアル方向外側に設置されている。

更に、この冷却媒体導通孔１２３における、最もモータ側には、冷却媒体の入口となる媒体入口１２２ＩＮが設けられ、一方、最も出力軸１４８側には、冷却媒体の出口となる媒体出口１２２ＥＸが設けられている。又、前述したモータ１０１のモータケーシング１０２に備わる媒体出口１０２ＥＸと、減速機１２０におけるケーシング１２２の媒体入口１２２ＩＮとは連結パイプ１６６Ｂで連結されている。なお、この連結パイプの具体的構成は特に限定されるものではなく、自由に折り曲げることのできるフレキシブルなパイプのようなものも含まれる。

一方、ギヤドモータＧＭ１００とは別体として、冷却媒体を一定量保持しておくタンク１６０、及び冷却媒体を駆動するポンプ１６２、及び冷却媒体を冷却する冷却機１６４などの冷却機構Ｃが設けられている。これらのタンク１６０、ポンプ１６２、冷却機１６４はそれぞれ別構成として設置されていても良く、全て一体的に構成されていてもよい。

冷却機１６４と、モータのケーシング１０２における媒体入口１０２ＩＮとの間は連結パイプ１６６Ａで連結されている。一方、減速機１２０のケーシング１２２における媒体出口１２２ＥＸとタンク１６０とは連結パイプ１６６Ｃで連結されている。この構成によりタンク１６０に備わる冷却媒体が、ポンプ１６２に駆動された後冷却機１６４で冷却され、連結パイプ１６６Ａを介してモータ１０１のケーシング１０２に備わる冷却媒体導通孔１０８へと伝達され、更に、連結パイプ１６６Ｂを介して、減速機１２０のケーシング１２２に備わる冷却媒体導通孔１２３へと伝達される。最後に、連結パイプ１６６Ｃを介して再びタンク１６０へと媒体が戻されることが可能となる。

なお、この冷却機構Ｃに用いられる冷却媒体は種々のものが考えられ、例えば水（水冷）であってもよいし、油（油冷）であってもよい。媒体として機能し得るものであるならば、特に限定されるものではない。

続いて、モータ１０１のケーシング１０２に形成された冷却媒体導通孔１０８、及び、減速機１２０のケーシング１２２に形成された冷却媒体導通孔１２３の形成方法について説明する。

モータ１０１のケーシング１０２及び、減速機１２０のケーシング１２２は、共にアルミニウム鋳造により形成されたものである。但し、アルミニウムであることが本発明の必須の構成要素ではない。これらのケーシング１０２、１２２を鋳造により形成する場合には、塩（ＮａＣｌ）を原料とした塩中子（溶媒に溶ける中子）を用いて鋳造する。この塩中子を、希望とする冷却媒体導通孔１０８、１２３の形に形成しておき、この塩中子を鋳型に固定した上で溶けたアルミニウムを流し込み形成する。そうすると、塩中子の部分にはアルミニウムが流れ込まないため、その部分が冷却媒体導通孔１０８、１２３として形成される。鋳造直後においては、当然に冷却媒体導通孔１０８、１２３に相当する部分には、使用した塩中子が存在しているが、この塩中子の部分に溶媒としての水を流すだけで簡単に塩を除去することができる。この点、従来は中子として塩ではなく砂が一般的に用いられていたが、この場合は水を流したとしても容易に除去することができず（溶媒である水に溶けない）、この点において本発明における塩中子の利用は大変有用なものである。又、塩中子の原材料は９７．２％以上の単なる塩（ＮａＣｌ）であるため、人が口に入れても安全であり、高温となる鋳造時において有害なあるいは悪臭等も発生しない。更に作業環境に対しても優しく、ガス等の発生により鋳造物に巣が発生するような悪影響も無い。この塩中子の作成は、粒度を調整した塩を用いて、金型に塩原料を入れて加圧することによって形成される。即ち、どのような形であっても塩中子にて対応することが十分に可能である。

続いてギヤドモータＧＭ１００の作用について説明する。

モータ１０１に通電がなされると、電機子コイル１１６に電気が流れ、ステータ１１２に磁力が発生する。このステータに発生した磁力と、モータ軸１１４に固定されるロータ１１０（の永久磁石）との作用によって、ロータ１１０は回転を始め、それに伴いモータ軸１１４も回転する。このとき、電気が流れる電機子コイル１１６及び該電機子コイル１１６を備えるステータ１１２は発熱して高温となる。このモータ軸１１４の回転は、ピニオン１１５を介して揺動内接噛合型減速機１２０における振り分けギヤ１３２へと伝わり、振り分け軸１３４を回転させる。この振り分け軸１３４の回転は、振り分け軸１３４に一体的に形成される偏心体１３５を偏心回転させ、更に偏心体軸受１３８を介して外歯歯車１４０を揺動回転させる。このとき、外歯歯車１４０は、ケーシング１２２に備わる内歯１３６と噛合しているため回転を規制され、ほとんど揺動のみを行なうことになる。又、内歯１３６の数と、外歯歯車１４０の外歯の数とは、僅少な歯数差を有しているため、外歯歯車１４０が１回揺動回転する度に外歯歯車１４０は同時にその歯数差分だけ公転することになる。この公転成分（即ち外歯歯車と内歯歯車との相対回転成分）がキャリアピン１４５を介して第１及び第２キャリア１４２、１４６へと伝達される。更に、第２キャリア１４６と出力軸１４８とは一体として形成されているため、この第２キャリア１４６の回転がそのまま出力軸１４８の回転として出力される。

なお、内歯１３６と外歯歯車１４０の噛合部分においては、高速且つ高圧で金属同士が噛合及び摺動するため、発熱が避けられない。しかしながら、本実施形態における揺動内接噛合型減速機１２０においては、そのケーシング１２２の厚みの略中央部分であって、前記内歯１３６のラジアル方向外側に、冷却媒体の通り道となる冷却媒体導通孔１２３が形成されているため、この部分の発熱を効果的に冷却することが可能となっている。

一方、冷却機構Ｃからの媒体は、まず最初にモータ１０１を冷却した後減速機１２０へと運ばれているが、これはその性質上、減速機１２０に比べてモータ１０１が早期に発熱し始め、又その発熱量が大きい上に、その構造上発熱によってより不具合が発生し易いためであり、効率的に冷却する目的からのものである。更に、このような構成とすれば、ギヤドモータＧＭ１００の始動時においては、減速機１２０に備わる潤滑油（図示しない）がある一定の温度にまで上昇する間においては、モータ１０１の発熱を利用したオイルヒータとして機能し、それ以上の温度となると、オイルクーラーとして機能するため、非常に有用な配置構成である。但し、減速機１２０側に冷媒を通した後モータ１０１を経てリザーバに戻すという構成を排除するものではない。

続いて図３を用いて本発明における他の実施形態の一例について説明する。

但し、前述したギヤドモータＧＭ１００と同一又は類似する部分については数字下２桁が同一の符号を付するに止め、その構成及び作用において重複した説明は省略する。

図３は、本発明の他の実施形態の一例であるギヤドモータＧＭ２００の断面図である。

ＧＭ２００においては、モータ２０１のケーシング２０２と、減速機２２０のケーシング２２２とが単一の部材として一体形成されている点が特徴となる点である。又、これらのケーシング２０２、２２２はモータ部分から減速機部分にかけて、一体的に冷却媒体導通孔２０８、２２３が形成されており、ギヤドモータＧＭ１００で示したモータ部分の冷却媒体導通孔と減速機部分の冷却媒体導通孔をつなぐような連結パイプは存在していない。このような複雑な構成であっても、塩中子を利用した鋳造形成によって問題なく一体形成することが可能である。更に、塩中子により形成した冷却媒体導通孔は、その性質上ケーシング２０８、２２２に継目を必要としないため、冷却媒体が漏れる心配をする必要も無い。

又、図示はしていないが、ギヤドモータＧＭ１００においても、ギヤドモータＧＭ２００においても、冷却媒体導通孔内に、例えばらせん状に、冷却媒体の流れを導く「通路壁」のような部分を形成し、より効率よく冷却媒体を流すことも可能である。

なお、前述した実施状態は、すべて振り分けタイプの揺動内接噛合型の減速機として説明しているが、これに限定されるものではない。

本発明は、揺動内接噛合型の減速機及びギヤドモータのみならず、揺動内接噛合型の増速機においても利用することができる。

本発明に係るギヤドモータの断面図 図１における矢示Ａ−Ａ線に沿う断面図 本発明に係る他の実施形態の一例を示すギヤドモータの断面図 従来例として示したギヤドモータの側面一部断面図

符号の説明

ＧＭ１００…ギヤドモータ
１０１…モータ
１０２…ケーシング（モータケーシング）
１０８…冷却媒体導通孔（モータ）
１１０…ロータ
１１２…ステータ
１１４…モータ軸
１１５…ピニオン
１１６…電気子コイル
１２０…揺動内接噛合型減速機
１２２…ケーシング（減速機ケーシング）
１２３…冷却媒体導通孔（減速機）
１２４…出力軸カバー
１２８…フロントカバー（継カバー）
１３２…振り分けギヤ
１３４…振り分け軸
１３５…偏心体
１３６…内歯
１３８…偏心体用軸受
１４０…外歯歯車
１４２…第１キャリア
１４４…キャリアボルト
１４５…キャリアピン
１４６…第２キャリア
１４８…出力軸
１５０…平歯車

Claims (5)

1. 内歯歯車と、該内歯歯車と僅少の歯数差の外歯歯車を有し、前記内歯歯車と外歯歯車との相対回転成分を出力する揺動内接噛合型の減速機であって、
   前記内歯歯車及び外歯歯車の収容されるケーシングが当該減速機と連結されるモータのモータケーシングに対して相対回転不能とされ、
   前記内歯歯車の内歯のラジアル方向外側、且つ、前記ケーシングの内部に、冷却媒体の通路となる冷却媒体導通孔が形成されており、且つ、
   前記冷却媒体導通孔は、前記モータケーシング部分に形成されるモータ用冷却媒体導通孔とつながり、更に、
   該冷却媒体導通孔の内面を構成する全ての面が互いに相対回転しない
   ことを特徴とする揺動内接噛合型の減速機。
2. 請求項１において、
   前記冷却媒体は、前記モータ用冷却媒体導通孔へ伝達され、次に前記冷却媒体導通孔に伝達される
   ことを特徴とする揺動内接噛合型の減速機。
3. 内歯歯車と、該内歯歯車と僅少の歯数差の外歯歯車を有し、前記内歯歯車と外歯歯車との相対回転成分を出力する揺動内接噛合型の減速機及び動力源となるモータを連結したギヤドモータであって、
   前記内歯歯車及び外歯歯車の収容されるケーシングが前記モータのモータケーシングに対して相対回転不能とされ、
   前記内歯歯車の内歯のラジアル方向外側、且つ、前記ケーシングの内部に、冷却媒体の通路となる冷却媒体導通孔が形成されており、且つ、
   前記冷却媒体導通孔は、前記モータケーシング部分に形成されるモータ用冷却媒体導通孔とつながり、更に、
   該冷却媒体導通孔の内面を構成する全ての面が互いに相対回転しない
   ことを特徴とするギヤドモータ。
4. 請求項３において、
   前記冷却媒体導通孔と前記モータ用冷却媒体導通孔とが連結パイプにより連結される
   ことを特徴とするギヤドモータ。
5. 請求項３又は４において、
   前記冷却媒体は、前記モータ用冷却媒体導通孔へ伝達され、次に前記冷却媒体導通孔に伝達される
   ことを特徴とするギヤドモータ。

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