JP4923032B2 - ギヤードモータ - Google Patents

Description

本発明は、モータの出力軸と歯車減速機の入力軸とが直交する方向あるいは食い違う方向に配設されたギヤードモータに関わり、特に歯車減速機の初段歯車にフェースギヤを用いたギヤードモータの製造方法に関する。

電動モータの出力軸と直交する方向あるいは食い違う方向に動力を取り出すためにフェースギヤあるいはハイポイドギヤを用いた歯車減速機が知られている。
フェースギヤは平歯車または、はすば歯車と噛み合う円盤状の歯車で、直交する軸または食い違い軸に使われている。
一方、ハイポイドギヤは食い違い軸の間に運動を伝達する円錐状の歯車で、大小歯車の軸がオフセットされていて、まがりばかさ歯車に似た歯車である。
従来のフェースギヤを用いた直交型ギヤードモータとしては、たとえば特許文献１，２が知られている。

従来から用いられていたフェースギヤとして、図１０に示すようなフェースギヤ１００が知られている。このフェースギヤ１００は、円板状に形成され、中心部には、フェースギヤ１００を従動軸１０１に取付けるための取付孔１０２が設けられている。このフェースギヤ１００の平坦面１０３の外縁部には、平坦面１０３から軸方向に突出する歯切部１０４が円環状に延びるように設けられている。この歯切部１０４には従動側噛合歯１０５が複数設けられている。この従動側噛合歯１０５は、フェースギヤ１００の軸線と直交する方向へ延びている。

前記従動軸１０１と直交する方向に延びる電動モータの出力軸１０６には、平歯車１０７が取付けられ、平歯車１０７の外周面には、前記フェースギヤ１００の従動側噛合歯１０５と噛み合う駆動側噛合歯１０８が複数設けられている。

電動モータの駆動により出力軸１０６が回転すると、図１１に示すように平歯車１０７の駆動側噛合歯１０８が１つずつフェースギヤ１００の各従動側噛合歯１０５に押し付けられ、フェースギヤ１００が軸線を中心に回転する。

ところが、上記フェースギヤ１００では、平歯車１０７の各駆動側噛合歯１０８が１つずつフェースギヤ１００における各従動側噛合歯１０５の１つ１つに押し付けられる。そのため、所定の駆動側噛合歯１０８が従動側噛合歯１０５に押し付けられてから、前記駆動側噛合歯１０８の隣に位置する駆動側噛合歯１０８が従動側噛合歯１０５に押し付けられるまでの間はフェースギヤ１００の回転速度が遅くなる。そして、回転速度が遅くなったフェースギヤ１００は、駆動側噛合歯１０８が従動側噛合歯１０５に押し付けられた時に回転速度が速くなる。したがって、フェースギヤ１００の回転速度が遅くなったり速くなったりするため、フェースギヤ１００を滑らかに回転させることができないという問題があった。

そこで、図１２に示すように、外周面に対してそれぞれ等角度で傾斜している従動側噛合歯２０５を設けたフェースギヤ２００が知られている。これら従動側噛合歯２０５は、矢印Ｗ方向へ向かって凸状となるように湾曲して形成されている。
そして、電動モータの出力軸２０６は、その軸線が従動軸２０１の軸線と直交する方向へ延びて従動軸２０１の軸線と交差するように配置されている。そして、フェースギヤ２００の噛合歯２０５には電動モータの出力軸２０６に取り付けられた斜歯歯車２０７が噛合わされる。この斜歯歯車２０７の外周面には斜歯歯車２０７の軸線を中心に螺旋状に延びる複数の噛合歯２０８が設けられ、その噛合歯２０８が図１３に示すように、フェースギヤ２００の噛合歯２０５に噛合って回転を伝達している（特許文献１参照）。

また、特許文献２においても、直交する方向に配置されたフェースギヤとモータのヘリカルピニオンとの間で回転を伝達している。
特開平９−１２３０２１号公報 特開２００７−７４７８９号公報

このような従来のフェースギヤを用いた直交軸ギヤードモータでは、減速比を変更しようとしたときは、ピニオンとギヤの諸元を変更する、あるいはピニオンとギヤの位置関係を変更する必要があった。
ゆえに減速比を変更するには、モータピニオン又はギヤケースを新たに用意する必要があり、モータピニオンおよびギヤケースの両方を共用化した上で減速比を変更することはできないという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決し、モータの出力軸に設けられた円筒歯車と、それに噛み合うフェースギヤとの減速比を極めて容易に変更することができるギヤードモータの製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、減速比を変えるための、歯車減速機の初段歯車の種類を少なくして、部品点数を低減することができるギヤードモータの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、出力軸に円筒歯車を有するモータと、初段歯車としてフェースギヤを備える歯車減速機とを備え、前記モータの出力軸としての円筒歯車を、前記歯車減速機の初段歯車として組み付けられる前記フェースギヤのうち最も歯数の多い歯車から最も歯数の少ない歯車まで共通に噛合することが可能な長さに形成し、前記初段歯車のフェースギヤを、歯数の異なる複数の歯車の中から選択して、減速比を所望の値とすることにある。

本発明によれば、減速比を極めて容易に変更することが可能なギヤードモータの製造方法を得ることができる。そのため初段減速比を変更しても、モータとギヤケース部品の両方を共用できる設計が可能で、コスト削減が図れる。
本発明によれば、減速比を変えるための歯車減速機の初段歯車としてフェースギヤの枚数を半減させ、部品点数を低減することができる。

以下本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１（ａ）（ｂ）は、歯車減速機に採用される1段目の減速歯車の減速比を１/５にしたギヤードモータの例であり、図２（ａ）（ｂ）は歯車減速機に採用される1段目の減速歯車の減速比を１/８にしたギヤードモータの例である。

図１（ａ）（ｂ）および図２（ａ）（ｂ）において、１はギヤードモータで、このギヤードモータ１は、モータ２０と歯車減速機３０で構成されており、取付ボルト２１を介してモータ２０が歯車減速機３０に組み付けられている。前記モータ２０の出力軸２０ａには、ピニオンとして円筒歯車２２が一体または別体に設けられており、この円筒歯車２２は一定の長さＬに設定されている。円筒歯車２２には、インボリュート平歯車または、はすば歯車が用いられている。

前記モータ２０の出力軸２０ａは、歯車減速機３０のケース３１内に挿入され、歯車減速機３０のケース３１内に設けられた初段歯車としてのフェースギヤ（冠歯車とも言う。）３２に前記円筒歯車２２が噛合している。前記フェースギヤ３２は、円盤状の本体の片面の周縁部に環状に歯面を形成したもので、前記モータ２０の出力軸２０ａと直交する軸あるいは交差する軸として設けられた第１減速軸３３に支持されている。この第１減速軸３３は、前記歯車減速機３０のケース３１内に設けられた軸受け３３ａ，３３ｂを介して回転自在に支持されている。前記第１減速軸３３は、モータ２０の出力軸２０ａと直交する方向から一定幅Ｈ、平行にオフセットさせた方向に前記歯車減速機３０の第１減速軸（入力軸）３３を配設している。

前記第１減速軸３３には、歯車３４が装着されており、この歯車３４に噛み合う歯車３５が第２減速軸３６に支持されている。この２減速軸３６はケース３１内壁面に設けられた軸受け３６ａ，３６ｂを介して支持されている。この２減速軸３６には、歯車３７が装着されており、この歯車３７に噛み合う歯車３８が出力軸３９に支持されている。この出力軸３９は前記歯車減速機３０のケース３１内に設けられた軸受け３９ａ，３９ｂを介して回転自在に支持されている。出力軸３９の両端部には、ケース３１の内面との間をシールするオイルシール４０が設けられている。

前記歯車減速機３０のケース３１は、ギヤケース３１ａとギヤフランジ３１ｂで構成されている。前記モータ２０の出力軸２０ａと直交する方向あるいは直交する方向から一定幅Ｈ、平行にオフセットさせた方向に前記歯車減速機３０の第１減速軸（入力軸）３３を配設している。こうして、前記モータ２０の出力軸２０ａの回転を、出力軸２０ａから直交する方向、あるいは、出力軸２０ａを含む面と直交する方向に前記歯車減速機３０の出力軸３９から取り出すものである。

図１（ａ）（ｂ）は1段目の減速比を１/５に設定したギヤードモータの例であり、図３に示すように、減速比１/５のときは、フェースギヤ３２Ａの外径が小さくなるため、モータ２０の出力軸２０ａに設けられた円筒歯車２２とモータ２０から離れた位置で円筒歯車２２と歯面３２ａが噛み合う。
図２（ａ）（ｂ）は1段目の減速比を１/８にしたギヤードモータの例であり、図４に示すように、減速比１/８のときは、フェースギヤ３２Ｂの外径が大きくなるため、モータ２０の出力軸２０ａに設けられた円筒歯車２２とモータ２０に近い位置で歯面３２ｂが噛み合う。
図５は、フェースギヤ３２Ａと噛み合うモータ２０の出力軸２０ａに設けられた円筒歯車２２を示したものであり、図６はフェースギヤ３２Ｂと噛み合うモータ２０の出力軸２０ａに設けられた円筒歯車２２を示したものである。
円筒歯車２２の位置は、フェースギヤ３２Ａ（またはフェースギヤ３２Ｂ）の軸と直交する位置から水平面上を一定幅Ｈ、平行にオフセットした位置で噛み合っている。

前記フェースギヤ３２Ａ（またはフェースギヤ３２Ｂ）の歯面は、内径を小さくしていくと歯元干渉が現れ、外径を大きくしていくと歯先尖りが現れる。前記円筒歯車２２の諸元によっては歯先尖りが現れない場合もある。よって、歯元干渉と歯先尖りが現れるポイントを考慮して前記フェースギヤ３２Ａ（またはフェースギヤ３２Ｂ）の有効歯幅および寸法を決定する。図７および図８から分かるようにオフセット量を増加させていくと、ピッチ線上の歯元干渉限界線と歯先尖り限界線は近づいていき、前記フェースギヤ３２Ａ（またはフェースギヤ３２Ｂ）の歯幅が制限を受け易くなる。

また、減速比１/５のときの方がオフセット量による歯幅の影響を受け易くなる。よって、通常は、使用時に必要な歯車強度などから必要な歯幅を決定し、減速比１/５で有効歯幅がとれるオフセット量Ｈを決定する。また、減速比１/８のフェースギヤ３２Ｂは前記で決定したオフセット量Ｈにして歯車設計を行う。今回の事例では、歯車強度の関係によりオフセット量/モジュールを７．５に設計することにより、減速比を変更しても前記円筒歯車２２の軸と前記フェースギヤ３２Ａ（またはフェースギヤ３２Ｂ）の軸の位置関係を変えない設計が可能となる。

次に上記フェースギヤ３２Ａまたはフェースギヤ３２Ｂと、モータ２０の出力軸２０ａに設けられたピニオンとしての円筒歯車２２の噛み合いについて説明する。
モータ２０の出力軸２０ａに設けられた円筒歯車２２と噛合する（歯車減速機の）初段歯車に、円板状本体の両面に環状の歯切り面を有する歯車を用いる。
歯切り形状は、モータ２０の円筒歯車２２と噛合する形状にする。すなわち、円筒歯車２２（モータ軸ピニオン）が平歯車であれは平歯車と噛合するように、円筒歯車２２が、はすば歯車であれば、はすば歯車と噛合するように歯切る。
円筒歯車２２と噛合する（歯車減速機の）初段歯車であるフェースギヤ３２については、歯数が異なる物を複数枚用意しておき、所望の減速比に応じて適宜選択して配設するようにする。

そのときモータ２０の出力軸２０ａとしての円筒歯車２２は、初段歯車のうち最も歯数の多い歯車から最も歯数の少ない歯車まで噛合するのに十分な有効歯幅に設定する。またモータ２０の出力軸２０ａとして円筒歯車２２と初段歯車のオフセット量は０もしくはある一定量に設定して、いずれの減速比の初段歯車もそのオフセット量で円筒歯車２２と噛み合うように歯切りする。このような設計をすることにより、円筒歯車２２と初段ギヤの軸位置の位置関係を変えずに噛み合い位置のみを変化させることが可能となる。

上記実施の形態によると、フェースギヤ３２としてフェースギヤ３２Ａを適用し、1段目の減速比を１/５に設定する場合、歯車減速機３０のケース３１内にフェースギヤ３２Ａを第１減速軸３３に組付ける。そして、このフェースギヤ３２Ａをモータ２０の出力軸２０ａに設けられた円筒歯車２２に噛合させる。フェースギヤ３２Ａは円筒歯車２２の長さ方向の範囲内の所定位置で、円筒歯車２２に噛合する。そして、1段目の減速比を１/５に設定することができる。フェースギヤ３２Ａに伝達された回転は、第１減速軸３３に伝わり、歯車３４を回転させる。この歯車３４の回転は、歯車３４に噛合している歯車３５に伝わり第２減速軸３６を回転させる。そして、第２減速軸３６に支持された歯車３７を回転させ、この歯車３７に噛合している歯車３８を回転させる。こうして、歯車３８の回転は、歯車３８を支持している出力軸３９を通して外部に取り出される。出力軸３９から取り出される回転は、モータ２０の出力軸２０ａとは食い違う軸からモータ２０の出力軸２０ａと直交する方向の回転として取り出される。

そして、1段目の減速比を１/８に変更する場合には、フェースギヤ３２Ａに代えてフェースギヤ３２Ｂを第１減速軸３３に組付ける。こうして、フェースギヤ３２Ｂは、円筒歯車２２の長さ方向の範囲内の所定位置で、円筒歯車２２に噛合する。フェースギヤ３２Ｂはフェースギヤ３２Ａよりも円筒歯車２２の根元に近い方で円筒歯車２２に噛合する。したがって、フェースギヤ３２Ｂの取付位置をフェースギヤ３２Ａと同じ第１減速軸３３に取り付けるだけで、円筒歯車２２に噛合させることができる。よって、歯車減速機３０のケース３１を変更することなく、異なる径のフェースギヤ３２Ａ（またはフェースギヤ３２Ｂ）を適宜組み付けて用いることができる。

図９はフェースギヤの変形例を示したもので、前記フェースギヤ３２Ａとフェースギヤ３２Ｂを一枚の円盤の表裏に形成したフェースギヤ３２を示したものである。
このフェースギヤ３２を用いることにより、フェースギヤ３２の枚数を半減することができる。

上記の実施の形態によれば、減速比１/５〜１/８まで噛み合うことができるようにモータ２０の円筒歯車２２の有効歯幅を大きくとり、かつオフセット量Ｈを同じにした設計を施すことにより、1段目の減速比を変更してもモータ２０と第1減速軸３３の位置を同じにすることができるため、1段目減速比を変更してもモータ２０および、ギヤケース３１ａとギヤフランジ３１ｂを共通に使用でき、フェースギヤ３２Ａとフェースギヤ３２Ｂのみを変更することが可能である。

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、円筒歯車２２が平歯車の場合においても、オフセット量Ｈを０もしくは小さい値に設定すれば同様の共用化設計が可能である。その他、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施し得ることは言うまでもない。

（ａ）本発明の実施の形態による1段目の減速比を１/５に設定したギヤードモータを減速機の内部を開放して示す正面図である。（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）本発明の実施の形態による1段目の減速比を１/８に設定したギヤードモータを減速機の内部を開放して示す正面図である。（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 図１（ｂ）の円筒歯車とフェースギヤを示す部分拡大図である。 図２（ｂ）の円筒歯車とフェースギヤを示す部分拡大図である。 図１（ａ）の円筒歯車とフェースギヤの噛み合いを示し、円筒歯車が、はすば歯車で、フェースギヤに、はすば歯車と噛合するように歯切るようにした歯車を示す斜視図である。 図２（ａ）の円筒歯車とフェースギヤの噛み合いを示し、円筒歯車が、はすば歯車で、フェースギヤに、はすば歯車と噛合するように歯切るようにした歯車を示す斜視図である。 1段目の減速比を１/５に設定したギヤードモータのオフセットによる冠歯車の限界線を示すグラフである。 1段目の減速比を１/８に設定したギヤードモータのオフセットによる冠歯車の限界線を示すグラフである。 本発明のフェースギヤの変形例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図、（ｃ）は（ａ）の背面図である。 従来のフェースギヤを示す平面図である。 図１０の部分拡大図である。 従来のフェースギヤを示す平面図である。 図１２の部分拡大図である。

符号の説明

１ ギヤードモータ
２０ モータ
２０ａ 出力軸
２２ 円筒歯車
３０ 歯車減速機
３１ ケース
３１ａ ギヤケース
３１ｂ ギヤフランジ
３２，３２Ａ，３２Ｂ フェースギヤ
３３ 第１減速軸
３４、３５，３７，３８ 歯車
３６ 第２減速軸
３９ 出力軸

Claims (1)

1. 出力軸に円筒歯車を有するモータと、初段歯車としてフェースギヤを備える歯車減速機とを備え、前記モータの出力軸としての円筒歯車を、前記歯車減速機の初段歯車として組み付けられる前記フェースギヤのうち最も歯数の多い歯車から最も歯数の少ない歯車まで共通に噛合することが可能な長さに形成し、前記初段歯車のフェースギヤを、歯数の異なる複数の歯車の中から選択して、減速比を所望の値とすることを特徴とするギヤードモータの製造方法。

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