JP5795234B2

JP5795234B2 - 車輪駆動用の減速装置

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Publication number: JP5795234B2
Application number: JP2011227157A
Authority: JP
Inventors: 石塚　正幸; 正幸石塚; 山本　章; 章山本
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2015-10-14
Anticipated expiration: 2031-10-14
Also published as: JP2013087824A; US8894539B2; US20130095976A1; EP2581253B1; EP2581253A1

Description

本発明は、車両の車輪を駆動するための減速装置に関する。

特許文献１に、車両の車輪を駆動するための減速装置が開示されている。

この減速装置は、平行軸歯車を有する平行軸歯車機構と、該平行軸歯車機構の後段に設けられ、遊星歯車および該遊星歯車が内接噛合する内歯歯車を有する遊星歯車機構と、を備えている。そして、減速装置の一部が車輪の内側に配置されている。

国際公開ＷＯ００／３６３１７号公報（図１）

このように、減速装置の一部が車輪の内側に配置されるような形態で使用される車輪駆動用の減速装置にあっては、狭い空間に減速装置を収めつつ、いかにして大きな伝達容量を確保するかが重要なテーマとなる。

車輪駆動用の減速装置において、伝達トルクをより増大させようとした場合、基本的には個々の部材の大きさをより大きく設計することになる。しかしながら、車輪を駆動するための減速装置の場合、径方向にも、また軸方向にも、部材の大きさを大きくするスペース的余裕がないことが多い。

本発明は、車輪駆動用の減速装置において、減速装置全体のコンパクト性を維持しつつ、該減速装置の伝達容量をより大きく確保することをその課題としている。

本発明は、車輪駆動用の減速装置であって、平行軸歯車を有する平行軸歯車機構と、該平行軸歯車機構の後段に設けられ、遊星歯車および該遊星歯車が内接噛合する内歯歯車を有する遊星歯車機構と、前記減速装置の回転部材の回転を制動するブレーキ機構と、前記平行軸歯車機構と前記遊星歯車機構と前記ブレーキ機構とを収容するケーシングと、を備え、前記ブレーキ機構は、前記内歯歯車と一体化された固定体と、該固定体に設けられた摩擦板と、を有し、前記内歯歯車の外径よりも前記固定体の外径の方が小さく、かつ前記内歯歯車の径方向厚みよりも前記固定体の径方向厚みの方が小さく、前記固定体と前記ケーシングとの間に存在する隙間に、前記平行軸歯車の歯部を軸方向に突出・延在させ、該平行軸歯車の歯部と前記固定体とが、径方向から見て重なっている構成とすることにより、上記課題を解決したものである。

本発明では、減速装置全体のコンパクト性を維持するために、ケーシングと遊星歯車機構の内歯歯車と一体化されたブレーキ機構の固定体との間に存在する隙間を有効利用する。

すなわち、この隙間に、平行軸歯車の歯部を軸方向に突出・延在させ、結果として径方向から見たときに、平行軸歯車のこの突出・延在させた歯部と、内歯歯車と一体化されたブレーキ機構の固定体とが重なるように構成している。

この結果、平行軸歯車機構の全体重量や大きさが増大するのを防止しながら、すなわち減速装置全体のコンパクト性を維持しつつ、平行軸歯車の歯幅を大きく確保することができ、伝達トルクの増大を図ることができる。

本発明によれば、車輪駆動用の減速装置において、減速装置全体のコンパクト性を維持しつつ、該減速装置の伝達トルクをより大きく確保することができる。

本発明の実施形態の一例に係る車輪駆動用の減速装置の要部拡大断面図上記減速装置の全体断面図

以下、図面に基づいて本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の一例に係る車輪駆動用の減速装置の要部拡大断面図、図２はその全体断面図である。

この減速装置１２は、図示せぬフォークリフト（車両）の車輪（図示略）を駆動するためのもので、平行軸歯車機構１４、遊星歯車機構１６、ブレーキ機構１８、およびこれらを収容するケーシング２０を主な構成要素として備えている。

以下順に説明してゆく。

平行軸歯車機構１４は、図示せぬモータからの動力を受ける入力軸２２、該入力軸２２に一体的に形成されたヘリカルピニオン２４、および該ヘリカルピニオン２４と噛合するヘリカルギヤ（平行軸歯車）２６とで主に構成されている。

平行軸歯車機構１４の入力軸２２は、ニードル軸受２８と第１玉軸受３０とによってケーシング２０に両持ち支持されている。第１玉軸受３０の外輪３０Ａは、該ケーシング２０の一部を構成するサイドカバー３２に形成された段差３２Ａと該サイドカバー３２に嵌め込まれた止め輪３５に挟まれることでサイドカバー３２に固定されている。

また、第１玉軸受３０の内輪３０Ｂは、入力軸２２に形成された段差２２Ａと該入力軸２２に嵌め込まれた止め輪３５に挟まれることで、入力軸２２の軸方向の動きを拘束している。これにより、ヘリカルピニオン２４を介して入力軸２２に掛かるスラスト荷重は、第１玉軸受３０の内輪３０Ｂ、転動体３０Ｃ、および外輪３０Ａを介してサイドカバー３２によって受け止められる構成とされている。

前記ヘリカルギヤ２６は、第２玉軸受３６を介してサイドカバー３２の突起部３２Ｂに回転自在に組み込まれている。第２玉軸受３６の内輪３６Ｂは、サイドカバー３２の突起部３２Ｂの段部３２Ｂ１に当接するとともに、止め輪３８によってサイドカバー３２の突起部３２Ｂに固定されている。第２玉軸受３６の外輪３６Ａは、該外輪３６Ａに嵌め込まれた止め輪４０によってヘリカルギヤ２６の反車体側（図１、図２の左側）への移動を拘束している。

ヘリカルギヤ２６は、ボルト４１を介してフランジ体４２と連結されており、フランジ体４２は、後段の遊星歯車機構１６の遊星入力軸４４と一体化されている。

遊星歯車機構１６は、いわゆる単純遊星歯車機構で構成されている。遊星歯車機構１６は、遊星入力軸４４に一体的に形成された太陽歯車４６、該太陽歯車４６の周りで公転する遊星歯車４８、該遊星歯車４８が内接噛合する内歯歯車５０を有する。内歯歯車５０の反車体側には、リング体５２が固定され、該リング体５２がボルト５４によってケーシング２０（のケーシング本体５６）に固定されている。これにより、ケーシング本体５６に対する内歯歯車５０の位置決めがなされている。

この遊星歯車機構１６は、内歯歯車５０が固定された状態で、遊星入力軸４４から入力された動力を、遊星歯車４８を支持しているキャリヤピン５８の公転として出力軸６０から取り出す構成とされている。出力軸６０は、一対のテーパードローラ軸受６６、６８を介してケーシング２０に回転可能に支持されている。出力軸６０の外周にはスプライン６２が形成されており、該スプライン６２を介して出力フランジ６４が出力軸６０と一体的に回転可能である。出力フランジ６４には、車輪取り付け孔６４Ａが形成されており、図示せぬスタッドボルトによりフォークリフトの車輪を装着可能である。

一方、この実施形態では、ブレーキ機構１８が、平行軸歯車機構１４と遊星歯車機構１６との間に配置されている。ブレーキ機構１８は、内歯歯車５０と一体化された固定体５３に対して前記フランジ体（被制動体）４２を制動することにより、遊星歯車機構１６の遊星入力軸（回転部材）４４の回転を制動する。

ブレーキ機構１８は、サイドカバー３２内に形成されたシリンダ７０内で油圧によって摺動するピストン７２と、該ピストン７２によって軸方向に駆動される押圧プレート（押圧部材）７４と、該押圧プレート７４によって押圧されることにより固定体５３とフランジ体４２の間に摩擦制動力を発生可能な複数の摩擦板８０と、を備えている。

ブレーキ機構１８を、より具体的に説明すると、サイドカバー３２内に形成されたシリンダ７０の軸方向一端側は、ボルト９２を介して固定されたプレート９４によって閉塞されている。シリンダ７０の端部には、該プレート９４と当接してエンドブロック９６が配置され、Ｏリング９８によってシリンダ７０の内外をシールしている。

エンドブロック９６とピストン７２との間には、油圧室１００が設けられ、チューブ１０２を介してオイルが流入・流出可能である。油圧室１００のエンドブロック９６とピストン７２との間には、第１ばね１０４が設けられ、油圧室１００の（オイルが流入可能な）空間が確保されている。ピストン７２の動きは、押圧ピン１０６を介して押圧プレート７４に伝達可能である。

押圧プレート（押圧部材）７４は、円板状とされ、押圧ピン１０６によって反車体側に押圧されることで、軸方向に移動可能である。図の符号１０８は、案内ピンである。案内ピン１０８は、サイドカバー３２の穴３２Ｃおよび押圧プレート７４と一体化された受け台７５の穴７５Ａ１に嵌合して組み込まれ、押圧プレート７４を軸方向に移動させる際の回り止めと案内の機能を果たしている。

押圧プレート７４は、案内ピン１０８に沿って軸方向に移動することにより、その外周部の薄肉部７４Ｄ（後述）において摩擦板８０を押圧可能である。摩擦板８０は、この実施形態では、内歯歯車５０と一体化された部材である固定体５３に、軸方向に所定の間隔を空けて固設された第１〜第５固定摩擦板８１〜８５と、該第１〜第５固定摩擦板８１〜８５の間に挿入・配置された第１〜第４移動摩擦板８６〜８９によって構成されている。第１〜第４移動摩擦板８６〜８９は、フランジ体４２に固定されている。

押圧プレート７４は、複数の摩擦板８０のうち最も車体側に位置する第１固定摩擦板８１を反車体側に押圧可能である。また、第１〜第５固定摩擦板８１〜８５のうち、最も反車体側に位置する第５固定摩擦板８５は、固定体５３に組み込まれた止めブロック１１２に当接することで、軸方向反車体側への移動が拘束されている。

一方、フランジ体４２の軸方向側面には、前記ボルト４１によってばね押さえプレート１１４が固定されている。ばね押さえプレート１１４は、同一円周上に複数の凹部１１４Ａを備え、該凹部１１４Ａに第２ばね１１６の一部を収容している。第２ばね１１６は、ばね押さえプレート１１４の該凹部１１４Ａと押圧プレート７４との間に設けられている。第２ばね１１６は、前述した第１ばね１０４および止め輪４０と共同して、ピストン７２、押圧ピン１０６、受け台７５、押圧プレート７４、ばね押さえプレート１１４、さらには該ばね押さえプレート１１４とともにボルト４１によって共締めされた（フランジ体４２と一体の）遊星入力軸４４およびヘリカルギヤ２６からなる部材群の軸方向の位置決めを行っている。

ここで、ヘリカルギヤ２６の歯部２６Ａと、遊星歯車機構１６の内歯歯車５０、およびブレーキ機構１８の固定体５３の周辺の構成について詳細に説明する。

ヘリカルギヤ２６の歯部２６Ａは、軸方向反車体側に突出・延在され、内歯歯車５０と一体化された（ブレーキ機構１８を構成する一部材である）固定体５３とケーシング２０との間に存在する隙間Ｓ１に臨んでいる。この結果、ヘリカルギヤ２６の歯部２６Ａの歯幅Ｗ１は、歯部２６Ａ以外の部分の軸方向厚さＷ２よりも大きく（Ｗ１＞Ｗ２）、歯部２６Ａと固定体５３は、径方向から見てδ１だけ重なっている。

また、ブレーキ機構１８の押圧プレート（押圧部材）７４も、ヘリカルギヤ２６の歯部２６Ａと径方向から見て重なっている（この例では、押圧プレート７４は、完全にヘリカルギヤ２６の歯部２６Ａの内側に収容されており、径方向から見て該歯部２６Ａと１００％重なっている）。

さらに、この実施形態では、押圧プレート７４の軸方向側面の一部に第１段差７４Ｂがあってヘリカルギヤ２６側にδ２だけ該軸方向側面が引き寄せられている（シフトしている）。また、その径方向外側に第２段差７４Ｃがあって、該第２段差７４Ｃの軸方向外側に薄肉部７４Ｄが形成され、押圧プレート７４の軸方向側面が、さらにヘリカルギヤ２６側にδ３だけ引き寄せられている。その結果、この薄肉部７４Ｄの反ヘリカルギヤ側に確保できたδ４（＝δ２＋δ３）相当の空間に、（ブレーキ機構１８の摩擦板８０の一部である）第１固定摩擦板８１、第１移動摩擦板８６および第２固定摩擦板８２までの３枚を入り込ませ、押圧プレート７４と摩擦板８０の一部とが径方向から見てδ４だけ重なるように構成している。そして、前述したように、押圧プレート７４自体の全体が、径方向から見てそっくりヘリカルギヤ２６の歯部２６Ａと重なっている。

次に、この車輪駆動用の減速装置１２の作用を説明する。

図示せぬモータの駆動力によって入力軸２２が回転すると、該入力軸２２と一体に形成されたヘリカルピニオン２４が回転する。ヘリカルピニオン２４が回転すると、該ヘリカルピニオン２４と噛合しているヘリカルギヤ２６が回転する。これにより、該ヘリカルギヤ２６とボルト４１を介して一体化されているフランジ体４２が回転し、該フランジ体４２と一体化されている遊星歯車機構１６の遊星入力軸４４が回転し、該遊星入力軸４４に形成された太陽歯車４６が回転する。

遊星歯車機構１６では、内歯歯車５０がケーシング２０と一体化されて固定状態にあるため、太陽歯車４６の回転により遊星歯車４８が内歯歯車５０に内接噛合しながら太陽歯車４６の周りを公転し、この公転成分がキャリヤピン５８を介して出力軸６０から取り出される。出力軸６０が回転するとスプライン６２を介して出力フランジ６４が回転し、該出力フランジ６４に連結されている図示せぬフォークリフトの車輪が回転する。

ここで、この実施形態では、ヘリカルピニオン２４とヘリカルギヤ２６との噛合が、内歯歯車５０と一体化された部材である（ブレーキ機構１８の）固定体５３とケーシング２０との間に存在する隙間Ｓ１内にまで突出・延在された広い歯幅Ｗ１の歯部２６Ａを介して行われている。

具体的には、ヘリカルギヤ２６の歯部２６Ａは、径方向から見たときに固定体５３と軸方向の位置がδ１だけ重なっている。この重なりδ１は、平行軸歯車機構１４、ひいては減速装置１２全体の軸方向の寸法を増大させることなく、ヘリカルギヤ２６の歯部２６Ａの歯幅Ｗ１を増大させることができていることを意味している。すなわち、この構成により、減速装置１２全体の軸方向の寸法を増大させることなく、より伝達トルクを増大させることができる（伝達トルクが同一ならば、軸方向長さをそれだけ短縮できる）。

特に、この実施形態では、低騒音・低振動の性能を確保するために、（スパーピニオンおよびスパーギヤとの組み合わせではなく）ヘリカルピニオン２４およびヘリカルギヤ２６の組み合わせを採用している。一般に、伝達トルクを増大させようとした場合、ヘリカルピニオンおよびヘリカルギヤの歯部（噛合部）の諸元が同一ならば、噛合部での軸方向分力は伝達トルクの増大に比例して大きくなるため、例えば、第１、第２玉軸受３０、３６（特に第２玉軸受３６）の耐久性の低下を招き易い。それは、この実施形態における各部材の配置からも明らかなように、特に、第２玉軸受３６が配置される近傍は、スペースの確保が難しく、容量の大きな軸受の配置が困難な場合が多いためである。

このような状況で第２玉軸受３６の耐久性を確保するために、ヘリカルによる軸方向の分力の発生を抑えて少しでも第２玉軸受３６の負担を軽くさせようとした場合には、ヘリカルの捻れ角を小さく設計せざるを得ないことになる。しかし、歯幅を変更せずに捻れ角のみを小さく設計すると、重なり噛合率の減少により、全噛合率が減少し、低騒音・低振動という意図するヘリカル本来の性能が確保できなくなってしまう。

しかしながら、この実施形態によれば、広い歯幅Ｗ１を確保することで歯部２６Ａの強度を高く維持することができ、また、ヘリカルギヤ２６の歯部２６Ａ以外の部分の軸方向厚さＷ２を薄く維持することができるため、限られた軸方向スペースをフランジ体４２や押圧プレート７４の軸方向厚さの確保、および第２玉軸受３６の配置寸法の確保等に有効に活用することができる。この結果、組み込まれた第２玉軸受３６の負担を軽く維持しながら、（捻れ角の大きな）ヘリカル本来の低騒音・低振動の性能を確保することができる。

また、本実施形態では、押圧プレート（押圧部材）７４の形状を工夫するとともに該押圧プレート７４自体をそっくり歯部２６Ａの内側に収めることにより、伝達トルクの増大に対応して、ブレーキ機構１８の摩擦板８０の枚数も、（軸方向のスペースを増大させることなく）増大させることができている。

すなわち、この実施形態では、先ず、押圧プレート７４自体が、該押圧プレート７４と歯部２６Ａとを径方向から見たときに両者７４、２６Ａが重なるように配置され、歯部２６Ａの径方向内側が、押圧プレート７４の配置スペースとしても利用されている。

その上で、該押圧プレート７４の軸方向側面の一部に第１、第２段差７４Ｂ、７４Ｃを形成し、その結果薄肉部７４Ｄの反ヘリカルギヤ側に確保された空間に摩擦板８０の一部（第１、第２固定摩擦板８１、８２、および第１移動摩擦板８６）を入り込ませている。そのため、押圧プレート７４の一部と摩擦板８０の一部が径方向から見てδ４だけ重なることになり、軸方向のスペースを増大させることなく摩擦板８０の枚数を増加させることができるものである。この結果、（同一の押圧プレート７４の押圧力であっても）固定体５３とフランジ体４２のと間にそれだけ強力な制動力を発生させることができ、伝達トルクの増大に対応した制動性能を得ることができる。

なお、上記実施形態においては、平行軸歯車機構にヘリカルピニオンとヘリカルギヤの組み合わせを採用していた。この組み合わせは、上述したように、平行軸歯車の噛合部での耐久性の確保に加えて、低騒音・低振動を維持しながら強度的に厳しくなり易い軸受の耐久性も併せて向上させることができるようになるという点で、本発明のメリットが最低限に活きる組み合わせであると言える。

しかしながら、本発明は、必ずしもヘリカルピニオンとヘリカルギヤの組み合わせを採用しなければならないというわけではなく、例えばスパーピニオンとスパーギヤの組み合わせであってもよい。スパーピニオンとスパーギヤの組み合わせであっても、噛合部での耐久性の確保と平行軸歯車の歯部以外の軸方向寸法を増大させなくて済むことによるメリット（重量を増大させることなくフランジ体や押圧プレート、軸受等の他の部材の軸方向寸法を確保できること等のメリット）はそのまま享受することができる。

また、上記実施形態においては、遊星歯車機構として、単純遊星歯車機構が採用されていたが、本発明における遊星歯車機構は、単純遊星歯車機構に限定されるものではなく、例えば遊星歯車を揺動させながら内歯歯車に内接噛合させるように構成したいわゆる「偏心揺動型」の遊星歯車機構であってもよい。この場合も、相対的に平行軸歯車機構の耐久性が厳しくなることが多く（厳しくない場合には、より一層、軸方向寸法を短縮できるという点で）本発明を適用するメリットがある。

また、上記実施形態においては、押圧プレート（押圧部材）の一部とブレーキ機構の摩擦板の一部とが径方向から見て重なった状態とするために、押圧プレートに段差を設けて薄肉部を形成するようにしていたが、（薄肉部ではなく、あるいは薄肉部を形成するとともに）凹部を形成し、該凹部内に摩擦板の一部を入り込ませるように構成してもよい。

また、上記実施形態においては、平行軸歯車機構と遊星歯車機構との間にブレーキ機構を配置し、内歯歯車と一体化された一部材である該ブレーキ機構の固定体とケーシングとの間の隙間に平行軸歯車の歯部を突出・延在させるようにしていたが、本発明では、ブレーキ機構は必ずしもこの位置にある必要はない。ブレーキ機構がこの位置にない場合、平行軸歯車の歯部を、内歯歯車（または該内歯歯車と一体化されたブレーキ機構以外の部材、例えばクラッチ）とケーシングとの間の隙間に突出・延在させることで、同様の効果を得ることができる。

また、ブレーキ機構が平行軸歯車の近傍に存在する場合でも、該ブレーキ機構の固定体は、必ずしも内歯歯車と一体化された状態で配置されている必要はない。この場合は、（内歯歯車とは別個に配置されている）ブレーキ機構の一部を構成する部材とケーシングとの間の隙間に平行軸歯車の歯部を突出・延在させるようにすればよい。なお、この場合には、後段は必ずしも遊星歯車機構である必要もない。

また、上記実施形態では、平行軸歯車機構＋遊星歯車機構の２段で構成されていたが、平行軸歯車機構の前段や遊星歯車機構の後段に、さらに減速機構を配置するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、内歯歯車と固定体が（単一の部材として）一体形成されていたが、それぞれが別体として形成され、ボルト等で固定されることによって一体化されるものであってもよい。

また、上記実施形態においては、フォークリフトの車輪を駆動するための減速装置に本発明が適用されていたが、本発明は、広く車両の車輪を駆動するための減速装置として、例えば、建設車両や乗用車両等にも適用することができる。

１２…減速装置
１４…平行軸歯車機構
１６…遊星歯車機構
１８…ブレーキ機構
２０…ケーシング
２２…入力軸
２４…ヘリカルピニオン
２６…ヘリカルギヤ
２６Ａ…歯部
３０…第１玉軸受
３６…第２玉軸受
４２…フランジ体
４４…遊星入力軸
４６…太陽歯車
４８…遊星歯車
５０…内歯歯車
５３…固定体
７４…押圧プレート（押圧部材）
８０…摩擦板

Claims

車輪駆動用の減速装置であって、
平行軸歯車を有する平行軸歯車機構と、
該平行軸歯車機構の後段に設けられ、遊星歯車および該遊星歯車が内接噛合する内歯歯車を有する遊星歯車機構と、
前記減速装置の回転部材の回転を制動するブレーキ機構と、
前記平行軸歯車機構と前記遊星歯車機構と前記ブレーキ機構とを収容するケーシングと、を備え、
前記ブレーキ機構は、前記内歯歯車と一体化された固定体と、該固定体に設けられた摩擦板と、を有し、
前記内歯歯車の外径よりも前記固定体の外径の方が小さく、かつ前記内歯歯車の径方向厚みよりも前記固定体の径方向厚みの方が小さく、
前記固定体と前記ケーシングとの間に存在する隙間に、前記平行軸歯車の歯部を軸方向に突出・延在させ、
該平行軸歯車の歯部と前記固定体とが、径方向から見て重なっている
ことを特徴とする車輪駆動用の減速装置。
請求項１において、
前記内歯歯車と前記ケーシングとの間の隙間の径方向寸法よりも、前記固定体と前記ケーシングとの間の隙間の径方向寸法の方が大きい
ことを特徴とする車輪駆動用の減速装置。
請求項１または２において、
前記ブレーキ機構が、前記固定体に対して相対的に軸方向に変位可能な押圧部材を備え、
該押圧部材も、前記平行軸歯車の歯部と、径方向から見て重なっている
ことを特徴とする車輪駆動用の減速装置。
請求項３において、
前記押圧部材の軸方向側面の一部に、凹部または薄肉部が形成され、
該凹部または薄肉部に前記ブレーキ機構の摩擦板の一部が入り込み、
該摩擦板の一部と前記押圧部材の一部とが、径方向から見て重なっている
ことを特徴とする車輪駆動用の減速装置。