JP5812920B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

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Description

本発明は、動力伝達装置に関する。
例えば、特許文献1において、図5に示されるような減速機構908を有する減速機910が開示されている。この減速機910は、入力軸912の先端に設けられたベベルピニオン914と、中間軸916に設けられると共にこのベベルピニオン914と噛合するベベルギヤ918と、を備えた直交減速機である。中間軸916にはさらに中間ピニオン920が備えられ、中間ピニオン920は、出力軸922に設けられた出力ギヤ924と噛合している。
入力軸912は、モータ側軸受926および反モータ側軸受928で支持されている。入力軸912のモータ側軸受926は、減速機ケーシング930から(その一部として)突出して配置された軸受ケーシング930Aに収容されている。
入力軸912は、この軸受ケーシング930Aから更に突出した突出部912Aを有している。突出部912Aには、ファン(冷却ファン)940が取り付けられている。
ファン940にはファンカバー950が付設されている。これにより、ファン940によって引き起こされた空気流によって、特に、入力軸912の軸受ケーシング930Aの近傍を効率的に冷却するとともに、合わせて減速機ケーシング930全体の冷却を行うようにしている。
特開2005−308070号公報(図4)
特許文献1において開示された構造では、確かにファン940の近傍の軸受ケーシング930Aについては良好に冷却することはできるものの、ファン940から距離的に離れている部分の冷却については、必ずしも常に十分に冷却できていたわけではなく、動力伝達装置の用途(使用環境)等によっては、熱負荷的に厳しいときがあった。
本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、効果的な熱対策を行いつつ、コストの増大を抑制した動力伝達装置を提供することをその課題としている。
本発明は、ケーシングと、第1軸とを備え、該第1軸は前記ケーシングから突出した突出部を有し、当該突出部にファンが設けられる動力伝達装置において、前記ケーシングの前記第1軸の軸方向に延びる面に形成され、前記ファンから離れるに従って、前記第1軸の軸心からの距離が大きくなるように傾斜した傾斜部と、該傾斜部に形成され、当該ケーシングの内外を貫通する開口と、前記第1軸に直交する方向に離れて前記傾斜部の両側に設けられ、前記第1軸と平行な両側部と、を備え、前記開口は、外側面に熱交換促進用の外側突起が設けられたカバーによって閉塞され、前記第1軸の軸心から前記両側部までの距離は、前記第1軸の軸心から前記傾斜部までの距離よりも大きい構成とすることにより、上記課題を解決したものである。
本発明においては、ケーシングから突出した第1軸にファンが設けられる。また、ケーシングの前記第1軸の軸方向に延びる面に、ファンから離れるに従って、第1軸の軸心からの距離が大きくなるように傾斜した傾斜部を形成するとともに、この傾斜部に、開口を形成し、該開口をカバーによって閉塞する構成を採用している。そして、このカバーの外側面に熱交換促進用の外側突起が設けられる。したがって、重量のあるケーシングをそっくり高熱負荷用に設計変更する必要がなく、動力伝達装置全体のコストの増大を最小限に抑えることができる。
本発明によれば、効果的な熱対策を行いつつ、コストの増大を抑制した動力伝達装置を得ることができる。
本発明の実施形態の一例に係る減速機の構成を示す斜視図 上記減速機の中間軸を含む断面図 上記減速機のカバーの構成を示す斜視図 上記カバーの変形例を示す斜視図 従来の動力伝達装置(減速機)の構成の一例を示す断面図
以下、図面に基づいて本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態の一例に係る減速機(動力伝達装置)の構成を示す斜視図、図2は、該減速機の中間軸を含む断面図である。
この実施形態に係る減速機10の減速機構8は、既に説明した図5の減速機910の減速機構908と基本的に同一である。したがって、適宜図5を合わせて参照した上で、説明に当たって図5と実質的に同一の部位には下2桁が同一の符号を用いることとする。
図1、図2(および図5)を参照して、この減速機10は、減速機ケーシング30と、入力軸(第1軸)12と、該入力軸12と直交している中間軸(第2軸)16と、を備えている。入力軸(第1軸)12には、ベベルピニオン14が設けられ、中間軸(第2軸)16には、べべルギヤ18が設けられている。中間軸16にはさらに中間ピニオン20が備えられ、中間ピニオン20は、出力軸22に設けられた出力ギヤ24と噛合している(なお、ベベルギヤ18と中間ピニオン20は、中間軸16に対して図5の例とは軸方向に逆に配置されている)。なお、本発明において、ベベルピニオン、ベベルギヤの概念には、パイポイドピニオン、ハイポイドギヤの概念が含まれる。
入力軸12は、減速機ケーシング30の一部である軸受ケーシング30A内に収容されたモータ側軸受26と、反モータ側軸受28とで支持されている。入力軸12は、減速機ケーシング30の一部である軸受ケーシング30Aから更に突出した突出部12Aを有している。突出部12Aにはファン(冷却ファン)40が取り付けられている。なお、ファン40には、図示せぬファンカバーが付設されている。ファン40は、入力軸12がいずれの方向に回転しても、取り込んだ空気を径方向外側に送り出すように構成されており、ファンカバーは、この径方向外側に送り出された空気流を減速機10側に向かわせる機能を備えている。
減速機ケーシング30は、ほぼ直方体の形状しており、ファン40が取り付けられている入力軸12の軸方向に延びる面、すなわち、右側面30B、左側面30C、上面30D、下面30Eを有している。なお、これらの呼称は、ファン40の取り付けられている面を正面30Fとし、該正面30F側から背面30Gを見たときの便宜上の呼称である。
本実施形態においては、入力軸12の軸方向に延びる面(右側面30B、左側面30C、上面30D、下面30E)のうちの下面30Eにファン40から離れるに従って入力軸(第1軸)12の軸心O1からの距離が大きくなるように傾斜角θ1だけ傾斜した傾斜部54が形成されている。ただし、傾斜部54は、下面30Eの全面に形成されているわけではなく、ファン40側の両側部30E1、30E2、および反ファン側領域30E3は、傾斜していない。なお、このファン40側の両側部30E1、30E2、および反ファン側領域30E3の一部は、水平かつ面一とされ、減速機10の据え付けられる土台(図示略)に対する設置面30Esを形成している。傾斜部54には、減速機ケーシング30の内外を貫通する開口56が形成されている(図2参照)。
開口56は、その周囲に台座部56Aが形成され、該台座部56Aに閉塞カバー60が取り付けられる。本実施形態では、閉塞カバー60は、長方形の厚板で構成され、後に開閉可能とするために、台座部56Aとの間にゴムパッキン62を介在させた上で、ボルト(図1にてボルト孔64のみ図示)を介して取り付けられることで、開口56を閉塞している。
なお、カバーの固定方法は、ボルトによる固定に限定されない。例えば、後に開閉することがないときは、溶接等によって開口56の台座部56Aに完全に固定してしまってもよい。この場合には、ゴムパッキンの交換等が不要になり、オイル漏れの虞もなくなる。
閉塞カバー60には、その外側面60Aに熱交換促進用の外側フィン(外側突起)71〜77が多数(この例では7枚)設けられている。外側フィン71〜77は、入力軸12と平行に、かつ中間軸16の軸方向に間隔を空けて配置されており、ファン40側に近い程高さが高い。具体的には、各外側フィン71〜77のファン40側の高さはH1であり、反ファン側の高さはH2である。外側フィン71〜77の傾斜角はθ1であり、減速機ケーシング30の傾斜角θ1と同一である。換言するならば、各外側フィン71〜77の先端が下面30Eの設置面30Es(第1軸の軸方向)と平行になるように各外側フィン71〜77の閉塞カバー60からの高さに(傾斜部54と逆の)傾斜が付けられていることになる。なお、外側フィン71〜77の先端は、減速機ケーシング30の設置面30Esより下側(減速機10が据え付けられる土台(図示略)側)には突出していない。
ところで、本実施形態に係る閉塞カバー60が、敢えて減速機ケーシング30の「下面30E」に取り付けられているのは、減速機ケーシング30内の潤滑油の熱をより効率的に閉塞カバー60に集中させるためである。
すなわち、本実施形態の閉塞カバー60には、図3に示されるように、外側面60Aに外側フィン71〜77が設けられているだけでなく、内側面60Bにも熱交換促進用の内側フィン(内側突起)81〜87が設けられている。内側フィン81〜87は、閉塞カバー60の内側面60Bに立設されることにより、減速機ケーシング30内に封入された潤滑油に浸っている。
この実施形態では、できるだけ潤滑油の流れに沿うように、大径の出力ギヤ24の回転方向(潤滑油の撹拌方向)に一致させた向き、すなわち該出力ギヤ24が組み込まれている出力軸22と直角の方向(入力軸12と平行な方向)に高さの異なる2種類の内側フィン81〜87を、中間軸16の軸方向に間隔を空けて設けるようにしている。具体的には、内側フィン81〜87は、複数(この例では7本)設けられ、ベベルピニオン14(図5参照)(あるいはベベルギヤ18)から遠い側の4本の内側フィン81〜84の高さH3よりも、ベベルピニオン14(ベベルギヤ18)に近い側の3本の内側フィン85〜87の高さH4の方が低く抑えられている。これは、ベベルピニオン14に近い側は、該ベベルピニオン14とベベルギヤ18の回転の影響を受けて潤滑油の流れが必ずしも入力軸12と平行でないためである(後述)。
次に、この減速機10の作用を説明する。
駆動源側からの動力を受けて、入力軸12が回転すると、ベベルピニオン14とベベルギヤ18の噛合、中間ピニオン20と出力ギヤ24の噛合、あるいはこれらの歯車が組み込まれている入力軸12、中間軸16、あるいは出力軸22を支持している軸受の転動等によって減速機ケーシング30内においては、相応の熱が発生する。
この熱は、大半の使用環境においては、(従来の減速機910であっても)特に問題が生じることはないが、例えば高温の環境下で連続運転されるような用途等にあっては、潤滑油の温度が上がり過ぎて油膜が良好に形成されず、歯車や軸受の寿命を低下させる等の不具合が発生する虞があった。この不具合に対しては、一般的には、例えば、動力伝達装置のケーシングをより放熱し易い形状に設計変更する対策が考えられる。しかしながら、動力伝達装置のケーシングは、大きくかつ重量があって、最もコストの高い部材であるため、その設計変更は、動力伝達装置全体の大幅なコスト増大に直結する。また、ケーシングの表面積のより大きな(1〜2ランク大容量の)減速機を使用するという手法もあるが、熱対策のために、より大容量の動力伝達装置を使用するのはコスト的な無駄が大きいだけでなく、重量増大などの取り扱い上のデメリットも大きくなってしまう。
これに対し、本実施形態では、減速機ケーシング30の設計変更を最小限に抑えつつ、以下のような作用で冷却を行うようにしている。すなわち、入力軸12が回転すると、該入力軸12に取り付けられたファン40が回転し、ファン40による空気流が、減速機ケーシング30の「ファン40が取り付けられている入力軸12の軸方向に延びる4つの面」、すなわち、右側面30B、左側面30C、上面30D、下面30Eの4面に沿って流れる。本実施形態では、このうち、特に下面30Eに沿って流れる空気流を利用して、潤滑油の熱をより効率的に減速機ケーシング30外に発散する。
すなわち、この実施形態では、減速機ケーシング30の下面30Eに、傾斜角θ1の傾斜部54が形成されているため、下面30Eに沿って流れてくるファン40からの空気流が、正面30Fで遮られることなく、円滑に傾斜部54側に誘導される。この傾斜部54には、外側フィン71〜77が設けられた閉塞カバー60が取り付けられている。閉塞カバー60の外側フィン71〜77は、複数あって空気流との接触面積(熱の発散面積)の増大が図られており、しかも、閉塞カバー60が、傾斜部54に取り付けられていることを利用して、ファン40に近い側ほど高さを高くしているため(H1>H2)、極めて大きな発散面積が確保されている。
また、外側フィン71〜77は、入力軸(第1軸)12と平行に、かつ中間軸16の軸方向に間隔を空けて形成されていて、ファン40による空気流が両サイド(右側面30B側および左側面30C側)に拡散するのを抑制している(整流効果)。そのため、外側フィン71〜77を通過した後の空気流は、指向性が高く、かつ下面30Eと減速機10が据え付けられる土台との間隔(高さ)が、ファン40から離れるほどより小さくなっていることから、流速はむしろ次第に速くなる傾向となるため、該外側フィン71〜77の下流側に位置する反ファン側領域30E3も良好に冷却することができる。
一方、この実施形態では、加えて、閉塞カバー60の内側面60Bに、入力軸12と平行な方向に高さの異なる複数の内側フィン81〜87が設けられている。具体的には、ベベルピニオン14(ベベルギヤ18)から遠い位置に立設された4枚の内側フィン81〜84は高さH3が高い。そのため、大径の出力ギヤ24の回転によって生じた潤滑油の流れを利用して、高さH3の大きな表面積で、温度の上昇した潤滑油と効率的な熱交換が行われる。また、ベベルピニオン14(ベベルギヤ18)に近い位置に立設された3枚の内側フィン85〜87は、高さH4が低い。したがって、(たとえ内側フィン85〜87の形成方向が入力軸12と平行であっても)ベベルピニオン14およびベベルギヤ18の回転による潤滑油の流れと干渉することはなく、ベベルピニオン14(ベベルギヤ18)に近い潤滑油も、低い内側フィン85〜87の全てと良好に接触することができ、やはり効率的な熱交換が行われる。
結局、減速機ケーシング30内において、歯車の噛合や軸受の転動等によって発生された熱は、減速機ケーシング30内の潤滑油を介して閉塞カバー60の内側面60Bに設けられた内側フィン81〜87に伝達され、該閉塞カバー60の外側面60Aに設けられた外側フィン71〜77に達する。そして、この外側フィン71〜77にファン40の回転によって発生された空気流が当たることにより、潤滑油の熱は、効率的に減速機ケーシング30外に発散されることになる。
ここで、本実施形態では、このような基本的作用を得るに当たって、複雑な構成となる外側フィン71〜77、あるいは内側フィン81〜87を、(減速機ケーシング30そのものにではなく)厚板状の「閉塞カバー60」に形成するようにしている。すなわち、減速機ケーシング30には、傾斜部54および開口56を形成するという簡易な設計変更のみを行っている。そのため、「減速機ケーシング30そのもの」にこの熱交換作用を行わせるための全ての設計変更を施す構成と比べて、トータルでの製造コストの上昇を最小限に抑えることができる。
また、本実施形態においては、閉塞カバー60自体は減速機ケーシング30の下面30Eの傾斜部54に取り付けられている。このため、外側フィン71〜77の存在によって大きな発散面積を確保しているにも拘わらず、該外側フィン71〜77の先端は、面一かつ該減速機ケーシング30の下面30Eの設置面30Esと平行であり、当該設置面30Esの内側の高さに納まっている(設置面30Esから突出していない)。したがって、減速機ケーシング30の据え付けに当たって、外側フィン71〜77と減速機10を据え付ける土台との干渉を避けるための台(スペーサ)を別途用意したりする必要がない。
更には、本実施形態における減速機は、例えば、「カバー」として、(外側フィンも内側フィンも設けられていない低コストな)単なる平板状の閉塞カバー(図示略)を別途用意するだけで、(減速機ケーシング30の本体を含む大半の構成要素を共用化した上で)高熱負荷用途のための減速機10と標準的な熱負荷用途のための減速機(10)の差別化が可能である。
換言するならば、「減速機ケーシング30と、入力軸(第1軸)12とを備え、該入力軸12は減速機ケーシング30から突出した突出部12Aを有し、当該突出部12Aにファン40が設けられる減速機(動力伝達装置)のシリーズであって、標準的な熱負荷特性を有する第1のシリーズと、該第1のシリーズよりも熱負荷特性の高い第2のシリーズとを備えた動力伝達装置のシリーズ」を、簡単に構築できる。
この場合、第1のシリーズの減速機(動力伝達装置)は、例えば、減速機ケーシング30に形成され、入力軸12の軸方向に伸びる面(下面30E)に、該入力軸12の軸心O1からの距離が大きくなるような傾斜部54と、該傾斜部54に形成され当該減速機ケーシング30の内外を貫通する開口56と、を備え、該開口56が、外側面(図示略)に熱交換促進用の外側フィン(外側突起)が設けられていない閉塞カバー(図示略)によって閉塞されている減速機(動力伝達装置)とすることができる。一方、第2のシリーズの減速機(動力伝達装置)は、前記第1のシリーズと同一の傾斜部54および開口56を備え、該開口56が、外側面60Aに熱交換促進用の外側フィン(外側突起)71〜77が設けられた前記閉塞カバー60によって閉塞されている減速機(動力伝達装置)とすることができる。
あるいは、例えば、第1のシリーズの減速機(動力伝達装置)は、減速機ケーシング30に形成され、入力軸12の軸方向に伸びる面(下面30E)に、該入力軸12の軸心O1からの距離が大きくなるような傾斜部54を備えた(開口もカバーも有しない)減速機(動力伝達装置)とし、第2のシリーズの減速機(動力伝達装置)が、傾斜部54と、該傾斜部54に形成され当該減速機ケーシング30の内外を貫通する開口56とを備え、該開口56が、外側面60Aに熱交換促進用の外側フィン(外側突起)71〜77が設けられた閉塞カバー60によって閉塞されている減速機(動力伝達装置)とされるようにしてもよい。この場合には、第1シリーズの減速機ケーシング30に開口56を形成して、閉塞カバー60を嵌めることで、減速機ケーシングを共用化できる。
なお、上記実施形態においては、閉塞カバー60に設ける外側突起として、入力軸(第1軸)12と平行に、かつ中間軸16の軸方向に間隔を開けて複数の外側フィン71〜77を形成するようにしていたが、本発明においては、この外側突起の具体的な構成については、特に限定されない。例えば、個々の断面形状を(先端部分の大きな)T字型に形成した外側突起(図示略)とするようにしてもよい。これにより、発散面積をより増大させることができる。本発明において、外側突起は、要は、カバーから突出していて、ファンからの空気流との接触面積が大きくなるように形成されたものであれば、「熱交換性を高める」という外側突起としての基本的な作用を得ることができる。したがって、具体的な形状は特に問われない。整流効果も、必ずしも持たせる必要はなく、例えば、後述するような「棒状突起」のような外側突起であってもよい。
また、上記実施形態においては、特に潤滑油との熱交換を意図して減速機ケーシング30の下面30Eに対して本発明を適用するようにしていたが、本発明は、ファンが取り付けられている第1軸の軸方向に延びる面、すなわち、上記例でいうならば、上面、下面、右側面、左側面のいずれに対しても適用可能である。そして、いずれの面に対して適用する場合であっても、潤滑油が接触する部分がある限りにおいて、内側突起を形成するメリットがある。
また、上記実施形態においては、閉塞カバー60に設ける内側突起として、最も大きな出力ギヤ24の回転面と平行に(結果として第1軸と平行に)複数の内側フィン81〜87を形成するようにしていたが、本発明においては、この内側突起の具体的な構成についても、特に上記例に限定されない。高さの違う複数の種類の内側突起を設ける必要も必ずしもない。要は、この内側突起についても、カバーからケーシング内に臨むように突出していて、潤滑油との接触面積が大きくなるように形成されたものであれば、「熱交換性を高める」という内側突起としての基本的な作用を得ることができる。
但し、内側突起の場合は、好ましくは、潤滑油の流れと干渉しない(潤滑油の流れを阻害しない)ように形成すべきである。この観点で、特に、本実施形態のように、各歯車の回転方向(回転面)が複数あって、潤滑油の流れがケーシング内の位置によって微妙に異なるような場合には、例えば、図3における高さH4の低い内側フィン(85〜87)の形成方向を、高さH3の高い内側フィン(81〜84)と直角の方向(第1軸と直角の方向)に形成するようにしてもよい。
さらには、図4に示されるように、閉塞カバー60の内側突起として、複数の棒状突起90を立設させるようにしてもよい。そして、この場合でも、潤滑油の流れを考慮して、例えば、図4に例示されているように、ベベルピニオン14(ベベルギヤ18)から遠い棒状突起90Aの高さH5を、より近い棒状突起90Bの高さH6よりも高くするようにしてもよい。
いずれにしても、内側フィンは、熱交換性の向上の観点では形成する方が好ましいが、例えば、より低コスト化を求めるならば、本発明では、必ずしも形成しなくてもよい。特に潤滑油の接触しない面(例えば上面)に本発明を適用するときには、形成しなくてもよい。
また、上記実施形態においては、動力伝達装置として「直交減速機」が例示されていたが、本発明に係る動力伝達装置は、必ずしも直交減速機である必要はなく、平行軸減速機であっても適用可能である。また、そもそも減速機に限定されるものでもなく、「ケーシングと、第1軸とを備え、該第1軸は前記ケーシングから突出した突出部を有し、当該突出部にファンが設けられる動力伝達装置」ならば、本発明は適用可能であり、冷却に関して同様の作用効果が得られる。
12…入力軸
12A…突出部
14…ベベルピニオン
16…中間軸
18…ベベルギヤ
20…中間ピニオン
22…出力軸
24…出力ギヤ
30…減速機ケーシング
30E…下面
40…ファン
54…傾斜部
56…開口
60…閉塞カバー
71〜77…外側フィン
81〜87…内側フィン

Claims (7)

  1. ケーシングと、第1軸とを備え、該第1軸は前記ケーシングから突出した突出部を有し、当該突出部にファンが設けられる動力伝達装置において、
    前記ケーシングの前記第1軸の軸方向に延びる面に形成され、前記ファンから離れるに従って、前記第1軸の軸心からの距離が大きくなるように傾斜した傾斜部と、
    該傾斜部に形成され、当該ケーシングの内外を貫通する開口と、
    前記第1軸に直交する方向に離れて前記傾斜部の両側に設けられ、前記第1軸と平行な両側部と、を備え、
    前記開口は、外側面に熱交換促進用の外側突起が設けられたカバーによって閉塞され
    前記第1軸の軸心から前記両側部までの距離は、前記第1軸の軸心から前記傾斜部までの距離よりも大きい
    ことを特徴とする動力伝達装置。
  2. 請求項1において、
    前記カバーは、内側面にも、熱交換促進用の内側突起が設けられている
    ことを特徴とする動力伝達装置。
  3. 請求項2において、
    さらに、第2軸と、出力軸と、前記第1軸に設けられたベベルピニオンと、前記第2軸に設けられたベベルギヤと、前記出力軸に設けられた出力ギヤと、を有し
    前記内側突起として、前記出力軸と直角な方向に形成され、かつ高さの異なる複数の内側突起を有し、かつ
    前記第2軸の軸方向において、前記ベベルギヤに近い内側突起の高さが該ベベルギヤから遠い内側突起の高さよりも低い
    ことを特徴とする動力伝達装置。
  4. 請求項2または3において、
    さらに、第2軸を備えると共に、第1軸にはベベルピニオン、第2軸にはベベルギヤが設けられ、
    前記内側突起として、複数の棒状の内側突起が、前記カバーに立設されている
    ことを特徴とする動力伝達装置。
  5. 請求項1〜4のいずれかにおいて、
    各外側突起の先端が、前記第1軸と平行になるように、各外側突起の前記カバーからの高さに傾斜が付けられている
    ことを特徴とする動力伝達装置。
  6. 請求項1〜5のいずれかにおいて、
    前記両側部は、当該動力伝達装置を据え付ける土台に対する設置面を構成し、
    前記外側突起の先端は、前記設置面よりも前記土台側に突出しない
    ことを特徴とする動力伝達装置。
  7. 請求項6において、
    前記ケーシングの前記第1軸の軸方向に延びる面において、前記傾斜部よりも反ファン側の領域は傾斜しておらず、
    当該領域の一部は、前記両側部と面一とされて前記土台に対する設置面を構成する
    ことを特徴とする動力伝達装置。
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