JP6456732B2 - 歯車機構および減速機 - Google Patents

Description

本発明は、歯車機構および減速機に関する。

従来より、例えば特許文献１に開示されるような、電動機等の動力源から大きなトルクを出力するように構成された減速機が知られている。この減速機では、動力源としてのモータが回転すると、入力ギア、スパーギア等を介してクランク軸が回転する。この回転に伴い、クランク軸に固定された偏心部の荷重が外歯歯車に作用し、外歯歯車が偏心回転する。すると、該外歯歯車に回転保持されたクランク軸が自転しながら公転する。このクランク軸の公転動作により、クランク軸を回転自在に保持するキャリアが回転する。これにより、キャリアとスプライン結合する出力軸から大きなトルクを得ることができる。

特許第５０６９６５０号公報

ところで、このような減速機を製造する際、出力軸の歯車とケースとの間に蓋を配置し、その後、ボルト等を用いて蓋をケースに固定する作業が行われる。しかしながら、歯車の大きさや歯の数によっては、歯車の歯（山）とボルトの取付位置とが重なってしまうおそれがある。この場合、工具が歯車の歯に干渉しないよう、歯車を適宜少しずつ回転させて、ボルトと歯車の歯とを遠ざけながらボルト締結作業を行う必要がある。しかしながら、とりわけ歯車の大きさが大きい場合には、歯車が重いため、このような作業は煩雑かつ非効率的である。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、軸部材および蓋をケースに取り付ける際、ボルト締結作業を効率良く実施することが可能な、歯車機構および減速機を提供することを目的とする。

本発明は、中心軸を中心として回転するとともに、歯車が設けられた軸部材と、前記軸部材を回転自在に保持するケースと、前記中心軸方向において前記歯車と前記ケースとの間に配置され、前記ケースに対して複数の締結部材によって固定される蓋とを備え、各締結部材のうち前記中心軸に最も近い箇所と前記中心軸との距離は、前記歯車の最大半径よりも短い、歯車機構において、前記歯車の一の谷部が一の締結部材の中心を向くように前記歯車を配置したとき、前記歯車に対して前記締結部材の反対側から見て、前記複数の締結部材のうち半数を超える締結部材が、前記歯車によって覆われることなく完全に露出する、歯車機構である。

本発明は、前記複数の締結部材は、前記中心軸を中心とする円周上に不均等な間隔を空けて配置されている、歯車機構である。

本発明は、前記歯車の一の谷部が前記一の締結部材の中心を向くように前記歯車を配置したとき、前記歯車に対して前記締結部材の反対側から見て、前記複数の締結部材の全てが前記歯車によって覆われることなく完全に露出する、歯車機構である。

本発明は、前記歯車の歯の数をｎとし、前記締結部材の数をｍとしたとき、ｎ／ｍが整数とならない、歯車機構である。

本発明は、前記歯車機構を含む、減速機である。

本発明によれば、軸部材および蓋をケースに取り付ける際、締結部材の締結作業を効率良く実施することができる。

図１は、本発明の一実施の形態による減速機および歯車機構を示す部分断面図（図２のＩ−Ｉ線断面図）。 図２は、本発明の一実施の形態による減速機および歯車機構を示す底面図（図１のII方向矢視図）。 図３は、比較例による減速機および歯車機構を示す底面図。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施の形態について説明する。

図１に示す本実施の形態に係る減速機１０は、偏心揺動型の減速機である。この減速機１０は、例えば、風車のタワーに対してナセルを回転させるようにヨー駆動するヨー駆動装置、又は、ナセル側のハブに対してブレードの軸部を回転させるようにピッチ駆動するピッチ駆動装置に用いる減速機として好適である。なお、減速機１０は、風車用に限らず、各種産業用機械又は建設機械等において用いることもできる。

図１に示すように、本実施の形態に係る減速機１０は、ケース１１と、ケース１１内に収容される入力軸２０及び減速部３０と、一端部４０ａがケース１１から突出するとともに他端部が減速部３０に結合された出力軸（軸部材）４０と、を備えている。

この減速機１０では、モータ（図示せず）から入力軸２０を介して入力された回転が、減速部３０によって減速されて出力軸４０から出力される。出力軸４０におけるケース１１から突出した一端部４０ａには、駆動ギア（歯車）４１が設けられている。駆動ギア４１に噛み合う被動ギヤ（図示せず）に、入力軸２０から入力された回転が減速されて伝達される。なお、入力軸２０及び減速部３０としては、例えば従来公知のものを用いることができるので、ここでは詳細な説明を省略する。

図中において、Ｌ１は、出力軸４０の中心軸を示している。出力軸４０は、中心軸Ｌ１を中心として回転する。以下では、単に「軸方向」と記す場合、この方向は、中心軸Ｌ１上を延びる方向又は中心軸Ｌ１に平行な方向を意味する。また、中心軸Ｌ１に直交する方向を径方向と呼び、中心軸Ｌ１周りの方向を周方向と呼ぶ。

ケース１１は、全体として略筒形状からなり、その一端部１１ａ（出力軸側端部）からは、出力軸４０が突出している。また、ケース１１の内面には、環状の軸受収容溝１６が形成されている。軸受収容溝１６には、軸受１７が装着されている。図示の軸受１７は、円錐ころ軸受である。軸受１７は、その外輪を、軸受収容溝１６の底面に軸方向で当接又は近接させると共に、軸受収容溝１６の側面に径方向で当接又は近接させている。これにより、軸受１７が軸受収容溝１６に取り付けられている。また、軸受１７の内輪の内周側には、出力軸４０が挿入されている。これにより、出力軸４０が、ケース１１に回転自在に保持されている。

出力軸４０の一端部には、上述したように駆動ギア４１が設けられている。この駆動ギア４１は、平歯車からなり、複数（この場合は１４個）の歯（山部）４２と、各歯４２の間に設けられた歯４２と同数（この場合は１４個）の谷部４３とを有している（図２参照）。

また、中心軸Ｌ１の軸方向において駆動ギア４１とケース１１との間には、蓋５０が配置されている。この蓋５０は、平面略円環形状を有しており、ケース１１に対して複数（この場合は４本）のボルト（締結部材）５５によって固定されている。すなわち、ケース１１の端面１１ｂには、ボルト５５が螺着される複数のボルト孔１１ｃが周方向に沿って形成されており、このボルト孔１１ｃに挿入されたボルト５５によって、蓋５０がケース１１に固定されている。また、蓋５０には、ケース１１の各ボルト孔１１ｃに対応する位置に、それぞれボルト５５が挿入される貫通孔５０ａが形成されている。さらに、蓋５０の内側にはシール部５１が設けられており、これにより、出力軸４０が蓋５０の開口５２内に回転自在に密閉保持されている。なお、蓋５０をケース１１に固定する締結部材としては、六角ボルト、六角穴付ボルト等のボルトのほか、ねじ等であっても良い。

なお、少なくとも、上述した出力軸（軸部材）４０と、ケース１１と、蓋５０とによって、本実施の形態による歯車機構６０が構成されている。

図２に示すように、複数のボルト５５は、中心軸Ｌ１を中心とする円周Ｃ１上に配置されている。この円周Ｃ１は、中心軸Ｌ１に対して垂直な平面上に位置している。この場合、各ボルト５５のうち中心軸Ｌ１に最も近い箇所５５ａと、中心軸Ｌ１との距離ｄ１は、駆動ギア４１の最大半径（歯先円半径）ｄ２よりも短くなっている（ｄ１＜ｄ２）。また、図２において、円周Ｃ１の半径ｄ３は、駆動ギア４１の最大半径ｄ２よりも長くなっている（ｄ３＞ｄ２）。しかしながらこれに限らず、円周Ｃ１の半径ｄ３が駆動ギア４１の最大半径ｄ２よりも短くても良い（ｄ３＜ｄ２）。

本実施の形態において、駆動ギア４１の一の谷部４３が一のボルト５５の中心５５ｂを向くように駆動ギア４１を配置し、かつ駆動ギア４１に対してボルト５５の反対側（すなわち図２の紙面手前方向）から見た場合を想定する。このとき、複数のボルト５５のうち半数を超えるボルト５５が、駆動ギア４１によって覆われることなく完全に露出する。

すなわち、図２に示すように、中心軸Ｌ１を中心に駆動ギア４１を適宜回転し、一の谷部４３が一のボルト５５の中心５５ｂを向くようにする。ここで、「谷部４３がボルト５５の中心５５ｂを向く」とは、「中心軸Ｌ１と、駆動ギア４１の谷部４３の中心（歯底）と、ボルト５５の中心５５ｂとが一直線上に位置すること」をいう。このとき、蓋５０とケース１１とを固定する全て（この場合は４本）のボルト５５のうち、半数を超える（この場合は３本以上の）ボルト５５が、駆動ギア４１の歯４２によって一切覆われることがなく、歯４２と歯４２との間に完全に露出するようになっている。

本実施の形態においては、蓋５０とケース１１とを固定する全て（この場合は４本全て）のボルト５５が駆動ギア４１によって覆われることなく完全に露出している。この場合、駆動ギア４１の一の谷部４３を一のボルト５５の中心５５ｂに向けた際、他の全てのボルト５５の中心５５ｂも、駆動ギア４１のいずれかの谷部４３を向くように位置づけられている。

図２において、複数のボルト５５は、中心軸Ｌ１を中心とする円周Ｃ１上に不均等な間隔（角度）を空けて配置されている。具体的には、４本のボルト５５のうち、周方向に互いに隣接する２つのボルト５５がなす角θ１、θ２は、それぞれ約７７°、約１０３°となっている。

すなわち、本実施の形態において、歯４２の数ｎが１４であり、ボルト５５の数ｍが４であるため、ｎ／ｍが整数とならない。このため、周方向に互いに隣接する２つのボルト５５がなす角θ１、θ２を、３６０°／ｎ＝３６０°／１４＝約２５．７°の整数倍とすることにより、駆動ギア４１の一の谷部４３が一のボルト５５の中心５５ｂを向いたとき、他の全てのボルト５５の中心５５ｂも、駆動ギア４１の谷部４３を向くように配置することができる。なお、ｎ／ｍが整数となる場合には、複数のボルト５５を円周Ｃ１上に等間隔に配置しても良い。なお、駆動ギア４１の歯４２の数ｎは、例えば１１〜２２としても良く、ボルト５５の数ｍは、例えば３〜１２としても良い。

次に、本実施の形態の作用について説明する。

上述した減速機１０において、図示しないモータによって入力軸２０が回転する。次に、入力軸２０の回転は、減速部３０によって減速され、減速部３０から出力軸４０に伝達される。これにより出力軸４０が回転し、駆動ギア４１からトルクを伝達することが可能となる。

次に、このような減速機１０を構成する歯車機構６０を組み立てる際の作用について説明する。

まず、出力軸４０に蓋５０を装着する。このとき、蓋５０の内側に設けられたシール部５１が出力軸４０の外周に嵌め込まれ、出力軸４０が蓋５０の開口５２内に回転自在に設けられる。続いて、出力軸４０に軸受１７を嵌め込む。これにより、出力軸４０と蓋５０と軸受１７とが互いに一体化される。

次に、出力軸４０と蓋５０と軸受１７とをケース１１の内部に取り付ける。この間、まず出力軸４０をケース１１内に挿入し、軸受１７を軸受収容溝１６に装着する。次いで、ケース１１の端面１１ｂに蓋５０を当接させるとともに、蓋５０の貫通孔５０ａの位置をケース１１のボルト孔１１ｃの位置に合わせて位置決めする。

次に、中心軸Ｌ１を中心として駆動ギア４１を適宜回転させ、駆動ギア４１の一の谷部４３が一のボルト５５の中心５５ｂを向くように配置する。その後、当該ボルト５５を工具等を用いて締め込むことにより、ボルト５５がケース１１のボルト孔１１ｃに螺着される。

本実施の形態において、上述したように、駆動ギア４１を回転させ、駆動ギア４１の一の谷部４３が一のボルト５５の中心５５ｂを向くように配置したとき、複数のボルト５５のうち半数を超えるボルト５５が、駆動ギア４１によって覆われることなく完全に露出する。

このため、駆動ギア４１によって覆われていない上記半数を超えるボルト５５を工具等を用いて締め込むことにより、当該ボルト５５がケース１１のボルト孔１１ｃに対して容易に螺着することができる。

続いて、中心軸Ｌ１を中心に出力軸４０を所定角度だけ回転し、この時点で締め込まれていない残りのボルト５５を駆動ギア４１から完全に露出させる。その後、当該ボルト５５を工具等を用いて締め込むことにより、ケース１１のボルト孔１１ｃに螺着される。

このようにして、全てのボルト５５をケース１１に螺着することにより、蓋５０がケース１１に対して固定される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、駆動ギア４１の一の谷部４３が一のボルト５５の中心を向くように駆動ギア４１を配置したとき、駆動ギア４１に対してボルト５５の反対側から見て、複数のボルト５５のうち半数を超えるボルト５５が、駆動ギア４１によって覆われることなく完全に露出するようになっている。これにより、減速機１０の製造時に出力軸４０と蓋５０と軸受１７とをケース１１に取り付ける際、駆動ギア４１に覆われていないボルト５５を締め込む工具が、駆動ギア４１と干渉するおそれがない。これにより、出力軸４０をケース１１に対して回転させてボルト５５を歯４２からずらす作業を最小限に抑えることができ、ボルト５５の締結作業を効率良く実施することができる。

とりわけ、例えば図２に示すように、駆動ギア４１の一の谷部４３を一のボルト５５の中心に向けたとき、全てのボルト５５が駆動ギア４１によって覆われることなく完全に露出する場合、出力軸４０をケース１１に対して回転させる作業を１回（すなわち、最初に駆動ギア４１の一の谷部４３を一のボルト５５の中心に向ける作業のみ）に抑えることができる。このため、ボルト５５の締結作業を更に効率良く実施することができる。

さらに、駆動ギア４１の歯４２の数をｎとし、ボルト５５の数をｍとしたとき、ｎ／ｍが整数とならない場合、複数のボルト５５は、中心軸Ｌ１を中心とする円周Ｃ１上に不均等な間隔を空けて配置しても良い。この場合、ボルト５５が駆動ギア４１によって確実に覆われないようにすることができる。このため、ボルト５５の締結作業を更に効率良く実施することができる。

ところで、図３は、比較例による歯車機構６０Ａを示している。図３において、図２に示す形態と異なり、複数のボルト５５は、円周Ｃ１上に均等な間隔（角度）を空けて配置されている。具体的には、４本のボルト５５が蓋５０の外周に沿って等間隔に配置されており、周方向に互いに隣接する２つのボルト５５がなす角θは、それぞれ９０°となっている。この場合、駆動ギア４１の一の谷部４３を一のボルト５５の中心に向けたとき、２つのボルト５５（図３では上下２つのボルト５５）が駆動ギア４１によって部分的に覆われてしまう。このため、駆動ギア４１によって覆われていない２つのボルト５５（図３では左右２つのボルト５５）を締結する作業を行った後、駆動ギア４１を所定角度回転させ、他の２つボルト５５（図３では上下２つのボルト５５）を完全に露出させて、これらのボルト５５を締結する作業を行う必要が生じてしまう。

以上、本発明の一実施の形態を説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、歯車機構６０は、減速機１０に用いられるものであるが、これに限られるものではない。例えば、本実施の形態による歯車機構は、減速機の他に増速機等、歯車を含む各種変速機構に用いられても良い。

１０ 減速機
１１ ケース
２０ 入力軸
３０ 減速部
４０ 出力軸（軸部材）
４１ 駆動ギア（歯車）
４２ 歯（山部）
４３ 谷部
５０ 蓋
５５ ボルト（締結部材）
６０ 歯車機構

Claims (5)

1. 中心軸を中心として回転するとともに、歯車が設けられた軸部材と、
   前記軸部材を回転自在に保持するケースと、
   前記中心軸方向において前記歯車と前記ケースとの間に配置され、前記ケースに対して複数の締結部材によって固定される蓋とを備え、
   各締結部材のうち前記中心軸に最も近い箇所と前記中心軸との距離は、前記歯車の最大半径よりも短い、歯車機構において、
   前記歯車の一の谷部が一の締結部材の中心を向くように前記歯車を配置したとき、前記歯車に対して前記締結部材の反対側から見て、前記複数の締結部材のうち半数を超える締結部材が、前記歯車によって覆われることなく完全に露出する、歯車機構。
2. 前記複数の締結部材は、前記中心軸を中心とする円周上に不均等な間隔を空けて配置されている、請求項１記載の歯車機構。
3. 前記歯車の一の谷部が前記一の締結部材の中心を向くように前記歯車を配置したとき、前記歯車に対して前記締結部材の反対側から見て、前記複数の締結部材の全てが前記歯車によって覆われることなく完全に露出する、請求項１又は２記載の歯車機構。
4. 前記歯車の歯の数をｎとし、前記締結部材の数をｍとしたとき、ｎ／ｍが整数とならない、請求項１乃至３のいずれか一項記載の歯車機構。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項記載の歯車機構を含む、減速機。

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