JP7169080B2 - 歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、歯車装置に関する。

例えば、特許文献１には、両側を軸受で支承するウォーム軸を備えたウォーム減速機が開示されている。特許文献１に記載のウォーム減速機では、ウォーム軸の両側に円すいころ軸受が配置されている。

実開昭５０－１１２８７２号公報

このような減速機では、軸受の円滑な回転を確保するために、軸受にグリスなどの潤滑剤を封入することが望ましい。しかし、特許文献１に記載のウォーム減速機は、潤滑剤を保持する機能が十分でないため、潤滑剤が短時間で流れ出し、頻繁に潤滑剤を補給する必要があるという問題がある。
このことから、本発明者らは、減速機には、潤滑剤の漏れ出しを抑制する観点で改善の余地があることを認識した。

本発明の目的は、このような課題に鑑みてなされたもので、潤滑剤の漏れ出しを抑制することが可能な歯車装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の歯車装置は、歯車が収納された潤滑剤貯留空間より上に配置される軸受と、軸受を支持するケーシングと、を備える歯車装置であって、軸受は、潤滑剤貯留空間とは別に潤滑剤が封入される封入空間を有する。軸受の下方に配置され、封入空間の潤滑剤の流出を抑制する潤滑剤リテーナを有する。

この態様によると、軸受の下方に潤滑剤リテーナを有するため、潤滑剤の流れ出しを減らすことができる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、潤滑剤の漏れ出しを抑制することが可能な歯車装置を提供することができる。

実施の形態の歯車装置の一例を示す側面断面図である。 図１のＡ－Ａ線に沿った水平断面図である。 図１の歯車装置の軸受の周囲を拡大して示す拡大図である。 図１の歯車装置の潤滑剤リテーナを拡大して示す拡大図である。 図１の歯車装置の保持板を拡大して示す拡大図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施の形態、比較例および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。

［実施の形態］
以下、図１～図３を参照して、実施の形態に係る歯車装置１００の構成について説明する。図１は、実施の形態の歯車装置１００を示す側面断面図である。図２は、歯車装置１００のＡ－Ａ線に沿った水平断面図である。図３は、歯車装置１００の軸受の周囲を拡大して示す拡大図である。

図１～図３に示すように、歯車装置１００は、ケーシング１２と、カバー１６と、入力軸２０と、ウォーム２２と、ウォームホイール２４と、第１軸受２６と、潤滑剤保持機構２８と、第２軸受３６と、を主に有する。以下、入力軸２０の中心軸線Ｌａに沿った方向を「軸方向」といい、その中心軸線Ｌａを中心とする円の円周方向、半径方向をそれぞれ「周方向」、「径方向」とする。また、以下、便宜的に、軸方向の一方側（図中上側）を入力側といい、他方側（図中下側）を反入力側という。本実施形態では、中心軸線Ｌａは、略鉛直方向に延びている。出力部２４ｂは中心軸線Ｌａに直交する略水平方向に延びる中心軸線Ｌｂを有する。

（ケーシング）
ケーシング１２は、歯車装置１００の外殻であり、カバー１６と共に内部空間１８を画定する。ケーシング１２は、主に第１軸受２６および第２軸受３６を支持する軸受支持部１２ｂと、主にウォームホイール２４を収容するホイール支持部１２ｈと、ホイール支持部１２ｈに設けられるベアリングハウジング１２ｓと、を有する。軸受支持部１２ｂは、略円筒状の空間を囲む筒状の部分である。カバー１６は、ケーシング１２の軸受支持部１２ｂの上部に設けられた開口を塞ぐ第１カバー１６ｂと、軸受支持部１２ｂの下部に設けられた開口を塞ぐ第２カバー１６ｈとを含む。

一例として、ケーシング１２およびカバー１６は、鋳鉄で形成されている。内部空間１８は、潤滑剤１８ｈを貯留するための潤滑剤貯留空間１８ａと、潤滑剤貯留空間１８ａの上側の上部空間１８ｂと、を含む。潤滑剤貯留空間１８ａ内の潤滑剤１８ｈの液面１８ｊは、潤滑剤貯留空間１８ａと上部空間１８ｂとの境界である。

上部空間１８ｂは、内部の空気の熱膨張、潤滑剤１８ｈの増加・減少などの要因により、内部圧力が変化する。内部圧力が高くなると、潤滑剤１８ｈが僅かな隙間から漏れたり吹き出したりする懸念がある。このため、本実施形態のケーシング１２は、内部と外部との間で空気を流通させる空気孔１４が設けられている。空気孔１４の下端１４ｂは、上部空間１８ｂに開口し、空気孔１４の上端１４ａは、外部空間に開口している。本実施形態は、空気孔１４を有することにより、内部圧力の変化の影響を緩和することができる。空気孔１４の上端１４ａには、エアーブリーザ１４ｄが設けられている。

（入力軸）
入力軸２０は、軸方向に離間して配置される第１軸受２６および第２軸受３６によって回転自在に支持されている。図３に示すように、入力軸２０と、第１カバー１６ｂの間にはオイルシール１６ｓが設けられている。入力軸２０は、上から下に順に配置された、突出部２０ａと、第１支持部２０ｂと、本体部２０ｃと、第２支持部２０ｄと、を有している。一例として、これらは、浸炭鋼などの鉄鋼材料により一体的に形成されている。突出部２０ａは、ケーシング１２から突出してモータなど駆動装置（不図示）の出力軸に連結される部分である。

第１支持部２０ｂは、外周側から第１軸受２６によって支持される部分である。本体部２０ｃは、外周にウォーム２２が設けられ、ウォームホイール２４に駆動力を伝達する部分であり。ウォーム２２は、本体部２０ｃに一体に形成されてもよい。第２支持部２０ｄは、外周側から第２軸受３６によって支持される部分である。

ウォーム２２のウォームホイール２４と噛合う部分は、潤滑剤１８ｈと接触していることが望ましい。このため、本実施形態では、液面１８ｊは、ウォーム２２より上側に位置するように設定されている。この場合、ウォーム２２とウォームホイール２４の潤滑が確保される。

ウォームホイール２４は、ウォーム２２と噛合い、入力軸２０の回転を減速して、出力する。ウォームホイール２４は、軸受３８を介してホイール支持部１２ｈとベアリングハウジング１２ｓとに回転自在に支持される。ウォームホイール２４は、外部の被駆動体を駆動するための出力部２４ｂを有する。本実施形態の出力部２４ｂは、ウォームホイール２４の中心軸線Ｌｂを囲み、被駆動体の入力軸が嵌合する中心孔である。ウォームホイール２４は、その一部は潤滑剤貯留空間１８ａに配置され、残りの部分は上部空間１８ｂに配置される。つまり、液面１８ｊは、ウォームホイール２４の途中に位置する。ウォームホイール２４は、液面１８ｊ以下の領域で潤滑剤１８ｈに漬かるため、回転により全周が潤滑剤１８ｈに接することになる。

（軸受）
軸受２６、３６は、入力軸２０のラジアル荷重およびスラスト荷重を受けて、入力軸２０をラジアル方向およびスラスト方向に支持する。軸受２６、３６は、入力軸２０を支持可能なものであれば限定はない。本実施形態の軸受２６、３６は、外輪２６ｍ、３６ｍと内輪２６ｎ、３６ｎとの間に円すい形状の転動体２６ｔ、３６ｔを有する円すいころ軸受である。

第２軸受３６は、潤滑剤貯留空間１８ａの潤滑剤１８ｈの液面１８ｊより下に配置されており、潤滑剤１８ｈによって潤滑される。一方、第１軸受２６は、潤滑剤貯留空間１８ａより上に配置される。言換えると、第１軸受２６は、潤滑剤貯留空間１８ａの液面１８ｊより上に配置されている。したがって、潤滑剤貯留空間１８ａの潤滑剤１８ｈは、第１軸受２６の潤滑にはあまり寄与しない。このため、本実施形態の第１軸受２６は、潤滑剤貯留空間１８ａとは別に潤滑剤２６ｈが封入される封入空間２６ｊを有する。

封入空間２６ｊは、グリスなどの潤滑剤２６ｈを保持可能な空間であり、転動体２６ｔなどの周りに潤滑剤２６ｈを供給する。しかし、潤滑剤２６ｈは、重力により第１軸受２６の隙間から徐々に漏れて減少する。また、歯車装置１００を高温環境下で使用すると、潤滑剤２６ｈの粘度が低下し、その漏れ出し量が多くなる。そこで、歯車装置１００は、重力による潤滑剤２６ｈの漏れを低減するために、潤滑剤保持機構２８を備えている。本実施形態の潤滑剤保持機構２８は、潤滑剤リテーナ３０と、保持板３２と、を含む。

（潤滑剤リテーナ）
図３および図４を参照して潤滑剤リテーナ３０を説明する。図４は、潤滑剤リテーナ３０を拡大して示す拡大図である。潤滑剤リテーナ３０は、転動体２６ｔの下方に配置され、転動体２６ｔの下側に潤滑剤を貯留し、潤滑剤の漏れを低減するための部材である。本実施形態の潤滑剤リテーナ３０は、上向きに開いた椀状の部材である。潤滑剤リテーナ３０は、椀状の部分に潤滑剤を貯留することができる。潤滑剤リテーナ３０は、内輪２６ｎの外周近傍から径方向に張出す中空円板状の基部３０ａと、基部３０ａの外周から上向きに外輪２６ｍに向かって延びる筒状部３０ｂと、を有する。筒状部３０ｂの外径は、外輪２６ｍの外径よりやや小さく形成されている。

筒状部３０ｂの上端と外輪２６ｍの下端との間にはスラスト方向の隙間が設けられている。筒状部３０ｂの外周には、軸受支持部１２ｂの内周面とラジアル方向の第１隙間ｇ１を介して対向する第１対向部３０ｆが設けられる。潤滑剤リテーナ３０は、入力軸２０の回転に伴い内輪２６ｎが回転すると、内輪２６ｎと一体的に回転する。潤滑剤リテーナ３０は、様々な材料で形成可能で、この例の潤滑剤リテーナ３０は、冷間圧延鋼板でプレス加工により形成されている。

（保持板）
図３および図５を参照して保持板３２を説明する。図５は、保持板３２を拡大して示す拡大図である保持板３２は、潤滑剤リテーナ３０の下方に配置され、潤滑剤リテーナ３０とケーシング１２との間の隙間から漏れた潤滑剤を受け止め、潤滑剤の漏れを低減する部材である。本実施形態の保持板３２は、全体として略中空円板状の部材である。一例として、保持板３２は、ＪＩＳ名ＳＳ４００などの構造用圧延鋼材で形成することができる。この材料は低炭素の炭素鋼であり、切削加工により容易に高い寸法精度を実現することができる。

保持板３２の径方向の中央には軸嵌合部３２ａが設けられる。軸嵌合部３２ａは、入力軸２０の第１支持部２０ｂの外周に嵌合する円筒状の嵌合孔である。保持板３２は、第１支持部２０ｂに対して、隙間嵌め、中間嵌め、または締り嵌めにより嵌合される。軸嵌合部３２ａは、所望の嵌めあいに対応する内径を有する。

保持板３２の上面には、内輪当接部３２ｂと、リテーナ受部３２ｃと、が設けられる。内輪当接部３２ｂは、内輪２６ｎの下面に当接する部分である。リテーナ受部３２ｃは、潤滑剤リテーナ３０を下から受ける部分であり、内輪当接部３２ｂの径方向外側に設けられる。この例のリテーナ受部３２ｃは、内輪当接部３２ｂから下向きに後退した凹形状を有する。リテーナ受部３２ｃの内輪当接部３２ｂからの段差は、潤滑剤リテーナ３０の基部３０ａの軸方向厚さより僅かに大きい。リテーナ受部３２ｃの内径は、内輪２６ｎの下面の外径より小さく、リテーナ受部３２ｃと内輪２６ｎの下面との間には、潤滑剤リテーナ３０の基部３０ａの内周部を受入れる軸方向の隙間が形成される。内輪当接部３２ｂの外周には潤滑剤リテーナ３０の基部３０ａの内周が嵌合される。この構成により、潤滑剤リテーナ３０を高精度に保持板３２に取付けることができる。

保持板３２の下面には、軸当接部３２ｄと、下面凹部３２ｅと、が設けられる。軸当接部３２ｄは、入力軸２０から径方向外側に張出した張出部２０ｈの上面に当接する部分である。軸当接部３２ｄの外径は、入力軸２０の張出部２０ｈの外径と略等しく、内輪２６ｎの下面の外径より小さい。下面凹部３２ｅは、軸当接部３２ｄの径方向外側に設けられる。下面凹部３２ｅは、軸当接部３２ｄから上向きに後退した凹形状を有する。下面凹部３２ｅの軸当接部３２ｄからの段差は、リテーナ受部３２ｃの内輪当接部３２ｂからの段差より大きい。

保持板３２の外周面には、軸受支持部１２ｂの内周面とラジアル方向の第２隙間ｇ２を介して対向する第２対向部３２ｆが設けられる。保持板３２の外径は第１対向部３０ｆの外径より大きく、第２隙間ｇ２は、第１隙間ｇ１より狭い。保持板３２は、切削加工されるので、プレス加工より高い寸法精度が得られ、第２隙間ｇ２を狭くすることができる。第２隙間ｇ２を狭くすることにより、第１隙間ｇ１から漏れた潤滑剤を効率よく受け止め、下部へ潤滑剤の流出を低減することができる。

第２隙間ｇ２を狭く構成すると、保持板３２と軸受支持部１２ｂの熱膨張により、低温時に第２隙間ｇ２が小さくなりすぎる懸念がある。このため、保持板３２の線膨張係数は、軸受支持部１２ｂの線膨張係数と同等または大きくてもよい。本実施形態では、これらの線膨張係数は略等しい。

第２対向部３２ｆおよび軸受支持部１２ｂの互いに対向する面の少なくとも１つには、潤滑剤の流出を阻害する油溝３２ｇが設けられる。この場合、第１隙間ｇ１から漏れた潤滑剤の下部への流出を一層低減することができる。本実施形態の油溝３２ｇは、第２対向部３２ｆに設けられている。油溝３２ｇの形状に限定はないが、本実施形態の油溝３２ｇは、周方向に形成された環状の溝である。油溝３２ｇの数に限定はなく、油溝３２ｇは、１条以上の溝を含んでもよい。本実施形態の油溝３２ｇは、３条の溝を含んでいる。油溝３２ｇの間口幅や深さは、所望の特性に対応してシミュレーションまたは実験により設定することができる。第２対向部３２ｆと軸受支持部１２ｂの間にはラビリンス形式の隙間が形成されてもよい。この場合、潤滑剤の下部への流出をより低減することができる。

空気孔１４の位置が低すぎると、液面１８ｊが揺れたときに、潤滑剤１８ｈが空気孔１４に入り込むことが考えられる。この場合、空気孔１４での空気の流れが阻害され、潤滑剤１８ｈが吹き出すおそれがある。このため、空気孔１４の上端１４ａは、高い位置に設けられることが望ましく、この例では保持板３２より上に設けられている。

以上のように構成された歯車装置１００の動作を説明する。駆動装置から入力軸２０に回転動力が伝達されると、入力軸２０に設けられたウォーム２２が回転する。ウォーム２２が回転すると、ウォーム２２に噛合うウォームホイール２４が減速回転する。ウォームホイール２４が回転すると、ウォームホイール２４に接続された被駆動体が回転する。一例として、歯車装置１００は、圧延工程のローラなど、長尺な製品の製造用のローラを駆動するために好適に用いることができる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。前述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。前述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。また、図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。

以下、変形例を説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、実施の形態と相違する構成について重点的に説明する。

［変形例］
実施の形態の説明では、空気孔１４の下端１４ｂが保持板３２の上端より上側に位置する例を示したが、本発明はこれに限定されない。空気孔１４の下端１４ｂは保持板３２の上端より下側に位置してもよい。

実施の形態の説明では、歯車装置１００が直交型である例を示したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、ケーシングに支持された軸受を有する歯車装置であれば、平行軸型の歯車装置などの他の動力伝達装置にも適用することができる。

実施の形態の説明では、歯車装置１００が１段の減速機である例を示したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、複数段の歯車装置にも適用することができる。

実施の形態の説明では、潤滑剤保持機構２８が潤滑剤リテーナ３０と保持板３２とから構成される例を示したが、本発明はこれに限定されない。潤滑剤保持機構２８は、ワッシャなどの別部材をさらに含んでもよい。

実施の形態の説明では、軸受２６、３６が、円すい形状の転動体２６ｔ、３６ｔを有する例を示したが、本発明はこれに限定されない。軸受２６、３６は、別形式の軸受であってもよい。例えば、軸受２６、３６は、球状の転動体を有する軸受であってもよい。

実施の形態の説明では、軸受２６、３６が、内輪２６ｎ、３６ｎおよび外輪２６ｍ、３６ｍを有する例を示したが、本発明はこれに限定されない。内輪および外輪を有することは必須ではない。例えば、内輪が入力軸の一部として一体的に形成されてもよいし、外輪がケーシングの一部として一体的に形成されてもよい。

実施の形態の説明では、ウォームホイール２４の出力部２４ｂが被駆動体の入力軸が嵌合する中心孔である例を示したが、本発明はこれに限定されない。ウォームホイール２４の中心部は孔を有しない中実構成であってもよいし、ウォームホイール２４の中心に出力軸が設けられてもよい。

実施の形態の説明では、潤滑剤リテーナ３０がプレス加工により形成される例を示したが、本発明はこれに限定されない。潤滑剤リテーナ３０は、例えば溶接など様々な製造方法によって形成されてもよい。

実施の形態の説明では、保持板３２の下面には、内周側に軸当接部３２ｄが設けられ、その外周側に下面凹部３２ｅが設けられる例を示したが、本発明はこれに限定されない。保持板３２は、実施の形態の形状に限定されず、様々な形状を有してもよい。軸当接部３２ｄおよび下面凹部３２ｅが設けられることは必須ではない。例えば、保持板３２の下面の内周側部分と外周側部分とが、段差を有しない同面であってもよいし、外周側部分が内周側部分に対して突出する形状であってもよい。

実施の形態の説明では、保持板３２を有する例を示したが、本発明はこれに限定されない。保持板３２を有することは必須ではない。

実施の形態の説明では、第２隙間ｇ２が第１隙間ｇ１より狭い例を示したが、本発明はこれに限定されない。第２隙間ｇ２が第１隙間ｇ１より狭いことは必須ではない。第２隙間ｇ２は、第１隙間ｇ１と同じあってもよいし、第１隙間ｇ１より広くてもよい。

実施の形態の説明では、第２対向部３２ｆと軸受支持部１２ｂの少なくとも１つに油溝３２ｇが設けられる例を示したが、本発明はこれに限定されない。油溝３２ｇが設けられることは必須ではない。また、油溝３２ｇは、第２対向部３２ｆや軸受支持部１２ｂ以外の部位に設けられてもよい。

上述の各変形例は実施の形態と同様の作用・効果を奏する。

上述した各実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる各実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１２・・ケーシング、 １２ｂ・・軸受支持部、 １２ｈ・・ホイール支持部、 １４・・空気孔、 １４ａ・・上端、 １４ｂ・・下端、 １６・・カバー、 １８ａ・・潤滑剤貯留空間、 ２０・・入力軸、 ２２・・ウォーム、 ２４・・ウォームホイール、 ２６・・軸受、 ２６ｊ・・封入空間、 ２６ｍ・・外輪、 ２６ｎ・・内輪、 ３０・・潤滑剤リテーナ、 ３２・・保持板、 ３２ｇ・・油溝、 ３６・・第２軸受、 １００・・歯車装置。

Claims (7)

1. 歯車が収納された潤滑剤貯留空間より上に配置される軸受と、前記軸受を支持するケーシングと、を備える歯車装置であって、
   前記軸受は、前記潤滑剤貯留空間とは別に潤滑剤が封入される封入空間を有し、
   前記軸受の下方に配置され、前記封入空間の潤滑剤の流出を抑制する潤滑剤リテーナを有し、
   前記潤滑剤リテーナを前記潤滑剤リテーナの下側で支持する保持板を有し、
   前記保持板と前記ケーシングの間の隙間は、前記潤滑剤リテーナと前記ケーシングの間の隙間より狭いことを特徴とする歯車装置。
2. 前記潤滑剤リテーナは、径方向に張り出す基部と、前記基部から前記軸受側に突出する突出部を有し、
   前記突出部は、前記ケーシングと対向して隙間を形成することを特徴とする請求項１に記載の歯車装置。
3. 前記潤滑剤リテーナは、前記軸受の内輪と前記保持板との間に挟まれることを特徴とする請求項２に記載の歯車装置。
4. 前記保持板と前記ケーシングの互いに対向する面の少なくとも一方に油溝が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の歯車装置。
5. 前記油溝は、前記保持板に設けられることを特徴とする請求項４に記載の歯車装置。
6. 前記ケーシングには空気孔が設けられ、前記空気孔の上端は前記保持板より上に位置することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の歯車装置。
7. 前記空気孔の下端は前記保持板より下に位置することを特徴とする請求項６に記載の歯車装置。

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