JP7629324B2 - 歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、歯車装置に関する。

傘歯車を用いて構成された機械装置が知られている。例えば、特許文献１には、ケーシング、駆動軸、被駆動軸および複数の減速段を有する多段式斜交継ぎ手が記載されている。この装置は、ベベルピニオンとベベル環状歯車とによって規定された一対の歯車により規定された減速段を有し、駆動軸の軸線と被駆動軸の軸線との相互の位置が変更されずに維持するための機構を含んでいる。

特開平０９－３２９２００号公報

特許文献１に記載の装置は、ピニオン軸を両端支持するもので、ピニオン軸の先端側に、第２歯車を支持する軸が配置されている。この装置では、ピニオン軸を両端支持するため、軸受は、第２歯車を支持する軸と干渉しないように配置されてケーシングで支持されている。このため、この装置は、軸受容量が制限されるなど設計上の制約が大きい。

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、設計上の制約を減らすことができる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、第１歯車と、第１歯車を支持するピニオン軸と、第１歯車と噛み合う第２歯車と、ピニオン軸の回転軸線に対して直交またはねじれの位置にある回転軸線周りに回転し第２歯車を支持する歯車軸を有する歯車装置であって、ピニオン軸の第２歯車側を支持する支持部を有する。支持部は、歯車軸に支持される。

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、設計上の制約を減らすことができる歯車装置を提供できる。

第１実施形態の歯車装置の側面図である。 図１の歯車装置の平面図である。 第２実施形態の歯車装置の側面図である。 図３の歯車装置の平面図である。

以下、本発明を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態および変形例では、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。

先ず本発明の概要を説明する。互いに噛み合う２つのベベルギアを有する歯車装置では、負荷が加わった際、ベベルギア同士の噛み合い力によってベベルギアが偏位し、ミスアライメントが発生する。ミスアライメントが発生すると、ベベルギア同士の歯当たり位置が変動し、特にＶ軸変位量が大きくなる。このような歯当たり位置の変動は、片当たり等の歯当たり異常を生じる原因となりうる。特に、片持ち構造のピニオン軸は、軸受によって両持ち構造とされる歯車軸よりも、ミスアライメント発生時の影響が大きいため、Ｖ軸変位量が大きくなる。この問題は、ベベルギアに限らず、入出力の２軸がねじれの位置にあるハイポイドギア等の別構造の歯車装置にも生じうる。

これらから、本発明者は、ピニオン軸のミスアライメント、特に歯当たり位置変動に影響度の大きいＶ軸変位量（この例では、図面のＺ軸偏位量）を低減するために、ピニオン軸に延長軸を設け、この延長軸を、歯車軸に支持されたクロスジョイント部に内包された軸受によって支持する構成を案出した。ピニオン軸の延長軸が、軸受を介して歯車軸に支持されることによって、ピニオン軸が両持ち構造となり、ピニオン軸の剛性が高まる。ピニオン軸の剛性が高まることによって、ピニオン軸のＶ軸変位が低減され、歯当たり位置変動が抑制され、片当たりを低減できる。以下、実施形態を参照して詳述する。

［第１実施形態］
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態の歯車装置１００を説明する。図１は、歯車装置１００の側面図である。図２は、歯車装置１００の平面図である。一例として、歯車装置１００は、ベルトコンベアやエレベータなどで、交差する２軸またはねじれの位置にある２軸の間で動力を伝達する機構に好適に使用されうる。

説明の便宜上、図示のように、水平なある方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交する水平な方向をＹ軸方向、両者に直交する鉛直方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系を定める。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの正の方向は、各図における矢印の方向に規定され、負の方向は、矢印と逆向きの方向に規定される。このような方向の表記は歯車装置１００の使用姿勢を制限するものではなく、歯車装置１００は、用途に応じて任意の姿勢で使用されうる。

図１、図２に示すように、歯車装置１００は、第１歯車部１０と、第１段軸部２０と、支持部３０とを備える。第１歯車部１０は、第１歯車１２と、第１歯車１２を支持するピニオン軸１４とを有する。第１段軸部２０は、第１歯車１２と噛み合う第２歯車２２と、第２歯車２２を支持する歯車軸２４とを有する。支持部３０は、ピニオン軸１４の第２歯車２２側を支持する。支持部３０は、歯車軸２４に支持される。歯車軸２４の回転軸線Ｌｂは、ピニオン軸１４の回転軸線Ｌａに対して直交またはねじれの位置にある。

本実施形態では、第１歯車１２および第２歯車２２は、ベベルギアである。ピニオン軸１４の回転軸線Ｌａは、Ｘ軸に沿っており、歯車軸２４の回転軸線Ｌｂは、Ｙ軸に沿っている。したがって、この例では、回転軸線Ｌａと回転軸線Ｌｂとは直交している。

ピニオン軸１４は、第１歯車１２よりも第２歯車２２側（Ｘ軸正方向側）の第２歯車側軸部１４１と、第１歯車１２よりも反第２歯車２２側（Ｘ軸負方向側）の反第２歯車側軸部１４２とを有する。第２歯車側軸部１４１は、支持部３０に支持される部分で、反第２歯車側軸部１４２は、第１歯車１２を挟んで第２歯車側軸部１４１とは反対側に位置する部分である。本実施形態では、第２歯車側軸部１４１は、反第２歯車側軸部１４２よりも小径である。

ピニオン軸１４は、反第２歯車側軸部１４２を支持するピニオン軸軸受１５、１６、１８によってピニオン軸ハウジング１７に回転可能に支持される。第１、第２ピニオン軸軸受１５、１６は、ピニオン軸ハウジング１７の第２収容凹部１７２に収容され、第３ピニオン軸軸受１８は、ピニオン軸ハウジング１７の第１収容凹部１７３に収容される。第１収容凹部１７３は、第１歯車１２の近傍に配置され、第２収容凹部１７２は、第１収容凹部１７３の第１歯車１２とは反対側に離れて配置される。ピニオン軸１４には、第３ピニオン軸軸受１８の軸方向移動を規制する止め輪１３が固定されている。ピニオン軸ハウジング１７の第１歯車１２から遠い側の端部には、第１、第２ピニオン軸軸受１５、１６の軸方向移動を規制するハウジング蓋１９が設けられている。ピニオン軸１４はハウジング蓋１９の中央を貫通する。

ピニオン軸軸受１５、１６、１８の構成に限定はないが、本実施形態のピニオン軸軸受１５、１６、１８は、ラジアル方向の力およびスラスト方向の力を支持可能なアンギュラころ軸受である。この例では、第１ピニオン軸軸受１５と、第１ピニオン軸軸受１５の第１歯車１２側の第２ピニオン軸軸受１６とが正面あわせで配置されている。この構成によって、ピニオン軸軸受１５、１６、１８は、Ｘ軸の正負両方向のスラスト方向の力を受けることができる。

支持部３０は、先端側軸受３１と、歯車軸軸受３２と、軸受支持部３３と、支持部ハウジング３４と、スリーブ３６とを有する。支持部ハウジング３４は、支持部３０の外殻を構成する。この例の支持部ハウジング３４は、平面視および側面視で矩形を呈する外形輪郭を有する。軸受支持部３３は、支持部ハウジング３４のＸ軸負方向側を塞いでいる。

先端側軸受３１は、軸受支持部３３の収容凹部３３２に収容され、ピニオン軸１４の第２歯車側軸部１４１を環囲して第２歯車側軸部１４１を回転可能に支持する。先端側軸受３１の構成に限定はないが、この例の先端側軸受３１は、ラジアル方向の力のみを受ける円筒ころ軸受である。ラジアル方向の力のみを受ける軸受としては、円筒ころ軸受に限らず、例えばつばのない玉軸受などの別の軸受を用いてもよい。また、先端側軸受３１は、深溝玉軸受や円錐ころ軸受などのラジアル方向の力のみを受ける軸受とは別の種類の軸受であってもよい。

歯車軸軸受３２は、支持部ハウジング３４の収容凹部３４２に収容されており、支持部３０のＹ軸正方向の端位置で歯車軸２４を環囲する。歯車軸軸受３２は、歯車軸２４に対して支持部３０を回転可能に支持する。歯車軸軸受３２は、ピニオン軸１４の回転軸線Ｌａの延長線を挟んで第２歯車２２とは反対側に配置される。歯車軸軸受３２の構成に限定はないが、この例の歯車軸軸受３２は、玉軸受である。歯車軸軸受３２は、円筒ころ軸受など玉軸受とは別の種類の軸受であってもよい。歯車軸軸受３２の内径は、先端側軸受３１の内径よりも大きい。

スリーブ３６は、歯車軸２４を環囲する中空円筒状の部材であり、支持部ハウジング３４に固定される。支持部３０は、歯車軸軸受３２とスリーブ３６とによって、歯車軸２４に相対回転可能に支持される。

歯車軸２４は、第２歯車２２よりもＹ軸正方向側の第１部分２４１と、第２歯車２２よりもＹ軸負方向側の第２部分２４２とを含む円筒形状を有する。第１部分２４１は、支持部３０のスリーブ３６および歯車軸軸受３２に環囲される。

歯車軸２４は、第１部分２４１と、第２部分２４２とが図示しない軸受により支持されており、第２歯車２２は、両持ち構造で支持される。

以上のように構成された本実施形態の歯車装置１００の動作の一例を説明する。例えば、外部動力源（不図示）の回転がピニオン軸１４に入力されると、ピニオン軸１４と一体的に第１歯車１２が回転する。第１歯車１２が回転すると、第１歯車１２に噛み合う第２歯車２２および歯車軸２４が一体的に回転する。つまり、ピニオン軸１４に入力された回転が、第１歯車１２および第２歯車２２を介して伝達されて歯車軸２４から出力される。

歯車軸２４が回転するとき、支持部３０は第２歯車側軸部１４１を支持する位置で動かない。このことにより、ピニオン軸１４は、ピニオン軸軸受１５、１６、１８と先端側軸受３１によって両端支持される。歯車軸２４に負荷が加わると、ベベルギアである第１歯車１２および第２歯車２２の噛み合い力によって、第２歯車側軸部１４１に偏位方向（この例では、Ｚ軸方向）の力が加わる。このとき、支持部３０は、第２歯車側軸部１４１を支持して第２歯車側軸部１４１の偏位量を抑制する。

以上のように構成された本実施形態の歯車装置１００の特徴を説明する。歯車装置１００は、第１歯車１２と、第１歯車１２を支持するピニオン軸１４と、第１歯車１２と噛み合う第２歯車２２と、ピニオン軸１４の回転軸線Ｌａに対して直交またはねじれの位置にある回転軸線Ｌｂ周りに回転し第２歯車２２を支持する歯車軸２４を有する歯車装置であって、ピニオン軸１４の第２歯車２２側を支持する支持部３０を有し、支持部３０は、歯車軸２４に支持される。

この構成によれば、支持部３０が第２歯車側軸部１４１を支持するため、第２歯車側軸部１４１の偏位量を低減できる。これにより、偏位に起因するミスアライメントおよび歯車同士の歯当たり位置の変動を低減できる。この結果、片当たり等の歯当たり異常の発生を抑制できる。また、ピニオン軸１４を両持ちするための構成がシンプルであり、支持部３０の設計上の制約が小さくなる。

本実施形態では、支持部３０に支持される第２歯車側軸部１４１と、第１歯車１２を挟んで第２歯車側軸部とは反対側に位置する反第２歯車側軸部１４２と、を有し、反第２歯車側軸部１４２を支持するピニオン軸軸受１５、１６、１８は、両方向のスラスト方向の力を受ける軸受である。この場合、第１歯車１２および第２歯車２２の噛み合い力によってピニオン軸１４に作用するスラスト方向の力の影響を小さくできる。

本実施形態では、第２歯車側軸部１４１は、反第２歯車側軸部１４２よりも小径である。この場合、反第２歯車側軸部１４２を支持するピニオン軸軸受１５、１６、１８として軸受容量が大きい大型の軸受を採用でき、第２歯車側軸部１４１を支持する先端側軸受３１として省スペースに有利な小型の軸受を採用できる。これにより、支持部３０の設計上の制約が小さくなる。

本実施形態では、第２歯車側軸部１４１を支持する先端側軸受３１は、ラジアル方向の力のみを受ける軸受である。この場合、スラスト方向の力を受けないため、先端側軸受３１として省スペースに有利な小型の軸受を採用でき、支持部３０の設計上の制約が小さくなる。

本実施形態では、支持部３０は、歯車軸２４に歯車軸軸受３２を介して支持され、歯車軸軸受３２は、ピニオン軸１４の回転軸線Ｌａの延長線を挟んで第２歯車２２とは反対側に配置される。この場合、歯車軸軸受３２を第２歯車２２に近い側に配置する構成よりも、先端側軸受３１の配置スペースに余裕ができ、支持部３０の設計上の制約が小さくなる。

［第２実施形態］
図３、図４を参照して、第２実施形態に係る歯車装置１００の構成を説明する。図３は、歯車装置１００の側面図である。この図は、駆動歯車２８、従動歯車４８および第２ベースプレート４２などの記載を省いている。図４は、歯車装置１００の平面図である。本実施形態の歯車装置１００は、第２段軸部４０を備える点で第１実施形態と相違し他の構成は同様である。したがって、重複する説明を省き、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

第２段軸部４０は、第１段軸部２０の歯車軸２４から、駆動歯車２８および従動歯車４８を介して回転が伝達される従動軸４４を有する。つまり、歯車軸２４は１段目軸であり、従動軸４４は２段目軸である。従動軸４４の回転軸線Ｌｃは、歯車軸２４の回転軸線Ｌｂと平行に延びる。

本実施形態の歯車装置１００は、第１ベースプレート４１と、第２ベースプレート４２と、歯車軸軸受２６、２７と、従動軸軸受４６、４７とを備える。第１ベースプレート４１および第２ベースプレート４２は、Ｘ－Ｚ方向に延在する厚板部材で、支持部３０を挟んでＹ軸方向に対向する。第１ベースプレート４１および第２ベースプレート４２は、歯車軸軸受２６、２７および従動軸軸受４６、４７を介して、歯車軸２４および従動軸４４を両端支持するベースとして機能する。

歯車軸軸受２６、２７は、歯車軸２４の軸方向両側で歯車軸２４を支持する。歯車軸軸受２６、２７は、第１ベースプレート４１の収容凹部４１２、第２ベースプレート４２の収容凹部４２２に収容される。

従動軸軸受４６、４７は、従動軸４４の軸方向両側で従動軸４４を支持する。従動軸軸受４６、４７は、第１ベースプレート４１の収容凹部４１３、第２ベースプレート４２の収容凹部４２３に収容される。

歯車軸軸受２６、２７および従動軸軸受４６、４７の構成に限定はないが、この例では、円すいころ軸受である。この場合、ラジアル方向およびスラスト方向の剛性を確保できるため、噛み合い力に起因するミスアライメントを低減できる。

駆動歯車２８および従動歯車４８の構成に限定はないが、この例では、互いに噛み合うヘリカル歯車である。

以上のように構成された本実施形態の歯車装置１００の動作の一例を説明する。ピニオン軸１４に入力された回転が、第１歯車１２および第２歯車２２を介して歯車軸２４から出力される動作は第１実施形態と同様である。歯車軸２４に伝達された回転は、駆動歯車２８および従動歯車４８を介して伝達され、従動軸４４から出力される。つまり、ピニオン軸１４に入力された回転が２段変速を受けて従動軸４４から出力される。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用および効果を奏する。

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、実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

実施形態の説明では、第１歯車１２と第２歯車２２とがベベルギアである例を示したが、これに限定されない。第１歯車と第２歯車とで構成される歯車機構は、互いに直交または互いにねじれの位置にある回転軸線周りに回転する歯車軸とピニオン軸とに支持される歯車機構であればなんでもよい。このような歯車機構としては、例えば、一方の軸が、他方の軸の軸方向に対して鉛直な方向に直交の位置からオフセットした位置に配置されるハイポイドギア等が挙げられる。

第２実施形態の説明では、１段目軸と２段目軸の２段の変速軸を備える例を示したが、変速軸の段数は３以上であってもよい。

上述の各変形例は実施形態と同様の作用と効果を奏する。

上述した実施形態の構成要素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、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１２ 第１歯車、 １４ ピニオン軸、 ２２ 第２歯車、 ２４ 歯車軸、 ２６ 歯車軸軸受、 ３０ 支持部、 ３１ 先端側軸受、 ３２ 歯車軸軸受、 ３３ 軸受支持部、 １００ 歯車装置、 １４１ 第２歯車側軸部、 １４２ 反第２歯車側軸部。

Claims (5)

1. 第１歯車と、前記第１歯車を支持するピニオン軸と、前記第１歯車と噛み合う第２歯車と、前記ピニオン軸の回転軸線に対して直交またはねじれの位置にある回転軸線周りに回転し前記第２歯車を支持する歯車軸を有する歯車装置であって、
   前記ピニオン軸の前記第２歯車側を支持する支持部を有し、
   前記支持部は、前記歯車軸に支持され、
   前記歯車軸は、歯車軸支持部に支持され、
   前記ピニオン軸の前記第２歯車側は、前記歯車軸支持部には、前記歯車軸を介してのみ支持される
   歯車装置。
2. 前記ピニオン軸は、前記支持部に支持される第２歯車側軸部と、前記第１歯車を挟んで第２歯車側軸部とは反対側に位置する反第２歯車側軸部と、を有し、
   前記反第２歯車側軸部を支持する軸受は、両方向のスラスト力を受ける軸受であり、
   前記第２歯車側軸部を支持する第２歯車側軸受は、ラジアル方向の力のみを受ける軸受である
   請求項１に記載の歯車装置。
3. 前記ピニオン軸は、前記支持部に支持される第２歯車側軸部と、前記第１歯車を挟んで第２歯車側軸部とは反対側に位置する反第２歯車側軸部と、を有し、
   前記第２歯車側軸部は、前記歯車軸よりも小径である
   請求項１に記載の歯車装置。
4. 歯車軸支持部は、前記歯車軸の第２歯車の軸方向両側を第１支持部および第２支持部で両持ち支持しており、
   前記第１支持部及び前記第２支持部との間に、前記第１支持部及び前記第２支持部とは別体の前記支持部が配置される
   請求項１から３のいずれか１項に記載の歯車装置。
5. 前記歯車軸を環囲して、前記歯車軸に支持される歯車軸軸受を備え、
   前記支持部は、前記歯車軸に歯車軸軸受を介して支持され、
   前記歯車軸軸受は、前記ピニオン軸の回転軸線の延長線を挟んで前記第２歯車とは反対側に配置される
   請求項１から４のいずれか１項に記載の歯車装置。

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