入力側軸の構造を改良した直交減速機
【課題】直交減速機における入力側軸の強度を向上するとともに、構造のコンパクト化も可能とする。
【解決手段】中間軸１３には主軸部１３ｂと、当該主軸部１３ｂよりも径が小さくベベルピニオン２３を固定するピニオン挿入部１３ｃとを含んでいる。このうち、ピニオン挿入部１３ｃにおけるナット４２の取り付け位置から主軸部１３ｂまでの位置の長さをピニオン挿入長さＬＰとしたときに、主軸部１３ｂの長さＬＳに対するピニオン挿入長さＬＰの比ＬＰ／ＬＳが、１．０以上１．８未満の範囲内となるように、中間軸１３を形成する。これにより、ピニオン挿入部１３ｃの軸径を大きくし、かつ、中間軸１３の長さも短くすることができるため、強度向上・コンパクト化を図ることができる。
【解決手段】中間軸１３には主軸部１３ｂと、当該主軸部１３ｂよりも径が小さくベベルピニオン２３を固定するピニオン挿入部１３ｃとを含んでいる。このうち、ピニオン挿入部１３ｃにおけるナット４２の取り付け位置から主軸部１３ｂまでの位置の長さをピニオン挿入長さＬＰとしたときに、主軸部１３ｂの長さＬＳに対するピニオン挿入長さＬＰの比ＬＰ／ＬＳが、１．０以上１．８未満の範囲内となるように、中間軸１３を形成する。これにより、ピニオン挿入部１３ｃの軸径を大きくし、かつ、中間軸１３の長さも短くすることができるため、強度向上・コンパクト化を図ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直交減速機に関するものであり、特に、入力側軸の強度を従来よりも向上し、かつ、コンパクト化を図った直交減速機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
直交減速機（直交軸減速機、直交型減速機、直交減速装置）は、入力される動力の回転を直交方向に変換可能とする減速機（減速装置）である。この直交減速機をモータと連結して用いれば、軸方向に長いモータをベルトコンベア等に沿って配置することができる。そのため、ベルトコンベア等の産業用の搬送危機の動力源として、直交減速機は広く用いられている。
【０００３】
上記直交減速機の代表的な例としては、図５（ａ）に模式的に示すように、モータ１００、入力軸１０１、及び出力軸１０２からなる１段型減速機と、図５（ｂ）に模式的に示すように、入力軸１０１及び出力軸１０２の間に中間軸１０３が設けられる２段型減速機とを挙げることができる。上記１段型減速機は、出力軸１０２に設けられるベベルギヤ１１２と入力軸１０１に設けられるベベルピニオン１１１との噛合部位（説明の便宜上、ベベル減速部１１０と称する。）が減速部として機能する。一方、上記２段型減速機は、上記入力軸１０１と中間軸１０３との結合部位に、太陽ギヤ１２１、インタナルギヤ１２２、遊星ギヤ１２３を含む遊星減速部１２０が形成されており、入力軸１０１に取り付けられる太陽ギヤ１２１は遊星ギヤ１２３に噛合っており、この遊星ギヤ１２３は、さらにインタナルギヤ１２２と噛合状態にある。これにより、太陽ギヤ１２１から遊星ギヤ１２３に公転運動が与えられ、この公転運動が中間軸１０３を介してベベルピニオン１１１与えられ、当該ベベルピニオン１１１が回転する。すなわち、２段型減速機は、遊星減速部１２０が１段目の減速部として機能し、ベベル減速部１１０が２段目の減速部として機能する。
【０００４】
上記のような直交減速機に関しては、従来からさまざまな技術が提案されている。例えば、特許文献１では、直交減速機と遊星減速機とを組み合わせて用いる場合の減速装置の連結構造に関する技術を開示している。この技術では、相手機械や回転動力源などの仕様（要求）に柔軟に対応し、動力伝達効率を最適な状態に維持しながら装置全体の小型化を図ることを目的としており、そのために、遊星減速機と直交減速機との間に継フランジを介在させることで「２つの連結面」により連結し、特定の遊星減速機に対して直交減速機とを「独立」して複数種類用意可能とする構成となっている。
【０００５】
つまり、直交減速機の動力伝達能力は、その構造上、遊星減速機の動力伝達能力よりも比較的低くなることから、直交減速機の剛性を多少高めに設定する必要がある。そのため、これら減速機を組み合わせるときには、直交減速機はやや大きめ、遊星減速機はやや小さめという組み合わせとなることが多い。しかしながら、このような組み合わせに制限があれば、減速機の組み合わせにも制限がかかることになる。そこで、特許文献１では、上記連結構造を用いることで、減速機の組み合わせの範囲を広くすることを図っている。
【特許文献１】特開２００６−２２６５３３号公報（平成１８年８月３１日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、直交減速機の入出力結合部位の近傍は、入力される動力を直交方向に変換して出力するようになっているため、大きな負荷がかかる。特に、近年、ベルトコンベアの小型軽量化やベルト幅の縮小化を目的として、小型で高トルクの直交減速機が求められているため、入出力結合部位の近傍にかかる負荷も大きくなる傾向にある。それゆえ、直交減速機の入力軸におけるベベルピニオンの挿入部位、あるいは、入力軸と出力軸との間に中間軸を備える構成では、中間軸におけるベベルピニオンの挿入部位において、強度が不足する傾向が見出されるようになってきた。
【０００７】
特許文献１は、減速機同士の新規な結合構造を提案する技術を開示しており、直交減速機に特有の問題を解決することを図っているが、直交減速機そのものの構造である入出力結合部位の近傍についての問題は考慮されていない。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、直交減速機における入力側軸の強度を向上するとともに、構造もコンパクト化し、さらには部品点数の低減も可能とする技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題に関して鋭意検討した結果、入力軸又は中間軸に形成されるベベルピニオンの挿入部位の長さを相対的に短く設定することにより、入出力結合部位近傍の強度の向上を図ることができるとともに、構造のコンパクト化や部品点数の低減も可能となることを独自に見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
すなわち、本発明に係る直交減速機は、上記の課題を解決するために、駆動源に直接又は間接的に結合されることにより回転可能となっている入力側軸と、上記入力側軸に設けられるベベルピニオンと、上記べベルピニオンと噛合するべベルギアと、上記べベルギヤに設けられ、上記入力側軸に対して直交方向に配置される出力軸とを備える直交減速機であって、上記入力側軸は、駆動源に接続される軸本体部と、当該軸本体部からベベルギヤ側に突出する主軸部と、当該主軸部よりも径が小さくなっており上記ベベルピニオンを固定するピニオン挿入部とを含んでおり、上記ベベルピニオンは、少なくとも、当該ベベルピニオンに形成された嵌合穴を上記ピニオン挿入部に嵌入させた上で、当該ピニオン挿入部の上記ベベルギヤ側となる上記入力側軸の先端に、当該ベベルピニオンの固定状態を維持する固定部材を取り付けることによって、当該入力側軸に固定されるようになっており、さらに、上記ピニオン挿入部における固定部材の取り付け位置から主軸部までの位置の長さをピニオン挿入長さとしたときに、主軸部の長さに対するピニオン挿入長さの比が、１．０以上１．８未満の範囲内となるように、上記入力側軸が形成されていることを特徴としている。
上記直交減速機においては、例えば、上記入力側軸が、少なくとも、駆動源に直接結合される駆動軸と、当該駆動軸及び上記出力軸との間に設けられる中間軸とからなっており、当該中間軸は、上記駆動軸に結合する中間軸本体部を含んでおり、当該中間軸本体部から上記主軸部がベベルギヤ側に突出している構成であってもよいし、上記入力側軸が駆動軸（入力軸）のみからなっている構成であってもよい。
上記直交減速機においては、さらに、上記出力軸における回転駆動力の伝達側を下流側とし、当該出力軸におけるベベルギヤ及びベベルピニオンの噛合位置側を上流側としたときに、当該出力軸において、固定したベベルギアの当接位置から、出力軸の上流側先端に設けられるベアリングの配置位置までの軸径は、下流側の軸径よりも大きくなっていることがより好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成によれば、ベベルピニオンの挿入部位となる入力側軸の先端部の軸径を従来よりも大きくすることができる。それゆえ、入力側軸の強度を向上させることになり、結果的に入出力結合部位近傍の強度が向上することに加え、入力側軸の長さも短くすることができるため、直交減速機そのものをコンパクト化することができる。さらに、出力軸の軸形状を変更することによって、当該出力軸に設ける必要のあったスペーサをより安価なものに変更したり、スペーサそのものをなくしたりすることができる。それゆえ、部品点数の低減も可能となり、直交減速機の製造コストの低減を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、本発明は以下の実施形態にのみ限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態や具体的な実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。
【００１３】
本実施形態に係る直交減速機は、例えば、図２に示すように、入力軸１１、この入力軸１１に対して直交方向に配置される出力軸１２、これら各軸の間に設けられる中間軸１３を備えており、入力軸１１及び中間軸１３の結合部位には、太陽ギヤ３１、インタナルギヤ３２、遊星ギヤ３３を含む遊星減速部３０が形成されている。なお、入力軸１１及び中間軸１３は「入力側軸」と見なすことができる。また、中間軸１３には先端にベベルピニオン２３が設けられ、出力軸１２の中間位置にはベベルギヤ２２が設けられており、これらベベルギヤ２２及びベベルピニオン２３とが噛合うことによって、ベベル減速部２０が形成されている。なお、入力軸１１、出力軸１２、中間軸１３は何れも複数のベアリング４０により支持されている。
【００１４】
上記各軸の具体的な形状は特に限定されるものではなく、公知の構成を好適に採用することができる。例えば、出力軸１２としては、中実軸を採用してもよいし、中空軸を採用してもよい。同様に、遊星減速部３０やベベル減速部２０の具体的な構成も特に限定されるものではなく、公知のギヤ形状やその組み合わせを好適に用いることができる。
【００１５】
上記入力軸１１はモータ等の駆動源に結合されることにより回転可能となっており、中間軸１３は、遊星減速部３０を介して入力軸１１と結合されることにより、駆動源からの回転動力が入力軸１１を介して伝達されるようになっている。言い換えれば、入力軸１１及び中間軸１３をまとめて広義の「入力軸」（又は入力側軸）と見ることが可能であり、この場合、狭義の「入力軸１１」を、駆動源に直接結合される「駆動軸」と見ることができる。このように、本実施形態では、遊星減速部３０及びベベル減速部２０を備える２段型直交減速機を例示している。
【００１６】
上記直交減速機の外観は、例えば図３に示すように、Ｌ字形となっており、図中横方向から図示しないモータ（駆動源）の回転動力が伝えられ、遊星減速部３０及びベベル減速部２０を介して、図中縦方向の出力軸１２の回転動力として伝えられる。すなわち、図２に示す入力軸１１にはモータの回転軸が結合されるようになっており、モータの回転動力を直交方向に変換、減速して出力軸１２に伝達するようになっている。なお、本実施形態では、図２及び図３の何れも、ケーシング４１を含め要部構成のみを示しており、その他の詳細な構成は、従来公知の構成を好適に採用することができるため、具体的に記載していない。
【００１７】
本発明に係る直交減速機では、上記ベベル減速部２０の入力側の軸である中間軸１３と出力軸１２との結合部位において、中間軸１３の軸の長さを所定の比率となるように設定している。具体的には、図１の上方に示すように、上記中間軸１３は、入力軸１１側に接続される中間軸本体部１３ａと、この中間軸本体部１３ａからベベルギヤ２２側に突出する主軸部１３ｂと、この主軸部１３ｂよりも径が小さくなっておりベベルピニオン２３を固定するピニオン挿入部１３ｃとを含んでいる。そして、ベベルピニオン２３は、少なくとも、当該ベベルピニオン２３に形成された嵌合穴２３ａを上記ピニオン挿入部１３ｃに嵌入させた上で、このピニオン挿入部１３ｃの先端（ベベルギヤ２２側となる中間軸１３の先端）に、ベベルピニオン２３の固定状態を維持する固定部材４２を取り付けることによって固定されている。ここで、ピニオン挿入部１３ｃにおける固定部材４２の取り付け位置から主軸部１３ｂまでの位置の長さをピニオン挿入長さＬＰとしたときに、主軸部の長さＬＳに対するピニオン挿入長さＬＰの比ＬＰ／ＬＳが、１．０以上１．８未満の範囲内、より好ましくは１．０以上１．５未満の範囲内となるように設定されている。
【００１８】
上記ＬＰ／ＬＳが上記の範囲内となっていれば、ピニオン挿入部１３ｃの軸径を大きくすることができるとともに、ピニオン挿入長さＬＰを短くすることができる。その結果、ピニオン挿入部１３ｃすなわち中間軸１３の強度を向上させることができるとともに、中間軸１３の長さも短くしてベベル減速部２０のコンパクト化を図ることができる。後述する実施例にて示すように、軸径は従来よりも８〜１１％の範囲内で向上させることが可能であるとともに、ピニオン挿入長さＬＰは７〜１０％の範囲内で短くすることが可能となる。
【００１９】
これに対して、上記ＬＰ／ＬＳが１．０未満であれば、ピニオン挿入長さＬＰが短くなりすぎて、ベベルピニオン２３及びベベルギヤ２２の噛合状態に干渉が生じてしまうため好ましくない。また、上記ＬＰ／ＬＳを１．０未満としたときには、軸径は１１％を超えて大きくすることも可能であるが、この場合、ベベルピニオン２３の厚みを薄くせざるを得なくなり、適切な性能のベベルピニオン２３を用いることができなくなるため好ましくない。一方、上記ＬＰ／ＬＳが１．８以上であれば、従来の中間軸１３の構成と同様となるため、強度向上やコンパクト化の作用効果を得ることができなくなるため好ましくない。なお、上記ＬＰ／ＬＳが１．５未満であれば、強度向上やコンパクト化の作用効果をより一層向上することができるため、より好ましい。
【００２０】
図１では、中間軸１３の上方側が本発明に基づく長さ設定であるのに対して、下方側が従来の長さ設定となっている。上下を比較すれば明らかな通り、主軸部１３ｂの長さＬＳが変わらなくても、ピニオン挿入長さＬＰを短くすることで、ピニオン挿入部１３ｃの軸径をｄ０からｄ１に大きくすることができる。軸径が大きくなることで、軸そのものの強度が向上するだけでなく、軸の長さが短くなることで、ベベル減速部２０に加えられる荷重によって梃子の原理により軸にかかる力も軽減することが可能となる。それゆえ、中間軸１３の強度をより一層向上することができる。
【００２１】
ここで、上記固定部材の具体的な構成は特に限定されるものではなく、ベベルピニオン２３の嵌合穴２３ａにピニオン挿入部１３ｃを嵌入させた状態で、ピニオン挿入部１３ｃの先端に取り付けられることで、べべルピニオン２３を一体的に中間軸１３に固定できるようになっていれば、公知の構成を採用することができる。本発明では、例えば、ピニオン挿入部１３の先端をボルト状に加工した上で、緩み防止機能を有するナットを固定部材として取り付けてもよいし、緩み防止機能を有さない一般的なナットを固定部材として取り付けた上で、ネジロック剤を用いてナットの緩みを回避するようにしてもよい。
【００２２】
上記ネジロック剤としては、公知の嫌気性封着剤を好適に用いることができる。具体的には、例えば、主成分として（メタ）アクリル酸エステルモノマーを含む封着剤を挙げることができる。このタイプの封着剤は、空気に触れている間は（メタ）アクリル酸エステルモノマーは重合しないが、ナットとボルト部分との締結部に入ると、同モノマーは重合反応して（メタ）アクリルポリマーを形成して硬化する。これによってナットの緩みが防止されるとともに、締結部がシールされることになる。コスト面から見ればネジロック剤を用いてナットを固定する手法の方が好ましい。
【００２３】
また、ベベルピニオン２３のピニオン挿入部１３ｃへの固定時には、ベベルピニオン２３の回転方向への移動を防止するために、ベベルピニオン２３及びピニオン挿入部１３ｃにキー溝を形成して、キーを介在させることが好ましい。ここで、上記ＬＰ／ＬＳを１．０未満として軸径を大きく設定しすぎると、キーの強度が低下するおそれがあるので好ましくない。この点から見ても、上記ＬＰ／ＬＳの下限は１．０であることが好ましい。
【００２４】
加えて、本発明では、図４（ａ）（ｂ）に示すように、出力軸１２の形状を変化させることによって、ベベル減速部２０の強度向上だけでなく部品点数の低減も可能となる。すなわち、図２に示すように、本実施形態の直交減速機では、出力軸１２は少なくとも上下２箇所においてベアリング４０で支持されており、その中間部にベベルギヤ２２が固定されている。ここで、従来の出力軸１０２では、図４（ｃ）に示すように、上方のベアリング４０とべベルギヤ１１２との間に、管状スペーサ１３０を配置する構成となっていたが、この管状スペーサ１３０は加工にコストがかかるものとなっていた。
【００２５】
そこで、図４（ａ）に示すように、出力軸１２における回転駆動力の伝達側（図中下側）を下流側とし、当該出力軸におけるベベルギヤ２２及びベベルピニオン２３の噛合位置側を上流側としたときに、この出力軸１２において、固定したベベルギア２２の当接位置から、出力軸１２の上流側先端に設けられるベアリング４０の配置位置までの軸径を、下流側の軸径よりも大きくする。これによって管状スペーサ１３０を設ける必要がなくなり、代わりに下流側に環状スペーサ４３を設けるだけでよくなる。何れも管状スペーサ１３０及び環状スペーサ４３を設ける点では部材点数に変化は無いが、加工面から見れば、管状スペーサ１３０よりも環状スペーサ４３の方が低コストとなるため、コストダウンを図ることができる。
【００２６】
さらには、図４（ｂ）に示すように、直交減速機の仕様によっては、ベベルギヤ２２の形状を変化させることも可能となる。つまり、ベベルギヤ２２を出力側に肉厚とした構成とすれば、環状スペーサ４３を省略することが可能となり、部材点数を減少させることができるので、より一層のコストダウンを図ることができる。なお、出力軸１２の軸径を変える加工については、図４（ａ）〜（ｃ）の何れにおいても同様の加工が必要であるため、スペーサ形状やベベルギヤ２２の形状の変化によるコストダウン効果の方が大きくなる。
【００２７】
なお、本実施形態では、本発明を説明するための直交減速機の具体的構成として、中間軸１３を備える構成、言い換えれば、図５（ｂ）に例示する２段型減速機を挙げているが、本発明はもちろんこれに限定されるものではなく、図５（ａ）に例示する１段型減速機であってもよい。この場合、中間軸１３及び遊星減速部３０が設けられていない構成、すなわち、入力軸１１に太陽ギヤ３１に代えてベベルピニオン２３が取り付けられ、出力軸１２のベベルギヤ２２と噛合う構成となる。さらに、１段型減速機、２段型減速機以外の公知の直交減速機についても本発明を適用できることはいうまでもない。
【実施例】
【００２８】
以下、より具体的な実施例に基づいて、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。
【００２９】
エイブル減速機ＮＥＶシリーズ直交減速機（日本電産シンポ株式会社製）において、枠番Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥのそれぞれについて、中間軸の設計の変更を行い、設計の変更前後で、ピニオン挿入長さＬＰ、主軸部長さＬＳ、軸径、ベベル減速部の組立距離（出力軸のセンターラインから中間軸の主軸部直前までの間隔）とを測定し、その変化率とＬＰ／ＬＳの比を算出した。その結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１に示すように、従来（表の各枠番の下段）では、ＬＰ／ＬＳが１．８以上となっているのに対して、本発明（表の各枠番の上段）によればＬＰ／ＬＳは１．４以下となっていることがわかる。また、軸径も組立距離も本発明の方が従来よりも良好な値となっていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように、本発明では、直交減速機におけるベベル減速部において、入力側軸に固定されるベベルピニオンの固定部位の長さを短くすることによって、入力側の軸の径を大きくしてベベル減速部の強度を向上し、かつ、軸の長さを短くしてベベル減速部をコンパクト化している。そのため、本発明によれば、従来よりも信頼性がさらに一層向上し、かつ、小型化された直交減速機を得ることができる。それゆえ、本発明は、ベベル減速部を備える直交減速機に関する技術分野全般に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る直交減速機において、ベベルピニオン及びベベルギヤの噛合部位であるベベル減速部について、本発明の入力側の軸構成と、従来の入力側の軸構成とを対比させた状態を示す模式図である。
【図２】図１に示す直交減速機の具体例として、内部の軸構成の一例を示す模式的透視図である。
【図３】図２に示す直交減速機の外観の一例を示す側面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る直交減速機における、出力軸の軸形状の一例を示す模式的断面図であり、（ｃ）は、従来の直交減速機における出力軸の軸形状の一例を示す模式的断面図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、本発明を適用可能な直交減速機の軸構造の代表的な構成例を示す模式図であり、（ａ）は１段型減速機、（ｂ）は２段型減速機を示している。
【符号の説明】
【００３４】
１１ 入力軸（入力側軸・駆動軸）
１２ 出力軸
１３ 中間軸（入力側軸）
１３ａ 中間軸本体部（軸本体部）
１３ｂ 主軸部
１３ｃ ピニオン挿入部
２２ べベルギア
２３ ベベルピニオン
２３ａ 嵌合穴
４０ ベアリング
４２ 固定部材
ＬＰ ピニオン挿入長さ
ＬＳ 主軸部の長さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直交減速機に関するものであり、特に、入力側軸の強度を従来よりも向上し、かつ、コンパクト化を図った直交減速機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
直交減速機（直交軸減速機、直交型減速機、直交減速装置）は、入力される動力の回転を直交方向に変換可能とする減速機（減速装置）である。この直交減速機をモータと連結して用いれば、軸方向に長いモータをベルトコンベア等に沿って配置することができる。そのため、ベルトコンベア等の産業用の搬送危機の動力源として、直交減速機は広く用いられている。
【０００３】
上記直交減速機の代表的な例としては、図５（ａ）に模式的に示すように、モータ１００、入力軸１０１、及び出力軸１０２からなる１段型減速機と、図５（ｂ）に模式的に示すように、入力軸１０１及び出力軸１０２の間に中間軸１０３が設けられる２段型減速機とを挙げることができる。上記１段型減速機は、出力軸１０２に設けられるベベルギヤ１１２と入力軸１０１に設けられるベベルピニオン１１１との噛合部位（説明の便宜上、ベベル減速部１１０と称する。）が減速部として機能する。一方、上記２段型減速機は、上記入力軸１０１と中間軸１０３との結合部位に、太陽ギヤ１２１、インタナルギヤ１２２、遊星ギヤ１２３を含む遊星減速部１２０が形成されており、入力軸１０１に取り付けられる太陽ギヤ１２１は遊星ギヤ１２３に噛合っており、この遊星ギヤ１２３は、さらにインタナルギヤ１２２と噛合状態にある。これにより、太陽ギヤ１２１から遊星ギヤ１２３に公転運動が与えられ、この公転運動が中間軸１０３を介してベベルピニオン１１１与えられ、当該ベベルピニオン１１１が回転する。すなわち、２段型減速機は、遊星減速部１２０が１段目の減速部として機能し、ベベル減速部１１０が２段目の減速部として機能する。
【０００４】
上記のような直交減速機に関しては、従来からさまざまな技術が提案されている。例えば、特許文献１では、直交減速機と遊星減速機とを組み合わせて用いる場合の減速装置の連結構造に関する技術を開示している。この技術では、相手機械や回転動力源などの仕様（要求）に柔軟に対応し、動力伝達効率を最適な状態に維持しながら装置全体の小型化を図ることを目的としており、そのために、遊星減速機と直交減速機との間に継フランジを介在させることで「２つの連結面」により連結し、特定の遊星減速機に対して直交減速機とを「独立」して複数種類用意可能とする構成となっている。
【０００５】
つまり、直交減速機の動力伝達能力は、その構造上、遊星減速機の動力伝達能力よりも比較的低くなることから、直交減速機の剛性を多少高めに設定する必要がある。そのため、これら減速機を組み合わせるときには、直交減速機はやや大きめ、遊星減速機はやや小さめという組み合わせとなることが多い。しかしながら、このような組み合わせに制限があれば、減速機の組み合わせにも制限がかかることになる。そこで、特許文献１では、上記連結構造を用いることで、減速機の組み合わせの範囲を広くすることを図っている。
【特許文献１】特開２００６−２２６５３３号公報（平成１８年８月３１日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、直交減速機の入出力結合部位の近傍は、入力される動力を直交方向に変換して出力するようになっているため、大きな負荷がかかる。特に、近年、ベルトコンベアの小型軽量化やベルト幅の縮小化を目的として、小型で高トルクの直交減速機が求められているため、入出力結合部位の近傍にかかる負荷も大きくなる傾向にある。それゆえ、直交減速機の入力軸におけるベベルピニオンの挿入部位、あるいは、入力軸と出力軸との間に中間軸を備える構成では、中間軸におけるベベルピニオンの挿入部位において、強度が不足する傾向が見出されるようになってきた。
【０００７】
特許文献１は、減速機同士の新規な結合構造を提案する技術を開示しており、直交減速機に特有の問題を解決することを図っているが、直交減速機そのものの構造である入出力結合部位の近傍についての問題は考慮されていない。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、直交減速機における入力側軸の強度を向上するとともに、構造もコンパクト化し、さらには部品点数の低減も可能とする技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題に関して鋭意検討した結果、入力軸又は中間軸に形成されるベベルピニオンの挿入部位の長さを相対的に短く設定することにより、入出力結合部位近傍の強度の向上を図ることができるとともに、構造のコンパクト化や部品点数の低減も可能となることを独自に見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
すなわち、本発明に係る直交減速機は、上記の課題を解決するために、駆動源に直接又は間接的に結合されることにより回転可能となっている入力側軸と、上記入力側軸に設けられるベベルピニオンと、上記べベルピニオンと噛合するべベルギアと、上記べベルギヤに設けられ、上記入力側軸に対して直交方向に配置される出力軸とを備える直交減速機であって、上記入力側軸は、駆動源に接続される軸本体部と、当該軸本体部からベベルギヤ側に突出する主軸部と、当該主軸部よりも径が小さくなっており上記ベベルピニオンを固定するピニオン挿入部とを含んでおり、上記ベベルピニオンは、少なくとも、当該ベベルピニオンに形成された嵌合穴を上記ピニオン挿入部に嵌入させた上で、当該ピニオン挿入部の上記ベベルギヤ側となる上記入力側軸の先端に、当該ベベルピニオンの固定状態を維持する固定部材を取り付けることによって、当該入力側軸に固定されるようになっており、さらに、上記ピニオン挿入部における固定部材の取り付け位置から主軸部までの位置の長さをピニオン挿入長さとしたときに、主軸部の長さに対するピニオン挿入長さの比が、１．０以上１．８未満の範囲内となるように、上記入力側軸が形成されていることを特徴としている。
上記直交減速機においては、例えば、上記入力側軸が、少なくとも、駆動源に直接結合される駆動軸と、当該駆動軸及び上記出力軸との間に設けられる中間軸とからなっており、当該中間軸は、上記駆動軸に結合する中間軸本体部を含んでおり、当該中間軸本体部から上記主軸部がベベルギヤ側に突出している構成であってもよいし、上記入力側軸が駆動軸（入力軸）のみからなっている構成であってもよい。
上記直交減速機においては、さらに、上記出力軸における回転駆動力の伝達側を下流側とし、当該出力軸におけるベベルギヤ及びベベルピニオンの噛合位置側を上流側としたときに、当該出力軸において、固定したベベルギアの当接位置から、出力軸の上流側先端に設けられるベアリングの配置位置までの軸径は、下流側の軸径よりも大きくなっていることがより好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成によれば、ベベルピニオンの挿入部位となる入力側軸の先端部の軸径を従来よりも大きくすることができる。それゆえ、入力側軸の強度を向上させることになり、結果的に入出力結合部位近傍の強度が向上することに加え、入力側軸の長さも短くすることができるため、直交減速機そのものをコンパクト化することができる。さらに、出力軸の軸形状を変更することによって、当該出力軸に設ける必要のあったスペーサをより安価なものに変更したり、スペーサそのものをなくしたりすることができる。それゆえ、部品点数の低減も可能となり、直交減速機の製造コストの低減を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、本発明は以下の実施形態にのみ限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態や具体的な実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。
【００１３】
本実施形態に係る直交減速機は、例えば、図２に示すように、入力軸１１、この入力軸１１に対して直交方向に配置される出力軸１２、これら各軸の間に設けられる中間軸１３を備えており、入力軸１１及び中間軸１３の結合部位には、太陽ギヤ３１、インタナルギヤ３２、遊星ギヤ３３を含む遊星減速部３０が形成されている。なお、入力軸１１及び中間軸１３は「入力側軸」と見なすことができる。また、中間軸１３には先端にベベルピニオン２３が設けられ、出力軸１２の中間位置にはベベルギヤ２２が設けられており、これらベベルギヤ２２及びベベルピニオン２３とが噛合うことによって、ベベル減速部２０が形成されている。なお、入力軸１１、出力軸１２、中間軸１３は何れも複数のベアリング４０により支持されている。
【００１４】
上記各軸の具体的な形状は特に限定されるものではなく、公知の構成を好適に採用することができる。例えば、出力軸１２としては、中実軸を採用してもよいし、中空軸を採用してもよい。同様に、遊星減速部３０やベベル減速部２０の具体的な構成も特に限定されるものではなく、公知のギヤ形状やその組み合わせを好適に用いることができる。
【００１５】
上記入力軸１１はモータ等の駆動源に結合されることにより回転可能となっており、中間軸１３は、遊星減速部３０を介して入力軸１１と結合されることにより、駆動源からの回転動力が入力軸１１を介して伝達されるようになっている。言い換えれば、入力軸１１及び中間軸１３をまとめて広義の「入力軸」（又は入力側軸）と見ることが可能であり、この場合、狭義の「入力軸１１」を、駆動源に直接結合される「駆動軸」と見ることができる。このように、本実施形態では、遊星減速部３０及びベベル減速部２０を備える２段型直交減速機を例示している。
【００１６】
上記直交減速機の外観は、例えば図３に示すように、Ｌ字形となっており、図中横方向から図示しないモータ（駆動源）の回転動力が伝えられ、遊星減速部３０及びベベル減速部２０を介して、図中縦方向の出力軸１２の回転動力として伝えられる。すなわち、図２に示す入力軸１１にはモータの回転軸が結合されるようになっており、モータの回転動力を直交方向に変換、減速して出力軸１２に伝達するようになっている。なお、本実施形態では、図２及び図３の何れも、ケーシング４１を含め要部構成のみを示しており、その他の詳細な構成は、従来公知の構成を好適に採用することができるため、具体的に記載していない。
【００１７】
本発明に係る直交減速機では、上記ベベル減速部２０の入力側の軸である中間軸１３と出力軸１２との結合部位において、中間軸１３の軸の長さを所定の比率となるように設定している。具体的には、図１の上方に示すように、上記中間軸１３は、入力軸１１側に接続される中間軸本体部１３ａと、この中間軸本体部１３ａからベベルギヤ２２側に突出する主軸部１３ｂと、この主軸部１３ｂよりも径が小さくなっておりベベルピニオン２３を固定するピニオン挿入部１３ｃとを含んでいる。そして、ベベルピニオン２３は、少なくとも、当該ベベルピニオン２３に形成された嵌合穴２３ａを上記ピニオン挿入部１３ｃに嵌入させた上で、このピニオン挿入部１３ｃの先端（ベベルギヤ２２側となる中間軸１３の先端）に、ベベルピニオン２３の固定状態を維持する固定部材４２を取り付けることによって固定されている。ここで、ピニオン挿入部１３ｃにおける固定部材４２の取り付け位置から主軸部１３ｂまでの位置の長さをピニオン挿入長さＬＰとしたときに、主軸部の長さＬＳに対するピニオン挿入長さＬＰの比ＬＰ／ＬＳが、１．０以上１．８未満の範囲内、より好ましくは１．０以上１．５未満の範囲内となるように設定されている。
【００１８】
上記ＬＰ／ＬＳが上記の範囲内となっていれば、ピニオン挿入部１３ｃの軸径を大きくすることができるとともに、ピニオン挿入長さＬＰを短くすることができる。その結果、ピニオン挿入部１３ｃすなわち中間軸１３の強度を向上させることができるとともに、中間軸１３の長さも短くしてベベル減速部２０のコンパクト化を図ることができる。後述する実施例にて示すように、軸径は従来よりも８〜１１％の範囲内で向上させることが可能であるとともに、ピニオン挿入長さＬＰは７〜１０％の範囲内で短くすることが可能となる。
【００１９】
これに対して、上記ＬＰ／ＬＳが１．０未満であれば、ピニオン挿入長さＬＰが短くなりすぎて、ベベルピニオン２３及びベベルギヤ２２の噛合状態に干渉が生じてしまうため好ましくない。また、上記ＬＰ／ＬＳを１．０未満としたときには、軸径は１１％を超えて大きくすることも可能であるが、この場合、ベベルピニオン２３の厚みを薄くせざるを得なくなり、適切な性能のベベルピニオン２３を用いることができなくなるため好ましくない。一方、上記ＬＰ／ＬＳが１．８以上であれば、従来の中間軸１３の構成と同様となるため、強度向上やコンパクト化の作用効果を得ることができなくなるため好ましくない。なお、上記ＬＰ／ＬＳが１．５未満であれば、強度向上やコンパクト化の作用効果をより一層向上することができるため、より好ましい。
【００２０】
図１では、中間軸１３の上方側が本発明に基づく長さ設定であるのに対して、下方側が従来の長さ設定となっている。上下を比較すれば明らかな通り、主軸部１３ｂの長さＬＳが変わらなくても、ピニオン挿入長さＬＰを短くすることで、ピニオン挿入部１３ｃの軸径をｄ０からｄ１に大きくすることができる。軸径が大きくなることで、軸そのものの強度が向上するだけでなく、軸の長さが短くなることで、ベベル減速部２０に加えられる荷重によって梃子の原理により軸にかかる力も軽減することが可能となる。それゆえ、中間軸１３の強度をより一層向上することができる。
【００２１】
ここで、上記固定部材の具体的な構成は特に限定されるものではなく、ベベルピニオン２３の嵌合穴２３ａにピニオン挿入部１３ｃを嵌入させた状態で、ピニオン挿入部１３ｃの先端に取り付けられることで、べべルピニオン２３を一体的に中間軸１３に固定できるようになっていれば、公知の構成を採用することができる。本発明では、例えば、ピニオン挿入部１３の先端をボルト状に加工した上で、緩み防止機能を有するナットを固定部材として取り付けてもよいし、緩み防止機能を有さない一般的なナットを固定部材として取り付けた上で、ネジロック剤を用いてナットの緩みを回避するようにしてもよい。
【００２２】
上記ネジロック剤としては、公知の嫌気性封着剤を好適に用いることができる。具体的には、例えば、主成分として（メタ）アクリル酸エステルモノマーを含む封着剤を挙げることができる。このタイプの封着剤は、空気に触れている間は（メタ）アクリル酸エステルモノマーは重合しないが、ナットとボルト部分との締結部に入ると、同モノマーは重合反応して（メタ）アクリルポリマーを形成して硬化する。これによってナットの緩みが防止されるとともに、締結部がシールされることになる。コスト面から見ればネジロック剤を用いてナットを固定する手法の方が好ましい。
【００２３】
また、ベベルピニオン２３のピニオン挿入部１３ｃへの固定時には、ベベルピニオン２３の回転方向への移動を防止するために、ベベルピニオン２３及びピニオン挿入部１３ｃにキー溝を形成して、キーを介在させることが好ましい。ここで、上記ＬＰ／ＬＳを１．０未満として軸径を大きく設定しすぎると、キーの強度が低下するおそれがあるので好ましくない。この点から見ても、上記ＬＰ／ＬＳの下限は１．０であることが好ましい。
【００２４】
加えて、本発明では、図４（ａ）（ｂ）に示すように、出力軸１２の形状を変化させることによって、ベベル減速部２０の強度向上だけでなく部品点数の低減も可能となる。すなわち、図２に示すように、本実施形態の直交減速機では、出力軸１２は少なくとも上下２箇所においてベアリング４０で支持されており、その中間部にベベルギヤ２２が固定されている。ここで、従来の出力軸１０２では、図４（ｃ）に示すように、上方のベアリング４０とべベルギヤ１１２との間に、管状スペーサ１３０を配置する構成となっていたが、この管状スペーサ１３０は加工にコストがかかるものとなっていた。
【００２５】
そこで、図４（ａ）に示すように、出力軸１２における回転駆動力の伝達側（図中下側）を下流側とし、当該出力軸におけるベベルギヤ２２及びベベルピニオン２３の噛合位置側を上流側としたときに、この出力軸１２において、固定したベベルギア２２の当接位置から、出力軸１２の上流側先端に設けられるベアリング４０の配置位置までの軸径を、下流側の軸径よりも大きくする。これによって管状スペーサ１３０を設ける必要がなくなり、代わりに下流側に環状スペーサ４３を設けるだけでよくなる。何れも管状スペーサ１３０及び環状スペーサ４３を設ける点では部材点数に変化は無いが、加工面から見れば、管状スペーサ１３０よりも環状スペーサ４３の方が低コストとなるため、コストダウンを図ることができる。
【００２６】
さらには、図４（ｂ）に示すように、直交減速機の仕様によっては、ベベルギヤ２２の形状を変化させることも可能となる。つまり、ベベルギヤ２２を出力側に肉厚とした構成とすれば、環状スペーサ４３を省略することが可能となり、部材点数を減少させることができるので、より一層のコストダウンを図ることができる。なお、出力軸１２の軸径を変える加工については、図４（ａ）〜（ｃ）の何れにおいても同様の加工が必要であるため、スペーサ形状やベベルギヤ２２の形状の変化によるコストダウン効果の方が大きくなる。
【００２７】
なお、本実施形態では、本発明を説明するための直交減速機の具体的構成として、中間軸１３を備える構成、言い換えれば、図５（ｂ）に例示する２段型減速機を挙げているが、本発明はもちろんこれに限定されるものではなく、図５（ａ）に例示する１段型減速機であってもよい。この場合、中間軸１３及び遊星減速部３０が設けられていない構成、すなわち、入力軸１１に太陽ギヤ３１に代えてベベルピニオン２３が取り付けられ、出力軸１２のベベルギヤ２２と噛合う構成となる。さらに、１段型減速機、２段型減速機以外の公知の直交減速機についても本発明を適用できることはいうまでもない。
【実施例】
【００２８】
以下、より具体的な実施例に基づいて、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。
【００２９】
エイブル減速機ＮＥＶシリーズ直交減速機（日本電産シンポ株式会社製）において、枠番Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥのそれぞれについて、中間軸の設計の変更を行い、設計の変更前後で、ピニオン挿入長さＬＰ、主軸部長さＬＳ、軸径、ベベル減速部の組立距離（出力軸のセンターラインから中間軸の主軸部直前までの間隔）とを測定し、その変化率とＬＰ／ＬＳの比を算出した。その結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１に示すように、従来（表の各枠番の下段）では、ＬＰ／ＬＳが１．８以上となっているのに対して、本発明（表の各枠番の上段）によればＬＰ／ＬＳは１．４以下となっていることがわかる。また、軸径も組立距離も本発明の方が従来よりも良好な値となっていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように、本発明では、直交減速機におけるベベル減速部において、入力側軸に固定されるベベルピニオンの固定部位の長さを短くすることによって、入力側の軸の径を大きくしてベベル減速部の強度を向上し、かつ、軸の長さを短くしてベベル減速部をコンパクト化している。そのため、本発明によれば、従来よりも信頼性がさらに一層向上し、かつ、小型化された直交減速機を得ることができる。それゆえ、本発明は、ベベル減速部を備える直交減速機に関する技術分野全般に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る直交減速機において、ベベルピニオン及びベベルギヤの噛合部位であるベベル減速部について、本発明の入力側の軸構成と、従来の入力側の軸構成とを対比させた状態を示す模式図である。
【図２】図１に示す直交減速機の具体例として、内部の軸構成の一例を示す模式的透視図である。
【図３】図２に示す直交減速機の外観の一例を示す側面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る直交減速機における、出力軸の軸形状の一例を示す模式的断面図であり、（ｃ）は、従来の直交減速機における出力軸の軸形状の一例を示す模式的断面図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、本発明を適用可能な直交減速機の軸構造の代表的な構成例を示す模式図であり、（ａ）は１段型減速機、（ｂ）は２段型減速機を示している。
【符号の説明】
【００３４】
１１ 入力軸（入力側軸・駆動軸）
１２ 出力軸
１３ 中間軸（入力側軸）
１３ａ 中間軸本体部（軸本体部）
１３ｂ 主軸部
１３ｃ ピニオン挿入部
２２ べベルギア
２３ ベベルピニオン
２３ａ 嵌合穴
４０ ベアリング
４２ 固定部材
ＬＰ ピニオン挿入長さ
ＬＳ 主軸部の長さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源に直接又は間接的に結合されることにより回転可能となっている入力側軸と、
上記入力側軸に設けられるベベルピニオンと、
上記べベルピニオンと噛合するべベルギアと、
上記べベルギヤに設けられ、上記入力側軸に対して直交方向に配置される出力軸とを備える直交減速機であって、
上記入力側軸は、駆動源に接続される軸本体部と、当該軸本体部からベベルギヤ側に突出する主軸部と、当該主軸部よりも径が小さくなっており上記ベベルピニオンを固定するピニオン挿入部とを含んでおり、
上記ベベルピニオンは、少なくとも、当該ベベルピニオンに形成された嵌合穴を上記ピニオン挿入部に嵌入させた上で、当該ピニオン挿入部の上記ベベルギヤ側となる上記入力側軸の先端に、当該ベベルピニオンの固定状態を維持する固定部材を取り付けることによって、当該入力側軸に固定されるようになっており、
さらに、上記ピニオン挿入部における固定部材の取り付け位置から主軸部までの位置の長さをピニオン挿入長さとしたときに、主軸部の長さに対するピニオン挿入長さの比が、１．０以上１．８未満の範囲内となるように、上記入力側軸が形成されていることを特徴とする直交減速機。
【請求項２】
上記入力側軸が、少なくとも、駆動源に直接結合される駆動軸と、当該駆動軸及び上記出力軸との間に設けられる中間軸とからなっており、
当該中間軸は、上記駆動軸に結合する中間軸本体部を含んでおり、当該中間軸本体部から上記主軸部がベベルギヤ側に突出していることを特徴とする請求項１に記載の直交減速機。
【請求項３】
さらに、上記出力軸における回転駆動力の伝達側を下流側とし、当該出力軸におけるベベルギヤ及びベベルピニオンの噛合位置側を上流側としたときに、
当該出力軸において、固定したベベルギアの当接位置から、出力軸の上流側先端に設けられるベアリングの配置位置までの軸径は、下流側の軸径よりも大きくなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の直交減速機。
【請求項１】
駆動源に直接又は間接的に結合されることにより回転可能となっている入力側軸と、
上記入力側軸に設けられるベベルピニオンと、
上記べベルピニオンと噛合するべベルギアと、
上記べベルギヤに設けられ、上記入力側軸に対して直交方向に配置される出力軸とを備える直交減速機であって、
上記入力側軸は、駆動源に接続される軸本体部と、当該軸本体部からベベルギヤ側に突出する主軸部と、当該主軸部よりも径が小さくなっており上記ベベルピニオンを固定するピニオン挿入部とを含んでおり、
上記ベベルピニオンは、少なくとも、当該ベベルピニオンに形成された嵌合穴を上記ピニオン挿入部に嵌入させた上で、当該ピニオン挿入部の上記ベベルギヤ側となる上記入力側軸の先端に、当該ベベルピニオンの固定状態を維持する固定部材を取り付けることによって、当該入力側軸に固定されるようになっており、
さらに、上記ピニオン挿入部における固定部材の取り付け位置から主軸部までの位置の長さをピニオン挿入長さとしたときに、主軸部の長さに対するピニオン挿入長さの比が、１．０以上１．８未満の範囲内となるように、上記入力側軸が形成されていることを特徴とする直交減速機。
【請求項２】
上記入力側軸が、少なくとも、駆動源に直接結合される駆動軸と、当該駆動軸及び上記出力軸との間に設けられる中間軸とからなっており、
当該中間軸は、上記駆動軸に結合する中間軸本体部を含んでおり、当該中間軸本体部から上記主軸部がベベルギヤ側に突出していることを特徴とする請求項１に記載の直交減速機。
【請求項３】
さらに、上記出力軸における回転駆動力の伝達側を下流側とし、当該出力軸におけるベベルギヤ及びベベルピニオンの噛合位置側を上流側としたときに、
当該出力軸において、固定したベベルギアの当接位置から、出力軸の上流側先端に設けられるベアリングの配置位置までの軸径は、下流側の軸径よりも大きくなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の直交減速機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１５０４８９（Ｐ２００９−１５０４８９Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２９４０４（Ｐ２００７−３２９４０４）
【出願日】平成１９年１２月２１日（２００７．１２．２１）
【出願人】（０００１０７１４７）日本電産シンポ株式会社 (104)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２１日（２００７．１２．２１）
【出願人】（０００１０７１４７）日本電産シンポ株式会社 (104)
【Ｆターム（参考）】
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