JP2013096563A - 軸受機構 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車スラスト力を、鋼球の軸方向を固定する部品又は与圧機構と、半径方向を固定する部品とを不要としたコンパククトな動力伝達機構で受ける軸受機構を得る。
【解決手段】
動力伝達機構において、はすば歯車が歯切りされた入力歯車軸１とはすば歯車２が噛み合うことによって発生する歯車軸方向のスラスト力を、外径面をケーシングのギヤケース１０内に固定され中実円筒形状としたスラスト力支持プレート１４と、動力伝達軸の軸端面に設けられ、動力伝達軸が軸の正負方向どちらに移動した場合でも脱落が生じないような形状で設けられた固定穴１２に設置された鋼球１３で支持するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、動力伝達時に発生するスラスト力の支持に一般的に使われている軸受を使用せずに、簡素な支持機構とすることによって動力伝達機構の小型化を実現する軸受機構に関する。

動力伝達機構において、静粛性を実現するはすば歯車での伝達構造があるが、はすば歯車はその歯車が持つねじれ角によって歯車軸方向にスラスト力を発生させる。そのため一般的にスラスト力を支持する機構として玉軸受やころ軸受、又はすべり軸受が使用されるが、玉軸受は動力伝達軸の軸外周部に設置する機構部品であり、玉体積と玉保持用部品体積によって、動力伝達機構の中で要する占有体積は必然的に大きくなる。
ころ軸受は、ころ部分及びころ保持用部品体積が玉軸受に比べ小さいため占有体積を小さくするメリットがあるが、玉軸受と同様にころがり接触であるため潤滑油を供給する機構が必要となる。また、ころ軸受の内径と嵌合し回転軸の芯位置を定めるための軸が必要であり、軸径より定まる軸の疲労耐力によって伝達可能な動力が制限される。
また、すべり軸受は玉やころ等のころがり部品を必要としないため支持脚の負荷方向に対する小型化が可能となるが、すべり軸受と支持用の軸は面接触となるため摩擦損失による伝達効率の低下が必然的に在り、潤滑油の供給機構も必要となる。

ころがり軸受の例として、特許文献１があり、この特許文献１において、動力伝達時のスラスト力を、動力伝達軸の歯車端面と前段入力歯車軸に設置したころがり軸受にて支持することによって、動力伝達軸の軸外周部に軸受を設置する必要がない機構が開示されている。

また、スラスト力の伝達に鋼球を用いる例が特許文献２に示されている。この特許文献２には、ネジの先端部に在る凹部に鋼球を設置し、孔の設けられた固定用の押さえ板にて鋼球の位置を支持した状態にて平面状の部品に鋼球を押付けスラスト力を伝達する機構が開示されている。

特開２００９−２４３８号公報 特開２００９−１４６０９号公報

特許文献１においては、動力伝達軸の軸外周部に軸受を設置する必要がない機構であるが、入力歯車軸の動力伝達軸に対するスラスト力負荷状態を均一化するためにスラスト力より大きなバネ力を有した皿バネを歯車軸端面に設置する与圧構造を設けており、結果としてコストの上昇を招く。また潤滑油の供給の必要性も残ったままである。

また、特許文献２においては、ネジの回転量の調整によって所望の与圧を付加できるが、ネジの先端部の凹部と鋼球の接触状態が線接触となり、鋼球と平面状の部品との接触状態が点接触となるため、摩擦力が大きいネジの凹部と鋼球との接触が連れ回り状態となり、摩擦損失をしない状態で鋼球と平面状の部品間に動力を伝達するが、鋼球の軸方向の位置を固定するためのネジの締付力による与圧構造と、鋼球の半径方向の位置を固定するための孔が設けられた押さえ板が必要となり、結果として構成部品の増加によるコスト上昇を招いてしまうという問題がある。

本発明は、歯車スラスト力を、スラスト力支持目的として保持器や軸内外面の軌道盤を必要とせず、また脱落防止を目的とした軸方向の位置固定用の部品及び、半径方向の位置固定用の部品を必要とせず、簡素な部品構成にて支持する機構を得ることを目的とする。

動力伝達機構において、動力を伝達する軸に作用する軸方向のスラスト力を、ケーシング内に設置されたスラスト力支持プレートと、前記軸の端面に設けられた固定穴に設置された球状の支持部品で支持するものであって、前記軸が正負方向どちらに移動した場合でも脱落が生じないよう前記軸の端面に設けられた前記固定穴に設置された前記球状の支持部品を前記スラスト力支持プレートと前記軸の端面との間に介在させるようにした。

本発明によれば、球状の支持部品の軸方向位置を固定する部品又は与圧構造と、球状の支持部品の半径方向位置を固定する部品を不要としたコンパクトな構造とすることにより、動力伝達機構における占有体積を縮小し、かつ必要コストの低減が可能となる。

本発明のスラスト力支持機構の構成を示す断面図である。

本発明の実施の形態を図１に基づき説明する。
図１は本発明の機構を示す断面図であり、はすば歯車が歯切りされた入力歯車軸１からの伝達動力をはすば歯車２及び歯車軸３、出力軸歯車４によって伝達する機構である。入力歯車軸１は入力軸軸受５により支持され、歯車軸３は歯車軸軸受６及び歯車軸ラジアル軸受７により支持される。また、出力軸８は出力軸軸受９により支持されている。ギヤケース１０とブラケット１１からなるケーシングに上記歯車類及び軸受類を収納する。スラスト力は歯車軸３の端面に設けた球固定穴１２に設置した鋼球１３とギヤケース１０に固定したスラスト力支持プレート１４のみで支持し、鋼球１３の保持器や軌道盤等の固定用の部品は不要である。スラスト力支持プレート１４は、外径面をケーシング内に固定され中実円筒形状となっている。

歯車軸３の回転時において、スラスト力支持プレート１４の表面加工を研削加工を加えずに旋盤程度での加工とし、球固定穴１２とスラスト力支持プレート１４の表面粗さが同等の場合、球固定穴１２と線接触する鋼球１３の線接触する部分よりも、スラスト力支持プレート１４と点接触する鋼球１３の点接触部分の方が摩擦力が小さいことより、歯車軸３と鋼球１３は一体の回転部品として考えることが可能であり、鋼球１３とスラスト力支持プレート１４が接触する単点で全ての軸方向力を支持する機構となる。

よって、球固定穴１２と鋼球１３との接触による摩擦接触は考慮する必要が無く、鋼球１３とスラスト力支持プレート１４の点接触部分の軸方向の支持耐力を考慮するのみで良い。具体的には鋼球１３の直径と硬度から定まる引張り強さの４０％を繰り返し支持耐力とし、スラスト力が繰り返し支持耐力以下となるようスラスト又は鋼球径を決定すると良い。なお、鋼球１３とスラスト力支持プレート１４は摩擦接触をしないため、潤滑油の供給は不要である。

歯車軸３の軸端面には鋼球１３を設置するための球固定穴１２が設けられており、この球固定穴１２は歯車軸３を製作する際に必要となる加工用センタ穴と兼用するため、球固定穴１２を設けるために別途加工工程が追加になるわけではない。
この球固定穴１２はセンタ工具と同形状の入口角度が３０°の円錐形状とする。スラスト力の向きが変化するような用途において、歯車軸３とギヤケース１０、ブラケット１１間の軸方向の集積隙間によって鋼球１３が固定穴１２から脱落することが無いよう、歯車軸３とギヤケース１０、ブラケット１１間の集積隙間が０〜１．０ｍｍの範囲となるように配慮する。すなわち、軸が正負方向どちらに移動した場合でも、脱落が生じないような形状とすることができる。

具体的には、球固定穴１２の入口径φは下式により求めると良い（単位：ｍｍ）。
φ＞５．３２×（１+（鋼球直径×０．１２５））−３．８４
ただし、脱落防止のため鋼球直径は２ｍｍ以上であることが必要である。
上式によって球固定穴１２の入口径を決定した場合、歯車軸３とギヤケース１０及びブラケット１１の集積隙間が０〜１．０ｍｍにおいて、鋼球１３の球固定穴１２からの脱落は生じなくなり、与圧機構及び鋼球の脱落防止を目的とした部品も不要となる。
また、球固定穴１２の入口径を上記式によって決定した場合、スラスト力支持プレート１４の方向にスラスト力が作用する場合は、常に歯車軸３の軸中心上に鋼球１３は存在するためスラスト支持プレート１４と単点にて点接触となり、摩擦接触を生じないため動力損失のない伝達が可能となる。
上記説明では、球固定穴１２に鋼球１３を設置した例で説明しているが、鋼球に類した球状の支持部品であれば、同様の効果を得られる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 入力歯車軸、 ２ 歯車、 ３ 歯車軸、 ４ 出力側歯車、 ５ 入力軸軸受、 ６ 歯車軸軸受、 ７ 歯車軸ラジアル軸受、 ８ 出力軸、 ９ 出力軸軸受、１０ ギヤケース、 １１ ブラケット、 １２ 球固定穴、 １３ 鋼球、 １４ スラスト力支持プレート。

Claims (3)

1. 動力伝達機構において、動力を伝達する軸に作用する軸方向のスラスト力を、ケーシング内に設置されたスラスト力支持プレートと、前記軸の端面に設けられた固定穴に設置された球状の支持部品で支持するものであって、前記軸が正負方向どちらに移動した場合でも脱落が生じないよう前記軸の端面に設けられた前記固定穴に設置された前記球状の支持部品を前記スラスト力支持プレートと前記軸の端面との間に介在させることを特徴とする軸受機構。
2. はすば歯車が歯切りされた入力歯車軸、この入力歯車軸と噛合い動力を伝達する軸を構成するはすば歯車の歯車軸、この歯車軸の端面に設けられた固定穴、この固定穴に設置された球状の支持部品、ケーシング内に設置され前記球状の支持部品を支えるスラスト力支持プレートを備え、前記歯車軸が正負方向どちらに移動した場合でも前記球状の支持部品が脱落が生じないよう前記歯車軸の端面に設けられた前記固定穴に設置された前記球状の支持部品を前記スラスト力支持プレートと前記歯車軸の端面との間に介在させることを特徴とする軸受機構。
3. 動力を伝達する前記軸と前記ケーシング間の集積隙間が０〜１．０ｍｍで、前記球状の支持部品の直径は２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の軸受機構。

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