JP2013185663A - 遊星歯車減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】遊星歯車減速機の内歯歯車を効率的に冷却して、内歯歯車における摩擦損失を軽減する技術を提供する。
【解決手段】遊星歯車減速機は、外歯歯車２６と、外歯歯車２６と内接噛合する内歯歯車２８と、内歯歯車２８を収容するケーシング３０と、を備える。ケーシング３０の外周には径方向外側に延びる複数のフィン６２が形成されている。遊星歯車減速機を内歯歯車の径方向から見たときに、フィン６２は内歯歯車２８の内歯と重なる位置に配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に減速機に関し、特に遊星歯車減速機に関する。

特許文献１には、遊星歯車減速機の減速機ケースの外表面に多数の環状凹凸部を形成することが記載されている。これによると、減速機ケースの放熱面積が拡大するとともに、減速機ケースの回転時に環状凹凸部が風を切るようにしてその放熱作用を促進できるため、遊星歯車減速機の過熱を防止することができる。

実開平５−６９４４２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような環状凹凸部では十分な冷却効果が得られず、減速機の温度が上昇してケーシング内部に封入されている潤滑油の粘度が低下し、内歯歯車における摩擦損失が大きくなると言う問題がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、遊星歯車減速機の内歯歯車を効率的に冷却して、内歯歯車における摩擦損失を軽減する技術を提供することにある。

本発明のある態様は、外歯歯車と、該外歯歯車と内接噛合する内歯歯車と、該内歯歯車を収容するケーシングと、を備える遊星歯車減速機であって、ケーシングの外周に径方向外側に延びる複数のフィンが形成されており、当該遊星歯車減速機を内歯歯車の径方向から見たときに、フィンが内歯歯車の内歯と重なる位置に配置されている。

この態様によると、内歯歯車の内歯に対応する位置に径方向外側に延びるフィンを配置することで、内歯歯車の内歯を効率的に冷却して、内歯歯車における摩擦損失を軽減することができる。

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、装置、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、遊星歯車減速機の内歯歯車を効率的に冷却して内歯歯車における摩擦損失を軽減することができる。

本発明の一実施形態に係る減速機が組み込まれたフォークリフトの車輪駆動装置の構成を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った減速機の断面図である。 別の実施例に係る、図１のＡ−Ａ線に沿った減速機の断面図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿ったケーシングの断面図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る減速機１０が組み込まれたフォークリフトの車輪駆動装置１００の構成を示す。図１は、車輪駆動装置１００の車輪５０、モータ１２、減速機１０の中心軸を含む鉛直面で切断したときの断面図である。

減速機１０は、偏心揺動噛合型と呼ばれる遊星歯車減速機の一種である。減速機１０内部の空間はモータ１２内部の空間と連通しており、これらの空間内に潤滑油が封入されている。

モータ１２の出力軸１２Ａは、スプライン１４を介して減速機１０の入力軸１６と連結されている。入力軸１６は、後述する外歯歯車２４、２６の半径方向中央に配置されている。入力軸１６には、入力軸１６と軸心のずれた二つの偏心体１８、２０が一体に形成されている。二つの偏心体１８、２０は、互いに１８０度の位相差を有して偏心している。なお、偏心体１８、２０は、入力軸１６と別体で構成された上で、キー等によって入力軸に固定されたものであってもよい。

各偏心体１８、２０の外周には、ころ軸受２１、２３を介して二枚の外歯歯車２４、２６が揺動可能に外嵌されている。外歯歯車２４、２６は、それぞれ内歯歯車２８に内接噛合している。

内歯歯車２８は、内歯を構成する円筒状の摺動促進部材である外ローラ（内歯ピンとも言う）２８Ａ、２８Ｂと、外ローラ２８Ａ、２８Ｂを貫通してこれを回転自在に保持する外ピン（保持ピンとも言う）２８Ｃと、外ピン２８Ｃを回転自在に支持するとともに、ケーシング３０と一体化された内歯歯車本体２８Ｄとで、主に構成されている。

内歯歯車２８の内歯の歯数、すなわち外ローラ２８Ａ、２８Ｂの数は、外歯歯車２４、２６の外歯の歯数よりも僅かに（この実施形態では１だけ）多い。

外歯歯車２４、２６の軸方向車体側には車体フレーム（図示せず）に固定される第１キャリア体３４が配置され、軸方向反車体側にはキャリアボルト３６およびキャリアピン４２を介して第１キャリア体３４と一体化された第２キャリア体３８が配置されている。第２キャリア体３８には、内ピン４０が一体に形成されている。

図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った減速機の断面図である。図示するように、外歯歯車２６（図示しないが、外歯歯車２４も同様）には、その軸心からオフセットされた位置に１２個の同径の貫通孔が等間隔に形成されている。そのうち、１２０度の等間隔で配置された３つの孔にはキャリアピン４２が挿通され、残りの９つの孔には内ピン４０が挿通される。そのため、前者をキャリアピン孔２６Ｂと呼び、後者を内ピン孔２６Ａと呼ぶが、その形状および半径方向位置に相違はない。外歯歯車２６の外周には波形の歯が形成されており、この歯が内歯歯車２８の外ローラ２８Ｂ上を接触しつつ移動することで、中心軸を法線とする面内で外歯歯車２６が揺動できるようになっている。図示しないが、外歯歯車２４に対して１８０度の位相差がある点以外は外歯歯車２６も同様である。

図１に戻り、内ピン４０は、外歯歯車２４、２６に貫通形成された内ピン孔２４Ａ、２６Ａに隙間を有した状態で挿通され、その先端が第１キャリア体３４の凹部３４Ａに嵌入されている。内ピン４０は、外歯歯車２４、２６に形成された内ピン孔２４Ａ、２６Ａの一部と摺動促進部材としての内ローラ４４を介して当接しており、外歯歯車２４、２６の自転を拘束しその揺動のみを許容している。

内ピン４０は、凹部３４Ａに圧入されているだけであり、ボルト等による固定はなされていない。内ピンは、第１および第２キャリア体３４、３８と外歯歯車２４、２６との間の動力の伝達に寄与する連結部材であると言える。

キャリアピン４２は、外歯歯車２４、２６に貫通形成されたキャリアピン孔２４Ｂ、２６Ｂに隙間を有した状態で挿通され、拡径した当接部４２Ｃが第１キャリア体３４の反車体側面に当接している。キャリアピン４２と第１キャリア体３４とは、キャリアボルト３６によって締結されている。第１キャリア体３４にはキャリアボルト３６を挿通するための貫通孔３４Ｃおよび座繰り部３４Ｂが形成されており、キャリアピン４２の軸方向端面には、キャリアボルト３６をねじ込むためのねじ穴４２Ｅが形成されている。

キャリアピン４２は、外歯歯車２４、２６のキャリアピン孔２４Ｂ、２６Ｂとは接しておらず、外歯歯車２４、２６の自転の拘束には寄与していない。キャリアピン４２は、第１キャリア体３４と第２キャリア体３８の間の連結のみに寄与している連結部材であると言える。

減速機１０のケーシング３０は、一対の主軸受４６、４７を介して、車体フレームに固定された第１キャリア体３４および第２キャリア体３８に回転自在に支持されている。ケーシング３０の軸方向反車体側には、その外周に沿って複数のフランジ６０が等間隔に形成されている（図２参照）。各フランジ６０にはそれぞれねじ穴６０Ａが形成されている。このねじ穴６０Ａにボルト４９によってホイール部材４８が締結され、ホイール部材４８にフォークリフト（図示せず）のタイヤ５０が装着される。減速機１０は、タイヤ５０の軸方向範囲内（図１の二点鎖線の範囲内）に収められている。

第２キャリア体３８の外周面に形成されたねじ穴にはキャップ５６が螺合されており、第２キャリア体３８とケーシング３０と主軸受４６、４７とを組み付ける際に、キャップ５６の押し込み量を変更することで、主軸受４６、４７に与える与圧を調整することができる。

減速機１０の入力部材たる入力軸１６は、正面合わせで配置された一対のアンギュラ玉軸受５２、５４を介して、第１キャリア体３４および第２キャリア体３８に回転自在に支持されている。アンギュラ玉軸受５２、５４は、それぞれ転動体５２Ａ、５４Ａ、および外輪５２Ｂ、５４Ｂを有しているが、内輪は有していない。代わりに、入力軸１６に転動面５２Ｃ、５４Ｃが形成されており、これらがアンギュラ玉軸受の内輪として機能している。なお、この構成に限られず、別体の内輪を配置してもよい。

第２キャリア体３８の内周面に形成されたねじ穴には軸受ナット３９が螺合されており、第１キャリア体３４、第２キャリア体３８とアンギュラ玉軸受５２、５４を組み付ける際に、軸受ナット３９の押し込み量を変更することで、アンギュラ玉軸受５２、５４に与える与圧を調整することができる。

車体側のアンギュラ玉軸受５２は、第１キャリア体３４の凹部３４Ｄと入力軸１６の転動面５２Ｃとで軸方向の動きが拘束されている。反車体側のアンギュラ玉軸受５４は、第２キャリア体３８にねじ込まれた軸受ナット３９の段部３９Ａと入力軸１６の転動面５４Ｃとで軸方向の動きが拘束されている。そのため、入力軸１６は、第１キャリア体３４および軸受ナット３９によって、軸方向の動きがいずれの方向に対しても拘束され、ガタなく軸方向に位置決めされる。

続いて、車輪駆動装置１００の作用を説明する。

モータ１２の出力軸１２Ａの回転は、スプライン１４を介して減速機１０の入力軸１６に伝達される。入力軸１６が回転すると、偏心体１８、２０の外周が偏心運動を行い、ころ軸受２１、２３を介して外歯歯車２４、２６が揺動する。この揺動により、外歯歯車２４、２６の外歯と内歯歯車２８の外ローラ２８Ａ、２８Ｂとの噛合位置が順次ずれてゆく現象が生じる。

外歯歯車２４、２６と内歯歯車２８との歯数差は、１に設定されており、また、各外歯歯車２４、２６の自転は、車体フレームに固定された第１キャリア体３４に固定された内ピン４０によって拘束されている。このため、入力軸１６が一回回転する毎に、自転の拘束されている外歯歯車２４、２６に対して内歯歯車２８が歯数差に相当する分だけ自転（回転）することになる。この結果、入力軸１６の回転により、１／（内歯歯車の歯数）に減速された回転速度にて内歯歯車本体２８Ｄと一体化されているケーシング３０が回転する。ケーシング３０の回転により、ケーシング３０にボルト４９によって固定されているホイール部材４８を介してフォークリフトのタイヤ５０が回転する。

ところで、減速機１０は油浴されているため、ケーシング３０内に封入された潤滑油が歯車の噛合部分、回転摺動部分、軸受等の部品に飛散して付着し、潤滑機能を発揮するようになっている。しかし、減速機１０の温度が上昇すると潤滑油の粘度が低下するため、摺動部に形成される潤滑油の油膜厚さが減少し、摩擦による損失が増大してしまう。

一般に、偏心揺動型の遊星歯車減速機の内歯では、外ローラと外ピンとの間の滑り接触が生じ、内歯付近の発熱が大きくなるという問題がある。この内歯歯車における発熱（および他の部分の発熱）による潤滑油の温度上昇に起因して、外ローラと外ピンの間の油膜厚さの減少による摩擦損失が顕在化し、偏心揺動型減速機の効率を低下させる主要因となっている。

高粘度の潤滑油を採用して油膜厚さの減少に対処する方法も考えられるが、この場合、減速機を起動するときの抵抗が増大し起動性に悪影響を与えるおそれがある上、攪拌損失の増加による効率低下も考慮する必要がある。

そこで、本実施形態では、図２に示すように、ケーシング３０の外周に径方向外側に延びる複数のフィン６２を形成することで、上述の問題に対処するようにした。フィン６２は、減速機１０を内歯歯車２８の径方向から見たときに、内歯歯車２８の内歯を構成する外ローラ２８Ｂおよび外ピン２８Ｃと重なる位置に、一つずつ配置される。但し、図２に示すように、ケーシング３０の外周に形成されたフランジ６０を避けるために、対応するフィンが存在しない内歯（すなわち外ローラ２８Ｂおよび外ピン２８Ｃ）も存在する。この結果、隣接するフランジ６０の間にはそれぞれ同数（図示の例では二つ）のフィン６２が配置されている。

ケーシング３０の外周に複数のフィン６２を形成することで、ケーシング３０の表面積が拡大するため、減速機１０の放熱性が向上する。また、ケーシング３０は車輪と一体に回転するので、フォークリフトの走行時の風切りによってフィン６２からの放熱量を増大させることができる。さらに、滑り接触による発熱源である内歯に近接させて、内歯（外ピン２８Ｃおよび外ローラ２８Ｂ）と径方向に重なる位置にフィン６２を配置しているので、内歯からフィンに効率的に熱伝達することができ、内歯の冷却効果が高い。

図２に示すように、フィン６２の厚み方向（内歯歯車の周方向）の中心線と、内歯を構成する外ローラ２８Ｂおよび外ピン２８Ｃの中心軸とが略同一直線上に位置するように（周方向位置が一致するように）、フィン６２を配置することが最も好ましい。

図３は、別の実施例に係る、図１のＡ−Ａ線に沿った減速機の断面図である。この実施例では、フランジ６０の近傍にある内歯に対応して、一部のフランジ６０と一体的に形成されたフィン６４が追加されている。これにより、内歯の冷却効果をさらに高めることができる。

図４は、図２のＢ−Ｂ線に沿ったケーシング３０の断面図である。図示のように、隣接するフィン６２の間には、車体外側に向いた下り傾斜面３０Ａが形成されている。この傾斜面３０Ａによって、隣接するフィン６２の間に水分が侵入した場合でも、車体の外側に速やかに排出することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、内歯歯車の内歯に対応する位置に径方向外側に延びる複数のフィンを配置することで、内歯歯車の内歯を効率的に冷却することができる。このため、温度上昇に起因する外ローラと外ピンの間の油膜厚さの減少が抑制されるため、外ローラと外ピンの間の摩擦損失が低下し、遊星歯車減速機の効率が改善される。

以上、本発明の実施の形態について説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態では、フィン６２の厚み方向の中心線と、内歯を構成する外ピン２８Ｃの中心軸とが略同一直線上に位置するようにフィン６２を配置することを述べたが、径方向から見て一部が重なり合っていれば、中心が一致していなくてもよい。

実施の形態では、外ピン２８Ｃが外ローラ２８Ａ、２８Ｂを貫通した状態で保持され、外歯歯車２４、２６の外歯が外ローラ２８Ａ、２８Ｂに噛合することを述べた。しかしながら、外ローラを使用せず、外歯歯車の外歯が外ピンと直接噛合するように構成された偏心揺動噛合型の遊星歯車減速機も存在する。本発明は、そのような減速機にも適用することができる。この場合も、上記の実施の形態と同様に、内歯歯車を収容するケーシングの外周に、内歯の位置と対応させて（外ピンと径方向に重なる位置に）複数のフィンを形成すればよい。この場合、外ピンとケーシングとの間の油膜厚さを確保することができる。

実施の形態では、偏心揺動型の遊星歯車減速機を例にして説明した。しかしながら、単純遊星歯車機構を用いる減速機において、遊星歯車と内接噛合する内歯車の内歯を冷却する目的にも本発明を適用することができる。この場合も、上記の実施の形態と同様に、内歯車を収容するケーシングの外周に、内歯の位置と対応させて複数のフィンを形成すればよい。この場合、遊星歯車と内歯歯車との噛合部における油膜厚さを確保することができる。

実施の形態では、入力軸（偏心体軸）１６が内歯歯車２８の中心に配置されるタイプの偏心揺動噛合型の遊星歯車減速機を例に説明した。しかしながら、このタイプの減速機に限らず、例えば、内歯歯車の中心からオフセットした位置に複数本の偏心体軸が配置されるタイプの遊星歯車減速機にも本発明を適用することができる。

実施の形態では、第１キャリア体３４および第２キャリア体３８を固定し、ケーシング３０から回転を出力するように、偏心揺動噛合型の遊星歯車減速機を構成することを述べた。しかしながら、ケーシング３０を固定し、第１キャリア体３４および第２キャリア体３８から回転を出力するように遊星歯車減速機を構成してもよい。この場合、外歯歯車２４、２６の自転成分が、内ピン４０を介して第１キャリア体３４および第２キャリア体３８に伝達される。

本発明に係る減速機は、フォークリフトの車輪駆動装置に限られず、入力軸に対して出力軸を減速する必要がある様々な装置に組み込むことができる。

１０ 減速機、 ２２、２４ 外歯歯車、 ２８ 内歯歯車、 ３０ ケーシング、 ３０Ａ 傾斜面、 ６０ フランジ、 ６０Ａ ねじ穴、 ６２ フィン、 １００ 車輪駆動装置。

Claims (6)

1. 外歯歯車と、該外歯歯車と内接噛合する内歯歯車と、該内歯歯車を収容するケーシングと、を備える遊星歯車減速機であって、
   前記ケーシングの外周に径方向外側に延びる複数のフィンが形成されており、
   当該遊星歯車減速機を内歯歯車の径方向から見たときに、前記フィンが前記内歯歯車の内歯と重なる位置に配置されていることを特徴とする遊星歯車減速機。
2. 前記内歯歯車の内歯は、前記ケーシングの内周に形成された溝に支持されるピン部材で構成されることを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車減速機。
3. 前記フィンの厚み方向の中心線と前記内歯の中心軸とが略同一直線上に位置することを特徴とする請求項２に記載の遊星歯車減速機。
4. 当該遊星歯車減速機が、車輪駆動用の動力伝達装置に組み込まれており、
   隣接するフィンの間に車体の外側に向けた下り傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の遊星歯車減速機。
5. 当該遊星歯車減速機が、車輪駆動用の動力伝達装置に組み込まれており、
   前記ケーシングの外周に、車輪のホイールが締結される複数のフランジが配置され、
   前記フィンが前記フランジを避けて配置されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の遊星歯車減速機。
6. 前記フランジが前記ケーシングの外周に等間隔に配置され、隣接するフランジ間にそれぞれ同数のフィンが配置されることを特徴とする請求項５に記載の遊星歯車減速機。

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