JP4056614B2

JP4056614B2 - 平行軸歯車減速機

Info

Publication number: JP4056614B2
Application number: JP07195098A
Authority: JP
Inventors: 徹萩原; 啓勝平井
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2018-03-20
Also published as: JPH11270636A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力軸の回転トルクを２つの系統に分配し、その分配された回転トルクを出力軸に同時に合流・伝達する構成とされた平行軸歯車減速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、入力軸と出力軸が平行に組込まれた平行軸歯車減速機において、入力軸から出力軸へ回転トルクを伝達する方法や装置について、種々の提案がなされている。
【０００３】
図５の（ａ）、（ｂ）に、従来公知の平行軸歯車減速機Ｒ１、Ｒ２を示す。
【０００４】
まず、図５の（ａ）について説明する。
【０００５】
平行軸歯車減速機Ｒ１は、モータ（図示せず）から回転を受ける入力軸２と、最終的に減速された回転を出力する出力軸（第４軸）４を備えている。
【０００６】
この平行軸歯車減速機Ｒ１では、その入力軸２に回転トルクが入力されると、該回転は先ず第１歯車２０と噛合う第２歯車１０に伝達され、更に該第２歯車１０が組込まれた歯車軸（第２軸）６上にある第３歯車１２を介して、該第３歯車１２と噛合う第４歯車１４に伝達される。又、その後第４歯車１４と同一の歯車軸（第３軸）８の第５歯車１６から、それと噛合う第６歯車２２へと伝達され、最終的に出力軸４に伝達される。
【０００７】
なお、図５の（ｂ）の平行軸歯車減速機Ｒ２は出力軸が中空軸５となっているが、基本構造はほぼ図５（ａ）と同様である。
【０００８】
この平行軸歯車減速機Ｒ１、Ｒ２では、１つの歯車に１の歯車が噛合う構造となっているため、特に大きな回転トルク（高負荷）を伝達させたい場合には、それぞれの軸を太くさせ、更に、各歯車（第１〜第６歯車）を大きくする必要がある。しかし、需要者のニーズでは、特に設置スペースの限られたところで使用されることも多く、この場合、各軸、各歯車を大きくすることは難しい。つまり、小型で且つ高能力が望まれてる場合は、入力軸２と出力軸４（５）の軸芯距離を短くし、且つ、高負荷に耐えられることが必要である。
【０００９】
そのため、１つの歯車に対し複数の歯車が噛合うようにさせて、回転トルクを分配して出力軸に伝達させる代表的な減速機として、図６で示すような減速部を有する遊星歯車減速機Ｒ３が知られている。この遊星歯車減速機Ｒ３は、サンピニオン２４のまわりにプラネタリギヤ２６を複数有するもので、回転トルク（負荷）伝達容量を比較的容易に上げることが可能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示すような減速部を有する遊星歯車減速機Ｒ３は、周知の如く、図示せぬ入力軸と出力軸とが同心であるため、回転トルクを入力軸から高さの異なる出力軸へ伝達したいときには結局、別途に平行軸減速部が必要となってしまい、構造も複雑でコストも上昇する。
【００１１】
そのため、入力軸の回転トルクを、例えば２個の歯車対で受けてそれぞれ別々の系統（第１軸、第２軸）に分配し、それを出力軸に合流・伝達させる構成を平行軸歯車減速機自体で達成するという方法が考えられる。
【００１２】
即ち、入力軸に第１歯車及び第２歯車の２つの歯車を組込み、一方、入力軸と平行に第１軸及び第２軸の２つの軸を設けて、これに第３、第４歯車を組込み、それぞれ第１、第２歯車と噛合いさせる。これによって、入力軸に入ってきた回転トルクを第１歯車→第３歯車（第１軸）の系統と、第２歯車→第４歯車（第２軸）の系統に分配するのである。第１軸と第２軸に分配された回転トルクは、第１軸、第２軸上にそれぞれ組込まれた第５、第６歯車と出力軸上に組込まれた出力軸歯車との噛合いにより、出力軸上に同時に合流・伝達される。
【００１３】
しかしながら、このような構成の減速構造を採用した場合、特に第５、第６歯車がそれぞれ出力軸歯車と噛合する強さが組込み誤差等によって若干でも異なると、それぞれの系統に分配される回転トルク（荷重配分）自体が均等でなくなってしまい、甚だしいときは、一方の側の系統ばかりに動力が伝達され、他方側の系統は各歯車のバックラッシの範囲でただ回っているだけという状態となってしまうこともある。
【００１４】
このように、各歯車から出力軸歯車への伝達トルク（以後、噛合いの強さという）が異なると、当然に、一番強く出力軸歯車に噛合っている歯車にかかる負担のみが大きくなり、その結果、その歯車での消耗が大きくなるばかりでなく、減速機全体での許容伝達容量も（２系統とした）本来の容量を達成できないことになる。
【００１５】
又、歯車同士は複雑に噛合っており、又、高速・高負荷で回転しているものであるため、この噛合いの強さの検出自体が難しいことと相俟って、該荷重配分の不均等を解消するのは、現実には困難であるというのが実状であった。
【００１６】
又、たとえ各歯車及び軸の剛性確保や加工精度や組立精度の向上、あるいは組立時の部品の選択・組付調整等により、該荷重配分の不均等をある程度解消したとしても、時間の経過と共に再度不均等が生じることも多かった。
【００１７】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、基本的に構造が簡素な平行軸歯車減速機をベースとし、入力軸の回転トルクを複数の系統に分配して伝達し、最後に出力軸に合流・伝達する構成を採用しながら、各系統での伝達容量（荷重配分）を自動的に均等化し、それぞれの系統のそれぞれの歯車が均等に動力伝達を行い、もって一部の歯車のみに過負荷の状態を形成することなく、減速機全体での伝達容量を高く確保することのできる平行軸歯車減速機を提供することをその課題としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入力軸と、該入力軸と平行に組込まれた出力軸と、前記入力軸を歯車軸とする第１歯車及び第２歯車と、前記第１歯車と噛合する第３歯車の歯車軸であって、前記入力軸と平行な第１軸と、前記第２歯車と噛合する第４歯車の歯車軸であって、前記入力軸と平行な第２軸と、を備え、前記第１軸と前記第２軸の回転を前記出力軸に同時に伝達する構成とされた平行軸歯車減速機において、前記第１〜第４歯車にはすば歯車を用いると共に、前記入力軸に対し、前記第１歯車と第２歯車のはすばの捩じれの方向を逆にして組込み、且つ、第３歯車と第４歯車をそれぞれ第１歯車及び第２歯車と噛合うようにそれぞれの歯車軸に組込み、前記第１歯車と前記第３歯車との軸方向の相対位置、あるいは前記第２歯車と前記第４歯車との軸方向の相対位置の少なくとも一方を変位可能として、且つ、前記第３歯車及び第４歯車のうち、少なくとも一方を、第１軸又は第２軸上でスライド可能としたことにより、上記課題を解決したものである。
【００１９】
なお、本発明は、前記第１軸と第２軸の回転を出力軸に同時に伝達するための具体的な歯車構成としては、これを平歯車で構成してもよく、又、はすば歯車で構成してもよい。
【００２０】
本発明によれば、前記第３歯車及び第４歯車のうちの少なくとも一方を軸方向にスライド可能としておくことにより、一部の軸受のみに過度のスラスト力がかかるのを防止できるようになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明のベースとなる技術（ベース技術と称する）に係る平行軸歯車減速機の噛合構造を概略的に示した平面図である。図２は、図１を紙面右側から見た矢印II視図である。又、図３は、図１のIII 部におけるはすば歯車のねじれの様子をわかりやすく示すため、図１の紙面の右手前側から見た斜視図である。
【００２３】
まず、便宜上、図１を用いてベース技術について説明する。
【００２４】
この平行軸歯車減速機は、入力軸１０２と、該入力軸１０２と平行に組込まれた出力軸１０４と、入力軸１０２を歯車軸とする第１歯車１０６及び第２歯車１０８と、第１歯車１０６と噛合する第３歯車１１４の歯車軸であって、入力軸１０２と平行な第１軸１１０と、第２歯車１０８と噛合する第４歯車１１８の歯車軸であって入力軸１０２と平行な第２軸１１２とを備える。
【００２５】
前記第１軸１１０及び第２軸１１２には、それぞれ第５歯車１１６及び第６歯車１２０が組込まれている。又、出力軸１０４には第５歯車１１６及び第６歯車１２０と同時に噛合う（最終段歯車である）第７歯車（出力軸歯車）１２２が組込まれている。
【００２６】
即ち、この平行軸歯車減速機では、入力軸１０２に入力されてきた回転トルクが第１歯車１０６→第３歯車１１４→第１軸１１０→第５歯車１１６の第１系統Ｌ1 と、第２歯車１０８→第４歯車１１８→第２軸１１２→第６歯車１２０の第２系統Ｌ2 に分配して伝達され、第１系統Ｌ1 の第５歯車１１６及び第２系統Ｌ2 の第６歯車１２０が（１個の）出力軸歯車１２２と異なる位置Ｐ1 、Ｐ2 で噛合することにより、この分配して伝達された回転トルクが出力軸１０４に合流・伝達される構成とされている。
【００２７】
ここで、このベース技術では、第１〜第７歯車に全てはすば歯車を用い、第１歯車１０６と第２歯車１０８は互いに捩じれの向きが平面から見て逆向きになるように組込んである。即ち、入力軸１０２に対し、第１歯車１０６及び第３歯車１１４のセットのはすば歯車の捩じれの方向と、第２歯車１０８及び第４歯車１１８のセットのはすば歯車の捩じれの方向とが、平面から見て互いに逆向きになるように設定されているものである。なお、第１歯車１０６及び第２歯車１０８のはすばのねじれ角θは同一に設定してある。
【００２８】
又、入力軸１０２、出力軸１０４、第１軸１１０、及び第２軸１１２は、それぞれ回転自在になるように軸受（図示せず）に支えられる構造となっているが、入力軸１０２以外は軸方向に対してスライド不能とされ、入力軸１０２のみが軸方向に対してスライド可能な構造とされている。なお、入力軸１０２を軸方向に対してスライド可能とする構造については、特に限定されるものではなく、公知の軸受構造が適宜に採用できる。
【００２９】
なお、図１、図３に示されるように、第５歯車１１６と第６歯車１２０は第７歯車（出力軸歯車）１２２と同時に噛合するものであるため、当然に同一の捩じれ方向とされる。
【００３０】
次に、このベース技術の作用を説明する。
【００３１】
第５歯車１１６と第７歯車１２２とが噛合するトルクをＴ1 、第６歯車１２０と第７歯車１２２とが噛合するトルクをＴ2 とした場合の第７歯車１２２の受ける合計トルクをＴとすると、次式が成立する。
【００３２】
Ｔ＝Ｔ1 ＋Ｔ2 …（１）
【００３３】
ここで、Ｔ1 は第１系統Ｌ1 を経由して第７歯車１２２に伝達されるトルクに相当し、Ｔ2 は第２系統Ｌ2 を経由して第７歯車１２２に伝達されるトルクに相当する。言うまでもなく、それぞれの系統Ｌ1 、Ｌ2 に入力軸１０２からの回転トルクが１／２ずつ分配されるのが理想であるが、前述したように、歯車の加工誤差、あるいは組立誤差等があると、必ずしも１／２ずつ（均等）の分配が実現せず、一方のみが大きくなるという状態が発生する。この場合、第７歯車１２２の受け取る合計トルクＴは不変であるため、結局いずれか一方が少なくなった分、他方が過負荷状態に陥ることになる。
【００３４】
なお、入力軸１０２から第１歯車１０６に伝達されるトルクをｔ1 、第２歯車１０８に伝達されるトルクをｔ2 、その合計をｔとした場合、当然に次式が成立する。
【００３５】
Ｔ／ｔ＝一定 …（２）
Ｔ1 ／ｔ1 ＝Ｔ2 ／ｔ2 ＝一定 …（３）
【００３６】
ここで、今仮に噛合いの強さのばらつきにより、第１系統Ｌ1 の伝達トルクの方が大きくなり、Ｔ1 ＞Ｔ2 になったと仮定する。この場合、上記各関係により、当然にｔ1 ＞ｔ2 の関係が成立していることになる。
【００３７】
一方、はすば歯車の噛合いによって動力が伝達される場合、はすばの捩じれ角（傾き）θに応じ、伝達されるトルクに比例した軸方向分力が噛合点に発生する。この第１実施形態の場合、第１系統Ｌ1 においては、出力軸１０４及び第１軸１１０は軸方向に固定されているため、入力軸１０２が該軸方向分力の反作用により、図の矢印方向Ｘに移動力Ｆ1 を受ける。
【００３８】
同様に、入力軸１０２と第２歯車１０８との間における動力伝達の際に発生する軸方向分力の反作用を受け、入力軸１０２は図の矢印Ｙの方向に移動力Ｆ2 を受ける。はすばの捩じれ角はθは第１歯車１０６と第２歯車１０８とで同一に設定されているため、移動力Ｆ1 は伝達トルクｔ1 に比例し、移動力Ｆ2 は伝達トルクｔ2 に比例する。従って、今ｔ1 ＞ｔ2 であれば、Ｆ1 ＞Ｆ2 となり、入力軸１０２は移動力Ｆ1 によって矢印Ｘの方向に移動（スライド）する。
【００３９】
入力軸１０２が移動力Ｆ1 の矢印Ｘの方向に移動すると、第３歯車１１４は軸方向に固定されているため、第１歯車１０６と第３歯車１１４との噛合い（の強さ）がそれだけ弛められることになる。噛合いが弛められると当然にそこで伝達されるトルクｔ1 も弱められる。逆に、第２系統Ｌ2 側では、入力軸１０２が移動力Ｆ1 の矢印Ｘ方向に移動することにより、第２歯車１０８と第４歯車１１８との噛合が強められ、ここでの伝達トルクｔ2 が増大する。即ち、この結果、移動力Ｆ1 が弱められると相対的に、移動力Ｆ2 が強められることにより、入力軸１０２は移動力Ｆ1 とＦ2 がちょうど等しくなった位置、即ちｔ1 とｔ2 が等しくなった位置（Ｔ1 とＴ2 が等しくなった位置）に自動的に収束することになる。
【００４０】
なお、第２系統Ｌ2 側の伝達力ｔ2 の方が大きくなった場合には、Ｆ2 ＞Ｆ1 となるため、前述した作用と全く対称的な動きを見せ、やはりＦ1 ＝Ｆ2 （ｔ1 ＝ｔ2 、Ｔ1 ＝Ｔ2 ）となった位置に収束する。
【００４１】
このようにして、第５歯車１１６及び第６歯車１２０のどちらか一方が第７歯車（出力軸歯車）１２２との噛合いにおいて、その伝達トルクＴ1 又はＴ2 が他方Ｔ2 又はＴ1 より大きくなったときには、入力軸１０２がスライドし、最終的に必ずＴ1 ＝Ｔ2 となるような位置にまでスライドし、安定するようになる。
【００４２】
なお、第５歯車１１６及び第６歯車１２０が第７歯車１２２との噛合いにおいて、その噛合力が強くなったり弱くなったりする、いわゆるハンチング現象に関しては、歯車と歯車の噛合いの際には必ず摩擦が存在するため、入力軸１０２のスライド抵抗を総伝達力に対して適正に設定することにより、支障のない範囲に収めることができる。
【００４３】
以上の結果、第１系統Ｌ1 と第２系統Ｌ2 は結果として伝達トルクｔ1 、ｔ2 、あるいはＴ1 、Ｔ2 が均等に配分され、各系統Ｌ1 、Ｌ2 の歯車にも均等な負荷がかかるようになり、歯車の耐久性を向上させることができ、又、摩擦による動力損失や騒音に関してもこれらを最小限に抑えることができるようになる。
【００４４】
なお、このベース技術では、全ての歯車をはすば歯車で構成していたが、第５〜第７歯車に関しては特にはすば歯車である必要はなく、例えば平歯車でも同様な効果が得られる。
【００４５】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００４６】
本実施形態は、基本的にベース技術と同様な構成を有するが（全ての歯車がはすば歯車）、第３歯車の軸受の負担を軽くするために、第１軸の構造を改良したものである。
【００４７】
即ち、全ての歯車がはすば歯車で構成された場合、第１系統においては、はすばの向きの関係上、第５歯車１１６と第７歯車１２２との噛合によって第１軸１１０上に発生する軸方向分力Ｆ3 と、第１歯車１０６及び第３歯車１１４との噛合によって第１軸１１０上に発生する軸方向分力Ｆ4 （Ｆ1 と大きさが同じで向きが反対）との向きが同一になるため、第３歯車１１４の軸受２００に非常に大きなスラスト方向の負担がかかる。
【００４８】
そこで、図４に示すように第１軸２１０の段差部２１２と、ボルト２０４によって第１軸２１０に固定したプレート２０２とにより、軸受２０６を挟み込み、この軸受２０６をハウジング側の段差部２０８で受け止めることにより、第５歯車１１６と第７歯車１２２との噛合によって第１軸２１０上に発生する軸方向分力Ｆ3 が軸受２００にかからないようにしている。
【００４９】
即ち、第３歯車１１４はスプライン２１６を介して第１軸２１０上に組込まれているため、第３歯車１１４には、該第３歯車１１４と第１歯車１０６との噛合によって発生する軸方向分力Ｆ４のみがかかることになり、この分力Ｆ４のみを軸受２００が受け止めればよいことになる。この結果、先のベース技術では（特に対策が施されていなかったため）第３歯車側の軸受に第５歯車１１６と第７歯車１２２の噛合によって発生する軸方向分力Ｆ３と、第１歯車１０６と第３歯車１１４との噛合によって発生する軸方向分力Ｆ４との双方がかかっていたのに対し、後者Ｆ４のみがかかるようになるため、それだけ負担が軽減される。
【００５０】
なお、第２系統Ｌ２の側は、はすば歯車の捩じれの方向により第４歯車１１８からかかるスラスト荷重の方向と、第６歯車１２０からかかるスラスト荷重の方向が逆になるため、特定の軸受に大きなスラスト荷重が発生することはない。従って、この第２系統Ｌ２の方は特に本実施形態のような対処をする必要はないが、同様の構成をとることを特に禁止するものではない。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、出力軸に組込まれた最終段歯車（出力軸歯車）に噛合う各々の歯車からの回転トルク（噛合いの強さ）を、自動的に均等化することができ、ある特定の１つの歯車に負担をかけることなく、それぞれの歯車が本来持つ伝達許容能力を十分に発揮させ、結果的に小型化、軽量化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベース技術に係る平行軸歯車減速機の歯車及び軸の噛合構造を示す概略平面図
【図２】図１の矢印II視図
【図３】上記ベース技術における第７歯車（出力軸歯車）とそれに噛合う第５歯車、第６歯車を示した斜視図
【図４】本発明の実施形態に係る第１軸付近の支持構造を示す断面図
【図５】従来公知の平行軸歯車減速機を示した断面図
【図６】従来公知の遊星歯車減速機を示した断面図
【符号の説明】
１０２…入力軸
１０４…出力軸
１０６…第１歯車
１０８…第２歯車
１１４…第３歯車
１１８…第４歯車
１１６…第５歯車
１２０…第６歯車
１２２…第７歯車（出力軸歯車）
１１０…第１軸
１１２…第２軸

Claims

入力軸と、該入力軸と平行に組込まれた出力軸と、前記入力軸を歯車軸とする第１歯車及び第２歯車と、前記第１歯車と噛合する第３歯車の歯車軸であって、前記入力軸と平行な第１軸と、
前記第２歯車と噛合する第４歯車の歯車軸であって、前記入力軸と平行な第２軸と、を備え、前記第１軸と前記第２軸の回転を前記出力軸に同時に伝達する構成とされた平行軸歯車減速機において、
前記第１〜第４歯車にはすば歯車を用いると共に、
前記入力軸に対し、前記第１歯車と第２歯車のはすばの捩じれの方向を逆にして組込み、且つ、第３歯車と第４歯車をそれぞれ第１歯車及び第２歯車と噛合うようにそれぞれの歯車軸に組込み、
前記第１歯車と前記第３歯車との軸方向の相対位置、あるいは前記第２歯車と前記第４歯車との軸方向の相対位置の少なくとも一方を変位可能として、
且つ、前記第３歯車及び第４歯車のうち、少なくとも一方を、第１軸又は第２軸上でスライド可能とした
ことを特徴とする平行軸歯車減速機。
請求項１において、
前記第１軸と第２軸の回転を出力軸に同時に伝達するための歯車構成として、該第１軸及び第２軸にそれぞれ組込まれ、出力軸と噛合いしている平歯車を用いる
ことを特徴とする平行軸歯車減速機。
請求項１において、
前記第１軸と第２軸の回転を出力軸に同時に伝達するための歯車構成として、該第１軸及び第２軸にそれぞれ組込まれ、出力軸と噛合いしているはすば歯車を用いる
ことを特徴とする平行軸歯車減速機。