(57)【要約】【課題】既存、新設に関わらず、回転軸の方向の変更を容易化することによって設置の自由度を高く確保でき、且つコストの上昇を極力抑えながら、低騒音を実現することのできる直交変換ギヤヘッドを得る。【解決手段】直交変換機構１０４を独立したケーシング１０２に収容し、直交ギヤヘッド１００とする。該直交変換機構１０４は、回転軸が互いに直角に配置された一対の第１、第２ベベルギヤ１１０、１１２からなる。直交ギヤヘッド１００の入力軸として、モータ４００のモータ軸４０２と一体的に回転するピニオン４１０が内接噛合可能な内歯歯車１０６を備え、該内歯歯車１０６と前記第１ベベルギヤ１１０の一端側１１０ｂとを連結する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力伝達経路上において回転軸の方向を直角方向に変換可能な直交変換機構を有する直交動力伝達装置において、
前記直交変換機構が、ギヤヘッドとして独立したケーシング中に収められ、
該直交変換機構として、回転軸が互いに直角に配置された一対のギヤを備えると共に、
前記ギヤヘッドの入力軸として、駆動源側のピニオンが内接噛合可能な内歯歯車を備え、
該内歯歯車と前記一対のギヤのうちの入力側のギヤの一端側が連結されている
ことを特徴とする直交動力伝達装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記内歯歯車がヘリカル内歯歯車とされている
ことを特徴とする直交動力伝達装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記入力側のギヤの一端側が、前記内歯歯車の内側に反ピニオン側から挿入され、該内歯歯車と一体回転可能に連結されている
ことを特徴とする直交動力伝達装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記ギヤヘッド内の前記直交変換機構の後段に、更に、平行軸歯車機構を備えた
ことを特徴とする直交動力伝達装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記平行軸歯車機構が、前記ピニオンと前記内歯歯車とによって実現される減速の減速比に対応する増速比を有する
ことを特徴とする直交動力伝達装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記ギヤヘッドのケーシングの前記駆動源側のケーシングとの連結孔が、対角線の交点が前記ピニオンの軸心に一致するような仮想多角形の頂点相当位置に形成されている
ことを特徴とする直交動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力伝達経路上において回転軸の方向を直角方向に変換するために用いられる直交動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットやコンベア等の被駆動装置を駆動する場合、モータ等の駆動源から当該被駆動装置までの動力伝達経路上に、直交変換機構が介在されることがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
一般にモータはその軸方向に長い。そのため、例えば、そのままではモータの存在が邪魔となって設置不能であるが、モータの軸方向を直角方向に変換することにより設置が可能となるというような状況がしばしば発生する。動力伝達経路上に直交変換機構を介在させると、該モータの被駆動装置に対する設置方向（向き）を９０°変えることができるため、このような状況にも良好に対応できる。また、より設置効率の高い（無駄な空間の小さい）設置が可能となることもある。
【０００４】
こうした状況は、新規に被駆動装置を設置する場合のみならず、既存の被駆動装置の配置換えを行ったときにも、同様に発生することがある。
【０００５】
直交変換機構の具体的な歯車構成としては、ベベル歯車機構、ハイポイド歯車機構、あるいはウォーム歯車機構等が広く知られている。ベベル歯車機構は安価ではあるが、騒音が大きい。ベベル歯車機構であっても歯形を曲がり歯に形成した場合には、騒音はより低減できるが製造コストは上昇する。ウォーム歯車機構は騒音は低いが伝達効率が低く、消費電力が大きい。ハイポイド歯車機構は、騒音及び効率に関しては、ベベル歯車機構とウォーム歯車機構の中間に相当する特性を有するが、歯形が特殊であるため製造コストが高い。
【０００６】
近年の労働環境或いは作業環境の改善の動き等に対応し、この種の直交変換機構にも低騒音化が求められているが、コストあるいは効率等の観点から、現状では直交変換機構に使用する歯車機構として、必ずしも常に低騒音の歯車機構を採用できているわけではないというのが実情である。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２９９８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、既存、新設に関わらず、回転軸の方向の変更を容易化することによって設置の自由度を高く確保でき、且つコストの上昇を極力抑えながら、低騒音を実現することのできる直交動力伝達装置を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、動力伝達経路上において回転軸の方向を直角方向に変換可能な直交変換機構を有する直交動力伝達装置において、前記直交変換機構が、ギヤヘッドとして独立したケーシング中に収められ、該直交変換機構として、回転軸が互いに直角に配置された一対のギヤを備えると共に、前記ギヤヘッドの入力軸として、駆動源側のピニオンが内接噛合可能な内歯歯車を備え、該内歯歯車と前記一対のギヤのうちの入力側のギヤの一端側が連結された構成を創案することにより、上記課題を解決した。
【００１０】
本発明においては、直交変換機構をいわゆるギヤヘッドとして独立したケーシング中に収めるようにしたため、新設の場合のみならず、例えば既存の設備の配置転換等により、従来問題なく設置されていたモータ等がそのままでは設置できなくなったような状況が発生したような場合においても、本発明に係る「ギヤヘッド」を例えば従来のモータ（駆動源）と減速機との間に介在させることにより、容易に被駆動装置に対するモータの軸方向を変更することができる。
【００１１】
また、本発明では、直交変換機構の騒音の低減を、（直交変換機構の種類の変更で実現するのではなく）その回転速度を低下させるという手法で実現した。そのため、コストの上昇を抑えながら確実な騒音低減を図ることができる。
【００１２】
即ち、直交変換機構において発生する騒音は、その時の回転速度と強い相関があり、回転速度が高いと騒音は急激に上昇する。本発明は、この点に着目し、ギヤヘッドの入力軸として内歯歯車を備えるようにし、モータ側のピニオンを、この内歯歯車に内接させるようにした。この結果、内歯歯車はピニオンの回転速度（すなわち駆動源の回転速度）よりもかなり低い回転速度で回転することになる。そのため、この内歯歯車と直交変換機構を構成する一対のギヤのうちの入力側のギヤとを連結することにより、直交変換機構の回転速度を１／２〜数分の１程度にまで低下させることができるようになり、発生する騒音を低減できる。
【００１３】
また、内歯歯車との内接構造を採用するようにしたため、ピニオンに対する直交変換機構のオフセット量を小さくでき、駆動源側と連結したときのコンパクト性も維持可能である。
【００１４】
なお、本発明に係る「直交変換機構」の「直交」には、ベベル歯車機構のように、２つの回転軸の軸心が完全に交差する場合のみならず、ハイポイドギヤ、あるいはウォームギヤのように、回転軸の軸心の方向は直角にずれているものの該軸心自体は交差しない場合が含まれる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、既存、新設に関わらず、モータ等の設置の自由度を高く確保でき、且つコストの上昇を極力抑えながら、低騒音を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態の例を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る直交ギヤヘッド（直交動力伝達装置）１００が適用されているギヤドモータ５００の断面図、図２は図１の要部拡大図、図３は図２の矢視III−III線に沿う部分断面図である。
【００１８】
ギヤドモータ５００は、モータ（駆動源）４００及び当該直交ギヤヘッド１００を備える。また、必要に応じて直交ギヤヘッド１００の後段に、平行ギヤヘッド２００を付設することも可能である。まず、全体の概略構成から説明する。
【００１９】
前記モータ４００は、そのモータ軸４０２の先端に（ヘリカル）ピニオン４１０が一体的に形成されている。
【００２０】
前記直交ギヤヘッド１００は、独立したケーシング１０２を備え、該ケーシング１０２におけるモータ４００との連結面Ｆ１に、モータ４００側のケーシング４０６との連結孔１０３が、４個形成されている。この４個の連結孔１０３は、自身の対角線の交点Ｏ１が前記ピニオン４１０の軸心Ｌ１に一致するような仮想正方形の頂点相当位置に形成されている。そのためモータ４００のケーシング４０６に対し、直交ギヤヘッド１００は該モータ４００のモータ軸４０２を中心として、該モータ軸４０２の円周方向に９０°毎に回転して連結可能である。モータ４００と直交ギヤヘッド１００はこの連結孔１０３を介してボルト１０５により連結される。
【００２１】
一方、直交ギヤヘッド１００の前記平行ギヤヘッド２００に対する連結面Ｆ２には、モータ４００の直交ギヤヘッド１００に対する連結面Ｆ３と同様の態様で連結孔（図示略）が形成されている。即ち、モータ４００と平行ギヤヘッド２００は相互に連結可能な取り合い寸法を有し、平行ギヤヘッド２００は、直交ギヤヘッド１００をバイパスして直接、モータ４００に連結が可能である。この場合、モータ４００のモータ軸４０２は、平行ギヤヘッド２００の出力軸２０２と平行に配置されることになる。
【００２２】
直交ギヤヘッド１００の入出力軸線Ｌ１、Ｌ２を含むケーシング１０２の断面の形状はＬ字形となっており、平行ギヤヘッド２００のケーシング２０４は、ケーシング１０２における当該Ｌ字形に対応する２つの面１０２ａ、１０２ｂで規定される空間にその大部分が収まっている。
【００２３】
ここで直交ギヤヘッド１００自体の構成について詳細に説明する。
【００２４】
直交ギヤヘッド１００は、モータ軸４０２に形成された（ヘリカル）ピニオン４１０が内接噛合する（ヘリカル）内歯歯車１０６と、該内歯歯車１０６と連結され、内歯歯車１０６の回転方向を該内歯歯車１０６の軸心Ｌ２と直交する方向Ｌ３に変換する直交変換機構１０４と、該直交変換機構１０４の出力回転を増速する平行軸歯車機構１０５を有し、且つ、これら直交変換機構１０４及び平行軸歯車機構１０５を独立したケーシング１０２に収めている。内歯歯車１０６は、軸受１０９を介して直交ギヤヘッド１００のサブケーシング１０２ｓに支持されている。内歯歯車の軸心Ｌ２は、ピニオン４１０の軸心Ｌ１との距離ΔＬ分だけ、連結孔１０３の仮想正方形の対角線の交点Ｏ１からずれている。
【００２５】
直交変換機構１０４は、直ぐ歯１１０ａを有する第１ベベル歯車（入力側の歯車）１１０及び直ぐ歯１１２ａを有する第２ベベル歯車（出力側の歯車）１１２で構成されている。
【００２６】
第１ベベル歯車１１０は、その一端側１１０ｂが、内歯歯車１０６の内側にピニオン４１０の反対側から挿入され、該一端側１１０ｂにおいてキー１０８を介して該内歯歯車１０６と一体回転可能に連結されている。また、第１ベベル歯車１１０は第１センターシャフト１３０を介してケーシング１０２によって回転自在に支持されており、軸心Ｌ２の周りで回転可能である。第１ベベル歯車１１０の先端部には凹部１１０ｃが形成されており、この凹部１１０ｃにケーシング１０２の凸部１０２ｃが当接している。この結果、該第１ベベル歯車１１０の軸方向一方側の位置決めがなされている。なお、該第１ベベル歯車１１０の軸方向反対側の位置決めは、内歯歯車１０６を介して軸受１０９によって行われる。
【００２７】
一方、第２ベベル歯車１１２は、第２センターシャフト１３２を介してケーシング１０２によって回転自在に支持され、第１ベベル歯車１１０と噛合しながら軸心Ｌ３の周りで回転する。第２ベベル歯車１１２の先端部にも凹部１１２ｂが形成されており、この凹部１１２ｂにケーシング１０２の凸部１０２ｄが当接している。この結果、該第２ベベル歯車１１２の軸方向一方側の位置決めがなされている。また、該第２ベベル歯車１１２の軸方向反対側の位置決めは、ケーシング１０２のカバー部１０２ｅによって行われている。
【００２８】
第２ベベル歯車１１２には、平行軸歯車機構１０５の第１ヘリカルギヤ１２０が圧入により一体的に連結されている。この第１ヘリカルギヤ１２０は第２ヘリカルギヤ１２２と噛合しており、第２ヘリカルギヤ１２２の回転が、直交ギヤヘッド１００の出力軸１２５の回転として取り出される。第１、第２ヘリカルギヤ１２０、１２２は、第２ヘリカルギヤ１２２の方が歯数が少なく、増速機構を構成している。増速比はピニオン４１０と内歯歯車１０６とで構成される減速機構の減速比に対応している。すなわち、直交ギヤヘッド１００は、全体としては減速も増速もしていない。出力軸１２５の先端にはモータ軸４０２のピニオン４１０と同形のヘリカルピニオン１２５ａが形成されている。
【００２９】
なお、各軸心について整理するならば、モータ軸４０２のピニオン４１０の軸心Ｌ１と内歯歯車１０６の軸心Ｌ２は平行であり、ΔＬだけずれている（シフトされている）。内歯歯車１０６の軸心Ｌ２と直交歯車機構１０４の第１ベベル歯車１１０の軸心Ｌ２は共通（同軸）である。直交歯車機構１０４の第２ベベル歯車１１２の軸心Ｌ３は軸心Ｌ２と直角に配置されており且つ交差している。また、直交ギヤヘッド１００の出力軸１０８の軸心Ｌ４は、結果としてモータ軸４０２の軸心Ｌ１と直交している。
【００３０】
次に、ギヤドモータ５００の作用について説明する。
【００３１】
モータ４００に通電すると、モータ軸４０２上に形成されたピニオン４１０が軸心Ｌ１の周りで回転する。その結果、該ピニオン４１０が内接噛合している内歯歯車１０６が軸心Ｌ２の周りで減速回転する。減速された内歯歯車１０６の回転は、キー１０８を介して第１ベベル歯車１１０に伝達され、さらに第２ベベル歯車１１２へと伝達される。この段階で回転の軸心はＬ２からＬ３へと直角に変換される。第１ベベル歯車１１０及び第２レベル歯車１１２の回転は、ピニオン４１０と内歯歯車１０６とで構成される減速機構の減速比に相当する分だけモータ軸４０２の回転より遅くなっているため、この部分での噛合騒音が低減される。なお、ピニオン４１０と内歯歯車１０６との噛合部分において発生する噛合騒音は、平行軸歯車同士の噛合騒音であって、もともと直交歯車同士の噛合騒音よりも小さく、特に、この実施形態ではピニオン４１０と内歯歯車１０６の歯形がヘリカルとされていることもあって、ほとんど問題となることはない。
【００３２】
第２ベベル歯車１１２が回転すると、第１ヘリカルギヤ１２０が一体的に回転し、該第１ヘリカルギヤ１２０と噛合している第２ヘリカルギヤ１２２が増速回転する。この増速比は、モータ軸４０２のピニオン４１０と内歯歯車１０６とで形成される減速機構の減速比に対応して設定されているため、結局直交ギヤヘッド１００の出力軸１２５は、モータ軸４０２のピニオン４１０と全く同一の回転速度で回転することになる。出力軸１２５に形成されたピニオン１２５ａは、その歯形がモータ軸４０２のピニオン４１０と同一とされており、且つ取付面Ｆ２にはモータ４００の取付面Ｆ３と同一態様の取り付け孔が形成されているため、より後段の平行ギヤヘッド２００、あるいは相手機械側から連結面Ｆ２上の出力軸１２５のピニオン１２５ａを見た場合には、恰も連結面Ｆ３上のモータ軸４０２のピニオン４１０と全く同様の状態が形成されていることになる。
【００３３】
従って、この直交ギヤヘッド１００は、これ自体が単独のケーシング１０２を構成していることと相まって、直交変換の必要の有無に応じて、モータ４００及び平行ギヤヘッド２００の間への挿入又は取り外しが自由に行えることになる。
【００３４】
内歯歯車１０６の追加は、それほどの騒音上昇を伴うものではなく、この騒音の上昇に比較して第１、第２ベベル歯車１１０、１１２の回転速度が低減されることによるギヤヘッド全体の騒音低減効果は非常に大きい。そのため、既存、新設の如何に関わらず、騒音の増大を殆ど伴うことなく設置態様上の要求に合わせてモータ４００の設置方向を自由に変更することができるようになる。また、内歯歯車１０６は、通常の歯車製造装置で簡易且つ安価に製造できるため、コストの上昇もほとんど問題とはならない。
【００３５】
なお、上記実施形態においては、直交変換機構の具体的構成として、ベベル歯車機構が採用されていたが、本発明においては、直交変換機構の具体的構成は特に限定されない。換言すると、本発明は、直交変換機構がベベル歯車機構によって構成されている場合のみならず、ハイポイド歯車機構やウォーム歯車機構によって構成されている場合でも適用可能であり、相応の効果が得られる。例えば、ハイポイド歯車機構は、本来的に低騒音が実現できる直交変換機構ではあるが、本発明により、噛合時の回転速度が低減されると、更なる騒音低減が実現できる。また、ウォーム歯車機構の場合、一般にその減速比を高く設定しようとすると効率が一層低下する傾向があるが、本発明を適用すると、ピニオンと内歯歯車とによって確保される減速比の分、ウォーム歯車機構における減速比を（効率の高い）より低目の減速比に設定することが可能となるため、効率の向上というメリットを得ることができるように設計することも可能となる。勿論騒音についても、より一層の低減が可能となる場合がある。
【００３６】
また、上記実施形態においては、内歯歯車としてヘリカルの内歯歯車１０６が採用されていたが、本発明においては、内歯歯車は必ずしもヘリカルである必要はなく、平歯車であってもよい。
【００３７】
また、上記実施形態においては、第１ベベルギヤ（入力側のギヤ）１１０の一端側１１０ａが、内歯歯車１０６の内側に反ピニオン側から挿入されることによって、該内歯歯車１０６と一体回転可能に連結される構成が例示されていたが、本発明では、内歯歯車と直交変換機構の入力側のギヤとの連結態様については特にこの構成に限定されない。例えば、内側、外側の関係が上記例示と逆になっていてもよく、また、キー１０８による連結の代わりに圧入等の連結を採用してもよい。
【００３８】
また、上記実施形態においては、ケーシング１０２内の直交歯車機構１０４の後段に、更に、第１、第２ヘリカルギヤ１２０、１２２の平行軸歯車機構１０５を備え、且つ該平行軸歯車機構１０５が、ピニオン４１０と内歯歯車１０６とによって実現される減速の減速比に対応する増速比を有する構成とすることにより、増減速無しの直交ギヤヘッド１００としていたが、本発明では、必ずしも平行軸歯車機構を後段に備える必要はなく、また、備える場合でも増速構造とする必要はない。例えば、設計に応じ積極的により減速させても良い。
【００３９】
更に、上記実施形態においては、ケーシング１０２のモータ４００側のケーシング４０６との連結孔１０３を、対角線の交点Ｏ１がピニオン４１０の軸心Ｌ１に一致するような仮想正方形の頂点相当位置に形成し、内歯歯車１０６のピニオン４１０に対するシフト方向を９０°毎に回転・選択できるようにすると共に、直交ギヤヘッド１００の出力軸１２５の向きを９０°毎に回転・選択できるようにしていたが、この構成も必須ではない。なお、連結孔を仮想長方形の頂点相当位置に形成した場合は、１８０°毎の回転・選択が可能になる。仮想正６角形の頂点相当位置に形成した場合は、６０°毎の回転・選択が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、回転軸の方向を直角に変更するための直交変換機構を必要とするあらゆる動力伝達系に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態の例に係る直交ギヤヘッドが適用されたギヤドモータの断面図
【図２】図１の要部拡大図
【図３】図１の矢視III−III線に沿う部分断面図
【符号の説明】
【００４２】
１００…直交ギヤヘッド
２００…平行ギヤヘッド
４００…モータ
５００…ギヤドモータ
Ｆ１〜Ｆ３…取付面
Ｌ１〜Ｌ４…軸心
１０２…ケーシング
１０４…直交変換機構
１０５…平行軸歯車機構
１０６…内歯歯車
１０８…キー
１１０…第１ベベル歯車
１１２…第２ベベル歯車
１２０…第１ヘリカル歯車
１２２…第２ヘリカル歯車
１２５…出力軸
４０２…モータ軸
４１０…ピニオン
【図１】
2005098361.tif 000003
【図２】
2005098361.tif 000004
【図３】
2005098361.tif 000005