專利名稱：動力傳遞裝置及動力傳遞裝置的中空軸的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動力傳遞裝置及動力傳遞裝置的中空軸的制造方法。
背景技術(shù)：
以往，在動力傳遞裝置的中空軸上連結(jié)電動機軸或被驅(qū)動軸等的對象軸時，廣泛地采用了使鍵與鍵槽卡合的方法。在該連結(jié)方法中，存在如下問題，即在動力傳遞時，在中空軸和對象軸之間的間隙 產(chǎn)生微小的滑動，容易產(chǎn)生稱為“微振磨損”的現(xiàn)象。微振磨損為，經(jīng)過微小的滑動一產(chǎn)生 磨損一中空軸和對象軸的燒結(jié)的過程，當其發(fā)展時，則對象軸固定在中空軸上而變得不可 拆分。在專利文獻1中，為了避免這種問題的產(chǎn)生，提出基于“摩擦緊固”的中空軸和對 象軸之間的連結(jié)結(jié)構(gòu)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以防止在中空軸和對象軸之間產(chǎn)生滑動的現(xiàn)象本身， 所以可以阻止微振磨損的發(fā)展。專利文獻1 日本特開2001-99177號公報(段落0024、圖2)然而，在通過摩擦緊固連結(jié)中空軸和被插入在該中空軸的對象軸的情況下，必須 遍及全周(均等且一點點地)擰緊所設(shè)置的很多的緊固用螺栓。由此，安裝時或者拆卸時 的工作性極其差，而且還存在需要定期進行適當?shù)闹匦聰Q緊這種維護的問題。并且，由于需要用于配置摩擦緊固件的軸向空間，所以存在裝置整體沿軸向變長 的缺點。在中空軸中插入對象軸的連結(jié)結(jié)構(gòu)，本來在有想要盡量縮短裝置整體的軸向長度 的要求的環(huán)境下采用的情況較多。因此，該缺點有時在現(xiàn)場成為大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決這種問題而完成的，其課題在于，不損于安裝時等的工作性，而 且不加長裝置整體的軸向長度，以簡單的結(jié)構(gòu)有效地阻止微振磨損的發(fā)展。本發(fā)明通過成為以下結(jié)構(gòu)來解決了上述課題，即動力傳遞裝置具備中空軸，該中 空軸具有供對象軸插入的中空部，并且通過相對于該對象軸的形狀卡合來傳遞轉(zhuǎn)矩，在該 動力傳遞裝置中，在上述中空部的內(nèi)周施以涂層，該涂層的材料由固體微粒潤滑材料分散 于母材的復(fù)合材料構(gòu)成。在本發(fā)明中，在中空部的內(nèi)周施以涂層。涂層的材料為固體微粒潤滑材料分散于 母材的復(fù)合材料。從而，在對象軸和中空軸的接觸面，即使涂層磨損一些，也可以始終將分 散的固體微粒潤滑材料作為新的潤滑劑使其出現(xiàn)于中空部的內(nèi)周表面。由此，經(jīng)過長期可 以良好地得到涂層面和對象軸之間被適當?shù)貪櫥淖饔谩６?，與將有自我潤滑性的材料 簡單地進行多層涂層的結(jié)構(gòu)不同，固體微粒潤滑材料大致均勻地分散于母材中，所以不易產(chǎn)生剝落現(xiàn)象，并且始終可以得到適當?shù)奈⒄衲p防止效果。從而，安裝時等的工作性良好，而且也不需要摩擦緊固機構(gòu)的配置，所以也可以縮 短軸向長度。并且，由于在“中空軸的內(nèi)周”施以涂層，所以也不用擔心在運輸時或者安裝 時工具等不小心碰到涂層面，而損傷該涂層面。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠不損于安裝時的工作性，而且不加長裝置整體的軸向長度，以簡 單的結(jié)構(gòu)可以有效地阻止微振磨損的發(fā)展。


圖1是表示應(yīng)用本發(fā)明的實施方式一個例子的齒輪傳動電動機的結(jié)構(gòu)的主要部 分剖面圖。圖2是沿圖1的向視II-II線的放大剖面圖。圖3是表示上述實施方式中的中空軸的涂層工作的工序例的剖面圖及端面圖。標記說明12-輸出軸(中空軸)，12K-鍵槽，12A1、12A2-滑動接觸部，12H-中空部，14-被驅(qū) 動軸(對象軸)，14Κ-鍵槽，15、17-油封
具體實施例方式以下，基于附圖詳細地說明本發(fā)明的實施方式的一個例子。圖1是應(yīng)用本發(fā)明的實施方式的一個例子的具有空心的輸出軸(中空軸)12的齒 輪傳動電動機(動力傳遞裝置)GMl的主要部分剖面圖，圖2是沿圖1的向視II-II線的放 大剖面圖。該齒輪傳動電動機GMl是連結(jié)電動機Ml和減速機Gl的齒輪傳動電動機。該齒輪傳動電動機GMl的輸出軸12由鐵類材料構(gòu)成，并且具有供對象機械(省略 圖示)的被驅(qū)動軸(對象軸)14插入的中空部12Η。對象機械的被驅(qū)動軸14也由鐵類材料 構(gòu)成。在本實施方式中，“對象機械”是制作面包等的食品運輸用輸送機(省略圖示)，“被 驅(qū)動軸(對象軸)，，是用于驅(qū)動其輥子(省略圖示)的軸。另外，標記25是在與對象機械 之間連結(jié)/固定轉(zhuǎn)矩臂(省略圖示)時而使用的螺栓孔，該轉(zhuǎn)矩臂用于防止齒輪傳動電動 機GMl整體繞被驅(qū)動軸14進行旋轉(zhuǎn)。形成于輸出軸12的突起12Ρ用于通過形成于其圖中左側(cè)的面12Ρ1來進行未圖示 的輸出齒輪的軸向的定位，槽部12C相當于用于防止與前級的齒輪的干涉的退出槽。輸出 軸12由2個軸承19、21支承在外殼15上。其中，軸承19與突起12Q—起也有助于輸出軸 12的向圖1的軸向右側(cè)的定位。另外，也以預(yù)定的結(jié)構(gòu)實施輸出軸12的向圖1的軸向左側(cè) 的定位，但在圖1中省略圖示。圖1的標記15、17是比上述軸承19、21配置在軸向外側(cè)的輸出軸12的兩端外周的 油封。油封15、17在輸出軸12的外周12Α的滑動接觸部12Α1、12Α2上，密封齒輪傳動電動 機GMl的內(nèi)外。輸出軸12和被驅(qū)動軸14構(gòu)成為，通過利用鍵18的“形狀卡合(鍵卡合)，， 來進行轉(zhuǎn)矩傳遞。在本說明書及專利請求范圍中，“基于形狀卡合的轉(zhuǎn)矩傳遞”是指，(與所謂壓入或摩擦緊固不同)一方的軸具有與該一方的軸的切線方向交叉的支承面(包括曲面)，通過一方的軸經(jīng)由該支承面從另一方的軸側(cè)承受切線方向的力(或者分力)而進行的轉(zhuǎn)矩傳遞。 如果結(jié)合該實施方式具體地進行說明，則在輸出軸12上穿設(shè)有鍵槽12K，在被驅(qū)動軸14上 也穿設(shè)有鍵槽14K。鍵18被卡合/介于由兩鍵槽12K、14K形成的空間23中。形成于被驅(qū) 動軸14的鍵槽14K的側(cè)面14K1或14K2，相當于本實施方式中的“與軸的切線方向交叉的 支承面”。通過使鍵18卡合/介于由鍵槽12K、14K形成的空間23中，由此被驅(qū)動軸14通 過經(jīng)由該側(cè)面14K1或14K2從輸出軸12承受切線方向的力(或分力)而進行轉(zhuǎn)矩傳遞。另外，在基于形狀卡合的轉(zhuǎn)矩傳遞中，除了這種“基于鍵卡合的轉(zhuǎn)矩傳遞”以外，也 有“基于花鍵卡合的轉(zhuǎn)矩傳遞”、軸剖面為英文字母的“D”的形狀的所謂“基于D型切斷面卡 合的轉(zhuǎn)矩傳遞”等。任意一個的卡合均是微振磨損成為問題的卡合，可以有效地應(yīng)用本發(fā)明。輸出軸12的內(nèi)徑Dl設(shè)定成只稍微大于被驅(qū)動軸14的外直徑dl (所謂間隙嵌合)。 這是因為容易將齒輪傳動電動機GMl安裝在被驅(qū)動軸14上。然而，在保持此結(jié)構(gòu)時，存在 產(chǎn)生微振磨損的可能，所以在本實施方式中，在輸出軸12的內(nèi)周12B上施以后述的特殊的 涂層。具體地，如下進行該涂層。S卩，如圖3(A)所示，在該實施方式中，首先用母材和固體微粒潤滑材料的復(fù)合材 料對輸出軸12的整體進行涂層。另外，在圖3中，以雙點劃線包圍并且附加細小的影線的部 分相當于施以涂層的部分。為了方便，將涂層的厚度示意加粗描畫。然后，如圖3(B)所示， 切削或磨削不打算進行涂層的部位(該實施方式中為包括油封15、17的滑動接觸部12A1、 12A2的輸出軸12的外周12A)。并且，如圖3(C)所示，作為不打算進行涂層的部分，切削鍵 槽12K。由此，可以除去不打算進行涂層的部位的涂層。以下，更詳細地進行說明。在輸出軸12的中空部12H的內(nèi)周12B上施以涂層的結(jié)構(gòu)，與為了防止微振磨損而 隔著其他部件的結(jié)構(gòu)不同，不增加零件件數(shù)，在安裝時或拆卸時的工作性也高。并且，也不 存在軸向長度因緊固件的存在而變長的現(xiàn)象，所以也可以提高軸向的緊湊性。而且，因為是 “在中空軸內(nèi)周12B的涂層”，因此在運輸時、安裝時等，可以防止工具等沖撞而損傷涂層面， 所以能防止由于涂層的微小的傷痕而微振磨損開始發(fā)展。本發(fā)明的發(fā)明人著眼于這樣的內(nèi)周涂層的優(yōu)點，將此作為結(jié)構(gòu)的核心而進行用于 防止微振磨損的更具體的實驗，其結(jié)果獲得了如下見解。(a)在中空部12H的內(nèi)周12B進行(僅基于母材的)簡單的電鍍(例如鍍鎳)時， 由于成為金屬彼此的接觸，所以尤其在仍為鐵類材料的被驅(qū)動軸14上生銹，結(jié)果產(chǎn)生了微 振磨損。(b)為了提高硬度，在中空部12H的內(nèi)周12B施以鈦涂層時，結(jié)果也產(chǎn)生了微振磨 損。即，涂層并非只堅硬就可以。(c)為了減少摩擦系數(shù)，將結(jié)晶性聚合物(聚醚醚酮)涂層在中空部12H的內(nèi)周 12B時，也無法有效地防止微振磨損。推測這是因為結(jié)晶性聚合物和輸出軸12之間的緊貼 性較低，與其說產(chǎn)生了磨損，不如說是產(chǎn)生了 “剝落”或者“偏離”等。(d)將鎳膜作為基底，在所析出的鎳膜上進行使氟乙烯樹脂(PFA 全氟烷氧基樹 脂四氟乙烯·全氟烷基乙烯基醚共聚物)層疊的涂層時，氟乙烯樹脂剝落，鎳膜會在早期露出，因此未必一定成為良好的結(jié)果。即，只是“層疊”式的涂層作為防止微振磨損的涂層 未必一定適合。(e)也實驗了以封入了非粘結(jié)物質(zhì)(特殊樹脂)的陶瓷先驅(qū)體(熱硬化性硅類聚 合物)進行涂層的技術(shù)。該涂層是如下涂層，即由于通過陶瓷先驅(qū)體來維持表面的硬度， 所以例如與氟乙烯樹脂等作比較具有非常強的耐磨損性，并且該涂層可以得到所謂膠帶或 玻璃紙帶也完全不粘貼程度的強力的非粘結(jié)特性。但是，與微振磨損的防止有關(guān)的強力“非 粘結(jié)特性”也未必一定成為良好的結(jié)果。實驗的結(jié)果，關(guān)于微振磨損防止可以得到良好結(jié)果的情況之一為，施以使固體微 粒潤滑材料分散于母材的“復(fù)合電鍍”的情況。復(fù)合電鍍是指使分散微粒子共析在電鍍膜 中的表面處理。在復(fù)合電鍍中，對于微振磨損的防止尤其有效的復(fù)合電鍍，例如是將鎳作為基底 (母材)，使具有作為所謂固體微粒潤滑材料的功能的氟乙烯樹脂(PTFE:聚四氟乙烯)分 散(共析)的涂層(厚度3 7μπι)。推測其主要原因在于通過鎳基底得到了適當?shù)挠?度；該固體微粒潤滑材料成為露出于局部膜表面的狀態(tài)，并得到了所謂自我潤滑性。而且，在使由氟乙烯樹脂(PTFE)構(gòu)成的固體微粒潤材料分散在有機樹脂中而成 為涂料狀，并進行了將其進行涂布的被稱為“磷酸錳化學生成覆蓋膜處理”的涂層處理的情 況下，也得到了良好的實驗結(jié)果。另外，在該涂布實驗中，基底是樹脂，并且是基于涂布的涂 層，所以涂層的厚度為10 μ m。有機樹脂和鐵類的輸出軸12的緊貼性未必能說良好，但是 使輸出軸12露出于磷酸覆蓋膜并在表面形成厚度5μπι左右的粗糙面區(qū)域(粗糙的面的區(qū) 域)，在該以預(yù)定的粗糙度被粗糙化的內(nèi)周面上進行了涂層時，關(guān)于緊貼性也得到了進一步 良好的特性。通過這些實驗結(jié)果，通過進行基于使固體微粒潤滑材料分散在母材中的復(fù)合材料 的涂層，對于微振磨損得到了良好的結(jié)果。作為具有相同的特性的復(fù)合材料有如下復(fù)合材料，即將鎳(Ni)作為母材，使發(fā) 揮“固體微粒潤滑材料”的功能的固體微粒子，例如石墨(黑鉛)、二硫化鉬(MoS2)、氮化硼 (BN)、二硫化鎢(WS2)、聚乙烯等的固體微粒子分散的復(fù)合材料等。返回到具體的實施方式的說明。在本實施方式中，將這種復(fù)合材料涂層于輸出軸12的內(nèi)周12Β。這是因為若在輸出軸12的內(nèi)周12Β及被驅(qū)動軸14的外周的雙方進行涂層，則所謂涂層后的兩者的尺寸公 差變大，反而使不良狀況明顯化的可能性變高。例如，若涂層因不均勻而變得過厚，則不能 得到作為本發(fā)明的防止微振磨損的基本目的的“安裝、拆卸容易”的效果。當防止該情況而 將輸出軸12和被驅(qū)動軸14的尺寸差(間隙)設(shè)定得較大時，在涂層因不均勻而變薄的情 況，或者涂層隨時間因磨損而變薄的情況下，產(chǎn)生“松動”。松動的產(chǎn)生不僅成為噪音、振動、 間隙增大的主要原因，在會導(dǎo)致微振磨損變得更加容易發(fā)生這一不良狀況方面也不是優(yōu)選 的。即，如果在防止微振磨損的觀點來看，在輸出軸12的內(nèi)周12Β及被驅(qū)動軸14的外周的 雙方進行涂層時，(有時也能得到良好的結(jié)果)并非始終能得到良好的結(jié)果。在本實施方式中，因為僅在輸出軸12的中空部12Η的內(nèi)周12Β施以涂層，所以可 以防止因涂層厚度的不均勻，反而使安裝變得困難或者松動需要以上地變大的現(xiàn)象。而且， 如上所述，因為是“內(nèi)周12Β的涂層”，所以在運輸時、安裝時等，可以防止工具等沖撞而損傷涂層面。微振磨損從涂層的微小的傷痕開始發(fā)展，所以該優(yōu)點現(xiàn)實上是較大的優(yōu)點。但是，如上所述，在本實施方式中，關(guān)于鍵槽12K (與對象軸形狀卡合的部位)及油 封15、17的滑動接觸部12A1、12A2，也有意避免涂層。這是由于以下的原因。有關(guān)鍵槽12K，由于是“凹部”，尤其不易控制涂層的厚度，所以極其難以實現(xiàn)尺寸 精度。因此，在尺寸精度的確保和松動的防止的觀點上，對于該部分的涂層未必一定產(chǎn)生良 好的結(jié)果。但是，進行涂層本身并不成為不良的主要原因(反而，進行涂層對于防止微振磨 損是優(yōu)選的)，所以進行涂層之后，通過切削或磨削，確保尺寸精度的方法為有效。此時，在 鍵槽12K的涂層未必一定需要在鍵槽12K的整個面完全除去。另一方面，有關(guān)油封15、17的滑動接觸部12A1、12A2，乍一看通過涂層可以期待摩 擦系數(shù)下降、效率提高等的優(yōu)點，但實際上確認了被驅(qū)動軸14反而受傷的現(xiàn)象。因此，關(guān)于 油封15、17的滑動接觸部12A1、12A2，優(yōu)選將其從涂層的對象部位中排除(優(yōu)選不殘留涂 層)。在油封15、17的滑動接觸部12A1、12A2被驅(qū)動軸14受傷的機理雖然不確定，但是推 測其原因為，當油封15、17始終滑動接觸時，在其滑動接觸部的涂層的一部分被削去，該被 削去的粉通過油封15、17和被驅(qū)動軸14的相對旋轉(zhuǎn)，作為“研磨劑”而起作用，引起進一步 削去被驅(qū)動軸14本身的這種惡性循環(huán)。另外，為了有意避免對鍵槽12K或油封15、17的滑動接觸部12A1、12A2等的局部 涂層，替代如上述的涂層之后進行切削或磨削的工序，也可以采用在進行涂層之前(在涂 層工序之前)增加以覆蓋材料遮蔽不打算進行涂層的部位的工序的方法。而且，為了提高涂層材料(復(fù)合材料)和輸出軸的緊貼性，如上述的良好例，在進 行涂層之前(在涂層工序之前)設(shè)置使輸出軸12的內(nèi)周12B(應(yīng)該施以涂層的部位)的表 面粗糙化的工序也有效。為了實現(xiàn)這個工序，例如在不打算進行涂層的部位，以施以基于覆 蓋材料的遮蔽的狀態(tài)，對于輸出軸12進行磷酸覆蓋膜處理(浸漬或涂布)等即可。用于 該粗糙面形成的遮蔽方法以保持該遮蔽的狀態(tài)(即、保持覆蓋未進行涂層的部位的狀態(tài))， (清洗之后)直接進入到本來的涂層工序，所以在(遮蔽工序中)沒有浪費的方面上優(yōu)越。 另外，在涂層的工序結(jié)束之后除去用于遮蔽的覆蓋材料。通過這些工序可以在輸出軸12的內(nèi)周12B上，用使固體微粒潤滑材料分散在母材 中的復(fù)合材料進行涂層，可以確保安裝的容易性，而且可以避免軸向長度增大，并能夠以簡 單的結(jié)構(gòu)有效地防止微振磨損。另外，關(guān)于上述實施方式，對輸出軸(中空軸)的外周，通過切削或磨削、或者遮蔽 除去了涂層，但是在本發(fā)明中，未必一定禁止中空軸的外周的涂層。對于油封的滑動接觸部 優(yōu)選不進行涂層，但是對于該部分，例如為極其高減速比的動力傳遞裝置的輸出軸，應(yīng)用于 旋轉(zhuǎn)速度極其慢的用途時，有時也未必一定除去涂層。而且，在上述實施方式中，對于對象軸的外周沒有施以涂層，但是在本發(fā)明中，也 不禁止對象軸的外周的涂層。例如，與上述的鍵槽的涂層相同地，在施以涂層之后，施以用 于確保尺寸精度的切削或磨削的方法，根據(jù)用途的不同是有效的。并且，在上述實施方式中，將本發(fā)明適用于具有中空部的輸出軸，但是本發(fā)明的應(yīng) 用不限于此，例如只要是中空的輸入軸和電動機的卡合、中空的聯(lián)軸器和實心軸的卡合等， 總之，具備具有供對象軸插入的中空部、并且對于該對象軸通過形狀卡合來傳遞轉(zhuǎn)矩的中 空軸的動力傳遞裝置，同樣可以應(yīng)用，并且能得到同樣的作用效果。
權(quán)利要求
一種動力傳遞裝置，具備中空軸，該中空軸具有供對象軸插入的中空部，并且通過相對于該對象軸的形狀卡合來傳遞轉(zhuǎn)矩，該動力傳遞裝置的特征在于，在上述中空部的內(nèi)周施以涂層，并且，該涂層的材料由固體微粒潤滑材料分散于母材的復(fù)合材料構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的動力傳遞裝置，其特征在于，上述中空軸的內(nèi)周面以預(yù)定的粗糙度被粗糙化，在該被粗糙化的內(nèi)周面上施以上述涂層。
3.如權(quán)利要求1或2所述的動力傳遞裝置，其特征在于，除了上述中空軸的外周上的油封的滑動接觸部以外，施以上述涂層。
4.如權(quán)利要求1 3中的任一項所述的動力傳遞裝置，其特征在于， 除了上述中空軸與對象軸形狀卡合的部位以外，施以上述涂層。
5.一種動力傳遞裝置的中空軸的制造方法，該動力傳遞裝置的中空軸為，插入有對象 軸，并且通過與該對象軸形狀卡合來傳遞轉(zhuǎn)矩，該制造方法的特征在于，包括包括上述中空軸的不打算進行涂層的部位，在該中空軸上用由固體微粒潤滑材料分散 于母材的復(fù)合材料構(gòu)成的涂層材料進行涂層的工序；以及從上述中空軸的不打算進行涂層的部位除去所涂層的上述復(fù)合材料的工序。
6.如權(quán)利要求5所述的動力傳遞裝置的中空軸的制造方法，其特征在于，上述中空軸的不打算進行涂層的部位是配置在該中空軸的外周的油封的滑動接觸面。
7.如權(quán)利要求5或6所述的動力傳遞裝置的中空軸的制造方法，其特征在于， 上述中空軸的不打算進行涂層的部位是與上述對象軸形狀卡合的部位。
8.一種動力傳遞裝置的中空軸的制造方法，該動力傳遞裝置的中空軸為，插入有對象 軸，并且通過與該對象軸形狀卡合來傳遞轉(zhuǎn)矩，該制造方法的特征在于，包括由覆蓋材料遮蔽上述中空軸的不打算進行涂層的部位的工序；以及 在應(yīng)該施以上述涂層的部位用由固體微粒潤滑材料分散于母材的復(fù)合材料構(gòu)成的涂 層材料進行涂層的工序。
9.如權(quán)利要求5 8中的任一項所述的動力傳遞裝置的中空軸的制造方法，其特征在于，在用上述涂層材料進行涂層的工序之前，還包括使應(yīng)該施以上述涂層的部位的表面粗 糙化的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種動力傳遞裝置及動力傳遞裝置的中空軸的制造方法，其不損于安裝時的工作性，而且不加長裝置整體的軸向長度，以簡單的結(jié)構(gòu)有效地防止微振磨損的發(fā)展。在具備具有供被驅(qū)動軸(對象軸)(14)插入的中空部(12H)、并且通過相對于該被驅(qū)動軸(14)的鍵卡合(形狀卡合)來傳遞轉(zhuǎn)矩的輸出軸(中空軸)(12)的齒輪傳動電動機(動力傳遞裝置)(GM1)中，在中空部(12H)的內(nèi)周(12B)施以涂層。涂層的材料為使氟乙烯樹脂(固體微粒潤滑材料)(PTFE)分散于鎳(Ni)(母材)的復(fù)合材料。
文檔編號F16D1/02GK101813137SQ201010113488
公開日2010年8月25日 申請日期2010年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者山田纮義, 磯崎哲志 申請人:住友重機械工業(yè)株式會社