动力传递装置及动力传递装置的中空轴的制造方法.pdf

本发明提供一种动力传递装置及动力传递装置的中空轴的制造方法，其不损于安装时的工作性，而且不加长装置整体的轴向长度，以简单的结构有效地防止微振磨损的发展。在具备具有供被驱动轴(对象轴)(14)插入的中空部(12H)、并且通过相对于该被驱动轴(14)的键卡合(形状卡合)来传递转矩的输出轴(中空轴)(12)的齿轮传动电动机(动力传递装置)(GM1)中，在中空部(12H)的内周(12B)施以涂层。涂层的材料为使氟乙烯树脂(固体微粒润滑材料)(PTFE)分散于镍(Ni)(母材)的复合材料。

1.  一种动力传递装置，具备中空轴，该中空轴具有供对象轴插入的中空部，并且通过相对于该对象轴的形状卡合来传递转矩，该动力传递装置的特征在于，
在上述中空部的内周施以涂层，
并且，该涂层的材料由固体微粒润滑材料分散于母材的复合材料构成。

2.  如权利要求1所述的动力传递装置，其特征在于，
上述中空轴的内周面以预定的粗糙度被粗糙化，在该被粗糙化的内周面上施以上述涂层。

3.  如权利要求1或2所述的动力传递装置，其特征在于，
除了上述中空轴的外周上的油封的滑动接触部以外，施以上述涂层。

4.  如权利要求1～3中的任一项所述的动力传递装置，其特征在于，
除了上述中空轴与对象轴形状卡合的部位以外，施以上述涂层。

5.  一种动力传递装置的中空轴的制造方法，该动力传递装置的中空轴为，插入有对象轴，并且通过与该对象轴形状卡合来传递转矩，该制造方法的特征在于，包括：
包括上述中空轴的不打算进行涂层的部位，在该中空轴上用由固体微粒润滑材料分散于母材的复合材料构成的涂层材料进行涂层的工序；以及
从上述中空轴的不打算进行涂层的部位除去所涂层的上述复合材料的工序。

6.  如权利要求5所述的动力传递装置的中空轴的制造方法，其特征在于，
上述中空轴的不打算进行涂层的部位是配置在该中空轴的外周的油封的滑动接触面。

7.  如权利要求5或6所述的动力传递装置的中空轴的制造方法，其特征在于，
上述中空轴的不打算进行涂层的部位是与上述对象轴形状卡合的部位。

8.  一种动力传递装置的中空轴的制造方法，该动力传递装置的中空轴为，插入有对象轴，并且通过与该对象轴形状卡合来传递转矩，该制造方法的特征在于，包括：
由覆盖材料遮蔽上述中空轴的不打算进行涂层的部位的工序；以及
在应该施以上述涂层的部位用由固体微粒润滑材料分散于母材的复合材料构成的涂层材料进行涂层的工序。

9.  如权利要求5～8中的任一项所述的动力传递装置的中空轴的制造方法，其特征在于，
在用上述涂层材料进行涂层的工序之前，还包括使应该施以上述涂层的部位的表面粗糙化的工序。

动力传递装置及动力传递装置的中空轴的制造方法
本申请主张基于2009年2月20日申请的日本专利申请第2009-038445号的优先权。该申请的全部内容通过参照援用在本说明书中。
技术领域
本发明涉及动力传递装置及动力传递装置的中空轴的制造方法。
背景技术
以往，在动力传递装置的中空轴上连结电动机轴或被驱动轴等的对象轴时，广泛地采用了使键与键槽卡合的方法。
在该连结方法中，存在如下问题，即在动力传递时，在中空轴和对象轴之间的间隙产生微小的滑动，容易产生称为“微振磨损”的现象。微振磨损为，经过微小的滑动→产生磨损→中空轴和对象轴的烧结的过程，当其发展时，则对象轴固定在中空轴上而变得不可拆分。
在专利文献1中，为了避免这种问题的产生，提出基于“摩擦紧固”的中空轴和对象轴之间的连结结构。根据该结构，可以防止在中空轴和对象轴之间产生滑动的现象本身，所以可以阻止微振磨损的发展。
专利文献1：日本特开2001-99177号公报(段落0024、图2)
然而，在通过摩擦紧固连结中空轴和被插入在该中空轴的对象轴的情况下，必须遍及全周(均等且一点点地)拧紧所设置的很多的紧固用螺栓。由此，安装时或者拆卸时的工作性极其差，而且还存在需要定期进行适当的重新拧紧这种维护的问题。
并且，由于需要用于配置摩擦紧固件的轴向空间，所以存在装置整体沿轴向变长的缺点。在中空轴中插入对象轴的连结结构，本来在有想要尽量缩短装置整体的轴向长度的要求的环境下采用的情况较多。因此，该缺点有时在现场成为大的问题。
发明内容
本发明是为了解决这种问题而完成的，其课题在于，不损于安装时等的工作性，而且不加长装置整体的轴向长度，以简单的结构有效地阻止微振磨损的发展。
本发明通过成为以下结构来解决了上述课题，即动力传递装置具备中空轴，该中空轴具有供对象轴插入的中空部，并且通过相对于该对象轴的形状卡合来传递转矩，在该动力传递装置中，在上述中空部的内周施以涂层，该涂层的材料由固体微粒润滑材料分散于母材的复合材料构成。
在本发明中，在中空部的内周施以涂层。涂层的材料为固体微粒润滑材料分散于母材的复合材料。从而，在对象轴和中空轴的接触面，即使涂层磨损一些，也可以始终将分散的固体微粒润滑材料作为新的润滑剂使其出现于中空部的内周表面。由此，经过长期可以良好地得到涂层面和对象轴之间被适当地润滑的作用。而且，与将有自我润滑性的材料简单地进行多层涂层的结构不同，固体微粒润滑材料大致均匀地分散于母材中，所以不易产生剥落现象，并且始终可以得到适当的微振磨损防止效果。
从而，安装时等的工作性良好，而且也不需要摩擦紧固机构的配置，所以也可以缩短轴向长度。并且，由于在“中空轴的内周”施以涂层，所以也不用担心在运输时或者安装时工具等不小心碰到涂层面，而损伤该涂层面。
发明的效果：
根据本发明，能够不损于安装时的工作性，而且不加长装置整体的轴向长度，以简单的结构可以有效地阻止微振磨损的发展。
附图说明
图1是表示应用本发明的实施方式一个例子的齿轮传动电动机的结构的主要部分剖面图。
图2是沿图1的向视II-II线的放大剖面图。
图3是表示上述实施方式中的中空轴的涂层工作的工序例的剖面图及端面图。
标记说明：
12-输出轴(中空轴)，12K-键槽，12A1、12A2-滑动接触部，12H-中空部，14-被驱动轴(对象轴)，14K-键槽，15、17-油封
具体实施方式
以下，基于附图详细地说明本发明的实施方式的一个例子。
图1是应用本发明的实施方式的一个例子的具有空心的输出轴(中空轴)12的齿轮传动电动机(动力传递装置)GM1的主要部分剖面图，图2是沿图1的向视II-II线的放大剖面图。
该齿轮传动电动机GM1是连结电动机M1和减速机G1的齿轮传动电动机。
该齿轮传动电动机GM1的输出轴12由铁类材料构成，并且具有供对象机械(省略图示)的被驱动轴(对象轴)14插入的中空部12H。对象机械的被驱动轴14也由铁类材料构成。在本实施方式中，“对象机械”是制作面包等的食品运输用输送机(省略图示)，“被驱动轴(对象轴)”是用于驱动其辊子(省略图示)的轴。另外，标记25是在与对象机械之间连结/固定转矩臂(省略图示)时而使用的螺栓孔，该转矩臂用于防止齿轮传动电动机GM1整体绕被驱动轴14进行旋转。
形成于输出轴12的突起12P用于通过形成于其图中左侧的面12P1来进行未图示的输出齿轮的轴向的定位，槽部12C相当于用于防止与前级的齿轮的干涉的退出槽。输出轴12由2个轴承19、21支承在外壳15上。其中，轴承19与突起12Q一起也有助于输出轴12的向图1的轴向右侧的定位。另外，也以预定的结构实施输出轴12的向图1的轴向左侧的定位，但在图1中省略图示。
图1的标记15、17是比上述轴承19、21配置在轴向外侧的输出轴12的两端外周的油封。油封15、17在输出轴12的外周12A的滑动接触部12A1、12A2上，密封齿轮传动电动机GM1的内外。输出轴12和被驱动轴14构成为，通过利用键18的“形状卡合(键卡合)”来进行转矩传递。
在本说明书及专利请求范围中，“基于形状卡合的转矩传递”是指，(与所谓压入或摩擦紧固不同)一方的轴具有与该一方的轴的切线方向交叉的支承面(包括曲面)，通过一方的轴经由该支承面从另一方的轴侧承受切线方向的力(或者分力)而进行的转矩传递。如果结合该实施方式具体地进行说明，则在输出轴12上穿设有键槽12K，在被驱动轴14上也穿设有键槽14K。键18被卡合/介于由两键槽12K、14K形成的空间23中。形成于被驱动轴14的键槽14K的侧面14K1或14K2，相当于本实施方式中的“与轴的切线方向交叉的支承面”。通过使键18卡合/介于由键槽12K、14K形成的空间23中，由此被驱动轴14通过经由该侧面14K1或14K2从输出轴12承受切线方向的力(或分力)而进行转矩传递。
另外，在基于形状卡合的转矩传递中，除了这种“基于键卡合的转矩传递”以外，也有“基于花键卡合的转矩传递”、轴剖面为英文字母的“D”的形状的所谓“基于D型切断面卡合的转矩传递”等。任意一个的卡合均是微振磨损成为问题的卡合，可以有效地应用本发明。
输出轴12的内径D1设定成只稍微大于被驱动轴14的外直径d1(所谓间隙嵌合)。这是因为容易将齿轮传动电动机GM1安装在被驱动轴14上。然而，在保持此结构时，存在产生微振磨损的可能，所以在本实施方式中，在输出轴12的内周12B上施以后述的特殊的涂层。
具体地，如下进行该涂层。
即，如图3(A)所示，在该实施方式中，首先用母材和固体微粒润滑材料的复合材料对输出轴12的整体进行涂层。另外，在图3中，以双点划线包围并且附加细小的影线的部分相当于施以涂层的部分。为了方便，将涂层的厚度示意加粗描画。然后，如图3(B)所示，切削或磨削不打算进行涂层的部位(该实施方式中为包括油封15、17的滑动接触部12A1、12A2的输出轴12的外周12A)。并且，如图3(C)所示，作为不打算进行涂层的部分，切削键槽12K。由此，可以除去不打算进行涂层的部位的涂层。
以下，更详细地进行说明。
在输出轴12的中空部12H的内周12B上施以涂层的结构，与为了防止微振磨损而隔着其他部件的结构不同，不增加零件件数，在安装时或拆卸时的工作性也高。并且，也不存在轴向长度因紧固件的存在而变长的现象，所以也可以提高轴向的紧凑性。而且，因为是“在中空轴内周12B的涂层”，因此在运输时、安装时等，可以防止工具等冲撞而损伤涂层面，所以能防止由于涂层的微小的伤痕而微振磨损开始发展。
本发明的发明人着眼于这样的内周涂层的优点，将此作为结构的核心而进行用于防止微振磨损的更具体的实验，其结果获得了如下见解。
(a)在中空部12H的内周12B进行(仅基于母材的)简单的电镀(例如镀镍)时，由于成为金属彼此的接触，所以尤其在仍为铁类材料的被驱动轴14上生锈，结果产生了微振磨损。
(b)为了提高硬度，在中空部12H的内周12B施以钛涂层时，结果也产生了微振磨损。即，涂层并非只坚硬就可以。
(c)为了减少摩擦系数，将结晶性聚合物(聚醚醚酮)涂层在中空部12H的内周12B时，也无法有效地防止微振磨损。推测这是因为结晶性聚合物和输出轴12之间的紧贴性较低，与其说产生了磨损，不如说是产生了“剥落”或者“偏离”等。
(d)将镍膜作为基底，在所析出的镍膜上进行使氟乙烯树脂(PFA：全氟烷氧基树脂：四氟乙烯·全氟烷基乙烯基醚共聚物)层叠的涂层时，氟乙烯树脂剥落，镍膜会在早期露出，因此未必一定成为良好的结果。即，只是“层叠”式的涂层作为防止微振磨损的涂层未必一定适合。
(e)也实验了以封入了非粘结物质(特殊树脂)的陶瓷先驱体(热硬化性硅类聚合物)进行涂层的技术。该涂层是如下涂层，即：由于通过陶瓷先驱体来维持表面的硬度，所以例如与氟乙烯树脂等作比较具有非常强的耐磨损性，并且该涂层可以得到所谓胶带或玻璃纸带也完全不粘贴程度的强力的非粘结特性。但是，与微振磨损的防止有关的强力“非粘结特性”也未必一定成为良好的结果。
实验的结果，关于微振磨损防止可以得到良好结果的情况之一为，施以使固体微粒润滑材料分散于母材的“复合电镀”的情况。复合电镀是指使分散微粒子共析在电镀膜中的表面处理。
在复合电镀中，对于微振磨损的防止尤其有效的复合电镀，例如是将镍作为基底(母材)，使具有作为所谓固体微粒润滑材料的功能的氟乙烯树脂(PTFE：聚四氟乙烯)分散(共析)的涂层(厚度3～7μm)。推测其主要原因在于：通过镍基底得到了适当的硬度；该固体微粒润滑材料成为露出于局部膜表面的状态，并得到了所谓自我润滑性。
而且，在使由氟乙烯树脂(PTFE)构成的固体微粒润材料分散在有机树脂中而成为涂料状，并进行了将其进行涂布的被称为“磷酸锰化学生成覆盖膜处理”的涂层处理的情况下，也得到了良好的实验结果。另外，在该涂布实验中，基底是树脂，并且是基于涂布的涂层，所以涂层的厚度为10μm。有机树脂和铁类的输出轴12的紧贴性未必能说良好，但是使输出轴12露出于磷酸覆盖膜并在表面形成厚度5μm左右的粗糙面区域(粗糙的面的区域)，在该以预定的粗糙度被粗糙化的内周面上进行了涂层时，关于紧贴性也得到了进一步良好的特性。
通过这些实验结果，通过进行基于使固体微粒润滑材料分散在母材中的复合材料的涂层，对于微振磨损得到了良好的结果。
作为具有相同的特性的复合材料有如下复合材料，即将镍(Ni)作为母材，使发挥“固体微粒润滑材料”的功能的固体微粒子，例如石墨(黑铅)、二硫化钼(MoS₂)、氮化硼(BN)、二硫化钨(WS₂)、聚乙烯等的固体微粒子分散的复合材料等。
返回到具体的实施方式的说明。
在本实施方式中，将这种复合材料涂层于输出轴12的内周12B。这是因为若在输出轴12的内周12B及被驱动轴14的外周的双方进行涂层，则所谓涂层后的两者的尺寸公差变大，反而使不良状况明显化的可能性变高。例如，若涂层因不均匀而变得过厚，则不能得到作为本发明的防止微振磨损的基本目的的“安装、拆卸容易”的效果。当防止该情况而将输出轴12和被驱动轴14的尺寸差(间隙)设定得较大时，在涂层因不均匀而变薄的情况，或者涂层随时间因磨损而变薄的情况下，产生“松动”。松动的产生不仅成为噪音、振动、间隙增大的主要原因，在会导致微振磨损变得更加容易发生这一不良状况方面也不是优选的。即，如果在防止微振磨损的观点来看，在输出轴12的内周12B及被驱动轴14的外周的双方进行涂层时，(有时也能得到良好的结果)并非始终能得到良好的结果。
在本实施方式中，因为仅在输出轴12的中空部12H的内周12B施以涂层，所以可以防止因涂层厚度的不均匀，反而使安装变得困难或者松动需要以上地变大的现象。而且，如上所述，因为是“内周12B的涂层”，所以在运输时、安装时等，可以防止工具等冲撞而损伤涂层面。微振磨损从涂层的微小的伤痕开始发展，所以该优点现实上是较大的优点。
但是，如上所述，在本实施方式中，关于键槽12K(与对象轴形状卡合的部位)及油封15、17的滑动接触部12A1、12A2，也有意避免涂层。这是由于以下的原因。
有关键槽12K，由于是“凹部”，尤其不易控制涂层的厚度，所以极其难以实现尺寸精度。因此，在尺寸精度的确保和松动的防止的观点上，对于该部分的涂层未必一定产生良好的结果。但是，进行涂层本身并不成为不良的主要原因(反而，进行涂层对于防止微振磨损是优选的)，所以进行涂层之后，通过切削或磨削，确保尺寸精度的方法为有效。此时，在键槽12K的涂层未必一定需要在键槽12K的整个面完全除去。
另一方面，有关油封15、17的滑动接触部12A1、12A2，乍一看通过涂层可以期待摩擦系数下降、效率提高等的优点，但实际上确认了被驱动轴14反而受伤的现象。因此，关于油封15、17的滑动接触部12A1、12A2，优选将其从涂层的对象部位中排除(优选不残留涂层)。在油封15、17的滑动接触部12A1、12A2被驱动轴14受伤的机理虽然不确定，但是推测其原因为，当油封15、17始终滑动接触时，在其滑动接触部的涂层的一部分被削去，该被削去的粉通过油封15、17和被驱动轴14的相对旋转，作为“研磨剂”而起作用，引起进一步削去被驱动轴14本身的这种恶性循环。
另外，为了有意避免对键槽12K或油封15、17的滑动接触部12A1、12A2等的局部涂层，替代如上述的涂层之后进行切削或磨削的工序，也可以采用在进行涂层之前(在涂层工序之前)增加以覆盖材料遮蔽不打算进行涂层的部位的工序的方法。
而且，为了提高涂层材料(复合材料)和输出轴的紧贴性，如上述的良好例，在进行涂层之前(在涂层工序之前)设置使输出轴12的内周12B(应该施以涂层的部位)的表面粗糙化的工序也有效。为了实现这个工序，例如在不打算进行涂层的部位，以施以基于覆盖材料的遮蔽的状态，对于输出轴12进行磷酸覆盖膜处理(浸渍或涂布)等即可。用于该粗糙面形成的遮蔽方法以保持该遮蔽的状态(即、保持覆盖未进行涂层的部位的状态)，(清洗之后)直接进入到本来的涂层工序，所以在(遮蔽工序中)没有浪费的方面上优越。另外，在涂层的工序结束之后除去用于遮蔽的覆盖材料。
通过这些工序可以在输出轴12的内周12B上，用使固体微粒润滑材料分散在母材中的复合材料进行涂层，可以确保安装的容易性，而且可以避免轴向长度增大，并能够以简单的结构有效地防止微振磨损。
另外，关于上述实施方式，对输出轴(中空轴)的外周，通过切削或磨削、或者遮蔽除去了涂层，但是在本发明中，未必一定禁止中空轴的外周的涂层。对于油封的滑动接触部优选不进行涂层，但是对于该部分，例如为极其高减速比的动力传递装置的输出轴，应用于旋转速度极其慢的用途时，有时也未必一定除去涂层。
而且，在上述实施方式中，对于对象轴的外周没有施以涂层，但是在本发明中，也不禁止对象轴的外周的涂层。例如，与上述的键槽的涂层相同地，在施以涂层之后，施以用于确保尺寸精度的切削或磨削的方法，根据用途的不同是有效的。
并且，在上述实施方式中，将本发明适用于具有中空部的输出轴，但是本发明的应用不限于此，例如只要是中空的输入轴和电动机的卡合、中空的联轴器和实心轴的卡合等，总之，具备具有供对象轴插入的中空部、并且对于该对象轴通过形状卡合来传递转矩的中空轴的动力传递装置，同样可以应用，并且能得到同样的作用效果。