JP2639847B2

JP2639847B2 - 遊星歯車増減速機

Info

Publication number: JP2639847B2
Application number: JP1317827A
Authority: JP
Inventors: 誠司郎尾形; 秀佳田中; 敦高橋
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1989-12-08
Filing date: 1989-12-08
Publication date: 1997-08-13
Anticipated expiration: 2012-08-13
Also published as: JPH03181641A; KR0157217B1; US5292289A; EP0520072A1; WO1992012360A1; EP0520072A4; DE69112819T2; DE69112819D1; EP0520072B1

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は遊星歯車増減速機に関し、更に詳しくは外ピ
ンと外歯歯車とのすべりを低減することにより該すべり
によって発生する騒音レベルを低減し、それに加えて外
歯歯車の共用化を図った遊星歯車増減速機に関する。

（従来の技術）内接噛合形遊星歯車機構を用いた減速機は種々提案さ
れている。これらの減速機の中でも内歯歯車がピン又は
ピンとローラの組み合わせによりなる円弧歯形であり、
外歯歯車がエピトロコイド平行曲線よりなるトロコイド
形歯形であって、この外歯歯車には内ピンあるいは内ピ
ンと内ローラが遊嵌されており、内外両歯車を内接噛合
させて外歯歯車に嵌合された偏心体によって外歯歯車を
揺動回転させ、入力回転を減速して出力する遊星歯車減
速機は「サイクロ減速機」（登録商標）として著名であ
り、この「サイクロ減速機は大トルクの伝達が可能であ
る上、減速比が大きいための種々の減速機構として使用
されている。

尚、減速機歯車入力側として出力側とを変換すると増
速をも行えるので、本発明ではこれらを含めて増減速機
と称するものとする。以下の説明では、減速機として説
明するが、本発明は減速機に限定されないものである。

以下に公知の「サイクロ減速機」の一例を第12図ない
し第14図によって説明する。

第12図は公知の遊星歯車減速機の一例を示す断面図で
あり、第13図は第12図のＢ−Ｂ断面図である。

入力回転軸１が挿入連結される中空の偏心体軸２には
偏心体3₁、3₂が設けられている。偏心体軸２の中空部分
にはキー溝４が形成され、キー4Aが嵌挿されている。外
歯歯車5₁、5₂は偏心体3₁、3₂にローラ６を介して嵌合さ
れている。外歯歯車5₁、5₂はその外周にトロコイド歯形
からなる外歯７を有している。また、内歯歯車８は外側
のケーシングを兼用しており、かつ内歯歯車８は固定さ
れている。この内歯歯車８は外歯歯車5₁、5₂と内接噛合
する外ピン９からなる円弧歯形を有している。外ピン９
の外周には必要に応じて外ローラを遊嵌させる構造とし
ても良い。前記外歯歯車5₁、5₂には内ピン穴10が形成さ
れており、内ピン穴10には内ピン11が遊嵌されている。
内ピン11の外周には内ローラ11Aが遊嵌されており、内
ピン11は内ピン保持フランジ12に密嵌されている。ここ
で、内ローラ11Aは省略可能である。内ピンフランジ12
は出力軸13に一体的に形成されている。

内歯歯車８はカバー14、15によって両側から挟持され
ており、ボルト16によって挟持固定されている。出力軸
13と一方のカバー15との間には間隔をおいて２個の軸受
け17が設けられている。

尚、上記公知例では内歯歯車８を固定し、出力軸13か
ら出力を取り出すようにしているが、その反対に、出力
軸13を固定し、内歯歯車８の回転を出力として取り出す
構造とすることもできる。

この公知例では、入力回転軸１の１回転が偏心体3₁、
3₂の１回転となるが、外歯歯車5₁、5₂は内ピン穴10と内
ピン11とにより自転を拘束されており、揺動回転させら
れるから、外歯歯車5₁、5₂の歯数と外ピン９の本数（歯
数）の差が１個の場合、入力回転軸１の１回転により外
歯歯車5₁、5₂の外歯７と内歯歯車８の内歯である外ピン
９とが１歯だけ噛み合い変位する（ずれる）。このた
め、入力回転軸１の１回転は外歯歯車5₁、5₂の1/歯数に
減速され、その回転を内ピン11を介して出力軸13へ伝達
させる。

第14図は、特公昭58−42382号公報及び特公昭57−364
55号公報によって公知となったサイクロ減速機の断面図
であり、この公知のサイクロ減速機では外歯歯車5₁、5₂
の外歯7Aの歯数が内歯歯車８の外ピン９の数よりも複数
個だけ少ない（図示の例では歯数差が２）ものとなって
いる。

（発明が解決しようとする課題）以上に説明した遊星歯車減速機では外歯歯車5₁、5₂の
外歯７と内歯歯車８の外ピン９との噛合は相対的なすべ
りを有する。実際には外ピン９は回転可能であるので、
内歯歯車８は外ピン支持部と外歯７との両接触部ですべ
りを分担するが、いずれにしても外歯７と外ピン９の噛
合にすべりを持つことになる。外歯７や外ピン９はその
加工精度によって表面粗さを持っているので、その結
果、すべり接触部分においてどうしても騒音が発生して
しまう。

又、前記従来公知の遊星歯車減速機では、それぞれの
減速比に応じて外ピンの径を異ならせているため、内歯
歯車の部品の共用化ができず、管理コストが上昇し、か
つ組み付け時の誤作業が生じたり、加工用部品を多数必
要とするため製造コストが上昇する場合があった。

そこで、本発明の目的は、噛合における相対的なすべ
り速度を低減することによって騒音を低減し、かつ相対
的なすべり速度を低減する構造の特異性を利用して外歯
歯車の部品の共用化を得んとするものである。

（課題を解決するための手段）本発明の特徴とする構成は、トロコイド曲線よりなる
外歯歯車と、該外歯歯車と内接噛合する外ピンを有する
内歯歯車とからなり、前記外歯歯車と内歯歯車とが相対
的に偏心揺動回転して噛合し、該偏心揺動回転の１回転
に所定の歯数差だけ位相がずれることによって該位相差
に相当する分だけ回転を取り出すようにした遊星歯車増
減速機において、内歯歯車の外ピンのピッチ円半径をＡ、偏心量をＢ、
外ピンの半径をＣ、減速比をＩ、歯数差をＮとして、Ｂ×I/A＝0.7〜1.5 C/A＝0.02〜0.05 Ｃ×Ｉ×N/A＝１〜２ここで、Ｎは３以上としたところにある。

本発明の上記構成によって、偏心量が大きくかつ外歯
の大きさが小さく、更にはトルク伝達効率が最大点であ
るＥ点が外歯の谷側に寄った外歯歯車とすることができ
るものとなり、噛合のすべり速度を低減して騒音の低減
を得ることができるものである。

又、本発明の他の特徴とする構成は、上記構成におい
て、Ｃを一定とし、かつＮ×（Ｉ＋１）を一定とするこ
とにより、外ピンを３個以上の外歯歯車に対して共用化
することが可能となり、内歯歯車の製造コストを著しく
低減することを可能としたものである。

（実施例）まず、本発明を説明するに当たって、以下に遊星歯車
減速機のトルク伝達の解析を説明することとする。

第１図は、外歯歯車５と外ピン９とのトルク伝達を説
明する断面図である。

第１図を参照して、外歯歯車５は外ピン９と接してお
り、該外歯歯車５の中心O₁は外ピン９のピッチ円Ｐの中
心Ｏに対してＢだけ偏心している。外歯歯車５の歯面荷
重は図の矢印で示すベクトル線で表わされるように、接
触点における法線方向に作用し、図のＯ−O₁線の延長線
上のＤ点に集中している。このとき、外歯歯車５の回転
トルクは、このようにして発生した各歯面荷重と各荷重
ベクトルの延長線に対して中心O₁から下した各垂線の積
の総和として表される。従って、このＤ点に作用してい
る各歯面荷重の内、最も効率良く作用しているベクトル
線は該垂線長さが最も長くなる、すなわち、該Ｏ−O₁延
長線に直交するように作用するベクトルであり、換言す
れば、図のＥ点における噛合いによって最も効率よくト
ルクが伝達されているものと言うことができる。また実
際にはＥ点近傍は噛合荷重も大きくなることが理論面、
実験面で判明している。

よって、内接噛合形の遊星歯車機構においては、Ｅ点
近傍の噛合によって主としてトルクが伝達されているも
のと言える。

さて、内接噛合形の遊星歯車機構における騒音には噛
合部における外歯歯車５と外ピン９との間の相対的なす
べりが寄与していることが判明している。

第２図は３機種について相対的なすべり速度（mm/s）
と騒音レベル（dB）との関係を測定した特性線図であ
り、縦軸に騒音レベル（１目盛り当たりが10dB）をと
り、横軸に相対的なすべり速度（mm/s）を対数目盛りで
とったものである。図からも分かるように、３個機種共
に相対的なすべり速度が低下すると騒音レベルが低減し
ており、これによって機種のいかんを問わず相対的なす
べり速度が小さい程騒音レベルが低いことが分かる。

そこで、遊星歯車機構における噛合いの相対的なすべ
りを解析してみると、第３図に示すようになっている。

第３図は、偏心量が大、中、小となっている３機種の
遊星歯車減速機について、縦軸に相対的なすべり速度
（１目盛り当たりが500mm/s）をとり、横軸に外歯歯車
の外歯の谷部から山部をとった特性線図である。（偏心
量以外の諸元は一定）図からも分かるように、相対的なすべり速度は山部側
よりも谷部寄りの方が小さく、かつ偏心量が大きい程、
噛合上重要な役割を果たすＥ点近傍の相対的なすべり速
度が小さくなっていることが分かる。又、前記第１図の
Ｅ点は偏心量が大きい程谷部側へ転位していることが分
かる。

以上のことから、遊星歯車減速機における騒音を低減
するには、偏心量を大きくすれば良いことが分かった。

ところが、単純に偏心量を大きくすると、外歯歯車の
外歯の１山の大きさが大きくなってしまい、偏心量を大
きくするにも自ずからそこには限界があった。

一方、前記第14図に示す公知の複数の歯数差からなる
外歯歯車5₁、5₂は、外歯7Aの１山の大きさ（以後歯丈と
称する）が比較的小さいことが分かっている。

ここで、前記第14図の複数歯数差の外歯歯車5₁、5₂に
ついて説明する。

外歯歯車の歯形はエピトロコイド曲線によって形成さ
れている。このようなエピトロコイド曲線は、基礎とな
る円（以下、基円という）の円周上を転動する円（以
下、転円という）の一点が描く軌跡によって得られるも
のである。

第４図に示す外歯歯車5A、5Bは転円と基円とのとの半
径比が整数である場合のエピトロコイド曲線を示すもの
であり、このように転円と基円との半径比が整数の場合
には基円上を転円が始点から一周して転がると元の位置
（始点）に戻る。このようなエピトロコイド曲線からな
る外歯歯車5A、5Bを２個位相をずらせて重ね合わせと、
その重なり合った曲線の内、内側にある曲線部分（図の
斜線の部分）を歯形曲線とする外歯歯車５が得られる。
これが特公昭58−42382号公報に示す歯数差２の外歯歯
車の構造である。

又、第５図に示す外歯歯車の構造は、転円と基円との
半径比を整数とせず、基円の回りを転円が３回転した時
に始点（元の位置）に戻るエピトロコイド曲線を作り、
その重なり合った曲線の内最も内側の曲線（図の斜線の
部分）を歯形曲線とする外歯歯車５を得るものである。
これが特公昭57−36455号公報に示す歯数差３の外歯歯
車の構造である。

しかしながら、これら複数歯数差においても単純に偏
心量を大きくすると、外歯歯車５の歯丈が大きくなって
しまう。このため、実機においては組み立てが不可能と
なってしまい、偏心量が限られた範囲内でしか使用する
ことができなかった。更に、このように限られた範囲内
の偏心量で形成される歯形の場合、第１図に示すＥ点が
山側により、歯数差を３以上とすると、Ｅ点が山側に極
端に寄った位置となって噛合上不具合を生ずるため、実
機においては歯数差を２として使用せざるを得なかっ
た。このため、歯数差２の遊星歯車機構では未だ十分に
相対的なすべり速度を小さくすることができず、騒音の
低減には限界があった。

以上の点を踏まえ、本発明では前記公知の歯数差が複
数の外歯歯車を一歩進め、歯数差を多くとり、偏心量を
大きくし、かつ外歯及び外ピン径を小さくして相対的な
すべり速度を低減し、かつ前記Ｅ点が外歯の谷側へ寄る
ようにし、以て騒音を低減した遊星歯車増減速機を得ん
とするものである。

以下に、図示を参照して、順次説明する。

第６図は、従来公知の外歯歯車５の外歯7Aの数と内歯
歯車８の外ピン９の歯数差が２の機構である。

この公知の機構において、偏心量を大きくすると、第
７図に示すように外歯7Aの山が大きくなってしまい、組
み立てが困難となってしまう。又、外歯7Aを多くして多
数の歯数差とすると、Ｅ点が外歯7Aの山側に寄ってしま
い、噛合に支障を来たしてしまう。

そこで、第８図に示すように、外ピン９の径を小さく
すればＥ点が谷側に寄り、多数歯数差を形成してもＥ点
は噛合に支障のない位置を確保できる。この歯形とＥ点
の位置関係を第11図を用いて説明する。第８図のよう
に、偏心量を大きくとり、外ピン５を小さくした時にで
きる歯形が第11図の中の２枚差と示された部分から谷側
で形成される歯形でＥ点は未だ十分に谷側にある。従っ
て、噛合に支障のない範囲での多数歯数差を形成するこ
とができ、この例では６枚差がその範囲の限界である。
この時の外歯歯車５と外ピン９との噛合状態を示したも
のが第９図である。

以上の第９図に示す遊星歯車減速機の諸元は以下の範
囲とする。

内歯歯車の外ピンのピッチ円半径をＡ、偏心量をＢ、
外ピンの半径をＣ、減速比をＩ、歯数差をＮとして、Ｂ×I/A＝0.7〜1.5 C/A＝0.02〜0.05 Ｃ×Ｉ×N/A＝１〜２Ｎは３以上以上に説明した本発明の構造によると、第10図に示す
ように、従来の構造による相対的なすべり速度と比べて
Ｅ点付近での相対的なすべり速度が大幅に低減する。

又、本発明の上記構成を一歩進めると、内歯歯車ある
いは外ピンを共用化できるものとなることを以下に説明
する。

内歯歯車は枠と外ピンとからなっているが、外ピン径
を一定とすることができるように工夫すれば、外ピンを
共用化できる。

そこで、内歯歯車の外ピン９の半径をＣ、減速比を
Ｉ、歯数差をＮとして、減速比の如何に拘わらずＣを一
定とし、かつＮ×（Ｉ＋１）を一定とすることにより、
外ピンをこれまでに実積のなかった３個以上の外歯歯車
に対して共用化することを可能とするものである。これ
によって、内歯歯車の製造コストを著しく低減すること
を可能としたものである。

即ち、一例を上げると、外ピンの本数が60本の場合
に、減速比が1/59（歯数差１の場合）、減速比が1/29
（歯数差２の場合）、減速比が1/19（歯数差３の場
合）、減速比が1/14（歯数差が４の場合）、減速比が1/
11（歯数差が５の場合）、減速比が1/9（歯数差が６の
場合）、減速比が1/5（歯数差が10の場合）、減速比が1
/4（歯数差が12の場合）、減速比が1/3（歯数差が15の
場合）、減速比が1/2（歯数差が20の場合）の10種類の
減速比において共用化できるものとなる。

以上の説明において、本発明は図示された内接噛合形
の遊星歯車減速機に限定されるものではなく、トロコイ
ド曲線からなる外歯歯車と円弧歯形からなる内歯歯車と
の揺動噛合による他の形式の遊星歯車減速機を含むもの
である。

（発明の効果）以上に説明した本発明によると、以下のような効果を
奏する。

遊星歯車増減速機における噛合の相対的なすべり速度
が低減するので、それに基づく騒音レベルの低減が得ら
れるものとなる。この場合、偏心量を大きくしながら多
数の噛合が達成され、かつＥ点も外歯の谷側に寄ってい
るので、噛合の安定性も損なわれず、かつトルクの伝達
にも支障を来たさない。

又、他の本発明によると、外歯歯車の枠や外ピンを共
用化できるので、管理コストが低減し、かつ組み付け時
の誤作業が生じない。更に、加工用部品を多数必要とし
ないため製造コストの上昇を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、外歯歯車５と外ピン９とのトルク伝達を説明
する断面図、第２図は３機種について相対的なすべり速
度（mm/s）と騒音レベル（dB）との関係を測定した特性
線図、第３図は、偏心量が大、中、小となっている３機
種の遊星歯車減速機について、縦軸に相対的なすべり速
度（１目盛り当たりが500mm/s）をとり、横軸に外歯歯
車の外歯の谷部から山部をとった特性線図、第４図は公
知の歯数差が２の外歯歯車を示す概略図、第５図は公知
の歯数差が３の外歯歯車を示す概略図、第６図は公知の
歯数差が２の遊星歯車減速機の噛合を示す概略図、第７
図は第６図において偏心量を大きくした場合の想定図、
第８図は、第７図において外ピン径を小さくした場合の
想定図、第９図は歯数差を６とした本発明の一実施例を
示す概略図、第10図は偏心量を大きくしかつ歯数差を多
くした場合の相対的なすべり速度を従来のものと比べた
特性線図、第11図は歯数差による外歯の大きさとＥ点を
示す全図、第12図は公知の遊星歯車減速機の一例を示す
断面図であり、第13図は第12図のＢ−Ｂ断面図、第14図
は、他の公知のサイクロ減速機の断面図である。 5:外歯歯車、9:外ピン

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】トロコイド曲線よりなる外歯歯車と、該外
歯歯車と内接噛合する外ピンを有する内歯歯車とからな
り、前記外歯歯車と内歯歯車とが相対的に偏心揺動回転
して噛合し、該偏心揺動回転の１回転に所定の歯数差だ
け位相がずれることによって該位相差に相当する分だけ
回転を取り出すようにした遊星歯車増減速機において、内歯歯車の外ピンのピッチ円半径をＡ、偏心量をＢ、外
ピンの半径をＣ、減速比をＩ、歯数差をＮとして、Ｂ×I/A＝0.7〜1.5 C/A＝0.02〜0.05 Ｃ×Ｉ×N/A＝１〜２としたことを特徴とする歯数差（Ｎ）が３以上の遊星歯
車増減速機。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、Ｃ＝一定Ｎ×（Ｉ＋１）＝一定（外ピン本数一定）とし、内歯歯車を３つ以上共用化したことを特徴とする
遊星歯車増減速機。