JP4783666B2 - 内接噛合型の遊星歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、内接噛合型の遊星歯車装置及びその製造方法に関する。

特許文献１に、図５、図６に示されるような内接噛合型の遊星歯車装置が開示されている。この遊星歯車装置Ｇ０は、出力軸としての内歯歯車１２と、該内歯歯車１２に内接噛合する２枚の外歯歯車１４（１４Ａ、１４Ｂ）と、外歯歯車１４を内歯歯車１２に対して偏心揺動させる偏心体軸１６と、を備える。

入力軸１８には、スプライン２０を介して偏心体軸１６が連結されている。偏心体軸１６は、外歯歯車１４の枚数（この例では２枚）に対応して、２つの偏心体部１６Ａ、１６Ｂを一体に備え、該偏心体部１６Ａ、１６Ｂの外周に外歯歯車１４Ａ、１４Ｂがそれぞれ装着されている。

内歯歯車１２は、枠体２２と一体化され、ケーシング２４に回転自在に支持されている。外歯歯車１４には内ピン２８が遊嵌しており、この内ピン２８を支持するフランジ２３をケーシング２４に固定することにより外歯歯車１４の自転を拘束している。

入力軸１８が回転すると、スプライン２０を介して偏心体軸１６が回転し、その外周に一体化された偏心体部１６Ａ、１６Ｂを介して外歯歯車１４が揺動する。しかし、外歯歯車１４は、内ピン２８によってその自転が拘束されているため、外歯歯車１４と内歯歯車１２との噛合位置が順次ずれてゆくことになる。その結果、内歯歯車１２は、偏心体軸１６が１回転する毎に外歯歯車１４との歯数差分だけゆっくりと減速回転する。

ここで、偏心体部１６Ａ、１６Ｂは、円周方向に１８０度の位相差をもって偏心体軸１６に組み込まれている。そのため、外歯歯車１４Ａ、１４Ｂの揺動の位相も互いに１８０度ずれ、内歯歯車１２との噛合位置がそれぞれ１８０度ずれるように構成されている。これは、揺動によって入力軸１８に発生するラジアル方向のモーメントを互いに相殺させるためである。偏心体部１６Ａ、１６Ｂは、１個の部材としての偏心体軸１６に形成されており、１８０度の位相差が正確に確保されるように配慮されている。

なお、特許文献２においては、先端がＤカットされた入力軸に独立した２個の偏心体が固定された構造が提案されている。

特開昭５８−２０３２５０号公報 特開２０００−３２９００号公報

複数の外歯歯車を有する内接噛合型の遊星歯車装置あっては、各偏心体部の偏心体軸に対する偏心位相が正確に管理されないと、各外歯歯車と内歯歯車との噛合によって発生するモーメントが円滑に相殺されなくなり、振動や騒音の増大、あるいはエネルギーロスの増大の要因となる。したがって、この偏心位相の管理はこの種の遊星歯車装置において極めて重要な事項である。

しかしながら、特許文献１において開示されているような遊星歯車装置にあっては、１個の偏心体軸に、複数の偏心体部を一体的に備えるものであったため、位相を正確に異ならせた各偏心体部を有する偏心体軸の形成（製造）が難しく、製造コストが高くなり易いという問題があった。

一方、特許文献２において開示されているような、独立した複数個の偏心体を入力軸に組み込む遊星歯車装置にあっては、入力軸に対し、各偏心体が、その偏心位相が正確に管理され得る態様で組み込まれなければならないという問題があった。これは、より具体的に言うならば、各偏心体は、入力軸への係合孔の形状に対して偏心方向の対応が１個１個それぞれ異なるということを意味している。そのため、個々の偏心体の製造自体は確かに上記偏心体部が合体された偏心体軸の製造よりは容易であるものの、全偏心体の設計及び製造には、相応の手間と時間を要した。

本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、製造・組付けが容易で、且つ高い組付け精度を維持することのできる内接噛合型の遊星歯車装置、及びその製造方法を提供することを課題としている。

本発明は、内歯歯車と、該内歯歯車に内接噛合する複数の外歯歯車と、前記内歯歯車または外歯歯車のいずれか一方側を揺動体として偏心揺動させる偏心体と、を備えた内接噛合型の遊星歯車装置において、前記揺動体に対応して、独立した複数の偏心体が設けられると共に、該複数の偏心体が、円周方向に３６０／Ｎ度ずつずれたＮ個の半径方向にその偏心位相をずらした状態で同一の偏心体軸に装着され、且つ前記各偏心体と偏心体軸とが、それぞれ内外のスプラインを介して連結されると共に、該内外のスプラインが、それぞれＮの倍数の歯数を有する構成とすることにより、上記課題を解決したものである。

本発明においては、まず偏心体自体の製造を容易化するために、偏心体部が合体された偏心体軸とせず、独立した複数の偏心体を用いるようにした。この場合、前述したように、偏心体軸とばらばらに分割された偏心体との係合を、それぞれの偏心体での偏心位相が正確に管理された状態で行わなければならない。

本発明では、これを、歯数を管理し得るスプライン結合によって実現するようにした。即ち、例えば、外歯歯車が２枚で、３６０／２度ずれた方向に偏心させたいときには、内外のスプラインの歯数は２の倍数、外歯歯車が３枚で３６０／３度ずれた方向に偏心させたいときには、３の倍数にそれぞれ設定される。そのため、組み込みに当たっては、所定の歯数分だけ偏心体を回転させた上で偏心体軸に組み込めば、自動的に位相の正確に管理された組み込みが可能となる。

また、この結果、各偏心体は、それぞれの形状を全く同一とすることができるようになり、１度のチャッキングにより同時形成できる。これは、単に製造が容易になるだけでなく、全偏心体の相対誤差を零とすることができるという点で大きな意義を有する。

製造・組付けが容易で、且つ高い組付け精度を維持することのできる内接噛合型の遊星歯車装置を得ることができる。

以下、図面に基づいて、本発明にかかる実施形態の一例を詳細に説明する。

図２は、本発明の実施形態の一例に係る減速機（内接噛合型の遊星歯車装置）Ｇ１とモータ（一部のみ図示）Ｍ１とが連結されたギヤドモータＧＭ１の縦断面を示している。

モータＭ１は、その略中心にモータ軸４０を備える。モータ軸４０は、軸受４１によって支持されると共に、その先端が減速機Ｇ１内に臨み、該減速機Ｇ１の入力軸（偏心体軸）４２を構成している。

減速機Ｇ１は、内歯歯車５０と、該内歯歯車５０に内接噛合する３枚の外歯歯車５２（５２Ａ〜５２Ｃ）と、外歯歯車５２を内歯歯車５０に対して偏心揺動させる３個の偏心体５４（５４Ａ〜５４Ｃ）によって構成されている。偏心体５４周りの構成については、後に詳述する。

前記内歯歯車５０は、本実施形態においては、内歯を構成するピン５０Ａとピン５０Ａを保持する内歯歯車本体５０Ｂとで構成されている。ピン５０Ａの数（内歯歯車の内歯の数）は、外歯歯車５２の外歯の数より、僅かだけ（例えば１〜６だけ）多い。内歯歯車本体５０Ｂは、減速機Ｇ１のケーシング５８と一体形成されこのケーシング５８とモータケーシング６７とはボルト孔６８に挿入される図示しないボルトを介して固定される。

前記３枚の外歯歯車５２（５２Ａ〜５２Ｃ）は、各偏心体５４Ａ〜５４Ｃの外周に軸受５６Ａ〜５６Ｃを介して装着され前記内歯歯車５０に内接噛合している。各外歯歯車５２Ａ〜５２Ｃには、その軸方向を貫通する内ピン孔６０Ａ〜６０Ｃが円周方向の複数位置の形成されており、この内ピン孔６０Ａ〜６０Ｃを内ピン６２及び内ローラ６４が貫通（遊嵌）している。

フランジ６６は、モータ側に配置される支持フランジ６６Ａと、反モータ側に配置される出力フランジ６６Ｂとから構成されている。内ピン６２は出力フランジ６６Ｂと一体形成されており、この内ピン６２を支持フランジ６６Ａに挿入し、ボルト７０を介して一体化することにより、支持フランジ６６Ａ及び出力フランジ６６Ｂが一体化されている。支持フランジ６６Ａ及び出力フランジ６６Ｂは、それぞれ軸受７２Ａ、７２Ｂを介して減速機Ｇ１のケーシング５８に回転自在に支持されている。この実施形態では、出力フランジ６６Ｂと駆動対象である相手機械（図示略）とが、ボルト（ボルト孔７４のみ図示）を介して連結されている。

ここで、偏心体５４に関係する構成について詳述する。

偏心体５４は、３枚の外歯歯車５２Ａ〜５２Ｃに対応して独立した３個の偏心体５４Ａ〜５４Ｃによって構成されている。図１に偏心体５４Ａを代表して示す。偏心体５４Ｂ、５４Ｃも単体では全く同一の形状を有している。偏心体５４Ａは、偏心方向ｒ１において該偏心体５４Ａの幾何学的中心５４Ａｏ１から所定の偏心量ｅだけずれた位置５４Ａｏ２に、入力軸４２と係合・連結するための内スプライン８０Ａが形成されている。

各偏心体５４Ａ〜５４Ｃの内スプライン８０Ａ〜８０Ｃの歯数は、外歯歯車５２Ａ〜５２Ｃの枚数である「３」の倍数（この実施形態では、３６）に設定されている。各偏心体５４Ａ〜５４Ｃは、内スプライン８０Ａ〜８０Ｃの穿設を含め、同一のチャッキングにて同時に同一形状に形成される。あるいは冷間鋳造により、同形のものが製造される。一方、入力軸４２側には、この内スプライン８０Ａ〜８０Ｃと噛合可能な歯数３６の外スプライン８２が形成されている。各スプライン８０Ａ〜８０Ｃ、８２とも、その歯形は、インボリュート曲線の刃先部分をカットしたものである。なお、偏心体５４Ａ〜５４Ｃの製造と、入力軸４２の外スプライン８２の形成はいずれが先に行われても良い。

各偏心体５４Ａ〜５４Ｃは、入力軸４２に対して、図３に示されるように、各スプライン８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃと８２とのそれぞれの噛合位置を１２歯分ずつずらしながら、即ち円周方向に３６０／３度ずつずれた３個の偏心方向（半径方向）ｒ１〜ｒ３に、各偏心体５４Ａ〜５４Ｃの組み込み位相をずらしながら組み込まれる。

この実施形態では、当該内スプライン８０Ａ〜８０Ｃと外スプライン８２との噛合部分において、偏心部体５４Ａ〜５４Ｃが入力軸４２に対して半径方向に若干動けることを利用して、前記内歯歯車５０と外歯歯車５２との噛合における円周方向の隙間を極小（ほぼ零）に設定すると共に、両者５０、５２の半径方向の動きを許容する構成を採用している。これは、内歯歯車５０と外歯歯車５２との円周方向のバックラッシを極小化しながら両者５０、５２の噛合部分に生じている誤差を、外歯歯車５２が入力軸４２と内歯歯車５０との間で半径方向に動けるようにすることで吸収するためである。

次に、ギヤドモータＧＭ１の作用を説明する。

モータ軸４０、すなわち入力軸４２が回転すると、該入力軸４２の外周に形成された外スプライン８２と各偏心体５４Ａ〜５４Ｃの内周に形成された内スプライン８０Ａ〜８０Ｃとの係合により、各偏心体５４Ａ〜５４Ｃは、それぞれ３６０度／３＝１２０度の位相差をもって回転する。この回転により、該偏心体５４Ａ〜５４Ｃの外周が偏心回転し、軸受５６Ａ〜５６Ｃを介して外歯歯車５２が揺動回転を行う。しかしながら、内歯歯車５０がケーシング５８と一体化して固定されているため、外歯歯車５２と内歯歯車５０との噛合位置が順次ずれる現象が生じ、外歯歯車５２は、偏心体５４Ａ〜５４Ｃが１回回転する毎に（入力軸４２が１回回転する毎に）、内歯歯車５０に対してその歯数差分だけ自転する。この外歯歯車５２の自転が、内ピン６２を介して支持フランジ６６Ａ及び出力フランジ６６Ｂ側に取り出され、出力フランジ６６Ｂに連結されている相手機械側に伝達される。

ここで、偏心体５４Ａ〜５４Ｃは、すべて同一形状であるため、製造が容易である。また、同一のチャッキングで１度に全偏心体５４Ａ〜５４Ｃを製造できるため、各偏心体間にいわゆる「相対誤差」が全く生じない製造及び組み込みを行うことができる。相対誤差が生じない組み込みは、例えば、製造上の何らかの原因で偏心の度合いや偏心曲線の不良等が発生したとしても、当該不良は３個の偏心体に共通して発生するため、該３個の偏心体は、内歯歯車５０に対して必ず「共通の挙動」を起こすことを意味する。これは、３枚の外歯歯車がバラバラな動きをしないということである。相対誤差は小さいほど良好な運転ができることが経験的に知られており、本発明はこの点で定性的に極めて良好な特性を得ていることになる。

また、偏心体５４Ａ〜５４Ｃの形状を同一としながら、３個の偏心体５４Ａ〜５４Ｃを所定の方向（この場合１２０度ずつずれた方向）に偏心させた状態で組み込むのは、外スプライン８２の歯数を数えながら、例えば偏心体５４Ａを組み込んだ位置から、３６歯／３＝「１２歯」だけ回転させた位置に偏心体５４Ｂを組み込み、更に「１２歯」だけ回転させた位置に偏心体５４Ｃを組み込むようにすれば良いため、正確な偏心方向の位置決めを、極めて簡単な手法で実現することができる。又、入力軸を１２０度ずつ回転させながら組み込むように構成すれば自動化も可能である。

本実施形態の場合、内スプライン８０Ａ〜８０Ｃ及び外スプライン８２の歯形は、通常のインボリュート曲線を用いているため、製造コストも最小限に抑えることができる。

更に、本実施形態においては、内歯歯車５０の内歯（ピン）５０Ａと外歯歯車５２の外歯との隙間を極小として円周方向のバックラッシをほぼ零とし、その上で、該内歯歯車５０の内歯５０Ａと外歯歯車５２の外歯との噛合誤差を、偏心体５４Ａ〜５４Ｃの内スプライン８０Ａ〜８０Ｃと、入力軸４２の外スプライン８２との噛合を利用して外歯歯車５２が半径方向に動くことで吸収できるようにしている。そのため、バックラッシの低減と円滑な回転の両立が可能となっている。これは、偏心体５４Ａ〜５４Ｃと入力軸４２との連結をスプラインによって実現し、且つそれぞれの外歯歯車５２（５２Ａ〜５２Ｃ）が、半径方向に独立した動きの可能な偏心体５４Ａ〜５４Ｃの外周にそれぞれ装着されている構造とされていることの相乗効果として得られる効果である。

なお、上記実施形態においては、外歯歯車５２が３枚で、且つそれぞれの外歯歯車５２Ａ〜５２Ｃの組み込み方向を３６０／３度ずつずらして組み込む構成の減速機Ｇｏが示されていたが、本発明における外歯歯車の枚数は、「３」に限定されるものではない。例えば、２枚でもよく、又４枚以上であってもよい。外歯歯車の枚数が２枚の場合は、３６０／２度、即ち１８０度の位相差をもって組み込むのが合理的であるため、前記スプラインの歯数は２の倍数に設定すればよい。同様に、外歯歯車の枚数が４枚の場合は、３６０／４度、即ち９０度ずつの位相差をもって組み込むのが合理的であるため、スプラインの歯数は、４の倍数となるように設定する。要するに、外歯歯車の枚数がＮ枚の場合は、基本的にＮの倍数となるように設定することになる。

但し、組み込みの方法は、常に各外歯歯車が均等に位相差を持つように組み込まれるわけではなく、例えば、外歯歯車の枚数が４の場合には、図４の（Ａ）に模式的に示されるように、偏心体Ｐ１〜Ｐ４を入力軸（偏心体軸）Ｉｇに対して９０度ずつ位相をずらして組み込む手法のほかに、同図（Ｂ）に示されるように、２枚ずつの偏心部材Ｐ１、Ｐ４とＰ２、Ｐ３とをペアにして各グループを１８０度の位相にて組み込む場合もある。すなわち、外歯歯車の枚数がＭ（図４（Ｂ）の場合４）であっても、偏心部材Ｐ１〜Ｐ４が１個または２個以上のグループ（図４（Ｂ）の場合、Ｐ１、Ｐ４のグループとＰ２、Ｐ３のグループ）ごとに３６０／Ｎ度（図４（Ｂ）の場合、Ｎ＝２）ずつずれたＮ個の半径方向にその偏心位相をずらした状態で同一の偏心体軸（入力軸）Ｉｇに装着される場合がある。この場合には、外歯歯車の枚数Ｍの倍数ではなく、あくまで偏心方向の数Ｎの倍数に設定すればよいことになる。

なお、内外のスプラインの歯数は必ずしも同一でなくてもよい。例えば、内スプラインが３の倍数の３６で、該内スプラインと係合可能な外スプラインが１歯置きに計１８歯形成されているような構成とされていてもよい。

更には、１歯〜数歯程度の外スプラインが、内スプラインと係合可能に間欠的に形成されている構成であってもよい。

本発明の「スプライン」にはこのような構成のスプラインも含むものとする。

上記実施形態では、内歯歯車が固定され外歯歯車が揺動するタイプの例が示されていたが、本発明は、外歯歯車が固定され内歯歯車が揺動するタイプの内接噛合型の遊星歯車装置にも適用可能である。

あらゆる内接噛合型の遊星歯車装置に適用可能である。

本発明の実施形態の一例に係る減速機（内接噛合型の遊星歯車装置）に適用されている偏心部材の正面図 上記減速機とモータとが一体化されたギヤドモータの縦断面図 偏心部材を組み込む様子を示す模式図 偏心方向のバリエーションを示す模式図 従来の内接噛合型の遊星歯車装置が適用されたギヤドモータの縦断面図 図５の矢示ＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図

符号の説明

Ｇ１…減速機（内接噛合型の遊星歯車装置）
Ｍ１…モータ
４０…モータ軸
４２…入力軸
５４（５４Ａ〜５４Ｃ）…偏心体
５０…内歯歯車
５２…外歯歯車
５８…ケーシング
６０Ａ〜６０Ｃ…内ピン孔
６２…内ピン
６６…フランジ
６６Ａ…支持フランジ
６６Ｂ…出力フランジ
８０Ａ〜８０Ｃ…内スプライン
８２…外スプライン

Claims (5)

1. 内歯歯車と、該内歯歯車に内接噛合する複数の外歯歯車と、前記内歯歯車または外歯歯車のいずれか一方側を揺動体として偏心揺動させる偏心体と、を備えた内接噛合型の遊星歯車装置において、
   前記揺動体に対応して、独立した複数の偏心体が設けられると共に、該複数の偏心体が、円周方向に３６０／Ｎ度ずつずれたＮ個の半径方向にその偏心位相をずらした状態で同一の偏心体軸に装着され、且つ
   前記各偏心体と偏心体軸とが、それぞれ内外のスプラインを介して連結されると共に、該内外のスプラインが、それぞれＮの倍数の歯数を有する
   ことを特徴とする内接噛合型の遊星歯車装置。
2. 請求項１において、
   前記揺動体がＮ枚あり、且つ該Ｎ枚の揺動体に対応して独立したＮ個の偏心体が設けられると共に、該Ｎ個の偏心体が３６０／Ｎ度ずつずれたＮ個の半径方向にその偏心位相をずらした状態で同一の偏心体軸に装着されている
   ことを特徴とする内接噛合型の遊星歯車装置。
3. 請求項１または２において、
   前記揺動体がＭ枚あり、且つ該Ｍ枚の揺動体に対応して独立したＭ個の偏心体が設けられると共に、該Ｍ個の偏心体が１個又は２個以上のグループ毎に３６０／Ｎ度ずつずれたＮ個の半径方向にその偏心位相をずらした状態で同一の偏心体軸に装着されている
   ことを特徴とする内接噛合型の遊星歯車装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記内歯歯車と外歯歯車との噛合誤差を、前記内外のスプラインを介した前記偏心体と偏心体軸との半径方向の相対変位を利用して吸収可能とした
   ことを特徴とする内接噛合型の遊星歯車装置。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記各独立した偏心体は、前記内スプラインが、同一チャッキングで同時に形成されたものである
   ことを特徴とする内接噛合型の遊星歯車装置。

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