JP5767065B2 - 減速装置 - Google Patents

Description

この発明は、内歯車の内周に形成された内歯に、その内歯より少ない数のローラを順次噛合させて入力軸の回転を出力軸に減速して伝達するローラ式の減速装置に関する。

この種のローラ式減速装置として、特許文献１に記載されたものが従来から知られている。そのローラ式減速装置においては、入力軸と出力軸を軸端部が対向する同軸上の配置とし、その両軸の軸端部を覆うハウジングによって複数の曲線形内歯を内周に有する内歯車を支持し、上記入力軸の軸端部には内歯車内において回転可能な２枚の偏心円板を軸方向に間隔をおいて設け、上記出力軸の軸端部には、内歯車と偏心円板のそれぞれ外径面に圧入された転がり軸受間に配置されるケージを設け、そのケージには２枚の偏心円板のそれぞれと対向する部位に上記内歯より少ない数の複数のポケットを周方向に等間隔に形成し、そのポケットのそれぞれ内部に上記転がり軸受の外径面に沿って転動して内歯車の内歯に順次噛合されるローラを収容している。

上記の構成からなる減速装置において、入力軸が回転すると、偏心円板の回転により、ローラが内歯車の内歯に順次噛合し、その入力軸の１回転当たりに、ローラが内歯の一歯分だけ周方向に位置がずれ、出力軸が入力軸に対して減速して回転する。

ここで、円滑な回転伝達が得られるようにするため、上記特許文献１に記載された減速装置においては、内歯の歯形を、出力軸の回転角が内歯車の一ピッチ分の範囲において、偏心円板の回転によって出力軸が回転し、その時、ローラの中心が描く軌跡と平行する曲線のうちローラの外側にある曲線を一歯分とする歯形として、複数のローラの全てを内歯に接触させるようにしている。

特開昭６２−９３５６５号公報

ところで、ローラ式減速装置を形成する内歯車、偏心円板、転がり軸受、ローラ等の各種部品は製作誤差を有しており、従来では、これら製作誤差を有する各種の部品を単に組付けてローラ式減速装置を組み立てるようにしているため、ローラ隙間が一定の大きさとならず、品質が一定する良好な製品を得ることができなかった。

ここで、ローラ隙間とは、ローラ式減速装置のローラ減速機構部を示す図５において、偏心円板の外周に嵌合された転がり軸受１１の偏心円板変位側に配置されたローラ１９と内歯車３の内周に形成された内歯４の歯底４ａ間に形成される隙間２０をいう。

従来では、上述のように、ローラ隙間２０を管理することのない組立てであるため、適正な大きさのローラ隙間２０を確保することができず、ローラ隙間２０が必要以上に大きくなる場合がある。この場合、内歯車３の内歯４から一旦抜け出たローラ１９が隣接する内歯４内に進入する際に、内歯４の歯底４ａに衝突し、振動を生じさせることになる。

ここで、ローラ隙間２０の大きさをδ_１とした場合、そのδ_１は下記の数式（１）で表すことができる。
δ_１＝（Ａ−Ｂ）−Ｃ 数式（１）
上記数式（１）において、
Ａ；内歯車３の歯底円半径
Ｂ；入力軸の軸心を中心とする転がり軸受１１の外接円半径
Ｃ；ローラ１９の外径
を示す。

本件の発明者らは、ローラ１９と内歯車３の歯底４ａ間に形成されるローラ隙間２０が減速装置におよぼす影響を検証したところ、以下の項目を導き出したのである。

効率；ローラ隙間の過大、過小のバラツキにより回転ムラが発生する。また、過小隙間部での損失が過大となるため、効率を低下させる。
寿命；過小隙間部をローラが通過する際にローラと内歯車内径もしくはローラと転がり軸受の外輪の接触部で過大面圧が発生し、早期剥離が生じる。
振動；過大隙間部でローラの挙動が不安定となって振動が発生する。

また、ローラ隙間２０を入力特性値として特性評価を実施したところ、図６に示す結果を得た。このことから、ローラ隙間２０の最適化は重要である。

この発明の課題は、ローラ隙間を最適な範囲とすることで減速装置の振動を抑制し、品質の安定化を図ることである。

上記の課題を解決するため、この発明においては、固定配置の内歯車と、その内歯車内で回転可能な偏心円板を軸端部に有し、その偏心円板の外径面に転がり軸受が嵌合された入力軸と、その入力軸と同軸上に配置された出力軸とを有し、前記出力軸の前記入力軸と対向する軸端部に前記内歯車と前記転がり軸受との間で回転可能なケージを設け、そのケージの前記転がり軸受と径方向で対向する部位に内歯車の内周に形成された内歯より数が少ないポケットを周方向に等間隔に設け、そのポケットのそれぞれ内部に前記内歯に噛合するローラを収容し、前記偏心円板の偏心回転によりローラを前記内歯に順次噛合させて入力軸の１回転当たりに内歯の一歯分だけ周方向に移動させることにより出力軸を減速回転させるようにした減速装置において、前記内歯車の歯底円半径、前記偏心円板の外径面に転がり軸受が嵌合される状態での転がり軸受における外輪外径面の公転円径の測定に基づく転がり軸受の前記入力軸の軸心を中心とする外接円半径およびローラの外径を予め測定し、ローラと内歯車の歯底間に形成されるローラ隙間の大きさδ _１ を０〜２０μｍの範囲とした構成を採用したのである。
ここで、ローラ隙間の大きさδ _１ とは、下記の数式１で定義されるものをいう。
ローラ隙間の大きさδ _１ ＝「内歯車の歯底円半径」−「入力軸の軸心を中心とする転がり軸受の外接円半径」−「ローラの外径」・・・数式１

ここで、ローラ隙間とは、図５に示される隙間２０をいい、そのローラ隙間の大きさを０〜２０μｍの範囲とすると、図６の各種特性の試験結果から明らかなように、振動発生の少ない、高効率の寿命の長い品質にバラツキのない減速装置を得ることができる。

この発明に係る減速装置において、転がり軸受が嵌合される偏心円板を２枚とし、その２枚の偏心円板を、その円筒状外径面の中心が周方向に１８０°位置がずれるようにして軸方向に設け、その２枚の偏心円板に転がり軸受が嵌合される状態で、それぞれの転がり軸受における外輪外径面の公転円径を同時に測定することによって、測定操作を効率よく行うことができる。

内歯車の歯底円半径の測定に、レーザ変位計や静電容量式変位計を用いることによって精度の高い測定を可能とすることができる。

この発明に係る減速装置においては、上記のように、内歯車の歯底円半径、入力軸の軸心を中心とする転がり軸受の外接円半径およびローラの外径を予め測定し、これら３部品の寸法の選択組み合わせによってローラと内歯車の歯底間に形成されるローラ隙間を、０〜２０μｍの範囲に管理したことによって、減速装置の振動を抑制し、品質の安定化を図ることができる。

この発明に係る減速装置の実施の形態を示す縦断正面図 図１のII−II線に沿った断面図 入力軸の軸心を中心とする転がり軸受の外接円半径の測定状態を示す断面図 転がり軸受の外接円半径の測定結果を示すグラフ 内歯車の歯底円半径、入力軸の軸心を中心とする転がり軸受の外接円半径およびローラの外径寸法を示す断面図 ローラ隙間と各種特性の検証結果を示すグラフ

以下、この発明の実施の形態を図面に基いて説明する。図１に示すように、ハウジング１は、円筒状をなしている。ハウジング１は、軸方向に２分割されて第１分割ハウジング１ａと第２分割ハウジング１ｂが設けられている。

第１分割ハウジング１ａと第２分割ハウジング１ｂは、図示省略したボルトの締め付けにより結合一体化され、その突合せ側端部の内径面には、第１分割ハウジング１ａと第２分割ハウジング１ｂとに跨って大径凹部２が形成されている。

図１および図２に示すように、大径凹部２内には内歯車３が圧入され、その内歯車３の内周に複数の内歯４が設けられている。

図１に示すように、第１分割ハウジング１ａの開口端部には端板５が設けられ、その端板５の中央部に形成された軸挿入孔６に入力軸７が挿入されている。入力軸７は、軸挿入孔６内に組込まれた軸受８により回転自在に支持されて、内歯車３と同軸上の配置とされ、上記ハウジング１内に位置する軸端部には内歯車３内において回転可能な２枚の偏心円板９が軸方向に間隔をおいて設けられている。

また、２枚の偏心円板９は、円筒状外径面の中心が周方向に１８０°位置がずれる取付けとされ、その外径面１０には転がり軸受１１が圧入されている。転がり軸受１１として玉軸受を採用している。ここで、図２に示すδ_０は、入力軸７の中心Ｏ_０と偏心円板９の円筒状外径面の中心Ｏ_１の偏心量を示している。

図１に示すように、第２分割ハウジング１ｂの内側には出力軸１２が挿入されている。出力軸１２は第２分割ハウジング１ｂの開口端部内に組込まれた軸受１３により回転自在に支持されて、入力軸７と同軸上の配置とされている。

出力軸１２の入力軸７と対向する軸端部にはケージ１４が設けられ、そのケージ１４は偏心円板９上の転がり軸受１１と内歯車３の対向部間において回転自在とされている。ケージ１４は、出力軸１２側に閉塞端を有し、その閉塞端面１５の中央部に形成された小径孔部１６内に入力軸７の軸端部を受ける軸受１７が組込まれている。

図１および図２に示すように、ケージ１４には、周方向に等間隔に並ぶ複数のポケット１８が複列に形成され、各列のポケット１８は、２枚の偏心円板９のそれぞれに支持された転がり軸受１１と径方向で対向する位置に形成されており、一方の列の複数のポケット１８と他方の列の複数のポケット１８は周方向に半ピッチ位置がずれている。

各列の複数のポケット１８は、内歯車３の内周に形成された内歯４の歯数より少なく、それぞれのポケット１８に対して一つのローラ１９が径方向に移動自在に収容されている。

ローラ１９は、内歯車３の内歯４に対して噛合可能とされ、そのローラ１９が噛合する内歯４は、周方向に並ぶ複数のローラ１９のそれぞれが同時に接触可能とする曲線状の歯形とされている。全てのローラ１９を接触可能とするため、前述の特許文献１に記載されているように、出力軸１２の回転角が内歯車３の内歯４の一ピッチ分の範囲において、偏心円板９の回転によって出力軸１２が回転し、その時、ローラ１９の中心が描く軌跡と平行する曲線のうちローラ１９の外側にある曲線を一歯分とする歯形としている。

実施の形態で示す減速装置は上記の構成からなり、減速装置の組立てに際しては、図５に示す内歯車３の歯底円半径Ａ、入力軸の軸心を中心とする転がり軸受１１の外輪１１ａの外接円半径Ｂおよびローラ１９の外径Ｃをそれぞれ測定し、これら３部品の寸法の選択組み合わせによるマッチングによってローラ１９と内歯車３の歯底間に形成されるローラ隙間２０の大きさδ_１が、０〜２０μｍとなるよう、上記ローラ隙間２０の大きさδ_１を管理する。

ここで、入力軸７の軸心を中心とする転がり軸受１１の外輪１１ａの外接円半径Ｂの測定に際しては、転がり軸受１１と同一径とされたゲージ用外輪（図示省略）を予め用意し、そのゲージ用外輪の外周に形成された真円状外径面にダイヤルゲージ３０の接触子３１を押し付けて、指針を振らせ、その指針の振れ量を記憶しておく。

その後、図３に示すように、第１分割ハウジング１ａおよび内歯車３を取り外した状態で、ポケット１８内にダイヤルゲージ３０の接触子３１を挿入し、その接触子３１を転がり軸受１１の外輪１１ａの外径面に押し付け、指針の振れ量を記憶しておいた振れ量に一致させた状態において、入力軸７を一回転させるようにする。

その測定により、ダイヤルゲージ３０の指針は、図４のグラフで示すように、偏心円板９の偏心量δの２倍の数値（２δ）を加味した数値がサイン曲線として検出されることになり、その振幅Ｗをケージ用外輪の半径にプラスすることで転がり軸受１１における外輪１１ａの外接円半径Ｂを知ることができる。

このように、偏心円板９の外径面に転がり軸受１１を嵌合した取付け状態でその転がり軸受１１の外輪１１ａの外径面を直接測定することにより、偏心円板９の外径や転がり軸受１１の内輪内径、同軸度を測定する必要がなく測定作業が容易であり、精度の高い測定とすることができる。また、減速装置の組立てラインで測定可能であるため、大幅なライン変更を必要としない。

ここで、内歯車の歯底円半径の測定に際しては、レーザ変位計や静電容量式変位計を用いて測定する。

図１は、３部品の寸法の選択組み合わせによるマッチングによって組み立てられた減速装置を示す。その減速装置における入力軸７を回転すると、偏心円板９の回転によりローラ１９が内歯車３の内歯４と順次噛合し、その入力軸７の一回転当たりにローラ１９が内歯４の一歯分だけ周方向に移動し、出力軸１２が減速回転する。

このとき、ローラ１９と内歯車３の歯底間に形成されるローラ隙間２０の大きさδ_１が、０〜２０μｍとなるよう、上記ローラ隙間２０が管理されているため、ローラ１９が内歯車３に衝突するようなことがなく、振動を発生させるようなことはない。

ローラ隙間２０の過大、過小のバラツキによって回転ムラが発生し、あるいは、過小隙間部での損失が過大となるのを抑制することができ、効率を低下させるという不都合の発生はない。

ローラ１９が過小隙間部を通過する際には、ローラ１９と内歯車内径もしくはローラ１９と転がり軸受１１の外輪１１ａの接触部で過大面圧が発生し、早期剥離が生じるが、ローラ隙間２０の大きさδ_１を０〜２０μｍの範囲とすることによってそのような不都合の発生はない。

１ ハウジング
３ 内歯車
４ 内歯
７ 入力軸
９ 偏心円板
１２ 出力軸
１４ ケージ
１８ ポケット
１９ ローラ
２０ ローラ隙間

Claims (4)

1. 固定配置の内歯車と、その内歯車内で回転可能な偏心円板を軸端部に有し、その偏心円板の外径面に転がり軸受が嵌合された入力軸と、その入力軸と同軸上に配置された出力軸とを有し、前記出力軸の前記入力軸と対向する軸端部に前記内歯車と前記転がり軸受との間で回転可能なケージを設け、そのケージの前記転がり軸受と径方向で対向する部位に内歯車の内周に形成された内歯より数が少ないポケットを周方向に等間隔に設け、そのポケットのそれぞれ内部に前記内歯に噛合するローラを収容し、前記偏心円板の偏心回転によりローラを前記内歯に順次噛合させて入力軸の１回転当たりに内歯の一歯分だけ周方向に移動させることにより出力軸を減速回転させるようにした減速装置において、
   前記内歯車の歯底円半径、前記入力軸の軸心を中心とする転がり軸受の外接円半径およびローラの外径を予め測定し、ローラと内歯車の歯底間に形成されるローラ隙間の下記の数式１で定義される大きさδ _１ を０〜２０μｍの範囲に管理し、前記転がり軸受における外接円半径の測定が前記偏心円板の外径面に転がり軸受が嵌合される状態での転がり軸受における外輪外径面の公転円径の測定に基づくものであることを特徴とする減速装置。
   ローラ隙間の大きさδ _１ ＝「内歯車の歯底円半径」−「入力軸の軸心を中心とする転がり軸受の外接円半径」−「ローラの外径」…数式１
2. 前記転がり軸受が嵌合される偏心円板を２枚とし、その２枚の偏心円板を、その円筒状外径面の中心が周方向に１８０°位置がずれるようにして軸方向に設け、その２枚の偏心円板に転がり軸受が嵌合される状態で、それぞれの転がり軸受における外輪外径面の公転円径を同時に測定するようにした請求項１に記載の減速装置。
3. 前記内歯車の歯底円半径の測定が、レーザ変位計による請求項１又は２に記載の減速装置。
4. 前記内歯車の歯底円半径の測定が、静電容量式変位計による請求項１又は２に記載の減速装置。

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