JP6932068B2 - 偏心揺動型歯車装置 - Google Patents

Description

本発明は、偏心揺動型歯車装置に関する。

特許文献１には、内歯歯車と、内歯歯車に内接噛合する外歯歯車と、外歯歯車を揺動させる偏心体と、外歯歯車の軸方向側部に配置されるキャリア体とを備えた偏心揺動型歯車装置が開示されている。従来の偏心揺動型歯車装置は、特許文献１に示すように、ケーシングに内歯歯車が設けられ、キャリア体は主軸受けを介してケーシングに対して回転自在に支持される。

特開平０７−２４８０４６号公報

従来の偏心揺動型歯車装置においては、一般に、装置の外部から加わる荷重及び装置の内部で発生する荷重を、主軸受けが大きな割合で受けるように想定されていた。このため、従来の偏心揺動型歯車装置では、大きな主軸受けが採用され、これにより装置全体のサイズが大きくなるという課題があった。

本発明は、サイズを小さくできる偏心揺動型歯車装置を提供することを目的とする。

本発明は、
内歯歯車が設けられたケーシングと、前記内歯歯車に内接噛合する外歯歯車と、前記外歯歯車を揺動させる偏心体を有する偏心体軸と、前記偏心体軸を支持する入力軸受けと、前記外歯歯車の軸方向側部に配置されるキャリア体と、前記ケーシングと前記キャリア体との間に配置される主軸受けと、を備える偏心揺動型歯車装置であって、
周方向に直交する断面において前記主軸受けの断面積が前記入力軸受けの断面積よりも小さく、
前記キャリア体に連結され、前記外歯歯車の内ピン孔の軸方向全域を貫通し、前記外歯歯車の自転成分と同期する複数の内ピンを備え、
前記主軸受けの外径は、前記複数の内ピンの内接円径よりも小さい構成とした。

本発明によれば、偏心揺動型歯車装置のサイズを小さくできるという効果が得られる。

本発明の実施形態に係る偏心揺動型歯車装置の断面図である。 図１の偏心揺動型歯車装置の内部を軸方向から見た図である。 内ピンの調整処理を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る偏心揺動型歯車装置の断面図である。図２は、図１の偏心揺動型歯車装置の内部を軸方向から見た図である。本明細書では、偏心揺動型歯車装置１の回転軸Ｏ１に沿った方向を軸方向、回転軸Ｏ１から垂直な方向を径方向、回転軸Ｏ１を中心とする回転方向を周方向と定義する。

偏心揺動型歯車装置１は、偏心体１４と、偏心体１４を有する偏心体軸１２と、偏心体１４の外周に偏心体軸受け１８を介して組み込まれた外歯歯車２４と、外歯歯車２４が揺動しながら噛合わされる内歯歯車２６とを備える。さらに、偏心揺動型歯車装置１は、外歯歯車２４と係合する複数の内ピン２８と、複数の内ピン２８を保持してその公転運動を取り出す第１キャリア体３３及び第２キャリア体３４とを備える。加えて、偏心揺動型歯車装置１は、内歯歯車２６と連結される第１ケーシング３１及び第２ケーシング３２、第１主軸受け３６、第２主軸受け３８、第１入力軸受け４０並びに第２入力軸受け４２を備える。これらのうち、第１ケーシング３１、第２ケーシング３２及び内歯歯車本体２６Ａ（後述）は、本発明に係るケーシングの一例に相当する。第１入力軸受け４０及び第２入力軸受け４２は、本発明に係る入力軸受けの一例に相当する。第１キャリア体３３及び第２キャリア体３４は、本発明に係るキャリア体の一例に相当する。第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８は、本発明に係る主軸受けの一例に相当する。

上記の構成要素のうち、第１ケーシング３１、第１キャリア体３３、第１主軸受け３６及び第１入力軸受け４０は、外歯歯車２４よりも軸方向の一方（図１の右方、入力側）に配置される。第２ケーシング３２、第２キャリア体３４、第２主軸受け３８及び第２入力軸受け４２は、外歯歯車２４よりも軸方向の他方（図１の左方、負荷側）に配置される。

偏心体軸１２は、回転軸Ｏ１を中心に回転運動する。偏心体軸１２は、典型的には装置外部から回転運動を入力する入力軸として機能し、例えばタップ穴Ｔ１を利用して歯車、軸継手又はプーリー等の入力側の部材が連結される。タップ穴Ｔ１に代えてキーにより連結してもよい。歯車やプーリーに発生するラジアル荷重は、第１入力軸受け４０及び第２入力軸受け４２により支持される。

偏心体１４は、外周面が円柱側面の曲面形状を有し、外周面の中心軸が回転軸Ｏ１から偏心している。偏心体１４は、例えばキー接続やＤカット等によって偏心体軸１２と相対的に回転しないように連結され、回転軸Ｏ１を中心に回転する。

外歯歯車２４は、偏心体軸受け１８を介して偏心体１４の外周に揺動可能に組み込まれ、かつ、内歯歯車２６に内接噛合している。外歯歯車２４は、軸心からオフセットされた位置に複数の内ピン孔２４６を有し（図１及び図２を参照）、複数の内ピン２８が内ピン孔２４６の内周面の一部に接した状態に貫通される。また、外歯歯車２４は、軸心からオフセットされた位置に複数の貫通孔２４８を有し（図１及び図２を参照）、複数の連結ピン２９が貫通される。さらに、外歯歯車２４は、最外周部にトロコイド波形の歯部２４３（図２を参照）を備える。図２は、第１ケーシング３１、第１キャリア体３３、第１主軸受け３６、第１入力軸受け４０及び偏心体軸１２を外した状態を図１の右方から見た状態を示している。また、本実施形態の外歯歯車２４には、内ピン孔２４６及び貫通孔２４８以外に、何の部材も挿通されない抜き孔２４７が３つ形成され、軽量化が図られている。

第１キャリア体３３及び第２キャリア体３４は、それぞれ外歯歯車２４の軸方向側部である一側と他側とに配置され、複数の内ピン２８を保持する。複数の内ピン２８は、すきま嵌めにより第１キャリア体３３及び第２キャリア体３４に連結される。また、第１キャリア体３３と第２キャリア体３４とは、複数の連結ピン２９がしまり嵌め（例えば焼嵌め）されて、互いに強固に結合される。連結ピン２９は、外歯歯車２４の貫通孔２４８の内周面に接触せず、外歯歯車２４の回転運動を取り出す機能を持たない。第２キャリア体３４は、典型的には減速された回転運動を出力する出力軸として機能する。

内ピン２８は、第１キャリア体３３に保持される部位から、外歯歯車２４の内ピン孔２４６を通過する部位を挟み、第２キャリア体３４に保持される部位にかけて、直径（太さ）が同一である。このような形状により、内ピン２８を、高い成形精度で、かつ、低コストに製造することができる。内ピン２８は、第２キャリア体３４が出力軸として機能するときは、外歯歯車２４の自転成分を第２キャリア体３４に伝達する。また、内ピン２８は、第２キャリア体３４が固定され、ケーシングが出力軸として機能するときには、外歯歯車２４の自転を規制する。つまり、内ピン２８は、外歯歯車２４の自転成分と同期する。

内歯歯車２６は、第１ケーシング３１及び第２ケーシング３２と一体的に連結され、ケーシングの一部を構成する内歯歯車本体２６Ａと、内歯歯車本体２６Ａの内周部に設けられた複数のピン溝２６Ｃと、複数のピン溝２６Ｃそれぞれに回転自在に支持された複数の外ピン２６Ｂとを有する。内歯歯車本体２６Ａは、例えばボルトなどの締結部材Ｂ１を用いて第１ケーシング３１及び第２ケーシング３２を着脱可能に連結される。ここで、本発明のケーシングは、内歯歯車が設けられかつ主軸受けを介してキャリア体を支持する部材であればよく、複数の部材が連結されて構成されてもよく、単一の部材で構成されてもよい。内歯歯車２６の内歯の数（外ピン２６Ｂの本数）は、外歯歯車２４の外歯の数と僅かに異なる（例えば１つ多い）。内歯歯車２６と外歯歯車２４とは、複数の外ピン２６Ｂが外歯歯車２４の歯部２４３に接触して噛合される（図２を参照）。

第１主軸受け３６は、第１キャリア体３３と第１ケーシング３１との間に設けられる。第２主軸受け３８は、第２キャリア体３４と第２ケーシング３２との間に設けられる。これらにより第１キャリア体３３及び第２キャリア体３４が第１ケーシング３１及び第２ケーシング３２に対して回転自在に支持される。第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８は、それぞれ第１ケーシング３１及び第２ケーシング３２にすきま嵌めされ、かつ、それぞれ第１キャリア体３３及び第２キャリア体３４にしまり嵌めされる。第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８は、例えば玉軸受けである。第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８の第１ケーシング３１及び第２ケーシング３２への嵌合は、第１キャリア体３３及び第２キャリア体３４への嵌合よりも嵌合力が弱ければよく、例えば中間嵌めでもよい。

第１入力軸受け４０は、偏心体軸１２と第１キャリア体３３との間に設けられる。第２入力軸受け４２は、偏心体軸１２と第２キャリア体３４との間に設けられる。これらにより、偏心体軸１２が第１キャリア体３３及び第２キャリア体３４に対して回転自在に支持される。第１入力軸受け４０及び第２入力軸受け４２は、例えば玉軸受けである。

＜軸受けの大きさ及び配置＞
周方向に直交する断面において、第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８の各々は、第１入力軸受け４０及び第２入力軸受け４２の各々よりも断面積が小さい。偏心体軸受け１８は、周方向に直交する断面において、第１入力軸受け４０及び第２入力軸受け４２の各々よりも断面積が大きい。軸受けの断面積とは、軸受けの外輪と、内輪と、転動体及び転動体の保持器が配置される外輪及び輪の隙間部分とを含む範囲の面積を指す。換言すれば、外輪の外周面、内輪の内周面、外輪の側面及びその延長線、ならびに内輪の側面及びその延長線で囲まれる略長方形（略正方形）の範囲の面積を指す。

第１主軸受け３６と第１入力軸受け４０とは、径方向に見て互いに重なる位置に設けられている。第２主軸受け３８と第２入力軸受け４２とは、径方向に見て互いに重なる位置に設けられている。

第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８の各々の内径は、第１入力軸受け４０及び第２入力軸受け４２の各々の外径よりも大きく、また、偏心体軸受け１８の外径よりも大きい。第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８の各々の外径φ１（図１を参照）は、複数の内ピン２８の内接円径φ２（図２を参照）よりも小さい。

＜内ピン調整＞
図３は、内ピンの調整処理を説明する図である。

偏心揺動型歯車装置１は、組み立て時に、外径が僅かに異なる複数種の内ピン２８が用意され、最も適した径の内ピン２８が適用されることで、バックラッシュを非常に小さくすることができる。最も適した径の内ピン２８の選定は、次のように行われる。

先ず、作業員は、任意の内ピン２８を用いて偏心揺動型歯車装置１を組み立て、バックラッシュ等の計測を行う。その結果、所定の性能が得られなければ、図３に示すように、作業者は、第１ケーシング３１又は第２ケーシング３２を外す。これにより、複数の内ピン２８の端部を露出させることができる。また、このとき、第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８はしまり嵌めされた第１キャリア体３３及び第２キャリア体３４の方に残される。しかし、第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８の外径は、複数の内ピン２８の内接円径よりも小さいので、第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８が内ピン２８の抜き差しの阻害とならない。このような作用は、軸方向の両側において同様に得られる。

作業員は、この状態で複数の内ピン２８の抜き差しを行って、別の内ピン２８に変更し、再度、第１ケーシング３１及び第２ケーシング３２を固定し、バックラッシュ等の計測を行う。このような処理を繰り返すことで、最適な性能が得られる内ピン２８を選定することができる。

また、内ピン２８を抜き差しする際、内ピン２８の直径と第１キャリア体３３及び第２キャリア体３４の孔径との差が小さくなってくると、内ピン２８を一方から抜き差しすることが困難になる場合が生じる。このような場合には、内ピン２８を逆方から抜いたり挿入したりして、内ピン２８を変更することができる。

＜偏心揺動型歯車装置の動作＞
続いて、偏心揺動型歯車装置１の動作について説明する。偏心体軸１２が回転すると、偏心体１４が偏心回転して外歯歯車２４が揺動される。外歯歯車２４は内歯歯車２６に内接噛合しており、この実施形態では内歯歯車２６が第１ケーシング３１及び第２ケーシング３２と一体化されている。このため、外歯歯車２４は、偏心体軸１２が１回転するごとに内歯歯車２６に対して歯数差分だけ相対回転（自転）する。外歯歯車２４の自転成分は、内ピン孔２４６を貫通している内ピン２８を介して第１キャリア体３３及び第２キャリア体３４に伝達される。これらの結果、偏心体軸１２の回転運動が、”１／外歯歯車２４の歯数”の減速比で減速されて、第１キャリア体３３及び第２キャリア体３４の回転として出力される。

＜実施形態効果＞
以上のように、本実施形態の偏心揺動型歯車装置１によれば、第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８の各断面積が、第１入力軸受け４０及び第２入力軸受け４２の各断面積よりも小さい。したがって、第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８の各断面積を大きくした場合と比較して、装置全体のサイズを低減でき、特に軸方向のサイズの縮小、すなわち偏心揺動型歯車装置１の扁平化を図ることができる。さらに、扁平化により軽量化も達成される。一般に、軸受けは、材質及び構造が同等であれば、断面積が大きい方が、また、径が大きく転動体が多い方が、耐久性が高くなる。また、軸受けの劣化は、荷重が大きいほどまた総回転数が多いほど進行する。第１入力軸受け４０及び第２入力軸受け４２は、偏心体軸１２の高速な回転を受けるのに対して、第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８は、減速後の低速な回転を受ける。また、第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８は、第１入力軸受け４０及び第２入力軸受け４２よりも周方向に長い。したがって、上述のように第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８の断面積を小さくしても、第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８と第１入力軸受け４０及び第２入力軸受け４２との耐久性のバランスは崩れない。したがって、各軸受けの耐久性のバランスを維持しつつ、偏心揺動型歯車装置１の扁平化を実現できる。

また、本実施形態によれば、第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８の外径φ１が、複数の内ピン２８の内接円径φ２よりも小さい。これにより、第１ケーシング３１及び第２ケーシング３２を外したときに、第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８を外さずに、内ピン２８の抜き差しが可能となる。また、この構成によれば、第１キャリア体３３と第１主軸受け３６とを組み付けた後に、これを偏心体軸１２に組み付けることができる。また、第２キャリア体３４に第２主軸受け３８を組み付けた後に、これを偏心体軸１２に組み付けることができる。仮に、偏心体軸１２に第１キャリア体３３及び第２キャリア体３４を組み付けた後に、第１主軸受け３６と第２主軸受け３８を組み付ける必要があると、作業性が悪くなるが、上記の構成により、このような手順を取らなくて済み、作業性が顕著に向上する。

また、本実施形態の偏心揺動型歯車装置１によれば、外歯歯車２４の一側と他側とに第１キャリア体３３と第２キャリア体３４とが配置される。さらに、軸方向の両側で、上記の第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８の外径と内ピン２８の内接円径との関係が成り立つ。このような構成により、第１ケーシング３１及び第２ケーシング３２を外したときに、内ピン２８を軸方向の両方に抜き差しすることができる。これにより、内ピン２８が軸方向の一方から抜き差ししにくい状況が生じても、内ピン２８を特殊な形状にすることなく、軸方向の逆方から抜き指しすることで、内ピン２８を組み込める可能性を高めることができる。例えば、特許文献１の図１の減速機では、内ピンを軸方向の両側から抜き差しできない構造であるため、内ピンを段付き構造として、一方から確実に抜き差しできるようにしている。しかし、このような段付き構造の内ピンは製造コストが非常に高騰する。

また、本実施形態によれば、偏心体軸受け１８の断面積が、第１入力軸受け４０及び第２入力軸受け４２の断面積よりも大きい。偏心体軸受け１８は、内歯歯車２６と外歯歯車２４との噛合により生じる内部荷重を受ける。また、第１入力軸受け４０及び第２入力軸受け４２が偏心体軸１２を二点支持するのに対して、偏心体軸受け１８は外歯歯車２４と偏心体１４とを一点支持する。このため、偏心体軸受け１８の断面積を大きくして、第１入力軸受け４０及び第２入力軸受け４２と比較して耐荷重を増やすことで、第１入力軸受け４０、第２入力軸受け４２及び偏心体軸受け１８の耐荷重のバランスを良好にできる。

また、本実施形態によれば、第１主軸受け３６と第１入力軸受け４０とが径方向から見て重なるように配置され、第２主軸受け３８と第２入力軸受け４２とが径方向から見て重なるように配置されている。装置全体の扁平化を図る視点で見たとき、第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８は、軸方向において、第１入力軸受け４０及び第２入力軸受け４２よりも外寄りに配置すると扁平化の妨げとなるが、内寄りに配置しても余り効果的でない。なぜなら、第１入力軸受け４０及び第２入力軸受け４２によって軸方向のサイズが決まってしまうからである。また、ラジアル荷重は支点からの距離が大きい箇所で受けた方が、荷重が小さくなる。そこで、第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８を上記のように配置することで、装置全体の扁平化を阻害することなく、外部からのラジアル荷重により第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８に加わる荷重を小さくできる。したがって、上記の配置とすることで、第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８と第１入力軸受け４０及び第２入力軸受け４２との耐久性のバランスを崩すことなく、第１主軸受け３６及び第２主軸受け３８の断面積をより小さくすることができる。これにより、偏心揺動型歯車装置１をより扁平にすることができる。

また、一般に、偏心揺動型歯車装置１は、出力軸として機能する第２キャリア体３４に歯車、スプロケット又は軸継手等を介して運動部を接続し、運動部を駆動したり、あるいは、第２キャリア体３４にアームを連結してこれを動かしたりするのに使用される。しかし、これらの全ての使用形態で、必ずしも大きなラジアル荷重が偏心揺動型歯車装置１に発生するわけではない。例えば、軸継手が接続される場合にはラジアル荷重はゼロとなるし、径の大きな歯車、スプロケット、アームが接続される場合には、これらに加えられるトルクが同一であっても、第２キャリア体３４に加わるラジアル荷重は小さくなる。このような使用形態の場合、従来のようにサイズの大きな主軸受けを用いた偏心揺動型歯車装置を利用すると、減速部での構成サイズが大きくなり、駆動装置の小型化を阻害することになる。しかし、このような使用形態の場合、本実施形態の偏心揺動型歯車装置１を利用することで、駆動装置の小型化に大きな割合で寄与することができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、軸方向の一方と他方とに２つのキャリア体、２つの入力軸受け、２つの主軸受けを有する構成を示した。しかし、キャリア体は、軸方向一方側に１つのみ設けられてもよい。主軸受けは、一方のキャリア体に一対の主軸受けが配置されてもよいし、例えばクロスローラ軸受けを採用することで、１つとされてもよい。また、入力軸受けは、クロスローラ軸受けを採用したり、モータ軸の軸受けと協働して支持する場合には、１つとされてもよい。また、軸方向の一方と他方に配置される複数の入力軸受けは同じ径でなくてもよいし、軸方向の一方と他方に配置される複数の主軸受けは同じ径でなくてもよい。また、上記実施形態では、複数の内ピンの内接円径よりも、主軸受けの外径を小さいという構成を有し、これにより、内ピンの調整作業が容易になるという効果が得られるが、このような構成は適用されなくてもよい。その場合でも偏心揺動型歯車装置の扁平化を図ることができるという効果が奏される。また、上記実施形態においては、入力軸受けや主軸受けにシール機能を有するシールド軸受けを使用しているが、シール機能のない軸受けを使用して、別途オイルシールを配置するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、１本の偏心体軸を減速機の軸心に配置した所謂センタークランク式の偏心揺動型減速装置を示した。しかし、本発明は、２個以上の偏心体軸が減速機の軸心からオフセットして配置された所謂振り分け型の偏心揺動型減速装置に適用してもよい。その他、軸受けの種類、外歯歯車の枚数など、実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 偏心揺動型歯車装置
１２ 偏心体軸
１４ 偏心体
２４ 外歯歯車
２６ 内歯歯車
２６Ａ 内歯歯車本体
２６Ｂ 外ピン
２６Ｃ ピン溝
２８ 内ピン
２９ 連結ピン
３１ 第１ケーシング
３２ 第２ケーシング
３３ 第１キャリア体
３４ 第２キャリア体
３６ 第１主軸受け
３８ 第２主軸受け
４０ 第１入力軸受け
４２ 第２入力軸受け
２４６ 内ピン孔
２４８ 貫通孔

Claims (5)

1. 内歯歯車が設けられたケーシングと、前記内歯歯車に内接噛合する外歯歯車と、前記外歯歯車を揺動させる偏心体を有する偏心体軸と、前記偏心体軸を支持する入力軸受けと、前記外歯歯車の軸方向側部に配置されるキャリア体と、前記ケーシングと前記キャリア体との間に配置される主軸受けと、を備える偏心揺動型歯車装置であって、
   周方向に直交する断面において前記主軸受けの断面積が前記入力軸受けの断面積よりも小さく、
   前記キャリア体に連結され、前記外歯歯車の内ピン孔の軸方向全域を貫通し、前記外歯歯車の自転成分と同期する複数の内ピンを備え、
   前記主軸受けの外径は、前記複数の内ピンの内接円径よりも小さい、
   偏心揺動型歯車装置。
2. 前記ケーシングは、前記内歯歯車が形成される内歯歯車本体と、前記主軸受けに支持され、前記内ピンを軸方向から覆う第１ケーシングを有し、
   前記第１ケーシングを外した状態、かつ、前記主軸受けを前記キャリア体に配置した状態で、前記内ピンを前記外歯歯車に抜き差し可能である請求項１に記載の偏心揺動型歯車装置。
3. 前記キャリア体は、前記外歯歯車の軸方向の一側に配置される第１キャリア体と、前記外歯歯車の軸方向の他側に配置される第２キャリア体とを含み、
   前記主軸受けは、前記第１キャリア体を支持する第１主軸受けと、前記第２キャリア体を支持する第２主軸受けとを含み、
   前記第１主軸受け及び前記第２主軸受けの両方の外径が、前記複数の内ピンの内接円径よりも小さい、
   請求項２記載の偏心揺動型歯車装置。
4. 前記偏心体と前記外歯歯車との間に配置される偏心体軸受けを備え、
   周方向に垂直な断面において前記偏心体軸受けの断面積が前記入力軸受けの断面積よりも大きい、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の偏心揺動型歯車装置。
5. 前記ケーシングは、さらに、前記第１ケーシングとは前記外歯歯車を挟んで反対側に位置し、前記内ピンを軸方向から覆う第２ケーシングを有し、
   前記第２ケーシングを外した状態、かつ、前記主軸受けを前記キャリア体に配置した状態で、前記内ピンを前記外歯歯車に抜き差し可能である請求項２に記載の偏心揺動型歯車装置。

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