JP7115876B2

JP7115876B2 - 偏心揺動型減速装置

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Publication number: JP7115876B2
Application number: JP2018045343A
Authority: JP
Inventors: 瞬阿部; 淳為永
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2018-03-13
Filing date: 2018-03-13
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2038-03-13
Also published as: CN110273981A; JP2022019918A; KR20190108042A; DE102019104086A1; KR102592136B1; JP2019157998A

Description

本発明は、偏心揺動型減速装置に関する。

従来より、外歯歯車と、外歯歯車と噛み合う内歯歯車と、外歯歯車を揺動させる偏心体と、を備えた偏心揺動型減速装置が提案されている。この種の減速装置では、内歯歯車の内歯を構成するピン部材と内歯歯車本体とを別体とし、内歯歯車本体に設けられたピン溝にピン部材を回転自在に配置することがある。このような減速装置として、特許文献１には、アルミニウム合金製の内歯歯車本体を用いたものが開示されている。

特開２０１６－１２８７２３号公報

本発明者は、特許文献１のように、アルミニウム合金製の内歯歯車本体を用いた場合、内歯歯車本体のＳｉ量によっては、そのピン溝の摩耗量が大きく増大してしまうという新たな知見を得た。

本発明のある態様は、こうした状況に鑑みてなされ、その目的の１つは、アルミニウム合金製の内歯歯車本体を用いた場合に、そのピン溝の摩耗量の増大を防止できる技術を提供することにある。

本発明のある態様は偏心揺動型減速装置に関し、外歯歯車と、前記外歯歯車と噛み合う内歯歯車と、前記外歯歯車を揺動させる偏心体と、を備える偏心揺動型減速装置であって、前記内歯歯車は、ピン溝が設けられた内歯歯車本体と、前記ピン溝に回転自在に配置されたピン部材と、を有し、前記内歯歯車本体は、Ｓｉの含有量が６．０重量％以上のアルミニウム合金により構成される。

本発明によれば、アルミニウム合金製の内歯歯車本体を用いた場合に、そのピン溝の摩耗量の増大を防止できる。

実施形態の偏心揺動型減速装置を示す側面断面図である。図１のＡ－Ａ線断面図である。ロストモーションを説明するための図である。所定の耐久試験をして得られた減速装置のロストモーションと運転時間との関係を示すグラフである。

以下、実施形態、変形例では、同一の構成要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面では、説明の便宜のため、構成要素の一部を適宜省略したり、構成要素の寸法を適宜拡大、縮小して示す。

まず、実施形態の減速装置の構造を説明してから、実施形態の減速装置を想到するに到った背景を説明する。

図１は、実施形態の偏心揺動型減速装置１０（以下、単に減速装置１０ともいう）を示す側面断面図である。減速装置１０は、主に、入力軸１２と、偏心体１４と、外歯歯車１６と、内歯歯車１８と、キャリヤ２０、２２と、ケーシング２４と、を備える。減速装置１０は、内歯歯車１８と噛み合う外歯歯車１６を揺動させることで、外歯歯車１６及び内歯歯車１８の一方の自転を生じさせ、その生じた運動成分を出力部材から被駆動装置に出力する。以下、内歯歯車１８の中心軸線Ｌａに沿った方向を「軸方向」といい、その中心軸線Ｌａを中心とする円の円周方向、半径方向をそれぞれ「周方向」、「径方向」とする。

入力軸１２は、駆動装置（不図示）から入力される回転動力によって回転中心線周りに回転可能である。本実施形態の減速装置１０は、入力軸１２の回転中心線が内歯歯車１８の中心軸線Ｌａと同軸線上に設けられるセンタークランクタイプである。駆動装置は、たとえば、モータ、ギヤモータ、エンジン等である。

偏心体１４は、入力軸１２と一体的に回転可能に設けられる。入力軸１２は、偏心体１４を有するクランク軸として機能する。偏心体１４は、入力軸１２の回転中心線に対して自らの軸芯が偏心しており、外歯歯車１６を揺動させることが可能である。本実施形態の減速装置１０は複数の偏心体１４を有し、複数の偏心体１４の偏心方向の位相はずれている。本実施形態では２個の偏心体１４が設けられ、隣り合う偏心体１４の位相は１８０°ずれている。

外歯歯車１６は、複数の偏心体１４のそれぞれに対応して個別に設けられる。外歯歯車１６は、偏心軸受２６を介して対応する偏心体１４に回転自在に支持される。

内歯歯車１８は、複数の外歯歯車１６の径方向外側に設けられ、外歯歯車１６と噛み合う。図２は、図１のＡ－Ａ線断面図である。図１、図２に示すように、内歯歯車１８は、複数のピン溝２８が設けられた内歯歯車本体３０と、内歯歯車本体３０のピン溝２８に回転自在に支持される第１ピン部材３２とを有する。

内歯歯車本体３０は、全体として筒状をなし、複数のピン溝２８は、内歯歯車本体３０の内周部に形成される。複数のピン溝２８は周方向に間隔を空けて形成され、第１ピン部材３２を嵌め込み可能な断面形状である。本実施形態の第１ピン部材３２は円柱状をなし、ピン溝２８は第１ピン部材３２を嵌め込み可能な円弧状の断面形状である。

第１ピン部材３２は、複数のピン溝２８のそれぞれに対応して個別に設けられ、その対応するピン溝２８に回転自在に配置される。第１ピン部材３２は、内歯歯車１８の内歯を構成する。内歯歯車１８の内歯数（第１ピン部材３２の数）は、本実施形態において、外歯歯車１６の外歯数より一つ多い。

第１ピン部材３２は、第１ピン部材３２に対して径方向の内側に配置される離脱規制部材３４によって、その径方向の離脱が規制されている。本実施形態の離脱規制部材３４は、外歯歯車１６であるが、外歯歯車１６とは別部材が構成してもよい。

図１に示すように、第１ピン部材３２は、第１ピン部材３２に対して軸方向の両側に配置される変位規制部材３６によって、その軸方向の変位が規制されている。本実施形態の変位規制部材３６は、後述する主軸受４２の外輪であるが、主軸受４２の外輪とは別部材が構成してもよい。

キャリヤ２０、２２は、外歯歯車１６の軸方向側部に配置される。キャリヤ２０、２２には、外歯歯車１６の軸方向の一方側の側部に配置される第１キャリヤ２０と、外歯歯車１６の軸方向の他方側の側部に配置される第２キャリヤ２２とが含まれる。キャリヤ２０、２２は円盤状をなしており、入力軸軸受３８を介して入力軸１２を回転自在に支持する。第１キャリヤ２０と第２キャリヤ２２は複数の第２ピン部材４０を介して連結される。第２ピン部材４０は、外歯歯車１６の軸芯から径方向にオフセットした位置において、複数の外歯歯車１６を軸方向に貫通する。本実施形態の第２ピン部材４０は第２キャリヤ２２の一部が構成しているが、第２キャリヤ２２とは別部材が構成してもよい。

ケーシング２４は、全体として筒状をなし、その内側には外歯歯車１６が配置される。本実施形態のケーシング２４は、内歯歯車本体３０を兼ねており、内歯歯車本体３０と一体化されている。

被駆動装置に回転動力を出力する部材を出力部材とし、減速装置１０を支持するための外部部材に固定される部材を被固定部材とする。本実施形態の出力部材はキャリヤ２０，２２であり、被固定部材はケーシング２４である。出力部材は、被固定部材に主軸受４２を介して回転自在に支持される。主軸受４２は、転がり軸受であり、キャリヤ２０，２２とケーシング２４の間に配置される。

以上の減速装置１０の動作を説明する。駆動装置から入力軸１２に回転動力が伝達されると、入力軸１２の偏心体１４が入力軸１２を通る回転中心線周りに回転し、その偏心体１４により外歯歯車１６が揺動する。このとき、外歯歯車１６は、自らの軸芯が入力軸１２の回転中心線周りを回転するように揺動する。外歯歯車１６が揺動すると、外歯歯車１６と内歯歯車１８の噛合位置が順次ずれる。この結果、入力軸１２が一回転する毎に、外歯歯車１６と内歯歯車１８との歯数差に相当する分、外歯歯車１６及び内歯歯車１８の一方の自転が発生する。

本実施形態のように、キャリヤ２０、２２が出力部材となり、ケーシング２４が被固定部材となる場合、外歯歯車１６の自転が発生する。一方、ケーシング２４が出力部材となり、キャリヤ２０、２２が被固定部材となる場合、内歯歯車１８の自転が発生する。出力部材は、外歯歯車１６又は内歯歯車１８の自転成分と同期して回転することで、その自転成分を被駆動装置に出力する。このとき、入力軸１２の回転は、外歯歯車１６と内歯歯車１８の歯数差に応じた減速比で減速されたうえで被駆動装置に出力される。

次に、本実施形態の減速装置１０を想到するに到った背景を説明する。減速装置１０は、その軽量化を目的として、内歯歯車本体３０にアルミニウム合金を用いる場合がある。本発明者は、このようにアルミニウム合金の内歯歯車本体３０を用いた場合、次に説明するように、アルミニウム合金のＳｉ量によっては、内歯歯車本体３０のピン溝２８の摩耗量が大きく増大してしまうケースがあるとの知見を得た。

詳しくは、本発明者は、内歯歯車本体３０のＳｉ量を様々に変えた条件のもと、減速装置のロストモーションを測定した。ここでのロストモーションとは、入力軸１２の回転方向が反転した際に生じる応答遅れをいう。ロストモーションの測定方法を説明する。

図３は、ロストモーションを説明するための図である。入力軸１２を固定して出力部材（実施形態ではキャリヤ２０、２２）にトルクを加えると、そのトルクにほぼ比例した大きさの軸方向周りのねじれが入力軸１２と出力部材との間で生じる。出力部材に０～定格トルク×（±１００％）までの範囲でトルクを付加して除荷するまでの間で、そのトルクとねじれ角を測定すると、図３に示すようなヒステリシス曲線Ｌｈを得られる。ロストモーションは、定格トルク×３％におけるヒステリシス曲線のねじれ角の中央値Ａｃ１と、定格トルク×－３％におけるヒステリシス曲線のねじれ角の中央値Ａｃ２との絶対値の和により表される。

ロストモーションは、減速装置１０の構成部品の摩耗度合いを示す指標の一つとして用いられる。以下では、このロストモーションを用いて、内歯歯車本体３０のピン溝２８の摩耗度合いを評価した。

図４は、次の耐久試験をして得られた減速装置１０のロストモーションと運転時間との関係を示すグラフである。この耐久試験では、運転開始前のロストモーションがほぼ同じであり、内歯歯車本体３０のＳｉ量を変えた減速装置１０を用いた。なお、第１ピン部材３２は鉄系材料（軸受鋼（ＳＵＪ２））により構成した。

この耐久試験では、所定のサイクルタイム内で起動運転（加速運転）→等速運転→停止運転（減速運転）の順で行う動作を一サイクルとして、複数のサイクル数に亘って繰り返し減速装置１０を運転させた。減速装置１０の起動運転、停止運転では、入力軸１２や出力部材に所定のピークトルクが負荷されるように、入力軸１２に回転動力を入力して出力部材を回転させた。この耐久試験を経て得られる減速装置１０のロストモーションと、その耐久試験での全サイクルでの累計の運転時間とを評価対象とした。このとき、耐久試験を経て加熱された減速装置１０全体が周囲の室温（２５℃）と同じ温度に冷却されるのを待ってから、減速装置１０のロストモーションを測定した。

図４に示す内歯歯車本体３０の成分Ａ～Ｇの詳細は次の表１に示す通りである。図４では成分Ａ～Ｇの表記とともにＳｉ量を括弧内に併記している。表１に記載の各成分のアルミニウム合金の残部はＡｌ及び不可避的不純物である。なお、本明細書では、アルミニウム合金の成分の重量％での含有量に関して、単に「％」と表記する。

図４に示すように、内歯歯車本体３０のＳｉ量が６．０％未満の場合、Ｓｉ量によらず、ロストモーションが短期間に大きく増大する傾向がある。一方、内歯歯車本体３０のＳｉ量が６．０％以上の場合、Ｓｉ量が６．０％未満の場合と比べ、運転時間を長くしてもロストモーションの経時的な増大量が大幅に小さくなることが把握できる。特に、内歯歯車本体３０のＳｉ量が７．０％以上の場合、Ｓｉ量に大きな影響を受けることなく、ロストモーションの経時的な増大量を更に小さくできることが把握できる。

また、本発明者は、試験に供した減速装置１０を分解し、内歯歯車本体３０のピン溝２８に傷が生じているか目視により確認した。この結果、Ｓｉ量が６．０％未満の場合、いずれの成分Ａ～Ｃの減速装置１０でもピン溝２８に傷が生じており、Ｓｉ量が６．０％以上の場合、いずれの成分Ｄ～Ｇの減速装置１０でもピン溝２８に傷が生じていないか、またはかなり少ないことを確認した。これは、Ｓｉ量が６．０％未満の場合、内歯歯車本体３０のピン溝の摩耗量が大きく増大し、Ｓｉ量が６．０％以上の場合、その摩耗量の増大を抑制できていることを意味する。

また、本発明者は、内歯歯車本体３０のピン溝２８の他にも、第１ピン部材３２に傷が生じているか目視により確認した。この結果、Ｓｉ量が６．０％未満の場合、内歯歯車本体３０のピン溝２８の他にも、第１ピン部材３２にも傷が生じていることを確認した。これは、ピン溝２８の摩耗によりその内壁面の表面粗さが大きくなり、その表面粗さが大きい箇所に第１ピン部材３２が接触することで、第１ピン部材３２に摩耗が生じたためと推察される。Ｓｉ量が６．０％以上の場合、このような第１ピン部材３２の傷が生じていないことも確認している。

以上のように、内歯歯車本体３０のＳｉ量が６．０％以上の場合、内歯歯車本体３０のピン溝２８の摩耗量が大きく増大する事態を防止できる。また、内歯歯車本体３０のＳｉ量が６．０％以上の場合、内歯歯車本体３０のピン溝２８の他にも、第１ピン部材３２の摩耗量の増大も避けられる。このように内歯歯車本体３０のピン溝２８や第１ピン部材３２の摩耗量の増大を防止することで、減速装置１０の耐久性の向上を図れる。

以上の知見に基づき、実施形態の内歯歯車本体３０は、Ｓｉの含有量が６．０％以上のアルミニウム合金により構成されることを条件としている。このアルミニウム合金のＳｉ量は、そのピン溝２８の摩耗量の増大を避ける観点から、好ましくは、７．０％以上であるとよい。この条件も、前述の図４に示す測定結果を根拠に設定している。Ｓｉの含有量の上限値は、特に限定するものではないが、過度に大きいと切削性の悪化が懸念される。このような観点から、Ｓｉの含有量は、２４．０％以下であると好ましい。

アルミニウム合金のＳｉ以外の成分や数値範囲は特に限定されず、たとえば、公知の成分、数値範囲に設定されてもよい。Ｓｉ以外の成分、数値範囲は、その一例を挙げると、以下で説明するＣｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｎｉの成分を含有し、かつ、残部がＡｌ及び不可避的不純物から構成されてもよい。なお、以下で説明する成分は、言及している成分の数値が０の場合、つまり、言及している成分を実際には含有しない場合も含まれる。

Ｃｕは、時効硬化によりアルミニウム合金の硬さの確保に寄与する。一方、Ｃｕ量が過多になると耐食性に悪影響を及ぼすため、Ｃｕは、５．０％以下であると好ましい。詳しくは、鋳物用アルミニウム合金の場合は４．０％以下、ダイカスト用アルミニウム合金の場合は５．０％以下であると好ましい。

Ｍｇは、機械的強度の確保に寄与する。一方、Ｍｇ量が過多になると伸びの低下が懸念されるため、Ｍｇは、１．５％以下であると好ましい。詳しくは、鋳物用アルミニウム合金の場合は１．５％以下、ダイカスト用アルミニウム合金の場合は０．６５％以下であると好ましい。

Ｚｎは、流動性の向上に寄与する。一方、Ｚｎ量が過多になると耐食性に悪影響を及ぼすため、Ｚｎは、３．０％以下であると好ましい。詳しくは、鋳物用アルミニウム合金の場合は１．０％以下、ダイカスト用アルミニウム合金の場合は３．０％以下であると好ましい。

Ｆｅは、１．３％以下が好ましい。詳しくは、鋳物用アルミニウム合金の場合は１．０％以下、ダイカスト用アルミニウム合金の場合は１．３％以下が好ましい。

Ｎｉは、高温強度の確保に寄与する。一方、Ｎｉ量が過多になると耐食性に悪影響を及ぼすため、Ｎｉは、１．５％以下が好ましい。詳しくは、鋳物用アルミニウム合金の場合は１．５％以下、ダイカスト用アルミニウム合金の場合は０．５５％以下であると好ましい。

また、この他にも、次に説明するような含有量で、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｒの成分のうち少なくとも一種を含有してもよい。Ｔｉは、０．３％以下が好ましい。詳しくは、鋳物用アルミニウム合金の場合は０．２％以下、ダイカスト用アルミニウム合金の場合は０．３％以下であると好ましい。Ｍｎは、０．６５％以下が好ましい。詳しくは、鋳物用アルミニウム合金の場合は０．６％以下、ダイカスト用アルミニウム合金の場合は０．６５％以下が好ましい。Ｐｂは、０．３５％以下が好ましい。詳しくは、鋳物用アルミニウム合金の場合は０．２％以下、ダイカスト用アルミニウム合金の場合は０．３５％以下が好ましい。Ｓｎは、０．３％以下が好ましい。詳しくは、鋳物用アルミニウム合金の場合は０．１％以下、ダイカスト用アルミニウム合金の場合は０．３％以下が好ましい。Ｃｒは、０．２％以下が好ましい。詳しくは、鋳物用アルミニウム合金の場合は０．２％以下、ダイカスト用アルミニウム合金の場合は０．１５％以下が好ましい。

この他にも、Ｎａ、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｐ等の改良処理に用いられる成分を個々の成分で０．０５％以下、合計で０．１５％以下の範囲で含有してもよい。

前述したアルミニウム合金の組成を持つ内歯歯車本体３０は、同様の成分を含有する原料を溶解し、その溶解した原料を鋳造することで得られる。この鋳造法は、特に限定されるものではなく、重力鋳造法、ダイカスト法等が用いられる。また、鋳造により得られた鋳造品に対する熱処理の有無は特に問わない。

本実施形態の第１ピン部材３２は鉄系材料により構成される。ここでの鉄系材料には、クロムモリブデン鋼等の鋼の他に軸受鋼、鋳鉄等が含まれる。第１ピン部材３２が鉄系材料により構成される場合、アルミニウム合金により構成する場合と比べ、第１ピン部材３２の機械的強度を確保し易くなる。この一方で、鉄系材料の第１ピン部材３２の硬度がアルミニウム合金製の内歯歯車本体３０の硬度より大幅に大きくなることで、内歯歯車本体３０のピン溝２８に摩耗が生じ易くなる。このような前提のもとでも、内歯歯車本体３０を構成するアルミニウム合金のＳｉ量を６．０％以上（好ましくは７．０％以上）にすることで、内歯歯車本体３０の摩耗を防止できる利点がある。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。前述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。前述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。また、図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。

実施形態の偏心揺動型減速装置は、センタークランクタイプを例に説明したが、その種類は特に限定されない。たとえば、内歯歯車１８の中心軸線からオフセットした位置に偏心体１４を有する入力軸１２（クランク軸）が複数配置される振り分けタイプの偏心揺動型減速装置に適用されてもよい。

実施形態の出力部材はキャリヤ２０、２２であり、被固定部材はケーシング２４である例を説明した。この他にも、出力部材はケーシング２４であり、被固定部材はキャリヤ２０、２２であってもよい。

実施形態の内歯歯車本体３０は、ケーシング２４を兼ねており、ケーシング２４と一体化される例を説明した。この他にも、内歯歯車本体３０は、ケーシング２４と別体に設けられてもよいし、ケーシング２４に対して回転自在に支持されてもよい。

１０…偏心揺動型減速装置、１０…減速装置、１４…偏心体、１６…外歯歯車、１８…内歯歯車、２８…ピン溝、３０…内歯歯車本体、３２…ピン部材。

Claims

外歯歯車と、
前記外歯歯車と噛み合う内歯歯車と、
前記外歯歯車を揺動させる偏心体と、を備える偏心揺動型減速装置であって、
前記内歯歯車は、ピン溝が設けられた内歯歯車本体と、前記ピン溝に回転自在に配置されたピン部材と、を有し、
前記内歯歯車本体は、Ｓｉの含有量が６．０重量％以上のアルミニウム合金により構成される偏心揺動型減速装置。
前記アルミニウム合金は、Ｓｉの含有量が７．０重量％以上である請求項１に記載の偏心揺動型減速装置。
前記アルミニウム合金は、Ｓｉの含有量が２４．０重量％以下である請求項１または２に記載の偏心揺動型減速装置。
前記ピン部材は、鉄系素材により構成される請求項１から３のいずれかに記載の偏心揺動型減速装置。