JP7422627B2 - 遊星歯車装置 - Google Patents
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Description
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、外歯歯車と内歯歯車の間の摩擦損失の低減を図ることを目的とする。
前記外歯歯車は、前記起振体により撓み変形し、
前記内歯歯車は、第1内歯歯車および第2内歯歯車を有し、
前記遊星歯車装置は、前記第1内歯歯車と前記外歯歯車の歯数が異なり、前記第2内歯歯車と前記外歯歯車の歯数が同じである撓み噛合い式歯車装置であり、
前記第1内歯歯車と前記外歯歯車に前記DLC被膜が設けられ、前記第2内歯歯車には前記DLC被膜が設けられない構成とする。
図1は、本発明に係る遊星歯車装置としての撓み噛合い式歯車装置1を示す軸方向断面図である。
この図に示すように、撓み噛合い式歯車装置1は、筒型の撓み噛合い式歯車装置であり、起振体軸10、外歯歯車11、内歯歯車としての第1内歯歯車31G及び第2内歯歯車32G、起振体軸受12、ケーシング33、第1カバー34、第2カバー35を備える。
なお、以下の説明では、回転軸O1に沿った方向を「軸方向」、回転軸O1に垂直な方向を「径方向」、回転軸O1を中心とする回転方向を「周方向」という。また、軸方向のうち、外部の被駆動部材と連結されて減速された運動を当該被駆動部材に出力する側(図中の左側)を「出力側」といい、出力側とは反対側(図中の右側)を「反出力側」という。
このうち、第1内歯歯車31Gは、第1内歯歯車部材31の内周部の該当箇所に内歯が設けられて構成される。一方、第2内歯歯車32Gは、第2内歯歯車部材32の内周部の該当箇所に内歯が設けられて構成される。
起振体軸受12は、外歯歯車11の内側に嵌入される外輪12aと、複数の転動体(コロ)12bと、複数の転動体12bを保持する保持器12cとを有する。
複数の転動体12bは、第1内歯歯車31Gの径方向内方に配置され、周方向に並ぶ第1群の転動体12bと、第2内歯歯車32Gの径方向内方に配置され、周方向に並ぶ第2群の転動体12bとを有する。これらの転動体12bは、起振体10Aの外周面と外輪12aの内周面とを転走面として転動する。外輪12aは、複数の転動体12bの配列に対応して同形状のものが軸方向に二つ並んで設けられている。なお、起振体軸受12は、起振体10Aとは別体の内輪を有してもよい。
オイルシール43は、軸方向の反出力側の端部で、起振体軸10の軸部10Bと第1カバー34との間に配置され、反出力側への潤滑剤の流出を抑制する。オイルシール44は、軸方向の出力側の端部で、起振体軸10の軸部10Cと第2カバー35との間に配置され、出力側への潤滑剤の流出を抑制する。オイルシール45は、ケーシング33と第2内歯歯車部材32との間に配置され、この部分からの潤滑剤の流出を抑制する。
Oリング46,47,48は、第1内歯歯車部材31と第1カバー34との間、第1内歯歯車部材31とケーシング33との間、第2内歯歯車部材32と第2カバー35との間にそれぞれ設けられ、これらの間で潤滑剤が移動することを抑制する。
外歯歯車11と内歯歯車としての第1内歯歯車31Gの噛合い部における摩擦損失低減対策について説明する。
図2は外歯歯車11と第1内歯歯車31Gとの噛合い部を軸方向から見た拡大断面図である。
また、第1内歯歯車31Gの外歯歯車11に対する噛合い部の表面(歯部の表面)にも、水素含有量が10at%以下であるDLC被膜311G(水素フリーDLC被膜)が形成されている。
さらに、外歯歯車11のDLC被膜111と第1内歯歯車31GのDLC被膜311Gとの間には潤滑剤Tが介在している。
また、DLC被膜111,311Gの膜厚は、0.3~1.5[μm]の範囲で形成することが好適である。これらのDLC被膜111,311Gは、各種PVD法、例えば、アーク式イオンプレーティング法により形成される。
なお、第2内歯歯車32Gの外歯歯車11に対する噛合い部の表面には、DLC被膜は形成されないが、当該噛合い部の表面も、表面粗さRaを0.08[μm]以下、さらには、0.03[μm]以下とすることが好ましい。
上記脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤及び/又は脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤としては、炭素数6~30の直鎖状又は分枝状炭化水素基を有する脂肪酸エステル、脂肪酸アミン化合物、及びこれらの任意混合物が挙げられる。炭素数を6~30の範囲とすることで大きな摩擦低減効果を得ることできる。
また、潤滑剤Tに含まれる脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤及び/又は脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤の含有量は、潤滑油組成物全量基準で、0.05~3.0%であることが好ましい。含有量が0.05%未満であると摩擦低減効果が小さくなり、3.0%を超えると沈殿が生じ易くなる。
続いて、撓み噛合い式歯車装置1の減速動作について説明する。
モータ等の駆動源により起振体軸10の回転駆動が行われると、起振体10Aの運動が外歯歯車11に伝わる。このとき、外歯歯車11は、起振体10Aの外周面に沿った形状に規制され、軸方向から見て、長軸部分と短軸部分とを有する楕円形状に撓んでいる。さらに、外歯歯車11は、固定された第1内歯歯車31Gと長軸部分で噛合っている。このため、外歯歯車11は起振体10Aと同じ回転速度で回転することはなく、外歯歯車11の内側で起振体10Aが相対的に回転する。そして、この相対的な回転に伴って、外歯歯車11は長軸位置と短軸位置とが周方向に移動するように撓み変形する。この変形の周期は、起振体軸10の回転周期に比例する。
上記撓み噛合い式歯車装置1は、外歯歯車11の第1内歯歯車31G及び第2内歯歯車32Gに対する噛合い部である歯面及び第1内歯歯車31Gの外歯歯車11に対する噛合い部である歯面に、水素含有量が10at%以下であるDLC被膜111,311Gが設けられ、外歯歯車11の外歯と第1内歯歯車31Gの内歯の噛合い部に介在される潤滑剤Tが脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤及び/又は脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤を含む構成としている。
DLC被膜は、高硬度であり、耐熱性、摩耗低減効果に優れ、水素含有量を10at%以下とするとさらに飛躍的な摩耗低減効果を得ることができる。
また、潤滑剤Tは、脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤及び/又は脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤を含み、さらには、ポリブテニルコハク酸イミド及び/又はその誘導体を含んでいるので、高い摩擦低減効果を得ることができる。
従って、外歯歯車11と第1内歯歯車31Gの双方の噛合い部に水素含有量10at%以下のDLC被膜111,311Gを形成し、これらの間に上記潤滑剤Tを介在させることにより、相乗的に極めて高い摩擦低減効果を得ることが可能となり、撓み噛合い式歯車装置1の駆動時において、外歯歯車11と第1内歯歯車31Gの摩擦による損失を飛躍的に低減することが可能となる。
さらに、水素含有量10at%以下のDLC被膜と潤滑剤Tによる摩擦低減効果により、外歯歯車11と第1内歯歯車31Gの双方について摩耗量を極めて低減することができるため、摩耗による噛合い誤差を抑制し、長期にわたって高精度での動作を継続的に行うことが可能となる。
一般に、撓み噛合い式歯車装置において、外歯歯車に対して相対的に回転を生じる第1内歯歯車は、外歯歯車に対して相対的に回転を生じない第2内歯歯車に比して、摩耗が生じ易い。
しかしながら、上述のように、第1内歯歯車31GにDLC被膜311Gが設けられることにより、第1内歯歯車31Gの摩擦低減が図られ、その摩耗量が低減するので、摩耗によって生じる外歯歯車11と第1内歯歯車31Gとの噛合い誤差と外歯歯車11と第2内歯歯車32Gとの噛合い誤差の差が低減し、撓み噛合い式歯車装置1では、長期間に渡って精度良く減速動作を被駆動部材側に伝達することが可能となる。
また、水素フリーのDLC被膜の形成領域を必要最小限とすることにより、被膜形成コストの低減を図ることが可能となる。
図3において、実線は、偏心体軸に設けられた偏心体の外周と、偏心体軸受のコロの外周と、内歯歯車の内歯を構成する外ピンの外周と、外歯歯車の自転回転を取り出す内ピン及び内ローラのそれぞれの外周とに、水素含有のDLC被膜を形成した偏心揺動型歯車装置の特性を示し、破線は上記各部においてDLC被膜を形成していない偏心揺動型歯車装置の特性を示す。
DLC被膜を形成していない偏心揺動型歯車装置は、出力回転数が5[rpm]未満となる低速域で損失率が高くなるが、DLC被膜を形成した偏心揺動型歯車装置は同低速域において、損失率が低く抑えられていることが顕著に表れている。
従って本発明にかかる遊星歯車装置は、出力回転数が5[rpm]以下で使用される場合に好適といえる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限られない。
例えば、上記撓み噛合い式歯車装置1では、外歯歯車11と第1内歯歯車31Gのそれぞれの噛合い部(歯面)に水素フリーのDLC被膜111,311Gを形成する構成を例示したが、外歯歯車11側の噛合い部(歯面)又は第1内歯歯車31G側の噛合い部(歯面)のいずれか一方に形成する構成としても良い。
さらに、撓み噛合い式歯車装置1では、外歯歯車11の第1内歯歯車31Gに対する噛合い部に水素フリーのDLC被膜111を形成することを例示したが、外歯歯車11の第2内歯歯車32Gに対する噛合い部にも水素フリーのDLC被膜を形成しても良い。
また、第2内歯歯車32Gの外歯歯車11に対する噛合い部(歯面)にも水素フリーのDLC被膜を形成しても良い。
また、クロスローラ軸受からなる主軸受38の転動体の表面(外周および中心軸方向端面の両方を含む)にも水素フリーのDLC被膜を形成しても良い。
上述した水素フリーのDLC被膜の形成面とその摺動面との間には、潤滑剤Tと同じ潤滑剤を介在させることが好ましい。
例えば、本発明は、カップ型又はシルクハット型の撓み噛合い式歯車装置にも適用可能であり、さらには、センタークランク型の偏心揺動型減速装置、偏心体を有する2個以上の軸が減速装置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、単純遊星歯車装置にも適用可能である。
10 起振体軸
10A 起振体
11 外歯歯車
11a 両端面
11b 内周
31G 第1内歯歯車(内歯歯車)
32G 第2内歯歯車(内歯歯車)
111,311G DLC被膜
O1 回転軸
T 潤滑剤
Claims (5)
- 外歯歯車と、内歯歯車と、起振体とを備えた遊星歯車装置であって、
前記外歯歯車および前記内歯歯車の少なくとも一方の歯面に、表面の水素含有量が10at%以下であるDLC被膜が設けられ、
前記外歯歯車の外歯と前記内歯歯車の内歯の噛合い部に介在される潤滑剤が、脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤及び/又は脂肪族アミン系無灰摩擦調整剤を含み、
前記外歯歯車は、前記起振体により撓み変形し、
前記内歯歯車は、第1内歯歯車および第2内歯歯車を有し、
前記遊星歯車装置は、前記第1内歯歯車と前記外歯歯車の歯数が異なり、前記第2内歯歯車と前記外歯歯車の歯数が同じである撓み噛合い式歯車装置であり、
前記第1内歯歯車と前記外歯歯車に前記DLC被膜が設けられ、前記第2内歯歯車には前記DLC被膜が設けられない遊星歯車装置。 - 前記潤滑剤は、ポリブテニルコハク酸イミド及び/又はその誘導体を含有する請求項1に記載の遊星歯車装置。
- 前記外歯歯車の軸方向両側の端面に前記DLC被膜が設けられた請求項1又は請求項2に記載の遊星歯車装置。
- 前記外歯歯車の内周に前記DLC被膜が設けられた請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の遊星歯車装置。
- 出力回転数が5[rpm]以下で使用される請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の遊星歯車装置。
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