WO2012086327A1

WO2012086327A1 - 歯車伝動装置

Info

Publication number: WO2012086327A1
Application number: PCT/JP2011/075718
Authority: WO
Inventors: 江児中村
Original assignee: ナブテスコ株式会社
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2012-06-28
Also published as: EP2657569A1; KR20130129990A; JP2012132523A; CN103270336B; CN103270336A; EP2657569A4

Abstract

　歯車伝動装置は、内歯歯車と、外歯歯車と、クランクシャフトを備えている。外歯歯車は、内歯歯車と噛み合いながら相対的に偏心回転する。クランクシャフトは、外歯歯車に形成されている貫通孔に係合する偏心体を有している。クランクシャフトは、外歯歯車を偏心回転させる。貫通孔の内周面と偏心体の外周面との間に玉軸受が介在している。貫通孔の内周面に玉軸受のアウターレースに相当する第１溝が形成されており、偏心体の外周面に玉軸受のインナーレースに相当する第２溝が形成されている。

Description

歯車伝動装置

　本出願は、２０１０年１２月２２日に出願された日本国特許出願第２０１０－２８６１４８号に基づく優先権を主張する。その出願の全ての内容は、この明細書中に参照により援用されている。本出願は、歯車伝動装置に関する。特に、外歯歯車が内歯歯車と噛み合いながら相対的に偏心回転する歯車伝動装置に関する。

　外歯歯車が内歯歯車と噛み合いながら相対的に偏心回転する歯車伝動装置が知られている。外歯歯車が偏心回転するタイプの場合、外歯歯車は、内歯歯車の軸線の周りを偏心回転する。外歯歯車の歯数は、内歯歯車の歯数と異なる。そのため、外歯歯車が内歯歯車と噛み合いながら偏心回転すると、外歯歯車と内歯歯車の歯数差に応じて、外歯歯車が内歯歯車に対して相対的に回転する。そのような歯車伝動装置の一例が、特開平５－１８０２７８号公報に開示されている。以下の説明では、特開平５－１８０２７８号公報を、特許文献１と称する。特許文献１に開示されているように、歯車伝動装置は、外歯歯車を偏心回転させるために、クランクシャフトを備えている。クランクシャフトは、偏心体を有している。その偏心体は、外歯歯車に形成されている貫通孔に係合する。クランクシャフトが回転すると、偏心体がクランクシャフトの軸線の周りを偏心回転する。その結果、偏心体に係合している外歯歯車が、内歯歯車と噛み合いながら偏心回転する。

　特開２００４－２９３６４０号公報には、内歯歯車が偏心回転するタイプの歯車伝動装置が開示されている。以下の説明では、特開２００４－２９３６４０号公報を、特許文献２と称する。このタイプの歯車伝動装置では、クランクシャフトの偏心体が、内歯歯車に形成されている貫通孔に係合する。外歯歯車が偏心回転するタイプも、内歯歯車が偏心回転するタイプも、偏心回転する歯車に貫通孔を形成し、その貫通孔に偏心体が係合しているという点で共通する。以下では、主として外歯歯車が偏心回転するタイプの歯車伝動装置について説明する。しかしながら、本明細書が開示する技術は、内歯歯車が偏心回転するタイプの歯車伝動装置にも適用可能であることに留意されたい。

　特許文献１及び２に示されているように、外歯歯車（又は内歯歯車）の貫通孔と偏心体との間には、両者の摩擦を低減させるために、ニードル軸受が配置される。ニードル軸受は、複数の円柱状の転動体を備えている。円柱状の転動体の周面は、偏心体の外周面と貫通孔の内周面の双方に接している。特許文献１の図１によく示されているように、ニードル軸受（転動体）１２０の軸方向に隣接して、部品１２２、１２３が配置されている。部品１２２、１２３は、ワッシャのような部品であり、ニードル軸受１２０が軸方向に移動することを防止する。以下の説明では、便宜的に、部品１２２、１２３をワッシャと称する。特許文献２にも同様のワッシャが配置されている。

　特許文献１及び２の歯車伝動装置では、ニードル軸受の転動体がワッシャに接することにより、ニードル軸受が軸方向に移動することを防止する。あるいは、転動体を保持する保持器がワッシャに接することにより、ニードル軸受が軸方向に移動することを防止する。クランクシャフトが回転すると、転動体は、偏心体の外周面を転がりながら偏心体の周方向に沿って移動する。このときに、転動体（あるいは、保持器）とワッシャの間に摩擦が生じ、転動体（あるいは、保持器）とワッシャの接触部分が発熱する。このような発熱は、歯車伝動装置にダメージを与える虞がある。本明細書は、偏心回転する歯車と偏心体との間に配置する軸受が発熱することを抑制する技術を提供する

　本明細書が開示する歯車伝動装置は、内歯歯車と、外歯歯車と、クランクシャフトを備えている。外歯歯車は、内歯歯車と噛み合いながら相対的に偏心回転する。内歯歯車又は外歯歯車の一方の歯車には、貫通孔が形成されている。クランクシャフトは偏心体を有している。偏心体は、内歯歯車又は外歯歯車の一方に形成されている上記貫通孔に係合している。偏心体は、内歯歯車又は外歯歯車の一方を偏心回転させる。外歯歯車が偏心回転する場合、外歯歯車に貫通孔が形成されており、クランクシャフトの偏心体が、外歯歯車の貫通孔に係合している。上記貫通孔の内周面と偏心体の外周面との間には、玉軸受が介在している。上記貫通孔の内周面には、玉軸受のアウターレースに相当する第１溝が形成されている。また、上記偏心体の外周面には、玉軸受のインナーレースに相当する第２溝が形成されている。

　上記の歯車伝動装置によると、第１溝と第２溝とそれらの間に挟まれる球状の転動体（典型的には玉）とが玉軸受を形成する。玉軸受の場合、転動体は、アウターレースとインナーレースによって、軸方向に移動することが規制される。そのため、玉軸受の場合、転動体に接触して転動体が軸方向に移動することを規制する部品が不要である。それにより、転動体が発熱することを抑制することができる。なお、玉軸受の場合、インナーレースとアウターレースの軸方向の相対的な位置が変化しにくい。そのため、外歯歯車が偏心回転するタイプであれば、外歯歯車が軸方向に移動することも規制することができる。外歯歯車が軸方向に移動することを規制する規制部品を省略することもできる。その結果、外歯歯車と規制部品の間で発熱が起こることも抑制することができる。

　本明細書で開示する歯車伝動装置では、内歯歯車又は外歯歯車の一方の歯車を２つ以上備えており、転動体（玉）の直径が、内歯歯車又は外歯歯車の一方の歯車の厚みよりも小さくてよい。なお、ここでいう「内歯歯車又は外歯歯車の一方の歯車」は、上記した偏心体が係合している歯車のことである。具体的にいうと、外歯歯車が偏心回転するタイプの場合、外歯歯車を２つ以上備えており、転動体の直径が、外歯歯車の厚みよりも小さくてよい。内歯歯車が偏心回転するタイプの場合、内歯歯車を２つ以上備えており、転動体の直径が、内歯歯車の厚みよりも小さくてよい。

　上記したように、本明細書が開示する歯車伝動装置では、外歯歯車が偏心回転するタイプの場合、外歯歯車が軸方向に移動することも規制することができる。さらに、転動体の直径が外歯歯車の厚みよりも小さければ、２つ以上の外歯歯車を近接して配置することができる。歯車伝動装置の軸方向の長さを短くすることができる。

　本明細書が開示する技術は、偏心回転する歯車と偏心体との間に配置する軸受の発熱が抑制された歯車伝動装置を提供することができる。

実施例の歯車伝動装置の断面図を示す。図１の破線で囲った部分３０の拡大断面図を示す。従来の歯車伝動装置の一部分の拡大断面図を示す。

　実施例を説明する前に、実施例の技術的特徴を以下に簡潔に記す。
（特徴１）歯車伝動装置は、ケースに回転可能に支持されているキャリアを備えている。クランクシャフトは、軸方向への移動を規制する軸受によって、そのキャリアに回転可能に支持されている。
（特徴２）第１溝及び第２溝の軸方向に沿った断面の形状は、ともに円弧である。

　実施例では、外歯歯車が偏心回転するタイプの歯車伝動装置（減速装置）について説明する。しかしながら、本明細書が開示する技術は、内歯歯車が偏心回転するタイプの歯車伝動装置にも適用できることに留意されたい。図１は、歯車伝動装置１００の断面図を示す。図面を明瞭化するため、一部の部品については、断面を表すためのハッチングを省略している。歯車伝動装置１００は、外歯歯車２０が内歯歯車３３と噛み合いながら偏心回転する偏心揺動型である。なお、内歯歯車３３は、ケース３２と複数の内歯ピン３４で構成される。ケース３２の内周面には、軸方向に平行な溝が、周方向に等間隔に形成されている。それらの溝に内歯ピン３４が嵌め込まれている。それらの溝の全てに内歯ピン３４が嵌め込まれていてもよいし、一部の溝には内歯ピン３４が嵌め込まれていなくてもよい。

　まず、歯車伝動装置１００の基本的な構造について説明する。歯車伝動装置１００は、内歯歯車３３とキャリア４６と外歯歯車２０とクランクシャフト１４を備えている。キャリア４６は、一対のアンギュラ玉軸受２９によって、ケース３２に支持されている。キャリア４６は、一対のアンギュラ玉軸受２９によって、ケース３２に対してアキシャル方向とラジアル方向へ移動することが規制されている。キャリア４６は、第１プレート４４と第２プレート４０で構成されている。第１プレート４４から第２プレート４０に向けて柱状部４２が延びており、その柱状部４２と第２プレート４０が固定されている。クランクシャフト１４は、一対の円錐ころ軸受１２によって、キャリア４６に支持されている。一対の円錐ころ軸受１２によって、クランクシャフト１４が軸線３８方向に移動することが規制される。より詳細には、クランクシャフト１４は、一対の円錐ころ軸受１２によって、キャリア４６に対してアキシャル方向とラジアル方向へ移動することが規制されている。

　クランクシャフト１４は、歯車伝動装置１００の軸線３８からオフセットした位置で、軸線３８に平行に延びている。クランクシャフト１４は、入力歯車３６と２個の偏心体１６を備えている。入力歯車３６は、一対の円錐ころ軸受１２の外側でクランクシャフト１４に固定されている。２個の偏心体１６は、一対の円錐ころ軸受１２の間でクランクシャフト１４に固定されている。歯車伝動装置１００は、２個の外歯歯車２０を備える。夫々の外歯歯車２０に貫通孔３５が形成されている。偏心体１６が、玉軸受２２を介して貫通孔３５に係合している。外歯歯車２０は、クランクシャフト１４を介してキャリア４６に支持されている。なお、玉軸受２２は、アウターレース２０ａとインナーレース１６ａと転動体１８と保持器（図示省略）で構成されている。玉軸受２２のさらなる詳細については後述する。

　モータ（図示省略）のトルクが入力歯車３６に伝達されると、クランクシャフト１４が回転する。クランクシャフト１４が回転すると、偏心体１６が偏心回転する。偏心体１６の偏心回転に伴って、外歯歯車２０が、内歯歯車３３と噛み合いながら軸線３８の周りを偏心回転する。外歯歯車２０の歯数と内歯歯車３３の歯数（内歯ピン３４の数）は異なる。そのため、外歯歯車２０が偏心回転すると、外歯歯車２０と内歯歯車３３の歯数差に応じて、外歯歯車２０が内歯歯車３３に対して相対的に回転する。その結果、外歯歯車２０を支持しているキャリア４６が、内歯歯車３３（ケース３２）に対して相対的に回転する。なお、キャリア４６及び内歯歯車３３の軸線は、歯車伝動装置１００の軸線３８と等しい。

　図２を参照し、歯車伝動装置１００に特有の構造を説明する。図２に示すように、外歯歯車２０の貫通孔３５の内周面３５ｘに、第１溝２０ａが形成されている。第１溝２０ａは円弧状であり、貫通孔３５の内周面３５ｘを周方向に一巡している。また、偏心体１６の外周面１６ｘに、第２溝１６ａが形成されている。第２溝１６ａは円弧状であり、偏心体１６の外周面１６ｘを周方向に一巡している。第１溝２０ａと、第２溝１６ａと、球状の転動体（玉）１８によって玉軸受２２が形成されている。第１溝２０ａは玉軸受２２のアウターレースに相当し、第２溝１６ａは玉軸受２２のインナーレースに相当する。

　転動体１８は、第１溝２０ａと第２溝１６ａの双方に接しており、双方の溝２０ａ、１６ａによって軸方向（図１の軸線３８方向）に移動することが規制されている。転動体１８の軸方向への移動が規制されるということは、第１溝２０ａと第２溝１６ａの軸方向の相対的な位置が変化しにくいことを意味する。上記したように、クランクシャフト１４は、一対の円錐ころ軸受１２によって、軸線３８方向に移動することが規制されている（図１を参照）。第１溝２０ａと第２溝１６ａの軸方向の相対的な位置変化が規制されるので、外歯歯車２０が軸方向に移動することが規制される。なお、図面では転動体１８の曲率が第１溝２０ａ及び第２溝１６ａの曲率と同じように見えるが、実際には、転動体１８の曲率は、第１溝２０ａ及び第２溝１６ａの曲率よりも僅かに大きい。すなわち、第１溝２０ａ及び第２溝１６ａは、転動体１８よりも僅かに緩やかな曲面を有している。そのため、転動体１８は、第１溝２０ａ及び第２溝１６ａに点接触する。

　歯車伝動装置１００は、軸方向に並ぶ２つの外歯歯車２０を備えている。外歯歯車２０同士の間には、隙間５２が設けられている。また、外歯歯車２０とアンギュラ玉軸受２９のアウターレース２８の間には、隙間５０が設けられている。上記したように、外歯歯車２０は、軸方向に移動することが規制される。そのため、外歯歯車２０の軸方向の端面は、いずれの部品とも接触しない。

　ここで、図３を参照し、典型的な従来の歯車伝動装置２００について説明する。図３は歯車伝動装置２００の一部を示しており、歯車伝動装置１００の部分３０に対応する。歯車伝動装置２００では、偏心体２１６が、ニードル軸受２２２を介して外歯歯車２２０の貫通孔２３５に係合している。ニードル軸受２２２の転動体（ローラ）２１８の周面は、貫通孔２３５の内周面２３５ｘ及び偏心体２１６の外周面２１６ｘに線接触している。偏心体２１６の軸方向の両側に、ワッシャ２６０が設けられている。ニードル軸受２２２の保持器２６２が、ワッシャ２６０に接触している。保持器２６２は、外歯歯車２２０の軸方向の一方の端面にも接触している。ワッシャ２６０と外歯歯車２２０によって、ニードル軸受２２２の軸方向移動が規制される。また、アウターレース２２８が、外歯歯車２２０の軸方向の他方の端面に接触している。保持器２６２とアウターレース２２８によって、外歯歯車２２０の軸方向移動が規制される。

　歯車伝動装置１００の利点について、従来の歯車伝動装置２００と比較して説明する。上記したように、歯車伝動装置２００では、ニードル軸受２２２の軸方向の移動を規制するために、ニードル軸受２２２（保持器２６２）を、ワッシャ２６０と外歯歯車２２０に接触させる。そのため、歯車伝動装置２００を駆動しているときに、ニードル軸受２２２とワッシャ２６０の間に摩擦が生じる。あるいは、ニードル軸受２２２と外歯歯車２２０の間に摩擦が生じる。摩擦熱が発生し、歯車伝動装置２００に悪影響を及ぼす。摩擦熱は、歯車伝動装置２００にダメージを与える虞がある。それに対して、歯車伝動装置１００では、ワッシャ等の部品を使用して、玉軸受２２（転動体１８）が軸方向に移動することを規制する必要がない。玉軸受２２が発熱することが抑制されるので、歯車伝動装置１００は、歯車伝動装置２００に比べ耐久性が高い。また、歯車伝動装置１００は、歯車伝動装置２００に比べ部品の数を少なくすることができる。

　上記したように、歯車伝動装置２００では、転動体２１８が、貫通孔２３５の内周面２３５ｘ及び偏心体２１６の外周面２１６ｘに線接触している。それに対して、歯車伝動装置１００では、転動体１８が、第１溝２０ａ及び第２溝１６ａに点接触している。歯車伝動装置１００は、転動体と他の部品との接触面積が歯車伝動装置２００よりも小さい。そのため、歯車伝動装置１００は、歯車伝動装置２００よりも転動体の転がり損失が小さく、転動体自身が発熱しにくい構造を有している。また、歯車伝動装置２００では、ワッシャ２６０と保持器２６２を接触させる。そのため、歯車伝動装置２００内に封入した潤滑剤が、転動体２１８の周囲に届きにくい。歯車伝動装置１００は、潤滑剤が転動体１８の周囲に届き易く、転動体１８の摩擦をさらに小さくすることができる。

　歯車伝動装置２００では、ワッシャ２６０と保持器２６２が接触する範囲でしか偏心体２１６の偏心量（クランクシャフトの軸線からのずれ量）を調整することができない。それに対して、歯車伝動装置１００では、偏心体１６の偏心量を自由に調整することができる。

　歯車伝動装置２００では、外歯歯車２２０の軸方向への移動を規制するために、外歯歯車２２０の軸方向の端面を、アウターレース２２８と保持器２６２に接触させている（破線７０部分と破線７２部分）。そのため、外歯歯車２２０とアウターレース２２８の間（破線７０部分）、及び／又は、外歯歯車２２０と保持器２６２の間（破線７２部分）に摩擦熱が生じる。また、摩擦により外歯歯車２２０が磨耗する。それに対して、歯車伝動装置１００では、玉軸受２２によって、外歯歯車２０の軸方向への移動が規制されている。歯車伝動装置１００が駆動している間に、外歯歯車２０同士、あるいは、外歯歯車２０と他の部品が接触することが抑制される。隙間５０及び５２（図２を参照）を維持することができ、外歯歯車２０同士、あるいは、外歯歯車２０と他の部品の間で摩擦熱が発生することを抑制することができる。また、外歯歯車２０が摩擦により磨耗することも抑制することができる。

　上記したように、歯車伝動装置２００では、外歯歯車２０の軸方向への移動を規制するために、外歯歯車２０の軸方向の端面にアウターレース２２８と保持器２１８を接触させる。そのため、摩擦を低減させるために、外歯歯車２０の表面（軸方向の端面）とアウターレース２２８との接触面を平坦にする加工が必要である。同様に、外歯歯車２０の表面と保持器２１８との接触面を平坦にする加工も必要である。それに対して、歯車伝動装置１００では、外歯歯車２０の表面と他の部品とを接触させないので、平坦加工（仕上げ加工）を省略することができる。

　歯車伝動装置１００の他の特徴を説明する。転動体１８の直径Ｒが、外歯歯車２０の厚みＴよりも小さい。そのような構成により、転動体１８が外歯歯車２０の表面（軸方向の端面）に接触することがない。そのため、軸線３８方向において、外歯歯車２０同士を近接して配置することができる。別言すると、外歯歯車２０同士の隙間５２を小さくすることができる。それにより、歯車伝動装置１００の軸線３８方向の長さを短くすることができる。

　図１に示すように、第１プレート４４に軸線３８と同軸の第１貫通孔２が形成されており、第２プレート４０に軸線３８と同軸の第２貫通孔６が形成されている。また、外歯歯車２０の中央部に中央貫通孔４が形成されている。貫通孔２、４、６によって、歯車伝動装置１００の貫通孔８が形成されている。貫通孔８は、歯車伝動装置１００を軸線３８方向に貫通している。貫通孔８内に、ケーブル、配管等を通過させることができる。

　第１プレート４４とケース３２の間に、軸線３８の周りを一巡しているオイルシール２４が配置されている。オイルシール２４は、歯車伝動装置１００内の潤滑剤（オイルやグリース）が歯車伝動装置１００の外に漏れることを防止している。アンギュラ玉軸受２９は、キャリア４６に形成された第３溝４６ａと、転動体（玉）２６と、アウターレース２８と、保持器（図示省略）によって形成されている。第３溝４６ａは、アンギュラ玉軸受２９のインナーレースに相当する。第３溝４６ａがアンギュラ玉軸受２９のインナーレースを兼ねることにより、歯車伝動装置１００の主軸受（アンギュラ玉軸受）２９を構成する部品を少なくすることができる。

　上記実施例では、クランクシャフト１４は、歯車伝動装置１００の軸線３８からオフセットした位置で、軸線３８に平行に延びている。しかしながら、クランクシャフトは、歯車伝動装置の軸線（キャリア及び内歯歯車の軸線）上に延びていてもよい。この場合、外歯歯車の中央部に形成されている中央貫通孔の内周面に第１溝を形成する。その第１溝と、偏心体に形成されている第２溝と、転動体（玉）によって、玉軸受を構成する。

　以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims

　内歯歯車と、
　内歯歯車と噛み合いながら相対的に偏心回転する外歯歯車と、
　内歯歯車又は外歯歯車の一方の歯車に形成されている貫通孔に係合する偏心体を有しているとともに、前記一方の歯車を偏心回転させるクランクシャフトと、
　を備えており、
　前記貫通孔の内周面と偏心体の外周面との間に玉軸受が介在しており、
　前記貫通孔の内周面に玉軸受のアウターレースに相当する第１溝が形成されており、
　前記偏心体の外周面に玉軸受のインナーレースに相当する第２溝が形成されていることを特徴とする歯車伝動装置。
　前記一方の歯車を２つ以上備えており、
　前記玉軸受の転動体の直径が、前記一方の歯車の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の歯車伝動装置。
　前記第１溝及び前記第２溝の軸方向に沿った断面の形状が、円弧であることを特徴とする請求項１又は２に記載の歯車伝動装置。
　前記玉軸受の転動体の曲率が、前記第１溝及び前記第２溝の曲率よりも大きいことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の歯車伝動装置。