JP2002181154A - 転がり軸受式減速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高度で複雑な設計を行なう必要がなく、しか
も、摩擦抵抗及び騒音が小さく、小型で製作容易性、経
済性が優れ、高い減速比及び増力比を確保できる減速機
を実現する。 【解決手段】 内輪４に入力軸６を締まり嵌めで内嵌固
定する。又、ハウジング７に外輪２を隙間嵌めで内嵌す
る。更に、この外輪２の軸方向一側面に出力部材８を結
合固定する。そして、上記内輪４にラジアル荷重を加え
た状態でこの内輪４を上記入力軸６により回転駆動する
事により、上記外輪２を介して上記出力部材８に回転力
を減速しつつ伝達自在とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、各種機械装置に
組み込んで、回転力を減速しつつ伝達する減速機に関す
る。特に、本発明の転がり軸受式減速機は、例えば高い
減速比を必要とする工作機械用や、高い精度が要求され
る位置決め装置用の減速機として、有用である。

【０００２】

【従来の技術】例えば、工作機械や位置決め装置等に組
み込む減速機として、遊星歯車式やウォームギヤ式等の
歯車式減速機が、広く使用されている。この様な歯車式
減速機は、入力軸等の入力部材に接続した入力歯車の回
転力が、直接又は複数の歯車を介して、この歯車よりも
実質的に歯数の多い出力歯車に伝達される。そして、こ
の出力歯車に接続した出力軸等の出力部材が、上記入力
軸の回転速度に対し減速しつつ回転する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の様な歯車式減速
機の場合には、歯車同士の噛み合い、即ち、歯と歯との
直接滑り接触によって回転力の伝達を行なう為、摩擦抵
抗、騒音、振動等が大きくなり易い。又、伝達効率の向
上を図る事や、バックラッシに基づくがたつきを解消す
る事も難しい。又、ハウジング等の固定の部材や遊星歯
車機構を構成するキャリヤ等に、複数の歯車を小さい抵
抗で支持すべく、これら各歯車毎に転がり軸受等の軸受
が必要となる場合もあり、構造が複雑になるだけでな
く、小型化や製造コストの低減を図りにくい。しかも、
歯車は、モジュール・歯数差等に制限がある為、小さな
公転差を得られず、大きな減速比を確保する事が難し
い。本発明は、この様な事情に鑑みて、高度で複雑な設
計を行なう必要がなく、しかも、摩擦抵抗及び騒音が小
さく、小型で製作の容易性、経済性が優れ、上述の様な
歯車式減速機等では極めて困難である高い減速比及び増
力比を確保できる転がり軸受式減速機を実現すべく発明
したものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の転がり軸受式減
速機は、内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内
輪軌道を有する内輪と、上記外輪軌道と内輪軌道との間
に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備える。
又、上記外輪と内輪とのうちの一方の部材に入力部材を
接続すると共に、上記外輪と内輪とのうちの他方の部材
に出力部材を接続している。そして、上記一方の部材に
ラジアル荷重を加えた状態でこの一方の部材を上記入力
部材で回転駆動する事により、上記他方の部材を介して
上記出力部材に回転力を減速しつつ伝達自在としてい
る。又、必要に応じて、一方の部材の回転速度とこの一
方の部材に加えるラジアル荷重とのうちの少なくとも何
れかを調節する事により、他方の部材の回転速度と回転
トルクとのうちの少なくとも何れかを所望の値にする。

【０００５】

【作用】上述の様に構成する本発明の転がり軸受式減速
機によれば、外輪と内輪とのうちの一方の部材から同じ
く他方の部材に、高い減速比及び増力比で回転力を伝達
でき、しかも、この減速比及び増力比を、所望の値に調
節できる。

【０００６】即ち、転がり軸受を構成する内輪を入力軸
に締まり嵌めで外嵌（又は外輪を入力軸に締まり嵌めで
内嵌）すると共に、ハウジング等の固定の部材に外輪を
隙間嵌めで内嵌（又は内輪を隙間嵌めで外嵌）し、上記
内輪（又は外輪）にラジアル荷重を加えた状態でこの内
輪（又は外輪）を回転駆動すると、上記外輪（又は内
輪）がこの内輪（又は外輪）に連られて回る、所謂連れ
回り（一般にクリープと称す）が生じる。そして、この
連れ回りによる上記外輪（又は内輪）の回転速度は、上
記内輪（又は外輪）の回転速度及びラジアル荷重に依存
しており、しかも、上記外輪（又は内輪）の回転トルク
｛外輪の外周面（又は内輪の内周面）の接線力、即ち、
この外輪（又は内輪）とハウジングとの間の摩擦力に打
ち勝って回ろうとする力と、回転中心からの距離との
積｝が、上記内輪（又は外輪）の回転トルク｛内輪（又
は外輪）の回転に必要な動摩擦トルク｝よりも非常に高
いものである事を、本発明者は実験で明らかにした。以
下、この実験に就いて説明する。

【０００７】この実験は、単列深溝型の玉軸受（呼び番
号６２１０：内径５０mm、外径９０mm、幅２０mm、転動
体外径１２．７mm）を構成する内輪を回転し、外輪に連
れ回りを生じさせる事により行なった。即ち、上記内輪
を入力側とし、上記外輪を出力側として行なった。この
為に、上記内輪に入力軸を締まり嵌めで内嵌固定すると
共に、固定の部材（ハウジング）に上記外輪を隙間嵌め
で内嵌した。そして、この内輪にラジアル荷重（０〜１
２０００Ｎ）を加えた状態でこの内輪を回転｛回転速度
０〜５ＯＯＯmin^-1 （r.p.m.）｝させ、連れ回りによる
上記外輪の回転速度、及び、この外輪並びに上記内輪の
回転トルクを測定した。この結果を、図５〜７に示す。

【０００８】先ず、図５は、上記内輪の回転速度（入力
速度）及びこの内輪に加えるラジアル荷重を変化させ、
上記外輪の回転速度（出力速度）を測定した結果を示し
ている。この図５の曲線の途中部分に記載した数値が、
出力速度である。この様な図５の記載から明らかな様
に、連れ回りによる上記外輪の回転速度は、上記ラジア
ル荷重及び上記内輪の回転速度によって決まる。従っ
て、これらラジアル荷重及び内輪の回転速度によって、
上記外輪の回転速度を所望の値に調節する事ができる。
しかも、この外輪の回転速度は、上記内輪の回転速度に
対し最大で１／２５ＯＯＯＯ程度となり、極めて高い減
速比を得る事ができる。

【０００９】又、図６は、上記内輪の回転速度（入力速
度）を一定（６０００min^-1 ）にすると共に、上記ラジ
アル荷重を変化させ、この内輪の回転トルク（入力トル
ク）及び上記外輪の回転トルク（出力トルク）を測定し
た結果を示している。この図６から明らかな様に、上記
内輪の回転トルクは、上記外輪の回転トルクに対して３
５〜４０倍となり、極めて高い増力比を得る事ができ
る。又、上記内輪の回転速度が一定の場合に、上記ラジ
アル荷重により上記外輪の回転トルクを所望の値に調節
する事ができる。即ち、この外輪の回転トルクを大きく
する場合には、上記ラジアル荷重を大きくすれば良く、
逆にこの外輪の回転トルクを小さくする場合には、上記
ラジアル荷重を小さくすれば良い。尚、この外輪の回転
速度（出力速度）を調節するには、上述の図５に示した
実験結果から明らかな様に、ラジアル荷重と内輪の回転
速度とのうち少なくとも一方を変化させる。ラジアル荷
重を増大させれば、外輪の回転速度と回転トルクとが、
何れも増加する。

【００１０】又、図７は、ラジアル荷重を一定（９６０
０Ｎ）にすると共に、内輪の回転速度（入力速度）を変
化させ、この内輪の回転トルク（入力トルク）及び外輪
の回転トルク（出力トルク）を測定した結果を示してい
る。この図７から明らかな様に、上記外輪の回転トルク
は、上記内輪の回転速度に殆ど依存しない事が分かる。
即ち、この内輪の回転速度を高くしても、或は、逆に低
くしても、上記外輪の回転トルクは殆ど変化しない。こ
れら図５〜７に示す様な実験結果から、上記内輪の回転
速度及びラジアル荷重を調節する事により、上記外輪の
回転速度及び回転トルクを所望の値に調節できる事が分
かる。

【００１１】この様な実験結果に基づいて発明した、本
発明の転がり軸受式減速機によれば、外輪と内輪とのう
ちの一方の部材から他方の部材に、前述の様な歯車式減
速機等では極めて困難である高い減速比や増力比で、回
転力を伝達する事ができる。しかも、ラジアル荷重や入
力速度を調節する事により、所望の減速比及び増力比で
回転力を伝達する事ができる。この為、上記歯車式減速
機等の様な高度で複雑な設計を行なう必要がなく、しか
も、歯車の噛み合いに伴う摩擦抵抗及び騒音が増大する
事のない、小型で製作容易性、経済性の優れた転がり軸
受式の減速機を実現できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１〜２は、請求項１〜３に対応
する、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例
の転がり軸受式減速機は、内周面に外輪軌道１を有する
外輪２と、外周面に内輪軌道３を有する内輪４と、上記
外輪軌道１と内輪軌道３との間に転動自在に設けられた
複数個（本例の場合は８個）の転動体５、５とを備え
る。そして、上記内輪４に入力部材である入力軸６を締
まり嵌めで内嵌固定すると共に、固定の部材であるハウ
ジング７に上記外輪２を隙間嵌めで内嵌している。更
に、この外輪２の軸方向一側面（図２の右側面）に出力
部材８を結合固定している。この出力部材８は、出力軸
９の軸方向一端部（図２の左端部）に径方向外方に突出
した連結棒１０、１０を、円周方向等間隔に複数本（本
例の場合は４本）設けている。そして、これら各連結棒
１０、１０の先端部に形成した折り曲げ部１１を、上記
外輪２の一側面に、ろう付け或は凹凸嵌合等により、結
合固定している。

【００１３】この様に構成する本例の転がり軸受式減速
機は、上記内輪４を入力側、上記外輪２を出力側とし、
上記入力軸６から上記出力部材８に回転力を伝達する。
即ち、上記内輪４にラジアル荷重Ｆを加えた状態でこの
内輪４を上記入力軸６により回転駆動し、上記外輪２を
介して上記出力部材８に回転力を、減速しつつ伝達自在
としている。又、この出力部材８の回転速度及び回転ト
ルクを所望の値にする為に、上記内輪４の回転速度（入
力速度）とこの内輪４に加えるラジアル荷重Ｆとのうち
の少なくとも何れかの値を調節する事により、上記外輪
２の回転速度（出力速度）と回転トルク（出力トルク）
とのうちの少なくとも何れかの値を所望の値に調節自在
としている。

【００１４】上述の様に構成する本発明の転がり軸受式
減速機によれば、前述の作用の項で詳述した実験結果か
ら明らかな通り、内輪４から外輪２に、前述の様な歯車
式減速機等では極めて困難である高い減速比や増力比
で、回転力を伝達する事ができる。しかも、上記ラジア
ル荷重Ｆや入力速度を調節する事により、所望の減速比
及び増力比で回転力を伝達する事ができる。この為、上
記歯車式減速機等の様な高度で複雑な設計を行なう必要
がなく、しかも、歯車の噛み合いに伴う摩擦抵抗及び騒
音が増大する事のない、小型で製作容易性、経済性の優
れた転がり軸受式の減速機を実現できる。

【００１５】尚、本例の場合は、単列深溝型の転がり軸
受を使用する場合を示したが、複列の転がり軸受を使用
したり、或は、複数個の転がり軸受（単列・複列を問わ
ない）を軸方向に隣り合わせに結合する事により構成し
ても良い。又、転動体５、５として玉を使用した場合を
示したが、この様な玉に限定されず、円筒ころや円錐こ
ろ等を使用しても良い。又、外輪を入力側、内輪を出力
側とすべく、入力部材を外輪に結合固定（締まり嵌めで
嵌合固定）すると共に、固定軸等の固定の部材に内輪を
設置（隙間嵌めで嵌合）し、更に、この内輪に出力部材
を接続しても良い。

【００１６】次に、図３〜４は、やはり請求項１〜３に
対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。
本例の場合には、外周面を歯車とした円環状の出力部材
８ａに、ラック状の出力歯車１２を噛合させる事によ
り、精密位置決め装置の一部を構成している。この様な
本例の場合も、内輪４を入力側、外輪２を出力側とし、
この内輪４に締まり嵌めで内嵌固定した入力軸６から、
上記外輪２の一側面（図４の右側面）に結合固定した上
記出力部材８ａに回転力を伝達自在としている。そし
て、この出力部材８ａに噛合した上記出力歯車１２を、
この出力部材８ａの接線方向（図３の左右方向）に変位
自在としている。その他の構成及び作用は、前述した第
１例の場合と同様である。

【００１７】尚、前述の実施の形態の第１例の場合も上
述の第２例の場合も、出力部材８、８ａの回転トルク、
即ち、この出力部材８、８ａを接続した外輪２の回転ト
ルク（出力トルク）を増大する為に、下記の、のう
ちの少なくとも何れかを採用する事もできる。 外輪２とハウジング７との嵌め合い隙間を大きくす
る。 外輪２の最小肉厚ｔ（外輪２の外周面と外輪軌道１の
底部との間隔、図２参照）を小さくする。 以下、この点を明らかにする為に、呼び番号６２１０の
玉軸受を使用して行なった実験の結果に就いて説明す
る。

【００１８】先ず、図８は、上記外輪２とハウジング７
との嵌め合い隙間が３７μｍの場合と、同じく１０μｍ
の場合との、上記外輪２の回転トルクを測定した結果を
示している。この図８から明らかな様に、上記嵌め合い
隙間が３７μｍの場合の上記外輪２の回転トルクは、こ
の嵌め合い隙間が１０μｍの場合の約１．２〜１．８倍
となる。従って、上記外輪２とハウジング７との嵌め合
い隙間を大きくする事により、この外輪２の回転トルク
の増大を図れる。

【００１９】又、図９は、上記外輪２の最小肉厚ｔと上
記転動体５、５の外径ｄ（図２参照）との比ｔ／ｄを
０．２９とした場合と、同じく０．４８とした場合と
の、この外輪２の回転トルクの測定結果を示している。
この図９から明らかな様に、上記肉厚ｔと外径ｄとの比
ｔ／ｄが０．２９の場合の上記外輪２の回転トルクは、
この比ｔ／ｄが０．４８の場合の約２〜５倍となる。こ
の事から、上記外輪２の最小肉厚ｔを上記転動体の外径
ｄの０．３倍以下（ｔ≦０．３ｄ）にする事により、こ
の外輪２の回転トルクの増大を図れる事が分かる。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、以上に述べた通り構成し作用
する為、高度で複雑な設計を行なう必要がなく、しか
も、摩擦抵抗及び騒音が小さく、小型で製作容易性、経
済性が優れ、極めて高い減速比及び増力比を有する転が
り軸受式減速機を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す側面図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】本発明の実施の形態の第２例を示す側面図。

【図４】一部を省略して示す、図３のＢ−Ｂ断面図。

【図５】外輪の回転速度（出力速度）を、内輪の回転速
度（入力速度）及びラジアル荷重との関係で示すグラ
フ。

【図６】内輪の回転トルク（入力トルク）及び外輪の回
転トルク（出力トルク）を、ラジアル荷重との関係で示
すグラフ。

【図７】内輪の回転トルク（入力トルク）及び外輪の回
転トルク（出力トルク）を、内輪の回転速度（入力速
度）との関係で示すグラフ。

【図８】外輪の回転トルク（出力トルク）を、この外輪
とハウジングとの隙間との関係で示すグラフ。

【図９】外輪の回転トルク（出力トルク）を、外輪の肉
厚と転動体の外径との比との関係で示すグラフ。

【符号の説明】

１ 外輪軌道 ２ 外輪 ３ 内輪軌道 ４ 内輪 ５ 転動体 ６ 入力軸 ７ ハウジング ８、８ａ 出力部材 ９ 出力軸 １０ 連結棒 １１ 折り曲げ部 １２ 出力歯車

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周
   面に内輪軌道を有する内輪と、上記外輪軌道と内輪軌道
   との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備
   え、上記外輪と内輪とのうちの一方の部材に入力部材を
   接続すると共に、上記外輪と内輪とのうちの他方の部材
   に出力部材を接続し、上記一方の部材にラジアル荷重を
   加えた状態でこの一方の部材を上記入力部材で回転駆動
   する事により、上記他方の部材を介して上記出力部材に
   回転力を減速しつつ伝達自在とした転がり軸受式減速
   機。
2. 【請求項２】 一方の部材の回転速度とこの一方の部材
   に加えるラジアル荷重とのうちの少なくとも何れかを調
   節する事により、他方の部材の回転速度と回転トルクと
   のうちの少なくとも何れかを所望の値にする、請求項１
   に記載した転がり軸受式減速機。
3. 【請求項３】 内輪に入力部材である入力軸を締まり嵌
   めで内嵌固定すると共に、固定の部材に外輪を隙間嵌め
   で内嵌し、更に、この外輪の軸方向側面に出力部材を結
   合固定した、請求項１〜２の何れかに記載した転がり軸
   受式減速機。