JP2003262257A - 揺動内接噛合遊星歯車装置の角度伝達誤差の低減方法及び揺動内接噛合遊星歯車変速機 - Google Patents

揺動内接噛合遊星歯車装置の角度伝達誤差の低減方法及び揺動内接噛合遊星歯車変速機

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JP2003262257A
JP2003262257A JP2002064353A JP2002064353A JP2003262257A JP 2003262257 A JP2003262257 A JP 2003262257A JP 2002064353 A JP2002064353 A JP 2002064353A JP 2002064353 A JP2002064353 A JP 2002064353A JP 2003262257 A JP2003262257 A JP 2003262257A
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gears
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Hiroshi Tsurumi
洋 鶴身
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H1/00Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • F16H1/32Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion in which the central axis of the gearing lies inside the periphery of an orbital gear

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の小型化及び伝達容量の増大を実現しつ
つ、高い増減比の実現と角度伝達誤差の低減を両立する
ことのできる方法を提供するとともに、併せて、これら
の方法により組み付けられた揺動内接噛合遊星歯車装置
を有する変速機を提供する。 【解決手段】 遊星運動をする外歯歯車と、該外歯歯車
が内接噛合する内歯歯車を有し、且つ、装置の中心軸が
前記外歯歯車の周囲の内側に存在する揺動内接噛合遊星
歯車装置の角度伝達誤差の低減方法において、前記内歯
歯車の歯数をX*n(Xは4以上の偶数、n:整数)に
設定し、且つ、前記内歯歯車と外歯歯車との歯数差を2
に設定し、前記X枚の外歯歯車を重ねた状態で、それぞ
れの外歯及び各外歯歯車を貫通するそれぞれの孔を加工
すると共に、前記X枚の外歯歯車のうち2枚の外歯歯車
を1組とし、それぞれの組の外歯歯車を前記中心軸を中
心として、円周方向に360/X(度)ずつ相対回転さ
せた後、各組の一方の外歯歯車に対して、他方の外歯歯
車を、180度反対の方向に平行に離反・移動してそれ
ぞれ組み込む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、揺動内接噛合遊星
歯車装置の角度伝達誤差の低減方法及びこの低減方法を
用いて組み付けられた揺動内接噛合遊星歯車変速機に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、揺動内接噛合遊星歯車装置に関す
る技術として、例えば図6、図7に示すようなものが知
られている。図示の例は、遊星運動をする外歯歯車を複
数枚(この例では3枚)有し、且つ、装置の中心軸が前
記外歯歯車の周囲の内側に存在する揺動内接噛合遊星歯
車装置を減速機に適用したものである。
【0003】図において、ケーシング101内の中心部
には、図示しないモータによって回転駆動される入力軸
103が配設されている。入力軸103の軸心は装置全
体の中心軸01と一致している。
【0004】ケーシング101内には、軸方向において
厚肉円板状の第1の支持ブロック(図6中左側)104
と、第2の支持ブロック(図6中右側)105とが互い
に対向して配置されている。ケーシング101が固定さ
れている場合、これら第1、第2の支持ブロック10
4、105は出力軸に相当する。
【0005】両支持ブロック104、105は、入力軸
103と平行に配した3本のキャリアボルト150によ
り、キャリアスペーサ154を介して所定の間隔で一体
に連結・固定され、全体でキャリアを構成している。
【0006】第1の支持ブロック104、第2の支持ブ
ロック105には、それぞれ中心孔114、115が形
成されており、それら中心孔114、115の内周に入
力軸103が軸受109a、109bを介して回転自在
に支持されている。入力軸103は貫通孔103aを有
する中空軸により構成され、入力軸103の軸受109
a、109bの間の外周には、所定位相差(この例では
120°)をもって偏心体117a、117b、117
cが一体に形成されている。それぞれの偏心体117
a、117b、117cには、軸受120a、120
b、120cを介して3枚の外歯歯車118a、118
b、118cが取り付けられている。
【0007】又、外歯歯車118a、118b、118
cには内ローラ孔128a、128b、128cが複数
個設けられ、内ピン107及び内ローラ108が、内ロ
ーラ孔128a、128b、128cを貫通している。
これら外歯歯車118a、118b、118cを貫通す
る内ピン107は、キャリアボルト150と同一ピッチ
円上に配されており、各内ピン107の両端は、第1、
第2の支持ブロック104、105の内ピン保持孔11
0に嵌合固定されている。
【0008】又、前記外歯歯車118a、118b、1
18cは外周に、トロコイド歯形や円弧歯形等の外歯1
24を有しており、この外歯歯車118a、118b、
118cの外周側には、外歯歯車118a、118b、
118cが噛合する内歯歯車125が配設されている。
内歯歯車125はケーシング101の内周に、ケーシン
グ101と一体に形成されており、外ピン126からな
る内歯を有している。
【0009】入力軸103が1回転すると偏心体117
a、117b、117cが1回転する。この偏心体11
7a、117b、117cの1回転により、外歯歯車1
18a、118b、118cも入力軸103の周りで揺
動回転を行なおうとするが、内歯歯車125によってそ
の自転が拘束されているため、外歯歯車118a、11
8b、118cは、この内歯歯車125に内接しながら
ほとんど揺動のみを行なうことになる。
【0010】今、例えば外歯歯車118a、118b、
118cの歯数をN、内歯歯車125の歯数をN+1と
した場合、その歯数差は1である。そのため、入力軸1
03の1回転毎に外歯歯車118a、118b、118
cはケーシング101に固定された内歯歯車125に対
して1歯分だけずれる(自転する)ことになる。これは
入力軸103の1回転が外歯歯車の−1/Nの回転に減
速されたことを意味する。
【0011】この外歯歯車118a、118b、118
cの回転は内ローラ孔128a、128b、128c及
び内ピン107の隙間によってその揺動成分が吸収さ
れ、自転成分のみが該内ピン107を介して出力軸へと
伝達される。
【0012】この結果、結局減速比−1/Nの減速が達
成される。
【0013】なお、この従来例のように外歯歯車を3枚
とすることで、外歯歯車を1枚にした場合に比べ、約3
倍の伝達容量を得ることができる。
【0014】この揺動内接噛合遊星歯車装置は、遊星運
動する外歯歯車118a、118b、118cを有し、
又、装置の中心軸01が外歯歯車118a、118b、
118cの周囲の内側に存在するため、いわゆる国際分
類F16H1/32に属する。この種の装置は、入力軸
103の1回転毎に外歯歯車118a、118b、11
8cの揺動に起因した偏心荷重(ラジアル荷重)が不可
避的に発生する。
【0015】前記3枚の外歯歯車118a、118b、
118cを位相差120°で配置しているのは、この各
外歯歯車118a、118b、118cの偏心重量の影
響をできるだけ相殺し、より振動の少ない円滑な動力伝
達を行なおうとしているためである。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】近年、この種の減速機
においては、小型化及び高出力化がますます要求される
ようになってきているため、4枚以上の外歯歯車を有す
る揺動内接噛合遊星歯車装置を減速機に適用することも
考えられるが、従来、4枚以上の歯車装置は、具体的に
は、製品化に至っていない。
【0017】これは、4枚以上の歯車装置は、構造上、
各歯車の製造誤差や組付誤差が大きいと装置全体の円滑
回転が困難となる一方、誤差の低減を加工精度の向上に
よって実現しようとすると、極めてコスト高になるとい
う問題があるためである。
【0018】又、4枚以上の装置においては、各外歯歯
車の装架される軸方向スパンが大きくなり、(前述し
た)各々の外歯歯車の偏心運動によって発生する偏心荷
重の影響、特に軸受からの距離の要素を持つモーメント
の影響が無視できなくなる。
【0019】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、装置の小型化及び伝達容量の増大を実現しつ
つ、高い増減比と角度伝達誤差の低減を両立することの
できる方法を提供すると共に、併せてこれらの方法によ
り組み付けられた内接噛合遊星歯車装置を有する変速機
(減速機、あるいは増速機)を得ることを目的としてい
る。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明は、遊星運動をす
る外歯歯車と、該外歯歯車が内接噛合する内歯歯車を有
し、且つ、装置の中心軸が前記外歯歯車の周囲の内側に
存在する揺動内接噛合遊星歯車装置の角度伝達誤差の低
減方法において、前記内歯歯車の歯数をX*n(Xは4
以上の偶数、nは整数)に設定し、且つ、前記内歯歯車
と外歯歯車との歯数差を2に設定し、前記X枚の外歯歯
車を重ねた状態で、それぞれの外歯及び各外歯歯車を貫
通するそれぞれの孔を加工すると共に、前記X枚の外歯
歯車のうち2枚の外歯歯車を1組とし、それぞれの組の
外歯歯車を前記中心軸を中心として、円周方向に360
/X(度)ずつ相対回転させた後、各組の一方の外歯歯
車に対して、他方の外歯歯車を、180度反対の方向に
平行に離反・移動してそれぞれ組み込むことを特徴とす
る揺動内接噛合遊星歯車装置の角度伝達誤差の低減方法
により、上記課題を解決したものである。
【0021】本発明によれば、同時に加工されたX枚の
外歯歯車のうち2枚の外歯歯車を1組とし、それぞれの
組の外歯歯車を円周方向に360/X(度)ずつ相対回
転させた後に、各組の一方の外歯歯車に対して、他方の
外歯歯車を180度反対方向に「平行に」離反・移動し
てそれぞれ組み込むことになる。そのため、該2枚の外
歯歯車の同時に加工された外歯と内歯歯車が噛合するタ
イミングが常に180度ずれることになる。
【0022】従って、各外歯歯車の加工誤差によって発
生する角度伝達誤差が、180度反対方向に組み込まれ
た1組の外歯歯車の間で、うまく相殺されるように作用
するため、装置全体の角度伝達誤差を低減することがで
きる。
【0023】又、X枚の外歯歯車が結果として前記中心
軸の円周方向に等間隔で配置されることになるため、中
心軸周りの発生荷重に対してこれを装置内で相殺し、バ
ランスさせることができる。
【0024】又、歯数差を「2」としているため、従来
の「歯数差を外歯歯車の枚数の整数倍として、外歯歯車
を同時加工する方法」に比べ、減速比を大きくすること
ができる。
【0025】以上の構成を実現する関係上、外歯歯車の
枚数は偶数となり、且つ、内歯歯車の歯数はX*n、即
ちXの整数倍(倍数)である必要がある。
【0026】なお、各外歯歯車の偏心荷重の軸方向の作
用点が異なることによって発生するモーメントについて
は、前記X枚の外歯歯車の中で、180度の位相差を有
する2枚の外歯歯車を1組とし、該2枚の外歯歯車が前
記中心軸の軸線方向に隣接するように配置してゆくこと
により、各外歯歯車の偏心によって発生するモーメント
の相殺効果を高めることができる。
【0027】上記モーメントについては、前記X枚の外
歯歯車を、直前に組み込まれた外歯歯車の偏心位置から
見て位相差が最大になる偏心方向を順次選択し、該選択
された偏心位置に外歯歯車を順に配置してゆくことによ
り、更に相殺効果を高めることができる。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態の例を図
面に基づいて説明する。
【0029】図1は、本発明が適用されている揺動内接
噛合遊星歯車装置(変速機)の実施形態を示す、前記図
6に相当する側断面図である。
【0030】上記図1に示した減速機は、4枚(X=
4)の外歯歯車118a〜118dを用いた構造(以下
4枚式歯車装置という)になっている以外は、前記図6
に示した3枚式歯車装置と実質的に同一の動力伝達系を
有する。従って、同一又は類似する部分については、図
中で同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【0031】入力軸103の軸受109a、109bの
間の外周には、所定位相差(この例では90度)をもっ
て偏心体117a〜117dが一体に形成されている。
それぞれの偏心体117a〜117dには、軸受120
a〜120dを介して4枚の外歯歯車118a〜118
dが取付けられている。
【0032】次に、外歯歯車118a〜118dと内歯
歯車125の歯数等について図2を用いて説明する。
【0033】図2は、4枚式歯車装置の外歯歯車118
a〜118d及び揺動内接噛合遊星歯車装置の中心軸0
1(入力軸103の中心に一致)付近を模式的に示した
ものである。
【0034】内歯歯車125の歯数はX*nであり、X
は外歯歯車の枚数である4、nは整数である。従って、
本発明の実施形態に係る4枚式歯車装置の内歯歯車12
5の歯数は4n、即ち4の倍数である。
【0035】これは、図2に示したように、4枚の外歯
歯車118a〜118dの各偏心方向E1〜E4に内歯
歯車125の外ピン126a〜126dを用意しておか
なければ、4枚の外歯歯車118a〜118dの噛合状
態を一致させることができないからである。
【0036】又、内歯歯車125と外歯歯車118a〜
118dとの歯数差は2である。
【0037】従って、各外歯歯車118a〜118dの
歯数は、「内歯歯車の歯数−歯数差」=4n−2=2
(n−1)となり、偶数である。
【0038】このようにして製造された外歯歯車118
a〜118dを次のようにして組み込む。
【0039】外歯歯車118a〜118dは、4枚の外
歯歯車素材を重ねた状態で、各外歯121a〜121d
及び内ローラ孔128a〜128d等の各外歯歯車11
8a〜118dを貫通する孔が同時加工されて製造され
ている。従って、切削加工上の誤差は、外歯歯車118
a〜118dで殆ど一致している。
【0040】即ち、4枚の外歯歯車118a〜118d
のうち2枚の外歯歯車118aと118b及び118c
と118dを1組とし、外歯歯車118cと118d
を、外歯歯車118aと118bに対して、入力軸10
3を中心として、入力軸103の円周方向Rに360/
4=90度相対回転させる。その後、各組の一方の外歯
歯車118aと118cの最大偏心方向E1、E3に対
して180度反対の方向であるE2、E4の方向に、他
方の外歯歯車118bと118dを平行に離反・移動し
て組み込む。
【0041】従って、図2に示すように、各外歯121
a〜121dの同時加工された部位121a1〜121
d1は、外歯歯車118aと118b及び118cと1
18dでそれぞれ180度の位相差をもって内歯歯車1
25と噛み合うことになる。
【0042】又、上記の外歯歯車118a〜118dの
組み込み方法においては、4枚の外歯歯車118a〜1
18dの中で、180度の位相差を有する2枚の外歯歯
車118aと118b及び118cと118dを1組と
し、該2枚の外歯歯車118aと118b及び118c
と118dが前記入力軸103の軸線方向Vに隣接する
ように配置している。
【0043】この実施形態によれば、4枚の外歯歯車1
18a〜118dが前記入力軸103の円周方向Rに等
間隔で配置されることになるため、まず入力軸103周
りの発生荷重に対してこれを装置内で相殺し、バランス
させることができる。
【0044】又、4枚の外歯歯車118a〜118dの
各外歯121a〜121dの同時加工された部位121
a1〜121d1は、2枚の外歯歯車118aと118
b及び118cと118dでそれぞれ180度の位相差
を有して内歯歯車125と噛合することになるため、4
枚の外歯歯車118a〜118dによって発生する角度
伝達誤差が、1組の外歯歯車118aと118b及び1
18cと118dの間でうまく相殺されるように作用
し、装置全体の角度伝達誤差の低減を図ることができ
る。
【0045】更に、4枚の外歯歯車118a〜118d
の中で、180度の位相差を有する2枚の外歯歯車11
8aと118b及び118cと118dを1組とし、該
2枚の外歯歯車118aと118b及び118cと11
8dが前記入力軸103の軸線方向Vに隣接するように
配置しているため、各外歯歯車118a〜118dの偏
心によって発生するモーメントの相殺効果を高めること
ができる。
【0046】又、歯数差を「2」としているため、従来
の「歯数差を外歯歯車の枚数の整数倍」にする場合と比
べ、減速比を大きくすることができる。
【0047】この実施形態においては、図2に示すよう
に、4枚の外歯歯車118a〜118dの中で、180
度の位相差を有する2枚の外歯歯車118aと118b
及び118cと118dが入力軸103の軸線方向Vに
隣接するように配置したが、本発明はこれに限定される
ものではない。
【0048】即ち、4枚の外歯歯車118a〜118d
を、図3に示すような配置とした場合であっても、外歯
歯車118a〜118dの各外歯の同時加工された部位
121a1〜121d1が、2枚の外歯歯車118aと
118c及び118bと118dでそれぞれ180度の
位相差を有して内歯歯車125と噛合することになるた
め、本発明の効果である高い増減比の実現と、角度伝達
誤差の低減を図ることができる。
【0049】又、上記の実施形態においては、外歯歯車
の枚数を「4」としていたが、本発明はこれに限定され
ず、外歯歯車の枚数は4以上の偶数でもよい。
【0050】例えば、6枚(X=6)の外歯歯車を有す
る揺動内接噛合遊星歯車装置(以下、6枚式歯車装置と
いう)を考える。
【0051】図4は、6枚式歯車装置の外歯歯車118
a〜118f及び揺動内接噛合遊星歯車装置の中心軸0
1(入力軸の中心に一致)付近を模式的に示したもので
ある。
【0052】まず、6枚式歯車装置においては、内歯歯
車125の歯数を6n(n:整数)、即ち6の倍数に設
定し、且つ、前記内歯歯車125と外歯歯車118a〜
118fの歯数差を2に設定し、6枚の外歯歯車118
a〜118fを重ねた状態で、それぞれの図示しない外
歯及び各外歯歯車を貫通するそれぞれの孔を加工する。
【0053】その後、6枚の外歯歯車118a〜118
fのうち2枚の外歯歯車118aと118b、118c
と118d、118eと118fをそれぞれ1組とし、
それぞれの組の外歯歯車118aと118b、118c
と118d、118eと118fを入力軸103を中心
として、入力軸103の円周方向Rに360/6=60
度ずつ相対回転させた後、各組の一方の外歯歯車118
a、118c、118eに対して、他方の外歯歯車11
8b、118d、118fを、180度反対の方向に平
行に離反・移動して組み込む。
【0054】このようにすることにより、6枚の外歯歯
車118a〜118fによって発生する角度伝達誤差
が、1組の外歯歯車118aと118b、118cと1
18d、118eと118fの間でうまく相殺されるよ
うに作用し、装置全体の角度伝達誤差を低減することが
できると共に、外歯歯車の枚数を増やすことにより、伝
達容量の増大を図ることができる。
【0055】更に、この実施例においては、6枚の外歯
歯車118a〜118fを、直前に組み込まれた外歯歯
車の偏心位置から見て位相差が最大になる偏心方向を順
次選択し、該選択された偏心位置に外歯歯車を順に配置
しているため、各外歯歯車118a〜118fによって
発生するモーメントの相殺効果を高めることができる。
【0056】又、歯数差を「2」としているため、4枚
式歯車装置と同様に、高い増減比が実現可能である。
【0057】なお、この実施形態では、内歯歯車125
を固定していたが、出力軸104、105を固定し、内
歯歯車125を出力軸とすることによっても、減速装置
を構成可能である。更に、これらの入出力を逆転させる
ことにより増速装置を構成することも可能である。
【0058】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
X(Xは4以上の偶数)枚の外歯歯車を有する揺動内接
噛合遊星歯車装置の角度伝達誤差の低減方法において、
装置の小型化及び伝達容量の増大を実現しつつ、同時
に、高い増減比の実現と角度伝達誤差の低減を図ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の揺動内接噛合遊星歯車装置
が適用された減速機の側断面図
【図2】上記揺動内接噛合遊星歯車装置の外歯歯車と入
力軸の模式図
【図3】図2において外歯歯車の軸線方向の配置を変更
した場合の模式図
【図4】6枚式歯車装置の外歯歯車と入力軸の模式図
【図5】図1の揺動内接噛合遊星歯車装置の角度伝達誤
差を示す線図
【図6】従来の揺動内接噛合遊星歯車装置が適用された
減速機の側断面図
【図7】図6におけるV−V線に沿う断面図
【図8】従来の揺動内接噛合遊星歯車装置の外歯歯車と
内歯歯車の噛合状態を示す線図
【図9】従来の揺動内接噛合遊星歯車装置の角度伝達誤
差を示す線図
【符号の説明】
101…ケーシング 103…入力軸 103a…貫通孔 104…第1支持ブロック 105…第2支持ブロック 107…内ピン 108…内ローラ 109a、109b…軸受 114、115…中心孔 117a、117b、117c、117d…偏心体 118a、118b、118c、118d…外歯歯車 120a、120b、120c、120d…軸受 124…外歯 125…内歯歯車 126…外ピン 128a、128b、128c、128d…内ローラ孔 150…キャリアボルト 154…キャリアスペーサ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】遊星運動をする外歯歯車と、該外歯歯車が
    内接噛合する内歯歯車を有し、且つ、装置の中心軸が前
    記外歯歯車の周囲の内側に存在する揺動内接噛合遊星歯
    車装置の角度伝達誤差の低減方法において、 前記内歯歯車の歯数をX*n(Xは4以上の偶数、nは
    整数)に設定し、且つ、 前記内歯歯車と外歯歯車との歯数差を2に設定し、 前記X枚の外歯歯車を重ねた状態で、それぞれの外歯及
    び各外歯歯車を貫通するそれぞれの孔を加工すると共
    に、 前記X枚の外歯歯車のうち2枚の外歯歯車を1組とし、
    それぞれの組の外歯歯車を前記中心軸を中心として、円
    周方向に360/X(度)ずつ相対回転させた後、 各組の一方の外歯歯車に対して、他方の外歯歯車を、1
    80度反対の方向に平行に離反・移動してそれぞれ組み
    込むことを特徴とする揺動内接噛合遊星歯車装置の角度
    伝達誤差の低減方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、 前記X枚の外歯歯車の中で、180度の位相差を有する
    2枚の外歯歯車を1組とし、該2枚の外歯歯車が前記中
    心軸の軸線方向に隣接するように配置してゆくことを特
    徴とする揺動内接噛合遊星歯車装置の角度伝達誤差の低
    減方法。
  3. 【請求項3】請求項1において、 前記X枚の外歯歯車を、直前に組み込まれた外歯歯車の
    偏心位置から見て位相差が最大になる偏心方向を順次選
    択し、該選択された偏心位置に外歯歯車を順に配置して
    ゆくことを特徴とする揺動内接噛合遊星歯車装置の角度
    伝達誤差の低減方法。
  4. 【請求項4】請求項1乃至3のいずれかに記載された角
    度伝達誤差の低減方法を用いて組み付けられた揺動内接
    噛合遊星歯車変速機。
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