JP2007187191A

JP2007187191A - 減速機

Info

Publication number: JP2007187191A
Application number: JP2006003978A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Miki; 慎一郎三木
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2007-07-26

Abstract

【課題】摩耗や剥離を抑えることができて、長寿命化を図ることが可能な減速機を提供する。
【解決手段】ギア歯面９に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設ける。くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内である。Ｓｋ値が−１．６以下である。これにより、ギア歯面９が高い油膜形成能力を奏し、低粘度、希薄潤滑下で油膜厚さが極端に薄い条件下でも、長寿命を得ることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、クランク軸の偏心運動によりギアが偏心運動して、ギアの歯面とピンとが接触する減速機に関する。

例えば、特許文献１に、伝動モータの回転数を減速する前段減速機と回転数をさらに減速する後段減速機（遊星歯車装置）とから構成された減速機が示されている。後段減速機は、内歯歯車と、内歯歯車に噛み合う一対の外歯歯車と、外歯歯車に係合して外歯歯車を揺動回転させるクランク軸とを備えている。また、前段減速機は、通常の平行軸型歯車装置にて構成され、前記クランク軸に装着される入力歯車を備えている。そして、この入力歯車が入力軸と噛合している。
特開平７−２９９７９１号公報

前記減速機において、入力軸の回転によって入力歯車を回転させると、トルクの伝達によりクランク軸が回転して、偏心運動をする。この偏心運動により、外歯歯車は偏心揺動し、この外歯車の歯面（ギア歯面）とピン（内歯歯車）とが噛み合って接触することになる。

前記のような減速機において、外歯車のギア歯面には特別な表面処理を行っていなかったため、減速比が大きい等の厳しい使用条件では、外歯車とピンとの間の油膜が切れ、摩耗及び剥離を起こすおそれがあった。

本発明の課題は、減速比が大きい等の厳しい使用条件であっても、良好な潤滑状態を維持できて、ギアとピンの摩耗や剥離を抑えることができて、長寿命化を図ることが可能な減速機を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の減速機は、駆動力を入力する入力軸と、入力軸により駆動されて偏心運動するクランク軸と、クランク軸の偏心運動によって駆動され、外歯を有するギアと、ケース内周面に沿って、所定ピッチで配設される複数のピンとを備え、前記ギアの歯面とピンとが接触する減速機において、少なくともギア歯面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下であることを特徴とする。

パラメータＲｙniとは、基準長毎最大高さの平均値すなわち、粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定した値である（ISO 4287:1997）。

また、パラメータＳｋとは、粗さ曲線の歪み度（スキューネス）を指し（ISO 4287:1997）、凹凸分布の非対称性を知る目安の統計量である。ガウス分布のような対称な分布ではＳｋ値は０に近くなり、凹凸の凸部を削除した場合は負、逆の場合は正の値をとることになる。

本発明の減速機では、くぼみを設けたギア歯面の面粗さパラメータＲｙniを０．４μｍ以上、１．０μｍ以下の範囲内に規定することで、希薄潤滑下でも油膜切れを防ぐことが可能となり、極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。また、受け部のＳｋ値を幅方向、円周方向とも−１．６以下とすることにより、微小凹形状のくぼみが油溜りとなり、圧縮されても滑り方向、直角方向への油のリークは少なく、油膜形成に優れ、表面損傷を極力抑える効果が発揮される。

本発明の他の減速機は、駆動力を入力する入力軸と、入力軸により駆動され偏心運動するクランク軸と、クランク軸の偏心運動によって駆動され、外歯を有するギアと、ケース内周面に沿って、所定ピッチで配設される複数のピンとで構成され、前記ギアの歯面とピンとが接触する減速機において、少なくともギア歯面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみの平均面積が３０〜１００μｍ^２の範囲内で、かつ、Ｒｙmaxが０．４〜１．０μｍの範囲内であることを特徴とする。

本発明の他の減速機では、ギア歯面のくぼみの平均面積を３０〜１００μｍ^２の範囲内に規定するとともに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxを０．４〜１．０μｍの範囲内に設定することで、油膜形成能力を向上させることができるため、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。

本発明の別の減速機は、駆動力を入力する入力軸と、入力軸により駆動され偏心運動するクランク軸と、クランク軸の偏心運動によって駆動され、外歯を有するギアと、ケース内周面に沿って、所定ピッチで配設される複数のピンとで構成され、前記ギアの歯面とピンとが接触する減速機において、少なくともギア歯面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面におけるくぼみの面積率が５〜２０％の範囲内であり、かつ、前記くぼみを設けた面の面粗さのパラメータＲｙmaxが０．４〜１．０μｍの範囲内であることを特徴とする。

本発明の別の減速機では、ギア歯面のくぼみを設けた面におけるくぼみの面積率を５〜２０％の範囲内に規定するとともに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxを０．４〜１．０μｍの範囲内に設定することで、油膜形成能力を向上させることができるため、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。

以上のように、本発明によると、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設けることによって、ギア歯面が微小粗面となって油膜が形成しやくなる。しかもこのくぼみが油溜まりとなるため、すべり面の油膜形成が確実に行える。このため、減速比が大きい等の厳しい使用条件であっても、良好な潤滑状態を維持できて、ギアとピンの摩耗や剥離を抑えることができて、長寿命化を図ることができる。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に、本発明の減速機を示す。この減速機は、第１減速機１と第２減速機２とを備え、第２減速機２は遊星歯車装置にて構成している。第１減速機１は、通常の平行軸歯車装置であり、平歯歯車（入力歯車）３により構成されている。また、第２減速機２の遊星歯車装置は、ケース８の内周面に沿って所定ピッチで配設される複数本のピン（内歯歯車）４（図２参照）と、前記ピン４と噛合する一対のギア（外歯歯車）５、５と、前記ギア５に係合して外歯車５、５を揺動回転させる偏心入力軸としてのクランク軸６とを備えている。そして、このクランク軸６に前記入力歯車３が装着され、さらにこの入力歯車３が入力軸７に噛合している。

このため、クランク軸６端部に装着された入力歯車３を介して入力軸７の回転がクランク軸６に伝達されて回転することにより、クランク軸６の偏心運動がギア５、５に伝達され、ギア５、５は入力軸７の周囲を公転するとともに自転運動を行う。

前記のような運動により、図２のように、外歯歯車５のギア歯面９とピン４とが噛み合って接触することになる。この接触によって、ギア５とピン４との間の油膜が切れて、特に減速比が大きい等の厳しい使用条件では、ギア歯面９の摩耗及び剥離が生じるおそれがある。

そこで、本発明では、ギア歯面９に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下に設定する。

また、前記くぼみの平均面積が３０〜１００μｍ^２の範囲内で、かつ、Ｒｙmaxが０．４〜１．０μｍの範囲内とする。

さらに、前記くぼみを設けた面におけるくぼみの面積率が５〜２０％の範囲内であり、かつ、前記くぼみを設けた面の面粗さのパラメータＲｙmaxが０．４〜１．０μｍの範囲内とする。

なお、前記のような微小粗面を得るための表面加工処理としては、特殊なバレル研磨によると所望の仕上げ面を得ることができるが、これに限らず、例えばショット等を用いてもよい。

上記のように、本発明では、くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniを０．４μｍ以上、１．０μｍ以下の範囲内に規定することで、希薄潤滑下でも油膜切れを防ぐことが可能となり、極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。また、接触面（ギア歯面９）のＳｋ値を幅方向、円周方向とも−１．６以下とすることにより、微小凹形状のくぼみが油溜りとなり、圧縮されても滑り方向、直角方向への油のリークは少なく、油膜形成に優れ、表面損傷を極力抑える効果が発揮される。

また、ギア歯面９のくぼみの平均面積を３０〜１００μｍ^２の範囲内に規定するとともに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxを０．４〜１．０μｍの範囲内に設定することで、油膜形成能力を向上させることができるため、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。

さらに、ギア歯面９のくぼみを設けた面におけるくぼみの面積率を５〜２０％の範囲内に規定するとともに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxを０．４〜１．０μｍの範囲内に設定することで、油膜形成能力を向上させることができるため、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。

従って、本発明の減速機は、低粘度、希薄潤滑下で油膜厚さが極端に薄い条件下でも、長寿命を得ることができる。すなわち、減速比が大きい等の厳しい使用条件であっても、良好な潤滑状態を維持できて、ギア５とピン４の摩耗や剥離を抑えることができて、長寿命化を図ることができる。

ところで、ピン４の外周面にも本発明に係る表面性状を満たす表面処理を施すようにしてもよい。また、ギア５においてギア歯面９のみではなく全外表面にも本発明に係る表面性状を満たす表面処理を施すようにしてもよい

本発明の有用性を示すために、まず、歯車の寿命評価を行った。歯車の歯面は、相手側の歯面と転がり接触および滑り接触し、その接触は、転がり軸受のレースと軌道輪との接触状態に準じた形態となる。従って、歯車の寿命評価は、転がり軸受の寿命試験評価で評価することができると考えられる。かかる観点から、本発明者らは、後述の条件で転がり軸受の寿命試験を行った。以下に、パラメータＲｙni、Ｒｙmax、Ｓｋ、Ｒｑniの測定方法、条件の一例を示す。これらのパラメータで表される表面性状を、転がり軸受の転動体や軌道輪といった構成要素について測定する場合、一ヶ所の測定値でも代表値として信頼できるが、たとえば直径方向に対向する二ヶ所を測定するとよい。
パラメータ算出規格：JIS B 0601:1994（サーフコム JIS 1994）
カットオフ種別：ガウシアン
測定長さ：５λ
カットオフ波長：０．２５ｍｍ
測定倍率：×１００００
測定速度：０．３０ｍｍ／ｓ
測定箇所：ころ中央部
測定数：２
測定装置：面粗さ測定器サーフコム１４００Ａ（東京精密株式会社）

また、くぼみの定量的測定を行うには、ころ表面を拡大し、その画像から市販されている画像解析システムにより定量化できる。さらには、特開２００１−１８３１２４に開示されている表面性状検査方法及び表面性状検査装置を用いれば、安定して精度良く測定することができる。この方法は、曲率を有する検査表面に光を照射して検査表面をカメラで撮影し、このカメラで撮影された検査表面の画像の輝度を測定して、この測定された輝度の明部と暗部のコントラストで形成される明暗パターンにより、検査表面の表面性状を検査する表面性状検査方法であって、光をカメラの光軸方向に合致させて照射し、測定される画像の輝度分布がピーク値を示す位置を、カメラの光軸上に一致させるように、検査表面を位置決めすることにより、検査表面の曲率に起因するシェーディング（輝度分布）を抑制するものである。また、光をカメラの光軸方向に合致させて照射し、測定される画像の輝度分布について、この輝度分布がピーク値を示す位置に相当する検査表面の部位を原点とし、曲率の対称軸を一つの軸とする直交二次元座標で、直交する各座標軸に沿う一次元の輝度分布をそれぞれ近似関数で近似し、これらの近似関数を用いて、画像の輝度分布を除去するように、輝度分布のピーク値を基準値として、座標各位置に相当する測定された画像の輝度を補正し、この補正された輝度の明暗パターンにより検査表面の表面性状を検査することにより、シェーディングのない明暗パターンで表面性状を検査することができる。測定条件はたとえば次のとおりである。また、くぼみの面積率、平均面積を転がり軸受の転動体や軌道輪といった構成要素について測定する場合、上記のパラメータと同様に、一ヶ所の測定値でも代表値として信頼できるが、たとえば直径方向に対向する二ヶ所を測定するとよい。
面積率：観察視野範囲で２値化閾値（（明部の輝度＋暗部の輝度）／２）よりも小さい画素（黒）の占める割合
平均面積：黒の面積の合計／総数
観察視野：８２６μｍ×６２０μｍ
測定箇所：ころ中央部
測定数：２

図３は供試転がり軸受の一例を示しており、この転がり軸受１０は転動体として針状ころ１２を外輪１３に組み込んだ針状ころ軸受であり、針状ころ１２で相手軸１４を支持するようになっている。針状ころ表面に、仕上面の異なる表面処理を施した複数種類の針状ころ軸受を製作し、寿命試験を行なった結果について説明する。寿命試験に用いた針状ころ軸受は、図４に示すように、外径Ｄｒ＝３３ｍｍ、内径ｄｒ＝２５ｍｍ、針状ころ１２の直径Ｄ１＝４ｍｍ、長さＬ＝２５．８ｍｍで、１５本の針状ころを用いた保持器１５付きの軸受である。試験軸受として針状ころの表面粗さ仕上の異なる３種類を製作した。すなわち、研削後スーパーフィニッシュを施した軸受Ａ（比較例）と、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に形成した軸受Ｂ（比較例）、軸受Ｃ（参考例）、軸受Ｄ（参考例）とである。各試験軸受の針状ころにおける仕上面状況を図５〜図７に示す。具体的には、図５は軸受Ａの表面粗さ、図６は軸受Ｂの表面粗さ、図７は軸受Ｃ及び軸受Ｄの表面粗さをそれぞれ示す。また、各試験軸受の表面仕上面の特性値パラメータ一覧を表１に示す。なお、Ｒｑni（Ｌ／Ｃ）については、軸受Ｂ、Ｃ及びＤは１．５以下であり、軸受Ａは１．５前後の値である。また、結晶粒度の測定は、ＪＩＳＧ０５５１の鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法に基づいて行なった。

使用した試験装置は図８に概略図で示したようなラジアル荷重試験機１６で、回転軸１７の両側に試験軸受１０を取り付け、回転と荷重を与えて試験を行なうものである。試験に用いたインナレース（相手軸）の仕上は研磨仕上のＲa０．１０〜０．１６μｍである。アウタレース（外輪）も共通である。試験条件は以下のとおりである。
軸受ラジアル荷重：２０００ｋｇｆ
回転数：４０００ｒｐｍ
潤滑剤：クリセフオイルＨ８（試験条件で２ｃｓｔ）

図９に油膜パラメータΛ＝０．１３の下での寿命試験結果を示す。同図の縦軸が寿命時間（ｈ）を表している。同図に示すように、軸受Ａが７８ｈ、軸受Ｂが８２ｈであったのに対して軸受Ｃは１０５ｈ、軸受Ｄは１２１ｈであった。このデータから明らかなように、針状ころ表面が本発明に係る表面形状を満たすように表面処理された軸受Ｃ及びＤは、油膜パラメータΛ＝０．１３という低粘度、希薄の非常に過酷な潤滑条件下でも長寿命効果を得ることができる。従って、ギア歯面９を上記数値範囲に設定した本発明に係る減速機は、高い長寿命効果を得ることができる。

次に、図１０に示す平歯車疲労試験機を使用して歯車のピッチング試験を実施し、ピッチング強度を評価した。図１０において、ドライブ側歯車３１（歯数２９枚）とドリブン側歯車３２（歯数３０枚）は各々の回転軸３３、３４の片側に取付けられており、ドライブ側の軸３３が図示しないモータにより駆動されている。また、ドライブ側の軸３３に取付けてある負荷レバー３５及び重錘３６によりトルクを負荷する構造となっている。ドライブ側歯車３１は、本発明に係る表面処理の有無で２種類を用意した。試験条件等の詳細は、表２のとおりである。

歯車ピッチング試験のデータを表３、表４及び表５に示す。表３はドライブ側及びドリブン側の何れの歯車にも表面処理を施していない場合（ａ）の結果（比較例）を示し、表４はドライブ側歯車の歯面に、本発明に係る表面性状を満たすように表面処理を施したものを使用した場合（ｂ）の結果（実施例）を示し、表５はドライブ側歯車及びドリブン側歯車の歯面に、本発明に係る表面性状を満たすように表面処理を施したものを使用した場合（ｃ）の結果（実施例）をそれぞれ示す。これらより、ピッチング寿命が、（ａ）の場合に比べ、（ｂ）の場合では２倍以上向上し、（ｃ）の場合では３倍以上向上していることが確認できる。

本発明の減速機の断面図である。前記減速機の要部拡大断面図である。針状ころ軸受の断面図である。寿命試験に用いた針状ころ軸受の断面図である。試験軸受Ａにおける仕上げ面状況を示す粗さ曲線図である。試験軸受Ｂにおける仕上げ面状況を示す粗さ曲線図である。試験軸受Ｃ及びＤにおける仕上げ面状況を示す粗さ曲線図である。試験装置の部分断面図である。寿命試験結果を示すグラフである。平歯車試験機の部分斜視図である。

符号の説明

４ピン（内歯歯車）
５ギア（外歯歯車）
６クランク軸
７入力軸
８ケース
９ギア歯面

Claims

駆動力を入力する入力軸と、入力軸により駆動されて偏心運動するクランク軸と、クランク軸の偏心運動によって駆動され、外歯を有するギアと、ケース内周面に沿って、所定ピッチで配設される複数のピンとを備え、前記ギアの歯面とピンとが接触する減速機において、少なくともギア歯面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下であることを特徴とする減速機。
駆動力を入力する入力軸と、入力軸により駆動され偏心運動するクランク軸と、クランク軸の偏心運動によって駆動され、外歯を有するギアと、ケース内周面に沿って、所定ピッチで配設される複数のピンとで構成され、前記ギアの歯面とピンとが接触する減速機において、少なくともギア歯面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみの平均面積が３０〜１００μｍ^２の範囲内で、かつ、Ｒｙmaxが０．４〜１．０μｍの範囲内であることを特徴とする減速機。
駆動力を入力する入力軸と、入力軸により駆動され偏心運動するクランク軸と、クランク軸の偏心運動によって駆動され、外歯を有するギアと、ケース内周面に沿って、所定ピッチで配設される複数のピンとで構成され、前記ギアの歯面とピンとが接触する減速機において、少なくともギア歯面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面におけるくぼみの面積率が５〜２０％の範囲内であり、かつ、前記くぼみを設けた面の面粗さのパラメータＲｙmaxが０．４〜１．０μｍの範囲内であることを特徴とする減速機。