JP2010007697A - 減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】入力軸と入力軸に設けられた偏心体とを有する減速機において、構造的な特徴を持たせることで入力軸の回転により発生する熱を効率よく放熱可能とする。
【解決手段】入力軸１０２に設けられた第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂを備え、第１、第２外歯歯車１０８、１１０と内歯歯車１２２との相対回転を出力として取出す減速機１００であって、入力軸１０２が中空部１０２Ａを有し、第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂが該入力軸１０２と一体的に形成されると共に、入力軸１０２の第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂの形成されている軸方向位置に、凹部１０２Ｂが全周に亘って設けられ、且つ凹部１０２Ｂの切り込み稜線１０２Ｂ１、１０２Ｂ２が、入力軸１０２の軸心Ｏと直角の面に対して傾斜している。
【選択図】図１

Description

本発明は、放熱構造を有する減速機及びその入力軸の製造方法に関する。

従来、入力軸と、該入力軸に設けられた偏心体と、該偏心体の外側に設けられた外歯歯車と、該外歯歯車と内接噛合する内歯歯車とを備え、該外歯歯車と内歯歯車との相対回転を出力として取出す減速機が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような減速機では、入力軸が回転すると、入力軸に設けられた偏心体が、該入力軸と一体となって回転する。すると、偏心体の外側に設けられた外歯歯車が、その内側に設けられた偏心体軸受を介して揺動運動を行うこととなる。そして、揺動運動する外歯歯車が内歯歯車と内接噛合して、その内歯歯車との噛合により発生する外歯歯車と内歯歯車との相対回転が出力される。

この種の減速機の分野においても小型化・高出力化が進んでいる。

特開２００１−１８７９４５号公報

上述したような減速機の場合、各部の摺動や噛合により熱が発生する。発熱の問題は、この種の減速機においては高速で回転する入力軸とそこに設けられた偏心体の付近に最も過酷に集中することとなる。そして、この発熱は、減速機の耐久性に大きく影響し、該減速機の小型化、高出力化の障害となる。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、入力軸と入力軸に設けられた偏心体とを有する減速機において、構造的な特徴を持たせることで入力軸の回転により発生する熱を効率よく放熱可能とすることをその目的としている。

本発明は、入力軸と、該入力軸に設けられた偏心体と、該偏心体の半径方向外側に設けられた外歯歯車と、該外歯歯車と内接噛合する内歯歯車とを備え、該外歯歯車と内歯歯車との相対回転を出力として取出す減速機であって、前記入力軸が、その半径方向中央部に中空部を有し、前記偏心体が該入力軸と一体的に形成され、該入力軸の前記中空部側であって、前記偏心体の形成されている軸方向位置を含む軸方向位置に、凹部が全周に亘って設けられ、該凹部の切り込み稜線が、前記入力軸の軸心と直角の面に対して傾斜していることにより、上記課題を解決するものである。

このような構成を採用した結果、凹部のないときに比べて、入力軸の中空部側の偏心体付近の表面積がより増加する。このため、熱抵抗を下げることが可能となり、中空部における放熱効果が増大する。

又、凹部を形成することで、入力軸と偏心体とで構成される部分の金属量が少なくなるため、その分凹部付近での放熱効果をより増大させることができると共に、軽量化も実現できる。

又、本発明では、この効果を最大限に引き出すために、敢えて偏心体を入力軸と一体形成し、その結果、肉厚化した部分に、前記凹部を形成するようにしている。そのため、強度を低下させることなく、深い凹部を形成でき、大きな放熱効果及び重量軽減効果を発揮させることができる。

更に、本発明に係る凹部は、その切り込み稜線が入力軸の軸線に対して傾斜するように設定されるため、加工が容易であり、且つ、（傾斜された稜線とされている分）より大きな放熱面積を簡易に確保することができる。また、凹部の底面の端部付近が「鈍角」となるため、応力の集中も緩和できる。

本発明は、中空部を有する入力軸と、該入力軸に設けられた偏心体と、該偏心体の半径方向外側に設けられた外歯歯車と、該外歯歯車と内接噛合する内歯歯車とを備え、該外歯歯車と内歯歯車との相対回転を出力として取出す減速機の前記入力軸の製造方法において、前記入力軸の前記中空部側であって、前記偏心体の形成されている軸方向位置を含む軸方向位置に凹部を全周に亘って形成するに当たり、該入力軸の中空部の内径を前記凹部の端部に相当する位置から軸方向に沿って徐々に増大させることによって該凹部の第１切り込み稜線を形成する第１切り込み稜線形成工程を備えたことを特徴とする減速機の入力軸の製造方法と捉えることもできる。

本発明によれば、偏心体を有する減速機において、入力軸の回転により偏心体付近に発生する熱を効率よく放熱することが可能となる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。

図２は本発明の実施形態の一例に係る減速機の側断面図、図１は図２の要部拡大図である。

減速機１００は、入力軸１０２と、該入力軸１０２に一体に設けられた第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂと、該第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂの半径方向外側に設けられた第１、第２外歯歯車１０８、１１０と、該第１、第２外歯歯車１０８、１１０と内接噛合する内歯歯車１２２とを備える。入力軸１０２は、内径Ｄ１の中空部１０２Ａを有しており、第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂの形成された軸方向位置に対応して凹部１０２Ｂが形成されている。以下詳述する。

入力軸１０２は、第２偏心体１０４Ｂの付近に配置された軸受１４２と図示せぬモータ内に配置した軸受とによって回転自在に支持されている。

第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂの外周は、それぞれ約１８０°位相が異なるように入力軸１０２の軸心Ｏに対して偏心している。第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂの外周には、第１、第２偏心体軸受（ころ）１０６Ａ、１０６Ｂを介して前記第１、第２外歯歯車１０８、１１０が嵌合している。第１、第２外歯歯車１０８、１１０は、内歯歯車１２２に内接噛合している。

内歯歯車１２２の内歯は、円柱状の外ピン１１６で構成されている。内歯歯車１２２の歯の数（外ピン１１６の数）は第１、第２外歯歯車１０８、１１０の歯の数より僅かだけ（１乃至３程度）多い。

第１、第２外歯歯車１０８、１１０には複数の内ピン孔１０８Ａ、１１０Ａが軸方向に設けられている。内ピン孔１０８Ａ、１１０Ａには内ローラ１１４を介して内ピン１１２が遊嵌されている。また、第１、第２外歯歯車１０８、１１０の軸方向両側には、第１、第２フランジ１１８、１２４が配置されている。第１フランジ１１８からは前記内ピン１１２が、片持ち状態で一体的に突出形成されている。

第１フランジ１１８の半径方向最も外側には、枠体１２０がボルト１２７（図１ではボルト孔のみ表示）によって連結固定されている。枠体１２０は、減速機１００のケーシングを兼ねる。枠体１２０と内歯歯車１２２は、クロスローラ軸受１２８を介して相対的に回転可能である。一方、第２フランジ１２４は、軸受１４２を介して入力軸１０２を回転可能に支持している。第２フランジ１２４は、ボルト１２６を介して内歯歯車１２２と一体的に連結固定されている。

なお、図の符号１３０、１４４、１４６は、第１〜第３シール部材、符号１４８はＯリングをそれぞれ示している。これら第１〜第３シール部材１３０、１４４、１４６及びＯリング１４８によって減速機１００の内部が密閉されている。この減速機１００は、例えば、図示しない扁平モータを入力軸１０２に搭載して結合することによって、例えばロボットの関節駆動用として用いられる。本発明では組み合わせるモータの種類は特に限定されないため、モータ部分の図示及び詳細な説明は省略する。

ここで入力軸１０２に形成した凹部１０２Ｂについて詳細に説明する。

入力軸１０２には、第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂが一体に形成されている。入力軸１０２の第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂと軸方向に隣接した部位は、肉厚とされ（例えば直径ｄ１）、第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂの形成されている軸方向位置に対応して凹部１０２Ｂを形成されていても十分な強度が確保されている。

入力軸１０２の中空部１０２Ａ側には、第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂの形成されている軸方向位置に対応して、凹部１０２Ｂが全周に亘って形成されている。凹部１０２Ｂの形成深さはΔＤである。すなわち、凹部１０２Ｂが設けられた部分の入力軸１０２の内径Ｄ２は、凹部１０２Ｂの設けられていない部分の入力軸１０２の内径Ｄ１よりも深さΔＤの２倍分だけ大である（２・ΔＤ＝Ｄ２−Ｄ１）。

凹部１０２Ｂの一方の端部Ｐ１から他方の端部Ｐ４までの幅Ｑ１は、第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂの一方の端部Ｐ５から他方の端部Ｐ６までの幅ｑの２倍を超えるほどに十分広い。凹部１０２Ｂの底面１０２Ｂｂ（最も深い部分）の一方の端部Ｐ２から他方の端部Ｐ３までの幅Ｑ２でさえ、第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂの前記幅ｑよりは広い。また、凹部１０２Ｂの底面１０２Ｂｂの一方の端部Ｐ２から他方の端部Ｐ３までの軸方向位置は、第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂの一方の端部Ｐ５から他方の端部Ｐ６までの軸方向位置を完全に包含している。即ち、入力軸１０２上において、凹部１０２Ｂの底面１０２Ｂｂが存在する（形成されている）軸方向範囲Ｑ２は、第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂの形成されている軸方向範囲ｑを含んでいる。

凹部１０２Ｂを形成している第１、第２切り込み稜線１０２Ｂ１、１０２Ｂ２は入力軸１０２の軸心Ｏと直角の面に対して傾斜している。即ち、第１、第２切り込み稜線１０２Ｂ１、１０２Ｂ２の切り込み角度α１、α２は、入力軸１０２の軸心Ｏに対して９０度未満の角度に設定されている。この実施形態では、第１、第２切り込み稜線１０２Ｂ１、１０２Ｂ２の具体的な切り込み角度α１、α２は、双方ともほぼ３０度（４５度以下の浅い切り込み角度）とされている。換言するならば、該凹部１０２Ｂの軸心Ｏを含む断面の形状はこの実施形態では「傾斜の緩い等脚台形」である。ただし、切り込み角度α１、α２は、必ずしも同一にする必要はなく、例えば入力軸の外周形状を考慮して非同一としてもよい。同様に、２つの切り込み稜線は、必ずしも２つとも入力軸の軸心と直角の面に対して傾斜している必要はなく、例えば、一方の側の切り込み稜線については、入力軸の軸心と直角（９０度）とされていても良い。

次に、減速機１００の作用について説明する。

入力軸１０２に対して扁平モータ等からの動力が伝達されると、当該入力軸１０２に一体形成されている第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂが偏心回転する。この第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂの偏心した回転は、第１、第２偏心体軸受１０６Ａ、１０６Ｂを介して第１、第２外歯歯車１０８、１１０へと伝達され、第１、第２外歯歯車１０８、１１０が軸心Ｏに対して揺動を始める。一方で、この第１、第２外歯歯車１０８、１１０の内ピン孔１０８Ａ、１１０Ａには、第１フランジ１１８及び枠体１２０と共に固定状態にある内ピン１１２が挿入されている。そのため、第１、第２外歯歯車１０８、１１０はその自転が規制され、揺動のみを行う。また、内歯歯車１２２の外ピン１１６の数（内歯の数）は第１、第２外歯歯車１０８、１１０の歯の数はより僅かだけ多く設定されているため、内歯歯車１２２は第１、第２外歯歯車１０８、１１０が１回揺動する毎に当該歯数差分だけ自転（第１、第２外歯歯車１０８、１１０に対して相対回転）する。内歯歯車１２２の自転は、該内歯歯車１２２とボルト１２６を介して一体回転する第２フランジ１２４を介して取り出される。

なお、本実施形態において、第２フランジ１２４が固定するように設計した場合は、入力軸１０２の回転が減速された上で第１フランジ１１８（即ち、枠体１２０）の回転として出力される。

ここで、入力軸１０２の回転により、第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂ、第１、第２偏心体軸受１０６Ａ、１０６Ｂ、及び第１、第２外歯歯車１０８、１１０の間で摩擦による熱が発生する。しかし、この熱は、凹部１０２Ｂの存在によって放熱表面積が増加していることと相まって、中空部１０２Ａ側に円滑に放出される。

特に、本実施形態では、凹部１０２Ｂの形成（加工）が極めて容易である。即ち、凹部１０２の第１切り込み稜線１０２Ｂ１を形成（加工）するには、例えば、凹部１０２Ｂの一方の端部Ｐ１（凹部の一方側の端部に相当する位置）から軸方向に沿って内径をＤ１からＤ２にまで徐々に増大させることにより（例えば図示せぬ切削バイトを軸方向に移動させながら入力軸１０２の半径方向外側に徐々に動かすことにより）第１切り込み稜線１０２Ｂ１（凹部１０２Ｂのもう一方の端部Ｐ２側から切削する場合は第２切り込み稜線１０２Ｂ２）を形成できる（第１切り込み稜線形成工程）。ここで、一度半径方向の動きを止めて軸方向にのみ移動させれば、内径Ｄ２が一定の底面１０２Ｂｂを形成できる（凹部底面形成工程）。更にその後、増大した内径Ｄ２を徐々に減少させて増大前の内径Ｄ１に戻せば（再び切削バイトを軸方向に移動させながら半径方向内側に戻せば）第２切り込み稜線１０２Ｂ２（端部Ｐ２側から切削する場合は第１切り込み稜線１０２Ｂ１）を形成できる（第２切り込み稜線形成工程）。これにより（傾斜された稜線とされている分）より大きな放熱面積を極めて簡易に形成・確保することができる。

なお、凹部１０２Ｂは、中空部１０２Ａの形成と同時に形成しても良く、中空部１０２Ａを形成した後に凹部１０２Ｂのみを別途形成しても良い。

また、第１、第２切り込み稜線１０２Ｂ１、１０２Ｂ２が入力軸１０２の軸心Ｏと直角の面に対して傾斜しているため、凹部１０２Ｂの底面１０２Ｂｂと第１、第２切り込み稜線１０２Ｂ１、１０２Ｂ２は、「鈍角」で交差しており、底面１０２Ｂｂの端部Ｐ２、Ｐ３付近での応力集中を避けることもできる。

又、本実施形態では、偏心体１０４を入力軸１０２と一体形成し、その結果、肉厚化した部分に、凹部１０２Ｂを形成している。例えば偏心体を、キー、あるいはスプライン等を利用して入力軸に組込む構造の場合には、入力軸の偏心体の装着部分は、当該キー、あるいはスプライン等の存在により強度が低下し、十分な深さの凹部を形成できない。それに対して、本実施形態では、偏心体１０４の分だけ肉厚となっている部分に凹部１０２Ｂを形成できるので、強度を低下させることなく、深い凹部１０２Ｂを形成でき、大きな放熱効果及び重量軽減効果を発揮させることができる。又、凹部１０２Ｂが深い分、減速機１００自体をより軽くすることが可能であり、入力軸１０２が軽いので軌道効率を高めることもできる。

更に、本実施形態では、凹部１０２Ｂの底面（最も深い部分）１０２Ｂｂの端部Ｐ２、Ｐ３が、それぞれ第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂの端部Ｐ５、端部Ｐ６の軸方向位置を完全に包含する位置に形成されているため、第１、第２偏心体１０４Ａ、１０４Ｂ付近に発生する熱を効率的に凹部１０２Ｂ側に解放することができる。

なお、本発明では、凹部１０２Ｂに、より熱伝導率の高い部材を積極的に配置したり、塗布したりして、輻射される熱を増大させることを禁止するものではない。これにより、単なる凹部としておくよりも、更に効率的に、熱を放出できる場合がある。

前述したように、本実施形態においては、凹部１０２Ｂの軸心を含む断面の形状が等脚台形とされていたが、本発明はこれに限定されるものではない。切り込み稜線の切り込み角度は、必ずしも等しい必要はなく、値も３０度に限定されない。但し、高い放熱効率、加工の容易性、及び応力集中の低減を同時に実現するには、凹部の切り込み稜線は、好ましくは、双方とも軸心に対して４５度以下の切り込み角度に傾斜した角度としておくのが望ましい。これにより、一層放熱効率が高く、応力集中の少ない凹部を、より簡易に形成することができる。

なお、本実施形態においては、剛体の外歯歯車が揺動する内接揺動噛合型遊星歯車減速機を対象としていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、外歯歯車が撓むことによって内歯歯車との相対回転を取り出す、いわゆる「撓み噛み合い式の遊星減速機」にも適用できる。この場合は、外歯歯車を撓ませるために用いられる楕円体及びその楕円外周部などをそれぞれ、本発明の偏心体とみなすことができる。

本発明の第１実施形態の一例に係る減速機の要部拡大断面図 同全体断面図

符号の説明

１００…減速機
１０２…入力軸
１０２Ａ…中空部
１０２Ｂ…凹部
１０４Ａ、１０４Ｂ…第１、第２偏心体
１０６Ａ、１０６Ｂ…第１、第２偏心体用軸受
１０８、１１０…第１、第２外歯歯車
１２２…内歯歯車
１４２…軸受
１０２Ｂ１、１０２Ｂ２…凹部の切り込み稜線
１０２Ｂｂ…凹部の底面
α１、α２…凹部の切り込み稜線の第１、第２切り込み角度

Claims (6)

1. 入力軸と、該入力軸に設けられた偏心体と、該偏心体の半径方向外側に設けられた外歯歯車と、該外歯歯車と内接噛合する内歯歯車とを備え、該外歯歯車と内歯歯車との相対回転を出力として取出す減速機であって、
   前記入力軸が、その半径方向中央部に中空部を有し、
   前記偏心体が該入力軸と一体的に形成され、
   該入力軸の前記中空部側であって、前記偏心体の形成されている軸方向位置を含む軸方向位置に、凹部が全周に亘って設けられ、
   該凹部の切り込み稜線が、前記入力軸の軸心と直角の面に対して傾斜している
   ことを特徴とする減速機。
2. 請求項１において、
   前記凹部の両側の切り込み稜線の切り込み角度が、前記入力軸の軸心に対して４５度以下の角度に設定されている
   ことを特徴とする減速機。
3. 請求項１または２において、
   前記入力軸上において、前記凹部の最も深い部分が形成されている軸方向範囲が、前記偏心体の形成されている軸方向範囲を含む
   ことを特徴とする減速機。
4. 中空部を有する入力軸と、該入力軸に設けられた偏心体と、該偏心体の半径方向外側に設けられた外歯歯車と、該外歯歯車と内接噛合する内歯歯車とを備え、該外歯歯車と内歯歯車との相対回転を出力として取出す減速機の前記入力軸の製造方法において、
   前記入力軸の前記中空部側であって、前記偏心体の形成されている軸方向位置を含む軸方向位置に凹部を全周に亘って形成するに当たり、該入力軸の中空部の内径を前記凹部の一方側の端部に相当する位置から軸方向に沿って徐々に増大させることによって該凹部の第１切り込み稜線を形成する第１切り込み稜線形成工程を備えた
   ことを特徴とする減速機の入力軸の製造方法。
5. 請求項４において、更に、
   前記第１切り込み稜線形成工程によって前記凹部の第１切り込み稜線を形成後に、前記軸方向に沿った内径の増大を中止し、軸方向に沿って徐々に減少させることにより、該凹部の第２切り込み稜線を形成する第２切り込み稜線形成工程を備えた
   ことを特徴とする減速機の入力軸の製造方法。
6. 請求項５において、更に
   前記第１切り込み稜線形成工程と前記第２切り込み稜線形成工程との間に、軸方向に沿って内径が一定の部分を確保する凹部底面形成工程を備えた
   ことを特徴とする減速機の入力軸の製造方法。

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