JP2010007841A - リング歯車とそのリング歯車を備える歯車伝動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトに回転可能に支持されるリング歯車において、強度を保持しつつ、リング内側の貫通空間の径を増大する。
【解決手段】リング歯車４２は、外周面に外歯が形成されており、内周面に２本のフランジ６８が設けられている。２本のフランジ６８の間には、複数の軸受用転動体４４が配置されている。リング歯車４２は、軸受用転動体４４を介してシャフト６に回転可能に支持されている。リング歯車４２の径方向の厚みを薄くしても、リング歯車４２の強度を保持することができる。さらに、リング歯車４２の内側の貫通空間の径を大きくすることができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、内周面と外周面のいずれか一方に歯が形成されているリング歯車と、そのリング歯車を備える歯車伝動装置に関する。

特許文献１に、中空シャフトに対して回転可能に支持されているリング歯車が開示されている。特許文献１には、そのリング歯車を備える歯車伝動装置が開示されている。リング歯車（特許文献１では、「伝達歯車」と称している）は中空シャフト（特許文献１では、「円筒フランジ」と称している）の外側に位置しており、リング歯車と中空シャフトの間に軸受として転動体が配置されている。そのため、リング歯車と中空シャフトの間には、転動体を配置するための隙間が設けられている。
特許文献１の歯車伝動装置は、歯車伝動装置の軸線に沿ってケーブルを通過させるために、中空シャフトとその中空シャフトに回転可能に支持されるリング歯車を採用している。モータのトルクは、リング歯車に伝達され、そのリング歯車からクランクシャフト（特許文献１では「偏心体軸」と称している）に固定されている歯車に伝達される。

特開２００７−２７８３５５号公報

上記したように、特許文献１の歯車伝動装置では、歯車伝動装置内にケーブルを通過させるために、中空シャフトとリング歯車を採用している。中空シャフトの内径を大きくすれば、即ち、リング歯車の内径を大きくすれば、ケーブルを通過させることができる面積を増大することができる。しかしながら、リング歯車の内径を大きくすると、リング歯車の径方向の厚みが減少し、リング歯車の強度が低下する。即ち、従来のリング歯車では、その内径（中空シャフトの内径）の増大と、リング歯車の強度はトレードオフの関係にある。
本明細書は、強度を保持しつつ、リング内側の貫通空間の径を増大することができるリング歯車を開示する。

リング歯車をシャフトに回転可能に支持する場合、通常は歯車とシャフトの間に軸受を配置する。従って、リング歯車の内側に通すことのできるシャフトの径は、軸受の内径で規定される。従来の技術では、軸受の内径を拡大するには、リング歯車の内径を大きくする必要があった。
他方、軸受はインナーレースとアウターレース、及びそれらに挟まれる転動体から構成される。インナーレースとアウターレースは、周方向に一巡する溝が設けられたリングである。転動体は、インナーレースあるいはアウターレースの溝の側壁よってシャフト軸方向の移動が拘束される。
本発明は、軸受レース（インナーレースあるいはアウターレース）の溝の構造に着目する。本発明のリング歯車は、歯が形成された面とは反対側の周面に軸受レースの溝の側壁に相当する２本のフランジを設け、そのフランジの間に転動体を配置する。２本のフランジを設けることによって強度が増大するので、リング歯車の径方向の肉厚を薄くすることができる。転動体は、２本のフランジの間でリング歯車の周面に当接するとともにシャフトに当接する。２本のフランジに挟まれたリング歯車の周面が、軸受のレースの機能を兼ねる。即ち、リング歯車は、転動体を介してシャフトに回転可能に支持される。このリング歯車は、歯車側に配置すべき軸受レースを不要とするとともに、リング歯車の肉厚を薄くすることができる。本発明を外周に外歯が形成されたリング歯車に適用する場合、リング歯車の内側に通すシャフトの径を太くすることができる。本発明を内周に内歯が形成された内歯歯車に適用する場合、中空シャフトの内周面で支持されるリング歯車の内径を大きくすることができる。

本明細書に開示するリング歯車は、リングの内周面と外周面のいずれか一方に歯が形成されている。リングの内周面と外周面の他方（歯が形成されている周面と反対の周面）に、周方向に一巡している２本のフランジが設けられている。２本のフランジの間に複数の軸受用転動体が配置されている。このリング歯車は、軸受用転動体を介してシャフトに回転可能に支持される。軸受用転動体は、典型的には「玉」や「ローラ」でよい。

リング歯車の周面に設けられている歯は、リング歯車の軸方向の全幅に亘って形成されていることが好ましい。
リング歯車の薄肉部（フランジが設けられていない部分）に対向する範囲にだけ歯が形成されていると、リング歯車に伝達されたトルクが薄肉部に集中する。即ち、リング歯車の強度が低い部分にトルクが集中して加わる。リング歯車の軸方向の全幅に亘って歯が形成されていれば、リング歯車に伝達されたトルクを、リング歯車の厚肉部（フランジが設けられている部分）で負担することができる。

上記したように、シャフトとリング歯車の間には複数の軸受用転動体が配置される。夫々の軸受用転動体の相対位置が規制されていないと、シャフトにリング歯車を組み付ける作業が煩雑になる。そのため、リング歯車は、複数の軸受用転動体の相対位置を保持する保持器を備えることが好ましい。
また、保持器は、軸受用転動体が２本のフランジの間から外れることを防止することが好ましい。リング歯車と軸受用転動体の相対位置を予め規制した状態で、シャフトにリング歯車を組み付けることができる。

本明細書では、上記リング歯車を備える歯車伝動装置も開示する。その歯車伝動装置は、内歯歯車と、内歯歯車に係合する外歯歯車のいずれか一方が他方に対して偏心回転する。即ち、本明細書に開示する歯車伝動装置は、偏心揺動型の歯車伝動装置である。
歯車伝動装置は前記したリング歯車に加えて、複数のクランクシャフトと、センターシャフトを備えている。クランクシャフトは、歯車伝動装置の軸線の周りに配置されており、内歯歯車と外歯歯車のいずれか一方を偏心回転させる。センターシャフトは、歯車伝動装置の軸線と同軸に配置されている。なお、「センターシャフト」は、前記したリング歯車を回転可能に支持する「シャフト」に相当する。リング歯車は、軸受用転動体を介してセンターシャフトに回転可能に支持されており、夫々のクランクシャフトに固定されている入力歯車に係合している。また、本明細書でいう「歯車伝動装置の軸線」は、「内歯歯車の軸線」と同意である。

上記の歯車伝動装置は、強度を保持しつつ、リング歯車の内側に従来よりも大径の貫通空間を確保することができる。同時に、リング歯車の径方向の肉厚が薄いにも係わらず、リング歯車からクランクシャフトに大きなトルクを伝達することができる。外歯を有するリング歯車の場合、リング歯車を貫通するセンターシャフトの径を太くすることができる。内歯を有するリング歯車の場合、リング歯車の外側でリング歯車を支持するセンターシャフトを、従来センターシャフトと変えることなくリング歯車の内径を大きくすることができる。

歯車伝動装置は、複数の外歯歯車を備えていてもよい。その場合、リング歯車が外歯歯車の間に配置されていることが好ましい。外歯歯車によって、リング歯車が歯車伝動装置の軸線方向に移動することを防止することができる。

本明細書の技術によると、シャフトに回転可能に支持されるリング歯車において、リング歯車の強度を保持しつつ、リング内側の貫通空間の径を増大することができる。

以下に、実施例のリング歯車の特徴について記載する。
（特徴１）２本のフランジと、それらの間の歯車周面は、軸受レースの「溝」に相当する。従って、実施例のリング歯車は次のように表現することができる。リング歯車は、外周面に外歯が形成されており、内周面に周方向に一巡する溝が形成されている。その溝内に、一部が溝からリング歯車の径方向の内側に張り出している複数の軸受用転動体が配置されている。このリング歯車は、軸受用転動体を介してシャフトに支持される。
上記の表現を、内周面に内歯が形成されたリング歯車に拡張すると次の通りである。中空シャフトに対して回転可能に支持されるリング歯車であって、中空シャフトに対向する面に周方向に一巡する溝が形成されている。その溝内に、一部が溝からリングの径方向の外側に張り出している複数の軸受用転動体が配置されている。このリング歯車は、軸受用転動体を介してシャフトに支持される。
（特徴２）リング歯車は、軸受用転動体を保持する保持器を備えている。その保持器は、リング歯車の周面に対向する位置で一巡しており、軸受用転動体をシャフト側に露出させるための開口が形成されている。

（第１実施例）
本実施例では、リング歯車４２を備える歯車伝動装置１００について説明する。
図１は、歯車伝動装置１００の断面図を示す。図２は、図１のII−II線に沿った断面図を示す。図３は、図１の破線Ａで囲った範囲の拡大図を示す。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図を示す。
図１に示すように、歯車伝動装置１００に、軸線ＣＬ１に沿って貫通孔５が形成されている。貫通孔５内をケーブル４６が通過している。貫通孔５は、後述するキャリア１８Ｘ、１８Ｙに形成されている貫通孔と、中空シャフト（センターシャフト）６の内周面によって形成されている。中空シャフト６は、歯車伝動装置１００の軸線ＣＬ１と同軸に配置されている。リング歯車４２は、ローラ(軸受用転動体)４４を介して中空シャフト６に回転可能に支持されている（図２も参照）。後述するが、リング歯車４２にはモータ６２のトルクが伝達され、リング歯車４２からクランクシャフト１４にトルクが伝達される。歯車伝動装置１００の詳細については後述する。

リング歯車４２について詳細に説明する。
図３に示すように、リング歯車４２の内周面に、２本のフランジ６８が設けられている。２本のフランジ６８は、リング歯車４２の軸線方向の両端に一体に形成されている。そのため、リング歯車４２に溝７０が形成されていると換言することもできる。２本のフランジ６８の間に、複数のローラ４４が配置されている。図３及び図４に示すように、ローラ４４は、一部がフランジ６８よりも内周側に張り出すように配置されている。ローラ４４は、リング歯車４２の内周面に接しているとともに、中空シャフト６の外周面に接している。複数のローラ４４によって、リング歯車４２が中空シャフト６に回転可能に支持されている。
リング歯車４２に、歯車５４が係合している。歯車５４によって、モータ６２（図１を参照）のトルクがリング歯車４２に伝達される。図３に示すように、リング歯車４２の外周面の軸線方向の全幅に亘って、外歯７６が形成されている。歯車５４から伝達されたトルクを、フランジ６８で負担することができる。そのために、リング歯車４２の径方向の厚みを薄くしても、リング歯車４２の強度を維持することができる。リング歯車４２の径方向の厚みを薄くすると、リング歯車４２の内径を大きくすることができ、その結果、中空シャフト６の内径を大きくすることができる。中空シャフト６の内径を大きくすることができれば、貫通孔５（図１を参照）内に多くの配線等を通過させることができる。

ここで、図５と図６を参照し、本実施例のリング歯車４２と従来のリング歯車１４２について比較する。
図５は、本実施例のリング歯車４２と中空シャフト６の位置関係を示している。図６は、従来のリング歯車１４２と中空シャフト１０６の位置関係を示している。なお、リング歯車４２の外径Ｒ４２とリング歯車１４２の外径Ｒ１４２は等しい。
図５に示すように、本実施例のリング歯車４２は、フランジ６８の間にローラ４４を配置することができる。換言すると、リング歯車４２の溝７０内にローラ４４を配置することができる。そのため、リング歯車４２の外周面からリング歯車４２の内周面までの距離Ｔ４２を、リング歯車１４２の外周面からリング歯車１４２の内周面までの距離Ｔ１４２よりも小さくすることができる。すなわち、リング歯車４２の径方向の厚みＴ４２を、リング歯車１４２の径方向の厚みＴ１４２よりも薄くすることができる。その結果、リング歯車４２は、リング内側の実質的な貫通空間の径をリング歯車１４２よりも増大することができる。その結果、中空シャフト６の内径Ｒ６を、中空シャフト１０６の内径Ｒ１０６よりも大きくすることができる。

上記したように、リング歯車４２に加えられるトルクは、フランジ６８で負担することができる。そのため、リング歯車４２の強度は、リング歯車１４２の強度と同程度に維持される。リング歯車４２は、従来のリング歯車１４２よりもリング内側の貫通空間の径が大きく、リング歯車１４２と同程度の強度を有している。
リング歯車４２を備える歯車伝動装置１００は、従来の歯車伝動装置よりも、軸線ＣＬ１に沿って歯車伝動装置１００内に多くの配線等を通過させることができる。

リング歯車４２の他の特徴を説明する。なお、以下で説明する特徴を有していなくても、リング歯車４２が上記した特徴を有していれば、従来のリング歯車１４２よりもリング内側の貫通空間の径が大きく、リング歯車１４２と同程度の強度を得ることができる。すなわち、リング歯車４２の内周面に２本のフランジ６８が設けられていれば、リング歯車１４２よりもリング内側の貫通空間の径が大きく、リング歯車１４２と同程度の強度を得ることができる。
図３と図４に示すように、複数のローラ４４が、保持器７２によってリング歯車４２の溝７０内(２本のフランジ６８の間）に位置決めされている。そのため、予めローラ４４を溝７０内に位置決めした状態で、リング歯車４２を中空シャフト６に組み付けることができる。リング歯車４２と中空シャフト６の組み立てを容易にすることができる。なお、保持器７２は開口７２ａを有する板であり、リング歯車４２の内周を一巡している。図４に示すように、開口７２ａの幅Ｗ７２はローラ４４の径よりも小さい。また、図３に示すように、保持器７２は、ローラ４４の軸線４４Ｍを挟んで、ローラ４４とリング歯車４２が接する位置の反対側に位置している。そのような構造によって、保持器７２は、ローラ４４がフランジ６８の間から外れることを防止することができる。保持器７２は、金属や樹脂等の材料で形成することができる。

歯車伝動装置１００について説明する。
図１と図２に示すように、歯車伝動装置１００は、内周に複数の内歯ピン３２が配置されているケース３４と、ケース３４の内側に配置されている２つの外歯歯車２８Ｘ、２８Ｙを備えている。図２には、外歯歯車２８Ｙが現れている。複数の内歯ピン３２が、ケース３４の内周に一巡して配置されており、ケース３４とともに内歯歯車を形成している。以下の説明では、内歯ピン３２とケース３４を併せて、内歯歯車３６と呼ぶ。
図１に示すように、外歯歯車２８Ｘ、２８Ｙに、貫通孔２８ａが形成されている。貫通孔２８ａ内に、針状ころ軸受８を介して、クランクシャフト１４に固定されている偏心体１２Ｘ、１２Ｙが夫々嵌合している。クランクシャフト１４が回転すると、外歯歯車２８Ｘ、２８Ｙが内歯歯車３６に対して偏心回転する。クランクシャフト１４には、入力歯車３８も固定されている。入力歯車３８は、リング歯車４２に噛み合っている。
図２に示すように、リング歯車４２は、軸線ＣＬ１と同軸に配置されており、３つの入力歯車３８と、中継シャフト２（図１を参照）に固定されている歯車５４に噛み合っている。

図１に示すように、中継シャフト２は、一対の深溝玉軸受５２によってキャリア１８Ｘ、１８Ｙに支持されている。中継シャフト２の端部には、歯車４が固定されている。歯車４は、モータ６２の出力軸５８に固定されているモータ歯車５６に噛合っている。モータ６２の出力軸５８のトルクは、モータ歯車５６、歯車４、歯車５４、リング歯車４２及び入力歯車３８を介して、３本のクランクシャフト１４に伝達される。

クランクシャフト１４は、一対の円錐ころ軸受１６によって、キャリア１８Ｘ、１８Ｙに支持されている。キャリア１８Ｙは、台座４８に固定されている。クランクシャフト１４が外歯歯車２８Ｘ、２８Ｙの貫通孔２８ａを通過しているので、キャリア１８Ｘ、１８Ｙと外歯歯車２８Ｘ、２８Ｙは相対的に回転しない。なお、キャリア１８Ｘとキャリア１８Ｙは、図２に示す柱状部１８Ｚで連結されている。柱状部１８Ｚは、外歯歯車２８Ｙの貫通孔２８ｂを通過している。柱状部１８Ｚと貫通孔２８ｂの間には、外歯歯車２８Ｙの偏心回転を許容する隙間が設けられている。
なお図示は省略するが、外歯歯車２８Ｘにも貫通孔が形成されており、その貫通孔を柱状部１８Ｚが通過している。

内歯歯車３６（ケース３４）が、一対のアンギュラ玉軸受２６によって、キャリア１８Ｘ、１８Ｙに支持されている。内歯歯車３６は、キャリア１８Ｘ、１８Ｙに対して相対的に回転することができる。
図２に示すように、外歯歯車２８Ｙは、内歯歯車３６に噛合っている。外歯歯車２８Ｙの外歯の数と内歯歯車３６の内歯の数（内歯ピン３２の数）は相違しており、外歯歯車２８Ｙが偏心回転すると、内歯歯車３６が回転する。即ち、外歯歯車２８Ｙが偏心回転すると、内歯歯車３６がキャリア１８Ｘ、１８Ｙに対して回転する。
内歯歯車３６には被回転部材２２が固定されている。前記したように、キャリア１８Ｙが台座４８に固定されているので、歯車伝動装置１００は、台座４８に対して被回転部材２２を回転させることができる。

歯車伝動装置１００の他の特徴を説明する。
図１に示すように、リング歯車４２が、外歯歯車２８Ｘと外歯歯車２８Ｙの間に配置されている。そのため、リング歯車４２が軸線ＣＬ１方向に移動することを抑制することができる。リング歯車４２が軸線ＣＬ１方向に移動することを規制する軸受を省略することができる。
入力歯車３８が、一対の円錐ころ軸受１６の間でクランクシャフト１４に固定されている。そのため、リング歯車４２のトルクが、クランクシャフト１４の変位が規制された位置でクランクシャフト１４に伝達される。クランクシャフト１４の回転バランスが安定する。同様に、歯車５４が、一対の深溝玉軸受５２の間で中継シャフト２に固定されている。歯車５４の回転バランスが安定するので、歯車５４からリング歯車４２に安定したトルクを伝達することができる。
キャリア１８Ｘ、１８Ｙとケース３４の間にオイルシール２４が配置されており、キャリア１８Ｘと中継シャフト２の間にオイルシール５５が配置されており、キャリア１８Ｘ、１８Ｙと中空シャフト６の間にＯリング７１（図３を参照）が配置されている。オイルシール２４、５５及びＯリング７１によって、歯車伝動装置１００内のオイルが歯車伝動装置１００外に漏れることを防止することができる。

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。

上記実施例では、リング歯車４２を備える歯車伝動装置１００について説明した。リング歯車４２を、歯車伝動装置以外の装置に使用することもできる。また、実施例は、中空シャフト６の外側でリング歯車４２が支持される例を説明した。この場合、リング歯車４２を支持するシャフトは中実でもよい。

中空シャフトの内側で内歯を有するリング歯車を支持することもできる。即ち、リングの内周面に内歯が形成されており、リングの外周面に２本のフランジが設けられているリング歯車であってもよい。この場合、２本のフランジの間に複数の軸受用転動体を配置し、軸受用転動体を介してリング歯車を中空シャフトに回転可能に支持させる。

複数の内歯歯車が、外歯歯車に対して偏心回転してもよい。その場合、リング歯車を内歯歯車の間に配置することが好ましい。リング歯車が軸線方向に移動することを規制するための軸受を省略することができる。

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。

第１実施例の歯車伝動装置の断面図を示す。 図１のII−II線に沿った断面図を示す。 図１の破線Ａで囲った範囲の拡大図を示す。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図を示す。 第１実施例のリング歯車と中空シャフトの位置関係を説明する図を示す。 従来のリング歯車と中空シャフトの位置関係を説明する図を示す。

符号の説明

６：シャフト（センターシャフト）
１４：クランクシャフト
２８：外歯歯車
３６：内歯歯車
３８：入力歯車
４２：リング歯車
４４：軸受用転動体
６８：フランジ
７２：保持器
７６：外歯
１００：歯車伝動装置

Claims (6)

1. リングの内周面と外周面のいずれか一方に歯が形成されているリング歯車であって、
   リングの内周面と外周面の他方に２本のフランジが設けられており、
   ２本のフランジの間に複数の軸受用転動体が配置されており、
   軸受用転動体を介してリング歯車がシャフトに回転可能に支持されることを特徴とするリング歯車。
2. 前記リング歯車の歯が、リング歯車の軸線方向の全幅に亘って形成されていることを特徴とする請求項１に記載のリング歯車。
3. 複数の軸受用転動体の相対位置を保持する保持器を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のリング歯車。
4. 前記保持器は、軸受用転動体が２本のフランジの間から外れることを防止することを特徴とする請求項３に記載のリング歯車。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のリング歯車を備えているとともに、内歯歯車と、内歯歯車に係合する外歯歯車のいずれか一方が他方に対して偏心回転する偏心揺動型の歯車伝動装置であって、
   歯車伝動装置の軸線の周りに配置されており、内歯歯車と外歯歯車のいずれか一方を偏心回転させる複数のクランクシャフトと、
   歯車伝動装置の軸線と同軸に配置されているセンターシャフトとを備えており、
   リング歯車が、前記軸受用転動体を介してセンターシャフトに回転可能に支持されているとともに、夫々のクランクシャフトに固定されている入力歯車に係合していることを特徴とする歯車伝動装置。
6. 前記内歯歯車に対して偏心回転する前記外歯歯車を複数備えており、
   前記リング歯車が、外歯歯車の間に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の歯車伝動装置。

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