JP2014148988A - 遊星歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ピン部材の根元の応力集中をより緩和しながら、該ピン部材と摺動促進部材との摺動を円滑に維持する。
【解決手段】外歯歯車（遊星歯車）２２、２４と、該外歯歯車の軸方向側部に配置されたキャリヤ（フランジ部材）３２、３４と、該キャリヤに一体的に形成され外歯歯車に設けられた貫通孔２２Ａ、２４Ａを貫通する内ピン（ピン部材）２８と、該内ピンと外歯歯車との間に配置された摺動促進部材たる滑りローラ４４と、を備えた遊星歯車装置Ｇ１であって、内ピン２８の根元２８Ｂにアール部５０が形成され、該アール部５０のキャリヤ３４側の終端５０Ｅの径ｄ３が、滑りローラのフランジ部材側端部４４Ｅの最内径Ｄ３よりも大きく、かつ滑りローラ４４の内ピン２８の根元２８Ｂ側への移動を規制する移動規制部材５６を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、遊星歯車装置に関する。

特許文献１に、産業用のロボットの手首を駆動するための遊星歯車装置が開示されている。

この遊星歯車装置は、外歯歯車（遊星歯車）と、該外歯歯車よりも僅かに歯数の多い内歯歯車とを備え、外歯歯車を揺動させながら内歯歯車に内接噛合させることにより、該外歯歯車の自転成分を出力として取り出している。

この遊星歯車装置は、外歯歯車の軸方向両側に出力部材であるフランジ部材を備えている。フランジ部材には、複数のピン部材が一体的に突出形成されている。ピン部材は、外歯歯車に設けられた貫通孔を貫通しており、該外歯歯車（の貫通孔の内周面）と接触・摺動しながら前記外歯歯車の自転成分をフランジ部材側に取り出している。

このため、ピン部材と外歯歯車との間には、摺動促進部材が配置されている。また、ピン部材の根元には、アール部（軸断面が円弧状の根元部）が形成されている。

特開２００６−２６３８７８号公報（図１、図２）

従来、ピン部材のアール部のフランジ部材側の終端は、摺動促進部材のフランジ部材側端部の最内径より小さく抑えられていた。これは、もし、アール部のフランジ部材側の終端を摺動促進部材のフランジ部材側端部の最内径より大きく設定すると、摺動促進部材が当該アール部に乗り上げてしまい、該ピン部材と摺動促進部材との間の摺動が円滑に維持できなくなってしまうためである。そのため、結局、該アール部の形成半径を大きく確保することができず、ピン部材の根元に応力が集中し易い、という問題があった。

本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、ピン部材の根元の応力集中をより緩和しながら、該ピン部材と摺動促進部材との摺動を円滑に維持することをその課題としている。

本発明は、遊星歯車と、該遊星歯車の軸方向側部に配置されたフランジ部材と、該フランジ部材に一体的に形成され前記遊星歯車に設けられた貫通孔を貫通するピン部材と、該ピン部材と前記遊星歯車との間に配置された摺動促進部材と、を備えた遊星歯車装置であって、前記ピン部材の根元にアール部が形成され、該アール部のフランジ部材側の終端の径が、前記摺動促進部材のフランジ部材側端部の最内径よりも大きく、かつ前記摺動促進部材の前記ピン部材の根元側への移動を規制する移動規制部材を備えた構成とすることにより、上記課題を解決したものである。

本発明においては、フランジ部材から一体的に形成されているピン部材の根元にアール部を形成する際に、該アール部のフランジ部材側の終端の径を摺動促進部材のフランジ部材側端部の最内径よりも大きく形成している。また、その一方で、摺動促進部材の前記ピン部材の根元側への移動を規制する移動規制部材が備えられている。

これにより、ピン部材の根元のアール部の形成半径を大きくできることによって、該根元での応力集中をより緩和することができるようになると共に、該摺動促進部材の端部がアール部に乗り上げてしまうのを防止でき、ピン部材と摺動促進部材との摺動を円滑に維持することができる。

本発明によれば、ピン部材の根元の応力集中をより緩和しながら、該ピン部材と摺動促進部材との摺動を円滑に維持することができる。

本発明の実施形態の一例に係る遊星歯車装置の要部断面図 図１の遊星歯車装置の全体断面図 図１の外歯歯車を負荷側から見た正面図 図１の外歯歯車の斜視図 本発明の他の実施形態の一例に係る遊星歯車装置の全体断面図 図５の要部拡大断面図 図５の外歯歯車を負荷側から見た正面図

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の一例に係る遊星歯車装置の要部断面図、図２は、図１の遊星歯車装置の全体断面図である。

先ず、遊星歯車装置Ｇ１の全体概略構成から説明する。この遊星歯車装置Ｇ１は、偏心揺動型と称される遊星歯車装置である。

遊星歯車装置Ｇ１の入力軸１２は、中空部１２Ａを有するホローシャフトで構成されている。入力軸１２は、キー１２Ｂを介してモータ１３のモータ軸１３Ａと連結されている。入力軸１２には、偏心体１４、１６が一体的に形成されている。

偏心体１４、１６の軸心Ｏ２、Ｏ３は、入力軸１２の軸心Ｏ１に対して、偏心量Δｅ１分だけそれぞれ偏心している。この例では、偏心体１４、１６の偏心位相差は、１８０度である。

偏心体１４、１６の外周にはころ軸受１８、２０が配置されている。ころ軸受１８、２０の外周には外歯歯車（遊星歯車）２２、２４が揺動可能に組み込まれている。外歯歯車２２、２４は、それぞれ内歯歯車２６に内接噛合している。

内歯歯車２６は、ケーシング３１と一体化された内歯歯車本体２６Ａ、該内歯歯車本体２６Ａに支持された円柱状の外ピン２６Ｂ、および該外ピン２６Ｂに回転自在に外嵌され、内歯歯車２６の「内歯」を構成するローラ２６Ｃとで主に構成されている。内歯歯車２６の内歯の数（ローラ２６Ｃの数）は、外歯歯車２２、２４の外歯の数よりも僅かだけ（この例では１だけ）多い。

外歯歯車２２、２４には、その軸心（Ｏ２、Ｏ３に同じ）からオフセットされた位置に複数（この例では１０個）の貫通孔２２Ａ、２４Ａが円周方向に３６度の間隔で設けられている。また、外歯歯車２２、２４の軸方向両側部には、一対のキャリヤ（フランジ部材）３２、３４が配置されている。キャリヤ３２、３４は、アンギュラ玉軸受４０、４２を介してケーシング３１に支持されている。アンギュラ玉軸受４０、４２は、専用の内輪を有しておらず、キャリヤ３２、３４の外周部が該アンギュラ玉軸受４０、４２の内輪を兼用している。なお、キャリヤ３２、３４は、軸受３５、３７を介して前記入力軸１２を支持している。

負荷側のキャリヤ３４からは内ピン（ピン部材）２８が一体的に形成されている。ここで、「キャリヤ３４から内ピン２８が一体的に形成されている」とは、キャリヤ３４から内ピン２８が当初より「単一の部材」として突出して形成されていることを意味する。すなわち、例えば、フランジ部材とは別の部材で構成されたピン部材が、圧入等によりフランジ部材と連結されることによって一体化される概念は含まない。

具体的には、内ピン２８は、外歯歯車２２、２４の貫通孔２２Ａ、２４Ａに対応して、１０本突出して形成されており、それぞれが外歯歯車２２、２４の貫通孔２２Ａ、２４Ａを貫通している。キャリヤ３４は、出力軸４８と一体化されている。

なお、反負荷側のキャリヤ３２には、該キャリヤ３２の外歯歯車２２、２４側の側面に凹部３２Ｄが形成されている。内ピン２８は、その先端２８Ｔがこの凹部３２Ｄに嵌入された状態で、ボルト４５によってキャリヤ３２とキャリヤ３４とを連結している。

内ピン２８と外歯歯車２２、２４（の貫通孔２２Ａ、２４Ａの内周面）との間には、摺動促進部材たる滑りローラ４４が配置されている。滑りローラ４４は、常時外歯歯車２２、２４の貫通孔２２Ａ、２４Ａの内周面の一部と当接しており、当接していない側には、該貫通孔２２Ａ、２４Ａとの間に偏心体１４、１６の偏心量Δｅ１の２倍に相当する大きさ（２・Δｅ１）の隙間がそれぞれ確保されている。

ここで、内ピン２８の根元近傍の構成について詳細に説明する。

内ピン２８の根元２８Ｂには、アール部５０が形成されている。アール部５０は、基本的には、内ピン２８の外周の仕上げ加工時の仕上げ代（削り代）を確保すると共に、工具の逃げ代を確保するために形成されるものではあるが、本実施形態では、形成半径ｒ１を維持したまま延在され、アール部５０のキャリヤ（フランジ部材）３４側の終端５０Ｅにおける径（内ピン２８の軸心Ｏ５からの距離の２倍）はｄ３とされている（終端５０Ｅが最内径Ｄ３に相当する位置５０Ｃよりも外周側に設定されている）。なお、「キャリヤ３４側の終端５０Ｅにおける径ｄ３」は、常に完全な「円の径」として現れている訳ではなく、例えば、図１、図２に示されるように、軸受３７の収容スペースを確保するためにその一部がカットされ、カットされた側においては、見かけ上の終端が符号５０Ｆで示す位置とされていることがある。このような場合の「キャリヤ３４側の終端５０Ｅの径ｄ３」は、カットされていない円弧部分をベースにしてカットされている円弧を補った符号５０Ｅ、５０Ｇを直径とする径（ｄ３）を指している。

この実施形態では、当該アール部５０のキャリヤ３４側の終端５０Ｅの径ｄ３が、滑りローラ４４のキャリヤ３４側端部４４Ｅの最内径Ｄ３よりも、大きく形成されている（ｄ３＞Ｄ３）。因みに、この「滑りローラ４４のキャリヤ３４側端部４４Ｅの最内径Ｄ３」は、図１に示されるように、もし、滑りローラ４４のキャリヤ３４側端部４４Ｅ側の内径の一部が面取りされている場合には、滑りローラ４４の最内径Ｄ５よりも大きな寸法となる。

この設定（ｄ３＞Ｄ３）は、滑りローラ４４がアール部５０の終端５０Ｅ側に移動してくると、該滑りローラ４４がアール部５０に乗り上げてしまう設定である。そのため、この実施形態では、フランジ部材３４と摺動促進部材４４との間に、該滑りローラ４４の、内ピン２８の軸方向におけるアール部５０の終端５０Ｅ側への移動を規制する移動規制部材５６が設けられている。

移動規制部材５６は、滑りローラ４４のキャリヤ３４側端部４４Ｅが、アール部５０における最内径Ｄ３に相当する位置５０Ｃよりも、さらにアール部５０の終端５０Ｅ側へ移動するのを規制する。換言するならば、移動規制部材５６は、滑りローラ４４がアール部５０に乗り上げる前に、該滑りローラ４４がアール部５０の終端５０Ｅ側（内ピン２８の根元２８Ｂ側）へ移動するのを規制する。これにより、該滑りローラ４４がアール部５０の終端５０Ｅの近傍と衝突・干渉するのを回避できる。

なお、滑りローラ４４の内ピン２８の軸方向キャリヤ３２側への移動は、該キャリヤ３２の軸方向側面３２Ａによって規制されている。

この実施形態では、移動規制部材５６は、各内ピン２８のキャリヤ３４側において、（複数ある内ピン２８の）各内ピン２８の滑りローラ４４に対して、個々に設けられている。移動規制部材５６の滑りローラ４４側には、該滑りローラ４４と当接する第１当接面５６Ａが形成されている。また、移動規制部材５６のキャリヤ３４側には、該キャリヤ３４と当接する第２当接面５６Ｂが形成されている。移動規制部材５６の第１当接面５６Ａと第２当接面５６Ｂの間は、内周面５６Ｃおよび外周面５６Ｄともキャリヤ３４側に向かって内ピン２８の軸心Ｏ５に対して角度θで拡開する形状（ラッパ形状）に形成されている。

移動規制部材５６の第２当接面５６Ｂ側の内径Ｄ８は、アール部５０のキャリヤ３４側の終端５０Ｅの径ｄ３と同一に（あるいはそれよりも大きく）設定され（Ｄ８≧ｄ３）、移動規制部材５６とアール部５０の干渉を回避した上で、該第２当接面５６Ｂとキャリヤ３４との当接を可能としている。

なお、本実施形態においては、図３、図４に示されるように、外歯歯車２４の貫通孔２４Ａの周囲に、座繰り部２４Ｆが設けられ、移動規制部材５６のほぼ全部が外歯歯車２４の当該座繰り部２４Ｆの内側に収められている。この構成は、本発明を実施するに当たって必須の構成ではないが、本実施形態ではアール部５０を大きく取り、かつ、滑りローラ４４とキャリヤ３４との間に移動規制部材５６が介在されるため、内ピン２８の根元２８Ｂの最小径部（アール部５０の最小径部）５０Ｓと、滑りローラ４４および外歯歯車２４の荷重点Ｐ１との距離Ｌ１が大きくなり易い。そこで、座繰り部２４Ｆを形成することにより、内ピン２８の根元２８Ｂの最小径部（アール部５０の最小径部）５０Ｓと、滑りローラ４４および外歯歯車２４の荷重点Ｐ１との距離Ｌ１を短縮し、この不具合を緩和している。なお、ここでいう「座繰り部２４Ｆ」とは、「外歯歯車２４の軸方向側面の貫通孔２４Ａの周辺において、該貫通孔２４Ａの少なくとも一部と連続して形成された凹部空間」を指している。ただし、該定義における「凹部空間」の概念には、段部の概念は含まれない。したがって、例えば外歯歯車の歯部のみの軸方向長さが長く形成されているような場合の歯部以外の部分は、この凹部空間には該当しない。

次に、この偏心揺動型の遊星歯車装置Ｇ１の作用を説明する。

入力軸１２が回転すると、該入力軸１２と一体化されている偏心体１４、１６が偏心回転し、該偏心体１４、１６の外周にころ軸受１８、２０を介して組み込まれている外歯歯車２２、２４が１８０度の位相差で揺動される。外歯歯車２２、２４は、内歯歯車２６に内接噛合しており、かつ、この実施形態では内歯歯車本体２６Ａがケーシング３１と一体化されている。そのため、外歯歯車２２、２４は、入力軸１２が１回回転する毎に、内歯歯車２６（ケーシング３１）に対して歯数差分（この例では１歯分）だけ相対回転する（自転する）。

外歯歯車２２、２４の自転成分は、該外歯歯車２２、２４の貫通孔２２Ａ、２４Ａを貫通している滑りローラ４４および内ピン２８を介してキャリヤ３２、３４に伝達され、該キャリヤ３２、３４がケーシング３１に対して外歯歯車２２、２４の自転成分と同一の速度で相対的に回転する。この結果、キャリヤ３４と一体化されている出力軸４８から減速出力を取り出すことができる。

ここで、内ピン２８のアール部５０近傍の作用を詳細に説明する。

従来は、滑りローラ（４４）の内ピン（２８）の軸方向キャリヤ（３４）側への移動規制は、該キャリヤ（３４）の軸方向側面によって行われていた。このため、基本的に、アール部（５０）の終端（５０Ｅ）が滑りローラ（４４）のキャリヤ（３４）側端部（４４Ｅ）の最内径（Ｄ３）よりも大きく設定されることはなく、したがって、アール部（５０）の形成半径（ｒ１）は小さなものとならざるを得ず、大きな応力集中が発生していた。

これに対し、本実施形態では、アール部５０のキャリヤ（フランジ部材）３４側の終端５０Ｅの径ｄ３を滑りローラ４４のキャリヤ３４側端部４４Ｅの最内径Ｄ３よりも積極的に大きく形成し（ｄ３＞Ｄ３）、その上で、移動規制部材５６を配置することにより滑りローラ４４が当該アール部５０に乗り上げるという作用が生じないようにしている。

すなわち、移動規制部材５６は、滑りローラ４４のキャリヤ３４側端部４４Ｅが、アール部５０における「滑りローラ４４のキャリヤ３４側端部４４Ｅの最内径Ｄ３」に相当する位置５０Ｃよりも、アール部５０の終端５０Ｅ側へ移動するのを規制する。これにより、アール部５０の形成半径ｒ１を十分に大きく取ることができ、従来よりも応力集中を緩和できると共に、アール部５０と滑りローラ４４のキャリヤ３４側端部４４Ｅとが干渉するのを効果的に防止することができ、該内ピン２８と滑りローラ４４との摺動を円滑に維持することができる。

特に、本実施形態では、滑りローラ４４のキャリヤ３４側（フランジ部材側）に移動規制部材５６が設けられているため、滑りローラ４４がキャリヤ３４側に移動するのを容易に規制することができる。

また、複数ある内ピン２８の各内ピン２８の滑りローラ４４に対して個々に移動規制部材５６が設けられているため、移動規制部材５６は、滑りローラ４４のキャリヤ３４側端部４４Ｅの全周に当接することができ、該滑りローラ４４の傾きが抑制され、該滑りローラ４４のより円滑な回転を維持することができる。また、外歯歯車２２、２４を座繰る場合も、貫通孔２２Ａ、２４Ａの周りのみを座繰ればよいため（外歯歯車２２、２４を大きく座繰る必要がないため）、外歯歯車２２、２４の加工も容易である。

また、移動規制部材５６は、キャリヤ３４側に向かって角度θで拡開する形状（ラッパ形状）に形成されているため、たとえアール部５０のキャリヤ３４側の終端５０Ｅの径ｄ３が、滑りローラ４４のキャリヤ３４側端部４４Ｅの最内径Ｄ３よりも大きく形成されていても、該アール部５０を跨ぐような態様で（アール部５０と干渉することなく）移動規制部材５６を配置することができる。

図５に本発明の他の実施形態の一例に係る遊星歯車装置Ｇ２の全体断面を示す。図６は、図５の要部をさらに拡大して示した要部拡大断面図である。なお、先の実施形態と同一または機能的に同一の部分には、先の実施形態の符号と下２桁が同一の符号を付すに止め、重複説明は省略する。

この実施形態においても、内ピン１２８の根元１２８Ｂにアール部１５０が形成され、該アール部１５０のキャリヤ１３４側の終端１５０Ｅの径ｄ１０３が滑りローラ１４４のキャリヤ１３４側端部１４４Ｅの最内径Ｄ１０３よりも大きく形成されている（終端１５０Ｅが最内径Ｄ１０３に相当する位置１５０Ｃよりも外周側に設定されている）。また、摺動促進部材たる滑りローラ１４４の内ピン１２８の軸方向におけるアール部１５０の終端１５０Ｅ側への移動を規制する外歯歯車１２４と一体の移動規制部材１５６が設けられている。

この移動規制部材１５６は、先の実施形態のように、各内ピン１２８の滑りローラ１４４に対して個々に設けられているのではなく、各滑りローラ１４４の外接円の直径（外歯歯車１２４の軸心Ｏ１０３からの距離）Ｄ１１０よりも僅かに小さな内径（外歯歯車１２４の軸心Ｏ１０３からの距離）Ｄ１１２を有する単一のリング形状に突出形成されたものである。各滑りローラ１４４は、この移動規制部材１５６の段差面１５６Ａによってアール部１５０の終端１５０Ｅ側への移動が規制されている。

すなわち、先の実施形態では、各内ピン２８（各ピン部材）の滑りローラ４４に、個々に移動規制部材５６が設けられていたが、この実施形態では、複数の滑りローラ１４４の外接円の近傍と同時に接触する単一の大きなリング形状の移動規制部材１５６が、配置されていることになる。この構成は、（各内ピン１２８の滑りローラ１４４に対して個々の移動規制部材を有しないため）部品点数が少なく、組み付け工数もより削減できるというメリットがある。

なお、この移動規制部材１５６は、外歯歯車１２４と一体化せずに独立した単一の大きなリング状の移動規制部材（１５６）を配置する構成としてもよい。

なお、（一体、別体を問わず）このように複数の滑りローラ１４４の移動を単一の移動規制部材（１５６）で規制する場合においては、例えば図５〜図７に示されるように、外歯歯車１２４の全ての貫通孔１２４Ａの外接円の近傍から内接円の近傍に至る大きな単一の座繰り部１２４Ｆを設けるようにする。尤も、本発明では、遊星歯車に座繰り部を設ける構成は、必ずしも必須ではない。

また、図示はしないが、例えば、この種の遊星歯車装置にあっては、キャリヤ（フランジ部材）が外歯歯車（遊星歯車）の軸方向片側のみに配置され、内ピン（ピン部材）が片持ち状態で一体的にキャリヤから突出されている構成が公知であり、本発明は、このような偏心揺動型の遊星歯車装置にも適用可能である。ピン部材がフランジ部材から片持ち状態で突出形成されているような構成とされている場合には、例えば滑りローラ（摺動促進部材）を、径方向内側に突出した「鍔付き」で構成し、該鍔の部分をピン部材の先端面に当接させるようにすると、当該「鍔」を移動規制部材として機能させることができ、滑りローラがアール部の終端側へ移動するのを規制することができる。

要するならば、本発明は、ピン部材がフランジ部材に両持ち状態で支持されているような遊星歯車装置にも、片持ち状態で支持されているような遊星歯車装置にも適用可能である。また、移動規制部材は、摺動促進部材の内ピンの根元側（フランジ部材側）または先端側のいずれの側に配置されていてもよく、また、独立した部材であっても、外歯歯車や摺動促進部材等の従来存在する部材と一体化されたものであってもよく、さらには、移動規制部材は、各摺動促進部材を同時に規制する単一の摺動促進部材であっても、また各摺動促進部材に対して個々に設けられたものであってもよい。

また、上記実施形態においては、摺動促進部材として、円筒状の滑りローラが採用されていたが、本発明に係る摺動促進部材は、これに限定されるものではなく、例えばニードルやころのような転動体で構成されるものであってもよい。ニードルやころのような転動体で摺動促進部材を構成する場合、本発明でいう「摺動促進部材のフランジ部材側端部の最内径」には、該ニードルやころの最内接円径が対応することになる。

また、上記実施形態においては、いずれも、本発明を偏心揺動型の遊星歯車装置に適用していたが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、単純遊星歯車装置が、遊星歯車と、該遊星歯車の軸方向側部に配置されたキャリヤ（フランジ部材）と、該キャリヤに一体的に形成され遊星歯車に設けられた貫通孔を貫通すると共に遊星歯車を回転自在に支持する遊星ピン（ピン部材）と、該遊星ピンと遊星歯車との間に配置されたニードル軸受やころ軸受（摺動促進部材）を有するような構成とされていた場合には、上記実施形態と同様の構成で本発明を単純遊星歯車装置にも適用することができる。

Ｇ１…遊星歯車装置
１２…入力軸
１４、１６…偏心体
２２、２４…外歯歯車（遊星歯車）
２２Ａ、２４Ａ…貫通孔
２６…内歯歯車
２８…内ピン（ピン部材）
２８Ｂ…根元
３２、３４…キャリヤ
４４…摺動促進部材
４４Ｅ…キャリヤ側端部（フランジ部材側端部）
５０…アール部
５０Ｅ…アール部の終端
５６…移動規制部材

Claims (4)

1. 遊星歯車と、該遊星歯車の軸方向側部に配置されたフランジ部材と、該フランジ部材に一体的に形成され前記遊星歯車に設けられた貫通孔を貫通するピン部材と、該ピン部材と前記遊星歯車との間に配置された摺動促進部材と、を備えた遊星歯車装置であって、
   前記ピン部材の根元にアール部が形成され、該アール部のフランジ部材側の終端の径が、前記摺動促進部材のフランジ部材側端部の最内径よりも大きく、かつ
   前記摺動促進部材の前記ピン部材の根元側への移動を規制する移動規制部材を備えた
   ことを特徴とする遊星歯車装置。
2. 請求項１において、
   前記ピン部材の前記根元側に前記移動規制部材が設けられている
   ことを特徴とする遊星歯車装置。
3. 請求項１または２において、
   前記ピン部材を複数有し、各ピン部材の前記摺動促進部材に対して、個々に前記移動規制部材が設けられている
   ことを特徴とする遊星歯車装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記移動規制部材は、前記フランジ部材側に向かって拡開する形状に形成されている
   ことを特徴とする遊星歯車装置。

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