JP2016205421A - 減速機及びそれに用いられる歯車 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリアの構造を簡素化できることにより、製造を有利に進めることができる減速機を提供する。【解決手段】本実施の形態の減速機１は、内周側に内歯１２を有するケース１０と、内歯１２に噛み合う外歯４１を有する外歯歯車４０と、外歯歯車４０を揺動するクランク軸５０と、クランク軸５０の一端部を回転自在に保持する第１保持部６１、クランク軸５０の他端部を回転自在に保持する第２保持部６２、及び第１保持部６１と第２保持部６２とを連結する支柱６３を有するキャリア６０と、を備える。ケース１０の内歯１２の中心軸周りの周方向で、支柱６３の間に、複数のクランク軸５０が配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、内周側に内歯を有するケース内に外歯を有する歯車が配置され、当該歯車がその外歯をケースの内歯に噛み合わせながら回転する減速機及びそれに用いられる歯車に関する。

この種の減速機として、偏心揺動型の減速機が知られている。このような減速機は、一般的に、内周側に内歯を有するケースと、内歯に噛み合う外歯を有する歯車（以下、外歯歯車と称する。）と、外歯歯車に形成された貫通孔に挿入されその回転によって外歯歯車を揺動するクランク軸と、クランク軸を介して外歯歯車を保持するキャリアと、を備えている。クランク軸はキャリアに回転自在に保持され、クランク軸には偏心体が設けられている。偏心体は外歯歯車の貫通孔に挿入されている。これにより、キャリアはクランク軸を介して外歯歯車を保持している。

また、キャリアは、クランク軸の一端部を回転自在に保持する第１保持部と、クランク軸の他端部を回転自在に保持する第２保持部と、これら第１保持部及び第２保持部を軸方向に連結する支柱と、を有しており、第１保持部と第２保持部との間に、上述の外歯歯車が配置されている。外歯歯車には、クランク軸の偏心体が挿入される貫通孔に加えて、支柱が通される貫通孔が形成されている。

このような減速機では、クランク軸が外部からの入力によってその中心軸周りに回転すると、偏心体が外歯歯車を揺動して、外歯歯車がその外歯をケースの内歯に噛み合わせながら回転する。これにより、クランク軸が自転しながら公転し、この公転動作によってキャリアが回転する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−７４５９号公報

ところで、特許文献１にも示されるように、上述のような減速機では、一般的に、クランク軸とキャリアの支柱とが周方向に交互に並んで配置され、クランク軸の数と支柱の数とが、同一となっている。しかしながら、このような構成は、構造が比較的複雑な支柱がクランク軸の数と同数でキャリアに形成されるため、キャリア全体の構造を複雑化させる場合がある。したがって、キャリアの簡素化に改善の余地がある。

本発明は、上記実情を考慮してなされたものであって、キャリアの構造を簡素化できることにより、製造を有利に進めることができる減速機及びそれに用いられる歯車を提供することを目的とする。

本発明は、内周側に内歯を有するケースと、前記内歯に噛み合う外歯を有する歯車と、前記歯車を揺動するクランク軸と、前記クランク軸の一端部を回転自在に保持する第１保持部、前記クランク軸の他端部を回転自在に保持する第２保持部、及び前記第１保持部と前記第２保持部とを連結する支柱を有するキャリアと、を備える減速機において、前記ケースの内歯の中心軸周りの周方向で、前記支柱の間に、複数の前記クランク軸が配置されている、減速機、である。

本発明の減速機によれば、支柱の間に複数のクランク軸が配置されることで、クランク軸の数と支柱の数とが同一である場合に比べて、クランク軸の数に対して支柱の数が減る。これにより、キャリアの構造を簡素化できる。また、支柱の数に対してクランク軸の数が増加することにより、クランク軸と歯車との接触領域が増加することで、クランク軸から歯車へ伝達される力を増加させることができる。

前記減速機においては、前記第１保持部と前記クランク軸の一端部との間及び前記第２保持部と前記クランク軸の他端部との間の各々に、針状ころ軸受が配置されていてもよい。
この構成によれば、クランク軸からキャリアに伝わるスラスト方向の力を、クランク軸を保持するための軸受として円錐ころ軸受が用いられる場合に比べて低減させることができる。

また、本発明は、内周側に内歯を有するケースの前記内歯に噛み合う外歯を有する歯車であって、クランク軸の一端部を回転自在に保持する第１保持部、前記クランク軸の他端部を回転自在に保持する第２保持部、及び前記第１保持部と前記第２保持部とを連結する支柱を有するキャリアに、前記クランク軸を介して保持され且つ前記クランク軸によって揺動される、減速機に用いられる歯車において、前記クランク軸が通されるクランク軸用貫通孔と、前記支柱が通される支柱用貫通孔と、を備え、当該歯車の周方向で、前記支柱用貫通孔の間に、複数の前記クランク軸用貫通孔が配置されている、歯車、である。

本発明の歯車によれば、キャリアの構造を簡素化できる減速機を構成できる。また、クランク軸用貫通孔の数と支柱用貫通孔の数とが同一である場合に比べて、支柱用貫通孔の数に対してクランク軸用貫通孔の数が増加する。これにより、クランク軸と歯車との接触領域を増加させることができ、クランク軸から歯車へ伝達される力を増加させることができる。

また、前記歯車において、前記支柱用貫通孔は、当該歯車の周方向で離間して二個配置され、当該歯車の周方向における二個の前記支柱用貫通孔の間の領域の一方と他方とで、複数且つ同数の前記クランク軸用貫通孔が配置されていてもよい。
この構成によれば、二個の支柱用貫通孔の間の領域の一方と他方とで、歯車に作用する力を均一にすることができるため、耐久性を向上させることができる。

本発明によれば、キャリアの構造を簡素化できることにより、製造を有利に進めることができる減速機を提供できる。

本発明の一実施の形態に係る減速機の断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施の形態について説明する。

図１に示す本実施の形態に係る減速機１は、偏心揺動型の減速機である。この減速機１は、例えば、風車のタワーに対してナセルを回転させるようにヨー駆動するヨー駆動装置、又は、ナセル側のハブに対してブレードの軸部を回転させるようにピッチ駆動するピッチ駆動装置に用いる減速機として好適である。なお、減速機１は、風車用に限らず、各種産業用機械又は建設機械等において用いることもできる。

図１に示すように、本実施の形態に係る減速機１は、ケース１０と、ケース１０内に収容される入力ギア２０及び減速部３０と、減速部３０に一端部を結合し他端部をケース１０から突出させる出力軸１００と、を備えている。ケース１０は、筒状に形成され、内周側（内周面）に内歯１２を有している。減速部３０は、ケース１０の内歯１２に噛み合う外歯４１を有する外歯歯車４０と、外歯歯車４０を揺動するクランク軸５０と、クランク軸５０を回転自在に保持すると共に当該クランク軸５０を介して外歯歯車４０を保持するキャリア６０と、を有している。

この減速機１では、モータ（図示せず）から入力ギア２０を介して入力された回転が、減速部３０によって減速されて出力軸１００から出力される。出力軸１００におけるケース１０から突出した他端部には、駆動ギア１０１が設けられている。駆動ギア１０１に噛み合う被動ギヤ（図示せず）に、入力ギア２０から入力された回転が減速されて伝達される。

図中において、符号Ｌ１は、出力軸１００の中心軸を示している。ケース１０の内歯１２が設けられる内周面の中心軸は、中心軸Ｌ１と同軸上に位置する。以下では、単に「軸方向」と記す場合、この方向は、中心軸Ｌ１上を延びる方向又は中心軸Ｌ１に平行な方向を意味する。また、中心軸Ｌ１に直交する方向を径方向と呼び、中心軸Ｌ１周りの方向を周方向と呼ぶ。

ケース１０は、両端部が開放する筒状に形成されたメインケース部１１ａと、メインケース部１１ａの一端部側の開放部分に装着されるサブケース部１１ｂと、を有している。メインケース部１１ａとサブケース部１１ｂとは、これらの縁部同士がボルト（図示せず）で締結されることにより、連結されている。メインケース部１１ａにおいては、サブケース部１１ｂが装着される一端部とは反対側の他端部から、出力軸１００が突出する。メインケース部１１ａの一端部と他端部との間の中間部分の内周面には、径方向の内側に張り出す環状壁部１１ｃが形成されている。

メインケース部１１ａは、環状壁部１１ｃを基準に一端部側、すなわちサブケース部１１ｂ側に位置する入力側部分１１１と、環状壁部１１ｃを基準に他端部側、すなわち出力軸１００が突出する側に位置する出力側部分１１２と、を有する。このうち、入力側部分１１１に、減速部３０が収容され、入力側部分１１１の内周面に、上述の内歯１２が設けられている。

内歯１２は、ピン状に形成された複数の内歯ピン１２Ａから構成されている。内歯ピン１２Ａは、メインケース部１１ａの入力側部分１１１の内周面の全域に周方向に並んで複数形成されたピン溝１３に嵌め込まれて取り付けられている。内歯ピン１２Ａは、その長手方向が中心軸Ｌ１方向と平行に位置するように配置されている。内歯ピン１２Ａは、メインケース部１１ａの入力側部分１１１の内周面において周方向に沿って等間隔に配列されており、上述した外歯歯車４０の外歯４１と噛み合うように構成されている。

メインケース部１１ａの環状壁部１１ｃには、入力側部分１１１側から出力側部分１１２側へ向けて凹む環状の第１軸受収容溝１４が形成されている。第１軸受収容溝１４には、第１軸受１５が挿入されている。図示の第１軸受１５は、円錐ころ軸受である。第１軸受１５は、その外輪を、第１軸受収容溝１４の底面に軸方向で当接又は近接させると共に、第１軸受収容溝１４の側面に径方向で当接又は近接させている。これにより、第１軸受１５が第１軸受収容溝１４に取り付けられている。

また、出力側部分１１２の他端部（外側端部）には、出力側部分１１２側から入力側部分１１１側へ向けて凹む環状の第２軸受収容溝１６が形成されている。第２軸受収容溝１６には、第２軸受１７が挿入されている。図示の第２軸受１７は、円錐ころ軸受である。第２軸受１７は、その外輪を、第２軸受収容溝１６の底面に軸方向で当接又は近接させると共に、第２軸受収容溝１６の側面に径方向で当接又は近接させている。これにより、第２軸受１７が第２軸受収容溝１６に取り付けられている。

第１軸受１５の内輪の内周側及び第２軸受１７の内輪の内周側に、出力軸１００が挿入されている。これにより、出力軸１００が、ケース１０に回転自在に保持されている。出力軸１００は、第１軸受１５からメインケース部１１ａの入力側部分１１１に突出している。出力軸１００は、入力側部分１１１に突出した部分において減速部３０に結合されている。出力軸１００の入力側部分１１１に突出した部分の外周面には、スプライン部１０２が形成されている。スプライン部１０２に、減速部３０のキャリア６０が嵌合する。これにより、出力軸１００と減速部３０とが結合されている。この詳細については、後述する。

上述の入力ギア２０は、ケース１０のサブケース部１１ｂ側に配置されている。サブケース部１１ｂには、モータ（図示省略）が取り付けられ、このモータの回転が入力ギア２０に伝達される。入力ギア２０は、平歯車であり、その中心軸が、出力軸１００の中心軸Ｌ１上に位置するように配置されている。入力ギア２０は、クランク軸５０の一端部に設けられる後述のスパーギア５３に噛み合うことにより、その回転をクランク軸５０に伝達するようになっている。

減速部３０は、上述したように、外歯歯車４０と、クランク軸５０と、キャリア６０と、を有している。このうち、キャリア６０は、クランク軸５０の一端部（入力ギア２０側の端部）を回転自在に保持する第１保持部６１、クランク軸５０の他端部（出力軸１００が突出する側の端部）を回転自在に保持する第２保持部６２、第１保持部６１と第２保持部６２とを連結する支柱６３（図２参照）、及び当該キャリア６０を出力軸１００と結合するための結合筒部６４を有している。なお、図１においては、説明の便宜上、支柱６３が二点鎖線で示されている。

第１保持部６１及び第２保持部６２は、円環状に形成されており、軸方向で離間して互いに対向している。支柱６３は、第１保持部６１の径方向の略中央領域と第２保持部６２の径方向の略中央領域との間に跨がるように設けられ、第１保持部６１と第２保持部６２とを連結している。また、結合筒部６４は、第１保持部６１の内周縁と第２保持部６２の内周縁との間に跨がるように設けられている。結合筒部６４は、円筒状に形成され、その内周面に、スプライン部６５が形成されている。スプライン部６５に、出力軸１００のスプライン部１０２が挿入されて嵌合し、これにより、出力軸１００と減速部３０とが結合されている。

第１保持部６１には、第１端部用貫通孔７１が形成されている。クランク軸５０の一端部は、第１クランク軸用軸受７３を介して第１端部用貫通孔７１に回転自在に保持されている。図示の第１クランク軸用軸受７３は、針状ころ軸受である。すなわち、本実施の形態では、第１保持部６１の第１端部用貫通孔７１とクランク軸５０の一端部との間に、針状ころ軸受７３が配置されている。また、第２保持部６２には、第２端部用貫通孔７２が形成されている。クランク軸５０の他端部は、第２クランク軸用軸受７４を介して第２端部用貫通孔７２に回転自在に保持されている。図示の第２クランク軸用軸受７４は、針状ころ軸受である。すなわち、本実施の形態では、第２保持部６２の第２端部用貫通孔７２とクランク軸５０の他端部との間に、針状ころ軸受７４が配置されている。なお、針状ころ軸受としての第１クランク軸用軸受７３及び第２クランク軸用軸受７４は図中において簡略的に示されているが、これらはアウタレースとインナレースとの間に円筒状の転動体が保持されて構成される。

次に、本実施の形態のクランク軸５０は、シャフト本体５１と、偏心体５２（図２参照）と、上述したスパーギア５３と、を有している。このうち、シャフト本体５１の一端部が、第１クランク軸用軸受７３を介して第１端部用貫通孔７１に回転自在に保持され、シャフト本体５１の他端部が、第２クランク軸用軸受７４を介して第２端部用貫通孔７２に回転自在に保持されている。また、シャフト本体５１の一端部は、第１端部用貫通孔７１からサブケース部１１ｂ側に突出しており、このシャフト本体５１の一端部における第１端部用貫通孔７１から突出する部分に、スパーギア５３が固定されている。

クランク軸５０がキャリア６０に保持された状態において、偏心体５２は、キャリア６０の第１保持部６１と第２保持部６２との間に配置される。また、これら第１保持部６１と第２保持部６２との間には、外歯歯車４０が配置されている。ここで、偏心体５２は、外歯歯車４０に挿入されている。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。外歯歯車４０には、偏心体５２を挿入するためのクランク軸用貫通孔４２が形成されている。クランク軸用貫通孔４２は、軸方向に平行に延びている。図２に示すように、偏心体５２とクランク軸用貫通孔４２との間には、クランク軸用軸受５４が配置されている。クランク軸用軸受５４は、針状ころ軸受である。また、外歯歯車４０には、上述したキャリア６０の支柱６３を通すための支柱用貫通孔４３も形成されている。

外歯歯車４０の外歯４１は、ケース１０の内周の内歯１２の歯数よりも１個或いは複数個少なくなるように設けられている。このため、クランク軸５０が回転するごとに、外歯４１と内歯１２との噛み合いがずれ、外歯歯車４０が偏心して揺動回転するように構成されている。

なお、外歯歯車４０において、クランク軸用貫通孔４２は円形に形成される一方で、支柱用貫通孔４３は各角部が丸みを有する台形状に形成されている。すなわち、クランク軸用貫通孔４２と支柱用貫通孔４３とは形状が異なる。支柱用貫通孔４３は、上述のような台形状に限定されるものではないが、外歯歯車４０が偏心して揺動回転した際に、支柱６３に干渉しない形状に形成されている。

ところで、図２に示すように、本実施の形態では、四個のクランク軸５０が、中心軸Ｌ１周りに設けられている。したがって、キャリア６０の第１保持部６１においては、四個の第１端部用貫通孔７１が形成され、第２保持部６２においては、四個の第２端部用貫通孔７２が形成されている。また、スパーギア５３は、各クランク軸５０に固定されることにより、入力ギア２０の周囲には、四個のスパーギア５３の各々が入力ギア２０に噛み合う状態で配置されている。また、外歯歯車４０には、四個のクランク軸用貫通孔４２が形成されている。

図２を参照して、本実施の形態に係るクランク軸５０及びキャリア６０の支柱６３の配置構成について詳述する。本実施の形態では、キャリア６０が二個の支柱６３を有しており、出力軸１００の中心軸Ｌ１、すなわちケース１０の内歯１２の中心軸周りの周方向で、支柱６３の間に、複数のクランク軸５０が配置されている。詳しくは、二個の支柱６３は、中心軸Ｌ１周りの周方向で１８０度離間して、中心軸Ｌ１を挟んで対向するように形成されている。そして、周方向における二個の支柱６３の間の領域の一方と他方との各々で、二個（複数且つ同数）のクランク軸５０が配置されている。

図示の例では、隣接する支柱６３とクランク軸５０とは、中心軸Ｌ１周りの周方向で６０度だけ離間し、隣接する二個のクランク軸５０は、中心軸Ｌ１周りの周方向で６０度だけ離間している。すなわち、本実施の形態において二個の支柱６３及び四個のクランク軸５０の６つの配置位置は、周方向に等間隔に並べられている。

同様に、外歯歯車４０においては、二個の支柱用貫通孔４３が中心軸Ｌ１周りの周方向で１８０度だけ離間して、中心軸Ｌ１を挟んで対向するように形成されている。そして、外歯歯車４０の周方向における二個の支柱用貫通孔４３の間の領域の一方と他方との各々では、二個（複数且つ同数）のクランク軸用貫通孔４２が形成されている。

次に、本実施の形態の作用について説明する。

上述した減速機１において、図示しないモータによって入力ギア２０が回転すると、入力ギア２０に噛み合う各スパーギア５３が回転し、各クランク軸５０が回転する。この回転に伴って、外歯歯車４０が内歯１２と噛み合いをずらしながら揺動するように偏心して回転する。この外歯歯車４０の偏心回転に伴って、各クランク軸５０が自転しながら中心軸Ｌ１を中心として公転動作を行う。このクランク軸５０の公転動作により、クランク軸５０を保持するキャリア６０が回転する。これにより、キャリア６０にスプライン結合された出力軸１００が回転し、駆動ギア１０１からトルクを伝達することが可能となる。

本実施の形態に係る減速機１によれば、キャリア６０の支柱６３の間に複数のクランク軸５０が配置されることで、クランク軸の数と支柱の数とが同一である場合に比べて、クランク軸５０の数に対して支柱６３の数が減る。これにより、キャリア６０の構造を簡素化できることにより、製造を有利に進めることができる。

すなわち、キャリア６０の構造が複雑であると、鋳造で形成される場合に、キャリア６０に所謂、巣が発生し易くなる。すなわち、キャリア６０の密度がばらつき易くなる。これに対して、本実施の形態に係る減速機１によれば、キャリア６０の構造を簡素化できるため、キャリア６０を鋳造で形成する場合であっても巣の発生が抑制され得る。よって、製品品質を向上させることができるという利点がある。また、鋳型を簡素化できるため、製造コストを抑制できるという利点もある。

一方、キャリア６０の構造が複雑であると、鍛造で形成される場合に、複雑な特殊工具が必要となり、製造コストが嵩む。これに対して、本実施の形態に係る減速機１によれば、キャリア６０の構造を簡素化できるため、キャリア６０を鍛造で形成する場合であっても、特殊工具の複雑化を抑制できる。よって、製造コストを抑制できるという利点がある。

また、本実施の形態に係る減速機１によれば、支柱６３の数に対してクランク軸５０の数が増加することにより、クランク軸５０と外歯歯車４０との接触領域が増加することで、クランク軸５０から外歯歯車４０へ伝達される力を増加させることができる。言い換えると、外歯歯車４０において、クランク軸用貫通孔の数と支柱用貫通孔の数とが同一である場合に比べて、支柱用貫通孔４３の数に対してクランク軸用貫通孔４２の数が増加する。これにより、クランク軸５０と外歯歯車４０との接触領域を増加させることができることで、クランク軸５０から外歯歯車４０へ伝達される力を増加させることができる。

また、本実施の形態に係る減速機１においては、キャリア６０の第１保持部６１とクランク軸５０の一端部との間及び第２保持部６２とクランク軸５０の他端部との間の各々に、針状ころ軸受（７３，７４）が配置されている。この構成によれば、クランク軸５０からキャリア６０に伝わるスラスト方向の力を、クランク軸５０を保持するための軸受として円錐ころ軸受が用いられる場合に比べて低減させることができる。その結果、支柱６３の数が減ったとしても、実際の使用で支障が生じない程度のキャリア６０の剛性を確保できる。これにより、キャリア６０の簡素化によってその機能に支障が生じることを防止することができる。

しかも本実施の形態では、外歯歯車４０において、支柱用貫通孔４３は、当該歯車の周方向で離間して二個配置され、周方向における二個の支柱用貫通孔４３の間の領域の一方と他方とで、複数且つ同数、具体的には二個のクランク軸用貫通孔４２が配置されている。すなわち、減速機１において、周方向における二個の支柱６３の間の領域の一方と他方とで、複数且つ同数、具体的には二個のクランク軸５０が配置されている。この構成によれば、二個の支柱用貫通孔４３の間の領域の一方と他方とで、外歯歯車４０に作用する力を均一にすることができる。これにより、外歯歯車４０の耐久性を向上させることができる。

以上、本発明の一実施の形態を説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施の形態では、減速機１において、二個の支柱６３が配置され、四個のクランク軸５０が配置されているが、支柱６３の数及びクランク軸５０の数は、他の態様であってもよい。例えば、周方向における二個の支柱６３の間の領域の一方と他方とで、三個のクランク軸５０が配置されていてもよい。また、減速機１において、三個の支柱６３が配置され、隣接する支柱６３の間に、複数個のクランク軸５０が配置されていてもよい。また、減速機１において、一個の支柱６３が配置され、周方向で、支柱６３の間に複数のクランク軸５０が配置されていてもよい。

１ 減速機
１０ ケース
１２ 内歯
２０ 入力ギア
３０ 減速部
４０ 外歯歯車
４１ 外歯
４２ クランク軸用貫通孔
４３ 支柱用貫通孔
５０ クランク軸
５３ スパーギア
６０ キャリア
６１ 第１保持部
６２ 第２保持部
６３ 支柱
７１ 第１端部用貫通孔
７２ 第２端部用貫通孔
７３ 第１クランク用軸受
７４ 第２クランク用軸受
Ｌ１ 中心軸

Claims (4)

1. 内周側に内歯を有するケースと、
   前記内歯に噛み合う外歯を有する歯車と、
   前記歯車を揺動するクランク軸と、
   前記クランク軸の一端部を回転自在に保持する第１保持部、前記クランク軸の他端部を回転自在に保持する第２保持部、及び前記第１保持部と前記第２保持部とを連結する支柱を有するキャリアと、を備える減速機において、
   前記ケースの内歯の中心軸周りの周方向で、前記支柱の間に、複数の前記クランク軸が配置されている、減速機。
2. 前記第１保持部と前記クランク軸の一端部との間及び前記第２保持部と前記クランク軸の他端部との間の各々に、針状ころ軸受が配置されている、請求項１に記載の減速機。
3. 内周側に内歯を有するケースの前記内歯に噛み合う外歯を有する歯車であって、クランク軸の一端部を回転自在に保持する第１保持部、前記クランク軸の他端部を回転自在に保持する第２保持部、及び前記第１保持部と前記第２保持部とを連結する支柱を有するキャリアに、前記クランク軸を介して保持され且つ前記クランク軸によって揺動される、減速機に用いられる歯車において、
   前記クランク軸が通されるクランク軸用貫通孔と、
   前記支柱が通される支柱用貫通孔と、を備え、
   当該歯車の周方向で、前記支柱用貫通孔の間に、複数の前記クランク軸用貫通孔が配置されている、減速機に用いられる歯車。
4. 前記支柱用貫通孔は、当該歯車の周方向で離間して二個配置され、
   当該歯車の周方向における二個の前記支柱用貫通孔の間の領域の一方と他方とで、複数且つ同数の前記クランク軸用貫通孔が配置されている、請求項３に記載の減速機に用いられる歯車。

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