JP2018128072A - 偏心揺動型の歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】揺動歯車と偏心体との間に配置される偏心体軸受の寿命をより長くする。【解決手段】揺動歯車２０と、偏心体３０を有し揺動歯車が噛合する歯車２２の軸心Ｃ２２上に配置されたクランク軸２６と、揺動歯車と偏心体との間に配置される偏心体軸受３２と、を備えた偏心揺動型の歯車装置Ｇ１であって、偏心体軸受は、転動体３３と、該転動体が転走する内輪側転走面３１と、を有し、該内輪側転走面は、当該内輪側転走面の周方向において、偏心体の最大偏心方向Ｅｍａｘから４５度の位置Ｐ４５での偏心体の軸心Ｃ３０からの外径ｒＰ４５が、４５度±２０度の各位置Ｐ２５、Ｐ６５での外径ｒＰ２５、ｒＰ６５のいずれよりも小さい。【選択図】図２

Description

本発明は、偏心揺動型の歯車装置に関する。

特許文献１に、偏心揺動型の歯車装置が開示されている。この歯車装置は、揺動する外歯歯車と、該外歯歯車が揺動しながら内接噛合する内歯歯車を備えている。歯車装置は、外歯歯車を揺動させる偏心体を有するクランク軸を備えている。外歯歯車と偏心体との間には、偏心体軸受が配置されている。

特開２０１５−８３３２９号公報（図１、図６）

このような偏心揺動型の歯車装置においては、揺動歯車と偏心体との間に配置された偏心体軸受の寿命が短い（耐久性が低い）という問題があった。そのため、大型で高強度の軸受を採用する必要があり、寸法、重量、およびコストの増大要因となっていた。

本発明は、この問題を解消するためになされたものであって、揺動歯車と偏心体との間に配置される偏心体軸受の寿命をより長くすることをその課題としている。

本発明は、揺動歯車と、該揺動歯車を揺動させる偏心体と、該偏心体を有するクランク軸と、前記揺動歯車と前記偏心体との間に配置される偏心体軸受と、を備えた偏心揺動型の歯車装置であって、前記偏心体軸受は、転動体と、該転動体が転走する内輪側転走面と、を有し、該内輪側転走面は、当該内輪側転走面の周方向において、該内輪側転走面に最も荷重が掛かる最大荷重位置での前記偏心体の軸心からの外径が、前記最大荷重位置から±２０度離れた各位置での外径のいずれよりも小さい構成とすることにより、上記課題を解決したものである。

偏心揺動型の歯車装置の場合、揺動歯車の揺動によるトルク伝達時に偏心体軸受が揺動歯車側から受ける荷重の大きさは、偏心方向に対して所定の関係がある。

本発明は、この点に着目し、偏心揺動型の歯車装置の内輪側転走面において、内輪側転走面に最も荷重が掛かる最大荷重位置での偏心体の軸心からの外径を、その周辺の外径よりも小さく設定し、該内輪側転走面と転動体との当接負荷を軽減させるように構成した。これにより、偏心体軸受の最大荷重および最大面圧をより小さくすることができるようになり、（内輪側転走面を含め）偏心体軸受の寿命をより長くすることができるようになる。

本発明によれば、揺動歯車と偏心体との間に配置される偏心体軸受の寿命をより長くすることができる。

本発明の実施形態に係る偏心揺動型の歯車装置の一例を示す全体断面図 図１の矢視ＩＩ−ＩＩ線に沿う一部に拡大断面を含む断面図 図１、図２の歯車装置の内輪側転走面の一例を示す断面図 図３の内輪側転走面と同一の内輪側転走面を示す断面図 本発明の実施形態の他の例に係る偏心揺動型の歯車装置の全体断面図 図５の矢視ＶＩ−ＶＩ線に沿う一部に拡大断面を含む断面図 図５、図６の歯車装置の内輪側転走面の一例を示す断面図 図７の内輪側転走面と同一の内輪側転走面を示す断面図

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偏心揺動型の歯車装置の一例を示す全体断面図、図２は、図１の矢視ＩＩ−ＩＩ線に沿う一部に拡大断面を含む断面図である。

この偏心揺動型の歯車装置Ｇ１は、外歯歯車（揺動歯車）２０と内歯歯車２２を有し、外歯歯車２０が揺動しながら内歯歯車２２に内接噛合している。歯車装置Ｇ１は、図示せぬモータからの動力を受ける入力軸１２を備える。入力軸１２にはキー２８を介して２つの偏心体３０が設けられている。なお、偏心体３０は、入力軸１２と（初めから一つの部材として）一体化されていてもよい。

この歯車装置Ｇ１においては、このように、入力軸１２が偏心体３０を有しており、外歯歯車２０を揺動させるクランク軸２６として機能している。この歯車装置Ｇ１では、クランク軸２６を構成している入力軸１２は、揺動する外歯歯車２０が噛合している内歯歯車２２の軸心Ｃ２２上に１本のみ設けられている。

各偏心体３０の軸心Ｃ３０は、クランク軸２６の軸心Ｃ２６に対して所定の偏心量ｅだけ偏心している。なお、クランク軸２６の軸心Ｃ２６は、この歯車装置Ｇ１の場合、内歯歯車２２の軸心Ｃ２２と同じである。２つの偏心体３０の偏心位相差は、１８０度である（互いに離反する方向に偏心している）。

主に図２を参照して、各偏心体３０には、偏心体軸受３２を介して外歯歯車２０が組み込まれている。偏心体軸受３２は、玉（またはころ）で構成された転動体３３を有している。この歯車装置Ｇ１の偏心体軸受３２は、専用の内外輪を有していない。つまり、偏心体３０の外周３１が偏心体軸受３２の内輪側転走面を構成している。また、外歯歯車２０の内周２１が、偏心体軸受３２の外輪側転走面を構成している。

本明細書では、以降、偏心体３０の外周３１を、適宜（偏心体軸受３２の）内輪側転走面３１と称し、外歯歯車２０の内周２１を、適宜（偏心体軸受３２の）外輪側転走面２１と称す。偏心体軸受３２の構成については、後に詳述する。

外歯歯車２０を２枚組み込んでいるのは、伝達容量の確保、および外歯歯車２０が偏心揺動した際の歯車装置Ｇ１全体の動的バランスをより向上させるためである。各外歯歯車２０は、偏心位相が１８０度異なっているが、各外歯歯車２０の偏心位相に対する動力伝達特性は同一である。

内歯歯車２２は、内歯歯車本体３８および内歯を構成する外ピン４０を有している。内歯歯車本体３８は、ケーシング４２と一体化され、内周に円弧状の溝部３６を有している。外ピン４０は、該円弧状の溝部３６に回転自在に組み込まれている。内歯歯車２２の内歯の数（外ピン４０の本数）は、外歯歯車２０の外歯の数よりも僅かだけ（この例では１だけ）多い。

一方、外歯歯車２０には、該外歯歯車２０の軸心（偏心体３０の軸心Ｃ３０と同じ）からオフセットした位置に貫通孔４４が周方向において複数形成されている。各貫通孔４４を内ピン（ピン部材）４６が貫通している。内ピン４６の外周には摺動向上部材として内ローラ４８が外嵌している（内ローラ４８はなくてもよい）。内ローラ４８と貫通孔４４は、一部のみが当接し、当接していない部位には、偏心体３０の偏心量ｅの２倍に相当する隙間が存在している。

内ピン４６は、出力軸５０と一体化されたフランジ体５２の圧入穴５２Ａに圧入されている。

ここで、偏心体軸受３２の寿命を長くする構成について詳細に説明する。本構成は、偏心揺動型の歯車装置Ｇ１の動力伝達系の作用と密接な関係があるため、便宜上、偏心揺動型の歯車装置Ｇ１の動力伝達系の作用の説明と共に説明してゆく。

入力軸１２（クランク軸２６）が回転すると該入力軸１２と一体化されている偏心体３０が回転し、偏心体軸受３２の転動体３３を介して外歯歯車２０が揺動回転する。この結果、内歯歯車２２（の外ピン４０）に対する外歯歯車２０の噛合位置が周方向に順次ずれてゆく現象が発生する。

外歯歯車２０の歯数は、内歯歯車２２の歯数よりも１だけ少ないため、外歯歯車２０は、クランク軸２６が１回回転するごとに、１歯分だけ内歯歯車２２に対して位相がずれる（自転する）ことになる。この自転成分が、内ローラ４８および内ピン４６を介してフランジ体５２に伝達され、該フランジ体５２と一体化されている出力軸５０が回転する。なお、外歯歯車２０の揺動成分は、内ローラ４８と外歯歯車２０の貫通孔４４との間に確保された隙間によって吸収される。

このように、偏心体軸受３２の転動体３３は、偏心体３０の外周で構成される内輪側転走面３１の揺動（クランク軸２６の軸心Ｃ２６に対する径方向の進退動）を受けながら転動し、外歯歯車２０の内周で構成される外輪側転走面２１を介して外歯歯車２０を揺動させる。

外歯歯車２０の外歯と内歯歯車２２の内歯（外ピン４０）との噛合反力は、内ローラ４８および内ピン４６を介してフランジ体５２に伝達され、該フランジ体５２を回転させるが、同時に偏心体軸受３２にも掛かってくる。偏心体軸受３２の転動体３３は、外歯歯車２０側から強い反力（荷重）を受けながら内輪側転走面３１と外輪側転走面２１の間で転動することになる。

ここで、偏心体軸受３２を構成する外輪側転走面２１は、偏心体３０の最大偏心方向Ｅｍａｘに対して絶えず周方向位置が変わる。また、各転動体３３も、内輪側転走面３１と外輪側転走面２１との間にあって、偏心体３０の最大偏心方向Ｅｍａｘに対して絶えず転動位置が変わる。ところが、内輪側転走面３１は、構造上、最大偏心方向Ｅｍａｘから所定の範囲（図２における大荷重範囲Ａ１の近傍）のみにおいて強い荷重を受け続けることになってしまう。つまり、内輪側転走面３１は、常に、当該大荷重範囲Ａ１の近傍が耐久性上酷な状態に置かれることになり、フレーキング（剥離）等の損傷が発生し易くなっている。

そこで、本歯車装置Ｇ１では、特に大きな荷重が掛かる最大荷重位置Ｐｍａｘの近傍での偏心体３０の軸心Ｃ３０からの外径を、その周辺での偏心体３０の軸心Ｃ３０からの外径よりも小さく設定している（真円に対して「凹形状」に形成している）。

なお、以降、「偏心体の軸心からの外径（距離）」を単に「外径」と称す。

より具体的には、偏心揺動型の歯車装置Ｇ１の偏心体軸受３２の内輪側転走面３１は、当該内輪側転走面３１の周方向において、該内輪側転走面３１に最も荷重が掛かる最大荷重位置Ｐｍａｘでの外径ｒＰｍａｘが、最大荷重位置Ｐｍａｘから±２０度離れた各位置（Ｐｍａｘ−２０）、（Ｐｍａｘ＋２０）での外径ｒ（Ｐｍａｘ−２０）、ｒ（Ｐｍａｘ＋２０）のいずれよりも小さい。つまり、ｒＰｍａｘ＜ｒ（Ｐｍａｘ−２０）であり、かつｒＰｍａｘ＜ｒ（Ｐｍａｘ＋２０）である。

以上の構成により、最大荷重位置Ｐｍａｘの近傍は、その周辺に対して「凹形状」となり、その分、最大荷重位置Ｐｍａｘの近傍で発生する偏心体軸受３２（の転動体３３）の最大荷重および最大面圧をより小さくすることができるようになる。その結果、偏心体軸受３２の寿命をより長くすることができる。

内輪側転走面３１の周方向において、最も大きな荷重の掛かる最大荷重位置Ｐｍａｘは、偏心揺動型の歯車装置の基本構成や、減速比、偏心体の偏心量等の各種諸元に依存して決まる（諸元が与えられれば、計算で求めることができる）。しかしながら、偏心体を有するクランク軸が内歯歯車（揺動歯車が噛合する歯車）の軸心上に配置されるという基本構成を有する偏心揺動型の歯車装置の場合、最大荷重位置Ｐｍａｘは、偏心体の最大偏心方向Ｅｍａｘから（該偏心体の回転方向に）概ね４５度の近傍となる。

そのため、上記「最大荷重位置Ｐｍａｘ」は、このタイプの歯車装置（偏心体を有するクランク軸が内歯歯車（揺動歯車が噛合する歯車）の軸心上に配置されるという基本構成を有する偏心揺動型の歯車装置）の場合、事実上、「最大偏心方向Ｅｍａｘから（該偏心体の回転方向に）４５度の位置」と捉えてもよい。

換言するならば、当該歯車装置を、正転および逆転の両方向の回転を行わせる親機械に組み込む場合には、最大偏心方向から±４５度の近傍の２箇所に最大荷重位置Ｐｍａｘが存在することになる。したがって、正逆両回転で使用する歯車装置の場合は、例えば後述する実施形態のように、内輪側転走面の形状を、軸と直角の断面において、最大偏心方向Ｅｍａｘ−最小偏心方向Ｅｍｉｎに対して線対称に形成しておくことにより、該歯車装置の正転時にも、また逆転時にも、本発明の意図する作用効果を得ることができる。

歯車装置が組み込まれる親機械の性質上、特定の回転方向の使用しかしないこと、あるいは、昇降機に組み込むときのように特定の回転方向の使用時にのみ大きな荷重が掛かること等の特殊な事情かある場合は、当該特定の回転方向に対して本発明の条件が満たされれば足りる。最大偏心方向からいずれかの方向において本発明の条件が満たされていれば、本発明の範疇に含まれる。

図３に、歯車装置Ｇ１の偏心体３０の内輪側転走面３１の具体的な設計例を示す。

この図３の設計例に係る内輪側転走面３１では、当該内輪側転走面３１の周方向において、偏心体３０の最大偏心方向Ｅｍａｘから４５度の位置Ｐ４５での外径ｒＰ４５が、該４５度の位置Ｐ４５から±２０度離れた各位置Ｐ２５、Ｐ６５での外径ｒＰ２５、ｒＰ６５のいずれよりも小さくなるように設定している。この結果、この例では、位置Ｐ４５での外径は、（従来の）ベース真円３１Ｂ相当の外径ｒＰに対して、δ４５だけ小さくなっている。

つまり、最大偏心方向Ｅｍａｘから４５度の位置Ｐ４５の近傍は、その周辺（±２０度離れた位置）よりも凹形状となっており、前述した作用効果が得られる。この図３の形状を有する内輪側転走面３１を有する偏心体軸受３２によれば、転動体３３の最大荷重を約１４％低減でき、かつ、転動体３３の最大面圧を約７％低減できることが確認されている。

前述したように、内輪側転走面３１の形状は、軸と直角の断面において、最大偏心方向Ｅｍａｘ−最小偏心方向Ｅｍｉｎに対して線対称に形成されている。これにより、歯車装置Ｇ１の正転時にも、また逆転時にも、同様の作用効果が得られる。

一方、本来、真円であるべき軸受の内輪側転走面３１を偏心体３０の軸心Ｃ３０に対して真円でない形状に設定すると、軸受としての動的バランスが崩れ、例えば、運転音（騒音）が増大したり、（偏心量ｅが変化することによって）角度伝達誤差が増大したりする等の不具合が発生する虞がある。なお、角度伝達誤差とは、入力軸１２の回転角度に対して本来生じるべき出力軸５０の回転角度に対する実際の出力軸５０の回転角度の相違を意味している。

図３の設計例に係る内輪側転走面３１は、この点について十分な配慮がなされている。

全体の概略形状から説明すると、この内輪側転走面３１は、最大偏心方向Ｅｍａｘでの外径ｒＥｍａｘは、ベース真円３１Ｂ相当の外径ｒＰよりもδＥｍａｘだけ大きい。また、最大偏心方向Ｅｍａｘから１１度〜７０度の位置Ｐ１１〜Ｐ７０まで、広い範囲に亘って外径が、ベース真円３１Ｂ相当の外径ｒＰよりも小さく設定されている。さらに、最大偏心方向Ｅｍａｘから７０度〜１５５度の位置Ｐ７０〜Ｐ１５５までは、ベース真円３１Ｂ相当の外径ｒＰよりもむしろ大きな外径となっている。なお、最大偏心方向Ｅｍａｘから１５５度〜１８０度の位置Ｐ１５５〜Ｐ１８０までは、ベース真円３１Ｂ相当の外径ｒＰと同一である（特に修正されていない）。

以下、より詳細に説明する。

先ず、この歯車装置Ｇ１の内輪側転走面３１は、当該内輪側転走面３１の周方向において、偏心体３０の最大偏心方向Ｅｍａｘから９０度の位置Ｐ９０での外径ｒＰ９０が、偏心体３０の最大偏心方向Ｅｍａｘから７０度（９０度−２０度）の位置Ｐ７０での外径ｒＰ７０よりも大きく、かつ偏心体３０の最大偏心方向Ｅｍａｘから１１０度（９０度＋２０度）の位置Ｐ１１０での外径ｒＰ１１０よりも大きくなるように設定されている。

すなわち、偏心体３０の最大偏心方向Ｅｍａｘから９０度の位置Ｐ９０での外径ｒＰ９０が、該９０度の位置Ｐ９０から±２０度離れた位置Ｐ７０、Ｐ１１０での外径ｒＰ７０、ｒＰ１１０のいずれよりも大きい。なお、この設計例では、位置Ｐ９０での外径ｒＰ９０は、ベース真円３１Ｂ相当の外径ｒＰよりもδ９０だけ大きい。また、最大外径は、最大偏心方向Ｅｍａｘから９６度の位置Ｐ９６での外径ｒＰ９６である。

このように構成することにより、小径（凹）とした領域に隣接して、大径（凸）とした領域を連続させることができ、内輪側転走面３１の円滑性（非急変性）をより高く維持することができる。その結果、軸受としての動的バランスが大きく崩れるのを防止でき、運転音や角度伝達誤差の増大等の不具合の発生をより低減することができるようになる。

なお、この図３の設計例の構成は、周方向における２つの範囲（凹とした範囲と凸とした範囲）での周方向長さに着目すると、「この歯車装置Ｇ１の内輪側転走面３１は、当該内輪側転走面３１の周方向において、偏心体３０の最大偏心方向Ｅｍａｘから４５度±２０度の大荷重範囲Ａ１の周方向長さＬＡ１が、偏心体３０の最大偏心方向Ｅｍａｘから９０度±２０度の調整範囲Ｂ１の周方向長さＬＢ１よりも短くなっている」とも言い得る。

これにより、一部のみ小径（凹）としたことにより周方向の一部のみの周方向長さ（転走面長さ）が急に短くなることによる不具合を回避できる。つまり、周方向長さＬＡ１を短くした大荷重範囲Ａ１に隣接して、周方向長さＬＢ１が長い調整範囲Ｂ１を敢えて連続させることにより、内輪側転走面３１上の転動体３３の全体の動きの円滑性をより高く維持することができる。したがって、軸受としての動的バランスが大きく崩れるのを防止できる。

図４は、図３と全く同一の内輪側転走面３１を別の視点から観察したものである。

この内輪側転走面３１の設計例は、内輪側転走面３１の周方向における２つの範囲での最小外径に着目するならば、「この歯車装置Ｇ１の内輪側転走面３１は、当該内輪側転走面３１の周方向において、偏心体３０の最大偏心方向Ｅｍａｘから５６度±２０度の範囲（３６度から７６度までの範囲）Ｃ１の最小外径（この例では４０度の位置Ｐ４０での外径に相当）ｒｓＰ４０が、９０度±５度の範囲（８５度から９５度までの範囲）Ｄ１の最小外径（この例では８５度の位置Ｐ８５での外径に相当）ｒｓＰ８５より小さい」とも言い得る。

上記「５６度±２０度の範囲Ｃ１」および「９０度±５度の範囲Ｄ１」という範囲の具体的数値は、偏心体３０を有するクランク軸２６が内歯歯車（揺動歯車が噛合する歯車）２２の軸心Ｃ２２上に配置されるという基本構成を有する種々の諸元の歯車装置Ｇ１に関して実際に最適設計を複数回試みた結果、得られた数値である。

また、この内輪側転走面３１の設計例は、「偏心体３０の最大偏心方向Ｅｍａｘでの外径ｒＥｍａｘは、偏心体３０の最大偏心方向Ｅｍａｘから３６度の位置Ｐ３６から７６度の位置Ｐ７６までの範囲（５６度±２０度の範囲）Ｃ１の最小外径ｒｓＰ４０よりも大きい」とも言い得る。なお、前述したように、偏心体３０の最大偏心方向Ｅｍａｘでの外径ｒＥｍａｘは、位置Ｐ５６±２０度の範囲Ｃ１の最小外径ｒｓＰ４０よりも大きいだけでなく、ベース真円３１Ｂ相当の外径ｒＰよりも、δＥｍａｘだけ大きい。

この構成により、外径が小さい部分が最大偏心方向Ｅｍａｘを挟んで対称に隣接しているにも拘わらず、外歯歯車２０をより確実に最大偏心方向Ｅｍａｘに偏心させることができ、特に角度伝達誤差をより低減させることができる。

さらに、この内輪側転走面３１の構成は、「偏心体３０の最小偏心方向Ｅｍｉｎでの外径ｒＥｍｉｎは、偏心体３０の最大偏心方向Ｅｍａｘから８５度の位置Ｐ８５から９５度の位置Ｐ９５までの範囲（９０度±５度の範囲）Ｄ１の最小外径ｒｓＰ８５よりも小さい」とも言い得る。

この構成は、最小偏心方向Ｅｍｉｎにおいては、大径とした範囲Ｄ１よりも小さな外径ｒＥｍｉｎが確保されるというものである。これにより、径の大きな部分が、最小偏心方向Ｅｍｉｎを挟んで対称に隣接しているにも拘わらず、最小偏心方向Ｅｍｉｎ近傍の外歯歯車２０をより安定して揺動させることができ、偏心体軸受３２の動的安定性をより増大させることができる。

この内輪側転走面３１の設計例では、これらの構成が採用されている結果、本歯車装置Ｇ１の偏心体軸受３２は、内輪側転走面３１が偏心体３０の軸心Ｃ３０に対して真円でないにも拘わらず、偏心体軸受３２の軸受としての機能を高く維持することができ、かつ、寿命をより長くすることができる。前述したように、この内輪側転走面３１を有する偏心体軸受３２によれば、転動体３３の最大荷重を約１４％低減でき、かつ、転動体３３の最大面圧を約７％低減できることが確認されている。

また、内輪側転走面３１の形状が、軸と直角の断面において、最大偏心方向Ｅｍａｘ−最小偏心方向Ｅｍｉｎに対して線対称に形成されているため、歯車装置Ｇ１の正転時にも、また、逆転時にも同様の作用効果を得ることができる。

図５〜図８に、本発明の他の実施形態に係る偏心揺動型の歯車装置Ｇ２の例を示す。

この偏心揺動型の歯車装置Ｇ２は、外歯歯車１２０を揺動させる偏心体１３０を有するクランク軸１２６を、内歯歯車１２２（揺動歯車が噛合する歯車）の軸心Ｃ１２２からＲ１２６だけオフセットした位置に複数本（この例では３本）備えている。

各クランク軸１２６には、軸方向同位置に、該クランク軸１２６の軸心Ｃ１２６に対して偏心した外周を有する偏心体１３０が軸方向に２個並んで形成されている。各クランク軸１２６の軸方向同位置にある偏心体１３０同士は、偏心位相が揃えられている。なお、２つの偏心体１３０の偏心位相差は、この例では１８０度である（互いに離反する方向に偏心している）。

各クランク軸１２６には、該クランク軸１２６に動力を入力するためのクランク軸歯車１１４が連結されている。各クランク軸歯車１１４は、入力軸１１２に設けられた入力歯車１１１と同時に噛合している。入力軸１１２は、モータ１１０のモータ軸１１０Ａによって駆動される。

クランク軸１２６の偏心体１３０には、偏心体軸受１３２を介して外歯歯車１２０が組み込まれている。外歯歯車１２０は、内歯歯車１２２に揺動しながら内接噛合している。つまり、外歯歯車１２０が揺動する歯車に相当している。内歯歯車１２２の歯数は、外歯歯車１２０の歯数よりも僅かだけ（この例では１だけ）多い。

外歯歯車１２０の軸方向両側には、一対のキャリヤ１５１、１５２が配置されている。負荷側のキャリヤ１５２からはキャリヤピン１５３が一体的に突出されている。キャリヤピン１５３は外歯歯車１２０を非接触で貫通している。

一対のキャリヤ１５１、１５２は、一対の主軸受１５８、１５９を介してケーシング１６０に支持されている。この歯車装置Ｇ２は、ケーシング１６０に連結ボルト１６１を介して第１の相手部材１６２が連結される。また、負荷側のキャリヤ１５２には、第２の相手部材１６４が連結される。なお、クランク軸１２６は、一対のテーパころ軸受１６６、１６７を介してキャリヤ１５１、１５２に支持されている。

この偏心揺動型の歯車装置Ｇ２において、入力軸１１２の回転によって３個のクランク軸歯車１１４が回転されると、各クランク軸１２６は同一の回転速度で回転する。クランク軸１２６の軸方向同位置にある偏心体１３０同士は、位相が揃えられているため、負荷側の偏心体１３０によって負荷側の偏心体軸受１３２を介して負荷側の外歯歯車１２０が揺動され、反負荷側の偏心体１３０によって反負荷側の偏心体軸受１３２を介して反負荷側の外歯歯車１２０が揺動される。

これにより、内歯歯車１２２と外歯歯車１２０との間に相対回転が生じ、外歯歯車１２０を貫通しているクランク軸１２６が内歯歯車１２２の軸心Ｃ１２２の周りを公転し、さらにこのクランク軸１２６の公転により、該クランク軸１２６を支持しているキャリヤ１５１、１５２が内歯歯車１２２の軸心Ｃ１２２の周りで自転する。したがってケーシング１６０に連結されている第１の相手部材１６２に対し、キャリヤ１５２に連結されている第２の相手部材１６４を相対回転させることができる。

ここで、先の歯車装置Ｇ１は、内ローラ４８および内ピン４６を介して外歯歯車２０の自転成分をフランジ体５２から取り出すようにしていたが、この歯車装置Ｇ２では、クランク軸１２６の公転を介して外歯歯車１２０の自転成分をキャリヤ１５１、１５２から取り出すようにしている。そのため、偏心体軸受１３２に作用する荷重の掛かり方が、先の歯車装置Ｇ１とは異なる。

以下、具体的に説明する。

図６に示されるように、この歯車装置Ｇ２の内輪側転走面１３１は、当該内輪側転走面１３１の周方向において、該内輪側転走面１３１に最も荷重が掛かる最大荷重位置Ｑｍａｘでの外径ｒＱｍａｘが、最大荷重位置Ｑｍａｘから±２０度離れた各位置（Ｑｍａｘ−２０）、（Ｑｍａｘ＋２０）での外径ｒ（Ｑｍａｘ−２０）、ｒ（Ｑｍａｘ＋２０）のいずれよりも小さい。つまり、ｒＱｍａｘ＜ｒ（Ｑｍａｘ−２０）であり、かつ、ｒＱｍａｘ＜ｒ（Ｑｍａｘ＋２０）である。

この構成により、最大荷重位置Ｑｍａｘの近傍は、その周辺に対して、「凹形状」となり、その分、最大荷重位置Ｑｍａｘの近傍で発生する偏心体軸受１３２（の転動体１３３）の最大荷重および最大面圧をより低めることができるようになる。その結果、偏心体軸受１３２の寿命をより長くすることができる。

最大荷重位置Ｑｍａｘは、既に説明したように、偏心揺動型の歯車装置の基本構成や、減速比、偏心体の偏心量等の各種諸元に依存して決まる。しかしながら、偏心体を有するクランク軸が内歯歯車（揺動歯車が噛合する歯車）の軸心からオフセットした位置に複数本配置されるという基本構成を有する偏心揺動型の歯車装置の場合、最大荷重位置Ｑｍａｘは、偏心体の最大偏心方向Ｅｍａｘから（該偏心体の回転方向に）概ね１２０度の近傍となる。

そのため、上記「最大荷重位置Ｑｍａｘ」は、このタイプの歯車装置（偏心体を有するクランク軸が内歯歯車（揺動歯車が噛合する歯車）の軸心からオフセットした位置に複数配置されるという基本構成を有する偏心揺動型の歯車装置）の場合、事実上、「最大偏心方向Ｅｍａｘから（該偏心体の回転方向に）１２０度の位置」と捉えてもよい。

図７に、歯車装置Ｇ２の偏心体１３０の内輪側転走面１３１の具体的な設計例を示す。

全体の概略形状から説明すると、この内輪側転走面１３１は、偏心体１３０の最大偏心方向Ｅｍａｘでの外径ｒＥｍａｘは、ベース真円１３１Ｂ相当の外径ｒＱと同一である。また、最大偏心方向Ｅｍａｘから１１度〜９２度の位置Ｑ１１〜Ｑ９２までの外径が、ベース真円１３１Ｂ相当の外径ｒＱよりも大きく設定されている。さらに、最大偏心方向Ｅｍａｘから９２度〜１５５度の位置Ｑ９２〜Ｑ１５５までは、ベース真円１３１Ｂ相当の外径ｒＱよりも小さな外径となっている。なお、最小偏心方向Ｅｍｉｎから１５５度から最小偏心方向Ｅｍｉｎの位置Ｑ１５５〜Ｑ１８０までの外径は、ベース真円１３１Ｂ相当の外径ｒＱより大きい。

以下、より詳細に説明する。

先ず、図７の設計例に係る内輪側転走面１３１は、当該内輪側転走面１３１の周方向において、偏心体１３０の最大偏心方向Ｅｍａｘから１２０度の位置Ｑ１２０での内輪側転走面１３１の外径ｒＱ１２０が、最大偏心方向Ｅｍａｘから１００度（１２０度−２０度）の位置Ｑ１００での外径ｒＱ１００よりも小さく、かつ最大偏心方向Ｅｍａｘから１４０度（１２０度＋２０度）の位置Ｑ１４０での外径ｒＱ１４０よりも小さくなるように設定している。すなわち、ｒＱ１２０＜ｒＱ１００、かつｒＱ１２０＜ｒＱ１４０である。この例では、結果として最大偏心方向Ｅｍａｘから１２０度での位置Ｑ１２０での外径ｒＱ１２０は、ベース真円１３１Ｂ相当の外径ｒＱより、δ１２０だけ小さくなっている。この結果、先の歯車装置Ｇ１と同様の寿命を長くする効果が得られる。

また、本歯車装置Ｇ２においても、内輪側転走面１３１を偏心体１３０の軸心Ｃ１３０に対して真円でない形状に設定しているため軸受としての動的バランスが崩れる虞がある。そのため、この歯車装置Ｇ２の内輪側転走面１３１は、当該内輪側転走面１３１の周方向において、偏心体１３０の最大偏心方向Ｅｍａｘから７０度の位置Ｑ７０での外径ｒＱ７０が、偏心体１３０の最大偏心方向Ｅｍａｘから５０度（７０度−２０度）の位置Ｑ５０での外径ｒＱ５０よりも大きく、かつ偏心体１３０の最大偏心方向Ｅｍａｘから９０度（７０度＋２０度）の位置Ｑ９０での外径ｒＱ９０よりも大きくなるように設定されている。この例では、結果として、最大偏心方向Ｅｍａｘから７０度の位置Ｑ７０での外径ｒＱ７０は、ベース真円１３１Ｂ相当の外径ｒＱより、δ７０だけ大きくなっている。

すなわち、偏心体１３０の最大偏心方向Ｅｍａｘから７０度の位置Ｑ７０での外径ｒＱ７０が、その±２０度の位置での外径ｒＱ５０、ｒＱ９０のいずれよりも大きく、ｒＱ７０＞ｒＱ５０、かつｒＱ７０＞ｒＱ９０が成立するように設定されている。なお、この設計例での最大外径は、最大偏心方向Ｅｍａｘから６６度の位置Ｑ６６での外径ｒＱ６６である。

この結果、先の歯車装置Ｇ１と同様に、小径（凹）とした部分に隣接して、大径（凸）とする部分を連続させることができ、内輪側転走面１３１の円滑性（非急変性）をより高く維持することができる。したがって、軸受としての動的バランスが大きく崩れるのを防止でき、運転音や角度伝達誤差の増大等の不具合の発生をより低減することができるようになる。

また、この設計例では、周方向における２つの範囲（凹形状の大荷重範囲Ａ２と凸形状の調整範囲Ｂ２）での周方向長さに着目して、以下のようにも言い得る。すなわち、この歯車装置Ｇ２の内輪側転走面１３１は、当該内輪側転走面１３１の周方向において、偏心体１３０の最大偏心方向Ｅｍａｘから１２０度±２０度の大荷重範囲Ａ２の周方向長さＬＡ２が、偏心体１３０の最大偏心方向Ｅｍａｘから７０度±２０度の調整範囲Ｂ２の周方向長さＬＢ２よりも短い。

これにより、一部のみ小径（凹）としたことにより周方向の一部分のみの周方向長さ（転走面長さ）が急に短くなることによる不具合を回避できる。つまり、周方向長さＬＡ２の短い大荷重範囲Ａ２に隣接して、周方向長さＬＢ２の長い調整範囲Ｂ２を連続させることにより、内輪側転走面１３１上の転動体１３３の全体の動きの円滑性をより高く維持することができる。したがって、先の歯車装置Ｇ１と同様に、軸受としての動的バランスが大きく崩れるのを防止できる。

図８は、図７と全く同一の内輪側転走面１３１を別の視点から観察したものである。

この内輪側転走面１３１の設計例では、周方向における２つの範囲Ｃ２、Ｄ２での最小外径に着目して、以下のようにも言い得る。すなわち、この歯車装置Ｇ２での内輪側転走面１３１は、当該内輪側転走面１３１の周方向において、偏心体１３０の最大偏心方向Ｅｍａｘから１０８度の位置Ｑ１０８±２０度の範囲（８８度から１２８度までの範囲）Ｃ２の最小外径（この例では１２３度の位置Ｑ１２３での外径に相当）ｒｓＱ１２３が、７４度の位置Ｑ７４の±５度の範囲（６９度〜７９度の範囲）Ｄ２の最小外径（この例では７９度の位置Ｑ７９での外径に相当）ｒｓＱ７９よりも小さい。

上記「１０８度±２０度の範囲Ｃ２」および「７４度±５度の範囲Ｄ２」という具体的数値は、偏心体１３０を有するクランク軸１２６が、内歯歯車（揺動歯車が噛合する歯車）１２２の軸心Ｃ１２２からＲ１２６だけオフセットした位置に複数本配置されているという基本構成を有する種々の諸元の歯車装置Ｇ２に関して実際に最適設計を複数回試みた結果、導かれた数値である。

また、この設計例では、偏心体１３０の最小偏心方向Ｅｍｉｎでの外径ｒＥｍｉｎは、偏心体１３０の最大偏心方向Ｅｍａｘから８８度の位置Ｑ８８から１２８度の位置Ｑ１２８までの範囲（位置Ｑ１０８±２０度の範囲）Ｃ２での最小外径ｒｓＱ１２３よりも大きく設定している。なお、偏心体１３０の最小偏心方向Ｅｍｉｎでの外径ｒＥｍｉｎは、位置Ｑ８８±２０度の範囲Ｃ２の最小外径ｒｓＱ１２３よりも大きいだけでなく、ベース真円１３１Ｂ相当の外径ｒＱよりも、δＥｍｉｎだけ大きい。

この構成が適用されていることにより、径が小さい部分が最小偏心方向Ｅｍｉｎを挟んで対称に隣接しているにも拘わらず、最小偏心方向Ｅｍｉｎ近傍の外歯歯車１２０をより安定して揺動させることができ、偏心体軸受１３２の動的安定性をより増大させることができる。

さらに、この設計例では、「偏心体１３０の最大偏心方向Ｅｍａｘの外径ｒＥｍａｘは、偏心体１３０の最大偏心方向Ｅｍａｘから７４度±５度（６９度〜７９度）の範囲Ｄ２での最小外径ｒｓＱ７９よりも小さく設定している。これにより、径が大きな部分が最大偏心方向Ｅｍａｘを挟んで隣接しているにも拘わらず、外歯歯車１２０をより確実に支障なく最大偏心方向Ｅｍａｘに偏心させることができる。

これらの構成が採用されている結果、内輪側転走面１３１は偏心体１３０の軸心Ｃ１３０に対して真円でないにも拘わらず、偏心体軸受１３２の軸受としての機能を高く維持することができ、偏心体軸受１３２の寿命を長くしつつ、新たな不具合が発生するのを極力低減することができる。

また、内輪側転走面１３１の形状が、軸と直角の断面において、最大偏心方向Ｅｍａｘ−最小偏心方向Ｅｍｉｎに対して線対称に形成されているため、歯車装置Ｇ２の正転時にも、また、逆転時にも同様の作用効果を得ることができる。

なお、本発明が適用可能な偏心揺動型の歯車装置の構成は、上記２つの具体例には限定されない。例えば、上記歯車装置においては、いずれも揺動歯車としての外歯歯車を２枚有していたが、本発明は、揺動歯車を１枚のみ有するもの、あるいは３枚以上有するものにも適用可能である。

また、上記歯車装置においては、内歯歯車の自転が拘束され、揺動歯車である外歯歯車の自転成分を取り出す構成とされていたが、本発明は、揺動歯車が自転を拘束された状態で揺動し、揺動歯車が噛合する歯車の方が回転する歯車装置にも適用可能である。

さらには、上記歯車装置においては、外歯歯車が揺動歯車として揺動するタイプの歯車装置が示されていたが、本発明は、内歯歯車が揺動歯車として外歯歯車に対して揺動しながら噛合する歯車装置にも適用可能である。

すなわち、本発明は、いずれのタイプの偏心揺動型の歯車装置についても、揺動歯車と該揺動歯車を揺動させる偏心体との間に配置される偏心体軸受に対して適用可能であり、同様の作用効果を得ることができる。

また、上記実施形態においては、偏心体軸受が内輪を有さず、偏心体の外周が内輪側転走面を構成する例が示されていた。しかし、本発明は、このような例に限定されず、例えば、偏心体軸受は専用の内輪を有していてもよい。この場合は、その内輪の転走面に対して、同様に適用することができ、同様の作用効果を得ることができる。

本発明は、偏心揺動型の歯車装置に対して適用可能である。

Ｇ１…歯車装置
２０…外歯歯車（揺動歯車）
２２…内歯歯車
２６…クランク軸
３０…偏心体
３１…内輪側転走面
３２…偏心体軸受
Ｅｍａｘ…偏心体の最大偏心方向
Ｅｍｉｎ…偏心体の最小偏心方向
Ｐ４５…偏心体の最大偏心方向から４５度の位置
Ｐ２５…偏心体の最大偏心方向から２５度の位置
Ｐ６５…偏心体の最大偏心方向から６５度の位置
ｒＰ４５…４５度の位置での外径
ｒＰ２５…２５度の位置での外径
ｒＰ６５…６５度の位置での外径

Claims (13)

1. 揺動歯車と、該揺動歯車を揺動させる偏心体と、該偏心体を有し前記揺動歯車が噛合する歯車の軸心上に配置されたクランク軸と、前記揺動歯車と前記偏心体との間に配置される偏心体軸受と、を備えた偏心揺動型の歯車装置であって、
   前記偏心体軸受は、転動体と、該転動体が転走する内輪側転走面と、を有し、
   該内輪側転走面は、当該内輪側転走面の周方向において、前記偏心体の最大偏心方向から４５度の位置での前記偏心体の軸心からの外径が、該４５度の位置から±２０度離れた各位置での外径のいずれよりも小さい
   ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
2. 請求項１に記載の偏心揺動型の歯車装置において、
   前記内輪側転走面は、当該内輪側転走面の周方向において、前記偏心体の最大偏心方向から９０度の位置での前記偏心体の軸心からの外径が、該９０度の位置から±２０度離れた各位置での外径のいずれよりも大きい
   ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
3. 揺動歯車と、該揺動歯車を揺動させる偏心体と、該偏心体を有し前記揺動歯車が噛合する歯車の軸心上に配置されたクランク軸と、前記揺動歯車と前記偏心体との間に配置される偏心体軸受と、を備えた偏心揺動型の歯車装置であって、
   前記偏心体軸受は、転動体と、該転動体が転走する内輪側転走面と、を有し、
   該内輪側転走面は、当該内輪側転走面の周方向において、前記偏心体の最大偏心方向から４５度±２０度の範囲の周方向長さが、前記偏心体の最大偏心方向から９０度±２０度の範囲の周方向長さよりも短い
   ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
4. 揺動歯車と、該揺動歯車を揺動させる偏心体と、該偏心体を有し前記揺動歯車が噛合する歯車の軸心上に配置されたクランク軸と、前記揺動歯車と前記偏心体との間に配置される偏心体軸受と、を備えた偏心揺動型の歯車装置であって、
   前記偏心体軸受は、転動体と、該転動体が転走する内輪側転走面と、を有し、
   該内輪側転走面は、当該内輪側転走面の周方向において、前記偏心体の最大偏心方向から５６度±２０度の範囲の前記偏心体の軸心からの最小外径が、前記偏心体の最大偏心方向から９０度±５度の範囲の前記偏心体の軸心からの最小外径よりも小さい
   ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の偏心揺動型の歯車装置において、
   前記偏心体の最大偏心方向での前記内輪側転走面の前記偏心体の軸心からの外径が、前記偏心体の最大偏心方向から５６度±２０度の範囲の前記内輪側転走面の前記偏心体の軸心からの最小外径よりも大きい
   ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の偏心揺動型の歯車装置において、
   前記偏心体の最小偏心方向での前記内輪側転走面の前記偏心体の軸心からの外径が、前記偏心体の最大偏心方向から９０度±５度の範囲の前記内輪側転走面の前記偏心体の軸心からの最小外径よりも小さい
   ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
7. 揺動歯車と、該揺動歯車を揺動させる偏心体と、該偏心体を有し前記揺動歯車が噛合する歯車の軸心からオフセットした位置に複数本配置されたクランク軸と、前記揺動歯車と前記偏心体との間に配置される偏心体軸受と、を備えた偏心揺動型の歯車装置であって、
   前記偏心体軸受は、転動体と、該転動体が転走する内輪側転走面と、を有し、
   該内輪側転走面は、当該内輪側転走面の周方向において、前記偏心体の最大偏心方向から１２０度の位置での前記偏心体の軸心からの外径が、該１２０度の位置から±２０度離れた各位置での外径のいずれよりも小さい
   ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
8. 請求項７に記載の偏心揺動型の歯車装置において、
   前記内輪側転走面は、当該内輪側転走面の周方向において、前記偏心体の最大偏心方向から７０度位置での前記偏心体の軸心からの外径が、該７０度の位置から±２０度離れた各位置での外径のいずれよりも大きい
   ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
9. 揺動歯車と、該揺動歯車を揺動させる偏心体と、該偏心体を有し前記揺動歯車が噛合する歯車の軸心からオフセットした位置に複数本配置されたクランク軸と、前記揺動歯車と前記偏心体との間に配置される偏心体軸受と、を備えた偏心揺動型の歯車装置であって、
   前記偏心体軸受は、転動体と、該転動体が転走する内輪側転走面と、を有し、
   該内輪側転走面は、当該内輪側転走面の周方向において、前記偏心体の最大偏心方向から１２０度±２０度の範囲の周方向長さが、前記偏心体の最大偏心方向から７０度±２０度の範囲の周方向長さよりも短い
   ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
10. 揺動歯車と、該揺動歯車を揺動させる偏心体と、該偏心体を有し前記揺動歯車が噛合する歯車の軸心からオフセットした位置に複数本配置されたクランク軸と、前記揺動歯車と前記偏心体との間に配置される偏心体軸受と、を備えた偏心揺動型の歯車装置であって、
    前記偏心体軸受は、転動体と、該転動体が転走する内輪側転走面と、を有し、
    前記内輪側転走面は、当該内輪側転走面の周方向において、前記偏心体の最大偏心方向から１０８度±２０度の範囲の前記偏心体の軸心からの最小外径が、前記偏心体の最大偏心方向から７４度±５度の範囲の前記偏心体の軸心からの最小外径よりも小さい
    ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
11. 請求項７〜１０のいずれかに記載の偏心揺動型の歯車装置において、
    前記偏心体の最小偏心方向での前記偏心体の軸心からの外径が、前記偏心体の最大偏心方向から１０８度±２０度の範囲の前記偏心体の軸心からの最小外径よりも大きい
    ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
12. 請求項７〜１１のいずれかに記載の偏心揺動型の歯車装置において、
    前記偏心体の最大偏心方向での偏心体の軸心からの外径が、前記偏心体の最大偏心方向から７４度±５度の範囲の前記偏心体の軸心からの最小外径よりも小さい
    ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。
13. 揺動歯車と、該揺動歯車を揺動させる偏心体と、該偏心体を有するクランク軸と、前記揺動歯車と前記偏心体との間に配置される偏心体軸受と、を備えた偏心揺動型の歯車装置であって、
    前記偏心体軸受は、転動体と、該転動体が転走する内輪側転走面と、を有し、
    該内輪側転走面は、当該内輪側転走面の周方向において、該内輪側転走面に最も荷重が掛かる最大荷重位置での前記偏心体の軸心からの外径が、前記最大荷重位置から±２０度離れた各位置での外径のいずれよりも小さい
    ことを特徴とする偏心揺動型の歯車装置。

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