JP2018179230A

JP2018179230A - 減速機

Info

Publication number: JP2018179230A
Application number: JP2017082543A
Authority: JP
Inventors: 義昭牧添; Yoshiaki Makizoe; ジョンバゼミニエクス; Verzemnieks John; 英史島田; Hidefumi Shimada
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2017-04-19
Filing date: 2017-04-19
Publication date: 2018-11-15
Anticipated expiration: 2037-04-19
Also published as: JP6906352B2

Abstract

【課題】円板状部材に圧入されたピンが円板状部材の軸線に対して傾斜してしまう。【解決手段】減速機を、入力部から伝達された回転動力を所定の減速比で変換する減速機構と、減速機構によって変換された回転動力が伝達される複数のピンと、複数の貫通穴に各ピンが圧入された基部とを備える構成とする。基部は、円板状部材であり、貫通穴の周囲において基部の中心寄りに位置する内側領域部と、貫通穴を挟んで内側領域部の反対側に位置する外側領域部とを有する。基部は、内側領域部からピンに掛かる荷重と、外側領域部からピンに掛かる荷重との差が所定値以下となる構成を持つ。【選択図】図４

Description

本発明は、減速機に関するものである。

遊星歯車機構を備えた減速機が知られている。例えば特許文献１に、この種の減速機の具体的構成が記載されている。

特許文献１に例示される、この種の減速機には、出力軸と連結された円板状部材が備えられている。円板状部材には、円板状部材の軸線と平行に延びる複数のピンが周方向に並べて取り付けられている。具体的には、円板状部材には、ピンの外径よりも僅かに小径の貫通穴が形成されている。各ピンは、自身よりも小径の貫通穴に先端から挿入されて根元付近まで押し込まれる。すなわち、各ピンは、貫通穴に圧入される。貫通穴から突出したピンの先端部は、円板状部材とは別の保持部材に締結部材によって固定される。ピン部分（円板状部材と保持部材との間に位置する部分）には、遊星歯車が取り付けられる。

特開２００７−１２７１６５号公報

円板状部材は、ピン圧入時に生じる応力によって歪む。円板状部材の歪みは、特に貫通穴の周囲で発生する。貫通穴の周囲における円板状部材の歪みに伴い、円板状部材の軸線に対してピンが傾斜する。そのため、保持部材や遊星歯車を精度良く取り付けることが難しくなる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、円板状部材にピンを圧入したときのピンの傾斜を抑えるのに好適に構成された減速機を提供することである。

本発明の一実施形態に係る減速機は、入力部から伝達された回転動力を所定の減速比で変換する減速機構と、減速機構によって変換された回転動力が伝達される複数のピンと、複数の貫通穴に各ピンが圧入された基部とを備える。基部は、円板状部材であり、貫通穴の周囲において基部の中心寄りに位置する内側領域部と、貫通穴を挟んで内側領域部の反対側に位置する外側領域部とを有する。基部は、内側領域部からピンに掛かる荷重と、外側領域部からピンに掛かる荷重との差が所定値以下となる構成を持つ。

また、本発明の一実施形態において、内側領域部は、少なくとも一部において外側領域部よりも軸線方向と直交する径方向の肉厚が薄い構成としてもよい。

また、本発明の一実施形態において、内側領域部は、少なくとも一部において外側領域部よりも軸線方向の寸法が短い構成としてもよい。

また、本発明の一実施形態において、内側領域部は、外側領域部よりもピンと接触する面積が小さい構成としてもよい。

また、本発明の一実施形態に係る減速機は、内側領域部とピンの少なくとも一方に切欠きが形成されることにより、内側領域部とピンとの接触面積が小さくなっている構成としてもよい。

本発明の一実施形態によれば、円板状部材にピンを圧入したときのピンの傾斜を抑えるのに好適に構成された減速機が提供される。

本発明の一実施形態に係る減速機の断面図である。図１のＡ-Ａ線における断面図である。本発明の一実施形態に係る減速機に備えられるピンの側面図である。図１の断面図の中から第一円板状部材を抽出して示す図である。本発明の変形例１に係る第一円板状部材の断面図である。本発明の変形例２に係る第二円板状部材の断面図である。本発明の変形例３に係る第三円板状部材の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、本発明の一実施形態として、内接式遊星歯車機構を搭載した減速機を例に取り説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る減速機１の構成を示す図である。図１は、軸ＡＸを含む平面で減速機１を切断した断面図である。減速機１は、例えば、産業用ロボット、民生用ロボット、工作機、ステージ、ターンテーブル等に組み込まれている。

図１に示されるように、減速機１は、略円筒形状を持つ入力軸体１０（入力部）を備えている。入力軸体１０には、サーボモータが直接又は伝達機構を介して間接的に接続される。一例として、サーボモータの駆動軸が入力軸体１０に圧入される。サーボモータが駆動されると、入力軸体１０が軸ＡＸ周りに回転する。

入力軸体１０は、偏心軸部１０Ａ及び１０Ｂが形成されたクランク軸である。偏心軸部１０Ａは、減速機１の出力側に形成されており、軸ＡＸに対して偏心した偏心軸ＡＸ１周りに回転する。偏心軸部１０Ｂは、減速機１の入力側に形成されており、偏心軸ＡＸ１とは別の偏心軸ＡＸ２周りに回転する。偏心軸ＡＸ１と偏心軸ＡＸ２は、例示的には、軸ＡＸを挟んで反対側に位置する。

減速機１は、一対の外歯歯車１２、１４を備えている。外歯歯車１２は、軸受２２（ローラベアリング等）を介して偏心軸部１０Ａの外周面に取り付けられている。これにより、外歯歯車１２は、偏心軸ＡＸ１周りに回転可能となっている。外歯歯車１４は、軸受２４（ローラベアリング等）を介して偏心軸部１０Ｂの外周面に取り付けられている。これにより、外歯歯車１４は、偏心軸ＡＸ２周りに回転可能となっている。

図２は、図１のＡ-Ａ線における断面図である。図２に示されるように、外歯歯車１４の外周には、外歯が形成されている。外歯歯車１４には、複数（ここでは８つ）の挿通穴１４Ａが偏心軸ＡＸ２を中心とした周方向に並べて形成されている。

外歯歯車１２は外歯歯車１４と同様の形状を持つ。外歯歯車１２には、複数の挿通穴１２Ａが偏心軸ＡＸ１を中心とした周方向に並べて形成されている。

なお、外歯歯車の数は最低１枚あればよい。また、外歯歯車を３枚以上備える構成を採用することにより、より高い減速比を達成することが可能となる。

減速機１は、フレーム３０を備えている。図２に示されるように、フレーム３０の内周には、外歯歯車１２、１４の各外歯と噛み合う内歯が設けられている。フレーム３０に設けられた内歯の歯数は、高減速比を達成するため、各外歯歯車１２、１４の外歯の歯数よりも僅かに（例えば１つ）多い。外歯及び内歯は、一例として、噛み合いが滑らかなサイクロイド歯車やトロコイド歯車となっている。

外歯歯車１２、１４及び内歯が設けられたフレーム３０は、減速機１の減速機構を構成する。

減速機１は、出力部４０を備えている。出力部４０は、第一円板状部材４２（基部）、第二円板状部材４４及びピン４６を備えている。

第一円板状部材４２は、入力軸体１０と同軸に配置された円環状部材である。第一円板状部材４２と入力軸体１０との間には、軸受５２（ボールベアリング等）が設けられている。また、第一円板状部材４２とフレーム３０との間には、軸受５４（ボールベアリング等）が設けられている。これにより、第一円板状部材４２は、入力軸体１０、フレーム３０の夫々に対して回転可能となっている。

第一円板状部材４２には、複数（ここでは８つ）の貫通穴４２Ａが周方向に並べて形成されている。貫通穴４２Ａは、第一円板状部材４２を軸線方向に貫通する。

第二円板状部材４４も、入力軸体１０と同軸に配置された円環状部材である。第二円板状部材４４と入力軸体１０との間には、軸受５６（ボールベアリング等）が設けられている。また、第二円板状部材４４とフレーム３０との間には、軸受５８（ボールベアリング等）が設けられている。これにより、第二円板状部材４４も、入力軸体１０、フレーム３０の夫々に対して回転可能となっている。

第二円板状部材４４には、複数（ここでは８つ）の貫通穴４４Ａが周方向に並べて形成されている。貫通穴４４Ａは、第二円板状部材４４を軸線方向に貫通する。

図３は、ピン４６の側面図である。ピン４６は、第一円板状部材４２と第二円板状部材４４とを接続する円柱状部材であり、複数（ここでは８つ）備えられている。ピン４６は、第一円板状部材４２の出力側端面４２Ｂから貫通穴４２Ａに挿入される。次いで、ピン４６は、外歯歯車１２の挿通穴１２Ａ及び外歯歯車１４の挿通穴１４Ａにも挿入される。

図３に示されるように、ピン４６は、第一径部４６Ａ及び第二径部４６Ｂを有している。第二径部４６Ｂが第一円板状部材４２の貫通穴４２Ａの径よりも細い外径を持つのに対し、第一径部４６Ａは、貫通穴４２Ａの径よりも僅かに太い外径を持つ。そのため、ピン４６は、第一径部４６Ａにおいて貫通穴４２Ａに圧入される。貫通穴４２Ａに圧入されたピン４６の先端は、第二円板状部材４４の貫通穴４４Ａに挿入されて、ナット６０によって第二円板状部材４４に固定される。

ピン４６の基端にはフランジ４６Ｃが形成されている。フランジ４６Ｃは、貫通穴４２Ａに対して大きい径を持つ。そのため、フランジ４６Ｃは、入力側へのピン４６の抜けを防止する役割を果たす。

各挿通穴１２Ａ、１４Ａを規定する内周面とピン４６の外周面（より詳細には、第二径部４６Ｂの外周面）との間には、所定量のクリアランスがある。各クリアランスには、円環状のブッシュリング７０が挿入されている。

サーボモータの駆動力が入力軸体１０に伝達されて、偏心軸部１０Ａ、１０Ｂが偏心回転すると、各外歯歯車１２、１４が高速で公転（揺動）運動を行う。各外歯歯車１２、１４が１公転する毎に、各外歯歯車１２、１４の外歯とフレーム３０の内歯との噛み合い位置がずれる。これにより、各外歯歯車１２、１４は、入力軸体１０の回転方向とは逆方向に公転回転数よりも減速された回転数（外歯歯車と内歯歯車との歯数比に応じた回転数であり、以下、便宜上、「減速回転数」と記す。）で自転する。これに伴い、各外歯歯車１２、１４に形成された挿通穴１２Ａ、１４Ａの位置も減速回転数に応じた速度で変わる。

外歯歯車１２及び１４が減速回転数で自転すると、外歯歯車１２及び１４の回転動力がブッシュリング７０を介して各ピン４６に伝達される。これにより、ピン４６を含む出力部４０全体（すなわち第一円板状部材４２、第二円板状部材４４及びピン４６）が軸ＡＸ周りに減速回転数で回転して、減速比に応じた高トルクが得られる。

次に、第一円板状部材４２とピン４６について詳細な説明を加える。

ピン４６は、第一円板状部材４２の貫通穴４２Ａに圧入されることによって第一円板状部材４２に固定される。そのため、第一円板状部材４２には、ピン４６の締め代に応じた荷重が加わる。これにより、第一円板状部材４２は、特に貫通穴４２Ａの周囲で歪む。貫通穴４２Ａの周囲における第一円板状部材４２の歪みに伴い、第一円板状部材４２の軸線（軸ＡＸ）に対してピン４６が傾斜することが懸念される。

本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、円板状部材にピンが圧入されると、円板状部材の軸線と直交する径方向外方にピンが傾斜するという知見を得た。ピンが円板状部材の径方向外方に傾斜する主な理由として、例えば次に示されるものが推測される。

円板状部材の内周面は、ピンに向かって凸形状を持つ曲面となっている。そのため、円板状部材の内周面寄りの領域は、いわゆるアーチ効果によりピンからの荷重に対して強度が高い。これに対し、円板状部材の外周面は、ピンに向かって凹形状を持つ曲面となっている。そのため、円板状部材の外周面寄りの領域には、ピンからの荷重に対してアーチ効果が生じない。そのため、貫通穴の周囲の中でも特にピンよりも外周面寄りの領域で歪みが生じる。外周面寄りの領域での歪み量が大きいため、円板状部材の径方向外方にピンが傾斜するものと推測される。

本実施形態に係る減速機１では、第一円板状部材４２の軸線に対するピン４６の傾斜を抑えるため、第一円板状部材４２が次に説明される構成を有している。

図４（ａ）は、図１の断面図の中から第一円板状部材４２を抽出して示す図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ矢示図である。

図４に示されるように、第一円板状部材４２は、第一内径部４２Ｃ及び第二内径部４２Ｄを有している。なお、説明の便宜上、第一円板状部材４２のうち、貫通穴４２Ａに対して内周面寄り（第一円板状部材４２の中心寄り）の領域部、貫通穴４２Ａを挟んで内周面寄りの領域部の反対側に位置する外周面寄りの領域部の夫々を、外側領域部Ｒ_Ｏ、内側領域部Ｒ_Ｉと記す。

第二内径部４２Ｄは、第一内径部４２Ｃから入力側端面４２Ｅに向かって徐々に拡径された（すり鉢状の）形状を持つ。このように第二内径部４２Ｄを形成することにより、第一円板状部材４２の内側領域部Ｒ_Ｉは、外側領域部Ｒ_Ｏよりも肉薄となる。また、内側領域部Ｒ_Ｉは、軸線方向の寸法が外側領域部Ｒ_Ｏよりも短く（高さが低く）なる。別の観点によれば、内側領域部Ｒ_Ｉは、外側領域部Ｒ_Ｏよりもピン４６と接触する面積が小さくなる。なお、本実施形態では、円板状部材の軸線方向と直交する径方向の寸法について「肉厚」や「肉薄」といった表現を用いる。

この結果、例えば内側領域部Ｒ_Ｉと外側領域部Ｒ_Ｏの肉厚及び高さ寸法が同じ構成である場合と比べて、ピン４６の圧入時における内側領域部Ｒ_Ｉと外側領域部Ｒ_Ｏとの歪み量の差が減少する。例示的には、内側領域部Ｒ_Ｉと外側領域部Ｒ_Ｏの肉厚及び高さ寸法が同じ構成である場合と比べて、内側領域部Ｒ_Ｉの歪み量が大きくなると共に外側領域部Ｒ_Ｏの歪み量が小さくなる。

本実施形態では、内側領域部Ｒ_Ｉを薄型化したり、内側領域部Ｒ_Ｉとピン４６との接触面積を小さくしたりすることにより、圧入によって変形した内側領域部Ｒ_Ｉからピン４６に掛かる荷重と、同じく圧入によって変形した外側領域部Ｒ_Ｏからピン４６に掛かる荷重との差が所定値以下となる。これにより、第一円板状部材４２の軸線に対するピン４６の傾斜角度が所定の許容範囲に収まる。

ピン４６の傾斜角度が所定の許容範囲に収まることにより、ピン４６の第二径部４６Ｂをブッシュリング７０を介して外歯歯車１２及び１４に高精度に組み付けることが可能となる。これにより、減速機１の角度伝達誤差や剛性のバラつきを低減させることが可能となり、製品寿命の向上が達成される。なお、角度伝達誤差とは、例えば入力軸体１０（又はサーボモータ）一回転当たりの出力部４０（第一円板状部材４２、第二円板状部材４４及びピン４６）の回転角度誤差である。

ピン４６は、貫通穴４２Ａに対する締め代を持つ部分が、貫通穴４２Ａの軸線方向の長さ以下（具体的には第一径部４６Ａ）に抑えられている。そのため、貫通穴４２Ａに対する締め代をピン４６が全長に亘って持つ場合と比べて、ピン４６を貫通穴４２Ａに圧入したときにピン４６に生じる応力が減少する。

内側領域部Ｒ_Ｉからピン４６に掛かる荷重と、外側領域部Ｒ_Ｏからピン４６に掛かる荷重との差も小さくなるため、第一円板状部材４２の軸線に対するピン４６の傾斜角度がより一層抑えられる。

加えて、圧入時におけるピン４６の変形量が抑えられると共に摩耗痕の発生も抑えられる。ピン４６の第二径部４６Ｂは、ブッシュリング７０とすべり接触する。第二径部４６Ｂの外周面上に変形や摩耗痕が実質的に生じないため、減速機１の角度伝達誤差や剛性のバラつきをより一層低減させることができ、製品寿命をより一層向上させることが可能となる。

なお、ピン４６の形状の単純化（コストダウン等）を優先させる場合、ピン４６は、フランジ４６Ｃより先が全て同一径（貫通穴４２Ａに対して締め代を持つ径）に形成されてもよい。

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば、明細書中に例示的に明示される実施形態等又は自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本願の実施形態に含まれる。

上記の実施形態において説明したように、本発明者は、第一円板状部材４２の外側領域部Ｒ_Ｏよりも内側領域部Ｒ_Ｉを薄肉化したり、内側領域部Ｒ_Ｉとピン４６との接触面積を小さくしたりすることにより、内側領域部Ｒ_Ｉからピン４６に掛かる荷重と、外側領域部Ｒ_Ｏからピン４６に掛かる荷重との差を所定値以下とすることができ、ピン４６の傾斜角度を所定の許容範囲に収めることが可能になるとの知見を得た。

第一円板状部材４２の外側領域部Ｒ_Ｏよりも内側領域部Ｒ_Ｉを薄肉化するには、種々の設計パターンがある。下記に、内側領域部Ｒ_Ｉを薄肉化するための設計パターンを例示的に挙げる。

内側領域部Ｒ_Ｉと外側領域部Ｒ_Ｏの肉厚が同じ構成である場合と比べて、
（Ａ）第一円板状部材４２の内径（第一内径部４２Ｃや第二内径部４２Ｄの径）を少なくとも一部（部分的に又は全体的に）大きくする。
（Ｂ）貫通穴４２Ａの軸線方向の一部区間において内側領域部Ｒ_Ｉとピン４６の間にクリアランスができるように、貫通穴４２Ａの一部を第一円板状部材４２の径方向内方に拡張する。

また、第一円板状部材４２の外側領域部Ｒ_Ｏよりも内側領域部Ｒ_Ｉとピン４６との接触面積を小さくする場合にも、種々の設計パターンがある。下記に、内側領域部Ｒ_Ｉとピン４６との接触面積を小さくするための設計パターンを例示的に挙げる。

内側領域部Ｒ_Ｉ、外側領域部Ｒ_Ｏの各領域部とピン４６との接触面積が同じ構成である場合と比べて、
（ａ）外側領域部Ｒ_Ｏよりも内側領域部Ｒ_Ｉの軸線方向の寸法を短く（高さを低く）する。
（ｂ）貫通穴４２Ａの軸線方向の一部区間において内側領域部Ｒ_Ｉとピン４６の間にクリアランスができるように、貫通穴４２Ａの一部を第一円板状部材４２の径方向内方に拡張する。
（ｃ）内側領域部Ｒ_Ｉに切欠きを形成する。切欠きは、第一円板状部材４２の内周面（第一内径部４２Ｃや第二内径部４２Ｄを規定する内周面）と貫通穴４２Ａを規定する内周面との間の一部を切欠いた非貫通穴であってもよく、また、第一内径部４２Ｃや第二内径部４２Ｄと貫通穴４２Ａとを連通させる貫通細穴であってもよい。
（ｄ）内側領域部Ｒ_Ｉと面するピン４６（第一内径部４２Ｃ）の外周面の一部に切欠きを形成する。

ここで、第一円板状部材４２の変形例を３例挙げる。図５〜図７の夫々に、変形例１〜３に係る第一円板状部材４２の断面図を示す。

図５に示されるように、本変形例１に係る第一円板状部材４２Ｍ１は、第一内径部４２Ｃと第二内径部４２Ｄとの間に第一内径部４２Ｃよりも径の大きい第三内径部４２Ｆを有している。また、図６、図７に示されるように、本変形例２、３に係る第一円板状部材４２Ｍ２、Ｍ３は、本変形例１に対して第二内径部４２Ｄの形状が異なっている。

本変形例１〜３においても上記の実施形態と同様に、第一円板状部材４２の外側領域部Ｒ_Ｏよりも内側領域部Ｒ_Ｉが薄肉化されたり、内側領域部Ｒ_Ｉとピン４６との接触面積が小さくされたりしている。そのため、内側領域部Ｒ_Ｉからピン４６に掛かる荷重と、外側領域部Ｒ_Ｏからピン４６に掛かる荷重との差を所定値以下とすることができ、ピン４６の傾斜角度を所定の許容範囲に収めることが可能となる。

１減速機
１０入力軸体
１２、１４外歯歯車
３０フレーム
４０出力部
４２第一円板状部材
４４第二円板状部材
４６ピン
７０ブッシュリング

Claims

入力部から伝達された回転動力を所定の減速比で変換する減速機構と、
前記減速機構によって変換された回転動力が伝達される複数のピンと、
複数の貫通穴に各前記ピンが圧入された基部と、
を備え、
前記基部は、
円板状部材であり、
前記貫通穴の周囲において前記基部の中心寄りに位置する内側領域部と、
前記貫通穴を挟んで前記内側領域部の反対側に位置する外側領域部と、
を有し、
前記内側領域部から前記ピンに掛かる荷重と、前記外側領域部から前記ピンに掛かる荷重との差が所定値以下となる構成を持つ、
減速機。
前記内側領域部は、
少なくとも一部において前記外側領域部よりも軸線方向と直交する径方向の肉厚が薄い、
請求項１に記載の減速機。
前記内側領域部は、
少なくとも一部において前記外側領域部よりも軸線方向の寸法が短い、
請求項１又は請求項２に記載の減速機。
前記内側領域部は、
前記外側領域部よりも前記ピンと接触する面積が小さい、
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の減速機。
前記内側領域部と前記ピンの少なくとも一方に切欠きが形成されることにより、前記内側領域部と前記ピンとの接触面積が小さくなっている、
請求項４に記載の減速機。