JP2019039549A - 変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】偏心体と外歯歯車との間に潤滑油を行き渡らせて、偏心体と外歯歯車とを、滑らかに相対回転させること。【解決手段】手段変速機は、円板状の偏心体と、円板状の外歯歯車とを有する。中心軸から偏心体の外周面までの距離は、周方向の位置によって異なる。外歯歯車は、中央部に偏心体が嵌まる円孔を有する。偏心体の外周面と外歯歯車の内周面との間には、潤滑油が介在する。また、偏心体の外周面と外歯歯車の内周面との間の周方向の少なくとも一部には、油溜まり部が設けられている。油溜まり部は、周方向の他の部分よりも径方向の間隔が広い。【選択図】図３

Description

本発明は、変速機に関する。

従来、偏心揺動型（内接遊星式）の減速機が知られている。偏心揺動型の減速機は、内歯歯車と、内歯歯車の内側に配置された外歯歯車とを有する。外歯歯車は、内歯歯車と噛み合いながら、内歯歯車の内面に沿って揺動する。このような偏心揺動型の減速機は、小型で高い減速比を得ることができる。従来の偏心揺動型の減速機については、例えば、実開平２−４７４５４号公報に記載されている。
実開平２−４７４５４号公報

実開平２−４７４５４号公報の減速装置では、摩擦による発熱を抑えるために、外歯歯車の内周面と偏心体の外周面との接触面に、潤滑剤が使用されている。また、潤滑剤を保持するために、接触面に凹部が設けられている。しかしながら、当該公報の凹部は、周方向に延びる円環状の溝である。したがって、接触面の軸方向の一部のみに、凹部が設けられている。このような構造では、接触面の全体に潤滑剤を行き渡らせることが困難と考えられる。

本発明の目的は、偏心揺動型の変速機において、偏心体と外歯歯車との間に潤滑油を行き渡らせて、偏心体と外歯歯車とを、滑らかに相対回転させることができる構造を提供することである。

上記課題を解決するため、本願の発明は、偏心揺動型の変速機であって、中心軸を中心として第１回転数で回転する第１回転部と、前記第１回転部とともに回転し、前記中心軸から外周面までの距離が周方向の位置によって異なる円板状の偏心体と、中央に前記偏心体が嵌まる円孔を有する円板状の外歯歯車と、前記偏心体の外周面と前記外歯歯車の内周面との間に介在する潤滑油と、前記外歯歯車の径方向外側に位置し、前記中心軸と同軸に配置された円筒状の内歯歯車と、前記外歯歯車に設けられた複数の貫通孔を通って軸方向に延びる複数のキャリアピンと、前記複数のキャリアピンに固定された第２回転部と、を備え、前記外歯歯車は、外周部に複数の外歯を有し、前記内歯歯車は、内周部に複数の内歯を有し、前記偏心体の長径の延長線上において、前記複数の外歯の一部と、前記複数の内歯の一部とが、互いに噛み合い、前記偏心体の外周面と前記外歯歯車の内周面との間の周方向の少なくとも一部に、周方向の他の部分よりも径方向の間隔が広い油溜まり部が設けられている。

本願によれば、油溜まり部に潤滑油が溜まり、その潤滑油が周方向に徐々に行き渡る。これにより、偏心体と外歯歯車とを、滑らかに相対回転させることができる。

図１は、減速機の縦断面図である。 図２は、減速機の分解斜視図である。 図３は、減速機の横断面図である。 図４は、偏心体の斜視図である。 図５は、切り欠き部付近を軸方向に視た図である。 図６は、変形例に係る変速機の切り欠き部付近を軸方向に視た図である。 図７は、変形例に係る変速機の切り欠き部付近を軸方向に視た図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、変速機の中心軸と平行な方向を「軸方向」、中心軸に直交する方向を「径方向」、中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。ただし、上記の「平行な方向」は、略平行な方向も含む。また、上記の「直交する方向」は、略直交する方向も含む。

＜１．変速機の全体構成＞
図１は、変速機の一例である減速機１の縦断面図である。図２は、減速機１の分解斜視図である。図３は、図１中のIII−III位置から視た減速機１の横断面図である。なお、図３においては、図の煩雑化を避けるため、ハッチングが省略されている。

この減速機１は、第１回転数（入力回転数）の回転運動を、第１回転数よりも低い第２回転数（出力回転数）の回転運動に変換する、偏心揺動型（内接遊星式）の歯車減速機である。減速機１は、例えば、人と協調して作業を行うサービスロボット等の小型ロボットの関節に使用される。ただし、同等の構造を有する減速機を、大型の産業用ロボット、工作機、Ｘ−Ｙテーブル、材料の切断装置、コンベアライン、ターンテーブル、圧延ローラ等の他の用途に用いてもよい。

図１に示すように、本実施形態の減速機１は、第１回転部１０、２つの偏心体２０、２枚の外歯歯車３０、内歯歯車４０、複数のキャリアピン５０、および第２回転部６０を備える。

第１回転部１０は、中心軸９に沿って延びる円柱状の部材である。図１中に概念的に示したように、第１回転部１０は、直接または他の動力伝達機構を介して、駆動源であるモータに接続される。モータを駆動させると、モータから供給される動力によって、第１回転部１０は、中心軸９を中心として第１回転数で回転する。すなわち、本実施形態では、第１回転部１０が入力部となる。

偏心体２０は、第１回転部１０とともに回転する部材である。２つの偏心体２０は、それぞれ、第１回転部１０の外周面に固定されている。ただし、第１回転部１０と２つの偏心体２０とが、単一の部材であってもよい。２つの偏心体２０は、それぞれ、中心軸９から外れた位置で中心軸９と平行に延びる偏心軸９１を中心とする、円筒状の外周面を有する。したがって、中心軸９から偏心体２０の外周面までの距離は、周方向の位置によって異なる。第１回転部１０が中心軸９を中心として回転すると、２つの偏心体２０の位置が、中心軸９を中心として回転する。このとき、各偏心体２０の偏心軸９１も、中心軸９を中心として回転する。

本実施形態では、一方の偏心体２０の偏心軸９１の位置と、他方の偏心体２０の偏心軸９１の位置とが、中心軸９に対して、互いに１８０°離れている。このようにすれば、２つの偏心体２０の全体としての重心の位置が、常に中心軸９上に位置する。したがって、偏心体２０の回転による重心の揺らぎを抑制できる。

２枚の外歯歯車３０は、それぞれ、偏心体２０の径方向外側に配置される。外歯歯車３０は、円板状の部材であり、その中央に円孔３４を有する。偏心体２０は、当該円孔３４に嵌まる。外歯歯車３０は、偏心体２０の周囲において、偏心軸９１を中心として回転可能に支持される。偏心体２０の外周面と外歯歯車３０の内周面との間には、潤滑油７１（図５参照）が介在する。これにより、偏心体２０と外歯歯車３０とは、玉軸受等の機械的要素を介することなく、相対回転する。このように、偏心体２０と外歯歯車３０との間の機械的要素を省略することによって、減速機１を小型化しやすくなる。なお、潤滑油７１には、例えば、グリースが用いられる。

図３に示すように、外歯歯車３０の外周部には、複数の外歯３１が設けられている。各外歯３１は、径方向外側へ向けて突出する。また、隣り合う外歯３１の間には、径方向内側へ向けて凹む外歯間溝３２が設けられている。外歯３１と外歯間溝３２とは、偏心軸９１を中心として、周方向に交互に並んでいる。

また、図１および図３に示すように、２枚の外歯歯車３０は、それぞれ、複数（図３の例では１０個）の貫通孔３３を有する。各貫通孔３３は、外歯歯車３０を軸方向に貫通する。複数の貫通孔３３は、偏心軸９１を中心として、周方向に等間隔に並んでいる。

内歯歯車４０は、２枚の外歯歯車３０の径方向外側を取り囲む円筒状の部材である。内歯歯車４０は、中心軸９と同軸に配置される。図３に示すように、内歯歯車４０は、複数の内歯４１を有する。複数の内歯４１は、それぞれ、内歯歯車４０の内周部から径方向内側へ向けて突出する。また、隣り合う内歯４１の間には、径方向外側へ向けて凹む内歯間溝４２が設けられている。内歯４１と内歯間溝４２とは、中心軸９を中心として、周方向に交互に並んでいる。

外歯歯車３０の複数の外歯３１の一部と、内歯歯車４０の複数の内歯４１の一部とは、互いに噛み合う。具体的には、偏心体２０の長径の延長線上において、複数の外歯３１の一部と、複数の内歯４１の一部とが、互いに噛み合う。当該噛み合い位置においては、外歯歯車３０の外歯３１が、内歯歯車４０の内歯間溝４２に嵌まるか、あるいは、内歯歯車４０の内歯４１が、外歯歯車３０の外歯間溝３２に嵌まる。

第１回転部１０が中心軸９を中心として回転すると、外歯歯車３０は、偏心軸９１とともに、中心軸９の周りを公転する。また、外歯歯車３０の外歯３１と内歯歯車４０の内歯４１とが噛み合うことによって、外歯歯車３０は自転する。ここで、内歯歯車４０が有する内歯４１の数は、外歯歯車３０が有する外歯３１の数よりも多い。このため、外歯歯車３０の１公転ごとに、内歯歯車４０の同じ位置の内歯４１に噛み合う外歯３１の位置がずれる。これにより、外歯歯車３０が、第１回転部１０の回転方向とは逆の方向へ、第１回転数よりも低い第２回転数で自転する。したがって、外歯歯車３０の貫通孔３３の位置も、第２回転数で回転する。減速機１の動作時には、２枚の外歯歯車３０が、それぞれ、このような公転と自転とを組み合わせた回転運動を行う。

外歯歯車３０が有する外歯３１の数をＮとし、内歯歯車４０が有する内歯４１の数をＭとすると、減速機１の減速比Ｐは、Ｐ＝（第１回転数）／（第２回転数）＝Ｎ／（Ｍ−Ｎ）となる。図３の例では、Ｎ＝２９，Ｍ＝３０なので、この例における減速比Ｐは、Ｐ＝２９である。すなわち、第２回転数は、第１回転数の１／２９の回転数となる。ただし、外歯３１の数Ｎおよび内歯４１の数Ｍは、他の値であってもよい。また、内歯４１の数Ｍより外歯３１の数Ｎの方が多くてもよい。

本実施形態では、内歯歯車４０が、減速機１の外壁を構成するケーシングの役割も果たしている。このようにすれば、ケーシングとは別に内歯歯車４０を設ける必要がない。これにより、減速機１をより小型化しやすくなる。

複数のキャリアピン５０は、２枚の外歯歯車３０を貫通して、軸方向に延びる円柱状の部材である。複数のキャリアピン５０は、中心軸９を中心として、円環状に配列される。各キャリアピン５０は、２枚の外歯歯車３０の貫通孔３３に挿入される。図３に示すように、外歯歯車３０の貫通孔３３を構成する円環状の面と、キャリアピン５０の外周面との間には、間隙が介在する。２枚の外歯歯車３０が、減速後の第２回転数で自転すると、外歯歯車３０に押されることによって、複数のキャリアピン５０も、中心軸９を中心として、第２回転数で回転する。

第２回転部６０は、円環状の前方キャリア部材６１と、円環状の後方キャリア部材６２とを有する。前方キャリア部材６１は、２枚の外歯歯車３０よりも軸方向の一方側に配置される。第１回転部１０と前方キャリア部材６１との間には、軸受７２が介在する。また、前方キャリア部材６１と内歯歯車４０との間には、軸受７３が介在する。後方キャリア部材６２は、２枚の外歯歯車３０よりも軸方向の他方側に配置される。第１回転部１０と後方キャリア部材６２との間には、軸受７４が介在する。また、後方キャリア部材６２と内歯歯車４０との間には、軸受７５が介在する。軸受７２および軸受７４には、例えば、ボールベアリングが用いられる。軸受７３および軸受７５には、例えば、ポリアセタール等の樹脂からなるすべり軸受が用いられる。

各キャリアピン５０の軸方向の一方の端部は、前方キャリア部材６１に固定される。各キャリアピン５０の軸方向の他方の端部は、後方キャリア部材６２に固定される。このため、複数のキャリアピン５０が、中心軸９を中心として第２回転数で回転すると、前方キャリア部材６１および後方キャリア部材６２も、中心軸９を中心として第２回転数で回転する。

第２回転部６０は、直接または他の動力伝達機構を介して、駆動対象となる部材に接続される。すなわち、本実施形態では、第２回転部６０が出力部となる。

＜２．偏心体２０について＞
続いて、上述した偏心体２０のより詳細な形状について、説明する。図４は、偏心体２０の斜視図である。図５は、偏心体２０の一部および外歯歯車３０の一部を、軸方向に視た図である。

図４および図５に示すように、偏心体２０の外周面は、円弧部２１と、２つの切り欠き部２２とを有する。円弧部２１は、偏心軸９１を中心とする円弧状の面である。円弧部２１は、外歯歯車３０の内周面に沿って拡がる。切り欠き部２２は、偏心体２０の外周面のうち、周方向の２箇所に設けられている。本実施形態の切り欠き部２２は、偏心軸９１を中心とする偏心体２０の径に対して垂直な平面である。

外歯歯車３０の内周面と、切り欠き部２２を構成する面との間には、周方向の他の部分よりも径方向の間隔が広い空間８０が存在する。偏心体２０と外歯歯車３０との間に介在する潤滑油７１の一部は、この空間８０に保持される。すなわち、本実施形態では、この空間８０が、油溜まり部となる。減速機１の駆動時には、外歯歯車３０の内周面に対して、空間８０の位置が周方向に移動する。これに伴い、空間８０に保持された潤滑油７１が、当該空間８０から、円弧部２１と外歯歯車３０の内周面との間の隙間へ徐々に拡がる。これにより、偏心体２０の外周面と外歯歯車３０の内周面との間に、潤滑油７１が行き渡る。その結果、偏心体２０と外歯歯車３０とを、滑らかに相対回転させることができる。また、空間８０に潤滑油７１を保持することにより、短期間で潤滑油７１が枯渇することを防止できる。したがって、偏心体２０と外歯歯車３０との間に、潤滑油７１を長期間に亘って介在させることができる。

本実施形態では、外歯歯車３０の内周面ではなく、偏心体２０の外周面に、切り欠き部２２が設けられている。外歯歯車３０に部分的な凹み設けないため、外歯歯車３０の強度を維持できる。したがって、外歯歯車３０の変形を抑えて、減速機１を精度よく動作させることができる。

切り欠き部２２は、偏心体２０の軸方向の一方の端部から他方の端部まで、軸方向に拡がる。したがって、空間８０に保持された潤滑油７１は、偏心体２０の外周面の軸方向の全幅に行き渡る。特に、本実施形態では、切り欠き部２２が凹状ではなく、偏心体２０の径に対して垂直な平面となっている。このようにすれば、空間８０に保持された潤滑油７１が、周方向に滲み出しやすい。したがって、偏心体２０の円弧部２１と外歯歯車３０の内周面との間へ、潤滑油７１を、より良好に行き渡らせることができる。

また、図５中の拡大図に示すように、偏心体２０の外周面は、円弧部２１と切り欠き部２２との境界に、繋ぎ部２３を有する。繋ぎ部２３は、円弧部２１の周方向の端部と、切り欠き部２２の周方向の端部とを、滑らかに繋ぐ曲面状の部位である。すなわち、本実施形態では、円弧部２１と切り欠き部２２との境界が尖っていない。このため、空間８０に保持された潤滑油７１が、繋ぎ部２３を経て円弧部２１側へ、より滲み出しやすくなる。したがって、偏心体２０の円弧部２１と外歯歯車３０の内周面との間へ、潤滑油７１を、より良好に行き渡らせることができる。

また、本実施形態では、偏心体２０が、周方向の異なる位置に、２つの切り欠き部２２を有する。このように、偏心体２０の外周面に複数の切り欠き部２２を設ければ、油溜まり部としての空間８０も、周方向の複数箇所に設けられる。したがって、周方向の複数箇所に潤滑油７１が保持される。その結果、偏心体２０と外歯歯車３０との間に、潤滑油７１をより良好に行き渡らせることができる。

図３および図４に示すように、偏心体２０は、中心軸９からの距離が最も遠い頂部２４を有する。偏心体２０の外周面のうち、減速機１の駆動時に外歯歯車３０に最も強く押し付けられる部分は、頂部２４の近傍部位となる。このため、頂部２４の近傍部位には、特に潤滑油７１が必要となる。切り欠き部２２は、偏心体２０の外周面のうち、この頂部２４を中央とする半周の範囲内に位置することが好ましい。また、切り欠き部２２は、偏心体２０の外周面のうち、この頂部２４を中央とする１／３周の範囲内に位置することが、より好ましい。例えば、本実施形態のように、頂部２４の周方向の両側に、２つの切り欠き部２２を設けることが好ましい。これにより、偏心体２０と外歯歯車３０とを、より滑らかに相対回転させることができる。

＜３．変形例＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態には限定されない。以下では、種々の変形例について、上記の実施形態との相違点を中心に説明する。

図６は、一変形例に係る減速機の切り欠き部２２Ａ付近を、軸方向に視た図である。図６のように、切り欠き部２２Ａは、径方向外側へ向けて僅かに膨らんでいてもよい。切り欠き部２２Ａの表面は、円弧部２１Ａよりも径方向内側に位置していればよい。このような形態でも、切り欠き部２２Ａと、外歯歯車３０Ａの内周面との間に、油溜まり部となる空間８０Ａを設けることができる。したがって、当該空間８０Ａに、潤滑油７１Ａを保持させることができる。

図７は、他の変形例に係る減速機の切り欠き部２２Ｂ付近を、軸方向に視た図である。図７のように、切り欠き部２２Ｂは、径方向内側へ向けて凹んだ溝であってもよい。このようにすれば、切り欠き部２２Ｂと、外歯歯車３０Ｂの内周面との間に、より広い空間８０Ｂを設けることができる。したがって、当該空間８０Ｂに、より多くの潤滑油７１Ｂを溜めることができる。

また、上記の実施形態では、１つの偏心体２０の周囲の２箇所に、油溜まり部となる空間８０が設けられていた。しかしながら、１つの偏心体２０の周囲に設けられる空間８０の数は、１つであってもよく、３つ以上であってもよい。すなわち、油溜まり部となる空間８０は、偏心体２０の外周面と外歯歯車３０の内周面との間の周方向の少なくとも一部に設けられていればよい。

また、上記の実施形態では、偏心体２０の外周面に切り欠き部２２が設けられていた。しかしながら、外歯歯車３０の内周面に切り欠き部が設けられていてもよい。また、偏心体２０の外周面と外歯歯車３０の内周面との双方に、切り欠き部が設けられていてもよい。

減速機を構成する各部材の材料には、例えば、金属が用いられる。ただし、各部材の材料に、金属に代えて、樹脂を用いてもよい。また、減速機を構成する各部材のうち、強度を重視すべき部分には金属を用いるとともに、他の部分には金属よりも軽い樹脂を用いてもよい。特に、偏心体および外歯歯車の少なくともいずれか一方が樹脂製の場合には、偏心体と外歯歯車との間を、機械的要素を排除した滑り軸受とする必要性が高い。したがって、本発明が特に有用である。

また、上記の実施形態では、減速機が、偏心体および外歯歯車のセットを２つ有していた。しかしながら、減速機に含まれる偏心体および外歯歯車のセットの数は、１つでもあってよく、３つ以上であってもよい。

また、上記の実施形態では、変速機の一例である減速機について説明した。しかしながら、同等の構造を増速機として用いてもよい。その場合、第２回転部を入力部とし、第１回転部を出力部とすればよい。すなわち、第２回転部に増速前の第２回転数の回転運動を入力し、増速後の第１回転数の回転運動を第１回転部から出力すればよい。

また、変速機の細部の形状については、本願の各図に示された形状と相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

本願は、変速機に利用できる。

１ 減速機
９ 中心軸
１０ 第１回転部
２０ 偏心体
２１，２１Ａ 円弧部
２２，２２Ａ，２２Ｂ 切り欠き部
２３ 繋ぎ部
２４ 頂部
３０，３０Ａ，３０Ｂ 外歯歯車
３１ 外歯
３２ 外歯間溝
３３ 貫通孔
３４ 円孔
４０ 内歯歯車
４１ 内歯
４２ 内歯間溝
５０ キャリアピン
６０ 第２回転部
６１ 前方キャリア部材
６２ 後方キャリア部材
７１，７１Ａ，７１Ｂ 潤滑油
７２，７３，７４，７５ 軸受
８０，８０Ａ，８０Ｂ 空間
９１ 偏心軸

Claims (10)

1. 偏心揺動型の変速機であって、
   中心軸を中心として第１回転数で回転する第１回転部と、
   前記第１回転部とともに回転し、前記中心軸から外周面までの距離が周方向の位置によって異なる円板状の偏心体と、
   中央に前記偏心体が嵌まる円孔を有する円板状の外歯歯車と、
   前記偏心体の外周面と前記外歯歯車の内周面との間に介在する潤滑油と、
   前記外歯歯車の径方向外側に位置し、前記中心軸と同軸に配置された円筒状の内歯歯車と、
   前記外歯歯車に設けられた複数の貫通孔を通って軸方向に延びる複数のキャリアピンと、
   前記複数のキャリアピンに固定された第２回転部と、
   を備え、
   前記外歯歯車は、外周部に複数の外歯を有し、
   前記内歯歯車は、内周部に複数の内歯を有し、
   前記偏心体の長径の延長線上において、前記複数の外歯の一部と、前記複数の内歯の一部とが、互いに噛み合い、
   前記偏心体の外周面と前記外歯歯車の内周面との間の周方向の少なくとも一部に、周方向の他の部分よりも径方向の間隔が広い油溜まり部が設けられている変速機。
2. 請求項１に記載の変速機であって、
   前記偏心体の外周面は、周方向の少なくとも一部に切り欠き部を有し、
   前記油溜まり部は、前記切り欠き部と前記外歯歯車の内周面との間の空間である変速機。
3. 請求項２に記載の変速機であって、
   前記切り欠き部は、前記偏心体の径に対して垂直な平面である変速機。
4. 請求項３に記載の変速機であって、
   前記偏心体の外周面は、
   前記切り欠き部と、
   前記外歯歯車の内周面に沿って拡がる円弧部と、
   前記切り欠き部と前記円弧部との境界を滑らかに繋ぐ曲面状の繋ぎ部と、
   を有する変速機。
5. 請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の変速機であって、
   前記切り欠き部は、前記偏心体の軸方向の一方の端部から、前記偏心体の軸方向の他方の端部まで拡がる変速機。
6. 請求項２から請求項５までのいずれか１項に記載の変速機であって、
   前記偏心体は、前記中心軸からの距離が最も遠い頂部を有し、
   前記切り欠き部は、前記偏心体の外周面のうち、前記頂部を中央とする半周の範囲内に位置する変速機。
7. 請求項２から請求項６までのいずれか１項に記載の変速機であって、
   前記偏心体は、複数の前記切り欠き部を、周方向の異なる位置に有する変速機。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の変速機であって、
   前記潤滑油は、グリースである変速機。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の変速機であって、
   前記偏心体および前記外歯歯車の少なくともいずれか一方は、樹脂製である変速機。
10. 請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の変速機であって、
    前記第１回転部は、モータから得られる動力により第１回転数で回転する入力部であり、
    前記第２回転部は、前記第１回転数よりも低い第２回転数で回転する出力部である変速機。

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