JP2022028440A - 減速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主軸受の転動面におけるピーリングを抑制できる技術を提供する。【解決手段】内歯歯車と外歯歯車とを有する減速機構と、減速機構により減速された回転が伝達される出力部材と、出力部材を支持する主軸受と、を備えた減速装置であって、主軸受は、ころ７５を有する。ころ７５は、ころ中心線方向の中間部７６と、中間部７６からころ中心線方向の端部に向かって外径が徐々に小さくなるクラウニング部７７と、を有する。クラウニング部７７の突出山部高さＲｐｋは、０．０６３μｍ以下である。【選択図】図８

Description

本発明は、減速装置に関する。

特許文献１には、出力部材のケーシングと固定部材の第１、第２フランジ体との間に介在される第１、第２主軸受を備えた減速装置が記載されている。この第１、第２主軸受は、ころを備えている。

特開２０１０－１５９７７４号公報

本発明者は、特許文献１の開示技術を検討したところ、次の課題があるとの認識を得た。主軸受のころにはクラウニング部を設ける場合がある。この場合、このクラウニング部に対向する転動面にピーリングが生じることがあった。特許文献１の開示技術は、この対策を講じたものではなく、改良の余地があった。

本発明のある態様は、こうした状況に鑑みてなされ、その目的の１つは、主軸受の転動面におけるピーリングを抑制できる技術を提供することにある。

前述の課題を解決するための本発明のある態様は、内歯歯車と外歯歯車とを有する減速機構と、減速機構により減速された回転が伝達される出力部材と、出力部材を支持する主軸受と、を備えた減速装置であって、主軸受は、ころを有する。ころは、ころ中心線方向の中間部と、中間部からころ中心線方向の端部に向かって外径が徐々に小さくなるクラウニング部と、を有する。クラウニング部の突出山部高さＲｐｋは、０．０６３μｍ以下である。

本発明のある態様によれば、主軸受の転動面におけるピーリングを抑制できる。

実施形態の減速装置の側面断面図である。 実施形態の減速装置の正面断面図である。 実施形態の偏心体軸受のころの模式的な側面図である。 偏心体軸受の内側転動面ところの関係を示す模式図である。 Ｒｐｋを求めるのに用いられる粗さ曲線と負荷曲線を示すグラフである。 偏心体軸受のころのクラウニング部の形状の一例を示す図である。 図７（Ａ）は、耐久試験を説明する概要図であり、図７（Ｂ）は、耐久試験で行われる動作を説明する図である。 実施形態の主軸受のころの模式的な側面図である。 主軸受の内側転動面と主軸受のころの関係を示す模式図である。 評価試験を説明する概要図である。

以下、本発明の実施形態の一例を説明する。同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。各図面では、説明の便宜のため、構成要素の一部を適宜省略したり、その寸法を適宜拡大、縮小する。図面は符号の向きに合わせて見るものとする。

図１は、実施形態の減速装置１０の側面断面図であり、図２は、その正面断面図である。図２では、図１とは外歯歯車１６の回転位相が異なる図を示す。減速装置１０は、内歯歯車２０と噛み合う外歯歯車１６を揺動させることで、内歯歯車２０及び外歯歯車１６の一方の自転を生じさせ、その生じた自転成分を出力部材５０から被駆動装置に出力する偏心揺動型の減速機構を有する減速装置である。

減速装置１０は、主に、入力軸１２と、クランク軸１４と、外歯歯車１６と、偏心体軸受１８と、内歯歯車２０と、キャリヤ２２、２４と、ケーシング２６と、主軸受５４、５６と、を備える。以下、内歯歯車２０の中心軸線ＣＬ１に沿った方向を「軸方向」といい、その中心軸線ＣＬ１を中心とする円の円周方向、半径方向をそれぞれ「周方向」、「径方向」という。先に、実施形態の減速装置１０の全体構成を説明し、次に、偏心体軸受１８を説明し、その後に、主軸受５４、５６を説明する。

入力軸１２は、駆動装置（不図示）と連結され、その駆動装置から入力される回転動力により回転させられる。駆動装置は、たとえば、モータ、ギヤモータ、エンジン等である。

クランク軸１４は、入力軸１２と一体的に回転させられる。本実施形態のクランク軸１４は入力軸１２が兼ねている。本実施形態の減速装置１０は、クランク軸１４の回転中心線ＣＬ２が内歯歯車２０の中心軸線ＣＬ１と同軸線上に設けられるセンタークランクタイプである。クランク軸１４は、入力軸１２の回転により回転中心線ＣＬ２周りに回転する軸体２８と、軸体２８と一体的に回転可能な複数の偏心体３０とを備える。

偏心体３０は、クランク軸１４の回転中心線ＣＬ２に対して自らの軸心ＣＬ３が偏心しており、外歯歯車１６を揺動させることが可能である。本実施形態では３個の偏心体３０が設けられ、隣り合う偏心体３０の偏心位相は１２０°ずれている。図１において、複数の偏心体３０のうちの真ん中の偏心体３０の軸心は、クランク軸１４の回転中心線ＣＬ２に対して、本図の紙面の奥行方向にずれている。本実施形態の偏心体３０は軸体２８と同じ部材の一部として構成される。

外歯歯車１６は、複数の偏心体３０のそれぞれに対応して個別に設けられる。外歯歯車１６には、ピン体３２が貫通する第１貫通孔３４が形成される。第１貫通孔３４は、外歯歯車１６の中心からオフセットして設けられる。

偏心体軸受１８は、偏心体３０と外歯歯車１６の間に配置される。偏心体軸受１８は、複数の偏心体３０のそれぞれに対応して個別に設けられる。偏心体軸受１８は、対応する偏心体３０に支持され、かつ、偏心体３０に対応する外歯歯車１６を支持する。外歯歯車１６は、偏心体軸受１８を介して対応する偏心体３０に回転自在に支持される。偏心体軸受１８は、外歯歯車１６の中央部を貫通する第２貫通孔３６の内側に配置される。偏心体軸受１８の詳細は後述する。

本実施形態の内歯歯車２０は、ケーシング２６と一体化される内歯歯車本体３８と、内歯歯車本体３８とは別体に設けられるとともに内歯歯車２０の内歯を構成する外ピン４０とを備える。外ピン４０は内歯歯車本体３８の内周部に形成されるピン溝４２に回転自在に支持される。

ケーシング２６は、全体として筒状をなし、その内側には外歯歯車１６が配置される。本実施形態のケーシング２６は内歯歯車本体３８を兼ねている。

キャリヤ２２、２４には、複数の外歯歯車１６に対して軸方向の一方側に設けられる第１キャリヤ２２（以下、便宜的に、入力側キャリヤ２２という）と、複数の外歯歯車１６に対して軸方向の他方側に設けられる第２キャリヤ２４（以下、便宜的に、反入力側キャリヤ２４という）とが含まれる。キャリヤ２２、２４は、入力軸受４４を介してクランク軸１４を回転自在に支持する。

ピン体３２は、入力側キャリヤ２２と反入力側キャリヤ２４を連結する。ピン体３２は、内歯歯車２０の中心軸線ＣＬ１周りに間隔を空けて複数（本例では６つ）設けられる。ピン体３２には、ピン体３２に対して回転自在にローラ４６が外嵌される。

ピン体３２は、外歯歯車１６を貫通する本体部３２ａと、入力側キャリヤ２２及び反入力側キャリヤ２４のうちの一方のキャリヤに形成される嵌込部に嵌め込まれる端部３２ｂとを備える。本実施形態での「一方のキャリヤ」とは、入力側キャリヤ２２である。本実施形態のピン体３２は、入力側キャリヤ２２及び反入力側キャリヤ２４のうちの他方のキャリヤと同じ部材の一部として一体に設けられる。本実施形態での「他方のキャリヤ」とは反入力側キャリヤ２４である。

被駆動装置（不図示）に回転動力を出力する（減速機構により減速された回転が伝達される）部材を出力部材５０といい、減速装置１０を支持するために外部部材（不図示）に固定される部材を被固定部材５２という。本実施形態の出力部材５０は反入力側キャリヤ２４であり、被固定部材５２はケーシング２６である。なお、ケーシング２６を出力部材とし、キャリヤ２２、２４を被固定部材とすることも可能である。

出力部材５０は、被固定部材５２に主軸受５４、５６を介して回転自在に支持される。主軸受５４、５６には、ケーシング２６と入力側キャリヤ２２の間に配置される第１主軸受５４（以下、入力側主軸受５４ともいう）と、ケーシング２６と反入力側キャリヤ２４の間に配置される第２主軸受５６（以下、反入力側主軸受５６ともいう）とが含まれる。主軸受５４、５６については後述する。

以上の減速装置１０の動作を説明する。駆動装置から入力軸１２に回転が伝達されると、入力軸１２とともにクランク軸１４が回転し、クランク軸１４の偏心体３０により外歯歯車１６が揺動する。このとき、外歯歯車１６は、自らの軸心ＣＬ３が内歯歯車２０の中心軸線ＣＬ１周りを回転するように揺動する。外歯歯車１６が揺動すると、外歯歯車１６と内歯歯車２０の噛合位置が順次に周方向にずれる。この結果、入力軸１２やクランク軸１４が一回転する毎に、外歯歯車１６と内歯歯車２０の歯数差に相当する分、外歯歯車１６及び内歯歯車２０の一方の自転が発生する。

本実施形態のように反入力側キャリヤ２４が出力部材５０となる場合、外歯歯車１６の自転が発生する。一方、ケーシング２６が出力部材５０となる場合、内歯歯車２０の自転が発生する。出力部材５０は、外歯歯車１６又は内歯歯車２０の自転成分と同期して回転することで、その自転成分を被駆動装置に出力する。このとき、入力軸１２の回転は、外歯歯車１６と内歯歯車２０の歯数差に応じた減速比で減速されたうえで被駆動装置に出力される。

偏心体軸受１８の説明に移る。偏心体軸受１８は、ころ軸受であり、複数のころ６０と、リテーナ６２を備える。リテーナ６２は、複数のころ６０の相対位置を保持するとともに複数のころ６０を回転自在に支持する。

偏心体軸受１８は、ころ６０の径方向外側に設けられるとともにころ６０が転動する外側転動面６４と、ころ６０の径方向内側に設けられるとともにころ６０が転動する内側転動面６６とを備える。本実施形態の外側転動面６４は、偏心体軸受１８に専用の外輪には設けられておらず、ころ６０に対して径方向外側に対向する外歯歯車１６の第２貫通孔３６の内周面に設けられる。本実施形態の偏心体軸受１８は外側転動面６４が設けられる外輪を備えないということである。本実施形態の内側転動面６６は、偏心体軸受１８に専用の内輪には設けられておらず、ころ６０に対して径方向内側に対向する偏心体３０の外周面に設けられる。本実施形態の偏心体軸受１８は内側転動面６６が設けられる内輪を備えないということである。本実施形態の内側転動面６６や外側転動面６４は、軸方向に沿った切断面において、直線状に延びるように設けられる。

複数のころ６０は、周方向に間を置いて設けられる。本実施形態のころ６０は円筒ころであり、ころ６０の回転中心線ＣＬ４が内歯歯車２０の中心軸線ＣＬ１と平行に設けられる。以下、ころ６０の回転中心線ＣＬ４に沿った方向をころ軸方向という。

図３は、ころ６０の模式的な側面図である。ころ６０は、ころ軸方向の中間部７０と、中間部７０からころ軸方向の端部に向かって外径が徐々に小さくなるクラウニング部７２と、ころ６０の外周面ところ軸方向の端面６０ａとがなす角部７４とを備える。図ではクラウニング部７２にハッチングを付す。本実施形態の中間部７０は、ころ６０の中央部を含む範囲を構成し、ころ６０の回転中心線ＣＬ４に沿って直線状に延びている。クラウニング部７２は、ころ６０にミスアライメントが生じたとき、転動面６４、６６に対するころ６０のエッジ当たりを防ぐために設けられる。本実施形態のクラウニング部７２は、中間部７０に対してころ６０のころ軸方向の両側に個別に設けられる。本実施形態の角部７４は曲面状の面取り部を構成する。

次に、本実施形態の偏心体軸受１８のピーリング抑制技術を説明する。図４は、偏心体軸受１８の内側転動面６６ところ６０との関係を示す模式図である。ここでは、ころ６０の一部の側面図と、偏心体軸受１８の内側転動面６６を平面的に展開した図を示す。本図では、ピーリングの発生箇所と、その発生箇所に対するころ６０の転動箇所とにハッチングを付す。

本発明者は、減速装置１０に入力されるトルクが増大すると、偏心体軸受１８にピーリングが生じ易くなる場合があるとの知見を得た。このピーリングは、ころ６０のクラウニング部７２の転動箇所にて、偏心体軸受１８の転動面６４、６６、特に、偏心体軸受１８の内側転動面６６で生じ易くなる傾向があった。

本発明者は、この対策を検討した。この結果、ころ６０のクラウニング部７２の突出山部高さＲｐｋ（以下、単に「Ｒｐｋ」ともいう）と、クラウニング部７２の無次元ドロップ量Ｄａ（後述する）の調整が有効であることを見出した。

Ｒｐｋは、測定対象面の表面粗さを表すパラメータの一つであり、ＪＩＳ Ｂ６０７１－２に規定される。図５は、Ｒｐｋを求めるのに用いられる粗さ曲線Ｃｒと負荷曲線Ｃｌを示すグラフである。Ｒｐｋを求めるにあたっては、ＪＩＳ Ｂ６０７１－１に規定された測定対象面の粗さ曲線Ｃｒを取得し、その取得した粗さ曲線Ｃｒから負荷曲線Ｃｌを算出する。この負荷曲線Ｃｌの中央部分に等価な等価直線Ｌｅと横軸０％の位置の縦軸との交点のレベルをコア部の上側レベルＬｕとし、その等価直線Ｃｌと横軸１００％の位置の縦軸との交点のレベルをコア部の下側レベルＬｌとする。このとき、粗さ曲線Ｃｒにおいてコア部の上側レベルＬｕより上側の部分が突出山部８０となり、コア部の下側レベルＬｌより下側の部分が突出谷部８２となる。

Ｒｐｋは、粗さ曲線Ｃｒにおける突出山部８０の平均高さを示す値である。粗さ曲線Ｃｒにおける突出山部８０の合計断面積をＳａとし、横軸０％の位置から負荷曲線Ｃｌと上側レベルの直線Ｌ１との交点までの負荷長さ率をＭｒ１とする。このとき、Ｒｐｋは、負荷曲線Ｃｌにおいて底辺をＭｒ１として断面積がＳａに等しい直角三角形Ｔａの高さにより表される。

表面粗さを表すパラメータは種々ある。これらの中でＲｐｋが偏心体軸受１８のピーリングに鋭敏な指標となることを本発明者は新たに見出した。これは、偏心体軸受１８のピーリングに対して、粗さ曲線Ｃｒにおける突出山部８０と突出谷部８２のうち、その突出山部８０の高さが特に影響しているためと考えられる。この突出山部８０の高さが高くなるほど、偏心体軸受１８の転動面６４、６６に対するころ６０の転動箇所での面圧が大きくなり、それに起因してピーリングが生じ易くなると考えられる。

表面粗さを表す他のパラメータとして、たとえば、算術平均粗さＲａがある。これは、基準長さにおける粗さ曲線の高さ方向での絶対値の平均値である。この算術平均粗さＲａを指標に用いた場合、偏心体軸受１８のピーリングに対する影響が小さいと考えられる突出谷部８２の形状が影響してしまう。このため、この場合、偏心体軸受１８のピーリングを正確に評価できない。これに対して、本実施形態によれば、Ｒｐｋを指標として、ころ６０のクラウニング部７２のＲｐｋを設定している。このため、粗さ曲線Ｃｒの突出谷部８２が影響する他のパラメータを用いる場合と比べ、その影響を排除してピーリングを正確に評価でき、ひいてはピーリングを安定して抑制できる。

具体的には、ころ６０のクラウニング部７２のＲｐｋは、０．０６３μｍ以下に設定することが有効である。この条件を満たすことで、ころ６０のクラウニング部７２の転動箇所にて偏心体軸受１８の転動面６４、６６でのピーリングを抑制できる。この観点から、このＲｐｋは、０．０４０μｍ以下であると好ましい。これらは、後述の試験的な検討結果に基づき設定している。クラウニング部７２のＲｐｋの下限値は、ピーリングとの関係で特に限定するものではない。この下限値は、出願時点における加工技術の水準から、現実的なコストで加工するには、たとえば、０．０２５μｍである。

ころ６０の中間部７０のＲｐｋは、そのクラウニング部７２と同様の観点から、０．０６３μｍ以下であると好ましい。これにより、ころ６０の中間部７０の転動箇所にて偏心体軸受１８の転動面６４、６６でのピーリングを抑制できる。中間部７０のＲｐｋの下限値は、ピーリングとの関係で特に限定するものではない。この下限値は、出願時点における加工技術の水準から、現実的なコストで加工するには、たとえば、０．０１３μｍである。

このようなＲｐｋのころ６０は、たとえば、センターレス研磨、バレル研磨、バフ研磨等を用いた研磨工程により得られる。この研磨工程により所望のＲｐｋのころ６０を得るうえでは、研磨剤の粒度を調整すればよい。このとき、所定の粒度（たとえば、＃１０００）となるまで粒度を徐々に大きくするよう研磨剤の粒度を変更すればよい。

ころ６０の中間部７０のＲｐｋは、クラウニング部７２のＲｐｋより小さいと好ましい。ころ６０の中間部７０は、クラウニング部７２と比べて研磨加工をし易く、クラウニング部７２よりＲｐｋを小さくし易い。よって、前述の構成によれば、クラウニング部７２のＲｐｋを中間部７０のＲｐｋに合わせるより、その実現が容易となる。

（ドロップ量）
ころ６０のクラウニング部７２の無次元ドロップ量Ｄａは、次の条件を満たす値である。図３を参照する。ころ６０のころ軸方向の中央６０ｂから端面６０ａまでの距離をＬｈとする。ころ６０の中央６０ｂからころ軸方向にＬｈ×８０％の位置を評価位置Ｐｅという。このとき、無次元ドロップ量Ｄａは、この評価位置Ｐｅにおけるころ６０のクラウニング部７２のドロップ量をＬｈ×８０％で割った値となる。ここでの評価位置Ｐｅにおけるドロップ量とは、中間部７０の半径と評価位置Ｐｅでの半径との差で表される。このようにドロップ量を無次元化したのは、ころ６０のころ軸方向の長さによらず、そのクラウニング部７２のドロップ量を評価するためである。評価位置をＬｈ×８０％の位置としたのは、通常、そこにクラウニング部７２が設けられ、そこでのドロップ量が偏心体軸受１８のピーリングに影響していると考えられるためである。

この無次元ドロップ量Ｄａは、０．００２６以上に設定することが有効である。これは、後述の試験的な検討結果に基づき設定している。この条件を満たすことで、ころ６０のクラウニング部７２の転動箇所にて偏心体軸受１８の転動面６４、６６でのピーリングを効果的に抑制できる。また、この条件を満たすことで、ころ６０の端部でのエッジ当たりを効果的に防げる利点もある。無次元ドロップ量Ｄａの上限値は、ピーリングとの関係で特に限定するものではないが、０．０１０にすると好ましい。クラウニング部７２のドロップ量が過多になると、クラウニング部７２と中間部７０の境界部の転動箇所にて偏心体軸受１８の転動面６４、６６での面圧の増大が懸念される。無次元ドロップ量Ｄａを前述の上限値以下にすることで、このような面圧の増大を避けられる。

以上のころ６０のクラウニング部７２のＲｐｋや無次元ドロップ量Ｄａを設定するにあたって、本発明者が行った試験を説明する。この試験では、ころ６０のＲｐｋや無次元ドロップ量Ｄａを様々に変えた条件の偏心体軸受１８を減速装置１０に組み込み、その減速装置１０をサンプルに用いた。ころ６０の直径は６ｍｍ、ころ軸方向の全長Ｌｔは６．５ｍｍである。ころ６０のクラウニング部７２のＲｐｋ、無次元ドロップ量Ｄａ及び形状は、表１と図６に示す通りである。図６の矢印は評価位置Ｐｅを示す。各サンプルの減速装置１０のトルク密度（後述する）は、３．１×１０^６Ｎ／ｍ^２である。

ころ６０のＲｐｋの測定方法は次の通りである。まず、接触式表面粗さ測定器の触針を測定対象面上で移動させ、触針の先端部の軌跡を測定して測定曲線を取得し、その測定曲線に基づいて評価長さＬｎの粗さ曲線Ｃｒを取得した。表面粗さ測定器には、東京精密製「ＳＵＲＦＣＯＭ ２０００ＤＸ－１４」を用いた。触針の移動方向（測定方向）はころ軸方向であり、その移動速度は０．３ｍｍ／ｓである。触針はダイヤモンド製であり、その先端部は、頂角６０°、曲率半径２μｍの円錐状をなす。評価長さＬｎは、基準長さ（０．２５ｍｍ）の５倍である１．２５ｍｍとして、クラウニング部７２の突出山部高さＲｐｋを求める場合には、その全範囲にクラウニング部７２を含めた。評価長さＬｎは、中間部７０の突出山部高さＲｐｋを求める場合には、その全範囲に中間部７０を含めた。このように求めた粗さ曲線Ｃｒから、前述の負荷曲線Ｃｌを算出し、負荷曲線Ｃｌから突出山部高さＲｐｋを求めた。

以上のサンプルとなる減速装置１０は、次の耐久試験に供した。図７は、耐久試験を説明するための図である。図７（Ａ）に示すように、耐久試験では、減速装置１０の出力部材に出力軸８４を介してフライホイール８６を取り付け、そのフライホイール８６に錘８８を取り付け、この状況のもと、駆動装置９０（サーボモータ）により回転動力を減速装置１０の入力軸１２に入力した。

図７（Ｂ）を参照する。加速運転→等速運転→減速運転の順で行う動作を一回のサイクルとする。正回転方向の動力を入力して行われる一サイクルの動作を正サイクル動作といい、逆回転方向の動力を入力して行われる一サイクルの動作を逆サイクル動作という。耐久試験では、合計のサイクル数が所定の基準回数となるまで、五回の正サイクル動作と、五回の逆サイクル動作とを交互に繰り返した。

この耐久試験では、次の式（１）で表される負荷トルクＴｆが減速装置１０の許容トルクとなるように、Ｊｆ、Ｊｗ、ｎＭａｘ、ｔａを調整した。
Ｔｆ＝（Ｊｆ＋Ｊｗ）×（ｎＭａｘ／(９．５５×ｔａ）） ・・・ （１）
Ｔｆ：負荷トルク（Ｎ×ｍ）
Ｊｆ：フライホイール８６の慣性モーメント（ｋｇｍ^２）
Ｊｗ：錘８８の慣性モーメント（ｋｇｍ^２）
ｎＭａｘ：出力部材５０から出力される出力回転数（ｒ／ｍｉｎ）
ｔａ：加速時間または減速時間（秒）

また、この耐久試験では、次の式（２）で表される負荷モーメントＭｆが減速装置１０の許容モーメントとなるように、Ｗｆ、Ｗｗ、Ｌ１、Ｌ２を調整した。
Ｍｆ＝Ｗｆ×ｇ×Ｌ１＋Ｗｗ×ｇ×Ｌ２ ・・・ （２）
Ｍｆ：負荷モーメント（Ｎ×ｍ）
Ｗｆ：フライホイール８６の質量（ｋｇ）
Ｗｗ：錘８８の質量（ｋｇ）
Ｌ１：入力側主軸受５４の作用点Ｐａからフライホイール８６の軸方向中央位置までの距離（ｍ）
Ｌ２：入力側主軸受５４の作用点Ｐａから錘８８の軸方向中央位置までの距離（ｍ）

以上の耐久試験を経たサンプルは、偏心体軸受１８の内側転動面６６を目視により観察することで、偏心体軸受１８のピーリングの有無を評価した。この結果は、表１に記載の通りである。表１のピーリングの項目で「×」は、前述の基準回数が４０万回の場合にピーリングが見られたことを示す。「○」は、基準回数が４０万回の場合にピーリングが見られず、基準回数が８０万回の場合に僅かにピーリングが見られたことを示す。「◎」は、基準回数が８０万回の場合にピーリングが見られず、基準回数が１００万回の場合に僅かにピーリングが見られたことを示す。「☆」は、基準回数が１００万回の場合でもピーリングが見られないことを示す。

表１のＮｏ．Ａ、Ｂに示すように、ころ６０のクラウニング部７２のＲｐｋが０．０６３μｍ超の場合、偏心体軸受１８にピーリングが生じていた。一方、Ｎｏ．Ｃ～Ｇに示すように、Ｒｐｋが０．０６３μｍ以下の場合、偏心体軸受１８のピーリングを抑制できていた。また、Ｎｏ．Ｅ～Ｇに示すように、クラウニング部７２のＲｐｋが０．０４０μｍ以下の場合、よりピーリングを抑制できていた。また、Ｎｏ．Ｄ、Ｆ、Ｇに示すように、無次元ドロップ量Ｄａが０．００２６以上の場合、０．００２６未満の場合と比べ、よりピーリングを抑制できていた。また、Ｎｏ．Ｆ、Ｇに示すように、クラウニング部７２のＲｐｋが０．０４０μｍ以下で、かつ、無次元ドロップ量Ｄａが０．００２６以上の場合、特にピーリングを抑制できていた。

次に、本実施形態の減速装置１０の他の工夫点を説明する。前述の通り、減速装置１０に入力するトルクを増大すると、偏心体軸受１８にピーリングが生じ易くなる。このトルクに関するパラメータとして、本実施形態では、次に説明するトルク密度を用いる。

図１、図２を参照する。内歯歯車２０及び外歯歯車１６が構成する減速機構９２を円柱体とみなす。内歯歯車２０のピッチ円Ｃｐの半径を円柱体の半径Ｒとし、外歯歯車１６の軸方向寸法Ｔｈの合計値を円柱体の軸方向寸法Ｔｔとする。この円柱体の半径Ｒと軸方向寸法Ｔｔで表される円柱体の体積（＝π×Ｒ^２×Ｔｔ）を減速機構９２の体積とする。隣り合う外歯歯車１６が間隔を空けて配置される場合、その間隔は、ここでの「外歯歯車１６の軸方向寸法Ｔｈの合計値」に含まない。本実施形態のように三つの外歯歯車１６がある場合は、その三つの外歯歯車１６の軸方向寸法Ｔｈの合計値（Ｔｈ×３）を用いる。

このとき、前述のトルク密度は、減速装置１０の許容トルクを減速機構９２の体積で割った値となる。このトルク密度は、減速装置１０に許容トルクを入力したときに、減速機構９２の単位体積当たりの部分に付与されるトルクを意味する。トルク密度が大きくなるほど、減速装置１０の許容トルクが大きくなることを意味する。ここでの許容トルクとは、予め定められた許容ピークトルクのことである。詳しくは、減速装置１０の起動・停止に伴い回転物に慣性トルクが付与されたとき、第２キャリヤ２４に作用するピークトルクに関して予め定められた許容値のことである。

このトルク密度は、２．９×１０^６Ｎ／ｍ^２以上に設定することが有効である。これは、試験的な検討結果に基づき設定している。この条件を満たすと、このようなトルク密度を付与する大トルクが減速装置１０に入力されることが想定される。このような大トルクが付与された場合、その分、偏心体軸受１８にピーリングが生じ易くなる。本実施形態によれば、このような場合でも、ころ６０のクラウニング部７２のＲｐｋに関して前述の条件を満たすことで、偏心体軸受１８のピーリングを抑制できる利点がある。また、このようにピーリングを抑制しつつも、減速装置１０の許容トルクを増大できる利点もある。このトルク密度の上限値は、特に限定するものではない。この上限値は、出願時点での技術水準から、たとえば、６．０×１０^６Ｎ／ｍ^２以下となる。

このようなトルク密度の条件を満たすうえでは、たとえば、次の（１）～（３）の手法が用いられる。（２）の手法を用いる場合、たとえば、特開２０１６－９８８６０号公報に記載のような熱処理を行ってもよい。（３）の手法を用いる場合、たとえば、特許文献１に記載のように、内歯歯車２０の中心軸線ＣＬ１からピン体３２の本体部３２ａの軸心までの距離と、その中心軸線ＣＬ１からその端部３２ｂの軸心までの距離とを異ならせてもよい。これにより、ピン体３２の根本部での強度の向上が図られる。
（１）減速装置１０の構成部品の素材を高強度化する
（２）減速装置１０の構成部品に高強度化を図る熱処理を用いる
（３）減速装置１０の構造を高強度化する

図１に戻り、主軸受５４、５６を説明する。主軸受５４、５６は、ラジアル荷重とスラスト荷重とを受けられるアンギュラころ軸受である。主軸受５４、５６は、内輪５１、５３と、外輪５５、５７と、複数のころ７５と、リテーナ５９とを備える。

複数のころ７５は、周方向に間を置いて設けられる。本実施形態のころ７５は円筒ころである。図１に示すように、ころ７５の回転中心線ＣＬ５、ＣＬ６は、所定の接触角を備えるために、中心軸線ＣＬ１に対して傾斜している。以下、回転中心線ＣＬ５、ＣＬ６に沿った方向をころ中心線方向という。

内輪５１、５３は、ころ７５の径方向内側に設けられるとともにころ７５が転動する内側転動面６７を有する。外輪５５、５７は、ころ７５の径方向外側に設けられるとともにころ７５が転動する外側転動面６８を有する。リテーナ５９は、複数のころ７５の相対位置を保持するとともに複数のころ７５を回転自在に支持する。

本実施形態の内側転動面６７は、主軸受５４、５６に専用の内輪５１、５３に設けられている。内側転動面６７は、ころ７５に対して径方向内側に対向する第１キャリヤ２２や第２キャリヤ２４の外周面に一体的に設けられてもよく、内輪５１、５３を備えることは必須ではない。

本実施形態の外側転動面６８は、主軸受５４、５６に専用の外輪５５、５７に設けられている。外側転動面６８は、ころ７５に対して径方向外側に対向するケーシング２６の貫通孔の内周面に一体的に設けられてもよく、外輪５５、５７を備えることは必須ではない。本実施形態の内側転動面６７および外側転動面６８は、ころ中心線方向に沿った切断面において、直線状に延びるように設けられる。

図８は、ころ７５の模式的な側面図である。ころ７５は、ころ中心線方向（ＣＬ５／ＣＬ６）の中間部７６と、中間部７６からころ中心線方向の端部に向かって外径が徐々に小さくなるクラウニング部７７と、ころ７５の外周面ところ中心線方向の端面７５ａとがなす角部７８とを備える。図ではクラウニング部７７にハッチングを付す。本実施形態の中間部７６は、ころ７５の中央部を含む範囲を構成し、ころ７５の回転中心線ＣＬ５、ＣＬ６に沿って直線状に延びている。クラウニング部７７は、ころ７５にミスアライメントが生じたとき、転動面６７、６８に対するころ７５のエッジ当たりを防ぐために設けられる。本実施形態のクラウニング部７７は、中間部７６に対してころ７５のころ中心線方向の両側に個別に設けられる。本実施形態の角部７８は曲面状の面取り部を構成する。

次に、本実施形態の減速装置１０を想到するに到った背景を説明する。図９は、主軸受５４、５６の内側転動面６７ところ７５との関係を示す模式図である。ここでは、ころ７５の一部の側面図と、主軸受５４、５６の内側転動面６７を平面的に展開した図を示す。本図では、ピーリングの発生箇所と、その発生箇所に対するころ７５の転動箇所とにハッチングを付す。

本発明者は、減速装置１０の出力部材に作用するモーメントが増大すると、主軸受５４、５６にピーリングが生じ易くなる場合があるとの知見を得た。このピーリングは、ころ７５のクラウニング部７７の転動箇所にて、主軸受５４、５６の転動面６７、６８、特に、主軸受５４、５６の内側転動面６７で生じ易くなる傾向があった。

本発明者は、主軸受５４、５６のピーリングに関して、前述の偏心体軸受１８のピーリング抑制技術を適用できるとの着想を得て、主軸受５４、５６のピーリングの対策を検討した。この結果、ころ７５のクラウニング部７７の突出山部高さＲｐｋ（以下、単に「Ｒｐｋ」ともいう）の調整が有効であることを見出した。

以下、主軸受５４、５６のピーリングの説明では、前述の偏心体軸受１８のピーリング抑制技術と重複する説明を省き、主に相違点を説明する。したがって、前述の偏心体軸受１８のピーリング抑制技術の説明は、矛盾しない範囲で主軸受５４、５６のピーリングにも適用される。

Ｒｐｋは、測定対象面の表面粗さを表すパラメータの一つであり、前述の偏心体軸受１８のピーリングに関するＲｐｋの説明が適用される。

本実施形態によれば、Ｒｐｋを指標として、ころ７５のクラウニング部７７のＲｐｋを設定している。このため、ピーリングを正確に評価可能であり、ひいてはピーリングを安定して抑制できる。

具体的には、ころ７５のクラウニング部７７のＲｐｋは、０．０６３μｍ以下に設定することが有効である。この条件を満たすことで、ころ７５のクラウニング部７７の転動箇所にて主軸受５４、５６の転動面６７、６８でのピーリングを抑制できる。この観点から、このＲｐｋは、０．０５０μｍ以下が好ましく、０．０２６μｍ以下が一層好ましい。これらは、後述の試験的な検討結果に基づき設定している。クラウニング部７７のＲｐｋの下限値は、ピーリングとの関係で特に限定するものではない。この下限値は、出願時点における加工技術の水準から、現実的なコストで加工するには、たとえば、０．０２０μｍである。

ころ７５の中間部７６のＲｐｋは、そのクラウニング部７７と同様の観点から、０．０６３μｍ以下がであると好ましい。これにより、ころ７５の中間部７６の転動箇所にて主軸受５４、５６の転動面６７、６８でのピーリングを抑制できる。中間部７６のＲｐｋの下限値は、ピーリングとの関係で特に限定するものではない。この下限値は、出願時点における加工技術の水準から、現実的なコストで加工するには、たとえば、０．０２０μｍである。

このようなＲｐｋのころ７５は、偏心体軸受１８のころ６０と同様の研磨工程により得られる。

ころ７５の中間部７６のＲｐｋは、クラウニング部７７のＲｐｋより小さいと好ましい。ころ７５の中間部７６は、クラウニング部７７と比べて研磨加工をし易く、クラウニング部７７よりＲｐｋを小さくし易い。よって、前述の構成によれば、クラウニング部７７のＲｐｋを中間部７６のＲｐｋに合わせるより、その実現が容易となる。

以上のころ７５のクラウニング部７７のＲｐｋを設定するにあたって、本発明者が行った試験を説明する。この試験では、ころ７５のＲｐｋを様々に変えた条件の主軸受５４、５６を減速装置１０に組み込み、その減速装置１０をサンプルに用いた。ころ７５の直径は７．５ｍｍ、ころ軸方向の全長Ｌｔは９ｍｍである。ころ７５のクラウニング部７７のＲｐｋ及び形状は、表２に示す通りである。

ころ７５のＲｐｋの測定方法は、偏心体軸受１８のころ６０のＲｐｋの測定方法と同様である。クラウニング部７７の突出山部高さＲｐｋを求める場合には、その全範囲にクラウニング部７７を含めた。評価長さＬｎは、中間部７６の突出山部高さＲｐｋを求める場合には、その全範囲に中間部７６を含めた。

以上のサンプルとなる減速装置１０について、次の評価試験を実施した。図１０は、評価試験を説明するための図である。この図に示すように、評価試験は、減速装置１０のうち、ケーシング２６、主軸受５４、５６、入力側キャリヤ２２および反入力側キャリヤ２４のみを組み立てた試験用ユニット１０－Ｂに対して行う。評価試験では、ユニット１０－Ｂのケーシング２６または反入力側キャリヤ２４に出力軸８４を取り付けた状態で、ユニット１０－Ｂの出力軸８４の先端に錘８８を取り付けて出力軸８４に負荷モーメントを加え、駆動装置９１（ギヤモータ）によって回転させて評価する。

この試験では、内輪側を評価する場合、出力軸８４をケーシング２６に取り付け、駆動装置９１はアダプタを介してケーシング２６に回転を入力する。また、この試験で、外輪側を評価する場合、出力軸８４を反入力側キャリヤ２４に取り付け、駆動装置９１はアダプタを介して反入力側キャリヤ２４に回転を入力する。いずれの場合も、駆動装置９１は、一定の速度で一方向に回転を入力する。図１０は、反入力側キャリヤ２４に出力軸８４を取り付け、外輪側を評価する場合を示す。

評価試験における負荷モーメントは、評価試験の加速倍率ｘによって決定され、負荷モーメントＭｌは、次の式（３）で表される。
Ｍｌ＝Ｍｃ／（（１／ｘ）＾（３／１０）） ・・・ （３）
（なお、Ａ＾Ｂは、ＡのＢ乗を示す）
Ｍｌ：負荷モーメント（Ｎ・ｍ）
Ｍｃ：許容モーメント（Ｎ・ｍ）
ｘ：加速倍率
Ｌ３：入力側主軸受５４の作用点Ｐａから錘８８の軸方向中央位置までの距離（ｍ）

評価試験における点検は、目標サイクル数を１００％とするとき、２５％サイクル数間隔で実施した。この点検では、主軸受５４、５６の内輪５１、５３、外輪５５、５７、ころ７５の転動面を表面観察した。この表面観察には、カメラ、光学顕微鏡および触針式表面粗さ形状測定機を用いた。また、表面観察の他に、鉄粉濃度、モーメント剛性についても評価した。

以上の評価試験を経たサンプルは、主軸受５４、５６の内側転動面６７を目視により観察することで、主軸受５４、５６のピーリングの有無を評価した。この結果は、表２に記載の通りである。表２のピーリングの項目で「×」は、前述の基準回数が目標サイクル数の場合にピーリングが見られたことを示す。「○」は、基準回数が目標サイクル数の場合にピーリングが見られず、基準回数が目標サイクル数の２倍の場合に僅かにピーリングが見られたことを示す。「◎」は、基準回数が目標サイクル数の２倍の場合にピーリングが見られず、基準回数が目標サイクル数の２．５倍の場合に僅かにピーリングが見られたことを示す。「☆」は、基準回数が目標サイクル数の２．５倍の場合でもピーリングが見られないことを示す。

表２のＮｏ．Ａ、Ｂに示すように、ころ７５のクラウニング部７７のＲｐｋが０．０６３μｍ超の場合、主軸受５４、５６にピーリングが生じていた。一方、Ｎｏ．Ｃ～Ｅに示すように、Ｒｐｋが０．０６３μｍ以下の場合、主軸受５４、５６のピーリングを抑制できていた。また、Ｎｏ．Ｄに示すように、クラウニング部７７のＲｐｋが０．０５０μｍ以下の場合、よりピーリングを抑制できていた。また、Ｎｏ．Ｅに示すように、クラウニング部７７のＲｐｋが０．０２６μｍ以下の場合、特にピーリングを抑制できていた。

各構成要素の変形例を説明する。

本実施形態の偏心体軸受１８は、センタークランクタイプの偏心揺動型減速装置に限られず、内歯歯車２０の中心軸線ＣＬ１からオフセットした位置に複数のクランク軸１４が配置される振り分けタイプの偏心揺動型減速装置にも適用できる。

本実施形態の主軸受５４、５６は、偏心揺動型減速装置に限られず、公知の様々な減速機構を有する減速装置に適用できる。このような減速装置としては、単純遊星型減速装置、撓み噛合型減速装置等が挙げられる。

外歯歯車１６の数は特に限られず、単数、二つ、四つ以上の何れでもよい。

偏心体軸受１８は、外側転動面６４が設けられる専用の外輪を備えない例を説明したが、そのような専用の外輪を備えてもよい。偏心体軸受１８は、内側転動面６６が設けられる専用の内輪を備えない例を説明したが、そのような専用の内輪を備えてもよい。

偏心体軸受１８のころ６０は、円筒ころに限られず、円錐ころ等でもよい。また、主軸受５４、５６のころ７５は、円筒ころに限られず、円錐ころ等でもよい。

内歯歯車２０は、内歯歯車２０の内歯が内歯歯車本体３８と同じ部材の一部として一体に設けられてもよい。

ケーシング２６は、内歯歯車本体３８と別体に設けられてもよい。

偏心体３０は、クランク軸１４の軸体２８と別体に構成されてもよい。

ピン体３２は、入力側キャリヤ２２及び反入力側キャリヤ２４のうちの他方のキャリヤと別体に設けられてもよい。

以上、本発明の実施形態や変形例について詳細に説明した。前述した実施形態や変形例は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態や変形例の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。前述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態」との記載を付して強調しているが、そのような表記のない内容でも設計変更が許容される。以上の構成要素の任意の組み合わせも、本発明の態様として有効である。図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。

１０…減速装置、１６…外歯歯車、１８…偏心体軸受、２０…内歯歯車、３０…偏心体、６０…ころ、７０…中間部、７２…クラウニング部、５４、５６…主軸受、７５…ころ、７６…中間部、７７…クラウニング部。

Claims (1)

1. 内歯歯車と外歯歯車とを有する減速機構と、前記減速機構により減速された回転が伝達される出力部材と、前記出力部材を支持する主軸受と、を備えた減速装置であって、
   前記主軸受は、ころを有し、
   前記ころは、ころ中心線方向の中間部と、前記中間部からころ中心線方向の端部に向かって外径が徐々に小さくなるクラウニング部と、を有し、
   前記クラウニング部の突出山部高さＲｐｋは、０．０６３μｍ以下であることを特徴とする減速装置。

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