JP2022127928A - 差動減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】内部の潤滑状態を改善することができる差動減速機に関するものである。【解決手段】外歯歯車２の遊星運動を、反力プレート３０を介して中心軸Ｃ０と同軸の回転運動に変換し、内歯歯車３に設けられた出力部１５から出力する差動減速機１において、内歯歯車３における反力プレート３０と対向する側面に円環状の凹溝１７を形成し、凹溝１７に潤滑剤を充填する。内歯歯車３が回転することにより凹溝１７に充填された潤滑剤が減速機内部の上側にかき上げられ、摺動部の潤滑状態を改善することができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、摺動部の潤滑状態を改善することができる差動減速機に関する。

従来、特許文献１には、内歯歯車と、偏心部を備えた入力軸と、偏心部に外装され内歯歯車に内接して噛み合う外歯歯車と、外歯歯車に隣接して配置され、外歯歯車に対して横方向に摺動し、かつ板部材に対して縦方向に摺動する十字状の変換部材とを備えた差動減速機が開示されている。

この差動減速機では、外部からモータ等の動力によって入力軸を回転させることにより、偏心部が偏心運動し、外歯歯車が内歯歯車に内接した状態で偏心及び自転運動する。外歯歯車と変換部材とは横方向に摺動し、変換部材と板部材とは縦方向に摺動する。板部材はケースに固定されているため、変換部材を介して外歯歯車の自転成分が内歯歯車から出力されるようになっている。

特開２０２０－４５９６４号公報

特許文献１のような差動減速機の構造において、ケースを固定側とし、内歯歯車を出力側とした場合、外歯歯車と変換部材とは回転運動をしない。このため、差動減速機の設置の向きによっては、潤滑剤が重力によって減速機内部の下側に落ちてしまい、上側の摺動部の潤滑状態が悪くなってしまうという問題があった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、内歯歯車の側面に凹部を設けることにより、凹部に充填された潤滑剤が減速機内部の上側に供給され易くなり、摺動部の潤滑状態を良好にすることができる差動減速機を提供することである。

この目的を達成するために、請求項１記載の差動減速機は、内歯歯車が形成された出力部と、前記内歯歯車と同軸で前記内歯歯車内に貫通するように配置されており、中心軸に対して偏心する偏心部を有している入力軸と、前記偏心部に外装され、前記内歯歯車に内接して噛み合い、第１摺動部を有する外歯歯車と、前記外歯歯車に隣接して配置され、第１摺動部材を介して前記第１摺動部と摺動可能である第２摺動部を有し、前記外歯歯車の遊星運動を前記中心軸と同軸の回転運動に変換する変換部材と、前記変換部材の外方に配置され、第２摺動部材を介して前記変換部材に設けられた第３摺動部と摺動可能である第４摺動部を有する板部材と、を備えており、前記内歯歯車には、前記変換部材と対向する側面に凹部が形成されていることを特徴とするものである。
また、請求項２記載の差動減速機は、請求項１に記載の差動減速機であって、更に、前記凹部の少なくとも一部は、前記中心軸方向から見て前記変換部材と重なっていることを特徴とするものである。
また、請求項３記載の差動減速機は、請求項１または２に記載の差動減速機であって、更に、前記凹部の少なくとも一部は、前記中心軸方向から見て前記第１摺動部材または前記第２摺動部材と重なっていることを特徴とするものである。
また、請求項４記載の差動減速機は、請求項１から３のいずれか１項に記載の差動減速機であって、更に、前記凹部は、前記内歯歯車と同軸で、前記内歯歯車の全周に亘って形成されていることを特徴とするものである。

請求項１記載の差動減速機によれば、内歯歯車の側面に設けられた凹部に、潤滑剤を充填することができる。このため、内歯歯車が回転することにより、潤滑剤が減速機内部の上側にかき上げられ、変換部材の摺動部に供給され易くなる。
また、請求項２記載の差動減速機によれば、内歯歯車の側面に設けられた凹部のうち少なくとも一部は、中心軸方向から見て変換部材と重なっているため、凹部に充填された潤滑剤が保持され易く、より効果的に変換部材に供給され易くなる。
また、請求項３記載の差動減速機によれば、凹部は中心軸方向から見て第１摺動部または第２摺動部と重なっているため、第１摺動部または第２摺動部に効果的に潤滑剤を供給することができる。
また、請求項４記載の差動減速機によれば、凹部の形状は内歯歯車と同軸で全周に亘って形成されている。このため、例えば内歯歯車のレース加工と同時に凹部を形成することができるため、内歯歯車の加工コストを低く抑えることができる。

本発明の実施形態である差動減速機の中央縦断面図である。 差動減速機の分解斜視図である。 差動減速機からブラケット及び補強プレートを取り外した状態の正面図である。 差動減速機からブラケットを取り外した状態の正面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、差動減速機１の中央縦断面図である。図２は、差動減速機１の分解斜視図である。本実施形態の差動減速機１は、例えば産業用ロボットの関節部分などに使用される。

差動減速機１は、外歯歯車２が内歯歯車３と噛み合いながら偏心回転する偏心搖動型の減速機である。差動減速機１は、外歯歯車２と、内歯歯車３と、ケース４と、入力軸５とを備えている。

ケース４は、円筒状の主ケース６と、主ケース６における入力側（図１の右側）に配置され、外形が主ケース６と略同一の円形である当てプレート７と、当てプレート７を挟んで主ケース６とは反対側に配置され、外形が主ケース６及び当てプレート７と略同一の円形であるブラケット８とから成り、主ケース６、当てプレート７、及びブラケット８は、ブラケット８側から当てプレート７を貫通して主ケース６に螺合される複数のボルト９，９・・により一体に締結されている。主ケース６は、内周面にクロスローラ１１の軌道面が形成されている。つまり主ケース６はクロスローラベアリング１２の外輪も兼ねている。また、主ケース６、当てプレート７、及びブラケット８には、複数のボルト９，９・・を避けた位置に、複数の貫通孔１３が形成されている。

主ケース６の径方向内側には、円筒状の内歯歯車３が配置されている。内歯歯車３は、外周面にクロスローラ１１の軌道面が形成されており、クロスローラ１１を介して、主ケース６に対して回転可能に軸支されている。クロスローラ１１は、中心軸Ｃ０に垂直な方向から見て、内歯歯車３の径方向外側に、内歯と重なる位置に配置されている。つまり内歯歯車３は、クロスローラベアリング１２の内輪も兼ねている。内歯歯車３において、出力側（図１の左側）の端面には、複数のボルト穴１４を備えた出力部１５が形成されている。ケース４（貫通孔１３）または出力部１５（ボルト穴１４）のどちらか一方を固定側とし、他方を出力側として相手側装置と連結される。

内歯歯車３の内周面において、出力部１５側の部分には内歯が形成されず、円盤状のベアリングハウジング１６が圧入により固定されている。内歯歯車３の入力側の端面には、後述する反力プレート３０と対向する位置に、全周に亘って中心軸Ｃ０を中心とする円環状の凹溝１７が形成されている。

外歯歯車２の内側には、中空筒状の入力軸５が配置されている。入力軸５は、配線や駆動軸等を通すために、中心軸Ｃ０を中心とする円形の中空部１８が設けられた円筒状とされている。入力軸５の中心軸Ｃ０は、内歯歯車３の軸線と同軸である。

入力軸５の両端には、第１ボールベアリング２０ａ及び第２ボールベアリング２０ｂを配置するための支持部２１が夫々形成されている。入力軸５は、第１ボールベアリング２０ａを介してブラケット８の内周面に回転可能に軸支され、また第２ボールベアリング２０ｂを介してベアリングハウジング１６の内周面に回転可能に軸支されている。入力軸５における各支持部２１，２１の間には、中心軸Ｃ０から偏心量δ１だけオフセットした偏心軸Ｃ１を中心として、支持部２１よりも外径が大きい円筒面を有する偏心部２２が形成されている。

偏心部２２の径方向外側には、円周方向に全周に亘って配設される横断面円形状の複数のニードルローラ２３を介して、１枚の外歯歯車２が回転可能に支持されている。全てのニードルローラ２３を総合して、外歯歯車２を支持するニードルベアリングが形成されている。つまり偏心部２２は、ニードルベアリングの内輪としての軌道面を兼ねている。各ニードルローラ２３は、中心軸Ｃ０と同じ方向を向いて配設されており、各ニードルローラ２３の軸方向の長さは、偏心部２２の軸方向の幅と略同一である。各ニードルローラ２３の軸方向への移動は、第１ボールベアリング２０ａ及び第２ボールベアリング２０ｂの側面により規制されている。

図３は、差動減速機１を中心軸Ｃ０の入力側から見た正面図であり、差動減速機１からブラケット８及び後述する補強プレート４０を取り外した状態を示している。図４は、差動減速機１を中心軸Ｃ０の入力側から見た正面図であり、差動減速機１からブラケット８を取り外した状態を示している。図４では、補強プレート４０の固定状態を示している。

入力軸５の入力側の端面には、４箇所にボルト穴２４が形成されている。ボルト穴２４は円周状に等間隔で形成され、駆動軸（図示略）を連結可能な形状となっている。また、入力軸５には、入力側の端面から出力側にかけて８箇所に円形の貫通孔２５が形成されている。各貫通孔２５は円形であり、中心軸Ｃ０に対して偏心軸Ｃ１側（図４の上側）の部分に、ボルト穴２４を避ける位置に形成されている。貫通孔２５は、中心軸Ｃ０に対して偏心軸Ｃ１とは反対側（図４の下側）には形成されていない。貫通孔２５は肉抜き部としての機能を果たし、差動減速機１の駆動時において、入力軸５及び外歯歯車２の偏心に起因する回転バランスの偏りを改善することができる。

外歯歯車２は、内歯歯車３の歯数よりも僅かに少ない歯数を有しており、内歯歯車３に偏心位置で内接している。外歯歯車２における入力側の側面には、角形状の２個の当てブロック２６ａ，２６ｂが、外歯歯車２と一体に形成されている。各当てブロック２６ａ，２６ｂには、外歯歯車２の円周方向の各々両側の側面に第１摺動部２７ａ，２７ｂが形成されている。各当てブロック２６ａ，２６ｂは、第１摺動部２７ａ，２７ｂが各々互いに平行になるように形成されている。外歯歯車２には、後述する反力プレート３０と対向する側面（入力側）に、当てブロック２６ａ，２６ｂを避ける位置に複数の円形の凹部２８が形成されている。複数の凹部２８のうち大部分は、中心軸Ｃ０方向から見て、反力プレート３０と重なる位置に形成されている。また、凹部２８には潤滑剤が充填されている。

当てプレート７の径方向内側には、薄板円盤形状の反力プレート３０が配置されている。反力プレート３０の内周側には、互いに１８０度対称な位置に形成された２つの切り欠き３３ａ，３３ｂが形成されており、外周側には、互いに１８０度対称な位置に形成された２つの切り欠き３３ｃ，３３ｄが形成されている。一方の対になる切り欠き３３ａ，３３ｂは、それぞれ円周方向の両側の側面に平行な第２摺動部３４ａ，３４ｂを有している。また、他方の対になる切り欠き３３ｃ，３３ｄは、それぞれ円周方向の両側の側面に平行な第３摺動部３４ｃ，３４ｄを有している。一方の対になる切り欠き３３ａ，３３ｂと、他方の対になる切り欠き３３ｃ，３３ｄとは、第２摺動部３４ａ，３４ｂと第３摺動部３４ｃ，３４ｄとが直交するように形成されている。第１摺動部２７ａ，２７ｂと第２摺動部３４ａ，３４ｂとの間には、横断面円形状の第１ニードルローラ３５ａが各２個ずつ配置されており、一方の対になる切り欠き３３ａ，３３ｂは、第１ニードルローラ３５ａを介して当てブロック２６ａ，２６ｂの第１摺動部２７ａ，２７ｂと摺動可能である。反力プレート３０は、第１ニードルローラ３５ａによって外歯歯車２に対して第２摺動部３４ａ，３４ｂの方向（図３の横方向）に摺動可能である。また、外歯歯車２と反力プレート３０とは、側面同士が摺動するようになっている。

反力プレート３０の側面には、１２箇所にネジ孔３６が形成されている。ネジ孔３６のうち一部は、切り欠き３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを両側から挟む位置に形成されている。つまり、ネジ孔３６は、第２摺動部３４ａ，３４ｂ及び第３摺動部３４ｃ，３４ｄの近くに形成されている。

当てプレート７は円環形状であり、内周面には、第３摺動部３４ｃ，３４ｄと平行に対向する第４摺動部３７ａ，３７ｂを備えた突部３８ａ，３８ｂが、内周方向に向かって突出するように形成されている。第３摺動部３４ｃ，３４ｄと第４摺動部３７ａ，３７ｂとの間には、第１ニードルローラ３５ａと同形状の第２ニードルローラ３５ｂが各２個ずつ配置されている。反力プレート３０は、第２ニードルローラ３５ｂを介して当てプレート７に対して第３摺動部３４ｃ，３４ｄの方向（図３の縦方向）に摺動可能である。

内歯歯車３の側面に形成された凹溝１７は、中心軸Ｃ０の方向から見て、少なくとも一部が反力プレート３０、第１ニードルローラ３５ａ、及び第２ニードルローラ３５ｂと重なる位置にある。凹溝１７には潤滑剤が充填されており、反力プレート３０、第１ニードルローラ３５ａ、及び第２ニードルローラ３５ｂに潤滑剤が供給され易い構造となっている。

反力プレート３０における外歯歯車２とは反対の側面には、外形が反力プレート３０と略同一の薄板円盤形状である補強プレート４０が固定されている。補強プレート４０には、反力プレート３０に形成されたネジ孔３６に対応する位置に１２個の貫通孔が形成されている。補強プレート４０は、各々の貫通孔を通してネジ孔３６に締結される皿ネジ４１により、反力プレート３０と一体に結合されている。貫通孔は皿ネジ４１の頭部を収めるようにテーパ状に形成されており、皿ネジ４１頭部の補強プレート４０の端面からの突出量を抑えている。反力プレート３０は、中心軸Ｃ０の方向から見て、第２摺動部３４ａ，３４ｂ（切り欠き３３ａ，３３ｂ）及び第３摺動部３４ｃ，３４ｄ（切り欠き３３ｃ，３３ｄ）と重なるように配置されている。

本実施形態では、反力プレート３０には、例えば炭素鋼（Ｓ－Ｃ材）、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ材）、ニッケルクロムモリブデン鋼（ＳＮＣＭ材）、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ材）等を使用し、熱処理によって高強度に調整をしている。一方、補強プレート４０には、例えば冷間圧延鋼板（ＳＰＣ材）、ステンレス鋼板（ＳＵＳ材）等を使用し、金属プレス加工によって形成している。また、補強プレート４０に、よりヤング率が大きい材料を使えば、より剛性を高めた差動減速機のモデルを製作することもできる。

主ケース６と内歯歯車３との間でクロスローラベアリング１２の出力側には、オイルシール５０が配置されている。当てプレート７における出力側の端面には、貫通孔１３よりも径方向内側に、全周に亘って凹溝５１が形成されており、該凹溝５１にはＯリング５２が配置されている。また、ブラケット８における出力側の端面には、貫通孔１３よりも径方向内側に、全周に亘って凹溝５３が形成されており、該凹溝５３にはＯリング５４が配置されている。

以上のように構成された差動減速機１において、図示しない駆動原の動力によって入力軸５が回転することで、偏心部２２が偏心運動し、外歯歯車２が内歯歯車３に内接した状態で偏心及び自転運動する。このため、各当てブロック２６ａ，２６ｂも偏心及び自転運動するが、各当てブロック２６ａ，２６ｂは反力プレート３０に対して第２摺動部３４ａ，３４ｂの方向（横方向）に摺動するように配置されており、かつ反力プレート３０は当てプレート７に対して第３摺動部３４ｃ，３４ｄの方向（縦方向）に摺動するように配置されているため、各摺動部が摺動しながら動力が伝達されることによって、反力プレート３０を介して外歯歯車２の自転成分のみが取り出され、内歯歯車３がケース４に対して相対的に回転する。つまり反力プレート３０は、外歯歯車２の偏心回転運動を、中心軸Ｃ０を中心とした回転運動に変換する、いわゆる自在継手と同様の機能を果たしている。また、当てプレート７は、外歯歯車２の遊星運動から内歯歯車３と相対的に回転する回転運動を取り出すキャリアの機能を果たしている。このとき、差動減速機１内に充填された潤滑剤は、オイルシール５０，Ｏリング５２，及びＯリング５４によって封止されている。

このように、上記形態の差動減速機１によれば、内歯歯車３の側面に設けられた凹溝１７に潤滑剤を充填することができるため、内歯歯車３が回転することにより潤滑剤が差動減速機１の内部の上側にかき上げられ、反力プレート３０の摺動部に供給され易くなる。

また、凹溝１７のうち少なくとも一部は、中心軸Ｃ０方向から見て、反力プレート３０と重なる位置に形成されている。このため、凹溝１７に充填された潤滑剤が保持され易く、反力プレート３０の摺動抵抗により効果的に供給され易くなる。

また、凹溝１７のうち少なくとも一部は、中心軸Ｃ０方向から見て、第１ニードルローラ３５ａ又は第２ニードルローラ３５ｂと重なる位置に形成されている。このため、第１ニードルローラ３５ａ又は第２ニードルローラ３５ｂに効果的に潤滑剤を供給することができる。

また、凹溝１７は、中心軸Ｃ０を中心とする円環状の溝である。このため、例えば内歯歯車３のレース加工と同時に凹溝１７を加工することができるため、内歯歯車３の加工コストを低く抑えることができる。

以上のように、本実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態に加えうる変更の例について説明する。

例えば、本実施形態では入力軸５は中空形状であり、中心軸Ｃ０を中心とする円形の中空部１６が設けられた円筒状とされているが、入力軸は中空形状でなくてもよい。また、本実施形態では第１摺動部２６ａ，２６ｂと第２摺動部２７ａ，２７ｂとの間には第１ニードルローラ３５ａが配置されており、第３摺動部３４ｃ，３４ｄと第４摺動部３７ａ，３７ｂとの間には第２ニードルローラ３５ｂが配置されているが、ニードルローラの代わりに滑り軸受を配置しても良い。また、本実施形態では補強プレート４０は一枚の円盤としたが、複数の板を用意して切り欠き３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄをそれぞれ別々に覆うように固定してもよい。

［本発明と実施形態との構成の対応関係］
本実施形態の当てプレート７は、本発明の板部材の一例である。本実施形態の凹溝１７は、本発明の凹部の一例である。本実施形態の反力プレート３０は、本発明の変換部材の一例である。本実施形態の第１ニードルローラ３５ａは、本発明の第１摺動部材の一例である。本実施形態の第２ニードルローラ３５ｂは、本発明の第２摺動部材の一例である。

１ 差動減速機
２ 外歯歯車
３ 内歯歯車
４ ケース
５ 入力軸
７ 当てプレート
８ ブラケット
１２ クロスローラベアリング
１５ 出力部
１７ 凹溝
２２ 偏心部
２６ａ，２６ｂ 当てブロック
２７ａ，２７ｂ 第１摺動部
２８ 凹部
３０ 反力プレート
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ 切り欠き
３４ａ，３４ｂ 第２摺動部
３４ｃ，３４ｄ 第３摺動部
３５ａ 第１ニードルローラ
３５ｂ 第２ニードルローラ
３６ ネジ孔
３７ａ，３７ｂ 第４摺動部
４０ 補強プレート
４１ 皿ネジ
Ｃ０ 中心軸
Ｃ１ 偏心軸

Claims (4)

1. 内歯歯車が形成された出力部と、
   前記内歯歯車と同軸で前記内歯歯車内に貫通するように配置されており、中心軸に対して偏心する偏心部を有している入力軸と、
   前記偏心部に外装され、前記内歯歯車に内接して噛み合い、第１摺動部を有する外歯歯車と、
   前記外歯歯車に隣接して配置され、第１摺動部材を介して前記第１摺動部と摺動可能である第２摺動部を有し、前記外歯歯車の遊星運動を前記中心軸と同軸の回転運動に変換する変換部材と、
   前記変換部材の外方に配置され、第２摺動部材を介して前記変換部材に設けられた第３摺動部と摺動可能である第４摺動部を有する板部材と、
   を備えており、
   前記内歯歯車には、前記変換部材と対向する側面に凹部が形成されている
   ことを特徴とする差動減速機。
2. 前記凹部の少なくとも一部は、前記中心軸方向から見て前記変換部材と重なっている
   ことを特徴とする請求項１に記載の差動減速機。
3. 前記凹部の少なくとも一部は、前記中心軸方向から見て前記第１摺動部材または前記第２摺動部材と重なっている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の差動減速機。
4. 前記凹部は、前記内歯歯車と同軸で、前記内歯歯車の全周に亘って形成されている
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の差動減速機。

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