JP2023132224A - 差動減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】入力軸にキー溝を設けても、入力軸の剛性低下を抑制可能とする。【解決手段】差動減速機１は、内歯歯車３と、内歯歯車３を同軸で貫通すると共に、自身の中心軸Ｏ１に対して偏心する偏心部１５を備え、軸方向の端部に開口する中空部１３を有する入力軸１２と、偏心部１５に外装され、内歯歯車３に内接して噛合し、入力軸１２の回転に伴って遊星運動する外歯歯車１７と、外歯歯車１７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４と、を含んでなり、中空部１３に、外部の駆動軸を挿入結合するためのキー溝１６が、中心軸Ｏ１と平行に形成されている。そして、キー溝１６は、中心軸Ｏ１の軸周り方向で、偏心部１５の偏心方向と異なる位置に配置されている。【選択図】図２

Description

本開示は、内歯歯車と、内歯歯車に内接して噛合する外歯歯車とを含む内接揺動式の差動減速機に関する。

差動減速機は、内歯歯車と、内歯歯車を同軸で貫通すると共に、自身の中心軸に対して偏心する偏心部を備える入力軸と、偏心部に外装され、内歯歯車に内接して噛合し、入力軸の回転に伴って遊星運動する外歯歯車と、外歯歯車の遊星運動から、内歯歯車と相対的に回転する回転運動を取り出すキャリアとを含んでいる。すなわち、入力軸からの回転入力によって内歯歯車内で外歯歯車が遊星運動（偏心運動）することで、両歯車間に相対回転を生じさせ、偏心運動と相対回転との回転数差による減速比で回転を出力するものである。入力軸は、外部の駆動軸を連結するために、中空筒状となっている（例えば特許文献１）。

特開２０２１－１３９４６６号公報

上記従来の差動減速機において、駆動軸がキーを有する場合、入力軸の中空部の内周面にキー溝を形成する必要がある。しかし、入力軸の偏心部には、内歯歯車と外歯歯車との噛合による力が径方向外側から加わるため、キー溝を設ける位置によっては入力軸の剛性が低下するおそれがある。

そこで、本開示は、駆動軸を連結する中空部にキー溝を設けても、入力軸の剛性低下を抑制できる差動減速機を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、本開示は、内歯歯車と、前記内歯歯車を同軸で貫通すると共に、自身の中心軸に対して偏心する偏心部を備え、軸方向の端部に開口する中空部を有する入力軸と、
前記偏心部に外装され、前記内歯歯車に内接して噛合し、前記入力軸の回転に伴って遊星運動する外歯歯車と、
前記外歯歯車の遊星運動から、前記内歯歯車と相対的に回転する回転運動を取り出すキャリアと、を含んでなり、
前記中空部に、外部の駆動軸を挿入結合するためのキー溝が、前記中心軸と平行に形成されている差動減速機であって、
前記キー溝は、前記中心軸の軸周り方向で、前記偏心部の偏心方向と異なる位置に配置されていることを特徴とする。
本開示の別の態様は、上記構成において、前記キー溝は、前記偏心部の偏心方向との直交側に配置されていることを特徴とする。
なお、「偏心方向との直交側」とは、偏心方向と直交する方向を含む入力軸の軸周り方向での所定角度の範囲を指す。
本開示の別の態様は、上記構成において、前記偏心方向との直交側は、前記偏心方向と直交する方向を中心とした前記軸周り方向での±４５°の範囲であることを特徴とする。
本開示の別の態様は、上記構成において、前記キー溝は、前記偏心部の偏心方向との逆側に配置されていることを特徴とする。
なお、「偏心方向との逆側」とは、偏心方向との反対方向を含む入力軸の軸周り方向での所定角度の範囲を指す。
本開示の別の態様は、上記構成において、前記偏心方向との逆側は、前記偏心方向との反対方向を中心とした前記軸周り方向での±１３５°の範囲であることを特徴とする。

本開示によれば、キー溝が偏心部の偏心方向と異なる位置に配置されるので、駆動軸を連結する中空部にキー溝を設けても、入力軸の剛性低下を抑制することができる。
本開示の別の態様によれば、上記効果に加えて、キー溝を偏心部の偏心方向との直交側に配置することで、偏心方向が互いに反対側となる一対の偏心部がある場合にもそれぞれ剛性低下を抑制することができる。
本開示の別の態様によれば、上記効果に加えて、キー溝を偏心部の偏心方向との直交側の±４５°の範囲内に配置することで、設計の自由度を確保しつつ、剛性の低下を抑制できる範囲にキー溝を配置可能となる。
本開示の別の態様によれば、上記効果に加えて、キー溝を偏心部の偏心方向との逆側に配置することで、剛性低下を効果的に抑制することができる。
本開示の別の態様によれば、上記効果に加えて、キー溝を偏心部の偏心方向との逆側の±１３５°の範囲内に配置することで、設計の自由度を確保しつつ、剛性の低下を抑制できる範囲にキー溝を配置可能となる。

形態１の差動減速機を入力側から見た正面図である。 図１のＡ－Ａ線拡大断面図である。 図２のＢ－Ｂ線拡大断面図である。 キー溝の設置可能範囲を示す説明図である。 キー溝角度と応力との関係を示すグラフである。 形態１の変更例を示す図１のＡ－Ａ線断面に相当する拡大断面図である。 形態２の差動減速機を入力側から見た正面図である。 図７のＣ－Ｃ線拡大断面図である。 図８のＤ－Ｄ線拡大断面図である。 キー溝の設置可能範囲を示す説明図である。 形態２の変更例を示す図７のＣ－Ｃ線断面に相当する拡大断面図である。 形態３の差動減速機の図１のＡ－Ａ線断面に相当する拡大断面図である。 図１２のＥ－Ｅ線拡大断面図である。

以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［形態１］
図１は、差動減速機１の一例を示す正面図である。図２は、図１のＡ－Ａ線断面図である。差動減速機１において、ケーシング２は、円筒状で、内周面には、内歯歯車３が一体に設けられている。
ケーシング２の内側には、軸方向の前後に配置される一対のアンギュラボールベアリング５，５を介して、キャリア４が同軸で回転可能に支持されている。キャリア４は、入力キャリア６と、出力キャリア７と、キャリアピン８，８・・とを備えている。入力キャリア６は、入力側（図２の右側）に配置される円盤状である。出力キャリア７は、出力側（図２の左側）に配置される円盤状である。キャリアピン８，８・・は、入力キャリア６及び出力キャリア７との同心円上に等間隔で１０本配置されている。各キャリアピン８は、入力キャリア６と出力キャリア７との対向面にそれぞれ端部を挿入させた状態で、ボルト９，９・・によってそれぞれ入力キャリア６及び出力キャリア７と連結されている。入力キャリア６と出力キャリア７との間で各キャリアピン８には、スリーブ状のメタル１０がそれぞれ外装されている。

キャリア４の内側には、軸方向の前後に配置される一対のボールベアリング１１，１１を介して、入力軸１２が同軸で回転可能に支持されている。入力軸１２は、内部に中空部１３を有する筒状となっている。
入力軸１２において、ボールベアリング１１，１１で軸支される軸方向両端は、同径の軸支部１４，１４となっている。軸支部１４，１４の間には、一対の偏心部１５，１５が形成されている。偏心部１５，１５は、入力軸１２の中心軸Ｏ１から偏心量δだけオフセットした偏心軸Ｏ２を中心として、互いに同じ外径で形成されている。偏心部１５，１５は、中心軸Ｏ１を挟んで最大偏心側が互いに１８０度異なる位相となるように配置されている。
入力軸１２の中空部１３の内周面には、キー溝１６が形成されている。キー溝１６は、入力軸１２の軸方向の全長に亘って貫通形成されている。ここでのキー溝１６は、図３に示すように、偏心部１５，１５の偏心方向に対して直交する方向に設けられている。すなわち、キー溝１６は、中心軸Ｏ１の軸周り方向で、偏心部１５，１５の偏心方向と異なる位置に配置されている。
このキー溝１６の位置により、偏心部１５，１５では、偏心方向での径方向の肉厚を確保することができる。

偏心部１５，１５には、互いに同じ外形となる一対の外歯歯車１７，１７がそれぞれ外装されている。各外歯歯車１７は、内歯歯車３の歯数よりも少ない歯数を有している。
各外歯歯車１７には、偏心軸Ｏ２を中心とした同心円上に、１０個の円形の貫通孔１８，１８・・が、周方向に等間隔をおいて形成されている。各キャリアピン８は、外歯歯車１７，１７の貫通孔１８，１８をそれぞれ貫通し、メタル１０の外周を、貫通孔１８，１８の内周に、互いに１８０度異なる位相で内接させている。
各偏心部１５と各外歯歯車１７との間には、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２０，２０・・からなるニードルベアリング１９が設けられている。外歯歯車１７，１７は、ニードルベアリング１９を介して偏心部１５，１５へ同軸で回転可能に支持されて、内歯歯車３に内接して噛合している。
各軸支部１４と偏心部１５との間及び、偏心部１５，１５の間には、全周に亘って偏心部１５よりも径方向外側へ高く突出する円盤状の肩部２１がそれぞれ周設されている。この肩部２１により、全周に亘ってニードル２０の軸方向外側への移動及びボールベアリング１１，１１の軸方向内側への移動が規制される。

以上の如く構成された差動減速機１において、入力軸１２の中空部１３には、図示しない外部の駆動軸が挿入結合される。駆動軸には、キー溝１６に嵌合するキーが設けられており、キーとキー溝１６との位相を合わせて駆動軸を入力側から中空部１３に挿入すると、入力軸１２は駆動軸と回転方向で一体に結合される。
よって、駆動軸が回転して入力軸１２が一体に回転すると、前後の偏心部１５，１５がそれぞれ対称的に偏心運動を行い、各外歯歯車１７，１７を内歯歯車３に内接した状態で偏心及び自転運動させる。このため、各貫通孔１８も偏心及び自転運動するが、各貫通孔１８はメタル１０を含むキャリアピン８よりも大径に形成されているので、各メタル１０は貫通孔１８に内接した状態で相対的に偏心運動して偏心成分を吸収し、各キャリアピン８からは自転成分のみが取り出される。よって、キャリア４が同期回転し、所定の減速比で出力キャリア７が減速された状態で回転する。
このとき偏心部１５，１５には、内歯歯車３と外歯歯車１７，１７との噛合による力Ｆ（図３）が径方向外側からそれぞれ加わるが、偏心部１５，１５の偏心方向にはキー溝１６が設けられていないため、剛性の低下による変形等が生じにくくなり、耐久性が維持できる。

このように、上記形態１の差動減速機１は、内歯歯車３と、内歯歯車３を同軸で貫通すると共に、自身の中心軸Ｏ１に対して偏心する偏心部１５を備え、軸方向の端部に開口する中空部１３を有する入力軸１２と、偏心部１５に外装され、内歯歯車３に内接して噛合し、入力軸１２の回転に伴って遊星運動する外歯歯車１７と、外歯歯車１７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４と、を含んでなり、中空部１３に、外部の駆動軸を挿入結合するためのキー溝１６が、中心軸Ｏ１と平行に形成されている。そして、キー溝１６は、中心軸Ｏ１の軸周り方向で、偏心部１５の偏心方向と異なる位置に配置されている。
この構成によれば、駆動軸を連結する中空部１３にキー溝１６を設けても、入力軸１２の剛性低下を抑制することができる。
特に、キー溝１６は、偏心部１５の偏心方向との直交側に配置されているので、偏心方向が互いに反対側となる一対の偏心部１５，１５に対してそれぞれ剛性低下を抑制することができる。

なお、上記形態１において、キー溝は、図３での左右逆側の直交方向に設けてもよい。
また、キー溝は、偏心部の偏心方向と厳密に直交する方向に配置する構造に限らない。例えば図４に示すように、偏心部１５の偏心方向との直交方向を中心とした中心軸Ｏ１の軸周り方向で±４５°の範囲内に配置してもよい。
この±４５°の範囲設定は、偏心方向を０°としたときのキー溝角度と応力との関係を示す図５に示すように、偏心方向に対するキー溝の角度が４５°以下となると、キー溝に加わる応力が大きくなる（すなわち剛性が低くなる）という解析結果が得られたことに基づいている。
このようにキー溝１６を偏心部１５の偏心方向との直交側（±４５°の範囲内）に配置すれば、設計の自由度を確保しつつ、剛性の低下を抑制できる範囲にキー溝１６を配置可能となる。

さらに、中空部は、入力軸の軸方向で全長に亘って貫通形成される構造に限らない。例えば図６に示すように、中空部１３の終端が、出力側の偏心部１５（以下、偏心部１５を区別する際には、入力側の偏心部を「１５Ａ」、出力側の偏心部を「１５Ｂ」と表記する。）を越えた位置にとどまるような場合であっても、キー溝１６は、偏心部１５Ａ，１５Ｂの偏心方向との直交方向に配置すればよい。この場合もキー溝１６は、図５のように偏心部１５Ａ，１５Ｂの偏心方向と直交する左右何れかの方向を中心として、中心軸Ｏ１の軸周り方向で±４５°の範囲内に配置してもよい。
なお、偏心方向との直交側の角度は、上記例の±４５°の範囲内に限らない。この角度は、偏心方向と異なる位置であれば適宜増減できる。

次に、本開示の他の形態を説明する。但し、形態１と同じ構成部には同じ符号を付して重複する説明は省略する。
［形態２］
図７及び図８に示す差動減速機１Ａにおいて、駆動軸が結合される中空部１３は、入力軸１２を貫通しておらず、入力軸１２の全長の略半分まで形成されている。よって、キー溝１６も、入力軸１２の全長の略半分までとなっている。この中空部１３及びキー溝１６の終端は、入力側の偏心部１５Ａの径方向内側に位置している。すなわち、中空部１３は、偏心部１５Ａと径方向にオーバーラップしており、出力側の偏心部１５Ｂとは径方向にオーバーラップしていない。
そして、キー溝１６は、図９に示すように、偏心部１５Ａの偏心方向との反対方向に配置されて、中心軸Ｏ１の軸周り方向で、偏心部１５Ａの偏心方向と異なる位置に配置されている。このキー溝１６の位置により、偏心部１５Ａでは、偏心方向での径方向の肉厚を確保することができる。

上記形態２の差動減速機１Ａにおいても、駆動軸作動する際、偏心部１５Ａ，１５Ｂには、内歯歯車３と外歯歯車１７，１７との噛合による力Ｆが径方向外側からそれぞれ加わるが、偏心部１５Ａ，１５Ｂの偏心方向にはキー溝１６が設けられていないため、剛性の低下による変形等が生じにくくなり、耐久性が維持できる。
このように、上記形態２の差動減速機１Ａでも、キー溝１６は、中心軸Ｏ１の軸周り方向で、偏心部１５Ａの偏心方向と異なる位置に配置されている。
この構成によれば、中空部１３にキー溝１６を設けても、入力軸１２の剛性低下を抑制することができる。
特に、キー溝１６は、偏心部１５Ａの偏心方向との逆側に配置されているので、偏心部１５Ａに対して剛性低下を効果的に抑制することができる。

なお、上記形態２において、キー溝は、偏心部の偏心方向との反対方向に配置する構造に限らない。例えば図１０に示すように、キー溝１６を、偏心部１５Ａの偏心方向との反対方向を中心とした中心軸Ｏ１の軸周り方向で±１３５°の範囲内に配置してもよい。この±１３５°の範囲設定も、図５のキー溝角度と応力との関係に基づく。
このようにキー溝１６を偏心部１５Ａの偏心方向との逆側（±１３５°の範囲内）に配置すれば、設計の自由度を確保しつつ、剛性の低下を抑制できる範囲にキー溝１６を配置可能となる。
また、図１１に示すように、中空部１３の終端が、偏心部１５Ａを貫通して偏心部１５Ｂの一部に径方向でオーバーラップする位置となる場合も、キー溝１６は、中心軸Ｏ１の軸周り方向で、偏心部１５Ａの偏心方向と異なる反対方向に配置すればよい。この場合もキー溝１６は、図１０のように偏心部１５Ａの偏心方向との反対方向を中心として、中心軸Ｏ１の軸周り方向で±１３５°の範囲内に配置することができる。
なお、偏心方向との逆側の角度は、上記例の±１３５°の範囲内に限らない。この角度は、偏心方向と異なる位置であれば適宜増減できる。
上記形態２では、外歯歯車を一対設けているが、外歯歯車は１枚のみであってもよい。この場合も偏心方向との反対方向、或いは偏心側以外の所定の領域にキー溝を設けることで剛性の低下抑制は可能となる。

［形態３］
駆動軸は、差動減速機の出力側にキー結合される場合もある。図１２は、その差動減速機１Ｂの一例を示している。ここでは入力軸１２における出力キャリア７側の端部に、中空部１３及びキー溝１６が形成されている。この中空部１３及びキー溝１６は、入力軸１２を貫通しておらず、偏心部１５Ｂの軸方向長さの略半分の位置まで形成されて、終端を偏心部１５Ｂとオーバーラップさせている。
この場合も、キー溝１６は、図１３に示すように、偏心部１５Ｂの偏心方向との反対方向に配置されて、中心軸Ｏ１の軸周り方向で、偏心部１５Ｂの偏心方向と異なる位置に配置されている。このキー溝１６の位置により、偏心部１５Ｂでは、偏心方向での径方向の肉厚を確保することができる。

なお、上記形態３においても、キー溝１６は、偏心部１５Ｂの偏心方向との反対方向を中心とした中心軸Ｏ１の軸周り方向で±１３５°の範囲内に配置してもよい。これ以外の角度も採用できる。
また、出力側から形成される中空部１３が、偏心部１５Ｂを貫通して偏心部１５Ａの一部にオーバーラップするまで形成される場合も、キー溝１６は、偏心部１５Ｂの偏心方向との反対方向を中心とした中心軸Ｏ１の軸周り方向で±１３５°の範囲内に配置してもよい。これ以外の角度も採用できる。
さらに、出力側から形成される中空部１３が、偏心部１５Ｂを貫通して偏心部１５Ａも貫通するまで形成される場合、キー溝１６は、形態１のように偏心方向との直交方向又は直交方向を中心とした±４５°の範囲内に設ければよい。これ以外の角度も採用できる。

以下、各形態に共通する変更例を説明する。
ケーシングの構造は上記形態のような１つの筒状体に限らず、複数の部品を組み合わせて形成してもよい。内歯歯車もケーシングと別体に形成してケーシングに固定してもよい。
また、キャリアの軸受は、アンギュラボールベアリングに限らず、クロスローラーベアリングやボールベアリング等の他の軸受も採用できるし、軸受の数を増やしてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ・・差動減速機、２・・ケーシング、３・・内歯歯車、７・・出力キャリア、８・・キャリアピン、１２・・入力軸、１３・・中空部、１４・・軸支部、１５（１５Ａ，１５Ｂ）・・偏心部、１６・・キー溝、１７・・外歯歯車、１８・・貫通孔、１９・・ニードルベアリング、Ｏ１・・中心軸、Ｏ２・・偏心軸、δ・・偏心量。

Claims (5)

1. 内歯歯車と、
   前記内歯歯車を同軸で貫通すると共に、自身の中心軸に対して偏心する偏心部を備え、軸方向の端部に開口する中空部を有する入力軸と、
   前記偏心部に外装され、前記内歯歯車に内接して噛合し、前記入力軸の回転に伴って遊星運動する外歯歯車と、
   前記外歯歯車の遊星運動から、前記内歯歯車と相対的に回転する回転運動を取り出すキャリアと、を含んでなり、
   前記中空部に、外部の駆動軸を挿入結合するためのキー溝が、前記中心軸と平行に形成されている差動減速機であって、
   前記キー溝は、前記中心軸の軸周り方向で、前記偏心部の偏心方向と異なる位置に配置されていることを特徴とする差動減速機。
2. 前記キー溝は、前記偏心部の偏心方向との直交側に配置され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. 前記偏心方向との直交側は、前記偏心方向と直交する方向を中心とした前記軸周り方向での±４５°の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の差動減速機。
4. 前記キー溝は、前記偏心部の偏心方向との逆側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の差動減速機。
5. 前記偏心方向との逆側は、前記偏心方向との反対方向を中心とした前記軸周り方向での±１３５°の範囲であることを特徴とする請求項４に記載の差動減速機。

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