JP2024044065A - 差動減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性及び全体のコンパクト化を維持しつつ、転動体の位置規制を実現する。【解決手段】差動減速機１は、内歯歯車３と、入力軸４と、外歯歯車５と、変換部材６と、中間部材８とを含み、変換部材６は、外歯歯車５の側面に設けられたブロック部２７と、中間部材８の内周側に設けられた突部４０とに、径方向に配置された複数の第１、第２ニードルピン３３，４２を介してそれぞれ回転方向で係合可能で、外歯歯車５の偏心回転運動に伴い、変換部材６が回転運動すると共に、ブロック部２７及び突部４０に沿った２つの径方向へ順番に移動することで、外歯歯車５の偏心回転運動を、回転出力部材となる内歯歯車３又は中間部材８の回転運動に変換する。そして、中間部材８の内周側に、突部４０と変換部材６との間からの第２ニードルピン４２の脱落を防止する突起部４３を設けている。【選択図】図５

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。

差動減速機には、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ものが知られている。外歯歯車は、入力軸に設けられた偏心部に外装されて、差動減速機では、入力軸の回転に伴う外歯歯車の偏心回転運動を回転運動に変換することで、自転成分のみを出力可能となっている。例えば特許文献１には、外歯歯車の軸方向に隣接して、変換部材と、その外周を囲むリング状の当てプレートとをそれぞれ配置し、変換部材の内周側に、外歯歯車の側面に設けた当てブロックが位置する切り欠きを、変換部材の外周側に、当てプレートの内周に設けた突部が位置する切り欠きを、互いに９０°位相が異なるようにそれぞれ設けて、当てブロックと切り欠きとの互いに対向する摺動部間と、突部と切り欠きとの互いに対向する摺動部間とに、ニードルローラをそれぞれ配置した発明が開示されている。
この差動減速機では、入力軸が回転して外歯歯車が偏心回転運動すると、変換部材が各ニードルローラによって２つの径方向へ順番に相対移動しながら当てプレートへ動力を伝達する。よって、変換部材を介して外歯歯車の自転成分のみが当てプレートから取り出し可能となっている。

特開２０２１－１３９４６５号公報

上記従来の差動減速機において、変換部材の外周側に設けた切り欠き（切欠部）の摺動部と、当てプレートの内周側に設けた突部の摺動部との間では、ニードルローラが外周側へ脱落しないように転動範囲を規制する必要がある。よって、ここでは切り欠きの両端の角部を突部側へ突出させてニードルローラの位置規制を図っている。しかし、突出する角部の肉厚が薄いため、強度が低くなって衝撃で破損するおそれがある。かといって角部の肉厚を大きくすると、変換部材の径が大きくなって全体のサイズアップに繋がってしまう。

そこで、本開示は、耐久性及び全体のコンパクト化を維持しつつ、ニードルローラ等の転動体の位置規制が効果的に実現可能とな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、
前記内歯歯車内に配置されて前記内歯歯車を同軸で貫通し、自身の中心軸に対して偏心する偏心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み合う外歯歯車と、
前記外歯歯車の軸方向で前記外歯歯車に隣接して配置される変換部材と、
前記変換部材の外側に配置されるリング状の中間部材と、を含み、
前記変換部材は、前記外歯歯車の側面に設けられた第１のガイド部と、前記中間部材の内周側に設けられ、前記第１のガイド部と周方向に９０°異なる位相で配置された第２のガイド部とに、径方向に配置された複数の転動体を介してそれぞれ回転方向で係合可能で、前記外歯歯車の偏心回転運動に伴い、前記変換部材が回転運動すると共に、前記第１のガイド部及び前記第２のガイド部に沿った２つの径方向へ順番に移動することで、前記外歯歯車の偏心回転運動を、回転出力部材となる前記内歯歯車又は前記中間部材の回転運動に変換する差動減速機であって、
前記中間部材の内周側に、前記第２のガイド部と前記変換部材との間からの前記転動体の脱落を防止する位置規制部を設けたことを特徴とする。
本開示の別の態様は、上記構成において、前記第２のガイド部は、前記中間部材の内周から中心側へ突出する突部であり、前記変換部材の外周には、前記突部が進入する切欠部が設けられて、前記転動体は、前記突部と前記切欠部との間に配置されて、
前記位置規制部は、前記突部の根元に設けら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、前記位置規制部は、前記中間部材に一体形成され、前記突部を除く前記中間部材の内周よりも径方向内側へ突出する突起部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、前記転動体は、軸線が前記入力軸の軸線と平行となるニードルピンであることを特徴とする。

本開示によれば、変換部材に設けた切欠部の両端の角部を転動体の位置規制に利用しないため、角部が衝撃で破損したり、変換部材が大径化して全体のサイズアップに繋がったりすることがなくなる。よって、耐久性及び全体のコンパクト化を維持しつつ、転動体の位置規制が効果的に実現可能となる。
本開示の別の態様によれば、上記効果に加えて、転動体を、中間部材の内周に設けた突部と、変換部材の外周に設けた切欠部との間に配置して、突起部を突部の根元に設けているので、突部を利用して突起部の強度を確保でき、耐久性の一層の向上が期待できる。
本開示の別の態様によれば、上記効果に加えて、位置規制部を、中間部材に一体形成され、突部を除く中間部材の内周よりも径方向内側へ突出する突起部としているので、中間部材に位置規制部を容易に形成可能となる。
本開示の別の態様によれば、上記効果に加えて、転動体を、軸線が入力軸の軸線と平行となるニードルピンとしているので、ガイド部及び突部に沿った変換部材の移動がスムーズに行える。

差動減速機の側面図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 図１のＢ－Ｂ線断面図である。 図３のＣ－Ｃ線断面図である。 差動減速機の分解斜視図である。 図４における上側の突部部分の拡大図である。

以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、差動減速機の一例を入力側から示す側面図である。図２は、図１のＡ－Ａ線断面図、図３は、図１のＢ－Ｂ線断面図である。本開示の差動減速機は、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、ケース２と、内歯歯車３と、入力軸４と、外歯歯車５と、変換部材６とを備えている。
まず、ケース２は、円筒状の主ケース７と、主ケース７における入力側（図１の右側）に配置され、外形が主ケース７と略同一であるリング状の中間部材８と、中間部材８の入力側に配置され、外形が主ケース７及び中間部材８と略同一のブラケット９とからなる。主ケース７、中間部材８、ブラケット９は、ブラケット９及び中間部材８を貫通して主ケース７にねじ込まれる複数のボルト１０，１０・・により一体に結合されている。主ケース７と中間部材８との間及び、中間部材８とブラケット９との間には、Ｏリング１１，１１がそれぞれ配置されている。主ケース７、中間部材８、ブラケット９において、各ボルト１０と異なる位置には、複数の貫通孔１２，１２・・が形成されている。

内歯歯車３は、主ケース７の径方向内側に配置されている。内歯歯車３は、主ケース７の内周面と内歯歯車３の外周面との間で周方向に配置された複数のクロスローラ１４，１４・・からなるクロスローラベアリング１３を介して、主ケース７内で回転可能に支持されている。主ケース７と内歯歯車３との間でクロスローラベアリング１３の出力側には、オイルシール１５が配置されている。差動減速機１内に充填された潤滑剤（例えばグリス）は、オイルシール１５及びＯリング１１，１１によって封止される。
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１６，１６・・が形成されている。ここではケース２を貫通孔１２を介して固定側とすると、内歯歯車３が出力側となり、ボルト穴１６を介して内歯歯車３が相手側装置と連結される。一方、内歯歯車３をボルト穴１６を介して固定側とすると、ケース２が出力側となり、貫通孔１２を介してケース２が相手側装置と連結される。内歯歯車３の内周面において、ボルト穴１６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１７が圧入により固定されている。

入力軸４は、内歯歯車３を同軸で貫通している。入力軸４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が設けられた円筒状となっている。
入力軸４の軸方向の両端には、一対の支持部２０，２０が形成されている。入力側の支持部２０とブラケット９との間及び、出力側の支持部２０とベアリングハウジング１７との間には、ボールベアリング２１，２１が配置されている。入力軸４は、ボールベアリング２１，２１を介して回転可能に支持されている。入力軸４における支持部２０，２０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２０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。
入力軸４の入力側の端面には、複数のボルト穴２３，２３・・が形成されている。ボルト穴２３は、周方向に等間隔で４箇所形成されて、図示しない駆動軸の連結に使用される。
入力軸４には、複数の貫通孔２４，２４・・が形成されている。各貫通孔２４は円形で、中心軸Ｃ０に対して偏心部２２の偏心方向側の部分に、ボルト穴２３を避ける位置に８箇所形成されている。貫通孔２４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４及び外歯歯車５の偏心に起因する回転バランスの偏りを改善する。

外歯歯車５は、偏心部２２に外装されている。偏心部２２の外周面と外歯歯車５の内周面との間には、周方向へ全周に亘って配置される複数のニードルローラ２６，２６・・からなるニードルベアリング２５が設けられている。よって、外歯歯車５は、ニードルベアリング２５を介して偏心部２２へ回転可能に支持される。各ニードルローラ２６の軸方向への移動は、ボールベアリング２１，２１の外輪の側面により規制されている。
外歯歯車５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。図４及び図５に示すように、外歯歯車５における入力側の側面で、外歯歯車５の軸心を中心とした点対称位置には、一対のブロック部２７，２７が一体形成されている。各ブロック部２７は側面視四角形状で、図４で左右方向に延びるブロック部２７の上下面には、互いに平行な第１内ガイド面２８，２８が形成されている。

変換部材６は、中間部材８の内周に形成される開口部３０内に配置されて入力軸４に貫通されている。変換部材６は円盤状であり、厚さは中間部材８とほぼ同一である。変換部材６の内周側で変換部材６の軸心を中心とした点対称位置には、一対の内切欠部３１，３１が形成されている。この内切欠部３１内に、外歯歯車５のブロック部２７，２７がそれぞれ位置している。図４で左右方向に延びる各内切欠部３１の上下の内面には、互いに平行な第１外ガイド面３２，３２が形成されている。各ブロック部２７の第１内ガイド面２８，２８と、各内切欠部３１の第１外ガイド面３２，３２とは、互いに間隔をおいて平行に対向している。各第１内ガイド面２８と各第１外ガイド面３２との間には、軸線が入力軸４の軸線と平行で横断面が円形となる２つの第１ニードルピン３３，３３がそれぞれ配置されている。

よって、変換部材６は、第１ニードルピン３３を介して、外歯歯車５に対して、第１内ガイド面２８及び第１外ガイド面３２と平行な図４の左右方向に移動可能となる。各内切欠部３１において、第１外ガイド面３２の径方向内側の端部は、変換部材６の中心側へ向かうに従ってブロック部２７に近づくように湾曲して、ブロック部２７側へ突出する突出角部３４を形成している。この突出角部３４により、変換部材６の内周面では、周方向で突出角部３４の先端とブロック部２７の端部との間を第１ニードルピン３３の外径よりも小さくして、第１ニードルピン３３の径方向内側への脱落を防止している。
変換部材６の外周側で変換部材６の軸心を中心とした点対称位置には、一対の外切欠部３５，３５が形成されている。外切欠部３５，３５は、内切欠部３１，３１に対し、変換部材６の周方向で９０°異なる位相に配置されている。図４で上下方向に延びる各外切欠部３５の左右の内面には、互いに平行な第２外ガイド面３６，３６が形成されている。

中間部材８の内周側で中間部材８の軸心を中心とした点対称位置には、一対の突部４０，４０が形成されている。この突部４０，４０は、図４で中間部材８の上下に配置されて、変換部材６の外切欠部３５，３５内にそれぞれ位置している。図４で上下方向に延びる各突部４０の左右の側面には、互いに平行な第２内ガイド面４１，４１が形成されている。各外切欠部３５の第２外ガイド面３６，３６と、各突部４０の第２内ガイド面４１，４１とは、互いに間隔をおいて平行に対向している。各第２外ガイド面３６と各第２内ガイド面４１との間には、軸線が入力軸４の軸線と平行で横断面が円形となる２つの第２ニードルピン４２，４２がそれぞれ配置されている。よって、変換部材６は、第２ニードルピン４２を介して、中間部材８に対して、第２外ガイド面３６及び第２内ガイド面４１と平行な上下方向に移動可能となる。

各突部４０の根元で左右両側には、図６にも示すように、開口部３０の内周よりも径方向内側に突出する突起部４３，４３が形成されている。この突起部４３，４３は、突部４０の根元から周方向へ平面状に延びて、終端を、第２ニードルピン４２の中心よりも外切欠部３５の開口両側の角部３７寄りにそれぞれ位置させている。この突起部４３により、角部３７の先端と突起部４３の終端との間隔が、第２ニードルピン４２の外径よりも小さくなっている。この間隔と第２ニードルピン４２の外径との大小関係は、後述する作動時に変換部材６が上下移動しても変わらない。こうして突部４０の根元に突起部４３，４３を設けたことで、外切欠部３５の各角部３７は、内切欠部３１の突出角部３４のように突部４０側へ突出させる必要がなくなる。また、角部３７が突出しないことで、封止された潤滑剤が第２ニードルピン４２側へ流れやすくなる。

変換部材６の入力側の端面には、抑えプレート４５が設けられている。抑えプレート４５は、内切欠部３１及び外切欠部３５を除いて変換部材６と外径及び内径が同形状となる円盤状で、変換部材６の端面に複数のボルト４６，４６・・で固定されることで、内切欠部３１，３１及び外切欠部３５，３５の入力側を閉塞し、各第１、第２ニードルピン３３，４２の入力側への移動を規制している。第１ニードルピン３３の出力側への移動は、外歯歯車５の端面により規制され、第２ニードルピン４２の出力側への移動は、内歯歯車３の端面により規制される。

以上の如く構成された差動減速機１において、図示しない駆動源の動力によって入力軸４が回転すると、偏心部２２が偏心運動し、外歯歯車５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、ブロック部２７，２７も偏心及び自転運動するが、各ブロック部２７は、変換部材６に対して第１内ガイド面２８及び第１外ガイド面３２と平行な方向へ相対移動可能で、且つ変換部材６は、中間部材８に対して第２外ガイド面３６及び第２内ガイド面４１と平行な方向へ相対移動可能である。よって、変換部材６が互いに交差する十字方向へ順番に相対移動しながら中間部材８へ動力を伝達する格好となるため、変換部材６を介して外歯歯車５の自転成分のみが取り出され、内歯歯車３がケース２に対して相対的に回転する。つまり変換部材６は、外歯歯車５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。中間部材８は、外歯歯車５の偏心回転運動から内歯歯車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。

変換部材６の十字方向の相対移動に伴い、第１内ガイド面２８と第１外ガイド面３２との間で第１ニードルピン３３が転動し、第２外ガイド面３６と第２内ガイド面４１との間で第２ニードルピン４２が転動する。第１ニードルピン３３の径方向内側への移動は、内切欠部３１の突出角部３４によって規制される。また、第２ニードルピン４２の径方向外側への移動は、中間部材８の突起部４３によって規制される。突起部４３は、突部４０の根元に形成されているため、外部から衝撃が加わっても、突起部４３が損傷するおそれは非常に小さくなっている。

このように、上記形態の差動減速機１は、内歯歯車３と、内歯歯車３内に配置されて内歯歯車３を同軸で貫通し、自身の中心軸Ｃ０に対して偏心する偏心部２２を有する入力軸４と、偏心部２２に外装され、内歯歯車３に内接して噛み合う外歯歯車５と、外歯歯車５の軸方向で外歯歯車５に隣接して配置される変換部材６と、変換部材６の外側に配置されるリング状の中間部材８と、を含む。
変換部材６は、外歯歯車５の側面に設けられたブロック部２７（第１のガイド部の一例）と、中間部材８の内周側に設けられ、ブロック部２７と周方向に９０°異なる位相で配置された突部４０（第２のガイド部の一例）とに、径方向に配置された複数の第１、第２ニードルピン３３，４２（転動体の一例）を介してそれぞれ回転方向で係合可能で、外歯歯車５の偏心回転運動に伴い、変換部材６が回転運動すると共に、ブロック部２７及び突部４０に沿った２つの径方向へ順番に移動することで、外歯歯車５の偏心回転運動を、回転出力部材となる内歯歯車３又は中間部材８の回転運動に変換する。
そして、中間部材８の内周側に、突部４０と変換部材６との間からの第２ニードルピン４２の脱落を防止する突起部４３（位置規制部の一例）を設けている。

この構成によれば、外切欠部３５の両端の角部３７を第２ニードルピン４２の位置規制に利用しないため、角部３７が衝撃で破損したり、変換部材６が大径化して全体のサイズアップに繋がったりすることがなくなる。よって、耐久性及び全体のコンパクト化を維持しつつ、第２ニードルピン４２の位置規制が効果的に実現可能となる。

特に、第２のガイド部を、中間部材８の内周から中心側へ突出する突部４０とし、変換部材６の外周に、突部４０が進入する外切欠部３５（切欠部の一例）を設けて、第２ニードルピン４２を、突部４０と外切欠部３５との間に配置して、突起部４３を、突部４０の根元に設けている。
よって、突部４０を利用して突起部４３の強度を確保でき、耐久性の一層の向上が期待できる。
位置規制部を、中間部材８に一体形成され、突部４０を除く中間部材８の内周よりも径方向内側へ突出する突起部４３としている。
よって、中間部材８に位置規制部を容易に形成可能となる。
転動体を、軸線が入力軸４の軸線と平行となる第１、第２ニードルピン３３，４２としている。
よって、ブロック部２７及び突部４０に沿った変換部材６の移動がスムーズに行える。

以下、変更例について説明する。
ニードルピンの位置規制部の形状は、上記形態の突起部に限らない。例えば、突起部は、終端が上記形態よりも外切欠部の角部寄りとなるように周方向に長く延ばしてもよい。
突起部は、平面状に限らず、傾斜状に形成したり、円形状に形成したりしてもよい。突起部は、突部の根元から離れて中間部材の内周面からニードルピン側へ突出する形状であってもよい。突起部は複数あってもよい。
位置規制部は、中間部材と一体の突起部に限らず、中間部材の内周面に固定した別体の部材で形成してもよい。
ニードルピンは、上記形態では径方向に２つずつ並設されているが、３つ以上であってもよい。転動体は、ニードルピンに限らず、ボール等であってもよい。
その他、差動減速機の構造も適宜変更可能である。例えば、クロスローラベアリングに代えて他の軸受を採用したり、抑えプレートを省略したり、中間部材を主ケース又はブラケットへ一体に設けたりしてもよい。

１・・差動減速機、２・・ケース、３・・内歯歯車、４・・入力軸、５・・外歯歯車、６・・変換部材、７・・主ケース、８・・中間部材、２２・・偏心部、２７・・ブロック部、２８・・第１内ガイド面、３０・・開口部、３１・・内切欠部、３２・・第１外ガイド面、３３・・第１ニードルピン、３４・・突出角部、３５・・外切欠部、３６・・第２外ガイド面、３７・・角部、４０・・突部、４１・・第２内ガイド面、４２・・第２ニードルピン、４３・・突起部。

Claims (4)

1. 内歯歯車と、
   前記内歯歯車内に配置されて前記内歯歯車を同軸で貫通し、自身の中心軸に対して偏心する偏心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み合う外歯歯車と、
   前記外歯歯車の軸方向で前記外歯歯車に隣接して配置される変換部材と、
   前記変換部材の外側に配置されるリング状の中間部材と、を含み、
   前記変換部材は、前記外歯歯車の側面に設けられた第１のガイド部と、前記中間部材の内周側に設けられ、前記第１のガイド部と周方向に９０°異なる位相で配置された第２のガイド部とに、径方向に配置された複数の転動体を介してそれぞれ回転方向で係合可能で、前記外歯歯車の偏心回転運動に伴い、前記変換部材が回転運動すると共に、前記第１のガイド部及び前記第２のガイド部に沿った２つの径方向へ順番に移動することで、前記外歯歯車の偏心回転運動を、回転出力部材となる前記内歯歯車又は前記中間部材の回転運動に変換する差動減速機であって、
   前記中間部材の内周側に、前記第２のガイド部と前記変換部材との間からの前記転動体の脱落を防止する位置規制部を設けたことを特徴とする差動減速機。
2. 前記第２のガイド部は、前記中間部材の内周から中心側へ突出する突部であり、前記変換部材の外周には、前記突部が進入する切欠部が設けられて、前記転動体は、前記突部と前記切欠部との間に配置されて、
   前記位置規制部は、前記突部の根元に設けら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. 前記位置規制部は、前記中間部材に一体形成され、前記突部を除く前記中間部材の内周よりも径方向内側へ突出する突起部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. 前記転動体は、軸線が前記入力軸の軸線と平行となるニードルピンであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の差動減速機。

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