JP4909783B2

JP4909783B2 - 内接揺動噛合型遊星歯車減速機

Info

Publication number: JP4909783B2
Application number: JP2007080726A
Authority: JP
Inventors: 浩二風間
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2027-03-27
Also published as: JP2008240852A

Description

本発明は、入力された回転を減速して出力する減速機の技術分野に関する。

従来、特許文献１に記載された減速機（内接揺動噛合型遊星歯車減速機）が公知である。この減速機は、内歯歯車と、内歯歯車に内接噛合しつつ揺動回転する外歯歯車とを備え、入力された動力を減速して出力可能とされている。また、外歯歯車には、内歯歯車と当該外歯歯車との相対回転成分を取り出すための内ピンを挿入するための複数の内ピン孔または外歯歯車の軸方向両側に配置されるフランジ（支持体）を連結するための連結ピンを挿入するための複数の連結ピン孔の少なくとも一方が形成されている。

特開２００４−３０１２７３号公報

内接揺動噛合型遊星歯車減速機における外歯歯車（曲線板）は、入力される動力によって偏心揺動させられる結果、内歯歯車のそれぞれの「歯」と順次噛合しながら偏心回転する。換言すれば内歯歯車の「歯」に対して順次「衝突」を繰り返しながら偏心回転する。この絶え間なく繰り返される衝突によって内接揺動噛合型遊星歯車減速機の運転時においては、不可避的に相応の振動（例えば筐体の振動）・騒音が発生してしまう。この騒音・振動は例えば外歯歯車の外周面（内歯歯車との噛合面）の形状を工夫したり、減速機内部に封入される潤滑剤の粘度・ちょう度を調整することで低減可能であるが、使用目的によっては更なる騒音・振動の低減が望まれていた。

本発明は、外歯歯車の揺動回転に起因した騒音・振動を低減するべくなされたものである。

本発明は、内歯歯車と、該内歯歯車に内接噛合しつつ揺動回転する外歯歯車とを備え、入力された動力を減速して出力する内接揺動噛合型遊星歯車減速機であって、前記外歯歯車には、前記内歯歯車と当該外歯歯車との相対回転成分を取り出すための内ピンを挿入するための複数の内ピン孔、または、前記外歯歯車の軸方向両側に配置される支持体を連結するための連結ピンを挿入するための複数の連結ピン孔の少なくとも一方が形成されており、更に、当該外歯歯車には運転時における半径方向の弾性変形を平準化するための弾性変形制御孔が形成されており、該弾性変形制御孔の直径は、前記内ピン孔及び前記連結ピン孔の直径よりも小径であり、かつ、該弾性変形制御孔の中心が、前記内ピン孔の中心を結ぶ円または前記連結ピン孔の中心を結ぶ円よりも前記外歯歯車における半径方向内側に位置していることにより、上記課題を解決するものである。

一般に、物（例えば板状体）に孔を設ければ、孔の大きさや位置に応じて強度が変化することは周知の事実である。外歯歯車においても、内ピン孔や連結ピン孔の数や設けられた位置に応じて強度の変化が不可避的に発生する。即ち、外歯歯車は、揺動回転しながら自身の外周面で内歯歯車に噛合する（衝突を繰り返す）こととなるが、内ピン孔や連結ピン孔が設けられていることで噛合する部位によって外歯歯車の強度が異なるため、噛合時に外歯歯車（または内歯歯車）に掛かる荷重に差が生じることとなる。換言すると、外歯歯車の外周面と内ピン孔や連結ピン孔の位置とが近ければ近いほどその外周面付近は弾性変形し易くなっているため、噛合時の荷重をある程度柔軟に受け止めることが可能である。一方、同じ外周面でも内ピン孔や連結ピン孔が近くに設けられていない場合には、強度か高く弾性変形し難いため、噛合時に大きな荷重が発生する傾向にある。

減速機における内ピンや連結ピンは、相対回転を精度よく取り出す目的で、または、支持体を連結する目的を主としてその位置が定められ、その定まった位置に対応するように外歯歯車（曲線板）に内ピン孔や連結ピン孔が設けられることとなる。即ち、外歯歯車の弾性変形により振動や脈動が発生し得るという観点を主に考慮して設けられたものではない。

発明者は、この様な噛合時の荷重のばらつきによって騒音・振動が発生していることを発見し、外歯歯車全体として弾性変形のし易さ（強度）を平準化することができれば、噛合時の荷重も平準化でき、発生する騒音・振動を低減することができるという着想に至った。かかる着想のもと、内ピン孔や連結ピン孔に加えて、積極的に弾性変形を制御するための弾性変形制御孔を設けることで、外歯歯車の半径方向の弾性変形を外歯歯車全体で平準化するという解決手段に至ったものである。

かかる場合、弾性変形制御孔の直径を、内ピン孔及び連結ピン孔の直径よりも小径で構成し、外歯歯車の強度が過度に低下することを防止している。また、内歯歯車が、歯車本体と該歯車本体に支持固定される円柱体で構成し、弾性変形制御孔の直径を、この円柱体の直径よりも小径で構成し、外歯歯車の強度が過度に低下することを防止している。

例えば具体的には、外歯歯車の中心を通り且つ当該外歯歯車の軸方向に直交する方向の仮想中心線上に、常に、内ピン孔または連結ピン孔または弾性変形制御孔のうち少なくとも一つが存在するように弾性変形制御孔を設けることで、外歯歯車の半径方向の弾性変形を平準化している。

本発明を適用することにより、運転時の騒音・振動が低減する。また、外歯歯車と内歯歯車間で生じる最大荷重が低減するため、外歯歯車および内歯歯車においては、疲労強度を軽減した設計が可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態の例を詳細に説明する。

<減速機の構造>
図１は、本発明の実施形態の一例に係る減速機Ｇ１の主要部分を示す断面図、図２、図３はそれぞれ図１のII-II線、III-III線に沿う断面図である。

この減速機Ｇ１はモータ（サーボモータ）Ｍと連結され、いわゆるギヤドモータの一部として用いられるものである。

減速機Ｇ１は、内接噛合遊星歯車構造の前段減速部１００及び該前段減速部１００の出力を受ける内接噛合遊星歯車構造の後段減速部２００を備える。

以下、前段減速部１００、後段減速部２００の順により詳細に説明する。

図１において、前段減速部１００は前段ケーシング１０２内に収容されている。前段ケーシング１０２は、本体ケーシング１０４、及びその軸方向両側に連結された第１、第２サイドカバー１０６、１０８からなる。前段減側部１００の入力軸１１０の一端には連結部１１２が一体的に延在されている。該連結部１１２には挿入穴１１４が形成されており、該挿入穴１１４にモータＭのモータ軸３０が挿入・連結される。

入力軸１１０は一対の軸受１２０、１２２を介して前段ケーシング１０２の第１サイドカバー１０６及び後述する前段出力軸１７０（＝後段入力軸２１０）のフランジ体１７２によって支持されている。この一対の軸受１２０、１２２の間には偏心体１２４が組み込まれている。偏心体１２４の外周にはころ軸受１２６、１２８を介して２枚の外歯歯車（曲線板）１３０、１３２が揺動回転可能に装着されている。外歯歯車１３０、１３２は前段ケーシング１０２のケーシング本体１０４と一体化された内歯歯車１４０に内接噛合している。内歯歯車１４０の内歯は回転可能に支持された円柱状のピン（外ピン）１４２によって形成されている。

２枚の外歯歯車１３０、１３２にはそれぞれ内ピン孔１５０、１５２が貫通形成され、内ピン１６０が挿入されている。内ピン１６０にはパイプ状の内ローラ１６２が回転自在に装着されている。この内ピン１６０は外歯歯車１３０、１３２と内歯歯車１４０との相対回転成分を取り出すことが可能である（詳細は後述する）。また、各内ピン孔１５０、１５２の間にはそれぞれ外歯歯車１３０、１３２の半径方向の弾性変形を制御するための弾性変形制御孔１９０、１９２が形成されている（図２参照：図１には現れていない）。この弾性変形制御孔１９０、１９２の中心は、内ピン孔１５０、１５２の中心を結ぶ円よりも当該外歯歯車１３０、１３２の半径方向外側の位置となるように形成されている。また、外歯歯車１３０の中心Ｘを通り且つ当該外歯歯車１３０の軸方向に直交する方向の仮想中心線上に、常に、内ピン孔１５０または弾性変形制御孔１９０のうち少なくとも一つが存在するように弾性変形制御孔１９０が形成されている。また、弾性変形制御孔１９０の直径は、内ピン孔１５０の直径よりも小さく形成され、且つ、円柱状の外ピン１４２の直径よりも小さく形成されているため、当該弾性変形制御孔１９０を設けたことにより外歯歯車１３０、１３２の強度が大きく低下することはない。なお、内ピン１６０は前段出力軸１７０と一体的に形成されたフランジ体１７２に固定され、該フランジ体１７２から片持状態で支持されている。

前段出力軸１７０は、そのまま後段減速部２００の後段入力軸２１０となっている。

後段減速部２００は、後段ケーシング２０２内に収容されている。

後段入力軸２１０は一対のテーパーローラベアリング２２２、２２０を介して後述する第１、第２出力フランジ２６６、２６８によって支持されると共に、フランジ体１７２の部分については、ボールベアリング１９０を介して前段ケーシング１０２の第２サイドカバー１０８によっても支持されている。該一対のテーパーローラベアリング２２０、２２２の間には偏心体２２４が組み込まれている。偏心体２２４の外周にはころ軸受２２６、２２８を介して２枚の外歯歯車２３０、２３２が装着されている。外歯歯車２３０、２３２は後段ケーシング２０２と一体化された内歯歯車２４０に内接噛合している。内歯歯車２４０の内歯は回転可能に支持された円柱状のピン（外ピン）２４２によって形成されている。

２枚の外歯歯車２３０、２３２にはそれぞれ内ピン孔２５０、２５２が貫通形成され、高精度な偏心内ピン２６０が挿入されている。この偏心内ピン２６０は、前段減速部１００の内ピン１６０と異なり、その外周にころ軸受２６２、２６３を介して内ピン孔２５０、２５２の全内周と摺動可能な（偏心量に対応する）偏心突起部２６４、２６５を備え、内ピン孔２５０、２５２の内周との間に偏心量相当の空間を有しない。

また、２枚の外歯歯車２３０、２３２にはそれぞれ連結ピン孔２８４、２８６が設けられており、当該連結ピン孔２８４、２８６を貫通して連結ピン２８０が配置されている。この連結ピン２８０は、第１、第２出力フランジ（支持体）２６６、２６８を連結している。

更に、２枚の外歯歯車２３０、２３２にはそれぞれ、内ピン孔２５０、２５２と連結ピン孔２８４、２８６との間に半径方向の弾性変形を制御するための（本発明の一例に係る）弾性変形制御孔２９０、２９２が形成されている（図３参照：図１には現れていない）。この弾性変形制御孔２９０、２９２の中心は、内ピン孔２５０、２５２及び連結ピン孔２８４、２８６の中心を結ぶ円よりも当該外歯歯車２３０、２３２の半径方向内側の位置となるように形成されている。

偏心内ピン２６０は、外歯歯車２３０、２３２の両サイドに配置された円板状の一対の第１、第２出力フランジ（支持体）２６６、２６８にテーパーローラベアリング２７０、２７２を介して両持ち支持されている。

第１、第２出力フランジ２６６、２６８は、それぞれテーパーローラベアリング２７４、２７６を介して後段ケーシング２０２に回転可能に支持されている。

また、図２から明らかなように、前段減速部１００の外歯歯車１３０、１３２の歯数は「１２」、内歯歯車１４０の歯数は「１４」、歯数差は「２」であり、減速比は、２／１２＝１／６である。また、図３から明らかなように、後段減速部２００の外歯歯車２３０、２３２の歯数は「７８」、内歯歯車２４０の歯数（外ピン２４２の数）は「８０」、歯数差は「２」であり、減速比は、２／７８＝１／３９である。なお、後段減速部２００は、バックラッシの管理を含め、精密に制作する必要があるため、その減速比は１／５０以下に設定するのが望ましい。

<減速機の作用>
次に、この実施形態に係る減速機Ｇ１の作用を説明する。

モータＭの回転によって前段減速部１００の入力軸１１０が回転すると、該入力軸１１０と一体化された偏心体１２４も回転する。偏心体１２４が回転すると、外歯歯車１３０、１３２は入力軸１１０の周りで揺動回転を行おうとするが、内歯歯車１４０によってその自転が抑制されるため、外歯歯車１３０、１３２はこの内歯歯車１４０に内接しながら殆ど揺動のみを行うことになる。しかしながら、外歯歯車１３０、１３２の歯数は１２、内歯歯車１４０の歯数は１４に設定されているため、入力軸１１０の一回転毎に外歯歯車１３０、１３２は内歯歯車１４０に対してその歯数差「２」だけずれる（自転する）ことになる。これは、入力軸１１０の一回転が外歯歯車１３０、１３２の−２／１２の回転、即ち、減速比−１／６の回転に減速されたことを意味する。なお、マイナスの符号は、外歯歯車１３０、１３２の回転方向が入力軸１１０の回転方向と逆になることを示している。この外歯歯車１３０、１３２の回転は内ピン孔１５０、１５２及び内ローラ１６２の隙間によってその揺動成分が吸収され、自転成分（内歯歯車１４０に対する相対回転成分）のみが内ピン１６０を介して前段出力軸１７０（後段入力軸２１０）へと伝達される。

後段減速部２００においても、前段減速部１００と全く同様の減速作用が行われる。即ち、後段入力軸２１０の一回転毎に外歯歯車２３０、２３２は内歯歯車２４０に対してその歯数差「２」だけずれる（自転する）。但し、後段減速部２００の外歯歯車２３０、２３２の歯数は７８、内歯歯車２４０の歯数は８０に設定されているため、結局、後段入力軸２１０の１回転は外歯歯車の−２／７８の回転、即ち、減速比−１／３９の回転に減速されることになる。なお、回転方向は、前段減速部１００において一度逆転方向となるが、後段減速部２００において再び逆転するため、結局、後段減速部２００の外歯歯車２３０、２３２は、モータＭの回転と同一方向に回転することになる。

外歯歯車２３０、２３２の回転は偏心内ピン２６０の偏心突起部２６４、２６５の存在によってその揺動成分が吸収され、自転成分のみが該偏心内ピン２６０を介して外歯歯車２３０、２３２の両サイドに配置された第１、第２出力フランジ２６６、２６８に伝達される。この結果として前段減速部１００との掛け合わせで（−１／６）×（−１／３９）＝１／２３４の減速比に相当する減速が実現される。

かかる運転時において、各外歯歯車１３０、１３２、２３０、２３２は揺動回転しつつ内歯歯車１４０、２４０に噛合する（衝突する）こととなるが、それぞれ弾性変形制御孔１９０、２９０が設けられているため、自身の半径方向の弾性変形が平準化されており、外歯歯車１４０、１４２の外ピン１４２、２４２に掛かる荷重が平準化されている。その結果、運転時に発生する騒音・振動が低減されている。

<弾性変形制御孔による振動・騒音の低減効果>
次に、図４及び図５を用いて弾性変形制御孔による振動・騒音の低減効果について説明する。図４（Ａ）は、弾性変形制御孔１９０を設けた外歯歯車１３０である。一方、図４（Ｂ）は弾性変形制御孔１９０が形成されていない外歯歯車１３０´である。

図５は、これら対策品としての外歯歯車１３０及び標準品としての外歯歯車１３０´を同一の条件下（出力軸に定格トルクを作用させた状態）で入力軸を回転させて外ピン１４２に作用する荷重を解析したものである。このグラフは、縦軸が作用した荷重（Ｎ）を示し、横軸が各外ピン１４２を示している。黒塗りの棒グラブか「標準品」であり、白塗りの棒グラフが「対策品」である。本実験においては外ピンが１４本で構成されている。

まず、グラフに示したＡの領域に着目してみる。このＡの領域にピン荷重が入っているピン（ピン番号１、３、４、６、７、９、１０、１２、１３）は外歯歯車の弾性変形し難い部分から荷重を受けているものである。なお、実際の運転時には歯数差に応じて順次外歯歯車が相対回転するため、このＡの領域に入るピンのピン番号は順次変化し得るものである。ここでは標準品の最大ピン荷重は１８６．６Ｎであった。一方対策品の最大ピン荷重は１７５．９Ｎであった。さらに全ての外ピンにおいて作用する荷重が、標準品よりも対策品で低減している。対策品の最大荷重に対する標準品の最大荷重の比率は９４パーセントであり、６パーセントのピン荷重低減効果を発揮している。これにより、外歯歯車１３０および外ピン１４２においては、疲労強度を軽減した設計が可能となる。

次にＢの領域に着目してみる。このＢの領域にピン荷重が入っているピン（ピン番号２、５、８、１１、１４）は外歯歯車の弾性変形し易い部分から荷重を受けているものである。なお、実際の運転時には歯数差に応じて順次外歯歯車が相対回転するため、このＢの領域に入るピンのピン番号は順次変化し得るものである。ここでは標準品の最小ピン荷重は１１６．９Ｎであった。一方対策品の最小ピン荷重は１２７．３Ｎであった。さらに全ての外ピンにおいて作用する荷重が、標準品よりも対策品で増大している。対策品の最小ピン荷重に対する標準品の最小ピン荷重の比率は１０９パーセントであり、９パーセント増大している。

これらの結果を総合的に捉えると、対策品における各ピンに対する荷重の最大値と最小値との差が標準品のそれに対して平準化されていると判断できる。具体的な数値を示して説明すれば、標準品におけるピン荷重の最小値（１１６．９Ｎ）から見た最大値（１８６．６Ｎ）の比率は１６０％であるのに対し、対策品におけるピン荷重の最小値（１２７．３Ｎ）から見た最大値（１７５．９Ｎ）の比率は１３８％である。即ち、標準品に対して対策品の方が各ピンへの荷重のばらつきを約２２％改善していると判断できる。即ち、外歯歯車に弾性変形制御孔を設けることによって、外歯歯車が偏心回転する際に内歯歯車の「歯」に衝突する際の衝撃を平準化している。これは、当該減速機の運転時における騒音・振動が低減することを意味しているものである。

本発明は、運転時の振動・騒音の低減が望まれる分野の装置駆動用として最適である。

本発明の実施形態の一例に係る減速機Ｇ１の主要部分を示す断面図図１におけるII-II線に沿う断面図図１におけるIII-III線に沿う断面図（Ａ）が弾性変形制御孔を設けた外歯歯車（対策品）、（Ｂ）が弾性変形制御光を設けていない外歯歯車（標準品）対策品と標準品との運転時に生じるピン荷重を示したグラフ

符号の説明

１００…前段減速部
１０２…前段ケーシング
１０６…第１サイドカバー
１０８…第２サイドカバー
１１０…入力軸
１２４…偏心体
１３０、１３２…外歯歯車
１４０…内歯歯車
１６０…内ピン
１７０…前段出力軸
２００…後段減速部
２０２…後段ケーシング
２１０…後段入力軸
２３０、２３２…外歯歯車
２４０…内歯歯車
２６０…偏心内ピン
２６２、２６４…第１、第２出力フランジ

Claims

内歯歯車と、該内歯歯車に内接噛合しつつ揺動回転する外歯歯車とを備え、入力された動力を減速して出力する内接揺動噛合型遊星歯車減速機であって、
前記外歯歯車には、前記内歯歯車と当該外歯歯車との相対回転成分を取り出すための内ピンを挿入するための複数の内ピン孔、または、前記外歯歯車の軸方向両側に配置される支持体を連結するための連結ピンを挿入するための複数の連結ピン孔の少なくとも一方が形成されており、
更に、当該外歯歯車には運転時における半径方向の弾性変形を平準化するための弾性変形制御孔が形成されており、
該弾性変形制御孔の直径は、前記内ピン孔及び前記連結ピン孔の直径よりも小径であり、かつ、
該弾性変形制御孔の中心が、前記内ピン孔の中心を結ぶ円または前記連結ピン孔の中心を結ぶ円よりも前記外歯歯車における半径方向内側に位置している
ことを特徴とする内接揺動噛合型遊星歯車減速機。
請求項１において、
前記内歯歯車が、歯車本体と該歯車本体に回転可能に支持される円柱体とを有し、
前記弾性変形制御孔の直径が、前記円柱体の直径よりも小径である
ことを特徴とする内接揺動噛合型遊星歯車減速機。
請求項１において、
前記外歯歯車の中心を通り且つ当該外歯歯車の軸方向に直交する方向の仮想中心線上には、常に、前記内ピン孔または前記連結ピン孔または前記弾性変形制御孔のうち少なくとも一つが存在している
ことを特徴とする内接揺動噛合型遊星歯車減速機。
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記弾性変形制御孔の数が、前記内ピン孔の数または前記連結ピン孔の数の整数倍である
ことを特徴とする内接揺動噛合型遊星歯車減速機。
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記弾性変形制御孔の数が、前記内ピン孔と前記連結ピン孔の合計数の整数倍である
ことを特徴とする内接揺動噛合型遊星歯車減速機。
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記弾性変形制御孔の中心が、前記内ピン孔の中心を結ぶ円または前記連結ピン孔の中心を結ぶ円よりも前記外歯歯車における半径方向外側に位置している
ことを特徴とする内接揺動噛合型遊星歯車減速機。