JP4966754B2 - 偏心揺動減速装置 - Google Patents

Description

本発明は、偏心揺動減速装置に係る。

例えば特許文献１において、図５及び図６に示されるような偏心揺動減速装置が開示されている。

この偏心揺動減速装置１０は、入力軸に相当する偏心体軸１４に設けられた偏心体１６Ａ、１６Ｂによって、外歯歯車１８Ａ、１８Ｂが内歯歯車２２の半径方向内側で偏心揺動する構成としたものである。

外歯歯車１８Ａ、１８Ｂの軸方向両側には、一対の第１、第２キャリヤ２４Ａ、２４Ｂが配置され、外歯歯車１８Ａ、１８Ｂの内ピン孔３６Ａ、３６Ｂを貫通する内ピン（連結体）２６によって連結されている。

第１、第２キャリヤ２４Ａ、２４Ｂは、一対の玉軸受２８Ａ、２８Ｂによってケーシング２０に回転可能に支持されており、このうち第２キャリヤ２４Ｂが出力軸３０と一体化されている。

外歯歯車１８Ａ、１８Ｂは、偏心体１６Ａ、１６Ｂに玉軸受３２Ａ、３２Ｂを介して組み付けられている。又、偏心体軸１４は、玉軸受３４Ａ、３４Ｂを介して第１、第２キャリヤ２４Ａ、２４Ｂによって支持されている。

外歯歯車１８Ａ、１８Ｂの外周にはトロコイド歯形等の外歯２７が設けられ、内歯歯車２２と内接噛合している。内歯歯車２２の内歯はこの開示例では外ピン２９が外ピン孔３１に遊嵌され、回転し易く保持された構造とされている。

入力軸に相当する偏心体軸１４が回転すると、偏心体１６Ａ、１６Ｂが一体的に回転する。この偏心体１６Ａ、１６Ｂの回転により、外歯歯車１８Ａ、１８Ｂも偏心体軸１４の周りで揺動回転を行なおうとするが、内歯歯車２２によってその自転が規制されているため、外歯歯車１８Ａ、１８Ｂは該内歯歯車２２に内接しながらほとんど揺動のみを行なうことになる。

今、例えば外歯歯車１８Ａ、１８Ｂの外歯２７の歯数をＮ、内歯歯車２２の内歯（外ピン２９）歯数をＮ＋１とした場合、その歯数差は１である。そのため、偏心体軸１４の１回転毎に、外歯歯車１８Ａ、１８Ｂはケーシング２０に固定された内歯歯車２２に対して１歯分だけずれる（自転する）ことになる。これは、偏心体軸１４の１回転が外歯歯車１８Ａ、１８Ｂの−１／Ｎの回転に減速されたことを意味する。なお、−の符号は回転方向が逆になっていることを示している。

外歯歯車１８Ａ、１８Ｂの回転は、内ピン２６及び内ピン孔３６Ａ、３６Ｂの隙間によってその揺動成分が吸収され、自転成分のみが該内ピン２６を介して第２キャリヤ２４Ｂ、更には該第２キャリヤ２４Ｂと一体化されている出力軸３０へと伝達される。

なお、この開示例では、内歯歯車２２がケーシング２０と一体化されて固定状態に維持され、第１、第２キャリヤ２４Ａ、２４Ｂが内ピン２６を介して外歯歯車１８Ａ、１８Ｂの自転成分と同期して回転するように構成されていたが、出力軸３０側を固定し（第１、第２キャリヤ２４Ａ、２４Ｂを固定し）、外歯歯車１８Ａ、１８Ｂの自転成分を該第１、第２キャリヤ２４Ａ、２４Ｂと同期させることによって拘束し、内歯歯車２２側を出力系とする、いわゆる枠回転型として使用することも可能である。

特許第２８８８６７３号公報

しかしながら、このような構造の偏心揺動減速装置を、例えばショベルカー等の屋外で使用される作業機械の旋回駆動装置に適用した場合、該ショベルカーは必ずしも平坦な地面上で作業をする訳ではないため、出力軸が傾くことによって出力軸にラジアル方向の強い偏荷重が掛かることがある。出力軸に強い偏荷重が掛かると、該出力軸と一体化されているキャリヤ（図示の例では第２キャリヤ２４Ｂ）が触れ回る現象が発生し、外歯歯車１８Ａ、１８Ｂの円滑な偏心揺動が阻害される。

本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、出力軸に強い偏荷重が掛かるような状況で使用する場合であっても、外歯歯車が円滑に揺動回転できるような偏心揺動減速装置を提供することをその課題としている。

本発明は、偏心体軸に設けられた偏心体によって、外歯歯車が内歯歯車の半径方向内側で偏心揺動する偏心揺動減速装置において、前記外歯歯車の軸方向両側に配置されると共に該外歯歯車を貫通する連結体によって連結され、該外歯歯車の自転成分と同期する一対のキャリヤと、該一対のキャリヤにそれぞれ組み込まれ、前記偏心体軸を両持ち支持する一対の軸受と、を備え、該一対の軸受が、互いに正面合わせとされ、且つ該偏心体軸の前記キャリヤに対する軸方向移動を規制する与圧が可能な軸受で構成され、且つ前記キャリヤの一方が、被駆動側の連結部材と半径方向に隙間を有して連結され、前記一方のキャリヤの回転中心位置と同軸に前記連結部材が連結される構成とすることにより、上記課題を解決したものである。

本発明においては、外歯歯車の軸方向両側に一対のキャリヤが配置され、各キャリヤは連結体によって強固に連結される。偏心体軸は、この一対のキャリヤにそれぞれ組み込まれた一対の軸受によって両持ち支持される。この一対の軸受は、互いに「正面合わせ」の態様で組み込まれ、偏心体軸に対して軸方向に与圧可能である。即ち、偏心体軸はキャリヤに対して軸方向の移動が規制される。その上で、キャリヤの一方が被駆動側の連結部材と半径方向に隙間を有した連結態様で連結される。

この結果、たとえ被駆動側の連結部材にラジアル方向の偏荷重等が掛かったとしても、当該偏荷重がキャリヤ側に伝わり難く、仮に伝わったとしても、一対のキャリヤは連結体を介して強固に連結されており、且つ、偏心体軸は、この強固に連結された一対のキャリヤ体にがた無く（常に芯が出た状態で）両持ち支持されることになる。

なお、外歯歯車は、ニードル軸受を介して偏心体に軸方向移動可能に嵌合されるように構成すると、偏心体軸を与圧可能な軸受によりキャリヤに対して軸方向に移動させて、固定させ易く、更に万一、一対のキャリヤと偏心体軸の塊が軸方向に移動したとしても、外歯歯車が偏心体上を軸方向に移動することによってより円滑に回転できるように対応でき、内歯歯車との円滑な噛合を開始、或いは維持することができる。

本発明によれば、たとえ負荷側からラジアル方向の偏荷重等が掛かったとしても、円滑に回転を開始或いは続けることのできる偏心揺動減速装置を得ることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の一例に係る偏心揺動減速装置１１０の縦断面図、図２は、図１の矢示II−II線に沿う断面図である。

又、図３は、この偏心揺動減速装置１１０が適用されるショベルカー１８０の全体概略透視図である。

図３を参照して、ショベルカー１８０は、走行用キャタピラ１８２の上部に運転席１８４を含む車体本体１８６が旋回可能に載置されている。車体本体１８６からは、ブーム１８８、アーム１９０、及びアタッチメント１９２が片持ち状態で据え付けられている。車体本体１８６は、ベース側に内歯歯車１９４が固定されており、この内歯歯車１９４にピニオン１９６が噛合することにより、軸心１９８の周りで車体本体１８６が旋回できるような構成とされている。偏心揺動減速装置１１０は、このピニオン１９６を回転させるために用いられる。

図１及び図２を参照して、偏心揺動減速装置１１０について詳細に説明する。

この偏心揺動減速装置１１０は、モータＭと、偏心揺動型の減速機１１１と、前述のピニオン１９６を一体的に備える連結部材１５０と、を備える。

モータＭと減速機１１１は、ボルト１５２を介して一体化されている。モータＭの出力軸（モータ軸）１５４は、スプライン１５６を介して入力軸１１２と連結されている。

入力軸１１２は偏心体軸１１４を兼用している。偏心体軸１１４を支持しているアンギュラ玉軸受１３４Ａ、１３４Ｂについては後述する。偏心体軸１１４の外周には偏心体１１６Ａ、１１６Ｂが一体的に形成されている。

減速機１１１の機構学的な減速のメカニズム自体は先の従来例と基本的に同一である。即ち、偏心体１１６Ａ、１１６Ｂの外周に案内されて外歯歯車１１８Ａ、１１８Ｂが内歯歯車１２２の半径方向内側で偏心揺動する構成とされている。

偏心体１１６Ａ、１１６Ｂの外周には外歯歯車１１８Ａ、１１８Ｂが、ニードル軸受１３２Ａ、１３２Ｂを介して装着されている。ニードル軸受１３２Ａ、１３２Ｂについては後述する。

外歯歯車１１８Ａ、１１８Ｂは、該外歯歯車１１８Ａ、１１８Ｂを軸方向に貫通する内ピン孔１３６Ａ、１３６Ｂを備え、この内ピン孔１３６Ａ、１３６Ｂを内ローラ１３８Ａ、１３８Ｂを介して内ピン１２６が貫通（遊嵌）している。内ローラ１３８Ａ、１３８Ｂは、内ピン１２６と外歯歯車１１８Ａ、１１８Ｂとの間にあってこれらの部材１２６、１１８Ａ、１１８Ｂとの摺動抵抗を低減するためのものである。内ピン１２６は、第１、第２キャリヤ１２４Ａ、１２４Ｂに圧入・固定されており、該第１、第２キャリヤ１２４Ａ、１２４Ｂを強固に連結する連結体として機能すると共に、外歯歯車１１８Ａ、１１８Ｂの自転成分を取り出すための部材として機能する。外歯歯車１１８Ａ、１１８Ｂの外周にはトロコイド歯形の外歯１２７が形成されており、内歯歯車１２２の内歯を構成する外ピン１２９と噛合している。外ピン１２９は、内歯歯車１２２に形成された外ピン孔１３１に回転自在に嵌合している。

内歯歯車１２２は、ケーシング１２０と一体化され、この実施形態では固定状態に維持されている。また、第２キャリヤ１２４Ａが、連結部材１５０と、該第２キャリヤ１２４Ａ及び連結部材１５０の双方に互いに半径方向に隙間を有して形成されたスプライン１６０を介して連結されている。連結部材１５０には、前記ピニオン１９６が一体的に形成されており、自動調心ころ軸受１６２、１６４を介してケーシング１２０に支持されている。

ここで、各部材の組み込み構造について詳細に説明すると、連結部材１５０は、被駆動側からのラジアル方向、あるいはスラスト方向の荷重を直接受けるため、一対の自動調心ころ軸受１６２、１６４によってケーシング１２０に可動的に支持されている。スプライン１６０が、この連結部材１５０の半径方向及び軸方向の双方の動きを許容している。

第１、第２キャリヤ１２４Ａ、１２４Ｂは、外歯歯車１１８Ａ、１１８Ｂの軸方向両側に配置され、それぞれ玉軸受１２８Ａ、１２８Ｂによってケーシング１２０に回転自在に支持されている。偏心体軸１１４は、この一対の第１、第２キャリヤ１２４Ａ、１２４Ｂに、アンギュラ玉軸受１３４Ａ、１３４Ｂを介して両持ち支持されている。

このアンギュラ玉軸受１３４Ａ、１３４Ｂは、いわゆる「正面合わせ」の状態で組み込まれ、反モータ側のアンギュラ玉軸受１３４Ｂが第２キャリヤ１２４Ｂの段差部１２４Ｂ１と偏心体軸１１４の段差部１１４Ｂとの間に挟持され、且つ、モータＭ側のアンギュラ玉軸受１３４Ａが偏心体軸１１４の段差部１１４Ａ及び第１キャリヤ１２４Ａに植設された止め輪１４０とに挟持されている。

図４に示されるように、この止め輪１４０とアンギュラ玉軸受１３４Ａの外輪１３４Ａ１との間にはシム１４２が介在され、このシム１４２の厚さｄ（零、即ちシムなしの態様を含む）を適宜に選択することにより、アンギュラ玉軸受１３４Ａ、１３４Ｂによる偏心体軸１１４に対する与圧の程度が調整できるようになっており、このシム１４２厚さｄが与圧の調整機能を果たしている。

また、偏心体１１６Ａ、１１６Ｂと外歯歯車１１８Ａ、１１８Ａとの間に介在される前記ニードル軸受１３２Ａ、１３２Ｂは、アンギュラ玉軸受１３４Ａ、１３４Ｂの間に隙間δ１、あるいはδ２を有して配置され、その軸方向の動きが規制されている。逆に言うならば、ニードル軸受１３２Ａ、１３２Ｂは、この隙間δ１、あるいはδ２の範囲内で軸方向に移動可能である。

次にこの実施形態に係る偏心揺動減速装置１１０の作用を説明する。

モータＭのモータ軸１５４が回転すると、スプライン１５６を介して減速機１１１の入力軸１１２が回転する。これにより該入力軸１１２と一体化されている偏心体軸１１４が回転し、偏心体１１６Ａ、１１６Ｂが一体的に回転する。偏心体１１６Ａ、１１６Ｂが回転すると、外歯歯車１１８Ａ、１１８Ｂも偏心体１１６Ａ、１１６Ｂの周りで揺動回転を行なおうとするが、内歯歯車１２２によってその自転が規制されているため、外歯歯車１１８Ａ、１１８Ｂは、該内歯歯車１２２に内接しながらほとんど揺動のみを行なうことになる。

この実施形態では、外歯歯車１１８Ａ、１１８Ｂの外歯１２７の歯数が３４、内歯歯車１２２の内歯（外ピン１２９）の歯数が３６で、その歯数差が２であるため、入力軸１１２（偏心体軸１１４）の１回転毎に、外歯歯車１１８Ａ、１１８Ｂは、ケーシング１２０に固定された内歯歯車１２２に対して２歯分だけずれる（自転する）ことになる。これは、入力軸１１２（偏心体軸１１４）の１回転が外歯歯車１１８Ａ、１１８Ｂの−２／３４の回転に減速されたことを意味する。なお、−の符号は回転方向が逆になっていることを示している。

外歯歯車１１８Ａ、１１８Ｂの回転は、内ピン１２６（内ローラ１３８Ａ、１３８Ｂ）と内ピン孔１３６Ａ、１３６Ｂとの隙間によってその揺動成分が吸収され、自転成分のみが該内ピン１２６を介して第２キャリヤ１２４Ｂに伝達され、更には、該第２キャリヤ１２４Ｂとスプライン１６０を介して連結されている連結部材１５０に伝達される。

連結部材１５０の先端には、前述のショベルカー１８０のピニオン１９６（図３参照）が一体的に形成されており、このピニオン１９６が該ショベルカー１８０のベース側に備えられた内歯歯車１９４と噛合することにより、車体本体１８６が軸心１９８を中心に旋回する。

ここで、本実施形態においては、被駆動側の連結部材１５０が、一対の自動調心ころ軸受１６２、１６４を介して支持されているため、この連結部材１５０自体がケーシングに対して可動的であり、しかも、第２キャリヤ１２４Ｂが該連結部材１５０と半径方向に隙間を有したスプラインによって連結されている。そのため、たとえ被駆動側からラジアル方向やスラスト方向の荷重がかかったとしても、該荷重がキャリヤ側（第２キャリヤ１２４Ｂ側）に伝わり難い。即ち、減速機１１１が負荷側からの影響をそもそもほとんど受けない状態を基本的に形成することができる。

又、仮に、これらの外乱要素が減速機１１１側にまで伝わってきたとしても、以下のような作用により、外歯歯車１１８Ａ、１１８Ｂは円滑な回転を開始でき、また該円滑な回転を維持することができる。

即ち、本実施形態においては、外歯歯車１１８Ａ、１１８Ｂの軸方向両側に一対備えられた第１、第２キャリヤ１２４Ａ、１２４Ｂが、内ピン（連結体）１２６を介して強固に連結されており、且つ、偏心体軸１１４はアンギュラ玉軸受１３４Ａ、１３４Ｂに与圧が与えられた状態でこの強固に連結された第１、第２キャリヤ１２４Ａ、１２４Ｂに（がた無く）両持ち支持されている。そのため、第１、第２キャリヤ１２４Ａ、１２４Ｂ及び偏心体軸１１４は、「大きな塊」として一体化され、偏心体軸１１４は第１、第２キャリヤ１２４Ａ、１２４Ｂに対してがたつくことがない。

なお、偏心体軸１１４の与圧の程度の調整は、モータＭ側のアンギュラ玉軸受１３４Ａの外輪１３４Ａ１と止め輪１４０との間に介在されるシム１４２の厚さｄを適宜に選択することによって行なえるようになっているため、各部材の製造誤差や組付誤差等が存在したとしても、常に所定の与圧を発生させることができる。

更に、偏心体１１６Ａ、１１６Ｂと外歯歯車１１８Ａ、１１８Ｂとの嵌合が、ニードル軸受１３２Ａ、１３２Ｂを介して行なわれており、このニードル軸受１３２Ａ、１３２Ｂが隙間δ１、あるいはδ2の存在により軸方向に移動可能であるため、外歯歯車１１８Ａ、１１８Ｂも又偏心体１１６Ａ、１１６Ｂに対して軸方向に移動可能である。

そのため、万一第１、第２キャリヤ１２４Ａ、１２４Ｂ及び偏心体軸１１４を含む大きな塊が全体として玉軸受１２８Ａ，１２８Ｂの隙間分水平方向に移動したとしても、該外歯歯車１１８Ａ、１１８Ｂは、軸方向の荷重を受けないため回転がより円滑となる方向に自動的に移動することができ、常に円滑な回転を行うことができる。尤も、本発明においては、外歯歯車が偏心体に対して軸方向に動くことができるのは、少なくとも完成された製品においては必ずしも必須の要件ではない。ただ、偏心体軸を正面合わせとされる軸受の間に与圧しながら嵌合する際には、外歯歯車が偏心体軸に対して軸方向動けるのは必須である。そのため、これを保障するニードル軸受での支持は、この点で有効である。偏心体軸をキャリヤに嵌合・固定した後は、外歯歯車の軸方向の動きは、必ずしも保障されなくても良い（例えば、結果として隙間がなくなったようなときは、ないままでも良い）。

なお、偏心体軸を支持する与圧可能な一対の軸受は、この例のようなアンギュラ玉軸受のほか、円錐ころ軸受であってもよい。また、与圧支持される偏心体軸は、この例のような「減速装置の半径方向中央に１本ある偏心体軸で構成される構造」のほか、公知の「同位相で回転する複数の偏心体軸で構成される構造」であってもよい。

例えばショベルカーの旋回装置のように、負荷側から特に半径方向の偏荷重のかかる場面で適用される偏心揺動減速装置に最適である。

本発明に係る偏心揺動減速装置の一例を示す縦断面図 図１の矢示II−II線に沿う断面図 上記偏心揺動減速装置が適用されるショベルカーの全体概略透視図 アンギュラ玉軸受の与圧調整を行なうためにシムが配備されている様子を示す部分拡大図 従来の偏心揺動減速装置の一例を示す縦断面図 図５の矢VI−VI線に沿う断面図

符号の説明

１１０…偏心揺動減速装置
１１１…減速機
１１２…入力軸
１１４…偏心体軸
１１６Ａ、１１６Ｂ…偏心体
１１８Ａ、１１８Ｂ…外歯歯車
１２０…ケーシング
１２２…内歯歯車
１２４Ａ、１２４Ｂ…第１、第２キャリヤ
１２６…内ピン
１２８Ａ、１２８Ｂ…玉軸受
１３２Ａ、１３２Ｂ…ニードル軸受
１３４Ａ、１３４Ｂ…アンギュラ玉軸受
１３６Ａ、１３６Ｂ…内ピン孔
１３８Ａ、１３８Ｂ…内ローラ
１４０…止め輪
１４２…シム
１５０…連結部材
１６２、１６４…自動中心ころ軸受
１８０…ショベルカー
１９４…内歯歯車
１９６…ピニオン

Claims (4)

1. 偏心体軸に設けられた偏心体によって、外歯歯車が内歯歯車の半径方向内側で偏心揺動する偏心揺動減速装置において、
   前記外歯歯車の軸方向両側に配置されると共に該外歯歯車を貫通する連結体によって連結され、該外歯歯車の自転成分と同期する一対のキャリヤと、
   該一対のキャリヤにそれぞれ組み込まれ、前記偏心体軸を両持ち支持する一対の軸受と、を備え、
   該一対の軸受が、互いに正面合わせとされ、且つ該偏心体軸の前記キャリヤに対する軸方向移動を規制する与圧が可能な軸受で構成され、且つ
   前記キャリヤの一方が、被駆動側の連結部材と半径方向に隙間を有して連結され、前記一方のキャリヤの回転中心位置と同軸に前記連結部材が連結されることを特徴とする偏心揺動減速装置。
2. 請求項１において、
   前記連結部材にピニオンが一体形成され、且つ該連結部材が一対の軸受で支持されることを特徴とする偏心揺動減速装置。
3. 請求項２において、
   前記連結部材を支持する一対の軸受が、自動調心軸受であることを特徴とする偏心揺動減速装置。
4. 請求項２または３において、
   前記連結部材を支持する一対の軸受のうち、前記ピニオン側の軸受の方が大きいことを特徴とする偏心揺動減速装置。
   

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