JP5845045B2 - 歯車伝動装置 - Google Patents

Description

本発明は歯車伝動装置に関する。特に、複数の外歯歯車が内歯歯車と噛み合いながら偏心回転する歯車伝動装置に関する。

外歯歯車が内歯歯車と噛み合いながら偏心回転する歯車伝動装置が知られている。このような歯車伝動装置では、外歯歯車の偏心回転に伴って、内歯歯車に同軸に支持されているキャリアが回転する。キャリアにはクランクシャフトが支持されており、そのクランクシャフトが外歯歯車を支持している。クランクシャフトには偏心体が固定されており、その偏心体が、外歯歯車に設けられた軸方向の貫通孔に係合している。偏心体の回転に伴って外歯歯車が偏心回転する。偏心体と外歯歯車の軸方向の位置がずれると、クランクシャフトから外歯歯車へのトルク伝達をスムーズに行うことができない。あるいは、偏心体と外歯歯車の位置がずれると、歯車伝動装置を構成している部品同士が干渉することがある。上記のような不具合を防止するために、クランクシャフト及び外歯歯車は、内歯歯車又はキャリアを利用して軸方向の位置が拘束される。偏心体と外歯歯車のずれを防止する技術の一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１の技術では、内歯歯車に固定された軸受のレースを外歯歯車の軸方向の端面に接触させる。その一方で、キャリアとクランクシャフトの間にスラストワッシャを配置する。すなわち、特許文献１の技術では、内歯歯車が外歯歯車の軸方向の位置を拘束し、キャリアがクランクシャフトの軸方向の位置を拘束する。特許文献１は、上記の構造により、偏心体と外歯歯車が相互にずれることを防止している。

特開２００７−２８５３９６号公報

上記したように、特許文献１の歯車伝動装置では、外歯歯車及びクランクシャフトが、夫々別の部品によって軸方向に位置決めされている。そのため、例えば、クランクシャフトが正しい軸方向位置からずれて拘束されると、その位置ずれは、偏心体と外歯歯車の間に現れる。すなわち、偏心体と外歯歯車の間に、軸方向の位置ずれが生じる。本明細書は、偏心体と外歯歯車の位置ずれを抑制する新たな構造を提供する。

本明細書で開示する歯車伝動装置は、ケースとキャリアとクランクシャフトと２個の外歯歯車を備えている。ケースの内周には、内歯歯車が形成されている。キャリアは、内歯歯車と同軸にケースに支持されている。クランクシャフトは、キャリアに支持されており、２個の偏心体を有する。クランクシャフトには、軸方向の位置が拘束されているディスクが設けられている。２個の外歯歯車は、２個の偏心体の夫々に係合しており、内歯歯車と噛み合いながら偏心回転する。この歯車伝動装置では、上記ディスクが２個の外歯歯車に挟まれており、これによってクランクシャフトの軸方向移動が規制される。

上記の歯車伝動装置によると、クランクシャフトの軸方向への移動が、外歯歯車によって規制される。別言すると、外歯歯車がクランクシャフトの軸方向位置を決定する。クランクシャフトは軸方向への移動規制を受けることなくキャリアに支持されているので、キャリアからクランクシャフトに軸方向への力が加わらない。外歯歯車がクランクシャフトの軸方向の位置を直接定めることにより、偏心体と外歯歯車の軸方向の位置ずれを防止することができる。なお、「軸方向の位置が拘束されているディスク」の例として、クランクシャフトに一体に形成されるフランジ、クランクシャフトに固定されるワッシャ等が挙げられる。

本明細書で開示する歯車伝動装置では、２個の偏心体がクランクシャフトの軸線に対して対称に偏心していてよい。このような形態の場合、２個の外歯歯車が、クランクシャフトの軸線に対して対称に偏心する。外歯歯車からディスクに加わる力が、ディスクの両面で対称になる。外歯歯車からディスクに加わる力が特定の場所に集中することが抑制される。

本明細書で開示する歯車伝動装置では、一方の偏心体と同軸の第１ディスクと、他方の偏心体と同軸の第２ディスクを備えていてよい。歯車伝動装置では、外歯歯車を軸方向に貫通する孔を形成し、その貫通孔に偏心体を嵌合させることにより、外歯歯車と偏心体を係合させる。２個の外歯歯車でディスクを挟むためには、ディスクの外周が、外歯歯車の貫通孔よりも径方向の外側に位置することが必要である。外歯歯車の貫通孔の中心は、偏心体の中心に等しい。上記のような形態は、ディスク（第１ディスクと第２ディスク）の径を、夫々の外歯歯車の貫通孔の直径よりも僅かに大きくするだけでよい。

本明細書が開示する技術は、偏心体と外歯歯車の軸方向の位置ずれを抑制した歯車伝動装置を実現することができる。

第１実施例の歯車伝動装置の断面図を示す。 図１の範囲IIの拡大断面図を示す。 第１実施例の変形例を示す（１）。 第１実施例の変形例を示す（２）。 第２実施例の歯車伝動装置の断面図を示す。 第３実施例の歯車伝動装置の断面図を示す。

以下の実施例では、クランクシャフトがキャリアの軸線からオフセットしている形態の歯車伝動装置について説明する。本明細書が開示する技術は、クランクシャフトがキャリアの軸線と同軸の歯車伝動装置にも適用することができることに留意されたい。

（第１実施例）
図１は、歯車伝動装置１００の断面図を示す。まず、歯車伝動装置１００の全体的な構造について説明する。歯車伝動装置１００は、外歯歯車２０が内歯歯車３２と噛み合いながら偏心回転する偏心揺動型の減速装置である。歯車伝動装置１００は、外歯歯車２０の歯数と内歯歯車３２の歯数の差に応じて、キャリア２が回転する。内歯歯車３２は、ケース３０と、ケース３０の内周に配置されている複数の内歯ピン３４で構成されている。

歯車伝動装置１００は、ケース３０とキャリア２とクランクシャフト１２と外歯歯車２０を備えている。キャリア２は、第１プレート２ａと第２プレート２ｃで構成されている。第１プレート２ａから第２プレート２ｃに向けて柱状部２ｂが延びている。柱状部２ｂと第２プレート２ｃは固定されている。キャリア２は、一対のアンギュラ玉軸受１６によって、ケース３０に同軸に支持されている。軸線２６が、キャリア２の軸線に相当する。軸線２６は、内歯歯車３２（ケース３０）の軸線にも相当する。なお、アンギュラ玉軸受１６は、アキシャル方向とラジアル方向の荷重を負担することができる。そのため、キャリア２は、アンギュラ玉軸受１６によって、ケース３０に対して回転可能であるとともに、軸線２６方向への移動が規制される。

クランクシャフト１２は、２個の偏心体１４（偏心体１４Ｘ，１４Ｙ）とフランジ２２と入力歯車２４を備えている。偏心体１４とフランジ２２は、クランクシャフト１２のシャフトと一体に形成されている。なお、図１では、フランジ２２を識別しやすいように、クランクシャフト１２とは異なるハッチングをフランジ２２に付している。偏心体１４は、クランクシャフト１２の軸線２５に対して偏心している。フランジ２２は、軸線２５と同軸である。入力歯車２４は、クランクシャフト１２の端部に取り付けられている。フランジ２２は、軸線２５方向の位置が拘束されているディスクに相当する。

クランクシャフト１２は、軸線２６からオフセットした位置で、軸線２６に平行に延びている。すなわち、クランクシャフト１２の軸線２５は、キャリア２の軸線２６と平行である。クランクシャフト１２は、２個の第１円筒ころ軸受１０（第１円筒ころ軸受１０Ｘ，１０Ｙ）によって、キャリア２に支持されている。第１円筒ころ軸受１０は、キャリア２に形成されているキャリア貫通孔８の壁面とクランクシャフト１２との間に配置されている。偏心体１４とフランジ２２は、２個の第１円筒ころ軸受１０の間に位置している。入力歯車２４は、２個の第１円筒ころ軸受１０の外側でクランクシャフト１２に固定されている。フランジ２２は、２個の偏心体（偏心体１４Ｘと偏心体１４Ｙ）の間に位置している。偏心体１４Ｘと偏心体１４Ｙは、軸線２５に対して対称に偏心している。なお、第１円筒ころ軸受１０は、ラジアル方向の荷重を負担することができるが、アキシャル方向の荷重を負担することができない。そのため、クランクシャフト１２は、第１円筒ころ軸受１０によって、軸線２６方向への移動規制を受けることなく、キャリア２に対して回転可能である。

２個の外歯歯車２０（外歯歯車２０Ｘ，２０Ｙ）には、夫々貫通孔６が形成されている。偏心体１４が、第２円筒ころ軸受１８（第２円筒ころ軸受１８Ｘ，１８Ｙ）を介して貫通孔６に嵌まっている。外歯歯車２０Ｘと２０Ｙは、軸線２６に対して対称に偏心している。詳細は後述するが、外歯歯車２０は、キャリア２によって、軸線２６方向への移動が規制されている。貫通孔６の直径は、フランジ２２の直径よりも小さい。そのため、クランクシャフト１２に軸線２５方向の力が加わっても、フランジ２２と外歯歯車２０によって、クランクシャフト１２の軸線２５方向への移動が拘束される。クランクシャフト１２は、２個の外歯歯車２０Ｘ，２０Ｙとフランジ２２によって、軸線２５方向への移動が規制されている。

モータ（図示省略）のトルクが入力歯車２４に伝達されると、クランクシャフト１２が回転する。クランクシャフト１２の回転に伴って、偏心体１４が、軸線２５の周りを偏心回転する。偏心体１４の偏心回転に伴って、外歯歯車２０が、内歯歯車３２と噛み合いながら軸線２６の周りを偏心回転する。外歯歯車２０の歯数と内歯歯車３２の歯数（内歯ピン３４の数）は異なる。そのため、外歯歯車２０が偏心回転すると、外歯歯車２０と内歯歯車３２の歯数差に応じて、キャリア２が、内歯歯車３２（ケース３０）に対して回転する。

図２を参照し、歯車伝動装置１００の特徴を詳細に説明する。２個の外歯歯車２０Ｘ，２０Ｙが、一対のアンギュラ玉軸受１６のインナーレース１６ａに挟まれている。そのため、外歯歯車２０は、軸線２５方向への移動が規制されている。インナーレース１６ａは、キャリア２に固定されている。そのため、２個の外歯歯車２０Ｘ，２０Ｙは、キャリア２によって軸線２５方向への移動が規制されているといえる。２個の外歯歯車２０Ｘ，２０Ｙは、軸線２５方向の両側からキャリア２に挟まれることによって、軸線２５方向への移動が規制されている。外歯歯車２０Ｘは、肉厚部２０Ｘａと薄肉部２０Ｘｂを有する。外歯歯車２０Ｙは、肉厚部２０Ｙａと薄肉部２０Ｙｂを有する。２個のインナーレース１６ａの間隔は、肉厚部２０Ｘａと肉厚部２０Ｙａの合計の厚みと同じか、僅かに広い。インナーレース１６ａと外歯歯車２０（外歯歯車２０Ｘ，２０Ｙ）、外歯歯車２０Ｘと外歯歯車２０Ｙの間の摩擦が過大にならないように、２個のインナーレース１６ａの間隔が調整されている。

フランジ２２は、薄肉部２０Ｘｂと薄肉部２０Ｙｂに挟まれている。フランジ２２を軸線２５方向から観察すると、フランジ２２が、外歯歯車２０の貫通孔６を覆っている。そのため、フランジ２２は、外歯歯車２０Ｘ，２０Ｙによって、軸線２５方向への移動が規制される。別言すると、外歯歯車２０が、クランクシャフト１２の軸線２５方向の位置を定める。偏心体１４（クランクシャフト１２）の位置が外歯歯車２０によって直接的に決められるので、偏心体１４と外歯歯車２０の位置ずれが抑制される。歯車伝動装置１００は、偏心体１４と外歯歯車２０の位置ずれが抑制されているので、クランクシャフト１２から外歯歯車２０へのトルク伝達をスムーズに行うことができる。なお、薄肉部２０Ｘｂと薄肉部２０Ｙｂの間隔は、フランジ２２の厚みと同じか、僅かに広い。フランジ２２と外歯歯車２０の摩擦が過大にならないように、薄肉部２０Ｘｂと薄肉部２０Ｙｂの間隔が調整されている。

上記したように、クランクシャフト１２は、第１円筒ころ軸受１０によって、キャリア２に支持されている。歯車伝動装置１００では、フランジ２２のみが、クランクシャフト１２の軸線２５方向への移動を規制する。クランクシャフト１２の軸線２５方向への移動を一箇所だけで拘束するので、軸線２５方向において、圧縮力又は引張力がクランクシャフト１２に加わることはない。なお、クランクシャフトの軸線方向への移動を複数箇所で拘束すると、軸線方向において、圧縮力又は引張力がクランクシャフトに偏在して加わることがある。

本明細書が開示する技術とは異なり、クランクシャフトの軸線方向への移動を複数箇所で拘束する例として、キャリアとクランクシャフトの間にスラストワッシャを配置してクランクシャフトの軸線方向への移動を拘束し、さらに、２個の外歯歯車でフランジを挟む形態が挙げられる。このような形態の場合、クランクシャフトがキャリアに対して正しい軸方向位置からずれて拘束されると、フランジから外歯歯車に強い力が加わる。フランジと外歯歯車の間に生じる摩擦が大きくなり、外歯歯車がスムーズに回転しない。あるいは、外歯歯車からフランジに強い力が加わる。圧縮力又は引張力が、フランジとスラストワッシャの間に位置するクランクシャフトに加わる。そのような不具合を避けるために、例えば入力歯車を２個の偏心体の間でクランクシャフトに固定する場合、入力歯車が外歯歯車に接触しないように、２個の外歯歯車の隙間を充分に広げることが必要である。すなわち、入力歯車が２個の偏心体の間でクランクシャフトに固定されている形態の場合、その入力歯車は、本明細書に開示するディスクとして機能しない。

歯車伝動装置１００の他の特徴を説明する。クランクシャフト１２の両端に止め輪４０（止め輪４０Ｘ，４０Ｙ）が固定されている。第１円筒ころ軸受１０は、止め輪４０と偏心体１４の間に位置しており、クランクシャフト１２に対して軸線２５方向への移動が規制されている。より具体的には、第１円筒ころ軸受１０の保持器４３（保持器４３Ｘ，４３Ｙ）の両端にワッシャ４２（ワッシャ４２Ｘ，４２Ｙ）とワッシャ４４（ワッシャ４４Ｘ，４４Ｙ）が設けられており、ワッシャ４２と保持器４３とワッシャ４４が、止め輪４０と偏心体１４で挟まれている。

第２円筒ころ軸受１８は、フランジ２２とワッシャ４４の間に位置しており、軸線２５方向への移動が規制されている。より具体的には、第２円筒ころ軸受１８の保持器（保持器４５Ｘ，４５Ｙ）が、フランジ２２とワッシャ４４で挟まれている。ワッシャ４４は、止め輪４０及び偏心体１４によって軸線２５方向への移動が規制されているといえる。すなわち、第２円筒ころ軸受１８は、フランジ２２と止め輪４０によって、クランクシャフト１２に対して軸線２５方向への移動が規制されている。

一対のアンギュラ玉軸受１６は、インナーレース１６ａと玉１６ｂとアウターレース１６ｃを備える。上記したように、２個のインナーレース１６ａは、外歯歯車２０Ｘ，２０Ｙの軸線２５方向への移動を規制している。２個のアウターレース１６ｃが、内歯ピン３４の両端の一部分を覆っている。内歯ピン３４は、２個のアウターレース１６ｃによって、クランクシャフト１２に対して軸線２５方向への移動が規制されている。

図１に示すように、ケース３０と第１プレート２ａの間にオイルシール３６が配置されている。オイルシール３６は、歯車伝動装置１００内に封止された潤滑剤が歯車伝動装置１００外に漏れることを防止する。歯車伝動装置１００の中央に、軸線２６方向に沿った中心貫通孔４が形成されている。中心貫通孔４を利用し、配線，配管等を、歯車伝動装置１００内を通過させることができる。

本明細書が開示する技術の特徴は、クランクシャフトに対して軸方向への移動が拘束されているディスクが、２個の外歯歯車に挟まれていることである。ディスクの形態は、上記したフランジ２２に限定されない。以下、第１実施例の変形例の幾つかを説明する。

図３は、２個の外歯歯車２０Ｘ，２０Ｙの間に複数のディスク（第１ワッシャ１２２ａ，第２ワッシャ１２２ｃ及びフランジ１２２ｂ）が挟まれている形態を示す。以下の説明では、複数のディスク１２２ａ，１２２ｂ及び１２２ｃを、ディスクセット１２２と称する。ディスクセット１２２以外の部品については、図２と同じ符号を付すことにより説明を省略する。第１ワッシャ１２２ａと第２ワッシャ１２２ｃは、クランクシャフト１２に取り付けられている。フランジ１２２ｂは、クランクシャフト１２と一体に形成されている。なお、図３においても、フランジ１２２ｂを識別しやすいように、クランクシャフト１２と異なるハッチングをフランジ１２２ｂに付している。第１ワッシャ１２２ａは、偏心体１４Ｘと同軸である。すなわち、第１ワッシャ１２２ａの中心は、外歯歯車２０Ｘの貫通孔６の中心に等しい。同様に、第２ワッシャ１２２ｃは偏心体１４Ｙと同軸であるとともに、第２ワッシャ１２２ｃの中心は外歯歯車２０Ｙの貫通孔６の中心に等しい。第１ワッシャ１２２ａは第１ディスクに相当し、第２ワッシャ１２２ｃは第２ディスクに相当する。

ディスクセット１２２のような形態は、フランジ１２２ｂの径を大きくすることが困難な場合に有用である。また、第１ワッシャ１２２ａ（第２ワッシャ１２２ｃ）の中心が貫通孔６６の中心に等しいので、第１ワッシャ１２２ａ（第２ワッシャ１２２ｃ）の径を貫通孔６の径よりも僅かに大きくするだけで、第１ワッシャ１２２ａ（第２ワッシャ１２２ｃ）の軸線２５方向への移動が規制される。第１ワッシャ１２２ａ及び第２ワッシャ１２２ｃの径を、図２に示すフランジ２２の径よりも小さくすることができる。なお、第１ワッシャ１２２ａは、フランジ１２２ｂと止め輪４０Ｘによって、軸線２５方向への移動が規制される。より正確に表現すると、第１ワッシャ１２２ａは、フランジ１２２ｂと第２円筒ころ軸受１８Ｘによって、軸線２５方向への移動が規制されている。同様に、第２ワッシャ１２２ｃは、フランジ１２２ｂと止め輪４０Ｙによって、軸線２５方向への移動が拘束されているといえる。ディスクセット１２２は、軸線２５方向の位置が拘束されているディスクに相当する。

図４に示すように、ディスクセット２２２が２個の外歯歯車２０Ｘ，２０Ｙに挟まれていてもよい。ディスクセット２２２は、第１ワッシャ２２２ａと第２ワッシャ２２２ｂを備えている。第１ワッシャ２２２ａは、偏心体１４Ｙと止め輪４０Ｘによって、軸線２５方向への移動が拘束されている。第２ワッシャ２２２ｂは、偏心体１４Ｘと止め輪４０Ｙによって、軸線２５方向への移動が拘束されている。ディスクセット２２２は、軸線２５方向の位置が拘束されているディスクに相当する。なお、ディスクセット２２２は、図３で説明したディスクセット１２２のフランジ１２２ｂを取り除き、第１ワッシャ１２２ａの厚みと第２ワッシャ１２２ｃの厚みを増大させた形態に相当する。

（第２実施例）
図５を参照し、歯車伝動装置２００について説明する。歯車伝動装置２００は歯車伝動装置１００の変形例であり、歯車伝動装置１００と同じ部品には、同じ符号又は下二桁が同じ符号を付すことにより説明を省略することがある。

歯車伝動装置２００は、外歯歯車２０Ｘ，２０Ｙの軸線２６方向（軸線２５方向）への移動を規制する構造が歯車伝動装置１００と異なる。歯車伝動装置２００では、キャリア２の端部に形成されている円筒状の突起５０が、外歯歯車２０の軸線２６方向への移動を規制する。突起５０は、第１プレート２ａと第２プレート２ｃから、外歯歯車２０に向けて軸線２６方向に延びている。歯車伝動装置２００では、外歯歯車２０は、キャリア２によって軸線２６方向への移動が規制されている。なお、歯車伝動装置２００では、２個のアンギュラ玉軸受２１６のインナーレース２１６ａは、外歯歯車２０Ｘ，２０Ｙの軸線２６方向への移動を規制する機能を有していない。なお、フランジ２２に代えて、ディスクセット１２２（図３を参照）又はディスクセット２２２（図４を参照）を採用することもできる。

（第３実施例）
図６を参照し、歯車伝動装置３００について説明する。歯車伝動装置３００は歯車伝動装置１００の変形例であり、歯車伝動装置１００と同じ部品には、同じ符号又は下二桁が同じ符号を付すことにより説明を省略することがある。

歯車伝動装置３００では、２個のアンギュラ玉軸受３１６のアウターレース３１６ｃが、外歯歯車２０の軸線２６方向への移動を規制する。アウターレース３１６ｃは、外歯歯車２０の軸線２６方向への移動を規制するとともに、内歯ピン３４の軸線２６方向への移動を規制している。アウターレース３１６ｃは、ケース３０に固定されている。そのため、歯車伝動装置３００の外歯歯車２０は、ケース３０によって軸線２６方向への移動が規制されている。なお、歯車伝動装置３００では、キャリア２の溝部３１６ａが、アンギュラ玉軸受３１６のインナーレースとして機能する。フランジ２２に代えて、ディスクセット１２２（図３を参照）又はディスクセット２２２（図４を参照）を採用することもできる。

上記実施例の特徴は、次のように表現することができる。２個の外歯歯車が、両側からキャリア又はケースに挟まれることにより、軸線方向への移動が規制されている。クランクシャフトに対する軸線方向への移動が規制されているディスクが、２個の外歯歯車に挟まれている。ディスクを２個の外歯歯車で挟むことにより、クランクシャフトの軸線方向の位置が、外歯歯車によって決められる。その結果、クランクシャフトに固定されている偏心体と、外歯歯車の位置ずれを抑制することができる。

上記実施例では、一対のアンギュラ玉軸受を用いてキャリアをケースに支持させる例について説明した。キャリアとケースの間に配置する軸受は、アキシャル方向とラジアル方向の荷重を負担するタイプであればよい。例えば、アンギュラ玉軸受に代えて、円錐ころ軸受やアンギュラころ軸受を用いてもよい。

外歯歯車の数は、３個以上でもよい。この場合でも、ディスクを２個の外歯歯車で挟むことにより、クランクシャフトに固定されている偏心体と、外歯歯車の位置ずれを抑制することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：キャリア
１２：クランクシャフト
１４：偏心体
２０：外歯歯車
２２：フランジ（ディスク）
３０：ケース
３２：内歯歯車
１００：歯車伝動装置

Claims (4)

1. 内周に内歯歯車が形成されているケースと、
   内歯歯車と同軸にケースに支持されているキャリアと、
   キャリアに支持されており、２個の偏心体を有するクランクシャフトと、
   ２個の偏心体の夫々に係合しており、内歯歯車と噛み合いながら偏心回転する２個の外歯歯車と、を備えており、
   ２個の外歯歯車の各々は、径方向外側に設けられている厚肉部と、その厚肉部より内側に設けられている薄肉部を有しており、
   クランクシャフトに、軸方向の位置が拘束されているディスクが設けられており、
   前記ディスクが、２個の外歯歯車の薄肉部に挟まれていることを特徴とする歯車伝動装置。
2. ２個の偏心体がクランクシャフトの軸線に対して対称に偏心していることを特徴とする請求項１に記載の歯車伝動装置。
3. 一方の偏心体と同軸の第１ディスクと、他方の偏心体と同軸の第２ディスクを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の歯車伝動装置。
4. 前記ディスクは、クランクシャフトと一体に形成されたフランジであることを特徴とする請求項１又は２に記載の歯車伝動装置。

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