JP6811634B2 - 遊星歯車装置 - Google Patents
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Description
第一と第二外歯歯車は、連結されて一体的に回転を行う遊星歯車であり、第一内歯歯車はケーシングに固定され、第二内歯歯車は出力軸に連結されている。
上記構成により、第一外歯歯車と第一内歯歯車の歯数比及び第二外歯歯車と第二内歯歯車の歯数比に応じて減速されて出力軸に回転運動が伝達されるようになっている。
また、前記歯の滑りによる歯の摩耗が生じるという問題も生じていた。
図1は本発明の実施の形態に係る遊星歯車装置としての減速機10を示す縦断面図である。図2は図1の減速機10の軸方向に垂直な断面を符号Bの方向から見た断面図、図3は同じ断面を符号Cの方向から見た断面図である。なお、「軸方向」とは、減速機10の後述する入力軸11及び出力軸12の中心軸Dに平行な方向を示す。
また、図4及び図5は減速機10の一部の構成を省略した斜視図である。
この減速機10は、第一内歯歯車20と、第二内歯歯車30と、第一外歯歯車40と、第二外歯歯車50と、偏心体60と、ケーシング70とを備えている。
図4においてはケーシング70を二点鎖線で示し、図5においてはケーシング70、第二内歯歯車30の円板35(後述)及び出力軸12を二点鎖線で示している。
ケーシング70は、両端部が閉塞された内部中空の容器であり、入力軸11及び出力軸12と同心の円筒状を呈している。
ケーシング70は、その一端部の中央部と他端部の中央部から入力軸11の一端部と出力軸12の一端部とを個別に外部に突出させた状態で、減速機10の各構成を内部に格納している。
円板25は、その中心部に円形の貫通孔が形成されており、軸受721を介して入力軸11を回転可能に支持している。また、この円板25は、第一内歯歯車20の構成の一部でもあり、部材を共用している。
本体部71は、円板25と外径が等しい円筒状である。この本体部71の閉塞端部の中心部に円形の貫通孔が形成されており、軸受711,712を介して出力軸12を回転可能に支持している。
また、本体部71と円板25とは、図示しないネジやボルト等の締結部材により一体的に連結されている。
入力軸11は、図1に示すように、中空軸であり、ケーシング70の円板25と出力軸12とにより軸受721,124を介して回転可能に支持されている。
入力軸11の一端部はケーシング70の外部に突出しており、ここから回転が入力される。
入力軸11のケーシング70内となる端部近傍の外周には偏心体60が入力軸11と一体的に形成されている。
偏心体60は、その中心軸が、入力軸11の中心軸と平行であって、当該入力軸11に対して偏心した円筒形の部位である。即ち、偏心体60は、その外周面61が入力軸11の中心から偏心している。この偏心体60の外周面61の軸直角断面形状は真円状となっている。
出力軸12は、図1に示すように、入力軸11と同心となる位置でケーシング70により軸受711,712を介して回転可能に支持されている。
出力軸12は、一端部がケーシング70の外部に突出しており、ここから減速回転を出力する。また、出力軸12は、その他端部が後述する第二内歯歯車30の円板35に一体的に連結されている。
また、出力軸12は、ケーシング70の内側となる部分に第一拡径部121と第二拡径部122とが形成され、他端部に向かうにつれて二段階で拡径している。そして、第一拡径部121と第二拡径部122の境界位置及び第二拡径部122と円板35の境界位置に形成された角部に軸受711,712が個別に位置決めされている。
第一外歯歯車40は、図2に示すように、前述した偏心体60により入力軸11を中心として周回移動する遊星歯車である。
この第一外歯歯車40は、エピトロコイド平行曲線歯形が採用されている。
従って、第一外歯歯車40のそれぞれの外歯41をエピトロコイド平行曲線とすることにより、第一内歯歯車20との噛み合いを滑らかに行うことができる。
また、第一外歯歯車40の全歯丈は、偏心体60の偏心量のほぼ二倍か或いはそれより若干大きく設定されている。
なお、図2では、第一外歯歯車40の歯数を10枚で示しているが、これは一例であり、歯数は増減可能である。
各内歯歯車20,30及び各外歯歯車40,50の歯数と減速比の関係は詳細に後述する。
第二外歯歯車50は、図3に示すように、前述した偏心体60により、第一外歯歯車40と共に、入力軸11を中心として周回移動する遊星歯車である。
また、第二外歯歯車50は、スペーサー13の外周に固定装備されており、第一外歯歯車40と第二外歯歯車50とは同心で連結されている。
従って、第一外歯歯車40と第二外歯歯車50は、一体的に入力軸11回りの周回移動を行い、かつ、一体的に各歯車40,50(偏心体60)の中心軸回りに回転動作を行う。
この第二外歯歯車50の外歯51は、第二内歯歯車30の内歯に噛合する。後述する第二内歯歯車30の内歯は、第一内歯歯車20と同様に回転体34のローラ部材31で構成されている。
そして、第二外歯歯車50の全歯丈も、偏心体60の偏心量の二倍又はほぼ二倍か若干大きく設定されている。
なお、図3では、第二外歯歯車50の歯数を9枚で示しているが、これは一例であり、歯数は増減可能である。また、第一外歯歯車40と第二外歯歯車50の歯数は等しくしても異なっていても良い。
図6は回転体24の一部の構成を切り欠いた斜視図である。第一内歯歯車20は、複数のローラ部材21を内歯とする内歯歯車である。この第一内歯歯車20は、図6に示すように、ローラ部材21、ピン部材22及び軸受23からなる複数の回転体24と、各回転体24を支持する支持体としての円板25とを備えている。
前述したように、円板25は、ケーシング70の蓋体としての機能も有しており、ケーシング70の本体部71に固定されている。
ピン部材22は、円板25に対して、減速機10の軸方向に平行に固定装備されている。また、ピン部材22は、ローラ部材21の支持端部側が、ケーシング70の内部側に突出した状態で円板25に装備されている。
ピン部材22とローラ部材21の間には、軸受23が介挿されている。軸受23は、ラジアル軸受、より詳細には、針状ころ軸受が使用されているが、スペースに余裕があれば、玉軸受やコロ軸受等の他の形式のラジアル軸受を使用しても良い。
また、図6のように、軸受23は、転動体としての複数の針状コロ231と、各針状コロ231を均一間隔で配置する保持器232とからなる。つまり、軸受23は、ローラ部材21とピン部材22とに外輪と内輪の機能を持たせているが、これらとは別個独立した内輪と外輪とを備える軸受を使用しても良い。
これにより、第一内歯歯車20は、ローラ部材21が内歯として機能し、ローラ部材21とローラ部材21の間隙が歯溝として機能する内歯歯車を構成する。
なお、円板25は前述したように、ケーシング70に固定されているので、入力軸11の回転にかかわらず、円板25は回転を行わない。
図2では、第一内歯歯車20の歯数を11枚で示しているが、これは一例であり、歯数は増減可能である。
第二内歯歯車30は、複数のローラ部材31を内歯とする内歯歯車である。この第二内歯歯車30は、図6に示すように、ローラ部材31、フランジ321,322を有するピン部材32及び転動体(針状コロ331)と保持器332を有する軸受33からなる複数の回転体34と、各回転体34を支持する支持体としての円板35とを備えている。
前述したように、円板35は、出力軸12の他端部に一体的に連結されている。
なお、回転体34は、前述した回転体24と同一の構造(ローラ部材31の外径等の寸法は異なる場合がある)なので、図6に各部の符号を回転体24の各部の符号と共に併記し、その構成の詳細な説明は省略する。
これにより、第二内歯歯車30は、ローラ部材31が内歯として機能し、ローラ部材31とローラ部材31の間隙が歯溝として機能する内歯歯車を構成する。
なお、円板35は前述したように、出力軸12に一体的に連結されているので、第二内歯歯車30と出力軸12は、同じ回転角及び同じ回転速度で回転する。
図3では、第二内歯歯車30の歯数を10枚で示しているが、これは一例であり、歯数は増減可能である。
上記減速機10において、各部に使用される軸受62,124,711,712,721は、図7に示す構造により潤滑が行われている。なお、図7では、軸受721を例示しているが、他の軸受62,124,711,712についても同一の潤滑構造が施されている。
熱固化型グリース721eは、一般的な潤滑グリースと超高分子量ポリエチレンからなる材料に加熱処理と冷却処理とを加えて固化させたものである。グリースが固化した樹脂に封止された状態となるので、徐々にグリースを供給して潤滑性を維持しながら回転時の攪拌損失が低減され、グリースの外部への漏れによる汚染も低減することができる。
第一内歯歯車20及び第二内歯歯車30の回転体24,34は、各々が第一外歯歯車40と第二外歯歯車50の外歯41,51に噛み合うので、ローラ部材21,31の耐久性のために、図8に示す潤滑構造が設けられている。
この回転体の潤滑構造は、ローラ部材21,31の外周面における第一内歯歯車20及び第二内歯歯車30の半径方向外側の部分に摺接する潤滑剤の保持部材26,36と、当該保持部材26,36を支持する支持枠体27,37とを備えている。
潤滑剤は徐々に滲出するので、外部への漏れを低減し、ローラ部材21,31に良好な潤滑を施すことが可能となる。
図9は、減速機10の入力軸11から出力軸12までの動力伝達を行う各構成を模式的に示した模式図、図10は第一外歯歯車40と歯数と第二外歯歯車50の歯数の組み合わせの例とその減速比との関係を示した図表である。なお、図9では出力軸12の図示は省略している。
さらに、入力軸11の回転速度をNc1、第一内歯歯車20の回転速度をNr1、第二内歯歯車30の回転速度をNr2、第一外歯歯車40の回転速度をNp1、第二外歯歯車50の回転速度をNp2とする。
また、説明の便宜上、出力軸12側から見た時計方向の回転を正方向、反時計方向の回転を逆方向とする。
しかし、実際には、第二外歯歯車50は第一外歯歯車40に連結されているので、逆方向に(S1/Zp1)回転する。このため、第二外歯歯車50から第二内歯歯車30には、第二外歯歯車50からの伝達比(Zp2/Zr2)を(S1/Zp1)に乗じた(Zp2/Zr2)*(S1/Zp1)だけ逆方向に回転が付与される。
=(Zp1*S2-Zp2*S1)/(Zp1*Zr2)
=(Zp1*S2-Zp2*S1)/[Zp1*(Zp2+S2)] …(1)
=(Zp1-Zp2)/[Zp1*(Zp2+1)] …(2)
=1/Zp12 …(3)
図示のように、S1=S2=1かつZp1>Zp2の条件下で、遊星歯車としての第一外歯歯車40と第二外歯歯車50のそれぞれについて、歯数の異なる複数種類の歯車を用意した場合に、それぞれが少ない枚数で数多くの減速比を実現することができる。具体的には、第一外歯歯車40と第二外歯歯車50をそれぞれ7種類用意した場合、28通りの減速比を構成することができる。
上記減速機10は、第一内歯歯車20と第二内歯歯車30が、いずれも、支持体としての円板25,35と当該円板25,35に対して回転自在な回転体24,34とを有している。そして、これら回転体24,34が内歯として機能し、第一外歯歯車40と第二外歯歯車50の外歯41,51に噛合する。
このため、第一及び第二内歯歯車20,30と第一及び第二外歯歯車40,50の噛み合いの際に、第一及び第二内歯歯車20,30の回転体24,34は回転により歯面の摺動を抑えて摩擦損失を低減し、高効率の動力伝達を実現することが可能となる。
また、歯面の摺動を抑えるため、摩耗を低減し、第一及び第二外歯歯車40,50の耐久性を向上させることが可能となる。
また、回転体24,34の内部の摩耗低減により、回転体24,34の耐久性を向上させることが可能となる。
このような減速機10は、第一内歯歯車20と第一外歯歯車40の歯数比、第二内歯歯車30と第二外歯歯車50の歯数比の組み合わせに応じて、多種の減速比を実現することが可能となる。
このため、例えば、第一内歯歯車20と第一外歯歯車40のセット又は第二内歯歯車30と第二外歯歯車50のセットの一方又は両方について、歯数比の異なるセットを複数用意し、これらをセット単位で交換することで、より多種の減速比を選択することが可能な減速機10を提供することが可能となる。
なお、その場合、第二内歯歯車30を出力軸12とは別部材で連結と分離が可能に構成する必要がある。
例えば、特開2015-183780号公報に示すような、従来の内接式遊星歯車装置を用いた減速機では、単一の歯車の歯数を分母に含む減速比しか得ることが出来ず、例えば、1/100の減速比を得るには、歯数を100近く有する遊星歯車が必要であった。これに対して、減速機10では、図10に示すように、例えば最少の場合で、第一外歯歯車40の歯数を10、第二外歯歯車50の歯数を9にまで低減することができ、それぞれの外歯歯車40,50の歯数を飛躍的に低減することが可能となる。
また、歯数の低減により、第一内歯歯車20及び第二内歯歯車30の回転体24,34の個体数を低減することができ、取り付けの精度向上、部品点数低減による製造コストの低減を図ることが可能となる。
また、軸受62,124,711,712,721,23,33の全部又は一部について、シール軸受を使用した場合も、各部の耐久性を高く維持しつつも、円滑な回転動作を行いつつ、潤滑剤の外部への漏れによる汚染も低減することができる。
第一内歯歯車20及び第二内歯歯車30の回転体24,34は、軸受23,33によりローラ部材21,31を回転可能に支持する構造を例示したが、これに限定されない。
例えば、図11に示すように、丸棒状のピン部材22A,32Aを軸受23A,33Aを介して回転体24A,34Aを支持体としての円板25,35に設けても良い。
上記軸受23A,33Aは、内輪233A,333Aと外輪234A,334Aと針状コロ231A,331Aと図示しない保持器とを備える構成だが、前述した軸受23,33のように、内輪と外輪を備えていない軸受を使用しても良い。
また、摩耗低減により、第一及び第二外歯歯車40,50の耐久性を向上させることが可能となる。
また、回転体24A,34Aの内部の摩耗低減により、回転体24A,34Aの耐久性を向上させることが可能となる。
さらに、ピン部材22A,32Aの外周面における第一内歯歯車20及び第二内歯歯車30の半径方向外側の部分に摺接する潤滑剤の保持部材(図8参照)を、第一内歯歯車20及び第二内歯歯車30に設けることが望ましい。
上記減速機10は、第一内歯歯車20をケーシング70に固定し、第二内歯歯車30を出力軸12に連結しているが、これに限定されない。
例えば、第二内歯歯車30をケーシング70に固定し、第一内歯歯車20から出力回転を取り出す構成としても良い。
11 入力軸
12 出力軸
13 スペーサー
20 第一内歯歯車
30 第二内歯歯車
21,31 ローラ部材
22,32 ピン部材
22A,32A ピン部材
23,33 軸受
23A,33A 軸受
24,34 回転体(内歯)
24A,34A 回転体(内歯)
25,35 円板(支持体)
26,36 保持部材
27,37 支持枠体
40 第一外歯歯車
50 第二外歯歯車
41,51 外歯
60 偏心体
61 外周面
62,124,711,712,721,23,33 軸受
70 ケーシング
71 本体部
231,331 針状コロ(転動体)
231A,331A 針状コロ(転動体)
721a 玉(転動体)
721e 熱固化型グリース
D 中心軸
Claims (5)
- 第一内歯歯車及び第二内歯歯車と、
前記第一内歯歯車と噛み合う第一外歯歯車と、
前記第二内歯歯車に噛み合う第二外歯歯車と、
前記第一外歯歯車及び前記第二外歯歯車を周回移動させる偏心体と、
を備え、
前記第一外歯歯車と前記第二外歯歯車は、それぞれ独立した外歯を有し、互いに連結されて一体的に回転を行い、
前記第一内歯歯車と前記第二内歯歯車は、それぞれ独立した内歯を有し、前記第一内歯歯車と前記第二内歯歯車のいずれか一方が固定側に連結されるとともに、他方が出力側に連結され、
前記第一内歯歯車と前記第二内歯歯車は、いずれも、支持体と当該支持体に対して回転自在な回転体により構成される内歯と、を有し、
前記回転体は、前記支持体に前記外歯歯車の軸方向外側で固定支持されたピン部材と、当該ピン部材に外嵌されたローラ部材と、前記ピン部材と前記ローラ部材の間に配置された転動体と、を有するか、
または、
前記回転体は、前記支持体に前記外歯歯車の軸方向外側で支持されたピン部材と、前記支持体と前記ピン部材の間に配置された転動体と、を有することで前記ピン部材が前記支持体に対して回転自在である
遊星歯車装置。 - 前記ピン部材は、径方向に突出するフランジ部を二つ含み、前記フランジ部の間に前記ローラが配置される
請求項1記載の遊星歯車装置。 - 当該遊星歯車装置内に使用される軸受の少なくとも一部は、シール軸受、または、転動体間に熱固化型グリースが配置された軸受である請求項1又は2に記載の遊星歯車装置。
- 潤滑剤を滲出可能に保持する保持部材が、前記回転体と接触して設けられる請求項1から3のいずれか一項に記載の遊星歯車装置。
- 前記第一外歯歯車及び前記第二外歯歯車は、エピトロコイド平行曲線による歯形形状を有する請求項1から4のいずれか一項に記載の遊星歯車装置。
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