JP7068102B2 - ハイポサイクロイド減速機 - Google Patents

Description

本願は、ハイポサイクロイド減速機に関するものである。

ハイポサイクロイド減速機は、モータ等の駆動軸に駆動連結される入力軸と、入力軸に設けられた偏芯部品と、固定された太陽内歯車と、偏芯部品に回転自在に支持され太陽内歯車と噛合する遊星歯車とを備えている。遊星歯車は、太陽内歯車の内歯の歯数よりも少ない歯数の外歯を有しており、入力軸の回転に伴う偏芯部品の移動により太陽内歯車との噛合状態を保ったまま公転すると共に自転する。この遊星歯車の自転により減速された回転出力が出力軸に伝達される。

上記のような従来のハイポサイクロイド減速機では、入力軸の回転中心に対し遊星歯車の重心がずれているため、振動及び騒音が発生し易く、高品質の減速機を提供できないという課題があった。このような課題を解決するものとして、例えば特許文献１には、入力軸に一対の偏芯軸部を設け、それぞれの偏芯軸部に軸受を介して一対の遊星歯車を外嵌したハイポサイクロイド減速機が開示されている。

特許文献１によるハイポサイクロイド減速機において、一対の遊星歯車は、それぞれの偏芯軸心が入力軸の軸心に対して１８０°反対位置に配置されているため、荷重バランスが安定し、振動及び騒音の発生が抑えられる。このような一対の遊星歯車を備えたハイポサイクロイド減速機は、高品質な減速機として実用化されている。さらに、特許文献１には、一つの遊星歯車とバランサーを入力軸に配設し、バランサーの重り部によって遊星歯車と回転バランスをとるようにした構造が開示されている。

特開２０１８－４０３８１号公報

しかしながら、上記特許文献１のように、一対の遊星歯車により荷重バランスを安定させる方法、あるいは入力軸に配設されたバランサーにより回転バランスをとる方法では、部品点数が増加し軸方向の寸法が長くなるという課題があり、ハイポサイクロイド減速機の偏平化の妨げとなっていた。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、振動及び騒音の発生を抑制することができ、偏平化が可能なハイポサイクロイド減速機を提供することを目的とする。

本願に開示されるハイポサイクロイド減速機は、偏芯部品が設けられた入力軸と、入力軸と同軸上に配設された出力軸と、入力軸と同軸に配置され固定側となる内歯車と、偏芯部品に第１の軸受を介して支持され内歯車の歯数よりも少ない歯数の外歯を有して内歯車と噛合する遊星歯車と、遊星歯車の自転運動を回転出力として前記出力軸に伝達する伝達手段とを備えたハイポサイクロイド減速機であって、入力軸及び偏芯部品のそれぞれに、入力軸の回転中心に対する遊星歯車の重心のずれ量を相殺する溝が設けられ、各々の溝が対向配置されているものである。

本願に開示されるハイポサイクロイド減速機によれば、入力軸及び偏芯部品のそれぞれに溝を設けることにより、入力軸の回転中心と遊星歯車の重心を一致させているので、振動及び騒音の発生が抑えられる。また、部品点数の増加がなく、軸方向の寸法が長くならないため、一対の遊星歯車によって荷重バランスを安定させていた従来装置に比べて偏平化が図られる。

実施の形態１によるハイポサイクロイド減速機の内部構成を示す斜視図である。 実施の形態１によるハイポサイクロイド減速機を示す断面図である。 実施の形態１によるハイポサイクロイド減速機のバランス溝を説明する模式図である。 従来のハイポサイクロイド減速機の課題を説明する模式図である。 従来のハイポサイクロイド減速機の内部構成を示す斜視図である。 実施の形態２によるハイポサイクロイド減速機のバランス溝の例を示す模式図である。 実施の形態２によるハイポサイクロイド減速機のバランス溝の別の例を示す模式図である。 実施の形態２によるハイポサイクロイド減速機のバランス溝のさらに別の例を示す模式図である。 実施の形態２によるハイポサイクロイド減速機のバランス穴の例を示す模式図である。

実施の形態１．
以下に、本願の実施の形態１によるハイポサイクロイド減速機について、図面に基づいて説明する。図１及び図２は、実施の形態１によるハイポサイクロイド減速機の内部構成を示す斜視図及び断面図、図３は、実施の形態１によるハイポサイクロイド減速機のバランス溝を説明する模式図である。なお、各図において、同一、相当部分には同一符号を付している。

実施の形態１によるハイポサイクロイド減速機は、サーボモータ用の減速機として、例えばロボット関節の駆動等に用いられる。入力軸であるシュパンリング１は、駆動源（図示省略）の駆動軸に取り付けられる。シュパンリング１には、偏芯部品である偏芯板２が固定されている。固定側となる内歯車３は、シュパンリング１と同軸上に配設され、ギヤケース４に固定されている。内歯車３は、リング体からなる本体部の内周面に凹凸歯３ａを有している。

内歯車３と噛合する遊星歯車５は、内歯車３の歯数よりも少ない歯数の外歯５ａを有している。遊星歯車５の中央部には、第１の軸受であるニードルベアリング６が装着され、偏芯板２が嵌入される。すなわち、遊星歯車５は、ニードルベアリング６を介して偏芯板２に支持されている。ニードルベアリング６は、ころ軸受の一種であり、針状の細いローラが並んでリングになっている。ローラが転がることで摩擦を発生させず回転することが可能となる。

図２に示すように、遊星歯車５には周方向に４個のピン穴７が設けられている。キャリアピン８は、第２の軸受であるニードルベアリング９を介してピン穴７の内周と転がり接触する。４本のキャリアピン８は出力軸１０に固定されており、遊星歯車５の自転運動を回転出力として出力軸１０に伝達する。

また、図２及び図３に示すように、シュパンリング１と偏芯板２にはそれぞれバランス溝１１、１２が設けられ、各々のバランス溝１１、１２は対向配置されている。バランス溝１１、１２は、シュパンリング１の回転中心である軸心１Ｃに対する遊星歯車５の重心のずれ量を相殺する溝である。これらのバランス溝１１、１２を設けることにより、シュパンリング１の回転中心と遊星歯車５の重心が一致し、遊星歯車５の回転バランスが安定する。

なお、バランス溝１１、１２は、止まりであっても貫通していてもよい。また、バランス溝１１、１２各々の軸方向の長さ寸法は異なっていてもよい。シュパンリング１のバランス溝１１は、シュパンリング１を製作する際の機械加工によって、シュパンリング１と同時に形成される。同様に、偏芯板２のバランス溝１２は、偏芯板２を製作する際の機械加工によって、偏芯板２と同時に形成される。従って、バランス溝１１、１２を形成するための新たな装置及び工程は必要ない。

実施の形態１によるハイポサイクロイド減速機の動作について簡単に説明する。シュパンリング１に駆動源から回転駆動力が入力されると、シュパンリング１がその軸心１Ｃを中心として回転する。シュパンリング１に設けられた偏芯板２には、ニードルベアリング６を介して遊星歯車５が外嵌されており、遊星歯車５は内歯車３と噛み合いながら振れ回り、円周方向に自転運動しながら公転（偏芯）運動する。遊星歯車５の自転運動により減速された回転出力は、ニードルベアリング９及びキャリアピン８を介して出力軸１０に伝達される。このときの減速比は、（内歯車の歯数－遊星歯車の歯数）／（遊星歯車の歯数）となる。

さらに、実施の形態１によるハイポサイクロイド減速機において、バランス溝１１、１２は、シュパンリング１と偏芯板２の位置決め用溝として用いられる。図３に示すように、シュパンリング１と偏芯板２それぞれに設けられたバランス溝１１、１２は、溝開口部の幅寸法Ｗが略等しい。このため、各々のバランス溝１１、１２を対向させた状態で、偏芯板２をシュパンリング１に嵌合することにより、シュパンリング１と偏芯板２の位置決めが行える。

また、実施の形態１では、偏芯部品としてシュパンリング１と別部材である偏芯板２を用いたが、偏芯部品は、入力軸と一体に形成されたものであってもよい。また、第１の軸受及び第２の軸受としてニードルベアリング６、９を用いたが、これらの軸受の種類は限定されるものではなく、転がり軸受、すべり軸受、及びローラ等を用いてもよい。また、軸受を介在させない構造も可能である。また、遊星歯車５に設けられるピン穴７の数は４個に限定されるものではなく、８個または１０個等、適宜変更することができる。

さらに、実施の形態１では、遊星歯車５の自転運動を回転出力として出力軸１０に伝達する伝達手段として、遊星歯車５に設けられた複数のピン穴７と、ニードルベアリング９を介してピン穴７の内周と転がり接触するキャリアピン８とを用いたが、他の伝達手段を用いてもよい。例えば、遊星歯車と出力軸とオルダム板によりオルダム継手機構を構成したもの、または、出力軸に連設された円盤部と遊星歯車の間にボール状の機動体を介在させたもの等を用いることができる。

実施の形態１によるハイポサイクロイド減速機の効果について、比較例を挙げて説明する。図４は、従来のハイポサイクロイド減速機の課題を説明する図、図５は、実施の形態１によるハイポサイクロイド減速機の比較例である従来のハイポサイクロイド減速機を示す斜視図である。従来のハイポサイクロイド減速機は、図４に示すように、シュパンリング１の回転中心である軸心１Ｃに対し、遊星歯車５Ａの重心５Ｇがずれているため、遊星歯車５Ａ単体では振動及び騒音が発生するという課題があった。

このような課題を解決するために、図５に示す比較例では、２つ目の遊星歯車５Ｂを設け、遊星歯車５Ａ、５Ｂそれぞれの偏芯軸心を、シュパンリング１の軸心１Ｃに対して１８０°反対位置に配置している。このような構成により、荷重バランスが安定し、振動及び騒音が抑制されるが、部品点数の増加により軸方向の寸法が長くなり、ハイポサイクロイド減速機の偏平化、軽量化、及び低コスト化等の妨げとなっていた。

実施の形態１によるハイポサイクロイド減速機によれば、シュパンリング１と偏芯板２にバランス溝１１、１２をそれぞれ設けることにより、シュパンリング１の回転中心と遊星歯車５の重心５Ｇとのずれ量を相殺し、シュパンリング１の回転中心と遊星歯車５の重心を一致させているので、遊星歯車５の荷重バランス及び回転バランスが安定し、振動及び騒音の発生が抑えられる。また、部品点数の増加がなく、軸方向の寸法が長くならないため、一対の遊星歯車５Ａ、５Ｂによって荷重バランスを安定させていた従来装置に比べて偏平化、軽量化、及び低コスト化が図られる。

また、バランス溝１１、１２を対向配置することにより、偏芯板２をシュパンリング１に嵌合する際の位置決めが容易に行えるため、従来の位置決め機構は不要となる。さらに、バランス溝１１、１２は、それぞれシュパンリング１と偏芯板２を機械加工により製作する際に、同時に形成することができるため、工程の煩雑化及び製造コストの上昇を招くことはない。これらのことから、実施の形態１によれば、偏平、軽量、且つ低コストであり、振動及び騒音の発生が抑えられた高品質のハイポサイクロイド減速機を提供することが可能である。

実施の形態２．
実施の形態２では、上記実施の形態１によるハイポサイクロイド減速機のバランス溝の変形例について、図６から図９を用いて説明する。なお、実施の形態２によるハイポサイクロイド減速機の全体的な構成は上記実施の形態１と同様であるため、各部の説明は省略する。

実施の形態１では、シュパンリング１と偏芯板２にそれぞれバランス溝１１、１２を設けたが、バランス溝は、入力軸及び偏芯部品のいずれか一方に設けてもよい。図６は、シュパンリング１にのみバランス溝１１を設けた例、図７は、偏芯板２にのみバランス溝１２を設けた例を示している。このように、シュパンリング１と偏芯板２のいずれか一方にバランス溝を設ける場合、偏芯板２をシュパンリング１に嵌合する際の位置決め用溝としての機能は無くなるが、他方の部品は従来部品を使用することができる。

また、実施の形態１では、軸方向に垂直な断面形状が矩形のバランス溝１１、１２を設けたが、バランス溝の形状は限定されるものではない。図８は、軸方向に垂直な断面形状が略半円形のバランス溝１２ａを偏芯板２に設けた例を示している。なお、断面形状が略半円形のバランス溝をシュパンリング１に設けてもよいし、シュパンリング１と偏芯板２にそれぞれ設けてもよい。

また、バランス溝の代わりに、バランス穴を設けても良い。図９は、軸方向に垂直な断面形状が円形のバランス穴１３を偏芯板２に設けた例を示している。バランス穴１３は、止まり穴であっても貫通穴であってもよい。図９では、３個のバランス穴１３を設けているが、バランス穴１３の数及び形状は限定されるものではない。また、バランス穴をシュパンリング１に設けてもよいし、シュパンリング１と偏芯板２それぞれに設けてもよい。さらに、バランス溝とバランス穴を組み合わせて配置してもよい。

このように、バランス溝とバランス穴は、様々な変形及び組み合わせが可能であり、適用機種における入力軸及び偏芯部品のサイズ、形状、入力軸の回転中心に対する遊星歯車の重心のずれ量、及び加工の容易さ等を考慮し、適宜選択することができる。また、実施の形態２では、偏芯部品として偏芯板２を用いているが、入力軸と一体に形成された偏芯部品を用いてもよい。

本開示は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

本願は、ハイポサイクロイド減速機として利用することができる。

１ シュパンリング、１Ｃ 軸心、２ 偏芯板、３ 内歯車、３ａ 凹凸歯、４ ギヤケース、５、５Ａ、５Ｂ 遊星歯車、５ａ 外歯、５Ｇ 重心、６、９ ニードルベアリング、７ ピン穴、８ キャリアピン、１０ 出力軸、１１、１２、１２ａ バランス溝、１３ バランス穴

Claims (5)

1. 偏芯部品が設けられた入力軸と、前記入力軸と同軸上に配設された出力軸と、前記入力軸と同軸に配置され固定側となる内歯車と、前記偏芯部品に第１の軸受を介して支持され前記内歯車の歯数よりも少ない歯数の外歯を有して前記内歯車と噛合する遊星歯車と、前記遊星歯車の自転運動を回転出力として前記出力軸に伝達する伝達手段とを備えたハイポサイクロイド減速機であって、
   前記入力軸及び前記偏芯部品のそれぞれに、前記入力軸の回転中心に対する前記遊星歯車の重心のずれ量を相殺する溝が設けられ、各々の前記溝が対向配置されていることを特徴とするハイポサイクロイド減速機。
2. 前記偏芯部品は、前記入力軸に固定された偏芯板であることを特徴とする請求項１記載のハイポサイクロイド減速機。
3. 前記入力軸及び前記偏芯板それぞれに設けられた前記溝は、溝開口部の幅寸法が等しいことを特徴とする請求項２記載のハイポサイクロイド減速機。
4. 前記偏芯部品は、前記入力軸と一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載のハイポサイクロイド減速機。
5. 前記伝達手段は、前記遊星歯車に設けられた複数のピン穴と、第２の軸受を介して前記ピン穴の内周と転がり接触するキャリアピンを含み、前記キャリアピンは前記出力軸に固定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のハイポサイクロイド減速機。

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