JP7283683B2

JP7283683B2 - 変速機

Info

Publication number: JP7283683B2
Application number: JP2020510788A
Authority: JP
Inventors: 太平坪根; 浩司杉本
Original assignee: ニデックドライブテクノロジー株式会社
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2023-05-30
Anticipated expiration: 2039-03-20
Also published as: WO2019188673A1; JPWO2019188673A1

Description

本発明は、変速機に関する。

従来、偏心揺動型（内接遊星式）の減速機が知られている。偏心揺動型の減速機は、内歯歯車と、内歯歯車の内側に配置された外歯歯車とを有する。外歯歯車は、内歯歯車と噛み合いながら、内歯歯車の内面に沿って揺動する。このような偏心揺動型の減速機は、小型で高い減速比を得ることができる。従来の偏心揺動型の減速機については、例えば、特開２０１８－１７３６２号公報に記載されている。

特開２０１８－１７３６２号公報

特開２０１８－１７３６２号公報の変速機では、外歯歯車に複数のピン孔が設けられている。各ピン孔には、キャリアピンが挿入される。減速機の駆動時には、ピン孔の内周面にキャリアピンが接触しつつ、ピン孔とキャリアピンとが相対移動を繰り返す。このため、外歯歯車の耐摩耗性が不十分な場合、減速機を長期に使用すると、ピン孔の内周面が、キャリアピンとの接触によって摩耗する。

本発明の目的は、偏心揺動型の変速機において、外歯歯車の貫通孔の内周面が、キャリアピンとの接触によって摩耗することを抑制できる構造を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は、偏心揺動型の変速機であって、中心軸を中心として第１回転数で回転する第１回転部と、前記第１回転部とともに回転し、前記中心軸から外周面までの距離が周方向の位置によって異なる円板状の偏心体と、中央に前記偏心体が嵌まる円孔を有する円板状の外歯歯車と、前記外歯歯車の径方向外側に位置し、前記中心軸と同軸に配置された円筒状の内歯歯車と、前記外歯歯車に設けられた複数の貫通孔を通って軸方向に延びる複数のキャリアピンと、前記複数のキャリアピンに固定された第２回転部と、を備え、前記外歯歯車は、外周部に複数の外歯を有し、前記内歯歯車は、内周部に複数の内歯を有し、前記偏心体の長径の延長線上において、前記複数の外歯の一部と、前記複数の内歯の一部とが、互いに噛み合い、前記外歯歯車は、外歯歯車本体と、前記貫通孔の内周面の少なくとも一部を覆う保護膜と、を有し、前記保護膜は、前記外歯歯車本体よりも耐摩耗性が高い、変速機である。

本発明によれば、外歯歯車の貫通孔の内周面が、キャリアピンとの接触によって摩耗することを抑制できる。

図１は、減速機の縦断面図である。図２は、減速機の分解斜視図である。図３は、減速機の横断面図である。図４は、外歯歯車およびキャリアピンの部分横断面図である。図５は、外歯歯車およびキャリアピンの部分横断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明では、変速機の中心軸と平行な方向を「軸方向」、中心軸に直交する方向を「径方向」、中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。ただし、上記の「平行な方向」は、略平行な方向も含む。また、上記の「直交する方向」は、略直交する方向も含む。

＜１．変速機の全体構成＞
図１は、変速機の一例である減速機１の縦断面図である。図２は、減速機１の分解斜視図である。図３は、図１中のIII－III位置から視た減速機１の横断面図である。なお、図３においては、図の煩雑化を避けるため、ハッチングが省略されている。

この減速機１は、第１回転数（入力回転数）の回転運動を、第１回転数よりも低い第２回転数（出力回転数）の回転運動に変換する、偏心揺動型（内接遊星式）の歯車減速機である。減速機１は、例えば、人と協調して作業を行うサービスロボット等の小型ロボットの関節に使用される。ただし、同等の構造を有する減速機を、大型の産業用ロボット、工作機、Ｘ－Ｙテーブル、材料の切断装置、コンベアライン、ターンテーブル、圧延ローラ等の他の用途に用いてもよい。

図１に示すように、本実施形態の減速機１は、第１回転部１０、２つの偏心体２０、２枚の外歯歯車３０、内歯歯車４０、複数のキャリアピン５０、および第２回転部６０を備える。

第１回転部１０は、中心軸９に沿って延びる円柱状の部材である。図１中に概念的に示したように、第１回転部１０は、直接または他の動力伝達機構を介して、駆動源であるモータに接続される。モータを駆動させると、モータから供給される動力によって、第１回転部１０は、中心軸９を中心として第１回転数で回転する。すなわち、本実施形態では、第１回転部１０が入力部となる。

偏心体２０は、第１回転部１０とともに回転する部材である。２つの偏心体２０は、それぞれ、第１回転部１０の外周面に固定されている。ただし、第１回転部１０と２つの偏心体２０とは、単一の部材であってもよい。２つの偏心体２０は、それぞれ、中心軸９から外れた位置で中心軸９と平行に延びる偏心軸９１を中心とする、円筒状の外周面を有する。したがって、中心軸９から偏心体２０の外周面までの距離は、周方向の位置によって異なる。第１回転部１０が中心軸９を中心として回転すると、２つの偏心体２０の位置が、中心軸９を中心として回転する。このとき、各偏心体２０の偏心軸９１も、中心軸９を中心として回転する。

本実施形態では、一方の偏心体２０の偏心軸９１の位置と、他方の偏心体２０の偏心軸９１の位置とが、中心軸９に対して、互いに１８０°離れている。このようにすれば、２つの偏心体２０の全体としての重心の位置が、常に中心軸９上に位置する。したがって、偏心体２０の回転による重心の揺らぎを抑制できる。

２枚の外歯歯車３０は、それぞれ、偏心体２０の径方向外側に配置される。外歯歯車３０は、円板状の部材であり、その中央に円孔３４を有する。偏心体２０は、当該円孔３４に嵌まる。外歯歯車３０は、偏心体２０の周囲において、偏心軸９１を中心として回転可能に支持される。偏心体２０の外周面と外歯歯車３０の内周面との間には、潤滑油（図示省略）が介在する。これにより、偏心体２０と外歯歯車３０とは、ローラベアリング等の機械的要素を介することなく、相対回転する。このように、偏心体２０と外歯歯車３０との間の機械的要素を省略することによって、減速機１を小型化しやすくなる。なお、潤滑油には、例えば、グリースが用いられる。ただし、偏心体２０と外歯歯車３０との間に、ローラベアリング等の軸受が介在していてもよい。

図３に示すように、外歯歯車３０の外周部には、複数の外歯３１が設けられている。複数の外歯３１は、それぞれ、径方向外側へ向けて突出する。また、隣り合う外歯３１の間には、径方向内側へ向けて凹む外歯間溝３２が設けられている。外歯３１と外歯間溝３２とは、偏心軸９１を中心として、周方向に交互に並んでいる。

また、図１および図３に示すように、２枚の外歯歯車３０は、それぞれ、複数（図３の例では１０個）の貫通孔３３を有する。各貫通孔３３は、外歯歯車３０を軸方向に貫通する。複数の貫通孔３３は、偏心軸９１を中心として、周方向に等間隔に並んでいる。

内歯歯車４０は、２枚の外歯歯車３０の径方向外側を取り囲む円筒状の部材である。内歯歯車４０は、中心軸９と同軸に配置される。図３に示すように、内歯歯車４０の内周部には、複数の内歯４１が設けられている。複数の内歯４１は、それぞれ、径方向内側へ向けて突出する。また、隣り合う内歯４１の間には、径方向外側へ向けて凹む内歯間溝４２が設けられている。内歯４１と内歯間溝４２とは、中心軸９を中心として、周方向に交互に並んでいる。

外歯歯車３０の複数の外歯３１の一部と、内歯歯車４０の複数の内歯４１の一部とは、互いに噛み合う。具体的には、偏心体２０の長径の延長線上において、複数の外歯３１の一部と、複数の内歯４１の一部とが、互いに噛み合う。当該噛み合い位置においては、外歯歯車３０の外歯３１が、内歯歯車４０の内歯間溝４２に嵌まるか、あるいは、内歯歯車４０の内歯４１が、外歯歯車３０の外歯間溝３２に嵌まる。

第１回転部１０が中心軸９を中心として回転すると、外歯歯車３０は、偏心軸９１とともに、中心軸９の周りを公転する。また、外歯歯車３０の外歯３１と内歯歯車４０の内歯４１とが噛み合うことによって、外歯歯車３０は自転する。ここで、内歯歯車４０が有する内歯４１の数は、外歯歯車３０が有する外歯３１の数よりも多い。このため、外歯歯車３０の１公転ごとに、内歯歯車４０の同じ位置の内歯４１に噛み合う外歯３１の位置がずれる。これにより、外歯歯車３０が、第１回転部１０の回転方向とは逆の方向へ、第１回転数よりも低い第２回転数で自転する。したがって、外歯歯車３０の貫通孔３３の位置も、第２回転数で回転する。減速機１の動作時には、２枚の外歯歯車３０が、それぞれ、このような公転と自転とを組み合わせた回転運動を行う。

外歯歯車３０が有する外歯３１の数をＮとし、内歯歯車４０が有する内歯４１の数をＭとすると、減速機１の減速比Ｐは、Ｐ＝（第１回転数）／（第２回転数）＝Ｎ／（Ｍ－Ｎ）となる。図３の例では、Ｎ＝２９，Ｍ＝３０なので、この例における減速比Ｐは、Ｐ＝２９である。すなわち、第２回転数は、第１回転数の１／２９倍の回転数となる。ただし、外歯３１の数Ｎおよび内歯４１の数Ｍは、他の値であってもよい。また、内歯４１の数Ｍより外歯３１の数Ｎの方が多くてもよい。

本実施形態では、内歯歯車４０が、減速機１の外壁を構成するケーシングの役割も果たしている。このようにすれば、ケーシングとは別に内歯歯車４０を設ける必要がない。これにより、減速機１をより小型化しやすくなる。

複数のキャリアピン５０は、２枚の外歯歯車３０を貫通して、軸方向に延びる円柱状の部材である。キャリアピン５０の材料には、例えば、鉄やステンレス等の金属が用いられる。複数のキャリアピン５０は、中心軸９を中心として、円環状に配列される。各キャリアピン５０は、２枚の外歯歯車３０の貫通孔３３に挿入される。図３に示すように、外歯歯車３０の貫通孔３３を構成する円環状の面と、キャリアピン５０の外周面との間には、間隙が介在する。２枚の外歯歯車３０が、減速後の第２回転数で自転すると、外歯歯車３０に押されることによって、複数のキャリアピン５０も、中心軸９を中心として、第２回転数で回転する。

第２回転部６０は、円環状の前方キャリア部材６１と、円環状の後方キャリア部材６２とを有する。前方キャリア部材６１は、２枚の外歯歯車３０よりも軸方向の一方側に配置される。第１回転部１０と前方キャリア部材６１との間には、第１軸受７２が介在する。
また、前方キャリア部材６１と内歯歯車４０との間には、第２軸受７３が介在する。後方キャリア部材６２は、２枚の外歯歯車３０よりも軸方向の他方側に配置される。第１回転部１０と後方キャリア部材６２との間には、第３軸受７４が介在する。また、後方キャリア部材６２と内歯歯車４０との間には、第４軸受７５が介在する。第１軸受７２および第３軸受７４には、例えば、ボールベアリングが用いられる。第２軸受７３および第４軸受７５には、例えば、ポリアセタール等の樹脂からなるすべり軸受が用いられる。

各キャリアピン５０の軸方向の一方の端部は、前方キャリア部材６１に固定される。各キャリアピン５０の軸方向の他方の端部は、後方キャリア部材６２に固定される。このため、複数のキャリアピン５０が、中心軸９を中心として第２回転数で回転すると、前方キャリア部材６１および後方キャリア部材６２も、中心軸９を中心として第２回転数で回転する。

第２回転部６０は、直接または他の動力伝達機構を介して、駆動対象となる部材に接続される。すなわち、本実施形態では、第２回転部６０が出力部となる。

＜２．貫通孔の摩耗対策について＞
続いて、上述した外歯歯車３０の貫通孔３３の摩耗対策について、説明する。図４は、外歯歯車３０およびキャリアピン５０の部分横断面図である。図４に示すように、外歯歯車３０は、外歯歯車本体７０と、貫通孔３３の内周面に設けられる保護膜８０とを有する。

外歯歯車本体７０は、外歯歯車３０の大部分を構成する部材である。外歯歯車本体７０は、上述した複数の外歯３１、複数の外歯間溝３２、複数の貫通孔３３、および円孔３４を含む円板状の外形を有する。外歯歯車本体７０の材料には、例えば、キャリアピン５０よりも耐摩耗性の低い樹脂が用いられる。樹脂を用いることによって、金属を用いる場合よりも減速機１を軽量化できる。また、樹脂を用いることによって、減速機１の小型化が容易となり、製造コストも低減する。

保護膜８０は、複数の貫通孔３３の各々の内周面に設けられる。保護膜８０の材料には、外歯歯車本体７０よりも耐摩耗性の高い金属が用いられる。例えば、保護膜８０は、貫通孔３３の内周面に、金属めっきにより形成される。ただし、金属めっきに代えて、円筒状の保護部材を貫通孔３３に圧入して、圧入後の保護部材を保護膜８０としてもよい。また、圧入に代えて、接着剤で、貫通孔３３の内周面に円筒状の保護部材を固定してもよい。

減速機１の駆動時には、貫通孔３３の内周面に対してキャリアピン５０が相対的に繰り返し移動する。しかしながら、本実施形態の構造では、キャリアピン５０は、外歯歯車本体７０ではなく、耐摩耗性の高い保護膜８０に接触する。したがって、貫通孔３３の内周面が、キャリアピン５０との接触によって摩耗することを抑制できる。すなわち、外歯歯車本体７０の材料に樹脂を用いることによって、減速機１の軽量化、小型化、および低コスト化を実現しつつ、貫通孔３３の内周面の摩耗を抑えることによって、減速機１の耐用年数も向上させることができる。

保護膜８０は、貫通孔３３の内周面の軸方向の全体を覆っている。このため、貫通孔３３の内周面の軸方向の全体において、摩耗が抑制される。また、本実施形態では、貫通孔３３の内周面の全周が、保護膜８０に覆われている。このため、貫通孔３３の内周面の全周において、摩耗を抑制できる。

ただし、保護膜８０は、貫通孔３３の内周面の少なくとも一部を覆っていればよい。例えば、貫通孔３３の内周面のうち、中心軸９に対する周方向に対向する２箇所（図４中の破線で囲んだ部分）３３１は、キャリアピン５０が強く接触するので、特に摩耗が生じやすい。このため、この２箇所３３１のみを、保護膜８０で覆ってもよい。また、図５のように、貫通孔３３の内周面の全周を保護膜８０で覆いつつ、中心軸９に対する周方向に対向する２箇所３３１における保護膜８０の厚みを、相対的に厚くしてもよい。

＜３．変形例＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態には限定されない。

上記の実施形態では、外歯歯車本体７０の材料が樹脂であり、保護膜８０の材料が金属であった。しかしながら、保護膜８０の材料に樹脂を用いてもよい。この場合、外歯歯車本体７０を構成する第１の樹脂には、保護膜８０を構成する第２の樹脂よりも、機械的強度（剛性）が強い樹脂を用いるとよい。これにより、外歯歯車３０と内歯歯車４０との噛み合いによる動力伝達を、精度よく行うことができる。一方、保護膜８０を構成する第２の樹脂には、外歯歯車本体７０を構成する第１の樹脂よりも、耐摩耗性（摺動性）が高い材料を用いるとよい。これにより、貫通孔３３の内周面の摩耗を抑制して、減速機１の耐用年数を向上させることができる。

また、外歯歯車本体７０の材料を金属とし、保護膜８０の材料を、外歯歯車本体７０よりも耐摩耗性が高い金属としてもよい。

また、上記の実施形態では、減速機１が、２枚の外歯歯車３０を有していた。しかしながら、減速機１に含まれる外歯歯車３０の数は、１つであってもよく、３つ以上であってもよい。

また、上記の実施形態では、変速機の一例である減速機について説明した。しかしながら、同等の構造を増速機として用いてもよい。その場合、第２回転部を入力部とし、第１回転部を出力部とすればよい。すなわち、第２回転部に増速前の第２回転数の回転運動を入力し、増速後の第１回転数の回転運動を第１回転部から出力すればよい。

また、変速機の細部の形状については、本発明の各図に示された形状と相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

本出願は、２０１８年３月３０日に出願された日本出願である特願２０１８－６６３７２号に基づく優先権を主張し、当該日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

本発明は、変速機に利用できる。

１減速機
９中心軸
１０第１回転部
２０偏心体
３０外歯歯車
３１外歯
３２外歯間溝
３３貫通孔
３４円孔
４０内歯歯車
４１内歯
４２内歯間溝
５０キャリアピン
６０第２回転部
６１前方キャリア部材
６２後方キャリア部材
７０外歯歯車本体
７２第１軸受
７３第２軸受
７４第３軸受
７５第４軸受
８０保護膜
９１偏心軸

Claims

偏心揺動型の変速機であって、
中心軸を中心として第１回転数で回転する第１回転部と、
前記第１回転部とともに回転し、前記中心軸から外周面までの距離が周方向の位置によって異なる円板状の偏心体と、
中央に前記偏心体が嵌まる円孔を有する円板状の外歯歯車と、
前記外歯歯車の径方向外側に位置し、前記中心軸と同軸に配置された円筒状の内歯歯車と、
前記外歯歯車に設けられた複数の貫通孔を通って軸方向に延びる複数のキャリアピンと、
前記複数のキャリアピンに固定された第２回転部と、
を備え、
前記外歯歯車は、外周部に複数の外歯を有し、
前記内歯歯車は、内周部に複数の内歯を有し、
前記偏心体の長径の延長線上において、前記複数の外歯の一部と、前記複数の内歯の一部とが、互いに噛み合い、
前記外歯歯車は、
外歯歯車本体と、
前記貫通孔の内周面の少なくとも一部を覆う保護膜と、
を有し、
前記保護膜は、前記外歯歯車本体よりも耐摩耗性が高い、変速機。
請求項１に記載の変速機であって、
前記保護膜は、前記貫通孔の内周面のうち、少なくとも前記中心軸に対する周方向に対向する２箇所を覆う、変速機。
請求項２に記載の変速機であって、
前記保護膜は、前記貫通孔の内周面の全周を覆う、変速機。
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の変速機であって、
前記保護膜は、前記貫通孔の内周面の軸方向の全体を覆う、変速機。
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の変速機であって、
前記外歯歯車本体の材料は樹脂であり、
前記保護膜の材料は金属である、変速機。
請求項５に記載の変速機であって、
前記保護膜は金属めっきである、変速機。
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の変速機であって、
前記保護膜は、前記貫通孔の内周面に固定された保護部材である、変速機。
請求項７に記載の変速機であって、
前記保護部材は、前記貫通孔に圧入されている、変速機。
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の変速機であって、
前記外歯歯車本体の材料は、第１の樹脂であり、
前記保護膜の材料は、前記第１の樹脂よりも耐摩耗性の高い第２の樹脂である、変速機。
請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の変速機であって、
前記外歯歯車本体は、前記キャリアピンよりも、耐摩耗性の低い材料からなる、変速機。
請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の変速機であって、
前記第１回転部は、モータから供給される動力により前記第１回転数で回転する入力部であり、
前記第２回転部は、前記第１回転数よりも低い第２回転数で回転する出力部である、変速機。