JP7437225B2 - 減速機ケース、減速機、及び、減速機ケースの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、減速機ケース、減速機、及び、減速機ケースの製造方法に関する。

産業用ロボットや工作機械等においては、モーター等の回転駆動源の回転を減速するために減速機が用いられる（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の減速機は、円筒状の減速機ケースの内周側に内歯である複数のピン溝が配置され、各ピン溝に柱状の内歯ピンが摺動可能に保持されている。減速機ケースの内側に収容された減速機構部の外歯は、複数の内歯ピンと噛み合い、適宜入力回転を減速して出力側に回転を伝達する。減速機ケースの内周側に配置されるピン溝（内歯）は、減速機ケースの内周面に一体に形成されている。

特開２０１６－１０９２６４号公報

上記の減速機ケースは、そのケースの内周面にピン溝（内歯）が一体に形成されているため、ケースの強度を高めるためにケース全体をアルミニウム合金等によって形成すると、ピン溝（内歯）の滑り性が悪化してしまう。一方、ピン溝（内歯）の滑り性を良好にするために、ケース全体をエンジニアリングプラスチック等によって形成すると、ケース全体の強度を充分に高く維持することが難しくなる。

本発明は、全体の強度の低下を抑制しつつ、内歯の滑り性を高めることができる減速機ケース、減速機、及び、減速機ケースの製造方法を提供する。

本発明の一態様に係る減速機ケースは、内周に内歯を有する減速機ケースであって、前記内歯を含む内歯部と、前記内歯部を支持するケース本体部と、を備え、前記内歯部は、前記ケース本体部よりも滑り性に優れた素材で構成され、前記ケース本体部は、前記内歯部よりも硬度の高い素材で構成され、前記ケース本体部は、少なくとも前記内歯部の径方向外側領域を覆う筒状に形成され、前記ケース本体部の内周側には、環状溝が形成され、前記環状溝には、前記内歯が内周側に露出するように、前記内歯部を形成する素材が充填されている。

前記ケース本体部は、前記内歯部よりも融点の高い素材によって構成されるようにしても良い。

前記内歯部の前記内歯は、柱状の内歯ピンが摺動可能に保持されるピン溝であっても良い。

本発明の一態様に係る減速機は、上記のいずれかの減速機ケースと、前記減速機ケースの内側に配置される減速機構部と、を備えている。

本発明の一態様に係る減速機ケースの製造方法は、内周に内歯を有する減速機ケースの製造方法において、前記内歯を含む内歯部を、当該内歯部を支持するケース本体部よりも滑り性に優れた素材で構成するとともに、前記ケース本体部を、前記内歯部より硬度の高い素材で構成し、前記ケース本体部を先に形成しておき、前記ケース本体部を成形型内にセットして前記内歯部を射出成形する。

本発明の一形態に係る減速機ケースは、減速機ケースによって全体の強度を確保し、かつ、内歯部によって内歯の滑り性を確保することができる。したがって、本発明の一形態に係る減速機ケースを採用した場合には、全体の強度の低下を抑制しつつ、内歯の滑り性を高めることができる。

実施形態の減速機の縦断面図。 実施形態の減速機ケースの斜視図。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の減速機１０の縦断面図である。
本実施形態の減速機１０は、例えば、産業用ロボットの関節可動部等にモーター等の回転駆動源とともに用いられる。減速機１０の入力側には図示しない回転駆動源が接続されている。

減速機１０は、略円筒状の減速機ケース１１と、減速機ケース１１の軸心部に回転可能に配置された入力シャフト１２と、入力シャフト１２の回転を減速する減速機構部１３と、減速機構部１３で減速された回転を出力する出力回転体１４と、を備えている。

減速機ケース１１は、ロボットの関節可動部等に取り付けられる主ケース１１Ａと、主ケース１１Ａの軸方向の一方の端面に図示しないボルトによって締結固定された円環状の端部ブロック１１Ｂと、を有する。

入力シャフト１２は、軸方向の一端部側に図示しない回転駆動源が接続され、軸方向の他端部側が出力回転体１４の軸心孔１４ａに軸受１６を介して回転可能に支持されている。入力シャフト１２は、軸方向の中央領域に、入力シャフト１２の中心軸線ｏ１に対して径方向に偏心した一対の偏心部１２Ａ，１２Ｂを有する。一対の偏心部１２Ａ，１２Ｂは、中心軸線ｏ１の回りに位相が相互に１８０°ずれるように偏心している。各偏心部１２Ａ，１２Ｂは、断面円形状に形成され、その外周面に偏心部軸受１７が取り付けられている。

減速機構部１３は、外周に外歯２０を有し、入力シャフト１２の回転に応じて揺動回転（旋回）する第１揺動歯車１８Ａ及び第２揺動歯車１８Ｂと、主ケース１１Ａの内周に形成された内歯であるピン溝３０と、ピン溝３０に保持された複数の内歯ピン１９と、を備えている。ピン溝３０は、例えば、インボリュート歯によって構成されている。各内歯ピン１９は、主ケース１１Ａの内周のピン溝３０に、中心軸線ｏ１と平行になるように転動可能に保持されている。第１揺動歯車１８Ａと第２揺動歯車１８Ｂは、減速機ケース１１の内径よりも若干小さい外径に形成されている。第１揺動歯車１８Ａと第２揺動歯車１８Ｂの各外周面に形成された外歯２０の歯数は、内歯ピン１９の数よりも僅かに少なく（例えば、一つ少なく）設定されている。

第１揺動歯車１８Ａと第２揺動歯車１８Ｂの各中心部には、それぞれ所定内径の貫通孔２１が形成されている。各貫通孔２１には、入力シャフト１２の各偏心部１２Ａ，１２Ｂに取り付けられた偏心部軸受１７が嵌入されている。第１揺動歯車１８Ａと第２揺動歯車１８Ｂは、偏心部軸受１７を介して入力シャフト１２の各偏心部１２Ａ，１２Ｂに回転可能に支持されている。

入力シャフト１２が図示しない回転駆動源から駆動力を受けて回転すると、入力シャフト１２の各偏心部１２Ａ，１２Ｂが所定の半径で同方向に揺動回転（旋回）し、それに伴って第１揺動歯車１８Ａと第２揺動歯車１８Ｂが同じ半径で同方向に揺動回転（旋回）する。このとき、第１揺動歯車１８Ａと第２揺動歯車１８Ｂの各外歯２０が、主ケース１１Ａの内周の複数の内歯ピン１９と噛み合うように接触する。本実施形態の減速機構部１３は、第１揺動歯車１８Ａと第２揺動歯車１８Ｂの各外歯２０の歯数が、主ケース１１Ａ側の内歯ピン１９の数よりも僅かに少なく設定されているため、第１揺動歯車１８Ａと第２揺動歯車１８Ｂが一揺動回転（一旋回）する間に、第１揺動歯車１８Ａと第２揺動歯車１８Ｂが主ケース１１Ａ側の内歯ピン１９から回転方向の反力を受け、揺動回転方向（旋回方向）と逆方向に所定のピッチ分だけ自転する。したがって、本実施形態の減速機構部１３では、入力シャフト１２の回転が所定の減速比に減速されて第１揺動歯車１８Ａと第２揺動歯車１８Ｂを自転させる。

出力回転体１４は、中心部に軸心孔１４ａを有する短軸円柱状に形成されている。出力回転体１４は、減速機ケース１１内の第２揺動歯車１８Ｂと隣接する位置に配置されている。出力回転体１４は、例えば、クロスローラーベアリング等の軸受２２を介して減速機ケース１１に回転可能に支持されている。

また、出力回転体１４の外周縁部には、複数のピン嵌入孔２３が円周方向に等間隔に離間して形成されている。複数のピン嵌入孔２３は、出力回転体１４の軸心（入力シャフト１２の中心軸線ｏ１）を中心とした同心円上に配置されている。各ピン嵌入孔２３は、出力回転体１４の軸心（入力シャフト１２の中心軸線ｏ１）と平行になるように出力回転体１４を貫通している。各ピン嵌入孔２３には、第１揺動歯車１８Ａと第２揺動歯車１８Ｂの自転を出力回転体１４に伝達するための回転伝達ピン２４が嵌入されている。回転伝達ピン２４は、略一定外径の軸部２４ａと、軸部２４ａの軸方向の一端側から径方向外側に張り出すフランジ部２４ｂと、軸部２４ａの軸方向の他端側から軸部２４ａと同軸に突出する雄ねじ部２４ｃと、を有する。雄ねじ部２４ｃは、軸部２４ａよりも小径に形成され、外周面に雄ねじが切られている。

第１揺動歯車１８Ａと第２揺動歯車１８Ｂの出力回転体１４の各ピン嵌入孔２３に対応する位置には、ピン嵌入孔２３よりも内径の大きい円形の回転伝達孔２５が形成されている。第１揺動歯車１８Ａと第２揺動歯車１８Ｂの各回転伝達孔２５には、対応する回転伝達ピン２４の軸部２４ａが挿通されている。回転伝達ピン２４の軸部２４ａは、基部側が出力回転体１４のピン嵌入孔２３に嵌合され、先端部側が第１揺動歯車１８Ａと第２揺動歯車１８Ｂの各回転伝達孔２５に挿通されている。軸部２４ａの先端側の外周面には、外周面の摩擦抵抗の小さい一対の摺動リング２６が嵌合されている。各摺動リング２６は、第１揺動歯車１８Ａと第２揺動歯車１８Ｂが前述のように揺動回転（旋回）しつつ自転する際に、対応する回転伝達孔２５の内面に摺接する。これにより、第１揺動歯車１８Ａと第２揺動歯車１８Ｂの自転の回転力を回転伝達ピン２４に伝達する。回転伝達ピン２４に伝達された回転力は、回転伝達ピン２４の軸方向の一端側を保持する出力回転体１４に伝達される。

また、減速機１０の出力回転体１４の位置される側と逆側の軸方向の端部には、円環状の端部プレート２７が配置されている。端部プレート２７には、複数の挿通孔２８が形成されている。各挿通孔２８には、第１揺動歯車１８Ａの回転伝達孔２５から突出した回転伝達ピン２４の雄ねじ部２４ｃが挿通されている。挿通孔２８から突出した雄ねじ部２４ｃの先端部には締結用のナット２９が締め込まれている。これにより、端部プレート２７は、複数の回転伝達ピン２４の端部に一体に締結固定されている。したがって、端部プレート２７は、出力回転体１４と常時一体に回転する。

図２は、減速機ケース１１の主ケース１１Ａの斜視図である。
主ケース１１Ａは、内周側に複数のピン溝３０を有する略円筒状の内歯部３５と、内歯部３５を外側から支持するケース本体部３６と、を備えている。ケース本体部３６は、内歯部３５の径方向外側領域と軸方向の両側の側部を覆うように筒状に形成されている。ケース本体部３６は、例えば、アルミニウム合金等の比強度の高い軽金属によって構成されている。これに対し、内歯部３５は、表面の滑り性に優れたエンジニリングプラスチック等の硬質樹脂によって構成されている。
内歯部３５は、ケース本体部３６よりも滑り性に優れた素材によって構成され、ケース本体部３６は、内歯部３５よりも硬度の高い素材によって構成されている。また、ケース本体部３６は、内歯部３５を構成する素材よりも融点の高い素材によって構成されている。

図１にも示すように、ケース本体部３６の内周側には、所定の軸方向幅の環状溝４０が形成されている。内歯部３５は、複数のピン溝３０が内周側に露出するようにケース本体部３６の環状溝４０内に配置されている。

主ケース１１Ａは、例えば、以下のようにして製造することができる。
比強度の高い軽金属から成るケース本体部３６を先に鋳造等によって形成しておく。
次に、ケース本体部３６を成形型内にセットし、その成形型内に内歯部３５を造形するための硬質樹脂を射出する。このとき、内歯部３５のピン溝３０は、成形型の内面によって造形され、射出された硬質樹脂は、ケース本体部３６の環状溝４０内に隙間なく充填される。この後、硬質樹脂の硬化を待って成形型内から製品を取り出す。取り出された製品は、ケース本体部３６に内歯部３５が一体化され、内歯部３５のピン溝３０は滑らかな射出成形面となる。
なお、内歯部３５を構成する樹脂は繊維強化樹脂であっても良い。

また、減速機ケース１１の端部ブロック１１Ｂは、ピン溝３０を持たないため、アルミニウム合金等の比強度の高い軽金属によって鋳造される。なお、主ケース１１Ａのケース本体部３６や端部ブロック１１Ｂは、切削等によって適宜形状が加工される。

以上のように本実施形態の減速機ケース１１は、内歯部３５がケース本体部３６よりも滑り性に優れた素材で構成され、ケース本体部３６が内歯部３５よりも硬度の高い素材で構成されている。このため、ケース本体部３６によって全体の強度を確保し、内歯部３５によってピン溝３０（内歯）の滑り性を高めることができる。したがって、本実施形態の減速機ケース１１を採用した場合には、減速機ケース１１の強度低下を抑制しつつ、ピン溝３０の滑り性を高めることができる。

また、本実施形態の減速機ケース１１は、ケース本体部３６が内歯部３５よりも融点の高い素材によって構成されている。このため、上述のように予め造形したケース本体部３６を成形型内にセットし、その状態で成形型内に内歯部造形用の樹脂を射出したときに、溶融樹脂の熱によってケース本体部３６が変形するのを防ぐことができる。したがって、ケース本体部３６を形状を安定させ、減速機ケース１１の強度を確保することができる。

さらに、本実施形態の減速機ケース１１は、ケース本体部３６が内歯部３５の径方向外側領域を覆う筒状に形成されている。このため、内歯部３５の内周側に第１，第２揺動歯車１８Ａ，１８Ｂから大きなトルクが作用しても、強度の高い筒状のケース本体部３６によって内歯部３５の広がり方向（径方向外側方向）の変形を規制することができる。したがって、本実施形態の減速機ケース１１を採用した場合には、減速機１０の減速精度を高く維持することができる。

また、本実施形態の減速機ケース１１は、内歯部３５のピン溝３０に柱状の内歯ピン１９が摺動可能に保持される構造とされている。このため、ピン溝３０と内歯ピンの滑り性を良好に保ち、減速機１０の減速精度をより高めることができる。

また、上述した減速機ケースの製造方法は、ケース本体部３６を先に形成しておき、ケース本体部３６を成形型内にセットして内歯部３５を射出成形する。このため、この製造方法を採用した場合には、内歯部３５をケース本体部３６に密着した状態で一体化することができるうえ、内歯部３５のピン溝３０（内歯）の表面を成形型に接触する滑らかな射出成形面にすることができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
例えば、上記の実施形態では、減速機ケース１１が主ケース１１Ａと端部ブロック１１Ｂの二部品から構成されているが、減速機ケースは一部品や三部品以上の部品によって構成するようにしても良い。また、内歯部３５とケース本体部３６を構成する素材は、例示した素材に限定されるものでなく、例えば、ケース本体部３６は鉄系の金属や樹脂によって形成することも可能である。

１０…減速機、１１…減速機ケース、１３…減速機構部、１９…内歯ピン、３０…ピン溝（内歯）、３５…内歯部、３６…ケース本体部。

Claims (5)

1. 内周に内歯を有する減速機ケースであって、
   前記内歯を含む内歯部と、
   前記内歯部を支持するケース本体部と、を備え、
   前記内歯部は、前記ケース本体部よりも滑り性に優れた素材で構成され、
   前記ケース本体部は、前記内歯部よりも硬度の高い素材で構成され、
   前記ケース本体部は、少なくとも前記内歯部の径方向外側領域を覆う筒状に形成され、
   前記ケース本体部の内周側には、環状溝が形成され、
   前記環状溝には、前記内歯が内周側に露出するように、前記内歯部を形成する素材が充填されている減速機ケース。
2. 前記ケース本体部は、前記内歯部よりも融点の高い素材によって構成されている請求項１に記載の減速機ケース。
3. 前記内歯部の前記内歯は、柱状の内歯ピンが摺動可能に保持されるピン溝である請求項１または２に記載の減速機ケース。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の減速機ケースと、
   前記減速機ケースの内側に配置される減速機構部と、
   を備えている減速機。
5. 内周に内歯を有する減速機ケースの製造方法において、
   前記内歯を含む内歯部を、当該内歯部を支持するケース本体部よりも滑り性に優れた素材で構成するとともに、前記ケース本体部を、前記内歯部より硬度の高い素材で構成し、
   前記ケース本体部を先に形成しておき、
   前記ケース本体部を成形型内にセットして前記内歯部を射出成形する減速機ケースの製造方法。

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