JP7458209B2

JP7458209B2 - 差動減速機

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Publication number: JP7458209B2
Application number: JP2020038969A
Authority: JP
Inventors: 光明稲垣
Original assignee: Nissei Corp
Current assignee: Nissei Corp
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2024-03-29
Anticipated expiration: 2040-03-06
Also published as: JP2021139466A

Description

本発明は、簡易な構成で入力軸の取付ボルト穴の向きを反転させることができる差動減速機に関するものである。

従来、特許文献１には、搖動体軸（入力軸）の両端面に、入力側装置との連結用のボルト穴が形成された歯車装置が開示されている。この歯車装置においては、使用者の要求に応じて、両端面に形成されたボルト穴のうちどちら側でも使用できるようになっている。

特開２０１９－１８３９９０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたような歯車装置が使用されるとき、実際にはどちらか一方の端面のボルト穴のみが使用され、他方のボルト穴は使用されない場合が多い。両側にボルト穴を形成することは、使用者にとっては取付の選択肢が増えるために使い勝手が良いが、製造工程においてはボルト穴の加工コストアップとなってしまう。また逆に、一方の端面のみにボルト穴を形成した部品と、他方の端面のみにボルト穴を形成した部品とを両方共用意するという方法も考えられるが、部品の種類が増えてしまうために製造工程において管理の手間が煩雑となる。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、簡易な構成で、入力軸の取付ボルト穴の向きを変えることができる差動減速機を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、請求項１記載の差動減速機は、内歯歯車と、前記内歯歯車と同軸で前記内歯歯車内に貫通するように配置されており、自身の中心軸である入力中心軸に対して偏心する偏心部を一つ有している入力軸と、前記入力中心軸方向における前記偏心部の両側に夫々配置されており、前記入力軸を軸支する第１軸受及び第２軸受と、前記偏心部に外装され、前記内歯歯車に内接して噛み合う外歯歯車と、前記外歯歯車の遊星運動から、前記内歯歯車と相対的に回転する回転運動を取り出すキャリアと、前記内歯歯車または前記キャリアのいずれか一方を含んで成る筐体と、を備えており、前記第１軸受から前記偏心部までの距離と前記第２軸受から前記偏心部までの距離とが等しく、前記入力軸には、前記入力中心軸方向における一方の端面のみに入力側装置との連結手段が設けられていることを特徴とするものである。

また、請求項２記載の差動減速機は、請求項１に記載の差動減速機であって、更に、前記入力軸には中空部が形成されており、前記入力軸は、前記入力中心軸方向における前記入力軸の中心を通り前記入力中心軸に垂直な直線に対して、前記連結手段及び前記中空部を除く形状が線対称であることを特徴とするものである。

また、請求項３記載の差動減速機は、請求項１または２に記載の差動減速機であって、更に、前記第１軸受または前記第２軸受のうちのいずれか一方は、前記筐体に軸支されていることを特徴とするものである。

また、請求項４記載の差動減速機は、請求項１から３のいずれか１項に記載の差動減速機であって、更に、前記筐体には、前記入力中心軸方向に筐体固定用の複数の貫通孔が設けられていることを特徴とするものである。

また、請求項５記載の差動減速機は、請求項１から４のいずれか１項に記載の差動減速機であって、更に、前記入力中心軸方向における前記入力軸の中心の位置と、前記入力中心軸方向における前記筐体の中心の位置とが同じであることを特徴とするものである。

請求項１記載の差動減速機によれば、第１軸受から偏心部までの距離と、第２軸受から偏心部までの距離とが等しいため、入力軸を反転させて組み付けることが可能である。また、入力軸には、入力中心軸方向における一方の端面のみに入力側装置との連結手段が設けられているため、両端面に連結手段を設けた場合と比較してコストダウンができる。このため、簡易な構成で入力軸の向きを変えることが可能となる。

また、請求項２記載の差動減速機によれば、入力中心軸方向における入力軸の中心を通り入力中心軸に垂直な直線に対して、連結手段及び中空部を除く入力軸の形状が線対称であるため、入力軸を反転させて組み付けた場合でも入力軸の位置を同一にすることができる。

また、差動減速機は、使用される状況によっては、入力の向きと出力の向きとが同方向である場合と、別方向である場合とがある。請求項３記載の差動減速機のように第１軸受または第２軸受のうちのいずれか一方が筐体に軸支されている場合、出力部材との連結手段は片側だけにしか設けることができないが、入力軸の向きを簡単に変えることができるので、入力の向きと出力の向きとが同方向である場合と別方向である場合との両方に簡単に対応ができ、使い勝手が良い。

また、請求項４記載の差動減速機によれば、筐体固定用の複数の貫通孔が設けられているため、筐体を前後どちら側からでも相手側装置に取付可能であり、使い勝手が良い。

また、請求項５記載の差動減速機によれば、入力中心軸方向における入力軸の中心の位置と、入力中心軸方向における筐体の中心の位置とが同じであるため、入力軸を反転させた場合であっても、同一の入力形状となり、使い勝手が良い。

第１実施形態における差動減速機の中央縦断面図である。第１実施形態における差動減速機の分解斜視図である。入力軸を軸方向から見た図である。図１のＡ―Ａ線に沿った断面図である。第２実施形態における差動減速機の中央縦断面図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態である差動減速機１の中央縦断面図である。図２は、本発明の第１実施形態である差動減速機１の分解斜視図である。本発明の差動減速機は、例えば産業用ロボットの関節部分などに使用される。

差動減速機１は、外歯歯車３が内歯歯車４と噛み合いながら偏心回転する偏心搖動型の減速機である。差動減速機１は、外歯歯車３と、内歯歯車４と、ケース５と、入力軸６とを備えている。

ケース５は、円筒状の主ケース７と、主ケース７における入力側（図１の右側）に配置され、外形が主ケース７と略同一である当てプレート８と、当てプレート８を挟んで主ケース７とは反対側に配置され、外形が主ケース７及び当てプレート８と略同一のケースカバー９とから成り、主ケース７、当てプレート８、及びケースカバー９は、ケースカバー９側から当てプレート８を貫通して主ケース７に螺合される複数のボルト１０，１０・・により一体に結合されている。主ケース７は、内周面にクロスローラ１１の軌道面が形成されている。つまり主ケース７はクロスローラベアリング１２の外輪も兼ねている。また、主ケース７、当てプレート８、及びケースカバー９には、複数のボルト１０，１０・・を避けた位置に、複数の貫通孔１３が形成されている。

主ケース７の径方向内側には、円筒状の内歯歯車４が配置されている。内歯歯車４は、外周面にクロスローラ１１の軌道面が形成されており、クロスローラ１１を介して、主ケース７に対して回転可能に軸支されている。クロスローラ１１は、中心軸Ｃ０に垂直な方向から見て、内歯歯車４の径方向外側に、内歯と重なる位置に配置されている。つまり内歯歯車４は、クロスローラベアリング１２の内輪も兼ねている。内歯歯車４において、出力側（図１の左側）の端面には、複数のボルト穴１４が形成されている。ケース５（貫通孔１３）または内歯歯車４（ボルト穴１４）のどちらか一方を固定側とし、他方を出力側として相手側装置と連結される。内歯歯車４の内周面において、ボルト穴１４側の部分には内歯が形成されず、円盤状のベアリングハウジング１５が圧入により固定されている。

外歯歯車３の内側には、中空筒状の入力軸６が配置されている。入力軸６は、配線や駆動軸等を通すために、中心軸Ｃ０を中心とする円形の中空部１６が設けられた円筒状とされている。入力軸６の中心軸Ｃ０は、内歯歯車４の軸線と同軸である。

入力軸６の両端には、第１ボールベアリング２０ａ及び第２ボールベアリング２０ｂを支持するための支持部２１が夫々形成されている。入力軸６は、第１ボールベアリング２０ａを介してケースカバー９（ケース５）に回転可能に軸支され、また第２ボールベアリング２０ｂを介してベアリングハウジング１５に回転可能に軸支されている。入力軸６における各支持部２１，２１の間には、中心軸Ｃ０から偏心量δ１だけオフセットした偏心軸Ｃ１を中心として、支持部２１よりも外径が大きい円筒面を有する偏心部２２が形成されている。

偏心部２２の径方向外側には、円周方向に全周に亘って配設される横断面円形状の複数のニードルローラ２３を介して、１枚の外歯歯車３が回転可能に支持されている。全てのニードルローラ２３を総合して、外歯歯車３を支持するニードルベアリングが形成されている。つまり偏心部２２は、ニードルベアリングの内輪としての軌道面を兼ねている。各ニードルローラ２３は、中心軸Ｃ０と同じ方向を向いており、各ニードルローラ２３の軸方向の長さは、偏心部２２の軸方向の長さと略同一である。各ニードルローラ２３の軸方向への移動は、第１ボールベアリング２０ａ及び第２ボールベアリング２０ｂの外輪の側面により規制されている。

入力軸６の入力側の端面２４ａには、複数のボルト穴２５が形成されている。図３は、入力軸６のみを入力側の端面２４ａから見た図である。ボルト穴２５は円周状に等間隔で４箇所形成され、駆動軸（図示略）を連結可能な形状となっている。ボルト穴２５は、入力側の端面２４ａのみに形成されており、出力側の端面２４ｂには形成されていない。

また、入力軸６には、入力側の端面２４ａから出力側の端面２４ｂにかけて複数の円形の貫通孔２６が形成されている。各貫通孔２６は円形であり、中心軸Ｃ０に対して偏心部２２の偏心方向側（図３の上側）の部分に、ボルト穴２５を避ける位置に８箇所形成されている。貫通孔２６は、中心軸Ｃ０に対して偏心部２２の偏心方向とは反対側（図３の下側）には形成されていない。貫通孔２６は支持部２１及び偏心部２２の内部を貫通している。貫通孔２６は肉抜き部としての機能を果たし、差動減速機１の駆動時において、入力軸６及び外歯歯車３の偏心に起因する回転バランスの偏りを改善することができる。

入力軸６は、中心軸Ｃ０方向における入力軸６の中心Ｃ２（入力側の端面２４ａと出力側の端面２４ｂとの中心の位置）を通り中心軸Ｃ０に垂直な直線Ｃ３に対して、ボルト穴２５を除く形状が線対称である。また、中心軸Ｃ０方向において、第１ボールベアリング２０ａの中心と偏心部２２の中心との距離Ｌ１と、第２ボールベアリング２０ｂの中心と偏心部２２の中心との距離Ｌ２とは、等しくなっている（Ｌ１＝Ｌ２）。また、中心軸Ｃ０方向における入力軸６の中心Ｃ２と、中心軸Ｃ０方向におけるケース５の中心Ｃ４とは、中心軸Ｃ０に垂直な方向から見て重なるようになっている。

図４は、図１のＡ―Ａ線に沿った断面図であり、差動減速機１からケースカバー９を取り除いた状態を示している。

外歯歯車３は、内歯歯車４の歯数よりも僅かに少ない歯数を有しており、内歯歯車４に偏心位置で内接している。外歯歯車３における入力側の側面には、２個の当てブロック３０ａ，３０ｂが、外歯歯車３と一体に形成されている。各当てブロック３０ａ，３０ｂには、各々両側の側面に第１摺動部３１ａ，３１ｂが形成されている。各当てブロック３０ａ，３０ｂは、第１摺動部３１ａ，３１ｂが各々互いに平行になるように形成されている。

当てプレート８の径方向内側には、変換部材３２が配置されている。変換部材３２は板状であり、厚さは当てプレート８とほぼ同一である。変換部材３２は円盤状であり、内周側において互いに１８０度対称な位置に形成された２つの切り欠き３３ａ，３３ｂと、外周側において互いに１８０度対称な位置に形成された２つの切り欠き３３ｃ，３３ｄとを備えている。一方の対になる切り欠き３３ａ，３３ｂは、それぞれ両側の側面に平行な第２摺動部３４ａ，３４ｂを有している。また、他方の対になる切り欠き３３ｃ，３３ｄは、それぞれ両側の側面に平行な第３摺動部３４ｃ，３４ｄを有している。一方の対になる切り欠き３３ａ，３３ｂと、他方の対になる切り欠き３３ｃ，３３ｄとは、第２摺動部３４ａ，３４ｂと第３摺動部３４ｃ，３４ｄとが直交するように形成されている。第１摺動部３１ａ，３１ｂと第２摺動部３４ａ，３４ｂとの間には、横断面円形状の第１ニードルローラ３５ａが各２個ずつ配置されており、一方の対になる切り欠き３３ａ，３３ｂは、第１ニードルローラ３５ａを介して当てブロック３０ａ，３０ｂの第１摺動部３１ａ，３１ｂと摺動可能である。変換部材３２は、第１ニードルローラ３５ａによって外歯歯車３に対して第２摺動部３４ａ，３４ｂの方向（図４の横方向）に摺動可能である。

当てプレート８の内周面には、変換部材３２よりも大きな開口部３６が形成され、開口部３６の内周面には、第３摺動部３４ｃ，３４ｄと平行に対向する第４摺動部３７ａ，３７ｂを備えた突部３８ａ，３８ｂが、内周方向に向かって形成されている。第３摺動部３４ｃ，３４ｄと第４摺動部３７ａ，３７ｂとの間には、第１ニードルローラ３５ａと同形状の第２ニードルローラ３５ｂが各２個ずつ配置されている。変換部材３２は、第２ニードルローラ３５ｂを介して当てプレート８に対して第３摺動部３４ｃ，３４ｄの方向（図４の縦方向）に摺動可能である。当てブロック３０ａ，３０ｂと、変換部材３２と、第１ニードルローラ３５ａと、第２ニードルローラ３５ｂとは、全て開口部３６の内側に配置されている。

主ケース７と内歯歯車４との間でクロスローラベアリング１２の出力側には、オイルシール４０が配置されている。当てプレート８における出力側の端面には、全周に亘って凹溝４１が形成されており、該凹溝４１にはＯリング４２が配置されている。また、ケースカバー９における出力側の端面には、開口部３６よりも径方向外側に、全周に亘って凹溝４３が形成されており、該凹溝４３にはＯリング４４が配置されている。

以上のように構成された差動減速機１において、図示しない駆動原の動力によって入力軸６が回転することで、偏心部２２が偏心運動し、外歯歯車３が内歯歯車４に内接した状態で偏心及び自転運動する。このため、各当てブロック３０ａ，３０ｂも偏心及び自転運動するが、各当てブロック３０ａ，３０ｂは変換部材３２に対して第２摺動部３４ａ，３４ｂの方向（横方向）に摺動するように配置されており、かつ変換部材３２は当てプレート８に対して第３摺動部３４ｃ，３４ｄの方向（縦方向）に摺動するように配置されているため、各摺動部が摺動しながら動力が伝達されることによって、変換部材３２を介して外歯歯車３の自転成分のみが取り出され、内歯歯車４がケース５に対して相対的に回転する。つまり変換部材３２は、外歯歯車３の偏心回転運動を、中心軸Ｃ０を中心とした回転運動に変換する、いわゆる自在継手と同様の機能を果たしている。また、当てプレート８は、外歯歯車３の遊星運動から内歯歯車４と相対的に回転する回転運動を取り出すキャリアの機能を果たしている。このとき、差動減速機１内に充填された潤滑剤は、オイルシール４０，Ｏリング４２，及びＯリング４４によって封止されている。

このように、上記形態の差動減速機１によれば、入力軸６の入力側の端面２４ａのみにボルト穴２５が形成され、出力側の端面２４ｂには形成されていない。また、中心軸Ｃ０方向において、第１ボールベアリング２０ａの中心と偏心部２２の中心との距離Ｌ１と、第２ボールベアリング２０ｂの中心と偏心部２２の中心との距離Ｌ２とは、等しくなっている。このため、入力軸６の両端面にボルト穴を形成した場合と比較してコストダウンができ、入力軸６を簡単に反転させて組み付けることが可能である。

また、入力軸６は、中心軸Ｃ０方向における入力軸６の中心Ｃ２を通り中心軸Ｃ０に垂直な直線Ｃ３に対して、ボルト穴２５を除く形状が線対称である。このため、入力軸６を簡単に反転させて組み付けることが可能であり、入力軸６を反転させた場合でもケース５に対する入力軸６の位置を同一にすることができる。

また、入力軸６の一端は、第１ボールベアリング２０ａを介してケースカバー９（ケース５）に軸支されている。このため、出力部である内歯歯車４には、相手側装置との連結手段（ボルト穴１４）は片側（図１の左側）だけにしか設けることができないが、本実施形態の差動減速機１においては入力軸６の向きを簡単に変えることが可能であるので、使い勝手が良い。

また、ケース５（主ケース７、当てプレート８、及びケースカバー９）には、中心軸Ｃ０方向にケース５固定用の貫通孔１３が複数形成されている。このため、ケース５を入力側及び出力側のどちら側からでも相手側装置に取付可能であり、使い勝手が良い。

また、中心軸Ｃ０方向における入力軸６の中心Ｃ２の位置と、中心軸Ｃ０方向におけるケース５の中心Ｃ４の位置とは、中心軸Ｃ０に垂直な方向から見て重なるようになっている。このため、入力軸６を反転させた場合であっても、ケース５に対する入力軸６の入力部分の形状が同一であり、使い勝手が良い。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について図５を参照して説明する。図５は、第２実施形態における差動減速機２の中央縦断面図であり、第１実施形態の図１に対応した図である。第２実施形態における差動減速機２の構造は、入力軸６の向きが、第１実施形態とは逆になっている。第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得る。

以上のように、本実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態に加えうる変更の例について説明する。

例えば、本実施形態では、入力軸６は中空形状であり、中心軸Ｃ０を中心とする円形の中空部１６が設けられた円筒状とされているが、中空部は円形である必要はなく、配線や駆動軸等を通すために必要な形状であればよい。また、中空部には段差等が設けられていてもよく、中心軸Ｃ０方向における入力軸６の中心Ｃ２を通り中心軸Ｃ０に垂直な直線Ｃ３に対して、中空部の内周面の形状は線対称でなくてもよい。

また、例えば、本実施形態では、偏心部２２及び外歯歯車３の数は各１個であるが、偏心部及び外歯歯車は複数であってもよい。

また、例えば、本実施形態では、中心軸Ｃ０方向において、第１ボールベアリング２０ａの中心と偏心部２２の中心との距離Ｌ１と、第２ボールベアリング２０ｂの中心と偏心部２２の中心との距離Ｌ２とが等しくなっているが、第１ボールベアリング２０ａの中心とニードルローラ２３の中心との距離と、第２ボールベアリング２０ｂの中心とニードルローラ２３の中心との距離とが等しくなっていてもよい。つまり、本発明の技術的特徴である偏心部までの距離とは、偏心部２２の中心を基準としてもよく、ニードルローラ２３の中心を基準としてもよい。また、偏心部２２とニードルローラ２３とが接触している領域の中心を基準としてもよい。

［本発明と実施形態との構成の対応関係］
本実施形態のケース５は、本発明の筐体の一例である。本実施形態の当てプレート８は、本発明の板部材の一例である。本実施形態の第１ボールベアリング２０ａは、本発明の第１軸受の一例である。本実施形態の第２ボールベアリング２０ｂは、本発明の第２軸受の一例である。本実施形態のボルト穴２５は、本発明の連結手段の一例である。本実施形態の中心軸Ｃ０は、本発明の入力中心軸の一例である。

１，２差動減速機
３外歯歯車
４内歯歯車
５ケース
６入力軸
８当てプレート
１３貫通孔
１４ボルト穴
１６中空部
２０ａ第１ボールベアリング
２０ｂ第２ボールベアリング
２２偏心部
２３ニードルローラ
２４ａ，２４ｂ端面
２５ボルト穴
３２変換部材
Ｃ０中心軸
Ｃ１偏心軸
Ｃ２入力軸の中心
Ｃ３入力軸の中心を通り中心軸に垂直な直線
Ｃ４ケースの中心
Ｌ１第１ベアリングから偏心部までの距離
Ｌ２第２ベアリングから偏心部までの距離

Claims

内歯歯車と、
前記内歯歯車と同軸で前記内歯歯車内に貫通するように配置されており、自身の中心軸である入力中心軸に対して偏心する偏心部を一つ有している入力軸と、
前記入力中心軸方向における前記偏心部の両側に夫々配置されており、前記入力軸を軸支する第１軸受及び第２軸受と、
前記偏心部に外装され、前記内歯歯車に内接して噛み合う外歯歯車と、
前記外歯歯車の遊星運動から、前記内歯歯車と相対的に回転する回転運動を取り出すキャリアと、
前記内歯歯車または前記キャリアのいずれか一方を含んで成る筐体と、
を備えており、
前記第１軸受から前記偏心部までの距離と前記第２軸受から前記偏心部までの距離とが等しく、
前記入力軸には、前記入力中心軸方向における一方の端面のみに入力側装置との連結手段が設けられている
ことを特徴とする差動減速機。
前記入力軸には中空部が形成されており、
前記入力軸は、前記入力中心軸方向における前記入力軸の中心を通り前記入力中心軸に垂直な直線に対して、前記連結手段及び前記中空部を除く形状が線対称である
ことを特徴とする請求項１に記載の差動減速機。
前記第１軸受または前記第２軸受のうちのいずれか一方は、前記筐体に軸支されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の差動減速機。
前記筐体には、前記入力中心軸方向に筐体固定用の複数の貫通孔が設けられている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の差動減速機。
前記入力中心軸方向における前記入力軸の中心の位置と、前記入力中心軸方向における前記筐体の中心の位置とが同じである
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の差動減速機。