WO2010079683A1

WO2010079683A1 - 歯車伝動装置

Info

Publication number: WO2010079683A1
Application number: PCT/JP2009/071216
Authority: WO
Inventors: 三好　洋之; 高橋　昌宏
Original assignee: ナブテスコ株式会社
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2010-07-15
Also published as: EP2386780A1; JP2010159851A; JP5193072B2; EP2386780B1; US20110275469A1; US8684877B2; CN102272476B; CN102272476A; EP2386780A4

Abstract

　軸線方向の長さが短い歯車伝動装置を実現する。　歯車伝動装置は、内歯歯車と、外歯歯車と、クランクシャフトと、２段歯車と、第２歯車を備える。クランクシャフトの一端に、第１歯車が固定されている。クランクシャフトは、内歯歯車と外歯歯車の一方を偏心回転させる。２段歯車は、センター歯車と外歯リング歯車を備えている。センター歯車は、第１歯車に噛み合っている。外歯リング歯車は、第１歯車を囲っている。第２歯車は、外歯リング歯車に噛み合っており、モータのトルクを２段歯車に伝達する。第２歯車は、センター歯車と外歯リング歯車が、歯車伝動装置の軸線に交差する一平面に位置するように構成されている。

Description

歯車伝動装置

　本出願は、２００９年１月９日に出願された日本国特許出願第２００９－００３４９０号に基づく優先権を主張する。その出願の全ての内容は、この明細書中に参照により援用されている。本出願は、偏心揺動型の歯車伝動装置に関する。

　内歯歯車と外歯歯車を有しており、それらの歯車の一方が他方に噛み合いながら偏心回転する歯車伝動装置が知られている。例えば国際公開ＷＯ２００７／１２５８３５号公報に、そのような歯車伝動装置の一例が開示されている。以下の説明では、国際公開ＷＯ２００７／１２５８３５号公報を、特許文献１と称する。特許文献１の歯車伝動装置は、内歯歯車と外歯歯車とクランクシャフトと２段歯車を備えている。クランクシャフトは、歯車伝動装置の軸線に沿って延びている。クランクシャフトは偏心体を有している。その偏心体は、外歯歯車に係合している。クランクシャフトが回転すると、外歯歯車が内歯歯車に噛み合いながら偏心回転する。外歯歯車と内歯歯車の歯数差に応じて、外歯歯車が内歯歯車に対して相対回転する。クランクシャフトの一端には、第１歯車が固定されている。第１歯車は、２段歯車の一方の歯車に噛み合っている。２段歯車の他方の歯車には、第２歯車が噛み合っている。第２歯車は、モータのトルクを２段歯車に伝達する。

　特許文献１の歯車伝動装置では、２段歯車の一方の歯車が、他方の歯車から歯車伝動装置の軸線方向にずれている。以下の説明では、単に「軸線方向」という場合、歯車伝動装置の軸線方向のことをいう。２段歯車の一方の歯車に第１歯車が噛み合っており、他方の歯車に第２歯車が噛み合っている。そのため、第１歯車と第２歯車は、軸線方向にオフセットしている。第１歯車と第２歯車のずれ量を小さくすれば、軸線方向の長さを短くすることができる。しかしながら、２段歯車を２つの平歯車で構成する限り、第１歯車と第２歯車のずれ量を小さくすることには限界がある。本明細書は、斬新な形状の２段歯車を導入することにより、第１歯車と第２歯車のずれ量を小さくし、軸線方向の長さが短い歯車伝動装置を実現する技術を提供する。

　本明細書が開示する一つの技術は、内歯歯車と外歯歯車の一方が他方に噛み合いながら偏心回転する歯車伝動装置を提供することである。その歯車伝動装置は、クランクシャフトと、第１歯車と、第２歯車と、２段歯車と、第２歯車とを備えている。第１歯車は、クランクシャフトの一端に固定されている。クランクシャフトは、内歯歯車と外歯歯車の一方を偏心回転させる。２段歯車は、センター歯車と外歯リング歯車とを備えている。センター歯車は、第１歯車に噛み合っている。外歯リング歯車は、センター歯車と同軸に配置されているとともに第１歯車を囲っている。第２歯車は、外歯リング歯車に噛み合っている。第２歯車は、モータのトルクを２段歯車に伝達する。２段歯車は、センター歯車と外歯リング歯車が、歯車伝動装置の軸線に交差する一平面に位置するように構成されている。

　上記の２段歯車の構造によって、第１歯車と第２歯車の軸線方向のずれ量を小さくすることができる。なお、本明細書でいう「センター歯車と外歯リング歯車が一平面に位置する」とは、外歯リング歯車の少なくとも一部が、センター歯車の歯が形成されている部分を水平に広げた空間で画定される範囲内に位置することをいう。別言すると、「センター歯車と外歯リング歯車が一平面に位置する」とは、歯車伝動装置の軸線に直交する方向からみると、センター歯車が、外歯リング歯車の少なくとも一部とオーバーラップしていることをいう。

　上記の歯車伝動装置では、外歯リング歯車が第１歯車を囲っている。そのため、軸線方向において、第２歯車と外歯リング歯車の噛み合い位置を、第１歯車とセンター歯車の噛み合い位置と独立して決定することができる。第１歯車と第２歯車のずれ量を小さくすることができるので、歯車伝動装置の軸線方向の長さを短くすることができる。

　本明細書が開示する技術の一実施形態では、第１歯車と第２歯車が、歯車伝動装置の軸線に交差する一平面に位置していてよい。上記したように、第２歯車と外歯リング歯車の噛み合い位置は、第１歯車とセンター歯車の噛み合い位置と独立して決定することができる。そのため、第１歯車と第２歯車が歯車伝動装置の軸線に交差する一平面に位置すれば、歯車伝動装置の軸線方向の長さをさらに短くすることができる。

　本明細書が開示する技術の他の実施形態では、センター歯車と外歯リング歯車の間に、周方向に一巡する溝が形成されていてよい。そのような構成は、第１歯車を、その溝内に位置させることができる。

　本明細書が開示する技術のさらに他の実施形態では、第２歯車を支持するシャフトが、第１歯車からクランクシャフトが延びる第１方向とは反対の第２方向に延びており、そのシャフトが片持ち支持されていてよい。すなわち、第２歯車を回転可能に支持するための軸受を、第２歯車に対して第２方向側に配置してよい。さらに、傘歯車が、第２歯車の第１方向側で第２歯車に同軸に固定されていてもよい。別言すると、傘歯車は、第２歯車を支持するシャフトが延びる方向とは反対側で第２歯車に固定されていてよい。

　上記したように、第１歯車は、クランクシャフトの一端に固定されている。第１歯車からクランクシャフトが延びる第１方向には、外歯歯車等の主要部品が密集している。そのため、第２歯車を回転可能に支持するための軸受を、第２歯車に対して第１方向側に配置することは困難である。第１方向と反対方向（すなわち、第２方向）であれば、第２歯車を回転可能に支持するための軸受を配置する空間を容易に確保することができる。また、傘歯車が第２歯車に同軸に固定されていると、モータの出力シャフトが、第２歯車を支持するシャフトの軸線方向とは異なる方向に延びる構造を実現することができる。その結果、モータと歯車伝動装置を合わせた装置の軸線方向の長さを短くすることができる。上記の歯車伝動装置では、傘歯車は、第１方向側（第２歯車を支持するシャフトが延びる方向とは反対側）で第２歯車に固定されている。そのため、第２歯車を回転可能に支持するための軸受を、第２歯車の近くに配置することができる。第２歯車を支持するシャフトの長さを短くすることができるので、歯車伝動装置の軸線方向の長さをさらに短くすることができる。

　本明細書に開示する技術は、軸線方向の長さが短い歯車伝動装置を提供することができる。

図１は、実施例の歯車伝動装置の断面図を示す。図２は、図１の破線で囲っている範囲の部分拡大図を示す。

　図面を参照し、歯車伝動装置１００について説明する。図１は、歯車伝動装置１００の断面図を示す。図２は、図１の破線７４で囲っている範囲の部分拡大図を示す。歯車伝動装置１００は、減速ユニット１０と軸方向変換ユニット４０と台座９５で構成されている。まず減速ユニット１０について説明する。なお、２段歯車７２を除いて、減速ユニット１０の基本的な構造は従来から知られているので、ここでは簡単に説明する。

　減速ユニット１０は、内歯歯車８６と外歯歯車２４とクランクシャフト１４とキャリア２と２段歯車７２を備えている。２段歯車７２については後述する。内歯歯車８６は、ケース９０の内周面に形成されている。内歯歯車８６は、２個の外歯歯車２４と噛み合っている。キャリア２は、キャリア上部２ａとキャリア下部２ｃと柱状部２ｂで構成されている。キャリア上部２ａとキャリア下部２ｃは、柱状部２ｂを介して固定されている。キャリア２は、内歯歯車８６の軸線７８と同軸に配置されている。以下の説明では、軸線７８を、キャリア２の軸線あるいは歯車伝動装置１００の軸線と呼ぶこともある。キャリア２は、一対のアンギュラ玉軸受８４によって、ケース９０（内歯歯車８６）に回転可能に支持されている。なお、ケース９０は台座９５に固定されている。

　キャリア２は、クランクシャフト１４を支持している。クランクシャフト１４は、円錐ころ軸受８によって、キャリア２に回転可能に支持されている。クランクシャフト１４の軸線１６は、キャリア２の軸線７８から半径方向にずれている。すなわち、軸線１６は、軸線７８に平行である。クランクシャフト１４は、歯車伝動装置１００の軸線７８からずれた位置で、歯車伝動装置１００の軸線７８に沿って延びている。クランクシャフト１４には２個の偏心体１８が形成されている。夫々の偏心体１８が、針状ころ軸受１２を介して、外歯歯車２４の貫通孔２２の夫々に嵌合している。そのため、外歯歯車２４は、クランクシャフト１４を介してキャリア２に支持されている。クランクシャフト１４の一端には、第１歯車６５が固定されている。第１歯車６５は、後述する２段歯車７２のセンター歯車７０に噛み合っている。２段歯車７２によって、モータ（図示省略）のトルクが第１歯車６５に伝達される。

　上記したように、クランクシャフト１４の偏心体１８が、外歯歯車２４の貫通孔２２に嵌合している。クランクシャフト１４が回転すると、外歯歯車２４が、内歯歯車８６の軸線７８の周りを偏心回転する。外歯歯車２４の歯数は、内歯歯車８６の歯数と相違する。そのため、外歯歯車２４が偏心回転すると、外歯歯車２４が内歯歯車８６（ケース９０）に対して回転する。外歯歯車２４はキャリア２とともに回転するので、外歯歯車２４が偏心回転すると、キャリア２がケース９０に対して回転する。

　次に、軸方向変換ユニット４０について説明する。軸方向変換ユニット４０の基本的な構造も従来から知られているので、ここでは簡単に説明する。軸方向変換ユニット４０は、第１傘歯車４４と第２傘歯車４２を備えている。第１傘歯車４４は、第１シャフト５０に支持されている。第１シャフト５０は、第１傘歯車４４のハブに相当する。第１シャフト５０は、第１スリーブ４８に収容されている。第１シャフト５０は、アンギュラ玉軸受４６によって、第１スリーブ４８に回転可能に支持されている。第１スリーブ４８は、台座９５に固定されている。第１シャフト５０には孔５０ａが形成されており、孔５０ａ内にはモータの出力シャフト（図示省略）が固定される。

　第２傘歯車４２は、第２シャフト６０に支持されている。第２シャフト６０は、第２傘歯車４２のハブに相当する。第２シャフト６０は、第２スリーブ５４に収容されている。第２シャフト６０は、アンギュラ玉軸受５６によって、第２スリーブ５４に回転可能に支持されている。第２スリーブ５４は、台座９５に固定されている。第２シャフト６０には、第２歯車６４が固定されている。

　第２歯車６４と第２傘歯車４２の軸線５８は、歯車伝動装置１００の軸線７８に平行である。また、軸線５８は、第１傘歯車４４の軸線５３に直交している。モータの回転トルクは、第１傘歯車４４と第２傘歯車４２を介して減速ユニット１０に伝達される。モータの回転トルクの方向は、第１傘歯車４４と第２傘歯車４２によって変換される。軸方向変換ユニット４０により、モータを、歯車伝動装置１００の軸線７８に直交する方向に配置することができる。そのため、軸線７８方向において、モータと歯車伝動装置１００を併せた装置の長さを短くすることができる。なお、第２シャフト６０は、第２歯車６４を支持している。そのため、第２傘歯車４２は、第２歯車６４に固定されていると表現することもできる。また、第２歯車６４は、後述する２段歯車７２の外歯リング歯車６６に噛み合っている。

　２段歯車７２について説明する。２段歯車７２は、センター歯車７０と外歯リング歯車６６で構成されている。外歯リング歯車６６は、センター歯車７０に同軸に固定されている。より正確にいうと、外歯リング歯車６６は、センター歯車７０のハブ６８に固定されている。センター歯車７０は、一対の深溝玉軸受８０によって、キャリア２と台座９５に回転可能に支持されている。２段歯車７２の軸線は、歯車伝動装置１００の軸線７８に等しい。２段歯車７２によって、第２歯車６４のトルクが第１歯車６５に伝達される。すなわち、モータのトルクは、２段歯車７２によって、軸方向変換ユニット４０から減速ユニット１０に伝達される。

　図２に示すように、外歯リング歯車６６の中央部分に、溝６７が形成されている。溝６７は、センター歯車７０の周りに環状に形成されている。別言すると、外歯リング歯車６６の外側部６６ｂの軸線７８方向の厚みが、内側部６６ａの軸線７８方向の厚みよりも厚く形成されている。第１歯車６５は、外歯リング歯車６６の溝６７内に位置しており、外歯リング歯車６６に囲まれている。第１歯車６５が外歯リング歯車６６に囲まれているので、軸線７８方向において、第１歯車６５とセンター歯車７０の噛み合い位置を、第２歯車６４と外歯リング歯車６６の噛み合い位置と独立して決定することができる。その結果、第１歯車６５と第２歯車６４を一平面に位置させることができる。

　図２の範囲Ｗ７０は、センター歯車７０の外歯が形成されている範囲を水平に広げた空間範囲を示している。また、範囲Ｗ６６は、外歯リング歯車６６の外歯が形成されている範囲を水平に広げた空間範囲を示している。図２から明らかなように、範囲Ｗ７０と範囲Ｗ６６はオーバーラップしている。センター歯車７０と外歯リング歯車６６は、歯車伝動装置１００の軸線７８に交差する一平面に位置している。より正確には、センター歯車７０と外歯リング歯車６６は、歯車伝動装置１００の軸線７８に直交する一平面に位置している。別言すると、歯車伝動装置１００の軸線７８（図１を参照）に直交する方向から見ると、センター歯車７０が、外歯リング歯車６６の一部（外側部６６ｂ）とオーバーラップしている。２段歯車７２は、第１歯車６５と第２歯車６４の軸線方向のずれ量を、２つの平歯車で構成されている従来の２段歯車よりも小さくすることができる。その結果、歯車伝動装置１００の軸線７８方向の長さを、従来の歯車伝動装置よりも短くすることができる。

　なお、本実施例の歯車伝動装置１００では、第１歯車６５の外歯が形成されている範囲を水平に広げた空間範囲Ｗ６５が、第２歯車６４の外歯が形成されている範囲を水平に広げた空間範囲Ｗ６４の一部とオーバーラップしている。別言すると、第１歯車６５と第２歯車６４は、歯車伝動装置１００の軸線７８に直交する一平面に位置している。第１歯車６５と第２歯車６４を軸線７８に直交する一平面に位置させることができるのは、外歯リング歯車６６が第１歯車６５を囲った状態で、センター歯車７０と外歯リング歯車６６が、軸線７８に直交する一平面に位置しているからである。すなわち、歯車伝動装置１００の軸線７８方向において、第１歯車６５とセンター歯車７０の噛み合い位置を、第２歯車６４と外歯リング歯車６６の噛み合い位置と独立して決定することができるからである。第１歯車６５と第２歯車６４を軸線７８に直交する一平面に位置させると、歯車伝動装置１００の軸線７８方向の長さを、さらに短くすることができる。

　歯車伝動装置１００の他の特徴を説明する。図１の符号「＋Ｚ」は、図１において上方に向かう方向を示しており、符号「－Ｚ」は、図１において下方に向かう方向を示している。＋Ｚ方向を第１方向と換言し、－Ｚ方向を第２方向と換言してもよい。第２歯車６４を支持している第２シャフト６０は、第２歯車６４から－Ｚ方向に延びている。クランクシャフト１４は、第１歯車６５から＋Ｚ方向に延びている。すなわち、第２シャフト６０は、第２歯車６４に対して、第１歯車６５からクランクシャフト１４が延びる＋Ｚ方向とは反対方向に延びている。第１歯車６５よりも＋Ｚ方向側には、減速ユニット１０を構成する部品が密集している。第２シャフト６０が第２歯車６４から＋Ｚ方向に延びていると、アンギュラ玉軸受５６と第２スリーブ５４を配置する範囲を確保することが困難である。第２シャフト６０が第２歯車６４から－Ｚ方向に延びていれば、減速ユニット１０の主要部品が密集していない領域で第２シャフト６０を支持することができる。すなわち、第２シャフト６０が第２歯車６４から－Ｚ方向に延びていれば、アンギュラ玉軸受５６と第２スリーブ５４を配置する空間を確保しやすい。

　また、第２傘歯車４２は、第２歯車６４よりも＋Ｚ方向側で第２歯車６４に固定されている。別言すると、第２傘歯車４２は、第２歯車６４に対して、アンギュラ玉軸受５６と反対側で第２歯車６４に固定されている。なお、アンギュラ玉軸受５６は、第２シャフト６０を支持している。第２歯車６４とアンギュラ玉軸受５６の間に第２傘歯車４２が位置しないので、第２歯車６４とアンギュラ玉軸受５６の距離を短くすることができる。第２傘歯車４２を第２歯車６４と第２シャフト６０の間に配置する構造に比べ、第２シャフト６０の軸線５８方向の長さを短くすることができる。その結果、歯車伝動装置１００の軸線７８方向の長さを一層短くすることができる。

　第１傘歯車４４を支持している第１シャフト５０は、第１スリーブ４８に回転可能に支持されている。さらに、第２傘歯車４２を支持している第２シャフト６０は、第２スリーブ５４に回転可能に支持されている。すなわち、第１傘歯車４４と第２傘歯車４２は、夫々ユニット化されている。第１傘歯車４４と第２傘歯車４２の噛み合わせを簡単に調整することができる。そのため、第１傘歯車４４と第２傘歯車４２の噛み合わせ状態が、第２歯車６４と外歯リング歯車６６の噛み合わせ状態に悪影響を及ぼすことを抑制することができる。

　キャリア２と外歯歯車２４と２段歯車７２の夫々の中央部分に、貫通孔が設けられている。その貫通孔内を、筒部材４が通過している。筒部材４内に、配線や配管等を配設することができる。キャリア上部２ａと筒部材４の間にオイルシール６が配置されている。台座９５と筒部材４の間にＯリング７６が配置されている。ケース９０とキャリア上部２ａの間にオイルシール２０が配置されている。第１スリーブ４８と第１シャフト５０の間にオイルシール５２が配置されている。また、キャップ６２が、第２シャフト６０の一端を覆って、第２スリーブ５４に固定されている。オイルシール６、２０、及び５２とＯリング７６とキャップ６２によって、歯車伝動装置１００内の潤滑剤（オイルやグリース）が歯車伝動装置１００外に漏れることを防止している。

　実施例の歯車伝動装置の技術的特徴について、以下に要点を述べる。実施例の歯車伝動装置では、外歯歯車が偏心回転する。本明細書が開示する技術は、内歯歯車が偏心回転する歯車伝動装置に適用することもできる。偏心揺動型の歯車伝動装置は、内歯歯車と外歯歯車とクランクシャフトとキャリアを備えている。内歯歯車は、歯車伝動装置のケースの内側に形成されている。キャリアは、内歯歯車と同軸に配置されている。キャリアは、ケースに回転可能に支持されている。キャリアの軸線（内歯歯車の軸線）は、歯車伝動装置の軸線に相当する。キャリアはまた、外歯歯車とクランクシャフトを支持している。外歯歯車は、偏心回転が許容された状態でキャリアに支持されている。外歯歯車は、キャリアの軸線の周りを偏心回転しながら、キャリアとともに内歯歯車に対して相対回転する。外歯歯車には、貫通孔が形成されている。

　クランクシャフトは、歯車伝動装置の軸線（キャリアの軸線）から半径方向にずれた位置で、歯車伝動装置の軸線に沿って延びている。クランクシャフトは、キャリアに回転可能に支持されている。クランクシャフトには偏心体が形成されている。その偏心体が、外歯歯車の貫通孔に係合している。クランクシャフトの一端には、第１歯車が固定されている。第１歯車には、モータのトルクが伝達される。クランクシャフトが回転すると、外歯歯車が内歯歯車と噛み合ったまま偏心回転する。外歯歯車が内歯歯車に対して相対回転するので、キャリアが内歯歯車に対して相対回転する。

　歯車伝動装置は、第２歯車と２段歯車を備えている。２段歯車は、センター歯車と外歯リング歯車とで構成されている。２段歯車は、歯車伝動装置の軸線と同軸に配置されている。外歯リング歯車は、センター歯車のハブに固定されている。２段歯車には、外歯リング歯車とセンター歯車の間に周方向に一巡する溝が形成されている。第１歯車は、その溝内に位置している。

　以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims

　内歯歯車と外歯歯車の一方が他方に噛み合いながら偏心回転する歯車伝動装置であり、
　一端に第１歯車が固定されており、内歯歯車と外歯歯車の一方を偏心回転させるクランクシャフトと、
　第１歯車に噛み合っているセンター歯車と、そのセンター歯車と同軸に配置されているとともに第１歯車を囲う外歯リング歯車と、を備えている２段歯車と、
　外歯リング歯車に噛み合っており、モータのトルクを２段歯車に伝達する第２歯車と、を備えており、
　２段歯車は、センター歯車と外歯リング歯車が、歯車伝動装置の軸線に交差する一平面に位置するように構成されている歯車伝動装置。
　第１歯車と第２歯車が、前記一平面に位置する請求項１に記載の歯車伝動装置。
　センター歯車と外歯リング歯車の間に、周方向に一巡する溝が形成されている請求項１又は２に記載の歯車伝動装置。
　第２歯車を支持するシャフトが、第１歯車からクランクシャフトが延びる第１方向とは反対の第２方向に延びており、
　傘歯車が、第１方向側から第２歯車に固定されている請求項１～３のいずれか１項に記載の歯車伝動装置。