WO2011068160A1

WO2011068160A1 - 歯車装置

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Publication number: WO2011068160A1
Application number: PCT/JP2010/071588
Authority: WO
Inventors: 清次峯岸; 瞬阿部
Original assignee: 住友重機械工業株式会社
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2011-06-09
Also published as: JP5256181B2; CN102667238A; CN102667238B; JP2011117521A

Abstract

　転動体を用いた歯車と軸部材の嵌合構造における耐久性の向上（負荷容量の増大）とコンパクト性の向上とを合理的に両立させる。軸方向に形成された軸挿入孔５０Ａ、５２Ａを備えた外歯歯車５０、５２と、前記軸挿入孔５０Ａ、５２Ａに嵌合された軸部材としての偏心体軸４４と、外歯歯車５０、５２と偏心体軸４４の間に軸方向に沿って円周方向に配置された複数のころ（転動体）４６、４８と、を備え、且つ前記外歯歯車５０、５２の軸挿入孔５０Ａ、５２Ａの内周面（または偏心体軸４４の外周面）に、複数のころ４６、４８を各々収容する凹部５０Ｃ、５２Ｃが、円周方向に複数形成されている。

Description

歯車装置

　本発明は、歯車装置、特に、歯車と軸部材の嵌合態様を工夫し、負荷容量の増大（耐久性の向上）とコンパクト性の向上とを両立させた歯車装置に関する。

　例えば、特許文献１に、偏心揺動内接噛合型の歯車装置が開示されている。

　図１２及び図６の（Ａ）に示されるように、この歯車装置Ｇｏでは、入力軸１２の回転によって偏心体軸１４を回転させ、該偏心体軸１４の回転によって偏心体１４Ａ、１４Ｂを介して外歯歯車１６、１７を偏心揺動させながら内歯歯車１８（の内歯である内ローラ１８Ａ）に内接噛合させている。この内接噛合によって外歯歯車１６、１７と内歯歯車１８との間に該外歯歯車１６、１７と内歯歯車１８の歯数差（この例では１個）に応じた相対回転が発生するため、内歯歯車１８又は外歯歯車１６、１７のいずれか側の自転を拘束し、他方側から該相対回転成分を出力する。

　この種の歯車装置Ｇｏでは、耐久性とコンパクト性を考慮して、偏心体軸１４と外歯歯車１６、１７の間に配置される偏心体軸受の内外輪を省略し、転動体として複数のころ２０、２１を、直接偏心体軸１４と外歯歯車１６、１７の間に配置する構成が、広く採用されている。

　なお、複数のころ２０、２１は、リテーナ２２、２３によって、軸方向に沿って（軸と平行に）円周方向及び軸方向に位置決めされている。

特開２００８－３８９４１号公報（図１）

　この種の偏心揺動内接噛合型の歯車装置では、外歯歯車と偏心体軸との嵌合部の寿命が、減速機全体の寿命を決める大きな要素となっている。偏心体軸受（ころ）の負荷容量は、主にころの大きさ（径と長さ）、ころの数、及びころのピッチ円径により決まる（例えば、ＪＩＳ　Ｂ　１５１８では、これらの要素に基づいて許容負荷に関する計算式が定められている）。

　しかしながら、外歯歯車や内歯歯車の大きさも強度的にはほぼ限界に近くまで切り詰められており、バランス上これ以上小さくはできないというのが実情である。こうした状況下で、ころの径やピッチ円を大きくするのは、歯車装置の半径方向の寸法の増大に直結する。また、ころの長さを長くするのは、歯車装置の軸方向の大きさの増大に直結するため、コンパクト性が犠牲にならざるを得ない。

　本発明は、このような従来の問題を解消するべくなされたものであって、ころを用いた歯車と軸部材の嵌合構造における負荷容量の増大（耐久性の向上）とコンパクト性の向上とを合理的に両立させた歯車装置を提供することをその課題としている。

　本発明は、歯車装置において、軸方向に形成された軸挿入孔を備えた歯車と、
　前記軸挿入孔に嵌合された軸部材と、前記歯車と軸部材の間に配置された複数の転動体と、を備え、且つ前記歯車の前記軸挿入孔が形成されている内周面または前記軸部材の外周面に、前記複数の転動体を収容する凹部が、円周方向に複数形成されている構成とすることにより、上記課題を解決したものである。

　本発明に係る歯車及び該歯車の軸挿入孔に嵌合する軸部材は、その何れか側に、該歯車と軸部材との間に配置するころ等の転動体の一部を収容する凹部を軸方向に備えている。このため、従来、当然のように「ころがり接触（線接触或いは点接触）」とされていた軸部材と歯車の嵌合構造に対し、「滑り接触（面接触）」の要素を付加することができ、転動体の回転による摺動抵抗の低減と、凹部の内壁面と転動体との接触面積の増大による負荷容量の増大という２つの作用を同時に得ることができる。

　更に、凹部内に転動体の一部が収容されるため、複数の転動体の円周方向位置及び軸方向位置を規定するために、従来必須であったリテーナを必要としない。したがって、リテーナ自体が円周方向に占めていた空間に新たに転動体を増設・配置することができるようになる。また、例えば転動体が「ころ」の場合には、リテーナ自体がころの軸方向に占めていた空間に相当する分、該ころの軸長をより伸長させることができる。このため、歯車装置全体の軸方向長を同一に確保できるならば、それだけ負荷容量を増大できる。あるいは、同じ負荷容量で良いなら、その分歯車装置の軸方向長を短縮できる。

　更には、転動体の一部が凹部内に収容された分、転動体の一部が、歯車または軸部材側に入り込んだ状態で組み付けることができるため、歯車装置の半径方向の大きさが同一ならば、より大きな径の転動体を配置して負荷容量を増大させることができ、逆に、転動体の径を同一に維持するならば、歯車装置の半径方向の大きさをより小さくできる。また、歯車側に凹部を形成する場合には、転動体のピッチ円径を大きくすることも可能である。

　本発明によれば、転動体を用いた歯車と軸部材の嵌合構造における負荷容量の増大（耐久性の向上）とコンパクト性の向上とを合理的に両立させることができる。

本発明の実施形態の一例に係る歯車装置を示す断面図図１の矢視II－II線に沿う断面図矢視III付近の部分拡大断面図上記歯車装置に於ける外歯歯車単体の正面図上記歯車装置が風力発電装置のヨー駆動用に用いられた例を示す断面図上記歯車装置のコンパクト化の効果を従来と比較して示したもので、（Ａ）は従来の歯車装置（図１２の矢視Ｖａ－Ｖａ相当断面図）、（Ｂ）は上記実施形態に係る歯車装置本発明の他の実施形態の一例に係る歯車装置の図２相当の断面図凹部形成の変形例を示す部分断面図本発明の更に他の実施形態の一例に係る歯車装置を示す断面図図９の矢視Ｘ－Ｘ線に沿う断面図本発明の更に他の実施形態の一例に係る歯車装置の遊星歯車の付近を示す部分断面図従来の歯車装置の一例を示す図１相当の断面図

　以下、本発明の実施形態の一例に係る歯車装置について詳細に説明する。

　この実施形態に係る歯車装置は、図示せぬ風力発電システムの円筒支柱の最上部に配置された発電ユニット（ナセル）を水平方向に回転させ、該ナセルに回転自在に取り付けられている三枚の風車ブレード（翼）の回転軸を風向き等に応じて変更させるために用いられる。風力発電システムへの組み込み態様については、後に触れるとして、ここでは、歯車装置自体の構成から説明する。

　図１は、本発明の実施形態の一例に係る歯車装置Ｇ１の断面図、図２は、図１の矢視II－II線に沿う断面図、図３は、矢視III付近の部分拡大断面図、図４は、外歯歯車単体の正面図である。

　図１～図４を参照して、この歯車装置Ｇ１は、偏心揺動内接噛合型の遊星歯車機構の入力側減速機構４０及び出力側減速機構４２を直列に連結したものである。これは、この歯車装置Ｇ１が、機能上、１／１０００～１／３０００という極めて高い減速比を必要とするためである。

　入力側減速機構４０と出力減速機構４２は、扱うトルクが異なるので大きさは異なるが、機構学的にはほぼ同様の構成を有している。本実施形態では、出力側減速機構４２において本発明を適用しているため、便宜上、出力側減速機構４２について詳細に説明することとし、入力側減速機構４０については詳細な説明は省略する。

　出力側減速機構４２は、入力側減速機構４０の出力軸と一体（兼用）の入力軸４３を備えている。入力軸４３は、自動調心ころ軸受４５ところ軸受４７とに両持ち支持されている。入力軸４３には、偏心体軸４４が一体回転可能に組み込まれている。偏心体軸４４は、当該歯車装置Ｇ１の半径方向中央に配置されると共に、２つの偏心体４４Ａ、４４Ｂを有している。偏心体４４Ａ、４４Ｂの外周には複数のころ４６、４８がそれぞれ軸方向に沿って配置されている。複数のころ４６、４８の外周には、軸挿入孔５０Ａ、５２Ａを介して外歯歯車５０、５２が嵌合している。該外歯歯車５０、５２は、内歯歯車５４に内接噛合している。即ち、この実施形態では、外歯歯車５０、５２が「軸方向に形成された軸挿入孔を備えた歯車」、ころ４６、４８が「複数の転動体」、偏心体軸４４が、「軸挿入孔に嵌合された軸部材」にそれぞれ相当している。偏心体軸４４、ころ４６、４８、及び外歯歯車５０、５２の嵌合構造については、後に詳述する。

　外歯歯車５０、５２は、中心Ｏ１（図４参照）からオフセットした位置に形成され、軸方向に貫通する内ピン孔５０Ｂ、５２Ｂをそれぞれ有している。なお、本実施形態では内ピン孔５０Ｂ、５２Ｂは、円周方向に等間隔に形成されているが、必ずしも等間隔である必要はない。内ピン孔５０Ｂ、５２Ｂには内ピン６０が（内ローラ６２と共に）遊嵌されている。外歯歯車５０、５２は、その偏心位相が互いに１８０度ずれており、それぞれ内歯歯車５４に内接噛合している。内歯歯車５４は出力側減速機構４２の部分のケーシング５６を兼ねている。内歯歯車５４の内歯は、円筒状の外ピン５８によって構成されている。内歯歯車５４の内歯の数（外ピン５８の数）は、外歯歯車５０、５２の外歯の数より１だけ多い。

　前記内ピン６０は、出力フランジ６４に圧入・一体化されており、出力フランジ６４は、出力軸６６と一体化されている。

　なお、図の符号６８は、複数の内ピン６０を一括して支持している内ピン支持リングである。この実施形態では、この内ピン支持リング６８を厚みのある部材で構成してケーシング７０で回転自在に保持することにより、該内ピン支持リング６８に「軸受」の機能を持たせている。これにより、内ピン６０を、この内ピン支持リング６８と出力フランジ６４とで両持ち支持し、外部ラジアル荷重（風圧により風車ブレード側から逆入力される負荷）をこの内ピン６０の支持部分で遮断している。本実施形態では、後述するように偏心体軸４４、ころ４６、４８、及び外歯歯車５０、５２が、セルフロック機能を有するように締まり嵌めによって隙間のない状態で組付けられているため、この内ピン６０の両持ち支持によって該外部ラジアル荷重が外歯歯車５０、５２の偏心運動に悪影響を与えるのを遮断できる効果は大きい。

　図５に示されるように、歯車装置Ｇ１は、モータＭｏと連結され、ボルト７１によってケーシング７０、５６ごとナセル（風車ブレードが回転自在に取り付けられた発電ユニット）のケーシング本体７４に固定されている。因みに、歯車装置Ｇ１のケーシング７０、５６のボルト７１付近の肉厚が、このように薄く形成されているのは、ナセルのケーシング本体７４の剛性を「たが」として利用できているためである。

　歯車装置Ｇ１の出力軸６６には、風力発電システムの図示せぬナセルの中にあるヨー駆動用ピニオン（ナセルを水平面内で回転させるためのピニオン）７５が連結・固定されている。ヨー駆動用ピニオン７５は（ヨーベアリング７６の内輪を構成する）旋回内歯歯車７７と噛合している。旋回内歯歯車７７は、風力発電システムの図示せぬ円筒支柱側に固定されており、ヨーベアリング７６の外輪を構成する外枠部７８はナセルのケーシング本体７４側に固定されている。なお、図６の符号７９は、ブレーキスラスタ７９Ａ、ヨーブレーキキャリパ７９Ｂ、ブレーキディスク７９Ｃ等から構成されるブレーキユニットを示している。

　次に、図２～図４を用いて、本実施形態での偏心体軸４４～ころ４６、４８～外歯歯車５０、５２の嵌合構造について詳細に説明する。

　外歯歯車５０、５２の軸挿入孔５０Ａ、５２Ａの内周面には、前記複数のころ４６、４８の一部を各々収容する凹部５０Ｃ、５２Ｃが、軸方向に沿って円周方向に複数形成されている。この例では外歯歯車５０、５２に形成されている（内ピン６０の挿入される）内ピン孔５０Ｂ、５２Ｂ及び内ピン６０の数が１２個であるため、ころ４６、４８及び凹部５０Ｃ、５２Ｃの数を同数の１２個としている。外歯歯車５０の凹部５０Ｃは、内ピン孔５０Ｂと内ピン孔５０Ｂとの間の半径方向内側の内周面に形成するようにし、同様に、外歯歯車５２の凹部５２Ｃは、内ピン孔５２Ｂと内ピン孔５２Ｂとの間の半径方向内側の内周面に形成するようにしている。ここで、「内ピン孔５０Ｂ（５２Ｂ）と内ピン孔５０Ｂ（５２Ｂ）との間の半径方向内側の内周面」とは、図４に示されるように、外歯歯車５０（５２）の中心Ｏ１と内ピン孔５０Ｂ（５２Ｂ）の中心Ｏ２とを結ぶ線Ｌｉ１上にころ４６（４８）の中心Ｏ３が存在しないことを意味するものとする。この意味の範疇において、より好ましくは、外歯歯車５０（５２）の中心Ｏ１から内ピン孔５０Ｂ（５２Ｂ）に接線を引いたときに、隣接する内ピン孔５０Ｂ（５２Ｂ）の接線の間（即ち、特定の内ピン孔５０Ｂ（５２Ｂ）の接線Ｌｉ２と隣の内ピン孔５０（５２Ｂ）の接線Ｌｉ３の間）に、ころ４６（４８）の中心Ｏ３があることである。更に好ましくは、隣接する接線Ｌｉ２、Ｌｉ３の中間にころ４６（４８）の中心Ｏ３があることである。これらの構成は、該各内ピン孔５０Ｂ、５２Ｂと凹部５０Ｃ、５２Ｃとの間隔Ｌ１（図２、図４参照）を強度上十分な大きさに確保しつつ、凹部５０Ｃ、５２Ｃをできるだけ外歯歯車５０、５２の半径方向外側にまで形成し、結果として、ころ４６、４８の径やピッチ円をできるだけ大きく確保するのに有効な構成である。

　凹部５０Ｃ、５２Ｃの内壁面５０Ｃ１、５２Ｃ１の軸断面は、「円弧」とされ、該円弧の径ｄ１は、ころ４６、４８の径（ｄ１）と一致している（図２参照）。即ち、凹部５０Ｃ、５２Ｃの内壁面５０Ｃ１、５２Ｃ１の全体が、ころ４６、４８とそれぞれ接触している。また、外歯歯車５０の凹部５０Ｃと５０Ｃの間の凸部５０Ｄ（外歯歯車５２の凹部５２Ｃと５２Ｃとの間の凸部５２Ｄ）が、それぞれころ４６、４８の円周方向の位置決め機能を果たしている。

　なお、外歯歯車５０、５２の凹部５０Ｃ、５２Ｃは、軸挿入孔５０Ａ、５２Ａごとブローチで引き抜き加工をして熱処理を行い、その後に凹部５０Ｃ、５２Ｃを研磨する。組み立ては、外歯歯車５０、５２の凹部５０Ｃ、５２Ｃにころ４６、４８を配置した後に、該ころ４６、４８の内側に偏心体軸４４を挿入することによって行う。

　このとき、外歯歯車５０、５２と偏心体軸４４とが、該凹部５０Ｃ、５２Ｃ及びころ４６、４８を介して締まり嵌めとなるように挿入・嵌合させる。これにより、当該歯車装置Ｇ１が組み込まれている風力発電システムのセルフロック性を持たせることもできる。即ち、突風等によって、出力ピニオン７５側から外力が作用したときでも、該外力によって歯車装置Ｇ１が逆駆動されないというセルフロック機能を発揮できるので、該外力に対抗するための、例えばモータＭｏ内に配置する図示せぬブレーキ装置を小型化することができる。また、該ブレーキ装置の使用頻度や負荷を減らすことができるため、該ブレーキ装置の寿命を長く保つことができる。このセルフロック機能は、例えば、本発明をブレーキ装置の使用頻度（或いは使用時間）の多い風車ブレードの角度調整用の歯車装置（いわゆるピッチ駆動用の歯車装置）等に適用する場合に特に有効である。なお、ここでいう「締まり嵌め」とは、互いに組付けようとする部材同士の温度が同一の下では、そのまま組み付けることができない寸法関係にあることをいう。「締まり嵌め」の状態で組付けるためには、具体的には、より外側に位置する部材を高温にする焼き嵌め、より内側に位置する部材を低温にする冷やし嵌め、あるいは強力な押し込み力にて押し込み嵌合させる圧入等の手法にて、組付けを行う。この実施形態では、偏心体軸４４、ころ４６、４８、及び外歯歯車５０、５２のみを締まり嵌めとしているが、更に、外歯歯車５０、５２と外ピン５８を介した内歯歯車５４も締まり嵌めにて組み付けるようにすると、より強力なセルフロック性を持たせることができる。

　なお、符号５９は、ころ４６、４８の軸方向の位置決めをするための当金、６１はスペーサである。

　次に、この歯車装置Ｇ１の作用を説明する。

　この実施形態では、モータＭｏの回転により、先ず、入力側減速機構４０において、以下に述べる出力側減速機構４２の作用と同様な作用で第１段の減速がなされる。

　出力側減速機構４２では、以下のように第２段の減速がなされる。即ち、この実施形態では、内歯歯車５４がケーシング５６と一体化されて固定されているため、外歯歯車５０、５２は、出力側減速機構４２の入力軸４３が１回回転すると偏心体軸４４の偏心体４４Ａ、４４Ｂを介して１回揺動する。この結果、外歯歯車５０、５２と内歯歯車５４との噛合位置が１歯だけ（歯数差分だけ）ずれる。この結果、外歯歯車５０、５２は、該内歯歯車５４に対して該歯数差に相当する角度だけ相対回転する（偏心体軸４４の回転と逆方向に自転する）。この内歯歯車５４に対する外歯歯車５０、５２の相対回転（自転）が、前記内ピン孔５０Ｂ、５２Ｂと内ピン６０（及び内ローラ６２）の遊嵌を介して出力フランジ６４から取り出される。出力フランジ６４の回転は、該出力フランジ６４と一体化されている出力軸６６へと伝達される。

　図５に示されるように、出力軸６６には、風力発電システムのヨー駆動用ピニオン７５が連結・固定されている。ヨー駆動用ピニオン７５は（ヨーベアリング７６の内輪を構成する）旋回内歯歯車７７と噛合している。このため、モータＭｏによって歯車装置Ｇ１の出力軸６６を回転させることにより、ヨー駆動用ピニオン７５及び旋回内歯歯車７７の噛合を介してナセル全体を水平面内で旋回させることができる。この結果、ナセルを所望の方向（例えば風上の方向）に向けることができ、効率的に風圧を受けることができる。

　ここで、図６を参照しながら、この歯車装置Ｇ１における偏心体軸４４、ころ４６、４８、及び外歯歯車５０、５２の嵌合部分の作用について詳細に説明する。

　図６（Ａ）は、従来の図１２の歯車装置Ｇｏの断面を示しており、図６（Ｂ）はこの実施形態の歯車装置Ｇ１の断面（図２と同一）を示している。理解を容易にするため、便宜上、ころ４６、４８（２０、２１）と外歯歯車５０、５２（１６、１７）以外の部材は全て同一としてある。

　この実施形態に係る歯車装置Ｇ１では、外歯歯車５０、５２の軸挿入孔５０Ａ、５２Ａの内周面に、複数のころ４６、４８の一部を各々収容する凹部５０Ｃ、５２Ｃが、軸方向に沿って円周方向に複数形成されている。このため、従来のころ２０、２１による「ころがり接触（線接触）」とされていた偏心体軸１４と外歯歯車１６、１７の嵌合に対し、「滑り接触（面接触）」の要素を付加することができる。ころ４６、４８は回転するため、単純な摺動軸受よりも摺動抵抗を低減でき、且つ、該ころ４６、４８と凹部５０Ｃ、５２Ｃの内壁面５０Ｃ１、５２Ｃ１との接触面積を従来より格段に増大させることができ、その分（歯車装置Ｇ１（Ｇｏ）の半径方向の大きさＧＬ１（ＧＬｏ）を同一に維持したまま）負荷容量を増大させることができる。

　風力発電のヨー駆動用の歯車装置の場合、設置や交換時に地上より非常に高い位置にあり、且つ狭い空間しか確保されていないナセルまで運び込む必要があるため、歯車装置のコンパクト性、軽量性は重要な要素である。一方で、自然相手の（予期せぬ大きさの）負荷に対する耐久性を向上させたいという要請も当然強い。本実施形態の場合、（出力側減速機構４２の）偏心体軸４４は、入力側減速機構４０において既に大きく減速されている（回転速度は低いがトルクは大きい）という事情もあるため、面接触という技術を導入することによってコンパクト性、軽量性を維持しながら許容し得る負荷容量を増大できるというメリットは非常に大きい。なお、本実施形態においては、入力側減速機構４０には本発明の構造が使用されず、出力側減速機構４２のみに本願発明の構造が使用されている。これは、本発明の構造では、ころ４６、４８が凹部５０Ｃ、５２Ｃと滑り接触することから、低速な部分で使用するのが好ましいからである。例えば、本実施形態においては、モータの回転速度が１２００ｒｐｍ、入カ側減速機構４０の減速比が３０であることから、偏心体軸４４の回転速度は４０ｒｐｍとなっている。また、本実施形態での出力側減速機構４２の減速比は、４３（外歯歯車５０、５２の歯数が４３で、内歯歯車５４との歯数差が１）であることから、外歯歯車５０、５２の自転速度（出力軸６６の回転速度）は、１ｒｐｍ弱である。即ち、外歯歯車５０、５２と偏心体軸（軸部材）４４との相対回転速度は、４２ｒｐｍ程度である。本発明では、このように、歯車及び軸部材の相対回転速度が、１００ｒｐｍより小さいような箇所に適用すると、その真価をより有効に発揮できる。

　更に、凹部５０Ｃ、５２Ｃにころ４６、４８の一部が収容されるため、複数のころ４６、４８の円周方向位置及び軸方向位置を規定するために、従来必須であったリテーナ２２、２３を必要としない。また、ころ４６、４８の一部が凹部５０Ｃ、５２Ｃ内に収容された分、ころ４６、４８の一部が、外歯歯車５０、５２に入り込んだ状態で組み付けることができている。したがって、歯車装置Ｇ１（Ｇｏ）の半径方向の大きさＧＬ１（ＧＬｏ）を同一に維持しながら、リテーナ２２、２３自体が円周方向に占めていた空間をころ４６、４８の「径の増大（ｄ０→ｄ１）」に振り向けることができ、この点でも、確実に負荷容量を増大させることができる（仮に、同じ負荷容量で良いなら、歯車装置Ｇ１の半径方向の大きさを歯車装置Ｇｏより小さくできる）。また、本実施形態では、外歯歯車５０、５２側に凹部５０Ｃ、５２Ｃを形成しているため、ころ４６、４８のピッチ円ｄ４も大きくできている（ｄ３→ｄ４）。

　加えて、図１２と図１（或いは図３）との比較で明らかなように、従来リテーナ２２、２３自体がころ２０、２１の軸方向に占めていた空間に相当する分、ころ４６、４８の「軸長の増大」に振り向けることができ、この点でも確実に負荷容量を増大させることができる（仮に、同じ負荷容量で良いなら、その分歯車装置Ｇ１の軸方向長（ＧＬ１）を歯車装置Ｇｏの軸方向長ＧＬｏより短縮できる）。

　更に、この実施形態では、内ピン６０の数と凹部５０Ｃ、５２Ｃの数を同数とし、且つ、複数の凹部５０Ｃ、５２Ｃの各々が、外歯歯車５０、５２の、内ピン孔５０Ｂ、５２Ｂ同士の間の半径方向内側の内周面に形成されているため、ころ４６、４８の径及びピッチ円ｄ４を大きくしたにも拘わらず、（外歯歯車５０、５２の強度上ネックとなり易い）凹部５０Ｃ、５２Ｃと内ピン孔５０Ｂ、５２Ｂとの間の距離Ｌ１を大きく確保することが可能となっている。

　なお、この実施形態では、内ピン６０の数と凹部５０Ｃ、５２Ｃの数を同数（共に１２個）とし、各内ピン孔５０Ｂ、５２Ｂの間の全てに対応させてそれぞれにころ４６、４８を配置するようにしていたが、用途によっては、ころ４６、４８の数を内ピン６０の数よりも少なくするようにしても構わない。但し、この場合でも、凹部５０Ｃ、５２Ｃの形成位置を、単純に円周方向に等配とするのではなく、あくまで外歯歯車５０、５２の内ピン孔５０Ｂ、５２Ｂ同士の間の半径方向内側の内周面に形成するようにすると良い。なお、逆に、内ピン孔の数の方が、ころの数よりも少なくてもよい。この場合は、２以上の凹部を、内ピン孔同士の間の半径方向内側の内周面に形成するようにすると良い。

　以下、本発明の他のバリーションについて説明する。

　上記実施形態においては、外歯歯車側に凹部を形成するようにしていたが、本発明においては、軸部材側に凹部を形成してもよい。

　図７にその一例を示す。図７に示した実施形態においては、偏心体軸（軸部材）１４４に凹部１４４Ｃが形成されている。この実施形態では、凹部１４４Ｃ間の凸部１４４Ｄが、ころ１４６（１４８）の位置決め機能を果たしている。なお、この実施形態では外歯歯車１５０（１５２）には凹部は形成されていない。このような構成によっても、上述した作用効果とほぼ同様の作用効果を得ることができる。

　この実施形態に限らず、本発明では、ころは、軸部材または歯車のいずれか側（凹部を形成した側）と同一の速度で軸部材の周りを公転する。そのため、該ころをより効率的に回転させるのは重要な設計ポイントとなる。この軸部材に凹部を形成するバリエーションは、ころと軸部材側の接触抵抗が、（ころと歯車側の接触抵抗に対して）より大きくなるような傾向を持つため、歯車と軸部材の相対回転速度如何では、ころをより効率的に回転させる設計ポイントをより探し易くなる場合がある。

　図７に係る実施形態の他の構成は先の実施形態と同様であるため、図中で同一または同一の機能を有する部位に下２桁が同一の符号を付すに止め、重複説明を省略する。

　次に、上記実施形態においては、ころ４６、４８の径ｄ１と同一の径（ｄ１）を有する円弧形状の凹部５０Ｃ、５２Ｃが形成され、凹部５０Ｃ、５２Ｃの内壁面５０Ｃ１、５２Ｃ１の全体がころ４６、４８と接触していたが、本発明における凹部の形成形状は、この例に限定されず、例えば、凹部の内壁面の一部のみがころと接触しているような構成としてもよい。この例を図８に示す。

　図８の（Ａ）は、歯車Ｇ１０の凹部Ｃ１０の軸断面形状を楕円とし、開口部Ｃ１１、Ｃ１２付近の２箇所でのみ、ころＲ１０と接触するように構成したものである。この構成では、凹部Ｃ１０ところＲ１０との接触面積が、先の図１～図５の実施形態に係る構成より減じられ、また、多少の製造誤差があっても、ころＲ１０の凹部Ｃ１０に対する収まりがより安定する。

　図８の（Ｂ）は、歯車Ｇ２０の凹部Ｃ２０に、更に複数の凹部Ｃ２１、Ｃ２２を複数形成し、ころＲ２０との接触部分を間欠的に減じたものである。上記図１～図５の実施形態に係る構成と、図８（Ａ）の構成との中間的な作用効果が得られる。

　図８（Ｃ）は、歯車Ｇ３０の凹部Ｃ３０の円弧の径ｄ３を、ころＲ３０の径ｄ４より若干大きく形成したものである。この構成は、凹部Ｃ３０ところＲ３０との接触面積を更に減じることができると共に、歯車Ｇ３０に対する軸部材Ｓ１０の自動調心効果も得られるため、回転の円滑性をより向上させることができる。なお、この図８（Ｃ）の例の場合、（Ａ）、（Ｂ）の例に比べて、凹部Ｃ３０ところＲ３０との接触が、より線接触に近くなるが、（この図８（Ｃ）の例を含め）本発明に係る凹部は、凹部ところとの接触が、軸断面において「凸と凸の接触」から「凸と凹の接触」に変わるため、（仮に線接触に近い状態となっても）接触部のダメージは、（従来の凸と凸の接触より）非常に少ない。更に、この図８（Ｃ）の例は、ころが効率的に回転できる設計ポイントを探し易い（調整が容易）という設計上の利点も得られる。

　このように、本発明の凹部の形成形状は、歯車装置の用途、歯車と軸部材の素材や相対回転速度、得ようとする耐久性や回転の円滑性等を考慮して適宜に決定されてよい。

　また、上記実施形態では、偏心体軸が歯車装置の半径方向中央に存在する偏心揺動内接噛合型の遊星歯車機構を有していたが、本発明が適用されるべき歯車装置はこの構造の歯車装置に限定されない。例えば、図９及び図１０に示されるように、複数の偏心体軸（軸部材）が外歯歯車（歯車）を貫通しているような構成の歯車装置Ｇ２にも本発明は適用できる。

　この遊星歯車機構自体の基本構造は公知であるため、簡単な説明に止める。

　（出力側減速機構の）入力軸８０が回転すると、伝動歯車８２、８３を介して４本の偏心体軸８４が同時に減速回転する。この結果、それぞれの偏心体軸８４に一体的に装着されている偏心体８４Ａ同士、及び８４Ｂ同士が同位相で回転し、ころ８６、８８を介して外歯歯車９０、９２が内歯歯車９４に内接しながら揺動回転する。内歯歯車９４はケーシング９６と一体化され、固定された状態にあるため、外歯歯車９０、９２が揺動回転すると、該外歯歯車９０、９２と内歯歯車９４の内歯であるピン９４Ｐとの噛合位置が順次移動していく現象が発生する。

　このとき、外歯歯車９０、９２の歯数は、内歯歯車９４の歯数よりも僅かだけ少ないため、この噛合位置の移動により、固定状態にある内歯歯車９４に対して歯数差に相当する分だけ外歯歯車９０、９２の位相がずれる（自転する）ことになる。そのため、偏心体軸８４が該自転成分に相当する速度で歯車装置Ｇ２の軸心周りを公転し、該偏心体軸８４を支持している第１、第２キャリヤ９６、９８が一体となって当該公転速度に相当する速度で回転する。

　この実施形態に係る歯車装置Ｇ２においても、歯車としての外歯歯車９０、９２、軸部材としての偏心体軸８４、及び外歯歯車９０、９２と偏心体軸８４の偏心体８４Ａ、８４Ｂとの間に軸方向に沿って円周方向に配置された複数のころ８６、８８に関して、外歯歯車９０、９２（に形成され前記偏心体軸８４が嵌合される軸挿入孔の内周）に凹部９０Ｃ、９２Ｃを形成することによっても、先の実施形態と全く同様の構成を取ることができ、同様の作用効果を得ることができる。

　更に、本発明は、図１１に示されるように、本発明の歯車としての遊星歯車１００と、該遊星歯車１００を回転自在に支持する軸部材としてのキャリヤピン１０２と、遊星歯車１００とキャリヤピン１０２との間に軸方向に沿って円周方向に配置された複数のころ１０４と、を備え、更に太陽歯車及び内歯歯車（共に図示略）とを備えることにより、遊星歯車１００、太陽歯車、及び内歯歯車とで単純遊星歯車機構を構成するようにした歯車装置Ｇ３にも適用できる。なお、単純遊星歯車機構自体は、公知であるため、詳細な説明は省略する。

　なお、この場合、遊星歯車１００（に形成された前記キャリヤピン１０２が嵌合される軸挿入孔の内周面に形成された）凹部１００Ａの各々が、該遊星歯車１００の歯部１００Ｂの半径方向内側に形成されるように構成すると良い。より好ましくは、図１１に示されるように、歯部１００Ｂにおける円周方向中央位置（近傍）の半径方向内側に形成すると良い。これにより、凹部１００Ａと遊星歯車１００の歯底１００Ｃとの距離Ｌ２を大きく確保することができ、その分より大きな（或いはピッチ円のより大きな）ころ１０４を組み込むことができるようになる。

　このように、本発明は、さまざまな歯車装置に適用可能である。用途も、風力発電システムのピッチ駆動用でも良いし、更には、風力発電システムの歯車装置の用途に限定されることもない。

　また、先の実施形態では、ブローチで引き抜き加工することにより凹部を形成する例を説明したが、本発明に係る凹部の形成方法はこれに限定されるものではない。例えば、歯車となる部材の中央近傍に円形の孔（後に凹部の一部となる孔）を円周方向に複数形成し、当該円形孔を研磨し、その後に、各円形孔の一部が切り欠かれるような径の軸挿入孔を歯車となる部材の中央に形成するようにしてもよい。これにより、円形の孔の一部が軸挿入孔によって切り欠かれて残った部分を凹部として利用することができる。この形成方法の場合には、先の例での凹部の内壁面の研磨に代えて、円形の孔のホーニング加工やバニッシング加工による製造が可能であり、（先の例での研磨よりも）表面粗さを向上できる。

　また、上記実施形態の凹部においては、凹部（５０Ｃ）のピッチ円径（ころのピッチ円径）の方が凸部（５０Ｄ）の径よりも小さかったが、上記歯車中央の軸挿入孔を後から形成する方法の場合には、凹部のピッチ円径(ころのピッチ円径)の方が凸部の径よりも大きいような構造も製造可能である。

　更には、本発明の転動体は、必ずしも「ころ」である必要はなく、「ボール」等の転動体であっても良い。

　本発明は、適用されるべき「歯車」の構成は、特に限定されず、揺動内接噛合型の外歯歯車でも、単純遊星歯車機構のインボリュート歯車でも、あるいは、更に他の構成の歯車装置の歯車にも適用できる。内歯歯車が揺動するタイプの揺動内接噛合型の歯車装置では、内歯歯車に適用することも可能である。

　２００９年１２月２日に出願された日本国出願番号２００９－２７４７７３の明細書、図面及び特許請求の範囲における開示は、その全体がこの明細書中に参照により援用されている。

　Ｇ１…歯車装置
　４４…偏心体軸（軸部材）
　４４Ａ、４４Ｂ…偏心体
　４６、４８…ころ（転動体）
　５０、５２…外歯歯車
　５０Ａ、５２Ａ…軸挿入孔
　５０Ｂ、５２Ｂ…内ピン孔
　５０Ｃ、５２Ｃ…凹部
　５０Ｃ１、５２Ｃ１…内壁面
　５０Ｄ、５２Ｄ…凸部
　５４…内歯歯車
　６０…内ピン

Claims

　歯車装置において、
　軸方向に形成された軸挿入孔を備えた歯車と、
　前記軸挿入孔に嵌合された軸部材と、
　前記歯車と軸部材の間に配置された複数の転動体と、を備え、且つ
　前記歯車の前記軸挿入孔が形成されている内周面または前記軸部材の外周面に、前記複数の転動体を収容する凹部が、円周方向に複数形成されている
　ことを特徴とする歯車装置。
　請求項１において、
　前記凹部が、前記歯車の前記軸挿入孔が形成されている内周面に形成されている
　ことを特徴とする歯車装置。
　請求項２において、
　前記歯車としての外歯歯車と、偏心体を備えた前記軸部材としての偏心体軸と、前記外歯歯車と前記偏心体軸の偏心体との間に配置された複数の転動体と、更に、前記外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、を備え、
　前記偏心体軸の偏心体、転動体、及び凹部を介して前記外歯歯車を偏心揺動させながら前記内歯歯車に内接噛合させる偏心揺動内接噛合型の遊星歯車機構を構成した
　ことを特徴とする歯車装置。
　請求項３において、
　更に、前記外歯歯車を貫通する複数の内ピンを備えると共に、前記外歯歯車が該複数の内ピンがそれぞれ挿入される複数の内ピン孔を該外歯歯車の中心からオフセットした位置に備え、
　前記偏心体軸が、当該歯車装置の半径方向中央に配置され、且つ、前記軸挿入孔が前記外歯歯車の半径方向中央に形成され、
　前記複数の凹部の各々が、前記内ピン孔と内ピン孔との間の半径方向内側において前記歯車の前記軸挿入孔の形成されている内周面に形成されている
　ことを特徴とする歯車装置。
　請求項４において、
　前記内ピンの数と前記凹部の数が同数である
　ことを特徴とする歯車装置。
　請求項１において、
　前記歯車としての遊星歯車と、該遊星歯車を回転自在に支持する前記軸部材としてのキャリヤピンと、前記遊星歯車と前記キャリヤピンとの間に配置された複数の転動体と、を備えると共に、更に前記遊星歯車と噛合する太陽歯車及び内歯歯車と、を備え、
　前記遊星歯車、太陽歯車、及び内歯歯車とで単純遊星歯車機構を構成した
　ことを特徴とする歯車装置。
　請求項６において、
　前記凹部の各々が、前記遊星歯車の歯部の半径方向内側に形成されている
　ことを特徴とする歯車装置。
　請求項１～７のいずれかにおいて、
　前記凹部の内壁面の一部のみが前記転動体と接触している
　ことを特徴とする歯車装置。
　請求項１～８のいずれかにおいて、
　前記凹部と凹部の間の凸部が前記転動体の円周方向の位置決め機能を備えている
　ことを特徴とする歯車装置。
　請求項１～９のいずれかにおいて、
　前記歯車と、前記軸部材とが、前記凹部及び転動体を介して締まり嵌めにて嵌合している
　ことを特徴とする歯車装置。
　請求項３において、
　前記揺動内接噛合歯車機構を構成する前記偏心体軸、外歯歯車、及び内歯歯車が、前記外歯歯車の凹部及び転動体の接触部分を含めて、締まり嵌めにて組み込まれている自然エネルギの回収装置の駆動部用の歯車装置。