JP2014169736A - 遊星歯車減速装置およびそのシリーズ - Google Patents

Abstract

【課題】よりコンパクトな遊星歯車減速装置を得る。
【解決手段】ケーシング１２内に、外歯歯車１４と、該外歯歯車が内接噛合する内歯歯車１６と、外歯歯車の軸方向両側に配置された一対の第１、第２キャリヤ２１、２２と、を有する遊星歯車減速装置１０であって、ケーシングと内歯歯車を別体構造として、ケーシングの内周に内歯歯車を配置し、内歯歯車の軸方向両側に一対の第１、第２キャリヤを支持する第１、第２主軸受４１、４２が配置され、該第１、第２主軸受は、内歯歯車を介さずにケーシングに支持され、内歯歯車の軸方向一端は、内歯歯車と第１主軸受４１との間に配置されケーシングに固定された止め輪５０により軸方向に位置決めされ、内歯歯車の軸方向他端は、第２主軸受４２の外輪４２Ｂで軸方向に位置決めされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、遊星歯車減速装置およびそのシリーズに関する。

特許文献１に、遊星歯車減速装置が開示されている。

この遊星歯車減速装置は、ケーシング内に、外歯歯車と、該外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、外歯歯車の軸方向両側に配置された一対のキャリヤ部材と、を有している。

ケーシングと内歯歯車は、別体構造とされている。内歯歯車は、ケーシングの内周に配置され、焼き嵌めによってケーシングと結合されている。

前記一対のキャリヤ部材を支持する主軸受は、内歯歯車に組み付けられている。すなわち、一対のキャリヤ部材は、ケーシングの内側に配置された内歯歯車に組み付けられた主軸受によって支持されている。

特開２０１１−２３６９８８号公報（図１、図２）

しかし、特許文献１においては、主軸受の径方向外側に２つの部材（内歯歯車およびケーシング）が重ねて配置されており、現実には、各部材とも、最小限必要な厚さを有することから、主軸受よりも径方向外側に相応の厚さを必要とし、ケーシングの外径が大きくなってしまうという問題があった。

本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、よりコンパクトな遊星歯車減速装置を提供することをその課題としている。

本発明は、ケーシング内に、外歯歯車と、該外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、外歯歯車の軸方向両側に配置された一対のキャリヤ部材と、を有する遊星歯車減速装置であって、前記ケーシングと前記内歯歯車を別体構造として、前記ケーシングの内周に前記内歯歯車を配置し、前記内歯歯車の軸方向両側に前記一対のキャリヤ部材を支持する主軸受が配置され、該主軸受は、前記内歯歯車を介さずに前記ケーシングに支持され、前記内歯歯車の軸方向一端は、前記内歯歯車と前記主軸受のうちの一方との間に配置され前記ケーシングに固定された止め輪により軸方向に位置決めされ、前記内歯歯車の軸方向他端は、他方の主軸受の外輪で軸方向に位置決めされ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。

本発明では、一対の主軸受は、止め輪によってケーシングに対する絶対位置が確定された状態で、内歯歯車の軸方向両側に配置される。すなわち、主軸受の径方向外側の部分には、内歯歯車を介することなくケーシングに支持される。したがって、ケーシングの外径をより小さく抑えたコンパクトな遊星歯車減速装置を得ることができる。

本発明によれば、よりコンパクトな遊星歯車減速装置を得ることができる。

本発明の実施形態の一例に係る遊星歯車減速装置の全体断面図 図１の内歯歯車本体の斜視図

以下、図面に基づいて本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の一例に係る遊星歯車減速装置の全体断面図、図２はその内歯歯車本体の斜視図である。

この遊星歯車減速装置１０は、ロボットの関節駆動や工作機械の駆動系に広く用いられている偏心揺動型と称される遊星歯車減速装置である。遊星歯車減速装置１０は、ケーシング１２内に、外歯歯車１４と、該外歯歯車１４が内接噛合する内歯歯車１６と、外歯歯車１４の軸方向両側に配置された一対の第１、第２キャリヤ（キャリヤ部材）２１、２２と、を有している。

遊星歯車減速装置１０の動力伝達系の概略を説明すると、遊星歯車減速装置１０の入力軸２４は内歯歯車１６の軸心Ｏ１の位置に配置され、第１キャリヤ２１の側部に配置された図示せぬモータと連結されている。入力軸２４には偏心体２６が一体的に形成されている。偏心体２６の外周にはころ２８を介して３枚の外歯歯車１４が並列に組み込まれている。外歯歯車１４が３枚組み込まれているのは、回転バランスの向上および伝達容量の増大を意図したためである。

外歯歯車１４は、内歯歯車１６に内接噛合している。外歯歯車１４の歯数は、内歯歯車１６の歯数よりも僅かだけ（この例では１だけ）少ない。ケーシング１２と内歯歯車１６は、別体構造とされ、ケーシング１２の内周に内歯歯車１６が配置されている。ケーシング１２および内歯歯車１６の近傍の構成については、後に詳述する。

ピン状部材３２が各外歯歯車１４を貫通している。ピン状部材３２には、摺動促進部材３３が外嵌されている。前述したように外歯歯車１４の軸方向両側には一対の第１、第２キャリヤ２１、２２が配置されている。第１、第２キャリヤ２１、２２は、第２キャリヤ２２と一体化されている前記ピン状部材３２およびボルト４３を介して連結されている。また、第２キャリヤ２２には、図示せぬタップ穴を介して被動部材（図示略）が連結される。

第１、第２キャリヤ２１、２２は、モータ側の第１主軸受（一方の主軸受）４１および負荷側の第２主軸受（他方の主軸受）４２によって支持されている。第１、第２主軸受４１、４２は、内歯歯車１６の軸方向両側に配置され、背面合わせで組み込まれたアンギュラボール軸受で構成されている。第１、第２主軸受４１、４２は、双方とも、転動体であるボール４１Ａ、４２Ａと専用の外輪４１Ｂ、４２Ｂを有しているが、内輪は有していない（第１、第２キャリヤ２１、２２の外周の一部（内輪相当部）２１Ｃ、２２Ｃが内輪を兼用している）。

次に、図１、図２を参照して、ケーシング１２および内歯歯車１６の近傍の構成について詳細に説明する。

前述したように、本実施形態においては、ケーシング１２と内歯歯車１６は別体構造として構成され、内歯歯車１６はケーシング１２の内周に配置されている。ケーシング１２は、全体がほぼ円筒形状に形成されている。内歯歯車１６も全体がほぼ円筒形状に形成されている。但し、内歯歯車１６の軸方向長さＬｉは、ケーシング１２の軸方向長さＬｃより短い（Ｌｉ＜Ｌｃ）。

ケーシング１２は、軽量化と放熱性向上を意図してアルミニウム系の素材で構成されている。内歯歯車１６は、強度を考慮して熱処理された鋼系の素材で構成されている。すなわち、ケーシング１２と内歯歯車１６は、素材が異なっており、ケーシング１２は、内歯歯車１６よりも放熱性が高く、比重の小さい素材とされ、内歯歯車１６は、ケーシング１２よりも硬い素材で形成されている。

内歯歯車１６は、本実施形態においては、内歯歯車本体１６Ａと、該内歯歯車１６の内歯を構成する円柱状のピン部材１６Ｂによって構成されている。内歯歯車本体１６Ａには、該ピン部材１６Ｂを回転自在に支持するピン溝１６Ｃが、内歯歯車本体１６Ａの軸方向全体に沿って形成されている。ピン溝１６Ｃの断面形状は、ほぼ半円である。

内歯歯車１６（の内歯歯車本体１６Ａ）のモータ側端部（軸方向一端）１６Ｄには、止め輪５０が当接している。一方、ケーシング１２のモータ側端部の内周には、止め輪５０が係合する止め輪用溝部１２Ａが全周に亘ってリング状に形成されている。止め輪用溝部１２Ａは、この実施形態では、第１主軸受４１の外輪４１Ｂの軸方向長さＬ３の分だけ軸方向端部１２Ｂから離れた位置に形成されている。止め輪５０は、該ケーシング１２の止め輪用溝部１２Ａに嵌め込まれることでケーシング１２上の軸方向位置が確定されている。なお、止め輪５０のケーシング１２の内周からの突出長さは、比較的短いＨ１とされ、止め輪５０の軸方向の位置決め剛性を確保している。

第１主軸受４１は、外輪４１Ｂが止め輪５０のモータ側端面５０Ａと当接するまでケーシング１２に圧入されることによって、ケーシング１２に対して軸方向に位置決めされる。また、内歯歯車１６は、該内歯歯車１６（の内歯歯車本体１６Ａ）の軸方向一端であるモータ側端部１６Ｄが、止め輪５０の負荷側端面５０Ｂと当接することによって、ケーシング１２に対して軸方向に位置決めされる。また、内歯歯車１６（の内歯歯車本体１６Ａ）の軸方向他端である負荷側端部１６Ｆは、（圧入された）第２主軸受４２の外輪４２Ｂと当接することで、ケーシング１２に対して位置決めされる。

すなわち、第１主軸受４１、内歯歯車１６、および第２主軸受４２は、ケーシング１２の内周において止め輪５０によって軸方向の位置決めがなされた状態で並んで配置されている。換言するならば、第１、第２主軸受４１、４２は、内歯歯車１６を介さずにケーシング１２に直接支持されている。

第１、第２主軸受４１、４２は、第１キャリヤ２１の凹部２１Ａの底面２１Ｂと、第２キャリヤ２２のピン状部材３２の先端面３２Ａとの間に介在されたシム５４を介してボルト４３にて連結されることによって、与圧調整がなされる。すなわち、第１主軸受４１のボール４１Ａ、第１主軸受４１の外輪４１Ｂ、止め輪５０、内歯歯車本体１６Ａ、第２主軸受４２の外輪４２Ｂ、および第２主軸受４２のボール４２Ａは、シム５４によって調整された締め付け力にて第１、第２キャリヤ２１、２２の内輪相当部２１Ｃ、２２Ｃに挟持され、その結果、止め輪５０の軸方向位置を基準として隙間のない状態でケーシング１２に対して軸方向に位置決めされる。

なお、本実施形態では、内歯歯車１６の内歯を構成するピン部材１６Ｂも、その軸方向両端１６Ｂ１、１６Ｂ２が第１、第２主軸受４１、４２の外輪４１Ｂ、４２Ｂで軸方向に位置決めされている。なお、止め輪５０のケーシング１２の内周からの突出長さＨ１が比較的短い長さとされていたのは、該止め輪５０が、内歯歯車１６のピン部材１６Ｂと干渉しないように、という配慮からでもある。さらには、３枚の外歯歯車１４も、第１、第２主軸受４１、４２の外輪４１Ｂ、４２Ｂで軸方向に位置決めされている。

本実施形態では、ケーシング１２と内歯歯車１６は、隙間嵌めにて嵌合されると共に、回転方向（周方向）において相対移動が規制されている。具体的には、内歯歯車１６の内歯歯車本体１６Ａの負荷側端部１６Ｆの近傍の外周には、回転方向の相対移動を規制するキー５６が係合可能なキー溝１６Ｇが形成されている。このキー溝１６Ｇは、内歯歯車１６の軸方向全体に亘って形成されているのではなく、該内歯歯車１６の軸方向全体の３分の１程度（３枚の外歯歯車１４の１枚とほぼ同等程度）の長さＬ５のみに形成されている。但し、キー溝１６Ｇは、図２に示されるように、周方向に４ヶ所形成されている。一方、ケーシング１２には、該内歯歯車１６のキー溝１６Ｇと対応した軸方向長さＬ５のキー溝１２Ｄが周方向に４ヶ所形成されている。内歯歯車１６のキー溝１６Ｇは、図２からも明らかなように、周方向において、（ピン部材１６Ｂが配置される）ピン溝１６Ｃと１６Ｃとの間に配置されている。なお、図１のケーシング１２のリング溝１２Ｆは、キー溝１２Ｄを形成するときの工具の逃げ溝に相当している。

次に、この遊星歯車減速装置１０の作用を説明する。

入力軸２４が回転すると、該入力軸２４と一体化されている偏心体２６が回転し、ころ２８を介して外歯歯車１４が揺動する。この結果、内歯歯車１６に対する外歯歯車１４の噛合位置が順次ずれていく現象が発生する。外歯歯車１４の歯数は、内歯歯車１６の歯数よりも１だけ少ないため、外歯歯車１４は入力軸２４が１回回転する毎に、一歯分だけ内歯歯車１６に対して位相がずれる（自転する）。この自転成分が、摺動促進部材３３およびピン状部材３２を介して第１、第２キャリヤ２１、２２に伝達され、該第２キャリヤ２２と図示せぬタップ穴を介して連結されている被動部材が駆動される。

冒頭で述べたように、例えば、特許文献１で開示されている例のように、主軸受（４１、４２）の径方向外側において、ケーシング（１２）と内歯歯車（１６）を径方向に重ねた状態で別体構造とした場合には、現実には、径方向のコンパクト化が難しいという問題があった。すなわち、ケーシング（１２）には、相応の剛性および強度が求められることから最小限必要な厚さが存在し、一方、内歯歯車（１６）についても、熱処理をして複数のピン溝を精度よく加工するには、やはり最小限必要な厚さが存在する。そのため、主軸受（４１、４２）の径方向外側のコンパクト化が現実には容易ではなく、結果として遊星歯車減速装置全体のコンパクト化が難しいという問題があった。また、ケーシング（１２）を焼き嵌めするのは、コストと手間が掛かるという問題もあった。

本実施形態によれば、一対の第１、第２主軸受４１、４２は、止め輪５０によってケーシング１２に対する絶対位置が確定された状態で、内歯歯車１６の軸方向両側に配置されている。すなわち、第１、第２主軸受４１、４２は、内歯歯車１６を介さずにケーシング１２に支持されており、第１、第２主軸受４１、４２の径方向外側の部分には、（内歯歯車は存在せず）ケーシング１２しか存在しない。また、この第１、第２主軸受４１、４２の径方向外側の部分は、内歯歯車１６と外歯歯車１４の噛合荷重は直接的には掛からないため、噛合部分ほどには厚い肉厚を必要としない。したがって、ケーシング１２の外径ｄ１をより小さく抑えたコンパクトな遊星歯車減速装置１０を得ることができる。

さらには、本実施形態によれば、内歯歯車１６のピン部材１６Ｂは、その軸方向両端１６Ｂ１、１６Ｂ２が第１、第２主軸受４１、４２の外輪４１Ｂ、４２Ｂで軸方向に位置決めされるように構成してあるため、ピン部材１６Ｂを位置決めするために別途位置決め部材を必要としないことから、一層のコスト低減を図ることができる。

尤も、本発明では、内歯歯車（１６）がピン部材（１６Ｂ）を備えている場合に、該ピン部材を必ず主軸受（４１、４２）の外輪（４１Ｂ、４２Ｂ）によって位置決めしなければならないものではない。例えば、特に、第１主軸受（４１）側については、本発明においては、ケーシング（１２）に止め輪（５０）がもともと配置されているため、この止め輪（５０）の径方向の突出長さ（Ｈ１）を若干長くすることによって（内歯歯車（１６）のほか）当該ピン部材（１６Ｂ）をも止め輪（５０）自体で位置決めするように構成しても良い。

本実施形態では、ピン部材１６Ｂのモータ側端部１６Ｂ１の位置決めを、敢えて止め輪５０によってではなく、第１主軸受４１の外輪４１Ｂによって行っている。すなわち、止め輪５０にピン部材１６Ｂの位置決め機能を持たせていない。このため、ケーシング１２の内周からの止め輪５０の突出長さＨ１を短く抑えることができている。このため、止め輪５０自体の軸方向の剛性が高く、該止め輪５０の位置規制の強度を高く維持することができる。

なお、本発明は、必ずしも内歯歯車の内歯がこのようなピン部材によって構成されていることを要求するものではなく、内歯歯車本体に内歯が直接歯切り形成されている内歯歯車であってもよい。この場合は、そもそも内歯を押さえる必要性自体がなくなる。

本実施形態の作用の説明に戻って、本実施形態においては、ケーシング１２と内歯歯車１６は、隙間嵌めにて嵌合されると共に、回転方向において相対移動がキー５６によって規制される構造とされている。このため、焼き嵌めによる結合手法に比べ、低コストで、組み付けも容易であり、熱による変形の虞もない。また、隙間嵌めには、内歯歯車１６が外歯歯車１４側から受けた荷重で変形することによる自動調心的な機能もあるため、内歯歯車１６の歯切り誤差等の吸収効果も得られる。

さらには、キー５６は、内歯歯車１６の軸方向長さＬｉ全体に渡されるのではなく、軸方向長さがＬ５に抑えられている。また、周方向に複数（４個）配置され、かつ内歯歯車１６のピン部材１６Ｂが配置されるピン溝１６Ｃと１６Ｃとの間に配置されるように構成してある。これらの構成により、「キーによる連結」を採用していながら、キー５６と内歯歯車本体１６Ａとの係合部付近の応力集中を極力抑制し、内歯歯車本体１６Ａの強度を高く維持することができる。

但し、本発明においては、ケーシング１２と内歯歯車１６とを、隙間嵌めにて結合することを必須とするものではなく、また、キー５６によって結合することを必須とするものでもない。例えば、本発明においても、焼き嵌め等によって結合することを禁止するものではない。この場合には、特許文献１と同様に内歯歯車１６に発生する内部応力を外歯歯車１４との噛合荷重に対抗させることができ、一層のコンパクト化が実現できる。また、ケーシング１２と内歯歯車１６は、このほか、圧入やローレット等による結合を採用することも可能であり、設計の自由度は高い。なお、焼き嵌めや圧入等の締まり嵌めで結合する場合は、締まり嵌め代を管理して適正なトルクでケーシングと内歯歯車が滑るように設計することで、予期せぬ過大な負荷が掛かったとき等のトルクリミッタとして機能させるように構成することもできる。これにより、専用のトルクリミッタを組み込むことなく、動力伝達系の各部材を有効に保護することができる。

また、本実施形態におけるケーシング１２は、アルミニウム系の素材で構成され、内歯歯車１６は、熱処理された鋼系の素材で構成されている。すなわち、ケーシング１２と内歯歯車１６は、素材が異なっている。そのため、噛合強度を強靱な鋼系の内歯歯車１６で確保しつつ、軽量化と放熱性を向上させることができる。このように、本発明では、結合の自由度が高いことと相まって、「特定の目的」のためにケーシングの素材を大きな制限なく、自由に変更することが可能である。アルミニウム系以外でも、コストや目的を考慮してさまざまな素材を選択可能である。例えば、（鋼系の内歯歯車１６を専用に有することができるため）ケーシング１２については、鋳物系の素材で低コストに製造することも可能である。

ここで、本実施形態では、特に、「ケーシング１２と内歯歯車１６を別体構造として、ケーシング１２の内周に内歯歯車１６を配置し、第１、第２主軸受４１、４２は、内歯歯車１６を介さずにケーシング１２によって支持される」という構成を採用していることから、ケーシング１２と比較して、相対的に内歯歯車１６の大きさが非常に小さく抑えられている。逆に言うならば、内歯歯車１６に対してケーシング１２が相対的にかなり大きい。そのため、このように、軽量化や放熱特性の向上などを意図した場合に、当該特定の目的を極めて効率的に、あるいは顕著に得ることができる。

さらには、この「ケーシング１２と比較して、相対的に内歯歯車１６の大きさが非常に小さく抑えられている」という作用は、本実施形態の遊星歯車減速装置をシリーズ化したときに特に顕著な効果を奏する。

より具体的に説明するならば、本実施形態に係る遊星歯車減速装置１０は、伝達トルクの大小に応じて規定された複数の大小区分（許容トルク、定格トルク、ピークトルク等の伝達トルクの概念によって規定された大小区分）において、それぞれ複数の減速比が備えられることでシリーズ化されている。

ここで、この遊星歯車減速装置１０のシリーズは、（同一の大小区分において）ケーシング１２は、減速比によらず共通で、減速比に応じて歯数（ピン溝１６Ｃの数、あるいはピン部材１６Ｂの数）の異なる内歯歯車１６がケーシング１２に選択的に内嵌されるように構成することができる。この構成により、ケーシング１２と比較して相対的に質量の小さな内歯歯車１６のみを複数製造、あるいは在庫するだけでよくなるため、ケーシング１２の共用化の効果を極めく維持することができる。そのため、シリーズ全体としての製造コスト、在庫コストを大きく低減することができる。

なお、上記実施形態では、偏心体２６を備える入力軸２４（偏心体軸）が、内歯歯車１６の軸心Ｏ１（径方向中央）に１本のみ存在するいわゆる中央クランクタイプの偏心揺動型の遊星歯車減速装置１０が示されていたが、この種の遊星歯車減速装置としては、内歯歯車の軸心からオフセットした位置に、複数の偏心体軸を有し、この複数の偏心体軸に備えられた偏心体を同期して回転させることによって外歯歯車を揺動させる、いわゆる振り分けタイプの偏心揺動型の遊星歯車減速装置も知られている。本発明は、当該振り分けタイプの偏心揺動型の遊星歯車減速装置にも、全く同様に適用することができる。さらには、単純遊星歯車減速機構等を有する遊星歯車減速装置においても、適用することが可能である。

１０…遊星歯車減速装置
１２…ケーシング
１４…外歯歯車
１６…内歯歯車
１６Ａ…内歯歯車本体
１６Ｂ…ピン部材
１６Ｃ…ピン溝
２１、２２…第１、第２キャリヤ
２６…偏心体
４１、４２…第１、第２主軸受
５０…止め輪
５６…キー

Claims (6)

1. ケーシング内に、外歯歯車と、該外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、外歯歯車の軸方向両側に配置された一対のキャリヤ部材と、を有する遊星歯車減速装置であって、
   前記ケーシングと前記内歯歯車を別体構造として、前記ケーシングの内周に前記内歯歯車を配置し、
   前記内歯歯車の軸方向両側に前記一対のキャリヤ部材を支持する主軸受が配置され、
   該主軸受は、前記内歯歯車を介さずに前記ケーシングに支持され、
   前記内歯歯車の軸方向一端は、前記内歯歯車と前記主軸受のうちの一方との間に配置され前記ケーシングに固定された止め輪により軸方向に位置決めされ、
   前記内歯歯車の軸方向他端は、他方の主軸受の外輪で軸方向に位置決めされる
   ことを特徴とする遊星歯車減速装置。
2. 請求項１において、
   前記内歯歯車は、内歯歯車本体と、該内歯歯車本体に設けられたピン溝に配置されるピン部材と、を備え、
   前記ピン部材は、軸方向両端が前記主軸受の外輪で軸方向に位置決めされる
   ことを特徴とする遊星歯車減速装置。
3. 請求項１または２において、
   前記ケーシングと前記内歯歯車は、隙間嵌めにて嵌合されると共に、回転方向において相対移動が規制される
   ことを特徴とする遊星歯車減速装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記内歯歯車は、内歯歯車本体と、該内歯歯車本体に設けられたピン溝に配置されるピン部材と、を備え、
   前記ケーシングと前記内歯歯車とが、キーにより回転方向の相対移動が規制され、
   該キーは、周方向に複数配置され、かつ前記ピン部材が配置されるピン溝とピン溝との間に配置される
   ことを特徴とする遊星歯車減速装置。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記ケーシングと前記内歯歯車の素材が異なる
   ことを特徴とする遊星歯車減速装置。
6. ケーシング内に、外歯歯車と、該外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、外歯歯車の軸方向両側に配置された一対のキャリヤ部材と、を有する遊星歯車減速装置のシリーズであって、
   当該遊星歯車減速装置は、前記ケーシングと前記内歯歯車を別体構造として、前記ケーシングの内周に前記内歯歯車が配置され、
   前記主軸受は、前記内歯歯車を介さずに前記ケーシングによって支持され、
   前記ケーシングは、減速比によらず共通で、
   減速比に応じて歯数の異なる内歯歯車が、前記ケーシングに内嵌される
   ことを特徴とする遊星歯車減速装置のシリーズ。

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