JP2022127926A

JP2022127926A - 差動減速機

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Publication number: JP2022127926A
Application number: JP2021026171A
Authority: JP
Inventors: 光明稲垣; Mitsuaki Inagaki
Original assignee: Nissei Corp
Current assignee: Nissei Corp
Priority date: 2021-02-22
Filing date: 2021-02-22
Publication date: 2022-09-01
Anticipated expiration: 2041-02-22
Also published as: JP7566661B2

Abstract

【課題】剛性を高め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。【解決手段】外歯歯車２の遊星運動を中心軸Ｃ０と同軸の回転運動に変換する反力プレート３０を備える差動減速機１において、反力プレート３０の側面に、中心軸Ｃ０の方向から見て第２摺動部３４ａ，３４ｂまたは第３摺動部３４ｃ，３４ｄの少なくともどちらか一方と重なるような補強プレート４０を一体的に締結することで、差動減速機１の入出力間にトルクが掛かった際の反力プレート３０の歪みを低減させ、差動減速機１の剛性を高める。【選択図】図２

Description

本発明は、剛性を高め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、内歯歯車と、互いに偏心方向が１８０度ずれた２つの偏心部を備えた入力軸と、それぞれの偏心部に配置され、内歯歯車に内接嵌合する外歯歯車と、各外歯歯車の軸方向における外側にそれぞれ配置された出力体と、出力体と外歯歯車との間にそれぞれ配置された十字状の変換体とを備えた歯車伝動装置が開示されている。

それぞれの出力体は案内を備えたストッパを有しており、このストッパは変換体の横方向の案内路と摺動し、出力体の回転軸線に対して横方向に自由度を持っている。また、それぞれの外歯歯車は案内を備えたストッパを有しており、このストッパは変換体の縦方向の案内路と摺動し、出力体の回転軸線に対して縦方向に自由度を持っている。つまり変換体は、外歯歯車の偏心回転運動を出力体の軸線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。

特表平９－５０８９５７号公報

特許文献１の歯車伝動装置においては、変換体が薄い板状のため、この変換体は歯車伝動装置の剛性に大きな影響を与えている。つまり、歯車伝動装置の入出力間にトルクが掛かった時、変換体が歪み、歯車伝動装置全体の剛性が低くなってしまう。変換体の厚みを厚くすれば剛性を高くすることはできるが、その分だけ歯車伝動装置の全体の厚みが厚くなってしまい、また重量も重くなってしまう。

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、簡単な構成で変換体の歪みを減らし、剛性を高め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、中心軸に対して偏心する偏心部を有している入力軸と、前記偏心部に外装され、前記内歯歯車に内接して噛み合い、第１摺動部を有する外歯歯車と、前記外歯歯車に隣接して配置され、第１摺動部材を介して前記第１摺動部と摺動可能である第２摺動部を有し、前記外歯歯車の遊星運動を前記中心軸と同軸の回転運動に変換する変換部材と、前記変換部材の外方に配置され、第２摺動部材を介して前記変換部材に設けられた第３摺動部と摺動可能である第４摺動部を有する板部材と、前記中心軸方向から見て前記第２摺動部または前記第３摺動部のうち少なくともいずれか一方と重なる位置に配置され、前記変換部材の側面に固定される補強部材とを備え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、前記補強部材は、中空円盤形状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、前記補強部材は、前記変換部材とは異なる材質で構成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、前記補強部材と前記変換部材とは、皿ネジによって締結されてい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、変換部材の側面に固定された補強部材により、変換部材の歪みを低減させることができる。特に、第２摺動部または第３摺動部付近の強度を高めることにより、差動減速機の剛性を効果的に高めることができる。
また、請求項２記載の差動減速機によれば、補強部材は円盤形状であるため、円周方向に歪み難い。このため、差動減速機の剛性をより高めることができる。また、補強部材の製造も容易である。
また、請求項３記載の差動減速機によれば、補強部材の材質が変換部材とは異なるため、補強部材に安価な材質を使うことができる。例えば金属プレス加工等で安価に量産できるような材質を使うことで、補強部材の加工コストを下げることができる。
また、請求項４記載の差動減速機によれば、補強部材と変換部材とは皿ネジによって締結されている。このため、皿ネジ頭部のテーパ形状により補強部材と変換部材とが円周方向にずれることがなく、差動減速機の剛性をより高めることができる。

本発明の実施形態である差動減速機の中央縦断面図である。差動減速機の分解斜視図である。差動減速機からブラケット及び補強プレートを取り外した状態の正面図である。差動減速機からブラケットを取り外した状態の正面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、差動減速機１の中央縦断面図である。図２は、差動減速機１の分解斜視図である。本実施形態の差動減速機１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２が内歯歯車３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２と、内歯歯車３と、ケース４と、入力軸５とを備えている。

ケース４は、円筒状の主ケース６と、主ケース６における入力側（図１の右側）に配置され、外形が主ケース６と略同一の円形である当てプレート７と、当てプレート７を挟んで主ケース６とは反対側に配置され、外形が主ケース６及び当てプレート７と略同一の円形であるブラケット８とから成り、主ケース６、当てプレート７、及びブラケット８は、ブラケット８側から当てプレート７を貫通して主ケース６に螺合される複数のボルト９，９・・により一体に締結されている。主ケース６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６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６、当てプレート７、及びブラケット８には、複数のボルト９，９・・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６の径方向内側には、円筒状の内歯歯車３が配置されている。内歯歯車３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６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３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３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３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を備えた出力部１５が形成されている。ケース４（貫通孔１３）または出力部１５（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３の内周面において、出力部１５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１６が圧入により固定されている。内歯歯車３の入力側の端面には、後述する反力プレート３０と対向する位置に、全周に亘って中心軸Ｃ０を中心とする円環状の凹溝１７が形成されている。

外歯歯車２の内側には、中空筒状の入力軸５が配置されている。入力軸５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１８が設けられた円筒状とされている。入力軸５の中心軸Ｃ０は、内歯歯車３の軸線と同軸である。

入力軸５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を配置するための支持部２１が夫々形成されている。入力軸５は、第１ボールベアリング２０ａを介してブラケット８の内周面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１６の内周面に回転可能に軸支されている。入力軸５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２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２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配設されており、各ニードルローラ２３の軸方向の長さは、偏心部２２の軸方向の幅と略同一である。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の側面により規制されている。

図３は、差動減速機１を中心軸Ｃ０の入力側から見た正面図であり、差動減速機１からブラケット８及び後述する補強プレート４０を取り外した状態を示している。図４は、差動減速機１を中心軸Ｃ０の入力側から見た正面図であり、差動減速機１からブラケット８を取り外した状態を示している。図４では、補強プレート４０の固定状態を示している。

入力軸５の入力側の端面には、４箇所にボルト穴２４が形成されている。ボルト穴２４は円周状に等間隔で形成され、駆動軸（図示略）を連結可能な形状となっている。また、入力軸５には、入力側の端面から出力側にかけて８箇所に円形の貫通孔２５が形成されている。各貫通孔２５は円形であり、中心軸Ｃ０に対して偏心軸Ｃ１側（図４の上側）の部分に、ボルト穴２４を避ける位置に形成されている。貫通孔２５は、中心軸Ｃ０に対して偏心軸Ｃ１とは反対側（図４の下側）には形成されていない。貫通孔２５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５及び外歯歯車２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。

外歯歯車２は、内歯歯車３の歯数よりも僅かに少ない歯数を有しており、内歯歯車３に偏心位置で内接している。外歯歯車２における入力側の側面には、角形状の２個の当てブロック２６ａ，２６ｂが、外歯歯車２と一体に形成されている。各当てブロック２６ａ，２６ｂには、外歯歯車２の円周方向の各々両側の側面に第１摺動部２７ａ，２７ｂが形成されている。各当てブロック２６ａ，２６ｂは、第１摺動部２７ａ，２７ｂが各々互いに平行になるように形成されている。外歯歯車２には、後述する反力プレート３０と対向する側面（入力側）に、当てブロック２６ａ，２６ｂを避ける位置に複数の円形の凹部２８が形成されている。複数の凹部２８のうち大部分は、中心軸Ｃ０方向から見て、反力プレート３０と重なる位置に形成されている。また、凹部２８には潤滑剤が充填されている。

当てプレート７の径方向内側には、薄板円盤形状の反力プレート３０が配置されている。反力プレート３０の内周側には、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が形成されており、外周側には、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が形成されている。一方の対になる切り欠き３３ａ，３３ｂは、それぞれ円周方向の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、それぞれ円周方向の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２７ａ，２７ｂ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２６ａ，２６ｂの第１摺動部２７ａ，２７ｂと摺動可能である。反力プレート３０は、第１ニードルローラ３５ａによって外歯歯車２に対して第２摺動部３４ａ，３４ｂの方向（図３の横方向）に摺動可能である。また、外歯歯車２と反力プレート３０とは、側面同士が摺動するようになっている。

反力プレート３０の側面には、１２箇所にネジ孔３６が形成されている。ネジ孔３６のうち一部は、切り欠き３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを両側から挟む位置に形成されている。つまり、ネジ孔３６は、第２摺動部３４ａ，３４ｂ及び第３摺動部３４ｃ，３４ｄの近くに形成されている。

当てプレート７は円環形状であり、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突出するように形成されている。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。反力プレート３０は、第２ニードルローラ３５ｂを介して当てプレート７に対して第３摺動部３４ｃ，３４ｄの方向（図３の縦方向）に摺動可能である。

内歯歯車３の側面に形成された凹溝１７は、中心軸Ｃ０の方向から見て、少なくとも一部が反力プレート３０、第１ニードルローラ３５ａ、及び第２ニードルローラ３５ｂと重なる位置にある。凹溝１７には潤滑剤が充填されており、反力プレート３０、第１ニードルローラ３５ａ、及び第２ニードルローラ３５ｂに潤滑剤が供給され易い構造となっている。

反力プレート３０における外歯歯車２とは反対の側面には、外形が反力プレート３０と略同一の薄板円盤形状である補強プレート４０が固定されている。補強プレート４０には、反力プレート３０に形成されたネジ孔３６に対応する位置に１２個の貫通孔が形成されている。補強プレート４０は、各々の貫通孔を通してネジ孔３６に締結される皿ネジ４１により、反力プレート３０と一体に結合されている。貫通孔は皿ネジ４１の頭部を収めるようにテーパ状に形成されており、皿ネジ４１頭部の補強プレート４０の端面からの突出量を抑えている。反力プレート３０は、中心軸Ｃ０の方向から見て、第２摺動部３４ａ，３４ｂ（切り欠き３３ａ，３３ｂ）及び第３摺動部３４ｃ，３４ｄ（切り欠き３３ｃ，３３ｄ）と重なるように配置されている。

本実施形態では、反力プレート３０には、例えば炭素鋼（Ｓ－Ｃ材）、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ材）、ニッケルクロムモリブデン鋼（ＳＮＣＭ材）、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ材）等を使用し、熱処理によって高強度に調整をしている。一方、補強プレート４０には、例えば冷間圧延鋼板（ＳＰＣ材）、ステンレス鋼板（ＳＵＳ材）等を使用し、金属プレス加工によって形成している。また、補強プレート４０に、よりヤング率が大きい材料を使えば、より剛性を高めた差動減速機のモデルを製作することもできる。

主ケース６と内歯歯車３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５０が配置されている。当てプレート７における出力側の端面には、貫通孔１３よりも径方向内側に、全周に亘って凹溝５１が形成されており、該凹溝５１にはＯリング５２が配置されている。また、ブラケット８における出力側の端面には、貫通孔１３よりも径方向内側に、全周に亘って凹溝５３が形成されており、該凹溝５３にはＯリング５４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５が回転することで、偏心部２２が偏心運動し、外歯歯車２が内歯歯車３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２６ａ，２６ｂも偏心及び自転運動するが、各当てブロック２６ａ，２６ｂは反力プレート３０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、かつ反力プレート３０は当てプレート７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、反力プレート３０を介して外歯歯車２の自転成分のみが取り出され、内歯歯車３がケース４に対して相対的に回転する。つまり反力プレート３０は、外歯歯車２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７は、外歯歯車２の遊星運動から内歯歯車３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５０，Ｏリング５２，及びＯリング５４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、反力プレート３０の側面に固定された補強プレート４０により、反力プレート３０の歪みを低減させることができる。つまり、差動減速機１の入出力間にトルクが掛かった時に、反力プレート３０の切り欠き３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄが開かないように補助をすることで、差動減速機１の剛性を高めることができる。

また、補強プレート４０の円盤形状であるため、円周方向に歪み難い。このため、差動減速機１の剛性をより高めることができる。また、補強プレート４０の製造も容易であり、低コストで制作することができる。

また、補強プレート４０の材質には、反力プレート３０の材質とは異なり、鋼板を使用している。このため、補強プレート４０は金属プレス加工等で安価に量産ができる。

また、補強プレート４０と反力プレート３０とは、皿ネジ４１によって締結されている。皿ネジ４１の頭部がテーパ形状であるため、補強プレート４０と反力プレート３０とが円周方向にずれることがなく、差動減速機１の剛性をより高めることができる。

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５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、入力軸は中空形状でなくてもよい。また、本実施形態では第１摺動部２６ａ，２６ｂと第２摺動部２７ａ，２７ｂとの間には第１ニードルローラ３５ａが配置されており、第３摺動部３４ｃ，３４ｄと第４摺動部３７ａ，３７ｂとの間には第２ニードルローラ３５ｂが配置されているが、ニードルローラの代わりに滑り軸受を配置しても良い。また、本実施形態では補強プレート４０は一枚の円盤としたが、複数の板を用意して切り欠き３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄをそれぞれ別々に覆うように固定してもよい。

［本発明と実施形態との構成の対応関係］
本実施形態の当てプレート７は、本発明の板部材の一例である。本実施形態の反力プレート３０は、本発明の変換部材の一例である。本実施形態の第１ニードルローラ３５ａは、本発明の第１摺動部材の一例である。本実施形態の第２ニードルローラ３５ｂは、本発明の第２摺動部材の一例である。本実施形態の補強プレート４０は、本発明の補強部材の一例である。

１差動減速機
２外歯歯車
３内歯歯車
４ケース
５入力軸
７当てプレート
８ブラケット
１２クロスローラベアリング
１５出力部
１７凹溝
２２偏心部
２６ａ，２６ｂ当てブロック
２７ａ，２７ｂ第１摺動部
２８凹部
３０反力プレート
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ切り欠き
３４ａ，３４ｂ第２摺動部
３４ｃ，３４ｄ第３摺動部
３５ａ第１ニードルローラ
３５ｂ第２ニードルローラ
３６ネジ孔
３７ａ，３７ｂ第４摺動部
４０補強プレート
４１皿ネジ
Ｃ０中心軸
Ｃ１偏心軸

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、中心軸に対して偏心する偏心部を有している入力軸と、
前記偏心部に外装され、前記内歯歯車に内接して噛み合い、第１摺動部を有する外歯歯車と、
前記外歯歯車に隣接して配置され、第１摺動部材を介して前記第１摺動部と摺動可能である第２摺動部を有し、前記外歯歯車の遊星運動を前記中心軸と同軸の回転運動に変換する変換部材と、
前記変換部材の外方に配置され、第２摺動部材を介して前記変換部材に設けられた第３摺動部と摺動可能である第４摺動部を有する板部材と、
前記中心軸方向から見て前記第２摺動部または前記第３摺動部のうち少なくともいずれか一方と重なる位置に配置され、前記変換部材の側面に固定される補強部材と
を備えることを特徴とする差動減速機。
前記補強部材は、中空円盤形状である
ことを特徴とする請求項１に記載の差動減速機。
前記補強部材は、前記変換部材とは異なる材質で構成されている
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。
前記補強部材と前記変換部材とは、皿ネジによって締結されている
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。