JP4947884B2 - 遊星減速機構の遊星回転部材のピンの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、遊星減速機構の遊星回転部材のピンを製造する方法に関する。

内歯歯車及び該内歯歯車に揺動しながら内接する外歯歯車を備え、外歯歯車を貫通する内ピンを介して外歯歯車の自転の阻止または自転成分の取り出しを行う揺動内接噛合式の遊星歯車減速機構が広く知られている。

特許文献１において、図４、図５に示されるような構成を有する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１０は、入力軸１２、偏心体１４、２枚の外歯歯車１６（１６Ａ、１６Ｂ）、該外歯歯車１６が内接する内歯歯車１８、及び出力軸２２を主な構成要素として備える。

各外歯歯車１６は、該外歯歯車１６を貫通する内ピン孔３０を備える。内ピン孔３０には、内ピン４０が遊嵌している。内ピン４０は、出力軸２２のフランジ部２２Ａの内ピン保持穴２２Ｂに圧入・固定されている。内ピン４０の外側には、摺動促進部材として内ローラ４２が配置されている。なお、内歯歯車１８はケーシング１１と一体化されている。

図示せぬモータによって入力軸１２が回転されると、偏心体１４が該入力軸１２と一体的に回転する。偏心体１４の外周は入力軸１２の軸心に対して偏心しているため、入力軸１２が１回回転すると該偏心体１４の外周に装着されている外歯歯車１６が１回揺動する。この結果、内歯歯車１８に対して外歯歯車１６が両歯車１８、１６の歯数差に相当する分だけ相対回転する。この相対回転が、内ピン孔３０、内ローラ４２及び内ピン４０を介して出力軸２２のフランジ部２２Ａ側に取り出される。

外歯歯車１６の揺動成分は、内ピン孔３０と内ピン４０（内ローラ４２）との遊嵌によって吸収される。この結果、（内歯歯車１８と外歯歯車１６の歯数差）／（外歯歯車１６の歯数）に相当する減速比の減速を実現することができる。

ところで、外歯歯車１６の自転成分を円滑に取り出すには、複数形成されている各内ピン孔３０と、各内ピン孔３０内で対応する各内ピン４０（内ローラ４２）との摺動態様が完全に一致しなければならない。したがって、内ピン孔３０と内ピン４０（内ローラ４２）の遊嵌は、非常に高い精度で加工・製造される必要がある。そのため従来、フランジ部２２Ａに高精度に形成した内ピン保持孔２２Ｂに対して、別途の工程で高精度に加工・研磨した内ピン４０を圧入する製造方法が採用されている。

なお、ケーシング１１内にはグリス等の潤滑材が封入され、各部材の摺動性を促進している。

特開昭６３−２１４５４２号公報

この種の遊星減速機構において、ケーシング内にはグリス等の潤滑材が封入され、各部材の摺動性を促進するように構成されてはいるものの、この潤滑材が内ピンの摺動面に充分に供給されず、潤滑材としての機能を十分に果たしていないことがあるという問題がある。この問題は、上記従来例のように、内ピンに内ローラのような摺動促進部材が被せられているときに一層顕著となる傾向があった。しかしながら、摺動面に対するグリスの浸入をより容易にするために、例えば内ピンと内ローラとの間の隙間を大きくするのは、内ローラが内ピンに対して偏心運動することになり、騒音の増大や伝達ロスの増大を招く原因となる。

本発明は、このような事情を総合的に捉え、この種の遊星減速機構における遊星回転部材を貫通するピンの製造方法に関し、基本的な品質或いは性能をより向上させることをその課題としている。

本発明は、リング部材及び該リング部材に内接する遊星回転部材を備え、前記遊星回転部材を貫通するピンを介して該遊星回転部材の公転または自転の阻止、または、公転成分または自転成分の取り出しを行う遊星減速機構の遊星回転部材のピンの製造方法において、前記ピンを、前記遊星回転部材の軸方向側部に配置されるフランジ部材と一体的に成形する工程と、前記ピンの外周に、連続した溝を形成する工程と、を含み、前記連続した溝を形成する工程は、ピンの外周を加工する外径ボーリング工程を含む遊星減速機構の遊星回転部材のピンの製造方法を採用することにより、上記課題を解決したものである。

本発明では、遊星回転部材を貫通するピンの外周に、「連続した溝」を形成するようにしている。これにより、遊星回転部材のピンの付近に存在するグリス或いは潤滑油等の潤滑材を効率的に遊星回転部材とピンとの噛合面に供給することができるようになり、両者のより円滑な摺動が可能となる。即ち、連続した溝は、文字通り、ピンの外周に連続的に形成されているため、潤滑材が該連続した溝のいずれの部分から浸入したとしても、この浸入した潤滑材を効率的に軸方向に移動させることができる。

この結果、簡易な外周加工を行うだけで優れた摺動特性を得ることが出き、一層円滑且つ長寿命の内ピンを得ることができるようになる。

なお、本発明における、「遊星回転部材を貫通するピンの外周」には、以下の４つの態様の概念のうち、１）及び２）の概念のみが含まれるものとする。

１）当該ピンに遊星回転部材を直接係合させる場合における、当該ピン自体の外周。

２）当該ピンの外側に何らかの摺動促進部材を配した上で遊星回転部材を係合させる場合における、当該ピン自体の外周。

３）当該ピンの外側に何らかの摺動促進部材を配した上で遊星回転部材を係合させる場合における、当該摺動促進部材の外周。

４）当該ピンの外側に何らかの摺動促進部材を配した上で遊星回転部材を係合させる場合における、当該ピン自体及び摺動促進部材の双方の外周。

簡易な加工を行うだけで、内ピンに関する基本的な品質或いは性能を向上させることができる。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態の例を詳細に説明する。

図１は、図４相当の縦断面図であり、本発明の実施形態の一例に係る「遊星減速機構の遊星回転部材のピンの製造方法」を用いて製造された内ピンを有する遊星歯車減速装置が示されている。

この遊星歯車減速装置１１０は、入力軸１１２、偏心体１１４、３枚の外歯歯車（遊星回転部材）１１６、内歯歯車（リング部材）１１８、及び出力軸（１５０）を主な構成要素として備える。また、外歯歯車１１６の軸方向両サイドに第１支持フランジ１５０及び第２支持フランジ１６０を備える。なお、この実施形態では、第１支持フランジ１５０が出力軸として機能している。

前記入力軸１１２は、第１、第２支持フランジ１５０、１６０に組み込まれた軸受１５２、１６２によって回転自在に両持ち支持されている。この入力軸１１２は、中央に大径の中空部１１２Ａを備え（ホロー構造）、図示せぬモータのモータ軸とスプライン１１２Ｂを介して連結されている。

前記偏心体１１４は、入力軸１１２と一体的に成形されている。偏心体１１４は、３枚の外歯歯車１１６の軸方向位置に対応して３つの偏心部１１４Ａ〜１１４Ｃを備える。各偏心部１１４Ａ〜１１４Ｃの外周の中心ＯｅＡ〜ＯｅＣは、それぞれ入力軸１１２の軸心Ｏｉに対してΔＥだけ偏心している。また、各偏心部１１４Ａ〜１１４Ｃの偏心位相は互いに１２０度ずれている。

前記３枚の外歯歯車１１６（１１６Ａ〜１１６Ｃ）は、偏心体１１４の各偏心部１１４Ａ〜１１４Ｃに軸受１１７Ａ〜１１７Ｃを介してそれぞれ回転自在に装着されている。軸受１１７Ａ〜１１７Ｃは、それぞれ内輪１１７Ａ１〜１１７Ｃ１及びローラ１１７Ａ２〜１１７Ｃ２のみを有し、外輪は各外歯歯車１１６Ａ〜１１６Ｃと一体化されている。すなわち、外歯歯車１１６Ａ〜１１６Ｃが外輪の機能を兼用している。軸受１１７Ａ〜１１７Ｃは、入力軸１１２を支持している軸受１５２、１６２によってその軸方向の位置決めがなされている。なお、外歯歯車１１６が軸方向に３枚並列に配置されているのは、伝達容量の増大を意図したためである。各外歯歯車１１６は、該外歯歯車１１６を貫通する内ピン孔１３０を備える。

前記内歯歯車１１８は、遊星歯車減速装置１１０のケーシング１１１と一体化されている。ケーシング１１１は、この実施形態では外部部材に固定されている。内歯歯車１１８の内歯１１８Ａは、具体的にはローラ状のピンによって構成されている。

前記第１支持フランジ１５０及び第２支持フランジ１６０は、軸受１５４、１６４によってケーシング１１１にそれぞれ回転自在に支持されている。第１支持フランジ１５０には駆動対象である外部機器（図示略）が、図示せぬボルト等を用いて連結可能とされている。また、第１支持フランジ１５０は内ピン（遊星回転部材を貫通するピン）１４０を、（自身の一部として）一体的に備える。

各内ピン１４０の外周には内ローラ（摺動促進部材）１４２が回転自在に装着されている。即ち、内ピン孔１３０と内ピン１４０は、具体的にはこの内ローラ１４２を介して動力伝達を行う構成とされている。この実施形態のように、内歯歯車１１８が固定されるときには、該内ピン１４０を介して外歯歯車１１６の自転成分が取り出される。

この実施形態では、図２に示されるように、第１支持フランジ１５０と内ピン１４０とを一体物として成形するようにしている。また、内ピン１４０の後加工は、例えば、「外径ボーリング」と称される工作機械によって行っている。外径ボーリング１８１は、回転ヘッド１８２、該回転ヘッド１８２と一体化されたオフセッタ１８４、このオフセッタ１８４に取り付けられた一対の円筒体１８６、１８８とから主に構成される。一方の円筒体１８６には切削用のバイトチップ１９０が取り付けられている。他方の円筒体１８８は、バランスウエートとして機能する。オフセッタ１８４は、回転ヘッド１８２と一体化されることにより、内ピン１４０の軸線Ｃ１と一致する軸線Ｃ２を中心に回転可能である。又、回転ヘッド１８２はオフセッタ１８４及び円筒体１８６及び１８８ごとその全体が軸線Ｃ１（Ｃ２）に沿って進退動可能である。なお、２つの円筒体１８６、１８８は、オフセッタ１８４上における取り付け箇所がそれぞれ図示せぬスライドベース上を移動できるような構成とされており、両円筒体１８６、１８８の軸線Ｃ１（Ｃ２）からのオフセット量δ１が調節できるようになっている。

内ピン１４０の外周に形成する「連続した溝」Ｓ１は、この実施形態では外径ボーリング１８１のバイトチップ１９０の前進加工工程で形成される螺旋溝である。更に、この実施形態では、該外径ボーリング１８１による内ピン１４０の外周加工工程の最終段階で該外径ボーリング１８１を引き抜く際に（いわゆる戻り工程で）、バイトチップ１９０が内ピン１４０の外周に対して取る軌跡による螺旋溝Ｓ２をも、「連続した溝」として活用するようにしている。

図１に戻って、複数ある内ピン１４０のうちの一部（これでは数個程度）の内ピン１４０Ｎの端部には、穴１４６が形成されており、第２支持フランジ１６０側からノックピン１７０が打ち込まれる。ノックピン１７０は、パイプ状の部品である。また、ノックピン１７０の打ち込まれる内ピン１４０Ｎを含め、全ての内ピン１４０の端部に第２支持フランジ１６０側から連結ボルト１８０がねじ込まれている。ノックピン１７０を打ち込んだ内ピン１４０Ｎにおいては、連結ボルト１８０は該ノックピン１７０を貫通して当該内ピン１４０Ｎ内にねじ込まれるようになっている。

なお、図１の符号１８５は潤滑材としてのグリスを封入するための封入口、１８７はシール部材である。グリスの粘度等を考慮し、シール部材１８７は、この実施形態では１個のみ設けられている。

次に、この遊星歯車減速装置１１０の作用を説明する。

図示せぬモータ軸の回転により、入力軸１１２が回転すると、該入力軸１１２と一体化されている偏心体１１４が回転する。偏心体１１４の外周は入力軸１１２の軸心Ｏｉに対してΔＥだけ偏心されているため、該偏心体１１４の回転により軸受１１７Ａ〜１１７Ｃを介して３枚の外歯歯車１１６がそれぞれ１２０度の位相差をもって内歯歯車１１８に内接しながら揺動回転する。この例では、内歯歯車１１８がケーシング１１１と一体化され、かつ外部部材に固定されている。そのため、入力軸１１２が１回回転することによって外歯歯車１１６が１回揺動回転すると、該外歯歯車１１６は、内歯歯車１１８に対して両歯車１１６、１１８の歯数差に相当する分だけ相対的に回転（自転）する。

この相対回転（自転成分）は、内ピン孔１３０、内ローラ１４２、及び内ピン１４０を介して第１、第２支持フランジ１５０、１６０側に取り出される。外歯歯車１１６の揺動成分は、内ピン孔１３０と内ピン１４０（内ローラ１４２）との遊嵌によって吸収される。この結果、（内歯歯車１１８と外歯歯車１１６の歯数差）／（外歯歯車１１６の歯数）に相当する減速比を僅か一段で実現することができる。

この実施形態に係る遊星歯車減速装置１１０においては、第１支持フランジ１５０と駆動対象である外部機器（図示略）とを、図示せぬボルト等を用いて連結するようにしてあるため、結局、該第１支持フランジ１５０を介して外部機器を駆動することができる。

なお、第１支持フランジ１５０を固定して、ケーシング１１１自体を出力部材（いわゆる枠回転構造）として活用することも可能である。この場合には、前記内ピン１４０（及び内ローラ１４２）は、外歯歯車（遊星回転部材）１１６の自転を拘束する機能を提供することになる。

内ピン１４０は、第１支持フランジ１５０と当初から一体で成形されているため、部品点数を大きく削減でき、且つ、第１支持フランジ１５０に高精度な内ピン保持孔を形成する必要もない。また、バラバラに存在する内ピン１４０をこれらの内ピン保持孔に圧入する工程も必要ない。従って、コストを大きく低減できる。

ここで、本実施形態においては、内ピン１４０の外周には外径ボーリング１８１のバイトチップ１９０の前進加工工程によって形成された第１の連続した溝である螺旋溝Ｓ１が存在し、更に、該外径ボーリング１８１による前進加工工程を終了した戻り工程で内ピン１４０の外周に（第２の連続した溝である）螺旋溝Ｓ２が形成されるようになっている。

そのため、この螺旋溝Ｓ１、Ｓ２の存在により、従来と同様の粘度のグリスをそのまま使用した場合であっても、従来に比べて該グリスを内ピン１４０の外周と内ローラ１４２の内周で構成される摺動面により良好に供給することができる。

特に、螺旋溝Ｓ２は、螺旋溝Ｓ１を軸方向斜めに横断しているため、潤滑材の流動効率を一層高めることができる。

そのため、内ピン１４０に対して内ローラ１４２を殆ど隙間のない状態で装着したとしても、該内ローラ１４２を内ピン１４０の周りで円滑に回転させることができる。即ち、外歯歯車１１６から内ピン孔１３０、内ローラ孔１４２、内ピン１４０を経て、該内ピン１４０を一体的に支持している第１支持フランジ１５０へと動力が極めて円滑に伝達される。この結果、コストを低減しつつ、基本的性能を高く維持することができる。

更に、各内ピン１４０の端部には、各内ピン１４０の端部を連結する第２支持フランジ１６０が配置されているため、支持剛性が高く、運転中の内ピン１４０自体の「ぶれ」もほとんど生じない。また、経時的な支持剛性の低下も小さい。

また、内ピン１４０と第２支持フランジ１６０との連結に際しては、ノックピン１７０の打ち込みによって高精度な位置決めを行うことができる。さらに、この内ピン１４０と第２支持フランジ１６０との連結応力は、（例えば第２支持フランジ内に挿入された内ピン自体の剪断応力に頼るという構成ではなく）、連結ボルト１８０の連結力によって内ピン１４０と第２支持フランジ１６０のとの間に発生する摩擦力（及びノックピン１７０の剪断応力）によって確保されている。そのため、第２支持フランジ１６０に内ピン１４０の数に相当する高精度な内ピン保持孔を形成する必要がなく、また内ピン１４０自体に局所的な剪断負荷が加わるのを防止できる。

また、ノックピン１７０が中空とされているため、当該ノックピン１７０が打ち込まれた内ピン１４０Ｎについても連結ボルト１８０をねじ込むことが可能となっており、第２支持フランジ１６０と内ピン１４０とのより強固な連結を可能としている。

なお、上記実施形態の例においては、内ピンの周りに摺動促進部材（内ローラ）が被せられた構成が示されていたが、本発明においては、この摺動促進部材の存在は、必ずしも必須ではない。摺動促進部材が存在しない場合でも、内ピンの外周に連続した溝を形成することにより、該内ピンと外歯歯車の内ピン孔との摺動に関して、摺動点（摺動ライン）に、従来より良好に潤滑材を供給することができる。

一方、内ピンの周りに摺動促進部材が被せられた構成が採用された場合には、上記実施形態のように、内ピンの外周にのみ連続した溝を形成するようにしたものが本発明の範疇に属する。

また、上記実施形態における第２支持フランジは、必ずしも必須ではなく、例えば、図４、図５に示されるような片持支持の内ピン構造であってもよい。

さらには、上記実施形態においては、ピンの外周に２種類の連続した溝Ｓ１、Ｓ２を形成するようにしていたが、本発明においては、連続した溝を具体的にどのような加工方法によって形成するかについては特にこの例に限定されない。例えば、従来のように内ピンを別個に製造する場合には、旋盤を用いて該内ピンの外径を加工する際に形成される切削溝によって連続した溝を形成するようにしてもよい。

ところで、連続した溝を形成した後に、（該連続した溝が残存する範囲で）例えばローラバニシング加工を施す工程を追加すると、図３に示されるように、外径ボーリング加工あるいは旋盤加工において形成された細かな連続した溝（切削溝）Ｓ１（あるいはＳ２）の凸部（頂部）１９４Ａを押圧・塑性加工することができるようになり、連続した溝Ｓ１、Ｓ２の他に、内ピンの外周に極めて滑らかな平滑面Ｐ１を形成することができるようになる。また、同時に連続した溝Ｓ１（Ｓ２）の効果も得ることができる。

また、ローラバニシング加工を施す前に、高周波処理、あるいは窒化処理等の表面硬化処理を施すようにすると、ローラバニシング加工による鏡面処理効果を得ながら、同時に、外径ボーリング加工あるいは旋盤加工等において形成された連続した溝Ｓ１（Ｓ２）の凹部（底部）１９４Ｂの大半を、バニシングローラ加工によって押しつぶされた凸部１９４Ａに相当する部分の素材が埋めてしまうのを効果的に防止できる。即ち、連続した溝Ｓ１（Ｓ２）を残したまま、平滑面Ｐ２を形成することができるようになる。更に、切削で大体の径になるように加工を施し、バニッシングローラ加工により所望の径を得るようにすることで、ピンの外径精度を一層高めることができる。

なお、図３は、内ピン１４０の外周面の形状を模式的に示したものであり、実際の寸法は、例えば、各連続した溝Ｓ１のピッチＡが３０〜２００μｍ、Ｓ１（Ｓ２）の高さ（深さ）Ｂが３〜１０μｍ程度である。また、表面硬化処理及びローラバニシング加工を行った際にカットされる凸部（頂部）の高さは、２〜６μｍ程度である。

本発明は、上記実施形態のような揺動内接噛合型の遊星減速機構のみならず、既に述べたように、例えば単純遊星歯車減速機構にも適用可能である。単純遊星歯車減速機構の場合、遊星歯車（遊星回転部材）を貫通するピンは、遊星歯車の公転の阻止、または公転成分の取り出しを行う機能を有することになるが、その外周に於ける連続した溝の形成に関しては、上記実施形態と全く同様の作用効果が得られる。

また、歯車同士が噛合する遊星減速機構のみならず、ローラ同士が転動するトラクションドライブ型の遊星減速機構にも適用可能である。いずれの場合も、上記実施形態における効果と同様の効果が得られる。

なお、連続した溝は、必ずしもピンの端から端までつながっている必要はなく、又、ピンの一部（例えば遊星回転部材の幅部分）にのみ施されていても良い。

又、必ずしも複数種類の連続した溝を形成する必要もない。例えば、外径ボーリング加工を第１支持フランジ側から内ピン端部へ向かって施すことにより、連続した溝（螺旋溝）Ｓ１のみを形成しても良い。

更には比較的短かめの連続した溝を複数備えるような構成であってもよい。

従来この種の遊星減速機構が適用されていた分野には当然に適用可能である。むしろ、コストを殆ど増大させることなくより高い性能を確保することができるようになることから、適用の分野の一層の拡大が期待できる。

本発明の実施形態の一例が適用された遊星歯車減速装置の縦断面図 上記実施形態において、第１支持フランジと一体化された内ピンの外周を、外径ボーリングによって加工する様子を示した模式図 螺旋溝を形成した後に、表面固化処理工程及びローラバニシング加工工程を追加した場合の内ピンの外周面を模式化した一部拡大断面図 従来の遊星歯車減速装置の一例を示す縦断面図 図４の矢視Ｖ−Ｖ線に沿う断面図

符号の説明

１１０…遊星歯車減速装置
１１２…入力軸
１１４…偏心体
１１６…外歯歯車
１１８…内歯歯車
１３０…内ピン孔
１４０…内ピン
１４０Ｎ…ノックピンの打ち込まれる内ピン
１４２…内ローラ
１５０…第１支持フランジ（出力軸）
１６０…第２支持フランジ
１７０…ノックピン
１８０…連結ボルト
１８１…外径ボーリング
１８２…回転ヘッド
１８４…オフセッタ
１８６、１８８…円筒体
１９０…バイトチップ

Claims (4)

1. リング部材及び該リング部材に内接する遊星回転部材を備え、前記遊星回転部材を貫通するピンを介して該遊星回転部材の公転または自転の阻止、または、公転成分または自転成分の取り出しを行う遊星減速機構の遊星回転部材のピンの製造方法において、
   前記ピンを、前記遊星回転部材の軸方向側部に配置されるフランジ部材と一体的に成形する工程と、
   前記ピンの外周に、連続した溝を形成する工程と、を含み、
   前記連続した溝を形成する工程は、ピンの外周を加工する外径ボーリング工程を含む
   ことを特徴とする遊星減速機構の遊星回転部材のピンの製造方法。
2. 請求項１において、
   前記連続した溝を形成する工程が、２種類の連続した溝を形成する工程である
   ことを特徴とする遊星減速機構の遊星回転部材のピンの製造方法。
3. 請求項２において、
   前記２種類の連続した溝が互いに交差している
   ことを特徴とする遊星減速機構の遊星回転部材のピンの製造方法。
4. 請求項１において、
   前記外径ボーリング工程の前進加工工程において第１の連続した溝を形成し、戻り工程において前記第１の連続した溝に交差する第２の連続した溝を形成する
   ことを特徴とする遊星減速機構の遊星回転部材のピンの製造方法。

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