JP5608374B2 - 歯車伝動装置 - Google Patents

Description

本発明は偏心揺動型の歯車伝動装置に関する。特に、相対的に偏心回転する外歯歯車に噛み合う内歯歯車の構造に関する。

内歯歯車と外歯歯車が噛み合いながら、一方が他方に対して偏心回転する構造を有する歯車伝動装置が知られている。そのような歯車伝動装置は、偏心揺動型と呼ばれることがある。偏心揺動型の歯車伝動装置では、内歯歯車の歯数と外歯歯車の歯数が異なる。外歯歯車が偏心回転するタイプの場合、外歯歯車はキャリアに支持される。両者が噛み合いながら外歯歯車が偏心回転すると、両者の歯数差に応じて、キャリアが内歯歯車に対して相対的にゆっくり回転する。そのような歯車伝動装置の一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１に例示されているように、内歯歯車は、ケースの内周面に周方向に形成された複数の溝と、各溝に挿入される円柱状部材で構成されることが多い。なお、内歯歯車が偏心回転するタイプの歯車伝動装置では、内歯歯車がキャリアに支持される。内歯歯車の偏心回転に伴って、キャリアが内歯歯車に対して相対的にゆっくり回転する。

特開平５−１８０２７８号公報

歯車伝動装置では、内歯歯車と外歯歯車の磨耗を抑制するために、ケース内に潤滑剤が封入される。外歯歯車が完全に潤滑剤に浸っているタイプもあるが、外歯歯車の一部のみが潤滑剤に浸っているタイプもある。後者の場合、外歯歯車と内歯歯車の相対回転に伴って、潤滑剤がケース内を移動し、潤滑剤が歯車全体に行き渡る。

特許文献１の図３によく示されているように、外歯歯車と内歯歯車が噛み合う箇所では、外歯歯車の歯先とケースの内周面との隙間が狭まる。そのため、内歯歯車と外歯歯車の間から潤滑剤が押し出される。その結果、ケース内周面（内歯歯車の歯の間）に残る潤滑剤の量は多くはない。一般に、偏心揺動型の歯車伝動装置はギア比が高いので、潤滑剤に浸っている部分（内歯歯車の歯、あるいは、外歯歯車の歯）が一周するスピードが極めて遅い。すなわち、潤滑剤の供給スピードが遅い。偏心揺動型の歯車伝動装置では、内歯歯車の歯の間（ケース内周面）に、より多くの潤滑剤を保持することができる構造が望まれる。

上記したように、偏心揺動型の歯車伝動装置では、外歯歯車が偏心回転するタイプと内歯歯車が偏心回転するタイプとがある。以下の説明では、外歯歯車が偏心回転するタイプについて説明する。また、外歯歯車が偏心回転するタイプの場合、外歯歯車が偏心回転しつつキャリアが回転するタイプと、外歯歯車の偏心回転に伴って内歯歯車が回転するタイプがある。以下の説明では、外歯歯車が偏心回転しつつキャリアが回転するタイプについて説明する。なお、本発明が開示する技術は、上記した全てのタイプの歯車伝動装置に適用することができる。

本明細書が開示する技術は、従来の歯車伝動装置と比較して、より多くの潤滑剤を保持することができる歯車伝動装置を提供する。その歯車伝動装置は、内歯歯車と、内歯歯車に噛み合いながら内歯歯車に対して相対的に偏心回転する外歯歯車を備える。内歯歯車は、ケースの内周面に周方向に並んで形成されている第１窪みと、第１窪みに挿入される円柱状部材とで構成される。さらに、ケースの内周面に、第１窪みの中心から、周方向に沿って外歯歯車の歯のピッチに相当する範囲内に、第２窪みが形成されている。このような歯車伝動装置では、内歯歯車と外歯歯車が噛み合っている箇所においても、潤滑剤を第２窪み内に保持することができる。

本明細書が開示する歯車伝動装置の一実施形態では、上記した第２窪みが、第１窪みの中心から外歯歯車の歯のピッチの半分に相当する距離の位置に形成されていてよい。歯車伝動装置が適用される装置によっては、出力回転として正逆両方の回転が要求されることがある。すなわち、外歯歯車（キャリア）が、一方向（正方向）に回転するだけでなく、逆方向に回転することもある。第２窪みが上記した位置に形成されていれば、正逆どちらに回転しても、外歯歯車の歯先と窪みの相対的な動きが同じになる。従って、第２窪み付近での潤滑剤の流れ方に、回転方向に依存した偏りがない歯車伝動装置を実現できる。

本明細書が開示する技術によれば、内歯歯車の歯の間に多くの潤滑剤を保持しておくことができる歯車伝動装置を提供することができる。

歯車伝動装置の断面図を示す。 図１の破線IIで囲った範囲の拡大断面図を示す。

図１は、歯車伝動装置１００をその軸方向に直交する面で切った断面図を示している。図面を明瞭にするため、一部の部品については、断面を表すためのハッチングを省略している。歯車伝動装置１００は、外歯歯車２と内歯歯車５を備えている。内歯歯車５は、歯車伝動装置１００のケース４と内歯ピン６で構成されている。なお、内歯ピン６は、円柱状部材の一例である。内歯ピン６は、ケース４の円柱状の内周面に形成された溝に挿入されている。内歯歯車５の詳細については後述する。

外歯歯車２には貫通孔１４、１６及び２２が形成されている。貫通孔１４は３つ形成されており、偏心体１２が、夫々の貫通孔１４に円筒ころ軸受１０を介して係合している。偏心体１２は、クランクシャフト８に形成されている。クランクシャフト８は、図面に直交する方向、すなわち、歯車伝動装置１００の軸方向に延びている。符号８ａがクランクシャフト８の軸線を示している。クランクシャフト８の両端は、キャリアに回転可能に支持されている。キャリアは、外歯歯車２の軸方向の両側に位置する一対の円板（図示省略）と、その一対の円板を連結するシャフト１８で構成される。クランクシャフト８の各端は、一対の円板の夫々に支持されている。

貫通孔１６は３つ形成されており、夫々の貫通孔１６には、上記したシャフト１８が通過している。シャフト１８はキャリアの一部であるので、以下の説明では、シャフト１８をキャリア１８と称することもある。シャフト１８にはボルト孔２０が設けられている。ボルト孔２０を利用して、シャフト１８が、上記した円板にボルト締めされる。貫通孔２２は、歯車伝動装置１００を軸方向に貫通している。貫通孔２２内には、配線、配管等を通過させることができる。

クランクシャフト８が回転すると、偏心体１２が軸線８ａの周りを偏心回転する。偏心体１２に係合している外歯歯車２が、内歯歯車５に噛み合いながら偏心回転する。歯車伝動装置１００では、全ての内歯歯車５の歯（内歯ピン６）は、常に、外歯歯車２に接している。すなわち、外歯歯車２は、内歯歯車５との噛み合いの程度を変化させながら、内歯歯車５に対して偏心回転する。外歯歯車２の歯数と内歯歯車５の歯数（内歯ピン６の数）は異なる。そのため、外歯歯車２が偏心回転すると、外歯歯車２と内歯歯車５の歯数差に応じて、外歯歯車２を支持しているキャリア１８が回転する。すなわち、クランクシャフト８が回転すると、キャリア１８がケース４に対して相対的に回転する。キャリア１８が、歯車伝動装置１００の出力軸に相当する。

上記したように、クランクシャフト８の回転に伴って、キャリア１８がケース４の内側で回転する。例えば出力軸の軸線が水平となるように歯車伝動装置が配置される場合、外歯歯車２の回転によって潤滑剤が運ばれる。そのため、ケース４内に外歯歯車２の一部が浸る量の潤滑剤が注入されていれば、内歯歯車５の歯の間（ケース４の内周面）の全てに潤滑剤が運ばれる。

図２を参照し、内歯歯車５について説明する。図２は、図１の破線IIで囲った範囲の拡大図であり、外歯歯車２と内歯歯車５がしっかり噛み合っている箇所を示している。上記したように、内歯歯車５は、ケース４と内歯ピン６によって構成される。ケース４の内周面３０に、複数のピン溝３６が周方向に並んで形成されている。複数のピン溝３６は、内周面３０の周方向に等間隔に形成されている。ピン溝３６には、内歯ピン６が挿入されている。ピン溝３６のピッチ（内歯歯車５の歯のピッチ）Ｐａは、外歯歯車２の歯のピッチＰｂに等しい。そのため、外歯歯車２と内歯歯車５がしっかり噛み合っている箇所においては、隣り合う内歯ピン６の間に外歯歯車２の歯先が位置する。別言すると、隣り合うピン溝３６の間に外歯歯車２の歯先が位置する。

オイル溝３８が、隣り合うピン溝３６の間でケース４の内周面３０に形成されている。ピン溝３６は「第１窪み」の一例であり、オイル溝３８は「第２窪み」の一例である。オイル溝３８は、潤滑剤を溜めるために設けられる。オイル溝３８は、円形の窪みであってもよいし、歯車伝動装置１００の軸方向に沿って延びる窪みであってもよい。また、ピン溝３６及びオイル溝３８は、歯車伝動装置１００の軸方向に沿って、ケース４の内周面の両端にまで延びていてもよい。オイル溝３８は、ケース４の内周面３０に形成された窪みであれば、いかなる形状であってもよい。

本実施例のオイル溝３８は、ケース４の周方向に沿って、ピン溝３６の中心から外歯歯車２のピッチＰｂの半分に相当する距離の位置に形成されている。すなわち、オイル溝３８は、隣り合う２つのピン溝３６の中点に形成されている。図２に示すように、外歯歯車２と内歯歯車５がしっかり噛み合っている箇所では、外歯歯車２の歯底は、内歯ピン６の中心（すなわち、ピン溝３６の中心）に対向する。外歯歯車２の歯先は、オイル溝３８に対向する。外歯歯車２の歯先がケース４の内周面３０に接近しても、オイル溝３８内に潤滑剤を保持することができる。仮にオイル溝３８が形成されていないと、外歯歯車２の歯先がケース４の内周面３０に近接したときに、潤滑剤が、隣り合う２本の内歯ピン６とそれらの間のケース内周面３０で画定される空間から押し出される。本実施例の歯車伝動装置１００では、内歯歯車５の内周面に潤滑剤を保持するためのオイル溝３８を形成しているので、内歯歯車５の歯と歯の間に多量の潤滑剤を保持することができる。その結果、従来の歯車伝動装置よりも、内歯歯車５と外歯歯車２の磨耗を抑制することができる。

なお、オイル溝３８を形成する位置は、ピン溝３６の中心から外歯歯車２のピッチＰｂに相当する範囲内であればよい。すなわち、オイル溝３８は、隣り合うピン溝３６の間であれば、どの位置に形成されていてもよい。オイル溝３８の位置に関わらず、ケース４の内周面３０に潤滑剤を保持することができる。但し、好ましくは、オイル溝３８を形成する位置は、上記したとおり、隣り合う２つのピン溝３６の中点である。歯車伝動装置１００では、外歯歯車２の歯先は、隣り合う２つのピン溝３６の中点に対向する。すなわち、隣り合う２つのピン溝３６の中点において、外歯歯車２の歯先がケース４の内周面３０に最も接近する。そのような位置にオイル溝３８を設けることによって、オイル溝３８内の潤滑剤が外歯歯車２に供給され易くなり、内歯歯車５と外歯歯車２の間の油膜切れを起こり難くすることができる。

また、歯車伝動装置を適用する装置によっては、歯車伝動装置１００の外歯歯車２（キャリア１８）がケース４に対して正回転したり、逆回転したりする。例えば歯車伝動装置がロボットの関節に用いられる場合、歯車伝動装置には正逆両方向の回転が要求される。そのため、外歯歯車２の歯先がケース４の内周面３０に対して、図２の紙面右側から近づくこともあれば、左側から近づくこともある。オイル溝３８が隣り合う２つのピン溝３６の中点に形成されていれば、外歯歯車２が正逆いずれの方向に回転しても、左右の方向の違いはあるものの、外歯歯車２の歯先とオイル溝３８の相対的な動きが同じになる。すなわち、正逆いずれの方向に回転しても、流れの方向の相違はあるものの、オイル溝３８付近での潤滑剤の流れ方が同じになる。オイル溝３８を隣り合う２つのピン溝３６の中点に形成することによって、オイル溝３８に保持される潤滑剤の量に、外歯歯車２の回転方向に依存した偏りが生じることがない。

図１に示すように、歯車伝動装置１００では、全てのピン溝３６に内歯ピン６が嵌め込まれている。そのため、外歯歯車２から内歯歯車５に大きなトルクを伝達することができる。より詳細に説明すると、全てのピン溝３６に内歯ピン６が嵌め込まれていれば、外歯歯車２と内歯歯車５とが噛み合う延べ面積が増大する。その結果、外歯歯車２と内歯歯車５の間で大きなトルクを伝達することができる。このことは、同じトルクを伝達する場合、外歯歯車２と内歯ピン６とが噛み合う延べ面積が大きいほど、歯車に加わる負荷が小さくなることを意味する。歯車に加わる負荷が小さいと、例えばノイズが小さくなる。

歯車伝動装置１００では、等間隔に形成されているピン溝３６の幾つかには内歯ピン６を挿入しない場合がある。そのような場合、隣接する内歯ピン６の間に、外歯歯車２の歯先が２つ以上位置することになる。そのような場合でも、オイル溝３８が、ピン溝３６の中心から外歯歯車の歯のピッチＰｂに相当する範囲内に形成されていれば、内歯歯車５と外歯歯車２の間の油膜切れを生じ難くすることができる。

なお、幾つかの内歯ピン６を取り外した場合、潤滑剤は、ピン溝３６内にも保持され得る。しかしながら、上記したように、内歯歯車５と外歯歯車２が接近した箇所では、ピン溝３６には外歯歯車２の歯底が対向し、オイル溝３８には外歯歯車２の歯先が対向する。ケース４の内周面３０との隙間が最も小さくなる外歯歯車２の歯先が対向する位置にオイル溝３８を設ける方が、内歯歯車５と外歯歯車２の間の油膜切れ発生を効果的に抑制することができる。

なお、隣接するピン溝間の全てにオイル溝を形成することが好ましいが、オイル溝は、隣接するピン溝間の幾つかにだけ形成してもよい。あるいは、鉛直方向に対する内歯歯車（ケース）の向きが予め定められている場合には、内歯歯車の潤滑剤に浸らない部分にだけオイル溝を形成してもよい。上記したように、外歯歯車と内歯歯車は相対的に回転する。隣接するピン溝間の全てにオイル溝を形成しなくても、外歯歯車（キャリア）の回転に伴って、オイル溝から、あるいは、潤滑剤に浸っている部分から、潤滑剤が他の部分へ運ばれる。また、上記実施例では、隣接するピン溝の間に１つのオイル溝が形成されているが、隣接するピン溝の間に複数のオイル溝を形成してもよい。

偏心揺動型の歯車伝動装置についての留意点を述べる。上記したように、歯車伝動装置１００では、ケース４の内周面３０に形成したピン溝３６と、内歯ピン６によって内歯歯車５を形成している。そのようなタイプの内歯歯車を以下、内歯ピン式歯車と称する。内歯ピンは、ピン溝内で回転することができる。そのため、円弧状に湾曲している歯面であっても、内歯歯車と外歯歯車の間ですべりが生じないので、内歯ピン式歯車はトルク伝達特性や静音性に優れている。そのため内歯ピン式歯車は、偏心揺動型の歯車伝動装置に好適であり、よく用いられる。従来、ケース内周面の形状については、ピン溝以外に注意が払われていなかったことに留意されたい。

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。

２：外歯歯車
４：ケース
５：内歯歯車
６：内歯ピン（円柱状部材）
３６：第１窪み（ピン溝）
３８：第２窪み（オイル溝）
１００：歯車伝動装置

Claims (3)

1. 内歯歯車と、内歯歯車に噛み合いながら内歯歯車に対して相対的に偏心回転する外歯歯車と、を備える歯車伝動装置であって、
   前記内歯歯車が、ケースの内周面に周方向に並んで形成されている第１窪みと、その第１窪みに挿入される円柱状部材とで構成されており、
   隣り合う第１窪みの間に形成されているとともに歯車伝動装置の軸線に沿って延びている第２窪みが、ケースの内周面に形成されており、
   第２窪みは、内歯歯車と外歯歯車が最も近接しているときに外歯歯車の歯先が対向する位置に形成されていることを特徴とする歯車伝動装置。
2. 前記第２窪みが、第１窪みの中心からケースの周方向に沿って外歯歯車の歯のピッチの半分に相当する距離の位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の歯車伝動装置。
3. 前記第２窪みのサイズが、第１窪みのサイズと異なる請求項１又は２に記載の歯車伝動装置。

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