(57)【要約】【課題】低騒音・低振動な揺動内接噛合型遊星歯車減速機を提供する。【解決手段】内歯歯車１１８と、この内歯歯車１１８に対して噛合しつつ相対的に揺動回転する外歯歯車１０８と、を備えた揺動内接噛合型遊星歯車減速機１００であって、内歯歯車１１８又は外歯歯車の少なくとも一方の歯の原材料を、オーステンパ球状黒鉛鋳鉄で構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内歯歯車と、該内歯歯車に対して噛合しつつ相対的に揺動回転する外歯歯車と、を備えた揺動内接噛合型遊星歯車減速機であって、
前記内歯歯車又は前記外歯歯車の少なくとも一方の歯の原材料が、オーステンパ球状黒鉛鋳鉄である
ことを特徴とする揺動内接噛合型遊星歯車減速機。
【請求項２】
内歯歯車と、該内歯歯車に対して噛合しつつ相対的に揺動回転する外歯歯車と、を備えた揺動内接噛合型遊星歯車減速機であって、
前記内歯歯車と前記外歯歯車との噛合により生じた振動が当該減速機のケーシングへと伝搬する経路の途中に、Ｆｅ−Ａｌ系合金が配置されている
ことを特徴とする揺動内接噛合型遊星歯車減速機。
【請求項３】
請求項２において、
回転軸を支持する少なくとも１つ以上の軸受と前記ケーシングとの間に枕部材が配置され、該枕部材が前記Ｆｅ−Ａｌ系合金でできている
ことを特徴とする揺動内接噛合型遊星歯車減速機。
【請求項４】
内歯歯車と、該内歯歯車に対して噛合しつつ相対的に揺動回転する外歯歯車と、を備えた揺動内接噛合型遊星歯車減速機であって、
前記内歯歯車又は前記外歯歯車の少なくとも一方の歯の原材料が、オーステンパ球状黒鉛鋳鉄であり、
回転軸を支持する少なくとも１つ以上の軸受と当該減速機のケーシングとの間に枕部材が配置され、該枕部材がＦｅ−Ａｌ系合金でできている
ことを特徴とする揺動内接噛合型遊星歯車減速機。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記内歯歯車又は前記外歯歯車の少なくとも一方の歯が、円柱状又は円筒状部材で構成されている
ことを特徴とする揺動内接噛合型遊星歯車減速機。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記内歯歯車及び前記外歯歯車の歯が、何れも歯車本体と一体成形されている
ことを特徴とする揺動内接噛合型遊星歯車減速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内歯歯車と、該内歯歯車に対して噛合しつつ相対的に揺動回転する外歯歯車と、を備えた揺動内接噛合型遊星歯車減速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図２に示した揺動内接噛合型遊星歯車減速機（以下単に「減速機」という）Ｇ１が公知である（特許文献１参照）。減速機Ｇ１は、内歯歯車１０と、該内歯歯車１０に噛合しつつ揺動回転する外歯歯車５と、を備えている。又、入力軸１は軸受１２を介してケーシング１６から回転自在に支持されると共に、軸受１３を介してキャリア体１７から回転自在に支持されている。一方、出力軸２は、軸受１４、１５を介してケーシング１６から回転自在に支持されている。入力軸１の回転は偏心体３及び軸受（偏心体用軸受）４を介して外歯歯車５に伝達され、外歯歯車５を揺動回転させる。外歯歯車５は、外ピン１１（内歯歯車１０の歯に相当する）に噛合しているため、揺動しつつゆっくりと自転する。この自転成分が、内ピン７及び内ローラ８を介してキャリア体１７から取り出され、出力軸２から出力される。このような揺動内接噛合型の減速機は、コンパクトな上に１段で高減速比が確保できることから利用される分野は非常に幅広く、例えば、搬送装置の駆動に利用されたり、産業ロボットの関節駆動などの分野で利用されている。
【０００３】
更に、新規な技術の開発に伴い、又、社会の自動化への更なる要請とも相俟って、従来利用されていなかった分野への利用も期待されている。例えば、超微細加工技術の動力源に使用することを想定すれば、その技術分野の性質上、動力源には非常に高いレベルの防振性能が求められる。又、車椅子の電動化のように、従来手動で行なっていたものの電動化に伴い、減速機がより人間の生活圏内に近づいてくると、今までは問題とならなかったレベルの振動・騒音が問題点として顕在化する。
【０００４】
一方で、図３に示した防振合金ギア（以下単に「ギア」という）２４が公知である（特許文献２参照）。
【０００５】
このギア２４は、ギア穴２３を有しており、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の第１の防振合金２１と、Ｎｉ−Ｔｉ系の第２の防振合金２２とが組み合わされて構成されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１９０４０３号公報
【特許文献２】特開平５−３４０４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
減速機の運転時において発生する振動・騒音を防止するためには、例えば、減速機全体を防振・防音用の囲いで囲うことも考えられるが、これでは装置の大型化が必然である。又、振動・騒音を根本的に防ぐことにはなっていない。又、減速機の振動・騒音の一番の発生原因は、歯車と歯車の噛合部分である。そこで、当該噛合部分で発生する噛み合い周波数と他の部分（例えばケーシング）の固有振動数をずらすことで共振を防止し、結果的に装置全体の振動・騒音を低減することも考えられる。しかし、減速比や回転速度が変化すると共振点もずれてくるため汎用性・適応柔軟性に欠ける。
【０００８】
又、特許文献２に記載されている技術を用いて減速機の歯車を構成することも可能である。しかし同文献にて開示される歯車は、元々１つの部材からなる歯車を、目的達成のために無理に２種類の異なる防振合金を組み合わせて構成されているため、その製造工程が複雑であり（それぞれの原材料ごとに予備成形を行った後に組合せ成形がなされると記載されている）コストを要する。
【０００９】
本発明は、部品の設計変更等を最小限に抑えつつ、低コストで、低振動・低騒音な揺動内接噛合型遊星歯車減速機を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明で意図している揺動内接噛合型の遊星歯車減速機は、複数の歯が同時に転がり接触（又は滑り接触）しつつ噛み合うという構造をしている。本発明では、噛合部分で発生する振動（噛み合い振動）に着目し、この発生する振動自体を減じると共に、この振動が減速機内部の各部材を伝搬して外部へと伝達される過程にも目を向けて当該伝搬過程において振動を減衰させ、結果として低振動・低騒音化を図ろうとするものである。
【００１１】
振動の伝達経路としては、（１）噛合する歯車自身を経由した上で、偏心体、高速軸（入力軸）、高速軸用軸受を介してケーシングへと伝達される第１の経路と、（２）噛合する歯車自身を経由した上で、内ピン、キャリア体、低速軸（出力軸）、出力軸用軸受を介してケーシングへと伝達される第２の経路が考えられる。
【００１２】
そこで本発明は、噛合により発生する振動自体を予め軽減（減衰）させる目的で、内歯歯車と、該内歯歯車に対して噛合しつつ相対的に揺動回転する外歯歯車と、を備えた揺動内接噛合型遊星歯車減速機であって、前記内歯歯車又は前記外歯歯車の少なくとも一方の歯の原材料を、オーステンパ球状黒鉛鋳鉄（以下単に「ＡＤＩ」という場合がある）とすることによって上記課題を解決するものである。
【００１３】
ＡＤＩは、既存の揺動内接噛合型遊星歯車減速機における外歯歯車や内歯歯車（の少なくとも歯の部分）に用いられている軸受鋼（以下単に「ＳＵＪ２」という場合がある）に比べて、高い減衰能を有している。よって、噛合する部分をＡＤＩで構成することによって噛合部で発生する噛み合い振動そのものを低減できる。又、揺動内接噛合型の遊星歯車減速機においては、外歯歯車又は内歯歯車の少なくとも一方の「歯」が、例えばピン状（円柱状、円筒状）の別部材で構成されることも多い。この場合、「歯」の部分だけをＡＤＩで作ることが可能である。そうすればコスト面でも有利なことに加えて、振動を効果的に抑えるための調整範囲が広がる。これは、元々「歯」自体を別部材で構成可能な揺動内接噛合型遊星歯車減速機特有の利点であると言える。
【００１４】
一方で、ＡＤＩは、自身が有する黒鉛成分自体が潤滑性を有すると共に、潤滑油等の保油性能に優れているため、噛合面の潤滑性能を向上させる機能を有している。その結果、減速機の仕様によっては、わざわざ「歯」をピン状の別部材とすることで歯と歯の噛合を「滑り接触」から「転がり接触」へと変換する必要がなくなる。即ち、歯車本体と一体成形された「歯」同士の噛合でも十分な潤滑が可能となり、大幅なコストダウンを図ることも可能となる。
【００１５】
又、上記で示した（１）の経路（２）の経路のいずれにおいても、最終的には回転軸（入力軸、出力軸等）を支持する軸受を介してケーシングへと振動が伝搬され、ケーシングが振動することで騒音を発生している。そこで本発明は、内歯歯車と、該内歯歯車に対して噛合しつつ相対的に揺動回転する外歯歯車と、を備えた揺動内接噛合型遊星歯車減速機であって、前記内歯歯車と前記外歯歯車との噛合により生じた振動が当該減速機のケーシングへと伝搬する経路の途中に、Ｆｅ−Ａｌ系合金を配置した構成とすることによって、上記課題を解決するものである。例えば、回転軸を支持する少なくとも１つ以上の軸受と前記ケーシングとの間に枕部材を配置し、当該枕部材をＦｅ−Ａｌ系合金とすることが考えられる。
【００１６】
軸受（の外輪）を支持する部分は、転がり接触が発生する部分等に比べて強度や耐久性が求められることがなく、又、潤滑も問題とならない。そこで、より減衰能に優れた部材（Ｆｅ−Ａｌ系合金）を枕部材として配置することで、伝搬してきた振動をケーシングの手前で大きく減衰させることが可能となる。これによりケーシングの振動を低減でき、又、騒音も低減することが可能となる。なお、Ｆｅ−Ａｌ系合金は強度こそ前述のＡＤＩに比べ劣るが、減衰能は非常に優れている（２．４％）。
【００１７】
勿論これらを相乗的に適用して、内歯歯車と、該内歯歯車に対して噛合しつつ相対的に揺動回転する外歯歯車と、を備えた揺動内接噛合型遊星歯車減速機であって、前記内歯歯車又は前記外歯歯車の少なくとも一方の歯の原材料を、オーステンパ球状黒鉛鋳鉄とし、回転軸を支持する少なくとも１つ以上の軸受と当該減速機のケーシングとの間に枕部材を配置し、該枕部材をＦｅ−Ａｌ系合金で構成することで、更なる低振動・低騒音化が期待できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明を適用することにより、揺動内接噛合型遊星歯車減速機の運転時における振動・騒音が低下する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態の一例である揺動内接噛合型遊星歯車減速機（以下単に「減速機」という）１００の側断面図である。
【００２１】
減速機１００は、入力軸１０２に入力された回転を後述する機構により減速した上で出力軸１２６へと出力する。この入力軸１０２には、例えば電動モータなどの動力源が連結されて使用される。一方、出力軸１２６には、相手機械が連結されて使用されることとなる。
【００２２】
入力軸１０２は、自身の一部を当該減速機１００から突出させた状態で配置されている。又、入力軸１０２は、軸方向の異なる位置で２つの軸受（第１軸受１３０、第２軸受１３２）によって回転可能に支持されている。又、入力軸１０２はこの２つの軸受（第１軸受１３０、第２軸受１３２）の略中間の位置で偏心体１０４と連結固定されている。この偏心体１０４の軸心は、入力軸１０２の軸心Ｏ１に対して所定量だけ偏心している。又、偏心体１０４は、スペーサ１６０、１６２によってその軸方向位置が規制されている。又、偏心体１０４は、偏心体用軸受１０６を介して外歯歯車１０８の中心孔１０８Ｃに嵌合している。この外歯歯車１０８は、内歯歯車１１８に噛合している。外歯歯車１０８の歯の数と内歯歯車１１８の歯の数とは、僅少な差（１乃至３程度）を有するように構成されている。なお、減速機１００においては、外歯歯車１０８が２枚の構成とされており、軸方向に並べて配置されている。又、２枚の外歯歯車１０８の間にはスペーサ（サシワ）１１０が配置されており、２枚の外歯歯車１０８の間隔を調整している。
【００２３】
内歯歯車１１８は、内歯歯車本体１１６と「歯」に相当する外ピン１１２及び外ローラ１１４とから構成されている。なお、内歯歯車本体１１６は、当該減速機１００のケーシングの一部としても機能している（詳細は後述）。外ローラ１１４は円筒状の部材で構成され、この外ローラ１１４の中空部分に円柱状の外ピン１１２が挿入された状態で配置されている。又、外ローラ１１４は外ピン１１２に対して回転可能である。又、外歯歯車１０８、外ローラ１１４及び外ピン１１２は、オーステンパ球状黒鉛鋳鉄（以下単に「ＡＤＩ」という）をその原材料として構成されている。
【００２４】
外歯歯車１０８の内ピン孔１０８Ｕには、内ピン１２０及び内ローラ１２２が遊嵌された状態で配置されている。内ピン１２０は出力軸１２６の方向に延在しており、この延在部分がキャリア体１２４に嵌合している。キャリア体１２４は出力軸１２６と一体的に形成されている。
【００２５】
前述した通り、入力軸１０２は２つの軸受（第１軸受１３０、第２軸受１３２）によって回転可能に支持されている。第１軸受１３０は入力軸１０２を支持すると共に、エンドカバー１５２からＦｅ−Ａｌ系合金で作成された第１枕部材１３１を介して支持されている。又、第２軸受１３２は入力軸１０２を支持すると共に、キャリア体１２４からＦｅ−Ａｌ系合金で作成された第２枕部材１３３を介して支持されている。
【００２６】
一方、出力軸１２６は、第３軸受１３４及び第４軸受１３６を介してフロントカバー１５０に対して回転自在に支持されている。又、第３軸受１３４（の外輪）及び第４軸受１３６（の外輪）は、それぞれ、Ｆｅ−Ａｌ系合金で作成された第３枕部材１３５及び第４枕部材１３７を介してフロントカバー１５０に当接して支持されている。
【００２７】
又、本実施形態においては、フロントカバー１５０と、エンドカバー１５２と、内歯歯車本体１１６とで当該減速機１００のケーシング１５４を構成している。なお、これらフロントカバー１５０、エンドカバー１５２、内歯歯車本体１１６は、ボルト１８０によって連結固定されている。
【００２８】
なお、符号１４０、１４２はオイルシールであり、符号１５６はカラーである。
【００２９】
次に減速機１００の作用について説明する。
【００３０】
入力軸１０２を介して動力源からの動力が伝達されると、入力軸１０２に連結固定された偏心体１０４も偏心回転する。その結果、偏心体用軸受１０６を介して嵌合している外歯歯車１０８を揺動回転（内歯歯車１１８に対する相対回転）させる。このとき外歯歯車１０８は、内歯歯車１１８とも噛合しているため、当該噛合によって自身の回転が規制され、殆ど揺動のみを行うことになる。但し、外歯歯車１０８の歯の数と内歯歯車１１８の歯（外ピン１１２及び外ローラ１１４）の数は、僅少の差（３乃至４程度）を有するように構成されているため、外歯歯車１０８が１回揺動する毎に当該歯数差分だけ自転（内歯歯車１１８に対する相対回転）することになる。この自転成分が、内ピン孔１０８Ｕに遊嵌する内ピン１２０及び内ローラ１２２を介してキャリア体１２４によって取り出される。このとき外歯歯車１０８の揺動成分は、内ピン孔１０８Ｕに対する内ピン１２０及び内ローラ１２２の遊嵌によってキャンセルされ、自転成分のみが取り出されることになる。この時点で入力軸１０２の回転が、（外歯歯車１０８と内歯歯車１１８の歯数差）／（外歯歯車の歯の数）にまで減速されることになる。このキャリア体１２４のゆっくりとした回転は、当該キャリア体１２４と一体的に形成された出力軸１２６へと伝達され、図示せぬ相手機械へと伝達されることになる。
【００３１】
減速機１００においては、外歯歯車１０８、外ピン１１２、外ローラ１１４がいずれも高減衰材料であるＡＤＩをその原材料として構成されているため、外歯歯車１０８と内歯歯車１１８との噛合部分で発生する噛み合い振動そのものを低減することができる。ＡＤＩは、既存の揺動内接噛合型遊星歯車減速機における外歯歯車や内歯歯車（の少なくとも歯の部分）に用いられている軸受鋼（以下単に「ＳＵＪ２」という場合がある）に比べて、約２倍近くの減衰能を有している。具体的には、ＳＵＪ２の減衰能が０．３％であるのに対して、ＡＤＩの減衰能は０．５％を発揮する。よって、噛合する部分をＡＤＩで構成することによって噛合部で発生する噛み合い振動そのものを低減できる。又、外歯歯車１０８、外ピン１１２、外ローラ１１４等は部品の性質上、外歯歯車や内歯歯車には相当程度の強度が求められる。この点ＡＤＩは、ＳＵＪ２と比較しても歯として十分に機能しうる程度に優れた強度を有している。又、ＡＤＩは、自身を構成する黒鉛が潤滑機能を有すると共に、潤滑油の保油性能にも優れているため、このような噛合部分への適用により、少量の潤滑油での運転が可能となるメリットもある。
【００３２】
又、上記のように噛み合い振動の発生自体を抑えた場合でも、多少の噛み合い振動は不可避的に発生してしまう。しかし、発生した噛み合い振動が偏心体用軸受１０６、偏心体１０４、入力軸１０２を介して第１軸受１３０へと伝達（第１の経路）されても、当該第１軸受１３０（の外輪）とケーシング１５４との間には、高減衰材料であるＦｅ−Ａｌ系合金で作られた第１枕部材１３１が配置されているため、伝搬してきた振動は、この第１枕部材１３１を伝搬する際に大きく減衰されてしまう。一方、内ローラ１２２、内ピン１２０及びキャリア体１２４を介して出力軸１２６へと伝達（第２の経路）された噛み合い振動は、第３軸受１３４及び第４軸受１３６を介してケーシング１５４を構成するフロントカバー１５０へと伝搬されることとなる。ここでも第３軸受１３４（の外輪）とフロントカバー１５０との間には、高減衰材料であるＦｅ−Ａｌ系合金で作られた第３枕部材１３５が配置されており、同様に第４軸受１３６（の外輪）とフロントカバー１５０との間にも、高減衰材料であるＦｅ−Ａｌ系合金で作られた第４枕部材１３７が配置されているため、これらの枕部材１３５、１３７を伝搬する際に振動は大きく減衰され、フロントカバー１５０へと伝達されることになる。
【００３３】
このように、減速機１００においては、噛合部分に高減衰材料であるＡＤＩを用いて噛み合い振動自体の発生を抑えると同時に、噛み合い振動の伝搬の過程に高減衰材料であるＦｅ−Ａｌ系合金できた枕部材を配置することによって、減速機の内部（噛合部分）で発生した振動が減速機１００のケーシング１５４へと伝搬するのを防止して、結果、大きな振動・騒音が発生することを防止している。
【００３４】
なお、減速機１００では、外歯歯車、外ピン、外ローラのいずれもがＡＤＩで作られていたが、このうちの一部の部材のみをＡＤＩで構成してもよい。又、場合によっては他の部材と組み合わせて構成してもよい。特に、本実施形態のように、内歯歯車が「本体」と「歯」とに分離されている構成の場合には、歯車全体をＡＤＩ製としなくともよく、例えば「歯」の部分だけをＡＤＩとすることが可能となる。これはコスト面でも有利なことに加えて、振動を効果的に抑えるための調整範囲が広がることも意味している。これは、元々「歯」自体を例えばピン状（円柱状）の別部材で構成できる揺動内接噛合型遊星歯車減速機特有の利点であると言える。
【００３５】
一方、減速機１００では、第１乃至第４軸受のそれぞれの外輪が、高減衰材料であるＦｅ−Ａｌ系合金で作られた第１乃至第４枕部材を介して支持されていたが、試験等によって効果の高い部分にだけ適用することも勿論可能である。適用しようとする減速機の大きさ、回転数、トルク等の仕様に応じて、適宜選定するのが望ましい。又、減速機１００においては、噛合部分にＡＤＩを用いており、更に、振動の伝搬経路の途中にＦｅ−Ａｌ系合金を用いているが、このうちの一方のみを採用することも勿論可能である。
【００３６】
減速機１００では、外歯歯車１０８との接触抵抗を軽減する目的で、内歯歯車１１８が、「内歯歯車本体１１６」と「歯（外ローラ１１４、外ピン１１２）」とに分かれて構成されていた。即ち、「歯」を円柱状（又は円筒状）の部材で構成することで、外歯歯車１０８の内歯歯車１１８に対する接触態様を、「滑り接触」から「転がり接触」へと変換して接触抵抗を軽減する構成とされていた。しかしながら、噛合部分にＡＤＩを用いることで潤滑性能が向上すれば、減速機の仕様によっては、このような複雑な機構を用いずとも十分な伝達効率を確保することができるようになる。即ち、わざわざ「歯」をピン状の別部材とせずに歯車本体と一体成形でき、大幅なコストダウンを図ることも可能となる。
【００３７】
なお、減速機１００では、内歯歯車１１８側が「本体」と「歯」とに分離されて別部材で構成されていたが、これとは逆に、外歯歯車１０８側が「本体」と「歯」とに分離されて別部材で構成されていてもよい。又、両方の歯車が「本体」と「歯」とに分離されて別部材で構成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
超微細加工技術の駆動源としての利用や、電動車椅子、家庭用エレベータの駆動源としての利用等、様々な分野への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態の一例である揺動内接噛合型遊星歯車減速機の側断面図
【図２】特許文献１に記載のある揺動内接噛合型遊星歯車減速機の側断面図
【図３】特許文献２に記載のある防振合金ギア
【符号の説明】
【００４０】
１００…揺動内接噛合型遊星歯車減速機
１０２…入力軸
１０４…偏心体
１０６…偏心体用軸受
１０８…外歯歯車
１０８Ｃ…中心孔
１０８Ｕ…内ピン孔
１１０…スペーサ（サシワ）
１１２…外ピン
１１４…外ローラ
１１６…内歯歯車本体
１１８…内歯歯車
１２０…内ピン
１２２…内ローラ
１２４…キャリア体
１２６…出力軸
１３０…第１軸受
１３１…第１枕部材
１３２…第２軸受
１３３…第２枕部材
１３４…第３軸受
１３５…第３枕部材
１３６…第４軸受
１３７…第４枕部材
１４０、１４２…オイルシール
１５０…フロントカバー
１５２…エンドカバー
１５４…ケーシング
１５６…カラー
１６０、１６２…スペーサ
１８０…ボルト
【図１】
2008008437.tif 000003
【図２】
2008008437.tif 000004
【図３】
2008008437.tif 000005