(57)【要約】【課題】高精度な加工・組み付けの負担を軽減しながら、小さなバックラッシの下でも円滑に運転することを可能とし、伝達ロスの低減、騒音の低減や脈動の抑制を図る。【解決手段】減速機Ｇ１は、僅少の歯数差を有する外歯歯車１３０および内歯歯車を備え、揺動成分の吸収および自転成分の取り出しを行うための機構が、外歯歯車１３０に形成した内ピン孔１５０と、該内ピン孔１５０に遊嵌された内ピンと、を備えた構造とされている。前記内ピン孔１５０は、半径Ｒ１の真円部Ｃ１と、拡張部Ｓ１ａ、Ｓ１ｂとからなる。拡張部Ｓ１ａ、Ｓ１ｂは、真円部Ｃ１の中心０３から外歯歯車１３０の半径方向Ｘにずれた中心０４を有する半径Ｒ２の第２の真円Ｃ２で形成されている。【選択図】      図３
2004301274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
僅少の歯数差を有する外歯歯車および内歯歯車を備え、外歯歯車又は内歯歯車の一方の歯車の自転を拘束した状態でいずれかの歯車を相手側の歯車に対して偏心揺動させ、この偏心揺動の際の外歯歯車および内歯歯車の相対揺動成分を吸収しながら自転の拘束されていない側の歯車に発生する当該自転成分を出力として取り出す内接噛合遊星歯車装置において、
前記相対揺動成分の吸収および自転成分の取り出しを行うための機構が、揺動する歯車に形成した内ピン孔と、該内ピン孔に遊嵌され前記外歯歯車と内歯歯車との偏心量相当分の軸心のずれを吸収可能な内ピンと、を備えた構造とされ、且つ、
前記内ピン孔が、真円部と、該真円部の前記内ピン孔が形成されている歯車の半径方向に拡大形成した拡張部と、によって形成されている
ことを特徴とする内接噛合遊星歯車装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記拡張部が、前記真円部の中心から前記半径方向にずれた中心を有する第２の真円で形成されている
ことを特徴とする内接噛合遊星歯車装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記真円部から前記拡張部が拡大形成されている範囲が、前記真円部の中心角７０°〜９０°の範囲とされている
ことを特徴とする内接噛合遊星歯車装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記拡張部が、前記半径方向に長径を有し、且つ短径が前記真円部の直径と一致している楕円で形成されている
ことを特徴とする内接噛合遊星歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内接噛合遊星歯車装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、産業用ロボットの関節駆動装置やコンベア等の駆動装置には、僅少の歯数差を有する外歯歯車および内歯歯車を備えた内接噛合遊星歯車装置が広く利用されている。
【０００３】
この装置は、外歯歯車又は内歯歯車の一方の歯車の自転を拘束した状態でいずれかの歯車を相手側の歯車に対して偏心揺動させ、この偏心揺動の際の外歯歯車および内歯歯車の相対揺動成分を吸収しながら自転の拘束されていない側の歯車に発生する当該自転成分を出力として取り出すもので、１段で大きな減速比が得られる。
【０００４】
例えば、内歯歯車の自転を拘束した状態で外歯歯車を該内歯歯車に対して偏心揺動させ、この偏心揺動の際の外歯歯車および内歯歯車の相対揺動成分を吸収しながら自転の拘束されていない外歯歯車に発生する当該自転成分を出力として取り出す外歯揺動型の内接噛合遊星歯車装置が、特許文献１に開示されている。
【０００５】
また、このような外歯歯車を揺動させる外歯揺動型のほかに、内歯歯車を揺動するタイプの内接噛合遊星歯車装置も知られている。
【０００６】
内歯揺動型、外歯揺動型とも具体的な構成には種々のバリエーションがあり、例えば、同じ外歯揺動型でも、外歯歯車自体の自転を拘束した状態で外歯歯車を偏心揺動させることもできるし、内歯歯車の自転を拘束した状態で外歯歯車を偏心揺動させることもできる。
【０００７】
また、外歯歯車又は内歯歯車を偏心揺動させた際の両歯車の相対揺動成分を吸収する方法、あるいは自転成分を取り出す（伝達する）方法も、種々提案されている。その中では、揺動する歯車に形成した一般に内ピン孔と称される孔と、該内ピン孔に遊嵌され外歯歯車と内歯歯車との偏心量相当分の軸心のずれを吸収可能な内ピンと、を備えた構造が最も一般的に採用されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２４９２００号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような内ピン孔と内ピンを備えた構造を採用する場合、一般的には、該内ピン孔と内ピンの組は、揺動する歯車に対して円周方向に複数設けられる。このため、相対揺動成分の吸収および自転成分の取り出しの双方に関して、複数の内ピン孔と内ピンの組が同時に関与することになるため、それぞれの内ピン孔及び内ピン自体の加工誤差や、一個一個の形成位置に誤差があると、円滑な運転が阻害される要因となる。
【００１０】
特に、近年では、この種の内接噛合遊星歯車装置を産業用ロボットの関節駆動装置や精密工作機械の駆動装置として使用する例が広がってきており、これらのアプリケーションにおいては、バックラッシを極力低減することが求められている。小さなバックラッシの下で円滑な作動を行わせるには、一層高精度な加工や組付けが要求され、そのため、製造コスト上昇の要因となっていた。
【００１１】
本発明は、このような近年の事情に鑑みてなされたものであって、高精度な加工・組み付けの負担を軽減しながら、小さなバックラッシの下でも円滑に運転することを可能とし、伝達ロスの低減、騒音の低減、及び脈動の抑制等を実現することのできる内接噛合遊星歯車装置を提供することをその課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、僅少の歯数差を有する外歯歯車および内歯歯車を備え、外歯歯車又は内歯歯車の一方の歯車の自転を拘束した状態でいずれかの歯車を相手側の歯車に対して偏心揺動させ、この偏心揺動の際の外歯歯車および内歯歯車の相対揺動成分を吸収しながら自転の拘束されていない側の歯車に発生する当該自転成分を出力として取り出す内接噛合遊星歯車装置において、前記相対揺動成分の吸収および自転成分の取り出しを行うための機構が、揺動する歯車に形成した内ピン孔と、該内ピン孔に遊嵌され前記外歯歯車と内歯歯車との偏心量相当分の軸心のずれを吸収可能な内ピンと、を備えた構造とされ、且つ、前記内ピン孔が、真円部と、該真円部の前記内ピン孔が形成されている歯車の半径方向に拡大形成した拡張部と、によって形成されている構成により、上記課題を解決したものである。
【００１３】
本発明は、自転成分の取り出しに殆ど寄与していない内ピン孔と内ピンの組については、敢えてこの部分で自転成分を取り出すことをせず、代わりに相対揺動成分の吸収を円滑に行うことができるように構成したものである。
【００１４】
本発明では、この観点で、前記内ピン孔が、真円部と、該真円部から拡大形成された拡張部と、によって形成されている。拡張部は、該真円部の、前記内ピン孔が形成されている歯車の半径方向外側に形成される。
【００１５】
この作用等の詳細は後に詳述する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る減速機（内接噛合遊星歯車装置）の主要部分を示す断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【００１８】
減速機Ｇ１は、内接噛合遊星歯車構造の減速部１００を備える。
【００１９】
図１において、減速部１００はケーシング１０２内に収容されている。ケーシング１０２は、本体ケーシング１０４及びサイドカバー１０６からなる。
【００２０】
入力軸１１０は一対の軸受１２０、１２２を介してケーシング１０２のサイドカバー１０６及び後述する出力軸１７０の中空部１７２によって支持されている。この一対の軸受１２０、１２２の間には偏心体１２４が入力軸１１０と一体に組み込まれている。偏心体１２４の外周にはころ軸受１２６を介して３枚の外歯歯車１３０が揺動回転可能に装着されている。外歯歯車１３０はケーシング１０２の本体ケーシング１０４と一体化された内歯歯車１４０に内接噛合している。内歯歯車１４０の内歯はローラ状のピン（外ピン）１４２によって形成されている。この実施形態では、内歯歯車１４０の歯数（ピン１４２の数）は、外歯歯車１３０の歯数よりも１だけ多く設定されている（僅少の歯数差）。
【００２１】
外歯歯車１３０にはそれぞれ内ピン孔１５０が貫通形成され、内ピン１６０が挿入されている。内ピン１６０は出力軸１７０に圧入されて該出力軸１７０と一体化された鍔付きのピンによって構成され、出力軸１７０から片持状態で突出している。内ピン１６０にはパイプ状の内ローラ１６２が回転自在に装着されている。なお、内ローラ１６２は、内ピン孔１５０と内ピン１６０との摺動を促進させるためのものであり、用途によっては省略可能である。
【００２２】
出力軸１７０は、入力軸１１０上の前記軸受１２２及び内ピン１６０側からの支持反力により、入力軸１１０に対して回転自在に支持されている。
【００２３】
図２に示されるように、内ピン孔１５０（１５０−１〜１５０−１２）、内ピン１６０（１６０−１〜１６０−１２）及び内ローラ１６２（１６２−１〜１６２−１２）の組Ｍ１〜Ｍ１２は、円周方向に１２組配置されている。
【００２４】
また、この内ピン１６０の外周径（より具体的には内ピン１６０に被せられた内ローラ１６２の外周径）は、内ピン孔１５０の内周径よりも基本的には、偏心量に相当する分だけ小さい。但し、本実施形態では、内ピン孔１５０の形状に工夫が施されており、内ピン孔１５０は完全な真円ではない。
【００２５】
即ち、図３に示されるように、内ピン孔１５０は、初めにＯ３を中心として半径Ｒ１の真円加工が施され、これによって真円部Ｃ１が形成された後、該真円部Ｃ１の中心Ｏ３からΔＥだけ外歯歯車１３０（内ピン孔１５０が形成されている歯車）の半径方向Ｘ（外歯歯車１３０の幾何学的中心Ｏ１と中心Ｏ３とを結ぶ方向）の外側に離れた位置Ｏ４を中心として、半径Ｒ２の第２の真円Ｃ２の追加工が行われることによって形成されている。Ｒ１＞Ｒ２であり、ΔＥ−（Ｒ１−Ｒ２）＝δ＞０である。
【００２６】
そのため、図３の斜線部分に相当する拡張部Ｓ１ａだけ内ピン孔１５０の内周が外歯歯車１３０の半径方向Ｘの外側に拡大されている。最大拡大幅は、前記δ、即ち、ΔＥ−（Ｒ１−Ｒ２）相当分となる。
【００２７】
真円部Ｃ１から拡張部Ｓ１ａ、Ｓ１ｂが拡大形成されている範囲に対応する真円部Ｃ１の中心角αは、この実施形態では、半径方向Ｘを中心としてその両側に約４０°ずつ、合計で約８０°程度となるように設定されている。中心角αは、７０°〜９０°程度に設定するのが好ましい。
【００２８】
なお、前記半径方向Ｘの内側においても全く同様の手法により、図３下側における拡張部Ｓ１ｂが形成されている。
【００２９】
次に、この実施形態に係る減速機Ｇ１の作用を説明する。
【００３０】
モータＭの回転によって変速部１００の入力軸１１０が回転すると、該入力軸１１０と一体化された偏心体１２４も回転する。偏心体１２４が回転すると、外歯歯車１３０は入力軸１１０の周りで揺動回転を行おうとするが、内歯歯車１４０によってその自転が抑制されるため、外歯歯車１３０はこの内歯歯車１４０に内接しながら殆ど揺動のみを行うことになる。しかしながら、外歯歯車１３０の歯数は内歯歯車１４０の歯数より「１」だけ小さいため、入力軸１１０の一回転毎に外歯歯車１３０は内歯歯車１４０に対してその歯数差「１」だけずれる（自転する）ことになる。これは、入力軸１１０の一回転が外歯歯車１３０の「−１／（外歯歯車の歯数）」の回転に減速されたことを意味する。なお、マイナスの符号は、外歯歯車１３０の回転方向が入力軸１１０の回転方向と逆になることを示している。
【００３１】
この外歯歯車１３０の揺動回転は、内ピン孔１５０及び内ピン１６０（具体的には内ローラ１６２）との間の空間によってその内歯歯車１４０との相対揺動成分が吸収され、自転成分のみが内ピン１６０を介して出力軸１７０へと伝達される。
【００３２】
このときの作用を、図２及び比較図としての図５を用いて詳細に説明する。
【００３３】
説明の便宜上、比較図（図５）から説明する。
【００３４】
図５は、従来の内ピン孔ＰＨと内ピンＰを備えた減速機の、運転中のある瞬間における各要素の係合状態を示している。なお、図５に示したベクトル表示等は、理解を容易にするために模式的に示されており、必ずしも実際の大きさ等とは一致していない。図５での描写から明らかなように、このように複数の内ピン孔ＰＨ１〜ＰＨ１２と内ピンＰ１〜Ｐ１２の組が形成されていたとしても、この中で実質的に内ピン孔ＰＨ側から自転成分の動力を受けられるのは、その内の一部、即ち、この例では５個の内ピンＰ１〜Ｐ３、Ｐ１１、Ｐ１２だけである。特に、周辺の内ピンＰ３およびＰ１１は、自転成分の取り出しに関し、極めてわずかな動力しか受け取れていない。
【００３５】
その一方で、この周辺の内ピン孔ＰＨ３と内ピンＰ３の組、内ピン孔ＰＨ１１と内ピンＰ１１の組は、「係合状態」にあるため、この部分に加工誤差や組付け誤差等が存在すると自転の円滑性が阻害され、伝達ロスの増大、騒音の増大、あるいは脈動の発生等の原因となる。
【００３６】
これに対し、図２は、本実施形態の減速機Ｇ１の運転中のある瞬間における各要素の係合状態を示している。
【００３７】
今、内ピン孔１５０−１及び内ローラ１６２−１の組（第１組Ｍ１）によって伝達される自転成分に着目すると、この第１組Ｍ１によって伝達される自転成分は、矢印Ａ１である。また、大きさは小さくなるが、内ピン孔１５０−２及び内ローラ１６２−２の組（第２組Ｍ２）、及び内ピン孔１５０−１２及び内ローラ１６２−１２の組（第１２組Ｍ１２）からも矢印Ａ２、Ａ１２の自転成分が得られる。
【００３８】
しかしながら、図５との比較から明らかなように、内ピン孔１５０−３及び内ローラ１６２−３の組（第３組Ｍ３）、及び内ピン孔１５０−１１及び内ローラ１６２−１１の組（第１１組Ｍ１１）からは自転成分は得られなくなっている。これは、第３組Ｍ３においては、内ピン孔１５０−３と内ローラ１６２−３の係合が図３の斜線で示される拡張部Ｓ１ｂの存在する領域での係合となり、また、第１１組Ｍ１１においては、内ピン孔１５０−１１と内ローラ１６２−１１の係合が、拡張部Ｓ１ａの存在する領域での係合となるためである。なお、黒く塗った破線内の範囲が各組の内ピン孔１５０に前記拡張部Ｓ１ａ、Ｓ１ｂが存在する領域に相当している。
【００３９】
内ピン孔１５０と内ローラ１６２との間に拡張部Ｓ１ａ、Ｓ１ｂがあったとしても、各内ピン１６０（内ローラ１６２）はそれぞれ出力軸１７０に固定されているため、それを詰めるようには動けない。これが第３組Ｍ３及び第１１組Ｍ１１から自転成分が得られなくなる理由である。
【００４０】
その代わり、この拡張部Ｓ１ａ、Ｓ１ｂの存在により、この第３組Ｍ３および第１１組Ｍ１１の内ピン孔１５０と内ローラ１６２の係合に、若干の製造誤差、あるいは組付け誤差等が存在していたとしても、この影響が自転を阻害する要因として顕在化するのが確実に防止される。
【００４１】
内ピン孔１５０が真円であることによって前記第３組Ｍ３及び第１１組Ｍ１１から取り出される自転成分はもともと極めてわずかである。一方、製造誤差、あるいは組付け誤差等の存在によって顕在化する自転阻害トルクは、不確定に発生するものであり、しかも必ずしも小さくない。これは伝達ロスの増大、或いは騒音増大の原因となるだけでなく、回転の進行に伴って自転阻害トルクが「増減」すると、出力トルクの脈動発生の要因ともなる。
【００４２】
この実施形態では、拡張部Ｓ１ａ、Ｓ１ｂが存在することにより、こうした不確定の自転阻害要因が顕在化するのを確実に防止することができる。
【００４３】
図４に、本発明の他の実施形態を示す。
【００４４】
この実施形態では、内ピン孔２５０の内周を、前記実施形態のように２つの種類の円弧Ｒ１、Ｒ２によって形成するのではなく、外歯歯車２３０（内ピン孔が形成されている歯車）の前記半径方向Ｘに長径ＬＤ、円周方向Ｙに短径ＳＤを有する１種類の楕円ＥＬによって形成するようにしている。短径ＳＤは真円部Ｃ１の直径（Ｒ１×２）と一致している。
【００４５】
長径ＬＤと短径ＳＤとの比は、この実施形態では、１．００２とされている。なお、一般的には、この長径ＬＤと短径ＳＤとの比は、１．００１〜１．００５程度が好ましい。
【００４６】
内ピン孔２５０の内周を楕円ＥＬ（楕円軌跡）とすることにより、真円部Ｃ１に対して外歯歯車２３０の半径方向Ｘの外側に拡大された斜線部分で示す拡張部Ｓ２ａ、Ｓ２ｂを先の実施形態と同様に形成することができ、全く同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、内ピン孔２５０の内周のラインが連続的となるため、該内ピン孔２５０と内ピン或いは内ローラ（共に図示略）との、より円滑な接触・離反が可能となる。
【００４８】
なお、「拡張部」の形成は、外歯歯車（内ピン孔の形成されている歯車）の半径方向外側及び内側のいずれか一方のみに形成した場合でも、形成した側に関して本発明の効果を得られるが、上記実施形態で示されているように、半径方向外側及び内側の双方の側に形成するのが好ましい。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、高精度な加工・組み付けの負担を軽減しながら、小さなバックラッシの下でも円滑に運転することを可能とし、伝達ロスの軽減、騒音の低減、及び脈動の抑制を実現できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る減速機（内接噛合遊星歯車装置）の主要部分を示す断面図
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図
【図３】上記減速機における内ピン孔の形状を示す拡大断面図
【図４】内ピン孔の他の形状の例を示す図３相当の拡大断面図
【図５】従来の内接噛合遊星歯車装置の内ピン孔と内ピン（内ローラ）との係合における自転成分の取り出し（伝達）のメカニズムを説明するための、図２相当の断面図
【符号の説明】
Ｇ１…減速機（内接噛合遊星歯車装置）
１００…減速部
１０２…ケーシング
１０６…第１サイドカバー
１０８…第２サイドカバー
１１０…入力軸
１２４…偏心体
１３０…外歯歯車
１４０…内歯歯車
１５０、２５０…内ピン孔
１６０…内ピン
１６２…内ローラ
Ｍ１〜Ｍ１２…内ピン孔、内ピン、及び内ローラの組（第１組〜第１２組）
【図１】
2004301274.tif 000003
【図２】
2004301274.tif 000004
【図３】
2004301274.tif 000005
【図４】
2004301274.tif 000006
【図５】
2004301274.tif 000007