JP6570837B2 - 減速機 - Google Patents

Description

本発明は、歯車軸に関する。

駆動モータの回転を歯車機構を介して被駆動体に伝達する伝達機構が知られている。例えば、駆動モータの回転を受けて回転する歯車軸と、歯車軸の歯車部と噛合する遊星歯車と、遊星歯車が内接噛合する内歯歯車と、遊星歯車を回転可能に支持する遊星ピンと、遊星ピンを支持して遊星歯車の公転成分と同期するキャリア体と、を備える伝達機構が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１１−５２７８８号公報

特許文献１に記載される伝達機構の歯車軸は、歯車部と、他の軸と連結され歯車部よりも大径の連結軸部と、歯車部と連結軸部との間に位置する接続部と、を備える。歯車部と接続部とは同径に形成され、したがって接続部と連結軸部との境界には段部が形成される。このように歯車軸の径が急激に変化する部分は、応力が集中しやすく、その応力により変形や破損を生じやすい。

本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、変形や破損が生じるのを抑止しうる歯車軸を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の歯車軸は、歯車部と、他の軸と連結され歯車部よりも大径の連結軸部と、歯車部と連結軸部との間に位置する接続部と、を備えた歯車軸であって、接続部は、歯車部側から連結軸部側に向かって外径が徐々に大きくなるよう形成されている。

この態様によると、歯車部と接続部との境界や、接続部と連結軸部との境界に段部が形成されない。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、変形や破損が生じるのを抑止しうる歯車軸を提供できる。

実施の形態に係る単純遊星歯車減速機１０の断面図である。 図１の太陽歯車軸の周辺を拡大して示す拡大断面図である。 歯車部と接続部との境界部における太陽歯車軸の断面図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

図１は、実施の形態に係る単純遊星歯車減速機１０を示す断面図である。単純遊星歯車減速機１０は、太陽歯車軸１２と、太陽歯車軸１２に連結される入力軸２８と、太陽歯車軸１２に噛合する複数の遊星歯車１４と、遊星歯車１４が内接噛合する内歯歯車１６と、遊星歯車１４を回転可能に支持する遊星ピン１８と、遊星ピン１８を支持するキャリア体２０と、軸受２２、２４と、軸受２２、２４を介してキャリア体２０を回転可能に支持するケーシング２６と、軸受６４と、軸受６４を介して入力軸２８を回転可能に支持するカバー７６と、を備える。

太陽歯車軸１２は、回転軸Ｒを中心として延在する。太陽歯車軸１２の一端は、入力軸２８に形成された回転軸Ｒを中心とする圧入穴２８ａに圧入される。太陽歯車軸１２の他端には歯車が形成されており、遊星歯車１４と噛合う。太陽歯車軸１２と入力軸２８とは別体であるため、入力軸２８はそのままに、歯車の歯数やピッチ円直径が異なるものに太陽歯車軸１２を変更することによって減速比を変更できる。太陽歯車軸１２の構成については図２で詳述する。入力軸２８の反太陽歯車軸側には、回転軸Ｒを中心とする挿入孔２８ｂが形成されている。挿入孔２８ｂにはモータ軸（不図示）や前段減速機の出力軸が挿入される。

遊星歯車１４は、複数が太陽歯車軸１２の外周に配置され、太陽歯車軸１２の周りで自転しながら公転する。遊星歯車１４は、遊星軸受３０を介して遊星ピン１８に支持される。遊星軸受３０は、ニードルを軸方向すなわち回転軸Ｒと平行な方向において２つに分割して総ころ状態で配置したものである。これにより、太陽歯車軸１２と遊星歯車１４とが噛み合うときのニードルの片当りを低減できる。加えて、ニードルは、保持器のない総ころ状態で用いられるため、大きなトルクを遊星ピン１８に伝達できる。

内歯歯車１６は、ケーシング２６の内周側に設けられる。内歯歯車１６は、遊星歯車１４と噛合う歯部を含めてケーシング２６に一体的に形成される。なお、内歯歯車１６は、ケーシング２６とは別体に形成され、ネジなどによってケーシング２６に固定されてもよい。

遊星ピン１８は、キャリア体２０に支持される。遊星ピン１８は、キャリア体２０とは別体に形成されるが、遊星ピン１８をキャリア体２０と一体的に形成してもよい。

キャリア体２０は、キャリア体本体３２と、キャリア体本体３２に連結されたキャリア体プレート３４と含む。キャリア体本体３２は、ボルト３６によりキャリア体プレート３４に締結・固定される。キャリア体本体３２、キャリア体プレート３４にはそれぞれ、圧入穴３２ａ、３４ａが形成されている。圧入穴３２ａ、３４ａには、遊星ピン１８の端部がそれぞれ圧入される。このため、キャリア体２０は、遊星ピン１８を介して遊星歯車１４の公転成分を取り出し、遊星歯車１４と同期して回転する。圧入穴３２ａ、３４ａの形成位置は、減速比に応じて変更される。

キャリア体本体３２の反入力軸側には、フランジ形状の出力軸３８が一体的に設けられている。出力軸３８の端面には複数のボルト穴４０が設けられており、このボルト穴４０にボルト（不図示）を連結することによって、相手機械の被駆動軸が接続される。なお、出力軸３８は、キャリア体本体３２の中央から軸部材を突出させた形状としてもよい。出力軸３８とケーシング２６との間には、単純遊星歯車減速機１０の内外をシールするため、オイルシール６６が配置される。

軸受２２、２４はキャリア体２０の半径方向外側に配置され、キャリア体２０を回転可能に支持する。軸受２２、２４は、例えばアンギュラー玉軸受であり、それぞれ、ボール４２、４４と外輪４６、４８とを備える。軸受２２、２４の内輪はキャリア体２０と一体的に形成されている。すなわち、軸受２２、２４の内輪軌道面はキャリア体２０の外周面５０、５２に形成されている。このため、内輪がキャリア体と別体で設けられる場合と比べて、ケーシング２６の外形を大きくすることなく、遊星ピン１８と軸受２２、２４との間のキャリア体２０の部分３２ｂ、３４ｂの肉厚を確保しながら遊星ピン１８の径を太くできる。そのため、単純遊星歯車減速機１０自体を大型化することなく、出力トルクを向上できる。また、軸受２２、２４の内輪をキャリア体２０と一体的に形成しているため、部品点数が減少する。

また、軸受２２、２４は、内歯歯車１６を挟んで、軸方向に互いに離間して配置されている。軸受２２、２４は特に、背面組合せで配置されている。このため、高いラジアル荷重とアキシャル荷重を支持できる。

カバー７６は、第１カバー５４と、第２カバー５６と、を含む。第１カバー５４は、ボルト５８によりケーシング２６に締結・固定される。第２カバー５６は、ボルト６０により、第１カバー５４のケーシング２６と反対側に締結・固定される。第１カバー５４と入力軸２８との間にはオイルシール６２が設けられている。第１カバー５４の内側には軸受６４が配置され、第１カバー５４は軸受６４を介して入力軸２８を回転可能に支持する。軸受６４は、第１カバー５４と第２カバー５６とにより軸方向に挟み込まれて固定される。

図２は、図１の太陽歯車軸１２の周辺を拡大して示す拡大断面図である。図３は、歯車部６８と接続部７０との境界部７４における太陽歯車軸１２の断面図である。太陽歯車軸１２は、歯車部６８と、接続部７０と、連結軸部７２と、を含む。歯車部６８、接続部７０、および連結軸部７２は、単一の部材により一体的に形成される。歯車部６８は、遊星歯車１４と径方向で対向し、遊星歯車１４と噛合する。連結軸部７２は、円柱状あるいは円筒状に形成される。連結軸部７２は、入力軸２８の圧入穴２８ａに圧入され、入力軸２８に連結される。

ここで、遊星歯車の段数を増やすことなく、すなわち単純遊星歯車減速機１０自体を大きくすることなく、例えば１／１０比のような大きな減速比を実現したいという要求がある。また、部品点数の削減のため、すべての減速比において内歯歯車１６を共通にしたいという要求がある。この場合、大きな減速比を実現するためには、歯車部６８の径を小さくすることが必要となる。一方、歯車部６８を含む太陽歯車軸１２の全体の径を小さくすると、大きいトルクを得ようとした場合、連結軸部７２に大きな応力が発生してしまう。また、連結軸部７２と圧入穴２８ａとの十分な結合強度を確保するために、連結軸部７２の径は大きい方が望ましい。これより、連結軸部７２は、歯車部６８よりも大径に形成される。

接続部７０は、歯車部６８と連結軸部７２との間に位置する。接続部７０は、歯車部６８側から連結軸部７２側に向かうにつれて大径となるテーパ状に形成される。実施の形態では、接続部７０は、歯車部６８側から連結軸部７２側に向かうにつれて、外径が曲線的に変化するよう形成される。すなわち、接続部７０は、回転軸Ｒを含む断面における外周面７０ａ（後述の山部７０ｃの外周面７０ａ）の断面形状が曲線形状を有するよう形成される。

接続部７０には、歯車部６８の歯溝６８ａに連続する溝部７０ｂと、歯車部６８の歯部６８ｂに連続する山部７０ｃとが形成されている。太陽歯車軸１２の外径が変化し始める部分である歯車部６８と接続部７０との境界部７４において、歯溝６８ａの底部６８ｃの径と溝部７０ｂの底部７０ｄの径とは同じであり、歯溝６８ａと溝部７０ｂとは滑らかに連続する。また、境界部７４において、歯部６８ｂの頂部６８ｄの径と山部７０ｃの頂部７０ｅの径とは同じであり、歯部６８ｂと山部７０ｃとは滑らかに連続する。

また、境界部７４において、回転軸Ｒを含む断面における外周面７０ａの接線７０ｆは、軸方向と平行になる（すなわち太陽歯車軸１２の回転軸Ｒと平行となる）。言い換えると、回転軸Ｒを含む断面における外周面７０ａの断面形状は、境界部７４においては曲率半径が無限大の限りなく直線に近い曲線形状となる。

以上のように構成された単純遊星歯車減速機１０の動作を説明する。
例えば不図示のモータの回転により入力軸２８を介して太陽歯車軸１２が回転する。すると、太陽歯車軸１２の歯車部６８と遊星歯車１４とが噛合して、遊星歯車１４が自転しながら太陽歯車軸１２の周りを公転する。遊星歯車１４と内接噛合する内歯歯車１６が固定状態にあるので、遊星歯車１４の公転成分がキャリア体２０から取り出される。キャリア体２０は出力軸３８に取付けられた相手機械の被駆動軸を回転させる。

以上説明した実施の形態に係る単純遊星歯車減速機１０の太陽歯車軸１２によると、接続部７０は、歯車部６８側から連結軸部７２側に向かって、外径が徐々に大きくなるよう形成され、歯車部６８と連結軸部７２とに接続される。そのため、歯車部６８と接続部７０との境界部７４や、接続部７０と連結軸部７２との境界部には段部は形成されない。これにより、これら境界部に応力が集中するのが抑止され、太陽歯車軸１２に変形や破損が生じるのが抑止される。

また、実施の形態に係る単純遊星歯車減速機１０の太陽歯車軸１２によると、入力軸２８の圧入穴２８ａに圧入される連結軸部７２は歯車部６８よりも大径に形成され、かつ、接続部７０は歯車部６８側から連結軸部７２側に向かって外径が徐々に大きくなるよう形成される。したがって、境界部７４は圧入穴２８ａの周面とは非接触となる。太陽歯車軸１２の径が変化し始める部分である境界部７４には応力が集中しやすいところ、境界部７４が圧入穴２８ａの周面と非接触となるため、圧入による応力が境界部７４に及びにくい。すなわち、境界部７４に応力が集中するのが抑止され、太陽歯車軸１２に変形や破損が生じるのが抑止される。

また、実施の形態に係る単純遊星歯車減速機１０の太陽歯車軸１２によると、接続部７０には、歯車部６８の歯溝６８ａに連続する溝部７０ｂと、歯車部６８の歯部６８ｂに連続する山部７０ｃとが形成され、歯車部６８と接続部７０の境界部７４において、歯溝６８ａの底部６８ｃの径と溝部７０ｂの底部７０ｄの径とが同じとなり、歯部６８ｂの頂部６８ｄの径と山部７０ｃの頂部７０ｅの径とが同じとなるよう形成される。ここで、接続部７０が、歯車部６８の歯溝６８ａに連続する溝部７０ｂや歯車部６８の歯部６８ｂに連続する山部７０ｃを有しない場合、歯車部６８と接続部７０との境界部７４には段差ができ、応力が集中するおそれがある。これに対し、実施の形態に係る単純遊星歯車減速機１０の太陽歯車軸１２によると、上述のように接続部７０には、歯車部６８の歯溝６８ａに連続する溝部７０ｂと、歯車部６８の歯部６８ｂに連続する山部７０ｃとが形成される。その結果、境界部７４に段部は形成されず、境界部７４に応力が集中するのが抑止され、太陽歯車軸１２に変形や破損が生じるのが抑止される。

以上、実施の形態に係る単純遊星歯車減速機の構成と動作ついて説明した。この実施の形態は例示であり、その各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

（変形例１）
実施の形態では、接続部７０は、歯車部６８側から連結軸部７２側に向かうにつれて外径が曲線的に変化するよう形成される、すなわち、接続部７０は、回転軸Ｒを含む断面における外周面７０ａの断面形状が曲線形状を有するよう形成される場合について説明したが、これに限られない。接続部７０は、歯車部６８側から連結軸部７２側に向かうにつれて外径が直線的に変化するよう形成されてもよい。すなわち、接続部７０は、回転軸Ｒを含む断面における外周面７０ａの断面形状が直線形状を有するよう形成されてもよい。

（変形例２）
実施の形態では特に言及しなかったが、接続部７０は、歯車部６８側から連結軸部７２側に向かうにつれて外径が単調に増加してもよく、あるいは外径が一旦減少する部分を含んでいてもよい。

（変形例３）
実施の形態では、ケーシングが固定されて、キャリア体に出力軸が設けられる場合について説明したが、これに限られない。単純遊星歯車減速機１０は、キャリア体が固定されてケーシングが回転して出力を得る、いわゆる枠回転タイプの減速機であってもよい。

（変形例４）
単純遊星歯車減速機１０の太陽歯車軸１２に限らず、歯車部と、連結軸部と、接続部とを有する歯車軸であれば、本実施の形態の技術思想を適用できる。

上述した実施の形態および変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１０ 単純遊星歯車減速機、 １２ 太陽歯車軸、 ２８ 入力軸、 ６８ 歯車部、 ７０ 接続部、 ７２ 連結軸部、 ７４ 境界部。

Claims (4)

1. 歯車部と、他の軸と連結され前記歯車部よりも大径の連結軸部と、前記歯車部と前記連結軸部との間に位置する接続部と、を含む太陽歯車軸と、
   前記歯車部に噛合する遊星歯車と、
   前記遊星歯車を回転可能に支持するキャリア体と、を備え、
   前記接続部は、前記歯車部側から前記連結軸部側に向かって外径が徐々に大きくなる拡径部を有し、当該拡径部の少なくとも一部は前記キャリア体および前記他の軸と径方向に重なっており、
   前記連結軸部は、前記他の軸の軸方向端面に形成された穴に進入した状態で当該他の軸と圧入で連結され
   前記接続部の前記拡径部には、前記歯車部の歯溝に連続する溝部と、前記歯車部の歯部に連続する山部とが形成され、
   前記溝部および前記山部の終端は、前記他の軸に圧入される前記連結軸部に達していることを特徴とする減速機。
2. 前記溝部および前記山部は、軸方向における前記拡径部の全長にわたって存在することを特徴とする請求項１に記載の減速機。
3. 前記拡径部は、軸方向における当該拡径部の全長にわたって、前記キャリア体および前記他の軸と径方向で重なっていることを特徴とする請求項１または２に記載の減速機。
4. 前記キャリア体を回転可能に支持する軸受をさらに備え、
   前記接続部の前記拡径部の少なくとも一部は、前記軸受と径方向に重なっていることを
   特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の減速機。
   

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