JPH07243486A - 内接噛合遊星歯車構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 樹脂製であっても回転むらが小さく、耐久性
があり、振動や騒音の低い内接噛合遊星歯車構造を得
る。 【構成】 入力軸と、該入力軸の回転によって回転する
偏心体と、該偏心体にベアリングを介して取付けられ、
偏心回転が可能とされた外歯歯車と、該外歯歯車に内接
噛合する内歯歯車と、前記外歯歯車に該外歯歯車の自転
成分のみを取出す手段を介して連結された出力軸とを有
する内接噛合遊星歯車構造において、各構成要素を樹脂
にて製造すると共に、前記内歯歯車の内歯、又は外歯歯
車の外歯のいずれか一方をカーテイトエピトロコイド理
論曲線Ｃの内包絡線形状を含む歯形とし、他方を凸状円
弧歯形とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小型の減速機、あるい
は増速機、特に樹脂製の減速機、あるいは増速機に適用
するのに好適な、内接噛合遊星歯車構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内接噛合遊星歯車構造の例とし
て、第１軸と、該第１軸の回転によって回転する偏心体
と、該偏心体にベアリングを介して取り付けられ偏心回
転が可能とされた外歯歯車と、該外歯歯車に内接噛合す
る内歯歯車と、前記外歯歯車に該外歯歯車の自転成分の
みを取り出す手段を介して連結された第２軸と、を備え
た内接噛合遊星歯車構造が広く知られている。

【０００３】この構造の従来例を図７及び図８に示す。
この従来例は、前記第１軸を入力軸とすると共に、第２
軸を出力軸とし、且つ内歯歯車を固定することによって
上記構造を「減速機」に適用したものである。

【０００４】入力軸１には所定位相差（この例では１８
０°）をもって偏心体３ａ、３ｂが嵌合されている。こ
の偏心体３ａ、３ｂは、それぞれ入力軸１（中心Ｏ１）
に対して偏心量ｅだけ偏心している（中心Ｏ２）。それ
ぞれの偏心体３ａ、３ｂには偏心体ベアリング４ａ、４
ｂを介して２枚の外歯歯車５ａ、５ｂが複列に取り付け
られている。この外歯歯車５ａ、５ｂには内ローラ孔６
ａ、６ｂが複数設けられ、内ピン７及び内ローラ８が遊
嵌されている。

【０００５】外歯歯車を２枚（複列）にしているのは、
主に伝達容量の増大、強度の維持、回転バランスの保持
を図るためである。

【０００６】前記外歯歯車５ａ、５ｂの外周にはトロコ
イド歯形（プロレートエピトロコイド曲線歯形）の外歯
９が設けられている。この外歯９はケーシング１２に固
定された内歯歯車１０の（内歯に相当する）外ピン１３
（凸状の円弧歯形）と内接噛合している。

【０００７】前記外歯歯車５ａ、５ｂを貫通する内ピン
７は、出力軸２のフランジ部に固着又は嵌入されてい
る。

【０００８】入力軸１が１回転すると偏心体３ａ、３ｂ
が１回転する。この偏心体３ａ、３ｂの１回転により、
外歯歯車５ａ、５ｂは入力軸１の周りで揺動回転を行お
うとするが、内歯歯車１０によってその自転が拘束され
るため、外歯歯車５ａ、５ｂは、この内歯歯車１０に内
接しながらほとんど揺動のみを行うことになる。

【０００９】今、例えば外歯歯車５ａ、５ｂの歯数をｎ
（図示例では、ｎ＝２１となっている）、内歯歯車１０
の歯数をｎ＋１とした場合、その歯数差Ｎは１である。
そのため、入力軸の１回転毎に外歯歯車５ａ、５ｂは、
ケーシング１２に固定された内歯歯車１０に対して１歯
分だけずれる（自転する）ことになる。これは入力軸１
の１回転が外歯歯車５ａ、５ｂの−１／ｎの回転に減速
されたことを意味する。

【００１０】この外歯歯車５ａ、５ｂの回転は内ローラ
孔６ａ、６ｂ及び内ピン７（内ローラ８）の隙間によっ
てその揺動成分が吸収され、自転成分のみが該内ピン７
を介して出力軸２へと伝達される。

【００１１】この結果、結局減速比−１／ｎの減速が達
成される。

【００１２】なお、この内接噛合遊星歯車構造は、現在
種々の減速機あるいは増速機に適用されている。例え
ば、上記構造においては、第１軸を入力軸、第２軸を出
力軸とすると共に、内歯歯車を固定するようにしていた
が、第１軸を入力軸、内歯歯車を出力軸とすると共に、
第２軸を固定することによっても、減速機を構成するこ
とが可能である。更に、これらの構造において、入、出
力軸を逆転させることにより、「増速機」を構成するこ
ともできる。

【００１３】ところで、従来の内接噛合遊星歯車構造
は、比較的大きな動力を扱う分野で使用されていた。従
って、その素材は金属で構成され、又減速機の重量もか
なり大きかった。

【００１４】しかしながら、最近は、この内接噛合遊星
歯車構造の「高減速比を１回の減速で達成できる」特徴
に着目し、これをより小さな動力を扱う分野（例えばＯ
Ａ機器の駆動系）にも適用しようとする動きが広がって
いる。

【００１５】このような軽動力を扱う分野においては、
特に軽量化、低コスト化が大きな課題の１つとされるた
め、必然的に、当該内接噛合遊星歯車構造を採用した減
速機についても、これを金属ではなく樹脂によって構成
するという要請が高まってきた。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、樹脂に
よってこの種の減速機を構成した場合、現実問題とし
て、金属に比べ、本来の素材の有する強度の差以上に寿
命の差があり、又、本来の個々の部品の寸法精度や組付
け精度の差以上に回転むらがあり、又、振動や運転音も
大きくなり易いという問題が発生した。

【００１７】本発明はこのような従来の問題に鑑みて為
されたものであって、まず、この本来の素材自体の有す
る強度の差や寸法精度の差以上に寿命や回転むら等の差
が発生してしまう原因を探求し、その結果、これを防止
し得る対策を施した樹脂製の内接噛合遊星歯車構造を提
供することをその目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１軸と、該
第１軸に設けた偏心体を介してこの第１軸に対して偏心
回転可能な状態で取付けられた外歯歯車と、該外歯歯車
が内接噛合する内歯歯車と、前記外歯歯車に該外歯歯車
の自転成分のみを伝達する手段を介して連結された第２
軸と、を備えた内接噛合遊星歯車構造において、前記構
造を樹脂にて成形すると共に、前記内歯歯車、外歯歯車
のいずれか一方の歯形を凸状の円弧形状の歯形、他方の
歯形をカーテイトエピトロコイド理論曲線の内包絡線形
状を含む歯形に形成したことにより、前記課題を解決し
たものである。

【００１９】なお、前記内歯歯車、外歯歯車のうち、少
なくともカーテイトエピトロコイド理論曲線の内包絡線
形状を含む歯形とされる方の歯車は、これを射出成形に
よって歯形ごと製造すると良い。これにより、この理論
曲線による型さえ作ってしまえば、たとえどのように複
雑な理論歯形でも同一のコストで加工し得るため、製造
個数が多くなればなるほど１個当りのコストを低減する
ことができる。

【００２０】

【作用】本発明者らは内接噛合遊星歯車構造の減速機を
樹脂にて製造した場合に、何故素材本来の有する強度や
寸法精度の差以上に寿命の差が発生するか、あるいは回
転むらや振動、騒音の差が発生するかについて研究・調
査を行った結果、それが、主に、各部材が組付けられ
て、実際に運転する際に生じる動的な偏心量の誤差（半
径方向の誤差）に起因することを突き止めた。

【００２１】この原因は、製造時あるいは組付時におけ
る各部品の寸法精度あるいは各部品相互の組付け精度の
ような静的なものではないため、非運転時における測定
や検査等によっては発見しにくく、又、従来の金属の減
速機の分野においては、もともと運転の際に生じる偏心
量の動的な誤差というものがほとんど存在しなかったた
め、従来は全く注目されていなかった概念と言えるもの
である。

【００２２】本発明はこのような知見に基づいて、樹脂
の場合半径方向の誤差が動的に発生することを不可避な
ものとして捉え、たとえ半径方向の誤差が発生しても、
それが寿命や回転むらとして顕在化しない構造を得るべ
く、内歯歯車、外歯歯車のいずれか一方歯形を凸状の円
弧形状の歯形、他方の歯形をカーテイトエピトロコイド
理論曲線の内包絡線形状を含む歯形に形成するようにし
た。この結果、両者の動的な誤差による理論噛合からの
ずれを小さくでき、且つ、従来のプロレートエピトロコ
イド歯形と比べて、半径方向誤差に対する悪影響が顕在
化するのを防止できるようになり、樹脂製でありなが
ら、一層の寿命向上、回転むらの低減、あるいは騒音の
低減を図ることができるようになった。

【００２３】なお、本発明に係る歯形と一見類似した形
状の歯形として、従来、（素材が金属の分野において）
図１１に示されるような凹状の円弧歯形に凸状の円弧歯
形を内接させるようにした歯形構造が開示されている
（シンポ工業株式会社、カタログＮo.７１３２０Ｅ）。

【００２４】この歯形は、カタログの記載によれば、
「円」を「円」で抱く内接構造とすることにより、噛合
時の接触面圧を大きくして面圧（単位面積当りの圧接
力）を低下させ、もって摩耗を低く抑えることができる
とされている。又、ミクロンオーダーでの「真円」に限
りなく近づけた加工精度により騒音、振動、あるいは発
熱を低く抑えることができると謳っている。

【００２５】しかしながら、この歯形は確かに本発明の
歯形と一見した上での外観は似ているものの、第１に、
凹状の円弧歯形に凸状の円弧歯形を内接させるもの（双
方が円弧歯形）であること、第２に、２つの円弧は超高
精度の加工により「真円」に限りなく近づけてあるが故
に意義があると謳われていること、又、第３に、この歯
形を金属製の減速機に適用しており、「樹脂で構成した
場合における半径方向の動的誤差に起因した不具合」を
解決するというような概念を発想し得る環境で開発され
たものでないこと、等の事情があることを考慮すると、
本発明の技術思想の開示に関係する先行技術として掲げ
られるべきものと言えるものではない。実際にこのカタ
ログにはこのような概念の記載は全くなされていない。

【００２６】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例を詳細に
説明する。

【００２７】この実施例では、外歯歯車の外歯及び内歯
歯車の内歯の歯形が従来例と異なるだけで、他は図７、
図８に示すものと全く同一の構成を採用している。よっ
て、以下においては、主にこの外歯の歯形及び内歯の歯
形について説明し、他の説明については省略する。

【００２８】この種の内接噛合遊星歯車構造の外歯歯車
の歯形は、基本的にこれをトロコイド曲線の平行曲線
（法線方向に等距離の意味）とし、一方、相手歯形を凸
状の円弧歯形としたときに完全噛合理論を介して導くこ
とができる。

【００２９】広義のトロコイド曲線は、図１のa 〜c 、
a ′〜c ′に示されるように、基円の周りを転円が滑る
ことなく転がるときに、転円もしくはその延長上の一点
が描く軌跡であり、転円が基円の内部で転がるもの（a
′、c ′）をハイポトロコイド、外側にあるもの（a
、c ）をエピトロコイドと呼ぶ。内接歯合遊星歯車構
造の外歯歯車の歯形としては、従来前述したようにプロ
レートエピトロコイドの内平行曲線（図１のa ）が用い
られてきた。

【００３０】広義のエピトロコイド曲線は、曲線を描く
転円上の点の位置により前述したように３種類（a 、b
、c ）に分類される。この３種類のトロコイドの平行
曲線を加工性を重視して外歯歯車側に切るとすれば、図
２〜図４のハッチング部が外歯歯車の歯形となり得る。

【００３１】従来の標準品として用いられている歯形は
図２ののタイプである。これは製造が容易、噛合い率
が高い、偏心体ベアリングの荷重合力を非常に小さくで
きる等の利点があるためで、現在でも金属製の領域では
これが主流である。

【００３２】これに対し、本発明において樹脂用の歯形
として採用した歯形は、このうち図４のに相当する歯
形、即ちカーテイトエピトロコイド理論曲線の内包絡線
形状を含む歯形である。

【００３３】以下に従来との比較を示す。

【００３４】図９、図１０に従来のプロレートエピトロ
コイド歯形の外歯歯車５a （５b ）と外ピン（内歯歯車
１０の内歯：凸状の円弧歯形）１３との噛合の様子を、
特に偏心量誤差（半径方向の誤差）の影響に着目して拡
大して示す。図から明らかなように、このプロレートエ
ピトロコイド歯形は、谷側では凹型であるが、山側に行
くに従って凸型に変化している。このため、特にプラス
チック等のあまり剛性の高くない素材で外歯歯車５a
（５b ）を成形した場合、各部の弾性変形によって偏心
量ｅの誤差（半径方向の誤差）δ_P が存在すると噛合い
が歯面山側にずれることから、該外歯歯車５a （５b ）
と外ピンとの接触が凸−凸の接触となり、面圧が非常に
大きくなって寿命面で問題が生じ易い。

【００３５】これに対し、カーテイトエピトロコイド歯
形を含む外歯歯車１０５との噛合いの場合は、図５、図
６に示されるように、噛合いは必ず凸と凹の接触となる
ため、面圧を常に非常に低く保つことができる。なお、
図５、図６において破線は背面側につき噛合いには寄与
しない。

【００３６】又、図６、図１０の比較から明らかなよう
に、従来のプロレートエピトロコイド歯形の場合（図１
０）は、歯の圧力角が大きくため、半径方向の誤差δ_P
に対して外歯歯車５a （５b ）の回転方向の変位θ_P が
大きい。これは、具体的には回転むらとなって現われる
ことになる。

【００３７】これに対し、図６に示されるように、カー
テイトエピトロコイド歯形を含む外歯歯車１０５との噛
合いの場合は、歯の圧力角が小さいため、各部の弾性変
形等による偏心量誤差（半径方向の誤差）δ_C に対し
て、外歯歯車１０５の回転方向の変位θ_C が極めてい小
さい。これは、多少半径方向に誤差が発生してもそれが
回転むらとなって現われないことを意味しており、特に
剛性の低い樹脂製の内接噛合遊星歯車構造の場合に非常
に有利な傾向となる。

【００３８】又、従来の歯形の場合は、プロレートエピ
トロコイドの性質上、山側は外ピン１３との接触点の移
動速度が大きいため、偏心量誤差（半径方向の誤差）δ
_P の存在により山側へ噛合いが移動すると、振動や騒音
が大きくなり易いが、カーテイトエピトロコイドの場合
は、外ピン１３との接触点の移動速度が小さいため、
（このような誤差があっても）振動や騒音の点でも極め
て有利である。

【００３９】しかも、外歯歯車１０５と外ピン１３とが
この種の内接噛合遊星歯車構造の内歯歯車と外歯歯車と
して理論噛合に近い関係にあるため、両者は非常に円滑
な噛合が可能である。

【００４０】なお、上記実施例においては、製造の容易
さを考慮して外歯歯車１０５の方をカーテイトトロコイ
ド理論曲線の内包絡線形状を含む歯形とし、内歯歯車の
方を凸状の円弧歯形（円筒状の外ピン）で構成するよう
にしていたが、逆にしても成立する。

【００４１】又、本発明は、素材が樹脂であることを積
極的に利用し、例えば射出成形によって、全歯形を含め
て特定の型によって歯車を一度に成形する方法で製造す
ると良い。この方法によれば、一度型を作ってしまえ
ば、後は（単純円弧でも理論曲線でも全く同様に加工さ
れるため）たとえどの様に複雑な形状であっても、関係
なく低コストで複数製造することができる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る歯形
の内接噛合遊星歯車構造によれば、従来のプロレートエ
ピトロコイドと凸状の円弧歯形との組合せに係る内接噛
合遊星歯車構造に比べ、樹脂製であってもより耐久性が
あり、回転むらが少なく、又、振動や運転音が小さいと
いう利点を得ることができ、又、凹状の円弧歯形と凸状
の円弧歯形との組合せに係る内接噛合遊星歯車構造と比
較しても、本構造が誤差に対する理論噛合からのずれ量
が小さい分、一層耐久性や回転むら、あるいは振動や騒
音面で良好な結果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】各種トロコトイド曲線を説明するための線図

【図２】プロレートエピトロコイドの曲線を用いた歯形
を説明するための線図

【図３】エピサイクロイドの曲線を用いた歯形を説明す
るための線図

【図４】カーテイトエピトロコイドの曲線を用いた歯形
を説明するための線図

【図５】カーテイトエピトロコイドと凸状円弧歯形との
噛合構造を示した線図

【図６】カーテイトエピトロコイドと凸状円弧歯形との
噛合構造において、半径方向の誤差が回転むらに与える
影響を示した噛合部分の部分拡大図

【図７】従来の（プロレートエピトロコイド歯形と凸状
円弧歯形との噛合に係る）内接噛合遊星歯車構造を示す
断面図

【図８】図７の矢視VIII−VIII線に沿う断面図

【図９】従来のプロレートエピトロコイドと凸状円弧歯
形との噛合構造を示した部分拡大図

【図１０】従来のプロレートエピトロコイドと凸状円弧
歯形との噛合構造において、半径方向の誤差が回転むら
に与える影響を示した噛合部分の部分拡大図

【図１１】従来の径の異なる単純円を互いに内接接触さ
せる歯形構造を示した噛合部分の部分拡大図

【符号の説明】

１…入力軸 ３（３ａ、３ｂ）…偏心体 ４（４ａ、４ｂ）…偏心体ベアリング ５（５ａ、５ｂ）…外歯歯車 ６（６ａ、６ｂ）…内ローラ孔 ７…内ピン ８…内ローラ １０…内歯歯車 １２…ケーシング １３…外ピン（凸状の円弧歯形：内歯歯車の内歯） １０５…外歯歯車

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１軸と、該第１軸に設けた偏心体を介し
   てこの第１軸に対して偏心回転可能な状態で取付けられ
   た外歯歯車と、該外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、
   前記外歯歯車に該外歯歯車の自転成分のみを伝達する手
   段を介して連結された第２軸と、を備えた内接噛合遊星
   歯車構造において、 前記構造を樹脂にて成形すると共に、 前記内歯歯車、外歯歯車のいずれか一方の歯形を凸状の
   円弧形状の歯形、他方の歯形をカーテイトエピトロコイ
   ド理論曲線の内包絡線形状を含む歯形に形成したことを
   特徴とする内接噛合遊星歯車構造。
2. 【請求項２】請求項１において、前記内歯歯車、外歯歯
   車のうち、少なくともカーテイトエピトロコイド理論曲
   線の内包絡線形状を含む歯形とされる方の歯車が、射出
   成形によって歯形ごと製造されることを特徴とする内接
   噛合遊星歯車構造。