JP2019011794A - 減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】高出力でありながら小型化及び耐久性の向上を実現でき、さらに、動作安定性や駆動力伝達効率の向上を図れる減速機を提供する。
【解決手段】ケーシング２と、ケーシング２に固定され、複数の歯が設けられた固定内歯車３と、ケーシング２に対して回転可能に支持され、複数の歯が設けられた可動内歯車４と、固定内歯車３及び可動内歯車４に対して偏心した偏心部５ａを外周面に有する入力軸５と、固定内歯車３と偏心部５ａとの間に配置された複数の第１ローラ６と、可動内歯車４と偏心部５ａとの間に配置された複数の第２ローラ７と、第１ローラ６及び第２ローラ７を回転可能に保持する保持器８とを備える減速機であって、ケーシング２と可動内歯車４との間に軸受部材９を配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、減速機に関する。

従来、車両や産業ロボット等に搭載される減速機として、内歯車の内周面に形成された複数の歯に対してローラを順次係合させて入力軸の回転を出力軸に減速して伝達するローラ式の減速機が知られている。

一般的にこの種の減速機は、図１０に示す例のように、外周面に偏心部１００ａを有する入力軸１００と、内周面に複数の歯が形成された内歯車２００と、内歯車２００の内周面と入力軸１００の偏心部１００ａとの間に配置された複数のローラ３００と、ローラ３００を回転可能に保持する保持器４００と、保持器４００と一体に構成された出力軸５００とを備えている（特許文献１参照）。電動モータ等の駆動源から入力軸１００に駆動力が入力されて、入力軸１００が回転すると、偏心部１００ａの回転により、ローラ３００が内歯車２００の歯に順次係合し、入力軸１００が１回転するごとに、ローラ３００が一歯分ずつ周方向に移動することで、出力軸５００が入力軸１００に対して減速して回転する。

特開昭６２−９３５６５号公報

近年、上記のようなローラ式の減速機においては、高減速比・高出力でありながら、小型のものが望まれている。斯かる要請に対して、高出力化を実現する方法の１つとして、内歯車の歯数を多くして減速比を大きくすることが考えられる。しかしながら、内歯車の歯数を多くすると、内歯車の径方向サイズが大きくなってしまうため、小型化の要請に反することになる。

また、図１０に示すような構成では、保持器がローラからの力を受けて回転する出力回転体としての機能を兼ねるため、減速比を大きくして高トルクが得られるようにするには、保持器が高トルクに耐え得る強度を確保しなければならないといった課題がある。しかしながら、保持器は、その機能上、大幅に厚みを大きくすることはできないため、トルク増大に対する強度確保が難しい。従って、従来の構成では高出力化の要請に対して十分に対応することが困難であった。

このような事情から、従来とは異なる新たなローラ式減速機の開発が求められているが、新たなローラ式減速機を開発するにあたって、回転する部材の姿勢や位置が安定しないと、駆動力伝達効率の低下や動作不良を招く虞がある。このため、新たなローラ式減速機の開発においては、回転する部材の傾きや変位を抑制して動作安定性や駆動力伝達効率の向上を図ることも重要な課題であった。

そこで、本発明は、高出力でありながら小型化及び耐久性の向上を実現でき、さらに、動作安定性や駆動力伝達効率の向上を図れる減速機を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、ケーシングと、ケーシングに固定され、内周面に複数の歯が設けられた固定内歯車と、ケーシングに対して回転可能に支持され、内周面に複数の歯が設けられた可動内歯車と、固定内歯車及び可動内歯車に対して偏心した偏心部を外周面に有する入力軸と、固定内歯車の内周面と偏心部との間に配置された複数の第１ローラと、可動内歯車の内周面と偏心部との間に配置された複数の第２ローラと、第１ローラ及び第２ローラを回転可能に保持する保持器とを備え、入力軸が１回転するごとに、第１ローラが固定内歯車の一歯分ずつ周方向に移動すると共に、第２ローラが可動内歯車の一歯分ずつ周方向に移動することで、可動内歯車が入力軸に対して減速して回転する減速機であって、ケーシングと可動内歯車との間に軸受部材を配置したことを特徴とする。

本発明に係る減速機においては、入力軸が１回転するごとに、第１ローラが固定内歯車の一歯分ずつ周方向に移動することで、保持器が入力軸に対して減速回転する。さらに、保持器の減速回転に伴って、第２ローラが入力軸の１回転ごとに可動内歯車の一歯分ずつ周方向に移動することで、可動内歯車が入力軸に対して減速回転する。このように、固定内歯車と第１ローラとの間、可動内歯車と第２ローラとの間で減速して回転を伝達する構成とすることで、従来の減速機において内歯車の歯数を増やして高出力化する対策に比べて、高出力でありながら、小型の減速機を提供できるようになる。

また、本発明に係る減速機においては、可動内歯車が出力回転体として機能するため、保持器を出力回転体とする従来の構成に比べて剛性を確保しやすくなる。すなわち、可動内歯車は保持器に比べて径方向寸法に自由度があり、肉厚に形成することができるので、高出力化に伴うトルク増大にも十分に対応することができる。

さらに、本発明に係る減速機においては、ケーシングと可動内歯車との間に軸受部材を配置したことで、可動内歯車をケーシングに対して直接接触させて摺動させる構成に比べて、可動内歯車とケーシングとの間に生じるクリアランスを狭くしつつ、可動内歯車を回転可能に支持することができる。すなわち、軸受部材を介して可動内歯車を支持することで、可動内歯車をケーシングに対して直接摺動させる場合に必要となるほどのクリアランスを確保しなくてもよくなるので、可動内歯車と軸受部材との間、又は軸受部材とケーシングとの間に生じるクリアランスを狭くすることができる。これにより、クリアランスに起因する可動内歯車の径方向の振れや傾きを抑制できるようになり、可動内歯車に径方向の振れや傾きが生じることに伴う摺動抵抗の増大や第１ローラ又は第２ローラの噛み込みを防止できるようになる。その結果、減速機の駆動力伝達効率や動作安定性の向上を図れるようになる。また、ケーシングと可動内歯車との間に軸受部材を配置したことで、可動内歯車の回転が円滑に行えるようになるため、これによっても駆動力伝達率が向上する。

ケーシングと可動内歯車との間に配置された軸受部材として、針状ころ軸受を採用することができる。

また、軸受部材を玉軸受又はすべり軸受としてもよい。

また、軸受部材をすべり軸受とした場合、軸受部材は摺動性を有する樹脂材料で形成されることが望ましい。

本発明によれば、高出力でありながら小型化及び耐久性を向上させ、さらに、動作安定性や駆動力伝達効率の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る減速機の縦断面図である。 図１に示す減速機の分解斜視図である。 図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。 本発明の他の実施形態に係る減速機の縦断面図である。 図５に示す減速機の分解斜視図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る減速機の縦断面図である。 図７に示す減速機の分解斜視図である。 比較例の減速機の縦断面図である。 従来の減速機の縦断面図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明について説明する。なお、本発明を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る減速機の縦断面図、図２は、図１に示す減速機の分解斜視図である。また、図３は、図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図、図４は、図１におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。

図１〜図４に示すように、本実施形態に係る減速機１は、ケーシング２と、ケーシング２に固定された固定内歯車３と、ケーシング２に対して回転可能に支持された可動内歯車４と、偏心部５ａを外周面に有する入力軸５と、固定内歯車３の内周面と偏心部５ａとの間に配置された複数の第１ローラ６と、可動内歯車４の内周面と偏心部５ａとの間に配置された複数の第２ローラ７と、第１ローラ６及び第２ローラ７を回転可能に保持する保持器８とを主な構成とする。

ケーシング２は、円筒状に形成されている。ケーシング２の内周面における軸方向のほぼ中間には、径方向の段差面２ａ（図１参照）が形成されており、この段差面２ａを境界として、軸方向の一方に小さい内径の小内径部２ｃが形成され、軸方向の他方に小内径部２ｃよりも大きい内径の大内径部２ｄが形成されている。

固定内歯車３は、内周面に複数の歯３ａが形成された環状の歯車部材である。複数の歯３ａは固定内歯車３の周方向に等間隔に配置され、各歯３ａの間には曲線状の歯溝３ｃ（図３参照）が形成されている。固定内歯車３には、複数の孔部３ｂが周方向に等間隔に設けられている。これらの孔部３ｂに対してケーシング２の段差面２ａに設けられた凸部２ｂが嵌め込まれることで、固定内歯車３はケーシング２の大内径部２ｄの内周に回転しないように固定されている。また、固定内歯車３はケーシング２の内面に一体に形成されていてもよい。

可動内歯車４は、内周面に複数の歯４ａを有し、固定内歯車３とほぼ同等の外径寸法及び内径寸法に形成された環状の歯車部材である。複数の歯４ａは可動内歯車４の周方向に等間隔に形成され、各歯４ａの間には曲線状の歯溝４ｃ（図４参照）が形成されている。また、可動内歯車４の歯数は、固定内歯車３の歯数とは異なる数に設定されている。可動内歯車４は、ケーシング２の大内径部２ｄの内周に、固定内歯車３に対して軸方向に隣り合って（ケーシング２の開口側に）配置されている。可動内歯車４とケーシング２の大内径部２ｄとの間には軸受部材としての針状ころ軸受９が配置されており、この針状ころ軸受９によって可動内歯車４はケーシング２に対して回転可能に支持されている。また、可動内歯車４には、複数の孔部４ｂが周方向に等間隔に設けられている。これらの孔部４ｂに、図示しない出力側の部材に設けられた凸部が嵌め込まれることで、可動内歯車４に対して出力側の部材が固定可能に構成されている。また、可動内歯車４は図示しない出力側の部材と一体に形成されていてもよい。

入力軸５は、電動モータ等の図示しない駆動源から駆動力が入力される円柱状の部材である。入力軸５の軸方向中間部には、入力軸５の中心軸（回転軸）に対して径方向に距離Ｙ偏心した外周面を有する偏心部５ａが設けられている。偏心部５ａは、入力軸５のその他の部分よりも径方向に突出して形成され、固定内歯車３及び可動内歯車４の内周に位置している。

入力軸５の外周には、軸受部材としての２つの転がり軸受１０，１１が配置されている。一方の転がり軸受１０は、偏心部５ａの外周面に圧入され、入力軸５の中心軸に対して偏心した偏心軸受である。第１ローラ６及び第２ローラ７は、この転がり軸受１０と固定内歯車３の内周面又は可動内歯車４の内周面との間に配置され、転がり軸受１０の外周面上を転動可能に構成されている。他方の転がり軸受１１は、入力軸５の一端部側の外周面とケーシング２の小内径部２ｃとの間に圧入されており、この転がり軸受１１によって入力軸５はケーシング２に対して回転可能に支持されている。

保持器８は、円筒状の部材であり、偏心部５ａに圧入されている転がり軸受１０と各内歯車３，４との間に回転可能に配置されている。保持器８には、周方向に等間隔に配置された複数のポケット８ａ，８ｂが軸方向に二列形成されている。一方の列のポケット（第１ポケット）８ａには、第１ローラ６が１つずつ収容され、他方の列のポケット（第２ポケット）８ｂには、第２ローラ７が１つずつ収容されている。また、各ローラ６，７は、ポケット８ａ，８ｂ内で径方向に移動可能に保持されている。

ここで、偏心部５ａの外周面に圧入されている転がり軸受（偏心軸受）１０は、入力軸５の中心軸に対して偏心しているので、図３及び図４に示すように、この転がり軸受１０の外周面上に並ぶ第１ローラ６及び第２ローラ７の中心軸を通る円の中心Ｑ１，Ｑ２も、入力軸５の中心軸Ｏに対して径方向に距離Ｙ偏心している。これに対して、固定内歯車３及び可動内歯車４の各中心軸は、入力軸５の中心軸Ｏと同軸上に配置されている。このため、各ローラ６，７の中心軸を通る円の中心Ｑ１，Ｑ２は、固定内歯車３及び可動内歯車４の各中心軸に対して偏心している。よって、第１ローラ６及び第２ローラ７は、それぞれの軌道の周方向の一部の箇所（図３及び図４の下側）において対向する内歯車（固定内歯車３又は可動内歯車４）の歯溝に対して接近して係合する位置（歯溝内に入り込んだ位置）に配置され、これとは反対側の箇所（図３及び図４の上側）において対向する内歯車の歯溝に対して離間し係合しない位置に配置されている。

各ローラ６，７の個数は、対応する内歯車（固定内歯車３又は可動内歯車４）の減速比に応じて適宜決定される。具体的には、固定内歯車３の減速比をｉ１、可動内歯車４の減
速比をｉ２とすると、各歯３ａ，４ａの歯数は、対応する内歯車の減速比よりも１つ多い
数（ｉ１＋１），（ｉ２＋１）、又は１つ少ない数（ｉ１−１），（ｉ２−１）に設定さ
れる。また、各ローラ６，７の個数は、各減速比ｉ１，ｉ２の約数に設定される。

続いて、本実施形態に係る減速機の動作について説明する。

入力軸５に駆動力が入力されて、入力軸５が回転すると、これに伴って偏心部５ａが回転することで、第１ローラ６及び第２ローラ７が固定内歯車３及び可動内歯車４に対して径方向に往復運動する。このとき、第１ローラ６が固定内歯車３の歯溝に沿って回転しながら隣の歯溝へ移動することで、偏心部５ａが１回転するごとに、保持器８が固定内歯車３の一歯分ずつ周方向に移動する。これにより、保持器８が入力軸５に対して減速されて回転する。

また、保持器８が回転すると、保持器８に保持されている第２ローラ７も回転する。これと同時に、第２ローラ７は上記偏心部５ａの回転に伴う径方向の往復運動もするので、第２ローラ７は可動内歯車４の歯溝に沿って回転しながら隣の歯溝へ移動する。このとき、第２ローラ７が歯溝の壁を押すことで、可動内歯車４が周方向の力を受け回転する。これにより、可動内歯車４は、偏心部５ａが１回転するごとに、可動内歯車４の一歯分ずつ回転し、入力軸５に対して減速して回転する。また、可動内歯車４は、保持器８の回転に伴って回転するので、入力軸５の回転に伴う減速回転に加えて、保持器８の回転数分だけ回転する。このため、可動内歯車４の回転数は、入力軸５の回転に伴う減速回転での回転数と、保持器８の回転数の差分の絶対値となる。

すなわち、固定内歯車３の減速比をｉ１、可動内歯車４の減速比をｉ２とすると、本実
施形態に係る減速機による減速比は、下記式１によって求められる。

減速比＝ｉ１×ｉ２／｜ｉ１−ｉ２｜・・・式１

例えば、固定内歯車３の減速比（ｉ１）が６０、可動内歯車４の減速比（ｉ２）が６３
の場合、上記式１から減速比は１２６０となる。

このように、本実施形態に係る減速機では、大きな減速比によって高トルクを得ることが可能である。また、本実施形態に係る減速機のように、固定内歯車３と可動内歯車４とを備え、これらの内歯車３，４と各ローラ６，７との間で減速して回転を伝達する構成とすることで、従来の減速機において内歯車の歯数を増やして高出力化する対策に比べて、高出力でありながら、小型の減速機を提供できるようになる。

また、本実施形態に係る減速機においては、可動内歯車４が出力回転体として機能するため、保持器を出力回転体とする従来の構成に比べて剛性を確保しやすくなる。すなわち、可動内歯車４は保持器に比べて径方向寸法に自由度があり、肉厚に形成することができるので、高出力化に伴うトルク増大にも十分に対応することができる。

ところで、ケーシング２に対して可動内歯車４を回転可能に支持する構成として、例えば、図９に示す例のように、可動内歯車４をケーシング２の内周面に直接接触させて摺動させることも可能である。しかしながら、この場合、摺動性が得られるように、可動内歯車４の外周面とケーシング２の内周面との間に０．１〜０．２ｍｍ程度のクリアランスを確保する必要があるため、このクリアランスが原因で可動内歯車４がケーシング２に対して径方向に振れたり、傾いたりすることが考えられる。そして、可動内歯車４がケーシング２に対して径方向に振れたり、傾いたりすると、可動内歯車４とケーシング２との間での摺動抵抗が大きくなり、駆動力伝達効率が低下する虞がある。また、可動内歯車４の径方向の振れや傾きが原因で、第１ローラ６又は第２ローラ７が内歯車（固定内歯車３又は可動内歯車４）の歯溝と転がり軸受１０の外周面との間に噛み込まれ、動作不良が生じる虞もある。

そこで、本実施形態に係る減速機においては、図１に示すように、可動内歯車４の外周面とケーシング２の内周面との間に針状ころ軸受９を介在させ、針状ころ軸受９を介して可動内歯車４をケーシング２に対して回転可能に支持するようにしている。このように、軸受部材を介して可動内歯車４を支持することで、可動内歯車４をケーシング２に対して直接摺動させる場合に必要となるほどのクリアランスを確保しなくてもよくなる。具体的には、可動内歯車４と針状ころ軸受９との間、又は針状ころ軸受９とケーシング２との間の間に生じるクリアランスを数十ミクロンレベルにまで狭めることができる。これにより、クリアランスに起因する可動内歯車４の径方向の振れや傾きを抑制できるようになり、可動内歯車４に径方向の振れや傾きが生じることに伴う摺動抵抗の増大や第１ローラ６又は第２ローラ７の噛み込みを防止できるようになる。その結果、減速機の駆動力伝達効率や動作安定性の向上を図れるようになる。また、可動内歯車４とケーシング２との間に針状ころ軸受９を配置したことで、可動内歯車４の回転が円滑に行えるようになるため、これによっても駆動力伝達率が向上する。

以上のように、本実施形態に係る減速機によれば、高出力でありながら小型化及び耐久性の向上を実現でき、さらに、可動内歯車４の径方向の振れや傾きを抑制して動作安定性や駆動力伝達効率を向上させることができるので、車両や各種装置等への搭載性に優れ、信頼性の高い減速機を提供することができるようになる。例えば、本発明に係る減速機は、自動車のエンジンの吸気バルブと排気バルブの一方又は両方のバルブの開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング装置などに適用可能である。また、これに限らず、本発明に係る減速機は、高減速比で高出力が要求されるその他の装置にも適用可能である。

上記実施形態では、可動内歯車４とケーシング２との間に配置する軸受部材として針状ころ軸受９を用いているが、軸受部材はこれに限らず他の軸受部材を用いてもよい。例えば、図５及び図６に示す実施形態のように、軸受部材として玉軸受１２を用いてもよいし、図７及び図８に示す実施形態のように、すべり軸受１３を用いることも可能である。軸受部材がすべり軸受１３である場合は、軸受部材を摺動性を有する樹脂材料で形成することが望ましい。なお、図５〜図８に示す実施形態においては、軸受部材が異なる点以外、上記実施形態と基本的に同様の構成であるので、重複する部分の構成については説明を省略する。

以上、本発明に係る減速機の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことである。

１ 減速機
２ ケーシング
３ 固定内歯車
３ａ 歯
４ 可動内歯車
４ａ 歯
５ 入力軸
５ａ 偏心部
６ 第１ローラ
７ 第２ローラ
８ 保持器
９ 針状ころ軸受
１２ 玉軸受
１３ すべり軸受

Claims (5)

1. ケーシングと、
   前記ケーシングに固定され、内周面に複数の歯が設けられた固定内歯車と、
   前記ケーシングに対して回転可能に支持され、内周面に複数の歯が設けられた可動内歯車と、
   前記固定内歯車及び前記可動内歯車に対して偏心した偏心部を外周面に有する入力軸と、
   前記固定内歯車の内周面と前記偏心部との間に配置された複数の第１ローラと、
   前記可動内歯車の内周面と前記偏心部との間に配置された複数の第２ローラと、
   前記第１ローラ及び前記第２ローラを回転可能に保持する保持器とを備え、
   前記入力軸が１回転するごとに、前記第１ローラが前記固定内歯車の一歯分ずつ周方向に移動すると共に、前記第２ローラが前記可動内歯車の一歯分ずつ周方向に移動することで、前記可動内歯車が前記入力軸に対して減速して回転する減速機であって、
   前記ケーシングと前記可動内歯車との間に軸受部材を配置したことを特徴とする減速機。
2. 前記軸受部材を針状ころ軸受とした請求項１に記載の減速機。
3. 前記軸受部材を玉軸受とした請求項１に記載の減速機。
4. 前記軸受部材をすべり軸受とした請求項１に記載の減速機。
5. 前記軸受部材を摺動性を有する樹脂材料で形成した請求項４に記載の減速機。

Images