【解決手段】軸受40は、内輪と、複数のローラ43と、第1ケージおよび第2ケージとを備える。第1ケージは、第1後方リングと、前方リングと、複数の第1柱状部422とを有する。第2ケージ42は、第2後方リング421と、第2柱状部422とを有する。第2ケージは、含油樹脂材料からなる。第2柱状部は、複数のローラの中心線を通る仮想円筒面と重なる中央部422aと、中央部よりも径方向外方に位置する外側部422bと、中央部よりも径方向内方に位置する内側部422cとを有する。外側部は、中央部よりも周方向の幅が広い拡幅部422fを含む。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の例示的な実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。なお、本願では、減速機の中心軸と平行な方向を「軸方向」、中心軸に直交する方向を「径方向」、中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」と、それぞれ称する。また、軸方向の一方側を「前方側」、軸方向の他方側を「後方側」と、それぞれ称する。ただし、上記の「平行な方向」は、略平行な方向も含む。また、上記の「直交する方向」は、略直交する方向も含む。また「周方向」は、略円弧に沿う方向も含む。
【0011】
<1.第1実施形態>
<1−1.減速機の全体構成>
図1は、本発明の第1実施形態に係る軸受40を備えた減速機100の縦断面図である。
図2は、
図1中のA−A位置からみた減速機100の横断面図である。
【0012】
この減速機100は、第1回転数(入力回転数)の回転運動を、内接遊星式の減速機構により、第1回転数よりも低い第2回転数(出力回転数)の回転運動に変換する。減速機100は、例えば人と協調して作業を行うサービスロボット等の小型ロボットの関節部に使用される。ただし、同等の構造を有する減速機を、大型の産業用ロボット、工作機、X−Yテーブル、材料の切断装置、コンベアライン、ターンテーブル、圧延ローラ等の他の用途に用いてもよい。
【0013】
図1に示すように、本実施形態の減速機100は、入力回転部10、偏心部20、外歯歯車30、軸受40、内歯歯車50、キャリアピン70、および出力回転部80を主として備える。
【0014】
入力回転部10は、減速機100の中心軸Cを中心として軸方向に延びる、略円筒状の部材である。入力回転部10は、直接または他の動力伝達機構を介して、駆動源であるモータに接続される。モータを駆動させると、モータから供給される動力によって、入力回転部10は、中心軸Cを中心として第1回転数で回転する。すなわち、本実施形態では、入力回転部10が入力部となる。入力回転部10は、減速機100の軸心部に配置される。
【0015】
偏心部20は、入力回転部10と同一回転数で、入力回転部10とともに回転する部位である。本実施形態では、偏心部20と入力回転部10とは、単一の部材である。偏心部20は、入力回転部10の軸方向の中途部に設けられる。偏心部20は、中心軸Cから外れた位置で中心軸Cと平行に延びる偏心軸Dを中心とする、円筒状の外周面を有する。したがって、中心軸Cから偏心部20の外周面までの距離は、周方向の位置によって異なる。入力回転部10が中心軸Cを中心として回転すると、偏心部20の位置が、中心軸Cを中心として回転する。このとき、偏心部20の偏心軸Dも、中心軸Cを中心として回転する。
【0016】
なお、
図1に示すように、本実施形態では、入力回転部10の軸方向の中途部に、1つの偏心部20が設けられているが、これに代えて、複数の偏心部を入力回転軸の軸方向の中途部に間隔をおいて配置してもよい。この際、複数の偏心部の偏心軸の位置を、中心軸に対して互いに回転対称に配置すれば、複数の偏心部の全体としての重心位置が、常に中心軸上に位置する。したがって、偏心部の回転による重心の揺らぎを抑制できる。
【0017】
外歯歯車30は、偏心部20の径方向外方に配置される。偏心部20と外歯歯車30との間には、軸受40が介在する。軸受40の詳細な構成については、後に詳述する。外歯歯車30は、軸受40によって、偏心軸Dを中心として回転可能に支持される。
図2に示すように、外歯歯車30の外周部には、複数の外歯31が設けられている。各外歯31は、径方向外方に向けて延びている。また、周方向に隣り合う外歯31の間には、径方向内方に向けて凹む外歯間溝32が設けられている。本実施形態では、外歯間溝32は、軸方向にみたときに、外歯歯車30の外周面を等間隔に半円状に切り欠いた形状を有する。外歯31と外歯間溝32とは、偏心軸Dを中心として、周方向に交互に並んでいる。
【0018】
また、
図1および
図2に示すように、外歯歯車30は、複数(本実施形態では、8個)の貫通孔33を有する。各貫通孔33は、外歯歯車30を軸方向に貫通する。複数の貫通孔33は、偏心軸Dを中心として、周方向に等間隔に並んでいる。
【0019】
内歯歯車50は、外歯歯車30の径方向外方を取り囲む円筒状の部材である。内歯歯車50は、中心軸Cと同軸上に配置される。
図2に示すように、内歯歯車50の内周部には、複数の溝部51が設けられている。本実施形態では、溝部51は、軸方向にみたときに径方向外方に凹む円弧状である。溝部51は、内歯歯車50に対して軸方向に延びている。この溝部51に、円柱状の内歯ピン60が周方向に回転可能に保持される。複数の溝部51は、軸方向にみたときに、内歯歯車50の内周部に等間隔に設けられる。したがって、複数の内歯ピン60も、軸方向にみたときに、内歯歯車50の内周部に等間隔に設けられる。
図2に示すように、溝部51に保持された状態の内歯ピン60は、内歯歯車50の内周面から径方向内方に突出する。内歯歯車50の内周部のうち、隣り合う内歯ピン60の間の部位は、内歯溝間59となる。内歯ピン60と内歯溝間59とは、中心軸Cを中心として、周方向に交互に並んでいる。
【0020】
外歯歯車30と内歯歯車50とは、部分的に噛み合うことが可能である。具体的には、内歯歯車50に保持された一部の内歯ピン60が、外歯歯車30の一部の外歯間溝32に嵌まることで、外歯歯車30と内歯歯車50とが相対回転する。
【0021】
入力回転部10が中心軸Cを中心として回転すると、外歯歯車30は、偏心軸Dとともに、中心軸Cの周りを公転する。この際、外歯歯車30は、外歯歯車30の外歯31と、内歯歯車50の内歯(内歯ピン60)との噛み合い位置を、周方向に変化させながら公転する。ここで、内歯歯車50が保持する内歯ピン60の数は、外歯歯車30が有する外歯31の数よりも多い。このため、外歯歯車30の1公転ごとに、内歯歯車50の同じ位置の内歯ピン60に噛み合う外歯31の位置が、歯数差の分だけずれる。これにより、外歯歯車30が、入力回転部10の回転方向とは逆の方向へ、第1回転数よりも低い第2回転数で、偏心軸Dを中心にして自転する。これに伴い、外歯歯車30の貫通孔33の位置も、第2回転数で回転する。減速機100の動作時には、外歯歯車30が、このような公転と自転とを組み合わせた回転運動を行う。
【0022】
複数のキャリアピン70は、外歯歯車30を貫通して、軸方向に延びる略円柱状の部材である。
図2に示すように、複数のキャリアピン70は、中心軸Cを中心として円環状に配列される。各キャリアピン70は、外歯歯車30の貫通孔33に挿入される。キャリアピン70の外周面と、貫通孔33の内周面との間には、ブッシュリング71が介在する。
図2に示すように、ブッシュリング71の外周面と、貫通孔33の円環状の内周面との間には、間隙(遊び)が存在する。これにより、外歯歯車30が、減速後の第2回転数で自転すると、外歯歯車30の貫通孔33の内周面に押されることによって、複数のキャリアピン70も、中心軸Cを中心として、第2回転数で回転する。
【0023】
図1に戻る。出力回転部80は、円環状の前方キャリア部材81と、円環状の後方キャリア部材82とを有する。前方キャリア部材81は、外歯歯車30よりも軸方向の前方側に配置される。入力回転部10と前方キャリア部材81との間には、第2軸受92が介在する。また、前方キャリア部材81と内歯歯車50との間には、第3軸受93が介在する。後方キャリア部材82は、外歯歯車30よりも軸方向の後方側に配置される。入力回転部10と後方キャリア部材82との間には、第4軸受94が介在する。また、後方キャリア部材82と内歯歯車50との間には、第5軸受95が介在する。第2軸受92、第4軸受94には、例えばボールベアリングが用いられる。ただし、ボールベアリングに代えて、すべり軸受等の他方式の軸受を用いてもよい。第3軸受93、第5軸受95には、例えばアンギュラボールベアリングが用いられる。ただし、アンギュラボールベアリングに代えて、すべり軸受等の他方式の軸受を用いてもよい。
【0024】
各キャリアピン70の軸方向の前方側の端部は、前方キャリア部材81に固定される。各キャリアピン70の軸方向の後方側の端部は、後方キャリア部材82に固定される。このため、複数のキャリアピン70が、中心軸Cを中心として第2回転数で回転すると、前方キャリア部材81および後方キャリア部材82も、中心軸Cを中心として第2回転数で回転する。なお、前方キャリア部材81および後方キャリア部材82に対するキャリアピン70の固定方法には、例えば圧入が用いられる。
【0025】
出力回転部80は、直接または他の動力伝達機構を介して、駆動対象となる部材に接続される。すなわち、本実施形態では、出力回転部80が出力部となる。このような構成により、本実施形態の減速機100においては、入力回転部10に入力された回転を、内接遊星式の減速機構で大幅に減速し、減速後の回転を、出力回転部80から取り出すことができる。
【0026】
<1−2.軸受の構成>
続いて、本実施形態に係る軸受40の構成について、
図2から
図6を主として参照して詳細に説明する。
図3は、本実施形態に係る軸受40の概念的な横断面図である。なお、
図3中では後述する第1柱状部411および第2柱状部422の形状を模式的に示してある。
図4は、軸受40の分解斜視図である。
図3および
図4に示すように、軸受40は、内輪45と第1ケージ41と、第2ケージ42と、複数のローラ43とを有する。
【0027】
内輪45は、偏心部20の径方向外方に配置される。内輪45は、前後方向に延びる回転軸である偏心軸Dを中心とする円筒状の部材である。内輪45は、入力回転部10が回転すると、偏心軸Dとともに中心軸Cの周りを回転する。
図4に示すように、内輪45は、外周面に、周方向に沿って円環状に凹む溝部451を備える。軸受40のコロである複数のローラ43は、内輪45の周囲に配置される。複数のローラ43は、内輪45の外周面の溝部451に沿って配置される。このため、複数のローラ43は、内輪45の外周部での軸方向の移動が規制される。また、
図2に示すように、複数のローラ43は、外歯歯車30の内周面と接触する。なお、軸受40が有するローラ43の数は、本実施形態では19個であるが、それよりも多くても少なくてもよい。
【0028】
第1ケージ41および第2ケージ42は、複数のローラ43を内輪45の外周部に保持する。第1ケージ41は、樹脂材料を成型加工した成型品である。第2ケージ42は、含油樹脂材料を成型加工した成型品である。第2ケージ42は、例えば、略液体状の含油樹脂材料を、金型の内部に注入して、熱処理を施すことで成型される。
【0029】
図3に示すように、第1ケージ41は、内輪45の径方向外方に配置される。第1ケージ41は、偏心軸Dを中心として、内輪45に対して相対回転可能である。第1ケージ41は、第1後方リング413と、前方リング412と、複数の第1柱状部411とを備える。
【0030】
第1後方リング413は、円環状であり、内輪45の軸方向における後端部の径方向外方に配置される。第1後方リング413は、複数のローラ43よりも軸方向の後方側に位置する。前方リング412は、円環状であり、内輪45の軸方向における前端部の径方向外方に配置される。前方リング412は、複数のローラ43よりも軸方向の前方側に位置する。複数の第1柱状部411は、それぞれ、複数のローラ43の間において軸方向に延びる。複数の第1柱状部411は、周方向に等間隔に配列される。複数の第1柱状部411の軸方向の後方側の端部は、第1後方リング413に繋がれる。複数の第1柱状部411の軸方向の前方側の端部は、前方リング412に繋がれる。
【0031】
複数のローラ43は、周方向に隣接する第1柱状部411の間に、それぞれ配置される。また、ローラ43の一部は、第1柱状部411よりも径方向外方に位置する。なお、第1柱状部411の数は、本実施形態では19本であるが、それよりも多くても少なくてもよい。
【0032】
上述したように、複数の第1柱状部411は、軸方向の後方側の端部が第1後方リング413に接続されているのに加えて、軸方向の前方側の端部が前方リング412に接続されている。これにより、第1ケージ41の構造が強化されている。
【0033】
図3に示すように、第2ケージ42は、内輪45の径方向外方に配置される。第2ケージ42は、第1ケージ41に対して固定されている。第2ケージ42は、偏心軸Dを中心として、第1ケージ41と同一回転数で内輪45に対して相対回転可能である。
図4に示すように、第2ケージ42は、第2後方リング421と、第2柱状部422とを備える。
【0034】
第2後方リング421は、円環状であり、内輪45の後端部の径方向外方、かつ、第1後方リング413の径方向内方に配置される。第2後方リング421は、複数のローラ43よりも軸方向の後方側に位置する。複数の第2柱状部422は、それぞれ、複数のローラ43の間、かつ、第1柱状部411の径方向内方において軸方向に延びる。複数の第2柱状部422は、周方向に等間隔に配列される。複数の第2柱状部422の軸方向の後方側の端部は、第2後方リング421に繋がれる。別の言い方をすれば、複数の第2柱状部422は、第2後方リング421によって片持ち支持される。
【0035】
第2ケージ42は、第1ケージ41に係合される。このとき、第1柱状部411と第2柱状部422とは、径方向に重なり合う。すなわち、第2柱状部422は、径方向において第1柱状部411のすぐ内側に配置される。
【0036】
複数のローラ43は、内輪45の外周部において複数の第2柱状部422により保持される。また、複数のローラ43が第2柱状部422により保持されることで、内輪45の外周部でのローラ43の周方向の移動が制限される。別の言い方をすれば、第2柱状部422がスペーサとして機能することにより、周方向に隣り合うローラ43の間隔が一定に保持される。ローラ43は、第2柱状部材422と面接触しながら周方向に回転する。こうして、第2柱状部材422から染み出した潤滑油により、ローラ43が潤滑される。
【0037】
上述のような構成を有する軸受において、第2柱状部は第2後方リングに片持ち支持されており、しかも、第2ケージは一般的に強度の低い含油樹脂材料で構成されているため、周方向の外力に対する第2ケージの剛性が弱くなりがちであった。そのため、これに対する改善策が望まれていた。この点、本実施形態に係る軸受40の第2ケージ42は、周方向の外力に対する剛性を向上させるための、特有の構成を有している。
【0038】
<1−3.第2ケージの第2柱状部の構成>
以下では、本実施形態に特有の、第2ケージ42の第2柱状部422の構成について、
図5および
図6を参照して詳述する。
図5は、第2ケージ42の第2柱状部422とローラ43のレイアウトを示す、軸方向の前方側からみたときの図である。
図6は、本実施形態に係る第2ケージ42の第2柱状部422を、軸方向の前方側からみたときの形状を示す図である。
【0039】
第2柱状部422は、軸方向にみたときに、中央部422aと、外側部422bと、内側部422cとを有する。中央部422aは、複数のローラ43の中心線を通る仮想円筒面Eと重なる部位(領域)である。中央部422aは、周方向に幅を有している。
【0040】
外側部422bは、中央部422aよりも径方向外側に位置する部位である。外側部422bの周方向の幅は、径方向外方に向かうにつれて徐々に広がる。外側部422bは、径方向の外方側の端部に、中央部422aよりも周方向の幅が広い拡幅部422fを含む。本実施形態においては、外側部422bの周方向の両側の側面は、軸方向にみたときに、隣接するローラ43の表面に沿う円弧状である。
【0041】
内側部422cは、中央部422aよりも径方向内側に位置する部位である。本実施形態では、内側部422cの周方向の幅は、中央部422aの周方向の幅よりも小さい。詳細には、内側部422cの周方向の幅は、径方向内方に向かうにつれて徐々に狭まる。本実施形態においては、内側部422cの周方向の両側の側面は、軸方向にみたときに略直線状である。内側部422cの周方向の両側の側面(両側面)は、軸方向にみたときに、隣接するローラ43の表面から離間している。別の言い方をすれば、軸方向にみたときに、内側部422cの側面と、ローラ43の外周面との間には、間隙が設けられる。
【0042】
このように、本実施形態に係る第2ケージ42の外側部422bは、径方向の外方側の端部に拡幅部422fを含む。よって、外歯歯車30の内周面がローラ43に接触すること等により加わる周方向の外力に対して、第2柱状部422の剛性を向上させることができる。
【0043】
また、第2ケージ42の第2柱状部422の外側部422bが拡幅部422fを含むことにより、第2柱状部422を軸方向に垂直な平面で切ったときの断面積を広くすることができる。これにより、第2柱状部422がローラ43に接触して当該ローラ43を潤滑する潤滑性能を、向上することができる。
【0044】
また、本実施形態に係る軸受40では、内側部422cの周方向の幅は、中央部422aの周方向の幅よりも小さい。また、軸方向にみたときに、内側部422cの側面と、ローラ43の外周面との間には、クリアランスが設けられる。これにより、内側部422cとローラ43との接触を抑制できる。したがって、第2ケージ42にプラスの寸法誤差があったとしても、ローラ43が径方向外方に押されない。これにより、軸受40の使用時にローラ43と第2柱状部422との間に大きな摩擦抵抗が生じてしまうことを抑制できる。その結果、過度な摩擦熱が生じて第2ケージ42や周辺の部材が溶融する等して、不具合を招いてしまうことを防止できる。
【0045】
また、本実施形態に係る軸受40では、内側部422cの周方向の幅は、径方向内方に向かうにつれて徐々に狭まる。これにより、内側部422cとローラ43との接触を、より抑制することができる。
【0046】
また、本実施形態に係る軸受40では、第2柱状部422の外側部422bの周方向の両側の側面は、軸方向視において、隣接するローラ43の表面に沿う円弧状である。これにより、外側部422bの周方向の幅を最大限に広くとることができる。その結果、第2柱状部422の剛性をより向上させることができる。また、第2柱状部422とローラ43との接触面積が広くなるので、ローラ43を良好に潤滑できる。なお、第2柱状部422の外側部422bがローラ43に接触する場合には、内側部422cがローラ43に接触することを考えた場合とは違って、第2柱状部422が径方向外方に押し広げられることはない。よって、第2ケージ42(第2柱状部422)に過剰な応力が掛かってしまう虞が少ない。
【0047】
<2.変形例>
次に、本発明の第1実施形態の変形例に係る軸受40について、
図7を参照して説明する。
図7は、変形例に係る第2ケージ42の第2柱状部429を、軸方向の前方側からみたときの形状を示す図である。変形例に係る第2ケージ42は、第2柱状部422に代えて第2柱状部429を備えている点で、第1実施形態に係る第2ケージ42とは異なっている。その他の点においては、変形例に係る第2ケージ42は、第1実施形態に係る第2ケージ42と同様である。以下では、第1実施形態で示したのと同様の構成・機能の部材については、同一の符号を付し、重複説明を省略する。
【0048】
変形例に係る第2柱状部429は、軸方向にみたときに、中央部422aと、外側部422bと、内側部429cとを有する。
【0049】
内側部429cは、軸方向にみたときに、中央部422aよりも径方向内側に位置する部位である。本実施形態では、内側部429cの周方向の幅は、径方向内方に向かうにつれて徐々に広がる。本実施形態においては、内側部429cの周方向の両側の側面は、軸方向にみたときに、曲面状である。内側部429cの周方向の両側の側面と、隣接するローラ43との間の隙間は、径方向内方に向かうにつれて徐々に広くなる。
【0050】
このように、本変形例に係る第2ケージ42の第2柱状部429の内側部429cは、周方向の幅が、径方向内方に向かうにつれて次第に拡大する。これにより、第2柱状部429を軸方向に垂直な平面で切ったときの断面積を、より広く確保することができる。その結果、第2柱状部422がローラ43に接触して当該ローラ43を潤滑する潤滑性能を、より向上することができる。
【0051】
<3.その他の変形例>
上記の第1実施形態では、内側部422cの周方向の幅は、中央部422aの周方向の幅よりも小さかった。しかしながら、これに代えて、内側部422cの周方向の幅を、中央部422aの周方向の幅と同一としてもよい。
【0052】
上記の実施形態では、軸受40は内接遊星式の減速機100に備えられていたが、これに限定されない。すなわち、軸受40は、減速機100以外の様々な機器にも広く適用可能である。
【0053】
また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。