(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024066256
(43)【公開日】2024-05-15
(54)【発明の名称】減速装置
(51)【国際特許分類】
F16H 57/023 20120101AFI20240508BHJP
F16H 1/32 20060101ALI20240508BHJP
【FI】
F16H57/023
F16H1/32 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022175730
(22)【出願日】2022-11-01
(71)【出願人】
【識別番号】000002107
【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(74)【代理人】
【識別番号】100116274
【弁理士】
【氏名又は名称】富所 輝観夫
(72)【発明者】
【氏名】田村 光拡
【テーマコード(参考)】
3J027
3J063
【Fターム(参考)】
3J027FA37
3J027GB03
3J027GC08
3J027GC22
3J027GE11
3J063AB12
3J063AB14
3J063AB15
3J063AC01
3J063BA01
3J063BB11
3J063CB05
3J063CD52
3J063CD53
3J063XA03
(57)【要約】
【課題】樹脂部材のクリープの影響を低減可能な減速装置を提供することを目的の一つとする。
【解決手段】ある態様の減速装置10は、被駆動部材50が連結される出力部材26、27を有する減速装置であって、出力部材26、27は、樹脂により構成され、被駆動部材50を連結するための細目ネジB1がねじ込まれる有底の第1ネジ孔H1を複数有し、出力部材26、27には、周方向において、複数の第1ネジ孔H1の間に肉抜き部が設けられる。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被駆動部材が連結される出力部材を有する減速装置であって、
前記出力部材は、樹脂により構成され、前記被駆動部材を連結するための細目ネジがねじ込まれる有底の第1ネジ孔を複数有し、
前記出力部材には、周方向において、前記複数の第1ネジ孔の間に肉抜き部が設けられる減速装置。
【請求項2】
前記出力部材は、第1出力部材と第2出力部材を連結した構成とされ、前記第1出力部材と前記第2出力部材とを連結するための連結ボルトがねじ込まれる第2ネジ孔を有し、
前記第2ネジ孔は、周方向において、前記複数の第1ネジ孔のうち一のネジ孔と別のネジ孔の間に配置され、
前記出力部材は、周方向において、前記一のネジ孔と前記別のネジ孔の間には肉抜き部を有しない、請求項1に記載の減速装置。
【請求項3】
前記連結ボルトは並目ネジであり、前記第2ネジ孔は有底である、請求項2に記載の減速装置。
【請求項4】
前記第1出力部材は内歯歯車であり、前記第2出力部材は入力軸を支持する軸受が配置される軸受ハウジングである、請求項2に記載の減速装置。
【請求項5】
起振体と、前記起振体により撓み変形する外歯歯車と、前記外歯歯車と噛合う第1内歯歯車および第2内歯歯車と、を有し、前記第1出力部材は前記第1内歯歯車であり、前記第2出力部材は前記起振体を支持する軸受が配置される軸受ハウジングである、請求項4に記載の減速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、減速装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、軽量化を目的として減速機部品へ樹脂材料の適用が試みられてきた。例えば、特許文献1には、歯車装置に搭載される部材であって、樹脂材料で形成された第2内歯歯車が記載されている。第2内歯歯車には、駆動対象の外部部材と連結するための連結用孔と、第2カバーと連結するための連結用孔が設けられている。これらの連結用孔には、連結用のボルトが締結されるための雌ネジ部が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2021-181126号公報(
図2(A))
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
樹脂材料は自己潤滑性を有し、且つクリープ等の特有の現象も発生する為、締結構造に対して十分な配慮をすることが重要である。特に、樹脂製の雌ネジを用いたネジ締結においては、過大な締付トルクが雌ネジのせん断破壊やクリープ破壊をもたらすことも考えられる。クリープ等の影響を低減するために、金属製の雌ネジをインサート成形することも考えられるが、この場合、製造コストの点で不利になり、精度低下の要因になり得る。特許文献1は、樹脂部材についてクリープ等の影響を低減する観点から、十分な開示をしているとは言えない。
【0005】
本発明の目的の一つは、樹脂部材のクリープの影響を低減可能な減速装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の減速装置は、被駆動部材が連結される出力部材を有する減速装置であって、出力部材は、樹脂により構成され、被駆動部材を連結するための細目ネジがねじ込まれる第1ネジ孔を有し、第1ネジ孔は有底であり、周方向において第1ネジ孔と第1ネジ孔の間には肉抜き部が設けられる。
【0007】
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、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。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、樹脂部材のクリープの影響を低減可能な減速装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1】実施形態の減速装置を概略的に示す側面図である。
【
図2】
図1の減速装置の出力部材を入力側から視た図である。
【
図3】
図2のA-A線およびB-B線に沿った出力部材の断面を示す。
【0010】
以下、本発明を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態および変形例では、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。
【0011】
また、共通点のある別々の構成要素には、要素名の先頭に「第1、第2」などの序数を付して区別し、総称するときはこれらを省略する。また、第1、第2などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。
【0012】
[実施形態]
以下、
図1を参照して、本発明の実施形態の減速装置の全体構成を説明する。
図1は、実施形態の減速装置を概略的に示す側面図である。一例として、減速装置10は、撓み噛合い式歯車装置である。実施形態の減速装置10は、入力軸11と、起振体12、13と、外歯歯車14、15と、主軸受24と、入力軸軸受30、31と、起振体軸受34、35と、内歯歯車16、17と、ケーシング21、22、23と、出力部材26、27と、受板部材36、37とを備える。
【0013】
以下、内歯歯車16、17の中心軸線Laに沿った方向を「軸方向」といい、その中心軸線Laを中心とする円の円周方向、半径方向をそれぞれ「周方向」、「径方向」とする。また、以下、便宜的に、軸方向の一方側(図中右側、駆動源が配置される側)を入力側といい、他方側(図中左側、被駆動部材が配置される側)を反入力側という。このような方向の表記は、減速装置10の使用姿勢を制限するものではなく、減速装置10は、任意の姿勢で使用されうる。
【0014】
起振体12、13のうち第1起振体12は、第2起振体13の反入力側に配置される。外歯歯車14、15のうち第1外歯歯車14は、第2外歯歯車15の反入力側に配置される。内歯歯車16、17のうち第1内歯歯車16は、第2内歯歯車17の反入力側に配置される。入力軸軸受30、31のうち第1入力軸軸受30は、第2入力軸軸受31の反入力側に配置される。起振体軸受34、35のうち第1起振体軸受34は、第2起振体軸受35の反入力側に配置される。受板部材36、37のうち第1受板部材36は、第2受板部材37の反入力側に配置される。
【0015】
減速装置10は、内歯歯車16、17と噛み合う外歯歯車14、15を撓み変形させつつ回転させることで外歯歯車14、15を自転させ、その自転成分を出力する撓み噛み合い式歯車装置である。
【0016】
入力軸11は、中空の軸部材であり、入力軸11の入力側には駆動部のモータが接続され、モータからの動力回転が入力される。入力軸11は、起振体12、13を有しており、起振体軸としても機能する。起振体12、13は、入力軸11の外周に一体的に形成されている。起振体12、13は、中心軸線Laに沿った方向に直交する断面の外周形状が楕円状をなす。本明細書での「楕円」とは、幾何学的に厳密な楕円に限定されず、略楕円も含まれる。
【0017】
外歯歯車14、15は、可撓性を持つ筒状の部材である。外歯歯車14、15は、外歯基部として機能する筒状部の外周部に軸方向に離れて設けられている。なお、第1外歯歯車14および第2外歯歯車15は、筒状の基部の外周に軸方向に連続して一体的に形成されており、両者の歯数は同じである。第1外歯歯車14は、出力用内歯歯車として機能する第1内歯歯車16と噛み合い、第2外歯歯車15は、減速用内歯歯車として機能する第2内歯歯車17と噛み合う。
【0018】
外歯歯車14、15は、起振体12、13の回転に追従して、起振体軸受34、35を介して起振体12、13により楕円状に撓み変形させられる。このとき、外歯歯車14、15は、内歯歯車16、17との噛合位置を周方向に変えつつ、起振体12、13の形状に合うように撓み変形させられる。起振体軸受34、35は、起振体12、13と外歯歯車14、15の間に配置される。実施形態では、起振体軸受34、35は、リテーナ32、33を有する。
【0019】
第1内歯歯車16の歯数は第1外歯歯車14の歯数と同数であり、第2内歯歯車17の歯数は、第2外歯歯車15の歯数より2i(iは1以上の自然数)だけ多い。これにより、起振体12、13が回転したとき、第1内歯歯車16には、外歯歯車14、15の自転成分と同じ大きさの回転が出力される。
【0020】
ケーシング21、22、23は、主軸受24を介して第1内歯歯車16を回転自在に支持する第1ケーシング21と、第1ケーシング21の入力側に配置される第2ケーシング22と、第2ケーシング22の入力側に配置される第3ケーシング23とを有する。第2ケーシング22には、第2内歯歯車17が一体化される。第1ケーシング21と、第2ケーシング22は、ボルトB3により互いに連結される。第2ケーシング22と、第3ケーシング23は、ボルトB4により互いに連結される。
【0021】
出力部材26、27は、外歯歯車14の自転成分を取り出して被駆動部材50に伝達する。出力部材26、27は、第1出力部材26と、第1外歯歯車14の反入力側に配置される第2出力部材27とを含む。第1出力部材26には、第1内歯歯車16と一体化される。第1出力部材26と、第2出力部材27は、連結ボルトB2により互いに連結される。
【0022】
第1入力軸軸受30は、第2出力部材27と入力軸11との間に配置される。第2入力軸軸受31は、第3ケーシング23と入力軸11との間に配置される。入力軸軸受30、31は、第2出力部材27および第3ケーシング23に対して、起振体12、13を有する入力軸11を回転自在に支持する。入力軸軸受30、31の構成に限定はないが、この例の入力軸軸受30、31は玉軸受けである。
【0023】
主軸受24は、第1ケーシング21と第1出力部材26との間に配置される。主軸受24は、第1ケーシング21に対して、出力部材26、27を回転自在に支持する。主軸受24の構成に限定はないが、この例の主軸受24は玉軸受けである。
【0024】
第1外歯歯車14の反入力側には第1受板部材36が配置される。第2外歯歯車15の入力側には第2受板部材37が配置される。受板部材36、37は、入力軸11を環囲する環状の板部材である。受板部材36、37は、外歯歯車14、15および起振体軸受34、35の反入力側および入力側に延在して、外歯歯車14、15およびリテーナ32、33の反入力側および入力側への軸方向移動を規制する。
【0025】
減速装置10の動作を説明する。モータ(不図示)の回転により入力軸11が回転すると、入力軸11とともに起振体12、13が回転する。起振体12、13が回転すると、内歯歯車16、17との噛合位置を周方向に変えつつ、起振体12、13の形状に合うように外歯歯車14、15が連続的に撓み変形させられる。外歯歯車14、15は、起振体12、13が一回転するごとに、第2内歯歯車17の第2外歯歯車15との歯数差に相当する分、第2内歯歯車17に対して相対回転(自転)する。
【0026】
このとき、起振体12、13の回転は、この歯数差に応じた減速比で減速されて外歯歯車14、15が自転する。第1内歯歯車16は、第1外歯歯車14と歯数が同じである。よって、第1内歯歯車16は、起振体12、13が一回転した前後で外歯歯車14、15との相対的な噛合位置が変わらないまま、外歯歯車14、15と同じ自転成分で同期して回転する。第1出力部材26は第1内歯歯車16と一体的に形成されており、この第1内歯歯車16の回転は、第1出力部材26と、第2出力部材27とを介して被駆動部材50に伝達される。この結果、入力軸11に入力された回転が減速されて、被駆動部材50の回転として伝達される。
【0027】
減速装置10を構成する各部材の素材を説明する。歯車以外の各部材の素材は、特に限定されるものではないが、実施形態では以下のように構成されている。ケーシング21、22、23、出力部材26、27および受板部材36、37は、樹脂材料から構成されている。樹脂材料には、樹脂単体、あるいは、補強繊維を含有した樹脂を適用でき、例えばPEEK(Poly Ether Ether Ketone)材やPOM(Polyacetal又はPolyoxymethylene等)材など種々の樹脂材料を採用できる。補強繊維を含有した樹脂としては、CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)などの複合材料、樹脂とその他の別素材との複合材料、ベーク材(紙ベーク材や布ベーク材等)などを適用することができる。これらの部材を樹脂製とすることにより、減速装置10の低コスト化と軽量化を図ることができる。
【0028】
入力軸11、起振体12、13、外歯歯車14、15は、ニッケルクロムモリブデン鋼などの鉄鋼素材(金属材料)から構成される。一方、内歯歯車16、17は、ベース樹脂に補強繊維として炭素繊維を含有させた炭素繊維強化樹脂材料により構成される。ベース樹脂には、例えばPEEK材やPOM材など、種々の樹脂材料を採用できる。樹脂材料は、含有される補強繊維が布状に結び付いてない繊維である場合、樹脂材料を用いて射出成形又は圧縮成形が可能である。樹脂材料に含有される素材が布状又は片状に結びついた繊維であれば、樹脂材料を用いて圧縮成形が可能である。
【0029】
可動部分の潤滑性を確保するために、減速装置10の内部空間Sには、潤滑剤Jが封入される。
【0030】
図2、
図3も参照して、実施形態の減速装置10の特徴構成を説明する。
図2は、第1出力部材26を入力側から視た図である。
図3(A)は、第1出力部材26のA-A線に沿った断面を示し、
図3(B)は、第1出力部材26のB-Bに沿った断面を示す。
【0031】
減速装置の部材に樹脂材料を適用することが考えられる。樹脂部材は、一定の荷重が掛かると時間とともにその周辺部分が変形するクリープ現象を生じる。また、樹脂材料は自己潤滑性を有するため、クリープ現象と相まって締結構造が弛む場合がある。特に、樹脂製の雌ネジを有するネジ締結部においては、過大な締付トルクが雌ネジのせん断破壊やクリープ破壊をもたらすことも考えられる。クリープ等の影響を低減するために、金属製の雌ネジをインサート成形することも考えられるが、この場合、製造コストの点で不利になり、精度低下の要因になり得る。
【0032】
ネジ締結部の経時的な弛み現象を抑制するために、減速装置10は、被駆動部材50が連結される出力部材26、27を有する減速装置であって、出力部材26、27は、樹脂により構成され、被駆動部材50を連結するための細目ネジB1がねじ込まれる有底の第1ネジ孔H1を複数有し、出力部材26、27には、周方向において、複数の第1ネジ孔H1の間に肉抜き部28が設けられる。
図3(A)に示すように、第1ネジ孔H1と肉抜き部28とは、軸方向において互いに逆方向から周方向に交互に設けられる。この例の第1ネジ孔H1は、反入力側の開口から入力側に向かって凹む円形の孔である。第1ネジ孔H1にはタップ(雌ネジ)が設けられていてもよい。
図3の例では、肉抜き部28の周方向幅は、第1ネジ孔H1の周方向幅よりも大きい。
【0033】
この構成によれば、細目ネジB1は、ネジのリード角が小さいため緩みが発生しにくく、緩める際のトルクも小さいため、ネジ締結部の経時的な弛み現象を抑制できる。また、細目ネジB1は、同じサイズの並目ネジと比較し、有効径が大きいため耐力が高く、有効断面積が大きいためせん断方向の外力にも強い。さらに、細目ネジB1は、並目ネジに比べて、より小さなトルクで必要軸力を得ることが可能である。これらにより、第1ネジ孔H1の破損を減らすことができる。第1ネジ孔H1が有底であるため、第1ネジ孔H1から潤滑剤Jが漏れる可能性は低い。
【0034】
図2の例では、第1ネジ孔H1は、周方向に所定の間隔で複数(例えば、16個)設けられる。複数の第1ネジ孔H1は、周方向に等間隔で配置されてもよい。肉抜き部28は、周方向に隣り合う2つの第1ネジ孔H1の間に複数(例えば、12個)設けられる。肉抜き部28は、入力側から視て扇形状または矩形状の輪郭を有する。肉抜き部28は、入力軸側の開口から反入力側に向かって凹む凹部であり、非貫通の有底孔として設けられる。肉抜き部28を有することにより、樹脂成形時の第1出力部材26の冷却速度を均一化し、形状精度を確保する効果が期待できる。肉抜き部28が有底であるため、肉抜き部28から潤滑剤Jが漏れる可能性は低い。
【0035】
樹脂成形により出力部材26、27を一体に形成することも可能であるが、この場合、金型構造が複雑になり、樹脂成形時の工程数が増えるおそれがある。そこで、実施形態の減速装置10では、出力部材26、27は、第1出力部材26と第2出力部材27を連結した構成とされ、第1出力部材26と第2出力部材27とを連結するための連結ボルトB2がネジ込まれる第2ネジ孔H2を有する。この場合、出力部材26、27の製造が容易になる。第2出力部材27は、入力軸軸受30の反入力側を覆うカバーとしても機能する。
【0036】
一例として、第2ネジ孔H2は、周方向において、複数の第1ネジ孔H1のうち一のネジ孔H1(A)と別のネジ孔H1(B)の間に配置される。一のネジ孔H1(A)と別のネジ孔H1(B)は、複数の第1ネジ孔H1のうち周方向に隣り合う2つの第1ネジ孔H1である。
図2の例では、第2ネジ孔H2は、周方向に所定の間隔で複数(例えば、4個)設けられる。第2ネジ孔H2は、周方向において、一のネジ孔H1(A)と別のネジ孔H1(B)の中央に配置される。第2ネジ孔H2の径方向位置は、第1ネジ孔H1の径方向位置と同一である。この例の第2ネジ孔H2は、反入力側の開口から入力側に向かって凹む円形の孔である。第2ネジ孔H2にはタップ(雌ネジ)が設けられていてもよい。
【0037】
経時的な弛み現象を抑制する観点から、第1ネジ孔H1の周辺を肉盛りして剛性を維持することが望ましい。そこで、実施形態では、
図2に示すように、第1出力部材26は、周方向において、一のネジ孔H1(A)と別のネジ孔H1(B)の間には肉抜き部28を有しない。換言すれば、周方向において、第2ネジ孔H2を挟んで隣り合う一のネジ孔H1(A)と別のネジ孔H1(B)との間において、肉抜き部に対応する位置に上覆い部29が設けられる。
図3(B)に示すように、上覆い部29に、反入力側から第2ネジ孔H2が形成されているため、厚肉部が殆ど形成されず、樹脂成形時の第1出力部材26の冷却速度は均一化される。
【0038】
連結ボルトB2は、第2出力部材27を支持するもので、第1ネジ孔H1よりも小さな荷重を負担するから安価であることが望ましい。そこで、実施形態では、連結ボルトB2は並目ネジであり、第2ネジ孔H2は有底である。この場合、細目ネジよりもコスト的に有利である。また、有底であるため第2ネジ孔H2から潤滑剤Jが漏れる可能性は低い。
【0039】
第1出力部材26と第1内歯歯車16の間にはトルク伝達の過程で大きな荷重がかかるため、両者は大きな結合強度を有することが望ましい。そこで、前述したように、第1出力部材26は第1内歯歯車16と一体的に形成されており、第1出力部材26は内歯歯車16である。この場合、第1出力部材26と第1内歯歯車16とを別々に形成した後に結合する場合より、大きな結合強度を実現できる。
【0040】
実施形態では、第2出力部材27は、入力軸11を支持する軸受30が配置される軸受ハウジングとして機能する。この場合、入力軸11を支持するために専用の部材を設ける場合に比べて、部品点数が減り、小型化、コスト、および信頼性の面で有利である。
【0041】
前述したように、起振体12、13と、起振体12、13により撓み変形する外歯歯車14、15と、外歯歯車14、15と噛合う第1内歯歯車16および第2内歯歯車17と、を有する。実施形態では、第1出力部材26は第1内歯歯車16であり、第2出力部材27は起振体12、13を支持する軸受30が配置される軸受ハウジングとして機能する。この場合、起振体12、13を支持するために専用の部材を設ける場合に比べて、部品点数が減り、小型化、コスト、および信頼性の面で有利である。
【0042】
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。前述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。前述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。また、図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。
【0043】
以下、変形例を説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と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。実施形態と重複する説明を適宜省略し、実施形態と相違する構成について重点的に説明する。
【0044】
実施形態の説明では、減速装置10が筒型の撓み噛合い式歯車装置である例を示したが、本発明はこれに限定されない。減速装置は他の形式の歯車装置であってもよい。当該他の形式の歯車装置としては、一例として、カップ型、シルクハット型等の撓み噛合い式歯車装置、センタークランク型、振り分け型等の偏心揺動型歯車装置、単純遊星歯車型の歯車装置等が挙げられる。
【0045】
実施形態の説明では、肉抜き部28が、入力軸側の開口から反入力側に向かって凹む形状を有する例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、肉抜き部は、反入力軸側の開口から入力側に向かって凹む形状を有してもよい。
【0046】
実施形態の説明では、肉抜き部28にリブが設けられない例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、肉抜き部にリブが設けられてもよい。
【0047】
実施形態の説明では、肉抜き部28の周方向幅が、第1ネジ孔H1の周方向幅よりも大きい例を示したが、本発明はこれに限定されない。肉抜き部の周方向幅は、第1ネジ孔の周方向幅以下であってもよい。
【0048】
実施形態の説明では、肉抜き部28が、軸方向から視て扇形状または矩形状の輪郭を有する例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、肉抜き部は、軸方向から視て円形状、楕円形状、多角形状等の輪郭を有してもよい。
【0049】
上述の各変形例は実施形態と同様の作用と効果を奏する。
【0050】
上述した実施形態の構成要素と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施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形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。
【符号の説明】
【0051】
B1 細目ネジ、 B2 連結ボルト、 H1 第1ネジ孔、 H2 第2ネジ孔、 10 減速装置、 11 入力軸、 12 第1起振体、 13 第2起振体、 14 第1外歯歯車、 15 第2外歯歯車、 16 第1内歯歯車、 17 第2内歯歯車、 26 第1出力部材、 27 第2出力部材、 28 肉抜き部、 30 第1入力軸軸受、 50 被駆動部材。