特開 2024-94702 偏心揺動型歯車装置及び軸体の製造方法

(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】P2024094702

(43)【公開日】2024-07-10

(54)【発明の名称】偏心揺動型歯車装置及び軸体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16H 1/32 20060101AFI20240703BHJP

   F16D 1/02 20060101ALI20240703BHJP

【ＦＩ】

F16H1/32 A

F16D1/02 110

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022211418

(22)【出願日】2022-12-28

(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】光藤 栄

(72)【発明者】

【氏名】鶴身 洋

【テーマコード（参考）】

3J027

【Ｆターム（参考）】

3J027FA20

3J027GB04

3J027GC03

3J027GC24

3J027GC26

3J027GD04

3J027GD08

3J027GD12

3J027GE21

(57)【要約】

【課題】クランク軸にスプライン部を設けるうえで、スプライン加工時の加工性とスプライン部の寸法精度の両立を図ることのできる技術を提供する。
【解決手段】揺動歯車を揺動させる偏心部１８ａを有するクランク軸１８と、クランク軸１８と別体かつ一体化され、スプライン部４０ａが形成されたスプライン軸４０とを備え、スプライン部４０ａは、少なくとも偏心部１８ａの外周面よりも表面硬度が小さい偏心揺動型歯車装置である。クランク軸１８には、少なくとも偏心部１８ａの外周面に表面硬化層７０が設けられ、スプライン軸４０には、少なくともスプライン部４０ａに表面硬化層が設けられなくともよい。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

揺動歯車を揺動させる偏心部を有するクランク軸と、
前記クランク軸と別体かつ一体化され、スプライン部が形成されたスプライン軸とを備え、
前記スプライン部は、少なくとも前記偏心部の外周面よりも表面硬度が小さい偏心揺動型歯車装置。

【請求項2】

前記クランク軸には、少なくとも前記偏心部の外周面に表面硬化層が設けられ、
前記スプライン軸には、少なくとも前記スプライン部に表面硬化層が設けられない請求項１に記載の偏心揺動型歯車装置。

【請求項3】

前記クランク軸は、シール部材が配置される配置面と、前記配置面よりも軸方向外側に設けられる軸方向端面部と、を備え、
前記クランク軸の外周部には、前記軸方向端面部の外周縁部から前記配置面までの間に、前記配置面よりも外径が小さく前記軸方向端面部に向かって連続する小外径部が設けられない請求項１に記載の偏心揺動型歯車装置。

【請求項4】

前記スプライン軸は、前記クランク軸に締り嵌めにより一体化される被固定部を備える請求項１に記載の偏心揺動型歯車装置。

【請求項5】

前記クランク軸は、前記スプライン軸が固定される固定孔を備え、
前記固定孔は、前記クランク軸を軸方向に貫通する貫通孔の一部となる請求項１に記載の偏心揺動型歯車装置。

【請求項6】

前記スプライン部にスプライン結合される内スプライン部を有するカップリングを備え、
前記内スプライン部の一部は、前記スプライン部よりも前記クランク軸とは軸方向反対側に延びている請求項１に記載の偏心揺動型歯車装置。

【請求項7】

前記スプライン軸は、前記クランク軸に締り嵌めにより一体化される被固定部を備え、
前記スプライン部は、前記スプライン軸の外側端面部から間隔を空けて設けられる請求項１に記載の偏心揺動型歯車装置。

【請求項8】

揺動歯車を揺動させる偏心部を有するクランク軸と、
前記クランク軸と別体かつ一体化され、スプライン部が形成されたスプライン軸とを備える軸体の製造方法であって、
前記クランク軸における少なくとも前記偏心部の外周面に第１表面硬化処理をする表面処理工程と、
スプライン軸素材にスプライン部を形成することで前記スプライン軸を得るスプライン加工工程と、を含み、
前記スプライン加工工程では、少なくとも前記スプライン部となるべき箇所の表面硬度が、前記第１表面硬化処理により得られる前記偏心部の外周面の表面硬度よりも小さい前記スプライン軸素材にスプライン部を形成し、
前記スプライン加工工程により得られる前記スプライン軸には、前記第１表面硬化処理よりも熱歪みの小さい第２表面硬化処理をする、又は、表面硬化処理をしない軸体の製造方法。

【請求項9】

前記スプライン加工工程では、表面硬化処理をされていない前記スプライン軸素材にスプライン部を形成する請求項８に記載の軸体の製造方法。

【請求項10】

前記スプライン軸素材又は前記スプライン軸を前記クランク軸に固定する固定工程を含み、
前記固定工程では、前記表面処理工程後の前記クランク軸の固定孔に前記スプライン軸素材又は前記スプライン軸を押し込む請求項８に記載の軸体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、偏心揺動型歯車装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、クランク軸を備える偏心揺動型歯車装置を開示している。このクランク軸は、揺動歯車を揺動させる偏心部を有する。特許文献１のクランク軸には、他部材とスプライン結合するためのスプライン部が形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－１８７４９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本願発明者は、特許文献１の開示技術について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。クランク軸には、通常、偏心部の表面硬度を確保するために、クランク軸の外面部の全域に焼入れ処理等の表面硬化処理がなされる。これに起因して、特許文献１のようにクランク軸そのものにスプライン部を形成した場合、スプライン加工時の加工性とスプライン部の寸法精度がトレードオフの関係となり、その両立が困難となっていた。

【0005】

本開示の目的の１つは、クランク軸にスプライン部を設けるうえで、スプライン加工時の加工性とスプライン部の寸法精度の両立を図ることのできる技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の偏心揺動型歯車装置は、揺動歯車を揺動させる偏心部を有するクランク軸と、前記クランク軸と別体かつ一体化され、スプライン部が形成されたスプライン軸とを備え、前記スプライン部は、少なくとも前記偏心部の外周面よりも表面硬度が小さい偏心揺動型歯車装置である。

【0007】

本開示の軸体の製造方法は、揺動歯車を揺動させる偏心部を有するクランク軸と、前記クランク軸と別体かつ一体化され、スプライン部が形成されたスプライン軸とを備える軸体の製造方法であって、前記クランク軸における少なくとも前記偏心部の外周面に第１表面硬化処理をする表面処理工程と、スプライン軸素材にスプライン部を形成することで前記スプライン軸を得るスプライン加工工程と、を含み、前記スプライン加工工程では、少なくとも前記スプライン部となるべき箇所の表面硬度が、前記第１表面硬化処理により得られる前記偏心部の外周面の表面硬度よりも小さい前記スプライン軸素材にスプライン部を形成し、前記スプライン加工工程により得られる前記スプライン軸には、前記第１表面硬化処理よりも熱歪みの小さい第２表面硬化処理をする、又は、表面硬化処理をしない軸体の製造方法である。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、クランク軸にスプライン部を設けるうえで、スプライン加工時の加工性とスプライン部の寸法精度の両立を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態の歯車装置を周辺構造とともに示す側面断面図である。

【図2】実施形態のクランク軸とスプライン軸を示す側面断面図である。

【図3】実施形態のクランク軸とスプライン軸を示す他の側面断面図である。

【図4】実施形態の軸体の製造方法を示すフローチャートである。

【図5】実施形態のスプライン加工工程の説明図である。

【図6】第１変形形態の軸体の製造方法を示すフローチャートである。

【図7】第２変形形態の軸体の製造方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の歯車装置を実施するための実施形態を説明する。同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。各図面では、説明の便宜のため、適宜、構成要素を省略、拡大、縮小する。図面は符号の向きに合わせて見るものとする。

【0011】

まず、本実施形態の偏心揺動型歯車装置を想到するに至った背景から説明する。前述の通り、クランク軸には、通常、偏心部（特に、偏心部の外周面）の表面硬度を確保するため、クランク軸の外面部の全域に表面硬化処理がなされる。これに起因して、クランク軸そのものにスプライン部を形成した場合、次に説明するように、スプライン加工時の加工性とスプライン部の寸法精度とがトレードオフの関係となり、その両立が困難となる。

【0012】

まず、表面硬化処理後にクランク軸そのものにスプライン加工をする場合を考える。この場合、クランク軸において、表面硬化処理により高硬度化した偏心部と同じ表面硬度の箇所にスプライン部を形成する必要があり、加工性の低下を招く。また、表面硬化処理前にクランク軸そのものにスプライン加工をする場合を考える。この場合、クランク軸の偏心部になされる表面硬化処理の影響をクランク軸そのものに形成したスプライン部が受けてしまい、その表面硬化処理の熱歪みに起因してスプライン部の寸法精度の低下を招く。

【0013】

本願発明者は、クランク軸にスプライン部を設けつつ、スプライン加工時の加工性とスプライン部の寸法精度の両立を図るためのアイデアを検討した。この結果、クランク軸そのものにスプライン部を形成するのではなく、クランク軸と別体かつ一体化されるスプライン軸にスプライン部を形成し、偏心部よりもスプライン部の表面硬度を小さくすることが有効であるとの着想を得た。

【0014】

このようにクランク軸と別体のスプライン軸にスプライン部を形成することにより、クランク軸の偏心部になされる表面硬化処理の影響を、スプライン軸又はスプライン軸素材（後述する）が受けずに済む。これにより、クランク軸の偏心部と同じ表面硬化処理をスプライン部にする場合と比べ、表面硬化処理の熱歪みに起因するスプライン部の寸法精度の低下を抑制できる。これは、例えば、スプライン加工により得られたスプライン軸に、クランク軸の偏心部にされた第１表面硬化処理よりも熱歪みの小さい第２表面硬化処理をするか、表面硬化処理をしないことで実現できる。

【0015】

また、偏心部よりもスプライン部の表面硬度が小さいため、スプライン加工に供されるスプライン軸素材においてスプライン部となるべき箇所の表面硬度も、偏心部の表面硬度よりも低くなる。よって、偏心部と同じ表面硬度の箇所にスプライン部を形成する場合と比べ、その偏心部よりも表面硬度の低い箇所にスプライン部を形成することで、スプライン加工時の加工性を良好にできる。ひいては、クランク軸にスプライン部を設けるうえで、スプライン加工時の加工性とスプライン部の寸法精度の両立を図ることができるようになる。なお、スプライン軸素材の表面硬度は、スプライン加工により得られたスプライン軸に第２表面硬化処理をする場合は、そのスプライン軸の表面硬度よりも低くなり、そのスプライン軸に表面硬化処理をしない場合は、そのスプライン軸の表面硬度と同じとなる。

【0016】

このようなスプライン加工時の加工性とスプライン部の寸法精度の両立を図るという課題を解決するうえで、クランク軸の外面部の全域に表面硬化層が設けられている必要はない。この課題を解決するうえでは、クランク軸の少なくとも偏心部の外周面に表面硬化層を設け、その偏心部の表面硬化層よりもスプライン軸のスプライン部における表面硬度が小さければよい。この場合でも、クランク軸の偏心部になされる表面硬化処理の影響をスプライン軸又はスプライン軸素材が受けずに済み、表面硬化処理の熱歪みに起因するスプライン部の寸法精度の低下を抑制できる。これと併せて、スプライン軸素材においてスプライン部となるべき箇所の表面硬度を、偏心部の表面硬度よりも低くすることができ、スプライン加工時の加工性を良好にできる。

【0017】

以下、このような背景のもとでなされた偏心揺動型歯車装置の詳細を説明する。図１を参照する。偏心揺動型歯車装置１０（以下、単に歯車装置１０ともいう）は、被駆動機械の一部として被駆動機械に組み込まれる。被駆動機械は、例えば、産業機械（工作機械、建設機械等）、ロボット（産業用ロボット、サービスロボット等）、輸送機器（コンベア、車両等）等の各種機械である。

【0018】

歯車装置１０は、被駆動機械の一部となる被駆動部材（不図示）に動力を出力するアクチュエータ１２の一部となる。アクチュエータ１２は、出力軸１４から動力を出力する駆動装置（不図示）と、出力軸１４から入力された動力を変速（本実施形態では減速）して出力する歯車装置１０とを備える。駆動装置は、例えば、モータであるが、この他にもギヤモータ、エンジン等でもよい。

【0019】

歯車装置１０は、少なくとも一つの偏心部１８ａを有するクランク軸１８と、偏心部１８ａにより揺動される揺動歯車２０と、揺動歯車２０と噛み合う噛合歯車２２と、偏心部１８ａと揺動歯車２０との間に配置されるクランク軸受２４と、揺動歯車２０の径方向外側に配置されるケーシング２６と、揺動歯車２０に対して軸方向側方に配置されるキャリヤ２８Ａ、２８Ｂと、を備える。歯車装置１０は、駆動装置の出力軸１４から動力として入力回転が入力される入力部材３０と、入力回転よりも変速された出力回転を被駆動部材に出力する出力部材３２と、を備える。ここでは入力部材３０がクランク軸１８、出力部材３２が反入力側キャリヤ２８Ｂ（後述する）である例を説明する。以下、説明の便宜から、クランク軸１８の軸方向一方側（図１の紙面右側）を入力側、軸方向他方側（図１の紙面左側）を反入力側という。

【0020】

本実施形態のクランク軸１８は三つの偏心部１８ａを備える。偏心部１８ａの個数は特に限定されず、単数、二つ及び四つ以上のいずれでもよい。偏心部１８ａは、その軸心Ｃ１８ａを中心とする円形状を呈する。偏心部１８ａの軸心Ｃ１８ａは、クランク軸１８の回転中心Ｃ１８に対して偏心している。複数の偏心部１８ａの偏心位相は、偏心部１８ａの個数をＭ個（本実施形態では３個）とするとき、３６０°／Ｍの分だけずれている。クランク軸１８は後述する。

【0021】

揺動歯車２０は外歯歯車であり、噛合歯車２２は内歯歯車である。揺動歯車２０は、複数の偏心部１８ａのそれぞれに対応して個別に設けられ、個別のクランク軸受２４を介してクランク軸１８に相対回転自在に支持される。本実施形態の噛合歯車２２は、ケーシング２６と一体化される噛合歯車本体２２ａと、噛合歯車本体２２ａの内周部に設けられる内歯部２２ｂとを備える。本実施形態の内歯部２２ｂは噛合歯車本体２２ａに回転自在に支持される外ピンによって構成されるが、噛合歯車本体２２ａと一体化されてもよい。

【0022】

クランク軸受２４は、複数の転動体２４ａと、複数の転動体２４ａの相対位置を保持するリテーナ２４ｂとを備える。本実施形態の転動体２４ａはころであるが、球体等の各種転動体でもよい。クランク軸受２４の内輪は偏心部１８ａが兼ねており、その偏心部１８ａの外周面を転動面として転動体２４ａが転動する。

【0023】

本実施形態のキャリヤ２８Ａ、２８Ｂは、揺動歯車２０に対して入力側に配置される入力側キャリヤ２８Ａと、揺動歯車２０に対して反入力側に配置される反入力側キャリヤ２８Ｂとを含む。キャリヤ２８Ａ、２８Ｂは、軸受３６を介してクランク軸１８を回転可能に支持している。ケーシング２６とキャリヤ２８Ａ、２８Ｂとの間には主軸受３８が配置される。

【0024】

以上の歯車装置１０の動作を説明する。駆動装置から入力される入力回転によりクランク軸１８が回転する。クランク軸１８が回転すると、その偏心部１８ａによって、揺動歯車２０の中心が噛合歯車２２の中心周りを回転するように揺動歯車２０が揺動する。揺動歯車２０が揺動すると、揺動歯車２０と噛合歯車２２の噛合位置が周方向に変化する。これに伴い、クランク軸１８が一回転する毎に、揺動歯車２０と噛合歯車２２の歯数差分だけ揺動歯車２０及び噛合歯車２２の一方（ここでは揺動歯車２０）が自転し、その自転成分が出力回転として出力部材３２に伝達される。入力回転に対する出力回転の比である変速比（ここでは減速比）は揺動歯車２０と噛合歯車２２の歯数差に応じた大きさとなる。

【0025】

図１、図２を参照する。歯車装置１０は、クランク軸１８の他に、クランク軸１８と別体かつ一体化されるスプライン軸４０を備える。ここでの「一体化」とは、クランク軸１８とスプライン軸４０とが相互に固定されずに分離しているのではなく、相互に相対回転不能に固定されることで一体化していることを意味する。クランク軸１８とスプライン軸４０は、このように一体化されることで、相互に相対回転不能に一体に回転する。尚、本実施形態では、クランク軸１８の固定孔１８ｈとスプライン軸４０の被固定部４０ｄの締り嵌めにより、クランク軸１８とスプライン軸４０が一体化している。

【0026】

クランク軸１８は、偏心部１８ａの他に軸部１８ｂを備える。軸部１８ｂは、クランク軸１８の入力側にある第１軸方向端面部１８ｃから反入力側にある第２軸方向端面部１８ｄまでの部分を構成し、その外周部に偏心部１８ａが一体化される。軸部１８ｂには、クランク軸１８の外面部１８ｅに開口する中空部１８ｆが形成される。中空部１８ｆは、クランク軸１８を軸方向に貫通する貫通孔１８ｇにより構成される。この他にも中空部１８ｆは、ボルト孔等のスプライン軸４０を貫通しない有底孔により構成されてもよい。

【0027】

スプライン軸４０には、被結合部材とスプライン結合するためのスプライン部４０ａが形成される。歯車装置１０は、この被結合部材として、スプライン軸４０と外部回転軸５２を連結するためのカップリング５４を備える。本実施形態の外部回転軸５２は、駆動装置の出力軸１４である。スプライン部４０ａは、スプライン軸４０の一部の軸方向範囲を構成する。スプライン部４０ａの周面部には、スプライン歯４０ｂとスプライン溝４０ｃとが周方向に向かって交互に形成される。本実施形態のスプライン部４０ａは外スプライン部により構成されるが、内スプライン部により構成されてもよい。

【0028】

スプライン軸４０は、スプライン部４０ａの他に、クランク軸１８に固定される被固定部４０ｄを備える。クランク軸１８は、スプライン軸４０の被固定部４０ｄが固定される固定孔１８ｈを備える。固定孔１８ｈは、貫通孔１８ｇの一部となる。本実施形態のスプライン軸４０の被固定部４０ｄは、クランク軸１８の固定孔１８ｈに嵌合されたうえで締り嵌めにより固定孔１８ｈに固定（一体化）される。これにより、クランク軸１８とスプライン軸４０が一体化される。クランク軸１８に対するスプライン軸４０の被固定部４０ｄの固定態様は特に限定されず、キー構造等により固定されてもよい。

【0029】

カップリング５４は筒状部材である。カップリング５４は、スプライン軸４０のスプライン部４０ａとスプライン結合される内スプライン部５４ａを備える。内スプライン部５４ａの一部は、スプライン軸４０のスプライン部４０ａよりもクランク軸１８とは軸方向反対側（入力側）に延びており、外部回転軸５２に設けられる外スプライン部５２ａとスプライン結合される。

【0030】

以上のクランク軸１８及びスプライン軸４０は、例えば、機械構造用合金鋼鋼材等の鋼材をはじめとする金属を素材とする。特に、クランク軸１８は、鋼材等の焼入れ可能な金属を素材とする。

【0031】

図２、図３を参照する。図３では、クランク軸１８及びスプライン軸４０の断面において次に説明する表面硬化層７０のみにハッチングを付す。クランク軸１８には、少なくとも偏心部１８ａの外周面に表面硬化層７０が設けられるとともに、表面硬化層７０よりも内側に第１硬度均質領域７２が設けられる。本実施形態のクランク軸１８には、その外面部１８ｅ（詳しくは表面部１８ｉ）の全域に表面硬化層７０が設けられる。この「外面部１８ｅ」とは、言及している部材（ここではクランク軸１８）の外部にある空間に露出する面部をいい、その外面部１８ｅに開口する中空部１８ｆの内面部は含まれない。この「表面部１８ｉ」とは、言及している部材に中空部１８ｆがある場合、その外面部１８ｅと中空部１８ｆの内面部の双方を含めた面部をいい、中空部１８ｆがない場合、その外面部１８ｅのみをいう。

【0032】

表面硬化層７０は、被処理材において表面硬化処理がなされることによって硬化した層であり、第１硬度均質領域７２よりも高硬度となる。第１硬度均質領域７２は、被処理材において表面硬化処理がなされていない領域となり、その被処理材の母材そのものの硬度となる。第１硬度均質領域７２は、言及している部材の表面から深さ方向（表面に垂直な方向）に向かって硬度分布が均質となる。ここでの硬度分布が均質であるとは、深さ方向に向かって硬度が大きく増減しないことをいい、例えば、ビッカース硬度（Ｈｖ）を深さ方向に向かって０．１ｍｍ単位で測定したときに、その最大値と最小値の差分値が５０以下になることをいう。表面硬化層７０は、例えば、このようにビッカース硬度を測定したときに、第１硬度均質領域７２のビッカース硬度の最大値よりも５０以上大きくなる箇所である。このビッカース硬度は、ＪＩＳ Ｚ２２４４に準拠した方法により測定される。

【0033】

スプライン軸４０には、少なくともスプライン部４０ａに表面硬化層が設けられない。本実施形態のスプライン軸４０には、その表面部の全域において表面硬化層が設けられない。スプライン軸４０には表面硬化処理が施されないことになる。クランク軸１８は表面硬化処理を施した表面硬化処理品であり、スプライン軸４０は表面硬化処理を施さない非表面硬化処理品であるともいえる。これにより、クランク軸１８の第１硬度均質領域７２と同様、スプライン軸４０には、その全域（全断面）において、表面から深さ方向に向かって硬度分布が均質となる第２硬度均質領域７４が設けられる。

【0034】

スプライン軸４０のスプライン部４０ａは、クランク軸１８における少なくとも偏心部１８ａの外周面よりも表面硬度が小さくなる。本実施形態のスプライン部４０ａは、クランク軸１８の外面部１８ｅ（詳しくは表面部１８ｉ）の全域よりも表面硬度が小さくなる。本実施形態のスプライン軸４０は、その表面部の全域において、少なくとも偏心部１８ａの外周面よりも表面硬度が小さくなる。このような表面硬度の大小関係は、表面硬度に影響するクランク軸１８、スプライン軸４０の素材、表面硬化層の有無、表面硬化層を設けるための表面硬化処理の種類等を調整することで実現される。本実施形態では、スプライン軸４０に表面硬化層を設けていないため、スプライン軸４０に表面硬化層を設ける場合と比べ、表面硬化層７０の設けられたクランク軸１８の偏心部１８ａの外周面との表面硬度差が大きくなる。クランク軸１８の偏心部１８ａの外周面とスプライン軸４０のスプライン部４０ａの表面硬度差は、例えば、ロックウェル硬さで２０以上の大きさとなる。このロックウェル硬さは、ＪＩＳ Ｚ２２４５に準拠した方法により測定される。

【0035】

以上の歯車装置１０の効果を説明する。

【0036】

（Ａ）クランク軸１８と別体かつ一体化されたスプライン軸４０にスプライン部４０ａを形成したうえで、スプライン部４０ａの表面硬度をクランク軸１８の偏心部１８ａよりも小さくしている。よって、前述の通り、スプライン加工時の加工性とスプライン部４０ａの寸法精度の両立を図ることができる。

【0037】

スプライン軸４０には少なくともスプライン部４０ａに表面硬化層が設けられない。よって、表面硬化処理の熱歪みに起因するスプライン部４０ａの寸法精度の低下を回避できる。ひいては、スプライン加工時の加工性を良好にしつつ、スプライン部４０ａの寸法精度を更に良好にできる。

【0038】

カップリング５４の内スプライン部５４ａの一部は、スプライン軸４０のスプライン部４０ａよりもクランク軸１８とは軸方向反対側に延びている。よって、このカップリング５４の一部を外部回転軸５２の外スプライン部５２ａとスプライン結合させることができる。これにより、外部回転軸５２の外スプライン部５２ａの大きさに応じてカップリング５４とスプライン軸４０を変えることで、大きさの異なる複数種の外部回転軸５２を共通のクランク軸１８に連結できるようになる。ひいては、大きさの異なる複数種の外部回転軸５２毎に、その外部回転軸５２に連結するための専用のクランク軸１８が不要になる。

【0039】

次に、歯車装置１０の他の特徴を説明する。図１、図２を参照する。アクチュエータ１２は、揺動歯車２０及び噛合歯車２２（歯車機構）を収容する歯車装置１０の内部空間８０を封止するシール部材８２Ａ～８２Ｃを備える。内部空間８０には、揺動歯車２０及び噛合歯車２２の潤滑に用いられる潤滑油、グリース等の潤滑剤が封入される。シール部材８２Ａ～８２Ｃは、クランク軸１８の径方向外側に配置される外側部材８４とクランク軸１８との間に配置される第１シール部材８２Ａを含む。第１シール部材８２Ａは、例えば、オイルシールであるが、Ｏリング等の各種シール部材であってもよい。ここでの外側部材８４は、歯車装置１０のケーシング２６と駆動装置とを連結するアダプタである。外側部材８４の具体例は特に限定されず、例えば、歯車装置１０の入力側キャリヤ２８Ａ等でもよい。

【0040】

クランク軸１８は、第１シール部材８２Ａが配置される配置面１８ｊと、配置面１８ｊよりも軸方向外側に設けられる前述の第１軸方向端面部１８ｃと、を備える。配置面１８ｊは、クランク軸１８の最も軸方向一方側にある偏心部１８ａよりも軸方向外側に設けられる。スプライン軸４０の外側端面部４０ｅは、スプライン軸４０の最も軸方向外側に設けられる。配置面１８ｊは、第１シール部材８２Ａと径方向に重なる箇所に設けられる。クランク軸１８の外周部には、第１軸方向端面部１８ｃの外周縁部１８ｋから配置面１８ｊまでの間に、配置面１８ｊよりも外径が小さく第１軸方向端面部１８ｃに向かって連続する小外径部が設けられない。本実施形態のクランク軸１８の外周部には、その配置面１８ｊから外周縁部１８ｋまで同じ外径の部分が設けられる。この第１軸方向端面部１８ｃの外周縁部１８ｋに曲面部又は面取り部が設けられる場合、その曲面部又は面取り部は外周縁部１８ｋとして取り扱う。本実施形態では、この外周縁部１８ｋに面取り部が設けられている。

【0041】

ここでの「小外径部」とは、スプライン軸４０にスプライン部４０ａを形成する場合に、必要に応じて、クランク軸１８と切削工具との干渉を避けるために設けられる。このような小外径部を設ける場合、クランク軸１８の配置面１８ｊと第１軸方向端面部１８ｃとの間に小外径部を設けるための軸方向寸法を確保する必要があり、その分、クランク軸１８の軸方向寸法が余計に長くなってしまう。この点、本実施形態では、クランク軸１８とスプライン軸素材１００（後述する）を分離した状態のもと、スプライン軸素材１００にスプライン部４０ａを形成できるため、そのような小外径部をクランク軸１８に設けずに済む。よって、クランク軸１８の配置面１８ｊから第１軸方向端面部１８ｃまでの間に小外径部を設ける場合と比べて、クランク軸１８の軸方向寸法を小型化できる。

【0042】

スプライン軸４０の被固定部４０ｄの外径Ｒ４０ｄは、そのスプライン部４０ａの最大外径Ｒ４０ａ－１よりも小さくなる。本実施形態において、被固定部４０ｄの外径Ｒ４０ｄは、スプライン部４０ａの最小外径Ｒ４０ａ－２よりも小さくなる。ここでの「最大外径Ｒ４０ａ－１」とは、スプライン部４０ａのスプライン歯４０ｂに外接する最大径の円の半径（歯先円半径）をいう。ここでの「最小外径Ｒ４０ａ－２」とは、スプライン部４０ａのスプライン溝４０ｃに内接する最小径の円の半径（歯底円半径）をいう。ここでの最大径の円及び最小径の円のそれぞれは、スプライン軸４０の中心線Ｃ４０を円中心とする。

【0043】

仮に、被固定部４０ｄの外径Ｒ４０ｄがスプライン部４０ａの最大外径Ｒ４０ａ－１と同じである場合を考える。この場合、スプライン加工時にスプライン溝４０ｃを切削するうえで、被固定部４０ｄにまでスプライン溝４０ｃの一部が形成され易くなってしまう。締り嵌めによりスプライン軸４０の被固定部４０ｄを固定するうえで、被固定部４０ｄにスプライン溝４０ｃが形成されてしまうと固定強度の低下を招く。よって、被固定部４０ｄにまでスプライン溝４０ｃが形成される場合、所要の固定強度を確保するうえでは、被固定部４０ｄの締り嵌め箇所の軸方向寸法を長くする必要が生じる。この点、本実施形態では、被固定部４０ｄの外径Ｒ４０ｄをスプライン部４０ａの最大外径Ｒ４０ａ－１よりも小さくしている。よって、その外径Ｒ４０ｄを最大外径Ｒ４０ａ－１と同じにする場合と比べ、スプライン溝４０ｃを切削する場合に、スプライン溝４０ｃの一部が被固定部４０ｄにまで形成される事態を回避し易くなる。ひいては、被固定部４０ｄの軸方向寸法を長くせずとも、締り嵌めによる固定強度の確保が容易となる。また、被固定部４０ｄの外径Ｒ４０ｄをスプライン部４０ａの最大外径Ｒ４０ａ－１と同じにする場合と比べ、クランク軸１８において被固定部４０ｄと径方向に重なる箇所での肉厚を厚くでき、そこでの強度の確保が容易となる。これにより、締り嵌めによる固定強度を確保しつつクランク軸１８において被固定部４０ｄと径方向に重なる箇所での強度の確保が容易となる。

【0044】

貫通孔１８ｇの一部は、クランク軸１８よりも反入力側にあるクランク軸１８の外部にある空間と固定孔１８ｈとを通じさせる逃がし孔１８ｍとして設けられる。固定孔１８ｈの最小内径Ｒ１８ｈは、逃がし孔１８ｍの最小内径Ｒ１８ｍよりも小さくなる。この利点を説明する。

【0045】

貫通孔１８ｇを形成する場合、まず、ドリル等の第１切削工具を用いて、クランク軸１８の反入力側にある第２軸方向端面部１８ｄから入力側に向かって切削することでクランク軸１８に逃がし孔１８ｍを形成する。続いて、第１切削工具を用いて、クランク軸１８の第１軸方向端面部１８ｃから反入力側に向かって切削することで、固定孔１８ｈの形成予定位置に下穴を形成する粗切削加工をする。続いて、第１切削工具よりも高い寸法精度で切削可能な第２切削工具（ボーリング、リーマ等）を用いて、固定孔１８ｈの下穴を切削することで固定孔１８ｈを形成する仕上げ切削加工をする。ここで、貫通孔１８ｇの一部として固定孔１８ｈを設けているため、このような粗切削加工、仕上げ切削加工をするときに、予め形成した逃がし孔１８ｍを通して切削粉を逃がすことで、そのときの作業性が良好になる。また、固定孔１８ｈの最小内径Ｒ１８ｈを逃がし孔１８ｍの最小内径Ｒ１８ｍよりも小さくすることで、逃がし孔１８ｍの最小内径Ｒ１８ｍと同じにする場合と比べ、仕上げ切削加工時の切削量を削減できる。

【0046】

スプライン軸４０のスプライン部４０ａは、スプライン軸４０の外側端面部４０ｅから軸方向内側に向けて間隔を空けて設けられる。これを実現するうえで、本実施形態のスプライン軸４０は、スプライン部４０ａから外側端面部４０ｅに向けて延びる非スプライン部４０ｆを備える。非スプライン部４０ｆは、スプライン軸４０の軸方向範囲の一部を構成し、その外周部にスプラインが形成されない。

【0047】

スプライン軸４０をクランク軸１８の固定孔１８ｈに締り嵌めのために圧入する場合を考える。この場合、スプライン軸４０の外側端面部４０ｅに圧入冶具を接触させた状態で、圧入冶具により固定孔１８ｈに向けて押し込むことで、スプライン軸４０の被固定部４０ｄを固定孔１８ｈに圧入する。このとき、本実施形態のスプライン部４０ａは、スプライン軸４０の外側端面部４０ｅから間隔を空けて設けられる。よって、スプライン軸４０の外側端面部４０ｅに接触させた圧入冶具を用いてスプライン軸４０を押し込むときに、圧入冶具にスプライン部４０ａのスプライン歯４０ｂを接触させずに済み、それに伴うスプライン歯４０ｂの損傷を回避できる。

【0048】

なお、スプライン軸４０のスプライン部４０ａと被固定部４０ｄとの間には反入力側に向かって外径が小さくなる段差部４０ｇが設けられる。スプライン軸４０は、圧入冶具により固定孔１８ｈに向けて押し込むとき、その段差部４０ｇをクランク軸１８の第１軸方向端面部１８ｃに接触させることで軸方向に位置決めされる。

【0049】

次に、クランク軸１８とスプライン軸４０とを備える軸体の製造方法の一例を説明する。図４を参照する。この製造方法は、表面処理工程Ｓ１０と、スプライン加工工程Ｓ１２と、固定工程Ｓ１４とを含む。

【0050】

表面処理工程Ｓ１０では、クランク軸１８における少なくとも偏心部１８ａの外周面に第１表面硬化処理をする。第１表面硬化処理は、例えば、浸炭焼入れ、高周波焼入れ、レーザー焼入れ等の焼入れ処理の他、窒化処理等によりなされる。本実施形態の第１表面硬化処理は、クランク軸１８の表面部１８ｉの全域になされる。これにより、クランク軸１８において第１表面硬化処理がなされた箇所に表面硬化層７０が設けられる。第１表面硬化処理は、クランク軸１８とスプライン軸４０又はスプライン軸素材１００を分離した状態のもと、クランク軸１８のみになされる。この第１表面硬化処理に供されるクランク軸１８は、全断面において硬度分布が均質な素材、つまり、全断面が第１硬度均質領域７２となる素材により構成される。この素材は、例えば、調質済みの調質材（調質鋼等）、非調質材（非調質鋼等）のいずれが採用されてもよい。なお、表面処理工程Ｓ１０に供されるクランク軸１８は、加工装置（旋盤、マシニングセンタ等）を用いて、丸棒等の素材をクランク軸１８の外形となるように切削する加工工程（不図示）を経ることで得られる。

【0051】

図５を参照する。スプライン加工工程Ｓ１２では、スプライン軸素材１００にスプライン部４０ａを形成することでスプライン軸４０を得る。ここでのスプライン軸素材１００とは、スプライン軸４０の素材となる中間製品をいう。スプライン軸素材１００は、スプライン軸４０のスプライン部４０ａとなるべき箇所にスプライン部４０ａが形成されていない他は、スプライン軸４０と同様の構成となる。スプライン軸素材１００も、スプライン軸４０と同様、被固定部４０ｄ、非スプライン部４０ｆを備える。このようなスプライン軸素材１００は、加工装置を用いて、丸棒等の素材をスプライン軸素材１００の外形となるように切削する加工工程（不図示）をすることで得られる。

【0052】

スプライン加工工程Ｓ１２では、切削工具によってスプライン軸素材１００のスプライン部４０ａとなるべき箇所にスプライン溝４０ｃを切削することによってスプライン部４０ａを形成する。本実施形態では、クランク軸１８とスプライン軸素材１００を分離した状態のもと、スプライン軸素材１００にスプライン部４０ａを形成する。スプライン加工工程Ｓ１２に供されるスプライン軸素材１００は、少なくともスプライン部４０ａとなるべき箇所の表面硬度が、第１表面硬化処理により得られるクランク軸１８における偏心部１８ａの表面硬度（表面硬化層７０の表面硬度）よりも小さくなる。この表面硬度に関する条件を満たすうえで、例えば、スプライン軸素材１００の材質を調整するか、スプライン軸素材１００に予め表面硬化処理をする場合は、その表面硬化処理の種類を調整すればよい。これにより、クランク軸１８の偏心部１８ａと同じ表面硬度の箇所にスプライン部４０ａを形成する場合と比べ、スプライン加工時の加工性が良好となる。

【0053】

本実施形態においては、スプライン加工工程Ｓ１２では、表面硬化処理をされていないスプライン軸素材１００にスプライン部４０ａを形成する。スプライン加工工程Ｓ１２に供されるスプライン軸素材１００は、全断面において硬度分布が均質な素材、つまり、全断面が第２硬度均質領域７４となる素材により構成される。この素材は、前述と同様、調質材、非調質材のいずれが採用されてもよい。これにより、表面硬化処理をされているスプライン軸素材１００にスプライン部４０ａを形成する場合と比べ、スプライン部４０ａとなるべき箇所の表面硬度を小さくでき、スプライン加工時の加工性が良好になる。

【0054】

本実施形態では、このようなスプライン加工工程Ｓ１２により得られるスプライン軸４０には表面硬化処理をしない。これにより、表面硬化層が設けられていないスプライン軸４０を得ることができる。このように、スプライン軸４０に表面硬化処理をしないことで、表面硬化処理による熱歪みに起因するスプライン部４０ａの寸法精度の低下を回避できる。ひいては、前述の（Ａ）で説明したような、スプライン加工時の加工性とスプライン部４０ａの寸法精度の両立を図ることができる。

【0055】

図４の例では、固定工程Ｓ１４に先立って、表面処理工程Ｓ１０とスプライン加工工程Ｓ１２とを個別にする。この後に固定工程Ｓ１４をする。この場合、固定工程Ｓ１４では、スプライン加工工程Ｓ１２により得られたスプライン軸４０を表面処理工程Ｓ１０後のクランク軸１８に固定する。固定工程Ｓ１４では、本実施形態において、スプライン軸４０の被固定部４０ｄをクランク軸１８の固定孔１８ｈに圧入を伴い押し込むことで、クランク軸１８にスプライン軸４０を固定する。

【0056】

このように固定工程Ｓ１４に先だって表面処理工程Ｓ１０をすることで、表面処理工程Ｓ１０においてクランク軸１８の偏心部１８ａになされる表面硬化処理の影響を、スプライン軸４０又はスプライン軸素材１００が受けずに済む。ひいては、クランク軸１８への表面硬化処理の熱歪みに起因するスプライン部４０ａの寸法精度の低下を抑制することができる。特に、表面処理工程Ｓ１０においてクランク軸１８の外面部１８ｅ（表面部１８ｉ）の全域に表面硬化処理をする場合に、このような効果を得られる点で利点がある。

【0057】

なお、このようなクランク軸１８の外面部１８ｅの全域に表面硬化処理をする場合として、本実施形態では、クランク軸１８の中空部１８ｆを含む表面部１８ｉの全域に表面硬化処理をする場合を説明した。この他にも、表面処理工程Ｓ１０では中空部１８ｆのないクランク軸１８の外面部１８ｅの全域に表面硬化処理をして、表面処理工程Ｓ１０後にクランク軸１８に中空部１８ｆ（貫通孔１８ｇ、ボルト孔等）を形成してもよい。いずれにしても、表面処理工程Ｓ１０では、クランク軸１８の少なくとも外面部１８ｅの全域に表面硬化処理をしていればよいともいえる。クランク軸１８の外面部１８ｅの全域に表面硬化処理をした場合、クランク軸１８の表面部１８ｉではなく外面部１８ｅの全域に表面硬化層７０が設けられ、その中空部１８ｆの内面部には第１硬度均質領域７２が部分的に残ったままとなる。

【0058】

次に、軸体の製造方法の変形形態を説明する。図６を参照する。第１変形形態では、固定工程Ｓ１４に先立って表面処理工程Ｓ１０をしておき、固定工程Ｓ１４に続いてスプライン加工工程Ｓ１２をする。この場合、固定工程Ｓ１４では、図４の例のようなスプライン軸４０に替えて、スプライン軸素材１００をクランク軸１８に固定する。この場合、スプライン軸素材１００における被固定部４０ｄをクランク軸１８の固定孔１８ｈに圧入を伴い押し込むことで、クランク軸１８にスプライン軸素材１００を固定する。

【0059】

図７を参照する。第２変形形態の製造方法は、スプライン加工工程Ｓ１２により得られるスプライン軸４０に、第１表面硬化処理よりも熱歪みの小さい第２表面硬化処理をする第２表面硬化処理Ｓ１６を含む。第２表面硬化処理は、スプライン軸４０の少なくともスプライン部４０ａにされていればよい。第２表面硬化処理により、クランク軸１８の偏心部１８ａの表面硬度よりも、少なくともスプライン部４０ａの表面硬度が小さいスプライン軸４０を得ることができる。第１表面硬化処理が浸炭焼入れである場合、第２表面硬化処理は、例えば、窒化処理、レーザー焼入れ等となる。本変形形態ではスプライン軸４０の全域に第２表面硬化処理がされる。これにより、熱歪みの大きい第１表面硬化処理をスプライン軸４０にする場合と比べ、表面硬化処理による熱歪みに起因するスプライン部４０ａの寸法精度の低下を抑制できる。ひいては、前述の（Ａ）で説明したような、スプライン加工時の加工性とスプライン部４０ａの寸法精度の両立を図ることができる。

【0060】

このようにスプライン加工工程Ｓ１２後に第２表面硬化処理Ｓ１６をした場合、スプライン軸４０に表面硬化層が設けられる。この他にも、スプライン軸素材１００に予め表面硬化処理をした場合も同様である。このように、スプライン軸４０には表面硬化層が設けられていてもよい。

【0061】

次に、ここまで説明した各構成要素の変形形態を説明する。

【0062】

ここまで、偏心揺動型歯車装置１０として、出力部材３２の回転中心線上にクランク軸１８が設けられるセンタークランクタイプを例に説明した。偏心揺動型歯車装置１０の具体的な種類はこれに限定されず、出力部材３２の回転中心線からオフセットした位置に複数のクランク軸１８が設けられる振り分けタイプであってもよい。出力部材３２は、キャリヤ２８Ａ、２８Ｂに替えて、ケーシング２６であってもよい。揺動歯車２０は外歯歯車に替えて内歯歯車とし、噛合歯車２２は内歯歯車に替えて外歯歯車としてもよい。

【0063】

歯車装置１０は減速装置として機能する例を説明した。この場合、クランク軸１８が入力部材３０、ケーシング２６又はキャリヤ２８Ａ、２８Ｂが出力部材３２となる。これに替えて、歯車装置１０は増速装置として機能してもよい。この場合、ケーシング２６又はキャリヤ２８Ａ、２８Ｂが入力部材３０、クランク軸１８が出力部材３２となればよい。

【0064】

スプライン軸４０のスプライン結合される被結合部材はカップリング５４に限定されない。被結合部材は、例えば、振り分けタイプの偏心揺動型歯車装置１０に用いられるクランク軸１８と一体に回転するクランク軸歯車であってもよい。

【0065】

クランク軸１８の外周部には、第１軸方向端面部１８ｃから配置面１８ｊまでの間に、配置面１８ｊよりも外径が小さく第１軸方向端面部１８ｃまで連続する小外径部を設けてもよい。スプライン軸４０の被固定部４０ｄの外径Ｒ４０ｄは、スプライン部４０ａの最大外径Ｒ４０ａ－１と同じであってもよいし、それ以上であってもよい。また、この外径Ｒ４０ｄは、スプライン部４０ａの最大外径Ｒ４０ａ－１未満最小外径Ｒ４０ａ－２以上であってもよい。固定孔１８ｈは、スプライン軸４０を貫通しなくともよい。スプライン部４０ａは、スプライン軸４０の外側端面部４０ｅまで連続していてもよい。

【0066】

表面処理工程Ｓ１０、スプライン加工工程Ｓ１２、固定工程Ｓ１４の先後関係は特に限定されない。例えば、固定工程Ｓ１４を行ってから、これに続いて表面処理工程Ｓ１０、スプライン加工工程Ｓ１２のそれぞれをしてもよい。この場合、クランク軸１８にしようとする表面硬化処理の影響がスプライン軸４０に及ばないように、クランク軸１８の偏心部１８ａの外周面を含む一部のみを対象として部分的に表面硬化処理をすればよい。この部分的な表面硬化処理は、例えば、レーザー焼入れ、高周波焼入れ、マスキング等を用いて実現すればよい。

【0067】

以上の実施形態及び変形形態は例示である。これらを抽象化した技術的思想は、実施形態及び変形形態の内容に限定的に解釈されるべきではない。実施形態及び変形形態の内容は、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」との表記を付して強調している。しかしながら、そのような表記のない内容でも設計変更が許容される。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。実施形態において単数部材により構成された構成要素は複数部材で構成されてもよい。同様に、実施形態において複数部材により構成された構成要素は単数部材で構成されてもよい。

【符号の説明】

【0068】

１０…偏心揺動型歯車装置、１８…クランク軸、１８ａ…偏心部、１８ｇ…貫通孔、１８ｈ…固定孔、１８ｊ…配置面、１８ｋ…外周縁部、２０…揺動歯車、４０…スプライン軸、４０ａ…スプライン部、４０ｄ…被固定部、４０ｅ…外側端面部、５２…外部回転軸、５２ａ…外スプライン部、５４…カップリング、５４ａ…内スプライン部、７０…表面硬化層、８２Ａ…シール部材、１００…スプライン軸素材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】