特許 7546498 ハイポサイクロイド減速機構

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-29

(45)【発行日】2024-09-06

(54)【発明の名称】ハイポサイクロイド減速機構

(51)【国際特許分類】

   F16H 1/32 20060101AFI20240830BHJP

【ＦＩ】

F16H1/32 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021022224

(22)【出願日】2021-02-16

(65)【公開番号】P2022124529

(43)【公開日】2022-08-26

【審査請求日】2023-10-16

(73)【特許権者】

【識別番号】507303985

【氏名又は名称】三菱電機ＦＡ産業機器株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002941

【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】久保 庸三

(72)【発明者】

【氏名】牟田 義文

【審査官】小川 克久

(56)【参考文献】

【文献】特公昭４９－０３６８９７（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開昭６１－１５３０４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５５－０５７７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０２４０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平０２－５０１９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１０６３３５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ １／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インターナル歯車、および
前記インターナル歯車の内周側に配置された遊星歯車を備え、
前記インターナル歯車と前記遊星歯車それぞれの転位係数の絶対値合計は、前記インターナル歯車と前記遊星歯車の歯数差が１の場合は１に、前記歯数差が２以上、７以下の場合は０．８に設定した基準値よりも小さく設定され、
前記インターナル歯車の歯丈は、前記絶対値合計と前記基準値との差に応じて、日本歯車工業規格の標準歯形寸法による歯丈よりも短縮していることを特徴とするハイポサイクロイド減速機構。

【請求項2】

前記遊星歯車の歯丈も、前記標準歯形寸法の歯丈よりも短縮していることを特徴とする請求項１に記載のハイポサイクロイド減速機構。

【請求項3】

前記インターナル歯車の歯丈の短縮量と前記遊星歯車の歯丈の短縮量が同じであることを特徴とする請求項２に記載のハイポサイクロイド減速機構。

【請求項4】

前記インターナル歯車の噛み合いピッチ円上での歯先ピッチは、前記標準歯形寸法に準じたピッチよりも狭くしており、前記遊星歯車の噛み合いピッチ円上での歯溝ピッチも、前記歯先ピッチに合わせて前記標準歯形寸法に準じたピッチよりも狭くしていることを特徴とする請求項２または３に記載のハイポサイクロイド減速機構。

【請求項5】

前記インターナル歯車の歯丈の短縮量と前記遊星歯車の歯丈の短縮量を合計した値は、前記絶対値合計と前記基準値との差以上、かつ１．０以下の範囲内で設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のハイポサイクロイド減速機構。

【請求項6】

前記歯数差は７以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のハイポサイクロイド減速機構。

【請求項7】

前記歯数差が１であることを特徴とする請求項６に記載のハイポサイクロイド減速機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、ハイポサイクロイド減速機構に関するものである。

【背景技術】

【0002】

インボリュート歯車を使った遊星減速機としてハイポサイクロイド減速機構があり、例えば、１／２０以上の高減速比を１段減速で得ることが可能である。その際、インボリュート歯車を採用することで、歯車を加工する加工機は特殊なものではなく製作がしやすくなるが、トロコイド干渉の問題がある。

【0003】

そこで、インターナル歯車と遊星歯車それぞれの転位係数（インターナル歯車はプラス転位、遊星歯車はマイナス転位）の絶対値合計を、インターナル歯車と遊星歯車の歯数差に応じて決まる値以上に設定することで、トロコイド干渉を回避していた。とくに、インターナル歯車と遊星歯車の歯数差を減速比が最も高くなる１に設定した場合、転位係数の絶対値合計を１以上に設定していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００７－２４０７２号公報（段落０００６～０００７）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、転位係数の絶対値合計を大きくすると、遊星歯車の移動にともない、インターナル歯車歯面と遊星歯車の歯面が大きな接触面積で滑りながら動力を伝達することになり、摩擦損失が大きく効率が悪くなるという欠点があった。歯車寸法を小さくして、歯車摺動面積を少なくすることで、摩擦損失を低減することは可能であるが、歯幅を小さくする必要があり、強度が低下する。結果的に歯車効率と歯車負荷能力の両立が難しいという課題があった。

【0006】

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、歯車効率と歯車負荷能力を両立させたハイポサイクロイド減速機構を得ることを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本願に開示されるハイポサイクロイド減速機構は、インターナル歯車、および前記インターナル歯車の内周側に配置された遊星歯車を備え、前記インターナル歯車と前記遊星歯車それぞれの転位係数の絶対値合計は、前記インターナル歯車と前記遊星歯車の歯数差が１の場合は１に、前記歯数差が２以上、７以下の場合は０．８に設定した基準値よりも小さく設定され、前記インターナル歯車の歯丈は、前記絶対値合計と前記基準値との差に応じて、日本歯車工業規格の標準歯形寸法による歯丈よりも短縮していることを特徴とする徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本願に開示されるハイポサイクロイド減速機構によれば、歯幅を小さくすることなく歯面接触面積と摺動速度を抑制できるので、歯車効率と歯車負荷能力を両立させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１Ａと図１Ｂは、それぞれ実施の形態１にかかるハイポサイクロイド減速機構の構成を説明するための平面図とインターナル歯車における干渉高さを説明するための拡大模式図である。

【図2】図２Ａと図２Ｂは、それぞれ実施の形態１にかかるハイポサイクロイド減速機構におけるインターナル歯車の歯丈の設定について説明するための拡大模式図とインターナル歯車に対する遊星歯車の歯の移動状態を説明するための模式図である。

【図3】図３Ａと図３Ｂは、それぞれ実施の形態２にかかるハイポサイクロイド減速機構の構成を説明するための平面図と遊星歯車の歯丈の設定について説明するための拡大模式図である。

【図4】実施の形態２にかかるハイポサイクロイド減速機構におけるインターナル歯車に対する遊星歯車の歯の移動状態を説明するための模式図である。

【図5】実施の形態３にかかるハイポサイクロイド減速機構の構成を説明するための平面図である。

【図6】図６Ａと図６Ｂは、それぞれ実施の形態２にかかるインターナル歯車と遊星歯車の歯先ピッチと歯溝ピッチを説明するための模式図と実施の形態３にかかるインターナル歯車と遊星歯車の歯先ピッチと歯溝ピッチを説明するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

実施の形態１．
図１と図２は、実施の形態１にかかるハイポサイクロイド減速機構の構成および動作について説明するためのものであり、図１は、ハイポサイクロイド減速機構を軸方向の離れた位置から見たときの平面図（図１Ａ）とインターナル歯車における干渉高さを説明するための歯形の拡大模式図（図１Ｂ）である。そして、図２は、それぞれ実施の形態１にかかるハイポサイクロイド減速機構におけるインターナル歯車の歯丈の設定について説明するための拡大模式図とインターナル歯車に対する遊星歯車の歯の移動状態を説明するための模式図である。

【0011】

本願の実施の形態１にかかるハイポサイクロイド減速機構１は、インボリュート歯車を用いたもので、図１Ａに示すように、インターナル歯車２、およびインターナル歯車２の内周側に設置される遊星歯車３を備えている。遊星歯車３は、遊星歯車中心Ｘｐとインターナル歯車中心Ｘｉとの偏芯量を持つ偏芯軸４に偏芯軸用軸受５などを介して、自由に回転できるように配置されている。この状態で、偏芯軸４が回転することにより、遊星歯車３がインターナル歯車中心Ｘｉを軸に公転することで、偏芯軸４が１回転するとインターナル歯車２と遊星歯車３の歯数差分、偏芯軸４の回転方向と反対方向へ遊星歯車３が回転する。これにより、出力ピン用軸受７などを介した出力ピン６により遊星歯車３の回転を取り出すことができる。

【0012】

なお、本願は歯車部分に特徴を有するため、その他の詳細な構成についての説明を割愛する。一方、ハイポサイクロイド減速機構１で用いるインボリュート歯車については、日本歯車工業会規格で定めた規格（例えば、ＪＩＳ Ｂ１７０１）では、標準歯形寸法として、歯数の組み合わせに応じて、転位係数、歯丈等についての標準値が定められている。

【0013】

例えば、本実施の形態にかかるハイポサイクロイド減速機構１に対応するインターナル歯車２の歯数が５０、遊星歯車３の歯数が４９の並歯に対する標準値としての諸元は表１に示すようになる。つまり、転位係数の絶対値合計が１（＝｜０｜＋｜１｜）で、歯丈が２．２５（それぞれ、モジュール（Ｍ）単位）と与えられる。

【0014】

【表1】

【0015】

しかし、背景技術で説明したように、絶対値合計（合計転位係数Ｔと称する）が大きいと、摩擦損失が大きくなって、動力伝達効率（歯車効率）が低下する。そこで、本実施の形態１にかかるハイポサイクロイド減速機構１においては、表２に示すように、合計転位係数Ｔを０．４（＝｜－０．４｜＋｜０｜）に下げ、それに応じて、インターナル歯車２の歯丈を２．２５から１．６５まで０．６短縮した。

【0016】

【表2】

【0017】

ここで、歯丈と合計転位係数との関係について説明する。トロコイド干渉が生じない合計転位係数の基準値Ｔｆよりも小さな合計転位係数Ｔを採用した場合、標準値の歯丈ＨＣ（＝２．２５Ｍ）を有する歯２ｔＣが遊星歯車３と干渉する干渉高さＨｉは、図１Ｂに示すように、基準値Ｔｆと合計転位係数Ｔとの差にモジュールＭを乗じた値となる。そこで、本実施の形態にかかるハイポサイクロイド減速機構１においては、図２Ａに示すように、インターナル歯車２の歯丈Ｈを標準値の歯丈ＨＣよりも干渉高さＨｉ以上、１．０モジュール以下の範囲の短縮量ΔＨ分、短縮するようにした。

【0018】

具体的には、歯数差１における基準値Ｔｆ（＝１）に対して、短縮量ΔＨの範囲で最も小さな値である干渉高さＨｉ（０．６Ｍ＝（１．０－０．４）×Ｍ）分短縮するようにした。つまり、インターナル歯車２は、標準値で構成した場合のトロコイド干渉が発生する歯先領域を削除したことになる。これにより、図２Ｂに示すように、歯３ｔの移動（移動方向Ｄｍ３）に伴うトロコイド干渉が生じず、摺動摩擦の期間を最小限に抑えた状態で運転することが可能となる。

【0019】

さらに、合計転位係数Ｔの減少により、標準値に対応した仕様（表１）で構成した場合と比べ、０．９７１であったインターナル歯車２と遊星歯車３の中心距離が、０．７２３まで短縮される。そのため、遊星歯車３の摺動速度が小さくなって摩擦損失が少なくなり、歯車効率が向上する。なお、摺動面積が少なくなるが、歯２ｔと歯３ｔは面接触しているため、歯面強度は問題とはならない。逆に、インターナル歯車２の歯丈Ｈが短くなることにより、インターナル歯車２の歯元強度が増し、負荷能力が向上する。

【0020】

なお、本実施の形態１および以降の各実施の形態においては、短縮量ΔＨを上述した範囲のうちの最小値に設定する例を示したが、これに限ることはない。最大値である１．０Ｍに設定してもよい。ただし、１．０Ｍを超えると、歯先部分に集中して荷重がかかることになり、負荷能力が低下するため、短縮量ΔＨは、上限値以下にする必要がある。なお、実施の形態２以降のように、遊星歯車３の歯丈Ｈも短縮する場合は、それぞれの短縮量ΔＨの合計値を基準値Ｔｆと合計転位係数Ｔとの差にモジュールＭを乗じた値以上、１Ｍ以下の値に設定する。

【0021】

また、本実施の形態１および以降の各実施の形態においては、トロイダル干渉の影響が最も大きくなる歯数差が１の場合を例示するが、これに限ることはない。歯数差が２枚以上、７枚以下のハイポサイクロイド減速機構１では、歯数差１と比べれば、基準値Ｔｆは小さくなるが、ある一定以上の値（例えば、０．８）に設定する必要がある。そのため、歯数差で決まる基準値Ｔｆよりも合計転位係数Ｔを小さくし、それに応じた短縮量ΔＨで歯丈Ｈを短縮することで、上述した効果を奏することが可能となる。

【0022】

実施の形態２．
上記実施の形態１においては、短縮量のすべてをインターナル歯車に割り当てた例について説明した。本実施の形態２においては、短縮量を遊星歯車にも割り振った場合について説明する。図３と図４は、実施の形態２にかかるハイポサイクロイド減速機構の構成および動作について説明するためのものであり、図３はハイポサイクロイド減速機構を軸方向の離れた位置から見たときの平面図（図３Ａ）と遊星歯車の歯丈の設定について説明するための拡大模式図（図３Ｂ）である。そして、図４はハイポサイクロイド減速機構におけるインターナル歯車に対する遊星歯車の歯の移動状態を説明するための模式図である。

【0023】

本実施の形態２においては、図３Ａに示すように、インターナル歯車２だけでなく、遊星歯車３についても歯丈Ｈを短縮するようにした。短縮量ΔＨは、インターナル歯車２、遊星歯車３ともに、同じ０．３Ｍとした。つまり、実施の形態１の説明で用いた表２のうち、歯丈についての遊星歯車の欄、インターナル歯車の欄、それぞれの値を１．９５に書き換えたものとなる。

【0024】

ここで、インターナル歯車２については、実施の形態１と同様に、歯先部分を削除した形態としている。一方、遊星歯車３の歯３ｔについては、図３Ｂに示すように、標準歯形３ｔＣの歯元部分を短縮量ΔＨに応じて削除した形態としている。

【0025】

このように、双方の歯丈Ｈを短縮することで、加工時間が短縮される。さらに、遊星歯車３の歯丈も短くなるため、遊星歯車３の歯元強度が増し、負荷能力が向上する。

【0026】

実施の形態３．
上記、実施の形態２においては、絶対値合計と基準値との差に応じた歯丈の短縮について説明した。本実施の形態３においては、さらに歯および溝の幅を短縮した例について説明する。図５と図６は、実施の形態３にかかるハイポサイクロイド減速機構の構成および動作について説明するためのものであり、図５はハイポサイクロイド減速機構を軸方向の離れた位置から見たときの平面図である。そして、図６は、実施の形態２のハイポサイクロイド減速機構におけるインターナル歯車と遊星歯車の歯先ピッチと歯溝ピッチを説明するための模式図（図６Ａ）と実施の形態３にかかるインターナル歯車と遊星歯車の歯先ピッチと歯溝ピッチを説明するための模式図（図６Ｂ）である。

【0027】

本実施の形態３においては、表３に示すように、歯丈Ｈについては、実施の形態２と同様に、インターナル歯車２、遊星歯車３それぞれの短縮量を０．３とした。一方、歯先ピッチｓｉと歯先ピッチｓｐ、歯溝ピッチｅｉと歯溝ピッチｅｐについては、標準値（ｓｉ＝ｓｐ、ｅｉ＝ｓｐ）を用いた実施の形態２（図６Ａ）とは異なり、短縮するようにした。

【0028】

【表3】

【0029】

なお、歯先ピッチｓｉと歯先ピッチｓｐは、それぞれ、インターナル歯車２の噛み合いピッチ円Ｃｐｉ上での歯２ｔの幅と、遊星歯車３の噛み合いピッチ円Ｃｐｐ上での歯３ｔの幅である。また、歯溝ピッチｅｉと歯溝ピッチｅｐは、それぞれ、インターナル歯車２の噛み合いピッチ円Ｃｐｉ上での溝２ｔｓの幅と、遊星歯車３の噛み合いピッチ円Ｃｐｐ上での溝３ｔｓの幅である。

【0030】

具体的には、図６Ｂに示すように、歯丈Ｈを標準値の歯丈ＨＣからの短縮に応じ、インターナル歯車２の歯先ピッチｓｉを標準値の半分以下に設定し、それに合わせて遊星歯車３の歯溝ピッチｅｐも標準値の半分以下に設定した。これにより、同一歯数および同一モジュールを有する標準値の歯形で構成したハイポサイクロイド減速機構と比較して、噛み合いピッチ円直径で３０％小さくできるため、減速機を小さくできる効果がある。

【0031】

つまり、実施の形態１と同様の歯車効率の向上と、実施の形態２と同様の歯車強度の増大だけでなく、歯車サイズを小さくできる。一方、歯車外径を標準値に準じたサイズにした場合は、同一モジュールでも歯数を多くとることができるため、さらに高減速比を得ることができるなど、設計の裕度を拡大できる効果がある。

【0032】

なお、本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、本願は、並歯を基準として例示を行ったが、これに限ることはなく、低歯、高歯を基準としても適用可能である。

【0033】

以上のように、本実施の形態にかかるハイポサイクロイド減速機構１によれば、インターナル歯車２、およびインターナル歯車２の内周側に配置された遊星歯車３を備え、インターナル歯車２と遊星歯車３それぞれの転位係数の絶対値合計Ｔは、日本歯車工業会規格（例えば、ＪＩＳ Ｂ１７０１－１：２０１２、付属書ＩＳＯ ５４）の標準歯形寸法を基準とするインターナル歯車と遊星歯車の歯数差で定まるトロコイド干渉を回避するための基準値Ｔｆよりも小さく設定され、インターナル歯車２の歯丈Ｈは、絶対値合計Ｔと基準値Ｔｆとの差に応じて、標準歯形寸法による歯丈ＨＣよりも短縮しているように構成したので、歯車効率と歯車負荷能力を両立させたハイポサイクロイド減速機構１を得ることができる。

【0034】

とくに、遊星歯車３の歯丈Ｈも、標準歯形寸法の歯丈ＨＣよりも短縮しているように構成すれば、歯車強度も向上する。

【0035】

その際、インターナル歯車２の歯丈Ｈの短縮量ΔＨと遊星歯車３の歯丈Ｈの短縮量ΔＨが同じであるので、歯車強度を最大限に向上させることができる。

【0036】

インターナル歯車２の噛み合いピッチ円Ｃｐｉ上での歯先ピッチｓｉは、標準歯形寸法に準じたピッチよりも狭くしており、遊星歯車３の噛み合いピッチ円Ｃｐｐ上での歯溝ピッチも、前記歯先ピッチに合わせて前記標準歯形寸法に準じたピッチよりも狭くすれば、歯車サイズを小さくできる。あるいは、歯車サイズを変えずに減速比をさらに大きくすることができる。

【0037】

インターナル歯車２の歯丈Ｈの短縮量ΔＨと遊星歯車３の歯丈Ｈの短縮量ΔＨを合計した値は、絶対値合計Ｔと基準値Ｔｆとの差以上、かつ１．０以下の範囲内で設定されているので、歯車効率と歯車負荷能力を確実に両立させることができる。

【0038】

歯数差は７以下であるので、高い減速比が得られ、歯車効率と歯車負荷能力を両立させたハイポサイクロイド減速機構１を得ることができる。

【0039】

歯数差が１であるので、最大限の減速比が得られ、歯車効率と歯車負荷能力を両立させたハイポサイクロイド減速機構１を得ることができる。

【符号の説明】

【0040】

１：ハイポサイクロイド減速機構、 ２：インターナル歯車、 ２ｔ：歯、 ２ｔｓ：溝、 ３：遊星歯車、 ３ｔ：歯、 ３ｔｓ：溝、 ４：偏芯軸、 ５：偏芯軸用軸受、 ６：出力ピン、 ７：出力ピン用軸受、 Ｃｐｉ：（インターナル歯車の）噛み合いピッチ円、 Ｃｐｐ：（遊星歯車の）噛み合いピッチ円、 Ｄｍ３：移動方向、 ｅｉ：歯溝ピッチ、 ｅｐ：歯溝ピッチ、Ｈ：歯丈、 Ｈｉ：干渉高さ、 Ｍ：モジュール、 ｓｉ：歯先ピッチ、 ｓｐ：歯先ピッチ、 Ｔ：合計転位係数、 Ｔｆ：（歯数差で決まる合計転位係数の）基準値、 Ｘｉ：インターナル歯車中心、 Ｘｐ：遊星歯車中心、 ΔＨ：短縮量。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】