JPH0674303A - 内接噛合形遊星歯車装置及び該内接噛合形遊星歯車装置の外ピンと接触する外ピン穴接触面の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 内接噛合形遊星歯車装置の外歯歯車と外ピン
との接触面を安価に形成させ、もって高性能、長寿命と
する。 【構成】 内歯歯車１０をアルミニウム展伸材で構成し
て外ピン穴１３の内周面を軸方向の微小な凹凸溝で形成
し、外ピン穴の径を外ピンの径よりも大きくすると同時
に外ピン１１を外周面の表面粗さが１μｍ未満に鏡面仕
上げされた焼入れ鋼で構成し、動力伝達時に外ピン穴の
凹凸溝を外ピンにより圧延して外ピン穴の円周方向アラ
サをならす。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は内接噛合形遊星歯車減速
機や内接噛合形遊星歯車モータ、内接噛合形遊星歯車ポ
ンプ等の内接噛合形遊星歯車装置に関し、更に詳しく
は、外歯がトロコイド系歯形等からなる外歯歯車と、該
外歯と噛合する外ピンよりなる内歯を有すると共に該外
ピンを保持するほぼ半円形の外ピン穴を内周面に有する
内歯歯車とよりなる内接噛合形遊星歯車装置において、
前記内歯歯車の材質、内歯歯車に形成された外ピン穴の
加工方法、更には外ピン穴内周面の表面粗さ、外ピンの
材質、外ピン外周面の表面粗さを規制することによって
高性能とした内接噛合形遊星歯車装置及び該内接噛合形
遊星歯車装置の外ピンと接触する外ピン穴接触面を形成
する方法に関する。

【０００２】

【従来技術】先ず、図４、図５を参照して公知の遊星歯
車減速機の説明を行なう。遊星歯車減速機は、この公知
例のものでは入力軸１から入力される回転を減速して出
力軸２へ与えるものとなっている。

【０００３】この減速する機構は次のとおりである。入
力軸１には所定位相差(この例では１８０°)をもって偏
心体３ａ、３ｂが設けられている。夫々の偏心体３ａ、
３ｂはコロ４を介して外歯歯車５ａ、５ｂと接してい
る。外歯歯車５ａ、５ｂには内ローラ孔６が複数個設け
られ、内ピン７及び内ローラ８が嵌入されている。ここ
で、内ローラ８は省略可能である。前記外歯歯車５ａ、
５ｂの外周にはトロコイド歯形や円弧歯形などの外歯９
が設けられ、内歯歯車１０に設けられた外ピン１１と前
記外歯９とが内接噛合している。外ピン１１は外ピン穴
１３に遊嵌され回転し易く保持されている。前記内ピン
７は出力軸２のフランジ部１２に固着又は嵌入されてい
る。

【０００４】この公知例では、入力軸１の１回転が偏心
体３ａ、３ｂの１回転となるが、外歯歯車５ａ、５ｂは
内ローラ孔６と内ピン７とにより自転を拘束されており
揺動回転させられるから、外歯歯車５ａ、５ｂの歯数と
外ピン１１の本数(歯数)の差が１個の場合、入力軸１の
１回転により外歯歯車５ａ、５ｂの外歯９と内歯歯車１
０の内歯である外ピン１１とが外歯歯車５ａ、５ｂの１
歯分だけ噛み合い変位する(ずれる)。このため、入力軸
１の１回転が外歯歯車５ａ、５ｂの １／歯数に減速さ
れ、その回転が内ピン７を介して出力軸２に伝達され
る。

【０００５】次に同じトロコイド歯形を用いた油圧式の
内接噛合形遊星歯車モータについて、図６、図７により
説明する。内接噛合形遊星歯車モータは出力機構部
ａ′、変位機構室部ｂ′及びバルブ機構部ｃ′の３つの
部分より成り、出力機構部ａ′と変位機構室部ｂ′はド
ライブ２１により回転力が伝達され、変位機構室部ｂ′
とバルブ機構部ｃ′はバルブ切換用ドライブ２２により
回転力が伝達されている。そのためにドライブ２１とバ
ルブ切換用ドライブ２２はその両端にスプライン部を有
する。さらに出力機構部ａ′は、主にその内側に内スプ
ラインを有し、変位機構室部ｂ′により発生する偏心運
動を伴う外歯歯車２３の自転をドライブ２１を介するこ
とにより偏心運動を除き、自転のみを回転力として取り
出す出力軸２４と、ハウジング２５及び出力軸２４と軸
受２６とからなり、出力を相手側に伝達すると共に外部
荷重を支持するものであり、バルブ機構部ｃ′は主にそ
の内側に内スプラインを有し、変位機構室部ｂ′により
発生する偏心運動を伴う外歯歯車２３の自転を、バルブ
切り換え用ドライブ２２を介することにより偏心運動を
除き自転のみを取り出して回転するバルブ２７と、リン
グ２８に固定され、バルブ２７との協働により圧油の流
路を切り換えるバルブプレート２９と、及びバルブハウ
ジング３０とからなり、ポンプより供給された圧油を変
位機構室ｂ′の容積変化室３１に分配供給すると共に、
戻り側の油を容積変化室３１から回収するものである。

【０００６】変位機構室ｂ′は、図７に見られるよう
に、内歯歯車３２の歯形としてローラ３３よりなる円弧
歯形を、又この内歯歯車３２に内接噛合する外歯歯車２
３の歯形としてトロコイド形歯形や円弧歯形を採用して
おり、しかも外歯歯車２３の歯数は内歯歯車３２の歯数
より一個少ない。さらに、内歯歯車中心３４と外歯歯車
中心３５とは偏心しており、外歯歯車２３と内歯歯車３
２は、その接触点により内歯歯車３２の歯数(図３、図
４の場合７個)と同数の容積変化室３１を形成してい
る。そして、バルブ機構部ｃ′を介して圧油を容積変化
室３１に送ることにより、容積変化室３１は容積変化し
て膨張及び収縮を繰り返し、外歯歯車２３が内歯歯車中
心２４の周りに自転し、圧油の圧力エネルギーを回転力
に変換する。この回転力は外歯歯車２３の内スプライン
からドライブ２１を介して出力軸２４の内スプラインに
伝達され、偏心運動を伴わない自転のみが外部に取り出
されるのである。尚、前述の説明では、内接噛合形遊星
歯車モータについて説明しているが、内接噛合形遊星歯
車モータにおいては、出力軸２４に回転動力を付与する
ことによって油圧ポンプにもなり、後述の本発明はこの
ような油圧式の内接噛合形遊星歯車ポンプも含むもので
ある。

【０００７】さて、以上に説明した内接噛合形遊星歯車
減速機あるいは内接噛合形遊星歯車モータ、内接噛合形
遊星歯車ポンプでは、内歯歯車１０、３２と外歯歯車５
ａ、５ｂ、２３が互いに内接噛合することにより動力の
伝達や個々の容積変化室３１を区画するものとなってい
る。動力伝達だけの機能を奏するためであれば、個々の
内歯歯車１０、３２の歯形と外歯歯車５ａ、５ｂ、２３
の歯形の内の一部のみが内接噛合しておれば十分である
から、例えば外歯歯車５ａ、５ｂ、２３の歯形曲線を修
正して外歯歯車５ａ、５ｂ、２３の歯形の凹部のみを内
歯歯車１０、３２の歯形と噛合するようにして強度の保
持、摩耗低減することも可能であるが、図６、図７に示
すようなモータ（あるいはポンプ）として使用する場合
には容積変化室３１を区画する機能をも要求されている
ので、個々の歯形は常に噛合していなければならない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のような遊星歯車
装置においては、外ピン１１は外歯歯車５との噛合によ
り生じた荷重を受けながら、外ピン穴１３により、保持
されて回転する。これにより、外歯歯車５と外ピン１１
は転がり接触とする事が出来るので、全体の高効率と長
寿命が図られている。従って、外ピン１１と外ピン穴１
３との間の滑りを良好とすることが肝要となる。

【０００９】この外ピン１１と外ピン穴１３をすべり易
くする事により、高性能(高効率)長寿命とする方法とし
て従来より各種の方法が提案されているが、それぞれ問
題点があった。 (１)ＵＳＰ第６２８２７３号においては、外ピン穴を燐
酸塩等による化成処理する方法が提案されている。とこ
ろが、この方法によると、機械加工後に別の化成処理を
追加するので、コスト高となるとともに、精度の低下は
まぬがれなかった。 (２)ＵＳＰ第３４６０４８１号(特公昭４５ー３４１７
５号）及び実開昭５７ー３７１４４号では、外ピン穴を
軸受材料又は半割ブッシュにて内張りする方法が提案さ
れている。ところが、この方法によると、外ピン穴だけ
の構造よりもコスト高となっている。 (３)ＵＳＰ第３５０６３８３号(特公昭４９ー４４０９
号)においては、内歯歯車を焼結金属で作るとともに、
外ピン穴１３をニッケルコーティングする方法が提案さ
れている。ところが、この方法によっても、加工工程の
増加によるコスト高はまぬがれない。 (４)特開昭６２ー１３１９９０号、特開昭６２ー１３２
０６８号においては、外ピンに綾目状の微小なる凹凸を
設け、この凹部に残る化成処理被膜により潤滑油を保持
する方法が提案されている。この方法は化成処理被膜の
効果の持続性、精度の維持においても効果がある方法で
あるが、加工工程の増加によるコスト高はまぬがれな
い。 (５)特開昭６１ー３８２４２号においては、内歯歯車の
外周部を剛性の高い金属材料、内周部をプラスチック材
料とする二層構造により、外ピン穴部分の低摩擦材料の
使用を可能とするアイデアが開示されている。ところ
が、この方法においても、内歯歯車を単一素材の材料と
する方法に比較した場合には構造は複雑になり、加工費
と組立費の増加によるコスト高はまぬがれなかった。

【００１０】さて、一般に内歯歯車は特公昭４５ー３４
１７号で述べられている様に、高力特性を有し、しかも
比較的高い摩擦係数を有する金属で製作されている。具
体的にはねずみ鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、アルミ鋳物、アル
ミダイカスト鋳物により鋳造法で製作されるか、金属粉
末を型中で加圧成形し、次にその圧粉体を焼結法で加熱
する操作を含んだ工程により製作されていた。特別に強
度上の必要がある時は軟鋼もしくはリン青銅によって製
作する場合もあった。アルミニウム展伸材は素材として
棒状又は板状に成形する工程においてダイスを通過させ
る必要から、ダイスを摩耗させない為に展伸材自体は耐
摩耗性の良いものであってはならず、この為に前記の材
料に比較して耐摩耗性が劣り、内歯歯車としての使用は
不適当とされていた。

【００１１】従来公知の前記(１)〜(５)の方法はいずれ
も外ピンと外ピン穴が金属接触している時の摩擦係数の
低減を目的としたものであり、外ピンと外ピン穴を積極
的に流体潤滑させる工夫ではなかった。内歯歯車の外ピ
ン穴は高精度を必要とするので一般には切削加工されて
おり、加工方法としては内歯歯車の材質と、主に加工精
度に対する要求品質から種々の方法が適用されるが、歯
車モータ及び小形の遊星歯車減速機(内歯歯車の内径が
１５０ｍｍφ程度のもの)においてはブローチ加工によ
るもの、又はギヤシェーパ加工によるものが多い。

【００１２】ギヤシェーパ加工が遊星歯車減速機用とし
ては最小５０ｍｍφ程度まで利用されており加工できる
内歯歯車の大きさの範囲がより広範囲な加工方法となっ
ている。ブローチ加工及びギヤシェーパ加工において
は、加工の最終工程が切削すなわち素材の剪断によるも
ので、外ピン穴の円周方向アラサは、刃物の摩耗状態と
切れ味にもよるが３〜５μｍが限界であった。一方、外
ピン１１と外ピン穴１３の潤滑状態に着目すれば、弾性
流体潤滑理論におけるＥＨＬ油膜厚さは高負荷、高温度
の使用条件のもとにおいては１μｍ未満となるので、こ
のブローチ加工、ギヤシェーパ加工の場合にはアラサの
方がこの油膜厚さよりも大きく、外ピン１１と外ピン穴
１３とが弾性流体潤滑している状態よりも効率、騒音、
長寿命の性能の低下はまぬがれなかった。そこでその性
能低下を出来るだけ少なくする為に前記従来公知の(１)
〜(５)の方法が提案されているわけである。

【００１３】一方で、外ピン穴の表面アラサを切削加工
による方法よりも小さくする方法としては、ＣＢＮ(立
方晶窒化ほう素)砥石の普及と相まった研削加工による
アラサ改善が実用化されているが、内周面の研削加工な
のでコスト高になるとともに、径の小さい内歯歯車及び
径の小さい外ピン穴へ適用には限界があるとともにアラ
サも１〜３μｍが限界であった。アラサを小さくする別
の加工方法としては、外ピン穴１３をラッピングする方
法も知られているが、この方法においてはコスト高にな
るとともに、加工時に使用したラップ粉の完全除去が必
要な為に、多孔質の焼結金属材料や鋳物及びダイカスト
鋳物においてはラップ粉の完全除去にもコストがかかる
ものであった。

【００１４】以上により、外ピン１１と外ピン穴１３を
潤滑油の油膜形成に不利な使用条件、具体的には、低粘
度、高温度、油性の悪い油、高負荷、の領域においては
低コストで流体潤滑させるのは困難であるため、この様
な使用条件の生じる減速機の用途、例えば周囲の環境が
低温である事(具体例、雪上車、冷凍機への適用)による
潤滑油の流動点から要求される低粘度油の使用、油圧作
動による減速機の潤滑(作動油と潤滑油の共用)、低温始
動性と燃費向上を目的とした粘度指数が大きく必ずしも
油性は良くない内燃機関用潤滑油の減速機潤滑油との共
用化においては減速機に伝達動力を制限して使用する必
要があった。又、歯車モータにおいては前記使用条件の
外に難燃性作動油の適用にあたり伝達動力を制限する必
要があった。

【００１５】そこで、発明者は安価な加工方法により前
述の潤滑油の油膜形成に不利な使用条件においても外ピ
ンと外ピン穴を流体潤滑させる方法について以上の公知
例も含め種々研究した結果、 (a)外ピンと外ピン穴(すなわち内歯歯車)の材料 (b)外ピンの硬さとその表面仕上の程度 (c)切削加工における外ピン穴の加工の向き (d)外ピンと外ピン穴の径の差、すなわち隙間の設定の
仕方 の組合わせにより、転がり軸受の外輪とハウジングとの
間に生じる現象として知られているクリープ現象を限定
的に発生させる事により外ピン穴を０．１μｍ程度のア
ラサにする方法を見いだした。

【００１６】

【課題を解決するための手段】以上のことから、本発明
の特徴とするところは、内歯歯車が押出加工、引抜加工
等によるアルミニウム展伸材で構成すると共に、外ピン
穴の内周面が微小な凹凸溝を軸方向に形成して加工され
ることにより外ピン穴の径を外ピンの径よりも大径に構
成されてなり、外ピンが外周面の表面粗さを１μ未満に
鏡面仕上げされた焼入れ鋼で構成され、動力伝達時に外
ピンが外歯歯車からの荷重を受けながら外ピン穴に保持
されてすべりと転がりを伴った回転を行うことにより外
ピン穴の凹凸溝を外ピンにより圧延して外ピン穴の円周
方向アラサをならしてなる内接噛合形遊星歯車装置及び
内接噛合形遊星歯車装置の外ピンと接触する外ピン穴の
接触面の形成方法にある。

【００１７】

【実施例】以下、図によって本発明の実施例について説
明する。図１a〜図１dは本発明による外ピン１１と外ピ
ン穴１３が外歯歯車５の荷重を支持する時の荷重の方向
と外ピン１１と外ピン穴１３の接触点１４の位置の変化
する様子を図４に示すものとの対比により示した拡大図
である。図２は本発明による外ピン穴１３の円周方向ア
ラサを示すアラサ図である。図３は減速機の一方向回転
負荷運動後に同じ外ピン穴についてアラサを測定したア
ラサ図であり、図におけるＢ部が荷重を受けない方向で
のピン穴部のアラサ、Ｃ部が荷重を受ける方向でのピン
穴部のアラサを示している。

【００１８】以上に説明する本実施例では、構造の点に
関しては、前記図４ないし図５に示す従来公知の遊星歯
車装置と同様なものであるから、その説明は省略し、以
下においては材質や表面アラサについてのみ説明する。
本発明の外ピン１１に関しては、その外周面の表面アラ
サを１μｍ未満に鏡面仕上げし、その表面の硬さがＨRC
５７〜６４の焼入鋼としている。又、内歯歯車１０の材
質をアルミニウム展伸材とし、この内歯歯車１０に形成
された外ピン穴１３に外ピン１１を嵌合して内歯歯車１
０を構成している。そして、アルミニウム展伸材のまま
では表面アラサが粗いので、内歯歯車１０の外ピン穴１
３はギヤシェーパ加工又はブローチ加工により切削加工
し、軸方向に凹凸溝状に形成されているアラサを極力小
さくしている。そして、外ピン穴１３の径を外ピン１１
の径よりも１０〜１００μｍ程度大きくしている。（径
の比にして、０．１５％ないし１．５％程度大きくして
いる） アルミニウム展伸材は強度特性として耐力２０Ｋｇf/平
方ｍｍ〜３０Ｋｇf/平方ｍｍのＡｌーＭｇーＳｉ系合金
とし、その成分としてはＳｉ(硅素)の化学成分が１．２
％未満としている。

【００１９】以上のように構成された本発明の作用につ
いて以下に説明する。外ピン穴１３の径を外ピン１１の
径よりも大径としてあるので、外ピン穴１３の切削によ
るアラサが大きく、外ピン１１との間が流体潤滑しない
状態、すなわち外ピン１１の自転が円滑にいかない状態
においても、図１a〜図１dにみられる様に外歯歯車５と
外ピン１１の接触角度が変化するので外ピン１１と外ピ
ン穴１３は一種のころがり運動を行う。この時に、外ピ
ン１１と外ピン穴１３の径の差をδとすると、両者の円
周長さはπδだけ異なるから、外ピン穴に対する外ピン
の位置は荷重方向に少しずつずれていき、外ピン１１が
ゆっくり回転する。この現象は軸受の分野で言われるク
リープ現象に近い。この時に外ピン１１がころがり運動
を行ない、アラサのある状態においては外ピン１１と外
ピン穴１３の間の接触面圧はアルミニウム展伸材の耐力
を越えるので、外ピン穴１３のアラサの凸部は外ピン１
１により圧延され、外ピン１１の表面アラサ同様に平滑
になっていく。そして圧延が完了しアラサの凹凸が無く
なることにより、外ピンと外ピン穴の接触面圧は材料の
耐力を下まわり、圧延は進行せずに、アラサが弾性流体
潤滑の最少油膜厚さ（１μｍ程度）より小さくなるの
で、外ピン穴１３の表面全体に潤滑油がいきわたり外ピ
ン１１と外ピン穴１３は流体潤滑される。これを図２及
び図３で説明すると、図２におけるａ部は外ピンのころ
がり接触を受ける域であり、外ピンによる圧延前は５な
いし１０μｍのアラサとなっているが、このａ部が外ピ
ンによって圧延されて図３のｃ部のように０．２μｍ以
下のアラサとなり、図３のｂ部は外ピンによる圧延を受
けず、図２の状態のままに残るものとなる。

【００２０】この時に外ピン１１を硬さＨRC５７〜６４
程度の焼入鋼とする事により、アルミニウム展伸材から
なる外ピン穴１３によって外ピン１１が摩耗させられる
事がなくなる。

【００２１】

【発明の効果】以上のように構成された本発明の効果を
あげると以下のとおりである。切削加工による外ピン穴
に、特別な後処理を行う事なく、負荷運転時の外ピン穴
アラサを改善できる。本発明による改善された外ピン穴
アラサにより、潤滑油の油膜形成が不利となる条件低粘
度、高い使用温度、油性の悪い潤滑油等においても、油
膜が形成され、外ピン穴が流体潤滑される。流体潤滑さ
れる事により効率、騒音、寿命の性能が向上する。内歯
歯車がアルミなので全体の軽量化が出来る。

【図面の簡単な説明】

図１a〜図１dは本発明による外ピンと外ピン穴が外歯歯
車の荷重を支持する時の荷重の方向と外ピンと外ピン穴
の接触点の位置の変化する様子を図４に示すものとの対
比により示した拡大図である。図２は本発明による外ピ
ン穴の円周方向アラサを示すアラサ図である。図３は減
速機の一方向回転負荷運動後に同じ外ピン穴についてア
ラサを測定したアラサ図である。図４は公知の遊星歯車
減速機の縦断面図である。図５は図４に示す公知の遊星
歯車減速機の横断面図である。図６は他の公知の遊星歯
車減速機の縦断面図である。図７は図６に示す他の公知
の遊星歯車減速機の横断面図である。

【符号の説明】

１：入力軸 ２：出力軸 ３ａ、３ｂ：偏心体 ４：コ
ロ ５ａ、５ｂ：外歯歯車 ６：内ローラ ７：内ピン
８：内ローラ ９：外歯 １０：内歯歯車 １１：外
ピン １２：フランジ部 １３：外ピン穴 ａ′：出力
機構部 ｂ′：変位機構室部 ｃ′：バルブ機構部 ２
１：ドライブ ２２：バルブ切換用ドライブ ２３：外
歯歯車 ２４：出力軸 ２５：ハウジング ２６：軸受
２７：バルブ ２８：リング ２９：バルブプレート
３０：バルブハウジング ３１：容積変化室 ３２：
内歯歯車 ３３：ローラ ３４：内歯歯車中心

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外歯がトロコイド系歯形等からなる外歯歯
   車と、前記外歯と噛合する外ピンよりなる内歯を有する
   と共に該外ピンを保持するほぼ半円形の外ピン穴を内周
   面に有する内歯歯車と、よりなる内接噛合形遊星歯車装
   置において、 前記内歯歯車が押出加工、引抜加工等によるアルミニウ
   ム展伸材で構成すると共に、前記外ピン穴の内周面が微
   小な凹凸溝を軸方向に形成して加工されることにより外
   ピン穴の径を外ピンの径よりも大径に構成されてなり、
   前記外ピンが外周面の表面粗さを１μｍ未満に鏡面仕上
   げされた焼入れ鋼で構成され、動力伝達時に外ピンが外
   歯歯車からの荷重を受けながら外ピン穴に保持されてす
   べりと転がりを伴った回転を行うことにより前記外ピン
   穴の凹凸溝を外ピンにより圧延して外ピン穴の円周方向
   アラサをならしてなることを特徴とする内接噛合形遊星
   歯車装置。
2. 【請求項２】外歯がトロコイド系歯形等からなる外歯歯
   車と、前記外歯と噛合する外ピンよりなる内歯を有し、
   該外ピンを保持するほぼ半円形の外ピン穴を内周面に有
   する内歯歯車よりなり、前記外ピンが外ピン穴の接触面
   とすべり接触と転がり接触しながら回転する内接噛合形
   遊星歯車装置の前記外ピン穴の接触面を形成する方法に
   おいて、 前記内歯歯車を押出加工、引抜加工等によるアルミニウ
   ム展伸材とすると共に、外ピン穴の接触面をギヤシェー
   パ加工又はブローチ加工等により微小な凹凸溝を軸方向
   に有するように切削することにより外ピン穴の径を外ピ
   ンの径よりも大径に形成し、前記外ピンを外周面の表面
   粗さを１μｍ未満に鏡面仕上げされた焼入れ鋼とし、動
   力伝達時に外ピンが外歯歯車からの荷重を受けながら外
   ピン穴に保持されてすべりと転がりを伴った回転を行う
   ことにより前記外ピン穴の前記凹凸溝を外ピンにより圧
   延して外ピン穴の接触面円周方向アラサをならしてなる
   ことを特徴とする内接噛合形遊星歯車装置の外ピンと接
   触する外ピン穴の接触面の形成方法。 【０００１】