JP4328120B2

JP4328120B2 - 揺動内接噛合型遊星歯車装置及びその耐久性向上方法

Info

Publication number: JP4328120B2
Application number: JP2003095054A
Authority: JP
Inventors: 真弘島田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: TWI248500B; CN1534217A; CN1303340C; US20040248688A1; KR20040084658A; KR100531452B1; JP2004301235A; TW200422540A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トロコイド歯形を有する歯車と円弧歯形を有する歯車とを揺動内接噛合させることにより、歯車同士の噛合に関し滑り接触を転がり接触に変換する機構を有する揺動内接噛合型遊星歯車装置及びその耐久性向上方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モータ等の入力回転を減速或いは増速して相手部材に伝達する動力伝達装置が数多く知られている。この中でトロコイド歯形を有する歯車と円弧歯形を有する歯車とを用いる動力伝達装置が知られている。このような動力伝達装置としては、トロコイド歯形が形成された外歯歯車を円弧歯形（ピン）が形成された内歯歯車に対して揺動内接噛合させる場合と、トロコイド歯形が形成された内歯歯車を円弧歯形（ピン）が形成された外歯歯車に対して揺動内接噛合させる場合がある。この動力伝達装置では、トロコイド歯形を有する歯車と円弧歯形を有する歯車とは転がり接触により動力伝達を行うが、該歯形の構造上、同時に滑りも発生し易い。そのため、トロコイド歯形を有する歯車と円弧歯形を有する歯車との間の潤滑用には、専ら滑り接触により動力伝達を行うインボリュート歯形を有する歯車に使用されるものとは異なる特殊なグリースを用いる必要がある。
【０００３】
このトロコイド歯形と円弧歯形での使用に適したグリースとして、例えば特許文献１に記載のグリース（アルバニアＲＡ；昭和シェル石油株式会社製）が従来用いられてきた。この理由としては、アルバニアＲＡ（昭和シェル石油株式会社製）が、他のグリースと比較して約２〜１０倍もの長期間に亘り、トロコイド歯形と円弧歯形の部分で長時間使用しても作動に支障が出るほどの損傷を受けないからである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１―１７３４４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者が、このグリースについて長寿命化の原因を詳細に検討したところ、防錆剤として添加されている亜硝酸ナトリウムが、防錆剤以外の効果として、該トロコイド歯形と円弧歯形の部分の長寿命化の効果をも有していることを見出した。
【０００６】
しかし、亜硝酸ナトリウムは、ある種の化学物質と反応して、発ガン性を有するニトロソアミンを生成するといわれており、近い将来、欧州を中心にその使用を厳しく規制される可能性がある。加えて、亜硝酸ナトリウムはそれ自体毒性を有しており、日本において、水質汚濁防止法の排水規制項目に挙げられており、特定事業場から公共下水道又は流域下水道に排除される下水の水質基準として亜硝酸ナトリウム等の亜硝酸性窒素の上限を設定している自治体もある。従って、かかる亜硝酸ナトリウムを用いたグリースを使用することは、公衆衛生及び環境保護の観点から好ましくないことである。
【０００７】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、亜硝酸ナトリウムを添加したグリースを用いなくても、長寿命及び高効率の維持を実現できるトロコイド歯形の歯車と円弧歯形の歯車とを使用した動力伝達装置及びその耐久性向上方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、亜硝酸ナトリウムを含有したグリースを用いていなくても、特定の成分から調製された化学物質を含有し、特定の性質を有するグリースを使用すれば、トロコイド歯形を有する歯車と円弧歯形を有する歯車の長寿命化を実現できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち本発明の動力伝達装置は、外歯歯車と該外歯歯車と僅少の歯数差を有する内歯歯車とを有し、該外歯歯車または内歯歯車のいずれか一方が他方に対して揺動回転することにより入力軸の回転を減速し、出力軸より減速出力を取り出す揺動内接噛合型遊星歯車装置であって、前記外歯歯車と前記内歯歯車のうち、一方の歯形がトロコイド歯形であり、他方の歯形が円弧歯形であり、前記外歯歯車と前記内歯歯車との間に、１００℃における動粘度が１１．９ｍｍ ^２／ｓであり且つ４０℃における動粘度が１１１ｍｍ ^２／ｓである基油と、アジピン酸から合成されたリチウムコンプレックスである増ちょう剤と、を少なくとも含有するグリースが充填されていることを特徴とする揺動内接噛合型遊星歯車装置である。
【００１０】
該揺動内接噛合型遊星歯車装置はかかる構成を有することで、亜硝酸ナトリウムを含有するグリースを用いたものと同程度又はそれ以上の長寿命化を達成することができる。その作用は明らかにされていないが、高温での動粘度の比較的高い基油が、トロコイド歯形の表面に十分厚い膜を形成することにより該歯形表面を酸化等から保護する役割を有するところ、アジピン酸を原料とするリチウムコンプレックスが、その特有の繊維状構造を利用して該基油を保護することによって、歯車同士の接触、更には摩擦によっても基油の高粘度性すなわち基油の十分厚い膜を維持できることが要因の一つと考えられる。但し、作用はこれに限定されない。
【００１２】
更に、本発明の揺動内接噛合型遊星歯車装置の耐久性向上方法は、外歯歯車と該外歯歯車と僅少の歯数差を有する内歯歯車とを有し、該外歯歯車または内歯歯車のいずれか一方が他方に対して揺動回転することにより入力軸の回転を減速し、出力軸より減速出力を取り出す揺動内接噛合型遊星歯車装置であって、前記外歯歯車と前記内歯歯車のうち、一方の歯形がトロコイド歯形であり、他方の歯形が円弧歯形である揺動内接噛合型遊星歯車装置の、前記外歯歯車と前記内歯歯車との間に、１００℃における動粘度が１１．９ｍｍ ^２／ｓであり且つ４０℃における動粘度が１１１ｍｍ ^２／ｓである基油と、アジピン酸から合成されたリチウムコンプレックスである増ちょう剤と、を少なくとも含有するグリースを充填することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。図１は、揺動内接噛合型遊星歯車装置の好適な実施形態を示す側方断面図である。また図２は、図１の揺動内接噛合型遊星歯車装置のII−IIにおける断面図である。
【００１５】
入力回転軸１には中空の偏心体軸３がキー（図示しない）及びキー溝４を介して固定され、該偏心体軸３には２個の偏心体３１、３２が設けられており、２枚の外歯歯車５１、５２が個々の偏心体３１、３２にコロ６を介して１８０゜位相がずれて嵌合されており、この外歯歯車５１、５２はその外周にトロコイド歯形からなる外歯７を有している。また、内歯歯車８は外側のケーシングを兼用しており、かつこの例では固定されており、この内歯歯車８は外歯歯車５１、５２の外歯７と噛合する外ピン９からなる円弧歯形を有しており、この外ピン９には外ローラを設ける構造とすることもできる。前記外歯歯車５１、５２には内ピン穴１０が形成されており、該内ピン穴１０には内ピン１１が遊嵌され、該内ピン１１の外周には内ローラ１２が遊嵌されており、該内ピン１１の一端は内ピン保持フランジ１３に密嵌され、内ピン保持フランジ１３は出力回転軸２に一体的に形成されている。ここで、内ローラ１２は省略することができる。
【００１６】
この揺動内接噛合型遊星歯車装置では、入力回転軸１の１回転が偏心体３１、３２の１回転となるが、外歯歯車５１、５２は内ピン穴１０と内ピン１１とにより自転を拘束されているから、該外歯歯車５１、５２は特定の揺動半径で揺動回転させられる。このため、外歯歯車５１、５２の歯数と外ピン９の本数（内歯歯車８の歯数）の差が１個の場合には、入力回転軸１の１回転により外歯歯車５１、５２の外歯７と内歯歯車８の内歯である外ピン９とが１歯だけ噛み合い変位する（ずれる）。
【００１７】
そして、かかる噛み合い変位が原因で、該外歯７と外ピン９との間で転がり接触のみならず滑り接触をも発生する。
【００１８】
なお、入力回転軸１の１回転は外歯歯車５１、５２の１／歯数に減速され、その回転は内ピン１１を介して出力回転軸２へ伝達されるようになっている。
【００１９】
本実施形態にかかる揺動内接噛合型遊星歯車装置は、外歯歯車５１，５２と内歯歯車８との間（円弧歯形を形成する外ピン９とトロコイド歯形を形成する外歯７との間）に、少なくとも基油と増ちょう剤とを含有するグリース１４であって、前記増ちょう剤としてリチウムコンプレックスを含有し、該増ちょう剤の原料である二塩基酸がアジピン酸であり、前記基油の１００℃における動粘度が１０ｍｍ²／ｓ以上であるグリース１４を充填していることを特徴とする。
【００２０】
ここで、グリースとは主として基油に増ちょう剤を混和して得られる固体状若しくは半固体状の潤滑剤である。
【００２１】
また、基油は、通常グリースに含有されるものであれば、特にその種類を限定することなく用いることができるが、その１００℃における動粘度が１０ｍｍ²／ｓ以上である必要がある。揺動内接噛合型遊星歯車装置の歯車接触部分は、その作動時に歯面同士の摩擦等により約９３℃まで上昇するため、１００℃付近の温度における動粘度が過度に低いと歯形表面に一定の厚さの膜を形成することが困難となると考えられる。従って、１００℃における動粘度が１０ｍｍ²／ｓ未満の基油を用いると、揺動内接噛合型遊星歯車装置の長寿命化を実現することができない。更には、該基油は４０℃における動粘度が５０ｍｍ²／ｓ以上であることが好ましく、１００ｍｍ²／ｓ以上であることがより好ましい。
【００２２】
本発明にかかる基油の具体例としては、パラフィン系及びナフテン系の鉱油、合成炭化水素油、フェニルエーテル、ポリグリコール、ジエステル、ポリオールエステル、シリコン油及びフッ素化油等の合成油、植物油などの生分解性油であって、１００℃における動粘度が１０ｍｍ²／ｓ以上の基油を挙げることができる。
【００２３】
増ちょう剤は、基油中で三次元の繊維状構造を構成し、その繊維状構造の隙間に基油を保有することによりグリースを固体若しくは半固体状にする作用を有するものと考えられる。グリースに添加される増ちょう剤としては、通常、リチウム石けん、リチウムコンプレックス、カルシウム石けん、カルシウムコンプレックス、アルミニウムコンプレックス、ウレア系化合物などが採用されるが、本発明の揺動内接噛合型遊星歯車装置には、リチウムコンプレックスが用いられなければならない。リチウムコンプレックス以外の増ちょう剤を用いても、該揺動内接噛合型遊星歯車装置は、比較的短時間の運転で歯面ピッチング等の損傷を受けて作動に支障が出るため、所望の長寿命化を達成することができない。
【００２４】
リチウムコンプレックスは、通常、脂肪酸と二塩基酸の混合体に水酸化リチウムを反応させることによって得られる。本発明にかかるリチウムコンプレックスは、原料の二塩基酸としてアジピン酸を用いることが必須条件となる。アジピン酸以外の二塩基酸、例えばコハク酸、グルタル酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸等を原料としてリチウムコンプレックスを合成しても、該リチウムコンプレックスを含有したグリースを用いた揺動内接噛合型遊星歯車装置は、比較的短時間で歯面のピッチングが発生して作動不能になるため、やはり本発明の目的を達成できない。
【００２５】
なお、リチウムコンプレックスの生成に用いられる脂肪酸は、従来からリチウムコンプレックスの合成に用いられているものであれば特に限定されることなく、原料として使用されることができる。
【００２６】
本発明の揺動内接噛合型遊星歯車装置は、グリース中に、通常用いられるその他の添加剤を適宜含有することができる。その他の添加剤としては例えば、酸化防止剤、分散剤、耐摩耗剤、防錆剤、極圧剤等が挙げられる。
【００２７】
但し、亜硝酸ナトリウムは、本発明にかかるグリースに添加されてもよいものの、上述のような公衆衛生及び環境保護の観点から添加されていないことが好ましい。
【００２８】
上記グリース中の各添加物の含有比率は特に限定されないが、基油と増ちょう剤との相乗効果により、より一層の長寿命化及び高効率化を実現するためには、基油を８０〜８５質量％、増ちょう剤を１０〜１５質量％、その他の添加剤を５〜１０質量％含有することが好ましい。
【００２９】
なお、本実施形態においては、グリース１４は、少なくとも内歯歯車８と外歯歯車５１，５２との間に充填されるが、それ以外の揺動内接噛合型遊星歯車装置内部の空隙部、例えばケーシングと出力回転軸２との間の空隙部又は各軸受などに充填されてもよい。更には、揺動内接噛合型遊星歯車装置内部の空隙部が全てグリース１４で満たされるようにしてもよい。
【００３０】
本発明の揺動内接噛合型遊星歯車装置は、以上のように構成されることで、たとえグリースに亜硝酸ナトリウムを添加しなくても、長寿命、高効率の維持を実現することができるのである。
【００３１】
また、本実施形態にかかる揺動内接噛合型遊星歯車装置の耐久性向上方法は、内歯歯車８と外歯歯車５１，５２との間に、上述したようなグリース１４を充填することを特徴とする。このようにすることで、従来知られていた潤滑油等をこの部分に充填しているものと比較して、外ピン９或いは外歯７の互いに接触ずる部分の摩耗や破損が飛躍的に軽減され、外歯歯車５１，５２や内歯歯車８の長寿命化を図ることができるので、ひいては該揺動内接噛合型遊星歯車装置自体の耐久性を飛躍的に向上させることになる。
【００３２】
なお、この耐久性向上方法において、グリース１４は、外ピン９とトロコイド歯形からなる外歯７との間にある空隙部以外の、例えばケーシングと出力回転軸２との間の空隙部又は各軸受などに充填されてもよい。更には、揺動内接噛合型遊星歯車装置内部の空隙部が全てグリース１４で満たされるようにしてもよい。こうすることで、該耐久性向上方法は、各歯車の長寿命化のみでなく、軸受等の摩擦部分や接触部分の耐久性をも向上させる傾向となり、結果的に、該揺動内接噛合型遊星歯車装置自体をより一層長寿命化することができる。
【００３３】
また、この耐久性向上方法において、グリース１４は動粘度が比較的高いため、該揺動内接噛合型遊星歯車装置のケーシングに存在する隙間からの漏洩量は、従来の潤滑油と比較して少ない傾向にあり、この観点からも該揺動内接噛合型遊星歯車装置の耐久性を向上できる。
【００３４】
更に、該グリース１４の漏洩量は、ケーシングに設置したレベルゲージ等の計測機器、又は該揺動内接噛合型遊星歯車装置から出てくる廃液や廃油を回収するタンク等に設置したアジピン酸等の特定成分の濃度を検出する分析機器により確認することが好ましい。こうすることで、グリース１４を適宜補充することができ、該揺動内接噛合型遊星歯車装置の耐久性をより一層向上させることができる。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３６】
（実施例１）
まず、本実施例の揺動内接噛合型遊星歯車装置において、グリース以外の部材については、出願人が市販するサイクロ（登録商標）減速機を用いた。このサイクロ（登録商標）減速機の外歯歯車のトロコイド歯形と内歯歯車の外ピンとの間に、本発明を構成するグリースとしてエクソンモービル有限会社製テンプレックスＮ２を用いた。このグリースは、表１に示すように、原料にアジピン酸を用いたリチウムコンプレックスを増ちょう剤として含有し、且つ、動粘度（ＪＩＳＫ２２８３、以下同じ。）が１００℃においては１１．９ｍｍ²／ｓ、４０℃においては１１１ｍ²／ｓである基油をも含有していた。なお、基油は実施例及びいずれの比較例ともパラフィン系鉱油を用いていた。
【００３７】
【表１】

【００３８】
なお、この表において、基油粘度とは基油の動粘度のことであり、単位は（ｍｍ²／ｓ）である。
【００３９】
（比較例１）
いずれの比較例においてもグリース以外の部材については、出願人が市販するサイクロ（登録商標）減速機を用いた。また、いずれの比較例においても市販のグリースであって、本発明の発明特定事項のいずれかを含有しないグリースを採用した。
【００４０】
比較例１では、このサイクロ（登録商標）減速機の外歯歯車のトロコイド歯形と内歯歯車の外ピンとの間に、原料としてアジピン酸を用いたリチウムコンプレックスを増ちょう剤として含有しているが、本発明を構成するグリースと比較して基油の動粘度が１００℃においては６．１５５ｍｍ²／ｓ、４０℃においては３８．６４ｍ²／ｓと低くなっているグリースを採用した。
【００４１】
（比較例２）
比較例２では、サイクロ（登録商標）減速機の外歯歯車のトロコイド歯形と内歯歯車の外ピンとの間に、原料としてアゼライン酸を用いたリチウムコンプレックスを増ちょう剤として含有し、基油の動粘度が１００℃及び４０℃のいずれにおいても本発明を構成するグリースよりも低いグリースを採用した。
【００４２】
（比較例３）
比較例３では、サイクロ（登録商標）減速機の外歯歯車のトロコイド歯形と内歯歯車の外ピンとの間に、基油の動粘度が１００℃及び４０℃のいずれにおいても本発明の範囲内であるが、増ちょう剤が原料としてアジピン酸以外の二塩基酸を用いたリチウムコンプレックスであるグリースを採用した。
【００４３】
（比較例４〜７）
比較例４〜７では、サイクロ（登録商標）減速機の外歯歯車のトロコイド歯形と内歯歯車の外ピンとの間に、増ちょう剤がリチウム石けんであるグリースを採用した。
【００４４】
［長期運転耐久試験］
上記実施例１及び比較例１〜７の揺動内接噛合型遊星歯車装置の長期運転耐久試験を、常温で、試験評価用に設定した同一の負荷条件（規定トルク、回転数、負荷方法、負荷装置）の下、行った。
【００４５】
なお、従来の揺動内接噛合型遊星歯車装置の歯車の歯形部分に用いられているグリースのうち、唯一本発明者が耐久性があることを見出した亜硝酸ナトリウムを添加したグリース（アルバニアグリースＲＡ、昭和シェル石油株式会社製）を採用した揺動内接噛合型遊星歯車装置では、上記運転条件で約２０００時間の継続運転が可能であった。従って、本耐久試験においても、上記運転条件で約２０００時間以上の継続運転ができたことをもって、耐久性がある、すなわち長寿命であるものと判断することにした。
【００４６】
表１にその結果を示す。実施例１の揺動内接噛合型遊星歯車装置は、２０００時間以上の継続運転を行っても、歯車の歯面に運転不能になるほどの損傷が認められなかった。それに対し、いずれの比較例の揺動内接噛合型遊星歯車装置とも２０００時間の継続運転ができなかったどころか、その半分の１０００時間より短い継続運転で歯面の損傷（ピッチング）及び／又は軸受のブレーキングが生じてしまい運転できなくなってしまった。
【００４７】
また、本明細書に詳細を記載していないが、増ちょう剤としてリチウム石けんを用いており、多種多様の添加剤を加えたグリースを採用した３５種類の揺動内接噛合型遊星歯車装置についても、同様に耐久試験を行ったが、３〜８００時間の運転時間で歯面の損傷等が生じてしまい、いずれも２０００時間の継続運転はできなかった。
【００４８】
そして、実施例１の揺動内接噛合型遊星歯車装置について、減速比を変更して効率試験を行った結果、上記亜硝酸ナトリウムを添加したグリース（アルバニアグリースＲＡ、昭和シェル石油株式会社製）を採用した揺動内接噛合型遊星歯車装置と同等の効率を得ることができた。
【００４９】
【発明の効果】
以上、説明してきたように、本発明の揺動内接噛合型遊星歯車装置は、亜硝酸ナトリウムを添加したグリースを用いていなくても、長寿命であって、且つ高効率を維持した作動が可能である。従って、環境保護の観点から、従来にない揺動内接噛合型遊星歯車装置であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の揺動内接噛合型遊星歯車装置の一部を示した側方断面図である。
【図２】図１の揺動内接噛合型遊星歯車装置のII−IIにおける断面図である。
【符号の説明】
１…入力回転軸、２…出力回転軸、６…コロ、７…外歯、８…内歯歯車、９…外ピン、１０…内ピン穴、１１…内ピン、１２…内ローラ、１３…内ピン保持フランジ、１４…グリース、３１，３２…偏心体、５１，５２…外歯歯車。

Claims

外歯歯車と該外歯歯車と僅少の歯数差を有する内歯歯車とを有し、該外歯歯車または内歯歯車のいずれか一方が他方に対して揺動回転することにより入力軸の回転を減速し、出力軸より減速出力を取り出す揺動内接噛合型遊星歯車装置であって、
前記外歯歯車と前記内歯歯車のうち、一方の歯形がトロコイド歯形であり、他方の歯形が円弧歯形であり、
前記外歯歯車と前記内歯歯車との間に、
１００℃における動粘度が１１．９ｍｍ ^２／ｓであり且つ４０℃における動粘度が１１１ｍｍ ^２／ｓである基油と、
アジピン酸から合成されたリチウムコンプレックスである増ちょう剤と、
を少なくとも含有するグリースが充填されていることを特徴とする揺動内接噛合型遊星歯車装置。
外歯歯車と該外歯歯車と僅少の歯数差を有する内歯歯車とを有し、該外歯歯車または内歯歯車のいずれか一方が他方に対して揺動回転することにより入力軸の回転を減速し、出力軸より減速出力を取り出す揺動内接噛合型遊星歯車装置であって、
前記外歯歯車と前記内歯歯車のうち、一方の歯形がトロコイド歯形であり、他方の歯形が円弧歯形である揺動内接噛合型遊星歯車装置の、
前記外歯歯車と前記内歯歯車との間に、
１００℃における動粘度が１１．９ｍｍ ^２／ｓであり且つ４０℃における動粘度が１１１ｍｍ ^２／ｓである基油と、
アジピン酸から合成されたリチウムコンプレックスである増ちょう剤と、
を少なくとも含有するグリースを充填することを特徴とする揺動内接噛合型遊星歯車装置の耐久性向上方法。