(57)【要約】      （修正有）【課題】内歯の先端と外歯歯車との不要な干渉を抑制できる偏心揺動型の変速機構造を提供する。【解決手段】第１回転部と、偏心体２０と、外歯歯車３０と、軸受と、フレーム４０と、複数のキャリアピン５０と、第２回転部とを備える。第１回転部は、中心軸９を中心として、第１回転数で回転する。偏心体は、第１回転部とともに回転する。外歯歯車は、偏心体の径方向外側に配置され、外周部に複数の外歯３１を備える。軸受は、偏心体と外歯歯車との間に介在する。フレームは、外歯歯車の径方向外側かつ中心軸と同軸に配置された、円筒状の部材である。複数のキャリアピンは、外歯歯車に設けられた複数の貫通孔を通って軸方向に延びる。第２回転部は、複数のキャリアピンに固定される。また、フレームは、外歯と噛み合う複数の内歯４１を有する。各内歯は、フレームの内周部から径方向内側に延びる。また、内歯は、径方向内側の端部に第１切り欠き４１１を有する。【選択図】図３
2018119649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏心揺動型の変速機であって、
中心軸を中心として第１回転数で回転する第１回転部と、
前記第１回転部とともに回転し、前記中心軸から外周面までの距離が周方向の位置によって異なる偏心体と、
前記偏心体の径方向外側に配置され、外周部に複数の外歯を備える外歯歯車と、
前記偏心体と前記外歯歯車との間に介在する軸受と、
前記外歯歯車の径方向外側かつ前記中心軸と同軸に配置された円筒状のフレームと、
前記外歯歯車に設けられた複数の貫通孔を通って軸方向に延びる複数のキャリアピンと、
前記複数のキャリアピンに固定された第２回転部と、
を備え、
前記フレームは、内周部から径方向内側に延び、かつ、前記外歯と噛み合う複数の内歯を有し、
前記内歯の径方向内側の端部に第１切り欠きを有する変速機。
【請求項２】
請求項１に記載の変速機であって、
前記第１切り欠きは、前記中心軸を中心とする円弧形状である変速機。
【請求項３】
請求項１に記載の変速機であって、
前記第１切り欠きは、前記中心軸を中心とする径方向に対して直交する平面である変速機。
【請求項４】
請求項１に記載の変速機であって、
前記第１切り欠きは、前記中心軸を中心とする径方向に対して直交する平面よりも、径方向内側へ膨らんだ凸形状である変速機。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の変速機であって、
前記内歯は、周方向の両端面である一対の側面を有し、
軸方向に見て、前記一対の側面は、前記第１切り欠きの径方向外側において軸方向に延びる仮想線を中心とする円弧形状である変速機。
【請求項６】
請求項５に記載の変速機であって、
前記内歯は、前記第１切り欠きと前記側面との間に位置する接続面
をさらに有し、
前記接続面の曲率半径は、前記第１切り欠きの曲率半径よりも小さく、かつ、前記側面の曲率半径よりも大きい変速機。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の変速機であって、
前記外歯の径方向外側の端部に第２切り欠きを有する変速機。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の変速機であって、
軸方向に見て、前記外歯歯車の隣り合う前記外歯の間の表面形状は、カーテイトエピトロコイドである変速機。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の変速機であって、
前記第１回転部は、モータから得られる動力により第１回転数で回転する入力部であり、
前記第２回転部は、前記第１回転数よりも低い第２回転数で回転する出力部である変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、偏心揺動型（内接遊星式）の減速機が知られている。偏心揺動型の減速機は、内歯歯車と、内歯歯車の内側に配置された外歯歯車とを有する。外歯歯車は、内歯歯車と噛み合いながら、内歯歯車の内面に沿って揺動する。このような偏心揺動型の減速機は、小型で高い減速比を得ることができる。従来の偏心揺動型の減速機については、例えば、特開平１０−３０６８７号公報に記載されている。
【特許文献１】特開平１０−３０６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年では、人と協調して作業を行う小型ロボットの需要が固まっている。そして、上述した偏心揺動型の減速機とモータとを組み合わせたアクチュエータを、小型ロボットの関節に用いることが検討されている。ただし、この種の小型ロボットには、滑らかな動作が求められる。また、この種の小型ロボットには、外力が加えられた場合に破損が生じないように、外力に対する可動性能（バックドライバビリティ）が求められる。
【０００４】
しかしながら、偏心揺動型の減速機において、外歯歯車と内歯歯車との間で不要な干渉が生じると、トルクが変動し、減速機の回転運動にムラが生じる。その結果、小型ロボットの関節を滑らかに動作させることが困難となり、バックドライバビリティも低下する。
【０００５】
また、特開平１０−３０６８７号公報の構造では、内歯歯車の複数の内歯が、回転可能な多数の筒状ピンからなる。このため、特開平１０−３０６８７号公報の構造において、内歯である筒状ピンの一部分を、外歯歯車との干渉が生じにくいように変形させたとしても、筒状ピン自体が回転するため、当該部分の位置が安定しない。
【０００６】
本発明の目的は、偏心揺動型の変速機において、内歯の先端と外歯歯車との不要な干渉を抑制できる構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の例示的な第１発明は、偏心揺動型の変速機であって、中心軸を中心として第１回転数で回転する第１回転部と、前記第１回転部とともに回転し、前記中心軸から外周面までの距離が周方向の位置によって異なる偏心体と、前記偏心体の径方向外側に配置され、外周部に複数の外歯を備える外歯歯車と、前記偏心体と前記外歯歯車との間に介在する軸受と、前記外歯歯車の径方向外側かつ前記中心軸と同軸に配置された円筒状のフレームと、前記外歯歯車に設けられた複数の貫通孔を通って軸方向に延びる複数のキャリアピンと、前記複数のキャリアピンに固定された第２回転部と、を備え、前記フレームは、内周部から径方向内側に延び、かつ、前記外歯と噛み合う複数の内歯を有し、前記内歯の径方向内側の端部に第１切り欠きを有する。
【発明の効果】
【０００８】
本願の例示的な第１発明によれば、内歯の径方向内側の端部に第１切り欠きを有する。このため、内歯の先端と外歯歯車との不要な干渉を抑制できる。これにより、トルクの変動を抑えて、歯車減速機を円滑に動作させることができる。また、フレーム自体に内歯が設けられている。このため、内歯の第１切り欠きの位置が変動しない。これにより、内歯の先端と外歯歯車との不要な干渉を、より抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、一実施形態に係る減速機の縦断面図である。
【図２】図２は、一実施形態に係る減速機の分解斜視図である。
【図３】図３は、一実施形態に係る減速機の横断面図である。
【図４】図４は、一実施形態に係るフレームの部分横断面図である。
【図５】図５は、変形例に係るフレームの部分横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、変速機の中心軸と平行な方向を「軸方向」、中心軸に直交する方向を「径方向」、中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。ただし、上記の「平行な方向」は、略平行な方向も含む。また、上記の「直交する方向」は、略直交する方向も含む。
【００１１】
＜１．減速機の全体構成＞
図１は、本発明の変速機の一実施形態である減速機１の縦断面図である。図２は、減速機１の分解斜視図である。図３は、図１中のＡ−Ａ位置から見た減速機１の横断面図である。なお、図３においては、図の煩雑化を避けるため、ハッチングが省略されている。
【００１２】
この減速機１は、第１回転数（入力回転数）の回転運動を第１回転数よりも低い第２回転数（出力回転数）の回転運動に変換する、偏心揺動型（内接遊星式）の歯車減速機である。減速機１は、例えば、人と協調して作業を行うサービスロボット等の小型ロボットの関節に使用される。ただし、同等の構造を有する減速機を、大型の産業用ロボット、工作機、Ｘ−Ｙテーブル、材料の切断装置、コンベアライン、ターンテーブル、圧延ローラ等の他の用途に用いてもよい。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の減速機１は、第１回転部１０、２つの偏心体２０、２枚の外歯歯車３０、フレーム４０、複数のキャリアピン５０、および第２回転部６０を備える。
【００１４】
第１回転部１０は、中心軸９に沿って延びる円柱状の部材である。図１中に概念的に示したように、第１回転部１０は、直接または他の動力伝達機構を介して、駆動源であるモータに接続される。モータを駆動させると、モータから供給される動力によって、第１回転部１０は、中心軸９を中心として、第１回転数で回転する。すなわち、本実施形態では、第１回転部１０が入力部となる。
【００１５】
偏心体２０は、第１回転部１０とともに回転する部材である。２つの偏心体２０は、それぞれ、第１回転部１０の外周面に固定されている。ただし、第１回転部１０と２つの偏心体２０とが、単一の部材であってもよい。２つの偏心体２０は、それぞれ、中心軸９から外れた位置で中心軸９と平行に延びる偏心軸９１を中心とする、円筒状の外周面を有する。したがって、中心軸９から偏心体２０の外周面までの距離は、周方向の位置によって異なる。第１回転部１０が中心軸９を中心として回転すると、２つの偏心体２０の位置が、中心軸９を中心として回転する。このとき、各偏心体２０の偏心軸９１も、中心軸９を中心として回転する。
【００１６】
本実施形態では、一方の偏心体２０の偏心軸９１の位置と、他方の偏心体２０の偏心軸９１の位置とが、中心軸９に対して、互いに１８０°離れている。このようにすれば、２つの偏心体２０の全体としての重心の位置が、常に中心軸９上に位置する。したがって、偏心体２０の回転による重心の揺らぎを抑制できる。
【００１７】
２枚の外歯歯車３０は、それぞれ、偏心体２０の径方向外側に配置される。偏心体２０と外歯歯車３０との間には、第１軸受７１が介在する。第１軸受７１には、例えば、ボールベアリングが用いられる。外歯歯車３０は、第１軸受７１によって、偏心軸９１を中心として回転可能に支持される。図３に示すように、外歯歯車３０の外周部には、複数の外歯３１が設けられている。各外歯３１は、径方向外側へ向けて突出する。また、隣り合う外歯３１の間には、径方向内側へ向けて凹む外歯間溝３２が設けられている。外歯３１と外歯間溝３２とは、偏心軸９１を中心として、周方向に交互に並んでいる。
【００１８】
また、図１および図３に示すように、２枚の外歯歯車３０は、それぞれ、複数（図３の例では１０個）の貫通孔３３を有する。各貫通孔３３は、外歯歯車３０を軸方向に貫通する。複数の貫通孔３３は、偏心軸９１を中心として、周方向に等間隔に並んでいる。
【００１９】
フレーム４０は、２枚の外歯歯車３０の径方向外側を取り囲む円筒状の部材である。フレーム４０は、中心軸９と同軸に配置される。図３に示すように、フレーム４０は、複数の内歯４１を有する。複数の内歯４１は、それぞれ、フレーム４０の内周部から径方向内側へ向けて突出する。また、隣り合う内歯４１の間には、径方向外側へ向けて凹む内歯間溝４２が設けられている。内歯４１と内歯間溝４２とは、中心軸９を中心として、周方向に交互に並んでいる。
【００２０】
外歯歯車３０の複数の外歯３１の一部と、フレーム４０の複数の内歯４１の一部とは、互いに噛み合う。具体的には、外歯歯車３０の一部の外歯３１が、フレーム４０の一部の内歯間溝４２に嵌まる。また、フレーム４０の一部の内歯４１が、外歯歯車３０の一部の外歯間溝３２に嵌まる。
【００２１】
第１回転部１０が中心軸９を中心として回転すると、外歯歯車３０は、偏心軸９１とともに、中心軸９の周りを公転する。また、外歯歯車３０の外歯３１とフレーム４０の内歯４１とが噛み合うことによって、外歯歯車３０は自転する。ここで、フレーム４０が有する内歯４１の数は、外歯歯車３０が有する外歯３１の数よりも多い。このため、外歯歯車３０の１公転ごとに、フレーム４０の同じ位置の内歯４１に噛み合う外歯３１の位置がずれる。これにより、外歯歯車３０が、第１回転部１０の回転方向とは逆の方向へ、第１回転数よりも低い第２回転数で自転する。したがって、外歯歯車３０の貫通孔３３の位置も、第２回転数で回転する。減速機１の動作時には、２枚の外歯歯車３０が、それぞれ、このような公転と自転とを組み合わせた回転運動を行う。
【００２２】
外歯歯車３０が有する外歯３１の数をＮとし、フレーム４０が有する内歯４１の数をＭとすると、減速機１の減速比Ｐは、Ｐ＝（第１回転数）／（第２回転数）＝Ｎ／（Ｍ−Ｎ）となる。図３の例では、Ｎ＝２９，Ｍ＝３０なので、この例における減速比は、Ｐ＝２９である。すなわち、第２回転数は、第１回転数の１／２９の回転数となる。ただし、外歯３１の数Ｎおよび内歯４１の数Ｍは、他の値であってもよい。
【００２３】
本実施形態では、複数の内歯４１が、単一の部材であるフレーム４０の一部として、設けられている。このため、フレーム４０とは別に、複数の内歯４１を有する内歯歯車を設ける必要がない。これにより、減速機１の小型化が容易となる。
【００２４】
複数のキャリアピン５０は、２枚の外歯歯車３０を貫通して、軸方向に延びる円柱状の部材である。複数のキャリアピン５０は、中心軸９を中心として、円環状に配列される。各キャリアピン５０は、２枚の外歯歯車３０の貫通孔３３に挿入される。図３に示すように、外歯歯車３０の貫通孔３３を構成する円環状の面と、キャリアピン５０の外周面との間には、間隙が介在する。２枚の外歯歯車３０が、減速後の第２回転数で自転すると、外歯歯車３０に押されることによって、複数のキャリアピン５０も、中心軸９を中心として、第２回転数で回転する。
【００２５】
第２回転部６０は、円環状の前方キャリア部材６１と、円環状の後方キャリア部材６２とを有する。前方キャリア部材６１は、２枚の外歯歯車３０よりも軸方向の一方側に配置される。第１回転部１０と前方キャリア部材６１との間には、第２軸受７２が介在する。また、前方キャリア部材６１とフレーム４０との間には、第３軸受７３が介在する。後方キャリア部材６２は、２枚の外歯歯車３０よりも軸方向の他方側に配置される。第１回転部１０と後方キャリア部材６２との間には、第４軸受７４が介在する。また、後方キャリア部材６２とフレーム４０との間には、第５軸受７５が介在する。第２軸受７２および第４軸受７４には、例えば、ボールベアリングが用いられる。第３軸受７３および第５軸受７５には、例えば、ポリアセタール等の樹脂からなるすべり軸受が用いられる。
【００２６】
各キャリアピン５０の軸方向の一方の端部は、前方キャリア部材６１に固定される。各キャリアピン５０の軸方向の他方の端部は、後方キャリア部材６２に固定される。このため、複数のキャリアピン５０が、中心軸９を中心として第２回転数で回転すると、前方キャリア部材６１および後方キャリア部材６２も、中心軸９を中心として第２回転数で回転する。なお、前方キャリア部材６１および後方キャリア部材６２に対するキャリアピン５０の固定方法には、例えば、圧入が用いられる。
【００２７】
第２回転部６０は、直接または他の動力伝達機構を介して、駆動対象となる部材に接続される。すなわち、本実施形態では、第２回転部６０が出力部となる。
【００２８】
＜２．内歯の形状について＞
図４は、フレーム４０の部分横断面図である。以下では、図４を参照しながら、内歯４１の詳細な形状について説明する。
【００２９】
図４に示すように、複数の内歯４１は、それぞれ、フレーム４０の内周面において、径方向内側へ突出する。各内歯４１は、第１切り欠き４１１を有する。第１切り欠き４１１は、内歯４１の径方向内側の端部に位置し、径方向外側へ向けて切り欠かれている。仮に、このような第１切り欠き４１１が無ければ、内歯４１の先端が、外歯歯車３０と接触して、外歯歯車３０の回転運動にムラが生じる場合がある。しかしながら、本実施形態のように、内歯４１の径方向内側の端部に第１切り欠き４１１を設ければ、内歯４１と外歯歯車３０との不要な干渉を抑制できる。これにより、トルクの変動を抑えて、外歯歯車３０を円滑に回転させることができる。その結果、減速機１の順方向の動力伝達が円滑に行われるとともに、減速機１のバックドライバビリティも向上する。
【００３０】
また、仮に、フレーム４０と、第１切り欠き４１１を有する内歯４１とを、別部材とした場合、フレーム４０に対する第１切り欠き４１１の位置を正確に位置決めすることが難しい。特に、内歯４１として回転可能なピンを用いる場合には、第１切り欠き４１１の位置もピンとともに回転するため、第１切り欠き４１１の位置が安定しない。しかしながら、この減速機１では、フレーム４０自体に内歯４１が設けられている。このため、内歯４１の第１切り欠き４１１の位置が変動しない。これにより、内歯４１の先端と外歯歯車３０との干渉を、より抑制できる。
【００３１】
本実施形態の第１切り欠き４１１は、中心軸９を中心とする円弧形状である。フレーム４０の製造時には、例えば、フレーム４０の径方向内側において旋盤を回転させることにより、第１切り欠き４１１を形成する。これにより、複数の内歯４１の先端に、第１切り欠き４１１を、一度に形成できる。その結果、第１切り欠き４１１を含むフレーム４０を、迅速に製造できる。また、第１切り欠き４１１を、径方向外側へ向けて凹む凹状とすることによって、内歯４１の先端と外歯歯車３０との干渉が、より抑制される。
【００３２】
また、図４に示すように、各内歯４１は、周方向の両端面である一対の側面４１２を有する。軸方向に見て、一対の側面４１２は、第１切り欠き４１１の径方向外側において軸方向に延びる仮想線８０を中心とする円弧形状である。図４には、一対の側面４１２を延長した仮想円８１が、二点鎖線で示されている。第１切り欠き４１１は、この仮想円８１の内側に向けて、すなわち、仮想円８１から仮想線８０側に向けて、切り欠かれている。
【００３３】
また、図４に拡大して示したように、本実施形態の内歯４１は、一対の接続面４１３を有する。各接続面４１３は、第１切り欠き４１１と側面４１２との間に位置する。接続面４１３の曲率半径ｒは、第１切り欠き４１１の曲率半径Ｒよりも小さく、かつ、側面４１２の曲率半径Ｄ／２よりも大きい。このように、第１切り欠き４１１と側面４１２との間に接続面４１３を設ければ、第１切り欠き４１１と接続面４１３との間に尖った角が生じることを、抑制できる。すなわち、第１切り欠き４１１と側面４１２とが、接続面４１３によってなだらかに接続される。これにより、外歯歯車３０と内歯４１との不要な干渉を、より抑制できる。また、外歯歯車３０と内歯４１とが接触したときの衝撃も低減できる。
【００３４】
＜３．外歯の形状について＞
図３に示すように、本実施形態では、外歯歯車３０の複数の外歯３１にも、第２切り欠き３１１が設けられている。第２切り欠き３１１は、外歯３１の外端部に位置し、外歯歯車３０の内側へ向けて切り欠かれている。仮に、このような第２切り欠き３１１が無ければ、外歯３１の外端部が、フレーム４０と接触して、外歯歯車３０の回転運動にムラが生じる場合がある。しかしながら、本実施形態のように、外歯３１の外端部に第２切り欠き３１１を設ければ、外歯３１とフレーム４０との不要な干渉を抑制できる。これにより、トルクの変動を抑えて、外歯歯車３０を円滑に回転させることができる。
【００３５】
本実施形態の第２切り欠き３１１は、偏心軸９１を中心とする円弧形状である。外歯歯車３０の製造時には、例えば、外歯歯車３０を回転させながら、外歯３１の外端部を切削することにより、第２切り欠き３１１を形成する。これにより、複数の外歯３１の外端部に、第２切り欠き３１１を、一度に形成できる。その結果、第２切り欠き３１１を含む外歯歯車３０を、迅速に製造できる。
【００３６】
ただし、第２切り欠き３１１の形状は、平面であってもよく、外歯歯車３０の内側へ向けて僅かに凹んでいてもよい。
【００３７】
外歯歯車３０は、隣り合う外歯３１の間に、外歯間溝３２を有する。この外歯間溝３２の表面形状は、本実施形態では、軸方向に見てカーテイトエピトロコイドである。カーテイトエピトロコイドを採用すれば、外歯間溝３２とフレーム４０の内歯４１との径方向の接触を抑制しつつ、外歯３１と内歯４１とを、周方向にしっかりと接触させることができる。これにより、外歯歯車３０とフレーム４０との間に、径方向の不要な力が作用することを抑えて、周方向の動力伝達を良好に行うことができる。
【００３８】
ただし、外歯間溝３２の形状は、円弧状等の他の曲面形状であってもよい。
【００３９】
＜４．変形例＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態には限定されない。以下では、種々の変形例について、上記の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４０】
上記の実施形態では、第１切り欠きの４１１の形状が、中心軸９を中心とする円弧形状であった。しかしながら、第１切り欠き４１１の形状は、中心軸９を中心とする径方向に対して直交する平面であってもよい。また、図５のように、第１切り欠き４１１の形状は、中心軸９を中心とする径方向に対して直交する平面よりも、径方向内側へ膨らんだ凸形状であってもよい。この場合でも、第１切り欠き４１１は、一対の側面４１２を延長した仮想円８１の内側に向けて、切り欠かれていればよい。そうすれば、内歯４１の先端が仮想円８１に沿った形状である場合と比べて、内歯４１と外歯歯車３０との不要な干渉を抑制できる。
【００４１】
また、図５のように、第１切り欠き４１１を凸形状にすれば、第１切り欠き４１１の両側部に尖った角が生じることを、抑制できる。
【００４２】
減速機１を構成する各部材の材料には、例えば、金属が用いられる。ただし、各部材の材料に、金属に変えて、樹脂を用いてもよい。また、減速機１を構成する各部材のうち、強度を重視すべき部分には金属を用いるとともに、他の部分には金属よりも軽い樹脂を用いてもよい。
【００４３】
また、上記の実施形態では、減速機１が有する外歯歯車３０の数は２つであった。しかしながら、外歯歯車３０の数は１つであってもよく、３つ以上であってもよい。
【００４４】
また、上記の実施形態では、変速機の一例である減速機１について説明した。しかしながら、同等の構造を増速機として用いてもよい。その場合、第２回転部６０を入力部とし、第１回転部１０を出力部とすればよい。すなわち、第２回転部６０に増速前の第２回転数の回転運動を入力し、増速後の第１回転数の回転運動を第１回転部１０から出力すればよい。
【００４５】
また、変速機の細部の形状については、本願の各図に示された形状と相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、変速機に利用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１  減速機
９  中心軸
１０  第１回転部
２０  偏心体
３０  外歯歯車
３１  外歯
３２  外歯間溝
３３  貫通孔
４０  フレーム
４１  内歯
４２  内歯間溝
５０  キャリアピン
６０  第２回転部
６１  前方キャリア部材
６２  後方キャリア部材
７１  第１軸受
７２  第２軸受
７３  第３軸受
７４  第４軸受
７５  第５軸受
８０  仮想線
８１  仮想円
９１  偏心軸
３１１  第２切り欠き
４１１  第１切り欠き
４１２  側面
４１３  接続面
【図１】
2018119649.tif 000003
【図２】
2018119649.tif 000004
【図３】
2018119649.tif 000005
【図４】
2018119649.tif 000006
【図５】
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