(57)【要約】【課題】軸方向サイズを小型に保ちながら、出力軸の振れを軽減することができる偏心式複段減速機を提供する。【解決手段】偏心式複段減速機は、入力軸１と、入力軸中心で固定状態にある固定型歯車３と、第１の偏心歯車６aと、第１の偏心歯車と一体で動く第２の偏心歯車６bと、出力軸７と、付勢手段１０を有する。第１の偏心歯車６aは、入力軸１に対して偏心した位置に設けられ、入力軸の回転に伴い旋回運動させられながら固定型歯車３と噛み合うことで自転運動と旋回運動とからなる複合運動を行う。出力軸７は、第２の偏心歯車６bと噛み合う歯車部７aを有するとともに、中央に入力軸の端部と当接する当接部分を有し、入力軸中心で回転可能である。出力軸の当接部分と入力軸の端部のうちの一方には曲面凸部１aが形成され、他方には曲面凹部７bが形成されて、付勢手段１０は、曲面凸部と曲面凹部を摺動可能に当接させる。【選択図】図４
2012154457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸と、
前記入力軸中心で固定状態にある固定型歯車と、
前記入力軸に対して偏心した位置に設けられ、前記入力軸の回転に伴い旋回運動させられながら前記固定型歯車と噛み合うことで自転運動と旋回運動とからなる複合運動を行う第１の偏心歯車と、
前記第１の偏心歯車と一体で動く第２の偏心歯車と、
前記第２の偏心歯車と噛み合う歯車部を有するとともに、中央に前記入力軸の端部と当接する当接部分を有し、前記入力軸中心で回転可能な出力軸と、
付勢手段と、
を有し、
前記出力軸の当接部分と前記入力軸の端部のうちの一方には曲面凸部が形成され、他方には曲面凹部が形成されて、前記付勢手段は、前記曲面凸部と前記曲面凹部を摺動可能に当接させることを特徴とする偏心式複段減速機。
【請求項２】
前記入力軸は、先端が球面部を有するモータ軸であり、
前記固定型歯車は、前記モータ軸中心で固定状態にある固定型リングギアであり、
前記第１の偏心歯車は、前記モータ軸に固定される穴が偏心した位置に設けられ前記モータ軸の回転に伴い旋回運動する偏心部材によって旋回運動させられながら前記固定型リングギアと噛み合うことで自転運動と旋回運動とからなる複合運動を行い、
前記第２の偏心歯車は、前記第１の偏心歯車と一体で動く偏心リングギアであり、
前記出力軸は、前記偏心リングギアと噛み合う歯車部を有するとともに、中央に円錐穴部を有し、前記モータ軸中心で回転可能であり、
前記付勢手段は、前記出力軸の円錐穴部を前記モータ軸の先端の球面部に当接させることを特徴とする請求項１に記載の偏心式複段減速機。
【請求項３】
前記第１の偏心歯車と前記第２の偏心歯車は同一部材で一体的に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の偏心式複段減速機。
【請求項４】
フランジ部を有し、前記出力軸を支持する軸受けを備え、
前記付勢手段は前記フランジ部を付勢することで、前記軸受けが前記出力軸を付勢して前記曲面凸部と前記曲面凹部を当接させることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の偏心式複段減速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏心式複段減速機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大きな減速を高効率で行う減速機として、偏心式複段減速機が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に開示されている偏心式複段減速機では、偏心歯車とリングギアの組み合わせが２組あり、初段の偏心歯車の自転運動だけを２段目の偏心歯車に伝える機構を設けている。そして、２段目のリングギアに出力軸を一体的に設けることで、リングギアの自転運動を出力として取り出す。これにより、初段の偏心歯車の自転運動は、２段目における偏心歯車外歯数とリングギア内歯数との比により分割されるので、広範囲の減速比を実現できる構成となっている。
【０００３】
特許文献１に記載のような偏心式複段減速機では、２段目のリングギアに噛み合っている偏心歯車が旋回運動しているため、２段目のリングギアに一体的に設けられた出力軸は振れやすいという問題がある。そこで、特許文献１に開示されている偏心式複段減速機では、出力軸を２つのベアリングで支持することで、出力軸の振れを軽減している。また、入力軸と出力軸の間もベアリングで支持することで、出力軸の振れを更に軽減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９-１２１４９４号公報
【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、特許文献１に示す構成では、出力軸を２つのベアリングで支持するために、出力軸方向に２つのベアリングを配置するスペースを確保する必要がある。そのため、出力軸方向のサイズが大きくなり、減速機の軸方向サイズが大きくなってしまう。
【０００６】
また、減速機の軸方向サイズを抑えるためには、減速機の入力軸は入力装置であるモータ軸で兼用してしまうのが望ましい。通常、モータ軸はモータ性能確保のために、モータ内の２つの軸受けで支持し、モータ軸の倒れを最小限に抑える構成をとる。そこに更に減速機の出力軸との間でベアリング支持してしまうと、モータ軸は３ヶ所で軸受け支持されることになる。そうすると、３つの軸受けの間で同心度を出すのが容易ではなくなり径方向に大きな荷重が加わって軸受けの間で突っ張ってしまい、モータ軸が滑らかに動かなくなる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題に鑑み、本発明の偏心式複段減速機は、入力軸と、前記入力軸中心で固定状態にある固定型歯車と、第１の偏心歯車と、前記第１の偏心歯車と一体で動く第２の偏心歯車と、出力軸と、付勢手段と、を有する。前記第１の偏心歯車は、前記入力軸に対して偏心した位置に設けられ、前記入力軸の回転に伴い旋回運動させられながら前記固定型歯車と噛み合うことで自転運動と旋回運動とからなる複合運動を行う。前記出力軸は、前記第２の偏心歯車と噛み合う歯車部を有するとともに、中央に前記入力軸の端部と当接する当接部分を有し、前記入力軸中心で回転可能である。更に、前記出力軸の当接部分と前記入力軸の端部のうちの一方には曲面凸部が形成され、他方には曲面凹部が形成されて、前記付勢手段は、前記曲面凸部と前記曲面凹部を摺動可能に当接させる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１及び第２の偏心歯車を一体で動く様にし、出力軸の当接部分と入力軸の端部を付勢手段で摺動可能に当接させているので、軸受けの数を減らすことができて軸方向サイズを小型に保ちながら、出力軸の振れを軽減できる。また、大きな減速を高効率で行える偏心式複段減速機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による偏心式複段減速機の実施例の構成部品を説明する展開図。
【図２】本発明による偏心式複段減速機の実施例の初段のギア構成を説明する図。
【図３】本発明による偏心式複段減速機の実施例の２段目のギア構成を説明する図。
【図４】本発明による偏心式複段減速機の実施例の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、入力軸に対して偏心して設けられ該軸の回転に伴い自転運動と旋回運動の複合運動を行う初段の偏心歯車と２段目の偏心歯車が一体的に動き、出力軸と入力軸の一方の曲面凸部と他方の曲面凹部を付勢手段で摺動可能に当接させることを特徴とする。こうした特徴により、前述の効果を奏することができる。後述する実施例の様に、例えば、前記入力軸は、先端が球面部を有するモータ軸である。また、前記固定型歯車は、モータ軸中心で固定状態にある固定型リングギアである。また、前記第１の偏心歯車は、モータ軸に固定される穴が偏心した位置に設けられモータ軸の回転に伴い旋回運動する偏心部材によって旋回運動させられながら固定型リングギアと噛み合うことで自転運動と旋回運動とからなる複合運動を行う。また、前記第２の偏心歯車は、第１の偏心歯車と一体で動く偏心リングギアである。また、前記出力軸は、偏心リングギアと噛み合う歯車部を有するとともに、中央に円錐穴部を有し、モータ軸中心で回転可能である。これらは、本発明の好ましい実施形態であるが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、球面部や円錐穴部は楕円球などその他の曲面を有する凸部や凹部としてもよく、また、曲面凸部と曲面凹部をそれぞれ形成する軸を入力軸と出力軸の間で交換してもよい。また、固定型歯車と第１の偏心歯車及び２の偏心歯車と出力軸の歯車部について、それぞれ、外歯と内歯の噛み合い関係を交換してもよい。また、付勢手段についても、後述する箇所に設けられる圧縮コイルバネに限らず、例えば、適当な隙間（例えば、図４の例におけるフランジ部８bと第２ケーシング部材１１の端面の間の隙間）に挟み込むラバーなどの弾性部材等であってもよい。
【００１１】
以下、本発明による偏心式複段減速機の実施例を説明する。
（実施例１）
図１〜図４は本発明の実施例１を説明するための図である。図１の展開図において、１は入力軸の機能を有するモータ軸である。本実施例の偏心式複段減速機では、減速機の入力軸は入力装置であるモータ軸で兼用している。これにより、減速機の軸方向のサイズを小さくできるというメリットがある。
【００１２】
２は偏心部材である。偏心部材２には、モータ軸２が入るための穴部２aと、後述する軸受け部材５の内径に嵌合するための外径部２bがあり、穴部２aと外径部２bの中心は偏心している。穴部２aにモータ軸１は圧入固定されており、モータ軸１の回転に伴い偏心部材２は穴部２aを中心に回転する。穴部２aと外径部２bの中心は偏心しているため、モータ軸１の回転に伴い、外径部２bは旋回運動することになる。３は、入力軸であるモータ軸１を中心として固定状態にある固定型歯車である固定型リングギアである。これは、歯面プロフィールが内歯ピッチ円P１を有するサイクロイド曲線で創成されている内歯３aを備えている。４は第１ケーシング部材である。第１ケーシング部材４の内径には、固定型リングギア３が圧入保持されている。固定型リングギア３と第１ケーシング部材４とは一体で形成してもよい。
【００１３】
５は、偏心部材２と後述の遊星部材６の間の摺動性を確保するための第１軸受け部材である。６は遊星部材であり、歯面プロフィールが外歯ピッチ円P２を有するサイクロイド曲線で創成されている外歯６aを備えている。外歯６aは第１の偏心歯車である。遊星部材６の外歯６aは、固定型リングギア３の内歯３aに遊星歯車として噛み合っている。そのため、モータ軸１及び偏心部材２が回転すると、遊星部材６は自転運動と旋回運動とからなる複合運動を行う様になっている。
【００１４】
遊星部材６は、歯面プロフィールが内歯ピッチ円P１を有するサイクロイド曲線で創成されている内歯６bも備えている。内歯６bは、第１の偏心歯車である外歯６aと一体で動く第２の偏心歯車である。遊星部材６は、外歯６aと内歯６bとが同一部材で一体的に形成されているが、これらを別体で形成して固定する構成にしてもよい。こうすることで、例えば、歯車部だけを金属で形成し、その他の部分をモールドで形成することで、歯車強度と軽量化とを同時に達成することが可能となる。
【００１５】
７は、第２の偏心歯車と噛み合う歯車部を有するとともに、中央に入力軸の端部と当接する当接部分を有し、入力軸中心で回転可能な出力軸である。出力軸７は、歯面プロフィールが外歯ピッチ円P２を有するサイクロイド曲線で創成されている歯車部である外歯７aを備えている。出力軸７は、軸部７cが後述の第２軸受け部材８でモータ軸中心に回転可能に支持されているため、旋回運動はできず、自転運動のみ可能な構成となっている。出力軸７の外歯７aは、遊星部材６の内歯６bに噛み合っている。そのため、遊星部材６の自転運動に伴い、出力軸７も同じ方向に自転運動を行う。更に、遊星部材６の旋回運動に伴い、内歯ピッチ円P１と外歯ピッチ円P２の有効差分だけ、出力軸７は旋回方向と反対方向に自転運動を行う。
【００１６】
８は、出力軸７と後述の第２ケーシング部材の間の摺動性を確保するための第２軸受け部材である。９はワッシャー、１０は付勢手段である圧縮コイルバネ、１１は第２ケーシング部材である。第２ケーシング部材１１の内径部１１aには、第２軸受け部材８の外径部８aが嵌合保持されている。この嵌合は、スラスト方向に所定量移動可能な隙間を開けた関係になっており、圧縮コイルバネ１０による加圧がワッシャー９及びフランジ部８bを介して第２軸受け部材８に伝わる様に構成されている。ここで、第２軸受け部材８の外径部８aは出力軸７とは非接触の状態に置かれ、第２軸受け部材８の内径部は出力軸７の軸部７cに嵌合固定されている。
【００１７】
初段ギアの構成を説明する図２では、固定型リングギア３の内歯３aと遊星部材６の外歯６aの関係を、入力側（モータ軸１側）から見ている。偏心部材２は、穴部２aの中心に対して外径部２bの中心が上方向に偏心量E１だけずれている。そのため、モータ軸１の回転に伴い、偏心部材２の外径部２bは旋回半径E１の旋回運動をする。また、固定型リングギア３の内歯３aのピッチ円P１と、遊星部材６の外歯６aのピッチ円P２の半径の差は、偏心部材２の偏心量E１と等しくなる様に構成されている。遊星部材６と偏心部材２は、第１軸受け部材５を介して回転可能な状態で支持されているため、偏心部材２が旋回運動すると、遊星部材６の外歯６aと固定型リングギア３の内歯３aが噛み合うことで、遊星部材６は自転運動と旋回運動とからなる複合運動を行う。このときの旋回運動の旋回半径は偏心量E１と等しい。
【００１８】
次に、偏心部材２が１回旋回したときに、遊星部材６の自転運動と旋回運動はそれぞれ何回転するのかについて説明する。旋回運動については、１対１の関係にあり、偏心部材２が時計回りに１回転したとすると、遊星部材６も時計回りに１回転旋回運動する。一方、自転運動については、遊星部材６の外歯６aと固定型リングギア３の内歯３aが噛み合っているため、遊星部材６が固定型リングギア３の中を１回転旋回すると、外歯６aと内歯３aの歯数差分だけ自転運動することになる。外歯６aと内歯３aのモジュールを等しく設定した場合、歯数とピッチ円は比例関係となることから、偏心部材２の旋回数に対する遊星部材６の自転回転数の比率R１は、下記の様に表すことができる。
R１=(P１-P２)/P１・・・（１）
つまり自転運動については、入力側のモータ軸１の１回転で偏心部材２が時計回りに１回転旋回したとすると、遊星部材６は減速されて反時計回りにR１回転自転することになる。この様に、第１の偏心歯車である遊星部材６は、入力軸に対して偏心した位置に設けられ、入力軸の回転に伴い旋回運動させられながら固定型歯車と噛み合うことで自転運動と旋回運動とからなる複合運動を行う。本実施例では、遊星部材６は、モータ軸に固定される穴が偏心した位置に設けられモータ軸の回転に伴い旋回運動する偏心部材２によって旋回運動させられながら固定型リングギア３と噛み合うことで自転運動と旋回運動とからなる複合運動を行う。
【００１９】
２段目のギアの構成を説明する図３では、遊星部材６の内歯６bと出力軸７の外歯７aの関係を、出力側（出力軸７側）から見ている。遊星部材６の内歯６bのピッチ円P１と、出力軸７の外歯７aのピッチ円P２の半径の差は、偏心部材２の偏心量E１と等しくなる様に構成されている。出力軸７は図１で説明した様に、軸部７cが第２軸受け部材８で回転可能に支持されているため、旋回運動はできず、自転運動のみ可能な構成となっている。また、遊星部材６の内歯６bと出力軸７の外歯７aは噛み合っているため、遊星部材６の自転運動と旋回運動からなる複合運動は、出力軸７の自転運動として取り出される。
【００２０】
ここで、図２で説明した様に、遊星部材６が、入力側（モータ軸１側）から見て、時計回りに１回転旋回するとともに、反時計回りにR１回転自転するような複動運動している場合を考える。このとき、図３の方向から見ると、遊星部材６の動きは、反時計回りに１回転旋回するとともに、時計回りにR１回転自転するような複合運動として観測される。遊星部材６の時計回りのR１回転の自転運動は、そのまま出力軸７の時計回りのR１回転の自転運動として伝わる。一方、遊星部材６の反時計回りの旋回運動は、図２での説明と同じ原理により、減速されて時計回りのR１回転の自転運動として伝わる。これにより、遊星部材６の自転運動成分で時計回りにR１回転、旋回運動成分で時計回りにR１回転となり、自転運動成分と旋回運動成分を合わせて時計回りに２×R１回転だけ出力軸７が自転運動することになる。つまり、モータ軸１の回転は、減速されて反対回りの２×R１回転の自転運動として、出力軸７から出力されることになる。通常、P１とP２の差は小さく、R１は１より相当に小さいので、２×R１は１より小さく減速となる。
【００２１】
上記特許文献１に開示されている偏心式複段減速機では、初段と２段目との間に変速クランク軸と平行二軸等速回転継手のような自転回転のみを伝達するような機構を設けて動力を伝えている。しかし、このような自転回転のみを伝える機構のところで摩擦損失や伝達損失が生じるため、複段減速機全体としての伝達効率の低下を招きやすい。また、自転回転のみを伝達するような機構には、旋回回転の位置と自転回転の回転方向の組み合わせによって自転回転の伝達効率が変わるため、結果として伝達後の回転速度が変動してしまうこともある。これに対して、本発明の偏心式複段減速機では、本実施例で説明した様に、遊星部材６に初段の偏心歯車と２段目のリングギアが形成されており、２つが一体的に動く。そのため、伝達後の回転速度が変動するような問題は生じないというメリットがある。
【００２２】
図４は本実施例の偏心式複段減速機の断面図である。この図を用いて、上述した構成、動作及び効果を総合的に説明する。１２は、入力手段であるところのモータである。１はモータ１２のモータ軸である。１３は、モータ軸１を回転可能に支持するための２つのモータ軸受けである。本偏心式複段減速機では、減速機の入力軸は入力手段であるモータ軸１で兼用している。これにより減速機の軸方向のサイズを小さくできるというメリットがある。
【００２３】
ここでは、モータ１２内の２つのモータ軸受け１３で支持することでモータ軸１の倒れを最小限に抑えるような構成をとっており、モータ性能の確保を図っている。そのため、もし上記特許文献１で開示されている様に入力軸（本実施例のモータ軸１）と出力軸（本実施例の出力軸７）の間を軸受け支持してしまうと、モータ軸１は３ヶ所で軸受け支持されることになり、突っ張ってしまって滑らかに動かなくなってしまう恐れがあった。しかし本実施例の偏心式複段減速機では、モータ軸１と出力軸７の間を軸受け支持していないため、このような問題は生じない。
【００２４】
偏心部材２には、モータ軸１が入るための穴部２aと、軸受け部材５の内径に嵌合するための外径部２bがあり、穴部２aと外径部２bの中心は偏心している。穴部２aにモータ軸１は圧入固定されており、モータ軸１の回転に伴い偏心部材２は穴部２aを中心に回転する。穴部２aと外径部２bの中心は偏心しているため、モータ軸１の回転に伴い、外径部２bは旋回運動することになる。
【００２５】
第１ケーシング部材４は、偏心式複段減速機の側面を覆う様に構成されている。また、第１ケーシング部材４と第２ケーシング部材１１は圧入固定されて一体部品となり、本実施例の偏心型複段減速機のケーシングとしての機能を果たしている。更に、第１ケーシング部材４の内径には、固定型リングギア３が圧入固定されている。
【００２６】
第１軸受け部材５は、ボールベアリングで構成されており、内径に嵌合している偏心部材２と外径に嵌合している遊星部材６とをボールの転がりによって受けている。固定型リングギア３には、上述のサイクロイド曲線で創成されている内歯３aを備えている。遊星部材６には、上述のサイクロイド曲線で創成されている外歯６aを備えている。遊星部材６の外歯６aは、固定型リングギア３の内歯３aに遊星歯車として噛み合っている。遊星部材６は、モータ軸１及び偏心部材２の回転に伴い、自転運動と旋回運動とならなる複合運動を行う様になっている。この様に遊星部材６は旋回運動をするため、重心の変動に伴う振動が発生しやすいという問題があった。そこで本実施例では、遊星部材６の材質は樹脂とすることで質量を小さくし、旋回運動に伴う振動を軽減する様にしている。
【００２７】
また、遊星部材６には、上述のサイクロイド曲線で創成されている内歯６bも備えている。出力軸７は、上述のサイクロイド曲線で創成されている外歯７aを備えている。出力軸７は、軸部７cが第２軸受け部材８で回転可能に支持されているため、旋回運動はできず、自転運動のみ可能な構成となっている。出力軸７の外歯７aは、遊星部材６の内歯６bに噛み合っている。そのため、遊星部材６の自転運動に伴い、出力軸７も同じ方向に自転運動を行う。更に遊星部材６の旋回運動に伴い、内歯ピッチ円P１と外歯ピッチ円P２の有効差分だけ、出力軸７は旋回方向と反対方向に自転運動を行う。この遊星部材６の自転運動と旋回運動によって生じた出力軸７の自転運動は、同じ方向の回転であるため、両者が足し合わされて出力軸７の自転運動として取り出される。
【００２８】
第２軸受け部材８はフランジ型の軸受けであり、フランジ部８bを有する。第２軸受け部材８は、ボールベアリングで構成されており、内径に嵌合している出力軸７と外径部８aに嵌合している第２ケーシング部材１１とをボールの転がりによって受けている。第２ケーシング部材１１の内径部１１aには、第２軸受け部材８の外径部８aが嵌合保持されている。この嵌合は、スラスト方向に所定量可動な隙間を開けており、圧縮コイルバネ１０による加圧がワッシャー９及びフランジ部８bを介して第２軸受け部材８に伝わる様に構成されている。
【００２９】
モータ軸１の先端は球面部１aが形成されている。また、出力軸７には円錐穴部７bが形成されている。更に出力軸７は、圧縮コイルバネ１０によって図４右方向に付勢されている。そのため、出力軸７の円錐穴部７bは、モータ軸１の先端の球面部１aに当接する様に付勢される。出力軸７の外歯７aと遊星部材６の内歯６bは噛み合っている。その遊星部材６は出力軸７を中心として旋回運動している。そのため出力軸７は、力の向きが常に軸の中心方向で作用点が旋回変位していく様な力F１を外歯７aから受ける。従来の偏心式複段減速機では、この旋回する力F１の影響により、出力軸７の軸部７cが振れてしまうということがあった。
【００３０】
上記特許文献１に開示されている偏心式複段減速機では、出力軸を２つのボールベアリングで軸受け支持することで、出力軸の振れを軽減している。しかし、出力軸方向に２つのボールベアリングを配置しようとすると出力軸方向に広いスペースが必要となり、結果として複段減速機のサイズが大きくなってしまう可能性があった。そこで、本発明の偏心式複段減速機では、本実施例で説明した様に、モータ軸１の先端に球面部１aを形成し、出力軸７に円錐穴部７bを形成し、更に圧縮コイルバネ１０で出力軸７の円錐穴部７bをモータ軸１の先端の球面部１aに当接する様に付勢する。このことで、出力軸７が力F１を受けたとしても円錐穴部７bの斜面が球面部１aと当接して出力軸７が振れてしまうのを軽減している。よって、部品を追加したり、サイズを大きくしたりすることなく、出力軸７の振れを軽減することが可能となる。
【符号の説明】
【００３１】
１…モータ軸（入力軸）、１a…球面部（曲面凸部）、２…偏心部材、３…固定型リングギア（固定型歯車）、６…遊星部材、６a…外歯（第１の偏心歯車）、６b…内歯（第２の偏心歯車、偏心リングギア）、７…出力軸、７a…外歯（歯車部）、７b…円錐穴部（曲面凹部、当接部分）、８…出力軸を支持する軸受け、８b…フランジ部、１０…圧縮コイルバネ（付勢手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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