(57)【要約】【課題】簡単な構造で軸方向の寸法が短い減速機を提供する。【解決手段】減速機は、円筒状のケース１と、共通の回転中心線Ｌに沿って配置された入力軸５および出力軸７と、入力軸５の端部に設けられた偏心軸部１１と、を有し、ケース１内周に内歯歯車８が形成されている。カップ状部材１７の円筒部１８がボールベアリング１５を介して偏心軸部１１に支持されており、円筒部１８の外周に設けた外歯歯車２０が内歯歯車８に１箇所で噛み合っている。カップ状部材１７は、半径方向に伸縮する偏心吸収部となる襞部２２を有し、出力軸７に連結されている。入力軸５が１回転すると、出力軸７は、内歯歯車８と外歯歯車２０の歯数の差分だけ回転する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通の回転中心線に沿って配置された入力軸および出力軸と、
上記入力軸の端部に設けられ、上記回転中心線に対し偏心した外周円筒面を有する偏心軸部と、
上記外周円筒面に内輪が嵌合した転がり軸受と、
上記転がり軸受の外輪の外周面に嵌合した円筒部と、該円筒部の一端を閉塞する底部と、を有するカップ状をなし、上記円筒部の外周面に外歯歯車を有するとともに、上記底部が、上記出力軸の先端に偏心吸収部を介して連結されたカップ状部材と、
上記外歯歯車を囲んでケース側に設けられ、上記回転中心線と同心をなすとともに、上記外歯歯車の歯数よりも歯数が多く、上記外歯歯車が周方向の一箇所で噛み合う内歯歯車と、
を備えてなる減速機。
【請求項２】
上記偏心吸収部は、上記出力軸の先端に固定される底部中央部と上記円筒部に連続した底部外周部との間に介在する可撓性を有する同心円状ないしスパイラル状の襞部から構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の減速機。
【請求項３】
上記カップ状部材が、外歯歯車を備えた円筒部を構成する金属部分と、上記襞部を備えた底部を構成する合成樹脂部分と、から構成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の減速機。
【請求項４】
上記カップ状部材が、外歯歯車を備えた円筒部と、上記襞部を備えた底部と、の全体が一体の合成樹脂成形品からなる、ことを特徴とする請求項２に記載の減速機。
【請求項５】
上記偏心吸収部は、上記出力軸の先端面に設けられた複数のトルク伝達ピンと、このトルク伝達ピンがそれぞれ遊びを持って嵌合するように上記カップ状部材の底部に上記トルク伝達ピンよりも大径に形成された複数の連結孔と、から構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の減速機。
【請求項６】
上記出力軸の先端に、上記カップ状部材の底部を貫通して延びる小径軸部が設けられており、
上記偏心軸部の端部に形成された凹部に、上記回転中心線と同心をなす第２の転がり軸受の外輪が嵌合しており、
上記小径軸部が上記転がり軸受の内輪に嵌合している、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の減速機。
【請求項７】
上記偏心軸部は、上記回転中心線を中心とした質量の片寄りが少なくなるように、周方向の一部に肉抜き部を備えている、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の減速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、同軸上に配置した入力軸と出力軸との間で大きな減速比を得ることが可能な差動型の減速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボット等の駆動機構における減速機として、ハーモニックドライブ（登録商標）ないし波動歯車装置と呼ばれる形式の機構が知られている（特許文献１）。この波動歯車装置は、ケース側に固定されるサーキュラスプラインと呼ばれる剛性の内歯歯車と、このサーキュラスプラインの内側に嵌め込まれた薄肉カップ状の可撓性を有するフレクススプラインと呼ばれる外歯歯車と、フレクススプラインの内側に嵌め込まれた楕円形の輪郭を有するウェーブジェネレータと、から構成されており、ウェーブジェネレータがフレクススプラインの外歯歯車を楕円形に撓ませることで、周方向の２箇所で内歯歯車と外歯歯車とが噛み合うようになっている。フレクススプラインの外歯歯車は、サーキュラスプラインの内歯歯車よりも所定の数（通常２つ）だけ歯数が少なくなっており、入力軸に連結されたウェーブジェネレータが１回転すると、出力軸に連結されたフレクススプラインが歯数の差分だけ回転する。
【０００３】
特許文献２は、波動歯車装置とは異なる形式の内公転減速機を開示している。これは、２列の外歯歯車を備えた円筒状の偏心歯車ブロックを入力軸の偏心軸部上に回転自在に支持し、第１の外歯歯車をケース側に固定した第１の内歯歯車に噛合させるとともに、第２の外歯歯車を出力軸端部に設けた第２の内歯歯車に噛合させた構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３３０５５号公報
【特許文献２】実開昭６４−３２９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の波動歯車装置は、ウェーブジェネレータが、楕円状に構成される可撓性を有する特殊なボールベアリングを備えた構成となることから、精度確保を含めて一般に製造が困難であり、高価な減速機となってしまう。フレクススプラインも、トルク伝達に必要な強度と可撓性とを両立させる必要があることから、特殊な高価な部品となる。
【０００６】
一方、特許文献２の減速機にあっては、入力軸と偏心歯車ブロックとの間および偏心歯車ブロックと出力軸との間の２段の歯車列を具備することから、部品点数も多く構成が複雑であるばかりか、軸方向の寸法の小型化が困難であり、例えばモータに直列に組み合わせた場合に、駆動機構全体の軸方向の寸法が大きなものとなってしまう。
【０００７】
また、２段の歯車列を有することから、入力軸の回転中心線に対し偏心している偏心軸部の軸方向の寸法が長くなり、それだけ偏心質量が大となる。そのため、入力軸が高速回転したときの振動が顕著となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る減速機は、
共通の回転中心線に沿って配置された入力軸および出力軸と、
上記入力軸の端部に設けられ、上記回転中心線に対し偏心した外周円筒面を有する偏心軸部と、
上記外周円筒面に内輪が嵌合した転がり軸受と、
上記転がり軸受の外輪の外周面に嵌合した円筒部と、該円筒部の一端を閉塞する底部と、を有するカップ状をなし、上記円筒部の外周面に外歯歯車を有するとともに、上記底部が、上記出力軸の先端に偏心吸収部を介して連結されたカップ状部材と、
上記外歯歯車を囲んでケース側に設けられ、上記回転中心線と同心をなすとともに、上記外歯歯車の歯数よりも歯数が多く、上記外歯歯車が周方向の一箇所で噛み合う内歯歯車と、
を備えて構成されている。
【０００９】
このような構成では、入力軸の回転に伴って偏心軸部が回転中心線を中心として１回転すると、偏心軸部に転がり軸受を介して支持されているカップ状部材の外歯歯車とケース側の内歯歯車との噛み合い部が、上記回転中心線を中心として１回転する。このとき、外歯歯車の歯数は内歯歯車よりも少ないので、偏心軸部が１回転する間に、両者の歯数の差分だけ外歯歯車つまりカップ状部材が回転する。外歯歯車は、偏心軸部を中心として回転するが、カップ状部材の底部が偏心を吸収するように出力軸の先端に連結されているため、出力軸は、入力軸と共通の回転中心線を中心として回転する。
【００１０】
外歯歯車と内歯歯車とは周方向の一箇所でのみ噛み合っているので、両者の歯数の差は、１以上であればよく、大きな減速比が得られる。
【００１１】
好ましい一つの態様では、上記偏心吸収部は、上記出力軸の先端に固定される底部中央部と上記円筒部に連続した底部外周部との間に介在する可撓性を有する同心円状ないしスパイラル状の襞部から構成されている。この襞部は、例えば合成樹脂から形成され、その半径方向への弾性変形によって偏心軸部の偏心（ひいてはカップ状部材の偏心）が吸収される。
【００１２】
また、他の好ましい一つの態様では、上記偏心吸収部は、上記出力軸の先端面に設けられた複数のトルク伝達ピンと、このトルク伝達ピンがそれぞれ遊びを持って嵌合するように上記カップ状部材の底部に上記トルク伝達ピンよりも大径に形成された複数の連結孔と、から構成されている。
【００１３】
この構成では、トルク伝達ピンが連結孔の中で動き得るため、両者間の遊びによって偏心が吸収される。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、波動歯車装置のように特殊な構造のボールベアリングを用いる必要がなく、簡単な構造でかつ軸方向の寸法が短い減速機を得ることができる。また、最低限必要な歯数差が少ないことから、波動歯車装置に比べて、より大きな減速比を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明に係る減速機の第１実施例を示す断面図。
【図２】偏心軸部材の正面図。
【図３】カップ状部材の（Ａ）正面図および（Ｂ）断面図。
【図４】内歯歯車と外歯歯車との関係を示した断面図。
【図５】電動モータと一体化した第２実施例を示す断面図。
【図６】出力軸の小径軸部を偏心軸部材が支持する第３実施例を示す断面図。
【図７】偏心吸収部の他の実施例を示す（Ａ）断面図および（Ｂ）正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、この発明に係る減速機の第１実施例を示している。この減速機は、ボディ２およびキャップ３を組み合わせてなる円筒状のケース１を有し、キャップ３側の一端部に一対のボールベアリング４を介して入力軸５が回転自在に支持されているとともに、ボディ２側の他端部に一対のボールベアリング６を介して出力軸７が回転自在に支持されている。入力軸５および出力軸７は、共通の回転中心線Ｌに沿って配置されている。なお、円筒状をなすケース１も上記回転中心線Ｌを中心とする真円に沿った形状をなしている。ボールベアリング４，６は、ケース１の端部の内周面に圧入されている。
【００１８】
ケース１は、例えばアルミニウム合金や鋼からなり、軸方向の略中央における凸部の内周面に、円環状に内歯歯車８が形成されている。この実施例では、ケース１自体に内歯歯車８が機械加工されているが、ケース１とは別に形成したリングギアをケース１内周に圧入等により固定するようにしてもよい。内歯歯車８は、回転中心線Ｌを中心とした真円に沿って形成されている。つまり、内歯歯車８は、入力軸５や出力軸７と同心の円環状をなしている。
【００１９】
入力軸５の先端は、内歯歯車８と重なり合う軸方向位置まで延びており、その端部に、偏心軸部１１を構成する偏心軸部材１０が圧入等により固定されている。偏心軸部１１は、上記回転中心線Ｌに対し所定量偏心した中心Ｍを有する真円形の外周円筒面１１ａを備えており、偏心軸部材１０の軸方向の先端には、外周円筒面１１ａから外周側へ張り出したフランジ部１２が形成されている。このフランジ部１２の周方向の一部、詳しくは外周円筒面１１ａの偏心方向に対応した部分には、回転中心線Ｌを中心とした質量の片寄りが少なくなるように、肉抜き部となる貫通孔１３が形成されている。この貫通孔１３は、図２に示すように、回転中心線Ｌを中心とした回転時の動的バランスが得られるように、適宜な個数周方向に並んで配置されている。なお、最適な肉抜きとなるように径が異なる貫通孔１３を組み合わせてもよい。また、肉抜き部は凹部であってもよい。
【００２０】
上記外周円筒面１１ａには、転がり軸受としてボールベアリング１５の内輪１５ａが嵌合している。詳しくは、内輪１５ａが外周円筒面１１ａに圧入されており、かつフランジ部１２によって軸方向に位置決めされている。ボールベアリング１５は、真円形の一般的なものである。なお、上記の圧入は必ずしも必須のものではない。
【００２１】
出力軸７の先端には、図３に詳細を示すカップ状部材１７が取り付けられている。このカップ状部材１７は、ボールベアリング１５の外輪１５ｂの外周面１５ｃに嵌合した金属製の円筒部１８と、この円筒部１８の一端を閉塞する合成樹脂製の底部１９と、を備え、入力軸５側へ向かって開放されたカップ状をなしている。円筒部１８は、ケース１と同様に例えばアルミニウム合金や鋼からなり、その外周面に、外歯歯車２０が形成されている。この外歯歯車２０は、真円に沿って形成されているが、偏心軸部１１にボールベアリング１５を介して支持されているので、図４に示すように、回転中心線Ｌに対して偏心している。そして、偏心軸部１１の偏心方向に沿った周方向の一箇所において、外歯歯車２０が内歯歯車８に噛み合っている。外歯歯車２０の歯数は、内歯歯車８の歯数よりも僅かに少なく（少なくとも１つ少なく）設定されている。一例を挙げると、内歯歯車８の歯数が６４、外歯歯車２０の歯数が６３、歯数差が１、となっている。なお、図４に示すように、周方向の一箇所における噛み合い部ＩＭとは反対側では、内歯歯車８の歯先円Ｃ１と外歯歯車２０の歯先円Ｃ２との間に僅かな隙間が存在し、それぞれの歯が互いに干渉しないようになっている。
【００２２】
また合成樹脂製の底部１９は、偏心吸収部となる同心円状の襞部２２を備えている。すなわち、出力軸７の先端にリテーナ２３を介して複数のネジ２４によって固定される底部中央部１９ａと、金属製の円筒部１８の一端に連続した底部外周部１９ｂとの間に、断面略Ｖ字形をなす山部２２ａと逆向きの断面略Ｖ字形をなす谷部２２ｂとが連続してなる襞部２２が形成されている。従って、襞部２２は、半径方向への伸縮が可能な可撓性を有するものとなっており、この襞部２２の半径方向への伸縮変形によって、円筒部１８と出力軸７との間の偏心が吸収される。このように半径方向へ伸縮変形する襞部２２を備えた底部１９は、ケース１内の内歯歯車８とボールベアリング６との間に形成された空間２１内に収容されている。
【００２３】
なお、上記の底部１９は、半径方向への弾性変形を許容しつつ回転方向へのトルク伝達が可能なように、適宜な合成樹脂材料、例えばポリプロピレンやナイロン（商標）等を用いて形成されている。好ましい実施例では、金属製の円筒部１８を型内にセットした状態で合成樹脂製部分を型成形することで両者を一体に結合させる、いわゆるインサート成形によってカップ状部材１７が形成されている。
【００２４】
上記のように構成された実施例においては、入力軸５の回転に伴って偏心軸部１１が回転中心線Ｌを中心として１回転すると、偏心軸部１１の偏心方向に位置する内歯歯車８と外歯歯車２０との噛み合い部ＩＭが、回転中心線Ｌを中心として１回転する。このとき、外歯歯車２０の歯数は内歯歯車８の歯数よりも少ないので、偏心軸部１１が１回転する間に、両者の歯数の差分だけ外歯歯車２０つまりカップ状部材１７が回転する。このカップ状部材１７の回転は、偏心吸収部となる襞部２２を備えた底部１９を介して出力軸７に伝達される。従って、電動モータ等に連結される入力軸５の回転が、大きく減速された上で出力軸７から出力される。例えば、上述した歯数の例では、「６４：１」の減速比が得られる。このように減速比が大きいことから、出力軸７つまりカップ状部材１７の回転速度は比較的低くなり、襞部２２が半径方向への伸縮変形を繰り返しつつ回転することに伴う不正な運動等の懸念はない。
【００２５】
このように上記実施例の減速機においては、ボールベアリング１５として一般的な真円形のものを用いることができ、円筒部１８や外歯歯車２０も真円に沿った単純な形状となるので、加工・製造が容易となる。また、偏心している外歯歯車２０の回転運動を、偏心吸収部となる襞部２２を備えた簡素な構成のカップ状部材１７を介して出力軸７に伝達するので、構成が単純であり、かつ軸方向の寸法が短くなる。
【００２６】
一方、偏心軸部材１０を備えた入力軸５は比較的高速で回転することとなるが、肉抜き部となる貫通孔１３の形成によって動的バランスが得られるため、振動発生が抑制される。
【００２７】
なお、上記実施例ではカップ状部材１７の円筒部１８および外歯歯車２０が金属製となっているが、伝達トルクが比較的低い用途においては、円筒部１８および外歯歯車２０を合成樹脂製とし、襞部２２を含むカップ状部材１７全体を合成樹脂にて一体に成形してもよい。
【００２８】
また、襞部２２としては、上記実施例の同心状の構成のほか、スパイラル状に連続した構成としてもよい。
【００２９】
次に、図５は、上記の減速機を電動モータ３１と一体化した第２実施例を示している。なお、減速機自体の構成は前述した第１実施例と基本的に変わりがないので、重複した説明は省略する。
【００３０】
この実施例においては、減速機のボディ２に、電動モータ３１側の円筒状のモータハウジング３２が直列に接続されており、モータハウジング３２の端部にキャップ３が設けられている。なお、ボディ２、モータハウジング３２およびキャップ３の外径は実質的に等しく、全体として細長い円筒状のケース１を構成している。
【００３１】
入力軸５は、電動モータ３１の回転軸を兼ねており、モータハウジング３２の中心を通ってキャップ３側へ延びている。この入力軸５は、一対のボールベアリング４によって回転自在に支持されている。一方のボールベアリング４は、モータハウジング３２の減速機側の先端部内周に配置されており、他方のボールベアリング４は、キャップ３の内周に配置されている。例えば、これらのボールベアリング４は圧入により固定されている。そして、これらの一対のボールベアリング４の間において、永久磁石３４ａを備えたロータ３４が入力軸５に取り付けられている。
【００３２】
モータハウジング３２の内周面には、上記ロータ３４を囲むステータ３５が配置されている。ステータ３５は、ステータコア３５ａとステータコイル３５ｂとから構成されている。
【００３３】
このような第２実施例によれば、出力軸７を非常に低速で回転させることが可能な減速機付きモータを、小型かつ軽量なものとして提供することができる。特に、一対のボールベアリング４によって両端部が支持された入力軸５がモータ回転軸を兼ねた構成となっているので、軸方向に並ぶボールベアリング４，６の個数が最小限となり、それだけ軸方向の全長を短くすることができる。
【００３４】
次に、図６は、出力軸７の軸受構造を変更した第３実施例を示している。この第３実施例においては、カップ状部材１７が取り付けられる出力軸７の先端に、カップ状部材１７の底部１９（底部中央部１９ａ）を貫通して延びる小径軸部７ａが形成されており、この小径軸部７ａは入力軸５の先端に向かって延びている。
【００３５】
一方、入力軸５の端部に取り付けられている偏心軸部材１０においては、フランジ部１２が軸方向に厚肉に形成されており、その中心部に円形の凹部１２ａが設けられている。この凹部１２ａは、回転中心線Ｌと同心な円筒形をなしている。そして、この凹部１２ａの内周面に、第２の転がり軸受となるボールベアリング４１の外輪４１ａが例えば圧入によって嵌合しており、上記の小径軸部７ａがボールベアリング４１の内輪４１ｂに嵌合している。
【００３６】
従って、出力軸７は、先端の小径軸部７ａが回転中心線Ｌを中心としてボールベアリング４１によって回転自在に支持されている。そのため、例えば、図示するように、出力軸７とケース１との間に設けられるボールベアリング６を１段とすることが可能であり、減速機の軸方向の寸法をより小型化することが可能である。なお、入力軸５側は、第１実施例と同様に一対のボールベアリング４によって支持された構成としてもよく、あるいは第２実施例と同様に電動モータと一体化した構成としてもよい。
【００３７】
次に、図７は、偏心吸収部の異なる実施例を示している。この実施例においては、カップ状部材１７は、全体が金属（アルミニウム合金や鋼など）にてカップ状に形成されており、外周に外歯歯車２０を備えた円筒部１８と、この円筒部１８の一端を閉塞する底部１９と、を備えている。底部１９は、回転中心線Ｌに対し直交する平面に沿った単純な円板形状をなしている。そして、この底部１９に４個の連結孔５１が開口形成されているとともに、出力軸７の先端面に、４本のトルク伝達ピン５２が設けられており、連結孔５１の各々にトルク伝達ピン５２が嵌合することで、両者が回転方向に連結されている。
【００３８】
ここで、個々のトルク伝達ピン５２および連結孔５１は、それぞれ円形に構成されているが、連結孔５１の径はトルク伝達ピン５２の径よりも大径であり、連結孔５１はトルク伝達ピン５２に遊びをもって嵌合している。より詳しくは、連結孔５１の径とトルク伝達ピン５２の径との間に、回転中心線Ｌとカップ状部材１７の中心との間の偏心量に対応した差が与えられている。従って、出力軸７に対するカップ状部材１７の偏心を許容しつつカップ状部材１７から出力軸７へと回転トルクが伝達される。
【符号の説明】
【００３９】
１…ケース
２…ボディ
３…キャップ
４…ボールベアリング
５…入力軸
６…ボールベアリング
７…出力軸
７ａ…小径軸部
８…内歯歯車
１０…偏心軸部材
１１…偏心軸部
１３…貫通孔
１５…ボールベアリング
１７…カップ状部材
１８…円筒部
１９…底部
２０…外歯歯車
２２…襞部
３１…電動モータ
３４…ロータ
３５…ステータ
４１…ボールベアリング
５１…連結孔
５２…トルク伝達ピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017150573.tif 000009