(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機と、
前記電動機により回転し、第１の歯数で歯切りされた出力軸と、
ギアケースと、
前記ギアケースに回転自在に収納され、前記第１の歯数よりも多い第２の歯数で歯切りされ、前記出力軸と噛み合う歯車とを有し、
前記ギアケースと前記歯車とを貫通する貫通孔が形成され、
前記ギアケースの前記貫通孔外の所定位置に前記電動機が取り付けられ、
前記第２の歯数で歯切りされた歯車は前記電動機の取り付け面と反対側の面まで延在し、その面に被駆動部材を取り付ける部材取り付け手段が設けられている
ことを特徴とする減速機付き電動機。
【請求項２】
電動機と、
前記電動機により回転し、第１の歯数で歯切りされた出力軸と、
ギアケースと、
前記ギアケースに回転自在に収納され、前記第１の歯数よりも多い第２の歯数で歯切りされ、前記出力軸と噛み合う歯車と、
前記電動機の所定位置を前記ギアケースに固定する固定手段とを有し、
前記固定手段により固定した状態で、前記電動機を前記ギアケースに対して移動することにより、前記電動機の前記出力軸の撓み量が、前記出力軸の歯の噛み合い振れと前記歯車の歯の噛み合い振れの合計値にほぼ等しくなるように、前記電動機の出力軸を前記歯車に対して付勢して取り付けた
ことを特徴とする減速機付き電動機。
【請求項３】
電動機と、前記電動機により回転し、第１の歯数で歯切りされた出力軸と、ギアケースと、前記ギアケースに回転自在に収納され、前記第１の歯数よりも多い第２の歯数で歯切りされ、前記出力軸と噛み合う歯車とを有する減速機付き電動機の調整方法であって、
前記電動機の前記出力軸の撓み量が、前記出力軸の歯の噛み合い振れと前記歯車の歯の噛み合い振れの合計値にほぼ等しくなるように、前記電動機の出力軸を前記歯車に対して付勢して取り付ける
ことを特徴とする減速機付き電動機の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の出力軸の回転を減速して被駆動部材を回転する減速機付き電動機と、その減速機付き電動機の調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の減速機付き電動機を図１０に示す。電動機（図示せず）に減速機１００を組み付けて減速機付き電動機を構成している。減速機１００は、ギアケース１０２内に設けられた歯車減速機構により、電動機の出力軸１２０の回転を減速して減速機１００の出力軸１０４に伝達する。
【０００３】
ギアケース１０２内には中間軸１０６が設けられている。中間軸１０６は２個の軸受１０８Ａ、１０８Ｂによりギアケース１０２に対して回転自在に支承されている。中間軸１０６には、電動機の出力軸１２０の歯切りされた歯車１２０Ａと噛み合う歯車１１０と、転位変数を連続的に変えたテーパー歯車１１２が設けられている。
【０００４】
ギアケース１０２内には出力軸１０４が設けられており、出力軸１０４は２個の軸受１１２Ａ、１１２Ｂによりギアケース１０２に対して回転自在に支承されている。出力軸１０４には、中間軸１０６に設けられたテーパー歯車１１２と噛み合うテーパー歯車１１４が設けられている。
【０００５】
電動機の出力軸１２０が回転すると、歯車１１０、テーパー歯車１１２、テーパー歯車１１４を介して出力軸１２０が回転する。
【０００６】
歯車のバックラッシを無くすために、中間軸１０６の端部には調整ねじ１０５が設けられている。調整ねじ１０５により中間軸１０６を軸方向に僅かに移動してバックラッシを無くすように調整する。
【０００７】
このように、従来の減速機付き電動機では、加工誤差や組み立て誤差による加工精度のばらつきは避けられないため、テーパー歯車１１２、１１４を用い、調整ねじ１０５により中間軸１０６を軸方向に移動することによりバックラッシを無くすように調整しなくてはならないという問題があった。
【０００８】
また、従来の減速機付き電動機では、出力軸がシャフト形状であることが一般的である。このため、中央に孔があいている被駆動部材を駆動する場合には、図１１に示すように、ベルト・プーリを用いて駆動する方法が提案されている。
【０００９】
この方法では、減速機付き電動機１３０の出力軸１３２にプーリ１３４を取り付ける。被駆動部材１３６には、その円周に沿って複数の処理ステーション１３８が設けられている。各処理ステーション１３８での処理にエアチューブ１４０を必要とし、作業の邪魔にならないように、そのエアチューブ１４０を被駆動部材１３６中央を通すようにする。
【００１０】
被駆動部材１３６は取付部材１４２に対して軸受１４４Ａ、１４４Ｂにより、回転自在に取り付けられている。被駆動部材１３６中央にはエアチューブ１４０を通すためのパイプ１４６が設けられている。そのパイプ１４６にプーリ１４８が取り付けられている。出力軸１３２のプーリ１３４とパイプ１４６のプーリ１４８の間にベルト１５０を掛けて、ベルト駆動により被駆動部材１３６を駆動する。
【００１１】
このように、従来の減速機付き電動機では、中央に孔があいている被駆動部材を駆動するためには、複雑な機構を必要として多くの点数の部品を必要とするという問題があった。ダイレクトドライブモータにより被駆動部材を直接駆動することも可能であるが、ダイレクトドライブモータは高価であると共にゲイン調整のようなチューニングが必要である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の減速機付き電動機では、バックラッシを無くすための調整が難しいという問題や、回転させる被駆動部材の形状が減速機の構造により規定されてしまうという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、バックラッシを無くすための調整が簡単で、大きな減速比を実現することができる減速機付き電動機及びその調整方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、様々な用途に応じた様々な形状の被駆動部材であっても駆動することが可能な減速機付き電動機を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、電動機と、前記電動機により回転し、第１の歯数で歯切りされた出力軸と、ギアケースと、前記ギアケースに回転自在に収納され、前記第１の歯数よりも多い第２の歯数で歯切りされ、前記出力軸と噛み合う歯車とを有し、前記ギアケースと前記歯車とを貫通する貫通孔が形成され、前記ギアケースの前記貫通孔外の所定位置に前記電動機が取り付けられ、前記第２の歯数で歯切りされた歯車は前記電動機の取り付け面と反対側の面まで延在し、その面に被駆動部材を取り付ける部材取り付け手段が設けられていることを特徴とする減速機付き電動機によって達成される。
【００１６】
上記目的は、電動機と、前記電動機により回転し、第１の歯数で歯切りされた出力軸と、ギアケースと、前記ギアケースに回転自在に収納され、前記第１の歯数よりも多い第２の歯数で歯切りされ、前記出力軸と噛み合う歯車と、前記電動機の所定位置を前記ギアケースに固定する固定手段とを有し、前記固定手段により固定した状態で、前記電動機を前記ギアケースに対して移動することにより、前記電動機の前記出力軸の撓み量が、前記出力軸の歯の噛み合い振れと前記歯車の歯の噛み合い振れの合計値にほぼ等しくなるように、前記電動機の出力軸を前記歯車に対して付勢して取り付けたことを特徴とする減速機付き電動機によって達成される。
【００２０】
上記目的は、電動機と、前記電動機により回転し、第１の歯数で歯切りされた出力軸と、ギアケースと、前記ギアケースに回転自在に収納され、前記第１の歯数よりも多い第２の歯数で歯切りされ、前記出力軸と噛み合う歯車とを有する減速機付き電動機の調整方法であって、前記電動機の前記出力軸の撓み量が、前記出力軸の歯の噛み合い振れと前記歯車の歯の噛み合い振れの合計値にほぼ等しくなるように、前記電動機の出力軸を前記歯車に対して付勢して取り付けることを特徴とする減速機付き電動機の調整方法によって達成される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態による減速機付き電動機を図面を用いて説明する。
【００２２】
（減速機付き電動機の構成）
本実施形態の減速機付き電動機の構成を図１を用いて説明する。図１は本実施形態の減速機付き電動機を示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図、図１（ｃ）は底面図である。
【００２３】
電動機１０に減速機２０を組み付けて減速機付き電動機を構成している。電動機１０の出力軸１２は２個の軸受１４Ａ、１４Ｂにより回転自在に支承され、その端部は軸受により支承されない自由端となっている。出力軸１２の端部は歯切りされて歯車１２Ａが形成されている。
【００２４】
減速機２０では、ギアケース２２内に従動側の平歯車２４が組み込まれている。平歯車２４は円周中央が突出していて、その突出部分が歯切りされて歯車部２４Ａが形成されている。歯車部２４Ａは電動機１０の出力軸１２の歯車１２Ａと噛み合っている。
【００２５】
平歯車２４の歯車部２４Ａの上面側及び下面側には、それぞれ、軸部２４Ｂ、２４Ｃが設けられている。平歯車２４の下面には、被駆動部材を取り付けるための取付用ねじ孔２４Ｄが形成されている。
【００２６】
平歯車２４の軸部２４Ｂ、２４Ｃは、２個の軸受２６Ａ、２６Ｂによりそれぞれギアケース１０２に対して回転自在に支承されている。平歯車２４の上面側の軸部２４Ｂの径の方が下面側の軸部２４Ｃの径よりも小さい。下面側の軸受２６Ｂを固定するために軸部２４Ｃにはスラストねじ２８が嵌込まれている。
【００２７】
上面側の軸受２６Ａとギアケース２２の内面との間にはグリス吸収フェルト３０が封入され、下面側の軸受２６Ｂとスラストねじ２８との間にはグリス吸収フェルト３２が封入されている。
【００２８】
ギアケース２２及び平歯車２４には、その中央を貫通する貫通孔３４が形成されている。この貫通孔３４により減速機２０の中心を貫いて配線やチューブ等を通すことができる。
【００２９】
電動機１０は、ギアケース２２の貫通孔３４を通す配線やチューブ等の邪魔にならないように、貫通孔３４外の上面に取り付けられる。電動機１０は、ギアケース２２に２本のねじ３６Ａ、３６Ｂにより固定されている。
【００３０】
（駆動機構の具体例）
次に、本実施形態の減速機付き電動機を組み込んだ駆動機構の具体例を図２を用いて説明する。
【００３１】
本具体例では、本実施形態の減速機付き電動機が取り付け板４０に固定されている。被駆動部材４２は円形であって、平歯車２４の下面の取付用ねじ孔２４Ｄを利用して取り付けられる。
【００３２】
被駆動部材４２には、その円周に沿って複数の処理ステーション４４が設けられている。円形の被駆動部材４２を間欠的に左右に回転させて各処理ステーション４４で一連の処理を行う。本具体例の場合、各処理ステーション４４での処理にエアチューブ４６を必要として、そのエアチューブ４６を外部のエア供給装置（図示せず）に接続しておく必要がある。本具体例では、各処理ステーション４４からのエアチューブ４６を、減速機付き電動機の中央に形成された貫通孔３４を通している。このため、被駆動部材４２が回転してもエアチューブ４６が邪魔になることなく作業を行うことができる。
【００３３】
（減速機付き電動機の調整機構）
次に、本実施形態の減速機付き電動機の調整機構について図３を用いて説明する。
【００３４】
本実施形態の減速機付き電動機では、電動機１０の出力軸１２に形成された歯車１２Ａと平歯車２４の歯車部２４Ａとのバックラッシを無くすために、電動機１０の出力軸１２の撓みを利用する。電動機１０の出力軸１２の端部は軸受により支承されない自由端であるため出力軸１２に力が加わると撓む。この撓みを利用してバックラッシを無くしつつスムーズな回転を実現する。
【００３５】
電動機１０の出力軸１２の歯車１２Ａや平歯車２４の歯車部２４Ａは加工誤差により回転中心に対して振れている。その振れ量が大きいと歯車同士を噛み合わせて軸間距離をつめてバックラッシを調整した場合、歯車がスムーズに回転しなくなる。本実施形態では歯車１２Ａと歯車部２４Ａに振れがあっても、その振れによる歯車１２Ａと歯車部２４Ａの軸間距離の変化を電動機１０の出力軸１２の撓みにより吸収する。
【００３６】
電動機１０の出力軸１２を撓ませるために、ギアケース２２への電動機１０の取り付け位置を調整する。図３に示すように、電動機１０をギアケース２２に取り付ける際に、電動機１０の４隅のひとつをピン４８により固定する。取り付け位置の調整は、電動機１０のピン４８で固定した隅の対角上の隅に矢印で示した力を加えて行う。力を加えると、ピン４８を中心として電動機１０が回転し、この回転により、電動機１０の出力軸１２の歯車１２Ａが平歯車２４の歯車部２４Ａに押し当てられて歯車間のバックラッシを無くすことができる。
【００３７】
（調整撓み量）
次に、本実施形態の減速機付き電動機の調整撓み量について図４及び図５を用いて説明する。
【００３８】
本実施形態では、減速機付き電動機のバックラッシを無くすために、電動機１０の出力軸１２を撓ませる。このときの出力軸１２の撓み量を歯車１２Ａと歯車部２４Ａの軸間距離の変化の最大値よりも大きくしておけば、仮に歯車１２Ａと歯車部２４Ａの軸間距離が変化しても、電動機１０の出力軸１２の歯車１２Ａが平歯車２４の歯車部２４Ａに押し当てられた状態を維持することができ、バックラッシが生ずることはない。
【００３９】
ただし、歯車１２Ａと歯車部２４Ａの軸間距離が出力軸１２を撓ませるように変化した場合には、出力軸１２が折れる危険性がある。したがって、歯車１２Ａと歯車部２４Ａの軸間距離が最大限に変化しても出力軸１２が折れないようにする必要がある。
【００４０】
このことを考慮すると、電動機１０の出力軸１２の歯車１２Ａの噛み合い振れをＡ［ｍｍ］、平歯車２４の歯車部２４Ａの噛み合い振れをＢ［ｍｍ］とし、出力軸１２が折れる限界撓み量をＣ［ｍｍ］、出力軸１２の折れに対する安全率をＳとした場合、出力軸１２の撓み量Ｖ［ｍｍ」が、次式
0004131629.tif 000002
を満足するように決定する。ただし、安全率Ｓについては設計要求の内容により決めるものとする。
【００４１】
本願発明者等は、電動機１０の出力軸１２を片持ち梁に近似して、負荷を与えた場合の撓み量Ｖを計算すると共に、ねじりと曲げモーメントを受ける軸の計算から限界撓み量Ｃを計算した。
【００４２】
電動機１０の出力軸１２は、図４（ａ）に示すように、２個の軸受１４Ａ、１４Ｂで支承されている。出力軸１２の歯車１２Ａの軸径をｄ１［ｍｍ］、長さをａ［ｍｍ］とし、歯車１２Ａに連続する部分の軸径をｄ２［ｍｍ］、長さをＬ１［ｍｍ］とし、軸受１４Ａ、１４Ｂの支承部分の軸径をｄ３［ｍｍ］、長さをＬ３［ｍｍ］とする。
【００４３】
出力軸１２の歯車１２Ａに力Ｆが加わると、軸受１４Ａ、１４Ｂにおいて反力Ｒm1、Ｒm1を受ける。したがって、この出力軸１２は、図４（ｂ）に示すように、軸受１４Ｂの支承部分を固定端とし、歯車１２Ａの端部を自由端とする長さＬ１の片持ち梁に近似できる。
【００４４】
近似した片持ち梁の自由端に力Ｆを加えた場合の撓み量Ｖは次式により計算される。
【００４５】
Ｖ＝（Ｆ・Ｌ１3）／（３ＥＩ）
ただし、Ｅ：出力軸１２の縦弾性係数
Ｉ：出力軸１２の断面２次モーメント
Ｉ＝π×ｄ１3 ／６４
例えば、出力軸１２をＳＵＳ３０３で形成し（Ｅ＝１９７００Ｎ／ｍｍ2）、Ｌ１＝１６ｍｍ、ｄ１＝３．８４ｍｍとした場合、上述した式は、
0004131629.tif 000003
となるから、片持ち梁の自由端に加える力Ｆと片持ち梁の撓み量Ｖは、図５のグラフに示すようになる。
【００４６】
電動機１０の出力軸１２の歯車１２Ａの噛み合い振れが１０μｍ、平歯車２４の歯車部２４Ａの噛み合い振れが１０μｍの場合には、出力軸１２の撓み量Ｖが２０μｍ近くになるように調整すればいいので、図５から、出力軸１２に加える力Ｆを８〜１０Ｎ程度にすればよい。
【００４７】
限界撓み量Ｃについては、出力軸１２はシャフト径が変わる段付き丸棒であるため、その段差部分に応力が集中する。出力軸１２の軸折れ強度の安全率Ｓ＝２とし、出力軸１２の形成材料であるＳＵＳ３０３の疲れ限度（２４ｋｇ／ｍｍ2）、引っ張り強さ（６３ｋｇ／ｍｍ2）を考慮し、かつ、電動機による荷重成分３．８４ｋｇを考慮すると、出力軸１２が折れない限界の力Ｆmaxは２６Ｎとなることが計算される。上述した式に限界の力Ｆmaxを代入すると、
0004131629.tif 000004
となり、限界撓み量Ｃ＝６５μｍとなることがわかる。
【００４８】
限界撓み量Ｃ＝６５μｍ、歯車１２Ａの噛み合い振れが１０μｍ、歯車２４Ａの噛み合い振れが１０μｍのとき、上述した式、Ｃ＞Ａ＋Ｂ＋α、｛Ｃ／（Ａ＋Ｂ＋α）｝≧Ｓは、は、
６５＞１０＋１０＋α
｛６５／（１０＋１０＋α）｝≧２
となり、これから、α≦１２．５μｍとなる。
【００４９】
したがって、上述した式、（Ａ＋Ｂ）＋α＞Ｖ≧Ａ＋Ｂから、
３２．５＞Ｖ≧２０
となる。したがって、撓み量Ｖは３２．５μｍより小さく、２０μｍ以上である必要がある。
【００５０】
更に、出力軸１２を撓ませすぎると、歯車の歯面同士が強く当たりすぎて回転が重くなったり、歯面が摩耗しやすくなるので、歯車１２Ａと歯車部２４Ａの軸間距離が最大限に変化してもバックラッシが生じないように、出力軸１２の撓み量Ｖ［ｍｍ」が、次式
Ｖ≒Ａ＋Ｂ
に近くなるように調整することが望ましい。
【００５１】
なお、出力軸１２に加える力Ｆは噛み合う歯車の加工精度によるので、もし、電動機１０の出力軸１２の歯車１２Ａの噛み合い振れも、平歯車２４の歯車部２４Ａの噛み合い振れも共に０μｍの場合には、出力軸１２に加える力Ｆは０Ｎ近くの値でよい。
【００５２】
（減速機付き電動機の調整方法）
本実施形態の減速機付き電動機の調整方法について、図６乃至図９を用いて説明する。図６乃至図９の各図において（ａ）は断面図（ｂ）は平面図である。
【００５３】
まず、図６に示すように、減速機付き電動機の減速機２０を治具である取付板５０に取り付ける。このとき減速機２０を固定するため、押さえ板５２を介してトグルクランプ５４により上から減速機２０を押さえつける。
【００５４】
次に、図７に示すように、減速機２０の予め決められた位置に設けられたピン用孔（図示せず）に調整用のピン４８を挿入する。このときピン４８を余り強く押し込まないようにする。
【００５５】
次に、図８に示すように、電動機１０のピン用孔（図示せず）に調整用のピン４８が挿入されるように、減速機２０に電動機１０を装着する。電動機１０の底部に垂直下方の力Ｇを加え、その後、電動機１０の側面に水平方向の力Ｆを加える。水平方向の力Ｆは、上述した計算式により予め求めた値、例えば、８〜１０Ｎとし、垂直方向の力Ｇは、電動機１０が水平方向の力Ｆにより傾かないように力Ｆと同程度かそれ以上の値、例えば、１０Ｎとする。なお、力Ｆ、Ｇの値は、時間と共に少しずつ変化するので、最初に設定した値を加え、それ以降に力の調整は行わないようにする。
【００５６】
次に、図９に示すように、電動機１０に力を加えた状態で、ねじ３６Ａ、３６Ｂを挿入して減速機２０の電動機１０をねじ止めする。ねじ３６Ａ、３６Ｂの先端に接着剤を塗布してねじ込み予定のトルクでねじ締めを行う。
【００５７】
最後に、トグルクランプ５４を緩めて、組み立てられた減速機付き電動機を取付板５０から取り外す。
【００５８】
このように本実施形態によれば、電動機の出力軸の撓みを利用したので、簡単な調整によりバックラッシを無くすことができ、局所的に歯車同士のかみ合いにばらつきがある場合でも滑らかで無理のない回転が可能である。
【００５９】
また、本実施形態は構造が非常にシンプルであるので、部品点数を削減でき、コストの低減を図ることができると共に、従動側の歯車の歯数を変えるだけで様々な減速比の減速機付き電動機を容易に実現することができる。
【００６０】
また、本実施形態はギアケースと歯車に貫通孔を形成してギアケースの一面に被駆動部材を取り付ける部材取付手段を設けたので、様々な用途に応じた様々な形状の被駆動部材を取り付けて駆動することができる。
【００６１】
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、電動機の所定位置をギアケースに固定するためにピンを用いたが、他の固定手段を用いてもよい。また、大型の電動機の場合には、ピン等の固定手段を用いて固定することなく、電動機自体を平行移動して軸間距離を詰めて調整してもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、バックラッシを無くすための調整が簡単で、大きな減速比を実現することができ、また、様々な用途に応じた様々な形状の被駆動部材であっても駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による減速機付き電動機の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による減速機付き電動機を組み込んだ駆動機構の具体例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による減速機付き電動機の調整機構についての説明図である。
【図４】本発明の一実施形態による減速機付き電動機の調整撓み量についての説明図である。
【図５】本発明の一実施形態による減速機付き電動機の調整撓み量についての説明図である。
【図６】本発明の一実施形態による減速機付き電動機の調整方法の説明図（その１）である。
【図７】本発明の一実施形態による減速機付き電動機の調整方法の説明図（その２）である。
【図８】本発明の一実施形態による減速機付き電動機の調整方法の説明図（その３）である。
【図９】本発明の一実施形態による減速機付き電動機の調整方法の説明図（その４）である。
【図１０】従来の減速機付き電動機の構成を示す図である。
【図１１】従来の減速機付き電動機による被駆動部材の駆動方法の説明図である。
【符号の説明】
１０…電動機
１２…出力軸
１４Ａ、１４Ｂ…軸受
２０…減速機
２２…ギアケース
２４…平歯車
２４Ａ…歯車部
２４Ｂ、２４Ｃ…軸部
２４Ｄ…取付用ねじ孔
２６Ａ、２６Ｂ…軸受
２８…スラストねじ
３０、３２…グリス吸収フェルト
３４…貫通孔
３６Ａ、３６Ｂ…ねじ
４０…取り付け板
４２…被駆動部材
４４…処理ステーション
４６…エアチューブ
４８…ピン
５０…取付板
５２…押さえ板
５４…トグルクランプ
１００…減速機
１０２…ギアケース
１０４…減速機の出力軸
１０６…中間軸
１０８Ａ、１０８Ｂ…軸受
１１０…歯車
１１２…テーパー歯車
１１２Ａ、１１２Ｂ…軸受
１１４…テーパー歯車
１２０…電動機の出力軸
１２０Ａ…歯車
１３０…減速機付き電動機
１３２…出力軸
１３４…プーリ
１３６…被駆動部材
１３８…処理ステーション
１４０…エアチューブ
１４２…取付部材
１４４Ａ、１４４Ｂ…軸受
１４６…パイプ
１４８…プーリ
１５０…ベルト
【図１】
0004131629.tif 000005
【図２】
0004131629.tif 000006
【図３】
0004131629.tif 000007
【図４】
0004131629.tif 000008
【図５】
0004131629.tif 000009
【図６】
0004131629.tif 000010
【図７】
0004131629.tif 000011
【図８】
0004131629.tif 000012
【図９】
0004131629.tif 000013
【図１０】
0004131629.tif 000014
【図１１】
0004131629.tif 000015