JP2010019286A - 減速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな剛性で１０〜５０程度の中減速比が得られ、外輪の外径寸法をコンパクトに設計できる減速装置を提供することである。
【解決手段】筒部１ａに偏心した円筒内径面を有する入力軸１と、複数のカム山２ａを外径面に等ピッチで形成した出力軸２と、複数のローラ３を保持するポケット４を設けた環状の保持器部５ａを有する中間軸５とを同軸心上に配置し、保持器部５ａを円周方向に等分割した分割点の数がカム山２ａの数と１つだけ異なる分割点の位置にポケット４を設け、筒部１ａの偏心した円筒内径面と出力軸２の外径面のカム山２ａとに、各ポケット４に保持されたローラ３を転接させて、カム山２ａの１ピッチ分の形状を、入力軸１を回転させて出力軸２がカム山２ａの１ピッチ分回転するときに、ポケット４に保持されるローラ３が外接する形状とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業用ロボットや自動車用補機等に用いられる減速装置に関する。

産業用ロボットや自動車用補機等に用いられる小型の減速装置として、偏心円板を有する入力軸と、この偏心円板の外径面に転接する複数のローラを円周方向に等ピッチで保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する出力軸と、これらのローラが転接する複数のカム山を内径面の円周方向に等ピッチで形成した内歯車とを同軸心上に配置し、ローラの数をカム山の数よりも少なくして、カム山の形状を、入力軸を回転させたときに、ポケットに保持されるローラが偏心円板の外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致させて、ポケットに保持されたローラの公転を出力軸の回転として出力する減速装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された減速装置では、ローラの数がカム山の数よりも１つ少なく、出力軸は入力軸と逆方向に回転し、入力軸が１回転したときにローラがカム山の１ピッチ分だけ公転して、ローラの数と等しい減速比が得られる。

特公平２−２８０２７号公報

特許文献１に記載された減速装置は、産業用ロボットや自動車用補機等で必要とされる１０〜５０程度の中減速比が得られ、剛性も大きくすることができるが、トルク伝達時に外輪には円周方向の引張応力が発生し、外輪の円周方向にカム山の数だけ急な肉厚変動があるので、多数の薄肉部に応力集中が発生しやすい。このため、外輪の肉厚を十分に厚く設定する必要があり、外輪の外径寸法が大きくなって、コンパクトな設計が阻害される問題がある。

そこで、本発明の課題は、大きな剛性で１０〜５０程度の中減速比が得られ、外輪の外径寸法をコンパクトに設計できる減速装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の減速装置は、筒部に偏心した円筒内径面を有する入力軸と、複数のカム山を外径面に等ピッチで形成した出力軸と、前記入力軸の偏心した円筒内径面と前記出力軸のカム山を形成した外径面とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸とを同軸心上に配置し、前記環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、前記カム山の数と１つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、前記ローラを保持するポケットを設けて、前記カム山の１ピッチ分の形状を、前記入力軸を回転させて前記出力軸がカム山の１ピッチ分回転するときに、前記ポケットに保持されるローラが外接する形状とした構成を採用した。

すなわち、入力軸の筒部に偏心した円筒内径面を設け、その内径側に配置した出力軸の外径面にカム山を形成して、これらの間に中間軸の保持器部のポケットに保持したローラを転接させるようにし、環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、カム山の数と１つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、ローラを保持するポケットを設けて、カム山の１ピッチ分の形状を、入力軸を回転させて出力軸がカム山の１ピッチ分回転するときに、ポケットに保持されるローラが外接する形状とすることにより、外輪が円周方向で偏心による１周期だけの緩やかな肉厚変動を有するものとして、大きな剛性で１０〜５０程度の中減速比が得られ、外輪の外径寸法をコンパクトに設計できるようにした。

前記保持器部のローラを保持するポケットを、前記分割点の一部の間引いた位置に設け、この間引き間隔を円周方向で均等にすることにより、出力軸の回転バランスを良好に保って、ポケットの加工数とローラの組込み数を減らすことができる。

前記保持器部の分割点の数を前記カム山の数よりも１つだけ少なくすることにより、各段の減速装置の出力軸を入力軸と同方向に回転させることができる。分割点の数がカム山の数よりも１つだけ少ない場合は、後の図２に示すように、入力軸１が時計回りに回転し、偏心した円筒内径面とカム山２ａが形成された出力軸２の外径面との環状空間の極大部Ａが時計回りに０°（１２時）の位置、極小部Ｂが１８０°（６時）の位置にあるとすると、入力軸１の回転に伴って、極大部Ａと極小部Ｂは時計回りに移動し、環状空間の右半分は広くなる傾向、環状空間の左半分は狭くなる傾向となる。このため、環状空間の右半分に存在するローラ３はカム山２ａを上る外径方向へ、環状空間の左半分に存在するローラ３はカム山２ａを下る内径方向へ相対移動し、図中に矢印で示すように、出力軸２は入力軸１と同じ時計回りに回転する。

なお、分割点の数をカム山の数よりも１つだけ多くした場合は、後の図３に示すように、入力軸１の回転方向と環状空間の極大部Ａおよび極小部Ｂの位置を図２の場合と同じ設定とすると、同様に、環状空間の右半分に存在するローラ３はカム山２ａを上る外径方向へ、環状空間の左半分に存在するローラ３はカム山２ａを下る内径方向へ相対移動し、この場合は、図中に矢印で示すように、出力軸２は入力軸１と逆の反時計回りに回転する。

前記減速装置を軸方向に直列に複数段に配列し、隣接する前段の減速装置の前記出力軸の出力端側に、前記偏心した円筒内径面を有する筒部を設けて、その後段の減速装置の入力軸とすることにより、簡単に減速比を増大させることができる。

前記隣接する前段の減速装置とその後段の減速装置の前記中間軸のポケット間に位相差を付与し、これらの中間軸を互いに反対回りにねじるように付勢することにより、前段の出力軸で後段の入力軸となる一体の出入力軸の回転方向がたを解消し、延いては、複数段の減速装置の回転方向がたを低減することができる。

前記入力軸の円筒内径面を、前記筒部に内嵌した転がり軸受の内輪の内径面で形成することにより、ローラと円筒内径面とのスリップを少なくして、ローラと円筒内径面の摩耗を抑制することができる。

前記転がり軸受を針状ころ軸受とすることにより、径方向寸法をコンパクトに設計することができる。

前記出力軸のカム山を形成した外径部を軸方向に分割して、分割した一方の外径部を別体のカム山部材とし、分割した他方の外径部との間に軸方向で弾性部材を介在させて、このカム山部材のカム山と前記他方の外径部のカム山との間に位相差を設けることにより、ローラを位相差のある２つのカム山で挟み込むようにして、減速装置の回転方向がたを低減することができる。

本発明の減速装置は、入力軸の筒部に偏心した円筒内径面を設け、その内径側に配置した出力軸の外径面にカム山を形成して、これらの間に中間軸の保持器部のポケットに保持したローラを転接させるようにし、環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、カム山の数と１つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、ローラを保持するポケットを設けて、カム山の１ピッチ分の形状を、入力軸を回転させて出力軸がカム山の１ピッチ分回転するときに、ポケットに保持されるローラが外接する形状としたので、大きな剛性で１０〜５０程度の中減速比が得られ、外輪の外径寸法をコンパクトに設計することができる。

前記保持器部のローラを保持するポケットを、分割点の一部の間引いた位置に設け、この間引き間隔を円周方向で均等にすることにより、出力軸の回転バランスを良好に保って、ポケットの加工数とローラの組込み数を減らすことができる。

前記保持器部の分割点の数をカム山の数よりも１つだけ少なくすることにより、各段の減速装置の出力軸を入力軸と同方向に回転させることができる。

前記減速装置を軸方向に直列に複数段に配列し、隣接する前段の減速装置の出力軸の出力端側に、偏心した円筒内径面を有する筒部を設けて、その後段の減速装置の入力軸とすることにより、簡単に減速比を増大させることができる。

前記隣接する前段の減速装置とその後段の減速装置の中間軸のポケット間に位相差を付与し、これらの中間軸を互いに反対回りにねじるように付勢することにより、前段の出力軸で後段の入力軸となる一体の出入力軸の回転方向がたを解消し、延いては、複数段の減速装置の回転方向がたを低減することができる。

前記入力軸の円筒内径面を、筒部に内嵌した転がり軸受の内輪の内径面で形成することにより、ローラと円筒内径面とのスリップを少なくして、ローラと円筒内径面の摩耗を抑制することができる。

前記転がり軸受を針状ころ軸受とすることにより、径方向寸法をコンパクトに設計することができる。

前記出力軸のカム山を形成した外径部を軸方向に分割して、分割した一方の外径部を別体のカム山部材とし、分割した他方の外径部との間に軸方向で弾性部材を介在させて、このカム山部材のカム山と他方の外径部のカム山との間に位相差を設けることにより、ローラを位相差のある２つのカム山で挟み込むようにして、減速装置の回転方向がたを低減することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１および図２は、第１の実施形態を示す。この減速装置は、内径面が偏心した筒部１ａを有する入力軸１と、複数のカム山２ａを外径面に等ピッチで形成した出力軸２と、複数のローラ３を保持するポケット４を設けた環状の保持器部５ａを有する中間軸５とを同軸心上に配置し、偏心した筒部１ａの内径面に内嵌した針状ころ軸受６の内輪６ａの円筒内径面と出力軸２の外径面のカム山２ａとに、各ポケット４に保持されたローラ３を転接させたものであり、保持器部５ａを円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数Ｎが、カム山２ａの数よりも１つだけ少なくなる分割点の全ての位置に、ローラ３を保持するポケット４が設けられ、カム山２ａの１ピッチ分の形状が、入力軸１を回転させて出力軸２がカム山２ａの１ピッチ分回転するときに、ポケット４に保持されるローラ３が外接する形状となっている。この実施形態では、ポケット４とローラ３の数、すなわち分割点の数Ｎが１５、カム山２ａの数が１６とされている。なお、中間軸５は外向きに張り出す円環部５ｂを固定されて、回り止めされるようになっている。

以下に、上述した減速装置の減速メカニズムを説明する。図２に示したように、入力軸１が時計回りに回転し、偏心した内輪６ａの円筒内径面とカム山２ａが形成された出力軸２の外径面との環状空間の極大部Ａが時計回りに０°の位置、極小部Ｂが１８０°の位置にあるとすると、入力軸１の回転に伴って、極大部Ａと極小部Ｂは時計回りに移動し、環状空間の右半分は広くなる傾向、環状空間の左半分は狭くなる傾向となる。このため、環状空間の右半分に存在するローラ３はカム山２ａを上る外径方向へ、環状空間の左半分に存在するローラ３はカム山２ａを下る内径方向へ相対移動し、図中に矢印で示すように、出力軸２は入力軸１と同じ時計回りに回転する。

この実施形態では、分割点の数Ｎがカム山２ａの数よりも１つだけ少ないので、入力軸１が１回転すると出力軸２はカム山２ａの１ピッチ分だけ時計回りに回転し、入力軸１と出力軸２の減速比は、カム山２ａの数と等しくなる。

図３は、第１の実施形態の変形例を示す。この変形例では、保持器部５ａの分割点の数Ｎが１５、カム山２ａの数が１４とされ、分割点の数Ｎがカム山２ａの数よりも１つだけ多くなっており、第１の実施形態のものと同様に、全ての分割点にローラ３を保持するポケット４が設けられている。図２と同様に、入力軸１が時計回りに回転し、偏心した内輪６ａの円筒内径面とカム山２ａが形成された出力軸２の外径面との環状空間の極大部Ａが時計回りに０°の位置、極小部Ｂが１８０°の位置にあるとすると、環状空間の右半分は広くなる傾向、環状空間の左半分は狭くなる傾向となり、環状空間の右半分に存在するローラ３はカム山２ａを上る外径方向へ、環状空間の左半分に存在するローラ３はカム山２ａを下る内径方向へ相対移動し、この変形例では、図中に矢印で示すように、出力軸２は入力軸１と逆の反時計回りに回転する。

図４は、第２の実施形態を示す。この減速装置は、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、前記分割点の数Ｎを１５とした保持器部５ａの分割点の一部に、２つおきに間引いてローラ３を保持するポケット４が、円周方向に均等な間引き間隔で５箇所に設けられている点が異なる。その他の部分は同じであり、減速特性も第１の実施形態のものと同じである。

上述した第２の実施形態では、分割点の数Ｎ（＝１５）を、その約数である３で除して、保持器部のポケットを均等な間引き間隔で５箇所に設けたが、別の約数である５で除して３箇所に設けることもできる。分割点の数Ｎが他の数である場合も、その約数で除した数の箇所に、保持器部のポケットを均等な間引き間隔で設けるとよい。

図５および図６は、第３の実施形態を示す。この減速装置は、第１の実施形態の減速装置を軸方向に直列に２段に配列し、１段目の減速装置の出力軸２の出力端側に偏心した内径面を有する筒部１１ａを設けて、２段目の減速装置の入力軸１１としたものであり、筒部１１ａの内径面に針状ころ軸受６が内嵌され、その内輪６ａの円筒内径面と２段目の出力軸１２の外径面のカム山１２ａとに、２段目の中間軸１５の保持器部１５ａのポケット１４に保持された複数のローラ１３が接触している。１段目と２段目の減速装置のカム山２ａ、１２ａとポケット４、１４は互いに同数とされ、いずれもカム山２ａ、１２ａの数がポケット４、１４の数よりも１つだけ多くなっている。なお、１段目と２段目のカム山２ａ、１２ａの数とポケット４、１４の数は、互いに同数でなく異なる数としてもよい。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、前記１段目と２段目の中間軸５、１５は、保持器部５ａ、１５ａのポケット４、１４間に位相差が設けられ、１段目の中間軸５は時計回りに、２段目の中間軸１５は反時計回りに、互いに反対回りにねじるように、それぞれの円環部５ｂ、１５ｂで付勢されている。したがって、１段目の出力軸２で２段目の入力軸１１となる一体の出入力軸の回転方向がたが解消され、延いては、２段の減速装置の回転方向がたが低減される。

図７および図８は、第４の実施形態を示す。この減速装置は、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、前記出力軸２のカム山２ａを設けた外径部が軸方向で分割され、分割された別体のカム山部材７ａが他方の一体外径部７ｂとの間に軸方向で弾性部材としてのゴムリング８を介在させて突き合わされ、カム山部材７ａのカム山２ａと一体外径部７ｂのカム山２ａとの間に小さな位相差が設けられている点が異なる。この実施形態では、ローラ３を位相差のある２つのカム山２ａで挟み込むようにして、減速装置の円周方向がたを低減することができる。

図９および図１０は、第４の実施形態の変形例を示す。この変形例では、前記分割された別体のカム山部材７ａと一体外径部７ｂとの対向面に、円周方向に延びる円弧溝９を設け、これらの円弧溝９にコイルばね１０を収納して、カム山部材７ａのカム山２ａと一体外径部７ｂのカム山２ａとの間に位相差を設け、コイルばね１０の復元力によって、ローラ３を位相差のある２つのカム山２ａで挟み込むようにしている。なお、コイルばね１０を収納する各円弧溝９は、円周方向の複数箇所に設けてもよい。

第１の実施形態の減速装置を示す縦断面図 図１のII−II線に沿った断面図 図２の変形例を示す断面図 第２の実施形態の減速装置を示す横断面図 第３の実施形態の減速装置を示す縦断面図 ａ、ｂは、それぞれ図５のVIa−VIa線とVIb−VIb線に沿った断面図 第４の実施形態の減速装置を示す縦断面図 図７の要部を拡大して示す断面図 図７の変形例を示す縦断面図 図９のＸ−Ｘ線に沿った断面図

符号の説明

１、１１ 入力軸
１ａ、１１ａ 筒部
２、１２ 出力軸
２ａ、１２ａ カム山
３、１３ ローラ
４、１４ ポケット
５、１５ 中間軸
５ａ、１５ａ 保持器部
５ｂ、１５ｂ 円環部
６ 針状ころ軸受
６ａ 内輪
７ａ カム山部材
７ｂ 一体外径部
８ ゴムリング
９ 円弧溝
１０ コイルばね

Claims (8)

1. 筒部に偏心した円筒内径面を有する入力軸と、複数のカム山を外径面に等ピッチで形成した出力軸と、前記入力軸の偏心した円筒内径面と前記出力軸のカム山を形成した外径面とに転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する中間軸とを同軸心上に配置し、前記環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、前記カム山の数と１つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、前記ローラを保持するポケットを設けて、前記カム山の１ピッチ分の形状を、前記入力軸を回転させて前記出力軸がカム山の１ピッチ分回転するときに、前記ポケットに保持されるローラが外接する形状とした減速装置。
2. 前記保持器部のローラを保持するポケットを、前記分割点の一部の間引いた位置に設け、この間引き間隔を円周方向で均等にした請求項１に記載の減速装置。
3. 前記保持器部の分割点の数を前記カム山の数よりも１つだけ少なくした請求項１または２に記載の減速装置。
4. 前記減速装置を軸方向に直列に複数段に配列し、隣接する前段の減速装置の前記出力軸の出力端側に、前記偏心した円筒内径面を有する筒部を設けて、その後段の減速装置の入力軸とした請求項１乃至３のいずれかに記載の減速装置。
5. 前記隣接する前段の減速装置とその後段の減速装置の前記中間軸のポケット間に位相差を付与し、これらの中間軸を互いに反対回りにねじるように付勢した請求項４に記載の減速装置。
6. 前記入力軸の円筒内径面を、前記筒部に内嵌した転がり軸受の内輪の内径面で形成した請求項１乃至５のいずれかに記載の減速装置。
7. 前記転がり軸受を針状ころ軸受とした請求項６に記載の減速装置。
8. 前記出力軸のカム山を形成した外径部を軸方向に分割して、分割した一方の外径部を別体のカム山部材とし、分割した他方の外径部との間に軸方向で弾性部材を介在させて、このカム山部材のカム山と前記他方の外径部のカム山との間に位相差を設けた請求項１乃至７のいずれかに記載の減速装置。

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