JP2013148151A - 減速機、減速機一体モーター、ロボットアーム、及びロボット - Google Patents

Abstract

【課題】剛性を維持しつつバックラッシュを低減させることが可能な減速機を提供する。
【解決手段】減速機３０は、入力回転軸１１と、偏芯軸構成部材１２と、入力回転軸と偏芯軸構成部材との間に有する弾性部材１３と、軸受１４と、内周外歯歯車１５と、外周内歯歯車１６と、断面コの字状凹部１７から構成されている。弾性部材１３により内周外歯歯車１５を外周内歯歯車１６へ押し当て、歯間のクリアランスをなくすことでバックラッシュを低減する。そして、入力回転軸１１に対して垂直方向にスライド可能に係合する断面コの字状凹部１７により、偏芯軸構成部材１２がねじれ方向へ移動することを抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、減速機、減速機一体モーター、ロボットアーム、及びロボットに関する。

従来、例えば、特許文献１に記載されているように、減速機のバックラッシュをなくす技術として、外周内歯歯車を二段構造にし、双方を相対的にねじることで固定太陽内周歯車と遊星歯車の間、およびピンとピン孔との間のバックラッシュを調整できるようなものがあった。
ほかには、特許文献２に記載されているように、減速機のバックラッシュをなくす技術として、内周外歯歯車の中心の穴と入力回転軸の間に弾性体を有し、歯車の歯面を押し付けるように設計することで歯のかみ合いを向上させ、歯間の隙間をなくし、バックラッシュを低減させるというものがあった。

特開平５−２９６３０号公報 実開平７−１８０５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の遊星歯車式減速機のバックラッシュをなくす技術では、歯間のクリアランスの調整量が一定かつ固定であり、固定太陽内周歯車と遊星歯車のかみ合いや穴の精度などの影響によりクリアランスは、遊星歯車の位置によって変動するため、厳密な意味ではバックラッシュをなくすことはできないという課題があった。
また、特許文献２に記載の歯車のバックラッシュをなくす技術では、歯間のバックラッシュはなくなるが、弾性構造を介して動力を伝達する為に、トルクを加えると弾性体が歪むため、減速機の軸の高いねじり剛性を維持できないという課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る減速機は、偏芯軸を有する入力回転軸と、前記偏芯軸に回転自由に設けられた内周外歯歯車と、前記内周外歯歯車の外歯とかみ合う内歯を有する外周内歯歯車とを有し、前記入力回転軸は、外周に前記入力回転軸と垂直方向で、対向する二つの切欠面を有し、前記偏芯軸は、弾性部材を介して、前記切欠面に、前記中心軸に対して垂直方向にスライド可能に係合する断面コの字状凹部を備えた偏芯軸構成部材の外周部の一部と、前記入力回転軸の外周部の一部とで構成されることを特徴とする。

本適用例によれば、前記入力回転軸と前記偏芯軸構成部材との間に介在する弾性体により、固定ピンと前記内周外歯歯車の穴とのクリアランスをなくし、かつ前記入力回転軸の外周に設けた切欠部と前期偏芯軸の前記断面コの字状凹部よりねじれ方向の移動を抑制することで、剛性を維持することができる。
従って、バックラッシュが低減しつつ剛性が保たれた減速機を提供することができる。

［適用例２］本適用例に係る減速機は、前記偏芯軸を複数組有することを特徴とする。
本適用例によれば、前記偏芯軸を複数組有することにより、動力伝達の負荷を分散させることができる。従って、剛性と耐久性が向上した減速機を提供することができる。

［適用例３］本適用例に係る減速機は、前記偏芯軸の数が２つであり、互いに１８０度位相をずらした状態で設けられていることを特徴とする。
本適用例によれば、前記偏芯軸の数が２つであり、互いに１８０度位相をずらした状態で設けることにより、前記内周外歯歯車が偏芯運動することで発生する振動を、対になった前記内周外歯歯車で相殺し、抑制することができる。従って、振動の少ない減速機を提供することができる。

［適用例４］本適用例に係る減速機の前記内周外歯歯車はサイクロイド歯車であることを特徴とする。
本適用例によれば、前記入力回転軸と前記偏芯軸構成部材との間に介在する弾性部材により、減速機のクリアランスをなくし、かつ前記入力回転軸の外周に設けた切欠部と前記偏芯軸構成部材の内側に設けたコの字状凹部により、減速機の軸のねじり剛性を維持することができる。
従って、バックラッシュが低減しつつ剛性が保たれたサイクロイド減速機を提供することができる。

［適用例５］本適用例に係る減速機一体型モーターは、前記減速機を有することを特徴とする。
本適用例によれば、前記減速機はバックラッシュが小さく高い軸のねじり剛性を保っている。このため、前記減速機を用いて、低バックラッシュかつ高剛性の減速機一体型モーターを、実現することができる。

［適用例６］本適用例に係るロボットアームは、前記減速機を有することを特徴とする。
本適用例によれば、前記減速機はバックラッシュが小さく高い軸のねじり剛性を保っている。このため、前記減速機を用いて、高精度かつ高剛性のロボットアームを実現することができる。

［適用例７］本適用例に係るロボットは、また、前記減速機を有することを特徴とする。
本適用例によれば、前記減速機はバックラッシュが小さく高い軸のねじり剛性を保っている。このため、前記減速機を用いて、高精度かつ高剛性のロボットを実現することができる。

実施形態１係る減速機の構成を示す断面図。 実施形態１に係る偏芯部材が有する弾性部材の与圧時を表した断面図。 弾性部材による与圧のない場合を示した拡大図。 実施形態１に係る偏芯部材の断面コの字状凹部を表した投射図及び断面図。 本実施例に係るサイクロイド減速機の説明図。 本実施例に係る減速機を用いて構成した減速機一体モーターの概略図。 本実施形態に係る減速機を用いて構成したロボットアーム及びロボットの概略図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。

（実施形態１）
図１は、本実施形態１の減速機の構成を示し、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２は、実施形態１に係る減速装置としての減速機の偏芯体の弾性構造を表し、（ａ）は、図１のＢ−Ｂ断面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、弾性構造（弾性部材）により内周外歯歯車が内周内歯歯車に押し当てられた状態を示す拡大図である。

まず、実施形態１に係る減速装置としての減速機３０の概略構成について説明する。
図１および図２（ａ）に示すように、本実施形態の減速機３０の偏芯構造は、入力回転軸１１と、偏芯軸構成部材１２と、弾性部材１３と、軸受１４と、内周外歯歯車１５と、外周内歯歯車１６と、断面コの字状凹部１７から構成されている。
入力回転軸１１は、減速機３０へ入力された動力を偏芯軸構成部材１２に伝達する為の軸である。
偏芯軸構成部材１２は、内周外歯歯車１５に動力を偏芯して伝えるための構造体である。
弾性部材１３は、入力回転軸１１と偏芯軸構成部材１２との間に設けられたバネ材である。
軸受１４は、偏芯軸構成部材１２と内周外歯歯車１５の間に設けられている軸受である。
内周外歯歯車１５は、外周内歯歯車１６とかみ合って、歯数差だけ入力を減速しながら揺動する外歯歯車である。
外周内歯歯車１６は、内周外歯歯車１５とかみ合う固定内歯歯車である。
偏芯軸構成部材１２の断面コの字状凹部１７は、偏芯軸構成部材１２の外周に設けられており、対向する２つの切欠面を有して偏芯軸構成部材１２と垂直方向に形成されている。そして断面コの字状凹部１７は、入力回転軸（中心軸）１１に対して垂直方向にスライド可能に係合する。

図２（ｂ）、（ｃ）を用いて、弾性構造により内周外歯歯車が内周内歯歯車に押し当てられた状態を説明する。ここで図２（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図２（ａ）の矢印ｂ、矢印ｃの部分を拡大した図である。
図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、弾性部材１３により内周外歯歯車１５の歯が外周内歯歯車１６の歯に押し当てられ、歯間のクリアランスがなくなる。また、このとき図２に示すように偏芯軸構成部材１２は断面コの字状凹部１７によってねじれ方向への移動を抑制されている。

弾性部材１３により内周外歯歯車１５の歯が外周内歯歯車１６の歯に押し当てられていない場合は、図３に示すように内周外歯歯車１５の歯と外周内歯歯車１６の歯との間には、歯間のクリアランスＷ１，Ｗ２を生じている。なお、図３は弾性構造（弾性部材１３）による与圧のない場合の、内周外歯歯車と内周内歯歯車との状態を示す拡大図であり、（ｂ）は、図２の（ｂ）に相当する部分の拡大図、（ｃ）は図２の（ｃ）に相当する部分の拡大図である。

以上述べたように、本実施形態に係る減速装置としての減速機３０の偏芯軸構成によれば、以下の効果を得ることができる。
内周外歯歯車１５の歯が外周内歯歯車１６の歯の間のクリアランスなくかみ合わされるため、減速機３０としてバックラッシュがなくなる。

また、図４に示すように、偏芯軸構成部材１２は断面コの字状凹部１７を備えており、これによって入力回転軸１１からの動力を滑ることなく伝達することができるため、ロストモーションをなくすことができる。また、入力回転軸１１へのねじれ方向移動を抑制できる為、高剛性を保つことができる。

このとき、弾性部材１３は、バネ材の代わりに弾性を有する樹脂や、バネ性を持たせた金属片であっても良い。
また、入力回転軸１１が有する偏芯軸構成部材１２の数は複数あってもよい。偏芯軸構成部材１２を複数有することで負荷を分散することができる為、剛性と耐久性の向上が図れる。
また、偏芯軸構成部材１２が複数ある場合はその数が偶数で、かつ位相が１８０°ずれた位置に配置されていることが望ましい。偏芯軸構成部材１２に取り付けられた内周外歯歯車１５が揺動する際に発生する振動を、対になっている内周外歯歯車１５が相殺し、振動を抑制することができる。

また、図５に示すように、本適用例に係る減速機の内周外歯歯車１５はサイクロイド歯車１８であってもよい。入力回転軸１１に偏芯軸構成部材１２を有し、弾性部材１３によってバックラッシュの低減、断面コの字状凹部１７によって剛性の維持が可能であるため、剛性を維持したままバックラッシュの低減した減速機を実現することができる。

また、図６に示すように、減速機部分２０を本実施形態に係る減速機１００として減速機一体モーター５０を構成してもよい。本実施形態の減速機１００は、高剛性でバックラッシュが少ないことから、高精度な動作を可能とする減速機一体モーター５０を実現することができる。

また、図７に示すように、本実施形態に係る減速機１００を用いてロボットアーム２００、あるいはロボット３００を構成してもよい。本実形態の減速機１００は高剛性でバックラッシュの少ないことから、高精度な動作を可能とするロボットアーム２００及びロボット３００を実現することができる。

１１…入力回転軸、１２…偏芯軸構成部材、１３…弾性部材、１４…軸受、１５…内周外歯歯車、１６…外周内歯歯車、１７…断面コの字状凹部、３０…減速機。

Claims (7)

1. 偏芯軸を有する入力回転軸と、
   前記偏芯軸に回転自由に設けられた内周外歯歯車と、
   前記内周外歯歯車の外歯とかみ合う内歯を有する外周内歯歯車とを有し、
   前記入力回転軸は、外周に前記入力回転軸と垂直方向で、対向する二つの切欠面を有し、
   前記偏芯軸は、
   弾性部材を介して、前記切欠面に、前記中心軸に対して垂直方向にスライド可能に係合する断面コの字状凹部を備えた偏芯軸構成部材の外周部の一部と、前記入力回転軸の外周部の一部とで構成されることを特徴とする減速機。
2. 前記内周外歯歯車と前記偏芯軸とを複数組有することを特徴とする請求項１記載の減速機。
3. 請求項２記載の前記偏芯軸の数が２つであり、互いに１８０度位相をずらした状態で設けられていることを特徴とする減速機。
4. 前記内周外歯歯車はサイクロイド歯車であることを特徴とする請求項１記載の減速機。
5. 前記減速機を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の減速機一体型モーター。
6. 前記減速機を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のロボットアーム。
7. 前記減速機を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のロボット。