JP2019056445A

JP2019056445A - 変速機

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Publication number: JP2019056445A
Application number: JP2017181930A
Authority: JP
Inventors: 心路竹本; Shinji Takemoto; 文徳徐; wen de Xu
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2019-04-11
Also published as: CN109538712A

Abstract

【課題】偏心揺動型の変速機においてバックラッシを低減する。【解決手段】変速機であって、中心軸を中心として回転する第１回転部とともに回転し、中心軸から外周面までの距離が周方向の位置によって異なる３つの偏心体と、３つの偏心体それぞれの外周面に設けられた３つの軸受と、３つの軸受それぞれの外周面に設けられた３つの外歯歯車と、中心軸を周方向に囲む円筒状であって、３つの外歯歯車の径方向外側に配置された内歯歯車と、３つの外歯歯車それぞれの軸方向に重なる位置に設けられた貫通孔に挿入された、軸方向に延びるキャリアピンと、キャリアピンが固定され、中心軸を中心として回転する第２回転部とを備える。内歯歯車には、３つの外歯歯車それぞれの、中心軸から最も遠い位置の外歯が、噛み合う。内歯歯車と３つの外歯歯車との噛み合い位置は、軸方向から視て異なる位置であって、周方向において等配である。【選択図】図１

Description

本発明は、変速機に関する。

特開２０１４−１６０１９号公報には、偏心揺動減速機構が記載されている。当該公報の減速機構は、四輪駆動車において、電動モータのモータ回転力を、一対の後輪に伝達するモータ回転力伝達装置に備えられている。減速機構は、内歯歯車と、内歯歯車の内側に配置された外歯歯車とを有する。外歯歯車は、内歯歯車と噛み合いながら、内歯歯車の内面に沿って揺動する。このような偏心揺動型の減速機構は、小型で高い減速比を得ることができる。
特開２０１４−１６０１９号公報

ところで、近年、人と協調して作業を行う小型ロボットの需要が高まっている。そして、上述した偏心揺動型の減速機とモータとを組み合わせたアクチュエータを、小型ロボットの関節に用いることが提案されている。ただし、この種の小型ロボットには、滑らかな動作が求められる。このために、外歯と内歯との間の隙間、または軸受と外歯との間の隙間、シャフトと軸受との間の隙間等（バックラッシ）を小さくすることが望まれる。バックラッシを小さくすると、逆回転時において、寸法のズレ、衝撃等の発生により生じる歯車間の摩耗を抑制できるため、機械寿命を長くすることができる。しかしながら、バックラッシを小さくするために、外歯または内歯の歯幅を調整することは、加工が難しく、生産性が低下するおそれがある。

そこで、変速機において、少なくとも３つの外歯歯車を設け、３つの外歯歯車と内歯歯車との噛み合い位置を、周方向に等間隔にすることで、バックラッシを小さくできることを、本発明者は見出した。

上記課題を解決するため、本願の発明は、偏心揺動型の変速機であって、中心軸を中心として回転する第１回転部と、前記第１回転部とともに回転し、前記中心軸から外周面までの距離が周方向の位置によって異なり、軸方向においてそれぞれが異なる位置に配置された３つの偏心体と、前記３つの偏心体それぞれの外周面に設けられた３つの軸受と、前記３つの軸受それぞれの外周面に設けられた３つの外歯歯車と、前記中心軸を周方向に囲む円筒状であって、前記３つの外歯歯車の径方向外側に配置された内歯歯車と、前記３つの外歯歯車それぞれの軸方向に重なる位置に設けられた貫通孔に挿入された、軸方向に延びるキャリアピンと、前記キャリアピンが固定され、前記中心軸を中心として回転する第２回転部と、を備え、前記外歯歯車の歯数と、前記内歯歯車の歯数とは相違し、前記内歯歯車には、前記３つの外歯歯車それぞれの、前記中心軸から最も遠い位置の外歯が、噛み合い、前記内歯歯車と前記３つの外歯歯車との噛み合い位置は、軸方向から視て異なる位置であって、周方向において等配である。

本願によれば、変速機のバックラッシが小さくなる。

図１は、実施形態の変速機の縦断面図である。図２は、第１外歯歯車および第２外歯歯車それぞれの外歯と、内歯との噛み合い位置を説明するための図である。図３は、第１外歯歯車および第３外歯歯車それぞれの外歯と、内歯との噛み合い位置を説明するための図である。図４は、第１偏心体の中心軸と、第２偏心体の中心軸と、第３偏心体の中心軸との位置関係を説明するための図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、変速機の中心軸と平行な方向を「軸方向」、中心軸に直交する方向を「径方向」、中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。また、本願では、軸方向を上下方向とし、第１回転部に対して第２回転部の第１キャリア部材側を上として、各部の形状および位置関係を説明する。ただし、この上下方向の定義により、本願に係る変速機の使用時の向きを限定する意図はない。また、上記の「平行な方向」は、略平行な方向も含む。また、上記の「直交する方向」は、略直交する方向も含む。

図１は、本実施形態の変速機１の縦断面図である。図２は、第１外歯歯車３１および第２外歯歯車３２それぞれの外歯３１１、３２１と、内歯４１との噛み合い位置を説明するための図である。図３は、第１外歯歯車３１および第３外歯歯車３３それぞれの外歯３１１、３３１と、内歯４１との噛み合い位置を説明するための図である。図２および図３は、図１中のＡ−Ａ線の断面に相当する図である。また、図２においては、第３外歯歯車３３の図示は省略する。図３においては、第２外歯歯車３２の図示は省略する。さらに、図２および図３においては、図の煩雑化を避けるため、ハッチングは省略する。

変速機１は、第１回転数（入力回転数）の回転運動を、第１回転数よりも低い第２回転数（出力回転数）の回転運動に変換する、歯車減速機である。変速機１は、例えば、人と協調して作業を行うサービスロボット等の小型ロボットの関節に使用される。ただし、同等の構造を有する変速機を、大型の産業用ロボット、工作機、Ｘ−Ｙテーブル、材料の切断装置、コンベアライン、ターンテーブル、圧延ローラ等の他の用途に用いてもよい。

変速機１は、第１回転部１０と、第１偏心体２１、第２偏心体２２および第３偏心体２３と、第１外歯歯車３１、第２外歯歯車３２および第３外歯歯車３３と、フレーム４０と、複数のキャリアピン５０と、第２回転部６０と、を備える。

第１回転部１０は、中心軸９に沿って上下に延びる円柱状の部材である。図１中に概念的に示したように、第１回転部１０は、直接または他の動力伝達機構を介して、駆動源であるモータに接続される。モータを駆動させると、モータから供給される動力によって、第１回転部１０は、中心軸９を中心として、第１回転数で回転する。すなわち、本実施形態では、第１回転部１０は入力部である。

第１偏心体２１は、第１回転部１０の外周面に固定され、第１回転部１０とともに回転する部材である。第１回転部１０と第１偏心体２１とは、単一の部材でもよいし、別の部材でもよい。第１偏心体２１は、図２および図３に示すように、軸方向から視て真円形の外周面を有する。第１偏心体２１の中心を通る偏心軸９１は、変速機１の中心軸９から外れて位置する。したがって、中心軸９から第１偏心体２１の外周面までの距離は、周方向の位置によって異なる。

第２偏心体２２は、第１回転部１０の外周面に固定される。第２偏心体２２は、軸方向から視て、第１偏心体２１と同じ大きさであり、かつ、同じ形状を有する。第２偏心体２２は、第１偏心体２１と軸方向に異なる位置において、第１回転部１０に固定される。そして、第２偏心体２２は、第１回転部１０とともに回転する部材である。第１回転部１０と第２偏心体２２とは、単一の部材でもよいし、異なる別部材でもよい。第２偏心体２２は、第１偏心体２１と同様に、軸方向から視て真円形の外周面を有する。第２偏心体２２の中心を通る偏心軸９２は、中心軸９から外れて位置する。したがって、中心軸９から第２偏心体２２の外周面までの距離は、周方向の位置によって異なる。

第３偏心体２３は、第１回転部１０の外周面に固定される。第３偏心体２３は、軸方向から視て、第１偏心体２１および第２偏心体２２と同じ大きさであり、かつ、同じ形状を有する。第３偏心体２３は、第１偏心体２１および第２偏心体２２と軸方向に異なる位置において、第１回転部１０に固定される。そして、第３偏心体２３は、第１回転部１０とともに回転する部材である。第１回転部１０と第３偏心体２３とは、単一の部材でもよいし、異なる別部材でもよい。第３偏心体２３は、第１偏心体２１および第２偏心体２２と同様に、軸方向から視て真円形の外周面を有する。第３偏心体２３の中心を通る偏心軸９３は、中心軸９から外れて位置する。したがって、中心軸９から第３偏心体２３の外周面までの距離は、周方向の位置によって異なる。

図４は、第１偏心体２１の偏心軸９１と、第２偏心体２２の偏心軸９２と、第３偏心体２３の偏心軸９３との位置関係を説明するための図である。偏心軸９１、９２、９３は、中心軸９を中心とする同一円上であって、軸方向から視て異なる位置に位置する。つまり、中心軸９と偏心軸９１との距離と、中心軸９と偏心軸９２との距離と、中心軸９と偏心軸９３との距離とは、同じである。また、偏心軸９１、９２、９３の位置は、周方向に等配である。ここで、「等配」とは、例えば、時計回りにおいて、中心軸９を中心とする偏心軸９１から偏心軸９２までの角度Ｒ１と、偏心軸９２から偏心軸９３までの角度Ｒ２と、偏心軸９３から偏心軸９１までの角度Ｒ３と、が、同じであることを意味する。本実施形態では、図４の角度Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はそれぞれ、１２０°である。

第１回転部１０が中心軸９を中心として回転すると、第１偏心体２１、第２偏心体２２および第３偏心体２３は、中心軸９を中心として回転する。このとき、第１偏心体２１の偏心軸９１、第２偏心体２２の偏心軸９２および第３偏心体２３の偏心軸９３も、中心軸９を中心として回転する。また、前記のように、偏心軸９１、９２、９３は、中心軸９を中心として、１２０°の等間隔で配置される。このため、第１偏心体２１、第２偏心体２２および第３偏心体２３の全体としての重心の位置は、常に中心軸９上に位置する。したがって、第１偏心体２１、第２偏心体２２および第３偏心体２３の回転による重心の揺らぎを抑制できる。

第１外歯歯車３１は、第１偏心体２１の径方向外側に配置される。第１偏心体２１と第１外歯歯車３１との間には、第１軸受７１が介在する。第１軸受７１には、例えば、ボールベアリングが用いられる。第１外歯歯車３１は、第１軸受７１によって、偏心軸９１を中心として回転可能に支持される。図２および図３に示すように、第１外歯歯車３１の外周部には、複数の外歯３１１が設けられる。各外歯３１１は、径方向外側へ向けて突出する。

第１外歯歯車３１は、複数（図３の例では１０個）の貫通孔３１２を有する。各貫通孔３１２は、第１外歯歯車３１を軸方向に貫通する。複数の貫通孔３１２は、偏心軸９１を中心として、周方向に等間隔に並ぶ。

第２外歯歯車３２は、第２偏心体２２の径方向外側に配置される。第２偏心体２２と第２外歯歯車３２との間には、第２軸受７２が介在する。第２外歯歯車３２は、第２軸受７２によって、偏心軸９２を中心として回転可能に支持される。第２軸受７２には、例えば、ボールベアリングが用いられる。第２外歯歯車３２は、第１外歯歯車３１と同様に、外周部に複数の外歯３２１が設けられる。また、第２外歯歯車３２には、軸方向に貫通した複数の貫通孔３２２が設けられる。複数の貫通孔３２２は、偏心軸９２を中心として、周方向に沿って等角度間隔に配置される。また、各貫通孔３２２の一部は、第１外歯歯車３１の各貫通孔３１２と、軸方向に重なる。

第３外歯歯車３３は、第３偏心体２３の径方向外側に配置される。第３偏心体２３と第３外歯歯車３３との間には、第３軸受７３が介在する。第３外歯歯車３３は、第３軸受７３によって、偏心軸９３を中心として回転可能に支持される。第３軸受７３には、例えば、ボールベアリングが用いられる。第３外歯歯車３３は、第１外歯歯車３１および第２外歯歯車３２と同様に、外周部に複数の外歯３３１が設けられる。また、第３外歯歯車３３には、軸方向に貫通した複数の貫通孔３３２が設けられる。複数の貫通孔３３２は、偏心軸９３を中心として、周方向に沿って等角度間隔に配置される。また、各貫通孔３３２の一部は、第１外歯歯車３１の各貫通孔３１２、および、第２外歯歯車３２の各貫通孔３２２と、軸方向に重なる。

フレーム４０は、中心軸９を周方向に囲み、軸方向に延びる円筒状の部材である。フレーム４０は、第１外歯歯車３１、第２外歯歯車３２および第３外歯歯車３３の径方向外側を取り囲んで配置される。図２および図３に示すように、フレーム４０の内周面には、複数の内歯４１が設けられる。複数の内歯４１は、それぞれ、フレーム４０の内周面から径方向内側へ向けて突出する。本実施形態では、内歯４１を含む内歯歯車が、フレーム４０の一部となっている。ただし、内歯歯車は、フレーム４０と別部材としてもよい。本実施形態のように、内歯４１と、フレーム４０とを同一部材とした場合、フレーム４０とは別に、内歯４１を有する内歯歯車を設ける必要がないため、変速機１の小型化が容易となる。

フレーム４０の複数の内歯４１の一部には、第１外歯歯車３１の複数の外歯３１１、第２外歯歯車３２の複数の外歯３２１、および、第３外歯歯車３３の複数の外歯３３１それぞれの一部が噛み合う。具体的には、中心軸９からの距離が最も遠い位置にある、第１外歯歯車３１の外歯３１１が、内歯４１に噛み合う。また、中心軸９からの距離が最も遠い位置にある、第２外歯歯車３２の外歯３２１が、内歯４１に噛み合う。さらに、中心軸９からの距離が最も遠い位置にある、第３外歯歯車３３の外歯３３１が、内歯４１に噛み合う。

以下、第１外歯歯車３１の外歯３１１とフレーム４０の内歯４１との噛み合い位置を、噛み合い位置Ｂ１（図２，図３参照）と称す。第２外歯歯車３２の外歯３２１とフレーム４０の内歯４１との噛み合い位置は、噛み合い位置Ｂ２（図２参照）と称す。第３外歯歯車３３の外歯３３１とフレーム４０の内歯４１との噛み合い位置は、噛み合い位置Ｂ３（図３参照）と称す。

前記した、図４で説明した偏心軸９１、９２、９３の位置関係により、噛み合い位置Ｂ１、噛み合い位置Ｂ２、噛み合い位置Ｂ３は、周方向において等配である、つまり、噛み合い位置Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、中心軸９を中心として、１２０°の等角度間隔に位置する。

なお、前記のとおり、第１外歯歯車３１、第２外歯歯車３２および第３外歯歯車３３は、同じ構成であり、フレーム４０の内歯４１との噛み合い位置が異なるものの、動き自体は同様である。したがって、以下の説明では、第１外歯歯車３１についてのみ説明する。

第１回転部１０が中心軸９を中心として回転すると、第１外歯歯車３１は、偏心軸９１とともに、中心軸９の周りを公転する。また、第１外歯歯車３１が有する複数の外歯３１１の一部と、フレーム４０の内歯４１とが噛み合うことによって、第１外歯歯車３１は自転する。ここで、フレーム４０が有する内歯４１の数は、第１外歯歯車３１が有する外歯３１１の数よりも多い。このため、第１外歯歯車３１の１公転ごとに、フレーム４０の同じ位置の内歯４１に噛み合う外歯３１１の位置がずれる。これにより、第１外歯歯車３１が、第１回転部１０の回転方向とは逆の方向へ、第１回転数よりも低い第２回転数で自転する。したがって、第１外歯歯車３１の貫通孔３１２の位置も、第２回転数で回転する。変速機１の動作時には、第１外歯歯車３１が、このような公転と自転とを組み合わせた回転運動を行う。

第１外歯歯車３１が有する外歯３１１の数をＮとし、フレーム４０が有する内歯４１の数をＭとすると、変速機１の減速比Ｐは、Ｐ＝（第１回転数）／（第２回転数）＝Ｎ／（Ｍ−Ｎ）となる。図２および図３の例では、Ｎ＝２９，Ｍ＝３０なので、この例における減速比は、Ｐ＝２９である。すなわち、第２回転数は、第１回転数の１／２９の回転数となる。ただし、外歯３１１の数Ｎおよび内歯４１の数Ｍは、他の値であってもよい。

キャリアピン５０は、軸方向に延びる円柱状の部材である。複数のキャリアピン５０は、中心軸９を中心として、周方向に沿って等角度間隔に円環状に配置される。そして、キャリアピン５０は、軸方向に重なる、第１外歯歯車３１の貫通孔３１２、第２外歯歯車３２の貫通孔３２２、および、第３外歯歯車３３の貫通孔３３２に挿入される。前記のように、貫通孔３１２、３２２、３３２は、減速後の第２回転数で回転する。したがって、貫通孔３１２、３２２、３３２に挿入されたキャリアピン５０は、貫通孔３１２、３２２、３３２とともに、中心軸９を中心として、第２回転数で回転する。

第２回転部６０は、円環状の第１キャリア部材６１と、円環状の第２キャリア部材６２とを有する。第１キャリア部材６１は、第１外歯歯車３１よりも軸方向の上方側に配置される。第１回転部１０と第１キャリア部材６１との間には、軸受７４が介在する。また、第１キャリア部材６１とフレーム４０との間には、軸受７５が介在する。

第２キャリア部材６２は、第３外歯歯車３３よりも軸方向の下方側に配置される。第１回転部１０と第２キャリア部材６２との間には、軸受７６が介在している。また、第２キャリア部材６２とフレーム４０との間には、軸受７７が介在している。軸受７４および軸受７６には、例えば、ボールベアリングが用いられる。軸受７５および軸受７７には、例えば、ポリアセタール等の樹脂からなるすべり軸受が用いられる。

各キャリアピン５０の軸方向の上側端部は、第１キャリア部材６１に固定される。各キャリアピン５０の軸方向の下側端部は、第２キャリア部材６２に固定される。なお、第１キャリア部材６１および第２キャリア部材６２に対するキャリアピン５０の固定方法には、例えば、圧入が用いられる。このため、複数のキャリアピン５０が、中心軸９を中心として第２回転数で回転すると、第１キャリア部材６１および第２キャリア部材６２も、中心軸９を中心として第２回転数で回転する。

第２回転部６０は、直接または他の動力伝達機構を介して、駆動対象となる部材に接続される。すなわち、本実施形態では、第２回転部６０は出力部である。

前記の構成の変速機１では、第１外歯歯車３１、第２外歯歯車３２および第３外歯歯車３３それぞれの外歯と、内歯との噛み合い位置を、周方向に沿って、等配としている。この場合、外歯歯車を１つ、または、２つとした場合よりも、バックラッシが顕著に小さくなることが、確認できた。バックラッシは、第１回転部１０を固定したときの第２回転部６０の回転方向の可動角度範囲であって、噛み合っている外歯と内歯との間の隙間である。また、３つの外歯歯車３１、３２、３３の外歯と、内歯との噛み合い位置を、周方向に不等配とした場合には、バックラッシが小さくなることも確認できた。上記の実施形態の構成で、バックラッシが小さくなるのは、３つの外歯歯車が相互に可動範囲を制限するためと考えられる。

なお、変速機１は、上記した構成に限定されない。例えば、上述した変速機１は、第１外歯歯車３１と、第２外歯歯車３２と、第３外歯歯車３３とを備えるが、４つ以上の外歯歯車を備える構成でもよい。この場合、複数の外歯歯車それぞれの外歯と、内歯との噛み合い位置が、周方向に等配となる。この構成であっても、バックラッシは小さくなる。また、外歯歯車の外歯の数、および、内歯歯車の内歯の数は、適宜変更可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上述の実施形態および変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

本願は、変速機に利用できる。

１：変速機
９：中心軸
１０：第１回転部
２１：第１偏心体
２２：第２偏心体
２３：第３偏心体
３１：第１外歯歯車
３２：第２外歯歯車
３３：第３外歯歯車
４０：フレーム
４１：内歯
５０：キャリアピン
６０：第２回転部
６１：第１キャリア部材
６２：第２キャリア部材
７１：第１軸受
７２：第２軸受
７３：第３軸受
７４：軸受
７５：軸受
７６：軸受
７７：軸受
９１：偏心軸
９２：偏心軸
９３：偏心軸
３１１：外歯
３１２：貫通孔
３２１：外歯
３２２：貫通孔
３３１：外歯
３３２：貫通孔

Claims

偏心揺動型の変速機であって、
中心軸を中心として回転する第１回転部と、
前記第１回転部とともに回転し、前記中心軸から外周面までの距離が周方向の位置によって異なり、軸方向においてそれぞれが異なる位置に配置された３つの偏心体と、
前記３つの偏心体それぞれの外周面に設けられた３つの軸受と、
前記３つの軸受それぞれの外周面に設けられた３つの外歯歯車と、
前記中心軸を周方向に囲む円筒状であって、前記３つの外歯歯車の径方向外側に配置された内歯歯車と、
前記３つの外歯歯車それぞれの軸方向に重なる位置に設けられた貫通孔に挿入された、軸方向に延びるキャリアピンと、
前記キャリアピンが固定され、前記中心軸を中心として回転する第２回転部と、
を備え、
前記外歯歯車の歯数と、前記内歯歯車の歯数とは相違し、
前記内歯歯車には、前記３つの外歯歯車それぞれの、前記中心軸から最も遠い位置の外歯が、噛み合い、
前記内歯歯車と前記３つの外歯歯車との噛み合い位置は、軸方向から視て異なる位置であって、周方向において等配である、
変速機。
請求項１に記載の変速機であって、
前記内歯歯車と前記３つの外歯歯車それぞれとの噛み合い位置は、前記中心軸を中心に、周方向に１２０°ずれている、
変速機。
請求項１または請求項２に記載の変速機であって、
前記３つの偏心体はそれぞれ、
軸方向から視て真円形であり、真円の中心が、中心軸から外れて位置している、
変速機。
請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の変速機であって、
前記第１回転部は、モータから得られる動力により第１回転数で回転する入力部であり、
前記第２回転部は、前記第１回転数よりも低い第２回転数で回転する出力部である、
変速機。