JP2020076476A - サイクロイド減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリアを回転可能に支持しつつ低コスト化することができるサイクロイド減速機を提供する。【解決手段】第１キャリア４１の小径部４１４Ａおよび第２キャリア４２の小径部４２４Ａが、回転可能な複数の回転部材３１と同時に当接し、第１キャリア４１および第２キャリア４２が案内されることにより、複数の回転部材３１が軸受として機能する。即ち、回転部材３１は、内歯としての機能と、軸受としての機能と、の両方を有する。これにより、キャリア４の外側において専用の軸受を省略して低コスト化することができるとともに、キャリア４を回転可能に支持することができる。【選択図】図５

Description

本発明は、サイクロイド減速機に関するものである。

一般に、曲線板と内歯車部材とキャリアとを備えたサイクロイド減速機が知られている。サイクロイド減速機においては、曲線板の中央部に設けられたベアリングの内側に偏心軸が配置され、偏心軸に入力軸が接続されることにより、入力軸の回転に伴って曲線板が公転する。公転する曲線板の外周面の歯形部が、内歯車部材の内歯と係合することにより、曲線板が自転する。さらに、曲線板にはピン孔が形成されており、ピン孔に対して小径であり且つキャリアに接続されたキャリアピンが、ピン孔内に挿通されることにより、曲線板の自転に伴ってキャリアが回転するようになっている。キャリアは出力軸に接続されており、減速された回転を取り出すことができる。

従来、このようなサイクロイド減速機として、内歯車部材がピン状の部材（外ピン）によって形成されたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された減速機では、外ピンを支持するハウジングの外周面と、ケーシングの内周面と、の間に隙間を形成するとともに、これらの内周面および外周面に形成した半円溝に円柱ピンが挿入されるようになっている。これにより、ハウジングをケーシングに対して調心している。

特開２０１６−１６１０４１号公報

特許文献１に記載された減速機では、出力軸とハウジングとの間に転がり軸受が設けられるとともに、出力軸と入力軸との間に転がり軸受が設けられていることにより、出力軸が回転可能に支持されている。しかしながら、出力軸の外側に転がり軸受が設けられているため、大型の転がり軸受を用いることにより高コスト化してしまうという不都合があった。一方、単に外側の転がり軸受を省略すると、出力軸（又は出力軸に接続されたキャリア）を回転可能に支持することが困難になってしまう。

本発明の目的は、キャリアを回転可能に支持しつつ、低コスト化することができるサイクロイド減速機を提供することにある。

本願発明のサイクロイド減速機は、入力軸が接続された偏心軸に対して回転可能であるとともに外周面に歯形部が形成された曲線板と、前記歯形部と係合する内歯車部材と、出力軸に接続されるとともに前記曲線板の自転に伴い回転するキャリアと、を備えたサイクロイド減速機であって、前記内歯車部材は、前記出力軸の軸方向と平行な回転軸を中心に回転可能な複数の回転部材を有し、当該回転部材によって前記歯形部と係合するように構成され、前記キャリアは、前記複数の回転部材と当接する円筒状の当接面を有することにより、当該複数の回転部材によって案内されて回転することを特徴とする。

このような本願発明のサイクロイド減速機によれば、キャリアの円筒状の当接面が、回転可能な複数の回転部材と同時に当接し、キャリアが案内されることにより、複数の回転部材が軸受として機能する。即ち、回転部材は、内歯としての機能と、軸受としての機能と、の両方を有する。これにより、キャリアの外側において専用の軸受を省略して低コスト化することができるとともに、キャリアを回転可能に支持することができる。

本発明の実施形態に係るサイクロイド減速機を示す部分断面図である。 前記サイクロイド減速機を示す断面図である。 前記サイクロイド減速機を示す他の断面図である。 前記サイクロイド減速機の曲線板を示す平面図である。 前記サイクロイド減速機の要部を拡大して示す断面図である。 前記サイクロイド減速機の他の要部を拡大して示す断面図である。 前記サイクロイド減速機の他の要部を示す平面図である。

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態のサイクロイド減速機１は、図１〜３に示すように、曲線板２と、内歯車部材３と、キャリア４と、ハウジング５と、を備える。本実施形態では、サイクロイド減速機１の入出力の回転の軸方向をＸ方向とし、Ｘ方向との直交平面内において互いに直交する２方向をＹ方向およびＺ方向とする。

曲線板２は、例えば高炭素クロム軸受鋼等の金属部材によってＹＺ平面に沿った板状に形成され、図４に示すように、外周面に形成された歯形部２１と、中央部に形成された開口部２２と、開口部２２の周囲に形成された複数のピン孔２３と、隣り合うピン孔２３同士の間に形成された連結孔２４と、を有する。

開口部２２には２つのベアリング６１が設けられ、ベアリング６１の内側には偏心軸７が設けられる。偏心軸７には、曲線板２の中心軸Ｏ１から偏心した位置に入力軸が接続される。偏心軸７と曲線板２との間にベアリング６１が設けられていることで、曲線板２に対して偏心軸７が回転可能となっている。偏心軸７に対する入力軸の接続位置は、内歯車部材３の中心に位置する。尚、開口部２２には、減速機の大きさや負荷等に応じて１つまたは３つ以上のベアリングを設けてもよい。

内歯車部材３は、複数の回転部材３１と、回転部材３１を保持する保持部材３２と、を有する。回転部材３１は、いわゆる外ピンによって構成されている。回転部材３１の数は、曲線板２の歯形部２１の凸部の数よりも多い。歯形部２１の凸部が回転部材３１の間に入り込むことにより、内歯車部材３は複数の回転部材３１によって歯形部２１と係合する。即ち、回転部材３１は内歯として機能する。回転部材３１は、例えば高炭素クロム軸受鋼等の金属部材によって構成され、円筒状の外周面３１１を有する。尚、回転部材３１は、全体が円柱状（中実状）であってもよいし、円筒状（中空状）であってもよい。

保持部材３２は、例えば高炭素クロム軸受鋼等の金属部材によって円環状に構成され、ハウジング５の後述する第１ハウジング部５１と第２ハウジング部５２とによってＸ方向から挟み込まれることにより、サイクロイド減速機１の外郭の一部を構成する。保持部材３２の内周面には、回転部材３１と同数のピン保持部３２１が形成されている。

ピン保持部３２１は、保持部材３２の内周面側において開口した筒状に形成されており、Ｘ方向から見て円弧状となっている。ピン保持部３２１の内径は回転部材３１の外径よりも若干大きい。回転部材３１がピン保持部３２１内に配置されることにより、回転部材３１がピン保持部３２１内でＸ方向に沿った回転軸を中心に回転可能に保持される。

キャリア４は、Ｘ方向における両側から曲線板２を挟み込む第１キャリア４１および第２キャリア４２と、第１キャリア４１と第２キャリア４２とを連結する複数の連結部材４３と、を有し、第２キャリア４２が出力軸に接続される。また、後述するように第１キャリア４１および第２キャリア４２に保持されるキャリアピン４４が、開口部２の複数のピン孔２３のそれぞれに挿通される。

第１キャリア４１は、例えば鋼材によって円環状に構成され、中央の開口部にベアリング６２が設けられている。ベアリング６２の内側には、偏心軸７が設けられている。第１キャリア４１には、中央の開口部の周囲に、後述するピンホルダ４５が圧入される複数のホルダ孔４１１が形成されるとともに、隣り合うホルダ孔４１１同士の間に連結孔４１２が形成されている。

第２キャリア４２は、例えば鋼材によって円環状に構成され、中央の開口部にベアリング６３が設けられている。ベアリング６３の内側には、偏心軸７が設けられている。第２キャリア４２には、中央の開口部の周囲に、後述するピンホルダ４５が圧入される複数のホルダ孔４２１が形成されるとともに、隣り合うホルダ孔４２１同士の間に連結孔４２２が形成されている。

ベアリング６２は、回転部材３１の一端に対し、ＹＺ平面上において内側に配置され、ベアリング６３は、回転部材３１の他端に対し、ＹＺ平面上において内側に配置されている。

図５、６に拡大して示すように、第１キャリア４１の外周面には、小径部４１４Ａと大径部４１４Ｂとこれらの間の段差部４１４Ｃとが形成されている。小径部４１４Ａは、円筒状に形成されて複数の回転部材３１に当接することにより、当接面として機能する。即ち、Ｘ方向から見て、複数の回転部材３１の最内部を仮想的に結ぶ円と、小径部４１４Ａと、が略一致する。これにより、回転部材３１によって第１キャリア４１が案内されるようになっている。

大径部４１４Ｂは、小径部４１４Ａよりも大径な円筒状に形成されている。段差部４１４Ｃは、ＹＺ平面に沿うとともに曲線板２側を向いた面であり、Ｘ方向において回転部材３１の一端に当接可能となっている。即ち、段差部４１４Ｃによって回転部材３１がＸ方向の一方側（図中右側）に移動することが規制されるようになっている。

第２キャリア４２の外周面には、小径部４２４Ａと大径部４２４Ｂとこれらの間の段差部４２４Ｃとが形成されている。小径部４２４Ａは、円筒状に形成されて複数の回転部材３１の全てと同時に当接することにより、当接面として機能する。即ち、Ｘ方向から見て、複数の回転部材３１の最内部を仮想的に結ぶ円と、小径部４２４Ａと、が略一致する。これにより、回転部材３１によって第２キャリア４２が案内されるようになっている。

大径部４２４Ｂは、小径部４２４Ａよりも大径な円筒状に形成されている。段差部４２４Ｃは、ＹＺ平面に沿うとともに曲線板２側を向いた面であり、Ｘ方向において回転部材３１の他端に当接可能となっている。即ち、段差部４２４Ｃによって回転部材３１がＸ方向の他方側（図中左側）に移動することが規制されるようになっている。

このように、キャリア４は、当接面としての小径部４１４Ａ、４２４Ａを有することにより、回転部材３１によって案内されてＸ方向を軸方向として回転するようになっている。また、段差部４１４Ｃ、４２４Ｃが、Ｘ方向の両側から回転部材３１を挟み込む一対の挟持部として機能する。

連結孔４１２、４２２に連結部材４３が圧入されることにより、第１キャリア４１と第２キャリア４２とが連結される。第１キャリア４１と第２キャリア４２との間において、連結部材４３の外周にはスリーブ状のスペーサ４３１が設けられており、Ｘ方向における第１キャリア４１と第２キャリア４２との間隔が所定値に保たれるようになっている。また、連結部材４３は曲線板２の連結孔２４に挿通されており、曲線板２が公転した際にスペーサ４３１が連結孔２４の内周面に接触しないようになっている。周方向に隣り合う連結部材４３は、連結孔２４に対する挿通の向きが互いに反対となっている。

キャリアピン４４の両端は、ピンホルダ４５を介して第１キャリア４１および第２キャリア４２に保持されるとともに、曲線板２のピン孔２３に挿通される。ピンホルダ４５は、筒状部４５１と底板部４５２とを有して有底筒状に形成され、底板部４５２が延長されて鍔部４５３が形成されている。第１キャリア４１および第２キャリア４２のホルダ孔４１１、４２１に対し、曲線板２と反対側からピンホルダ４５が圧入され、鍔部４５３によって過挿入が規制される。即ち、鍔部４５３は、筒状部４５１の外径よりも大径に形成された規制部として機能する。尚、ピンホルダ４５は規制部を有していなくてもよい。

筒状部４５１の内径は、キャリアピン４４の外径よりも若干大きく形成されており、筒状部４５１によってキャリアピン４４が回転可能に保持される。また、キャリアピン４４は、Ｘ方向において、２つのピンホルダ４５の底板部４５２の間に位置している。尚、キャリアピン４４の両端は、ピンホルダ４５を介さずに第１キャリア４１および第２キャリア４２に保持されてもよい。

ハウジング５は、第１ハウジング部５１と第２ハウジング部５２とを有し、サイクロイド減速機１の外郭を構成する。第１ハウジング部５１と第１キャリア４１との間には、Ｏリング８１が設けられ、第２ハウジング部５２と第２キャリア４２との間には、Ｏリング８２が設けられている。また、第１ハウジング部５１と回転部材３１の一端との間には、Ｏリング８３が設けられ、第２ハウジング部５２と回転部材３１の他端との間には、Ｏリング８４が設けられている。尚、これらのＯリング８１〜８４は、要求される性能（例えば気密性や摺動性、緩衝性等）に応じて適宜に省略されてもよい。

ここで、サイクロイド減速機１の動作について説明する。偏心軸７に対して中心軸Ｏ１から偏心した位置に入力軸が接続されていることで、入力軸が回転した際、曲線板２は入力軸を中心として公転する（即ち、円周軌道に沿って移動する）。公転する曲線板２は、歯形部２１が接近した回転部材３１と係合することにより、中心軸Ｏ１を中心に、入力軸の回転方向とは逆方向に自転する。このとき、曲線板２のピン孔２３の内周面とキャリアピン４４とが当接することにより、曲線板２の自転が第１キャリア４１および第２キャリア４２に伝達されるようになっている。

このとき、曲線板２の公転が許容されるようにキャリアピン４４の外径とピン孔２３の内径とが設定される。即ち、曲線板２を基準として見たときに、キャリアピン４４がピン孔２３内で公転するようになっている。具体的には、図４に示すように曲線板２が公転軌道上において最もＺ方向一方側（図中上側）に位置している場合には、キャリアピン４４は、ピン孔２３の内周面のうち最もＺ方向他方側（図中下側）の部分に当接する。このような状態から、曲線板２が図中時計回りに回転した場合、ピン孔２３の内周面に対するキャリアピン４４の当接位置は、図中左側に移動していく。このように、キャリアピン４４がピン孔２３の内周面に対して当接しつつ、当接位置が変化する。

尚、ピン孔２３には、図５、７に示すようにＯリング８５が設けられていてもよい。図示の例では、ピン孔２３の内周面に、Ｘ方向に並んだ２つの溝部２３１が形成されており、溝部２３１内にＯリング８５が配置されている。これにより、上記のようにピン孔２３の内周面に対するキャリアピン４４の当接位置が変化する際、キャリアピン４４がまずＯリング８５に接触し、Ｏリング８５が圧縮されることにより、キャリアピン４４がピン孔２３の内周面に当接する。このように、ピン孔２３の内周面に緩衝部材としてのＯリング８５を設けることにより、キャリアピン４４とピン孔２３の内周面とが接触する際に生じる騒音を抑制することができる。

このとき、Ｏリング８５の外径が溝部２３１の内径よりも若干小さく形成され、Ｏリング８５が溝部２３１内で回転可能であることが好ましい。このような構成においては、上記のようにキャリアピン４４がＯリング８５に当接することにより、Ｏリング８５がキャリアピン４４に従動して回転する。従って、溝部２３１内において、グリス等の潤滑剤がＯリング８５によって移動し、潤滑剤の偏在を抑制することができる。

ここで、サイクロイド減速機１を構成する各部材の材質について具体的に例示する。曲線板２は、例えば高炭素クロム軸受鋼鋼材によって構成されており、第１キャリア４１および第２キャリア４２は、例えば高炭素クロム軸受鋼鋼材によって構成されており、キャリアピン４４は、例えば高炭素クロム軸受鋼鋼材によって構成されており、ピンホルダ４５は、例えば高炭素クロム軸受鋼鋼材によって構成されている。

このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。即ち、第１キャリア４１の小径部４１４Ａおよび第２キャリア４２の小径部４２４Ａが、回転可能な複数の回転部材３１に当接し、第１キャリア４１および第２キャリア４２が案内されることにより、複数の回転部材３１が軸受として機能する。即ち、回転部材３１は、内歯としての機能と、軸受としての機能と、の両方を有する。これにより、キャリア４の外側において専用の軸受を省略して低コスト化することができるとともに、キャリア４を回転可能に支持することができる。

また、キャリア４の外側において専用の軸受を省略することにより、サイクロイド減速機１を軽量化するとともに小型化することができる。さらに、キャリア４の外側の軸受は大径化されやすく、内側の軸受を省略する場合よりも小型化、軽量化および低コスト化の効果が大きい。

また、第１キャリア４１および第２キャリア４２が、Ｘ方向における両側から回転部材３１を挟み込む一対の挟持部としての段差部４１４Ｃ、４２４Ｃを有することで、Ｘ方向において回転部材３１の抜け止めをすることができる。

また、小径部４１４Ａ、４２４Ａが当接面として機能し、段差部４１４Ｃ、４２４Ｃが挟持部として機能することで、第１キャリア４１および第２キャリア４２に対し、簡単な構成でガイド機能および規制機能を付与することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。

例えば、前記実施形態では、キャリア４が第１キャリア４１と第２キャリア４２とを有し、一対の挟持部としての段差部４１４Ｃ、４２４Ｃが第１キャリア４１および第２キャリア４２のそれぞれに設けられているものとしたが、キャリアを構成する１つの部材に一対の挟持部が設けられていてもよい。

また、前記実施形態では、小径部４１４Ａ、４２４Ａが当接面として機能し、段差部４１４Ｃ、４２４Ｃが挟持部として機能するものとしたが、当接面と規制部とが分離して配置されていてもよい。例えば、キャリアの外周面のうち一部を当接面とし、外周面から突出した突起状の規制部を設けてもよい。

また、前記実施形態では、第１キャリア４１および第２キャリア４２が、Ｘ方向における両側から回転部材３１を挟み込む一対の挟持部としての段差部４１４Ｃ、４２４Ｃを有するものとしたが、キャリアは一対の挟持部を有していなくてもよい。例えば、回転部材は、キャリア以外の部材によってＸ方向においてハウジングに対して抜け止めされていてもよい。

また、前記実施形態では、サイクロイド減速機１を構成する各部材の材質について例示したが、目的に応じて適宜な材質が用いられれば良い。例えば、サイクロイド減速機の軽量化を目的として曲線板を樹脂によって構成してもよいし、騒音の低減を目的としてキャリアやピンホルダを樹脂によって構成してもよい。また、効率の向上を目的としてピンホルダやキャリアピンを摩擦の小さい部材（摺動部材）によって構成したり、これらの表面に摺動部材のコーティングを施したりしてもよい。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

１ サイクロイド減速機
２ 曲線板
２１ 歯形部
３ 内歯車部材
３１ 回転部材
３１１ 外周面
３２１ ピン保持部
４ キャリア
４１ 第１キャリア
４１４Ａ 小径部（当接面）
４１４Ｂ 段差部（挟持部）
４２ 第２キャリア
４２４Ａ 小径部（当接面）
４２４Ｂ 段差部（挟持部）
４３ 連結部材
６２ ベアリング（軸受）
６３ ベアリング（軸受）
７ 偏心軸

Claims (4)

1. 入力軸が接続された偏心軸に対して回転可能であるとともに外周面に歯形部が形成された曲線板と、前記歯形部と係合する内歯車部材と、出力軸に接続されるとともに前記曲線板の自転に伴い回転するキャリアと、を備えたサイクロイド減速機であって、
   前記内歯車部材は、前記出力軸の軸方向と平行な回転軸を中心に回転可能な複数の回転部材を有し、当該回転部材によって前記歯形部と係合するように構成され、
   前記キャリアは、前記複数の回転部材と当接する円筒状の当接面を有することにより、当該複数の回転部材によって案内されて回転することを特徴とするサイクロイド減速機。
2. 前記キャリアは、前記出力軸の軸方向における両側から前記回転部材を挟み込む一対の挟持部を有することを特徴とする請求項１に記載のサイクロイド減速機。
3. 前記キャリアは、前記出力軸の軸方向から前記曲線板を挟み込む第１キャリアおよび第２キャリアを有し、
   前記一対の挟持部は、前記第１キャリアおよび前記第２キャリアのそれぞれに設けられていることを特徴とする請求項２に記載のサイクロイド減速機。
4. 前記キャリアは、小径部と、大径部と、前記小径部と前記大径部との間に形成された段差部と、を有し、
   前記小径部に前記当接面が形成されるとともに、前記段差部に前記挟持部が形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のサイクロイド減速機。

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