JP2020076477A - キャリアユニットおよびサイクロイド減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリアの材質の選択自由度を向上させることができるキャリアユニット、及び、該キャリアユニットを備えたサイクロイド減速機を提供する。【解決手段】キャリアピン４４がピンホルダ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。これにより、キャリアピン４４を保持するために必要な機能をピンホルダ４５に分担させることができ、第１キャリア４１および第２キャリア４２の材質の選択自由度を向上させることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、キャリアユニットおよび該キャリアユニットを備えた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、内ピン（キャリアピン）に針状ころ軸受が設けら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、曲線板に形成されたピン孔の内周面に対し、針状ころ軸受が接触するようになっている。

特開２０１６−１６１０４１号公報

サイクロイド減速機においては、ピン孔の周囲と、キャリアピンと、のうち少なくとも一方を回転可能とすることで駆動時の抵抗を低減することが望まれている。キャリアピンを回転可能とする構成として、特許文献１に記載されたように軸受を設ける構成以外にも、キャリアに円筒状の孔を形成し、円柱状のキャリアピンを挿通するとともに、キャリアピンの外径を孔の内径よりも若干小さくする構成が考えられる。即ち、このような構成では、キャリアによってキャリアピンが回転可能に保持される。

このようにキャリアによってキャリアピンを保持する構成では、安定した保持構造を実現するために、強度や硬度が高い材質によってキャリアを構成することが望まれていた。従って、キャリアの材質の選択自由度が低く、例えばキャリアを軽量化したり、加工容易性を向上させたりするといった目的で材質を選択することが困難であった。

本発明の目的は、キャリアの材質の選択自由度を向上させることができるキャリアユニット、及び、該キャリアユニットを備えたサイクロイド減速機を提供することにある。

本願発明のキャリアユニットは、サイクロイド減速機において曲線板の自転に伴い回転するキャリアユニットであって、出力軸に接続されるとともにホルダ孔が形成されたキャリアと、前記曲線板のピン孔に挿通されるキャリアピンと、前記キャリアピンを前記キャリアに保持させるためのピンホルダと、を備え、前記ピンホルダは、前記キャリアピンを保持するとともに前記ホルダ孔に圧入される筒状部を有することを特徴とする。

また、本願発明のサイクロイド減速機は、前記キャリアユニットと、前記曲線板と、前記曲線板の歯形部と係合する内歯車部材と、を備えることを特徴とする。

このような本願発明のキャリアユニットによれば、キャリアピンがピンホルダを介してキャリアに保持されることで、キャリアピンを保持するために必要な機能をピンホルダに分担させることができ、キャリアの材質の選択自由度を向上させることができる。例えば、ピンホルダを、キャリアピンを安定して回転可能に保持可能な材質（強度や硬度が高い材質）によって構成するとともに、キャリアを、樹脂等の材質によって構成して軽量化することができる。

尚、曲線板のピン孔およびキャリアのホルダ孔は、貫通孔であってもよいし、非貫通な穴（凹部）であってもよい。

また、本願発明のサイクロイド減速機によれば、キャリアの材質の選択自由度が高いことで、減速機としての性能（例えば効率や耐久性）を向上させるやすくすることができる。

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断面図である。 本発明の変形例に係るサイクロイド減速機を示す断面図である。

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、キャリアユニット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。

内歯車部材３は、複数の外ピン（回転部材）３１と、外ピン３１を保持する保持部材３２と、を有する。外ピン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の凸部が外ピン３１の間に入り込むことにより、内歯車部材３は複数の外ピン３１によって歯形部２１と係合する。即ち、外ピン３１は内歯として機能する。外ピン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、外ピン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、外ピン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。外ピン３１は、ピン保持部３２１によって、Ｘ方向に沿った回転軸を中心に回転可能に保持される。尚、本実施形態においては、ピン３１が回転可能に保持されているものとするが、ピン３１はピン保持部３２１内に固定されたものであってもよい。

キャリアユニット４は、キャリアとして、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を有し、第２キャリア４２が出力軸に接続される。さらに、キャリアユニット４は、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、開口部２の複数のピン孔２３のそれぞれに挿通されるキャリアピン４４と、を有する。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、外ピン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、外ピン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外ピン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、複数の外ピン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、外ピン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方向において外ピン３１の一端に当接可能となっている。即ち、段差部４１４Ｃによって外ピン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外ピン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、複数の外ピン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、外ピン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方向において外ピン３１の他端に当接可能となっている。即ち、段差部４２４Ｃによって外ピン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、キャリアユニット４は、当接面としての小径部４１４Ａ、４２４Ａを有することにより、外ピン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方向の両側から外ピン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。

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。

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と外ピン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と外ピン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が接近した外ピン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の自転がキャリアユニット４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、例えばアルミニウム合金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。

このとき、ピンホルダ４５は、キャリアピン４４と同等かそれよりも硬質であることが好ましく、第１キャリア４１および第２キャリア４２よりも硬質であることが好ましい。

このような第１キャリア４１および第２キャリア４２に対しては、例えばドリル等を用いた加工によってホルダ孔４１１、４２１を形成すればよい。また、このようなピンホルダ４５に対しては、例えば旋盤加工によって筒状部４５１を形成すればよい。

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、キャリアピン４４がピンホルダ４５を介して第１キャリア４１および第２キャリア４２に保持されることで、キャリアピン４４を保持するために必要な機能をピンホルダ４５に分担させることができ、第１キャリア４１および第２キャリア４２の材質の選択自由度を向上させることができる。尚、第１キャリアや第２キャリアの材質は金属に限られず、例えば、ピンホルダ４５の材質として高炭素クロム軸受鋼を用いながら、第１キャリアや第２キャリアの材質として樹脂を用いることも可能である。このように、ピンホルダ４５の材質と比較して比重の低い材料を用いて第１キャリアや第２キャリアを構成すれば、キャリア全体を比重の高い材料によって構成する必要がなく、軽量化が可能となる。

さらに、キャリアピン４４がピンホルダ４５を介して第１キャリア４１および第２キャリア４２に保持されることで、第１キャリア４１および第２キャリア４２についてはホルダ孔４１１、４２１の形成位置の精度を確保し、ピンホルダ４５については筒状部４５１の孔の精度を確保することができる。即ち、ホルダ孔４１１、４２１は、ピンホルダ４５の筒状部４５１が圧入可能な程度の精度を有していればよく、キャリアピン４４を保持するための孔と比較して、求められる精度が低い。一方、ピンホルダ４５は、筒状部４５１の形成位置について精度を確保する必要がない。

このように、ピンホルダ４５を設けることにより、キャリアピン４４の保持位置の精度については第１キャリア４１および第２キャリア４２に分担させ、キャリアピン４４をスムーズに回転させるための孔の精度についてはピンホルダ４５に分担させることができる。従って、キャリアピン４４の保持位置の精度を確保しつつ、キャリアピン４４をスムーズに回転させることができる。

また、ピンホルダ４５が底板部４５２を有して有底筒状に形成されていることで、ピンホルダ４５からキャリアピン４４が脱落してしまうことを抑制することができる。さらに、キャリアピン４４がＸ方向において２枚の底板部４５２の間に配置されていることで、キャリアピン４４の脱落をさらに抑制することができる。

また、ピンホルダ４５が規制部としての鍔部４５３を有することで、第１キャリア４１および第２キャリア４２に対するピンホルダ４５の過挿入を抑制することができる。

また、キャリアピン４４の両端が、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に保持されることで、キャリアピン４４が回転する際のガタツキを抑制することができる。

また、サイクロイド減速機１が、材質の選択自由度が高い第１キャリア４１および第２キャリア４２を備えることで、減速機としての性能（例えば効率や耐久性）を向上させやすくすることができる。

また、サイクロイド減速機１が、キャリアピン４４の保持位置の精度を確保しつつ、キャリアピン４４をスムーズに回転させることができるキャリアユニット４を備えることで、曲線板２との間において損失が生じにくい。従って、減速機としての効率の低下を抑制することができる。

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、外ピン３１によって第１キャリア４１および第２キャリア４２が案内されるものとしたが、第１キャリア４１および第２キャリア４２を案内するための軸受を別途設けてもよい。

即ち、図８に示すように、第１キャリア４１および第２キャリア４２の外側且つハウジング５Ｂの内側にベアリング６４を配置した構成としてもよい。図８に示す構成では、ベアリング６４によって第１キャリア４１および第２キャリア４２が案内されるようになっている。このとき、曲線板２の歯形部２１は、前記実施形態と同様に回転可能な外ピン３１と係合してもよいし、回転不能な外ピンと係合してもよい。

また、前記実施形態では、ピンホルダ４５が有底筒状に形成されているものとしたが、ピンホルダは、両端が開口した筒状に形成されていてもよい。このとき、キャリアピンの脱落抑制機構が設けられていることが好ましい。例えば、キャリアピンの外周面に溝部を形成するとともに、ピンホルダの内周面に、この溝部に係合する突起部を形成することにより、キャリアピンの脱落を抑制してもよい。

また、前記実施形態では、キャリアピン４４の両端が第１キャリア４１および第２キャリア４２に保持されるものとしたが、キャリアピンの一端側のみがキャリアに保持される構成としてもよい。このとき、上記のようなキャリアピンの脱落抑制機構が設けることが好ましい。さらに、筒状部を長く形成し、キャリアピンのガタツキを抑制することが好ましい。

また、前記実施形態では、ピンホルダ４５によってキャリアピン４４が回転可能に保持されるものとしたが、キャリアピン４４がピンホルダ４５に固定されて回転不能な構成としてもよい。このとき、例えば、ピン孔２３に軸受を設けたり、キャリアピン４４の外周面とピン孔２３の内周面との間の摺動抵抗を低減したりすることにより、サイクロイド減速機の効率が低下しないようにすればよい。

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
２３ ピン孔
３ 内歯車部材
４ キャリアユニット
４１ 第１キャリア
４１１ ホルダ孔
４２ 第２キャリア
４２１ ホルダ孔
４４ キャリアピン
４５ ピンホルダ
４５１ 筒状部
４５２ 底板部
４５３ 鍔部（規制部）

Claims (5)

1. サイクロイド減速機において曲線板の自転に伴い回転するキャリアユニットであって、
   出力軸に接続されるとともにホルダ孔が形成されたキャリアと、
   前記曲線板のピン孔に挿通されるキャリアピンと、
   前記キャリアピンを前記キャリアに保持させるためのピンホルダと、を備え、
   前記ピンホルダは、前記キャリアピンを保持するとともに前記ホルダ孔に圧入される筒状部を有することを特徴とするキャリアユニット。
2. 前記ピンホルダは、前記筒状部と底板部とを有して有底筒状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のキャリアユニット。
3. 前記ピンホルダは、前記筒状部の外周面から突出するか又は前記筒状部の外径よりも大径に形成された規制部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のキャリアユニット。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のキャリアユニットと、前記曲線板と、前記曲線板の歯形部と係合する内歯車部材と、を備えることを特徴とするサイクロイド減速機。
5. 前記キャリアユニットは、前記キャリアとして、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、
   前記第１キャリアおよび前記第２キャリアのそれぞれに前記ホルダ孔が形成され、
   前記キャリアピンの両端が、前記ピンホルダによって前記第１キャリアおよび前記第２キャリアに保持されることを特徴とする請求項４に記載のサイクロイド減速機。

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