JP2020153412A - サイクロイド減速機及びモータユニット - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増加と形状の複雑化とを回避しつつ、内歯を構成するピンの脱落を防止する。【解決手段】サイクロイド減速機１は、入力軸２の回転中心Ｃに対し偏心回転可能に取り付けられ軸方向に貫設された複数のキャリアピン穴４ｈを有する外歯歯車４と、外歯歯車４の各外歯と内接噛合する複数の第一ピン５０と各第一ピン５０を回転自在に保持するホルダー５１とを有する内歯歯車５と、各キャリアピン穴４ｈに内接回転して外歯歯車４の自転成分のみを取り出す第二ピン６０と第二ピン６０の少なくとも一端部を支持するとともに全ての第二ピン６０を連結する支持部６１とを有するキャリア６と、ホルダー５１に固定されたケース７に対し支持部６１を回転自在に支持する第一転がり軸受８と、を備える。第一転がり軸受８は、その外輪８ａが径方向から見て第一ピン５０の一部と重なるように配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、サイクロイド減速機及びモータユニットに関し、特にサイクロイド減速機の内歯を構成するピン部材の脱落を防止する構造に関する。

従来、内接式遊星歯形機構と等速度内歯形機構とから成り立つサイクロイド減速機（内接式遊星歯車減速機）が知られている。一般的なサイクロイド減速機は、入力軸に対して偏心回転可能な外歯歯車と、これと内接噛合する内歯歯車と、外歯歯車の自転成分のみを取り出す部材と、この部材に連結された出力軸とを備える。例えば、特許文献１には、ケーシングに固定された内歯歯車の内歯が、ピン穴に遊嵌された外ピンで構成された減速機が開示されている。

この減速機では、外歯歯車が入力軸の回転と共に揺動回転し、内歯歯車の内歯に相当する外ピンと外歯歯車との噛合によって、入力軸の回転が外歯歯車の減速された回転（自転）となって出力されている。特許文献１の減速機のように、内歯歯車の内歯にピン部材（外ピン）を採用することで、内歯歯車と外歯歯車とが転がり接触するため、機械的損失（ロス）を小さくでき、高いギヤ効率を得ることが可能となる。

特開平５−４４７９１号公報

しかしながら、内歯歯車の内歯は所定の位置で径方向内側を向く必要があるため、この内歯をピン部材とする場合には、ピン部材が所定の位置から脱落せずに回転し続けられるような構造を設ける必要がある。例えば上記の特許文献１のように、ピン部材の位置を保持するための突起部をケーシングに設けたり、ピン部材の脱落を防止するための部品を別途配置したりする必要がある。ただし、このような脱落防止専用の構造や部品を設けることは、形状の複雑化，部品点数の増加を招くことになる。

本件は、このような課題に鑑み案出されたもので、部品点数の増加と形状の複雑化とを回避しつつ、内歯を構成するピン部材の脱落を防止することを目的とする。なお、これらの目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。

（１）ここで開示するサイクロイド減速機は、入力軸の回転中心に対し偏心回転可能に取り付けられ、軸方向に貫設された複数のキャリアピン穴（円形孔部）を有する外歯歯車と、前記外歯歯車の各外歯と内接噛合する複数の第一ピンと、各々の前記第一ピンを回転自在に保持するホルダーとを有する内歯歯車と、各々の前記キャリアピン穴に内接回転して前記外歯歯車の自転成分のみを取り出す第二ピンと、前記第二ピンの少なくとも一端部を支持するとともに全ての前記第二ピンを連結する支持部とを有するキャリアと、前記ホルダーに固定されたケースに対し前記支持部を回転自在に支持する第一転がり軸受と、を備えている。また、前記第一転がり軸受は、その外輪が径方向から見て前記第一ピンの一部と重なるように配置されている。

（２）前記キャリアは、前記第二ピンの両端部をそれぞれ支持する二つの前記支持部を有し、前記第一転がり軸受は、各々の前記支持部を支持するように二つ設けられるとともに、径方向から見て二つの前記外輪がいずれも前記第一ピンの一部と重なるように配置されていることが好ましい。
（３）前記入力軸に対して一つの前記外歯歯車が取り付けられていることが好ましい。

（４）ここで開示するモータユニットは、上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のサイクロイド減速機と、前記サイクロイド減速機の前記入力軸に連結されたモータ回転軸を有するモータと、を具備している。

開示の手段によれば、キャリアの支持部を支持するための第一転がり軸受の外輪を、第一ピンの径方向への抜け止めとしても利用できる。これにより、部品点数の増加と形状の複雑化とを回避しつつ、内歯を構成する第一ピンの脱落を防止できる。

実施形態に係るモータユニットを示す図であり、サイクロイド減速機を軸方向断面図で示し、モータを模式図で示す。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 図１のサイクロイド減速機に設けられた外ピンホルダーを示す斜視図である。 図１のサイクロイド減速機の斜視図である。 図１のＢ部拡大図である。 外ピンホルダーの形状の一例を示す拡大側面図である。

図面を参照して、実施形態としてのサイクロイド減速機及びモータユニットについて説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。

［１．構成］
図１は、本実施形態のモータユニットを示す図であり、サイクロイド減速機１（以下「減速機１」という）を軸方向に切断した断面図で示し、モータ１０を模式図で示す。減速機１は、内接式遊星歯形機構と等速度内歯形機構とから成り立つ内接式遊星歯車減速機である。本実施形態の減速機１はモータ１０と連結されることでユニット化され、モータ１０の回転速度を減速して出力する。なお、モータ１０は、例えば、モータ回転軸１１と一体回転するロータ（図示略）とモータケーシング１２に固定されたステータ（図示略）とを有する直流モータである。図１に示すモータ１０は一例であり、その種類，大きさ，形状は特に限られない。

本実施形態の減速機１は、入力軸２，出力軸３，外歯歯車４，内歯歯車５，キャリア６，ケース７を備える。以下、図１〜図５を用いて各要素を説明する。なお、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図であり、図３は後述する外ピンホルダー５１（ホルダー）を示す斜視図であり、図４は減速機１の斜視図であり、図５は図１のＢ部拡大図である。

図１に示すように、入力軸２は、減速機１に対してモータ１０の動力が入力される中空軸であり、モータ１０のモータ回転軸１１（図１中には破線で示す）と連結される。本実施形態の入力軸２は、回転中心Ｃを中心軸とする円筒部２ａと、円筒部２ａの軸方向中間部に形成された偏心部２ｂと、円筒部２ａの内周面に軸方向に沿って凹設されたキー溝２ｃとから構成される。円筒部２ａの回転中心Ｃは、モータ１０のモータ回転軸１１の中心及び出力軸３の回転中心のいずれとも一致する。

偏心部２ｂは、円筒部２ａの外周面から径方向外側に膨出形成された円筒状の部位である。偏心部２ｂの中心Ｃ′は、円筒部２ａの回転中心Ｃから僅かにずれている。キー溝２ｃは、入力軸２とモータ１０のモータ回転軸１１とを連結するためのキー（図示略）が嵌合される溝である。円筒部２ａの両端部には、玉軸受９（第二転がり軸受）の内輪が固定される。入力軸２は、この玉軸受９によりその両端部が回転自在に支持される。

出力軸３は、減速機１によって増幅された動力を出力するための中空軸であり、入力軸２の円筒部２ａと同軸上に配置される。本実施形態の出力軸３は、回転中心Ｃを中心軸とする円筒部３ａと、円筒部３ａの一端部に形成されたフランジ部３ｂとから構成される。フランジ部３ｂは、出力軸３とキャリア６とを連結するための部位であり、複数の貫通孔（図示略）が形成されている。各貫通孔にはキャリア６と連結するための締結具３１が締結される。なお、被駆動体をキャリア６に直接的に結合して出力を取り出す構成としてもよく、その場合、出力軸３を省略することができる。

外歯歯車４は、入力軸２の回転中心Ｃに対し偏心回転可能に取り付けられた平板状の歯車である。図１及び図２に示すように、本実施形態の外歯歯車４は、入力軸２の偏心部２ｂに対し針状ころ軸受２１を介して相対回転自在の状態で外嵌される。図２に示すように、外歯歯車４の外周には、トロコイド歯形や円弧歯形といった外歯４ｔが設けられる。また、外歯歯車４は、針状ころ軸受２１が内嵌される中心孔の周囲において、軸方向に貫設された円筒状のキャリアピン穴４ｈを複数有する。本実施形態の外歯歯車４では、六つのキャリアピン穴４ｈが同一円周上において周方向に等間隔で（６０度ずつ位相をずらして）配置される。なお、本実施形態の減速機１では、入力軸２に対して一つの外歯歯車４が取り付けられている。

内歯歯車５は、外歯歯車４の外周に位置する略円筒状の歯車である。図１及び図２に示すように、内歯歯車５は、各外歯４ｔと内接噛合する複数の外ピン５０（第一ピン）と、各外ピン５０を回転自在に保持する外ピンホルダー５１とを有する。外ピン５０は円柱状のピン部材であり、その軸方向が回転中心Ｃと平行になるように配置されて内歯として機能する。本実施形態の外ピン５０の個数（内歯の歯数）は、外歯歯車４の外歯４ｔの歯数に１を足した値となっている。なお、外ピン５０の個数（内歯の歯数）と外歯歯車４の歯数との差は、減速比等の設計によって１以外の自然数も取りうる。

図３に示すように、外ピンホルダー５１は、外形状が円筒状であり、円筒状の内面を有する。外ピンホルダー５１の内面には、軸方向に凹設された略半円状のピン溝５１ａと、ピン溝５１ａを横断するように凹設された凹溝５１ｂとが形成されている。ピン溝５１ａは外ピン５０を保持するための溝であり、外ピン５０の同数だけ設けられ、その曲率は外ピン５０の曲率と略一致する。一方、凹溝５１ｂは潤滑剤（例えばグリスやオイル）を保持するための溝であり、外ピンホルダー５１の内面全周に亘って形成されている。

外ピンホルダー５１には、図２及び図３に示すように、内歯歯車５とケース７とを締結するための締結部材７３が挿通される貫通孔５１ｃが周方向に複数並設される。すなわち、内歯歯車５の外ピンホルダー５１はケース７に固定されて回転しない。このため、内歯歯車５に噛合する外歯歯車４は、入力軸２の偏心回転に伴い回転しようとするものの、外歯４ｔと噛み合う外ピン５０の位置が動かないため、外ピン５０から受ける反力により、入力軸２の回転方向とは逆方向に揺動する。具体的には、入力軸２が一回転すると、外歯歯車４は内歯歯車５に対して１歯分だけ逆方向にずれる（自転する）。すなわち、入力軸２の回転が、外歯歯車４の歯数の逆数（１／歯数）だけ減速されて外歯歯車４が逆回転する。

ケース７は、出力軸３以外の要素を収容する部材である。本実施形態のケース７は、図１及び図４に示すように、モータ１０側（図中右側）に配置される第一ケース部７１と、出力軸３側（図中左側）に配置される第二ケース部７２とを、複数の締結部材７３で連結する構成となっている。第一ケース部７１及び第二ケース部７２はいずれも有底円筒状をなし、底面部に円形の開口部７ａを有する。二つのケース部７１，７２は、外ピンホルダー５１を軸方向両側から挟むように取り付けられる。

キャリア６は、上述した外歯歯車４の自転成分のみを取り出して出力軸３に伝達する部材である。図１に示すように、キャリア６は、外歯歯車４の各キャリアピン穴４ｈに内接回転するキャリアピン６０（第二ピン）と、キャリアピン６０を支持する支持部６１とを有する。キャリアピン６０は円柱状のピン部材であり、その軸方向が回転中心Ｃと平行になるように配置され、外歯歯車４の自転成分のみを取り出す機能を持つ。図２に示すように、本実施形態のキャリア６では、六つのキャリアピン６０が設けられ、各キャリアピン６０には針状ころ軸受６２が装着されている。すなわち、本実施形態では、キャリアピン６０が針状ころ軸受６２を介してキャリアピン穴４ｈの内周面に接触することで、キャリアピン６０と支持部６１との間の摺動ロスを抑えながら、キャリアピン６０が支持部６１（キャリア６）を回転させる。

図１に示すように、支持部６１は、各キャリアピン６０の一端部を支持する部位であり、全てのキャリアピン６０を連結する。本実施形態のキャリアピン６０は、支持部６１に対してその軸心周りに回転することがなく相対回転不能に支持されており、キャリア６のキャリアピン６０及び支持部６１は一体で回転する。支持部６１には、上記の出力軸３のフランジ部３ｂが固定される。これにより、出力軸３とキャリア６とが一体回転する。なお、各キャリアピン６０の一端部は、軸受やブッシュなどを介して、支持部６１に相対回転可能に支持する構造としてもよい。

また、本実施形態のキャリア６は、キャリアピン６０の両端部をそれぞれ支持する二つの支持部６１を有する。二つの支持部６１は、外歯歯車４を挟んで対向配置されており、各キャリアピン６０を両持ち支持する。各支持部６１は、入力軸２を支持する玉軸受９の外輪に固定されるとともに、キャリア６を回転自在に支持する外側の玉軸受８（第一転がり軸受）の内輪に固定される。なお、玉軸受８の外輪８ａはケース７に固定される。

以下、ケース７に対し支持部６１を回転自在に支持する玉軸受８を第一玉軸受８とも呼び、キャリア６に対し入力軸２を回転自在に支持する玉軸受９を第二玉軸受９とも呼ぶ。本実施形態の減速機１では、第一玉軸受８及び第二玉軸受９が二つずつ設けられており、これらが互いに同一の軸方向位置に配置されている。なお、ここでいう「同一の軸方向位置」とは、二つの玉軸受８，９の端面の軸方向位置が完全に一致するものだけでなく、第一玉軸受８の玉と第二玉軸受９の玉とが径方向に部分的に重なる位置を含む。これにより、ケース７の軸方向寸法が小さくなり、減速機１の小型化が図られる。なお、第二玉軸受９の位置は、第一玉軸受８に対して軸方向位置を異ならせて配置してもよい。

また、本減速機１では、第一玉軸受８が本来の回転支持機能に加え、外ピン５０の脱落防止機能を兼ね備える。具体的には、図１及び図５に示すように、第一玉軸受８は、その外輪８ａが径方向外側から見て外ピン５０の一部と重なるように配置される。図５中に示す領域Ｓが第一玉軸受８と外ピン５０とがラップしている部分（外輪８ａの一部及び外ピン５０の一部がそれぞれ重なっている部分）である。本実施形態では、第一玉軸受８が各支持部６１を支持するように二つ設けられているため、二つの外輪８ａがいずれも、径方向外側から見て外ピン５０の一部と重なるように配置される。なお、外輪８ａと外ピン５０との間には僅かな隙間が設けられる。これにより、外ピン５０の回転を阻害することなく、ピン溝５１ａからの外ピン５０の脱落が防止される。

［２．効果］
（１）上述した減速機１によれば、キャリア６の支持部６１を支持するための第一玉軸受８の外輪８ａを、外ピン５０の径方向への抜け止めとしても利用できる。つまり、外ピン５０の両端部を保持するための部位（例えば突起部）をケース７に設けたり、外ピン５０の脱落を防止するための専用部品を配置したりする必要がない。このため、部品点数の増加と形状の複雑化とを回避しつつ、内歯を構成する外ピン５０の脱落を防止できる。

（２）上述したキャリア６には、キャリアピン６０の両端部をそれぞれ支持する二つの支持部６１が設けられている。すなわち、キャリアピン６０が両持ち支持構造である場合に、二つの第一玉軸受８をいずれも抜け止めとして利用できる。これにより、外ピン５０の両端部に脱落防止専用の構造や部品をそれぞれ設ける必要がないため、更なる部品点数の削減及び形状の簡素化を図ることができ、外ピン５０の脱落を確実に防止できる。

（３）また、入力軸２に対して一つの外歯歯車４が取り付けられた減速機１では、例えば、外歯歯車４が下側に位置する外ピン５０と噛合しているときに、上側に位置する外ピン５０から離隔する。このように、外歯歯車４が一つだけ配置されている減速機１には、外ピン５０が脱落しないよう保持する構造が必須である。これに対し、上述した第一玉軸受８は、本来の回転支持機能に加えて外ピン５０の脱落防止機能を兼ね備えているため、この軸受８を上記の減速機１に適用することで、外ピン５０の脱落防止効果をより顕著に発揮することができる。

（４）さらに、上述した減速機１とモータ１０とからなるモータユニットによれば、外ピン５０の脱落が第一玉軸受８により防止されるため、外ピン５０の脱落に起因したギヤのロックや破損といった不具合を回避できる。さらに、第一玉軸受８が脱落防止機能を兼ね備えていることから、部品点数の増加を防止しつつ形状の簡素化も図れるため、小型化及びコスト低減を図ることができる。

［３．その他］
上述した減速機１及びモータユニットは一例であって、上述したものに限られない。上記の減速機１では、第一玉軸受８と第二玉軸受９とが互いに同一の軸方向位置に配置されているが、これらの軸受８，９の軸方向位置が異なっていてもよい。また、軸受８，９は転がり軸受であればよく、その種類は玉軸受に限られない。

上記のキャリア６には、キャリアピン６０の両端部をそれぞれ支持する二つの支持部６１が設けられているが、支持部６１がキャリアピン６０の一端部を支持するように一つだけ設けられていてもよい。この場合、キャリアピン６０は一方端のみで支持する片持ち支持構造となる。また、この場合、第一玉軸受８（第一転がり軸受）も、一つの支持部６１を回転自在に支持するように一つだけ配置されていればよい。このような構成であっても、第一玉軸受８の外輪８ａが径方向から見て外ピン５０と部分的に重なるように配置されることで、上述した実施形態と同様に、第一玉軸受８の外輪８ａを外ピン５０の径方向への抜け止めとしても利用できる。このため、部品点数の増加と形状の複雑化とを回避しつつ、内歯を構成する外ピン５０の脱落を防止できる。なお、キャリアピン６０に針状ころ軸受６２が装着されていなくてもよい。

上記の減速機１には一つの外歯歯車４が設けられているが、外歯歯車４の個数は二つ以上であってもよい。また、内歯歯車５の具体的な構成は、上述したものに限られない。例えば、上記の外ピンホルダー５１は、軸方向に凹設されたピン溝５１ａと全周に凹設された凹溝５１ｂとを有しているが、凹溝５１ｂを省略してもよい。また、ピン溝５１ａの形状を図６に示すものとしてもよい。図６は、外歯歯車４と内歯歯車５′との噛み合い部分を拡大して示した断面図であり、外ピン５０を一つだけ抜いてピン溝５１ａ′の形状がわかるように図示している。

この内歯歯車５′に設けられる外ピンホルダー５１′のピン溝５１ａ′は、軸方向から見て、中心角θが１８０度よりも大きな扇形に形成されており、ピン溝５１ａ′の開口幅Ｗが外ピン５０の直径よりも小さく形成されている。このような構成とすることで、外ピン５０の径方向への抜けを確実に防止することができる。また、図６に示す外ピンホルダー５１′を、上述した実施形態の外ピンホルダー５１に代えて適用することで、外ピン５０の脱落をより確実に防止することができる。なお、内歯を構成する外ピン５０の個数やこれを支持するピン溝５１ａ，５１ａ′の個数は上述したものに限られない。

上述した入力軸２，出力軸３，ケース７の各構成も上述したものに限られない。例えば、入力軸２が第一ケース部７１よりも外側に突出するよう延設されていてもよいし、円筒部２ａと偏心部２ｂとが別体で設けられたのち結合される構成であってもよい。また、上記の入力軸２の偏心部２ｂには針状ころ軸受２１が固定されているが、入力軸２の支持構造は特に限られない。出力軸３とキャリア６との固定構造も特に限られないし、ケース７が一体ものであってもよい。

１ 減速機（サイクロイド減速機）
２ 入力軸
４ 外歯歯車
４ｈ キャリアピン穴
４ｔ 外歯
５ 内歯歯車
６ キャリア
７ ケース
８ 玉軸受，第一玉軸受（第一転がり軸受）
８ａ 外輪
１０ モータ
１１ モータ回転軸
５０ 外ピン（第一ピン）
５１ 外ピンホルダー（ホルダー）
６０ キャリアピン（第二ピン）
６１ 支持部
Ｃ 回転中心

Claims (4)

1. 入力軸の回転中心に対し偏心回転可能に取り付けられ、軸方向に貫設された複数のキャリアピン穴を有する外歯歯車と、
   前記外歯歯車の各外歯と内接噛合する複数の第一ピンと、各々の前記第一ピンを回転自在に保持するホルダーとを有する内歯歯車と、
   各々の前記キャリアピン穴に内接回転して前記外歯歯車の自転成分のみを取り出す第二ピンと、前記第二ピンの少なくとも一端部を支持するとともに全ての前記第二ピンを連結する支持部とを有するキャリアと、
   前記ホルダーに固定されたケースに対し前記支持部を回転自在に支持する第一転がり軸受と、を備え、
   前記第一転がり軸受は、その外輪が径方向から見て前記第一ピンの一部と重なるように配置されている
   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、前記第二ピンの両端部をそれぞれ支持する二つの前記支持部を有し、
   前記第一転がり軸受は、各々の前記支持部を支持するように二つ設けられるとともに、径方向から見て二つの前記外輪がいずれも前記第一ピンの一部と重なるように配置されている
   ことを特徴とする、請求項１記載のサイクロイド減速機。
3. 前記入力軸に対して一つの前記外歯歯車が取り付けられている
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載のサイクロイド減速機。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のサイクロイド減速機と、
   前記サイクロイド減速機の前記入力軸に連結されたモータ回転軸を有するモータと、を具備した
   ことを特徴とする、モータユニット。

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