JP2022116667A - 減速装置、及び、自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向の長さを比較的小さくできる減速装置を提供する。【解決手段】減速装置ＳＲはモータ１００と減速機２００とを備える。モータは、モータ本体１０と回転軸２５と第１軸受３０と第２軸受３５とを有する。減速機は、波動発生器６０と可撓性部材５０と環状の環状部材４０とを有する。波動発生器は、周方向の位置によって異なる外径を有する。可撓性部材は、波動発生器が径方向内側から接触する可撓性の筒状部５１を有する。環状部材には、筒状部が径方向内側から接触する。可撓性部材は、波動発生器の回転に応じて、環状部材に対して相対回転する。波動発生器は、モータのロータ１５が接続される位置と異なる位置で、回転軸２５に接続される。第１軸受は、ロータに対して波動発生器の反対側に配置され、回転軸を回転可能に支持する。第２軸受は、可撓性部材の筒状部の径方向内側に配置され、回転軸を回転可能に支持する。【選択図】図１

Description

本発明は、減速装置、及び、自転車に関する。

従来の駆動モジュールは、第１の駆動シャフトを有している（例えば、特許文献１）。第１の駆動シャフトは、駆動モジュールの人力式の駆動のために設けられている。さらに第２の駆動シャフトが設けられている。第２の駆動シャフトは、電気式の補助駆動装置のロータと回転不能に結合されている。電気式の補助駆動装置は、さらにステータを有している。このようにしてロータが、第２の駆動シャフトを介して波動歯車装置と結合されていてよい。波動歯車装置は内側ブッシュと、ウェーブジェネレータと、外側ブッシュとを有している。

特表２０１８－５０７１４０号公報

しかしながら、従来の駆動モジュールでは、波動歯車装置と電気式の補助駆動装置とは、軸方向に離隔して配置される。従って、駆動モジュール（減速装置）の軸方向の長さが大きくなる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸方向の長さを比較的小さくできる減速装置を提供することにある。

本発明の例示的な減速装置は、モータと、減速機とを備える。減速機は、前記モータの回転速度を減速する。前記モータは、モータ本体と、中心軸を中心として回転する回転軸と、第１軸受と、第２軸受とを有する。前記減速機は、波動発生器と、可撓性部材と、環状の環状部材とを有する。波動発生器は、周方向の位置によって異なる外径を有し、前記中心軸を中心として回転する。可撓性部材は、前記波動発生器が径方向内側から接触する可撓性の筒状部を有する。環状部材には、前記筒状部が径方向内側から接触する。前記可撓性部材は、前記波動発生器の回転に応じて、前記環状部材に対して相対回転する。前記モータ本体は、前記回転軸に接続されるロータを有する。前記波動発生器は、前記ロータが接続される位置と異なる位置で、前記回転軸に接続される。前記第１軸受は、前記ロータに対して前記波動発生器の反対側に配置されるとともに、前記回転軸を回転可能に支持する。前記第２軸受は、前記筒状部の径方向内側に配置されるとともに、前記回転軸を回転可能に支持する。

本発明の例示的な自転車は、上記の減速装置と、ペダルと、クランクシャフトと、スプロケットとを有する。クランクシャフトは、前記減速装置の前記回転軸を軸方向に貫通し、前記ペダルからの踏力によって駆動される。スプロケットには、前記減速装置の出力軸が接続される。

例示的な本発明によれば、軸方向の長さを比較的小さくできる減速装置、及び、自転車を提供できる。

図１は、本発明の実施形態１に係る減速装置を示す縦断面図である。 図２は、実施形態１に係るモータを示す横断面図である。 図３は、実施形態１に係る減速機を示す横断面図である。 図４は、実施形態１に係るモータの回転軸を示す斜視図である。 図５は、実施形態１に係る減速装置の一部を拡大して示す縦断面図である。 図６Ａは、実施形態１に係る減速装置のシール部を拡大して示す縦断面図である。 図６Ｂは、実施形態１に係る減速装置のシール部の他の例を拡大して示す縦断面図である。 図６Ｃは、実施形態１に係る減速装置のシール部の更に他の例を拡大して示す縦断面図である。 図６Ｄは、実施形態１に係る減速装置のシール部の更に他の例を拡大して示す縦断面図である。 図７は、実施形態１に係る減速装置の非真円カムを示す平面図である。 図８は、本発明の実施形態２に係る自転車を示す図である。 図９は、実施形態２に係る自転車に搭載された減速装置を示す縦断面図である。

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、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。また、図中、理解の容易のため、三次元直交座標系のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を適宜記載している。

本明細書では、減速装置の中心軸ＡＸと平行な方向を「軸方向ＡＤ」と記載し、中心軸ＡＸに直交する方向を「径方向ＲＤ」と記載し、中心軸ＡＸを中心とする円弧に沿う方向を「周方向ＣＤ」と記載する。なお、「平行な方向」は略平行な方向を含み、「直交する方向」は略直交する方向を含む。また、「平面視」は、軸方向ＡＤから対象物を見ることを示す。

（実施形態１）
図１～図７を参照して、本発明の実施形態１に係る減速装置ＳＲを説明する。図１は、実施形態１に係る減速装置ＳＲを示す縦断面図である。図２は、減速装置ＳＲのモータ１００を示す横断面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面に相当する。図３は、減速装置ＳＲの減速機２００を示す横断面図である。図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面に相当する。

図１に示す減速装置ＳＲは、回転速度を減速する。回転速度は、例えば、単位時間当たりの回転数を示す。具体的には、減速装置ＳＲは、第１回転数の回転運動を、第１回転数よりも低い第２回転数の回転運動に変換する。

図１に示すように、減速装置ＳＲは、モータ１００と、減速機２００とを有する。モータ１００は、減速機２００を駆動する。減速機２００は、モータ１００の回転速度を減速する。具体的には、減速機２００は、モータ１００による第１回転数の回転運動を、第１回転数よりも低い第２回転数の回転運動に変換する。

モータ１００は、モータ本体１０と、中心軸ＡＸを中心として回転する回転軸２５と、略円環状の第１軸受３０と、略円環状の第２軸受３５とを有する。中心軸ＡＸは、回転軸２５の長手方向に沿って、回転軸２５の中心を通る仮想線である。モータ本体１０は、回転軸２５を回転させる。図１及び図２に示すように、モータ本体１０は、ロータ１５を有する。

図１及び図３に示すように、減速機２００は、剛性内歯歯車４０と、可撓性外歯歯車５０と、波動発生器６０とを有する。

可撓性外歯歯車５０は、「可撓性部材」の一例に相当する。剛性内歯歯車４０は、「環状部材」の一例に相当する。

波動発生器６０は、周方向ＣＤの位置によって異なる外径を有する。波動発生器６０は、中心軸ＡＸを中心として回転する。図３の例では、波動発生器６０は、略楕円状である。波動発生器６０は、可撓性外歯歯車５０を撓み変形させる機構である。可撓性外歯歯車５０は、筒状部５１を有する。筒状部５１は、可撓性を有する。筒状部５１は、略筒状である。剛性内歯歯車４０は、略環状である。図３の例では、剛性内歯歯車４０は、略円環状である。剛性内歯歯車４０には、可撓性外歯歯車５０の筒状部５１が径方向ＲＤ内側から接触する。可撓性外歯歯車５０は、波動発生器６０の回転に応じて、剛性内歯歯車４０に対して相対回転する。

図１に示すように、モータ１００において、モータ本体１０のロータ１５は、回転軸２５に接続される。具体的には、ロータ１５は回転軸２５に固定される。一方、減速機２００において、波動発生器６０は、ロータ１５が接続される位置と異なる位置で、回転軸２５に接続される。具体的には、波動発生器６０は回転軸２５に固定される。モータ１００の第１軸受３０は、回転軸２５を回転可能に支持する。第１軸受３０は、ロータ１５を挟んで波動発生器６０の反対側に配置される。つまり、第１軸受３０は、ロータ１５に対して波動発生器６０の反対側に配置される。モータ１００の第２軸受３５は、回転軸２５を回転可能に支持する。第２軸受３５は、可撓性外歯歯車５０の筒状部５１の径方向ＲＤ内側に配置される。つまり、モータ１００の第２軸受３５が、減速機２００の内部に配置される。従って、実施形態１によれば、モータ１００の第２軸受３５が減速機２００の外部に配置される場合と比較して、減速装置ＳＲの軸方向ＡＤの長さを小さくできる。つまり、減速装置ＳＲの軸方向ＡＤの長さを比較的小さくできる。

具体的には、実施形態１では、モータ１００の第２軸受３５は、波動発生器６０を挟んでロータ１５の反対側に配置される。つまり、第２軸受３５は、波動発生器６０に対してロータ１５の反対側に配置される。従って、実施形態１によれば、モータ本体１０を減速機２００に対して軸方向ＡＤにより近づけて配置できる。その結果、減速装置ＳＲの軸方向ＡＤの長さを更に小さくできる。

また、実施形態１では、モータ１００の回転軸２５は、中空であることが好ましい。この好ましい例によれば、回転軸２５の内部に、シャフト等の機械要素を配置できる。その結果、減速装置ＳＲの応用範囲が拡がる。具体的には、回転軸２５は、略円柱状の内部空間ＳＰを有する。なお、回転軸２５は中空でなくてもよい。

次に、図１及び図２を参照して、モータ１００の詳細を説明する。図１に示すように、モータ１００は、固定部材Ｒ１と、スペーサＲ１０と、スペーサＲ１１と、固定部材Ｒ２とをさらに有する。モータ本体１０は、ステータ１１と、フランジ部１８とをさらに有する。

ステータ１１は、モータ１００の固定子である。ステータ１１は、中心軸ＡＸを中心に配置される。具体的には、ステータ１１は、ステータコア１２と、インシュレータ１３と、複数のコイル１４とを有する。

ステータコア１２は、中心軸ＡＸを中心に配置される。ステータコア１２は、中心軸ＡＸを囲んで配置され、略円環状である。ステータコア１２は、例えば、薄板の電磁鋼板が軸方向ＡＤに積層した積層鋼板によって構成される。インシュレータ１３は、ステータコア１２とコイル１４とを電気的に絶縁する。インシュレータ１３は、絶縁材料で構成される。インシュレータ１３は、ステータコア１２の少なくとも一部を覆う。インシュレータ１３は、中心軸ＡＸを囲んで略円環状に配置される。インシュレータ１３は、複数個の別部材によって構成されていてもよいし、単一の部材によって構成されていてもよい。コイル１４は、インシュレータ１３を介してステータコア１２に導線を巻き付けることによって構成される。

図２に示すように、ステータコア１２は、略円環状のコアバック１２１と、複数のティース１２２とを有する。複数のティース１２２は、コアバック１２１から径方向ＲＤ内側に向かって突出する。そして、コイル１４は、ティース１２２に導線が巻き付けられることによって構成される。複数のコイル１４は、周方向ＣＤに沿って配置される。一例として、ステータコア１２は、１８スロットを有する。従って、図２の例では、ステータ１１は、１８個のコイル１４を有する。

図１に戻って、ロータ１５は、モータ１００の回転子である。つまり、ロータ１５は、中心軸ＡＸを中心として回転する。ロータ１５は、回転軸２５に接続される。従って、ロータ１５が回転すると、回転軸２５が回転する。つまり、回転軸２５は、ロータ１５とともに回転する。ロータ１５は、中心軸ＡＸを中心に配置される。ロータ１５は、ステータ１１の径方向ＲＤ内側に配置される。つまり、モータ１００は、インナーロータ型のモータである。なお、モータ１００は、アウターロータ型のモータであってもよい。

具体的には、ロータ１５は、ロータコア１６と、マグネット１７とを有する。マグネット１７は、例えば、永久磁石である。例えば、ロータ１５は、周方向ＣＤに配列された複数のマグネット１７を有していてもよいし、略円環状の単数のマグネット１７を有していてもよい。ロータコア１６は、例えば、電磁鋼板が軸方向ＡＤに積層した積層鋼板によって構成される。マグネット１７は、ロータコア１６の径方向ＲＤ外面に固定される。つまり、モータ１００は、ＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータである。なお、マグネット１７は、ロータコア１６の内部に固定されていてもよい。つまり、モータ１００は、いわゆる、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータであってもよい。マグネット１７とステータコア１２とは、径方向ＲＤに隙間をあけて対向する。

ロータ１５は、略円環状の固定部材Ｒ２と略円環状のスペーサＲ１１とによって挟み込まれて、軸方向ＡＤに位置決めされる。

図２に示すように、ロータ１５は、Ｎ個のマグネット１７を有する。従って、モータ１００の極数は「Ｎ」である。Ｎは、２以上の整数である。図２の例では、Ｎ＝２０、である。ロータ１５は、第１接続部１６１を有する。具体的には、ロータコア１６は、中心軸ＡＸを中心に配置される。また、ロータコア１６は、中心軸ＡＸを囲んで配置され、略円環状である。そして、ロータコア１６が、第１接続部１６１を有する。第１接続部１６１は、回転軸２５に接続する。具体的には、第１接続部１６１は、周方向ＣＤに連なるＮ個の第１凹部１６２を有する。Ｎ個の第１凹部１６２の各々は、径方向ＲＤ外側に向かって窪むとともに、軸方向ＡＤに沿って延びる。

Ｎ個の第１凹部１６２は、それぞれ、Ｎ個のマグネット１７に対して径方向ＲＤに対向する。Ｎ個のマグネット１７の磁界が最適化されるように、Ｎ個の第１凹部１６２の形状が設定される。「最適化された磁界」とは、ステータ１１に対してロータ１５を、最も円滑に回転させることの可能な磁界のことである。Ｎ個の第１凹部１６２は、ロータコア１６の内周面に設けられる。

一方、回転軸２５は、Ｎ個の凸部２５０を有する。Ｎ個の凸部２５０は、径方向ＲＤ外側に向かって突出する。Ｎ個の凸部２５０は、周方向ＣＤに連なる。Ｎ個の凸部２５０は、回転軸２５の外周面に設けられる。Ｎ個の凸部２５０は、それぞれ、Ｎ個の第１凹部１６２に嵌る。その結果、ステータコア１２が、回転軸２５に接続される。つまり、ステータ１１が、回転軸２５に接続される。なお、凸部２５０を有する回転軸２５と第１凹部１６２を有するロータコア１６とは、スプラインを構成する。

図１に戻って、フランジ部１８は、ステータ１１を保持する。具体的には、フランジ部１８は、ステータコア１２を保持する。フランジ部１８は、中心軸ＡＸを中心に略円環状に配置される。具体的には、フランジ部１８は、第１フランジ部１９と、第２フランジ部２０とを有する。第１フランジ部１９は、略円環状である。第２フランジ部２０は、略円環状である。第１フランジ部１９は、軸方向ＡＤ一方側からステータ１１を覆う。第２フランジ部２０は、軸方向ＡＤ他方側からステータ１１及びロータ１５を覆う。第１フランジ部１９と第２フランジ部２０とは、ステータ１１を軸方向ＡＤに挟むことで、ステータ１１を保持する。その結果、フランジ部１８にステータ１１が固定される。具体的には、フランジ部１８にステータコア１２が固定される。

第１軸受３０は、回転軸２５の軸方向ＡＤ一方端部に配置される。第１軸受３０は、ステータ１１及びフランジ部１８に対して回転可能に回転軸２５を支持する。第１軸受３０は、例えば、ボールベアリングである。第１軸受３０は、内輪３１と、複数のボール３２と、外輪３３とを有する。内輪３１は、回転軸２５の外周面に固定される。複数のボール３２は、内輪３１と外輪３３との間に介在し、周方向ＣＤに沿って配列される。外輪３３は、第１フランジ部１９の径方向ＲＤ内周面に固定される。

第１軸受３０の内輪３１とロータ１５との間に、略円環状のスペーサＲ１１が配置される。また、内輪３１を挟んでスペーサＲ１１の反対側には、略円環状のスペーサＲ１０が配置される。そして、内輪３１は、スペーサＲ１０を介して、スペーサＲ１１と固定部材Ｒ１とによって挟み込まれて、軸方向ＡＤに位置決めされる。

第２軸受３５は、回転軸２５の軸方向ＡＤ他方端部に配置される。第２軸受３５は、ステータ１１及びフランジ部１８に対して回転可能に回転軸２５を支持する。第２軸受３５は、例えば、ボールベアリングである。第２軸受３５は、内輪３６と、複数のボール３７と、外輪３８とを有する。内輪３６は、回転軸２５の外周面に固定される。複数のボール３７は、内輪３６と外輪３８との間に介在し、周方向ＣＤに沿って配列される。外輪３８は、後述する出力回転体５５に固定される。なお、図１に表れていないが、実際には、内輪３６は、出力回転体５５に対して隙間をあけて離れている。

次に、図３及び図４を参照して、減速機２００及び回転軸２５の詳細を説明する。図３に示すように、波動発生器６０は、第２接続部６６を有する。具体的には、波動発生器６０は、波動軸受６１と、非真円カム６５とを有する。波動軸受６１は、可撓性を有する。波動軸受６１は、可撓性外歯歯車５０の筒状部５１の径方向ＲＤ内側に位置する。非真円カム６５は、中心軸ＡＸを中心として環状に拡がる。図３の例では、非真円カム６５は、略楕円状である。波動軸受６１は、非真円カム６５の外周面に沿って配置され、略楕円状に撓んでいる。非真円カム６５が、第２接続部６６を有する。

第２接続部６６は、回転軸２５に接続する。具体的には、第２接続部６６は、周方向ＣＤに連なるＮ個の第２凹部６７を有する。Ｎ個の第２凹部６７の各々は、径方向ＲＤ外側に向かって窪むとともに、軸方向ＡＤに沿って延びる。Ｎ個の第２凹部６７は、非真円カム６５の内周面に設けられる。平面視において、第２接続部６６の形状は、図２に示す第１接続部１６１の形状と略同じである。

Ｎ個の第２凹部６７は、それぞれ、図２に示すＮ個の第１凹部１６２に対応する。Ｎ個の第２凹部６７は、それぞれ、Ｎ個の第１凹部１６２に対して軸方向ＡＤに対向する。つまり、第１凹部１６２と第２凹部６７とは、軸方向ＡＤに沿って一直線上に並ぶ。

一方、回転軸２５のＮ個の凸部２５０は、それぞれ、Ｎ個の第２凹部６７に嵌る。その結果、非真円カム６５が、回転軸２５に接続される。つまり、波動発生器６０が、回転軸２５に接続される。回転軸２５は、減速機２００の入力軸として機能する。なお、凸部２５０を有する回転軸２５と第２凹部６７を有する非真円カム６５とは、スプラインを構成する。

図４は、モータ１００の回転軸２５を示す斜視図である。図４に示すように、回転軸２５において、Ｎ個の凸部２５０は、軸方向ＡＤに沿って延びる。また、Ｎ個の凸部２５０は、周方向ＣＤに間隔をあけて並ぶ。凸部２５０に第１凹部１６２（図２）及び第２凹部６７（図３）が嵌る限りにおいては、各凸部２５０は、軸方向ＡＤにおいて分断されていてもよいし、軸方向ＡＤにおいて連続していてもよい。

回転軸２５は、固定部材配置部２５１、２５２、２５３、２５４をさらに有する。固定部材配置部２５１～２５４の各々は、Ｎ個の凸部２５０を周方向ＣＤに通る。固定部材配置部２５１～２５４は、軸方向ＡＤに間隔をあけて配置される。固定部材配置部２５１～２５４の各々は、径方向ＲＤ内側に向かって窪んでいる。固定部材配置部２５１、２５２、２５３、２５４には、それぞれ、図１の固定部材Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が配置される。

以上、図２～図４を参照して説明したように、実施形態１によれば、回転軸２５に設けられた凸部２５０が軸方向ＡＤに沿って延びることで、凸部２５０がロータ１５の第１凹部１６２と波動発生器６０の第２凹部６７との双方に嵌る。従って、簡素な構造の回転軸２５によって、モータ１００の回転力を減速機２００に伝達できる。

次に、図５、図６Ａ、及び、図７を参照して、モータ本体１０と減速機２００との間のシール構造を説明する。図５は、図１の減速装置ＳＲの一部を拡大して示す縦断面図である。なお、図５では、簡単のため、図１の固定部材Ｒ３、Ｒ４を省略している。

図５に示す減速機２００の内部には、グリスが存在する。つまり、減速機２００の内部には、グリスが充填されている。例えば、減速機２００は、空間ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３を有する。そして、空間ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３には、グリスが充満している。従って、減速機２００のグリスがモータ本体１０に侵入することを防止する必要がある。特に実施形態１では、モータ本体１０と減速機２００とが軸方向ＡＤに近接しているからである。

モータ本体１０の第２フランジ部２０は、減速機２００と、モータ本体１０のステータ１１及びロータ１５との間に位置する。第２フランジ部２０は、モータ本体１０のステータ１１及びロータ１５に対して軸方向ＡＤに対向する。また、第２フランジ部２０は、減速機２００の剛性内歯歯車４０と可撓性外歯歯車５０と波動発生器６０とに対して軸方向ＡＤに対向する。

具体的には、第２フランジ部２０は、第１リング部１９１と、第２リング部１９２とを有する。第１リング部１９１は、略円環状である。第１リング部１９１は、剛性内歯歯車４０に対して軸方向ＡＤに対向する。そして、第１リング部１９１は、剛性内歯歯車４０に対して軸方向ＡＤから固定される。第１リング部１９１は、軸方向ＡＤから剛性内歯歯車４０に接触している。

第２リング部１９２は、第１リング部１９１よりも径方向ＲＤ内側に位置する。第２リング部１９２は、略円環状の平板部材であり、第１リング部１９１から、軸方向ＡＤ内側に向かって拡がる。第２リング部１９２は、剛性内歯歯車４０、可撓性外歯歯車５０、及び、波動発生器６０に対して、軸方向ＡＤに対向する。また、第２リング部１９２は、ステータ１１及びロータ１５に対して、軸方向ＡＤに対向する。第２リング部１９２は、ロータ１５に対して軸方向ＡＤに離隔している。第２リング部１９２は、第１リング部１９１から径方向ＲＤ内側に延びる。第２リング部１９２の先端部は、回転軸２５に対して隙間をあけて径方向ＲＤに対向する。

減速装置ＳＲは、シール部９０をさらに有する。シール部９０は、回転軸２５の径方向ＲＤ外側で、減速機２００とモータ本体１０との間をシールする。従って、実施形態１によれば、減速機２００のグリスがモータ本体１０に侵入することを防止できる。

図６Ａは、シール部９０を拡大して示す縦断面図である。つまり、図６は、図５の領域Ａを拡大して示している。図６Ａに示すように、シール部９０は、ラビリンス構造を有する。具体的には、シール部９０は、第１ラビリンス部９１と、第２ラビリンス部９２とを有する。第１ラビリンス部９１は、非真円カム６５の軸方向ＡＤ側面に設けられる。第１ラビリンス部９１は、凸凹形状を有する。一方、第２ラビリンス部９２は、第２リング部１９２の径方向ＲＤ先端部に設けられる。第２ラビリンス部９２は、第１ラビリンス部９１に対して軸方向ＡＤに対向する。第２ラビリンス部９２は、凸凹形状を有する。

第１ラビリンス部９１の凸凹形状と第２ラビリンス部９２の凸凹形状とが噛み合うことで、減速機２００とモータ本体１０との間がシールされる。

図７は、非真円カム６５を示す平面図である。図７に示すように、非真円カム６５に設けられる第１ラビリンス部９１は、平面視において、中心軸ＡＸを囲む略円環状に設けられる。なお、図示を省略したが、第２ラビリンス部９２もまた、平面視において、中心軸ＡＸを囲む略円環状に設けられる。

次に、図６Ｂ～図６Ｄを参照して、シール部９０の他の例を説明する。図６Ｂは、シール部９０の他の例（以下、シール部９０Ａ）を拡大して示す縦断面図である。図６Ｂに示すように、シール部９０Ａは、オイルシールによって構成される。シール部９０Ａは、中心軸ＡＸを囲む略円環状である。一方、第２リング部１９２は、径方向ＲＤの先端部１９３において、軸方向ＡＤに曲がる。そして、シール部９０Ａは、非真円カム６５の軸方向ＡＤ側面と第２リング部１９２の先端部１９３との間に配置される。その結果、シール部９０Ａによって、減速機２００とモータ本体１０との間がシールされる。

図６Ｃは、シール部９０の更に他の例（以下、シール部９０Ｂ）を拡大して示す縦断面図である。図６Ｃに示すように、シール部９０Ｂは、Ｖリングによって構成される。シール部９０Ａは、中心軸ＡＸを囲む略円環状である。シール部９０Ｂは、非真円カム６５の軸方向ＡＤ側面と第２リング部１９２の径方向ＲＤの先端部との間に配置される。その結果、シール部９０Ｂによって、減速機２００とモータ本体１０との間がシールされる。

図６Ｄは、シール部９０の更に他の例（以下、シール部９０Ｃ）を拡大して示す縦断面図である。図６Ｄに示すように、シール部９０Ｃは、Ｏリングによって構成される。シール部９０Ｃは、中心軸ＡＸを囲む略円環状である。シール部９０Ｃは、非真円カム６５の軸方向ＡＤ側面と第２リング部１９２の径方向ＲＤの先端部との間に配置される。その結果、シール部９０Ｃによって、減速機２００とモータ本体１０との間がシールされる。

なお、減速機２００とモータ本体１０との間をシールできる限りにおいては、シール部９０、９０Ａ～９０Ｃの構成は特に限定されない。また、図６Ａ～図６Ｄでは、簡単のため、図１の固定部材Ｒ３を省略している。

次に、図１及び図３を参照して、減速機２００の詳細を説明する。図１及び図３に示す減速機２００は、剛性内歯歯車４０と可撓性外歯歯車５０との差動を利用して、入力された回転運動を減速する装置である。減速機２００を有する減速装置ＳＲは、例えば、自転車、小型ロボットの関節、アシストスーツ、ターンテーブル、工作機械の割出盤、車椅子、又は、無人搬送車に組み込まれる。ただし、減速装置ＳＲが組み込まれる対象は、特に限定されない。

図１及び図３に示すように、減速機２００は、出力回転体５５と、ハウジング７０と、軸受８０と、シール部材８５と、固定部材Ｒ３と、固定部材Ｒ４とをさらに有する。また、減速機２００の入力軸は、モータ１００の回転軸２５である。減速機２００の出力軸は、出力回転体５５である。出力回転体５５は、例えば、ブッシュである。

剛性内歯歯車４０は、中心軸ＡＸを中心として略円環状に拡がる部材である。剛性内歯歯車４０の剛性は、可撓性外歯歯車５０の筒状部５１の剛性よりも高い。従って、剛性内歯歯車４０は、実質的に剛体とみなすことができる。剛性内歯歯車４０は、内周面に複数の内歯４１を有する。複数の内歯４１は、周方向ＣＤに沿って、一定のピッチで配列される。

可撓性外歯歯車５０は、筒状部５１に加えて、平板部５２をさらに有する。筒状部５１は、中心軸ＡＸを中心として軸方向ＡＤに筒状に延びる部位である。また、筒状部５１は、可撓性を有し、径方向ＲＤに撓み可能な円筒状の部分である。筒状部５１の軸方向ＡＤ一端部は、剛性内歯歯車４０の径方向ＲＤ内側に配置される。また、平板部５２は、筒状部５１よりも撓み難い平板状の部分である。平板部５２は、筒状部５１の軸方向ＡＤ他端部から径方向ＲＤ内側に拡がる部位である。

可撓性外歯歯車５０は、一端部付近の外周面に複数の外歯５１１を有する。複数の外歯５１１は、周方向ＣＤに沿って、一定のピッチで配列される。平板部５２には、減速後の動力を取り出すための出力軸である出力回転体５５が固定される。

波動発生器６０において、非真円カム６５は、中心軸ＡＸを中心として環状に拡がる部材である。非真円カム６５は、入力軸としての回転軸２５に接続される。従って、非真円カム６５は、回転軸２５の回転によって、中心軸ＡＸを中心として減速前の回転数で回転する。実施形態１では、非真円カム６５は、楕円形のカムプロフィールを有する。換言すれば、非真円カム６５は、周方向ＣＤの位置によって異なる外径を有する。更に換言すれば、非真円カム６５の外縁は、略楕円状である。

非真円カム６５は、軸方向ＡＤにおいて、固定部材Ｒ３と固定部材Ｒ４とに挟まれる。その結果、非真円カム６５が軸方向ＡＤに位置決めされる。

波動軸受６１は、可撓性外歯歯車５０における筒状部５１の径方向ＲＤ内側に位置する可撓性の軸受である。波動軸受６１は略環状である。波動軸受６１は、例えば、ボールベアリングである。波動軸受６１は、内輪６２と、複数のボール６３と、弾性変形可能な外輪６４とを有する。内輪６２は、非真円カム６５の外周面に固定される。複数のボール６３は、内輪６２と外輪６４との間に介在し、周方向ＣＤに沿って配列される。外輪６４は、回転される非真円カム６５のカムプロフィールを反映するように、内輪６２およびボール６３を介して弾性変形（撓み変形）する。また、外輪６４は、可撓性外歯歯車５０における筒状部５１の外歯５１１を有する部位の内周面に接触する。具体的には、外輪６４は、筒状部５１の外歯５１１を有する部位の内周面に固定される。波動発生器６０は、周方向ＣＤの位置によって異なる外径を有しつつ、剛性内歯歯車４０の径方向ＲＤ内側において、中心軸ＡＸを中心として減速前の回転数で回転する。

出力回転体５５は、第２軸受３５の外輪３８に固定される。具体的には、出力回転体５５は、筒状胴部５５１と、軸受保持部５５２とを有する。軸受保持部５５２は、第２軸受３５を保持する。具体的には、第２軸受３５の外輪３８が軸受保持部５５２の径方向ＲＤ内周面に固定される。筒状胴部５５１は、中心軸ＡＸを周方向ＣＤに囲む略円筒状である。筒状胴部５５１は、軸方向ＡＤに沿って延びる。

ハウジング７０は、可撓性外歯歯車５０の筒状部５１の一部及び平板部５２を収容する。ハウジング７０は、軸方向ＡＤの一端において、剛性内歯歯車４０に固定される。また、ハウジング７０の軸方向ＡＤの他端において、ハウジング７０の径方向ＲＤ内面が、軸受８０及びシール部材８５を介して、筒状胴部５５１の外周面と対向する。

具体的には、ハウジング７０は、略円筒状の第１円筒部７１と、略円環状の平板部７２と、略円筒状の第２円筒部７３とを有する。第１円筒部７１の軸方向ＡＤの一端部は、剛性内歯歯車４０に対して軸方向ＡＤに対向し、剛性内歯歯車４０に固定される。第１円筒部７１は、中心軸ＡＸを囲み、軸方向ＡＤに沿って延びる。平板部７２は、第１円筒部７１の軸方向ＡＤの他端部から中心軸ＡＸに向かって径方向ＲＤに拡がる。第２円筒部７３は、平板部７２の径方向ＲＤ内側端部から軸方向ＡＤに延びる。第２円筒部７３は、中心軸ＡＸを囲み、軸方向ＡＤに沿って延びる。

シール部材８５は、略円環状である。シール部材８５は、第２円筒部７３の内周面と筒状胴部５５１の外周面との間に配置される。そして、シール部材８５は、第２円筒部７３の内周面と筒状胴部５５１の外周面との間をシールする。シール部材８５は、例えば、オイルシールである。シール部材８５によって、減速機２００の内部に存在するグリスが外部に漏れることを防止できる。

軸受８０は、略円環状である。軸受８０は、第２円筒部７３の内周面と筒状胴部５５１の外周面との間に配置される。軸受８０は、シール部材８５よりも、可撓性外歯歯車５０に近い位置に配置される。軸受８０は、例えば、ボールベアリングである。軸受８０は、内輪８１と、複数のボール８２と、外輪８３とを有する。内輪８１は、筒状胴部５５１の外周面に固定される。複数のボール８２は、内輪８１と外輪８３との間に介在し、周方向ＣＤに沿って配列される。外輪８３は、第２円筒部７３の径方向ＲＤ内周面に固定される。

以上のような構成の減速機２００において、モータ１００の回転軸２５が減速前の回転数で回転すると、非真円カム６５が、減速前の回転速度で回転する。つまり、非真円カム６５は、回転軸２５の回転速度と同じ回転速度で回転する。そして、非真円カム６５の回転に伴って、波動軸受６１を介して、可撓性外歯歯車５０における筒状部５１の外歯５１１を有する部位の内周面が押されることにより、筒状部５１が楕円状に撓み変形する。さらに、筒状部５１は、非真円カム６５がなす楕円の長軸の両端の２箇所の径方向ＲＤ外側付近において、一端部へ向かうにつれて拡径する方向（他端部へ向かうにつれて縮径する方向）に傾斜する。その結果、楕円の長軸の両端の２箇所の径方向ＲＤ外側付近において、外歯５１１と内歯４１とが噛み合う。

非真円カム６５が回転すると、非真円カム６５がなす楕円の長軸の両端の位置が周方向ＣＤに移動するので、外歯５１１と内歯４１との噛み合い部も周方向ＣＤに移動する。ここで、剛性内歯歯車４０の内歯４１の歯数と、可撓性外歯歯車５０の外歯５１１の歯数とは、僅かに相違する。このため、非真円カム６５の１回転ごとに、内歯４１と外歯５１１との噛み合い部が僅かに変化する。その結果、剛性内歯歯車４０に対して可撓性外歯歯車５０および出力回転体５５が、減速された回転数で回転する。つまり、可撓性外歯歯車５０および出力回転体５５は、可撓性外歯歯車５０の外歯５１１と剛性内歯歯車４０の内歯４１との噛み合い部を周方向ＣＤに移動させながら、外歯５１１と内歯４１との歯数の違いによって剛性内歯歯車４０対して相対回転する。

なお、図１及び図３を参照して説明した減速機２００において、「可撓性部材」の一例として可撓性外歯歯車５０を説明し、「環状部材」の一例として剛性内歯歯車４０を説明した。ただし、第１回転数の回転運動を、第１回転数よりも低い第２回転数の回転運動に変換できる限りにおいては、「可撓性部材」及び「環状部材」は、特に限定されない。例えば、減速機２００がトラクション（摩擦）を利用した減速を行う場合、「可撓性部材」は、可撓性を有するが、外歯を有していなくてもよく、「環状部材」は、弾性を有するが、内歯を有していなくてもよい。この場合、「可撓性部材」の外周面は、「環状部材」の内周面と潤滑油の油膜を介して接触する。

（実施形態２）
図８及び図９を参照して、本発明の実施形態２に係る自転車３００を説明する。実施形態２に係る自転車３００は、図１を参照して説明した減速装置ＳＲを搭載する。従って、以下では、減速装置ＳＲの説明は適宜省略する。

図８は、実施形態２に係る自転車３００を示す図である。図８に示すように、自転車３００は、前輪３１０と、後輪３２０と、ペダル３３０と、クランクアーム３４０と、ローラチェーン３５０と、減速装置ＳＲとを有する。ペダル３３０は、自転車３００の両側面のそれぞれに、配置される。クランクアーム３４０は、自転車３００の両側面のそれぞれに、配置される。ペダル３３０は、クランクアーム３４０に回転自在に取り付けられる。以下では、ペダル３３０が回転する方向のうちの一方を「順方向」とする。ユーザが、ペダル１３０を順方向にこぐと、ペダル３３０の回転運動が、ローラチェーン３５０を介して後輪３２０へ伝達される。その結果、後輪３２０が回転し、後輪３２０及び前輪３１０の回転により、自転車３００が前方へ進行する。

また、減速装置ＳＲは、自転車３００の両側面に配置されたペダル３３０の間に配置される。また、減速装置ＳＲは、ローラチェーン３５０を覆うチェーンカバー３５１の内部に配置される。例えば、発進時又は上り坂を走行する時、ペダル３３０の負荷が大きい場合には、減速装置ＳＲが、ペダル３３０に順方向の回転駆動力を供給する。つまり、減速装置ＳＲは、電動アシスト装置として機能する。従って、ユーザがペダル３３０をこぐ力が軽減される。その結果、ユーザは、自転車３００を楽に運転することができる。

特に、実施形態２によれば、自転車３００が、軸方向ＡＤの長さを比較的小さくできる減速装置ＳＲを搭載しているため、自転車３００の重量の増加を抑制できる。また、減速装置ＳＲの軸方向ＡＤの長さが比較的小さいので、減速装置ＳＲが邪魔にならず、ユーザがペダル３３０をこぎ易い。

図９は、自転車３００に搭載された減速装置ＳＲを示す縦断面図である。図９に示すように、自転車３００は、クランクシャフト３６０と、スプロケット３７０と、一方向クラッチ３８０と、軸受３８５と、軸受３９０とをさらに有する。なお、図面を見やすくするために、クランクシャフト３６０は白色で示している。

クランクシャフト３６０は、中心軸ＡＸに沿って延びる略円柱状の部材である。クランクシャフト３６０は、減速装置ＳＲの回転軸２５及び出力回転体５５を軸方向ＡＤに貫通する。また、クランクシャフト３６０は、ペダル３３０（図８）からの踏力によって駆動される。

クランクシャフト３６０の軸方向ＡＤの両端は、減速装置ＳＲの外側へ突出する。クランクシャフト３６０の軸方向ＡＤの両端には、それぞれ、クランクアーム３４０が固定される。自転車３００のユーザがクランクアーム３４０に接続されたペダル３３０（図８）をこぐと、踏力（人力）により、ペダル３３０、クランクアーム３４０、及び、クランクシャフト３６０が、中心軸ＡＸを中心として回転する。

スプロケット３７０は、減速機２００の出力軸である出力回転体５５に接続される。具体的には、スプロケット３７０は、減速機２００の出力軸である出力回転体５５に固定される。スプロケット３７０は軸方向ＡＤに略直交する。スプロケット３７０は、一方向クラッチ３８０及び出力回転体５５を介して伝達されるクランクシャフト３６０の回転を、ローラチェーン３５０へ伝達する。スプロケット３７０は、中心軸ＡＸを中心とする略円板状である。スプロケット３７０は、外周部に複数の外歯を有する。スプロケット３７０は、複数の外歯により、自転車３００のローラチェーン３５０と係合する。ペダル３３０からの踏力によりクランクシャフト３６０が回転すると、一方向クラッチ３８０及び出力回転体５５を介してスプロケット３７０が、中心軸ＡＸを中心として回転する。その結果、スプロケット３７０と後輪３２０との間で、ローラチェーン３５０が回動する。

回転軸２５の内周面には、軸受３８５及び軸受３９０が配置される。軸受３８５及び軸受３９０は、例えば、ボールベアリングである。軸受３８５及び軸受３９０は、軸方向ＡＤに沿って間隔をあけて並んでいる。軸受３８５及び軸受３９０は、クランクシャフト３６０を回転可能に支持する。軸受３８５は、内輪３８６と、複数のボール３８７と、外輪３８８とを有する。内輪３８６は、クランクシャフト３６０の外周面に固定される。複数のボール３８７は、内輪３８６と外輪３８８との間に介在し、周方向ＣＤに沿って配列される。外輪３８８は、回転軸２５の内周面に固定される。軸受３９０は、内輪３９１と、複数のボール３９２と、外輪３９３とを有する。内輪３９１は、クランクシャフト３６０の外周面に固定される。複数のボール３９２は、内輪３９１と外輪３９３との間に介在し、周方向ＣＤに沿って配列される。外輪３９３は、回転軸２５の内周面に固定される。

一方向クラッチ３８０は、クランクシャフト３６０に対する出力回転体５５の相対回転を、一方向にのみ許容する機構である。一方向クラッチ３８０は、径方向ＲＤにおいて、出力回転体５５とクランクシャフト３６０との間に配置される。具体的には、一方向クラッチ３８０は、径方向ＲＤにおいて、出力回転体５５の内周面とクランクシャフト３６０の外周面との間に配置される。

クランクシャフト３６０の順方向の回転速度が、出力回転体５５の順方向の回転速度よりも大きい場合には、一方向クラッチ３８０は、クランクシャフト３６０の回転を許容する。従って、自転車３００のユーザは、減速装置ＳＲのモータ１００が駆動していないときには、モータ１００の抵抗を受けることなく、ペダル３３０を介してクランクシャフト３６０を回転させることができる。この場合、スプロケット３７０は、クランクシャフト３６０の回転力のみによって回転する。

ただし、一方向クラッチ３８０は、出力回転体５５の順方向の回転速度が、クランクシャフト３６０の順方向の回転速度よりも大きくなることを禁止する。従って、モータ１００が駆動して、出力回転体５５の順方向の回転速度が、クランクシャフト３６０の順方向の回転速度に追いつくと、クランクシャフト３６０は、出力回転体５５と同じ回転速度で、順方向に回転する。

自転車３００は、コントローラ４００と、トルクセンサ４１０とをさらに有する。トルクセンサ４１０は、クランクシャフト３６０の歪みを非接触で検出し、歪み量をトルク値に換算する。トルクセンサ４１０は、クランクシャフト３６０のトルク値を示す検出信号を、コントローラ４００へ出力する。

コントローラ４００は、ステータ１１のコイル１４に駆動電流を供給するための電気回路を実装する。コントローラ４００は、コイル１４、トルクセンサ４１０、及び、バッテリー（不図示）と、電気的に接続されている。コントローラ４００は、マイクロコンピュータを有する。マイクロコンピュータは、プロセッサ及びメモリを有する。

コントローラ４００は、トルクセンサ４１０から、クランクシャフト３６０のトルクを示す検出信号を受信する。また、コントローラ４００のメモリには、予め設定されたトルクの閾値が記憶されている。コントローラ４００は、トルクセンサ４１０から受信した検出信号が示すトルク値が、閾値未満の場合には、コイル１４に駆動電流を供給しない。従って、モータ１００は駆動しない。一方、コントローラ４００は、トルクセンサ４１０から受信した検出信号が示すトルク値が、閾値以上になると、バッテリーから供給される電力により、トルク値に応じた駆動電流を生成して、コイル１４へ供給する。その結果、モータ１００が駆動する。

モータ１００が駆動され、かつ、出力回転体５５の順方向の回転速度がクランクシャフト３６０の順方向の回転速度よりも小さい場合には、モータ１００の回転力に基づく減速された回転力が出力回転体５５に伝達される。その結果、スプロケット３７０は、モータ１００の回転力に基づく減速された回転力と、ユーザの踏力によるクランクシャフト３６０の回転力とによって、回転する。

一方、モータ１００が駆動され、かつ、出力回転体５５の順方向の回転速度がクランクシャフト３６０の順方向の回転速度よりも大きい場合には、一方向クラッチ３８０の作用によって、スプロケット３７０は、ユーザの踏力によるクランクシャフト３６０の回転力のみによって回転する。

以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明した。但し、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明の形成が可能である。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。例えば、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚み、長さ、個数、間隔等は、図面作成の都合上から実際とは異なる場合もある。また、上記の実施形態で示す各構成要素の材質、形状、寸法等は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本発明は、例えば、減速装置、及び、自転車に利用できる。

１０ モータ本体
１５ ロータ
２５ 回転軸
３０ 第１軸受
３５ 第２軸受
４０ 剛性内歯歯車（環状部材）
５０ 可撓性外歯歯車（可撓性部材）
６０ 波動発生器
６６ 第２接続部
６７ 第２凹部
９０ シール部
１００ モータ
１６１ 第１接続部
１６２ 第１凹部
２００ 減速機
２５０ 凸部
３００ 自転車
３３０ ペダル
３６０ クランクシャフト
３７０ スプロケット
ＳＲ 減速装置

Claims (6)

1. モータと、
   前記モータの回転速度を減速する減速機と
   を備え、
   前記モータは、モータ本体と、中心軸を中心として回転する回転軸と、第１軸受と、第２軸受とを有し、
   前記減速機は、
   周方向の位置によって異なる外径を有し、前記中心軸を中心として回転する波動発生器と、
   前記波動発生器が径方向内側から接触する可撓性の筒状部を有する可撓性部材と、
   前記筒状部が径方向内側から接触する環状の環状部材と
   を有し、
   前記可撓性部材は、前記波動発生器の回転に応じて、前記環状部材に対して相対回転し、
   前記モータ本体は、前記回転軸に接続されるロータを有し、
   前記波動発生器は、前記ロータが接続される位置と異なる位置で、前記回転軸に接続され、
   前記第１軸受は、前記ロータに対して前記波動発生器の反対側に配置されるとともに、前記回転軸を回転可能に支持し、
   前記第２軸受は、前記筒状部の径方向内側に配置されるとともに、前記回転軸を回転可能に支持する、減速装置。
2. 前記モータの極数は、Ｎ（２以上の整数）であり、
   前記ロータは、前記回転軸と接続する第１接続部を有し、
   前記第１接続部は、周方向に連なるＮ個の第１凹部を有し、
   前記Ｎ個の第１凹部の各々は、径方向外側に向かって窪むとともに、軸方向に沿って延び、
   前記波動発生器は、前記回転軸と接続する第２接続部を有し、
   前記第２接続部は、周方向に連なるＮ個の第２凹部を有し、
   前記Ｎ個の第２凹部の各々は、径方向外側に向かって窪むとともに、軸方向に沿って延び、
   前記第１凹部と前記第２凹部とは、軸方向に沿って一直線上に並び、
   前記回転軸は、径方向外側に向かって突出するＮ個の凸部を有し、
   前記Ｎ個の凸部は、軸方向に沿って延び、前記Ｎ個の第１凹部に嵌るとともに、前記Ｎ個の第２凹部に嵌る、請求項１に記載の減速装置。
3. 前記第２軸受は、前記波動発生器に対して前記ロータの反対側に配置される、請求項１又は請求項２に記載の減速装置。
4. 前記回転軸の径方向外側で、前記減速機と前記モータ本体との間をシールするシール部をさらに有し、
   前記減速機の内部にはグリスが存在する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の減速装置。
5. 前記回転軸は、中空である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の減速装置。
6. 請求項５に記載の減速装置と、
   ペダルと、
   前記減速装置の前記回転軸を軸方向に貫通し、前記ペダルからの踏力によって駆動されるクランクシャフトと、
   前記減速装置の出力軸が接続されるスプロケットと
   を有する、自転車。

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