JP3583418B1 - 減速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】差動歯車機構を備える両軸出力型の減速装置であって、比較的簡単な機構で小型化が可能となる減速装置を提供する。
【解決手段】分割されたケース２，３内で、回転可能に支持された中空の円筒軸部６と、モータの回転を減速して円筒軸部６に伝達するウォーム歯車機構５と、円筒軸部６の回転軸線Ｘに対し偏芯して形成された偏芯軸部２０と、ケース２，３に対して固定された差動外歯車２２、及び偏芯軸部２０に外嵌して軸支されるとともに差動外歯車２２に外接噛合する差動内歯車２１を有する差動歯車機構７と、差動歯車機構７の歯数差に応じた差動内歯車２１の位相ずれを取出す差動位相取出部８と、円筒軸部６に挿通するとともに両端がケース２，３の外部に延出され、且つケース２，３に対して回転可能に支持された出力軸部９と、位相ずれを出力軸部９に伝達する伝動部１０とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、減速装置に関し、特に、差動歯車機構を備えた両軸出力型の減速装置に関するものである。

従来より、差動歯車機構を用いた減速装置が提案されている。この減速装置によれば、減速比が大きく比較的簡単な機構で構成できることから、多くの機器において利用されている。

ところで、この種の減速装置においては、いずれも出力軸部が一方にのみ延出された片軸出力型となっている。このため、例えば両端側に回転負荷を配置した機器において、このような減速装置を採用しようとすると、減速装置の出力軸部と二つの回転負荷とを連結させる機構、すなわち減速装置の出力を二つの回転負荷に夫々伝達する伝動機構が必要となり、機器の内部構造が複雑になってしまう。また、片軸出力型では出力軸部が片持ち状態となることから、捩れや曲げモーメント等への影響が生じやすくなる。そこで、このような機器に対しては、出力軸部を両側から延出させた両軸出力型の減速装置を用いることが望まれている。

以上の従来技術は、当業者において当然として行われているものであり、出願人は、この従来技術が記載された文献を知見していない。

しかし、両軸出力型の減速装置では、ケースを貫通するように出力軸部が配設されるため、ケースに内蔵しなければならない各種機構の配設位置が制約されてしまう。特に、差動歯車機構を備える減速装置では、差動歯車機構の中心に出力軸部が配設されるため、差動歯車機構を差動させるための伝動機構等の配置が困難となり、その結果、減速装置の内部構造が複雑になるとともに、装置が大型化されることが懸念される。

そこで、本発明は、上記の実状に鑑み、差動歯車機構を備える両軸出力型の減速装置であって、比較的簡単な機構で小型化が可能となる減速装置の提供を課題とするものである。

本発明にかかる減速装置は、「ケースと、中空の円筒軸部と、該円筒軸部の外周に配設され、前記ケース内で前記円筒軸部を回転可能に支持する一対の軸受と、該一対の軸受の間に配設され、モータの回転を前記円筒軸部に伝達し該円筒軸部を回転させる第一伝動手段と、前記円筒軸部の回転軸線に対し偏芯して形成された偏芯軸部と、前記ケースに対して固定された差動外歯車、及び前記偏芯軸部に外嵌して軸支されるとともに前記差動外歯車に外接噛合する差動内歯車を有する差動歯車機構と、前記差動外歯車及び前記差動内歯車の歯数差に応じた、前記差動内歯車の位相ずれを取出す差動位相取出部と、前記円筒軸部に挿通するとともに両端が前記ケースの外部に延出され、且つ前記ケースに対して回転可能に支持された出力軸部と、前記差動位相取出部によって取出された位相ずれを前記出力軸部に伝達し該出力軸部を回転させる第二伝動手段とを具備する」ものである。

ここで、「第一伝動手段」は、モータの回転をそのまま円筒軸部に伝達する機構であってもよく、減速して円筒軸部に伝達する機構であってもよい。また「第二伝動手段」は、差動位相取出部によって取出された位相ずれをそのまま出力軸部に伝達する機構であってもよく、あるいは減速して出力軸部に伝達する機構であってもよい。なお、円筒軸部と出力軸部との間には隙間が形成されており、互いに当接しないように配設されている。

本発明の減速装置によれば、モータの回転が第一伝動手段を介して円筒軸部に伝達され、円筒軸部が所定の回転数で回転する。すると、円筒軸部の回転軸線に対して偏芯した偏芯軸部も所定の回転数で回転する。この偏芯軸部には差動内歯車が外嵌して軸支されているため、差動内歯車は円筒軸部の回転軸線を中心として公転する。また、この際、差動内歯車は、ケースに固定された差動外歯車に対して外接噛合しながら公転するため、差動内歯車が差動外歯車の歯数だけ公転（一回公転）すると、両歯車の歯数差（例えば１歯）だけ、差動内歯車の位相がずれる。すなわち、差動内歯車が歯数差だけ回転（自転）することとなる。この位相のずれは差動位相取出部によって取出され、第二伝動手段を介して出力軸部に伝達される。

なお、差動内歯車を公転させる円筒軸部は中空に形成され、出力軸部はその円筒軸部内に挿通されている。このため、出力軸部の両端をケースの外部に延設させても、差動内歯車を公転させるための円筒軸部に対して障害となることなく配置することができる。

ところで、本発明の減速装置において、「前記第一伝動手段は、前記モータに連結されるとともに前記ケースに対して回転可能に支持されたウォーム、及び前記円筒軸部の外周面に連結されるとともに前記ウォームに噛合するウォームホイールを有するウォーム歯車機構から構成されている」ものとすることができる。

これによれば、モータの回転がウォーム歯車機構によって減速され、その後、ウォーム歯車機構の出力が円筒軸部を介して差動歯車機構に伝達される。つまり、モータの回転が、二つの減速機構を介して出力軸部に伝達されることから、高減速比を得ることができる。

また、本発明の減速装置において、「前記差動内歯車及び前記差動外歯車において互いに噛合する、歯先及び歯溝はいずれも円弧状の形状を呈している」構成とすることができる。

ここで、円弧状の形状を呈する部分は、少なくとも互いに当接する部分であり、差動内歯車の歯先及び差動外歯車の歯溝を円弧状に形成する場合と、差動内歯車の歯溝及び差動外歯車の歯先を円弧状に形成する場合とがある。

これによれば、差動歯車機構において円弧状の面同士が当接しながら噛合するため、バックラッシをゼロに近づけることが可能になり、噛合による騒音の発生を低減するとともに、強度の向上を図ることができる。

このように、本発明の減速装置によれば、差動内歯車を公転させるための伝達機構を中空に形成し、その中に出力軸部を挿通させることから、差動歯車機構を備える両軸出力型の減速装置を比較的簡単な機構で実現することができ、装置の小型化を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態である減速装置について、図１乃至図３に基づき説明する。図１は減速装置の構成を示す断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。本実施形態の減速装置１は、モータの回転を減速して出力する両軸出力型の減速装置であり、左右に分割された第一ケース２及び第二ケース３（以下、ケース２，３と称す）と、これらのケース２，３内に収容された機構部とから構成されている。ここで、第一ケース２及び第二ケース３を組合わせたものが本発明のケースに相当する。

機構部は、小型のモータ４に連結されモータ４の回転を減速するウォーム歯車機構５と、ケース２，３内で回転可能に支持されウォーム歯車機構５の出力側に連結された円筒軸部６と、円筒軸部６の回転をさらに減速する差動歯車機構７と、差動歯車機構７から位相ずれを取出す差動位相取出部８と、ケース２，３内で回転可能に支持され両端がケース２，３の外部に延出された出力軸部９と、差動位相取出部８によって取出された位相ずれを出力軸部９に伝達する伝動部１０とから構成されている。ここで、ウォーム歯車機構５が本発明の第一伝動手段に相当し、伝動部１０が本発明の第二伝動手段に相当する。

各構成について具体的に説明する。ウォーム歯車機構５は、図２に示すように、一端がモータ４の回転軸４ａに直結され他端が軸受１２を介して第一ケース２に軸支されたウォーム１３と、円筒軸部６の外周面に外嵌して連結されたウォームホイール１４とから構成されている。なお、ウォーム１３は、１条または複数条の歯数を有するねじ形状の歯車であり、ウォームホイール１４は、ウォーム１３の円周の一部に被さって噛合し、ウォーム１３の回転軸に対して直角をなして回転する歯車である。このウォーム歯車機構５により比較的大きな減速が可能となる。また、図１に示すように、ウォームホイール１４には、円筒軸部６に締結させるための締結支持部１５が連結ボルト１６によって取付けられている。この締結支持部１５は、その一部が円筒形を軸方向に二分したような一対の半円弧状の形状からなり、締付ボルト１７の締付けによってこれらの内面を円筒軸部６に圧接させるものである。なお、図１に示すように、ウォームホイール１４は、略円筒形状のスペーサ１８によって紙面左右方向の位置決めがなされている。

一方、円筒軸部６は、両端が開放された中空の部材であり、軸受１９を介してケース２，３に軸支されている。また、円筒軸部６の一端側（紙面右側）には、円筒軸部６の回転軸線Ｘに対して偏芯した偏芯軸部２０が一体的に形成されている（図３参照）。

図１及び図３に示すように、差動歯車機構７は、ケース２，３に固定された差動外歯車２２と、差動外歯車２２内に配設された差動内歯車２１とから構成されている。差動内歯車２１は、偏芯軸部２０に対しベアリング２３を介して外嵌されており、円筒軸部６が回転すると、回転軸線Ｘを中心として公転するようになっている。また、差動内歯車２１の外周面には複数の歯部２４が形成されており、差動内歯車２１は、差動外歯車２２の内周面に形成された歯部２６と外接噛合しながら公転する。ここで、差動内歯車２１の歯数と差動外歯車２２の歯数とが等しい場合には、差動内歯車２１が公転しても差動内歯車２１の位相がずれることはないが、本発明では、差動内歯車２１の歯数と差動外歯車２２の歯数とを互いに異なるように設定し、公転する際に差動内歯車２１の位相がずれるようにしている。つまり、差動内歯車２１が差動外歯車２２の歯数だけ公転（一回公転）すると、両歯車の歯数差だけ、差動内歯車２１が回転（自転）するように構成されている。なお、差動内歯車２１及び差動外歯車２２の歯数差は特に限定されるものではないが、本例では歯数差が「１」になるように設定されている。

なお、差動外歯車２２には、周方向に所定の間隔で穿設された複数の取付孔２７が形成されており、差動外歯車２２は、これらの取付孔２７を通して締結されるボルト（図示しない）により、ケース２，３に固定されている。

また、差動内歯車２１には、周方向に等間隔で穿設された複数の孔部２５が形成されており、夫々の孔部２５に、差動位相取出部８の一部が挿入されている。差動位相取出部８は、伝動ピン２９とこの伝動ピン２９の一端側に装着された伝動スリーブ３０とから構成されており、伝動スリーブ３０が装着された部位が孔部２５に挿入されている。なお、伝動スリーブ３０の直径は、孔部２５の内径よりも小さくなっている。具体的には差動内歯車２１が回転軸線Ｘを中心として公転しても、孔部２５の内周壁が伝動スリーブ３０を圧接することのない大きさに設定されている。これによれば、伝動ピン２９及び伝動スリーブ３０は、差動内歯車２１の公転に対して影響を受けることなく、差動内歯車２１の回転（自転）のみを取出すことが可能になる。

図１に示すように、伝動部１０は、複数の伝動ピン２９の他端側（紙面右側）が圧入されたボス３５と、連結ボルト３７によってボス３５に連結するとともに締付ボルト３８によって出力軸部９に締付けられた締付ボス３６とから構成されている。なお、締付ボス３６の構成は締結支持部１５と同様である。

出力軸部９は、ケース２，３に対し軸受３２を介して軸支されており、ボス３５及び締付ボス３６を介して差動内歯車２１の回転（位相のずれ）が伝達されるように構成されている。なお、円筒軸部６の内周面と出力軸部９の外周面との間には僅かな隙間が形成されている。なお、図中３３はオイルシールであり、各軸受や各歯車に塗布された油脂の漏れを防ぐためのものである。

次に、本実施形態の減速装置１の作用について説明する。モータ４の回転軸４ａが回転すると、回転軸４ａに直結されたウォーム１３が回転し、それと噛合するウォームホイール１４及びウォームホイール１４に連結された円筒軸部６を回転させる。なお、この際、ウォーム１３及びウォームホイール１４の噛合によってモータ４の回転が減速される。

そして、円筒軸部６が回転すると、偏芯軸部２０に外嵌された差動内歯車２１が円筒軸部６の回転軸線Ｘを中心として公転する。この際、差動内歯車２１の歯部２４が、差動外歯車２２の歯部２６に外接噛合することにより、両歯車２１，２２の歯数差だけ差動内歯車２１が自転する。

差動内歯車２１の自転（位相のずれ）は、伝動ピン２９及び伝動スリーブ３０によって取出されボス３５及び締付ボス３６を介して出力軸部９に伝達される。これにより、出力軸部９は、差動歯車機構７によって減速された回転数で回転する。

このように、上記の減速装置１によれば、差動内歯車２１を公転させる伝達機構として中空の円筒軸部６を用い、その内部の空間を利用して出力軸部９を配設させている。このため、出力軸部９の両端をケース２，３の外部に延設させても、ウォーム歯車機構５に対して障害となることなく配置することができる。したがって、内部機構が簡略化され、差動差車機構７を備える両軸出力型の減速装置１を比較的簡単な機構で実現することができ、装置の小型化を図ることができる。

また、上記の減速装置１によれば、モータ４の回転がウォーム歯車機構５によって減速され、その後、差動歯車機構７によってさらに減速されることから、高減速比を得ることが可能となる。例えば本例では、モータ４の回転数６５００ｒｐｍを２．２６ｒｐｍまで減速させることを可能にしている。また、ウォーム１３とウォームホイール１４とは、二軸が互いに直角をなして噛合うことから、円筒軸部６の外周面に外嵌されたウォームホイール１４の回転軸（すなわち円筒軸部６の回転軸線Ｘ）とウォーム１３の回転軸線とは互いに直角となる。すなわち、モータ４の回転軸４ａと出力軸部９とが互いに直角となるため、ケース２，３を貫通するように出力軸部９を配設しても、この出力軸部９とモータ４との当接を回避することができる。したがって、さらに装置を小型化することが可能になる。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。

すなわち、本実施形態の減速装置１では、モータ４と円筒軸部６との間にウォーム歯車機構５を介在し、ウォーム歯車機構５によって減速された回転を円筒軸部６に伝達させるものを示したが、ウォーム歯車機構５以外の減速機構を介して伝達させるようにしてもよく、あるいはモータ４の回転をそのまま円筒軸部６に伝達させるようにしてもよい。

また、本実施形態の減速装置１では、差動内歯車２１及び差動外歯車２２における歯部２４，２６として、一般的に使用されている通常の歯形形状のものを示したが、図４に示すように、差動内歯車４０の歯部４１における歯溝４２と、差動外歯車４３の歯部４４における歯先４５とを半円弧状に形成し、円弧部分同士を当接させながら噛合させるようにしてもよい。これによれば、前記の歯車２１，２２と比べ、転位係数の設定や高精度な面仕上げを要求することなく、円滑な噛合を保証することが可能になる。これにより、バックラッシ（歯車の回転を円滑にするために噛合する歯部と歯部との間に設けた隙間）をゼロに近づけることが可能になり、噛合による騒音の発生を低減するとともに、強度の向上を図ることができる。なお、図示しないが、差動内歯車の歯部における歯先と、差動外歯車の歯部における歯溝とを円弧状に形成した場合も同様の作用効果を奏することができる。

また、本実施形態の減速装置１では、偏芯軸部２０を円筒軸部６と一体に形成するものを示したが、別部材で形成し連結させるようにしてもよい。ただし、本例のように一体に形成するようにすれば、円筒軸部６と偏芯軸部２０との間の伝達機構が不要となることから構造が一層簡略化される。

減速装置の構成を示す断面図である。 図１のA−A断面図である。 図１のB−B断面図である。 差動歯車機構における差動外歯車及び差動内歯車の他の例を示す説明図である。

符号の説明

１ 減速装置
２ 第一ケース（ケース）
３ 第二ケース（ケース）
４ モータ
５ ウォーム歯車機構（第一伝動手段）
６ 円筒軸部
７ 差動歯車機構
８ 差動位相取出部
９ 出力軸部
１０ 伝動部（第二伝動手段）
１３ ウォーム
１４ ウォームホイール
２０ 偏芯軸部
２１，４０ 差動内歯車
２２，４３ 差動外歯車
４２ 歯溝
４５ 歯先

Claims (3)

1. ケースと、
   中空の円筒軸部と、
   該円筒軸部の外周に配設され、前記ケース内で前記円筒軸部を回転可能に支持する一対の軸受と、
   該一対の軸受の間に配設され、モータの回転を前記円筒軸部に伝達し該円筒軸部を回転させる第一伝動手段と、
   前記円筒軸部の回転軸線に対し偏芯して形成された偏芯軸部と、
   前記ケースに対して固定された差動外歯車、及び前記偏芯軸部に外嵌して軸支されるとともに前記差動外歯車に外接噛合する差動内歯車を有する差動歯車機構と、
   前記差動外歯車及び前記差動内歯車の歯数差に応じた、前記差動内歯車の位相ずれを取出す差動位相取出部と、
   前記円筒軸部に挿通するとともに両端が前記ケースの外部に延出され、且つ前記ケースに対して回転可能に支持された出力軸部と、
   前記差動位相取出部によって取出された位相ずれを前記出力軸部に伝達し該出力軸部を回転させる第二伝動手段と
   を具備することを特徴とする減速装置。
2. 前記第一伝動手段は、前記モータに連結されるとともに前記ケースに対して回転可能に支持されたウォーム、及び前記円筒軸部の外周面に連結されるとともに前記ウォームに噛合するウォームホイールを有するウォーム歯車機構から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の減速装置。
3. 前記差動内歯車及び前記差動外歯車において互いに噛合する、歯先及び歯溝はいずれも円弧状の形状を呈していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の減速装置。

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