JP6539514B2 - 内接カムと円筒ピニオンを用いた動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、モーターの回転を高効率に伝達し、高精度に位置決めでき、且つ、長寿命化に適した動力伝達装置に関するものである。

動力伝達装置、特に減速機は、モーターなどの動力源から得た動力を、ギヤ（歯車）等を介して回転速度を減じて出力することで、減速比に比例したトルクを得ることができる装置である。動力伝達装置は、それによって動く装置と動力源との間に設置され、必要なトルク、回転速度を得ることができる。動力伝達装置は、例えば、ロボット、工場搬送ラインなどの産業機械、船舶のスクリュー、飛行機のプロペラに使用されている。

動力伝達装置として、特許文献１には、径方向の内側に向けられた複数の内歯が内周側に形成された内歯歯車と、内歯歯車の内周側に配置され、内歯と噛み合うための径方向の外側に向けられた複数の外歯が形成され、回転軸の回転に伴い揺動回転する外歯歯車とを備えた、減速装置が開示されている。

また、動力伝達装置として、特許文献２には、複数の外ピン或いは外ピンに被嵌された外ローラを有する内歯歯車と、内歯歯車の内周側に配置され、径方向の外側に向けられた複数の外歯を有し、入力軸に接続された外歯歯車と、を備え、外ピン或いは外ピンに被嵌された外ローラの円筒側面と外歯歯車の複数の外歯とが内接噛合することができる、減速機が開示されている。

特開２０１４−１８５７４４号公報 特開２００９−４７２１４号公報

一般的に、複数の内歯を有する内歯歯車と、内歯歯車の内周側に配置され、内歯と噛み合う複数の外歯を有する外歯歯車とを備える減速機は、動力源から得た動力を外歯歯車から内歯歯車に伝達して、回転速度を減じて出力する。そして、減速機の内歯歯車と外歯歯車との間の伝達容量を高効率にするためには、内歯歯車及び外歯歯車の歯の厚さを大きく、すなわち、モジュールを大きくする必要がある。歯の厚さ（ｓ）とモジュール（ｍ）との関係は、ｓ＝π／２×ｍで表され、モジュール（ｍ）は、歯車の直径（ｄ）と歯数（ｚ）により、ｍ＝ｄ／ｚで表される。一方、減速機の出力回転数に対する入力回転数を表す減速比は、内歯歯車の歯数と外歯歯車の歯数の比によって決まるが、内歯歯車及び外歯歯車の歯の厚さを大きくすることなくできるだけ減速比を小さくしようとするには内歯歯車の直径をできるだけ小さくする必要がある。

特許文献１による減速装置において、外歯歯車の直径と内歯歯車及び外歯歯車の歯の厚さを変えることなく、内歯歯車の直径を小さくすると減速比を小さくすることができるが、内歯歯車及び外歯歯車の歯の先端を細くする、或いは、内歯歯車及び外歯歯車の歯の高さを小さくする必要がある。しかし、歯の先端を細くすると歯の剛性が弱くなり、内歯歯車及び外歯歯車の歯の高さを小さくすると内歯歯車と外歯歯車との間の伝達容量が小さくなることから、内歯歯車の直径を小さくするには問題がある。例えば、ロボットアーム、ベルトコンベア等の産業機械で使用される減速機においては、減速比を３以下にするにはより問題が大きい。更に、内歯歯車及び外歯歯車の歯数を小さくすると、内歯歯車と外歯歯車の噛合せ時の摩擦が大きくなりやすく、更に、バックラッシが生じやすいという問題がある。

また、特許文献２による減速機は、内歯歯車において外ローラを有しているために、特許文献１の減速装置より内歯歯車と外歯歯車の噛合せ時の摩擦を小さくすることはできるが、特許文献１の減速装置と同じように、内歯歯車の内周側に、径方向の外側に向けられた複数の外歯を有する外歯歯車が配置されているために、特許文献２の減速機においても、特許文献１の減速装置と同じ問題が生じる。

従って、本発明の目的は、上記問題を解決して、動力伝達装置に入力された回転に対する高伝達容量を有し、高剛性を有し、バックラッシがなく、高精度に位置決めができ、低摩擦であって、且つ、最適な減速比を可能にする動力伝達装置を提供することである。

本発明によれば、上記目的は、回転可能なモーター軸を有するモーターと、モーター軸に接続された、第１の端面と第２の端面を有する回転可能な略円筒状のタレットと、タレットに配置された複数の円筒ピニオンと、略円環状の内接カムであって、内接カムの内面に円周方向に沿って等間隔に複数の内歯を有する内接カムと、内接カムに接続され、回転可能な出力軸とを備えた動力伝達装置であって、複数の円筒ピニオンが、タレットの第１の端面に円周方向に沿って等間隔に配置され、複数の円筒ピニオンのうちの少なくとも１つの円筒ピニオンの円筒側面が複数の内歯のうちの少なくとも１つの内歯のカム面に接触することによって、内接カムに接続された出力軸が回転するようになっている動力伝達装置によって達成される。

また、複数の円筒ピニオンのうちの２つの円筒ピニオンの円筒側面が複数の内歯のうちの何れかの内歯のカム面に接触することによって、内接カムに接続された出力軸が回転するようになっている動力伝達装置であることが好ましい。

２つの円筒ピニオンが、２つの円筒ピニオンの間に配置された１つの内歯を挟み込むように１つの内歯のカム面に接触する動力伝達装置であることが好ましい。

２つの円筒ピニオンの間には１つの円筒ピニオンが配置され、２つの円筒ピニオンのうちの一方の円筒ピニオンの円筒側面は１つの円筒ピニオンが配置される方向にある内歯のカム面に接触し、２つの円筒ピニオンのうちの他方の円筒ピニオンの円筒側面は１つの円筒ピニオンが配置される方向にある内歯のカム面に接触する動力伝達装置であることが好ましい。

１つの円筒ピニオンは、複数の内歯の何れにも接触しない動力伝達装置であることが好ましい。

複数の円筒ピニオンと複数の内歯との接触は、滑り接触である動力伝達装置であることが好ましい。

複数の円筒ピニオンと複数の内歯との接触は、転がり接触である動力伝達装置であることが好ましい。

複数の円筒ピニオンの各円筒ピニオンが、ローラーフォロア又はカムフォロアである動力伝達装置であることが好ましい。

複数の円筒ピニオンを、タレットの端面に円周方向に沿って等間隔に配置し、円筒ピニオンの円筒側面を内歯のカム面に接触させることによって、円筒ピニオン及び内歯のサイズを大きくすることができるため、円筒ピニオン及び内歯は高剛性を有することができ、且つ、高伝達容量を有することができるという効果を奏する。また、少なくとも２つの円筒ピニオンの円筒側面を複数の内歯のうちの何れかの内歯の側面に接触させることによって、更に高伝達容量を有することができるという効果を奏する。

そして、２つの円筒ピニオンをこれらの円筒ピニオンの間に配置された内歯を挟み込むように内歯のカム面に接触させることによって、バックラッシをなくして高精度に位置決めすることができるという効果を奏する。２つの円筒ピニオンの間に１つの円筒ピニオンが配置された場合でも、２つの円筒ピニオンのうちの一方の円筒ピニオンの円筒側面を１つの円筒ピニオンが配置される方向にある内歯のカム面に接触させ、他方の円筒ピニオンの円筒側面を１つの円筒ピニオンが配置される方向にある内歯のカム面に接触させることによって、バックラッシをなくして高精度に位置決めすることができるという効果を奏する。この場合、その１つの円筒ピニオンを複数の内歯の何れにも接触させないことによって、動力伝達装置の加工上の精度誤差を吸収し、また、円筒ピニオンと内歯とを滑らかに接触させて動作させることができるという効果を奏する。
更に、円筒ピニオンと内歯との接触を滑り接触にすることによって、一つの部品で円筒ピニオンを構成できるため、円筒ピニオンの剛性を高くでき、且つ、製造コストを削減できるという効果を奏する。
また、円筒ピニオンと内歯との接触を転がり接触にし、円筒ピニオンとしてローラーフォロア又はカムフォロアを採用することよって、円筒ピニオンと内歯との間の摩擦を小さくすることができ、円筒ピニオンから内歯に対して高効率に回転を伝達することができるという効果を奏する。

なお、本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。

本発明の動力伝達装置の前方から見た斜視図である。 本発明の動力伝達装置の側面から見た断面図である。 本発明の動力伝達装置の前方から見たタレット及び内接カムのある回転時における状態を表す断面図である。 本発明の動力伝達装置の前方から見たタレット及び内接カムの別の回転時における状態を表す断面図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

図１〜４を参照して、本発明の動力伝達装置の実施例を説明する。図１に、動力伝達装置１０１の概略図を示す。動力伝達装置１０１は、モーター１０２、ハウジング１０４、１０５、回転可能な出力軸１０６を備える。図２に、動力伝達装置１０１を側面から見た断面図を示す。動力伝達装置１０１は、回転可能なモーター軸１０３を備えるモーター１０２と、第１の端面１０８と第２の端面を有する略円筒状のタレット１０７であって、第２の端面側において連結要素１１９によってモーター軸１０３に接続された回転可能な略円筒状のタレット１０７と、タレット１０７に配置された複数の円筒ピニオン１１４と、略円環状であって、その略円環状の内面に円周方向に沿って等間隔に複数の内歯を有する内接カム１０９と、内接カム１０９に接続され、回転可能な出力軸１０６とを備える。また、動力伝達装置１０１は、軸受１２１、１２２、１２３を備え、軸受１２１はハウジング１０４と回転可能なタレット１０７との間に、軸受１２２及び１２３はハウジング１０５と出力軸１０６との間に、それぞれ配置される。動力伝達装置１０１は、更に、オイル、グリース等を保持、密封するための密封装置１２０、１２４を備える。密封装置としては、例えば、オイルシール、パッキン、メカニカルシール、等がある。

図３に、図２のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面において、動力伝達装置１０１を前面から見たある回転タイミングにおけるタレット及び内接カムの状態を表す断面図を示す。図３に示すように、タレット１０７の第１の端面１０８には、複数の円筒ピニオン１１４（１１５、１１６、１１７）が、略円筒状のタレット１０７の円周方向に沿って等間隔に配置される。そして、複数の円筒ピニオンのうちの少なくとも１つの円筒ピニオン（例えば、第２の円筒ピニオン１１６）の円筒側面１１８が複数の内歯のうちの少なくとも１つの内歯のカム面（例えば、第１の内歯１１０の第２のカム面１１３）に接触することによって、モーター軸１０３に接続されたタレット１０７の回転が内接カム１０９に伝達され、内接カム１０９に接続された出力軸１０６を回転させることができる。

複数の円筒ピニオン１１４（１１５、１１６、１１７）をタレット１０７の第１の端面１０８に配置させ、複数の円筒ピニオン１１４のそれぞれの円周側面１１８に各内歯１１０、１１１のカム面１１２、１１３を接触させるようにすることによって、特許文献１、２のような径方向の外側に向けられた複数の外歯が形成された外歯歯車を備える減速機よりも、動力伝達装置全体のサイズを大きくすることなく、円筒ピニオン及び内歯のサイズを大きくすることができる。従って、本発明の動力伝達装置の円筒ピニオン及び内歯は高剛性を有することができ、且つ、高伝達容量を有することができる。

図３においては、タレット１０７の第１の端面１０８に配置された円筒ピニオンの数は６、内接カム１０９の内歯の数は１２であるから、図３のタレット１０７と内接カム１０９を使用することによって、動力伝達装置１０１は、出力軸１０６においてモーター１０２のモーター軸１０３の回転数に対して半分の回転数を出力することができる（減速比２）。なお、円筒ピニオンの数及び内接カム１０９の内歯の数は、図３に示された数に限られたものではなく、あらゆる数の組合せが可能であって、それによって所望の減速比を得ることができる。

また図３においては、複数の円筒ピニオンのうちの少なくとも２つの円筒ピニオン（例えば、第１の円筒ピニオン１１５及び第２の円筒ピニオン１１６）のそれぞれの円筒側面１１８が、複数の内歯のうちの少なくとも１つの内歯のカム面（例えば、第１の内歯１１０の第１のカム面１１２及び第２のカム面１１３）に接触する。

更に図３においては、２つの円筒ピニオン（第１の円筒ピニオン１１５及び第２の円筒ピニオン１１６）が、第１の円筒ピニオン１１５と第２の円筒ピニオン１１６との間に配置された第１の内歯１１０を挟み込んで、第１の円筒ピニオン１１５及び第２の円筒ピニオン１１６のそれぞれの円筒側面１１８が、第１の内歯１１０の第１のカム面１１２及び第２のカム面１１３に接触する。このように、２つの円筒ピニオンを、その間にある内歯を挟み込むように配置することによって、２つの円筒ピニオンをその内歯に接触させてバックラッシをなくしている。そして、バックラッシがないので、動力伝達装置１０１は、モーター軸１０３に対する出力軸１０６の正確な位置決めを行うことができる。

図４に、図２のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面において、動力伝達装置１０１を前面から見た図３との別の回転タイミングにおけるタレット及び内接カムの状態を表す断面図を示す。２つの円筒ピニオンの間（例えば、第１の円筒ピニオン１１５及び第３の円筒ピニオン１１７）には１つの円筒ピニオン（例えば、第２の円筒ピニオン１１６）が配置され、この２つの円筒ピニオンのうちの一方の円筒ピニオン（例えば、第１の円筒ピニオン１１５）の円筒側面１１８は、１つの円筒ピニオン（第２の円筒ピニオン１１６）が配置される方向にある第１の内歯１１０の第１のカム面１１２に接触し、この２つの円筒ピニオンのうちの他方の円筒ピニオン（第３の円筒ピニオン１１７）の円筒側面１１８は、１つの円筒ピニオン（第２の円筒ピニオン１１６）が配置される方向にある第２の内歯１１１の第２のカム面１１３に接触する。このように、２つの円筒ピニオンの間に他の円筒ピニオンが配置されている場合においても、２つの円筒ピニオンを、この２つの円筒ピニオンの間にある２つの内歯を挟み込むように配置することによって、２つの円筒ピニオンを２つの内歯に接触させてバックラッシをなくしている。そして、バックラッシがないので、動力伝達装置１０１は、モーター軸１０３に対する出力軸１０６の正確な位置決めを行うことができる。

図３、図４に示すように、動力伝達装置１０１のモーター軸１０３が回転しているときにおいて、モーター軸１０３に接続されたタレット１０７と内接カム１０９とが如何なる状態で噛み合っている場合であっても円筒ピニオンと内歯との間にバックラッシがないので、動力伝達装置１０１は、モーター軸１０３が如何なる状態においても、モーター軸１０３に対する出力軸１０６の正確な位置決めを行うことができる。

また図４においては、第１の円筒ピニオン１１５と第３の円筒ピニオン１１７との間に配置された１つの円筒ピニオン（第２の円筒ピニオン１１６）は、内接カム１０９の複数の内歯の何れにも接触していない。このように、図３から図４のようにタレット１０７が時計回りに回転して、第２の円筒ピニオン１１６に接触するカム面が、第１の内歯１１０の第２のカム面１１３から第２の内歯１１１の第１のカム面１１２に変わる間において、第２の円筒ピニオン１１６が一時的に内接カム１０９の複数の内歯の何れにも接触しない、すなわち、遊びを設けるようにすることによって、円筒ピニオン及び内歯の加工上の精度誤差を吸収することができるとともに、円筒ピニオンと内歯とを滑らかに接触させてタレット及び内接カムを回転させることができる。

なお、複数の円筒ピニオン１１４（１１５、１１６、１１７）をタレット１０７に固定して、複数の円筒ピニオン１１４と複数の内歯１１０、１１１との接触を、滑り接触にすることができる。複数の円筒ピニオンをタレットに固定することにより、動力伝達装置の製造工程を簡略化でき、動力伝達装置をより低廉に製造することができる。

また、複数の円筒ピニオン１１４（１１５、１１６、１１７）と複数の内歯１１０、１１１との接触を、転がり接触にすることもできる。転がり接触にすることによって、円筒ピニオンと内歯との間の摩擦は小さくなって、動力伝達装置１０１は、モーター軸１０３の回転に対して出力軸１０６を高効率に回転させることができるとともに、動力伝達装置１０１の長寿命化にも繋がる。図３、図４に示すように、モーター軸１０３に接続されたタレット１０７を時計回りに回転させることによって、タレット１０７の第１の端面１０８に配置された複数の円筒ピニオン１１５、１１６、１１７が内接カム１０９の内歯１１０、１１１に接触して、内接カム１０９を時計回りに回転させることができる。図３において、第２の円筒ピニオン１１６の円筒側面１１８と第１の内歯１１０の第２のカム面１１３の接触に際しては、第２の円筒ピニオン１１６も時計回りに回転することで、第２の円筒ピニオン１１６と第１の内歯１１０との間の摩擦は小さくなる。第１の円筒ピニオン１１５の円筒側面１１８と第１の内歯１１０の第１のカム面１１２の接触に際しては、第１の円筒ピニオン１１５も時計回りに回転することで、第１の円筒ピニオン１１５と第１の内歯１１０との間の摩擦は小さくなる。また、図４において、第３の円筒ピニオン１１７の円筒側面１１８と第２の内歯１１１の第２のカム面１１３の接触に際しては、第３の円筒ピニオン１１７も時計回りに回転することで、第３の円筒ピニオン１１７と第２の内歯１１１との間の摩擦は小さくなる。第１の円筒ピニオン１１５の円筒側面１１８と第１の内歯１１０の第１のカム面１１２の接触に際しては、第１の円筒ピニオン１１５も時計回りに回転することで、第１の円筒ピニオン１１５と第１の内歯１１０との間の摩擦は小さくなる。

転がり接触にするために、複数の円筒ピニオン１１４として、例えば、ローラーフォロア、カムフォロア、等を採用することができる。カムフォロアは、スタッド（軸）と外輪とを備え、ローラーフォロアは、内輪と外輪とを備えるが、スタッド又は内輪をタレット１０７に固定して、スタッド又は内輪の周りを外輪が回転できるように、カムフォロア又はローラーフォロアを円筒ピニオン１１５、１１６、１１７としてタレット１０７に配置する。このようにカムフォロア又はローラーフォロアをタレットに配置することにより、カムフォロア又はローラーフォロアの外輪が内接カムの内歯と接触して、カムフォロア又はローラーフォロアの外輪が回転し、カムフォロア又はローラーフォロアの外輪と内歯との間の摩擦を小さくすることができる。なお、カムフォロア又はローラーフォロアにおいて、スタッド又は内輪と外輪とは、滑り軸受にすることもできるし、スタッド又は内輪と外輪との間にニードルローラー等のころを採用して、外輪の回転に伴ってころを転動させる転がり軸受とすることもできる。

上記記載は特定の実施例についてなされたが、本発明はそれに限らず、本発明の原理と添付の特許請求の範囲の範囲内で種々の変更及び修正をすることができることは当業者に明らかである。

１０１ 動力伝達装置
１０２ モーター
１０３ モーター軸
１０４ ハウジング
１０５ ハウジング
１０６ 出力軸
１０７ タレット
１０８ タレットの第１の端面
１０９ 内接カム
１１０ 第１の内歯
１１１ 第２の内歯
１１２ 第１のカム面
１１３ 第２のカム面
１１４ 円筒ピニオン
１１５ 第１の円筒ピニオン
１１６ 第２の円筒ピニオン
１１７ 第３の円筒ピニオン
１１８ 円筒ピニオンの円筒側面
１１９ 連結要素
１２０ 密封装置
１２１ 軸受
１２２ 軸受
１２３ 軸受
１２４ 密封装置

Claims (7)

1. 回転可能なモーター軸を有するモーターと、
   前記モーター軸に接続された、第１の端面及び第２の端面を有する回転可能な略円筒状のタレットと、
   前記タレットに配置された複数の円筒ピニオンと、
   略円環状の内接カムであって、前記内接カムの内面に円周方向に沿って等間隔に複数の内歯を有する内接カムと、
   前記内接カムに接続された、回転可能な出力軸と
   を備えた動力伝達装置であって、
   前記複数の円筒ピニオンが、前記タレットの前記第１の端面に円周方向に沿って等間隔に配置され、前記複数の円筒ピニオンのうちの２つの円筒ピニオンの円筒側面が前記複数の内歯のうちの何れかの内歯のカム面に接触することによって、前記内接カムに接続された前記出力軸が回転するようになっており、
   ある回転タイミングにおいては、前記２つの円筒ピニオンの間には１つの円筒ピニオンが配置され、前記２つの円筒ピニオンのうちの一方の円筒ピニオンの円筒側面は前記１つの円筒ピニオンが配置される方向にある内歯のカム面に接触し、前記２つの円筒ピニオンのうちの他方の円筒ピニオンの円筒側面は前記１つの円筒ピニオンが配置される方向にある内歯のカム面に接触し、前記１つの円筒ピニオンは、前記複数の内歯の何れのカム面にも接触しない
   ことを特徴とする動力伝達装置。
2. 前記ある回転タイミングとは異なる別の回転タイミングにおいては、前記２つの円筒ピニオンが、前記２つの円筒ピニオンの間に配置された１つの内歯を挟み込むように前記１つの内歯のカム面に接触することを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
3. 前記２つの円筒ピニオンの各々が前記内接カムの内歯のカム面に接触することによって、バックラッシがないことを特徴とする請求項１又は２に記載の動力伝達装置。
4. 前記複数の円筒ピニオンと前記複数の内歯との接触は、滑り接触であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の動力伝達装置。
5. 前記複数の円筒ピニオンと前記複数の内歯との接触は、転がり接触であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の動力伝達装置。
6. 前記内接カム及び前記２つの円筒ピニオンは、同じ方向に回転していることを特徴とする請求項５に記載の動力伝達装置。
7. 前記複数の円筒ピニオンの各円筒ピニオンが、ローラーフォロア又はカムフォロアであることを特徴とする請求項５又は６に記載の動力伝達装置。