JP6624413B2 - 逆型ローラ減速機 - Google Patents

Description

本発明は、回転運動を伝達するための遊星機構に関する。具体的には、本発明は、段付きのねじ付きローラを有する遊星減速機に関する。より詳細には、本発明は、ローラ減速機に関する。

ローラ減速機は、複数の遊星減速機からなるサブセットであり、トルクの調整に用いることができる。ローラ減速機は、サイズ制限下で大きいトルクの伝達を必要とするロボットやマニピュレータ、パワードライブに使用することができる。好適には、ローラ減速機は、設計が簡素で構成部品が少なく、運動連鎖の短さと接点の多さとによって高い運動学的精度をもたらし、スムーズに、かつ低騒音で動作し、高い伝達トルクを供給しながらも寸法が小さく、高い入力軸回転速度での動作を可能にする。

ユーラシア特許出願公開第２０１５００５２０号明細書では、本発明に対する従来技術とみなされるローラ減速機が開示されており、これは、遊星歯車を形成するねじおよびねじ付きローラと、入力部材ナットおよび出力部材ナットとを備え、ローラは、入力部材ナットおよび出力部材ナット内に配置される。入力部材ナットは、ローラの入力ねじと係合し、ローラの入力ねじは、ねじのねじ山と係合し、出力部材ナットは、ローラの出力ねじと係合する。

ユーラシア特許出願公開第２０１５００５２０号明細書によれば、縁部に配置された複数の入力部材ナットは、互いに対して回転および変位しないように固定的に取り付けられる、またはロックされる。このロックは、機械部品によって実施することができる。一例として、機械式ロックは、減速機本体によって実現することができる。不都合なことに、ナット内の空間は、その中に受けられているローラに占有されており、したがってその機械部品は、外側に配置するしかない。しかしながらこの事例では、出力部材ナットと作動体軸との結合が同軸結合を用いて実施されると、前記機械部品が前記結合の妨げになる。したがって、既知の解決手段による減速機の構造では、中間歯車なしで減速機の出力部材から作動体に全回転を伝達することはできない。中間歯車は、機械式継手内に配置された歯車として具体化することができる。この事例では、片側にある歯車が、作動体軸に取り付けられた往復歯車に接触する。

開示されている機構を往復機構の入力軸に取り付ける方法を含め、往復機構の同軸結合を提供し、かつこれに全回転を伝達する出力部材を有する機構が必要になることが多い。特に、例えば、前記中間歯車またはその他の部品用の空間が欠如しているために、中間歯車その他の部品で２つの機構を結合できない場合に、前記必要性が生じる。ユーラシア特許出願公開第２０１５００５２０号明細書で開示されている構成は、出力部材ナット内の空間が他の減速機部品によって占有されるという事実により、往復機構の同軸結合を提供する出力部材を持つ構造として、使用することはできない。

したがって、往復機構の同軸結合を提供し、かつこれに全回転を伝達するローラ減速機構造を提供することが本発明の目的であり、かかる構造は、中間歯車を用いることなく、減速機を必要とする装置に直接取り付けることが可能である。

一態様において、次のようなローラ減速機が提供される。すなわち、
方向が異なる内側多条ねじを有する少なくとも２つの入力部材ナットを含む入力部材であって、前記ナットが互いに固定的に取り付けられる、入力部材と、
方向が異なる多条ねじを有する少なくとも２つの支持部材ナットを含む支持部材であって、前記ナットが互いに固定的に取り付けられる、支持部材と、
方向が異なる多条ねじを有する少なくとも２つの出力部材ナットを含む出力部材であって、前記ナットが互いに固定的に取り付けられ、出力部材ナットが支持部材ナットのねじの条数とは異なるねじの条数を有する、出力部材と、
方向が異なるねじを有する少なくとも１対の部分を含むローラと
を備え、
支持部材ナットの多条ねじ、および出力部材ナットの多条ねじは、これらの外面に配置され、
ローラは、少なくとも１対のローラ部分の各ローラ部分が、支持部材ナットの少なくとも１つ、および／または出力部材ナットの少なくとも１つと係合するように、少なくとも２つの支持部材ナット、および少なくとも２つの出力部材ナットの周囲に配置され、
少なくとも２つの入力部材ナットは、少なくとも１対のローラ部分が、入力部材ナットのねじと係合するように、ローラの周囲に配置される、ローラ減速機が提供される。

したがって、ローラ減速機の出力部材は、入力部材に対して内部に配置され、その結果、中間歯車を用いることなく、外部荷重をローラ減速機の出力部材に直接印加することができる。

本発明は、中間歯車を用いることなく、減速機の出力部材から全回転を伝達することを可能にする。

一実施形態では、少なくとも２つの入力部材ナットが、一体的に形成される。

別の実施形態では、少なくとも２つの出力部材ナットが、一体的に形成される。

さらに別の実施形態では、ローラ減速機は、出力部材ナット内に配置されてそこに結合された出力軸を備える。

さらに別の実施形態では、各ローラは、各ローラの少なくとも２つの部分同士の間に配置された少なくとも１つの支持部品を備え、入力部材ナットおよび出力部材ナットは往復可能支持部品を備え、この往復可能支持部品は、前記ナット同士の間に配置されて、入力部材ナット、および出力部材ナットが少なくとも２つのローラ部分と係合するときローラ支持部品に対応する。

さらに、各ローラは、ローラの両端に配置された２つの支持部品を備えることができ、ローラ減速機は、入力部材ナットおよび出力部材ナットと同軸で、本体で受けられる往復可能支持部品を備えることができ、往復可能支持部品は、２つのローラ支持部品と係合する。往復可能支持部品は、本体に結合されないリングによって形成することができる。

一実施形態では、支持部品は、係合したローラ部分およびナットのそれぞれの平均ねじ径と等しい直径を有する支持バンドによって形成することができる。

一実施形態では、入力部材ナット、出力部材ナットおよび支持部材ナットのねじは、予圧をかけることができる。

さらに別の実施形態では、ローラは、方向が異なるねじを有する少なくとも２対の部分を備えることができる。この事例では、１対の部分のねじ径は、第２の対の部分のねじ径とは異なる。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の特定の実施形態について詳細に説明する。

本発明の一実施形態による、組み立てられたローラ減速機の断面図である。 本体とローラとを部分的に除去した、図１に示すローラ減速機の斜視図である。 本体を部分的に除去した、図１に示すローラ減速機の斜視図である。 本発明の別の実施形態による、組み立てられたローラ減速機の断面図である。 本発明のさらに別の実施形態による、組み立てられたローラ減速機の断面図である。

図１に示す一実施形態では、ローラ減速機は、ローラ減速機の入力部材と、出力部材と、支持部材と、ローラ５とを受ける本体１を備える。入力部材は、２つの入力部材ナット２を備える。出力部材は、２つの出力部材ナット３を備える。支持部材は、２つの支持部材ナット４を備える。

図示されているローラ減速機は、２つの入力部材ナット２と、２つの出力部材ナット３と、２つの支持部材ナット４とを備えるが、本発明は前記の実施形態に限定されることはなく、ローラ減速機は必要に応じて、より多くの各種ナットを備えることができる。

２つの出力部材ナット３は、ナット３の専用の溝に挿入されたねじ６などの固定部材によって互いに固定的に取り付けられているため、軸線方向に変位することはできない。ナット３が互いに対して角変位（回転）するのを防止するために、ナットは、スプライン継手（図示せず）で結合することができる。

任意選択的ではあるが、２つの出力部材ナット３は一体的に形成することができる。

図１および図２に見られるように、ローラ減速機は、ナット３内に延びてそこに取り付けられた、軸７をさらに備える。軸７は、中空または中実にすることができる。中実にする場合は、往復機構を結合するために、中間部材（軸継手など）を使用することができる。軸の代わりに、減速機の出力部材から往復機構に回転伝達を与える他の部品を使用できることは理解されよう。

また、出力軸７の周囲では、ナット３の両側に、２つの支持部材ナット４も配置される。軸７は、軸受８を介して、支持部材ナット４によって支持される。ナット４は、本体１を通って延びる固定部材を用いることによって、例えば、本体１、および支持ナット５にある専用の溝に配置されたねじ９を使用することによって、軸線方向に変位するのを防止するように、互いに対して固定的に取り付けられる。ナット４が互いに対して角変位するのを防止するために、本体１に結合されたスプライン継手が用いられる（図示せず）。

ローラ５は、ナット３およびナット４の周囲に配置され、前記ナットの周り均等に離間されている。本実施形態では、各ローラ５は２つの部分を備え、２つの部分は、方向が異なり径が等しいねじを有する。前記のローラ５の２つの部分のねじは、ローラの軸線に直角であり、かつローラの中央を通る平面に対して対称になっている。ローラ５の２つの部分はそれぞれ、入力トルクをナット２からローラ５に、そしてさらにナット４に伝達するために、ナット２、３および４のねじと係合する。

減速させるために、ローラ減速機のこの実施形態では、支持部材ナット４は、出力部材ナット３のねじの条数とは異なるねじの条数を有する。

本実施形態では、ローラ減速機は、２４個のローラ５を備える。しかしながら本発明は、この実施形態に限定されることはなく、より多い、またはより少ない数のローラ５を使用することができ、ローラの数は、減速機の運動学的計算、および強度計算に基づいて選択される。ローラ５が支持部材ナット４、および出力部材ナット３の周囲で回転し、前記ナット内で回転しないことにより、ローラ５の最大数は、ユーラシア特許出願公開第２０１５００５２０号明細書に開示されている構成のような、ローラが前記ナット内に配置される構成におけるローラの最大数よりも多くなる。使用するローラの数が多いほど、ローラ５とナットとの間の接点が多くなり、したがって減速機部品全体にわたって、荷重がより均等に分散されることは理解されよう。したがって、ローラ５の数を増やすと、ローラ減速機の荷重負担能力、および耐久性を高めることが可能になる。

入力部材ナット２は、ローラ５の周囲に配置され、互いに対して、かつ入力歯車１０に対して、軸線方向に変位するのを防止するために固定的に取り付けられ、入力歯車１０は、本実施形態では、ねじ１１などの固定部材を使用することによって、入力部材に回転を伝達するために用いられる。ナット２が互いに対して角変位するのを防止するために、ナットは、スプライン継手（図示せず）で結合することができる。

２つのナット２はそれぞれ、方向が異なる内ねじを有する。あるいは、ナット２は一体的に形成され、方向が異なるねじを有する２つの部分を備える。さらに、一体的に形成されたナット２は、共通のねじを共有することができる。この事例では、前者の例における、方向が異なる２つのねじによって相殺される軸力の影響で生じる、軸線方向の変位を防止するために、減速部品はさらに固定される。

回転を防止するためのピン、スプライン継手などを使用した固定、ならびに軸線方向の変位を防止するためのキー付き継手、ピンなどを使用した固定などの、ナット２、３および４を固定する他の実施形態があることは、当業者には明らかであろう。

ローラ５がナット２、３および４から外れるのを防止するために、ローラ５の部分のねじの仰角は、ナット２および４のねじの仰角と等しくなっている。ローラ５のねじ方向は、ナット２のねじ方向と同様であり、ナット３および４のねじ方向とは反対になっている。方向が異なるねじを有するローラ５の２つの部分によって、ローラ５が、ナット２、３および４のねじターン（ねじ山）に沿って滑るのを防止する。

なお、各入力部材ナットの対、各支持部材ナットの対、および各出力部材ナットの対のねじの向きは、正確に、減速機の垂直対称面を鏡とした鏡像になっていなければならない。

図４は、図１〜図３を参照して説明した実施形態と同様の、本発明によるローラ減速機の実施形態を示している。本実施形態のローラ減速機は、出力部材ナット２内に受容される出力軸が省略されているところが、前述の実施形態とは異なっている。この事例では、結合された装置が出力ナット２内に直接固定され、その内面には、添木部材（ｓｐｌｉｎｔ）１４などの、対応する固定部材を備えることができる。

図５は、図１〜図４を参照して説明した実施形態と同様の、本発明によるローラ減速機のさらに別の実施形態を示す。本実施形態は、各ローラ５が、径が異なる多条ねじを有する、２対の部分１２および１３を備えるところが、先に開示した実施形態とは異なっている。各対において、これらの部分は、方向が異なるねじで形成されている。本実施形態では、ローラ５の中央部に配置された部分１２は、出力部材ナット３のねじ、および入力部材ナット２のねじと係合し、ローラ５の縁部に配置された部分１３は、支持部材ナット４のねじと係合する。ウォームホイール１５は、減速機の入力部材に回転を伝達するのに使用される。

前述の実施形態のそれぞれにおいて、ナット２、３および４と、ローラ５とは、支持部品（図示せず）をさらに備えることができ、ローラ支持部品がナット２、３および４の支持部品によって支持されるように配置される。

例えば、図１〜図４を参照して説明した実施形態では、各ローラ５が２つのねじ付き部分を備え、前記ローラ５の部分同士の間に、１つの支持部品を配置することができる。この事例では、支持部品は支持バンドによって形成することができる。この事例における２つのナット２、および２つのナット３は、ローラの支持バンドと係合する往復可能支持バンドを備える。

他の実施形態では、支持バンドはローラ５において、ねじ部分同士の間の全ての隙間に配置することができ、かつローラ５の最も外側のねじ部分に対して外部から配置することができる。支持部品がローラの端部に配置される場合は、前記支持部品は、支持ローラによって形成することができる。

支持部品の直径は、ナットのねじ、またはローラのねじのそれぞれの平均径と等しくなるように選択される。支持バンドは、ローラ減速機が重荷重を伝達するときに、作用するねじ面からくるラジアル荷重を防止する役割を果たす。この事例では、ラジアル荷重は、ねじ付き部品本体、または意図的に構造に加えられた個別の部品のいずれかによって支持される。さらに、ローラ支持部品とナットとの直径を、対応するナットおよびローラ部分のねじ径と等しくすることによって、ローラ支持部品は滑ることなくナット支持部品の上で回転し、これによって摩擦損失が排除される。

例えば、支持ローラによって形成された支持部品がローラ５の縁部に配置される実施形態では、出力軸７からのラジアル荷重は、ナット３に伝達され、さらにローラ５に伝達されて、その後、荷重の一部はローラ５から、ナット２には伝達されずに、支持部品を通ってローラ減速機の本体１に伝達され、前記支持部品は、前記本体の上方で回転する。

各ローラ５が、ローラの両端に配置された２つの支持部品を備える場合は、リング（図示せず）などによって形成された往復可能支持部品をローラ減速機構造に導入することができる。前記のリングは、ローラ支持部品が前記リング内で受けられるように、減速機の出力部材ナット、および支持部材ナットと同軸に配置される。前記のリングは、ローラ５のみに結合され、減速機の本体１その他の部品には結合されない。この実施形態では、ローラ支持部品の直径は、ローラ５のねじの平均径とは異なるようにすることができる。

ローラ５とナット２、３および４との間にバックラッシのない伝達を提供するために、前記の部品のねじに予圧をかけておくことができる。予圧は、出力部材ナットの平均径と、２つのローラの平均径との合計が、対応する入力部材ナットの平均径よりも大きくなるように、必要とされる予圧に相当する値で、ローラおよびナットの平均径を選択することによって実施される。本発明では、予圧は、当業者に知られている任意の適切な方法を用いて実施することができる。

本発明の一実施形態では、ローラ減速機は、以下のように動作する。

回転は、入力歯車１０を介して減速機に伝達され、図１に示す入力部材ナット２に伝達される。ナット２が回転すると、ねじ係合によって、回転トルクがローラ５に伝達される。ローラ５は、支持部材ナット４の上で回転し、ナット３および４の軸線の周囲、ならびにローラ５自身の軸線の周囲で特定の回転速度に達する（これは、外側歯車が静止しており内側歯車が回転する遊星機構に類似している）。

支持部材ナット４と、出力部材ナット４とのねじの条数が異なり、ローラ５の２つの部分が同一のパラメータを有することにより、ローラ５が一定の角速度で回転すると、支持ナット４と、出力部材ナット３とは、異なる角速度で回転する。

したがって、本発明による、ローラ減速機の開示されている実施形態では、入力部材とローラとは、出力部材および支持部材に対して外部に配置され、したがって前述した技術的解決策は、ユーラシア特許出願公開第２０１５００５２０号明細書で開示されている、従来技術の解決手段とは異なっている。減速機部品のこのような（従来技術の解決手段と比較して）逆配置により、外部機構を減速機の出力部材に直接結合する可能性、および中間歯車を用いることなく全回転を伝達する可能性が生まれる。

特定の実施形態を参照しながら本発明について説明してきたが、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変更および修正を容易に行うことが可能である。

Claims (11)

1. 方向が異なる内側の多条ねじを有する少なくとも２つの入力部材ナットを含む入力部材であって、前記入力部材ナットが互いに固定的に取り付けられる、入力部材と、
   方向が異なる多条ねじを有する少なくとも２つの支持部材ナットを含む支持部材であって、前記支持部材ナットが互いに固定的に取り付けられる、支持部材と、
   方向が異なる多条ねじを有する少なくとも２つの出力部材ナットを含む出力部材であって、前記出力部材ナットが互いに固定的に取り付けられ、前記出力部材ナットが、前記支持部材ナットのねじの条数とは異なるねじの条数を有する、出力部材と、
   方向が異なるねじを有する少なくとも１対のローラ部分を含むローラと
   を備えるローラ減速機であって、
   前記支持部材ナットの前記多条ねじおよび前記出力部材ナットの前記多条ねじはそれぞれ、前記支持部材ナットおよび前記出力部材ナットの外面に配置され、
   前記ローラは、前記少なくとも１対のローラ部分における各ローラ部分が、前記支持部材ナットの少なくとも１つ、および／または前記出力部材ナットの少なくとも１つと係合するように、前記少なくとも２つの支持部材ナット、および前記少なくとも２つの出力部材ナットの周囲に配置され、
   前記少なくとも２つの入力部材ナットは、前記少なくとも１対のローラ部分が、前記入力部材ナットの前記ねじと係合するように、前記ローラの周囲に配置されている、ローラ減速機。
2. 前記少なくとも２つの入力部材ナットが一体的に形成されている、請求項１に記載のローラ減速機。
3. 前記少なくとも２つの出力部材ナットが一体的に形成されている、請求項１に記載のローラ減速機。
4. 前記出力部材ナット内に配置され、そこに結合された出力軸をさらに備える、請求項１に記載のローラ減速機。
5. 前記ローラの各々が、各ローラの少なくとも２つの前記ローラ部分同士の間に配置された少なくとも１つの支持部品を備え、
   前記入力部材ナットおよび前記出力部材ナットが往復可能支持部品を備え、前記往復可能支持部品が、前記ナット間に配置され、前記入力部材ナットおよび前記出力部材ナットが前記少なくとも２つのローラ部分と係合するとき前記ローラり前記支持部品に対応する、請求項１に記載のローラ減速機。
6. 前記ローラの各々が、該ローラの両端に配置された２つの支持部品を備え、
   前記ローラ減速機が、前記入力部材ナットおよび前記出力部材ナットと同軸で、本体に受容された往復可能支持部品を備え、前記往復可能支持部品が、前記ローラの前記２つの支持部品と係合する、請求項１に記載のローラ減速機。
7. 前記往復可能支持部品が、前記本体に結合されないリングによって形成されている、請求項６に記載のローラ減速機。
8. 前記支持部品が、係合した前記ローラ部分、および前記ナットのそれぞれの平均ねじ径と等しい直径を有する支持バンドによって形成されている、請求項５に記載のローラ減速機。
9. 前記ナットのねじと、前記ローラのねじとが、予圧をかけられる、請求項１に記載のローラ減速機。
10. 前記ローラが、方向が異なるねじを有する少なくとも２対の部分を備える、請求項１に記載のローラ減速機。
11. １対の部分のねじ径が、第２の対の部分のねじ径とは異なる、請求項１０に記載のローラ減速機。

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