JP7144998B2 - 回転装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転装置に関する。

本出願人は、特許文献１により、振動や騒音を低減することが可能な遊星歯車構造として、互いに噛合う外歯歯車と内歯歯車を備え、各構成要素を樹脂にて製造する内接噛合遊星歯車に関する構造を開示した。

特開平７－２４３４８６号公報

減速装置など相対回転する複数の部材を有する回転装置では、回転体の回転に伴い、機械的な損失や電磁気学的な損失などにより、内部温度が上昇する。内部温度が過度に高くなると構成部品によってはその強度が急激に低下し、この状態でさらに運転を継続すると構成部品が破損し、回転装置が故障する懸念がある。したがって、構成部品が破損しないように対策を講じることが望ましい。しかし、この問題に対する対策を講じた回転装置は未だ提案されておらず、その提案が望まれる。このような問題は、減速装置に限らず他の種類の回転装置についても生じうる。

本発明の目的は、このような課題に鑑みてなされたもので、過度な内部温度上昇を抑制することが可能な回転装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の回転装置は、第１部材と、第１部材との間に隙間を設けて対向して配置され第１部材と相対回転する第２部材と、を有する回転装置であって、第１部材と第２部材とは互いに熱膨張率の異なる素材で構成され、第１部材と第２部材との間の隙間は、第１部材の温度が所定温度に達したときに、第１部材と第２部材とが接触するように設定されている。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、過度な内部温度上昇を抑制することが可能な回転装置を提供することができる。

第１実施形態の回転装置を示す側面断面図である。 図１の回転装置の外歯歯車と起振体軸受を示す正面図である。 第２実施形態の偏心揺動型減速装置を示す側面断面図である。 図３の偏心揺動型減速装置の外歯歯車の周辺を示す正面図である。 図３の偏心揺動型減速装置の外歯歯車の周辺を示す別の正面図である。

まず、本発明の概要を説明する。本発明の一の態様は回転装置である。この回転装置は、相対回転する複数部材を有するものであればよく、例えば歯車を用いた減速装置やモータなどであってもよい。ここでは、減速装置を例に説明する。減速装置では、高速回転する入力軸軸受や歯車の噛合箇所での発熱などにより内部温度が上昇した場合に、高温による構成部材の強度低下が懸念される。特に、軽量化のために樹脂部材を用いると、高温時に樹脂部材の強度は急激に低下する。この状態で運転を継続すると樹脂部材が破損して減速装置が故障するという問題がある。減速装置の過度な温度上昇を抑えるために、減速装置の表面温度から内部温度を間接的に推定し、その推定結果に基づいて、減速装置の運転を調整することも考えられるが、推定精度が低いという問題がある。

これらから、本発明者らは、複数の部材間の対向隙間を所定の温度で積極的に接触するように構成し、その接触の有無に基づいて回転を調整する回転装置を創案した。この構成により、対向隙間の接触の有無により内部温度の過度な上昇を検知することができる。この回転装置は、第１部材と、第１部材との間に対向隙間を設けて対向して配置され第１部材と相対回転する第２部材と、を有する。この対向隙間は、径方向隙間であってもよいし、軸方向隙間であってもよいし、軸方向や径方向に対して傾斜した隙間であってもよい。第１部材と第２部材とは互いに熱膨張率の異なる素材で構成される。熱膨張率は線膨張係数であってもよい。例えば、径方向に対向する隙間であれば、内周側の部材の熱膨張率を外周側の部材より大きくすることにより、対向隙間は温度上昇に伴って減少し、一定の温度に達したら接触する。相対回転する部材同士が接触することで負荷が大きく変化するので、回転装置の負荷をモニタすることにより、接触の有無を検知することができる。

また、第１部材と第２部材が接触するときにブレーキトルクが発生するように構成し、このトルクによって回転の上昇が抑制され、内部の過度な温度上昇が抑えられることも期待できる。また、接触時に音が出るように構成することも可能で、この場合、周囲に異常状態を報知できる。また、この接触音により内部温度の過度な上昇を検知することもできる。

また、第１部材の温度が所定温度に達したときに、第１部材と第２部材とが接触するように、第１部材と第２部材との間の対向隙間を設定する。このように設定し、回転装置の負荷をモニタすることにより、内部温度が所定温度に達したか否かを検知することができる。対向隙間が接触する温度は、第１、第２部材の形状および熱膨張率から算出可能であり、これらの形状や熱膨張率により、所定温度を任意に設定することができる。

所定温度が高すぎると故障予防効果を十分に発揮することができず、所定温度が低すぎると回転装置の使用可能温度範囲が狭くなる。この観点から、所定温度は、第１部材および第２部材の少なくとも一方が溶融する温度よりも低く設定されてもよい。この場合、内部温度上昇により構成部材が破損する可能性を低くすることができる。

第１部材と第２部材は径方向に隙間を設けて対向してもよい。径方向の形状は加工精度を確保し易いので、対向隙間のバラツキを小さくして、所定温度を所望の値に近づけることができる。

上述の考え方は軸受にも適用することができる。例えば、第１部材は軸受の転動体を保持するリテーナであり、第２部材は転動体の転動面を構成する部材であってもよい。ここでいう第２部材は、外輪側の部材であってもよいし、内輪側の部材であってもよい。

上述のリテーナと転動体は減速装置に備えられてもよい。例えば、回転装置は、カムと当該カムにより揺動する外歯歯車とを有する減速装置であってもよく、上述の転動体は、カムと外歯歯車との間に配置されてもよい。この減速装置は、偏心体をカムとして外歯歯車を偏心揺動させる偏心揺動型の減速装置であってもよいし、起振体をカムとして外歯歯車を撓み揺動させる撓み噛合い式の減速装置であってもよい。

上述のリテーナは樹脂で形成され、上述の外歯歯車は鉄系素材で形成されてもよい。つまり、この外歯歯車は、その内周面がリテーナと径方向に対向しており第２部材として機能する。リテーナを構成する樹脂の熱膨張率は、外歯歯車の鉄系素材の熱膨張率よりも大きい。このため、リテーナの外周面と外歯歯車の内周面とは、リテーナが所定温度未満では非接触状態を維持し、リテーナが所定温度に達すると接触する。これらが接触すると、その回転時の摩擦により負荷が増加するので、負荷をモニタすることにより、リテーナが所定温度に達したことを検知することができる。

上述の回転装置は、この回転装置の負荷を検出する負荷検出器と、この負荷検出器の検出結果に基づいて異常判定する異常判定部と、を有してもよい。負荷検出器は、回転装置のトルクを検出可能なものであれば特に限定されない。異常判定部は、負荷検出器の検出結果に基づいて異常判定可能なものであれば特に限定されない。例えば、検出結果が閾値を超えたときに、第１部材と第２部材が接触したものとして異常と判定してもよい。異常と判定されてとき、回転装置は、その回転を停止させたり速度を低下させたりするように構成されてもよい。

上述の回転装置は、モータを有し、上述の負荷検出器はこのモータ電流を検出するように構成されてもよい。モータ電流は様々な手段によって検出することができる。一例として、負荷検出器は、モータの電機子コイルに直列に接続された抵抗器の電圧降下を検出してもよい。
以上が、本発明の概要の説明である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施の形態、比較例および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
また、共通点のある別々の構成要素には、名称の冒頭に「第１、第２」等と付し、符号の末尾に「－Ａ、－Ｂ」等と付すことで区別し、総称するときはこれらを省略する。

［第１実施形態］
図１、図２を参照して、第１実施形態に係る回転装置１００の構成について説明する。図１は、第１実施形態の回転装置１００を示す側面断面図である。図２は、回転装置１００の減速装置１０の外歯歯車１４と起振体軸受１５－Ａを示す正面図である。この図では、内歯歯車１８は、その内歯部１８ａの歯面のみを示している。図１は、図２に示すＡ－Ｏ－Ｂ線に沿った断面を示している。回転装置１００は、入力回転を減速して出力する減速装置１０と、減速装置１０に回転を入力するモータ５０と、モータ５０を駆動する駆動装置６０と、を含む。

（減速装置）
減速装置１０は、内歯歯車１８－Ａ、１８－Ｂと噛み合う外歯歯車１４を撓み変形させつつ回転させることで外歯歯車１４を自転させ、その自転成分を出力する撓み噛み合い式減速装置である。本実施形態の減速装置は、減速用内歯歯車１８－Ａと出力用内歯歯車１８－Ｂを用いて起振体を有する入力軸１２の回転を減速して出力する、いわゆる筒型の撓み噛み合い式減速装置である。

減速装置１０は、主に、入力軸１２と、外歯歯車１４と、起振体軸受１５と、内歯歯車１８と、軸受支持部２３と、第１軸受ハウジング２２－Ａ、第２軸受ハウジング２２－Ｂと、入力軸軸受２６と、を備える。起振体軸受１５は、転動体１６と、リテーナ２０と、を含む。以下、入力軸１２の回転中心線Ｌａに沿う方向を単に「軸方向Ｘ」といい、その回転中心線Ｌａ周りの周方向、径方向に関して、単に「周方向」、「径方向」ということがある。

（入力軸）
入力軸１２は、剛性を持つ筒状部材である。入力軸１２は、モータ５０の出力軸に連結される。図１に示すように、本実施形態の入力軸１２は、モータ５０側に延長され、その延長部１２ｅがモータ５０の出力軸として用いられる。つまり、入力軸１２は、モータ５０の出力軸と一体的に形成されている。本実施形態の入力軸１２は、軸孔１２ａを有する中空軸であり、軸孔１２ａには配線等が挿通される。入力軸１２は、モータ５０によって、自らの軸芯を回転中心として回転させられる。モータ５０は、入力軸１２より軸方向Ｘの一方側（図中右側）に配置される。以下、軸方向Ｘの一方側を入力側といい、他方側（図中左側）を反入力側という。

入力軸１２は、起振部１２ｂと、起振部１２ｂより入力側にある入力側軸部１２ｃと、入力側軸部１２ｃより入力側にある延長部１２ｅと、起振部１２ｂより反入力側にある反入力側軸部１２ｄとを有する。つまり、起振部１２ｂは、入力軸１２の入力側軸部１２ｃと反入力側軸部１２ｄとの中間部分である。起振部１２ｂは、その軸方向Ｘに直交する断面の外周形状が楕円状をなし起振体として作用する。入力側軸部１２ｃ、反入力側軸部１２ｄ及び延長部１２ｅは、その軸方向Ｘに直交する断面の外周形状が円状をなす。本明細書での「楕円」とは、幾何学的に厳密な楕円に限定されず、略楕円も含まれる。

入力軸１２は、後述する起振体軸受１５の転動体１６を介して外歯歯車１４を撓み揺動させるカムとして機能する。転動体１６は、入力軸１２と外歯歯車１４との間に配置される。

（外歯歯車）
本実施形態では、第２部材として外歯歯車１４を例示する。外歯歯車１４は、入力軸１２の起振部１２ｂの外周側に配置される。外歯歯車１４は、可撓性を持つ筒状部材である。外歯歯車１４は、筒状の基部１４ｃと、基部１４ｃの外周側に基部１４ｃと一体的に形成された第１外歯部１４ａ及び第２外歯部１４ｂとを有する。第１外歯部１４ａは軸方向Ｘの入力側に配置され、後述する減速用内歯歯車１８－Ａと噛み合う。第２外歯部１４ｂは、軸方向Ｘの反入力側に配置され、後述する出力用内歯歯車１８－Ｂと噛み合う。第１外歯部１４ａと第２外歯部１４ｂは、入力軸１２の起振部１２ｂの長軸方向の両側部分が内歯歯車１８と噛み合う。外歯歯車１４は、金属材料や非金属材料など種々の材料で構成してもよい。本実施形態の外歯歯車１４は、鉄系金属で構成されている。

外歯歯車１４は、入力軸１２が回転したとき、起振体軸受１５を介して入力軸１２の起振部１２ｂにより楕円状に撓み変形させられる。このとき、外歯歯車１４は、内歯歯車１８－Ａとの噛合位置を周方向に変えつつ、入力軸１２の起振部１２ｂの形状に合うように撓み変形させられる。

（起振体軸軸受）
起振体軸受１５は、入力軸１２の起振部１２ｂと外歯歯車１４の間に配置される。起振体軸受１５には、外歯歯車１４の第１外歯部１４ａと入力軸１２の間に配置される第１起振体軸受１５－Ａと、外歯歯車１４の第２外歯部１４ｂと入力軸１２の間に配置される第２起振体軸受１５－Ｂとが含まれる。入力軸１２は、起振体軸受１５を介して外歯歯車１４を回転自在に支持する。

起振体軸受１５のそれぞれは、複数（この例では２３個）の転動体１６と、リテーナ２０とを有する。リテーナ２０は、起振体軸受１５の転動体１６を回転自在に保持するものである。リテーナ２０は、金属材料や非金属材料など種々の材料で構成してもよい。本実施形態のリテーナ２０はＰＯＭ（polyacetal：ポリアセタール）により構成されている。リテーナ２０は、ＰＥＥＫ（polyetheretherketone：ポリエーテルエーテルケトン）などＰＯＭとは異なる樹脂により構成されてもよい。

本実施形態では、第１部材としてリテーナ２０を例示する。図２に示すように、リテーナ２０は、円環部材で、転動体１６を保持するためのポケット２０ｐが周方向に複数形成されている。リテーナ２０の外周面２０ｊは、外歯歯車１４の内周面１４ｊと径方向の隙間Ｇｓを介して対向する。本実施形態では、樹脂により構成されたリテーナ２０の熱膨張率が鉄系金属により構成された外歯歯車１４の熱膨張率より大きいため、リテーナ２０の温度が高くなると、リテーナ２０の熱膨張により隙間Ｇｓは小さくなる。

図１および図２は、リテーナ２０の温度が後述する所定の温度に達した状態を示している。この図において、入力軸１２の起振部１２ｂの短軸方向側（以下、単に「短軸側」という）における隙間Ｇｓを隙間Ｇｓ１と表記し、長軸方向側（以下、単に「長軸側」という）における隙間Ｇｓを隙間Ｇｓ２と表記する。ここで、起振体軸受１５を起振部１２ｂの外周に配置し、起振体軸受１５の外側に外歯歯車１４を外嵌すると、長軸側では転動体１６が外歯歯車１４に強く押し付けられるので、外歯歯車１４とリテーナ２０との間の隙間Ｇｓ２は大きくなる。一方、短軸側では転動体１６が外歯歯車１４に強く押し付けられないので、外歯歯車１４とリテーナ２０との間の隙間Ｇｓ１は、隙間Ｇｓ２よりも小さくなる。そのため、リテーナ２０の温度が上昇し後述する所定の温度に達した場合、図１に示すように、短軸側ではリテーナ２０の外周面２０ｊと外歯歯車１４の内周面１４ｊとは接触しており、隙間Ｇｓ１はゼロになる。このとき長軸側ではリテーナ２０の外周面２０ｊと外歯歯車１４の内周面１４ｊとは接触しておらず、隙間Ｇｓ２は当初よりは狭くなるもののゼロではない。

本実施形態の転動体１６は円筒体であるが、球体等でもよい。本実施形態では、転動体１６の内側の転動面は入力軸１２の起振部１２ｂの外周面に形成されている。つまり、入力軸１２は、転動体１６の転動面を構成する部材である。転動体１６の内周側の転動面は入力軸１２とは別の部材（例えば、内輪）に形成されてもよい。本実施形態では、転動体１６の外周側の転動面は外歯歯車１４の内周面１４ｊに形成されている。つまり、外歯歯車１４は、転動体１６の転動面を構成する部材である。転動体１６の外周側の転動面は外歯歯車１４とは別の部材（例えば、外輪）に形成されてもよい。

（内歯歯車）
内歯歯車１８は、剛性を持つ環状部材である。内歯歯車１８は、外歯歯車１４の第１外歯部１４ａや第２外歯部１４ｂの外周側に配置される。本実施形態の内歯歯車１８には、軸方向Ｘの入力側に配置される減速用内歯歯車１８－Ａ（第１内歯歯車）と、軸方向Ｘの反入力側に配置される出力用内歯歯車１８－Ｂ（第２内歯歯車）とが含まれる。

減速用内歯歯車１８－Ａは、外歯歯車１４の第１外歯部１４ａが噛み合う第１内歯部１８ａを有する。第１内歯部１８ａの内歯数は第１外歯部１４ａの外歯数より２ｉ（ｉは１以上の自然数）だけ多い。これにより、入力軸１２が回転したとき、第１内歯部１８ａと第１外歯部１４ａの歯数差に応じた減速比で入力軸１２の回転が減速されて外歯歯車１４が自転する。減速用内歯歯車１８－Ａは、入力側の第１軸受ハウジング２２－Ａと一体的に形成されている。

出力用内歯歯車１８－Ｂは、外歯歯車１４の第２外歯部１４ｂが噛み合う第２内歯部１８ｂを有する。第２内歯部１８ｂの内歯数は第２外歯部１４ｂの外歯数と同数である。これにより、入力軸１２が回転したとき、出力用内歯歯車１８－Ｂには、外歯歯車１４の自転成分と同じ大きさの回転が出力される。

軸受支持部２３は、略円筒状の部材で内周側に主軸受２４の外輪２４ｃを支持する。軸受支持部２３は、減速用内歯歯車１８－Ａの第１内歯部１８ａより径方向外側に配置される。軸受支持部２３には、回転装置１００を支持するための外部部材（不図示）との連結に用いる連結孔２３ｂが形成される。

主軸受２４は出力用内歯歯車１８－Ｂを回転自在に支持する。主軸受２４は、複数の転動体２４ａと、内輪２４ｂと、外輪２４ｃとを有する。本実施形態の転動体２４ａは球体であるが、円筒体等でもよい。本実施形態の内輪２４ｂは出力用内歯歯車１８－Ｂとは別の部材により構成されているが、内輪２４ｂは出力用内歯歯車１８－Ｂの外周面に形成されてもよい。外輪２４ｃは軸受支持部２３とは別の部材により構成されているが、外輪２４ｃは軸受支持部２３の軸受支持部２３の内周面に形成されてもよい。

軸受ハウジング２２は、入力軸軸受２６の第３外輪２６ｃの外周面と端面の一部とを支持する。軸受ハウジング２２は、入力軸１２の軸方向Ｘに間隔を空けて配置される第１軸受ハウジング２２－Ａと、第２軸受ハウジング２２－Ｂを含む。軸方向Ｘにおいて、第１軸受ハウジング２２－Ａは、第２軸受ハウジング２２－Ｂの入力側に配置される。

入力側の第１軸受ハウジング２２－Ａと、減速用内歯歯車１８－Ａとは一体的に形成される。これらは別々に形成されて連結されてもよい。第１軸受ハウジング２２－Ａは、入力側の第１ワッシャ２８ａを介して外歯歯車１４の入力側端面に当接する。

反入力側の第２軸受ハウジング２２－Ｂは、出力用内歯歯車１８－ＢにボルトＢ２により連結されることで一体化される。第２軸受ハウジング２２－Ｂは、反入力側の第２ワッシャ２８ｂを介して外歯歯車１４の反入力側端面に当接する。第２軸受ハウジング２２－Ｂの反入力側には、被駆動部材（不図示）がボルトなどを用いて連結される。被駆動部材は、入力軸１２より軸方向Ｘの反入力側に配置される。

第１軸受ハウジング２２－Ａと入力軸１２の入力側軸部１２ｃとの間や、第２軸受ハウジング２２－Ｂと入力軸１２の反入力側軸部１２ｄとの間には入力軸軸受２６が配置される。一対の第１軸受ハウジング２２－Ａ、第２軸受ハウジング２２－Ｂは、入力軸１２を入力軸軸受２６を介して回転自在に両持ち支持する。入力側および反入力側の一対の入力軸軸受２６は、複数の第３転動体２６ａと、第３内輪２６ｂと、第３外輪２６ｃを有する。

（モータ）
モータ５０は、マグネット５６と、ステータコア５８と、電機子コイル５８ｃと、モータハウジング５２と、モータカバー５４と、を含む。マグネット５６は、延長部１２ｅの外周に固定される環状の磁石であって回転子を構成する。マグネット５６は、その外周面に磁極が設けられる。ステータコア５８は、マグネット５６の外周面と磁気的空隙を介して径方向に対向する複数のティースを有する。電機子コイル５８ｃは、ステータコア５８の複数のティースに巻装される。

モータハウジング５２は、ステータコア５８を環囲し、ステータコア５８の外周を支持する筒状の部材である。ステータコア５８は、その外周部がモータハウジング５２の内周に形成された凹部に嵌め込まれ、例えば接着によって固定される。モータカバー５４は、モータ５０の入力側を覆うために、モータハウジング５２に固定される略中空円板状の部材である。図１の例では、モータカバー５４およびモータハウジング５２は、ボルトＢ１により第１軸受ハウジング２２－Ａに固定される。モータ５０は、駆動装置６０から駆動電力が供給されることにより、公知の原理に基づいて回転駆動力を発生する。モータ５０は、発生させた回転駆動力によって入力軸１２を回転駆動する。

（駆動装置）
駆動装置６０は、駆動回路６２と、負荷検出器６４と、異常判定部６６と、を含む。駆動回路６２は、モータ５０に駆動電力を供給する。負荷検出器６４は、減速装置１０の負荷を検出する。異常判定部６６は、負荷検出器６４の検出結果に基づいて異常判定をする。

本実施形態の負荷検出器６４は、減速装置１０の負荷の代用としてモータ５０の電機子コイル５８ｃに流れる電流を検出する。減速装置１０の負荷はモータ５０の負荷トルクであり、負荷トルクは電機子コイル５８ｃの電流に略比例するからである。電機子コイル５８ｃの電流は、電機子コイル５８ｃに直列に接続された抵抗器の電圧降下により検出することができる。

本実施形態の異常判定部６６は、電機子コイル５８ｃの電流を検出した結果が閾値を超えたときに、異常と判定する。本実施形態の駆動回路６２は、異常判定部６６が異常と判定したとき、モータ５０の回転速度を低下させ、またはモータ５０を停止させる。異常の判定については後述する。

図１に示す駆動装置６０の各ブロックは、ハードウエア的には、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）をはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウエア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウエア、ソフトウエアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、本明細書に触れた当業者には理解されるところである。

回転装置１００を構成する各部材は、比重、機械的強度、熱伝導率、熱膨張率、放熱性などの所望の特性に基づいて、鉄系金属などの金属材料や樹脂などの非金属材料から選択された材料で構成されてもよい。本実施形態では、入力軸１２、外歯歯車１４、転動体１６、主軸受２４および入力軸軸受２６は、鉄系金属で構成されている。この鉄系金属としては、所望の特性に応じて炭素鋼、軸受鋼、ステンレス鋼などを用いることができる。

本実施形態では、内歯歯車１８、軸受ハウジング２２、軸受支持部２３およびリテーナ２０は、ＰＯＭ、ＰＥＥＫ、ＰＡ（polyamide：ポリアミド）などの樹脂で構成されている。この樹脂は、ガラス繊維、炭素繊維などの強化用繊維を含む樹脂であってもよいし、強化用繊維を含まない樹脂であってもよいし、紙や布などの基材に樹脂を含浸して積層したものであってもよい。

以上のように構成された本実施形態の減速装置１０の動作を説明する。
モータ５０が回転すると、延長部１２ｅを介して入力軸１２が回転する。入力軸１２が回転すると、内歯歯車１８との噛合位置を周方向に変えつつ、入力軸１２の起振部１２ｂの形状に合うように外歯歯車１４が連続的に撓み変形させられる。第１外歯部１４ａは、入力軸１２が一回転するごとに、減速用内歯歯車１８－Ａの第１内歯部１８ａとの歯数差に相当する分、減速用内歯歯車１８－Ａに対して相対回転（自転）する。このとき、入力軸１２の回転は、第１内歯部１８ａとの歯数差に応じた減速比で減速されて外歯歯車１４が自転する。

出力用内歯歯車１８－Ｂの第２内歯部１８ｂは、第２外歯部１４ｂと歯数が同じである。よって、出力用内歯歯車１８－Ｂは、入力軸１２が一回転した前後で第２外歯部１４ｂとの相対的な噛合位置が変わらないまま、第２外歯部１４ｂと同じ自転成分で同期して回転する。この出力用内歯歯車１８－Ｂの回転は出力用内歯歯車１８－Ｂから第２軸受ハウジング２２－Ｂを介して被駆動部材に伝達される。この結果、モータ５０が入力軸１２を回転させると、その入力軸１２の回転が減速されて出力用内歯歯車１８－Ｂから被駆動部材に出力される。

ここで、本実施形態の回転装置１００では、第１部材として例示されるリテーナ２０と、第２部材として例示される外歯歯車１４とは熱膨張率の異なる素材で構成される。具体的には、リテーナ２０の方が外歯歯車１４よりも熱膨張率の大きい素材で構成され、リテーナ２０と外歯歯車１４との間の径方向の隙間Ｇｓは、リテーナ２０の温度が所定温度Ｔｓに達したときに、リテーナ２０と外歯歯車１４とが接触するように設定されている点に特徴がある。

本実施形態では、リテーナ２０と外歯歯車１４とが接触したときに、これらの摩擦により減速装置１０の負荷が増大して電機子コイル５８ｃの電流が異常判定部６６の閾値を超えるように構成されている。この結果、リテーナ２０と外歯歯車１４とが接触したとき異常判定部６６は異常と判定する。そして、異常判定部６６により異常と判定されると、モータ５０の回転速度を低下させたり、停止させたりする。このように構成されたことにより、内部温度の過度な上昇を抑制し、内部温度上昇により構成部材が熱劣化して破損し回転装置１００が故障する可能性を小さくすることができる。なお、異常と判定された場合に、音やランプなど所定の報知出力するようにしてもよい。

リテーナ２０と外歯歯車１４とが接触する温度は、これらの形状と熱膨張率からシミュレーションまたは計算により求めることが可能である。逆にいえば、これらの形状や熱膨張率を調整することにより、所定温度Ｔｓを任意に設定することができる。

本実施形態では、所定温度Ｔｓは、リテーナ２０と外歯歯車１４の少なくとも一方が溶融する温度より低く設定されている。所定温度Ｔｓが高すぎる場合に比べて、回転装置１００の故障予防効果を高めることができる。この例の所定温度Ｔｓは、リテーナ２０を構成する樹脂（ＰＯＭ）の融点１７５°以下に設定されている。このように構成されることによって、リテーナ２０だけでなく、その他の樹脂部材の損傷を防止することができる。

［第２実施形態］
図３～図５を参照して、第２実施形態に係る回転装置２００の構成について説明する。第２実施形態の図面および説明では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。図３は、第２実施形態の回転装置２００を示す側面断面図である。図４、図５は、回転装置２００の減速装置１０の外歯歯車１４と偏心軸受３０を示す正面図である。この図では、理解を容易にするため、２枚の外歯歯車１４の一方を表示し、他方は表示していない。他方の外歯歯車１４は、一方の外歯歯車１４と１８０度の位相差を有する点で相違し、その他の構成は同様である。

回転装置２００は、入力回転を減速して出力する減速装置１０と、減速装置１０に回転を入力するモータ５０と、モータ５０を駆動する駆動装置６０と、を含む。図３のモータ５０は、減速装置１０の入力側に一体的に設けられている。本実施形態の駆動装置６０の構成と動作は、第１実施形態と同様であり説明を省く。

本実施形態の減速装置１０は、入力軸１２の偏心部１２ｍをカムとして外歯歯車１４を偏心揺動させるいわゆるセンタークランクタイプの減速装置である。本実施形態の減速装置１０では、内歯歯車１８は固定されており、外歯歯車１４を偏心揺動させることで外歯歯車１４に自転を生じさせ、その生じた自転成分を出力軸４４から出力する偏心揺動型の減速装置である。

減速装置１０は、主に、入力軸１２と、偏心軸受３０と、外歯歯車１４と、内歯歯車１８と、キャリヤ３２と、内ピン４０と、出力軸４４と、第１、第２主軸受２４、３４と、第１ケーシング３６と、第２ケーシング３８と、を主に備える。

入力軸１２は、モータ５０から回転力が入力される。偏心軸受３０は、入力軸１２の偏心部１２ｍの回転を外歯歯車１４に伝達する。外歯歯車１４は、入力軸１２の偏心部１２ｍの回転により揺動回転する。内歯歯車１８は、外歯歯車１４と噛み合う。キャリヤ３２は、内ピン４０を介して外歯歯車１４の自転成分により回転する。出力軸４４は、キャリヤ３２の回転を被駆動装置に伝達する。第１、第２主軸受２４、３４は、キャリヤ３２および出力軸４４を回転自在に支持する。第１ケーシング３６は、第１、第２主軸受２４、３４を支持するとともに、第１、第２主軸受２４、３４と、キャリヤ３２と、出力軸４４とを径方向外側からカバーする。第２ケーシング３８は、減速装置１０の入力側をカバーする。

（入力軸）
入力軸１２は、モータ５０の出力軸５０ｓと一体的に形成され、モータ５０に設けられた軸受（不図示）によって出力軸５０ｓと共に回転自在に支持され、モータ５０からの回転動力によって回転させられる。入力軸１２の回転中心線は、内歯歯車１８の中心軸線Ｌａと同軸線上に設けられる。入力軸１２には、外歯歯車１４を揺動させるための複数の偏心部１２ｍが設けられる。偏心部１２ｍの軸芯は、中心軸線Ｌａに対して偏心している。本実施形態では２個の偏心部１２ｍが設けられ、隣り合う偏心部１２ｍの偏心位相は１８０°ずれている。

（偏心軸受）
偏心軸受３０は、入力軸１２の偏心部１２ｍの径方向外側に配置される。偏心軸受３０は、内輪３０ｍと、複数（この例では１２個）の転動体１６と、リテーナ２０とを有する。内輪３０ｍは、偏心部１２ｍの径方向外側であって転動体１６の内周側に配置される。内輪３０ｍには、転動体１６の内周側の転動面が形成される。本実施形態の転動体１６は、円筒体であるが、球体など別形状を有するものであってもよい。

リテーナ２０は、転動体１６を回転自在に保持するものである。図４、図５に示すように、リテーナ２０は、円環部材で、転動体１６を保持するためのポケット２０ｐが周方向に複数形成されている。リテーナ２０の外周面２０ｊは、外歯歯車１４の内周面１４ｊと径方向の隙間Ｇｓを介して対向する部分を有する。

本実施形態では、第１部材としてリテーナ２０を例示する。リテーナ２０は、金属材料や非金属材料など種々の材料で構成してもよいが、本実施形態のリテーナ２０はＰＯＭにより構成されている。リテーナ２０は、ＰＥＥＫなどＰＯＭとは異なる樹脂により構成されてもよい。リテーナ２０を構成する樹脂は、ガラス繊維、炭素繊維などの強化用繊維を含む樹脂であってもよいし、強化用繊維を含まない樹脂であってもよいし、紙や布などの基材に樹脂を含浸して積層したものであってもよい。

（外歯歯車）
外歯歯車１４は、偏心軸受３０の転動体１６の運動によって、外歯歯車１４の軸芯が入力軸１２の回転中心線周りを回転するように揺動する歯車である。外歯歯車１４は、その内周面１４ｊが転動体１６に接し、径方向に駆動される。外歯歯車１４は、複数の偏心部１２ｍのそれぞれに対応して個別に設けられる。外歯歯車１４は、偏心軸受３０を介して対応する偏心部１２ｍに回転自在に支持される。図４に示すように、外歯歯車１４には、その軸心からオフセットされた位置に軸方向に貫通する１２個の内ピン孔４１が等間隔に形成されている。外歯歯車１４の外周には波形の歯が形成されており、この歯が内歯歯車１８と接触しつつ移動することで、中心軸を法線とする面内で外歯歯車１４が揺動できるようになっている。内ピン孔４１は、円形の孔で、後述する内ピン４０との間には外歯歯車１４の揺動成分を吸収するための遊びとなる隙間が設けられる。

本実施形態では、第２部材として外歯歯車１４を例示する。本実施形態の外歯歯車１４は、リテーナ２０を構成するＰＯＭより熱膨張率が小さい鉄系金属で構成されている。このため、リテーナ２０の温度が高くなると、リテーナ２０の熱膨張により、隙間Ｇｓは小さくなる。

（内歯歯車）
内歯歯車１８は、外歯歯車１４の径方向外側に配置される。本実施形態の内歯歯車１８は、環状の内歯歯車本体１８ｈと、当該内歯歯車本体１８ｈに形成されたピン溝に配置された外ピン１８ｐと、を有している。外ピン１８ｐは、内歯歯車本体１８ｈに回転自在に支持される円筒状のピン部材である。外ピン１８ｐは、内歯歯車１８の内歯を構成している。図４、図５に示しように、外ピン１８ｐは、外歯歯車１４の外歯部１４ａと噛合う。内歯歯車１８の外ピン１８ｐの数（内歯の数）は、外歯歯車１４の外歯数よりもわずかだけ（この例では１だけ）多い。内歯歯車１８は、外ピン１８ｐの代わりに、内歯歯車本体１８ｈと一体的に形成された波状の内歯を備えてもよい。

（キャリヤ）
キャリヤ３２は、外歯歯車１４の反入力側に配置される。キャリヤ３２は、出力軸４４と一体的に形成され、出力軸４４を介して回転動力を出力する出力部材として機能する。本実施形態の出力軸４４は、キャリヤ３２の反入力側から軸方向に延びる棒状の部材である。キャリヤ３２および出力軸４４は、第１主軸受２４、第２主軸受３４によって第１ケーシング３６に回転自在に支持されている。キャリヤ３２には軸心からオフセットされた位置に設けられた複数（この例では１２個）の嵌入孔３２ｈにそれぞれ内ピン４０が嵌入固定されている。

（内ピン）
内ピン４０は円筒部材４０ｓに環囲される。円筒部材４０ｓは内ピン４０に対して回転可能に設けられる。内ピン４０は、反入力側の一端がキャリヤ３２に固定され、他端が入力側に延びて複数の外歯歯車１４の内ピン孔４１を軸方向に貫通する。図３の円筒部材４０ｓは、内ピン４０の内ピン孔４１を貫通する部分全体を概ね環囲する。円筒部材４０ｓは、外歯歯車１４に形成された内ピン孔４１の一部と当接しており、外歯歯車１４の自転を拘束しその揺動のみを許容している。内ピン４０は、キャリヤ３２と外歯歯車１４との間の動力の伝達に寄与する連結部材として機能する。

（主軸受）
第１、第２主軸受２４、３４は、出力軸４４と第１ケーシング３６の間に配置され、出力軸４４およびキャリヤ３２を回転自在に支持する。第１主軸受２４は、キャリヤ３２の反入力側に配置され、第１ケーシング３６の第２環囲部３６ｂに支持される。第２主軸受３４は、第１主軸受２４から反入力側に離れて配置され、第１ケーシング３６の第３環囲部３６ｃに支持される。第２主軸受３４の反入力側には、第２主軸受３４の反入力側を覆う環状の軸受キャップ３６ｄが設けられる。軸受キャップ３６ｄの中心部には出力軸４４の外周を囲むオイルシール３６ｓが設けられる。図３の軸受キャップ３６ｄは、ボルトＢ５によって第１ケーシング３６の第３環囲部３６ｃに固定されている。第１、第２主軸受２４、３４の構成に限定はないが、本実施形態の第１、第２主軸受２４、３４は球体の転動体を有する。第１、第２主軸受２４、３４の転動体は、円筒体など球体とは別形状のものであってもよい。出力軸４４は、第２主軸受３４から反入力側へ突出する。

（第１ケーシング）
第１ケーシング３６は、全体として中空の筒状をなす部材である。第１ケーシング３６は、キャリヤ３２と、出力軸４４と、第１、第２主軸受２４、３４の径方向外側を環囲する外殻として機能する。特に、第１ケーシング３６は、内歯歯車１８の反入力側をカバーする。第１ケーシング３６は、主にキャリヤ３２を環囲する第１環囲部３６ａと、第１主軸受２４を環囲する第２環囲部３６ｂと、第２主軸受３４を環囲する第３環囲部３６ｃと、がこの順で一体に形成されている。第２環囲部３６ｂ、第３環囲部３６ｃには、それぞれ第１主軸受２４、第２主軸受３４を支持する軸受支持部が設けられる。

（第２ケーシング）
第２ケーシング３８は、内歯歯車１８の入力側をカバーする外殻として機能する。本実施形態の第２ケーシング３８は、モータ５０のモータハウジング５２の反入力側に一体的に形成された略円盤状の部材である。第１ケーシング３６および第２ケーシング３８は、内歯歯車１８を軸方向に挟んで配置され、互いに接続される。図３に示すように、第１ケーシング３６および第２ケーシング３８は、ボルトＢ４およびナットＮ４によって基台４２上に固定される。

回転装置２００を構成する各部材は、比重、機械的強度、熱伝導率、熱膨張率、放熱性などの所望の特性に基づいて、鉄系金属などの金属材料や、樹脂などの非金属材料から選択された材料で構成されてもよい。本実施形態では、入力軸１２、偏心部１２ｍ、外歯歯車１４、内輪３０ｍ、転動体１６、内歯歯車本体１８ｈ、外ピン１８ｐ、第１、第２主軸受２４、３４、キャリヤ３２、内ピン４０、円筒部材４０ｓ、出力軸４４、第１ケーシング３６および第２ケーシング３８は、鉄系金属で構成されている。この鉄系金属としては、所望の特性に応じて炭素鋼、軸受鋼、ステンレス鋼などを用いることができる。これらの部材の一部は、ＰＯＭ、ＰＥＥＫ、ＰＡなどの樹脂で構成されてもよい。

以上のように構成された本実施形態の減速装置１０の動作を説明する。モータ５０から入力軸１２に回転動力が伝達されると、入力軸１２の偏心部１２ｍが入力軸１２を通る回転中心線周りに回転し、その偏心部１２ｍをカムとして偏心軸受３０を介して外歯歯車１４が揺動する。このとき、外歯歯車１４は、自らの軸芯が入力軸１２の回転中心線周りを回転するように揺動する。外歯歯車１４が揺動すると、外歯歯車１４の外歯部１４ａと内歯歯車１８の外ピン１８ｐの噛合位置が順次ずれる。この結果、入力軸１２が一回転する毎に、外歯歯車１４の歯数と内歯歯車１８の外ピン１８ｐの数との差に相当する分、外歯歯車１４および内歯歯車１８の一方の自転が発生する。本実施形態においては、外歯歯車１４が自転し、キャリヤ３２から減速回転が出力される。キャリヤ３２が減速回転することにより、出力軸４４を介して被駆動部材が回転する。

ここで、本実施形態の回転装置２００は、以下のように構成されている点に特徴がある。まず、第１部材として例示されるリテーナ２０と、第２部材として例示される外歯歯車１４とは、熱膨張率の異なる素材で構成されている。具体的には、リテーナ２０の方が外歯歯車１４よりも熱膨張率の大きい素材で構成されている。そして、リテーナ２０と外歯歯車１４との間の径方向の隙間Ｇｓは、リテーナ２０の温度が所定温度Ｔｓに達したときに、リテーナ２０と外歯歯車１４とが接触するように設定されている点である。図４は、リテーナ２０の温度が所定温度Ｔｓに達した状態を示しており、リテーナ２０は外歯歯車１４と接触しており、隙間Ｇｓはゼロである。図５は、リテーナ２０の温度が所定温度Ｔｓ未満の状態を示しており、リテーナ２０は外歯歯車１４と接触しておらず、隙間Ｇｓはゼロでない。このリテーナ２０と外歯歯車１４とに係る特徴は、第１実施形態の回転装置１００と同様であり、重複する説明を省く。

第２実施形態の回転装置２００は、第１実施形態の回転装置１００と同様の作用・効果を奏する。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。前述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。前述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。また、図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。

以下、変形例を説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、第２実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

［変形例］
実施形態においては、回転装置として減速装置を例に説明したが、これに限定されるものではなく、第１部材と、第１部材との間に隙間を設けて対向して配置され第１部材と相対回転する第２部材と、を有する回転装置であれば、種々の回転装置に適用可能である。また、第１部材および第２部材も、リテーナと転動面を構成する部材に限られるものではなく、隙間を設けて対向配置されかつ相対回転する部材であれば、種々の部材に適用可能である。

第１、第２実施形態の説明では、第１部材がリテーナ２０であり、第２部材が外歯歯車１４であり、これらが径方向に対向する例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、リテーナ２０と空隙を挟んで軸方向に対向する対向部材を設け、リテーナ２０を第１部材として、対向部材を第２部材としてもよい。また、径方向外側の転動面を構成する部材を第２部材とするのではなく、径方向内側の転動面を構成する部材を第２部材としてもよい。

第１実施形態の説明では、減速装置が筒型の外歯歯車を有する撓み噛み合い式減速装置（波動歯車装置と称されることがある）である例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、減速装置は、カップ型やシルクハット型の撓み噛み合い式減速装置であってもよい。

第２実施形態の説明では、減速装置がいわゆるセンタークランクタイプの偏心揺動型歯車装置である例を示したが、本実施形態の減速装置はこれに限定されない。減速装置は、内歯歯車の軸心からオフセットした位置に複数のクランク軸が配置されるいわゆる振り分けタイプの偏心揺動型歯車装置であってもよい。

第２実施形態の説明では、外歯歯車１４を２枚備える例を示したが、本発明はこれに限定されない。３枚以上の外歯歯車１４を備えてもよい。例えば、入力軸には、それぞれ１２０°ずつ位相がずれた３つの偏心部１２ｍを設け、この３つの偏心部１２ｍに揺動される３枚の外歯歯車１４を備えてもよい。また、外歯歯車１４は１枚であってもよい。

第２実施形態の説明では、偏心軸受３０が、内輪３０ｍを有する例を示したが、本発明はこれに限定されない。偏心軸受３０は内輪３０ｍを備えず、転動体１６の転動面が偏心部１２ｍに形成されてもよい。

第２実施形態の説明では、偏心軸受３０が、外輪を有しない例を示したが、本発明はこれに限定されない。偏心軸受３０は外輪を備え、当該外輪に転動体１６の転動面が形成されてもよい。

第２実施形態の説明では、キャリヤ３２から減速回転を出力する例を示したが、本発明はこれに限定されない。キャリヤ３２を固定して、内歯歯車から減速回転を出力するようにしてもよい。

上述の各変形例は上述の実施形態と同様の作用・効果を奏する。

上述した各実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる各実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１０・・減速装置、 １２・・入力軸、 １２ｂ・・起振部、 １２ｈ・・偏心部、 １４・・外歯歯車、 １５・・起振体軸受、 １６・・転動体、 １８・・内歯歯車、 ２０・・リテーナ、 ２２・・軸受ハウジング、 ２４、３４・・主軸受、 ２６・・入力軸軸受、 ３０・・偏心軸受、 ３０ｍ・・内輪、 ３２・・キャリヤ、 ３６・・第１ケーシング、 ３８・・第２ケーシング、 ５０・・モータ、 ６４・・負荷検出器、 ６６・・異常判定部、 １００、２００・・回転装置。

Claims (8)

1. 第１部材と、前記第１部材との間に隙間を設けて対向して配置され前記第１部材と相対回転する第２部材と、を有する回転装置であって、
   前記第１部材と前記第２部材とは互いに熱膨張率の異なる素材で構成され、
   前記第１部材と前記第２部材との間の隙間は、前記第１部材の温度が所定温度に達したときに、前記第１部材と前記第２部材とを接触させることを目的として設定され、
   前記第１部材と前記第２部材との接触を検知するための接触検知部を有することを特徴とする回転装置。
2. 前記所定温度は、前記第１部材および前記第２部材の少なくとも一方が溶融する温度よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の回転装置。
3. 前記第１部材と前記第２部材は径方向に隙間を設けて対向することを特徴とする請求項１または２に記載の回転装置。
4. 前記第１部材は軸受の転動体を保持するリテーナであり、前記第２部材は前記転動体の転動面を構成する部材であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の回転装置。
5. 本回転装置は、カムと当該カムにより揺動する外歯歯車とを有する減速装置であって、
   前記転動体は、前記カムと外歯歯車との間に配置されることを特徴とする請求項４に記載の回転装置。
6. 前記リテーナは樹脂で構成され、前記外歯歯車は鉄系素材で構成されることを特徴とする請求項５に記載の回転装置。
7. 前記接触検知部は、
   本回転装置の負荷を検出する負荷検出器と、
   前記負荷検出器の検出結果に基づいて異常判定する異常判定部と、
   を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の回転装置。
8. 本回転装置は、モータによって回転駆動され、
   前記負荷検出器は前記モータの電流を検出することを特徴とする請求項７に記載の回転装置。

Images