JPS60208658A - 減速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、小形、軽量で高減速比が得られる減速機に係
り、特に円滑な運転が要求されるロボットなどの自動化
機械中の駆動要素として好適な低振動の減速機に関する
。

〔発明の背景〕

従来の減速機として、内歯歯車を有する固定環状体とこ
の内歯歯車とかみ合う外歯歯車を有する弾性変形可能な
環状体とを備え、これらの歯数の差を用いて減速比を得
るようにしたものがある。

この種の減速装置としては、例えば米国特許第２９０６
１４３号に記載されたものがある。

この種の減速機は高減速比を容易に得られる機構を有し
、かつ小形、軽量の特徴があるため、ロボットをはじめ
とする各種の自動化機械の減速部分に採用されている。

この種の減速機とその主要部品にカム機構や歯車が使用
されているが、それらの加工や組立に誤差が存在すると
、トルク脈動が発生し、出力軸及び出力軸に結合されて
被駆動系を強制的にねじり振動させる。また、トルク脈
動の振動数が回転軸系のねじり固有振動数に一致した場
合には、共振現象が発生し、過大なねじり振動を誘起す
る。このようなねじり振動は、抜駆。

動系の静粛な運転を損ね、過大振幅が発生する場合には
、回転軸系を構成する部材の疲労寿命が短縮されるなど
の弊害がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、低振動の減速機を実現し、ひいてはこ
の減速機を利用する機械、装置類に関して品質及び信頼
性の両面にわたって優れた回転軸系を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明の特徴とするところは、減速機のハウジングの内
側に位置する内歯歯車を備えた第２の環状体をその中心
軸のまわれに揺動可能に支承し、この第２の環状体の角
変位をこれとハウジングとの間に設けたばねと減衰能と
をもつ減衰手段によって拘束し、減速機内部で発生した
脈動トルクのエネルギを減衰能をもつ減衰手段に吸収さ
せ、それによって減速機出力軸の回転変動を抑制するよ
うにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図および第２図は本発明の減速機の一実施例を示す
もので、これらの図において、１は減速機２を駆動する
ためのモータである。このモータ１はそのハウジング３
に設けられたフランジ部４で減速機２のハウジング５に
ボルト６を用いて取付けらけている。モータ１の回転軸
７には、キー８で固着されたフランジ９と中間板１０と
を介して楕円状のカム板１１が摺接している。特に中間
板ｌＯの両面には、互いに直交する溝が設けられている
。この溝にはフランジ９に設けられた凸条１２及び楕円
状のカム板１１に設けられた凸条１３がそれぞれ係合し
、オルダム継手が構成されている。さらに楕円状のカム
板１１の外周には。

球軸受１４を介してカム板１１の形状に従って弾性変形
するカップ状の第１の環状体１５が設けられている。こ
の第１の環状体１５の外周には外歯歯車１５Ａが配され
ている。この外歯歯車１５Ａはハウジング５の内側に位
置する第２の環状体１７の内歯歯車１７Ａに噛合ってい
る。第１の環状体１５の端部はハウジング５に埋込まれ
た軸受１８．１９によって支承された出力軸２０に、支
持板２１及びボルト２２を用いて剛結合されている。第
１の環状体１５の外歯歯車１５Ａは第２の環状体１７の
内歯歯車１７Ａと僅かに異なる歯数を有し、楕円状のカ
ム板１１の長径部２個所で、軸受１０を介して外へ膨出
せられて内歯歯車１７Ａと噛合うと共に、カム板１１の
短径部２個所において解離している。従って、楕円状の
カム板１１の回動に伴い、内歯歯車１７Ａに対する外歯
歯車１５Ａの噛合い位置が周方向へ移動し、楕円状のカ
ム板１１が１回転すると、外歯歯車１５Ａは内歯歯車１
７Ａに対してその歯数差の１７２だけ相対的に回動する
。なお、モータ軸７と内歯歯車１７Ａとを組込む際に生
じる半径方向の取付誤差は、前述したオルダム継手によ
って吸収されるため、外歯歯車１５Ａと内歯歯車１７Ａ
とは常にカム板１１の長径部の２ケ所で噛合う構造とな
っている。

第２の環状体１７はその中心軸まわりに揺動可能にハウ
ジング５内に設けられている。この第２の環状体１７の
外周部には突起部２３が設け、られている。ハウジング
５はその内周部に突起部２３がメリ込むための溝２４を
備えている。溝２４と突起部２３との間にはゴム等の弾
性体２５．２６がこれらの間にはさみ込まれるように介
在されている。弾性体２５と２６とは第２の環状体１７
の揺動運動に対し、ばね作用（復元力の発生作用）と減
衰機能との両方を兼ね備えている。内歯歯車１７Ａを備
える第２の環状体１７の揺動を円滑にするために、第２
の環状体１７の外周部とこれに対面するハウジング５の
内周部との間には軸受材２７が設けられている。第２の
環状体１７は入力軸７の軸線方向への移動を防ぐために
、押え板２８により抑えられている。この押え板２８は
ねじ２９によりハウジング５に固定されている。押え板
２８の内側、すなわち第２の環状体１７の側面と接触摺
動する面には、摩擦力を低減するための軸受材３０が埋
込んである。同様に、第２の環状体１７の反対側（第１
図中の右方）の側面に接触するハウジング５側にも軸受
材３１が埋込んである。この実施例における押え板２８
と軸受材３０と３１とはリング状であるが、等ピッチ配
列したセクタ状の構造であってもよい。

前述した押え板２８の役割を詳述する。内歯歯車１７Ａ
と外歯歯車１５Ａとがかみ合って出力軸２０のトルクが
伝達されるが、かみ合い時に歯自体が弾性変形し、軸線
に対する歯すじの平行度が失なわれ、その結果として推
力が発生する。この推力によって内歯歯車１７Ａが第１
図上左方に脱落するのを防ぐのが押え板２８を用いる理
由である。この推力によって発生する押え板２８と内歯
歯車１７Ａとの間の摩擦力を緩和するために、軸受材３
０を用いているものである。また、この推力は減速機の
正転と逆転とによって作用する方向が異なるため、回転
方向によっては内歯歯車１７Ａがハウジング５の右側部
分に押しつけられる。この場合の摩擦力の低減は軸受材
３１によって対処可能である。

さらに、押え板２８の必要理由を付記する。減速機は種
々の使い方があり、水平にセットされる場合、あるいは
垂直にセットされる場合等さまざまである。例えば減速
機が垂直にセットされる場合であって、その入力軸７が
下方、出力軸２０が上方に位置する場合には、推力が小
さい運転条件であっても、押え板２８がなければ第２の
環状体１７は脱落する。この押え板２８を用いることに
より、減速機の取付は姿勢に自在性を付与することがで
きる。

また、本発明の減速機において、トルク脈動が出力軸２
０に作用する場合には、その反力を受けもつべき第２の
環状体１７がハウジング５に対して揺動（振動）し、ハ
ウジング５と第２の環状体１７との間に設けた弾性体２
５及び２６の減衰効果によって出力軸２０の振動を低減
することができる。この本発明の減速機の振動特性を第
３図を用いて説明する。第３図において、横軸は軸（入
力軸または出力軸）の回転速度Ｖ、縦軸は出力軸のねじ
り振動振幅艶であり、図中実線で示した曲線は従来の減
速機の振動特性、点線の曲線は本発明になる減速機の振
動特性である。この特性曲線から明らかなように、従来
の減速機においては、これに慣性負荷を結合した場合に
は、金属材料の材料減衰能しか期待できないため、共振
時には極めて大きな振動振幅となる。こ九に対し本発明
の減速機においてはけ、第２の環状体１７をばね支持し
て揺動可能としているために、ねじり固有振動数は低下
し、共振を起す回転速度は低下するが、第２の環状体１
７に施した減衰手段の減衰機能により振動エネルギが吸
収される結果として、共振時及びその付近のねじり振動
振幅を大幅に低減することかできる。

第４図は本発明の減速機の他の実施例を示すもので、こ
の図において第１図および第２図と同符号のものは同一
部分である。この実施例は突起物２３Ａを、ハウジング
５の内周部に設け、溝２４Ａを第２の環状体１７の外周
部に穿設し、溝２４Ａに嵌挿された突起物２３Ａの両サ
イドに対称となるように弾性体２５Ａ、２６Ａを溝２４
内に嵌挿したものである。この実施例においても、振動
抑制の効果は第１図および第２図に示した本発明の減速
機の一実施例と同様である。

第５図及び第６図は本発明の減速機のさらに他の実施例
を示すもので、これらの図において第１図および第２図
と同符号のものは同一部分である。

この実施例においては、第２の環状体１７に長孔３２を
９設し、一端をハウジング５にねじ止めされたピン３３
を該長孔、１２に挿入し、この長孔３２とピン３３とに
より形成される空隙部に弾性体２５Ｂ、２６Ｂを挿入し
て構成されている。ピン３３と長孔３２とは複数個が同
一周上に等ピッチで配列されている。ピン３３は長孔３
２の小径側３４及び大径側３５の少なくとも一方と接触
しており、第２の環状体１７の半径方向への変位を抑制
している。また、ピン３３の自由端側には長孔３２の半
径方向の幅よりも大きな直径の頭部３３Ａが形成されて
おり、第２の環状体１７の脱落を防止している。

この実施例によれば、第２の環状体１７はピン３３と長
孔３２とにより案内されて周方向の揺動が可能であり、
弾性体２５Ｂと２６Ｂとのばね作用と減衰機能とにより
、ねじり振動を低減することができる。この実施例は、
第１図に示す実施例と基本原理は同じであるが、減衰手
段の構造をより簡単にすることができるでいう利点があ
る。

第７図は本発明の減速機の他の実施例を示すもので、こ
の図において第５図と同符号のものは同一部分である。

この実施例は長孔３２Ａをハウジング５側に穿孔し、第
２の環状体１７に固定されたピン３３Ａをこの長孔３２
Ａに嵌め込み、ピン３３Ａと長孔３２Ａとの空隙部に２
つの弾性体を嵌挿する拾遺としたものである。この実施
例によれば第５図に示した本発明の減速機と同様に制振
効果を発揮することができる。ただし、この場合は、第
２の環状体１７が図面上が左方に脱落することを防止す
るための押え板２８が必要である。

また、押え板２８に長孔３２Ａを穿孔して２つの弾性体
２５Ｂ、２６Ｂを挿入し、第２の環状体１７に固定され
たピン３３Ａを２つの弾性体２５と２６の間に挿入する
構造としても、同様な制振効果をもつ減速機が実現でき
る。

第８図および第９図は本発明の減速機のさらに他の実施
例を示すもので、これらの図において第１図および第２
図と同符号のものは同一部分である。この実施例では、
第２の環状体１７はラジアルころがり軸受３６によって
中心まわりの揺動を円滑にするようにハウジング５に支
承さ九、その半径方向の変位を竪固に拘束されている。

第２の環状体１７には丸孔３７が穿設されている。この
孔３７には弾性体質３８を被覆したピン３９が嵌挿され
ている。ピン３９の一端はハウジング５に固定されてい
る。丸孔３７とピン３９とは一定の周上に等ピッチで配
設されている。

この実施例によれば、ころがり軸受３６を採用すること
によって、第２の環状体１７の芯出しが容易であること
と、予め弾性体３９で被覆したピン３９を丸孔３７に挿
入するだけで第２の環状体の取付けが完成するため、組
立簡便の長所を発揮できる。また、ピン３９を貫通され
る孔を丸孔３７としたことは、第５図で示した実施例の
長孔に比較して、加工面でも作業の簡略化が図れる長所
がある。

第１０図は本発明の減速機の他の実施例を示すもので、
この実施例は第８図に示した実施例の変形例があり、こ
ろがり軸受３６の代りに円柱状の転動体４０を第２の環
状体１７の外周部に対向するハウジング５側に埋込んで
構成したものである。

転動体４０は第２の環状体１７を安定かつ円滑にガイド
するため、同上に３個以上を配設しである。

第１１図は本発明の減速機のさらに他の実施例を示すも
ので、この実施例は第８図に示した実施例の他の変形例
である。ころがり軸受３６の代りにスラスト力およびラ
ジアル力両方向の力を受持つテーパローラベアリング４
１を使用したものである。この実施例によれば、振動を
有効に減衰し得ると共に第２の環状体１７の半径方向の
変化のみならず、軸方向の変位も竪固に拘束することが
できる。

なお、本発明は第１２図に示すように軸方向寸法を短く
した減速機にも適用することができる。

すなわち、この減速機は４つの主要部品から成り、それ
らは楕円状のカム板１１、外歯歯車１５Ａを有する第１
の環状体１５、外歯歯車１．５　Ａより歯数が僅かに多
い内歯歯車１７ａを有する第２の環状体１７Ａ、外歯歯
車１５Ａと同数の歯数をもつ内歯歯車１７ａを有する第
２の環状体１７Ｂである。第１の環状体１５の形状は前
述した５１図。

第２図に示したカップ形の第１の環状体１５のカップ部
をカットした形状となっている。この減速機における楕
円状のカム板１１、第１の環状体１５、第２の環状体１
７Ａ、１７Ｂの機能は、第１図および第２図に示した減
速機と同様であり、同じ原理で作動する。第２の環状体
１７Ｂは、出力軸２０を連結するためのものであり、第
１の環状体１５と同じ速度で回転する。この減速機のハ
ウジング５側には長孔３２が穿設されている。第２の環
状体１７Ａに固定されたピン３３が長孔３２に嵌る込ま
れている。ピン３３と長孔３２との空隙部には２つの弾
性体が嵌挿されている。このように構成したことにより
、第７図に示した実施例と同様な制振効果を発揮するこ
とができる。

また、前述した他の減衰手段も適用することができる。

以上述べたように、本発明によれば、ハウジング５と第
２の環状体１７との間に設けた減衰手段によって、減速
機内で発生した脈動トルクを減衰することができるが、
その減衰手段のねじり剛性のあり方について言及する。

一般に、回転軸系あるいはそれを構成する要素のねじり
剛性は、単位のトルクが作用したときの角変位として定
義される。減衰手段のねじり剛性が、減速機本来のねじ
り剛性よりも大きい場合は、軸系にトルクが作用した場
合の第２の環状体１７の角変位が小となり、減衰効果が
発揮されない。減衰手段は、弾性変形あるいはたわみ変
形があってはじめて目的とする減衰効果を発揮するもの
である。極端な場合として、減衰手段のねじり剛性が無
限大の場合は、減速機にトルクが作用して発生するねじ
り変形は本来の減速機のみに集中し、減衰手段を取付け
ない場合と同様の結果にとどまる。減衰手段のねじり剛
性を、減速機本来のねじり剛性よりも小さくすれば、減
衰手段のねじり変形は減速機よりも大となり、減衰手段
は所期の効果を発揮する。すなわち、第２の環状体１７
に付与する減衰手段のねじり剛性は、本来の減速機がも
っているねじり剛性に比較して同等以下の値にすること
が必要である。

以上、述べた本発明の実施例によれば、減速機の外歯歯
車と内歯歯車の加工誤差や組立誤差に起因する１〜ルク
脈動あるいは１−ルク脈動が原因となって発生する回転
脈動を緩和し、減速機によって駆動される装置の円滑な
運転を実現できる。特に、加工機械の駆動系に利用され
る場合には、加工ムラを低減し、被加工物の品質及び信
頼性を向上させることができる。

また、減速機のねじり振動を小さくできる結果として、
振動の直接原因となっている歯車なとの部材及び振動が
伝播して発音体となっている部材の振動が小さくなり、
騒音の小さい静粛な機械・装置を提供することが可能と
なる。

さらに、減速機にて発生するトルク脈動の振動数（励振
振動数）は歯車の回転速度によって変るが、励振振動数
が回転軸系のねじり固有振動数に一致する場合には、回
転軸系のねじり振動振幅は回転速度に関して極大値を呈
する。また、励振振動数がねじり固有振動数付近であっ
ても、回転軸系は過大な振幅となる。本発明の減速機に
よれば、上述のような共振状態の場合であっても減衰４
ｊ＆構の効果により振動振幅を大幅に低減できるため、
機械・装置を構成する部材に働く応力を緩和し、信頼性
を著しく向上させることが可能である。

また、本発明によれば、比較的簡単な形状のばね・減衰
材等の減衰手段を減速機の中に組み込むだけであり、廉
価でかつサイズも従来とほぼ同等であり、ユーザにとっ
て受容性のある減速機を実現できる。

さらに減速機の出力軸には種々の負荷が結合されるため
、種々の外乱トルクが作用する。パルス状あるいはステ
ップ状に代表されるような対時的に急変する外乱１〜ル
クに対しては、出力軸の反力を受けもつべき第２の環状
体に設けた減衰単段の働きにより過渡振動を低減できる
。換言すれば、本発明の減速機は、負荷の急変に際して
ショックを緩和する能力があると言える。また、サイク
リックに変動する外乱トルクに対しても、減衰手段の制
振作用により出力軸のねじり振幅を小さくできる。すな
わち、種々の外乱トルクに対して強い特性をもつ減速機
を実現できる。

なお、上述の実施側にむいては、ばね作用および減衰機
能をもつ部材としてゴム以外に軟質の樹脂、板ばね、コ
イル状ばねおよび空気圧を有するゴム袋等のものを用い
ることができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように１本発明によれば、減速機内で発生
する回転脈動を緩和することができる。

その結果、減速機によって駆動される装置の運転を円滑
にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の減速機の一実施例を一部断面にて示す
正面図、第２図は第１図のｎ−ｍ矢視横断面図、第３図
は本発明の減速機の振動特性図、第４図は本発明の減速
機の他の実施例を示す横断面図、第５図は本発明の減速
機のさらに他の実施例を一部断面にて示ず正面図、第６
図は第５図のＶ［−ＶＩ矢視横断面図、第７図は本発明
の減速機の他の実施例を一部断面にて示す正面図、第８
図は本発明の減速機のさらに他の実施例を一部断面にて
示す正面図、第９図は第８図のＩＸ−ＥＫ矢視横断面図
、第１０図は本発明の減速機の他の実施例を示す横断面
図、第１１図は本発明の減速機のさらに他の実施例を一
部断面にて示す断面図、第１２図は本発明の減速機の他
の実施例を一部断面にて示す正面図である。 １・・・モータ、２・・・減速機、５・・・ハウジング
、７・・・モータ１の回転軸、１１・・・カム板、１５
・・・第１の環状体、１５Ａ・・・外歯歯車、１７・・
・第２の環状体、１７Ａ・・・外歯歯車、２０・・・出
力軸、２３・・・突起部、■　１　図 Ｌ　Ｚ　図 Ｚ３図 ■　４　図 ＺｄＡ Ｔ５図 ■６図 Ｚ７図 巣　３　国 ”ｆ、ｑ　図 ？　・ 第　１０　図 ？ 第　１１　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力軸と、この入力軸に連結する楕円状のカムと、
   このカムが嵌挿され、かつ外歯歯車を有する楕円状の弾
   性変形を可能な第１の環状体と、この第１の環状体に連
   結した出力軸と、第１の環状体のカムによって膨出しだ
   外歯歯車部分とかみ合う内歯歯車を有する第２の環状体
   と、この第２の環状体、入力軸および出力軸を支持する
   ハウジングとからなる減速機において、前記第２の環状
   体をその中心軸まわりに揺動可能にハウジングに支承し
   、この第２の環状体の角変位を内歯歯車とハウジングと
   の間に設けたばね作用と減衰作用とを有する減衰手段に
   よって拘束したことを特徴とする減速機。 ２、減衰手段は第２の環状体の外周部とハウジングの内
   周部との間に配設したことを特徴とする特Ｍ’＋請求の
   範囲第１項記載の減速機。 ３、減衰手段は第２の環状体の外周部に設けた突出部と
   、この突出部が入り込むようにハウジングの内周部に突
   設した凹部と、ハウジングの側の凹部と突出部との空間
   内に挿入したばね作用と減衰機能とをもつ部材とで構成
   したことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の減速
   機。 ４、減衰手段は第２の環状体の外周部に穿設した凹部と
   、この凹部に入り込むようにハウジングの内周部に設け
   た突出部と、前記凹部と突出部との空間内に挿入したば
   ね作用と減衰機能とをもつ部材とで構成したことを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の減速機。 ５、第２の環状体がハウジングから脱落するのを防止す
   るための押え板をハウジングに取付けたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項または第４項記載の減速機。 ６、第２の環状体と押え板との接触部及び第２の環状体
   とハウジングとの接触部のうちの１個所以上に低摩擦化
   のための軸受を設けたことを特徴とする特許請求の範囲
   第５項記載の減速機。 ７、第２の環状体をころがり軸受によってハウジングに
   支承し、第２の環状体をその中心軸線のまわりに揺動可
   能としたことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
   減速機。 ８、減衰手段は第２の環状体の側面とこれに対向するハ
   ウジングとの間に配設したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の減速機。 ９、減衰手段は第２の環状体の側面に周方向に沿って穿
   設した長孔と、この長孔に嵌挿するようにハウジングに
   一端を固定したピンと、長孔とピンとにより形成される
   空間部に挿入したばね特性と減衰機能とをもつ部材とで
   構成したことを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の
   減速機。 １０、減衰手段は第２の環状体の側面に対応するハウジ
   ングに周方向に沿って穿設した長孔と、この長孔に嵌挿
   するように第２の環状体に一端を固定したピンと、この
   ピンと長孔とにより形成される空間部に挿入したばね特
   性と減衰機能をもつ部材とで構成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第８項記載の減速機。 １１、減衰手段は第２の環状体の側面に周方向に沿って
   間隔をもって穿設した丸孔と、この丸孔にゆるく嵌挿す
   るようにハウジングに一端を固定した丸孔よりも小径の
   ピンと、このピンと丸孔とにより形成される空間部に挿
   入したばね特性を減衰能をもつ部材とで構成したことを
   特徴とする請求事項第８項記載の減速機。 １２、減衰手段は第２の環状体の側面に対向するハウジ
   ングの周方向に沿って間隔をもって穿設した丸孔と、こ
   の丸孔にゆるく嵌挿するように、第２の環状体に一端を
   固定した丸孔よりも小径のピンと、このピンと丸孔とに
   より形成される空間部に挿入したばね特性と減衰機能を
   もつ部材とで構成したことを特徴とする特許請求の範囲
   第８項記載の減速機。 １３、第２の環状体がハウジングから離脱することを防
   ぐために、一端をハウジングに固定したピンの反固定端
   に、第２の環状体に穿設した長孔の幅または丸孔の直径
   よりも大きい寸法を有する部材を設けたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第９項または第１１項記載の減速機。 １４、減衰手段は第２の環状体に付与するねじり剛性を
   、減速機のねじり剛性と同等以下の値に設定されている
   ことを特徴とする特許請求の第１項ないし第１３項のい
   ずれかに記載の減速機。