JPWO2019163670A1 - 変速装置 - Google Patents

Abstract

この変速装置（１）は、第一冠ギヤ（２１）と、第二冠ギヤ（２２）と、第一冠ギヤ（２１）に対向する対向歯と第二冠ギヤ（２２）に対向する対向歯とを持つ第三冠ギヤ（２３）と、第三冠ギヤ（２３）が第一冠ギヤ（２１）に噛み合い、第三冠ギヤ（２３）が第二冠ギヤ（２２）に噛み合うように、第三冠ギヤ（２３）を第一冠ギヤ（２１）及び第二冠ギヤ（２２）に対して傾斜させ、かつ噛み合う箇所が円周方向に移動するように第三冠ギヤ（２３）を波動運動させるカム部（３０）と、を備え、第一冠ギヤ（２１）及び第二冠ギヤ（２２）のいずれか一方は、径方向に分割された歯数の異なる複数の変速ギヤ（２１Ａ，２１Ｂ）を有し、複数の変速ギヤ（２１Ａ，２１Ｂ）の中から固定する変速ギヤを切り替える切替機構（４０）を有する。

Description

本発明は、変速装置に関するものである。
本願は、２０１８年２月２０日に、日本に出願された特願２０１８−０２７７５８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

特許文献１には、第一冠ギヤ、第二冠ギヤ及び第三冠ギヤを備える減速装置が開示されている。第一冠ギヤと第二冠ギヤとの間には、第三冠ギヤが第一冠ギヤに噛み合い、かつ第三冠ギヤが第二冠ギヤに噛み合うように、第三冠ギヤが傾斜して配置される。第三冠ギヤは、屈曲部を備える入力軸に回転可能に支持される。入力軸は、第一冠ギヤと第三冠ギヤとの噛み合い箇所、及び第三冠ギヤと第二冠ギヤとの噛み合い箇所が円周方向に移動するように第三冠ギヤを波動運動させる。

第一冠ギヤはハウジングに固定され、第二冠ギヤは出力軸に連結される。入力軸を回転させると、第三冠ギヤの波動運動によって、第三冠ギヤが第一冠ギヤに対して両者の歯数差の分だけ相対的に回転する。また、第三冠ギヤの波動運動によって、第二冠ギヤが第三冠ギヤに対して両者の歯数差の分だけ相対的に回転する。第二冠ギヤの回転数は、第一冠ギヤに対する第三冠ギヤの相対的な回転数と、第三冠ギヤに対する第二冠ギヤの相対的な回転数とを合算したものである。二組のギヤ（第一冠ギヤと第三冠ギヤ、第三冠ギヤと第二冠ギヤ）を、互いに打ち消し合う方向に回転させれば、大きな減速比が得られるし、互いに助長する方向に回転させれば、小さな減速比が得られる。

特開昭６０−４６４７号公報

ところで、上記減速装置は、通常の平歯車などの減速装置に比べて径方向における装置構成がコンパクトであり、産業用ロボットの関節部分などに導入されることが期待されている。産業用ロボットには、様々な動きが要求されており、例えば、搬送物を持ち上げる場合は低速かつ大トルクで可動することが好ましく、また、搬送物を載置後、次の搬送物を取りに行く場合は高速かつ小トルクで可動することが好ましい。しかしながら、上記減速装置においては、このような要求に応える減速比の切替技術が確立されていなかったため、実用化する上での課題の一つとなっていた。

本発明は、コンパクトで減速比を切り替えることができる変速装置を提供する。

本発明の第一の態様によれば、変速装置は、第一冠ギヤと、第二冠ギヤと、前記第一冠ギヤに対向する対向歯と前記第二冠ギヤに対向する対向歯とを背面合わせで持つ第三冠ギヤと、前記第三冠ギヤが前記第一冠ギヤに噛み合い、前記第三冠ギヤが前記第二冠ギヤに噛み合うように、前記第三冠ギヤを前記第一冠ギヤ及び前記第二冠ギヤに対して傾斜させ、かつ噛み合う箇所が円周方向に移動するように前記第三冠ギヤを波動運動させるカム部と、を備え、前記第一冠ギヤ及び前記第二冠ギヤのいずれか一方は、径方向に分割された歯数の異なる複数の変速ギヤを有し、前記複数の変速ギヤの中から固定する変速ギヤを切り替える切替機構を有する。

上記した変速装置によれば、コンパクトで減速比を切り替えることができる。

本発明の第一実施形態における変速装置の斜視図である。 本発明の第一実施形態における変速装置の縦断面図である。 本発明の第一実施形態における第一冠ギヤ、第二冠ギヤ、及び第三冠ギヤを含む要部の拡大図である。 本発明の第一実施形態における第一冠ギヤの斜視図である。 本発明の第一実施形態における第一冠ギヤ、第二冠ギヤ、及び第三冠ギヤの正面図である。 本発明の第一実施形態における変速装置の粗動を説明する説明図である。 本発明の第一実施形態における変速装置の微動を説明する説明図である。 本発明の第二実施形態における変速装置の縦断面図である。 本発明の第二実施形態における変速装置の粗動を説明する説明図である。 本発明の第二実施形態における変速装置の微動を説明する説明図である。 本発明の第三実施形態における変速装置の縦断面図である。 本発明の第四実施形態における変速装置の縦断面図である。

以下、本発明の実施形態の変速装置について図面を参照して説明する。

（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態における変速装置１の斜視図である。図２は、本発明の第一実施形態における変速装置１の縦断面図である。
変速装置１は、図１に示すように、有底円筒状のハウジング１０を備え、当該ハウジング１０の底部にモータ２が取り付けられている。図２に示すように、有底円筒状のハウジング１０の中心軸は、モータ２の回転軸２ａの軸線Ｌと一致している。以下、軸線Ｌが延びる方向を軸方向といい、軸線Ｌと直交する方向を径方向といい、軸線Ｌ周りに周回する方向を円周方向という。

ハウジング１０の内部には、図２に示すように、第一冠ギヤ２１、第二冠ギヤ２２、第三冠ギヤ２３、カム部３０、及び後述する切替機構４０が収容されている。モータ２の回転軸２ａは、軸継手３９を介してカム部３０と接続され、カム部３０は、第三冠ギヤ２３を傾斜支持している。カム部３０が回転すると、第一冠ギヤ２１に噛み合う第三冠ギヤ２３が波動運動し（なお、この波動運動は歳差運動ともいう）、回転軸２ａの回転数が減速されて第二冠ギヤ２２（出力ギヤ）が回転する。なお、減速比は、第一冠ギヤ２１、第二冠ギヤ２２、及び第三冠ギヤ２３の歯数によって決定される（後述）。

ハウジング１０は、取付板１１と、第一円筒部１２と、第二円筒部１３と、押え板１４と、を備える。取付板１１には、ボルト３を介してモータ２が取り付けられている。取付板１１は、ハウジング１０の底部を形成する円板部材であり、その中心部にはモータ２の回転軸２ａが挿通されている。第一円筒部１２は、取付板１１のモータ２の取付面と反対側の面に、図示しないボルトを介して接続されている。この第一円筒部１２の内側には、後述する切替機構４０が収容されている。

第二円筒部１３は、第一円筒部１２にボルト１７を介して軸方向に接続されている。第一円筒部１２と第二円筒部１３の接続部には、内周側に段差が形成され、軸受１５を支持している。軸受１５は、第一冠ギヤ２１の後述する第二変速ギヤ２１Ｂを軸線Ｌ回りに回転可能に支持している。第二円筒部１３の内側には、第一冠ギヤ２１、第二冠ギヤ２２、第三冠ギヤ２３、及びカム部３０が収容されている。

押え板１４は、円環状の板体であり、第二円筒部１３の上端面にボルト１８を介して接続されている。第二円筒部１３と押え板１４の接続部には、内周側に段差が形成され、軸受１６を支持している。軸受１６は、第二冠ギヤ２２を軸線Ｌ回りに回転可能に支持している。第二冠ギヤ２２の上端面は、押え板１４よりも軸方向外側に突出しており、その上端面には、回転対象物を取り付けるための取付孔２２ｂが形成されている。

図３は、本発明の第一実施形態における第一冠ギヤ２１、第二冠ギヤ２２、及び第三冠ギヤ２３を含む要部の拡大図である。図４は、本発明の第一実施形態における第一冠ギヤ２１の斜視図である。図５は、本発明の第一実施形態における第一冠ギヤ２１、第二冠ギヤ２２、及び第三冠ギヤ２３の正面図である。
ハウジング１０の内側には、図３に示すように、円環状の第一冠ギヤ２１及び円環状の第二冠ギヤ２２が、軸線Ｌと同軸に配置されている。第一冠ギヤ２１と第二冠ギヤ２２との間には、第三冠ギヤ２３が配置されている。

第一冠ギヤ２１は、第三冠ギヤ２３に対向する側に対向歯２１ａ，２１ｂを有する。第二冠ギヤ２２は、第三冠ギヤ２３に対向する側に対向歯２２ａを有する。第三冠ギヤ２３は、第一冠ギヤ２１に対向する対向歯２３ａと、第二冠ギヤ２２に対向する対向歯２３ｂと、を背面合わせで有する。第三冠ギヤ２３は、軸線Ｌに直交する平面に対して角度αだけ傾いている。第三冠ギヤ２３が傾くことで、図５に示すように、第三冠ギヤ２３は、その対向歯２３ａが第一冠ギヤ２１に円周方向の一箇所で噛み合い、かつその対向歯２３ｂが第二冠ギヤ２２に円周方向の一箇所で噛み合う。

第三冠ギヤ２３は、図３に示すように、カム部３０に支持されている。カム部３０は、第三冠ギヤ２３よりも第一冠ギヤ２１側に延在する第一カム３１と、第三冠ギヤ２３よりも第二冠ギヤ２２側に延在する第二カム３２と、を備える。第一カム３１の外周側には、第一冠ギヤ２１の後述する第一変速ギヤ２１Ａを支持する軸受３５が配置されている。また、第二カム３２の外周側には、第二冠ギヤ２２を支持する軸受３６が配置されている。
これら第一カム３１と第二カム３２は、ボルト３４を介して軸方向で接続されている。

第三冠ギヤ２３は、第一カム３１と第二カム３２の接続部に配置されている。具体的に、第一カム３１と第二カム３２の接続部には、その外周側に、互いに平行で軸線Ｌに対して傾斜する第一傾斜面３１ａ及び第二傾斜面３２ａが形成されている。第一傾斜面３１ａ及び第二傾斜面３２ａは、第三冠ギヤ２３と同様に、軸線Ｌに直交する平面に対して角度αだけ傾斜している。

第一カム３１と第三冠ギヤ２３との間には、転動体３３（ボールなど）が介在している。第一傾斜面３１ａには、転動体３３が転動する断面視略円形の転動体転走溝３１ｂが形成されている。第三冠ギヤ２３にも、転動体転走溝３１ｂと対向する箇所に、断面視略円形の転動体転走溝２３ｃが形成されている。転動体転走溝２３ｃ，３１ｂは、軸線Ｌ回りに環状に形成されており、複数の転動体３３が無限循環可能に配列されている。

また、第二カム３２と第三冠ギヤ２３との間にも、転動体３３（ボールなど）が介在している。第二傾斜面３２ａには、転動体３３が転動する断面視略円形の転動体転走溝３２ｂが形成されている。第三冠ギヤ２３にも、転動体転走溝３２ｂと対向する箇所に、断面視略円形の転動体転走溝２３ｄが形成されている。転動体転走溝２３ｄ，３２ｂは、軸線Ｌ回りに環状に形成されており、複数の転動体３３が無限循環可能に配列されている。

なお、転動体３３は、図示しない脱落防止用の保持器に保持されていてもよい。また、第一カム３１及び第二カム３２で挟まれる第三冠ギヤ２３にバックラッシが生じないように、転動体３３に予圧を与えることが好ましい。例えば、ボルト３４によって第一カム３１及び第二カム３２を軸方向で締め付けることによって、転動体転走溝２３ｃ，３１ｂの間及び転動体転走溝２３ｄ，３２ｂの間において転動体３３に与圧を与えることができる。

図２に戻り、第二カム３２には、第一カム３１と反対側に、ボルト３８を介して軸連結部３７が接続されている。第二カム３２と軸連結部３７の接続部には、外周側に段差が形成され、上述した軸受３５を支持している。軸連結部３７は、軸線Ｌに沿って延びる連結軸３７ａを有し、連結軸３７ａは、軸継手３９を介してモータ２の回転軸２ａと接続されている。

図３及び図４に示すように、第一冠ギヤ２１は、径方向に分割された第一変速ギヤ２１Ａと、第二変速ギヤ２１Ｂと、を有する。第一変速ギヤ２１Ａと第二変速ギヤ２１Ｂは、それぞれ円環状に形成され、軸線Ｌと同軸に配置されている。本実施形態では、第一変速ギヤ２１Ａが、第二変速ギヤ２１Ｂの径方向内側に配置されている。第一変速ギヤ２１Ａは、第三冠ギヤ２３に対向する側に対向歯２１ａを有する。また、第二変速ギヤ２１Ｂは、第三冠ギヤ２３に対向する側に、対向歯２１ａと歯数の異なる対向歯２１ｂを有する。

図２に戻り、第一変速ギヤ２１Ａと第二変速ギヤ２１Ｂは、切替機構４０に支持されている。切替機構４０は、回転方向に応じて、第一変速ギヤ２１Ａと第二変速ギヤ２１Ｂのいずれか一方をハウジング１０に対して固定するものである。具体的に、切替機構４０は、第一変速ギヤ２１Ａを一方向（例えば軸線Ｌを中心とする時計回り）のみに回転させる第一ワンウェイクラッチ４１と、第二変速ギヤ２１Ｂを第一変速ギヤ２１Ａと逆向きの一方向（例えば軸線Ｌを中心とする反時計回り）のみに回転させる第二ワンウェイクラッチ４２と、を有する。

例えば、軸線Ｌを中心とする時計回りに回転させる場合は、第一変速ギヤ２１Ａは、第一ワンウェイクラッチ４１によってその方向に自在に回転することができる一方で、第二変速ギヤ２１Ｂは、第二ワンウェイクラッチ４２によってその方向の回転が規制され、ハウジング１０に対して固定される（停止する）。また、例えば、軸線Ｌを中心とする反時計回りに回転させる場合は、第二変速ギヤ２１Ｂは、第二ワンウェイクラッチ４２によってその方向に自在に回転することができる一方で、第一変速ギヤ２１Ａは、第一ワンウェイクラッチ４１によってその方向の回転が規制され、ハウジング１０に対して固定される（停止する）。

第一ワンウェイクラッチ４１及び第二ワンウェイクラッチ４２は、取付板１１に図示しないボルトを介して接続された円筒支持部材４３の外周面に間座４４を挟んで支持されている。円筒支持部材４３には、回転軸２ａ、連結軸３７ａ、及び軸継手３９が配置される貫通孔４３ａが形成されている。また、円筒支持部材４３の取付板１１側には、第二ワンウェイクラッチ４２を支持するフランジ部４３ｂが径方向外側に延設されている。円筒支持部材４３の上端面には、フランジ部４３ｂとの間で第一ワンウェイクラッチ４１、間座４４、及び第二ワンウェイクラッチ４２を軸方向で挟み込む押え板４５がボルト４６を介して接続されている。

第一ワンウェイクラッチ４１は、第一接続部材４７を介して第一変速ギヤ２１Ａと接続されている。第一接続部材４７は、上端部が縮径した段差付き円筒部材であり、その縮径した上端部が第一変速ギヤ２１Ａの底部にボルト４８を介して接続されている。第一変速ギヤ２１Ａと第一接続部材４７の接続部には、内周側に段差が形成され、上述した軸受３５を支持している。

第二ワンウェイクラッチ４２は、第二接続部材４９を介して第二変速ギヤ２１Ｂと接続されている。第二接続部材４９は、内径が第一接続部材４７の外径よりも大きい有底筒状の第一部材４９Ａと、第一部材４９Ａの上端部にボルト５０を介して接続された第二部材４９Ｂと、を有する。

第二部材４９Ｂは、上端部が縮径した段差付き円筒部材であり、その縮径した上端部の内径は、第一接続部材４７の縮径した上端部の外径よりも大きく、かつ、第一接続部材４７の縮径していない下端部の外径よりも小さい。第二部材４９Ｂの上端部は、第二変速ギヤ２１Ｂの底部にボルト５１を介して接続されている。第二変速ギヤ２１Ｂと第二接続部材４９（第二部材４９Ｂ）の接続部には、外周側に段差が形成され、上述した軸受１５を支持している。

上記構成の変速装置１によれば、モータ２の回転軸２ａを回転させると、第一カム３１及び第二カム３２に挟まれる第三冠ギヤ２３が波動運動する（すなわち、第三冠ギヤ２３が歳差運動する）。この第三冠ギヤ２３の波動運動に伴い、第一冠ギヤ２１と第三冠ギヤ２３との噛み合い箇所、及び第三冠ギヤ２３と第二冠ギヤ２２との噛み合い箇所が円周方向に移動する。第一冠ギヤ２１と第三冠ギヤ２３との噛み合い箇所、及び第三冠ギヤ２３と第二冠ギヤ２２との噛み合い箇所は、軸方向から視て軸線Ｌを中心とする点対称の位置関係を有しており、その噛み合い個所が円周方向に移動すると、第三冠ギヤ２３は、図３に示す断面視において、あたかもシーソーのように左右に揺れ動く。

このような第三冠ギヤ２３の波動運動に伴い、第三冠ギヤ２３が第一冠ギヤ２１に対して両者の歯数差の分だけ相対的に軸線Ｌの回りを回転する。また、第二冠ギヤ２２が第三冠ギヤ２３に対して両者の歯数差の分だけ相対的に軸線Ｌの回りを回転する。第二冠ギヤ２２の回転数は、第一冠ギヤ２１に対する第三冠ギヤ２３の相対的な回転数と、第三冠ギヤ２３に対する第二冠ギヤ２２の相対的な回転数とを合算したものになる。二組のギヤ（第一冠ギヤ２１と第三冠ギヤ２３、第三冠ギヤ２３と第二冠ギヤ２２）を、互いに打ち消し合う方向に回転させれば、大きな減速比が得られるし、互いに助長する方向に回転させれば、小さな減速比が得られる。

第一冠ギヤ２１の対向歯２１ａないし対向歯２１ｂの歯数をＺ_１，第一冠ギヤ２１と噛み合う第三冠ギヤ２３の対向歯２３ａの歯数をＺ_２、第二冠ギヤ２２に噛み合う第三冠ギヤ２３の対向歯２３ｂの歯数をＺ_３、第二冠ギヤ２２の対向歯２２ａの歯数をＺ_４とすると、減速比ＧＲは以下の式（１）で与えられる。

例えば、Ｚ_１＝４０、Ｚ_２＝４０、Ｚ_３＝４３、Ｚ_４＝４２とすると、減速比ＧＲは−１／４２である。一方、Ｚ_１の歯数を一つ減らし、Ｚ_１＝３９、Ｚ_２＝４０、Ｚ_３＝４３、Ｚ_４＝４２とすると、減速比ＧＲは１／５６０である。このように、Ｚ_１＝Ｚ_２とすると、第一冠ギヤ２１は第三冠ギヤ２３の回転止めのみの役割を持ち、減速比は第二冠ギヤ２２に委ねられる。このような動きを粗動と称する。また、Ｚ_１≠Ｚ_２とすると、第一冠ギヤ２１も減速の役割を持ち、減速比は第一冠ギヤ２１及び第二冠ギヤ２２に委ねられ大きな減速比が得られる。このような動きを微動と称する。本実施形態では、上記例におけるＺ_１＝３９の歯数を第一変速ギヤ２１Ａが有し、Ｚ_１＝４０の歯数を第二変速ギヤ２１Ｂが有しているものとする。

図６は、本発明の第一実施形態における変速装置１の粗動を説明する説明図である。
図６に示すように、変速装置１が粗動するとき、第一変速ギヤ２１Ａは第一ワンウェイクラッチ４１（図２参照）によって軸線Ｌを中心とする時計回りに回転自在な一方で、第二変速ギヤ２１Ｂは第二ワンウェイクラッチ４２（図２参照）によって固定される（回転しない）。このとき、第一変速ギヤ２１Ａは、第三冠ギヤ２３と共に連れ回るだけで、特別な役割はない。よって、図６では、白抜きで表現している。

一方、固定された第二変速ギヤ２１Ｂは、第三冠ギヤ２３と噛み合うことで、第三冠ギヤ２３の波動運動に寄与する。よって、図６では、ドットを付して表現している。第二変速ギヤ２１Ｂは、第三冠ギヤ２３の対向歯２３ａと同じ歯数（Ｚ_１＝Ｚ_２）の対向歯２１ｂを有する。第三冠ギヤ２３は、波動運動に伴い、第二変速ギヤ２１Ｂに対して歯数差の分だけ相対的に軸線Ｌの回りを回転するため、歯数差が無いと、第三冠ギヤ２３は、波動運動はするが回転はしない。このように、第二変速ギヤ２１Ｂは、第三冠ギヤ２３の回転止めのみの役割を持ち、減速比は第二冠ギヤ２２に委ねられるため、減速比が小さくなり、第二冠ギヤ２２が高速かつ低トルクで粗動回転する。

図７は、本発明の第一実施形態における変速装置１の微動を説明する説明図である。
図７に示すように、変速装置１が微動するとき、第二変速ギヤ２１Ｂは第二ワンウェイクラッチ４２（図２参照）によって軸線Ｌを中心とする反時計回りに回転自在な一方で、第一変速ギヤ２１Ａは第一ワンウェイクラッチ４１（図２参照）によって固定される（回転しない）。このとき、第二変速ギヤ２１Ｂは、第三冠ギヤ２３と共に連れ回るだけで、特別な役割はない。よって、図７では、白抜きで表現している。

一方、固定された第一変速ギヤ２１Ａは、第三冠ギヤ２３と噛み合うことで、第三冠ギヤ２３の波動運動に寄与する。よって、図７では、ドットを付して表現している。第一変速ギヤ２１Ａは、第三冠ギヤ２３の対向歯２３ａと異なる歯数（Ｚ_１≠Ｚ_２）の対向歯２１ａを有する。第三冠ギヤ２３は、波動運動に伴い、第二変速ギヤ２１Ｂに対して歯数差の分だけ相対的に軸線Ｌの回りを回転するため、第三冠ギヤ２３は、波動運動すると共に回転する。このように、第一変速ギヤ２１Ａは、第三冠ギヤ２３の回転止め及び減速の役割を持ち、減速比は第一変速ギヤ２１Ａ及び第二冠ギヤ２２に委ねられるため、減速比が大きくなり、第二冠ギヤ２２が低速かつ高トルクで微動回転する。

このように、上述した本実施形態によれば、第一冠ギヤ２１と、第二冠ギヤ２２と、第一冠ギヤ２１に対向する対向歯２３ａと第二冠ギヤ２２に対向する対向歯２３ｂとを背面合わせで持つ第三冠ギヤ２３と、第三冠ギヤ２３が第一冠ギヤ２１に噛み合い、第三冠ギヤ２３が第二冠ギヤ２２に噛み合うように、第三冠ギヤ２３を第一冠ギヤ２１及び第二冠ギヤ２２に対して傾斜させ、かつ噛み合う箇所が円周方向に移動するように第三冠ギヤ２３を波動運動させるカム部３０と、を備え、第一冠ギヤ２１及び第二冠ギヤ２２のいずれか一方は、径方向に分割された歯数の異なる複数の変速ギヤ２１Ａ，２１Ｂを有し、複数の変速ギヤ２１Ａ，２１Ｂの中から固定する変速ギヤを切り替える切替機構４０を有する、という構成を採用することによって、径方向におけるコンパクトな装置構成を維持しつつ減速比を切り替えることができる。

また、本実施形態の切替機構４０は、回転方向に応じて固定する変速ギヤ２１Ａ，２１Ｂを切り替えるため、例えば、産業用ロボットの動作の行きと帰り（モータ２の正転と逆転）で減速比を変えることができる。例えば、産業用ロボットが変速装置１を介してロープを巻き上げて搬送物を持ち上げる場合には低速かつ高トルクで微動することができ、また、搬送物を持ち上げた後、ロープを巻き戻し、次の搬送物を取りに行く場合には、高速かつ低トルクで粗動することができるため、産業用ロボットによる仕事効率を高め、生産性を向上させることができる。

また、本実施形態では、切替機構４０は、第一変速ギヤ２１Ａを一方向のみに回転させる第一ワンウェイクラッチ４１と、第二変速ギヤ２１Ｂを第一変速ギヤ２１Ａと逆向きの一方向のみに回転させる第二ワンウェイクラッチ４２と、を有するため、電動アクチュエータなどを用いることなく、無電源で減速比を切り替えることができる。

また、本実施形態のように、第二変速ギヤ２１Ｂが、第三冠ギヤ２３の対向歯２３ａと同じ歯数の対向歯２１ｂを備えれば、第三冠ギヤ２３の回転を固定でき、減速比を第二冠ギヤ２２に委ねることができるため、小さい減速比が容易に得られる。

（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図８は、本発明の第二実施形態における変速装置１Ａの縦断面図である。
第二実施形態の変速装置１Ａは、第一変速ギヤ２１Ａと第二変速ギヤ２１Ｂとの隙間に挿入された楔部４１Ａと、この楔部４１Ａを、第一変速ギヤ２１Ａを固定する第一固定位置と、第二変速ギヤ２１Ｂを固定する第二固定位置との間で可動させる可動部４２Ａと、を有する切替機構４０Ａを備える。

楔部４１Ａは、第一変速ギヤ２１Ａと第二変速ギヤ２１Ｂとの環状の隙間に挿入される筒状部材であり、その挿入端には拡径した傾斜部４３Ａが形成されている。第二実施形態の第一変速ギヤ２１Ａの外周面には、傾斜部４３Ａと同様に軸線Ｌに対して傾斜した傾斜面２１ａ１（テーパー面）が形成されている。また、第二変速ギヤ２１Ｂの内周面にも、傾斜部４３Ａと同様に軸線Ｌに対して傾斜した傾斜面２１ｂ１（テーパー面）が形成されている。

楔部４１Ａは、可動部４２Ａによって軸方向に可動する。可動部４２Ａは、例えば、図８において図示しないハウジング１０に対して固定されたアクチュエータなどであり、楔部４１Ａに接続された出力軸を軸方向に移動させることができる。可動部４２Ａは、楔部４１Ａを、第一変速ギヤ２１Ａを固定する第一固定位置Ｐ１（図８において二点鎖線で示す）と、第二変速ギヤ２１Ｂを固定する第二固定位置Ｐ２（図８において実線で示す）との間で可動させる。

図９は、本発明の第二実施形態における変速装置１の粗動を説明する説明図である。
図９に示すように、変速装置１を粗動させるとき、可動部４２Ａは楔部４１Ａを第二固定位置Ｐ２に移動させる。楔部４１Ａが第二固定位置Ｐ２に移動すると、傾斜部４３Ａと第二変速ギヤ２１Ｂの傾斜面２１ｂ１が接触し、第二変速ギヤ２１Ｂが固定される一方で、第一変速ギヤ２１Ａは回転自在となる。固定された第二変速ギヤ２１Ｂは、第三冠ギヤ２３と噛み合うことで、第三冠ギヤ２３の波動運動に寄与するが、歯数差が無いため、上述したように減速比は小さく、第二冠ギヤ２２が高速かつ低トルクで粗動回転する。

図１０は、本発明の第二実施形態における変速装置１の微動を説明する説明図である。
図１０に示すように、変速装置１を微動させるとき、可動部４２Ａは楔部４１Ａを第一固定位置Ｐ１に移動させる。楔部４１Ａが第一固定位置Ｐ１に移動すると、傾斜部４３Ａと第一変速ギヤ２１Ａの傾斜面２１ａ１が接触し、第一変速ギヤ２１Ａが固定される一方で、第二変速ギヤ２１Ｂは回転自在となる。固定された第一変速ギヤ２１Ａは、第三冠ギヤ２３と噛み合うことで、第三冠ギヤ２３の波動運動と回転に寄与し、上述したように減速比は大きく、第二冠ギヤ２２が低速かつ高トルクで微動回転する。

上述した第二実施形態によれば、第一実施形態と同様の作用効果に加えて、回転方向を切り替えなくても、減速比を切り替えることができる。また、第一変速ギヤ２１Ａと第二変速ギヤ２１Ｂとの隙間に挿入された楔部４１Ａを可動させて、固定する変速ギヤ２１Ａ，２１Ｂを切り替えられるため、第一変速ギヤ２１Ａと第二変速ギヤ２１Ｂのそれぞれに固定・固定解除機構を設けるよりも、部品点数が減り、装置構成もコンパクトになる。

また、本実施形態では、楔部４１Ａは、軸方向の可動によって第一変速ギヤ２１Ａ及び第二変速ギヤ２１Ｂと当接可能な傾斜部４３Ａを有するため、軸方向の一方向における動きのみで固定する変速ギヤ２１Ａ，２１Ｂを簡単に切り替えることができる。

（第三実施形態）
次に、本発明の第三実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図１１は、本発明の第三実施形態における変速装置１Ｂの縦断面図である。
第三実施形態の変速装置１Ｂは、カム部３０の径方向の内側に、カム部３０を回転させるモータ２Ｂを備える。

モータ２Ｂは、アウターロータ型のモータである。モータ２Ｂは、複数のコイル１０２が設けられるステータ１００と、複数の永久磁石１１１が設けられるアウターロータ１１０と、を備える。なお、コイル１０２をアウターロータ１１０に設け、永久磁石１１１をステータ１００に設けることも可能である。

ステータ１００は、ステータコア１０１と、ステータコア１０１に支持されたコイル１０２と、を有している。ステータコア１０１は、軸線Ｌに沿って延びる円柱状に形成されている。ステータコア１０１の周面には、径方向外側に延びる複数のティース１０１ａ（突極）が形成されている。ティース１０１ａには、コイル１０２が巻き掛けられている。

ステータコア１０１の下端部１０１ｂは、ハウジング１０の取付板１１と一体となった円柱支持部材４３Ｂの頂部に固定されている。円柱支持部材４３Ｂは、取付板１１の上面の中央部から軸線Ｌに沿って上方に延びている。この円柱支持部材４３Ｂは、上述した円筒支持部材４３（図２参照）が中実となったものであり、他の構成は、円筒支持部材４３と同様である。

アウターロータ１１０は、永久磁石１１１と、永久磁石１１１を支持するロータコア１１２と、を有している。永久磁石１１１は、ステータコア１０１のティース１０１ａと径方向において隙間をあけて対向している。永久磁石１１１は、ロータコア１１２の中心を軸方向に貫通する貫通孔１１２ａの内周面に固定されている。

ロータコア１１２は、上述したカム部３０と一体となっている。言い換えると、ロータコア１１２が、カム部３０を形成しているとも言える。ロータコア１１２は、上述したカム部３０と同様に、軸受３５及び軸受３６を介して軸線Ｌ回りに回転自在に支持されている。また、ロータコア１１２は、転動体３３を介して軸線Ｌに直交する平面に対して斜めに第三冠ギヤ２３を支持している。なお、ロータコア１１２は、上述したカム部３０と同様に第一カム３１と第二カム３２に分割可能な構成であってもよい。

上記構成の変速装置１Ｂによれば、モータ２Ｂのアウターロータ１１０を回転させると、ロータコア１１２（カム部３０）に支持された第三冠ギヤ２３が波動運動する（すなわち、第三冠ギヤ２３が歳差運動する）。この第三冠ギヤ２３の波動運動に伴い、第一冠ギヤ２１と第三冠ギヤ２３との噛み合い箇所、及び第三冠ギヤ２３と第二冠ギヤ２２との噛み合い箇所が円周方向に移動する。このような第三冠ギヤ２３の波動運動に伴い、第三冠ギヤ２３が第一冠ギヤ２１に対して両者の歯数差の分だけ相対的に軸線Ｌの回りを回転する。また、第二冠ギヤ２２が第三冠ギヤ２３に対して両者の歯数差の分だけ相対的に軸線Ｌの回りを回転する。つまり、上述した実施形態と同様の減速比が得られる。

このような第三実施形態によれば、上述した実施形態と同様の作用効果に加えて、カム部３０の径方向の内側に、カム部３０を回転させるモータ２Ｂを備えているので、例えば図２に示す変速装置１と比べて、変速装置１Ｂの軸方向における寸法がコンパクトになる。

モータ２Ｂは、さらに、第一冠ギヤ２１、第二冠ギヤ２２、第三冠ギヤ２３の少なくともいずれか一つ（図１１に示す例では全て）の径方向の内側に配置されているので、第一冠ギヤ２１、第二冠ギヤ２２、第三冠ギヤ２３に重複する軸方向位置にモータ２Ｂが配置され、変速装置１Ｂの軸方向における寸法のコンパクト化に寄与できる。

また、モータ２Ｂは、カム部３０と一体となったアウターロータ１１０を備えているので、カム部３０とアウターロータ１１０を径方向で分割した別部品で構成する必要は無く、変速装置１Ｂの径方向における寸法のコンパクト化に寄与できる。

（第四実施形態）
次に、本発明の第四実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図１２は、本発明の第四実施形態における変速装置１Ｃの縦断面図である。
第四実施形態の変速装置１Ｃは、カム部３０の径方向の内側に、カム部３０を回転させるモータ２Ｃを備える。また、第四実施形態の変速装置１Ｃは、第一冠ギヤ２１と反対側でカム部３０に支持された第三冠ギヤ２３Ｃを備える。また、第四実施形態の変速装置１Ｃは、第一冠ギヤ２１と同じ側で、第三冠ギヤ２３Ｃに噛み合う第二冠ギヤ２２Ｃを備える。つまり、第四実施形態の第三冠ギヤ２３Ｃは、第一冠ギヤ２１に対向する対向歯２３ａと、第二冠ギヤ２２Ｃに対向する対向歯２３ｂとを、軸方向において同じ側に持つ。

第三冠ギヤ２３Ｃは、対向歯２３ａの径方向の外側に、対向歯２３ｂを有している。対向歯２３ａと対向歯２３ｂとの間には、環状溝２３ｆが形成されている。第三冠ギヤ２３Ｃの対向歯２３ｂに噛み合う第二冠ギヤ２２Ｃは、第一冠ギヤ２１の径方向の外側に配置されている。言い換えると、第三冠ギヤ２３Ｃの径方向の内側に、第一冠ギヤ２１が配置されている。第三冠ギヤ２３Ｃは、上述した軸受１５を介して、軸線Ｌ回りに回転自在に支持されている。

第三冠ギヤ２３Ｃの対向歯２３ａ及び対向歯２３ｂの形成面と反対側は、軸線Ｌと直交する平面に対して傾いた傾斜面２３ｅとなっている。傾斜面２３ｅの周縁部には、上述した転動体転走溝２３ｃが形成されている。転動体転走溝２３ｃは、軸方向においてカム部３０に形成された転動体転走溝３２ｃと対向している。転動体転走溝３２ｃは、傾斜面２３ｅと平行に形成された傾斜面２１２ｂの周縁部に形成されている。転動体転走溝２３ｃと転動体転走溝３２ｃとの間には、複数の転動体３３が軸線Ｌ回りに無限循環可能に配列されている。

カム部３０は、第三冠ギヤ２３Ｃの傾斜面２３ｅ側（対向歯２３ａ及び対向歯２３ｂの形成面と反対側）に配置されている。また、カム部３０は、第三冠ギヤ２３Ｃと略同じ径を持つ円板状に形成されている。つまり、カム部３０は、第三冠ギヤ２３Ｃの径方向の内側に配置されておらず、さらには、第一冠ギヤ２１及び第二冠ギヤ２２Ｃの径方向の内側にも配置されていない。このカム部３０は、図１２において図示しないハウジング１０に支持された軸受１６（図２参照）を介して、軸線Ｌ回りに回転自在に支持されている。

このカム部３０の径方向の内側には、カム部３０を回転させるモータ２Ｃが配置されている。モータ２Ｃは、上述した第三実施形態のモータ３Ｂと同様のアウターロータ型のモータである。モータ２Ｃは、複数のコイル２０２が設けられるステータ２００と、複数の永久磁石２１１が設けられるアウターロータ２１０と、を備える。なお、コイル２０２をアウターロータ２１０に設け、永久磁石２１１をステータ２００に設けることも可能である。

ステータ２００は、ステータコア２０１と、ステータコア２０１に支持されたコイル２０２と、を有している。ステータコア２０１は、軸線Ｌと同軸の円環状に形成されている。ステータコア２０１の周面には、径方向外側に延びる複数のティース２０１ａ（突極）が形成されている。ティース２０１ａには、コイル２０２が巻き掛けられている。

ステータコア２０１の径方向の内側には、外周面に段差２２２が形成された第２円筒支持部材２２０が嵌合している。第２円筒支持部材２２０は、上述した円筒支持部材４３の上端部にボルト４６を介して固定されている。第２円筒支持部材２２０は、円筒支持部材４３の上端部から軸線Ｌに沿って上方に延びている。また、第２円筒支持部材２２０の下端部は、径方向の外側に拡径したフランジ２２１となっている。

フランジ２２１は、円筒支持部材４３の上端部よりも径方向の外側に延びて、軸方向において軸受３５と当接している。軸受３５は、円筒支持部材４３に外挿された円筒状のスリーブ２３０に支持されている。スリーブ２３０の外周面には、軸受３５を軸方向で支持する段差２３１が形成されている。また、スリーブ２３０の下端部は、第一ワンウェイクラッチ４１と軸方向で当接している。フランジ２２１は、スリーブ２３０と共に軸受３５を軸方向で挟持すると共に、上述した押え板４５と同様の機能を有し、スリーブ２３０を介して、第一ワンウェイクラッチ４１、間座４４、及び第二ワンウェイクラッチ４２を軸方向で挟み込んでいる。

アウターロータ２１０は、永久磁石２１１と、永久磁石２１１を支持するロータコア２１２と、を有している。永久磁石２１１は、ステータコア２０１のティース２０１ａと径方向において隙間をあけて対向している。永久磁石２１１は、ロータコア２１２の中心を軸方向に貫通する貫通孔２１２ａの内周面に固定されている。

ロータコア２１２は、上述したカム部３０と一体となっている。言い換えると、ロータコア２１２が、カム部３０を形成しているとも言える。ロータコア２１２の構成は、上述したカム部３０の構成と同じであるため、その説明は割愛する。

上記構成の変速装置１Ｃによれば、モータ２Ｃのアウターロータ２１０を回転させると、ロータコア２１２（カム部３０）に支持された第三冠ギヤ２３Ｃが波動運動する（すなわち、第三冠ギヤ２３が歳差運動する）。この第三冠ギヤ２３Ｃの波動運動に伴い、第一冠ギヤ２１と第三冠ギヤ２３Ｃとの噛み合い箇所、及び第三冠ギヤ２３と第二冠ギヤ２２Ｃとの噛み合い箇所が円周方向に移動する。このような第三冠ギヤ２３Ｃの波動運動に伴い、第三冠ギヤ２３Ｃが第一冠ギヤ２１に対して両者の歯数差の分だけ相対的に軸線Ｌの回りを回転する。また、第二冠ギヤ２２Ｃが第三冠ギヤ２３Ｃに対して両者の歯数差の分だけ相対的に軸線Ｌの回りを回転する。つまり、上述した実施形態と同様の減速比が得られる。

上述した第四実施形態によれば、上述した実施形態と同様の作用効果に加えて、カム部３０の径方向の内側に、カム部３０を回転させるモータ２Ｃを備えているので、上述した第三実施形態と同様に、変速装置１Ｃの軸方向における寸法がコンパクトになる。

また、本実施形態では、モータ２Ｂは、カム部３０と一体となったアウターロータ２１０を備えているので、カム部３０とアウターロータ２１０を径方向で分割した別部品で構成する必要は無く、変速装置１Ｃの径方向における寸法のコンパクト化に寄与できる。

また、本実施形態では、第一冠ギヤ２１と同じ側で、第三冠ギヤ２３Ｃに噛み合う第二冠ギヤ２２Ｃを備えるので、第一冠ギヤ２１（変速ギヤ）と同じ側から出力を取り出すことができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、第一冠ギヤ２１が２つの変速ギヤ２１Ａ，２１Ｂを有する構成について説明したが、第一冠ギヤ２１が歯数の異なる３つ以上の変速ギヤを有していてもよい。
また、これら複数の変速ギヤが、第一冠ギヤ２１側ではなく、第二冠ギヤ２２側にあってもよい（出力側で減速比を切り替える構成であってもよい）。

また、例えば、上記第一実施形態では、切替機構４０として無電源のワンウェイクラッチを用いる構成について説明したが、電動式ワンウェイクラッチを使用してもよい。なお、この電動式ワンウェイクラッチは、例えば、第一変速ギヤ２１Ａと第二変速ギヤ２１Ｂとの隙間に配置して、いずれか一方の変速ギヤを回転させて、他方の変速ギヤを固定する配置としてもよい。

上記した変速装置によれば、コンパクトで減速比を切り替えることができる。

１ 変速装置
１Ａ 変速装置
２ モータ
２Ｂ モータ
２Ｃ モータ
２ａ 回転軸
１０ ハウジング
２１ 第一冠ギヤ
２１Ａ 第一変速ギヤ
２１ａ 対向歯
２１ａ１ 傾斜面
２１Ｂ 第二変速ギヤ
２１ｂ 対向歯
２１ｂ１ 傾斜面
２２ 第二冠ギヤ
２２ａ 対向歯
２３ 第三冠ギヤ
２３ａ 対向歯
２３ｂ 対向歯
３０ カム部
４０ 切替機構
４０Ａ 切替機構
４１ 第一ワンウェイクラッチ
４１Ａ 楔部
４２ 第二ワンウェイクラッチ
４２Ａ 可動部
４３Ａ 傾斜部
１００ ステータ
１１０ アウターロータ
２００ ステータ
２１０ アウターロータ
Ｌ 軸線
Ｐ１ 第一固定位置
Ｐ２ 第二固定位置
α 角度

Claims (8)

1. 第一冠ギヤと、
   第二冠ギヤと、
   前記第一冠ギヤに対向する対向歯と前記第二冠ギヤに対向する対向歯とを持つ第三冠ギヤと、
   前記第三冠ギヤが前記第一冠ギヤに噛み合い、前記第三冠ギヤが前記第二冠ギヤに噛み合うように、前記第三冠ギヤを前記第一冠ギヤ及び前記第二冠ギヤに対して傾斜させ、かつ噛み合う箇所が円周方向に移動するように前記第三冠ギヤを波動運動させるカム部と、を備え、
   前記第一冠ギヤ及び前記第二冠ギヤのいずれか一方は、径方向に分割された歯数の異なる複数の変速ギヤを有し、
   前記複数の変速ギヤの中から固定する変速ギヤを切り替える切替機構を有する、変速装置。
2. 前記切替機構は、回転方向に応じて、前記固定する変速ギヤを切り替える、請求項１に記載の変速装置。
3. 前記複数の変速ギヤは、第一変速ギヤと、第二変速ギヤと、を有し、
   前記切替機構は、
   前記第一変速ギヤを一方向のみに回転させる第一ワンウェイクラッチと、
   前記第二変速ギヤを前記第一変速ギヤと逆向きの一方向のみに回転させる第二ワンウェイクラッチと、を有する、請求項２に記載の変速装置。
4. 前記複数の変速ギヤは、第一変速ギヤと、第二変速ギヤと、を有し、
   前記切替機構は、
   前記第一変速ギヤと前記第二変速ギヤとの隙間に挿入され、軸方向の可動によって前記第一変速ギヤ及び前記第二変速ギヤと当接可能な傾斜部を備える楔部と、
   前記楔部を、前記第一変速ギヤを固定する第一固定位置と、前記第二変速ギヤを固定する第二固定位置との間で軸方向に可動させる可動部と、を有する、請求項１または２に記載の変速装置。
5. 前記複数の変速ギヤは、前記第三冠ギヤの対向歯と同じ歯数の変速ギヤを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の変速装置。
6. 前記カム部の径方向の内側に、前記カム部を回転させるモータを備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の変速装置。
7. 前記モータは、さらに、前記第一冠ギヤ、前記第二冠ギヤ、前記第三冠ギヤの少なくともいずれか一つの径方向の内側に配置されている、請求項６に記載の変速装置。
8. ステータと、アウターロータと、を有するモータを備え、
   前記アウターロータと、前記カム部が一体である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の変速装置。

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