TW201907097A - 減速機 - Google Patents

Abstract

本發明的減速機包括輸入旋轉體、輸出旋轉體及殼體。輸入旋轉體包含輸入軸、臂部及輥。輸出旋轉體包含活動冠齒輪及輸出軸。殼體包含固定冠齒輪。活動冠齒輪及固定冠齒輪相對於中心軸而垂直或傾斜地展開。又，活動冠齒輪及固定冠齒輪具有彼此相對向的側面齒。輥與活動冠齒輪的圓周方向上的一部分相接觸。活動冠齒輪及固定冠齒輪藉由自輥受到的按壓，而部分地咬合。又，伴隨著輸入旋轉體的旋轉，活動冠齒輪與固定冠齒輪的咬合位置以中心軸為中心，以輸入轉速沿圓周方向發生變化。而且，藉由活動冠齒輪與固定冠齒輪的齒數的差，而使得活動冠齒輪相對於固定冠齒輪以輸出轉速而旋轉。

Description

減速機

本發明是有關於一種減速機。

近年來，與人合作進行作業的小型機器人的開發正在積極地發展。對於此種機器人，要求進行極其細微的動作。因此，裝入至機器人的關節部分的小型而廉價的減速機的需求高漲。關於現有的減速機，例如，已記載於日本專利特開2011-002084號公報中。

日本專利特開2011-002084號公報的減速機包含環狀剛性齒輪9及環狀撓性齒輪5。環狀撓性齒輪5經由具有柔軟性的軸承3，藉由環狀撓性齒輪旋轉機構2而呈波形變形。由此，僅環狀撓性齒輪5的一部分與環狀剛性齒輪9相咬合。 [專利文獻1]日本專利特開2011-002084號公報

[發明所欲解決之課題] 如上所述，在日本專利特開2011-002084的構造中，在環狀撓性齒輪5與環狀撓性齒輪旋轉機構2之間，配置有具有柔軟性的軸承3。因此，在日本專利特開2011-002084的構造中，由於昂貴的軸承3而使得製造成本增加，並且零件個數增加，從而難以實現減速機的小型化。又，變形的軸承亦可能成為噪音的主要因素。

本發明的目的在於提供一種容易抑制減速機的零件個數，而使減速機小型化的構造。

[解決問題的技術手段] 本發明的例示性的一實施方式是一種減速機，將輸入轉速的旋轉運動轉換成低於所述輸入轉速的輸出轉速的旋轉運動，所述減速機包括：輸入旋轉體，以中心軸為中心，以所述輸入轉速而旋轉；輸出旋轉體，以所述中心軸為中心，以所述輸出轉速而旋轉；以及殼體，對所述輸入旋轉體及所述輸出旋轉體進行支撐；且所述輸入旋轉體包括輸入軸、自所述輸入軸朝向徑向外側延伸的臂部、及以支撐於所述臂部上的旋轉軸為中心而旋轉的輥，所述輸出旋轉體包含：活動冠齒輪（crown gear），相對於所述中心軸垂直或傾斜地展開，並且具有可撓性，且具有以所述中心軸為中心呈圓環狀排列的多個第1側面齒；以及輸出軸，自所述活動冠齒輪的中央沿所述中心軸延伸；且所述殼體包含固定冠齒輪，所述固定冠齒輪相對於所述中心軸垂直或傾斜地展開，且具有以所述中心軸為中心呈圓環狀排列的多個第2側面齒，所述活動冠齒輪的所述第1側面齒的齒數與所述固定冠齒輪的所述第2側面齒的齒數不同，所述輥與所述活動冠齒輪的圓周方向上的一部分相接觸，藉由自所述輥受到的按壓，而使所述固定冠齒輪與所述活動冠齒輪部分地咬合，伴隨著所述輸入旋轉體的旋轉，所述活動冠齒輪與所述固定冠齒輪的咬合位置以所述中心軸為中心，以所述輸入轉速沿圓周方向發生變化，藉由所述第1側面齒與所述第2側面齒的齒數的差，而使所述活動冠齒輪相對於所述冠齒輪以所述輸出轉速而旋轉。

[發明的效果] 根據本發明的例示性的一實施方式，藉由使輥與活動冠齒輪相接觸，可在不另外介插具有柔軟性的軸承的情況下，使活動冠齒輪的圓周方向上的一部分在軸向上變形。因此，容易抑制減速機的零件個數，而使減速機小型化。

以下，一面參照圖式，一面對本發明的一實施方式進行說明。再者，在本申請案中，分別將與輸入旋轉體及輸出旋轉體的中心軸平行的方向稱為「軸向」，將與中心軸正交的方向稱為「徑向」，將沿以中心軸為中心的圓弧的方向稱為「圓周方向」。其中，所述「平行的方向」亦包含大致平行的方向。又，所述「正交的方向」亦包含大致正交的方向。又，以下，沿軸向分別將輸入旋轉體側稱為「輸入側」，將輸出旋轉體側稱為「輸出側」。

＜1.減速機的構成＞ 圖1及圖2是本發明的一實施方式的減速機1的縱剖面圖。圖3是減速機1的橫剖面圖。再者，圖1表示自圖3中的A-A位置觀察的減速機1的剖面。圖2表示自圖3中的B-B位置觀察的減速機1的剖面。圖3表示自圖1及圖2中的C-C位置觀察的減速機1的剖面。

所述減速機1是將自外部的馬達獲得的輸入轉速的旋轉運動轉換成低於輸入轉速的輸出轉速的旋轉運動的裝置。減速機1例如裝入至與人合作進行作業的小型機器人的關節部分。但是，本發明的減速機亦可用於輔助服（assist suit）、輪椅、無人搬運車等其他設備。

如圖1所示，本實施方式的減速機1包括輸入軸10、2根臂部20、2個輥30、活動冠齒輪40、輸出軸50及殼體60。輸入軸10、2根臂部20及2個輥30構成以中心軸9為中心並以輸入轉速旋轉的輸入旋轉體81。活動冠齒輪40及輸出軸50構成以中心軸9為中心並以輸出轉速旋轉的輸出旋轉體82。

輸入軸10是沿中心軸9延伸的圓柱狀的構件。輸入軸10是插入至殼體60的稍後描述的輸入孔610中。又，輸入軸10經由軸承11可旋轉地支撐於殼體60上。在軸承11中，例如使用滾珠軸承。輸入軸10的輸入側的端部直接或經由其他動力傳遞機構，與外部的馬達連接。若使馬達驅動，則輸入軸10以中心軸9為中心，以輸入轉速而旋轉。輸入軸10的輸出側的端部位於殼體60的內部。再者，輸入軸10的輸出側的端部亦可經由軸承與輸出軸50連接。

2根臂部20是自輸入軸10朝向徑向外側延伸的構件。各臂部20的徑向內側的端部相對於輸入軸10，例如藉由螺固而得到固定。在所述馬達的驅動時，與輸入軸10一同，臂部20亦以中心軸9為中心，以輸入轉速而旋轉。在本實施方式中，沿徑向延伸的棒狀的臂部20是在輸入軸10的周圍以180°間隔而設置。但是，臂部20的形狀、數量及圓周方向上的位置亦可並非如本實施方式。又，臂部20亦可沿圓周方向相連。

2個輥30是保持於臂部20的徑向外側的前端的旋轉體。輥30的旋轉軸31是以相對於軸向及徑向傾斜且相對於圓周方向垂直的姿勢，支撐於臂部20上。輥30旋轉自如地安裝在所述旋轉軸31上。輥30具有以旋轉軸31為中心的圓錐狀的外周面32。輥30的外周面32的直徑隨著自輸入軸10朝向徑向外側遠離而擴大。在所述馬達的驅動時，與輸入軸10及臂部20一同，輥30亦以中心軸9為中心並以輸入轉速而旋轉。

活動冠齒輪40是能夠以中心軸9為中心而旋轉，且具有可撓性的齒輪。活動冠齒輪40位於較2個輥30更靠輸出側的位置。如圖1及圖2所示，活動冠齒輪40包括薄板狀的可撓圓板部41及多個第1側面齒42。可撓圓板部41自輸出軸50的輸入側的端部，朝向徑向外側展開。本實施方式的可撓圓板部41以中心軸9為中心而呈圓錐狀展開。又，可撓圓板部41可沿軸向彈性變形。多個第1側面齒42分別自可撓圓板部41向輸出側（固定冠齒輪70側）沿軸向突出。多個第1側面齒42是以中心軸9為中心呈圓環狀排列。又，多個第1側面齒42沿圓周方向以固定的間隔排列。當可撓圓板部41的圓周方向上的一部分沿軸向彈性變形時，位於所述圓周方向上的一部分的第1側面齒42的位置亦沿軸向移動。

在本實施方式中，活動冠齒輪40的可撓圓板部41相對於中心軸9傾斜地展開。但是，可撓圓板部41亦可相對於中心軸9垂直地展開。

輸出軸50自活動冠齒輪40的中央朝輸出側，沿中心軸9延伸。輸出軸50具有圓筒狀的外周面。輸出軸50是插入至殼體60的稍後描述的輸出孔620中。藉此，相對於殼體60，可旋轉地支撐輸出軸50。當活動冠齒輪40以中心軸9為中心而旋轉時，輸出軸50亦以中心軸9為中心而旋轉。在本實施方式中，活動冠齒輪40及輸出軸50成為單一構件。但是，亦可將活動冠齒輪40及輸出軸50作為分開構件來準備，且使其等相互固定。

殼體60是對輸入旋轉體81及輸出旋轉體82進行支撐的框體。殼體60具有輸入側壁部61、輸出側壁部62及周壁部63。輸入側壁部61在較2根臂部20更靠輸入側的位置，相對於中心軸9大致垂直地展開。在輸入側壁部61的中央，設置有用以穿通輸入軸10的輸入孔610。輸出側壁部62在較活動冠齒輪40更靠輸出側的位置，相對於中心軸9而大致垂直地展開。在輸出側壁部62的中央，設置有用以穿通輸出軸50的輸出孔620。周壁部63在輸入側壁部61的外周部與輸出側壁部62的外周部之間，沿軸向呈圓筒狀延伸。周壁部63位於2根臂部20、2個輥30及活動冠齒輪40的徑向外側。

在本實施方式中，輸出側壁部62及周壁部63是以一個構件構成。而且，相對於由輸出側壁部62及周壁部63構成的杯狀的構件，固定有分開構件的輸入側壁部61。但是，亦可為輸入側壁部61及周壁部63以一個構件構成，輸出側壁部62為分開構件。又，輸入側壁部61、輸出側壁部62及周壁部63亦可均為分開構件。

圖4是自圖1及圖2中的C-C位置觀察的殼體60的橫剖面圖。如圖1、圖2及圖4所示，殼體60的輸出側壁部62包含固定冠齒輪70。固定冠齒輪70包含固定圓板部71及多個第2側面齒72。固定圓板部71既可相對於中心軸9垂直地展開，亦可相對於中心軸9傾斜地展開。固定圓板部71的可撓性遠小於可撓圓板部41。因此，固定圓板部71可視為實質上無可撓性的剛體。多個第2側面齒72分別自固定圓板部71向輸入側（活動冠齒輪40側）沿軸向突出。多個第2側面齒72以中心軸9為中心呈圓環狀排列。又，多個第2側面齒72沿圓周方向以固定的間隔排列。

圖5是減速機1的局部縱剖面圖。如圖5中以實線所示，所述輥30與活動冠齒輪40的可撓圓板部41的輸入側的面的圓周方向上的一部分相接觸。由此，多個第1側面齒42之中的一部分第1側面齒42藉由自輥30受到的按壓，而向輸出側位移。其結果為，在2個輥30的各自的輸出側的位置上，活動冠齒輪40與固定冠齒輪70相互咬合。如圖5中以兩點鏈線所示，在圓周方向上的其他位置，活動冠齒輪40與固定冠齒輪70不相互咬合。如上所述，多個第1側面齒42與多個第2側面齒72僅在圓周方向上的特定的部分相互咬合。

在使用減速機1時，輸入軸10以中心軸9為中心，以輸入轉速而旋轉。如此一來，與輸入軸10一同，2根臂部20及2個輥30亦以中心軸9為中心，以輸入轉速旋轉。2個輥30分別藉由與活動冠齒輪40之間的摩擦力，一面以旋轉軸31為中心而自轉，一面圍繞著中心軸9進行公轉。

當2個輥30進行公轉時，相應於此，活動冠齒輪40的形狀發生變化。即，多個第1側面齒42之中，向輸出側位移的部分隨著輥30的公轉而旋轉。因此，多個第1側面齒42之中，與固定冠齒輪70的第2側面齒72咬合的部分以中心軸9為中心，以輸入轉速沿圓周方向發生變化。

又，活動冠齒輪40的第1側面齒42的齒數與固定冠齒輪70的第2側面齒72的齒數稍有不同。藉由所述齒數的差，輥30每公轉一次，與固定冠齒輪70的相同位置的第2側面齒72咬合的活動冠齒輪40的第1側面齒42的位置便發生偏移。由此，相對於固定冠齒輪70，活動冠齒輪40以中心軸9為中心而緩慢旋轉。其結果為，輸出軸50與活動冠齒輪40一同緩慢旋轉。此時的輸出軸50的轉速成為低於輸入轉速的輸出轉速。

如以上所述，在所述減速機1中，藉由使輥30與活動冠齒輪40相接觸，而使得活動冠齒輪40的圓周方向上的一部分沿軸向變形。輥30藉由自轉，而可相對於活動冠齒輪40順滑地移動。因此，在輥30與活動冠齒輪40之間，無需另外介插具有柔軟性的軸承。由此，可抑制減速機1的零件個數，並且可使減速機1小型化。

又，在本實施方式中，僅在與輥30相同的圓周方向位置上存在臂部20，在其他圓周方向位置上不存在臂部。因此，不存在下述憂慮，即，活動冠齒輪40之中朝向輸出側的位移量小的部分與臂部20相接觸的憂慮。例如，不存在下述憂慮，即，以中心軸9為中心與輥30相離90°的位置上，活動冠齒輪40與臂部20相接觸的憂慮。由此，可使減速機1更為小型化。又，可抑制減速機1的驅動時的噪音。

又，在本實施方式中，輥30的姿勢相對於中心軸9傾斜。具體而言，輥30的旋轉軸31在相對於軸向及徑向傾斜且相對於圓周方向正交的方向上延伸。如此一來，輥30的外周面32之中，與活動冠齒輪40接觸的部分的徑向上的周速差與相對於中心軸9的徑向上的周速差相一致。藉此，輥30與活動冠齒輪40之間的滑動得到抑制。其結果為，可降低減速機1中的能量損耗（energy loss）。

此處，如圖5所示，將使輥30的旋轉軸31朝向徑向內側延長的虛擬線稱為「第1虛擬線V1」。又，將使輥30的外周面32之中與活動冠齒輪40的接觸部朝向徑向內側延長的虛擬線稱為「第2虛擬線V2」。在本實施方式中，第1虛擬線V1與第2虛擬線V2在中心軸9上交叉。如此一來，輥30與活動冠齒輪40之間的滑動得到進一步抑制。其結果為，可進一步降低減速機1中的能量損耗。

又，在本實施方式中，2個輥30是在中心軸9的周圍以180°間隔而配置。如上所述，若將多個輥30沿圓周方向等間隔地配置，可抑制減速機1運行時的重心的偏離。再者，減速機1所含的輥30的數量亦可為3個或3個以上。

又，如圖5所示，將輥30的外周面32與固定圓板部71的輸入側的面之間的軸向上的距離設為d1。又，將可撓圓板部41及第1側面齒42的軸向上的合計尺寸設為d2。在本實施方式中，距離d1大於尺寸d2。如此一來，可在活動冠齒輪40與固定冠齒輪70咬合的位置上，在第1側面齒42與第2側面齒72之間確保圓周方向上的間隙（齒隙（backlash））。由此，可使多個第1側面齒42與多個第2側面齒72順滑地咬合。其結果為，可進一步抑制減速機1運行時的噪音。

若輥30以旋轉軸31為中心的外徑過小，則第1側面齒42相對於第2側面齒72的咬合齒數變少。因此，第1側面齒42相對於第2側面齒72的咬合變得不穩定。另一方面，若輥30以旋轉軸31為中心的外徑過大，則減速機1的小型化變得困難。因此，輥30較佳為具有適度的外徑。輥30以旋轉軸31為中心的外徑較佳為設為大於或等於活動冠齒輪40以中心軸9為中心的外徑的1/10倍，且小於或等於活動冠齒輪40以中心軸9為中心的外徑的1/2倍以下。

在構成減速機1的各構件的材料中，例如使用鐵等金屬。但是，亦可將一部分構件或全部構件設為樹脂製。若使用樹脂，則與使用金屬的情況相比，可使減速機1輕量化。例如，亦可將活動冠齒輪40及固定冠齒輪70中的至少一個設為樹脂製。這些冠齒輪40、70的側面齒沿軸向突出。因此，藉由使用沿軸向組合的模具的射出成形，可容易地製造冠齒輪40、70。特別是只要將活動冠齒輪40設為樹脂製，即容易獲得可撓圓板部41的可撓性。

＜2.變形例＞ 以上，已對本發明的一實施方式進行說明，但本發明並不限定於所述實施方式。

圖6是一變形例的減速機1A的縱剖面圖。在圖6的示例中，在減速機1A的中央，設置有中空軸80A。中空軸80A為圓筒狀的構件，沿中心軸9A而配置。在輸入軸10A的內周面與中空軸80A的外周面之間介插軸承12A。因此，輸入軸10A及中空軸80A能夠以中心軸9A為中心彼此相對旋轉。在軸承12A中，例如使用滑動軸承（plain bearing）。又，中空軸80A藉由螺釘51A而固定在輸出軸50A上。因此，中空軸80A與輸出軸50A一同，以中心軸9A為中心並以輸出轉速而旋轉。

臂部20A、輥30A、活動冠齒輪40A、殼體60A及固定冠齒輪70A的構造與所述實施方式相同。所述減速機1A僅在較輸入軸10A及輸出軸50A更靠徑向外側的位置，進行動力的傳遞。因此，如所述圖6的示例所示，可在輸入軸10A及輸出軸50A的徑向內側，配置中空軸80A。如此一來，可有效利用中空軸80A的徑向內側的空間。例如，可在中空軸80的內側，穿通用以支撐減速機的支撐軸90A。或者，亦可將搭載減速機1A的裝置的電氣配線穿通至中空軸80A的內側。

特別是在圖6的示例中，中空軸80A是固定在輸出軸50A上，而並非固定在輸入軸10A上。如此一來，中空軸80A的轉速成為低於輸入轉速的輸出轉速。因此，可抑制中空軸80A的轉速。藉此，更容易利用中空軸80A的徑向內側的空間。

又，關於減速機的細部的形狀，亦可與本申請案的各圖所示的形狀不同。又，亦可在不產生矛盾的範圍內，將所述實施方式或變形例中所出現的各要素加以適當組合。

[產業上的可利用性] 本發明可用於減速機。

1、1A‧‧‧減速機

9、9A‧‧‧中心軸

10、10A‧‧‧輸入軸

11、12A‧‧‧軸承

20、20A‧‧‧臂部

30、30A‧‧‧輥

31‧‧‧旋轉軸

32‧‧‧外周面

40、40A‧‧‧活動冠齒輪

41‧‧‧可撓圓板部

42‧‧‧第1側面齒

50、50A‧‧‧輸出軸

60、60A‧‧‧殼體

61‧‧‧輸入側壁部

62‧‧‧輸出側壁部

63‧‧‧周壁部

70、70A‧‧‧固定冠齒輪

71‧‧‧固定圓板部

72‧‧‧第2側面齒

80A‧‧‧中空軸

81‧‧‧輸入旋轉體

82‧‧‧輸出旋轉體

610‧‧‧輸入孔

620‧‧‧輸出孔

V1‧‧‧第1虛擬線

V2‧‧‧第2虛擬線

圖1是減速機的縱剖面圖。 圖2是減速機的縱剖面圖。 圖3是減速機的橫剖面圖。 圖4是殼體的橫剖面圖。 圖5是減速機的局部縱剖面圖。 圖6是變形例的減速機的縱剖面圖。

Claims (11)

1. 一種減速機，將輸入轉速的旋轉運動轉換為低於所述輸入轉速的輸出轉速的旋轉運動，所述減速機包括： 輸入旋轉體，以中心軸為中心，以所述輸入轉速而旋轉； 輸出旋轉體，以所述中心軸為中心，以所述輸出轉速而旋轉；以及 殼體，對所述輸入旋轉體及所述輸出旋轉體進行支撐；且 所述輸入旋轉體包括： 輸入軸； 臂部，自所述輸入軸向徑向外側延伸；以及 輥，以支撐於所述臂部上的旋轉軸為中心而旋轉；且 所述輸出旋轉體包括： 活動冠齒輪，相對於所述中心軸垂直或傾斜地展開，並且具有可撓性，且具有以所述中心軸為中心呈圓環狀排列的多個第1側面齒；以及 輸出軸，自所述活動冠齒輪的中央沿所述中心軸延伸；且 所述殼體包括： 固定冠齒輪，相對於所述中心軸垂直或傾斜地展開，且具有以所述中心軸為中心呈圓環狀排列的多個第2側面齒， 所述活動冠齒輪的所述第1側面齒的齒數與所述固定冠齒輪的所述第2側面齒的齒數不同， 所述輥與所述活動冠齒輪的圓周方向上的一部分相接觸，藉由自所述輥受到的按壓，而使所述固定冠齒輪與所述活動冠齒輪部分地咬合， 伴隨著所述輸入旋轉體的旋轉，所述活動冠齒輪與所述固定冠齒輪的咬合位置以所述中心軸為中心，以所述輸入轉速沿圓周方向發生變化， 藉由所述第1側面齒與所述第2側面齒的齒數的差，而使所述活動冠齒輪相對於所述固定冠齒輪以所述輸出轉速而旋轉。
2. 如申請專利範圍第1項所述的減速機，其中 所述活動冠齒輪以所述中心軸為中心呈圓錐狀展開。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的減速機，其中 所述輥的所述旋轉軸沿與相對於所述中心軸的圓周方向正交的方向延伸。
4. 如申請專利範圍第3項所述的減速機，其中 使所述輥的所述旋轉軸朝向徑向內側延長的第1虛擬線與 使所述輥的外周面中與所述活動冠齒輪的接觸部朝向徑向內側延長的第2虛擬線， 在所述中心軸上交叉。
5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的減速機，其中 所述輸入旋轉體具有多個所述輥， 多個所述輥是在所述中心軸的周圍，沿圓周方向等間隔地配置。
6. 如申請專利範圍第5項所述的減速機，其中 所述輸入旋轉體具有2個所述輥， 2個所述輥是在所述中心軸的周圍，以180°間隔而配置。
7. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的減速機，其中 在所述活動冠齒輪與所述固定冠齒輪咬合的位置上， 在所述第1側面齒與所述第2側面齒之間，沿圓周方向存在間隙。
8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的減速機，其中 所述輥以所述旋轉軸為中心的外徑是大於或等於所述活動冠齒輪以所述中心軸為中心的外徑的1/10倍，且小於或等於所述活動冠齒輪以所述中心軸為中心的外徑的1/2倍。
9. 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的減速機，其中 所述活動冠齒輪及所述固定冠齒輪中的至少一個為樹脂製。
10. 如申請專利範圍第9項所述的減速機，其中 至少所述活動冠齒輪為樹脂製。
11. 如申請專利範圍第1項至第10項中任一項所述的減速機，其中 所述輸出旋轉體是包含所述活動冠齒輪及所述輸出軸的單一構件。