JP5179978B2 - 減速装置 - Google Patents

Description

本発明は、産業用ロボットや自動車用補機等に用いられる減速装置に関する。

産業用ロボットや自動車用補機等に用いられる小型の減速装置として、偏心円板を有する入力軸と、この偏心円板の外径面に転接する複数のローラを円周方向に等ピッチで保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する出力軸と、これらのローラが転接する複数のカム山を内径面の円周方向に等ピッチで形成した内歯車とを同軸心上に配置し、ローラの数をカム山の数よりも少なくして、カム山の形状を、入力軸を回転させたときに、ポケットに保持されるローラが偏心円板の外径面に沿って公転する軌跡の外径側包絡線と合致させて、ポケットに保持されたローラの公転を出力軸の回転として出力する減速装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された減速装置では、ローラの数がカム山の数よりも１つ少なく、出力軸は入力軸と逆方向に回転し、入力軸が１回転したときにローラがカム山の１ピッチ分だけ公転して、ローラの数と等しい減速比が得られる。

特公平２−２８０２７号公報

特許文献１に記載された減速装置は、産業用ロボットや自動車用補機等で必要とされる１０〜５０程度の中減速比が得られ、剛性も大きくすることができるが、入力軸と出力軸を突き合わせるように同軸心上に配置する必要があるので軸方向寸法が大きくなり、軸方向寸法が小さく制約される部位には設置が困難な問題がある。

そこで、本発明の課題は、大きな剛性で１０〜５０程度の中減速比が得られ、軸方向寸法をコンパクトに設計できる減速装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の減速装置は、筒部に偏心した円筒内径面を有する入力軸と、この偏心した円筒内径面に転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する出力軸と、前記ポケットに保持されるローラが転接する複数のカム山を外径面の円周方向に等ピッチで形成した基軸とを同軸心上に配置し、前記環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、前記カム山の数と１だけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、前記ローラを保持するポケットを設け、前記カム山の１ピッチ分の形状を、前記入力軸を回転させたときに、前記ポケットに保持されるローラが前記偏心した円筒内径面に沿って公転する軌跡の内径側包絡線と合致させて、前記保持器部のポケットに保持されたローラの公転を、前記出力軸の回転として出力する構成を採用した。

すなわち、入力軸の筒部に偏心した円筒内径面を設け、その内径側に同軸心上に配置した基軸の外径面の円周方向に等ピッチで形成したカム山との間に、同じく同軸心上に配置した出力軸の保持器部のポケットに保持したローラを転接させるようにし、環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、カム山の数と１だけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、ローラを保持するポケットを設け、カム山の１ピッチ分の形状を、入力軸を回転させたときに、ポケットに保持されるローラが偏心した円筒内径面に沿って公転する軌跡の内径側包絡線と合致させて、保持器部のポケットに保持されたローラの公転を出力軸の回転として出力することにより、大きな剛性で１０〜５０程度の中減速比が得られ、軸方向寸法をコンパクトに設計できるようにした。

前記保持器部のローラを保持するポケットを、前記分割点の一部の間引いた位置に設け、この間引き間隔を円周方向で均等にすることにより、出力軸の回転バランスを良好に保って、ポケットの加工数とローラの組込み数を減らすことができる。

前記入力軸の外径面に、回転力が入力される歯車を設けることにより、モータ等の回転駆動源を入力軸の外径側に配置して、軸方向寸法をよりコンパクトに設計することができる。

前記保持器部の分割点の数を、前記カム山の数よりも１つだけ多くすることにより、出力軸を入力軸と同方向に回転させることができる。分割点の数がカム山の数よりも１つだけ多い場合は、後の図２に示すように、入力軸１が時計回りに回転し、偏心した円筒内径面とカム山４ａが形成された基軸４の外径面との環状空間の極大部Ａが時計回りに０°（１２時）の位置、極小部Ｂが１８０°（６時）の位置にあるとすると、入力軸１の回転に伴って、極大部Ａと極小部Ｂは時計回りに移動し、環状空間の右半分は広くなる傾向、環状空間の左半分は狭くなる傾向となる。このため、環状空間の右半分に存在するローラ２はカム山４ａを上る外径方向へ、環状空間の左半分に存在するローラ２はカム山４ａを下る内径方向へ移動し、図中に矢印で示すように、ローラ２を保持する出力軸３の保持器部３ｂは、入力軸１と同じ時計回りに回転する。

なお、前記分割点の数をカム山の数よりも１つだけ少なくした場合は、後の図３に示すように、入力軸１の回転方向と環状空間の極大部Ａおよび極小部Ｂの位置を図２の場合と同じ設定とすると、同様に、環状空間の右半分に存在するローラ２はカム山４ａを上る外径方向へ、環状空間の左半分に存在するローラ２はカム山４ａを下る内径方向へ移動し、この場合は、図中に矢印で示すように、ローラ２を保持する出力軸３の保持器部３ｂは、入力軸１と逆の反時計回りに回転する。

前記基軸を両方向に回転可能とすることにより、基軸の回転操作によって、減速比を増減することができる。すなわち、保持器部の分割点の数をカム山の数よりも１つだけ多くした場合は、基軸を入力軸と同方向に回転させると、ローラのカム山の１ピッチ分に対する公転角が大きくなって減速比が小さくなり、逆方向に回転させると、ローラのカム山の１ピッチ分に対する公転角が小さくなって減速比が大きくなる。また、分割点の数をカム山の数よりも１つだけ少なくした場合は、逆に、基軸を入力軸と同方向に回転させると減速比が大きくなり、逆方向に回転させると減速比が小さくなる。

前記入力軸の円筒内径面を、前記筒部に内嵌した転がり軸受の内輪の内径面で形成することにより、ローラと円筒内径面とのスリップを少なくして、入力軸と出力軸を円滑に回転させることができる。

前記転がり軸受を針状ころ軸受とすることにより、径方向寸法をコンパクトに設計することができる。

前記転がり軸受の外輪を軸方向に圧縮する手段を設けることにより、外輪の内径が縮径するように弾性変形させて転がり軸受の径方向がたを抑え、延いては、減速装置の回転方向がたを低減することができる。

前記転がり軸受の外輪の縦断面をクランク形状に形成することにより、外輪の内径が縮径するように容易に弾性変形させることができる。

前記保持器部の円周方向で隣接するポケットを２つずつ合体させ、この合体させたポケットの円周方向両端側に２本の前記ローラを保持し、これらの２本のローラを円周方向で離反させる方向に付勢する弾性部材を設けることにより、減速装置の回転方向がたを低減できるとともに、ポケットの加工を容易にすることができる。

前記基軸のカム山を形成した外径部を軸方向に分割して、分割した一方の外径部を別体のカム山部材とし、分割した他方の外径部との間に軸方向で弾性部材を介在させて、このカム山部材のカム山と前記他方の外径部のカム山との間に位相差を設けることより、ローラを位相差のある２つのカム山で挟み込むようにして、減速装置の回転方向がたを低減することができる。

本発明の減速装置は、入力軸の筒部に偏心した円筒内径面を設け、その内径側に同軸心上に配置した基軸の外径面の円周方向に等ピッチで形成したカム山との間に、同じく同軸心上に配置した出力軸の保持器部のポケットに保持したローラを転接させるようにし、環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、カム山の数と１だけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、ローラを保持するポケットを設け、カム山の１ピッチ分の形状を、入力軸を回転させたときに、ポケットに保持されるローラが偏心した円筒内径面に沿って公転する軌跡の内径側包絡線と合致させて、保持器部のポケットに保持されたローラの公転を出力軸の回転として出力するようにしたので、大きな剛性で１０〜５０程度の中減速比が得られ、軸方向寸法をコンパクトに設計することができる。

前記保持器部のローラを保持するポケットを、分割点の一部の間引いた位置に設け、この間引き間隔を円周方向で均等にすることにより、出力軸の回転バランスを良好に保って、ポケットの加工数とローラの組込み数を減らすことができる。

前記入力軸の外径面に、回転力が入力される歯車を設けることにより、モータ等の回転駆動源を入力軸の外径側に配置して、軸方向寸法をよりコンパクトに設計することができる。

前記保持器部の分割点の数をカム山の数よりも１つだけ多くすることにより、出力軸を入力軸と同方向に回転させることができる。

前記基軸を両方向に回転可能とすることにより、基軸の回転操作によって、減速比を増減することができる。

前記入力軸の円筒内径面を、筒部に内嵌した転がり軸受の内輪の内径面で形成することにより、ローラと円筒内径面とのスリップを少なくして、入力軸と出力軸を円滑に回転させることができる。

前記転がり軸受を針状ころ軸受とすることにより、径方向寸法をコンパクトに設計することができる。

前記転がり軸受の外輪を軸方向に圧縮する手段を設けることにより、外輪の内径が縮径するように弾性変形させて転がり軸受の径方向がたを抑え、延いては、減速装置の回転方向がたを低減することができる。

前記転がり軸受の外輪の縦断面をクランク形状に形成することにより、外輪の内径が縮径するように容易に弾性変形させることができる。

前記保持器部の円周方向で隣接するポケットを２つずつ合体させ、この合体させたポケットの円周方向両端側に２本のローラを保持し、これらの２本のローラを円周方向で離反させる方向に付勢する弾性部材を設けることにより、減速装置の回転方向がたを低減できるとともに、ポケットの加工を容易にすることができる。

前記基軸の前記カム山を形成した外径部を軸方向に分割して、分割した一方の外径部を別体のカム山部材とし、分割した他方の外径部との間に軸方向で弾性部材を介在させて、このカム山部材のカム山と他方の外径部のカム山との間に位相差を設けることにより、ローラを位相差のある２つのカム山で挟み込むようにして、減速装置の回転方向がたを低減することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１および図２は、第１の実施形態を示す。この減速装置は、内径面が偏心した筒部１ａを有する入力軸１と、複数のローラ２を保持するポケット３ａを設けた環状の保持器部３ｂを有する出力軸３と、複数のカム山４ａを外径面の円周方向に等ピッチで形成した基軸４とを同軸心上に配置し、偏心した筒部１ａの内径面に外輪５ａを内嵌した針状ころ軸受５の内輪５ｂの円筒内径面と基軸４の外径面のカム山４ａとに、各ポケット３ａに保持されたローラ２を転接させたものであり、保持器部３ｂを円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数Ｎが、カム山４ａの数よりも１つだけ多くなる分割点の全ての位置に、ローラ２を保持するポケット３ａが設けられ、カム山４ａの１ピッチ分の形状が、入力軸１を回転させたときに、ポケット３ａに保持されるローラ２が偏心した内輪５ｂの円筒内径面に沿って公転する軌跡の内径側包絡線と合致するようになっている。この実施形態では、ポケット３ａとローラ２の数、すなわち分割点の数Ｎが１５、カム山４ａの数が１４とされている。

前記入力軸１と出力軸３は、それぞれ基軸４に玉軸受６ａ、６ｂで支持され、入力軸１の外径面には、モータ等の駆動源から回転力が入力される歯車７が設けられている。また、基軸４は両方向に回転可能とされ、後述するように、基軸４を回転操作することにより、入力軸１と出力軸３の減速比を増減できるようになっている。

以下に、上述した減速装置の減速メカニズムを説明する。図２に示したように、入力軸１が時計回りに回転し、偏心した内輪５ｂの円筒内径面とカム山４ａが形成された基軸４の外径面との環状空間の極大部Ａが時計回りに０°の位置、極小部Ｂが１８０°の位置にあるとすると、入力軸１の回転に伴って、極大部Ａと極小部Ｂは時計回りに移動し、環状空間の右半分は広くなる傾向、環状空間の左半分は狭くなる傾向となる。このため、環状空間の右半分に存在するローラ２はカム山４ａを上る外径方向へ、環状空間の左半分に存在するローラ２はカム山４ａを下る内径方向へ移動し、図中に矢印で示すように、ローラ２を保持する出力軸３の保持器部３ｂは、入力軸１と同じ時計回りに回転する。

この実施形態では、保持器部３ｂの分割点の数Ｎがカム山４ａの数よりも１つだけ多いので、入力軸１が１回転すると各ローラ２はカム山４ａの１ピッチ分だけ時計回りに公転し、入力軸１と出力軸３の減速比は、分割点の数Ｎと等しくなる。

図３は、第１の実施形態の変形例を示す。この変形例では、保持器部３ｂの分割点の数Ｎが１５、カム山４ａの数が１６とされ、分割点の数Ｎがカム山４ａの数よりも１つだけ少なくなっており、第１の実施形態のものと同様に、全ての分割点にローラ２を保持するポケット３ａが設けられている。図２と同様に、入力軸１が時計回りに回転し、偏心した内輪５ｂの円筒内径面とカム山４ａが形成された基軸４の外径面との環状空間の極大部Ａが時計回りに０°の位置、極小部Ｂが１８０°の位置にあるとすると、環状空間の右半分は広くなる傾向、環状空間の左半分は狭くなる傾向となり、環状空間の右半分に存在するローラ２はカム山４ａを上る外径方向へ、環状空間の左半分に存在するローラ２はカム山４ａを下る内径方向へ移動し、この変形例では、図中に矢印で示すように、ローラ２を保持する出力軸３の保持器部３ｂは、入力軸１と逆の反時計回りに回転する。

前記基軸４を入力軸１と同じ時計回りに回転操作すると、ポケット３ａの数をカム山４ａの数よりも多くした図２の場合は、ローラ２のカム山４ａの１ピッチ分に対する公転角が大きくなって減速比が小さくなり、分割点の数Ｎをカム山４ａの数よりも１つだけ少なくした図３の場合は、ローラ２のカム山４ａの１ピッチ分に対する公転角が小さくなって減速比が大きくなる。また、基軸４を入力軸１と逆の反時計回りに回転操作すると、逆に、図２の場合は減速比が大きくなり、図３の場合は減速比が小さくなる。

図４は、第２の実施形態を示す。この減速装置は、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、前記分割点の数Ｎを１５とした保持器部３ｂの分割点の一部に、２つおきに間引いてローラ２を保持するポケット３ａが、円周方向に均等な間引き間隔で５箇所に設けられている点が異なる。その他の部分は同じであり、減速特性も第１の実施形態のものと同じである。

上述した第２の実施形態では、分割点の数Ｎ（＝１５）を、その約数である３で除して、保持器部のポケットを均等な間引き間隔で５箇所に設けたが、別の約数である５で除して３箇所に設けることもできる。分割点の数Ｎが他の数である場合も、その約数で除した数の箇所に、保持器部のポケットを均等な間引き間隔で設けるとよい。

図５は、第３の実施形態を示す。この減速装置も、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、前記出力軸３の保持器部３ｂのポケット３ａが、隣接する２つずつが合体され、この合体されたポケット３ａの円周方向両端側に保持された２本のローラ２が、弾性体としてのばね８によって離反するように付勢されている点が異なる。この実施形態では、ポケット３ａ内でのローラ２の円周方向でのがたつきがなくなり、減速装置の円周方向がたを低減することができる。また、ポケット３ａの加工も容易にすることができる。なお、この実施形態では、合体前のポケットの数が１４、カム山４ａの数が１３とされており、合体前のポケットの数が奇数となる場合は、余りのポケットを１つだけ独立に形成してもよい。

図６は、第４の実施形態を示す。この減速装置も、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、前記入力軸１の筒部１ａに内嵌された針状ころ軸受５の外輪５ａが、筒部１ａの端部に螺合されたナット９によって軸方向に圧縮され、その縦断面がクランク形状とされている点が異なる。この実施形態では、外輪５ａの内径が縮径するように弾性変形し、針状ころ軸受５の径方向がたが抑えられて、減速装置の円周方向がたが低減される。

図７および図８は、第５の実施形態を示す。この減速装置も、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、前記基軸４のカム山４ａを設けた外径部が軸方向で分割され、分割された別体のカム山部材１０ａが他方の一体外径部１０ｂとの間に軸方向で弾性部材としてのゴムリング１１を介在させて突き合わされ、カム山部材１０ａのカム山４ａと一体外径部１０ｂのカム山４ａとの間に小さな位相差が設けられている点が異なる。この実施形態では、ローラ２を位相差のある２つのカム山４ａで挟み込むようにして、減速装置の円周方向がたを低減することができる。

図９および図１０は、第５の実施形態の変形例を示す。この変形例では、前記分割された別体のカム山部材１０ａと一体外径部１０ｂとの対向面に、円周方向に延びる円弧溝１２を設け、これらの円弧溝１２にコイルばね１３を収納して、カム山部材１０ａのカム山４ａと一体外径部１０ｂのカム山４ａとの間に位相差を設け、コイルばね１３の復元力によって、ローラ２を位相差のある２つのカム山４ａで挟み込むようにしている。なお、コイルばね１３を収納する各円弧溝１２は、円周方向の複数箇所に設けてもよい。

第１の実施形態の減速装置を示す縦断面図 図１のII−II線に沿った断面図 図２の変形例を示す断面図 第２の実施形態の減速装置を示す要部の横断面図 第３の実施形態の減速装置を示す要部の横断面図 第４の実施形態の減速装置を示す縦断面図 第５の実施形態の減速装置を示す縦断面図 図７の要部を拡大して示す断面図 図７の変形例を示す縦断面図 図９のＸ−Ｘ線に沿った断面図

符号の説明

１ 入力軸
１ａ 筒部
２ ローラ
３ 出力軸
３ａ ポケット
３ｂ 保持器部
４ 基軸
４ａ カム山
５ 針状ころ軸受
５ａ 外輪
５ｂ 内輪
６ａ、６ｂ 玉軸受
７ 歯車
８ ばね
９ ナット
１０ａ カム山部材
１０ｂ 一体外径部
１１ ゴムリング
１２ 円弧溝
１３ コイルばね

Claims (11)

1. 筒部に偏心した円筒内径面を有する入力軸と、この偏心した円筒内径面に転接する複数のローラを保持するポケットを設けた環状の保持器部を有する出力軸と、前記ポケットに保持されるローラが転接する複数のカム山を外径面の円周方向に等ピッチで形成した基軸とを同軸心上に配置し、前記環状の保持器部を円周方向に等ピッチで分割したときの分割点の数が、前記カム山の数と１つだけ異なる分割点の全ての位置または一部の間引いた位置に、前記ローラを保持するポケットを設け、前記カム山の１ピッチ分の形状を、前記入力軸を回転させたときに、前記ポケットに保持されるローラが前記偏心した円筒内径面に沿って公転する軌跡の内径側包絡線と合致させて、前記保持器部のポケットに保持されたローラの公転を、前記出力軸の回転として出力するようにした減速装置。
2. 前記保持器部のローラを保持するポケットを、前記分割点の一部の間引いた位置に設け、この間引き間隔を円周方向で均等にした請求項１に記載の減速装置。
3. 前記入力軸の外径面に、回転力が入力される歯車を設けた請求項１または２に記載の減速装置。
4. 前記保持器部の分割点の数を、前記カム山の数よりも１つだけ多くした請求項１乃至３のいずれかに記載の減速装置。
5. 前記基軸を両方向に回転可能とした請求項１乃至４のいずれかに記載の減速装置。
6. 前記入力軸の円筒内径面を、前記筒部に内嵌した転がり軸受の内輪の内径面で形成した請求項１乃至５のいずれかに記載の減速装置。
7. 前記転がり軸受を針状ころ軸受とした請求項６に記載の減速装置。
8. 前記転がり軸受の外輪を軸方向に圧縮する手段を設けた請求項６または７に記載の減速装置。
9. 前記転がり軸受の外輪の縦断面をクランク形状に形成した請求項８に記載の減速装置。
10. 前記保持器部の円周方向で隣接するポケットを２つずつ合体させ、この合体させたポケットの円周方向両端側に２本の前記ローラを保持し、これらの２本のローラを円周方向で離反させる方向に付勢する弾性部材を設けた請求項１乃至９のいずれかに記載の減速装置。
11. 前記基軸のカム山を形成した外径部を軸方向に分割して、分割した一方の外径部を別体のカム山部材とし、分割した他方の外径部との間に軸方向で弾性部材を介在させて、このカム山部材のカム山と前記他方の外径部のカム山との間に位相差を設けた請求項１乃至１０のいずれかに記載の減速装置。

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