JP5285606B2 - モータ付減速装置及び産業機械 - Google Patents

Description

本出願は、２００７年６月１日に出願された日本国特許出願第２００７−１４７２２３号に基づく優先権を主張する。その出願の全ての内容はこの明細書中に参照により援用されている。
本発明はモータ付減速装置に関する。特に、減速ギアユニットの出力部の軸線を内包し、減速ギアユニットの基部側から出力側に通じる貫通孔を有しているとともに、高トルクを出力することができるモータ付減速装置に関する。本発明はまた、そのモータ付減速装置を使用した産業機械にも関する。

産業機械の旋回装置等では、基部側に固定された装置から旋回側に固定された装置へ配線や配管等を配設したい場合がある。基部に対して旋回部が回転するので、そのような配線や配管等は、ねじれや切断が生じないように、旋回軸の軸線（回転軸線）に沿って通過させることが好ましい。旋回装置は、例えばロボットの関節でよい。ロボットの旋回装置等の駆動部として、減速ギアユニットの出力部の軸線を内包し、減速ギアユニットの基部側から出力側に通じる貫通孔を備えているモータ付減速装置が必要とされることがある。日本国特許公開公報Ｈ０８−２２６４９８号（特許文献１）に、そのような貫通孔を備えるモータ付減速装置が開示されている。
特許文献１に開示されたモータ付減速装置は、モータと減速ギアユニットから構成されている。減速ギアユニットは、内歯歯車と外歯歯車とクランクシャフトを備えている。内歯歯車はリング状に形成されている。外歯歯車は、内歯歯車と異なる歯数を有している。外歯歯車は、内歯歯車の内側で内歯歯車と噛み合いながら偏心回転する。また、外歯歯車の中心に第１貫通孔が形成されており、第１貫通孔の周囲に複数の第２貫通孔が形成されている。クランクシャフトは、シャフトの軸線に対して偏心している偏心体を備えている。クランクシャフトは複数個存在し、夫々の偏心体が外歯歯車の対応する夫々の第２貫通孔に嵌合している。

特許文献１に開示された減速ギアユニットには、内歯歯車の軸線を内包し基部側から出力側に通じる中心貫通孔が形成されている。外歯歯車の中心に第１貫通孔が形成されているので、減速ギアユニットの基部側から出力側に通じる中心貫通孔を形成することができる。なお、本明細書では、減速ギアユニットの内歯歯車を出力部と称し、その減速ギアユニットが固定される部材を基部と称することがある。すなわち、「減速ギアユニットの出力側」は、減速ギアユニットによって回転させられる部材が取り付けられている側を意味し、「減速ギアユニットの基部側」は、減速ギアユニットを取り付ける部材が存在している側を意味する。なお、内歯歯車に対して回転する部材を固定部と称することがある。「出力部」と「固定部」の呼称は、減速ギアユニットにおいて互いに相対回転する２つの部分を単に区別するためのものであり、内歯歯車を「固定部」と称し、内歯歯車に対して回転する部材を「出力部」と称しても、本明細書に開示する技術は成立する。

特許文献１に開示されたモータ付減速装置はさらに、クランクシャフトの１つにモータの出力軸が連結されており、他のクランクシャフトの１つにシャフトの回転角を検出する検出器が連結されている。モータと検出器は、夫々の外周が、減速ギアユニットの中心貫通孔を軸方向に延長した円筒の外側に位置するように配置されている。上記のモータ付減速装置は、外歯歯車が内歯歯車の軸線の周りを１周だけ公転（偏心回転）すると、内歯歯車が、外歯歯車との歯数に相当する角度だけ回転する。
特許文献１に開示されたモータ付減速装置は、減速ギアユニットに中心貫通孔が形成されているので、その中心貫通孔に配線や配管等を通過させることができる。すなわち、減速ギアユニットの出力部の軸線に沿って、基部側から出力側に配線や配管等を通過させることができる。

モータ付減速装置では、高トルクが要求されることも多い。減速ギアユニットの出力を高トルク化するには、高トルク出力のモータを用いればよい。しかしながら、従来のモータ付減速装置では、中心貫通孔の内径の大きさと採用できるモータの出力とはトレードオフの関係にある。一般的に、モータは出力トルクが大きくなるにしたがってその外径が大きくなる。そのため、特許文献１に開示されたモータ付減速装置に高トルク出力のモータを採用すると、モータの外周部分が中心貫通孔の一部を覆ってしまう。その結果、配線や配管を通すために利用できる中心貫通孔の実質的な大きさが狭められてしまう。
更に特許文献１に開示されたモータ付減速装置では、外歯歯車の第２貫通孔に嵌合しているクランクシャフトのうちの１本のみをモータで駆動させる。そのため、外歯歯車の周方向において、クランクシャフトから外歯歯車に伝達される力にばらつきが生じてしまう。ひいては、外歯歯車にねじれ（変形）が生じたり、モータと外歯歯車の間でトルクの伝達精度が低下してしまうといった不具合が生じる。その結果、アクチェエータ（モータ付減速装置）としての応答性と回転精度が低下してしまう。
本発明は、上記の課題に鑑みて創作された。本発明の目的は、出力部の軸線を内包し、基部側から出力側へ通じる貫通孔を有しながら、高精度に高トルクを出力できるモータ付減速装置を提供することにある。

本発明は、高精度・高トルクを実現するために、複数のモータを使用する。複数のモータを使用することによって、減速ギアユニットの中心貫通孔に配線や配管を通すのに充分な大きさの内径を確保できるともに、高精度に高トルクを出力できるモータ付減速装置を実現する。

本発明のモータ付減速装置は、減速ギアユニットと複数のモータを備える。減速ギアユニットは、内歯歯車と外歯歯車と複数のクランクシャフトを備えている。内歯歯車は、リング状に形成されており、外歯歯車と異なる歯数を有している。外歯歯車は、内歯歯車の内側で内歯歯車と噛み合いながら、内歯歯車の軸線の周りを偏心回転することが可能である。ここでいう「外歯歯車の偏心回転」とは、外歯歯車の中心が内歯歯車の軸線の周りを公転することを意味する。また、外歯歯車の歯数と内歯歯車の歯数が異なるため、外歯歯車は、内歯歯車の軸線の周りを公転しながら内歯歯車に対して回転することができる。すなわち、外歯歯車が内歯歯車の軸線の回りを偏心回転すると、外歯歯車と内歯歯車が相対的に回転する。さらに外歯歯車は、中心に第１貫通孔が形成されているとともに、その第１貫通孔の周囲に複数の第２貫通孔が形成されている。夫々の第２貫通孔は、同一円周上に形成されていることが好ましい。夫々のクランクシャフトは、シャフトの軸線に対して偏心している偏心体を備えており、その偏心体が第２貫通孔に嵌合している。
また、減速ギアユニットには、内歯歯車の軸線を内包し基部側から出力側まで貫通している中心貫通孔が形成されている。内歯歯車がリング状であり、外歯歯車の中心に第１貫通孔が形成されているので、減速ギアユニットに中心貫通孔を形成することが可能となっている。なお、「中心貫通孔が内歯歯車の軸線を内包する」とは、内歯歯車の軸線が中心貫通孔を通過することを意味する。必ずしも中心貫通孔の中心線と内歯歯車の軸線が一致することを意図するものではない。
複数のモータは、夫々の出力軸が、対応する夫々のクランクシャフトに連結されている。複数のモータは、その外周が減速ギアユニットの中心貫通孔を軸方向に延長した円筒の外側に位置するように配置されている。

上記のモータ付減速装置は、モータの外周が中心貫通孔を延長した円筒の外側に位置するように配置されている。そのため、配線や配管等を、モータに邪魔されることなく、減速ギアユニットの内歯歯車（出力部）の中心を通過させて減速ギアユニットの基部側から出力側へ通すことができる。従って、その配線や配管等がモータと接触して断線等の不具合が生じることを抑制できる。

モータの出力軸は、クランクシャフトに直接連結されていることが好ましい。モータの出力軸とクランクシャフトの間にギヤを介在させる必要がないので、モータの出力軸とクランクシャフトの間にバックラッシが発生することがない。
また、全てのクランクシャフトに、対応するモータが夫々連結されていることが好ましい。すなわち、クランクシャフトと同数のモータを備えていることが好ましい。そのようなモータ付減速装置は、モータのサイズを大きくすることなく、大きなトルクを出力することができる。また、モータの数を多くすることによって、夫々のモータのサイズを小さくすることができ、モータ付減速装置をコンパクトにすることができる。

本発明のモータ付減速装置は、複数のモータの少なくとも１つにモータの回転角を検出する回転角検出手段が連結されており、複数のモータの他の少なくとも１つに回転角検出手段が連結されていない。

上記のモータ付減速装置は、複数のモータを備えているが、最終的に制御すべき物理量は出力部である内歯歯車の回転角（或いは回転角速度）である。全てのモータは、クランクシャフトと外歯歯車を介して、内歯歯車と係合している。従って、少なくとも一つのモータの回転角が検出できれば、その回転角から内歯歯車の回転角を得ることができるので、すべてのモータに回転角検出手段を設ける必要がない。また、モータの他の少なくとも１つには回転角検出装置が連結されていない。そのため、モータ付減速装置の大きさを実質的に拡大することなく、モータの少なくとも１つには回転角検出装置以外の部材（例えばブレーキ等）を連結することができる。

本発明のモータ付減速装置では、複数のモータ（好ましくは全てのモータ）が、１つのモータ制御装置から出力される同一のトルク指令信号によって駆動されることが好ましい。換言すれば、モータ付減速装置は、複数のモータを同一のトルク指令値で制御する１つのモータ制御装置を備えていることが好ましい。
上記のモータ付減速装置によると、複数のモータに対して同数のモータ制御装置を用意する必要がない。最小数のモータ制御装置でモータ付減速装置を駆動させることができるので、コストを低減することができる。また、複数のモータの夫々に回転角検出手段を連結して夫々のモータを独立に制御すると、モータ間のトルク指令信号が干渉し合って、トルク指令信号が発振しやすい。本発明のモータ付減速装置では、減速ギアユニットの特性を利用して回転角検出手段とモータ制御装置を最適化することができる。すなわち、上記のモータ付減速装置は、１つの回転角検出手段と１つのモータ制御装置で全てのモータに常に同じ電流（トルク指令信号）を与えることにより、複数のモータを使用するときに生じる問題点を解決することができる。

本発明のモータ付減速装置は、複数のモータの全てが同一のトルク特性を有していることが好ましい。
上記のモータ付減速装置によると、同一のトルク特性を有しているモータに、同一のトルク指令信号が入力される。夫々のモータのトルクは全て１つの外歯歯車に伝達される。従って、何らかの要因で夫々のモータに加わる負荷の大きさにばらつきが生じた場合でも、負荷の小さいモータによって外歯歯車が加速させられ、その結果、外歯歯車から負荷の大きいモータへ加わる負荷が軽減される。結果的に、モータに加わる負荷は均等に配分され、外歯歯車の回転バランスが良好に維持される。

本発明のモータ付減速装置は、複数のモータのうちの回転角検出手段が連結されていないモータにのみブレーキが連結されていることが好ましい。
上記のモータ付減速装置によると、ブレーキの働きによって、減速ギアユニットの出力部（内歯歯車）の回転角をより正確に制御したり、出力部を間欠的に動作させることができる。また、回転角検出手段が連結されていないモータにのみブレーキが連結されるので、回転角検出手段が連結されているモータにさらにブレーキを連結したものと比較すると、モータ付減速装置のサイズをコンパクトにすることができる。

本発明のモータ付減速装置では、各々のモータは、その外径が内歯歯車の外周面を軸方向（内歯歯車の軸線に平行な方向）に延長した円筒の内側に納まる大きさであることが好ましい。換言すると、各々のモータが、その外周が内歯歯車の外周面を延長した円筒の内側に位置するように配置されていることが好ましい。
上記のモータ付減速装置によると、モータ付減速装置をその軸方向から平面視したときに、各々のモータの外径が内歯歯車の外径（すなわち、減速ギアユニットの外径）の外側にはみ出さない。モータを含めた減速装置全体の外径寸法を、モータを含まない減速ギアユニット単体の外径寸法と同一にすることができる。モータを含めた減速装置全体を、モータを含まない減速ギアユニットを収容するのに必要な内径を有する中空ケース内に収納することができる。モータ付減速装置の占めるスペースを大きくすることなく、高トルク化することができる。

本発明のモータ付減速装置では、中心貫通孔の内径をｄとし、内歯歯車の外径をＤとしたときに、下記式（１）を満足することが好ましい。
０．２≦ｄ／Ｄ≦０．５ （１）

一般的に、大きなサイズの減速ギアユニットの出力部には、大きな装置を取り付けることが多い。そのため、減速ギアユニットのサイズが大きくなるにしたがって、減速ギアユニット内を通過させたい配線や配管等のサイズも大きくなる。その配線や配管等が占めるサイズは、減速ギアユニット（内歯歯車）の外径のおよそ２０％程度になることがある。すなわち、中心貫通孔の内径ｄと内歯歯車の外径Ｄの関係がｄ／Ｄ＜０．２の場合、減速ギアユニット内を配線や配管等を通過させることができない虞がある。
また、小さな径のモータは大きなトルクを出力することができない。一般的に、減速ギアユニットを適切に駆動させるためには、減速ギアユニットの外径の約２５％未満の外径を有するモータを使用することは好ましくない。減速ギアユニットを適切に駆動させるための十分なトルクを出力するために、減速ギアユニットの外径の約２５％以上の外径を有するモータを使用することが好ましい。すなわち、中心貫通孔の内径ｄと内歯歯車の外径Ｄの関係がｄ／Ｄ＞０．５の場合、モータを配置するための空間が狭くなってしまい、減速ギアユニットの外径の約２５％以上のモータを配置することができなくなる。その結果、減速ギアユニットを適切に駆動させることができなくなる虞がある。また、減速ギアユニットを構成する部品を極端に小型化する必要があるため、減速ギアユニット内部の設計、特にクランクシャフトの周囲の設計が困難になってしまう。
中心貫通孔の内径ｄと、内歯歯車の外径Ｄが上記式（１）を満足することによって、減速ギアユニットの基部側から出力側へ配線や配管等を通過させるための十分な空間を確保するとともに、減速ギアユニットを適切に駆動させるトルクを出力することができるサイズのモータを採用することができる。

本発明は、上記モータ付減速装置を使用した産業機械も提供する。産業機械の旋回部が、上記モータ付減速装置によって駆動される。
多関節ロボットでは、内部に配線等を通過させるとともに、正確に動作することが求められる。そのため、高トルクを得るために大きなモータを採用すると、モータの慣性力によって、多関節ロボットが振動することがある。大きなモータを関節に配置すると、多関節ロボットを正確に動作させることが困難となる。上記したモータ付減速装置は、大きなモータを採用しなくても高トルクを得ることができる。そのため、モータの慣性力が小さいので、多関節ロボットを正確に動作させることができる。上記モータ付減速装置は、多関節ロボットの手首関節を駆動することが好ましい。換言すると、上記モータ付減速装置は、多関節ロボットの手首関節に配置されていることが好ましい。

本発明のモータ付減速装置によると、減速ギアユニットの出力部の軸線を内包し、減速ギアユニットの基部側から出力側へ通じる貫通孔を有しながら、高精度に高トルクを出力することができる。

第１実施例のモータ付減速装置の断面図（１）を示す。 図１のII−II線に沿った断面図を示す。 第１実施例のモータ付減速装置の断面図（２）を示す。 モータの制御回路を示す。 第２実施例の産業機械の部分断面図を示す。 第３実施例の産業機械の部分断面図を示す。 図６の矢印Ａ方向からの外観図を示す。

各実施例の特徴を以下に記す。
（第１特徴）モータのロータは、クランクシャフトの軸部に固定されている。
（第２特徴）減速ギアユニットの出力部は内歯歯車である。外歯歯車の中心が内歯歯車の軸線の周りを公転すると、すなわち、外歯歯車が内歯歯車の軸線の周りを偏心回転すると、内歯歯車が基部に対して回転する。

図面を参照して実施例を説明する。
（第１実施例）
図１は、本実施例のモータ付減速装置１００の断面図を示している。図２は、図１のII−II線に沿った断面図を示している。また、図３は、モータ付減速装置１００の別の部分の断面図を示している。図１の断面図は図２のＩ−Ｉ線に沿った部分に相当し、図３の断面図は図２のIII−III線に沿った部分に相当する。なお、図面の明瞭化のため、図３では、図３の断面図に特有な箇所にのみ符号を付し、図１と実質的に同じ部品については符号を省略している。
図１に示すように、モータ付減速装置１００は、減速ギアユニット１０２と複数のモータ５７ａ〜５７ｄを備えている。なお、図１にはモータ５７ａと５７ｄのみを図示し、他のモータ５７ｂ、５７ｃの図示を省略している。
減速ギアユニット１０２は、内歯歯車１８と外歯歯車２０Ｘ、２０Ｙと複数のクランクシャフト４９と円筒部材６４を備えている。後述するように、内歯歯車１８を、減速ギアユニット１０２の出力部と称することがある。内歯歯車１８を回転自在に支持する部分を、固定部と称することがある。具体的には、後述するキャリア（キャリア上部４とキャリアベース２４）が、減速ギアユニット１０２の固定部に相当する。なお、以下の説明では、複数個が存在する実質的に同一種類の部品に共通した事象を説明する場合には、符号に付しているアルファベットの添え字を省略することがある。

図２に示すように、内歯歯車１８はリング状に形成されている。内歯歯車１８は、外歯歯車２０の歯数と異なる歯数を有している。外歯歯車２０は、内歯歯車１８の内歯ピン２２と噛み合いながら、内歯歯車１８の軸線１８Ｍの周りを偏心回転する。すなわち、外歯歯車２０の中心が、内歯歯車１８の軸線１８Ｍの周りを公転する。外歯歯車２０の中心部に第１貫通孔６０が形成されており、第１貫通孔６０内を円筒部材６４が通過している（図１も参照）。外歯歯車２０の第１貫通孔６０の周囲に、複数の第２貫通孔６８ａ〜６８ｈが形成されている。夫々の第２貫通孔６８は、同一円周上に形成されている。なお詳細は後述するが、第２貫通孔６８ａ、６８ｃ、６８ｅ、６８ｇにはクランクシャフト４９の偏心体５０が嵌合しており、第２貫通孔６８ｂ、６８ｄ、６８ｆ、６８ｈ内をキャリア上部４の柱状部５が通過している。

図１に示すように、クランクシャフト４９は、シャフト５４と偏心体５０Ｘ、５０Ｙを備えている。偏心体５０Ｘ、５０Ｙは、シャフト５４の軸線に対して偏心している。偏心体５０は、針状ころ軸受４６を介して第２貫通孔６８ａ、６８ｃ、６８ｅ、６８ｇ（図２を参照）に嵌合している。なお、針状ころ軸受４６において、符号４４は「ころ」を示しており、符号４２は、ころ４４を保持する保持器を示している。

符号４はキャリア上部を示しており、符号２４はキャリアベースを示している。キャリア上部４とキャリアベース２４は、ボルト６６によって締結されており、一体となって減速ギアユニット１０２のキャリアを構成する（図３を参照）。モータ付減速装置１００は、キャリアベース２４がボルト２９によって基部（例えばロボットの旋回部や回転装置のベース等）に固定される。すなわち、キャリア（キャリア上部４とキャリアベース２４）は、基部に対して回転することが拘束される。その結果、外歯歯車２０Ｘ、２０Ｙは基部に対して回転することが拘束される。そして前述したように、外歯歯車２０Ｘ、２０Ｙに対して内歯歯車１８が回転する。従って、キャリア（キャリア上部４とキャリアベース２４）が、減速ギアユニット１０２の固定部に相当する。内歯歯車１８が、減速ギアユニット１０２の固定部（キャリア上部４とキャリアベース２４）に対して回転する出力部に相当する。

図３に示すように、キャリア上部４の柱状部５ｄが、外歯歯車２０Ｘの第２貫通孔６９ｄと外歯歯車２０Ｙの第２貫通孔６８ｄを通過している。図２に示すように、キャリア上部４は複数の柱状部５ｂ、５ｄ、５ｆ、５ｈを有しており、夫々の柱状部５ｂ、５ｄ、５ｆ、５ｈが対応する第２貫通孔６８ｂ、６８ｄ、６８ｆ、６８ｈを通過している。図示を省略しているが、夫々の柱状部５ｂ、５ｄ、５ｆ、５ｈは、外歯歯車２０Ｘの対応する第２貫通孔６９ｂ、６９ｄ、６９ｆ、６９ｈも通過している（図３も参照）。
外歯歯車２０Ｙの第２貫通孔６８ｂ、６８ｄ、６８ｆ、６８ｈと柱状部５ｂ、５ｄ、５ｆ、５ｈの間には、外歯歯車２０Ｙが内歯歯車１８の軸線１８Ｍの周りを偏心回転することを許容する間隔が確保されている。同様に、外歯歯車２０Ｘの第２貫通孔６９と、第２貫通孔６９に対応する柱状部５の間には、外歯歯車２０Ｘが内歯歯車１８の軸線１８Ｍの周りを偏心回転することを許容する間隔が確保されている。

図１に示すように、キャリア（キャリア上部４とキャリアベース２４）と内歯歯車１８の間に、一対の円錐ころ軸受１６Ｘ、１６Ｙが配置されている。円錐ころ軸受１６Ｘ、１６Ｙによって、内歯歯車１８は、キャリアに対して回転可能であるとともにスラスト方向に変位不能に支持されている。本実施例ではキャリアと内歯歯車１８の間に一対の円錐ころ軸受を配置したが、円錐ころ軸受の代わりにアンギュラ玉軸受を使用してもよい。
キャリアとクランクシャフト４９の間に、一対の円錐ころ軸受４０Ｘ、４０Ｙが配置されている。円錐ころ軸受４０Ｘ、４０Ｙによって、クランクシャフト４９は、キャリアに対して回転可能であるとともにスラスト方向に変位不能に支持されている。なお、円錐ころ軸受１６において、符号８は内輪を示し、符号１４は外輪を示し、符号１２は「ころ」を示し、符号１０はころ１２を保持する保持器を示している。円錐ころ軸受４０において、符号３８は内輪を示し、符号３２は外輪を示し、符号３６は「ころ」を示し、符号３４はころ３６を保持する保持器を示している。

上記したように、クランクシャフト４９は偏心体５０（偏心体５０Ｘと５０Ｙ）を有している。偏心体５０Ｙは、針状ころ軸受４６Ｙを介して外歯歯車２０Ｙの第２貫通孔６８ａ、６８ｃ、６８ｅ、６８ｇ（図２を参照）に嵌合している。そのため、偏心体５０Ｙは、第２貫通孔６８ａ、６８ｃ、６８ｅ、６８ｇの内側で回転することができる。同様に、偏心体５０Ｘは、外歯歯車５０Ｘの第２貫通孔に嵌合している。
偏心体５０Ｘと円錐ころ軸受４０Ｘの間に止め部材４８が配置されており、偏心体５０Ｙと円錐ころ軸受４０Ｙの間に止め部材５２が配置されている。止め部材４８、５２は、偏心体５０Ｘ、５０Ｙがシャフト５４の軸線方向に変位することを防止している。

クランクシャフト４９において、偏心体５０Ｘと５０Ｙの夫々の軸線は、シャフト５４の軸線からオフセットしている。偏心体５０Ｘと５０Ｙでは、オフセットの方向が逆向きである。すなわち、偏心体５０Ｘの軸線と偏心体５０Ｙの軸線は、常にシャフト５４の軸線を挟んだ反対側にある。すなわち、外歯歯車２０Ｘと外歯歯車２０Ｙは、内歯歯車１８の軸線１８Ｍに対して常に対称の位置に存在している。そのため、減速ギアユニット１０２の回転バランスが確保される関係が実現されている。

キャリア上部４には、その中央を貫通する中心孔４ａが形成されている。キャリアベース２４には、その中央を貫通する中心孔２４ａが形成されている。円筒部材６４が、外歯歯車２０Ｘ、２０Ｙの夫々の第１貫通孔６０Ｘ、６０Ｙの双方を通過して、キャリア上部４の中心孔４ａとキャリアベース２４の中心孔２４ａを連結している。キャリア上部４の中心孔４ａ、キャリアベース２４の中心孔２４ａ、及び、円筒部材６４の内周面６４ａによって、減速ギアユニット１０２には、内歯歯車１８（出力部）の軸線１８Ｍを内包し、減速ギアユニット１０２の基部側から出力側（内歯歯車１８が回転させる部材が存在する側）に通じる中心貫通孔１１０が形成される。減速ギアユニット１０２に、出力部の軸線を内包し、その基部側から出力側に通じる中心貫通孔１１０が形成できるのは、内歯歯車１８がリング状に形成されていることと、内歯歯車１８の内側で偏心回転する外歯歯車２０Ｘ、２０Ｙの中心部に第１貫通孔６０Ｘ、６０Ｙが形成されているからである。
キャリア上部４の中心孔４ａの内径とキャリアベース２４の中心孔２４ａの内径と円筒部材６４の内周面６４ａの径は共に等しく、その値は記号ｄで表される。
ここで、減速ギアユニット１０２の「固定部」と「出力部」という用語について説明する。後述するように、モータ付減速装置１００では、モータ５７がキャリアベース２４に固定されている。モータ５７のロータ５６が回転すると、内歯歯車１８がキャリア（キャリア上部４とキャリアベース２４）とモータ５７に対して相対的に回転する。本実施例では、キャリアが減速ギアユニット１０２の筐体に相当する。従って、内歯歯車１８を減速ギアユニット１０２の出力部と称することができ、キャリアを減速ギアユニット１０２の固定部と称することができる。

キャリア（キャリア上部４とキャリアベース２４）と内歯歯車１８の間に、一対のオイルシール６Ｘ、６Ｙが配置されている。キャリアベース２４と夫々のクランクシャフト４９のシャフト５４の間に、オイルシール３０が配置されている。キャリア上部４の上部にシールキャップ２が配置されている。オイルシール６Ｘ、６Ｙ、３０と、シールキャップ２によって、減速ギアユニット１０２内に挿入されたオイルが外部に漏れることを防止できる。

次に、複数のモータ５７について説明する。
複数のモータ５７の夫々はステータ５８とロータ（モータの出力軸）５６を備えている。ロータ５６は、クランクシャフト４９のシャフト５４に連結されている。モータ付減速装置１００は４本のクランクシャフト４９を備えており、全てのクランクシャフト４９に対応するモータ５７が夫々連結されている。

モータ５７は、その外周が減速ギアユニット１０２の中心貫通孔１１０を軸方向に延長した円筒の外側に位置するように配置されている。モータ５７をそのように配置することによって、配線や配管等（図示省略）を、モータ５７に邪魔されることなく、減速ギアユニット１０２の中心貫通孔１１０を通過させることができる。

キャリアベース２４にステータ５８が固定されており、クランクシャフト４９のシャフト５４にロータ５６が連結されている。ロータ５６は、ステータ５８の軸線の周りを回転する。ロータ５６が回転すると、シャフト５４はロータ５６と一体に回転する。キャリアに支持されているクランクシャフト４９のシャフト５４が、モータ５７の出力軸を兼ねている。そのため、モータ５７は、ステータ５８に対してロータ５６を支持させるための軸受を必要としない。ロータ５６がクランクシャフト４９のシャフト５４に連結されているので、ロータ５６はステータ５８に対して回転可能であり、ロータ５６とステータ５８の軸線方向の位置関係が変化しない。

次に、モータ付減速装置１００のメカニズムについて説明する。
モータ５７のロータ５６が回転し、クランクシャフト４９がシャフト５４の軸線の周りを回転すると、偏心体５０が偏心回転する。換言すると、偏心体５０の軸線が、シャフト５４の軸線の周りを公転する。偏心体５０が偏心回転すると、外歯歯車２０が内歯歯車１８の軸線１８Ｍの周りを偏心回転する。すなわち、外歯歯車２０の中心が、内歯歯車１８の軸線１８Ｍの周りを公転する。
外歯歯車２０と内歯歯車１８は噛み合っているので、外歯歯車２０が公転すると、内歯歯車１８は外歯歯車２０に対して相対回転する。上記したように、外歯歯車２０は固定部（キャリア）に対して回転が拘束されているため、内歯歯車１８が固定部（キャリア）に対して回転する。

図２に示すように、モータ付減速装置１００では、外歯歯車２０が５１本の歯を有しており、内歯歯車１８が２６本の歯（２６本の内歯ピン）を有している。また、外歯歯車２０の外歯は、１つおきに内歯ピン２２と噛み合っている。そのため、外歯歯車２０が軸線１８Ｍの周りを５２回（２６×２）公転すると、内歯歯車１８が軸線１８Ｍの周りを１回回転する。また、図２から明らかなように、外歯歯車２０の全ての外歯が内歯ピン２２に接している。そのため、外歯歯車２０と内歯歯車１８の間に、バックラッシが発生しにくい構造が実現されている。また、図１に示すように、外歯歯車２０Ｘ、２０Ｙの双方が１つの内歯ピン２２と噛み合っている。この構造が、外歯歯車２０と内歯歯車１８の間に生じるバックラッシを低減している。なお、内歯ピン２２は内歯歯車１８に固定されていない。内歯ピン２２は内歯歯車１８に形成された溝に嵌め込まれており、その溝内で回転することができる。
なお、外歯歯車２０の歯数と内歯歯車１８の歯数（内歯ピン２２の数）を調整することによって、モータ付減速装置１００の減速比を適宜変更することができる。

次に、モータ５７の制御方法について説明する。
図１に示すように、複数のモータ５７（モータ５７ａ〜５７ｄ、なお、図１ではモータ５７ｂと５７ｃの図示を省略している）のうちの１つのモータ５７ｄに、そのモータの回転角を検出するエンコーダ（回転角検出手段）２６が連結されている。他の３つのモータ５７ａ〜５７ｃにはエンコーダ２６が連結されていない。他の３つのモータ５７ａ〜５７ｃにはエンコーダ２６に代えて、ブレーキ２８ａ〜２８ｃが連結されている。図１には、モータ５７ａにブレーキ２８ａが接続されていることが図示されている。すなわち、エンコーダ２６が連結されていないモータ５７にのみブレーキ２８が連結されている。そのため、モータ５７にエンコーダ２６とブレーキ２８の双方を連結する場合と比較すると、モータ付減速装置１００は、軸方向の長さが短い。なお、４つのモータ５７ａ〜５７ｄの全てが同一のトルク特性を有している。

図４に、４つのモータ５７ａ〜５７ｄの制御回路を示す。モータ５７ａ〜５７ｃには、夫々ブレーキ２８ａ〜２８ｃが連結されている。モータ５７ｄにはエンコーダ２６が連結されている。符号７０は制御装置（モータ制御装置）を示しており、エンコーダ２６によって検出されたモータ５７ｄの回転角は、配線７２を介して制御装置７０に入力される。制御装置７０から出力される同一のトルク指令信号は、配線８４を介してモータ５７ａ〜５７ｄに入力される。また、制御装置７０から出力される同一のモータ停止信号は、配線７４を介してモータ５７ａ〜５７ｄに入力される。これらのモータ５７ａ〜５７ｄを組み立てる際は、磁極と巻き線の位相を同一にしている。そのため、モータ５７ａ〜５７ｄは、磁極位相が同期する。
モータ付減速装置１００では、モータ５７ｄの回転角のみを検出し、モータ５７ｄの回転角から内歯歯車１８の回転角を算出している。

上記したように、夫々のクランクシャフト４９の偏心体５０は、外歯歯車２０Ｙの第２貫通孔６８ａ、６８ｃ、６８ｅ、６８ｇに嵌合している。また、外歯歯車２０（外歯歯車２０Ｘ、２０Ｙ）は内歯歯車１８と噛み合っている。従って、複数のモータ５７のうちいずれか一つのモータ５７の回転角を検出すれば、減速ギアユニット１０２の出力部である内歯歯車１８の回転角を得ることができる。モータ付減速装置１００は複数のモータ５７を備えているが、最小数のエンコーダ２６によって、出力部（内歯歯車１８）の回転角を検出することができる。

モータ５７ａ〜５７ｄは、制御装置７０から出力される同一のトルク指令信号によって駆動される。すなわち、全てのクランクシャフト４９に同一のトルクが加えられる。全てのクランクシャフト４９に加えられたトルクは、最終的にひとつの内歯歯車１８に伝達される。従って、例えば瞬間的にモータ５７ａに加わる負荷が大きくなる（モータ５７ａに連結しているクランクシャフト４９に加わる負荷が大きくなる）と、その結果、モータ５７ｂ〜５７ｄに加わる負荷が小さくなる。そうすると、モータ５７ｂ〜５７ｄが増速して、モータ５７ａに加わる負荷を小さくするように働くため、結果的にモータ５７ａ〜５７ｄに加わる負荷が均等になる。すなわち、瞬間的に１つのクランクシャフト４９の加わる負荷が大きくなっても、結果的に４つのクランクシャフト４９に加わる負荷が均等になる。そのため、外歯歯車２０の周方向において、クランクシャフト４９から外歯歯車２０に伝達される力が均等になる。外歯歯車２０にねじれ（変形）が生じたり、モータ５８と外歯歯車２０の間でトルクの伝達精度が低下してしまうといった不具合が生じにくい。その結果、外歯歯車２０の回転バランスを良好に維持することができ、応答性と回転精度の高い減速ギアユニット１０２を実現することができる。
すなわち、モータ付減速装置１００は、モータ５７ａ〜５７ｄの夫々に制御装置を連結する場合と比較して、外歯歯車２０の回転バランスを良好に維持することができ、高精度に高トルクを出力することができる。また、１つの制御装置７０のみで複数のモータ５７を制御するので、低コストのモータ付減速装置を実現することができる。

次に複数のモータ５７の配置について説明する。
図１に示すように、複数のモータ５７は、その外周が減速ギアユニット１０２の中心貫通孔１１０を軸方向に延長した円筒の外側に位置するように配置されている。同時に複数のモータ５７は、内歯歯車１８の外周面を延長した円筒の内側に位置するように配置されている。中心貫通孔１１０内には、配線や配管等（図示省略）を通すことができる。モータ５７が上記した位置に収まる大きさであるため、配線や配管等を、モータ５７に邪魔されることなく、中心貫通孔１１０に通すことができる。また、モータ付減速装置１００全体の外径を、内歯歯車１８の外径以下にすることができる。
本実施例では、内歯歯車１８の外径とキャリアベース２４の外径が等しい。内歯歯車１８の外径（キャリアベース２４の外径）が、減速ギアユニット１０２の外径を規定する。モータ付減速装置１００を他の装置に実装する場合、内歯歯車１８の外径と同じ外径の中空スペースを確保すれば、他の装置内にモータ付減速装置１００を固定することができる。例えばモータ付減速装置１００を産業用ロボットの関節部に使用するときに、関節部の外径を、減速ギアユニット１０２の内歯歯車１８の外径と同程度にすることができる。

中心貫通孔１１０の径をｄとし、内歯歯車１８の外径をＤとしたときに、モータ付減速装置１００は、下記式（１）を満足している。
０．２≦ｄ／Ｄ≦０．５ （１）
例えば内歯歯車１８の外径が１５０ｍｍの減速ギアユニットでは、配線や配管等を通過させるために、一般的に、最大で直径３０ｍｍ程度の孔が必要とされる。内歯歯車１８の外径が大きくなると、それに比例して必要とされる孔も大きくなる。モータ付減速装置１００では、中心貫通孔１１０の径ｄと内歯歯車１８の外径Ｄの関係がｄ／Ｄ≧０．２を満足しているため、中心貫通孔１１０内を配線や配管等を確実に通過させることができる。
また、例えば内歯歯車１８の外径が１５０ｍｍの減速ギアユニットでは、クランクシャフト４９を適切に駆動させるために、一般的に、最小で直径約３７ｍｍ以上のモータ５７が必要とされる。内歯歯車１８の外径が大きくなる（減速ギアユニットのサイズが大きくなる）と、それに比例して大きな直径のモータ５７を使用する必要がある。中心貫通孔１１０の径ｄと内歯歯車１８の外径Ｄの関係がｄ／Ｄ＞０．５になってしまうと、必要なサイズ（内歯歯車１８の外径の約２５％以上）のモータ５７を配置するスペースを確保することが難しい。上記したように、モータ５７の外径が中心貫通孔１１０の内側に張り出すことは好ましくない。モータ付減速装置１００では、中心貫通孔１１０の径ｄと内歯歯車１８の外径Ｄの関係がｄ／Ｄ≦０．５を満足しているため、モータ５７の外径が中心貫通孔１１０の内周面の外側に位置するように配置するとともに、クランクシャフト４９を適切に駆動させることができる。

（第２実施例）
図５に、産業機械の部分断面図を示す。この産業機械は、多関節ロボットの手首関節２００である。手首関節２００は、多関節ロボットの前腕（図示省略）に取り付けられている。手首関節２００は３自由度（即ち３つの回転軸）を有している。３つのモータ付減速装置１００（１００ａ、１００ｂ及び１００ｃ）が手首関節２００に配置されている。夫々のモータ付減速装置が、夫々の回転軸周りの回転を実現している。なお、図５では、モータ付減速装置１００のうち、内歯歯車（出力部）１８、キャリアベース（固定部）２４及びモータ５７のみを図示し、他の部材の図示を省略している。
図５に示すように、前腕（図示省略）の出力部に、第１モータ付減速装置１００ｃの固定部２４が固定されている。第１モータ付減速装置１００ｃの出力部１８に固定部材９２が固定されている。その固定部材９２に、第２モータ付減速装置１００ｂの固定部２４が固定されている。第２モータ付減速装置１００ｂの出力部１８に固定部材９０が固定されている。その固定部材９０に、第３モータ付減速装置１００ａの固定部２４が固定されている。そのため、第１モータ付減速装置１００ｃが駆動すると、第３モータ付減速装置１００ａ、及び第２モータ付減速装置１００ｂが、軸線ＣＬ３の周りに回転する。第２モータ付減速装置１００ｂが駆動すると、第３モータ付減速装置１００ａが、軸線ＣＬ２の周りに回転する。第３モータ付減速装置１００ａが駆動すると、第３モータ付減速装置１００ａの出力部１８に固定されているロボットハンド（不図示）が、軸線ＣＬ１の周りに回転する。なお、第１モータ付減速装置１００ｃの中心貫通孔１１０ｃと第３モータ付減速装置１００ａの中心貫通孔１１０ａを、配線８８が通過している。

上記したように、モータ５７は、その外周が中心貫通孔１１０を軸方向に延長した円筒の外側に位置するように配置されている。そのため、手首関節２００では、配線８８を、モータ５７に邪魔されることなく、中心貫通孔１１０ａ、１１０ｃを通過させることができる。手首関節２００を採用することにより、多関節ロボットの組み立てを容易にすることができる。また、モータ付減速装置１００は、全てのクランクシャフト４９に対応するモータ５７が夫々連結されているので（図１を参照）、小型のモータで高トルクを出力することができる。小型のモータは、駆動時の慣性力が小さいので、駆動時に振動が生じにくい。手首関節２００にモータ付減速装置１００を採用することにより、多関節ロボットの動作を正確に制御することができる。

（第３実施例）
図６に、産業機械の部分断面図を示す。この産業機械は、多関節ロボットの手首関節３００である。図７に、手首関節３００の一部を矢印Ａ方向に観察した外観図を示す。なお、手首関節３００は前述した手首関節２００の変形例であり、手首関節２００と実質的に同じ部品については、同じ符号を付すことにより説明を省略する。
軸線ＣＬ２方向に観察すると、前述した手首関節２００では、モータ付減速装置１００のモータ５７が、手首関節２００の外側（配線８８とは反対側）に位置している。他方、手首関節３００では、第２モータ付減速装置１００ｂのモータ５７が、手首関節３００の内側（配線８８側）に位置している。手首関節３００は、軸線ＣＬ２方向のサイズを手首関節２００よりも小さすることができる。

手首関節３００では、第１モータ付減速装置１００ｃの出力部１８に固定部材９６が固定されている。その固定部材９６に、第２モータ付減速装置１００ｂの固定部２４が固定されている。第２モータ付減速装置１００ｂの出力部１８に固定部材９４が固定されている。その固定部材９４に、第１モータ付減速装置１００ａの固定部２４が固定されている。手首関節３００は、手首関節２００と同様に動く。
また、図７に示すように、モータ５７の外周が中心貫通孔１１０の外側に位置するように配置されている。従って、モータ５７が手首関節３００の内側に位置していても、モータ５７と配線８８が干渉することはない。

上記多関節ロボットは、複数の手首関節を有しており、３つのモータ付減速装置１００（１００ａ、１００ｂ及び１００ｃ）が手首関節２００に配置されている。しかしながら、多関節ロボットの手首関節以外の関節を、モータ付減速装置１００によって駆動させることもできる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

例えば、上記実施例では、内歯歯車が出力部であり、キャリアが固定部（基部に固定される部分）である例について説明した。しかしながら、キャリアが出力部であり、内歯歯車が固定部であってもよい。その場合、内歯歯車を基部に固定する。キャリアが基部に対して回転する。

上記実施例では、モータが、その外周が内歯歯車の外周面を軸方向に延長した円筒の内側に収まっている。しかしながら、モータの外周が内歯歯車の外周面を軸方向に延長した円筒の外側に位置するようなモータを使用していてもよい。モータの直径を大きくすることができるため、高トルクのモータを使用することができる。モータ付減速装置を固定する他の装置の基部の形状と、必要とされるモータトルクに応じて、適宜選択することができる。

上記実施例では、モータの１つにエンコーダが連結されており、他のモータにブレーキが連結されている。しかしながら、２つ以上のモータにエンコーダを連結し、他のモータにブレーキを連結してもよい。モータの回転角を検出する精度がより向上する。必要とされるモータ制動力と、必要とされるモータの回転角の検出精度に応じて、適宜変更することができる。また、モータに、エンコーダとブレーキの双方が連結していてもよい。モータの回転角の検出精度が向上するとともに、モータの制動力も向上する。モータ付減速装置の軸方向のスペースに余裕がある場合等に有効な方策である。

また、第２貫通孔の数は上記実施例に限定されるものではない。必要とされるクランクシャフトの数と、第２貫通孔を通過させたいキャリアの数や面積に応じて適宜変更することができる。

さらに、上記実施例のモータ付減速装置を、ＮＣ旋盤のタレットや割出テーブルなど、産業機械の旋回装置に適用することもできる。これにより、コンパクトで高精度な旋回装置を実現することができる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims (7)

1. 減速ギアユニットと複数のモータを備えるモータ付減速装置であり、
   減速ギアユニットは、
   リング状の内歯歯車と、
   内歯歯車の内側で軸線の周りを偏心回転することが可能であり、中心に第１貫通孔が形成されているとともに、その第１貫通孔の周囲に複数の第２貫通孔が形成されている外歯歯車と、
   シャフトの軸線に対して偏心している偏心体を有しており、その偏心体が第２貫通孔に嵌合している複数のクランクシャフトと、を備えており、
   内歯歯車の軸線を内包し、基部側から第１貫通孔を通って出力側に至る中心貫通孔が形成されており、
   複数のモータは、
   夫々の出力軸が夫々のクランクシャフトに連結されており、
   その外周が減速ギアユニットの中心貫通孔を軸方向に延長した円筒の外側に位置するように配置されており、
   複数のモータの少なくとも１つに、モータの回転角を検出する回転角検出手段が連結されており、複数のモータの他の少なくとも１つに回転角検出手段が連結されていないことを特徴とするモータ付減速装置。
2. 複数のモータが、１つのモータ制御装置から出力される同一のトルク指令信号によって駆動されることを特徴とする請求項１に記載のモータ付減速装置。
3. 複数のモータの全てが同一のトルク特性を有していることを特徴とする請求項２に記載のモータ付減速装置。
4. 複数のモータのうちの回転角検出手段が連結されていないモータにのみブレーキが連結されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ付減速装置。
5. 各々のモータは、その外径が内歯歯車の外周面を軸方向に延長した円筒の内側に収まる大きさであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ付減速装置。
6. 中心貫通孔の内径をｄとし、内歯歯車の外径をＤとしたときに、下記式（１）を満足することを特徴とする請求項５に記載のモータ付減速装置。
   ０．２≦ｄ／Ｄ≦０．５ （１）
7. 旋回装置を有している産業機械であり、その旋回装置が、請求項１から６のいずれか１項に記載のモータ付減速装置によって駆動されることを特徴とする産業機械。

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