JPH0338458B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、同出願人による米国特許願「減速機
ならびにバツクラツシ減少方法」（SerialNo.
344886、1982年２月１日出願）ならびに同出願人
による米国特許願「アンチバツクラツシベアリン
グを有する減速機」（SerialNo.352121、本願と同
日出願）の一部継続出願である。

本発明は、改良駆動システムを有する軌道運動
式減速機に関するものである。より特定すれば、
本発明は、駆動軸に対する半径方向の力を除去
し、そうすることにより、ベアリング構造の寿命
を延ばし、かつ駆動モータの修理もしくは交換を
容易にする駆動システムに関するものである。

外周が外トロコイド曲線を形成する歯車状のロ
ータのエピサイクリツクな運動を利用した減速機
構は、従前から知られている。デザインニユース
（Design News）誌の1961年８月18日刊行の冊に
は、減速機構の基礎をなす単段サイクロイドカム
が記載してある。同様の構造が、本出願人の米国
特許第3998112号に記載されている。以前には、
平歯車を利用した、これに相当する装置が知られ
ていた。フート・ジユニア（Foote Jr.）は、そ
の米国特許第2250259号において、そうした日心
機構を開示している。

この種の減速機構のほとんどは、作動に際し
て、駆動軸もしくはそのベアリングに対する半径
方向の力を発生させるが、この力は、摩耗を増大
させ、駆動軸ならびに関連機構の強化を要求し、
また、駆動軸のために、少なくとも２個の、互い
に間隔をおいて配された支持ベアリングを設ける
ことを必要とする。この半径方向の力を除去もし
くは制限すべく、従来のこの種の装置のうちのあ
るものは、サイクロイドカムと関連ローラの間、
あるいはギヤタイプユニツトの場合には遊星歯車
装置の歯の間に、かなりの許容差があるように作
られている。そうした許容差は、当該ユニツト
を、精確なモーシヨンコントロールの用途に対し
ては不適とするようなバツクラツシを、不可避的
な結果としてもたらすものである。

本発明は、上述の軌道ロータタイプの、精確な
モーシヨンコントロール用途に適した減速機にお
いて具現され、この減速機にあつては、駆動軸と
軌道ロータの間に、補償継手が介在させられる。
この補償継手は、ロータに相対動可能に保持され
たロータ駆動部材と、駆動入力軸に取付けられた
駆動スリーブとを含み、駆動スリーブがその偏心
位置の駆動面をロータ駆動部材に設けられた開口
内の対向面に摺接してこれを偏心的に回動させ
る。これによつて駆動軸に対する半径方向の反力
がほとんど生ぜず、またロータが所定の軌道から
わずかに偏向することを許容される。

ここに開示するユニツトにおいては、駆動軸に
よつて回転させられるロータ駆動部材上に自由回
転可能に取りつけられた軌道ロータが、外周に外
トロコイド曲線を形成し、この外トロコイド曲線
は、固定支持部に設けられた一連のローラの各々
と同時的に係合し、ロータの外周におけるローブ
（lobe）の数は、支持部のローラの数よりも１個
だけ少ない。駆動軸が回転すると、ロータは、軌
道運動を行なうと同時に、ロータにおけるローブ
の数の逆数に等しい減速比で回転する。同様の構
造が、第２の軌道ロータを有する第２段側機構と
して設置され、この第２の軌道ロータは、先に述
べた第１の軌道ロータと一体に形成され、同一の
ロータ駆動部材によつて軌道運動をさせられる。
この第２段側は、出力駆動を更に減速するもので
あるが、この出力駆動は、第２段側のローラを支
持する回転可能な出力デイスクによつて与えられ
る。

本発明によれば、ロータ駆動部材は、駆動スリ
ーブを有するクランク腕によつて回転させられ、
このクランク腕は、回転スラストのみを与え、駆
動軸に半径方向の力を伝えることはしない。この
補償継手は、駆動軸にキー着その他の方法で固定
された駆動スリーブの形態をとることができ、こ
の駆動スリーブは延長して、軌道ロータ内を自由
回転可能に取りつけられた円形のロータ駆動部材
に設けられたスロツトすなわち間口の内面と摺接
する。この駆動スリーブは、ロータ駆動部材内に
おけるスロツトの２つの対向内面と、駆動軸の軸
から半径方向外側へ向けて変位した点において、
摺接する。かくして、この駆動スリーブは、クラ
ンク機構を形成し、ロータ駆動部材におけるスロ
ツトは、ロータ駆動部材ならびにロータアセンブ
リが半径方向に所望の運動を行なうことを許容す
るべく十分な長さを有している。ロータと周囲の
ローラとの間における相互作用によつて発生し、
スロツトの長手方向の軸と平行な第１のラインに
沿つて伝えられる半径方向すなわち駆動軸の軸線
に直交する面内における運動は、結果的には、ロ
ータ駆動部材をそのスロツトの軸に沿つて運動さ
せるのみであつて、クランク腕の有効長がわずか
に変化することを除いて、他には何らの影響も及
ぼさない。スロツトの長手方向の軸に対して垂直
なラインに沿つて伝えられる半径方向の運動の力
は、駆動モータのトルクにのみ対応し、ロータの
軌道運動中にわずかの位相のずれが起こることを
除いて、他に何らの結果ももたらすことがない。
中間角度における運動は、これら２つの効果の組
合せを生じさせる。かくして、駆動軸は、半径方
向の力の原因となるはずの種々の運動の方向とは
無関係に、半径方向の強い力から保護される。

スリーブ延長部の駆動面は、ロータ駆動部材と
の接触個所において円弧を形成するため、スロツ
トの軸に対して垂直な半径方向の運動は、それが
惹き起こすロータ駆動部材のわずかな回転運動に
際してロツキングやバインデイングの原因となる
ことがなく、従つて、上記駆動面は、スロツトの
面と常にしつかり接触した状態に留まり続け、バ
ツクラツシの原因になることがない。駆動スリー
ブの端部に設けられた溝により、該端部は２つの
指片に分かたれ、その各々は、２つの駆動面の一
方をなしており、これらの駆動面は、全負荷状態
の下において発生させられるべき最大トルクに等
しいか、もしくはそれよりも大きな対応力
（compliant force）で偏心されたロータ駆動部
材内のスロツトの面に対して押しつけられる。大
型のユニツトの場合には、指片の駆動面の間の間
隔が、調節ねじによつて精確に調節される。

以下図面を参照して説明すると、図中、符号２
で全体的に示す補償継手は、駆動スリーブ３を含
み、この駆動スリーブ３は、軸４の平坦部８と接
触するセツトねじ６によつて、駆動軸４に固定さ
れる。駆動スリーブ３の一端には、切欠きを設け
ることにより、延長部１２が形成され、この延長
部１２は、ロータ駆動部材１６のスロツト１４内
に延びている。このロータ駆動部材１６は、減摩
ベアリング１８内に回転可能に取りつけられ、ま
た、この減摩ベアリング１８は、軌道ロータ２２
の開口部内に回転可能に保持されている。

各々が軸２６にて支持された14個のローラ２４
は、支持デイスク２８上に取りつけられ、円形等
間隔に配されて、内歯歯車にいくぶん似かよつた
構造を形成する。ロータ２２の外周は、外トロコ
イド曲線により、13個の一連のローブ２２ａを形
成し、常に、ローラ２４と係合している。

入力軸４が駆動させられると、スリーブ延長部
１２は、ロータ駆動部材１６を、軸４の軸から偏
心された円軌道で回転させてロータ２２に軌道運
動を行わせる。その間、ロータ２２の外周面は、
ローラ２４の各々と、常に係合したままであり続
ける。上記軌道運動は、ロータ２２に、自軸を中
心として、軸４の回転速度の13分の１に等しい回
転速度で、軸４とは反対の方向に回転させる。軌
道ロータならびにその関連ローラの作動の詳細に
ついては、先述の２つの米国出願と合せて参照さ
れる同出願人の米国特許第3998112号に述べられ
ている。

機械加工の精度の限界と、温度変化や、かけら
れる負荷より生ずるストレス等の、環境ならびに
作動上の諸要素のため、駆動機構に対する半径方
向の力が生ずることのないような精確なユニツト
を構成することは、通常の方法では不可能であ
る。諸寸法において、十分な公差が設けられてい
ないと、駆動機構に対する非常に大きな半径方向
の力が生ずることがあり得る。先に述べた米国特
許願「減速機ならびにバツクラツシ減少方法」に
おいては、サイクロイドロータに係合する各ロー
ラが、コントロールされた全方向追従性を与え
る、予負荷をかけられた構造によつて支持された
配置が開示されている。この、全方向追従性と協
働する予負荷は、全てのローラの間の負荷を均等
にしつつ、機構のバインデイングを防止する。ロ
ーブとローラとの接圧力は各部位で種々の大きさ
になり得るので、ローラの間の負荷の有効な分配
が得られる。他の諸要因を補償しかつバツクラツ
シを防止すべく十分な追従性をユニツトがまだ有
していない時に負荷が加えられて、そのためにロ
ーラの実質的な偏向の起こることのないように、
ローラの支持体は十分な剛性を有していなければ
ならない。このような処置により、ほとんどバツ
クラツシを生ずることなく、駆動方向を反転する
ことが可能となる。これは、モーシヨンコントロ
ールの用途においては重要な利点である。ローラ
の位置にそうした追従性があると否とにかかわら
ず、半径方向の運動は生じ得るのであつて、これ
は吸収されない限り、駆動機構に対する実質的な
力を発生させることになる。この運動の吸収の目
的に、スプリングもしくはゴム等の弾性材を使用
することは、モーシヨンコントロールシステムに
おける安定性の欠如もしくは過渡揺動につながる
ものであり、従つて、避けるべきである。

補償継手２の駆動スリーブ３は、第２図ないし
第４図において、より詳細に示してある。スリー
ブ３のシリンダ状部分３４は、ねじの切つてある
開口部３６を有しており、これはねじ６を受け
る。シリンダ状部分３４と一体に形成された延長
部１２は、シリンダ状部分の円周のほぼ３分の１
を占める範囲に延びている。延長部１２の対向駆
動面３８および４２は、軸４に対して垂直な平面
内において円弧を形成し、この円弧の直径は、ス
ロツト１４の幅に等しい（第１図）。スリーブ延
長部１２に関してスロツト１４従つてロータ駆動
部材１６を回転させる運動が生じた際、円弧状の
駆動面３８および４２は、スロツトの隣接内面に
対し、しつかり接触し続ける。円弧の直径がスロ
ツトル１４の幅よりも大きいと、バインデイング
が起こりがちになり、反対に、これよりも小さい
と、接触が失なわれて、バツクラツシもしくは空
動の原因となる。更に、駆動面３８および４２
は、第２図に示すように、スリーブ３の長手方向
の軸に平行な方向に沿つて、中高に作られてい
る。

駆動スリーブ３の駆動面３８および４２は、ス
ロツト１４における直線状の対向内面と接触す
る。この継手が減速機内にバツクラツシもしくは
空動を惹き起こすことを更に完全に防ぎ、かつ一
切のバインデイングを回避するべく、駆動面３８
および４２は、スロツト１４の内面と常に密接に
接触した状態に維持される。延長部１２を２つの
指片１２ａおよび１２ｂに分ける伸縮溝４４によ
つて、弾力が与えられる。駆動面３８および４０
は、スロツト１４の内面に対して常に一定の押圧
力を維持するべく寸法づけられ、スリーブ３の指
片１２ａおよび１２ｂの剛性は、全駆動トルクの
もとにおいて、指片のたわみがほとんど起こらな
い程度にされる。スロツト１４の端部４６および
４８（第１図）は、曲線状に作られ、スロツト１
４の長さは、ロータ２２を一連のローラ２４に接
して軌道運動させるためのロータ駆動部材１６の
旋回を許容するに足るだけの寸法にされる。

大型のユニツトの場合には、必要とされる動力
の関係から、上述のような指片１２ａ，１２ｂの
弾力に依存する単純な追従性の構造を使用できな
い場合があり、幅の固定調節の可能なスリーブ延
長部が望まれる。第６図に示した例においては、
先の場合と同様のスリーブ延長部１２の指片１２
ｂは調節ねじ５０と螺合しており、このねじ５０
は、溝４４を越えて、指片１２ａの隣接面に当接
する。

作動に際し、補償継手２において駆動スリーブ
３がロータ駆動部材１６に回転力を加え続ける
間、ロータ駆動部材１６の第１図におけるＹ−Ｙ
線に平行な方向の従動によつて、駆動軸４に対し
て何ら半径方向の力が及ぶことなく、ロータ２２
にＹ−Ｙ線に沿う半径方向の運動が生ずる。一
方、ロータ駆動部材１６の第１図Ｘ−Ｘ線方向の
従動は、モータのトルクに抗する回転運動を生
じ、回転に伴い周期的に位相を変化する。この
間、ロータ駆動部材１６がＸ−Ｘ線上で受ける力
は、軸４による駆動トルクより生じ、その大きさ
は同トルクを駆動スリーブ３の延長部１２におけ
るクランク腕の長さで割つた値に等しい。

軸４は、本例の場合、減速機の一端にねじ５４
にて適当に固定された平形モータ５２（第５図）
により駆動される。先に引用したこの種の装置の
従来技術例においては、駆動軸は減速ユニツト内
の２つのベアリングにて支持されているが、本例
の場合においては、モータ駆動軸は、スリーブ３
に固定され、このスリーブ３が、減速ユニツト内
における軸４のための唯一の支持ベアリングとな
つている。このような構造は、軸４に対する半径
方向の力の制限のゆえに、可能となる。

第５図の例においては、デイスク２８は減速機
のハウジングと一体になつている。ロータ２２は
２段式のロータであつて、その第２段側は出力デ
イスク５６を駆動する。デイスク５６は、ベアリ
ング面５８によつてデイスク２８に対する回転を
行なうように取りつけられる。このような減速機
の構成要素については、補償継手を除き、全て、
本出願人による米国特許第3998112号ならびに先
に引用した一部継続出願に、より詳細に述べてあ
る。

ここに示した配置は、減速機構の一端のみから
出入すればよいことにより、モータ５２の交換を
容易にするものである。モータの取り外しは、単
に、モータ取り付けねじ５４を外すだけでなされ
得る。このようなモータ取り外し方法は、例えば
ロボツトのアーム等のための原動力ならびに位置
決め装置等のモーシヨンコントロール装置として
減速機を使用する場合に、特に有利である。なぜ
なら、ロボツトアーム、もしくはその他の重い、
あるいは複雑な機構は、本例ではモータとは反対
の側の減速機端部に固定されているが、従来式の
減速機の場合は、モータの交換もしくは修理を行
う目的で、減速機からこれらを取り外す必要があ
つたからである。

以上説明したように、ここに開示した減速機
は、通常の減速用途に適するものであるが、特
に、バツクラツシが支配的な問題となつている、
精確なモーシヨンコントロール用途に適してい
る。ここで示した特定の構造は、本発明を説明す
るためのものであつて、本発明の枠を出ることな
く種々の改変を行ない、個々の特定の用途に対し
て適用し得ることは明白である。

本発明の減速機は、ロータを軌道運動させるた
めの駆動機構に、入力軸に固定される軸側の継手
スリーブと、ロータの開口円内に回転可能に保持
されるロータ駆動部材とを結合して成る補償継手
を有し、継手スリーブの軸方向延長部の両側面に
１対の弧状駆動面を偏心状に形成し、ロータ駆動
部材の軸方向の開口内に対向平面を形成し、継手
スリーブ延長部をこの開口に挿入して前記１対の
弧状駆動面と前記開口内の対向平面とを常時摺動
係合するように構成したので、作動中にこれらの
摺動係合面には、入力軸の正転、逆転にかかわら
ずバツクラツシを生じることがなく、減速機の作
動状態を常に安定にし、かつ起動、反転時におけ
る過渡揺動を防止できる。また継手スリーブはロ
ータ駆動部材に前記摺動係合を介して開口内の偏
心位置での回転力を主として伝達するため、回転
するロータとその周縁に位置する一連のローラと
の係合によつて生起されるロータの軌道運動に伴
う半径方向の作動力は駆動入力軸にほとんど及ぶ
ことがなく、従つて駆動入力軸の支持ベアリング
は特に強化を必要とせず、さらには支持機構の簡
略化によつて駆動モータと減速機本体との着脱を
容易にできる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は、本発
明を具現するモーシヨンコントロールユニツトの
出力端の概略図、第２図は、駆動スリーブの上面
図、第３図は、第２図の３−３線による断面図、
第４図は、第３図の４−４線視の端面図、第５図
は、本発明を具現する減速機の断面図、第６図
は、第４図と同様の図で、スリーブ延長部の幅を
調節するための調節ねじを示す図である。 ２…補償継手、３…スリーブ、４…駆動軸、１
２…延長部、１２ａ，１２ｂ…指片、１４…スロ
ツト、１６…ロータ駆動部材、２２…ロータ、２
４…ローラ、３８，４２…駆動面、４４…溝、５
０…調節ねじ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外周が複数個の等間隔に配置されたローブを
   形成する滑らかな曲面に限定されている軌道運動
   ロータと、このロータの外周面に同時に係合する
   よう一円周上に等間隔に配置された複数個のロー
   ラと、前記ロータに軌道運動を行なわせるための
   駆動機構とを有する減速機であつて、前記駆動機
   構は駆動入力軸と、この入力軸に固定される軸側
   の継手スリーブと、前記ロータの開口円内に回転
   可能に保持されてロータ側の継手部材をなすロー
   タ駆動部材とを有し、前記継手スリーブはそのス
   リーブ状の基部から周の一部を切欠いた延長部を
   軸方向に延出し、この延長部の両側面にそれぞれ
   弧状の第１、第２の駆動面を偏心状に形成してお
   り、前記ロータ駆動部材はその内部に間隔を置い
   て対向する実質的に平行な面を含む開口を軸方向
   に貫通しており、前記第１、第２の駆動面とロー
   タ駆動部材の開口内の前記対向面とがそれぞれ摺
   動係合して回転力を伝えることを特徴とする補償
   継手を有する軌道運動式減速機。 ２ 前記継手スリーブがその延長部に前記各駆動
   面を側方に形成した１対の指片を有し、各指片が
   弾性を有して前記開口内の対向面にそれぞれ圧接
   される特許請求の範囲第１項記載の補償継手を有
   する軌道運動式減速機。 ３ 前記継手スリーブがその延長部に前記各駆動
   面を側方に形成した１対の指片を互いに間隔を保
   つて有し、これら指片の隣接面間の距離を変える
   ための調節部材が配設されている特許請求の範囲
   第１項に記載の補償継手を有する軌道運動式減速
   機。 ４ 前記駆動面の各々が前記駆動入力軸の軸線に
   対して平行する方向において中高に形成されてい
   る特許請求の範囲第１項に記載の補償継手を有す
   る軌道運動式減速機。 ５ 前記駆動面は、前記駆動入力軸の軸線に対し
   て垂直な面内において共通な円の円弧を形成し、
   この円弧の直径は前記ロータ駆動部材の開口にお
   ける前記対向面間の幅と実質的に等しい特許請求
   の範囲第１項に記載の補償継手を有する軌道運動
   式減速機。 ６ 前記継手スリーブの延長部は、長手方向の中
   央溝を有し、この溝の両側に第１および第２の指
   片を形成し、これらの指片はそれぞれ前記駆動面
   を備え、これら駆動面間の自由状態における距離
   は、前記ロータ駆動部材の開口における対向平行
   面間の幅よりもわずかに大であつて、前記２つの
   指片が前記開口内に位置された際に前記駆動面と
   前記対向平行面との間に所要の押圧力が維持され
   る特許請求の範囲第２項に記載の補償継手を有す
   る軌道運動式減速機。 ７ 前記駆動面の各々は、前記駆動入力軸の軸線
   に対して平行する方向において中高に形成されて
   いる特許請求の範囲第６項に記載の補償継手を有
   する軌道運動式減速機。 ８ 前記駆動面の各々は、前記駆動入力軸の軸線
   に対して垂直な平面内において円弧を形成し、こ
   の円弧の直径は、前記開口内の対向面間の距離に
   実質的に等しい特許請求の範囲第６項もしくは第
   ７項のいずれか１つに記載の補償継手を有する軌
   道運動式減速機。