JP2015175380A - 減速機およびアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】減速機は、１段式構造と、２段式構造とで、中間歯車の回転が伝達される部材だけを異なる構造とする減速機およびアクチュエータを提供する。【解決手段】減速機は、固定内歯車２１と固定内歯車２１に噛み合って公転および自転する中間歯車２２とを備える。変速機は、回転駆動力を外部に出力する１段減速出力軸部４１または２段減速出力軸部２４を備える。中間歯車２２は、固定内歯車２１と噛み合う外歯車２３と、外歯車２３に対して同軸上で一体に回転可能に設けられて当該中間歯車２２の自転および公転を伝達する回転内歯車２６と、中間歯車２２の自転を伝達する伝達部３８とを備える。１段減速出力軸部４１は、伝達部３８に係合して伝達部３８から中間歯車２２の自転が伝達される被伝達部４２を備える。２段減速出力軸部２４は、回転内歯車２６に噛み合って回転力が伝達される出力外歯車２５を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ハイポサイクロイド歯車機構を備える減速機およびアクチュエータに関する。

従来、モータと減速機を備える汎用の小型アクチュエータにおいて、減速機にハイポサイクロイド歯車機構を用いたものが提案されている（特許文献１参照）。
ハイポサイクロイド歯車機構としては、特許文献１に示されるようにハイポサイクロイド歯車機構を２段有するものと１段だけ有するものが知れている。
以下、２段有するものと１段だけ有するものついて、それぞれ図４および図５を用いて簡単に説明する。

図４に示すように、２段のハイポサイクロイド歯車機構を有する減速機は、内歯車であるとともにアクチュエータまたは減速機のケーシング等に固定されている固定歯車１と、モータの駆動軸に偏心して設けられる偏心軸２に回転自在に支持される中間歯車３と、回転駆動力を外部に出力する出力側軸部４と一体に回転する内歯車である出力歯車５（歯が無い外周面側を図示）とを備えている。また、中間歯車３は、固定歯車１に噛み合う平歯車（外歯車）である第１歯車部６と、出力歯車５に噛み合う平歯車である第２歯車部７とを同軸上に一体に設けたもので、第１歯車部６と第２歯車部７とが一体に回転する。

中間歯車３は、駆動軸に設けられた偏心軸２により、固定歯車１の内側を公転させられることになり、この際に固定歯車１に噛み合う第１歯車部６により中間歯車３が自転する。この公転して自転する中間歯車３の第２歯車部７が出力歯車５に噛み合っており、公転して自転する中間歯車３により、出力歯車５が出力側軸部４と一体に回転する。これにより、固定歯車１と第１歯車部６とで減速されるとともに、第２歯車部と出力歯車５とで減速されることになる。なお、駆動軸と出力歯車５（出力側軸部４）とは同軸上に配置される。

また、１段のハイポサイクロイド歯車機構を有する減速機は、図５に示すように、内歯車であるとともにアクチュエータまたは減速機のケーシングに固定されている固定歯車１１と、モータの駆動軸に偏心して設けられる偏心軸１２に回転自在に支持される中間歯車１３と、回転駆動力を外部に出力する出力側軸部１４と一体に回転するとともに、中間歯車１３に係合している係合部１５とを備えている。

中間歯車１３は、駆動軸に設けられた偏心軸１２により、固定歯車１１に噛み合うとともに、固定歯車１１の内側を公転しながら自転する。また、係合部１５は、中間歯車１３に係合した状態で伝動されて回転することになるが、中間歯車１３が公転するのに対して、係合部１５は、駆動軸および出力側軸部１４と同軸上で回転するようになっており、中間歯車１３と係合部１５との係合においては、中間歯車１３の公転による偏心分が吸収され、自転だけが伝達されるようになっている。例えば、図５に示すように、中間歯車１３の歯の内側に、円周方向に沿って複数の円柱状の凸部１６が並んで設けられている。これらの円柱状の凸部１６は、駆動軸（出力側軸部１４）に対して軸心が平行にされ、かつ、中間歯車１３の所定の半径位置の円周上に互いに等間隔に配置されている。

それに対して、係合部１５は、出力側軸部１４の軸心を中心とする円板状に設けられ、中間歯車１３の上述の所定の半径位置と、同じ半径位置に凸部１６が挿入される凹部１７が設けられている。なお、ここでは、凹部１７は、円柱状の貫通孔になっている。また、凹部１７の内径は、凸部１６の外径より大きくなっており、凸部１６が中間歯車１３と一体に公転しても、係合部１５を出力側軸部１４の軸心を回転中心として回転可能になっている。すなわち、凸部１６と凹部１７は、中間歯車１３の公転と自転とのうちの自転だけを係合部１５に伝達するようになっている。

このようなアクチュエータ（減速機）においては、減速比（変速比）が固定であるが、使用状況等により、異なる減速比のアクチュエータが必要となる。したがって、減速比が異なる複数の製品を提供することになるが、基本的に減速比を変更する場合に、各歯車の径や歯数等の設計を変更する必要があり、減速比が異なる場合に、基本的に使われている歯車の全てが異なるものとなる可能性が高い。

そこで、上述のような１段または２段のハイポサイクロイド歯車機構を備える減速機（アクチュエータ）を、入力軸部と、変速機構部と、出力軸部とに分け、入力軸部に複数の部品からなる複数のユニットを設定し、変速機構部に複数の部材からなる複数のユニットを設定し、出力軸部に上述の１段用と２段用の２種類のユニットを設定することにより、減速比の異なる多品種の減速機（アクチュエータ）をシリーズとして製造可能とすることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第４３０３６６７号公報 特開２０１３−２０００３８号公報

ところで、複数の部材かならなるユニットの組み合わせからなる特許文献２の減速機では、出力軸部に、２段用の内歯車を有するユニットと、１段用の凸部（内ピン）を有するユニットとがあり、１段のハイポサイクロイド歯車機構を有する減速機にするか２段のハイポサイクロイド歯車機構を有する減速機にするかで、上述の出力軸部のユニットを変更する必要がある。また、内歯車を有する出力軸部のユニットに噛み合う平歯車を備えた変速機構部のユニットと、内ピン（凸部）を有する出力軸部のユニットに係合するピン孔（凹部）を有する変速機構部のユニットとは、異なるユニットとなる。したがって、１段用と２段用とを変更する場合には、少なくとも出力軸部と、変速機構部とでそれぞれ異なるユニット（部材）を使用する必要がある。この場合に、少なくとも出力軸部の部材と、変速機構部の部材とをそれぞれ変更する必要があり、シリーズ化の際に必要とされる部材数はそれほど少なくならない。

少なくとも１段のハイポサイクロイド減速機と、２段のハイポサイクロイド変速機との製造においては、出力軸部と、変速機構部とのそれぞれにおいて、１段用の互いに係合する部材と、２段用の互いに噛み合う内歯車および平歯車とを変更する必要がある。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、固定の内歯車と、この内歯車に噛み合って公転するとともに自転する中間歯車とを備え、この中間歯車の自転を外部に出力する１段式構造と、この中間歯車の回転をさらに減速して外部に出力する２段式構造とで、中間歯車の回転が伝達される部材だけを異なる構造とする減速機およびアクチュエータを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の減速機は、固定的に支持される固定内歯車と、駆動源に回転駆動される駆動軸に設けられ、当該駆動軸に対して偏心している偏心軸と、前記偏心軸により前記固定内歯車に噛み合って公転し、かつ、前記偏心軸回りに自転する中間歯車と、前記駆動軸と同軸上に回転自在に配置されて回転駆動力を外部に出力する１段減速出力軸部または２段減速出力軸部とを備え、
前記中間歯車は、前記固定内歯車と噛み合う外歯車と、当該外歯車に対して同軸上で一体に回転可能に設けられて当該中間歯車の自転および公転を伝達する伝達歯車と、当該中間歯車の自転を伝達する伝達部とを備え、
前記１段減速出力軸部は、前記伝達部に係合して前記伝達部から前記中間歯車の自転が伝達される被伝達部を備え、
前記２段減速出力軸部は、前記伝達歯車に噛み合って回転力が伝達される被伝達歯車を備えることを特徴とする。

本発明のアクチュエータは、上述の減速機および駆動軸を備えるとともに、前記駆動軸を回転させる駆動源とを備えることを特徴とする。

このような減速機およびアクチュエータにおいては、１段減速出力軸部を備える状態では、１段式の減速機となり２段式減速機に比較して小さな減速比の減速機となる。また、減速機が２段減速出力軸部を備える状態では、２段式の減速機となり１段式の減速機に比較して大きな減速比の減速機となる。

ここで、偏心軸、固定内歯車、中間歯車は、１段式減速機でも２段式減速機でも共通して用いられる共通部品であり、１段式減速機と２段式減速機とで異なるのは、１段減速出力軸部と、２段変速出力軸部とである。また、１段式減速機と２段式減速機とで、それぞれラジアル軸受が必要となるが、ラジアル軸受を共通化することは可能である。

また、減速機を備えるアクチュエータとした場合に、モータやケーシング等を共通化することが可能である。なお、伝達部および被伝達部が、内ピン（凸部）とピン孔（凹部）で構成される場合に、中間歯車側に軸方向に突出しないピン孔を設け、１段減速出力軸部に内ピンを設けることが好ましい。この場合に、中間歯車に軸方向に沿って出力側に内ピンが突出した状態とならず、中間歯車に２段減速出力軸部を取り付ける際に内ピンが邪魔になるのを防止できる。また、伝達歯車と被伝達歯車とは、外歯車と内歯車との組み合わせであるが、どちらが外歯車となってもどちらが内歯車となってもよい。また、１段減速出力軸部と２段減速出力軸部とを略同じ外径とすることが可能で、かつ、軸方向長さを略同じとすることが可能である。したがって、減速機または減速機を備えるアクチュエータとして同じサイズのケースを用いることができるとともに、その他付随する部材として同じサイズの部材を用いることが可能である。この場合に、外観が略同じになることから１段式減速機と２段式減速機とを同じシリーズ製品として製造し易い。

本発明によれば、１段階の減速を行う１段式減速機と、２段階の減速を行う２段式減速機との構造上の違いを略１つの部品の違いとすることが可能になり、１段式減速機と、２段式減速機との両方を略同じ規格サイズで製造、販売する場合に、２種類の減速機の製造を容易としてコストの低減を図ることができる。同様にこれら減速機を備えるアクチュエータの製造を容易としてコストの低減を図ることができる。
また、減速比の異なる複数種類の減速機またはアクチュエータを製造する場合に、容易に１段式減速機を２段式減速とし、２段式減速機を１段式減速機とすることができる。すなわち、容易に減速比のバリエーションを２倍にすることが可能である。

本発明の第１の実施の形態の２段式減速機を示す図であって、（ａ）が分解斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の逆から見た要部分解斜視図である。 同、１段式減速機を示す図であって、（ａ）が分解斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の逆から見た要部分解斜視図である。 同、２段式減速機を備える２段式アクチュエータを示す断面図である。 従来の２段式の減速機を示す分解斜視図である。 従来の１段式の減速機を示す分解斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１から図３に示すように、本実施の形態の減速機を備えるアクチュエータは、基本的に１つの部品を変更することにより、２段階の減速で駆動源（図３に図示：モータ５１）の回転駆動力を出力する２段式減速機２０を備える２段式アクチュエータ５０と、１段階の減速でモータ５１の回転駆動力を出力する１段式減速機４０を備える１段式アクチュエータ（図示略）とのいずれかになる。

まず、図１および図３を参照して２段式アクチュエータ５０について説明する。
２段式アクチュエータ５０は、モータ５１と、２段式減速機２０とを備えるものであり、モータ５１の回転駆動力を出力するに際し、回転駆動力における回転を減速して、トルクを高めて外部に出力するようになっている。
また、本実施の形態において、モータ５１は、所謂小型モータの範疇に含まれるモータであり、２段式アクチュエータ５０は、汎用の小型なアクチュエータである。

モータ５１は、例えば、ＤＣモータであるが、電動モータならば各種モータを採用することができる。モータ５１は駆動軸５２を備え、駆動軸５２が回転することにより、回転駆動力を２段式減速機２０に出力する。

２段式アクチュエータ５０の２段式減速機２０は、例えば二重のハイポサイクロイド歯車機構を備える減速機であり、２段式アクチュエータ５０のケーシング５５に固定された固定内歯車２１と固定内歯車２１に噛み合う外歯車２３を有する中間歯車２２を備えている。また、２段式減速機２０は、２段減速出力軸部２４を備え、中間歯車２２の公転と自転とに基づいて回転駆動力をさらに減速して外部に出力するようになっている。

中間歯車２２は、固定内歯車２１に噛み合う外歯車（平歯車）２３に加えて、後述の２段減速出力軸部２４の出力外歯車（被伝達歯車）２５に噛み合う回転内歯車（伝達歯車）２６を備える。
上述のように２段減速出力軸部２４には、出力外歯車２５が備えられている。

図３に示すように、固定内歯車２１は、２段式アクチュエータ５０のケーシング５５に固定されるが、ケーシング５５は、モータ側ケーシング５３と、減速機側ケーシング５４とからなっており、固定内歯車２１は、減速機側ケーシング５４に回転不可となるように固定されている。なお、固定内歯車２１の外周面には、２箇所の回転止め凹部３０が設けられ、ケーシング５５側の図示しない凸部に嵌合して回転できないようにされている。また、固定内歯車２１は、駆動軸５２が貫通する貫通孔２７が設けられるとともに、貫通孔２７内に駆動軸５２を回転自在に支持するラジアル軸受２８が設けられている。

また、固定内歯車２１は、略円板状の部材で、モータ５１の反対側の面に円柱状の凹部２９が設けられ、当該凹部の内周面に歯が設けられている。
中間歯車２２は、固定内歯車２１のモータ５１の反対側に配置されている。中間歯車２２の固定内歯車２１側には、固定内歯車２１の凹部２９内の歯に噛み合う外歯車２３が設けられ、その反対側には、２段減速出力軸部２４の出力外歯車２５に噛み合う回転内歯車２６を備える。

また、回転内歯車２６は、中間歯車２２の２段減速出力軸部２４側の面に形成された円柱状の凹部３１の内周面に歯が形成されている。また、中間歯車２２では、外歯車２３と回転内歯車２６とが同軸上に設けられるとともに一体に形成されている。

また、中間歯車２２は、その中央部に偏心軸５６が貫通する貫通孔３２が設けられている。この偏心軸５６の外周面と、中間歯車２２の貫通孔３２の内周面との間にラジアル軸受３３が設けられている。このラジアル軸受３３を介して、中間歯車２２が偏心軸５６回りに回転自在とされている。

また、中間歯車２２は、前記回転内歯車２６の内側で、貫通孔３２の外側の所定半径となる位置に、周方向に沿って並んで複数の凹部３７が設けられている。例えば、凹部３７は、周方向に並んで８個が設けられている。凹部３７は、円孔となっており、１段式減速機４０の場合に、回転内歯車２６の公転と自転とのうちの自転を１段減速出力軸部４１の被伝達部４２の円柱状の凸部（内ピン）４３に伝達するためのものである。すなわち、中間歯車２２の外歯車２３の歯の内側の凹部３７が設けられた部分が伝達部３８となり、上述の被伝達部４２に中間歯車２２の自転を伝達することになる。なお、１段式減速機４０の詳細については後述する。

偏心軸５６には、駆動軸５２が貫通している。偏心軸５６は、駆動軸５２に対して偏心しているとともに、駆動軸５２と一体に回転可能になっている。
２段減速出力軸部２４は、中間歯車２２の回転内歯車２６に噛み合う出力外歯車２５が設けられるとともに、その中央部に出力軸３４が嵌合する嵌合孔３５が設けられている。２段減速出力軸部２４においては、出力外歯車２５と出力軸３４とが同軸上に一体に設けられて一体に回転するようになっている。

このような２段式減速機２０およびこの２段式減速機２０を備える２段式アクチュエータ５０においては、モータ５１の回転駆動力が駆動軸５２に設けられた偏心軸５６を介して中間歯車２２に伝達されて中間歯車２２を公転させる。これにより、固定内歯車２１に噛み合う中間歯車２２の外歯車２３が中間歯車２２を自転させる。この際にモータ５１の駆動軸５２の回転が中間歯車２２の自転に減速される。次に、中間歯車２２の回転内歯車
２６の公転と自転とが２段減速出力軸部２４の出力外歯車２５に伝達されるとともに減速される。すなわち、伝達歯車である回転内歯車２６の公転と自転とからなる回転力が、被伝達歯車である出力外歯車２５に伝達される際に減速される。

次に、１段式減速機４０および１段式アクチュエータについて説明する。
２段式減速機２０および２段式アクチュエータ５０と、１段式減速機４０および１段式アクチュエータとの違いは、基本的に、２段減速出力軸部２４を備えるか、１段減速出力軸部４１を備えるかの違いであり、その他のアクチュエータの部品は、１段式減速機４０および１段式アクチュエータと、２段式減速機２０および２段式アクチュエータ５０とで共通部品となる。

すなわち、２段式減速機２０および２段式アクチュエータ５０における固定内歯車２１、中間歯車２２、ラジアル軸受２８、ラジアル軸受３３、モータ５１、駆動軸５２およびケーシング５５等は共通部品であり、１段式減速機４０および１段式アクチュエータでも同様に用いられる。

１段減速出力軸部４１は、円板状の被伝達部４２の嵌合孔４５に出力軸３４が嵌合しているとともに、中間歯車２２の伝達部３８の凹部３７に挿入される複数の凸部４３を有するものである。被伝達部４２の凸部４３は、伝達部３８の所定半径位置に周方向に沿って等間隔に配置された凹部３７と同様の数だけ設けられるとともに、伝達部３８の所定半径位置と同じ被伝達部４２の所定半径位置に周方向に沿って等間隔で配置されており、全ての凹部３７に凸部４３が挿入されるようになっている。

上述のように凹部３７が円孔であり、凸部４３が円柱であり、凹部３７の内径が凸部４３の外径より大きくなっており、凹部３７を備える中間歯車２２が公転しながら自転した場合に、凹部３７に凸部４３を挿入させた状態で駆動軸５２と同心的に回転する１段減速出力軸部４１が中間歯車２２の自転と同様の回転速度で回転することになる。

したがって、１段式減速機４０では、その減速比が２段式減速機２０の中間歯車２２までの減速比となり、２段式減速機２０では、中間歯車２２までの減速比に、さらに、中間歯車２２の回転内歯車２６と出力外歯車２５との減速比を加えた減速比となる。

本実施の形態では、１段式減速機４０および２段式減速機２０において、中間歯車２２に、１段減速出力軸部４１の被伝達部４２の凸部４３が挿入されて中間歯車２２の自転を伝達するための伝達部３８の凹部３７が設けられるだけではなく、２段減速出力軸部２４の出力外歯車２５が噛み合う回転内歯車２６が設けられている。

したがって、中間歯車２２は、凹部３７を有する伝達部３８と、回転内歯車２６との両方を備えているので、１段減速出力軸部４１と、２段減速出力軸部２４とのいずれにも回転駆動力を伝達可能となっている。したがって、１段減速出力軸部４１と２段減速出力軸部２４とのいずれを用いるかで、１段式減速機４０か２段式減速機２０が決まることになる。

なお、伝達部３８と、被伝達部４２の回転駆動力の伝達に、円孔である凹部３７とそれより径の小さい円柱である凸部４３を用いたが、互いに偏心して回転する伝達部３８と被伝達部４２とで回転を伝達できるものであれば、円孔と円柱である必要はなく、他の形状の凹部や凸部であってもよいし、互いに係合する部材ならば必ずしも凸部と凹部でなくてもよい。

また、中間歯車２２の伝達部３８側に凹部３７を設け、１段減速出力軸部４１の被伝達部４２側に凸部４３を設けたが、伝達部３８側に凸部を設け、被伝達部４２側に凹部を設けてもよい。但し、伝達部３８側に設けた凸部が、回転内歯車２６と出力外歯車２５との噛み合いの邪魔にならない位置に配置される必要がある。

また、中間歯車２２に内歯車である回転内歯車２６を設け、２段減速出力軸部２４に外歯車である出力外歯車２５を設けたが、中間歯車２２側を外歯車とし、２段減速出力軸部２４側を内歯車としてもよい。いずれにしろ、中間歯車２２と２段減速出力軸部２４との間で、内歯車と外歯車とが噛み合っていればよい。

２０ １段式減速機
２１ 固定内歯車
２２ 中間歯車
２３ 外歯車
２４ １段減速出力軸部
２５ 出力外歯車（被伝達歯車）
２６ 回転内歯車（伝達歯車）
３８ 伝達部
４０ ２段式減速機
４１ ２段減速出力軸部
４２ 被伝達部
５０ ２段式アクチュエータ
５１ モータ（駆動源）
５２ 駆動軸
５６ 偏心軸

Claims (2)

1. 固定的に支持される固定内歯車と、駆動源に回転駆動される駆動軸に設けられ、当該駆動軸に対して偏心している偏心軸と、前記偏心軸により前記固定内歯車に噛み合って公転し、かつ、前記偏心軸回りに自転する中間歯車と、前記駆動軸と同軸上に回転自在に配置されて回転駆動力を外部に出力する１段減速出力軸部または２段減速出力軸部とを備え、
   前記中間歯車は、前記固定内歯車と噛み合う外歯車と、当該外歯車に対して同軸上で一体に回転可能に設けられて当該中間歯車の自転および公転を伝達する伝達歯車と、当該中間歯車の自転を伝達する伝達部とを備え、
   前記１段減速出力軸部は、前記伝達部に係合して前記伝達部から前記中間歯車の自転が伝達される被伝達部を備え、
   前記２段減速出力軸部は、前記伝達歯車に噛み合って回転力が伝達される被伝達歯車を備えることを特徴とする減速機。
2. 請求項１に記載の減速機および駆動軸を備えるとともに、前記駆動軸を回転させる駆動源を備えることを特徴とするアクチュエータ。

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