JP5130184B2 - 回転検出器付き減速装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転検出器が付設された減速装置に関する。

例えば、特許文献１に、図７に示されるような回転検出器付き減速装置Ｇ０が開示されている。この減速装置Ｇ０は、いわゆる偏心揺動内接噛合型と称されるもので、減速機構部として入力軸１２と同軸で、該入力軸１２を囲むように配置された第１軸１４と、該第１軸１４と同軸で該第１軸１４を囲むように配置された第２軸１６と、第１軸１４と第２軸１６との間に介在され第１軸１４と第２軸１６の一方が他方に回転自在に支持されるように組み込んだ軸受１８及び２０と、を備え、更に、第１軸１４と第２軸１６の一方を固定したときに、入力軸１２に入力された回転が減速されて第１軸１４又は第２軸１６の他方から出力される減速機構２２を備えている。

この減速装置Ｇ０には、第１軸１４と第２軸１６との間に介在され、該第１軸１４と第２軸１６の一方に対する他方の回転情報を検出する回転検出器２４が備えられている。

回転検出器２４は、円筒形であり、外周面２４ａに磁気により位置情報を記録しているインクリメンタルタイプの符号板２６と、該符号板２６の位置情報を検出してその位置情報を電気信号に変えて出力する検出部２８と、検出部２８が出力した電気信号を処理する電子装置３０と、から構成されている。なお、符号板２６は、非磁性体、例えばアルミニウムと、非磁性体の外周に塗布されて位置情報を記録された磁性体と、から構成されており、位置情報を記録された磁性体が第１軸１４に直接触れることがないようになっている。

特開２００１−９９２４５号公報

しかしながら、上述した減速装置Ｇ０は、入力軸との干渉を避けたり、減速装置のホロー構造に対応するといった要請から、回転検出器２４もホロー構造等の特殊な構造を有するものを使用せざるを得ず、その結果回転検出器自体のコストが非常に高くなるという問題があった。

本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、低コストな（例えば汎用の）回転検出器を使用することを可能とする回転検出器付き減速装置を提供することをその課題としている。

本発明は、出力軸の回転を検出する機能を備えた回転検出器付き減速装置において、前記出力軸と平行に配置された補助回転軸と、前記出力軸の回転を該補助回転軸に伝達する回転伝達手段と、前記補助回転軸の回転を検出する回転検出器と、を備え、該回転検出器によって前記補助回転軸の回転を検出することにより、前記出力軸の回転を検出し、前記回転伝達手段が、前記出力軸に取り付けられた第１プーリと、前記補助回転軸に取り付けられた第２プーリと、該第１プーリと第２プーリとを連結するベルトと、で構成され、前記出力軸と相手機械との連結は、前記第１プーリを介して前記出力軸にボルトをねじ込むことにより行われることにより、上記課題を解決したものである。

本発明においては、減速装置の出力軸と平行に補助回転軸を配置し、出力軸から補助回転軸に回転を伝達し、補助回転軸の回転を回転検出器によって検出することにより減速装置の出力軸の回転を検出するようにしている。このため、例えば、入力軸を出力軸と同軸に配置する場合やホロー構造とする場合等であっても、ホロー等特殊な構造の回転検出器を使用する必要がなく、例えば安価な汎用品を使用することができるため、低コスト化が実現できる。また、用途によっては高精度の汎用品を用いることもでき、この場合には検出精度をより高めることもできる。

本発明によれば、減速装置の出力軸の回転を低コストで検出することができる。

以下図面に基づいて本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

図１及び図２に本発明の実施形態に係る回転検出器付き減速装置の一例を示す。

この減速装置Ｇ１は、いわゆる揺動内接噛合遊星歯車構造の減速部（減速機構部）３２を有するもので、その減速部３２の半径方向中央部に軸方向に貫通する中空部Ｈ１を有するホロー型減速装置である。

この減速装置Ｇ１は、当該中空部Ｈ１を有する入力軸３６と、該入力軸３６と一体的に形成された偏心体３８Ａ、３８Ｂと、該偏心体３８Ａ、３８Ｂの外周にころ４０Ａ、４０Ｂを介して揺動回転自在に組み込まれた外歯歯車４２Ａ、４２Ｂと、該外歯歯車４２Ａ、４２Ｂが内接噛合する内歯歯車４４と、を備える。

外歯歯車４２Ａ、４２Ｂと内歯歯車４４は僅少の歯数差（例えば１）を有している。

内歯歯車４４は、第２ケーシング４６Ｂと一体化されて固定されている。又、外歯歯車４２Ａ、４２Ｂの自転成分が内ピン４５を介して該内ピン４５と一体的な出力ブロック４８から取り出されるようになっている。入力軸３６は、一対の軸受５４、５５を介して第１ケーシング４６Ａ及び出力ブロック４８に支持されている。

出力ブロック４８は、クロスローラ５６を介して第３、第４ケーシング４６Ｃ、４６Ｄに支持されている。出力ブロック４８と相手機械との連結は、第１プーリ６４を介して図示せぬボルトが出力ブロック４８のボルト孔４８Ａにねじ込まれることによって行なわれる。

ここで減速装置Ｇ１の出力ブロック（出力軸）４８の回転（具体的には回転角度、回転方向）を検出するための回転検出系Ｄについて詳細に説明する。

この回転検出系Ｄは、出力ブロック（出力軸）４８に代わる被検出対象として出力ブロック４８と平行に配置された補助回転軸５８と、出力ブロック４８の回転を補助回転軸５８に伝達する回転伝達手段６０と、補助回転軸５８の回転を検出するこれ自体は公知のエンコーダ（回転検出器）６２とを備える。

回転伝達手段６０は、第１プーリ（出力軸と一体的に回転する回転体）６４、第２プーリ（補助回転軸と一体的に回転する回転部材）６６、及び第１プーリ６４の回転を第２プーリ６６に伝達するベルト６８とで構成される摩擦伝動手段である。

第１プーリ６４はボルト７０を介して出力ブロック４８と同軸に取付けられている。第１プーリ６４は、その半径方向中央に軸方向に貫通する中空部Ｈ２を有するホロー型プーリとされ、該第１プーリ６４の中空部Ｈ２は前述の減速装置の中空部Ｈ１と連続している。

この減速装置Ｇ１では、補助回転軸５８が出力ブロック４８と平行に配置されている。補助回転軸５８には第２プーリ６６がボルト７２を介して一体的に取付けられ、ベルト６８が前記第１プーリ６４と該第２プーリ６６との間を動力伝達可能に連結している。

第１、第２プーリ６４、６６を被覆するプーリカバー７４にはエンコーダケース７６が一体的に取付けられている。エンコーダケース７６には、軸受７８、８０を介して補助回転軸５８が片持ち状態で回転自在に支持されている。

この実施形態では第１プーリ６４の有効径（ベルト６８がかかる部分の径、即ちピッチ径）ｄ１よりも第２プーリ６６の有効径ｄ２の方が小さい。即ち、この回転伝達手段６０は出力ブロック４８の回転を増速して補助回転軸５８に伝達する機能を有している。エンコーダケース７６は、その補助回転軸５８周りの最大径部ｄ３が、第２プーリ６６の最大径ｄ４よりも大きく設定されている。

なお、図の符号５１〜５３はオイルシールである。

次に、この回転検出器付き減速装置Ｇ１の作用を説明する。

入力軸３６が回転すると、該入力軸３６と一体的に形成された偏心体３８Ａ、３８Ｂが回転する。偏心体３８Ａ、３８Ｂが回転すると、ころ４０Ａ、４０Ｂを介して該偏心体３８Ａ、３８Ｂの外周に組み込まれた外歯歯車４２Ａ、４２Ｂが揺動回転する。この実施形態では、内歯歯車４４が第２ケーシング４６Ｂと一体化することにより固定されている。そのため、外歯歯車４２Ａ、４２Ｂの自由な回転が拘束され、該外歯歯車４２Ａ、４２Ｂはほとんど揺動のみを行なうことになる。この結果、偏心体３８Ａ、３８Ｂの回転に伴って外歯歯車４２Ａ、４２Ｂと内歯歯車４４との噛合位置が順次ずれていく現象が生じる。内歯歯車４４と外歯歯車４２Ａ、４２Ｂの歯数差は僅少（例えば１）に設定されているため、結局、入力軸３６が１回転する毎に、外歯歯車４２Ａ、４２Ｂはこの歯数差分だけ内歯歯車４４に対して位相がずれる（自転する）ことになる。

この外歯歯車４２Ａ、４２Ｂの自転成分が内ピン４５を介して出力ブロック４８の回転として取り出される。

出力ブロック４８の回転は、そのまま第１プーリ６４の回転となり、ベルト６８を介して第２プーリ６６に伝達される。第２プーリ６６が回転すると、補助回転軸５８が回転しこの回転をエンコーダ６２が検出する。第１プーリ６４の有効径ｄ１よりも第２プーリ６６の有効径ｄ２が小さいため、出力ブロック４８の回転は増速されて補助回転軸５８に伝わる。又、補助回転軸５８は、減速装置Ｇ１の本体部分のケーシング４６（４６Ａ〜４６Ｄ）と離れて別のエンコーダケース７６内に設置されている。更に、この実施形態では出力ブロック４８の回転の振動を吸収可能なベルト６８を介して補助回転軸５８に伝達している。このため、外歯歯車４２Ａ、４２Ｂが高速で揺動しても、その振動等の影響を受け難く、しかも増速されていることから出力ブロック４８の微小な回転ムラ等もこれを増幅した形でエンコーダ６２によって正確に拾うことができる。また、ベルト６８（摩擦伝動手段）による回転伝達であるため、歯車で伝動する場合に比べ、径方向寸法が短縮されると共に、バックラッシが殆どないので検出精度も向上させることができる。

補助回転軸５８の径は、最も一般的なエンコーダ６２の最も一般的な被測定軸の径に合わせて設定されているため、例えば低コストで高精度な汎用エンコーダを用いることができる。更には、補助回転軸５８がエンコーダケース７６から片持ち状態で支持され、第２プーリ６６がこの片持ち状態とされた補助回転軸５８に組み込まれているため、減速装置Ｇ１の軸方向長が第１、第２プーリ６４、６６よりも負荷側（相手機械側）に延長するのを最小限に抑えることができている。

又、エンコーダケース７６の補助回転軸周りの最大径部ｄ３が、プーリカバー７４の第２プーリ６６周りの最小径部ｄ５よりも小さく設定されているため、エンコーダ６２が存在していても、減速装置Ｇ１の半径方向の突出量を最小限に抑えることができている。

更にエンコーダ６２を減速部３２の軸心からオフセットさせているため（従来のように同軸で設ける場合に比べ）、万一減速装置Ｇ１の潤滑剤が漏れたとしても、（オイルを嫌う）エンコーダ６２に悪影響が及びにくい。

次に、図３、図４を用いて本発明の他の実施形態の一例を示す。

この例では、前述した減速装置Ｇ１にモータＭ１を接続するために、減速装置Ｇ１の前記第１ケーシング４６Ａ（図１）を平行軸歯車セット９０を収容可能な形状の第５、第６ケーシング４６Ｅ、４６Ｆに取り替えたものである。即ち、この減速装置Ｇ２は、前記減速装置Ｇ１に平行軸歯車セット（前段減速部）９０及びモータＭ１を追加したものである。

モータＭ１は、第６ケーシング４６Ｆに取付けられている。モータＭ１の軸方向から見たときに、該モータＭ１とエンコーダケース７６は、大半が重なっている（図４参照）。この構成により、（もしエンコーダ６２が存在しなくても）もともとデッドスペースとなってしまう空間にエンコーダ６２を組み込むことができるため、エンコーダ６２の存在によって装置が径方向に大きくなるのを極力防止できる。

モータＭ１のモータ軸９２にはキー９４を介してスパーピニオン９６が取付けられている。又、前記入力軸３６には、ボルト９８を介して該スパーピニオン９６と噛合可能なスパーギヤ１００が取付けられている。モータＭ１のモータ軸９２の回転は、スパーピニオン９６、スパーギヤ１００を介して前記入力軸３６に入力される。

なお、減速装置Ｇ１の中空部Ｈ１と第１プーリ６４の中空部Ｈ２には保護パイプ１０２が配設されている。保護パイプ１０２は、その一端部（図示の例では反負荷側端部）１０２Ａが減速装置Ｇ２の第６ケーシング４６Ｆにボルト１０３によって固定されており、他の一端部側（図示の例では第１プーリ６４の中空部Ｈ２の内周相当位置）の外周にオイルシール１０４が配置されている。これにより、例えば図１の減速装置Ｇ１と比べ、オイルシール５３を省略できており、且つ、オイルシール１０４は（オイルシール５２に比べ）、低速の第１プーリ６４の内周６４Ａと固定状態の保護パイプ１０２との間に設けられているため、回転ロスを低減できると共に、オイルシール１０４自体の寿命も延長できる。また、シール相対回転速度が小さいため、シール性も向上する。この構成は、付加した保護パイプ１０２及び第１プーリ６４の内周を上手く利用したものである。又、中空部Ｈ１、Ｈ２内に保護パイプ１０２が配設されているため、該中空部Ｈ１、Ｈ２に例えば配線等を通す場合であっても、該配線の損傷を効果的に防止することができる。

又、補助回転軸５８と一体的に回転する第２プーリ６７は、その最大径ｄ７が、エンコーダケース７６の最大径ｄ３よりも小さい。汎用のエンコーダケース７６は、大きさが定まっている場合が多い。一方、第２プーリ６７の最大径ｄ７は、プーリカバー７５の補助軸周りの最小径ｄ６の寸法に大きく影響する。このように第２プーリ６７の最大径ｄ７をエンコーダケースの７６の最大径ｄ３よりも小さく設定する（要するに、例えば、用いるエンコーダケース７６が小さかったときは、それに合わせて第２プーリ６７の最大径ｄ７をそれよりも更に小さく設定する）ことにより、結果としてプーリカバー７５の補助軸周りの最小径ｄ６をエンコーダケース７６の最大径ｄ３よりも小さくすることが可能となり（或いは最小径ｄ６が最大径ｄ３よりあまり大きくはならないようにすることが可能となり）、装置全体の径方向の寸法を小さく抑えることができる。

なお、上記実施形態においては、減速装置Ｇ１（Ｇ２）の中央部分に入力軸３６が存在し、該入力軸３６の外周に形成された偏心体３８Ａ、３８Ｂによって外歯歯車４２Ａ、４２Ｂが揺動するタイプの内接噛合遊星歯車機構の減速装置Ｇ１（Ｇ２）が採用されていたが、本発明においては、減速装置の具体的な構成は特に限定されない。又、モータから減速装置に動力を入力するための構成についても、特に上記実施形態の構成に限定されない。

例えば、図５、図６に示されるような構成の減速装置においても、本発明を適用することができる。なお、図６は、図５の要部拡大図である。

この図５、図６に示された例においては、モータＭ２のモータ軸１１０の出力は継手１１２を介してピニオン軸１１４に伝達される。ピニオン軸１１４は一対の軸受１１６、１１８によって継ケース１２０に支持されている。ピニオン軸１１４の先端にはスパーピニオン１２２が直切りされている。スパーピニオン１２２はスパーギヤ１２４と噛合している。このスパーギヤ１２４は中空部Ｈ３を有する筒部１２６が延設されており、該筒部１２６の外周の一部に該スパーギヤ１２４よりも歯数の小さなセンタギヤ１２８が形成されている。センタギヤ１２８には３個（図５、図６においてはそのうちの１個のみ図示）の振り分けギヤ１３０が同時に噛合しており、３本の偏心体軸（図６においてはそのうちの１本のみ図示）１３２が同時に駆動されるようになっている。

各偏心体軸１３２には偏心体１３４Ａ、１３４Ｂが一体的に形成されており、各偏心体軸１３２の各偏心体１３４Ａ、１３４Ｂが同位相で回転することにより外歯歯車１３６Ａ、１３６Ｂが揺動されるようになっている。この例では、内歯歯車１３８が固定されているため、外歯歯車１３６Ａ、１３６Ｂは各偏心体軸１３２が１回回転する度に１回揺動し、内歯歯車１３８との歯数差に相当する分だけ自転する。この自転は、該３本の偏心体軸１３２の減速装置Ｇ２の軸心Ｏ３周りの公転としてキャリア１４０から取出される。即ち、この減速装置Ｇ２ではキャリア１４０が出力部材に相当している。

第１プーリ１４２は、キャリア１４０にボルト１４４を介して固定されており、前記実施形態と同様の第２プーリ１４６及びベルト１４８を介して補助回転軸１５０が回転し、この補助回転軸１５０の回転をエンコーダ１５２が検出する構成とされている。

第１プーリ１４２の出力部材たるキャリア１４０と同一の回転→ベルト１４８による伝達→第２プーリ１４６の回転→補助回転軸１５０の回転→エンコーダ１５３での回転検出、に至る構成及び作用は先の実施形態と同様である。

この実施形態においても減速機構部は大径のホロー構造とされているが、エンコーダ１５２は小径の補助回転軸１５０の回転を検出すれば良いため、汎用の低コストで且つ高精度のエンコーダ１５２を用いることができる。

なお、上記実施形態で用いられていた第１プーリ、ベルト、第２プーリ、補助回転軸、エンコーダ、及び該エンコーダのケースのうち、多くの部品は、様々な減速装置の出力軸に付け替えて組み込む際に共通して用いることができる。

このように、本発明によれば、例えば、入力軸を出力軸と同軸に配置する場合やホロー構造とする場合等であっても、ホロー等特殊な構造の回転検出器を使用する必要がなく、例えば安価な汎用品を使用することができるため、低コスト化が実現できる。また、用途によっては高精度の汎用品を用いることもでき、この場合には検出精度をより高めることもできる。

なお、上記実施形態においては、いずれもモータの軸方向から見たときに、該モータと回転検出器の少なくとも一部が重なるようにし、減速装置とモータによって形成されるデッドスペース空間を有効利用するようにしていたが、発想を変え、モータの軸方向から見たときに、該モータと回転検出器とが全く重ならないようにしても良い。エンコーダ等の回転検出器は、デリケートな部品であるため、比較的故障の頻度が高く、従ってこのような構成としておくことにより、回転検出器の交換が容易になるというメリットが得られる。

なお、図５の例は、このような（重なりがないという構成）にはなってはいないが、回転検出器の軸方向の抜きスペースが確保されていることから、回転検出器の交換は容易である。

なお、上記実施形態においては、いずれも、ホロー型の減速機構部を有する減速装置の例が示されていたが、本発明は、ホロー型の減速機構部を有する減速装置にしか適用できないわけではなく、ホロー部の存在しない減速装置であってもよい。また、入力軸と出力軸が同軸の減速装置であってもよい。

減速装置の減速機構部の構成も上記実施形態に係る構成に限定されるものではなく、たとえば単純遊星歯車構造の減速機構部であってもよく、また、いわゆる撓み噛み合い式の遊星歯車構造の減速機構部であってもよい。

減速装置の出力軸の回転速度を検出するに当たり、例えば大径のホロー部の存在するような特殊な回転検出器を用意する必要がないため、ロボットや工作機械のクローズド制御等に適用すると特に好適である。

本発明の実施形態の一例に係る回転検出器付き減速装置を示す断面図 上記減速装置の側面図 本発明の他の実施形態の一例に係る回転検出器付き減速装置を示す断面図 上記減速装置の側面図 本発明の更に他の実施形態の一例に係る回転検出器付き減速装置を示す断面図 図５の要部を示す拡大断面図 従来の回転検出器付き減速装置の一例を示す断面図

符号の説明

Ｇ１…回転検出器付き減速装置
３２…揺動内接噛合遊星歯車構造の減速部
Ｈ１、Ｈ２…中空部
３６…入力軸
４８…出力ブロック（出力軸）
Ｄ…回転検出系
５８…補助回転軸
６０…回転伝達手段
６２…エンコーダ（回転検出器）
６４…第１プーリ
６６…第２プーリ
６８…ベルト
７４…プーリカバー
７６…エンコーダケース
７８…軸受

Claims (7)

1. 出力軸の回転を検出する機能を備えた回転検出器付き減速装置において、
   前記出力軸と平行に配置された補助回転軸と、
   前記出力軸の回転を該補助回転軸に伝達する回転伝達手段と、
   前記補助回転軸の回転を検出する回転検出器と、を備え、
   該回転検出器によって前記補助回転軸の回転を検出することにより、前記出力軸の回転を検出し、
   前記回転伝達手段が、前記出力軸に取り付けられた第１プーリと、前記補助回転軸に取り付けられた第２プーリと、該第１プーリと第２プーリとを連結するベルトと、で構成され、
   前記出力軸と相手機械との連結は、前記第１プーリを介して前記出力軸にボルトをねじ込むことにより行われる
   ことを特徴とする回転検出器付き減速装置。
2. 請求項１において、
   前記第１プーリの有効径より前記第２プーリの有効径の方が小さい
   こと特徴とする回転検出器付き減速装置。
3. 請求項１または２において、
   前記補助回転軸が、前記回転検出器のケース側に配置された軸受によって片持支持されている
   こと特徴とする回転検出器付き減速装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記第２プーリの最大径が、前記回転検出器の最大径よりも小さい
   こと特徴とする回転検出器付き減速装置。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記減速装置の減速機構部が、その半径方向中央部に軸方向に貫通する中空部を有するホロー型減速機構部とされると共に、前記第１プーリが、その半径方向中央部に軸方向に貫通する中空部を有し、
   前記減速装置の前記中空部及び前記第１プーリの中空部に亘って保護パイプが配置され、且つ、
   該保護パイプの一部が前記減速装置のケーシングに固定されると共に、該保護パイプの他の一部と前記第１プーリの前記中空部の内周との間に該減速装置の潤滑剤をシールするオイルシールが配置されている
   こと特徴とする回転検出器付き減速装置。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記減速装置が、減速機構部に駆動力を供給するモータを備え、
   該減速機構部がその半径方向中央部に軸方向に貫通する中空部を有するホロー型減速機構部とされ、
   前記モータの軸心が、該減速機構部の中空部の軸心からオフセットされるとともに、前記補助回転軸の軸心からオフセットされており、
   前記モータの軸方向から見たときに、該モータと前記回転検出器の少なくとも一部が重なっている
   ことを特徴とする回転検出器付き減速装置。
7. 請求項６において、
   前記モータと回転検出器との間に、回転検出器の軸方向の抜きスペースが確保されている
   ことを特徴とする回転検出器付き減速装置。

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