JP7838998B2 - 減速装置 - Google Patents

Description

本発明は、減速装置に関する。

入力軸に入力された回転を減速して出力する減速装置が知られている。本出願人は、特許文献１において、モータ軸が挿入される中空部を有する入力軸を備えた減速装置を開示している。この減速装置の入力軸には、３個の偏心体が一体的に形成されている。偏心体の外周には、ころを介して３枚の外歯歯車が揺動自在に組み込まれている。各外歯歯車は、内歯歯車に内接噛合している。

特開２０１４－１５２８９４号公報

発明者は、偏心部を有するクランク軸を備える減速装置について、次の新たな認識を得た。適用範囲を拡大する観点から、減速装置は軽量であることが望ましく、その手段としてクランク軸を軽量化することが考えられる。特許文献１は、クランク軸の軽量化を十分に開示しているとは言えず、この文献に記載された減速装置は、クランク軸の軽量化の観点から改善の余地がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、クランク軸を軽量化することが可能な減速装置を提供することを目的の一つとする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の、減速装置は、偏心部を有し、入力側から軸方向に延びるクランク軸を備える減速装置であって、クランク軸は、入力軸を挿入するために入力側から軸方向に形成された挿入孔と、入力軸と連結するための連結部と、連結部よりも偏心部側に設けられる延長孔と、を有する。延長孔の反入力側は、クランク軸の反入力側に連通しておらず、延長孔は、偏心部と径方向から見て重なる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

実施形態に係る減速装置の第１の例を示す断面図である。 実施形態に係る減速装置の第２の例を示す断面図である。

以下、本発明を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。

［実施形態］
図１、図２を参照して、実施形態に係る減速装置１０の構成を説明する。図１は、減速装置１０の第１の例を示す側断面図である。図２は、減速装置１０の第２の例を示す側断面図である。第２の例は、延長孔５の形状が異なる点で第１の例と相違し、他の構成は同じである。以下、主に第１の例を説明するとともに、第２の例の相違点を説明する。

図１を参照する。実施形態の減速装置１０は、偏心部２３、２４、２５を有するクランク軸２を備える減速装置である。クランク軸２には、モータ１２のモータ軸１が連結され、モータ軸１の回転が入力される。以下、クランク軸２の中心軸線Ｌａに沿った方向を「軸方向」といい、軸方向でクランク軸２のモータ軸１が連結される側（図中右側）を入力側といい、他方側（図中左側）を反入力側という。つまり、クランク軸２は、軸方向で入力側から反入力側に延びる。また、中心軸線Ｌａを中心とする円の円周方向、半径方向をそれぞれ「周方向」、「径方向」とする。

まず、減速装置１０の全体構成を説明する。減速装置１０は、モータ軸１から入力された回転を減速して被駆動部材に出力する。モータ１２としては、減速装置１０に回転を出力可能なものであれば制限はなく、様々な原理に基づくモータを用いうる。本実施形態のモータ１２は、ブラシレスＤＣモータ（ＡＣサーボモータと称されることもある）である。図１の例では、モータ１２のモータ軸１は、キーを使用して回転を伝達する。

減速装置１０としては、入力回転を減速して出力可能なものであれば制限はなく、様々な減速装置を用いることができる。実施形態の減速装置１０は、内歯歯車と噛み合う外歯歯車を揺動させることで、内歯歯車および外歯歯車の一方の自転を生じさせ、その生じた自転成分を出力部材から被駆動部材に出力する偏心揺動型減速装置である。実施形態の減速装置１０は、クランク軸２の中心軸線Ｌａが内歯歯車の中心軸線と同軸線上に設けられるセンタークランクタイプである。

減速装置１０は、クランク軸２と、外歯歯車１３、１４、１５と、内歯歯車４１と、キャリヤ３５、３６と、内ピン４８と、偏心軸受１６、１７、１８と、主軸受３７、３８と、クランク軸軸受３９、４０と、ケーシング７１とを主に含む。ケーシング７１は、減速装置１０を包囲する筒状を有し、内周面に内歯歯車４１が設けられる。

クランク軸２は、モータ軸１から入力される回転動力によって回転中心線Ｌａ周りに回転させられる。クランク軸２の外周には、反入力側から入力側に向かって順に、第１軸部２２、第１偏心部２３、第２偏心部２４、第３偏心部２５および第２軸部２６が設けられる。第１軸部２２および第２軸部２６は、クランク軸軸受３９、４０の内輪を支持する。第１偏心部２３、第２偏心部２４および第３偏心部２５は、第１軸部２２よりも大径の円筒部分で、後述するように偏心している。第２軸部２６は、第１軸部２２と同径の円筒部分である。本明細書では、偏心部２３、２４、２５のうち最も反入力側に位置する第１偏心部２３を特定偏心部２３と表記する。

クランク軸２は、モータ軸１が挿入される挿入孔３を有する。図１の例では、挿入孔３は、クランク軸２の入力側の端面から軸方向に形成された孔であり、モータ軸１を収容可能に構成される。挿入孔３は、クランク軸２の中心軸線Ｌａと同軸の円形の孔である。挿入孔３は、ドリル刃、切削バイト等の刃物とワークのいずれかを回転させることによって形成できる。

クランク軸２は、モータ軸１とクランク軸２とを連結するための連結部４を有する。この例の連結部４は、挿入孔３の内周面の所定位置に形成されたキー溝２９を含む。クランク軸２は、連結部４よりも偏心部２３、２４、２５側（反入力側）に設けられた延長孔５を有する。延長孔５は、クランク軸２の中心軸線Ｌａと同軸の円形の孔であってもよい。図１に示すように、軸方向において、クランク軸２の偏心部２３、２４、２５が設けられる領域を偏心部２３、２４、２５の軸方向全範囲２１という。軸方向全範囲２１は、軸方向で偏心部２３の反入力端から偏心部２５の入力端までの範囲である。また、各偏心部の軸方向全範囲は、軸方向で各偏心部の反入力端から入力端までの範囲である。

延長孔５は、ドリル刃、切削バイト等の刃物とワークのいずれかを回転させることによって形成できる。延長孔５は、挿入孔３が形成される前に形成できる。この場合、延長孔５を下孔として挿入孔３を形成できるので、挿入孔３の加工時間が短くて済む。延長孔５は、挿入孔３が形成された後に形成できる。この場合、延長孔５の加工ストロークが短くなるので、延長孔５の加工時間が短くて済む。

延長孔５は、形成された孔のうちドリル刃の肩部で形成された円筒状の円筒空間領域３２を含み、形成された孔のドリル刃の先端部で形成された内径漸減領域３１（円錐状の空間）を含まない。円筒空間領域３２は、ドリル刃で形成された領域に加えて、ドリル加工後に切削等によって拡径された領域を含み得る。内径漸減領域３１は、延長孔５の先端側（反入力側）に形成され、円筒空間領域３２は、内径漸減領域３１の入力側に連続して形成される。円筒空間領域３２は、形成された孔のうち内径漸減領域３１を除いた領域と言うことができる。

クランク軸２は、挿入孔３と延長孔５が形成された後に焼入等の所定の熱処理を施すことができる。この場合、焼入後に孔を形成する場合に比べて孔加工の加工時間が短くて済み、刃物の磨耗交換の頻度が下がる。また、実施形態では、延長孔５が偏心部と重なる位置にまであるために、挿入孔３と延長孔５を形成した後に、熱処理を施しても、肉厚の不均一性による影響が小さくなり焼入性を維持できる。熱処理は、クランク軸２を所定の温度まで加熱した後、水や油などの液体に浸漬して急冷する処理を採用できる。

実施形態では、クランク軸２は、外歯歯車１３、１４、１５を揺動させるための複数の偏心部２３、２４、２５を有する偏心体軸であり、入力軸と称されることがある。偏心部２３、２４、２５の軸芯は、クランク軸２の回転中心線Ｌａに対して偏心している。本実施形態では３個の偏心部２３、２４、２５が設けられ、隣り合う偏心部２３、２４、２５の偏心位相は１２０°ずれている。

クランク軸２の反入力側の第１軸部２２は、クランク軸軸受３９を介して第１キャリヤ３５に支持される。クランク軸２の入力側の第２軸部２６は、第２クランク軸軸受４０を介して第２キャリヤ３６に支持される。つまり、クランク軸２は、第１キャリヤ３５および第２キャリヤ３６に対して回転自在に支持されている。

クランク軸軸受３９、４０は、キャリヤ３５、３６とクランク軸２の軸部２２、２６の間に配置される。クランク軸軸受３９、４０は、公知の種々の軸受機構を採用できる。この例では、クランク軸軸受３９、４０は、球状の転動体を有する玉軸受である。

外歯歯車１３、１４、１５は、複数の偏心部２３、２４、２５のそれぞれに対応して個別に設けられる。外歯歯車１３、１４、１５は、偏心軸受１６、１７、１８を介して偏心部２３、２４、２５の外周に揺動可能に組み込まれている。この例の偏心軸受１６、１７、１８は、ころ軸受である。外歯歯車１３、１４、１５は、それぞれ揺動しながら内歯歯車４１に内接噛合する。外歯歯車１３、１４、１５の外周には波形の歯が形成されており、この歯が内歯歯車４１と接触しつつ移動することで、中心軸を法線とする面内で外歯歯車１３、１４、１５が揺動できるようになっている。

内歯歯車４１は、外歯歯車１３、１４、１５と噛み合う。本実施形態の内歯歯車４１は、ケーシング７１の内周側に一体的に設けられた内歯歯車本体４２と、内歯歯車本体４２の内周面に周方向に所定の間隔で形成されたピン溝に配置された複数の外ピン４３を有する。外ピン４３は、内歯歯車本体４２のピン溝に回転自在に支持される円柱状のピン部材である。外ピン４３は、内歯歯車４１の内歯を構成している。内歯歯車４１の外ピン４３の数（内歯の数）は、外歯歯車１３、１４、１５の外歯数よりもわずかだけ（この例では１だけ）多い。

外歯歯車１３、１４、１５には、その軸心からオフセットされた位置に複数の内ピン孔４５、４６、４７が形成される。内ピン孔４５、４６、４７には内ピン４８が貫通する。内ピン４８の外周には、円筒状のスリーブ４９が配置されている。スリーブ４９は、内ピン孔４５、４６、４７との摺動を円滑にするための摺動促進体として機能する。スリーブ４９の外径は、内ピン孔４５、４６、４７の内径よりも偏心量の２倍相当分小さくなっている。スリーブ４９と内ピン４８の間には外歯歯車１３、１４、１５の揺動成分を吸収するための遊びとなる隙間が設けられるとともに、内ピン４８は、スリーブ４９を介して内ピン孔４５、４６、４７の一部と常に接触している。内ピン４８は、外歯歯車１３、１４、１５の自転成分と同期してクランク軸２の軸心周りを公転し、キャリヤ３５、３６をクランク軸２の軸心周りに回転させる。内ピン４８は、キャリヤ３５、３６と外歯歯車１３、１４、１５との間の動力の伝達に寄与する。

キャリヤ３５、３６は、中空リング形状を有する。第１キャリヤ３５は、外歯歯車１３、１４、１５の反入力側の側部に配置され、第２キャリヤ３６は、外歯歯車１３、１４、１５の入力側の側部に配置される。第１キャリヤ３５は、第１主軸受３７を介してケーシング７１に回転自在に支持される。第２キャリヤ３６は、第２主軸受３８を介してケーシング７１に回転自在に支持される。第１キャリヤ３５は、第１クランク軸軸受３９を介してクランク軸２の反入力側を回転自在に支持する。第２キャリヤ３６は、第２クランク軸軸受４０を介してクランク軸２の入力側を回転自在に支持する。

主軸受３７、３８は、ケーシング７１とキャリヤ３５、３６の間に配置される。主軸受３７、３８は、公知の種々の軸受機構を採用可能であり、この例の主軸受３７、３８は、アンギュラ玉軸受である。主軸受３７、３８の内側の転動面はキャリヤ３５、３６に形成されている。

内ピン４８は、第１キャリヤ３５と一体的に形成され、第１キャリヤ３５の入力側から第２キャリヤ３６に向かって軸方向に延在する。ボルトＢ１が、第２キャリヤ３６に設けられた貫通孔を通じて内ピン４８の端部に設けられたタップ孔にねじ込まれることにより、キャリヤ３５、３６が互いに連結される。

キャリヤ３５、３６とケーシング７１の一方は、被駆動部材（不図示）に回転動力を出力する出力部材になり、他方は、減速装置１０を支持するための取付部材（不図示）に固定される被固定部材になる。この例では、第１キャリヤ３５は、被駆動部材に回転動力を出力する出力部材として機能し、ケーシング７１は、取付部材に固定される被固定部材として機能する。

減速装置１０の動作を説明する。モータ軸１からクランク軸２に回転動力が伝達されると、クランク軸２の偏心部２３、２４、２５がクランク軸２を通る回転中心線周りに回転し、その偏心部２３、２４、２５により外歯歯車１３、１４、１５が揺動する。このとき、外歯歯車１３、１４、１５は、自らの軸芯がクランク軸２の回転中心線周りを回転するように揺動する。外歯歯車１３、１４、１５が揺動すると、外歯歯車１３、１４、１５と内歯歯車４１の外ピン４３の噛合位置が順次ずれる。この結果、クランク軸２が一回転する毎に、外歯歯車１３、１４、１５の歯数と内歯歯車４１の外ピン４３の数との差に相当する分、外歯歯車１３、１４、１５および内歯歯車４１の一方の自転が発生する。実施形態では、外歯歯車１３、１４、１５が自転し、第１キャリヤ３５から減速回転が出力される。第１キャリヤ３５が回転することによって、第１キャリヤ３５に連結された被駆動部材が回転駆動される。

次に、図１、図２を参照して、本開示の特徴的な構成を説明する。減速装置は、適用範囲を拡大する観点から、クランク軸が軽量化されることが望ましい。また、クランク軸は高速で回転するため、応答性向上の観点からイナーシャが小さいことが望ましい。そこで、実施形態では、クランク軸２は、モータ軸１を挿入するために入力側から軸方向に形成された挿入孔３と、モータ軸１と連結するための連結部４と、連結部４よりも偏心部２３、２４、２５側に設けられる延長孔５と、を有する。延長孔５は、偏心部２３、２４、２５と径方向から見て重なる。実施形態では、延長孔５の入力側端は、偏心部２３、２４、２５よりも入力側に位置する。図１の例では、延長孔５の反入力側端は、偏心部２３の軸方向範囲の途中に位置する。図２の例では、延長孔５の反入力側端は、偏心部２３よりも反入力側に位置する。モータ軸１は入力軸を例示している。

延長孔５を有することにより、その分だけクランク軸２の質量が減る。また、延長孔５を有することにより、その分だけクランク軸２のイナーシャが小さくなる。また、延長孔５が偏心部２３、２４、２５と径方向から見て重なるから、延長孔５の奥行きが深くなって減肉量が増え、クランク軸２の質量とイナーシャを一層減らすことができる。

延長孔５がクランク軸２の反入力側に連通していると、歯車部やクランク軸軸受３９に充填された潤滑材（グリスなど）が延長孔５を通ってクランク軸２の入力側に漏れるおそれがある。そこで、実施形態では、延長孔５の反入力側は、クランク軸２の反入力側に連通していない。この場合、潤滑材が、延長孔５を通じて入力側に漏れ出すことを回避できる。図１の例では、延長孔５は、反入力側に向かって形成された止まり孔である。延長孔５の反入力側の底部がクランク軸２本体と一体の部材であることにより、これらが別体である場合と比較して、容易に強度を確保できる。なお、延長孔を貫通孔として形成し、延長孔の反入力側を閉塞する部材または手段を設ける構成であってもよい。

加熱されたクランク軸２を液体に浸漬するとき、延長孔５および挿入孔３を上に向けて浸漬することができる。これは、延長孔５、挿入孔３に気泡が残り、その部分が徐冷されて硬度が不均一になることを防ぐためである。したがって、クランク軸２の延長孔５とは反対側の面２０は下向きに浸漬されるため、そこに凹部があると、凹部に気泡が残り硬度が不均一になり、焼入性が低下する可能性がある。そこで、実施形態では、クランク軸２の延長孔５とは反対側の面２０には、偏心部（例えば、偏心部２３）と径方向に重なる位置までの深さを有する凹部が設けられていない。この場合、凹部に残る気泡が減り、気泡による硬度の不均一化を軽減し、焼入性を維持できる。クランク軸２の面２０の凹部の深さが浅いほど好ましく、凹部がないことが一層好ましい。

延長孔５による減肉量を増やすことにより、質量とイナーシャを一層減らせる。そこで、実施形態では、延長孔５は、偏心部２３、２４、２５のうち最も反入力側に位置する特定偏心部２３と径方向から見て重なる。この場合、延長孔５が特定偏心部２３と重ならない場合よりも質量とイナーシャが小さい。

図１を参照する。加工時間を短くする観点から、延長孔５を加工する際の切削代は小さいことが望ましい。そこで、図１の例では、延長孔５の内径Ｄ５は、挿入孔３の内径Ｄ３よりも小さい。この場合、内径Ｄ５が小さいため、切削代が小さくなり、加工時間が短縮できる。

図２を参照する。クランク軸２の延長孔５が有る部分と無い部分とで肉厚が異なる。延長孔５が有る部分と無い部分の境界近傍では、その肉厚差により、熱処理により歪みが生じる可能性がある。特に、延長孔５の内径Ｄ５が大きい場合に孔の周囲の肉厚が薄くなるので歪みが生じ易くなる。歪みが偏心部２３、２４、２５に発生すると、この部分で精度が低下し、減速装置の性能低下につながるおそれがある。そこで、図２の例では、延長孔５は、特定偏心部２３の軸方向全範囲と径方向から見て重なる。この場合、偏心部２３、２４、２５の軸方向全範囲２１に対応する延長孔５の周囲の肉厚がほぼ一定になり、この部分での熱処理の歪みを抑制できる。

図２を参照する。軽量化効果を高める観点から、延長孔５による減肉量は多いことが望ましい。そこで、図２の例では、延長孔５の内径Ｄ５は、挿入孔３の内径Ｄ３以上である。この場合、内径Ｄ５が小さい場合よりも一層軽量化できる。このような延長孔５は、挿入孔３と同じ内径で下孔を形成した後、カギ形状のバイトを使用して下孔の内周を切削して形成できる。

上記のように構成された減速装置１０の特徴を説明する。実施形態の減速装置１０は、偏心部２３、２４、２５を有し、入力側から軸方向に延びるクランク軸２を備える減速装置であって、クランク軸２は、入力軸を挿入するために入力側から軸方向に形成された挿入孔３と、入力軸と連結するための連結部４と、連結部４よりも偏心部２３、２４、２５側に設けられる延長孔５と、を有する。延長孔５の反入力側は、クランク軸２の反入力側に連通しておらず、延長孔５は、偏心部２３、２４、２５と径方向から見て重なる。

この構成によれば、延長孔５を有することにより、クランク軸２の質量が減り、減速装置１０が軽量になる。また、延長孔５を有することにより、高速回転するクランク軸２のイナーシャが小さくなり、減速装置１０の応答性が向上する。また、延長孔５が偏心部２３、２４、２５と径方向から見て重なるため、延長孔５の奥行きが深くなって減肉量が増え、減速装置１０が一層軽量化され、応答性が一層向上する。

以上、実施形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。

（変形例）
以下、変形例を説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

実施形態の説明では、クランク軸２の挿入孔３に挿入される入力軸がモータ軸１である例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、クランク軸の挿入孔に挿入される入力軸は、モータ軸のモータピニオンと噛み合う歯車の軸であってもよい。

実施形態の説明では、クランク軸２が、キーを使用してモータ軸１に連結される例を示したが、本発明はこれに限定されない。クランク軸とモータ軸は公知の種々の連結方式によって連結されてもよい。

実施形態の説明では、減速装置がいわゆるセンタークランクタイプの偏心揺動型減速装置である例を示したが、本発明はこれに限定されず、各種の減速機構を採用できる。例えば、減速装置は、内歯歯車の軸心からオフセットした位置に複数のクランク軸が配置されるいわゆる振り分けタイプの偏心揺動型減速装置であってもよい。

また、例えば、減速装置は、筒型の外歯歯車を有する撓み噛み合い式減速装置（波動減速装置と称されることがある）であってもよい。減速装置は、カップ型やシルクハット型の撓み噛み合い式減速装置であってもよい。ここで、撓み噛合い式減速装置は、外歯歯車を撓み変形させる起振体を有する起振体軸を備える。起振体は、軸直角断面の外周が楕円形状とされる。起振体の軸心は起振体軸の軸心に一致し偏心していないが、外形状が楕円状であるため、真円からは変形している。本発明における偏心部とは、このような起振体も含む広い概念である。

実施形態の説明では、外歯歯車１３、１４、１５を３枚備える例を示したが、本発明はこれに限定されない。減速装置は、２枚以下または４枚以上の外歯歯車を備えてもよい。

これらの各変形例は、実施形態と同様の作用と効果を奏する。

上述した各実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１ モータ軸、 ２ クランク軸、 ３ 挿入孔、 ４ 連結部、 ５ 延長孔、 １０ 減速装置、 ２１ 軸方向全範囲、 ２３、２４、２５ 偏心部。

Claims (7)

1. 偏心部を有し、入力側から軸方向に延びるクランク軸を備える減速装置であって、
   前記クランク軸は、入力軸を挿入するために入力側から軸方向に形成された挿入孔と、入力軸と連結するための連結部と、前記連結部よりも前記偏心部側に設けられる延長孔と、を有し、
   前記延長孔の反入力側は、前記クランク軸の反入力側に連通しておらず、
   前記延長孔は、前記偏心部と径方向から見て重なり、
   前記延長孔の前記偏心部と径方向から見て重なる部分の内径と、前記挿入孔の内径は、互いに異なる、減速装置。
2. 前記クランク軸の前記延長孔とは反対側の面には、前記偏心部と径方向で重なる位置までの深さを有する凹部が設けられていない、請求項１に記載の減速装置。
3. 前記延長孔は、前記偏心部のうち最も反入力側に位置する特定偏心部と径方向から見て重なり、前記挿入孔は、特定偏心部と径方向に重ならない、請求項１または２に記載の減速装置。
4. 前記延長孔は、前記特定偏心部の軸方向全範囲と径方向から見て重なる、請求項３に記載の減速装置。
5. 前記延長孔の前記偏心部と径方向から見て重なる部分の内径は、前記挿入孔の内径よりも小さい、請求項１から４のいずれか１項に記載の減速装置。
6. 前記延長孔の前記偏心部と径方向から見て重なる部分の内径は、前記挿入孔の内径よりも大きい、請求項１から４のいずれか１項に記載の減速装置。
7. 前記クランク軸は、所定の熱処理がされており、
   前記所定の熱処理は、前記クランク軸を液体に浸漬する処理を含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の減速装置。