JP2023007745A - 差動型遊星減速機およびロボット - Google Patents

Abstract

【課題】キャリアを安定した姿勢で支持できる差動型遊星減速機を提供する。【解決手段】差動型遊星減速機１は、入力部材１０、減速機構２０、筐体３０、および出力部材４０を備える。減速機構は、太陽歯車２１、遊星歯車２２、固定内歯歯車２３、回転内歯歯車２４、およびキャリア２５を有する。キャリアは、遊星歯車を、自転しつつ公転することが可能な状態に支持する。出力部材は、軸方向に延びる凸部４３を有する。入力部材とキャリアとの間には、第１内側軸受５３が介在する。出力部材の凸部とキャリアとの間には、第２軸受５４が介在する。このように、出力部材に設けられた凸部により、キャリアを支持する。これにより、キャリアの姿勢を安定させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、差動型遊星減速機およびロボットに関する。

従来、電動機の回転運動を減速して出力する減速機が知られている。従来の減速機については、例えば、実開昭４７－３３４７３号公報に記載されている。実開昭４７－３３４７３号公報の減速機は、太陽歯車（１３）の周囲に３つの遊星歯車（８）を有する。３つの遊星歯車（８）は、遊星歯車枠（６）に支持されている。各遊星歯車（８）は、径の異なる２つの歯車部（９，１０）を有する。小径の歯車部（９）は、不動内歯車（２）と噛み合う。大径の歯車部（１０）は、可動内歯車（４）と噛み合う。太陽歯車（１３）が回転すると、遊星歯車（８）は、遊星歯車枠（６）とともに公転しつつ自転する。
実開昭４７－３３４７３号公報

実開昭４７－３３４７３号公報に記載の減速機のような、いわゆる差動型遊星減速機は、高い減速比を得ることができる。しかしながら、差動型遊星減速機は、歯車の噛み合いが複雑である。また、差動型遊星減速機は、複数の遊星歯車を支持するキャリア（遊星歯車枠）が、入力部材および出力部材のいずれにも支持されていない。このため、キャリアを安定した姿勢に維持することが困難であった。また、差動型遊星減速機の製造時に、キャリアを含む各部品の組み付けが困難であった。

本発明の目的は、差動型遊星減速機において、キャリアを安定した姿勢で支持できる構造を提供することである。

本願の第１発明は、差動型遊星減速機であって、中心軸を中心として第１回転数で回転する入力部材と、前記入力部材の回転運動を、前記第１回転数よりも低い第２回転数の回転運動に変換する減速機構と、前記減速機構を収容する筐体と、前記中心軸を中心として前記第２回転数で回転する出力部材と、を備え、前記減速機構は、前記入力部材とともに、前記中心軸を中心として前記第１回転数で回転する太陽歯車と、前記太陽歯車と噛み合いながら、前記中心軸と平行な遊星軸を中心として自転する第１歯車と、前記第１歯車とともに前記遊星軸を中心として自転する第２歯車と、を有する遊星歯車と、前記筐体に固定され、前記第１歯車と噛み合う円環状の固定内歯歯車と、前記出力部材に固定され、前記第２歯車と噛み合う円環状の回転内歯歯車と、前記遊星歯車を、前記遊星軸を中心として自転しつつ、前記中心軸を中心として公転することが可能な状態に支持するキャリアと、を有し、前記筐体は、前記減速機構よりも軸方向一方側に位置する筐体ベース部と、前記筐体ベース部の外周部から軸方向他方側へ延びる円筒状の筐体壁部と、を有し、前記出力部材は、前記減速機構よりも軸方向他方側に位置する出力ベース部と、前記出力ベース部の外周部から軸方向一方側へ延びる円筒状の出力壁部と、前記出力ベース部の中央から軸方向一方側へ延びる凸部と、を有し、前記筐体ベース部の内周面と前記入力部材との間に介在する入力側軸受と、前記筐体壁部と前記出力壁部との間に介在する外側軸受と、前記入力部材と前記キャリアとの間に介在する第１内側軸受と、前記凸部と前記キャリアとの間に介在する第２内側軸受と、をさらに備える。

本願の第２発明は、差動型遊星減速機であって、中心軸を中心として回転可能な太陽歯車を有する入力部材と、前記太陽歯車と噛み合い、前記中心軸と平行な遊星軸を中心として回転可能な遊星歯車と、前記遊星歯車を前記遊星軸を中心として回転可能に支持するキャリアと、少なくとも一部が前記遊星歯車よりも軸方向一方側に配置され、前記遊星歯車の少なくとも一部を収容する筐体と、少なくとも一部が前記キャリアよりも軸方向他方側に配置され、前記遊星歯車と接続されて前記筐体と相対回転可能な出力部材と、を有し、前記出力部材は、前記キャリアよりも軸方向他方側に配置され、前記中心軸と略直交する方向に広がる出力ベース部と、前記出力ベース部から軸方向一方側に突出する凸部と、を有し、前記凸部は、内側軸受を介して前記キャリアを支持する。

本願の第１発明および第２発明によれば、出力部材に設けられた凸部により、キャリアを支持する。これにより、キャリアの姿勢を安定させることができる。

図１は、差動型遊星減速機の縦断面図である。 図２は、減速機構の横断面図である。 図３は、差動型遊星減速機の製造時の様子を示した図である。 図４は、第１変形例に係る差動型遊星減速機の縦断面図である。 図５は、第２変形例に係る差動型遊星減速機の縦断面図である。 図６は、ロボットの概要図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、差動型遊星減速機の中心軸と平行な方向を「軸方向」、中心軸に直交する方向を「径方向」、中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。ただし、上記の「平行な方向」は、略平行な方向も含む。また、上記の「直交する方向」は、略直交する方向も含む。

また、本願において「回転数」とは、単位時間あたりの回転数、すなわち回転の速さを表す。

＜１．差動型遊星減速機の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る差動型遊星減速機１の縦断面図である。この差動型遊星減速機１は、入力部材１０に入力される第１回転数の回転運動を、第１回転数よりも低い第２回転数の回転運動に減速して出力する装置である。差動型遊星減速機１は、例えば、ロボットの関節に、電動機とともに組み込まれて使用される。ただし、差動型遊星減速機１は、アシストスーツ、無人搬送台車などの他の装置に用いられるものであってもよい。

図１に示すように、本実施形態の差動型遊星減速機１は、入力部材１０、減速機構２０、筐体３０、出力部材４０、一対の入力側軸受５１、第１外側軸受５２１、第２外側軸受５２２、第１内側軸受５３、および第２内側軸受５４を備える。

入力部材１０は、中心軸９１を中心として、減速前の第１回転数で回転する部材である。本実施形態の入力部材１０は、軸方向に延びる柱状の入力シャフトである。入力部材１０は、ギア、ベルト、カップリング等の動力伝達機構を介して、電動機の出力軸に接続される。電動機を駆動させると、電動機から供給される駆動力により、入力部材１０が、中心軸９１を中心として、第１回転数で回転する。

減速機構２０は、入力部材１０の回転運動を、第１回転数よりも低い第２回転数の回転運動に変換して、出力部材４０へ伝達する機構である。図２は、図１のＡ－Ａ位置から見た減速機構２０の横断面図である。図２では、図面の煩雑化を避けるため、断面を示すハッチングと、各ギアの歯の図示とが、省略されている。

図１および図２に示すように、減速機構２０は、太陽歯車２１、複数の遊星歯車２２、固定内歯歯車２３、回転内歯歯車２４、およびキャリア２５を有する。

太陽歯車２１は、入力部材１０とともに、中心軸９１を中心として、第１回転数で回転する歯車である。太陽歯車２１は、外周面に複数の太陽外歯２１１を有する。複数の太陽外歯２１１は、中心軸９１を中心として、一定の角度ピッチで設けられている。各太陽外歯２１１は、太陽歯車２１の外周面において、径方向外側へ突出する。

本実施形態では、入力部材１０と太陽歯車２１とが、単一の部材により形成されている。換言すれば、入力部材１０が太陽歯車２１を有する。しかしながら、入力部材１０と太陽歯車２１とは、別部材であってもよい。その場合、入力部材１０に対して太陽歯車２１が、相対回転不能な状態に固定されていればよい。

遊星歯車２２は、太陽歯車２１の径方向外側に配置された歯車である。図２に示すように、本実施形態では、太陽歯車２１の周りに、３つの遊星歯車２２が、周方向に等間隔で配置されている。ただし、減速機構２０が有する遊星歯車２２の数は、１～２つであってもよく、４つ以上であってもよい。

各遊星歯車２２は、中央に貫通孔２２０を有する。貫通孔２２０は、遊星歯車２２を軸方向に貫通する。貫通孔２２０には、後述するキャリアピン２５４が挿入される。また、遊星歯車２２の内周面と、キャリアピン２５４との間には、一対の遊星軸受２２５が介在する。これにより、遊星歯車２２は、中心軸９１と平行な遊星軸９２を中心として、回転可能に支持される。

図１に示すように、遊星歯車２２は、第１歯車２２１と、第１歯車２２１よりも小径の第２歯車２２２とを有する。第１歯車２２１は、第２歯車２２２よりも、軸方向一方側に位置する。本実施形態では、第１歯車２２１および第２歯車２２２が、単一の部材により形成されている。ただし、第１歯車２２１および第２歯車２２２は、別部材であってもよい。その場合、第１歯車２２１と第２歯車２２２が、相対回転不能な状態に固定されていればよい。

第１歯車２２１は、外周面に複数の第１外歯２２３を有する。複数の第１外歯２２３は、遊星軸９２を中心として、一定の角度ピッチで設けられている。各第１外歯２２３は、第１歯車２２１の外周面において、遊星軸９２から離れる向きに突出する。太陽歯車２１の太陽外歯２１１と、第１歯車２２１の第１外歯２２３とは、互いに噛み合う。第１歯車２２１は、太陽歯車２１と噛み合いながら、遊星軸９２を中心として自転する。

第２歯車２２２は、第１歯車２２１とともに、遊星軸９２を中心として自転する。第２歯車２２２の遊星軸９２を中心とする径は、第１歯車２２１の遊星軸９２を中心とする径よりも、小さい。第２歯車２２２は、外周面に複数の第２外歯２２４を有する。複数の第２外歯２２４は、遊星軸９２を中心として、一定の角度ピッチで設けられている。各第２外歯２２４は、第２歯車２２２の外周面において、遊星軸９２から離れる向きに突出する。第１歯車２２１が有する第１外歯２２３の数と、第２歯車２２２が有する第２外歯２２４の数とは、相違する。

固定内歯歯車２３は、中心軸９１を中心とする円環状の歯車である。固定内歯歯車２３は、複数の遊星歯車２２の第１歯車２２１の径方向外側に位置する。固定内歯歯車２３と筐体３０とは、第１ボルト６１により、互いに固定される。このため、固定内歯歯車２３は、筐体３０に対して常に静止した状態に保たれる。なお、固定内歯歯車２３および筐体３０は、単一の部材により形成されていてもよい。

固定内歯歯車２３は、複数の第１内歯２３１を有する。複数の第１内歯２３１は、中心軸９１を中心として、一定の角度ピッチで設けられている。各第１内歯２３１は、固定内歯歯車２３の内周面において、径方向内側へ突出する。上述した第１歯車２２１の第１外歯２２３は、固定内歯歯車２３の第１内歯２３１と噛み合う。

回転内歯歯車２４は、中心軸９１を中心とする円環状の歯車である。回転内歯歯車２４は、固定内歯歯車２３よりも、軸方向他方側に位置する。回転内歯歯車２４の中心軸９１を中心とする内径は、固定内歯歯車２３の中心軸９１を中心とする内径よりも、小さい。回転内歯歯車２４は、複数の遊星歯車２２の第２歯車２２２の径方向外側に位置する。回転内歯歯車２４と出力部材４０とは、第２ボルト６２により、互いに固定される。なお、回転内歯歯車２４および出力部材４０は、単一の部材により形成されていてもよい。

回転内歯歯車２４は、複数の第２内歯２４１を有する。複数の第２内歯２４１は、中心軸９１を中心として、一定の角度ピッチで設けられている。各第２内歯２４１は、回転内歯歯車２４の内周面において、径方向内側へ突出する。上述した第２歯車２２２の第２外歯２２４は、回転内歯歯車２４の第２内歯２４１と噛み合う。固定内歯歯車２３が有する第１内歯２３１の数と、回転内歯歯車２４が有する第２内歯２４１の数とは、相違する。

キャリア２５は、複数の遊星歯車２２を、遊星軸９２を中心として自転しつつ、中心軸９１を中心として公転することが可能な状態に支持するユニットである。図１および図２に示すように、キャリア２５は、籠型のキャリア部材２５０と、複数のキャリアピン２５４とを有する。

キャリア部材２５０は、第１円板部２５１、第２円板部２５２、および複数の接続部２５３を有する。第１円板部２５１は、複数の遊星歯車２２の軸方向一方側に位置する。第２円板部２５２は、複数の遊星歯車２２の軸方向他方側に位置する。第１円板部２５１および第２円板部２５２は、それぞれ、中心軸９１に対して直交する方向に広がる。複数の接続部２５３は、第１円板部２５１と第２円板部２５２とを、軸方向に接続する。遊星歯車２２は、第１円板部２５１と第２円板部２５２との軸方向間、かつ、隣り合う接続部２５３の周方向間に配置される。

キャリアピン２５４は、遊星軸９２に沿って軸方向に延びる、円柱状の部材である。キャリアピン２５４の軸方向一方側の端部は、第１円板部２５１に固定される。キャリアピン２５４の軸方向他方側の端部は、第２円板部２５２に固定される。複数のキャリアピン２５４は、中心軸９１を中心として、周方向に等間隔に配置される。遊星歯車２２の内周面と、キャリアピン２５４との間には、一対の遊星軸受２２５が介在する。これにより、遊星歯車２２が、遊星軸９２を中心として回転可能に支持される。

また、キャリア２５は、後述する第１内側軸受５３および第２内側軸受５４により、中心軸９１を中心として回転可能に支持される。遊星歯車２２は、遊星軸９２を中心として自転しながら、キャリア２５とともに、中心軸９１を中心として公転できる。

筐体３０は、減速機構２０を内部に収容する略カップ状の部材である。筐体３０は、差動型遊星減速機１が搭載される装置の枠体に固定される。筐体３０は、略平板状の筐体ベース部３１と、円筒状の筐体壁部３２とを有する。筐体ベース部３１の少なくとも一部は、減速機構２０よりも軸方向一方側に位置する。筐体ベース部３１は、中心軸９１に対して直交する方向に広がる。ただし、上記の「直交する方向」は、「略直交する方向」も含む。筐体壁部３２は、減速機構２０よりも径方向外側に位置する。筐体壁部３２は、筐体ベース部３１の外周部（径方向外縁）から、軸方向他方側へ向けて延びる。

なお、筐体３０は、必ずしも減速機構２０の全体を内部に収容していなくてもよい。例えば、遊星歯車２２の一部分が、筐体３０の内部に配置され、遊星歯車２２の他の部分が、筐体３０の外部に配置されていてもよい。

筐体ベース部３１と入力部材１０との間の径方向の隙間には、一対の入力側軸受５１が介在する。入力側軸受５１には、例えば、ボールベアリングが用いられる。入力側軸受５１の内輪は、入力部材１０の外周面に固定される。入力側軸受５１の外輪は、筐体ベース部３１の内周面に固定される。これにより、入力部材１０が、筐体３０に対して回転可能に支持される。なお、入力側軸受５１は、ボールベアリング以外の軸受であってもよい。

出力部材４０は、中心軸９１を中心として、減速後の第２回転数で回転する部材である。出力部材４０は、差動型遊星減速機１が搭載される装置の、駆動対象となる部品に固定される。出力部材４０は、略平板状の出力ベース部４１と、円筒状の出力壁部４２とを有する。出力ベース部４１の少なくとも一部は、減速機構２０よりも軸方向他方側に位置する。出力ベース部４１は、中心軸９１に対して直交する方向に広がる。ただし、上記の「直交する方向」は、「略直交する方向」も含む。出力壁部４２は、減速機構２０よりも径方向外側に位置する。出力壁部４２は、出力ベース部４１の外周部（径方向外縁）から、軸方向一方側へ向けて延びる。

出力壁部４２は、筐体壁部３２の径方向内側に挿入される。すなわち、出力壁部４２は、筐体壁部３２の径方向内側に位置する。このように、筐体壁部３２と出力壁部４２とを、径方向に重なるように配置すれば、筐体３０および出力部材４０を、全体として軸方向に小型化できる。したがって、差動型遊星減速機１を、軸方向に薄型化できる。

筐体壁部３２の内周面と出力壁部４２の外周面との間の径方向の隙間には、第１外側軸受５２１および第２外側軸受５２２が介在する。第２外側軸受５２２は、第１外側軸受５２１よりも、軸方向他方側に位置する。第１外側軸受５２１および第２外側軸受５２２には、例えば、ボールベアリングが用いられる。第１外側軸受５２１の外輪および第２外側軸受５２２の外輪は、筐体壁部３２の内周面に固定される。第１外側軸受５２１の内輪および第２外側軸受５２２の内輪は、出力壁部４２の外周面に固定される。筐体壁部３２は、第１外側軸受５２１および第２外側軸受５２２を介して、出力壁部４２を、回転可能に支持する。これにより、出力部材４０が、筐体３０に対して回転可能に支持される。なお、第１外側軸受５２１および第２外側軸受５２２は、ボールベアリング以外の軸受であってもよい。

また、出力部材４０は、凸部４３を有する。凸部４３は、出力ベース部４１の中央（径方向中心）から、軸方向一方側へ向けて突出する。入力部材１０および凸部４３は、中心軸９１に沿って、同軸に配置される。出力壁部４２は、凸部４３よりも径方向外側に位置する。

凸部４３の軸方向一方側の端部は、遊星歯車２２の第２歯車２２２の径方向内側に位置する。遊星歯車２２の第２歯車２２２は、第１歯車２２１よりも小径である。このため、第２歯車２２２の径方向内側には、空間が存在する。凸部４３の軸方向一方側の端部は、当該空間に配置される。このようにすれば、遊星歯車２２と出力部材４０とを、軸方向に接近させることができる。したがって、差動型遊星減速機１の軸方向の寸法を、より低減できる。

図１に示すように、凸部４３は、支持面４３１および円錐部４３２を有する。支持面４３１は、軸方向に延びる円筒状の面である。後述する第２内側軸受５４は、支持面４３１に支持される。円錐部４３２は、支持面４３１よりも軸方向一方側に位置する。円錐部４３２は、軸方向一方側ヘ向かうにつれて、徐々に縮径する。

入力部材１０とキャリア部材２５０との間の径方向の隙間には、第１内側軸受５３が介在する。第１内側軸受５３は、遊星歯車２２よりも、軸方向一方側に位置する。第１内側軸受５３は、入力部材１０の外周面と、キャリア部材２５０の第１円板部２５１の内周面との間に介在する。

第１内側軸受５３には、例えば、ボールベアリングが用いられる。第１内側軸受５３の内輪は、入力部材１０の外周面に固定される。第１内側軸受５３の外輪は、キャリア部材２５０の第１円板部２５１の内周面に固定される。入力部材１０は、第１内側軸受５３を介して、キャリア部材２５０の第１円板部２５１を支持する。これにより、入力部材１０とキャリア２５とが、中心軸９１を中心として、互いに異なる回転数で回転可能となる。なお、第１内側軸受５３は、ボールベアリング以外の軸受であってもよい。

図１に示すように、入力部材１０は、入力側鍔部１１を有する。入力側鍔部１１は、入力部材１０の外周面から、径方向外側へ突出する。入力側鍔部１１は、第１内側軸受５３の内輪の軸方向一方側の端面と、軸方向に接触する。これにより、入力部材１０に対して第１内側軸受５３が、軸方向一方側へずれることが抑制される。

また、第１内側軸受５３の外輪は、第１鍔部５３１を有する。第１鍔部５３１は、第１内側軸受５３の外輪の外周面から、径方向外側へ突出する。第１鍔部５３１は、キャリア部材２５０の第１円板部２５１の軸方向一方側の面と、軸方向に接触する。これにより、キャリア２５に対して第１内側軸受５３が、軸方向他方側へずれることが抑制される。また、第１内側軸受５３に対してキャリア２５が、軸方向一方側へずれることが抑制される。

また、第１円板部２５１と第１内側軸受５３とは、中心軸９１に対して直交する第１平面上に位置する。このように、第１円板部２５１と第１内側軸受５３とを、径方向に重なるように配置すれば、第１円板部２５１および第１内側軸受５３の全体としての軸方向の寸法を低減できる。したがって、差動型遊星減速機１を、軸方向により薄型化できる。

出力部材４０の凸部４３とキャリア部材２５０との間の径方向の隙間には、第２内側軸受５４が介在する。第２内側軸受５４は、遊星歯車２２よりも、軸方向他方側に位置する。第２内側軸受５４は、凸部４３の支持面４３１と、キャリア部材２５０の第２円板部２５２の内周面との間に介在する。

第２内側軸受５４には、例えば、ボールベアリングが用いられる。第２内側軸受５４の内輪は、凸部４３の支持面４３１に固定される。第２内側軸受５４の外輪は、キャリア部材２５０の第２円板部２５２の内周面に固定される。凸部４３は、第２内側軸受５４を介して、キャリア部材２５０の第２円板部２５２を支持する。これにより、出力部材４０とキャリア２５とが、中心軸９１を中心として、互いに異なる回転数で回転可能となる。なお、第２内側軸受５４は、ボールベアリング以外の軸受であってもよい。

図１に示すように、出力部材４０は、出力側鍔部４４を有する。出力側鍔部４４は、凸部４３の支持面４３１から、径方向外側へ突出する。出力側鍔部４４は、第２内側軸受５４の内輪の軸方向他方側の端面と、軸方向に接触する。これにより、出力部材４０に対して第２内側軸受５４が、軸方向他方側へずれることが抑制される。

また、第２内側軸受５４の外輪は、第２鍔部５４１を有する。第２鍔部５４１は、第２内側軸受５４の外輪の外周面から、径方向外側へ突出する。第２鍔部５４１は、キャリア部材２５０の第２円板部２５２の軸方向他方側の面と、軸方向に接触する。これにより、キャリア２５に対して第２内側軸受５４が、軸方向一方側へずれることが抑制される。また、第２内側軸受５４に対してキャリア２５が、軸方向他方側へずれることが抑制される。

また、第２円板部２５２と第２内側軸受５４とは、中心軸９１に対して直交する第２平面上に位置する。このように、第２円板部２５２と第２内側軸受５４とを、径方向に重なるように配置すれば、第２円板部２５２および第２内側軸受５４の全体としての軸方向の寸法を低減できる。したがって、差動型遊星減速機１を、軸方向により薄型化できる。

このような差動型遊星減速機１において、入力部材１０および太陽歯車２１が第１回転数で回転すると、遊星歯車２２は、太陽歯車２１との噛み合いにより、遊星軸９２を中心として自転する。また、遊星歯車２２は、太陽歯車２１および固定内歯歯車２３と噛み合っているため、遊星軸９２を中心として自転しながら、固定内歯歯車２３に沿って、太陽歯車２１の周りを周方向に公転する。すなわち、複数の遊星歯車２２は、遊星軸９２を中心として自転しながら、中心軸９１を中心として公転する。このとき、中心軸９１を中心とする遊星歯車２２の公転の回転数は、第１回転数よりも低い中間回転数となる。

また、固定内歯歯車２３が有する第１内歯２３１の数に対する第１歯車２２１が有する第１外歯２２３の数の比と、回転内歯歯車２４が有する第２内歯２４１の数に対する第２歯車２２２が有する第２外歯２２４の数の比と、は相違する。このため、遊星歯車２２の公転に伴い、固定内歯歯車２３に対して回転内歯歯車２４が、歯数の差に応じた回転数で回転する。この回転内歯歯車２４の回転数は、中間回転数よりもさらに低い第２回転数となる。その結果、回転内歯歯車２４および出力部材４０が、中心軸９１を中心として第２回転数で回転する。したがって、出力部材４０から、減速後の第２回転数の回転運動を取り出すことができる。

上述の通り、この差動型遊星減速機１は、入力部材１０が、第１内側軸受５３を介して、キャリア２５を支持する。また、出力部材４０の凸部４３が、第２内側軸受５４を介して、キャリア２５を支持する。すなわち、入力部材１０と出力部材４０の２部材により、キャリア２５が支持される。これにより、キャリア２５を安定した姿勢で支持できる。そして、キャリア２５の姿勢が安定すれば、遊星歯車２２の自転および公転の姿勢も、安定させることができる。

特に、本実施形態の差動型遊星減速機１では、太陽歯車２１の中心軸９１を中心とする径が、第２歯車２２２の遊星軸９２を中心とする径よりも、小さい。このように、太陽歯車２１の径を小さくすれば、差動型遊星減速機１の減速比を大きくすることができる。ただし、太陽歯車２１の径を小さくすると、太陽歯車２１に対してキャリア２５を安定的に支持することが難しくなり、軸方向の薄型化も困難になる。しかしながら、本実施形態の構造では、入力部材１０と出力部材４０の２部材で、キャリア２５を支持する。これにより、キャリア２５を、より安定的に支持できる。

また、本実施形態では、第１外側軸受５２１と第２外側軸受５２２とが、軸方向に間隔をあけて配置される。これにより、筐体３０に対して出力部材４０を、安定した姿勢で支持できる。その結果、出力部材４０に支持されるキャリア２５の姿勢も、さらに安定させることができる。

＜２．差動型遊星減速機の製造方法＞
図３は、差動型遊星減速機１の製造時の様子を示した図である。

図３に示すように、差動型遊星減速機１の製造時には、まず、筐体３０に対して、入力部材１０と、減速機構２０のうち回転内歯歯車２４以外の部分とを、組み付ける。これにより、入力部材１０、太陽歯車２１、複数の遊星歯車２２、固定内歯歯車２３、キャリア２５、筐体３０、入力側軸受５１、第１内側軸受５３、および第２内側軸受５４を含む第１ユニットＵ１の準備ができる。

また、出力部材４０に対して、回転内歯歯車２４を固定し、第１外側軸受５２１および第２外側軸受５２２を組み付ける。これにより、回転内歯歯車２４、出力部材４０、第１外側軸受５２１、および第２外側軸受５２２を含む第２ユニットＵ２の準備ができる。

そして、図３中の白抜き矢印のように、第１ユニットＵ１の軸方向他方側から、第２ユニットＵ２を、軸方向一方側へ接近させる。そして、筐体壁部３２の内側に、第２ユニットＵ２を挿入する。これにより、第１ユニットＵ１に対して第２ユニットＵ２を組み付ける。その後、筐体壁部３２の内周面に設けられた溝３３に、止め輪３４を取り付ける。これにより、第１ユニットＵ１から第２ユニットＵ２が抜けることを防止する。

第１ユニットＵ１に対して第２ユニットＵ２を組み付ける際、出力部材４０の凸部４３は、第２内側軸受５４の径方向内側に挿入される。このとき、凸部４３の軸方向一方側の端部が円錐部４３２となっているため、第２内側軸受５４の径方向内側に、凸部４３を容易に挿入できる。また、第２内側軸受５４の内輪に、円錐部４３２の外周面を接触させつつ挿入することにより、凸部４３の中心が中心軸９１と一致するように、第１ユニットＵ１に対して第２ユニットＵ２を、徐々に位置決めできる。詳しくは、第１内側軸受５３の回転軸と第２内側軸受５４の回転軸を結ぶ直線が、中心軸９１に対して傾斜していても、円錐面４３２の案内によって、これを同軸上に修正することが可能となる。挿入後の円錐部４３２は、図１に示すように、第２歯車２２２の径方向内側に位置する。

なお、図３の例では、回転内歯歯車２４が、第２ユニットＵ２に属している。しかしながら、回転内歯歯車２４は、第１ユニットＵ１に属するようにしてもよい。その場合、第１ユニットＵ１に対して第２ユニットＵ２を組み付けた後、第２ボルト６２により、出力部材４０に回転内歯歯車２４を固定すればよい。この場合、回転内歯歯車２４の外周面が出力壁部４２の内周面に挿入される。出力壁部４２の内周面の軸方向一方側に軸方向他方側に向けて縮径するテーパ面４２１を設けることで、回転内歯歯車２４に対する出力壁部４２の挿入が容易になる。

＜３．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態には限定されない。以下では、種々の変形例について、上記の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、上記の実施形態と同等の部分については、重複説明を省略する。

＜３－１．第１変形例＞
図４は、第１変形例に係る差動型遊星減速機１の縦断面図である。図４の差動型遊星減速機１は、例えば、無人搬送台車の車輪に組み込まれて使用される。図４の例では、差動型遊星減速機１の軸方向一方側に、電動機７０が直結されている。そして、電動機７０の出力シャフトが、差動型遊星減速機１の入力部材１０となっている。このようにすれば、電動機７０の出力シャフトと、差動型遊星減速機１の入力部材１０とを、別部品とする場合と比べて、部品点数を低減できる。また、電動機７０および差動型遊星減速機１を、全体として軸方向に小型化できる。

また、図４の例では、筐体壁部３２が、出力壁部４２の径方向内側に挿入される。すなわち、筐体壁部３２が、出力壁部４２の径方向内側に位置する。第１外側軸受５２１および第２外側軸受５２２は、筐体壁部３２の外周面と、出力壁部４２の内周面と、の間に介在する。このような配置でも、筐体壁部３２と出力壁部４２とを、径方向に重なるように配置することで、筐体３０および出力部材４０を、全体として軸方向に小型化できる。したがって、差動型遊星減速機１を、軸方向に薄型化できる。

また、図４の差動型遊星減速機１は、円環状のタイヤ８０をさらに備える。タイヤ８０は、出力壁部４２の外周面に固定される。タイヤ８０は、例えばゴム製である。このようにすれば、タイヤ８０の径方向内側に、減速機構２０が配置される。これにより、タイヤ８０を回転させるための機構を、軸方向に薄型化できる。なお、差動型遊星減速機１は、出力壁部４２とタイヤ８０との間に、ホイールをさらに備えていてもよい。

＜３－２．第２変形例＞
図５は、第２変形例に係る差動型遊星減速機１の縦断面図である。図５の差動型遊星減速機１では、入力部材１０が軸継手となっている。電動機の出力シャフトは、入力部材１０としての軸継手に、直接接続することができる。このようにすれば、電動機の出力シャフトと、差動型遊星減速機１の入力部材１０との間に、他の部品を介在させる場合と比べて、電動機および差動型遊星減速機１を、全体として軸方向に小型化できる。

上述した実施形態では、差動型遊星減速機１が、第１外側軸受５２１および第２外側軸受５２２を備えていた。これに対し、図５の差動型遊星減速機１は、１つの外側軸受５２を備える。外側軸受５２は、筐体壁部３２の内周面と、出力壁部４２の外周面との間の径方向の隙間に介在する。

図５の外側軸受５２は、クロスローラベアリングである。クロスローラベアリングは、外輪と内輪との間に、複数のローラを有する。複数のローラは、外輪の内周面に設けられたＶ字状の溝と、内輪の外周面に設けられたＶ字状の溝との間に、向きを交互に変えながら配置される。このようなクロスローラベアリングは、ボールベアリングのように一対で用いずとも、１つで必要な剛性を得ることができる。したがって、外側軸受５２の数を減らしつつ、筐体３０に対して出力部材４０を、安定して支持することができる。

図５のキャリア２５は、複数の遊星歯車２２を、遊星軸９２を中心として自転しつつ、中心軸９１を中心として公転することが可能な状態に支持するユニットである。キャリア２５は、キャリア部材２５０と、複数のキャリアピン２５４とを有する。

キャリア部材２５０は、第１円板部２５１および第２円板部２５２を有する。本実施形態のキャリア部材２５０は、接続部２５３を有していない。第１円板部２５１と第２円板部２５２は、別部材である。第１円板部２５１は、複数の遊星歯車２２の軸方向一方側に位置する。第２円板部２５２は、複数の遊星歯車２２の軸方向他方側に位置する。第１円板部２５１および第２円板部２５２は、それぞれ、中心軸９１に対して直交する方向に広がる。遊星歯車２２は、第１円板部２５１と第２円板部２５２との軸方向間に配置される。

キャリアピン２５４は、遊星軸９２に沿って軸方向に延びる、円柱状の部材である。キャリアピン２５４の軸方向一方側の端部は、第１円板部２５１に固定される。複数のキャリアピン２５４それぞれの軸方向他方側の外周部は、第２円板部２５２の外周部に接触する。複数のキャリアピン２５４は、中心軸９１を中心として、周方向に等間隔に配置される。遊星歯車２２の内周面と、キャリアピン２５４との間には、一対の遊星軸受２２５が介在する。これにより、遊星歯車２２が、遊星軸９２を中心として回転可能に支持される。

図５の例では、キャリアピン２５４および第１円板部２５１で遊星歯車２２を支持し、キャリア２５は第１内側軸受５３で入力部材１０に支持される。しかし、第１内側軸受５３のみで中心軸９１に対して遊星軸９２を平行に保持することは難しいので、第２円板部２５２の外周面でキャリアピン２５４の径方向変位を阻止することで、遊星軸９２は安定して回転することができる。

また、図５の例では、キャリア部材２５０の第１円板部２５１が、第３鍔部２５５を有する。第３鍔部２５５は、第１円板部２５１の内周面から、径方向内側へ突出する。第３鍔部２５５は、第１内側軸受５３の外輪の軸方向他方側の端面と、軸方向に接触する。これにより、キャリア２５に対して第１内側軸受５３が、軸方向他方側へずれることが抑制される。また、第１内側軸受５３に対してキャリア２５が、軸方向一方側へずれることが抑制される。

また、図５の例では、キャリア部材２５０の第２円板部２５２が、第４鍔部２５６を有する。第４鍔部２５６は、第２円板部２５２の内周面から、径方向内側へ突出する。第４鍔部２５６は、第２内側軸受５４の外輪の軸方向一方側の端面と、軸方向に接触する。これにより、キャリア２５に対して第２内側軸受５４が、軸方向一方側へずれることが抑制される。また、第２内側軸受５４に対してキャリア２５が、軸方向他方側へずれることが抑制される。

また、図５の例では、軸方向他方側に位置する遊星軸受２２５の内輪の軸方向他方側端面と第２円板部２５２の軸方向一方側端面の間に止め輪またはカラーが挿入されている。これにより、第１円板部２５１と第２円板部２５２との互いの接近が抑止されることでキャリア２５が形成される。したがって、第１内側軸受５３に対して第２内側軸受５４が、軸方向一方側へずれることが抑制される。また、第２内側軸受５４に対して第１内側軸受５３が、軸方向他方側へずれることが抑制される。

＜３－３．その他＞
上記の実施形態では、入力部材１０が、第１内側軸受５３を介して、キャリア２５を支持し、かつ、出力部材４０の凸部４３が、第２内側軸受５４を介して、キャリア２５を支持していた。すなわち、上記の実施形態では、入力部材１０と出力部材４０の２部材により、キャリア２５を支持していた。しかしながら、入力部材１０および出力部材４０のうち、出力部材４０のみで、キャリア２５を支持してもよい。その場合でも、出力部材４０に設けられた凸部４３によりキャリア２５を支持することで、キャリア２５の姿勢を安定させることができる。

差動型遊星減速機の細部の形状については、本願の各図に示された形状と異なっていてもよい。また、上記の実施形態または変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に取捨選択してもよい。

＜４．ロボット＞
図６は、差動型遊星減速機１を備えたロボット１００の概要図である。ロボット１００は、例えば、工業製品の製造ラインにおいて、部品の搬送、加工、組立等の作業を行う、いわゆる産業用ロボットである。図６に示すように、ロボット１００は、ベースフレーム１０１、アーム１０２、差動型遊星減速機１、および電動機７０を有する。差動型遊星減速機１および電動機７０は、ベースフレーム１０１とアーム１０２との間の関節部に組み込まれる。これにより、キャリア２５を安定した姿勢で支持できる差動型遊星減速機２０を備えたロボット１００を実現できる。

ベースフレーム１０１は、差動型遊星減速機１の筐体３０および電動機７０のケーシングのいずれかに固定される。電動機７０の出力シャフトは、差動型遊星減速機１の入力部材１０に固定される。アーム１０２は、差動型遊星減速機１の出力部材４０に固定される。電動機７０を駆動させると、電動機７０の出力シャフトとともに、入力部材１０が、第１回転数で回転する。そして、出力部材４０とともに、アーム１０２が、第２回転数で回転する。

本発明は、差動型遊星減速機およびロボットに利用できる。

１ 差動型遊星減速機
１０ 入力部材
１１ 入力側鍔部
２０ 減速機構
２１ 太陽歯車
２２ 遊星歯車
２３ 固定内歯歯車
２４ 回転内歯歯車
２５ キャリア
３０ 筐体
３１ 筐体ベース部
３２ 筐体壁部
４０ 出力部材
４１ 出力ベース部
４２ 出力壁部
４３ 凸部
４４ 出力側鍔部
５１ 入力側軸受
５２ 外側軸受
５３ 第１内側軸受
５４ 第２内側軸受
９１ 中心軸
９２ 遊星軸
１００ ロボット
２２１ 第１歯車
２２２ 第２歯車
２５０ キャリア部材
２５１ 第１円板部
２５２ 第２円板部
２５３ 接続部
２５４ キャリアピン
２５５ 第３鍔部
２５６ 第４鍔部
４３１ 支持面
４３２ 円錐部
５２１ 第１外側軸受
５２２ 第２外側軸受
５３１ 第１鍔部
５４１ 第２鍔部
Ｕ１ 第１ユニット
Ｕ２ 第２ユニット

Claims (22)

1. 中心軸を中心として第１回転数で回転する入力部材と、
   前記入力部材の回転運動を、前記第１回転数よりも低い第２回転数の回転運動に変換する減速機構と、
   前記減速機構を収容する筐体と、
   前記中心軸を中心として前記第２回転数で回転する出力部材と、
   を備え、
   前記減速機構は、
   前記入力部材とともに、前記中心軸を中心として前記第１回転数で回転する太陽歯車と、
   前記太陽歯車と噛み合いながら、前記中心軸と平行な遊星軸を中心として自転する第１歯車と、前記第１歯車とともに前記遊星軸を中心として自転する第２歯車と、を有する遊星歯車と、
   前記筐体に固定され、前記第１歯車と噛み合う円環状の固定内歯歯車と、
   前記出力部材に固定され、前記第２歯車と噛み合う円環状の回転内歯歯車と、
   前記遊星歯車を、前記遊星軸を中心として自転しつつ、前記中心軸を中心として公転することが可能な状態に支持するキャリアと、
   を有し、
   前記筐体は、
   前記減速機構よりも軸方向一方側に位置する筐体ベース部と、
   前記筐体ベース部の外周部から軸方向他方側へ延びる円筒状の筐体壁部と、
   を有し、
   前記出力部材は、
   前記減速機構よりも軸方向他方側に位置する出力ベース部と、
   前記出力ベース部の外周部から軸方向一方側へ延びる円筒状の出力壁部と、
   前記出力ベース部の中央から軸方向一方側へ延びる凸部と、
   を有し、
   前記筐体ベース部の内周面と前記入力部材との間に介在する入力側軸受と、
   前記筐体壁部と前記出力壁部との間に介在する外側軸受と、
   前記入力部材と前記キャリアとの間に介在する第１内側軸受と、
   前記凸部と前記キャリアとの間に介在する第２内側軸受と、
   をさらに備える、差動型遊星減速機。
2. 請求項１に記載の差動型遊星減速機であって、
   前記第２歯車の前記遊星軸を中心とする径は、前記第１歯車の前記遊星軸を中心とする径よりも小さく、
   前記太陽歯車の前記中心軸を中心とする径は、前記第２歯車の前記遊星軸を中心とする径よりも、さらに小さい、差動型遊星減速機。
3. 請求項１または請求項２に記載の差動型遊星減速機であって、
   前記キャリアは、
   前記遊星歯車の軸方向一方側に位置する第１円板部と、
   前記遊星歯車の軸方向他方側に位置する第２円板部と、
   を有し、
   前記第１内側軸受は、前記入力部材と前記第１円板部との間に介在し、
   前記第２内側軸受は、前記凸部と前記第２円板部との間に介在する、差動型遊星減速機。
4. 請求項３に記載の差動型遊星減速機であって、
   前記第１円板部と、前記第１内側軸受とが、前記中心軸に対して直交する第１平面上に位置し、
   前記第２円板部と、前記第２内側軸受とが、前記中心軸に対して直交する第２平面上に位置する、差動型遊星減速機。
5. 請求項３または請求項４に記載の差動型遊星減速機であって、
   前記第１円板部と前記第２円板部は、別部材であり、
   前記キャリアは、
   遊星軸に沿って軸方向に延びるキャリアピン
   をさらに有し、
   前記キャリアピンの軸方向一方側の端部は、前記第１円板部に固定され、
   前記キャリアピンの軸方向他方側の外周部は、前記第２円板部の外周部に接触する、差動型遊星減速機。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の差動型遊星減速機であって、
   前記外側軸受は、
   第１外側軸受と、
   前記第１外側軸受よりも軸方向他方側に位置する第２外側軸受と、
   を含む、差動型遊星減速機。
7. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の差動型遊星減速機であって、
   前記外側軸受は、クロスローラベアリングである、差動型遊星減速機。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の差動型遊星減速機であって、
   前記出力壁部は、前記筐体壁部の径方向内側に挿入され、
   前記外側軸受は、前記筐体壁部の内周面と、前記出力壁部の外周面と、の間に介在する、差動型遊星減速機。
9. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の差動型遊星減速機であって、
   前記筐体壁部は、前記出力壁部の径方向内側に挿入され、
   前記外側軸受は、前記筐体壁部の外周面と、前記出力壁部の内周面と、の間に介在する、差動型遊星減速機。
10. 請求項９に記載の差動型遊星減速機であって、
    前記出力壁部の外周面に固定されたタイヤ
    をさらに備える、差動型遊星減速機。
11. 請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の差動型遊星減速機であって、
    前記凸部は、
    前記第２内側軸受を支持する円筒状の支持面と、
    前記支持面よりも軸方向一方側に位置し、軸方向一方側へ向かうにつれて縮径する円錐部と、
    を有する、差動型遊星減速機。
12. 請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の差動型遊星減速機であって、
    前記凸部の軸方向一方側の端部が、前記第２歯車の径方向内側に位置する、差動型遊星減速機。
13. 請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の差動型遊星減速機であって、
    前記入力部材は、
    前記第１内側軸受の内輪と軸方向に接触する入力側鍔部
    を有し、
    前記出力部材は、
    前記第２内側軸受の内輪と軸方向に接触する出力側鍔部
    を有する、差動型遊星減速機。
14. 請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の差動型遊星減速機であって、
    前記第１内側軸受の外輪は、
    前記キャリアと軸方向に接触する第１鍔部
    を有し、
    前記第２内側軸受の外輪は、
    前記キャリアと軸方向に接触する第２鍔部
    を有する、差動型遊星減速機。
15. 請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の差動型遊星減速機であって、
    前記キャリアは、
    前記第１内側軸受の外輪と軸方向に接触する第３鍔部と、
    前記第２内側軸受の外輪と軸方向に接触する第４鍔部と、
    を有する、差動型遊星減速機。
16. 請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の差動型遊星減速機であって、
    前記入力部材は、電動機の出力シャフトである、差動型遊星減速機。
17. 請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の差動型遊星減速機であって、
    前記入力部材は、電動機の出力シャフトに接続可能な軸継手である、差動型遊星減速機。
18. 請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の差動型遊星減速機であって、
    前記入力部材は、入力シャフトである、差動型遊星減速機。
19. 請求項１から請求項１８までのいずれか１項に記載の差動型遊星減速機であって、
    前記出力壁部の内周面は、軸方向一方側から軸方向他方側へ向かうにつれて縮径するテーパ面を有する、差動型遊星減速機。
20. 中心軸を中心として回転可能な太陽歯車を有する入力部材と、
    前記太陽歯車と噛み合い、前記中心軸と平行な遊星軸を中心として回転可能な遊星歯車と、
    前記遊星歯車を前記遊星軸を中心として回転可能に支持するキャリアと、
    少なくとも一部が前記遊星歯車よりも軸方向一方側に配置され、前記遊星歯車の少なくとも一部を収容する筐体と、
    少なくとも一部が前記キャリアよりも軸方向他方側に配置され、前記遊星歯車と接続されて前記筐体と相対回転可能な出力部材と、
    を有し、
    前記出力部材は、
    前記キャリアよりも軸方向他方側に配置され、前記中心軸と略直交する方向に広がる出力ベース部と、
    前記出力ベース部から軸方向一方側に突出する凸部と、
    を有し、
    前記凸部は、内側軸受を介して前記キャリアを支持する、差動型遊星減速機。
21. 請求項２０に記載の差動型遊星減速機であって、
    前記出力部材は、前記凸部よりも径方向外側に配置され、前記出力ベース部から軸方向一方側に突出する出力壁部を有し、
    前記筐体は、
    前記遊星歯車よりも軸方向一方側に配置され、前記中心軸と略直交する方向に広がる筐体ベース部と、
    前記筐体ベース部の径方向外縁から軸方向他方側に突出する筐体壁部と、
    を有し、
    前記筐体壁部は、外側軸受を介して前記出力壁部を回転可能に支持する、差動型遊星減速機。
22. 請求項１から請求項２１までのいずれか１項に記載の差動型遊星減速機を有する、ロボット。

Images